JP2016212938A - Semiconductor storage device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor storage device such as a multiple value DRAM and the like that allow a small area to form the multiple value DRAM with respect to the same storage capacity.SOLUTION: A semiconductor device, which includes a plurality of memory cells each having a multiple value DRAM including a selection transistor connected to a word line, and a first storage capacitor connected to a beat line via the selection transistor and storing a plurality of values, comprises: a plurality of sample hold circuits that is provided corresponding to a plurality of beat lines, and includes a second storage capacitor; a plurality of single slope type AD converters that is provided in a latter stage of each of the sample hold circuits corresponding to the plurality of beat lines, and reads out data from each memory cell via the sample hold circuit to convert the data into a digital value; and a memory controller that applies a voltage corresponding to the digital value to each memory cell for refreshing each memory cell, and applies a voltage corresponding to the digital value of writing data to each memory cell.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、例えば多値のデータを1つのメモリセルで記憶するダイナミックランダムアクセスメモリ(以下、DRAMという。)などの半導体記憶装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor memory device such as a dynamic random access memory (hereinafter referred to as DRAM) that stores multi-value data in one memory cell.

図1は、例えば特許文献1において開示された従来例1にかかるDRAMの構成を示すブロック図である。図1において、ビット線BLとワード線WLとの交点付近に選択MOSトランジスタQとデータ保持用キャパシタCとからなるメモリセルMCが接続される。メモリセルMCからデータを読み出すときは、ワード線WLをハイレベルに切り替えかつビット線BLをプリチャージしてキャパシタCの電圧をビット線BLの寄生容量を介してラッチ型センスアンプ101によりセンスすることで読み出しデータを読み出す。一方、書き込みデータはビット線BLを介してキャパシタCに書き込む。ここで、キャパシタCのデータを保持するためにリフレッシュ信号に応じてキャパシタQに対して所定値を書き込み保持する。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a DRAM according to Conventional Example 1 disclosed in Patent Document 1, for example. In FIG. 1, a memory cell MC comprising a selection MOS transistor Q and a data holding capacitor C is connected near the intersection of a bit line BL and a word line WL. When reading data from the memory cell MC, the word line WL is switched to high level, the bit line BL is precharged, and the voltage of the capacitor C is sensed by the latch type sense amplifier 101 via the parasitic capacitance of the bit line BL. Read the read data with. On the other hand, write data is written to the capacitor C via the bit line BL. Here, in order to hold the data of the capacitor C, a predetermined value is written and held in the capacitor Q in accordance with the refresh signal.

図2は、例えば特許文献2において開示された従来例2にかかる多値DRAMの構成を示すブロック図である。図2において、例えば5つの異なる電圧レベルが蓄電キャパシタ131を充電するために使用される。ここで、5つの電圧レベルの差はそれぞれ0.5Vである。これは、0Vから2Vまでの範囲で1つのDRAMセルにおいて5つの異なる論理値を格納する能力をもたらす。   FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a multi-value DRAM according to Conventional Example 2 disclosed in Patent Document 2, for example. In FIG. 2, for example, five different voltage levels are used to charge the storage capacitor 131. Here, the difference between the five voltage levels is 0.5V. This provides the ability to store five different logic values in one DRAM cell ranging from 0V to 2V.

マルチプレクサ回路130は、5つの電圧レベルのうちの1つの電圧レベルで蓄電キャパシタ131を充電する。当該回路はさらに、蓄電キャパシタ131を充電するための電流を供給する定電流源125と、トランジスタを備えた増幅器132と、読み出し動作を活性化するためのスイッチ133とをさらに備える。アナログ−ディジタル変換器(以下、AD変換器という。)134は、5つの異なる論理値を表す蓄電キャパシタ131の電圧レベルVcを「0」と「4」の間のディジタル値に変換する。マルチプレクサ回路130は、書き込み又はリフレッシュ動作時に5つの電圧レベルのいずれかを活性化するために5つのスイッチSW1〜SW5を備えている。図2の例では、1.0Vの電圧レベルが蓄電キャパシタ131に印加されて充電される。   The multiplexer circuit 130 charges the storage capacitor 131 at one of the five voltage levels. The circuit further includes a constant current source 125 for supplying a current for charging the storage capacitor 131, an amplifier 132 including a transistor, and a switch 133 for activating a read operation. An analog-to-digital converter (hereinafter referred to as AD converter) 134 converts the voltage level Vc of the storage capacitor 131 representing five different logic values into a digital value between “0” and “4”. The multiplexer circuit 130 includes five switches SW1 to SW5 for activating any of the five voltage levels during a write or refresh operation. In the example of FIG. 2, a voltage level of 1.0 V is applied to the storage capacitor 131 and charged.

特開平9−008251号公報JP-A-9-008251 米国特許出願公開第2005/0018501号明細書US Patent Application Publication No. 2005/0018501

従来例2では、多値DRAMが開示されているが、いまだ形成する面積が比較的大きいという問題点があった。   Conventional example 2 discloses a multi-value DRAM, but still has a problem that the area to be formed is relatively large.

本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して同一の記憶容量に対して小さい面積で形成することができる多値DRAMなどの半導体記憶装置を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a semiconductor memory device such as a multi-value DRAM which can be formed with a smaller area for the same storage capacity as compared with the prior art.

本発明に係る半導体記憶装置は、
複数のワード線のうちの1本のワード線に接続された選択用トランジスタと、それぞれ複数のビット線のうちの1本のビット線に上記選択用トランジスタを介して接続されかつそれぞれ複数値を記憶する第1の蓄電キャパシタとをそれぞれ備えた複数のメモリセルを有する多値DRAMである半導体記憶装置であって、
上記複数のビット線に対応してそれぞれ設けられ、第2の蓄電キャパシタを含む複数のサンプルホールド回路と、
上記複数のビット線に対応してそれぞれ上記各サンプルホールド回路の後段に設けられ、上記各メモリセルからデータを上記各サンプルホールド回路を介してそれぞれ読み出してディジタル値に変換する複数のシングルスロープ型AD変換器と、
上記変換されたディジタル値に対応する電圧を、上記各メモリセルをリフレッシュするために上記各メモリセルに印加して書き込むとともに、所定の書き込みデータのディジタル値に対応する電圧を上記各メモリセルに印加して書き込む制御手段とを備えたことを特徴とする。
A semiconductor memory device according to the present invention includes:
A selection transistor connected to one word line of a plurality of word lines and a plurality of values respectively connected to one bit line of the plurality of bit lines via the selection transistor. A semiconductor memory device that is a multi-value DRAM having a plurality of memory cells each having a first storage capacitor
A plurality of sample and hold circuits each provided corresponding to the plurality of bit lines and including a second storage capacitor;
A plurality of single-slope ADs corresponding to the plurality of bit lines, which are provided in the subsequent stages of the sample-and-hold circuits, respectively, for reading data from the memory cells via the sample-and-hold circuits and converting them into digital values A converter,
A voltage corresponding to the converted digital value is applied and written to each memory cell to refresh each memory cell, and a voltage corresponding to a digital value of predetermined write data is applied to each memory cell. And control means for writing.

上記半導体記憶装置において、上記変換されたディジタル値を二値データに変換して読み出しデータとして出力し、上記書き込みデータを複数値のディジタル値に変換して上記制御手段に出力するビットコンバータをさらに備えたことを特徴とする。   The semiconductor memory device further includes a bit converter that converts the converted digital value into binary data and outputs it as read data, and converts the write data into a multi-value digital value and outputs it to the control means. It is characterized by that.

また、上記半導体記憶装置において、上記制御手段は、上記ディジタル値に対応する数の互いに異なる複数の電圧を発生する電圧発生手段を含むことを特徴とする。   In the semiconductor memory device, the control means includes voltage generating means for generating a plurality of different voltages corresponding to the digital value.

さらに、上記第1の蓄電キャパシタと第2の蓄電キャパシタとは同一のプロセスで形成されることを特徴とする。   Further, the first storage capacitor and the second storage capacitor are formed by the same process.

従って、本発明に係る半導体記憶装置によれば、従来技術に比較して同一の記憶容量に対して小さい面積で形成することができる多値DRAMなどの半導体記憶装置を提供できる。   Therefore, according to the semiconductor memory device of the present invention, it is possible to provide a semiconductor memory device such as a multi-value DRAM that can be formed with a smaller area with respect to the same storage capacity as compared with the prior art.

従来例1にかかるDRAMの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of DRAM concerning the prior art example 1. FIG. 従来例2にかかる多値DRAMの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the multi-value DRAM concerning the prior art example 2. FIG. 本発明の一実施形態にかかる多値DRAMの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a multi-level DRAM according to an embodiment of the present invention. 図3のメモリアレイ10の構成を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of the memory array 10 of FIG. 3. 図3のAD変換器及び入出力ゲート回路11の詳細構成を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the AD converter and input / output gate circuit 11 of FIG. 3. 図3のDRAMによるデータ保持期間及び読み出し期間の動作を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing operations in a data holding period and a reading period by the DRAM of FIG. 3. 図5の2ビットAD変換器32の構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a 2-bit AD converter 32 in FIG. 5. 図7Aの2ビットAD変換器32の動作を示す電圧波形及びバイナリカウンタ値を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the voltage waveform and binary counter value which show operation | movement of the 2-bit AD converter 32 of FIG. 7A. 図3のビットコンバータ13のビット変換の動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operation | movement of the bit conversion of the bit converter 13 of FIG. 図3のDRAMの全体の動作を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing the overall operation of the DRAM of FIG. 3.

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each following embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the same component.

図3は本発明の一実施形態にかかる多値DRAMの構成を示すブロック図である。ここでは、多値DRAMとして四値DRAMの例を以下説明するが、本発明はこれに限らず、三値以上の複数のディジタル値(多値)を各メモリセルMCに記憶する多値DRAMなどの半導体記憶装置に適用することができる。   FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the multi-level DRAM according to the embodiment of the present invention. Here, an example of a four-value DRAM will be described below as a multi-value DRAM. However, the present invention is not limited to this, and a multi-value DRAM that stores a plurality of digital values (multi-values) of three or more values in each memory cell MC. It can be applied to the semiconductor memory device.

図3において、本実施形態にかかる多値DRAMは、メモリアレイ10と、AD変換器及び入出力ゲート回路(以下、ADC及びI/Oゲート回路という。)11と、定電圧発生回路12と、ビットコンバータ13と、データ入力バッファ14と、データ出力バッファ15と、反転入力端子付きアンドゲート16,17と、コラムアドレスストローブ(CAS)クロック発生器18と、ロウアドレスストローブ(RAS)クロック発生器19と、リフレッシュコントローラ20と、リフレッシュカウンタ21と、ロウアドレスバッファ22と、コラムアドレスバッファ23と、ロウデコーダ24と、コラムデコーダ25と、アドレス入力端子61と、データ入出力端子62とを備えて構成される。   3, the multi-value DRAM according to the present embodiment includes a memory array 10, an AD converter and an input / output gate circuit (hereinafter referred to as an ADC and an I / O gate circuit) 11, a constant voltage generation circuit 12, Bit converter 13, data input buffer 14, data output buffer 15, AND gates 16 and 17 with inverting input terminals, column address strobe (CAS) clock generator 18, and row address strobe (RAS) clock generator 19 A refresh controller 20, a refresh counter 21, a row address buffer 22, a column address buffer 23, a row decoder 24, a column decoder 25, an address input terminal 61, and a data input / output terminal 62. Is done.

図4は図3のメモリアレイ10の構成を示す回路図である。図4において、メモリアレイ10は、複数N本のワード線WLn(n=1,2,…,N)と、複数M本のビット線m(m=1,2,…,M)とを備える。各ワード線WLnと各ビット線BLmは格子形状に配置され、各ワード線WLnと各ビット線BLmが交差する付近において、複数のワード線のうちの1本のワード線WLnに接続されたゲートを有する選択用トランジスタQと、それぞれ複数のビット線のうちの1本のビット線WLmに上記選択用トランジスタQのソース及びドレインを介して接続されかつそれぞれ複数値を記憶する蓄電キャパシタQとをそれぞれ備えた複数のメモリセルMCが設けられる。   FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of the memory array 10 of FIG. 4, the memory array 10 includes a plurality of N word lines WLn (n = 1, 2,..., N) and a plurality of M bit lines m (m = 1, 2,..., M). . Each word line WLn and each bit line BLm are arranged in a lattice shape, and a gate connected to one word line WLn of the plurality of word lines is provided in the vicinity where each word line WLn and each bit line BLm intersect. A selection transistor Q, and a storage capacitor Q that is connected to one bit line WLm of the plurality of bit lines via the source and drain of the selection transistor Q and stores a plurality of values, respectively. A plurality of memory cells MC are provided.

図3において、データ入力バッファ14はデータ入出力端子62から入力されるディジタルデータIO0〜IOpを受信して一時的に記憶した後、ビットコンバータ13に出力する。データ出力バッファ15はビットコンバータ13からの変換後の読み出したディジタルデータIO0〜IOpを一時的に記憶してデータ入出力端子62に出力する。出力イネーブル信号/OEは反転入力端子付きアンドゲート17の第1の反転入力端子に入力される。ライトイネーブル信号/WEは反転入力端子付きアンドゲート16の第1の入力端子に入力される。コラムアドレスストローブ信号/CASは反転入力端子付きアンドゲート16の第2の入力端子及びCASクロック発生器18に入力される。アンドゲート16からの出力信号は反転入力端子付きアンドゲート17の第2の入力端子及びデータ入力バッファ14に入力される。また、アンドゲート17からの出力信号はデータ出力バッファ15に入力される。   In FIG. 3, the data input buffer 14 receives and temporarily stores the digital data IO 0 to IOp input from the data input / output terminal 62, and then outputs them to the bit converter 13. The data output buffer 15 temporarily stores the read digital data IO0 to IOp after conversion from the bit converter 13 and outputs the digital data to the data input / output terminal 62. The output enable signal / OE is input to the first inverting input terminal of the AND gate 17 with the inverting input terminal. The write enable signal / WE is input to the first input terminal of the AND gate 16 with an inverting input terminal. The column address strobe signal / CAS is input to the second input terminal of the AND gate 16 with an inverting input terminal and the CAS clock generator 18. An output signal from the AND gate 16 is input to the second input terminal of the AND gate 17 with an inverting input terminal and the data input buffer 14. The output signal from the AND gate 17 is input to the data output buffer 15.

CASクロック発生器18はコラムアドレスストローブ信号/CASに基づいてCASクロックを発生してデータ出力バッファ15、コラムアドレスバッファ23及びリフレッシュコントローラ20に出力する。RASクロック発生器19はロウアドレスストローブ信号/RASに基づいてRASクロックを発生してCASクロック発生器18、ADC及びI/Oゲート回路11及びロウデコーダ24に出力する。リフレッシュコントローラ20はCASクロックに基づいてリフレッシュ信号を発生してリフレッシュカウンタ21に出力する。リフレッシュカウンタ21はリフレッシュ信号に基づいてリフレッシュカウンタ値をインクリメントしてカウンタ値をロウアドレスバッファ22に出力する。   The CAS clock generator 18 generates a CAS clock based on the column address strobe signal / CAS and outputs it to the data output buffer 15, the column address buffer 23 and the refresh controller 20. The RAS clock generator 19 generates a RAS clock based on the row address strobe signal / RAS and outputs it to the CAS clock generator 18, the ADC and I / O gate circuit 11, and the row decoder 24. The refresh controller 20 generates a refresh signal based on the CAS clock and outputs it to the refresh counter 21. The refresh counter 21 increments the refresh counter value based on the refresh signal and outputs the counter value to the row address buffer 22.

入力されるアドレスA0〜Aqはロウアドレスバッファ22及びコラムアドレスバッファ23に入力される。ロウアドレスバッファ22は入力されるアドレスA0〜Aqのうちの所定ビットのロウアドレスを一時的に記憶した後、ロウデコーダ24に出力する。ロウデコーダ24は入力されるロウアドレスに基づいて1本のワード線WLnを選択するためのワード線選択信号を発生して出力する。また、コラムアドレスバッファ23は入力されるアドレスA0〜Aqのうちの所定ビットのコラムアドレスを一時的に記憶した後、コラムデコーダ25に出力する。コラムデコーダ25は入力されるコラムアドレスに基づいて1本のビット線BLmを選択するためのビット線選択信号を発生して出力する。   The input addresses A0 to Aq are input to the row address buffer 22 and the column address buffer 23. The row address buffer 22 temporarily stores a row address of a predetermined bit among the input addresses A0 to Aq, and then outputs the row address to the row decoder 24. The row decoder 24 generates and outputs a word line selection signal for selecting one word line WLn based on the input row address. The column address buffer 23 temporarily stores a column address of a predetermined bit among the input addresses A0 to Aq, and then outputs the column address to the column decoder 25. The column decoder 25 generates and outputs a bit line selection signal for selecting one bit line BLm based on the input column address.

図3において、ADC及びI/Oゲート回路11はメモリアレイ10のビット線BL1〜BLM、RASクロック発生器19、コラムデコーダ25、ビットコンバータ13及び定電圧発生回路12に接続され、RASクロック発生器19からのRASクロックに基づいて、定電圧発生回路12からの定電圧を用いて、コラムデコーダ25からのコラムアドレスに対応するビット線BLmの各メモリセルMCに対してデータの読み出し、リフレッシュ、及び書き込みを行う。ここで、定電圧発生回路12は、電圧Vdd、(3/4)Vdd、(1/2)Vdd、(1/4)Vddの4つの一定電圧を発生する。また、選択用トランジスタQは例えばナチュラルトランジスタにてなるパストランジスタであって、蓄電キャパシタCのアクセス時にオンとなる。   In FIG. 3, the ADC and I / O gate circuit 11 is connected to the bit lines BL1 to BLM of the memory array 10, the RAS clock generator 19, the column decoder 25, the bit converter 13, and the constant voltage generating circuit 12, and the RAS clock generator. Based on the RAS clock from 19, using the constant voltage from the constant voltage generation circuit 12, data is read from each memory cell MC of the bit line BLm corresponding to the column address from the column decoder 25, refreshed, and Write. Here, the constant voltage generation circuit 12 generates four constant voltages of voltage Vdd, (3/4) Vdd, (1/2) Vdd, and (1/4) Vdd. The selection transistor Q is a pass transistor formed of, for example, a natural transistor and is turned on when the storage capacitor C is accessed.

図5は図3のAD変換器及び入出力ゲート回路11の詳細構成を示す回路図である。図5において、選択用トランジスタQ10、サンプルホールド回路31、2ビットAD変換器32等は1本のビット線BLmに対応してそれぞれ設けられる。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the AD converter and the input / output gate circuit 11 of FIG. In FIG. 5, a selection transistor Q10, a sample and hold circuit 31, a 2-bit AD converter 32, and the like are provided corresponding to one bit line BLm.

図5において、ワード線Wlnは選択トランジスタQのゲートに接続され、データ記憶用蓄電キャパシタCの一端は選択用トランジスタQのドレイン・ソースを介してビット線Blmに接続される一方、その他端は例えば電圧Vdd/2の電圧源に接続される。ビット線BLmは、ビット線BLmへのアクセス時にオンとなるビット線選択用トランジスタQ10を介してサンプルホールド回路31に接続される。サンプルホールド回路31は、サンプルホールド用蓄電キャパシタCshとバッファ増幅用オペアンプA1とを備えて構成され、ビット線BLmから読み出したビット線電圧Vbをサンプルホールドした後、2ビットAD変換器32に出力する。2ビットAD変換器32は、入力されたビット線電圧を2ビットのディジタル値のデータに変換してビットコンバータ13及びメモリコントローラ30に出力する。メモリコントローラ30は上記変換されたディジタル値又はビットコンバータ13からの書き込みデータのディジタル値に基づいて、4個の選択用トランジスタQ11〜Q14のうちの1つの対応するトランジスタをオンすることで、対応する印加電圧を蓄電キャパシタCに印加して書き込み又はリフレッシュする。ここで、例えばディジタル値「11」に対応して電圧Vddを書き込み、ディジタル値「10」に対応して電圧(3/4)Vddを書き込み、ディジタル値「01」に対応して電圧(1/2)Vddを書き込み、ディジタル値「00」に対応して電圧(1/4)Vddを書き込む。   In FIG. 5, the word line Wln is connected to the gate of the selection transistor Q, one end of the data storage capacitor C is connected to the bit line Blm via the drain / source of the selection transistor Q, and the other end is, for example, It is connected to a voltage source of voltage Vdd / 2. The bit line BLm is connected to the sample and hold circuit 31 via a bit line selection transistor Q10 that is turned on when accessing the bit line BLm. The sample and hold circuit 31 includes a sample and hold storage capacitor Csh and a buffer amplification operational amplifier A1. The sample and hold circuit 31 samples and holds the bit line voltage Vb read from the bit line BLm, and then outputs it to the 2-bit AD converter 32. . The 2-bit AD converter 32 converts the input bit line voltage into 2-bit digital value data and outputs it to the bit converter 13 and the memory controller 30. The memory controller 30 responds by turning on one corresponding transistor of the four selection transistors Q11 to Q14 based on the converted digital value or the digital value of the write data from the bit converter 13. The applied voltage is applied to the storage capacitor C to write or refresh. Here, for example, the voltage Vdd is written corresponding to the digital value “11”, the voltage (3/4) Vdd is written corresponding to the digital value “10”, and the voltage (1/1 / 2) Write Vdd and write voltage (1/4) Vdd corresponding to the digital value “00”.

図5において、メモリセルMCは蓄電キャパシタQと選択トランジスタQとを備えて構成しているが、本発明はこれに限らず、蓄電キャパシタQを含む構成であればこれに限られない。   In FIG. 5, the memory cell MC includes a storage capacitor Q and a selection transistor Q. However, the present invention is not limited to this, and is not limited to this as long as it includes the storage capacitor Q.

図6は図3のDRAMによるデータ保持期間及び読み出し期間の動作を示すタイミングチャートである。図6において、各ディジタル値に対応する電圧がデータ保持期間において保持しかつ時間経過とともに若干低下し、その後、ワード線電圧がローレベルからハイレベルになったとき、読み出し期間において、ビット線容量の関係で各ディジタル値に対応する電圧は互いに異なるが各隣接する電圧差が小さくなることを示している。   FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the data holding period and the reading period by the DRAM of FIG. In FIG. 6, when the voltage corresponding to each digital value is held in the data holding period and slightly decreases with the passage of time, and then the word line voltage changes from low level to high level, The relationship shows that the voltage corresponding to each digital value is different from each other, but the voltage difference between adjacent ones is reduced.

図5及び図6において、1つのメモリセルMCに2ビットのディジタルデータを書き込むために4つの電圧Vdd、(3/4)Vdd、(1/2)Vdd、(1/4)Vddを用いているが、本発明はこれに限らず、互いに異なる4つの電圧を用いて書き込むように構成してもよい。また、上述のように、1つのメモリセルMCに3ビット以上のディジタルデータを書き込むように構成してもよい。   5 and 6, four voltages Vdd, (3/4) Vdd, (1/2) Vdd, and (1/4) Vdd are used to write 2-bit digital data to one memory cell MC. However, the present invention is not limited to this, and writing may be performed using four different voltages. Further, as described above, digital data of 3 bits or more may be written in one memory cell MC.

図7Aは図5の2ビットAD変換器32の構成を示すブロック図である。また、図7Bは図7Aの2ビットAD変換器32の動作を示す電圧波形及びバイナリカウンタ値を示すタイミングチャートである。   FIG. 7A is a block diagram showing a configuration of the 2-bit AD converter 32 of FIG. FIG. 7B is a timing chart showing voltage waveforms and binary counter values indicating the operation of the 2-bit AD converter 32 of FIG. 7A.

図7Aにおいて、図5の2ビットAD変換器32は、各ビット線毎にコラムAD変換器40と、1つのメモリアレイ10に対して設けられるADCコントロール50とを備えて構成される。図7Aにおいて、ADCコントローラ50は、バイナリカウンタ51と、ランプ電圧発生器52とを備えて構成される。また、コラムAD変換器40はコンパレータ41とラッチ42とを備えて構成される。ランプ電圧発生器52はRASクロック発生器19からのタイミング制御信号に基づいて、バイナリカウンタ51からのカウント値に基づいて、図7Bに示すように所定の傾きを有するシングルスロープのランプ電圧Vrampを発生してコンパレータ41の反転入力端子に出力する。サンプルホールド回路31でサンプルホールドされたビット線電圧Vbはコンパレータ41の非反転入力端子に入力され、コンパレータ41はVramp≧Vbとなったとき(図7Bの時刻t11)ハイレベル信号をラッチ42に出力する。ラッチ42はそれに応答してそのときのカウント値B2,B1を読み出しデータとしてメモリコントローラ30に出力してリフレッシュを行う。   7A, the 2-bit AD converter 32 of FIG. 5 includes a column AD converter 40 and an ADC control 50 provided for one memory array 10 for each bit line. 7A, the ADC controller 50 includes a binary counter 51 and a ramp voltage generator 52. The column AD converter 40 includes a comparator 41 and a latch 42. The ramp voltage generator 52 generates a single slope ramp voltage Vramp having a predetermined slope as shown in FIG. 7B based on the count value from the binary counter 51 based on the timing control signal from the RAS clock generator 19. And output to the inverting input terminal of the comparator 41. The bit line voltage Vb sampled and held by the sample hold circuit 31 is input to the non-inverting input terminal of the comparator 41. When the comparator 41 satisfies Vramp ≧ Vb (time t11 in FIG. 7B), a high level signal is output to the latch 42. To do. In response to this, the latch 42 outputs the count values B2 and B1 at that time as read data to the memory controller 30 to perform refresh.

図8は図3のビットコンバータ13のビット変換の動作を示す説明図である。図8に示すように、例えば書き込み時において、二値8ビットを四値4ビットに変換して各ビットのディジタル値をそれぞれ各メモリセルMCに書き込む一方、読み出し時において、四値4ビットを二値8ビットに変換して読み出す。   FIG. 8 is an explanatory diagram showing the bit conversion operation of the bit converter 13 of FIG. As shown in FIG. 8, for example, at the time of writing, binary 8 bits are converted into quaternary 4 bits and the digital value of each bit is written to each memory cell MC, while at the time of reading, quaternary 4 bits are converted to 2 bits. Convert to 8 bits and read.

図9は図3のDRAMの全体の動作を示すタイミングチャートである。図9に示すように、時刻t1においてロウアドレスストローブ信号/RASがローレベルになったときにロウアドレスを確定して出力した後、コラムアドレスストローブ信号/CASがローレベルになったときにコラムアドレスを確定してコラムアドレスを出力する。そして、出力イネーブル信号/OEがローレベルの最終段階で読み出しデータDoutが出力される。   FIG. 9 is a timing chart showing the overall operation of the DRAM of FIG. As shown in FIG. 9, after the row address strobe signal / RAS becomes low level at time t1, the row address is determined and output, and then the column address strobe signal / CAS becomes low level. Is output and the column address is output. Then, the read data Dout is output at the final stage when the output enable signal / OE is at a low level.

以上のように構成された実施形態によれば、複数のビット線BL1〜BLmに対応してそれぞれ各サンプルホールド回路31の後段に設けられ、各メモリセルMCからデータを各サンプルホールド回路31を介してそれぞれ読み出してディジタル値に変換する複数のシングルスロープ型AD変換器32と、変換されたディジタル値に対応する電圧を各メモリセルをリフレッシュするために印加して書き込むとともに、所定の書き込みデータに対応するデータを各メモリセルを印加して書き込むメモリコントローラ30とを備える。ここで、メモリコントローラ30は、ディジタル値に対応する数の互いに異なる4個の電圧を発生する定電圧発生回路12を含む。また、変換されたディジタル値を二値データに変換して読み出しデータとして出力し、書き込みデータを複数値のディジタル値に変換して制御手段に出力するビットコンバータ13をさらに備える。   According to the embodiment configured as described above, each sample-and-hold circuit 31 is provided in a subsequent stage corresponding to the plurality of bit lines BL1 to BLm, and data is transferred from each memory cell MC via each sample-and-hold circuit 31. A plurality of single slope AD converters 32 that respectively read out and convert to digital values, and a voltage corresponding to the converted digital value is applied and written in order to refresh each memory cell, and also corresponds to predetermined write data And a memory controller 30 for writing data to be applied by applying each memory cell. Here, the memory controller 30 includes a constant voltage generation circuit 12 that generates four different voltages corresponding to digital values. Further, a bit converter 13 is further provided which converts the converted digital value into binary data and outputs it as read data, and converts the write data into a multi-value digital value and outputs it to the control means.

以上の実施形態においては、選択用トランジスタQ10、サンプルホールド回路31及び2ビットAD変換器32を含むADC及びI/Oゲート回路11の各ビット線対応部分を各ビット線幅の中に形成し、特に、サンプルホールド回路31のサンプルホールド用蓄電キャパシタCshを各ビット線幅の中にデータ記憶用蓄電キャパシタCと同一のCMOSプロセスにて形成することで、センスアンプ101を用いる従来技術に比較してその占有面積を小さくすることができ、しかも多値でメモリセルMCに記憶することで、同一の記憶容量に対して必要な面積を大幅に低減できる。   In the above embodiment, each bit line corresponding portion of the ADC and the I / O gate circuit 11 including the selection transistor Q10, the sample hold circuit 31, and the 2-bit AD converter 32 is formed in each bit line width. In particular, the sample-and-hold storage capacitor Csh of the sample-and-hold circuit 31 is formed in each bit line width by the same CMOS process as the data storage storage capacitor C, thereby comparing with the conventional technique using the sense amplifier 101. The occupied area can be reduced, and the area required for the same storage capacity can be greatly reduced by storing the memory cells MC in multiple values.

以上の明細書において、ナチュラルトランジスタとは、そのしきい値が例えば約0Vであり、チャネルに対してしきい値調整用の不純物を注入しないことにより形成することができる。また、パストランジスタとは、ゲート電圧に応じてソース・ドレイン間をオンするかオフするかを選択的に切り替えるスイッチングトランジスタをいう。   In the above specification, the natural transistor has a threshold value of about 0 V, for example, and can be formed by not injecting a threshold adjusting impurity into the channel. A pass transistor is a switching transistor that selectively switches between ON and OFF between a source and a drain depending on a gate voltage.

以上詳述したように、本発明に係る半導体記憶装置によれば、従来技術に比較して同一の記憶容量に対して小さい面積で形成することができる多値DRAMなどの半導体記憶装置を提供できる。   As described above in detail, according to the semiconductor memory device of the present invention, it is possible to provide a semiconductor memory device such as a multi-value DRAM that can be formed with a smaller area with respect to the same memory capacity as compared with the prior art. .

10…メモリアレイ、
11…AD変換器及び入出力ゲート回路(ADC及びI/Oゲート回路)、
12…定電圧発生回路、
13…ビットコンバータ、
14…データ入力バッファ、
15…データ出力バッファ、
16,17…アンドゲート、
18…CASクロック発生器、
19…RASクロック発生器、
20…リフレッシュコントローラ、
21…リフレッシュカウンタ、
22…ロウアドレスバッファ、
23…コラムアドレスバッファ、
24…ロウデコーダ、
25…コラムデコーダ、
30…メモリコントローラ、
31…サンプルホールド回路、
32…2ビットAD変換器、
40…コラムAD変換器、
41…コンパレータ、
42…ラッチ、
50…ADCコントローラ、
51…バイナリカウンタ、
52…ランプ電圧発生器、
61…アドレス入力端子、
62…データ入出力端子、
A1…オペアンプ、
BL,BL1〜BLM…ビット線、
C,Csh…蓄電キャパシタ、
MC…メモリセル。
Q,Q10〜Q14…MOSトランジスタ、
WL,WL1〜WLN…ワード線。
10 ... Memory array,
11: AD converter and input / output gate circuit (ADC and I / O gate circuit),
12 ... Constant voltage generation circuit,
13: Bit converter,
14: Data input buffer,
15: Data output buffer,
16, 17 ... Andgate,
18 ... CAS clock generator,
19 ... RAS clock generator,
20 ... Refresh controller,
21 ... Refresh counter,
22: Row address buffer,
23: Column address buffer,
24. Row decoder,
25 ... column decoder,
30 ... Memory controller,
31 ... Sample and hold circuit,
32 ... 2-bit AD converter,
40 ... Column AD converter,
41 ... Comparator,
42 ... Latch,
50 ... ADC controller,
51 ... Binary counter,
52 ... Ramp voltage generator,
61: Address input terminal,
62: Data input / output terminal,
A1 ... Operational amplifier
BL, BL1 to BLM, bit lines,
C, Csh: storage capacitor,
MC: Memory cell.
Q, Q10 to Q14 ... MOS transistors,
WL, WL1 to WLN: word lines.

Claims (4)

複数のワード線のうちの1本のワード線に接続された選択用トランジスタと、それぞれ複数のビット線のうちの1本のビット線に上記選択用トランジスタを介して接続されかつそれぞれ複数値を記憶する第1の蓄電キャパシタとをそれぞれ備えた複数のメモリセルを有する多値DRAMである半導体記憶装置であって、
上記複数のビット線に対応してそれぞれ設けられ、第2の蓄電キャパシタを含む複数のサンプルホールド回路と、
上記複数のビット線に対応してそれぞれ上記各サンプルホールド回路の後段に設けられ、上記各メモリセルからデータを上記各サンプルホールド回路を介してそれぞれ読み出してディジタル値に変換する複数のシングルスロープ型AD変換器と、
上記変換されたディジタル値に対応する電圧を、上記各メモリセルをリフレッシュするために上記各メモリセルに印加して書き込むとともに、所定の書き込みデータのディジタル値に対応する電圧を上記各メモリセルに印加して書き込む制御手段とを備えたことを特徴とする半導体記憶装置。
A selection transistor connected to one word line of a plurality of word lines and a plurality of values respectively connected to one bit line of the plurality of bit lines via the selection transistor. A semiconductor memory device that is a multi-value DRAM having a plurality of memory cells each having a first storage capacitor
A plurality of sample and hold circuits each provided corresponding to the plurality of bit lines and including a second storage capacitor;
A plurality of single-slope ADs corresponding to the plurality of bit lines, which are provided in the subsequent stages of the sample-and-hold circuits, respectively, for reading data from the memory cells via the sample-and-hold circuits and converting them into digital values A converter,
A voltage corresponding to the converted digital value is applied and written to each memory cell to refresh each memory cell, and a voltage corresponding to a digital value of predetermined write data is applied to each memory cell. And a control unit for writing data.
上記変換されたディジタル値を二値データに変換して読み出しデータとして出力し、上記書き込みデータを複数値のディジタル値に変換して上記制御手段に出力するビットコンバータをさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。   A bit converter for converting the converted digital value into binary data and outputting it as read data, and converting the write data into a multi-value digital value and outputting it to the control means; The semiconductor memory device according to claim 1. 上記制御手段は、上記ディジタル値に対応する数の互いに異なる複数の電圧を発生する電圧発生手段を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の半導体記憶装置。   3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the control means includes voltage generation means for generating a plurality of different voltages corresponding to the digital value. 上記第1の蓄電キャパシタと第2の蓄電キャパシタとは同一のプロセスで形成されることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の半導体記憶装置。   4. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the first storage capacitor and the second storage capacitor are formed by the same process.
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