JP3230848B2 - スタティックランダムアクセスメモリ装置 - Google Patents
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Description
ランダムアクセスメモリ装置に関し、特に、高い集積度
を有し、かつ低電力消費のスタティックランダムアクセ
スメモリ装置に関する。
モリは、コンピュータをはじめとする様々な電気機器に
用いられており、それらの機器における機能が向上され
るにつれて、半導体メモリにおける低電力消費および高
集積度がより強く望まれている。
セル回路およびソース電位制御回路の回路図である。図
16に示した回路は、特開昭56−143587号公報
(対応米国特許番号4,409,679)に開示されて
いる。図16を参照して、1つのメモリセルMAは、デ
ータ記憶回路を構成するNMOSトランジスタQB5お
よびQB6ならびに抵抗R1およびR2と、アクセスゲ
ートとしてのNMOSトランジスタQB3およびQB4
とを含む。トランジスタQB3およびQB4は、ゲート
がワード線WLに接続される。トランジスタQB5およ
びQB6のソースは、ソース線SLを介してソース電位
制御回路8zに接続される。
た中間電位を発生するためのNMOSトランジスタQB
7,QB8,QB9およびQB10ならびに抵抗R3お
よびR4を含む。中間電位発生回路の出力ノードNo
は、ソース線SLに接続される。出力ノードNoと接地
との間にNMOSトランジスタQB11が接続される。
トランジスタQB11は、ゲートが、列デコーダ(図示
せず)から出力される列選択信号Yを受けるように接続
される。ビット線B1およびB2は、Yゲート回路を構
成するNMOSトランジスタQB12およびQB13を
介して、図示されていないIO線に接続される。
されるとき、図示されていない列デコーダから高レベル
の列選択信号Yが与えられる。したがって、トランジス
タQB11,QB12およびQB13がオンする。トラ
ンジスタQB11がオンするので、メモリセルMAは、
電源電圧として、電源電位VDDおよび接地電位VSS
が与えられる。これに加えて、ワード線WLが高レベル
になるので、トランジスタQB3およびQB4がオンす
る。したがって、ビット線B1およびB2は、ストアさ
れていたデータ信号に基づいて、トランジスタQB5お
よびQB6によりそれぞれ駆動される。
れないとき、列選択信号Yが低レベルになる。したがっ
て、トランジスタQB11,QB12およびQB13が
オフする。トランジスタQB11がオフするので、トラ
ンジスタQB5およびQB6のソースには、ソース線電
位制御回路8zから出力された、VDDとVSSとの間
の中間の電位がソース線SLを介して与えられる。これ
により、選択されない列において設けられたメモリセル
において消費される電力が減少される。
セルMAは、6つの素子によって構成されており、した
がって、これら6つの素子を形成するために、半導体基
板上で広い領域を要する。特に、アクセスゲートとして
2つのトランジスタQB3およびQB4が必要であるの
で、これらを形成するために基板上の領域が占められ
る。これに加えて、1つの列あたり2本のビット線B1
およびB2ならびにソース線SLが必要であるので、列
方向における配線間の間隔が狭くなっている。このこと
は、集積度を高めるための障害となっている。すなわ
ち、図16に示したSRAMでは、1つの列において、
2本のビット線B1およびB2に加えて、ソース線SL
を設ける必要があるので、特に列方向に形成される配線
が過密になる。
れる領域を減少させるため、5つの素子によって構成さ
れたメモリセルを備えたSRAMが知られる。図17,
図18および図19に示したメモリセル回路は、そのよ
うなSRAMの従来の例を示しており、これらは、特開
昭61−24092号公報および/または特開昭61−
26997号公報において開示されている。
モリセルを含む従来のSRAMの回路図である。図17
を参照して、このSRAMは、各々が3つのNMOSト
ランジスタおよび2つの抵抗によって構成されたメモリ
セルMB1ないしMB4を含む。k番目の列内に設けら
れたメモリセルMB1およびMB2におけるドライバト
ランジスタのソースは、書込み線WRkに接続される。
アクセストランジスタは、ビット線BLkに接続され
る。k+1番目のメモリセルMB3およびMB4も、同
様にして、書込み線WRk+1およびビット線BLk+
1に接続される。
WRkおよびWRk+1が設けられている目的は、書込
み動作において、書込み線を介してメモリセルに電源電
位VDDを与えるためである。すなわち、データが書込
まれるべき列、すなわちアクセスされるべき列内のメモ
リセルに、書込み線を介してデータ書込みのための電源
電圧VDDが与えられる。一方、読出し動作において
は、書込み線は接地電位VSSに保たれる。書込み線の
電圧を制御する目的は、メモリセルにおける電力消費を
減少させるためではないことが指摘される。
誤動作を防ぐために、図18に示すようにSRAMが改
善されている。これに加えて、図17に示したSRAM
の集積度を向上させるために、図19に示したSRAM
が提案されている。図18および図19に示したSRA
Mも、図17に示したSRAMと同様に、書込み動作を
行なうために書込み線WRk,WRk+1,WRiおよ
びWRi+1が設けられており、メモリセル回路におけ
る電力消費を減少させる目的で設けられているものでは
ないことが指摘される。したがって、これらの書込み線
は、書込み動作において電源電位VDDにもたらされ、
一方、読出し動作において接地電位VSSにもたらされ
る。
て、メモリセル回路における電力消費が高いことに加え
て、ワード線に接続されたNMOSトランジスタのゲー
ト酸化膜が破壊されやすいことも指摘される。すなわ
ち、SRAMがアクティブ状態、すなわちSRAMの読
出しまたは書込みが行なわれているときであっても、す
べてのメモリセルには、電源電圧として電源電位VDD
およびVSSが与えられている。したがって、アクセス
されないメモリセル内のアクセストランジスタのゲート
−ソース間にVDD−VSSの電圧が与えられることに
なる。SRAMにおける高集積化が進むと、ゲート酸化
膜の厚さがより薄くなるので、ゲート−ソース間に与え
られる電圧によりゲート酸化膜がより破壊されやすくな
っている。ゲート酸化膜の破壊を防ぐためには、ゲート
−ソース間に与えられる電圧を減少させることが好まし
い。しかしながら、従来のSRAMでは、メモリセルは
常に一定の電源電圧が与えられているので、時間が経過
するにつれてゲート酸化膜が破壊されてしまう。言換え
ると、ゲート酸化膜の破壊による経時的故障率が高いこ
とが指摘される。
ためになされたもので、低電力消費の下で、スタティッ
クランダムアクセスメモリの集積度を向上させることを
目的とする。
クランダムアクセスメモリの高集積化が進む中で、与え
られた電圧によりメモリセルが破壊されるのを防ぐこと
である。
ックランダムアクセスメモリ装置は、メモリセルアレイ
と、行デコーダ手段と、ワード線電圧制御手段とを含
む。メモリセルアレイは、複数のメモリセルと、複数の
ビット線と、複数のワード線とを含む。メモリセルの各
々は、単一の入出力ノードを介して与えられるデータ信
号を記憶するデータ記憶手段と、入出力ノードに一方端
が接続された単一のスイッチング手段とを有し、行およ
び列に配設される。ビット線の各々は、対応する列の各
メモリセルにおける単一のスイッチング手段の他方端に
接続される。ワード線の各々は、対応する行の各メモリ
セルにおける単一のスイッチング手段の制御端に接続さ
れる。行デコーダ手段は、行アドレス信号をデコード
し、複数のワード線を選択的に活性化させる。ワード線
電圧制御手段は、行デコーダ手段により活性化されるワ
ード線に、読出動作時には電源電圧を、書込動作時には
電源電圧より高い昇圧電圧を与える。
スメモリ装置では、1つの列内に配設された各メモリセ
ルが、各メモリセル内に設けられた単一のスイッチング
手段を介して対応する1本のビット線に接続される。し
たがって、従来のものと比較して、半導体基板上の集積
度が向上される。これに加えて、ワード線電圧制御手段
が、ワード線に、読出動作時には電源電圧を、書込動作
時には電源電圧より高い昇圧電圧を与えるので、読出動
作時の誤書込みを防止することができる。
のブロック図である。図2を参照して、このSRAM1
aは、行アドレス信号RA0〜RAmを受ける行アドレ
スバッファ3と、列アドレス信号CA0ないしCAnを
受ける列アドレスバッファ4と、行アドレス信号をデコ
ードしワード線を選択的に活性化させる行デコーダ5
と、列アドレス信号をデコードしビット線を選択する列
デコーダ6と、活性化されたワード線の電位を昇圧する
ワード線昇圧回路7とを含む。多数のメモリセルMCが
半導体基板上で行および列に配設され、メモリセルアレ
イが構成される。1つの列内に配設されたメモリセル
は、対応する1本のビット線BL1,BL2,…を介し
てYゲート回路10に接続される。一方、1つの列内に
配設されたメモリセルは、対応する1本のソース線SL
1,SL2,…を介してソース線電位制御回路8に接続
される。1つの行内に配設されたメモリセルは、対応す
る1本のワード線WL1,WL2,…を介してワード線
昇圧回路7に接続される。
回路10およびIO線14を介してセンスアンプ9に接
続される。Yゲート回路10は、列デコーダ6から出力
される列選択信号に応答して、ビット線BL1,BL
2,…のうちの1本を選択的にIO線14に接続する。
センスアンプ9は、入力バッファ13を介して与えられ
る書込みイネーブル信号/WEに応答して活性化され
る。したがって、メモリセルから読出されたデータ信号
は、センスアンプ9により増幅された後、出力バッファ
12を介して出力データDoとして出力される。一方、
書込まれるべきデータ信号Diは、入力バッファ11,
IO線14およびYゲート回路10を介してメモリセル
に与えられる。
ッファ4を介して与えられる列アドレス信号CA0ない
しCAnに応答して、非選択の列に設けられているソー
ス線SL1,SL2,…を予め定められた中間電位にも
たらす。他方、列アドレス信号CA0ないしCAnによ
って選択された列内に設けられている1本の選択線に、
ソース線電位制御回路8は、接地電位VSSを与える。
Cの回路図である。図1を参照して、メモリセルMC
は、ドライバトランジスタとしてのNMOSトランジス
タQ1およびQ2と、負荷としての抵抗R1およびR2
と、アクセスゲートとしてのNMOSトランジスタQ3
とを含む。トランジスタQ1およびR1によって1つの
インバータが構成され、一方、トランジスタQ2および
抵抗R2によってもう1つのインバータが構成される。
したがって、2つのクロスカップルされたインバータに
より、データ記憶回路が構成される。トランジスタQ2
と抵抗R2との共通接続ノードN1は、データ記憶回路
の単一の入出力ノードを構成する。トランジスタQ3
は、ノードN1と単一のビット線BLとの間に接続さ
れ、かつワード線WLi上の信号に応答して動作する。
ランジスタQ4を介して電源電位VDDに接続される。
ビット線BLの他方端は、図2に示したYゲート回路1
0を構成するNMOSトランジスタQ7を介してIO線
14に接続される。トランジスタQ7は、列デコーダ6
から出力される列選択信号Yjに応答して動作する。ア
クセスゲートトランジスタQ3は、ワード線WLiを介
して、ワード線昇圧回路7によって昇圧されたワード線
信号を受ける。
ースは、ソース線SLjに接続される。ソース線電位制
御回路8は、列アドレス信号CA0ないしCAnに応答
して、あらかじめ定められた中間電位または接地電位V
SSをソース線SLjを介して、メモリセルMC内のド
ライバトランジスタQ1およびQ2のソースに与える。
み示されているが、他のメモリセルも同様の回路接続を
有することが指摘される。特に、1つの列内に設けられ
たメモリセルは、単一のビット線BLjおよび単一のソ
ース線SLjに共通して接続される。
作を説明するためのタイミングチャートである。図1お
よび図3を参照して、まず、書込み動作において、書込
みイネーブル信号/WEが立下がる。書込のための行ア
ドレス信号RAwによって選択された行におけるワード
線WLiは、図2に示したワード線昇圧回路7によって
昇圧された高電位になる。一方、書込のための列アドレ
ス信号CAwによって選択された列におけるソース線S
Ljは、ソース線電位制御回路8によって接地電位VS
Sにもたらされている。これに加えて、列アドレス信号
CAwによって選択されたビット線BLjは、書込まれ
るべき入力データ信号Diに基づいた高電位または低電
位になる。したがって、アクセスゲートトランジスタQ
3が強くオンし(すなわちより低いオン抵抗でオン
し)、ビット線BLj上のデータ信号が入出力ノードN
1を介してデータ記憶回路に与えられる。データ記憶回
路の状態は、与えられたデータ信号に基づいて決定され
る。
の行アドレス信号RArにより選択されたワード線WL
iが高レベルにもたらされる。したがって、トランジス
タQ3がオンするので、ビット線BLjの電位がわずか
に変化される。読出しのための列アドレス信号CArに
応答して、列デコーダ6は高レベルの列選択信号Yjを
トランジスタQ7のゲートに与えるので、トランジスタ
Q7がオンする。したがって、ビット線BLj上に現わ
れた電位変化は、トランジスタQ7およびIO線14を
介して図2に示したセンスアンプ9に与えられる。セン
スアンプによって増幅されたデータ信号は、出力バッフ
ァ12を介して出力データDoとして出力される。
われる列内のソース線SLjは、書込みおよび読出し期
間において接地電位VSSに保たれている。すなわち、
アクセスされるべき1つの列内に設けられたソース線S
Ljに、ソース線電位制御回路8によって接地電位VS
Sが与えられる。このことは、ソース線SLjに接続さ
れたメモリセルに、電源電位VDDと接地電位VSSと
によって決定される電位差が電源電圧として与えられる
ことを意味する。すなわち、アクセスされる列内のメモ
リセルは、VDD−VSSの電源電圧が与えられる。
(図示せず)内に設けられたメモリセルがアクセスされ
るとき、アクセスされない列のソース線SLjは、電源
電位VDDと接地電位VSSとの間の予め定められた中
間電位Vmにもたらされる。すなわち、ソース線電位制
御回路8は、列アドレス信号CAxに応答して、書込み
または読出しが行なわれない列のソース線SLjに中間
電位Vmを与える。このことは、メモリセルMCの電源
電圧として、VDD−Vmの電位差が電源電圧として与
えられることを意味する。電源電圧の値がVmだけ減少
されるので、アクセスされない列において設けられたメ
モリセルにより消費される電力が減少される。
クセスゲートトランジスタQ3のゲート−ソース間に与
えられる電圧が減少されることも指摘される。したがっ
て、トランジスタQ3のゲート酸化膜に与えられる電圧
が減少されるので、高集積化が進みしたがって、ゲート
酸化膜の厚さがさらに薄くなっても、与えられた電圧に
よりゲート酸化膜が破壊されるのが防がれる。言換える
と、メモリセルMCの経時的な故障率が低くなる。
路の一例を示す部分回路図である。図4に示した回路
は、j番目のソース線SLjの電位を制御するために設
けられた部分に相当する。デコーダ回路8ajは、電源
電位VDDと出力ノードN2との間に並列に接続された
PMOSトランジスタ801ないし80nと、ノードN
2と接地電位VSSとの間に直列に接続されたNMOS
トランジスタ811ないし81nとを含む。トランジス
タ801ないし80nは、ゲートが、各々が予め定めら
れた規則に従って反転されたまたは反転されない列アド
レス信号CA0jないしCAnjを受けるように接続さ
れる。同様に、トランジスタ811ないし81nも、ゲ
ートが変更された列アドレス信号CA0jないしCAn
jをそれぞれ受けるように接続される。外部的に与えら
れた列アドレス信号CA0ないしCAnが、予め定めら
れた規則に従って、図示されていない変更回路により変
更された後、変更列アドレス信号CA0jないしCAn
jとしてデコーダ回路8ajに与えられる。
るとき、すべての変更列アドレス信号CA0jないしC
Anjが高レベルになる。したがって、すべてのトラン
ジスタ811ないし81nがオンするので、出力ノード
N2を介して低レベルの信号が出力回路8bjに与えら
れる。したがって、出力回路8bj内のPMOSトラン
ジスタ831およびNMOSトランジスタ834がオン
するので、ソース線SLjが接地電位VSSにもたらさ
れる。その結果、j番目の列内の設けられているメモリ
セルに、電位差(VDD−VSS)が電源電圧として与
えられることになる。
クセスされないとき、トランジスタ811ないし81n
のうちの少なくとも1つが、変更列アドレス信号CA0
jないしCAnjに応答してオフする。これに加えて、
トランジスタ801ないし80nのうちの少なくとも1
つがオンする。したがって出力ノードN2を介して高レ
ベルの電圧が出力回路8bjに与えられる。出力回路8
bj内のトランジスタ832がオンするので、トランジ
スタ834がオフする。その結果、常時オンしているN
MOSトランジスタ833のしきい電圧Vthによって
決定される電圧(VDD−Vth)が中間電位Vmとし
てソース線SLjに与えられる。
線BLjおよびノードN1の間の相対的な電位差によ
り、オンされるべきでないトランジスタQ3が誤ってオ
ンしない範囲に設定される。これに加えて、中間電位V
mの値は、当然に、データ記憶回路のデータ記憶状態が
変更されないように決定される。たとえば、電源電位V
DDとして5ボルト,接地電位VSSとして0ボルトの
電圧が与えられる場合では、中間電位Vmは、3.5な
いし4.5ボルトの範囲内に設定される。Vmの設定
は、図4に示した出力回路8bj内のトランジスタ83
3のしきい電圧Vthによって決定される。
電位制御回路8の一部として適用可能な別の回路をそれ
ぞれ示している。図5を参照して、ソース線電位制御回
路8cjは、電源電位VDDと接地電位VSSとの間に
直列に接続されたNMOSトランジスタ861,820
ないし82nを含む。トランジスタ861は常時オンし
ており、そのしきい電圧によって前述と同様に中間電位
Vmが決定される。ソース線電位制御回路8cjの動作
も、図4に示した回路と同様であるので説明が省略され
る。
路8djは、PMOSトランジスタ840ないし84n
と、NMOSトランジスタ860,850ないし85n
とを含む。この回路の動作も、図4に示した回路8aj
と基本的に同様であるので説明が省略される。
の部分回路図である。図8に示したワード線昇圧回路7
iは、i番目のワード線WLiに与えられる電圧を昇圧
させるために設けられる。図8を参照して、昇圧回路7
iは、外部から与えられる書込イネーブル信号/WEに
応答して、昇圧された電圧を発生する昇圧電圧発生回路
7aと、行デコーダ(図示せず)から与えられる信号W
Li′に応答して、昇圧された電圧を伝送するブーステ
ィングバッファ回路7bと、信号/WEに応答して、昇
圧電圧または電源電圧VDDを選択的に出力するスイッ
チング回路7cとを含む。
701は常時オンしているので、ノードN3は予めVD
D−Vth(Vthはトランジスタ701のしきい電
圧)にもたらされている。信号/WEが高レベル(=V
DD)から低レベル(=VSS=0)に変化すると、キ
ャパシタ712の結合によりノードN3の電位はほぼ2
VDD−Vthになる。信号/WEは遅延回路709に
より遅延された後、PMOSトランジスタ706のゲー
トに与えられる。したがって、ノードN3が電圧2VD
D−Vthになった後、トランジスタ706がオンす
る。したがって、ノードN4も、ほぼ2VDD−Vth
にもたらされる。
入力ワード線信号WLi′が低レベルが高レベル(=V
DD)に変化すると、ノードN5の電圧はVDD−Vt
h(トランジスタ702のしきい電圧もVthであると
する)になる。入力ワード線信号WLi′は、インバー
タにより構成された遅延回路710を介してNMOSト
ランジスタ704のゲートにも与えられる。したがっ
て、遅延回路710によって決定される時間長さの経過
の後、トランジスタ704がオフする。したがって、キ
ャパシタ713の結合によりノードN5の電位が上昇す
るので、NMOSトランジスタ703がさらに強くオン
する(さらに低いオン抵抗でオンする)。その結果、昇
圧された電圧2VDD−Vthがワード線WLiに与え
られる。
Sトランジスタ705および708によって構成された
トランスミッションゲートが、信号/WEおよびWEに
応答してオンする。高レベル(=VDD)の入力ワード
線信号WLi′が与えられるので、NMOSトランジス
タ704およびPMOSトランジスタ707がそれぞれ
オフおよびオンする。したがって、ワード線WLiに、
電源電位VDDが与えられることになる。
路図である。図10は、図9に示したセンスアンプ9の
動作を説明するためのタイミングチャートである。図9
を参照して、IO線14を介して、メモリセルから読出
された信号SiがNMOSトランジスタ92のゲートに
与えられる。ノードNaの電位は、常時オンしているP
MOSトランジスタ91を介して予め定められた電位に
保たれている(時刻t0)。したがって、ノードNb
も、ノードNaの電位に応答してオンしているNMOS
トランジスタ95により、予め定められた別の電位に保
たれている。
に基づいて入力信号Siの電位がわずかに低くなる。し
たがって、トランジスタ92のオン抵抗が高くなるの
で、ノードNaの電位が上昇する。したがって、NMO
Sトランジスタ94のゲートの電位が上昇するので、ト
ランジスタ94はより低いオン抵抗でオンする。その結
果、ノードNcの電位がより大きな振幅で下降する(時
刻t2)。PMOSトランジスタ96およびNMOSト
ランジスタ97によって構成されたインバータが、ノー
ドNcでの電位変化を反転しかつ増幅するので、反転さ
れた信号が出力信号Soとして得られる。
いて適用可能な別のメモリセルの回路図である。図11
を参照して、メモリセルMC′は、図1に示したメモリ
セルMCと比較すると、抵抗R1およびR2に代えて設
けられたPMOSトランジスタQ5およびQ6を含む。
各トランジスタQ5およびQ6は、薄膜トランジスタ
(以下「TFT」という)により形成される。
不純物導入酸化膜21上に形成された多結晶シリコン層
22と、多結晶シリコン層22を囲んで形成された熱酸
化膜23と、酸化膜21上に形成された薄膜多結晶シリ
コン24,25と、熱酸化膜23を囲んで形成された薄
膜多結晶シリコン26とを含む。多結晶シリコン層22
は、TFTQ5のゲート電極を形成する。薄膜多結晶シ
リコン24および25は、TFTQ5のソース電極およ
びドレイン電極を形成する。薄膜多結晶シリコン26
は、TFTQ5のチャネル領域として働く。熱酸化膜2
3は、TFTQ5のゲート酸化膜として設けられる。
モリセルの回路図である。図12では、2つの隣接した
列内にそれぞれ設けられた2つのメモリセルMCjおよ
びMCj+1が示される。j番目の列内のメモリセルM
Cjは、ビット線BLjに接続される。j+1番目の列
内に設けられたメモリセルMCj+1は、ビット線BL
j+1に接続される。図1に示した回路では、1つの列
内に1本のソース線SLjが設けられていたが、図12
に示した回路では、隣接した2つの列について1本のソ
ース線SLkが設けられている。したがって、隣接した
2つのメモリセルMCjおよびMCj+1内のドライバ
トランジスタのソースは、ソース線SLkに共通に接続
される。
信号CA0ないしCAnに応答して動作するのである
が、その動作は図1に示した回路8と比較して少し変更
されている。すなわち、j番目およびj+1番目のいず
れの列内のメモリセルMCjおよびMCj+1がいずれ
もアクセスされないとき、ソース線電位制御回路8′
は、列アドレス信号CA0ないしCAnに応答して、中
間電位Vmをソース線SLkに与える。したがって、メ
モリセルMCjおよびMCj+1に、電位差VDD−V
mが電源電圧として供給される。その結果、図1に示し
た回路と同様に、電力消費およびゲート酸化膜の破壊の
防止における利点が得られる。
のメモリセルがアクセスされるとき、ソース線電位制御
回路8′は、ソース線SLkに接地電位VSSを与え
る。したがって、メモリセルMCjおよびMCj+1
は、電位差VDD−VSSが電源電圧として与えられ
る。図12に示した実施例では、アクセスされない一方
の列内のメモリセルにも、電位差VDD−VSSが電源
電圧として与えられるが、1つの列内に設けられたメモ
リセルにおいて消費される電力は微小であるので、電力
消費における上記の利点は失われないことが指摘され
る。
示すSRAMのブロック図である。図13を参照して、
このSRAM1bは、図2に示したSRAM1aと比較
すると、ソース線制御回路8eの半導体基板上での位置
が異なっている。すなわち、図2に示したSRAM1a
では、列デコーダ6およびソース線電位制御回路8がメ
モリセルアレイに対し同じ側に設けられていたが、図1
3に示したSRAM1bでは、ソース線制御回路8eが
メモリセルアレイの反対の側に設けられている。言換え
ると、列デコーダ6およびソース線制御回路8eは、半
導体基板上でメモリセルアレイを挟んで互いに対向する
位置に置かれている。したがって、図2に示したSRA
M1aが有する利点に加えて、図13に示したSRAM
1bは、次のような利点をも有している。すなわち、図
2に示したSRAM1aでは、ソース線がYゲート回路
10を貫通して設けられる必要があった。言換えると、
SRAM1aでは、ソース線が、Yゲート回路10内に
残されたわずかの領域を用いて設けられる必要があった
ので、この部分において回路が複雑になる。すなわち、
高集積化が進む中で回路設計が次第に難しくなることが
予想される。したがって、図13に示すようにソース線
制御回路8eがメモリセルアレイの反対側に設けられる
ので、ソース線はYゲート回路10を貫通しなくなる。
その結果、高集積化が進んでも前述のような問題が生じ
るのが防がれる。
別の実施例をそれぞれ示すSRAMのブロック図であ
る。一般に、SRAMのような半導体集積回路装置は、
長方形のパッケージ内に収納されている。長方形のパッ
ケージがしばしば用いられる理由は、パッケージの対向
する2つの側に入出力のためのリード(または入出力ピ
ン)を設けるためである。したがって、長方形のパッケ
ージに収納される半導体集積回路装置の形状、すなわち
半導体チップの形状は、長方形であることが好ましい。
したがって、図14または図15に示すように回路を構
成することにより、この要望を満足させることができ
る。
リセルアレイを挟んで行デコーダ5に対向した位置に置
かれた列アドレスバッファ4′,列デコーダ6′,ソー
ス線電位制御回路8fおよびYゲート回路10′を含
む。列方向に設けられたビット線BL1,BL2,…
は、行方向に設けられた延長ビット線EBL1,EBL
2,…を介してYゲート回路10′に接続される。同様
に、列方向に設けられたソース線SL1,SL2,…
は、延長ソース線ESL1,ESL2,…を介してソー
ス線電位制御回路8fに接続される。図14に示したS
RAM1cが有する利点は、基本的に図2に示したSR
AM1aが有するものと同様であるが、前述のように、
SRAM1cは、長方形の半導体チップ内により容易に
形成され得るという利点を有している。この利点に加え
て、図15に示したSRAM1dは、さらに次のような
利点も有している。
4に示したSRAM1cと比較すると、ソース線電位制
御回路8gが、メモリセルアレイを挟んで列デコーダ
6′と対向する位置に置かれている。すなわち、ソース
線電位制御回路8gは、行デコーダ5と同じ側に設けら
れる。これにより、図14および図15を比較してわか
るように、行方向に形成されるべき配線すなわちワード
線,延長ビット線および延長ソース線の密度が緩和され
るので、高集積化の進行により容易に対応することが可
能となる。
AM1cまたは1dにおいて用いられる配線の断面構造
図である。図7を参照して、n型基板100内にPウェ
ル101が形成される。Pウェル101内に形成された
n+ 拡散領域102および103によって、アクセスト
ランジスタのソースおよびドレインが形成される。ポリ
シリコン104によってアクセストランジスタのゲート
が形成される。基板100上に形成された絶縁層105
および109の上に第1アルミ配線106が形成され
る。配線106は、コンタクトホールを介してN+ 拡散
領域103に接続される。第1アルミ配線層106の上
に形成された絶縁層107および110上に第2アルミ
配線層108が形成される。配線層108は、スルーホ
ールを介して第1アルミ配線層106に接続される。図
14および図15に示したSRAM1cおよび1dで
は、列方向に設けられたビット線およびソース線が第1
アルミ配線層106によって形成される。一方、行方向
に設けられたワード線,延長ビット線および延長ソース
線は、第2アルミ配線層108によって形成される。
れているワード線昇圧回路7が用いられているのである
が、これらの実施例を実現するためには、ワード線の昇
圧レベルとトランジスタのしきい電圧および/または相
互コンダクタンスとの間に次のような関係が要求され
る。
W L を示し、横軸はビット線電圧V B L を示す。ワード
線電圧VW L とビット線電圧VB L との間の関係に依存
して、曲線C1により仕切られたデータ「0」書込領域
と、曲線C2により仕切られたデータ「1」書込領域と
が存在する。メモリセルへのデータ書込動作が行なわれ
るとき、ワード線電圧VW L は、ワード線昇圧回路7に
より、ラインVW L W により示された昇圧レベル2VD
D−Vthまで昇圧される。これに加えて、ビット線電
圧VB L がVB 1 以下(データ「0」書込)またはVB
2以上(データ「1」書込)に変化されるので、所望の
データがメモリセルに書込まれ得る。
るとき、ワード線電圧VW L はラインVW L R により示
された電源電圧レベルVDDになる。このとき、もし、
ビット線電圧BB L が図21に示した電圧レベルVB 0
よりも低いと、読出動作においてデータ「0」の書込が
引き起こされる。言い換えると、ストアされていたデー
タが破壊されてしまう。読出動作におけるこのようなデ
ータ破壊を防ぐため、図1に示した回路においてトラン
ジスタの回路定数が次のように選択される。
出力ノードN1が、ストアされたデータに従って低レベ
ルにもたらされているものと仮定する。すなわち、この
状態ではトランジスタQ2がオンしている。読出動作に
おいてワード線WLiが電源電圧レベルVDDになった
とき、トランジスタQ3がオンする。このとき、ソース
線SLjは接地電位VSS(=0ボルト)にもたらされ
ている。したがって、ワード線WLiが活性化されてい
る期間において、電源電位VDDと接地電位VSSとの
間で、導通したトランジスタQ4,Q3およびQ2によ
り電流経路が形成される。もし、トランジスタQ4の相
互コンダクタンスがトランジスタQ2およびQ3の合計
よりもあまりに低いと、ワード線活性化期間においてビ
ット線電圧VB Lは図21に示したVB 0 よりも低くな
ってしまう。すなわち、データ破壊が引き起こされる。
したがって、データ破壊を防ぐため、図1に示した実施
例において、ワード線活性化期間におけるビット線電圧
VB L はVB 0 を越えるように、図1に示したトランジ
スタQ2,Q3およびQ4の相互コンダクタンス(また
はしきい電圧)が決定される。
1に示した回路は、トランジスタQ4のしきい電圧がト
ランジスタQ2およびQ3のしきい電圧よりも小さくな
るように設計される。別の例では、図22に示すよう
に、図1に示したNMOSトランジスタQ4に代えて、
接地されたゲートを有するPMOSトランジスタQ4′
が用いられる。
タ書込動作において、ワード線電圧VW L が電源電圧V
DDよりも昇圧される場合について記載されたが、以下
の記載では、データ読出動作において、ワード線電圧V
W L が電源電圧VDDよりも減少される(またはプルダ
ウンされる)実施例について説明する。
示すSRAMのブロック図である。図23を参照して、
SRAM1eは、図2に示したSRAM1aと比較する
と、ワード線昇圧回路7に代えて、ワード線電圧減少回
路7′を含む。ワード線電圧減少回路7′は、データ書
込動作において、選択されたワード線を電源電圧レベル
VDD(たとえば3.0ボルト)にもたらし、一方、デ
ータ読出動作において、選択されたワード線を減少され
たレベルVDD−Vth(たとえば1.5ボルトにもた
らす。
少回路7′の部分回路図である。図24に示した減少回
路7i′は、i番目のワード線WLiに与えられる電圧
を制御するために設けられる。減少回路7i′は、PM
OSトランジスタ721ないし726と、NMOSトラ
ンジスタ727ないし733とを含む。
/WEおよび高レベルの信号WLi′が与えられる。ト
ランジスタ721,722,729がオンするので、ト
ランジスタ725がオンする。したがって、トランジス
タ725を介して電源電圧レベルVDDのワード線電圧
WLiが出力される。一方、データ読出動作において、
高レベルの信号/WEおよびWLi′が与えられる。ト
ランジスタ727および724がオンするので、トラン
ジスタ725はオフする。これに加えて、トランジスタ
730および726がオンするので、トランジスタ73
2がオンする。したがって、トランジスタ732を介し
て、減少された電圧VDD−Vth(Vthはトランジ
スタ732のしいき電圧)がワード線WLiの電圧とし
て出力される。
M1eにおけるデータ「0」書込領域およびデータ
「1」書込領域が、曲線C3およびC4によりそれぞれ
仕切られている。データ書込動作において、ワード線電
圧VW L はラインVW L W ′により示された電源電圧レ
ベルVDDになる。これに加えて、ビット線電圧VB L
がVB 4 以下またはVB 5 以上に変化されるので、メモ
リセルにデータ「0」または「1」が書込まれる。
ワード線電圧VW L は、ラインVW L R ′により示され
た減少レベルVDD−Vthになる。この例において
も、ワード線活性化期間におけるビット線電圧VB L が
図25に示したレベルVB 3 を越えるように回路が設計
されているので、データ読出におけるデータ破壊が防が
れる。
変えて、ワード線電圧減少回路7′がこの発明に従う実
施例において適用され得ることが説明された。すなわ
ち、図21および図25からわかるように、昇圧回路7
および減少回路7′は、データ書込動作における有効な
データ書込を達成し、かつデータ読出動作における望ま
しくないデータ破壊を防ぐために設けられる。
5つの素子によって構成されたメモリセル回路を備えて
いるので、集積度がより向上される。これに加えて、ア
クセスされない列内に設けられたメモリトランジスタに
与えられる電源電圧が、減少されるので、電力消費が減
少され、同時にアクセスゲートトランジスタのゲート酸
化膜の経時的な破壊も防がれる。さらには、高集積化の
進行に伴って予想されるレイアウト上での問題について
も、対策が施されている(図13および図15に示した
実施例)。また、長方形の半導体チップ内に形成するた
めの提案もなされている(図14および図15に示した
実施例)。
込動作において、活性化されるワード線の電圧が異なら
しめられているので(図21および図25参照)、アク
セスされるべきでないメモリセルにストアされたデータ
が破壊されるのが防がれる。また、データ読出動作にお
いてアクセスゲートトランジスタQ3がオンしたとき、
トランジスタQ4(またはQ4′),Q3およびQ2を
介して電流経路が形成されても、ビット線電位がデータ
破壊を起こさないようにトランジスタQ4(またはQ
4′),Q3およびQ2の相互コンダクタンス(または
しきい電圧)が設定されている。したがって、これらに
よってもデータ破壊が有効に防がれ得る。
の入出力ノードおよび単一のスイッチング手段を介して
1本のビット線に接続されたデータ記憶手段をメモリセ
ルが備えているので、スタティックランダムアクセスメ
モリにおける集積度が向上される。これに加えて、ワー
ド線に、読出動作時には電源電圧を、書込動作時には電
源電圧より高い昇圧電圧を与えるワード線電圧制御手段
を含むので、読出動作時の誤書込みを防止することがで
きる。 また、他の発明によれば、読出動作時には予め定
められた第1の電圧を、書込動作時には第1の電圧より
高い第2の電圧を与えるワード線電圧制御手段と、ビッ
ト線と電源電圧線との間に接続されかつゲートが接地さ
れたPMOSトランジスタとを含むので、読出動作時の
誤書込みを防止することができる。 さらに別の発明によ
れば、アクセスされない列に対応したメモリセルの記憶
手段に与えられる電源電圧を、予め定められた電圧値に
選択的に減少させる電源電圧減少手段を含むので、アク
セスされないメモリセルに流れる電流量を減らし、低消
費電力を実現することができる。 また、他の発明によれ
ば、減少電圧供給手段および列選択手段は、メモリセル
を挟んで互いに対向する位置に置かれているので、制御
可能電圧供給線の配線が複雑とならない。 さらに別の発
明によれば、電源電圧減少手段が隣接する2列に共有し
て配置されているので、電源電圧供給手段による面積増
加を抑制することができる。
る。
図である。
ためのタイミングチャートである。
す部分回路図である。
示す部分回路図である。
の例を示す部分回路図である。
用いられる配線の断面構造図である。
る。
めのタイミングチャートである。
のメモリセルの回路図である。
路図である。
のブロック図である。
のブロック図である。
のブロック図である。
びソース線電位制御回路の回路図である。
む従来のSRAMの回路図である。
む従来のSRAMの別の例を示す回路図である。
む従来のSRAMのさらに別の例を示す回路図である。
ているTFTの断面構造図である。
るワード線電圧とビット線電圧との間の関係を示す電気
特性図である。
ンジスタを示す回路図である。
のブロック図である。
回路図である。
おけるワード線電圧とビット線電圧との間の関係を示す
電気特性図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 各々が、単一の入出力ノードを介して与
えられるデータ信号を記憶するデータ記憶手段と、前記
入出力ノードに一方端が接続された単一のスイッチング
手段とを有し、行および列に配設された複数のメモリセ
ルと、 各々が対応する前記列の各メモリセルにおける前記単一
のスイッチング手段の他方端に接続された複数のビット
線と、 各々が対応する前記行の各メモリセルにおける前記単一
のスイッチング手段の制御端に接続された複数のワード
線とを含むメモリセルアレイと、 行アドレス信号をデコードし、前記複数のワード線を選
択的に活性化させる行デコーダ手段と、前記行デコーダ手段により活性化される ワード線に、読
出動作時には電源電圧を、書込動作時には前記電源電圧
より高い昇圧電圧を与えるワード線電圧制御手段とを含
む、スタティックランダムアクセスメモリ装置。 - 【請求項2】 各々が、単一の入出力ノードを介して与
えられるデータ信号を記憶するデータ記憶手段と、前記
入出力ノードに一方端が接続された単一のスイッチング
手段とを有し、行および列に配設された複数のメモリセ
ルと、 各々が対応する前記列の各メモリセルにおける前記単一
のスイッチング手段の他方端に接続された複数のビット
線と、 各々が対応する前記行の各メモリセルにおける前記単一
のスイッチング手段の制御端に接続された複数のワード
線とを含むメモリセルアレイと、 行アドレス信号をデコードし、前記複数のワード線を選
択的に活性化させる行デコーダ手段と、 前記行デコーダ手段により活性化されるワード線に、読
出動作時には予め定められた第1の電圧を、書込動作時
には前記第1の電圧より高い第2の電圧を与えるワード
線電圧制御手段と、 各々が、対応する前記ビット線と電源電圧線との間に接
続され、ゲートが接地された複数のPMOSトランジス
タとを含む、スタティックランダムアクセスメモリ装
置。 - 【請求項3】 さらに、 列アドレス信号に応答して、アクセスされない列に対応
したメモリセルの記憶手段に与えられる電源電圧を、予
め定められた電圧値に選択的に減少させる電源電圧減少
手段を含む、請求項1または請求項2に記載のスタティ
ックランダムアクセスメモリ装置。 - 【請求項4】 複数の行および複数の列に配設された複
数のメモリセルを備 えたメモリセルアレイと、 各々が前記メモリセルアレイ内の対応する1つの列内に
設けられ、前記対応する1つの列内のメモリセルに接続
された複数のビット線とを含み、 各前記メモリセルは、 単一の入出力ノードを有し、前記入出力ノードを介して
与えられるデータ信号を記憶するデータ記憶手段と、 対応する列内のビット線と前記入出力ノードとの間に接
続され、行アドレス信号に応答してオンされる単一のス
イッチング手段とを備え、 前記データ記憶手段は、制御可能な電源電圧が与えら
れ、 さらに、 列アドレス信号に応答して、アクセスされない列内のメ
モリセルに与えられる前記電源電圧を予め定められた電
圧値に選択的に減少させる電源電圧減少手段を含み、 前記電源電圧減少手段は、 前記メモリセルアレイ内の複数の列に沿ってそれぞれ設
けられ、対応する列内のメモリセルに前記制御可能な電
源電圧をそれぞれ供給するための複数の制御可能電圧供
給線と、 列アドレス信号に応答して、前記アクセスされない列内
に設けられた制御可能電圧供給線に前記予め定められた
電圧値を有する減少電圧を選択的に供給する減少電圧供
給手段と、 前記メモリセルアレイ内の複数の行に沿ってそれぞれ設
けられ、かつ前記複数の制御可能電圧供給線にそれぞれ
接続された複数の延長電圧供給線とを含み、 前記減少電圧供給手段は、前記複数の延長電圧供給線を
介して、前記複数の制御可能電圧供給線に前記減少電圧
を与える、スタティックランダムアクセスメモリ装置。 - 【請求項5】 複数の行および複数の列に配設された複
数のメモリセルを備えたメモリセルアレイと、 各々が前記メモリセルアレイ内の対応する1つの列内に
設けられ、前記対応する1つの列内のメモリセルに接続
された複数のビット線とを含み、 各前記メモリセルは、 単一の入出力ノードを有し、前記入出力ノードを介して
与えられるデータ信号を記憶するデータ記憶手段と、 対応する列内のビット線と前記入出力ノードとの間に接
続され、行アドレス信号に応答してオンされる単一のス
イッチング手段とを備え、 前記データ記憶手段は、制御可能な電源電圧が与えら
れ、 さらに、 列アドレス信号に応答して、アクセスされない列内のメ
モリセルに与えられる前記電源電圧を予め定められた電
圧値に選択的に減少させる電源電圧減少手段を含み、 前記電源電圧減少手段は、 前記メモリセルアレイ内の複数の列に沿ってそれぞれ設
けられ、対応する列内のメモリセルに前記制御可能な電
源電圧をそれぞれ供給するための複数の制御可能電圧供
給線と、 列アドレス信号に応答して、前記アクセスされない列内
に設けられた制御可能電圧供給線に前記予め定められた
電圧値を有する減少電圧を選択的に供給する減少電圧供
給手段とを含み、 さらに、 前記メモリセルアレイがその中に形成された半導体基板
と、 列アドレス信号に応答して、アクセスされるべきメモリ
セルを含んでいる列を選択する列選択手段とを含み、 前記減少電圧供給手段および列選択手段は、前記基板上
で、前記メモリセルアレイを挟んで互いに対向する位置
に置かれている、スタティックランダムアクセスメモリ
装置。 - 【請求項6】 さらに、 行アドレス信号に応答して、アクセスされるべきメモリ
セルを含んでいる行を選択する行選択手段を含み、 前記行選択手段および列選択手段は、前記基板上で、前
記メモリセルアレイを挟んで互いに対向する位置に置か
れている、請求項5に記載のスタティックランダムアク
セスメモリ装置。 - 【請求項7】 前記電源電圧減少手段は、隣接する2列
に共有して配置されている、請求項3に記載のスタティ
ックランダムアクセスメモリ装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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