JPH1131383A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH1131383A
JPH1131383A JP9197756A JP19775697A JPH1131383A JP H1131383 A JPH1131383 A JP H1131383A JP 9197756 A JP9197756 A JP 9197756A JP 19775697 A JP19775697 A JP 19775697A JP H1131383 A JPH1131383 A JP H1131383A
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JP
Japan
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refresh
synchronous dram
address
refresh cycle
circuit
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JP9197756A
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Tetsuya Arai
鉄也 新井
Kazuhiko Kajitani
一彦 梶谷
Shuichi Miyaoka
修一 宮岡
Masatoshi Hasegawa
雅俊 長谷川
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 そのリフレッシュ周期を使用周波数に応じて
最適化しうるシンクロナスDRAM等を実現する。ま
た、シンクロナスDRAM等ならびにこれを含むメモリ
システム等の低消費電力化を図り、そのビジー率を低減
する。 【解決手段】 セルフリフレッシュモードを有しリフレ
ッシュ制御回路を具備するシンクロナスDRAM等の半
導体記憶装置において、そのリフレッシュ周期を使用周
波数に応じて選択的に切り換え得るべくその製品仕様書
に規定するとともに、シンクロナスDRAM等に、リフ
レッシュ周期を外部から選択的に切り換えるためのリフ
レッシュ周期制御信号入力端子RCC0及びRCC1を
設ける。これにより、シンクロナスDRAM等のセルフ
リフレッシュモードにおけるリフレッシュ周期をその使
用周波数に応じて選択的に切り換え、最適化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体記憶装置に
関し、例えば、シンクロナスDRAM(ダイナミック型
ランダムアクセスメモリ)ならびにその低消費電力化及
びそのビジー率の低減に利用して特に有効な技術に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】直交して配置されるワード線及び相補ビ
ット線ならびにこれらのワード線及び相補ビット線の交
点に格子状に配置されたダイナミック型メモリセルを含
むメモリアレイをその中心的構成要素とするダイナミッ
ク型RAMがある。また、このようなダイナミック型R
AMを基本に構成され所定のクロック信号に従って同期
動作するいわゆるシンクロナスDRAMがある。シンク
ロナスDRAMの記憶素子となるダイナミック型メモリ
セルは、情報蓄積キャパシタ及びアドレス選択MOSF
ET(金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ。この
明細書では、MOSFETをして絶縁ゲート型電界効果
トランジスタの総称とする)からなり、その保持データ
の論理値に応じて情報蓄積キャパシタの情報蓄積ノード
に蓄積された電荷は、半導体基板とアドレス選択MOS
FETの拡散層との間の接合部つまりジャンクションを
介して徐々にリークされる。したがって、シンクロナス
DRAMは、メモリセルの情報保持特性に応じた所定の
リフレッシュ周期で電荷リークを補うためのリフレッシ
ュ動作を必要とし、このようなリフレッシュ動作を自律
的に実行するためのリフレッシュ制御回路を備えること
が多い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体集積回路
の微細化・高集積化技術は目覚ましく、シンクロナスD
RAMの大容量化・大規模化も著しい。また、シンクロ
ナスDRAMを含むコンピュータシステム等は高性能化
・高速化の一途にあり、シンクロナスDRAMのサイク
ルタイムの高速化に対する要求も高まりつつある。この
ような中、本願発明者等は、この発明に先立って、20
0MHz(メガヘルツ)のクロック信号に従って同期動
作しうるシンクロナスDRAMを開発し、その過程で次
のような問題点に直面した。すなわち、シンクロナスD
RAMのクロック信号つまり使用周波数の高周波数化
は、そのメモリアレイを構成するメモリセルのアドレス
選択MOSFETの接合部における温度上昇を招き、こ
のような接合部の温度上昇は、上記メモリセルのジャン
クションリークを増大させ、その情報保持特性を低下さ
せる。この結果、例えばその使用周波数が100MHz
であった時点では例えば64ms(ミリ秒)程度で済ん
でいたリフレッシュ周期が、200MHzの使用周波数
では例えば32msのように短くする必要が生じてき
た。
【0004】本願発明者等がこの発明に先立って開発し
た従来のシンクロナスDRAM等において、そのリフレ
ッシュ周期は、それが動作可能とされる最大の周波数に
対応して一元的に規定され、例えばその性能に応じて使
用周波数が低くされる場合でもリフレッシュ周期は変わ
らない。言い換えるならば、シンクロナスDRAMがそ
の動作可能な最大周波数より低い周波数で使用され、あ
るいはシンクロナスDRAMの性能に応じてその使用周
波数が意図的に低くされる場合、必要以上に短い周期で
リフレッシュ動作が行われる訳であり、これによってシ
ンクロナスDRAMひいてはこれを含むメモリシステム
等の消費電力がいたずらに大きくなり、その通常アクセ
スが不能となる確率つまりビジー率が大きくなる。
【0005】この発明の目的は、そのリフレッシュ周期
を使用周波数に応じて最適化しうるシンクロナスDRA
M等の半導体記憶装置を実現することにある。この発明
の他の目的は、シンクロナスDRAM等ならびにこれを
含むメモリシステム等の低消費電力化を図り、そのビジ
ー率を低減することにある。
【0006】この発明の前記ならびにその他の目的と新
規な特徴は、この明細書の記述及び添付図面から明らか
になるであろう。
【0007】
【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、次
の通りである。すなわち、セルフリフレッシュモードを
有しリフレッシュ制御回路を具備するシンクロナスDR
AM等の半導体記憶装置において、そのリフレッシュ周
期を使用周波数に応じて選択的に切り換え得るべくその
製品仕様書に規定するとともに、シンクロナスDRAM
等に、リフレッシュ周期を外部から選択的に切り換える
ためのリフレッシュ周期制御信号入力端子を設ける。
【0008】上記した手段によれば、シンクロナスDR
AM等のセルフリフレッシュモードにおけるリフレッシ
ュ周期をその使用周波数に応じて選択的に切り換え、最
適化することができる。この結果、シンクロナスDRA
M等ならびにこれを含むメモリシステム等の低消費電力
化を図り、そのビジー率を低減できる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1には、この発明が適用された
シンクロナスDRAM(半導体記憶装置)の一実施例の
ブロック図が示されている。同図をもとに、まずこの実
施例のシンクロナスDRAMの構成及び動作の概要につ
いて説明する。なお、図1の各ブロックを構成する回路
素子は、公知のMOSFET集積回路の製造技術によ
り、単結晶シリコンのような1個の半導体基板上に形成
される。
【0010】図1において、この実施例のシンクロナス
DRAMは、特に制限されないが、4個のバンクBNK
0〜BNK3を備え、これらのバンクのそれぞれは、そ
のレイアウト面積の大半を占めて配置されるメモリアレ
イMARYと、直接周辺回路となるロウアドレスデコー
ダRD,センスアンプSA,カラムアドレスデコーダC
DならびにライトアンプWA及びメインアンプMAを備
える。
【0011】バンクBNK0〜BNK3を構成するメモ
リアレイMARYは、図の垂直方向に平行して配置され
る所定数のワード線と、水平方向に平行して配置される
所定組の相補ビット線とをそれぞれ含む。これらのワー
ド線及び相補ビット線の交点には、情報蓄積キャパシタ
及びアドレス選択MOSFETからなる多数のダイナミ
ック型メモリセルがそれぞれ格子状に配置される。な
お、メモリアレイMARYの具体的構成及び動作につい
ては、後で詳細に説明する。
【0012】バンクBNK0〜BNK3のメモリアレイ
MARYを構成するワード線は、その下方においてロウ
アドレスデコーダRDに結合され、択一的に選択状態と
される。各バンクのロウアドレスデコーダRDには、ロ
ウアドレスレジスタRAからi−1ビットの内部アドレ
ス信号X0〜Xi−2が共通に供給され、タイミング発
生回路TGから内部制御信号RGが供給される。ロウア
ドレスレジスタRAの一方の入力端子には、アドレスバ
ッファABからXアドレス信号に対応するアドレス信号
A0〜Ai−2が供給され、その他方の入力端子には、
リフレッシュ制御回路RFCからリフレッシュアドレス
信号R0〜Ri−2が供給される。ロウアドレスレジス
タRAには、さらに、タイミング発生回路TGから内部
制御信号SR及びRLが供給される。アドレスバッファ
ABには、外部のアクセス装置からアドレス入力端子A
0〜Ai−2を介してi−1ビットのXアドレス信号と
i−3ビットのYアドレス信号が時分割的に供給され、
アドレス入力端子Ai−1及びAiを介して2ビットの
バンクアドレス信号が供給される。
【0013】リフレッシュ制御回路RFCには、タイミ
ング発生回路TGから内部制御信号SR及びRCが供給
されるとともに、外部端子RCC0及びRCC1を介し
てリフレッシュ周期制御信号RCC0及びRCC1が供
給される。内部制御信号SRは、シンクロナスDRAM
が通常の動作モードとされるとき接地電位VSSのよう
なロウレベルとされ、シンクロナスDRAMがセルフリ
フレッシュモードとされるときは電源電圧VCCのよう
なハイレベルとされる。また、内部制御信号RCは、シ
ンクロナスDRAMがセルフリフレッシュモードとされ
るとき、毎回のリフレッシュ動作の終了を受けて一時的
にハイレベルとされる。
【0014】この実施例において、シンクロナスDRA
Mはセルフリフレッシュモードを有し、リフレッシュ制
御回路RFCは、予め定められた所定のリフレッシュ周
期でバンクBNK0〜BNK3のメモリアレイMARY
を構成するすべてのメモリセルに関するリフレッシュ動
作を自律的に実行する。このセルフリフレッシュモード
におけるリフレッシュ周期は、シンクロナスDRAMの
使用周波数に応じて予め設定され、シンクロナスDRA
Mの製品仕様書に規定される。特に制限されないが、セ
ルフリフレッシュモードにおけるリフレッシュ周期は、
シンクロナスDRAMの使用周波数が例えば100MH
zとされるとき、例えば64msとされる。また、シン
クロナスDRAMの使用周波数が例えば150MHzと
されるとき42msとされ、使用周波数が例えば200
MHzとされるときは32msとされる。上記リフレッ
シュ周期制御信号入力端子RCC0及びRCC1は、そ
の外側において選択的に電源電圧VCC又は接地電位V
SSに結合され、上記のようなリフレッシュ周期の切り
換えに供される。
【0015】すなわち、シンクロナスDRAMの使用周
波数つまりクロック信号CLKの周波数が比較的低い例
えば100MHzとされるとき、リフレッシュ周期制御
信号入力端子RCC0及びRCC1はともに接地電位V
SSに結合され、これを受けたリフレッシュ制御回路R
FCは、セルフリフレッシュモードにおけるリフレッシ
ュ周期を例えば比較的長い64msに設定する。また、
使用周波数が例えば150MHzとされるとき、リフレ
ッシュ周期制御信号入力端子RCC0及びRCC1はそ
れぞれ電源電圧VCC及び接地電位VSSに結合され、
リフレッシュ制御回路RFCは、セルフリフレッシュモ
ードにおけるリフレッシュ周期を例えば42msに設定
する。さらに、使用周波数がシンクロナスDRAMの動
作可能な最大周波数である例えば200MHzとされる
とき、リフレッシュ周期制御信号入力端子RCC0及び
RCC1はそれぞれ接地電位VSS及び電源電圧VCC
に結合され、リフレッシュ制御回路RFCは、リフレッ
シュ周期を最も短い例えば32msに設定する。シンク
ロナスDRAMの使用周波数とリフレッシュ周期の関係
ならびにその効果等については、後で詳細に説明する。
【0016】アドレスバッファABは、アドレス入力端
子A0〜Ai−2を介して時分割的に入力されるXアド
レス信号及びYアドレス信号と、アドレス入力端子Ai
−1及びAiを介して入力されるバンクアドレス信号と
を取り込み、ロウアドレスレジスタRA,カラムアドレ
スカウンタCC,バンクアドレスレジスタBA,データ
入出力選択回路DSならびにモードレジスタMRに伝達
する。
【0017】バンクアドレスレジスタBAは、アドレス
入力端子Ai−1及びAiからアドレスバッファABを
介して入力されるバンクアドレス信号をタイミング発生
回路TGから供給される内部制御信号BLに従って取り
込み、保持するとともに、内部バンクアドレス信号B0
及びB1としてバンク選択回路BSに伝達する。
【0018】バンク選択回路BSは、バンクアドレスレ
ジスタBAから伝達される内部バンクアドレス信号B0
及びB1をデコードして、対応するバンク選択信号BS
0〜BS3を所定のタイミングで択一的にハイレベルと
する。これらのバンク選択信号BS0〜BS3は、対応
するバンクBNK0〜BNK3にそれぞれ供給され、そ
の直接周辺回路であるロウアドレスデコーダRD,カラ
ムアドレスデコーダCD,センスアンプならびにライト
アンプWA及びメインアンプMA等を選択的に動作状態
とするための駆動選択信号として用いられる。
【0019】ロウアドレスレジスタRAは、シンクロナ
スDRAMが通常の動作モードとされ内部制御信号SR
がロウレベルとされるとき、アドレスバッファABから
伝達されるi−1ビットのXアドレス信号を内部制御信
号RLに従って取り込み、保持する。また、シンクロナ
スDRAMがセルフリフレッシュモードとされ内部制御
信号SRがハイレベルとされるときには、リフレッシュ
制御回路RFCから供給される同じビット数のリフレッ
シュアドレス信号R0〜Ri−2を内部制御信号RLに
従って取り込み、保持する。そして、これらのXアドレ
ス信号又はリフレッシュアドレス信号をもとに内部アド
レス信号X0〜Xi−2を形成し、バンクBNK0〜B
NK3のロウアドレスデコーダRDに供給する。
【0020】バンクBNK0〜BNK3のロウアドレス
デコーダRDは、内部制御信号RGがハイレベルとされ
かつ対応するバンク選択信号BS0〜BS3がハイレベ
ルとされることでそれぞれ選択的に動作状態とされ、ロ
ウアドレスレジスタRAから供給される内部アドレス信
号X0〜Xi−2をデコードして、対応するメモリアレ
イMARYの指定されたワード線を択一的に選択状態と
する。
【0021】次に、バンクBNK0〜BNK3のメモリ
アレイMARYを構成する相補ビット線は、その左方に
おいて対応するセンスアンプSAに結合される。各バン
クのセンスアンプSAには、対応するカラムアドレスデ
コーダCDから図示されないp+1ビットのビット線選
択信号YS0〜YSpがそれぞれ供給され、タイミング
発生回路TGから内部制御信号PA及びPCが共通に供
給される。また、各バンクのカラムアドレスデコーダC
Dには、カラムアドレスカウンタCCからi−3ビット
の内部アドレス信号Y0〜Yi−4が共通に供給され、
タイミング発生回路TGから内部制御信号CGが共通に
供給される。カラムアドレスカウンタCCには、アドレ
スバッファABからi−3ビットのYアドレス信号が供
給され、タイミング発生回路TGから内部制御信号CL
が供給される。
【0022】カラムアドレスカウンタCCは、図示され
ない内部制御信号CUに従って歩進動作を行うバイナリ
ーカウンタを含む。このカウンタは、アドレスバッファ
ABから供給されるYアドレス信号を内部制御信号CL
に従って取り込み、保持するとともに、これらのYアド
レス信号を初期値として内部制御信号CUに従った歩進
動作を行い、内部アドレス信号Y0〜Yi−4を順次形
成して、バンクBNK0〜BNK3のカラムアドレスデ
コーダCDに供給する。
【0023】バンクBNK0〜BNK3のカラムアドレ
スデコーダCDは、内部制御信号CGがハイレベルとさ
れかつ対応するバンク選択信号BS0〜BS3がハイレ
ベルとされることでそれぞれ選択的に動作状態とされ、
カラムアドレスカウンタCCから供給される内部アドレ
ス信号Y0〜Yi−4をデコードして、ビット線選択信
号YS0〜YSpの対応するビットを択一的にハイレベ
ルとする。
【0024】データ入出力選択回路DSは、アドレスバ
ッファABから供給されるバンクアドレス信号つまりア
ドレス信号Ai−1及びAiを内部制御信号BCに従っ
て取り込み、保持するとともに、これらのバンクアドレ
ス信号をデコードして、データ入出力回路IOに対する
データ選択信号DS0〜DS3の対応するビットを所定
のタイミングで択一的にハイレベルとする。
【0025】バンクBNK0〜BNK3のセンスアンプ
SAは、メモリアレイMARYの各相補ビット線に対応
して設けられる所定数の単位回路を含み、これらの単位
回路のそれぞれは、後述するように、Nチャンネル型の
3個のプリチャージMOSFETが直並列結合されてな
るビット線プリチャージ回路と、一対のCMOSインバ
ータが交差結合されてなる単位増幅回路と、Nチャンネ
ル型の一対のスイッチMOSFETとを含む。このう
ち、各単位回路のビット線プリチャージ回路を構成する
プリチャージMOSFETは、内部制御信号PCのハイ
レベルを受けて選択的にかつ一斉にオン状態となり、対
応するメモリアレイMARYの各相補ビット線の非反転
及び反転信号線を中間電位HVにプリチャージする。
【0026】一方、各単位回路の単位増幅回路は、内部
制御信号PAがハイレベルとされかつ対応するバンク選
択信号BS0〜BS3がハイレベルとされることで選択
的にかつ一斉に動作状態とされ、各メモリアレイMAR
Yの選択ワード線に結合される所定数のメモリセルから
対応する相補ビット線を介して出力される微小読み出し
信号をそれぞれ増幅して、所定の2値読み出し信号とす
る。
【0027】さらに、各単位回路のスイッチMOSFE
Tは、ビット線選択信号YS0〜YSpの対応するビッ
トが択一的にハイレベルとされることでk+1組ずつ選
択的にオン状態となり、メモリアレイMARYの対応す
るk+1組の相補ビット線と相補共通データ線CD0*
〜CDk*(ここで、例えば非反転共通データ線CD0
T及びCD0Bを、合わせて相補共通データ線CD0*
のように*を付して表す。また、それが有効レベルとさ
れるとき選択的にハイレベルとされるいわゆる非反転信
号等についてはその名称の末尾にTを付して表し、それ
が有効レベルとされるとき選択的にロウレベルとされる
反転信号等についてはその名称の末尾にTを付して表
す。以下同様)との間を選択的に接続状態とする。
【0028】相補共通データ線CD0*〜CDk*は、
対応するライトアンプWAの各単単位ライトアンプの出
力端子にそれぞれ結合されるとともに、対応するメイン
アンプMAの各単位メインアンプの入力端子にそれぞれ
結合される。
【0029】バンクBNK0〜BNK3のライトアンプ
WA及びメインアンプMAは、相補共通データ線CD0
*〜CDk*に対応して設けられるk+1個の単位ライ
トアンプ及び単位メインアンプをそれぞれ備える。ま
た、データ入出力回路IOは、データ入出力端子D0〜
Dkに対応して設けられるk+1個の入力バッファ及び
出力バッファと、書き込みデータ又は読み出しデータを
選択的に伝達する書き込みデータ選択回路及び読み出し
データ選択回路とを備える。
【0030】バンクBNK0〜BNK3のライトアンプ
WAの各単位ライトアンプの入力端子は、書き込みデー
タバスWDB00〜WDB0kないしWDB30〜WD
B3kを介してデータ入出力回路IOの書き込みデータ
選択回路の対応する出力端子にそれぞれ結合され、メイ
ンアンプMAの各単位メインアンプの出力端子は、読み
出しデータバスRDB00〜RDB0kないしRDB3
0〜RDB3kを介してデータ入出力回路IOの読み出
しデータ選択回路の対応する入力端子にそれぞれ結合さ
れる。データ入出力回路IOの書き込みデータ選択回路
の各入力端子ならびに読み出しデータ選択回路の各出力
端子は、対応するデータ入出力端子D0〜Dkにそれぞ
れ共通結合される。
【0031】ライトアンプWAの各単位ライトアンプに
は、タイミング発生回路TGから内部制御信号WGP及
びWGが共通に供給され、メインアンプMAの各単位メ
インアンプには図示されない内部制御信号RPが共通に
供給される。また、データ入出力回路IOの書き込みデ
ータ選択回路及び読み出しデータ選択回路には、データ
入出力選択回路DSからデータ選択信号DS0〜DS3
が供給され、その出力バッファには、内部制御信号OC
が共通に供給される。
【0032】データ入出力回路IOの各入力バッファ
は、シンクロナスDRAMが書き込みモードで選択状態
とされるとき、アクセス装置からデータ入出力端子D0
〜Dkを介して入力されるk+1ビットの書き込みデー
タを取り込み、保持する。このとき、データ入出力回路
IOの書き込みデータ選択回路は、各入力バッファから
供給される書き込みデータをデータ選択信号DS0〜D
S3に従って選択的に書き込みデータバスWDB00〜
WDB0kないしWDB30〜WDB3kに出力し、バ
ンクBNK0〜BNK3のライトアンプWAに伝達す
る。また、ライトアンプWAの各単位ライトアンプは、
内部制御信号WGP又はWGがハイレベルとされかつ対
応するバンク選択信号BS0〜BS3がハイレベルとさ
れることで選択的に動作状態とされ、データ入出力回路
IOから書き込みデータバスWDB00〜WDB0kな
いしWDB30〜WDB3kを介して伝達される書き込
みデータを所定の相補書き込み信号に変換した後、対応
する相補共通データ線CD0*〜CDk*からセンスア
ンプSAを介して対応するメモリアレイMARYの選択
状態にあるk+1個のメモリセルに書き込む。
【0033】一方、バンクBNK0〜BNK3のメイン
アンプMAの単位メインアンプは、シンクロナスDRA
Mが読み出しモードで選択状態とされるとき、内部制御
信号RPがハイレベルとされかつ対応するバンク選択信
号BS0〜BS3がハイレベルとされることで選択的に
動作状態とされ、対応するメモリアレイMARYの選択
されたk+1個のメモリセルから相補共通データ線CD
0*〜CDk*を介して出力される読み出し信号をそれ
ぞれ増幅し、読み出しデータバスRDB00〜RDB0
kないしRDB30〜RDB3kを介してデータ入出力
回路IOに伝達する。このとき、データ入出力回路IO
の読み出しデータ選択回路は、バンクBNK0〜BNK
3のメインアンプMAから読み出しデータバスRDB0
0〜RDB0kないしRDB30〜RDB3kを介して
出力される読み出しデータをデータ選択信号DS0〜D
S3に従って選択し、出力バッファに伝達する。また、
データ入出力回路IOの各出力バッファは、内部制御信
号OCのハイレベルを受けて選択的に動作状態とされ、
読み出しデータ選択回路から供給される読み出しデータ
をデータ入出力端子D0〜Dkを介して出力する。
【0034】タイミング発生回路TGは、外部のアクセ
ス装置から起動制御信号として供給されるチップ選択信
号CSB,ロウアドレスストローブ信号RASB,カラ
ムアドレスストローブ信号CASB,ライトイネーブル
信号WEBならびに入出力マスク信号DQMと、クロッ
ク信号CLK及びクロックイネーブル信号CKEとをも
とに上記各種内部制御信号を選択的に形成し、各部に供
給する。なお、この実施例のシンクロナスDRAMは、
前述のように、セルフリフレッシュモードを有する。こ
のため、タイミング発生回路TGは、起動制御信号が所
定の組み合わせでハイレベル又はロウレベルとされるこ
とで前記内部制御信号SRをハイレベルとし、シンクロ
ナスDRAMをセルフリフレッシュモードに設定する。
【0035】図2には、図1のシンクロナスDRAMに
含まれるメモリアレイMARY及びセンスアンプSAの
一実施例の部分的な回路図が示されている。同図をもと
に、シンクロナスDRAMに含まれるメモリアレイMA
RY及びセンスアンプSAの具体的構成及び動作を説明
する。なお、同図において、そのチャネル(バックゲー
ト)部に矢印が付されるMOSFETはPチャンネル型
であって、矢印の付されないNチャンネルMOSFET
と区別して示される。
【0036】図2において、メモリアレイMARYは、
図の垂直方向に平行して配置されるm+1本のワード線
W0〜Wmと、水平方向に平行して配置されるn+1組
の相補ビット線B0*〜Bn*とを含む。これらのワー
ド線及び相補ビット線の交点には、情報蓄積キャパシタ
Cs及びアドレス選択MOSFETQaからなる(m+
1)×(n+1)個のダイナミック型メモリセルが格子
状に配置される。メモリアレイMARYの同一行に配置
されるn+1個のメモリセルのアドレス選択MOSFE
TQaのゲートは、対応するワード線W0〜Wmにそれ
ぞれ共通結合される。また、メモリアレイMARYの同
一列に配置されるm+1個のメモリセルのアドレス選択
MOSFETQaのドレインは、対応する相補ビット線
B0*〜Bn*の非反転又は反転信号線に所定の規則性
をもって交互に結合される。メモリアレイMARYを構
成するすべてのメモリセルの情報蓄積キャパシタCsの
他方の電極には、中間電位HVがプレート電圧として供
給される。
【0037】次に、センスアンプSAは、メモリアレイ
MARYの相補ビット線B0*〜Bn*に対応して設け
られるn+1個の単位回路を備え、これらの単位回路の
それぞれは、図2に例示されるように、Nチャンネル型
の3個のプリチャージMOSFETN6〜N8が直並列
結合されてなるビット線プリチャージ回路と、Pチャン
ネルMOSFETP2及びNチャンネルMOSFETN
2ならびにPチャンネルMOSFETP3及びNチャン
ネルMOSFETN3からなる一対のCMOSインバー
タが互いに交差結合されてなる単位増幅回路と、Nチャ
ンネル型の一対のスイッチMOSFETN4及びN5と
を含む。
【0038】センスアンプSAの各単位回路のビット線
プリチャージ回路を構成するプリチャージMOSFET
N6〜N8のゲートには、タイミング発生回路TGから
内部制御信号PCが共通に供給され、プリチャージMO
SFETN6及びN7の共通結合されたソースには、中
間電位HVが供給される。これにより、プリチャージM
OSFETN6〜N8は、内部制御信号PCのハイレベ
ルを受けて選択的にかつ一斉にオン状態となり、メモリ
アレイMARYの相補ビット線B0*〜Bn*の非反転
及び反転信号線を中間電位HVにプリチャージする。
【0039】一方、センスアンプSAの各単位回路の単
位増幅回路を構成するMOSFETP2及びN2の共通
結合されたドレインは、各単位増幅回路の非反転入出力
ノードとしてメモリアレイMARYの対応する相補ビッ
ト線B0*〜Bn*の非反転信号線にそれぞれ結合さ
れ、MOSFETP3及びN3の共通結合されたドレイ
ンは、各単位増幅回路の反転入出力ノードとして対応す
る相補ビット線B0*〜Bn*の反転信号線にそれぞれ
結合される。単位増幅回路を構成するPチャンネルMO
SFETP2及びP3の共通結合されたソースは、コモ
ンソース信号線CSPに結合され、NチャンネルMOS
FETN2及びN3の共通結合されたソースは、コモン
ソース信号線CSNに結合される。
【0040】コモンソース線CSPは、その下方におい
てPチャンネル型の駆動MOSFETP1を介して内部
電圧供給点VDLに結合され、コモンソース線CSN
は、Nチャンネル型の駆動MOSFETN1を介して内
部電圧供給点VSLに結合される。駆動MOSFETN
1のゲートには、タイミング発生回路TGから内部制御
信号PAが供給され、駆動MOSFETP1のゲートに
は、そのインバータV1による反転信号が供給される。
なお、内部電圧VDLは、例えば+3.3Vの電源電圧
VCCよりやや低い電位の例えば+2.5Vとされ、内
部電圧VSLは、接地電位VSSよりやや高い電位の例
えば+0.8Vとされる。
【0041】これにより、センスアンプSAの駆動MO
SFETP1及びN1は、内部制御信号PAのハイレベ
ルを受けて選択的にオン状態となり、コモンソース線C
SP及びCSNに対して内部電圧VDL及びVSLをそ
れぞれ選択的に供給する。このとき、センスアンプSA
の各単位増幅回路は、コモンソース線CSP及びCSN
の内部電圧VDL及びVSLを受けて選択的にかつ一斉
に動作状態となり、メモリアレイMARYの選択ワード
線に結合されるn+1個のメモリセルから相補ビット線
B0*〜Bn*を介して出力される微小読み出し信号を
それぞれ増幅して、そのハイレベルの到達電位を内部電
圧VDLとしロウレベルの到達電位を内部電圧VSLと
する比較的小振幅の2値読み出し信号とする。
【0042】センスアンプSAの各単位回路を構成する
スイッチMOSFETN4及びN5のゲートは、順次k
+1組ずつ共通結合され、カラムアドレスデコーダCD
から対応するビット線選択信号YS0〜YSpがそれぞ
れ共通に供給される。なお、ビット線選択信号YS0〜
YSpのビット数p+1が、メモリアレイMARYの相
補ビット線B0*〜Bn*の組数n+1に対して、 p+1=(n+1)/(k+1) なる関係にあることは言うまでもない。
【0043】これにより、センスアンプSAの各単位回
路のスイッチMOSFETN4及びN5は、ビット線選
択信号YS0〜YSpの対応するビットがハイレベルと
されることでk+1組ずつ選択的にオン状態となり、メ
モリアレイMARYの対応するk+1組の相補ビット線
と相補共通データ線CD0*〜CDk*つまりライトア
ンプWA及びメインアンプMAとの間を選択的に接続状
態とする。
【0044】図3には、図2のメモリアレイの一実施例
の部分的な断面構造図が示されている。また、図4に
は、図1のシンクロナスDRAMの使用周波数とリフレ
ッシュ周期の関係を説明するための一実施例の特性図が
示され、図5には、図1のシンクロナスDRAMのリフ
レッシュ仕様を説明するための一実施例の仕様条件図が
示されている。これらの図をもとに、この実施例のシン
クロナスDRAMの各バンクのメモリアレイMARYを
構成するメモリセルのリーク特性,使用周波数とリフレ
ッシュ周期の関係ならびにその特徴について説明する。
【0045】まず、図3において、この実施例のシンク
ロナスDRAMのメモリアレイMARYを構成するダイ
ナミック型メモリセルは、いわゆるSTC(スタックト
・キャパシタ・セル)構造とされ、その情報蓄積キャパ
シタCsは、三次元的に積み上げられた比較的大きな電
極を中心に形成される。情報蓄積キャパシタCsの下方
は、P型半導体基板PSUB上に形成されアドレス選択
MOSFETQaのソースとなるN型拡散層N+ に結合
される。このN型拡散層N+ の左側には、アドレス選択
MOSFETQaのドレインとなるもう一つのN型拡散
層N+ が形成され、二つのN型拡散層N+ の間つまりア
ドレス選択MOSFETQaのチャネルの上層には、所
定の絶縁膜を挟んでゲート層FGが形成される。アドレ
ス選択MOSFETQaのドレインとなるN型拡散層N
+ は、ビット線BLつまり対応する相補ビット線の非反
転又は反転信号線に結合される。
【0046】周知のように、ダイナミック型メモリセル
の情報蓄積キャパシタCsには、その保持データの論理
レベルに応じて電荷が蓄積されるが、これらの電荷は、
アドレス選択MOSFETQaのソースとなるN型拡散
層N+ とP型半導体基板PSUBの接合部つまりジャン
クションを介して徐々にリークされる。このため、ダイ
ナミック型RAMでは、上記ジャンクションリークを補
うためのリフレッシュ動作が必要となり、その動作周期
つまりリフレッシュ周期は、メモリセルの情報保持特性
つまりジャンクションリークの大きさに応じて決定され
る。
【0047】一方、メモリセルのジャンクションリーク
は、周知のように、接合部の温度に依存し、この接合部
の温度は、メモリセルを含むシンクロナスDRAMの使
用頻度つまり使用周波数に依存する。この結果、シンク
ロナスDRAMのセルフリフレッシュモードにおけるリ
フレッシュ周期は、図4に例示されるように、その使用
周波数に依存する形となり、使用周波数が例えば100
MHzのように比較的低い図4のA点では、リフレッシ
ュ周期は比較的長い64msで済むが、使用周波数が例
えば200MHzのように比較的高い図4のC点では、
比較的短い32msの周期でリフレッシュ動作を行うこ
とが必要となる。
【0048】本願発明者等がこの発明に先立って開発し
たシンクロナスDRAMにおいて、リフレッシュ周期
は、それが動作可能な最大周波数すなわち例えば200
MHzに合わせて、比較的短い例えば32msに設定さ
れる。ところが、実際には、シンクロナスDRAMが必
ずしもその動作可能な最大周波数で使用されるとは限ら
ず、また製品の実力に応じて推奨周波数が制限される場
合もある。したがって、セルフリフレッシュモードにお
けるリフレッシュ周期を一元的に規定した現状では、特
にシンクロナスDRAMが動作可能な最大周波数よりも
低い周波数で使用される場合に必要以上に短い周期でリ
フレッシュ動作が行われる結果となり、その消費電力が
いたずらに大きくなるとともにビジー率が高くなる。
【0049】これに対処するため、この実施例のシンク
ロナスDRAMでは、図5に示されるように、その製品
仕様書において、セルフリフレッシュモードにおけるリ
フレッシュ周期が使用周波数に応じて規定されるととも
に、このリフレッシュ周期を外部から選択的に切り換え
るための外部端子つまりリフレッシュ周期制御信号入力
端子RCC0及びRCC1が設けられる。前述のよう
に、シンクロナスDRAMの使用周波数が比較的低い例
えば100MHzとされるとき、リフレッシュ周期制御
信号入力端子RCC0及びRCC1はともに接地電位V
SSに結合され、これによってセルフリフレッシュモー
ドのリフレッシュ周期が例えば64msに設定される。
また、使用周波数が例えば150MHzとされるとき
は、リフレッシュ周期制御信号入力端子RCC0及びR
CC1はそれぞれ電源電圧VCC及び接地電位VSSに
結合され、これによってリフレッシュ周期が例えば42
msに設定される。さらに、使用周波数がシンクロナス
DRAMの動作可能な最大周波数つまり例えば200M
Hzとされるときには、リフレッシュ周期制御信号入力
端子RCC0及びRCC1がそれぞれ接地電位VSS及
び電源電圧VCCに結合され、リフレッシュ周期は最も
短い例えば32msに設定される。
【0050】これらのことから、この実施例では、シン
クロナスDRAMのセルフリフレッシュモードにおける
リフレッシュ周期をそのクロック周波数つまり使用周波
数に応じて選択的に切り換え、最適化できるため、特に
動作可能な最大周波数より低い周波数で使用されるシン
クロナスDRAMならびにこれを含むメモリシステム等
の低消費電力化を図り、そのビジー率を低減できるもの
となる。
【0051】以上の実施例から得られる作用効果は、下
記の通りである。すなわち、 (1)セルフリフレッシュモードを有しリフレッシュ制
御回路を具備するシンクロナスDRAM等の半導体記憶
装置において、そのリフレッシュ周期を使用周波数に応
じて選択的に切り換え得るべく製品仕様書に規定すると
ともに、シンクロナスDRAM等に、リフレッシュ周期
を選択的に切り換えるためのリフレッシュ周期制御信号
入力端子を設けることで、シンクロナスDRAM等のセ
ルフリフレッシュモードにおけるリフレッシュ周期をそ
の使用周波数に応じて選択的に切り換え、最適化するこ
とができるという効果が得られる。 (2)上記(1)項により、シンクロナスDRAM等な
らびにこれを含むメモリシステム等の低消費電力化を図
ることができるという効果が得られる。 (3)上記(1)項により、シンクロナスDRAM等な
らびにこれを含むメモリシステム等の通常アクセスがリ
フレッシュ動作によって不能となる確率つまりビジー率
を、相応して低減できるという効果が得られる。
【0052】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、この発明は、上記実
施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例え
ば、図1において、そのセルフリフレッシュモードにお
けるリフレッシュ周期を切り換えるために設けられるリ
フレッシュ周期制御信号入力端子の数は、任意に設定で
きるし、例えば所定のアナログ信号によりリフレッシュ
周期を切り換えるようにしてもよい。シンクロナスDR
AMは、任意数のバンクを備えることができる。また、
バンクBNK0〜BNK3のメモリアレイMARYは、
その直接周辺回路を含めて複数のマットに分割できる
し、いわゆるシェアドセンス方式を採ることもできる。
さらに、シンクロナスDRAMのブロック構成は、種々
の実施形態を採りうるし、起動制御信号,アドレス信号
ならびに内部制御信号等の名称及び組み合わせならびに
その有効レベル等も、この実施例による制約を受けな
い。
【0053】図2において、メモリアレイMARYは、
任意数の冗長素子を含むことができる。また、センスア
ンプSAは、いわゆるダイレクトセンス方式を採ること
ができるし、コモンソース線CSP及びCSNに対する
駆動MOSFETの形態も任意に設定できる。図3にお
いて、ダイナミック型メモリセルの断面構造は、シンボ
リックに示されており、その具体的構造を含めて、本発
明に制約を与えない。図4において、例示される具体的
数値は特に限定されるものではなく、曲線の形状も同様
である。図5において、リフレッシュ周期制御信号RC
C0及びRCC1と使用周波数つまりリフレッシュ周期
との組み合わせは、種々の実施形態を採りうるし、その
具体的数値も前記のように限定されない。
【0054】以上の実施例では、シンクロナスDRAM
のリフレッシュ動作はセルフリフレッシュモードにより
自律的に行われるものとしているが、いわゆるRASオ
ンリーリフレッシュモードやその他のリフレッシュモー
ドを用いて外部的に実行してもよい。この場合、リフレ
ッシュ周期は、シンクロナスDRAMの製品仕様書に規
定された条件に従って、外部の制御装置側で決定され
る。
【0055】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シン
クロナスDRAMに適用した場合について説明したが、
それに限定されるものではなく、例えば、通常のダイナ
ミック型RAMにも適用できるし、ダイナミック型RA
Mを基本に構成される各種のメモリ集積回路ならびにこ
れを含むマイクロコンピュータ等の論理集積回路装置に
も適用できる。この発明は、少なくともリフレッシュ動
作を必要とする半導体記憶装置ならびにこれを含む装置
又はシステムに広く適用できる。
【0056】
【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。すなわち、セルフリフレッシュモード
を有しリフレッシュ制御回路を具備するシンクロナスD
RAM等の半導体記憶装置において、そのリフレッシュ
周期を使用周波数に応じて選択的に切り換え得るべくそ
の製品仕様書に規定するとともに、シンクロナスDRA
M等に、リフレッシュ周期を外部から選択的に切り換え
るためのリフレッシュ周期制御信号入力端子を設けるこ
とで、シンクロナスDRAM等のセルフリフレッシュモ
ードにおけるリフレッシュ周期をその使用周波数に応じ
て選択的に切り換え、最適化することができる。この結
果、シンクロナスDRAM等ならびにこれを含むメモリ
システム等の低消費電力化を図り、そのビジー率を低減
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明が適用されたシンクロナスDRAMの
一実施例を示すブロック図である。
【図2】図1のシンクロナスDRAMに含まれるメモリ
アレイ及びセンスアンプの一実施例を示す部分的な回路
図である。
【図3】図2のメモリアレイの一実施例を示す部分的な
断面構造図である。
【図4】図1のシンクロナスDRAMの使用周波数とリ
フレッシュ周期の関係を説明するための一実施例を示す
特性図である。
【図5】図1のシンクロナスDRAMのリフレッシュ仕
様を説明するための一実施例を示す仕様条件図である。
【符号の説明】
BNK0〜BNK3……バンク、MARY……メモリア
レイ、RD……ロウアドレスデコーダ、SA……センス
アンプ、CD……カラムアドレスデコーダ、WA……ラ
イトアンプ、MA……メインアンプ、AB……アドレス
バッファ、RFC……リフレッシュ制御回路、RA……
ロウアドレスレジスタ、BA……バンクアドレスレジス
タ、BS……バンク選択回路、CC……カラムアドレス
カウンタ、IO……データ入出力回路、DS……データ
入出力選択回路、TG……タイミング発生回路、D0〜
Dk……データ入出力端子、CLK……クロック信号又
はその入力端子、CKE……クロックイネーブル信号又
はその入力端子、CSB……チップ選択信号又はその入
力端子、RASB……ロウアドレスストローブ信号又は
その入力端子、CASB……カラムアドレスストローブ
信号又はその入力端子、WEB……ライトイネーブル信
号又はその入力端子、DQM……データマスク信号又は
その入力端子、A0〜Ai……アドレス信号又はその入
力端子、RCC0〜RCC1……リフレッシュ周期制御
信号又はその入力端子。W0〜Wm……ワード線、B0
*〜Bn*……相補ビット線、Cs……情報蓄積キャパ
シタ、Qa……アドレス選択MOSFET、YS0〜Y
Sp……ビット線選択信号、CD0*〜CDk*……相
補共通データ線。P1〜P3……PチャンネルMOSF
ET、N1〜N8……NチャンネルMOSFET、V1
……インバータ。PSUB……P型半導体基板、N+
…N型拡散層、FG……ゲート層、BL……ビット線、
Cs……情報蓄積キャパシタ(情報蓄積ノード)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 そのリフレッシュ周期が使用周波数に応
    じて選択的に切り換えられることを特徴とする半導体記
    憶装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 上記リフレッシュ周期と使用周波数の関係は、上記半導
    体記憶装置の製品仕様書に規定されるものであることを
    特徴とする半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2において、 上記半導体記憶装置は、セルフリフレッシュモードを有
    し、かつこのセルフリフレッシュモードにおいて上記リ
    フレッシュ周期でリフレッシュ動作を自律的に実行する
    ためのリフレッシュ制御回路を具備するものであって、 上記セルフリフレッシュモードにおける上記リフレッシ
    ュ周期は、所定の外部端子を介して入力されるリフレッ
    シュ周期制御信号に従って選択的に切り換えられるもの
    であることを特徴とする半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 請求項1,請求項2又は請求項3におい
    て、 上記半導体記憶装置は、シンクロナスDRAMであっ
    て、 上記使用周波数は、上記シンクロナスDRAMのクロッ
    ク周波数に対応されるものであることを特徴とする半導
    体記憶装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6316963B1 (en) 1999-08-04 2001-11-13 Nec Corporation Cycle selection circuit and semiconductor memory storage using the same
US6618310B2 (en) 2000-11-02 2003-09-09 Fujitsu Limited Synchronous semiconductor memory device and refresh method thereof
JP2010277668A (ja) * 2009-06-01 2010-12-09 Fujitsu Semiconductor Ltd 半導体メモリおよびシステム

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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