JPH09251783A - Refresh control method, semiconductor storage device, and data processing device - Google Patents

Refresh control method, semiconductor storage device, and data processing device

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JPH09251783A
JPH09251783A JP8057674A JP5767496A JPH09251783A JP H09251783 A JPH09251783 A JP H09251783A JP 8057674 A JP8057674 A JP 8057674A JP 5767496 A JP5767496 A JP 5767496A JP H09251783 A JPH09251783 A JP H09251783A
Authority
JP
Japan
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memory
refresh
operation mode
memory access
stopped
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP8057674A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Fujisawa
宏樹 藤澤
Yasushi Nagashima
靖 永島
Masatoshi Hasegawa
雅俊 長谷川
Tsukou Suzuki
津幸 鈴木
Yasunobu Aoki
康伸 青木
Seiji Narui
誠司 成井
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Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi ULSI Engineering Corp, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi ULSI Engineering Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten a refreshing operation time in a dynamic operation mode of a shadow RAM. SOLUTION: This device is provided with a first control means 185 in which refreshing operation of a storage region is stopped and memory access has priority, a storage means 193 which can store a storage region in which refreshing operation is stopped, a second control means 192 for performing the next time memory access for a memory region in which refreshing is stopped with a non-volatile operation mode based on storage information. And when refreshing operation and external memory access conflicts each other, a refreshing time is made apparently zero by making external memory access have priority.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のメモリセル
が強誘電体薄膜によるキャパシタを含んで形成され半導
体記憶装置のリフレッシュ制御技術に関し、例えばデー
タ処理装置に適用して有効な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a refresh control technique for a semiconductor memory device in which a plurality of memory cells are formed to include a capacitor made of a ferroelectric thin film, and more particularly to a technique effectively applied to a data processing device.

【0002】[0002]

【従来の技術】PZT(lead zirconate
titanate)などのようにペロブスカイト型の
結晶構造を有する強誘電体の分極特性を利用して不揮発
性動作を行うメモリとして強誘電体メモリが知られてい
る。不揮発性動作が行われることから強誘電体メモリを
備えたコンピュータシステム等においては、電源を再投
入すると直ちに電源を切ったときの状態に戻すことがで
き、しかも、バッテリーで記憶情報のバックアップを行
う必要もない。
2. Description of the Related Art PZT (lead zirconate)
A ferroelectric memory is known as a memory that performs a non-volatile operation by utilizing the polarization characteristics of a ferroelectric having a perovskite type crystal structure such as a titanate). Since the nonvolatile operation is performed, in a computer system, etc. equipped with a ferroelectric memory, the state when the power was turned off can be immediately restored when the power is turned on again, and the stored information is backed up by the battery. There is no need.

【0003】しかしながら、強誘電体メモリにおいて
は、分極反転動作が伴うことから、その書換え回数は1
10回程度が限界とされ、コンピュータシステムのメイ
ンメモリなどのようにランダムアクセスを行う用途では
10年間使用することができない。PZTなどの強誘電
体で形成されるメモリセルは、DRAM(ダイナミック
・ランダム・アクセス・メモリ)のメモリセルとしても
機能することを利用して、基本的にメモリに通電されて
いる状態では通常のDRAMと同様にリード・ライト動
作を行い、電源を遮断するときには強誘電体の分極特性
を利用して不揮発性動作させるような使い方が有効とさ
れる。
However, in the ferroelectric memory, the number of times of rewriting is 1 because the polarization inversion operation is involved.
It is limited to about 10 times, and cannot be used for 10 years in applications such as the main memory of a computer system for performing random access. A memory cell formed of a ferroelectric substance such as PZT basically functions as a memory cell of a DRAM (Dynamic Random Access Memory). It is effective to perform a read / write operation as in the case of a DRAM, and use a polarization characteristic of a ferroelectric substance to perform a nonvolatile operation when the power is cut off.

【0004】強誘電体の分極特性を利用して不揮発性動
作させるモードを「不揮発性動作モード」と称し、キャ
パシタの電荷蓄積機能を利用して揮発性動作させるモー
ドを「ダイナミック動作モード」と称する。ダイナミッ
ク動作モードは、通常のDRAMと同じに動作するため
所定の時間間隔で記憶情報のリフレッシュが必要とされ
る。このようにメモリセルが、PZTなどの強誘電体薄
膜によるキャパシタを含んで形成されていて、上記のよ
うに不揮発性動作モードとダイナミック動作モードとを
実現する半導体メモリを「シャドーRAM」と称する。
A mode of non-volatile operation utilizing the polarization characteristics of the ferroelectric substance is referred to as "non-volatile operation mode", and a mode of volatile operation utilizing the charge storage function of the capacitor is referred to as "dynamic operation mode". . Since the dynamic operation mode operates in the same manner as a normal DRAM, it is necessary to refresh the stored information at predetermined time intervals. The semiconductor memory in which the memory cell is thus formed including the capacitor made of the ferroelectric thin film such as PZT and realizes the nonvolatile operation mode and the dynamic operation mode as described above is called "shadow RAM".

【0005】尚、シャドーRAMについて記載された文
献の例としては、特開平7−21784号公報がある。
As an example of a document describing the shadow RAM, there is JP-A-7-21784.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】シャドーRAMにおい
ては、消費電力の増大を防ぐため、同時に動作するメモ
リセル数には限界がある。シャドーRAMのダイナミッ
ク動作モードにおいては、DRAMの場合と同様にリフ
レッシュが必要とされるから、記憶容量の増大に伴いリ
フレッシュサイクル数が増大する傾向にある。基本的に
リフレッシュ動作中は、そのリフレッシュ動作が優先さ
れ、チップ外部からのランダムアクセスが禁止されるか
ら、記憶容量の増大に伴ってリフレッシュサイクル数が
増大すると、リフレッシュを行っている時間が長くなっ
てしまい、データのリードライトを効率良く行うことが
できない。このことは、コンピュータシステムなどのデ
ータ処理装置におけるデータ処理時間の短縮を阻害す
る。
In the shadow RAM, the number of memory cells operating at the same time is limited in order to prevent an increase in power consumption. In the dynamic operation mode of the shadow RAM, refresh is required as in the case of the DRAM, so that the number of refresh cycles tends to increase as the storage capacity increases. Basically, the refresh operation is prioritized during the refresh operation and random access from the outside of the chip is prohibited. Therefore, if the number of refresh cycles increases as the storage capacity increases, the refresh time becomes longer. Data cannot be read and written efficiently. This hinders reduction of data processing time in a data processing device such as a computer system.

【0007】本発明の目的は、シャドーRAMのリフレ
ッシュ動作時間の短縮を図ることにある。
An object of the present invention is to shorten the refresh operation time of shadow RAM.

【0008】本発明の前記並びにその他の目的と新規な
特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるで
あろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記
の通りである。
The following is a brief description of an outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application.

【0010】すなわち、内部で生成されたリフレッシュ
アドレスに対応するメモリマットが不揮発性動作モード
であるか、ダイナミック動作モードであるかを判別し、
ダイナミック動作モードであると判断された場合に、上
記リフレッシュアドレスに対応するメモリマットのリフ
レッシュ動作を行い(ステップS54)、メモリアクセ
スのために外部から与えられたアドレスに対応するメモ
リマットがリフレッシュ動作中であるか否かを判別し
(ステップS62)、リフレッシュ中であると判断され
た場合に当該メモリマットのリフレッシュ動作を中止し
て、上記外部からのアドレスに基づくメモリアクセスを
優先し(ステップS63)、上記リフレッシュ動作が中
止されたメモリマットについては次回のメモリアクセス
を不揮発性動作モードで行うようにする。
That is, it is determined whether the memory mat corresponding to the internally generated refresh address is in the nonvolatile operation mode or the dynamic operation mode,
If it is determined that the memory mat is in the dynamic operation mode, the memory mat corresponding to the refresh address is refreshed (step S54), and the memory mat corresponding to the address externally provided for memory access is being refreshed. Is determined (step S62), and when it is determined that the memory is being refreshed, the refresh operation of the memory mat is stopped and the memory access based on the external address is prioritized (step S63). For the memory mat for which the refresh operation has been stopped, the next memory access is performed in the non-volatile operation mode.

【0011】また、メモリアクセスのために外部から与
えられたアドレスに対応する記憶領域がリフレッシュ動
作中である場合に、その記憶領域のリフレッシュ動作を
中止してメモリアクセスを優先する第1制御手段(18
5)と、上記第1手段によってリフレッシュ動作が中止
された記憶領域の識別情報を記憶可能な記憶手段(19
3)と、上記記憶手段の記憶情報に基づいて、上記リフ
レッシュ中止にかかる記憶領域に対する次回のメモリア
クセスを不揮発性動作モードで行うための第2制御手段
(191,192)とを含んで半導体記憶装置を構成す
る。
Also, when the memory area corresponding to the address given from the outside for memory access is undergoing the refresh operation, the refresh operation of the memory area is stopped and the memory access is prioritized. 18
5) and storage means (19) capable of storing the identification information of the storage area in which the refresh operation has been stopped by the first means.
And 3) and second control means (191, 192) for performing the next memory access to the storage area for which the refresh is stopped in the non-volatile operation mode based on the storage information of the storage means. Configure the device.

【0012】さらに、上記半導体記憶装置と、それをア
クセス可能な中央処理装置とを含んで、データ処理装置
を形成することができる。
Further, a data processing device can be formed by including the semiconductor memory device and a central processing unit that can access the semiconductor memory device.

【0013】シャドーRAMにおいて、キャパシタの電
荷蓄積による情報と、分極特性を利用した情報とが、動
作時において常に一致しているような動作方式を用いる
と、ダイナミック動作モードにおいてリフレッシュを行
わない領域は、キャパシタの電荷蓄積による情報は破壊
されてしまうが、分極特性を利用した記憶情報は破壊さ
れてはいない。そこで、リフレッシュ動作と外部からの
メモリアクセスが競合した場合にリフレッシュ動作を中
止して外部からのメモリアクセスを優先することによっ
て、リフレッシュ時間を見かけ上、ゼロにする。このこ
とが、リフレッシュ時間の短縮化を達成する。リフレッ
シュ中止にかかる記憶領域の記憶情報は、分極特性を利
用した不揮発性動作モードで読出される。
In the shadow RAM, if the operation method in which the information due to the charge storage of the capacitor and the information utilizing the polarization characteristic always match at the time of operation, the area where refresh is not performed in the dynamic operation mode is Information stored due to charge accumulation in the capacitor is destroyed, but stored information using polarization characteristics is not destroyed. Therefore, when the refresh operation conflicts with the external memory access, the refresh operation is stopped and the external memory access is prioritized, so that the refresh time is apparently set to zero. This achieves a shorter refresh time. The stored information in the storage area related to the suspension of refresh is read in the non-volatile operation mode using the polarization characteristic.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】図2には本発明にかかるデータ処
理装置の一実施形態であるコンピュータシステムが示さ
れる。
FIG. 2 shows a computer system which is an embodiment of a data processing device according to the present invention.

【0015】図2に示されるコンピュータシステムは、
特に制限されないが、システムバスBUSを介して、C
PU(中央処理装置)31、シャドーRAM(ランダム
・アクセス・メモリ)33、ROM(リード・オンリ・
メモリ)34、周辺装置制御部35、表示系36など
が、互いに信号のやり取り可能に結合され、予め定めら
れたプログラムに従って所定のデータ処理を行うことが
できる。上記CPU31は、本システムの論理的中核と
され、主として、アドレス指定、情報の読み出しと書き
込み、データの演算、命令のシーケンス、割り込の受付
け、記憶装置と入出力装置との情報交換の起動等の機能
を有し、演算制御部や、バス制御部、メモリアクセス制
御部などから構成される。上記シャドーRAM33、及
びROM34は内部記憶装置として位置付けられてい
る。ROM34には、各種プログラムやデータが記憶さ
れる。シャドーRAM33には、CPU31での計算や
制御に必要なプログラムやデータがロードされる。周辺
装置制御部35によって、記憶装置38の動作制御や、
キーボード39などからの情報入力制御が行われる。記
憶装置38には、ハードディスク装置等の補助記憶装置
が適用される。
The computer system shown in FIG.
Although not particularly limited, C via the system bus BUS
PU (Central Processing Unit) 31, Shadow RAM (Random Access Memory) 33, ROM (Read Only)
The memory) 34, the peripheral device control unit 35, the display system 36, and the like are coupled so that signals can be exchanged with each other, and predetermined data processing can be performed according to a predetermined program. The CPU 31 is a logical core of the present system, and mainly includes address designation, reading and writing of information, data operation, sequence of instructions, acceptance of interrupts, activation of information exchange between a storage device and an input / output device, and the like. And has an arithmetic control unit, a bus control unit, a memory access control unit, and the like. The shadow RAM 33 and the ROM 34 are positioned as an internal storage device. Various programs and data are stored in the ROM 34. The shadow RAM 33 is loaded with programs and data required for calculation and control by the CPU 31. The peripheral device control unit 35 controls the operation of the storage device 38,
Information input control from the keyboard 39 or the like is performed. As the storage device 38, an auxiliary storage device such as a hard disk device is applied.

【0016】図1には上記シャドーRAM33の構成例
が示される。
FIG. 1 shows a configuration example of the shadow RAM 33.

【0017】図1に示されるシャドーRAM33は、特
に制限されないが、公知の半導体集積回路製造技術によ
り、単結晶シリコン基板などの一つの半導体基板に形成
される。
Although not particularly limited, the shadow RAM 33 shown in FIG. 1 is formed on one semiconductor substrate such as a single crystal silicon substrate by a known semiconductor integrated circuit manufacturing technique.

【0018】9−1〜9−nで示されるのはメモリセル
アレイであり、マット分割された状態で模式的に示され
ている。このマット分割されたものをメモリマットと称
する。メモリマット9−1〜9−nは、それぞれ複数の
メモリセルがアレイ状に配列されて成る。メモリセル
は、特に制限されないが、PZTなどの強誘電体薄膜に
よって形成され、そのため、強誘電体の分極特性を利用
して不揮発性動作モードと、強誘電体によって形成され
たキャパシタの電荷蓄積機能を利用したダイナミック動
作モードが実現される。メモリマット9−1〜9−nに
対応してそれぞれロウデコーダ(XD)12−1〜12
−nが配置され、それぞれワード線を選択レベルに駆動
するための信号が生成される。また、メモリマット9−
1〜9−nに対応してセンスアンプ群8−1〜8−nが
配置され、対応するメモリマットから出力された微小信
号(メモリセルデータ)が増幅されるようになってい
る。さらに、入出力回路(I/O)10が設けられ、上
記センスアンプ8−1〜8−nで増幅された信号の外部
出力(Do)、及び書込みデータとして外部から与えら
れた入力データDiの取込みが行われるようになってい
る。入出力回路10は複数のビット線を選択的にコモン
データ線に結合させるためのカラム選択回路を含み、こ
のカラム選択回路は、カラムデコーダ(YD)11によ
って生成されるカラム選択信号によって制御される。
Reference numerals 9-1 to 9-n denote memory cell arrays, which are schematically shown in a mat-divided state. The divided mat is called a memory mat. Each of the memory mats 9-1 to 9-n has a plurality of memory cells arranged in an array. Although the memory cell is not particularly limited, it is formed of a ferroelectric thin film such as PZT. Therefore, the polarization characteristic of the ferroelectric is used to make a non-volatile operation mode and a charge storage function of a capacitor formed of the ferroelectric. A dynamic operation mode utilizing is realized. Row decoders (XD) 12-1 to 12 corresponding to the memory mats 9-1 to 9-n, respectively.
-N are arranged, and a signal for driving the word line to the selection level is generated. Also, the memory mat 9-
Sense amplifier groups 8-1 to 8-n are arranged corresponding to 1 to 9-n so that minute signals (memory cell data) output from the corresponding memory mats are amplified. Further, an input / output circuit (I / O) 10 is provided, and an external output (Do) of the signal amplified by the sense amplifiers 8-1 to 8-n and an input data Di externally given as write data are provided. It is designed to be imported. The input / output circuit 10 includes a column selection circuit for selectively coupling a plurality of bit lines to a common data line, and this column selection circuit is controlled by a column selection signal generated by a column decoder (YD) 11. .

【0019】外部からのメモリアクセスのために取込ま
れるクロック信号として、ロウアドレスの有効性を示す
ロウアドレスストローブ信号RAS*(この明細書にお
いて*印はロウアクティブ又は信号反転を示す)、及び
カラムアドレスの有効性を示すカラムアドレスストロー
ブ信号CAS*などがあり、それらがタイミング制御回
路13に入力されるようになっている。タイミング制御
回路13では、ロウアドレスストローブ信号RAS*、
カラムアドレスストローブ信号CAS*の入力に基づい
て、各部の動作制御信号を生成する。
As a clock signal fetched for external memory access, a row address strobe signal RAS * (in this specification, * indicates row active or signal inversion) indicating the validity of a row address, and a column There is a column address strobe signal CAS * or the like indicating the validity of the address, and these are input to the timing control circuit 13. In the timing control circuit 13, the row address strobe signal RAS *,
Based on the input of the column address strobe signal CAS *, an operation control signal for each unit is generated.

【0020】外部からのメモリアクセスのためのアドレ
スADRは、ラッチ回路15にラッチされるようになっ
ている。アドレスADRの取込みはアドレスマルチ方式
とされ、ロウアドレスストローブ信号RAS*がローレ
ベルにアサートされた期間において入力されたアドレス
ADDがロウアドレスとしてラッチ回路15にラッチさ
れ、また、カラムアドレスストローブ信号CAS*がロ
ーレベルにアサートされた期間において入力されたアド
レスADRがカラムアドレスとしてラッチ回路16にラ
ッチされるようになっている。ラッチ回路15にラッチ
されたロウアドレスは、後段に配置されたプリデコーダ
17でプリデコードされ、そのデコード出力信号が上記
ロウデコーダ12−1〜12−nに伝達される。一方、
ラッチ回路16にラッチされたカラムアドレスは、上記
カラムデコーダ11に伝達される。
The address ADR for external memory access is latched by the latch circuit 15. The address ADR is taken in by the address multi method, the address ADD input during the period when the row address strobe signal RAS * is asserted to the low level is latched as a row address in the latch circuit 15, and the column address strobe signal CAS * is also used. The address ADR input during the period when is asserted to the low level is latched by the latch circuit 16 as a column address. The row address latched by the latch circuit 15 is predecoded by the predecoder 17 arranged in the subsequent stage, and the decoded output signal is transmitted to the row decoders 12-1 to 12-n. on the other hand,
The column address latched by the latch circuit 16 is transmitted to the column decoder 11.

【0021】さらに、上記メモリマット9−1〜9−n
のダイナミック動作モードにおいて、上記メモリマット
9−1〜9−nをマット単位にリフレッシュするために
オートリフレッシュ制御部18が設けられている。この
オートリフレッシュ制御部18は、上記メモリマット9
−1〜9−nのリフレッシュのためのリフレッシュアド
レスを内部で生成することによって、外部からのリフレ
ッシュサイクル起動指示などを受けることなく、所定の
時間間隔で自動的にリフレッシュサイクルを起動する。
オートリフレッシュ制御部18において発生されたリフ
レッシュアドレスは内部でプリデコードされてから上記
ロウアドレスデコーダ12−1〜12−nに伝達される
ようになっている。そして、モード制御部19は、選択
されたメモリマットがダイナミック動作モードである
か、不揮発性動作モードであるかを判定して各部の動作
を制御する。
Further, the memory mats 9-1 to 9-n are provided.
In the dynamic operation mode, the auto-refresh controller 18 is provided to refresh the memory mats 9-1 to 9-n in units of mats. The auto-refresh control unit 18 uses the memory mat 9
By internally generating a refresh address for refreshing -1 to 9-n, the refresh cycle is automatically activated at a predetermined time interval without receiving an instruction to activate the refresh cycle from the outside.
The refresh address generated in the auto-refresh controller 18 is predecoded internally and then transmitted to the row address decoders 12-1 to 12-n. Then, the mode control unit 19 determines whether the selected memory mat is in the dynamic operation mode or the nonvolatile operation mode and controls the operation of each unit.

【0022】次に、各部の詳細な構成について説明す
る。
Next, the detailed structure of each part will be described.

【0023】上記オートリフレッシュ制御部18は、時
間計測のためのタイマ181と、このタイマ181の制
御によりリフレッシュクロック(単にクロックという)
CLKを生成するクロック発生回路182と、リフレッ
シュアドレスを順次生成すためのリフレッシュカウンタ
182と、上記クロック発生回路182の出力クロック
に基づいてリフレッシュカウンタ183の出力アドレス
をラッチするためのラッチ回路184と、このラッチ回
路184の出力アドレスをプリデコードするためのプリ
デコーダ186と、外部からのメモリアクセスのために
入力されたアドレスADRに対応するメモリマットが、
現在リフレッシュ中であるか否かを判定するためのリフ
レッシュ判定回路185とを含む。このプリデコーダ1
86の出力信号は上記ロウデコーダ12−1〜12−n
に伝達される。上記リフレッシュ判定回路185の判定
のために、ラッチ回路15からの出力アドレスと、ラッ
チ回路184からの出力アドレスとが入力され、入力ア
ドレスの比較により、外部からのメモリアクセスのため
に入力されたアドレスADRに対応するメモリマット
が、現在リフレッシュ中であるか否かの判定が行われ、
その判定結果が上記クロック発生回路182及びタイミ
ング制御回路13へ伝達されるようになっている。具体
的には、外部からのメモリアクセスのために入力された
アドレスADRに対応するメモリマットが現在リフレッ
シュ中であると判断された場合には、クロック発生回路
182に対してクロック発生停止が指示される。この指
示に従ってクロック発生が停止されることによりラッチ
回路184では、リフレッシュカウンタ183の出力ア
ドレスのラッチは行われなくなる。また、タイミング制
御回路13においては、上記モード制御回路191から
の指示に従ってメモリマットに対するリード又はライト
動作を円滑に行うためのタイミング制御が行われる。例
えば、モード制御回路191からの指示に基づいて、タ
イミング制御回路13は、リフレッシュ動作のためのワ
ード線立上げタイミングや、プリチャージレベル、プリ
チャージタイミング、センスアンプの動作タイミング制
御を行う。動作モード毎の各部の動作タイミングについ
ては後に詳述する。
The auto-refresh control section 18 has a timer 181 for measuring time, and a refresh clock (simply called a clock) under the control of the timer 181.
A clock generation circuit 182 for generating CLK, a refresh counter 182 for sequentially generating refresh addresses, a latch circuit 184 for latching an output address of the refresh counter 183 based on an output clock of the clock generation circuit 182, A predecoder 186 for predecoding the output address of the latch circuit 184 and a memory mat corresponding to the address ADR input for external memory access are provided.
And a refresh determination circuit 185 for determining whether or not refresh is currently being performed. This predecoder 1
The output signal of 86 is the row decoders 12-1 to 12-n.
Is transmitted to The output address from the latch circuit 15 and the output address from the latch circuit 184 are input for the determination of the refresh determination circuit 185, and the addresses input for memory access from the outside by comparing the input addresses. It is determined whether the memory mat corresponding to ADR is currently being refreshed,
The determination result is transmitted to the clock generation circuit 182 and the timing control circuit 13. Specifically, when it is determined that the memory mat corresponding to the address ADR input for external memory access is currently being refreshed, the clock generation circuit 182 is instructed to stop clock generation. It By stopping the clock generation in accordance with this instruction, the latch circuit 184 does not latch the output address of the refresh counter 183. Further, the timing control circuit 13 performs timing control for smoothly performing a read or write operation on the memory mat in accordance with an instruction from the mode control circuit 191. For example, based on an instruction from the mode control circuit 191, the timing control circuit 13 controls the word line rise timing for the refresh operation, the precharge level, the precharge timing, and the operation timing control of the sense amplifier. The operation timing of each unit for each operation mode will be described in detail later.

【0024】モード制御部19は、特に制限されない
が、メモリマット9−1〜9−n毎にダイナミック動作
モードか不揮発性動作モードかの識別情報を記憶するた
めのレジスタ193と、このレジスタ193の記憶情報
を参照することによりメモリマットのモード判定を行う
ためのモード判定回路192と、このモード判定回路1
92の判定結果に基づいて、クロック発生回路182
や、タイミング制御回路13に各モード毎に適切な動作
制御を指示するためのモード制御回路191とを含む。
ダイナミック動作モードであるか、不揮発性動作モード
であるかの判別がマット単位で行われるとき、レジスタ
19は、メモリセルアレイにおける全マット分の動作モ
ードの識別情報を記憶するのに必要な記憶容量を備え
る。特に制限されないが、動作モード識別情報はフラグ
とすることができる。すなわち、メモリマットに対応す
るフラグビットが論理値“1”となっているか、論理値
“0”となっているかによって、上記モード判定回路1
92での動作モードの判定が可能とされる。また、その
ような動作モード判定回路192により、メモリマット
がダイナミック動作モードであると判定された場合に
は、モード制御回路191の制御により、クロック発生
回路182でのクロックCLKの発生が許容され、その
結果、リフレッシュカウンタ183の出力アドレスがラ
ッチ回路184にラッチされることで、リフレッシュア
ドレスの出力が可能とされる。それに対して、不揮発性
動作モードであると判定された場合にはリフレッシュは
不要であるから、クロック発生回路182でのクロック
CLKの発生が停止されることによりラッチ回路184
でのアドレスラッチは行われないようになっている。ま
た、モード制御回路191は、タイミング制御回路13
に対して、動作モードに応じた動作タイミングの指示を
行う。
The mode control unit 19 is not particularly limited, but a register 193 for storing identification information of the dynamic operation mode or the nonvolatile operation mode for each of the memory mats 9-1 to 9-n, and the register 193. A mode determination circuit 192 for determining the mode of the memory mat by referring to the stored information, and this mode determination circuit 1
Based on the determination result of 92, the clock generation circuit 182
And a mode control circuit 191 for instructing the timing control circuit 13 to perform appropriate operation control for each mode.
When it is determined in the mat unit whether the operation mode is the dynamic operation mode or the non-volatile operation mode, the register 19 has a storage capacity necessary to store the identification information of the operation modes of all the mats in the memory cell array. Prepare Although not particularly limited, the operation mode identification information may be a flag. That is, depending on whether the flag bit corresponding to the memory mat has the logical value "1" or the logical value "0", the mode determination circuit 1
It is possible to determine the operation mode in 92. Further, when the operation mode determination circuit 192 determines that the memory mat is in the dynamic operation mode, the generation of the clock CLK in the clock generation circuit 182 is permitted by the control of the mode control circuit 191. As a result, the output address of the refresh counter 183 is latched by the latch circuit 184, so that the refresh address can be output. On the other hand, when it is determined that the operation mode is the non-volatile operation mode, refresh is not necessary, so that the generation of the clock CLK in the clock generation circuit 182 is stopped and the latch circuit 184 is stopped.
Address latch is not performed. In addition, the mode control circuit 191 includes the timing control circuit 13
In response to the operation mode, the operation timing is instructed.

【0025】図3にはメモリマット9−1〜9−nを含
むメモリセルアレイの構成例がそれの周辺回路との関係
で示される。
FIG. 3 shows a configuration example of a memory cell array including the memory mats 9-1 to 9-n in relation to its peripheral circuits.

【0026】メモリマットは、図3において代表的に示
されるように複数のワード線WL0〜WL2と、それに
交差するように配置された複数の相補ビット線BLT
0,BLB0、BLT1,BLB1,BLT2,BLB
2と、ワード線とビット線の交差する箇所に配置された
メモリセルMCとを含む。全てのメモリセルMCは同一
構成とされるため、そのうちの一つについて詳述する。
メモリセルMCは、特に制限されないが、PZTなどの
強誘電体薄膜によって形成されたキャパシタ131と、
それに結合されたnチャンネル型MOSトランジスタ1
32とから成る。キャパシタ131の他方の電極は、プ
レート電極と称され、このプレート電極にはプレート電
位VPLが印加されるようになっている。プレート電位
VPLは、特に制限されないが、高電位側電源Vccの
半分の電圧レベルすなわち、Vcc/2レベルとされ
る。また、シェアード構成が採用され、メモリマット周
辺回路であるセンスアンプSAC、プリチャージ回路P
CC,カラムスイッチ回路CSWが、それらを挟むよう
に配置されたメモリマット間で共有されるようになって
いる。すなわち、ビット線BLT0,BLB0、BLT
1,BLB1,BLT2,BLB2に対応して複数のn
チャンネル型MOSトランジスタ(シェアードMOSと
称する)35,36が配置されており、このシェアード
MOS135,136によって、メモリマットの選択が
行われる。例えば、非選択状態では、シェアード制御信
号SHR,SHLは共にハイレベルとされ、複数のシェ
アードMOS135,136がオン状態とされるが、メ
モリマット選択が行われた場合には、非選択マット側の
シェアードMOSがオフ状態とされる。つまり、図3に
示されるワード線WL0,WL1,WL2を含むメモリ
マットが選択される場合には、シェアード制御信号SH
Lがローレベルに移行されて複数のシェアードMOS1
36がオフ状態とされ、図3では省略されているが、複
数のシェアードMOS136の右側に配置されるメモリ
マットが電気的に切放されるようになっている。
The memory mat includes a plurality of word lines WL0 to WL2 and a plurality of complementary bit lines BLT arranged so as to intersect the word lines, as shown in FIG.
0, BLB0, BLT1, BLB1, BLT2, BLB
2 and a memory cell MC arranged at the intersection of the word line and the bit line. Since all memory cells MC have the same configuration, one of them will be described in detail.
The memory cell MC is not particularly limited, but includes a capacitor 131 formed of a ferroelectric thin film such as PZT,
N-channel MOS transistor 1 coupled to it
32 and 32. The other electrode of the capacitor 131 is called a plate electrode, and the plate potential VPL is applied to this plate electrode. The plate potential VPL is not particularly limited, but is set to a voltage level which is half that of the high potential side power supply Vcc, that is, Vcc / 2 level. Further, the shared configuration is adopted, and the sense amplifier SAC and the precharge circuit P which are the memory mat peripheral circuits are adopted.
The CC and the column switch circuit CSW are shared by the memory mats arranged so as to sandwich them. That is, the bit lines BLT0, BLB0, BLT
1, n BLB1, BLT2, BLB2
Channel type MOS transistors (referred to as shared MOSs) 35 and 36 are arranged, and the shared MOSs 135 and 136 select a memory mat. For example, in the non-selected state, the shared control signals SHR and SHL are both set to the high level and the plurality of shared MOSs 135 and 136 are turned on. However, when the memory mat is selected, the non-selected mat side The shared MOS is turned off. That is, when the memory mat including the word lines WL0, WL1 and WL2 shown in FIG. 3 is selected, the shared control signal SH
L is shifted to the low level and a plurality of shared MOS1
Although not shown in FIG. 3, the memory mat arranged on the right side of the plurality of shared MOSs 136 is electrically cut off, although not shown in FIG.

【0027】図4には上記センスアンプSAC、プリチ
ャージ回路PCC,カラムスイッチ回路CSWの構成例
が示される。
FIG. 4 shows a configuration example of the sense amplifier SAC, the precharge circuit PCC, and the column switch circuit CSW.

【0028】複数のセンスアンプSAC、プリチャージ
回路PCC,カラムスイッチ回路CSWはそれぞれ互い
に同一構成とされ、複数個の単位回路によって形成され
る。ここでは、代表的に相補ビット線BLT0,BLB
0に対応するものについて詳細に説明する。
The plurality of sense amplifiers SAC, the precharge circuit PCC, and the column switch circuit CSW have the same structure, and are formed by a plurality of unit circuits. Here, the complementary bit lines BLT0 and BLB are typically used.
Those corresponding to 0 will be described in detail.

【0029】センスアンプSACは、特に制限されない
が、nチャンネル型MOSトランジスタQ11,Q1
2、及びpチャンネル型MOSトランジスタQ13,Q
14が結合されて成るフリップフロップとされる。MO
SトランジスタQ11,Q12の直列接続ノードにはセ
ンスアンプ起動信号SNが入力され、MOSトランジス
タQ13,Q14の直列接続ノードにはセンスアンプ起
動信号SPが入力されるようになっている。センスアン
プ起動信号SNがハイレベル、センスアンプ起動信号S
Pがローレベルになったとき、このセンスアンプSAC
は動作状態とされ、そのとき、相補ビット線BLT0,
BLB0間の微小信号が、高電位側電源Vccレベル、
及び低電位側電源Vssレベルにまで増幅される。
The sense amplifier SAC is not particularly limited, but n-channel type MOS transistors Q11 and Q1 are used.
2, and p-channel type MOS transistors Q13, Q
A flip-flop is formed by connecting 14 together. MO
The sense amplifier activation signal SN is input to the series connection node of the S transistors Q11 and Q12, and the sense amplifier activation signal SP is input to the series connection node of the MOS transistors Q13 and Q14. Sense amplifier start signal SN is high level, sense amplifier start signal S
When P becomes low level, this sense amplifier SAC
Is activated, at which time the complementary bit lines BLT0,
The small signal between BLB0 is the high-potential-side power supply Vcc level,
And is amplified to the low-potential-side power supply Vss level.

【0030】プリチャージ回路PCCは、相補ビット線
BLT0,BLB0間を短絡するように接続されたnチ
ャンネル型MOSトランジスタQ15、及びnチャンネ
ル型MOSトランジスタQ16,Q17とから成る。n
チャンネル型MOSトランジスタQ16,Q17は直列
接続され、その直列接続箇所にプリチャージ電圧VPC
が印加されるようになっている。また、nチャンネル型
MOSトランジスタQ15,Q16,Q17のゲート電
極にはプリチャージ制御信号PCが入力されるようにな
っている。このプリチャージ制御信号PCがハイレベル
にアサートされたとき、相補ビット線BLT0,BLB
0のプリチャージが行われる。プリチャージ電圧VPC
は、ダイナミック動作モード時のアクセスにおいては、
Vcc/2レベルとされるが、不揮発性動作モードにお
いては、その動作のためにワード選択直前で一時的に低
電位側電源Vssレベルとされる。
The precharge circuit PCC comprises an n-channel type MOS transistor Q15 and n-channel type MOS transistors Q16, Q17 which are connected so as to short-circuit the complementary bit lines BLT0, BLB0. n
The channel type MOS transistors Q16 and Q17 are connected in series, and the precharge voltage VPC is connected to the series connection point.
Is applied. Further, the precharge control signal PC is input to the gate electrodes of the n-channel type MOS transistors Q15, Q16 and Q17. When the precharge control signal PC is asserted to the high level, the complementary bit lines BLT0, BLB
0 precharge is performed. Precharge voltage VPC
When accessing in the dynamic operation mode,
It is set to Vcc / 2 level, but in the non-volatile operation mode, it is temporarily set to the low potential side power supply Vss level immediately before word selection for its operation.

【0031】カラムスイッチ回路CSWはnチャンネル
型MOSトランジスタQ18,Q19が結合されて成
る。このnチャンネル型MOSトランジスタQ18,Q
19のゲート電極には、図1に示されるカラムデコーダ
11においてカラムアドレスをデコードして得たカラム
選択信号YS0が入力されるようなっており、カラム選
択信号YS0がハイレベルの状態で、nチャンネル型M
OSトランジスタQ18,Q19がオンされて、相補ビ
ット線BLT0,BLB0の信号が相補コモン線CI0
T,CI0Bに伝達される。
The column switch circuit CSW is composed of n-channel type MOS transistors Q18 and Q19 coupled to each other. This n-channel type MOS transistor Q18, Q
A column selection signal YS0 obtained by decoding the column address in the column decoder 11 shown in FIG. 1 is input to the gate electrode 19 of the column decoder 19. When the column selection signal YS0 is at a high level, n channels are input. Type M
The OS transistors Q18 and Q19 are turned on, and the signals on the complementary bit lines BLT0 and BLB0 change to the complementary common line CI0.
It is transmitted to T, CI0B.

【0032】次に、図5に示されるフローチャートに従
って、オートリフレッシュ動作シーケンスについて説明
する。
Next, the auto-refresh operation sequence will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

【0033】図1に示されるタイマ181から所定の周
期でトリガ信号が発生され、それがクロック発生回路1
82に入力されることにより、このクロック発生回路1
82からクロックCLKが発生され(ステップS5
1)、リフレッシュカウンタ183の出力信号がラッチ
回路184にラッチされる(ステップS52)。する
と、モード判定回路192により、上記ラッチ回路18
4にラッチされたアドレスに対応するメモリマットが現
在ダイナミック動作モードになっているか否かの判定
が、レジスタ193の動作もモード識別情報を参照する
ことによって行われる(ステップS53)。この判定に
おいて、ダイナミック動作モードである(YES)と判
定された場合には、モード制御回路191の制御によ
り、クロック発生回路182でのクロック発生が許容さ
れ、また、タイミング制御回路13への指示によってリ
フレッシュ動作における各種制御信号が生成されること
でリフレッシュ動作が行われる(ステップS54)。そ
して、上記ステップS53の判別においてダイナミック
動作モードではないと判定された場合には、それは、上
記ラッチ回路184にラッチされたアドレスに対応する
メモリマットが現在不揮発性動作状態になっていること
を意味し、それについてのリフレッシュ動作は不要とさ
れるから、クロック発生回路182からのクロックCL
Kの発生が停止されることで、リフレッシュカウンタ1
83からのリフレッシュアドレスの伝達が阻止され、そ
の場合には当該メモリマットについてのリフレッシュは
行われない。このように、タイマ181から所定の周期
でトリガ信号が出力される毎に上記動作が繰返されるこ
とにより、メモリマットのオートリフレッシュが順次行
われる。このように、レジスタ193内の動作モード識
別情報に基づいてモード判定が行われ、ダイナミック動
作モードになっている場合にのみリフレッシュが行われ
るようになっているので、動作モードにかかわらず、一
律にリフレッシュ動作を行う場合に比べて、リフレッシ
ュ動作に伴う電力消費を最小限に抑えることができる。
A trigger signal is generated at a predetermined cycle from the timer 181 shown in FIG. 1, and the trigger signal is generated.
By inputting to 82, this clock generation circuit 1
The clock CLK is generated from 82 (step S5
1), the output signal of the refresh counter 183 is latched by the latch circuit 184 (step S52). Then, the mode determination circuit 192 causes the latch circuit 18 to operate.
Whether or not the memory mat corresponding to the address latched in No. 4 is currently in the dynamic operation mode is determined by also referring to the mode identification information in the operation of the register 193 (step S53). When it is determined in this determination that the operation mode is the dynamic operation mode (YES), the mode control circuit 191 controls the clock generation circuit 182 to permit clock generation, and the timing control circuit 13 receives an instruction. The refresh operation is performed by generating various control signals in the refresh operation (step S54). When it is determined in the determination of step S53 that the dynamic operation mode is not set, it means that the memory mat corresponding to the address latched by the latch circuit 184 is currently in the nonvolatile operation state. However, since the refresh operation for that is unnecessary, the clock CL from the clock generation circuit 182 is generated.
When the generation of K is stopped, the refresh counter 1
Transmission of the refresh address from 83 is blocked, and in that case, the refresh of the memory mat is not performed. In this way, the above operation is repeated each time the trigger signal is output from the timer 181 at a predetermined cycle, whereby the memory mats are automatically refreshed. As described above, the mode determination is performed based on the operation mode identification information in the register 193, and the refresh is performed only when the dynamic operation mode is set. Therefore, regardless of the operation mode, it is uniform. As compared with the case where the refresh operation is performed, the power consumption accompanying the refresh operation can be minimized.

【0034】次に、外部からのアドレス入力によるメモ
リアクセスと上記リフレッシュ動作とが競合する場合に
ついて、図6のフローチャートに基づいて説明する。
Next, the case where the memory access by the address input from the outside and the refresh operation conflict with each other will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0035】外部からアドレスADRが入力され(ステ
ップS61)、タイミング制御回路13の制御によりラ
ッチ回路15に上記入力アドレスADRがラッチされる
と、リフレッシュ判定回路185において、上記入力ア
ドレスADRに対応するメモリマット(選択マット)が
現在リフレッシュ中か否かの判定が行われる(ステップ
S62)。この判定において、選択マットがリフレッシ
ュ中である(YES)と判断された場合には、クロック
発生回路182におけるクロックCLKの発生が停止さ
れることで、そのメモリマットのついてのリフレッシュ
動作が直ちに中止され、そして、モード判定回路192
によってレジスタ193の書換えが行われる(ステップ
S63)。このレジスタ書換えは、それまでのダイナミ
ック動作モードから不揮発性動作モードに移行したこと
の識別情報である。例えば、レジスタ193のフラグビ
ットが論理値“1”となっている場合をダイナミック動
作モード、論理値“0”になっている場合を不揮発性動
作モードとした場合に、上記ステップS63のレジスタ
書換えでは、上記リフレッシュが中止されたメモリマッ
トにおける全てのワードに対応するフラグビットが、論
理値“1”から論理値“0”に書換えられる。そして、
今度はその選択マットが不揮発性動作モードか否かの判
別が行われる(ステップS66)。この判別は、レジス
タ193内の動作モード識別情報を参照してモード判定
回路192によって行われる。
When the address ADR is input from the outside (step S61) and the input address ADR is latched by the latch circuit 15 under the control of the timing control circuit 13, the refresh decision circuit 185 causes the memory corresponding to the input address ADR. It is determined whether the mat (selected mat) is currently being refreshed (step S62). In this determination, if it is determined that the selected mat is being refreshed (YES), the generation of the clock CLK in the clock generation circuit 182 is stopped, so that the refresh operation for the memory mat is immediately stopped. , And the mode determination circuit 192
Thus, the register 193 is rewritten (step S63). This register rewriting is identification information indicating that the dynamic operation mode has been changed to the nonvolatile operation mode. For example, when the flag bit of the register 193 has a logical value "1" as the dynamic operation mode and the logical value "0" as a non-volatile operation mode, the register rewriting in step S63 is , The flag bits corresponding to all the words in the memory mat in which the refresh is stopped are rewritten from the logical value "1" to the logical value "0". And
This time, it is determined whether or not the selected mat is in the non-volatile operation mode (step S66). This determination is performed by the mode determination circuit 192 with reference to the operation mode identification information in the register 193.

【0036】上記ステップS62の判別において選択マ
ットはリフレッシュ中ではない(NO)と判断された場
合には、現在のリフレッシュ動作を中止することなく、
上記ステップS64の判別に移行される。上記ステップ
S64の判別において、選択マットが不揮発性動作モー
ドではない(NO)と判断された場合には、ダイナミッ
ク動作モード対応のメモリアクセスが行われる(ステッ
プS66)。
If it is determined in the above step S62 that the selected mat is not being refreshed (NO), the current refresh operation is not stopped and
The process moves to the determination in step S64. When it is determined that the selected mat is not in the non-volatile operation mode (NO) in the determination in step S64, the memory access corresponding to the dynamic operation mode is performed (step S66).

【0037】上記ステップS64の判別において不揮発
性動作モードである(YES)と判断された場合には、
不揮発性動作モード対応のメモリアクセスが行われ(ス
テップS65)、レジスタ193の書換えが行われる。
上記ステップS65の不揮発性動作モードアクセスにお
いては、外部からのアドレス指定によって選択されたメ
モリマット内の全てのワードが順次選択レベルに駆動さ
れてリコール動作(ダイナミック動作モードへの切換
え)が行われる。つまり、外部からのアドレス指定によ
って選択されたメモリマットにおける全てのワードが順
次選択レベルに駆動されることによって、メモリセルデ
ータが相補ビット線に出力されると、対応するセンスア
ンプで信号増幅が行われて、それによりメモリセルのキ
ャパシタに、その読出し情報に基づく電荷蓄積が行われ
て、不揮発性動作モードからダイナミック動作モードへ
の切換えが行われる。このとき、カラム選択によって外
部出力されるのは、外部からの入力アドレスADRに対
応するワードについてのデータのみであって、その他の
データは外部に出力されない。上記のリコール動作に対
応して、対応するメモリマットについての動作モード識
別情報の書換えがレジスタ193に対して行われる。こ
の結果、上記リコール動作に係るメモリマットについて
の次回のメモリアクセスは、モード判定回路192によ
ってレジスタ193内の動作モード識別情報が参照され
て、ダイナミック動作モードで行われることになる。
If it is determined that the operation mode is the non-volatile operation mode (YES) in the determination in step S64,
A memory access corresponding to the non-volatile operation mode is performed (step S65), and the register 193 is rewritten.
In the non-volatile operation mode access in step S65, all the words in the memory mat selected by external addressing are sequentially driven to the selection level and the recall operation (switching to the dynamic operation mode) is performed. That is, when the memory cell data is output to the complementary bit lines by sequentially driving all the words in the memory mat selected by external addressing to the selection level, the corresponding sense amplifier performs signal amplification. As a result, charge is stored in the capacitor of the memory cell based on the read information, and the nonvolatile operation mode is switched to the dynamic operation mode. At this time, only the data for the word corresponding to the externally input address ADR is externally output by the column selection, and the other data is not externally output. In response to the above recall operation, the operation mode identification information of the corresponding memory mat is rewritten in the register 193. As a result, the next memory access to the memory mat related to the recall operation is performed in the dynamic operation mode with reference to the operation mode identification information in the register 193 by the mode determination circuit 192.

【0038】図7には外部からのメモリアクセスにかか
るメモリマットがリフレッシュ中である場合の動作タイ
ミングが示される。
FIG. 7 shows the operation timing when the memory mat for external memory access is being refreshed.

【0039】上記のように入力アドレスADRに対応す
るメモリマットがリフレッシュ中である場合、リフレッ
シュ判定回路185によってリフレッシュ中止信号ST
がアサートされると、それによって、クロック発生回路
182からのクロックCLKの発生が停止され、外部か
らのメモリアクセスが優先される。つまり、ロウアドレ
スストローブ信号RAS*がローレベルにアサートされ
ている期間において、リフレッシュ中信号がハイレベル
にアサートされると、クロックCLKの発生中止され、
リフレッシュ動作にかかるワード線WLがハイレベルの
選択状態からローレベルの非選択状態に移行されること
で、リフレッシュが中止される。そして、上記入力アド
レスADRがデコードされることにより、上記入力アド
レスADRに対応するワード線WLがハイレベルの選択
状態に移行され、対応するメモリセルデータの読出しが
可能とされる。図7に示される例では、リフレッシュ動
作において相補ビット線に僅かな信号変化が生じている
が、それは、上記リフレッシュの中止により消滅され、
その後に、上記メモリアクセスにかかるワード線選択に
より、対応する相補ビット線BLT,BLBにはメモリ
セル情報が読出され、それが対応するセンスアンプによ
り高電位側電源Vccレベル、及び低電位側電源Vss
レベルにまで増幅される。
When the memory mat corresponding to the input address ADR is being refreshed as described above, the refresh decision circuit 185 causes the refresh stop signal ST to be generated.
Is asserted, the generation of the clock CLK from the clock generation circuit 182 is stopped, and the memory access from the outside is prioritized. That is, when the refreshing signal is asserted to the high level during the period when the row address strobe signal RAS * is asserted to the low level, the generation of the clock CLK is stopped,
The word line WL involved in the refresh operation shifts from the high-level selected state to the low-level non-selected state, so that the refresh is stopped. Then, by decoding the input address ADR, the word line WL corresponding to the input address ADR is shifted to the high-level selected state, and the corresponding memory cell data can be read. In the example shown in FIG. 7, a slight signal change occurs in the complementary bit line in the refresh operation, but it disappears due to the suspension of the refresh,
After that, by selecting the word line for the memory access, the memory cell information is read out to the corresponding complementary bit lines BLT and BLB, and the sense amplifier corresponding thereto reads the high potential side power supply Vcc level and the low potential side power supply Vss.
It is amplified to the level.

【0040】次に、不揮発性動作モードにおけるメモリ
アクセス、及びダイナミック動作モードにおけるメモリ
アクセスについて説明する。
Next, the memory access in the non-volatile operation mode and the memory access in the dynamic operation mode will be described.

【0041】図8には不揮発性動作モードにおけるメモ
リセルデータの読出し動作タイミングが示される。
FIG. 8 shows the read operation timing of the memory cell data in the non-volatile operation mode.

【0042】説明の便宜上、ワード線WL0と相補ビッ
ト線BLT0,BLB0との関係で説明する。
For convenience of description, the relationship between the word line WL0 and the complementary bit lines BLT0 and BLB0 will be described.

【0043】不揮発動作モードにおいては、ワード線W
Lが選択される直前にプリチャージ電圧VPCがVcc
/2レベルから低電位側電源Vssレベルにされ、プリ
チャージ制御信号PCがローレベルにネゲートされてか
らワード線WL0が選択される。つまり、ビット線BL
T0,BLB0を低電位側電源Vssレベルにプリチャ
ージし直してからワード線選択が行われてデータ読出し
が行われる。それにより、強誘電体メモリセルの分極特
性によるメモリセルデータが相補ビット線BLT0,B
LB0に出力され、その後、センスアンプ起動信号S
P,SNがアサートされてセンスアンプSACが動作さ
れることにより、相補ビット線BLT0,BLB0の微
小信号が、高電位側電源Vccレベル、低電位側電源V
ssレベルにまで増幅される。この読出し動作によっ
て、上記データ読出しにかかるメモリセルのキャパシタ
に電荷蓄積が行われるから、次回はダイナミック動作が
可能となる。
In the non-volatile operation mode, the word line W
Immediately before L is selected, the precharge voltage VPC is Vcc
The word line WL0 is selected after the / 2 level is changed to the low-potential-side power supply Vss level and the precharge control signal PC is negated to the low level. That is, the bit line BL
After precharging T0 and BLB0 to the low-potential-side power supply Vss level, word line selection is performed and data reading is performed. As a result, the memory cell data due to the polarization characteristics of the ferroelectric memory cell is transferred to the complementary bit lines BLT0, BLT0.
It is output to LB0 and then the sense amplifier start signal S
As P and SN are asserted and the sense amplifier SAC is operated, the minute signals on the complementary bit lines BLT0 and BLB0 are at the high potential side power supply Vcc level and the low potential side power supply V
It is amplified to the ss level. By this read operation, charges are accumulated in the capacitor of the memory cell for the above data read, so that the dynamic operation can be performed next time.

【0044】図9にはダイナミック動作モードにおける
メモリセルデータの読出し動作タイミングが示される。
FIG. 9 shows the read operation timing of the memory cell data in the dynamic operation mode.

【0045】ダイナミック動作モードにおけるメモリセ
ルデータの読出し動作は、基本的には通常のDRAMの
場合と同様とされる。図9に示される動作タイミングに
おいて、図8に示される不揮発性動作モードの場合と異
なるのは、プリチャージ電圧VPCがVcc/2レベル
一定であり、低電位側電源Vssレベルには変更されな
い点である。つまり、ビット線BLT0,BLB0がV
ss/2レベルにプリチャージされた状態でワード線選
択が行われてメモリセルデータの読出しが行われる。
The read operation of the memory cell data in the dynamic operation mode is basically the same as that of the normal DRAM. The operation timing shown in FIG. 9 differs from the case of the nonvolatile operation mode shown in FIG. 8 in that the precharge voltage VPC is constant at Vcc / 2 level and is not changed to the low-potential-side power supply Vss level. is there. That is, the bit lines BLT0 and BLB0 are V
With the ss / 2 level precharged, the word line is selected and the memory cell data is read.

【0046】上記実施形態によれば、以下の作用効果を
得ることができる。
According to the above embodiment, the following operational effects can be obtained.

【0047】外部からアドレスADRが入力され、タイ
ミング制御回路13の制御によりラッチ回路15に上記
入力アドレスADRがラッチされると、リフレッシュ判
定回路185において、上記入力アドレスADRに対応
するメモリマットが現在リフレッシュ中か否かの判定が
行われ、この判定において、選択マットがリフレッシュ
中であると判断された場合に、クロック発生回路182
におけるクロックCLKの発生が停止されることで、そ
のメモリマットのついてのリフレッシュ動作が中止され
て、モード判定回路192によってレジスタ193の書
換えが行われることにより、それまでのダイナミック動
作モードから不揮発性動作モードに移行したことが記録
される。そのように、外部からのメモリアクセスと、内
部クロックに基づくリフレッシュ動作とが競合した場合
に、リフレッシュ動作が中止されて外部からのメモリア
クセスが優先されることから、例えばCPU31からの
メモリアクセスを考えた場合、リフレッシュ動作による
アクセス待ち時間が無くなる。つまり、リフレッシュ動
作に費やされる時間を見かけ上、ゼロにすることがで
き、それにより、CPU31によるメモリアクセスの効
率向上を図ることができるので、データ処理時間の短縮
を図ることができる。
When the address ADR is input from the outside and the input address ADR is latched by the latch circuit 15 under the control of the timing control circuit 13, the refresh decision circuit 185 refreshes the memory mat corresponding to the input address ADR at present. If it is determined in this determination that the selected mat is being refreshed, the clock generation circuit 182 is determined.
When the generation of the clock CLK in the memory mat is stopped, the refresh operation for the memory mat is stopped, and the mode determination circuit 192 rewrites the register 193, thereby changing the dynamic operation mode up to the nonvolatile operation. The transition to the mode is recorded. In this way, when the memory access from the outside competes with the refresh operation based on the internal clock, the refresh operation is stopped and the memory access from the outside is prioritized. For example, consider the memory access from the CPU 31. In that case, the access waiting time due to the refresh operation is eliminated. That is, the time spent for the refresh operation can be apparently reduced to zero, and the efficiency of memory access by the CPU 31 can be improved, so that the data processing time can be shortened.

【0048】また、上記のようにリフレッシュ動作が中
止された場合、そのリフレッシュ中止にかかる記憶領域
であるメモリマットでは、キャパシタの電荷蓄積による
記憶情報は時間の経過により消滅されるものの、メモリ
セルが強誘電体であるがゆえに、分極による記憶情報は
消滅されないで残っているから、次回その領域がリード
アクセスされた場合に、不揮発動作モードに切換えるこ
とにより、メモリセルデータの読出しが可能となる。
Further, when the refresh operation is stopped as described above, in the memory mat which is a storage area related to the stop of the refresh, although the stored information due to the charge accumulation of the capacitor is erased over time, the memory cell is Since it is a ferroelectric substance, the stored information due to polarization remains unerased. Therefore, when the area is read-accessed next time, the memory cell data can be read by switching to the nonvolatile operation mode.

【0049】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変更可能であることは言うまでもない。
The invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments. However, it is needless to say that the present invention is not limited to the embodiments and can be variously modified without departing from the gist of the invention. No.

【0050】例えば、上記実施形態では、不揮発性動作
モード、ダイナミック動作モードの判定のための記憶領
域の管理をメモリマット単位で行うようにしたが、この
記憶領域の管理をワード線単位で行うようにしても良
い。また、シリアルアクセスでのバーストモードの場合
には所定のデータサイズ単位で管理するようにしても良
い。
For example, in the above embodiment, the management of the storage area for the determination of the non-volatile operation mode and the dynamic operation mode is performed in the memory mat unit, but the management of the storage area is performed in the word line unit. You can In the burst mode of serial access, the data may be managed in a predetermined data size unit.

【0051】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるコンピ
ュータシステムに適用した場合について説明したが、本
発明はそれに限定されるものではなく、各種データ処理
装置に広く適用することができる。
In the above description, the case where the invention made by the present inventor is mainly applied to the computer system which is the field of application which is the background of the invention has been described, but the present invention is not limited thereto and various data processings are performed. It can be widely applied to devices.

【0052】本発明は、少なくとも強誘電体薄膜による
キャパシタを含んでメモリセルが形成されることを条件
に適用することができる。
The present invention can be applied under the condition that a memory cell is formed including at least a capacitor made of a ferroelectric thin film.

【0053】[0053]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
の通りである。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0054】すなわち、外部からのメモリアクセスと、
内部クロックに基づくリフレッシュ動作とが競合した場
合に、リフレッシュ動作が中止されて外部からのメモリ
アクセスが優先されることから、例えばCPUからのメ
モリアクセスを考えた場合、リフレッシュ動作によるア
クセス待ち時間が無くなる。つまり、リフレッシュ動作
に費やされる時間を見かけ上、ゼロにすることができ、
それにより、CPUによるメモリアクセスの効率向上を
図ることができるので、データ処理時間の短縮を図るこ
とができる。
That is, memory access from the outside,
When the contention with the refresh operation based on the internal clock conflicts, the refresh operation is stopped and the memory access from the outside is prioritized. Therefore, when the memory access from the CPU is taken into consideration, the access wait time due to the refresh operation is eliminated. . In other words, apparently the time spent for refresh operation can be reduced to zero,
As a result, the efficiency of memory access by the CPU can be improved, and the data processing time can be shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態であるコンピュータシステ
ムに含まれるシャドーRAMの構成例ブロック図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram of a configuration example of a shadow RAM included in a computer system that is an embodiment of the present invention.

【図2】上記コンピュータシステムの全体的な構成例ブ
ロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating an overall configuration example of the computer system.

【図3】上記シャドーRAMに含まれるメモリマットの
構成例回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a configuration example of a memory mat included in the shadow RAM.

【図4】上記シャドーRAMに含まれるメモリマットの
周辺回路についての構成例回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of a peripheral circuit of a memory mat included in the shadow RAM.

【図5】上記シャドーRAMにおけるオートリフレッシ
ュ動作シーケンスのフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart of an auto refresh operation sequence in the shadow RAM.

【図6】上記シャドーRAMにおいて、外部からのメモ
リアクセスと内部リフレッシュ動作とが競合する場合の
動作シーケンスのフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart of an operation sequence in the shadow RAM when a memory access from the outside and an internal refresh operation conflict with each other.

【図7】上記シャドーRAMにおいて、外部からのメモ
リアクセスにかかるメモリマットがリフレッシュ中であ
る場合の動作タイミング図である。
FIG. 7 is an operation timing chart when the memory mat related to an external memory access is refreshing in the shadow RAM.

【図8】上記シャドーRAMにおいて、不揮発性動作モ
ードにおけるメモリセルデータの読出し動作タイミング
図である。
FIG. 8 is a timing chart of a memory cell data read operation in a nonvolatile operation mode in the shadow RAM.

【図9】上記シャドーRAMにおいて、ダイナミック動
作モードにおけるメモリセルデータの読出し動作タイミ
ング図である。
FIG. 9 is a timing diagram of a memory cell data read operation in a dynamic operation mode in the shadow RAM.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9−1〜9−n メモリマット 8−1〜8−n センスアンプ群 10 入出力回路 11 カラムデコーダ 12−1〜12−n ロウデコーダ 13 タイミングコントローラ 15,16,184 ラッチ回路 17,186 プリデコーダ 18 オートリフレッシュ制御部 31 CPU 33 シャドーRAM 34 ROM 35 周辺装置制御部 36 表示系 38 記憶装置 39 キーボード 181 タイマ 182 クロック発生回路 183 リフレッシュカウンタ 185 リフレッシュ判定回路 19 モード制御部 191 モード制御回路 192 モード判定回路 193 レジスタ 131 キャパシタ MC メモリセル 9-1 to 9-n memory mats 8-1 to 8-n sense amplifier group 10 input / output circuit 11 column decoder 12-1 to 12-n row decoder 13 timing controller 15, 16, 184 latch circuit 17, 186 predecoder 18 Auto Refresh Control Unit 31 CPU 33 Shadow RAM 34 ROM 35 Peripheral Device Control Unit 36 Display System 38 Storage Device 39 Keyboard 181 Timer 182 Clock Generation Circuit 183 Refresh Counter 185 Refresh Judgment Circuit 19 Mode Control Unit 191 Mode Control Circuit 192 Mode Judgment Circuit 193 register 131 capacitor MC memory cell

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永島 靖 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 長谷川 雅俊 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 鈴木 津幸 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 青木 康伸 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 成井 誠司 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yasushi Nagashima 2326 Imai, Ome City, Tokyo, Hitachi Device Development Center (72) Inventor Masatoshi Hasegawa 2326 Imai, Ome City, Tokyo Hitachi Device Development Center, Ltd. (72) Inventor Tsuyuki Suzuki 5-20-1, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo Hitsuritsu Cho-LS Engineering Co., Ltd. (72) Innovator Yasunobu Aoki 5 Sanmizuhoncho, Kodaira-shi, Tokyo Chome No. 20-1 Hiritsu Super L.S.I. Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Seiji Narui 2326 Imai, Ome City, Tokyo Hitachi Device Development Center, Hitachi Ltd.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のメモリセルが強誘電体薄膜による
キャパシタを含んで形成されて、上記強誘電体の分極特
性を利用した不揮発性動作モードと、上記キャパシタの
電荷蓄積機能を利用したダイナミック動作モードとを実
現可能な半導体記憶装置のリフレッシュ方法において、 メモリアクセスのために外部から与えられたアドレスに
対応する記憶領域がリフレッシュ動作中であるか否かを
判別するステップと、リフレッシュ中であると判断され
た場合に当該記憶領域のリフレッシュ動作を中止して、
上記外部からのアドレスに基づくメモリアクセスを優先
するステップとを有し、上記リフレッシュ動作が中止さ
れた記憶領域についての次回のメモリアクセスを不揮発
性動作モードで行うことを特徴とするリフレッシュ制御
方法。
1. A plurality of memory cells are formed including a capacitor made of a ferroelectric thin film, and a non-volatile operation mode utilizing the polarization characteristics of the ferroelectric substance and a dynamic operation utilizing the charge storage function of the capacitor. In a method of refreshing a semiconductor memory device capable of realizing a mode, a step of determining whether or not a memory area corresponding to an externally given address for memory access is in a refresh operation, If it is determined, the refresh operation of the storage area is stopped,
And a step of prioritizing a memory access based on an address from the outside, wherein the next memory access to the storage area in which the refresh operation has been stopped is performed in a non-volatile operation mode.
【請求項2】 複数のメモリマットに分割されたメモリ
セルアレイを有し、上記メモリマットを形成する複数の
メモリセルが強誘電体薄膜によるキャパシタを含んで形
成されて、上記強誘電体の分極特性を利用した不揮発性
動作モードと、上記キャパシタの電荷蓄積機能を利用し
たダイナミック動作モードとを実現可能な半導体記憶装
置のリフレッシュ方法において、 内部で生成されたリフレッシュアドレスに対応するメモ
リマットが不揮発性動作モードであるか、ダイナミック
動作モードであるかを判別するステップと、 ダイナミック動作モードであると判断された場合に、上
記リフレッシュアドレスに対応するメモリマットのリフ
レッシュ動作を行うステップと、 メモリアクセスのために外部から与えられたアドレスに
対応するメモリマットがリフレッシュ動作中であるか否
かを判別するステップと、 リフレッシュ中であると判断された場合に当該メモリマ
ットのリフレッシュ動作を中止して、上記外部からのア
ドレスに基づくメモリアクセスを優先するステップと、 を有し、上記リフレッシュ動作が中止されたメモリマッ
トについての次回のメモリアクセスを不揮発性動作モー
ドで行うことを特徴とするリフレッシュ制御方法。
2. A polarization characteristic of the ferroelectric material, comprising a memory cell array divided into a plurality of memory mats, wherein the plurality of memory cells forming the memory mat are formed to include a capacitor made of a ferroelectric thin film. In a refresh method of a semiconductor memory device capable of realizing a non-volatile operation mode utilizing the above and a dynamic operation mode utilizing the charge storage function of the above capacitor, a memory mat corresponding to a refresh address internally generated is operated in the non-volatile manner. Mode or dynamic operation mode, if the dynamic operation mode is determined, the memory mat refresh operation corresponding to the refresh address is performed, and memory access is performed. Memories corresponding to externally given addresses A step of determining whether the memory is in the refresh operation, and when it is determined that the memory is in the refresh operation, the refresh operation of the memory mat is stopped and the memory access based on the address from the outside is prioritized. A refresh control method comprising the step of: performing the next memory access for the memory mat for which the refresh operation has been stopped in a non-volatile operation mode.
【請求項3】 複数のメモリセルが強誘電体薄膜による
キャパシタを含んで形成されて、上記強誘電体の分極特
性を利用した不揮発性動作モードと、上記キャパシタの
電荷蓄積機能を利用したダイナミック動作モードとを実
現可能な半導体記憶装置において、メモリアクセスのた
めに外部から与えられたアドレスに対応する記憶領域が
リフレッシュ動作中である場合に、その記憶領域のリフ
レッシュ動作を中止してメモリアクセスを優先する第1
手段と、上記第1手段によって中止された記憶領域に対
する次回のメモリアクセスを不揮発性動作モードで行う
ための第2手段とを含むことを特徴とする半導体記憶装
置。
3. A non-volatile operation mode in which a plurality of memory cells include a capacitor made of a ferroelectric thin film, and a polarization characteristic of the ferroelectric material, and a dynamic operation in which a charge storage function of the capacitor is used. In a semiconductor memory device capable of realizing the mode, when a memory area corresponding to an address given from the outside for memory access is being refreshed, the refresh operation of the memory area is stopped and the memory access is prioritized. First to do
A semiconductor memory device comprising: means and second means for performing a next memory access to the storage area stopped by the first means in a non-volatile operation mode.
【請求項4】 複数のメモリセルが強誘電体薄膜による
キャパシタを含んで形成されて、上記強誘電体の分極特
性を利用した不揮発性動作モードと、上記キャパシタの
電荷蓄積機能を利用したダイナミック動作モードとを実
現可能な半導体記憶装置において、 メモリアクセスのために外部から与えられたアドレスに
対応する記憶領域がリフレッシュ動作中である場合に、
その記憶領域のリフレッシュ動作を中止してメモリアク
セスを優先する第1制御手段と、上記第1手段によって
リフレッシュ動作の中止された記憶領域の識別情報を記
憶可能な記憶手段と、上記記憶手段の記憶情報に基づい
て、上記リフレッシュ中止にかかる記憶領域に対する次
回のメモリアクセスを不揮発性動作モードで行うための
第2制御手段とを含むことを特徴とする半導体記憶装
置。
4. A non-volatile operation mode in which a plurality of memory cells are formed to include a capacitor made of a ferroelectric thin film, and a polarization characteristic of the ferroelectric material is used, and a dynamic operation in which a charge storage function of the capacitor is used. In a semiconductor memory device capable of realizing the mode and when a memory area corresponding to an externally given address for memory access is in a refresh operation,
First control means for prioritizing memory access by stopping the refresh operation of the storage area, storage means capable of storing identification information of the storage area for which the refresh operation has been stopped by the first means, and storage of the storage means 2. A semiconductor memory device comprising: second control means for performing the next memory access to the storage area for which the refresh is stopped based on information in a non-volatile operation mode.
【請求項5】 請求項3又は4記載の半導体記憶装置
と、それをアクセス可能な中央処理装置とを含んで成る
データ処理装置。
5. A data processing device comprising the semiconductor memory device according to claim 3 and a central processing unit capable of accessing the semiconductor memory device.
JP8057674A 1996-03-14 1996-03-14 Refresh control method, semiconductor storage device, and data processing device Withdrawn JPH09251783A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1388865A3 (en) * 2002-08-08 2004-03-31 Fujitsu Limited Semiconductor memory device and control method therefor
KR100843136B1 (en) * 2006-11-14 2008-07-02 삼성전자주식회사 Apparatus and method for controlling operation processing in non volatile memory

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