JP2008052876A - 半導体記憶装置 - Google Patents
半導体記憶装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008052876A JP2008052876A JP2006231181A JP2006231181A JP2008052876A JP 2008052876 A JP2008052876 A JP 2008052876A JP 2006231181 A JP2006231181 A JP 2006231181A JP 2006231181 A JP2006231181 A JP 2006231181A JP 2008052876 A JP2008052876 A JP 2008052876A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- data
- sense amplifier
- sense
- signal
- memory cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C7/00—Arrangements for writing information into, or reading information out from, a digital store
- G11C7/10—Input/output [I/O] data interface arrangements, e.g. I/O data control circuits, I/O data buffers
- G11C7/1015—Read-write modes for single port memories, i.e. having either a random port or a serial port
- G11C7/1018—Serial bit line access mode, e.g. using bit line address shift registers, bit line address counters, bit line burst counters
- G11C7/1027—Static column decode serial bit line access mode, i.e. using an enabled row address stroke pulse with its associated word line address and a sequence of enabled bit line addresses
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
- G11C11/34—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
- G11C11/40—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
- G11C11/401—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
- G11C11/403—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells with charge regeneration common to a multiplicity of memory cells, i.e. external refresh
- G11C11/404—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells with charge regeneration common to a multiplicity of memory cells, i.e. external refresh with one charge-transfer gate, e.g. MOS transistor, per cell
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
- G11C11/34—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
- G11C11/40—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
- G11C11/401—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
- G11C11/4063—Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing
- G11C11/407—Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing for memory cells of the field-effect type
- G11C11/409—Read-write [R-W] circuits
- G11C11/4091—Sense or sense/refresh amplifiers, or associated sense circuitry, e.g. for coupled bit-line precharging, equalising or isolating
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
- G11C11/34—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
- G11C11/40—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
- G11C11/401—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
- G11C11/4063—Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing
- G11C11/407—Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing for memory cells of the field-effect type
- G11C11/409—Read-write [R-W] circuits
- G11C11/4094—Bit-line management or control circuits
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C7/00—Arrangements for writing information into, or reading information out from, a digital store
- G11C7/12—Bit line control circuits, e.g. drivers, boosters, pull-up circuits, pull-down circuits, precharging circuits, equalising circuits, for bit lines
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C2207/00—Indexing scheme relating to arrangements for writing information into, or reading information out from, a digital store
- G11C2207/005—Transfer gates, i.e. gates coupling the sense amplifier output to data lines, I/O lines or global bit lines
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C2211/00—Indexing scheme relating to digital stores characterized by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C2211/401—Indexing scheme relating to cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
- G11C2211/4016—Memory devices with silicon-on-insulator cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Dram (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
Abstract
【課題】回路規模を増大させることなく、シリアルアクセスを行うときの消費電流を低減した半導体記憶装置を提供する。
【解決手段】半導体記憶装置は、ソースとドレインとの間に流れる電流によってデータが書き込まれるメモリセルMCと、メモリセルに接続されたワード線WLと、メモリセルのドレインに接続されたビット線BLと、読み出されたデータまたは書き込むべきデータをラッチするセンスアンプS/Aと、センスアンプからビット線を接続または切断する複数のトランスファゲートであって、ワード線のうち活性化されたワード線に接続された複数のメモリセルへ連続的にデータを書き込むシリアルアクセスの期間において、該複数のメモリセルに対応する複数のセンスアンプがデータをラッチした後に、複数のトランスファゲートが該複数のセンスアンプと該複数のセンスアンプに対応する複数のビット線とを接続するトランスファゲートTGL2、TGR2とを備えている。
【選択図】図1
【解決手段】半導体記憶装置は、ソースとドレインとの間に流れる電流によってデータが書き込まれるメモリセルMCと、メモリセルに接続されたワード線WLと、メモリセルのドレインに接続されたビット線BLと、読み出されたデータまたは書き込むべきデータをラッチするセンスアンプS/Aと、センスアンプからビット線を接続または切断する複数のトランスファゲートであって、ワード線のうち活性化されたワード線に接続された複数のメモリセルへ連続的にデータを書き込むシリアルアクセスの期間において、該複数のメモリセルに対応する複数のセンスアンプがデータをラッチした後に、複数のトランスファゲートが該複数のセンスアンプと該複数のセンスアンプに対応する複数のビット線とを接続するトランスファゲートTGL2、TGR2とを備えている。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体記憶装置に係り、例えば、ソースとドレインとの間に電流を流すことによってデータが書き込まれる半導体記憶装置に関する。
近年、DRAM(Dynamic Random Access Memory)に代わるメモリと期待されている半導体記憶装置として、FBC(Floating Body Cell)メモリ、MRAM (Magnetic Random Access Memory)、PRAM (Phase Change Random Access Memory)などがある。DRAMは、データ書込み時にメモリセルに電流を流さないが、FBCメモリ、MRAMおよびPRAMは、メモリセルに電流を流すことによってデータを書き込む。例えば、FBCメモリは、SOI(Silicon On Insulator)基板上にフローティングボディ(以下、ボディともいう)を備えたFET(Field Effect Transistor)を形成し、このボディに電流を流す。これによって、FBCメモリは、ボディに蓄積される多数キャリアの数を制御し、多数キャリアの数の多少によってデータ“1”またはデータ“0”を記憶する。
このようにFBCは、データ書込み時に電流を消費する。従来のFBCメモリでは、バーストモードなどのシリアルアクセスを行う場合に、そのシリアルアクセスを行っている期間中、センスアンプは、ラッチデータに基づいて書込みバイアスをメモリセルに印加し続ける。このため、従来のFBCメモリでは、消費電流が大きいという問題があった。
この問題に対処するために、データ書込み時に選択されたカラムのビット線のみをセンスアンプに接続し、このビット線に接続された選択メモリセルのみに電流を流すという方式がある。しかし、この方式では、選択ビット線のみをセンスアンプに接続するために追加の回路が必要となるため、センスアンプの回路規模が大きくなるという問題が生じる(特許文献1参照)。
特開2005−332495号公報
センスアンプの回路規模を増大させることなく、データ書込みまたはデータ書戻し時にシリアルアクセスを行うときの消費電流を低減した半導体記憶装置を提供する。
本発明に係る実施形態に従った半導体記憶装置は、ゲート、ソースおよびドレインを有し、前記ソースと前記ドレインとの間に流れる電流によってデータが書き込まれる複数のメモリセルと、前記メモリセルのゲートに接続された複数のワード線と、前記メモリセルのドレインに接続された複数のビット線と、前記ビット線を介して前記メモリセルのデータを検出し、前記ビット線を介して前記メモリセルへデータを書き込み、並びに、読み出されたデータまたは書き込むべきデータをラッチする複数のセンスアンプと、前記センスアンプから前記ビット線を接続または切断する複数のトランスファゲートであって、前記ワード線のうち活性化されたワード線に接続された複数の前記メモリセルへ連続的にデータを書き込むシリアルアクセスの期間において、該複数のメモリセルに対応する複数の前記センスアンプがデータをラッチした後に、前記複数のトランスファゲートが該複数のセンスアンプと該複数のセンスアンプに対応する複数の前記ビット線とを接続するトランスファゲートとを備えている。
本発明による半導体記憶装置は、センスアンプの回路規模を増大させることなく、データ書込みまたはデータ書戻し時にシリアルアクセスを行うときの消費電流を低減することができる。
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
(第1の実施形態)
図1は、本発明に係る実施形態に従ったFBCメモリ装置の構成を示すブロック図である。FBCメモリ装置は、センスアンプS/Aと、センスアンプS/Aの両側に設けられたメモリセルアレイMCAL,MCARとを備えている。ロウデコーダRDがメモリセルアレイMCAのワード線を選択し、カラムデコーダCDがメモリセルアレイMCAのビット線を選択する。ロウアドレスバッファRABは外部からロウアドレスを受け取り、これを一時的に格納し、ロウデコーダRDへ出力する。カラムアドレスバッファCABは外部からカラムアドレスを受け取り、これを一時的に格納し、カラムデコーダCDへ出力する。DQバッファDQBは、センスアンプSAと入出力部との間に接続されている。DQバッファDQBは、センスアンプSAからの読出しデータを入出力データI/Oとして外部へ出力するために一時的に格納し、あるいは、外部からの書込みデータをセンスアンプSAへ送るために一時的に格納する。センスアンプコントローラSACは、センスアンプS/Aを制御する。メモリコントローラMCは、外部からのコマンド信号を受けてFBCメモリ装置内の各部を制御する。
図1は、本発明に係る実施形態に従ったFBCメモリ装置の構成を示すブロック図である。FBCメモリ装置は、センスアンプS/Aと、センスアンプS/Aの両側に設けられたメモリセルアレイMCAL,MCARとを備えている。ロウデコーダRDがメモリセルアレイMCAのワード線を選択し、カラムデコーダCDがメモリセルアレイMCAのビット線を選択する。ロウアドレスバッファRABは外部からロウアドレスを受け取り、これを一時的に格納し、ロウデコーダRDへ出力する。カラムアドレスバッファCABは外部からカラムアドレスを受け取り、これを一時的に格納し、カラムデコーダCDへ出力する。DQバッファDQBは、センスアンプSAと入出力部との間に接続されている。DQバッファDQBは、センスアンプSAからの読出しデータを入出力データI/Oとして外部へ出力するために一時的に格納し、あるいは、外部からの書込みデータをセンスアンプSAへ送るために一時的に格納する。センスアンプコントローラSACは、センスアンプS/Aを制御する。メモリコントローラMCは、外部からのコマンド信号を受けてFBCメモリ装置内の各部を制御する。
本実施形態によるFBCメモリ装置は、センスアンプコントローラSACとメモリセルコントローラMCとの間にバースト長カウンタBLCをさらに備えている。バースト長カウンタBLCは、バーストモードにおけるカラムへのアクセス回数をカウントするように構成されている。ここで、バーストモードは、或るカラムアドレスを指定することによって、そのアドレスから連続した複数のカラムアドレスにアクセスし、データをシリアルに読み出し/書き込むモードである。バーストモードにおいて、活性化されたワード線に接続された複数のメモリセル(複数のカラム)へ連続的にアクセスすることをシリアルアクセスという。バースト長は、或るバーストモードにおいて、センスアンプS/Aへ連続して書き込むデータの数、あるいは、センスアンプS/Aから連続して読み出すデータの数である。
バースト長カウンタBLCは、アクセス回数が予め設定されたバースト長に等しくなった場合に、第1の信号としての最終カラム信号LASTCOLを活性化させる。換言すると、バースト長カウンタBLCは、連続するカラムに対応するセンスアンプS/Aへ連続してデータを書き込んだ回数、あるいは、センスアンプS/Aから連続してデータを読み出した回数がバースト長に等しくなった場合に、最終カラム信号LASTCOLを活性化させる。
最終カラム信号LASTCOLが不活性であるときには、データは、選択されたカラムに対応するセンスアンプS/Aにラッチされる。このとき、選択されたカラムのビット線は、未だセンスアンプS/Aから切断されている。アクセス回数がバースト長になるまで、ビット線はセンスアンプS/Aから切断されており、かつ、センスアンプS/Aは、データをラッチした状態を維持する。
最終カラム信号LASTCOLが活性になると、バースト長カウンタBLCは、センスアンプコントローラSACを制御し、シリアルアクセスによって選択されたカラムに対応する複数のビット線を含むビット線を、それらに対応する複数のセンスアンプS/Aに接続する。これにより、シリアルアクセスによってラッチされたデータを含むデータを、これらのカラムに対応する複数のメモリセルへ書き込む、あるいは、書き戻すことができる。
ANDゲートG10は、バースト開始信号BSTおよびクロック信号CLKを入力し、これらの信号の論理積をバーストクロックBCLKとして出力する。バーストモードが開始するとバースト開始信号BSTが立ち上がり、ANDゲートG10は、クロック信号CLKをバーストクロックBCLKとしてバースト長カウンタBLCへ通過させる。バースト長カウンタBLCは、或るバーストモードでのバーストクロックBCLKをカウントすることによって、シリアルアクセスの回数を知ることができる。バースト長カウンタBLCの構成については、図5を参照して後で詳細に説明する。
尚、活性化とは素子または回路をオンまたは駆動させることを意味し、不活性化とは素子または回路をオフまたは停止させることを意味する。従って、HIGH(高電位レベル)の信号が活性化信号である場合もあり、LOW(低電位レベル)の信号が活性化信号である場合もあることに注意されたい。例えば、NMOSトランジスタは、ゲートをHIGHにすることによって活性化する。一方、PMOSトランジスタは、ゲートをLOWにすることによって活性化する。
図2は、メモリセルアレイMCAL、MCARの内部構成を示す回路図である。FBCメモリ装置は、メモリセルMCと、第1のダミーセルDC0と、第2のダミーセルDC1と、ワード線WLLi、WLRi(iは整数)(以下、WLともいう)と、ダミーワード線DWLL,DWLR(以下、DWLともいう)と、ビット線BLLi、BLRi(以下、BLともいう)と、センスアンプS/Ai(以下、S/Aともいう)と、イコライジング線EQLL,EQLR(以下、EQLともいう)と、イコライジングトランジスタTEQL、TEQR(以下、TEQともいう)と、平均化線AVGL、AVGR(以下、AVGともいう)と、平均化トランジスタTAVL、TAVR(以下、TAVともいう)とを備えている。
メモリセルMCは、マトリクス状に配列され、メモリセルアレイMCAL、MCAR(以下、MCAともいう)を構成している。ワード線WLは、ロウ(row)方向に延伸し、メモリセルMCのゲートに接続されている。ワード線WLは、センスアンプS/Aの左右に256本ずつ設けられており、図2では、WLL0〜WLL255およびWLR0〜WLR255で示されている。ビット線BLは、カラム方向に延伸し、メモリセルMCのソースまたはドレインに接続されている。ビット線BLは、センスアンプS/Aの左右に1024本ずつ設けられている。図2では、BLL0〜BLL1023およびBLR0〜BLR1023で示されている。ワード線WLとビット線BLとは、互いに直交しており、その各交点にメモリセルMCが設けられている。これは、クロスポイント型セルと呼ばれている。尚、ロウ方向とカラム方向とは互いに入れ替えても差し支えない。
データの読出し/書込み動作に先立って、ダミーセルDC0およびDC1は互いに逆極性のデータ“0”およびデータ“1”をそれぞれ記憶する。ダミーセルDC0およびDC1へのデータ書込みは、通常、電源投入直後に行われる。極性とは、データの論理値“0”または“1”を示す。ダミーセルDC0およびDC1は、メモリセルMCのデータを検出するときに基準電位Vrefを生成するために用いられる。基準電位Vrefは、データ“0”の検出電位とデータ“1”の検出電位とのほぼ中間の電位である。センスアンプS/A内のカレントミラー回路(図4参照)がビット線BLを介して電流をメモリセルMCへ流す。これにより、メモリセルMCのデータがセンスアンプS/A内のセンスノードに伝達される。センスアンプS/A内のセンスノード電位が基準電位Vrefよりも高いか、低いかによって、センスアンプS/Aはデータの論理値“0”または“1”を識別する。
ダミーセルDC0およびダミーセルDC1は、ワード線WLの延伸する方向(ロウ方向)に向かって交互に配列されている。ダミーセルDC0およびダミーセルDC1は同数設けられている。
ダミーワード線DWLは、ロウ方向に延伸し、ダミーセルDCのゲートに接続されている。ダミーワード線DWLは、センスアンプS/Aの左右に1本ずつ設けられており、図2では、DWLLおよびDWLRで示されている。
イコライジング線EQLは、イコライジングトランジスタTEQのゲートに接続されている。イコライジングトランジスタTEQは、ビット線BLとグランドとの間に接続されている。イコライジングでは、ビット線BLをグランドに接続することによって各ビット線BLの電位を接地電位に等しくする。
平均化線AVGは、平均化トランジスタTAVのゲートに接続されている。平均化トランジスタTAVは隣り合う2つのビット線BL間に接続され、互いに直列に接続されている。平均化トランジスタTAVは、データの読出し時にダミーセルDC0およびダミーセルDC1をそれぞれ同数短絡させることによって、ダミーセルDC0およびDC1に流れる電流を平均化し、基準電位Vrefを生成する。基準電位Vrefを用いることによって、カレントミラー回路がデータ“1”の電流とデータ“0”の電流との間の中間電流を精度良く生成することができる。
図3は、メモリセルMCおよびダミーセルDCの構造を示す断面図である。尚、ダミーセルDCは、メモリセルMCと同様の構成を有する。メモリセルMCは、支持基板10、BOX層20およびSOI層30を含むSOI基板上に設けられている。SOI層30内に、ソース60およびドレイン40が設けられている。フローティングボディ50は、ソース60とドレイン40との間のSOI層30に形成される。ボディ50は、ソース60およびドレイン40とは逆導電型の半導体である。本実施形態では、メモリセルMCはN型FETである。ボディ50は、ソース60、ドレイン40、BOX層20、ゲート絶縁膜70およびSTI(Shallow Trench Isolation)(図示せず)によって、その一部または全部が囲まれることによって電気的に浮遊状態である。FBCメモリは、ボディ50内の多数キャリアの数によってデータを記憶することができる。
例えば、メモリセルMCがN型MISFETであるとする。また、ボディ50に蓄積されたホールが多い状態をデータ“1”とし、ホールが少ない状態をデータ“0”と定義する。
データ“1”をメモリセルMCに書き込むためには、メモリセルMCを飽和状態で動作させる。例えば、ワード線WLを1.5Vにバイアスし、ビット線BLを1.5Vにバイアスする。ソースはグランドGND(0V)である。これにより、ドレイン近傍においてインパクトイオン化が生じ、電子−ホール対が大量に発生する。インパクトイオン化により生じた電子は、ドレインに流れ、ホールはポテンシャルの低いボディに蓄えられる。インパクトイオン化でホールが発生するときに流れる電流と、ボディ−ソース間のpn接合におけるフォワード電流が釣り合ったときに、ボディ電圧は平衡状態に達する。このボディ電圧は、約0.7Vである。
データ“0”を書き込むときには、ビット線BLを負の電圧に低下させる。例えば、ビット線BLの電位を−1.5Vに低下させる。この動作により、ボディ50−ドレイン40間のpn接合が大きく順方向にバイアスされる。ボディ50に蓄積されていたホールはドレイン40へ排出され、データ“0”がメモリセルMCに記憶される。
データの読出し動作では、ワード線WLをデータ書込み時と同様に活性にするが、ビット線BLをデータ“1”の書込み時と比べて低く設定する。例えば、ワード線WLを1.5Vとし、ビット線BLを0.2Vにする。メモリセルMCを線形領域で動作させる。データ“0”を記憶するメモリセルMCとデータ“1”を記憶するメモリセルMCとは、ボディ50に蓄積されたホール数の違いにより、メモリセルMCの閾値電圧において相違する。この閾値電圧の差を検知することによって、データ“1”とデータ“0”とを識別する。読み出し時にビット線BLを低電圧にする理由は、ビット線BLの電圧を高くしてメモリセルMCを飽和状態にバイアスしてしまうと、データ“0”を読み出す場合にインパクトイオン化によりデータ“0”がデータ“1”に変化してしまう危険性があるからである。
図4は、センスアンプS/Ai(以下、S/Aともいう)の構成を示す回路図である。センスアンプS/Aは、左右に設けられた1本ずつのビット線BLLiおよびBLRi(以下、BLともいう)に接続されており、各ビット線対BLLiおよびBLRiに対応して設けられている。このように本実施形態では、オープンビット線構成を採用している。よって、データ読出し時には、ビット線対BLLiおよびビット線対BLRiのうち一方がデータを伝達し、他方が基準電位を伝達する。
センスアンプS/Aは、一対のセンスノードSNLi(以下、SNLともいう)およびSNRi(以下、SNRともいう)を含む。センスノードSNLは、トランスファゲートTGL1を介してビット線BLLiに接続され、トランスファゲートTGR2を介してビット線BLRiに接続されている。センスノードSNRは、トランスファゲートTGL2を介してビット線BLLに接続され、トランスファゲートTGR1を介してビット線BLRに接続されている。
トランスファゲートTGL1およびTGR1は、信号Φtによってオン/オフ制御される。トランスファゲートTGL2は、信号FBLおよびBFBLによってオン/オフ制御される。トランスファゲートTGR2は、信号FBRおよびBFBRによってオン/オフ制御される。
例えば、データ読出し動作では、センスアンプS/Aは、メモリセルMCのデータを読み出し、DQバッファDQBを介してこのデータを外部へ出力するとともに、このデータをメモリセルMCへ書き戻す。ビット線BLL上のデータ“1”を読み出す場合、N型メモリセルMCの閾値電圧は基準電位より低くなるので、センスノードSNLの電位はセンスノードSNRの電位よりも低くなる。一方、データ“1”をメモリセルMCへ書き戻すためには、ビット線BLLへ高電位を与えなければならない。そこで、トランスファゲートTGL2をオンさせることによって、高電位であるセンスノードSNRをビット線BLLに接続する。
センスアンプS/Aは、クロスカップル型ダイナミックラッチ回路(以下、ラッチ回路という)RC1およびRC2を含む。ラッチ回路RC1は、センスノードSNLとSNRとの間に直列に接続された2つのp型トランジスタTP1およびTP2からなる。トランジスタTP1のゲートはセンスノードSNRに接続され、トランジスタTP2のゲートはセンスノードSNLに接続されている。即ち、トランジスタTP1およびTP2の各ゲートは、センスノードSNLおよびSNRに対してクロスカップリングされている。ラッチ回路RC2は、センスノードSNLとSNRとの間に直列に接続された2つのn型トランジスタTN1およびTN2からなる。トランジスタTN1のゲートはセンスノードSNRに接続され、トランジスタTN2のゲートはセンスノードSNLに接続されている。即ち、トランジスタTN1およびTN2の各ゲートも、センスノードSNLおよびSNRに対してクロスカップリングされている。ラッチ回路RC1およびRC2は、信号SAPおよびBSANの活性化によってそれぞれ駆動される。
センスアンプS/Aは、p型トランジスタTP3〜TP8をさらに含む。トランジスタTP3〜TP8は、カレントミラー型電流負荷回路を構成し、センスノードSNLとSNRとに等しい電流を流すように構成されている。トランジスタTP3およびTP4は、負荷信号BLOADONによって制御され、電源VBLHと上記カレントミラーとの間をスイッチングするスイッチング素子として機能する。ここで、VBLHは、データ“1”をメモリセルMCに書き込むときにビット線BLに与える高電位を示す。トランジスタTP7およびTP8は、それぞれ信号CMLおよびCMRによって制御され、トランジスタTP5およびTP6のゲートをそれぞれセンスノードSNLおよびSNRに接続する。これにより、トランジスタTP5およびTP6は、基準電位に基づく電流をセンスノードSNLとSNRとに等しく流すことができる。
n型トランジスタTN3は、センスノードSNLとSNRとの間に接続されており、信号SHORTによって制御される。トランジスタTN3は、読出し/書込み動作前にセンスノードSNLおよびSNRとを短絡することによってセンスノードSNLおよびSNRをイコライジングする。
n型トランジスタTN4は、DQ線とセンスノードSNLとの間に接続され、n型トランジスタTN5はBDQ線とセンスノードSNRとの間に接続されている。トランジスタTN4およびTN5の各ゲートは、カラム選択線CSLi(以下、CSLともいう)に接続されている。DQ線およびBDQ線は、DQバッファDQBに接続されている。DQバッファDQBは、図1で説明したとおり、I/Oパッドと接続されており、データの読出し時にはメモリセルMCからのデータを外部へ出力するために一時的に格納し、また、データの書込み時には外部からのデータをセンスアンプS/Aへ伝達するために一時的に格納する。従って、カラム選択線CSLは、外部へデータを読み出し、あるいは、外部からデータを書き込むときに活性化され、センスノードSNLおよびSNRがDQバッファに接続することを可能とする。リフレッシュ時には、カラム選択線CSLは非活性状態を維持する。
図5および図6は、バースト長カウンタBLCの内部構成を示す回路図である。図5に示す加算回路ACがバーストクロック信号BCLKの立ち上がり回数をカウントする。加算回路ACは、図8に示す半加算器HAを複数個連結させることによって構成されている。加算回路ACは、各半加算器HAからのキャリーCk(k=2,4,6,16,32,64)を信号ACTiとして出力する。パワーオンリセット信号BPRSTは、電源投入当初においては低レベル(LOW)であり、全ての半加算器HAおよびキャリーCiを低レベルに初期化する。電源投入後しばらくすると、パワーオンリセット信号BPRSTは高レベル(HIGH)となり、半加算器HA内のラッチ機能を活性状態にする。
図6に示すゲート回路GCは、加算回路ACからの信号ACTiを用いて最終カラム信号LASTCOLを出力するように構成されている。ゲート回路GCはバースト長を設定する機能を有する。
ANDゲートからなるゲート群GG1は、信号ACTiを入力し、信号BLj(j=4,8,16,32,64)を出力する。信号ACTiと信号BLjとの関係は、次の通りである。ACT2およびACT4が1(高レベル)である場合、BL4が1(高レベル)になる。ACT2〜ACT8が1(高レベル)である場合、BL4およびBL8が1(高レベル)になる。ACT2〜ACT16が1(高レベル)である場合、BL4〜BL16が1(高レベル)になる。ACT2〜ACT32が1(高レベル)である場合、BL4〜BL32が1(高レベル)になる。ACT2〜ACT64が1(高レベル)である場合、BL4〜BL64が1(高レベル)になる。
ANDゲートからなるゲート群GG2は、信号BLjと信号BLjSELとを入力して、それらの論理積を出力する。信号BLjSELは、フューズfjによって生成される信号である。フューズfjの構成は、図7に示されている。ノードNfは、高抵抗素子を介して電源VBLHに接続されており、光学フューズを介して接地されている。光学フューズの抵抗は、高抵抗素子のそれよりも非常に低い。このため、フューズfjをブロウする前には、信号BLjSELは低レベルである。一方、フューズfjをブロウすると、信号BLjSELは高レベルになる。信号BLjSELが高レベルになることによって、それぞれに対応する信号BLjが有効となる。例えば、フューズF16をブロウした場合、信号BL16SELが高レベルとなり、その他のBLjSELは低レベルのままである。従って、信号BL16が有効となり、信号BL4、BL8、BL32およびBL64は無効となる。これは、バースト長を“16(4ビット)”に設定したことを意味する。この場合、カラムアクセス数が16未満のときには、ゲート群GG2は、いずれも低レベルを出力している。カラムアクセス数が16に達すると、ゲート群GG2のうち、信号BL16を入力するANDゲートのみが高レベル信号を出力する。これにより、ORゲートG20が高レベル信号を出力し、ANDゲートG30が信号BCLKを有効にする。このとき、ゲートG30から出力される信号BCLKが最終カラム信号LASTCOLとなる。
図5および図6に示すバースト長カウンタBLCは、バースト長を“2(1ビット)〜64(6ビット)”まで設定可能である。しかし、図5に示す半加算器HAの個数を増加させ、かつ、それに伴い図6に示すゲート群GG1、GG2内のゲート数およびフューズ数を増加させることによって、バースト長は、128(7ビット)以上に設定可能である。
図8は、半加算器HAの内部構成を示す図である。NANDゲートG40は、電源投入後、パワーオンリセット信号BPRSTが高レベルとなった後、インバータとして機能する。半加算器HAは、前段の半加算器からのキャリーCi−1が高レベルになるときには動作しない。半加算器HAは、キャリーCi−1が低レベルになったときにキャリーCiを立ち上げまたは立ち下げる。キャリーバーBCiは、キャリーCiの反転信号である。
図9は、第1の実施形態によるFBCメモリ装置のデータ書込み時の動作を示すタイミング図である。本実施形態では、4つのカラム0〜3のセンスアンプS/A0〜S/A3に対してバーストモードで連続的にデータを書き込む。従って、バースト長の設定は、“4(2ビット)”であるので、図6のフューズF4のみがブロウされる。バースト長の設定は、FBCメモリ装置の製造時に予め行われる。図7に示したフューズによるプログラム方式に代えて、不揮発性メモリまたは揮発性メモリによるプログラム方式を採用してもよい。これにより、バースト長の設定は、FBCメモリ装置を製品へ組み込むとき、あるいは、そのような製品の使用前に設定することができる。
データ書込み動作では、メモリセルMCのデータをセンスアンプS/Aへ読み出し、そのデータをDQバッファDQBからの書込みデータに更新し、さらに、センスアンプS/Aからこの書込みデータをメモリセルMCへ書き込む。本実施形態において、ワード線WLL0が活性化されるものと仮定している。センスアンプS/Aは、ビット線BLLを介して書込みデータをメモリセルMCへ書き込むものとする。
まず、ロウアクティブ信号BRASが活性(LOW)になることによって、プリチャージが終了し、ワード線WLLおよびダミーワード線DWLRの選択が可能になる。t1において、信号EQLLおよびEQLRをLOWにすることによって、図2に示すイコライジングトランジスタTEQL、TEQRを閉じる。これにより、グランド(VSL)に短絡していたビット線BLLiおよびBLRiを全て高インピーダンス状態にする。これと同時に、信号SHORTをLOWにすることによってセンスノード対SNLiとSNRiとの間を切断する。さらに、t1において、信号AVGLをLOWに立ち下げることによって、図2に示す平均化トランジスタTAVLをオフ状態にする。これにより、メモリセルアレイMCAL内のビット線BLLiが相互に分離される。一方、信号AVGRはHIGHを維持しているので平均化トランジスタTAVRはオン状態である。これにより、メモリセルアレイMCAR内のビット線BLRiは接続されたままである。
信号CMLを高レベルにすることによって、トランジスタTP7がオフする。信号CMRを低レベルのままとすることによって、センスノードSNRiとトランジスタTP6のゲートとの接続を維持する。
t1において、信号FBL、FBRはLOWである。よって、トランスファゲートTGL2、TGR2がオフになっている。ビット線BLLiとセンスノードSNRiとは切断され、ビット線BLRiとセンスノードSNLiも切断される。しかし、信号ΦtはHIGHであるので、ビット線BLLiおよびセンスノードSNLiは接続を維持し、ビット線BLRiおよびセンスノードSNRiも接続を維持する。
信号BLOADONがLOWであるので、カレントミラーが電源VBLHからセンスノードSNRi、SNRiおよびビット線BLLi、BLRiを経由してメモリセルMCおよびダミーセルDCへ等しい電流を流す。この電流によって、センスノード対SNLiとSNRiとの間に電位差(信号差)が現れる。
その信号の電位がある一定値を超えたとき(t2)に、信号ΦtをLOWにする。これにより、ビット線BLLi、BLRiとセンスノードSNLi、SNRiとが切断される。
t2において、信号SAPおよびBSANが活性化される。これにより、ラッチ回路RC1およびRC2は、センスノードSNLiおよびSNRiに伝達された信号を増幅し、この増幅された信号をセンスノードSNLiおよびSNRiにラッチする。このように、データの読出しは、カラム0〜3について同時に実行される。
t3において、ラッチの終了直後、カラム0においてカラム選択線CSL0が活性化される。これにより、t3〜t4において、書込みデータがセンスアンプS/A0へ伝達され、センスアンプS/A0内にラッチされていたデータを更新する。例えば、カラム0では、選択メモリセルMCはデータ“0”を格納しており、書込みデータが“1”である。従って、t3〜t4において、センスノードSNL0の信号レベルおよびセンスノードSNR0の信号レベルが逆転している。センスアンプS/A0が書込みデータをラッチした後に、t4において、カラム選択線CSL0が不活性になる。
t4〜t5においてはカラム1が選択され、t3〜t4におけるカラム0と同様に、センスアンプS/A1が書込みデータをラッチする。t5〜t6においてはカラム2が選択され、センスアンプS/A2が書込みデータをラッチする。さらに、t6〜t8においてはカラム3が選択され、センスアンプS/A3が書込みデータをラッチする。
ここで、カラム3が選択されるまで、信号FBLおよびBFBLは、不活性状態を維持している点に注目されたい。信号FBLおよびBFBLが不活性状態を維持している期間の間、センスアンプS/A0〜S/A3は、それぞれビット線BLL0〜BLL3と接続されず、書込みデータをラッチした状態を維持する。
t7〜t8において、信号FBLおよびBFBLが活性化されている。これにより、センスアンプS/A0〜S/A3は、それらに対応するビット線BLと接続され、書込みデータをメモリセルMCへ書き込む。
図1のバースト長カウンタBLCからの最終カラム信号LASTCOLが活性化されることによって、センスアンプコントローラSACは信号FBLおよびBFBLを活性化する。
従来のFBCメモリ装置では、バーストモードにおいて、カラム0の選択時(t3)からカラム3の選択時(t8)まで信号FBLおよびBFBLを活性化していた。この場合、全カラムにおいて、t3〜t8の期間の間、センスアンプS/Aからビット線へ電流が流れ続けている。
一方、本実施形態では、カラム3が選択された直後のt7〜t8においてのみ、信号FBLおよびBFBLが活性化される。即ち、センスアンプS/A0〜S/A3が書込みデータを保持した後に、トランスファゲートTGL2がセンスアンプS/A0〜S/A3とビット線BLL0〜BLL3とをそれぞれ接続する。よって、データの書込みに用いられるバイアス電流は、t7〜t8の期間においてのみ、全カラムのセンスアンプからビット線へ流せば足りる。その結果、本実施形態によれば、バーストモードにおけるデータ書込み時の消費電流を低減することができる。
図10は、バーストモードにおけるバースト長カウンタBLCの動作を示すタイミング図である。図10を参照して、カラム0〜3へのシリアルアクセスの回数をカウントする手法について説明する。クロック信号CLKは、FBCメモリ装置のアクセス動作のタイミングを決定する。バーストモードでは、バースト開始信号BSTが活性化される。バースト開始信号BSTが活性化されると、図1のANDゲートG10はクロック信号CLKをクロックBKLCとしてバースト長カウンタBLCへ送る。バースト長カウンタBLCは、クロック信号BCLKのパルス数をカウントする。本実施形態では、バースト長は、“4(2ビット)”であるので、バースト長カウンタBLCは、クロック信号BCLKの4つ目のパルスをカウントしたときに、最終カラム信号LASTCOLを活性化する。
最終カラム信号LASTCOLが活性化されると、センスアンプコントローラSACがセンスアンプS/Aを制御して信号FBL、BFBLを活性化させる。これにより、図4のトランスファゲートTGL2が全カラムのビット線をそれらに対応するセンスノードに接続する。このときに、センスノードにラッチされていたデータは、ビット線に接続されたメモリセルMCへ書き込まれる。
尚、最終カラム信号LASTCOLが活性化されてから、信号FBL、BFBLが活性化されるまでの期間は、バースト長カウンタBLCとセンスアンプコントローラSACとの間に遅延回路を設けることで変更可能である。これにより、カラム3におけるデータ書込みと同時にトランスファゲートTGL2をオン状態にすることができる。その結果、無駄なパワーを消費することなく、カラム0〜カラム3のメモリセルMCにデータを同時に書き込むことができる。
このように、本実施形態では、バーストモードにおいて、センスアンプのトランスファゲートTGL2は、センスノードとビット線とを非常に短時間だけ接続するに過ぎない。よって、本実施形態によるFBCメモリ装置は、バーストモードにおけるデータ書込み時の消費電流を低減することができる。また、本実施形態では、選択ビット線をセンスアンプに接続するための回路が不要であるので、センスアンプS/Aの回路規模の増大を抑制することができる。
本実施形態では、図6に示すフューズおよびゲート群GG2を用いることによってバースト長をプログラムすることができる。バースト長が既知の製品においては、フューズおよびゲート群GG2のゲート数を省略することによって、バースト長を固定してもよい。この場合、ゲート群GG1のゲート数によってバースト長は決定される。
このバースト長のプログラム方式は、不揮発性あるいは揮発性の記憶素子を用いてもよい。この場合、FBCメモリ装置を製品へ組み込むとき、あるいは、メモリの電源を投入した直後製品の使用前に、この不揮発性の記憶素子に所望のバースト長を記憶させてもよい。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、シリアルアクセスの回数が所定値に達したときにトランスファゲートTGL2を活性化させていた。第2の実施形態は、バーストモードでのシリアルアクセスの回数によらず、センスアンプS/Aへのデータの書込みが終了した時点でトランスファゲートTGL2を活性化させる。データの書込みが終了した時点は、第2の信号としての信号BRASが不活性になった時点である。センスアンプコントローラSACは、信号BRASが不活性になったときに信号FBL、BFBLを活性化すればよい。従って、第2の実施形態によるFBCメモリ装置は、図1のバースト長カウンタBLCおよびゲートG10は不要である。
第1の実施形態では、シリアルアクセスの回数が所定値に達したときにトランスファゲートTGL2を活性化させていた。第2の実施形態は、バーストモードでのシリアルアクセスの回数によらず、センスアンプS/Aへのデータの書込みが終了した時点でトランスファゲートTGL2を活性化させる。データの書込みが終了した時点は、第2の信号としての信号BRASが不活性になった時点である。センスアンプコントローラSACは、信号BRASが不活性になったときに信号FBL、BFBLを活性化すればよい。従って、第2の実施形態によるFBCメモリ装置は、図1のバースト長カウンタBLCおよびゲートG10は不要である。
図11は、第2の実施形態によるFBCメモリ装置のデータ書込み時の動作を示すタイミング図である。第2の実施形態では、信号BRASが不活性になったときに信号FBL、BFBLを活性化するので、バースト長は任意でよい。さらに、バースト長は、読出し/書込み動作のサイクルごとに変更してもよい。信号BRASの不活性化は、データの読出し/書込みが終了し、プリチャージ状態になることを意味する。
第2の実施形態におけるt1〜t6の動作は、第1の実施形態におけるt1〜t6の動作と同様でよい。次に、t17において最後のカラム3のセンスアンプS/A3が書込みデータをラッチした後に、ロウアドレス信号BRASが不活性化される。
t18において、ロウアドレス信号BRASの不活性化に伴い、信号FBL、BFBLが活性化される。これにより、バーストモードにおいて、全カラムのセンスアンプのトランスファゲートTGL2は、全カラムのセンスノードと全カラムのビット線とをそれぞれ同時に接続することができる。よって、第2の実施形態は、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第2の実施形態では、バースト長カウンタBLCおよびゲートG10が不要となるので、FBCメモリ装置全体のサイズを小さくすることができる。
尚、信号BRASの不活性化後、信号FBL、BFBLが活性化されるまでの期間は、遅延回路をメモリコントローラMCに設けることによって変更可能である。
第2の実施形態は、信号BRASの不活性化後、直ちにワード線WLL0を不活性化させず、メモリセルMCへのデータ書込みの終了後にワード線WLL0を不活性化させる装置に適用され得る。
(第3の実施形態)
図12は、本発明に係る第3の実施形態に従ったセンスアンプS/Aの回路図である。第3の実施形態によるセンスアンプS/Aiは、ラッチ回路RC1に代えて、PMOSトランジスタTP10〜TP13により構成された第1のラッチ回路RC10および第2のラッチ回路RC11を備え、ラッチ回路RC2に代えて、NMOSトランジスタTN10〜TN13により構成された第3のラッチ回路RC12および第4のラッチ回路RC13を備えている。第3の実施形態によるセンスアンプS/Aのその他の構成は、第1の実施形態によるセンスアンプS/Aの構成と同様でよい。
図12は、本発明に係る第3の実施形態に従ったセンスアンプS/Aの回路図である。第3の実施形態によるセンスアンプS/Aiは、ラッチ回路RC1に代えて、PMOSトランジスタTP10〜TP13により構成された第1のラッチ回路RC10および第2のラッチ回路RC11を備え、ラッチ回路RC2に代えて、NMOSトランジスタTN10〜TN13により構成された第3のラッチ回路RC12および第4のラッチ回路RC13を備えている。第3の実施形態によるセンスアンプS/Aのその他の構成は、第1の実施形態によるセンスアンプS/Aの構成と同様でよい。
トランジスタTP10およびTP11は、センスノードSNLとSNRとの間に直列に接続されている。トランジスタTP12およびTP13は、センスノードSNLとSNRとの間に直列に接続されている。トランジスタTP10およびTP12のゲートはセンスノードSNRに共通に接続されている。トランジスタTP11およびTP13のゲートはセンスノードSNLに共通に接続されている。即ち、トランジスタTP10、TP12およびトランジスタTP11、TP13の各ゲートは、センスノードSNLおよびSNRに対してクロスカップリングされている。
トランジスタTN10およびTN11は、センスノードSNLとSNRとの間に直列に接続されている。トランジスタTN12およびTN13は、センスノードSNLとSNRとの間に直列に接続されている。トランジスタTN10およびTN12のゲートはセンスノードSNRに共通に接続されている。トランジスタTN11およびTN13のゲートはセンスノードSNLに共通に接続されている。即ち、トランジスタTN10、TN12およびトランジスタTN11、TN13の各ゲートは、センスノードSNLおよびSNRに対してクロスカップリングされている。
トランジスタTP10とTP11との間のノードには、信号SAP_READが入力される。トランジスタTP12とTP13との間のノードには、信号SAP_WRITEが入力される。トランジスタTN10とTN11との間のノードには、信号BSAN_READが入力される。トランジスタTN12とTN13との間のノードには、信号BSAN_WRITEが入力される。
通常、センスノードにラッチされているデータ電圧は、ラッチ回路内のトランジスタによって電圧降下してメモリセルMCへ伝達される。ラッチされたデータの電圧降下を回避するためには、ラッチ回路内のトランジスタのサイズ(W/L)を大きくする必要がある。ラッチ回路内のトランジスタのサイズ(W/L)が大きいほど、そのトランジスタの電流駆動能力は大きくなる。しかし、一方で、ラッチ回路内のトランジスタのサイズ(W/L)が大きいと、メモリセルMCからの読出しデータをラッチする時間およびDQバッファからの書込みデータをラッチする時間が長くなる。これは、読出し/書込み動作のサイクルタイムを長期化させる。さらに、読出しデータのラッチ時間が長くなることは、メモリセルMCへの貫通電流が多くなることを意味する。ここで、WおよびLは、それぞれチャンネル幅およびチャンネル長を示す。
そこで、第3の実施形態では、センスアンプS/Aがデータをラッチするときには、ラッチ回路RC10(またはRC12)のみを用いる。ここで、センスアンプS/Aは、読出し動作ではメモリセルMCからのデータをラッチし、書込み動作ではDQバッファDQBからのデータをラッチする。これにより、データのラッチ時には、サイクルタイムを短縮することができ、尚且つ、貫通電流を低く抑えることができる。さらに、書込み動作においてセンスアンプS/Aは、データを高速でラッチすることができる。又、トランジスタTN4、TN5のサイズ(W/L)を小さくすることができる。センスアンプS/Aへの書込み速度が向上するので、FBCメモリ装置は高速バーストモードに対応することができる。
一方、センスアンプS/AがデータをメモリセルMCへ書き込むときには、ラッチ回路RC10およびRC11の両方(またはRC12およびRC13の両方)を用いる。これにより、メモリセルMCへのデータ書込み時に、センスアンプS/Aは、充分大きな電流駆動能力でデータをメモリセルMCへ書き込むことができ、尚且つ、サイクルタイムを短縮することができる。
尚、トランジスタTP10とTP11とのサイズは等しく、トランジスタTP12とTP13とのサイズも等しい。一方、トランジスタTP10、TP11とトランジスタTP12、TP13とのサイズは等しくてもよいが、異なっていても差し支えない。上記効果を高めるために、トランジスタTP12およびTP13のサイズ(W/L)は、トランジスタTP10およびTP11のサイズ(W/L)よりも大きいことが好ましい。また、トランジスタTN10とTN11とのサイズは等しく、トランジスタTN12とTN13とのサイズも等しい。一方、トランジスタTN10、TN11とトランジスタTN12、TN13とのサイズは等しくてもよいが、異なっていても差し支えない。上記効果を高めるために、トランジスタTN12およびTN13のサイズ(W/L)は、トランジスタTN10およびTN11のサイズ(W/L)よりも大きいことが好ましい。
図13は、第3の実施形態によるFBCメモリ装置のデータ書込み時の動作を示すタイミング図である。第3の実施形態では、バースト長は予め設定されている。
データをセンスアンプS/Aへ読み出すときには、信号SAP_READおよびBSAN_READを活性化する(t22)。これにより、ラッチ回路RC10およびRC12のみによって、データがラッチされる。t23〜t24において、DQバッファDQBからのデータをセンスアンプS/Aへ書き込むときには、ラッチ回路RC10およびRC12のみが、データをラッチする。これにより、センスアンプS/Aは、小さい消費電流で高速にデータを書き込むことができる。
t27において、センスアンプS/AからメモリセルMCへデータを書き込むときには、信号SAP_READおよびBSAN_READだけでなく、信号SAP_WRITEおよびBSAN_WRITEを活性化する。これにより、ラッチ回路RC10およびRC12だけでなく、ラッチ回路RC11およびRC13を介して、データが書き込まれる。これにより、センスアンプS/Aは、充分に大きな電流駆動能力でデータをメモリセルMCへ書き込むことができる。
第3の実施形態のその他の動作は、第1の実施形態のその他の動作と同様であるので、その説明を省略する。
尚、信号SAP_WRITEおよびBSAN_WRITEは、信号FBLおよびBFBLと同様に、最終カラム信号LASTCOLの活性化に基づいて動作させればよい。
(第4の実施形態)
第4の実施形態は、第2の実施形態と第3の実施形態との組合せである。第4の実施形態は、第2の実施形態と同様に、バーストモードでのシリアルアクセスの回数によらず、センスアンプS/Aへのデータの書込みが終了した時点(信号BRASが不活性された時点)でトランスファゲートTGL2を活性化させる。従って、第4の実施形態によるFBCメモリ装置は、バースト長カウンタBLCおよびゲートG10が不要である。第4の実施形態のその他の構成は、第3の実施形態の構成と同様でよい。信号SAP_WRITEおよびBSAN_WRITEは、信号FBLおよびBFBLと同様に、信号BRASが不活性になったときに活性化される。
第4の実施形態は、第2の実施形態と第3の実施形態との組合せである。第4の実施形態は、第2の実施形態と同様に、バーストモードでのシリアルアクセスの回数によらず、センスアンプS/Aへのデータの書込みが終了した時点(信号BRASが不活性された時点)でトランスファゲートTGL2を活性化させる。従って、第4の実施形態によるFBCメモリ装置は、バースト長カウンタBLCおよびゲートG10が不要である。第4の実施形態のその他の構成は、第3の実施形態の構成と同様でよい。信号SAP_WRITEおよびBSAN_WRITEは、信号FBLおよびBFBLと同様に、信号BRASが不活性になったときに活性化される。
図14は、第4の実施形態によるFBCメモリ装置のデータ書込み時の動作を示すタイミング図である。第4の実施形態では、信号BRASが不活性になったときに信号FBL、BFBLを活性化するので、バースト長は任意でよい。さらに、バースト長は、読出し/書込み動作のサイクルごとに変更してもよい。
第4の実施形態におけるt21〜t26の動作は、第3の実施形態におけるt21〜t26の動作と同様よい。次に、t37において最後のカラム3のセンスアンプS/A3が書込みデータをラッチした後に、ロウアドレス信号BRASが不活性化される。
t38において、ロウアドレス信号BRASの不活性化に伴い、信号FBL、BFBLおよび信号SAP_WRITE、BSAN_WRITEが活性化される。これにより、ラッチ回路内のトランジスタのサイズを変更することができるので、第4の実施形態は、第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第5の実施形態)
第1から第4の実施形態は、ダミーセルおよびカレントミラー回路を用いて基準電位およびそれぞれに基づく電流を生成していた。第5の実施形態は、ダミーセルおよびカレントミラー回路の無い実施形態である。基準電位は、メモリセルアレイの外部から供給される。
第1から第4の実施形態は、ダミーセルおよびカレントミラー回路を用いて基準電位およびそれぞれに基づく電流を生成していた。第5の実施形態は、ダミーセルおよびカレントミラー回路の無い実施形態である。基準電位は、メモリセルアレイの外部から供給される。
図15は、第5の実施形態によるメモリセルアレイMCAL、MCARの内部構成を示す回路図である。第5の実施形態では、平均化トランジスタTAVL、TAVR、信号線AVGL、AVGR、ダミーセルDC1、DC0が無く、基準トランジスタTREF、信号線VFEFが追加されている。第5の実施形態のその他の構成は、図2に示す第1の実施形態の構成と同様でよい。
信号線VREFは、メモリセルアレイの外部で生成された基準電位Vrefを伝播する。基準トランジスタTREFは、信号線VREFとビット線BLとの間に接続され、基準電位Vrefをビット線BLへ伝達することができる。
図16は、第5の実施形態によるセンスアンプS/Aの構成を示す回路図である。第5の実施形態は、センスアンプS/A内にカレントミラー回路が省略されている。第5の実施形態のその他の構成は、図4に示す第1の実施形態の構成と同様でよい。
第5の実施形態によるFBCメモリ装置の動作は、第1の実施形態のそれとほぼ同様である。ただし、第5の実施形態ではカレントミラー回路が無いので、信号BLOADONが無い。また、平均化トランジスタを動作させる信号AVGL、AVGRが無い。
第5の実施形態は、第2から第4の実施形態に容易に適用することができる。このとき、平均化トランジスタTAVL、TAVR、信号線AVGL、AVGR、ダミーセルDC1、DC0を省略し、基準トランジスタTREF、信号線VFEFを追加すればよい。
第5の実施形態は、第1から第4の実施形態のいずれかと組み合わせることによって、そのそれぞれの効果を得ることができる。さらに、第5の実施形態は、カレントミラー回路およびダミーセルDCを有さないので、メモリ装置のサイズを小さくすることができる。
(第6の実施形態)
第6の実施形態は、いわゆる、ツインセル(Twin Cell)方式を第1の実施形態に適用した実施形態である。ツインセル方式は、2セル/ビット方式とも呼ばれている。この方式は、ペアを成す2つのメモリMCに逆極性のデータを格納し、これにより1ビットデータを記憶する方式である。センスアンプS/Aは、互いに逆極性のデータの一方を基準とし、他方のデータを検出する。従って、ツインセル方式では、ダミーセルDC、基準電位線VREF、基準トランジスタTREFが不要である。本実施形態では、図17に示すように、データ“1”を格納するメモリセルMCとデータ“0”を格納するメモリセルMCとがセンスアンプS/Aの両側に設けられている。
第6の実施形態は、いわゆる、ツインセル(Twin Cell)方式を第1の実施形態に適用した実施形態である。ツインセル方式は、2セル/ビット方式とも呼ばれている。この方式は、ペアを成す2つのメモリMCに逆極性のデータを格納し、これにより1ビットデータを記憶する方式である。センスアンプS/Aは、互いに逆極性のデータの一方を基準とし、他方のデータを検出する。従って、ツインセル方式では、ダミーセルDC、基準電位線VREF、基準トランジスタTREFが不要である。本実施形態では、図17に示すように、データ“1”を格納するメモリセルMCとデータ“0”を格納するメモリセルMCとがセンスアンプS/Aの両側に設けられている。
第6の実施形態によるセンスアンプS/Aの構成は、図16に示す構成と同様であるので、その説明を省略する。ただし、図16の括弧で示すように、ツインセル方式では、ビット線およびセンスノードの呼び方を変更する。
図18は、第6の実施形態によるFBCメモリ装置の動作を示すタイミング図である。第6の実施形態では、読出し/書込み時に、互いに逆極性のデータを読み出すために、t41の直後にワード線WLL0、WLR0をともに立ち上げている。また、書込み時に、ビット線BLiおよびBBLiに互いに逆極性のデータを伝達する必要がある。従って、信号FBL、BFBLおよび信号FBR、BFBRがともにt47〜t48において活性化されている。
第6の実施形態は、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。第6の実施形態に示すツインセル方式をそのまま第2から第4の実施形態に適用することができる。従って、第6の実施形態は、第2から第4の実施形態のいずれかと組み合わせることによって、そのそれぞれの効果を得ることができる。
(第7の実施形態)
図19は、第7の実施形態によるFBCメモリの構成を示す回路図である。第7の実施形態は、ツインセル方式の他の実施形態であり、フォールデッドビット線タイプの実施形態である。フォールデッドビット線タイプの場合、破線円で示すように、ペアを成すメモリセルMCは、互いに隣接するように構成される。
図19は、第7の実施形態によるFBCメモリの構成を示す回路図である。第7の実施形態は、ツインセル方式の他の実施形態であり、フォールデッドビット線タイプの実施形態である。フォールデッドビット線タイプの場合、破線円で示すように、ペアを成すメモリセルMCは、互いに隣接するように構成される。
図20は、第7の実施形態によるセンスアンプS/Aiの構成を示す回路図である。フォールデッドビット線タイプの場合、トランスファゲートが左右2つずつ増える。トランスファゲートTGL10、TGR10は、センスノードSNとビット線BLLi、BLRiとの間にそれぞれ接続されている。トランスファゲートTGL11、TGR11は、センスノードBSNとビット線BBLLi、BBLRiとの間にそれぞれ接続されている。トランスファゲートTGL12、TGR12は、センスノードBSNとビット線BLLi、BLRiとの間にそれぞれ接続されている。トランスファゲートTGL13、TGR13は、センスノードSNとビット線BBLLi、BBLRiとの間にそれぞれ接続されている。ビット線BLLiおよびBBLLiの一方が他方の基準となり、ビット線BLRiおよびBBLRiの一方が他方の基準となる。
第7の実施形態では、ペアを成すメモリセルMCは、互いに隣接するように構成され得る。ペアを成すメモリセルMCの距離が近いと、それらの電気的特性が揃うので、データがより正確に読み出すことができる。第7の実施形態は、第1から第4の実施形態に適用することができる。従って、第7の実施形態は、第1から第4の実施形態のいずれかと組み合わせることによって、そのそれぞれの効果を得ることができる。
(第8の実施形態)
図21は、第8の実施形態によるFBCメモリ装置の構成を示す回路図である。第8の実施形態もまた、フォールデッドビット線タイプのメモリ装置である。しかし、センスアンプS/Aiが1つのビット線対(1カラム)ごとにメモリセルアレイの左右に交互に配置されている。この構成は、いわゆる、ダブルエンド型センスアンプと呼ばれている。
図21は、第8の実施形態によるFBCメモリ装置の構成を示す回路図である。第8の実施形態もまた、フォールデッドビット線タイプのメモリ装置である。しかし、センスアンプS/Aiが1つのビット線対(1カラム)ごとにメモリセルアレイの左右に交互に配置されている。この構成は、いわゆる、ダブルエンド型センスアンプと呼ばれている。
第8の実施形態では、隣接するセンスアンプの間の間隔が広いので、センスアンプ回路のレイアウトを設計しやすい。
上記実施形態は、データ書込み時の動作だけでなく、データ読出し時に実行されるセンスアンプS/AからメモリセルMCへの書戻し動作にも同様に適用することができる。尚、データの“書込み”は、データ書込み時における“書込み”だけでなく、データ読出し時における“書戻し”も含むものとする。
上記実施形態では、チャージポンピング現象に対する対策がバーストモードにおける最後のカラムの選択時に見かけ上行われている。これにより、データの読出し直後に行っていたチャージポンピング現象に対処するための正孔の補給(replenish)が不要となる。
チャージポンピング現象は、読出し/書込み時に非選択メモリセルに蓄積されていた正孔が徐々に減少してしまう現象である。チャージポンピング現象が繰り返されると、非選択メモリセルのデータ“1”の状態がデータ “0”に変化してしまう。これに対処するためには、データ“1”の非選択メモリセルに正孔を補給する動作が必要となる。
上記実施形態において、チャージポンピング対策としての正孔補給は、バーストモードにおける最後のカラムの選択時に、バーストモード中に選択された全てのカラムに対して同時に行われる。従って、上記実施形態は、データ読出し時にもチャージポンピング対策を行う方式よりも、消費電流が低減する。
上記実施形態は、FBCメモリ装置だけでなく、データの書込み時に、ソース−ドレイン間に電流を流すことによってデータをメモリセルに書き込むメモリ装置に適用することができる。例えば、MRAM (Magnetic Random Access Memory、PRAM (Phase Change Random Access Memory)に適用可能である。
尚、高速なカラムアクセスを可能にするために、MRAM等においてワード線に沿ったメモリセルのデータをセンスアンプにラッチする必要がある。これは、いわゆる、センスアンプキャッシュと呼ばれている。センスアンプキャッシュは、或るページ内のデータへのアクセス(カラムアドレスの変更)を高速にすることができる。センスアンプキャッシュにおいてページを開いている期間、メモリセルとセンスアンプとが接続されていると、メモリセルにDC電流が流れ続ける。従って、或るロウ(ページ)のデータをセンスアンプへ転送してした後は、消費電流の低減のために、メモリセルとセンスアンプとは切断することが好ましい。
読出し動作の場合、一旦、ページが読み出された後、メモリセルとセンスアンプとは切断されたままでも構わない。しかし、書込み動作の場合、各サイクルで選択されたカラムのメモリセルとセンスアンプとを接続し、その都度、メモリセルにデータを書き込む(方策1)か、あるいは、上記実施形態のように、バーストモードのシリアルアクセス時には、単にセンスアンプを書き換え、シリアルアクセスの終了後に、全カラムのメモリセルとセンスアンプとを接続する(方策2)必要がある。消費電力および高速動作のためには、方策2が好ましい。
S/A…センスアンプ
BL…ビット線
WL…ワード線
MC…メモリセル
DC…ダミーセル
BLC…バースト長カウンタ
RC1、RC2…ラッチ回路
TGL1、TGL2、TGR1、TGR2…トランスファゲート
BL…ビット線
WL…ワード線
MC…メモリセル
DC…ダミーセル
BLC…バースト長カウンタ
RC1、RC2…ラッチ回路
TGL1、TGL2、TGR1、TGR2…トランスファゲート
Claims (5)
- ゲート、ソースおよびドレインを有し、前記ソースと前記ドレインとの間に流れる電流によってデータが書き込まれる複数のメモリセルと、
前記メモリセルのゲートに接続された複数のワード線と、
前記メモリセルのドレインに接続された複数のビット線と、
前記ビット線を介して前記メモリセルのデータを検出し、前記ビット線を介して前記メモリセルへデータを書き込み、並びに、読み出されたデータまたは書き込むべきデータをラッチする複数のセンスアンプと、
前記センスアンプから前記ビット線を接続または切断する複数のトランスファゲートであって、前記ワード線のうち活性化されたワード線に接続された複数の前記メモリセルへ連続的にデータを書き込むシリアルアクセスの期間において、該複数のメモリセルに対応する複数の前記センスアンプがデータをラッチした後に、前記複数のトランスファゲートが該複数のセンスアンプと該複数のセンスアンプに対応する複数の前記ビット線とを接続するトランスファゲートとを備えた半導体記憶装置。 - 前記シリアルアクセスの期間中における前記複数のセンスアンプへのデータの書込み回数をカウントし、この書込み回数が所定値に達したときに第1の信号を活性化するカウンタをさらに備え、
前記第1の信号の活性化に基づいて、前記トランスファゲートはオン状態になることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記カウンタは、読出し動作および書込み動作を制御するクロック信号のパルスを、前記シリアルアクセスの期間の開始からカウントすることによって、前記複数のセンスアンプへのデータの書込み回数をカウントすることを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置。
- データ書込み動作またはデータ読出し動作の終了を示す第2の信号に基づいて、前記トランスファゲートはオン状態になることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
- 前記センスアンプの各々は、
前記センスアンプに接続された対を成すビット線に対応して設けられたセンスノード対と、
前記センスノード対の間に接続され、データを該センスノード対にラッチするラッチ回路であって、データを前記センスアンプにラッチするとき、並びに、データを前記センスアンプから前記メモリセルへ書き込むときに動作する第1のラッチ部と、
データを前記センスアンプにラッチするときに動作せず、データを前記センスアンプから前記メモリセルへ書き込むときに動作する第2のラッチ部とを含むラッチ回路とを備えたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体記憶装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006231181A JP2008052876A (ja) | 2006-08-28 | 2006-08-28 | 半導体記憶装置 |
TW096130028A TW200828308A (en) | 2006-08-28 | 2007-08-14 | Semiconductor memory device |
US11/844,098 US7558139B2 (en) | 2006-08-28 | 2007-08-23 | Semiconductor memory device |
CN2007101477535A CN101136241B (zh) | 2006-08-28 | 2007-08-28 | 半导体存储装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006231181A JP2008052876A (ja) | 2006-08-28 | 2006-08-28 | 半導体記憶装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008052876A true JP2008052876A (ja) | 2008-03-06 |
Family
ID=39113254
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006231181A Pending JP2008052876A (ja) | 2006-08-28 | 2006-08-28 | 半導体記憶装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7558139B2 (ja) |
JP (1) | JP2008052876A (ja) |
CN (1) | CN101136241B (ja) |
TW (1) | TW200828308A (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007207358A (ja) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Toshiba Corp | 半導体記憶装置 |
KR20090113560A (ko) * | 2008-04-28 | 2009-11-02 | 삼성전자주식회사 | 안정적인 동작을 보장하는 반도체 장치 |
KR101507122B1 (ko) * | 2008-04-29 | 2015-04-01 | 삼성전자주식회사 | 반도체 메모리 장치 및 그것의 액세스 방법 |
US8369177B2 (en) * | 2010-03-05 | 2013-02-05 | Micron Technology, Inc. | Techniques for reading from and/or writing to a semiconductor memory device |
US8411524B2 (en) | 2010-05-06 | 2013-04-02 | Micron Technology, Inc. | Techniques for refreshing a semiconductor memory device |
JP6097775B2 (ja) * | 2015-02-16 | 2017-03-15 | 力晶科技股▲ふん▼有限公司 | 半導体記憶装置及び半導体集積回路装置 |
JP2018129109A (ja) | 2017-02-10 | 2018-08-16 | 東芝メモリ株式会社 | 磁気メモリ装置 |
US10311919B2 (en) * | 2017-07-27 | 2019-06-04 | Micron Technology, Inc. | Apparatuses and methods for calibrating sense amplifiers in a semiconductor memory |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0589667A (ja) * | 1991-02-25 | 1993-04-09 | Motorola Inc | 改善されたページ・モード性能を有するダイナミツク・ランダム・アクセス・メモリおよびその方法 |
JPH09180456A (ja) * | 1995-12-25 | 1997-07-11 | Mitsubishi Electric Corp | 同期型半導体記憶装置 |
JPH10125067A (ja) * | 1996-10-21 | 1998-05-15 | Hitachi Ltd | ダイナミック型ramと情報処理システム |
JP2005293759A (ja) * | 2004-04-02 | 2005-10-20 | Hitachi Ltd | 半導体記憶装置 |
JP2005332495A (ja) * | 2004-05-20 | 2005-12-02 | Toshiba Corp | 半導体記憶装置 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2664810B2 (ja) * | 1991-03-07 | 1997-10-22 | 株式会社東芝 | メモリセルアレイ分割型半導体記憶装置 |
US5748547A (en) * | 1996-05-24 | 1998-05-05 | Shau; Jeng-Jye | High performance semiconductor memory devices having multiple dimension bit lines |
JP3930074B2 (ja) * | 1996-09-30 | 2007-06-13 | 株式会社ルネサステクノロジ | 半導体集積回路及びデータ処理システム |
KR100274591B1 (ko) * | 1997-07-29 | 2001-01-15 | 윤종용 | 동기형 버스트 매스크 롬 및 그것의 데이터 독출 방법 |
JP3386705B2 (ja) * | 1997-12-25 | 2003-03-17 | 株式会社東芝 | 半導体記憶装置およびそのバーストアドレスカウンタ |
JP3878573B2 (ja) * | 2003-04-16 | 2007-02-07 | 株式会社東芝 | 不揮発性半導体記憶装置 |
JP2005190626A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Sharp Corp | 半導体読み出し回路 |
-
2006
- 2006-08-28 JP JP2006231181A patent/JP2008052876A/ja active Pending
-
2007
- 2007-08-14 TW TW096130028A patent/TW200828308A/zh not_active IP Right Cessation
- 2007-08-23 US US11/844,098 patent/US7558139B2/en active Active
- 2007-08-28 CN CN2007101477535A patent/CN101136241B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0589667A (ja) * | 1991-02-25 | 1993-04-09 | Motorola Inc | 改善されたページ・モード性能を有するダイナミツク・ランダム・アクセス・メモリおよびその方法 |
JPH09180456A (ja) * | 1995-12-25 | 1997-07-11 | Mitsubishi Electric Corp | 同期型半導体記憶装置 |
JPH10125067A (ja) * | 1996-10-21 | 1998-05-15 | Hitachi Ltd | ダイナミック型ramと情報処理システム |
JP2005293759A (ja) * | 2004-04-02 | 2005-10-20 | Hitachi Ltd | 半導体記憶装置 |
JP2005332495A (ja) * | 2004-05-20 | 2005-12-02 | Toshiba Corp | 半導体記憶装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101136241A (zh) | 2008-03-05 |
TW200828308A (en) | 2008-07-01 |
TWI348697B (ja) | 2011-09-11 |
CN101136241B (zh) | 2011-12-07 |
US7558139B2 (en) | 2009-07-07 |
US20080049529A1 (en) | 2008-02-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4110115B2 (ja) | 半導体記憶装置 | |
US7352642B2 (en) | Semiconductor memory device | |
JP4373986B2 (ja) | 半導体記憶装置 | |
JP4498374B2 (ja) | 半導体記憶装置 | |
US7440329B2 (en) | Floating body cell (FBC) memory device with a sense amplifier for refreshing dummy cells | |
US7869274B2 (en) | Semiconductor memory device | |
JP2008117489A (ja) | 半導体記憶装置 | |
JP2008052876A (ja) | 半導体記憶装置 | |
JP2009026448A (ja) | メモリセル構造、メモリセルアレイ、メモリ装置、メモリ制御器、メモリシステム及びこれらを動作する方法 | |
US7804731B2 (en) | Semiconductor memory device and driving method therefor | |
US20070223272A1 (en) | Semiconductor memory device | |
JP2009093708A (ja) | 半導体記憶装置およびその駆動方法 | |
JP5134208B2 (ja) | 半導体記憶装置 | |
JP2009099174A (ja) | 半導体記憶装置 | |
US7978552B2 (en) | Semiconductor memory device | |
JP4149961B2 (ja) | 半導体記憶装置 | |
JP2007323700A (ja) | 半導体記憶装置 | |
JP4195427B2 (ja) | 半導体記憶装置 | |
US8174920B2 (en) | Semiconductor memory device and driving method of the same | |
JP5032149B2 (ja) | 半導体記憶装置 | |
JP2010160865A (ja) | 半導体記憶装置および半導体記憶装置の駆動方法 | |
JP2009070508A (ja) | 半導体記憶装置およびその駆動方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090210 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110603 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110607 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20111011 |