JP2003257178A - 半導体メモリ装置 - Google Patents
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Abstract
DRAM回路部の外部から供給する必要がないようにす
る。 【解決手段】 リフレッシュワード線選択回路15は、
カウンタ16と接続されており、該カウンタ16は、外
部クロック信号CLKと同期してリフレッシュクロック
信号RCLKを生成して出力する。従って、リフレッシ
ュワード線選択回路15は、カウンタ16からのリフレ
ッシュクロック信号RCLKに同期して、複数のリフレ
ッシュワード線RWLを自律的に選択しながら周期的に
活性化する。
Description
憶すると共に、データの書き込み動作及び読み出し動作
を高速に行なえる半導体メモリ装置に関する。
イナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)装置
は、大容量のデータを記録し保持できる半導体メモリ装
置として多用されている。
ールの微細化に伴って、一般に1つのトランジスタと1
つのキャパシタにより構成されるDRAMのセル構造
は、複雑化してプロセスコストが増大しつつある。その
ため、DRAM回路と演算論理回路とを混載する、いわ
ゆるシステムLSIにおいては、キャパシタをMOSト
ランジスタに置き換えることにより、プロセスコストを
低減する、簡易なプレーナ構造を有するDRAMセルが
しばしば使用されている。
開示され、キャパシタにMOSトランジスタを用いたD
RAMセルの構成例を示している。
は、ゲートがワード線WLと接続され、ドレインがビッ
ト線BLと接続された第1のMOSトランジスタからな
るアクセストランジスタ101と、チャネルに電荷を蓄
積し、ソース及びドレインがアクセストランジスタ10
1のソースと接続され、ゲートがセルプレートと接続さ
れた第2のMOSトランジスタからなる電荷蓄積トラン
ジスタ102とにより構成されている。
ば、書き込み動作時には、ワード線WLが活性化され、
ビット線BLの電圧値がハイレベルの場合には、電荷蓄
積トランジスタ102のチャネルには1が書き込まれ
る。一方、ビット線BLの電圧値がローレベルの場合に
は0が書き込まれる。
が活性化されることにより、プリチャージされているビ
ット線BLに、電荷蓄積トランジスタ102のチャネル
に蓄積された電荷が転送され、ビット線BLと接続され
ているセンスアンプによって、該ビット線BLの電位を
センス増幅することにより、選択されたDRAMセルの
データを読み出すことができる。
には、さらなる性能向上が要求され、半導体メモリ装置
(メモリブロック部)に対しても性能の向上が求められ
ている。DRAMセルはSRAMセルと比べてセルを構
成する素子数が少ないことから、大容量のメモリ装置を
必要とする場合に有利である。ところが、DRAMセル
は、キャパシタに蓄えられた情報(電荷)が時間と共に
消滅するため、記録されたデータを保持するには該デー
タが消滅する前に、そのデータの読み出しと再書き込み
とを連続して行なう、いわゆるリフレッシュ動作が必要
となる。このリフレッシュ動作を装置の動作中には常に
実施しなければならない点が、DRAM装置の使い易さ
を阻害する要因となっている。
れる電荷量は充分な値であったため、リフレッシュ動作
の回数はシステム設計にとって大きな問題ではなかった
が、近年のメモリセルの微細化により、また、コンデン
サ型のキャパシタに代えてMOSトランジスタを用いる
構成により、キャパシタに充分な容量値を確保すること
がますます困難となってきている。その結果、リフレッ
シュ動作をより頻繁に行なわなければならず、システム
の動作を阻害する要因となるという問題がある。
セルに対するリフレッシュ動作を、DRAM回路部の外
部から供給する必要がないようにすることを目的とす
る。
め、本発明は、DRAMセルに、電荷蓄積用のキャパシ
タに対する外部アクセス用の第1のトランジスタとリフ
レッシュデータ用の第2のトランジスタとを設け、DR
AM回路の内部で生成する周期信号により、第2のトラ
ンジスタを介してDRAMセルのリフレッシュ動作を定
期的に行なう構成とする。
リ装置は、電荷蓄積ノードを有するキャパシタ、並びに
各ソースが電荷蓄積ノードとそれぞれ接続された第1の
MISトランジスタ及び第2のMISトランジスタから
なるメモリセルと、第1のMISトランジスタのゲート
及びドレインとそれぞれ接続された第1のワード線及び
第1のビット線と、第2のMISトランジスタのゲート
及びドレインとそれぞれ接続された第2のワード線及び
第2のビット線と、所定の周期を持つ周期信号を生成す
るタイマ回路とを備え、第1のワード線又は第2のワー
ド線は、周期信号により所定の周期で活性化される。
セルは、キャパシタの電荷蓄積ノードとそれぞれ接続さ
れた第1のMISトランジスタ及び第2のMISトラン
ジスタを有しており、各トランジスタのゲートと接続さ
れた第1のワード線又は第2のワード線は、タイマ回路
が生成した周期信号により所定の周期で活性化される。
従って、メモリセルは、内部に設けられたタイマ回路が
生成する周期信号によって所定の周期でリフレッシュ動
作がなされるため、外部からリフレッシュ信号を供給す
る必要がなくなるので、リフレッシュ動作がメモリ装置
の動作に影響を与えることがなくなる。
シタが常に導通状態とされたMISトランジスタであっ
て、そのゲートとチャネルとにより構成されていること
が好ましい。このようにすると、メモリセルがすべてプ
レーナ型のMISトランジスタにより構成されるため、
製造が簡単化される上に、高集積化をも達成することが
できる。
それぞれが、電荷蓄積ノードを有するキャパシタ、並び
に各ソースが電荷蓄積ノードとそれぞれ接続された第1
のMISトランジスタ及び第2のMISトランジスタか
らなる複数のメモリセルと、第1のMISトランジスタ
ごとのゲート及びドレインとそれぞれ接続された複数の
第1のワード線及び複数の第1のビット線と、第2のM
ISトランジスタごとのゲート及びドレインとそれぞれ
接続された複数の第2のワード線及び複数の第2のビッ
ト線と、所定の周期を持つ周期信号を生成するタイマ回
路と、複数の第1のワード線を外部からのアクセス要求
により選択的に活性化するアクセスワード線選択回路
と、複数の第2のワード線を周期信号により所定の周期
で活性化するリフレッシュワード線選択回路とを備えて
いる。
メモリセルのそれぞれは、キャパシタの電荷蓄積ノード
とそれぞれ接続された第1のMISトランジスタ及び第
2のMISトランジスタを有しており、第2のMISト
ランジスタのゲートと接続された第2のワード線は、内
部で自律的に選択され、且つタイマ回路からの周期信号
により所定の周期で活性化される。その結果、各メモリ
セルのリフレッシュ動作を内部に設けたタイマ回路から
の周期信号により行なえるため、メモリブロックの外部
からリフレッシュ信号を供給する必要がなくなるので、
リフレッシュ動作がメモリ装置の動作に影響を与えるこ
とがなくなる。
線ごとに接続されたデータアクセス用の複数の第1のセ
ンスアンプ回路と、第2のビット線ごとに接続されたデ
ータリフレッシュ用の複数の第2のセンスアンプ回路と
をさらに備え、各第1のセンスアンプ回路は、外部から
のアクセス要求により活性化され、各第2のセンスアン
プ回路は、周期信号により所定の周期で活性化されるこ
とが好ましい。
れが外部から入力される外部クロック信号に同期して、
アクセスワード線選択回路が複数の第1のワード線を選
択的に活性化し、リフレッシュワード線選択回路が複数
の第2のワード線を選択的に活性化することが好まし
い。
化期間と第2のワード線における活性化期間とが、互い
にその位相がずれていることが好ましい。このようにす
ると、メモリセルが保持するデータを破壊することなく
リフレッシュ動作を確実に行なうことができる。
期間と第2のワード線における活性化期間とが、互いに
その位相がメモリ動作サイクルの半周期だけずれるよう
に設定されていることが好ましい。
号のパルス数により周期信号を生成するカウンタ回路で
あることが好ましい。
複数の第1のワード線のなかから選択されたアドレス値
と、複数の第2のワード線のなかから選択されたアドレ
ス値とが同一のタイミングで一致する場合には、選択さ
れた第2のワード線に対する活性化信号が非活性にされ
ることが好ましい。このようにすると、メモリセルが保
持するデータの破壊を防止することができる。
の実施形態について図面を参照しながら説明する。
体メモリ装置の回路構成を示している。
Aは、行列状に配置された複数のメモリセル11を有し
ており、各メモリセル11は、電荷蓄積ノード21aを
有するキャパシタ21と、各ソースが電荷蓄積ノード2
1aとそれぞれ接続された第1のMOSトランジスタ2
2及び第2のMOSトランジスタ23とにより構成され
ている。
アクセスワード線WLと接続され、そのドレインはアク
セスビット線BLと接続されている。一方、第2のMO
Sトランジスタ23のゲートはリフレッシュワード線R
WLと接続され、そのドレインはリフレッシュビット線
RBLと接続されている。
用センスアンプ12と電気的に接続され、各リフレッシ
ュビット線RBLは、内部リフレッシュ用センスアンプ
13と電気的に接続されている。
ド線選択回路14と電気的に接続され、各リフレッシュ
ワード線RWLは、リフレッシュワード線選択回路15
と電気的に接続されている。
ら入力される外部クロック信号CLKに同期して、外部
から入力されるアドレス信号Addにより指定されたア
クセスワード線WLを複数のアクセスワード線WLのな
かから選択する。
イマ回路としてのカウンタ16と接続されており、該カ
ウンタ16は、外部クロック信号CLKと同期してリフ
レッシュクロック信号RCLKを生成して出力する。従
って、リフレッシュワード線選択回路15は、カウンタ
16からのリフレッシュクロック信号RCLKに同期し
て、複数のリフレッシュワード線RWLを自律的に選択
しながら、周期的に活性化する。
を構成するデータ用のキャパシタ21に代えて、ソース
及びドレインが第1のMOSトランジスタ22及び第2
のMOSトランジスタ23の各ソースと接続され、且つ
チャネルが常時形成されて導通状態とされた第3のMO
Sトランジスタ24を用いてもよい。この場合の電荷蓄
積ノードは、第3のMOSトランジスタ24のチャネル
となる。
リ装置10Aは、1つの半導体チップ状に形成されてい
てもよく、また、マイクロプロセッサ(MPU)やロジ
ック回路と混載されたシステムLSIであってもよい。
システムLSIの場合は、半導体メモリ装置10Aをメ
モリ回路部(メモリブロック)と見なせばよい。
リ装置10Aの動作について図面を参照しながら説明す
る。
体メモリ装置におけるリフレッシュワード線の活性化信
号と外部クロック信号とのタイミングチャートを示して
いる。
のMOSトランジスタ23のゲートと接続されたリフレ
ッシュワード線RWLは、外部クロック信号CLKのク
ロックサイクル数を所定の数だけ数えるカウンタ16が
生成して出力する周期ごとに、すなわちリフレッシュ周
期Tref ごとに活性化される。
体メモリ装置におけるアクセスワード線及びリフレッシ
ュワード線の活性化信号、外部クロック信号並びにリフ
レッシュクロック信号のタイミングチャートを示してい
る。
ータ書き込み等の、外部から不定期に要求される外部ア
クセス時には、前述したように、外部クロック信号CL
Kに同期して入力されたアドレス信号Addに対して、
アクセスワード線選択回路14により選択されたアクセ
スワード線WL及び選択されたアクセスビット線BLと
接続された外部アクセス用センスアンプ12が活性化さ
れ、外部とのデータの入出力が行なわれる。
16が、外部クロック信号CLKの4サイクルからなる
隣接間周期Tpごとに、リフレッシュワード線選択回路
15にリフレッシュクロック信号RCLKを出力するこ
とにより実施される。すなわち、リフレッシュクロック
信号RCLKを受けたリフレッシュワード線選択回路1
5により選択されたリフレッシュワード線RWL及びリ
フレッシュビット線RBLが順次活性化される。ここ
で、リフレッシュワード線RWLは、その総数がnを正
の整数として(n+1)本である場合に、最初のリフレ
ッシュワード線RWL(0)から最後のリフレッシュワ
ード線RWL(n)まで順次活性化されると、最初のリ
フレッシュワード線RWL(0)に戻り、同様のリフレ
ッシュ動作が繰り返される。この繰り返しの周期がリフ
レッシュ周期Tref である。
導体メモリ装置10Aの内部に設けられたカウンタ16
が外部クロック信号CLKから生成するリフレッシュク
ロック信号RCLKによって、各メモリセル11に保持
されたデータが消滅する前にリフレッシュ動作が確実に
実施されるため、各メモリセル11のデータが消滅する
ことはない。従って、従来のように、外部で生成された
リフレッシュ信号が不要となるので、半導体メモリ装置
10Aは外部からのリフレッシュ信号によって、その動
作が阻害される虞がなくなる。さらには、外部からの信
号線を減らすことができるため、より一層の高集積化を
図ることも可能となる。
ッシュクロック信号RCLKの隣接間周期Tpを外部ク
ロック信号CLKの4サイクル分としたが、これに限ら
れない。
サイクル数を数えるカウンタ16に代えて、例えば、抵
抗素子と容量素子とにより構成されたRC遅延回路から
なるタイマ回路17により、リフレッシュクロック信号
RCLKを生成しても良い。具体的には、図5(a)に
示すように、カウンタ16の代わりに、タイマ回路17
と、該タイマ回路17が生成して出力するタイマ信号C
T、及び外部クロック信号CLKを受け、受けたタイマ
信号CT及び外部クロック信号CLKからリフレッシュ
クロック信号RCLKを生成して出力するリフレッシュ
クロック発生回路18とを用いる。
ク信号CLK及びリフレッシュクロック信号RCLKの
タイミングチャートを示している。図5(b)に示すよ
うに、リフレッシュクロック信号RCLKは、タイマ信
号CTの立ち上がり後の最初の外部クロック信号CLK
に同期して活性化される。この活性化されたリフレッシ
ュクロック信号RCLKによって、リフレッシュワード
線RWLを順次活性化する。
明の第1の実施形態の一変形例について図面を参照しな
がら説明する。
に係る半導体メモリ装置におけるアクセスワード線及び
リフレッシュワード線の活性化信号並びに外部クロック
信号とのタイミングチャートを示している。
外部クロック信号CLKの4サイクル分の周期を持つ隣
接間周期Tpでリフレッシュクロック信号RCLKが出
力される。第1の実施形態との相違点は、リフレッシュ
ワード線RWLの活性化のタイミングがアクセスワード
線WLの比活性化期間に行なわれる点である。すなわ
ち、リフレッシュワード線RWLの活性化期間は、アク
セスワード線WLの活性化期間に対して、メモリ動作サ
イクルの半周期分、すなわちこの場合には外部クロック
信号CLKの周期の半周期分だけずらしてある。
外部から不定期に入力されるアドレス信号Addによっ
て選択されて活性化され、一方、リフレッシュワード線
RWLは内部に設けたカウンタ16によって、その活性
化周期(隣接間周期Tp)が決定されている。このた
め、仮に、アクセスワード線WLとリフレッシュワード
線RWLとが同一のメモリセル11をアクセスするよう
なタイミングが発生した場合には、メモリセル11に蓄
積されていた蓄積電荷が、アクセスビット線BLとリフ
レッシュビット線RBLとに分配されてしまい、外部ア
クセス用センスアンプ12及び内部リフレッシュ用セン
スアンプ13のそれぞれの初期読み出し時の電圧が低下
することにより、各センスアンプ12、13の誤動作を
招く。
クセス動作が書き込み動作であった場合には、該アクセ
スビット線BLによる書き込み動作とリフレッシュビッ
ト線RBLによる読み出し増幅動作とが衝突して誤動作
を招く。
線RWL及びリフレッシュビット線RBLの各活性化期
間をアクセスワード線WLが活性化しない非活性化期間
に設けることにより、これらの誤動作を確実に防止する
ことができる。
えばリフレッシュワード線選択回路15を、受けたリフ
レッシュクロック信号RCLKの立ち下がりのタイミン
グで、リフレッシュワード線RWLを活性化するように
すれば良い。
実施形態について図面を参照しながら説明する。
体メモリ装置の回路構成を示している。図7において、
図1に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を
付すことにより説明を省略する。
半導体メモリ装置10Bは、アクセスワード線選択回路
14からリフレッシュワード線選択回路15に対してリ
フレッシュワード線RWLの活性化を禁止する活性化禁
止信号Disを出力することを特徴とする。すなわち、
図8(a)のタイミングチャートに示すように、アクセ
スワード線WLとリフレッシュワード線RWLとの各活
性化のタイミングは同一であって、アクセスワード線W
Lとリフレッシュワード線RWLとが同一のメモリセル
をアクセスする場合には、リフレッシュワード線RWL
の活性化を禁止、すなわちマスクする。
フレッシュワード線RWLの活性化禁止信号Disによ
るマスク動作とを実現する回路構成の一例を示してい
る。
ード線選択回路15に、アクセスワード線14の活性化
信号WL(=活性化禁止信号Dis)を反転して受ける
ANDゲートからなるマスク回路15aを設ける。この
ような構成を採ることにより、アクセスワード線WLが
選択中でハイレベルの活性化信号を受けているそのメモ
リセルに対して、リフレッシュワード線RWLが選択さ
れたとしても、選択されたリフレッシュワード線RWL
は活性化禁止信号Disによりマスクされて、ローレベ
ルの非活性化信号に変換される。
1の実施形態に係る半導体メモリ装置と同様の効果を得
られる上に、外部から入力されたアドレス信号Addに
より選択されたアクセスワード線WLと、リフレッシュ
ワード線選択回路15により自律的に選択されたリフレ
ッシュワード線RWLとが同一のメモリセル11に同一
のタイミングで選択されることを避けることができるた
め、メモリセル11に対する誤動作を確実に防ぐことが
できる。
と、装置の内部、例えばメモリ回路部の内部に設けたタ
イマ回路からの周期信号を受ける第1のワード線又は第
2のワード線によって、所定周期でメモリセルに対する
リフレッシュ動作を行なえるため、外部からリフレッシ
ュ信号を供給される必要がなくなるので、リフレッシュ
動作(リフレッシュ信号)がメモリ装置の動作に影響を
与えることを防止することができる。
置を示す構成図である。
置におけるメモリセルの変形例を示す回路図である。
置におけるリフレッシュワード線の活性化信号と外部ク
ロック信号とのタイミングチャート図である。
置におけるアクセスワード線及びリフレッシュワード線
の活性化信号、外部クロック信号並びにリフレッシュク
ロック信号とのタイミングチャート図である。
係る半導体メモリ装置におけるタイマ回路を用いた場合
のリフレッシュクロック信号の生成方法を示し、(a)
はブロック図であり、(b)はタイミングチャート図で
ある。
体メモリ装置におけるアクセスワード線及びリフレッシ
ュワード線の活性化信号、外部クロック信号並びにリフ
レッシュクロック信号とのタイミングチャート図であ
る。
置を示す構成図である。
メモリ装置におけるアクセスワード線及びリフレッシュ
ワード線の活性化信号、外部クロック信号並びにリフレ
ッシュクロック信号とのタイミングチャート図である。
(b)は本発明の第2の実施形態に係る半導体メモリ装
置におけるアクセスワード線選択回路及びリフレッシュ
ワード線選択回路を示す構成図である。
Mセルを示す回路図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 電荷蓄積ノードを有するキャパシタ、並
びに各ソースが前記電荷蓄積ノードとそれぞれ接続され
た第1のMISトランジスタ及び第2のMISトランジ
スタからなるメモリセルと、 前記第1のMISトランジスタのゲート及びドレインと
それぞれ接続された第1のワード線及び第1のビット線
と、 前記第2のMISトランジスタのゲート及びドレインと
それぞれ接続された第2のワード線及び第2のビット線
と、 所定の周期を持つ周期信号を生成するタイマ回路とを備
え、 前記第1のワード線又は前記第2のワード線は、前記周
期信号により前記所定の周期で活性化されることを特徴
とする半導体メモリ装置。 - 【請求項2】 前記キャパシタは、常に導通状態とされ
たMISトランジスタであって、そのゲートとチャネル
とにより構成されていることを特徴とする請求項1に記
載の半導体メモリ装置。 - 【請求項3】 それぞれが、電荷蓄積ノードを有するキ
ャパシタ、並びに各ソースが前記電荷蓄積ノードとそれ
ぞれ接続された第1のMISトランジスタ及び第2のM
ISトランジスタからなる複数のメモリセルと、 前記第1のMISトランジスタごとのゲート及びドレイ
ンとそれぞれ接続された複数の第1のワード線及び複数
の第1のビット線と、 前記第2のMISトランジスタごとのゲート及びドレイ
ンとそれぞれ接続された複数の第2のワード線及び複数
の第2のビット線と、 所定の周期を持つ周期信号を生成するタイマ回路と、 前記複数の第1のワード線を外部からのアクセス要求に
より選択的に活性化するアクセスワード線選択回路と、 前記複数の第2のワード線を前記周期信号により前記所
定の周期で活性化するリフレッシュワード線選択回路と
を備えていることを特徴とする半導体メモリ装置。 - 【請求項4】 前記第1のビット線ごとに接続されたデ
ータアクセス用の複数の第1のセンスアンプ回路と、 前記第2のビット線ごとに接続されたデータリフレッシ
ュ用の複数の第2のセンスアンプ回路とをさらに備え、 前記各第1のセンスアンプ回路は、外部からのアクセス
要求により活性化され、 前記各第2のセンスアンプ回路は、前記周期信号により
前記所定の周期で活性化されることを特徴とする請求項
3に記載の半導体メモリ装置。 - 【請求項5】 それぞれが外部から入力される外部クロ
ック信号に同期して、前記アクセスワード線選択回路
は、前記複数の第1のワード線を選択的に活性化し、前
記リフレッシュワード線選択回路は、前記複数の第2の
ワード線を選択的に活性化することを特徴とする請求項
3又は4に記載の半導体メモリ装置。 - 【請求項6】 前記第1のワード線における活性化期間
と、前記第2のワード線における活性化周期期間とは、
互いにその位相がずれていることを特徴とする請求項5
に記載の半導体メモリ装置。 - 【請求項7】 前記第1のワード線における活性化期間
と、前記第2のワード線における活性化期間とは、互い
にその位相がメモリ動作サイクルの半周期だけずれるよ
うに設定されていることを特徴とする請求項5に記載の
半導体メモリ装置。 - 【請求項8】 前記タイマ回路は、前記外部クロック信
号のパルス数により前記周期信号を生成するカウンタ回
路であることを特徴とする請求項5〜7のうちのいずれ
か1項に記載の半導体メモリ装置。 - 【請求項9】 前記複数の第1のワード線のなかから選
択されたアドレス値と、前記複数の第2のワード線のな
かから選択されたアドレス値とが同一のタイミングで一
致する場合には、選択された第2のワード線に対する活
性化信号が非活性にされることを特徴とする請求項3に
記載の半導体メモリ装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002059784A JP2003257178A (ja) | 2002-03-06 | 2002-03-06 | 半導体メモリ装置 |
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Publications (1)
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