JPS5992492A - Mosram半導体装置 - Google Patents

Mosram半導体装置

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JPS5992492A
JPS5992492A JP57201964A JP20196482A JPS5992492A JP S5992492 A JPS5992492 A JP S5992492A JP 57201964 A JP57201964 A JP 57201964A JP 20196482 A JP20196482 A JP 20196482A JP S5992492 A JPS5992492 A JP S5992492A
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JP
Japan
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timing signal
capacitor
data line
gate
level
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JP57201964A
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English (en)
Inventor
Katsuyuki Sato
克之 佐藤
Takashi Sato
佐藤 多加志
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以下
MOS F ETと称す)で構成されたRAM(ランダ
ム・アクセス・メモリ)半導体装置に関し、特にそのア
クティブリストア回路を対象とする。
MO3RAM半導体装置においては、アドレッシングの
際、一旦破壊されたメモリセルの記憶情報は、センスア
ンプの動作によって得られたハイレベル又はロウレベル
の電位をそのまま受は取ることによって回復(再書込み
)される。しかしながら、上記ハイレベルの電位が電源
電圧Vccに対して一定以上落ち込むと何回か読み出し
、再書込みを繰り返しているうちに、論理ロウレベルと
して読み取られるところの誤動作が生じてしまう。
この誤動作を防ぐために設けられるのがアクティブリス
トア回路である。
従来のアクティブリストア回路においては、電源電圧V
ccの変動(バンプ)に対して、誤動作してしまう虞が
あること、及びデータ線の落ち込んだハイレベルの回復
能力が不足している等の欠点があった。
この発明の目的は、電源電圧変動マージン及びプロセス
マージン等の動作マージンの拡大を図ったMO3RAM
半導体装置を提供することにある。
この発明の他の目的は、フルライト動作を実現したMO
3RAM半導体装置を提供することにある。
この発明の更に他の目的は、以下の説明及び図面から明
らかになるであろう。
以下、この発明を実施例とともに詳細に説明する。
第1図には、この発明の一実施例の回路図が示されてい
る。
同図に示した実施例回路では、nチャンネル間O3FE
Tを代表とするI G F E T (I n5ula
ted−Gate Field  Effect Tr
ansistor )を例にして説明する。
1ビツトのメモリセルMCは、その代表として示されて
いるように情報記憶キャパシタQsとアドレス選択用M
O3FETQmとからなり、論理“1″、“0″の情報
はキャパシタC5に電荷が有るか無いかの形で記憶され
る。
情報の読み出しは、MO8FETQmをオン状態にして
キャパシタC$を共通のデータ119(DLにつなぎ、
データ線DLの電位がキャパシタCsに蓄積された電荷
量に応じてどのような変化が起きるかをセンスすること
によって行われる。
メモリセルMCを小さく形成し、かつ共通のデータ線D
Lに多くのメモリセルをつないで高集積大容量のメモリ
マトリックスにしであるため、上記キャパシタC3と、
共通データ線D1.の浮遊容量Coとの関係は、Cs 
/ Coの比が非常に小さな値になる。したがって、上
記キャパシタCsに蓄積された電荷量によるデータ線D
Lの電位変化は、非常に微少な信号となっている。
このような微少な信号を検出するための基準としてダミ
ーセルDCが設けられている。このダミーセルDCは、
そのキャパシタCdの容量値がメモリセルMCのキャパ
シタCsのほぼ半分であることを除き、メモリセルMC
と同じ製造条件、同じ設計定数で作られている。キャパ
シタcdは、アドレッシングに先立って、MO3FET
Qd’によって接地電位に充電される。
上記のように、キャパシタCdは、キャパシタCsの約
半分の容量値に設定されているので、メモリセルMCか
らの読み出し信号のほぼ半分に等しい基準電圧を形成す
ることになる。
センスアンプSAは、上記アトレンジングにより生じる
このような電位変化の差を、タイミング信号(センスア
ンプ制御信号)φpaLφpa2で決まるセンス期間に
拡大するセンスアンプであり(その動作は後述する)、
1対の平行に配置された相補データ線DL、DLにその
入出力ノードが結合されている。相補データ線DL、D
Lに結合されるメモリセルの数は、検出精度を上げるた
め等しくされ、DL、DLのそれぞれに1個ずつのダミ
ーセルが結合されている。また、各メモリセルMCは、
1本のワード線WLと相補対データ線の一方との間に結
合される。各ワード線WLは双方のデータ線対と交差し
ているので、ワード線W Lに生じる雑音成分が静電結
合によりデータ線にのフても、その雑音成分が双方のデ
ータ線対DL。
DLに等しく現れ、差動型のセンスアンプSAによって
相殺される。
上記アドレッシングにおいて、相補データ線対DL、D
Lの一方に結合されたメモリセルMCが選択された場合
、他方のデータ線には必ずダミーセルDCが結合される
ように一対のダミーワード線DWL、DWLの一方が選
択される。
上記センスアンプSAは、一対の交差結線されたMO3
FETQ5.Q6を有し、これらの正帰還作用により、
相補データ線DL、DLに現れた微少な信号を差動的に
増幅する。この正帰還動作は、2段回に分けておこなわ
れ比較的小さいコンダクタンス特性にされたMO3FE
TQ13が比較的早いタイミング信号φpalによって
導通し始めると同時に開始され、アドレッシングによっ
て相補データ線DL、DLに与えられた電位差に基づき
高い方のデータ線電位は遅い速度で、低い方のそれは速
い速度で共にその差が広がりながら下降していく。この
時、上記差電位がある程度大きくなったタイミングで比
較的大きいコンダクタンス特性にされたMO3FETQ
I 4がタイミング信号φpa2によって導通するので
、上記低い方のデータ線電位が急速に低下する。このよ
うに2段階にわけてセンスアンプSAの動作を行わせる
ことによって、上記高い方の電位落ち込みを防止する。
こうして低い方の電位が交差結合MO3FETのしきい
値電圧以下に低下したとき正帰還動作が終了し、高い方
の電位の下降は電源電圧Vccより低く上記しきい値電
圧より高い電位に留まるとともに、低い方の電位は最終
的に接地電位(OV)に到達する。
上記のアドレッシングの際、一旦破壊されたメモリセル
MCの記憶情報は、このセンス動作によって得られたハ
イレベル若しくはロウレベルの電位をそのまま受は取る
ことによって回復する。
しかしながら、前述のようにハイレベルが電源電圧Vc
cに対して一定以上落ち込むと、何回かの読み出し、再
書込みを繰り返しているうちに論理“0″として読み取
られるところの誤動作が生じる。この誤動作を防ぐため
に設けられるのがアクティブリストア回路ARである。
このアクティブリストア回路ARは、ロウレベルの信号
に対して何ら影響を与えずハイレベルの信号にのみ選択
的に電源電圧Vccの電位にブートストする働きがある
。キャパシタCB1.CB2は、そのゲートに印加され
るデータ線からの電位に応じてその静電容量が変化する
MO3型可変容量素子であり、理論的にはそのしきい値
電圧を基準として高印加電圧でキャパシタができ、低い
電圧でキャパシタができないと理解されたい。
センスアンプSAにより相補データ線DL、DLの一方
が充電された時、タイミング信号(アクティブリストア
制御信号)φreHによって制御されるMOSFETQ
2.Q4のうち、ロウレベルデータ線に接続されたMO
SFETだけがオン状態となり、MO3FETQ1.Q
3のどちらか一方のゲート電圧はデータ線と同一のロウ
レベルに放電される。次にタイミング信号(アクティブ
リストア制御信号)φresがハイレベルになったとき
ハイレベルデータ線に属するMO3FETQI(又はQ
3)のゲート電位が電源電圧Vccより十分高くなりデ
ータ線のハイレベルがVccレベルに回復され、このデ
ータ線に結合されたメモリセルMCの記憶情報も同様に
回復する。
この実施例では、上記タイミング信号φregは、次の
タイミング発生回路T−3Gによって形成される。
このタイミング発生回路T−3Gによって形成されるタ
イミング信号φregが出力される出力端子と電源電圧
VCCとの間に並列形態のMO3FETQ15.Q20
が設けられる。このMO3FETQ1’6のゲートと電
源電圧Vccとの間に並列形態のMO3FETQ17.
QlBが設けられる。
上記一方のMO3FETQI 7のゲートには、ロウア
ドレスストローブ信号RASに従って形成されたプリチ
ージタイミング信号φbが印加され、他方のMO3FE
TQI 8のゲートには、上記プリチャージ用タイミン
グ信号φpcが印加される。
そして、」二記MO3FETQI 6のゲートとタイミ
ング信号φrcxとの間にブートストラップ容量C2が
設けられている。また、上記タイミング信号φregが
出力される出力端子と上記センスアンプSAの共通ソー
ス線との間にカンプリング容量CIが設けられる。また
、上記MO3FETQI6のゲートと上記出力端子との
間に、MO3FETQ19が設けられ、そのゲートには
電源電圧Vccが印加されている。上記出方端子と電源
電圧Vccとの間に設けられたMO3FETQI 5は
、比較的小さなコンダクタンス特性とされ、微少電流を
流すようにするものである。
上記MO3FETQ20のゲートとタイミング信号φr
esとの間には、ブートストラップ容MC3が設けられ
る(。また、上記MO5FETQ20のゲートとタイミ
ング信号φrCXとの間には、ゲートに電源電圧Vcc
が印加されたMO3FETQ21が設けられる。
なお、同図において代表として示されているデータ線対
DL、DLは、カラムスイッチcwを構成するMO3F
ETQI 1.Ql 1を介してコモン相補データ線対
CDL、CDLに接続される。
他の代表として示されているデータ線対についても同様
なMO3FETQI 2.Ql 2を介してコモン相補
データ線対CDL、CDLに接続される。
このコモン相補データ線対CDL、CDLには、出力ア
ンプ及びデータ出カバソファOA&DOBの入力端子と
データ人カバソファDIBの出力端子に接続される。
ロウデコーダ及びカラムデコーダR&C−DCRは、ア
ドレスバッファADHで形成された内部相補アドレス信
号を受けて、1本のワード線及びダミーワード線並びに
カラムスイッチ選択信号を形成してメモリセル及びダミ
ーセルのアドレッシングを行う。すなわち、ロウアドレ
スストローブ信号RASにより形成されたタイミング信
号φarに同期して外部アドレス信号AXO〜AXnを
アドレスバッファADBに取込み、ロウデコーダR−D
CHに伝えるとともに、ワード線選択タイミング信号φ
Xにより所定のワード線及びダミーワード線選択動作を
行う。そして、カラムアドレスストローブ信号CASに
より形成されたタイミング信号φacに同期して外部ア
ドレス信号AYO〜AYnをアドレスバッファADBに
取込み、カラムデコーダC−DCRに伝えるとともに、
データ線選択タイミング信号φyによりデータ線の選択
動作を行う。
次に上記実施例回路のアクティブリストア動作を第2図
のタイミング図に従って説明する。
外部ロウアドレスストローブ信号RASのロウレベルへ
の変化により、内部タイミング信号φb。
φpcが共にロウレベルになる。
上記タイミング信号?pcのハイレベルの期間にプリチ
ャジ回路pcのMO3FETQ8.Q9がオン状態にな
ってデータ線DL、 DI、等を電源電圧Vccにプリ
チージしている。また、タイミング発生回路T−3Gに
おいては、プートストラップ容量C2に電源電圧Vcc
にチャージアンプを行っている。なお、後述するように
タイミング信号φregは、センスアンプSAの共通ソ
ース線のハイレベルによるブースト作用により電源電圧
Vccより高いレベルにされている。
次に内部タイミング信号φrcxが遅れてハイレベルに
立ち上がる。このタイミング信号φrcxによりMO3
FETQI 6のゲートの電位Vaにプ−ストがかかり
、このMO3FETQI Gがオフ状態になるのでタイ
ミング信号φreg形成しているキャパシタCIのチャ
ージを電源電圧Vcc側に引き抜くので、そのレベルが
電源電圧Vccまで低下させられる。これによって、メ
モリセル情報読み出し時に(φXの立ら上がり時に)、
アクティブリストア回路ARのブートス1ランプ容量c
B1、CB2はデータ線からMO3FETQ2.Q4が
オフ状態となることにより切り離され、読み出し信号が
低下するのを防止する。
次に、ワード線選択タイミング信号φXのハイレベルへ
の立ち上がりにより、ワード線、ダミーワード線が選択
され、センスアンプ制御信号φpa1、φpa2がハイ
レベルに立ち上がるごとにより、センスアンプSAが動
作を開始するので、その共通ソース線の電位Vcsがロ
ウレベルに変化する。
上記センスアンプSAの増幅動作により、データ線DL
の電位は、ハイレベルVH,VLのように変化する。ま
た、キャパシタc2の電位Vaは、MO3FETQ19
を通して共通ソース線側に引き抜けられるのでロウレベ
ルに変化する。これにより、タイミング信号φregは
、キャパシタc1によるカップリング及び−MO3FE
TQ2.Q4のどちらか一方とのカップリングによって
、電源電圧Vcc以下の低いレベルに下げられる。これ
によって、ハイレベル側データ線がVccレベルより落
ち込んでいても、MO3FETQ2 (又はQ4)のゲ
ート電圧がVCCレベルより下がっているため、データ
線に対してオフし、後のタイミング信号φresのオン
(立ち上がり)時におけるブートストラップ効果の低下
を防止する。
次に、タイミング信号φresがハイレベルに立ち上が
ると、アクティブリストア回路ARのブートストラップ
容量CBI(又はCB2)により、MO3FETQI 
 (又はQ3)のゲート電圧は、電源電圧VCC以上の
高い電圧に持ち上げられ、ハイレベル側データ線だけが
Vccレベルまで上げられる。これと同時にキャパシタ
c3のブースト動作によりMO3FETQ16がオン状
態になり、データ線をVccレベルに充電するより小さ
い時定数に設定されたMO3FETQ20により上記タ
イミング18号φragを電源電圧Vccに回jyさせ
る。
この後、外部アlルスストローブ信号RA S カバ・
fレベルに変化すると上記タイミング信号φbがハイレ
ベルになり、このハイレベルによりタイミング信号φp
cにブーストがかかり電源電圧Vcc以上に高くなる。
また、タイミング信号φrcx 。
φpaLφpa2 +  φresは、ロウレベルに変
化する。
上記タイミング信号φpal+φpa2のロウレベルへ
の変化により共通ソース線の電位Vcsがハイレベルに
なるので、キャパシタC1によってブーストがかかりタ
イミング信号φregが電源電圧Vcc以上のハイレベ
ルに持ち上げられる。このため、非選択時にMO3FE
T’QI、Q3のゲート電圧は、前サイクル選択時のデ
ータ線状態に関係なく、同一のレベルにブリチージされ
、次号・イクルのアクティブリストア動作の誤動作を防
止することができる。
この実施例では、上記のようにタイミング信号φreg
のレベルを3段階に設定している。
したがって、メモリセルの非選択時■において、電源電
圧Vcc以上の高いレベルになっているので、電源電圧
Vccが急激に低下してた場合においても、タイミング
信号φregが上述のように高いレベルにされているの
で、キャパシタCBI、CB2からMO3FETQ2.
Q4及びデータ線DL、百り並びにプリチージMOSF
ETQ8.Q9をそれぞれ通して電源電圧Vcc側にチ
ャージを引き凄くことができる。したがって、データ線
DL、DLのプリチージレベルとキャパシタCBI、C
B2のレベルとを等しくできる。上記タイミング信号φ
regが従来のように電源電圧Vccレベルと等しく設
定されていた場合には、上記電源電圧Vccの低下によ
りMO3FETQ2.Q4がオフ状態になり、キャパシ
タCBI(又はCB2)が以前の高いレベルを保持し続
けることによっζ、ワード線選択動作に伴うメモリセル
からの微少電圧の読み出し及びセンスアンプの動作時に
データ線のロウレベル側落ち込みに影響を及ぼして誤動
作の原因となる。
次に、ワード線の選択動作が行われる期間■において、
上記タイミング信号φregが電源電圧Vccに低下さ
れる。したがって、ワ〒ド線選択動作によりメモリセル
の記憶情報をデータ線DL、DLに読み出すとき、MO
3FETQ2.、Q4がオフ状態となって、キャパシタ
CBI、CB2Gデータ線DL、DLかう分離すること
ができる。これにより、データ線の寄生容量とメモリセ
ルの記憶キャパシタとの容量比で決定されるデータ線へ
の読み出し信号レベルが上記キャパシタCB 1゜CB
2により低下することがない。
さらに、センスアンプSAの増幅動作期間■において、
上記タイミング信号φregは、ハイレベルが読み出さ
れたデータ線のハイレベルより低い電位にされているの
で、ハイレベルが読み出されたデータ線に結合されたM
O3FETQ2 (又はQ4)がオフ状態になる。した
がって、センスアンプSAの読み出し動作に伴って生じ
るデータ線のハイレベルの落ち込みがキャパシタCBI
(又はCB2)に伝えられることがなく、キャパシタC
B!(又はCB2)のハイレベルを高く保つことができ
る。
そして、タイミング信号φresのハイレベルに伴って
行われるアクティブリストア動作期間IVにおいて、上
記ハイレベルを保持しているキャパシタCBI(又はC
B2)のブートストラップ動作によりデータ線のハイレ
ベルが回復してメモリセルに再書込みされる。なお、こ
の時タイミング信号φregは、キャパシタC3のプー
トストランプ動作により電源電圧Vccレベルに上昇さ
せられる。これは、このメモリ動作の終了ととに、言い
換えれば、ブリチージ動作に伴ってセンスアンプSAの
共通ソース線の電位Vcsのハイレベルの立ち上がりと
キャパシタC1とを利用して行われるタイミング信号φ
regの高電圧化を容易にする。
すなわち、上記タイミング信号φregを電源電圧Vc
cにまでレベル回復させてお(ことにより、比較的小さ
い容量値のキャパシタC1により上記所望の高電圧化を
実現できるからである。
この発明は、前記実施例に限定されない。
上記第2図に示すように期間!ないし■におし)で、そ
れぞれのレベルを形成するタイミング発生回路は、種々
の変形をすることができるものである。
この発明は、アクティブリストア動作を必要とするM 
OS R、へM$導体装6に広く利用できるものである
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例を示す回v′JI図第2
図は、そのアクティブリストア動作を説明するためのタ
イミング図である。 PC・・プリチージ回路、AR・・アクティブリストア
回路、SA・・センスアンプ、M C・・メモリセル、
DC・・ダミーセル、R&C−DCR・・ロウ/カラム
デコーダ、DOB・・データ出カバソファ、DIB・・
データ人カッ〈ランプ、ADB・、・アドレスバッファ
、CW・・カラムスイッチ、

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、データ線と電源電圧端子Vccとの間に設けられた
    MO3FETQIと、このMOS F ETQ 1のゲ
    ートと上記データ線との間に設けられ、そのゲート番こ
    タイミング信号φregが印加されたMO3FETQ2
    と、上記MO3FETQ2を通したデータ線の電位がゲ
    ートに印加され、タイミング信号φresとの間に設け
    られたMO3容量CBIとを含むアクティブリストア回
    路と、ワード線非選択時のデータ線ハイレベルよりMO
    3FETQ2のしきい値電圧vth分以上高いレベルに
    設定された上記タイミング信号φregを出力し、メモ
    リセルの記憶情報をデータ線に読み出すときは、データ
    線のプリチャージレベルと上記MO3FETQ2のしき
    い値電圧vthとの和より小さいレベルに設定された上
    記タイミング信号φregを出力し、センスアンプの動
    作時にはデータ線のハイレベルと上記MO3FIF、T
    Q2のしきい値電圧vthとの和より低く設定された上
    記夕・(ミング信号φregを出力するタイミング信号
    発生回路とを具備することを特徴とするMO3RAM半
    導体装置。 2、上記タイミング発生回路は、上記タイミング信号φ
    regの出力端子とセンスアンプの共通ソース線との間
    に設けられたカンプリング容量C1と、この出力端子と
    電源電圧Vccとの間に設けられたMO3FET’Q1
    6と、このMO3FETQI 6のゲートと電源電圧V
    ccとの間に並列形態に設けられ、ロウアドレスストロ
    ーブ信号RASに基づいて形成され、選択期間ロウレベ
    ルになるタイミング信号φb及びこのタイミング信号φ
    bとは一同相であってそのハイレベルが電源電圧Vcc
    以上の高いレベルとされるプリチャージタイミング信号
    φpcがそれぞれゲートに印加されたMO3FETQ1
    7.Q18と、上記MO3FETQI 6のゲートと上
    記ロウアドレスストローブ信号RASに基づいて形成さ
    れ、上記タイミング信号φbより遅れ、センスアンプの
    動作タイミング信号φpaより早いタイミングでハイレ
    ベルとなるタイミング信号φrcxとの間に設けられた
    第1のブートストランプ容量C2と、上記MO3FET
    QI 6のゲートと上記センスアンプの共通ソース・線
    との間に設けられ、そのゲートに電m電圧Vccが印加
    されたM OS F E T Q 19と、上記MO3
    FETI6と並列形態に設けられたMO3FETQ20
    と、このMOS F’ETQ 20のゲートと上記タイ
    ミング信号φresとの間に設けられた第2のブートス
    トラップ容量C3と、上記MO3FETQ20のゲート
    と上記タイミング信号φrcにとの間に設けられ、その
    ゲートに電源電圧Vccが印加されたMOSFETQ2
    1とを含むものであることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載のMO3RAM半導体装置。
JP57201964A 1982-11-19 1982-11-19 Mosram半導体装置 Pending JPS5992492A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60247896A (ja) * 1984-05-23 1985-12-07 Hitachi Ltd 半導体装置
JPS62125593A (ja) * 1985-11-27 1987-06-06 Nec Corp 半導体記憶装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS60247896A (ja) * 1984-05-23 1985-12-07 Hitachi Ltd 半導体装置
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