JP2929847B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JP2929847B2 JP4196390A JP19639092A JP2929847B2 JP 2929847 B2 JP2929847 B2 JP 2929847B2 JP 4196390 A JP4196390 A JP 4196390A JP 19639092 A JP19639092 A JP 19639092A JP 2929847 B2 JP2929847 B2 JP 2929847B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体記憶装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体記憶装置においては、内部
降圧回路等を用いて低電圧で動作する記憶装置が主流と
なってきている。
【0003】しかしながら、低電圧動作を行うことによ
り、例えば1トランジスタ−1キャパシタ型メモリセル
を有するダイナミックRAMにおいては、メモリセルの
蓄積電荷量も小さくなりセンスアンプ動作マージンも減
少してしまう。この問題を解決するために、従来におい
てはメモリセルキャパシタの容量値を大きくすること、
ビット線の容量値を小さくすることのいずれかによりセ
ンスアンプ入力信号を確保することが行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ようにメモリセルキャパシタの容量値を大きくする方法
においては、高集積化が進むほど小面積内に大容量値を
確保する必要が生じている。その結果、キャパシタ絶縁
膜の薄膜が進み、このキャパシタ絶縁膜は物理的限界へ
近づくことが予想される。
【0005】一方、ビット線の容量値を小さくするに
は、ビット線上に存在するメモリセル数を減少させ、ビ
ット線長を短くする方法があるが、この方法はセンスア
ンプの台数を増加させる必要を生ずるため、高集積化に
適さない。したがって、従来の半導体記憶装置において
は、低電圧動作化に伴うセンスアンプ動作マージン悪化
を防ぐのが困難であるという問題点がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】 本願発明の第1の要旨
は、1個のトランジスタと1個のキャパシタとを直列接
続してメモリセルとし、該メモリセルを複数個ビット線
対に接続し、ワード線を選択的に制御してキャパシタの
一方の電極をビット線対を構成するビット線のいずれか
一方に導通させる半導体記憶装置において、上記複数個
のメモリセルをビット線に沿って複数のグループに分割
し、隣接する2つのグループの一方に属するメモリセル
のキャパシタの他方の電極は第1トランジスタを介して
第1制御信号線に接続可能であり、隣接する2つのグル
ープの他方に属するメモリセルのキャパシタの他方の電
極は第2トランジスタを介して第2制御信号線に接続可
能であり、且つ、メモリセルを選択する場合に第1制御
信号線と第2制御信号線が異なる電位とされる。また、
本願発明の第2の要旨は、1個のトランジスタと1個の
キャパシタとを直列接続してメモリセルとし、該メモリ
セルを複数個ビット線対に接続し、ワード線を選択的に
制御してキャパシタの一方の電極をビット線対を構成す
るビット線のいずれか一方に導通させる半導体記憶装置
において、上記複数個のメモリセルをビット線に沿って
複数のグループに分割、各グループに属するメモリセ
ルのキャパシタの他方の電極は夫々部分信号線に接続さ
れ、該複数の部分信号線の内第1の群はビット線の一方
をゲート入力とする第1トランジスタを介して第1制御
信号線へ接続され、上記2本のビット線の他方をゲート
入力とする第2トランジスタを介して第2制御信号線へ
と接続され、上記複数の部分信号線の内第1の群に隣接
る部分信号線は前記一方のビット線をゲート入力とす
る第3トランジスタを介して上記第2制御信号線へと接
続され、上記他方のビット線をゲート入力とする第4の
トランジスタを介して上記第1制御信号線へと接続され
ることであり、且つ、メモリセルを選択する場合に第1
制御信号線と第2制御信号線が異なる電位とされる
【0007】
【発明の作用】以上の構成により、選択メモリセルのキ
ャパシタの他方の電極を、選択ビット線の電位変動とは
逆方法に変化させておき、メモリセルとビット線の分離
後に、ビット線対及び信号線をプリチャージ電位に戻す
ことで、メモリセルの電荷蓄積量を増大させる作用を有
している。
【0008】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の第1実施例に係る半導体記憶装置の
メモリセルアレイを示す回路図である。
【0009】図1において、BL及びBRはビット線を
表し、ビット線BL,BR上の電圧は1で示すセンスア
ンプへ入力している。ここでビット線BLには、MOS
NチャンネルトランジスタQC1とセルキャパシタCS
1によって構成されるメモリセルMC1及びメモリセル
MC1と同一構成のMC2が接続され、それぞれワード
線信号φW1,φW2により選択される。
【0010】一方、ビット線BRには、MC1と同一構
成のメモリセルMC3,MC4が接続されており、それ
ぞれワード線信号φW3,φW4により選択される。こ
こでメモリセルMC1とMC3はセルキャパシタCS1
の電極の一端を信号線CP1により共有しており、信号
線CP1は制御信号φPによりバランサ1のMOSNチ
ャンネルトランジスタQP1を介して固定電源VHへ、
さらに信号φQによりトランジスタQE1,QE3を介
してビット線BL,BRへ接続可能となっている。
【0011】同様にメモリセルMC2とMC4は信号線
CP2に共通に接続され、信号線CP2は信号線φPに
より、バランサB2のトランジスタQP2を介してVH
へ、さらに信号線φQによりトランジスタQE2,QE
4を介してビット線BL,BRへ接続可能となってい
る。
【0012】信号線CP1はMOSNチャンネルトラン
ジスタQS1,QS3により、それぞれ制御信号線φS
1,φS2へと接続可能となっている。制御信号線QS
1,QS3のゲートへはそれぞれビット線BL,BRが
入力している。
【0013】一方、信号線CP2はトランジスタQS
2,QS4によりそれぞれ制御信号線φS2,φS1へ
接続可能となっており、トランジスタQS2,QS4の
ゲートはビット線BL,BRに接続される構成となって
いる。
【0014】次に図1に示すメモリセルアレイ回路の動
作を図2に示したタイムチャートを用いて説明する。
【0015】まず初期状態においては、信号線CP1,
CP2、ビット線BL,BR、信号線φS1,φS2は
すべて同電位VHとなっている。このとき、トランジス
タQS1,QS2,QS3,QS4はすべてソース,ゲ
ート,ドレインとも電位がVHで等しいので、すべてオ
フしている。またこのとき、メモリセルMC1の電荷蓄
積節点N1の電位はメモリアレイ系の電源VCCである
と仮定している。次に信号線φQが0ボルト(接地電
位)となり、ワード信号線φW1が高電位VCC+VT
(VTはトランジスタQS1のしきい値)となると、ト
ランジスタQS1によりビット線BLと節点N1が接続
され両者の電位はV1となる。これによりビット線対間
には(V1−VH)の差電位がつき、この差電位を制御
信号φEを入力するセンスアンプ1により増幅する。
【0016】したがって、ビット線の電位のBLがVC
C、BRが0となる。このときメモリセルのN1の電位
もVCCとなる。
【0017】この時まで、信号線CP1,CP2は制御
信号φPの電位がVCC、制御信号線φS1,φS2の
電位がVHなので、いずれも電位VHのままである。制
御信号線φS1,φS2は信号線φPが0となって信号
線CP1,CP2を固定電源VHから切り離した後にそ
れぞれ(VH−VR)、(VH+VR)へと電位変化す
る。この時、トランジスタQS3,QS4はゲート電位
が0であるのでオフしているので、信号線CP1,CP
2はそれぞれゲート電位がVCCであるトランジスタQ
S1,QS2により制御信号φS1,φS2と等しい電
位(VH−VR),(VH+VR)となる。
【0018】最後にワード線信号φW1が0Vとなり、
信号線φEが0となってセンスアンプ1が不活性化され
てから、信号線φQがVCCとなることで、ビット線対
BL,BR及び信号線CP1,CP2が電極VHに戻
る。この時、メモリセルMC1の電荷蓄積節点N1の電
位はVRよりやや小さいVS分だけ電位変化を受け(V
CC+VS)となる。
【0019】本実施例では特に示さなかったが、制御信
号線φS1,φS2の固定電位VHへのバランスも、信
号線φQで行うことでタイミングチャートのようにほぼ
ビット線と同様の時刻に行うことができることはいうま
でもない。
【0020】一方、メモリセルMC1の電荷蓄積節点N
1の電位が0Vの時はビット線BLが0、BRがVCC
となり、トランジスタQS1,QS2がオフ、トランジ
スタQS3,QS4はオンするので、信号線CP1が制
御信号線φS2と同電位の(VH+VR)に、信号線C
P2が制御信号線φS1と同電位の(VH−VR)とな
る。このため、リセット時においてノードN1の電位は
(−VS)となる。
【0021】同様にメモリセルMC2,MC3,MC4
について制御信号線φS1,φS2の電位変化及びトラ
ンジスタQS1〜QS4のうちオンするトランジスタを
一覧表に示したのが表1である。いずれの場合もメモリ
セルMC1と同じく電荷蓄積節点の最終電位は(−V
S)もしくは(VCC+VS)になることは明かであ
る。
【0022】
【表1】
【0023】本発明の第2実施例が図4に示されてお
り、図4においてメモリセルのキャパシタの一端をCP
1,CP2,CP1’,CP2’の4本に分離する場合
の概念図を示した。
【0024】本実施例において、例えばメモリセルMC
1が選択される場合を考えると信号線CP1’,CP
2’に関しては、バランサB1’,B2’と信号線φ
Q’により信号線CP1’,CP2’とビット線対との
接続を禁止し、制御信号線φS1’,QS2’をVHに
しておくことで、QS1’〜QS4’のトランジスタは
オフ状態に保たれる。これによりメモリセルMC1は前
述の第1実施例と同様の動作により、電荷蓄積量を増大
することができる。
【0025】第1実施例に対する本実施例の異なる点
は、信号線に接続されるメモリセル数が半分になり、配
線長も約半分になるので、信号線の充放電量が第1実施
例の約半分に減少したことである。
【0026】なお、上述の2つの実施例を示す図1及び
図3において部分信号線CP1,CP2に対してメモリ
セルが2個ずつしか接続されていないが、これは本発明
の説明のために簡略化したものであり、実際には複数個
のメモリセルが存在している。例えば通常のDRAMに
おいてはビット線1本当り128個のメモリセルが存在
しているので、図1においては信号線CP1,CP2に
ついてそれぞれ64個ずつ、図3においてはCP1,C
P2,CP1’,CP2’に対してそれぞれ32個ずつ
のメモリセルがBL,BRに対して等しく存在してい
る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、選択され
たメモリセルのキャパシタの電極の一端の電位をメモリ
セル選択後において、蓄積電荷節点が高電位の時はプリ
チャージ電位VHより低く、低電位の時はVHより高く
することが可能である。したがって、リセット時におい
てメモリセルの蓄積電荷量を増大することができ、セン
スアンプ入力信号量を増大できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の半導体記憶装置のメモリ
セルアレイを示す回路図である。
【図2】第1実施例の動作を示すタイムチャートであ
る。
【図3】本発明の第2実施例の半導体記憶装置のメモリ
セルアレイを示す回路図である。
【符号の説明】
1 センスアンプ B1,B2,B1’,B2’ バランサ MC1,MC2,MC3,MC4,MC1’,MC
2’,MC3’,MC4’メモリセル QS1〜,QS4,QS1’〜QS4’,QP1,QP
2,QE1〜QE4,QC1 MOSNチャンネルトラ
ンジスタ CS1 メモリセルキャパシタ CP1,CP2,CP1’,CP2’ 信号線 φW1〜φW4,φW1’〜φW4’ ワード線信号 φE,φP,φP’,φQ,φQ’,φS1,φS
1’,φS2,φS2’制御信号 VH 固定電位

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1個のトランジスタと1個のキャパシタ
    とを直列接続してメモリセルとし、該メモリセルを複数
    個ビット線対に接続し、ワード線を選択的に制御してキ
    ャパシタの一方の電極をビット線対を構成するビット線
    のいずれか一方に導通させる半導体記憶装置において、
    上記複数個のメモリセルをビット線に沿って複数のグル
    ープに分割し、隣接する2つのグループの一方に属する
    メモリセルのキャパシタの他方の電極は第1トランジス
    タを介して第1制御信号線に接続可能であり、隣接する
    2つのグループの他方に属するメモリセルのキャパシタ
    の他方の電極は第2トランジスタを介して第2制御信号
    線に接続可能であり、且つ、メモリセルを選択する場合
    に第1制御信号線と第2制御信号線が異なる電位とされ
    ことを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 上記ビット線対はビット線対上の電位差
    を増幅するセンスアンプに接続されており、該センスア
    ンプでの増幅以降、ビット線のプリチャージ開始までの
    間に、上記2つのグループの一方に属するメモリセルの
    選択時には第1制御信号線をプリチャージ電位より低い
    電位へ、もしくは第2制御信号線をプリチャージ電位よ
    り高い電位へ移行させ、上記2つのグループの他方に属
    するメモリセルの選択的には第1制御信号線をプリチャ
    ージ電位より高い電位へ、もしくは第2制御信号線をプ
    リチャージ電位より低い電位へ移行させる請求項1記載
    の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 1個のトランジスタと1個のキャパシタ
    とを直列接続してメモリセルとし、該メモリセルを複数
    個ビット線対に接続し、ワード線を選択的に制御してキ
    ャパシタの一方の電極をビット線対を構成するビット線
    のいずれか一方に導通させる半導体記憶装置において、
    上記複数個のメモリセルをビット線に沿って複数のグル
    ープに分割、各グループに属するメモリセルのキャパ
    シタの他方の電極は夫々部分信号線に接続され、該複数
    部分信号線の内第1の群はビット線の一方をゲート入
    力とする第1トランジスタを介して第1制御信号線へ接
    続され、上記2本のビット線の他方をゲート入力とする
    第2トランジスタを介して第2制御信号線へと接続さ
    れ、上記複数の部分信号線の内第1の群に隣接する部
    信号線は前記一方のビット線をゲート入力とする第3ト
    ランジスタを介して上記第2制御信号線へと接続され、
    上記他方のビット線をゲート入力とする第4のトランジ
    スタを介して上記第1制御信号線へと接続され、且つ、
    メモリセルを選択する場合に第1制御信号線と第2制御
    信号線が異なる電位とされることを特徴とする半導体記
    憶装置。
  4. 【請求項4】 所定のメモリセルのグループ接続する
    部分信号線を第1の部分信号線とし、該メモリセルのグ
    ループに隣接するメモリセルのグループ接続する部分
    信号線を第2の部分信号線とし、上記一方のビット線上
    に存在し上記第1の部分信号線をキャパシタ電極の一端
    とするメモリセルもしくは上記他方のビット線上に存在
    し上記第2の部分信号線をキャパシタ電極の一端とする
    メモリセルが選択される場合は、上記記第1制御信号線
    をプリチャージ電位より低い電位、もしくは上記第2制
    御信号線をプリチャージ電位より高い電位へ移行させ、
    上記一方のビット線上に存在し上記第2の部分信号線を
    キャパシタ電極の一端とするメモリセルもしくは上記他
    方のビット線上に存在し上記第1の部分信号線をキャパ
    シタ電極の一端とするメモリセルが選択される場合は上
    記第1制御信号線をプリチャージ電位より高い電位、も
    しくは上記第2制御信号線をプリチャージ電位より低い
    電位へと移行させることを上記ビット線対の電位差増幅
    以降バランス開始までの時刻の間に実行する請求項3記
    載の半導体記憶装置。
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