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JPH09245488A - Ferroelectric memory - Google Patents

Ferroelectric memory

Info

Publication number
JPH09245488A
JPH09245488A JP8080864A JP8086496A JPH09245488A JP H09245488 A JPH09245488 A JP H09245488A JP 8080864 A JP8080864 A JP 8080864A JP 8086496 A JP8086496 A JP 8086496A JP H09245488 A JPH09245488 A JP H09245488A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
inverting
bit line
circuit
signal
inversion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP8080864A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Fujisawa
宏樹 藤澤
Kazuhiko Kajitani
一彦 梶谷
Seiji Narui
誠司 成井
Tsukou Suzuki
津幸 鈴木
Yasunobu Aoki
康伸 青木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Hitachi Solutions Technology Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi ULSI Engineering Corp, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi ULSI Engineering Corp
Priority to JP8080864A priority Critical patent/JPH09245488A/en
Publication of JPH09245488A publication Critical patent/JPH09245488A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Dram (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 インプリントによる強誘電体キャパシタの情
報保持特性の偏り・劣化を防止し、強誘電体メモリの信
頼性を高める。 【解決手段】 二対の切り換えMOSFETN8・N9
及びNA・NBあるいはNC・ND及びNE・NFをそ
れぞれ含み、メモリアレイARYL又はARYRの各相
補ビット線の非反転及び反転信号線とセンスアンプSA
の対応する単位増幅回路の非反転及び反転入出力ノード
との間を選択的に非反転又は反転接続しうるビット線反
転回路からなるビット線接続切り換え回路SL及びSR
と、これらのビット線接続切り換え回路による相補ビッ
ト線及び単位増幅回路間の接続が非反転又は反転接続の
いずれにあるかを記憶するためのビット線切り換え状態
記憶回路とを設け、リフレッシュ動作が行われるごと
に、その実質的な論理値を変えることなくメモリセルの
保持データをワード線単位で反転し、書き換える。
(57) [Summary] (Modified) [PROBLEMS] To prevent the bias and deterioration of the information retention characteristics of the ferroelectric capacitor due to imprinting, and to improve the reliability of the ferroelectric memory. SOLUTION: Two pairs of switching MOSFETs N8 and N9
And NA.NB or NC.ND and NE.NF, respectively, and non-inverting and inverting signal lines of the complementary bit lines of the memory array ARYL or ARYR and the sense amplifier SA.
Bit line connection switching circuits SL and SR formed of bit line inversion circuits capable of selectively non-inverting or inverting connection with the non-inverting and inverting input / output nodes of the corresponding unit amplifier circuit of
And a bit line switching state storage circuit for storing whether the connection between the complementary bit line and the unit amplifier circuit by these bit line connection switching circuits is non-inverting or inverting connection, and the refresh operation is performed. Each time the data is written, the data held in the memory cell is inverted and rewritten in word line units without changing its substantial logical value.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は強誘電体メモリに
関し、例えば、揮発モード及び不揮発モードで使用可能
なシャドーRAM(ランダムアクセスメモリ)ならびに
その信頼性の向上に利用して特に有効な技術に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric memory, for example, a shadow RAM (random access memory) that can be used in a volatile mode and a non-volatile mode, and a technique that is particularly effective when used for improving its reliability. Is.

【0002】[0002]

【従来の技術】強誘電体キャパシタ及びアドレス選択M
OSFET(金属酸化物半導体型電界効果トランジス
タ。この明細書では、MOSFETをして絶縁ゲート型
電界効果トランジスタの総称とする)を含む強誘電体型
のメモリセルが格子状に配置されてなるメモリアレイを
その基本構成要素とする強誘電体メモリがある。また、
このような強誘電体メモリを、通常動作時は、強誘電体
キャパシタのプレート電位及びビット線のプリチャージ
電位を電源電圧VCC及び接地電位VSS間の中間電位
として揮発モードで動作させ、電源切断時には、強誘電
体キャパシタのプレート電位を接地電位VSSとして不
揮発モードで動作させるいわゆるシャドーRAMが、例
えば、特開平7−21784等に記載されている。
2. Description of the Related Art Ferroelectric capacitors and address selection M
A memory array in which ferroelectric-type memory cells including an OSFET (metal oxide semiconductor field-effect transistor; generically referred to as an insulated gate field-effect transistor in this specification) is arranged in a grid pattern is provided. There is a ferroelectric memory as its basic constituent element. Also,
Such a ferroelectric memory is operated in a volatile mode during normal operation with the plate potential of the ferroelectric capacitor and the precharge potential of the bit line as an intermediate potential between the power supply voltage VCC and the ground potential VSS. A so-called shadow RAM that operates in a non-volatile mode with the plate potential of the ferroelectric capacitor as the ground potential VSS is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-21784.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記シャドーRAMに
おいて、揮発モードによる保持データの読み書きは、強
誘電体キャパシタの分極にともないその電極間容量に蓄
積される電荷を利用して行われるが、この蓄積電荷は、
通常のダイナミック型RAMと同様、時間とともにリー
クするため、所定周期内でのリフレッシュ動作が必要と
なる。
In the shadow RAM described above, reading and writing of the held data in the volatile mode is performed by utilizing the electric charge accumulated in the interelectrode capacitance of the ferroelectric capacitor as it polarizes. Charge is
Similar to a normal dynamic RAM, leakage occurs over time, so refresh operation is required within a predetermined period.

【0004】一方、強誘電体キャパシタの情報保持特性
は、周知のように、リフレッシュ動作を含む保持データ
の読み出しや同一データの書き込みに際してその電極間
に同一極性のパルスが印加されることで、いわゆるイン
プリントによる偏りを呈し、あるいは強誘電体劣化によ
る情報量低下を来す。このことは、通常の強誘電体メモ
リは無論のこと、特に所定周期でリフレッシュが行われ
るシャドーRAMでは比較的深刻な問題となり、その信
頼性を低下させる原因となる。
On the other hand, as is well known, the information holding characteristic of a ferroelectric capacitor is a so-called because a pulse of the same polarity is applied between its electrodes during reading of held data including refresh operation and writing of the same data. Imbalance occurs due to imprint, or the amount of information decreases due to deterioration of the ferroelectric. This is a matter of course in a normal ferroelectric memory, and is a relatively serious problem particularly in a shadow RAM in which a refresh is performed at a predetermined cycle, which causes a decrease in its reliability.

【0005】この発明の目的は、インプリントによる強
誘電体キャパシタの情報保持特性の偏り・劣化を防止
し、強誘電体メモリの信頼性を高めることにある。
An object of the present invention is to prevent imbalance / deterioration of information holding characteristics of a ferroelectric capacitor due to imprinting and improve reliability of the ferroelectric memory.

【0006】この発明の前記ならびにその他の目的と新
規な特徴は、この明細書の記述及び添付図面から明らか
になるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次
の通りである。すなわち、強誘電体キャパシタを含む強
誘電体型のメモリセルが格子状に配置されてなるメモリ
アレイをその基本構成要素とし、揮発モード及び不揮発
モードで使用可能なシャドーRAM等の強誘電体メモリ
に、例えば二対の切り換えMOSFETをそれぞれ含
み、メモリアレイの各相補ビット線の非反転及び反転信
号線とセンスアンプの対応する単位増幅回路の非反転及
び反転入出力ノードとの間を選択的に非反転又は反転接
続しうるビット線反転回路と、これらのビット線反転回
路による相補ビット線及び単位増幅回路間の接続が非反
転又は反転接続のいずれにあるかを記憶する切り換え状
態記憶回路とを設け、例えばリフレッシュ動作が行われ
るごとに、その実質的な論理値を変えることなくメモリ
セルの保持データをワード線単位で反転し、書き換え
る。
The following is a brief description of an outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application. That is, a ferroelectric memory, such as a shadow RAM, which can be used in a volatile mode and a non-volatile mode, has a memory array in which ferroelectric memory cells including a ferroelectric capacitor are arranged in a grid as a basic constituent element. For example, it includes two pairs of switching MOSFETs, and selectively non-inverts between the non-inverting and inverting signal lines of each complementary bit line of the memory array and the non-inverting and inverting input / output nodes of the corresponding unit amplifier circuit of the sense amplifier. Alternatively, a bit line inversion circuit capable of inverting connection and a switching state storage circuit for storing whether the connection between the complementary bit line and the unit amplifier circuit by these bit line inversion circuits is non-inverting or inverting connection are provided, For example, each time a refresh operation is performed, the data held in the memory cells is retained in word line units without changing the actual logical value. Rolling, and rewrite.

【0008】上記手段によれば、保持データの実質的な
論理値が変化しない場合でも、強誘電体キャパシタの電
極間に印加されるパルスの極性を所定周期で反転させる
ことがてきるため、インプリントによる強誘電体キャパ
シタの情報保持特性の偏り・劣化を防止し、シャドーR
AM等の信頼性を高めることができる。
According to the above means, the polarity of the pulse applied between the electrodes of the ferroelectric capacitor can be inverted at a predetermined cycle even if the substantial logical value of the held data does not change. Prevents biased / degraded information retention characteristics of ferroelectric capacitors due to printing, shadow R
The reliability of AM and the like can be improved.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】図1には、この発明が適用された
シャドーRAM(強誘電体メモリ)の一実施例のブロッ
ク図が示されている。また、図2には、図1のシャドー
RAMに含まれるメモリアレイ及びその周辺部の一実施
例の部分的な回路図が示され、図3には、図2のメモリ
アレイを構成する強誘電体メモリセルの一実施例の情報
保持特性図が示されている。これらの図をもとに、まず
この実施例のシャドーRAMの構成及び動作の概要なら
びに強誘電体メモリセルの情報保持特性について説明す
る。なお、図2の各回路素子ならびに図1の各ブロック
を構成する回路素子は、公知のMOSFET集積回路の
製造技術により、単結晶シリコンのような1個の半導体
基板面上に形成される。また、以下の回路図において、
そのチャンネル(バックゲート)部に矢印が付されるM
OSFETはPチャンネル型であって、矢印の付されな
いNチャンネルMOSFETと区別して示される。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a shadow RAM (ferroelectric memory) to which the present invention is applied. 2 shows a partial circuit diagram of an embodiment of the memory array included in the shadow RAM of FIG. 1 and its peripheral portion, and FIG. 3 shows a ferroelectric circuit constituting the memory array of FIG. An information retention characteristic diagram of one embodiment of a body memory cell is shown. Based on these figures, first, the outline of the configuration and operation of the shadow RAM of this embodiment and the information retention characteristics of the ferroelectric memory cell will be described. The circuit elements of FIG. 2 and the circuit elements of each block of FIG. 1 are formed on a single semiconductor substrate surface such as single crystal silicon by a known MOSFET integrated circuit manufacturing technique. In the circuit diagram below,
M with an arrow on the channel (back gate)
The OSFET is a P-channel type and is shown separately from an N-channel MOSFET without an arrow.

【0010】図1において、この実施例のシャドーRA
Mは、シェアドセンス方式を採り、センスアンプSAの
両側に配置される一対のメモリアレイARYL及びAR
YRと、これらのメモリアレイに対応して設けられるX
アドレスデコーダXDL及びXDRとを備える。センス
アンプSAとメモリアレイARYL及びARYRとの間
には、ビット線接続切り換え回路SL及びSRがそれぞ
れ設けられ、メモリアレイARYLの左側には、Yアド
レスデコーダYDが設けられる。
In FIG. 1, the shadow RA of this embodiment is shown.
M adopts a shared sense system and a pair of memory arrays ARYL and AR arranged on both sides of the sense amplifier SA.
YR and X provided corresponding to these memory arrays
Address decoders XDL and XDR are provided. Bit line connection switching circuits SL and SR are provided between the sense amplifier SA and the memory arrays ARYL and ARYR, respectively, and a Y address decoder YD is provided on the left side of the memory array ARYL.

【0011】メモリアレイARYL及びARYRは、い
わゆる2セル・2トランジスタ型アレイとされ、図2に
示されるように、垂直方向に平行して配置されるm+1
本のワード線WL0〜WLmあるいはWR0〜WRm
と、水平方向に平行して配置されるn+1組の相補ビッ
ト線BL0*〜BLn*あるいはBR0*〜BRn*
(ここで、例えば非反転ビット線BL0T及び反転ビッ
ト線BL0Rを、合わせて相補ビット線BL0*のよう
に*を付して表す。また、それが有効とされるとき選択
的にハイレベルとされるいわゆる非反転信号等について
はその名称の末尾にTを付して表し、それが有効とされ
るとき選択的にロウレベルとされるいわゆる反転信号等
についてはその名称の末尾にBを付して表す。以下同
様)とをそれぞれ含む。これらのワード線及び相補ビッ
ト線の交点には、強誘電体キャパシタCp又はCn及び
アドレス選択MOSFETQp又はQnからなる合計
(m+1)×(n+1)対の強誘電体メモリセルが格子
状に配置される。
The memory arrays ARYL and ARYR are so-called 2-cell / 2-transistor type arrays, and as shown in FIG. 2, m + 1 arranged in parallel in the vertical direction.
Book word lines WL0 to WLm or WR0 to WRm
And n + 1 sets of complementary bit lines BL0 * to BLn * or BR0 * to BRn * arranged in parallel in the horizontal direction.
(Here, for example, the non-inverted bit line BL0T and the inverted bit line BL0R are collectively denoted by an asterisk such as the complementary bit line BL0 *. Also, when it is enabled, it is selectively set to a high level. A so-called non-inverted signal or the like is indicated by adding T to the end of its name, and a so-called inverted signal or the like that is selectively brought to a low level when it is valid is added with B at the end of its name. The same shall apply hereinafter). At the intersections of these word lines and complementary bit lines, a total of (m + 1) × (n + 1) pairs of ferroelectric memory cells composed of ferroelectric capacitors Cp or Cn and address selection MOSFETs Qp or Qn are arranged in a grid pattern. .

【0012】メモリアレイARYL及びARYRの同一
列に配置されるm+1対のメモリセルの強誘電体キャパ
シタCp又はCnの一方の電極は、その情報蓄積ノード
として、対応するアドレス選択MOSFETQp又はQ
nを介して相補ビット線BL0*〜BLn*あるいはB
R0*〜BRn*の非反転信号線又は反転信号線にそれ
ぞれ共通結合される。また、メモリアレイARYL及び
ARYRの同一行に配置されるn+1対のメモリセルの
アドレス選択MOSFETQp及びQnのゲートは、対
応するワード線WL0〜WLmあるいはWR0〜WRm
にそれぞれ共通結合される。メモリアレイARYL及び
ARYRを構成するすべてのメモリセルの強誘電体キャ
パシタの他方の電極つまりプレートには、所定のプレー
ト電圧VPが共通に供給される。なお、プレート電圧V
Pは、電源電圧が投入されシャドーRAMが揮発モード
とされるとき、内部電圧HVCつまり電源電圧VCC及
び接地電位VSS間の中間電位とされ、電源電圧が切断
されシャドーRAMが不揮発モードとされると、接地電
位VSSつまり0Vとされる。
One electrode of the ferroelectric capacitors Cp or Cn of the m + 1 pairs of memory cells arranged in the same column of the memory arrays ARYL and ARYR serves as an information storage node of the corresponding address selection MOSFET Qp or Q.
complementary bit lines BL0 * to BLn * or B
R0 * to BRn * are commonly coupled to non-inverted signal lines or inverted signal lines. The gates of the address selection MOSFETs Qp and Qn of the n + 1 pairs of memory cells arranged in the same row of the memory arrays ARYL and ARYR have corresponding word lines WL0 to WLm or WR0 to WRm.
Are commonly connected to each other. A predetermined plate voltage VP is commonly supplied to the other electrode, that is, the plate of the ferroelectric capacitors of all the memory cells forming the memory arrays ARYL and ARYR. The plate voltage V
P is an internal voltage HVC, that is, an intermediate potential between the power supply voltage VCC and the ground potential VSS when the power supply voltage is applied and the shadow RAM is in the volatile mode, and the power supply voltage is cut off and the shadow RAM is in the non-volatile mode. , Ground potential VSS, that is, 0V.

【0013】ところで、メモリアレイARYL及びAR
YRを構成する強誘電体メモリセルは、強誘電体キャパ
シタの電極間に印加される電界と電極間にある強誘電体
の分極との関係において、図3に示されるような情報保
持特性を有する。すなわち、点Aにある初期の強誘電体
メモリセルは、正方向の電界+Epが印加されることで
その状態を点Bに移行し、正方向の最大分極+Ppを生
じる。この分極は、電界が小さくなることで徐々に低下
するが、電界が0となる点Cにおいても分極+Prが残
留する。一方、強誘電体メモリセルの分極は、逆方向の
電界−Ecが印加される点Dを境界として反転し、電界
−Epが印加される点Eにおいて逆方向の最大分極−P
pを生じる。この分極は、電界が小さくなることで徐々
に低下するが、電界が0となる点Fにおいても分極−P
rが残留する。そして、正方向の電界+Ecが印加され
る点Gを境界として正転し、上記点Bに至る。
By the way, the memory arrays ARYL and AR
The ferroelectric memory cell forming the YR has information holding characteristics as shown in FIG. 3 in relation to the electric field applied between the electrodes of the ferroelectric capacitor and the polarization of the ferroelectric substance between the electrodes. . That is, the initial ferroelectric memory cell at the point A shifts its state to the point B when an electric field + Ep in the positive direction is applied, and the maximum polarization + Pp in the positive direction occurs. This polarization gradually decreases as the electric field becomes smaller, but polarization + Pr remains at point C where the electric field becomes zero. On the other hand, the polarization of the ferroelectric memory cell is reversed at the point D to which the electric field −Ec in the reverse direction is applied as a boundary, and the maximum polarization in the reverse direction −P at the point E to which the electric field −Ep is applied.
yields p. This polarization gradually decreases as the electric field becomes smaller, but at the point F where the electric field becomes 0, the polarization −P
r remains. Then, it makes a normal rotation with the point G to which the electric field + Ec in the positive direction is applied as a boundary, and reaches the point B.

【0014】この実施例において、シャドーRAMが揮
発モードとされるとき、強誘電体メモリセルを構成する
強誘電体キャパシタのプレートには、内部電圧HVCつ
まり中間電位のプレート電圧VPが供給される。また、
シャドーRAMが揮発モードによる非選択状態とされる
とき、メモリアレイARYL及びARYRを構成する相
補ビット線BL0*〜BLn*ならびにBR0*〜BR
n*は、その非反転及び反転信号線が内部電圧HVCに
プリチャージされる。さらに、シャドーRAMで揮発モ
ードによる読み出し動作が行われるとき、内部電圧HV
Cにプリチャージされた相補ビット線BL0*〜BLn
*ならびにBR0*〜BRn*の非反転及び反転信号線
の電位は、選択メモリセルの強誘電体キャパシタの電極
間容量に蓄積された電荷が放出されることでわずかに上
昇し、又は下降する。そして、このような相補ビット線
の非反転及び反転信号線における微小読み出し電位は、
後述するように、センスアンプSAの対応する単位増幅
回路によってそれぞれ増幅され、ハイレベル又はロウレ
ベルの2値読み出し信号となる。
In this embodiment, when the shadow RAM is set to the volatile mode, the internal voltage HVC, that is, the plate voltage VP at the intermediate potential is supplied to the plate of the ferroelectric capacitor which constitutes the ferroelectric memory cell. Also,
Complementary bit lines BL0 * to BLn * and BR0 * to BR forming the memory arrays ARYL and ARYR when the shadow RAM is brought into a non-selected state in the volatile mode.
The non-inverted and inverted signal lines of n * are precharged to the internal voltage HVC. Furthermore, when the read operation is performed in the volatile mode in the shadow RAM, the internal voltage HV
Complementary bit lines BL0 * to BLn precharged to C
The potentials of the non-inversion and inversion signal lines of * and BR0 * to BRn * are slightly increased or decreased by discharging the charge accumulated in the interelectrode capacitance of the ferroelectric capacitor of the selected memory cell. Then, such a minute read potential in the non-inversion and inversion signal lines of the complementary bit line is
As will be described later, each is amplified by the corresponding unit amplifier circuit of the sense amplifier SA and becomes a high level or low level binary read signal.

【0015】言い換えるならば、この実施例のシャドー
RAMにおいて揮発モードによる読み出し動作が行われ
るとき、選択されたメモリセルの強誘電体キャパシタの
分極状態は、相補ビット線BL0*〜BLn*ならびに
BR0*〜BRn*の非反転及び反転信号線がプリチャ
ージ状態にある図2の点C又は点Fから増幅後のハイレ
ベルに対応する点Bあるいは増幅後のロウレベルに対応
する点Eの間を往復するだけであって、読み出し動作に
ともなう分極反転は生じない。このため、強誘電体メモ
リセルの時間あたりの書き換え回数を少なくすることが
でき、これによって強誘電体メモリの耐用期間を長くす
ることができるものである。
In other words, when the read operation in the volatile mode is performed in the shadow RAM of this embodiment, the polarization states of the ferroelectric capacitors of the selected memory cell are complementary bit lines BL0 * to BLn * and BR0 *. ˜BRn * non-inverted and inverted signal lines reciprocate between point C or point F in FIG. 2 in the precharged state to point B corresponding to the high level after amplification or point E corresponding to the low level after amplification. However, the polarization inversion accompanying the read operation does not occur. Therefore, it is possible to reduce the number of times of rewriting of the ferroelectric memory cell per time, and thereby to prolong the service life of the ferroelectric memory.

【0016】一方、シャドーRAMで揮発モードによる
同一データの書き込みつまり非反転書き込み動作が行わ
れるとき、選択メモリセルの強誘電体キャパシタの分極
状態は、読み出し動作の場合と同様、相補ビット線BL
0*〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*の非反転及
び反転信号線がプリチャージ状態にある図2の点C又は
点Fから増幅後のハイレベルに対応する点B又はロウレ
ベルに対応する点Eとの間を往復するだけであり、書き
込み動作にともなう分極反転は生じない。しかし、論理
値の異なるデータの書き込みつまり反転書き込み動作が
行われるときには、選択メモリセルの強誘電体キャパシ
タの分極状態は、点Cから点Eあるいは点Fから点Bに
それぞれ移行し、分極反転をともなうものとなる。
On the other hand, when the same data is written in the volatile mode in the shadow RAM, that is, the non-inverted write operation is performed, the polarization state of the ferroelectric capacitor of the selected memory cell is the same as in the read operation, and the complementary bit line BL is used.
0 * to BLn * and BR0 * to BRn * have non-inverted and inverted signal lines in a precharged state from point C or point F in FIG. 2 to point B corresponding to the high level after amplification or point E corresponding to the low level. However, no polarization reversal associated with the write operation occurs. However, when writing data of different logical values, that is, inversion writing operation, the polarization state of the ferroelectric capacitor of the selected memory cell shifts from point C to point E or from point F to point B, respectively, and the polarization inversion is performed. It will be accompanied.

【0017】図2の説明に戻ろう。ビット線接続切り換
え回路SLは、メモリアレイARYLの相補ビット線B
L0*〜BLn*に対応して設けられるn+1個のビッ
ト線反転回路を備え、これらのビット線反転回路のそれ
ぞれは、相補ビット線BL0*〜BLn*の非反転及び
反転信号線とセンスアンプSAの対応する単位増幅回路
の非反転入出力ノードBS0T〜BSnTならびに反転
入出力ノードBS0B〜BSnBあるいは反転入出力ノ
ードBS0B〜BSnBならびに非反転入出力ノードB
S0T〜BSnTとの間にそれぞれ設けられるNチャン
ネル型の二対の切り換えMOSFETN8及びN9なら
びにNA及びNBを含む。このうち、切り換えMOSF
ETN8及びN9のゲートには、後述するビット線切り
換え制御回路BLCCからシェアド制御信号SHTLが
共通に供給され、切り換えMOSFETNA及びNBの
ゲートには、ビット線切り換え制御回路BLCCからシ
ェアド制御信号SHBLが共通に供給される。
Returning to the explanation of FIG. The bit line connection switching circuit SL includes complementary bit lines B of the memory array ARYL.
There are provided n + 1 bit line inversion circuits provided corresponding to L0 * to BLn *, and each of these bit line inversion circuits includes non-inversion and inversion signal lines of complementary bit lines BL0 * to BLn * and a sense amplifier SA. Of the corresponding unit amplifier circuit of the non-inverting input / output nodes BS0T to BSnT and the inverting input / output nodes BS0B to BSnB or the inverting input / output nodes BS0B to BSnB and the non-inverting input / output node B.
It includes two pairs of N-channel type switching MOSFETs N8 and N9 and NA and NB provided respectively between SOT and BSnT. Of these, switching MOSF
A shared control signal SHTL is commonly supplied from the bit line switching control circuit BLCC described later to the gates of ETN8 and N9, and a shared control signal SHBL from the bit line switching control circuit BLCC is commonly supplied to the gates of the switching MOSFETs NA and NB. Supplied.

【0018】これにより、メモリアレイARYLの相補
ビット線B0*〜Bn*の非反転及び反転信号線は、シ
ェアド制御信号SHTLがハイレベルとされビット線接
続切り換え回路SLの切り換えMOSFETN8及びN
9がオン状態とされるとき、センスアンプSAの対応す
る単位増幅回路の非反転入出力ノードBS0T〜BSn
Tならびに反転入出力ノードBS0B〜BSnBに非反
転接続され、シェアド制御信号SHBLがハイレベルと
されビット線接続切り換え回路SLの切り換えMOSF
ETNA及びNBがオン状態とされるときには、センス
アンプSAの対応する単位増幅回路の反転入出力ノード
BS0B〜BSnBならびに非反転入出力ノードBS0
T〜BSnTに反転接続されるものとなる。
As a result, the shared control signal SHTL is set to the high level and the switching MOSFETs N8 and N of the bit line connection switching circuit SL are applied to the non-inverted and inverted signal lines of the complementary bit lines B0 * to Bn * of the memory array ARYL.
When 9 is turned on, the non-inverting input / output nodes BS0T to BSn of the corresponding unit amplifier circuit of the sense amplifier SA are
Non-inverted connection to T and inverted input / output nodes BS0B to BSnB, shared control signal SHBL is set to high level, and switching MOSF of bit line connection switching circuit SL is switched.
When ETNA and NB are turned on, the inverted input / output nodes BS0B to BSnB and the non-inverted input / output node BS0 of the corresponding unit amplifier circuit of the sense amplifier SA.
It will be connected in reverse to T to BSnT.

【0019】同様に、他方のビット線接続切り換え回路
SRは、メモリアレイARYRの相補ビット線BR0*
〜BRn*に対応して設けられるn+1個のビット線反
転回路を備え、これらのビット線反転回路のそれぞれ
は、相補ビット線BR0*〜BRn*の非反転及び反転
信号線とセンスアンプSAの対応する単位増幅回路の非
反転入出力ノードBS0T〜BSnTならびに反転入出
力ノードBS0B〜BSnBあるいは反転入出力ノード
BS0B〜BSnBならびに非反転入出力ノードBS0
T〜BSnTとの間にそれぞれ設けられるNチャンネル
型の二対の切り換えMOSFETNC及びNDならびに
NE及びNFを含む。このうち、切り換えMOSFET
NC及びNDのゲートには、ビット線切り換え制御回路
BLCCからシェアド制御信号SHTRが共通に供給さ
れ、切り換えMOSFETNE及びNFのゲートにはシ
ェアド制御信号SHBRが共通に供給される。
Similarly, the other bit line connection switching circuit SR includes complementary bit lines BR0 * of the memory array ARYR.
To BRn * provided with n + 1 bit line inversion circuits, and each of these bit line inversion circuits corresponds to the non-inversion and inversion signal lines of the complementary bit lines BR0 * to BRn * and the sense amplifier SA. The non-inverting input / output nodes BS0T to BSnT and the inverting input / output nodes BS0B to BSnB or the inverting input / output nodes BS0B to BSnB and the non-inverting input / output node BS0 of the unit amplifier circuit
It includes two pairs of N-channel type switching MOSFETs NC and ND and NE and NF which are respectively provided between T and BSnT. Of these, switching MOSFET
The shared control signal SHTR is commonly supplied from the bit line switching control circuit BLCC to the gates of NC and ND, and the shared control signal SHBR is commonly supplied to the gates of the switching MOSFETs NE and NF.

【0020】これにより、メモリアレイARYRの相補
ビット線BR0*〜BRn*の非反転及び反転信号線
は、シェアド制御信号SHTRがハイレベルとされビッ
ト線接続切り換え回路SLの切り換えMOSFETNC
及びNDがオン状態とされるとき、センスアンプSAの
対応する単位増幅回路の非反転入出力ノードBS0T〜
BSnTならびに反転入出力ノードBS0B〜BSnB
に非反転接続され、シェアド制御信号SHBRがハイレ
ベルとされビット線接続切り換え回路SRの切り換えM
OSFETNE及びNFがオン状態とされるときには、
センスアンプSAの対応する単位増幅回路の反転入出力
ノードBS0B〜BSnBならびに非反転入出力ノード
BS0T〜BSnTに反転接続されるものとなる。な
お、シェアド制御信号SHTL,SHBL,SHTRな
らびにSHBRのハイレベルは、後述するように、電源
電圧VCCより少なくともMOSFETN8〜NFのし
きい値電圧分以上高い高電圧VCHされるため、これら
のMOSFETのしきい値電圧により各相補ビット線の
信号レベルが低下することはない。また、上記説明から
明らかなように、ビット線接続切り換え回路SL及びS
Rを構成するMOSFETN8〜NBならびにNC〜N
Fは、いわゆるシェアドセンスのためのシェアドMOS
FETとして兼用されるため、ビット線接続切り換え回
路SL及びSRが設けられることによるシャドーRAM
のチップサイズの増加は少ない。
As a result, in the non-inverted and inverted signal lines of the complementary bit lines BR0 * to BRn * of the memory array ARYR, the shared control signal SHTR is set to the high level, and the switching MOSFET NC of the bit line connection switching circuit SL.
And ND are turned on, the non-inverting input / output node BS0T of the corresponding unit amplifier circuit of the sense amplifier SA
BSnT and inverted input / output nodes BS0B to BSnB
And the shared control signal SHBR is set to the high level to switch the bit line connection switching circuit SR to the switching M.
When the OSFET NE and NF are turned on,
Inverted input / output nodes BS0B to BSnB and non-inverted input / output nodes BS0T to BSnT of the corresponding unit amplifier circuit of the sense amplifier SA are inversely connected. The high level of the shared control signals SHTL, SHBL, SHTR, and SHBR is a high voltage VCH higher than the power supply voltage VCC by at least the threshold voltage of the MOSFETs N8 to NF, as will be described later. The threshold voltage does not lower the signal level of each complementary bit line. Further, as is clear from the above description, the bit line connection switching circuits SL and S
MOSFETs N8 to NB and NC to N forming R
F is a shared MOS for so-called shared sense
Since it is also used as an FET, the shadow RAM is provided by providing the bit line connection switching circuits SL and SR.
The increase in chip size is small.

【0021】センスアンプSAは、メモリアレイARY
L及びARYRの相補ビット線に対応して設けられるn
+1個の単位回路を備え、これらの単位回路のそれぞれ
は、PチャンネルMOSFETP1及びNチャンネルM
OSFETN1ならびにPチャンネルMOSFETP2
及びNチャンネルMOSFETN2からなる一対のCM
OS(相補型MOS)インバータが交差結合されてなる
単位増幅回路と、Nチャンネル型の一対のスイッチMO
SFETN3及びN4と、3個のNチャンネルMOSF
ETN5〜N7が直並列結合されてなるビット線プリチ
ャージ回路とを含む。このうち、単位増幅回路を構成す
るPチャンネルMOSFETP1及びP2のソースは、
コモンソース線CSPに共通結合され、NチャンネルM
OSFETN1及びN2のソースは、コモンソース線C
SNに共通結合される。また、MOSFETP1及びN
1の共通結合されたドレインならびにMOSFETP2
及びN2の共通結合されたゲートは、それぞれ各単位増
幅回路の非反転入出力ノードBS0T〜BSnTとな
り、MOSFETP1及びN1の共通結合されたゲート
ならびにMOSFETP2及びN2の共通結合されたド
レインは、それぞれ各単位増幅回路の反転入出力ノード
BS0B〜BSnBとなる。
The sense amplifier SA is a memory array ARY.
N provided corresponding to complementary bit lines of L and ARYR
+1 unit circuits, each of which includes a P-channel MOSFET P1 and an N-channel M
OSFET N1 and P-channel MOSFET P2
And a pair of CM composed of N-channel MOSFET N2
A unit amplifier circuit in which OS (complementary MOS) inverters are cross-coupled, and a pair of N-channel type switches MO
SFETs N3 and N4 and three N-channel MOSF
And a bit line precharge circuit in which ETN5 to N7 are connected in series and parallel. Of these, the sources of the P-channel MOSFETs P1 and P2 forming the unit amplifier circuit are
Commonly connected to common source line CSP, N channel M
The sources of the OSFETs N1 and N2 are the common source line C
Commonly connected to SN. Also, MOSFETs P1 and N
One commonly coupled drain as well as MOSFET P2
And N2 are commonly coupled gates of non-inverting input / output nodes BS0T to BSnT of each unit amplifier circuit, and the commonly coupled gates of MOSFETs P1 and N1 and the commonly coupled drains of MOSFETs P2 and N2 are respectively coupled to each unit. It becomes the inverting input / output nodes BS0B to BSnB of the amplifier circuit.

【0022】これにより、センスアンプSAの各単位回
路の単位増幅回路は、コモンソース線CSP及びCSN
を介して電源電圧VCC又は接地電位VSSが供給され
ることで選択的にかつ一斉に動作状態とされ、メモリア
レイARYL又はARYRの選択されたワード線に結合
されるn+1対のメモリセルから対応する相補ビット線
BL0*〜BLn*あるいはBR0*〜BRn*を介し
てその相補入出力ノードBS0*〜BSn*に出力され
る微小読み出し信号をそれぞれ増幅して、ハイレベル又
はロウレベルの2値読み出し信号とする。
As a result, the unit amplifier circuits of the unit circuits of the sense amplifier SA are connected to the common source lines CSP and CSN.
Is supplied with the power supply voltage VCC or the ground potential VSS via the memory cells to be selectively and simultaneously activated to correspond to n + 1 pairs of memory cells coupled to the selected word line of the memory array ARYL or ARYR. The minute read signals output to the complementary input / output nodes BS0 * to BSn * via the complementary bit lines BL0 * to BLn * or BR0 * to BRn * are respectively amplified to be a high level or low level binary read signal. To do.

【0023】センスアンプSAの各単位回路を構成する
スイッチMOSFETN3及びN4のドレインは、対応
する単位増幅回路の非反転入出力ノードBS0T〜BS
nTあるいは反転入出力ノードBS0B〜BSnBに結
合される。また、そのソースは、非反転共通データ線C
DT又は反転共通データ線CDBにそれぞれ共通結合さ
れ、その共通結合されたゲートには、Yアドレスデコー
ダYDから対応するビット線選択信号YS0〜YSnが
それぞれ供給される。
The drains of the switch MOSFETs N3 and N4 forming each unit circuit of the sense amplifier SA have non-inverting input / output nodes BS0T to BS of the corresponding unit amplifier circuit.
nT or inverted input / output nodes BS0B to BSnB. The source is the non-inverted common data line C.
Each of them is commonly coupled to the DT or the inverted common data line CDB, and the corresponding bit line selection signals YS0 to YSn are supplied to the commonly coupled gates from the Y address decoder YD.

【0024】これにより、センスアンプSAの各単位増
幅回路の相補入出力ノードBS0*〜BSn*は、対応
するビット線選択信号YS0〜YSnのハイレベルを受
けて択一的に相補共通データ線CD*に接続され、この
相補共通データ線を介して後述するメインアンプMAに
選択的に接続状態とされる。
As a result, the complementary input / output nodes BS0 * to BSn * of each unit amplifier circuit of the sense amplifier SA receive the high level of the corresponding bit line selection signals YS0 to YSn, and are selectively complementary common data lines CD. It is connected to * and selectively connected to a main amplifier MA described later through the complementary common data line.

【0025】センスアンプSAの各単位回路のビット線
プリチャージ回路を構成するMOSFETN5〜N7の
ゲートには、後述するクロック発生回路CGから内部制
御信号PCが共通に供給され、MOSFETN6及びN
7の共通結合されたソースには、所定のプリチャージ電
圧VCが共通に供給される。なお、内部制御信号PC
は、シャドーRAMが非選択状態とされるとき電源電圧
VCCのようなハイレベルとされ、シャドーRAMが選
択状態とされるときには、所定のタイミングで接地電位
VSSのようなロウレベルとされる。また、プリチャー
ジ電圧VCは、後述するように、シャドーRAMが揮発
モードによる通常動作状態にあるとき、電源電圧VCC
及び接地電位VSS間の中間電位つまり内部電圧HVC
とされ、シャドーRAMが揮発モードへの変換のための
リコールモードとされると所定のタイミングで一時的に
接地電位VSSのようなロウレベルとされる。
An internal control signal PC is commonly supplied from a clock generation circuit CG, which will be described later, to the gates of the MOSFETs N5 to N7 constituting the bit line precharge circuit of each unit circuit of the sense amplifier SA, and the MOSFETs N6 and N6.
A predetermined precharge voltage VC is commonly supplied to the commonly coupled sources of 7. The internal control signal PC
Is at a high level such as the power supply voltage VCC when the shadow RAM is in the non-selected state, and is at a low level such as the ground potential VSS at a predetermined timing when the shadow RAM is in the selected state. Further, as will be described later, the precharge voltage VC is the power supply voltage VCC when the shadow RAM is in the normal operation state in the volatile mode.
And an intermediate potential between the ground potential VSS and the internal voltage HVC
When the shadow RAM is set to the recall mode for conversion to the volatile mode, it is temporarily set to the low level like the ground potential VSS at a predetermined timing.

【0026】これにより、センスアンプSAの各単位増
幅回路の相補入出力ノードBS0*〜BSn*すなわち
メモリアレイARYL及びARYRの相補ビット線BL
0*〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*は、シャド
ーRAMが揮発モードの非選択状態にあるとき、内部電
圧HVCにプリチャージされ、シャドーRAMがリコー
ルモードとされるときには、所定のタイミングで接地電
位VSSのようなロウレベルにプリチャージされるもの
となる。なお、シャドーRAMのリコールモードにおけ
る具体的動作については、後で詳細に説明する。
As a result, the complementary input / output nodes BS0 * to BSn * of each unit amplifier circuit of the sense amplifier SA, that is, the complementary bit lines BL of the memory arrays ARYL and ARYR.
0 * to BLn * and BR0 * to BRn * are precharged to the internal voltage HVC when the shadow RAM is in the non-selected state of the volatile mode, and when the shadow RAM is set to the recall mode, the ground potential is set at a predetermined timing. It will be precharged to a low level like VSS. The specific operation of the shadow RAM in the recall mode will be described later in detail.

【0027】図1に戻ろう。メモリアレイARYLのワ
ード線WL0〜WLmならびにメモリアレイARYRの
ワード線WR0〜WRmは、その下方において対応する
XアドレスデコーダXDL又はXDRに結合され、択一
的に選択状態とされる。XアドレスデコーダXDL及び
XDRには、XアドレスラッチXLから最上位ビットを
除くiビットの内部アドレス信号X0〜Xi−1が共通
に供給され、クロック発生回路CGから内部制御信号X
GL及びXGRがそれぞれ供給される。また、Xアドレ
スラッチXLには、アドレス入力端子A0〜Aiからア
ドレスバッファABを介してXアドレス信号AX0〜A
Xiが時分割的に供給されるとともに、リフレッシュカ
ウンタRFCからリフレッシュアドレス信号RX0〜R
Xiが供給される。XアドレスラッチXLには、さらに
クロック発生回路CGから内部制御信号RF及びXLが
供給され、リフレッシュカウンタRFCには、クロック
発生回路CGから図示されない内部制御信号RCが供給
される。
Returning to FIG. The word lines WL0 to WLm of the memory array ARYL and the word lines WR0 to WRm of the memory array ARYR are coupled to the corresponding X address decoder XDL or XDR under the word lines, and are alternatively selected. To the X address decoders XDL and XDR, i-bit internal address signals X0 to Xi-1 excluding the most significant bit are commonly supplied from the X address latch XL, and the clock generation circuit CG supplies the internal control signal X.
GL and XGR are respectively supplied. In addition, the X address latches XL include X address signals AX0 to AX from the address input terminals A0 to Ai via the address buffer AB.
Xi is supplied in a time division manner, and refresh address signals RX0 to RX are supplied from the refresh counter RFC.
Xi is supplied. The X address latch XL is further supplied with internal control signals RF and XL from the clock generation circuit CG, and the refresh counter RFC is supplied with an internal control signal RC (not shown) from the clock generation circuit CG.

【0028】リフレッシュカウンタRFCは、シャドー
RAMがリフレッシュモードとされるとき、クロック発
生回路CGから供給される内部制御信号RCに従って歩
進動作を行い、リフレッシュアドレス信号RX0〜RX
iを形成して、XアドレスラッチXLに供給する。Xア
ドレスラッチXLは、シャドーRAMが通常の動作モー
ドとされ内部制御信号RFがロウレベルとされるとき、
アドレス入力端子A0〜AiからアドレスバッファAB
を介して時分割的に入力されるXアドレス信号AX0〜
AXiを内部制御信号XLに従って取り込み、保持す
る。また、シャドーRAMがリフレッシュモードとされ
内部制御信号RFがハイレベルとされるときには、リフ
レッシュカウンタRFCから供給されるリフレッシュア
ドレス信号RX0〜RXiを内部制御信号XLに従って
取り込み、保持する。そして、これらのXアドレス信号
AX0〜AXiあるいはリフレッシュアドレス信号RX
0〜RXiをもとに、内部アドレス信号X0〜Xiを形
成する。このうち、最上位ビットの内部アドレス信号X
iは、クロック発生回路CG及びビット線切り換え制御
回路BLCCに供給され、その他の内部アドレス信号X
0〜Xi−1は、XアドレスデコーダXDL及びXDR
に共通に供給される。
When the shadow RAM is in the refresh mode, the refresh counter RFC performs a step operation according to the internal control signal RC supplied from the clock generation circuit CG, and refresh address signals RX0 to RX.
i is formed and supplied to the X address latch XL. When the shadow RAM is in the normal operation mode and the internal control signal RF is at low level, the X address latch XL is
Address buffer AB from address input terminals A0 to Ai
X address signals AX0 to AX0 input in a time division manner via
AXi is fetched and held according to the internal control signal XL. When the shadow RAM is set to the refresh mode and the internal control signal RF is set to the high level, the refresh address signals RX0 to RXi supplied from the refresh counter RFC are fetched and held according to the internal control signal XL. Then, these X address signals AX0 to AXi or the refresh address signal RX
Internal address signals X0 to Xi are formed based on 0 to RXi. Of these, the most significant bit internal address signal X
i is supplied to the clock generation circuit CG and the bit line switching control circuit BLCC, and other internal address signals X
0 to Xi-1 are X address decoders XDL and XDR
Supplied in common.

【0029】XアドレスデコーダXDL及びXDRは、
内部制御信号XGL又はXGRのハイレベルを受けてそ
れぞれ選択的に動作状態とされ、XアドレスラッチXL
から供給される内部アドレス信号X0〜Xi−1をデコ
ードして、メモリアレイARYL又はARYRの対応す
るワード線を択一的にハイレベルとする。
The X address decoders XDL and XDR are
Receiving the high level of the internal control signal XGL or XGR, they are selectively brought into the operating state, and the X address latch XL
The internal address signals X0 to Xi-1 supplied from the above are decoded to selectively set the corresponding word line of the memory array ARYL or ARYR to the high level.

【0030】YアドレスデコーダYDには、Yアドレス
ラッチYLからi+1ビットの内部アドレス信号Y0〜
Yiが供給され、クロック発生回路CGから内部制御信
号YGが供給される。また、YアドレスラッチYLに
は、アドレス入力端子A0〜Aiからアドレスバッファ
ABを介してYアドレス信号AY0〜AYiが時分割的
に供給され、クロック発生回路CGから内部制御信号Y
Lが供給される。
The Y address decoder YD has an i + 1 bit internal address signal Y0 to Y1 from the Y address latch YL.
Yi is supplied, and the internal control signal YG is supplied from the clock generation circuit CG. The Y address latches YL are time-divisionally supplied with Y address signals AY0 to AYi from the address input terminals A0 to Ai via the address buffer AB, and the internal control signal Y from the clock generation circuit CG.
L is supplied.

【0031】YアドレスラッチYLは、シャドーRAM
が選択状態とされるとき、アドレス入力端子A0〜Ai
からアドレスバッファABを介して時分割的に供給され
るYアドレス信号AY0〜AYiを内部制御信号YLに
従って取り込み、保持するとともに、これらのYアドレ
ス信号をもとに内部アドレス信号Y0〜Yiを形成し
て、YアドレスデコーダYDに供給する。また、Yアド
レスデコーダYDは、内部制御信号YGのハイレベルを
受けて選択的に動作状態とされ、内部アドレス信号Y0
〜Yiをデコードして、センスアンプSAに供給すべき
ビット線選択信号YS0〜YSnの対応するビットを択
一的にハイレベルとする。
The Y address latch YL is a shadow RAM
Are selected, the address input terminals A0 to Ai
Fetches and holds the Y address signals AY0 to AYi supplied in a time division manner through the address buffer AB according to the internal control signal YL, and forms the internal address signals Y0 to Yi based on these Y address signals. And supplies it to the Y address decoder YD. Further, the Y address decoder YD receives the high level of the internal control signal YG and is selectively brought into an operating state, and the internal address signal Y0
To Yi are decoded, and the corresponding bits of the bit line selection signals YS0 to YSn to be supplied to the sense amplifier SA are alternatively set to the high level.

【0032】相補共通データ線CD*は、その他方にお
いてメインアンプMAに結合され、このメインアンプM
Aは、ライトアンプ及びリードアンプを含む。このう
ち、ライトアンプの入力端子は入力バッファIBの出力
端子に結合され、その出力端子は相補共通データ線CD
*に結合される。また、リードアンプの入力端子は相補
共通データ線CD*に結合され、その出力端子は出力バ
ッファOBの入力端子に結合される。入力バッファIB
の入力端子はデータ入力端子Dinに結合され、出力バ
ッファOBの出力端子はデータ出力端子Doutに結合
される。メインアンプMAのライトアンプには、クロッ
ク発生回路CGから内部制御信号WCが供給され、出力
バッファOBには内部制御信号OCが供給される。
The complementary common data line CD * is coupled to the main amplifier MA on the other side, and the main amplifier M is connected to the main amplifier MA.
A includes a write amplifier and a read amplifier. Of these, the input terminal of the write amplifier is coupled to the output terminal of the input buffer IB, and the output terminal is connected to the complementary common data line CD.
Combined with *. The input terminal of the read amplifier is coupled to the complementary common data line CD *, and the output terminal is coupled to the input terminal of the output buffer OB. Input buffer IB
Is coupled to the data input terminal Din, and the output terminal of the output buffer OB is coupled to the data output terminal Dout. The write amplifier of the main amplifier MA is supplied with the internal control signal WC from the clock generation circuit CG, and the output buffer OB is supplied with the internal control signal OC.

【0033】入力バッファIBは、シャドーRAMが書
き込みモードで選択状態とされるとき、データ入力端子
Dinを介して入力される書き込みデータを取り込み、
メインアンプMAのライトアンプに伝達する。このと
き、メインアンプMAのライトアンプは、内部制御信号
WCのハイレベルを受けて選択的に動作状態とされ、入
力バッファIBから伝達される書き込みデータを所定の
相補書き込み信号に変換した後、相補共通データ線CD
*からセンスアンプSAを介してメモリアレイARYL
又はARYRの選択された1個の強誘電体メモリセルに
書き込む。
The input buffer IB fetches the write data input through the data input terminal Din when the shadow RAM is selected in the write mode,
It is transmitted to the write amplifier of the main amplifier MA. At this time, the write amplifier of the main amplifier MA is selectively activated by receiving the high level of the internal control signal WC, converts the write data transmitted from the input buffer IB into a predetermined complementary write signal, and then complements it. Common data line CD
* To the memory array ARYL via the sense amplifier SA
Alternatively, write to one selected ferroelectric memory cell of ARYR.

【0034】一方、メインアンプMAのリードアンプ
は、シャドーRAMが読み出しモードで選択状態とされ
るとき、メモリアレイARYL又はARYRの選択され
た1個の強誘電体メモリセルからセンスアンプSA及び
相補共通データ線CD*を介して出力される読み出し信
号をさらに増幅して、出力バッファOBに伝達する。こ
のとき、出力バッファOBは、内部制御信号OCのハイ
レベルを受けて選択的に動作状態とされ、メインアンプ
MAのリードアンプから伝達される読み出し信号をデー
タ出力端子DoutからシャドーRAMの外部に出力す
る。
On the other hand, the read amplifier of the main amplifier MA, when the shadow RAM is selected in the read mode, selects from one selected ferroelectric memory cell of the memory array ARYL or ARYR, the sense amplifier SA and the complementary common. The read signal output via the data line CD * is further amplified and transmitted to the output buffer OB. At this time, the output buffer OB is selectively operated in response to the high level of the internal control signal OC, and outputs the read signal transmitted from the read amplifier of the main amplifier MA from the data output terminal Dout to the outside of the shadow RAM. To do.

【0035】クロック発生回路CGは、外部のアクセス
装置から起動制御信号として供給されるロウアドレスス
トローブ信号RASB,カラムアドレスストローブ信号
CASB,ライトイネーブル信号WEBならびに出力イ
ネーブル信号OEBと、XアドレスラッチXLから供給
される最上位ビットの内部アドレス信号Xiとをもとに
上記各種内部制御信号等を選択的に形成して、各部に供
給する。また、モード切り換え回路MCは、モード制御
信号MOD0及びMOD1を受けてシャドーRAMの動
作モードを選択的に決定し、揮発モードに対応する内部
信号VOM,ストアモードに対応する内部信号STRM
ならびにリコールモードに対応する内部信号RECMを
選択的にハイレベルとする。これらの内部信号VOM,
STRMならびにRECMは、シャドーRAMの各部に
供給される。
The clock generation circuit CG is supplied from the X address latch XL and the row address strobe signal RASB, the column address strobe signal CASB, the write enable signal WEB and the output enable signal OEB which are supplied as the activation control signal from the external access device. The various internal control signals and the like are selectively formed on the basis of the internal address signal Xi of the most significant bit to be supplied to each unit. In addition, the mode switching circuit MC receives the mode control signals MOD0 and MOD1 to selectively determine the operation mode of the shadow RAM, and the internal signal VOM corresponding to the volatile mode and the internal signal STRM corresponding to the store mode.
In addition, the internal signal RECM corresponding to the recall mode is selectively set to the high level. These internal signals VOM,
STRM and RECM are supplied to each part of the shadow RAM.

【0036】この実施例のシャドーRAMは、さらに、
ビット線切り換え制御回路BLCC及びビット線切り換
え状態記憶回路BLCM(切り換え状態記憶回路)を含
む。ビット線切り換え制御回路BLCCには、Xアドレ
スラッチXLから最上位ビットの内部アドレス信号Xi
が供給されるとともに、クロック発生回路CGから内部
制御信号SHが供給され、ビット線切り換え状態記憶回
路BLCMから相補内部信号BLS*が供給される。ビ
ット線切り換え状態記憶回路BLCMは、前記ビット線
接続切り換え回路SL及びSRによる相補ビット線の切
り換え状態を記憶し、ビット線切り換え制御回路BLC
Cは、内部アドレス信号Xi,内部制御信号SHならび
に相補内部信号BLS*をもとに、シェアド制御信号S
HTL,SHBL,SHTRならびにSHBRを選択的
に形成し、ビット線接続切り換え回路SL及びSRによ
るビット線の反転切り換え動作を制御する。ビット線切
り換え制御回路BLCC及びビット線切り換え状態記憶
回路BLCMの具体的構成とビット線の反転切り換え動
作については、後で詳細に説明する。
The shadow RAM of this embodiment further includes
It includes a bit line switching control circuit BLCC and a bit line switching state storage circuit BLCM (switching state storage circuit). The bit line switching control circuit BLCC has an internal address signal Xi of the most significant bit from the X address latch XL.
, The clock control circuit CG supplies the internal control signal SH, and the bit line switching state storage circuit BLCM supplies the complementary internal signal BLS *. The bit line switching state storage circuit BLCM stores the switching state of complementary bit lines by the bit line connection switching circuits SL and SR, and the bit line switching control circuit BLC.
C is a shared control signal S based on the internal address signal Xi, the internal control signal SH, and the complementary internal signal BLS *.
HTL, SHBL, SHTR, and SHBR are selectively formed to control the bit line inversion switching operation by the bit line connection switching circuits SL and SR. Specific configurations of the bit line switching control circuit BLCC and the bit line switching state storage circuit BLCM and the bit line inversion switching operation will be described in detail later.

【0037】図4には、図1のシャドーRAMの動作モ
ードを説明するための一実施例の概念図が示されてい
る。また、図5には、図1のシャドーRAMに含まれる
ビット線切り換え状態記憶回路BLCM及びビット線切
り換え制御回路BLCCの一実施例の回路図が示され、
図6には、図5のビット線切り換え制御回路BLCCの
一実施例の動作条件図が示されている。さらに、図7及
び図8には、図1のシャドーRAMの揮発モードにおけ
る書き込み動作及び読み出し動作の一実施例の信号波形
図がそれぞれ示され、図9及び図10には、そのリフレ
ッシュモードを用いた先頭ワード線及び最終ワード線に
関する反転書き換え動作の一実施例の信号波形図がそれ
ぞれ示されている。加えて、図11には、図1のシャド
ーRAMのストアモードを用いた最終ワード線に関する
反転修復動作の一実施例の信号波形図が示され、図12
には、そのリコールモードによる揮発モードへの変換動
作の一実施例の信号波形図が示されている。これらの図
をもとに、この実施例のシャドーRAMに含まれるビッ
ト線切り換え状態記憶回路BLCM及びビット線切り換
え制御回路BLCCの具体的構成とシャドーRAMの各
動作モードの概要ならびにシャドーRAMの特徴につい
て説明する。
FIG. 4 is a conceptual diagram of an embodiment for explaining the operation mode of the shadow RAM of FIG. Further, FIG. 5 is a circuit diagram of an embodiment of the bit line switching state storage circuit BLCM and the bit line switching control circuit BLCC included in the shadow RAM of FIG.
FIG. 6 shows an operation condition diagram of one embodiment of the bit line switching control circuit BLCC of FIG. Further, FIGS. 7 and 8 show signal waveform diagrams of one embodiment of the write operation and the read operation in the volatile mode of the shadow RAM of FIG. 1, respectively, and FIGS. 9 and 10 show the refresh mode. Signal waveform diagrams of one embodiment of the inversion rewriting operation for the first word line and the last word line are shown. In addition, FIG. 11 shows a signal waveform diagram of one embodiment of the inversion repair operation for the final word line using the store mode of the shadow RAM of FIG.
4 shows a signal waveform diagram of an embodiment of the conversion operation to the volatile mode by the recall mode. Based on these figures, the specific configurations of the bit line switching state storage circuit BLCM and the bit line switching control circuit BLCC included in the shadow RAM of this embodiment, the outline of each operation mode of the shadow RAM, and the features of the shadow RAM are described. explain.

【0038】図4において、この実施例のシャドーRA
Mは、その電源電圧が投入されているとき、通常のダイ
ナミック型RAMと同様、強誘電体キャパシタの電極間
容量の蓄積電荷を利用した揮発モードで動作し、電源電
圧が切断されるときには、強誘電体キャパシタの分極を
利用した不揮発モードで動作する。シャドーRAMのア
クセス装置は、通常、例えばモード制御信号MOD0及
びMOD1をともにロウレベルとしてシャドーRAMの
内部信号VOMをハイレベルとし、シャドーRAMを揮
発モードとする。また、電源電圧が切断される直前に
は、モード制御信号MOD0及びMOD1をそれぞれハ
イレベル及びロウレベルとして内部信号STRMをハイ
レベルとし、シャドーRAMをストアモードとする。さ
らに、電源電圧が再度投入されると、まずモード制御信
号MOD0及びMOD1をそれぞれロウレベル及びハイ
レベルとして内部信号RECMをハイレベルとし、シャ
ドーRAMを一時的にリコールモードとした後、揮発モ
ードに移行する。
In FIG. 4, the shadow RA of this embodiment is shown.
When the power supply voltage is turned on, M operates in the volatile mode using the accumulated charge of the interelectrode capacitance of the ferroelectric capacitor, like the normal dynamic RAM, and when the power supply voltage is turned off, It operates in a non-volatile mode using the polarization of the dielectric capacitor. The shadow RAM access device normally sets both the mode control signals MOD0 and MOD1 to low level to set the shadow RAM internal signal VOM to high level, and sets the shadow RAM to the volatile mode. Immediately before the power supply voltage is cut off, the mode control signals MOD0 and MOD1 are set to the high level and the low level, respectively, and the internal signal STRM is set to the high level, and the shadow RAM is set to the store mode. Further, when the power supply voltage is turned on again, first the mode control signals MOD0 and MOD1 are set to low level and high level, respectively, the internal signal RECM is set to high level, the shadow RAM is temporarily set to the recall mode, and then the volatile mode is entered. .

【0039】シャドーRAMが揮発モードとされると
き、メモリアレイARYL及びARYRを構成する強誘
電体メモリセルは、前述のように、反転書き込み時を除
いて分極反転が生じない領域で使用され、強誘電体キャ
パシタの電極間容量に蓄積された電荷は、アドレス選択
MOSFETのソース領域のPN接合部を介して徐々に
リークする。このため、強誘電体キャパシタのリーク特
性に応じた所定の周期trefでメモリセルの保持デー
タをワード線単位で読み出し、再書き込みするためのリ
フレッシュ動作が必要となるが、この実施例のシャドー
RAMでは、少なくともメモリアレイARYL又はAR
YRを構成するワード線WL0〜WLmあるいはWR0
〜WRmに関する一連のリフレッシュ動作が連続して実
行され、これに際して各メモリセルの保持データの反転
書き換えが行われる。反転書き換えを含むシャドーRA
Mの具体的動作については、追って説明する。
When the shadow RAM is set to the volatile mode, the ferroelectric memory cells forming the memory arrays ARYL and ARYR are used in a region where polarization inversion does not occur except during inversion writing, as described above. The charges accumulated in the interelectrode capacitance of the dielectric capacitor gradually leak through the PN junction portion of the source region of the address selection MOSFET. For this reason, a refresh operation for reading and rewriting the data held in the memory cell in units of word lines at a predetermined cycle tref according to the leak characteristic of the ferroelectric capacitor is required. However, in the shadow RAM of this embodiment. , At least a memory array ARYL or AR
Word lines WL0 to WLm or WR0 forming YR
A series of refresh operations for WRm to WRm are continuously executed, and the data held in each memory cell is inverted and rewritten. Shadow RA including inversion rewriting
The specific operation of M will be described later.

【0040】シャドーRAMのビット線切り換え状態記
憶回路BLCMは、図5に示されるように、そのトリガ
入力端子T及びリセット入力端子Rに図示されない前段
回路から内部制御信号BLC及びRSTをそれぞれ受け
るフリップフロップBLCFを含む。また、ビット線切
り換え制御回路BLCCは、最上位ビットの内部アドレ
ス信号Xiを受けてアレイ選択信号ASL及びASRを
択一的に形成するアレイ選択回路ASLCと、ノア(N
OR)ゲートNO1及びNO2あるいはNO3及びNO
4がそれぞれ交差結合されてなる2個のラッチとを含
む。なお、ノアゲートNO1〜NO4は、電源電圧VC
Cより少なくとも強誘電体メモリセルを構成するアドレ
ス選択MOSFETのしきい値電圧分以上高い所定の高
電圧VCHを動作電源とし、その出力信号つまりシェア
ド制御信号SHTL,SHBL,SHTRならびにSH
BRのハイレベルは、高電圧VCHとされる。
As shown in FIG. 5, the bit line switching state storage circuit BLCM of the shadow RAM has flip-flops for receiving internal control signals BLC and RST from a preceding circuit (not shown) at its trigger input terminal T and reset input terminal R, respectively. Includes BLCF. The bit line switching control circuit BLCC receives an internal address signal Xi of the most significant bit and selectively forms array selection signals ASL and ASR, and an array selection circuit ASLC and a NOR (N
OR) gates NO1 and NO2 or NO3 and NO
And 4 latches, 4 each being cross-coupled. The NOR gates NO1 to NO4 are connected to the power supply voltage VC.
A predetermined high voltage VCH, which is higher than C by at least the threshold voltage of the address selection MOSFET forming the ferroelectric memory cell, is used as an operating power source, and its output signal, that is, shared control signals SHTL, SHBL, SHTR and SH.
The high level of BR is the high voltage VCH.

【0041】ビット線切り換え制御回路BLCCのノア
ゲートNO1の第1の入力端子及びノアゲートNO2の
第2の入力端子には、ナンド(NAND)ゲートNA1
の出力信号のインバータV1による反転信号つまり反転
内部信号SHLBが共通に供給され、ノアゲートNO3
の第1の入力端子及びノアゲートNO4の第2の入力端
子には、ナンドゲートNA2の出力信号のインバータV
2による反転信号つまり反転内部信号SHRBが共通に
供給される。また、ノアゲートNO1及びNO3の第2
の入力端子には、ビット線切り換え状態記憶回路BLC
Mを構成するフリップフロップBLCFの非反転出力信
号つまり非反転内部信号BLSTが共通に供給され、ノ
アゲートNO2及びNO4の第3の入力端子には、その
反転出力信号つまり反転内部信号BLSBが共通に供給
される。ナンドゲートNA1の一方の入力端子には、ア
レイ選択回路ASLCからアレイ選択信号ASLが供給
され、ナンドゲートNA2の一方の入力端子には、アレ
イ選択信号ASRが供給される。ナンドゲートNA1及
びNA2の他方の入力端子には、クロック発生回路CG
から内部制御信号SHが共通に供給される。ノアゲート
NO1,NO2,NO3ならびにNO4の出力信号は、
前記シェアド制御信号SHTL,SHBL,SHTRな
らびにSHBRとして、センスアンプSAに供給され
る。
A NAND gate NA1 is provided at the first input terminal of the NOR gate NO1 and the second input terminal of the NOR gate NO2 of the bit line switching control circuit BLCC.
Of the output signal of the inverter V1, that is, the inverted internal signal SHLB is commonly supplied to the NOR gate NO3.
Of the output signal of the NAND gate NA2 to the first input terminal of the NOR gate NO2 and the second input terminal of the NOR gate NO4.
The inversion signal by 2, that is, the inversion internal signal SHRB is commonly supplied. The second of the NOR gates NO1 and NO3
Of the bit line switching state storage circuit BLC
The non-inverted output signal of the flip-flop BLCF forming the M, that is, the non-inverted internal signal BLST is commonly supplied, and the inverted output signal thereof, that is, the inverted internal signal BLSB is commonly supplied to the third input terminals of the NOR gates NO2 and NO4. To be done. An array selection signal ASL is supplied from the array selection circuit ASLC to one input terminal of the NAND gate NA1, and an array selection signal ASR is supplied to one input terminal of the NAND gate NA2. The clock generation circuit CG is connected to the other input terminals of the NAND gates NA1 and NA2.
The internal control signal SH is supplied in common. The output signals of the NOR gates NO1, NO2, NO3 and NO4 are
The shared control signals SHTL, SHBL, SHTR and SHBR are supplied to the sense amplifier SA.

【0042】ビット線切り換え状態記憶回路BLCMの
フリップフロップBLCFは、内部制御信号RSTのハ
イレベルへの立ち上がりを受けてリセット状態とされ、
内部制御信号BLCの立ち上がりを受けてその状態がリ
セット状態からセット状態あるいはセット状態からリセ
ット状態へと交互に反転する。
The flip-flop BLCF of the bit line switching state memory circuit BLCM is brought into a reset state in response to the rise of the internal control signal RST to a high level,
In response to the rising of the internal control signal BLC, the state is alternately inverted from the reset state to the set state or from the set state to the reset state.

【0043】一方、ビット線切り換え制御回路BLCC
のアレイ選択回路ASLCは、内部アドレス信号Xiが
ロウレベルとされるときメモリアレイARYLに対応す
るアレイ選択信号ASLを択一的にハイレベルとし、内
部アドレス信号Xiがハイレベルとされるときにはメモ
リアレイARYRに対応するアレイ選択信号ASRを択
一的にハイレベルとする。なお、内部制御信号SHは、
シャドーRAMが非選択状態とされるときロウレベルと
され、選択状態とされるときには所定のタイミングでハ
イレベルとされる。また、シャドーRAMが非選択状態
とされるとき、アレイ選択信号ASL及びASRはとも
にロウレベルとされる。
On the other hand, the bit line switching control circuit BLCC
Array select circuit ASLC selectively sets the array select signal ASL corresponding to the memory array ARYL to the high level when the internal address signal Xi is set to the low level, and the memory array ARYR when the internal address signal Xi is set to the high level. The array selection signal ASR corresponding to is selectively set to the high level. The internal control signal SH is
When the shadow RAM is in the non-selected state, it is at the low level, and when it is in the selected state, it is at the high level at a predetermined timing. Further, when the shadow RAM is in the non-selected state, both array selection signals ASL and ASR are set to the low level.

【0044】これらのことから、ビット線切り換え状態
記憶回路BLCMのフリップフロップBLCFがリセッ
ト状態つまりビット線反転が行われない状態でシャドー
RAMが非選択状態とされるとき、非反転内部信号BL
ST,内部制御信号SHならびにアレイ選択信号ASL
及びASRは、図6に示されるように、ともにロウレベ
ル(L)とされ、反転内部信号BLSBはハイレベル
(H)とされる。このため、シェアド制御信号SHTL
及びSHTRがともに高電圧VCHのようなハイレベル
とされ、シェアド制御信号SHBL及びSHBRはとも
に接地電位VSSのようなロウレベルとされる。シャド
ーRAMが非選択状態とされるとき、ビット線切り換え
状態記憶回路BLCMのフリップフロップBLCFがセ
ット状態つまりビット線反転が行われる状態にあると、
非反転内部信号BLSTはハイレベルに変化し、反転内
部信号BLSBはロウレベルに変化する。したがって、
シェアド制御信号SHTL及びSHTRはともにロウレ
ベルとされ、シェアド制御信号SHBL及びSHBRが
高電圧VCHのハイレベルとされる。
From the above, when the flip-flop BLCF of the bit line switching state memory circuit BLCM is in the reset state, that is, the state in which the bit line inversion is not performed and the shadow RAM is in the non-selected state, the non-inversion internal signal BL is set.
ST, internal control signal SH and array selection signal ASL
As shown in FIG. 6, both ASR and ASR are at low level (L), and the inverted internal signal BLSB is at high level (H). Therefore, the shared control signal SHTL
And SHTR are both set to a high level such as high voltage VCH, and shared control signals SHBL and SHBR are both set to a low level such as ground potential VSS. When the shadow RAM is in the non-selected state, the flip-flop BLCF of the bit line switching state memory circuit BLCM is in the set state, that is, the state in which the bit line inversion is performed,
The non-inverted internal signal BLST changes to high level, and the inverted internal signal BLSB changes to low level. Therefore,
Shared control signals SHTL and SHTR are both set to low level, and shared control signals SHBL and SHBR are set to high level of high voltage VCH.

【0045】次に、ビット線切り換え状態記憶回路BL
CMのフリップフロップBLCFがリセット状態つまり
ビット線反転が行われない状態でシャドーRAMが選択
状態とされ、内部制御信号SHがハイレベルとされる
と、シェアド制御信号SHTL及びSHTRはメモリア
レイARYL及びARYRの選択状態に応じて選択的に
その一方がロウレベルに変化する。すなわち、メモリア
レイARYLが指定されアレイ選択信号ASLがハイレ
ベルとされると、メモリアレイARYRに対応するシェ
アド制御信号SHTRがロウレベルとされ、メモリアレ
イARYLに対応するシェアド制御信号SHTLはハイ
レベルのままとされる。また、メモリアレイARYRが
指定されアレイ選択信号ASRがハイレベルとされる
と、メモリアレイARYLに対応するシェアド制御信号
SHTLがロウレベルとされ、メモリアレイARYRに
対応するシェアド制御信号SHTRはハイレベルのまま
とされる。同様に、ビット線切り換え状態記憶回路BL
CMのフリップフロップBLCFがセット状態つまりビ
ット線反転が行われる状態でシャドーRAMが選択状態
とされ内部制御信号SHがハイレベルとされるとき、メ
モリアレイARYLが指定されアレイ選択信号ASLが
ハイレベルとされるとシェアド制御信号SHBRがロウ
レベルとされ、シェアド制御信号SHBLはハイレベル
のままとされる。また、メモリアレイARYRが指定さ
れアレイ選択信号ASRがハイレベルとされると、シェ
アド制御信号SHBLがロウレベルとされ、メモリアレ
イARYRに対応するシェアド制御信号SHBRはハイ
レベルのままとされる。
Next, the bit line switching state storage circuit BL
When the shadow RAM is selected and the internal control signal SH is set to the high level while the CM flip-flop BLCF is in the reset state, that is, the bit line inversion is not performed, the shared control signals SHTL and SHTR are set to the memory arrays ARYL and ARYR. One of them selectively changes to a low level according to the selected state of. That is, when the memory array ARYL is designated and the array selection signal ASL is set to the high level, the shared control signal SHTR corresponding to the memory array ARYR is set to the low level, and the shared control signal SHTL corresponding to the memory array ARYL remains at the high level. It is said that When the memory array ARYR is designated and the array selection signal ASR is set to the high level, the shared control signal SHTL corresponding to the memory array ARYL is set to the low level, and the shared control signal SHTR corresponding to the memory array ARYR remains at the high level. It is said that Similarly, the bit line switching state storage circuit BL
When the shadow RAM is selected and the internal control signal SH is set to the high level while the CM flip-flop BLCF is set, that is, the bit line inversion is performed, the memory array ARYL is designated and the array selection signal ASL is set to the high level. Then, the shared control signal SHBR is set to the low level and the shared control signal SHBL is kept at the high level. When the memory array ARYR is designated and the array selection signal ASR is set to the high level, the shared control signal SHBL is set to the low level and the shared control signal SHBR corresponding to the memory array ARYR is kept at the high level.

【0046】ロウアドレスストローブ信号RASBがハ
イレベルとされシャドーRAMが揮発モードの非選択状
態にあるとき、クロック発生回路CGは、図7に示され
るように、センスアンプSAに対する内部制御信号PC
をハイレベルとする。また、ビット線切り換え状態記憶
回路BLCMのフリップフロップBLCFは、例えば初
期状態としてリセット状態にあり、その非反転出力信号
つまり非反転内部信号BLSTはロウレベルとされ、そ
の反転出力信号つまり反転内部信号BLSBはハイレベ
ルとされる。シェアド制御信号SHTL及びSHTR
は、非反転内部信号BLSTと図示されない内部制御信
号SHのロウレベルを受けてともに高電圧VCHのよう
なハイレベルとされ、シェアド制御信号SHBL及びS
HBRは、反転内部信号BLSBのハイレベルを受けて
ともに接地電位VSSのようなロウレベルとされる。こ
れにより、センスアンプSAの各単位回路では、内部制
御信号PCのハイレベルを受けて、プリチャージMOS
FETN5〜N7が一斉にオン状態となる。また、メモ
リアレイARYL及びARYRの相補ビット線BL0*
〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*は、シェアド制
御信号SHTL及びSHTRのハイレベルを受けて、セ
ンスアンプSAの対応する単位増幅回路に非反転接続さ
れ、内部電圧HVCにプリチャージされる。
When the row address strobe signal RASB is set to the high level and the shadow RAM is in the non-selected state of the volatile mode, the clock generation circuit CG, as shown in FIG. 7, the internal control signal PC for the sense amplifier SA.
To high level. Further, the flip-flop BLCF of the bit line switching state memory circuit BLCM is in a reset state as an initial state, for example, its non-inverted output signal, that is, non-inverted internal signal BLST is set to low level, and its inverted output signal, that is, inverted internal signal BLSB is High level. Shared control signals SHTL and SHTR
Receives the low level of the non-inverted internal signal BLST and the internal control signal SH (not shown), and both are set to the high level like the high voltage VCH, and the shared control signals SHBL and SBL.
The HBR receives the high level of the inverted internal signal BLSB and is set to the low level like the ground potential VSS. As a result, each unit circuit of the sense amplifier SA receives the high level of the internal control signal PC and receives the precharge MOS.
The FETs N5 to N7 are turned on all at once. In addition, complementary bit lines BL0 * of the memory arrays ARYL and ARYR
.About.BLn * and BR0 * to BRn * receive the high levels of the shared control signals SHTL and SHTR, are non-invertedly connected to the corresponding unit amplifier circuits of the sense amplifier SA, and are precharged to the internal voltage HVC.

【0047】次に、シャドーRAMは、ロウアドレスス
トローブ信号RASBのロウレベルを受けて選択的に選
択状態とされる。アドレス入力端子A0〜Aiには、ロ
ウアドレスストローブ信号RASBの立ち下がりに同期
して、メモリアレイARYLのワード線WL0つまりロ
ウアドレスra0を指定すべくXアドレス信号AX0〜
AXiが供給され、カラムアドレスストローブ信号CA
SBの立ち下がりに同期して、ビット線選択信号YS0
つまりカラムアドレスca0を指定すべくYアドレス信
号AY0〜AYiが供給される。ライトイネーブル信号
WEBは、カラムアドレスストローブ信号CASBの立
ち下がりに同期してロウレベルとされ、データ入出力端
子Dinには書き込みデータwdが供給される。
Next, the shadow RAM is selectively brought into a selected state in response to the low level of the row address strobe signal RASB. To the address input terminals A0 to Ai, in synchronization with the fall of the row address strobe signal RASB, the X address signals AX0 to AX0 to specify the word line WL0 of the memory array ARYL, that is, the row address ra0.
AXi is supplied and column address strobe signal CA
In synchronization with the falling edge of SB, the bit line selection signal YS0
That is, Y address signals AY0 to AYi are supplied to specify the column address ca0. The write enable signal WEB is set to the low level in synchronization with the fall of the column address strobe signal CASB, and the write data wd is supplied to the data input / output terminal Din.

【0048】シャドーRAMでは、まずロウアドレスス
トローブ信号RASBの立ち下がりを受けて内部制御信
号PCがロウレベルとされ、センスアンプSAのビット
線プリチャージ回路によるプリチャージ動作が停止され
る。また、図示されない内部制御信号SHがハイレベル
とされ、指定されないメモリアレイARYRに対応する
シェアド制御信号SHTRだけがロウレベルとされる。
これにより、メモリアレイARYRを構成する相補ビッ
ト線BR0*〜BRn*は、センスアンプSAの対応す
る単位増幅回路との間の非反転接続を断たれ、フローテ
ィング状態とされる。シャドーRAMでは、さらに所定
のタイミングで指定されたメモリアレイARYLのワー
ド線WL0が択一的に高電圧VCHのような選択レベル
とされ、その相補ビット線BL0*〜BLn*には、ワ
ード線WL0に結合されるn+1対の強誘電体メモリセ
ルの電極間容量の蓄積電荷に応じた微小読み出し信号が
相補的に出力される。これらの微小読み出し信号は、コ
モンソース線CSPに電源電圧VCCが供給されコモン
ソース線CSNに接地電位VSSが供給されることで、
センスアンプSAの対応する単位増幅回路によってそれ
ぞれ増幅され、ハイレベル又はロウレベルの2値読み出
し信号とされる。
In the shadow RAM, first, the internal control signal PC is set to the low level in response to the fall of the row address strobe signal RASB, and the precharge operation by the bit line precharge circuit of the sense amplifier SA is stopped. Further, the internal control signal SH (not shown) is set to the high level, and only the shared control signal SHTR corresponding to the unspecified memory array ARYR is set to the low level.
As a result, the complementary bit lines BR0 * to BRn * forming the memory array ARYR are disconnected from the non-inverted connection with the corresponding unit amplifier circuit of the sense amplifier SA, and are brought into a floating state. In the shadow RAM, the word line WL0 of the memory array ARYL designated at a predetermined timing is alternatively set to a selection level such as the high voltage VCH, and the complementary bit lines BL0 * to BLn * have word lines WL0. A minute read signal corresponding to the accumulated charge of the inter-electrode capacitance of the n + 1 pairs of ferroelectric memory cells coupled to is complementarily output. These minute read signals are supplied with the power supply voltage VCC to the common source line CSP and the ground potential VSS to the common source line CSN,
The signal is amplified by the corresponding unit amplifier circuit of the sense amplifier SA, and becomes a high level or low level binary read signal.

【0049】一方、カラムアドレスストローブ信号CA
SBがロウレベルとされると、シャドーRAMでは、カ
ラムアドレスca0に対応するビット線選択信号YS0
が択一的にハイレベルとされ、やや遅れてメインアンプ
MAのライトアンプに対する内部制御信号WCがハイレ
ベルとされる。センスアンプSAでは、ビット線選択信
号YS0のハイレベルを受けて、メモリアレイARYL
の対応する相補ビット線BL0*が相補共通データ線C
D*に接続される。また、相補共通データ線CD*に
は、内部制御信号WCのハイレベルを受けて、メインア
ンプMAのライトアンプから書き込みデータwdに対応
する書き込み信号が供給される。これにより、相補ビッ
ト線BL0*に確立された2値読み出し信号は、書き込
みデータwdに対応すべく例えば反転され、そのままワ
ード線WL0との交点に結合された一対の強誘電体メモ
リセルの強誘電体キャパシタの電極間容量に、分極反転
をともないつつ書き込まれる。なお、他の相補ビット線
BL1*〜BLn*では、その非反転及び反転信号線に
確立された2値読み出し信号がそのままワード線WL0
との交点に配置された残りn対の強誘電体メモリセルの
強誘電体キャパシタの電極間容量に再書き込みされる。
これらの再書き込みが、強誘電体キャパシタの分極反転
をともなわないものであることは、前述の通りである。
On the other hand, the column address strobe signal CA
When SB is set to the low level, in the shadow RAM, the bit line selection signal YS0 corresponding to the column address ca0.
Is alternatively set to the high level, and after a slight delay, the internal control signal WC for the write amplifier of the main amplifier MA is set to the high level. The sense amplifier SA receives the high level of the bit line selection signal YS0 and receives the memory array ARYL.
Corresponding complementary bit line BL0 * is complementary common data line C
Connected to D *. Further, the complementary common data line CD * is supplied with a write signal corresponding to the write data wd from the write amplifier of the main amplifier MA in response to the high level of the internal control signal WC. As a result, the binary read signal established on the complementary bit line BL0 * is inverted, for example, to correspond to the write data wd, and the ferroelectric memory cells of the pair of ferroelectric memory cells directly coupled to the intersection with the word line WL0. It is written in the inter-electrode capacitance of the body capacitor with polarization reversal. In the other complementary bit lines BL1 * to BLn *, the binary read signals established on the non-inverted and inverted signal lines are directly applied to the word line WL0.
The inter-electrode capacitance of the ferroelectric capacitors of the remaining n pairs of ferroelectric memory cells arranged at the intersection with
As described above, these rewritings are not accompanied by the polarization reversal of the ferroelectric capacitor.

【0050】次に、図8により、シャドーRAMの揮発
モードによる読み出し動作を説明する。なお、揮発モー
ドによる読み出し動作は、前記図7の書き込み動作と同
じ部分が多いため、これと異なる部分についてのみ説明
を追加する。
Next, referring to FIG. 8, the read operation of the shadow RAM in the volatile mode will be described. Note that the read operation in the volatile mode has many of the same parts as the write operation of FIG. 7, and therefore only the parts different from this will be described.

【0051】図8において、シャドーRAMでは、カラ
ムアドレスストローブ信号CASBの立ち下がりを受け
てビット線選択信号YS0が択一的にハイレベルとさ
れ、やや遅れて出力バッファOBに対する内部制御信号
OCがハイレベルとされる。センスアンプSAでは、ビ
ット線選択信号YS0のハイレベルを受けて、メモリア
レイARYLの対応する相補ビット線BL0*が相補共
通データ線CD*に接続され、その非反転及び反転信号
線に確立された2値読み出し信号が、相補共通データ線
CD*を介してメインアンプMAのリードアンプに出力
される。この2値読み出し信号は、メインアンプMAの
リードアンプによりさらに増幅された後、内部制御信号
OCがハイレベルとされることで、出力バッファOBか
らデータ出力端子Doutを介して外部のアクセス装置
に出力される。なお、相補ビット線BL0*〜BLn*
の非反転及び反転信号線に確立された2値読み出し信号
は、そのままワード線WL0との交点に配置されたn+
1対の強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタの電極
間容量に再書き込みされる。
In the shadow RAM shown in FIG. 8, the bit line selection signal YS0 is alternatively set to the high level in response to the fall of the column address strobe signal CASB, and the internal control signal OC to the output buffer OB is set to the high level with a slight delay. It is a level. In the sense amplifier SA, in response to the high level of the bit line selection signal YS0, the corresponding complementary bit line BL0 * of the memory array ARYL is connected to the complementary common data line CD *, and the non-inverted and inverted signal lines thereof are established. The binary read signal is output to the read amplifier of the main amplifier MA via the complementary common data line CD *. The binary read signal is further amplified by the read amplifier of the main amplifier MA, and then the internal control signal OC is set to a high level, and is output from the output buffer OB to the external access device via the data output terminal Dout. To be done. The complementary bit lines BL0 * to BLn *
The binary read signals established on the non-inversion and inversion signal lines of n are directly arranged at the intersection of the word line WL0 and n +.
The capacitance between the electrodes of the ferroelectric capacitors of the pair of ferroelectric memory cells is rewritten.

【0052】ところで、シャドーRAMが揮発モードで
動作するとき、メモリアレイARYL及びARYRを構
成する強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタの電極
間容量に蓄積された電荷は、前述のように、そのアドレ
ス選択MOSFETQp又はQnのPN接合部を介して
徐々にリークするため、例えば64ms(ミリ秒)程度
の周期trefをもって、保持データのリフレッシュ動
作を繰り返す必要がある。また、これらのリフレッシュ
動作では、上記読み出し動作の場合と同様な強誘電体メ
モリセルに対する再書き込みが行われるが、これらの再
書き込みは、強誘電体キャパシタの分極反転はともなわ
ないものの、強誘電体キャパシタの電極間に同一極性の
パルスを繰り返し印加する結果となり、インプリントに
よる強誘電体メモリセルの情報保持特性の偏りや劣化を
招く原因となる。
By the way, when the shadow RAM operates in the volatile mode, the charge accumulated in the interelectrode capacitance of the ferroelectric capacitors of the ferroelectric memory cells forming the memory arrays ARYL and ARYR is as described above. Since the leak gradually occurs via the PN junction part of the address selection MOSFET Qp or Qn, it is necessary to repeat the refresh operation of the held data with a cycle tref of, for example, about 64 ms (milliseconds). Further, in these refresh operations, rewriting to the ferroelectric memory cell is performed in the same manner as in the case of the above reading operation, but these rewriting operations are not accompanied by polarization reversal of the ferroelectric capacitor, but As a result, pulses of the same polarity are repeatedly applied between the electrodes of the capacitors, which causes imbalance or deterioration of the information retention characteristics of the ferroelectric memory cell due to imprinting.

【0053】これに対処するため、この実施例のシャド
ーRAMでは、前記図4で示したように、リフレッシュ
動作に際して強誘電体メモリセルの保持データをワード
線単位で強制的に反転して書き換えるいわゆる反転書き
換えを行うことで、強誘電体キャパシタに対する同一極
性のパルス印加を防止している。このとき、ビット線切
り換え状態記憶回路BLCMのフリップフロップBLC
Fは、メモリアレイARYL又はARYRの相補ビット
線BL0*〜BLn*あるいはBR0*〜BRn*とセ
ンスアンプSAの対応する単位増幅回路の非反転入出力
ノードBS0T〜BSnTならびに反転入出力ノードB
S0B〜BSnBとの間の接続が非反転又は反転接続の
いずれにあるかを記憶すべく作用する。また、この実施
例のシャドーRAMでは、前記のように、少なくともメ
モリアレイARYL又はARYRのm+1本のワード線
WL0〜WLmあるいはWR0〜WRmに関する一連の
リフレッシュが連続して実行され、リフレッシュの最中
に相補ビット線及びセンスアンプ間の接続状態が反転し
ないように配慮される。
In order to deal with this, in the shadow RAM of this embodiment, as shown in FIG. 4, the data held in the ferroelectric memory cell is forcibly inverted and rewritten in units of word lines during the refresh operation. By performing the inversion rewriting, the application of the pulse of the same polarity to the ferroelectric capacitor is prevented. At this time, the flip-flop BLC of the bit line switching state storage circuit BLCM
F is a complementary bit line BL0 * to BLn * or BR0 * to BRn * of the memory array ARYL or ARYR and the non-inverting input / output nodes BS0T to BSnT and the inverting input / output node B of the corresponding unit amplifier circuit of the sense amplifier SA.
It serves to remember whether the connection between S0B and BSnB is in a non-inverting or inverting connection. Further, in the shadow RAM of this embodiment, as described above, a series of refresh operations on at least m + 1 word lines WL0 to WLm or WR0 to WRm of the memory array ARYL or ARYR are continuously executed, and during the refresh operation. Care is taken not to invert the connection state between the complementary bit line and the sense amplifier.

【0054】したがって、ビット線切り換え状態記憶回
路BLCMのフリップフロップBLCFは、最終ワード
線を除くワード線WL0〜WLm−1ならびにWR0〜
WRm−1に関するリフレッシュ動作が終了した段階で
いちいちもとのセット状態又はリセット状態に戻される
が、最終ワード線WLm又はWRmに関するリフレッシ
ュ動作が終了した時点ではもとの状態に戻されない。こ
の結果、強誘電体メモリセルの保持データは、反転書き
換えによって物理的には反転されるが、その実質的な論
理値が変化されることはない。
Therefore, the flip-flop BLCF of the bit line switching state storage circuit BLCM includes the word lines WL0 to WLm-1 and WR0 except the final word line.
The original set state or reset state is returned to the original state when the refresh operation for WRm-1 is completed, but it is not returned to the original state when the refresh operation for the last word line WLm or WRm is completed. As a result, the data held in the ferroelectric memory cell is physically inverted by the inversion rewriting, but its substantial logical value is not changed.

【0055】一方、ビット線切り換え状態記憶回路BL
CMを構成するフリップフロップBLCFは、言わば揮
発性メモリであるため、これによる接続状態の記憶は、
シャドーRAMの電源電圧が切断されることによって消
滅する。このため、この実施例では、シャドーRAMの
電源電圧が接続される直前に、全ワード線に関し、メモ
リアレイ及びセンスアンプ間の接続を初期状態つまり非
反転接続状態に戻すためのストアモードを実施すること
がその仕様として規定される。以下、図9及び図10に
より、リフレッシュモードによるメモリアレイARYL
の先頭ワード線WL0及び最終ワード線WLmに関する
反転書き換え動作をそれぞれ説明し、図11により、ス
トアモードによるメモリアレイARYLの最終ワード線
WLmに関する反転修復動作を説明する。なお、ストア
モードは、仕様を統一するため、電源電圧切断直前にビ
ット線切り換え状態記憶回路BLCMのフリップフロッ
プBLCFの状態に関係なく実施されるが、シャドーR
AMは、このフリップフロップBLCFがセット状態つ
まりメモリアレイ及びセンスアンプ間の接続が反転接続
状態にある場合に限って選択的に反転修復動作を実行す
る。
On the other hand, the bit line switching state storage circuit BL
The flip-flop BLCF forming the CM is, so to speak, a volatile memory.
It disappears when the power supply voltage of the shadow RAM is cut off. For this reason, in this embodiment, immediately before the power supply voltage of the shadow RAM is connected, the store mode for returning the connection between the memory array and the sense amplifiers to the initial state, that is, the non-inverted connection state is executed for all the word lines. Is specified as the specification. 9 and 10, the memory array ARYL in the refresh mode will be described below.
The inversion rewriting operation for the first word line WL0 and the final word line WLm will be described, and the inversion repair operation for the final word line WLm of the memory array ARYL in the store mode will be described with reference to FIG. Note that the store mode is executed regardless of the state of the flip-flop BLCF of the bit line switching state storage circuit BLCM just before the power supply voltage is cut off in order to unify the specifications.
The AM selectively executes the inversion repair operation only when the flip-flop BLCF is in the set state, that is, when the connection between the memory array and the sense amplifier is in the inverted connection state.

【0056】図9において、シャドーRAMが非選択状
態とされるとき、ビット線切り換え状態記憶回路BLC
MのフリップフロップBLCFは、例えばリセット状態
とされ、その非反転及び反転出力信号つまり非反転内部
信号BLST及び反転内部信号BLSBは、それぞれロ
ウレベル及びハイレベルとされる。また、図示されない
内部制御信号SHのロウレベルを受けて、シェアド制御
信号SHTL及びSHTRがともに高電圧VCHのよう
なハイレベルとされ、シェアド制御信号SHBL及びS
HBRはともにロウレベルとされる。
In FIG. 9, when the shadow RAM is in the non-selected state, the bit line switching state storage circuit BLC
The flip-flop BLCF of M is reset, for example, and its non-inverted and inverted output signals, that is, the non-inverted internal signal BLST and the inverted internal signal BLSB are set to the low level and the high level, respectively. Further, in response to the low level of the internal control signal SH (not shown), the shared control signals SHTL and SHTR are both set to the high level like the high voltage VCH, and the shared control signals SHBL and SBL are set.
Both HBR are set to low level.

【0057】シャドーRAMは、カラムアドレスストロ
ーブ信号CASBがロウアドレスストローブ信号RAS
Bに先立ってロウレベルとされることで、いわゆるCB
Rリフレッシュ動作を開始する。このとき、アドレス入
力端子A0〜Aiには、ワード線を指定するためのXア
ドレス信号が入力されず、リフレッシュ動作の対象とな
るワード線は、リフレッシュカウンタRFCから出力さ
れるリフレッシュアドレス信号RX0〜RXiによって
自律的に指定される。
In the shadow RAM, the column address strobe signal CASB is the row address strobe signal RAS.
Low level before B, so-called CB
Starts R refresh operation. At this time, the X address signal for designating the word line is not input to the address input terminals A0 to Ai, and the word line to be refreshed is refreshed by the refresh address signals RX0 to RXi output from the refresh counter RFC. Autonomously specified by

【0058】シャドーRAMでは、ロウアドレスストロ
ーブ信号RASBの立ち下がりを受けてまず内部制御信
号PCがロウレベルとされるとともに、シェアド制御信
号SHTRが、図示されない内部制御信号SH及びアレ
イ選択信号ASLのハイレベルを受けてロウレベルとさ
れ、シェアド制御信号SHTLはハイレベルのままとさ
れる。また、やや遅れてリフレッシュアドレス信号RX
0〜RXiによって指定される例えばワード線WL0が
択一的に高電圧VCHの選択レベルとされ、少し遅れて
コモンソース線CSP及びCSNに電源電圧VCC及び
接地電位VSSがそれぞれ供給される。ビット線切り換
え状態記憶回路BLCMのフリップフロップBLCFの
トリガ信号となる内部制御信号BLCは、メモリアレイ
ARYLの相補ビット線BL0*〜BLn*において2
値読み出し信号の論理値が確立されるであろう所定のタ
イミングで一時的にハイレベルとされる。そして、ロウ
アドレスストローブ信号RASB及びカラムアドレスス
トローブ信号CASBがハイレベルに戻されシャドーR
AMが非選択状態とされると、まず内部制御信号PCが
ハイレベルに戻され、やや遅れてフリップフロップBL
CFに対する内部制御信号BLCが再度一時的にハイレ
ベルとされる。
In the shadow RAM, the internal control signal PC is first set to the low level in response to the fall of the row address strobe signal RASB, and the shared control signal SHTR is set to the high level of the internal control signal SH and the array selection signal ASL (not shown). Accordingly, the shared control signal SHTL is kept at the high level. In addition, the refresh address signal RX is slightly delayed.
For example, the word line WL0 designated by 0 to RXi is alternatively set to the selection level of the high voltage VCH, and the power supply voltage VCC and the ground potential VSS are supplied to the common source lines CSP and CSN after a short delay. The internal control signal BLC serving as a trigger signal for the flip-flop BLCF of the bit line switching state storage circuit BLCM is 2 in the complementary bit lines BL0 * to BLn * of the memory array ARYL.
It is temporarily set to a high level at a predetermined timing when the logical value of the value read signal will be established. Then, the row address strobe signal RASB and the column address strobe signal CASB are returned to the high level and the shadow R
When AM is deselected, the internal control signal PC is first returned to the high level and the flip-flop BL is slightly delayed.
The internal control signal BLC for CF is temporarily set to the high level again.

【0059】これにより、メモリアレイARYLの相補
ビット線BL0*〜BLn*の非反転及び反転信号線
が、センスアンプSAの対応する単位増幅回路の非反転
及び反転入出力ノードに非反転接続され、ワード線WL
0に結合されるn+1対の強誘電体メモリセルの微小読
み出し信号が2値読み出し信号として相補ビット線BL
0*〜BLn*上にそれぞれ確立される。また、2値読
み出し信号の論理値が確定した時点で内部制御信号BL
Cが一時的にハイレベルとされると、ビット線切り換え
状態記憶回路BLCMのフリップフロップBLCFがセ
ット状態からリセット状態に反転され、その非反転及び
反転出力信号つまり非反転内部信号BLST及び反転内
部信号BLSBのレベルが反転する。したがって、シェ
アド制御信号SHTLがロウレベルとなり、シェアド制
御信号SHBLがハイレベルとなって、メモリアレイA
RYLの相補ビット線BL0*〜BLn*とセンスアン
プSAの各単位増幅回路の相補入出力ノードとの間の接
続は反転接続に切り換わる。この結果、メモリアレイA
RYLのワード線WL0に結合されるn+1対の強誘電
体メモリセルには、これまでの保持データとは反対の論
理値を有するデータが一斉に再書き込みされ、反転書き
換え動作が実現される。
As a result, the non-inverting and inverting signal lines of the complementary bit lines BL0 * to BLn * of the memory array ARYL are non-inverting connected to the non-inverting and inverting input / output nodes of the corresponding unit amplifier circuit of the sense amplifier SA. Word line WL
Small read signals of n + 1 pairs of ferroelectric memory cells coupled to 0 are used as binary read signals and complementary bit lines BL
Established on 0 * -BLn * respectively. Further, when the logical value of the binary read signal is determined, the internal control signal BL
When C is temporarily set to the high level, the flip-flop BLCF of the bit line switching state memory circuit BLCM is inverted from the set state to the reset state, and its non-inverted and inverted output signals, that is, the non-inverted internal signal BLST and the inverted internal signal. The level of BLSB is inverted. Therefore, the shared control signal SHTL becomes low level, the shared control signal SHBL becomes high level, and the memory array A
The connection between the complementary bit lines BL0 * to BLn * of RYL and the complementary input / output node of each unit amplifier circuit of the sense amplifier SA is switched to the inverting connection. As a result, the memory array A
In the n + 1 pair of ferroelectric memory cells coupled to the RYL word line WL0, data having a logical value opposite to the held data up to now is rewritten all at once, and an inversion rewriting operation is realized.

【0060】シャドーRAMが非選択状態とされると、
まず内部制御信号PCがハイレベルに戻され、メモリア
レイARYLの相補ビット線BL0*〜BLn*のプリ
チャージ動作が再開される。また、シェアド制御信号S
HTRがハイレベルとされ、メモリアレイARYRの相
補ビット線BR0*〜BRn*もセンスアンプSAの対
応する単位回路に接続されて、ビット線プリチャージ回
路によるプリチャージ動作を受ける。そして、内部制御
信号BLCが再度一時的にハイレベルとされると、ビッ
ト線切り換え状態記憶回路BLCMのフリップフロップ
BLCFがリセット状態に戻され、内部信号BLST及
びBLSBはそれぞれロウレベル及びハイレベルに戻さ
れる。これにより、メモリアレイ及びセンスアンプ間の
接続は、ワード線WL0に関するリフレッシュ動作の開
始前の状態に戻され、シャドーRAMは次のワード線W
L1に関するリフレッシュ動作の開始を待つ。
When the shadow RAM is deselected,
First, the internal control signal PC is returned to the high level, and the precharge operation of the complementary bit lines BL0 * to BLn * of the memory array ARYL is restarted. Also, the shared control signal S
The HTR is set to the high level, the complementary bit lines BR0 * to BRn * of the memory array ARYR are also connected to the corresponding unit circuits of the sense amplifier SA, and undergo the precharge operation by the bit line precharge circuit. Then, when the internal control signal BLC is temporarily set to the high level again, the flip-flop BLCF of the bit line switching state storage circuit BLCM is returned to the reset state, and the internal signals BLST and BLSB are returned to the low level and the high level, respectively. . As a result, the connection between the memory array and the sense amplifier is returned to the state before the start of the refresh operation on the word line WL0, and the shadow RAM operates on the next word line W0.
Wait for the start of the refresh operation for L1.

【0061】一方、メモリアレイARYLの最終ワード
線WLmに関するリフレッシュ動作は、図10に示され
るように、上記先頭ワード線WL0に関するリフレッシ
ュ動作と同様に進められるが、フリップフロップBLC
Fのトリガ信号となる内部制御信号BLCは、リフレッ
シュ動作が終了した後には再度一時的にハイレベルとさ
れない。したがって、フリップフロップBLCFは、例
えばセット状態のままとされ、シェアド制御信号SHT
L及びSHTRに代わってシェアド制御信号SHBL及
びSHBRがハイレベルのまま残される。このため、メ
モリアレイARYL及びARYRの相補ビット線BL0
*〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*は、センスア
ンプSAの対応する単位増幅回路の非反転及び反転入出
力ノードと反転接続された形で、シャドーRAMに対す
るアクセスを待つ。
On the other hand, the refresh operation for the last word line WLm of the memory array ARYL proceeds as in the refresh operation for the first word line WL0 as shown in FIG. 10, but the flip-flop BLC is used.
The internal control signal BLC serving as the trigger signal of F is not temporarily set to the high level again after the refresh operation is completed. Therefore, the flip-flop BLCF is left in the set state, for example, and the shared control signal SHT is set.
Shared control signals SHBL and SHBR are left at high level instead of L and SHTR. Therefore, the complementary bit line BL0 of the memory arrays ARYL and ARYR is
* To BLn * and BR0 * to BRn * are connected to the non-inverting and inverting input / output nodes of the corresponding unit amplifier circuit of the sense amplifier SA in an inverted connection and wait for access to the shadow RAM.

【0062】以上の説明から明らかなように、最終ワー
ド線WLmに関するリフレッシュ動作つまり反転書き換
え動作が終了した時点で、メモリアレイARYLを構成
するすべての強誘電体メモリセルの保持データは反転さ
れている。しかし、シェアド制御信号SHBL及びSH
BRがハイレベルとされメモリアレイ及びセンスアンプ
間が反転接続されることで、センスアンプSAの各単位
増幅回路の相補入出力ノードからみた選択メモリセルの
保持データはもとの論理レベルのままであり、その実質
的な論理値が反転書き換えにより変化することはない。
As is clear from the above description, the data held in all the ferroelectric memory cells forming the memory array ARYL is inverted at the time when the refresh operation, that is, the inversion rewriting operation on the final word line WLm is completed. . However, the shared control signals SHBL and SH
Since BR is set to the high level and the memory array and the sense amplifier are inversely connected, the data held in the selected memory cell viewed from the complementary input / output node of each unit amplifier circuit of the sense amplifier SA remains at the original logic level. However, its substantial logical value does not change due to inversion rewriting.

【0063】以上のように、この実施例のシャドーRA
Mは、通常揮発モードで使用され、所定の周期tref
をもって保持データのリフレッシュ動作を必要とする
が、メモリアレイARYL及びARYRを構成する強誘
電体メモリセルの物理的な保持データは、リフレッシュ
動作が行われるごとに反転して再書き込みされるため、
保持データの実質的な論理値が反転されない場合でも、
強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタの電極間に同
一極性のパルスが印加されることはない。この結果、イ
ンプリントによる強誘電体キャパシタの情報保持特性の
偏り・劣化を防止し、シャドーRAM等の信頼性を高め
ることができるものである。
As described above, the shadow RA of this embodiment
M is normally used in the volatile mode and has a predetermined period tref.
However, the physically held data of the ferroelectric memory cells forming the memory arrays ARYL and ARYR is inverted and rewritten each time the refresh operation is performed.
Even if the actual logical value of the retained data is not inverted,
No pulse of the same polarity is applied between the electrodes of the ferroelectric capacitor of the ferroelectric memory cell. As a result, it is possible to prevent imbalance and deterioration of the information retention characteristics of the ferroelectric capacitor due to imprint, and to enhance the reliability of the shadow RAM and the like.

【0064】なお、シャドーRAMの電源電圧が切断さ
れると、ビット線切り換え状態記憶回路BLCMのフリ
ップフロップBLCFはその動作電源を断たれ、メモリ
アレイ及びセンスアンプ間の接続状態を記憶することが
できない。このため、この実施例では、電源切断の直前
にアクセス装置から全ワード線に関するストアモードを
実行し、メモリアレイ及びセンスアンプ間の接続状態を
リセット状態つまり非反転接続状態に戻す。すなわち、
アクセス装置は、前記モード制御信号MOD0及びMO
D1をそれぞれハイレベル及びロウレベルとし内部信号
STRMをハイレベルとしてシャドーRAMをストアモ
ードに設定し、メモリアレイARYL及びARYRのワ
ード線WL0〜WLmならびにWR0〜WRmに関する
CBRリフレッシュ動作を実行する。このとき、シャド
ーRAMは、図11に示されるように、フリップフロッ
プBLCFがセット状態にあることを条件に、前記図9
及び図10と同様な反転書き換え動作による反転修復を
行う。これにより、メモリアレイ及びセンスアンプ間の
接続は、いかなる場合も非反転接続状態とされ、次に電
源電圧が投入された後も正常に動作することができる。
When the power supply voltage of the shadow RAM is cut off, the flip-flop BLCF of the bit line switching state storage circuit BLCM is cut off from its operating power supply and the connection state between the memory array and the sense amplifier cannot be stored. . Therefore, in this embodiment, the access device executes the store mode for all the word lines immediately before the power is turned off to return the connection state between the memory array and the sense amplifier to the reset state, that is, the non-inverted connection state. That is,
The access device uses the mode control signals MOD0 and MO0.
The shadow RAM is set to the store mode by setting D1 to high level and low level and the internal signal STRM to high level, and the CBR refresh operation for the word lines WL0 to WLm and WR0 to WRm of the memory arrays ARYL and ARYR is executed. At this time, in the shadow RAM, as shown in FIG. 11, provided that the flip-flop BLCF is in the set state, the shadow RAM shown in FIG.
Further, the inversion restoration is performed by the inversion rewriting operation similar to FIG. As a result, the connection between the memory array and the sense amplifier is in a non-inverting connection state in any case, and can operate normally even after the power supply voltage is next turned on.

【0065】一方、電源電圧が切断されシャドーRAM
が不揮発モードで使用されるとき、メモリアレイARY
L及びARYRを構成する強誘電体メモリセルは、その
強誘電体キャパシタの分極状態が前記図3の点C又は点
Fのいずれにあるかをもって論理“1”又は“0”のデ
ータを選択的に保持し、揮発モードにおいて強誘電体キ
ャパシタの電極間容量に蓄積された電荷は完全に放出さ
れた状態となる。したがって、電源電圧が再び投入され
シャドーRAMが不揮発モードから揮発モードに移行す
る場合には、各強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシ
タの分極状態をそれぞれ識別し電極間容量に蓄積電荷と
して再書き込みするためのリコールモードを全ワード線
について実行する必要がある。このとき、アクセス装置
は、モード制御信号MOD0及びMOD1をそれぞれロ
ウレベル及びハイレベルとして内部信号RECMをハイ
レベルとし、シャドーRAMをリコールモードに設定し
た後、メモリアレイARYL及びARYRのワード線W
L0〜WLmならびにWR0〜WRmに関する一連のC
BRリフレッシュ動作を繰り返す。
On the other hand, the power supply voltage is cut off and the shadow RAM is
Array ARY when used in non-volatile mode
The ferroelectric memory cells forming L and ARYR selectively select the data of logic "1" or "0" depending on whether the polarization state of the ferroelectric capacitor is at point C or point F in FIG. The charge stored in the interelectrode capacitance of the ferroelectric capacitor in the volatile mode is completely discharged. Therefore, when the power supply voltage is turned on again and the shadow RAM shifts from the non-volatile mode to the volatile mode, the polarization state of the ferroelectric capacitor of each ferroelectric memory cell is identified and rewritten as the accumulated charge in the interelectrode capacitance. It is necessary to execute the recall mode for all the word lines. At this time, the access device sets the internal signal RECM to the high level by setting the mode control signals MOD0 and MOD1 to the low level and the high level, respectively, sets the shadow RAM to the recall mode, and then sets the word lines W of the memory arrays ARYL and ARYR.
A series of Cs for L0-WLm and WR0-WRm
BR refresh operation is repeated.

【0066】シャドーRAMでは、図12に例示される
ように、ロウアドレスストローブ信号RASBの立ち下
がりを受けてまず図示されない内部制御信号SHがハイ
レベルとされ、例えばシェアド制御信号SHTLをハイ
レベルとしたままシェアド制御信号SHTRがロウレベ
ルとされる。また、やや遅れてメモリアレイARYLの
指定されたワード線WL0が一時的に選択レベルとされ
た後、すぐ非選択レベルに戻され、これを受けてセンス
アンプSAのビット線プリチャージ回路に供給されるプ
リチャージ電圧VCが一時的に中間電位つまり内部電圧
HVCから例えば接地電位VSSに引き下げられる。そ
して、このプリチャージ電圧VCが接地電位VSSとさ
れる間に、内部制御信号PCがロウレベルとされた後、
メモリアレイARYLのワード線WL0が再度選択レベ
ルとされる。
In the shadow RAM, as illustrated in FIG. 12, the internal control signal SH (not shown) is first set to high level in response to the fall of the row address strobe signal RASB, for example, the shared control signal SHTL is set to high level. The shared control signal SHTR is set to the low level as it is. The designated word line WL0 of the memory array ARYL is temporarily set to the selected level with a slight delay, and then immediately returned to the non-selected level, and in response to this, is supplied to the bit line precharge circuit of the sense amplifier SA. The precharge voltage VC is temporarily reduced from the intermediate potential, that is, the internal voltage HVC to the ground potential VSS, for example. Then, after the internal control signal PC is set to the low level while the precharge voltage VC is set to the ground potential VSS,
The word line WL0 of the memory array ARYL is set to the selection level again.

【0067】メモリアレイARYLでは、ワード線WL
0が最初に選択レベルとされた時点で、このワード線W
L0に結合されるn+1対の強誘電体メモリセルのアド
レス選択MOSFETQp及びQnがオン状態となり、
その強誘電体キャパシタの情報蓄積ノードが相補ビット
線BL0*〜BLn*のプリチャージレベルつまり内部
電圧HVCにセットされる。これにより、不揮発モード
においてフローティング状態にあった各メモリセルの情
報蓄積ノードは、相補ビット線BL0*〜BLn*の非
反転及び反転信号線のレベルと同じ内部電圧HVCに確
定され、各メモリセルの強誘電体キャパシタの電極間に
かる電界はゼロとなる。
In the memory array ARYL, the word line WL
When 0 is first set to the selection level, this word line W
The address selection MOSFETs Qp and Qn of the n + 1 pair of ferroelectric memory cells coupled to L0 are turned on,
The information storage node of the ferroelectric capacitor is set to the precharge level of the complementary bit lines BL0 * to BLn *, that is, the internal voltage HVC. As a result, the information storage node of each memory cell in the floating state in the non-volatile mode is set to the same internal voltage HVC as the level of the non-inverted and inverted signal lines of the complementary bit lines BL0 * to BLn *, and the memory cell of each memory cell is determined. The electric field applied between the electrodes of the ferroelectric capacitor becomes zero.

【0068】ここで、メモリアレイARYLのワード線
WL0が非選択レベルとされ、プリチャージ電圧VCが
接地電位VSSに変化されると、メモリアレイARYL
の相補ビット線BL0*〜BLn*の非反転及び反転信
号線はともに接地電位VSSつまり0Vにプリチャージ
される。そして、この状態でワード線WL0が再度選択
レベルとされると、ワード線WL0に結合されるn+1
対の強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタの両電極
間にはHVCを絶対値とする逆方向の電界が印加され、
各強誘電体メモリセルの状態は、それが例えば論理
“1”のデータを保持する場合には図3の点Cから点E
へ移行し、また例えば論理“0”のデータを保持する場
合には点Fから点Eへと移行する。
Here, when the word line WL0 of the memory array ARYL is set to the non-selection level and the precharge voltage VC is changed to the ground potential VSS, the memory array ARYL.
The non-inverted and inverted signal lines of the complementary bit lines BL0 * to BLn * are both precharged to the ground potential VSS, that is, 0V. Then, when the word line WL0 is brought to the selection level again in this state, n + 1 coupled to the word line WL0
A reverse electric field whose absolute value is HVC is applied between both electrodes of the ferroelectric capacitors of the paired ferroelectric memory cells,
The state of each ferroelectric memory cell is from point C to point E in FIG. 3 if it holds data of logic "1", for example.
When the data of logic "0" is held, the flow goes from the point F to the point E.

【0069】この結果、例えば、論理“1”のデータを
保持するメモリセル対のうち非反転ビット線BL0T〜
BLnT側に結合されるメモリセルでは、点Cから点E
への分極反転をともなうため、比較的大きな負電荷の移
動が必要となって対応する非反転ビット線の電位が比較
的大きく上昇するが、反転ビット線BL0B〜BLnB
側に結合されるメモリセルでは、分極反転をともなわな
い点Fから点Eへの移行であるため、負電荷の移動量は
少なく、対応する反転ビット線の電位上昇も比較的小さ
い。同様に、論理“0”のデータを保持するメモリセル
対のうち反転ビット線B0LB〜BLnB側に結合され
るメモリセルでは、点Cから点Eへの分極反転をともな
うため、比較的大きな負電荷の移動が必要となり、対応
する反転ビット線の電位は比較的大きく上昇するが、非
反転ビット線BL0T〜BLnT側に結合されるメモリ
セルでは、分極反転をともなわない点Fから点Eへの移
行であるため、対応する非反転ビット線の電位上昇も小
さい。
As a result, for example, the non-inverted bit lines BL0T ... Of the memory cell pairs holding the data of logic "1".
In the memory cell coupled to the BLnT side, point C to point E
However, the potential of the corresponding non-inverted bit line rises comparatively greatly, but the inverted bit lines BL0B to BLnB.
In the memory cell coupled to the side, since the transition from point F to point E is accompanied by no polarization reversal, the amount of negative charges transferred is small, and the potential rise of the corresponding inversion bit line is relatively small. Similarly, in the memory cell pair which holds the data of logic "0", the memory cell coupled to the side of the inverted bit lines B0LB to BLnB is accompanied by the polarization reversal from the point C to the point E, so that a relatively large negative charge is generated. Is required, and the potential of the corresponding inversion bit line rises relatively large, but in the memory cell coupled to the non-inversion bit lines BL0T to BLnT side, the transition from point F to point E without polarization inversion occurs. Therefore, the potential rise of the corresponding non-inverted bit line is also small.

【0070】相補ビット線BL0*〜BLn*における
これらの電位差は、コモンソース線CSP及びCSNに
それぞれ電源電圧VCC及び接地電位VSSが供給され
ることで、センスアンプSAの対応する単位増幅回路に
よってそれぞれ増幅され、ハイレベル又はロウレベルの
2値読み出し信号とされた後、ワード線WL0に結合さ
れるn+1対の強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシ
タの電極間容量に再書き込みされる。これにより、シャ
ドーRAMは、電極間容量の蓄積電荷を利用した揮発モ
ードに移行することができ、強誘電体メモリセルの分極
反転数を少なくして、シャドーRAMの耐用期間を長く
することができる。
These potential differences in the complementary bit lines BL0 * to BLn * are respectively supplied to the common source lines CSP and CSN by the power supply voltage VCC and the ground potential VSS, respectively, by the corresponding unit amplifier circuits of the sense amplifier SA. After being amplified and converted into a high-level or low-level binary read signal, the inter-electrode capacitance of the ferroelectric capacitors of the n + 1 pairs of ferroelectric memory cells coupled to the word line WL0 is rewritten. As a result, the shadow RAM can shift to the volatile mode using the accumulated charges of the interelectrode capacitance, the number of polarization inversions of the ferroelectric memory cell can be reduced, and the service life of the shadow RAM can be lengthened. .

【0071】図13には、この発明が適用されたシャド
ーRAMに含まれるメモリアレイ及びその周辺部の第2
の実施例の部分的な回路図が示されている。なお、この
実施例のシャドーRAMは、前記図1ないし図12の実
施例を基本的に踏襲するものであるため、これと異なる
部分についてのみ説明を追加する。
FIG. 13 shows a second part of the memory array and its peripheral part included in the shadow RAM to which the present invention is applied.
2 is a partial circuit diagram of the embodiment of FIG. Since the shadow RAM of this embodiment basically follows the embodiment of FIGS. 1 to 12, only the parts different from this will be described.

【0072】図13において、この実施例のシャドーR
AMは、相補共通データ線CD*つまりセンスアンプS
Aと相補共通データ線CDS*つまりはメインアンプM
Aとの間に設けられる共通データ線切り換え回路SC
(共通データ線反転回路)を備え,前記実施例のビット
線接続切り換え回路SL及びSRは、シェアド制御信号
SHL又はSHRを受けるシェアドMOSFETNK及
びNLあるいはNM及びNNに置き換えられる。共通デ
ータ線切り換え回路SCは、相補共通データ線CD*の
非反転及び反転信号線と相補共通データ線CDS*の非
反転及び反転信号線つまりはメインアンプMAの非反転
及び反転入出力ノードとの間にそれぞれ設けられそのゲ
ートに図示されない共通データ線切り換え制御回路から
共通データ線切り換え制御信号SCTを受けるNチャン
ネルMOSFETNG及びNHと、相補共通データ線C
D*の非反転及び反転信号線と相補共通データ線CDS
*の反転及び非反転信号線つまりはメインアンプMAの
反転及び非反転入出力ノードとの間にそれぞれ設けられ
そのゲートに共通データ線切り換え制御信号SCBを受
けるNチャンネルMOSFETNI及びNJとを含む。
なお、この実施例のシャドーRAMは、さらに図示され
ない共通データ線切り換え状態記憶回路(切り換え状態
記憶回路)を含み、共通データ線切り換え制御回路は、
この共通データ線切り換え状態記憶回路の出力信号を受
けて選択的に共通データ線切り換え制御信号SCT及び
SCBを形成する。
In FIG. 13, the shadow R of this embodiment is
AM is a complementary common data line CD *, that is, a sense amplifier S
Common data line CDS * complementary to A, that is, main amplifier M
Common data line switching circuit SC provided between A and A
The bit line connection switching circuits SL and SR of the above-described embodiment are replaced with shared MOSFETs NK and NL or NM and NN which receive the shared control signal SHL or SHR. The common data line switching circuit SC connects the non-inverting and inverting signal lines of the complementary common data line CD * and the non-inverting and inverting signal lines of the complementary common data line CDS *, that is, the non-inverting and inverting input / output nodes of the main amplifier MA. Complementary common data line C and N channel MOSFETs NG and NH which are respectively provided between and receive a common data line switching control signal SCT from a common data line switching control circuit (not shown)
Non-inverted and inverted signal lines of D * and complementary common data line CDS
Inverted and non-inverted signal lines of *, that is, N-channel MOSFETs NI and NJ which are respectively provided between the inverted and non-inverted input / output nodes of the main amplifier MA and receive the common data line switching control signal SCB at their gates.
The shadow RAM of this embodiment further includes a common data line switching state storage circuit (switching state storage circuit) (not shown), and the common data line switching control circuit is
Upon receiving the output signal of the common data line switching state storage circuit, the common data line switching control signals SCT and SCB are selectively formed.

【0073】これにより、相補共通データ線CD*の非
反転及び反転信号線は、共通データ線切り換え制御信号
SCTがハイレベルとされることで、相補共通データ線
CDS*の非反転及び反転信号線つまりはメインアンプ
MAの非反転及び反転入出力ノードに非反転接続され、
共通データ線切り換え制御信号SCBがハイレベルとさ
れることで、相補共通データ線CDS*の反転及び非反
転信号線つまりはメインアンプMAの反転及び非反転入
出力ノードに反転接続されるものとなる。この結果、メ
モリアレイARYL又はARYRの順次選択される1個
のメモリセルを単位として、保持データの反転書き換え
が可能となり、前記実施例と同様な効果を得ることがで
きるものとなる。なお、本実施例の場合、ビット線接続
切り換え回路としてシャドーRAMに追加すべきMOS
FETの数は飛躍的に少なくなるが、保持データの反転
書き換えに要する時間は比較的長くなる。
As a result, the non-inverted and inverted signal lines of the complementary common data line CD * are set to the non-inverted and inverted signal lines of the complementary common data line CDS * by setting the common data line switching control signal SCT to the high level. That is, the non-inverting and inverting input / output nodes of the main amplifier MA are non-inverting connected,
When the common data line switching control signal SCB is set to the high level, it is inverted and connected to the inverted and non-inverted signal lines of the complementary common data line CDS *, that is, the inverted and non-inverted input / output nodes of the main amplifier MA. . As a result, the retained data can be inverted and rewritten in units of one sequentially selected memory cell of the memory array ARYL or ARYR, and the same effect as the above embodiment can be obtained. In the case of this embodiment, a MOS to be added to the shadow RAM as a bit line connection switching circuit.
Although the number of FETs is drastically reduced, the time required to invert and rewrite the held data is relatively long.

【0074】以上の実施例から得られる作用効果は、下
記の通りである。すなわち、 (1)強誘電体キャパシタを含む強誘電体型のメモリセ
ルが格子状に配置されてなるメモリアレイをその基本構
成要素とし、揮発モード及び不揮発モードで使用可能な
シャドーRAM等の強誘電体メモリに、例えば二対の切
り換えMOSFETをそれぞれ含み、メモリアレイの各
相補ビット線の非反転及び反転信号線とセンスアンプの
対応する単位増幅回路の非反転及び反転入出力ノードと
の間を選択的に非反転又は反転接続しうるビット線反転
回路と、これらのビット線反転回路による相補ビット線
及び単位増幅回路間の接続が非反転又は反転接続のいず
れにあるかを記憶する切り換え状態記憶回路とを設け、
例えばリフレッシュ動作が行われるごとに、その実質的
な論理値を変えることなくメモリセルの保持データをワ
ード線単位で反転し、書き換えることで、保持データの
実質的な論理値が変化しない場合でも、強誘電体キャパ
シタの電極間に印加されるパルスの極性を所定周期で反
転させることができるという効果が得られる。
The operation and effect obtained from the above embodiment are as follows. That is, (1) a ferroelectric memory such as a shadow RAM that can be used in a volatile mode and a non-volatile mode with a memory array in which ferroelectric type memory cells including a ferroelectric capacitor are arranged in a grid as a basic constituent element. The memory includes, for example, two pairs of switching MOSFETs, and selectively connects between the non-inverting and inverting signal lines of each complementary bit line of the memory array and the non-inverting and inverting input / output nodes of the corresponding unit amplifier circuit of the sense amplifier. A bit line inverting circuit capable of non-inverting or inverting connection, and a switching state storage circuit for storing whether the connection between the complementary bit line and the unit amplifier circuit by these bit line inverting circuits is non-inverting or inverting connection. Is provided
For example, even when the refresh operation is performed, the data held in the memory cell is inverted and rewritten in word line units without changing the substantial logical value, and even if the actual logical value of the held data does not change, The polarity of the pulse applied between the electrodes of the ferroelectric capacitor can be inverted at a predetermined cycle.

【0075】(2)上記(1)項により、インプリント
による強誘電体キャパシタの情報保持特性の偏り・劣化
を防止することができるという効果が得られる。 (3)上記(1)項及び(2)項により、シャドーRA
Mを含む強誘電体メモリの信頼性を高めることができる
という効果が得られる。 (4)上記(1)項ないし(3)項において、ビット線
反転回路を構成する切り換えMOSFETをシェアドセ
ンス用のシェアドMOSFETとして兼用することで、
ビット線接続切り換え回路が設けられることによるシャ
ドーRAMのチップサイズの増加を抑制することができ
るという効果が得られる。
(2) According to the above item (1), it is possible to prevent the imbalance and deterioration of the information holding characteristic of the ferroelectric capacitor due to imprinting. (3) Shadow RA according to the above (1) and (2)
The effect that the reliability of the ferroelectric memory containing M can be improved is obtained. (4) In the above items (1) to (3), the switching MOSFET forming the bit line inverting circuit is also used as a shared MOSFET for shared sense,
The effect that the increase in the chip size of the shadow RAM due to the provision of the bit line connection switching circuit can be suppressed can be obtained.

【0076】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、この発明は、上記実
施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例え
ば、図1において、シャドーRAMは、シェアドセンス
方式を採ることを必須条件とはしない。また、メモリア
レイARYL及びARYRは、その直接周辺回路を含め
て複数のメモリマットに分割することができる。さら
に、シャドーRAMは、例えば×4ビット,×8ビット
あるいは×16ビット等、任意のビット構成を採りうる
し、そのブロック構成や起動制御信号及び内部制御信号
の名称,組み合わせ及び有効レベルならびに電源電圧の
極性等は、種々の実施形態を採りうる。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. For example, in FIG. 1, the shadow RAM does not require the shared sense method as an essential condition. Further, the memory arrays ARYL and ARYR can be divided into a plurality of memory mats including their direct peripheral circuits. Furthermore, the shadow RAM may have any bit configuration such as x4 bits, x8 bits or x16 bits, and its block configuration, names of start control signals and internal control signals, combinations and effective levels, and power supply voltage. For the polarity and the like, various embodiments can be adopted.

【0077】図2において、ビット線接続切り換え回路
SL及びSRの切り換えMOSFETは、Pチャンネル
型に置き換えることができるし、その具体的回路構成も
任意である。シャドーRAMは、いわゆる1セル・1ト
ランジスタ型等の各種アレイ構成を採りうるし、メモリ
アレイARYL及びARYRならびにセンスアンプSA
の具体的構成及びMOSFETの導電型等も、任意であ
る。
In FIG. 2, the switching MOSFETs of the bit line connection switching circuits SL and SR can be replaced with a P-channel type, and their specific circuit configuration is also arbitrary. The shadow RAM can take various array configurations such as so-called 1-cell / 1-transistor type, and the memory arrays ARYL and ARYR and the sense amplifier SA.
The specific configuration of, the conductivity type of the MOSFET, and the like are also arbitrary.

【0078】図3において、強誘電体メモリセルの情報
保持特性は標準的な例であって、この発明に制約を与え
るものではない。図4において、シャドーRAMの反転
書き換えは、リフレッシュ動作の所定数回に1回だけ実
行してもよい。また、これらの反転書き換えは、リフレ
ッシュ動作とは独立に実行してもよいし、厳密な周期で
行うことを必須条件ともしない。リフレッシュ動作によ
る反転書き換えがどのワード線まで進んだかを記憶する
手段が設けられる場合、リフレッシュ動作の途中で通常
のアクセスを受け付けることができる。図5において、
ビット線切り換え制御回路BLCCの具体的構成は、そ
の基本的論理条件が満たされる限りにおいて種々の実施
形態を採りうる。また、切り換え状態記憶回路となるビ
ット線切り換え状態記憶回路BLCMのフリップフロッ
プBLCFは、例えばメモリアレイARYL又はARY
Rの特定番地にある強誘電体メモリセルをもって代用し
てもよい。この場合、メモリアレイ及びセンスアンプ間
の接続状態は電源電圧切断後も保持されるため、図11
のようなストアモードを実行する必要はなくなる。図7
ないし図12において、各起動制御信号,内部制御信号
ならびに内部信号の絶対的な時間関係やレベル等は、こ
れらの実施例による制約を受けないし、その有効レベル
も同様である。図13において、共通データ線切り換え
回路SCの具体的構成は、この実施例の限りではない。
In FIG. 3, the information retention characteristic of the ferroelectric memory cell is a standard example, and does not impose any restriction on the present invention. In FIG. 4, the inversion rewriting of the shadow RAM may be executed only once every predetermined number of refresh operations. Further, these inversion rewriting may be executed independently of the refresh operation, and it is not an indispensable condition to perform it in a strict cycle. When a means for storing which word line the inversion rewriting by the refresh operation has proceeded to is provided, a normal access can be accepted during the refresh operation. In FIG.
The specific configuration of the bit line switching control circuit BLCC can take various embodiments as long as its basic logical condition is satisfied. Further, the flip-flop BLCF of the bit line switching state storage circuit BLCM, which is the switching state storage circuit, is, for example, the memory array ARYL or ARY.
A ferroelectric memory cell located at a specific address of R may be used instead. In this case, the connection state between the memory array and the sense amplifier is maintained even after the power supply voltage is cut off.
There is no need to run store mode like. Figure 7
12 to 12, the activation control signal, the internal control signal, and the absolute time relations and levels of the internal signals are not restricted by these embodiments, and the effective levels thereof are also the same. In FIG. 13, the specific configuration of the common data line switching circuit SC is not limited to this embodiment.

【0079】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野であるシャ
ドーRAMに適用した場合について説明したが、それに
限定されるものではなく、例えば、揮発モードで使用さ
れることのない通常の強誘電体メモリやこれらの強誘電
体メモリを内蔵するシングルチップマイクロコンピュー
タ等にも適用できる。この発明は、少なくとも強誘電体
キャパシタを含む強誘電体メモリセルが格子状に配置さ
れてなるメモリアレイを基本構成要素とする強誘電体メ
モリならびにこれを含む装置又はシステムに広く適用で
きる。
In the above description, the case where the invention made by the present inventor is mainly applied to the shadow RAM which is the field of use which is the background of the invention has been described. However, the invention is not limited thereto, and, for example, in the volatile mode. The present invention can be applied to a normal ferroelectric memory that is never used, a single-chip microcomputer incorporating these ferroelectric memories, and the like. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied to a ferroelectric memory having a memory array in which ferroelectric memory cells including at least a ferroelectric capacitor are arranged in a lattice as a basic constituent element, and an apparatus or system including the same.

【0080】[0080]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、強誘電体キャパシタを含む
強誘電体型のメモリセルが格子状に配置されてなるメモ
リアレイをその基本構成要素とし、揮発モード及び不揮
発モードで使用可能なシャドーRAM等の強誘電体メモ
リに、例えば二対の切り換えMOSFETをそれぞれ含
み、メモリアレイの各相補ビット線の非反転及び反転信
号線とセンスアンプの対応する単位増幅回路の非反転及
び反転入出力ノードとの間を選択的に非反転又は反転接
続しうるビット線反転回路と、これらのビット線反転回
路による相補ビット線及び単位増幅回路間の接続が非反
転又は反転接続のいずれにあるかを記憶する切り換え状
態記憶回路とを設け、例えばリフレッシュ動作が行われ
るごとに、その実質的な論理値を変えることなくメモリ
セルの保持データをワード線単位で反転し、書き換える
ことで、保持データの実質的な論理値が変化しない場合
でも、強誘電体キャパシタの電極間に印加されるパルス
の極性を所定周期で反転させることがてきるため、イン
プリントによる強誘電体キャパシタの情報保持特性の偏
り・劣化を防止し、シャドーRAM等の信頼性を高める
ことができる。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, a ferroelectric memory, such as a shadow RAM, which can be used in a volatile mode and a non-volatile mode, has a memory array in which ferroelectric memory cells including a ferroelectric capacitor are arranged in a grid as a basic constituent element. For example, it includes two pairs of switching MOSFETs, and selectively non-inverts between the non-inverting and inverting signal lines of each complementary bit line of the memory array and the non-inverting and inverting input / output nodes of the corresponding unit amplifier circuit of the sense amplifier. Alternatively, a bit line inversion circuit capable of inverting connection and a switching state storage circuit for storing whether the connection between the complementary bit line and the unit amplifier circuit by these bit line inversion circuits is non-inverting or inverting connection are provided, For example, each time a refresh operation is performed, the data held in the memory cells is retained in word line units without changing the actual logical value. Since the polarity of the pulse applied between the electrodes of the ferroelectric capacitor can be inverted in a predetermined cycle even if the actual logical value of the held data does not change by inverting and rewriting, It is possible to prevent the bias and deterioration of the information holding characteristics of the ferroelectric capacitor and improve the reliability of the shadow RAM and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明が適用されたシャドーRAMの一実施
例を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a shadow RAM to which the present invention is applied.

【図2】図1のシャドーRAMに含まれるメモリアレイ
及びその周辺部の一実施例を示す部分的な回路図であ
る。
FIG. 2 is a partial circuit diagram showing one embodiment of a memory array included in the shadow RAM of FIG. 1 and a peripheral portion thereof;

【図3】図2のメモリアレイを構成する強誘電体メモリ
セルの一実施例を示す情報保持特性図である。
FIG. 3 is an information holding characteristic diagram showing one embodiment of a ferroelectric memory cell constituting the memory array of FIG. 2;

【図4】図1のシャドーRAMの動作モードを説明する
ための一実施例を示す概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an embodiment for explaining an operation mode of the shadow RAM shown in FIG.

【図5】図1のシャドーRAMに含まれるビット線切り
換え状態記憶回路及びビット線切り換え制御回路の一実
施例を示す回路図である。
5 is a circuit diagram showing an embodiment of a bit line switching state storage circuit and a bit line switching control circuit included in the shadow RAM of FIG.

【図6】図5のビット線切り換え制御回路の一実施例を
示す動作条件図である。
6 is an operating condition diagram showing an embodiment of the bit line switching control circuit of FIG.

【図7】図1のシャドーRAMの揮発モードによる書き
込み動作の一実施例を示す信号波形図である。
7 is a signal waveform diagram showing an example of a write operation in a volatile mode of the shadow RAM of FIG.

【図8】図1のシャドーRAMの揮発モードによる読み
出し動作の一実施例を示す信号波形図である。
8 is a signal waveform diagram showing an embodiment of a read operation in a volatile mode of the shadow RAM of FIG.

【図9】図1のシャドーRAMのリフレッシュモードに
よる先頭ワード線に関する反転書き換え動作の一実施例
を示す信号波形図である。
9 is a signal waveform diagram showing an embodiment of an inversion rewriting operation on a leading word line in a refresh mode of the shadow RAM of FIG.

【図10】図1のシャドーRAMのリフレッシュモード
による最終ワード線に関する反転書き換え動作の一実施
例を示す信号波形図である。
10 is a signal waveform diagram showing an embodiment of an inversion rewriting operation on a final word line in a refresh mode of the shadow RAM of FIG.

【図11】図1のシャドーRAMのストアモードによる
最終ワード線に関する反転修復動作の一実施例を示す信
号波形図である。
11 is a signal waveform diagram showing an embodiment of an inversion repair operation for a final word line in a store mode of the shadow RAM of FIG.

【図12】図1のシャドーRAMのリコールモードによ
る揮発モードへの変換動作の一実施例を示す信号波形図
である。
12 is a signal waveform diagram showing an example of an operation of converting the shadow RAM of FIG. 1 to a volatile mode in a recall mode.

【図13】この発明が適用されたシャドーRAMに含ま
れるメモリアレイ及びその周辺部の第2の実施例を示す
部分的な回路図である。
FIG. 13 is a partial circuit diagram showing a second embodiment of a memory array and its peripheral portion included in a shadow RAM to which the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

ARYL,ARYR……メモリアレイ、XDL,XDR
……Xアドレスデコーダ、XL……Xアドレスラッチ、
AB……アドレスバッファ、RFC……リフレッシュカ
ウンタ、SA……センスアンプ、SL,SR……ビット
線接続切り換え回路(ビット線反転回路)、BLCC…
…ビット線切り換え制御回路、BLCM……ビット線切
り換え状態記憶回路、YD……Yアドレスデコーダ、Y
L……Yアドレスラッチ、MA……メインアンプ、IB
……入力バッファ、OB……出力バッファ、CG……ク
ロック発生回路、MC……モード切り換え回路。Din
……データ入力端子、Dout……データ出力端子、R
ASB……ロウアドレスストローブ信号入力端子、CA
SB……カラムアドレスストローブ信号入力端子、WE
B……ライトイネーブル信号入力端子、OEB……出力
イネーブル信号入力端子、MOD0〜MOD1……モー
ド制御信号入力端子、A0〜Ai……アドレス入力端
子。WL0〜WLm,WR0〜WRm……ワード線、B
L0*〜BLn*,BR0*〜BRn*……相補ビット
線、Qp,Qn……アドレス選択MOSFET、Cp,
Cn……強誘電体キャパシタ、VP……プレート電圧、
VC……プリチャージ電圧、BS0*〜BSn*……セ
ンスアンプ相補入出力ノード、SHLT,SHLB,S
HRT,SHRB……シェアド制御信号、PC……プリ
チャージ制御信号、CSP,CSN……コモンソース
線、YS0〜YSn……ビット線選択信号、CD*……
相補共通データ線。VOM(揮発モード)、RECM
(リコールモード)、STRM(ストアモード)……モ
ード指定用内部信号、tref……リフレッシュ周期。
ASLC……アレイ選択回路、ASL,ASR……アレ
イ選択信号、BLCF……フリップフロップ。SHL,
SHR……シェアド制御信号、CDS*……相補共通デ
ータ線、SC……共通データ線切り換え回路。N1〜N
N……NチャンネルMOSFET、P1〜P2……Pチ
ャンネルMOSFET、V1〜V2……インバータ、N
A1〜NA2……ナンド(NAND)ゲート、NO1〜
NO4……ノア(NOR)ゲート。
ARYL, ARYR ... Memory array, XDL, XDR
... X address decoder, XL ... X address latch,
AB ... Address buffer, RFC ... Refresh counter, SA ... Sense amplifier, SL, SR ... Bit line connection switching circuit (bit line inverting circuit), BLCC ...
... bit line switching control circuit, BLCM ... bit line switching state storage circuit, YD ... Y address decoder, Y
L ... Y address latch, MA ... main amplifier, IB
...... Input buffer, OB ... Output buffer, CG ... Clock generation circuit, MC ... Mode switching circuit. Din
…… Data input terminal, Dout …… Data output terminal, R
ASB: Row address strobe signal input terminal, CA
SB: Column address strobe signal input terminal, WE
B ... write enable signal input terminal, OEB ... output enable signal input terminal, MOD0-MOD1 ... mode control signal input terminal, A0-Ai ... address input terminal. WL0 to WLm, WR0 to WRm ... Word line, B
L0 * to BLn *, BR0 * to BRn * ... Complementary bit lines, Qp, Qn ... Address selection MOSFET, Cp,
Cn ... Ferroelectric capacitor, VP ... Plate voltage,
VC ... Precharge voltage, BS0 * to BSn * ... Sense amplifier complementary input / output nodes, SHLT, SHLB, S
HRT, SHRB ... Shared control signal, PC ... Precharge control signal, CSP, CSN ... Common source line, YS0-YSn ... Bit line selection signal, CD * ...
Complementary common data line. VOM (volatile mode), RECM
(Recall mode), STRM (store mode) ... internal signal for mode designation, tref ... refresh cycle.
ASLC ... Array selection circuit, ASL, ASR ... Array selection signal, BLCF ... Flip-flop. SHL,
SHR: Shared control signal, CDS *: Complementary common data line, SC: Common data line switching circuit. N1 to N
N ... N-channel MOSFET, P1-P2 ... P-channel MOSFET, V1-V2 ... Inverter, N
A1-NA2 ... NAND gate, NO1-
NO4 ... NOR gate.

フロントページの続き (72)発明者 梶谷 一彦 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 成井 誠司 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 鈴木 津幸 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 青木 康伸 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内Front Page Continuation (72) Inventor Kazuhiko Kajiya 2326 Imai, Ome City, Tokyo, Hitachi Device Development Center (72) Inventor Seiji Narui 2326 Imai, Ome City, Tokyo, Hitachi Device Development Center (72) ) Inventor Tsuyuki Suzuki 5-20-1, Kamimizuhoncho, Kodaira-shi, Tokyo Within Hiritsu Cho-LS Engineering Co., Ltd. (72) Innovator Yasunobu Aoki 5-20, Kamimizuhoncho, Kodaira-shi, Tokyo No. 1 Hitate Super LSI Engineering Co., Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 強誘電体キャパシタを含むメモリセルが
格子状に配置されてなるメモリアレイを具備し、その実
質的な論理値を変えることなくメモリセルの保持データ
を反転して書き換えうることを特徴とする強誘電体メモ
リ。
1. A memory array comprising memory cells including ferroelectric capacitors arranged in a lattice, wherein data held in the memory cells can be inverted and rewritten without changing a substantial logical value thereof. Characteristic ferroelectric memory.
【請求項2】 上記保持データの反転書き換えは、所定
の周期で行われるものであることを特徴とする請求項1
の強誘電体メモリ。
2. The inversion rewriting of the held data is performed at a predetermined cycle.
Ferroelectric memory.
【請求項3】 上記メモリアレイは、直交して配置され
るワード線及び相補ビット線を含むものであり、上記メ
モリセルの情報蓄積ノードは、アドレス選択MOSFE
Tを介して対応する相補ビット線の非反転又は反転信号
線に結合されるものであって、上記強誘電体メモリは、
上記相補ビット線に対応して設けられる単位増幅回路を
含むセンスアンプと、上記相補ビット線の非反転及び反
転信号線と対応する上記単位増幅回路の非反転及び反転
入出力ノードあるいは反転及び非反転入出力ノードとの
間にそれぞれ設けられる二対の切り換えMOSFETを
含み相補ビット線の非反転及び反転信号線と対応する単
位増幅回路の非反転及び反転入出力ノードとの間を選択
的に非反転又は反転接続しうるビット線反転回路と、上
記ビット線反転回路による相補ビット線及び単位増幅回
路間の接続が非反転又は反転接続のいずれにあるかを記
憶する切り換え状態記憶回路とを具備するものであるこ
とを特徴とする請求項1又は請求項2の強誘電体メモ
リ。
3. The memory array includes word lines and complementary bit lines arranged orthogonally, and the information storage node of the memory cell is an address selection MOSFE.
The ferroelectric memory is coupled via T to a non-inversion or inversion signal line of a corresponding complementary bit line,
A sense amplifier including a unit amplifier circuit provided corresponding to the complementary bit line, and a non-inverting and inverting input / output node or inverting and non-inverting node of the unit amplifier circuit corresponding to the non-inverting and inverting signal lines of the complementary bit line. Including two pairs of switching MOSFETs respectively provided between the I / O node and the non-inverting and inverting signal lines of the complementary bit line and the non-inverting and inverting input / output nodes of the corresponding unit amplifier circuit, selectively non-inverting Or a bit line inversion circuit capable of inverting connection, and a switching state storage circuit for storing whether the connection between the complementary bit line and the unit amplifier circuit by the bit line inversion circuit is non-inverting or inverting connection The ferroelectric memory according to claim 1 or 2, wherein
【請求項4】 上記強誘電体メモリは、シェアドセンス
方式を採るものであり、上記センスアンプは、その両側
に設けられる一対の上記メモリアレイにより共有される
ものであって、上記ビット線反転回路の切り換えMOS
FETは、シェアドセンスのためのシェアドMOSFE
Tとして兼用されるものであることを特徴とする請求項
1,請求項2又は請求項3の強誘電体メモリ。
4. The ferroelectric memory adopts a shared sense system, and the sense amplifier is shared by a pair of the memory arrays provided on both sides thereof, and the bit line inversion circuit. Switching MOS
FET is a shared MOSFE for shared sense
4. The ferroelectric memory according to claim 1, wherein the ferroelectric memory is also used as T.
【請求項5】 上記強誘電体メモリは、揮発モード及び
不揮発モードを有するシャドーRAMであり、上記保持
データの反転書き換えは、上記シャドーRAMの揮発モ
ードにおけるリフレッシュ動作に際してワード線単位で
行われるものであって、上記リフレッシュ動作は、少な
くとも上記メモリアレイの一方を構成する所定数のワー
ド線を単位として連続的に行われるものであることを特
徴とする請求項1,請求項2,請求項3又は請求項4の
強誘電体メモリ。
5. The ferroelectric memory is a shadow RAM having a volatile mode and a non-volatile mode, and the inversion rewriting of the held data is performed in word line units during a refresh operation in the volatile mode of the shadow RAM. Therefore, the refresh operation is continuously performed in units of a predetermined number of word lines constituting at least one of the memory arrays. The ferroelectric memory according to claim 4.
【請求項6】 上記強誘電体メモリは、指定される上記
相補ビット線が選択的に接続される相補共通データ線
と、上記相補共通データ線の非反転及び反転信号線とメ
インアンプの非反転及び反転入出力ノードあるいは反転
及び非反転入出力ノードとの間にそれぞれ設けられる二
対の切り換えMOSFETを含み相補共通データ線の非
反転及び反転信号線とメインアンプの非反転及び反転入
出力ノードとの間を選択的に非反転又は反転接続しうる
共通データ線反転回路と、上記共通データ線反転回路に
よる相補共通データ線及びメインアンプ間の接続が非反
転又は反転接続のいずれにあるかを記憶する切り換え状
態記憶回路とを具備するものであることを特徴とする請
求項1又は請求項2の強誘電体メモリ。
6. The ferroelectric memory includes a complementary common data line to which the specified complementary bit line is selectively connected, non-inversion and inversion signal lines of the complementary common data line, and non-inversion of a main amplifier. And an inverting input / output node or an inverting and non-inverting input / output node, and two pairs of switching MOSFETs respectively provided between the complementary common data line non-inverting and inverting signal line and the main amplifier non-inverting and inverting input / output node. A common data line inverting circuit that can selectively connect non-inverting or inverting connection between the two, and whether the connection between the complementary common data line and the main amplifier by the common data line inverting circuit is non-inverting or inverting connection 3. The ferroelectric memory according to claim 1 or 2, further comprising:
【請求項7】 上記強誘電体メモリは、その電源切断等
に先立って、上記ビット線反転回路又は共通データ線反
転回路による相補ビット線及び単位増幅回路間あるいは
相補共通データ線及びメインアンプ間の接続を非反転接
続状態に戻すためのストアモードを有するものであるこ
とを特徴とする請求項1,請求項2,請求項3,請求項
4,請求項5又は請求項6の強誘電体メモリ。
7. The ferroelectric memory, between the complementary bit line and the unit amplifier circuit by the bit line inversion circuit or the common data line inversion circuit, or between the complementary common data line and the main amplifier, before the power supply is cut off or the like. 7. A ferroelectric memory according to claim 1, claim 2, claim 3, claim 4, claim 5, or claim 6 having a store mode for returning the connection to a non-inverting connection state. .
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