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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterspeicherbauelement und auf ein Verfahren zum Betreiben eines Halbleiterspeicherbauelements.
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Eine typische dynamische Speicherzelle umfasst einen Zugriffstransistor und einen Datenspeicherkondensator. Wenn der Datenspeicherkondensator geladen ist, ist ein Datenwert „1” gespeichert, während ein Datenwert „0” gespeichert ist, wenn keine Ladung im Datenspeicherkondensator geladen ist. Da die Ladung im Datenspeicherkondensator jedoch nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne verloren geht, sollte ein Wiederauffrischungsvorgang bzw. ein Wiederspeichervorgang ausgeführt werden.
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Zusätzlich muss Layoutfläche für Kondensatoren vorgesehen werden, wenn ein Speicherzellenfeld die typischen dynamischen Speicherzellen umfasst, da der Kondensator für die typische dynamische Speicherzelle erforderlich ist, so dass eine Grenze vorhanden ist, wie stark die Layoutfläche eines Halbleiterspeicherbauelements reduziert werden kann.
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Aus diesem Grund wurde ein Transistor mit einem Floating-Body vorgeschlagen. Bei diesem Transistor kann es erforderlich sein, dass der Floating-Body oder floatende Trägerkörper, der die Majoritätsträger speichert, aufgefrischt wird, da die gespeicherten Majoritätsträger nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne verloren sind. Daher verhält sich eine Speicherzelle, die einen Transistor mit einem Floating-Body aufweist, ähnlich wie ein Kondensator, obwohl die Speicherzelle, die einen Transistor mit dem Floating-Body umfasst, im Gegensatz zu einer typischen Speicherzelle keinen Kondensator umfasst, so dass sie als dynamische Speicherzelle verwendet werden kann.
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Mit anderen Worten, der Transistor mit dem Floating-Body bildet eine Speicherzelle. Daher weist das Halbleiterspeicherbauelement mit Speicherzellen, die Transistoren mit Floating-Body umfassen, eine kleinere Layoutfläche als ein Halbleiterspeicherbauelement auf, das typische Speicherzellen umfasst, vorausgesetzt, dass ein Halbleiterspeicherbauelement mit einer bestimmten Kapazität unter Verwendung von Speicherzellen gefertigt wird, die Transistoren mit Floating-Body umfassen.
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1 zeigt ein herkömmliches Halbleiterspeicherbauelement, das eine Speicherzelle mit einem Floating-Body umfasst. Das Halbleiterspeicherbauelement umfasst Speicherzellenfeldblöcke BLK1 und BLK2, Bitleitungsauswahlschaltkreise 10-11 bis 10-1m und 10-21 bis 10-2m, einen Referenzbitleitungsauswahlschaltkreis 12-1, Pegelbegrenzer 14-1 bis 14-m, 14-(m + 1), Abtastverstärker 16-1 bis 16-m, einen Referenzspannungsgenerator 18, Komparatoren COM1 bis COMm, Zwischenspeicher LA1 bis LAm, Rückschreibgatter WBG1 bis WBGm, Lesespaltenauswahlgatter RG1 bis RGm, Schreibspaltenauswahlgatter WG1 bis WGm und ein Referenzschreibspaltenauswahlgatter RWG.
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Jeder der Speicherzellenfeldblöcke BLK1 und BLK2 umfasst Speicherzellen MC und Referenzspeicherzellen RMC. Während eines Schreibvorgangs, wenn eine vorbestimmte Spannung von z. B. 1,5 V an die korrespondierende Wortleitung angelegt wird und eine Spannung, die höher als die vorbestimmte Spannung ist, d. h. höher als 1,5 V, an die korrespondierende Bitleitung angelegt wird, werden aufgrund einer Stoßionisation eine Anzahl von Elektronen-Löcher-Paaren in der Nähe eines Drains eines NMOS-Transistors der korrespondierenden Speicherzelle MC erzeugt. Hier werden die Elektronen im Drain des NMOS-Transistors absorbiert und die Löcher werden im Floating-Body gespeichert, so dass ein Datenwert „1” geschrieben wird. Das bedeutet, dass der NMOS-Transistor im Sättigungsbereich arbeitet, wenn der Datenwert „1” geschrieben wird. Andererseits werden, wenn eine vorbestimmte Spannung von z. B. 1,5 V an die korrespondierende Wortleitung angelegt wird, und eine Spannung, die niedriger als die vorbestimmte Spannung ist, z. B. –1,5 V, an die korrespondierende Bitleitung angelegt wird, der floatende Trägerkörper bzw. Floating-Body und der Drain des NMOS-Transistors in Durchlassrichtung vorgespannt, so dass die im Floating-Body gespeicherten Löcher überwiegend zum Drain entladen werden. Als Ergebnis wird ein Datenwert „0” geschrieben.
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Wenn der Datenwert „1” gespeichert ist, nimmt die Schwellspannung des NMOS-Transistors ab, und die Schwellspannung des NMOS-Transistors nimmt zu, wenn der Datenwert „0” gespeichert ist. Zusätzlich tritt während eines Lesevorgangs, wenn eine vorbestimmte Spannung von z. B. 1,5 V an die korrespondierende Wortleitung angelegt wird und eine Spannung von z. B. 0,2 V an die korrespondierende Bitleitung angelegt wird, um den NMOS-Transistor im linearen Bereich zu betreiben, eine Stromdifferenz in der korrespondierenden Bitleitung auf. Durch Abtasten der Stromdifferenz liest die Speicherzelle einen Datenwert „0” bzw. einen Datenwert „1”. Wenn die Speicherzelle den Datenwert „1” speichert, wird ein Bitleitungsstrom, der erzeugt wird, wenn der Datenwert „1” gelesen wird, aufgrund einer niedrigen Schwellspannung erhöht. Im Vergleich nimmt, wenn die Speicherzelle den Datenwert „0” speichert, ein Bitleitungsstrom, der erzeugt wird, wenn der Datenwert „0” gelesen wird, aufgrund einer hohen Schwellspannung ab.
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Jeder der Bitleitungsauswahlschaltkreise 10-11 bis 10-1m und 10-21 bis 10-2m wählt in Reaktion auf jedes der Bitleitungsauswahlsignale BS1 bis BSk eine der k Bitleitungen BL1 bis BLk von jedem der Subspeicherzellenfeldblöcke SBLK11 bis SBLK1m und SBLK21 bis SBLK2m aus und koppelt die ausgewählte Bitleitung mit einer korrespondierenden der Abtastbitleitungen SBL1 bis SBLm. Jeder der Referenzbitleitungsauswahlschaltkreise 12-1 und 12-2 verbindet in Reaktion auf ein korrespondierendes der Referenzbitleitungsauswahlsignale RBS1 und RBS2 Referenzbitleitungen RBL1 und RBL2 von jedem der Referenzspeicherzellenfeldblöcke RBLK1 und RBLK2 mit einer Referenzabtastbitleitung RSBL.
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Jeder der Pegelbegrenzer 14-1 bis 14-m und 14-(m + 1) unterbricht die Versorgung des korrespondierenden der Ströme Ic1 bis Ic(m + 1) zu der korrespondierenden der Abtastbitleitungen SBL1 bis SBLm und der Referenzabtastbitleitung RSBL, wenn die korrespondierende der Abtastbitleitungen SBL1 bis SBLm und die Referenzabtastbitleitung RSBL einen Spannungspegel aufweist, der höher als eine begrenzte Spannung VBLR ist. Das bedeutet, dass aufgrund der Pegelbegrenzer 14-1 bis 14-(m + 1) eine Spannung für einen Lesevorgang an die Bitleitungen BL1 bis BLk und die Referenzbitleitungen RBL1 und RBL2 angelegt wird, um das Fließen eines korrespondierenden der Ströme Ic1 bis Ic(m + 1) zu ermöglichen, wenn der Pegel der begrenzten Spannung VBLR auf 0,2 V gesetzt wird. Die begrenzte Spannung VBLR wird deshalb auf einen niedrigen Pegel von 0,2 V gesetzt, dass der NMOS-Transistor mit dem Floating-Body in einen gesättigten Zustand vorgespannt wird, wenn die begrenzte Spannung VBLR auf einen höheren Pegel als 0,2 V gesetzt wird, so dass aufgrund einer Stoßionisation fälschlicherweise ein Datenwert „1” gelesen werden kann, wenn ein Datenwert „0” gelesen wird. Der Referenzspannungsgenerator 18 erzeugt korrespondierend mit dem Strom Ic(m + 1) eine Referenzspannung VREF. Jeder der Abtastverstärker 16-1 bis 16-m tastet den korrespondierenden der Ströme Ic1 bis Icm ab und erzeugt korrespondierend mit dem abgetasteten Strom eine Spannung. Die vom Referenzspannungsgenerator 18 erzeugt Referenzspannung VREF liegt zwischen Spannungen, die mit dem Datenwert „0” und dem Datenwert „1” korrespondieren, die von jedem der Abtastverstärker 16-1 bis 16-m ausgegeben werden.
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Die Schreib- und Lesevorgänge des in 1 dargestellten Halbleiterspeicherbauelements werden nun beschrieben.
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Zuerst wird der Schreibvorgang der Referenzspeicherzellen RMC beschrieben.
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Wenn eine Spannung von 1,5 V an die Wortleitung Will angelegt wird und das Referenzbitleitungsauswahlsignal RBS1 aktiviert ist, wird die Referenzbitleitung RBL1 mit der Referenzabtastbitleitung RSBL gekoppelt. Wenn ein Referenzschreibspaltenauswahlsignal RWCSL aktiviert ist, wird ein NMOS-Transistor N7 angeschaltet und daher werden Daten, die zu einer Schreibdatenleitung WD übertragen werden, über die Referenzabtastbitleitung RSBL zur Referenzbitleitung RBL1 übertragen. In diesem Fall wird, wenn die Schreibdaten eine Spannung von –1,5 V aufweisen, der Datenwert „0” in die Referenzspeicherzelle RMC geschrieben, die zwischen der Wortleitung WL11 und der Referenzbitleitung RBL1 eingeschleift ist. Auf die gleiche Weise wird der Datenwert „0” in alle Referenzspeicherzellen RMC geschrieben, die zwischen anderen Wortleitungen und der Referenzbitleitung RBL1 eingeschleift sind. Zusätzlich wird der Datenwert „1” in alle Referenzspeicherzellen RMC geschrieben, die zwischen den Wortleitungen Will bis WL1 n und WL21 bis WL2n und der Referenzbitleitung RBL2 eingeschleift sind. In diesem Fall können die Schreibdaten eine Spannung von 1,5 V aufweisen.
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Mit anderen Worten, der Datenwert „0” wird in die Referenzspeicherzellen RMC geschrieben, die mit den Referenzbitleitungen RBL1 der entsprechenden Referenzspeicherzellenfeldblöcke RBLK1 und RBLK2 verbunden sind, und der Datenwert „1” wird in die Referenzspeicherzellen RMC geschrieben, die mit den Referenzbitleitungen RBL2 verbunden sind. Daher werden die mit den Referenzbitleitungen RBL1 und RBL2 der entsprechenden Referenzspeicherzellenfeldblöcke RBLK1 und RBLK2 verbundenen Referenzspeicherzellen RMC verwendet, um die Referenzspannung während des Lesevorgangs zu erzeugen.
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Nun wird der Schreibvorgang der Speicherzelle MC beschrieben. Wenn eine Spannung von 1,5 V an die Wortleitung WL11 angelegt wird und das Bitleitungsauswahlsignal BS1 aktiviert ist, wird die Bitleitung BL1 mit der Abtastbitleitung SBL1 verbunden. Wenn ein Schreibspaltenauswahlsignal WCSL1 aktiviert ist, wird ein NMOS-Transistor N6 angeschaltet. In diesem Fall wird, wenn eine Spannung von –1,5 V an die Schreibdatenleitung WD angelegt ist, die Spannung über die Abtastbitleitung SBL1 zur Bitleitung BL1 übertragen, so dass der Datenwert „0” in die Speicherzelle MC geschrieben wird, die zwischen der Wortleitung Will und der Bitleitung BL1 eingeschleift ist. Andererseits wird, wenn eine Spannung von 1,5 V an die Schreibdatenleitung WD angelegt wird, der Datenwert „1” geschrieben. Auf die gleiche Weise führen alle Speicherzellen MC den Schreibvorgang aus.
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Nun wird der Lesevorgang der Speicherzellen MC beschrieben. Wenn eine Spannung von 1,5 V an die Wortleitung WL11 angelegt wird und das Bitleitungsauswahlsignal BS1 aktiviert ist, wird die Bitleitung BL1 mit der Abtastbitleitung SBL1 verbunden, so dass ein Signal von der Bitleitung BL1 zur Abtastbitleitung SBL1 übertragen wird. In diesem Fall werden die Referenzbitleitungsauswahlsignale RBS1 und RBS2 gleichzeitig aktiviert und daher werden die Referenzbitleitungen RBL1 und RBL2 mit der Referenzabtastbitleitung RSBL verbunden und ein Signal wird von den Referenzbitleitungen RBL1 und RBL2 zur Referenzabtastbitleitung RSBL übertragen.
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Der Pegelbegrenzer 14-1 verhindert die Stromversorgung von einem Ausgabeknoten des Pegelbegrenzers 14-1 zur Abtastbitleitung SBL1, wenn die Abtastbitleitung SBL1 einen höheren Spannungspegel als die begrenzte Spannung VBLR aufweist, so dass die Abtastbitleitung SBL1 auf einem niedrigeren Spannungspegel als die begrenzte Spannung VBLR bleibt. Zudem erzeugt der Pegelbegrenzer 14-1 den Strom Ic1, der mit den in der Speicherzelle MC gespeicherten Daten korrespondiert. Der Pegelbegrenzer 14-(m + 1) verhindert die Stromversorgung von einem Ausgabeknoten des Pegelbegrenzers 14-(m + 1) zur Referenzabtastbitleitung RSBL, wenn die Referenzabtastbitleitung RSBL einen höheren Spannungspegel als die begrenzte Spannung VBLR aufweist, so dass die Referenzabtastbitleitung RSBL auf einem niedrigeren Spannungspegel als die begrenzte Spannung VBLR bleibt. Zudem erzeugt der Pegelbegrenzer 14-(m + 1) den Strom Ic(m + 1), der mit den in der Referenzspeicherzelle RMC gespeicherten Daten korrespondiert.
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Der Abtastverstärker 16-1 tastet den Strom Ic1 ab und erzeugt eine Abtastspannung sn1. Der Referenzspannungsgenerator 18 tastet den Strom Ic(m + 1) ab und erzeugt eine Referenzspannung VREF. Der Komparator COM1 wird in Reaktion auf das Abtastverstärkerfreigabesignal SEN freigegeben und vergleicht die Abtastspannung sn1, die vom Abtastverstärker 16-1 erzeugt wird, mit der Referenzspannung VREF und erzeugt Abtastdaten. Das bedeutet, dass der Komparator COM1 an einem korrespondierenden Knoten „a” ein Signal mit einem hohen Pegel ausgibt, wenn die durch den Abtastverstärker 16-1 erzeugte Abtastspannung sn1 niedriger als die Referenzspannung VREF ist. Umgekehrt gibt der Komparator COM1 am korrespondierenden Knoten „a” ein Signal mit einem niedrigen Pegel aus, wenn die Abtastspannung sn1 höher als die Referenzspannung VREF ist. Der Zwischenspeicher LA1 speichert die Abtastdaten.
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Zusätzlich werden NMOS-Transistoren N2 und N4 angeschaltet, wenn ein Lesespaltenauswahlsignal RCSL1 aktiviert wird. In diesem Fall wird ein NMOS-Transistor N5 angeschaltet, wenn der Knoten „a” auf einem hohen Pegel ist, und überträgt Daten mit einem niedrigen Pegel an eine invertierte Lesedatenleitung RDB. Andererseits wird ein NMOS-Transistor N3 angeschaltet, wenn ein Knoten „b” auf einem hohen Pegel ist, und überträgt Daten mit einem niedrigen Pegel an eine Lesedatenleitung RD. Das bedeutet, dass während des Lesevorgangs die Daten mit dem niedrigen Pegel zur Lesedatenleitung RD oder zur invertierten Lesedatenleitung RDB übertragen werden.
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Nach dem Lesevorgang, wenn das Schreibzurücksignal WB aktiviert ist, wird ein NMOS-Transistor N1 angeschaltet, so dass Daten mit einem hohen Pegel von der Abtastbitleitung SBL1 zur Bitleitung BL1 übertragen werden. Dadurch wird mit der Speicherzelle MC, die den Datenwert „1” speichert und zwischen der Wortleitung Will und der Bitleitung BL1 eingeschleift ist, ein Wiederauffrischungsvorgang ausgeführt. Auf die gleiche Weise führen alle Speicherzellen MC den Lesevorgang aus.
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Daher ist für ein herkömmliches Halbleiterspeicherbauelement, das Speicherzellen mit einem Floating-Body aufweist, eine komplizierte Schaltungskonfiguration erforderlich, die wie in 1 dargestellt Pegelbegrenzer, Abtastverstärker, Komparatoren, Zwischenspeicher und Rückschreibgatter aufweist, um einen Lesevorgang auszuführen.
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Zudem ist für das herkömmliche Halbleiterspeicherbauelement eine lange Zeitdauer erforderlich, um einen Wiederauffrischungsvorgang auszuführen. Dies liegt daran, dass eine zwischen einem Paar von Abtastbitleitungen eingeschleifte Schaltungskonfiguration, die für einen Lesevorgang oder einen Wiederauffrischungsvorgang verwendet wird, zwischen k Bitleitungspaaren geteilt wird. Mit anderen Worten, eine Wortleitung muss k-mal aktiviert werden, damit alle Speicherzellen den Widerauffrischungsvorgang ausführen können.
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Die
US 6,980,474 B2 zeigt ein Halbleiterspeicherbauelement mit unterschiedlichen Speicherzellenfeldblöcken, Isolationsgatterteilen und einem Abtastverstärker.
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Die
US 6,351,423 B2 zeigt ein Halbleiterspeicherbauelement mit einem globalen Datenbus, einem Speicherzellenfeld und internen Datenschreibschaltungen zwischen dem Bus und dem Speicherzellenfeld.
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Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Halbleiterspeicherbauelement und ein Verfahren zum Betreiben eines Halbleiterspeicherbauelements bereitzustellen, welche die Chipabmessungen und den Zeitbedarf für einen Wiederauffrischungsvorgang reduzieren.
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Die Erfindung löst dieses Problem durch Bereitstellung eines Halbleiterspeicherbauelements mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eines Verfahrens zum Betreiben eines Halbleiterspeicherbauelements mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, deren Wortlaut hiermit durch Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird, um unnötige Textwiederholungen zu vermeiden.
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Vorteilhafte, nachfolgend beschriebene Ausführungsformen der Erfindung sowie die zu deren besserem Verständnis oben erläuterten, herkömmlichen Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.
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Es zeigen:
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1 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Halbleiterspeicherbauelements, das eine Speicherzelle mit einem Floating-Body umfasst,
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2 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherbauelements,
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3 ein Zeitablaufdiagramm eines Referenzschreibvorgangs des in 2 dargestellten Halbleiterspeicherbauelements,
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4 ein Zeitablaufdiagramm eines Schreibvorgangs des in 2 dargestellten Halbleiterspeicherbauelements und
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5 ein Zeitablaufdiagramm eines Lesevorgangs des in 2 dargestellten Halbleiterspeicherbauelements.
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2 ist ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherbauelements. Das Halbleiterspeicherbauelement umfasst ein Speicherzellenfeld 100, einen Zeilendecoder 110, einen Spaltendecoder 120 und eine Steuereinheit 130, wobei das Speicherzellenfeld 100 Speicherzellenfeldblöcke BLK0 bis BLK(k + 1), Isolationsgatter IS0 bis IS(k + 1), Vorladeschaltungen PRE, Abtastverstärker PSA und NSA und Spaltenauswahlgatter CSG umfasst.
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In 2 bezeichnet jeder Block „SA” eine Abtastverstärkerschaltung, welche die Vorladeschaltung PRE, die Bitleitungsabtastverstärker PSA und NSA und die Spaltenauswahlgatter CSG umfasst.
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Die Vorladeschaltung PRE umfasst NMOS-Transistoren NI und N2. Der Abtastverstärker umfasst einen PMOS-Abtastverstärker PSA und einen NMOS-Abtastverstärker NSA. Der PMOS-Abtastverstärker PSA umfasst PMOS-Transistoren P1 und P2. Der NMOS-Abtastverstärker NSA umfasst NMOS-Transistoren N3 und N4. Das Spaltenauswahlgate CSG umfasst NMOS-Transistoren N5 und N6. Jedes der Isolationsgatter IS1 bis ISk umfasst NMOS-Transistoren N7 und N8.
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Das in 2 dargestellte Halbleiterspeicherbauelement ist so konfiguriert, dass zwei Datenpaare über zwei Datenleitungspaare eingegeben und ausgegeben werden können, die auf beiden Seiten der Speicherzellenfeldblöcke BLK1 bis BLKk angeordnet sind.
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In 2 umfasst jeder der Speicherzellenfeldblöcke BLK1 bis BLKk Referenz-NMOS-Transistoren RM und NMOS-Transistoren M. Jeder Referenz-NMOS-Transistor weist einen Floating-Body und ein Gate auf, die mit einer Referenzwortleitung RWL gekoppelt sind, sowie ein Drain, der mit einer der Bitleitungen BL1, BL2, ... gekoppelt ist, und eine Source auf, die mit einer gemeinsamen Sourceleitung gekoppelt ist. Jeder NMOS-Transistor M weist einen Floating-Body und ein Gate auf, die mit einer der Wortleitungen Will bis WL1 n gekoppelt sind, sowie ein Drain, der mit einer der Bitleitungen BL1, BL2, ... gekoppelt ist, und eine Source auf, die mit einer gemeinsamen Sourceleitung gekoppelt ist.
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Jeder der Speicherzellenfeldblöcke BLK0 und BLK(k + 1) umfasst Referenz-NMOS-Transistoren RM. Jeder Referenz-NMOS-Transistor weist einen Floating-Body und ein Gate, die mit einer Referenzwortleitungen RWL0 und RWL(k + 1) gekoppelt sind, sowie ein Drain, der mit einer der Bitleitungen BL1, BL2, ... gekoppelt ist, und eine Source auf, die mit einer gemeinsamen Sourceleitung gekoppelt ist. Die Referenz-NMOS-Transistoren RM bilden Referenzspeicherzellen und die NMOS-Transistoren M bilden Speicherzellen. Zudem ist die gemeinsame Sourceleitung mit einer Spannung gekoppelt, beispielsweise mit einer Massespannung.
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Obwohl unter Bezugnahme auf 2 die Speicherzellenfeldblöcke BLK0 und BLK(k + 1) derart beschrieben sind, dass sie sich von den Speicherzellenfeldblöcken BLK1 bis BLKk unterscheiden, können die Speicherzellenfeldblöcke BLK0 und BLK(k + 1) die gleiche Konfiguration wie die Speicherzellenfeldblöcke BLK1 bis BLKk aufweisen.
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Nun werden Funktionsweisen der entsprechenden in 2 dargestellten Blöcke beschrieben.
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In jeder der Speicherzellen M der Speicherzellenfeldblöcke BLK1 bis BLKk wird während eines Schreibvorgangs, wenn eine vorbestimmte Spannung von z. B. 1,6 V an die korrespondierende der Wortleitungen WL11 bis WLkn angelegt wird und eine höhere Spannung von z. B. 2,3 V an die korrespondierende der Bitleitungen BL1, BL2, ... angelegt wird, ein Datenwert „0” geschrieben. Zudem wird, wenn eine vorbestimmte Spannung von z. B. 1,6 V an die korrespondierende der Wortleitungen WL11 bis WLkn angelegt wird und eine niedrigere Spannung von z. B. –2,3 V an die korrespondierende der Bitleitungen BL1, BL2, ... angelegt wird, ein Datenwert „1” geschrieben. In jeder der Referenzspeicherzellen RM wird während eines Referenzschreibvorgangs eine vorbestimmte Spannung von z. B. 1,6 V an alle Wortleitungen RWL1 bis RWLk angelegt und eine vorbestimmte Spannung von z. B. 1,6 V wird an die korrespondierende der Bitleitungen BL1, BL2, ... angelegt, wobei Daten geschrieben werden, deren Wert zwischen dem Datenwert „1” und dem Datenwert „0” liegen. Daher weist die Speicherzelle M, in welcher der Datenwert „1” gespeichert ist, eine niedrige Schwellspannung auf, die Speicherzelle M, in welcher der Datenwert „0” gespeichert ist, weist eine hohe Schwellspannung auf und die Referenzspeicherzelle RM, in welcher Daten mit einem Pegel gespeichert sind, welcher zwischen dem Datenwert „1” und dem Datenwert „0” liegt, weist eine Zwischenschwellwertspannung auf.
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Zudem ändert sich während eines Lesevorgangs, wenn eine vorbestimmte Spannung von z. B. 1,6 V an die korrespondierenden der Wortleitungen Will bis WLkn angelegt wird, der Stromwert, der an die korrespondierende der Bitleitungen BL1, BL2, ... angelegt wird. Die NMOS-Transistoren N7 der Isolationsgatter IS1 bis ISk werden in Reaktion auf korrespondierende Isolationssteuersignale (IE1L1, IE1R1) bis (IEkL1, IEkR1) entsprechend angeschaltet. Zudem werden die NMOS-Transistoren N8 der Isolationsgatter IS1 bis ISk in Reaktion auf korrespondierende Isolationssteuersignale (IE1L2, IE1R2) bis (IEkL2, IEkR2) entsprechend angeschaltet.
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Die Vorladeschaltung PRE lädt das korrespondierende der Abtastbitleitungspaare (SBL1, SBL1B), (SBL2, SBL2B), ... in Reaktion auf das Vorladesteuersignal VPRE auf den Vorladespannungs(VBL)-Pegel auf. Der PMOS-Abtastverstärker PSA tastet einen niedrigen Spannungspegel auf einer Leitung des korrespondierenden Bitleitungspaares der Bitleitungspaare (BL1, BL1B), (BL2, BLB2), ... ab und verstärkt die abgetastete Spannung auf einen Spannungspegel LA. Der NMOS-Abtastverstärker NSA tastet einen hohen Spannungspegel auf einer Leitung des korrespondierenden Bitleitungspaares der Bitleitungspaare (BL1, BL1B), (BL2, BLB2), ... ab und verstärkt die abgetastete Spannung auf einen Spannungspegel LAB. Die Spannungen LA und LAB entsprechen während der Schreib- und Lesevorgänge beispielsweise 2,3 V bzw. –2,3 V. Zusätzlich entsprechen die Spannungen LA und LAB während des Referenzschreibvorgangs 1,6 V und 0 V oder –2,3 V. Die Spaltenauswahlgatter CSG übertragen in Reaktion auf das korrespondierende Spaltenauswahlsignal, das über die Spaltenauswahlsignalleitungen CSL1 bis CSLm übertragen wird, Daten zwischen den Abtastbitleitungspaaren (SBL1, SBL1B), (SBL2, SBL2B), ... und dem korrespondierenden der Datenpaare (D1, D1B), (D12, D12B), ..., und (D0k, D0kB).
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Der Zeilendecoder 110 decodiert eine erste Zeilenadresse RA1 in Reaktion auf einen Aktivierungsbefehl ACT und wählt eine der Wortleitungen WL11 bis WLkn aus und wählt gleichzeitig in Reaktion auf ein Referenzschreibbefehl RWR die Referenzwortleitungen RWL1 bis RWLk aus. Der Spaltendecoder 120 bezeichnet eine Spaltenadresse CA in Reaktion auf einen Lesebefehl RD oder einen Schreibbefehl WR und wählt eine der Spaltenauswahlleitungen CSL1 bis CSLm aus.
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Die Steuereinheit 130 empfängt eine zweite Zeilenadresse RA2 zusammen mit dem Aktivierungsbefehl ACT, aktiviert Isolationssteuersignale IE0R2, IE1L2, ..., und IE(k + 1)L2 in Reaktion auf den Referenzschreibbefehl RWR, um die NMOS-Transistoren N8 der Isolationsgatter IS0 bis IS(k + 1) anzuschalten, die auf beiden Seiten von allen Speicherzellenfeldblöcken BLK0 bis BLK(k + 1) angeordnet sind, sperrt das Vorladesteuersignal VPRE und legt die Abtastverstärkungsspannungen LA und LAB von beispielsweise 2,3 V bzw. 1,6 V an alle Abtastverstärkerschaltungen SA an. Zudem sperrt die Steuereinheit 130 das Vorladesteuersignal VPRE in Reaktion auf den Schreibbefehl WR, aktiviert die korrespondierenden Isolationssteuersignale, um die NMOS-Transistoren N8 der auf beiden Seiten der Speicherzellenfeldblöcke angeordneten Isolationsgatter anzuschalten, die durch die zweite Zeilenadresse RA2 bestimmt werden, und schaltet auch die NMOS-Transistoren N7 der Isolationsgatter von auf beiden Seiten zum bestimmten Speicherzellenfeldblock benachbart angeordneten Speicherzellenfeldblöcken an und legt die Abtastverstärkungsspannungen LA und LAB von beispielsweise 2,3 V und –2,3 V an die Abtastverstärkerschaltungen SA an, die auf beiden Seiten des bestimmten Speicherzellenfeldblocks angeordnet sind.
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Zusätzlich sperrt die Steuereinheit 130 das Vorladesteuersignal VPRE während einer ersten Periode in Reaktion auf den Lesebefehl RD, aktiviert die korrespondierenden Isolationssteuersignale, um die NMOS-Transistoren N7 der Isolationsgatter des durch die zweite Zeilenadresse RA2 bestimmten Speicherzellenfeldblock anzuschalten und schaltet die NMOS-Transistoren N8 der Isolationsgatter von auf beiden Seiten zum bestimmten Speicherzellenfeldblock benachbart angeordneten Speicherzellenfeldblöcken an, legt während einer zweiten Periode die Abtastverstärkungsspannungen LA und LAB an die Abtastverstärkerschaltungen SA an, die auf beiden Seiten des bestimmten Speicherzellenfeldblocks angeordnet sind, und aktiviert die korrespondierenden Isolationssteuersignale, um die NMOS-Transistoren N8 der Isolationsgatter von auf beiden Seiten zum bestimmten Speicherzellenfeldblock benachbart angeordneten Speicherzellenfeldblöcken während einer dritten Periode anzuschalten. Die Steuereinheit 130 aktiviert das Vorladesteuersignal VPRE und legt eine vorbestimmte Vorladespannung von z. B. 1,2 V oder 1,6 V vor und nach dem Referenzschreibvorgang, dem Schreibvorgang und dem Lesevorgang an.
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3 ist ein Zeitablaufdiagramm eines Referenzschreibvorgangs des in 2 dargestellten Halbleiterspeicherbauelements.
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Wenn der Referenzschreibbefehl RWR angelegt wird, aktiviert der Zeilendecoder 110 alle Referenzwortleitungsauswahlsignale, um alle Referenzwortleitungen RWL0 bis RWL(k + 1) auszuwählen. Es wird beispielsweise ein Spannung von 1,6 V an die Referenzwortleitungen RWL0 bis RWL(k + 1) angelegt. Die Steuereinheit 130 aktiviert die Isolationssteuersignale IE0R2, IE1L2, IE1R2, ..., und IE(k + 1)L2 und legt vorbestimmte Pegel der Spannungen LA und LAB zur Freigabe des Abtastvorgangs für alle Abtastverstärkerschaltungen SA an. Es wird beispielsweise eine Spannung LA von 2,3 V und eine Spannung LAB von 0 V oder 1,6 V angelegt. Als Reaktion werden die NMOS-Transistoren N8 der Isolationsgatter IS0 bis IS(k + 1) angeschaltet.
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Der Spaltendecoder 120 aktiviert alle Spaltenauswahlsignale, um alle Spaltenauswahlsignalleitungen CSL1 bis CSLm auszuwählen. Als Ergebnis werden die NMOS-Transistoren N5 und N6 von allen Spaltenauswahlgatter CSG angeschaltet. In diesem Fall wird eine Spannungsdifferenz zwischen den Abtastbitleitungspaaren (SBL1, SBL1B), (SBL2, SBL2B), ... erzeugt, wenn ein Datenpaar, beispielsweise Daten mit einem hohen Pegel und Daten mit einem niedrigen Pegel, über alle Paare von Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen D1/D1B bis Dk/DkB angelegt wird. Diese Spannungsdifferenz wird durch den PMOS-Abtastverstärker PSA und den NMOS-Abtastverstärker NSA verstärkt, so dass die Spannung LA an alle Abtastbitleitungen SBL1, SBL2, ... und die Spannung LAB an alle invertierten Abtastbitleitungen SBL1B, SBL2B, ... angelegt wird. Dadurch wird die Spannung LAB an alle Bitleitungen BL1, BL2, ... angelegt. Daraus resultiert, dass Daten, die einen Pegel zwischen dem Datenwert „1” und dem Datenwert „0” aufweisen, in allen Referenzspeicherzellen RM gespeichert werden, so dass alle Referenzspeicherzellen RM eine Schwellspannung aufweisen, die zwischen der Schwellspannung einer Speicherzelle, die den Datenwert „1” speichert, und der Schwellspannung einer Speicherzelle liegt, die den Datenwert „0” speichert. Somit werden die Referenzspeicherzellen RM während des Referenzschreibvorgangs beschrieben.
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4 ist ein Zeitablaufdiagramm des Schreibvorgangs des in 2 dargestellten Halbleiterspeicherbauelements, wenn der Datenwert „1” bzw. der Datenwert „0” in Speicherzellen MC geschrieben wird, die mit der Wortleitung WL11 und den Bitleitungen BL1 und BL2 des Speicherzellenfeldblocks BLK1 gekoppelt sind.
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Wenn der Aktivierungsbefehl ACT und die erste und zweite Adresse RA1 und RA2 angelegt werden, decodiert der Zeilendecoder 110 die erste Zeilenadresse RA1 und aktiviert die Wortleitung WL11. Es wird beispielsweise eine Spannung von 1,6 V an die Wortleitung Will angelegt. Die Steuereinheit 130 decodiert die zweite Zeilenadresse RA2 und aktiviert die Isolationssteuersignale IE1L2 und IE1R2. Zudem decodiert der Spaltendecoder 120 die Spaltenadresse CA und aktiviert die Spaltenauswahlsignalleitung CSL1, wenn der Schreibbefehl WR und die Spaltenadresse CA angelegt werden.
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In Reaktion auf den Schreibbefehl WR legt die Steuereinheit 130 die Spannung LA und LAB zur Freigabe des Betriebs der Abtastverstärkerschaltungen SA an, die auf beiden Seiten des Speicherzellenfeldblocks BLK1 angeordnet sind. Es wird beispielsweise eine Spannung LA von 2,3 V und eine Spannung LAB von –2,3 V angelegt. Dann werden die Spaltenauswahlgatter CSG angeschaltet, die auf beiden Seiten des Speicherzellenfeldblocks BLK1 angeordnet sind, und die NMOS-Transistoren N8 der auf beiden Seiten des Speicherzellenfeldblocks BLK1 angeordneten Isolationsgatter IS1 werden angeschaltet. Dadurch wird ein Datenleitungspaar (D1, D1B) und (D12, D12B) mit den korrespondierenden Abtastbitleitungspaaren (SBL1, SBL1B), (SBL2, SBL2B), ... gekoppelt und die korrespondierenden invertierten Abtastbitleitungen SBL1B und SBL2B werden mit den korrespondierenden Bitleitungen BL1 und BL2 des Speicherzellenfeldblocks BLK1 gekoppelt. Entsprechend wird ein Datenpaar, d. h. Daten mit einem niedrigen Pegel und Daten mit einem hohen Pegel, des Datenleitungspaars (D1, D1B) zum Abtastbitleitungspaar (SBL2, SBL2B) übertragen und ein Datenpaar, d. h. Daten mit einem hohen Pegel und Daten mit einem niedrigen Pegel, des Datenleitungspaars (D12, D12B) wird zum Abtastbitleitungspaar (SBL1, SBL1B) übertragen.
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Diese Spannungen der Abtastbitleitungspaare (SBL1, SBL1B) und (SBL2, SBL2B) werden durch die Abtastverstärker PSA und NSA verstärkt. Das Abtastbitleitungspaar (SBL1, SBL1B) wird beispielsweise auf 2,3 V bzw. –2,3 V verstärkt und das Abtastbitleitungspaar (SBL2, SBL2B) wird beispielsweise auf –2,3 V bzw. 2,3 V verstärkt. Als Ergebnis wird ein Datenwert „1” in die Speicherzelle M geschrieben, die mit der Wortleitung WL11 und der Bitleitung BL1 des Speicherzellenfeldblocks BLK1 gekoppelt ist, und ein Datenwert „0” wird in die Speicherzelle M geschrieben, die mit der Wortleitung WL11 und der Bitleitung BL2 gekoppelt ist. Somit werden die Speicherzellen MC während des Schreibvorgangs beschrieben.
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5 ist ein Zeitablaufdiagramm des Lesevorgangs des in 2 dargestellten Halbleiterspeicherbauelements, wenn der Datenwert „1” bzw. der Datenwert „0” aus den Speicherzellen M gelesen wird, die mit der Wortleitung WL11 und den Bitleitungen BL1 und BL2 des Speicherzellenfeldblocks BLK1 gekoppelt sind.
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Wenn der Aktivierungsbefehl ACT und die erste und die zweite Adresse RA1 und RA2 angelegt werden, decodiert der Zeilendecoder 110 die erste Zeilenadresse RA1 und aktiviert die Wortleitung Will und die Referenzwortleitungen RWL0 und RWL2. Es wird beispielsweise eine Spannung von 1,6 V an die Wortleitung Will und an die Referenzwortleitungen RWL0 und RWL2 angelegt. Die Steuereinheit 130 decodiert die zweite Zeilenadresse RA2 und aktiviert die Isolationssteuersignale IE1L1, IE1R1, IE0R2 und IE2L2.
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Während einer Periode T1 werden insbesondere die Wortleitung Will und die Isolationssteuersignale IE1L1, IE1R1, IE0R2 und IE2L2 aktiviert. Dadurch werden die NMOS-Transistoren N7 der auf beiden Seiten des Speicherzellenfeldblocks BLK1 angeordneten Isolationsgatter IS1 und die NMOS-Transistoren N8 der auf beiden Seiten des Speicherzellenfeldblocks BLK1 angeordneten Isolationsgatter IS0 und IS2 angeschaltet. Zudem nimmt die Spannung auf der Bitleitung BL1 des Speicherzellenfeldblocks BLK1 eine verbleibende Spannung von VBL-Vth1 an, wenn eine Schwellspannung Vth1 der Speicherzelle M, die den Datenwert „1” speichert, von einer Vorladespannung VBL abgezogen wird. Die Spannung auf der Bitleitung BL2 nimmt eine verbleibende Spannung von VBL-Vth0 an, wenn eine Schwellspannung Vth0 der Speicherzelle M, die den Datenwert „0” speichert, von einer Vorladespannung VBL abgezogen wird. Die Spannungen auf den Bitleitungen BL1 und BL2 nehmen die Spannungen der Abtastbitleitungen SBL1 und SBL2 an. Die Spannung auf der Bitleitung BL1 des Speicherzellenfeldblocks BLK2 und die Spannung auf der Bitleitung BL2 des Speicherzellenfeldblocks BLK0 nehmen eine verbleibende Spannung von VBL-Vth(1/2) an, nachdem eine Schwellspannung der Referenzspeicherzelle RM, die Daten mit einem Pegel speichert, der zwischen dem Datenwert „1” und dem Datenwert „0” liegt, von der Vorladespannung VBL abgezogen ist, und die Spannungen auf den Bitleitungen BL1 und BL2 der Speicherzellenfeldblöcke BLK0 und BLK2 nehmen die Spannungen der invertierten Abtastbitleitungen SBL1B und SBL2B an.
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Da die Schwellspannung Vth1 der Speicherzelle M, die den Datenwert „1” speichert, niedriger als die Schwellspannung Vth(1/2) der Referenzspeicherzelle RM ist, die den Referenzpegel zwischen dem Datenwert „1” und dem Datenwert „0” speichert, ist die Spannung auf der Abtastbitleitung SBL1 höher als auf der invertierten Abtastbitleitung SBL1B. Analog ist die Spannung auf der Abtastbitleitung SBL2 niedriger als auf der invertierten Abtastbitleitung SBL2B, da die Schwellspannung Vth0 der Speicherzelle M, die den Datenwert „1” speichert, höher als die Schwellspannung Vth(1/2) der Referenzspeicherzelle RM ist. Als Ergebnis wird während der Periode T1 zwischen jedem der Abtastbitleitungspaare (SBL1, SBL1B) und (SBL2, SBL2B) eine Spannungsdifferenz erzeugt.
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Die Steuereinheit 130 sperrt die Isolationssteuersignale IE1L1, IE1R1, IE0R2 und IE2L2 in Reaktion auf den Lesebefehl RD und legt die Spannungen LA und LAB an, um den Betrieb der Abtastverstärkerschaltungen SA freizugeben, die auf beiden Seiten des Speicherzellenfeldblocks BLK1 angeordnet sind. Es wird beispielsweise eine Spannung LA von 2,3 V und eine Spannung LAB von –2,3 V angelegt.
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Insbesondere die Isolationssteuersignale IE1L1, IE1R1, IE0R2 und IE2L2 werden gesperrt und die Spannungen LA und LAB werden während einer Periode T2 angelegt. Dadurch werden die NMOS-Transistoren N7 der Isolationsgatter IS1 und die NMOS-Transistoren N8 der Isolationsgatter IS0 und IS1 ausgeschaltet. Zudem führen der PMOS-Abtastverstärker PSA und der NMOS-Abtastverstärker NSA, die auf beiden Seiten des Speicherzellenfeldblocks BLK1 angeordnet sind, den Abtastvorgang so aus, dass das Abtastbitleitungspaar SBL1, SBL1B, das auf der rechten Seite des Speicherzellenfeldblocks BLK1 angeordnet ist, mit 2,3 V bzw. –2,3 V versorgt wird, und das Abtastbitleitungspaar SBL2, SBL2B, das auf der linken Seite davon angeordnet ist, mit –2,3 V bzw. 2,3 V versorgt wird.
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Während der Periode T2 führen die Abtastbitleitungspaare (SBL1, SBL1B) und (SBL2, SBL2B) Abtast- und Verstärkungsvorgänge aus.
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Die Steuereinheit 130 aktiviert die Isolationssteuersignale IE1R1 und IE1L1 nach der Periode T2. Der Spaltendecoder 120 decodiert die Spaltenadresse CA, die zusammen mit dem Lesebefehl RD angelegt wird, und aktiviert die Spaltenauswahlsignalleitung CSL1.
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Insbesondere die Isolationssteuersignale IE1R1 und IE1L1 werden aktiviert und die Spaltenauswahlsignalleitung CSL1 wird während einer Periode T3 aktiviert. Dann werden die NMOS-Transistoren N8 der Isolationsgatter IS1 angeschaltet. Dadurch wird eine Spannung von –2,3 V von der invertierten Abtastbitleitung SBL1B an die Bitleitung BL1 angelegt und eine Spannung von 2,3 V wird von der invertierten Abtastbitleitung SBL2B an die Bitleitung BL2 angelegt. Entsprechend wird der Datenwert „1” in die Speicherzelle M zurückgespeichert, die zwischen der Wortleitung WL11 und der Bitleitung BL1 des Speicherzellenfeldblocks BLK1 eingeschleift ist, und der Datenwert „0” wird in die Speicherzelle M zurückgespeichert, die zwischen der Wortleitung Will und der Bitleitung BL2 des Speicherzellenfeldblocks BLK1 eingeschleift ist. Zudem werden die Spaltenauswahlgatter CSG angeschaltet und übertragen Daten von den Abtastbitleitungspaaren (SBL1, SBL1B) und (SBL2, SBL2B) zu den korrespondierenden Datenleitungspaaren (D1, D1B) und (D12, D12B).
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Das bedeutet, dass Daten in die Speicherzellen M zurückgespeichert werden und während der Periode T3 übertragen werden. Somit werden während des Lesevorgangs die Speicherzellen M gelesen und zurückgespeichert.
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Obwohl der Datenwert „1” und der Datenwert „0” zur Beschreibung des Lese- und Schreibvorgangs benutzt wurden, werden solche Datenpegel hauptsächlich zur Beschreibung verwendet und können während des Betriebs beliebige Pegel annehmen. Obwohl bestimmte Spannung wie beispielsweise 2,3 V und 1,6 V beschrieben werden, versteht es sich, dass diese Spannungen beispielhaft sind und andere Spannungen verwendet werden können.
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Des Weiteren aktiviert die Steuereinheit 130 das Vorladesteuersignal VPRE und legt die Vorladespannung VBL an, um die Bitleitungen BL1, BL2, ... und die Abtastbitleitungspaare (SBL1, SBL1B), (SBL2, SBL2B), ... vor und nach dem Referenzschreibvorgang, dem Schreibvorgang und dem Lesevorgang vorzuladen.
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Entsprechend können die Speicherzellen M des Halbleiterspeicherbauelements auf ähnliche Weise wie während des Lesevorgangs wiederaufgefrischt werden, außer, dass die Spaltenauswahlsignale zur Aktivierung der Spaltenauswahlsignalleitungen CSL1 bis CSLm nicht aktiviert werden. Zudem können die Referenzspeicherzellen RM des Halbleiterspeicherbauelements auf ähnliche Weise wie der Wiederauffrischungsvorgang der Speicherzellen M wiederaufgefrischt werden. Mit anderen Worten, die Spaltenauswahlsignalleitungen CSL1 bis CSLm zum Freigeben der Spaltenauswahlgatter CSG werden deaktiviert und die gleiche Spannung wie die für den Referenzschreibvorgang, wird an die Abtastverstärkerschaltung SA angelegt, so dass die Referenzspeicherzellen RM den Wiederauffrischungsvorgang ausführen können.
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Bei einer Ausführungsform des Halbleiterspeicherbauelements korrespondieren die Abtastverstärkerschaltungen eins zu eins mit den Bitleitungen. Entsprechend können alle Speicherzellen M den Wiederauffrischungsvorgang durch ein einmaliges Aktivieren der Wortleitung ausführen. Daraus resultiert, dass der Zeitbedarf für den Wiederauffrischungsvorgang reduziert werden kann, da das Halbleiterspeicherbauelement die Wortleitung zur Ausführung des Wiederauffrischungsvorgangs nur einmal aktiviert.
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Zusätzlich weist eine Ausführungsform eines Halbleiterspeicherbauelements, wie oben ausgeführt ist, eine einfachere Konfiguration für eine Abtastverstärkerschaltung, die für einen Datenlesevorgang verwendet wird, und einen reduzierten Zeitbedarf für einen Wiederauffrischungsvorgang auf.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterspeicherbauelement ein Speicherzellenfeld, das einen ersten Speicherzellenfeldblock und einen zweiten Speicherzellenfeldblock aufweist, wobei der erste Speicherzellenfeldblock eine Speicherzelle umfasst, die einen Floating-Body aufweist und mit einer Wortleitung, einer ersten Bitleitung und einer ersten Sourceleitung gekoppelt ist, wobei der zweite Speicherzellenfeldblock eine Referenzspeicherzelle umfasst, die einen Floating-Body aufweist und mit einer Referenzwortleitung, einer zweiten Bitleitung und einer zweiten Sourceleitung gekoppelt ist; einen ersten Isolationsgatterteil zum Übertragen eines Signals zwischen der ersten Bitleitung und einer invertierten Abtastbitleitung während eines Schreibvorgangs und während einer dritten Periode eines Lesevorgangs und zum Übertragen eines Signals zwischen der ersten Bitleitung und einer Abtastbitleitung während einer ersten Periode des Lesevorgangs; einen zweiten Isolationsgatterteil zum Übertragen eines Signals zwischen der zweiten Bitleitung und der invertierten Abtastbitleitung während der ersten Periode des Lesevorgangs; einen Vorladeteil zum Vorladen der Abtastbitleitung und der invertierten Abtastbitleitung auf einen Vorladespannungspegel während eines Vorladevorgangs; und einen Abtastverstärker zum Verstärken von Spannungen auf der Abtastbitleitung und der invertierten Abtastbitleitung auf einen ersten und einen zweiten Abtastverstärkungsspannungspegel während des Schreibvorgangs und während einer zweiten und dritten Periode des Lesevorgangs.
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Der erste Isolationsgatterteil kann einen ersten Transistor zum Übertragen eines Signals zwischen der ersten Bitleitung und der Abtastbitleitung in Reaktion auf ein erstes Isolationssteuersignal, und einen zweiten Transistor zum Übertragen eines Signals zwischen der ersten Bitleitung und der invertierten Abtastbitleitung in Reaktion auf ein zweites Isolationssteuersignal umfassen. Zudem kann der zweite Isolationsgatterteil einen dritten Transistor zum Übertragen eines Signals zwischen der zweiten Bitleitung und der invertierten Abtastbitleitung in Reaktion auf ein drittes Isolationssteuersignal umfassen.
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Das Halbleiterspeicherbauelement kann weiter eine Steuereinheit zum Aktivieren des zweiten Isolationssteuersignals und zum Anlegen einer Abtastverstärkungsspannung während des Schreibvorgangs, zum Aktivieren des ersten Isolationssteuersignals und des dritten Isolationssteuersignals während der ersten Periode des Lesevorgangs, zum Anlegen der ersten und zweiten Abtastverstärkungsspannung während des Schreibvorgangs und während der zweiten Periode des Lesevorgangs und zum Aktivieren des zweiten Isolationssteuersignals und zum Anlegen der ersten und zweiten Abtastverstärkungsspannung während der dritten Periode des Lesevorgangs umfassen. Die erste Abtastverstärkungsspannung kann eine positive erste Spannung sein und die zweite Abtastverstärkungsspannung kann eine negative zweite Spannung sein. Die Steuereinheit kann das dritte Isolationssteuersignal aktivieren und eine dritte Abtastverstärkungsspannung, die von der ersten Abtastverstärkungsspannung verschieden ist, während des Referenzschreibvorgangs anlegen. Die dritte Abtastverstärkungsspannung kann einen Spannungspegel aufweisen, der zwischen der positiven ersten Spannung und der negativen zweiten Spannung liegt. Zudem kann das Halbleiterspeicherbauelement den Vorladevorgang vor und nach dem Schreibvorgang, vor der ersten Periode des Lesevorgangs und nach der dritten Periode des Lesevorgangs ausführen.
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Bei einer anderen Ausführungsform umfasst ein Halbleiterspeicherbauelement ein Speicherzellenfeld, das einen ersten Speicherzellenfeldblock und einen zweiten Speicherzellenfeldblock umfasst, wobei der erste Speicherzellenfeldblock erste Speicherzellen und erste Referenzspeicherzellen aufweist, wobei jede erste Speicherzelle einen Floating-Body aufweist und mit einer ersten Wortleitung, mit einer ersten Bitleitung und mit einer ersten Sourceleitung gekoppelt ist, wobei jede erste Referenzspeicherzelle einen Floating-Body aufweist und mit einer ersten Referenzwortleitung, der ersten Bitleitung und der ersten Sourceleitung gekoppelt ist, wobei der zweite Speicherzellenfeldblock zweite Speicherzellen und zweite Referenzspeicherzellen umfasst, wobei jede zweite Speicherzelle einen Floating-Body aufweist und mit einer zweiten Wortleitung, mit einer zweiten Bitleitung und mit einer zweiten Sourceleitung gekoppelt ist, wobei jede zweite Referenzspeicherzelle einen Floating-Body aufweist und mit einer zweiten Referenzwortleitung, einer zweiten Bitleitung und der zweiten Sourceleitung gekoppelt ist; einen ersten Isolationsgatterteil zum Übertragen eines Signal zwischen der ersten Bitleitung und einer invertierten Abtastbitleitung während eines ersten Schreibvorgangs und während einer dritten Periode eines ersten Lesevorgangs zum Übertragen eines Signals zwischen der ersten Bitleitung und einer Abtastbitleitung während einer ersten Periode des ersten Lesevorgangs und zum Übertragen eines Signals zwischen der ersten Bitleitung und der invertierten Abtastbitleitung während einer dritten Periode eines zweiten Lesevorgangs; einen zweiten Isolationsgatterteil zum Übertragen eines Signals zwischen der zweiten Bitleitung und der invertierten Abtastbitleitung während eines zweiten Schreibvorgangs und während einer dritten Periode des zweiten Lesevorgangs, zum Übertragen eines Signals zwischen der zweiten Bitleitung und der Abtastbitleitung während einer ersten Periode des zweiten Lesevorgangs und zum Übertragen eines Signals zwischen der zweiten Bitleitung und der invertierten Abtastbitleitung während der dritten Periode des ersten Lesevorgangs; einen Vorladeteil zum Vorladen der Abtastbitleitung und der invertierten Abtastbitleitung auf einen Vorladespannungspegel während eines Vorladevorgangs; und einen Abtastverstärker zum Verstärken von Spannungen auf der Abtastbitleitung und der invertierten Abtastbitleitung auf einen ersten und zweiten Abtastverstärkungsspannungspegel während des ersten und zweiten Schreibvorgangs und während der zweiten und dritten Periode des ersten und zweiten Lesevorgangs.
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Der erste Isolationsgatterteil kann einen ersten Transistor zum Übertragen eines Signals zwischen der ersten Bitleitung und der Abtastbitleitung in Reaktion auf ein erstes Isolationssteuersignal, und einen zweiten Transistor zum Übertragen eines Signals zwischen der ersten Bitleitung und der invertierten Abtastbitleitung in Reaktion auf ein zweites Isolationssteuersignal umfassen. Zudem kann der zweite Isolationsgatterteil einen dritten Transistor zum Übertragen eines Signals zwischen der zweiten Bitleitung und der Abtastbitleitung in Reaktion auf ein drittes Isolationssteuersignal, und einen vierten Transistor zum Übertragen eines Signals zwischen der zweiten Bitleitung und der invertierten Abtastbitleitung in Reaktion auf ein viertes Isolationssteuersignal umfassen.
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Des Weiteren kann das Halbleiterspeicherbauelement eine Steuereinheit umfassen zum Aktivieren des zweiten Isolationssteuersignals und zum Anlegen der ersten und zweiten Abtastverstärkungsspannung während des ersten Schreibvorgangs, zum Aktivieren des ersten und vierten Isolationssteuersignals während der ersten Periode des ersten Lesevorgangs, zum Anlegen der ersten und zweiten Abtastverstärkungsspannung während der zweiten und dritten Periode des ersten Lesevorgangs und zum Aktivieren des zweiten Isolationssteuersignals während der dritten Periode des ersten Lesevorgangs, zum Aktivieren des vierten Isolationssteuersignals und zum Anlegen der ersten und zweiten Abtastverstärkungsspannung während des zweiten Schreibvorgangs und zum Aktivieren des zweiten und dritten Isolationssteuersignals während der ersten Periode des zweiten Lesevorgangs, zum Anlegen der ersten und zweiten Abtastverstärkungsspannung während der zweiten und dritten Periode des zweiten Lesevorgangs und zum Aktivieren des vierten Isolationssteuersignals während der dritten Periode des zweiten Lesevorgangs. Die erste Abtastverstärkungsspannung kann eine positive erste Spannung sein und die zweite Abtastverstärkungsspannung kann eine negative zweite Spannung sein. Zudem kann die Steuereinheit das zweite Isolationssteuersignal aktivieren und eine dritte Abtastverstärkungsspannung, die von der ersten und/oder zweiten Abtastverstärkungsspannung verschieden ist, während eines ersten Referenzschreibvorgangs anlegen und kann das vierte Isolationssteuersignal aktivieren und die erste und dritte Abtastverstärkungsspannung während eines zweiten Referenzschreibvorgangs anlegen. Die dritte Abtastverstärkungsspannung kann einen Spannungspegel aufweisen, der zwischen der positiven ersten Spannung und der negativen zweiten Spannung liegt.
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Das Halbleiterspeicherbauelement kann den Vorladevorgang vor und nach dem ersten und zweiten Schreibvorgang, vor der ersten Periode des ersten und zweiten Lesevorgangs und nach der dritten Periode des ersten und zweiten Lesevorgangs ausführen.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann das Halbleiterspeicherbauelement des Weiteren einen Spaltenauswahlgatterteil zum Übertragen von Daten zwischen der Abtastbitleitung und einer Dateneingabe-/Datenausgabeleitung und zum Übertragen von Daten zwischen der invertierten Abtastbitleitung und einer invertierten Dateneingabe-/Datenausgabeleitung umfassen.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann der Abtastverstärker einen PMOS-Abtastverstärker, der einen ersten PMOS-Transistor und einen zweiten PMOS-Transistor umfasst, die in Reihe zwischen der Abtastbitleitung und der invertierten Abtastbitleitung eingeschleift sind, und der Daten mit einem hohen Pegel auf der Abtastbitleitung und/oder der invertierten Abtastbitleitung abtastet, um die Daten mit dem hohen Pegel auf den ersten Abtastverstärkungsspannungspegel zu verstärken; und einen NMOS-Abtastverstärker umfassen, der einen ersten NMOS-Transistor und einen zweiten NMOS-Transistor umfasst, die in Reihe zwischen der Abtastbitleitung und der invertierten Abtastbitleitung eingeschleift sind, und der Daten mit einem niedrigen Pegel auf der Abtastbitleitung und/oder der invertierten Abtastbitleitung abtastet, um die Daten mit dem niedrigen Pegel auf den zweiten Abtastverstärkungsspannungspegel zu verstärken. Der Vorladeteil kann einen dritten NMOS-Transistor und einen vierten NMOS-Transistor umfassen, die in Reihe zwischen der Abtastbitleitung und der invertierten Abtastbitleitung eingeschleift sind, und die Abtastbitleitung und die invertierte Abtastbitleitung in Reaktion auf ein Vorladesteuersignal auf eine Vorladespannung vorladen.
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Des Weiteren kann die Referenzspeicherzelle oder die erste und zweite Referenzspeicherzelle eine Schwellspannung aufweisen, die höher als eine Schwellspannung einer der Speicherzellen ist, die den Datenwert „1” speichern und niedriger als eine Schwellspannung einer der Speicherzellen ist, die den Datenwert „0” speichern.
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Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Datenschreib-/Datenleseverfahren für ein Halbleiterspeicherbauelement, das ein Speicherzellenfeld umfasst, das einen ersten Speicherzellenfeldblock und einen zweiten Speicherzellenfeldblock aufweist, wobei der erste Speicherzellenfeldblock eine Speicherzelle umfasst, die einen Floating-Body aufweist und mit einer Wortleitung, einer ersten Bitleitung und einer ersten Sourceleitung gekoppelt ist, wobei der zweite Speicherzellenfeldblock eine Referenzspeicherzelle umfasst, die einen Floating-Body aufweist und mit einer Referenzwortleitung, einer zweiten Bitleitung und einer zweiten Sourceleitung gekoppelt ist, um Daten mit einem Pegel zu speichern, der zwischen dem von Speicherzellen liegt, die den Datenwert „1” speichern, und dem von Speicherzellen liegt, die den Datenwert „0” speichern; das einen Vorladeteil zum Vorladen einer Abtastbitleitung und einer invertierten Abtastbitleitung auf einen Vorladespannungspegel umfasst; und das einen Abtastverstärker zum Verstärken von Spannungen auf der Abtastbitleitung und der invertierten Abtastbitleitung auf einen ersten und zweiten Abtastverstärkungsspannungspegel umfasst. Das Verfahren umfasst: Verbinden der ersten Bitleitung mit der invertierten Abtastbitleitung und Übertragen der Spannung auf der invertierten Abtastbitleitung, die durch den Abtastverstärker verstärkt wird, zur ersten Bitleitung während eines Schreibvorgangs; und Verbinden der ersten Bitleitung mit der Abtastbitleitung und Verbinden der zweiten Bitleitung mit der invertierten Abtastbitleitung, um eine Spannungsdifferenz zwischen der Abtastbitleitung und der invertierten Abtastbitleitung während einer ersten Periode eines Lesevorgangs zu erzeugen, und Verstärken der Spannungen auf der Abtastbitleitung und der invertierten Abtastbitleitung auf den ersten und zweiten Abtastverstärkungsspannungspegel unter Verwendung des Abtastverstärkers und Verbinden der invertierten Abtastbitleitung mit der ersten Bitleitung während der zweiten und dritten Periode des Lesevorgangs.
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Die Abtastbitleitung und die invertierte Abtastbitleitung können unter Verwendung des Vorladeteils vor und nach dem Schreibvorgang, vor der ersten Periode des Lesevorgangs und nach der dritten Periode des Lesevorgangs auf den Vorladespannungspegel vorgeladen werden.
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Während des Schreibvorgangs kann der Datenwert „1” aufgrund einer Stoßionisation in die Speicherzellen geschrieben werden, wenn die Wortleitung aktiviert ist und die invertierte Abtastbitleitung auf einem positiven Spannungspegel ist, und der Datenwert „0” kann aufgrund einer Vorspannung in Durchlassrichtung in die Speicherzellen geschrieben werden, wenn die Wortleitung aktiviert ist und die invertierte Abtastbitleitung auf einem negativen Spannungspegel ist.
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Während der zweiten Periode des Lesevorgangs kann die erste Bitleitung von der Abtastbitleitung getrennt werden und die zweite Bitleitung kann von der invertierten Abtastbitleitung getrennt werden und während der dritten Periode des Lesevorgangs kann die erste Bitleitung mit der invertierten Abtastbitleitung gekoppelt werden.