JP2009004026A - メモリセルアレイ、およびモリセルアレイの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のメモリセルアレイでは、期間T6において、ワード線WL0の電圧レベルがメモリセルの選択状態である電圧VPAにある間に、このワード線に接続されたメモリセルの共通プレート線の電圧レベルを電圧VPLからそれよりも低い電圧(VPL−ΔVPL)に変化させる。そして、ワード線WL0の電圧レベルがメモリセルの非選択状態になった後に、プレート線の電圧レベルを電圧(VPL−ΔVPL)から電圧VPLに戻す。これにより、簡単な構成でメモリセルの蓄積電荷量を増加させ、DRAM(メモリセルアレイ)の動作マージンを向上させると共に、ダミーセルを不要にできる。
【選択図】図6
Description
上記構成からなる本発明のメモリセルアレイでは、ワード線の1本がメモリセルの選択状態である第1の電圧(VPA)にある間に、メモリセルの共通プレート線の電圧レベルを第2の電圧(VPL)から第3の電圧(VPL−ΔVPL)に変化させる。その後、ワード線の電圧レベルを非選択状態の第6の電圧(VPA>第6の電圧>VKK)に変化させ、メモリセルが非選択状態になった後に、共通プレート線の電圧レベルを第3の電圧(VPL−ΔVPL)から第2の電圧(VPL)に戻す。
これにより、簡単な構成でメモリセルの蓄積電荷量を増加させ、メモリセルアレイの動作マージンを向上させることができ、また、ダミーセルを不要にできる。このため、消費電力やチップ面積を増やさずにDRAMの動作マージンを向上させることができる。さらに、ダミーセルの不良による歩留まり低下を回避できる。
上記構成からなる本発明のメモリセルアレイでは、プリチャージ解除期間(リード・ライト動作の最初の期間)に至るまでは、ビット線がロー(基準電圧VSS)になるようにプリチャージしておく。
これにより、参照電圧を用意することなく、メモリセルのデータを読み出すことができる。
上記構成からなる本発明のメモリセルアレイでは、ゲート電極がビット線に接続され、ソース電極が基準電圧VSSに接続され、ドレイン電極が出力ノードに接続される第1のNMOSトランジスタQ1を増幅回路として使用する。すなわち、ビット線に読みだされたメモリセルのキャパシタの電圧を、NMOSトランジスタ(Q1)により反転増幅して出力する。
これにより、簡単な構成により、また参照電圧を使用することなく、メモリセルのデータ(“H”または“L”)を反転増幅して出力することができる。
上記構成からなる本発明のメモリセルアレイでは、ワード線方向に数えて同じ位置にあるビット線に対応するセンスアンプの出力ノードが、共通のグローバルビット線に接続される。
これにより、本発明のメモリセルアレイにおいて、複数のセンスアンプの出力を、共通のグローバルビット線を介し出力できる。
上記構成からなる本発明のメモリセルアレイでは、グローバルビット線のそれぞれは、グローバルセンスアンプを介してリードデータ線RDLおよびライトデータ線WDLに接続される。
これにより、本発明のメモリセルアレイにおいて、グローバルセンスアンプおよびグローバルビット線を介して、各メモリセルからのデータの読み出し、および各メモリセルへのデータの書き込み動作を行うことができる。
これにより、本発明のメモリセルアレイにおいて、ビット線の読み出し信号をシングルエンド構成のセンスアンプで増幅する場合に、ビット線の寄生容量の影響を受けないようにできる。
上記構成からなる本発明のメモリセルアレイでは、共通プレート線の電圧が第3の電圧(VPL―ΔVPL)にある間に、ワード線の電圧が、メモリセルの選択状態である前記第1の電圧(VPA)と非選択状態である前記第5の電圧(VKK)の間にある前記第6の電圧に変化する。この後、プレート電圧が前記第2の電圧(VPL)に変化した後に、ワード線の電圧が前記第6の電圧から非選択状態の前記第5の電圧VKKに変化する。
これにより、簡単な構成と制御動作でメモリセルの蓄積電荷量を増加させ、メモリセルアレイの動作マージンを向上させると共に、ダミーセルを不要とし、消費電力やチップ面積を増やさずにDRAMの動作マージンを向上させることができる。
これにより、共通プレート線の電圧が変化した場合(プレート駆動した場合)にも、ワード線に接続された選択トランジスタの選択状態に影響を与えないようにできる。
これにより、共通プレート線の電圧が変化した場合(プレート駆動した場合)にも、ワード線に接続された選択トランジスタの選択状態に影響を与えないようにできる。
上記手順を含む本発明のメモリセルアレイの制御方法では、ワード線の1本がメモリセルの選択状態である第1の電圧(VPA)にある間に、メモリセルの共通プレート線の電圧レベルを第2の電圧(VPL)から第3の電圧(VPL−ΔVPL)に変化させる。その後、ワード線の電圧レベルを非選択状態の第6の電圧(VPA>第6の電圧>VKK)に変化させ、メモリセルが非選択状態になった後に、共通プレート線の電圧レベルを第3の電圧(VPL−ΔVPL)から第2の電圧(VPL)に戻す。
これにより、簡単な構成でメモリセルの蓄積電荷量を増加させ、メモリセルアレイの動作マージンを向上させることができ、また、ダミーセルを不要にできる。このため、消費電力やチップ面積を増やさずにDRAMの動作マージンを向上させることができる。さらに、ダミーセルの不良による歩留まり低下を回避できる。
本発明のメモリセルアレイにおいては、メモリセルのワード線を非選択にする前にプレート電圧をローからハイに駆動し、ハイの蓄積電荷量を増加させる。一方、読出し時にはビット線をローにプリチャージし、ローデータを読み出した時にはビット線の電圧は変化せず、ハイデータを読み出した時にビット線にハイの信号電圧が現れるようにする。
図1は、本発明の実施の形態に係わるDRAMのメモリセルアレイの回路構成を示す図である。
図1に示すメモリセルアレイの例では、m本のビット線BL(BL0、BL1、・・・・BLm−1)と32本のワード線WL(WL0、WL1、・・・・・WL31)の交点に1個の選択トランジスタQsと1個のキャパシタCが直列に接続されたメモリセル1が32×m個配置されてメモリセルアレイを構成している。
トランジスタQ5は、グローバルビット線/GBL0にドレイン端が接続され、ソース端が電源VDLに接続されるとともに、プリチャージ信号線/PCGがゲートに接続されており、グローバルビット線/GBLをハイにプリチャージするトランジスタである。トランジスタQ6は、グローバルビット線/GBL0にドレイン端が接続され、ソース端が電源VDLに接続されるとともに、グローバルビット線/GBL0の信号をインバータINVで論理反転した信号がゲート印加され、グローバルビット線の信号をハイに保持する。
(選択メモリセルからハイデータを読み出し後、ローデータを書き込む動作の説明)
図3は、図2に示す回路構成におけるリード動作及びライト動作の動作波形を示す図である。
図3においては、最初に選択メモリセルからハイデータ(“H”データ)を読み出した後に、選択メモリセルに対しローデータ(“L”データ)を書き込む動作における信号波形を示すとともに、全体動作を7つの期間(T1〜T7)に細分化して示している。
|VKK|≧ΔVPL、|VBB|≧ΔVPL、となるように設定されている。
VPL=(VDL+ΔVPL)/2、となるように設定されている。
次に図5は、最初に選択メモリセルからローデータ(“L”データ)を読み出した後に、選択メモリセルに対しハイデータ(“H”データ)を書き込む動作における信号波形を示している。この場合の基本的な制御動作はおおよそ図3に示す動作と共通しているが、ビット線BL0やグローバルビット線/GBL0など一部の信号波形のみが異なっている。
この後プリチャージ動作(期間T6およびT7)が開始されると、プレート線PL_0の電圧がΔVPLだけ下がる。ハイを書き込まれた選択SN及びビット線BL0はカップリングを受け負に振れるが、センスアンプSAのトランジスタQ2がオンしているため、VDLの電圧レベルに戻る。
この時、選択トランジスタQsがオフの状態になっているため、選択SNは正のカップリングを受けVDLより、ほぼΔVPLだけ高い電圧に昇圧される。ここでワード線WL0が負電位VKKに下がり選択メモリセルにはハイデータが書き込まれる。このように、ハイデータとして通常のVDLが書き込まれる場合より多くの蓄積電荷が書き込まれることになり、DRAMの動作マージンが向上する。
Claims (10)
- 複数のワード線と、それと直交する複数のビット線と、前記ワード線と前記ビット線の交点に配置され、選択用のMOSトランジスタのゲート電極が前記ワード線に接続され、ソース・ドレイン電極の一方が前記ビット線に接続され、他方が情報電荷蓄積用キャパシタの一方の電極に接続され、前記キャパシタの他方の電極が共通プレート線に接続される複数のメモリセルと、前記複数のビット線のそれぞれに接続されたセンスアンプとからなるメモリセルアレイであって、
前記ワード線の1本が選択状態の電圧レベルである第1の電圧(VPA)にある間に、前記共通プレート線の電圧レベルを第2の電圧(VPL)から、該第2の電圧(VPL)よりも低い第3の電圧(VPL−ΔVPL)に変化させる手段と、
前記1本のワード線の電圧レベルを、選択状態の第1の電圧(VPA)と非選択状態の第5の電圧(VKK)との間の電圧レベルであり、かつ非選択状態の電圧レベルである第6の電圧(VPA>第6の電圧>VKK)に変化させるとともに、該第6の電圧に変化した後に、前記共通プレート線の電圧レベルを前記第3の電圧(VPL−ΔVPL)から第2の電圧(VPL)に変化させる手段と、
を備えることを特徴とするメモリセルアレイ。 - 前記ビット線の電圧レベルは、
ローデータ(“Low”論理データ)に対応する基準電圧(VSS)と、ハイデータ(“High”論理データ)に対応する第4の電圧(VDL)との間を遷移すると共に(VDL>VSS)、
前記ワード線が選択状態になる前に、前記ビット線は前記基準電圧(VSS)にプリチャージされること
を特徴とする請求項1に記載のメモリセルアレイ。 - 前記センスアンプは、
ゲート電極が前記ビット線と電気的に接続され、
ソース電極が前記基準電圧(VSS)に電気的に接続され、
ドレイン電極が出力ノードと電気的に接続される第1のNMOSトランジスタ(Q1)を
含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のメモリセルアレイ。 - 前記メモリセルアレイが前記ビット線方向に複数個並べて配置され、
前記メモリセルアレイの各々に含まれる前記センスアンプのうち、前記ワード線方向に数えて同じ位置にある前記ビット線に対応する前記センスアンプの出力ノードが、共通のグローバルビット線に接続されること
を特徴とする請求項3に記載のメモリセルアレイ。 - 前記複数のグローバルビット線のそれぞれは、
前記グローバルビット線の信号を増幅してリードデータ線に出力すると共に、ライトデータ線の信号を増幅して前記グローバルビット線に出力する、グローバルセンスアンプに接続されていること
を特徴とする請求項4に記載のメモリセルアレイ。 - 前記ビット線の1本に電気的に接続される前記メモリセルの個数が64個以下であること
を特徴とする請求項5に記載のメモリセルアレイ。 - 前記共通プレート線の電圧が前記第3の電圧(VPL―ΔVPL)にある間に、
前記ワード線の電圧が、選択状態である前記第1の電圧(VPA)と非選択状態である前記第5の電圧(VKK)との間の前記第6の電圧に変化し(VPA>第6の電圧>VKK)、前記共通プレート線の電圧が前記第2の電圧(VPL)に変化した後に、前記ワード線の電圧が前記第6の電圧から前記第5の電圧(VKK)に変化すること
を特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載のメモリセルアレイ。 - 前記第5の電圧(VKK)は前記基準電圧(VSS)より低いこと
を特徴とする請求項7に記載のメモリセルアレイ。 - 前記基準電圧(VSS)と前記第5の電圧(VKK)との電圧差は、前記第2の電圧(VPL)と前記第3の電圧(VPL−ΔVPL)との電圧差(ΔVPL)と等しいかそれより大きいこと
を特徴とする請求項8に記載のメモリセルアレイ。 - 複数のワード線と、それと直交する複数のビット線と、前記ワード線と前記ビット線の交点に配置され、選択用のMOSトランジスタのゲート電極が前記ワード線に接続され、ソース・ドレイン電極の一方が前記ビット線に接続され、他方が情報電荷蓄積用キャパシタの一方の電極に接続され、前記キャパシタの他方の電極が共通プレート線に接続される複数のメモリセルと、前記複数のビット線のそれぞれに接続されたセンスアンプとからなるメモリセルアレイの制御方法であって、
前記ワード線の1本が選択状態の電圧レベルである第1の電圧(VPA)にある間に、前記共通プレート線の電圧レベルを第2の電圧(VPL)から、該第2の電圧(VPL)よりも低い第3の電圧(VPL−ΔVPL)に変化させる手順と、
前記1本のワード線の電圧レベルを、選択状態の第1の電圧(VPA)と非選択状態の第5の電圧(VKK)との間の電圧レベルであり、かつ非選択状態の電圧レベルである第6の電圧(VPA>第6の電圧>VKK)に変化させるとともに、該第6の電圧に変化した後に、前記共通プレート線の電圧レベルを前記第3の電圧(VPL−ΔVPL)から第2の電圧(VPL)に変化させる手順と、
を含むことを特徴とするモリセルアレイの制御方法。
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