JPH0370877B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
<発明の技術分野>
本発明はダイナミツク型半導体記憶装置の改良
に関し、更に詳細にはダイナミツク素子の高性能
化を可能にする新規な構成を備えたダイナミツク
型半導体記憶装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] <Technical Field of the Invention> The present invention relates to an improvement of a dynamic type semiconductor memory device, and more particularly to a dynamic type semiconductor memory device having a novel configuration that enables high performance of a dynamic element. It is related to.
<発明の技術的背景とその問題点>
従来のダイナミツクメモリ素子のメモリセル構
成にあつては情報の入出力に供する相補なるビツ
ト線の負荷容量の製造上のばらつき等により動作
マージンが悪化する等の問題点があつた。<Technical background of the invention and its problems> In the memory cell configuration of a conventional dynamic memory element, the operating margin deteriorates due to manufacturing variations in the load capacitance of complementary bit lines used for inputting and outputting information. There were other problems.
即ち、従来から用いられているNチヤネル
MOSダイナミツクメモリ素子の回路は例えば第
9図に示すように構成されている。 In other words, the conventionally used N channel
The circuit of the MOS dynamic memory element is configured as shown in FIG. 9, for example.
第9図において、Sはセンスアンプであり、1
及び2は相補なるビツト線である。また3及び
3′はメモリセルであり、4及び4′はダミーセル
である。Wi及びWjはワード線でありWD0及びWD1
はダミーワード線、φPはプリチヤージ信号であ
る。 In FIG. 9, S is a sense amplifier, and 1
and 2 are complementary bit lines. Further, 3 and 3' are memory cells, and 4 and 4' are dummy cells. W i and W j are word lines W D0 and W D1
is a dummy word line, and φP is a precharge signal.
5及び5′は蓄積容量であり、6及び6′は所望
の蓄積容量5及び5′を選択しビツト線1及び2
に電気的に接続するためのトランスフアゲートで
ある。 5 and 5' are storage capacitors, and 6 and 6' select desired storage capacitors 5 and 5' and connect bit lines 1 and 2.
It is a transfer gate for electrically connecting to.
ここで5及び5′の容量値をCSとする。 Here, the capacitance values of 5 and 5' are assumed to be C S .
7及び7′はダミー蓄積容量であり、その容量
値をCDとする。 7 and 7' are dummy storage capacitors, and let their capacitance value be CD .
8及び8′はダミー蓄積容量7及び7′を選択的
にビツト線1及び2に接続するためのトランスフ
アゲートであり、9及び9′はプリチヤージ期間
にダミー蓄積容量7及び7′を初期化するための
ゲートである。 8 and 8' are transfer gates for selectively connecting the dummy storage capacitors 7 and 7' to the bit lines 1 and 2, and 9 and 9' initialize the dummy storage capacitors 7 and 7' during the precharge period. It is a gate for
10及び10′はビツト線容量であり、その容
量値をCBとする。 10 and 10' are bit line capacitances, and let the capacitance value be C B.
第10図は第9図の動作を説明するためのタイ
ミング図である。 FIG. 10 is a timing diagram for explaining the operation of FIG. 9.
第9図において、ビツト線1側のメモリセルが
選択された場合にはビツト線2側のダミーセル
4′が選択され、またビツト線2側のメモリセル
が選択された場合にはビツト線1側のダミーセル
4が選択される。 In FIG. 9, when the memory cell on the bit line 1 side is selected, the dummy cell 4' on the bit line 2 side is selected, and when the memory cell on the bit line 2 side is selected, the dummy cell 4' on the bit line 1 side is selected. dummy cell 4 is selected.
ここではワード線Wi及びダミーワード線WD0が
高電位になりメモリセル3及びダミーセル4′が
選択される場合について説明する。 Here, a case will be described where the word line W i and the dummy word line W D0 are at a high potential and the memory cell 3 and the dummy cell 4' are selected.
ここでワード線Wi及びダミーワード線WD0には
電源電圧(Vcc)以上に昇圧された電圧が印加さ
れるものとする。 Here, it is assumed that a voltage boosted to a power supply voltage (Vcc) or higher is applied to the word line W i and the dummy word line W D0 .
またプリチヤージ信号φPが高電位であるプリ
チヤージ期間において、ビツト線1および2は電
源電圧(Vcc)までプリチヤージされているもの
とする。また説明の便宜上ビツト線1をB、ビツ
ト線2をとしてB:高電位かつ:低電位の論
理を“1”に、またB:低電位かつ:高電位を
論理“0”とする。 It is also assumed that bit lines 1 and 2 are precharged to the power supply voltage (Vcc) during the precharge period in which the precharge signal φ P is at a high potential. For convenience of explanation, the bit line 1 is assumed to be B, and the bit line 2 is assumed to be logic "1" for B: high potential and: low potential, and logic "0" for B: low potential and: high potential.
メモリセル3の蓄積容量5に接地電位
(GND)が記憶されている場合
プリチヤージ信号φPが低電位に下降し能動
期間に入り、時刻t1にワード線信号が入力され
るとビツト線1側の電位VB1は、
VB1=CB/CB+CSVCC
となる。 When the ground potential (GND) is stored in the storage capacitor 5 of the memory cell 3, the precharge signal φP falls to a low potential and enters the active period, and when the word line signal is input at time t1 , the bit line 1 side The potential V B1 of is V B1 = C B /C B +C S VCC.
一方、ダミーセル側のビツト線2の電位VB2
は、
VB2=CB/CB+CDVcc
となる。 On the other hand, the potential V B2 of bit line 2 on the dummy cell side
is V B2 =C B /C B +C D Vcc.
従つてセンスアンプSに入力される差動電位
ΔV1は、
ΔV1=VB2VB1=(CB/CB+CD−CB/CB+CS)Vcc
となる。 Therefore, the differential potential ΔV 1 input to the sense amplifier S becomes ΔV 1 =V B2 V B1 =(C B /C B +C D −C B /C B +C S )Vcc.
メモリセル3の蓄積容量5に電源電位
(Vcc)が記憶されている場合
この場合にはビツト線1側の電位VB1は変化
せず、
VB1=Vcc
である。 When the power supply potential (Vcc) is stored in the storage capacitor 5 of the memory cell 3: In this case, the potential V B1 on the bit line 1 side does not change, and V B1 =Vcc.
一方、ダミーセル側のビツト線2の電位VB2
はと同様に、
VB2=CB/CB+CDVcc
となる。 On the other hand, the potential V B2 of bit line 2 on the dummy cell side
Similarly to , V B2 = C B /C B + C D Vcc.
従つてセンスアンプSに入力される差動電位
ΔV2は、
ΔV2=VB1VB2=(1−CB/CB+CD)Vcc
となる。 Therefore, the differential potential ΔV 2 input to the sense amplifier S becomes ΔV 2 =V B1 V B2 = (1-C B /C B +C D )Vcc.
ここで上記及びのいずれの場合において
も、センスアンプSに入力される差動電位が同じ
になるようにダミーセルの蓄積容量値CDを決定
したとすると、センスアンプに入力される差動電
位ΔVは、
ΔV=ΔV1=ΔV2=1/2・CS/CB+CSVcc ……(式1)
になる。 Here, in both of the above cases, if the storage capacitance value C D of the dummy cell is determined so that the differential potential input to the sense amplifier S is the same, then the differential potential ΔV input to the sense amplifier is ΔV=ΔV 1 =ΔV 2 =1/2·C S /C B +C S Vcc (Formula 1).
上記差動電位は時刻t2以降にセンスアンプSが
活性化されることにより所望の値まで増幅され
る。 The differential potential is amplified to a desired value by activating the sense amplifier S after time t2 .
このような従来の方式においてはビツト線1及
び2の負荷容量バランスが非常に重要であるが、
製造上のばらつき等によりビツト線1及び2の容
量バランスを保つのが困難であり動作マージンが
悪化する等の欠点があつた。 In such conventional systems, the load capacity balance of bit lines 1 and 2 is very important.
It is difficult to maintain the capacitance balance of bit lines 1 and 2 due to manufacturing variations, etc., resulting in disadvantages such as deterioration of the operating margin.
また昨今の微細加工技術の進歩により大規模メ
モリ素子を実現する試みがなされているが、必然
的にメモリセル面積が小さくなり、従つてメモリ
セル内の蓄積容量はますます減少する傾向にあ
り、センスアンプを駆動するのに必要な差動電圧
が得られなくなるという新たな問題が生じてき
た。 Furthermore, with recent advances in microfabrication technology, attempts have been made to realize large-scale memory devices, but the memory cell area inevitably becomes smaller, and the storage capacity within the memory cell tends to decrease further. A new problem has arisen in that it is no longer possible to obtain the differential voltage necessary to drive the sense amplifier.
また、メモリセル面積の縮小化に伴なつてビツ
ト線ピツチが小さくなり、かかるビツト線に属す
る制御回路及びセンスアンプ等が容量バランスを
保持した状態で上記のビツト線ピツチ内に収納す
ることが不可能になりつつある。 In addition, as the memory cell area is reduced, the bit line pitch becomes smaller, and it becomes difficult to accommodate control circuits, sense amplifiers, etc. belonging to such bit lines within the bit line pitch while maintaining capacitance balance. It's becoming possible.
<発明の目的及び構成>
本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであ
り、本発明は従来と同一の蓄積容量を用いた場合
にでもセンスアンプに入力される差動電圧を従来
方式に較べ非常に大きくすることができ、或いは
従来方式と同一の差動電圧を得るにはメモリセル
面積を非常に小さく構成することができ、また従
来方式で必要とされる相補なるビツト線の浮遊容
量バランスに対して従来方式ほど神経質に考慮す
る必要がなく、従つて大規模メモリ素子のパター
ン設計の自由度が非常に大きくなる利点を有する
ダイナミツク型半導体記憶装置を提供することを
目的とするものであり、この目的を達成するた
め、本発明のダイナミツク型半導体記憶装置は、
情報の入出力に供する相補なる第1及び第2のビ
ツト線と、情報を記憶する蓄積容量手段と、前記
の蓄積容量手段を指定する選択手段とを有し、前
記の第2のビツト線に前記の蓄積容量手段の一端
を接続し、前記の蓄積容量手段の他端を前記の選
択手段を介して前記の第1のビツト線に接続して
なるメモリセル構成と、前記の相補なる第1及び
第2のビツト線に出力される差動電圧を増幅する
センスアンプ手段と、前記の相補なるビツト線の
うちで前記の蓄積容量手段が直接に接続されてい
る側の第2のビツト線に関して前記のセンスアン
プ手段に前記の差動電圧を入力する期間のみ、こ
の第2のビツト線を前記のセンスアンプ手段に接
続し、このセンスアンプ手段の能動期間中は前記
の第2のビツト線を前記のセンスアンプ手段から
切り放す制御手段とを備えて成るように構成され
ている。<Objects and Structure of the Invention> The present invention has been made in view of the above points, and the present invention improves the differential voltage input to the sense amplifier compared to the conventional method even when the same storage capacitance as the conventional method is used. The memory cell area can be made very small, or the memory cell area can be configured very small to obtain the same differential voltage as in the conventional method, and the stray capacitance balance of the complementary bit lines required in the conventional method can be It is an object of the present invention to provide a dynamic semiconductor memory device which has the advantage that it is not necessary to take this into consideration as carefully as in conventional methods, and the degree of freedom in pattern design of large-scale memory elements is greatly increased. , In order to achieve this objective, the dynamic semiconductor memory device of the present invention has the following features:
It has complementary first and second bit lines for inputting and outputting information, storage capacity means for storing information, and selection means for specifying the storage capacity means, A memory cell configuration in which one end of the storage capacitor means is connected to the first bit line and the other end of the storage capacitor means is connected to the first bit line via the selection means; and sense amplifier means for amplifying the differential voltage output to the second bit line, and the second bit line of the complementary bit line to which the storage capacitor means is directly connected. The second bit line is connected to the sense amplifier means only during the period when the differential voltage is input to the sense amplifier means, and the second bit line is connected to the sense amplifier means during the active period of the sense amplifier means. and control means for disconnecting from the sense amplifier means.
<発明の実施例> 以下、図面を参照して詳細に説明する。<Embodiments of the invention> A detailed description will be given below with reference to the drawings.
第1図は本発明によるダイナミツク型半導体記
憶装置の一実施例の構成を示す回路図でありNチ
ヤネルMOS回路で構成されている。 FIG. 1 is a circuit diagram showing the structure of an embodiment of a dynamic semiconductor memory device according to the present invention, which is composed of an N-channel MOS circuit.
第1図において、Sはセンスアンプ、1及び2
は前述の第9図と同様の相補なるビツト線であ
り、11及び11′は本発明における特徴的なメ
モリセルである。 In FIG. 1, S is a sense amplifier, 1 and 2
are complementary bit lines similar to those in FIG. 9 described above, and 11 and 11' are memory cells characteristic of the present invention.
Wi及びWjは電源電圧(Vcc)以上の振幅を有
する信号の印加されるワード線である。 W i and W j are word lines to which signals having an amplitude equal to or higher than the power supply voltage (Vcc) are applied.
12及び12′は蓄積容量であり、その一端は
相補なるビツト線の第2のビツト線2に接続さ
れ、他端は所望のメモリセルを選択するトランス
フアゲート13あるいは13′のソースドレイン
路を介して相補なるビツト線の反対側のビツト線
である第1のビツト線1に接続される。 12 and 12' are storage capacitors, one end of which is connected to the second bit line 2 of the complementary bit line, and the other end connected to the source-drain path of the transfer gate 13 or 13' which selects the desired memory cell. and is connected to the first bit line 1, which is the bit line on the opposite side of the complementary bit line.
また上記トランスフアゲート13のゲートはワ
ード線Wiに接続され、上記トランスフアゲート
13′のゲートはワード線Wjに接続される。 Further, the gate of the transfer gate 13 is connected to the word line W i , and the gate of the transfer gate 13' is connected to the word line W j .
14及び15はビツト線1及び2の浮遊容量で
ある。 14 and 15 are stray capacitances of bit lines 1 and 2.
ここで、メモリセル蓄積容量12及び12′の
蓄積容量値をCSとし、ビツト線1側の容量値を
CB1、ビツト線2側の容量値をCB2とする。またこ
の容量値CB1,CB2は本発明の特徴をより明確にす
るため、異なる容量値(CB1≠CB2)であるとす
る。 Here, the storage capacitance value of memory cell storage capacitors 12 and 12' is set as CS , and the capacitance value on the bit line 1 side is
C B1 and the capacitance value on the bit line 2 side are C B2 . Furthermore, in order to clarify the features of the present invention, it is assumed that these capacitance values C B1 and C B2 are different capacitance values (C B1 ≠ C B2 ).
16はダミー用蓄積容量であり、その一端がビ
ツト線1に接続され、他端がダミー制御信号φD
に接続されている。 16 is a dummy storage capacitor, one end of which is connected to bit line 1, and the other end connected to dummy control signal φ D
It is connected to the.
17及び18はセンスアンプSのセンス入力端
であり、19はMOS電界効果型トランジスタ
(以下MOSFETと略記する)であり該MOSFET
19のソースドレイン通路がビツト線2とセンス
入力端18との間に介在され、第2の制御信号
φT2によりビツト線2の電圧をセンスアンプSの
一入力端18に入力する期間のみビツト線2とセ
ンスアンプの入力端18を電気的に接続する。 17 and 18 are sense input terminals of the sense amplifier S, and 19 is a MOS field effect transistor (hereinafter abbreviated as MOSFET).
Nineteen source-drain paths are interposed between the bit line 2 and the sense input terminal 18, and the bit line is connected only during the period when the voltage of the bit line 2 is inputted to one input terminal 18 of the sense amplifier S by the second control signal φ T2 . 2 and the input terminal 18 of the sense amplifier are electrically connected.
20は本発明の実施態様に関連して配設された
MOSFETであり、該MOSFET20のソースド
レイン通路がビツト線2と電源Vccとの間に介在
され、第2のプリチヤージ信号φP2によりプリチ
ヤージ期間、書込み期間、あるいはセンスアンプ
Sの能動期間においてビツト線2を電源電位
(Vcc)に保持する。 20 is arranged in connection with an embodiment of the invention.
The source/drain path of the MOSFET 20 is interposed between the bit line 2 and the power supply Vcc, and the second precharge signal φ P2 controls the bit line 2 during the precharge period, write period, or active period of the sense amplifier S. Hold at power supply potential (Vcc).
21は従来より用いられているビツト線プリチ
ヤージ用MOSFETであり、該MOSFET21の
ソースドレイン通路がビツト線1と電源Vccとの
間に介在され、第1のプリチヤージ信号φP1によ
りプリチヤージ期間においてビツト線1を電源電
位(Vcc)に保持する。22および23は従来よ
り用いられているビツト線とセンスアンプ間のト
ランスフアゲートであり、第1の制御信号φT1に
より、センスアンプ駆動初期にビツト線とセンス
アンプを一時的に切り放し、センス感度を大きく
する働きがある。 Reference numeral 21 designates a conventionally used MOSFET for precharging the bit line. The source/drain path of the MOSFET 21 is interposed between the bit line 1 and the power supply Vcc, and the first precharge signal φ P1 causes the bit line 1 to be precharged during the precharge period. is held at the power supply potential (Vcc). Reference numerals 22 and 23 are conventionally used transfer gates between the bit line and the sense amplifier, and the first control signal φ T1 temporarily disconnects the bit line and the sense amplifier at the beginning of driving the sense amplifier, thereby increasing the sense sensitivity. It has the function of making it bigger.
24および25は所望の相補なるビツト線を選
択するための列選択用MOSFETであり、列選択
信号Ciによつて所望のビツト線対とデータバスD
およびを電気的に接続することで、情報の入出
力を行なう。 24 and 25 are column selection MOSFETs for selecting desired complementary bit lines, and a desired bit line pair and data bus D are selected by a column selection signal C i .
By electrically connecting and, information can be input and output.
ここでは便宜的にビツト線1をB、ビツト線2
をとしてB:高電位かつ:低電位を論理
“1”に、またB:低電位かつ:高電位を論理
“0”とし、メモリセル11が選択される場合に
ついて説明する。 Here, for convenience, bit line 1 is referred to as B and bit line 2 is referred to as B.
A case will be described in which the memory cell 11 is selected with B: high potential and: low potential set to logic "1", and B: low potential and: high potential set to logic "0".
論理“1”または論理“0”の書込み
本発明の一実施例における書込みの場合のタ
イミング図を第2図に示す。 Writing Logic "1" or Logic "0" A timing diagram for writing in one embodiment of the present invention is shown in FIG.
プリチヤージ期間が終了し第1および第2の
プリチヤージ信号φP1およびφP2が下降し、次に
ワード線Wiが電源電圧(Vcc)以上まで上昇
し、読出し動作が開始されるが、現行の能動期
間が書込みサイクルである場合にはデータバス
D上に書き込むべきデータが出力される。 When the precharge period ends, the first and second precharge signals φ P1 and φ P2 fall, and then the word line W i rises above the power supply voltage (Vcc) and a read operation is started. If the period is a write cycle, data to be written is output onto the data bus D.
第2のプリチヤージ信号φP2が再び電源電圧
(Vcc)以上まで上昇しMOSFET20がオン状
態となりビツト線2を電源電圧(Vcc)に固定
し、また第2の制御信号φT2が接地電位
(GND)まで下降してMOSFET19がオフ状
態になりビツト線2とセンスアンプSが切り放
された後に、列選択信号Ciが電源電圧(Vcc)
以上の電位まで上昇し、MOSFET24および
25がオン状態になる。この時点でデータバス
Dとビツト線1が電気的に接続されることによ
つてデータバスD上の書込みデータがビツト線
1上に出力され、トランスフアゲート13を介
してメモリセル11のノード26に記憶され
る。 The second precharge signal φ P2 rises above the power supply voltage (Vcc) again, turning on the MOSFET 20 and fixing the bit line 2 to the power supply voltage (Vcc), and the second control signal φ T2 goes to the ground potential (GND). After the column selection signal C i reaches the power supply voltage (Vcc), the MOSFET 19 turns off and the bit line 2 and sense amplifier S are disconnected.
The potential increases to the above level, and MOSFETs 24 and 25 are turned on. At this point, data bus D and bit line 1 are electrically connected, so that the write data on data bus D is output onto bit line 1 and sent to node 26 of memory cell 11 via transfer gate 13. be remembered.
ここで論理“1”の書込みの場合にはデータ
バスD上に電源電位が出力されており、従つて
メモリセル11のノード26には電源電位
(Vcc)が記憶される。一方、論理“0”の書
込みの場合にはデータバスD上に接地電位が出
力されており、従つてメモリセル11のノード
26には接地電位(GND)が記憶される。 In the case of writing a logic "1", the power supply potential is output on the data bus D, and therefore the power supply potential (Vcc) is stored in the node 26 of the memory cell 11. On the other hand, in the case of writing logic "0", the ground potential is output on the data bus D, and therefore the ground potential (GND) is stored in the node 26 of the memory cell 11.
ここで他方のデータバスとビツト線2とは
MOSFET19がオフ状態であるために電気的
に切り放されており、従つてデータバス上の
情報はメモリセルへの書込みに関与しない。 Here, what is the other data bus and bit line 2?
Since MOSFET 19 is in the off state, it is electrically disconnected, so information on the data bus is not involved in writing to the memory cell.
論理“1”の読出し
本発明の一実施例における読出しの場合のタ
イミング図を第3図に示す。 Reading of Logic "1" A timing diagram for reading in one embodiment of the present invention is shown in FIG.
プリチヤージ期間が終了すると第1のプリチ
ヤージ信号φP1が接地電位(GND)に、また第
2のプリチヤージ信号φP2はMOSFET20を十
分にオフ状態にできる所定の電位まで下降し、
ビツト線1および2が電源(Vcc)から切り放
されてフローテイング状態になる。 When the precharge period ends, the first precharge signal φ P1 falls to the ground potential (GND), and the second precharge signal φ P2 falls to a predetermined potential that can sufficiently turn off the MOSFET 20.
Bit lines 1 and 2 are disconnected from the power supply (Vcc) and become floating.
次にダミー駆動信号φDを電源電位(Vcc)ま
で上昇させてダミー用蓄積容量16の容量結合
により、ビツト線1側の電位を電源電圧
(Vcc)よりわずかに上昇させる。 Next, the dummy drive signal φ D is raised to the power supply potential (Vcc), and by capacitive coupling of the dummy storage capacitor 16, the potential on the bit line 1 side is slightly raised above the power supply voltage (Vcc).
次にワード線Wiに電源電圧(Vcc)以上の選
択信号が入力されて、トランスフアゲート13
を介してビツト線1および2は蓄積容量12に
より容量的に結合される。 Next, a selection signal higher than the power supply voltage (Vcc) is input to the word line Wi , and the transfer gate 13
Bit lines 1 and 2 are capacitively coupled via storage capacitor 12.
メモリセル11のノード26には、予め電源
電位(Vcc)が保持されていたために、ビツト
線1および2の電位は共に低電位側に微小変化
が生じるのみであり、ビツト線1とビツト線2
の電位の逆転は生じない。 Since the power supply potential (Vcc) was previously held at the node 26 of the memory cell 11, the potentials of the bit lines 1 and 2 only slightly change toward the lower potential side;
No reversal of potential occurs.
この場合におけるビツト線1および2間の差
動電圧をΔV1とすると、
ΔV1=1/1+(CS/CB2)+(CG/C
B1+CD)・CD/CB1+CD・Vcc……(式2)
となり、上記差動電圧ΔV1がセンスアンプSの
入力端17および18に入力される。 If the differential voltage between bit lines 1 and 2 in this case is ΔV 1 , then ΔV 1 = 1/1 + (C S /C B2 ) + (C G /C
B1 +C D )·C D /C B1 +C D ·Vcc (Formula 2) The differential voltage ΔV 1 is input to the input terminals 17 and 18 of the sense amplifier S.
次に第1の制御信号φT1が所定の電位まで下
降し、センスアンプSとビツト線1および2を
切り放した後に、第2の制御信号φT2が接地電
位(GND)まで下降し、また第2のプリチヤ
ージ信号φP2が再び電源電圧(Vcc)以上の電
位まで上昇し、MOSFET20をオン状態にす
ることで、第2のビツト線2を電源電位
(Vcc)に固定する。 Next, the first control signal φ T1 drops to a predetermined potential, disconnecting the sense amplifier S and bit lines 1 and 2, and then the second control signal φ T2 drops to the ground potential (GND), and the second control signal φ T2 drops to the ground potential (GND). The second precharge signal φ P2 rises again to a potential higher than the power supply voltage (Vcc) and turns on the MOSFET 20, thereby fixing the second bit line 2 to the power supply potential (Vcc).
次にセンスアンプ駆動信号φSが接地電位まで
下降し、センスアンプSに入力された上記差動
電圧は所望の電圧まで増幅される。この場合、
メモリセル11のノード26は高電位を保持し
ており、再書込みの必要はない。 Next, the sense amplifier drive signal φ S falls to the ground potential, and the differential voltage input to the sense amplifier S is amplified to a desired voltage. in this case,
Node 26 of memory cell 11 holds a high potential, and there is no need for rewriting.
論理“0”の読出し
論理“0”の読出しにおけるビツト線および
センス入力信号のタイミング図を第3図に併せ
て示す。 Reading a logic "0" A timing diagram of the bit line and sense input signal for reading a logic "0" is also shown in FIG.
ワード線Wiに選択信号が入力されるまでの
動作は論理“1”の読出しと同様である。論理
“0”の読出しの場合にはメモリセル11のノ
ード26に、予め接地電位(GND)が保持さ
れているため、選択信号によりトランスフアゲ
ート13がオン状態になるとビツト線1の電位
は下降し、逆にビツト線2の電位は上昇し、ビ
ツト線1とビツト線2の電位が逆転する。この
場合におけるビツト線1および2間の差動電圧
をΔV2とすると、
ΔV2=1/1+(CS/CB2)+(CS/CB1+CD
)・{CS/CB2+CS−CD/CB1+CD}・Vcc……(式3)
となり、上記差動電圧ΔV2がセンスアンプSの
入力端17および18に入力される。 The operation until the selection signal is input to the word line W i is similar to reading a logic "1". In the case of reading logic "0", the ground potential (GND) is held in advance at the node 26 of the memory cell 11, so when the transfer gate 13 is turned on by the selection signal, the potential of the bit line 1 drops. Conversely, the potential of bit line 2 increases, and the potentials of bit line 1 and bit line 2 are reversed. If the differential voltage between bit lines 1 and 2 in this case is ΔV 2 , then ΔV 2 = 1/1 + (C S /C B2 ) + (C S /C B1 + C D
)・{C S /C B2 +C S −C D /C B1 +C D }・Vcc... (Formula 3) The differential voltage ΔV 2 is input to the input terminals 17 and 18 of the sense amplifier S.
次に、論理“1”の読出しと同様に第1の制
御信号φT1が所定の電位まで下降し、センスア
ンプSとビツト線1および2を切り放した後
に、第2の制御信号φT2が接地電位(GND)ま
で下降し、また第2のプリチヤージ信号φP2が
再び電源電位(Vcc)以上の電位まで上昇し
MOSFET20をオン状態にすることで、第2
のビツト線2を電源電位(Vcc)に固定する。 Next, the first control signal φ T1 drops to a predetermined potential in the same way as when reading logic “1”, and after disconnecting the sense amplifier S and bit lines 1 and 2, the second control signal φ T2 goes to ground. The voltage drops to the potential (GND), and the second precharge signal φP2 rises again to a potential higher than the power supply potential (Vcc).
By turning on MOSFET20, the second
The bit line 2 of is fixed to the power supply potential (Vcc).
次にセンスアンプ駆動信号φSが接地電位まで
下降し、センスアンプSに入力された上記差動
電圧を所望の電圧まで増幅するとともに、
MOSFET22を介してビツト線1を接地電位
まで放電させて、メモリセル11のノード26
へ接地電位(GND)の再書込みを行なう。 Next, the sense amplifier drive signal φ S falls to the ground potential, and the differential voltage input to the sense amplifier S is amplified to a desired voltage, and
The bit line 1 is discharged to the ground potential through the MOSFET 22, and the node 26 of the memory cell 11 is connected to the node 26 of the memory cell 11.
Rewrite the ground potential (GND) to the
ここで論理“1”および論理“0”の読出し
におけるビツト線間の差動電圧ΔV1およびΔV2
が共に等しくなるようダミー用蓄積容量値CD
を設定したとすると、ダミー用蓄積容量値CD
は、
CD=CB1+CB2/2CB2−CS・CS
となり、(式2)および(式3)は結局、
ΔV=ΔV1=ΔV2=1/1+(CS/CB2)+{CS(2C
B2−CS)/CB2(2CB1+CS)}・CS(CB1+CB2)/CB2(
2CB1+CS)・Vcc……(式4)
となる。 Here, the differential voltages ΔV 1 and ΔV 2 between the bit lines when reading logic “1” and logic “0”
The dummy storage capacitance value C D is set so that both are equal.
If we set dummy storage capacitance value C D
becomes C D =C B1 +C B2 /2C B2 -C S・C S , and (Equation 2) and (Equation 3) become ΔV=ΔV 1 =ΔV 2 =1/1+(C S /C B2 ) +{C S (2C
B2 −C S )/C B2 (2C B1 +C S )}・C S (C B1 +C B2 )/C B2 (
2C B1 +C S )・Vcc...(Formula 4).
ここで従来方式と比較した場合の本方式の特長
をより明確にするため、CB1+CB2=2CBなる条件
のもとでセンスアンプに入力される差動信号電圧
を(式4)および(式1)より求め、その結果を
第4図および第5図に示す。 Here, in order to clarify the features of this method compared to the conventional method, the differential signal voltage input to the sense amplifier under the condition of C B1 + C B2 = 2C B is expressed as (Equation 4) and ( It is calculated from Equation 1) and the results are shown in FIGS. 4 and 5.
第4図はCB/CS=10とした場合における本発
明による実施例の差動信号電圧とビツト線1およ
びビツト線2の浮遊容量比CB1/CB2の関係を示
す。 FIG. 4 shows the relationship between the differential signal voltage and the stray capacitance ratio C B1 /C B2 of bit line 1 and bit line 2 in the embodiment of the present invention when C B /C S =10.
ここでこの第4図に示すグラフからも明らかな
ように、本発明によれば相補なるビツト線1およ
び2の浮遊容量CB1およびCB2の和が一定であれ
ば、CB1とCB2の差が大きくなるほど上記差動信号
電圧が増加することから、本発明による特徴を最
大限に利用するには、出来る限り一方のビツト線
の浮遊容量を可能な限り小さくすることであり、
それによつてより大きな差動信号電圧が得られる
ことになる。 As is clear from the graph shown in FIG. 4, according to the present invention, if the sum of stray capacitances C B1 and C B2 of complementary bit lines 1 and 2 is constant, C B1 and C B2 are Since the differential signal voltage increases as the difference increases, the best way to utilize the features of the present invention is to minimize the stray capacitance of one bit line as much as possible.
This results in a larger differential signal voltage.
このことは、本発明の非常に大きな特徴であつ
て、従来方式のように相補なるビツト線の浮遊容
量を同一にしなければならないという制限を全く
排除するものであり、パターン設計上の自由度が
非常に大きくなる。 This is a very important feature of the present invention, and completely eliminates the restriction that the stray capacitances of complementary bit lines must be the same as in the conventional system, and increases the degree of freedom in pattern design. becomes very large.
第5図は、やはりCB1+CB2=2CBなる条件のも
とに従来方式と本発明による実施例に関して、
CB/CS比を変化させた場合の差動信号電圧特性
を示す。 FIG. 5 shows the conventional method and the embodiment according to the present invention under the condition that C B1 +C B2 =2C B.
The differential signal voltage characteristics when changing the C B /C S ratio are shown.
28は(式1)より求めた従来方式の差動信号
電圧特性であり、27は本発明の一実施例におけ
る(式4)より求めた差動信号電圧特性である。 28 is the differential signal voltage characteristic of the conventional system obtained from (Formula 1), and 27 is the differential signal voltage characteristic obtained from (Formula 4) in an embodiment of the present invention.
本発明の一実施例においては第4図よりCB1/
CB2の値が1.0付近で差動信号電圧が最も小さくな
ることが示されているが、このような最悪の状態
においても第5図のグラフ28に示すごとく、従
来方式の1.5〜2倍程度の差動信号電圧が得られ
ており、さらに上記のビツト線浮遊容量の配分を
工夫することによつてグラフ29あるいは30の
特性が実現できる。 In one embodiment of the present invention, from FIG. 4, C B1 /
It has been shown that the differential signal voltage is the smallest when the value of C B2 is around 1.0, but even in such a worst case, as shown in graph 28 in Figure 5, the differential signal voltage is about 1.5 to 2 times that of the conventional method. A differential signal voltage of 1 is obtained, and the characteristics shown in graphs 29 and 30 can be realized by devising the distribution of the bit line stray capacitance.
このことは、本発明を採用することによつてメ
モリセルの蓄積容量を変えずに差動信号電圧を大
きくすることができて、大規模メモリ素子の実現
手段として非常に有効なものである。 This means that by employing the present invention, the differential signal voltage can be increased without changing the storage capacity of the memory cell, which is very effective as a means for realizing a large-scale memory element.
第6図および第7図はそれぞれ、上記第1図に
示した本発明に係るダイナミツク型半導体記憶装
置のメモリセル構造を示す図である。 6 and 7 are diagrams showing the memory cell structure of the dynamic semiconductor memory device according to the present invention shown in FIG. 1, respectively.
第6図は第7図におけるA−A′での断面構造
を示したものである。 FIG. 6 shows a cross-sectional structure taken along line A-A' in FIG. 7.
第7図はメモリセル4個分(M0〜M3)のパタ
ーン図であり、実際のメモリ素子では、本パター
ンが必要な個数分だけ繰り返し配置される。 FIG. 7 is a pattern diagram for four memory cells (M 0 to M 3 ), and in an actual memory element, this pattern is repeatedly arranged as many times as necessary.
次に、第6図により本発明の半導体記憶装置を
実現するメモリセルの構造をNチヤネルMOSプ
ロセスを想定して説明する。 Next, the structure of a memory cell realizing the semiconductor memory device of the present invention will be described with reference to FIG. 6, assuming an N-channel MOS process.
まずP型シリコン基板31の表面に素子分離領
域32を選択酸化法等で作成した後、第1の配線
手段によりワード線およびメモリセルのトランス
フアゲートを成す部分33を形成する。 First, an element isolation region 32 is formed on the surface of a P-type silicon substrate 31 by selective oxidation or the like, and then a portion 33 forming a word line and a transfer gate of a memory cell is formed by a first wiring means.
次にMOSFETのソースおよびドレインとなる
拡散領域34および35をイオン打込み等により
形成する。 Next, diffusion regions 34 and 35 which will become the source and drain of the MOSFET are formed by ion implantation or the like.
次にトランスフアゲート部分のドレイン部分3
4に埋め込みコンタクト窓36を開けた後、第2
の配線手段により蓄積容量の一方の電極37を形
成し、上記埋め込みコンタクト窓36によつてト
ランスフアゲート部分のドレイン34に接続す
る。 Next, the drain part 3 of the transfer gate part
After opening the embedded contact window 36 in the second
One electrode 37 of the storage capacitor is formed by wiring means and connected to the drain 34 of the transfer gate portion through the buried contact window 36.
ここで上記第2の配線手段による電極37は第
1の配線手段33の上面にも形成可能であり、メ
モリセルの蓄積容量の増大に寄与する。第2の配
線手段上面に蓄積容量を形成するための薄い絶縁
膜38を形成した後、第3の配線手段39により
上記蓄積容量の他方の電極を形成し、さらに絶縁
膜40を形成する。 Here, the electrode 37 formed by the second wiring means can also be formed on the upper surface of the first wiring means 33, contributing to an increase in the storage capacity of the memory cell. After forming a thin insulating film 38 for forming a storage capacitor on the upper surface of the second wiring means, the other electrode of the storage capacitor is formed by a third wiring means 39, and then an insulating film 40 is formed.
次に通常のコンタクト窓50を開けた後、第4
の配線手段51を形成すると共に、上記コンタク
ト窓50によりトランスフアゲート部分のソース
領域35と接続する。 Next, after opening the normal contact window 50, the fourth contact window 50 is opened.
A wiring means 51 is formed and connected to the source region 35 of the transfer gate portion through the contact window 50.
ここで第1〜第3の配線手段としては、通常の
ポリシリコン、シリサイドあるいは高融点金属等
で構成するのが一般的であり、また第4の配線手
段はアルミニウム等で構成するのが一般的であ
る。 Here, the first to third wiring means are generally made of ordinary polysilicon, silicide, high melting point metal, etc., and the fourth wiring means is generally made of aluminum, etc. It is.
第4の配線手段51および第3の配線手段39
は複数個のメモリセルに共用されており、それぞ
れ相補なるビツト線を構成している。つまり本発
明の一実施例装置を実現するメモリセル構造にお
いては、相補なるビツト線に異なる配線手段が多
層構造を成して形成されており、従つて相補なる
ビツト線を同一の配線手段で形成される従来方式
に比べてメモリセル面積を小さくできる。また拡
散領域34および35の面積はコンタクト窓36
および50を形成できるだけの面積があれば十分
なために従来方式に比べてメモリセル内の拡散領
域が少なく、耐α線強度が増し、安全なメモリ素
子が実現できる。 Fourth wiring means 51 and third wiring means 39
are shared by a plurality of memory cells, and constitute complementary bit lines. In other words, in the memory cell structure that implements the device according to one embodiment of the present invention, complementary bit lines are formed with different wiring means in a multilayer structure, and therefore complementary bit lines are formed with the same wiring means. The memory cell area can be reduced compared to the conventional method. Further, the area of the diffusion regions 34 and 35 is the same as that of the contact window 36.
, and 50 is sufficient, the diffusion region within the memory cell is smaller than in the conventional method, and the resistance to alpha rays is increased, making it possible to realize a safe memory element.
第8図は本発明の一実施例装置のメモリセルア
レイの配置に関する一例を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing an example of the arrangement of a memory cell array in a device according to an embodiment of the present invention.
本発明によるメモリセル構成によれば、メモリ
セル面積の大幅な縮小が可能であることは既に記
した。しかし、これに伴ない、メモリセルが接続
されたビツト線対の制御回路、センスアンプ等に
関しては、相対的にメモリセルに比べて大きな面
積が必要になり、上記の繰り返しビツト線ピツチ
内に上記回路を収納することが困難になるという
問題が生じてくる。 It has already been mentioned that according to the memory cell configuration according to the present invention, the memory cell area can be significantly reduced. However, as a result, the control circuits, sense amplifiers, etc. for the bit line pairs to which the memory cells are connected require a relatively larger area than the memory cells. A problem arises in that it becomes difficult to house the circuit.
このような問題点は単一の、あるいは複数個の
ビツト線対に属する上記制御回路やセンスアンプ
等を、それぞれのビツト線対の両端に配置するこ
とで解決される。 These problems can be solved by arranging the control circuits, sense amplifiers, etc. that belong to a single or multiple bit line pairs at both ends of each bit line pair.
第8図においてC0〜C63は相補なるビツト線対
であつてK0〜K63はそれぞれの相補なるビツト線
対C0〜C63に属する制御回路およびセンスアンプ
等であり、各ビツト線対の両端に交互に配置され
た例を示している。 In FIG. 8, C 0 to C 63 are complementary bit line pairs, and K 0 to K 63 are control circuits, sense amplifiers, etc. belonging to each complementary bit line pair C 0 to C 63 . An example is shown in which they are arranged alternately at both ends of the pair.
なお本発明を説明する上で、上記実施例におい
てはNチヤネルMOSプロセスを用いて説明した
が、本発明は、その素子を実現するための製造プ
ロセスを限定するものではなく、Pチヤネル
MOSプロセス、CMOSプロセス、SOIプロセス
等に適用することができる。 Although the present invention has been explained using an N-channel MOS process in the above embodiments, the present invention does not limit the manufacturing process for realizing the device, and the present invention is not limited to a P-channel MOS process.
It can be applied to MOS process, CMOS process, SOI process, etc.
<発明の効果>
以上述べたように、本発明によれば十分な動作
余裕度を保持しつつメモリセル面積を非常に小さ
くすることができ、従つて大規模ダイナミツクメ
モリ素子の実現に大きく寄与することが出来る。<Effects of the Invention> As described above, according to the present invention, the memory cell area can be made extremely small while maintaining a sufficient operating margin, thus greatly contributing to the realization of large-scale dynamic memory devices. You can.
第1図は本発明の一実施例装置の構成を示す回
路図、第2図は本発明の一実施例における動作を
説明するための書込みサイクルにおけるタイミン
グ図、第3図は本発明の一実施例における動作を
説明するための読出しサイクルにおけるタイミン
グ図、第4図は本発明の一実施例における、相補
なるビツト線間の読出し時における差動信号電圧
と相補なるビツト線の浮遊容量比との関係を示す
特性図、第5図は従来方式と本発明の一実施例に
おける相補なるビツト線間の差動信号電圧を比較
したグラフ、第6図は本発明の一実施例装置を実
現するためのメモリセル構造の断面図、第7図は
本発明の一実施例装置を実現するためのメモリセ
ル構造の平面図、第8図は本発明の一実施例装置
における相補なるビツト線と制御回路、センスア
ンプ等の配置を説明するための概念図、第9図は
従来方式におけるダイナミツクメモリ素子の回路
図、第10図は従来方式における動作を説明する
ためのタイミング図である。
Wi,Wj……ワード線、WD0,WD1……ダミーワ
ード線、φP……プリチヤージ信号、φP1……第1
のプリチヤージ信号、φP2……第2のプリチヤー
ジ信号、φD……ダミー制御信号、φT1……第1制
御信号、φT2……第2の制御信号、φS……センス
駆動信号、Ci……列選択信号、D,……データ
バス、CB,CB1,CB2……ビツト線容量値、CS……
メモリセルの蓄積容量値、CD……ダミー用蓄積
容量値、1,2,B,……ビツト線、S……セ
ンスアンプ、3,3′,11,11′……メモリセ
ル、4,4′……ダミーセル、12,12′……メ
モリセルの蓄積容量、13,13′……トランス
フアゲート、16……ダミー用蓄積容量、32…
…素子分離領域、34,35……拡散領域、36
……埋め込みコンタクト窓、38……第1の配線
層、37……第2の配線層、39……第3の配線
層、51……第4の配線層、38……薄い絶縁
膜、50……コンタクト窓、C0〜C63……相補な
るビツト線対、K0〜K63……相補なるビツト線対
に属する制御回路およびセンスアンプ等。
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a timing diagram in a write cycle to explain the operation of an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an embodiment of an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a timing diagram in a read cycle for explaining the operation in the example, and shows the relationship between the differential signal voltage and the stray capacitance ratio of the complementary bit lines during reading between the complementary bit lines in one embodiment of the present invention. A characteristic diagram showing the relationship; FIG. 5 is a graph comparing differential signal voltages between complementary bit lines in a conventional system and an embodiment of the present invention; FIG. 6 is a graph for realizing a device according to an embodiment of the present invention. 7 is a plan view of a memory cell structure for realizing a device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a diagram showing complementary bit lines and a control circuit in a device according to an embodiment of the present invention. , a conceptual diagram for explaining the arrangement of sense amplifiers, etc., FIG. 9 is a circuit diagram of a dynamic memory element in the conventional system, and FIG. 10 is a timing chart for explaining the operation in the conventional system. W i , W j ...word line, W D0 , W D1 ... dummy word line, φ P ... precharge signal, φ P1 ... first
precharge signal, φ P2 ... second precharge signal, φ D ... dummy control signal, φ T1 ... first control signal, φ T2 ... second control signal, φ S ... sense drive signal, C i ...column selection signal, D,...data bus, C B , C B1 , C B2 ...bit line capacitance value, C S ...
Storage capacitance value of memory cell, C D ...Storage capacitance value for dummy, 1, 2, B,...Bit line, S...Sense amplifier, 3, 3', 11, 11'...Memory cell, 4, 4'... Dummy cell, 12, 12'... Memory cell storage capacity, 13, 13'... Transfer gate, 16... Dummy storage capacitor, 32...
...Element isolation region, 34, 35...Diffusion region, 36
...Buried contact window, 38...First wiring layer, 37...Second wiring layer, 39...Third wiring layer, 51...Fourth wiring layer, 38...Thin insulating film, 50 ... Contact window, C 0 - C 63 ... Complementary bit line pair, K 0 - K 63 ... Control circuit, sense amplifier, etc. belonging to the complementary bit line pair.
Claims (1)
のビツト線と、情報を記憶する蓄績容量手段と、
前記蓄積容量手段を指定する選択手段を有し、前
記第2のビツト線に前記蓄積容量手段の一端を接
続し、前記蓄積容量手段の他端を前記選択手段を
介して前記第1のビツト線に接続してなるメモリ
セル構成と、 前記相補なる第1及び第2のビツト線に出力さ
れる差動電圧を増幅するセンスアンプ手段と、 前記相補なるビツト線のうちで前記蓄積容量手
段が直接に接続されている側の第2のビツト線に
関して前記センスアンプ手段に前記差動電圧を入
力する期間のみ該第2のビツト線を前記センスア
ンプ手段に接続し、該センスアンプ手段の能動期
間中は前記第2のビツト線を前記センスアンプ手
段から切り放す制御手段と を備えたことを特徴とするダイナミツク型半導体
記憶装置。 2 上記蓄積容量手段が直接に接続されている側
の上記第2のビツト線は上記センスアンプ手段の
能動期間において読出しまたは書込みの情報に無
関係な所定の電位に固定されるように成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のダイナ
ミツク型半導体記憶装置。 3 上記蓄積容量手段が直接に接続されている側
の上記第2のビツト線は待機期間及び、または情
報を所定のメモリセルに書き込む書き込み期間に
おいて読出しまたは書込みの情報に無関係な所定
の電位に固定されるように成したことを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載のダイナミツク型半
導体記憶装置。[Claims] 1. Complementary first and second devices for inputting and outputting information
a bit line, a storage capacity means for storing information,
It has a selection means for specifying the storage capacity means, one end of the storage capacity means is connected to the second bit line, and the other end of the storage capacity means is connected to the first bit line through the selection means. a memory cell structure connected to the first and second complementary bit lines; a sense amplifier means for amplifying the differential voltage output to the complementary first and second bit lines; The second bit line connected to the sense amplifier means is connected to the sense amplifier means only during the period when the differential voltage is input to the sense amplifier means, and during the active period of the sense amplifier means. A dynamic semiconductor memory device comprising control means for disconnecting the second bit line from the sense amplifier means. 2. The second bit line directly connected to the storage capacitor means is fixed at a predetermined potential unrelated to read or write information during the active period of the sense amplifier means. A dynamic semiconductor memory device according to claim 1. 3. The second bit line on the side to which the storage capacitor means is directly connected is fixed at a predetermined potential unrelated to read or write information during a standby period and/or a write period in which information is written into a predetermined memory cell. A dynamic semiconductor memory device according to claim 1, characterized in that the dynamic semiconductor memory device is constructed as follows.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59113742A JPS60256998A (en) | 1984-06-01 | 1984-06-01 | Dynamic semiconductor storage device |
US06/738,870 US4715015A (en) | 1984-06-01 | 1985-05-29 | Dynamic semiconductor memory with improved sense signal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59113742A JPS60256998A (en) | 1984-06-01 | 1984-06-01 | Dynamic semiconductor storage device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60256998A JPS60256998A (en) | 1985-12-18 |
JPH0370877B2 true JPH0370877B2 (en) | 1991-11-11 |
Family
ID=14619973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59113742A Granted JPS60256998A (en) | 1984-06-01 | 1984-06-01 | Dynamic semiconductor storage device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60256998A (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0731909B2 (en) * | 1986-06-20 | 1995-04-10 | 富士通株式会社 | Method of operating semiconductor memory device |
US5339274A (en) * | 1992-10-30 | 1994-08-16 | International Business Machines Corporation | Variable bitline precharge voltage sensing technique for DRAM structures |
-
1984
- 1984-06-01 JP JP59113742A patent/JPS60256998A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS60256998A (en) | 1985-12-18 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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