JP2016051489A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置に関し、特に、リフレッシュ動作による情報の保持が必要な半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device that needs to hold information by a refresh operation.
代表的な半導体メモリデバイスであるDRAM(Dynamic Random Access Memory)は、セルキャパシタに蓄積された電荷によって情報を記憶するため、定期的にリフレッシュ動作を行わなければ情報が消失してしまう。このため、DRAMを制御するコントロールデバイスからは、リフレッシュ動作を指示するリフレッシュコマンドが定期的に発行される(特許文献1参照)。リフレッシュコマンドは、1リフレッシュサイクル(例えば64msec)の期間に全てのワード線が必ず1回リフレッシュされる頻度でコントロールデバイスから発行される。 A DRAM (Dynamic Random Access Memory), which is a typical semiconductor memory device, stores information by charges accumulated in a cell capacitor, and therefore information is lost unless a refresh operation is periodically performed. For this reason, a refresh command for instructing a refresh operation is periodically issued from the control device that controls the DRAM (see Patent Document 1). The refresh command is issued from the control device at a frequency at which all word lines are always refreshed once during one refresh cycle (for example, 64 msec).
しかしながら、メモリセルへのアクセス履歴によっては、所定のメモリセルの情報保持特性が低下することがあった。そして、所定のメモリセルの情報保持時間が1リフレッシュサイクル未満に低下すると、1リフレッシュサイクルの期間に全てのワード線が1回リフレッシュされる頻度でリフレッシュコマンドを発行しても、一部の情報が失われるおそれがあった。 However, depending on the access history to the memory cell, the information retention characteristic of the predetermined memory cell may be deteriorated. When the information holding time of a predetermined memory cell is reduced to less than one refresh cycle, even if a refresh command is issued with a frequency that all word lines are refreshed once during one refresh cycle, a part of the information is stored. There was a risk of being lost.
本発明の一側面による半導体装置は、複数のビット線と、複数のワード線と、前記複数のビット線及び前記複数のワード線に其々対応して選択される複数のメモリセルと、前記複数のワード線に其々対応して設けられ、対応する前記ワード線の活性化に応答して内部ノードの電位を昇圧又は降圧する複数の電位発生回路と、前記複数の電位発生回路のいずれかの前記内部ノードの電位が参照電位を跨いだ時に検知信号を活性化させる検知回路と、を備える。 A semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a plurality of bit lines, a plurality of word lines, a plurality of memory cells selected corresponding to the plurality of bit lines and the plurality of word lines, and the plurality of the plurality of memory cells. A plurality of potential generation circuits which are provided corresponding to the word lines, and which increase or decrease the potential of the internal node in response to activation of the corresponding word line, and any one of the plurality of potential generation circuits A detection circuit that activates a detection signal when the potential of the internal node crosses the reference potential.
本発明の他の側面による半導体装置は、第1及び第2のワード線と、前記第1のワード線が選択されたことに応答してキャパシタの充電レベルを更新するポンプ回路と、前記キャパシタの前記充電レベルがしきい値を超えたことに応答して前記第2のワード線を選択する選択回路と、を備える。 A semiconductor device according to another aspect of the present invention includes a first and second word lines, a pump circuit that updates a charge level of a capacitor in response to the selection of the first word line, A selection circuit that selects the second word line in response to the charge level exceeding a threshold value.
本発明によれば、情報保持特性の低下したメモリセルに対応するワード線が追加的にリフレッシュされることから、メモリセルへのアクセス履歴に関わらず、正しく情報を保持することが可能となる。しかも、アクセス履歴を電圧レベルによってカウントしていることから、回路規模の増大を抑えることも可能となる。 According to the present invention, since the word line corresponding to the memory cell having the deteriorated information retention characteristic is additionally refreshed, it is possible to correctly retain the information regardless of the access history to the memory cell. In addition, since the access history is counted based on the voltage level, it is possible to suppress an increase in circuit scale.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の好ましい実施形態による半導体装置10の全体構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a
本実施形態による半導体装置10は単一の半導体チップに集積されたLPDDR3(Low Power Double Data Rate 3)型のDRAMであり、外部基板2に実装されている。外部基板2は、メモリモジュール基板あるいはマザーボードであり、外部抵抗Reが設けられている。外部抵抗Reは、半導体装置10のキャリブレーション端子ZQに接続されており、そのインピーダンスはキャリブレーション回路38の基準インピーダンスとして用いられる。本実施形態においては外部抵抗Reに接地電位VSSが供給されている。
The
図1に示すように、半導体装置10はメモリセルアレイ11を有している。メモリセルアレイ11は、複数のワード線WLと複数のビット線BLを備え、これらの交点にメモリセルMCが配置された構成を有している。ワード線WLの選択はロウデコーダ12によって行われ、ビット線BLの選択はカラムデコーダ13によって行われる。
As shown in FIG. 1, the
また、半導体装置10には外部端子としてコマンドアドレス端子21、リセット端子22、クロック端子23、データ端子24、電源端子25,26、キャリブレーション端子ZQが設けられている。
Further, the
コマンドアドレス端子21は、外部からアドレス信号ADD及びコマンド信号COMが入力される端子である。コマンドアドレス端子21に入力されたアドレス信号ADDは、コマンドアドレス入力回路31を介してアドレスラッチ回路32に供給され、ラッチされる。アドレスラッチ回路32にラッチされたアドレス信号IADDは、ロウデコーダ12、カラムデコーダ13又はモードレジスタ14に供給される。モードレジスタ14は、半導体装置10の動作モードを示すパラメータが設定される回路である。
The
コマンドアドレス端子21に入力されたコマンド信号COMは、コマンドアドレス入力回路31を介してコマンドデコード回路33に供給される。コマンドデコード回路33は、コマンド信号COMをデコードすることによって各種内部コマンドを生成する回路である。内部コマンドとしては、アクティブ信号IACT、カラム信号ICOL、リフレッシュ信号IREF、モードレジスタセット信号MRS、キャリブレーション信号ZQCなどがある。
The command signal COM input to the
アクティブ信号IACTは、コマンド信号COMがロウアクセス(アクティブコマンド)を示している場合に活性化される信号である。アクティブ信号IACTが活性化すると、アドレスラッチ回路32にラッチされたアドレス信号IADDがロウデコーダ12に供給される。これにより、当該アドレス信号IADDにより指定されるワード線WLが選択される。
The active signal IACT is a signal that is activated when the command signal COM indicates row access (active command). When the active signal IACT is activated, the address signal IADD latched in the
カラム信号ICOLは、コマンド信号COMがカラムアクセス(リードコマンド又はライトコマンド)を示している場合に活性化される信号である。内部カラム信号ICOLが活性化すると、アドレスラッチ回路32にラッチされたアドレス信号IADDがカラムデコーダ13に供給される。これにより、当該アドレス信号IADDにより指定されるビット線BLが選択される。
The column signal ICOL is a signal that is activated when the command signal COM indicates column access (read command or write command). When the internal column signal ICOL is activated, the address signal IADD latched in the
したがって、アクティブコマンド及びリードコマンドを入力するとともに、これらに同期してロウアドレス及びカラムアドレスを入力すれば、これらロウアドレス及びカラムアドレスによって指定されるメモリセルMCからリードデータが読み出される。リードデータDQは、リードライトアンプ15及び入出力回路16を介して、データ端子24から外部に出力される。
Accordingly, when an active command and a read command are input and a row address and a column address are input in synchronization with these, read data is read from the memory cell MC specified by the row address and the column address. The read data DQ is output to the outside from the
一方、アクティブコマンド及びライトコマンドを入力するとともに、これらに同期してロウアドレス及びカラムアドレスを入力し、その後、データ端子24にライトデータDQを入力すれば、ライトデータDQは入出力回路16及びリードライトアンプ15を介してメモリセルアレイ11に供給され、ロウアドレス及びカラムアドレスによって指定されるメモリセルMCに書き込まれる。
On the other hand, when an active command and a write command are input, and a row address and a column address are input in synchronization therewith, and then write data DQ is input to the
リフレッシュ信号IREFは、コマンド信号COMがリフレッシュコマンドを示している場合に活性化される信号である。リフレッシュ信号IREFは、リフレッシュ制御回路40に供給される。リフレッシュ制御回路40は、ロウデコーダ12を制御することによって、メモリセルアレイ11に含まれる所定のワード線WLを活性化させ、これによりリフレッシュ動作を実行する回路である。リフレッシュ制御回路40には、リフレッシュ信号IREFの他、アクティブ信号IACT、アドレス信号IADD及びリセット端子22を介して入力されるリセット信号RESETが供給される。リフレッシュ制御回路40の詳細については後述する。
The refresh signal IREF is a signal that is activated when the command signal COM indicates a refresh command. The refresh signal IREF is supplied to the
モードレジスタセット信号MRSは、コマンド信号COMがモードレジスタセットコマンドを示している場合に活性化される信号である。したがって、モードレジスタセットコマンドを入力するとともに、これに同期してコマンドアドレス端子21からモード信号を入力すれば、モードレジスタ14の設定値を書き換えることができる。
The mode register set signal MRS is a signal that is activated when the command signal COM indicates a mode register set command. Therefore, if a mode register set command is input and a mode signal is input from the
ここで、半導体装置10に設けられた外部端子の説明に戻ると、クロック端子23には外部クロック信号CK,/CKが入力される。外部クロック信号CKと外部クロック信号/CKは互いに相補の信号であり、いずれもクロック入力回路34に供給される。クロック入力回路34に入力された外部クロック信号CK,/CKは、内部クロック発生回路35に供給され、これによって内部クロック信号ICLKが生成される。内部クロック信号ICLKは、タイミングジェネレータ36に供給され、これによって各種内部クロック信号が生成される。タイミングジェネレータ36によって生成される各種内部クロック信号は、アドレスラッチ回路32やコマンドデコード回路33などの回路ブロックに供給され、これら回路ブロックの動作タイミングを規定する。
Here, returning to the description of the external terminals provided in the
電源端子25は、電源電位VDD,VSSが供給される端子である。電源端子25に供給される電源電位VDD,VSSは内部電源発生回路37に供給される。内部電源発生回路37は、電源電位VDD,VSSに基づいて各種の内部電位VPP,VOD,VARY,VPERIや、基準電位ZQVREFを発生させる。内部電位VPPは主にロウデコーダ12において使用される電位であり、内部電位VOD,VARYはメモリセルアレイ11内のセンスアンプにおいて使用される電位であり、内部電位VPERIは他の多くの回路ブロックにおいて使用される電位である。一方、基準電位ZQVREFは、キャリブレーション回路38にて使用される基準電位である。
The
電源端子26は、電源電位VDDQ,VSSQが供給される端子である。電源端子26に供給される電源電位VDDQ,VSSQは入出力回路16に供給される。電源電位VDDQ,VSSQは、電源端子25に供給される電源電位VDD,VSSとそれぞれ同電位であるが、入出力回路16によって生じる電源ノイズが他の回路ブロックに伝搬しないよう、入出力回路16については専用の電源電位VDDQ,VSSQを用いている。
The
キャリブレーション端子ZQは、キャリブレーション回路38に接続されている。キャリブレーション回路38は、キャリブレーション信号ZQCによって活性化されると、外部抵抗Reのインピーダンス及び基準電位ZQVREFを参照してキャリブレーション動作を行う。キャリブレーション動作によって得られたインピーダンスコードZQCODEは入出力回路16に供給され、これによって、入出力回路16に含まれる出力バッファ(図示せず)のインピーダンスが指定される。
The calibration terminal ZQ is connected to the
図2は、メモリセルアレイ11の一部を拡大して示す回路図である。
FIG. 2 is an enlarged circuit diagram showing a part of the
図2に示すように、メモリセルアレイ11の内部には、Y方向に延在する複数のワード線WLと、X方向に延在する複数のビット線BLが設けられており、その交点にメモリセルMCが配置されている。メモリセルMCはいわゆるDRAMセルであり、Nチャンネル型MOSトランジスタからなるセルトランジスタTrとセルキャパシタCが直列に接続された構成を有している。セルトランジスタTrのゲート電極は対応するワード線WLに接続され、ソース/ドレインの一方は対応するビット線BLに接続され、ソース/ドレインの他方はセルキャパシタCに接続されている。
As shown in FIG. 2, a plurality of word lines WL extending in the Y direction and a plurality of bit lines BL extending in the X direction are provided inside the
メモリセルMCは、セルキャパシタCに蓄積された電荷によって情報を記憶する。具体的には、セルキャパシタCが内部電位VARYにチャージされている場合、つまりハイレベルにチャージされている場合には一方の論理レベル(例えば、論理値=1)を記憶し、セルキャパシタCが接地電位VSSにチャージされている場合、つまりローレベルにチャージされている場合には他方の論理レベル(例えば、論理値=0)を記憶する。セルキャパシタCに蓄積された電荷はリーク電流によって徐々に消失するため、一定の時間が経過する度にリフレッシュ動作を行う必要がある。 The memory cell MC stores information by the electric charge accumulated in the cell capacitor C. Specifically, when the cell capacitor C is charged to the internal potential VARY, that is, when charged to a high level, one logic level (for example, logic value = 1) is stored, and the cell capacitor C When charged to the ground potential VSS, that is, when charged to a low level, the other logic level (for example, logic value = 0) is stored. Since the electric charge accumulated in the cell capacitor C is gradually lost due to the leakage current, it is necessary to perform a refresh operation every time a certain time elapses.
リフレッシュ動作は、アクティブ信号IACTに応答したロウアクセスと基本的に同じである。つまり、リフレッシュすべきワード線WLを活性レベルに駆動し、これにより当該ワード線WLに接続されたセルトランジスタTrをオンさせる。ワード線WLの活性レベルは例えば内部電位VPPであり、大部分の周辺回路にて使用する内部電位VPERIよりも高電位である。これにより、セルキャパシタCが対応するビット線BLに接続されるため、セルキャパシタCに蓄積されていた電荷に応じてビット線BLの電位が変動する。そして、センスアンプSAを活性化させることにより、対を成すビット線BL間に生じている電位差を増幅した後、ワード線WLを非活性レベルに戻せば、セルキャパシタCのチャージレベルが再生される。ワード線WLの非活性レベルは、例えば接地電位VSS未満の負電位VKKである。 The refresh operation is basically the same as the row access in response to the active signal IACT. That is, the word line WL to be refreshed is driven to an active level, thereby turning on the cell transistor Tr connected to the word line WL. The activation level of the word line WL is, for example, the internal potential VPP, which is higher than the internal potential VPERI used in most peripheral circuits. Accordingly, since the cell capacitor C is connected to the corresponding bit line BL, the potential of the bit line BL varies according to the charge accumulated in the cell capacitor C. Then, by activating the sense amplifier SA to amplify the potential difference generated between the paired bit lines BL and then returning the word line WL to the inactive level, the charge level of the cell capacitor C is regenerated. . The inactive level of the word line WL is, for example, a negative potential VKK lower than the ground potential VSS.
リフレッシュ動作を行うべき周期はリフレッシュサイクルと呼ばれ、規格によって例えば64msecと定められている。したがって、各メモリセルMCの情報保持時間をリフレッシュサイクルよりも長くなるよう設計すれば、定期的なリフレッシュ動作によって情報を保持し続けることができる。尚、実際には各メモリセルMCの情報保持時間はリフレッシュサイクルに対して十分なマージンを有しており、このため、規格によって定められたリフレッシュサイクルよりもやや長いサイクルでリフレッシュ動作を行った場合であっても、メモリセルMCの情報を正しく保持することが可能である。 The cycle for performing the refresh operation is called a refresh cycle, and is defined as, for example, 64 msec by the standard. Therefore, if the information holding time of each memory cell MC is designed to be longer than the refresh cycle, the information can be continuously held by a periodic refresh operation. Actually, the information holding time of each memory cell MC has a sufficient margin with respect to the refresh cycle. Therefore, when the refresh operation is performed in a slightly longer cycle than the refresh cycle defined by the standard. Even so, it is possible to correctly hold the information of the memory cell MC.
しかしながら、近年、アクセス履歴によってメモリセルMCの情報保持時間が低下するディスターブ現象が問題となっている。ディスターブ現象とは、あるワード線WLを繰り返しアクセスすると、これに隣接する他のワード線WLに接続されたメモリセルMCの情報保持特性が低下する現象である。例えば、図2に示すワード線WLmを繰り返しアクセスすると、これに隣接するワード線WLm−1,WLm+1に接続されたメモリセルMCの情報保持特性が低下する。原因については諸説あるが、例えば、隣接するワード線間に生じている寄生容量Cpによるものであると考えられている。 However, in recent years, a disturb phenomenon in which the information holding time of the memory cell MC is lowered due to the access history has been a problem. The disturb phenomenon is a phenomenon in which when a certain word line WL is repeatedly accessed, the information retention characteristics of the memory cells MC connected to the other word lines WL adjacent thereto are deteriorated. For example, when the word line WLm shown in FIG. 2 is repeatedly accessed, the information retention characteristics of the memory cells MC connected to the word lines WLm−1 and WLm + 1 adjacent thereto are deteriorated. There are various theories about the cause, but it is considered to be caused by, for example, a parasitic capacitance Cp generated between adjacent word lines.
つまり、所定のワード線WLmが繰り返しアクセスされると、その電位が負電位VKKから高電位VPPへ繰り返し変化するため、隣接するワード線WLm−1,WLm+1を負電位VKKに固定しているにもかかわらず、寄生容量Cpによるカップリングによってその電位がわずかに上昇する。これにより、ワード線WLm−1,WLm+1に接続されたセルトランジスタTrのオフリーク電流が増大し、セルキャパシタCのチャージレベルが通常よりも高速に失われてしまう。 That is, when a predetermined word line WLm is repeatedly accessed, the potential repeatedly changes from the negative potential VKK to the high potential VPP. Therefore, the adjacent word lines WLm−1 and WLm + 1 are fixed to the negative potential VKK. Regardless, the potential increases slightly due to the coupling by the parasitic capacitance Cp. As a result, the off-leak current of the cell transistor Tr connected to the word lines WLm−1 and WLm + 1 increases, and the charge level of the cell capacitor C is lost faster than usual.
また、以下の様な他の考えもある。図3は、ビット線を共有する2つのメモリセルMCの断面図であり、ワード線WLが半導体基板4に埋め込まれたトレンチゲート型のセルトランジスタTrを有している。図3に示すワード線WLm,WLm+1は、素子分離領域6によって区画された同じ活性領域内に埋め込まれており、これが活性化されると対応するソース/ドレインSD間にチャネルが形成される。ソース/ドレインSDの一方はビット線ノードに接続され、他方はキャパシタノードに接続されている。このような断面において、ワード線WLmがアクセスされ、その後セルトランジスタTrをOFFする(つまりチャネルが切れる)と、キャリアである浮遊電子がチャネル付近に発生する。ワード線WLmへのアクセスが繰り返されると、その浮遊電子が累積し、その累積した浮遊電子がワード線WLm+1側のキャパシタノードへ移動し、PNジャンクションリークを誘発してセルキャパシタCのチャージレベルを失わせる。
There are also other ideas such as: FIG. 3 is a cross-sectional view of two memory cells MC sharing a bit line, and includes a trench gate type cell transistor Tr in which a word line WL is embedded in a semiconductor substrate 4. The word lines WLm and WLm + 1 shown in FIG. 3 are embedded in the same active region partitioned by the
いずれにしても、このようなメカニズムによりメモリセルMCの情報保持時間が低下すると、情報保持時間が規格によって定められたリフレッシュサイクルを下回る危険性がある。情報保持時間がリフレッシュサイクルを下回わってしまうと、リフレッシュ動作を正しく実行しても一部のデータが消失してしまう。 In any case, when the information holding time of the memory cell MC is reduced by such a mechanism, there is a risk that the information holding time falls below the refresh cycle defined by the standard. If the information holding time falls below the refresh cycle, some data will be lost even if the refresh operation is executed correctly.
本実施形態による半導体装置10は、上述したディスターブ現象を考慮し、アクセス履歴に基づいて追加的なリフレッシュ動作を行う点を特徴としている。以下、半導体装置10に備えられたリフレッシュ制御回路40の構成及び動作について詳細に説明する。
The
図4は、第1の実施形態によるリフレッシュ制御回路40の回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram of the
図4に示すように、第1の実施形態によるリフレッシュ制御回路40は、リフレッシュカウンタ41、アクセスカウント部50、パルス発生回路70、アドレス発生部60及び選択回路42を備えている。
As shown in FIG. 4, the
リフレッシュカウンタ41は、リフレッシュ信号IREFに応答してリフレッシュすべきロウアドレス(リフレッシュアドレス)RADDaを生成する回路である。そのカウント値であるリフレッシュアドレスRADDaは、リフレッシュ信号IREFに応答して更新(インクリメント又はデクリメント)される。このため、1リフレッシュサイクルの期間にリフレッシュカウンタ41のカウント値が一周するよう、外部からリフレッシュコマンドを複数回(例えば8k回)投入すれば、1リフレッシュサイクルの期間に全てのワード線WLをリフレッシュすることができる。但し、選択信号SELが活性化している場合には、リフレッシュ信号IREFが入力されてもカウント値の更新は行われない。また、リセット信号RESETが入力されると、リフレッシュカウンタ41のカウント値は初期値にリセットされる。
The
アクセスカウント部50は、メモリセルアレイ11に対するロウアクセスの履歴を解析する回路である。アクセスカウント部50の詳細については後述するが、いずれかのワード線WLに対するアクセス回数が所定値を超えると、検知信号MAXを活性化させる。検知信号MAXは、パルス発生回路70に供給される。
The
パルス発生回路70は、検知信号MAXが活性化した場合、ポインタ制御信号P1,P2を順次活性化させる。ポインタ制御信号P1,P2は、アドレス発生部60に供給される。
When the detection signal MAX is activated, the
アドレス発生部60は、追加的にリフレッシュすべきワード線のロウアドレスを生成する回路であり、図4に示すように、アドレスレジスタ61、アドレスポインタ62及びアドレス書き込み回路63を含んでいる。
The
アドレスレジスタ61は、追加的にリフレッシュすべきワード線のロウアドレスをそれぞれ格納する複数のレジスタ回路610〜61qによって構成されている。レジスタ回路610〜61qの選択はアドレスポインタ62によって行われ、選択されたレジスタ回路610〜61qに書き込むロウアドレスはアドレス書き込み回路63によって生成される。また、アドレスレジスタ61にはリセット信号RESETが供給されており、これが活性化すると全てのレジスタ回路610〜61qの記憶内容がリセットされる。尚、かかるリセット動作は省略することも可能である。
The
図5(a)はアドレスポインタ62の回路図であり、図5(b)はアドレスポインタ62の機能を説明するための模式図である。
FIG. 5A is a circuit diagram of the
図5(a)に示すように、アドレスポインタ62は、ライトポインタ62W及びリードポインタ62Rと、選択信号生成回路62Sと、ラッチ回路62Lとを含んでいる。ライトポインタ62Wは、ライトポイント信号WPを生成するカウンタ回路であり、そのカウント値であるライトポイント信号WPは、ポインタ制御信号P1,P2に応答して更新(インクリメント又はデクリメント)される。上述の通り、検知信号MAXが活性化すると、パルス発生回路70はポインタ制御信号P1,P2を順次活性化させるため、ライトポインタ62Wは2回更新されることになる。ライトポイント信号WPは、図5(b)に示すように、ロウアドレスが書き込まれるレジスタ回路610〜61qのいずれかを指定するために用いられる。図5(b)に示す例では、ライトポイント信号WPによってレジスタ回路61jが指定されている。
As shown in FIG. 5A, the
リードポインタ62Rは、リードポイント信号RPを生成するカウンタ回路であり、そのカウント値であるリードポイント信号RPは、ANDゲート回路Gの出力に応答して更新(インクリメント又はデクリメント)される。ANDゲート回路Gには、リフレッシュ信号IREF及び後述する選択信号PSELが供給されており、したがって、選択信号PSELがハイレベルに活性化していることを条件として、リフレッシュ信号IREFに応答して更新される。リードポイント信号RPは、図5(b)に示すように、ロウアドレスが読み出されるレジスタ回路610〜61qのいずれかを指定するために用いられる。図5(b)に示す例では、リードポイント信号RPによってレジスタ回路61iが指定されている。このようにしてアドレスレジスタ61から読み出されたロウアドレス(リフレッシュアドレス)RADDbは、選択回路42に供給される。
The
選択信号生成回路62Sは、ライトポイント信号WPとリードポイント信号RPを比較する回路であり、WP>RPである場合に選択信号PSELをハイレベルに活性化させる。WP=RPとなった時には、選択信号PSELはローレベルに非活性化させる。ライトポイント信号WPの値とリードポイント信号RPの値が一致するのは、アドレスレジスタ61に有効なロウアドレスが蓄積されていないことを意味する。アドレスレジスタ61に蓄積されたロウアドレスの個数は、ライトポイント信号WPの値とリードポイント信号RPの値の差分(WP−RP)によって与えられる。
The selection
選択信号PSELは、ラッチ回路62Lに供給される。ラッチ回路62Lは、リフレッシュ信号IREFに応答して選択信号PSELをラッチし、ラッチした信号を選択信号SELとして出力する。したがって、選択信号PSELの論理レベルは、次のリフレッシュ信号IREFに応答して選択信号SELに反映されることになる。
The selection signal PSEL is supplied to the
また、ライトポインタ62W及びリードポインタ62Rにはリセット信号RESETが供給されており、これが活性化するとライトポイント信号WP及びリードポイント信号RPが初期化される。
The reset signal RESET is supplied to the
図4に戻って、アドレス書き込み回路63には、アドレス信号IADD及びポインタ制御信号P1,P2が供給される。アドレス書き込み回路63は、ポインタ制御信号P1が活性化するとこれに応答してアドレス信号IADDの値(Addn)をインクリメントしたロウアドレス(Addn+1)を生成し、これをアドレスレジスタ61に出力する。さらに、ポインタ制御信号P2が活性化すると、これに応答してアドレス信号IADDの値(Addn)をデクリメントしたロウアドレス(Addn−1)を生成し、これをアドレスレジスタ61に出力する。アドレスレジスタ61に出力されるこれらのロウアドレスAddn+1,Addn−1は、ライトポイント信号WPの値に従ってそれぞれ異なるレジスタ回路610〜61qに格納される。
Returning to FIG. 4, the
上記の構成により、リフレッシュカウンタ41によってリフレッシュアドレスRADDaが生成され、アドレス発生部60によってリフレッシュアドレスRADDbが生成される。これらリフレッシュアドレスRADDa,RADDbは、選択回路42に供給される。選択回路42は、これらリフレッシュアドレスRADDa,RADDbを受け、いずれか一方をリフレッシュアドレスRADDとしてロウデコーダ12に出力する。具体的には、選択信号SELがローレベルに非活性化している場合には、リフレッシュアドレスRADDaが選択され、選択信号SELがハイレベルに活性化している場合には、リフレッシュアドレスRADDbが選択される。このことは、アドレスレジスタ61に有効なロウアドレスが蓄積されていない場合にはリフレッシュアドレスRADDaが選択され、アドレスレジスタ61に有効なロウアドレスが蓄積されている場合にはリフレッシュアドレスRADDbが選択されることを意味する。
With the above configuration, the refresh address RADDa is generated by the
図6は、アクセスカウント部50の構成を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the
図6に示すように、アクセスカウント部50は、デコード回路51、カウンタ回路520〜52p及びOR回路53を含む。デコード回路51は、アクティブ信号IACT、リフレッシュ信号IREF、アドレス信号IADD及びリフレッシュアドレスRADDを受け、これらに基づいてカウント信号RACT0〜RACTp及びリセット信号RREF0〜RREFpを生成する。
As shown in FIG. 6, the
具体的には、アクティブ信号IACTが活性化した場合、アドレス信号IADDをデコードすることによってカウント信号RACT0〜RACTpのいずれかを活性化させる。カウント信号RACT0〜RACTpは、それぞれカウンタ回路520〜52pに供給され、これにより対応するカウンタ回路520〜52pのカウント値がカウントアップされる。一方、リフレッシュ信号IREFが活性化した場合、リフレッシュアドレスRADDをデコードすることによってリセット信号RREF0〜RREFpのいずれかを活性化させる。リセット信号RREF0〜RREFpは、それぞれカウンタ回路520〜52pに供給され、これにより対応するカウンタ回路520〜52pのカウント値がリセットされる。
Specifically, when the active signal IACT is activated, one of the count signals RACT0 to RACTp is activated by decoding the address signal IADD. The count signals RACT0 to RACTp are supplied to the counter circuits 52 0 to 52 p , respectively, whereby the count values of the corresponding counter circuits 52 0 to 52 p are counted up. On the other hand, when the refresh signal IREF is activated, one of the reset signals RREF0 to RREFp is activated by decoding the refresh address RADD. Reset signal RREF0~RREFp is supplied to each of the
詳細については後述するが、カウンタ回路520〜52pは、カウント値をデジタル形式で保持する一般的なカウンタ回路とは異なり、内部ノードの電圧レベルによってカウント値を保持するアナログ形式のカウンタ回路である。そして、カウンタ回路520〜52pのカウント値が所定値に達すると、それぞれ対応する検知信号MAX0〜MAXpが活性化する。検知信号MAX0〜MAXpは、OR回路53に入力される。
Although details will be described later, the counter circuits 52 0 to 52 p are analog counter circuits that hold the count value according to the voltage level of the internal node, unlike a general counter circuit that holds the count value in a digital format. is there. When the count values of the counter circuits 52 0 to 52 p reach a predetermined value, the corresponding
OR回路53は、検知信号MAX0〜MAXpのいずれかが活性化すると、検知信号MAXを活性化させる検知回路を構成する。上述の通り、検知信号MAXは図4に示すパルス発生回路70に入力される。そして、パルス発生回路70は、検知信号MAXが活性化するとポインタ制御信号P1,P2を順次活性化させる。
The OR
次に、本実施形態によるリフレッシュ制御回路40を用いた半導体装置10の動作について説明する。
Next, the operation of the
図7は、本実施形態によるリフレッシュ制御回路40を用いた半導体装置10の動作を説明するためのタイミング図である。
FIG. 7 is a timing chart for explaining the operation of the
図7に示す例では、時刻t10に外部からアクティブコマンドACTが発行され、時刻t21,t22,t23,t24に外部からリフレッシュコマンドREFが発行されたケースを示している。図示しないが、時刻t10以前においても、アクティブコマンドACTの発行による多数回のロウアクセスが行われており、これによってロウアドレスAddnに対応するカウンタ回路52nのカウント値は、所定値−1までカウントアップされている。 In the example shown in FIG. 7, an active command ACT is issued from outside at time t10, and a refresh command REF is issued from outside at times t21, t22, t23, and t24. Although not shown, the time t10 even earlier, have been performed many times in a row access by issuing the active command ACT, the count value of the counter circuit 52 n to thereby corresponding to the row address Addn, counts up to a predetermined value -1 Has been up.
この状態で、時刻t10にアクティブコマンドACTとともにロウアドレスAddnが入力されると、対応するカウンタ回路52nのカウント値は所定値に達するため、時刻t11にて検知信号MAXが活性化する。検知信号MAXが活性化すると、パルス発生回路70は、時刻t12,t13にてポインタ制御信号P1,P2をそれぞれ活性化させる。これに応答して、アドレスポインタ62に含まれるライトポインタ62Wは、そのカウント値であるライトポイント信号WPを時刻t12,t13にてそれぞれ更新する。図7に示す例では、時刻t12にてライトポイント信号WPの値が「1」となり、時刻t13にてライトポイント信号WPの値が「2」となっている。
In this state, when the row address Addn along with the active command ACT to the time t10 is input, the count value of the corresponding counter circuit 52 n is to reach a predetermined value, the detection signal MAX is activated at time t11. When the detection signal MAX is activated, the
また、ポインタ制御信号P1,P2の活性化に応答して、アドレス書き込み回路63は、ロウアドレスAddn−1及びAddn+1を順次アドレスレジスタ61に出力する。これにより、アドレスレジスタ61に含まれるレジスタ回路611にロウアドレスAddn−1が格納され、レジスタ回路612にロウアドレスAddn+1が格納される。この時点においてはリードポイント信号RPの値は「0」であるため、時刻t11において選択信号PSELはハイレベルに活性化する。しかしながら、この時点ではまだ選択信号SELはローレベルであり、したがって選択回路42はリフレッシュカウンタ41の出力であるリフレッシュアドレスRADDaを選択する。図7に示す例では、この時点におけるリフレッシュアドレスRADDaの値はAddmであり、したがって、選択回路42から出力されるリフレッシュアドレスRADDの値もAddmである。
Further, in response to the activation of the pointer
次に、時刻t21において外部からリフレッシュコマンドREFが発行されると、図1に示すコマンドデコード回路33はリフレッシュ信号IREFを活性化させる。上述の通り、この時点におけるリフレッシュアドレスRADDの値はAddmであることから、ロウデコーダ12は、ロウアドレスAddmが示すワード線WLmにアクセスする。これにより、ワード線WLmに接続されたメモリセルMCの情報がリフレッシュされる。
Next, when a refresh command REF is issued from the outside at time t21, the
また、リフレッシュ信号IREFの活性化に応答して、リフレッシュカウンタ41のカウント値がAddm+1に更新されるとともに、アドレスポインタ62に含まれるリードポインタ62Rは、そのカウント値であるリードポイント信号RPの値を「1」に更新する。これにより、アドレスレジスタ61からは、レジスタ回路611に格納されたロウアドレスAddn−1が出力される。
In response to the activation of the refresh signal IREF, the count value of the
さらに、リフレッシュ信号IREFの活性化に応答して選択信号SELがハイレベルに変化するため、選択回路42はアドレスレジスタ61の出力であるリフレッシュアドレスRADDbを選択することになる。したがって、選択回路42から出力されるリフレッシュアドレスRADDの値はAddn−1となる。
Further, since the selection signal SEL changes to high level in response to the activation of the refresh signal IREF, the
さらに、リフレッシュ信号IREF及びリフレッシュアドレスRADDに基づき、図6に示したデコード回路51によってリセット信号RREFm+1が活性化され、ワード線WLm+1に対応するカウンタ回路52m+1がリセットされる。これは、ワード線WLmがディスターブを受ける原因の一つがワード線WLm+1へのロウアクセスであるところ(図2参照)、ワード線WLmがリフレッシュされ電荷が再生された結果、ワード線WLm+1へのロウアクセスをカウントすることによるワード線WLmのディスターブ不良を防止する必要が無くなるからである。
Further, based on the refresh signal IREF and the refresh address RADD, the reset signal RREFm + 1 is activated by the
但し、ワード線WLm+1へのロウアクセスは、ワード線WLmだけでなくワード線WLm+2に対するディスターブも生じるため、本来であれば、ワード線WLmとワード線WLm+2の両方がリフレッシュされたことを条件としてワード線WLm+1に対応するカウンタ回路52m+1をリセットすべきであると考えられる。しかしながら、ワード線WLmに対するリフレッシュ動作がリフレッシュコマンドREFに応答したものである場合、リフレッシュカウンタ41があと2回更新されればワード線WLm+2がリフレッシュされるのであるから、その後短期間でワード線WLm+2がリフレッシュされるのは明らかである。この点を考慮し、本実施形態では、ワード線WLm+2へのリフレッシュ動作を待つことなく、ワード線WLmがリフレッシュされたことに応答してワード線WLm+1に対応するカウンタ回路52m+1をリセットしている。
However, row access to the word line WLm + 1 causes disturbance not only to the word line WLm but also to the word
もちろん、ワード線WLmとワード線WLm+2の両方がリフレッシュされたことを条件としてワード線WLm+1に対応するカウンタ回路52m+1がリセットされるよう、デコード回路51を構成することも可能である。但し、この場合、デコード回路51の回路構成がやや複雑となる。
Of course, it is also possible to configure the
或いは、ワード線WLmに対するリフレッシュがリフレッシュコマンドREFに応答したものである場合、ワード線WLm−1に対応するカウンタ回路52m−1をリセットすることも可能である。これは、ワード線WLmがディスターブを受ける原因の一つがワード線WLm−1へのロウアクセスであるところ、ワード線WLmがリフレッシュされ電荷が再生された結果、ワード線WLm−1へのロウアクセスをカウントすることによるワード線WLmのディスターブ不良を防止する必要が無くなるからである。
Alternatively, if the refresh for the word line WLm is in response to the refresh command REF, it is possible to reset the counter circuit 52 m-1 corresponding to the word line WLm-1. This is because one of the reasons that the word line WLm is disturbed is the row access to the word
ここでも、ワード線WLm−1へのロウアクセスは、ワード線WLmだけでなくワード線WLm−2に対するディスターブも生じるため、本来であれば、ワード線WLmとワード線WLm−2の両方がリフレッシュされたことを条件としてワード線WLm−1に対応するカウンタ回路52m−1をリセットすべきであると考えられる。しかしながら、ワード線WLmに対するリフレッシュ動作がリフレッシュコマンドREFに応答したものである場合、リフレッシュカウンタ41との関係においてワード線WLm−2はリフレッシュされた直後であると考えられるため、上記のようにカウンタ回路52m−1をリセットすることが可能である。
Again, row access to the word line WLm-1 causes disturbance to the word line WLm-2 as well as the word line WLm, so that both the word line WLm and the word line WLm-2 are refreshed. It is considered that the counter circuit 52 m−1 corresponding to the word line WLm−1 should be reset on the condition. However, when the refresh operation for the word line WLm is in response to the refresh command REF, it is considered that the word line WLm-2 is immediately after being refreshed in relation to the
さらには、ワード線WLmに対するリフレッシュがリフレッシュコマンドREFに応答したものである場合、ワード線WLm−1に対応するカウンタ回路52m−1と、ワード線WLm+1に対応するカウンタ回路52m+1の両方をリセットすることも可能である。 Furthermore, if a refresh for the word line WLm is that in response to the refresh command REF, reset the counter circuit 52 m-1 corresponding to the word lines WLm-1, both of the counter circuit 52 m + 1 corresponding to the word line WLm + 1 It is also possible to do.
そして、時刻t22において再びリフレッシュコマンドREFが発行されると、ロウデコーダ12は、ロウアドレスAddn−1が示すワード線WLn−1にアクセスする。つまり、リフレッシュカウンタ41が示すロウアドレスAddm+1ではなく、アドレスレジスタ61が示すロウアドレスAddn−1に対してリフレッシュ動作が割り込み的に実行される。これにより、ワード線WLn−1に接続されたメモリセルMCの情報がリフレッシュされる。ワード線WLn−1はワード線WLnに隣接するワード線であり、ワード線WLnへの多数回に亘るロウアクセスによってディスターブを受けている。これによりワード線WLn−1に接続されたメモリセルMCの情報保持特性が低下しているおそれがあるが、時刻t22にてワード線WLn−1へのリフレッシュ動作を割り込み的に実行していることから、情報を正しく保持することが可能となる。
When the refresh command REF is issued again at time t22, the
また、この時点においては選択信号SELがハイレベルであることから、リフレッシュ信号IREFが活性化してもリフレッシュカウンタ41のカウント値は更新されず、Addm+1のまま維持される。さらに、リフレッシュ信号IREFの活性化に応答して、アドレスポインタ62に含まれるリードポインタ62Rは、そのカウント値であるリードポイント信号RPの値を「2」に更新する。これにより、アドレスレジスタ61からは、レジスタ回路612に格納されたロウアドレスAddn+1が出力される。したがって、選択回路42から出力されるリフレッシュアドレスRADDの値もAddn+1となる。また、リードポイント信号RPの値がライトポイント信号WPの値と一致することから、選択信号PSELはローレベルに変化する。但し、この時点では選択信号SELはハイレベルのままである。
At this time, since the selection signal SEL is at a high level, even if the refresh signal IREF is activated, the count value of the
時刻t23においてさらにリフレッシュコマンドREFが発行されると、ロウデコーダ12は、ロウアドレスAddn+1が示すワード線WLn+1にアクセスする。つまり、アドレスレジスタ61が示すロウアドレスAddn+1に対してリフレッシュ動作が割り込み的に実行され、当該メモリセルMCの情報がリフレッシュされる。ワード線WLn+1もワード線WLnに隣接するワード線でありディスターブを受けているが、時刻t23にてワード線WLn+1へのリフレッシュ動作を割り込み的に実行していることから、情報を正しく保持することが可能となる。
When the refresh command REF is further issued at time t23, the
また、この時点においても選択信号SELがハイレベルであることから、リフレッシュ信号IREFが活性化してもリフレッシュカウンタ41のカウント値は更新されず、Addm+1のまま維持される。また、リフレッシュ信号IREFの活性化に応答して、選択信号SELがローレベルに変化する。これにより、選択回路42はリフレッシュカウンタ41から出力されるリフレッシュアドレスRADDaを選択するため、選択回路42から出力されるリフレッシュアドレスRADDの値はAddm+1に切り替わる。
At this time, the selection signal SEL is at the high level, so even if the refresh signal IREF is activated, the count value of the
そして、時刻t24においてリフレッシュコマンドREFが発行されると、ロウデコーダ12は、ロウアドレスAddm+1が示すワード線WLm+1にアクセスする。つまり、通常通り、リフレッシュカウンタ41が示すロウアドレスに対してリフレッシュ動作が実行される。また、リフレッシュ信号IREFの活性化に応答してリフレッシュカウンタ41のカウント値がAddm+2に更新される。さらに、リセット信号RREFm+2が活性化され、ワード線WLm+2に対応するカウンタ回路52m+2がリセットされる。
When the refresh command REF is issued at time t24, the
このように、本実施形態においては、ロウアドレスAddnが示すワード線WLnに対するロウアクセスの回数が所定値に達すると、これに隣接するワード線WLn−1,WLn+1に対して追加的なリフレッシュ動作が実行され、ディスターブによって低下したメモリセルMCの電荷量が再生される。これにより、アクセス履歴にかかわらず、各メモリセルMCに記憶された情報を正しく保持することが可能となる。 Thus, in the present embodiment, when the number of row accesses to the word line WLn indicated by the row address Addn reaches a predetermined value, an additional refresh operation is performed on the word lines WLn−1 and WLn + 1 adjacent thereto. The charge amount of the memory cell MC which has been executed and decreased due to the disturb is reproduced. Thereby, it is possible to correctly hold the information stored in each memory cell MC regardless of the access history.
しかも、追加的なリフレッシュ動作を行う場合には、リフレッシュカウンタ41のカウント値の更新が停止されることから、通常のリフレッシュ動作についても正しく実行することが可能となる。但し、リフレッシュカウンタ41のカウント値の更新が停止すると、リフレッシュカウンタ41のカウント値が一周するために必要なリフレッシュコマンドREFの発行回数がその分増大する。このことは、リフレッシュサイクルが設計値よりも若干長くなることを意味するが、既に説明したとおり、実際には各メモリセルMCの情報保持時間はリフレッシュサイクルに対して十分なマージンを有しているため、規格によって定められたリフレッシュサイクルよりもやや長いサイクルでリフレッシュ動作を行った場合であっても、メモリセルMCの情報は正しく保持される。
In addition, when an additional refresh operation is performed, the update of the count value of the
次に、カウンタ回路520〜52pのいくつかの具体的な回路構成について説明する。尚、カウンタ回路520〜52pは、それぞれ対応する信号を入出力する他、互いに同じ回路構成を有しているため、以下の説明では、カウンタ回路520,521に着目して説明を進める。 Next, some specific circuit configurations of the counter circuits 52 0 to 52 p will be described. Note that the counter circuits 52 0 to 52 p each input and output corresponding signals and have the same circuit configuration. Therefore, in the following description, the description will focus on the counter circuits 52 0 and 52 1. Proceed.
図8は、カウンタ回路520,521の回路図である。 FIG. 8 is a circuit diagram of the counter circuits 52 0 and 52 1 .
図8に示すように、カウンタ回路520,521は、いずれもアナログ的なカウント動作を行う2つの単位回路80,90が直列に接続された構成を有している。単位回路80,90はそれぞれ電位発生回路として機能する。
As shown in FIG. 8, each of the counter circuits 52 0 and 52 1 has a configuration in which two
単位回路80は、対応するカウント信号RACT0,RACT1を受けて制御信号UPを生成する第1制御回路81と、制御信号UPを受けてキャパシタC10,C11を充電する第1ポンプ回路82と、キャパシタC10,C11の充電レベルと参照電位RVREFとを比較する比較回路83とを含む。キャパシタC10,C11は、それぞれ内部ノードN10,N11と接地配線との間に接続されている。制御信号UPは、後述するポンプ信号PUMP、チャージ信号CHARGE及びドライブ信号DRIVEによって構成される。
The
また、単位回路80は、キャパシタC10,C11の充電レベルをリセットするトランジスタ84と、トランジスタ84を制御する第1リセット回路85をさらに含む。トランジスタ84がオンすると、内部ノードN10又はN11が接地レベルに初期化される。尚、内部ノードN10又はN11の初期化は接地レベルではなく、所定の電源レベルであっても構わない。
The
かかる構成により、内部ノードN10又はN11が接地レベルに初期化されることなく、所定回数に亘って充電動作が繰り返された結果、内部ノードN10又はN11のレベルが参照電位RVREFを超えると、比較回路83から出力されるカウント信号S10,S11がハイレベルに反転する。カウント信号S10,S11は、それぞれカウンタ回路520,521に含まれる単位回路90に供給される。
With this configuration, when the internal node N10 or N11 is not initialized to the ground level and the charging operation is repeated a predetermined number of times, as a result of the internal node N10 or N11 exceeding the reference potential RVREF, the comparison circuit The count signals S10 and S11 output from 83 are inverted to a high level. The count signals S10 and S11 are supplied to the
単位回路90は、単位回路80と類似の構成を有している。単位回路90は、対応するカウント信号S10,S11を受けて制御信号UPを生成する第2制御回路91と、制御信号UPを受けてキャパシタC20,C21を充電する第2ポンプ回路92と、キャパシタC20,C21の充電レベルと参照電位RVREFとを比較する比較回路93とを含む。キャパシタC20,C21は、それぞれ内部ノードN20,N21と接地配線との間に接続されている。
The
また、単位回路90は、キャパシタC20,C21の充電レベルをリセットするトランジスタ94と、トランジスタ94を制御する第2リセット回路95をさらに含む。トランジスタ94がオンすると、内部ノードN20又はN21が接地レベルに初期化される。
The
かかる構成により、内部ノードN20又はN21が接地レベルに初期化されることなく、所定回数に亘って充電動作が繰り返された結果、内部ノードN20又はN21のレベルが参照電位RVREFを超えると、比較回路93から出力される検知信号MAX0,MAX1がハイレベルに反転する。すでに説明したとおり、検知信号MAX0,MAX1は、OR回路53に入力される。
With such a configuration, when the internal node N20 or N21 is not initialized to the ground level and the charging operation is repeated a predetermined number of times, the level of the internal node N20 or N21 exceeds the reference potential RVREF. The detection signals MAX0 and MAX1 output from 93 are inverted to a high level. As already described, the detection signals MAX0 and MAX1 are input to the
図9は、第1ポンプ回路82の回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram of the
図9に示すように、第1ポンプ回路82は、Nチャンネル型のトランジスタQ0〜Q2と、キャパシタCa0〜Ca2を含む。トランジスタQ1のゲート電極とソース領域は短絡されている。また、トランジスタQ1のドレイン領域には、トランジスタQ0を介して電源電位VPERIが供給される。トランジスタQ1のソース領域は、トランジスタQ2を介して内部ノードN10又はN11に接続される。トランジスタQ0,Q2のゲート電極には、チャージ信号CHARGE及びドライブ信号DRIVEがそれぞれ入力される。
As shown in FIG. 9, the
そして、キャパシタCa0の一端はトランジスタQ1のゲート電極に接続され、他端にはポンプ信号PUMPが入力される。キャパシタCa1の一端はトランジスタQ1のドレイン領域に接続され、他端には電源電位VSSが供給される。キャパシタCa2の一端はトランジスタQ1のソース領域に接続され、他端には電源電位VSSが供給される。 One end of the capacitor Ca0 is connected to the gate electrode of the transistor Q1, and the other end receives the pump signal PUMP. One end of the capacitor Ca1 is connected to the drain region of the transistor Q1, and the power supply potential VSS is supplied to the other end. One end of the capacitor Ca2 is connected to the source region of the transistor Q1, and the other end is supplied with the power supply potential VSS.
図10は、第1ポンプ回路82の動作を説明するためのタイミング図である。
FIG. 10 is a timing chart for explaining the operation of the
図10には、第1ポンプ回路82に対応するワード線WLが連続的に選択された場合の動作が示されている。図10に示すように、ワード線WLが選択されると、チャージ信号CHARGE、ポンプ信号PUMP及びドライブ信号DRIVEがこの順に一時的に活性化する。上述の通り、チャージ信号CHARGE、ポンプ信号PUMP及びドライブ信号DRIVEは、図8に示した制御信号UPに相当する。ワード線WLの活性化に応答したチャージ信号CHARGE、ポンプ信号PUMP及びドライブ信号DRIVEの発生は、1回であっても構わないし、複数回であっても構わない。
FIG. 10 shows an operation when the word lines WL corresponding to the
チャージ信号CHARGEが一時的に活性化すると、トランジスタQ0が一時的にオンするため、図9に示すノードNa1がVPERIレベルにチャージされる。次に、ポンプ信号PUMPが一時的に活性化すると、キャパシタCa0を介してトランジスタQ1のゲート電極及びソース領域がポンプアップされる。ここで、トランジスタQ1のゲート電極とソース領域は短絡されているため、原理的にはトランジスタQ1のゲート−ソース間電圧は変化しない。しかしながら、信号の伝達時間に僅かな差が存在するため、非常に短い時間だけゲート−ソース間に電圧が生じ、トランジスタQ1が一瞬だけオンする。これにより、ノードNa1とノードNa2が一瞬だけ導通し、ノードNa2の電位が僅かに上昇する。 When the charge signal CHARGE is temporarily activated, the transistor Q0 is temporarily turned on, so that the node Na1 shown in FIG. 9 is charged to the VPERI level. Next, when the pump signal PUMP is temporarily activated, the gate electrode and the source region of the transistor Q1 are pumped up via the capacitor Ca0. Here, since the gate electrode and the source region of the transistor Q1 are short-circuited, in principle, the gate-source voltage of the transistor Q1 does not change. However, since there is a slight difference in signal transmission time, a voltage is generated between the gate and the source for a very short time, and the transistor Q1 is turned on for a moment. Thereby, the node Na1 and the node Na2 are electrically connected for a moment, and the potential of the node Na2 is slightly increased.
そして、ドライブ信号DRIVEが一時的に活性化すると、トランジスタQ2が一時的にオンするため、内部ノードN10又はN11の電位が僅かに上昇する。このような動作を繰り返すことにより、対応するワード線WLが選択される度に、内部ノードN10又はN11の電位を1ピッチずつ上昇させることが可能となる。 When the drive signal DRIVE is temporarily activated, the transistor Q2 is temporarily turned on, so that the potential of the internal node N10 or N11 slightly increases. By repeating such an operation, the potential of the internal node N10 or N11 can be increased by one pitch each time the corresponding word line WL is selected.
このような動作を繰り返した結果、内部ノードN10又はN11のレベルが参照電位RVREFを超えると、比較回路83から出力されるカウント信号S10又はS11がハイレベルに反転する。カウント信号S10又はS11は、第2制御回路91に供給される。本明細書においては、カウント信号S10又はS11が活性化するのに必要な第1ポンプ回路82のポンプアップ回数を最大カウント値Kと定義する。
As a result of repeating such operations, when the level of the internal node N10 or N11 exceeds the reference potential RVREF, the count signal S10 or S11 output from the
単位回路90に含まれる第2制御回路91及び第2ポンプ回路92は、単位回路80に含まれる第1制御回路81及び第1ポンプ回路82とそれぞれ同じ回路構成を有している。このため、カウント信号S10又はS11が活性化すると、第2制御回路91は、チャージ信号CHARGE、ポンプ信号PUMP及びドライブ信号DRIVEをこの順に一時的に活性化させる。これにより、第2ポンプ回路92はポンピング動作を実行し、内部ノードN20又はN21の電位を1ピッチ上昇させる。
The
また、カウント信号S10又はS11は第1リセット回路85にフィードバックされ、これが活性化すると第1リセット回路85はトランジスタ84をオンさせる。これにより、内部ノードN10又はN11のレベルがリセットされ、カウント値がゼロとなる。また、第1リセット回路85及び第2リセット回路95には、リセット信号RESET及び対応するリセット信号RREF0,RREF1も供給され、これらが活性化すると内部ノードN10,N11及びN20,N21のレベルがリセットされる。
The count signal S10 or S11 is fed back to the
そして、内部ノードN20又はN21のレベルが参照電位RVREFを超えると、対応する比較回路93から出力される検知信号MAX0又はMAX1がハイレベルに反転する。上述の通り、検知信号MAX0,MAX1はOR回路53に供給される。検知信号MAX0又はMAX1が活性化すると検知信号MAXが活性化し、図4に示したパルス発生回路70が起動される。本明細書においては、検知信号MAX0,MAX1が活性化するのに必要な第2ポンプ回路92のポンプアップ回数を最大カウント値Jと定義する。
When the level of the internal node N20 or N21 exceeds the reference potential RVREF, the detection signal MAX0 or MAX1 output from the
このような構成により、各カウンタ回路520〜52pは、それぞれK×J回のカウント動作を行うと、対応する検知信号MAX0〜MAXpを活性化させることになる。例えば、
K≒J≒400回
である場合、あるワード線WLが約16万回アクセスされた場合に検知信号MAXを活性化させることができる。このため、単位回路80の最大カウント値Kや単位回路90の最大カウント値Jがそれほど大きくない場合であっても、検知信号MAX0〜MAXpが活性化するのに要するワード線WLの選択回数を十分に確保することが可能となる。
With such a configuration, each of the counter circuits 52 0 to 52 p activates the corresponding detection signals MAX 0 to MAXp when performing the counting operation K × J times. For example,
When K≈J≈400 times, the detection signal MAX can be activated when a certain word line WL is accessed about 160,000 times. For this reason, even when the maximum count value K of the
尚、単位回路80,90によるカウント動作は、電圧レベルをカウント値とするアナログ方式であるため、デジタル方式とは異なり、最大カウント値K,Jの値にある程度の誤差が生じるおそれがある。しかしながら、誤差を考慮した値に設定しておけば問題はない。例えば、16万回のアクセスが行われた場合に必ず上記制御を行う必要があるのであれば、理論上12万回のアクセスで上記制御が行われるようK、Jの値を適当な値になるように設計すれば良い。
Note that the counting operation by the
ここで、最大カウント値K又はJの値を大きくするためには、1回のポンプアップ動作によって変化する電位差を小さくすればよいが、1回のポンプアップ動作によって変化する電位差が小さすぎると誤差が増大する。このため、本実施形態では、2つの単位回路80,90を直列に接続することにより、一定量の電位差を確保して誤差を抑えつつ、合計でより多くのカウント回数を確保している。したがって、より多くのカウント回数を確保する必要がある場合には、3以上の単位回路を直列に接続すればよい。
Here, in order to increase the value of the maximum count value K or J, it is only necessary to reduce the potential difference that changes by one pump-up operation. However, if the potential difference that changes by one pump-up operation is too small, an error occurs. Will increase. For this reason, in this embodiment, by connecting the two
但し、本発明において複数の単位回路を直列接続することは必須でなく、必要なカウント回数がそれほど多くない場合には、図11に示すように単位回路80のみによってカウンタ回路520〜52pを構成しても構わない。
However, in the present invention, it is not indispensable to connect a plurality of unit circuits in series. When the necessary number of counts is not so large, the counter circuits 52 0 to 52 p are connected only by the
さらに、図12に示すように、複数の単位回路80によって比較回路83を共有する構成を用いても構わない。図12に示す例では、複数の内部ノードN10〜N1kがそれぞれ対応するトランジスタ86のゲート電極に接続されている。そして、各トランジスタ86のドレインは、比較回路83の入力ノードにワイヤードオア接続されている。これにより、いずれか一つの内部ノードN10〜N1kの電位レベルがトランジスタ86のしきい値を超えると、比較回路83から出力される検知信号MAX0kが反転する。
Furthermore, as shown in FIG. 12, a configuration in which the
また、図12に示す例では、比較回路83にアクティブ信号IACTが入力されており、ロウアクセス時にのみ比較回路83を活性化させることによって消費電流を削減している。
In the example shown in FIG. 12, the active signal IACT is input to the
また、第1ポンプ回路82及び第2ポンプ回路92は、内部ノードを昇圧させる回路である必要はなく、内部ノードを降圧する回路であっても構わない。この場合、比較回路83、93における反転入力端子、非反転入力端子の接続は逆となる。
Further, the
図13は、OR回路53の一例を示す回路図である。
FIG. 13 is a circuit diagram showing an example of the
図13に示す例では、8192本の検知信号MAX0〜MAX8191に基づいて検知信号MAXが生成される。ここで、8192本の検知信号MAX0〜MAX8191は16グループに分類され、各グループがワイヤードオア接続されている。例えば、検知信号MAX0〜MAX511がワイヤードオア接続されている。 In the example shown in FIG. 13, the detection signal MAX is generated based on 8192 detection signals MAX0 to MAX8191. Here, 8192 detection signals MAX0 to MAX8191 are classified into 16 groups, and each group is wired or connected. For example, the detection signals MAX0 to MAX511 are wired or connected.
ワイヤードオア接続された各グループの出力信号は、対応するオアゲートOR0〜OR7の入力ノードの一方に供給される。そして、OR0〜OR7の出力信号は、8入力であるオアゲートOR8に入力され、その出力信号が検知信号MAXとして用いられる。 The output signals of each group connected by wired OR are supplied to one of the input nodes of the corresponding OR gates OR0 to OR7. Then, the output signals of OR0 to OR7 are input to the 8-input OR gate OR8, and the output signal is used as the detection signal MAX.
このように、ワイヤードオア接続とオアゲートによってOR回路53を構成すれば、素子数を削減しつつ、過剰なワイヤードオア接続による過負荷を避けることが可能となる。
As described above, if the
以上説明したように、本実施形態においては、カウント値を内部ノードの電圧レベルによって保持するアナログ形式のカウンタ回路520〜52pを用いていることから、ラッチ回路を用いたデジタル方式のカウンタ回路を用いる場合と比べ、回路規模を大幅に縮小することが可能となる。 As described above, in this embodiment, since the analog counter circuits 52 0 to 52 p that hold the count value according to the voltage level of the internal node are used, the digital counter circuit using the latch circuit is used. Compared to the case of using the circuit, the circuit scale can be greatly reduced.
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図14は、本発明の第2の実施形態におけるメモリセルアレイ11の構造を示す略平面図である。
FIG. 14 is a schematic plan view showing the structure of the
図14に示すように、本実施形態においては、ビット線コンタクトBLCを共有する2つのセルトランジスタTrに対応するワード線WL(例えば、ワード線WLn(0)とWLn(1))が互いに近接して配置されており、その間隔はW1である。ビット線コンタクトBLCとは、セルトランジスタTrのソース/ドレインの一方とビット線BLとを接続するためのコンタクト導体である。ソース/ドレインの他方は、セルコンタクトCCを介して図示しないセルキャパシタCに接続される。 As shown in FIG. 14, in this embodiment, word lines WL (for example, word lines WLn (0) and WLn (1)) corresponding to two cell transistors Tr sharing the bit line contact BLC are close to each other. The interval is W1. The bit line contact BLC is a contact conductor for connecting one of the source / drain of the cell transistor Tr and the bit line BL. The other of the source / drain is connected to a cell capacitor C (not shown) via a cell contact CC.
これに対し、ビット線コンタクトBLCを共有しないセルトランジスタTrに対応する隣接したワード線WL(例えば、ワード線WLn(1)とWLn+1(0))の間隔は、間隔W1よりも広い間隔W2である。このようなレイアウトとなるのは、図14に示すように、A方向を長手方向とする活性領域ARaと、B方向を長手方向とする活性領域ARbを、X方向に交互に形成しているためである。 On the other hand, the interval between adjacent word lines WL (for example, word lines WLn (1) and WLn + 1 (0)) corresponding to the cell transistors Tr not sharing the bit line contact BLC is an interval W2 wider than the interval W1. . As shown in FIG. 14, such a layout is obtained because active regions ARa whose longitudinal direction is the A direction and active regions ARb whose longitudinal direction is the B direction are alternately formed in the X direction. It is.
メモリセルアレイ11がこのようなレイアウトを有している場合、あるワード線WLn(0)が繰り返しアクセスされた場合であっても、間隔W1で隣接するワード線WLn(1)に対しては寄生容量Cp1が大きいためディスターブ現象が発生するが、間隔W2で隣接するワード線WLn−1(1)に対しては寄生容量Cp2が小さいためディスターブ現象がほとんど発生しない。したがって、このようなレイアウトを有している場合には、ディスターブ現象の発生するワード線WLn(1)に対しては追加的なリフレッシュ動作を行う必要があるが、他方のワード線WLn−1(1)に対しては追加的なリフレッシュ動作を行う必要はない。
When the
また、間隔W1で隣接するワード線WLn(0)とWLn(1)は、割り当てられたロウアドレスの最下位ビット(A0)のみが相違し、他のビット(A1〜A13)の値が一致している。このような特徴を考慮し、本実施形態においてはリフレッシュ制御回路40の回路構成の簡素化を図っている。以下、本実施形態におけるリフレッシュ制御回路40の構成及び動作について詳細に説明する。
In addition, word lines WLn (0) and WLn (1) that are adjacent at the interval W1 differ only in the least significant bit (A0) of the assigned row address, and the values of the other bits (A1 to A13) match. ing. In consideration of such characteristics, in the present embodiment, the circuit configuration of the
図15は、第2の実施形態によるリフレッシュ制御回路40の回路図である。
FIG. 15 is a circuit diagram of the
図15に示すように、第2の実施形態によるリフレッシュ制御回路40は、アドレス発生部60の代わりにアドレス発生部200が用いられ、パルス発生回路70が削除される他は、図4に示したリフレッシュ制御回路40とほぼ同様の構成を有している。但し、アクセスカウント部50に供給されるアドレス信号IADDは、ビットA0〜A13のうちビットA1〜A13からなる13ビットのみである。つまり、最下位ビットA0は縮退される。
As shown in FIG. 15, the
図16は、アドレス発生部200のブロック図である。
FIG. 16 is a block diagram of the
図16に示すように、アドレス発生部200は、マトリクスアレイ210、ロウデコーダ220、アドレスライト回路230及びアドレスリード回路240を有している。特に限定されるものではないが、例えばマトリクスアレイ210は複数のラッチ回路がマトリクス状に配置された構成を有している。具体的には、r+1本のワード線RRWL0〜RRWLrと、13本のビット線RRBL1〜RRBL13を有し、これらの交点にそれぞれラッチ回路が配置された構成を有している。尚、ラッチ回路に限らず、情報を保持可能な素子であればよい。
As shown in FIG. 16, the
ワード線RRWL0〜RRWLrの選択は、ライトカウンタ250又はリードカウンタ260から出力されるロウアドレスRAに基づき、リフレッシュ信号IREFに応答して行われる。ライトカウンタ250から出力されるロウアドレスRAは、アドレスライト回路230を用いてマトリクスアレイ210にロウアドレスIADD(A1〜A13)を書き込む際に参照される。リードカウンタ260から出力されるロウアドレスRAは、アドレスリード回路240を用いてマトリクスアレイ210からリフレッシュアドレスRADDb(A1〜A13)を読み出す際に参照される。後述するとおり、マトリクスアレイ210に書き込まれるロウアドレスIADD(A1〜A13)は、アクセス回数が所定値に達したワード線WLn(0)又はWLn(1)を示している。
Selection of the word lines RRWL0 to RRWLr is performed in response to the refresh signal IREF based on the row address RA output from the
アドレスライト回路230は、ロウアドレスIADD(A1〜A13)の各ビットに対応するライト回路2301〜23013からなり、ライトカウンタ250から出力されるロウアドレスRAにロウアドレスIADD(A1〜A13)を書き込む役割を果たす。
The
一方、アドレスリード回路240は、リフレッシュアドレスRADDb(A1〜A13)の各ビットに対応するリード回路2401〜24013を含み、リードカウンタ260から出力されるロウアドレスRAからリフレッシュアドレスRADDb(A1〜A13)を読み出す役割を果たす。また、アドレスリード回路240にはLSB出力回路2400が含まれており、リフレッシュアドレスRADDbの最下位ビットA0は、LSB出力回路2400の出力信号が用いられる。LSB出力回路2400の出力信号であるビットA0は、選択信号発生回路270から出力されるクロック信号CLKA,CLKBに基づいて反転する。
On the other hand, the address read
選択信号発生回路270は、選択信号PSEL及びリフレッシュ信号IREFに基づいて、選択信号SEL及び上述したクロック信号CLKA,CLKBを生成する回路である。選択信号SELは、図15に示した選択回路42に供給され、リフレッシュアドレスRADDa又はRADDbの選択に用いられる他、リフレッシュカウンタ41にも供給され、リフレッシュ信号IREFに応答したリフレッシュカウンタ41の更新動作を許可又は禁止するために用いられる。
The selection
選択信号PSELは、追加リフレッシュカウンタ280によって生成される。追加リフレッシュカウンタ280は、検知信号MAXに応答して2カウントだけカウントアップし、リフレッシュ信号IREFに応答して1カウントだけカウントダウンする回路であり、カウント値が1以上であれば、選択信号PSELを活性化させる。
The selection signal PSEL is generated by the
図17は、追加リフレッシュカウンタ280及び選択信号発生回路270の動作を説明するためのタイミング図である。
FIG. 17 is a timing chart for explaining operations of the
図17に示す例では、時刻t31,t32においてアクティブ信号IACTが活性化し、時刻t41,t42,t43,t44,t45においてリフレッシュ信号IREFが活性化している。また、時刻t31,t32におけるアクティブ信号IACTの活性化に応答して、いずれも検知信号MAXが活性化している。このことは、時刻t31のアクティブ信号IACTに応答したロウアクセスによって、あるワード線WLのアクセス回数が所定値を超え、さらに、時刻t32のアクティブ信号IACTに応答したロウアクセスによって、別のワード線WLのアクセス回数が所定値を超えたことを意味している。 In the example shown in FIG. 17, the active signal IACT is activated at times t31 and t32, and the refresh signal IREF is activated at times t41, t42, t43, t44, and t45. Further, the detection signal MAX is activated in response to the activation of the active signal IACT at times t31 and t32. This is because the number of accesses to a certain word line WL exceeds a predetermined value due to the row access in response to the active signal IACT at time t31, and another word line WL is also caused by the row access in response to the active signal IACT at time t32. This means that the number of accesses exceeds the predetermined value.
この場合、検知信号MAXの1回目の活性化に応答して追加リフレッシュカウンタ280のカウント値が「0」から「2」にカウントアップされ、検知信号MAXの2回目の活性化に応答して追加リフレッシュカウンタ280のカウント値が「2」から「4」にカウントアップされる。また、追加リフレッシュカウンタ280のカウント値が「1」以上となったことに応答して、選択信号PSELがハイレベルに活性化する。
In this case, the count value of the
その後、時刻t41,t42,t43,t44におけるリフレッシュ信号IREFの活性化に応答して、追加リフレッシュカウンタ280のカウント値は、「3」、「2」、「1」、「0」とカウントダウンされ、選択信号PSELがローレベルに戻る。なお、時刻t45においてもリフレッシュ信号IREFが活性化されているが、この時点では、既に追加リフレッシュカウンタ280のカウント値が最小値(0)となっているため、その値は変化しない。
Thereafter, in response to activation of the refresh signal IREF at times t41, t42, t43, and t44, the count value of the
図18は、選択信号発生回路270の回路図である。
FIG. 18 is a circuit diagram of the selection
図18に示すように、選択信号発生回路270は、リフレッシュ信号IREFに応答して選択信号PSELをラッチするラッチ回路271を備えており、その出力信号が選択信号PSELとして用いられる。このため、選択信号SELは、選択信号PSELがハイレベルに活性化した後、次のリフレッシュ信号IREF(図17に示す時刻t41のリフレッシュ信号IREF)に応答してハイレベルに変化する。また、選択信号PSELがローレベルに非活性化した後、次のリフレッシュ信号IREF(図17に示す時刻t45のリフレッシュ信号IREF)に応答してローレベルに戻る。
As shown in FIG. 18, the selection
さらに、選択信号SEL及びリフレッシュ信号IREFは、図18に示すゲート回路G5に供給され、これにより、選択信号SELがハイレベルに活性化されていることを条件として、リフレッシュ信号IREFに基づいてラッチ回路272,273が交互に選択される。選択されたラッチ回路272,273は、その出力信号を反転させるため、リフレッシュ信号IREFに応答してクロック信号CLKA,CLKBが交互に活性化することになる。このことは、選択信号SELがハイレベルに活性化されている場合、リフレッシュ信号IREFが活性化する度に、LSB出力回路2400の出力信号であるビットA0が反転することを意味している。
Further, the selection signal SEL and the refresh signal IREF are supplied to the gate circuit G5 shown in FIG. 18, and on the condition that the selection signal SEL is activated to the high level, the latch circuit is based on the refresh signal IREF. 272 and 273 are selected alternately. Since the selected
また、図16に示すように、アドレス発生部200を構成する所定の回路ブロックにはリセット信号RESETが供給されており、これが活性化すると当該回路ブロックは初期状態にリセットされる。例えば、マトリクスアレイ210に保持されたデータは、リセット信号RESETに応答して全てリセットされる。かかる動作は、ロウデコーダ220によって全てのワード線RRWL0〜RRWLrを選択した状態で、アドレスライト回路230からマトリクスアレイ210に初期値を出力することにより行うことができる。
As shown in FIG. 16, a reset signal RESET is supplied to a predetermined circuit block constituting the
次に、本実施形態によるリフレッシュ制御回路40を用いた半導体装置10の動作について説明する。
Next, the operation of the
図19は、本実施形態によるリフレッシュ制御回路40を用いた半導体装置10の動作を説明するためのタイミング図である。
FIG. 19 is a timing chart for explaining the operation of the
図19に示す例では、時刻t50に外部からアクティブコマンドACTが発行され、時刻t61,t62,t63,t64に外部からリフレッシュコマンドREFが発行されたケースを示している。図示しないが、時刻t50以前においても、アクティブコマンドACTの発行による多数回のロウアクセスが行われており、これによってアクセスカウント部50のロウアドレスAddnに対応するカウント値は、所定値−1までカウントアップされている。上述の通り、アクセスカウント部50に入力されるロウアドレスIADDは最下位ビットA0が縮退されているため、上記ロウアドレスAddnは、ロウアドレスAddn(0)が割り当てられたワード線WLn(0)とロウアドレスAddn(1)が割り当てられたワード線WLn(1)の両方に対して共通である。また、時刻t50以前においては、追加リフレッシュカウンタ280のカウント値は0である。
In the example shown in FIG. 19, an active command ACT is issued from outside at time t50, and a refresh command REF is issued from outside at times t61, t62, t63, and t64. Although not shown, before the time t50, many row accesses are performed by issuing the active command ACT, and the count value corresponding to the row address Addn of the
この状態で、時刻t50にアクティブコマンドACTとともにロウアドレスAddnが入力されると、検知信号MAXが活性化する。検知信号MAXが活性化すると、図16に示す追加リフレッシュカウンタ280のカウント値が0から2に変化し、選択信号PSELがハイレベルとなる。さらに、検知信号MAXの活性化に応答してアドレスライト回路230が活性化するため、アクティブコマンドACTとともに入力されたロウアドレスIADD(Addn)がマトリクスアレイ210に書き込まれる。ロウアドレスIADD(Addn)の書き込み先は、ライトカウンタ250によって例えばワード線RRWL0が指定される。
In this state, when the row address Addn is input together with the active command ACT at time t50, the detection signal MAX is activated. When the detection signal MAX is activated, the count value of the
但し、この時点ではまだ選択信号SELはローレベルであり、したがって選択回路42はリフレッシュカウンタ41の出力であるリフレッシュアドレスRADDaを選択する。19に示す例では、この時点におけるリフレッシュアドレスRADDaの値はAddm(0)であり、したがって、選択回路42から出力されるリフレッシュアドレスRADDの値もAddm(0)である。ここでAddm(0)とは、上位ビットA1〜A13の値がmであり、最下位ビットA0の値が0であることを意味する。
However, at this time, the selection signal SEL is still at the low level, and therefore the
次に、時刻t61において外部からリフレッシュコマンドREFが発行されると、図1に示すコマンドデコード回路33はリフレッシュ信号IREFを活性化させる。上述の通り、この時点におけるリフレッシュアドレスRADDの値はAddm(0)であることから、ロウデコーダ12は、ロウアドレスAddm(0)が示すワード線WLmにアクセスする。これにより、ワード線WLm(0)に接続されたメモリセルMCの情報がリフレッシュされる。
Next, when a refresh command REF is issued from the outside at time t61, the
また、リフレッシュ信号IREFの活性化に応答して、リフレッシュカウンタ41のカウント値がAddm(1)に更新されるとともに、リードカウンタ260によってワード線RRWL0が指定される。ここでAddm(1)とは、上位ビットA1〜A13の値がmであり、最下位ビットA0の値が1であることを意味する。これにより、アドレスリード回路240からは、ワード線RRWL0に対応するロウアドレスに格納されたリフレッシュアドレスRADDb(Addn)が出力される。この時点では、クロック信号CLKAが活性化しているため、LSB出力回路2400の値は0であり、したがってリフレッシュアドレスRADDbの値はAddn(0)である。ここでAddn(0)とは、上位ビットA1〜A13の値がnであり、最下位ビットA0の値が0であることを意味する。
In response to activation of the refresh signal IREF, the count value of the
さらに、リフレッシュ信号IREFの活性化に応答して選択信号SELがハイレベルに変化するため、選択回路42はアドレスレジスタ61の出力であるリフレッシュアドレスRADDbを選択することになる。したがって、選択回路42から出力されるリフレッシュアドレスRADDの値はAddn(0)となる。また、追加リフレッシュカウンタ280のカウント値が2から1にデクリメントされる。
Further, since the selection signal SEL changes to high level in response to the activation of the refresh signal IREF, the
さらに、リセット信号RREFmの活性化により、リフレッシュアドレスRADDの値であるAddmに対応するカウント値が初期化される。Addmに対応するカウント値は、ワード線WLm(0)とワード線WLm(1)に対する共通のカウント値であるが、これらワード線はロウアドレスの最下位ビットA0のみが異なるため、ワード線WLm(0)がリフレッシュされてからワード線WLm(1)がリフレッシュされるまでの時間は非常に短時間であると考えられる。この点を考慮して、実際にワード線WLm(0)及びWLm(1)のいずれがリフレッシュされたかにかかわらず、一方がリフレッシュされれば両者に対応するカウント値をリセットしている。 Furthermore, activation of the reset signal RREFm initializes a count value corresponding to Addm, which is the value of the refresh address RADD. The count value corresponding to Addm is a common count value for the word line WLm (0) and the word line WLm (1). Since these word lines differ only in the least significant bit A0 of the row address, the word line WLm ( It is considered that the time from the refresh of 0) to the refresh of the word line WLm (1) is very short. Considering this point, regardless of which of the word lines WLm (0) and WLm (1) is actually refreshed, if one of them is refreshed, the count value corresponding to both is reset.
そして、時刻t62において再びリフレッシュコマンドREFが発行されると、ロウデコーダ12は、リフレッシュアドレスRADDの値であるAddn(0)が示すワード線WLn(0)にアクセスする。つまり、リフレッシュカウンタ41が示すロウアドレスAddm(1)ではなく、アドレスリード回路240から出力されるロウアドレスAddn(0)に対してリフレッシュ動作が割り込み的に実行される。これにより、ワード線WLn(0)に接続されたメモリセルMCの情報がリフレッシュされる。さらに、リセット信号RREFnの活性化により、リフレッシュアドレスRADDの値であるAddnに対応するカウント値が初期化される。
When the refresh command REF is issued again at time t62, the
また、この時点においては選択信号SELがハイレベルであることから、リフレッシュ信号IREFが活性化してもリフレッシュカウンタ41のカウント値は更新されず、Addm(1)のまま維持される。また、追加リフレッシュカウンタ280のカウント値が1から0にデクリメントされる。これにより、選択信号PSELはローレベルに変化する。
At this time, since the selection signal SEL is at a high level, even if the refresh signal IREF is activated, the count value of the
さらに、リフレッシュ信号IREFに応答して、選択信号発生回路270はクロック信号CLKBを活性化させる。これにより、LSB出力回路2400の値は1となり、リフレッシュアドレスRADDbの値がAddn(1)に変化する。ここでAddn(1)とは、上位ビットA1〜A13の値がnであり、最下位ビットA0の値が1であることを意味する。
Further, in response to the refresh signal IREF, the selection
時刻t63においてさらにリフレッシュコマンドREFが発行されると、ロウデコーダ12は、ロウアドレスAddn(1)が示すワード線WLn(1)にアクセスする。つまり、アドレスリード回路240から出力されるロウアドレスAddn(1)に対してリフレッシュ動作が割り込み的に実行され、当該メモリセルMCの情報がリフレッシュされる。
When the refresh command REF is further issued at time t63, the
また、この時点においても選択信号SELがハイレベルであることから、リフレッシュ信号IREFが活性化してもリフレッシュカウンタ41のカウント値は更新されず、Addm(1)のまま維持される。また、リフレッシュ信号IREFの活性化に応答して、選択信号SELがローレベルに変化する。これにより、選択回路42はリフレッシュカウンタ41から出力されるリフレッシュアドレスRADDaを選択するため、選択回路42から出力されるリフレッシュアドレスRADDの値はAddm(1)となる。
At this time, the selection signal SEL is at the high level, so even if the refresh signal IREF is activated, the count value of the
そして、時刻t64においてリフレッシュコマンドREFが発行されると、ロウデコーダ12は、ロウアドレスAddm(1)が示すワード線WLm(1)にアクセスする。つまり、通常通り、リフレッシュカウンタ41が示すロウアドレスに対してリフレッシュ動作が実行される。また、リフレッシュ信号IREFの活性化に応答してリフレッシュカウンタ41のカウント値がAddm+1(0)に更新される。さらに、リセット信号RREFm+1の活性化により、リフレッシュアドレスRADDの値であるAddm+1に対応するカウント値が初期化される。
When the refresh command REF is issued at time t64, the
このように、ロウアドレスAddnが示すワード線WLn(0)及びワード線WLn(1)に対する合計のロウアクセスの回数が所定値に達すると、これらワード線WLn(0),WLn(1)に対して追加的なリフレッシュ動作が実行される。本実施形態では、ロウアドレスIADDの最下位ビットA0を縮退させていることから、ワード線WLn(0),WLn(1)のいずれがディスターブを受けているかにかかわらず、間隔W1で隣接するこれらワード線WLn(0),WLn(1)の両方に対して追加的なリフレッシュ動作が行われる。このため、アクセスカウント部50に含まれるマトリクスアレイの容量を半分に削減することができる。
Thus, when the total number of row accesses to the word line WLn (0) and the word line WLn (1) indicated by the row address Addn reaches a predetermined value, the word lines WLn (0) and WLn (1) Additional refresh operations are performed. In the present embodiment, since the least significant bit A0 of the row address IADD is degenerated, those adjacent to each other at the interval W1 regardless of which of the word lines WLn (0) and WLn (1) is disturbed. An additional refresh operation is performed on both word lines WLn (0) and WLn (1). Therefore, the capacity of the matrix array included in the
しかも、マトリクスアレイ210を用いて、アクセス回数のカウントや追加的にリフレッシュ動作を行うべきロウアドレスの保持を行っていることから、チップ上における占有面積を削減することも可能となる。
In addition, since the
図20は、第3の実施形態によるリフレッシュ制御回路40の回路図である。
FIG. 20 is a circuit diagram of the
図20に示すように、第3の実施形態によるリフレッシュ制御回路40は、検知信号MAXを外部端子OUTに出力するための出力回路BUFが追加されている点において、図4に示したリフレッシュ制御回路40と相違している。その他の点については、図4に示したリフレッシュ制御回路40と同一である。
As shown in FIG. 20, the
本実施形態によるリフレッシュ制御回路40を用いれば、検知信号MAXを外部のテスタにてモニタすることができるため、カウンタ回路520〜52pが実際に何回カウントを行うと検知信号MAXが発生するのか、評価することができる。このような評価を行う理由は、すでに説明したとおり、本実施形態においてはアナログ形式のカウンタ回路を用いており、カウント値に誤差が生じるおそれがあるからである。そして、本実施形態によれば検知信号MAXをモニタすることができるため、プロセス条件などによってカウント値にどの程度の誤差が生じているのか、製造段階で確認することが可能となる。
If the
カウント値の誤差を評価する場合、評価結果に基づいて参照電位RVREFをオフセットさせることが望ましい。つまり、参照電位RVREFのレベルを変化させることにより、最大カウント値を変化させることが好ましい。 When evaluating the error of the count value, it is desirable to offset the reference potential RVREF based on the evaluation result. That is, it is preferable to change the maximum count value by changing the level of the reference potential RVREF.
図21は、参照電位RVREFを生成するための電圧生成回路300の回路図である。
FIG. 21 is a circuit diagram of a
図21に示す電圧生成回路300は、複数のヒューズ素子を含むヒューズ回路310と、ヒューズ回路310のプログラム内容に応じて参照電位VREFをオフセットさせることにより、参照電位RVREFを生成するオフセット回路320を含む。ヒューズ回路310へのプログラミングは、プログラム信号FPROG及びプログラムアドレスFADDを受けるプログラム回路330によって行われる。これにより、カウント値の誤差を評価した結果に基づいてヒューズ回路310へのプログラミングを行うことにより、参照電位RVREFのレベルを変化させることができるため、誤差を相殺することが可能となる。
A
また、図21に示す電圧生成回路300では、オフセット回路320にテスト信号TEST0〜TESTkが入力されており、カウンタ回路ごと、或いは、複数のカウンタ回路からなるカウンタ回路群ごとに、参照電位RVREFのレベルを調整することができる。これにより、カウンタ回路ごと、或いは、カウンタ回路群ごとに誤差が異なっている場合であっても、最大カウント値をほぼ一定とすることが可能となる。
In the
図22は、本発明の応用例であり、電圧レベルを用いたアナログ形式のカウンタ回路をレイテンシカウンタ400に適用した例を示す回路図である。
FIG. 22 is an application example of the present invention, and is a circuit diagram showing an example in which an analog counter circuit using a voltage level is applied to the
図21に示すレイテンシカウンタ400は、リードコマンドRead_comを受けて制御信号UPを生成する第1制御回路401と、制御信号UPを受けてキャパシタC30を充電する第1ポンプ回路402と、キャパシタC30の充電レベルと参照電位VREF_Latencyとを比較する比較回路403とを含む。また、レイテンシカウンタ400は、キャパシタC30の充電レベルをリセットするトランジスタ404と、トランジスタ404を制御する第1リセット回路405をさらに含む。
The
第1制御回路401は、リードコマンドRead_comが活性化すると、内部クロック信号ICLKに同期して、制御信号UPを連続的に発生させる。これにより、内部ノードN30のレベルが徐々に上昇し、参照電位VREF_Latencyを超えると比較回路403から出力されるリード信号Int_Readが活性化する。リード信号Int_Readが活性化すると、第1リセット回路405によってトランジスタ404がオンし、キャパシタC30の充電レベルがリセットされる。
When the read command Read_com is activated, the
そして、リードコマンドRead_comが活性化してからリード信号Int_Readが発生するまでのカウント回数は、参照電位VREF_Latencyによって調整することができる。このため、図22に示すレイテンシカウンタ400を用いれば、リードコマンドRead_comが活性化してからリード信号Int_Readが発生するまでのカウント回数を任意の値に調整することができる。尚、リード信号Int_Readは、例えば図1における入出力回路16において、リードデータ出力タイミングの制御に用いられる。
The number of counts from when the read command Read_com is activated until the read signal Int_Read is generated can be adjusted by the reference potential VREF_Latency. Therefore, if the
このように、本発明は、カウンタを必要とする他の回路にも応用することが可能となる。 Thus, the present invention can be applied to other circuits that require a counter.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.
2 外部基板
4 半導体基板
6 素子分離領域
10 半導体装置
11 メモリセルアレイ
12 ロウデコーダ
13 カラムデコーダ
14 モードレジスタ
15 リードライトアンプ
16 入出力回路
21 コマンドアドレス端子
22 リセット端子
23 クロック端子
24 データ端子
25,26 電源端子
31 コマンドアドレス入力回路
32 アドレスラッチ回路
33 コマンドデコード回路
34 クロック入力回路
35 内部クロック発生回路
36 タイミングジェネレータ
37 内部電源発生回路
38 キャリブレーション回路
40 リフレッシュ制御回路
41 リフレッシュカウンタ
42 選択回路
50 アクセスカウント部
51 デコード回路
520〜52p カウンタ回路
53 OR回路
60 アドレス発生部
61 アドレスレジスタ
610〜61q レジスタ回路
62 アドレスポインタ
62L ラッチ回路
62R リードポインタ
62S 選択信号生成回路
62W ライトポインタ
63 アドレス書き込み回路
70 パルス発生回路
80,90 単位回路
81,91 制御回路
82,92 ポンプ回路
83,93 比較回路
84,94 トランジスタ
85,95 リセット回路
86 トランジスタ
210 マトリクスアレイ
200 アドレス発生部
220 ロウデコーダ
230 アドレスライト回路
2301〜23013 ライト回路
240 アドレスリード回路
2401〜24013 リード回路
250 ライトカウンタ
260 リードカウンタ
270 選択信号発生回路
271〜273 ラッチ回路
280 追加リフレッシュカウンタ
300 電圧生成回路
310 ヒューズ回路
320 オフセット回路
330 プログラム回路
400 レイテンシカウンタ
401 制御回路
402 ポンプ回路
403 比較回路
404 トランジスタ
405 リセット回路
ACT アクティブコマンド
ARa,ARb 活性領域
BL ビット線
BLC ビット線コンタクト
BUF 出力回路
C セルキャパシタ
CC セルコンタクト
G,G5 ゲート回路
IACT アクティブ信号
IADD アドレス信号
IREF リフレッシュ信号
MAX,MAX0〜MAX8191 検知信号
MC メモリセル
N10,N11,N20,N21,N30 内部ノード
OR0〜OR8 オアゲート
OUT 外部端子
P1,P2 ポインタ制御信号
PSEL 選択信号
PUMP ポンプ信号
Q0〜Q2 トランジスタ
RACT0〜RACTp カウント信号
RADD,RADDa,RADDb リフレッシュアドレス
REF リフレッシュコマンド
RESET リセット信号
RP リードポイント信号
RRBL1〜RRBL13 ビット線
RREF0〜RREFp リセット信号
RRWL0〜RRWLr ワード線
SA センスアンプ
Tr セルトランジスタ
UP 制御信号
WL ワード線
WP ライトポイント信号
ZQ キャリブレーション端子
2 External substrate 4 Semiconductor substrate 6 Element isolation region 10 Semiconductor device 11 Memory cell array 12 Row decoder 13 Column decoder 14 Mode register 15 Read / write amplifier 16 Input / output circuit 21 Command address terminal 22 Reset terminal 23 Clock terminal 24 Data terminal 25, 26 Power supply Terminal 31 Command address input circuit 32 Address latch circuit 33 Command decode circuit 34 Clock input circuit 35 Internal clock generation circuit 36 Timing generator 37 Internal power generation circuit 38 Calibration circuit 40 Refresh control circuit 41 Refresh counter 42 Selection circuit 50 Access count unit 51 decode circuit 52 0 to 52 p counter circuit 53 OR circuit 60 the address generator 61 the address register 61 0 to 61 q register circuit 62 Dress pointer 62L Latch circuit 62R Read pointer 62S Selection signal generation circuit 62W Write pointer 63 Address write circuit 70 Pulse generation circuit 80, 90 Unit circuit 81, 91 Control circuit 82, 92 Pump circuit 83, 93 Comparison circuit 84, 94 Transistor 85, 95 reset circuit 86 transistor 210 matrix array 200 address generation unit 220 row decoder 230 address write circuit 230 1 to 230 13 write circuit 240 address read circuit 240 1 to 240 13 read circuit 250 write counter 260 read counter 270 selection signal generation circuit 271 273 Latch circuit 280 Additional refresh counter 300 Voltage generation circuit 310 Fuse circuit 320 Offset circuit 330 Program circuit 400 Latency Counter 401 Control circuit 402 Pump circuit 403 Comparison circuit 404 Transistor 405 Reset circuit ACT Active command ARa, ARb Active region BL Bit line BLC Bit line contact BUF Output circuit C Cell capacitor CC Cell contact G, G5 Gate circuit IACT Active signal IADD Address signal IREF refresh signal MAX, MAX0 to MAX8191 detection signal MC memory cell N10, N11, N20, N21, N30 internal node OR0 to OR8 OR gate OUT external terminal P1, P2 pointer control signal PSEL selection signal PUMP pump signal Q0 to Q2 transistors RACT0 to RACTp Count signals RADD, RADDa, RADDb Refresh address REF Refresh command RESET Set signal RP readpoint signal RRBL1~RRBL13 bit line RREF0~RREFp reset signal RRWL0~RRWLr word line SA the sense amplifier Tr cell transistor UP control signal WL word line WP Write point signal ZQ calibration terminal
Claims (18)
複数のワード線と、
前記複数のビット線及び前記複数のワード線に其々対応して選択される複数のメモリセルと、
前記複数のワード線に其々対応して設けられ、対応する前記ワード線の活性化に応答して内部ノードの電位を昇圧又は降圧する複数の電位発生回路と、
前記複数の電位発生回路のいずれかの前記内部ノードの電位が参照電位を跨いだ時に検知信号を活性化させる検知回路と、を備える半導体装置。 Multiple bit lines,
Multiple word lines,
A plurality of memory cells selected corresponding to the plurality of bit lines and the plurality of word lines, respectively;
A plurality of potential generating circuits which are provided corresponding to the plurality of word lines, respectively, and which increase or decrease the potential of the internal node in response to activation of the corresponding word lines;
A semiconductor device comprising: a detection circuit that activates a detection signal when the potential of the internal node of any of the plurality of potential generation circuits crosses a reference potential.
後段の単位回路に含まれる前記ポンプ回路は、前段の単位回路から出力される判定信号に応答して前記内部ノードの電位を昇圧又は降圧する、請求項5に記載の半導体装置。 The plurality of potential generation circuits have a configuration in which a plurality of unit circuits including the pump circuit and the comparison circuit are connected in series,
The semiconductor device according to claim 5, wherein the pump circuit included in the subsequent unit circuit boosts or lowers the potential of the internal node in response to a determination signal output from the previous unit circuit.
前記第1のワード線が選択されたことに応答してキャパシタの充電レベルを更新するポンプ回路と、
前記キャパシタの前記充電レベルがしきい値を超えたことに応答して前記第2のワード線を選択する選択回路と、を備える半導体装置。 First and second word lines;
A pump circuit for updating a charge level of a capacitor in response to selection of the first word line;
And a selection circuit that selects the second word line in response to the charge level of the capacitor exceeding a threshold value.
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015109125A (en) * | 2013-12-04 | 2015-06-11 | 富士通株式会社 | Semiconductor storage device |
WO2024045260A1 (en) * | 2022-08-30 | 2024-03-07 | 长鑫存储技术有限公司 | Monitoring circuit, refreshing method, and memory |
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2014
- 2014-08-29 JP JP2014175737A patent/JP2016051489A/en active Pending
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