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JP2007122758A - Semiconductor memory device and read-out method therefor - Google Patents

Semiconductor memory device and read-out method therefor Download PDF

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JP2007122758A
JP2007122758A JP2005308963A JP2005308963A JP2007122758A JP 2007122758 A JP2007122758 A JP 2007122758A JP 2005308963 A JP2005308963 A JP 2005308963A JP 2005308963 A JP2005308963 A JP 2005308963A JP 2007122758 A JP2007122758 A JP 2007122758A
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JP
Japan
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read
bit line
memory cell
voltage
word line
Prior art date
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Application number
JP2005308963A
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Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Emori
孝之 江守
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To sufficiently increase a bit line voltage value in reading data without adding an ion injection process for adjusting a threshold voltage. <P>SOLUTION: When reading out a semiconductor memory device where each memory cell MCa includes a write-in transistor, a read-out transistor TR, and capacitor C and is shared with two or more cells of which the write-in word line WWL and the read-out word line RWL arranged in parallel in the row direction, and the bit line RBL is shared with two or more memory cells MCs and MCu arranged in the column direction, a constant current driving means TD is arranged between the bit line RBL and a reference potential GND, applying a power source voltage Vcc to the read-out word line RWLs of a selected memory cell MCs to be read, applying 0[V] to the read-out word line RWLu of a non-selected memory cell MCu, and turning on the constant current driving means. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、2つのトランジスタと1つのキャパシタからメモリセルの素子が構成されている半導体メモリ装置の読み出し方法と、当該読み出し方法が適用可能な構成を備える半導体メモリ装置とに関する。   The present invention relates to a reading method of a semiconductor memory device in which an element of a memory cell is constituted by two transistors and one capacitor, and a semiconductor memory device having a configuration to which the reading method can be applied.

いわゆるゲインセルの一種である2トランジスタ−1キャパシタ型のメモリセルを有する半導体メモリ装置が知られている(たとえば、特許文献1および非特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art A semiconductor memory device having a two-transistor-one capacitor type memory cell that is a kind of so-called gain cell is known (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

図10に、非特許文献1に記載されているメモリセルの回路図を示す。
図10に示すメモリセルMCaは、書き込みトランジスタTW、読み出しトランジスタTRおよびキャパシタCを有する。書き込みトランジスタTWは、ゲートが書き込みワード線WWLに接続され、ソース,ドレインの一方が書き込みビット線WBLに接続されている。読み出しトランジスタTRは、ゲートが書き込みトランジスタTWのソース,ドレインの他方に接続され、ソースが読み出しビット線RBLに接続され、ドレインが電源電圧Vccを供給するための電圧供給線VSLに接続されている。キャパシタCは、一方電極が読み出しトランジスタTRと書き込みトランジスタTWの接続中点に接続され、他方電極が読み出しワード線RWLに接続されている。このキャパシタCの一方電極、および、これに接続された読み出しトランジスタTRと書き込みトランジスタTWの接続中点が、当該メモリセルMCaの記憶ノードSNをなす。
FIG. 10 shows a circuit diagram of the memory cell described in Non-Patent Document 1.
The memory cell MCa shown in FIG. 10 includes a write transistor TW, a read transistor TR, and a capacitor C. The write transistor TW has a gate connected to the write word line WWL and one of a source and a drain connected to the write bit line WBL. The read transistor TR has a gate connected to the other of the source and drain of the write transistor TW, a source connected to the read bit line RBL, and a drain connected to a voltage supply line VSL for supplying the power supply voltage Vcc. The capacitor C has one electrode connected to the midpoint of connection between the read transistor TR and the write transistor TW, and the other electrode connected to the read word line RWL. One electrode of the capacitor C and the midpoint of connection between the read transistor TR and the write transistor TW connected to the capacitor C form a storage node SN of the memory cell MCa.

図11に、特許文献1に記載されているメモリセルの回路図を示す。
図11のメモリセルMCbが図10のメモリセルMCaと異なるのは、読み出しトランジスタTRのドレインが読み出しワード線RWLに接続されている点である。
これにより図10のように電圧供給線VSLを不要として、その配置スペースを削減できる。また、キャパシタCが読み出しトランジスタTRのゲートとドレイン間に接続されていることから、ドレイン不純物領域に対するゲート電極のオーバーラップ容量によりキャパシタCを形成できる。
FIG. 11 is a circuit diagram of the memory cell described in Patent Document 1.
The memory cell MCb in FIG. 11 is different from the memory cell MCa in FIG. 10 in that the drain of the read transistor TR is connected to the read word line RWL.
As a result, the voltage supply line VSL is not required as shown in FIG. 10, and the arrangement space can be reduced. Further, since the capacitor C is connected between the gate and drain of the read transistor TR, the capacitor C can be formed by the overlap capacitance of the gate electrode with respect to the drain impurity region.

データの書き込みおよび読み出しに関し、各種制御線に対する電圧制御はメモリセルの種類、すなわちメモリセルMCaであるかメモリセルMCbであるかを問わず、基本的に同じである。以下、非特許文献1に記載されたメモリセルMCaにおいて、データの書き込み動作および読み出し動作を説明する。   Regarding data writing and reading, voltage control for various control lines is basically the same regardless of the type of memory cell, that is, whether it is the memory cell MCa or the memory cell MCb. Hereinafter, a data write operation and a data read operation in the memory cell MCa described in Non-Patent Document 1 will be described.

図12に、非特許文献1に記載されたメモリセルMCaが列方向に2つ並び、読み出しビット線RBLおよび書き込みビット線WBLを共有している場合を示す。この図において、2つのメモリセルの一方がデータ読み出し対象の選択(selected)メモリセルMCsであり、他方がデータ読み出し対象でない非選択(unselected)メモリセルMCuである。
また図13(A)〜図13(E)に、データの書き込みと読み出しにおける各種ラインの電圧変化を示すタイミングチャートを示す。なお、この図はデータ“1”とデータ“0”との書き込みと読み出しを連続して行う場合を示している。
FIG. 12 shows a case where two memory cells MCa described in Non-Patent Document 1 are arranged in the column direction and share the read bit line RBL and the write bit line WBL. In this figure, one of the two memory cells is a selected memory cell MCs to be read from data, and the other is an unselected memory cell MCu that is not to be read from data.
13A to 13E are timing charts showing voltage changes in various lines during data writing and reading. This figure shows a case where data “1” and data “0” are written and read continuously.

図13(A)に示すように、データ“1”の書き込みでは、書き込みビット線WBLにハイレベルの電圧、たとえば0.9[V]を設定する。また、選択メモリセルMCsの選択(selected)書き込みワード線WWLs(図12参照)の電圧を、図13(B)に示すように、ビット線電圧が安定したタイミングで0[V]から電源電圧Vcc、たとえば1.8[V]に立ち上げる。
これにより、図12の書き込みトランジスタTWがオンし、書き込みビット線WBLのハイレベル(0.9[V])の電圧が記憶ノードSNに転送される。ここで記憶ノード電位がハイレベルのときは記憶データ“1”が記憶される。
その後、選択書き込みワード線WWLsの電圧および書き込みビット線WBLの電圧をそれぞれ、ハイレベルからローレベルに立ち下げると、データ“1”の書き込みが終了する。
As shown in FIG. 13A, in writing data “1”, a high level voltage, for example, 0.9 [V] is set to the write bit line WBL. Further, the voltage of the selected write word line WWLs (see FIG. 12) of the selected memory cell MCs is changed from 0 [V] to the power supply voltage Vcc at the timing when the bit line voltage is stabilized as shown in FIG. For example, it is raised to 1.8 [V].
Accordingly, the write transistor TW in FIG. 12 is turned on, and the high level (0.9 [V]) voltage of the write bit line WBL is transferred to the storage node SN. Here, when the storage node potential is at the high level, the storage data “1” is stored.
Thereafter, when the voltage of the selected write word line WWLs and the voltage of the write bit line WBL are lowered from the high level to the low level, the writing of the data “1” is completed.

読み出し前の状態では、読み出しビット線RBLをディスチャージして、その電圧を0[V]のフローティングに保っている。
データ“1”の読み出しでは、選択メモリセルMCsの選択(selected)読み出しワード線RWLs(図12参照)の電圧を、図13(C)に示すように、0[V]から電源電圧Vcc、たとえば1.8[V]に立ち上げる。これによりキャパシタCを介して記憶ノードSNの電位を、読み出しトランジスタTRのしきい値電圧Vt_trより高くまで上昇させる。その結果、読み出しトランジスタTRがオンし、電源電圧Vccから、オン状態の読み出しトランジスタTRを介して電荷が読み出しビット線RBLに供給される。読み出しビット線RBLは読み出し直前に予め0[V]のフローティング状態としていたため、読み出しビット線RBLの電圧が、たとえば0.2〜0.5[V]程度上昇する。
この電圧上昇を、読み出しビット線RBLに接続されている不図示のセンスアンプで増幅し、データ“1”として読み出す。
その後、選択読み出しワード線RWLsの電圧をハイレベルからローレベルに立ち下げると、データ“1”の読み出しが終了する。
In the state before reading, the reading bit line RBL is discharged and the voltage is kept at 0 [V] floating.
In reading data “1”, the voltage of the selected read word line RWLs (see FIG. 12) of the selected memory cell MCs is changed from 0 [V] to the power supply voltage Vcc, for example, as shown in FIG. Start up to 1.8 [V]. As a result, the potential of the storage node SN is raised to a level higher than the threshold voltage Vt_tr of the read transistor TR via the capacitor C. As a result, the read transistor TR is turned on, and charges are supplied from the power supply voltage Vcc to the read bit line RBL via the read transistor TR in the on state. Since the read bit line RBL has been in a floating state of 0 [V] immediately before reading, the voltage of the read bit line RBL rises, for example, by about 0.2 to 0.5 [V].
This voltage increase is amplified by a sense amplifier (not shown) connected to the read bit line RBL and read as data “1”.
Thereafter, when the voltage of the selected read word line RWLs falls from the high level to the low level, the reading of the data “1” is completed.

データ“0”の書き込みでは、図13(A)に示すように、書き込みビット線WBLにローレベルの電圧、たとえば0[V]を設定する。その後、データ“1”の書き込み時と同様に、選択書き込みワード線WWLsの電圧を0[V]から電源電圧Vccに立ち上げる。これにより、書き込みトランジスタTWがオンし、設定されている0[V]が記憶ノードSNに転送される。   In writing data “0”, as shown in FIG. 13A, a low level voltage, for example, 0 [V] is set to the write bit line WBL. Thereafter, the voltage of the selected write word line WWLs is raised from 0 [V] to the power supply voltage Vcc as in the case of writing data “1”. As a result, the write transistor TW is turned on, and the set 0 [V] is transferred to the storage node SN.

データ“0”の読み出しでは、選択読み出しワード線RWLsの電圧を0[V]から電源電圧Vccに立ち上げる。このデータ“0”の読み出しでは、記憶ノードSNの電圧が読み出しトランジスタTRのしきい値電圧Vt_trより上昇しない。したがって、読み出しトランジスタTRはオフのままとなり、図13(E)に示すように読み出しビット線RBLの電圧が、0[V]のフローティングのままで変化しない。   In reading data “0”, the voltage of the selected read word line RWLs is raised from 0 [V] to the power supply voltage Vcc. In reading this data “0”, the voltage of the storage node SN does not rise above the threshold voltage Vt_tr of the read transistor TR. Accordingly, the read transistor TR remains off, and the voltage of the read bit line RBL remains floating at 0 [V] as shown in FIG. 13E.

以上の書き込みおよび読み出しの動作期間中、非選択メモリセルMCuの非選択(unselected)読み出しワード線RWLu(図12参照)の電圧は、図13(D)に示すようにローレベル、すなわち0[V]で保持される。
このため、非選択メモリセルMCuにおける読み出しトランジスタTRはオンしない。
特開2001−93988号公報 “A New SOI DRAM Gain Cell for Mbit DRAM's, H. Shichijo et al., Extended Abstracts of the 16th Conference on Solid State Device and Materials, A-7-3, 1984, pp.265-268”
During the above write and read operation periods, the voltage of the unselected read word line RWLu (see FIG. 12) of the unselected memory cell MCu is at a low level, that is, 0 [V] as shown in FIG. ] Is retained.
For this reason, the read transistor TR in the non-selected memory cell MCu is not turned on.
JP 2001-93988 A “A New SOI DRAM Gain Cell for Mbit DRAM's, H. Shichijo et al., Extended Abstracts of the 16th Conference on Solid State Device and Materials, A-7-3, 1984, pp.265-268”

ところが、非選択メモリセルMCuにおいて、とくに記憶ノードSNにデータ“1”が保持されている場合、記憶ノード保持電圧が0.9[V]となっていることから、読み出しトランジスタTRは0.9[V]程度のゲートバイアスが印加された状態となる。また、読み出しトランジスタTRのソースとドレイン間にも、最大で電源電圧Vcc、最小でも電源電圧Vccから“1”読み出し時のビット線電圧0.2〜0.5[V]を差し引いた、1[V]を超える電圧が印加される。このため、非選択メモリセルMCuを介して、電源電圧Vccからのオフリーク電流が読み出しビット線RBLに多少なりとも流れ込み、読み出しビット線RBLの電圧がオフリーク起因により上昇する。   However, in the non-selected memory cell MCu, particularly when the data “1” is held in the storage node SN, the storage node holding voltage is 0.9 [V], so that the read transistor TR is 0.9. A gate bias of about [V] is applied. Further, between the source and the drain of the read transistor TR, the maximum is the power supply voltage Vcc, and the minimum is the power supply voltage Vcc minus the bit line voltage 0.2 to 0.5 [V] at the time of reading “1”. A voltage exceeding V] is applied. For this reason, an off-leakage current from the power supply voltage Vcc flows into the read bit line RBL more or less via the non-selected memory cell MCu, and the voltage of the read bit line RBL rises due to off-leakage.

一般に、このオフリーク電流は個々の非選択メモリセルMCuでは無視できるほど小さいが、読み出しビット線RBLには多数の非選択メモリセルMCuが接続され、オフリーク電流の積算値はかなり大きくなる。また、オフリーク電流の積算値は、上記読み出しビット線RBLに接続されている多数の非選択メモリセルMCuが記憶しているデータビットの組み合わせに応じて変化する。
このオフリーク電流値の変動が、読み出し時のビット線電圧を変動させる。このオフリーク起因の電圧変動は、データ読み出し時のビット線電圧差の真値、すなわち0.2〜0.5[V]の電圧差にとっては比較的大きなノイズとなる。
In general, this off-leakage current is negligibly small for each non-selected memory cell MCu, but a large number of non-selected memory cells MCu are connected to the read bit line RBL, and the integrated value of the off-leakage current becomes considerably large. Further, the integrated value of the off-leakage current changes according to the combination of data bits stored in a large number of non-selected memory cells MCu connected to the read bit line RBL.
The fluctuation of the off-leakage current value fluctuates the bit line voltage during reading. This voltage variation due to off-leakage becomes a relatively large noise for the true value of the bit line voltage difference at the time of data reading, that is, a voltage difference of 0.2 to 0.5 [V].

以上の理由から、選択メモリセルMCsと同じ読み出しビット線RBLに接続されている非選択メモリセルMCuの読み出しトランジスタTRのオフリーク電流を、可能な限り抑える必要がある。   For the above reasons, it is necessary to suppress as much as possible the off-leakage current of the read transistor TR of the unselected memory cell MCu connected to the same read bit line RBL as the selected memory cell MCs.

このため、通常、読み出しトランジスタTRのしきい値電圧Vt_trが、“1”データ保持時のハイレベルの記憶ノード電圧(上記例では0.9[V])より数100[mV]程度、高く設定されている。このため、ハイレベルの記憶ノード電位が0.9[V]の上記例では、読み出しトランジスタTRのしきい値電圧Vt_trを、最低でも1.0[V]としなければならない(第1の要請)。   For this reason, the threshold voltage Vt_tr of the read transistor TR is normally set higher by several hundreds [mV] than the high-level storage node voltage (0.9 [V] in the above example) when “1” data is held. Has been. For this reason, in the above example where the high-level storage node potential is 0.9 [V], the threshold voltage Vt_tr of the read transistor TR must be at least 1.0 [V] (first request). .

一方、キャパシタCの容量値を出来るだけ小さくしてセル面積を抑制する意味では、“1”データ保持時のハイレベルの記憶ノード電圧は可能なかぎり電源電圧Vccに近いほうが望ましい(第2の要請)。   On the other hand, in order to suppress the cell area by reducing the capacitance value of the capacitor C as much as possible, it is desirable that the high-level storage node voltage at the time of holding “1” data is as close to the power supply voltage Vcc as possible (second requirement). ).

しかし、読み出しトランジスタTRを含むセル内のトランジスタのしきい値電圧を、上記第1の要請に基づき大きく設定すると、“1”データ保持時のハイレベルの記憶ノード電圧を余り大きくできない。なぜなら、上記例において書き込みトランジスタTWのしきい値電圧Vt_twを、読み出しトランジスタTRのしきい値電圧Vt_trと同じ1.0[V]とすると、書き込みビット線WBLに設定した電圧0.9[V]を書き込む際に、選択書き込みワード線WWLsの書き込み電圧(電源電圧Vcc)から、書き込みトランジスタTWのしきい値電圧Vt_tw、すなわち1.0[V]を差し引いた0.8[V]までしか、記憶ノードSNに書き込むことができない。このことは、上記第2の要請に反する。
すなわち、キャパシタCの容量値を出来るだけ小さくしてセル面積を抑制するという条件下で、上記第1の要請と上記第2の要請は矛盾してしまう。
However, if the threshold voltage of the transistors in the cell including the read transistor TR is set large based on the first requirement, the high-level storage node voltage at the time of holding “1” data cannot be increased too much. This is because in the above example, when the threshold voltage Vt_tw of the write transistor TW is 1.0 [V], which is the same as the threshold voltage Vt_tr of the read transistor TR, the voltage 0.9 [V] set on the write bit line WBL. Is stored only up to 0.8 [V] obtained by subtracting the threshold voltage Vt_tw of the write transistor TW, that is, 1.0 [V] from the write voltage (power supply voltage Vcc) of the selected write word line WWLs. Cannot write to node SN. This is contrary to the second requirement.
That is, the first request and the second request are inconsistent under the condition that the capacitance value of the capacitor C is made as small as possible to suppress the cell area.

この矛盾を解決するためには、書き込みトランジスタTWのしきい値電圧Vt_twよりも、読み出しトランジスタTRのしきい値電圧Vt_trを高く設定する必要がある。   In order to solve this contradiction, it is necessary to set the threshold voltage Vt_tr of the read transistor TR higher than the threshold voltage Vt_tw of the write transistor TW.

ところが、この解決策は以下の欠点を有する。
第1に、読み出しトランジスタTRのしきい値電圧Vt_trを制御するためのイオン注入工程が増えて、コスト増となる。
第2に、読み出しトランジスタTRのしきい値電圧Vt_trが高いために、データ“1”読み出し時に読み出しビット線RBLに現れる電位は0.2〜0.5[V]と、かなり低い電圧となる。ビット線電圧0.2〜0.5[V]というのは、前述したオフリーク起因の電圧変動に対するノイズマージンを考慮すると低すぎる。とくに標準的なセンスアンプ(シングルエンド型、カレントミラー型)の入力電圧としては、電源電圧が1.8[V]の場合に、上記オフリーク起因の電圧変動の最大値より十分高い0.6[V]以上が求められることから、読み出しトランジスタTRのしきい値電圧Vt_trを高く設定すると、標準的なセンスアンプが使用できなくなる。
However, this solution has the following disadvantages.
First, the number of ion implantation steps for controlling the threshold voltage Vt_tr of the read transistor TR increases, resulting in an increase in cost.
Second, since the threshold voltage Vt_tr of the read transistor TR is high, the potential appearing on the read bit line RBL at the time of reading data “1” is a fairly low voltage of 0.2 to 0.5 [V]. The bit line voltage of 0.2 to 0.5 [V] is too low in consideration of the noise margin for the voltage fluctuation caused by the off-leakage described above. In particular, as the input voltage of a standard sense amplifier (single-ended type, current mirror type), when the power supply voltage is 1.8 [V], the input voltage is sufficiently higher than the maximum value of the voltage fluctuation caused by the off-leakage 0.6 [V]. Since V] or more is required, if the threshold voltage Vt_tr of the read transistor TR is set high, a standard sense amplifier cannot be used.

本発明が解決しようとする課題は、しきい値電圧調整のためのイオン注入工程の追加を行うことなく、データ読み出し時のビット線電圧値を十分大きくすることである。   The problem to be solved by the present invention is to sufficiently increase the bit line voltage value at the time of data reading without adding an ion implantation step for adjusting the threshold voltage.

本発明に係る半導体メモリ装置の第1の読み出し方法は、メモリセルアレイを構成する各メモリセルが、ゲートが書き込みワード線に接続され、ソースとドレインの一方がビット線に接続され、ソースとドレインの他方が記憶ノードに接続されている書き込みトランジスタと、ゲートが前記記憶ノードに接続され、ソースとドレインの一方がビット線に接続され、ソースとドレインの他方が電圧供給線に接続されている読み出しトランジスタと、前記記憶ノードと読み出しワード線との間に接続されているキャパシタとを有し、前記メモリセルアレイ内で前記書き込みワード線と前記読み出しワード線のそれぞれが、行方向に並ぶ複数のメモリセルで共有され、前記ビット線が列方向に並ぶ複数のメモリセルで共有されている半導体メモリ装置の読み出し方法であって、前記ビット線と基準電位との間に定電流駆動手段を設け、前記ビット線を共有し列方向に並ぶ前記複数のメモリセルのうち、読み出し対象の選択メモリセルの読み出しワード線に電源電圧を印加し、読み出し対象でない非選択メモリセルの読み出しワード線に0[V]を印加し、前記定電流駆動手段をオンさせる。
本読み出し方法では、好適に、前記ビット線ごとに補助手段を設け、読み出し時に前記補助手段を動作させて、前記ビット線の充電をアシストする。
In a first read method of a semiconductor memory device according to the present invention, each memory cell constituting a memory cell array has a gate connected to a write word line, one of a source and a drain connected to a bit line, A write transistor having the other connected to the storage node, a read transistor having the gate connected to the storage node, one of the source and drain connected to the bit line, and the other of the source and drain connected to the voltage supply line And a capacitor connected between the storage node and the read word line, and each of the write word line and the read word line in the memory cell array is a plurality of memory cells arranged in a row direction. A semiconductor memory device shared and shared by a plurality of memory cells in which the bit lines are arranged in the column direction In the reading method, a constant current driving unit is provided between the bit line and a reference potential, and the selected memory cell to be read is read out of the plurality of memory cells sharing the bit line and arranged in the column direction. A power supply voltage is applied to the word line, and 0 [V] is applied to the read word line of the non-selected memory cell that is not the read target, thereby turning on the constant current driving means.
In this reading method, preferably, auxiliary means is provided for each bit line, and the auxiliary means is operated during reading to assist charging of the bit line.

この読み出し方法における作用を述べる。
この読み出し方法では、データ読み出し時に、ビット線ごとに接続されている定電流駆動手段がオンする。このため、読み出し対象の選択メモリセルの記憶ノードにハイレベルが保持されている場合、当該選択メモリセルを介してビット線が充電される一方で、定電流駆動手段がビット線から電流を引き抜く。たとえば、定電流駆動手段が一定のゲートバイアスで駆動するドライバトランジスタである場合、ドライバトランジスは定電流源として動作し、その定電流駆動手段と同じビット線に接続されている複数のメモリセル内の読み出しトランジスタが負荷として機能する。したがって、データ読み出し時に、定電流駆動手段と、その負荷としての複数の読み出しトランジスタとによって、ソースフォロアの出力回路が形成される。
The operation in this reading method will be described.
In this reading method, the constant current driving means connected to each bit line is turned on at the time of data reading. Therefore, when the high level is held in the storage node of the selected memory cell to be read, the bit line is charged through the selected memory cell, while the constant current driving unit draws current from the bit line. For example, when the constant current driving means is a driver transistor that is driven with a constant gate bias, the driver transistor operates as a constant current source, and in a plurality of memory cells connected to the same bit line as the constant current driving means. The read transistor functions as a load. Therefore, at the time of data reading, a source follower output circuit is formed by the constant current driving means and a plurality of read transistors as loads.

このような回路では、定電流駆動手段の特性曲線と、負荷となるトランジスタの特性曲線(負荷曲線)とが交差する点が、定電流駆動手段の電流駆動能力、負荷の大きさ(複数の読み出しトランジスタの総体的な電流駆動能力)およびビット線の負荷容量等で決まる安定的な動作点となる。したがって、負荷の大きさが変動するような場合を考えると、読み出しトランジスタに対し、動作点を安定点に戻す自己バイアスがかかる。
具体的には、安定点に対応した電流値に照らして負荷電流が大きすぎる場合を考えると、ビット線電位が上昇する分だけ、読み出しトランジスタのソースとゲート間の電圧が小さくなり、当該読み出しトランジスタを流れる負荷電流が減少する。これとは逆に、安定点に対応した電流値に照らして負荷電流が小さすぎる場合を考えると、ビット線電位が低下する分だけ、読み出しトランジスタのソースとゲート間の電圧が大きくなり、当該読み出しトランジスタを流れる負荷電流が増加する。
In such a circuit, the point where the characteristic curve of the constant current driving means and the characteristic curve (load curve) of the transistor serving as a load intersect is the current driving capability of the constant current driving means and the size of the load (multiple readings). This is a stable operating point determined by the overall current driving capability of the transistor) and the load capacity of the bit line. Therefore, when considering the case where the magnitude of the load fluctuates, the read transistor is self-biased to return the operating point to the stable point.
Specifically, considering the case where the load current is too large in light of the current value corresponding to the stable point, the voltage between the source and the gate of the read transistor is reduced by the amount corresponding to the increase in the bit line potential, and the read transistor The load current flowing through is reduced. On the contrary, when the load current is too small in light of the current value corresponding to the stable point, the voltage between the source and gate of the read transistor increases as the bit line potential decreases, and the read The load current flowing through the transistor increases.

このような自己バイアスがかかり安定的な動作点に制御される回路では、読み出しトランジスタのしきい値電圧が小さくても安定動作が可能である。また、安定的な動作点に対応したビット線電圧は、定電流駆動手段のオン抵抗と負荷抵抗との分割比で主に決まる、0[V]より十分高い電圧値をとる。   In such a circuit that is self-biased and controlled to a stable operating point, stable operation is possible even when the threshold voltage of the reading transistor is small. The bit line voltage corresponding to a stable operating point takes a voltage value sufficiently higher than 0 [V], which is mainly determined by the division ratio between the on-resistance and the load resistance of the constant current driving means.

本発明に係る半導体メモリ装置の第2の読み出し方法は、メモリセルアレイを構成する各メモリセルが、ゲートが書き込みワード線に接続され、ソースとドレインの一方がビット線に接続され、ソースとドレインの他方が記憶ノードに接続されている書き込みトランジスタと、ゲートが前記記憶ノードに接続され、ソースとドレインの一方がビット線に接続され、ソースとドレインの他方が読み出しワード線に接続されている読み出しトランジスタと、前記記憶ノードと前記読み出しワード線との間に接続されているキャパシタとを有し、前記メモリセルアレイ内で前記書き込みワード線と前記読み出しワード線のそれぞれが、行方向に並ぶ複数のメモリセルで共有され、前記ビット線が列方向に並ぶ複数のメモリセルで共有されている半導体メモリ装置の読み出し方法であって、前記ビット線と基準電位との間に定電流駆動手段を設け、前記ビット線を共有し列方向に並ぶ前記複数のメモリセルのうち、読み出し対象の選択メモリセルの読み出しワード線に電源電圧を印加し、読み出し対象でない非選択メモリセルの読み出しワード線に電源電圧と0[V]との間の値を有する中間電圧を印加し、前記定電流駆動手段をオンさせる。
本読み出し方法では、好適に、前記中間電圧を、前記ビット線に読み出した電圧の最大値と同等か、当該最大値より高い値に設定する。
また、好適に、前記ビット線ごとに補助手段を設け、読み出し時に前記補助手段を動作させて、前記ビット線の充電をアシストする。
In a second read method of the semiconductor memory device according to the present invention, each memory cell constituting the memory cell array has a gate connected to a write word line, one of a source and a drain connected to a bit line, A write transistor with the other connected to the storage node, a read transistor with the gate connected to the storage node, one of the source and drain connected to the bit line, and the other of the source and drain connected to the read word line And a capacitor connected between the storage node and the read word line, and a plurality of memory cells in which the write word line and the read word line are arranged in a row direction in the memory cell array. And the bit line is shared by a plurality of memory cells arranged in the column direction. A reading method of a memory device, comprising: a constant current driving unit provided between the bit line and a reference potential; and a selected memory cell to be read among the plurality of memory cells sharing the bit line and arranged in a column direction A power supply voltage is applied to the read word line, an intermediate voltage having a value between the power supply voltage and 0 [V] is applied to the read word line of the non-selected memory cell that is not the read target, and the constant current driving means is turned on. Let
In this read method, the intermediate voltage is preferably set to a value equal to or higher than the maximum value of the voltage read to the bit line.
Preferably, auxiliary means is provided for each bit line, and the auxiliary means is operated during reading to assist charging of the bit line.

この第2の読み出し方法の作用を述べる。
第2の読み出し方法が、先の述べた第1の読み出し方法と異なる点は、一つは、メモリセルの構成である。
より詳細には、上記第2の読み出し方法が前提とするメモリセルは、読み出しトランジスタのドレインに読み出しワード線が接続されている点である。
The operation of the second reading method will be described.
One of the differences between the second read method and the first read method described above is the configuration of the memory cell.
More specifically, the memory cell premised on the second read method is that a read word line is connected to the drain of the read transistor.

読み出しワード線は、通常、読み出し時のみハイレベルに制御される。このため、非選択のメモリセルでは読み出しワード線をローレベルに維持するのが通常のやり方である。   The read word line is normally controlled to a high level only during reading. For this reason, in a non-selected memory cell, it is a normal way to maintain the read word line at a low level.

第2の読み出し方法の他の特徴は、読み出しワード線を中間電圧に制御する点である。本発明で好ましい中間電圧としては、ビット線に読み出した電圧の最大値と同等か、当該最大値より高い値に設定される。とくにこの場合、ビット線にハイレベルのデータが読み出されて、その電位がハイレベルになっても、読み出しトランジスタはビット線電圧を充電するために用いられることはあっても、ビット線電圧を放電することがない。
したがって、定電流駆動手段以外ではビット線から電流を吸い出すパスが存在しない。このため、読み出しトランジスタの自己バイアス動作が、定電流駆動手段による一定の駆動電流により安定する。
Another feature of the second read method is that the read word line is controlled to an intermediate voltage. A preferable intermediate voltage in the present invention is set to a value equal to or higher than the maximum value of the voltage read to the bit line. In particular, in this case, even if high level data is read out to the bit line and the potential becomes high level, the read transistor may be used to charge the bit line voltage, but the bit line voltage is reduced. There is no discharge.
Therefore, there is no path for sucking current from the bit line except for the constant current driving means. For this reason, the self-bias operation of the read transistor is stabilized by a constant drive current by the constant current drive means.

本発明に係る半導体メモリ装置は、メモリセルアレイを構成する各メモリセルが、ゲートが書き込みワード線に接続され、ソースとドレインの一方がビット線に接続され、ソースとドレインの他方が記憶ノードに接続されている書き込みトランジスタと、ゲートが前記記憶ノードに接続され、ソースとドレインの一方がビット線に接続され、ソースとドレインの他方が電圧供給線に接続されている読み出しトランジスタと、前記記憶ノードと読み出しワード線との間に接続されているキャパシタとを有し、前記メモリセルアレイ内で前記書き込みワード線と前記読み出しワード線のそれぞれが、行方向に並ぶ複数のメモリセルで共有され、前記ビット線が列方向に並ぶ複数のメモリセルで共有され、前記ビット線と基準電位との間に定電流駆動手段が接続され、前記ビット線ごとに補助手段を有する。   In the semiconductor memory device according to the present invention, each memory cell constituting the memory cell array has a gate connected to the write word line, one of the source and drain connected to the bit line, and the other of the source and drain connected to the storage node. A write transistor, a gate connected to the storage node, one of a source and a drain connected to a bit line, and the other of the source and the drain connected to a voltage supply line, and the storage node A capacitor connected between the read word line, and each of the write word line and the read word line in the memory cell array is shared by a plurality of memory cells arranged in a row direction, and the bit line Is shared by a plurality of memory cells arranged in the column direction, and a constant current drive is provided between the bit line and a reference potential. Means are connected, an auxiliary means for each of the bit lines.

本発明に係る他の半導体メモリ装置は、メモリセルアレイを構成する各メモリセルが、ゲートが書き込みワード線に接続され、ソースとドレインの一方がビット線に接続され、ソースとドレインの他方が記憶ノードに接続されている書き込みトランジスタと、ゲートが前記記憶ノードに接続され、ソースとドレインの一方がビット線に接続され、ソースとドレインの他方が読み出しワード線に接続されている読み出しトランジスタと、前記記憶ノードと前記読み出しワード線との間に接続されているキャパシタとを有し、前記メモリセルアレイ内で前記書き込みワード線と前記読み出しワード線のそれぞれが、行方向に並ぶ複数のメモリセルで共有され、前記ビット線が列方向に並ぶ複数のメモリセルで共有され、前記ビット線と基準電位との間に定電流駆動手段が接続され、前記ビット線ごとに補助手段を有する。   In another semiconductor memory device according to the present invention, each memory cell constituting a memory cell array has a gate connected to a write word line, one of a source and a drain connected to a bit line, and the other of the source and the drain connected to a storage node. A write transistor connected to the storage node, a gate connected to the storage node, one of a source and a drain connected to a bit line, and the other of the source and the drain connected to a read word line, and the storage A capacitor connected between the node and the read word line, and each of the write word line and the read word line is shared by a plurality of memory cells arranged in a row direction in the memory cell array, The bit line is shared by a plurality of memory cells arranged in the column direction, and the bit line and a reference potential Constant current drive means is connected between, an auxiliary means for each of the bit lines.

本発明によれば、しきい値電圧調整のためのイオン注入工程の追加を行うことなく、データ読み出し時のビット線電圧値を十分大きくできるという利点がある。   According to the present invention, there is an advantage that the bit line voltage value at the time of data reading can be sufficiently increased without adding an ion implantation step for adjusting the threshold voltage.

[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る半導体メモリ装置において、メモリセルアレイと、センスアンプ、ワード線およびビット線の駆動回路を含む周辺回路の主要部とを示すブロック図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a memory cell array and main parts of a peripheral circuit including a sense amplifier, word line and bit line drive circuits in the semiconductor memory device according to the first embodiment.

図示のように、メモリセルアレイは、行列状に配置されているm×n(m,n:任意の自然数)個のメモリセルMC11,MC12,…,MC21,…,MCmnによって構成されている。メモリセルアレイにおいて、同一行の各メモリセルが同じ書き込みワード線WWLj(j=1,2,…,n)および読み出しワード線RWLjに接続され、同一列の各メモリセルが同じ書き込みビット線WBLi(i=1,2,…,m)および読み出しビット線RBLiに接続されている。   As shown in the figure, the memory cell array is composed of m × n (m, n: any natural number) memory cells MC11, MC12,..., MC21,. In the memory cell array, each memory cell in the same row is connected to the same write word line WWLj (j = 1, 2,..., N) and read word line RWLj, and each memory cell in the same column is connected to the same write bit line WBLi (i = 1, 2,..., M) and the read bit line RBLi.

メモリセルアレイのn本の書き込みワード線WWLjとn本の読み出しワード線RWLjは、ワード線駆動回路WLDに接続されて、これにより駆動される。
メモリセルアレイのm本の書き込みビット線WBLiとm本の読み出しビット線RBLiは、ビット線駆動回路BLDに接続されて、これにより駆動される。
The n write word lines WWLj and the n read word lines RWLj in the memory cell array are connected to and driven by the word line drive circuit WLD.
The m write bit lines WBLi and the m read bit lines RBLi in the memory cell array are connected to and driven by the bit line driving circuit BLD.

各列のメモリセルに、“定電流駆動手段”としてのドライバトランジスタTDi、および、センスアンプSAiがそれぞれ接続されている。
ドライバトランジスタTDiは、各列で同じサイズおよびしきい値が設定されているNMOSトランジスタであり、それぞれ対応する読み出しビット線RBLiと基準電圧、たとえばグランド電圧との間に接続されている。m個のドライバトランジスタTDiのゲートは、ドライバ電圧が印加されるドライブ制御線DCLに共通に接続されている。このドライバ電圧は、詳細は後述するが、読み出し時にハイレベルに保持され、ドライバトランジスタTDをオンさせる。
A driver transistor TDi as a “constant current driving means” and a sense amplifier SAi are connected to the memory cells in each column.
The driver transistor TDi is an NMOS transistor having the same size and threshold value set in each column, and is connected between the corresponding read bit line RBLi and a reference voltage, for example, a ground voltage. The gates of the m driver transistors TDi are commonly connected to a drive control line DCL to which a driver voltage is applied. As will be described in detail later, this driver voltage is held at a high level during reading, and turns on the driver transistor TD.

センスアンプSAiは、シングルエンド型のアンプであり、ハイレベルの電源線SPLとローレベルの電源線SNLからの電源供給を受けて動作する。センスアンプSAiは、入力側に接続されている読み出しビット線RBLiの電圧を増幅して出力する。   The sense amplifier SAi is a single-ended amplifier, and operates by receiving power supply from the high-level power line SPL and the low-level power line SNL. The sense amplifier SAi amplifies and outputs the voltage of the read bit line RBLi connected to the input side.

図2(A)に、メモリセルアレイ内で同一列に属する2つのメモリセルと、ドライバトランジスタTDおよびセンスアンプSAとを示す。この図において、2つのメモリセルの一方がデータ読み出し対象の選択(selected)メモリセルMCsであり、他方がデータ読み出し対象でない非選択(unselected)メモリセルMCuである。
また、図2(B)には、選択メモリセルMCsおよび同一列内に並ぶ全ての非選択メモリセルMCuの、合計n個の読み出しトランジスタTRと、ドライバトランジスタTDとの接続関係を等価回路によって示す。
FIG. 2A shows two memory cells belonging to the same column in the memory cell array, a driver transistor TD, and a sense amplifier SA. In this figure, one of the two memory cells is a selected memory cell MCs to be read from data, and the other is an unselected memory cell MCu that is not to be read from data.
FIG. 2B shows an equivalent circuit showing the connection relationship between the total n read transistors TR and the driver transistors TD of the selected memory cells MCs and all the non-selected memory cells MCu arranged in the same column. .

本実施形態のメモリセルは、図10と同じ基本構成を有することから、その構成とセル基本動作の詳細は省略する。
図2(B)に示すように、選択メモリセルMCsの読み出しトランジスタTRと、非選択メモリセルMCu(および他の非選択メモリセル)とは、電源電圧Vccを供給する電圧供給線VSLと読み出しビット線RBLとの間に並列接続されている。また、各読み出しトランジスタTRのソースに接続されている読み出しビット線RBLの電圧を、センスアンプSAを介して出力するように構成されている。
したがって、各読み出しトランジスタTRを負荷とし、ドライバトランジスタTDをドライバ(電流源)とするソースフォロア回路が形成されている。
Since the memory cell of the present embodiment has the same basic configuration as that of FIG. 10, the details of the configuration and the basic operation of the cell are omitted.
As shown in FIG. 2B, the read transistor TR of the selected memory cell MCs and the non-selected memory cell MCu (and other non-selected memory cells) include a voltage supply line VSL for supplying the power supply voltage Vcc and a read bit. It is connected in parallel with the line RBL. In addition, the voltage of the read bit line RBL connected to the source of each read transistor TR is output via the sense amplifier SA.
Accordingly, a source follower circuit is formed in which each read transistor TR is a load and the driver transistor TD is a driver (current source).

つぎに、ソースフォロア回路の動作を説明する。
当該ソースフォロア回路の負荷となるn個の読み出しトランジスタTRのうち、選択メモリセルMCsの読み出しトランジスタTRは、記憶データに対応した記憶ノードSNの電圧(V1sまたはV0s)に応じてオンまたはオフする。
ここで、電圧V1sはデータ“1”記憶時に、キャパシタCを介した選択読み出しワード線RWLsによる昇圧後の記憶ノード電圧である。また、電圧V0sはデータ“0”記憶時の同昇圧後の記憶ノード電圧である。
このため選択メモリセルMCsの読み出しトランジスタTRは、記憶データに応じて値が異なるオン電流(読み出し電流)Irを読み出しビット線RBLに流す。
Next, the operation of the source follower circuit will be described.
Of the n read transistors TR serving as a load of the source follower circuit, the read transistor TR of the selected memory cell MCs is turned on or off according to the voltage (V1s or V0s) of the storage node SN corresponding to the stored data.
Here, the voltage V1s is a storage node voltage after being boosted by the selective read word line RWLs via the capacitor C when data “1” is stored. The voltage V0s is a storage node voltage after the same boosting when storing data “0”.
For this reason, the read transistor TR of the selected memory cell MCs supplies an on-current (read current) Ir having a different value depending on the stored data to the read bit line RBL.

また、他の(n−1)個の非選択メモリセルMCuは、その読み出しトランジスタTRのゲート電圧(記憶ノード電圧)が読み出し時に昇圧されない。ただし、非選択メモリセルMCuの読み出しトランジスタTRは、記憶データに対応している記憶ノード電圧値(V1uまたはV0u)に応じたリーク電流Ioffを読み出しビット線RBLに多少なりとも流す。読み出しビット線RBLには、上記読み出し電流Irと、このリーク電流Ioffとの加算電流が流れ、この加算電流はドライバトランジスタTDからグランド電圧に流れる。   In the other (n−1) non-selected memory cells MCu, the gate voltage (storage node voltage) of the read transistor TR is not boosted at the time of reading. However, the read transistor TR of the non-selected memory cell MCu causes a leakage current Ioff corresponding to the storage node voltage value (V1u or V0u) corresponding to the storage data to flow somewhat to the read bit line RBL. In the read bit line RBL, an addition current of the read current Ir and the leak current Ioff flows, and this addition current flows from the driver transistor TD to the ground voltage.

詳細は後述するが、“1”データ読み出し時では、選択メモリセルMCsの読み出しトランジスタ抵抗によって当該ソースフォロア回路の負荷が決まり、“0”データ読み出し時では、“1”データを記憶している非選択メモリセルMCuの読み出しトランジスタ抵抗によって当該ソースフォロア回路の負荷が決まる。そして、その何れかの負荷(抵抗)とドライバトランジスタの抵抗(オン抵抗)との分圧比で主に決まる値に、読み出しビット線RBLの電圧(読み出し電圧)のDCレベルを上昇させる作用がある。
このため、シングルエンド型センスアンプ等の標準的なセンスアンプの入力電圧として適したレベルの読み出し電圧を得ることができる。
As will be described in detail later, when “1” data is read, the load of the source follower circuit is determined by the read transistor resistance of the selected memory cell MCs, and when “0” data is read, “1” data is stored. The load of the source follower circuit is determined by the read transistor resistance of the selected memory cell MCu. Then, the DC level of the voltage (read voltage) of the read bit line RBL is increased to a value mainly determined by the voltage division ratio between any one of the loads (resistance) and the resistance (on resistance) of the driver transistor.
Therefore, it is possible to obtain a read voltage at a level suitable as an input voltage for a standard sense amplifier such as a single-ended sense amplifier.

図3(A)〜図3(F)は、データの書き込みと読み出しにおける各種ラインの電圧変化を示すタイミングチャートである。なお、この図はデータ“1”とデータ“0”との書き込みと読み出しを連続して行う場合を示している。
以下、図3を用いて、本実施形態に係る半導体メモリ装置の動作を説明する。なお、以下の説明では、適宜図2を参照する。
FIGS. 3A to 3F are timing charts showing voltage changes in various lines during data writing and reading. This figure shows a case where data “1” and data “0” are written and read continuously.
Hereinafter, the operation of the semiconductor memory device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In the following description, FIG. 2 will be referred to as appropriate.

図3(A)に示すように、データ“1”の書き込みでは、書き込みビット線WBLにハイレベルの電圧、たとえば0.8[V]を設定する。また、選択メモリセルMCsの選択書き込みワード線WWLs(図2参照)の電圧を、図3(B)に示すように、ビット線電圧が安定したタイミングで0[V]から電源電圧Vcc、たとえば1.8[V]に立ち上げる。
これにより、図2の書き込みトランジスタTWがオンし、書き込みビット線WBLのハイレベル(0.8[V])の電圧VHが記憶ノードSNに転送される。ここで記憶ノード電位がハイレベルのときは記憶データ“1”が記憶される。
その後、選択書き込みワード線WWLsの電圧および書き込みビット線WBLの電圧をそれぞれ、ハイレベルからローレベルに立ち下げると、データ“1”の書き込みが終了する。
As shown in FIG. 3A, in writing data “1”, a high level voltage, for example, 0.8 [V] is set to the write bit line WBL. Further, as shown in FIG. 3B, the voltage of the selected write word line WWLs (see FIG. 2) of the selected memory cell MCs is changed from 0 [V] to the power supply voltage Vcc, for example, 1 at the timing when the bit line voltage is stabilized. Raise to 8V.
As a result, the write transistor TW shown in FIG. 2 is turned on, and the high-level (0.8 [V]) voltage VH of the write bit line WBL is transferred to the storage node SN. Here, when the storage node potential is at the high level, the storage data “1” is stored.
Thereafter, when the voltage of the selected write word line WWLs and the voltage of the write bit line WBL are lowered from the high level to the low level, the writing of the data “1” is completed.

読み出し前の状態では、読み出しビット線RBLをディスチャージして、その電圧を0[V]のフローティングに保っている。
データ“1”の読み出しでは、選択メモリセルMCsの選択読み出しワード線RWLs(図2参照)の電圧を、図3(C)に示すように、0[V]から電源電圧Vcc、たとえば1.8[V]に立ち上げる。また、これとほぼ同時に、図3(F)に示すように、ドライバトランジスタTD(図2参照)のゲートに供給されているドライバ電圧VDを0[V]から、当該ドライバトランジスタTDがオンする電圧、たとえば0.5[V]に立ち上げる。
In the state before reading, the reading bit line RBL is discharged and the voltage is kept at 0 [V] floating.
In reading data “1”, the voltage of the selected read word line RWLs (see FIG. 2) of the selected memory cell MCs is changed from 0 [V] to the power supply voltage Vcc, for example 1.8, as shown in FIG. Launch in [V]. At substantially the same time, as shown in FIG. 3F, the driver voltage VD supplied to the gate of the driver transistor TD (see FIG. 2) is changed from 0 [V] to the voltage at which the driver transistor TD is turned on. For example, it is raised to 0.5 [V].

これにより、ドライバトランジスタTDがオンして、図2(B)に示すソースフォロア回路が動作可能な状態になるとともに、選択メモリセルMCs内でキャパシタCを介して“1”データ記憶ノード電圧が、読み出しトランジスタTRのしきい値電圧Vt_trより高く上昇する。
その結果、読み出しトランジスタTRがオンし、電源電圧Vccから、オン状態の読み出しトランジスタTRを介して電荷が読み出しビット線RBLに供給される。
As a result, the driver transistor TD is turned on and the source follower circuit shown in FIG. 2B becomes operable, and the “1” data storage node voltage is set via the capacitor C in the selected memory cell MCs. It rises higher than the threshold voltage Vt_tr of the reading transistor TR.
As a result, the read transistor TR is turned on, and charges are supplied from the power supply voltage Vcc to the read bit line RBL via the read transistor TR in the on state.

この選択メモリセルMCs内の読み出しトランジスタTRのしきい値電圧Vt_trは、本実施形態では0.4[V]と、書き込みトランジスタTWのしきい値電圧Vt_twと同じに設定されている。このため、読み出しトランジスタTRのしきい値電圧のみ追加イオン注入により高く設定されている場合に比べ、より多くの電流を流すことができ、ビット線充電能力が向上している。また、ドライバトランジスタTDがない場合に比べて、ソースフォロア回路によりビット線電圧が増幅されて、より高いレベルにまで上昇する。その結果、図3(F)に示すように、読み出しビット線RBLの“1”データの読み出し後の電圧は0[V]から、たとえば“0.85[V]”に遷移する。   In this embodiment, the threshold voltage Vt_tr of the read transistor TR in the selected memory cell MCs is set to 0.4 [V], which is the same as the threshold voltage Vt_tw of the write transistor TW. For this reason, as compared with the case where only the threshold voltage of the read transistor TR is set higher by additional ion implantation, more current can flow and the bit line charging ability is improved. Compared to the case where there is no driver transistor TD, the bit line voltage is amplified by the source follower circuit and rises to a higher level. As a result, as shown in FIG. 3F, the voltage after reading “1” data on the read bit line RBL changes from 0 [V] to, for example, “0.85 [V]”.

この電圧上昇を、読み出しビット線RBLに接続されている不図示のセンスアンプで増幅し、データ“1”として読み出す。
その後、選択読み出しワード線RWLsの電圧をハイレベルからローレベルに立ち下げると、データ“1”の読み出しが終了する。
This voltage increase is amplified by a sense amplifier (not shown) connected to the read bit line RBL and read as data “1”.
Thereafter, when the voltage of the selected read word line RWLs falls from the high level to the low level, the reading of the data “1” is completed.

データ“0”の書き込みでは、図3(A)に示すように、書き込みビット線WBLにローレベルの電圧VL、たとえば0[V]を設定する。その後、データ“1”の書き込み時と同様に、選択書き込みワード線WWLsの電圧を0[V]から電源電圧Vccに立ち上げる。これにより、書き込みトランジスタTWがオンし、設定されているローレベルの電圧VL(=0[V])が記憶ノードSNに転送される。   In writing data “0”, as shown in FIG. 3A, a low-level voltage VL, for example, 0 [V] is set to the write bit line WBL. Thereafter, the voltage of the selected write word line WWLs is raised from 0 [V] to the power supply voltage Vcc as in the case of writing data “1”. As a result, the write transistor TW is turned on, and the set low-level voltage VL (= 0 [V]) is transferred to the storage node SN.

読み出し前の状態では、読み出しビット線RBLをディスチャージして、その電圧を0[V]のフローティングに保っている。
データ“0”の読み出しでは、選択読み出しワード線RWLs(図2参照)の電圧を、図3(C)に示すように、0[V]から電源電圧Vccに立ち上げる。また、これとほぼ同時に、図3(F)に示すように、ドライバトランジスタTD(図2参照)のゲートに供給されているドライバ電圧VDを0[V]から、当該ドライバトランジスタTDがオンする電圧、たとえば0.5[V]に立ち上げる。
In the state before reading, the reading bit line RBL is discharged and the voltage is kept at 0 [V] floating.
In reading data “0”, the voltage of the selected read word line RWLs (see FIG. 2) is raised from 0 [V] to the power supply voltage Vcc as shown in FIG. At substantially the same time, as shown in FIG. 3F, the driver voltage VD supplied to the gate of the driver transistor TD (see FIG. 2) is changed from 0 [V] to the voltage at which the driver transistor TD is turned on. For example, it is raised to 0.5 [V].

このデータ“0”の読み出しでは、記憶ノードSNの電圧が読み出しトランジスタTRのしきい値電圧Vt_trより上昇しない。したがって、この観点からは読み出しトランジスタTRはオフのままとなる。しかし、“1”データを記憶している非選択メモリセルの読み出しトランジスタのリーク電流が流れる。
その結果、図3(E)に示すように読み出しビット線RBLの電圧が、“1”データ読み出しのときより小さい値、たとえば0.35[V]まで上昇する。
In reading this data “0”, the voltage of the storage node SN does not rise above the threshold voltage Vt_tr of the read transistor TR. Therefore, from this point of view, the read transistor TR remains off. However, the leakage current of the read transistor of the non-selected memory cell storing “1” data flows.
As a result, as shown in FIG. 3E, the voltage of the read bit line RBL rises to a smaller value, for example, 0.35 [V], when “1” data is read.

以上の書き込みおよび読み出しの動作期間中、図3(D)に示すように、非選択メモリセルMCuの非選択読み出しワード線RWLu(図2参照)の電圧はローレベル、すなわち0[V]で保持される。
このため、非選択メモリセルMCuにおける読み出しトランジスタTRはオフ状態を維持するように制御される。ただし、後述するように、当該非選択メモリセルMCuの読み出しトランジスタTRが常にオフすることを前提としていない。すなわち、記憶データの論理に応じて若干オン電流が当該読み出しトランジスタTRに流れる場合がある。
During the above write and read operation periods, as shown in FIG. 3D, the voltage of the non-selected read word line RWLu (see FIG. 2) of the non-selected memory cell MCu is held at a low level, that is, 0 [V]. Is done.
For this reason, the read transistor TR in the non-selected memory cell MCu is controlled to maintain the off state. However, as will be described later, it is not assumed that the read transistor TR of the unselected memory cell MCu is always turned off. That is, a slight on-current may flow through the read transistor TR depending on the logic of the stored data.

つぎに、“1”データ読み出しおよび“0”データ読み出しにおける、記憶ノード電圧について述べる。   Next, the storage node voltage in “1” data reading and “0” data reading will be described.

<選択セルの場合>
選択メモリセルMCsにおいては選択読み出しワード線RWLsに電源電圧Vccを与えることから、データ“1”を保持している記憶ノードSNの昇圧後の電位V1sは、次式(1-1)により表される。また、データ“0”を保持している記憶ノードSNの昇圧後の電位V0sは、次式(1-2)により表される。なお、次式(1-1)および(1-2)において、符号“VH”は昇圧前のデータ“1”が保持されている記憶ノードSNの電圧を、符号“CT”は記憶ノードSNに接続されている全容量を示す。
<For selected cells>
Since the power supply voltage Vcc is applied to the selected read word line RWLs in the selected memory cell MCs, the boosted potential V1s of the storage node SN holding the data “1” is expressed by the following equation (1-1). The Further, the boosted potential V0s of the storage node SN holding the data “0” is expressed by the following equation (1-2). In the following equations (1-1) and (1-2), the symbol “VH” represents the voltage of the storage node SN that holds the data “1” before boosting, and the symbol “CT” represents the storage node SN. Shows the total capacity connected.

[数1]
V1s=VH+C/CT×Vcc…(1-1)
V0s=0[V]+C/CT×Vcc
=C/CT×Vcc …(1-2)
[Equation 1]
V1s = VH + C / CT × Vcc (1-1)
V0s = 0 [V] + C / CT × Vcc
= C / CT x Vcc (1-2)

上記式における符号“C/CT”は昇圧時のカップリング容量比であり、この値は昇圧の点では大きい方が望ましいが、余り大きくするとキャパシタCの面積が増大し、好ましくない。
一例としてカップリング容量比(C/CT)を“0.3”と比較的小さい値に設定したとする。この場合、図3に示す例では、電源電圧Vcc=1.8[V]、昇圧前の“1”データ記憶ノード電圧VH=0.8[V]を用いて上記式(1-1)から計算すると、昇圧後の“1”データ記憶ノード電圧V1s=1.34 [V]となる。また、昇圧後の“0”データ記憶ノード電圧V0s=0.54 [V]となる。
The symbol “C / CT” in the above expression is a coupling capacitance ratio at the time of boosting, and it is desirable that this value be large in terms of boosting, but if it is too large, the area of the capacitor C increases, which is not preferable.
As an example, it is assumed that the coupling capacitance ratio (C / CT) is set to a relatively small value of “0.3”. In this case, in the example shown in FIG. 3, using the power supply voltage Vcc = 1.8 [V] and “1” data storage node voltage VH = 0.8 [V] before boosting, When calculated, the boosted “1” data storage node voltage V1s = 1.34 [V]. Further, “0” data storage node voltage V0s after boosting becomes 0.54 [V].

<非選択セルの場合>
非選択セルにおいては非選択読み出しワード線RWLuに0[V]を与えることから、データが“1”か“0”にかかわらず記憶ノード電圧は書き込み時の電圧から変化しない。
したがって、データ“1”を保持している非選択メモリセルの記憶ノード電圧V1uは、次式(2-1)により表される。また、データ“0”を保持している非選択メモリセルの記憶ノード電圧V0uは、次式(2-2)により表される。
<For non-selected cells>
In the unselected cell, 0 [V] is applied to the unselected read word line RWLu, so that the storage node voltage does not change from the voltage at the time of writing regardless of whether the data is “1” or “0”.
Therefore, the storage node voltage V1u of the non-selected memory cell holding the data “1” is expressed by the following equation (2-1). The storage node voltage V0u of the non-selected memory cell that holds the data “0” is expressed by the following equation (2-2).

[数2]
V1u=VH… (2-1)
V0u=0[V]…(2-2)
[Equation 2]
V1u = VH (2-1)
V0u = 0 [V] (2-2)

図2(B)に示すソースフォロア回路の動作で既に述べたように、ドライバトランジスタTDに対して並列接続されているn個の読み出しトランジスタTRが負荷となる。そして、その負荷の大きさは、上記4種類の記憶ノード電圧に応じて異なる。
したがって、ドライバトランジスタTDの動作曲線に対して、以上の4種類の記憶ノード電圧V1s,V0s,V1u,V0uに対応する4種類の負荷曲線が交差し、各交点が動作点となり得る。
As already described in the operation of the source follower circuit shown in FIG. 2B, n read transistors TR connected in parallel to the driver transistor TD serve as a load. The magnitude of the load varies depending on the four types of storage node voltages.
Therefore, the four types of load curves corresponding to the above four types of storage node voltages V1s, V0s, V1u, and V0u intersect the operating curve of the driver transistor TD, and each intersection can be an operating point.

図4は、ドライバトランジスタのドレイン電圧−電流特性に、4種類の負荷曲線を重ねたグラフである。
図4において符号“D”は、ドライバトランジスタTDのドレイン電圧(すなわち読み出しビット線電圧VRBL)を横軸とし、ドライバトランジスタTDに流れるドレイン電流を縦軸とする電圧−電流特性の曲線(以下、ドライバ曲線)を示す。また、符号“L1s”は、記憶ノード電圧V1sがゲートに設定されている選択メモリセルの読み出しトランジスタTRの負荷曲線を示す。符号“L0s”は、記憶ノード電圧V0sがゲートに設定されている選択メモリセルの読み出しトランジスタTRの負荷曲線を示す。符号“L1u”は、記憶ノード電圧V1uがゲートに設定されている非選択メモリセルの読み出しトランジスタTRの負荷曲線を示す。そして、符号“L0u”は、記憶ノード電圧V0uがゲートに設定されている非選択メモリセルの読み出しトランジスタTRの負荷曲線を示す。
FIG. 4 is a graph in which four types of load curves are superimposed on the drain voltage-current characteristics of the driver transistor.
In FIG. 4, the symbol “D” indicates a voltage-current characteristic curve (hereinafter referred to as driver) with the drain voltage of the driver transistor TD (ie, the read bit line voltage VRBL) as the horizontal axis and the drain current flowing through the driver transistor TD as the vertical axis. Curve). The symbol “L1s” indicates a load curve of the read transistor TR of the selected memory cell in which the storage node voltage V1s is set to the gate. Symbol “L0s” indicates a load curve of the read transistor TR of the selected memory cell in which the storage node voltage V0s is set to the gate. Symbol “L1u” indicates a load curve of the read transistor TR of the non-selected memory cell in which the storage node voltage V1u is set to the gate. The symbol “L0u” indicates a load curve of the read transistor TR of the non-selected memory cell in which the storage node voltage V0u is set to the gate.

最初に“1”データ読み出し時の動作点を説明する。
データ“1”が記憶されている選択メモリセルに関し、ドライバ曲線Dと一番右の負荷曲線L1sとの交点P1で電流値が一致し、読み出しビット線電圧VRBLが安定する。ドライバ曲線Dと他の3つの負荷曲線L1u,L0s,L0uとの各交点P2〜P4にも安定点は存在するが、一番右の安定点(交点P1)にて“1”データの読み出し時の読み出しビット線電圧VRBL1が事実上決定する。一番右側の安定点の読み出しビット線電圧VRBL1でドライバ電流と負荷電流が一致し、左側の負荷の電流はほとんど流れないからである。
First, the operating point at the time of reading “1” data will be described.
With respect to the selected memory cell in which data “1” is stored, the current values coincide at the intersection P1 between the driver curve D and the rightmost load curve L1s, and the read bit line voltage VRBL is stabilized. There is a stable point at each of the intersections P2 to P4 of the driver curve D and the other three load curves L1u, L0s, and L0u, but when reading “1” data at the rightmost stable point (intersection P1) The read bit line voltage VRBL1 is substantially determined. This is because the driver current and the load current match at the read bit line voltage VRBL1 at the rightmost stable point, and the left load current hardly flows.

つぎに、“0”データの読み出しの動作点を説明する。
データ“0”が記憶されている選択メモリセルだけを考えれば、ドライバ曲線Dと右から3番目の負荷曲線L0sとの交点P3のところで読み出しビット線電圧VRBLが安定する。しかし、通常、データ“1”が記憶されている非選択メモリセルの負荷曲線L1uのほうが右側にあるため、その負荷曲線L1uとドライバ曲線Dとの交点で“0”データの読み出し時の最大の読み出しビット線電圧VRBL0が事実上決定する。
Next, an operation point for reading “0” data will be described.
If only the selected memory cell storing data “0” is considered, the read bit line voltage VRBL is stabilized at the intersection P3 between the driver curve D and the third load curve L0s from the right. However, since the load curve L1u of the non-selected memory cell in which the data “1” is stored is usually on the right side, the maximum at the time of reading “0” data at the intersection of the load curve L1u and the driver curve D The read bit line voltage VRBL0 is effectively determined.

センスアンプは“1”データの読み出し時の読み出しビット線電圧VRBL1と“0”読み出し時の最大の読み出しビット線電圧VRBL0との差をセンスアンプSAが検知してデータを判別する。この電圧差を数100[mV]以上とするよう設計する。
なお、図3の例では、“1”データの読み出し時の読み出しビット線電圧VRBL1=0.85[V]、“0”読み出し時の最大の読み出しビット線電圧VRBL0=0.35[V]であり、上記センスアンプSAが検出可能な電圧差の条件を満たしている。
In the sense amplifier, the sense amplifier SA detects the difference between the read bit line voltage VRBL1 at the time of reading “1” data and the maximum read bit line voltage VRBL0 at the time of reading “0”, and discriminates the data. The voltage difference is designed to be several hundreds [mV] or more.
In the example of FIG. 3, the read bit line voltage VRBL1 = 0.85 [V] at the time of reading “1” data, and the maximum read bit line voltage VRBL0 = 0.35 [V] at the time of reading “0”. Yes, the voltage difference condition detectable by the sense amplifier SA is satisfied.

上記図4のように動作点を設定する前提としては、ドライバ曲線Dが一定でなければならない。言い換えると、読み出しビット線RBLから流出する電流パスはドライバトランジスタTDを介したパスのみとし、他に電流の流出パスを発生させないことが望ましい。
そのため、ソースフォロア回路の負荷を形成する読み出しトランジスタTRの印加電圧条件に関し、そのドレイン側の電圧をソース側の読み出しビット線電圧と同等かそれ以上としなければならない。その理由は、読み出しトランジスタTRのドレイン電圧が読み出しビット線電圧より低いと、そのパスを通ってビット線電流が流出し、その量がばらつくと動作点も変動し安定動作ができず、これが誤動作の要因となるからである。
As a premise for setting the operating point as shown in FIG. 4, the driver curve D must be constant. In other words, it is desirable that the current path flowing out from the read bit line RBL is only a path via the driver transistor TD, and no other current outflow path is generated.
Therefore, regarding the applied voltage condition of the read transistor TR forming the load of the source follower circuit, the drain side voltage must be equal to or higher than the source side read bit line voltage. The reason is that if the drain voltage of the read transistor TR is lower than the read bit line voltage, the bit line current flows out through the path, and if the amount varies, the operating point fluctuates and stable operation cannot be performed. It is a factor.

しかし、本実施形態では、メモリセルの読み出しトランジスタTRのドレインに電源電圧Vccが印加されていることから、そのような電流の流出パス発生の懸念がない。この点で安定動作が可能である。   However, in this embodiment, since the power supply voltage Vcc is applied to the drain of the read transistor TR of the memory cell, there is no fear of such a current outflow path. In this respect, stable operation is possible.

また、本実施形態ではドライバトランジスタTDを設けてソースフォロア回路を形成し、その負荷となる読み出しトランジスタは、記憶データが“1”の場合と“0”の場合とで程度の差はあれ共にオンすることを前提としている。
とくに、“0”データの読み出し時の動作点P2は、“1”データを保持している非選択メモリセルの負荷となる読み出しトランジスタの動作状態で決まる。この動作点P2は、ドライバトランジスタTDの電流駆動能力と、同一読み出しビット線RBLに接続されている“1”データ保持の非選択メモリセルMCuの数、読み出しビット線容量等で総合的に決まる。したがって、“1”データ保持の非選択メモリセルMCuの読み出しトランジスタTRがオフしている必要は必ずしもない。このため、メモリセル内で読み出しトランジスタTRのみしきい値電圧を高くする必要もない。
In this embodiment, the driver transistor TD is provided to form a source follower circuit, and the read transistor serving as the load is turned on regardless of whether the stored data is “1” or “0”. It is assumed that
In particular, the operating point P2 at the time of reading “0” data is determined by the operating state of the reading transistor which is a load of the non-selected memory cell holding the “1” data. This operating point P2 is comprehensively determined by the current drive capability of the driver transistor TD, the number of “1” data holding non-selected memory cells MCu connected to the same read bit line RBL, the read bit line capacitance, and the like. Therefore, it is not always necessary that the read transistor TR of the non-selected memory cell MCu holding “1” data is turned off. For this reason, it is not necessary to increase the threshold voltage of only the read transistor TR in the memory cell.

この点に関し、さらに詳細な動作を説明する。
まず、“0”データ読み出し時に、“1”データ保持の非選択メモリセルの読み出しトランジスタ数が多くて読み出しビット線電圧が標準値より上昇しようとすると、各読み出しトランジスタのゲートとソース間の電圧が小さくなるため電流駆動能力が低下して、読み出しビット線電圧の上昇を抑制するように働く。逆に、“1”データ保持の非選択メモリセルの読み出しトランジスタ数が少なくて読み出しビット線電圧が低下しようとすると、各読み出しトランジスタのゲートとソース間の電圧が大きくなり、電流駆動能力を高めて、読み出しビット線電圧の低下を抑制するように働く。
この動作は、“1”データ読み出し時の選択メモリセルMCsにおいても同様である。
In this regard, a more detailed operation will be described.
First, at the time of reading “0” data, if the number of read transistors in the non-selected memory cell holding “1” data is large and the read bit line voltage is going to rise from the standard value, the voltage between the gate and the source of each read transistor is increased. Since it becomes smaller, the current driving capability is lowered, and it works to suppress the rise of the read bit line voltage. Conversely, if the number of read transistors in the non-selected memory cell holding “1” data is small and the read bit line voltage is lowered, the voltage between the gate and the source of each read transistor increases, and the current driving capability is increased. It works to suppress a decrease in the read bit line voltage.
This operation is the same in the selected memory cell MCs at the time of reading “1” data.

以上より明らかなごとく、ソースフォロア回路では、読み出しトランジスタを常にオフさせる必要はなく、しきい値電圧の大小の影響を吸収するように動作点が自己バイアス制御される。したがって、読み出しトランジスタのしきい値電圧の動作点に与える影響は小さい。
その結果、読み出しトランジスタのしきい値電圧を他の書き込みトランジスタより高くする必要がなく、標準の値でよい。
As is clear from the above, in the source follower circuit, it is not necessary to always turn off the read transistor, and the operating point is self-biased so as to absorb the influence of the magnitude of the threshold voltage. Therefore, the influence of the threshold voltage of the read transistor on the operating point is small.
As a result, the threshold voltage of the read transistor does not need to be higher than that of other write transistors, and may be a standard value.

また、ソースフォロア読み出しでは、定電流源として働くドライバトランジスタのオン抵抗と、負荷としての読み出しトランジスタの抵抗との分圧比で主に決まる正の電圧に、読み出しビット線電圧が制御される。このため、“1”データの読み出し時の読み出しビット線電圧VRBL1は、ソースフォロア読み出しでない場合に比べると、数100[mV]高めの値に設定できる。この結果、標準的なセンスアンプ(シングルエンド型、カレントミラー型)の入力電圧として適正な値の読み出しビット線電圧を得ることが可能となる。たとえば“1”データの読み出し時の読み出しビット線電圧VRBL1は、電源電圧が1.8[V]の場合0.8[V]以上が可能となる。   In the source follower read, the read bit line voltage is controlled to a positive voltage mainly determined by the voltage division ratio between the on-resistance of the driver transistor serving as a constant current source and the resistance of the read transistor as a load. For this reason, the read bit line voltage VRBL1 at the time of reading “1” data can be set to a value higher by several hundreds [mV] than when the source follower read is not performed. As a result, it is possible to obtain a read bit line voltage having an appropriate value as an input voltage of a standard sense amplifier (single-end type, current mirror type). For example, the read bit line voltage VRBL1 at the time of reading “1” data can be 0.8 [V] or more when the power supply voltage is 1.8 [V].

以上をまとめると、本実施形態では、読み出しトランジスタのしきい値電圧は標準の値とすることができる。そのため、しきい値電圧制御のイオン注入工程の追加が必要ない。
また、読み出しビット線電圧値は、標準的なセンスアンプであるシングルエンド型センスアンプやカレントミラー型センスアンプの入力電圧に適した値が可能となる。
In summary, in this embodiment, the threshold voltage of the read transistor can be a standard value. Therefore, it is not necessary to add an ion implantation process for controlling the threshold voltage.
Also, the read bit line voltage value can be a value suitable for the input voltage of a single-ended sense amplifier or a current mirror sense amplifier that is a standard sense amplifier.

[第2実施形態]
最初に第2実施形態の概要を述べると、第2実施形態は、図10のメモリセルMCaではなく、図11のメモリセルMCbに本発明を適用したものである。
図11のメモリセルMCbからなるメモリセルアレイのデータ読み出しでは、選択メモリセルの読み出しワード線RWLに電源電圧Vccを印加し、非選択メモリセルの読み出しワード線RWLに中間電圧VMを印加する。中間電圧VMは、電源電圧Vccと基準電圧(たとえばグランド電圧0[V])の間の電圧であれば任意である。本実施形態では、中間電圧としては電源電圧Vccの0.4〜0.6倍を想定している。
以下、第2実施形態の回路構成と動作を順に説明する。図1は、第2実施形態にも適用される。
[Second Embodiment]
First, the outline of the second embodiment will be described. In the second embodiment, the present invention is applied not to the memory cell MCa of FIG. 10 but to the memory cell MCb of FIG.
In the data read of the memory cell array composed of the memory cell MCb of FIG. 11, the power supply voltage Vcc is applied to the read word line RWL of the selected memory cell, and the intermediate voltage VM is applied to the read word line RWL of the unselected memory cell. The intermediate voltage VM is arbitrary as long as it is a voltage between the power supply voltage Vcc and a reference voltage (for example, the ground voltage 0 [V]). In the present embodiment, the intermediate voltage is assumed to be 0.4 to 0.6 times the power supply voltage Vcc.
Hereinafter, the circuit configuration and operation of the second embodiment will be described in order. FIG. 1 is also applied to the second embodiment.

図5(A)に、メモリセルアレイ内で同一列に属する2つのメモリセルと、ドライバトランジスタTDおよびセンスアンプSAとを示す。この図において、2つのメモリセルの一方がデータ読み出し対象の選択(selected)メモリセルMCsであり、他方がデータ読み出し対象でない非選択(unselected)メモリセルMCuである。
また、図5(B)には、選択メモリセルMCsおよび同一列内に並ぶ全ての非選択メモリセルMCuの、合計n個の読み出しトランジスタTRと、ドライバトランジスタTDとの接続関係を等価回路によって示す。
FIG. 5A shows two memory cells belonging to the same column in the memory cell array, a driver transistor TD, and a sense amplifier SA. In this figure, one of the two memory cells is a selected memory cell MCs to be read from data, and the other is an unselected memory cell MCu that is not to be read from data.
FIG. 5B shows the connection relationship between the total n read transistors TR and the driver transistors TD of the selected memory cells MCs and all unselected memory cells MCu arranged in the same column by an equivalent circuit. .

本実施形態のメモリセルは、図11と同じ基本構成を有することから、その構成とセル基本動作の詳細は省略する。   Since the memory cell of this embodiment has the same basic configuration as that of FIG. 11, the details of the configuration and the basic operation of the cell are omitted.

図5(B)が第1実施形態の図2(B)と異なる点は、選択メモリセルMCsの読み出しトランジスタTRのドレインが、読み出し時に電源電圧Vccに制御される選択読み出しワード線RWLsに接続されているのに対し、非選択メモリセルMCuの読み出しトランジスタTRのドレインが、読み出し時に前記中間電圧VMに制御される非選択読み出しワード線RWLuに接続されている点である。   FIG. 5B is different from FIG. 2B of the first embodiment in that the drain of the read transistor TR of the selected memory cell MCs is connected to the selected read word line RWLs that is controlled by the power supply voltage Vcc at the time of reading. On the other hand, the drain of the read transistor TR of the non-selected memory cell MCu is connected to the non-selected read word line RWLu controlled by the intermediate voltage VM at the time of reading.

図5(B)における他の構成は図2(B)と同じである。また、当該ソースフォロア回路の基本的な動作も、読み出し時に非選択メモリセルMCuに電源電圧Vccの代わりに中間電圧VMを印加する点を除き、第1実施形態と同じである。したがって、ドライバ曲線Dと負荷曲線L1s〜L0uとの関係を示す図4のグラフも、本実施形態において適用できる。   Other structures in FIG. 5B are the same as those in FIG. The basic operation of the source follower circuit is the same as that of the first embodiment except that the intermediate voltage VM is applied to the non-selected memory cell MCu instead of the power supply voltage Vcc at the time of reading. Therefore, the graph of FIG. 4 showing the relationship between the driver curve D and the load curves L1s to L0u can also be applied in this embodiment.

図6(A)〜図6(F)に、データの書き込みと読み出しにおける各種ラインの電圧変化を示すタイミングチャートを示す。なお、この図はデータ“1”とデータ“0”との書き込みと読み出しを連続して行う場合を示している。
この電圧制御が図3と異なる点は、“1”データ読み出しおよび“0”データ読み出し時に、図3(D)の場合は非選択読み出しワード線RWLuの電圧は0[V]で保持していたが、図6(D)の本実施形態の場合、選択読み出しワード線RWLsを1.8[V]に立ち上げるとほぼ同じタイミングで、非選択読み出しワード線RWLuに、たとえば0.9[V]の中間電圧VMを印加する点である。他の電圧制御は図3と同じである。
FIG. 6A to FIG. 6F are timing charts showing voltage changes in various lines during data writing and reading. This figure shows a case where data “1” and data “0” are written and read continuously.
The voltage control is different from that in FIG. 3 in reading “1” data and “0” data, in the case of FIG. 3D, the voltage of the unselected read word line RWLu was held at 0 [V]. However, in the case of this embodiment shown in FIG. 6D, when the selected read word line RWLs is raised to 1.8 [V], the non-selected read word line RWLu is supplied to, for example, 0.9 [V] at almost the same timing. The intermediate voltage VM is applied. Other voltage control is the same as in FIG.

つぎに、“1”データ読み出しおよび“0”データ読み出しにおける、記憶ノード電圧について述べる。   Next, the storage node voltage in “1” data reading and “0” data reading will be described.

<選択セルの場合>
選択メモリセルに関しては、その記憶ノード電圧は、リーク電流により減衰がないと仮定すると、データ書き込み時に記憶ノードSNに転送した電圧から、所定の電圧まで昇圧される。この所定の電圧は、選択読み出しワード線RWLsに印加される電源電圧Vccに、キャパシタCの全容量CTに対する容量比(カップリング容量比)を乗じた電圧である。
その昇圧後の記憶ノード電圧は、第1実施形態で述べた式(1-1)と(1-2)と同じ式で表される。
<For selected cells>
With respect to the selected memory cell, the storage node voltage is boosted to a predetermined voltage from the voltage transferred to the storage node SN at the time of data writing, assuming that there is no attenuation due to the leakage current. This predetermined voltage is a voltage obtained by multiplying the power supply voltage Vcc applied to the selected read word line RWLs by the capacitance ratio (coupling capacitance ratio) of the capacitor C to the total capacitance CT.
The boosted storage node voltage is expressed by the same formulas (1-1) and (1-2) described in the first embodiment.

<非選択セルの場合>
非選択メモリセルの記憶ノード電圧は、第1実施形態では昇圧されないのに対して、本実施形態では昇圧される。
非選択セルにおいては非選択読み出しワード線RWLuに中間電圧(たとえば0.9[V])を与えることから、昇圧する電圧が選択メモリセルより小さくなる。
データ“1”を保持している非選択メモリセルの記憶ノード電圧V1uは、次式(3-1)により表される。また、データ“0”を保持している非選択メモリセルの記憶ノード電圧V0uは、次式(3-2)により表される。
<For non-selected cells>
The storage node voltage of the unselected memory cell is not boosted in the first embodiment, but is boosted in the present embodiment.
In the non-selected cell, an intermediate voltage (eg, 0.9 [V]) is applied to the non-selected read word line RWLu, so that the voltage to be boosted is smaller than that of the selected memory cell.
The storage node voltage V1u of the non-selected memory cell holding the data “1” is expressed by the following equation (3-1). Further, the storage node voltage V0u of the non-selected memory cell holding the data “0” is expressed by the following equation (3-2).

[数3]
V1s=VH+C/CT×VM…(3-1)
V0s=0[V]+C/CT×VM
=C/CT×VM …(3-2)
[Equation 3]
V1s = VH + C / CT × VM (3-1)
V0s = 0 [V] + C / CT × VM
= C / CT x VM (3-2)

このように本実施形態では、非選択メモリセルMCuにおいても昇圧を行うことから、その読み出しトランジスタTRは一般にオンしやすくなる。その結果、実際に図6(E)に示す例では、“0”データ読み出し時の読み出しビット線RBLが0.7[V]まで上昇している。本例の場合、“1”データ読み出し時と、“0”データ読み出し時の読み出しビット線RBLの電圧差が0.15[V]とやや小さい。
ただし、中間電圧VMの値を最適化することによって、この電圧差を、より大きくすることは可能である。
As described above, in the present embodiment, boosting is performed also in the non-selected memory cell MCu, so that the read transistor TR is generally easily turned on. As a result, in the example shown in FIG. 6E, the read bit line RBL at the time of reading “0” data has risen to 0.7 [V]. In the case of this example, the voltage difference between the read bit lines RBL at the time of reading “1” data and at the time of reading “0” data is slightly small at 0.15 [V].
However, this voltage difference can be made larger by optimizing the value of the intermediate voltage VM.

つぎに、読み出しトランジスタTRのドレインに読み出しワード線RWLが接続されているセル構成において中間電圧VMの印加を行う理由について述べる。   Next, the reason why the intermediate voltage VM is applied in the cell configuration in which the read word line RWL is connected to the drain of the read transistor TR will be described.

図4のように動作点を設定する前提としては、ドライバ曲線Dが一定でなければならない。言い換えると、読み出しビット線RBLから流出する電流パスはドライバトランジスタTDを介したパスのみとし、他に電流の流出パスを発生させないことが望ましい。
そのため、ソースフォロア回路の負荷を形成する読み出しトランジスタTRの印加電圧条件に関し、そのドレイン側の電圧をソース側の読み出しビット線電圧と同等かそれ以上としなければならない。その理由は、読み出しトランジスタTRのドレイン電圧が読み出しビット線電圧より低いと、そのパスを通ってビット線電流が流出し、その量がばらつくと動作点も変動し安定動作ができず、これが誤動作の要因となるからである。
As a premise for setting the operating point as shown in FIG. 4, the driver curve D must be constant. In other words, it is desirable that the current path flowing out from the read bit line RBL is only a path via the driver transistor TD, and no other current outflow path is generated.
Therefore, regarding the applied voltage condition of the read transistor TR forming the load of the source follower circuit, the drain side voltage must be equal to or higher than the source side read bit line voltage. The reason is that if the drain voltage of the read transistor TR is lower than the read bit line voltage, the bit line current flows out through the path, and if the amount varies, the operating point fluctuates and stable operation cannot be performed. It is a factor.

本実施形態では、メモリセルの読み出しトランジスタTRのドレインに中間電圧VMを印加することにより、そのような電流の流出パス発生を防止している。この点で安定動作が可能である。   In the present embodiment, such an outflow path of current is prevented by applying the intermediate voltage VM to the drain of the read transistor TR of the memory cell. In this respect, stable operation is possible.

本実施形態では、第1実施形態と同様に、ドライバトランジスタTDと読み出しトランジスタTR群とがソースフォロア回路をデータ読み出し時に形成する。
ソースフォロア回路は、第1実施形態で述べたと同じ理由により、読み出しトランジスタを常にオフさせる必要はなく、しきい値電圧の大小の影響を吸収するように動作点が自己バイアス制御される。したがって、読み出しトランジスタのしきい値電圧の動作点に与える影響は小さい。
その結果、読み出しトランジスタのしきい値電圧を他の書き込みトランジスタより高くする必要がなく、標準の値でよい。
In the present embodiment, as in the first embodiment, the driver transistor TD and the read transistor TR group form a source follower circuit when reading data.
In the source follower circuit, for the same reason as described in the first embodiment, it is not necessary to always turn off the reading transistor, and the operating point is self-biased so as to absorb the influence of the threshold voltage. Therefore, the influence of the threshold voltage of the read transistor on the operating point is small.
As a result, the threshold voltage of the read transistor does not need to be higher than that of other write transistors, and may be a standard value.

また、ソースフォロア読み出しでは、定電流源として働くドライバトランジスタのオン抵抗と、負荷としての読み出しトランジスタの抵抗との分圧比で主に決まる正の電圧に、読み出しビット線電圧が制御される。このため、“1”データの読み出し時の読み出しビット線電圧VRBL1(図4参照)は、ソースフォロア読み出しでない場合に比べると、数100[mV]高めの値に設定できる。この結果、標準的なセンスアンプ(シングルエンド型、カレントミラー型)の入力電圧として適正な値の読み出しビット線電圧を得ることが可能となる。たとえば“1”データの読み出し時の読み出しビット線電圧VRBL1は、電源電圧が1.8[V]の場合0.8[V]以上が可能となる。   In the source follower read, the read bit line voltage is controlled to a positive voltage mainly determined by the voltage division ratio between the on-resistance of the driver transistor serving as a constant current source and the resistance of the read transistor as a load. Therefore, the read bit line voltage VRBL1 (see FIG. 4) at the time of reading “1” data can be set to a value that is several hundreds [mV] higher than that in the case where the source follower read is not performed. As a result, it is possible to obtain a read bit line voltage having an appropriate value as an input voltage of a standard sense amplifier (single-end type, current mirror type). For example, the read bit line voltage VRBL1 at the time of reading “1” data can be 0.8 [V] or more when the power supply voltage is 1.8 [V].

以上をまとめると、本実施形態では、読み出しトランジスタのしきい値電圧は標準の値とすることができる。そのため、しきい値電圧制御のイオン注入工程の追加が必要ない。
また、読み出しビット線電圧値は、標準的なセンスアンプであるシングルエンド型センスアンプやカレントミラー型センスアンプの入力電圧に適した値が可能となる。
In summary, in this embodiment, the threshold voltage of the read transistor can be a standard value. Therefore, it is not necessary to add an ion implantation process for controlling the threshold voltage.
Also, the read bit line voltage value can be a value suitable for the input voltage of a single-ended sense amplifier or a current mirror sense amplifier that is a standard sense amplifier.

以下の第3〜第5実施形態は、第1および第2実施形態の改善に関する。したがって、適用可能なメモリセルは図10と図11の何れでもよい。   The following third to fifth embodiments relate to improvements of the first and second embodiments. Therefore, the applicable memory cell may be either FIG. 10 or FIG.

ここで改善しようとする点は、“1”データ読み出しのときに、読み出しビット線RBLを充電する主なトランジスタは、選択メモリセルMCsの読み出しトランジスタTRのみである。このときメモリセルアレイの規模が大きいと、負荷となる非選択メモリセルMCuの読み出しトランジスタ数が多いため読み出しビット線RBLの負荷容量が大きなものとなる。したがって、充電に時間がかかるという課題がある。   The point to be improved here is that only the read transistor TR of the selected memory cell MCs is the main transistor that charges the read bit line RBL when “1” data is read. At this time, if the scale of the memory cell array is large, the load capacity of the read bit line RBL becomes large because the number of read transistors of the non-selected memory cell MCu serving as a load is large. Therefore, there is a problem that it takes time to charge.

以下の第3〜第5実施形態では、“1”データ読み出し時に選択メモリセルMCsの読み出しトランジスタTRを補助する手段を設けることによって、この課題を解決することを目的としている。   In the following third to fifth embodiments, an object is to solve this problem by providing means for assisting the read transistor TR of the selected memory cell MCs at the time of reading “1” data.

[第3実施形態]
図7に、メモリセルアレイ内で同一列に属する選択メモリセルMCsおよび補助メモリセルMCauxと、ドライバトランジスタTDおよびセンスアンプSAとを示す。この補助メモリセルMCauxは、上記“1”データ読み出しを補助する手段であり、図1のメモリセルアレイ内で、n×m個の実効的なメモリセル群とは別に、さらに1段、メモリセル行を追加し、そのメモリセル行に、行方向にm個の補助メモリセルMCauxを並べ、それぞれを対応する読み出しビット線RBLと書き込みビット線WBLに1つずつ接続するようにして挿入される。なお、“1”データ読み出し時の読み出しビット線充電能力をさらに高めたい場合は、補助メモリセルMCauxを2段、あるいは3段以上設けることも可能である。
[Third Embodiment]
FIG. 7 shows selected memory cells MCs and auxiliary memory cells MCaux that belong to the same column in the memory cell array, a driver transistor TD, and a sense amplifier SA. This auxiliary memory cell MCaux is means for assisting the reading of the “1” data, and in the memory cell array of FIG. 1, in addition to the effective memory cell group of n × m, one more stage, a memory cell row. And m auxiliary memory cells MCaux are arranged in the memory cell row in the row direction, and each is inserted so as to be connected to the corresponding read bit line RBL and write bit line WBL one by one. If it is desired to further increase the read bit line charging capability when reading “1” data, it is possible to provide two or three or more auxiliary memory cells MCaux.

補助メモリセルMCauxは、図7に示すように、回路構成上は、選択メモリセルMCsと全く同じにしたものを用いている。すなわち、補助メモリセルMCauxは、第1実施形態のメモリセルMCa(図2(A))と同様、書き込みトランジスタTW、読み出しトランジスタTRおよびキャパシタCにより構成される。ただし、書き込みトランジスタTWのゲートは補助書き込みワード線WWLauxに接続され、キャパシタCは補助読み出しワード線RWLauxに接続されている。読み出しトランジスタTRは、選択メモリセルMCsと同様、電源電圧Vccを供給する電圧供給線VSLに接続されている。
補助メモリセルMCauxは、常に“1”データが書き込まれ、リフレッシュ時にも“1”データの再書き込みが実行される。
As shown in FIG. 7, the auxiliary memory cell MCaux is the same as the selected memory cell MCs in terms of circuit configuration. That is, the auxiliary memory cell MCaux includes the write transistor TW, the read transistor TR, and the capacitor C, similarly to the memory cell MCa (FIG. 2A) of the first embodiment. However, the gate of the write transistor TW is connected to the auxiliary write word line WWLaux, and the capacitor C is connected to the auxiliary read word line RWLaux. Similar to the selected memory cell MCs, the read transistor TR is connected to a voltage supply line VSL that supplies the power supply voltage Vcc.
In the auxiliary memory cell MCaux, “1” data is always written, and “1” data is rewritten even during refresh.

メモリセルに対する電圧制御は、図3と同様に実行される。
このとき補助メモリセルMCauxの制御に関し、たとえば、図3(C)の選択読み出しワード線RWLsをハイレベル(1.8[V])に立ち上げるとほぼ同時に、補助読み出しワード線RWLauxを0[V]に制御する。
このため、補助メモリセルMCauxの読み出しトランジスタTRがオンし、これにより、選択メモリセルMCsの読み出しトランジスタTRによる読み出しビット線RBLの充電を補助させる。このとき、補助メモリセルMCauxの記憶ノードSNの昇圧後電圧は、前記式(2-1)により求まる値となる。
The voltage control for the memory cell is executed in the same manner as in FIG.
At this time, regarding the control of the auxiliary memory cell MCaux, for example, when the selected read word line RWLs of FIG. 3C is raised to a high level (1.8 [V]), the auxiliary read word line RWLaux is set to 0 [V ] To control.
For this reason, the read transistor TR of the auxiliary memory cell MCaux is turned on, thereby assisting the charging of the read bit line RBL by the read transistor TR of the selected memory cell MCs. At this time, the boosted voltage of the storage node SN of the auxiliary memory cell MCaux is a value obtained by the equation (2-1).

つぎに、補助メモリセルMCauxを設けた理由を図3および図7を参照して、より詳細に説明する。   Next, the reason why the auxiliary memory cell MCaux is provided will be described in more detail with reference to FIGS.

図3に示す“1”データ読み出しは、読み出しビット線RBLを放電し、これを0[V]のフローティングとした状態で行う。そして、“1”データ読み出し時には、図3(C)に示すように、選択読み出しワード線RWLsを1.8[V]のハイレベルに遷移させる。   The “1” data reading shown in FIG. 3 is performed in a state in which the read bit line RBL is discharged and is in a floating state of 0 [V]. At the time of reading “1” data, as shown in FIG. 3C, the selected read word line RWLs is shifted to a high level of 1.8 [V].

このとき読み出しビット線RBLの大きな負荷容量を充電する速度は、読み出し速度に大きく影響する。“1”データの読み出しのときは、通常、選択メモリセルMCsのオン電流(図2(B)の読み出し電流Ir)と非選択メモリセルのオン電流(図2(B)のIoff)の合計でもって読み出しビット線RBLを充電する。
“1”データの読み出しにおいて充電速度の一番遅いケースは、非選択メモリセルMCu(図2(B)参照)が全て記憶データ“0”を保持している場合である。このとき選択メモリセルMCsの読み出しトランジスタTRが1つだけで、読み出しビット線RBLを充電しなければならない。
At this time, the speed at which the large load capacitance of the read bit line RBL is charged greatly affects the read speed. At the time of reading “1” data, normally, the sum of the ON current of the selected memory cell MCs (the read current Ir in FIG. 2B) and the ON current of the non-selected memory cell (Ioff in FIG. 2B). Accordingly, the read bit line RBL is charged.
The slowest charging speed in reading “1” data is when all the non-selected memory cells MCu (see FIG. 2B) hold the stored data “0”. At this time, there is only one read transistor TR in the selected memory cell MCs, and the read bit line RBL must be charged.

そこで、本実施形態では、図3にはとくに示していないが、図3(C)の選択読み出しワード線RWLsをハイレベルに遷移させるとほぼ同時に、図7の補助読み出しワード線RWLauxの電圧を0[V]のままとする。   Therefore, in this embodiment, although not particularly shown in FIG. 3, the voltage of the auxiliary read word line RWLaux in FIG. 7 is set to 0 almost simultaneously with the transition of the selected read word line RWLs in FIG. Keep [V].

これにより、読み出しビット線RBLの充電を行う選択メモリセルMCsの読み出しトランジスタTRを、補助メモリセルMCauxの読み出しトランジスタTRにより補助し、読み出しビット線RBLの充電速度を短くする。その結果、“1”データの読み出し時間を短くできる。   Thereby, the read transistor TR of the selected memory cell MCs that charges the read bit line RBL is assisted by the read transistor TR of the auxiliary memory cell MCaux, and the charge speed of the read bit line RBL is shortened. As a result, the time for reading “1” data can be shortened.

[第4実施形態]
本実施形態では、上記第3実施形態と同様に補助メモリセルMCauxを用いる“1”データ読み出し方法を、図11に示すメモリセルMCbのセルアレイを有する半導体メモリ装置に適用する。
[Fourth Embodiment]
In the present embodiment, the “1” data read method using the auxiliary memory cell MCaux as in the third embodiment is applied to the semiconductor memory device having the cell array of the memory cell MCb shown in FIG.

図8に、メモリセルアレイ内で同一列に属する選択メモリセルMCsおよび補助メモリセルMCauxと、ドライバトランジスタTDおよびセンスアンプSAとを示す。   FIG. 8 shows selected memory cells MCs and auxiliary memory cells MCaux, driver transistors TD, and sense amplifiers SA belonging to the same column in the memory cell array.

補助メモリセルMCauxは、図8に示すように、回路構成上は、選択メモリセルMCsと全く同じにしたものを用いている。すなわち、補助メモリセルMCauxは、第2実施形態のメモリセルMCa(図5(A))と同様、書き込みトランジスタTW、読み出しトランジスタTRおよびキャパシタCにより構成される。ただし、書き込みトランジスタTWのゲートは補助書き込みワード線WWLauxに接続され、キャパシタCおよび読み出しトランジスタTRのドレインが補助読み出しワード線RWLauxに接続されている。読み出しトランジスタTRのソースは読み出しビット線RBLに接続されている。
補助メモリセルMCauxは、常に“1”データが書き込まれ、リフレッシュ時にも“1”データの再書き込みが実行される。
As shown in FIG. 8, the auxiliary memory cell MCaux is the same as the selected memory cell MCs in terms of circuit configuration. That is, the auxiliary memory cell MCaux includes the write transistor TW, the read transistor TR, and the capacitor C, similarly to the memory cell MCa (FIG. 5A) of the second embodiment. However, the gate of the write transistor TW is connected to the auxiliary write word line WWLaux, and the capacitor C and the drain of the read transistor TR are connected to the auxiliary read word line RWLaux. The source of the read transistor TR is connected to the read bit line RBL.
In the auxiliary memory cell MCaux, “1” data is always written, and “1” data is rewritten even during refresh.

メモリセルに対する電圧制御は、図6と同様に実行される。
このとき補助メモリセルMCauxの制御に関し、たとえば、図6(C)および図6(D)で選択読み出しワード線RWLsおよび非選択読み出しワード線RWLuをハイレベル(1.8[V]または中間電圧VM=0.9[V])に立ち上げるとほぼ同時に、補助読み出しワード線RWLauxを中間電圧VMに制御する。
このため、補助メモリセルMCauxの読み出しトランジスタTRがオンし、これにより、選択メモリセルMCsの読み出しトランジスタTRによる読み出しビット線RBLの充電を補助させる。このとき、補助メモリセルMCauxの記憶ノードSNの昇圧後電圧は、前記式(3-1)により求まる値となる。
The voltage control for the memory cell is executed in the same manner as in FIG.
At this time, regarding the control of the auxiliary memory cell MCaux, for example, in FIG. 6C and FIG. 6D, the selected read word line RWLs and the non-selected read word line RWLu are set to the high level (1.8 [V] or the intermediate voltage VM. The auxiliary read word line RWLaux is controlled to the intermediate voltage VM almost simultaneously with the rise to = 0.9 [V]).
For this reason, the read transistor TR of the auxiliary memory cell MCaux is turned on, thereby assisting the charging of the read bit line RBL by the read transistor TR of the selected memory cell MCs. At this time, the boosted voltage of the storage node SN of the auxiliary memory cell MCaux becomes a value obtained by the equation (3-1).

本実施形態では、第1および第2実施形態の利点に加え、第3実施形態の利点、すなわち“1”データ読み出し速度が短縮できるという利点がある。   In this embodiment, in addition to the advantages of the first and second embodiments, there is an advantage of the third embodiment, that is, an advantage that the “1” data read speed can be shortened.

[第5実施形態]
本実施形態は、上記第3および第4実施形態の変形例を示す。
[Fifth Embodiment]
The present embodiment shows a modification of the third and fourth embodiments.

図9は、メモリセルアレイ内で同一列に属する選択メモリセルMCsおよび補助手段と、ドライバトランジスタTDおよびセンスアンプSAとを示す。   FIG. 9 shows selected memory cells MCs and auxiliary means belonging to the same column in the memory cell array, driver transistor TD and sense amplifier SA.

選択メモリセルMCsは、図10のメモリセルMCa、図11のメモリセルMCbの何れでもよい。
第5実施形態では、“1”データ読み出し時に選択メモリセルMCsの読み出しトランジスタTRを補助する手段として、補助トランジスタTauxが、電源電圧Vccを供給する電圧供給線VSLと読み出しビット線RBLとの間に接続されている。
本例の補助トランジスタTauxは単一のNMOSトランジスタからなるが、たとえば、PMOSスイッチで、上記NMOSトランジスタを置き換えることもできる。
The selected memory cell MCs may be either the memory cell MCa of FIG. 10 or the memory cell MCb of FIG.
In the fifth embodiment, as a means for assisting the read transistor TR of the selected memory cell MCs when “1” data is read, the auxiliary transistor Taux is provided between the voltage supply line VSL for supplying the power supply voltage Vcc and the read bit line RBL. It is connected.
The auxiliary transistor Taux of the present example is composed of a single NMOS transistor, but the NMOS transistor can be replaced by, for example, a PMOS switch.

補助トランジスタTauxのゲートに供給されている補助ゲート電圧V1auxは、“1”データ読み出し時に、ローレベルからハイレベルに遷移する電圧である。その遷移のタイミングは、図3(C)あるいは図6(C)の選択読み出しワード線RWLsをハイレベルに遷移させるときとほぼ同じとする。   The auxiliary gate voltage V1aux supplied to the gate of the auxiliary transistor Taux is a voltage that transits from a low level to a high level when “1” data is read. The timing of the transition is substantially the same as that when the selected read word line RWLs in FIG. 3C or 6C is transitioned to a high level.

メモリセルMCaによりセルアレイが構成されている場合、この補助ゲート電圧V1auxは第3実施形態と同様に、前記式(2-1)により求まる値となる。
一方、メモリセルMCbによりセルアレイが構成されている場合は、補助ゲート電圧V1auxは第4実施形態と同様に、前記式(3-1)により求まる値となる。
When the cell array is constituted by the memory cells MCa, the auxiliary gate voltage V1aux is a value obtained by the above equation (2-1) as in the third embodiment.
On the other hand, when the cell array is configured by the memory cell MCb, the auxiliary gate voltage V1aux is a value obtained by the equation (3-1), as in the fourth embodiment.

本実施形態では、第4実施形態と同じ利点があり、さらに、補助手段(補助トランジスタTaux)の規模が小さいため、よりセルアレイの面積を縮小しやすいという利点もある。   The present embodiment has the same advantages as the fourth embodiment, and further has the advantage that the area of the cell array can be more easily reduced because the scale of the auxiliary means (auxiliary transistor Taux) is small.

以上の第1〜第5実施形態では、ビット線として、書き込みビット線と読み出しビット線とを有する場合を説明したが、これを共通の1本のビット線にすることもできる。この場合のビット線は、データ書き込み時には書き込みビット線WBLと同様に機能し、データ読み出し時には読み出しビット線RBLと同様に機能する。なお、ドライバトランジスタTDは、この共通のビット線に接続させるが、データ書き込み時にはドライバトランジスタTDがオンしないように制御することによって、ドライバトランジスタTDが書き込みビット線WBLの機能を阻害することはない。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
In the first to fifth embodiments described above, the case where the write bit line and the read bit line are provided as the bit lines has been described. However, this may be a common bit line. The bit line in this case functions in the same manner as the write bit line WBL at the time of data writing, and functions in the same manner as the read bit line RBL at the time of data reading. The driver transistor TD is connected to the common bit line. However, the driver transistor TD does not hinder the function of the write bit line WBL by controlling the driver transistor TD not to be turned on at the time of data writing.
In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明の実施形態に係る半導体メモリ装置において、メモリセルアレイと周辺回路の主要部とを示すブロック図である。1 is a block diagram showing a memory cell array and main parts of a peripheral circuit in a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. (A)は、第1実施形態に関し、同一列に属する構成を示す回路図、(B)は、その読み出しに寄与する部分の等価回路図である。(A) is a circuit diagram which shows the structure which belongs to the same column regarding 1st Embodiment, (B) is an equivalent circuit schematic of the part which contributes to the reading. (A)〜(F)は、第1実施形態の各種ラインの電圧変化を示すタイミングチャートである。(A)-(F) is a timing chart which shows the voltage change of the various lines of 1st Embodiment. ドライブ曲線と負荷曲線との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a drive curve and a load curve. (A)は、第2実施形態に関し、同一列に属する構成を示す回路図、(B)は、その読み出しに寄与する部分の等価回路図である。(A) is a circuit diagram which shows the structure which belongs to the same column regarding 2nd Embodiment, (B) is an equivalent circuit schematic of the part which contributes to the reading. (A)〜(F)は、第2実施形態の各種ラインの電圧変化を示すタイミングチャートである。(A)-(F) are timing charts which show the voltage change of the various lines of 2nd Embodiment. 第3実施形態に関し、同一列に属する構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure which belongs to the same row regarding 3rd Embodiment. 第4実施形態に関し、同一列に属する構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure which belongs to the same row regarding 4th Embodiment. 第5実施形態に関し、同一列に属する構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure which belongs to the same row regarding 5th Embodiment. 先行技術となるメモリセルの回路図である。It is a circuit diagram of the memory cell used as a prior art. 先行技術となる他のメモリセルの回路図である。It is a circuit diagram of the other memory cell used as a prior art. 同一列内の図10と同じメモリセルを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the same memory cell as FIG. 10 in the same column. (A)〜(E)は、図12の各種ラインの電圧変化を示すタイミングチャートである。(A)-(E) is a timing chart which shows the voltage change of the various lines of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

MC,MCa,MCb…メモリセル、MCs…選択メモリセル、MCu…非選択メモリセル、MCaux…補助メモリセル、SA…センスアンプ、TD…ドライバトランジスタ、TW…書き込みトランジスタ、TR…読み出しトランジスタ、SN…記憶ノード、C…キャパシタ、Taux…補助トランジスタ、WWL…書き込みワード線、WWLs…選択書き込みワード線、WWLu…非選択書き込みワード線、RWL…読み出しワード線、RWLs…選択読み出しワード線、RWLu…非選択読み出しワード線、RBL…読み出しビット線、WBL…書き込みビット線、VSL…電圧供給線、Vcc…電源電圧、VM…中間電圧、VRBL…読み出しビット電圧、VD…ドライバ電圧、V1aux…補助ゲート電圧、L1s等…負荷曲線、D…ドライバ曲線、P1等…動作点   MC, MCa, MCb ... memory cell, MCs ... selected memory cell, MCu ... unselected memory cell, MCaux ... auxiliary memory cell, SA ... sense amplifier, TD ... driver transistor, TW ... write transistor, TR ... read transistor, SN ... Storage node, C ... capacitor, Taux ... auxiliary transistor, WWL ... write word line, WWLs ... select write word line, WWLu ... non-select write word line, RWL ... read word line, RWLs ... select read word line, RWLu ... non-select Read word line, RBL ... Read bit line, WBL ... Write bit line, VSL ... Voltage supply line, Vcc ... Power supply voltage, VM ... Intermediate voltage, VRBL ... Read bit voltage, VD ... Driver voltage, V1aux ... Auxiliary gate voltage, L1s Etc ... Load curve, D ... Driver curve, P1 etc. Operating point

Claims (11)

メモリセルアレイを構成する各メモリセルが、
ゲートが書き込みワード線に接続され、ソースとドレインの一方がビット線に接続され、ソースとドレインの他方が記憶ノードに接続されている書き込みトランジスタと、
ゲートが前記記憶ノードに接続され、ソースとドレインの一方がビット線に接続され、ソースとドレインの他方が電圧供給線に接続されている読み出しトランジスタと、
前記記憶ノードと読み出しワード線との間に接続されているキャパシタとを有し、
前記メモリセルアレイ内で前記書き込みワード線と前記読み出しワード線のそれぞれが、行方向に並ぶ複数のメモリセルで共有され、
前記ビット線が列方向に並ぶ複数のメモリセルで共有されている半導体メモリ装置の読み出し方法であって、
前記ビット線と基準電位との間に定電流駆動手段を設け、
前記ビット線を共有し列方向に並ぶ前記複数のメモリセルのうち、読み出し対象の選択メモリセルの読み出しワード線に電源電圧を印加し、読み出し対象でない非選択メモリセルの読み出しワード線に0[V]を印加し、前記定電流駆動手段をオンさせる
半導体メモリ装置の読み出し方法。
Each memory cell constituting the memory cell array is
A write transistor having a gate connected to the write word line, one of the source and drain connected to the bit line, and the other of the source and drain connected to the storage node;
A read transistor having a gate connected to the storage node, one of a source and a drain connected to a bit line, and the other of the source and the drain connected to a voltage supply line;
A capacitor connected between the storage node and the read word line;
In the memory cell array, each of the write word line and the read word line is shared by a plurality of memory cells arranged in a row direction,
A method of reading a semiconductor memory device in which the bit lines are shared by a plurality of memory cells arranged in a column direction,
A constant current driving means is provided between the bit line and a reference potential;
Among the plurality of memory cells that share the bit line and are arranged in the column direction, a power supply voltage is applied to a read word line of a selected memory cell to be read, and 0 [V] is applied to a read word line of an unselected memory cell that is not a read target. Is applied to turn on the constant current driving means.
前記ビット線ごとに補助手段を設け、
読み出し時に前記補助手段を動作させて、前記ビット線の充電をアシストする
請求項1に記載の半導体メモリ装置の読み出し方法。
Provide auxiliary means for each bit line,
The reading method of the semiconductor memory device according to claim 1, wherein the auxiliary unit is operated during reading to assist charging of the bit line.
前記補助手段は、前記ビット線ごとに接続され、ハイレベルのデータを保持した補助メモリセルである
請求項2に記載の半導体メモリ装置の読み出し方法。
The method of reading a semiconductor memory device according to claim 2, wherein the auxiliary means is an auxiliary memory cell that is connected to each bit line and holds high-level data.
前記補助手段は、前記ビット線と電圧供給線との間に接続され、読み出し時にオンする補助スイッチである
請求項2に記載の半導体メモリ装置の読み出し方法。
The method of reading a semiconductor memory device according to claim 2, wherein the auxiliary means is an auxiliary switch connected between the bit line and the voltage supply line and turned on at the time of reading.
メモリセルアレイを構成する各メモリセルが、
ゲートが書き込みワード線に接続され、ソースとドレインの一方がビット線に接続され、ソースとドレインの他方が記憶ノードに接続されている書き込みトランジスタと、
ゲートが前記記憶ノードに接続され、ソースとドレインの一方がビット線に接続され、ソースとドレインの他方が読み出しワード線に接続されている読み出しトランジスタと、
前記記憶ノードと前記読み出しワード線との間に接続されているキャパシタとを有し、
前記メモリセルアレイ内で前記書き込みワード線と前記読み出しワード線のそれぞれが、行方向に並ぶ複数のメモリセルで共有され、
前記ビット線が列方向に並ぶ複数のメモリセルで共有されている半導体メモリ装置の読み出し方法であって、
前記ビット線と基準電位との間に定電流駆動手段を設け、
前記ビット線を共有し列方向に並ぶ前記複数のメモリセルのうち、読み出し対象の選択メモリセルの読み出しワード線に電源電圧を印加し、読み出し対象でない非選択メモリセルの読み出しワード線に電源電圧と0[V]との間の値を有する中間電圧を印加し、前記定電流駆動手段をオンさせる
半導体メモリ装置の読み出し方法。
Each memory cell constituting the memory cell array is
A write transistor having a gate connected to the write word line, one of the source and drain connected to the bit line, and the other of the source and drain connected to the storage node;
A read transistor having a gate connected to the storage node, one of a source and a drain connected to a bit line, and the other of the source and the drain connected to a read word line;
A capacitor connected between the storage node and the read word line;
In the memory cell array, each of the write word line and the read word line is shared by a plurality of memory cells arranged in a row direction,
A method of reading a semiconductor memory device in which the bit lines are shared by a plurality of memory cells arranged in a column direction,
A constant current driving means is provided between the bit line and a reference potential;
Among the plurality of memory cells sharing the bit line and arranged in the column direction, a power supply voltage is applied to a read word line of a selected memory cell to be read, and a power supply voltage is applied to a read word line of an unselected memory cell that is not a read target. A method of reading a semiconductor memory device, wherein an intermediate voltage having a value between 0 [V] is applied to turn on the constant current driving means.
前記中間電圧を、前記ビット線に読み出した電圧の最大値と同等か、当該最大値より高い値に設定する
請求項5に記載の半導体メモリ装置の読み出し方法。
The method of reading a semiconductor memory device according to claim 5, wherein the intermediate voltage is set to a value equal to or higher than a maximum value of the voltage read to the bit line.
前記ビット線ごとに補助手段を設け、
読み出し時に前記補助手段を動作させて、前記ビット線の充電をアシストする
請求項5に記載の半導体メモリ装置の読み出し方法。
Provide auxiliary means for each bit line,
6. The method of reading a semiconductor memory device according to claim 5, wherein the auxiliary means is operated during reading to assist charging of the bit line.
前記補助手段は、前記ビット線ごとに接続され、ハイレベルのデータを保持した補助メモリセルである
請求項7に記載の半導体メモリ装置の読み出し方法。
The method of reading a semiconductor memory device according to claim 7, wherein the auxiliary means is an auxiliary memory cell connected to each bit line and holding high-level data.
前記補助手段は、前記ビット線と電圧供給線との間に接続され、読み出し時にオンする補助スイッチである
請求項7に記載の半導体メモリ装置の読み出し方法。
The method of reading a semiconductor memory device according to claim 7, wherein the auxiliary means is an auxiliary switch connected between the bit line and the voltage supply line and turned on at the time of reading.
メモリセルアレイを構成する各メモリセルが、
ゲートが書き込みワード線に接続され、ソースとドレインの一方がビット線に接続され、ソースとドレインの他方が記憶ノードに接続されている書き込みトランジスタと、
ゲートが前記記憶ノードに接続され、ソースとドレインの一方がビット線に接続され、ソースとドレインの他方が電圧供給線に接続されている読み出しトランジスタと、
前記記憶ノードと読み出しワード線との間に接続されているキャパシタとを有し、
前記メモリセルアレイ内で前記書き込みワード線と前記読み出しワード線のそれぞれが、行方向に並ぶ複数のメモリセルで共有され、
前記ビット線が列方向に並ぶ複数のメモリセルで共有され、
前記ビット線と基準電位との間に定電流駆動手段が接続され、
前記ビット線ごとに補助手段を有する
半導体メモリ装置。
Each memory cell constituting the memory cell array is
A write transistor having a gate connected to the write word line, one of the source and drain connected to the bit line, and the other of the source and drain connected to the storage node;
A read transistor having a gate connected to the storage node, one of a source and a drain connected to a bit line, and the other of the source and the drain connected to a voltage supply line;
A capacitor connected between the storage node and the read word line;
In the memory cell array, each of the write word line and the read word line is shared by a plurality of memory cells arranged in a row direction,
The bit line is shared by a plurality of memory cells arranged in a column direction;
Constant current driving means is connected between the bit line and a reference potential,
A semiconductor memory device having auxiliary means for each bit line.
メモリセルアレイを構成する各メモリセルが、
ゲートが書き込みワード線に接続され、ソースとドレインの一方がビット線に接続され、ソースとドレインの他方が記憶ノードに接続されている書き込みトランジスタと、
ゲートが前記記憶ノードに接続され、ソースとドレインの一方がビット線に接続され、ソースとドレインの他方が読み出しワード線に接続されている読み出しトランジスタと、
前記記憶ノードと前記読み出しワード線との間に接続されているキャパシタとを有し、
前記メモリセルアレイ内で前記書き込みワード線と前記読み出しワード線のそれぞれが、行方向に並ぶ複数のメモリセルで共有され、
前記ビット線が列方向に並ぶ複数のメモリセルで共有され、
前記ビット線と基準電位との間に定電流駆動手段が接続され、
前記ビット線ごとに補助手段を有する
半導体メモリ装置。
Each memory cell constituting the memory cell array is
A write transistor having a gate connected to the write word line, one of the source and drain connected to the bit line, and the other of the source and drain connected to the storage node;
A read transistor having a gate connected to the storage node, one of a source and a drain connected to a bit line, and the other of the source and the drain connected to a read word line;
A capacitor connected between the storage node and the read word line;
In the memory cell array, each of the write word line and the read word line is shared by a plurality of memory cells arranged in a row direction,
The bit line is shared by a plurality of memory cells arranged in a column direction;
Constant current driving means is connected between the bit line and a reference potential,
A semiconductor memory device having auxiliary means for each bit line.
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