JP2006269023A - Semiconductor memory apparatus - Google Patents

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晃一 武田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor memory apparatus provided with optimum memory cells, a sub-word driver, or the like for stable operation since an SRAM cell constituted of 6 transistors is not operated stably by miniaturizing them and reducing voltage. <P>SOLUTION: The SRAM cell is constituted of a first inverter circuit whose output is a memory node V1, a second inverter circuit whose output is a memory node V2, an access transistor N3 connected between a read-out bit line and the memory node V1, and an access transistor N4 connected between a write-in bit line and the memory node V2. The first and the second inverter circuits are connected in a loop, threshold voltage of the second inverter circuit is set to higher than threshold voltage of the first inverter circuit. Further, pre-charge voltage of the read-out bit line is lower than power source voltage and VDD2 is higher than the threshold voltage of the second inverter circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体記憶装置に係り、読み出し時における記憶データ破壊を防止し、超高速、超低電圧で動作する半導体記憶装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor memory device which prevents destruction of stored data at the time of reading and operates at an ultra-high speed and an ultra-low voltage.

最近の半導体装置は大規模化、高速化とともに、多くの機能が取り込まれシステム化されている。大規模化、高速化のためにトランジスタを微細化して、電源電圧を低下させつつ、動作速度を向上させている。またシステム化のためCPUをはじめとした各種機能ブロックや、各種の記憶装置が混載されている。これらのシステムLSIに混載されている記憶装置においても同様に高速動作及び低電源電圧での動作が求められ、例えばキャッシュメモリ等の用途で混載されるスタティックランダムアクセスメモリ(SRAM:Static Random Access Memory、以後SRAMと略称する)においても、同様に高速動作及び低電源電圧での動作が求められる。   Recent semiconductor devices have been scaled up and speeded up, and many functions have been incorporated into a system. Transistors are miniaturized to increase the scale and speed, and the operating speed is improved while lowering the power supply voltage. In addition, various function blocks including a CPU and various storage devices are mixed for systemization. Similarly, storage devices embedded in these system LSIs are required to operate at a high speed and with a low power supply voltage. For example, static random access memories (SRAMs) embedded in applications such as cache memories. In the same manner, high-speed operation and operation with a low power supply voltage are also required in the following description.

従来のSRAMについて、図1を参照して説明する。図1には6トランジスタで構成される従来のSRAMのメモリセル(以後、SRAMセルと呼称する)を示す。ワード線WLが低電位の場合、二つのCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)インバータがループを形成することで安定にデータを保持することができる。すなわち、一方のCMOSインバータは、記憶ノードV1を入力として、記憶ノードV1に記憶されたデータの反転データを記憶ノードV2に出力し、他方のCMOSインバータは、記憶ノードV2を入力として、記憶ノードV2に記憶されたデータの反転データを記憶ノードV1に出力している。   A conventional SRAM will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a conventional SRAM memory cell composed of six transistors (hereinafter referred to as an SRAM cell). When the word line WL is at a low potential, two CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) inverters form a loop so that data can be stably held. That is, one CMOS inverter receives the storage node V1 as an input and outputs inverted data of the data stored in the storage node V1 to the storage node V2. The other CMOS inverter receives the storage node V2 as an input and the storage node V2 The inverted data of the data stored in is output to the storage node V1.

ワード線WLがアクセスされて高電位の場合、アクセストランジスタN3及びN4が導通することで、記憶ノードV1及びV2に記憶されたデータをビット線BLT及びBLNに読み出すことでメモリの読み出し動作となり、逆にビット線BLT及びBLNからのデータを記憶ノードV1及びV2に書き込むことでメモリの書き込み動作となる。   When the word line WL is accessed and is at a high potential, the access transistors N3 and N4 are turned on, so that the data stored in the storage nodes V1 and V2 is read out to the bit lines BLT and BLN, which results in a memory read operation. The memory write operation is performed by writing the data from the bit lines BLT and BLN to the storage nodes V1 and V2.

しかしながら、従来のSRAMセルは低電源電圧において読み出し動作を行うと記憶データが破壊されるという問題が発生する。   However, the conventional SRAM cell has a problem that stored data is destroyed when a read operation is performed at a low power supply voltage.

読み出し動作時の記憶データ破壊について説明する。ワード線WLがハイレベルとなり、アクセストランジスタN3及びN4が導通し、記憶ノードV1及びV2はビット線BLT及びBLNにそれぞれ接続され、ビット線レベルに上昇しようとする。例えば記憶ノードV1がローレベルに記憶されていた場合にはビット線BLTにより記憶ノードV1がわずかに上昇するがドライブトランジスタN1がオン状態であり、その電位を引き下げる。しかし、この上昇した電位が反対側のドライブトランジスタN2の閾値レベルを超えた場合には、ドライブトランジスタN2がオンし、記憶ノードV2のレベルを引き下げ、ドライブトランジスタV1のオン電流を減少させることで、記憶ノードV1がさらに上昇し、記憶データ破壊が発生する。   The destruction of stored data during the read operation will be described. The word line WL becomes high level, the access transistors N3 and N4 become conductive, the storage nodes V1 and V2 are connected to the bit lines BLT and BLN, respectively, and try to rise to the bit line level. For example, when the storage node V1 is stored at a low level, the storage node V1 is slightly raised by the bit line BLT, but the drive transistor N1 is in the on state, and the potential is lowered. However, when this increased potential exceeds the threshold level of the opposite drive transistor N2, the drive transistor N2 is turned on, the level of the storage node V2 is lowered, and the on-current of the drive transistor V1 is decreased. The storage node V1 further rises and the stored data is destroyed.

一般に、SRAMセルでは、アクセスされた際のデータ保持の安定度を測る指標としてスタティックノイズマージン(SNM:Static Noise Margin)が用いられる。図2に示されるように、SRAMセルを2個のインバータに分離して、各々のインバータのDC(直流)特性を求め、一方のインバータのDC特性出力がもう一方のインバータのDC特性入力となるように、二つのDC特性を重ね合わせた際に、バタフライカーブが描かれる。SNMは、このバタフライカーブに内接する最大の正方形の一辺として定義される。SNMが0mV以上の場合には、正常読み出し動作される。SNMが0mV以下の場合には、読み出し動作時に反転データが上書きされる。   Generally, in an SRAM cell, a static noise margin (SNM) is used as an index for measuring the stability of data retention when accessed. As shown in FIG. 2, the SRAM cell is divided into two inverters, and the DC (direct current) characteristics of each inverter are obtained, and the DC characteristic output of one inverter becomes the DC characteristic input of the other inverter. Thus, when two DC characteristics are superimposed, a butterfly curve is drawn. The SNM is defined as one side of the largest square inscribed in this butterfly curve. When SNM is 0 mV or higher, normal read operation is performed. When SNM is 0 mV or less, the inverted data is overwritten during the read operation.

このSNMについては、下記非特許文献1において将来予測が行われている。すなわち、図3に示されるように使用されるトランジスタのチャンネル長が微細化され、そのトランジスタのチャンネル長が250nmから50nmに移行した場合、SNMは平均値が減少するだけでなく、SNMの偏差も増大する。従って、SNMの最悪値は著しく劣化する。図示される50nmにおいてはSNMの最悪値が「0」以下になってしまうので、読み出し操作に伴ってワード線WLが高電位になった際には、記憶データが破壊される。   About this SNM, the future prediction is performed in the following nonpatent literature 1. That is, when the channel length of the transistor used is reduced as shown in FIG. 3 and the channel length of the transistor shifts from 250 nm to 50 nm, the SNM not only decreases the average value but also the SNM deviation. Increase. Therefore, the worst value of SNM is significantly deteriorated. At the illustrated 50 nm, the worst value of the SNM becomes “0” or less, so that the stored data is destroyed when the word line WL becomes a high potential accompanying the read operation.

これらの問題に対して種々の検討がなされ、先行文献が開示されている。特許文献1には電源電圧レベルを変えて、読み出し、書き込みを行う2ポートのメモリが開示されている。特許文献2にはドライブトランジスタはシリサイド構造とし、アクセストランジスタは非シリサイドとトランジスタを使い分けトランジスタの電流駆動能力を大きくする技術が開示されている。また特許文献3にはSRAMセルのGND線を制御してインバータ回路の閾値電圧を異ならせることでSNMを広げる技術が開示されている。   Various studies have been made on these problems, and prior literatures have been disclosed. Patent Document 1 discloses a two-port memory that performs reading and writing by changing the power supply voltage level. Patent Document 2 discloses a technology in which a drive transistor has a silicide structure and an access transistor uses a non-silicide and a transistor to increase the current drive capability of the transistor. Patent Document 3 discloses a technique for expanding the SNM by controlling the GND line of the SRAM cell to vary the threshold voltage of the inverter circuit.

A. J. Bhavnagarwala 「The impact of intrinsic device fluctuations on CMOS SRAM cell stability」 IEEE Journal of Solid State Circuit, Vol. 36, No. 4, Apr. 2001(図5、図10)A. J. Bhavnagarwala “The impact of intrinsic device fluctuations on CMOS SRAM cell stability” IEEE Journal of Solid State Circuit, Vol. 36, No. 4, Apr. 2001 (Figures 5 and 10) 特開平05−166375号公報JP 05-166375 A 特開2004−040119号公報JP 2004-040119 A 特開2003−086713号広報JP 2003-086713 A

上記したように、従来の6トランジスタで構成されるSRAMセルは微細化、低電圧化されることで、そのSNMが小さくなり、安定動作しなくなる。特許文献3においてはSRAMセルに関してSNMを大きくする技術は記載されているが、そのSRAMセルの最適化及び最適な周辺回路に関する記載がない。更に、SRAMセルのGND線を制御するためにセンスアンプの面積が増大する問題もある。低電圧において高速動作可能で、読み出し動作時の記憶データ破壊を防止可能なメモリセルのさらなる最適化と、最適な周辺回路及びこれらを備えた半導体記憶装置の開発が望まれている。   As described above, the conventional SRAM cell composed of six transistors is miniaturized and the voltage is reduced, so that the SNM is reduced and the stable operation is not performed. Patent Document 3 describes a technique for increasing the SNM for an SRAM cell, but does not describe optimization of the SRAM cell and an optimal peripheral circuit. Further, there is a problem that the area of the sense amplifier is increased in order to control the GND line of the SRAM cell. There is a demand for further optimization of memory cells that can operate at a high speed at a low voltage and prevent destruction of stored data during a read operation, and to develop an optimal peripheral circuit and a semiconductor memory device including these.

本発明は、上記問題点を改善するためになされたものであって、その目的とするところは、超高速動作または超低電圧動作において、読み出し操作の際の記憶データ破壊を防止可能なメモリセルとその周辺回路、及びこれらを備えた半導体記憶装置を提供することにある。   The present invention has been made to remedy the above problems, and an object of the present invention is to provide a memory cell capable of preventing destruction of stored data during a read operation in an ultrahigh-speed operation or an ultra-low voltage operation. And a peripheral circuit thereof, and a semiconductor memory device including these.

本願の半導体記憶装置は、第1の記憶ノードを出力とする第1のインバータ回路と、第2の記憶ノードを出力とする第2のインバータ回路と、読み出しビット線と前記第1の記憶ノードとの間に接続された第1のアクセストランジスタと、書き込みビット線と前記第2の記憶ノードとの間に接続された第2のアクセストランジスタと、を有し、前記第1及び第2のインバータ回路はお互いにループ接続され、前記第1及び第2のインバータ回路の負荷トランジスタ同士と、前記第1及び第2のアクセストランジスタ同士とはそれぞれ略同一の駆動能力を有し、前記第2のインバータ回路のドライブトランジスタの駆動能力を前記第1のインバータ回路のドライブトランジスタの駆動能力より小さくし、前記第2のインバータ回路の閾値電圧が前記第1のインバータ回路の閾値電圧より高く設定されたメモリセルを備えたことを特徴とする。   The semiconductor memory device of the present application includes a first inverter circuit that outputs a first storage node, a second inverter circuit that outputs a second storage node, a read bit line, and the first storage node. And a second access transistor connected between a write bit line and the second storage node, and the first and second inverter circuits. Are connected in a loop to each other, and the load transistors of the first and second inverter circuits and the first and second access transistors have substantially the same driving capability, respectively, and the second inverter circuit The drive capability of the first inverter circuit is made smaller than the drive capability of the drive transistor of the first inverter circuit, and the threshold voltage of the second inverter circuit is Characterized by comprising a serial first inverter circuit is set high memory cell than the threshold voltage of the.

本願の半導体記憶装置においては、前記読み込みビット線は前記第2のインバータ回路の閾値電圧よりも高く、前記第1のインバータ回路の電源電圧よりも低いプリチャージ電圧値にプリチャージされることを特徴とする。   In the semiconductor memory device of the present application, the read bit line is precharged to a precharge voltage value that is higher than a threshold voltage of the second inverter circuit and lower than a power supply voltage of the first inverter circuit. And

本願の半導体記憶装置においては、前記プリチャージ電圧は前記電源電圧より前記第1のアクセストランジスタの閾値電圧値分低い電圧であることを特徴とする。   In the semiconductor memory device of the present application, the precharge voltage is lower than the power supply voltage by a threshold voltage value of the first access transistor.

本願の半導体記憶装置においては、前記書き込みビット線は接地電位にプリチャージされることを特徴とする。   In the semiconductor memory device of the present application, the write bit line is precharged to a ground potential.

本願の半導体記憶装置においては、前記書き込みビット線は接地電位に接続されることを特徴とする。   In the semiconductor memory device of the present application, the write bit line is connected to a ground potential.

本願の半導体記憶装置は、第1の記憶ノードを出力とする第1のインバータ回路と、第2の記憶ノードを出力とする第2のインバータ回路と、読み出しビット線と前記第1の記憶ノードとの間に接続された第1のアクセストランジスタと、書き込みビット線と前記第2の記憶ノードとの間に接続された第2のアクセストランジスタと、を備えたメモリセルを有し、前記第1及び第2のインバータ回路はお互いにループ接続され、前記第2のインバータ回路の閾値電圧が前記第1のインバータ回路の閾値電圧より高く設定され、前記読み出しビット線は前記第2のインバータ回路の閾値電圧よりも高く、前記第2のインバータ回路の電源電圧よりも低いプリチャージ電圧値にプリチャージされることを特徴とする。   The semiconductor memory device of the present application includes a first inverter circuit that outputs a first storage node, a second inverter circuit that outputs a second storage node, a read bit line, and the first storage node. And a second access transistor connected between a write bit line and the second storage node, the memory cell comprising: a first access transistor connected between the first storage transistor and a second access transistor connected between the second storage node; The second inverter circuits are loop-connected to each other, the threshold voltage of the second inverter circuit is set higher than the threshold voltage of the first inverter circuit, and the read bit line is the threshold voltage of the second inverter circuit It is precharged to a precharge voltage value higher than that of the power supply voltage of the second inverter circuit.

本願の半導体記憶装置においては、前記メモリセルとデータ伝達を行うセンスアンプは、読み出しビット線及び書き込みビット線と、入出力回路とのデータ伝達を行うデータ線及び反転書き込みデータ線と、前記読み出しビット線からのデータを反転出力するNOR回路と、該NOR回路の出力を前記データ線に伝達するデータ読み出し手段と、書き込み信号により前記データ線からのデータを前記読み出しビット線に伝達する書き込み手段と、を有し、前記書き込みビット線は前記反転書き込みデータ線と接続されたことを特徴とする。   In the semiconductor memory device of the present application, the sense amplifier that performs data transmission with the memory cell includes a read bit line and a write bit line, a data line that performs data transmission with the input / output circuit, an inverted write data line, and the read bit. A NOR circuit that inverts and outputs data from the line; data reading means that transmits the output of the NOR circuit to the data line; and writing means that transmits data from the data line to the read bit line by a write signal; The write bit line is connected to the inverted write data line.

本願の半導体記憶装置においては、前記センスアンプは、プリチャージ信号により前記読み出しビット線をプリチャージするプリチャージ手段と、読み出し動作において前記読み出しビット線がハイレベルの場合に、前記読み出しビット線のハイレベルを維持するための補強手段とをさらに備えたことを特徴とする。   In the semiconductor memory device of the present application, the sense amplifier includes a precharge unit that precharges the read bit line by a precharge signal, and a high level of the read bit line when the read bit line is at a high level in a read operation. And reinforcing means for maintaining the level.

本願の半導体記憶装置においては、前記プリチャージ手段は、前記読み出しビット線を電源電圧よりもトランジスタの閾値電圧分だけ低い電圧値にプリチャージすることを特徴とする。   In the semiconductor memory device of the present application, the precharge means precharges the read bit line to a voltage value lower than a power supply voltage by a threshold voltage of the transistor.

本願の半導体記憶装置においては、前記NOR回路は、反転読み出しイネーブル信号を入力され、読み出し時には前記読み出しビット線からのデータを前記データ線に伝達することを特徴とする。   In the semiconductor memory device of the present application, the NOR circuit receives an inverted read enable signal and transmits data from the read bit line to the data line at the time of reading.

本願の半導体記憶装置においては、前記メモリセルとデータ伝達を行うセンスアンプは、電源電圧よりもトランジスタの閾値電圧分だけ低い電圧値にプリチャージされた読み出しビット線と、接地電位にプリチャージされた書き込み線とに接続され、読み出し時には前記読み出しビット線に読み出されたメモリセルのデータを反転読み出し信号により制御されたNOR回路を経由してデータ線に読み出し、書き込み時には前記データ線からのデータを書き込み信号により前記読み出しビット線に伝達し、反転書き込みデータ線からの反転データを前記書き込みビット線に伝達し、前記読み出しビット線及び前記書き込みビット線から前記メモリセルに書き込むことを特徴とする。   In the semiconductor memory device of the present application, the sense amplifier that transmits data to and from the memory cell is precharged to a read bit line that is lower than the power supply voltage by a threshold voltage of the transistor and to a ground potential. It is connected to the write line, and at the time of reading, the data of the memory cell read to the read bit line is read to the data line via the NOR circuit controlled by the inverted read signal, and at the time of writing, the data from the data line is read The write signal is transmitted to the read bit line, the inverted data from the inverted write data line is transmitted to the write bit line, and the memory cell is written from the read bit line and the write bit line.

本願の半導体記憶装置においては、反転メーンワード信号と、読み出しブロック信号及び反転読み出しブロック信号とにより読み出しワード線信号を生成し、前記反転メーンワード信号と、書き込みブロック信号及び反転書き込みブロック信号とにより書き込みワード線信号を生成するサブワードドライバ回路をさらに備えたことを特徴とする。   In the semiconductor memory device of the present application, a read word line signal is generated by the inverted main word signal, the read block signal and the inverted read block signal, and writing is performed by the inverted main word signal, the write block signal and the inverted write block signal. A sub word driver circuit for generating a word line signal is further provided.

本願の半導体記憶装置においては、前記サブワードドライバ回路は、前記反転メーンワード信号を入力とし前記読み出しワード線信号を出力する第1のインバータ回路と、前記第1のインバータ回路の出力に接続された第1のトランジスタとを備え、前記第1のインバータ回路は前記読み出しブロック信号と接地電位との間に形成され、前記第1のトランジスタのドレイン、ソース、ゲートは、それぞれ前記第1のインバータ回路の出力、接地電位、前記反転読み出しブロック信号に接続されたことを特徴とする。   In the semiconductor memory device of the present application, the sub-word driver circuit includes a first inverter circuit that receives the inverted main word signal and outputs the read word line signal, and a first inverter circuit connected to the output of the first inverter circuit. 1 transistor, the first inverter circuit is formed between the read block signal and a ground potential, and the drain, source, and gate of the first transistor are output from the first inverter circuit, respectively. , Ground potential, and connected to the inverted read block signal.

本願の半導体記憶装置においては、前記サブワードドライバ回路は、前記反転メーンワード信号を入力とし前記書き込みワード線信号を出力する第2のインバータ回路と、前記第2のインバータ回路の出力に接続された第2のトランジスタとを備え、前記第2のインバータ回路は前記書き込みブロック信号と接地電位との間に形成され、前記第2のトランジスタのドレイン、ソース、ゲートは、それぞれ前記第2のインバータ回路の出力、接地電位、前記反転書き込みブロック信号に接続されたことを特徴とする。   In the semiconductor memory device of the present application, the sub word driver circuit includes a second inverter circuit that receives the inverted main word signal as an input and outputs the write word line signal, and a second inverter circuit connected to the output of the second inverter circuit. And the second inverter circuit is formed between the write block signal and a ground potential, and the drain, source, and gate of the second transistor are output from the second inverter circuit, respectively. , Ground potential, and connected to the inverted write block signal.

本願の半導体記憶装置においては、前記メモリセルが、m行n列(m,nは正の整数)のマトリクス状に配置されたメモリセルアレイの周辺の垂直方向の1辺にm個のサブワードドライバと、水平方向の1辺にn個のセンスアンプとが配列され、前記サブワードドライバは、反転メーンワード信号と、読み出しブロック信号及び反転読み出しブロック信号とにより読み出しワード線信号を生成し、さらに、前記反転メーンワード信号と、書き込みブロック信号及び反転書き込みブロック信号とにより書き込みワード線信号を生成し前記メモリセルに供給し、前記センスアンプは、前記読み出しビット線からのデータを反転出力するNOR回路と、該NOR回路の出力をデータ線に伝達するデータ読み出し手段と、書き込み信号により前記データ線からのデータを前記読み出しビット線に伝達する書き込み手段と、を備えたことを特徴とする。   In the semiconductor memory device of the present application, the memory cells are arranged in a matrix of m rows and n columns (m and n are positive integers) and m subword drivers on one side in the vertical direction around the memory cell array. N sense amplifiers are arranged on one side in the horizontal direction, and the sub-word driver generates a read word line signal from the inverted main word signal, the read block signal and the inverted read block signal, and further, the inversion A write word line signal is generated by a main word signal, a write block signal, and an inverted write block signal, and is supplied to the memory cell. The sense amplifier is a NOR circuit that inverts and outputs data from the read bit line, and Data reading means for transmitting the output of the NOR circuit to the data line, and the data by the write signal. Wherein the data from the line with a writing means for transmitting to said read bit line.

本願の半導体記憶装置においては、前記読み込みビット線は前記第2のインバータ回路の閾値電圧よりも高く、前記第1のインバータ回路の電源電圧よりも低いプリチャージ電圧にプリチャージされ、前記プリチャージ電圧を発生させる発生回路は前記メモリセルアレイの周辺に配置された前記サブワードドライバと前記センスアンプが配置された交点となる制御部に分割して配置されることを特徴とする。   In the semiconductor memory device of the present application, the read bit line is precharged to a precharge voltage that is higher than a threshold voltage of the second inverter circuit and lower than a power supply voltage of the first inverter circuit. The generation circuit for generating the memory cell is divided and arranged in a control unit which is an intersection of the sub word driver and the sense amplifier arranged around the memory cell array.

本願の半導体記憶装置においては、前記サブワードドライバに入力される前記反転読み出しブロック信号及び前記反転書き込みブロック信号を反転し、前記読み出しブロック信号及び前記書き込みブロック信号を生成するインバータ回路は、前記サブワードドライバと前記センスアンプが配置された交点となる制御部に配置され、前記読み出しブロック信号及び前記書き込みブロック信号はメモリセルブロック内の前記サブワードドライバに供給されることを特徴とする。   In the semiconductor memory device of the present application, an inverter circuit that inverts the inverted read block signal and the inverted write block signal input to the sub word driver and generates the read block signal and the write block signal includes: The read block signal and the write block signal are provided to the sub-word driver in the memory cell block. The read block signal and the write block signal are provided in a control unit that is an intersection of the sense amplifiers.

SRAMセルは、記憶ノードV1を出力とする第1のインバータ回路と、記憶ノードV2を出力とする第2のインバータ回路と、読み出しビット線と記憶ノードV1との間に接続されたアクセストランジスタN3と、書き込みビット線と記憶ノードV2との間に接続されたアクセストランジスタN4と、で構成される。第1及び第2のインバータ回路はループ接続され、第2のインバータ回路の閾値電圧が第1のインバータ回路の閾値電圧より高く設定する。読み出しビット線のプリチャージ電圧を電源電圧より低く、第2のインバータ回路の閾値電圧より高いVDD2とし、読み出しビット線からの読み出し、読み出しビット線及び書き込みビット線からの書き込み動作を行う高速動作可能なSRAMセル及び半導体記憶装置が得られる。   The SRAM cell includes a first inverter circuit that outputs the storage node V1, a second inverter circuit that outputs the storage node V2, and an access transistor N3 connected between the read bit line and the storage node V1. And an access transistor N4 connected between the write bit line and the storage node V2. The first and second inverter circuits are connected in a loop, and the threshold voltage of the second inverter circuit is set higher than the threshold voltage of the first inverter circuit. The precharge voltage of the read bit line is set to VDD2 lower than the power supply voltage and higher than the threshold voltage of the second inverter circuit, and high speed operation is possible to perform read from the read bit line and write operation from the read bit line and the write bit line An SRAM cell and a semiconductor memory device are obtained.

本発明の低電源電圧にて、超高速動作する半導体記憶装置のSRAMセルと、その周辺回路について図面を参照して詳細に説明する。   An SRAM cell of a semiconductor memory device that operates at an ultra-high speed with a low power supply voltage and its peripheral circuit will be described in detail with reference to the drawings.

実施例1として、本発明に使用されるSRAMセル1について図4〜図6を参照して説明する。図4はSRAMセル1の回路構成を示す図である。図5は種々のSRAMセルにおけるSNMの説明図である。図6はSRAMセル1における(a)“0”読み出し、(b)“1”読み出し、(c)“0”書き込み、(d)“1”書き込み時の動作波形である。   As Example 1, an SRAM cell 1 used in the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of the SRAM cell 1. FIG. 5 is an explanatory diagram of SNMs in various SRAM cells. FIG. 6 shows operation waveforms at the time of (a) “0” read, (b) “1” read, (c) “0” write, and (d) “1” write in the SRAM cell 1.

図4に示すSRAMセル1は、CMOSインバータをそれぞれ形成する負荷PMOSトランジスタP1及びドライブNMOSトランジスタN1と、PMOSトランジスタP2及びドライブNMOSトランジスタN2と、アクセス手段であるNMOSトランジスタN3及びN4との6個のトランジスタにより構成される。   The SRAM cell 1 shown in FIG. 4 includes six load PMOS transistors P1 and drive NMOS transistors N1, PMOS transistor P2 and drive NMOS transistor N2, and NMOS transistors N3 and N4 as access means, which respectively form CMOS inverters. A transistor is used.

第1のCMOSインバータ回路はPMOSトランジスタP1とNMOSトランジスタN1とから構成され、記憶ノードV2のデータを入力とし、記憶ノードV1にデータを出力する。第2のCMOSインバータ回路はPMOSトランジスタP2とNMOSトランジスタN2とから構成され、記憶ノードV1のデータを入力とし、記憶ノードV2にデータを出力する。2つのインバータ回路がループを形成して接続されている。   The first CMOS inverter circuit is composed of a PMOS transistor P1 and an NMOS transistor N1, receives data from the storage node V2, and outputs data to the storage node V1. The second CMOS inverter circuit is composed of a PMOS transistor P2 and an NMOS transistor N2, receives data from the storage node V1 as input, and outputs data to the storage node V2. Two inverter circuits are connected in a loop.

負荷トランジスタであるPMOSトランジスタP1はそのドレイン、ソース、ゲートが、それぞれ、記憶ノードV1、電源電圧、記憶ノードV2に接続される。ドライブトランジスタであるNMOSトランジスタN1はそのドレイン、ソース、ゲートが、それぞれ、記憶ノードV1、接地電位、記憶ノードV2に接続される。負荷トランジスタであるPMOSトランジスタP2はそのドレイン、ソース、ゲートが、それぞれ、記憶ノードV2、電源電圧、記憶ノードV1に接続される。ドライブトランジスタであるNMOSトランジスタN2はそのドレイン、ソース、ゲートが、それぞれ、記憶ノードV2、接地電位、記憶ノードV1に接続される。   The drain, source, and gate of the PMOS transistor P1, which is a load transistor, are connected to the storage node V1, the power supply voltage, and the storage node V2, respectively. The drain, source, and gate of the NMOS transistor N1 that is a drive transistor are connected to the storage node V1, the ground potential, and the storage node V2, respectively. The drain, source, and gate of the PMOS transistor P2, which is a load transistor, are connected to the storage node V2, the power supply voltage, and the storage node V1, respectively. The NMOS transistor N2, which is a drive transistor, has its drain, source, and gate connected to the storage node V2, the ground potential, and the storage node V1, respectively.

読み出し及び書き込み用アクセストランジスタであるNMOSトランジスタN3は、読み出しビット線RBLと記憶ノードV1との間に接続され、そのゲートには読み出しワード線RWLが接続される。書き込み用アクセストランジスタであるNMOSトランジスタN4は、書き込みビット線WBLと記憶ノードV2との間に接続され、そのゲートには書き込みワード線WWLが接続される。   The NMOS transistor N3, which is a read / write access transistor, is connected between the read bit line RBL and the storage node V1, and the read word line RWL is connected to the gate thereof. The NMOS transistor N4, which is a write access transistor, is connected between the write bit line WBL and the storage node V2, and the write word line WWL is connected to the gate thereof.

本実施例SRAMセル1の特徴を通常の6トランジスタで構成されるメモリセルと比較する。構成としては、ワード線を読み出しワード線RWLと書き込みワード線WWLとに分離し2本とする。ビット線は読み出し、書き込みの両用の読み出しビット線RBLと、書き込み専用となる書き込みビット線WBLとを備えている。読み出しは読み出しワード線RWLをハイレベルとし、アクセストランジスタN3を導通させ、記憶ノードV1のデータを読み出しビット線RBLによりセンスアンプへ伝達させる。   The characteristics of the SRAM cell 1 of this embodiment will be compared with a memory cell composed of ordinary six transistors. As a configuration, the word line is divided into a read word line RWL and a write word line WWL to be two. The bit line includes a read bit line RBL for both reading and writing, and a write bit line WBL dedicated to writing. In reading, the read word line RWL is set to the high level, the access transistor N3 is turned on, and the data of the storage node V1 is transmitted to the sense amplifier via the read bit line RBL.

書き込みは読み出しワード線RWL及び書き込みワード線WWLをともにハイレベルとし、アクセストランジスタN3及びアクセストランジスタN4をともに導通させ、読み出しビット線RBLと書き込みビット線WBLからの相補のデータを記憶ノードV1及びV2に書き込む。   In writing, both the read word line RWL and the write word line WWL are set to the high level, both the access transistor N3 and the access transistor N4 are made conductive, and complementary data from the read bit line RBL and the write bit line WBL are stored in the storage nodes V1 and V2. Write.

ここで、第1及び第2のインバータ回路の負荷トランジスタ同士と、第1及び第2のアクセストランジスタ同士とは、それぞれ略同一の駆動能力とする。さらに、第2のインバータ回路のドライブトランジスタの駆動能力を、前記第1のインバータ回路のドライブトランジスタの駆動能力より小さくする。ドライブトランジスタの駆動能力を異ならせることで、フリップフロップを構成している第1と第2のインバータ回路の閾値電圧を異ならせている。第2のインバータ回路の閾値電圧を第1のインバータ回路の閾値電圧より高くしている。閾値電圧を高くするためにはドライブトランジスタの駆動能力を小さくすればよい。例えばトランジスタN2のチャンネル長Lを大きく、チャンネル幅Wを小さく、もしくは不純物濃度を増大させてトランジスタの閾値電圧を増大させる。   Here, the load transistors of the first and second inverter circuits and the first and second access transistors have substantially the same drive capability. Furthermore, the drive capability of the drive transistor of the second inverter circuit is made smaller than the drive capability of the drive transistor of the first inverter circuit. By varying the drive capability of the drive transistor, the threshold voltages of the first and second inverter circuits constituting the flip-flop are varied. The threshold voltage of the second inverter circuit is set higher than the threshold voltage of the first inverter circuit. In order to increase the threshold voltage, the drive capability of the drive transistor may be reduced. For example, the threshold voltage of the transistor is increased by increasing the channel length L of the transistor N2, decreasing the channel width W, or increasing the impurity concentration.

このときトランジスタP2、N4の駆動能力は対となるトランジスタP1,N3と同じくすることで書き込み速度を同等にできる。例えばアクセストランジスタN4の駆動能力を低下させると記憶ノードV2への書き込み速度が低下するので、トランジスタN2のみ駆動能力を低下させ、インバータ回路の閾値電圧を高くすることが重要である。   At this time, the driving capability of the transistors P2 and N4 is the same as that of the paired transistors P1 and N3, so that the writing speed can be made equal. For example, when the drive capability of the access transistor N4 is reduced, the writing speed to the storage node V2 is reduced. Therefore, it is important to reduce the drive capability of only the transistor N2 and increase the threshold voltage of the inverter circuit.

また読み出しビット線RBLのプリチャージ電圧を電源電圧VDDよりトランジスタの閾値電圧分だけ低下させたVDD2=VDD−Vth(N)としている。例えばプリチャージ電圧VDD2の発生回路としては後述する図13の回路がある。図13のトランジスタN31の閾値が正の閾値電圧であれば、VDD2=VDD−Vth(N)となり、電源電圧VDDより低いプリチャージ電圧が得られる。トランジスタN31としてはメモリセルのアクセストランジスタと同じ特性のトランジスタを使用することもできる。しかし、プリチャージ電圧VDD2は特に限定されるものではなく電源電圧VDDより低く、第2のインバータ回路の閾値電圧よりも高ければ良い。   Further, VDD2 = VDD−Vth (N), in which the precharge voltage of the read bit line RBL is lowered from the power supply voltage VDD by the threshold voltage of the transistor. For example, as a circuit for generating the precharge voltage VDD2, there is a circuit shown in FIG. If the threshold value of the transistor N31 in FIG. 13 is a positive threshold voltage, VDD2 = VDD−Vth (N), and a precharge voltage lower than the power supply voltage VDD is obtained. A transistor having the same characteristics as the access transistor of the memory cell can be used as the transistor N31. However, the precharge voltage VDD2 is not particularly limited, and may be lower than the power supply voltage VDD and higher than the threshold voltage of the second inverter circuit.

このように、読み出しビット線のプリチャージ電圧VDD2を電源電圧VDDよりも低くすることで、図6(a)に示す“0”読み出し時の記憶ノードV1における、一時的な電位の上昇を抑制することができる。さらにトランジスタP2及びN2で構成されたインバータ回路の閾値電圧が高く設定されているため、第2のインバータ回路が記憶ノードV2に“1”を出力して、記憶データが破壊される状況を防止している。また、読み出しビット線のプリチャージ電圧VDD2が、第2のインバータ回路の閾値電圧よりも高いことで、図6(b)に示す“1”読み出し時において、第2のインバータ回路が記憶ノードV2に“0”を出力した状態を維持することで、記憶データが破壊される状況を防止している。   As described above, the precharge voltage VDD2 of the read bit line is made lower than the power supply voltage VDD, thereby suppressing a temporary increase in potential at the storage node V1 at the time of “0” reading shown in FIG. be able to. Furthermore, since the threshold voltage of the inverter circuit composed of the transistors P2 and N2 is set high, the second inverter circuit outputs “1” to the storage node V2 to prevent the situation where the stored data is destroyed. ing. Further, since the precharge voltage VDD2 of the read bit line is higher than the threshold voltage of the second inverter circuit, the second inverter circuit is connected to the storage node V2 at the time of “1” reading shown in FIG. 6B. By maintaining the state in which “0” is output, a situation in which stored data is destroyed is prevented.

これらのSRAMセル1のSNMについて図5を用いて説明する。図5(a)は従来の6トランジスタで構成され、2つのインバータ回路とアクセストランジスタが対称であるSRAMセル(図1)における保持状態を示し、図5(b)は図1のSRAMセルにおいて、2つのビット線による読み出し状態を示す。図5(c)、(d)は6トランジスタ構成でインバータ回路は対称であるがワード線が分離され、片側の読み出しビット線からデータを読み出すSRAMセルにおける保持状態(c)、読み出し状態(d)を示す。図5(e)は本願のSRAMセル1の保持状態、(f)は本願のSRAMセル1からの読み出し状態を示す。   The SNM of these SRAM cells 1 will be described with reference to FIG. FIG. 5A shows a holding state in the SRAM cell (FIG. 1) that is configured by the conventional six transistors, and the two inverter circuits and the access transistor are symmetrical. FIG. 5B shows the SRAM cell in FIG. A read state by two bit lines is shown. 5C and 5D show a six-transistor configuration in which the inverter circuit is symmetric but the word lines are separated, and the holding state (c) and the reading state (d) in the SRAM cell for reading data from the reading bit line on one side Indicates. FIG. 5E shows a holding state of the SRAM cell 1 of the present application, and FIG. 5F shows a read state from the SRAM cell 1 of the present application.

図5(a)に示す保持状態においては、構成される第1と第2のインバータ回路及びアクセストランジスタが対称であり、各インバータ回路の入出力特性は対称となる。(b)はこのSRAMにおける2つのビット線(デュアルエンド)による読み出し状態を示す。読み出し時には、ハイレベルにプリチャージされた2つのビット線により“0”を記憶している記憶ノードが一時的に上昇することで、SRAMセルのSNMは小さくなる。ここで記憶ノードV1にローレベルが記憶された場合をSRAMセルの“0”状態、ハイレベルが記憶された場合をSRAMセルの“1”状態と定義すると、SNMとしては“0”マージン、“1”マージンとも小さくなることになる。   In the holding state shown in FIG. 5A, the first and second inverter circuits and the access transistor that are configured are symmetrical, and the input / output characteristics of each inverter circuit are symmetrical. (B) shows a read state by two bit lines (dual end) in this SRAM. At the time of reading, the SNM of the SRAM cell is reduced by temporarily rising the storage node storing “0” by the two bit lines precharged to the high level. Here, when the low level is stored in the storage node V1, the “0” state of the SRAM cell is defined, and when the high level is stored as the “1” state of the SRAM cell, the “0” margin, “ Both 1 "margin will be smaller.

図5(c)は6トランジスタ構成でワード線が分離され、2つのインバータ回路の入出力特性は対称であるSRAMセルの保持状態、図5(d)は図5(c)のSRAMセルにおける、片側の1つのビット線(シングルエンド)による読み出し状態を示す。図5(c)に示す保持状態においては図5(a)と同じSNMを示す。しかしシングルエンドによる読み出しの場合は記憶ノードV1がローレベルを記憶している場合には、そのローレベルが上昇することでSNMが小さくなる。一方記憶ノードV2がローレベルを記憶している場合にはSNMの変動はなく、図5(d)に示すようにSNMにおける“0”マージンは小さくなるが、“1”マージンは変化しない。   FIG. 5C shows the holding state of the SRAM cell in which the word line is separated in the 6-transistor configuration and the input / output characteristics of the two inverter circuits are symmetric, and FIG. 5D is the state in the SRAM cell of FIG. A read state by one bit line (single end) on one side is shown. In the holding state shown in FIG. 5C, the same SNM as in FIG. However, in the case of reading by single end, when the storage node V1 stores a low level, the SNM becomes small by increasing the low level. On the other hand, when the storage node V2 stores the low level, the SNM does not change, and the “0” margin in the SNM becomes small as shown in FIG. 5D, but the “1” margin does not change.

図5(e)は本願のSRAMセル1の保持状態、図5(f)は本願のSRAMセル1における読み出し状態を示す。図5(e)においてはトランジスタP2とN2で構成されるインバータ回路の閾値電圧を高くすることでその入出力特性が右側にシフトすることで、“0”マージンが大きく、“1”マージンは小さくなり、対称性はなくなる。   FIG. 5E shows a holding state of the SRAM cell 1 of the present application, and FIG. 5F shows a read state of the SRAM cell 1 of the present application. In FIG. 5 (e), by increasing the threshold voltage of the inverter circuit composed of the transistors P2 and N2, the input / output characteristics are shifted to the right, so that the “0” margin is large and the “1” margin is small. And the symmetry disappears.

図5(f)の読み出しにおいては、読み出しビット線によるシングルエンド読み出しのために記憶ノードV1に“0”レベルが記憶されている場合にはSNMが狭くなり、“0”マージンが小さくなる。記憶ノードV2に“0”レベルが記憶されている場合にはSNMは変動がなく、“1”マージンは同じである。しかしインバータ回路2の閾値電圧を高くすることで、もともとの“0”マージンは広くなっているために変動後の“0”マージンとしては充分の広さを持つことができる。   In the reading of FIG. 5F, when the “0” level is stored in the storage node V1 for the single-ended reading by the reading bit line, the SNM becomes narrow and the “0” margin becomes small. When the “0” level is stored in the storage node V2, the SNM does not change and the “1” margin is the same. However, by increasing the threshold voltage of the inverter circuit 2, the original “0” margin is widened, so that the “0” margin after fluctuation can be sufficiently wide.

さらに、本実施例のSRAMセル1においては、読み出しビット線RBLのプリチャージ電圧を電源電圧よりトランジスタの閾値電圧分低いVDD2とすることで、記憶ノードV1に“0”レベルが記憶されている場合のローレベルからの上昇する電圧が小さくなり、“0”マージンをさらに拡大できる。   Further, in the SRAM cell 1 of the present embodiment, when the precharge voltage of the read bit line RBL is set to VDD2 which is lower than the power supply voltage by the threshold voltage of the transistor, the “0” level is stored in the storage node V1. The voltage rising from the low level becomes smaller, and the “0” margin can be further expanded.

図6を用いて、これらのSRAMセル1における、(a)“0”読み出し、(b)“1”読み出し、(c)“0”書き込み、(d)“1”書き込み時の動作波形を説明する。なお、図6(a)(b)(c)(d)においては、書き込みワード線WWLがローレベルの間の書き込みビット線WBLのプリチャージ電圧を接地電位GNDとしているが、特にこれに限定するものではない。   The operation waveforms at the time of (a) “0” read, (b) “1” read, (c) “0” write, and (d) “1” write in these SRAM cells 1 will be described with reference to FIG. To do. In FIGS. 6A, 6B, 6C, and 6D, the precharge voltage of the write bit line WBL while the write word line WWL is at the low level is set to the ground potential GND. It is not a thing.

図6(a)に示す“0”読み出しは、読み出しワード線RWLがハイレベルとなり、アクセストランジスタN3が導通する。プリチャージ電圧VDD2にプリチャージされた読み出しビット線RBLはアクセストランジスタN3とドライブトランジスタN1により、その電位が引き下げられる。このとき記憶ノードV1の電位は一時的に上昇するが、読み出しビット線のプリチャージ電圧がVDD2と低いことでその上昇する電位は小さい。さらにトランジスタP2及びN2で構成されたインバータ回路の閾値電圧が高く設定されているため、その閾値電圧を超えることがなく、インバータ回路はハイレベルを出力する。   In the “0” reading shown in FIG. 6A, the read word line RWL becomes high level, and the access transistor N3 becomes conductive. The potential of read bit line RBL precharged to precharge voltage VDD2 is lowered by access transistor N3 and drive transistor N1. At this time, the potential of the storage node V1 rises temporarily, but the rise potential is small because the precharge voltage of the read bit line is as low as VDD2. Furthermore, since the threshold voltage of the inverter circuit composed of the transistors P2 and N2 is set high, the inverter circuit outputs a high level without exceeding the threshold voltage.

読み出しビット線の電位は、アクセストランジスタN3とドライブトランジスタN1により引き落とされ、ローレベルとなり、“0”読み出しが行われる。読み出しワード線RWLが再びローレベルとなり、読み出しビット線RBLはプリチャージされ、読み出し動作は終了する。このとき書き込み系の書き込みワード線WWL、書き込みビット線WBLは変化しない。   The potential of the read bit line is pulled down by the access transistor N3 and the drive transistor N1, becomes low level, and "0" reading is performed. The read word line RWL becomes low level again, the read bit line RBL is precharged, and the read operation ends. At this time, the write word line WWL and the write bit line WBL of the write system do not change.

図6(b)に示す“1”読み出しにおいては、読み出しワード線RWLがハイレベルとなり、読み出しアクセストランジスタN3が導通する。このとき読み出しビット線RBLのプリチャージレベルは第2インバータ回路の閾値電圧よりも高い電位であることから、第2インバータ回路はオン状態で“0”レベル、第1インバータ回路は“1”レベルを維持し、出力する。したがって読み出しビット線RBLは記憶ノードV1の“1”レベルをそのまま読み出すことができる。読み出しワード線RWLが再びローレベルとなり、読み出しビット線RBLはプリチャージされ、読み出し動作は終了する。このとき書き込みワード線WWL、書き込みビット線WBLは変化しない。   In the “1” reading shown in FIG. 6B, the read word line RWL becomes high level, and the read access transistor N3 is turned on. At this time, since the precharge level of the read bit line RBL is higher than the threshold voltage of the second inverter circuit, the second inverter circuit is in the ON state and at the “0” level, and the first inverter circuit is at the “1” level. Maintain and output. Therefore, the read bit line RBL can read the “1” level of the storage node V1 as it is. The read word line RWL becomes low level again, the read bit line RBL is precharged, and the read operation ends. At this time, the write word line WWL and the write bit line WBL do not change.

図6(c)に示す“0”書き込みにおいては、センスアンプからの書き込みデータにより読み出しビット線RBLはローレベル、書き込みビット線WBLはハイレベルとなり、さらに読み出しワードRWL、書き込みワード線WWLがハイレベルとなる。アクセストランジスタN3,N4の導通により読み出しビット線RBLのローレベル、書き込みビット線WBLのハイレベルがそれぞれの記憶ノードV1,V2に書き込まれる。読み出しワードRWL、書き込みワード線WWLが再びローレベルとなり、読み出しビット線RBL及び書き込みビット線WBLはプリチャージされ、“0”書き込み動作が終了する。   In the “0” write shown in FIG. 6C, the read bit line RBL becomes low level and the write bit line WBL becomes high level by the write data from the sense amplifier, and the read word RWL and write word line WWL become high level. It becomes. Due to the conduction of the access transistors N3 and N4, the low level of the read bit line RBL and the high level of the write bit line WBL are written to the respective storage nodes V1 and V2. The read word RWL and the write word line WWL become low level again, the read bit line RBL and the write bit line WBL are precharged, and the “0” write operation is completed.

図6に示す(d)“1”書き込みにおいては、センスアンプからの書き込みデータにより読み出しビット線RBLはハイレベル、書き込みビット線WBLはローレベルとなり、さらに読み出しワードRWL、書き込みワード線WWLがハイレベルとなる。アクセストランジスタN3,N4の導通により読み出しビット線RBLのハイレベル、書き込みビット線WBLのローレベルがそれぞれの記憶ノードV1,V2に書き込まれる。読み出しワードRWL、書き込みワード線WWLが再びローレベルとなり、読み出しビット線RBL及び書き込みビット線WBLはプリチャージされ、“1”書き込み動作が終了する。   In (d) “1” writing shown in FIG. 6, the read bit line RBL becomes high level and the write bit line WBL becomes low level by the write data from the sense amplifier, and the read word RWL and write word line WWL become high level. It becomes. Due to the conduction of the access transistors N3 and N4, the high level of the read bit line RBL and the low level of the write bit line WBL are written to the respective storage nodes V1 and V2. The read word RWL and the write word line WWL become low level again, the read bit line RBL and the write bit line WBL are precharged, and the “1” write operation is completed.

上述した“1”書き込み、“0”書き込みにおいては、アクセストランジスタN3,N4を導通させ、読み出しビット線RBL、書き込みビット線WBLからの書き込みデータがメモリセルに書き込まれる。本実施例のアクセストランジスタN3,N4の駆動能力は等しいことから“1”書き込み、“0”書き込みとも同じ時間で高速に書き込むことができる。   In the above-described “1” write and “0” write, the access transistors N3 and N4 are turned on, and write data from the read bit line RBL and the write bit line WBL is written into the memory cell. Since the drive capabilities of the access transistors N3 and N4 in this embodiment are equal, both “1” write and “0” write can be written at high speed in the same time.

本実施例においては、SRAMセル1は、記憶ノードV1を出力とする第1のインバータ回路と、記憶ノードV2を出力とする第2のインバータ回路と、読み出しビット線と記憶ノードV1との間に接続されたアクセストランジスタN3と、書き込みビット線と記憶ノードV2との間に接続されたアクセストランジスタN4と、で構成される。第1及び第2のインバータ回路はループ接続される。第1及び第2のインバータ回路の負荷トランジスタ同士と、第1及び第2のアクセストランジスタ同士とは、それぞれ略同一の駆動能力を有する。第2のインバータ回路のドライブトランジスタの駆動能力を、第1のインバータ回路のドライブトランジスタの駆動能力より小さくすることで、第2のインバータ回路の閾値電圧を第1のインバータ回路の閾値電圧より高く設定する。   In this embodiment, the SRAM cell 1 includes a first inverter circuit that outputs the storage node V1, a second inverter circuit that outputs the storage node V2, and a read bit line and the storage node V1. The access transistor N3 is connected, and the access transistor N4 is connected between the write bit line and the storage node V2. The first and second inverter circuits are connected in a loop. The load transistors of the first and second inverter circuits and the first and second access transistors have substantially the same drive capability. The threshold voltage of the second inverter circuit is set higher than the threshold voltage of the first inverter circuit by making the drive capability of the drive transistor of the second inverter circuit smaller than the drive capability of the drive transistor of the first inverter circuit. To do.

さらに、読み出しビット線のプリチャージ電圧を電源電圧より低く、第2のインバータ回路の閾値電圧より高いVDD2とする。これらの構成とすることで読み出し時のメモリセルの破壊を防止し、高速読み出しを行う。さらにアクセストランジスタを同じ駆動能力とすることで高速書き込みが行える。読み出し時のメモリセルの破壊を防止し、高速読み出し、書き込み動作可能なインバランス型のSRAMセルが得られる。   Further, the precharge voltage of the read bit line is set to VDD2 lower than the power supply voltage and higher than the threshold voltage of the second inverter circuit. With these structures, memory cells are prevented from being destroyed during reading, and high-speed reading is performed. Furthermore, high speed writing can be performed by setting the access transistors to have the same drive capability. An imbalanced SRAM cell capable of preventing a memory cell from being destroyed during reading and capable of performing high-speed reading and writing is obtained.

本願の実施例2としてSRAMセル及び入出力回路とのデータやり取りを行うセンスアンプについて図7〜図9を用いて説明する。図7にはセンスアンプSA1の回路図、図8にはセンスアンプSA2の回路図、図9にはセンスアンプSA1,SA2の動作波形を示す。   As a second embodiment of the present application, a sense amplifier for exchanging data with an SRAM cell and an input / output circuit will be described with reference to FIGS. 7 shows a circuit diagram of the sense amplifier SA1, FIG. 8 shows a circuit diagram of the sense amplifier SA2, and FIG. 9 shows operation waveforms of the sense amplifiers SA1 and SA2.

図7のセンスアンプSA1は、メモリセルとのデータ伝達を読み出しビット線RBL及び書き込みビット線WBLにより行い、入出力回路とのデータ伝達を読み出しデータ線RDL、書き込みデータ線WDL及び反転書き込みデータ線WDLBにより行う。制御信号として書き込みイネーブル信号WE、プリチャージ信号PC及び反転プリチャージ信号PCBが入力される。   The sense amplifier SA1 in FIG. 7 performs data transmission with the memory cell through the read bit line RBL and the write bit line WBL, and performs data transmission with the input / output circuit through the read data line RDL, the write data line WDL, and the inverted write data line WDLB. To do. A write enable signal WE, a precharge signal PC, and an inverted precharge signal PCB are input as control signals.

読み出しビット線RBLと反転プリチャージ信号PCBを入力されるNOR回路NR1の出力はトランジスタN12のゲートに入力される。NOR回路NR1は、反転プリチャージ信号PCBがハイレベルのときにはローレベルを出力し、トランジスタN12をオフさせる。反転プリチャージ信号PCBがローレベルのときには読み出しビット線RBLの読み出しデータを反転させ出力し、トランジスタN12をオン、オフさせる。読み出しトランジスタN12はドレインを読み出しデータ線RDL、ソースを接地電位に接続され、NOR回路NR1からの出力によりオン、オフすることで読み出しデータを読み出しデータ線RDLに伝える。   The output of the NOR circuit NR1 to which the read bit line RBL and the inverted precharge signal PCB are input is input to the gate of the transistor N12. The NOR circuit NR1 outputs a low level when the inverted precharge signal PCB is at a high level, and turns off the transistor N12. When the inverted precharge signal PCB is at a low level, the read data of the read bit line RBL is inverted and output, and the transistor N12 is turned on / off. The read transistor N12 has a drain connected to the read data line RDL and a source connected to the ground potential. The read transistor N12 is turned on / off by an output from the NOR circuit NR1 to transmit read data to the read data line RDL.

書き込みデータ線WDLと読み出しビット線RBLとに接続された書き込みトランジスタN13はそのゲートには書き込みイネーブル信号WEが入力される。書き込みトランジスタN13は書き込みイネーブル信号WEのハイレベルにより書き込みデータ線WDLのデータを読み出しビット線RBLへ伝える。反転書き込みデータ線WDLBは直接書き込みビット線WBLに接続され、そのデータを書き込みビット線WBLに伝える。書き込みデータ線WDLと反転書き込みデータ線WDLBのデータとは相補の関係にある。   The write enable signal WE is input to the gate of the write transistor N13 connected to the write data line WDL and the read bit line RBL. The write transistor N13 transmits the data on the write data line WDL to the read bit line RBL according to the high level of the write enable signal WE. The inverted write data line WDLB is directly connected to the write bit line WBL and transmits the data to the write bit line WBL. The write data line WDL and the inverted write data line WDLB have a complementary relationship.

プリチャージトランジスタN14のドレイン、ソース、ゲートは、それぞれプリチャージ電圧VDD2、読み出しビット線RBL、反転プリチャージ信号PCBに接続される。プリチャージトランジスタP12のドレイン、ソース、ゲートは、それぞれ読み出しビット線RBL、プリチャージ電圧VDD2、プリチャージ信号PCに接続される。プリチャージトランジスタN14,P12はプリチャージ信号PCがローレベル(反転プリチャージ信号PCBがハイレベル)のときに、読み出しビット線RBLをプリチャージ電圧VDD2にプリチャージする。   The drain, source, and gate of the precharge transistor N14 are connected to the precharge voltage VDD2, the read bit line RBL, and the inverted precharge signal PCB, respectively. The drain, source, and gate of the precharge transistor P12 are connected to the read bit line RBL, the precharge voltage VDD2, and the precharge signal PC, respectively. The precharge transistors N14 and P12 precharge the read bit line RBL to the precharge voltage VDD2 when the precharge signal PC is at a low level (the inverted precharge signal PCB is at a high level).

トランジスタP13のドレイン、ソース、ゲートは、それぞれ読み出しビット線RBL、電源電位VDD、反転プリチャージ信号PCBに接続される。トランジスタP13は反転プリチャージ信号PCBがローレベルのとき、誤動作防止のため読み出しビット線RBLのハイレベルを補強するトランジスタである。   The drain, source, and gate of the transistor P13 are connected to the read bit line RBL, the power supply potential VDD, and the inverted precharge signal PCB, respectively. The transistor P13 is a transistor that reinforces the high level of the read bit line RBL to prevent malfunction when the inverted precharge signal PCB is at the low level.

SRAMセルからのデータ読み出し時には、NOR回路NR1は反転プリチャージ信号PCBがローレベルであり、読み出しビット線RBLのデータを反転して、読み出しトランジスタN12のゲートに出力させる。読み出しトランジスタN12のオン、オフにより読み出しデータ線RDLにデータを伝達することで、SRAMセルのデータを読み出す。   At the time of reading data from the SRAM cell, the NOR circuit NR1 has the inverted precharge signal PCB at the low level, inverts the data of the read bit line RBL, and outputs it to the gate of the read transistor N12. Data in the SRAM cell is read by transmitting data to the read data line RDL by turning on and off the read transistor N12.

一方書き込み時には、書き込みイネーブル信号WEはハイレベルであり、書き込みデータ線WDLのデータを書き込みトランジスタN13により読み出しビット線RBLに伝達し、その反転データを反転データ線WDLBに接続された書き込みビット線WBLに伝達し、SRAMセルに書き込む。   On the other hand, at the time of writing, the write enable signal WE is at a high level, the data on the write data line WDL is transmitted to the read bit line RBL by the write transistor N13, and the inverted data is transmitted to the write bit line WBL connected to the inverted data line WDLB. Communicate and write to SRAM cell.

プリチャージトランジスタP12,N14は、読み出し、書き込みが行われていないときのプリチャージ信号PCがローレベル、反転プリチャージ信号PCBがハイレベルであることにより、読み出しビット線RBLをプリチャージ電圧VDD2にプリチャージする。プリチャージ用2つのトランジスタのうちN14は省略することもできる。また、書き込みビット線WBLは反転書き込みイネーブル信号WEBにより図示しないトランジスタにより接地電位にプリチャージされる。ここでは書き込みワード線WWLがローレベルの間の書き込みビット線WBLのプリチャージ電圧を接地電位GNDとしているが、特にこれに限定するものではない。   The precharge transistors P12 and N14 precharge the read bit line RBL to the precharge voltage VDD2 when the precharge signal PC when the read or write is not performed is low level and the inverted precharge signal PCB is high level. Charge. Of the two precharging transistors, N14 can be omitted. The write bit line WBL is precharged to a ground potential by a transistor (not shown) by an inverted write enable signal WEB. Here, the precharge voltage of the write bit line WBL while the write word line WWL is at the low level is the ground potential GND. However, the present invention is not limited to this.

トランジスタP13は反転プリチャージ信号PCBがローレベルのとき、誤動作防止のため読み出しビット線RBLのハイレベルを補強するトランジスタである。しかし、読み出しビット線RBLがローレベルのときにも電流が流れるために、そのトランジスタのチャンネル長を大きく、駆動能力を小さくし、読み出しビット線RBLのローレベルを上昇させないように設定される。   The transistor P13 is a transistor that reinforces the high level of the read bit line RBL to prevent malfunction when the inverted precharge signal PCB is at the low level. However, since the current flows even when the read bit line RBL is at the low level, the channel length of the transistor is increased, the drive capability is decreased, and the read bit line RBL is set so as not to increase the low level.

またデータ線は読み出しデータ線、書き込みデータ線をまとめて入出力用のデータ線DLとすることもできる。このときには読み出しトランジスタN12、書き込みトランジスタN13は読み出しデータ線、書き込みデータ線の代わりにデータ線に接続すればよい。   Further, the data line can be a data line DL for input / output by combining the read data line and the write data line. At this time, the read transistor N12 and the write transistor N13 may be connected to the data line instead of the read data line and the write data line.

次にセンスアンプSA2について説明する。SA2はセンスアンプSA1の改良版であり、センスアンプSA2はセンスアンプSA1の構成にさらにトランジスタP15が追加されている。トランジスタP15はドレイン、ソース、ゲートが、それぞれ、トランジスタP13のソース、電源電圧VDD、NOR回路NR1の出力に接続される。センスアンプSA1においてはSRAMセルの“0”読み出しの場合には、トランジスタP13からもわずかながら電流が流れる。読み出しビット線RBLがローレベルのとき、NOR回路の出力をフィードバックしトランジスタP15をオフさせることでトランジスタ13からの電流を遮断する。トランジスタP15を挿入することで読み出しビット線RBLがハイレベルの場合にはそのハイレベルを補強し、読み出しビット線RBLがローレベルの場合にはオフされ、その電流は遮断される。またトランジスタP15の挿入する配置位置はP13と交換してもよい。   Next, the sense amplifier SA2 will be described. SA2 is an improved version of the sense amplifier SA1, and the sense amplifier SA2 has a transistor P15 added to the configuration of the sense amplifier SA1. The transistor P15 has a drain, a source, and a gate connected to the source of the transistor P13, the power supply voltage VDD, and the output of the NOR circuit NR1, respectively. In the sense amplifier SA1, in the case of reading “0” of the SRAM cell, a slight current flows from the transistor P13. When the read bit line RBL is at a low level, the output from the NOR circuit is fed back and the transistor P15 is turned off to cut off the current from the transistor 13. The transistor P15 is inserted to reinforce the high level when the read bit line RBL is high level, and when the read bit line RBL is low level, it is turned off and the current is cut off. Further, the position where the transistor P15 is inserted may be exchanged with P13.

センスアンプSA2はトランジスタP15が追加された以外はセンスアンプSA1とその回路構成は同じであり、またその動作においても読み出しビット線がローレベルの場合にセンスアンプSA1においては微小の電流が流れるのを完全に遮断する点が異なるのみであり、その他の動作は同じであるために回路構成及びその動作についての説明は省略する。   The sense amplifier SA2 has the same circuit configuration as that of the sense amplifier SA1 except that the transistor P15 is added. Also in the operation, a small current flows in the sense amplifier SA1 when the read bit line is at a low level. The only difference is in the point of complete interruption, and the other operations are the same, so that the description of the circuit configuration and its operation is omitted.

図9にセンスアンプSA1,SA2の(a)“0”読み出し、(b)“1”読み出し、(c)“0”書き込み、(d)“1”書き込み動作波形を示す。なお、図9(a)(b)(c)(d)において、書き込みワード線WWLがローレベルの間の書き込みビット線WBLのプリチャージ電圧を接地電位GNDとしているが、これに限定するものではない。またセンアンプSA1,SA2の変形として、読み出しデータ線RDLと書き込みデータ線とをまとめてデータ線とすることもできる。この構成においては読み出し時の読み出しデータ線RDLをデータ線DLに、書き込み時には書き込みデータ線WDLをデータ線DLに読み換えればよい。   FIG. 9 shows operation waveforms of (a) “0” read, (b) “1” read, (c) “0” write, and (d) “1” write of the sense amplifiers SA1 and SA2. In FIGS. 9A, 9B, 9C, and 9D, the precharge voltage of the write bit line WBL while the write word line WWL is at the low level is the ground potential GND. However, the present invention is not limited to this. Absent. As a modification of the sense amplifiers SA1 and SA2, the read data line RDL and the write data line can be combined into a data line. In this configuration, the read data line RDL at the time of reading may be replaced with the data line DL, and the write data line WDL at the time of writing may be replaced with the data line DL.

図9(a)に示す“0”読み出しにおいては、プリチャージ信号PCがハイレベルへ、反転プリチャージ信号PCBがローレベルに変化する。読み出しワード線RWLがハイレベルに変化し、アクセストランジスタN3が導通する。読み出しビット線RBLは、SRAMセルのドライブトランジスタN1を通じて放電され、プリチャージ電圧VDD2から低下しローレベルとなる。NOR回路がハイレベルを出力し読み出しトランジスタN12がオンし、読み出しデータ線RDLにデータ“0”が読み出される。   In “0” reading shown in FIG. 9A, the precharge signal PC changes to a high level and the inverted precharge signal PCB changes to a low level. The read word line RWL changes to high level, and the access transistor N3 becomes conductive. The read bit line RBL is discharged through the drive transistor N1 of the SRAM cell, and decreases from the precharge voltage VDD2 to a low level. The NOR circuit outputs a high level, the read transistor N12 is turned on, and data “0” is read to the read data line RDL.

読み出しワード線RWLがローレベルに変化し、プリチャージ信号PCがローレベル、反転プリチャージ信号PCBがハイレベルに変化し、読み出しビット線RBLはVDD2に、読み出しデータ線RDLはVDDにプリチャージされる。書き込み系の書き込みイネーブル信号WE、書き込みワード線WWLは読み出しサイクルにおいては動作しない。   The read word line RWL changes to low level, the precharge signal PC changes to low level, the inverted precharge signal PCB changes to high level, the read bit line RBL is precharged to VDD2, and the read data line RDL is precharged to VDD. . The write enable signal WE and the write word line WWL for the write system do not operate in the read cycle.

図9(b)に示す“1”読み出しにおいては、プリチャージ信号PCがハイレベルへ、反転プリチャージ信号PCBがローレベルに変化する。読み出しワード線RWLがハイレベルに変化し、アクセストランジスタN3が導通する。このとき、記憶ノードV1はハイレベルであり、読み出しビット線RBLは変化しないでそのまま”1“レベルを読み出す。ここで読み出しビット線RBLは、センスアンプのトランジスタP13により徐々に引き上げられプリチャージ電圧VDD2から電源電圧VDDとなる。NOR回路NR1はローレベルを出力し読み出しトランジスタN12がオフで、読み出しデータ線RDLはプリチャージ電圧のVDDを保ち、データ“1”が読み出される。   In the “1” reading shown in FIG. 9B, the precharge signal PC changes to a high level and the inverted precharge signal PCB changes to a low level. The read word line RWL changes to high level, and the access transistor N3 becomes conductive. At this time, the storage node V1 is at the high level, and the read bit line RBL is not changed and the “1” level is read as it is. Here, the read bit line RBL is gradually pulled up by the transistor P13 of the sense amplifier and changes from the precharge voltage VDD2 to the power supply voltage VDD. The NOR circuit NR1 outputs a low level, the read transistor N12 is OFF, the read data line RDL maintains the precharge voltage VDD, and data “1” is read.

読み出しワード線RWLがローレベルに変化し、プリチャージ信号PCがローレベル、反転プリチャージ信号PCBがハイレベルに変化し、読み出しビット線RBLはVDD2に、読み出しデータ線RDLはVDDにプリチャージされる。書き込み系の書き込みイネーブル信号WE、書き込みワード線WWLは読み出しサイクルにおいては動作しない。   The read word line RWL changes to low level, the precharge signal PC changes to low level, the inverted precharge signal PCB changes to high level, the read bit line RBL is precharged to VDD2, and the read data line RDL is precharged to VDD. . The write enable signal WE and the write word line WWL for the write system do not operate in the read cycle.

図9(c)に示す“0”書き込みにおいては、プリチャージ信号PCがハイレベルへ、反転プリチャージ信号PCBがローレベルに変化する。書き込みイネーブル信号WEがハイレベルに変化し、書き込みトランジスタN13が導通し、書き込みデータ線WDLのデータ“0”が読み出しビット線RBLに、反転書き込みデータ線WDLBのデータ“1”が直接書き込みビット線WBLに伝達される。読み出しワード線RWL及び書き込みワード線WWLがハイレベルに変化することで、読み出しビット線RBL、書き込みビット線WBLのデータがSRAMセルのそれぞれの記憶ノードV1,V2に書き込まれる。   In the “0” writing shown in FIG. 9C, the precharge signal PC changes to high level and the inverted precharge signal PCB changes to low level. The write enable signal WE changes to high level, the write transistor N13 becomes conductive, the data “0” of the write data line WDL is the read bit line RBL, and the data “1” of the inverted write data line WDLB is the direct write bit line WBL. Is transmitted to. As the read word line RWL and the write word line WWL change to high level, the data of the read bit line RBL and the write bit line WBL are written to the storage nodes V1 and V2 of the SRAM cell.

書き込みイネーブル信号WE、読み出しワード線RWL及び書き込みワード線WWLがローレベルに変化する。プリチャージ信号PCがローレベルへ、反転プリチャージ信号PCBがハイレベルに変化し、読み出しビット線RBLはVDD2に、書き込みビット線WBLは接地電位に、読み出しデータ線RDLはVDDにそれぞれプリチャージされる。   The write enable signal WE, the read word line RWL, and the write word line WWL change to a low level. The precharge signal PC changes to low level, the inverted precharge signal PCB changes to high level, the read bit line RBL is precharged to VDD2, the write bit line WBL is precharged to ground potential, and the read data line RDL is precharged to VDD. .

図9(d)に示す“1”書き込みにおいては、プリチャージ信号PCがハイレベルへ、反転プリチャージ信号PCBがローレベルに変化する。書き込みイネーブル信号WEがハイレベルに変化し、書き込みトランジスタN13が導通し、書き込みデータ線WDLのデータ“1”が読み出しビット線RBLに、反転書き込みデータ線WDLBのデータ“0”が直接書き込みビット線WBLに伝達される。読み出しワード線RWL及び書き込みワード線WWLがハイレベルに変化することで、読み出しビット線RBL、書き込みビット線WBLのデータがSRAMセルのそれぞれの記憶ノードV1,V2に書き込まれる。   In the “1” writing shown in FIG. 9D, the precharge signal PC changes to high level and the inverted precharge signal PCB changes to low level. The write enable signal WE changes to a high level, the write transistor N13 becomes conductive, the data “1” of the write data line WDL becomes the read bit line RBL, and the data “0” of the inverted write data line WDLB becomes the direct write bit line WBL. Is transmitted to. As the read word line RWL and the write word line WWL change to high level, the data of the read bit line RBL and the write bit line WBL are written to the storage nodes V1 and V2 of the SRAM cell.

書き込みイネーブル信号WE、読み出しワード線RWL及び書き込みワード線WWLがローレベルに変化する。プリチャージ信号PCがローレベルへ、反転プリチャージ信号PCBがハイレベルに変化し、読み出しビット線RBLはVDD2に、書き込みビット線WBLは接地電位に、読み出しデータ線RDLはVDDにそれぞれプリチャージされる。   The write enable signal WE, the read word line RWL, and the write word line WWL change to a low level. The precharge signal PC changes to low level, the inverted precharge signal PCB changes to high level, the read bit line RBL is precharged to VDD2, the write bit line WBL is precharged to ground potential, and the read data line RDL is precharged to VDD. .

本実施例においては、SRAMセルに対して低電圧かつ高速動作可能で、読み出しビット線により読み出し、読み出しビット線と書き込みビット線とにより書き込むセンスアンプが得られる。   In this embodiment, it is possible to operate the SRAM cell at a low voltage and at a high speed, and obtain a sense amplifier that reads data by a read bit line and writes data by a read bit line and a write bit line.

本願の実施例3として他のセンスアンプを図10〜図12により説明する。図10にはセンスアンプSA3の回路図、図11にはセンスアンプSA4の回路図、図12にはセンスアンプSA3,SA4の動作波形を示す。   Another sense amplifier will be described as a third embodiment of the present invention with reference to FIGS. 10 shows a circuit diagram of the sense amplifier SA3, FIG. 11 shows a circuit diagram of the sense amplifier SA4, and FIG. 12 shows operation waveforms of the sense amplifiers SA3 and SA4.

図10にセンスアンプSA3の回路構成を示す。センスアンプSA3は実施例2におけるセンスアンプSA1と比較して、制御信号として反転読み出しイネーブル信号REBが追加されている。センスアンプSA1においてプリチャージ信号PCが入力されているNOR回路NR1の入力、プリチャージトランジスタN14のゲート及びトランジスタP13のゲートのうち、NOR回路NR1の入力、トランジスタP13のゲートには、追加された反転読み出しイネーブル信号REBが代わりに入力される。   FIG. 10 shows a circuit configuration of the sense amplifier SA3. As compared with the sense amplifier SA1 in the second embodiment, the sense amplifier SA3 is added with an inverted read enable signal REB as a control signal. Of the input of the NOR circuit NR1 to which the precharge signal PC is input in the sense amplifier SA1, the gate of the precharge transistor N14, and the gate of the transistor P13, an additional inversion is added to the input of the NOR circuit NR1 and the gate of the transistor P13. A read enable signal REB is input instead.

反転プリチャージ信号PCBの代わりに反転読み出しイネーブル信号REBを制御信号とすることで、書き込み時におけるNOR回路NR1及びトランジスタP13の動作を止める。NOR回路は書き込み時にはローレベルを出力し、読み出しトランジスタN12はオフ、その結果読み出しデータ線RDLの放電が行われない。またトランジスタP13もオフであり、書き込み時の電流を削減できる効果が得られる。   By using the inverted read enable signal REB as a control signal instead of the inverted precharge signal PCB, the operation of the NOR circuit NR1 and the transistor P13 during writing is stopped. The NOR circuit outputs a low level at the time of writing, the reading transistor N12 is turned off, and as a result, the reading data line RDL is not discharged. Further, the transistor P13 is also off, and an effect of reducing the current during writing can be obtained.

センスアンプSA3の回路構成としては、NOR回路NR1には反転読み出しイネーブル信号REBと読み出しビット線RBLが入力される。反転読み出しイネーブル信号REBは読み出し時にはローレベル、読み出し以外においてはハイレベルである。NOR回路NR1は読み出し時には読み出しビット線RBLのデータを反転してトランジスタN12に出力しオンオフを制御し、それ以外のときにはローレベルを出力しトランジスタN12をオフさせる。   As a circuit configuration of the sense amplifier SA3, an inverted read enable signal REB and a read bit line RBL are input to the NOR circuit NR1. The inverted read enable signal REB is at a low level during reading and is at a high level other than reading. The NOR circuit NR1 inverts the data of the read bit line RBL at the time of reading and outputs it to the transistor N12 to control on / off, and otherwise outputs a low level to turn off the transistor N12.

またトランジスタP13は、ゲートに反転読み出しイネーブル信号REBが入力され読み出し時のみオンされ、読み出しビット線RBLをハイレベルに引き上げるように働く。その他の回路素子の接続はセンスアンプSA1と同じであるためその回路接続の詳細な説明は省略する。   The transistor P13 receives the inverted read enable signal REB at its gate and is turned on only at the time of reading, and works to raise the read bit line RBL to a high level. Since the connection of other circuit elements is the same as that of the sense amplifier SA1, detailed description of the circuit connection is omitted.

センスアンプSA3の動作を説明する。SRAMセルからのデータ読み出し時には、反転読み出しイネーブル信号REBがローレベルであり、NOR回路NR1は読み出しビット線RBLのデータを反転して、読み出しトランジスタN12のゲートに出力する。読み出しトランジスタN12のオン、オフにより読み出しデータ線RDLにデータを伝達し、SRAMセルのデータを読み出す。一方書き込み時には、書き込みイネーブル信号WEはハイレベルであり、書き込みデータ線WDLのデータを書き込みトランジスタN13により読み出しビット線RBLに伝達し、その反転データは反転データ線WDLBに接続された書き込みビット線WBLに伝達され、それぞれのビット線からSRAMセルに書き込む。   The operation of the sense amplifier SA3 will be described. At the time of reading data from the SRAM cell, the inverted read enable signal REB is at a low level, and the NOR circuit NR1 inverts the data on the read bit line RBL and outputs it to the gate of the read transistor N12. By turning on / off the read transistor N12, data is transmitted to the read data line RDL to read data of the SRAM cell. On the other hand, at the time of writing, the write enable signal WE is at a high level, the data on the write data line WDL is transmitted to the read bit line RBL by the write transistor N13, and the inverted data is transmitted to the write bit line WBL connected to the inverted data line WDLB. Is transmitted and written to the SRAM cell from each bit line.

プリチャージトランジスタP12,N14は、読み出し、書き込みが行われていないときのプリチャージ信号PCはローレベル、反転プリチャージ信号PCBはハイレベルであり、読み出しビット線RBLをVDD2にプリチャージする。プリチャージ用2つのトランジスタのうちN14は省略可能であり、この場合には反転プリチャージ信号PCBも省略できる。   The precharge transistors P12 and N14 have a precharge signal PC at a low level and an inverted precharge signal PCB at a high level when reading and writing are not performed, and precharge the read bit line RBL to VDD2. Of the two precharging transistors, N14 can be omitted. In this case, the inverted precharge signal PCB can also be omitted.

読み出し動作のときには、反転読み出しイネーブル信号REBがローレベルであり、トランジスタP13はオンし、誤動作防止のために読み出しビット線RBLのハイレベルを補強するトランジスタである。しかし、読み出しビット線RBLがローレベルのときにも電流が流れるために、そのトランジスタのチャンネル長を大きくして、駆動能力を小さくし、読み出しビット線RBLのローレベルを上昇させないように設定される。またデータ線は読み出しデータ線RDL、書き込みデータ線WDLをまとめて入出力用のデータ線DLとすることもできる。このときには読み出しトランジスタN12、書き込みトランジスタN13は読み出しデータ線RDL、書き込みデータ線WDLの代わりにデータ線DLに接続すればよい。   In the read operation, the inverted read enable signal REB is at a low level, the transistor P13 is turned on, and the transistor for reinforcing the high level of the read bit line RBL to prevent malfunction. However, since the current flows even when the read bit line RBL is at the low level, the channel length of the transistor is increased, the driving capability is decreased, and the low level of the read bit line RBL is not increased. . Further, the read data line RDL and the write data line WDL can be integrated into an input / output data line DL. At this time, the read transistor N12 and the write transistor N13 may be connected to the data line DL instead of the read data line RDL and the write data line WDL.

次にセンスアンプSA4について説明する。SA4はセンスアンプSA3の改良版であり、センスアンプSA4はセンスアンプSA3の構成にトランジスタP15が追加されている。トランジスタP15はドレイン、ソース、ゲートが、それぞれ、トランジスタP13のソース、電源電圧VDD、NOR回路NR1の出力に接続される。センスアンプSA1においてはSRAMセルの“0”読み出しの場合には、トランジスタP13からも電流が流れる。読み出しビット線RBLがローレベルのとき、NOR回路の出力をフィードバックしトランジスタP15をオフさせることでトランジスタP13からの電流を遮断する。トランジスタP15を挿入することで読み出しビット線RBLがハイレベルの場合にはそのハイレベルを補強し、読み出しビット線RBLがローレベルの場合にはオフされ、その電流は遮断される。またトランジスタP15の挿入する配置位置はP13と交換してもよい。   Next, the sense amplifier SA4 will be described. SA4 is an improved version of the sense amplifier SA3. In the sense amplifier SA4, a transistor P15 is added to the configuration of the sense amplifier SA3. The transistor P15 has a drain, a source, and a gate connected to the source of the transistor P13, the power supply voltage VDD, and the output of the NOR circuit NR1, respectively. In the sense amplifier SA1, a current also flows from the transistor P13 when the SRAM cell is “0” read. When the read bit line RBL is at a low level, the output from the NOR circuit is fed back to turn off the transistor P15, thereby cutting off the current from the transistor P13. The transistor P15 is inserted to reinforce the high level when the read bit line RBL is at a high level, and is turned off when the read bit line RBL is at a low level, thereby cutting off the current. Further, the position where the transistor P15 is inserted may be exchanged with P13.

センスアンプSA4はトランジスタP15が追加された以外はセンスアンプSA3とその回路構成は同じであり、またその動作においても読み出しビット線がローレベルの場合にセンスアンプSA3においては微小の電流が流れるのを完全に遮断する点が異なるのみであり、その他の動作は同じであるために回路構成及びその動作についての説明は省略する。   The sense amplifier SA4 has the same circuit configuration as that of the sense amplifier SA3 except that the transistor P15 is added. Also in the operation, a small current flows in the sense amplifier SA3 when the read bit line is at a low level. The only difference is in the point of complete interruption, and the other operations are the same, so that the description of the circuit configuration and its operation is omitted.

図12にセンスアンプSA3,SA4の(a)“0”読み出し、(b)“1”読み出し、(c)“0”書き込み、(d)“1”書き込み動作波形を示す。なお、図12(a)(b)(c)(d)において、書き込みワード線WWLがローレベルの間の書き込みビット線WBLのプリチャージ電圧を接地電位GNDとしているが、これに限定するものではない。またセンアンプSA3,SA4の変形として、読み出しデータ線RDLと書き込みデータ線とをまとめてデータ線とすることをできる。この構成においては読み出し時の読み出しデータ線RDLをデータ線DLに、書き込み時には書き込みデータ線WDLをデータ線DLに読み換えればよい。   FIG. 12 shows (a) “0” read, (b) “1” read, (c) “0” write, and (d) “1” write operation waveforms of the sense amplifiers SA3 and SA4. In FIGS. 12A, 12B, 12C, and 12D, the precharge voltage of the write bit line WBL while the write word line WWL is at the low level is the ground potential GND. However, the present invention is not limited to this. Absent. As a modification of the sense amplifiers SA3 and SA4, the read data line RDL and the write data line can be combined into a data line. In this configuration, the read data line RDL at the time of reading may be replaced with the data line DL, and the write data line WDL at the time of writing may be replaced with the data line DL.

図12(a)に示す“0”読み出しにおいては、プリチャージ信号PCがハイレベルへ、反転プリチャージ信号PCB及び反転読み出しイネーブル信号REBがローレベルに変化する。読み出しワード線RWLがハイレベルに変化し、アクセストランジスタN3が導通する。読み出しビット線RBLは、SRAMセルのドライブトランジスタN1を通して放電されプリチャージ電圧VDD2から低下しローレベルとなる。NOR回路がハイレベルを出力し読み出しトランジスタN12がオンし、読み出しデータ線RDLにデータ“0”が読み出される。   In “0” reading shown in FIG. 12A, the precharge signal PC changes to a high level, and the inverted precharge signal PCB and the inverted read enable signal REB change to a low level. The read word line RWL changes to high level, and the access transistor N3 becomes conductive. The read bit line RBL is discharged through the drive transistor N1 of the SRAM cell and falls from the precharge voltage VDD2 to a low level. The NOR circuit outputs a high level, the read transistor N12 is turned on, and data “0” is read to the read data line RDL.

読み出しワード線RWLがローレベルに変化し、プリチャージ信号PCがローレベル、反転プリチャージ信号PCB及び反転読み出しイネーブル信号REBがハイレベルに変化し、読み出しビット線RBLはVDD2に、読み出しデータ線RDLはVDDにプリチャージされる。書き込み系の書き込みイネーブル信号WE、書き込みワード線WWLは読み出しサイクルにおいては動作しない。   The read word line RWL changes to low level, the precharge signal PC changes to low level, the inverted precharge signal PCB and the inverted read enable signal REB change to high level, the read bit line RBL changes to VDD2, and the read data line RDL changes to Precharged to VDD. The write enable signal WE and the write word line WWL for the write system do not operate in the read cycle.

図12(b)に示す“1”読み出しにおいては、プリチャージ信号PCがハイレベルへ、反転プリチャージ信号PCB及び反転読み出しイネーブル信号REBがローレベルに変化する。読み出しワード線RWLがハイレベルに変化し、アクセストランジスタN3が導通する。このとき、記憶ノードV1はハイレベルであり、読み出しビット線RBLは変化しないでそのまま”1“レベルを読み出す。ここで読み出しビット線RBLは、センスアンプのトランジスタP13により徐々に引き上げられプリチャージ電圧VDD2から電源電圧VDDとなる。NOR回路NR1はローレベルを出力し読み出しトランジスタN12がオフで、読み出しデータ線RDLはプリチャージ電圧のVDDを保ち、データ“1”が読み出される。   In “1” reading shown in FIG. 12B, the precharge signal PC changes to a high level, and the inverted precharge signal PCB and the inverted read enable signal REB change to a low level. The read word line RWL changes to high level, and the access transistor N3 becomes conductive. At this time, the storage node V1 is at the high level, and the read bit line RBL is not changed and the “1” level is read as it is. Here, the read bit line RBL is gradually pulled up by the transistor P13 of the sense amplifier and changes from the precharge voltage VDD2 to the power supply voltage VDD. The NOR circuit NR1 outputs a low level, the read transistor N12 is OFF, the read data line RDL maintains the precharge voltage VDD, and data “1” is read.

読み出しワード線RWLがローレベルに変化し、プリチャージ信号PCがローレベル、反転プリチャージ信号PCB及び反転読み出しイネーブル信号REBがハイレベルに変化し、読み出しビット線RBLはVDD2に、読み出しデータ線RDLはVDDにプリチャージされる。書き込み系の書き込みイネーブル信号WE、書き込みワード線WWLは読み出しサイクルにおいては動作しない。   The read word line RWL changes to low level, the precharge signal PC changes to low level, the inverted precharge signal PCB and the inverted read enable signal REB change to high level, the read bit line RBL changes to VDD2, and the read data line RDL changes to Precharged to VDD. The write enable signal WE and the write word line WWL for the write system do not operate in the read cycle.

図12(c)に示す“0”書き込みにおいては、プリチャージ信号PCがハイレベルへ、反転プリチャージ信号PCBがローレベルに変化する。書き込みイネーブル信号WEがハイレベルに変化し、書き込みトランジスタN13が導通し、書き込みデータ線WDLのデータ“0”が読み出しビット線RBLに、反転書き込みデータ線WDLBのデータ“1”が直接書き込みビット線WBLに伝達される。読み出しワード線RWL及び書き込みワード線WWLがハイレベルに変化することで、読み出しビット線RBL、書き込みビット線WBLのデータがSRAMセルのそれぞれの記憶ノードV1,V2に書き込まれる。   In “0” writing shown in FIG. 12C, the precharge signal PC changes to a high level and the inverted precharge signal PCB changes to a low level. The write enable signal WE changes to high level, the write transistor N13 becomes conductive, the data “0” of the write data line WDL is the read bit line RBL, and the data “1” of the inverted write data line WDLB is the direct write bit line WBL. Is transmitted to. As the read word line RWL and the write word line WWL change to high level, the data of the read bit line RBL and the write bit line WBL are written to the storage nodes V1 and V2 of the SRAM cell.

書き込みイネーブル信号WE、読み出しワード線RWL及び書き込みワード線WWLがローレベルに変化する。プリチャージ信号PCがローレベルへ、反転プリチャージ信号PCBがハイレベルに変化し、読み出しビット線RBLはVDD2に、書き込みビット線WBLは接地電位に、読み出しデータ線RDLはVDDにそれぞれプリチャージされる。読み出し系の信号である反転読み出しイネーブル信号REBはこの間には変化しない。   The write enable signal WE, the read word line RWL, and the write word line WWL change to a low level. The precharge signal PC changes to low level, the inverted precharge signal PCB changes to high level, the read bit line RBL is precharged to VDD2, the write bit line WBL is precharged to ground potential, and the read data line RDL is precharged to VDD. . The inverted read enable signal REB, which is a read signal, does not change during this time.

図12(d)に示す“1”書き込みにおいては、プリチャージ信号PCがハイレベルへ、反転プリチャージ信号PCBがローレベルに変化する。書き込みイネーブル信号WEがハイレベルに変化し、書き込みトランジスタN13が導通し、書き込みデータ線WDLのデータ“1”が読み出しビット線RBLに、反転書き込みデータ線WDLBのデータ“0”が直接書き込みビット線WBLに伝達される。読み出しワード線RWL及び書き込みワード線WWLがハイレベルに変化することで、読み出しビット線RBL、書き込みビット線WBLのデータがSRAMセルのそれぞれの記憶ノードV1,V2に書き込まれる。   In the “1” writing shown in FIG. 12D, the precharge signal PC changes to a high level and the inverted precharge signal PCB changes to a low level. The write enable signal WE changes to a high level, the write transistor N13 becomes conductive, the data “1” of the write data line WDL becomes the read bit line RBL, and the data “0” of the inverted write data line WDLB becomes the direct write bit line WBL. Is transmitted to. As the read word line RWL and the write word line WWL change to high level, the data of the read bit line RBL and the write bit line WBL are written to the storage nodes V1 and V2 of the SRAM cell.

書き込みイネーブル信号WE、読み出しワード線RWL及び書き込みワード線WWLがローレベルに変化する。プリチャージ信号PCがローレベルへ、反転プリチャージ信号PCBがハイレベルに変化し、読み出しビット線RBLはVDD2に、書き込みビット線WBLは接地電位に、読み出しデータ線RDLはVDDにそれぞれプリチャージされる。読み出し系の信号である反転読み出しイネーブル信号REBはこの間には変化しない。   The write enable signal WE, the read word line RWL, and the write word line WWL change to a low level. The precharge signal PC changes to low level, the inverted precharge signal PCB changes to high level, the read bit line RBL is precharged to VDD2, the write bit line WBL is precharged to ground potential, and the read data line RDL is precharged to VDD. . The inverted read enable signal REB, which is a read signal, does not change during this time.

本実施例においては、SRAMセルに対して低電圧かつ高速動作可能で、読み出しビット線により読み出し、読み出しビット線と書き込みビット線とにより書き込むセンスアンプが得られる。   In this embodiment, it is possible to operate the SRAM cell at a low voltage and at a high speed, and obtain a sense amplifier that reads data by a read bit line and writes data by a read bit line and a write bit line.

本願の実施例4として、プリチャージ電圧VDD2発生回路、サブワードドライバ回路及びこれらを備えた半導体記憶装置の構成について図13〜図18 を用いて説明する。図13にはVDD2発生回路の回路図、図14には半導体記憶装置の全体図(a)、メモリブロック図(b)である。図15にはサブワードドライバSWD1の回路図、図16にはサブワードドライバSWD1を適用したメモリブロック図を示す。図17にはサブワードドライバSWD2の回路図、図18にはサブワードドライバSWD2を適用したメモリブロック図を示す。   As Embodiment 4 of the present application, the configuration of a precharge voltage VDD2 generation circuit, a sub word driver circuit, and a semiconductor memory device including these will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a circuit diagram of the VDD2 generating circuit, and FIG. 14 is an overall view (a) and a memory block diagram (b) of the semiconductor memory device. FIG. 15 is a circuit diagram of the sub word driver SWD1, and FIG. 16 is a memory block diagram to which the sub word driver SWD1 is applied. FIG. 17 is a circuit diagram of the sub word driver SWD2, and FIG. 18 is a memory block diagram to which the sub word driver SWD2 is applied.

図13に示すVDD2発生回路は、プリチャージ電圧VDD2を発生するものである。プリチャージ電圧VDD2は電源電圧VDDからトランジスタの閾値電圧分低い電圧である。プリチャージ電圧をVDD2とすることの利点は、SRAMセルの“0“読み出し時に記憶ノードV1の電位上昇が抑えられSNMが改善され、さらにセンスアンプのNOR回路の閾値電圧までの電位差が小さくなることで高速動作が可能となる点である。   The VDD2 generation circuit shown in FIG. 13 generates a precharge voltage VDD2. The precharge voltage VDD2 is lower than the power supply voltage VDD by the threshold voltage of the transistor. The advantage of setting the precharge voltage to VDD2 is that the potential rise of the storage node V1 is suppressed and the SNM is improved at the time of reading “0” of the SRAM cell, and the potential difference to the threshold voltage of the NOR circuit of the sense amplifier is further reduced. This makes it possible to operate at high speed.

VDD2発生回路は電源電圧VDDと接地電位GNDとの間にトランジスタN31,N32を接続され、トランジスタN31のドレイン、ソース、ゲートは、それぞれが電源電圧VDD、トランジスタN32のドレイン、電源電圧VDDに接続される。トランジスタN32のドレイン、ソース、ゲートは、それぞれがトランジスタN31のソース、接地電位GND、電源電圧VDDに接続される。接続されたトランジスタN31のソース,N32のドレインからプリチャージ電圧VDD2を出力する。   In the VDD2 generation circuit, transistors N31 and N32 are connected between the power supply voltage VDD and the ground potential GND, and the drain, source, and gate of the transistor N31 are connected to the power supply voltage VDD, the drain of the transistor N32, and the power supply voltage VDD, respectively. The The drain, source, and gate of the transistor N32 are connected to the source of the transistor N31, the ground potential GND, and the power supply voltage VDD, respectively. The precharge voltage VDD2 is output from the source of the connected transistor N31 and the drain of N32.

このときトランジスタN32はレベルを保持するためのトランジスタであり、駆動能力を必要とされないことからそのチャンネル長Lは大きくする。また本実施例ではVDD2を電源電圧から閾値電圧一段落ちとしたが、電源電圧VDDより低く、SRAMセルを構成する第2のインバータ回路の閾値電圧よりも高い電圧値であればよい。例えば閾値電圧としては正の電圧であればよく、例えばアクセストランジスタN3と同じ閾値を有するトランジスタをN31として採用することもできる。   At this time, the transistor N32 is a transistor for maintaining the level, and since the driving capability is not required, the channel length L is increased. In this embodiment, the threshold voltage VDD2 is lowered by one step from the power supply voltage. However, any voltage value lower than the power supply voltage VDD and higher than the threshold voltage of the second inverter circuit constituting the SRAM cell may be used. For example, the threshold voltage may be a positive voltage. For example, a transistor having the same threshold as that of the access transistor N3 can be used as N31.

また、このVDD2発生回路の出力電圧VDD2はチップ全体に配線される。このためVDD2発生回路は多数のトランジスタに分割して分散配置することが可能である。例えば図14(b)の半導体記憶装置のメモリブロックの制御部14に分散して配置することができる。   The output voltage VDD2 of the VDD2 generation circuit is wired over the entire chip. For this reason, the VDD2 generation circuit can be divided and arranged in a large number of transistors. For example, it can be distributed and arranged in the control unit 14 of the memory block of the semiconductor memory device of FIG.

次に図14に示す半導体記憶装置の全体構成(a)、メモリブロック(b)を説明する。半導体記憶装置は(mワード)x(nビット)構成のメモリブロック1をM行、N列配置されたメモリアレイの周辺にメーンワードドライバ2、Yデコーダ・データ入出力部3、及びコントロールブロック4から構成される。メモリブロック1は(mワード)x(nビット)のメモリセルアレイ11の周辺にサブワードドライバ12、センスアンプ13、制御部14で構成される。   Next, the overall configuration (a) and memory block (b) of the semiconductor memory device shown in FIG. 14 will be described. The semiconductor memory device includes a main word driver 2, a Y decoder / data input / output unit 3 and a control block 4 around a memory array in which M blocks and N columns are arranged in a memory block 1 having an (m word) x (n bit) configuration. Consists of The memory block 1 includes a sub-word driver 12, a sense amplifier 13, and a control unit 14 around the memory cell array 11 of (m words) × (n bits).

反転メーンワード線WLBは、メーン配線として、図の水平方向にすべてのメモリブロックに配線され、垂直方向に配線された反転読み出しブロック信号RPB及び反転書き込みブロック信号WPBとの交点において、サブワードドライバ回路により各メモリブロック専用のサブワード線が生成され、SRAMセルのアクセストランジスタのゲートに供給される。またセンスアンプ用の信号プリチャージ信号PC,書き込みイネーブル信号WE等も水平方向のメーン配線として、すべてのメモリブロックに配線される。   The inverted main word line WLB is wired as a main wiring to all the memory blocks in the horizontal direction in the figure, and at the intersection of the inverted read block signal RPB and the inverted write block signal WPB wired in the vertical direction by the sub word driver circuit. A sub word line dedicated to each memory block is generated and supplied to the gate of the access transistor of the SRAM cell. Further, the signal precharge signal PC for the sense amplifier, the write enable signal WE, and the like are also wired to all the memory blocks as the horizontal main wiring.

m個配列されたサブワードドライバ12は、メーンワードドライバ2からの反転メーンワード線WLBと、反転読み出しブロック信号RPB及び反転書き込みブロック信号WPBとを入力され、メモリセルアレイ11の1本のワード線を選択する。n個配列されたセンスアンプ13は読み出し時にはメモリセルアレイ11に接続されたビット線の信号を増幅しYデコーダ・データ入出力部3のデータ線に伝達する。書き込み時には逆にデータ線からの信号をメモリセルアレイに書き込む。制御部14はプリチャージ信号PC,書き込みイネーブル信号WE、反転書き込みイネーブル信号WEB、反転読み出しブロック信号RPB及び反転書き込みブロック信号WPBの配線部あるいはこれらの制御信号の増幅回路が配置される。   The sub word drivers 12 arranged in m are inputted with the inverted main word line WLB from the main word driver 2, the inverted read block signal RPB, and the inverted write block signal WPB, and select one word line of the memory cell array 11. To do. The n sense amplifiers 13 are arranged to amplify a signal of a bit line connected to the memory cell array 11 and transmit it to the data line of the Y decoder / data input / output unit 3 at the time of reading. Conversely, when writing, a signal from the data line is written into the memory cell array. The control unit 14 is provided with a wiring portion of a precharge signal PC, a write enable signal WE, an inverted write enable signal WEB, an inverted read block signal RPB, and an inverted write block signal WPB, or an amplifier circuit for these control signals.

ここで図15に示すサブワードドライバSWD1を説明する。サブワードドライバSWD1は反転メーンワード信号WLB、反転読み出しブロック信号RPB及び反転書き込みブロック信号WPBを入力とし、読み出しワード線RWLと書き込みワード線WWLを出力する。NOR回路NR11は、反転メーンワード信号WLBと反転読み出しブロック信号RPBが入力され、ともにローレベル入力の場合には、選択されたサブワード線として1本の読み出しワード線RWLをハイレベルとし、入力信号がハイレベルの場合には読み出しワード線RWLをローレベルとして出力する。   Now, the sub word driver SWD1 shown in FIG. 15 will be described. The sub word driver SWD1 receives the inverted main word signal WLB, the inverted read block signal RPB, and the inverted write block signal WPB, and outputs the read word line RWL and the write word line WWL. When the inverted main word signal WLB and the inverted read block signal RPB are input to the NOR circuit NR11 and both are input at the low level, the one read word line RWL is set to the high level as the selected sub word line, and the input signal is When the level is high, the read word line RWL is output as a low level.

NOR回路NR12は、反転メーンワード信号WLBと反転書き込みブロック信号WPBが入力され、ともにローレベル入力の場合には、選択されたサブワード線として1本の書き込みワード線WWLをハイレベルとし、入力信号がハイレベルの場合には書き込みワード線WWLをローレベルとして出力する。   When the inverted main word signal WLB and the inverted write block signal WPB are input to the NOR circuit NR12 and both are input at the low level, the one write word line WWL is set to the high level as the selected sub word line, and the input signal is In the case of the high level, the write word line WWL is outputted as the low level.

このサブワードドライバSWD1を適用したメモリブロックを図16に示す。ここではメモリセルとして本願実施例1のSRAMセル1、センスアンプとして例えば本願SA4で構成され、VDD2発生回路は制御部14に分割配置されている。しかし、本実施例の構成に限定されるものではなく、種々組み合わせ可能であることは勿論である。   FIG. 16 shows a memory block to which the sub word driver SWD1 is applied. Here, the SRAM cell 1 according to the first embodiment of the present invention is used as the memory cell, and the sense amplifier is, for example, the SA4 of the present application. However, it is not limited to the configuration of the present embodiment, and it is needless to say that various combinations are possible.

サブワードドライバSWD1はm個配置され、それぞれのアドレス番地を有する反転メーンワード信号と、反転読み出しブロック信号RPB及び反転書き込みブロック信号WPBが入力される。それぞれのアドレス番地が一致したときに、読み出し時には1本の読み出しワード線RWLが選択され、書き込み時には読み出しワード線RWLと書き込みワード線WWLのそれぞれ1本が選択され、1行のワード線が選択される。センスアンプSA4はn個配列され、選択されたワード線に接続されたn個のSRAMセルとの間でデータのやり取りを行う。読み出し時にはSRAMセルのデータをデータ線に読み出し、書き込み時にはデータ線からのデータをSRAMセルに書き込む。   There are m subword drivers SWD1, and an inverted main word signal having each address address, an inverted read block signal RPB, and an inverted write block signal WPB are input. When the respective address addresses match, one read word line RWL is selected for reading, one read word line RWL and one write word line WWL are selected for writing, and one word line is selected. The N sense amplifiers SA4 are arranged to exchange data with n SRAM cells connected to the selected word line. At the time of reading, the data of the SRAM cell is read to the data line, and at the time of writing, the data from the data line is written to the SRAM cell.

次に他のサブワードドライバの実施例を説明する。図17に示すサブワードドライバSWD2はサブワードドライバを構成するNOR回路の負荷トランジスタの1つを削除して3個のトランジスタでNOR回路を構成したものである。読み出しワード線RWLを発生させるNOR回路は、負荷トランジスタP21、ドライブトランジスタN21,N22の3個トランジスタで構成される。書き込みワード線WWLを発生させるNOR回路は、負荷トランジスタP23、ドライブトランジスタN23,N24の3個トランジスタで構成される。   Next, another embodiment of the sub word driver will be described. The sub-word driver SWD2 shown in FIG. 17 is configured by removing one of the load transistors of the NOR circuit constituting the sub-word driver and configuring the NOR circuit with three transistors. The NOR circuit for generating the read word line RWL is composed of three transistors: a load transistor P21 and drive transistors N21 and N22. The NOR circuit for generating the write word line WWL is composed of three transistors: a load transistor P23 and drive transistors N23 and N24.

トランジスタP21のドレイン、ソース、ゲートは、それぞれ読み出しワード線RWL、読み出しブロック信号RP、反転メーンワード信号WLBに接続される。トランジスタN21のドレイン、ソース、ゲートは、それぞれ読み出しワード線RWL、接地電位GND、反転メーンワード信号WLBに接続される。トランジスタN22のドレイン、ソース、ゲートは、それぞれ読み出しワード線RWL、接地電位、反転読み出しブロック信号RPBに接続される。3個のトランジスタのドレインは共通接続されて、読み出しワード線RWLを発生させる。   The drain, source, and gate of the transistor P21 are connected to the read word line RWL, the read block signal RP, and the inverted main word signal WLB, respectively. The drain, source, and gate of the transistor N21 are connected to the read word line RWL, the ground potential GND, and the inverted main word signal WLB, respectively. The drain, source, and gate of the transistor N22 are connected to the read word line RWL, the ground potential, and the inverted read block signal RPB, respectively. The drains of the three transistors are connected in common to generate a read word line RWL.

トランジスタP23のドレイン、ソース、ゲートは、それぞれ書き込みワード線WWL、書き込みブロック信号WP、反転メーンワード信号WLBに接続される。トランジスタN23のドレイン、ソース、ゲートは、それぞれ書き込みワード線WWL、接地電位GND、反転メーンワード信号WLBに接続される。トランジスタN24のドレイン、ソース、ゲートは、それぞれ書き込みワード線WWL、接地電位GND、反転読み出しブロック信号RPBに接続される。3個のトランジスタのドレインは共通接続されて出力読み出しワード線RWLを発生させる。   The drain, source, and gate of the transistor P23 are connected to the write word line WWL, the write block signal WP, and the inverted main word signal WLB, respectively. The drain, source, and gate of the transistor N23 are connected to the write word line WWL, the ground potential GND, and the inverted main word signal WLB, respectively. The drain, source, and gate of the transistor N24 are connected to the write word line WWL, the ground potential GND, and the inverted read block signal RPB, respectively. The drains of the three transistors are connected in common to generate an output read word line RWL.

読み出しワード線RWLは読み出し時には、アドレス番地を含む反転メーンワード信号WLB、反転読み出しブロック信号RPBがともにローレベル、読み出しブロック信号RPがハイレベルのとき1本のワード線が選択される。書き込みワード線WWLは書き込み時には、アドレス番地を含む反転メーンワード信号WLB、反転書き込みブロック信号WPBがともにローレベル、書き込みブロック信号WPがハイレベルのとき1本のワード線が選択される。   When the read word line RWL is read, one word line is selected when both the inverted main word signal WLB including the address address and the inverted read block signal RPB are at the low level and the read block signal RP is at the high level. At the time of writing, one word line is selected as the write word line WWL when both the inverted main word signal WLB including the address address and the inverted write block signal WPB are at the low level and the write block signal WP is at the high level.

ここで読み出しブロック信号RP及び書き込みブロック信号WPは、反転読み出しブロック信号RPB及び反転書き込みブロック信号WPBをそれぞれインバータ回路IV11、IV12により反転させた信号である。このサブワードドライバSWD2を適用したメモリブロックを図18に示す。   Here, the read block signal RP and the write block signal WP are signals obtained by inverting the inverted read block signal RPB and the inverted write block signal WPB by the inverter circuits IV11 and IV12, respectively. FIG. 18 shows a memory block to which the sub word driver SWD2 is applied.

図18においては、サブワードドライバSWD2は反転読み出しブロック信号RPBと、反転書き込みブロック信号WPBとをメーン配線として、各メモリブロックに配線され、反転読み出しブロック信号RPBと反転書き込みブロック信号WPBとを反転するインバータ回路IV11、IV12を各メモリブロックの制御部34に配置して、それぞれのメモリブロック専用の読み出しイネーブル信号RE、書き込みイネーブル信号WEがメモリブロックのサブワードドライバに供給される。またこのときプリチャージ電圧を発生させるVDD2発生回路を分割してそれぞれのメモリブロックの制御部34に配置する。   In FIG. 18, the sub-word driver SWD2 is wired to each memory block using the inverted read block signal RPB and the inverted write block signal WPB as the main wiring, and is an inverter that inverts the inverted read block signal RPB and the inverted write block signal WPB. The circuits IV11 and IV12 are arranged in the control unit 34 of each memory block, and a read enable signal RE and a write enable signal WE dedicated to each memory block are supplied to the sub word driver of the memory block. At this time, the VDD2 generation circuit for generating the precharge voltage is divided and arranged in the control unit 34 of each memory block.

図18においては、サブワードドライバとしてSWD2を適用し、SWD2に使用される読み出しブロック信号RP、書き込みブロック信号WPを発生させるインバータ回路を各メモリブロックの制御部34に配置し、各メモリブロック内に読み出しブロック信号RP、書き込みブロック信号WPを供給している。その他の配置、信号の配線は図16と同じであり、その説明は省略する。   In FIG. 18, SWD2 is applied as a sub-word driver, and an inverter circuit that generates a read block signal RP and a write block signal WP used for SWD2 is arranged in the control unit 34 of each memory block, and is read into each memory block. A block signal RP and a write block signal WP are supplied. Other arrangements and signal wirings are the same as those in FIG.

本実施例においては、メモリセル、センスアンプ、サブデコーダドライバ回路を最適に組み合わせることで、読み出し時におけるデータ破壊のない低電源電圧において、高速動作できる半導体記憶装置が得られる。   In this embodiment, a semiconductor memory device capable of operating at high speed with a low power supply voltage without data destruction during reading can be obtained by optimally combining memory cells, sense amplifiers, and sub-decoder driver circuits.

実施例5として、本発明に使用されるSRAMセル2について図19、図20を参照して説明する。図19はSRAMセル2の回路構成を示す図である。図20はSRAMセル2における(a)“0”読み出し、(b)“1”読み出し、(c)“0”書き込み、(d)“1”書き込み時の動作波形である。   As Example 5, an SRAM cell 2 used in the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 19 is a diagram showing a circuit configuration of the SRAM cell 2. FIG. 20 shows operation waveforms at the time of (a) “0” read, (b) “1” read, (c) “0” write, and (d) “1” write in the SRAM cell 2.

図19に示すSRAMセル2は、実施例1のSRAMセル1と比較すると、書き込みビット線WBLが接地電位GNDに固定されている点がことなる。SRAMセル2は、記憶ノードV1を出力とする第1のインバータ回路と、記憶ノードV2を出力とする第2のインバータ回路と、読み出しビット線と記憶ノードV1との間に接続されたアクセストランジスタN3と、接地電位と記憶ノードV2との間に接続されたアクセストランジスタN4と、で構成される。第1及び第2のインバータ回路はループ接続される。   The SRAM cell 2 shown in FIG. 19 is different from the SRAM cell 1 of the first embodiment in that the write bit line WBL is fixed at the ground potential GND. The SRAM cell 2 includes a first inverter circuit that outputs the storage node V1, a second inverter circuit that outputs the storage node V2, and an access transistor N3 connected between the read bit line and the storage node V1. And an access transistor N4 connected between the ground potential and the storage node V2. The first and second inverter circuits are connected in a loop.

第1及び第2のインバータ回路の負荷トランジスタ同士と、第1及び第2のアクセストランジスタ同士とは、それぞれ略同一の駆動能力を有する。第2のインバータ回路のドライブトランジスタの駆動能力を、第1のインバータ回路のドライブトランジスタの駆動能力より小さくすることで、第2のインバータ回路の閾値電圧を第1のインバータ回路の閾値電圧より高く設定する。さらに、読み出しビット線のプリチャージ電圧を電源電圧より低く、第2のインバータ回路の閾値電圧より高いVDD2とする。実施例1の構成素子は同じであるため実施例1と同じ符号とし、その詳細説明を省略する。   The load transistors of the first and second inverter circuits and the first and second access transistors have substantially the same drive capability. The threshold voltage of the second inverter circuit is set higher than the threshold voltage of the first inverter circuit by making the drive capability of the drive transistor of the second inverter circuit smaller than the drive capability of the drive transistor of the first inverter circuit. To do. Further, the precharge voltage of the read bit line is set to VDD2 lower than the power supply voltage and higher than the threshold voltage of the second inverter circuit. Since the constituent elements of the first embodiment are the same, the same reference numerals as those of the first embodiment are used, and the detailed description thereof is omitted.

図20を用いてその動作を説明する。図20には(a)“0”読み出し、(b)“1”読み出し、(c)“0”書き込み、(d)“1”書き込みの動作波形を示す。図20(a)“0”読み出し、(b)“1”読み出しの場合には、読み出しワード線RWL、読み出しビット線RBL、アクセストランジスタN3を用いて記憶ノードV1の“0”、または“1”を読み出しビット線RBLに読み出している。実施例1のSRAMセル1の読み出し動作においては書き込みビット線WBLは動作していない。このため、図20(a),(b)に示す本実施例のSRAMセル2の読み出し動作と、図6(a)、(b)に示す実施例1のSRAMセル1の読み出し動作とは同一であり、その説明を省略する。   The operation will be described with reference to FIG. FIG. 20 shows operation waveforms of (a) “0” read, (b) “1” read, (c) “0” write, and (d) “1” write. In the case of FIG. 20 (a) “0” read and (b) “1” read, “0” or “1” of the storage node V1 using the read word line RWL, read bit line RBL, and access transistor N3. Is read to the read bit line RBL. In the read operation of the SRAM cell 1 of the first embodiment, the write bit line WBL is not operating. For this reason, the read operation of the SRAM cell 2 of the present embodiment shown in FIGS. 20A and 20B is the same as the read operation of the SRAM cell 1 of the first embodiment shown in FIGS. 6A and 6B. Therefore, the description thereof is omitted.

実施例1の書き込み動作は、読み出しビット線RBL及び書き込みビット線WBLからの相補のデータ入力によりSRAMセル1に書き込んでいる。しかし、実施例5の書き込み動作においては、書き込みビット線WBLは接地電位に固定されているため、書き込みワード線WWLを短いワンショットパルスとし、記憶ノードV2をローレベル“0”にリセットした後に読み出しビット線RBLの書き込みレベルを記憶ノードV1に書き込むことにより行われる。   In the write operation of the first embodiment, data is written in the SRAM cell 1 by complementary data input from the read bit line RBL and the write bit line WBL. However, in the write operation of the fifth embodiment, since the write bit line WBL is fixed to the ground potential, the write word line WWL is set to a short one-shot pulse, and the storage node V2 is reset to the low level “0” before reading. This is done by writing the write level of the bit line RBL to the storage node V1.

図20(c)の“0”書き込みの場合には、読み出しワード線RWLと書き込みワード線WWLがともに活性化されハイレベル“1”となる。アクセストランジスタN3及びN4がともにオン状態となり、記憶ノードV1と読み出しビット線RBLが導通し、記憶ノードV1には読み出しビット線RBLのローレベル“0”が書き込まれる。一方記憶ノードV2は、トランジスタP2とトランジスタN4とが供にオンすることから中間レベルとなる。ここでワンショットパルスである書き込みワード線WWLがローレベル“0”となり、トランジスタN4をオフさせることで記憶ノードV2はハイレベル“1”に引き上げられ、記憶ノードV1に“0”、記憶ノードV2に“1”が書き込まれる。書き込み終了後は、読み出しワード線RWLがローレベル“0”となり、つづいて読み出しビット線RBLはハイレベル“1”にプリチャージされ、“0”書き込み動作が終了する。   In the case of “0” writing in FIG. 20C, both the read word line RWL and the write word line WWL are activated and become high level “1”. The access transistors N3 and N4 are both turned on, the storage node V1 and the read bit line RBL are conducted, and the low level “0” of the read bit line RBL is written into the storage node V1. On the other hand, the storage node V2 is at an intermediate level because the transistor P2 and the transistor N4 are turned on together. Here, the write word line WWL which is a one-shot pulse becomes low level “0”, and the transistor N4 is turned off, whereby the storage node V2 is pulled up to high level “1”, the storage node V1 is set to “0”, and the storage node V2 "1" is written in After the writing is completed, the read word line RWL becomes low level “0”, and then the read bit line RBL is precharged to high level “1”, and the “0” write operation is completed.

図20(d)“1”書き込みの場合には、読み出しワード線RWLと書き込みワード線WWLとがともに活性化されハイレベル“1”となる。アクセストランジスタN3及びN4がともにオン状態となり、記憶ノードV1と読み出しビット線RBLが導通し、記憶ノードV1には読み出しビット線RBLのハイレベル“1”が書き込まれる。一方記憶ノードV2はアクセストランジスタN4により接地電位GNDとなり、記憶ノードV2にはローレベル“0”が書き込まれる。ここではトランジスタP2がオフ状態のため、記憶ノードV2は中間レベル引き上げられることなしにローレベル“0”が書き込まれる。   In the case of writing “1” in FIG. 20D, both the read word line RWL and the write word line WWL are activated and become high level “1”. The access transistors N3 and N4 are both turned on, the storage node V1 and the read bit line RBL become conductive, and the high level “1” of the read bit line RBL is written into the storage node V1. On the other hand, the storage node V2 is set to the ground potential GND by the access transistor N4, and a low level “0” is written to the storage node V2. Here, since the transistor P2 is in the OFF state, the storage node V2 is written with the low level “0” without being raised to the intermediate level.

書き込みワード線WWLがハイレベルの期間に記憶ノードV1に“1”、記憶ノードV2に“0”が書き込まれる。書き込みワード線WWLのみをローレベル“0”としトランジスタN4をオフさせる。つづいて読み出しワード線RWLをローレベル“0”とし、読み出しビット線RBLはハイレベル“1”にプリチャージされ、“1”書き込み動作が終了する。   During the period when the write word line WWL is at the high level, “1” is written to the storage node V1 and “0” is written to the storage node V2. Only the write word line WWL is set to the low level “0” to turn off the transistor N4. Subsequently, the read word line RWL is set to the low level “0”, the read bit line RBL is precharged to the high level “1”, and the “1” write operation is completed.

本実施例のSRAMセル2は、実施例1のSRAMセル1において書き込みビット線WBLを接地電位に固定し、書き込み動作及び読み出し動作とも読み出しビット線RBLのみで行うメモリセルである。このため、SRAMセル2に使用されるセンスアンプは、実施例2のセンスアンプSA1,SA2、実施例3のセンスアンプSA3,SA4の変形したセンスアンプが使用される。SRAMセル2に使用されるセンスアンプとしては、センスアンプSA1,2,3,4の回路から書き込みビット線WBL、反転書き込みデータ線WDLBを省略したセンスアンプが利用できる。   The SRAM cell 2 of the present embodiment is a memory cell in which the write bit line WBL is fixed to the ground potential in the SRAM cell 1 of the first embodiment, and the write operation and the read operation are performed only by the read bit line RBL. For this reason, sense amplifiers used in the SRAM cell 2 are modified sense amplifiers of the sense amplifiers SA1 and SA2 of the second embodiment and the sense amplifiers SA3 and SA4 of the third embodiment. As the sense amplifier used in the SRAM cell 2, a sense amplifier in which the write bit line WBL and the inverted write data line WDLB are omitted from the circuit of the sense amplifiers SA1, 2, 3, 4 can be used.

書き込みビット線WBL、反転書き込みデータ線WDLBを省略したセンスアンプにおいては、読み出し時にはメモリセルからのデータをNOR回路NR1から読み出しデータ線RDLに伝達する。また書込み時には、書き込みデータ線WDLからのデータを、読み出しビット線RBLを経由して書き込むことができる。また同様に実施例4に記載したプリチャージ電圧VDD2発生回路、サブワードドライバ回路及び記憶回路装置の構成が適用できることは勿論である。本実施例のSRAMセル2においても実施例2,3,4の周辺回路は、そのまま又はその変形例が使用できることは理解できるであろう。   In the sense amplifier in which the write bit line WBL and the inverted write data line WDLB are omitted, data from the memory cell is transmitted from the NOR circuit NR1 to the read data line RDL at the time of reading. At the time of writing, data from the write data line WDL can be written via the read bit line RBL. Similarly, it is needless to say that the configurations of the precharge voltage VDD2 generation circuit, the sub word driver circuit, and the memory circuit device described in the fourth embodiment are applicable. It will be understood that the peripheral circuits of the second, third, and fourth embodiments can be used as they are or in a modification thereof in the SRAM cell 2 of the present embodiment.

本実施例においては、SRAMセル2は、記憶ノードV1を出力とする第1のインバータ回路と、記憶ノードV2を出力とする第2のインバータ回路と、読み出しビット線と記憶ノードV1との間に接続されたアクセストランジスタN3と、接地電位と記憶ノードV2との間に接続されたアクセストランジスタN4と、で構成される。第1及び第2のインバータ回路はループ接続され、第1及び第2のインバータ回路の負荷トランジスタ同士と、第1及び第2のアクセストランジスタ同士とは、それぞれ略同一の駆動能力を有する。第2のインバータ回路のドライブトランジスタの駆動能力を、第1のインバータ回路のドライブトランジスタの駆動能力より小さくすることで、第2のインバータ回路の閾値電圧が第1のインバータ回路の閾値電圧より高く設定する。   In this embodiment, the SRAM cell 2 includes a first inverter circuit that outputs the storage node V1, a second inverter circuit that outputs the storage node V2, and a read bit line and the storage node V1. The access transistor N3 is connected, and the access transistor N4 is connected between the ground potential and the storage node V2. The first and second inverter circuits are connected in a loop, and the load transistors of the first and second inverter circuits and the first and second access transistors have substantially the same drive capability. The threshold voltage of the second inverter circuit is set higher than the threshold voltage of the first inverter circuit by making the drive capability of the drive transistor of the second inverter circuit smaller than the drive capability of the drive transistor of the first inverter circuit. To do.

さらに、読み出しビット線のプリチャージ電圧を電源電圧より低く、第2のインバータ回路の閾値電圧より高いVDD2とする。これらの構成とすることで読み出し時のメモリセルの破壊を防止し、高速読み出しを行う。さらにアクセストランジスタを同じ駆動能力とすることで高速書き込みが行える。読み出し時のメモリセルの破壊を防止し、高速読み出し、書き込み動作可能なインバランス型のSRAMセルが得られる。   Further, the precharge voltage of the read bit line is set to VDD2 lower than the power supply voltage and higher than the threshold voltage of the second inverter circuit. With these structures, memory cells are prevented from being destroyed during reading, and high-speed reading is performed. Furthermore, high speed writing can be performed by setting the access transistors to have the same drive capability. An imbalanced SRAM cell capable of preventing a memory cell from being destroyed during reading and capable of performing high-speed reading and writing is obtained.

以上本願発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   Although the present invention has been specifically described above based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be variously modified without departing from the gist thereof.

従来の6トランジスタSRAMセルの回路図である。It is a circuit diagram of a conventional 6-transistor SRAM cell. 従来のSRAMセルにおける安定動作を示すSNMの説明図である。It is explanatory drawing of SNM which shows the stable operation | movement in the conventional SRAM cell. 従来のSRAMセルにおけるSNMのトランジスタのチャンネル長依存性を示す図である。It is a figure which shows the channel length dependence of the transistor of SNM in the conventional SRAM cell. 本願のSRAMセル1の回路図である。It is a circuit diagram of SRAM cell 1 of the present application. SRAMセル方式の違いによるSNMの説明図である。It is explanatory drawing of SNM by the difference in a SRAM cell system. 本願におけるSRAMセル1の動作波形であり、(a)“0”読み出し、(b)“1”読み出し、(c)“0”書き込み、(d)“1”書き込みを示す図である。It is an operation waveform of the SRAM cell 1 in the present application, and shows (a) “0” read, (b) “1” read, (c) “0” write, and (d) “1” write. 本願のセンスアンプSA1の回路図である。It is a circuit diagram of sense amplifier SA1 of this application. 本願のセンスアンプSA2の回路図である。It is a circuit diagram of sense amplifier SA2 of the present application. 本願のセンスアンプSA1,SA2の動作波形であり、(a)“0”読み出し、(b)“1”読み出し、(c)“0”書き込み、(d)“1”書き込みを示す図である。It is an operation waveform of the sense amplifiers SA1 and SA2 of the present application, and shows (a) “0” read, (b) “1” read, (c) “0” write, and (d) “1” write. 本願のセンスアンプSA3の回路図である。It is a circuit diagram of sense amplifier SA3 of the present application. 本願のセンスアンプSA4の回路図である。It is a circuit diagram of sense amplifier SA4 of the present application. 本願のセンスアンプSA3,SA4の動作波形であり、(a)“0”読み出し、(b)“1”読み出し、(c)“0”書き込み、(d)“1”書き込みを示す図である。It is an operation waveform of the sense amplifiers SA3 and SA4 of the present application, and shows (a) “0” read, (b) “1” read, (c) “0” write, and (d) “1” write. VDD2発生回路の回路図である。It is a circuit diagram of a VDD2 generation circuit. 半導体記憶装置の全体図(a)、メモリブロック図(b)である。1A is a general view of a semiconductor memory device, and FIG. サブワードドライバSWD1の回路図である。It is a circuit diagram of subword driver SWD1. サブワードドライバSWD1を適用したメモリブロック図である。It is a memory block diagram to which a sub word driver SWD1 is applied. サブワードドライバSWD2の回路図である。It is a circuit diagram of subword driver SWD2. サブワードドライバSWD2を適用したメモリブロック図である。It is a memory block diagram to which a sub word driver SWD2 is applied. 本願のSRAMセル2の回路図である。It is a circuit diagram of SRAM cell 2 of the present application. 本願におけるSRAMセル2の動作波形であり、(a)“0”読み出し、(b)“1”読み出し、(c)“0”書き込み、(d)“1”書き込みを示す図である。It is an operation waveform of the SRAM cell 2 in the present application, and shows (a) “0” read, (b) “1” read, (c) “0” write, and (d) “1” write.

符号の説明Explanation of symbols

1 メモリブロック
2 メーンワードドライバ
3 Yデコーダ
4 コントロールブロック
14、34 制御ブロック
11 メモリセルアレイ
12、22、32 サブワードドライバ
13 センスアンプ
P1、P2、P12、P13、P15、P21、P23 PMOSトランジスタ
N1、N2、N3、N4、N12、N13、N14,N21、N22、N23、N24 NMOSトランジスタ
V1、V2 記憶ノード
IV11、IV12 インバータ回路
NR1、NR11、NR12 NOR回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Memory block 2 Main word driver 3 Y decoder 4 Control block 14, 34 Control block 11 Memory cell array 12, 22, 32 Sub word driver 13 Sense amplifier P1, P2, P12, P13, P15, P21, P23 PMOS transistor N1, N2, N3, N4, N12, N13, N14, N21, N22, N23, N24 NMOS transistor V1, V2 Storage node IV11, IV12 Inverter circuit NR1, NR11, NR12 NOR circuit

Claims (17)

半導体記憶装置において、第1の記憶ノードを出力とする第1のインバータ回路と、第2の記憶ノードを出力とする第2のインバータ回路と、読み出しビット線と前記第1の記憶ノードとの間に接続された第1のアクセストランジスタと、書き込みビット線と前記第2の記憶ノードとの間に接続された第2のアクセストランジスタと、を有し、前記第1及び第2のインバータ回路はお互いにループ接続され、前記第1及び第2のインバータ回路の負荷トランジスタ同士と、前記第1及び第2のアクセストランジスタ同士とはそれぞれ略同一の駆動能力を有し、前記第2のインバータ回路のドライブトランジスタの駆動能力を前記第1のインバータ回路のドライブトランジスタの駆動能力より小さくし、前記第2のインバータ回路の閾値電圧が前記第1のインバータ回路の閾値電圧より高く設定されたメモリセルを備えたことを特徴とする半導体記憶装置。   In a semiconductor memory device, a first inverter circuit that outputs a first storage node, a second inverter circuit that outputs a second storage node, and between a read bit line and the first storage node And a second access transistor connected between a write bit line and the second storage node, and the first and second inverter circuits are connected to each other. Are connected in a loop, and the load transistors of the first and second inverter circuits and the first and second access transistors have substantially the same drive capability, respectively, and the drive of the second inverter circuit The drive capability of the transistor is made smaller than the drive capability of the drive transistor of the first inverter circuit, and the threshold voltage of the second inverter circuit is The semiconductor memory device characterized by comprising a serial set high memory cell than the threshold voltage of the first inverter circuit. 前記読み込みビット線は前記第2のインバータ回路の閾値電圧よりも高く、前記第1のインバータ回路の電源電圧よりも低いプリチャージ電圧値にプリチャージされることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。   The read bit line is precharged to a precharge voltage value higher than a threshold voltage of the second inverter circuit and lower than a power supply voltage of the first inverter circuit. Semiconductor memory device. 前記プリチャージ電圧は前記電源電圧より前記第1のアクセストランジスタの閾値電圧値分低い電圧であることを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置。   3. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein the precharge voltage is lower than the power supply voltage by a threshold voltage value of the first access transistor. 前記書き込みビット線は接地電位にプリチャージされることを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置。   3. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein the write bit line is precharged to a ground potential. 前記書き込みビット線は接地電位に接続されることを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置。   The semiconductor memory device according to claim 2, wherein the write bit line is connected to a ground potential. 半導体記憶装置において、第1の記憶ノードを出力とする第1のインバータ回路と、第2の記憶ノードを出力とする第2のインバータ回路と、読み出しビット線と前記第1の記憶ノードとの間に接続された第1のアクセストランジスタと、書き込みビット線と前記第2の記憶ノードとの間に接続された第2のアクセストランジスタと、を備えたメモリセルを有し、前記第1及び第2のインバータ回路はお互いにループ接続され、前記第2のインバータ回路の閾値電圧が前記第1のインバータ回路の閾値電圧より高く設定され、前記読み出しビット線は前記第2のインバータ回路の閾値電圧よりも高く、前記第2のインバータ回路の電源電圧よりも低いプリチャージ電圧値にプリチャージプリチャージされることを特徴とする半導体記憶装置。   In a semiconductor memory device, a first inverter circuit that outputs a first storage node, a second inverter circuit that outputs a second storage node, and between a read bit line and the first storage node And a second access transistor connected between a write bit line and the second storage node, the first and second memory cells having a first access transistor connected to the first storage transistor, and a second access transistor connected between the write bit line and the second storage node. Are connected to each other in a loop, the threshold voltage of the second inverter circuit is set higher than the threshold voltage of the first inverter circuit, and the read bit line is higher than the threshold voltage of the second inverter circuit. A semiconductor memory device, wherein the semiconductor memory device is precharged and precharged to a precharge voltage value that is high and lower than a power supply voltage of the second inverter circuit. 前記メモリセルとデータ伝達を行うセンスアンプは、読み出しビット線及び書き込みビット線と、入出力回路とのデータ伝達を行うデータ線及び反転書き込みデータ線と、前記読み出しビット線からのデータを反転出力するNOR回路と、該NOR回路の出力を前記データ線に伝達するデータ読み出し手段と、書き込み信号により前記データ線からのデータを前記読み出しビット線に伝達する書き込み手段と、を有し、前記書き込みビット線は前記反転書き込みデータ線と接続されたことを特徴とする請求項1又は請求項6に記載の半導体記憶装置。   A sense amplifier that transmits data to and from the memory cell inverts and outputs data from a read bit line and a write bit line, a data line that transmits data to and from an input / output circuit, and an inverted write data line. A NOR circuit; data read means for transmitting an output of the NOR circuit to the data line; and write means for transmitting data from the data line to the read bit line by a write signal, the write bit line 7. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein is connected to the inverted write data line. 前記センスアンプは、プリチャージ信号により前記読み出しビット線をプリチャージするプリチャージ手段と、読み出し動作において前記読み出しビット線がハイレベルの場合に、前記読み出しビット線のハイレベルを維持するための補強手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項7に記載の半導体記憶装置。   The sense amplifier includes precharge means for precharging the read bit line by a precharge signal, and reinforcing means for maintaining the read bit line at a high level when the read bit line is at a high level in a read operation. The semiconductor memory device according to claim 7, further comprising: 前記プリチャージ手段は、前記読み出しビット線を電源電圧よりもトランジスタの閾値電圧分だけ低い電圧値にプリチャージすることを特徴とする請求項8に記載の半導体記憶装置。   9. The semiconductor memory device according to claim 8, wherein the precharge means precharges the read bit line to a voltage value lower than a power supply voltage by a threshold voltage of the transistor. 前記NOR回路は、反転読み出しイネーブル信号を入力され、読み出し時には前記読み出しビット線からのデータを前記データ線に伝達することを特徴とする請求項7に記載の半導体記憶装置。   8. The semiconductor memory device according to claim 7, wherein the NOR circuit receives an inverted read enable signal and transmits data from the read bit line to the data line at the time of reading. 前記メモリセルとデータ伝達を行うセンスアンプは、電源電圧よりもトランジスタの閾値電圧分だけ低い電圧値にプリチャージされた読み出しビット線と、接地電位にプリチャージされた書き込み線とに接続され、読み出し時には前記読み出しビット線に読み出されたメモリセルのデータを反転読み出し信号により制御されたNOR回路を経由してデータ線に読み出し、書き込み時には前記データ線からのデータを書き込み信号により前記読み出しビット線に伝達し、反転書き込みデータ線からの反転データを前記書き込みビット線に伝達し、前記読み出しビット線及び前記書き込みビット線から前記メモリセルに書き込むことを特徴とする請求項1又は請求項6に記載の半導体記憶装置。   A sense amplifier that transmits data to and from the memory cell is connected to a read bit line that is precharged to a voltage value lower than the power supply voltage by a threshold voltage of the transistor and a write line that is precharged to a ground potential. Sometimes the memory cell data read to the read bit line is read to the data line via the NOR circuit controlled by the inverted read signal, and at the write time, the data from the data line is read to the read bit line by the write signal. 7. The transfer according to claim 1, wherein inverted data from an inverted write data line is transmitted to the write bit line, and data is written to the memory cell from the read bit line and the write bit line. Semiconductor memory device. 反転メーンワード信号と、読み出しブロック信号及び反転読み出しブロック信号とにより読み出しワード線信号を生成し、前記反転メーンワード信号と、書き込みブロック信号及び反転書き込みブロック信号とにより書き込みワード線信号を生成するサブワードドライバ回路をさらに備えたことを特徴とする請求項1又は請求項6に記載の半導体記憶装置。   A sub word driver that generates a read word line signal from the inverted main word signal, the read block signal, and the inverted read block signal, and generates a write word line signal from the inverted main word signal, the write block signal, and the inverted write block signal The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a circuit. 前記サブワードドライバ回路は、前記反転メーンワード信号を入力とし前記読み出しワード線信号を出力する第1のインバータ回路と、前記第1のインバータ回路の出力に接続された第1のトランジスタとを備え、前記第1のインバータ回路は前記読み出しブロック信号と接地電位との間に形成され、前記第1のトランジスタのドレイン、ソース、ゲートは、それぞれ前記第1のインバータ回路の出力、接地電位、前記反転読み出しブロック信号に接続されたことを特徴とする請求項12に記載の半導体記憶装置。   The sub-word driver circuit includes a first inverter circuit that receives the inverted main word signal and outputs the read word line signal, and a first transistor connected to an output of the first inverter circuit, The first inverter circuit is formed between the read block signal and a ground potential, and the drain, source, and gate of the first transistor are the output of the first inverter circuit, the ground potential, and the inverted read block, respectively. The semiconductor memory device according to claim 12, wherein the semiconductor memory device is connected to a signal. 前記サブワードドライバ回路は、前記反転メーンワード信号を入力とし前記書き込みワード線信号を出力する第2のインバータ回路と、前記第2のインバータ回路の出力に接続された第2のトランジスタとを備え、前記第2のインバータ回路は前記書き込みブロック信号と接地電位との間に形成され、前記第2のトランジスタのドレイン、ソース、ゲートは、それぞれ前記第2のインバータ回路の出力、接地電位、前記反転書き込みブロック信号に接続されたことを特徴とする請求項12に記載の半導体記憶装置。   The sub-word driver circuit includes a second inverter circuit that receives the inverted main word signal and outputs the write word line signal, and a second transistor connected to the output of the second inverter circuit, The second inverter circuit is formed between the write block signal and the ground potential, and the drain, source, and gate of the second transistor are the output of the second inverter circuit, the ground potential, and the inverted write block, respectively. The semiconductor memory device according to claim 12, wherein the semiconductor memory device is connected to a signal. 前記メモリセルが、m行n列(m,nは正の整数)のマトリクス状に配置されたメモリセルアレイの周辺の垂直方向の1辺にm個のサブワードドライバと、水平方向の1辺にn個のセンスアンプとが配列され、前記サブワードドライバは、反転メーンワード信号と、読み出しブロック信号及び反転読み出しブロック信号とにより読み出しワード線信号を生成し、さらに、前記反転メーンワード信号と、書き込みブロック信号及び反転書き込みブロック信号とにより書き込みワード線信号を生成し前記メモリセルに供給し、前記センスアンプは、前記読み出しビット線からのデータを反転出力するNOR回路と、該NOR回路の出力をデータ線に伝達するデータ読み出し手段と、書き込み信号により前記データ線からのデータを前記読み出しビット線に伝達する書き込み手段と、を備えたことを特徴とする請求項1又は請求項6に記載の半導体記憶装置。   The memory cells are arranged in a matrix of m rows and n columns (m and n are positive integers), and m subword drivers are arranged on one side in the vertical direction and n are arranged on one side in the horizontal direction. A plurality of sense amplifiers are arranged, and the sub-word driver generates a read word line signal from the inverted main word signal, the read block signal and the inverted read block signal, and further, the inverted main word signal and the write block signal Then, a write word line signal is generated according to the inverted write block signal and supplied to the memory cell, and the sense amplifier inverts and outputs the data from the read bit line, and outputs the NOR circuit to the data line. Data read means for transmitting and data from the data line by the write signal are read out. The semiconductor memory according to claim 1 or claim 6 characterized by comprising a writing means for transmitting bets line, the. 前記読み込みビット線は前記第2のインバータ回路の閾値電圧よりも高く、前記第1のインバータ回路の電源電圧よりも低いプリチャージ電圧にプリチャージされ、前記プリチャージ電圧を発生させる発生回路は前記メモリセルアレイの周辺に配置された前記サブワードドライバと前記センスアンプが配置された交点となる制御部に分割して配置されることを特徴とする請求項15に記載の半導体記憶装置。   The read bit line is precharged to a precharge voltage higher than a threshold voltage of the second inverter circuit and lower than a power supply voltage of the first inverter circuit, and the generation circuit for generating the precharge voltage is the memory 16. The semiconductor memory device according to claim 15, wherein the semiconductor memory device is divided and arranged in a control unit serving as an intersection where the sub word driver and the sense amplifier arranged around the cell array are arranged. 前記サブワードドライバに入力される前記反転読み出しブロック信号及び前記反転書き込みブロック信号を反転し、前記読み出しブロック信号及び前記書き込みブロック信号を生成するインバータ回路は、前記サブワードドライバと前記センスアンプが配置された交点となる制御部に配置され、前記読み出しブロック信号及び前記書き込みブロック信号はメモリセルブロック内の前記サブワードドライバに供給されることを特徴とする請求項15に記載の半導体記憶装置。
An inverter circuit that inverts the inverted read block signal and the inverted write block signal input to the sub word driver and generates the read block signal and the write block signal is an intersection where the sub word driver and the sense amplifier are arranged. The semiconductor memory device according to claim 15, wherein the read block signal and the write block signal are supplied to the sub-word driver in a memory cell block.
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