JP3183331B2 - ダイナミック型半導体記憶装置 - Google Patents

ダイナミック型半導体記憶装置

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JP3183331B2 JP25662597A JP25662597A JP3183331B2 JP 3183331 B2 JP3183331 B2 JP 3183331B2 JP 25662597 A JP25662597 A JP 25662597A JP 25662597 A JP25662597 A JP 25662597A JP 3183331 B2 JP3183331 B2 JP 3183331B2
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dram (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体記憶装置に関
し、特に、1つのメモリセルに複数のビットの情報の記
憶が可能なDRAM型の半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の半導体記憶装置の従来技術とし
て、ダイナミック型半導体記憶装置の高集積化を目的と
しては、1つのメモリセルに2ビット分の情報の記憶を
可能にする構成が例えば特願平8−352635号で提
案されている。
【0003】図9は、上記特願平8−352635号に
提案される従来の半導体記憶装置の一例を示したもので
あり、メモリセルと、読み出しおよび書き込みのための
回路を示したものである。図10は、図9に示した従来
例の動作を説明するための入力タイミング波形を示し、
図11は同じく図9に示した従来例の動作を説明するた
めのビット線の読み出し時の波形を示すものである。
【0004】図9において、1はメモリセルアレイ20
内のダイナミック型半導体記憶装置のメモリセル、2は
蓄積容量、3はトランスファゲート、4は蓄積ノードを
それぞれ示す。ビット線は相補型の主ビット線GBL,
/GBLと副ビット線BLU1,/BLU1,BLU
2,/BLU2,SBL,/SBL,BLL1,/BL
L1,BLL2,/BLL2とに階層化されており、1
組の主ビット線GBL,/GBLには、主センスアンプ
21と複数の副センスアンプ22が接続されている。
【0005】次に、図10に示す入力タイミング波形を
参照して、図9に示した半導体記憶装置の回路動作を説
明する。
【0006】時刻t0において、副ビット線のプリチャ
ージ制御信号PDLが図示のようにHレベルからLレベ
ルに変化すると、図9の副ビット線プリチャージ回路2
3の全てのトランジスタがオフして、副ビット線BLU
1,/BLU1,BLU2,/BLU2,SBL,/S
BL,BLL1,/BLL1,BLL2,/BLL2の
プリチャージが終了する。副ビット線BLU1,/BL
U1,BLU2,/BLU2,SBL,/SBL,BL
L1,/BLL1,BLL2,/BLL2の電圧はいず
れも1/2Vccのままである。
【0007】また、時刻t0において、書き込み用ゲー
トのトランスファゲート制御信号CTGL、副ビット線
SBL,/SBLに挿入されたトランスファゲートの制
御信号TGLが図示のようにHレベルからLレベルに変
化し、制御信号CTGL,TGLをゲート入力とするト
ランジスタがオフし、副ビット線SBLとBLL1,/
SBLと/BLL1,BLL1とBLL2,/BLL1
と/BLL2がいずれも互いに切り離される。
【0008】次に、時刻t1において、ワード線WLU
2n−1をLレベルからHレベルに変化させると、トラ
ンスファゲート3がオンし、蓄積容量2に蓄えられてい
た情報が副ビット線BLU2,BLU1,SBLに電荷
転送される。
【0009】図9に示す半導体記憶装置のメモリセル1
は1つの蓄積容量に2ビットの情報を蓄えるため、メモ
リセル1が情報を保持しているときの蓄積ノード4の電
圧は電源電圧Vcc、2/3Vcc,1/3Vcc,G
ND(接地電位)の4種類ある。これらの4つの状態
は、2ビットの2進数“11”,“10”,“01”,
“00”にそれぞれ対応する。
【0010】このうち、“10”(2/3Vcc)の情
報を読み出すときの主ビット線GBL,/GBLと副ビ
ット線SBL,/SBL,BLU2,/BLU2の波形
を示したものが図11である。
【0011】時刻t1において、ワード線WLU2n−
1が立ち上がった後、メモリセル1が情報“11”を保
持しているときに相補の副ビット線対BLU1,/BL
U1の間に生じる電位差をΔVとすると、メモリセル1
が情報“10”を保持しいるときは図11に示すように
1/3ΔVの電位差が生じる。
【0012】次に、時刻t2において、リードスイッチ
信号RSが、図10に示すようにLレベルからHレベル
に変化すると、副センスアンプ22のトランジスタ8,
9がオンし、図示されない主ビット線プリチャージ回路
によって1/2Vccにプリチャージされた主ビット線
GBL,/GBLの電位が、センストランジスタ6,7
のゲート電圧、すなわち副ビット線対SBL,/SBL
のレベルに応じて下げられる。これによって、副ビット
線/SBL,SBLに読み出された電位差が主ビット線
GBL,/GBLに伝達される。
【0013】次に、時刻t3において、リードスイッチ
信号RSがLレベルに立ち下がり、主センスアンプ21
により主ビット線GBL,/GBLの電位差が、図11
に示すようにVccまたはGNDレベルに増幅される。
その際、図11に示すように、メモリセル1が情報“1
0”を保持しているときは、主ビット線GBLがVcc
レベル、主ビット線/GBLがGNDレベルに増幅され
る。これは、上位ビットの読み出し動作を表しており、
“H”データが読み出されることを示している。
【0014】主ビット線GBL,/GBLが増幅されて
いる間(時刻t3からt4まで)、主ビット線GBL,
/GBLと副ビット線SBL,/SBLの間にキャパシ
タ10,11とそれぞれ直列に接続されたトランスファ
ゲート19,20の導通を制御する信号CPEはHレベ
ルであるため、読み出し用回路24のキャパシタ10,
11によって主ビット線GBL,/GBLの電位変動の
影響を受けて、副ビット線対SBL,/SBLの電位も
変動する。
【0015】メモリセル1が情報“10”を保持してい
るときには、副ビット線SBL,BLU1,BLU2は
1/3ΔVだけ電位が下げられ、副ビット線/SBL,
/BLU1,/BLU2は1/3ΔVだけ電位が上げら
れる。これにより、図11に示す場合には、主ビット線
SBLと/SBLの電位が逆転する。
【0016】次に、時刻t4において、制御信号TGU
およびCPEがLレベルに立ち下がり、メモリセルアレ
イ25a〜25d内のビット線とセンスアンプとが切り
離され、また、これ以降、副ビット線の電位が主ビット
線GBL,/GBLの電位変動による影響を受けなくな
る。
【0017】次に、時刻t5において、ライトスイッチ
信号WSUが立ち上がり、増幅された主ビット線GB
L,/GBLの電位が副ビット線BLU1,BLU2お
よび/BLU1,/BLU2にそれぞれ書き込まれる。
【0018】その後、時刻t6において、ライトスイッ
チ信号WSUが立ち下がり、主ビット線GBL,/GB
Lが1/2Vccにプリチャ−ジされる。
【0019】次に、時刻t7において、再びリードスイ
ッチ信号RSが活性化され、副ビット線SBL,/SB
Lの電位差が主ビット線GBL,/GBLに伝達され、
増幅される。このとき、メモリセル1が情報“11”を
保持しているときには、再び“H”データが読み出され
るが、メモリセル1が情報“10”を保持しているとき
には、図11に示すように、副ビット線SBL,/SB
Lの電位が上位ビットの読み出しのときと逆転している
ため、今度は“L”データが読み出される。このときの
読み出し動作が、下位ビットの読み出し動作となる。上
位ビットの読み出し動作と合わせて、図11では“1
0”が順次読み出されている様子が示されている。
【0020】その後、時刻t9において、図10に示す
ようにライトスイッチ信号WSLおよび制御信号TGL
を立ち上げ、主ビット線GBL,/GBLのデータを副
ビット線SBL,BLL1,および/SBL,/BLL
1にそれぞれ書き込む。
【0021】ライトスイッチ信号WSLを立ち下げた
後、例えば図11に示すように、メモリセル1に情報
“10”が保持されていたとき、副ビット線BLU1,
BLU2はVccレベル、副ビット線SBL,BLL1
はGNDレベルとなっている。
【0022】ところで、副ビット線BLU1の寄生容量
(ワード線n本分)をCbとすると、副ビット線BLU
2およびBLL1の寄生容量もCbとなる。また、メモ
リセル1の蓄積容量をCs,副ビット線SBLの寄生容
量をCaとすると、時刻t10において制御信号TGU
を立ち上げたとき、副ビット線BLU2,BLU1,S
BL,BLL1は全て接続され、容量結合により副ビッ
ト線BLU1および蓄積ノード4の電圧レベルは、次式
(1)のようになる。
【0023】
【数1】
【0024】ここで、メモリセル1の蓄積容量Csおよ
び副ビット線SBLの寄生容量Caを副ビット線BLU
1の寄生容量Cbに比べて十分に小さいと仮定して無視
すると、副ビット線BLU1および蓄積ノード4の電圧
レベルは2/3Vccとなる。
【0025】その後、時刻t12においてワード線WL
U2n−1を立ち下げることにより、メモリセル1に2
/3Vcc、すなわち、情報“01”が再書き込みされ
る。蓄積容量CsおよびCaが蓄積容量Cbに比べて十
分に小さいと改定したときに、4つの状態での再書き込
み時の各副ビット線の電圧を表1に示す。
【0026】
【表1】
【0027】なお、図9中、HVCDは副ビット線のプ
リチャージ用電源線である。すなわち、PDLが“H”
のときに1/2Vccの電位を供給する。CTGUは
“H”レベルに固定である。CTGUは、副センスアン
プ22より下側のワード線、すなわち、WLL1〜WL
L2nが選択された時に、前に述べたCTGLと同じ動
作をする。このとき、CTGLはH固定となる。HVC
1Pは、メモリセル1のキャパシタの対極(プレート)
電位となる。通常は1/2Vcc固定で、前述の動作と
は特に関係しない。
【0028】上記特願平8−352635号には、もう
一つの構成例が示されている。図12は、上記特願平8
−352635号に提案される従来の半導体記憶装置の
もう一つの構成例を示したものであり、図13は、図1
2の動作を説明するための入力波形を示すものである。
また、図14は同じく図12の回路の動作を説明するた
めのものであり、ビット線の読み出し時の波形を示すも
のである。
【0029】図12の回路の構成が図9の回路の構成と
異なるのは、トランスファゲートにより分割された副ビ
ット線BLU2とBLU1の寄生容量の比である。ま
た、図12の回路の構成による場合、上位ビットの再書
き込みデータは副ビット線BLU2に書き込まれ、下位
ビットの再書き込みデータは副ビット線BLU1に書き
込まれる。その後、図13に示す時刻t10において、
トランスファゲート信号CTGUを立ち上げることによ
り、副ビット線BLU1とBLU2は接続され、図14
に示すようにメモリセル1に情報“10”が保持されて
いたときには、容量結合により副ビット線BLU1およ
び蓄積ノード4の電圧レベルは、次式(2)のようにな
る。
【0030】
【数2】
【0031】また、副ビット線BLU1の領域内のワー
ド線、例えばワード線WLU1が活性化され、メモリセ
ル1の情報“10”が読み出される場合、容量結合によ
り副ビット線BLU1および蓄積ノード4の電圧レベル
は、次式(3)のようになる。
【0032】
【数3】
【0033】いずれの場合も、メモリセル1の蓄積容量
Csが副ビット線BLU1の寄生容量Cbに比べて十分
小さいと仮定して無視すると、副ビット線BLU1およ
び蓄積ノード4の電圧レベルは2/3Vccとなる。
【0034】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の半導体記憶装置は、メモリセルの蓄積容量Csおよび
副センスアンプの副ビット線寄生容量Caが配線部の副
ビット線寄生容量Cbに比べて十分小さいと仮定してい
るため、動作マージンを改善するためにメモリセルの蓄
積容量を増やしたとき、メモリセルの蓄積容量Csによ
る再書き込み電圧レベルが変動し、逆に読み出しマージ
ン等の劣化を招いた。
【0035】本発明の目的は、メモリセルの蓄積容量が
増大して、ビット線の寄生容量に対して無視できない大
きさになっても、多値の書き込み電圧レベルを一定に保
つことのできるダイナミック型半導体記憶装置を提供す
ることにある。
【0036】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のダイナミック型半導体記憶装置は、副ビッ
ト線対と、 前記副ビット線対に結合された、主ビット
線対と、前記主ビット線対に接続されてなる第1のセン
スアンプと、前記主ビット線対に1または複数接続さ
れ、それぞれに前記副ビット線対が接続されてなる第2
のセンスアンプと、前記副ビット線対の途中に設けら
れ、前記副ビット線対を容量値の異なる第1の部分と第
2の部分とに切り離すトランスファゲートと、前記第1
の部分と前記第2の部分とに設けられた1または複数の
ダミーセルと、前記第1の部分と前記第2の部分とに上
位ビット電圧/下位ビット電圧を書き込み、その後に、
前記トランスファゲートを活性化させて、電荷の配分に
よって4つの電圧状態を作り、メモリセルに4つの状態
を書き込む制御手段とを含む
【0037】トランスファゲートによって複数に分割さ
れたビット線毎に、その寄生容量の比が正確に所望の値
となるようにダミーセルを設けることにより、再書き込
み時のビット線の容量結合により、正確に複数のレベル
を作成することを可能にし、多値のダイナミック型半導
体記憶装置の動作マージンが向上する。
【0038】本発明の実施態様では、前記ダミーセル
は、待機時には非活性化され、ダミーセルの少なくとも
1つは再書き込み時にのみ活性化されることを特徴とす
る。
【0039】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0040】図1は、本発明の第1の実施の形態のダイ
ナミック型半導体記憶装置のメモリセルおよび読み出
し、書き込みのための回路を示したものである。図2
は、図1に示した本発明の第1の実施の形態の動作を説
明するための入力タイミング波形を示し、図3は同じく
図1に示した本発明の第1の実施の形態の動作を説明す
るためのビット線の読み出し時の波形を示すものであ
る。
【0041】図1において、1はダイナミック型半導体
記憶装置のメモリセル、2は蓄積容量、3はトランスフ
ァゲート、4は蓄積ノードである。ビット線は相補型の
主ビット線(主ビット線対)GBL,/GBLと副ビッ
ト線(副ビット線対)BLU1,/BLU1,BLU
2,/BLU2,SBL,/SBL,BLL1,/BL
L1,BLL2,/BLL2とに階層化されており、1
組の主ビット線GBL,/GBLには1つの主センスア
ンプ21および複数の副センスアンプ22が接続されて
いる。
【0042】本発明の第1の実施の形態は、以下に詳細
に説明されるように、副センスアンプ22の副ビット線
と主ビット線との間(すなわち/SBLとGBL、SB
Lと/GBLの間)にフィ−ドバック用キャパシタ1
0,11をそれぞれ設け、選択されたメモリセル1から
副ビット線/SBL,SBLに読み出された差電位が主
ビット線GBL,/GBLに伝達され、主センスアンプ
21により増幅され、まず上位ビットの読み出しが行わ
れると同時に、このフィードバック用キャパシタ10,
11を通して、主ビット線GBL,/GBLのデータが
副ビット線SBL,/SBLにフィードバックされる。
その後、再度、副ビット線/SBL,SBLから主ビッ
ト線GBL,/GBLへの読み出し動作を行うことによ
り、下位ビットの読み出しを行うことができる。また、
副ビット線/BLU1,BLU1と副センスアンプ22
の間に、これらを切り離すトランスファゲート17,1
8を有し、トランスファゲート17,18のそれぞれの
側に別々の電圧を書き込み、その後に、このトランスフ
ァゲート17,18を活性化させて、電荷の配分によっ
て4つの電圧状態をつくり、メモリセル1に4つの状態
を書き込む。
【0043】本発明の第1の実施の形態に係るダイナミ
ック型半導体記憶装置をより詳細に説明すべく、その動
作の一例を以下に詳細に説明する。
【0044】はじめに、ワード線WLU2n−1および
副ビット線BLU2で選択されるメモリセル1の読み出
し動作について図2を参照して説明する。
【0045】時刻t0において、副ビット線のプリチャ
ージ制御信号であるPDLが図示のようにHレベルから
Lレベルに変化すると、副ビット線プリチャージ回路2
3の全てのトランジスタがオフして、副ビット線のプリ
チャージが終了する。副ビット線BLU1,/BLU
1,BLU2,/BLU2,SBL,/SBL,BLL
1,/BLL1,BLL2,/BLL2の電圧はいずれ
も1/2Vccのままである。
【0046】また、時刻t0において、書き込み用ゲー
トのトランスファゲートの制御信号CTGL、副ビット
線に挿入されたトランスファゲートの制御信号TGLが
図示のようにHレベルからLレベルに変化し、制御信号
CTGL,TGLをゲート入力とするトランジスタがオ
フし、副ビット線SBLとBLL1,/SBLと/BL
L1,BLL1とBLL2,/BLL1と/BLL2が
いずれも互いに切り離される。
【0047】次に、時刻t1において、ワード線WLU
2n−1をLレベルからHレベルに変化させると、トラ
ンスファゲート3がオンし、蓄積容量2に蓄えられてい
た情報が副ビット線BLU2,BLU1,SBLに電荷
転送される。
【0048】図1に示す第1の実施形態のメモリセル
は、1つの蓄積容量2に2ビットの情報を蓄えるため、
メモリセル1が情報を保持しているときの蓄積ノード4
の電圧は電源電圧Vcc,2/3Vcc,1/3Vc
c、GND(接地電位)の4種類ある。これらの4つの
状態は、2ビットの2進数“11”,“10”,“0
1”,“00”にそれぞれ対応する。
【0049】このうち、“10”(2/3Vcc)の情
報を読み出すときの主ビット線GBL,/GBLと副ビ
ット線SBL,/SBL,BLU2,/BLU2の波形
を示したものが図3である。
【0050】時刻t1において、ワード線WLU2n−
1が立ち上がった後、メモリセル1が情報“11”を保
持しているときに相補の副ビット線対BLU1,/BL
U1の間に生じる電位差ΔVとすると、メモリセル1が
情報“10”を保持しているときは、図3に示すように
1/3ΔVの電位差が生じる。
【0051】次に、時刻t2において、リードスイッチ
信号RSが、図2に示すようにLレベルからHレベルに
変化すると、副センスアンプ22のトランジスタ8,9
がオンし、図示されない主ビット線プリチャージ回路に
よって1/2Vccにプリチャージされた主ビット線G
BL,/GBLの電位が、センストランジスタ6,7の
ゲート電圧、すなわち副ビット線対SBL,/SBLの
レベルに応じて下げられる。これによって、副ビット線
SBL,/SBLに読み出された電位差が主ビット線G
BL,/GBLに伝達される。
【0052】次に、時刻t3において、リードスイッチ
信号RSがLレベルに立ち下がり、主センスアンプ21
により主ビット線GBL,/GBLの電位差が、図3に
示すようにVccまたはGNDレベルに増幅される。そ
の際、図3に示すように、メモリセル1が情報“10”
を保持しているときは、主ビット線GBLがVccレベ
ル、主ビット線/GBLがGNDレベルに増幅される。
これは、上位ビットの読み出し動作を表しており、
“H”データが読み出されることを示している。
【0053】主ビット線GBL,/GBLが増幅されて
いる間(時刻t3からt4まで)、主ビット線GBL,
/GBLと副ビット線SBL,/SBLの間にキャパシ
タ10,11とそれぞれ直列に接続されたトランスファ
ゲート19,20の導通を制御する信号CPEはHレベ
ルであるため、読み出し用回路24のキャパシタ10,
11によって主ビット線GBL,/GBLの電位変動の
影響を受けて、副ビット線対/SBL,SBLの電位も
変動する。
【0054】メモリセル1が情報“10”を保持してい
るときには、副ビット線SBL,BLU1,BLU2は
1/3ΔVだけ電位が下げられ、副ビット線/SBL,
/BLU1,/BLU2は1/3ΔVだけ電位が上げら
れる。これにより、図3に示す場合には、副ビット線S
BLと/SBLの電位が逆転する。
【0055】次に、時刻t4において、制御信号TGU
およびCPEがレベルに立ち下がり、メモリセルアレイ
25a〜25d内のビット線とセンスアンプとが切り離
され、また、これ以降、副ビット線の電位が主ビット線
GBL,/GBLの電位変動による影響を受けなくな
る。
【0056】次に、時刻t5において、ライトスイッチ
信号WSUが立ち上がり、増幅された主ビット線GB
L,/GBLの電位が、副ビット線BLU1,BLU
2,および/BLU1,/BLU2にそれぞれ書き込ま
れる。それと同時に、ダミーセル29のトランスファゲ
ートを制御するダミーワード線DWLU1,DWLL1
も活性化され、増幅された主ビット線GBL,/GBL
の電位は、図1に示すダミーセル26bの蓄積ノード1
2にも書き込まれる。
【0057】その後、時刻t6において、ライトスイッ
チ信号WSUが立ち下がり、主ビット線GBL,/GB
Lが1/2Vccにプリチャージされる。
【0058】次に、時刻t7において、再びリードスイ
ッチ信号RSが活性化され、副ビット線SBL,/SB
Lの電位差が主ビット線GBL,/GBLに伝達され、
増幅される。このとき、メモリセル1が情報“11”を
保持しているときには、再び“H”データが読み出され
るが、メモリセル1が情報“10”を保持しているとき
には、図3に示すように、副ビット線SBL,/SBL
の電位が上位ビットの読み出しのときと逆転しているた
め、今度は“L”データが読み出される。このときの読
み出し動作が、下位ビットの読み出し動作となる。上位
ビットの読み出し動作と合わせて、図3では“10”が
順次読み出されている様子が示されている。
【0059】その後、時刻t9において、図2に示すよ
うに制御信号WSLおよびTGLを立上げ、主ビット線
GBL,/GBLのデータを副ビット線SBL,BLL
1,および/SBL,/BLL1にそれぞれ書き込む。
このとき、ダミーワード線DWLL1は活性化されてい
るので、図1に示すダミーセル26aの蓄積ノード13
にも主ビット線GBL,/GBLのデータが書き込まれ
る。また、図の破線で示すように、ダミーワード線D
WLL1は時刻t9に活性化させてもよい。
【0060】ライトスイッチ信号WSLを立ち下げた
後、例えば図3に示すように、メモリセル1に情報“1
0”が保持されていたとき、副ビット線BLU1,BL
U2はVccレベル、副ビット線SBL,BLL1はG
NDレベルとなっている。
【0061】ところで、副ビット線BLU1の寄生容量
(ワード線n本分)をCbとすると、副ビット線BLU
2およびBLL1の寄生容量もCbとなる。また、メモ
リセル1およびダミーセル26a,26bの蓄積容量を
Cs,副ビット線SBLの寄生容量をCaとすると、時
刻t10において制御信号TGUを立ち上げたとき、副
ビット線BLU2,BLU1,SBL,BLL1は全て
接続され、容量結合により副ビット線BLU1および蓄
積ノード4の電圧レベルは、次式(4)のようになる。
【0062】
【数4】
【0063】ここで、副ビット線SBLの寄生容量Ca
が副ビット線BLU1の寄生容量Cbに比べて十分に小
さいと仮定すると、メモリセル1の蓄積容量Csの値に
係らず、副ビット線BLU1および蓄積ノード4の電圧
レベルは2/3Vccとなる。
【0064】以上、情報“10”の読み出し動作につい
て説明したが、情報“01”の読み出し動作についても
同様な手順により、副ビット線SBLの寄生容量Caが
副ビット線BLU1の寄生容量Cbに比べて十分に小さ
いと仮定すると、メモリセル1の蓄積容量Csの値に係
らず、副ビット線BLU1および蓄積ノード4の電圧レ
ベルは1/3Vccとなる。
【0065】次に、本発明の第2の実施の形態について
図面を参照して説明する。
【0066】図4は、本発明の第2の実施の形態を示す
ダイナミック型半導体記憶装置のメモリセルと、読み出
しおよび書き込みのための回路を示した図である。図5
および図7は図4の動作を説明するための入力タイミン
グ波形を、また図6および図8は、同じく図4の回路の
動作を説明するためのビット線の読み出し時の波形を示
したものである。
【0067】図4において、センスアンプ読み出し用回
路、ビット線プリチャージ回路は、前記第1の実施の形
態と同様であるが、メモリセルアレイ20の構成、ダミ
ーセル29の配置および入力タイミング波形が異なる。
リード線WLU3n−1および副ビット線BLU2で選
択されるメモリセル1に保持されている情報の読み出し
動作を、図5を参照して説明する。
【0068】はじめに、第1の実施の形態と同様、図5
の時刻t0において、制御信号PDLおよびTGLが図
に示すように変化し、副ビット線のプリチャージが終了
し、図4の下側のビット線BLL1,/BLL1が副セ
ンスアンプ22と切り離される。
【0069】さらに、時刻t1でワード線WL3n−1
が立ち上がり、蓄積容量2に保持されているデータが副
ビット線BLU1,BLU2,SBLに読み出される。
【0070】次に、時刻t2において、リードスイッチ
信号RSが立ち上がり、副ビット線の差電位が主ビット
線GBL,/GBLに伝達され、時刻t3において、主
センスアンプ21により主ビット線の差電位が増幅され
る。
【0071】このとき、副センスアンプ22内のキャパ
シタ10,11により主ビット線GBL,/GBLの電
位に変動が図6に示すように副ビット線に伝達され、第
1の実施の形態と同様、副ビット線の電圧が各々1/3
ΔVだけ変動する。
【0072】その後、時刻t4において、TGUおよび
CPEが図5に示すように変化する。
【0073】次に、時刻t5において、ライトスイッチ
信号WSUが立ち上がり、増幅された主ビット線GB
L,/GBLのレベルが、副ビット線BLU1,/BL
U1,BLU2,/BLU2にそれぞれ書き込まれる。
それと同時に、ダミーセル26b,26cのトランスフ
ァゲートを制御するダミーワード線DWLU1,DWL
U3も活性化され、増幅された主ビット線GBL,/G
BLの電位は、図4に示すダミーセルの蓄積ノード1
3,14にも書き込まれる。
【0074】次に、時刻t6において、ライトスイッチ
信号WSUが立ち下がるのと同時TGUも立ち下がり、
副ビット線BLU1とBLU2,/BLU1と/BLU
2がそれぞれ切り離される。
【0075】続いて、主ビット線GBL,/GBLが1
/2Vccにプリチャージされ、時刻t7において、再
びリードスイッチ信号RSが立ち上がり、下位ビットの
データが主ビット線GBL,/GBLに伝達される。上
位ビットおよび下位ビットのデータが副ビット線から主
ビット線GBL,/GBLに伝達され、読み出される原
理は、第1の実施の形態と同様である。
【0076】次に、時刻t8において、主ビット線GB
L,/GBLに伝達された下位ビットのデータが主セン
スアンプ21によって増幅され、時刻t9において、再
びライトスイッチ信号WSUが立ち上がり、主ビット線
GBL,/GBLの電圧レベルが副ビット線BLU1,
/BLU1に書き込まれる。このとき、CTGUはGN
Dレベルであり、書き込み用ゲートがオフしているの
で、副ビット線BLU2,/BLU2には上位ビットの
再書き込みレベルが保持されている。また、このときダ
ミーワード線DWLU1はHレベルであり、下位ビット
データはダミーセル26bの蓄積ノード13にも書き込
まれる。
【0077】その後、ライトスイッチ信号WSUが立ち
下げられ、時刻t10においてCTGUが立ち上げられ
ると、副ビット線BLU1とBLU2,/BLU1と/
BLU2がそれぞれ接続される。このとき、副ビット線
BLU2はワード線2n本分の寄生容量、すなわち2C
bのビット線容量をもっており、副ビット線BLU1は
ワード線n本分の寄生容量、すなわちCbのビット線容
量をもっている。
【0078】したがって、CTGUを立ち上げた後、容
量結合により副ビット線BLU1および蓄積ノード4の
電圧レベルは、次式(5)のようになる。
【0079】
【数5】
【0080】次に、ワード線WLU1および副ビット線
BLU1で選択されるメモリセル16に保持されている
情報の読み出し動作を、図7および図8を参照して説明
する。
【0081】メモリセル16に保持されている情報の読
み出し動作と、メモリセル1に保持されている情報の読
み出し動作とは、活性化するダミーワード線が異なる。
メモリセル1に保持されている情報の読み出し動作時に
は、前記したように、図4に示すダミーワード線DWL
U1,DWLU3を図5に示すタイミングで活性化す
る。これに対して、メモリセル16に保持されている情
報の読み出し動作時には、図4に示すダミーワード線D
WLU3,DWLU5を図7に示すタイミングで活性化
させる。これにより、メモリセル16に保持されている
“10”データを読み出したときの再書き込みレベル
も、式(5)で示される電圧レベルとなる。
【0082】このように、第2の実施の形態のダイナミ
ック型半導体記憶装置においては、メモリセル1の蓄積
容量Cs、副センスアンプ22のビット線寄生容量Ca
の値に係らず、データ“10”のときは2/3Vccレ
ベル、データ“01”のときは1/3Vccレベルがメ
モリセル1に再書き込みされる。
【0083】請求項1のトランスファゲートは、第1の
実施の形態と第2の実施の形態とで異なる。第1の実施
の形態では、このトランスファゲートは図1の17、1
8となり、上位ビットのデータは副ビット線BLU1、
BLU2に、下位ビットデータは副ビット線SBL、B
LL1に書き込まれる。このとき、ワード線WLU1〜
WLU2nのうちの1本のワード線と、ダミーワード線
DWLU1、DWLL1が立ち上がっていれば、副ビッ
ト線SBLの寄生容量を無視できるとすると、上位ビッ
ト線のデータが書き込まれている副ビット線BLU1,
BLU2の寄生容量は2Cb+2Cs、下位ビットのデ
ータが書き込まれている副ビット線SBL,BLL1の
寄生容量はCb+Csとなり、その容量比は2:1とな
る。これに対して、第2の実施の形態では、このトラン
スファゲートは、ゲート制御信号CTGUがゲートに入
力される2つのトランジスタ27,28を指し、上位ビ
ットデータは副ビット線BLU2に、下位ビットデータ
はビット線BLU1にそれぞれ書き込まれる。副ビット
線BLU2に属するワード線WLUn+1〜WLU3n
が選択されたときは、ダミーワード線DWLU1、DW
LU3が活性化され、ビット線BLU1に属するワード
線WLU1〜WLUnが選択されたときは、ダミーワー
ド線DWLU3、DWLU5がそれぞれ再書き込み時に
活性化されることによって、上位ビットのデータが書き
込まれている副ビット線BLU2の寄生容量は2Cb+
2Cs、下位ビットのデータが書き込まれている副ビッ
ト線BLU1の寄生容量はCb+Csとなり、その容量
比は正確に2:1となる。
【0084】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、1つの
メモリセルに4つの電圧レベルを書き込む多値のダイナ
ミック型半導体記憶装置において、メモリセル部のビッ
ト線の寄生容量に対して、メモリセルの蓄積容量、およ
びセンスアンプ部のビット線の寄生容量が大きくなって
も、正確に4つの電圧レベルをメモリセルに書き込むこ
とができ、動作マージンを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の構成を示す回路図
である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の入力タイミング波
形図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態の読み出し動作時の
ビット線動作波形図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態の構成を示す回路図
である。
【図5】本発明の第2の実施の形態の入力タイミング波
形図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態の読み出し動作時の
ビット線動作波形図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態の入力タイミング波
形図である。
【図8】本発明の第2の実施形態の読み出し動作時のビ
ット線動作波形図である。
【図9】従来例の構成を示す回路図である。
【図10】従来例の入力タイミング波形図である。
【図11】従来例の読み出し動作時のビット線動作波形
図である。
【図12】従来例の構成を示す回路図である。
【図13】従来例の入力タイミング波形図である。
【図14】従来例の読み出し動作時のビット線動作波形
図である。
【符号の説明】
1 メモリセル 2 蓄積容量 3 トランスファゲート 4 蓄積ノード 6,7 センスアンプトランジスタ 8,9 トランジスタ 10,11 フィードバック用キャパシタ 12,13,14,15 キャパシタ 16 メモリセル 17,18,19,20 トランスファゲート 21 主センスアンプ 22 副センスアンプ 23 副ビット線プリチャージ回路 24 読み出し用回路 25a〜25e メモリセルアレイ 26a〜26d ダミーセル 27,28 トランジスタ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 副ビット線対と、 前記副ビット線対に結合された主ビット線対と 、 前記主ビット線対に接続されてなる第1のセンスアンプ
    と、 前記主ビット線対に1または複数接続され、それぞれに
    前記副ビット線対が接続されてなる第2のセンスアンプ
    と、 前記副ビット線対の途中に設けられ、前記副ビット線対
    を容量値の異なる第1の部分と第2の部分とに切り離す
    トランスファゲートと、 前記第1の部分と前記第2の部分とに設けられた1また
    は複数のダミーセルと、 前記第1の部分と前記第2の
    部分とに上位ビット電圧/下位ビット電圧を書き込み、
    その後に、前記トランスファゲートを活性化させて、電
    荷の配分によって4つの電圧状態を作り、メモリセルに
    4つの状態を書き込む制御手段とを含むダイナミック型
    半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記ダミーセルは、待機時には非活性化
    され、前記ダミーセルの少なくとも1つは、再書き込み
    時にのみ活性化される請求項1記載のダイナミック型半
    導体記憶装置。
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