JPH1173781A - Semiconductor storage device - Google Patents

Semiconductor storage device

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JPH1173781A
JPH1173781A JP9231243A JP23124397A JPH1173781A JP H1173781 A JPH1173781 A JP H1173781A JP 9231243 A JP9231243 A JP 9231243A JP 23124397 A JP23124397 A JP 23124397A JP H1173781 A JPH1173781 A JP H1173781A
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bit line
line pair
sub
sense amplifier
pair
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Tetsuya Otsuki
哲也 大月
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    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/56Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency
    • G11C11/565Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency using capacitive charge storage elements

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the reduction of the signal voltage and provide a sufficient readout margin by setting the ratio between the floating capacity of the bit line pair on the high order bit side and that of the low order side at a value less than a specified one. SOLUTION: The ratio of the floating capacity Cb1 of the bit line pair, BL 01 and BLB 01, side region corresponding to the high order bit to the floating capacity Cb2 of the bit line pair, BL 02 and BLB 02, side region corresponding to the low order bit is set at a value less than 2, for example, 5/3 by using different numbers in the word lines of each region. At rewrite operation, 0,3/8 Vcc, 5/8 Vcc, Vcc are obtained as multi-value levels to be written into the memory cell MC in correspondence to information, (0, 0), (0, 1), (1, 0), (1, 1). Even under the assumption that the coupling capacity Cc is formed by a section of, for example, nine memory cell capacities and this is fluctuated by ±25%, the margin at the time of signal readout of the low order bit can be sufficiently obtained.

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、半導体記憶装置に
関し、特に多値メモリセルのための半導体記憶装置に関
する。
The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to a semiconductor memory device for a multi-level memory cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の半導体記憶装置の従来技術とし
て、ダイナミック型半導体記憶装置の高集積化を目的と
したものとしては、例えば特願平8−083424に示
されているもの(以下、第1の従来例と称する)などが
ある。
2. Description of the Related Art As a prior art of this type of semiconductor memory device, a device for high integration of a dynamic type semiconductor memory device is disclosed in, for example, Japanese Patent Application No. 8-0832424 (hereinafter referred to as "Japanese Patent Application No. 1 as a conventional example).

【0003】図6は上記特願平8−083424に示さ
れている第1の従来例におけるメモリセルアレイ部及ぴ
センスアンプ部の回路構成を示すブロック図である。こ
こでは、4値のメモリセルによる構成を示す。また、各
メモリセルには、図7に示すように、電源電圧をVcc
とすると、0,(1/3)Vcc,(2/3)Vcc,
Vccの計4つの情報のいづれかが格納されている。す
なわち、これらが、外部装置に対する(0,0),
(0,1),(1,0),(1,1)の4つの情報に対
応する。
FIG. 6 is a block diagram showing a circuit configuration of a memory cell array section and a sense amplifier section in the first conventional example shown in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 8-083424. Here, a configuration using quaternary memory cells is shown. Further, as shown in FIG. 7, the power supply voltage is set to Vcc in each memory cell.
Then, 0, (1/3) Vcc, (2/3) Vcc,
One of a total of four pieces of information of Vcc is stored. That is, these are (0,0),
It corresponds to four information of (0, 1), (1, 0), and (1, 1).

【0004】第0乃至第(n−1)のビット線対(BL
j,BLBj)(j=0〜n−1、j,nは整数値。)
及ぴ第0乃至第(m−1)のワード線WLi(i=0〜
m−1、i,mは整数値。)の交点には、メモリセルが
接続されている。
The 0th to (n−1) th bit line pairs (BL)
j, BLBj) (j = 0 to n-1, where j and n are integer values)
In addition, the 0th to (m−1) th word lines WLi (i = 0 to 0)
m-1, i, m are integer values. A memory cell is connected to the intersection of ().

【0005】図8に、第0のビット線BL0と第0のワ
ード線WL0の交点に接続されたメモリセル(以下、セ
ル1と記す)の構成を示す。セル1は、メモリセル容量
C´sを持つキャパシタと、NチャネルMOSFETと
から構成されている。NチャネルMOSFETにおい
て、ゲートは第0のワード線WL0に接続され、ドレイ
ンは第0のビット線BL0に接続され、ソースはキャパ
シタの一端に接続されている。キャパシタの他端は対極
電極に接続されいる。セル1以外の他のメモリセルも同
様の構成である。
FIG. 8 shows a configuration of a memory cell (hereinafter, referred to as cell 1) connected to the intersection of the 0th bit line BL0 and the 0th word line WL0. The cell 1 includes a capacitor having a memory cell capacitance C's and an N-channel MOSFET. In the N-channel MOSFET, the gate is connected to the 0th word line WL0, the drain is connected to the 0th bit line BL0, and the source is connected to one end of the capacitor. The other end of the capacitor is connected to the counter electrode. Other memory cells other than the cell 1 have the same configuration.

【0006】図6では、各ビット線対に第1および第2
のセンスアンプSA1,SA2が設けられている。第1
のセンスアンプSA1には第1のセンスアンプ活性化信
号SAE1が供給され、第2のセンスアンプSA2には
第2のセンスアンプ活性化信号SAE2が供給される。
また、各ビット線対は、トランスファーゲートSWTに
より領域1と領域2に分けられる。トランスファーゲー
トSWTのゲートにはゲート選択線TGが接続されてい
る。領域1のビット線に生じる浮遊容量C´blと領域
2のビット線に生じる浮遊容量C´b2の比は、2:1
となるように設定されている。このような容量比を実現
するために、各領域のワード線数に差をつける方法や、
各領域のワード線数は同数であるが、実際にビット線に
ダミーキャパシタを設ける方法等がある。
In FIG. 6, first and second bit lines are connected to each other.
Are provided. First
Are supplied with a first sense amplifier activation signal SAE1 and the second sense amplifier SA2 is supplied with a second sense amplifier activation signal SAE2.
Each bit line pair is divided into a region 1 and a region 2 by a transfer gate SWT. The gate of the transfer gate SWT is connected to a gate selection line TG. The ratio of the stray capacitance C′bl generated on the bit line in the region 1 to the stray capacitance C′b2 generated on the bit line in the region 2 is 2: 1.
It is set to be. In order to achieve such a capacitance ratio, there are methods for providing a difference in the number of word lines in each region,
Although the number of word lines in each region is the same, there is a method of actually providing a dummy capacitor on a bit line.

【0007】また、各ビット線対にはカップリング容量
C´cが設けられている。この接続関係は、図6に示す
通りである。さらに、各ビット線対には4つの入出力用
トランジスタI/OTが設けられている。第1のセンス
アンプSA1側の2つの入出力用トランジスタI/OT
は第1の入出力データ線I/O1に接続され、第2のセ
ンスアンプSA2側の他の2つの入出力用トランジスタ
I/OTは第1の入出力データ線I/O1に接続されれ
いる。第0乃至第(n−1)のビット線対(BLj,B
LBj)の4つの入出力用トランジスタI/OTにはそ
れぞれ第0乃至第(n−1)のビット線選択線CSL0
〜CSLn−1が供給される。
[0007] Each bit line pair is provided with a coupling capacitance C'c. This connection relationship is as shown in FIG. Further, each bit line pair is provided with four input / output transistors I / OT. Two input / output transistors I / OT on the first sense amplifier SA1 side
Is connected to the first input / output data line I / O1, and the other two input / output transistors I / OT on the second sense amplifier SA2 side are connected to the first input / output data line I / O1. . The 0th to (n-1) th bit line pairs (BLj, B
(LBj) of the four input / output transistors I / OT are respectively connected to the 0th to (n−1) th bit line selection lines CSL0.
~ CSLn-1.

【0008】図9に、図6に示した第1の従来例のデー
タ読み出し時の動作波形を示す。以下の説明では、図6
のセル1に、(2/3)Vccの情報が格納されてい
て、その情報を読み出すものと仮定して、説明を行う。
FIG. 9 shows operation waveforms at the time of data reading of the first conventional example shown in FIG. In the following description, FIG.
The description will be made on the assumption that (2/3) Vcc information is stored in the cell 1 and the information is read.

【0009】時刻T1までの期間、ビット線対(BL
j,BLBj)は、(1/2)Vccにプリチャージさ
れている。このとき、ゲート選択線TGはハイアクテイ
ブレベルになり、トランスファーゲートSWTが導通す
るため、領域1と領域2は電気的に接続されている。
During the period until time T1, the bit line pair (BL
j, BLBj) is precharged to (1/2) Vcc. At this time, the gate selection line TG is at a high active level, and the transfer gate SWT is conductive, so that the region 1 and the region 2 are electrically connected.

【0010】時刻T1で、ビット線対(BLj,BLB
j)のプリチャージ動作が停止し、アドレス入力信号に
より選択された第0のワード線WL0がハイアクテイブ
レベルとなり、セル1の情報である(2/3)Vccが
第0のビット線BL0に出力される。このとき、第1の
ビット線BL0の電位は、プリチャージされている電位
から微少電位ΔVだけ変動し、{(1/2)Vcc+Δ
V}となる。ちなみに、セル1の情報が0,(1/3)
Vcc,Vccであるときは、第0のビット線BL0の
電位は、各々、{(1/2)Vcc−3ΔV},{(1
/2)Vcc−ΔV},{(1/2)Vcc+3ΔV}
となる。
At time T1, bit line pair (BLj, BLB
The precharge operation of j) is stopped, the 0th word line WL0 selected by the address input signal becomes a high active level, and (2/3) Vcc, which is the information of cell 1, is output to the 0th bit line BL0. Is done. At this time, the potential of the first bit line BL0 fluctuates from the precharged potential by a very small potential ΔV, and {(1 /) Vcc + Δ
V}. By the way, the information of cell 1 is 0, (1/3)
Vcc and Vcc, the potentials of the 0th bit line BL0 are {(1/2) Vcc-3ΔV} and {(1
/ 2) Vcc-ΔV}, {(1/2) Vcc + 3ΔV}
Becomes

【0011】次に、時刻T2で、ゲート選択線TGをロ
ーインアクティブレベルにして、トランスフアーゲート
SWTを非導通とし、領域1と領域2とを電気的に分離
する。従って、第0の非反転ビット線BL0は、第0の
領域1側非反転ビット線BL01と第0の領域2側非反
転ビット線BL02とに分割され、第0の反転ビット線
BLB0は、第0の領域1側反転ビット線BLB01と
第0の領域2側反転ビット線BLB02とに分割され
る。さらに、時刻T3で、第1のセンスアンプ活性化信
号SAE1をハイアクティブレベルにして、領域1の第
1のセンスアンプ回路SA1を動作させる。これによ
り、第1のセンスアンプ回路SA1は、領域1側のビッ
ト線対(BLj1,BLBj1)の電位差を増幅する。
第0の領域1側ビット線対(BL01,BLB01)の
場合、第0の領域1側非反転ビット線BL01がVcc
レベル、第0の領域1側反転ビツト線BLB01がGN
Dレベルとなる。
Next, at time T2, the gate select line TG is set to the low-in active level, the transfer gate SWT is turned off, and the region 1 and the region 2 are electrically separated. Accordingly, the 0th non-inverted bit line BL0 is divided into the 0th region 1 side non-inverted bit line BL01 and the 0th region 2 side non-inverted bit line BL02, and the 0th inverted bit line BLB0 is It is divided into a 0 region 1 side inverted bit line BLB01 and a 0 region 2 side inverted bit line BLB02. Further, at time T3, the first sense amplifier activation signal SAE1 is set to the high active level, and the first sense amplifier circuit SA1 in the area 1 is operated. Thus, the first sense amplifier circuit SA1 amplifies the potential difference between the pair of bit lines (BLj1, BLBj1) on the region 1 side.
In the case of the 0th region 1 side bit line pair (BL01, BLB01), the 0th region 1 side non-inverting bit line BL01 is connected to Vcc
Level, the 0th region 1 side inversion bit line BLB01 is GN
It becomes D level.

【0012】このとき、カップリング容量C´cによ
り、第0の領域1側非反転ビット線BL01の電位上昇
に伴い、第0の領域2側反転ビット線BLB02の電位
はΔVcだけ上昇し、また、第0の領域1側反転ビツト
線BLB01の電位下降に伴い、第0の領域2側非反転
ビット線BL02の電位はΔVcだけ下降する。すなわ
ち、第0の領域2側非反転ビット線BL02の電位は、
{(1/2)Vcc+ΔVーΔVc)となり、また、第
0の領域2側反転ビット線BLB02の電位は、{(1
/2)Vcc+ΔVc)となる。
At this time, the potential of the 0th area 1 side non-inverted bit line BLB02 increases by ΔVc due to the increase of the electric potential of the 0th area 1 side non-inverted bit line BL01 due to the coupling capacitance C′c. As the potential of the 0th region 1 side inverted bit line BLB01 falls, the potential of the 0th region 2 side non-inverted bit line BL02 decreases by ΔVc. That is, the potential of the non-inverting bit line BL02 on the 0th region 2 side is
{(1/2) Vcc + ΔV−ΔVc), and the potential of the 0th area 2 side inversion bit line BLB02 becomes {(1
/ 2) Vcc + ΔVc).

【0013】ここで、ΔVc=ΔVとなるように、カッ
プリング容量C´cとメモリセル容量C´sとの比を調
節すると、0,(1/3)Vcc,(2/3)Vcc,
Vccの4つの情報に対する第0の領域2側ビット線対
(BL02,BLB02)の電位差は全てΔVとなり、
等しくなる。また、この電位差は、第1のセンスアンプ
回路SA1による増幅前の第0の領域1側ビット線対
(BL01,BLB01)の電位差の最小値ΔVとも等
しくなる。
Here, when the ratio between the coupling capacitance C′c and the memory cell capacitance C ′s is adjusted so that ΔVc = ΔV, 0, (1 /) Vcc, (2/3) Vcc,
The potential differences of the bit line pair (BL02, BLB02) on the 0th region 2 side with respect to the four information of Vcc are all ΔV,
Become equal. This potential difference is also equal to the minimum value ΔV of the potential difference between the bit line pair (BL01, BLB01) on the 0th region 1 side before amplification by the first sense amplifier circuit SA1.

【0014】次に、時刻T4で、第2のセンスアンプ活
性化信号SAE2をハイアクテイブレベルにして、領域
2の第2のセンスアンプ回路SA2を動作させる。これ
により、第2のセンスアンプ回路SA2は、領域2側ビ
ット線対(BLj2,BLBj2)の電位差を増幅す
る。第0の領域2側ビット線対(BL02,BLB0
2)の場合、第0の領域2側非反転ビット線BL02が
GNDレベル、第0の領域2側反転ビット線BLB02
がVccレベルとなる。
Next, at time T4, the second sense amplifier activation signal SAE2 is set to the high active level, and the second sense amplifier circuit SA2 in the area 2 is operated. As a result, the second sense amplifier circuit SA2 amplifies the potential difference between the region 2 side bit line pair (BLj2, BLBj2). Bit line pair (BL02, BLB0
In the case of 2), the 0th region 2 side non-inverted bit line BL02 is at the GND level, and the 0th region 2 side inverted bit line BLB02 is
Becomes the Vcc level.

【0015】次に、時刻T5で、アドレス入力信号によ
り選択された第0のビット線選択線CSL0が一時的に
ハイアクティブレベルとなり、第0の領域1側ビット線
対(BL01,BLB01)の増幅データを第1の入出
力線I/O1に、第0の領域2側ビット線対(BL0
2,BLB02)の増幅データを第2の入出力線I/O
2に出力する。第0の領域1側ビット線対(BL01,
BLB01)の増幅データを上位ビットに、第0の領域
2側ビット線対(BL02,BLB02)の増幅データ
を下位ビットに対応させると、セル1からデータ(1,
0)が出力されることになる。
Next, at time T5, the 0th bit line selection line CSL0 selected by the address input signal temporarily becomes a high active level, and the 0th region 1 side bit line pair (BL01, BLB01) is amplified. The data is applied to the first input / output line I / O1, and the bit line pair (BL0
2, BLB02) to the second input / output line I / O
Output to 2. The bit line pair (BL01, BL01,
When the amplified data of BLB01) is made to correspond to the upper bit and the amplified data of the bit line pair (BL02, BLB02) on the 0th area 2 side is made to correspond to the lower bit, the data (1,
0) is output.

【0016】次に、時刻T6で、第1および第2のセン
スアンプ活性化信号SAE1,SAE2がロウインアク
テイブレベルとなり、第1および第2のセンスアンプ回
路SA1,SA2が非活性化され、その結果、第0の領
域1側ビット線対(BL01,BLB01)、第0の領
域2側ビット(BL02,BLB02)が共にハイイン
ピ−ダンス状態となる。そして、時刻T7で、ゲート選
択線TGがハイアクテイプレベルになり、トランスファ
ーゲートSWTが導通するため、領域1と領域2が電気
的に接続される。これにより、領域1と領域2のビット
線の電位が等しくなる。領域1のビット線の浮遊容量C
´blと領域2のビット線の浮遊容量C´b2の比は
2:1に設定されているので、第0の領域1側非反転ビ
ット線BL01と第0の領域2側非反転ビット線BL0
2の電位は、 Vrest(1,0)=(Cbl*Vcc+Cb2*0)/ (Cb1+Cb2) =(2/3)Vcc となり、読み出し前にセル1に格納されていた電位と等
しくなる。時刻T7〜T8の期間で、セル1に、この電
位を再度書き込む。
Next, at time T6, the first and second sense amplifier activation signals SAE1 and SAE2 attain a low-inactive level, and the first and second sense amplifier circuits SA1 and SA2 are deactivated. As a result, the 0th region 1 side bit line pair (BL01, BLB01) and the 0th region 2 side bit (BL02, BLB02) are both in a high impedance state. Then, at time T7, the gate selection line TG goes to the high active level, and the transfer gate SWT conducts, so that the region 1 and the region 2 are electrically connected. Thereby, the potentials of the bit lines in the region 1 and the region 2 become equal. Stray capacitance C of the bit line in region 1
Since the ratio between the stray capacitance C′b2 of the bit line in the region 2 and the bit line BL0 in the region 2 is not set, the ratio of the non-inverted bit line BL01 to the 0th region 1 side and the non-inverted bit line BL0 to the 0th region 2 is set.
The potential of 2 is Vrest (1,0) = (Cbl * Vcc + Cb2 * 0) / (Cb1 + Cb2) = (2/3) Vcc, which is equal to the potential stored in cell 1 before reading. This potential is written into the cell 1 again in the period from the time T7 to T8.

【0017】この後、時刻T8で、選択された第0のワ
ード線WL0がロウインアクティブレベルとなる。そし
て、第0のビット線対(BL0j,BLB0j)のプリ
チャージ動作が行われて、読み出し動作を終了する。
Thereafter, at time T8, the selected 0th word line WL0 goes to the low inactive level. Then, the precharge operation of the 0th bit line pair (BL0j, BLB0j) is performed, and the read operation ends.

【0018】以上、データの読み出し動作について説明
したが、データの書き込み動作については説明を省略す
る。
Although the data read operation has been described above, the description of the data write operation will be omitted.

【0019】図10は特願平8−352635号に示さ
れている第2の従来例における、メモリセルアレイ部及
ぴセンスアンプ部の回路構成(主ピット線対1組分)を
示すブロック図である。この場合も、メモリセルアレイ
部に存在する各メモリセルには、図7に示すように、
0,(1/3)Vcc,(2/3)Vcc,Vccの計
4つの情報のいづれかが格納されている。すなわち、こ
れらが、外部装置に対する(0,0),(0,1),
(1,0),(1,1)の4つの情報に対応する。
FIG. 10 is a block diagram showing a circuit configuration (for one pair of main pit lines) of a memory cell array section and a sense amplifier section in a second conventional example shown in Japanese Patent Application No. 8-352635. is there. Also in this case, as shown in FIG. 7, each memory cell existing in the memory cell array unit has
Any one of a total of four pieces of information of 0, (1/3) Vcc, (2/3) Vcc, and Vcc is stored. That is, these are (0,0), (0,1),
It corresponds to four pieces of information (1, 0) and (1, 1).

【0020】図10において、点線部で囲まれた部分S
SAは、副センスアンプ回路である。ビット線は、相補
型の主ビット線(GBL,GBLB)と相補型の副ビッ
ト線(SBL,SBLB)とに階層化されており、1組
の主ビット線(GBL,GBLB)には、1つの主セン
スアンプ回路MSA及ぴ複数の副センスアンプ回路SS
A(但し、図10では1つの副センスアンプ回路SSA
のみを図示している)が接続されている。
In FIG. 10, a portion S surrounded by a dotted line
SA is a sub sense amplifier circuit. The bit lines are hierarchized into complementary main bit lines (GBL, GBLB) and complementary sub bit lines (SBL, SBLB), and one set of main bit lines (GBL, GBLB) has one layer. One main sense amplifier circuit MSA and a plurality of sub sense amplifier circuits SS
A (However, in FIG. 10, one sub-sense amplifier circuit SSA
Are only shown).

【0021】副センスアンプ回路SSAは、センスアン
プトラジスタ1,2と、オフセットキャンセル用制御信
号OCSをゲート入力とするトランジスタ3,4と、リ
ードスイッチ信号RSをゲート入力とするトランジスタ
5,6と、カップリング容量C´c,C´cと、制御信
号CPEをゲート入力とするトランジスタ7,8と、プ
リチャージ制御信号をゲート入力とするトランジスタ
9,10,11とを有する。
The auxiliary sense amplifier circuit SSA includes sense amplifier transistors 1 and 2, transistors 3 and 4 having a gate input of an offset canceling control signal OCS, and transistors 5 and 6 having a read switch signal RS as a gate input. , Coupling capacitors C′c and C′c, transistors 7 and 8 having a control signal CPE as a gate input, and transistors 9, 10 and 11 having a precharge control signal as a gate input.

【0022】尚、図10において、MCはメモリセルア
レイを構成するダイナミック型半導体記憶装置のメモリ
セルを示し、図面ではセル1のみを図示してある。副セ
ンスアンプ回路SSAを境にして、上位側と下位側とに
分離されている。また、SETは、副ビット線(SB
L,SBLB)を、上位側副ビット線対(SBLU,S
BLBU)と下位側副ビット線対(SBLL,SBLB
L)との2つに切り離すための第1のトランスファーゲ
ートである。なお、トランジスタ7,8は第2のトラン
スファーゲートと呼ばれる。
In FIG. 10, MC indicates a memory cell of a dynamic semiconductor memory device constituting a memory cell array, and only the cell 1 is shown in the drawing. It is separated into an upper side and a lower side with respect to the sub sense amplifier circuit SSA. The SET is connected to the sub-bit line (SB
L, SBLB) to the upper sub-bit line pair (SBLU, SLB).
BLBU) and the lower side sub-bit line pair (SBLL, SBLB)
L) is a first transfer gate for separating into two. Note that the transistors 7 and 8 are called a second transfer gate.

【0023】図11に、図10に示した第2の従来例の
データ読み出し時の動作波形を示す。以下の説明では、
ワード線WL及ぴ上側非反転副ビット線SBLUで選択
されるセル1に、(2/3)Vccの情報が格納されて
いて、その情報を読み出すものと仮定して、説明を行
う。
FIG. 11 shows operation waveforms at the time of data reading of the second conventional example shown in FIG. In the following description,
Description will be made on the assumption that (2/3) Vcc information is stored in the cell 1 selected by the word line WL and the upper non-inverting sub-bit line SBLU, and the information is read.

【0024】時刻T1までの期間、副ビット線のプリチ
ャージ制御信号BBLはハイアクテイブレベルであり、
上位側副ビット線対(SBLU,SBLBU)、副ビッ
ト線対(SBL,SBLB)、下位側副ビット線対(S
BLL,SBLBL)は、すべて、(1/2)Vccレ
ベルにプリチャージされている。
During a period until time T1, the precharge control signal BBL of the sub-bit line is at a high active level.
Upper sub bit line pair (SBLU, SBLBU), sub bit line pair (SBL, SBLB), lower sub bit line pair (S
BLL, SBLBL) are all precharged to (1/2) Vcc level.

【0025】時刻T1で、副ビット線のプリチャージ制
御信号BBLがロウインアクテイブレベルに変化する
と、図10の副ビット線のプリチャージ動作が停止す
る。また、時刻T1において、下位側制御信号TGL
0,TGL1が共にロウインアクティブレベルに変化す
るため、非反転副ビット線SBLと下位側非反転副ビッ
ト線SBLL、反転副ビット線SBLBと下位側反転副
ビット線SBLBLとが電気的に分離される。
When the precharge control signal BBL of the sub-bit line changes to the low inactive level at time T1, the pre-charge operation of the sub-bit line in FIG. 10 is stopped. Also, at time T1, the lower control signal TGL
Since both 0 and TGL1 change to the low-inactive level, the non-inverted sub-bit line SBL and the lower non-inverted sub-bit line SBLL, and the inverted sub-bit line SBLB and the lower inverted sub-bit line SBLBL are electrically separated. You.

【0026】次に、時刻T2において、副センスアンプ
回路SSAのオフセットキヤンセル用の制御信号OCS
及ぴOCVが図示のように変化し、センスアンプトラン
ジスタ1,2のしきい値電圧のばらつきが補償される。
しかしながら、以下では、簡単のため、センスアンプト
ランジスタ1,2のしきい値電圧にばらつきがないもの
と仮定して説明を行う。
Next, at time T2, the control signal OCS for the offset cancel of the sub sense amplifier circuit SSA
Thus, the OCV changes as shown, and the variation in the threshold voltage of the sense amplifier transistors 1 and 2 is compensated.
However, for the sake of simplicity, the following description will be made on the assumption that the threshold voltages of the sense amplifier transistors 1 and 2 do not vary.

【0027】次に、時刻T3において、アドレス入力信
号により選択されたワード線WLがハイアクティブレベ
ルとなり、セル1の情報である(2/3)Vccが上位
側非反転副ビット線SBLU,非反転副ビット線SBL
上に出力される。このとき、上位側非反転副ビット線S
BLU,非反転副ビット線SBLの電位は、プリチャー
ジされている電位から微少電位ΔVだけ変動する。ちな
みに、セル1の情報が0,(1/3)Vcc,Vccで
あるときは、上位側非反転副ビット線SBLU,非反転
副ビット線SBLの電位は、各々、プリチャージされて
いる電位から、−3ΔV,一ΔV,3ΔVだけ変動す
る。
Next, at time T3, the word line WL selected by the address input signal attains a high active level, and (2/3) Vcc, which is the information of the cell 1, changes to the upper non-inverting sub-bit line SBLU, non-inverting. Sub-bit line SBL
Output above. At this time, the upper non-inverting sub-bit line S
The potentials of BLU and the non-inverting sub-bit line SBL fluctuate from the precharged potential by a small potential ΔV. Incidentally, when the information of the cell 1 is 0, (1/3) Vcc, Vcc, the potentials of the upper non-inverting sub-bit line SBLU and the non-inverting sub-bit line SBL are respectively changed from the precharged potential. , -3ΔV, one ΔV, 3ΔV.

【0028】次に、時刻T4において、リードスイッチ
信号RSが、図11に示すようにハイアクテイブレベル
に変化すると、副センスアンプ回路SSAのトランジス
タ5,6が導通し、図示されない主ビット線プリチャー
ジ回路によつて(1/2)Vccにプリチャージされた
主ビット線対(GBL,GBLB)の電位が、センスア
ンプトランジスタ1,2のゲート電位、すなわち副ビッ
卜線対(SBL,SBLB)のレベルに応じて下げられ
る。これにより、副ビット線対(SBL,SBLB)に
読み出された電位差が主ビット線対(GBL,GBL
B)に伝達される。
Next, at time T4, when the read switch signal RS changes to the high active level as shown in FIG. 11, the transistors 5 and 6 of the sub sense amplifier circuit SSA are turned on, and the main bit line precharge (not shown) is performed. The potential of the main bit line pair (GBL, GBLB) precharged to (1/2) Vcc by the circuit changes the gate potential of the sense amplifier transistors 1 and 2, that is, the sub bit line pair (SBL, SBLB). Lowered according to level. As a result, the potential difference read to the sub-bit line pair (SBL, SBLB) is changed to the main bit line pair (GBL, GBL).
B).

【0029】次に、時刻T5において、リードスイッチ
信号RSがロウインアクティブレベルに立ち下がり、主
センスアンプ回路MSAにより、主ビット線対(GB
L,GBLB)の電位差が、図11に示すように、Vc
cまたはGNDレベルに増幅される。セル1の情報が、
Vccまたは(2/3)Vccの場合、共に、非反転主
ビット線GBLがVccレベル、反転主ビット線GBL
BがGNDレベルとなる。これは、上位ビットの読み出
し動作を表しており、いづれの場合も“1”データが読
み出されることを示している。一方、セル1の情報が、
(1/3)Vccまたは0の場合、この上位ビットの読
み出し動作により“0”データが読み出される。
Next, at time T5, the read switch signal RS falls to the low inactive level, and the main sense amplifier circuit MSA causes the main bit line pair (GB
L, GBLB) as shown in FIG.
Amplified to c or GND level. Cell 1 information is
In the case of Vcc or (2/3) Vcc, the non-inverted main bit line GBL is at the Vcc level and the inverted main bit line GBL is
B becomes the GND level. This indicates a read operation of the upper bit, and indicates that "1" data is read in any case. On the other hand, the information of cell 1 is
In the case of (1 /) Vcc or 0, “0” data is read by the reading operation of the upper bits.

【0030】このように、時刻T5〜T6において、主
ビット線対(GBL,GBLB)が増幅されている間、
制御信号CPEはハイアクテイブレベルであるため、カ
ップリング容量Ccにより、主ビット線対(GBL,G
BLB)の電位変動の影響を受けて、副ビット線対(S
BL,SBLB)の電位も変動する。セル1の情報が
(2/3)Vccの場合、非反転主ビット線GBLの電
位上昇に伴い、反転副ビット線SBLBの電位はΔVc
だけ上昇し、また、反転主ビット線GBLBの電位下降
に伴い、非反転副ビット線SBLの電位はΔVcだけ下
降する。
As described above, while the main bit line pair (GBL, GBLB) is being amplified from time T5 to time T6,
Since control signal CPE is at a high active level, main bit line pair (GBL, GBL) is controlled by coupling capacitance Cc.
BLB), the sub-bit line pair (S
BL, SBLB) also fluctuates. When the information of the cell 1 is (2/3) Vcc, the potential of the inverted sub-bit line SBLB becomes ΔVc with the rise of the potential of the non-inverted main bit line GBL.
, And the potential of the non-inverted sub-bit line SBL decreases by ΔVc as the potential of the inverted main bit line GBLB decreases.

【0031】ここで、第1の従来例と同様に、ΔVc=
ΔVとなるように、カップリング容量Ccとメモリセル
容量Csとの比を調節すると、0,(1/3)Vcc,
(2/3)Vcc,Vccの4つの情報に対する副ビッ
卜線対(SBL,SBLB)の電位差は全てΔVとな
り、等しくなる。また、この電位差は、上位ビット読み
出し時の副ビット線対(SBL,SBLB)の電位差の
最小値ΔVとも等しくなる。
Here, as in the first conventional example, ΔVc =
When the ratio between the coupling capacitance Cc and the memory cell capacitance Cs is adjusted to be ΔV, 0, (1 /) Vcc,
(2/3) The potential differences of the sub-bit line pairs (SBL, SBLB) for the four information Vcc and Vcc are all equal to ΔV and equal. This potential difference is also equal to the minimum value ΔV of the potential difference between the sub-bit line pair (SBL, SBLB) when reading the upper bits.

【0032】次に、時刻T6において、上位側制御信号
TGU0及ぴCPEが、ロウインアクティブレベルに立
ち下がり、メモリセルアレイ部内の上位側副ビット線対
(SBLU,SBLBU)と副センスアンプ回路SSA
とが電気的に分離される。また、これ以降、副ビット線
対(SBL,SBLB)の電位が主ビット線対(GB
L,GBLB)の電位変動による影響を受けなくなる。
Next, at time T6, the upper control signals TGU0 and #CPE fall to the low inactive level, and the upper sub bit line pair (SBLU, SBLBU) and the sub sense amplifier circuit SSA in the memory cell array section.
Are electrically separated from each other. Thereafter, the potential of the sub-bit line pair (SBL, SBLB) changes from the main bit line pair (GB
L, GBLB) are not affected.

【0033】次に、時刻T7において、上側ライトスイ
ッチ信号WSUが、ハイアクティブレベルに立ち上が
り、増幅された主ビット線対(GBL,GBLB)の電
位が、上位側副ビット線対(SBLU,SBLBU)に
それぞれ書き込まれる。
Next, at time T7, the upper write switch signal WSU rises to the high active level, and the amplified potential of the main bit line pair (GBL, GBLB) is changed to the upper sub bit line pair (SBLU, SBLBU). Are written respectively.

【0034】次に、時刻T8において、上位側ライトス
イッチ信号WSUが、ロウインアクティブレベルに立ち
下がり、主ビット線対(GBL,GBLB)が、(1/
2)Vccレベルにプリチャージされる。
Next, at time T8, the upper write switch signal WSU falls to the low inactive level, and the main bit line pair (GBL, GBLB) becomes (1/1).
2) Precharged to Vcc level.

【0035】次に、時刻T9において、再びリードスイ
ッチ信号RSが、ハイアクティブレベルに立ち上がり、
副ビット線対(SBL,SBLB)の電位差が主ビット
線対(GBL,GBLB)に伝達される。
Next, at time T9, the read switch signal RS rises to the high active level again,
The potential difference between the sub-bit line pair (SBL, SBLB) is transmitted to the main bit line pair (GBL, GBLB).

【0036】次に、時刻T1Oにおいて、リードスイッ
チ信号RSがロウインアクティブレベルに立ち下がり、
主センスアンプ回路MSAにより、主ビット線対(GB
L,GBLB)の電位差が、図11に示すように、Vc
cまたはGNDレベルに増幅される。セル1の情報が、
(2/3)Vccまたは0の場合、共に、非反転主ビッ
ト線GBLがGNDレベル、反転主ビット線GBLBが
Vccレベルとなる。これは、下位ビットの読み出し動
作を表しており、いづれの場合も“0”データが読み出
されることを示している。一方、セル1の情報が、Vc
cまたは(1/3)Vccの場合、この下位ピットの読
み出し動作により“1”データが読み出される。
Next, at time T1O, the read switch signal RS falls to the low inactive level,
The main bit line pair (GB
L, GBLB) as shown in FIG.
Amplified to c or GND level. Cell 1 information is
In the case of (2/3) Vcc or 0, the non-inverted main bit line GBL is at the GND level and the inverted main bit line GBLB is at the Vcc level. This indicates a lower bit read operation, and indicates that "0" data is read in any case. On the other hand, if the information of cell 1 is Vc
In the case of c or (1 /) Vcc, “1” data is read by the reading operation of the lower pit.

【0037】次に、時刻Tllにおいて、下位側ライト
スイッチ信号WSL及び下位側制御信号TGL0が、ハ
イアクティブレベルに立ち上がり、増幅された主ビット
線対(GBL,GBLB)の電位が、下位側副ビット線
対(SBLL,SBLBL)、副ビット線対(SBL,
SBLB)にそれぞれ書き込まれる。
Next, at time T11, the lower write switch signal WSL and the lower control signal TGL0 rise to the high active level, and the potential of the amplified main bit line pair (GBL, GBLB) is changed to the lower sub bit. Line pair (SBLL, SBLBL), sub-bit line pair (SBL,
SBLB).

【0038】次に、時刻T12において、下位側ライト
スイッチ信号WSLがロウインアクティブレベルに立ち
下がり、また、下位側制御信号TGU0がハイアクテイ
ブレベルに立ち上がり、上位側副ビット線対(SBL
U,SBLBU)、副ビット線対(SBL,SBL
B)、下位側ビット線対(SBLL,SBLBL)は、
すべて接続される。ここで、下位側副ビット線対(SB
LL,SBLBL)を2分割する下位側制御信号TGL
Iはロウインアクティブレベルであり、上位側副ビット
線対(SBLU,SBLBU)と下位側副ビット線対
(SBLL,SBLBL)の浮遊容量の比は、2:1に
なる。
Next, at time T12, the lower write switch signal WSL falls to the low inactive level, the lower control signal TGU0 rises to the high active level, and the upper sub bit line pair (SBL
U, SBLBU), sub-bit line pair (SBL, SBL
B), the lower bit line pair (SBLL, SBLBL)
All connected. Here, the lower side sub-bit line pair (SB
LL, SBLBL) into two lower control signals TGL
I is a row inactive level, and the ratio of the stray capacitance of the upper sub-bit line pair (SBLU, SBLBU) to the lower sub-bit line pair (SBLL, SBLBL) is 2: 1.

【0039】副センスアンプ回路SSA内の副ビット線
対(SBL,SBLB)の浮遊容量を、上位側副ビット
線対(SBLU,SBLBU)、下位側副ビット線対
(SBLL,SBLBL)と比べて小さいとして無視す
ると、セル1の情報が(2/3)Vccの場合、上位側
非反転副ビット線SBLUの電位は、 Vrest(1,0)=(2/3)Vcc となり、読み出し前にセル1に格納されていた電位と等
しくなる。時刻T12〜T13の期間で、セル1に、こ
の電位を再度書き込む。
The floating capacitance of the sub bit line pair (SBL, SBLB) in the sub sense amplifier circuit SSA is compared with the upper sub bit line pair (SBLU, SBLBU) and the lower sub bit line pair (SBLL, SBLBL). If the information of the cell 1 is (2/3) Vcc, the potential of the upper non-inverting sub-bit line SBLU becomes Vrest (1,0) = (2/3) Vcc. It becomes equal to the potential stored in 1. This potential is written to the cell 1 again in the period from the time T12 to T13.

【0040】この後、時刻T13において、選択された
ワード線WLがロウインアクティブレベルとなる。そし
て、時刻T14において、副ビット線のプリチャージ制
御信号BBLがハイアクテイプレベルに立ち上がり、上
位側副ビット線対(SBLU,SBLBU)、副ビット
線対(SBL,SBLB)、下位側副ビット線対(SB
LL,SBLBL)を、すべて(1/2)Vccレベル
にプリチヤージして、読み出し動作を終了する。
Thereafter, at time T13, the selected word line WL goes low. Then, at time T14, the precharge control signal BBL of the sub bit line rises to the high active level, and the upper sub bit line pair (SBLU, SBLBU), the sub bit line pair (SBL, SBLB), and the lower sub bit line pair (SB
LL, SBLBL) are all precharged to the (1/2) Vcc level, and the read operation ends.

【0041】以上、データの読み出し動作について説明
したが、データの書き込み動作については、第1の従来
例と同様に、説明を省略する。
Although the data read operation has been described above, the description of the data write operation will be omitted as in the first conventional example.

【0042】ここで、今までに説明した2つの従来例の
動作方式に共通する2つの要点について説明を行う。
Here, two points common to the two conventional operation systems described above will be described.

【0043】はじめに、どちらの従来例の場合にも、図
7に示すように、(0,0)、(0,1)、(1,
0)、(1,1)の4つの情報を、メモリセルに書き込
む場合、それぞれ、0,(1/3)Vcc,(2/3)
Vcc,Vccの電位に対応させる。そのため、再書き
込み動作時に、上位ビットに対応するビット線の浮遊容
量C´blと、下位ビットに対応するビット線の浮遊容
量C´b2との比を2:1に設定して、この電位を発生
している。
First, in either case, as shown in FIG. 7, (0, 0), (0, 1), (1,
When writing the four information of (0) and (1,1) into the memory cell, they are 0, (1/3) Vcc, and (2/3), respectively.
Vcc and Vcc. Therefore, at the time of the rewrite operation, the ratio between the stray capacitance C'bl of the bit line corresponding to the upper bit and the stray capacitance C'b2 of the bit line corresponding to the lower bit is set to 2: 1, and this potential is set. It has occurred.

【0044】次に、どちらの従来例の場合にも、ΔVc
=ΔVとなるように、カップリング容量C´cとメモリ
セル容量C´sとの比を調節している。このように設定
することにより、4つの情報それぞれに対する下位ビッ
ト読み出し時の信号電圧が、全てΔVとなり、等しくな
る。また、(0,1)、(1,0)の場合の、上位ビッ
ト読み出し時の信号電圧ΔVとも等しくなる。
Next, in both cases, ΔVc
= ΔV, the ratio between the coupling capacitance C′c and the memory cell capacitance C ′s is adjusted. By setting in this way, the signal voltages at the time of reading the lower bits for each of the four pieces of information are all equal to ΔV and equal. In the case of (0, 1) and (1, 0), the signal voltage becomes equal to the signal voltage ΔV at the time of reading the upper bits.

【0045】なお、第1の従来例の場合、ΔVc=ΔV
が成立するのは、カップリング容量C´cとメモリセル
容量C´sとの間に、 C´c=(1/9)C´s が成立するときである。上式が成立するカップリング容
量C´cは、例えば、メモリセル容量C´sを9個直列
に接続することで実現できる。
In the case of the first conventional example, ΔVc = ΔV
Holds when C′c = (1/9) C ′s holds between the coupling capacitance C′c and the memory cell capacitance C ′s. The coupling capacitance C′c that satisfies the above equation can be realized, for example, by connecting nine memory cell capacitances C ′s in series.

【0046】また、第2の従来例の場合、ΔVc=ΔV
が成立するのは、カップリング容量C´cとメモリセル
容量C´sとの間に、 C´c=(1/3)C´s が成立するときである。上式が成立するカップリング容
量C´cは、例えば、メモリセル容量C´sを3個直列
に接続することで実現できる。
In the case of the second conventional example, ΔVc = ΔV
Holds when C′c = (1 /) C ′s holds between the coupling capacitance C′c and the memory cell capacitance C ′s. The coupling capacitance C′c that satisfies the above equation can be realized, for example, by connecting three memory cell capacitances C ′s in series.

【0047】[0047]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上述
べた従来例の場合、カップリング容量C´cの働きによ
り、上位ビットのセンス結果を、下位ビットのセンスレ
ベルにフィードバックして、多値による読み出し動作を
実現している。そのため、カップリング容量C´cとメ
モリセル容量C´sとの比がばらついた場合に、下位ビ
ットの信号電圧が、(0,1)、(1,0)の場合の、
上位ビットの信号電圧ΔVよりも減少する。例えば、第
1の従来例において、 C´c>(1/9)C´s となった場合、(1,1)、(0,0)の場合の下位ビ
ットの信号電圧がΔVよりも小さくなる。逆に、 C´c<(1/9)C´s となった場合、(1,0)、(0,1)の場合の下位ビ
ットの信号電圧がΔVよりも小さくなる。このように、
カップリング容量C´cとメモリセル容量C´sとの比
が、最適値からどちらの方向にばらついた場合にも、下
位ビットの信号電圧が減少し、読み出しマージンの劣化
を招いていた。
However, in the case of the conventional example described above, the sense result of the upper bit is fed back to the sense level of the lower bit by the function of the coupling capacitor C'c, so that multi-value reading is performed. Operation is realized. Therefore, when the ratio between the coupling capacitance C′c and the memory cell capacitance C ′s varies, when the signal voltage of the lower bit is (0, 1) or (1, 0),
It is lower than the signal voltage ΔV of the upper bit. For example, in the first conventional example, when C′c> (1/9) C ′s, the signal voltage of the lower bit in the case of (1, 1) or (0, 0) is smaller than ΔV. Become. Conversely, when C′c <(1/9) C ′s, the signal voltage of the lower bits in (1, 0) and (0, 1) becomes smaller than ΔV. in this way,
When the ratio between the coupling capacitance C'c and the memory cell capacitance C's fluctuates in either direction from the optimum value, the signal voltage of the lower bit decreases, leading to deterioration of the read margin.

【0048】従って、本発明の目的は、カップリング容
量とメモリセル容量との比がばらついた場合にも、上位
ビットと下位ビットとをトータルでみたときの信号電圧
の減少を最小限度に抑制することにより、十分な読み出
しマージンを有する多値メモリセルのための半導体記憶
装置を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to minimize the reduction of the signal voltage when the upper bits and the lower bits are viewed in total even when the ratio between the coupling capacitance and the memory cell capacitance varies. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a semiconductor memory device for a multilevel memory cell having a sufficient read margin.

【0049】[0049]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第1の態様による半導体記憶装置は、相補
型の第1のビット線対と、相補型の第2のビット線対
と、前記第1のビット線対に接続されてなる第1のセン
スアンプ回路と、前記第2のピット線対に接続されてな
る第2のセンスアンプ回路と、前記第1のビット線対と
前記第2のビット線対とを接続する第1のトランスファ
ーゲートと、前記第1のビット線対と前記第2のビット
線対との間に接続されてなるカップリング容量とを有
し、前記第1のビット線対と前記第2のビット線対とに
別々の電圧を書き込み、その後に、前記第1のトランス
フアーゲートを活性化させて、電荷の配分によって4つ
の電圧状態をつくり、メモリセルに4つの状態を書き込
むことによって多値動作を実現する半導体記憶装置にお
いて、前記第2のビット線対に対する前記第1のビット
線対の浮遊容量の比率を2未満に設定すること及び/又
は前記メモリセル容量に対する前記カップリング容量の
比率を(1/9)未満に設定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor memory device according to a first aspect of the present invention comprises a complementary first bit line pair and a complementary second bit line pair. A first sense amplifier circuit connected to the first bit line pair, a second sense amplifier circuit connected to the second pit line pair, the first bit line pair, A first transfer gate connecting to a second bit line pair, and a coupling capacitor connected between the first bit line pair and the second bit line pair; Writing different voltages to one bit line pair and the second bit line pair, and then activating the first transfer gate to create four voltage states by charge distribution, Operation by writing four states to In the semiconductor memory device to be realized, the ratio of the stray capacitance of the first bit line pair to the second bit line pair is set to less than 2 and / or the ratio of the coupling capacitance to the memory cell capacitance is ( 1/9).

【0050】また、本発明の第2の態様による半導体記
憶装置は、階層化された、相補型の主ビット線及び相補
型の副ビット線対と、前記主ビッ卜線対に接続されてな
る主センスアンプ回路と、前記主ビット線対に1または
複数接続されそれぞれに前記副ビット線対が接続されて
なる副センスアンプ回路と、前記副ビット線対を、上位
側副ビット線対と下位側副ビッ卜線対との2つに切り離
す第1のトランスファーゲートと、前記副センスアンプ
回路毎に、前記主ビット線対と前記副ビット線対との間
に接続されてなるカップリング容量と第2のトランスフ
ァーゲートとを直列接続したものとを有し、前記上位側
副ビット線対と前記下位側副ビット線対とに別々の電圧
を書き込み、その後に、前記第2のトランスファーゲー
トを活性化せて、電荷の配分によって4つの電圧状態を
つくり、メモリセルに4つの状態を書き込むことによっ
て多値動作を実現する半導体記憶装置において、前記下
位側副ビット線対に対する前記上位側副ビット線対の浮
遊容量の比率を2未満に設定すること及び/又は前記メ
モリセル容量に対する前記カップリング容量の比率を
(1/3)未満に設定することを特徴とする。
Further, the semiconductor memory device according to the second aspect of the present invention is configured such that hierarchical main bit lines and complementary sub bit line pairs are connected, and the main bit line pairs are connected to each other. A main sense amplifier circuit, one or more sub-sense amplifier circuits connected to the main bit line pair and each connected to the sub-bit line pair, and a sub-bit line pair, A first transfer gate which is separated into two sub-bit line pairs, and a coupling capacitor connected between the main bit line pair and the sub-bit line pair for each of the sub-sense amplifier circuits. A second transfer gate connected in series, and writing different voltages to the upper sub-bit line pair and the lower sub-bit line pair, and thereafter activating the second transfer gate. , In a semiconductor memory device in which four voltage states are created by load distribution and four states are written in a memory cell to realize a multi-level operation, the stray capacitance of the upper sub-bit line pair with respect to the lower sub-bit line pair And / or the ratio of the coupling capacitance to the memory cell capacitance is set to less than (1/3).

【0051】[0051]

【作用】上記の手段により、本発明の半導体記憶装置に
おいては、従来例と異なり、上位ビットの信号電圧より
も、下位ビットの信号電圧を大きくすることが可能とな
る。そのため、カップリング容量とメモリセル容量との
比がばらつく場合にも、ばらつきの影響を受ける下位ビ
ットの信号電圧を従来例に比べて大きくすることによ
り、上位ビットと下位ビットとをトータルでみたときの
読み出しマージンを従来例に比べて大きくすることがで
きる。
By the means described above, in the semiconductor memory device of the present invention, unlike the conventional example, the signal voltage of the lower bit can be made higher than the signal voltage of the upper bit. Therefore, even when the ratio between the coupling capacitance and the memory cell capacitance varies, the signal voltage of the lower bit affected by the variation is increased compared to the conventional example, so that the total of the upper bit and the lower bit is obtained. Can be increased as compared with the conventional example.

【0052】[0052]

【発明の実施の形態】図1に、本発明の第1の実施の形
態による半導体記憶装置のメモリセルアレイ部及ぴセン
スアンプ部の回路情成を示す。図1には4値のメモリセ
ルによる構成が示されているが、これは、図6に示した
第1の従来例と、以下に示す2点を除いて、同じ回路構
成である。
FIG. 1 shows a circuit configuration of a memory cell array section and a sense amplifier section of a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a configuration using quaternary memory cells, which has the same circuit configuration as the first conventional example shown in FIG. 6 except for the following two points.

【0053】(A−1)領域2のビット線に生じる浮遊
容量Cb2に対する領域1のビット線に生じる浮遊容量
Cblの比率が2未満に設定されている。
(A-1) The ratio of the stray capacitance Cbl generated in the bit line in the region 1 to the stray capacitance Cb2 generated in the bit line in the region 2 is set to less than 2.

【0054】(A−2)メモリセル容量Csに対するカ
ップリング容量Ccの比率が(1/9)未満に設定され
ている。
(A-2) The ratio of the coupling capacitance Cc to the memory cell capacitance Cs is set to less than (1/9).

【0055】尚、本第1の実施の形態では、上記(A−
1)および(A−2)の2つを採用しているが、それら
のうちのどちらか一方を採用しても良い。
In the first embodiment, the above (A-
Although two of 1) and (A-2) are adopted, either one of them may be adopted.

【0056】図2に本発明の第1の実施の形態のデータ
読み出し時の動作波形を示す。上記(A−1),(A−
2)の2点の違いしか存在しないために、図2に示した
動作波形は、以下に示す2点を除いて、図9に示した第
1の従来例と同様になる。
FIG. 2 shows operation waveforms at the time of data reading according to the first embodiment of the present invention. The above (A-1), (A-
Since only the two points 2) exist, the operation waveform shown in FIG. 2 is the same as that of the first conventional example shown in FIG. 9 except for the following two points.

【0057】(B−1)読み出し時のビット線対の電位
(期間T1〜T4) (B−2)再書き込み動作時のビット線対の電位(期間
T7〜T8) よって、上記(A−1),(A−2)2点の違いが、上
記(B−1),(B−2)の2点に与える影響につい
て、以下に説明を行う。データの読み出し動作全体の説
明およぴデータの書き込み動作の説明については省略す
る。
(B-1) Potential of Bit Line Pair at Reading (Periods T1 to T4) (B-2) Potential of Bit Line Pair at Rewriting Operation (Periods T7 to T8) ), (A-2) The effect of the difference between the two points on the two points (B-1) and (B-2) will be described below. A description of the entire data read operation and a description of the data write operation will be omitted.

【0058】いま、図6に示した第1の従来例およぴ、
図1に示した第1の実施の形態において、 Vcc=2.OV Cs=36fF Cb1+Cb2=114fF であると仮定する。第1の従来例の場合、 Cbl=(2/3)*(Cb1+Cb2)=76fF Cb2=(1/3)*(Cb1+Cb2)=38fF Cc=(1/9)Cs=4fF と設定されているので、メモリセル容量Csに対するカ
ップリング容量Ccの比率が常に一定であると仮定した
場合(=1/9)、読み出し時の信号電圧は以下のよう
になる。
Now, the first conventional example shown in FIG.
In the first embodiment shown in FIG. Assume that OV Cs = 36 fF Cb1 + Cb2 = 114 fF. In the case of the first conventional example, Cbl = (2/3) * (Cb1 + Cb2) = 76fF Cb2 = (1/3) * (Cb1 + Cb2) = 38fF Cc = (1/9) Cs = 4fF Assuming that the ratio of the coupling capacitance Cc to the memory cell capacitance Cs is always constant (= 1/9), the signal voltage at the time of reading is as follows.

【0059】(0,1),(1,0) の場合の上位ビットの信号電
圧ΔVu(1,0) =160mV (1,1),(0,0) の場合の上位ビットの信号電圧ΔVu(1,
1) =480mV Ccによるビット線電位の遷移量ΔVc=160mV (0,1),(1,0) の場合の下位ビットの信号電圧ΔVl(1,
0) =160mV (1,1),(0,0) の場合の上位ビットの信号電圧ΔVu(1,
1) =160mV ところが、実際には、メモリセル容量Csに対するカッ
ブリング容量Ccの比率にはばらつきが存在する。い
ま、カップリング容量Ccの値が±25%ばらつく(3
fF≦Cc≦5fF、Csは常に一定)と仮定すると、 ΔVc=200mV (+25%の場合) =120mV (−25%の場合) ΔVl(1,0) =240mV (+25%の場合) =80mV (−25%の場合) ΔVl(1,1) =80mV (+25%の場合) ΔV1(1,1)=240mV (−25%の場合) となり、どちらの方向にばらつく場合にも下位ビットの
信号電圧の最小値が、 160mV→80mV に減少する。
Higher bit signal voltage ΔVu (1,0) in the case of (0,1), (1,0) = 160 mV (1,1), signal voltage ΔVu in the case of (0,0) (1,
1) = 480 mV The amount of transition of the bit line potential due to Cc ΔVc = 160 mV (0,1), (1,0), the signal voltage ΔVl (1,
0) = 160 mV (1,1), (0,0), the signal voltage ΔVu (1,
1) = 160 mV However, in practice, the ratio of the coupling capacitance Cc to the memory cell capacitance Cs varies. Now, the value of the coupling capacitance Cc varies by ± 25% (3
Assuming that fF ≦ Cc ≦ 5fF, Cs is always constant, ΔVc = 200 mV (in the case of +25%) = 120 mV (in the case of −25%) ΔV1 (1,0) = 240 mV (in the case of +25%) = 80 mV ( ΔV1 (1,1) = 80 mV (in the case of + 25%) ΔV1 (1,1) = 240 mV (in the case of −25%), and the signal voltage of the lower bit is obtained in both directions. Is reduced from 160 mV to 80 mV.

【0060】一方、本発明の第1の実施の形態では、C
cの値が±25%ばらつく場合、(0,1) ,(1,0) の場合
の上位ピットの信号電圧ΔVu(1,0) を、 80mV<ΔVU(1,0) <160mV の範囲内に入るように、Cb2に対するCb1の比率を
調節する。いま、 ΔVu(1,0) =120mV となるように、Cb2に対するCb1の比率を(5/
3)にしたとする。このとき、(0,0) ,(0,1) ,(1,0)
,(1,1) の4つの情報に対応するメモリセルへの書き
込みレベルは、図3に示すようになる。なお、Cb2に
対するCblの比率を(5/3)に設定するのは、2に
設定するのと同様に、各領域のワード線数に差をつける
方法や、各領域のワード線数は同数であるが、実際にビ
ット線にダミーキャパシタを設ける方法等がある。
On the other hand, in the first embodiment of the present invention, C
When the value of c varies by ± 25%, the signal voltage ΔVu (1,0) of the upper pit in the case of (0,1), (1,0) is within the range of 80 mV <ΔVU (1,0) <160 mV. To adjust the ratio of Cb1 to Cb2. Now, the ratio of Cb1 to Cb2 is set to (5/5) so that ΔVu (1,0) = 120 mV.
Suppose 3). At this time, (0,0), (0,1), (1,0)
, (1,1), the write levels to the memory cells corresponding to the four information are as shown in FIG. Setting the ratio of Cbl to Cb2 to (5/3) is similar to setting the ratio to 2 by setting the difference in the number of word lines in each region, or by setting the number of word lines in each region to the same number. However, there is a method of actually providing a dummy capacitor on a bit line.

【0061】次に、本発明の第1の実施の形態では、Δ
Vu(1,0) =120mVとする場合、メモリセル容量C
sに対するカップリング容量Ccの比率を Cc/Cs=5/48<1/9 に設定する。このとき、メモリセル容量Csに対するカ
ップリング容量Ccの比率が常に一定であるとして、 (0,1),(1,0)の場合の上位ビットの信号電圧ΔVu(1,0)
=120mV (1,1),(0,0)の場合の上位ピットの信号電圧ΔVu(1,1)
=480mV Ccによるビット線電位の遷移量ΔVc=150mV (0,1),(1,0)の場合の下位ピットの信号電圧ΔVl(1,0)
=180mV (1,1),(0,0)の場合の上位ピットの信号電圧ΔVu(1,1)
=180mV となり、上位ビットよりも、下位ビットの信号電圧が大
きくなる。そして、先ほどと同様に、カップリング容量
Ccが±25%ばらつくと仮定すると、 ΔVc=187.5mV (+25%の場合) =112.5mV (−25%の場合) ΔVl(1,0) =255mV (+25%の場合) =105mV (−25%の場合) ΔVl(1,1) =255mV (+25%の場合) =105mV (−25%の場合) となる。第1の従来例と比較すると、下位ビットの信号
電圧の最小値は、 80mV→105mV に増加し、上位ビットと下位ビットとをトータルでみた
ときの読み出しマージンは第1の従来例に比べて大きく
なる。
Next, in the first embodiment of the present invention, Δ
When Vu (1,0) = 120 mV, the memory cell capacity C
The ratio of the coupling capacitance Cc to s is set to Cc / Cs = 5/48 <1/9. At this time, assuming that the ratio of the coupling capacitance Cc to the memory cell capacitance Cs is always constant, the signal voltage ΔVu (1,0) of the upper bit in the case of (0,1), (1,0)
= 120 mV (1,1), (0,0) upper pit signal voltage ΔVu (1,1)
= 480 mV The amount of transition of bit line potential due to Cc ΔVc = 150 mV (0,1), signal voltage ΔVl (1,0) of lower pit when (1,0)
= 180 mV (1,1), (0,0), upper pit signal voltage ΔVu (1,1)
= 180 mV, and the signal voltage of the lower bits is higher than that of the upper bits. Then, as before, assuming that the coupling capacitance Cc varies ± 25%, ΔVc = 187.5 mV (in the case of +25%) = 112.5 mV (in the case of −25%) ΔVl (1,0) = 255 mV (In the case of +25%) = 105 mV (in the case of −25%) ΔV1 (1,1) = 255 mV (in the case of +25%) = 105 mV (in the case of −25%). As compared with the first conventional example, the minimum value of the signal voltage of the lower bits increases from 80 mV to 105 mV, and the read margin when the upper bits and the lower bits are viewed in total is larger than that of the first conventional example. Become.

【0062】図4に、本発明の第2の実施の形態による
半導体記憶装置のメモリセルアレイ部及ぴセンスアンプ
部の回路構成(主ビット線対1組分)を示す。図4に
は、4値のメモリセルによる構成が示されているが、こ
れは、図10に示した第2の従来例と以下に示す2点を
除いて同じ回路構成である。
FIG. 4 shows a circuit configuration (for one pair of main bit lines) of a memory cell array section and a sense amplifier section of a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a configuration using quaternary memory cells, which has the same circuit configuration as the second conventional example shown in FIG. 10 except for the following two points.

【0063】(C−1)制御信号TGU1,TGL1
は、それぞれ、上位側副ビット線対(SBLU,SBL
BU),上位側副ビット線対(SBLL,SBLBL)
を、副センスアンプ回路SSAに近い側から、y:1
(1≦y)の浮遊容量比に分割する(図4参照)。
(C-1) Control signals TGU1, TGL1
Are the upper sub-bit line pairs (SBLU, SBL
BU), upper sub-bit line pair (SBLL, SBLBL)
From the side close to the sub sense amplifier circuit SSA, y: 1
It is divided into (1 ≦ y) stray capacitance ratios (see FIG. 4).

【0064】(C−2)メモリセル容量Csに対するカ
ップリング容量Ccの比率が(1/3)未満に設定され
ている。
(C-2) The ratio of the coupling capacitance Cc to the memory cell capacitance Cs is set to less than (1/3).

【0065】尚、本第2の実施の形態では、上記(C−
1)および(C−2)の2つを採用しているが、それら
のうちのどちらか一方を採用しても良い。
In the second embodiment, (C-
Although two of 1) and (C-2) are employed, either one of them may be employed.

【0066】図5に本発明の第2の実施の形態のデータ
読み出し時の動作波形を示す。上記(C−1),(C−
2)の2点の違いしか存在しないために、図5に示した
動作波形は、以下に示す2点を除いて、図11に示した
第2の従来例と同様になる。
FIG. 5 shows operation waveforms at the time of data reading according to the second embodiment of the present invention. The above (C-1), (C-
Since only the two points 2) exist, the operation waveform shown in FIG. 5 is the same as that of the second conventional example shown in FIG. 11 except for the following two points.

【0067】(D−1)読み出し時のビット線対の電位
(期間T3〜Tll) (D−2)再書き込み動作時のビット線対の電位(期間
T12〜T13) よって、上記(C−1),(C−2)2点の違いが、上
記(D−1),(D−2)の2点に与える影響につい
て、以下に説明を行う。データの読み出し動作全体の説
明およぴデー夕の書き込み動作の説明については、この
場合も省略する。
(D-1) Potential of bit line pair at the time of reading (period T3 to T11) (D-2) Potential of bit line pair at the time of rewriting operation (period T12 to T13) ) And (C-2), the effect of the difference between the two points on the two points (D-1) and (D-2) will be described below. The description of the entire data read operation and the data write operation will also be omitted in this case.

【0068】いま、第1の実施の形態と同様に、図10
に示した第2の従来例およぴ、図4に示した第2の実施
の形態において、 Vcc=2.OV Cs=36fF 上位側副ビット線対(SBLU,SBLBU)の浮遊容
量Cbu=114fF 下位側副ビット線対(SBLL,SBLBL)の浮遊容
量Cbl=114fF であると仮定する。第2の従来例の場合、 Cc=(1/3)Cs=12fF と設定されているので、メモリセル容量Csに対するカ
ップリング容量Ccの比率が常に一定であると仮定した
場合(=1/3)、読み出し時の信号電圧は以下のよう
になる。
Now, as in the first embodiment, FIG.
In the second conventional example shown in FIG. 4 and the second embodiment shown in FIG. OV Cs = 36 fF It is assumed that the stray capacitance Cbu of the upper sub-bit line pair (SBLU, SBLBU) is Cbu = 114 fF. The stray capacitance Cbl of the lower sub-bit line pair (SBLL, SBLBL) is Cbl = 114 fF. In the case of the second conventional example, since Cc = (3) Cs = 12fF, it is assumed that the ratio of the coupling capacitance Cc to the memory cell capacitance Cs is always constant (= 1/3). ), The signal voltage at the time of reading is as follows.

【0069】(0,1),(1,0)の場合の上位ビットの信号電
圧ΔVu(1,0) =160mV (1,1),(0,0)の場合の上位ビットの信号電圧ΔVu(1,1)
=480mV Ccによるビット線電位の遷移量ΔVc=160mV (0,1),(1,0)の場合の下位ビットの信号電圧ΔVl(1,0)
=160mV (1,1),(0,0)の場合の上位ビットの信号電圧ΔVu(1,1)
=160mV ところが、実際には、メモリセル容量Csに対するカッ
プリング容量Ccの比率にはばらつきが存在する。い
ま、カップリング容量Ccの値が±25%ばらつく(9
fF≦Cc≦15fF、Csは常に一定)と仮定する
と、 ΔVc=200mV (+25%の場合) =120mV (−25%の場合) ΔVl(1,0) =240mV (+25%の場合) =80mV (−25%の場合) ΔVl(1,1) =80mV (+25%の場合) ΔVl(1,1) =240mV (−25%の場合) となり、どちらの方向にばらつく場合にも下位ビットの
信号電圧の最小値が、 160mV→80mV に減少する。
The signal voltage ΔVu (1,0) of the upper bit in the case of (0,1), (1,0) = 160 mV The signal voltage ΔVu of the upper bit in the case of (1,1), (0,0) (1,1)
= 480 mV The amount of transition of bit line potential due to Cc ΔVc = 160 mV (0,1), signal voltage ΔVl (1,0) of lower bit in the case of (1,0)
= 160 mV (1,1), signal voltage ΔVu (1,1) of upper bit in the case of (0,0)
However, in practice, there is a variation in the ratio of the coupling capacitance Cc to the memory cell capacitance Cs. Now, the value of the coupling capacitance Cc varies by ± 25% (9
Assuming that fF ≦ Cc ≦ 15fF and Cs is always constant, ΔVc = 200 mV (in the case of +25%) = 120 mV (in the case of −25%) ΔV1 (1,0) = 240 mV (in the case of +25%) = 80 mV ( ΔVl (1,1) = 80 mV (in the case of + 25%) ΔVl (1,1) = 240 mV (in the case of −25%), and the signal voltage of the lower bit is obtained in both directions. Is reduced from 160 mV to 80 mV.

【0070】一方、本発明の第2の実施の形態では、C
cの値が±25%ばらつく場合、 (0,1),(1,0) の場合
の上位ビットの信号電圧ΔVu(1,0) を、 80mV<ΔVu(1,0) <160mV の範囲内に入るように、上位側制御信号TGU1,下位
側制御信号TGL1によって区切られる、上位側副ビッ
ト線対(SBLU,SBLBU),下位側副ビット線対
(SBLL,SBLBL)内の浮遊容量の比率(y:
1、1≦y)を調節する。いま、 ΔVu(1,0) =120mV となるように、 y=3/2 とする。このとき、(0,0),(0,1) ,(1,0),(1,1) の4つ
の情報に対応するメモリセルへの書き込みレベルは、第
1の実施の形態と同様に、図3に示すようになる。な
お、y:1(1≦y)に分割するのは、分割された各領
域のワード線数に差をつける方法や、分割された各領域
のワード線数は同数であるが、実際にビット線にダミー
キャパシタを設ける方法等がある。
On the other hand, in the second embodiment of the present invention, C
When the value of c varies by ± 25%, the signal voltage ΔVu (1,0) of the upper bit in the case of (0,1), (1,0) is within the range of 80 mV <ΔVu (1,0) <160 mV. The ratio of the stray capacitance in the upper sub-bit line pair (SBLU, SBLBU) and the lower sub-bit line pair (SBLL, SBLBL) separated by the upper control signal TGU1 and the lower control signal TGL1 y:
1, 1 ≦ y). Now, let y = 3/2 so that ΔVu (1,0) = 120 mV. At this time, the write level to the memory cell corresponding to the four information of (0,0), (0,1), (1,0), (1,1) is the same as in the first embodiment. , As shown in FIG. Note that the division into y: 1 (1 ≦ y) is based on a method of giving a difference in the number of word lines in each divided area, and the same number of word lines in each divided area. For example, there is a method of providing a dummy capacitor on a line.

【0071】次に、本発明の第2の実施の形態では、Δ
Vu(1,0) =120mVとする場合、メモリセル容量C
sに対するカップリング容量Ccの比率を Cc/Cs=5/16<1/3 に設定する。このとき、メモリセル容量Csに対するカ
ップリング容量Ccの比率が常に一定であるとして、 (0,1),(1,0) の場合の上位ビットの信号電圧ΔVu(1,
0) =120mV (1,1),(0,0) の場合の上位ビットの信号電圧ΔVu(1,
1) =480mV Ccによるビット線電位の遷移量ΔVc=150mV (0,1),(1,0) の場合の下位ビットの信号電圧ΔV1(1,0)
=180mV (1,1),(0,0) の場合の上位ビットの信号電圧ΔVu(1,
1) =180mV となり、上位ビットよりも、下位ビットの信号電圧が大
きくなる。そして、第1の実施例と同様に、カップリン
グ容量Ccが土25%ばらつくと仮定すると、 ΔVc=187.5mV (+25%の場合) =112.5mV (−25%の場合) ΔVl(1,0) =255mV (+25%の場合) =105mV (−25%の場合) ΔVl(1,1) =255mV (+25%の場合) =105mV (−25%の場合) となる。第2の従来例と比較すると、下位ビットの信号
電圧の最小値は、 80mV→105mV に増加し、上位ビットと下位ビットとをトータルでみた
ときの読み出しマージンは第2の従来例に比べて大きく
なる。
Next, in the second embodiment of the present invention, Δ
When Vu (1,0) = 120 mV, the memory cell capacity C
The ratio of the coupling capacitance Cc to s is set to Cc / Cs = 5/16 <1/3. At this time, assuming that the ratio of the coupling capacitance Cc to the memory cell capacitance Cs is always constant, the signal voltage ΔVu (1,0) of the upper bit in the case of (0,1), (1,0)
0) = 120 mV (1,1), (0,0), the signal voltage ΔVu (1,
1) = 480 mV The amount of transition of the bit line potential due to Cc ΔVc = 150 mV (0,1), the signal voltage ΔV1 (1,0) of the lower bit when (1,0)
= 180 mV (1,1), (0,0), the signal voltage ΔVu (1,
1) = 180 mV, and the signal voltage of the lower bit is higher than that of the upper bit. Then, as in the first embodiment, assuming that the coupling capacitance Cc varies by 25% in soil, ΔVc = 187.5 mV (in the case of +25%) = 112.5 mV (in the case of −25%) ΔVl (1, 0) = 255 mV (in the case of +25%) = 105 mV (in the case of −25%) ΔV1 (1,1) = 255 mV (in the case of +25%) = 105 mV (in the case of −25%). As compared with the second conventional example, the minimum value of the signal voltage of the lower bits increases from 80 mV to 105 mV, and the read margin when the upper bits and the lower bits are viewed in total is larger than that of the second conventional example. Become.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、センス
アンプ回路内にカップリング容量を有し、上位ビットの
センス結果を、下位ビットのセンスレベルにフイードバ
ックして、多値による読み出し動作を実現する半導体記
憶装置において、カップリング容量Ccとメモリセル容
量Csとの比がばらついた場合にも、上位ビットと下位
ビットとをトータルでみたときの信号電圧の減少を最小
限度に抑制することができる。
As described above, the present invention has a coupling capacitance in the sense amplifier circuit, feeds back the sense result of the upper bit to the sense level of the lower bit, and performs a multi-value read operation. In a semiconductor memory device to be realized, even when the ratio between the coupling capacitance Cc and the memory cell capacitance Cs varies, it is possible to minimize the reduction in the signal voltage when the upper bits and the lower bits are viewed in total. it can.

【0073】その理由は、(1)多値データの再書き込
み動作において、下位ビット側に対する上位ビット側の
ビット線の浮遊容量の比率を、従来例未満(<2)に設
定することと、(2)メモリセル容量Csに対するカッ
プリング容量の比率を、従来例未満に設定することによ
り、カッブリング容量Ccとメモリセル容量Csとの比
のばらつきの影響を受ける下位ビットの信号電圧を、従
来例よりも大きくするためである。
The reasons are as follows: (1) In the rewriting operation of multi-level data, the ratio of the stray capacitance of the bit line of the upper bit side to the lower bit side is set to be less than the conventional example (<2); 2) By setting the ratio of the coupling capacitance to the memory cell capacitance Cs to be less than the conventional example, the signal voltage of the lower bit affected by the variation in the ratio between the coupling capacitance Cc and the memory cell capacitance Cs can be reduced from the conventional example. Is also to increase.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態における、メモリセ
ルアレイ部及びセンスアンプ部の回路構成図である。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a memory cell array unit and a sense amplifier unit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態におけるデータ読み
出し時の動作波形を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing operation waveforms at the time of reading data according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明における(0,0) ,(0,1) ,(1,0) ,(1,
1) の4つの情報に対応するメモリセルへの書き込みレ
ベル例を示す図である。
FIG. 3 shows (0,0), (0,1), (1,0), (1,
FIG. 3 is a diagram showing an example of a write level to a memory cell corresponding to the four information items 1).

【図4】本発明の第2の実施の形態におけるメモリセル
アレイ部及びセンスアンプ部の回路構成(主ビット線対
1組分)を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration (for one pair of main bit lines) of a memory cell array unit and a sense amplifier unit according to a second embodiment of the present invention;

【図5】本発明の第2の実施の形態におけるデータ読み
出し時の動作波形を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing operation waveforms at the time of reading data according to the second embodiment of the present invention.

【図6】第1の従来例におけるメモリセルアレイ部及び
センスアンプ部の回路構成図である。
FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a memory cell array section and a sense amplifier section in the first conventional example.

【図7】従来例における(0,0) ,(0,1) ,(1,0) ,(1,
1) の4つの情報に対応するメモリセルへの書き込みレ
ベルを示す図である。
FIG. 7 shows (0,0), (0,1), (1,0), (1,
FIG. 2 is a diagram showing write levels to memory cells corresponding to the four information 1).

【図8】従来例におけるメモリセルの構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of a memory cell in a conventional example.

【図9】第1の従来例におけるデータ読み出し時の動作
波形を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing operation waveforms at the time of data reading in the first conventional example.

【図10】第2の従来例におけるメモリセルアレイ部及
びセンスアンプ部の回路構成(主ビット線対1組分)を
示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a circuit configuration (for one pair of main bit lines) of a memory cell array section and a sense amplifier section in a second conventional example.

【図11】第2の従来例におけるデータ読み出し時の動
作波形を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing operation waveforms at the time of data reading in the second conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Cb1 領域1のビット線に生じる浮遊容量 Cb2 領域2のビット線に生じる浮遊容量 Cc カップリング容量 Cb1 Floating capacitance generated on bit line in region 1 Cb2 Floating capacitance generated on bit line in region 2 Cc coupling capacitance

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 相補型の第1のビット線対と、相補型の
第2のビット線対と、前記第1のビット線対に接続され
てなる第1のセンスアンプ回路と、前記第2のピット線
対に接続されてなる第2のセンスアンプ回路と、前記第
1のビット線対と前記第2のビット線対とを接続するト
ランスファーゲートと、前記第1のビット線対と前記第
2のビット線対との間に接続されてなるカップリング容
量とを有し、前記第1のビット線対と前記第2のビット
線対とに別々の電圧を書き込み、その後に、前記トラン
スファーゲートを活性化させて、電荷の配分によって4
つの電圧状態をつくり、メモリセルに4つの状態を書き
込むことによって多値動作を実現する半導体記憶装置に
おいて、 前記第2のビット線対に対する前記第1のビット線対の
浮遊容量の比率を2未満に設定することを特徴とする半
導体記憶装置。
A first pair of complementary bit lines; a second pair of complementary bit lines; a first sense amplifier circuit connected to the first pair of bit lines; A second bit line pair, a second sense amplifier circuit, a transfer gate connecting the first bit line pair and the second bit line pair, a first bit line pair and the second bit line pair. And a coupling capacitor connected between the second bit line pair and writing different voltages to the first bit line pair and the second bit line pair. Is activated, and 4
In a semiconductor memory device that realizes multi-level operation by creating four voltage states and writing four states to memory cells, the ratio of the stray capacitance of the first bit line pair to the second bit line pair is less than 2. A semiconductor memory device characterized by setting:
【請求項2】 相補型の第1のビット線対と、相補型の
第2のビット線対と、前記第1のビット線対に接続され
てなる第1のセンスアンプ回路と、前記第2のピット線
対に接続されてなる第2のセンスアンプ回路と、前記第
1のビット線対と前記第2のビット線対とを接続するト
ランスファーゲートと、前記第1のビット線対と前記第
2のビット線対との間に接続されてなるカップリング容
量とを有し、前記第1のビット線対と前記第2のビット
線対とに別々の電圧を書き込み、その後に、前記トラン
スファーゲートを活性化させて、電荷の配分によって4
つの電圧状態をつくり、メモリセルに4つの状態を書き
込むことによって多値動作を実現する半導体記憶装置に
おいて、 前記メモリセル容量に対する前記カップリング容量の比
率を(1/9)未満に設定することを特徴とする半導体
記憶装置。
2. A first complementary bit line pair, a second complementary bit line pair, a first sense amplifier circuit connected to the first bit line pair, and a second sense amplifier circuit connected to the first bit line pair. A second bit line pair, a second sense amplifier circuit, a transfer gate connecting the first bit line pair and the second bit line pair, a first bit line pair and the second bit line pair. And a coupling capacitor connected between the second bit line pair and writing different voltages to the first bit line pair and the second bit line pair. Is activated, and 4
In a semiconductor memory device that realizes a multi-level operation by creating four voltage states and writing four states to a memory cell, the ratio of the coupling capacitance to the memory cell capacitance is set to be less than (1/9). A semiconductor memory device characterized by the following.
【請求項3】 相補型の第1のビット線対と、相補型の
第2のビット線対と、前記第1のビット線対に接続され
てなる第1のセンスアンプ回路と、前記第2のピット線
対に接続されてなる第2のセンスアンプ回路と、前記第
1のビット線対と前記第2のビット線対とを接続するト
ランスファーゲートと、前記第1のビット線対と前記第
2のビット線対との間に接続されてなるカップリング容
量とを有し、前記第1のビット線対と前記第2のビット
線対とに別々の電圧を書き込み、その後に、前記トラン
スファーゲートを活性化させて、電荷の配分によって4
つの電圧状態をつくり、メモリセルに4つの状態を書き
込むことによって多値動作を実現する半導体記憶装置に
おいて、 前記第2のビット線対に対する前記第1のビット線対の
浮遊容量の比率を2未満に設定し、かつ、前記メモリセ
ル容量に対する前記カップリング容量の比率を(1/
9)未満に設定することを特徴とする半導体記憶装置。
3. A complementary first bit line pair, a complementary second bit line pair, a first sense amplifier circuit connected to the first bit line pair, and a second sense amplifier circuit connected to the first bit line pair. A second bit line pair, a second sense amplifier circuit, a transfer gate connecting the first bit line pair and the second bit line pair, a first bit line pair and the second bit line pair. And a coupling capacitor connected between the second bit line pair and writing different voltages to the first bit line pair and the second bit line pair. Is activated, and 4
In a semiconductor memory device that realizes multi-level operation by creating four voltage states and writing four states to memory cells, the ratio of the stray capacitance of the first bit line pair to the second bit line pair is less than 2. And the ratio of the coupling capacitance to the memory cell capacitance is (1/1 /
9) A semiconductor memory device characterized by being set to less than 9).
【請求項4】 階層化された、相補型の主ビット線対及
び相補型の副ビット線対と、前記主ビット線対に接続さ
れてなる主センスアンプ回路と、前記主ビット線対に1
または複数接続されそれぞれに前記副ビット線対が接続
されてなる副センスアンプ回路と、前記副ビット線対
を、上位側副ビット線対と下位側副ビット線対との2つ
に切り離す第1のトランスファーゲートと、前記副セン
スアンプ回路毎に、前記主ビット線対と前記副ビット線
対との間に接続されてなるカップリング容量と第2のト
ランスファーゲートとを直列接続したものとを有し、前
記上位側副ビット線対と前記下位側副ビット線対とに別
々の電圧を書き込み、その後に、前記第1のトランスフ
アーゲートを活性化させて、電荷の配分によって4つの
電圧状態をつくり、メモリセルに4つの状態を書き込む
ことによって多値動作を実現する半導体記憶装置におい
て、 前記下位側副ビット線対に対する前記上位側副ビット線
対の浮遊容量の比率を2未満に設定することを特徴とす
る半導体記憶装置。
4. A hierarchized complementary main bit line pair and complementary sub bit line pair, a main sense amplifier circuit connected to the main bit line pair, and one main bit line pair.
Alternatively, a first sub-amplifier circuit in which a plurality of sub-bit line pairs are connected to the respective sub-bit line pairs and a first sub-bit line pair in which the sub-bit line pairs are separated into an upper sub-bit line pair and a lower sub-bit line pair And a second transfer gate in which a coupling capacitor connected between the main bit line pair and the sub bit line pair and a second transfer gate are connected in series for each of the sub sense amplifier circuits. Then, different voltages are written to the upper sub-bit line pair and the lower sub-bit line pair, and thereafter, the first transfer gate is activated, and four voltage states are set by charge distribution. A multi-level operation by writing four states to a memory cell, wherein the stray capacitance of the upper sub-bit line pair with respect to the lower sub-bit line pair A semiconductor memory device wherein the ratio is set to less than 2.
【請求項5】 階層化された、相補型の主ビット線対お
よび相補型の副ビット線対と、前記主ビット線対に接続
されてなる主センスアンプ回路と、前記主ビット線対に
1または複数接続されそれぞれに前記副ビット線対が接
続されてなる副センスアンプ回路と、前記副ビット線対
を、上位側副ビット線対と下位側副ビット線対との2つ
に切り離す第1のトランスファーゲートと、前記副セン
スアンプ回路毎に、前記主ビット線対と前記副ビット線
対との間に接続されてなるカップリング容量と第2のト
ランスファーゲートとを直列接続したものとを有し、前
記上位側副ビット線対と前記下位側副ビット線対とに別
々の電圧を書き込み、その後に、前記第1のトランスフ
アーゲートを活性化させて、電荷の配分によって4つの
電圧状態をつくり、メモリセルに4つの状態を書き込む
ことによって多値動作を実現する半導体記憶装置におい
て、 前記メモリセル容量に対する前記カップリング容量の比
率を(1/3)未満に設定することを特徴とする半導体
記憶装置。
5. A hierarchized complementary main bit line pair and a complementary sub bit line pair, a main sense amplifier circuit connected to the main bit line pair, and one main bit line pair. Alternatively, a first sub-amplifier circuit in which a plurality of sub-bit line pairs are connected to the respective sub-bit line pairs and a first sub-bit line pair in which the sub-bit line pairs are separated into an upper sub-bit line pair and a lower sub-bit line pair And a second transfer gate in which a coupling capacitor connected between the main bit line pair and the sub bit line pair and a second transfer gate are connected in series for each of the sub sense amplifier circuits. Then, different voltages are written to the upper sub-bit line pair and the lower sub-bit line pair, and thereafter, the first transfer gate is activated, and four voltage states are set by charge distribution. Making, A semiconductor memory device for realizing multi-level operation by writing four states in a memory cell, wherein a ratio of the coupling capacity to the memory cell capacity is set to less than (1/3). .
【請求項6】 階層化された、相補型の主ビット線対お
よび相補型の副ビット線対と、前記主ビット線対に接続
されてなる主センスアンプ回路と、前記主ビット線対に
1または複数接続されそれぞれに前記副ビット線対が接
続されてなる副センスアンプ回路と、前記副ビット線対
を、上位側副ビット線対と下位側副ビット線対との2つ
に切り離す第1のトランスファーゲートと、前記副セン
スアンプ回路毎に、前記主ビット線対と前記副ビット線
対との間に接続されてなるカップリング容量と第2のト
ランスファーゲートとを直列接続したものとを有し、前
記上位側副ビット線対と前記下位側副ビット線対とに別
々の電圧を書き込み、その後に、前記第1のトランスフ
アーゲートを活性化させて、電荷の配分によって4つの
電圧状態をつくり、メモリセルに4つの状態を書き込む
ことによって多値動作を実現する半導体記憶装置におい
て、 前記下位側副ビット線対に対する前記上位側副ビット線
対の浮遊容量の比率を2未満に設定し、かつ、前記メモ
リセル容量に対する前記カップリング容量の比率を(1
/3)未満に設定することを特徴とする半導体記憶装
置。
6. A hierarchized complementary main bit line pair and a complementary sub bit line pair, a main sense amplifier circuit connected to the main bit line pair, and one main bit line pair. Alternatively, a first sub-amplifier circuit in which a plurality of sub-bit line pairs are connected to the respective sub-bit line pairs and a first sub-bit line pair in which the sub-bit line pairs are separated into an upper sub-bit line pair and a lower sub-bit line pair And a second transfer gate in which a coupling capacitor connected between the main bit line pair and the sub bit line pair and a second transfer gate are connected in series for each of the sub sense amplifier circuits. Then, different voltages are written to the upper sub-bit line pair and the lower sub-bit line pair, and thereafter, the first transfer gate is activated, and four voltage states are set by charge distribution. Making, In a semiconductor memory device realizing a multi-level operation by writing four states in a memory cell, a ratio of a stray capacitance of the upper sub-bit line pair to the lower sub-bit line pair is set to less than 2, and The ratio of the coupling capacitance to the memory cell capacitance is (1
/ 3) The semiconductor memory device is set to be less than (3).
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JP2016212944A (en) * 2015-05-11 2016-12-15 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and electronic component including the same

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