JP2008041157A - Memory cell, and nonvolatile storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、揮発性記憶装置に不揮発性機能を付加したメモリセル及び不揮発性記憶装置に関し、特にDRAM(Dynamic Randam Access Memory)セルに不揮発性記憶素子を有する不揮発性メモリセルを付加したメモリセル及び不揮発性記憶装置を提供することにある。 The present invention relates to a memory cell in which a nonvolatile function is added to a volatile memory device and a nonvolatile memory device, and more particularly, to a memory cell in which a nonvolatile memory cell having a nonvolatile memory element is added to a DRAM (Dynamic Random Access Memory) cell. It is to provide a non-volatile storage device.
図11に従来のDRAM装置300の全体ブロック構成とメモリセルの回路構成を示す。DRAM装置300は、ワード線ドライバ/不揮発性記憶素子駆動回路310、メモリセルアレイ320、デコーダ/コントロール回路340、セルプレート電位(Vcp)発生回路350、ライトバッファ/センスアンプ360などで構成されている。
このメモリセルアレイ320はメモリセルC0,0〜Cn−1,m−1がn行m列のマトリクス状に配置され、各メモリセルC0,0〜Cn−1,m−1はセレクトトランジスタとキャパシタで構成されている。
図11に示す、メモリセルC0,0〜Cn−1,m−1が1T(トランジスタ)−1C(キャパシタ)で構成されるDRAM装置300は、半導体における最も一般的なメモリとして、あらゆる用途に広く用いられ、高速性能や安定動作の面で非常に優れている。
しかしながら、電源を切ると記憶情報が消失してしまうので、不揮発性メモリ用にはそのままでは用いることができない。また、電源投入期間中でも一定時間ごとにリフレッシュと呼ばれる記憶保持動作が必要である。
一方、不揮発性メモリとしてはフラッシュメモリが一般的であるが、NOR(ノア)型、NAND(ナンド)型ともに書込み・消去速度が10マイクロ秒〜10ミリ秒と遅く、書換え回数が10万回程度までと制限されているので、データ格納用途やファイルストレージ用途には適していても、汎用の不揮発性メモリとは言い難い。
特許文献3には、メモリセルが不揮発性記憶素子とアクセストランジスタのみで構成された他の不揮発性記憶装置が開示されている。
In this
The
However, since the stored information is lost when the power is turned off, it cannot be used as it is for a nonvolatile memory. In addition, a memory holding operation called refresh is required at regular intervals even during the power-on period.
On the other hand, flash memory is generally used as a non-volatile memory, but the NOR / NAND type has a slow write / erase speed of 10 microseconds to 10 milliseconds, and the number of rewrites is about 100,000 times. Therefore, even if it is suitable for data storage use and file storage use, it is difficult to say that it is a general-purpose nonvolatile memory.
上述したように、電源切断時にDRAM装置の記憶情報を退避させる方法としては、外部のNOR型やNAND型フラッシュメモリを用いる方法が使われているが、大きなバス配線容量や外部接続端子容量を充放電するために、データ転送のための消費電力が大きくなる点、フラッシュメモリへの書込み・消去速度が遅いためにデータ転送時間が長くなってしまう問題があり、種々のシステムに広く用いるには動作上不適当である。
さらに、ビット線容量の充放電を伴うリフレッシュ動作で電力が消費されるために、集積度増大に伴うDRAM装置のスタンバイ消費電力が増加する問題がある。
また不揮発性記憶装置の例とした、特許文献3に不揮発性記憶素子とアクセストランジスタのみでメモリセルが構成され不揮発性記憶装置が開示されている。この場合通常動作中、不揮発性記憶素子に外部からデータを書き込むとき時間がかかるので、DRAM装置と比較して動作速度が遅くなる点、書き換え回数に制限があるため、DRAM装置のようにワークメモリ用途に用いるのが困難である点、に問題がある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的はDRAM装置に不揮発性機能を付加した記憶装置を提供することにある。ここで、DRAM装置の不揮発性機能付加とは、(1)電源切断時の記憶情報の退避(以下「セーブ動作」と呼ぶ。)と電源投入時の退避情報の再読み込み動作(以下「リストア動作」と呼ぶ。)、(2)リフレッシュ動作の省略(一部代替)動作、を示す。
As described above, a method using an external NOR type or NAND type flash memory is used as a method of saving the memory information of the DRAM device when the power is turned off. However, a large bus wiring capacity or external connection terminal capacity is charged. Because of the discharge, the power consumption for data transfer increases, and there are problems that the data transfer time becomes longer due to the slow write / erase speed to the flash memory. Inappropriate.
Furthermore, since power is consumed in a refresh operation involving charging / discharging of the bit line capacity, there is a problem that standby power consumption of the DRAM device increases with increasing integration.
In addition, as an example of a nonvolatile memory device,
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a storage device in which a nonvolatile function is added to a DRAM device. Here, the addition of a nonvolatile function to the DRAM device means (1) saving information when power is turned off (hereinafter referred to as “save operation”) and re-reading operation of saved information when power is turned on (hereinafter referred to as “restore operation”). ), And (2) an operation of omitting (partly replacing) the refresh operation.
本発明のメモリセルは、第1の制御用信号線に第1制御端子が接続され、第1の端子がビット線に接続された第1の電界効果トランジスタと、一端が上記第1の電界効果トランジスタの第2の端子に接続され、他端が第1の基準電位に接続されたキャパシタと、上記第1の電界効果トランジスタの第2の端子と上記キャパシタの一端が接続された記憶ノードに第3の端子が接続され、第2の制御端子が第2の制御用信号線に接続された第2の電界効果トランジスタと、一端が上記第2の電界効果トランジスタの第4の端子に接続され、他端が第2の基準電位に接続された不揮発性記憶素子とを有する。
The memory cell of the present invention includes a first field effect transistor in which a first control terminal is connected to a first control signal line, a first terminal is connected to a bit line, and one end of the first field effect transistor. A capacitor connected to the second terminal of the transistor and having the other end connected to the first reference potential, and a storage node connected to the second terminal of the first field effect transistor and one end of the
本発明の不揮発性記憶装置は、マトリクス状に配置された不揮発性記憶素子を有するメモリセルと、前記メモリセルのアクセス用第1の電界効果トランジスタのゲート端子を行方向に共通に接続するワード線と、前記第1の電界効果トランジスタのドレイン端を列方向に共通に接続するビット線と、前記不揮発性記憶素子の一端を行方向に共通に接続する第2の基準電位供給線と、前記不揮発性記憶素子の制御用電界効果トランジスタのゲート端子を行方向において共通に接続する第2の信号線とを有し、前記メモリセルは、前記ワード線にゲートが接続され、ドレインが前記ビット線に接続された前記第1の電界効果トランジスタと、一端が前記第1の電界効果トランジスタのソースに接続され、他端が基準電位に接続されたキャパシタと、前記第1の電界効果トランジスタのソースと上記キャパシタの一端が接続された記憶ノードにドレインが接続され、ゲートが前記第2の信号線に接続された制御用の第2の電界効果トランジスタと、一端が前記第2の電界効果トランジスタのソースに接続され、他端が前記第2の基準電位供給線に接続された不揮発性記憶素子とを有する。 A nonvolatile memory device according to the present invention includes a memory cell having nonvolatile memory elements arranged in a matrix and a word line that commonly connects the gate terminals of the first field effect transistors for accessing the memory cell in the row direction. A bit line that commonly connects the drain ends of the first field effect transistors in the column direction, a second reference potential supply line that commonly connects one end of the nonvolatile memory elements in the row direction, and the nonvolatile memory A second signal line commonly connecting the gate terminals of the control field effect transistors in the row direction in the row direction. The memory cell has a gate connected to the word line and a drain connected to the bit line. A first field effect transistor connected; a capacitor having one end connected to the source of the first field effect transistor and the other end connected to a reference potential; A second field effect transistor for control having a drain connected to a storage node to which a source of the first field effect transistor and one end of the capacitor are connected, and a gate connected to the second signal line; Is connected to the source of the second field effect transistor, and the other end of the nonvolatile memory element is connected to the second reference potential supply line.
本発明の不揮発性記憶装置は、アドレスデータ、クロック、制御信号などが供給され、前記アドレスデータをデコードし所定のタイミングで第1の制御信号即ちワード線選択信号が生成されるデコーダ/コントロール回路と、前記ワード線選択信号が供給され、任意のメモリセルのワード線を駆動するワード線ドライブ信号を出力するワード線ドライバ/駆動回路と、前記メモリセルを選択するための前記ワード線ドライブ信号とビット線制御信号により選択される揮発性の第1のメモリセルと、該揮発性の第1のメモリセルの記憶ノードに接続され、第2と第3の制御信号により制御され、前記揮発性の第1のメモリセルとデータの授受と記憶、消去を行う不揮発性の第2メモリセルとを有する前記メモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、前記揮発性の第1のメモリセルのセレクトトランジスタに接続された前記ビット線を介して、データの書込み読出しを行うライトバッファ/センスアンプとを有する。
揮発性の第1のメモリセルに不揮発性のメモリセルを設けることにより、揮発性メモリセルに外部からデータを書き込む動作が無い期間は、不揮発性メモリセルのデータを同一セル内の揮発性メモリセルに転送することによりリフレッシュ動作と等価な動作を行う。
また、電源をオフするときは、揮発性メモリセルのデータを不揮発性メモリセルに転送し、そこに記憶することにより電源オフ期間中データを保存する。
The nonvolatile memory device of the present invention includes a decoder / control circuit to which address data, a clock, a control signal, etc. are supplied, which decodes the address data and generates a first control signal, that is, a word line selection signal at a predetermined timing. A word line driver / driving circuit which is supplied with the word line selection signal and outputs a word line drive signal for driving a word line of an arbitrary memory cell; and the word line drive signal and bit for selecting the memory cell A volatile first memory cell selected by a line control signal, connected to a storage node of the volatile first memory cell, controlled by second and third control signals, and The memory cells having one memory cell and a non-volatile second memory cell for exchanging, storing, and erasing data are arranged in a matrix Has a Moriseruarei, via the bit line connected to the select transistor of the first memory cell of the volatile, the write buffer / sense amplifier for writing read data.
By providing a non-volatile memory cell in the first volatile memory cell, the data in the non-volatile memory cell is transferred to the volatile memory cell in the same cell during a period in which no data is written to the volatile memory cell from the outside. The operation equivalent to the refresh operation is performed.
When the power is turned off, the data in the volatile memory cell is transferred to the nonvolatile memory cell and stored therein, thereby storing the data during the power-off period.
本発明のメモリセル及び不揮発性記憶装置は、DRAM装置の動作速度や使いやすさを保ったまま、電源切断時の記憶情報の退避(セーブ動作)と電源投入時の退避情報の再読み込み(リストア動作)と、リフレッシュ動作の省略(一部代替)、という不揮発性機能を実現することができる。 The memory cell and the nonvolatile memory device of the present invention save the stored information when the power is turned off (save operation) and reread the saved information when the power is turned on while maintaining the operation speed and ease of use of the DRAM device. Operation) and a non-volatile function of omission of refresh operation (partial replacement) can be realized.
図1に本発明の第1の実施形態のメモリセル100の構成を示し、図2にメモリセル100を構成する不揮発性記憶(不揮発性可変抵抗)素子7の電気特性、I(電流)−V(電圧)特性とR(抵抗)−V(電圧)特性を示す。
なお、不揮発性記憶(ARAM)素子7の動作メカニズム等に関しては前述の参照文献3に詳しく記載されている。
以後用語を明確にするため、DRAMセルに相当するセルを揮発性メモリセル(または単にDRAMセル)、不揮発性機能を有するセルを不揮発性メモリセルとし、これらをまとめて1個のセルユニットとした回路をメモリセルと定義する。
FIG. 1 shows the configuration of the
The operation mechanism of the non-volatile memory (ARAM)
In order to clarify the terms hereinafter, a cell corresponding to a DRAM cell is referred to as a volatile memory cell (or simply a DRAM cell), a cell having a nonvolatile function is referred to as a nonvolatile memory cell, and these are collectively referred to as one cell unit. A circuit is defined as a memory cell.
まず、図1に本発明の第1の実施形態であるメモリセル100の回路構成を示す。
このメモリセル100は、揮発性のDRAMセル(揮発性メモリセル)と不揮発性メモリセルとで構成されている。DRAMセルは、NMOSトランジスタ1とキャパシタ2で構成され、不揮発性メモリセルはNMOSトランジスタ6と不揮発性記憶素子7で構成される。
次に、これらの素子の接続構成について述べる。セレクトトランジスタのNMOSトランジスタ1のドレインはビット線3に接続され、ゲートはワード線4に、またソースはキャパシタ2の一方の端子と電荷転送用のNMOSトランジスタ6のドレインに接続される。キャパシタ2の他方の端子は、セルプレート電極(VCP)の端子に接続される。
NMOSトランジスタ6のゲートは不揮発性記憶素子制御信号線(NV−EN線)8に接続され、ソースは不揮発性記憶素子7の一方の端子に接続される。またこの不揮発性記憶素子7の他方の端子は不揮発性記憶素子電源(PWR線)9に接続される。
なお、不揮発性記憶素子制御信号線(NV−EN線)8と不揮発性記憶素子電源(PWR線)9に供給される制御信号については、後でタイミングチャートを用いて詳細に説明する。
First, FIG. 1 shows a circuit configuration of a
The
Next, the connection configuration of these elements will be described. The drain of the select
The gate of the
The control signals supplied to the nonvolatile memory element control signal line (NV - EN line) 8 and the nonvolatile memory element power supply (PWR line) 9 will be described in detail later with reference to timing charts.
図2(a),(b)に不揮発性記憶素子7に不揮発性の可変抵抗素子を用いた場合の電気的特性を示す。なお、この不揮発性記憶素子7は不揮発性の可変抵抗素子に限定されるものでなく、電圧、電流、その他の電気的作用により所定の電気的特性、例えば「1」または「0」に対応するデータを電源切断後に保持するものであれば良い。
図2(a)に不揮発性記憶素子7の電流−電圧(I−V)特性を示す。印加電圧が0[V]付近の初期状態では抵抗値が大きく電流が流れにくい状態であるが、書き込み閾値電圧Vwの0.5〜1[V]以上になると、抵抗値が急激に減少し、その結果電流が流れるようになる。このとき、不揮発性記憶素子7の抵抗値は高抵抗値から低抵抗値へと変化し、その抵抗値を維持する。そして、印加電圧をさらに増加すると不揮発性記憶素子7がオーミック特性を示し、電流が電圧に比例して流れる。その後、印加電圧を減少して0Vに戻しても不揮発性記憶素子7はその低抵抗値を保持し続ける。
2A and 2B show electrical characteristics when a nonvolatile variable resistance element is used as the
FIG. 2A shows current-voltage (IV) characteristics of the
次に、負の電圧を不揮発性記憶素子7に印加し、この印加電圧をさらに負電圧側に大きくしていくとそれに伴い電流は増加するが、消去閾値電圧−Veになると電流が急激に減少する。そのとき、不揮発性記憶素子7の抵抗値は初期状態と同じ高抵抗へと変化し、その抵抗値を維持する。その後、印加電圧を0Vに戻しても不揮発性記憶素子7はその高抵抗値を保持し続ける。
Next, when a negative voltage is applied to the
図2(b)に不揮発性記憶素子7の電圧と抵抗値の特性を示す。不揮発性記憶素子7に印加する電圧の範囲が−Ve〜Vwのとき、抵抗値が大きく変化し、書込み時の抵抗値は小さく、消去時の抵抗値は大きい。この抵抗の変化比は約101〜105程度である。
また、印加電圧をVw以上または−Ve以下にしても、この不揮発性記憶素子7は、書込みまた消去時における抵抗値を維持する。
このように、不揮発性記憶素子7は上述した電圧−電流(または電圧―抵抗)特性を有しているため記憶機能を有するので、この不揮発性記憶素子7をDRAMセルと組み合わせて不揮発性のメモリセルとこれを用いた不揮発性記憶装置を実現することができる。
また、不揮発性記憶素子(ARAM)7として、可変抵抗素子の例に示したが、この抵抗のON/OFF変化比は100倍程度要求される。他の可変抵抗素子として、例えばカルコゲナイト系相変化メモリがある。
不揮発性記憶素子7は可変抵抗素子に限定されるものでなく、他の記憶動作型の例として不揮発性記憶素子7に印加される電圧を可変してデータを書き込/消去できる不揮発性のFeRAM(強誘電体キャパシタ)がある。
FIG. 2B shows the voltage and resistance characteristics of the
Even when the applied voltage is set to Vw or more or −Ve or less, the
Thus, since the
Further, although the example of the variable resistance element is shown as the nonvolatile memory element (ARAM) 7, the ON / OFF change ratio of this resistance is required to be about 100 times. As another variable resistance element, for example, there is a chalcogenite phase change memory.
The
次に、図1に示したメモリセル100の動作について、図3〜図8に示す各動作モードのタイミングチャートを用いて説明する。
図3及び図4は、それぞれ一般的なDRAMセルの読出し動作時、書込み動作時におけるメモリセル周りの動作を説明するタイミングチャートである。最近はシンクロナスDRAM装置が一般的であるが、説明を簡素化するためにEDO(Extended Data Out)DRAM装置をDRAM部分の動作例として説明する。
Next, the operation of the
FIG. 3 and FIG. 4 are timing charts for explaining operations around the memory cell during a read operation and a write operation of a general DRAM cell, respectively. Recently, a synchronous DRAM device is common, but in order to simplify the description, an EDO (Extended Data Out) DRAM device will be described as an operation example of the DRAM portion.
まず、図3のタイミングチャートを用いて、アクセストランジスタ(NMOSトランジスタ(NチャネルMetal Oxide Smiconductor))1とキャパシタ2で構成される揮発性メモリセルから外部へデータを読み出す動作について説明する。
例えばキャパシタ2とNMOSトランジスタ1からなる揮発性メモリセルの読出し動作時には/RAS(Row Address Strobe)入力(RASの反転)信号の立下りエッジで行アドレスXが確定し(図3(c))、あるワード線4が選択されて高電位になる(図3(h))。すると、(揮発性メモリセルの)セル内部記憶ノード10の電位状態に応じてビット線3が基準電位に対して僅かに高電位または低電位に変化する(図3(g))。この状態でビット線3に接続されたセンスアンプを活性化させることにより、ビット線3およびセル内部記憶ノード10の電位をVDD(電源電圧)または0(グランド電位)まで駆動させる(図3(i))。
その後/CAS(Column Address Strobe)(CASの反転)信号の入力の立下りエッジで列アドレスYが確定しあるビット線が選択されて(図3(b),(c))、そのビット線の電位状態に応じて出力端子に「1」または「0」のデータが出力される。その後、/RAS信号の入力の立上りエッジでワード線4が低電位に戻り(図3(a),(h))、セル内部記憶ノード10がビット線3から電気的に切り離されてメモリセルがデータ保持状態になり一連の読出し動作が終了する。
First, an operation of reading data from a volatile memory cell composed of an access transistor (NMOS transistor (N-channel Metal Oxide Semiconductor)) 1 and a
For example, during a read operation of a volatile memory cell composed of the
After that, a bit line having a column address Y determined at the falling edge of the input of the / CAS (Column Address Strobe) signal (CAS inversion) is selected (FIGS. 3B and 3C). Data of “1” or “0” is output to the output terminal according to the potential state. Thereafter, the
次に、図4のタイミングチャートを用いて、外部から揮発性メモリセルへのデータを書込む動作について説明する。
書き込み動作は、読出し動作時と同様に/RAS信号の入力の立ち下がりエッジでアドレスXが確定しワード線4が選択され(図4(a),(c),(h))、ビット線3にVDD(電源電圧)または0電位がセンスされ、出力される(図4(g))。この状態で/CAS信号の立下りエッジで列アドレスYを確定し(図4(c))、/WE(WE(ライトイネーブル)の反転)信号の入力を低電位にすることにより(図4(d))、入力端子の「1」または「0」データに応じてビット線3がVDDまたは0[V]までライトバッファによって駆動される(図4(g))。同時にセル内部の記憶ノード10の電位もビット線3と同電位に駆動され書込み動作が実行される(図4(i))。その後、/RAS信号の入力の立上りエッジでワード線4が低電位に戻り(図4(a),(h))、セル内部記憶ノード10がビット線3から電気的に切り離されてメモリセルがデータ保持状態になり一連の書込み動作が終了する(図4(i))。
なお、この書込み動作の期間中に、後述のリフレッシュ動作の制御を行う目的で、選択されたワード線4に対応するフラグ(FLAG)を「1」にセットしておく。
Next, an operation of writing data to the volatile memory cell from the outside will be described using the timing chart of FIG.
In the write operation, as in the read operation, the address X is determined at the falling edge of the input of the / RAS signal, the
During the write operation, the flag (FLAG) corresponding to the selected
次に図5のタイミングチャートを用いてリフレッシュ動作時のメモリセル(100)周りの動作を説明する。
図5には前回のリフレッシュから今回のリフレッシュ期間に、外部からの書込み動作が行われた場合(FLAG=1)のタイミングチャートを示す。なお、外部から揮発性メモリセルへデータの書込みが無い場合は、フラッグ無し(FLAG=0)と設定する。
まず、/RAS信号の入力の立下りエッジでアドレスXが確定しあるワード線4を選択する(図5(a),(c),(h))。読出し動作時と同様に、セル内部記憶ノード10の電位状態に応じてビット線3にVDDまたは0電位がセンスされ、駆動されて(図5(g))、その電位がそのままセル内部記憶ノード10に書き戻される(一般的なDRAM装置のリフレッシュ動作を行う)(図5(i))。
この時、ワード線4が高電位のままの状態で不揮発性記憶素子制御信号線(NV_EN線)8を高電位にし(図5(j))、セル内部記憶ノード10と不揮発性記憶(可変抵抗)素子7とを導通させる(図5(i))。不揮発性記憶素子電源線(PWR線)9は図5(j)に示す101の期間は高電位のままにしておく(図5(j),(k))。この状態で不揮発性記憶素子7は消去動作が行われ高抵抗になる。
次にPWR線9を102の期間パルス状に低電位に変化させることにより(図5(j),(k))、セル内部記憶ノード10の電位状態に応じて不揮発性記憶素子7にデータの記録が行われるか、またはデータの消去状態を保持するかの動作が実行される。すなわち、セル内部記憶ノード10の電位がVDDの場合には不揮発性記憶素子7に記録動作が行われて低抵抗となる(図5(k),(i))。
セル内部記憶ノード10の電位が0[V]の場合は、不揮発性記憶素子7は消去状態(高抵抗)のまま何も起こらない(図5(i))。
Next, the operation around the memory cell (100) during the refresh operation will be described with reference to the timing chart of FIG.
FIG. 5 shows a timing chart when an external write operation is performed (FLAG = 1) from the previous refresh to the current refresh period. When no data is written to the volatile memory cell from the outside, no flag (FLAG = 0) is set.
First, the
At this time, the nonvolatile memory element control signal line (NV_EN line) 8 is set to a high potential while the
Next, the PWR line 9 is changed to a low potential in the form of a pulse for a period of 102 (FIGS. 5 (j) and (k)), so that data is stored in the
When the potential of the cell
このようにして、セル内部記憶ノード10の情報を不揮発性記憶素子(不揮発性可変抵抗素子)7に転送(セーブ)することができる。
なお、このリフレッシュ動作の期間中に選択されたワード線4に対応するフラグを「0」(FLAG=0)にクリヤしておく。
In this manner, information in the cell
Note that the flag corresponding to the
次に、図6のタイミングチャートを用いて、前回のリフレッシュから今回のリフレッシュ期間に、外部からの書込み動作が行われなかった場合(FLAG=0)のリフレッシュ動作を説明する。
この場合には選択された行アドレスのワード線4は低電位のままで(図6(h))、メモリセル内部のNV_EN線8を図6(j)に示す103の期間パルス状に高電位にすることにより(図6(j))、セル内部記憶ノード10と不揮発性記憶素子7とを導通させる。すると、不揮発性記憶素子7が記録状態(低抵抗)の場合はPWR線9からセル内部記憶ノード10に電荷が補充されリフレッシュと同様な機能の動作が実行される(図6(i),(j),(k))。
この一連の動作ではビット線3の充放電もセンスアンプ動作も無いため、消費電力はほとんどゼロである。
Next, a refresh operation when no external write operation is performed (FLAG = 0) from the previous refresh to the current refresh period will be described using the timing chart of FIG.
In this case, the
In this series of operations, there is neither charge / discharge of the
次に、電源投入直後および電源切断直前の動作について説明する。
図7に電源投入直後のタイミングチャートを示す。このタイミングチャートを用いて、電源投入直後のメモリセルの動作を説明する。/RAS信号の入力の立下りエッジでアドレスXが確定しあるワード線4を選択し(図7(a),(c),(h))、メモリセルに「0」を書き込む(図7(i))。その後アクセストランジスタ1を閉じ、不揮発性記憶素子制御用(電荷転送用)のMOSトランジスタ6を104の期間だけ導通にし(図7(j))、図6の場合と同様な電荷注入動作により不揮発性記憶素子7の記憶情報をセル内部記憶ノード10にリストアする(図7(i),(j))。
なお、この電源投入直後の動作期間中に、前述した通り、リフレッシュ動作制御を行う目的で、選択されたワード線4に対応するフラグを「0」(FLAG=0)にクリヤしておく。
Next, operations immediately after power-on and immediately before power-off will be described.
FIG. 7 shows a timing chart immediately after power-on. The operation of the memory cell immediately after power-on will be described using this timing chart. The
During the operation period immediately after the power is turned on, the flag corresponding to the selected
次に、電源切断直前のメモリセルの動作について説明する。
電源切断直前に、フラグ(FLAG)=1の場合は、図5で示すリフレッシュ動作と全く同一の動作を行うことにより、セル内部記憶ノード10の情報を不揮発性記憶素子7にセーブする。
一方、電源切断直前、フラグ(FLAG)=0の場合は、リストアするための特別の動作は行わない。
Next, the operation of the memory cell immediately before power off will be described.
If the flag (FLAG) = 1 immediately before power off, the information in the cell
On the other hand, if the flag (FLAG) = 0 immediately before the power is turned off, no special operation for restoration is performed.
このように、DRAMメモリセルに不揮発性機能を付加することにより、電源切断時に記憶情報を不揮発性記憶素子7に退避(以下「セーブ動作」と称する。)することができ、また電源投入時に不揮発性記憶素子7に退避した情報を揮発性メモリセルに再読み込み(「リストア動作」とも称する。)することができる。
さらに、不揮発性記憶素子7に電源切断後にデータを記憶できるとともに、外部から揮発性メモリセルへの書込み状態に応じてフラグをセット、リセットし、不揮発性記憶メモリセルと揮発性メモリセル間でデータの転送を行いデータのリフレッシュ動作を行うことにより、所謂従来のDRAM装置におけるリフレッシュ動作を代替することができる。
As described above, by adding a nonvolatile function to the DRAM memory cell, stored information can be saved in the
In addition, data can be stored in the
次に、図8に不揮発性記憶素子7に不揮発性可変抵抗素子を用いた場合の抵抗値の設定方法について示す。
DRAM装置では一般的にデータ保持状態(アクセストランジスタ;NMOSトランジスタ1を閉じた状態)ではセル内部記憶ノード10の電位は、N型拡散層とPウェル間の接合リーク電流やアクセストランジスタのゲート酸化膜のリーク電流のために、高電位(VDD)から徐々に低電位(グランド)に近づいて行く性質を持っている。
Next, FIG. 8 shows a resistance value setting method when a nonvolatile variable resistance element is used for the
In a DRAM device, in general, in a data holding state (access transistor; in a state in which the
これまでメモリセル100の動作を説明してきたが、この適応条件として、上述した記憶ノード(10)の電位の安定電位を低(LOW)電位に設定することを前提とした。この場合のメモリセルの動作は、図8に示すCase1に対応し、DRAM“1”のデータに不揮発性記憶素子7の抵抗を“低”抵抗値にし、DRAM“0”のデータを“高”抵抗値に設定する。またPWR線電位をノーマリーハイ(Normally High(VDD;電源電圧))とし、SAVE動作時にPWR線に負パルスを印加するようにしている。
Although the operation of the
しかしながら、デバイス構造によっては記憶ノード10の電位がデータ保持状態で低電位(グランド)から徐々に高電位(電源電圧VDD)に近づく性質を持つ場合も存在する。その場合には各条件設定を図8に示す「Case−II」に変更すれば、本発明で記述した不揮発性DRAM装置を実現することができる。不揮発性記憶素子7の詳細な設定条件については、図8に示す。
However, depending on the device structure, there is a case where the potential of the
記憶ノード電位の安定電位を高(High)電位に設定するメモリセルの動作は、図8に示すCaseIIに対応し、DRAM“1”のデータに不揮発性記憶素子7の抵抗を“高”抵抗値にし、DRAM“0”のデータに“低”抵抗値に設定する。またPWR線電位をノーマリーロー(Normally Low(0[V];グランド電位))とし、SAVE動作時にPWR線に正パルスを印加するようにしている。
The operation of the memory cell in which the stable potential of the storage node potential is set to a high (High) potential corresponds to Case II shown in FIG. 8, and the resistance of the
このように、本発明の不揮発性メモリセルは、記憶ノード電位の安定条件が変わっても、不揮発性記憶素子7に供給する設定電位を変えることにより、安定に動作させることができる。これは、特にリーク電流が問題となるときに有用である。
As described above, the nonvolatile memory cell of the present invention can be operated stably by changing the set potential supplied to the
図9に、本発明の第2の実施形態である不揮発性記憶装置200の全体構成とメモリセルを示す。
不揮発性記憶装置200は、ワード線ドライバ/不揮発性記憶素子駆動回路210、メモリセルアレイ220、デコーダ/コントロール回路240、セルプレート電位(Vcp)発生回路250、ライトバッファ/センスアンプ260などで構成されている。
FIG. 9 shows the overall configuration and memory cells of a
The
ワード線ドライバ/不揮発性記憶素子駆動回路210は、ワード線WL0〜WLn−1に対して、例えばNAND回路211やインバータ212のバッファ回路などが構成され、デコーダ/コントロール回路240から供給されたワード線選択信号によりワード線WL0〜WLn−1が選択される。
また、ワード線選択信号以外の不揮発性記憶素子制御信号線NV−EN0〜NV−ENn−1に電荷転送用トランジスタをオン/オフ制御する制御電圧を供給し、揮発性メモリセルと不揮発性メモリセル間でデータの転送を行う。
また、不揮発性記憶素子電源線PWR0〜PWRn−1に不揮発性記憶素子7の書込み・消去用電圧を供給し、リフレッシュや電源切断時のデータを保持する。
The word line driver / nonvolatile memory
Further, a control voltage for controlling on / off of the charge transfer transistor is supplied to the nonvolatile memory element control signal lines NV-EN0 to NV-ENn-1 other than the word line selection signal, and the volatile memory cell and the nonvolatile memory cell Transfer data between them.
Further, the voltage for writing / erasing the
メモリセルアレイ220は、図1に示したメモリセル100がn行m列のマトリックス状に配列され、このメモリセルMC0,0〜MCn−1,m−1にワード線ドライバ/不揮発性記憶素子駆動回路210から出力された制御信号が供給される。
このメモリセルMC0,0〜MCn−1,m−1は、図1に示したように、揮発性メモリセルと不揮発性メモリセルで構成され、揮発性メモリセルはワード線WL0〜WLn−1とビット線BL0〜BLn−1でデータの書き込み、読出し制御が行われる。各キャパシタのセルプレート電極VCPはセルプレート電位(Vcp)発生回路250から所定の電圧が供給される。
不揮発性メモリセルは、不揮発性記憶素子制御信号(NV−EN0〜NV−ENn−1)で電荷転送用のトランジスタがオン/オフ制御されてデータの転送が行われ、また、不揮発性記憶素子電源(PWR0〜PWRn−1)用電圧を不揮発性記憶素子に印加することによりデータの書込み、消去が行われる。
In the
As shown in FIG. 1, the memory cells MC0,0 to MCn-1, m-1 are composed of volatile memory cells and nonvolatile memory cells, and the volatile memory cells are connected to word lines WL0 to WLn-1. Data writing and reading are controlled by the bit lines BL0 to BLn-1. A predetermined voltage is supplied from the cell plate potential (Vcp)
In the nonvolatile memory cell, the charge transfer transistor is controlled to be turned on / off by a nonvolatile memory element control signal (NV-EN0 to NV-ENn-1), and data is transferred. Data is written and erased by applying a voltage for (PWR0 to PWRn-1) to the nonvolatile memory element.
デコーダ/コントロール回路240は、アドレスデータ、クロック、制御信号などが供給され、アドレスデータをデコードし、クロック信号に同期してロウーアドレス選択信号、カラムアドレス選択信号、不揮発性記憶素子制御信号(NV−EN0〜NV−ENn−1)制御信号、ワード線(WL0〜WLn−1)制御信号、不揮発性記憶素子電源(PWR0〜PWRn−1)用電圧を生成し、またこの他WE(ライトイネーブル)、RE(リードイネーブル)等の信号を生成する。
また、これらの制御信号を発生する他、電源投入直後にフラグを「0」にセットし、外部から揮発性メモリセルにデータを書き込む動作が発生したとき、フラグを「1」にセットし、リフレッシュ動作が終了すると再びフラグを「0」にセットするフラッグ制御信号を生成する。
The decoder /
In addition to generating these control signals, the flag is set to “0” immediately after power-on, and when an operation for writing data to the volatile memory cell from the outside occurs, the flag is set to “1” and refreshed. When the operation ends, a flag control signal for setting the flag to “0” again is generated.
セルプレート電位(Vcp)発生回路250は、電圧発生回路、タイミング発生回路などで構成され、デコーダ/コントロール回路240からの制御信号により、メモリセルMC0,0〜MCn−1,m−1のキャパシタのセルプレート電極(VCP)に所定のタイミングで電圧を供給する。
Cell plate potential (Vcp)
ライトバッファ/センスアンプ(回路)260は、ビット線BL0〜BLm−1に接続されたバッファ回路とセンスアンプ回路で構成され、入力データINをメモリセルMC0,0〜MCn−1,m−1に書き込むとき、バッファ回路を介してデータをビット線BL0〜BLm−1に所定のタイミングで出力する。
また、データ読出時において、メモリセルMC0,0〜MCn−1,m−1から読み出した微小振幅のデータ(電圧)がビット線を介してセンスアンプに供給され、データが増幅されて所定電圧にされた後出力される(OUT)。
The write buffer / sense amplifier (circuit) 260 includes a buffer circuit and a sense amplifier circuit connected to the bit lines BL0 to BLm-1, and inputs data IN to the memory cells MC0,0 to MCn-1, m-1. When writing, data is output to the bit lines BL0 to BLm-1 through the buffer circuit at a predetermined timing.
At the time of data reading, data (voltage) having a small amplitude read from the memory cells MC0,0 to MCn-1, m-1 is supplied to the sense amplifier through the bit line, and the data is amplified to a predetermined voltage. And then output (OUT).
次に、不揮発性記憶(不揮発性DRAM)装置200の動作について図9と図10を用いて説明する。図10に不揮発性記憶装置200の機能動作の一覧表を示す。
この一覧表の列欄に動作モードを示し、行欄にメモリセルMC0,0〜MCn−1,m−1の動作項目を示す。動作モードとして、電源投入直後の動作、揮発性セルから外部への読出し、外部から揮発性セルへの書込み、フラッグが「1」と「0」のときのリフレッシュ動作、そして電源切断前の動作がある。
またメモリセル(MC0,0〜MCn−1,m−1)の動作項目として、読出し(Read)、書込み(Write)、セーブ(Save)、リストア(Restore)、フラグ(FLAG)設定の各動作がある。
ここで、用語の定義をする。セーブとは、揮発性メモリセル(アクセストランジスタ(NMOSトランジスタ)1、キャパシタ2)に記憶されたデータを同一メモリセル内の不揮発性メモリセルの不揮発性記憶素子7に転送する動作を示し、リストアとは、不揮発性記憶素子7に記憶されたデータを同一セル内の揮発性メモリセルに転送する動作を示す。
Next, the operation of the nonvolatile memory (nonvolatile DRAM)
The column column of this list shows the operation mode, and the row column shows the operation items of the memory cells MC0,0 to MCn-1, m-1. As operation modes, there are an operation immediately after power-on, a read from a volatile cell to the outside, a write to the volatile cell from the outside, a refresh operation when the flags are “1” and “0”, and an operation before power-off. is there.
The operation items of the memory cells (MC0,0 to MCn-1, m-1) are read (Read), write (Write), save (Save), restore (Restore), and flag (FLAG) setting operations. is there.
Here, terms are defined. Save refers to an operation of transferring data stored in a volatile memory cell (access transistor (NMOS transistor) 1, capacitor 2) to the
電源投入後の動作は図7で説明したことと同一である。まず、最初にすべてのメモリセルMC0,0〜MCn−1,m−1のデータの揮発性メモリセルをクリヤ(「0」または「1」)し、次に、不揮発性記憶素子7に記憶されていたデータを揮発性メモリセルに転送することによりリストア動作を行い、初期設定は完了する。またこの時、フラグはクリヤされる。
The operation after power-on is the same as that described with reference to FIG. First, the volatile memory cells of the data of all the memory cells MC0,0 to MCn−1, m−1 are first cleared (“0” or “1”), and then stored in the
電源投入後の揮発性メモリセルの初期設定動作が終わると、DRAM装置としての通常の動作が開始され、外部からの書込み、外部への読出し動作に関して不揮発性機能は一切係わらない。
外部から揮発性セルへ書込みがあったとき、フラグはセット(FLAG=1)される。フラグをセットする以外は、一般のDRAM動作と完全に同一であり、図3、図4の説明と同様である。したがって、ここでは詳細な説明は省略する。
When the initial setting operation of the volatile memory cell after the power is turned on, a normal operation as a DRAM device is started, and the nonvolatile function is not involved at all for external writing and external reading operations.
The flag is set (FLAG = 1) when there is a write to the volatile cell from the outside. Except for setting the flag, the operation is completely the same as a general DRAM operation, and is the same as the description of FIGS. Therefore, detailed description is omitted here.
リフレッシュ動作に関しては、図6に示したように、該当するワード線WL0〜WLn−1に繋がるメモリセルMC0,0〜MCn−1,m−1に前回のリフレッシュから今回のリフレッシュの期間に、外部からの書込み動作が行われなかった場合(FLAG=0)は、アクセストランジスタ(図1のメモリセル100)を閉じたまま不揮発性記憶(可変抵抗)素子制御用のNMOSトランジスタ6を導通にし、リストア動作を行うことでリフレッシュ動作を行い、DRAM装置のリフレッシュの代替とする。
As for the refresh operation, as shown in FIG. 6, the memory cells MC0, 0 to MCn−1, m−1 connected to the corresponding word lines WL0 to WLn−1 are externally connected during the period from the previous refresh to the current refresh. In the case where the write operation is not performed (FLAG = 0), the
一方、図5に示したように、前回のリフレッシュから今回のリフレッシュの期間に、外部からの書込み動作が行われた場合(FLAG=1)は、通常のDRAM装置で行われるビット線BL0〜BLm−1の充放電を伴うリフレッシュ動作を行うとともに、セル情報を不揮発性記憶素子7に転送するセーブ動作を行う。
On the other hand, as shown in FIG. 5, when an external write operation is performed during the period from the previous refresh to the current refresh (FLAG = 1), the bit lines BL0 to BLm performed in a normal DRAM device. A refresh operation with charge / discharge of −1 is performed, and a save operation for transferring cell information to the
次に、電源切断直前には、前回のリフレッシュから今回のリフレッシュまでの期間、外部から書込み動作が行われた場合は、図5に示したように、揮発性メモリセルのデータを同一セル内の不揮発性記憶素子に転送するセーブ動作を行う。一方、前回のリフレッシュから今回のリフレッシュまでの期間、外部から書込み動作が行われなかった場合(FLAG=0)は、図6に示すように、すでにセル情報は不揮発性メモリセルの不揮発性記憶素子にセーブ済みであり、リフレッシュのための特別な動作は行わない。 Next, immediately before the power is turned off, if a write operation is performed from the outside during the period from the previous refresh to the current refresh, the data in the volatile memory cell is stored in the same cell as shown in FIG. A save operation for transferring to the nonvolatile memory element is performed. On the other hand, when no external write operation is performed during the period from the previous refresh to the current refresh (FLAG = 0), the cell information is already stored in the nonvolatile memory element of the nonvolatile memory cell as shown in FIG. Has been saved, and no special action for refresh is performed.
これらの動作により、上述した不揮発性DRAM機能を実現することができる。なお、上記動作を行うために、不揮発性DRAM装置にはワード線1本ごとに1ビット以上のフラグを持つ必要がある。これらのフラグ設定条件を図10に示す。 By these operations, the above-described nonvolatile DRAM function can be realized. In order to perform the above operation, the nonvolatile DRAM device needs to have a flag of 1 bit or more for each word line. These flag setting conditions are shown in FIG.
図10に、上述したフラッグ設定条件と不揮発性記憶装置200の動作モードに関する一覧表を示す。
この一覧表は、図3〜図7のタイミングチャートに対応付けてあり、不揮発性記憶装置200の動作に関する説明を示す。
動作モードは、電源投入直後の動作、揮発性セルから外部への読出し(動作)、外部から揮発性セルへの書込み(動作)、リフレッシュ動作と電源切断前の動作にはそれぞれ2通りあり、前回のリフレッシュから今回のリフレッシュ期間に、外部からの書込み動作が行われた場合(FLAG=1)と、書込み動作が行われなかった場合(FLAG=0)の動作がある。
各動作モードにおいて、行欄内に示す番号は、メモリセル動作順序を示す。これらの動作については、メモリセル100に関する動作説明で既に行ったので、ここでは省略する。
FIG. 10 shows a list regarding the flag setting conditions and the operation modes of the
This list is associated with the timing charts of FIG. 3 to FIG. 7, and shows an explanation regarding the operation of the
There are two operation modes: the operation immediately after turning on the power, the reading from the volatile cell to the outside (operation), the writing from the outside to the volatile cell (operation), the refresh operation and the operation before turning off the power. There is an operation when an external write operation is performed (FLAG = 1) and when a write operation is not performed (FLAG = 0) during the refresh period from this refresh.
In each operation mode, the numbers shown in the row column indicate the memory cell operation order. Since these operations have already been performed in the description of the operation related to the
したがって、本発明のメモリセル及び不揮発性記憶装置は、DRAM装置と同じ動作速度で動作すると共に、電源を切っても記憶情報を記憶することができる。
また、電源投入期間中でも必ずしも一定時間ごとにリフレッシュ動作を行う必要が無く、揮発性メモリセルに外部からデータを書き込む動作が無い期間は、不揮発性メモリセルのデータを同一セル内の揮発性メモリセルに転送することによりリフレッシュ動作と等価な動作を行い、消費電力を削減することができる。
Therefore, the memory cell and the nonvolatile memory device of the present invention operate at the same operation speed as the DRAM device, and can store stored information even when the power is turned off.
Also, it is not always necessary to perform refresh operation at regular intervals even during the power-on period, and during the period when there is no operation to write data to the volatile memory cell from the outside, the data of the nonvolatile memory cell is transferred to the volatile memory cell in the same cell. Therefore, the operation equivalent to the refresh operation can be performed and the power consumption can be reduced.
以上述べたように本発明は、DRAM装置の動作速度や使いやすさを保ったまま、(1)電源切断時の記憶情報の退避(セーブ動作)と電源投入時の退避情報の再読み込み(リストア動作)、(2)リフレッシュ動作の省略(一分代替)、という不揮発性機能を付加したメモリセル及び不揮発性記憶装置を実現することができる。 As described above, according to the present invention, while maintaining the operation speed and ease of use of the DRAM device, (1) saving information when the power is turned off (save operation) and re-reading the restoration information when the power is turned on Operation and (2) Omission of refresh operation (substitution for one minute) and a memory cell and a nonvolatile memory device to which a nonvolatile function is added can be realized.
1,6…NMOSトランジスタ、2…キャパシタ、3,BL0〜BLm−1…ビット線、4,WL0〜WLn−1…ワード線、5…セルプレート電極(VCP)、7…不揮発性記憶素子、8,NV−EN0〜NV−ENn−1…不揮発性記憶素子制御信号線(NV−EN線)、9,PWR0〜PWRn−1…不揮発性記憶素子電源線(PWR線)、100,MC0,0〜MCn−1,m−1,C0,0〜Cn−1,m−1…メモリセル、200…不揮発性記憶装置、210,310…ワード線ドライバ/不揮発性記憶素子駆動回路、220,320…メモリセルアレイ、240,340…デコーダ/コントロール回路、250,350…セルプレート電位(Vcp)発生回路、260,360…ライトバッファ/センスアンプ、300…DRAM装置。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
一端が上記第1の電界効果トランジスタの第2の端子に接続され、他端が第1の基準電位に接続されたキャパシタと、
上記第1の電界効果トランジスタの第2の端子と上記キャパシタの一端が接続された記憶ノードに第3の端子が接続され、第2の制御端子が第2の制御用信号線に接続された第2の電界効果トランジスタと、
一端が上記第2の電界効果トランジスタの第4の端子に接続され、他端が第2の基準電位に接続された不揮発性記憶素子と
を有するメモリセル。 A first field effect transistor having a first control terminal connected to the first control signal line and a first terminal connected to the bit line;
A capacitor having one end connected to the second terminal of the first field effect transistor and the other end connected to a first reference potential;
A third terminal is connected to the storage node to which the second terminal of the first field effect transistor and one end of the capacitor are connected, and a second control terminal is connected to the second control signal line. Two field effect transistors;
A non-volatile memory element having one end connected to a fourth terminal of the second field effect transistor and the other end connected to a second reference potential.
請求項1記載のメモリセル。 The memory cell according to claim 1, wherein the nonvolatile memory element records and erases information by changing the second reference potential and applying a voltage having a different polarity to both ends of the nonvolatile memory element.
前記メモリセルのアクセス用第1の電界効果トランジスタのゲート端子を行方向に共通に接続する第1の制御用信号線のワード線と、
前記第1の電界効果トランジスタのドレイン端を列方向に共通に接続するビット線と、
前記不揮発性記憶素子の一端を行方向に共通に接続する第2の基準電位供給線と、
前記不揮発性記憶素子の制御用電界効果トランジスタのゲート端子を行方向において共通に接続する第2の信号線とを有し、
前記メモリセルは、
前記ワード線にゲートが接続され、ドレインが前記ビット線に接続された前記第1の電界効果トランジスタと、
一端が前記第1の電界効果トランジスタのソースに接続され、他端が第1の基準電位に接続されたキャパシタと、
前記第1の電界効果トランジスタのソースと上記キャパシタの一端が接続された記憶ノードにドレインが接続され、ゲートが前記第2の信号線に接続された制御用の第2の電界効果トランジスタと、
一端が前記第2の電界効果トランジスタのソースに接続され、他端が前記第2の基準電位供給線に接続された不揮発性記憶素子と
を有する不揮発性記憶装置。 Memory cells having nonvolatile memory elements arranged in a matrix;
A word line of a first control signal line for commonly connecting the gate terminals of the first field effect transistors for accessing the memory cells in the row direction;
A bit line commonly connecting the drain ends of the first field effect transistors in a column direction;
A second reference potential supply line for commonly connecting one end of the nonvolatile memory element in the row direction;
A second signal line for commonly connecting the gate terminals of the control field effect transistors of the nonvolatile memory element in the row direction;
The memory cell is
The first field effect transistor having a gate connected to the word line and a drain connected to the bit line;
A capacitor having one end connected to the source of the first field effect transistor and the other end connected to a first reference potential;
A second field effect transistor for control having a drain connected to a storage node to which a source of the first field effect transistor and one end of the capacitor are connected, and a gate connected to the second signal line;
A non-volatile memory device comprising: a non-volatile memory element having one end connected to the source of the second field effect transistor and the other end connected to the second reference potential supply line.
請求項3記載の不揮発性記憶装置。 The second reference potential supply line applies a pulsed first voltage only when an information recording / erasing operation is performed on the nonvolatile memory element, and the supply of the first voltage is stopped. The second voltage is set to a second voltage, and the second signal line applies a pulsed high voltage only when the stored data is transferred between the memory cell storage node and the nonvolatile storage element, The non-volatile memory device according to claim 3, wherein when the data is not transferred, the low voltage is set.
請求項4記載の不揮発性記憶装置。 When recording and erasing information in the nonvolatile memory element in the memory cell, the word line is set to a high potential to make the first field effect transistor conductive, and the second signal line is set to a high potential. The second field effect transistor is turned on, the second reference potential supply line is set to the second potential, and the erasing operation of the nonvolatile memory element information is performed. The non-volatile memory element performs a recording operation by setting the second reference potential supply line to a first voltage in a pulsed form while the second field effect transistor is conductive, and from the non-volatile memory element to the memory cell storage node When transferring data, the word line is set to a low potential to close the first field effect transistor, and the second signal line is set to a high potential in the form of a pulse so that the second field effect transistor is turned on. Through so, non-volatile memory device according to claim 4, wherein transferring information to the memory cell storage node from the non-volatile memory element.
請求項3記載の不揮発性記憶装置。 With respect to the refresh operation periodically having a flag of 1 bit or more for each word line and holding the storage node information of the memory cell, the memory cell connected to the word line is externally connected in one refresh operation period. The nonvolatile operation according to claim 3, wherein when the write operation is executed, the flag is set to the first state, and when the write operation is not executed, the refresh operation is controlled by setting the flag to the second state. Storage device.
請求項6記載の不揮発性記憶装置。 When a memory cell connected to the word line is not externally written during one refresh operation period, the memory cell is closed to the first field effect transistor by lowering the word line in the next refresh operation, The second signal line is set to a high potential in the form of a pulse to turn on the second field effect transistor, and the information is transferred from the nonvolatile memory element to the memory cell storage node, thereby performing an alternative function of the refresh operation. The nonvolatile memory device according to claim 6.
前記ワード線選択信号が供給され、任意のメモリセルのワード線を駆動するワード線ドライブ信号を出力するワード線ドライバ/駆動回路と、
前記メモリセルを選択するための前記ワード線ドライバ信号とビット線制御信号により選択される揮発性の第1のメモリセルと、該揮発性の第1のメモリセルの記憶ノードに接続され、第2と第3の制御信号により制御され、前記揮発性の第1のメモリセルとデータの授受と記憶、消去を行う不揮発性の第2メモリセルとを有する前記メモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、
前記揮発性の第1のメモリセルのセレクト用第1の電界効果トランジスタに接続された前記ビット線を介して、データの書込み読出しを行うライトバッファ/センスアンプと
を有する不揮発性記憶装置。 A decoder / control circuit that is supplied with address data and a first control signal, decodes the address data, and generates a word line selection signal at a predetermined timing;
A word line driver / drive circuit that is supplied with the word line selection signal and outputs a word line drive signal for driving a word line of an arbitrary memory cell;
A volatile first memory cell selected by the word line driver signal and a bit line control signal for selecting the memory cell, and a storage node of the volatile first memory cell; The memory cells controlled by the third control signal and having the non-volatile second memory cells for exchanging data, storing and erasing data with the volatile first memory cells are arranged in a matrix A cell array;
A non-volatile memory device comprising: a write buffer / sense amplifier for writing / reading data via the bit line connected to the first field effect transistor for selection of the volatile first memory cell.
請求項8記載の不揮発性記憶装置。 The nonvolatile memory device according to claim 8, wherein the volatile first memory cell includes a capacitor connected to the storage node and the first field effect transistor for access.
請求項8記載の不揮発性記憶装置。 The nonvolatile second memory cell is controlled by the second control signal in the memory cell, controlled by the second field effect transistor for transferring data, and the third control signal, and the data The nonvolatile memory device according to claim 8, further comprising: a nonvolatile memory element that stores and erases data.
請求項10記載の不揮発性記憶装置。 When data is written to the volatile first memory cell via the bit line, the data stored in the storage node is stored in the memory cell in the same memory cell by the second control signal. The second field effect transistor is controlled and transferred to the non-volatile memory element, and the non-volatile element is controlled by the third control signal to store the data, and is stored in the volatile first memory cell. When data writing is stopped via the bit line, the data stored in the storage node is controlled by the second control signal to control the second field effect transistor in the same memory cell. The non-volatile storage device according to claim 10, wherein the data is transferred to a storage element and stored.
請求項10記載の不揮発性記憶装置。 In the memory cell, immediately after the power is turned on, after the data of the volatile first memory cell is reset, the second field effect transistor is controlled by the second control signal, and the nonvolatile second The nonvolatile memory device according to claim 10, wherein data stored in the memory cell is transferred to the volatile first memory cell, and the data is stored.
請求項10記載の不揮発性記憶装置。
When the write operation of the volatile first memory cell is performed from the previous refresh period to the current refresh period before the power is turned off, the memory cell receives the second control signal according to the second control signal. The field effect transistor is controlled, the data of the volatile first memory cell is transferred to the nonvolatile second memory cell, and the nonvolatile element is controlled by the third control signal, so that the data The non-volatile storage device according to claim 10.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010080718A (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Sharp Corp | Semiconductor memory device |
JP2012256878A (en) * | 2011-05-19 | 2012-12-27 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device |
JPWO2013077316A1 (en) * | 2011-11-21 | 2015-04-27 | 日本電気株式会社 | Semiconductor integrated circuit and control method thereof |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04228191A (en) * | 1990-06-21 | 1992-08-18 | Seiko Instr Inc | Semiconductor integrated circuit |
JP2003187577A (en) * | 2001-12-13 | 2003-07-04 | Elpida Memory Inc | Dynamic semiconductor memory and refresh control method |
WO2003085741A1 (en) * | 2002-04-10 | 2003-10-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Non-volatile flip-flop |
WO2004040582A1 (en) * | 2002-11-01 | 2004-05-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for driving non-volatile flip-flop circuit using resistance change element |
JP2006134398A (en) * | 2004-11-04 | 2006-05-25 | Sony Corp | Storage device and semiconductor device |
JP2007052879A (en) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Sony Corp | Nonvolatile memory cell, storage device, and nonvolatile logic circuit |
JP2007059019A (en) * | 2005-08-26 | 2007-03-08 | Sony Corp | Nonvolatile memory cell and storage device |
-
2006
- 2006-08-04 JP JP2006213110A patent/JP4935231B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04228191A (en) * | 1990-06-21 | 1992-08-18 | Seiko Instr Inc | Semiconductor integrated circuit |
JP2003187577A (en) * | 2001-12-13 | 2003-07-04 | Elpida Memory Inc | Dynamic semiconductor memory and refresh control method |
WO2003085741A1 (en) * | 2002-04-10 | 2003-10-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Non-volatile flip-flop |
WO2004040582A1 (en) * | 2002-11-01 | 2004-05-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for driving non-volatile flip-flop circuit using resistance change element |
JP2006134398A (en) * | 2004-11-04 | 2006-05-25 | Sony Corp | Storage device and semiconductor device |
JP2007052879A (en) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Sony Corp | Nonvolatile memory cell, storage device, and nonvolatile logic circuit |
JP2007059019A (en) * | 2005-08-26 | 2007-03-08 | Sony Corp | Nonvolatile memory cell and storage device |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010080718A (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Sharp Corp | Semiconductor memory device |
JP2012256878A (en) * | 2011-05-19 | 2012-12-27 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device |
US9336850B2 (en) | 2011-05-19 | 2016-05-10 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
JPWO2013077316A1 (en) * | 2011-11-21 | 2015-04-27 | 日本電気株式会社 | Semiconductor integrated circuit and control method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4935231B2 (en) | 2012-05-23 |
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