JP4664126B2 - 半導体メモリ - Google Patents

半導体メモリ Download PDF

Info

Publication number
JP4664126B2
JP4664126B2 JP2005173866A JP2005173866A JP4664126B2 JP 4664126 B2 JP4664126 B2 JP 4664126B2 JP 2005173866 A JP2005173866 A JP 2005173866A JP 2005173866 A JP2005173866 A JP 2005173866A JP 4664126 B2 JP4664126 B2 JP 4664126B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refresh
state
signal
circuit
response
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005173866A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2006351066A (ja
Inventor
好明 奥山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Semiconductor Ltd
Original Assignee
Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Semiconductor Ltd filed Critical Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority to JP2005173866A priority Critical patent/JP4664126B2/ja
Priority to TW094136867A priority patent/TWI269299B/zh
Priority to EP05292248A priority patent/EP1734535B1/en
Priority to DE602005007878T priority patent/DE602005007878D1/de
Priority to US11/260,201 priority patent/US7203114B2/en
Priority to KR1020050104845A priority patent/KR100648547B1/ko
Priority to CNB2005101152483A priority patent/CN100527270C/zh
Publication of JP2006351066A publication Critical patent/JP2006351066A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4664126B2 publication Critical patent/JP4664126B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • G11C11/40Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
    • G11C11/401Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
    • G11C11/406Management or control of the refreshing or charge-regeneration cycles
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • G11C11/40Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
    • G11C11/401Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
    • G11C11/406Management or control of the refreshing or charge-regeneration cycles
    • G11C11/40603Arbitration, priority and concurrent access to memory cells for read/write or refresh operations
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • G11C11/40Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
    • G11C11/401Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
    • G11C11/406Management or control of the refreshing or charge-regeneration cycles
    • G11C11/40626Temperature related aspects of refresh operations
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • G11C11/40Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
    • G11C11/401Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
    • G11C11/4063Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing
    • G11C11/407Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing for memory cells of the field-effect type
    • G11C11/408Address circuits
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C2211/00Indexing scheme relating to digital stores characterized by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C2211/401Indexing scheme relating to cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
    • G11C2211/406Refreshing of dynamic cells
    • G11C2211/4061Calibration or ate or cycle tuning
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C2211/00Indexing scheme relating to digital stores characterized by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C2211/401Indexing scheme relating to cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
    • G11C2211/406Refreshing of dynamic cells
    • G11C2211/4067Refresh in standby or low power modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Dram (AREA)

Description

本発明は、ダイナミックメモリセルに書き込まれたデータを保持するために定期的にリフレッシュ動作が必要な半導体メモリに関する。特に、本発明は、外部からのリフレッシュコマンドを必要とせず、リフレッシュ動作を内部で自動的に実行する半導体メモリに関する。
ダイナミックメモリセルを有する擬似SRAMや、セルフリフレッシュモードを有するDRAMは、メモリセルに書き込まれたデータを保持するために、内部回路によりメモリセルを定期的にリフレッシュする必要がある。具体的には、この種の半導体メモリは、リフレッシュ動作を実行するためのリフレッシュ要求信号を生成するリフレッシュタイマを内蔵している。一般に、リフレッシュタイマは、発振信号を生成する発振回路と、発振信号の周波数を分周してリフレッシュ要求信号を周期的に生成する分周回路とで構成されている。
発振信号の周波数は、半導体製造条件の変動(トランジスタ特性の変動等)や、半導体メモリの動作環境により変化する。例えば、発振信号の周波数が低くなり、リフレッシュ間隔が長くなると、リフレッシュ動作が実行される前にメモリセル内のデータが消失するおそれがある。これを防止するために、分周比が可変な分周回路が提案されている(例えば、特許文献1、2)。発振信号の周波数が低いときに、分周比を小さくすることで、リフレッシュ要求信号の生成周期が長くなることが防止される。この結果、メモリセル内のデータの消失が防止される。
特開2003−30983号公報 特開昭63−241790号公報
近年、DRAMおよび擬似SRAMは、携帯機器のワークメモリとして使用されている。携帯機器は、バッテリーの使用時間を長くするために消費電力が低いことが要求される。特に、携帯機器の非動作中のスタンバイ電流が低いことが重要である。
リフレッシュタイマの消費電力を低く、スタンバイ電流を下げるためには、発振回路の周波数を低くすればよい。例えば、発振信号の周波数をリフレッシュ要求信号の周波数まで低くすることで、リフレッシュタイマの消費電力は大幅に削減される。しかし、リフレッシュ要求信号の周波数を分周回路を用いずに可変にするためには、発振回路自体の発振周波数を変える必要がある。発振信号の周波数を可変にする場合、発振回路の回路規模は増加する。特に、発振信号は基準信号であるため、その周波数は所定の精度が必要である。このため、発振回路の回路設計は複雑になり、発振回路の試験も複雑になる。したがって、発振回路自体の発振周波数を可変にすることは望ましくない。
本発明の目的は、リフレッシュ動作を実行させるリフレッシュ信号の生成頻度を変更可能なリフレッシュ信号の生成回路の消費電力を削減し、半導体メモリのスタンバイ電流を削減することにある。
本発明の一形態では、発振回路は、ダイナミックメモリセルをリフレッシュするために一定の周期でリフレッシュ要求信号を生成する。蓄積回路は、蓄積値を保持する保持部を
有し、リフレッシュ要求信号に応答して蓄積値を初期値から離れる側に所定値だけ変化させる。蓄積回路は、リフレッシュ要求信号に対応するリフレッシュ動作に応答して蓄積値を初期値に戻る側に一つ変化させる。
状態検出回路は、半導体メモリの第1状態から第2状態への変化および第2状態から第1状態への変化を検出する。蓄積制御回路は、状態検出回路による第1状態から第2状態への変化の検出に応答して蓄積回路が使用する所定値を増加する。また、蓄積制御回路は、状態検出回路による第2状態から第1状態への変化の検出に応答して蓄積回路が使用する所定値を減少する。リフレッシュ判定回路は、保持部に保持された蓄積値を受け、蓄積値が初期値に戻るまで、蓄積値に対応する数のリフレッシュ信号を出力する。コア制御回路は、リフレッシュ信号に応答してメモリコアにリフレッシュ動作を実行させるとともに、外部アクセス要求に応答してメモリコアにアクセス動作を実行させる。
本発明では、第2状態中に1回のリフレッシュ要求信号に応答して実行されるリフレッシュ動作の回数を、第1状態中に1回のリフレッシュ要求信号に応答して実行されるリフレッシュ動作の回数より多くできる。このため、発振回路の発振周期を変更することなく、半導体メモリの動作状態の変化に応じてリフレッシュ動作の頻度を変えることができる。分周回路を用いることなく、発振回路により生成される発振信号をそのままリフレッシュ要求信号として用いることで、発振回路が無駄に発振することを防止できる。したがって、リフレッシュ動作を実行させるリフレッシュ信号を生成するための回路の消費電力を削減できる。リフレッシュ動作は、半導体メモリのスタンバイ期間にも必要である。したがって、本発明の適用により、特にスタンバイ電流を削減できる。
本発明の一形態における好ましい例では、状態検出回路は、裁定回路を有している。制定回路は、リフレッシュ信号に応答するリフレッシュ動作中に外部アクセス要求を受けたときに、コア制御回路にリフレッシュ動作を短縮させ、アクセス動作を開始させる。状態検出回路は、リフレッシュ動作の短縮により第1状態から第2状態への変化を検出する。蓄積制御回路は、第2状態への変化の検出に応答して所定値を増加する。
リフレッシュ動作が短縮されたメモリセル(ショートリストアメモリセル)は、電荷のリストア量が少ない。このため、ショートリストアメモリセルに保持されているデータは、リフレッシュ動作が完了したメモリセルに保持されているデータに比べて消失しやすい。ショートリストアメモリセルが存在するときに、リフレッシュ動作の頻度を上げることで、ショートリストアメモリセルに対する次のリフレッシュ動作までの時間を短くできる。本発明では、発振回路の発振周期を変えることなく、リフレッシュ動作の頻度を上げることができる。この結果、消費電力の増加を最小限にしてメモリセルに保持されているデータが消失することを防止できる。
本発明の一形態における好ましい例では、状態検出回路は、リフレッシュカウンタを有している。リフレッシュカウンタは、リフレッシュ信号に同期してカウント動作し、リフレッシュされるダイナミックメモリセルに接続されるワード線を指定するリフレッシュアドレスを生成する。本発明では、リフレッシュ動作が短縮されたワード線がリフレッシュ動作のために再び選択されたことをリフレッシュカウンタにより検出することで、ショートリストアメモリセルが存在しなくなったことが検出される。これにより、状態検出回路は、第2状態から第1状態への変化を検出する。蓄積制御回路は、第1状態への変化の検出に応答して所定値を減少させ、元の値に戻す。したがって、ショートリストアメモリセルが存在しなくなったことに応答して、リフレッシュ動作の頻度を再び低くできる。
本発明の一形態における好ましい例では、状態検出回路は、リフレッシュアドレスの最上位ビットの論理レベルの反転を検出する反転検出部を有する。状態検出回路は、反転検
出部により論理レベルが3回反転したことを検出することで、リフレッシュカウンタが一巡したことを検出する。これにより、状態検出回路は、第2状態から第1状態への変化を検出する。本発明では、最上位ビットのみをモニタすることで、ショートリストアメモリセルが存在しなくなったことを検出できる。このため、第2状態から第1状態への変化の検出を、簡易な回路で実現できる。
本発明の一形態における好ましい例では、状態検出回路は、半導体メモリの温度を検出する温度検出部を有している。状態検出回路は、温度検出部により検出される温度が所定の値を超えたときに第1状態から第2状態への変化を検出する。蓄積制御回路は、第2状態への変化の検出に応答して所定値を増加する。一般に、半導体メモリに温度が上昇すると、ダイナミックメモリセルに保持されている電荷は、減少しやすくなる。このため、メモリセルに保持されたデータの消失を防止するために、リフレッシュ動作の頻度を上げる必要がある。本発明では、温度が上昇したときに、発振回路の発振周期を変えることなく、リフレッシュ動作の頻度を上げることができる。この結果、消費電力の増加を最小限にしてメモリセルに保持されているデータが消失することを防止できる。
本発明の一形態における好ましい例では、発振回路は、電流源、キャパシタ、リフレッシュ要求生成回路および放電回路を有している。キャパシタは、電流源から供給される電荷を充電するとともに、充電量に応じた出力電圧を生成する。リフレッシュ要求生成回路は、出力電圧が参照電圧を超えたときにリフレッシュ要求信号を生成する。放電回路は、リフレッシュ要求信号の生成に同期してキャパシタの電荷を放電する。キャパシタの充電量により発振信号を生成する発振回路では、発振信号の周波数を可変にするためには、複数のキャパシタを形成する必要がある。そして、発振回路に接続されるキャパシタの容量値に応じて発振信号の周波数が変更される。半導体基板上にキャパシタを形成するためには、比較的大きい面積を必要とする。このため、発振回路自体に周波数の可変機能を持たせる場合、発振回路のレイアウトサイズは大きくなり、半導体メモリのチップサイズは大きくなる。本発明では、発振回路のレイアウトサイズを大きくすることなくリフレッシュ動作の頻度を変えることができる。
本発明の一形態における好ましい例では、蓄積制御回路は、所定値を複数の値のいずれかに設定するプログラム回路を有している。このため、プログラム回路のプログラム値に応じて、所定値を自在に設定できる。したがって、半導体製造条件の変動により、半導体メモリの電気的特性が変化したときに、特性の変化に合わせて所定値を変更できる。これにより、半導体メモリの歩留を向上できる。
本発明の一形態における好ましい例では、コア制御回路は、リフレッシュ動作の終了に同期してリフレッシュ終了信号を出力する。蓄積回路は、リフレッシュ終了信号に同期して蓄積値を初期値に戻る側に一つ変化させる。リフレッシュ動作の終了タイミングに合わせて蓄積値を変更することで、リフレッシュ動作の回数が誤って減ることを防止できる。この結果、蓄積回路の誤動作を防止でき、メモリセルに保持されたデータが消失することを防止できる。
本発明では、リフレッシュ動作を実行させるリフレッシュ信号の生成頻度を変更可能なリフレッシュ信号の生成回路の消費電力を削減でき、半導体メモリのスタンバイ電流を削減できる。
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図中、太線で示した信号線は、複数ビットで構成されている。図中の二重丸は、外部端子を示している。太線が接続されてい
るブロックの一部は、複数の回路で構成されている。信号が伝達される信号線には、信号名と同じ符号を使用する。先頭に"/"の付いている信号は、負論理を示している。末尾に"Z"の付いている信号は、正論理を示している。
図1は、本発明の半導体メモリの第1の実施形態を示している。この半導体メモリは、CMOS技術を用いて、DRAMのメモリセル(ダイナミックメモリセル)を有し、SRAMのインタフェースを有するFCRAM(First Cycle RAM)として形成されている。SRAMのインタフェースを有するFCRAMは、擬似SRAMの一種であり、外部からリフレッシュコマンドを受けることなく、チップ内部で定期的にリフレッシュ動作を実行し、メモリセルに書き込まれたデータを保持する。このFCRAMは、クロック信号CLKに同期して動作することも可能で、例えば、携帯電話に搭載されるワークメモリに使用される。
このFCRAMは、コマンドデコーダ10、リフレッシュタイマ12、裁定回路14、コア制御回路16、リフレッシュカウンタ18、アドレス入力回路20、アドレス切替回路22、プリデコーダ24、26、データ入出力回路28およびメモリコア30を有している。
コマンドデコーダ10は、コマンド端子CMDを介して供給されるコマンド信号CMD(外部アクセス要求信号)を解読し、読み出し動作を実行するための読み出し信号RDZまたは書き込み動作を実行するための書き込み信号WRZを出力する。コマンド信号CMDは、チップイネーブル信号/CE、アウトプットイネーブル信号/OE、ライトイネーブル信号/WE、アドレスバリッド信号/ADV、アッパーバイト信号/UB、ロウアーバイト信号/LBおよびクロック信号CLKを含む。アッパーバイト信号/UBは、データ端子DQの上位8ビットを有効にするときに低レベルに設定される。ロウアーバイト信号/LBは、データ端子DQの下位8ビットを有効にするときに低レベルに設定される。
リフレッシュタイマ12は、リフレッシュ動作を実行するためのリフレッシュ信号REFZを所定の周期で出力する。リフレッシュタイマ12は、ショートリストア信号SREFZの活性化を受けてからショートリストア終了信号SREFENDZの活性化を受けるまで、リフレッシュ信号REFZの生成頻度を高くする。リフレッシュタイマ12の詳細は、図2で説明する。
裁定回路14は、読み出し信号RDZまたは書き込み信号WRZと、リフレッシュ信号REFZとの遷移エッジを比較することで、これ等信号の競合を判断し、アクセス動作(読み出し動作および書き込み動作)とリフレッシュ動作のいずれを優先させるかを決める。裁定回路28は、アクセス動作を優先する場合、読み出し信号RDZまたは書き込み信号WRZに応答して読み出し開始信号RDPZまたは書き込み開始信号WRPZを出力する。このとき、裁定回路14は、リフレッシュ信号REFZを一時的に保持し、アクセス動作の完了に同期してリフレッシュ開始信号REFPZを出力する。
また、裁定回路14は、リフレッシュ動作を優先する場合、リフレッシュ信号REFZに応答してリフレッシュ開始信号REFPZを出力する。このとき、裁定回路14は、読み出し信号RDZまたは書き込み信号WRZを一時的に保持し、リフレッシュ動作の完了に同期して読み出し開始信号RDPZまたは書き込み開始信号WRPZを出力する。
さらに、裁定回路14は、リフレッシュ開始信号REFPZを出力した直後に読み出し信号RDZまたは書き込み信号WRZを受けたとき、コア制御回路16にリフレッシュ動作を短縮、終了させ、アクセス動作を実行させるために、読み出し開始信号RDPZまたは書き込み開始信号WRPZを出力するとともに、ショートリストア信号SREFZを活
性化する。すなわち、リフレッシュ動作中に外部アクセス要求を受けたとき、リフレッシュ動作は短縮され、アクセス動作が実行される。ショートリストア信号SREFZは、ショートリストア終了信号SREFENDZが活性化されるまで高レベルに保持される。
ショートリストア信号SREFZの活性化期間は、リフレッシュ動作が短縮され、電荷のリストア量が不十分なメモリセル(ショートリストアメモリセル)が存在する期間である。この期間のFCRAMの動作状態を第2状態と称する。ショートリストア信号SREFZの非活性化期間は、全てのメモリセルへの電荷のリストア量が十分な期間であり、ショートリストアメモリセルは存在しない。この期間のFCRAMの動作状態を第1状態と称する。第1状態および第2状態は、ショートリストア信号SREFZの低レベルおよび高レベルにより示される。すなわち、裁定回路14は、リフレッシュ動作の短縮によりFCRAMの動作状態が第1状態から第2状態に変化したことを検出する状態検出回路として機能する。
コア制御回路16は、読み出し開始信号RDPZまたは書き込み開始信号WRPZの出力に同期して読み書きスイッチ信号RWSWを出力し、リフレッシュ開始信号REFPZに同期してリフレッシュスイッチ信号RFSWを出力する。また、コア制御回路16は、読み出し開始信号RDPZ、書き込み開始信号WRPZまたはリフレッシュ開始信号REFPZを受けたときに、メモリコア30に読み出し動作、書き込み動作またはリフレッシュ動作を実行させるために、センスアンプ活性化信号LEZ、イコライズ信号EQLZ、ワード線活性化信号WLZおよびビット線接続信号BLTZを出力する。センスアンプ活性化信号LEZは、センスアンプ部SAのセンスアンプを活性化するために出力される。イコライズ信号EQLZは、ビット線対BL、/BLをイコライズし、プリチャージ電圧に設定するために出力される。ワード線活性化信号WLZは、ロウアドレス信号RADおよびリフレッシュアドレス信号REFADに応じてワード線WLのいずれかを選択するために出力される。ビット線接続信号BLTZは、ビット線対BL、/BLをセンスアンプに接続するために出力される。
リフレッシュカウンタ18は、リフレッシュ信号REFZに同期してカウント動作し、リフレッシュされるメモリセルMCを示すリフレッシュアドレス信号REFADを順次生成する。より詳細には、リフレッシュアドレスREFADは、リフレッシュされるメモリセルMCに接続されるワード線WLを指定する。また、リフレッシュカウンタ18は、ショートリストア信号SREFZの活性化を受けてから、リフレッシュアドレスREFADの最上位ビットREFAD23の論理レベルが3回変化したときに、ショートリストア終了信号SREFENDZ(パルス信号)を活性化する。リフレッシュカウンタ18は、最上位ビットREFAD23の論理レベルの反転を検出するために、図示しない反転検出部を有している。
最上位ビットREFAD23の論理レベルが3回反転することで、ショートリストア信号SREFZの活性化を受けた後、リフレッシュアドレスREFADが一巡したことが検出される。これにより、リフレッシュ動作が中断されたワード線WLが通常のリフレッシュ動作のために再び選択されたことが検出され、電荷のリストア量が不十分なショートリストアメモリセルが存在しなくなったことが検出される。すなわち、リフレッシュカウンタ18は、リフレッシュアドレスREFADの最上位ビットREFAD23の論理レベルが3回変化したことにより、リフレッシュアドレスREFADが一巡したことを検出し、これによりFCRAMの動作状態が第2状態から第1状態に変化したことを検出する状態検出回路として機能する。リフレッシュアドレスREFADの最上位ビットREFAD23のみをモニタすることで、ショートリストアメモリセルが存在しなくなったことを容易に検出できる。このため、第2状態から第1状態への変化の検出を、簡易な回路で実現できる。
アドレス入力回路20は、アドレス端子ADを介してアドレス信号AD(AD0−23)を受信し、受信した信号をロウアドレス信号RAD(上位アドレス;AD15−23)およびコラムアドレス信号CAD(下位アドレス)として出力する。なお、このFCRAMは、上位アドレスと下位アドレスを同時に受信するアドレス非多重式のメモリである。
アドレス切替回路22は、リフレッシュ動作が実行されるときに、リフレッシュスイッチ信号RFSWに同期してリフレッシュアドレス信号REFADを内部ロウアドレス信号IRADとして出力する。アドレス切替回路22は、読み出し動作または書き込み動作が実行されるときに、読み書きスイッチ信号RWSWに同期してロウアドレス信号RADを内部ロウアドレス信号IRADとして出力する。
プリデコーダ24は、内部ロウアドレス信号IRADをデコードし、ロウデコード信号RAZを生成する。プリデコーダ26は、コラムアドレス信号CADをデコードし、コラムデコード信号CAZを生成する。
データ入出力回路28は、メモリセルMCからの読み出しデータをコモンデータバスCDBを介して受信し、受信したデータをデータ端子DQ(DQ0−15)に出力する。また、データ入出力回路28は、書き込みデータをデータ端子DQを介して受信し、受信したデータをコモンデータバスCDBに出力する。
メモリコア30は、メモリセルアレイARY、ワードデコーダ部WDEC、センスアンプ部SA、コラムデコーダ部CDEC、リードアンプ部RAおよびライトアンプ部WAを有している。メモリセルアレイARYは、複数の揮発性のダイナミックメモリセルMCと、ダイナミックメモリセルMCに接続された複数のワード線WLおよび複数のビット線対BL、/BLとを有している。
各メモリセルMCは、一般のDRAMのメモリセルと同じであり、データを電荷として保持するためのキャパシタと、このキャパシタとビット線BL(または/BL)との間に配置された転送トランジスタとを有している。転送トランジスタのゲートは、ワード線WLに接続されている。ワード線WLの選択により、読み出し動作、書き込み動作、およびリフレッシュ動作のいずれかが実行される。メモリセルアレイARYは、読み出し動作、書き込み動作およびリフレッシュ動作のいずれかを実行した後、イコライズ信号EQLZに同期してビット線BL、/BLを所定の電圧にプリチャージするプリチャージ動作を実行する。
ワードデコーダ部WDECは、高レベルのワード線活性化信号WLZを受けたとき、ロウデコード信号RAZに応じてワード線WLのいずれかを選択し、選択したワード線WLを高レベルに変化させる。コラムデコーダ部CDECはコラムデコード信号CAZに応じて、ビット線BL、/BLとデータバスDBとをそれぞれ接続するコラムスイッチをオンさせるコラム線信号を出力する。
センスアンプ部SAは、複数のセンスアンプを有している。各センスアンプは、センスアンプ活性化信号LEZに同期して動作し、ビット線BL、/BL上のデータの信号量を増幅する。センスアンプで増幅されたデータは、読み出し動作時にコラムスイッチを介してデータバスDBに伝達され、書き込み動作時にビット線BL、/BLを介してメモリセルMCに書き込まれる。
リードアンプ部SBは、複数のリードアンプを有している。各リードアンプは、データバスDB上の読み出しデータの信号量を増幅し、コモンデータバスCDBに出力する。ラ
イトアンプ部WAは、複数のライトアンプを有している。各ライトアンプは、コモンデータバスCDB上の書き込みデータの信号量を増幅し、データバスDBに出力する。
図2は、図1に示したリフレッシュタイマ12の詳細を示している。リフレッシュタイマ12は、発振回路32、蓄積値変更回路34、加算値制御回路36、リフレッシュ要求蓄積回路40およびリフレッシュ判定回路42を有している。
発振回路32は、一定の周期でリフレッシュ要求信号RREQZを生成する。例えば、リフレッシュ要求信号RREQZは、6μs毎に生成される。発振回路32の詳細は、図3で説明する。蓄積値変更回路34は、リフレッシュ要求信号RREQZに応答してプラス信号PZを出力し、リフレッシュ終了信号REFENDZに応答してマイナス信号MZを出力する。
加算値制御回路36は、ヒューズFSを有するプログラム回路38を有しており、加算値信号P1Z、P2Z、P3Zのいずれかを活性化する。プログラム回路38のヒューズFSは、FCRAMを製造した後のテスト工程で必要に応じてカットされる。加算値制御回路36は、ショートリストア信号SREFZが非活性化中(第1状態中)に、加算値信号P1Zを活性化する。
ヒューズFSがカットされていない場合、加算値制御回路36は、ショートリストア信号SREFZの活性化に応答して加算値信号P1Zを非活性化し、加算値信号P2Zを活性化する(第2状態)。ヒューズFSがカットされている場合、加算値制御回路36は、ショートリストア信号SREFZの活性化に応答して加算値信号P1Zを非活性化し、加算値信号P3Zを活性化する(第2状態)。また、加算値制御回路36は、ショートリストア終了信号SREFENDZが活性化された後、リフレッシュ終了信号REFENDZの活性化に同期して加算値信号P2Z(またはP3Z)を非活性化し、加算値信号P1Zを活性化する。
リフレッシュ要求蓄積回路40は、蓄積値S0Z、Z1Z、S2Z、S3Zを保持する図示しない4ビットの保持部を有している。リフレッシュ要求蓄積回路40は、加算値信号P1Zの活性化中に、プラス信号PZに同期して保持部に保持された蓄積値を”1”だけ増加し、マイナス信号MZに同期して保持部に保持された蓄積値を1だけ減少する。保持部に保持された蓄積値は、4ビットの蓄積値信号S0Z、Z1Z、S2Z、S3Z(S0Zが下位ビット)として出力される。
同様に、リフレッシュ要求蓄積回路40は、加算値信号P2Zの活性化中に、プラス信号PZに同期して蓄積値を”2”だけ増加し、マイナス信号MZに同期して蓄積値を”1”だけ減少する。リフレッシュ要求蓄積回路40は、加算値信号P3Zの活性化中に、プラス信号PZに同期して蓄積値を”3”だけ増加し、マイナス信号MZに同期して蓄積値を1だけ減少する。
このように、加算値信号P1Z−P3Zは、リフレッシュ要求信号RREQZに応答して増加する蓄積値の増分(所定値)を示している。すなわち、加算値制御回路36は、リフレッシュ要求蓄積回路40が使用する蓄積値の増分(所定値)を”1”、”2”、”3”のいずれかに変更する蓄積制御回路として機能する。より詳細には、加算値制御回路36は、FCRAMの第1状態から第2状態への変化に応答して、蓄積値の増分を”1”から”2”または”1”から”3”に増加する。また、加算値制御回路36は、FCRAMの第2状態から第1状態への変化に応答して、蓄積値の増分を”2”から”1”または”3”から”1”に減少する。
上述したヒューズFSがカットされていないとき、蓄積値の増分は”1”から”2”に増加される。ヒューズFSがカットされているとき、蓄積値の増分は”1”から”3”に増加される。したがって、半導体製造条件の変動により、FCRAMの電気的特性が変化したときに、電気的特性の変化に合わせて蓄積値の増分を自在に変更できる。これにより、FCRAMの歩留を向上できる。
蓄積値変更回路34およびリフレッシュ要求蓄積回路40は、リフレッシュ要求信号RREQZに応答して蓄積値を初期値(例えば”0”)から加算値信号P1Z−P3Zにより示される所定値だけ増加し、リフレッシュ終了信号REFENDZ(リフレッシュ要求信号RREQZに対応するリフレッシュ動作の終了)に応答して蓄積値を”1”減少する蓄積回路として機能する。
なお、この実施形態では、蓄積値の初期値は”0”に設定される。蓄積値は、リフレッシュ要求信号RREQZに応答して増加し、リフレッシュ終了信号REFENDZに応答して減少する。しかし、初期値を”0”以外に設定してもよく、蓄積値の増加、減少を逆にしてもよい。
リフレッシュ判定回路42は、蓄積値S3Z−S0Zで示される2進数が正の数を示すときに、その数に対応する回数だけリフレッシュ信号REFZを順次活性化する。すなわち、リフレッシュ信号REFZは、蓄積値が初期値に戻るまで、蓄積数に対応する回数だけ出力される。リフレッシュ信号REFZの活性化間隔は、リフレッシュ動作後のプリチャージ動作が正しく実行できる間隔に設定される。蓄積値S3Z−S0Zにより未実行のリフレッシュ動作の回数を15回まで保持できる。
図3は、図2に示した発振回路32の詳細を示している。発振回路32は、差動増幅器AMP、波形成形回路44、pMOSトランジスタP1、インバータINV、nMOSトランジスタN1、電流源CSおよびキャパシタC1を有している。差動増幅器AMPは、参照電圧VrfvとキャパシタC1の充電電圧RIPとの大小を比較し、比較結果に応じて出力電圧OUTを出力する。波形成形回路44は、出力電圧OUTの波形を所定の遅延量だけ遅延させる。インバータINVは、遅延されたOUTの波形を反転し、リフレッシュ要求信号RREQZとして出力する。差動増幅器AMP、波形成形回路44およびインバータINVは、充電電圧RIPが参照電圧VREFを超えたときにリフレッシュ要求信号RREQZを生成するリフレッシュ要求生成回路として機能する。
pMOSトランジスタP1は、波形成形回路44の出力が低レベル状態になると(リフレッシュ要求信号RREQZの高レベル期間)差動増幅器AMPの出力ノードOUTを高レベル(内部電源電圧VII)にリセットする。nMOSトランジスタN1は、リフレッシュ要求信号RREQZの高レベル期間にキャパシタC1のノードRIPを低レベル(接地電圧VSS)にリセットする。nMOSトランジスタN1は、リフレッシュ要求信号RREQZの生成に同期してキャパシタC1の電荷を放電する放電回路として機能する。出力ノードOUTが高レベルになった事を受けて、所定の遅延量が経過した後、リフレッシュ要求信号RREQZは低レベルに戻る。
電流源CSおよびキャパシタC1は、内部電源線VIIと接地線VSSとの間にノードRIPを介して直列に接続されている。キャパシタC1は、電流源CSから供給される電流Icmnにより充電される。なお、内部電源電圧VIIは、図示しない内部電圧生成回路により外部電源電圧VDDを降圧して生成される。内部電源電圧VIIは、外部電源電圧VDDおよびFCRAMの動作温度に依存せずに一定の値に保たれる。
図4は、図3に示した発振回路32の動作を示している。差動増幅器AMPは、キャパ
シタC1の充電電圧RIPが参照電圧Vrfvより低い期間に、出力ノードOUTを高レベルに設定する。差動増幅器AMPは、キャパシタC1の充電電圧RIPが参照電圧Vrfvより高くなったときに、出力ノードOUTを低レベルに変化する。そして、発振回路32は、出力ノードOUTの立ち下がりエッジに同期して所定のパルス幅を有するリフレッシュ要求信号RREQZを出力する。
リフレッシュ要求信号RREQZの高レベルへの変化により、nMOSトランジスタN1およびpMOSトランジスタP1がオンし、ノードRIPおよびノードOUTは、低レベルおよび高レベルにそれぞれリセットされる。差動増幅器AMPは、ノードRIPの電圧が参照電圧Vrfvより低くなったときに、出力ノードOUTを高レベルに設定する。以上の動作を繰り返すことで、リフレッシュ要求信号RREQZが一定の周期Toscで出力される。周期Toscは、キャパシタC1の容量値をCとすると、式(1)で表される。この実施形態では、キャパシタC1の容量値は、上述したように、リフレッシュ要求信号RREQZの周期が6μsに設定される値に設計されている。
Tosc=(C×Vrfv)/Icmn ‥‥‥(1)
図5は、本発明においてショートリストアメモリセルは存在しない第1状態でのリフレッシュ動作を示している。第1状態のリフレッシュ動作は、プログラム回路38のヒューズFSの状態によらず同一である。図5では、リフレッシュ動作がアクセス動作と競合することなく実行される。第1状態では、ショートリストア信号SREFZおよびショートリストア終了信号SREFENDZは、低レベルに保持される。蓄積値変更回路34は、6μs毎に生成されるリフレッシュ要求信号RREQZに応答してプラス信号PZを出力する(図5(a))。
加算値制御回路36は、加算値信号P1Zを”H”に活性化している(図5(b))。このため、リフレッシュ要求蓄積回路40は、プラス信号PZに同期して蓄積値を”1”増加し、蓄積値S3Z−S0Zを”0”から”1”に変更する(図5(c))。リフレッシュ判定回路42は、蓄積値S3Z−S0Zの”1”に応答してリフレッシュ信号REFZを活性化する(図5(d))。リフレッシュ信号REFZの活性化期間は、リフレッシュ動作時間にほぼ等しい。そして、リフレッシュ動作が実行される。
図1に示したコア制御回路16は、リフレッシュ動作の終了に同期して、リフレッシュ終了信号REFENDZを出力する(図5(e))。蓄積値変更回路34は、リフレッシュ終了信号REFENDZに応答してマイナス信号MZを出力する(図5(f))。リフレッシュ要求蓄積回路40は、マイナス信号MZに同期して蓄積値を”1”減少し、蓄積値S3Z−S0Zを”1”から”0”に変更する(図5(g))。このため、これ以後、リフレッシュ信号REFZは活性化されない。すなわち、第1状態では、リフレッシュ信号REFZは、1回のリフレッシュ要求信号RREQZに対応して1回のみ活性化される。上述した動作は、リフレッシュ要求信号RREQZが生成される毎に行われる。
図6は、本発明において第1状態から第2状態に変化するときのリフレッシュ動作を示している。すなわち、アクセス要求がリフレッシュ動作中に入り、リフレッシュ動作が短縮されるショートリストア動作が実行される例を示している。
まず、図5と同様にしてリフレッシュ動作が開始される(図6(a)−(d))。図1に示した裁定回路14は、リフレッシュ動作中に供給されたアクセス要求に応答してリフレッシュ動作を短縮し、ショートリストア信号SREFZを活性化する(図6(e))。ショートリストア信号SREFZの活性化により、FCRAMの動作状態は、第1状態から第2状態に変化する。すなわち、FCRAMは、ショートリストアメモリセルが存在するショートリストア状態になる。
リフレッシュ動作の終了に同期して、リフレッシュ終了信号REFENDZが出力される(図6(f))。リフレッシュ終了信号REFENDZに応答して、マイナス信号MZが出力され(図6(g))、蓄積値S3Z−S0Zが”0”に戻る(図6(h))。この例では、図2に示した加算値制御回路36のヒューズFSはカットされていない。このため、加算値制御回路36は、リフレッシュ終了信号REFENDZに応答して加算値信号P1Zを”L”に非活性化し、加算値信号P2Zを”H”に活性化する(図6(i))。これにより、以降の動作では、蓄積値S3Z−S0Zは、プラス信号PZに応答して”0”から”2”に変化する。
次に、リフレッシュ要求信号RREQZが出力され(図6(j))、プラス信号PZが出力される(図6(k))。リフレッシュ要求蓄積回路40は、プラス信号PZに同期して、高レベルの加算値信号P2Zに対応して蓄積値を”2”増加する。これにより、蓄積値S3Z−S0Zは、”0”から”2”に変更される(図6(l))。この後、上述と同様にリフレッシュ動作が実行される。リフレッシュ動作の終了に同期して、リフレッシュ終了信号REFENDZが出力され(図6(m))、マイナス信号MZが出力される(図6(n))。リフレッシュ要求蓄積回路40は、マイナス信号MZに同期して蓄積値を”1”減少し、蓄積値S3Z−S0Zを”2”から”1”に変更する(図6(o))。

リフレッシュ判定回路42は、リフレッシュ動作の終了から所定時間後に蓄積値S3Z−S0Zを読み出す(図6(p))。リフレッシュ判定回路42は、蓄積値S3Z−S0Zが”0”でないため、リフレッシュ信号REFZを再び活性化する(図6(q))。これにより、リフレッシュ動作が再び実行される。
このように、FCRAMがショートリストア状態(第2状態)のとき、リフレッシュ動作は、1回のリフレッシュ要求信号RREQZに応答して2回実行される。したがって、電荷のリストア量が不十分なメモリセルが存在するショートリストア状態中に、リフレッシュ動作の頻度を上げることができる。つまり、電荷のリストア量が不十分なメモリセルに対する次のリフレッシュ動作までの時間を短くできるため、これらメモリセル内に保持されているデータが消失することを防止できる。
なお、ヒューズFSがカットされ、加算値制御回路36が加算値信号P3Zを活性化している場合、リフレッシュ動作は、1回のリフレッシュ要求信号RREQZに応答して3回実行される。例えば、半導体製造条件の変動により、FCRAMの電気的特性が変化し、ショートリストア状態でのリフレッシュ頻度を上げる必要があるとき、ヒューズFSがカットされる。このように、FCRAMの電気的特性の変化に合わせて蓄積値の増分(所定値)を変更することで、FCRAMの歩留を向上できる。
本発明では、発振回路32から出力されるリフレッシュ要求信号RREQZの周波数を変えることなく、リフレッシュ動作の頻度を変えることができる。リフレッシュタイマ12が分周回路を持たない場合にも、発振回路32の発振周期を変える必要はない。このため、発振回路32に発振周期を変えるための余分なキャパシタを形成する必要はない。したがって、発振回路32のレイアウトサイズを大きくすることなくリフレッシュ動作の頻度を変えることができる。この結果、FCRAMのチップサイズが増加することを防止できる。
図7は、本発明において第2状態から第1状態に変化するときのリフレッシュ動作を示している。上述したように、リフレッシュカウンタ18は、ショートリストア信号SREFZの活性化を受けてから、リフレッシュアドレスREFADの最上位ビットREFAD
23の論理レベルが3回変化したときに、ショートリストア終了信号SREFENDZを活性化する(図7(a))。リフレッシュタイマ12は、ショートリストア終了信号SREFENDZに応答してショートリストア信号SREFZを非活性化する(図7(b))。これにより、FCRAMの動作状態は、第2状態(ショートリストア状態)からショートリストアメモリセルの存在しない第1状態に変化する。
次に、リフレッシュ終了信号REFENDZが出力され(図7(c))、プラス信号PZが出力される(図7(d))。この状態では、加算値信号P2Zが活性化されているため、リフレッシュ要求蓄積回路40は、プラス信号PZに同期して蓄積値S3Z−S0Zを”0”から”2”に変化する(図7(e))。この後、上述した図6と同様に、リフレッシュ動作が2回連続して実行される。
最初のリフレッシュ動作の終了に同期して、リフレッシュ終了信号REFENDZが出力される(図7(f))。リフレッシュ終了信号REFENDZに応答して、マイナス信号MZが出力され(図7(g))、蓄積値S3Z−S0Zが”1”に変化する(図7(h))。また、加算値制御回路36は、ショートリストア信号SREFZが非活性化されたため、リフレッシュ終了信号REFENDZに応答して加算値信号P2Zを”L”に非活性化し、加算値信号P1Zを”H”に活性化する(図7(i))。これにより、以降の動作では、蓄積値S3Z−S0Zは、プラス信号PZに応答して”0”から”1”に変化する。したがって、リフレッシュ動作は、図5と同様に、1回のリフレッシュ要求信号RREQZに応答して1回実行される。このように、ショートリストアメモリセルが存在しなくなったことに応答して、リフレッシュ動作の頻度を再び低くできる。
図8は、リフレッシュカウンタ18の動作を示している。図中の”REF”は、内部リフレッシュ要求RREQZを示し、”ACT”は、外部アクセス要求を示している。リフレッシュ要求REFの直後に外部アクセス要求ACTが供給され、リフレッシュ動作が中断される場合、ショートリストア信号SREFZは、低レベルから高レベルに変化する(図8(a))。この例では、リフレッシュ動作が短縮されたリフレッシュアドレスREFAD23−15は、10進数で”510”である。このとき、リフレッシュアドレスREFADの最上位ビットREFAD23は”1”である。
リフレッシュアドレスREFADは、リフレッシュ動作が実行される毎にインクリメントされる。なお、リフレッシュアドレスREFADをデクリメントする回路仕様にしてもよい。リフレッシュアドレスREFADが”511”から”0”に変化すると、最上位ビットREFAD23は、”1”から”0”に変化する(図8(b))。同様に、リフレッシュアドレスREFADが”255”から”256”に変化すると、最上位ビットREFAD23は、”0”から”1”に変化する(図8(c))。最上位ビットREFAD23が、再び”1”から”0”に変化したとき、すなわち、最上位ビットREFAD23の論理レベルが3回変化したときに、リフレッシュカウンタ18は、ショートリストア終了信号SREFENDZを所定の期間活性化する(図8(d))。
リフレッシュ動作が短縮されたリフレッシュアドレスREFAD(=”510”)に対する次のリフレッシュ動作は、最上位ビットREFAD23の論理レベルが3回変化するまでに必ず実行される。したがって、最上位ビットREFAD23の論理レベルが3回変化したときに、電荷のリストア量が不十分なショートリストアメモリセルは存在しない。そして、FCRAMの動作状態は、ショートリストア状態(第2状態)から第1状態に変化する。
以上、第1の実施形態では、電荷のリストア量が不十分なショートリストアメモリセルが存在する第2状態中に、1回のリフレッシュ要求信号RREQZに応答して実行される
リフレッシュ動作の回数を、第1状態中よりも増やすことで、発振回路32の発振周期を変更することなく、第2状態中のリフレッシュ動作の頻度を増やすことができる。リフレッシュタイマ12は、リフレッシュ動作を実行させるリフレッシュ信号REFZの生成頻度を分周回路を用いずに変更できるため、発振回路32が無駄に発振することを防止できる。したがって、リフレッシュタイマ12の消費電力を削減でき、FCRAMの消費電力を削減できる。特に、FCRAMのスタンバイ電流を削減できる。
図9は、本発明の半導体メモリの第2の実施形態を示している。第1の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。この実施形態では、第1の実施形態のリフレッシュタイマ12、裁定回路14およびリフレッシュカウンタ18の代わりにリフレッシュタイマ12A、裁定回路14Aおよびリフレッシュカウンタ18Aが形成されている。また、温度検出回路46(温度検出部)が新たに形成されている。その他の構成は、第1の実施形態と同じである。すなわち、この半導体メモリは、CMOS技術を用いて、FCRAMとして形成されている。FCRAMは、例えば、携帯電話に搭載されるワークメモリに使用される。
リフレッシュタイマ12Aは、第1の実施形態のショートリストア信号SREFZおよびショートリストア終了信号SREFENDZの代わりに、温度検出回路46からの温度信号TEMPを受けている。リフレッシュタイマ12Aの詳細は、図10で説明する。裁定回路14Aは、第1の実施形態の裁定回路14からショートリストア信号SREFZを生成する機能を省いて形成されている。
リフレッシュカウンタ18Aは、第1の実施形態のリフレッシュカウンタ18からリフレッシュアドレスREFADの最上位ビットREFAD23の論理レベルの変化をカウントする機能を省いて形成されている。
温度検出回路46は、FCRAMのチップ温度が第1温度(例えば、70℃)以下のときに温度信号TEMPを低レベルに設定し、FCRAMのチップ温度が第1温度を超えるときに温度信号TEMPを高レベルに設定する。
図10は、図9に示したリフレッシュタイマ12Aの詳細を示している。リフレッシュタイマ12Aは、発振回路32、蓄積値変更回路34、加算値制御回路36A、リフレッシュ要求蓄積回路40およびリフレッシュ判定回路42を有している。加算値制御回路36Aは、温度信号TEMPが低レベルの間、加算値信号P1Zを活性化し、加算値信号P2Z−P3Zを非活性化する(第1状態)。加算値制御回路36Aは、ヒューズFSがカットされていない場合、温度信号TEMPの高レベルへの変化に応答して加算値信号P1Zを非活性化し、加算値信号P2Zを活性化する(第2状態)。加算値制御回路36Aは、ヒューズFSがカットされている場合、温度信号TEMPの低レベルへの変化に応答して加算値信号P1Zを非活性化し、加算値信号P3Zを活性化する(第2状態)。
この実施形態では、FCRAMのチップ温度が第1温度以下のときに、1回のリフレッシュ要求信号RREQZに応答して、1回のリフレッシュ動作が実行される。FCRAMのチップ温度が第1温度を超えるときに、1回のリフレッシュ要求信号RREQZに応答して、2回または3回のリフレッシュ動作が連続して実行される。チップ温度が高い場合、メモリセルMCのデータ保持時間は短くなる。このため、メモリセルMCのデータが消失することを防止するためにリフレッシュ動作の頻度を上げる必要がある。この実施形態では、発振回路32の発振周期(リフレッシュ要求信号RREQZの生成周期)を変えることなく、リフレッシュ動作の頻度を変えることができる。
図11は、リフレッシュタイマ12Aの動作を示している。リフレッシュタイマ12A
は、低レベルの温度信号TEMPを受けている間、ショートリストア信号SREFZを低レベルに設定する(第1状態)。リフレッシュタイマ12Aは、高レベルの温度信号TEMPを受けている間、ショートリストア信号SREFZを高レベルに設定する(第2状態)。さらに、リフレッシュタイマ12Aは、温度信号TEMPが高レベルから低レベルに変化した後、全てのメモリセルMCのリフレッシュ動作が実行されたことに応答してショートリストア信号SREFZを低レベルに変化する。温度信号TEMPが低レベルに変化した後、全てのメモリセルMCのリフレッシュ動作が実行されたことの検出は、第1の実施形態と同様に、リフレッシュカウンタ18Aの最上位ビットREFAD23の論理レベルが3回変化することにより行ってもよい。
以上、第2の実施形態においても、上述した第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、FCRAMのチップ温度が上昇したときに、発振回路32の発振周期を変えることなく、リフレッシュ動作の頻度を上げることができる。この結果、消費電力の増加を最小限にしてメモリセルに保持されているデータが消失することを防止できる。
なお、上述した実施形態では、本発明をFCRAMに適用した例を述べたが、本発明をセルフリフレッシュ機能付きのDRAMに適用しても同様の効果を得ることができる。
第1および第2の実施形態を組み合わせて、リフレッシュ動作の短縮と温度上昇の両方に対応して、第1状態を第2状態に変化させてもよい。この場合、例えば、リフレッシュ動作の短縮と温度上昇のいずれかが発生したときに、蓄積値S3Z−S0Zの増分を”2”(P2Z)に設定し、リフレッシュ動作の中断と温度上昇の両方が発生したときに、蓄積値S3Z−S0Zの増分を”3”(P3Z)に設定する。
上述した第1の実施形態では、リフレッシュアドレスREFADの最上位ビットREFAD23が3回変化したときに、リフレッシュ動作が一巡したことを判定する例を述べた。例えば、リフレッシュアドレスREFAD23−15の上位の複数ビットをモニタすることで、リフレッシュ動作が一巡したことを判定してもよい。この場合、第2状態の期間を短くできる。
上述した実施形態では、リフレッシュ要求信号RREQZに同期して蓄積値S3Z−S0Zを増加させ、リフレッシュ終了信号REFENDZに同期して蓄積値S3Z−S0Zを減少する例を述べたが、増加および減少を逆にしてもよい。
本発明は、定期的にリフレッシュが必要なダイナミックメモリセルを有する半導体メモリに適用できる。
本発明の半導体メモリの第1の実施形態を示すブロック図である。 図1に示したリフレッシュタイマの詳細を示すブロック図である。 図2に示した発振回路の詳細を示す回路図である。 図3に示した発振回路の動作を示す波形図である。 本発明の第1状態でのリフレッシュ動作を示すタイミング図である。 本発明において第1状態から第2状態に変化するときのリフレッシュ動作を示すタイミング図である。 本発明において第2状態から第1状態に変化するときのリフレッシュ動作を示すタイミング図である。 リフレッシュカウンタの動作を示すタイミング図である。 本発明の半導体メモリの第2の実施形態を示すブロック図である。 図9に示したリフレッシュタイマの詳細を示すブロック図である。 図10に示したリフレッシュタイマの動作を示すタイミング図である。
符号の説明
10‥コマンドデコーダ;12、12A‥リフレッシュタイマ;14、14A‥裁定回路;16‥コア制御回路;18、18A‥リフレッシュカウンタ;20‥アドレス入力回路;22‥アドレス切替回路;24、26‥プリデコーダ;28‥データ入出力回路;30‥メモリコア;32‥発振回路;34‥蓄積値変更回路;36、36A‥加算値制御回路;38‥プログラム回路;40‥リフレッシュ要求蓄積回路;42‥リフレッシュ判定回路;44‥波形成形回路;46‥温度検出回路;AMP‥差動増幅器;C1‥キャパシタ;CS‥電流源;INV‥インバータ;MC‥メモリセル;N1‥nMOSトランジスタ;P1‥pMOSトランジスタ;P1Z、P2Z、P3Z‥加算値信号;RREQZ‥リフレッシュ要求信号;REFENDZ‥リフレッシュ終了信号;S0Z、Z1Z、S2Z、S3Z‥蓄積値信号;SREFZ‥ショートリストア信号;WL‥ワード線

Claims (8)

  1. ダイナミックメモリセルを有するメモリコアと、
    前記ダイナミックメモリセルをリフレッシュするために一定の周期でリフレッシュ要求信号を生成する発振回路と、
    蓄積値を保持する保持部を有し、前記リフレッシュ要求信号に応答して蓄積値を初期値から離れる側に所定値だけ変化させ、前記リフレッシュ要求信号に対応するリフレッシュ動作に応答して蓄積値を初期値に戻る側に一つ変化させる蓄積回路と、
    半導体メモリの第1状態から第2状態への変化および第2状態から第1状態への変化を検出する状態検出回路と、
    前記状態検出回路による第1状態から第2状態への変化の検出に応答して前記蓄積回路が使用する前記所定値を増加し、前記状態検出回路による第2状態から第1状態への変化の検出に応答して前記蓄積回路が使用する前記所定値を減少する蓄積制御回路と、
    前記保持部に保持された蓄積値を受け、蓄積値が初期値に戻るまで、蓄積値に対応する数のリフレッシュ信号を出力するリフレッシュ判定回路と、
    前記リフレッシュ信号に応答して前記メモリコアにリフレッシュ動作を実行させるとともに、外部アクセス要求に応答して前記メモリコアにアクセス動作を実行させるコア制御回路とを備えていることを特徴とする半導体メモリ。
  2. 請求項1記載の半導体メモリにおいて、
    前記状態検出回路は、前記リフレッシュ信号に応答するリフレッシュ動作中に前記外部アクセス要求を受けたときに、前記コア制御回路にリフレッシュ動作を短縮させ、アクセス動作を開始させる裁定回路を有し、リフレッシュ動作の短縮により第1状態から第2状態への変化を検出し、
    前記蓄積制御回路は、第2状態への変化の検出に応答して前記所定値を増加することを特徴とする半導体メモリ。
  3. 請求項2記載の半導体メモリにおいて、
    前記メモリコアは、前記ダイナミックメモリセルにそれぞれ接続され、リフレッシュ動作を実行するためにリフレッシュ信号に応答して順次選択される複数のワード線を備え、
    前記状態検出回路は、前記リフレッシュ信号に同期してカウント動作し、リフレッシュされるダイナミックメモリセルに接続されるワード線を指定するリフレッシュアドレスを生成するとともに、リフレッシュ動作が短縮されたワード線が、リフレッシュ動作のために再び選択されたことを検出するリフレッシュカウンタを有し、前記ワード線の再選択により第2状態から第1状態への変化を検出し、
    前記蓄積制御回路は、第1状態への変化の検出に応答して前記所定値を減少させ、元の値に戻すことを特徴とする半導体メモリ。
  4. 請求項3記載の半導体メモリにおいて、
    前記状態検出回路は、前記リフレッシュアドレスの最上位ビットの論理レベルの反転を検出する反転検出部を有し、前記反転検出部による論理レベルの3回の反転の検出により第2状態から第1状態への変化を検出し、
    前記蓄積制御回路は、第1状態への変化の検出に応答して前記所定値を減少させ、元の値に戻すことを特徴とする半導体メモリ。
  5. 請求項1記載の半導体メモリにおいて、
    前記状態検出回路は、半導体メモリの温度を検出する温度検出部を有し、前記温度検出部により検出される温度が所定の値を超えたときに第1状態から第2状態への変化を検出し、
    前記蓄積制御回路は、第2状態への変化の検出に応答して前記所定値を増加することを
    特徴とする半導体メモリ。
  6. 請求項1記載の半導体メモリにおいて、
    前記発振回路は、
    電流源と、
    前記電流源から供給される電荷を充電するとともに、充電量に応じた出力電圧を生成するキャパシタと、
    前記出力電圧が参照電圧を超えたときに前記リフレッシュ要求信号を生成するリフレッシュ要求生成回路と、
    前記リフレッシュ要求信号の生成に同期して前記キャパシタの電荷を放電する放電回路とを備えていることを特徴とする半導体メモリ。
  7. 請求項1記載の半導体メモリにおいて、
    前記蓄積制御回路は、前記所定値を複数の値のいずれかに設定するプログラム回路を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
  8. 請求項1記載の半導体メモリにおいて、
    前記コア制御回路は、前記リフレッシュ動作の終了に同期してリフレッシュ終了信号を出力し、
    前記蓄積回路は、前記リフレッシュ終了信号に同期して蓄積値を初期値に戻る側に一つ変化させることを特徴とする半導体メモリ。
JP2005173866A 2005-06-14 2005-06-14 半導体メモリ Expired - Fee Related JP4664126B2 (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005173866A JP4664126B2 (ja) 2005-06-14 2005-06-14 半導体メモリ
TW094136867A TWI269299B (en) 2005-06-14 2005-10-21 Semiconductor memory
DE602005007878T DE602005007878D1 (de) 2005-06-14 2005-10-25 Halbleiterspeicher
EP05292248A EP1734535B1 (en) 2005-06-14 2005-10-25 Semiconductor memory
US11/260,201 US7203114B2 (en) 2005-06-14 2005-10-28 Semiconductor memory which performs the refresh operation internally and automatically without refresh commands from the exterior
KR1020050104845A KR100648547B1 (ko) 2005-06-14 2005-11-03 반도체 메모리
CNB2005101152483A CN100527270C (zh) 2005-06-14 2005-11-11 半导体存储器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005173866A JP4664126B2 (ja) 2005-06-14 2005-06-14 半導体メモリ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006351066A JP2006351066A (ja) 2006-12-28
JP4664126B2 true JP4664126B2 (ja) 2011-04-06

Family

ID=37198812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005173866A Expired - Fee Related JP4664126B2 (ja) 2005-06-14 2005-06-14 半導体メモリ

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7203114B2 (ja)
EP (1) EP1734535B1 (ja)
JP (1) JP4664126B2 (ja)
KR (1) KR100648547B1 (ja)
CN (1) CN100527270C (ja)
DE (1) DE602005007878D1 (ja)
TW (1) TWI269299B (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9384152B2 (en) 2010-02-23 2016-07-05 Rambus Inc. Coordinating memory operations using memory-device generated reference signals
US8717841B2 (en) * 2012-07-20 2014-05-06 Etron Technology, Inc. Method of controlling a refresh operation of PSRAM and related device
US10324833B2 (en) 2015-10-27 2019-06-18 Toshiba Memory Corporation Memory controller, data storage device, and memory control method
KR20190047451A (ko) * 2017-10-27 2019-05-08 에스케이하이닉스 주식회사 저항 변화 메모리 장치를 구비한 반도체 메모리 시스템 및 그 구동 방법
JP2020035501A (ja) * 2018-08-28 2020-03-05 キオクシア株式会社 メモリシステム及びストレージシステム
CN114974343B (zh) * 2021-02-24 2024-09-03 华邦电子股份有限公司 半导体存储装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000163955A (ja) * 1998-11-30 2000-06-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd リフレッシュタイマー及びそのリフレッシュ周期の調整方法
WO2004027780A1 (ja) * 2002-09-20 2004-04-01 Fujitsu Limited 半導体メモリ
WO2004095465A1 (ja) * 2003-04-23 2004-11-04 Fujitsu Limited 半導体記憶装置
JP2005071454A (ja) * 2003-08-22 2005-03-17 Nec Electronics Corp 半導体記憶装置
JP2005130302A (ja) * 2003-10-24 2005-05-19 Internatl Business Mach Corp <Ibm> オシレータ

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63241790A (ja) 1987-03-28 1988-10-07 Nec Corp 可変リフレツシユ周期を有するdram
JPH01267896A (ja) * 1988-04-19 1989-10-25 Toshiba Corp 半導体メモリ
JP2928263B2 (ja) * 1989-03-20 1999-08-03 株式会社日立製作所 半導体装置
KR940008147B1 (ko) * 1991-11-25 1994-09-03 삼성전자 주식회사 저전력 데이타 리텐션 기능을 가지는 반도체 메모리장치
JPH05189960A (ja) * 1992-01-10 1993-07-30 Sharp Corp 半導体記憶装置
JPH08138374A (ja) * 1994-11-10 1996-05-31 Nec Corp 半導体メモリ装置およびそのリフレッシュ方法
US5737748A (en) * 1995-03-15 1998-04-07 Texas Instruments Incorporated Microprocessor unit having a first level write-through cache memory and a smaller second-level write-back cache memory
US5870345A (en) * 1997-09-04 1999-02-09 Siemens Aktiengesellschaft Temperature independent oscillator
JP2003007054A (ja) * 2001-06-15 2003-01-10 Sharp Corp 半導体記憶装置
JP2003030983A (ja) 2001-07-13 2003-01-31 Mitsubishi Electric Corp ダイナミック型半導体記憶装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000163955A (ja) * 1998-11-30 2000-06-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd リフレッシュタイマー及びそのリフレッシュ周期の調整方法
WO2004027780A1 (ja) * 2002-09-20 2004-04-01 Fujitsu Limited 半導体メモリ
WO2004095465A1 (ja) * 2003-04-23 2004-11-04 Fujitsu Limited 半導体記憶装置
JP2005071454A (ja) * 2003-08-22 2005-03-17 Nec Electronics Corp 半導体記憶装置
JP2005130302A (ja) * 2003-10-24 2005-05-19 Internatl Business Mach Corp <Ibm> オシレータ

Also Published As

Publication number Publication date
US7203114B2 (en) 2007-04-10
DE602005007878D1 (de) 2008-08-14
EP1734535B1 (en) 2008-07-02
JP2006351066A (ja) 2006-12-28
TW200643954A (en) 2006-12-16
EP1734535A1 (en) 2006-12-20
CN1881467A (zh) 2006-12-20
KR100648547B1 (ko) 2006-11-24
TWI269299B (en) 2006-12-21
CN100527270C (zh) 2009-08-12
US20060280015A1 (en) 2006-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5742508B2 (ja) 半導体メモリ、システムおよび半導体メモリの動作方法
EP1612803B1 (en) Semiconductor memory
US7548468B2 (en) Semiconductor memory and operation method for same
JP2004134026A (ja) 半導体記憶装置及びその制御方法
JP2005158222A (ja) 半導体集積回路
JPWO2005124786A1 (ja) 半導体メモリ
JP2000298982A (ja) 半導体記憶装置
CN101465151A (zh) 存储器系统和存储器的控制方法
WO2003056563A1 (fr) Dispositif de stockage a semi-conducteur et son procede de commande de regeneration
US6834021B2 (en) Semiconductor memory having memory cells requiring refresh operation
JP4566621B2 (ja) 半導体メモリ
JP4664126B2 (ja) 半導体メモリ
US7336555B2 (en) Refresh control circuit of pseudo SRAM
US7154799B2 (en) Semiconductor memory with single cell and twin cell refreshing
JP4489784B2 (ja) 半導体メモリ
JPWO2002082454A1 (ja) 半導体記憶装置
JP4000242B2 (ja) 半導体記憶装置
JP2007115344A (ja) 半導体記憶装置
US20050146964A1 (en) Semiconductor integrated circuit
JP2004185686A (ja) 半導体記憶装置
WO2004088667A1 (ja) 半導体メモリ
JPH11297068A (ja) 半導体記憶装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080514

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20081121

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101220

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110104

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110106

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4664126

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140114

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees