JPS62197990A - 半導体記憶回路 - Google Patents

半導体記憶回路

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JPS62197990A
JPS62197990A JP61039390A JP3939086A JPS62197990A JP S62197990 A JPS62197990 A JP S62197990A JP 61039390 A JP61039390 A JP 61039390A JP 3939086 A JP3939086 A JP 3939086A JP S62197990 A JPS62197990 A JP S62197990A
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洋一 飛田
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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、vAaゲート型電界効果トランジスタ(以
下MO3Tと略称する)を用いた半導体記憶回路に関し
、特にダイナミック型の半導体記憶回路に用いて有効な
ビット線電位平衡回路の改良に関するものである。
〔従来の技術〕
第3図は従来のランダムアクセスメモリ装置(以下RA
Mと略称する)の一部を示す回路構成図であり、この図
では1ビツト当たり1個のMO3Tをもつメモリセルが
6ビツト、ダミーセルが6ビツト、それらを選ぶための
1つのアドレスデコーダ、メモリセルから読み出された
データを増幅するための3つのセンスアンプ、ビット綿
の充電及び電位平衡回路が3つ、ワード線のプルダウン
回路が4つ示されている。
第3図において、lal、 〜1an、2bl 〜2b
nはそれぞれ1ビツトのメモリセルで、論理値“1”、
“θ′のデータを記憶する。またIC1〜lcn、ld
l〜ldnはそれぞれ1ビ、7トのダミーセル、41〜
4n、51〜5nはメモリセルデータを伝達するビット
線であり、41〜4nと51〜5nとはそれぞれ相補性
のデータが伝達される。また6a、5bはメモリセルを
駆動する信号φ、が供給されるワード線、6c、6dは
ダミーセルを駆動する信号φ、が供給されるダミーワー
ド線である。
2al〜2an、2b!〜2bnはメモリセルデータを
記憶する記憶容量であり、一端がそれぞれ接続点3a1
〜3an、3bl〜3bnに、他端が接地点に接続され
ている。2cl〜2cn。
2dl〜2dnは上記メモリセル容量2al〜2an、
2bl〜2bnの約半分の大きさに設定されたダミー容
量で、一端がそれぞれ接続点3cl〜3cn、3dl〜
3dnに、他端が接地点に接続されメモリセルデータ読
み出し時の参照電位を供給する働きをする。?a1〜7
an、7bl〜7bnはスイッチングMO3Tで、一方
の主電極がそれぞれ接続点3a1〜3an、3bl〜3
bnに、他方の主電極がそれぞれビン)′1IA41〜
4n、51〜5nに、ゲート電極がそれぞれワード線上
の接続点IQal〜Loan、10bl 〜10bnに
接続され、記憶容量2al 〜2an、2b1〜2bn
のデータの読み出し、書き込みまたは保持をする働きを
する。
7cl〜7cn、7dl〜7dnはスイッチングMO5
Tで、一方の主電極がそれぞれ接続点3cl 〜3Cn
、3dl 〜3dnに、他方の主電極がそれぞれビット
線41〜4n、51〜5nに、ゲート電極がそれぞれダ
ミーワード線上の接続点10cl 〜10cn、10d
l〜10dnに接続され、ダミー容量2cl 〜2cn
、2dl 〜2dnから参照データを読み出す働きをす
る。29c1〜29cn、29dl〜29dnはMO3
Tで、一方の主電極がそれぞれ接続点3cl〜3cn。
3dl〜3dnに、他方の主電極が接地点に、ゲート電
極がクロンク信号了「が供給される端子27に接続され
ており、RAMの待機時にダミー容量のレベルを“0”
にして次の読み出し動作に備える働きをする。
8al〜8an、8bl〜8bnは一端がそれぞれ接続
点10al 〜10an、10bl 〜10bnに、他
端がそれぞれ接続点9al〜9 a n。
9bl〜9bnに接続されたワード線の寄生抵抗である
。この抵抗は第3図に示すような同一センスアンプ24
1〜24nに接続される一対のビット線が平行して配置
される回路に通常付随するものである。この抵抗を低減
させるためには抵抗値の低いアルミニウムの2層配線技
術を用いれば良いが、製造工程数の増加、2層目のアル
ミニウム配線の信頼性上の問題により一般的には使用さ
れておらず、通常は比較的抵抗値の大きいポリシリコン
等の高融点金属が製造上の容易さから使用されている。
8cl〜8cn、8dl 〜8dnは一端がそれぞれ接
続点10cl 〜10cn、10dl〜1Odnに、他
端がそれぞれ接続点9cl〜9cn。
9dl〜9dnに接続されたダミーワード線の寄生抵抗
である。
11al〜1lan、1lbl〜1lbnは一端がそれ
ぞれ接続点9al〜9an、9bl〜9bnに、他端が
接地点に接続されたワード線の寄生容量である。
11cl〜1lcn、1ldl〜1ldnは一端がそれ
ぞれ接続点9cl〜9cn、9dl〜9dnに、他端が
接地点に接続されたダミーワード線の寄生容量である。
111〜11n、121〜L2nはそれぞれビット線4
1〜4n、51〜5n+!:電源電圧■の供給される電
源端子19との間に設けられ、ゲート電極がそれぞれ接
続点141〜14nに接続された、ビット線を充電する
ためのMO3Tで、メモリセルに使われるMO5Tとは
逆導電性のPチャンネルMO3Tが用いられている。
131〜13nはそれぞれ一対のビット線41〜4nと
51〜5nとの間に設けられ、ゲート電極がそれぞれ上
記接続点141〜14nに接続された、ビット線電位を
平衡化するためのMOSTで、これにもPチャンネルM
O3Tが用いられている。
また上記接続点141〜14nはクロック信号φえが供
給される端子22に接続されている。
241〜24nはそれぞれ一対のビット線とクロック信
号下7が供給される端子251〜25nに接続されたセ
ンスアンプ回路で、一対のビット線上に現われた微小な
電圧差を増幅する働きをする。
301〜30nはそれぞれビット線41〜4nと接続点
251〜25nとの間に設けられ、ゲート電極がそれぞ
れビット線51〜5nに接続されたMOSTである。
また311〜31nはそれぞれビット&’!51〜5n
と接続点251〜25nとの間に設けられゲート電極が
それぞれビット線41〜4nに接続されたMOSTであ
り、これらのMO3T301〜30nと311〜31n
とはたすきかけ状に接続されてフリップフロップ回路を
構成している。
また33は電源端子19と接続点35との間に設けられ
ゲート電極がクロック信号φ、の供給される端子36に
接続されたMOST、34は接続点35と接地点との間
に設けられゲート電極がクロック信号Tπの供給される
端子37に接続されたMOST、32は接続点251〜
25nと接地点との間に設けられゲート電極が接続点3
5に接続された、センスアンプ群241〜24nを駆動
するためのMOSTである。
また21aは端子群teaから供給されるアドレス信月
Axl、τTT・・・・・・Axn、Axnをデコード
してその出力16a、16b・・・の中の1本に電圧を
出力するデコーダ回路であり、端子19゜20よりそれ
ぞれ電源電圧V及びクロック信号rが供給されている。
また21bは端子18bから供給される最下位桁アドレ
ス信号Ax l、τTTをデコードしてその出力16c
、16dのいずれか1本に電圧を出力するダミーデコー
ダ回路で、端子19.20よりそれぞれ電源電圧■及び
クロック信号■1が供給されている。15a、15bは
それぞれデコーダ回路21aの出力16a、16bのレ
ベルに応じて端子17に供給されるワード線駆動信号φ
1をワード線に結合するためのMOST、15 C。
15dはそれぞれダミーデコーダ回路21bの出力16
c、16dのレベルに応じて端子17に供給されるワー
ド線駆動信号φ8をダミーワード線に結合するだめのM
OST、23a、23bはそれぞれワード線の一端の接
続点28a、28bと接地点との間に設けられゲート電
極がクロック信号T「を供給される端子26に接続され
たMOSTであり、非選択のワード線のノイズ電圧を低
減するための働きをする。
23c、23dはそれぞれダミーワード線の一端の接続
点28c、28dと接地点との間に設けられゲート電極
がクロック信号T丁を供給される端子26に接続された
MOSTであり、非選択のダミーワード線のノイズ電圧
を低減するための働きをする。
次に第3図の回路動作を第4図の波形図を用いて説明す
る。第4図は第3図のメモリセルlal〜lanからデ
ータを読み出す場合の動作を示している。
時刻toまでにデコーダ21aのすべての出力点16a
、16b・・・はクロック信号■「により11”に充電
されており、ダミーデコーダ21bの出力点16c、1
6dも1”に充電されている。ビット線41〜4n、5
1〜5nもクロック信号φ、により電源電圧■まで充電
されている。
またすべてのワード線及びダミーワード線はクロック信
号φ1のレベルが O″であり、かっMOST15a、
15b・・45c、15dがONL。
ているので′0”になっており、すべてのメモリセル及
びダミーセルが非選択状態になっている。
MOST23a、23b−,23c、23dはクロック
信号T丁が“1″であるのでONしており、ワード線及
びダミーワード線をより強く“O”に固定している。
時刻toにおいてクロック信号下7が“0”になると、
デコーダ及びダミーデコーダの予備充電が完了する。次
に時刻t1においてアドレス信号が“0”または“1″
になるとデコーダ21aの出力16a、16b・・・の
うちいずれか1本を残して他の出力はすべて′O”にな
る。この場合は出力16aのみが“1”となり他はすべ
て10”となると想定している。
デコーダ出力16aのみが1″となった場合、MOST
15aのみがONL、クロック(言分φ。
によりメモリセルlal〜lanが選択されることにな
る。これらのセルは各ビット線対のうち左側のビット線
41〜4nに接続されている。
この場合はダミーデコーダは右側のビット線に接続され
ているダミーセルldl〜ldnを選択するように働く
ようになっている。即ち、MOST15aは“0”、M
OST16dが1”になる。
デコーダ、ダミーデコーダによる選択が柊わったあと時
刻t2においてクロック信号φアがVになる。これによ
りMO3TIII〜lln、121〜12 n、  1
31〜13 nがOFFになりビットN、TIが高イン
ピーダンス状態になり、セルデータの読み出しの待機状
態になる。また同時にクロック信号T7がMO3T23
 a 〜23 dのしきい値電圧VT11よりもわずか
に高い値になり、ワード線6a、ダミーワード線6dを
除いたワード線が比較的高い抵抗で“0”に接地される
ことになる。
次に時刻t3においてクロック信号φ。が上昇を開始し
て時刻t4で最終レベルVに到達する。
これによりワード線6a、ダミーワード&i6dの電圧
も上昇するが、上昇する時間はワード線の場所によって
異なる。即ちφ8の入力点に近い側の接続点10a1.
10dlでは速く上昇し、遠い側の接続点IQan、1
0dnでは遅く上昇する。
これはワード線、及びダミーワード線に付随する寄生抵
抗と容量とによるものである。通常この遅れは256に
ビットのRAMの場合、20ns程度になる。即ち接続
点10al、10dlはクロック信号φ8とほぼ同時刻
のt4で電源電圧Vまで上昇するが、接続点10an、
10dnは約20ns遅れた時刻t5で■に到達する。
接続点10al〜10an、10dl〜10dnの電圧
が上昇することによりMO3T7a1〜7an、7dl
〜7dnfJ<ONしてビット線にデータ及び参照デー
タが読み出される。
この場合は各メモリセルに“0”データが記憶されてい
るのでビット線41〜4nの電位が低下する。一方ビッ
ト線51〜5n側ではダミーセルからの参照データが読
み出され電位が低下するがそのレベルはピッ14,14
1〜4n@よりも高い。
なぜならば前述のようにダミーセル容量はメモリ容量の
半分に設定しであるからである。時刻t5の直前におい
てクロック信号φ、が0からVに上昇してMO3T33
をONさせる。このと「Tπは“0”のためMO3T3
4はOFFしている。
MO3T33がONすることによりMO3T32のゲー
ト電圧が上昇しMO3T32がOI’Lしてエフ信号、
即ち接続点251〜25nの電位が低下を始める(時刻
t5)。クロック信号T7が下降すると41〜4nと5
1〜5nの各ビット線間の微小電圧差がセンスアンプ2
41〜24nによって増幅される。クロック信号■7の
下降が完了した時刻t6においてはピッ)!41〜4n
の電位は“0”、ビット線51〜5nの電位は■よりわ
ずかに低下したレベルになり増幅が完了する。
この大きな電圧差が図示しない後段の回路に伝達され、
RAMの出力に読み出される。
以上で一連の読み出し動作が完了すると他のメモリセル
の読み出しのために待機状態に移る必要がある。待機状
態に移るときはメモリセル容量の電圧レベルは完全な“
O”または“l”レベルであることが望ましい、もし完
全なレベルからずれた場合は次の読み出し時において読
み出しマージンが低下するからである。そのためにはワ
ード線6aの電圧が0になりMO3T7 a 1〜7 
a nがOFFするまでMO3T301〜30nとMO
3T32がONしてビット線41〜4nの電圧が“0”
の低インピーダンス状態に固定されていなければならな
い。また、ビット線電位の平衡時においては不要な電力
消費をさけるためMO3T32がOFFしていなければ
ならない。
さて第4図において待機状態に移る時の波形が時刻t7
以降に示されている。
時刻t7においてクロックφ。が下降を開始して時刻t
8において最終レベル10″に到達する。
これによりワード線6a及びダミーワード線の電圧も下
降するが、前述の上昇の場合と同様に下降する時間は場
所によって異なる。即ち、接続点IQan、10dnで
は遅<10a1.10dlでは早くなる。ここでMO3
T7 a nが待機状態になるためにはゲート電圧がV
T11以下になりOFFする必要がある。従ってMO3
T7anはほぼ時刻t9で待機状態になる。
MO3T7anがOFFになった後、りt)7り■πが
“1″になり、MO3T34がONして接続点35のレ
ベルが“O”になりMO3T32がOFFする。次に時
刻t9でφえが下降を始め、ビット線電位の平衡化と充
電が始まる。これによりMO3T111〜11n、12
1〜12n、131〜13nがONしてビットwA41
〜4 nの電位が上昇しピッ)線51〜5nの電位は一
旦下降を始める。そして時刻tllで電源電圧■まで上
昇しビット線間の電位はほぼ同じレベルになる(理論的
には無限大の時間を要する)。もし平衡化が不十分で一
対のビット線間の電位差が大きい場合は次の読み出しの
時の読み出し電圧マージンが減少し誤動作を招くことに
なる。
なお時1]t9付近においてクロック■1.(llcの
上昇Ax、τx、 ・旧−・、Axn、Axnの下降が
あるが、これは本発明と直接の関係はない。
以上のように、ビット線電位の平衡化山吹の読み出しマ
ージンを大きくとるため、できるだけ速く行なう必要が
あるのでメモリセルのスイッチングMO3TがOFFし
た直後に行なうのが最も効率的である。
従来は平衡化の始まるタイミング、即ちφ、の発生する
タイミングはφ。信号を基準とするMO3Tのインバー
タ回路を縦続接続した遅延回路により発生していたが、
この回路要素の中にはワード線に用いられている比較的
高抵抗の高融点金属による抵抗体は用いられていなかっ
た。
この抵抗体の抵抗値が製造上のばらつきにより高くなっ
た場合、10anの波形の破線で示すように下降時間が
長くなりメモリセルのスイッチングMO3TがOFFす
る時間が遅くなる(時刻t10)、この状態で時刻t9
においてビット線の平衡化が始まると、スイッチングM
O3TがOFFしないうちにビット線4nの電圧が上昇
し、メモリセルlanに高い電圧が入り誤動作を招くこ
とになる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の回路においては、このばらつきを計算により求め
ていたので、安全を見込んで必要以上に平衡化の開始タ
イミングを遅らせていた。このためRAMの動作サイク
ル時間(第2図のtoからtQ’ まで)が長くなって
いた。
この発明は以上のような従来のものの問題点に鑑みてな
されたもので、従来のものに比し、ビット線電位の平衡
化を早く開始することのできる半導体記憶回路を提供す
ることを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る半導体記憶回路は、ダミーワード線端部
の電位が所定電位になったことによりダミーワード線選
択が終了したことを検知し、該検知時にセンスアンプ動
作を終了させた後にビット線電位を平衡化するようにし
たものである。
〔作用〕
この発明においては、推定値ではなく、実際に平衡化開
始可能となった時点でビット線電位が平衡化されるから
、ワード線抵抗のばらつきに影響されることな〈従来の
ものに比し、早い時期に電位平衡が開始され、センスア
ンプの無駄な電力消費もなくなる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図はこの発明の一実施例による半導体記憶回路にお
けるビット線平衡化信号発生回路のみを示す回路図で、
図において、第3図と同一符号は同一部分を示す。
第1図において、100はダミーワード線の選択が終了
したことを検出し、該検出時にビット線電位平衡用のF
ET141〜14nを動作させる平衡制御手段であり、
該手段は回路100a、100b、100cにより構成
されている。40〜46からなる回路100aはダミー
ワード、%*6c。
6d端部の電圧により該ダミーワード線の選択終了を検
出する第1の制御回路であり、具体的には2人力の一般
的なプートストラップインバータ回路で構成されており
、該回路100aにおいて、40はゲートとドレイン電
極が電源端子19に、ソースが接続点41に接続された
充電用MO3T、42は一端が接続点41に他端がブー
トストラップインバータ回路の出力点である接続点44
に接続された昇圧容量、43は電源端子19と出力点4
4との間に設けられゲート電極が上記昇圧容量の一端に
接続された負荷MO3T、45は出力点44と接地点と
の間に設けられゲート電極がダミーワード!fji6c
の他端に接続されたドライバーMO3T、46は出力点
44と接地点との間に設けられゲート電極がダミーワー
ド線6dの他端に接続されたドライバーMO3Tである
また33.34からなる回路toobはセンスアンプ2
41〜24nの動作制御のための第2の制御回路であり
、ダミーワード線非選択時にセンスアンプ動作を停止さ
せるための信号を第1のFET32に対し出力する。こ
の回路200において、33はドレインが電源端子19
にゲートが端子36にソースが端子35に接続されたM
O3T。
34はドレインが接続点35にゲートが接続点44にソ
ースが接地点にそれぞれ接続されたMO3Tである。
また48〜54からなる回路100Cは第2の制御回路
100bの出力を受けて上記センスアンプ241〜24
nのセンス動作終了後に第2のFET141〜14nを
動作させる第3の制御回路であり、該回路100cは2
人力の一般的なプートストラップインバータ回路で構成
されており、該回路100Cにおいて、48はゲートと
ドレインが電源端子19に、ソースが接続点49に接続
された充電用MO5T、50は一端が接続点49に他端
がこのプートストラップ回路の出力点である接続点52
に接続された昇圧容量、51は電源端子19と出力点5
2との間に設けられゲート電極が上記昇圧容量の一端に
接続された負荷MO3T、53は出力点52と接地点と
の間に設けられゲート電極が接続点35に接続されたド
ライバーMO3T、54は出力点52と接地点との間に
設けられゲート電極がクロック信号φt゛の供給される
端子55に接続されたドライバーMO3Tである。また
、56.58は相補性インバータ回路を構成するMO3
Tであり、56は電源端子19と接続点57との間に設
けられゲート電極を接続点52に接続されたPチャンネ
ルMO3T、58は接続点57と接地点との間に設けら
れ、ゲート電極が接続点52に接続されたMO3Tであ
る。
次に第1図の回路の動作を第2図の波形図を用いて説明
する。
第1図の回路はメモリセルの動作時に必ず動作し、かつ
信号の伝搬速度が最も遅くなる2本のダミーワード線線
端の電圧変化を用い、これを基準としてビット線電位を
平衡化するための信号を発生することを動作原理として
いる。
第2図の時刻t7においてダミーワード線6Cの端部に
おける接続点28C(ダミーワード線6dが選ばれた場
合は28d)の電圧が降下を始めて時刻t9において“
0”になるとドライバーMO3T45がOFFになる。
これによりブートストラップインバータ回路100aの
出力点44のレベルがほぼ0から■まで上昇する(時刻
t91)。
出力点44のレベルが上昇することによりM O5T3
4がONして接続点35のレベルがV−VTI(から“
O”に降下する(時刻t92)。これによりMO3T3
2がOFFしてMO3T32を介して各ビット線と接地
間の導通がしゃ断される。このときクロック信号7丁は
0レベルの高抵抗状態になる。
接続点35のレベルが“0”になるとこれにそのゲート
電極が接続されているドライバーM O5T53がOF
Fとなりブートストラップインバータ回路100Cの出
力点52のレベルがほぼ0から電源電圧■まで上昇する
(時刻t93)。
これにより次段の相補性インバータの出力点のレベルが
■からOに降下してPチャンネルMO3Tであるビット
線電位平衡用MO3T131〜13nと充電用MO3T
I 11〜I In、121〜12nが共にONしてビ
ット線電位の平衡化及び充電が行なわれる。
このように、本実施例ではダミーワード線の端部の最も
遅れた信号を検出し、これを基準としてセンスアンプの
ソース電位及びビットライン電位の平衡化を行なうよう
にしたので、ワード線の抵抗値のばらつきにより待機状
態のメモリセルのレベルの完全化ができ、またビット線
平衡時の不要な電力消費が低減でき、さらにメモリセル
内容を破壊することなく、高速にビット線電位の平衡化
ができるという効果がある。
なお本発明とは直接関係しないが、φ、” はメモリセ
ルデータ読み出しのためワード線に電圧が印加される直
前にビット線を高インピーダンス状態にするためにMO
3T111〜11 n、  121〜12n、131〜
l 3nをOFFするための信号でワード線電位が上昇
する以前にMO3T54のゲートに加えられφ、を■レ
ベルにする働きをする。
なお本実施例ではビットラインの平衡及び充電用MO3
TにPチャンネルMO3Tを用いたが、NチャンネルM
O3Tでも同様の効果が得られる。
但しこの場合φえの極性は逆になり、そのレベルは電源
電圧V+VTR以上にすることが必要である。
またこの実施例ではメモリセルのMO3TにNチャンネ
ルMO3Tを用いたが、各信号の極性とMO3TO掻性
を逆にすれば上記実施例と同様の効果が得られる。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明に係る半導体記憶回路によれば、
ダミーワード線の端部の最も遅れた信号を検出し、これ
を基準としてビットライン電位の平衡化を行なうように
したので、実際に平衡化可能となった時点で平衡化が行
なえ、従来のものに比し高速にビット線電位の平衡化が
できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す回路図、第2図は第1
図の回路動作を説明するための波形図、第3図は従来の
回路を示す図、第4図は第3図の回路動作を説明するた
めの波形図である。 図において、1a1〜1an、1bl〜1bnはメモリ
セル、ICI〜lcn、ldl〜ldnはダミーセル、
241〜24nはセンスアンプ、6a、6bはワード線
、6c、6dはダミーワード綿、21a、21bはデコ
ーダ回路、ダミーデコーダ回路、32は第1のFET、
111〜11n、121〜12nはPチャンネルMO3
T、141〜14nは第2のFE、T、100は平衡制
御手段、100a、100b、100cは第1.第2、
第3の制御回路である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)1つのビット線に接続された、複数のメモリセル
    及び少なくとも1つのダミーセルと該ビット線対の一端
    に接続されたセンスアンプとが複数配置されてなるメモ
    リ回路と、 上記一対のビット線毎に設けられビット線間の電位を平
    衡化するための複数のFETと、 上記ダミーセルを制御するための少なくとも2つのダミ
    ーワード線の選択が終了したことを検出し該検出時上記
    複数のFETを動作せしめる平衡制御手段とを備えたこ
    とを特徴とする半導体記憶回路。
  2. (2)上記平衡制御手段は、 上記ダミーワード線端部の電圧が所定電位となったこと
    を検出する第1の制御回路と、 上記センスアンプの制御信号を発生し上記所定電位検出
    時に該センスアンプのセンス動作を停止させる第2の制
    御回路と、 該センス動作終了時に上記複数のFETおよびビット線
    プリチャージ用FETを動作せしめる第3の制御回路と
    を備えたものであることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の半導体記憶回路。
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