JP2002304889A - Semiconductor memory - Google Patents

Semiconductor memory

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JP2002304889A
JP2002304889A JP2001111157A JP2001111157A JP2002304889A JP 2002304889 A JP2002304889 A JP 2002304889A JP 2001111157 A JP2001111157 A JP 2001111157A JP 2001111157 A JP2001111157 A JP 2001111157A JP 2002304889 A JP2002304889 A JP 2002304889A
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JP
Japan
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memory cell
memory
leak
cutoff switch
cell circuit
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JP2001111157A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiro Hiramoto
俊郎 平本
Takayasu Sakurai
貴康 桜井
Hiroshi Kawaguchi
博 川口
Takashi Inukai
貴士 犬飼
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Foundation for the Promotion of Industrial Science
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a leak current at the time of standby being a problem when a semiconductor memory of a current read-out type is made a low voltage and high speed type. SOLUTION: This memory is constituted of a current read-out type memory cell circuit 11 constituted of MOSFET connected between a power source and ground, a leak cut off switch element 18 connected in series to this memory cell circuit 11 and constituted of MOSFET having a leak current being smaller than that of MOSFET constituting the memory cell circuit 11, and a non-volatile memory element to which information stored in information holding nodes 19, 20 of the memory cell circuit 11 is supplied through a control switch.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体メモリに関
し、特に、スタンバイ時のリーク電流を低減し、低電圧
で、低消費電力・高速動作を実現する電流読み出し方の
半導体メモリに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory and, more particularly, to a semiconductor memory of a current reading method which realizes a low voltage, low power consumption and high speed operation by reducing a leakage current in a standby state.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路は時代とともにその集積
度の向上が要求されるとともに、モバイル機器の普及に
伴い、バッテリー駆動のLSIに対する需要が増えてお
り、低電源電圧下で高速に動作し、かつ、低消費電力の
LSIが要求されている。
2. Description of the Related Art As the level of integration of semiconductor integrated circuits increases with the times, the demand for battery-driven LSIs has increased with the spread of mobile devices. In addition, low power consumption LSI is required.

【0003】ところで、半導体集積回路を構成する最も
一般的なMOSFETは、その高速動作を維持したま
ま、動作電圧を低くするためには、閾値電圧も下げる必
要がある。しかし、閾値電圧を下げると、スタンバイ時
におけるオフ電流が増加すること、あるいは、閾値電圧
を下げ、高速化するためにゲート酸化膜を薄膜化すると、
ゲートリーク電流が増大する等の問題が発生する。半導
体集積回路はその規模の大きさゆえに、個々のトランジ
スタ素子のオフ電流を極めて小さくすることが要求され
ており、このための対策もいくつか試みられている。
[0003] In order to lower the operating voltage of the most common MOSFET constituting a semiconductor integrated circuit while maintaining its high-speed operation, it is necessary to lower the threshold voltage. However, when the threshold voltage is lowered, the off-state current during standby increases, or when the gate oxide film is thinned to lower the threshold voltage and increase the speed,
Problems such as an increase in gate leak current occur. Due to the large scale of the semiconductor integrated circuit, it is required that the off-state current of each transistor element be extremely small, and some countermeasures have been attempted.

【0004】例えば、本発明の発明者等は、半導体集積
回路においてスタンバイ時のリーク電流を遮断する方法
として電源線と回路の間にリーク電流の小さなスイッチ
を付加する方法を発明し、特願平11−305344と
して出願している。しかしながらこの方法は、一般の半
導体集積回路には、適用可能であるが、半導体メモリは
データ保持のためにスタンバイ時においても電源の供給
が欠かせないため適用できない。
For example, the inventors of the present invention have invented a method of adding a switch having a small leak current between a power supply line and a circuit as a method of cutting off a leak current at the time of standby in a semiconductor integrated circuit. No. 11-305344. However, this method can be applied to a general semiconductor integrated circuit, but cannot be applied to a semiconductor memory because power supply is indispensable even during standby for data retention.

【0005】また、このような方法を個々のメモリセル
に適用した場合、電源電圧の低下に伴い、アクティブ時
のスイッチの導電性が低下するため、大きなゲート幅が
必要となり、メモリセルの面積が増加するため、半導体
メモリの集積度を低下させる。
In addition, when such a method is applied to individual memory cells, the conductivity of the switch in an active state decreases with a decrease in the power supply voltage, so that a large gate width is required, and the area of the memory cell is reduced. This increases the degree of integration of the semiconductor memory.

【0006】また、データを不揮発性メモリに一時的に
待避させて電源を切る手法は、電源が供給されている間
に膨大なリーク電流が流れてしまうために、バッテリー
駆動のLSIにおいては適用できない。
Further, the technique of turning off the power by temporarily saving data in a nonvolatile memory cannot be applied to a battery driven LSI because a huge leak current flows while the power is supplied. .

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、電流読み出し型の半導体メモリを低電圧・高速化
した際に問題となるスタンバイ時のリーク電流を低減す
ることが可能な半導体メモリを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor memory capable of reducing a standby leakage current which becomes a problem when a current reading type semiconductor memory is operated at a low voltage and at a high speed. Is to do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体メモリ
は、電源電位および接地電位間に接続されたMOSFETで構
成された電流読み出し型メモリセル回路と、このメモリ
セル回路に直列に接続され、前記メモリセル回路を構成
するMOSFETより小さなリーク電流を有するMOSFETで構成
されたリーク遮断スイッチ素子と、前記メモリセル回路
の情報保持ノードに制御スイッチを介して接続された不
揮発性メモリ素子からなることを特徴とするものであ
る。
According to the present invention, there is provided a semiconductor memory, comprising: a current readout type memory cell circuit comprising a MOSFET connected between a power supply potential and a ground potential; The memory cell circuit comprises a leak cut-off switch element formed of a MOSFET having a smaller leak current than a MOSFET, and a nonvolatile memory element connected to an information holding node of the memory cell circuit via a control switch. It is assumed that.

【0009】また、本発明の半導体メモリにおいては、
前記リーク遮断スイッチ素子を構成するMOSFETのゲート
電極に印加する電圧が前記メモリセル回路に供給される
電源電圧より高いことを特徴とするものである。
Further, in the semiconductor memory of the present invention,
A voltage applied to a gate electrode of a MOSFET constituting the leak cutoff switch element is higher than a power supply voltage supplied to the memory cell circuit.

【0010】さらに、本発明の半導体メモリにおいて
は、前記リーク遮断スイッチ素子を構成するMOSFETのゲ
ート酸化膜厚が前記メモリセル回路を構成するMOSFETの
ゲート酸化膜厚より大きいことを特徴とするものであ
る。
Further, in the semiconductor memory of the present invention, the gate oxide film thickness of the MOSFET forming the leak cutoff switch element is larger than the gate oxide film thickness of the MOSFET forming the memory cell circuit. is there.

【0011】さらに、本発明の半導体メモリにおいて
は、前記リーク遮断スイッチ素子を構成するMOSFETの閾
値電圧が前記メモリセル回路を構成するMOSFETの閾値電
圧より高いことを特徴とするものである。
Further, in the semiconductor memory according to the present invention, a threshold voltage of a MOSFET constituting the leak cutoff switch element is higher than a threshold voltage of a MOSFET constituting the memory cell circuit.

【0012】さらに、本発明の半導体メモリにおいて
は、前記メモリセル回路は複数個設けられ、これらのメ
モリセル回路は行および列方向にマトリクス配列され、
前記リーク遮断スイッチ素子は、前記各行に配列された
複数個のメモリセル回路に対して共通に接続することに
より、前記スタンバイ制御を行単位で行うことを特徴と
するものである。
Further, in the semiconductor memory of the present invention, a plurality of the memory cell circuits are provided, and these memory cell circuits are arranged in a matrix in a row and column direction.
The leak cutoff switch element performs the standby control on a row-by-row basis by commonly connecting the plurality of memory cell circuits arranged in each of the rows.

【0013】さらに、本発明の半導体メモリにおいて
は、前記メモリセル回路は複数個設けられ、これらのメ
モリセル回路は行および列方向にマトリクス配列され、
前記リーク遮断スイッチ素子は、隣接する複数行に配列
された複数個のメモリセル回路に対して共通に接続する
ことにより、前記スタンバイ制御を前記複数行を一ブロ
ックとした、ブロック単位で行うことを特徴とするもの
である。
Further, in the semiconductor memory of the present invention, a plurality of the memory cell circuits are provided, and these memory cell circuits are arranged in a matrix in the row and column directions.
The leak cutoff switch element is connected in common to a plurality of memory cell circuits arranged in a plurality of adjacent rows, so that the standby control is performed in block units with the plurality of rows as one block. It is a feature.

【0014】さらに、本発明の半導体メモリにおいて
は、前記メモリセル回路を構成するMOSFETの基板端子
は、前記リーク遮断スイッチ素子を介して前記電源電位
あるいは前記接地電位に接続されることを特徴とするも
のである。
Further, in the semiconductor memory according to the present invention, a substrate terminal of a MOSFET constituting the memory cell circuit is connected to the power supply potential or the ground potential via the leak cutoff switch element. Things.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態について、
図面を参照して詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below.
This will be described in detail with reference to the drawings.

【0016】図1は本発明の半導体メモリを構成するメ
モリセル回路の構成を示す回路図である。このメモリセ
ル回路11は、メモリセル部12、リーク遮断スイッチ
部13およびバックアップセル部14から構成されてい
る。メモリセル部12は、電流駆動力が高いがリーク電
流が大きいMOSFETで構成され、低電圧で高速動作するメ
モリセルを構成している。すなわち、このメモリセル部
12は、2個のCMOSインバータ回路15、16により
構成されるフリップフロップ回路17を含んでいる。こ
のフリップフロップ回路17は、一端が電源電位VDD
に接続され、他端はリーク遮断スイッチ部13に含まれ
るリーク遮断スイッチ素子18を介して接地電位VSS
に接続されている。フリップフロップ回路17の2値情
報(1、0)を保持する情報保持ノード19、20は、そ
れぞれトランスファーゲートトランジスタ21、22を
介してビット線BL、/BLに接続されている。そして
2個のトランスファーゲートトランジスタ21、22の
ゲート電極は、ワード線WLに接続されている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a memory cell circuit constituting a semiconductor memory of the present invention. The memory cell circuit 11 includes a memory cell section 12, a leak cutoff switch section 13, and a backup cell section 14. The memory cell section 12 is constituted by a MOSFET having a high current driving force but a large leak current, and constitutes a memory cell which operates at high speed at a low voltage. That is, the memory cell section 12 includes a flip-flop circuit 17 composed of two CMOS inverter circuits 15 and 16. One end of the flip-flop circuit 17 has the power supply potential VDD.
The other end is connected to a ground potential VSS via a leak cutoff switch element 18 included in the leak cutoff switch section 13.
It is connected to the. Information holding nodes 19 and 20 for holding binary information (1, 0) of the flip-flop circuit 17 are connected to bit lines BL and / BL via transfer gate transistors 21 and 22, respectively. The gate electrodes of the two transfer gate transistors 21 and 22 are connected to a word line WL.

【0017】次に、リーク遮断スイッチ部13のリーク
遮断スイッチ素子18のゲート電極には、スイッチ素子
18のオン・オフを切り替え制御するための制御線Aが
接続されている。ここで、リーク遮断スイッチ素子18
は、メモリセル部12に含まれる2個のCMOSインバ
ータ回路15、16を構成するMOSFETに比較してリーク
電流が小さいMOSFETで構成されている。リーク電流が小
さいMOSFETは、前述したように、ゲート酸化膜を厚くし、
閾値電位を高く設定するとともに、ゲート制御線Aによ
りゲート電極に与える電位を高い電位とすることによ
り、実現できる。
Next, a control line A for controlling ON / OFF of the switch element 18 is connected to the gate electrode of the leak cut-off switch element 18 of the leak cut-off switch section 13. Here, the leak cutoff switch element 18
Are composed of MOSFETs having a smaller leakage current than the MOSFETs forming the two CMOS inverter circuits 15 and 16 included in the memory cell unit 12. For MOSFETs with low leakage current, as described above, make the gate oxide film thicker,
This can be realized by setting the threshold potential to be high and making the potential given to the gate electrode by the gate control line A high.

【0018】また、バックアップセル部14には、2個の
ゲートトランジスタ23、24および2個の例えば強誘
電体メモリのような不揮発性メモリ素子25、26が含
まれている。ゲートトランジスタ23は不揮発性メモリ
素子25に直列に接続され、ゲートトランジスタ23の
他端は、メモリセル部12の情報保持ノード19に接続
されている。また、不揮発性メモリ素子25の他端は、不
揮発性メモリ素子25を駆動させるためのプレート線P
Lに接続されている。他方、ゲートトランジスタ24は
不揮発性メモリ素子26に直列に接続され、ゲートトラ
ンジスタ24の他端は、メモリセル部12の情報保持ノ
ード20に接続されている。また、不揮発性メモリ素子
26の他端は、不揮発性メモリ素子26を駆動させるた
めのプレート線PLに接続されている。
The backup cell section 14 includes two gate transistors 23 and 24 and two nonvolatile memory elements 25 and 26 such as a ferroelectric memory. Gate transistor 23 is connected in series to nonvolatile memory element 25, and the other end of gate transistor 23 is connected to information holding node 19 of memory cell unit 12. The other end of the nonvolatile memory element 25 is connected to a plate line P for driving the nonvolatile memory element 25.
L. On the other hand, the gate transistor 24 is connected in series to the nonvolatile memory element 26, and the other end of the gate transistor 24 is connected to the information holding node 20 of the memory cell unit 12. The other end of the nonvolatile memory element 26 is connected to a plate line PL for driving the nonvolatile memory element 26.

【0019】このような構成のメモリセル回路11を、
縦横にマトリクス状に配置することによりメモリアレイ
が形成される。しかしこのような構成のメモリアレイに
おいては、リーク遮断スイッチ部13のリーク遮断スイ
ッチ素子18が、各メモリセルに設けられ、メモリセル
当たりの占有面積が大きくなるため、リーク遮断スイッ
チ素子18は、マトリクス配列の行に属するメモリセル
に対し1個設け、行に属する複数のメモリセルにより共
用することにより、メモリセル当たりの占有面積を小さ
くすることができる。
The memory cell circuit 11 having such a configuration is
A memory array is formed by arranging the matrix vertically and horizontally. However, in the memory array having such a configuration, the leak cutoff switch element 18 of the leak cutoff switch section 13 is provided in each memory cell, and the occupied area per memory cell increases. By providing one memory cell belonging to the row of the array and sharing the memory cell with a plurality of memory cells belonging to the row, the occupied area per memory cell can be reduced.

【0020】図2は、このような構成のメモリアレイを
示すブロック図である。同図おいては、図1の構成に対
応する部分には同一の符号が付してある。このメモリア
レイは、メモリセル部12とバックアップセル部14が
マトリクス上に配列され、リーク遮断スイッチ部13の
リーク遮断スイッチ素子18は、各行に1個設けられて
いる。そしてこのリーク遮断スイッチ素子18には、対
応する行に配列される複数のメモリセル部12が接続さ
れている。すなわち、図1に示されるメモリセル部12
に含まれる2個のCMOSインバータ回路15、16の
共通接続部VがVSSVラインにより相互に接続され、
このVSSVラインがリーク遮断スイッチ素子18を介
して接地電位VSSに接続されている。
FIG. 2 is a block diagram showing a memory array having such a configuration. In the figure, portions corresponding to the configuration of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In this memory array, the memory cell section 12 and the backup cell section 14 are arranged in a matrix, and one leak cutoff switch element 18 of the leak cutoff switch section 13 is provided for each row. A plurality of memory cell units 12 arranged in a corresponding row are connected to the leak cutoff switch element 18. That is, the memory cell unit 12 shown in FIG.
, The common connection portion V of the two CMOS inverter circuits 15 and 16 is connected to each other by a VSSV line,
This VSSV line is connected to the ground potential VSS via the leak cutoff switch element 18.

【0021】次にこのように構成された本発明のメモリ
における、スタンバイ動作について説明する。スタンバ
イ状態に入る際には、まず、バックアップセル部14に
おける制御線(C1、PL)によってメモリセル部12の情報
保持ノード19、20に蓄えられたデータを不揮発性メ
モリ25、26に書き込む。ここで、プレート線PLに
は、不揮発性メモリ25、26への情報の書き込みを可能
とする正負の電位が交互に与えられ、この電位とメモリ
セル部12の情報保持ノード19、20に保持された電
位との電位差により、情報保持ノード19、20の電位
に応じた2値情報が不揮発性メモリに書き込まれる。
Next, the standby operation in the memory of the present invention thus configured will be described. When entering the standby state, first, the data stored in the information holding nodes 19 and 20 of the memory cell unit 12 is written into the nonvolatile memories 25 and 26 by the control lines (C1 and PL) in the backup cell unit 14. Here, positive and negative potentials enabling writing of information to the nonvolatile memories 25 and 26 are alternately applied to the plate line PL, and this potential and the information holding nodes 19 and 20 of the memory cell unit 12 are held. The binary information corresponding to the potential of the information holding nodes 19 and 20 is written to the nonvolatile memory by the potential difference from the applied potential.

【0022】その後、リーク遮断スイッチ部13の制御
線Aの電位を高レベルから低レベルに切り替えること、す
なわち、オフにすることにより、リーク遮断スイッチ素子
18をオフする。これによって、電源電位VDDから接
地電位VSSに向かって、メモリセル部12の2個のC
MOSインバータ回路15、16を介して定常的に流れ
るリーク電流を遮断する。その際、メモリセル部12の
各ノード19、20がVDDと同電位になるため、メモ
リセル部12の保持データは消失する。
Thereafter, the potential of the control line A of the leak cutoff switch section 13 is switched from a high level to a low level, that is, turned off, so that the leak cutoff switch element 18 is turned off. As a result, the two Cs of the memory cell unit 12 move from the power supply potential VDD to the ground potential VSS.
The leakage current that constantly flows through the MOS inverter circuits 15 and 16 is cut off. At this time, since the nodes 19 and 20 of the memory cell unit 12 have the same potential as VDD, the data held in the memory cell unit 12 is lost.

【0023】次に、アクティブ状態に戻す際には、リー
ク遮断スイッチ部13の制御線Aの電位をオンに切り替
えるとともに、制御線C1をオンすることにより、不揮
発性メモリ25、26に蓄えられたデータをメモリセル
部12に戻す。
Next, when returning to the active state, the potential of the control line A of the leak cutoff switch section 13 is turned on and the control line C1 is turned on to store the data in the nonvolatile memories 25 and 26. The data is returned to the memory cell unit 12.

【0024】図2のメモリアレイにおいては、行単位で
スタンバイ制御が行われるが、その際には選択された行
のみをアクティブに戻すために、ワード線WLと同時に
制御線Aおよび制御線C1をオンする。その結果、リー
ク遮断スイッチ素子18およびゲートトランジスタ2
3、24がオンし、メモリセル部12にデータが戻り次
第、ビット線BL、/BLに電位差が生じ、メモリセル
部12の読み出し動作が行われる。
In the memory array of FIG. 2, standby control is performed on a row-by-row basis. At this time, in order to return only the selected row to active, the control line A and the control line C1 are connected simultaneously with the word line WL. Turn on. As a result, the leak cutoff switch element 18 and the gate transistor 2
As soon as 3 and 24 are turned on and data is returned to the memory cell section 12, a potential difference is generated between the bit lines BL and / BL, and the read operation of the memory cell section 12 is performed.

【0025】図3および図4は本発明の他の実施形態を
示すメモリセル回路図およびメモリアレイのブロック図
である。
FIGS. 3 and 4 are a circuit diagram of a memory cell and a block diagram of a memory array showing another embodiment of the present invention.

【0026】図1のメモリセル回路11においては、リ
ーク遮断スイッチ18として、n型のMOSFETをVSSとメモ
リセル部12との間に挿入したが、図3のメモリセル回
路11´においては、リーク遮断スイッチ18´とし
て、p型のMOSFETをVDDとメモリセル部12との間に挿入
している。この場合、リーク遮断スイッチ18´のゲー
ト電極には、図1の制御線Aにより与えられる電位を反
転した電位を与える制御線/Aが接続されている。ま
た、この実施形態においては、VDD側からメモリセル
部12を介して設置電位VSSに流れるリーク電流はリ
ーク遮断スイッチ18´により阻止できるが、ビット線
BL、/BLからトランスファーゲートトランジスタ2
1´、22´を介して設置電位VSSに流れるリーク電
流はリーク遮断スイッチ18´により遮断することはで
きない。このため、ビット線に接続されるトランスファ
ーゲートMOSFETトランジスタ21´、22´は図1に示
すリーク遮断スイッチ18と同様のものを用いることに
より、ビット線BL、/BLからのリーク電流を遮断し
ている。
In the memory cell circuit 11 of FIG. 1, an n-type MOSFET is inserted between the VSS and the memory cell section 12 as the leak cutoff switch 18, but in the memory cell circuit 11 'of FIG. As the cutoff switch 18 ′, a p-type MOSFET is inserted between VDD and the memory cell unit 12. In this case, a control line / A for applying a potential obtained by inverting the potential given by the control line A in FIG. 1 is connected to the gate electrode of the leak cutoff switch 18 '. In this embodiment, the leak current flowing from the VDD side to the set potential VSS via the memory cell unit 12 can be blocked by the leak cutoff switch 18 '. However, the transfer gate transistor 2 is connected to the bit lines BL and / BL.
The leak current flowing to the installation potential VSS via 1 'and 22' cannot be cut off by the leak cutoff switch 18 '. Therefore, the transfer gate MOSFET transistors 21 ′ and 22 ′ connected to the bit line use the same one as the leak cutoff switch 18 shown in FIG. 1 to cut off the leak current from the bit lines BL and / BL. I have.

【0027】図4はこのような図3のメモリセル部12
およびバックアップセル部14により構成されるメモリ
アレイであり、図2と同様に、リーク遮断スイッチ部1
3のリーク遮断スイッチ素子18´は、1行に配列され
た複数のメモリセル部12に対して共通に設けられてい
る。すなわち、図3に示されるメモリセル部12に含ま
れる2個のCMOSインバータ回路15、16の共通接
続部VがVDDVライン(擬似VDDライン)により相
互に接続され、このVDDVラインがリーク遮断スイッ
チ素子18´を介して電源電位VDDに接続されてい
る。
FIG. 4 shows such a memory cell section 12 of FIG.
And a backup cell unit 14. The memory array includes a leak cutoff switch unit 1 as in FIG.
The three leak cutoff switch elements 18 'are provided in common for the plurality of memory cell units 12 arranged in one row. That is, the common connection portion V of the two CMOS inverter circuits 15 and 16 included in the memory cell portion 12 shown in FIG. 3 is connected to each other by a VDDV line (pseudo VDD line), and this VDDV line is 18 'is connected to the power supply potential VDD.

【0028】図3および図4におけるその他の構成部分
は図1および図2の構成と同様であるため、対応する部
分には対応する符号を付し、詳細な説明は省略する。
Since the other components in FIGS. 3 and 4 are the same as those in FIGS. 1 and 2, corresponding components are denoted by corresponding reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

【0029】以上説明した本発明の実施形態によれば、
次のような効果が得られる。 1.メモリセルを高駆動力のMOSFETにて構成することに
よって低電圧での高速動作を実現する。その結果動作時
の消費電力の低減が可能となる。その際、メモリセルの
高駆動力化に伴い増大するオフリーク電流は、リーク電
流の小さなMOSFETによって構成されるリーク遮断スイッ
チによって遮断されるため問題とならない。また、電源
供給を止めた状態においても不揮発性メモリによりデー
タは保持される。 2.アクティブ時のリーク遮断スイッチの導電性を高め
ることにより、そのゲート幅を小さくし、メモリセルの
面積増加を抑制できる。 3.リーク遮断スイッチにおけるリーク電流を小さくす
ることによって、スタンバイ時の消費電力を小さくす
る。 4.アクティブ状態にあるメモリセルは大きなリーク電
流を有するが、行単位でスタンバイ制御を行うことによ
って、アクティブ状態のメモリセルを最小限にし、その
オフリーク電流を抑制する。また、半導体メモリのデー
タの読み出しは一般的に行単位であるため、読み出しと
同期したスタンバイ制御が可能となる。 5.リーク遮断スイッチをメモリセル部の外側に配置す
ることが可能であるため、メモリセルの面積の増加を抑
制することが可能である。また、行単位のスタンバイ制
御との親和性が高い。
According to the embodiment of the present invention described above,
The following effects can be obtained. 1. High-speed operation at low voltage is realized by configuring the memory cells with MOSFETs with high driving power. As a result, power consumption during operation can be reduced. At this time, an off-leak current that increases with an increase in the driving force of the memory cell is not a problem because it is cut off by a leak cut-off switch constituted by a MOSFET having a small leak current. Further, even when the power supply is stopped, the data is retained by the nonvolatile memory. 2. By increasing the conductivity of the leak cutoff switch in the active state, the gate width can be reduced, and an increase in the area of the memory cell can be suppressed. 3. By reducing the leakage current in the leakage cutoff switch, power consumption during standby is reduced. 4. Although a memory cell in an active state has a large leak current, by performing standby control on a row-by-row basis, the number of memory cells in the active state is minimized and its off-leakage current is suppressed. In addition, since reading of data from the semiconductor memory is generally performed in units of rows, standby control synchronized with reading can be performed. 5. Since the leak cutoff switch can be arranged outside the memory cell portion, an increase in the area of the memory cell can be suppressed. Also, it has a high affinity with the standby control on a line-by-line basis.

【0030】図5および図6は本発明のさらに他の実施
形態を示すメモリアレイのブロック図である。これらの
実施形態においては、リーク遮断スイッチを複数行のメ
モリセル部12をブロックとして、ブロック単位に設け
るものである。図5のメモリアレイでは、リーク遮断ス
イッチ素子18としてn型のMOSFETを、複数行に属する
メモリセル部12を相互に接続する共通ラインVSSV
(擬似VSSライン)と接地電位VSSとの間に1個接
続されている。
FIGS. 5 and 6 are block diagrams of a memory array showing still another embodiment of the present invention. In these embodiments, the leak cutoff switch is provided for each block, with the memory cell units 12 in a plurality of rows as blocks. In the memory array of FIG. 5, an n-type MOSFET is used as the leak cutoff switch element 18 and a common line VSSV that interconnects the memory cell units 12 belonging to a plurality of rows.
(Pseudo VSS line) and one ground potential VSS.

【0031】他方、図6のメモリアレイでは、リーク遮
断スイッチ素子18´としてp型のMOSFETを複数行に属
するメモリセル部12を相互に接続するVDDVライン
と電源電位VDDとの間に1個接続されている。図5お
よび図6におけるその他の構成部分は図2および図4の
構成と同様であるため、対応する部分には対応する符号
を付し、詳細な説明は省略する。
On the other hand, in the memory array of FIG. 6, one p-type MOSFET is connected as the leak cutoff switch element 18 'between the VDDV line interconnecting the memory cell sections 12 belonging to a plurality of rows and the power supply potential VDD. Have been. Since the other components in FIGS. 5 and 6 are the same as those in FIGS. 2 and 4, corresponding components are denoted by corresponding reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

【0032】この実施形態によれば、前述した諸効果の
ほかに、次のような効果が得られる。 1.データの読み出しに先行して、読み出される行を含
むブロックをアクティブ状態に復帰することが可能であ
り、各行のデータの読み出しにおいて不揮発性メモリか
らのデータの復帰にかかる時間を短縮することが可能と
なる。また、半導体メモリは一般的に隣接する行が連続
して読み出されることが多いため、行単位でスタンバイ
制御を行う場合と比べて、アクティブ・スタンバイ間の
遷移を少なくすることが可能であり、不揮発性メモリの
書き込み耐性劣化を抑制することが可能である。 2.リーク遮断スイッチをメモリセル部の外側に配置す
ることが可能であるため、メモリセルの面積の増加を抑
制することが可能である。また、半導体メモリのデータ
の読み出しは行単位であるため、必要となるアクティブ
時の導電性は行単位で接続した場合と同程度である。し
たがって、行単位で接続した場合よりもリーク遮断スイ
ッチによる面積増加を抑制することが可能である。ま
た、前述したブロック単位のスタンバイ制御との親和性
が高い。
According to this embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects described above. 1. Prior to data reading, a block including a row to be read can be returned to an active state, and the time required to restore data from the nonvolatile memory in reading data of each row can be reduced. Become. In general, in a semiconductor memory, adjacent rows are often read continuously, so that the transition between active and standby can be reduced as compared with a case where standby control is performed on a row-by-row basis. It is possible to suppress the deterioration of the write resistance of the volatile memory. 2. Since the leak cutoff switch can be arranged outside the memory cell portion, an increase in the area of the memory cell can be suppressed. In addition, since reading of data from the semiconductor memory is performed in units of rows, the required conductivity at the time of active is about the same as that in the case of connection in units of rows. Therefore, it is possible to suppress the area increase due to the leak cutoff switch as compared with the case where the connection is made in units of rows. Further, it has high affinity with the above-described standby control in units of blocks.

【0033】図7は本発明のさらに他の実施形態を示す
メモリセルの回路図である。メモリセル部12のCMO
Sインバータ回路15、16を構成するMOSFETの基板端
子は、通常、p型MOSFETはVDD、n型MOSFETはVSSに
接続されるが、この実施形態においては、p型MOSFETの
基板端子27、28ははVDDに接続し、n型MOSFETの
基板端子29、30はn型MOSFETリーク遮断スイッチ1
8を介して接地電位VSSに接続する。このようにする
ことにより、CMOSインバータ回路15、16を構成
するMOSFETにおける、ゲートトンネルリークおよび接合
リークを防止することができる。
FIG. 7 is a circuit diagram of a memory cell showing still another embodiment of the present invention. CMO of memory cell section 12
The substrate terminals of the MOSFETs constituting the S inverter circuits 15 and 16 are usually connected to VDD for the p-type MOSFET and to VSS for the n-type MOSFET. In this embodiment, the substrate terminals 27 and 28 of the p-type MOSFET are Is connected to VDD, and the substrate terminals 29 and 30 of the n-type MOSFET are connected to the n-type MOSFET leak cutoff switch 1.
8 to the ground potential VSS. This makes it possible to prevent a gate tunnel leak and a junction leak in the MOSFETs forming the CMOS inverter circuits 15 and 16.

【0034】図7におけるその他の構成部分は図1の構
成と同様であるため、対応する部分には対応する符号を
付し、詳細な説明は省略する。
Since the other components in FIG. 7 are the same as those in FIG. 1, the corresponding components are denoted by the corresponding reference numerals, and detailed description is omitted.

【0035】図8は本発明のさらに他の実施形態を示す
メモリセルの回路図である。メモリセル部12のCMO
Sインバータ回路15、16を構成するMOSFETの基板端
子のうち、p型MOSFETの基板端子27、28はp型MOSFE
Tリーク遮断スイッチ18´を介してVDDに接続す
る。なお、n型MOSFETの基板端子29、30はVSSに
接続する。このようにすることにより、CMOSインバ
ータ回路15、16を構成するMOSFETにおける、ゲート
トンネルリークおよび接合リークを防止することができ
る。
FIG. 8 is a circuit diagram of a memory cell showing still another embodiment of the present invention. CMO of memory cell section 12
Of the substrate terminals of the MOSFETs constituting the S inverter circuits 15 and 16, the substrate terminals 27 and 28 of the p-type MOSFET are p-type MOSFETs.
Connected to VDD via T leak cutoff switch 18 '. The substrate terminals 29 and 30 of the n-type MOSFET are connected to VSS. This makes it possible to prevent a gate tunnel leak and a junction leak in the MOSFETs forming the CMOS inverter circuits 15 and 16.

【0036】図8におけるその他の構成部分は図1の構
成と同様であるため、対応する部分には対応する符号を
付し、詳細な説明は省略する。
Since the other components in FIG. 8 are the same as those in FIG. 1, the corresponding components are denoted by the corresponding reference numerals, and detailed description is omitted.

【0037】なお、以上の実施形態では、メモリセルと
してSRAM、不揮発性メモリとして強誘電体メモリを用い
たが、電流読み出し型メモリと不揮発性メモリの任意の
組み合わせ、あるいは、EEPROMのような一体化したメモ
リに関しても適用可能である。
In the above embodiment, the SRAM is used as the memory cell and the ferroelectric memory is used as the nonvolatile memory. However, any combination of the current readout type memory and the nonvolatile memory, or the integration such as the EEPROM can be used. The present invention is also applicable to a memory that has been used.

【0038】なお、以上の実施形態では、メモリセルと
してSRAM、不揮発性メモリとして強誘電体メモリを用い
たが、電流読み出し型メモリと不揮発性メモリの任意の
組み合わせ、あるいは、EEPROMのような一体化したメモ
リに関しても適用可能である。
In the above embodiment, the SRAM is used as the memory cell and the ferroelectric memory is used as the nonvolatile memory. However, any combination of the current read type memory and the nonvolatile memory, or the integration such as the EEPROM can be used. The present invention is also applicable to a memory that has been used.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明によれば、電流読み出し型の半導
体メモリを低電圧・高速化した際に問題となるスタンバ
イ時のリーク電流を低減することが可能な半導体メモリ
を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor memory capable of reducing a leakage current at the time of standby which is a problem when a current reading type semiconductor memory is operated at a low voltage and at a high speed.

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

【図1】本発明の半導体メモリを構成するメモリセル回
路の構成を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a memory cell circuit forming a semiconductor memory of the present invention.

【図2】図2は、図1のメモリセル回路11が縦横にマ
トリクス状に配置されたメモリアレイの構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a memory array in which the memory cell circuits 11 of FIG. 1 are arranged vertically and horizontally in a matrix.

【図3】本発明の他の実施形態を示すメモリセル回路図
である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a memory cell showing another embodiment of the present invention.

【図4】図3に示すメモリセル回路図を用いたメモリア
レイを示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a memory array using the memory cell circuit diagram shown in FIG. 3;

【図5】本発明のさらに他の実施形態を示すメモリアレ
イのブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram of a memory array showing still another embodiment of the present invention.

【図6】本発明のさらに他の実施形態を示すメモリアレ
イのブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram of a memory array showing still another embodiment of the present invention.

【図7】本発明のさらに他の実施形態を示すメモリセル
の回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram of a memory cell showing still another embodiment of the present invention.

【図8】図7に示すメモリセル回路図を用いたメモリア
レイを示すブロック図である。
8 is a block diagram showing a memory array using the memory cell circuit diagram shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 メモリセル回路 12 メモリセル部 13 リーク遮断スイッチ部 14 バックアップセル部 15 CMOSインバータ回路 16 CMOSインバータ回路 17 フリップフロップ回路 18 リーク遮断スイッチ素子 19、20 情報保持ノード 21、22 トランスファーゲートトランジスタ 23、24 ゲートトランジスタ 25、26 不揮発性メモリ素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Memory cell circuit 12 Memory cell part 13 Leakage cutoff switch part 14 Backup cell part 15 CMOS inverter circuit 16 CMOS inverter circuit 17 Flip-flop circuit 18 Leakage cutoff switch element 19, 20 Information holding node 21, 22 Transfer gate transistor 23, 24 Gate Transistors 25, 26 Nonvolatile memory elements

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 犬飼 貴士 東京都目黒区駒場四丁目6番1号 東京大 学生産技術研究所平本研究室内 Fターム(参考) 5B015 HH04 JJ05 KA06 KA10 QQ01 QQ03 QQ17  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Takashi Inukai 4-6-1, Komaba, Meguro-ku, Tokyo F-term (Reference) 5B015 HH04 JJ05 KA06 KA10 QQ01 QQ03 QQ17

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電源電位および接地電位間に接続された
MOSFETで構成された電流読み出し型メモリセル回路と、
このメモリセル回路に直列に接続され、前記メモリセル
回路を構成するMOSFETより小さなリーク電流を有するMO
SFETで構成されたリーク遮断スイッチ素子と、前記メモ
リセル回路の情報保持ノードに制御スイッチを介して接
続された不揮発性メモリ素子からなることを特徴とする
半導体メモリ。
1. A power supply connected between a power supply potential and a ground potential.
A current readout memory cell circuit composed of MOSFETs;
An MO connected in series to the memory cell circuit and having a smaller leakage current than the MOSFETs constituting the memory cell circuit.
A semiconductor memory, comprising: a leak cutoff switch element configured by an SFET; and a nonvolatile memory element connected to a data holding node of the memory cell circuit via a control switch.
【請求項2】 前記リーク遮断スイッチ素子を構成する
MOSFETのゲート電極に印加する電圧が前記メモリセル回
路に供給される電源電圧より高いことを特徴とする請求
項1記載の半導体メモリ。
2. The leak cutoff switch element is configured.
2. The semiconductor memory according to claim 1, wherein a voltage applied to a gate electrode of the MOSFET is higher than a power supply voltage supplied to the memory cell circuit.
【請求項3】 前記リーク遮断スイッチ素子を構成する
MOSFETのゲート酸化膜厚が前記メモリセル回路を構成す
るMOSFETのゲート酸化膜厚より大きいことを特徴とする
請求項1記載の半導体メモリ。
3. The leak cutoff switch element is configured.
2. The semiconductor memory according to claim 1, wherein a gate oxide film thickness of the MOSFET is larger than a gate oxide film thickness of a MOSFET constituting the memory cell circuit.
【請求項4】 前記リーク遮断スイッチ素子を構成する
MOSFETの閾値電圧が前記メモリセル回路を構成するMOSF
ETの閾値電圧より高いことを特徴とする請求項1記載の
半導体メモリ。
4. The leak cutoff switch element is configured.
The threshold voltage of the MOSFET is the MOSF constituting the memory cell circuit.
2. The semiconductor memory according to claim 1, wherein the semiconductor memory is higher than a threshold voltage of ET.
【請求項5】 前記メモリセル回路は複数個設けられ、
これらのメモリセル回路は行および列方向にマトリクス
配列され、前記リーク遮断スイッチ素子は、前記各行に配
列された複数個のメモリセル回路に対して共通に接続す
ることにより、前記スタンバイ制御を行単位で行うこと
を特徴とする請求項1記載の半導体メモリ。
5. The memory cell circuit according to claim 1, wherein a plurality of memory cell circuits are provided.
These memory cell circuits are arranged in a matrix in the row and column directions, and the leak cutoff switch element is connected in common to a plurality of memory cell circuits arranged in each of the rows, whereby the standby control is performed on a row basis. 2. The semiconductor memory according to claim 1, wherein the processing is performed by:
【請求項6】 前記メモリセル回路は複数個設けられ、
これらのメモリセル回路は行および列方向にマトリクス
配列され、前記リーク遮断スイッチ素子は、隣接する複数
行に配列された複数個のメモリセル回路に対して共通に
接続することにより、前記スタンバイ制御を前記複数行
を一ブロックとした、ブロック単位で行うことを特徴と
する請求項1記の載半導体メモリ。
6. A plurality of memory cell circuits are provided,
These memory cell circuits are arranged in a matrix in a row and column direction, and the leak cutoff switch element is connected to a plurality of memory cell circuits arranged in a plurality of adjacent rows in common, thereby performing the standby control. 2. The mounted semiconductor memory according to claim 1, wherein the processing is performed in units of a block in which the plurality of rows are one block.
【請求項7】 前記メモリセル回路を構成するMOSFETの
基板端子は、前記リーク遮断スイッチ素子を介して前記
電源電位あるいは接地電位に接続されることを特徴とす
る請求項1記載の半導体メモリ。
7. The semiconductor memory according to claim 1, wherein a substrate terminal of a MOSFET constituting said memory cell circuit is connected to said power supply potential or ground potential via said leak cutoff switch element.
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