JP2010160865A - 半導体記憶装置および半導体記憶装置の駆動方法 - Google Patents

半導体記憶装置および半導体記憶装置の駆動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】データ書込み期間を短縮可能なメモリを提供する。
【解決手段】メモリは、互いに逆論理のデータを伝達する第1のビット線BLおよび第2のビット線bLBと、ビット線BL、bBLにそれぞれ接続された第1のセンスノードSNおよび第2のセンスノードbSNと、外部データをセンスノードSNまたはbSNへ伝送する第1および第2のデータ線DQb、DQと、ビット線BLとデータ線DQまたはbDQとの間に接続された第1の書込みトランジスタTP6と、ビット線bBLとデータ線DQまたはbDQとの間に接続された第2の書込みトランジスタTP7とを備え、データ書込みにおいて、第1の書込みトランジスタTP6が、データ線bDQからのデータを、第2のセンスノードbSNを介することなくビット線BLへ伝達し、かつ、第2の書込みトランジスタTP7が、データ線DQからのデータを、第1のセンスノードSNを介することなくビット線bBLへ伝達する。
【選択図】図3

Description

本発明は、半導体記憶装置および半導体記憶装置の駆動方法に係わり、例えば、電界効果トランジスタのフローティングボディにキャリアを蓄積することによってデータを記憶するFBC(Floating Body Cell)メモリに関する。
近年、1T(Transistor)―1C(Capacitor)型のDRAM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メモリ装置がある。FBCメモリ装置は、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、このボディに蓄積されている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。ボディ内の正孔(多数キャリア)の数が少ない状態をデータ“0”とし、多い状態をデータ“1”とする。
従来、データ書込み動作において、センスアンプは、メモリセル内のデータを一旦検出し、外部からの書込みデータをその検出データに上書きした後に、この書込みデータをメモリセルへ書き込んでいた。従って、従来のFBCメモリでは、データ書込み動作は、必ずセンスアンプのセンスノードを介して行われていた。センスノードにラッチされたデータは、センスアンプ内のフィードバック回路によってメモリセルへ書き込まれていた。
しかし、このような書込み手法では、データ検出動作およびセンスアンプへのデータ書込み動作があるため、実際にデータをメモリセルへ書き込む期間はさほど長くないにもかかわらず、或る程度長期間の書込みサイクルが必要となる。従って、書込みサイクル中に占める実質的な書込み動作期間の割合は小さかった。即ち、従来のFBCメモリは、データ書込み動作(書込みサイクル)が長期間であるという問題を有していた。
特開2007−323700号公報
データ書込みサイクルを短縮することができる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、電気的に浮遊状態のボディを含み、該ボディ内のキャリアの数によってデータを記憶す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ワード線と、前記メモリセルへ、あるいは、前記メモリセルからデータを伝達する第1のビット線および第2のビット線と、前記第1および前記第2のビット線にそれぞれ接続された第1のセンスノードおよび第2のセンスノードと、前記第1のビット線からのデータを前記第1のセンスノードにラッチし、前記第2のビット線からのデータを前記第2のセンスノードにラッチするラッチ回路と、前記第1のセンスノードにラッチされたデータを外部へ読み出し、あるいは、外部からのデータを前記第1のセンスノードへ伝送する第1のデータ線と、前記第2のセンスノードにラッチされたデータを外部へ読み出し、あるいは、外部からのデータを前記第2のセンスノードへ伝送する第2のデータ線と、前記第1および前記第2のセンスノードを介することなく、前記第1のビット線と前記第1または前記第2のデータ線との間に接続された第1の書込みトランジスタと、前記第1および前記第2のセンスノードを介することなく、前記第2のビット線と前記第1または前記第2のデータ線との間に接続された第2の書込みトランジスタとを備え、
データ書込みにおいて、前記第1の書込みトランジスタが、前記第1または前記第2のデータ線からのデータを前記第1のビット線へ伝達し、あるいは、前記第2の書込みトランジスタが、前記第1または前記第2のデータ線からのデータを前記第2のビット線へ伝達することを特徴とする。
本発明に係る実施形態に従った半導体記憶装置は、データを記憶す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ワード線と、前記メモリセルへ、あるいは、前記メモリセルからデータを伝達する第1のビット線および第2のビット線と、前記第1および前記第2のビット線にそれぞれ対応する第1および第2のセンスノードと、前記第1および前記第2のセンスノードに対応する第1および第2のデータ線と、前記第1のビット線と前記第1または前記第2のデータ線との間に設けられた第1の書込みトランジスタと、前記第2のビット線と前記第1または前記第2のデータ線との間に設けられた第2の書込みトランジスタとを備えた半導体記憶装置の駆動方法であって、
データ書込みにおいて、前記第1の書込みトランジスタが、前記第1または前記第2のデータ線からのデータを前記第1のビット線へ伝達し、あるいは、前記第2の書込みトランジスタが、前記第1または前記第2のデータ線からのデータを前記第2のビット線へ伝達することを具備する。
本発明による半導体記憶装置は、データ書込みサイクルを短縮することができる。
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、本発明に係る第1の実施形態に従ったFBCメモリ装置の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、センスアンプS/Ai(iは整数)(以下、S/Aともいう)と、ワード線WLLi、WLRi(以下、WLL、WLRともいう)と、ビット線BLLi、BLRi(以下、BLL、BLRともいう)と、ビット線bBLLi、bBLRi(以下、bBLL、bBLRともいう)と、イコライジング線EQLと、イコライジングトランジスタTEQL、TEQR(以下、TEQともいう)とを備えている。
本実施形態によるFBCメモリ装置は、2セル/ビット方式を採用している。2セル/ビット方式とは、ビット線対BLL、bBLLまたはビット線対BLR、bBLRに接続され、同一ワード線上で隣り合う2つのメモリセルMCに逆極性のデータを書き込むことによって1ビットデータを格納する方式である。逆極性のデータとは、データ“0”とデータ“1”との関係のように相補の関係を有するデータである。データの読出しでは、逆極性のデータの一方のデータを他方のデータの基準とし、かつ、他方のデータを一方のデータの基準とする。従って、ビット線対BLL、bBLLまたはビット線対BLR、bBLRは、互いに逆極性のデータを伝達する。本実施形態では、ビット線BLLまたはBLRを第1のビット線とし、ビット線bBLLまたはbBLRを第2のビット線とする。
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WLL、WLR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。本実施形態において、ワード線WL、WLRは、センスアンプS/Aの左右に256本ずつ設けられている(WLL0〜WLL255およびWLR0〜WLR255)。ビット線BLL、BLR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BLL、BLRは、センスアンプS/Aの左右に512本ずつ設けられている(BLL0〜BLL511およびBLR0〜BLR511)。ワード線とビット線とは、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。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。
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BLL、BLRとソース電位VSLとの間に接続されている。イコライジングでは、ビット線BLL、BLRをソース電位VSLに接続することによって各ビット線BLL、BLRの電位を等しくする。
センスアンプS/Aは、ビット線BL、bBLに接続され、選択メモリセルMCに記憶されたデータを検出し、あるいは、選択メモリセルMCにデータを書き込むように構成されている。
センスアンプS/Aの両側には、書込み回路WCが設けられている。書込み回路WCは、データ書込み時に、センスアンプS/Aに代わり、あるいは、センスアンプS/Aとともに、データをメモリセルMCへ書き込む回路である。書込み回路WCの詳細は、後述する。
読出し時には、センスアンプS/Aにラッチされたデータは、データ線DQ、bDQを介してDQバッファDQBに伝達される。DQバッファDQBに格納されたデータは、外部へ読み出される。書込み時には、外部からのデータがDQバッファDQBに格納される。このデータは、データ線DQ、bDQを介して書込み回路WCおよびセンスアンプS/Aに伝達される。
DQバッファDQBは、従来のそれらと同様でよいので、その説明を省略する。
図2は、FBC(Floating Body Cell)の断面図である。FBCメモリ装置は、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、このボディに蓄積されている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。ボディ内の正孔(多数キャリア)の数が少ない状態をデータ“0”とし、多い状態をデータ“1”とする。従って、メモリセルがN型FETである場合には、データ“1”を記憶するメモリセルはデータ“0”を記憶するメモリセルよりも、しきい値電圧が低くなり、大きな電流を流す。
図3は、第1の実施形態によるセンスアンプS/A、書き込み回路WCおよびその周辺の構成を示す回路図である。図3に示すセンスアンプS/Aは、メモリセルアレイMCAL側のビット線BLLに接続された構造を示している。センスアンプS/Aは、トランスファゲートを介してメモリセルアレイMCAR側のビット線BLRにも接続されているが、ここでは省略する。さらに、書込み回路WCはメモリセルアレイMCAR側にも設けられているが、図3では省略されている。
ビット線対BL、bBLは、トランスファゲートTN5、TN6を介してセンスノードSN、bSNにそれぞれ接続されている。トランスファゲートTN5、TN6は、信号ΦTによってオン/オフ制御される。センスアンプS/Aは、センスノード対SN、bSNを含む。また、センスアンプS/Aは、ラッチ回路LC1およびLC2を含む。ラッチ回路LC1は、センスノードSNとbSN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から成る。トランジスタTP1のゲートはセンスノードbSNに接続され、トランジスタTP2のゲートはセンスノードSNに接続されている。すなわち、トランジスタTP1およびTP2の各ゲートは、センスノードSNおよびbSNに対してクロスカップリングされている。
同様に、ラッチ回路LC2においても、n型トランジスタTN1およびTN2の各ゲートも、センスノードSNおよびbSNに対してクロスカップリングされている。ラッチ回路LC1およびLC2は、信号SAPおよびbSANによって駆動される。n型トランジスタTN7は、データ線DQとセンスノードSNとの間に接続されている。n型トランジスタTN8は、データ線bDQとセンスノードbSNとの間に接続されている。トランジスタTN7およびTN8の各ゲートは、カラム選択線CSLに接続されている。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時に選択的に活性化される。これにより、センスノードSNおよびbSNが、それぞれデータ線DQおよびbDQを介してDQバッファDQBに接続される。データ線DQおよびbDQは、センスノードSN、bSNにラッチされたデータを外部へ読み出し、あるいは、外部からのデータをセンスノードSN、bSNへ伝送する。
ラッチ回路LC1、LC2は、ビット線BLからのデータをセンスノードSNにラッチし、ビット線bLBからのデータをセンスノードbSNにラッチする。また、ラッチ回路LC1、LC2は、データ線DQからのデータをセンスノードSNにラッチし、データ線bDQからのデータをセンスノードbSNにラッチする。
一方、フィードバック回路FBがビット線BL、bBLに接続されている。フィードバック回路FBは、p型トランジスタTP3およびTP4、n型トランジスタTN3およびTN4を含む。トランジスタTN3およびTP3は、フィードバック信号FBLpとbFBLnとの間に直列に接続されている。トランジスタTN4およびTP4は、フィードバック信号線FBLpとbFBLnとの間に直列に接続されている。
トランジスタTN3のゲートは、トランジスタTN4とTP4との間の接続ノードN1とともにビット線bBLに接続されている。トランジスタTN4のゲートは、トランジスタTN3とTP3との間の接続ノードN2とともにビット線BLに接続されている。トランジスタTP3のゲートは、センスノードSNに接続されている。トランジスタTP4のゲートは、センスノードbSNに接続されている。
フィードバック回路FBは、フィードバック信号FBLpおよびbFBLnによって駆動される。フィードバック回路FBは、センスノードSNおよびbSNの電位を反転増幅した電位を、ビット線BLおよびbBLへ与える。即ち、センスノードSNが“H”レベル、bSNが“L”レベルである場合、フィードバック回路FBは、ビット線BLへ“L”レベル、ビット線bBLへ“H”レベルを与える。センスノードSNが“L”レベル、bSNが“H”レベルである場合、フィードバック回路FBは、ビット線BLへ“H”レベル、ビット線bBLへ“L”レベルを与える。
書込み回路WCは、p型トランジスタTP6およびTP7を含む。トランジスタTP6は、データ線bDQとビット線BLとの間に接続されている。トランジスタTP7は、データ線DQとビット線bBLとの間に接続されている。トランジスタTP6およびTP7の各ゲートは、ライトカラム選択線bWCSLに接続されている。ライトカラム選択線bWCSLは、外部からデータを書き込む時に選択的に活性化される信号線である。ライトカラム選択線bWCSLが活性化されると、書込み回路WCは、センスアンプS/Aを介することなく、データ線bDQおよびDQをビット線BLおよびbBLに直接接続することができる。
短絡トランジスタTP5は、信号bSHORTによって制御される。短絡トランジスタTP5は、プリチャージ時にセンスノードSNとbSNとを同電位に維持し、読出しまたは書込み動作時にセンスノードSNとbSNとの間を切断する。尚、本実施形態では信号SAPが常時活性状態であり、センスノードSN,bSNはトランジスタTP1、TP2を介して高レベル電圧VBLHに接続されている。
図4は、本実施形態によるFBCメモリのデータ書込みサイクルを示すタイミング図である。当初、図3に示すメモリセルアレイMCAL内のメモリセルMC0がデータ“0”を格納しており、メモリセルMC1がデータ“1”を格納しているものとする。さらに、データ“1”がメモリセルMC0に書き込まれ、データ“0”がメモリセルMC1に書き込まれるものとする。尚、非選択カラムのセンスアンプS/Aは、選択ワード線WLiに接続されたメモリセルMCのうち書込み対象でない非選択メモリセルに、検出されたデータをそのままの論理状態でリストアする。
メモリセルアレイMCARの動作は、メモリセルアレイMCALの動作から容易に推測可能であるので、その説明を書略する。
データ書込みサイクルは、データ検出動作およびデータ書込み動作(あるいはリストア動作)を含む。データ書込み期間は、データ検出期間を含まず、メモリセルMCにデータを書き込む期間である。
プリチャージ状態(〜t1)において、信号EQLおよびbSHORTが活性状態である。よって、ビット線BL、bBLが同電位に固定されている。また、p型トランジスタTP5によって、センスノードSNおよびbSNが同電位に保たれる。
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。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。
t1において、信号EQLおよびbSHORTが不活性状態となる。これにより、ビット線BLとbBLとの間が切断され、センスノードSNとbSNとの間が切断される。それと同時に、或るワード線WLi(iは整数)が選択的に活性化される。その他のワード線WLは、データ保持状態(VWLL)に維持される。信号ΦTを高レベルに活性化させる。これにより、ビット線BLjおよびbBLj(jは整数)がセンスノードSN、bSNにそれぞれ接続される。
信号SAPは常時活性状態にある。よって、ラッチ回路LC1が駆動し、高レベル電圧VBLHがセンスノードSN、bSNに接続される。負荷電流が、センスノードSN、bSNおよびビット線BLj、bBLjを介してメモリセルMC0、MC1に流れる。即ち、本実施形態は、p型トランジスタTP1、TP2が負荷電流を流す形態(pMOS負荷)である。t1〜t2において、センスノードSNとbSNとの間に電位差(信号差)が生じる。信号差がセンスノードSNとbSNとの間で充分な大きさに発展した時点(t2)で、信号ΦTを低レベルに不活性化し、センスノードSN、bSNをそれぞれビット線BLj、bBLjから切断する。
t1からt2において、外部からの書込みデータがDQバッファDQBに格納される。これにより、データ線DQが論理ロウに立ち下がる。t2において、信号ΦTの非活性化とほぼ同時に、ライトカラム選択線bWCSLを活性化する。これにより、データ線DQがトランジスタTP7を介してビット線bBLjに接続される。データ線bDQがトランジスタTP6を介してビット線BLjに接続される。すなわち、書込みトランジスタTP7は、データ線DQからのデータを、センスアンプS/Aを介することなくビット線bBLjへ伝達する。書込みトランジスタTP6は、データ線bDQからのデータを、センスアンプS/Aを介することなくビット線BLjへ伝達する。ただし、書込み回路WCは、p型トランジスタで構成されているため、高レベル電位VBLHを伝達しやすいものの、低レベル電位VSSを伝達し難い。このため、t2〜t4の期間においては、ビット線BLjはVBLHに立ち上がるが、ビット線bBLjはVSSまで充分に立ち下がらない場合がある。
t3において、カラム選択線CSLが活性化される。選択されたカラムのデータ線DQ、bDQは、センスノードSN、bSNにそれぞれ接続される。これにより、センスノードSN、bSNの論理は反転する。これは、書込みデータがデータ線DQ、bDQからセンスノードSN、bSNへ伝達されたことを意味する。ラッチ回路LC1、LC2が書込みデータをセンスノードSN、bSNにラッチする。
t4において、フィードバック回路FBが活性化される。フィードバック信号FBLpおよびbFBLnがそれぞれ論理ハイおよび論理ロウになる。これによって、フィードバック回路FBは、センスノードSNおよびbSNにラッチされた書込みデータをそれぞれビット線bBLjおよびBLjに伝達する。このとき、ビット線bBLjは、低レベル電位VSSまで充分に低下することができる。t5において、データ書込みサイクルが終了し、FBCメモリはプリチャージ状態に入る。
このように、本実施形態では、センスアンプS/A(センスノードSN、bSN)を介することなく、書込み回路WCがデータ線DQ,bDQからの書込みデータを直接ビット線bBLj、BLjへ伝達する。これにより、t2〜t5において、データ“1”がメモリセルMCへ書き込まれる。尚、データ“0” の書込み動作は、実質的にt4〜t5において実行される。その結果、本実施形態では、データ書込みサイクル期間(t1〜t5)を一定とすれば、データ“1”の書込み期間を従来よりも実質的に長くすることができる。これは、データ書込みサイクルに対するデータ“1”の書込み期間の割合が従来よりも大きくなることを意味する。一方、データ“1”の書込み期間を一定とすれば、データ書込みサイクル自体を実質的に短くすることができる。即ち、データ書込みサイクルを短縮し、動作を高速にすることができる。
データ“0”の書込みでは、メモリセルMCのボディ−ドレイン間の順バイアスを利用して、ボディBのホールをビット線へ引き抜く。データ“1”の書込みでは、ワード線の高レベル電圧VWLHおよびビット線の高レベル電圧VBLHによりインパクトイオン化を引き起こし、これによってホールをボディBに蓄積する。
(第1の実施形態の変形例)
図5は、第1の実施形態の変形例によるセンスアンプS/Aの構成を示す回路図である。上記第1の実施形態では、書込み回路WCは、p型トランジスタTP6、TP7で構成されている。しかし、書込み回路WCは、CMOS(Complementary MOS)で構成されてもよい。即ち、書込み回路WCは、互いに並列に接続されたp型トランジスタTP6およびn型トランジスタTN60と、互いに並列に接続されたp型トランジスタTP7およびn型トランジスタTN70とを含む。トランジスタTN60およびTN70のゲートは、ライトカラム信号線WCSL(bWCLSの反転信号)を受ける。
この場合、n型トランジスタTN60またはTN70が、低レベル電圧VSSをデータ線DQ、bDQからビット線BLj、bBLjへ直接に伝達することができる。このため、図4に示すt2の直後に、ビット線bBLは低レベル電位VSSに立ち下がる。その結果、本変形例では、データ書込みサイクルにおけるデータ“1”の書込み期間の割合だけでなく、データ“0”の書込み期間の割合も大きくなる。
尚、フィードバック回路FBは、書込み対象でない非選択カラムにおいてセンスアンプS/AにラッチされたデータをメモリセルMCへ書き戻す(リストアする)ために必要となる。
(第2の実施形態)
図6は、第2の実施形態に従ったFBCメモリのセンスアンプS/Aの構成を示す回路図である。第2の実施形態では、信号bSANが常時活性状態にある。n型トランジスタTN1、TN2が負荷電流を流す形態(nMOS負荷)である。この場合、ラッチ回路LC2が負荷電流をメモリセルMCから流す(引き込む)。短絡トランジスタは、n型トランジスタTN110で構成されている。トランジスタTN110は、信号SHORT(bSHORTの反転信号)によって制御される。
また、第2の実施形態はnMOS負荷を用いているので、トランジスタTP6は、データ線DQとビット線BLとの間に接続されている。トランジスタTP7は、データ線bDQとビット線bBLとの間に接続されている。第2の実施形態のその他の構成は、第1の実施形態の構成と同様でよい。
図7は、第2の実施形態によるFBCメモリの書込み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bSANが常時活性状態にある。プリチャージ時において、短絡トランジスタTN110により、センスノードSNとbSNとが同電位に維持される。ビット線BL、bBLは、VSL(>VSS)に維持されている。t1〜t2のデータ検出時において、n型トランジスタTN1、TN2からなるラッチ回路LC2がメモリセルMCから負荷電流を引き込む。即ち、負荷電流は、メモリセルMCからラッチ回路LC2へ流れる。これにより、ビット線BLj、bBLjの電圧が低下するとき、かつ、センスノードSN、bSNの電圧が上昇するときに、データ“0”とデータ“1”との信号差が発展する。t2以降の動作は、図4に示すt2以降の動作と同様である。
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。
第2の実施形態による書込み回路WCは、第1の実施形態の変形例のように、CMOSで構成されていてもよい。これにより、第2の実施形態は、第1の実施形態の変形例と同様の効果を得ることができる。
(第2の実施形態の変形例)
図8は、第2の実施形態の変形例によるFBCメモリのデータ書込みサイクルを示すタイミング図である。本変形例では、t1以前のプリチャージ状態において、データ線DQ,bDQが既に外部からの書込みデータを伝達している。t1において、ライトカラム信号bWCSLが活性化され、書込み回路WCがデータ線DQ、bDQをそれぞれビット線BLj、bBLjに接続する。よって、t1においてデータ“1”の書込みが開始される。データ検出は、書込み対象でない非選択カラムのメモリセルMCに対して行われる。書込み対象である選択カラムのメモリセルMCに格納されたデータは、実質的に検出されない。本変形例のt2以降の動作は、第2の実施形態の動作と同様である。
このように本変形例は、センスアンプS/Aが非選択メモリセルMCのデータ検出を開始するのとほぼ同時に、書込みトランジスタTP6がビット線BLとデータ線DQとの間を接続する。書込みトランジスタTP7がビット線bBLとデータ線bDQとの間を接続する。これにより、さらに、データ書込みサイクル期間に対するデータ“1”の書込み期間の割合を大きくすることができる。あるいは、データ書込みサイクルをさらに短縮することができる。
尚、第2の実施形態の変形例は、第1の実施形態に適用することができる。即ち、図4に示すt1以前において、データ線DQ,bDQが既に外部からの書込みデータを伝達しており、t1において、ライトカラム信号bWCSLが活性化され、書込み回路WCがデータ線DQ、bDQをそれぞれビット線bBL、BLに接続してよい。これにより、第1の実施形態は、さらに、データ書込みサイクル期間に対するデータ“1”の書込み期間の割合を大きくすることができる。あるいは、データ書込みサイクルをさらに短縮することができる。
図4に示す構成は、pMOS負荷を用いている。このため、フィードバック回路FBは、センスノードSN,bSNの電位を反転して、それぞれビット線BLj、bBLjに与える。書込み回路WCを介してデータ線bDQ,DQからビット線BL、bBLに与えられたデータは、図8のt1〜t2において、それぞれセンスノードSN、bSNにも転送される。このため、t4では、フィードバック回路FBを活性化する前に、カラム選択線CSLを活性化させる必要がある。これにより、書込み回路WCからのデータとは逆論理のデータが、データ線DQ、bDQからセンスノードSN、bSNに書き込まれる。
(第3の実施形態)
図9は、第3の実施形態に従ったFBCメモリのセンスアンプS/Aの構成を示す回路図である。第3の実施形態では、センスアンプS/Aは、1セル/ビットで動作する。1セル/ビットとは、1つのメモリセルMCが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、1つのメモリセルMCのデータを、外部から受けた基準データあるいはダミーセルによって生成された基準データを用いて検出する。
また、第3の実施形態は、オープンビット線構成を採用している。従って、センスアンプS/Aは、その両側に配置されたメモリセルアレイMCAL、MCARのそれぞれのビット線BLL、BLRに接続されている。センスアンプS/Aは、ビット線BLLに接続されたメモリセルMCのデータを検出する場合には、ビット線BLRから基準データを受け、逆に、ビット線BLRに接続されたメモリセルMCのデータを検出する場合には、ビット線BLLから基準データを受ける。
第3の実施形態では、フィードバック回路が設けられていないが、カレントミラー型電流負荷回路CLCがセンスノードSNとbSNとの間に設けられている。電流負荷回路CLCは、信号bLOADONが論理ロウに活性化されたときに、直列接続された2つのp型トランジスタを介して高レベル電圧VBLHをセンスノードSN、bSNに接続し、センスノードSNおよびbSNに等しい電圧を印加する。これにより、データ検出時に、センスアンプS/AはメモリセルMCに負荷電流を流すことができる。
第3の実施形態において、p型トランジスタTP6は、ビット線BLLとデータ線bDQとの間に接続されている。p型トランジスタTP7は、ビット線BLRとデータ線DQとの間に接続されている。これにより、書込み回路WCは、センスアンプS/Aを介することなく、データ線DQおよびbDQをビット線BLRおよびBLLに直接接続することができる。
トランジスタTP6およびTP7は、それぞれライトカラム選択線bWCSLL、bWCSLRによって制御される。ライトカラム選択線bWCSLL、bWCSLRは、図4に示す信号bWCSLと同じように駆動される。第3の実施形態のその他の信号線の動作は、図4に示す動作と同様でよい。これにより、本発明は、1セル/ビット方式のFBCメモリにも適用可能であることが分かる。
尚、第1の実施形態の変形例のように、書込み回路WCは、CMOSで構成されていてもよい。即ち、書込み回路WCは、互いに並列に接続されたp型トランジスタTP6およびn型トランジスタTN60と、互いに並列に接続されたp型トランジスタTP7およびn型トランジスタTN70とを含んでもよい。これにより、第3の実施形態は、第1の実施形態の変形例の効果も得ることができる。
電流負荷回路CLCは、p型トランジスタで構成され、高レベル電圧VBLHをセンスノードSN,bSNに接続していた。しかし、電流負荷回路CLCは、n型トランジスタで構成され、低レベル電圧VSSをセンスノードSN,bSNに接続してもよい。この場合、第2の実施形態と同様に、電流負荷回路CLCは、メモリセルMCから電流を引き込むように動作する。
さらに、第3の実施形態は、第2の実施形態の変形例を組み合わせてもよい。即ち、非選択メモリセルMCのデータ検出を開始するのとほぼ同時に、書込みトランジスタTN6およびTP7を導通状態にしてよい。これにより、第3の実施形態は、第2の実施形態の変形例と同様の効果を得ることができる。
図10は、ライトカラム選択線bWCSLの生成回路を示す構成図である。この生成回路は、NANDゲートG10および遅延回路D10を備えている。NANDゲートG10は、カラムデコーダ信号CDCnおよびライトイネーブル信号WEを入力する。NANDゲートG10の出力は、遅延回路D10に接続されている。NANDゲートG10の出力信号は、所定期間だけ遅延されて、ライトカラム選択線bWCSLとして出力される。
ライトイネーブル信号WEは、データ書込み動作時に論理ハイに活性化される信号である。よって、ライトイネーブル信号WEは、図4等のt2〜t5またはt1〜t5において活性化されている。
カラムデコーダ信号CDCnは、カラム選択時に論理ハイに活性化される信号である。カラムデコーダ信号CDCnは、図4等のt1以前に活性化されている。
遅延回路D10は、ライトカラム選択線bWCSLを活性化させるタイミングを決定する。
これにより、カラムアドレスで指定されたカラムのライトカラム選択線bWCSLは、ライトイネーブル信号WE、カラムデコーダ信号CDCnおよび遅延回路D10に基づいて、データ書込み動作中に所定のタイミングで活性化され得る。
本発明に係る第1の実施形態に従ったFBCメモリの構成を示す図。 FBCの断面図。 第1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。 第1の実施形態によるFBCメモリの書込み動作を示すタイミング図。 第1の実施形態の変形例によるセンスアンプS/Aの構成を示す回路図。 第2の実施形態に従ったFBCメモリのセンスアンプS/Aの構成を示す回路図。 第2の実施形態によるFBCメモリの書込み動作を示すタイミング図。 第2の実施形態の変形例によるFBCメモリの書込み動作を示すタイミング図。 第3の実施形態に従ったFBCメモリのセンスアンプS/Aの構成を示す回路図。 ライトカラム選択線bWCSLの生成回路を示す構成図。
MC…メモリセル
S/A…センスアンプ
WL…ワード線
BL、bBL…ビット線
LC1、LC2…ラッチ回路
FB…フィードバック回路
WC…書込み回路
DQ、bDQ…データ線
SN、bSN…センスノード

Claims (5)

  1. 電気的に浮遊状態のボディを含み、該ボディ内のキャリアの数によってデータを記憶す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ワード線と、
    前記メモリセルへ、あるいは、前記メモリセルからデータを伝達する第1のビット線および第2のビット線と、
    前記第1および前記第2のビット線にそれぞれ接続された第1のセンスノードおよび第2のセンスノードと、
    前記第1のビット線からのデータを前記第1のセンスノードにラッチし、前記第2のビット線からのデータを前記第2のセンスノードにラッチするラッチ回路と、
    前記第1のセンスノードにラッチされたデータを外部へ読み出し、あるいは、外部からのデータを前記第1のセンスノードへ伝送する第1のデータ線と、
    前記第2のセンスノードにラッチされたデータを外部へ読み出し、あるいは、外部からのデータを前記第2のセンスノードへ伝送する第2のデータ線と、
    前記第1および前記第2のセンスノードを介することなく、前記第1のビット線と前記第1または前記第2のデータ線との間に接続された第1の書込みトランジスタと、
    前記第1および前記第2のセンスノードを介することなく、前記第2のビット線と前記第1または前記第2のデータ線との間に接続された第2の書込みトランジスタとを備え、
    データ書込みにおいて、前記第1の書込みトランジスタが、前記第1または前記第2のデータ線からのデータを前記第1のビット線へ伝達し、あるいは、前記第2の書込みトランジスタが、前記第1または前記第2のデータ線からのデータを前記第2のビット線へ伝達することを特徴とする半導体記憶装置。
  2. データ書込みにおいて、前記第1および前記第2のセンスノードおよび前記ラッチ回路を含むセンスアンプが前記メモリセルのデータを検出する期間中あるいは直後に、前記第1の書込みトランジスタが前記第1のビット線と前記第2のデータ線との間を接続し、かつ、前記第2の書込みトランジスタが前記第2のビット線と前記第1のデータ線との間を接続することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. データ書込みにおいて、前記第1および前記第2のセンスノードおよび前記ラッチ回路を含むセンスアンプが前記メモリセルのデータの検出を開始するのとほぼ同時に、前記第1の書込みトランジスタが前記第1のビット線と前記第1のデータ線との間を接続し、かつ、前記第2の書込みトランジスタが前記第2のビット線と前記第2のデータ線との間を接続することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
  4. 前記第1および前記第2のセンスノードにラッチされた前記第1および前記第2のデータ線からのデータを、それぞれ前記第2および前記第1のビット線に伝達するフィードバック回路をさらに備え、
    データ書込みにおいて、前記第1および前記第2の書込みトランジスタが導通した後に、前記フィードバック回路は、前記第1および前記第2のデータ線からのデータをそれぞれ前記第2および前記第1のビット線、あるいは、前記第1および前記第2のビット線に伝達する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。
  5. データを記憶す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ワード線と、前記メモリセルへ、あるいは、前記メモリセルからデータを伝達する第1のビット線および第2のビット線と、前記第1および前記第2のビット線にそれぞれ対応する第1および第2のセンスノードと、前記第1および前記第2のセンスノードに対応する第1および第2のデータ線と、前記第1のビット線と前記第1または前記第2のデータ線との間に設けられた第1の書込みトランジスタと、前記第2のビット線と前記第1または前記第2のデータ線との間に設けられた第2の書込みトランジスタとを備えた半導体記憶装置の駆動方法であって、
    データ書込みにおいて、前記第1の書込みトランジスタが、前記第1または前記第2のデータ線からのデータを前記第1のビット線へ伝達し、あるいは、前記第2の書込みトランジスタが、前記第1または前記第2のデータ線からのデータを前記第2のビット線へ伝達することを具備した半導体記憶装置の駆動方法。
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