JPS6044751B2 - 動的半導体メモリ - Google Patents

動的半導体メモリ

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JPS6044751B2
JPS6044751B2 JP53023694A JP2369478A JPS6044751B2 JP S6044751 B2 JPS6044751 B2 JP S6044751B2 JP 53023694 A JP53023694 A JP 53023694A JP 2369478 A JP2369478 A JP 2369478A JP S6044751 B2 JPS6044751 B2 JP S6044751B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はメモリ・セルの読出し又は書込みを行なうため
のアクセス回路に係る。
当該技術分野における最近の開発活動は、主として電子
計算機の性能を向上させることに向けられている。
そのうちの重要な貢献は集積回路技術の急速な開発であ
つた。この技術を利用すれば、データ、プログラム、中
間結果、等を貯蔵するた゜めに必要な電子計算機のメモ
リを有効に製造することができる。集積型の半導体メモ
リがこの分野て広汎に使用される所以は、メモリ・サイ
ズ、編成、速度、等のそれぞれの条件について半導体メ
モリが独特の柔軟性と適応性を有するからである。この
ような半導体メモリの一般的目標は、可能な限り安価で
、高速で、しかも信頼性が高いメモリを実現することで
ある。
個々のメモリ素子又はメモリ・チツプについては、特に
次の要求が存在する。すなわち、第1に1チツプにでき
るだけ多数のメモリ・セルを搭載すること、第2に1チ
ツプあたりの電力消費をできるだけ低くすること、第3
に貯蔵情報の読出し及び書込みをできるだけ速かに行な
うこと、である。しかしながら、これらの要求は部分的
に又は完全に矛盾しているので、メモリ・チツプを設計
する場合には、与えられた技術的条件と特定の適用を考
慮した上て、適当な妥協点を見出すことが必要となる。
実装密度及び電力消費の観点からすれば、蓄積電荷の形
で情報を記憶する動的(ダイナミツク式)半導体メモリ
の概念が優れてる。
静的(スタテイツク式)メモリ・セルと比較すると、動
的メモリ・セルは比較的少数のスイツチング素子で実現
することができる。この型のメモリ・セルには、1素子
セルや2素セル等があり、これらの殆んどはMOS技術
を利用して製造される。たとえば、2個のFETから成
るメモリ●セルの1例は、?IBMTDB,VOl.l
8.NO.,3,AUgLlStl975,pp.78
6−787ョなる文献に記載されている。また、動的メ
モリをバイポーラ技術によつて.製造することも周知で
ある。しかしながら、メモリ・セルは実装上の理由で次
第に小型化しつつあるから、その微小な貯蔵信号を、ア
クセス線を介して高い信頼度を読出すことは著しく困難
である。
メモリ・セルを最大の感!度で読出すために、最近の感
知(センス)回路は多くの努力を要するばかりでなく、
複雑でもある。たとえば、読出し又は書込みアクセスを
行なうには、正確に順序付けられ且つ時間公差が極めて
小さい一連の制御パルスが必要である。さら・に、読出
し又は書込みアクセスのどちらが行われるかに依存して
、異なる制御パルス・シーケンスが与られねばならない
。しかしながら、このことは結果的なメモリ装置全体の
性能がメモリ・セル配列の周辺回路、特にアクセス回路
に大きく依存することを意味する。従つて、本発明の目
的は、動的半導体メモリのアクセス●システムを改良す
るために、そのアクセス時間を減少させるとともに、時
間に対し比較的クリチカルでない制御パルスで以てその
動作を制御することにある。
以下図面を参照して本発明の実施態様を説明する。
) 第1図は通常の基本構成を有するメモリ・チツプと
その周辺回路を示す。
メモリ配列1は複数のメモリ・セル2から成り、該メモ
リ・セルは行及び列線の各交点に配置される。第1図中
、ワード線である行線はWLと表記され、ビツト線であ
る1列線はBLと表記されている。1又はそれ以上のメ
モリ・セル2を選択するには、周知の様式で該当する行
及び列線を同時に付勢すればよい。
アドレス入力3から供給される2進アドレス情報に基い
て、行アドレスはワード線解読器4で、そして・関連す
る列アドレスはビツト線解読器5でそれぞれ解読される
。メモリ・チツプ上に解読手段を含む編成は外部への接
続線が少ないので、集積度を高めるためには重要な意味
を有する。また第1図には、前置増巾器6、予充電(プ
リチヤージ)回路7、ビツト線スイツチ8及び緩衝増巾
器9、等の周辺回路が示されている。
前記した基本構成は、動的メモリ・チツプについて代表
的なものである。メモリ・セル2、前置増巾器6及び予
充電回路7は、たとえば前記文献の内容に従つて製造す
ることができる。前置増巾器6はゲート化フリツプフ咄
ンプとして設計されており、メモリ・アクセス後にビツ
ト線対に現われる非常に小さい差動信号をラツチするよ
うに機能する。RBL(書直し)パルスの制御下にある
予充電回路7は、メモリ・アクセスごとに平衡した所定
の開始条件を共給する。BD(ビツト線解読)パルスに
よつて制御されるビツト線スイツチ8は、選択されたそ
れぞれのビツト線対についてデータ入出回路(図示せず
)への接続を確立する。メモリ編成中のMOSメモリ・
チツプは、一般に比較的高速で動作するバイポーラ回路
を必要とするので、この種のメモリ●チツプはレベル変
換回路及び駆動回路(図示せず)を含むのが普通である
。もしそれぞれのシステムが一層複雑化すれば、メモリ
・アクセスに対する全体的な制御は時間の点で一層クリ
チカルとなり、従つて1つのパルス入力(たとえばチツ
プ選択パルス)から引出される制御をメモリ・チツプに
含ましめることが望ましい。第1図に示す基本構成の場
合、貯蔵情報は(メモリ・チツプの出力線に到達するま
でに)動的メモリに特有の様式で2段階にわたつて増巾
される。読出しプロセスはワード線WLの付勢によつて
開始され、これに応じてビツト線対BLに正又は負の差
動電圧が生ぜられる。ビツト線スイツチ8の両側にある
諸ビツト線は、これに先立つて、予充電回路7により同
じ電位に予充電されている。ビツト線対BLに現われる
差動電圧の極性は、貯蔵キヤパシタに蓄積された電荷に
依存する。この差動電圧が十分に整定した後、前置増巾
器6のゲート化フリツプフロツプがSLパルスの制御下
でセツトされる。かくして、貯薦された2進情報に従つ
て、ビツト線対の一方の電位がたとえば0ボルトまで下
降される。次の段階では、選択されたビツト線対はBD
パルスの制御下にあるビツト線スイツチ8を介して第2
の増巾器9へ接続される。因に、増巾器9は複数のビツ
ト線対に共通に設けられてもよい。もし増巾器9の入力
に十分な大きさの差動電圧が現われるならば、該増巾器
はSBパルスの制御下でセツトされて貯蔵情報をラツチ
する。第1図に図示されたメモリは、メモリ・アクセス
のために少くとも4種類の制御パルス(WL,SL,R
BL,BD)を必要とする。
さらに、これらの制御パルスはその出現順序に関し極め
てクリチカルである。1例をあげれば、ビツト線スイツ
チ8に対するBDパルスは、前置増巾器6のフリップフ
ロツプがSLパルスによつてセツトされた後にはじめて
出現しなければならない。
さもないと、貯蔵情報を正しく感知できないことがある
。本発明は、ビツト線スイツチ8の制御が異なる点を除
くと、第1図に図示された基本構成から出発する。本発
明によれば、その動作は一層簡単且つ有利に制御され、
しかもそのアクセス速度は一層早くなる。第1図の緩衝
増巾器9はもはや必要なく、ビツト線スイツチ8から外
部に至るビツト線部分すられちデータ線は差動電流の感
知回路へ直接に接続することができる。これらの回路は
、他の周辺回路の入力回路として、メモリ・チツプとは
別のチツプ上にバイポーラ技術により形成される。第2
図は、本発明による改良点を明らかにするために、第1
図に示されたメモリ・チツプの或る列に対するデータ・
アクセス・パスを一層詳細に示している。第1図でBL
と表記された列線には、第2図のビツト線対BO,Bl
が対応する。参照番号を付された破線部分は、同じ参照
番号を付された第1図の回路部分にそれぞれ対応する。
部分1にあるメモリ・セル2はビツト線対BO,Blに
関連して設けられたものである。メモリ・セルの1例と
して、所謂2素子メモリ・セルが想定されているので、
電界効果トランジスタT1及びT2を介して貯蔵キヤパ
シタC1及びC2をアクセスすることができる。トラン
ジスタT1及びT2のゲート電極には、ワード線WLが
接続される。部分1の下側にある部分6には、前置増巾
器が設けられる。このため、トランジスタT3及びT4
でフリツプフロツプを構成し、該トランジスタの共通接
続点とアース点の間に挿入された他のトランジスタT5
によつてこのフリツプフロツプをゲートすることが望ま
しい。関連するセツト・パルスはSLと表記されている
。部分7では、トランジスタT6乃至T8から成る回路
によつて規定された開始電位がビツト線対BO,Blに
設定される。トランジスタT6及びT7はビツト線対B
O,Blをほぼ電源電圧VHまで急速に充電させ、トラ
ンジスタT8はビツト線対BO,Bl電・位を平衡化す
なわち均圧化させる機能を有する。書直しのための制御
パルスはRBLと表記されている。前記した回路及びそ
の機能は、前記文献からも理解することができよう。ま
た、包含される実施態様については、エンハンス形のN
チヤンネ・ル電界効果トランジスタが使用されるものと
仮定する。第2図の部分8には、トランジスタT9及び
TlOから成るビツト線スイツチが設けられる。
トランジスタT9及びTlOはビツト線対BO及びB1
を出力データ線DO及びD1から切離したり、アクセス
の間に両者を接続したりすることができる。トランジス
タT9及びTlOの制御電極は相互接続されており、そ
の接続点に加わるBD(ビツト解読)パルスによつて制
御される。従つて、トランジスタT9及びTlOは列解
読手段の1部を形成する。ここで、一般には複数のビツ
ト線対BO,Blごとに共通のデータ線対DO,Dl又
は読出し/書込み回路が設けられることに注意されたい
。さらに、このビツト線スイツチは、MOSメモリ・チ
ツプ及びバイポーラ周辺回路を有するメモリ・チツプの
概念的な境界を定める役目を有する。次に、第3図を参
照して本発明の動作及びその制御を詳述する。
まず、読出しプロセスが説明されるが、ここではアクセ
ス時間を減少させることが特に重要である。諸ビツト線
は、このプロセスの前の先行段階(後出)で、平衡した
所定の開始電位へ予充電されたものと仮定する。読出し
プロセスはワード線WLを(WLパルスで)付勢するこ
とによつて開始される。本発明に従つて、BDパルスは
WLパルスと同時に現われ、そしてビツト線スイツチを
形成するトランジスタT9,TlOをバイアスしてそれ
らを予備的に条件付ける。BDパルスは中間的な電位を
有するように図示されているけれども、その値は先行段
階で予充電されたデータ線DO,Dlの電位に等しいこ
とが望ましい。もちろん、通常のように、電界効果トラ
ンジスタのスレツシヨルド値が考慮されねばならない。
もし電源電圧Hが約8ボルトであると仮定すれば、BD
パルスの電位及びデータ線DO,Dlの予充電電位は約
4ポルトに選ふことが望ましい。第3図において1と表
記された第1段階では、キヤパシタCl,C2の蓄積電
荷に依存する差動電圧が、WLパルスによつて導通する
トラン.ジスタT1及びT2を介して、ビツト線BO及
びB1に現われる。この差動電圧は第3図の段階1の終
り部分にΔと表記されている如く極めて低い値を有し、
メモリ・セル及びビツト線のキヤパシタに分布する電荷
から生ぜられるものである。差動電圧Δの発生後、トラ
ンジスタT3乃至T5から成るフリツプフロツプが段階
でセツトされる。この段階ではSLパルスが現われ、か
くて差動電圧Δの極性に依存してビツト線BO又はB1
がアース電位へ下降される。これはメモZリ◆セルによ
つてビツト線対BO,Blへ結合された極めて低い差動
信号を増巾及びラツチするという効果を有する。第3図
の例では、前以て8ボルトの開始電位へ予充電されたビ
ツト線B1がアース電位へ下降されるのに対し、ビツト
線対BOの電位はほぼ最初の電位に維持されるものと仮
定する。しかしながら、貯蔵キヤパシタからの漏洩電流
とフリツプフロツプの遷移のために、ビツト線B1につ
いて実際に確立される電位はOボルトと1ボルトの間に
あり、ビツト線対BOのそれは7ボルト8ボルトの間に
ある。その後の電荷蓄積状態について云えば、キヤパシ
タC1はビツト線BOの電位のためにほぼVHの値(8
ボルト)まフで実質的に充電され、そしてキヤパシタC
2は実質的に放電されることになる。このように、予備
的に条件付けられた前置増巾用のフリツプフロツプは、
SLパルスの出現に応じて、導通トランジスタT4及び
T5を介してビツト線B1を十分に・放電させることが
できる。段階1では、トランジスタT9及びTlOは両
方とも非導通であるが、これはBDパルスによる中間的
バイアスとビツト線BO及びB1がほぼVHの値(8ポ
ルト)まで予充電されていたため”である。
もし段階の間にビツト線BO又はB1の電位が1BDパ
ルスの電位一トランジスタT9,TlOのスレツシヨル
ド電圧VTJより低くなれば、トランジスタT9又はT
lOの一方へ電流が流れはじめ、そしてトランジスタT
3又はT4及びT5を介してアースへ至ることになる。
トランジスタT9又はTlOのどちらが導通するかはキ
ヤパシタC1及びC2に貯蔵された情報、従つてビツト
線BO又はB1に生ずる差動電圧によつて決定される。
第3図の例ではビツト線B1がほぼアース電位まて放電
されると仮定したから、トランジスタTlOのゲート電
位(BDパルス)が下降中のビツト線B1の電位よりも
スレツシヨルド電圧Tだけ高くなると、トランジスタT
lOが直ちに導通する。この場合、ビツト線,B1をソ
ース電源とみなし、データ線D1をトランジスタTlO
のドレイン電源とみなすことができる。後述する書込み
プロセスでは、この関係は逆になる。このように、段階
の間には貯蔵情報の関数として電流11又はI。が流れ
、差動電流ΔIを与えるので、この電流を通常の様式で
感知するこができる。以上の内容からすれば、第1図の
基本、構成に不可欠であつた第2増巾段が本発明の実施
態様では全く必要ないことが理解されよ。トランジスタ
T9及びTlOの他方は非導通状態に確実に維持される
のであるが、このことはビツト線BO及びB1の静止電
圧をVHに等しく選び且つBDパルスをほぼH/2に等
しい中間的電圧に選んだことから容易に理解することが
できよう。
データ線DO,Dlの静止電圧はBDパルスの電位より
も低くなければよい7というのは、そうでないとトラン
ジスタT9及びTlOは非導通状態を維持しないからで
ある。データ線DO,Dlの静止電圧はトランジスタT
9及びTlOにかかるビツト線部分の電位よりも若干低
いことが望ましい。このようにすれば、仮りに段階1の
間に差動電圧Δが生じた際予充電された貯蔵キヤパシタ
へ接続されたビツト線に不可避的な電位変動が生じたと
しても、このビツト線の電位は理論的には変化しないま
まに留まり、従つてトランジスタT9及びTlOは段階
1の間非導通状態に確実に維持されることになる。前記
のアクセス・サイクルは、段階の終り部分でまずBDパ
ルスが、次いでWLパルスが、そして最後にSLパルス
がそれぞれの開始電位へ下降するとき終了し、このよう
にしてビツト線BO及びB1がデータ線DO及びD1か
ら切離される。
トランジスタT3乃至T5から成る前置増巾用のフリツ
プフロツプは、この段階の間ビツト線B1をアース電位
に維持し且つビツト線BOをほぼVHに維持することに
よつて、完全な差動電圧すなわち貯蔵情報を確実に保持
する。かくして、WLパルスによつて依然として導通状
態に維持されているトランジスタT1及びT2を介して
、貯蔵情報がキヤパシタC1及びC2へ正しく再書込み
される。WLパルスを下降させると、キヤパシタC1及
びC2の蓄積電荷はビツト線対BO及びB1から分離さ
れる。その後、SLパルスを取除くことができる。第3
図の段階はビツト線対BO及びB1の再充電プロセスを
示す。
この段階では、RBL(書直し)パルスが生ぜられる。
RBLパルスの電位はHよりも高く、たとえば11ボル
トに選ぶことが望ましい。この値が選ばれたのは、ビツ
ト線BO及びB1をトランジスタT6及びT7を介して
電圧VHまで速かに予充電することができるからであり
、またビツト線BO及びB1の電位を(トランジスタT
6及びT7のスレツシヨルド電圧によつて影響されない
ように)トランジスタT8を介して最適の電位に平衡化
すなわち均圧化することができるからである。このよう
な高い電位を有する制御パルスは所謂ブートストラツプ
回路によつて周知の様式で発生することができる。書込
みプロセスではワード線WLの付勢ともにデータ線DO
及びD1データ線の一方が望ましくはアース電位へ下降
される。
かくして、依然として存在しいる蓄積電荷の形の貯蔵情
報を外部から書直すことができる。ビツト線スイツチを
形成するトランジスタT9及びTlOは、この場合、読
出しプロセスと逆の電流を供給する。本発明に従つて制
御パルス◆シーケンスの重要な点は、それが読出し及び
書込みプロセスの両方について同じであるということで
ある。この型の周知の回路と本発明の回路とを比較する
と、前者は4種類の制御パルスを必要とするうえこれら
のパルスは時間に関し極めてクリチカルでなければなら
ないのに対し、後者はWL及びSLパルスについてのみ
クリチカルな要求を課すにすぎない。この違いは、一層
短いメモリ・アクセス時間が可能か否かという違いにな
つて現われる。最後に、第4A図及び第4B図を参照し
て、本発明と先行技術を一般化した形で比較する。
周知の回路装置では、ビツト線スイツチは両スイツチが
常に同じ状態を呈するようにBD(ビツト解読)パルス
を介して制御される。ビツト線BO及びB1は両者とも
データ線DO及ひD1へ接続されるか又はこれらのデー
タ線から両者とも切離されるかのどちらかてある。かく
て、電位を下降さノれていないビツト線は外部から妨害
を受け、従つて微小な読出し信号が影響されることにな
る。このため、メモリ・チツプから貯蔵信号が読出され
る前に第2増巾段を設けねばならなかつた。このことは
第4A図のスイツチング素子を結合する太7い実線によ
つて示されている。この先行技術と比較すると、本発明
は予充電電圧の半分の値を有するBDパルスをビツト線
スイツチに加えて該スイツチをプリセツトしているにす
ぎない。予充電電圧の値は、ビツト線に現われる差動電
圧により2ク個のビツト線スイツチのうち一方のみが導
通し且つ下降された電位を有するビツト線を関連するデ
ータ線へ接続するような値に選ばれている。他方のビツ
ト線はその関連するデータ線から切離されたまに留まる
。かくて、第4B図の矢印によつて示されるように、各
ビツト線の電位に基いて最終的なスイツチ・イン条件が
導かれる。
【図面の簡単な説明】
第1図はメモリ・チツプの基本構成を示す概略プロツク
図、第2図はビツト線対へ接続された本発明のアクセス
回路を示す詳細回路図、第3図は第2図のアクセス回路
へ適用される諸パルスのシーケンスを示す波形図、第4
A図、第4B図は先行技術と本発明のビツト線スイツチ
の動作を比較して示すための概略図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 行線及び列線の各マトリックス交点にそれぞれ配設
    された複数の動的半導体メモリ・セルと、所定の行線を
    選択する行線選択手段と、前記行線選択手段によつて所
    定に行線が選択されるとき複数対の前記列線に生ぜられ
    たデータ信号を検知し且つ増幅するように該複数対の列
    線へそれぞれ接続された複数の差動式前置増幅器と、前
    記複数対の列線を少くとも1対のデータ線へそれぞれ選
    択的に結合するための複数対の電界効果トランジスタ型
    スイッテとを備えた動的半導体メモリにおいて、前記列
    線を第1の貯蔵論理状態に対応する第1の基準電位へ予
    充電する列線予充電手段と、前記データ線を第2の貯蔵
    論理状態に対応する電位より大きく且つ前記第1の基準
    電位より前記電界効果トランジスタのスレッショルド電
    圧分以上小さい第2の基準電位へ予充電するデータ線予
    充電手段と、選択された1対の前記電界効果トランジス
    タ型スイッチのゲート電極へ前記第2の基準電位と略等
    しく且つ該第2の基準電位より前記スレッショルド電圧
    分以上大きくない第3の基準電位を共通に供給する列線
    選択手段とを備え、前記1対の電界効果トランジスタ型
    スイツチへ接続された1対の列線のうち一方の列線に現
    われるデータ信号の電位が前記第3の基準電位より前記
    スレッショルド電圧分以上小さくなるとき該一方の列線
    に関連する該電界効果トランジスタ型スイッチを導通さ
    せるようにしたことを特徴とする、動的半導体メモリ。
JP53023694A 1977-03-23 1978-03-03 動的半導体メモリ Expired JPS6044751B2 (ja)

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