JP3445477B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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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、
例えばDRAM(ダイナミックRAM)に係わり、特
に、ビット線をイコライズするイコライズ制御回路に関
する。 【0002】 【従来の技術】図12は、従来のDRAMの構成を概略
的に示している。半導体基板121上には、複数のセル
アレイ122a、122b、122c、122dが配置
されている。各セルアレイ122a〜122dは複数の
メモリブロックBLK1、BLK2…BLKnを有して
いる。各メモリブロックには複数のメモリセルが配置さ
れ、これらメモリセルはビット線に接続されている。各
メモリセルブロックの相互間には、図13に示すよう
に、各メモリセルブロック内の一対のビット線BLR、
/BLR、BLL、/BLL(/は反転信号を示す)を
イコライズするためのイコライズ回路123、ビット線
の電位を検出するセンスアンプ124、各ビット線とイ
コライズ回路123、センスアンプ124とを接続ある
いは分離するアイソレーショントランジスタ125a、
125b、125c、125d等が配置されている。イ
コライズ回路123は、図12に示すイコライズ制御回
路126により発生されたイコライズ信号EQLにより
制御される。このイコライズ制御回路126はセルアレ
イ122a、122bと、セルアレイ122c、122
dの相互間に配置された周辺回路領域127に配置され
ている。 【0003】上記構成において、メモリセルに書き込ま
れたデータを読み出す場合、従来は次のような動作が行
われている。先ず、イコライズ回路123により一対の
トランジスタ125a、125bにより選択されたビッ
ト線対を電源電圧の1/2の電位(1/2Vcc)にプリ
チャージし、この状態において、ワード線の電位を立ち
上げ、メモリセルに蓄積されている電荷をビット線対に
転送する。このビット線対の電位の変化をセンスアンプ
124により、電源電圧Vccと接地電位に増幅し、メモ
リセルから出力されたデータを検出する。このように、
ビット線対をプリチャージする方式を1/2Vccプリチ
ャージ方式と呼んでいる。 【0004】この種のDRAMにおいては、回路動作を
高速化するため、データを読み出した後、電源電圧Vcc
と接地電位とにされたビット線対を1/2Vccレベルに
高速、且つ十分にイコライズする必要がある。ビット線
対の電位を十分にイコライズしないまま、次のデータを
読み出した場合、メモリセルのデータを誤って読んでし
まい、データを破壊してしまう可能性を有している。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】ところで、前記イコラ
イズ制御回路126は各種回路が配置される周辺回路領
域127に配設されている。この周辺回路領域127に
は、センスアンプ124を制御するための図示せぬセン
スアンプ制御回路や、メモリセルから読み出されたデー
タを増幅するDQバッファ等多くの回路が配置されてい
る。しかも、近時、記憶容量の増大、素子の微細化に伴
いこの周辺回路領域は狭くなっている。このため、この
領域に配置されるイコライズ制御回路の回路規模の縮小
が望まれている。さらに、外部電源電圧の低電圧化に伴
い、低消費電力化も要望されている。 【0006】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、回路規模を
縮小することが可能であるとともに、低消費電力化が可
能な半導体記憶装置を提供することである。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明の半導体記憶装置
は、行列状に配置された複数のメモリセルからなる複数
のブロックと、各行に配置された複数の前記メモリセル
に接続されたビット線と、隣接する前記ブロックに共有
され、各ブロックの隣接する一対のビット線の電位をイ
コライズするイコライズ回路と、前記ブロックを選択す
る選択信号に応じて前記イコライズ回路の動作を制御す
るイコライズ信号を発生するイコライズ制御回路と、前
記イコライズ回路から離れた領域に配置され、電源電圧
系のリセット信号を昇圧電圧系のリセット信号に変換す
るレベル変換回路とを有し、前記イコライズ制御回路
は、電流通路が並列接続された複数の第1導電型のトラ
ンジスタのみを有し、各トランジスタのゲートに電源電
圧系の入力信号が供給され、これら入力信号をデコード
するデコード回路と、前記デコード回路の出力端に接続
され、ゲートに供給される昇圧電圧系の前記リセット信
号に応じて前記デコード回路の出力端を昇圧電圧に充電
する昇圧電圧系の第2導電型の第2のトランジスタを含
む充電回路と、前記昇圧電圧により駆動される昇圧電圧
系の第1の導電型の第3のトランジスタ及び第2導電型
の第4のトランジスタを含み、前記デコード回路の出力
端の信号を受け、この信号に応じてビット線対をイコラ
イズするための前記昇圧電圧系のイコライズ信号を出力
する駆動回路とを具備し、前記第1導電型の第1のトラ
ンジスタ及び第3のトランジスタは基板に形成され、前
記第2導電型の第2、第4のトランジスタはウェル領域
に形成されることを特徴とする 【0008】 【0009】 【0010】 【0011】 【0012】 【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図2は、この発明に係わ
るDRAMの一例を示すものであり、半導体基板上の1
つのセルアレイを概略的に示している。半導体基板上に
は図12に示すDRAMと同様に、例えば4つのセルア
レイが設けられているが、ここでは、そのうちの1つの
みを示している。セルアレイ21は複数のブロックBL
K11、BLK12、BLK21、BLK22、BLK
31、BLK32…を有し、各ブロックはマトリクス状
に配列された複数のメモリセルMCを有している。各メ
モリセルMCは1個のNチャネルMOSトランジスタ
(以下、NMOSと称す)と、このNMOSの電流通路
の一端に接続された1個のキャパシタにより構成されて
いる。前記NMOSの電流通路の他端はビット線BLに
接続され、ゲートはワード線WLに接続されている。各
ブロックのワード線方向の両端にはセグメントローデコ
ーダ(R/D)22が配設されており、これらセグメン
トローデコーダ22により、各ブロック内の1つのワー
ド線が選択される。また、ビット線は図示せぬカラムデ
コーダにより選択される。 【0013】各ブロックの相互間には、イコライズ回路
(EQ)27と、センスアンプ(SA)28等が配設さ
れている。これらイコライズ回路27、センスアンプ2
8は隣接するブロックに共有され、各ブロックのビット
線対にそれぞれ接続されている。 【0014】また、セルアレイ21の近傍に位置する半
導体基板上には、周辺回路領域23が配置され、この周
辺回路領域23には、前記メモリセルから読み出された
データを外部に転送したり、外部から供給されたデータ
をメモリセルへ転送するための複数のDQバッファ2
4、前記イコライズ回路27を制御する複数のイコライ
ズ制御回路(EQLC)25、前記センスアンプ28を
制御する複数のセンスアンプ制御回路26が配置されて
いる。前記各イコライズ制御回路25からはイコライズ
信号EQLが出力され、このイコライズ信号EQLは前
記イコライズ回路27にそれぞれ供給される。前記各セ
ンスアンプ制御回路26からは、センスアンプを構成す
るNMOSを制御するための信号/SEN、及びセンス
アンプを構成するPチャネルMOSトランジスタ(以
下、PMOSと称す)を制御するための信号SEPが出
力され、これら信号/SEN、SEPはそれぞれセンス
アンプ28に供給される。 【0015】イコライズ回路27を制御するイコライズ
信号EQLは、1/2Vcc+Vth(VthはNMOSの閾
値電圧)以上の電圧が使用され、この電圧がイコライズ
回路を構成するNMOSのゲートに印加されると、この
NMOSがオンとなり、ビット線対がイコライズされ
る。このイコライズ動作を高速化するため、前記イコラ
イズ制御回路25は、電源電圧Vccを昇圧した昇圧電圧
Vppレベルのイコライズ信号EQLを発生する。 【0016】前記各イコライズ制御回路25には、セッ
ト、リセット信号SET、RSTが供給され、前記各セ
ンスアンプ制御回路26には、セット、リセット信号S
SET、SRSTが供給される。さらに、前記各イコラ
イズ制御回路25には、隣接するブロックを選択するた
めのブロック選択信号BSLi、BSLi+1…が供給
される。これらブロック選択信号BSLi、BSLi+
1…は例えばローアドレス信号より生成される。 【0017】図3は、図2に示す前記イコライズ回路2
7と、センスアンプ28等の構成を示している。複数の
NMOSにより構成されたイコライズ回路27、及び複
数のNMOSとPMOSにより構成されたセンスアンプ
28は配線31、32に接続されている。隣接するブロ
ックのうち一方のブロックのビット線対BLL、/BL
Lと前記配線31、32の相互間にはNMOSにより構
成されたアイソレーショントランジスタ33、34が接
続され、これらアイソレーショントランジスタ33、3
4を介してビット線対BLL、/BLLとイコライズ回
路27及びセンスアンプ28が接続される。また、他方
のブロックのビット線対BLR、/BLRと前記配線3
1、32の相互間にはNMOSにより構成されたアイソ
レーショントランジスタ35、36が接続され、これら
アイソレーショントランジスタ35、36を介してビッ
ト線対BLR、/BLRとイコライズ回路27及びセン
スアンプ28が接続される。前記アイソレーショントラ
ンジスタ33、34はタイミング信号φTLにより制御
され、前記アイソレーショントランジスタ35、36は
タイミング信号φTRにより制御される。これらタイミ
ング信号φTL、φTRは、例えばイコライズ信号EQ
Lから生成される。前記イコライズ回路27とセンスア
ンプ28の相互間に位置する配線31、32には、NM
OS37、38の電流通路の一端がそれぞれ接続されて
いる。これらNMOS37、38の電流通路の他端はデ
ータ線DQ、/DQにそれぞれ接続され、各ゲートには
カラム選択信号CSLが供給されている。これらNMO
S37、38はカラム選択信号CSLに応じて、データ
線DQ、/DQの書き込みデータをビット線に転送した
り、メモリセルから読み出されたデータをデータ線D
Q、/DQに転送する。データ線DQ、/DQは前記D
Qバッファ24に接続されている。 【0018】図4は、前記イコライズ回路27とタイミ
ング信号φTL、φTRの関係を示している。前記イコ
ライズ回路27は、両隣のブロックで共有されている。
このため、例えばブロックBLK12が活性化されてい
る場合、このブロックBLK12の両隣のアイソレーシ
ョントランジスタがオンとされる。このオンとされたア
イソレーショントランジスタとイコライズ回路を共有す
るアイソレーショントランジスタはオフとされ、その他
のアイソレーショントランジスタはオンとされる。 【0019】図1は、前記イコライズ制御回路25の
1の例を示している。この回路は全て、昇圧電圧Vpp系
の回路素子により構成されている。 【0020】充電回路11を構成するPMOS11aの
電流通路の一端には昇圧電圧Vppが供給されている。こ
の昇圧電圧Vppは例えば図示せぬ周知のチャージポンプ
回路により、電源電圧Vccを昇圧して生成される。PM
OS11aのゲートには前記リセット信号RSTが供給
され、前記電流通路の他端はデコード回路12を構成す
るNMOS12a、12bを介して接地されている。こ
れらNMOS12a、12bは、所謂ダイナミックナン
ド回路16を構成している。前記隣接するブロックを選
択するためのブロック選択信号BLSi、BLSi+1
は、ノア回路12cに供給され、このノア回路12cの
出力信号は、インバータ回路12dを介して前記NMO
S12aのゲートに供給される。また、前記NMOS1
2bのゲートには前記セット信号SETが供給されてい
る。 【0021】前記ブロック選択信号BLSi、BLSi
+1は、一般に電源電圧Vcc系の信号である。このた
め、ブロック選択信号BLSi、BLSi+1はレベル
変換回路15に供給され、このレベル変換回路15によ
り電源電圧Vcc系の信号から昇圧電圧Vpp系の信号に変
換されて前記ノア回路12cに供給される。このレベル
変換回路15は、例えばイコライズ制御回路25から離
れた領域に配置されている。 【0022】一方、前記ダイナミックナンド回路16の
出力端(ノードN1)にはラッチ回路13を構成するイ
ンバータ回路13aの入力端が接続されている。このイ
ンバータ回路13aの出力端はPMOS13bのゲート
に接続されている。このPMOS13bの電流通路の一
端には昇圧電圧Vppが供給され、電流通路の他端はイン
バータ回路13aの入力端に接続されている。このイン
バータ回路13aの入力端はNMOS13c、13dを
介して接地されている。NMOS13cのゲートには前
記リセット信号RSTが供給され、NMOS13dのゲ
ートは前記インバータ回路13aの出力端に接続されて
いる。このインバータ回路13aの出力端には駆動回路
を構成するインバータ回路14の入力端が接続され、こ
のインバータ回路14の出力端から昇圧電圧Vpp系のイ
コライズ信号EQLが出力される。 【0023】なお、昇圧電圧Vpp系のPMOSをオフさ
せるためには、PMOSのゲートに印加される信号はV
pp系である必要がある。このため、リセット信号RST
はVpp系の信号である。また、昇圧電圧Vpp系のNMO
Sをオンさせるためには、NMOSのゲートに印加され
る信号はVpp系である必要がある。このため、セット信
号SETもVpp系の信号である。 【0024】図5、図6は、図1に示すイコライズ制御
回路の動作を示しており、図5はアドレスがヒットして
いる場合の動作を示し、図6はアドレスがヒットしてい
ない場合の動作を示している。 【0025】図5に示すように、アドレスがヒットして
いる場合、先ず、リセット信号RSTがローレベルとさ
れると、PMOS11aがオン、NMOS13cがオフ
とされ、PMOS11aを介してノードN1が昇圧電圧
Vppに充電される。この状態において、パルス状のブロ
ック選択信号BSLi、BSLi+1、及びセット信号
SETがハイレベルとなると、NMOS12a、12b
が一時的にオンとなるため、ノードN1がローレベルと
なり、インバータ回路13aの出力信号がハイレベルと
なる。このため、インバータ回路14から出力されるイ
コライズ信号EQLがローレベルとされる。したがっ
て、このイコライズ信号EQLが供給されるイコライズ
回路は、イコライズ動作が終了され、センスアンプによ
りビット線の電位が検出される。前記イコライズ信号E
QLのレベルはラッチ回路13により保持されている。
この後、再度リセット信号RSTがローレベルとなる
と、ノードN1がハイレベルに充電され、イコライズ信
号EQLがハイレベルとされる。このため、イコライズ
回路が動作され、ビット線対がイコライズされる。 【0026】一方、図6に示すように、アドレスがヒッ
トしていない場合、セット信号SETが供給された状態
において、ブロック選択信号BSLi、BSLi+1が
ローレベルであるため、NMOS11aはオフのままで
ある。このため、インバータ回路13a、14は反転せ
ず、イコライズ信号EQLはハイレベルを保持する。し
たがって、このイコライズ信号EQLが供給されるイコ
ライズ回路はイコライズ動作を継続する。 【0027】図7は、図1に示す回路のパターン平面図
を概略的に示している。図1に示すイコライズ制御回路
は、全て昇圧電圧Vpp系の回路素子により構成されてい
る。このため、P型の半導体基板(sub)内にN型の
ウェル(Nwell)を形成し、このウェル内にPMOSを
形成し、半導体基板内にNMOSを形成すればよい。し
たがって、電源電圧を統一することによりウェルの数を
削減でき、イコライズ制御回路の占有面積を削減でき
る。 【0028】図8は、第2の例を示すものであり、図1
と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についての
み説明する。図1に示す回路は、全回路素子を昇圧電圧
Vpp系とした。これに対して、この実施の形態では、デ
コード回路81を電源電圧Vcc系の回路素子により構成
している。すなわち、PMOS11aの電流通路の他端
(ノードN1)と接地間には電源電圧Vcc系のNMOS
81a、81bが接続されている。ブロック選択信号B
SLi、BSLi+1は電源電圧Vcc系のノア回路81
c、インバータ回路81dを介して前記NMOS81a
のゲートに供給される。NMOS81bのゲートにはセ
ット信号SETが供給される。このセット信号SETは
電源電圧Vcc系の信号である。また、前記ブロック選択
信号BSLi、BSLi+1も電源電圧Vcc系の信号で
ある。図8の回路動作は、図1に示す回路と同様であ
る。 【0029】上記第2の例によれば、デコード回路81
を電源電圧Vcc系の回路素子により構成している。した
がって、ブロック選択信号BSLi、BSLi+1を電
源電圧Vcc系の信号とすることができるため、図1のよ
うに、レベル変換回路を必要としない。このため、回路
構成を縮小することができる。しかも、デコード回路8
1は電源電圧Vcc系の回路であるため、消費電流を削減
することが可能である。 【0030】図9は、図8に示すイコライズ制御回路の
パターン平面図を概略的に示している。第2の例の場
合、デコード回路81は電源電圧Vcc系であるため、V
cc系のPMOSと昇圧電圧Vpp系のPMOSは別々のN
ウェルに形成されている。これら両Nウェルの相互間に
は両Nウェルを分離するための分離領域91が設けられ
ている。 【0031】図10は、第2の例を改良した第1の実施
の形態を示しており、第1、第2の例と同一部分には同
一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。 【0032】第1、第2の例では、デコード回路をダイ
ナミックナンド回路により構成している。これに対し
て、この実施の形態ではデコード回路100をダイナミ
ックノア回路111で構成している。すなわち、PMO
S11aの電流通路の他端ノードN1(ダイナミックノ
ア回路111の出力端)にはNMOS100a、100
bの電流通路の各一端が接続されている。これらNMO
S100a、100bの電流通路の各他端はNMOS1
00cを介して接地されている。前記NMOS100
a、100bの各ゲートには前記ブロック選択信号BS
Li、BSLi+1が供給され、前記NMOS100c
のゲートにはセット信号SETが供給されている。これ
らNMOS100a、100b、100cは電源電圧V
cc系のトランジスタであり、ブロック選択信号BSL
i、BSLi+1及びセット信号SETも電源電圧Vcc
系の信号である。 【0033】図10に示す回路の動作は、図1、図8に
示す回路と略同様である。すなわち、リセット信号RS
Tに応じてノードN1が充電され、この後、セット信号
SETとともに、ブロック選択信号BSLi、BSLi
+1が供給される。アドレスがヒットしている場合、N
MOS100a、100bが共にオンし、インバータ回
路13a、14を反転させる。このため、インバータ回
路14の出力端より出力されるイコライズ信号はローレ
ベルとなる。また、アドレスがヒットしていない場合、
NMOS100a、100bは共にオフしたままであ
り、インバータ回路13a、14は反転しない。このた
め、インバータ回路14の出力端より昇圧電圧Vpp系の
イコライズ信号が出力される。 【0034】図11は、図10に示すイコライズ制御回
路のパターン平面図を概略的に示している。第1の実施
の形態の場合、デコード回路100をダイナミックノア
回路で構成しているため、デコード回路100をNMO
Sのみで構成できる。このため、第2の例のように、電
源電圧Vcc系のPMOSを形成するためのNウェル、及
びウェル分離領域91を必要としない。 【0035】このように、第1の実施の形態によれば、
イコライズ制御回路を少ない素子数で構成できるととも
に、パターンの占有面積を一層縮小できる。しかも、デ
コード回路100は電源電圧Vcc系の回路であるため、
ブロック選択信号BSLi、BSLi+1のレベルを変
換するレベル変換回路を必要としない。したがって、消
費電流を一層削減できる利点を有している。 【0036】さらに、第1の実施形態は、ダイナミック
型ナンド回路やダイナミック型ノア回路を使用し、デコ
ード時のみにこれら回路を駆動しているため、消費電流
を削減するために有利である。この発明は上記実施例に
限定されるものではなく、発明の要旨を変えない範囲で
種々変形実施可能なことは勿論である。 【0037】 【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、回路規模を縮小することが可能であるとともに、低
消費電力化が可能な半導体記憶装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】 【図1】イコライズ制御回路の第1の例を示す回路図。 【図2】この発明に係わるDRAMの一例を示すもので
あり、半導体基板上の1つのセルアレイを概略的に示す
構成図。 【図3】図2に示すイコライズ回路とセンスアンプ等の
構成を示す回路図。 【図4】イコライズ回路とタイミング信号の関係を説明
するために示す図。 【図5】図1に示すイコライズ制御回路の動作を示すタ
イミングチャート。 【図6】図1に示すイコライズ制御回路の動作を示すタ
イミングチャート。 【図7】図1に示す回路のパターンを概略的に示す平面
図。 【図8】イコライズ制御回路の第2の例を示す回路図。 【図9】図8に示す回路のパターンを概略的に示す平面
図。 【図10】この発明の第1の実施の形態を示すものであ
り、イコライズ制御回路を示す回路図。 【図11】図10に示す回路のパターンを概略的に示す
平面図。 【図12】従来のDRAMの構成を概略的に示す平面
図。 【図13】図12の要部を示す構成図。 【符号の説明】 11…充電回路、12…デコード回路、13…ラッチ回
路、14…インバータ回路(駆動回路)、15…レベル
変換回路、25…イコライズ制御回路、16…ダイナミ
ックナンド回路、111…ダイナミックノア回路、Vcc
…電源電圧、Vpp…昇圧電圧。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11C 11/401 - 11/4099

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 行列状に配置された複数のメモリセルか
    らなる複数のブロックと、 各行に配置された複数の前記メモリセルに接続されたビ
    ット線と、 隣接する前記ブロックに共有され、各ブロックの隣接す
    る一対のビット線の電位をイコライズするイコライズ回
    路と、 前記ブロックを選択する選択信号に応じて前記イコライ
    ズ回路の動作を制御するイコライズ信号を発生するイコ
    ライズ制御回路と 前記イコライズ回路から離れた領域に配置され、電源電
    圧系のリセット信号を昇圧電圧系のリセット信号に変換
    するレベル変換回路と を有し、 前記イコライズ制御回路は、電流通路が並列接続された複数の第1導電型のトランジ
    スタのみを有し、各トランジスタのゲートに電源電圧系
    の入力信号が供給され、これら入力信号をデコードする
    デコード回路と、 前記デコード回路の出力端に接続され、ゲートに供給さ
    れる昇圧電圧系の前記リセット信号に応じて前記デコー
    ド回路の出力端を昇圧電圧に充電する昇圧電圧系の第2
    導電型の第2のトランジスタを含む充電回路と、 前記昇圧電圧により駆動される昇圧電圧系の第1の導電
    型の第3のトランジスタ及び第2導電型の第4のトラン
    ジスタを含み、前記デコード回路の出力端の信号を受
    け、この信号に応じてビット線対をイコライズするため
    の前記昇圧電圧系のイコライズ信号を出力する駆動回路
    とを具備し、 前記第1導電型の第1のトランジスタ及び第3のトラン
    ジスタは基板に形成され、前記第2導電型の第2、第4
    のトランジスタはウェル領域に形成される ことを特徴と
    する半導体記憶装置。
JP29875297A 1997-10-30 1997-10-30 半導体記憶装置 Expired - Fee Related JP3445477B2 (ja)

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