JP2008293591A - Semiconductor storage device - Google Patents

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友章 矢部
Keiichi Kushida
桂一 櫛田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve further the stability of data holding in a memory cell. <P>SOLUTION: The semiconductor storage device includes: a memory cell array 11 having a plurality of memory cells MC; first and second word lines RWL, WWL arranged in common to the plurality of memory cells MC; a plurality of power source lines VSSR arranged corresponding to the plurality of memory cells; a plurality of couples of first and second bit lines arranged corresponding to the plurality of memory cells MC; a row decoder 12 for successively activating the first word line PWL and second word line WWL at the write-in of data; and a control circuit 14 for setting the power source line VSSR of a selected memory cell to the floating state and setting the power source line VSSR of a non-selected memory cell to a grounding voltage, at the time of write-in of data. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体記憶装置に係り、例えばスタティック型のメモリセルを備えた半導体記憶装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor memory device, for example, a semiconductor memory device including a static memory cell.

半導体記憶装置の一種としてSRAMが知られている。このSRAMを構成するメモリセルには、例えば6個のMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタから構成されるSRAMセル(6Tr.型SRAMセル)が用いられている。   An SRAM is known as a kind of semiconductor memory device. For example, an SRAM cell (6Tr. Type SRAM cell) composed of six MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistors is used as a memory cell constituting the SRAM.

6Tr.型SRAMセルは、2組のインバータ回路を備え、一方のインバータ回路の出力端子を他方のインバータ回路の入力端子に接続した構造を有する。さらに、データの読み出し時及びデータの書き込み時にインバータ回路のデータ記憶ノードをビット線に接続する2つのトランスファーゲートを備えている。   6Tr. The type SRAM cell includes two sets of inverter circuits, and has a structure in which the output terminal of one inverter circuit is connected to the input terminal of the other inverter circuit. Further, two transfer gates are provided for connecting the data storage node of the inverter circuit to the bit line at the time of data reading and data writing.

SRAMの動作マージンを示す指標に、スタティックノイズマージン(SNM:Static Noise Margin)がある。SNMは、ワード線が選択され、かつビット線が電源電圧にプリチャージされた場合の、2つのインバータ回路の入出力特性を重ね合わせたもので、この曲線間に書ける正方形の1辺の長さに相当する。   As an index indicating the operation margin of the SRAM, there is a static noise margin (SNM). SNM is a superposition of the input / output characteristics of two inverter circuits when a word line is selected and a bit line is precharged to a power supply voltage. The length of one side of a square that can be written between these curves. It corresponds to.

近年、半導体記憶装置の集積度向上のため、メモリセルに用いられるトランジスタのサイズが縮小されている。また、電源電圧の低下に応じて、トランジスタの閾値電圧も低下している。これらに伴い、メモリセルを構成するトランジスタの閾値電圧ばらつきが大きくなるという問題が発生している。さらに、メモリセルを構成するトランジスタの閾値電圧ばらつきの影響により、SNMが低下してしまうという問題が発生している。   In recent years, the size of transistors used in memory cells has been reduced in order to improve the degree of integration of semiconductor memory devices. In addition, the threshold voltage of the transistor also decreases as the power supply voltage decreases. As a result, there is a problem that the threshold voltage variation of the transistors constituting the memory cell becomes large. Furthermore, there is a problem that the SNM is lowered due to the influence of the threshold voltage variation of the transistors constituting the memory cell.

従って、このSNMが低いためにデータ保持の安定性が低いメモリセルにおいては、メモリセルからデータを読み出す、或いはメモリセルにデータを書き込むためにメモリセルに接続されたワード線を活性化すると、データを記憶したインバータ対の記憶状態が反転し、データが破壊されてしまうという問題がある。   Therefore, in a memory cell having low data retention stability due to the low SNM, when the word line connected to the memory cell is activated in order to read data from the memory cell or write data to the memory cell, the data There is a problem that the storage state of the inverter pair storing the data is inverted and the data is destroyed.

また、この種の関連技術として、データ読み出し時のSNMを大きくすることで、データ保持特性を向上させることができるSRAMが開示されている(非特許文献1参照)。
Leland Chang et al., “Stable SRAM Cell Design for the 32 nm Node and Beyond”, 2005 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers, pp.128-129
Also, as this type of related technology, an SRAM is disclosed that can improve data retention characteristics by increasing the SNM at the time of data reading (see Non-Patent Document 1).
Leland Chang et al., “Stable SRAM Cell Design for the 32 nm Node and Beyond”, 2005 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers, pp.128-129

本発明は、メモリセルにおけるデータ保持の安定性をより向上させることが可能な半導体記憶装置を提供する。   The present invention provides a semiconductor memory device capable of further improving the stability of data retention in a memory cell.

本発明の一視点に係る半導体記憶装置は、複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、前記複数のメモリセルに共通して設けられた第1及び第2のワード線と、前記複数のメモリセルに対応して設けられた複数の電源線と、前記複数のメモリセルに対応して設けられた複数対の第1及び第2のビット線と、データ書き込み時、前記第1のワード線と前記第2のワード線とを順に活性化するロウデコーダと、データ書き込み時、選択されたメモリセルの電源線をフローティング状態に設定し、非選択のメモリセルの電源線を接地電圧に設定する制御回路とを具備する。前記複数のメモリセルのそれぞれは、第1及び第2のインバータ回路と、前記第1のインバータ回路の出力端子と前記第2のインバータ回路の入力端子とに接続された第1の記憶ノードと、前記第1のインバータ回路の入力端子と前記第2のインバータ回路の出力端子とに接続された第2の記憶ノードと、前記第1の記憶ノードと第1のビット線との間に接続され、かつ前記第1のワード線に接続されたゲート端子を有する第1の転送ゲートと、前記第2の記憶ノードと第2のビット線との間に接続され、かつ前記第1のワード線に接続されたゲート端子を有する第2の転送ゲートと、
前記第2の記憶ノードに接続されたゲート端子と、電源線に接続されたソース端子とを有する第1の駆動トランジスタと、前記第1の駆動トランジスタのドレイン端子と前記第1のビット線との間に接続され、かつ前記第2のワード線に接続されたゲート端子を有する第3の転送ゲートと、前記第1の記憶ノードに接続されたゲート端子と、前記電源線に接続されたソース端子とを有する第2の駆動トランジスタと、前記第2の駆動トランジスタのドレイン端子と前記第2のビット線との間に接続され、かつ前記第2のワード線に接続されたゲート端子を有する第4の転送ゲートとを具備する。
A semiconductor memory device according to one aspect of the present invention includes a memory cell array having a plurality of memory cells, first and second word lines provided in common to the plurality of memory cells, and the plurality of memory cells. A plurality of power supply lines provided in correspondence with each other, a plurality of pairs of first and second bit lines provided in correspondence with the plurality of memory cells, and the first word line and the first in writing data A row decoder that sequentially activates two word lines; a control circuit that sets a power line of a selected memory cell to a floating state and sets a power line of a non-selected memory cell to a ground voltage when data is written; It comprises. Each of the plurality of memory cells includes first and second inverter circuits, a first storage node connected to an output terminal of the first inverter circuit and an input terminal of the second inverter circuit; A second storage node connected to an input terminal of the first inverter circuit and an output terminal of the second inverter circuit, connected between the first storage node and the first bit line; And a first transfer gate having a gate terminal connected to the first word line, connected between the second storage node and a second bit line, and connected to the first word line. A second transfer gate having a gate terminal configured;
A first driving transistor having a gate terminal connected to the second storage node and a source terminal connected to a power supply line; a drain terminal of the first driving transistor; and a first bit line. A third transfer gate having a gate terminal connected to the second word line, a gate terminal connected to the first storage node, and a source terminal connected to the power supply line And a second drive transistor having a gate terminal connected between the drain terminal of the second drive transistor and the second bit line and connected to the second word line. Transfer gates.

本発明によれば、メモリセルにおけるデータ保持の安定性をより向上させることが可能な半導体記憶装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor memory device capable of further improving the stability of data retention in a memory cell.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, elements having the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.

図1は、本発明の一実施形態に係るSRAMの構成を示すブロック図である。SRAMは、スタティック型の複数のメモリセルMCが行列状に配置されたメモリセルアレイ11を備えている。メモリセルアレイ11には、それぞれがロウ方向に延在するように複数の書き込みワード線WWL、それぞれがロウ方向に延在するように複数の読み出しワード線RWLが配設されている。また、メモリセルアレイ11には、それぞれがカラム方向に延在するように複数のビット線対BL,/BLが配設されている。また、メモリセルアレイ11には、それぞれがカラム方向に延在するように複数の低位電源線VSSRが配設されている。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an SRAM according to an embodiment of the present invention. The SRAM includes a memory cell array 11 in which a plurality of static memory cells MC are arranged in a matrix. In the memory cell array 11, a plurality of write word lines WWL are arranged so as to extend in the row direction, and a plurality of read word lines RWL are arranged so as to extend in the row direction. The memory cell array 11 is provided with a plurality of bit line pairs BL, / BL so as to extend in the column direction. In the memory cell array 11, a plurality of low power supply lines VSSR are arranged so as to extend in the column direction.

なお、本実施形態では、4つのメモリセルMC(MC0〜3)を一例として示している。図1には、これら4つのメモリセルMCに共通して設けられた、1本の書き込みワード線WWL、及び1本の読み出しワード線RWLを示している。また、図1には、4つのメモリセルMCに対応して設けられた、4本のビット線対BL0〜3,/BL0〜3、及び4本の低位電源線VSSR0〜VSSR3を示している。   In the present embodiment, four memory cells MC (MC0 to MC3) are shown as an example. FIG. 1 shows one write word line WWL and one read word line RWL provided in common to these four memory cells MC. FIG. 1 also shows four bit line pairs BL0-3, / BL0-3, and four low power supply lines VSSR0-VSSR3, which are provided corresponding to four memory cells MC.

書き込みワード線WWL、及び読み出しワード線RWLは、ロウデコーダ12に接続されている。ロウデコーダ12は、外部回路から供給されるアドレス信号に基づいて、書き込みワード線WWL、及び読み出しワード線RWLの選択動作を実行する。   The write word line WWL and the read word line RWL are connected to the row decoder 12. The row decoder 12 performs a selection operation of the write word line WWL and the read word line RWL based on an address signal supplied from an external circuit.

ビット線対BL0〜3,/BL0〜3は、カラム選択回路13に接続されている。また、カラム選択回路には、共通ビット線対CBL,/CBLが接続されている。さらに、カラム選択回路13には、カラムデコーダ(図示せず)からカラム選択信号SEL0〜3が供給されている。カラム選択回路13は、カラム選択信号SEL0〜3により選択されたカラムのビット線対BL,/BLと、共通ビット線対CBL,/CBLとを接続する。カラム選択は、カラム選択信号SEL0〜3のいずれか1つが活性化(ハイレベル)されることで行われる。   The bit line pairs BL0-3, / BL0-3 are connected to the column selection circuit 13. Further, a common bit line pair CBL, / CBL is connected to the column selection circuit. Further, column selection signals SEL0 to SEL3 are supplied to the column selection circuit 13 from a column decoder (not shown). The column selection circuit 13 connects the bit line pair BL, / BL of the column selected by the column selection signals SEL0 to SEL3 and the common bit line pair CBL, / CBL. Column selection is performed by activating (high level) one of the column selection signals SEL0 to SEL3.

カラム選択回路13には、外部回路から共通ビット線対CBL,/CBLを介して書き込みデータが入力される。また、メモリセルアレイ11から読み出された読み出しデータは、カラム選択回路13及び共通ビット線対CBL,/CBLを介して外部回路に出力される。   Write data is input to the column selection circuit 13 from an external circuit via the common bit line pair CBL, / CBL. Read data read from the memory cell array 11 is output to an external circuit via the column selection circuit 13 and the common bit line pair CBL, / CBL.

低位電源線VSSR0〜VSSR3は、電圧制御回路14に接続されている。電圧制御回路14には、カラムデコーダ(図示せず)からカラム選択信号SEL0〜3、及び制御回路(図示せず)から書き込み信号WRTが入力されている。書き込み信号WRTは、データ書き込み時に活性化(ハイレベル)される。電圧制御回路14は、低位電源線VSSR0〜VSSR3の電圧を制御する。すなわち、電圧制御回路14は、データ読み出し時、全てのカラムの低位電源線VSSRを接地電圧VSSに設定する。また、電圧制御回路14は、データ書き込み時、選択カラムの低位電源線VSSRをフローティング状態に設定し、非選択カラムの低位電源線VSSRを接地電圧VSSに設定する。   The low power supply lines VSSR0 to VSSR3 are connected to the voltage control circuit 14. The voltage control circuit 14 receives column selection signals SEL0 to SEL3 from a column decoder (not shown) and a write signal WRT from the control circuit (not shown). The write signal WRT is activated (high level) when data is written. The voltage control circuit 14 controls the voltage of the low power supply lines VSSR0 to VSSR3. That is, the voltage control circuit 14 sets the low power supply lines VSSR of all the columns to the ground voltage VSS when reading data. In addition, the voltage control circuit 14 sets the lower power supply line VSSR of the selected column to the floating state and sets the lower power supply line VSSSR of the non-selected column to the ground voltage VSS when writing data.

図2は、図1に示したメモリセルMCの構成を示す回路図である。メモリセルMCは、10個のMOSトランジスタから構成される10Tr.型SRAMセルである。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of memory cell MC shown in FIG. The memory cell MC is a 10Tr. Type SRAM cell.

メモリセルMCは、データ保持部15A、読み出し部15B及び15Cから構成されている。データ保持部15Aは、インバータ回路INV1及びINV2を備えている。インバータ回路INV1は、負荷用PチャネルMOSトランジスタ(PMOSトランジスタ)LD1と駆動用NチャネルMOSトランジスタ(NMOSトランジスタ)DV1とにより構成されている。PMOSトランジスタLD1及びNMOSトランジスタDV1は、電源電圧VDDが供給される電源端子と、接地電圧VSSが供給される接地端子との間に直列に接続されている。   The memory cell MC includes a data holding unit 15A and reading units 15B and 15C. The data holding unit 15A includes inverter circuits INV1 and INV2. The inverter circuit INV1 includes a load P-channel MOS transistor (PMOS transistor) LD1 and a driving N-channel MOS transistor (NMOS transistor) DV1. The PMOS transistor LD1 and the NMOS transistor DV1 are connected in series between a power supply terminal to which the power supply voltage VDD is supplied and a ground terminal to which the ground voltage VSS is supplied.

インバータ回路INV2は、負荷用PMOSトランジスタLD2と駆動用NMOSトランジスタDV2とにより構成されている。PMOSトランジスタLD2及びNMOSトランジスタDV2は、電源端子と接地端子との間に直列に接続されている。   The inverter circuit INV2 is composed of a load PMOS transistor LD2 and a drive NMOS transistor DV2. The PMOS transistor LD2 and NMOS transistor DV2 are connected in series between the power supply terminal and the ground terminal.

具体的には、PMOSトランジスタLD1のソース端子は、電源端子に接続されている。PMOSトランジスタLD1のドレイン端子は、記憶ノードN1を介してNMOSトランジスタDV1のドレイン端子に接続されている。PMOSトランジスタLD1のゲート端子は、NMOSトランジスタDV1のゲート端子に接続されている。NMOSトランジスタDV1のソース端子は、接地されている。   Specifically, the source terminal of the PMOS transistor LD1 is connected to the power supply terminal. The drain terminal of the PMOS transistor LD1 is connected to the drain terminal of the NMOS transistor DV1 via the storage node N1. The gate terminal of the PMOS transistor LD1 is connected to the gate terminal of the NMOS transistor DV1. The source terminal of the NMOS transistor DV1 is grounded.

PMOSトランジスタLD2のソース端子は、電源端子に接続されている。PMOSトランジスタLD2のドレイン端子は、記憶ノードN2を介してNMOSトランジスタDV2のドレイン端子に接続されている。PMOSトランジスタLD2のゲート端子は、NMOSトランジスタDV2のゲート端子に接続されている。NMOSトランジスタDV2のソース端子は、接地されている。   The source terminal of the PMOS transistor LD2 is connected to the power supply terminal. The drain terminal of the PMOS transistor LD2 is connected to the drain terminal of the NMOS transistor DV2 via the storage node N2. The gate terminal of the PMOS transistor LD2 is connected to the gate terminal of the NMOS transistor DV2. The source terminal of the NMOS transistor DV2 is grounded.

PMOSトランジスタLD1のゲート端子は、記憶ノードN2に接続されている。PMOSトランジスタLD2のゲート端子は、記憶ノードN1に接続されている。換言すると、インバータ回路INV1の出力端子はインバータ回路INV2の入力端子に接続され、インバータ回路INV2の出力端子はインバータ回路INV1の入力端子に接続されている。   The gate terminal of the PMOS transistor LD1 is connected to the storage node N2. The gate terminal of the PMOS transistor LD2 is connected to the storage node N1. In other words, the output terminal of the inverter circuit INV1 is connected to the input terminal of the inverter circuit INV2, and the output terminal of the inverter circuit INV2 is connected to the input terminal of the inverter circuit INV1.

記憶ノードN1は、NMOSトランジスタからなるトランスファーゲートXF1を介してビット線/BLに接続されている。記憶ノードN2は、NMOSトランジスタからなるトランスファーゲートXF2を介してビット線BLに接続されている。トランスファーゲートXF2及びXF2のゲート端子は、書き込みワード線WWLに接続されている。   The storage node N1 is connected to the bit line / BL via a transfer gate XF1 made of an NMOS transistor. The storage node N2 is connected to the bit line BL via a transfer gate XF2 made of an NMOS transistor. The gate terminals of the transfer gates XF2 and XF2 are connected to the write word line WWL.

読み出し部15Bは、NMOSトランジスタからなる読み出し用駆動トランジスタRD1、及びNMOSトランジスタからなる読み出し用トランスファーゲートRT1から構成されている。駆動トランジスタRD1のゲート端子は、記憶ノードN2に接続されている。駆動トランジスタRD1のソース端子は、低位電源線VSSRに接続されている。駆動トランジスタRD1のドレイン端子は、読み出し用トランスファーゲートRT1を介してビット線/BLに接続されている。読み出し用トランスファーゲートRT1のゲート端子は、読み出しワード線RWLに接続されている。   The read unit 15B includes a read drive transistor RD1 made of an NMOS transistor and a read transfer gate RT1 made of an NMOS transistor. The gate terminal of the drive transistor RD1 is connected to the storage node N2. The source terminal of the driving transistor RD1 is connected to the low power supply line VSSR. The drain terminal of the drive transistor RD1 is connected to the bit line / BL via the read transfer gate RT1. The gate terminal of the read transfer gate RT1 is connected to the read word line RWL.

読み出し部15Cは、NMOSトランジスタからなる読み出し用駆動トランジスタRD2、及びNMOSトランジスタからなる読み出し用トランスファーゲートRT2から構成されている。駆動トランジスタRD2のゲート端子は、記憶ノードN1に接続されている。駆動トランジスタRD2のソース端子は、低位電源線VSSRに接続されている。駆動トランジスタRD2のドレイン端子は、読み出し用トランスファーゲートRT2を介してビット線BLに接続されている。読み出し用トランスファーゲートRT2のゲート端子は、読み出しワード線RWLに接続されている。   The read unit 15C includes a read drive transistor RD2 made of an NMOS transistor and a read transfer gate RT2 made of an NMOS transistor. The gate terminal of the drive transistor RD2 is connected to the storage node N1. The source terminal of the driving transistor RD2 is connected to the low power supply line VSSR. The drain terminal of the drive transistor RD2 is connected to the bit line BL via the read transfer gate RT2. The gate terminal of the read transfer gate RT2 is connected to the read word line RWL.

図3は、図1に示したカラム選択回路13及び電圧制御回路14の構成を示す回路図である。カラム選択回路13は、カラム数に対応した数のインバータ回路20−0〜20−3、トランスファーゲート21−0〜21−3、及びトランスファーゲート22−0〜22−3を備えている。なお、カラム選択回路13のうちカラム0に対応する回路部分の構成について以下に説明するが、他のカラム(カラム1〜3)についてもカラム0と同様の構成である。   FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the column selection circuit 13 and the voltage control circuit 14 shown in FIG. The column selection circuit 13 includes a number of inverter circuits 20-0 to 20-3, transfer gates 21-0 to 21-3, and transfer gates 22-0 to 22-3 corresponding to the number of columns. In addition, although the structure of the circuit part corresponding to the column 0 among the column selection circuits 13 is demonstrated below, it is the structure similar to the column 0 also about other columns (columns 1-3).

トランスファーゲート21−0の一端にはビット線/BL0、他端には共通ビット線/CBLが接続されている。トランスファーゲート21−0の第1のゲート端子には、カラム選択信号SEL0が入力されている。トランスファーゲート21−0の第2のゲート端子には、インバータ回路20−0を介してカラム選択信号SEL0が入力されている。トランスファーゲート21−0は、カラム選択信号SEL0がハイレベルの場合に導通状態となり、ビット線/BL0と共通ビット線/CBLとを電気的に接続する。   The transfer gate 21-0 has one end connected to the bit line / BL0 and the other end connected to the common bit line / CBL. A column selection signal SEL0 is input to the first gate terminal of the transfer gate 21-0. The column selection signal SEL0 is input to the second gate terminal of the transfer gate 21-0 via the inverter circuit 20-0. The transfer gate 21-0 becomes conductive when the column selection signal SEL0 is at a high level, and electrically connects the bit line / BL0 and the common bit line / CBL.

トランスファーゲート22−0の一端にはビット線BL0、他端には共通ビット線CBLが接続されている。トランスファーゲート22−0の第1のゲート端子には、カラム選択信号SEL0が入力されている。トランスファーゲート22−0の第2のゲート端子には、インバータ回路20−0を介してカラム選択信号SEL0が入力されている。トランスファーゲート22−0は、カラム選択信号SEL0がハイレベルの場合に導通状態となり、ビット線BL0と共通ビット線CBLとを電気的に接続する。   The transfer gate 22-0 has one end connected to the bit line BL0 and the other end connected to the common bit line CBL. A column selection signal SEL0 is input to the first gate terminal of the transfer gate 22-0. A column selection signal SEL0 is input to the second gate terminal of the transfer gate 22-0 via the inverter circuit 20-0. The transfer gate 22-0 becomes conductive when the column selection signal SEL0 is at a high level, and electrically connects the bit line BL0 and the common bit line CBL.

電圧制御回路14は、カラム数に対応した数のNAND回路23−0〜23−3、及びNMOSトランジスタ24−0〜24−3を備えている。なお、電圧制御回路14のうちカラム0に対応する回路部分の構成について以下に説明するが、他のカラム(カラム1〜3)についてもカラム0と同様の構成である。   The voltage control circuit 14 includes NAND circuits 23-0 to 23-3 and NMOS transistors 24-0 to 24-3 corresponding to the number of columns. The configuration of the circuit portion corresponding to column 0 of voltage control circuit 14 will be described below, but the other columns (columns 1 to 3) have the same configuration as column 0.

NAND回路23−0の第1の入力端子には、カラム選択信号SEL0が入力されている。NAND回路23−0の第2の入力端子には、書き込み信号WRTが入力されている。NAND回路23−0の出力端子は、NMOSトランジスタ24−0のゲート端子に接続されている。NMOSトランジスタ24−0のドレイン端子は、低位電源線VSSR0に接続されている。NMOSトランジスタ24−0のソース端子は、接地されている。   The column selection signal SEL0 is input to the first input terminal of the NAND circuit 23-0. The write signal WRT is input to the second input terminal of the NAND circuit 23-0. The output terminal of the NAND circuit 23-0 is connected to the gate terminal of the NMOS transistor 24-0. The drain terminal of the NMOS transistor 24-0 is connected to the low potential power line VSSR0. The source terminal of the NMOS transistor 24-0 is grounded.

次に、このように構成されたSRAMの動作について説明する。始めに、SRAMのデータ読み出し動作について説明する。   Next, the operation of the SRAM configured as described above will be described. First, the data read operation of the SRAM will be described.

データ読み出し時には、書き込み信号WRTが非活性化(ローレベル)される。従って、全てのカラムにおいて、NAND回路23の出力がハイレベルとなり、NMOSトランジスタ24がオンする。これにより、全ての低位電源線VSSRは、接地電圧VSSに設定される。   At the time of data reading, the write signal WRT is deactivated (low level). Accordingly, in all the columns, the output of the NAND circuit 23 becomes a high level, and the NMOS transistor 24 is turned on. As a result, all the lower power supply lines VSSR are set to the ground voltage VSS.

続いて、カラム選択信号SEL0〜3の任意の1つが活性化される。すると、カラム選択回路13は、任意のビット線対BL,/BLと共通ビット線対CBL,/CBLとを電気的に接続する。   Subsequently, any one of the column selection signals SEL0 to SEL3 is activated. Then, the column selection circuit 13 electrically connects the arbitrary bit line pair BL, / BL and the common bit line pair CBL, / CBL.

続いて、ロウデコーダ12は、読み出しワード線RWLを活性化(ハイレベル)し、書き込みワード線WWLを非活性化(ローレベル)する。これにより、読み出し用トランスファーゲートRT1及びRT2がオンし、記憶ノードN1及びN2のデータに応じてビット線対BL,/BLの電位が変化する。   Subsequently, the row decoder 12 activates the read word line RWL (high level) and deactivates the write word line WWL (low level). As a result, the read transfer gates RT1 and RT2 are turned on, and the potentials of the bit line pair BL and / BL change according to the data of the storage nodes N1 and N2.

具体的には、記憶ノードN1にデータ“1”(記憶ノードN2にデータ“0”)が記憶されている場合、駆動トランジスタRD2がオンし、ビット線BLはローレベルに設定される。また、駆動トランジスタRD1はオフし、ビット線/BLは、ハイレベルにプリチャージされたままである。   Specifically, when data “1” is stored in the storage node N1 (data “0” in the storage node N2), the drive transistor RD2 is turned on and the bit line BL is set to a low level. Further, the driving transistor RD1 is turned off, and the bit line / BL remains precharged to a high level.

同様に、記憶ノードN1にデータ“0”(記憶ノードN2にデータ“1”)が記憶されている場合、駆動トランジスタRD1がオンし、ビット線/BLはローレベルに設定される。また、駆動トランジスタRD2はオフし、ビット線BLは、ハイレベルにプリチャージされたままである。このようにして、メモリセルMCに保持されたデータを読み出すことができる。   Similarly, when data “0” is stored in the storage node N1 (data “1” in the storage node N2), the driving transistor RD1 is turned on and the bit line / BL is set to a low level. Further, the driving transistor RD2 is turned off, and the bit line BL remains precharged to a high level. In this way, data held in the memory cell MC can be read.

なお、データ読み出し時、トランスファーゲートXF1及びXF2に接続された書き込みワード線WWLは活性化されないので、トランスファーゲートXF1及びXF2はオフしたままである。このため、記憶ノードN1及びN2の電位はワード線活性化による影響を受けない。従って、メモリセルMCのSNMが大きくなり、データ保持の安定性を高くすることができる。   At the time of data reading, the write word line WWL connected to the transfer gates XF1 and XF2 is not activated, so that the transfer gates XF1 and XF2 remain off. For this reason, the potentials of storage nodes N1 and N2 are not affected by the activation of the word line. Therefore, the SNM of the memory cell MC is increased, and the stability of data retention can be increased.

次に、SRAMのデータ書き込み動作について説明する。図4は、データ書き込み時のデータの流れを説明する図である。図5は、データ書き込み時のSRAMのタイミングチャートである。図4に示すように、メモリセルMC1が含まれるカラム1が選択され、それ以外のカラム(カラム0、2、3)が非選択である場合について説明する。図5には、選択カラム(カラム1)、及び非選択カラム(カラム0)についてのタイミングチャートを示している。   Next, the data write operation of the SRAM will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining the flow of data at the time of data writing. FIG. 5 is a timing chart of the SRAM at the time of data writing. As shown in FIG. 4, a case will be described in which the column 1 including the memory cell MC1 is selected and the other columns (columns 0, 2, and 3) are not selected. FIG. 5 shows a timing chart for the selected column (column 1) and the non-selected column (column 0).

まず、カラム選択信号SEL1がハイレベル、カラム選択信号SEL0、SEL2及びSEL3がローレベルにされることで、カラム1が選択される。続いて、書き込み信号WRTがハイレベルにされる。また、ロウデコーダ12は、読み出しワード線RWLをハイレベルにする。   First, the column 1 is selected by setting the column selection signal SEL1 to the high level and the column selection signals SEL0, SEL2, and SEL3 to the low level. Subsequently, the write signal WRT is set to the high level. The row decoder 12 sets the read word line RWL to high level.

書き込み信号WRTがハイレベルになると、選択カラムのNAND回路23−1の出力がローレベルとなる。これにより、NMOSトランジスタ24−1はオフし、低位電源線VSSR1はフローティング状態になる。また、非選択カラムでは、NAND回路23の出力がハイレベルとなり、低位電源線VSSR0、VSSR2及びVSSR3は接地電圧VSSに設定される。   When the write signal WRT becomes high level, the output of the NAND circuit 23-1 of the selected column becomes low level. As a result, the NMOS transistor 24-1 is turned off, and the low power supply line VSSR1 is in a floating state. In the non-selected column, the output of the NAND circuit 23 is at a high level, and the low power supply lines VSSR0, VSSSR2, and VSSR3 are set to the ground voltage VSS.

この場合、非選択カラムでは、メモリセルMCの読み出し部15B及び15Cによってビット線対BL,/BLにデータが読み出される。具体的には、読み出しワード線RWLがハイレベルであるため、読み出し用トランスファーゲートRT1及びRT2がオンする。駆動トランジスタRD1及びRD2のソース端子は接地電圧VSSに設定されているため、記憶ノードN1及びN2の状態に応じてビット線対BL,/BLの一方はローレベルに遷移し、他方はハイレベルにプリチャージされたままである。   In this case, in the non-selected column, data is read out to the bit line pair BL, / BL by the reading units 15B and 15C of the memory cell MC. Specifically, since the read word line RWL is at a high level, the read transfer gates RT1 and RT2 are turned on. Since the source terminals of the drive transistors RD1 and RD2 are set to the ground voltage VSS, one of the bit line pair BL, / BL changes to low level and the other changes to high level according to the state of the storage nodes N1 and N2. It remains precharged.

一方、選択カラムでは、低位電源線VSSR1がフローティング状態であるため、読み出しワード線RWLがハイレベルになっても、ビット線対BL1,/BL1のいずれもローレベルに遷移することはなく、ハイレベルにプリチャージされたままである。   On the other hand, in the selected column, since the low-level power supply line VSSR1 is in a floating state, even if the read word line RWL becomes high level, none of the bit line pair BL1, / BL1 changes to low level. Remains precharged.

また、カラム選択信号SEL1がハイレベルになると、カラム選択回路13は、ビット線対BL1,/BL1と共通ビット線対CBL,/CBLとを電気的に接続する。よって、ビット線対BL1,/BL1には、共通ビット線対CBL,/CBLを介して書き込みデータが転送される。ここで、前述したように、低位電源線VSSR1がフローティング状態であるため、ビット線対BL1,/BL1に転送された書き込みデータは、メモリセルMC1の保持データと衝突しない。   When the column selection signal SEL1 becomes high level, the column selection circuit 13 electrically connects the bit line pair BL1, / BL1 and the common bit line pair CBL, / CBL. Therefore, write data is transferred to the bit line pair BL1, / BL1 via the common bit line pair CBL, / CBL. Here, as described above, since the low power supply line VSSR1 is in the floating state, the write data transferred to the bit line pair BL1, / BL1 does not collide with the data held in the memory cell MC1.

続いて、ロウデコーダ12は、書き込みワード線WWLをハイレベルにする。すると、選択カラムでは、ビット線対BL1,/BL1に転送された書き込みデータがメモリセルMC1のデータ保持部15Aに書き込まれる。   Subsequently, the row decoder 12 sets the write word line WWL to a high level. Then, in the selected column, the write data transferred to the bit line pair BL1, / BL1 is written to the data holding unit 15A of the memory cell MC1.

一方、非選択カラムでは、すでに保持データがビット線対BL,/BLに読み出されており、ビット線対BL,/BLの一方がローレベルになっている。従って、書き込みワード線WWLをハイレベルにしても、非選択カラムのメモリセルMC0、MC2及びMC3のデータ保持安定性は高く、保持データが破壊されることはない。   On the other hand, in the non-selected column, the retained data has already been read out to the bit line pair BL, / BL, and one of the bit line pair BL, / BL is at the low level. Therefore, even if the write word line WWL is set to the high level, the data holding stability of the memory cells MC0, MC2 and MC3 in the non-selected column is high and the held data is not destroyed.

以上詳述したように本実施形態では、データ書き込み時に、まず読み出しワード線RWLをハイレベルにして、非選択カラムのメモリセルMCの保持データをビット線対BL,/BLに読み出しておく。続いて、書き込みワード線WWLをハイレベルにして、選択カラムのメモリセルMCに書き込みデータを書き込むようにしている。   As described above in detail, in this embodiment, at the time of data writing, first, the read word line RWL is set to the high level, and the data held in the memory cells MC in the non-selected columns are read to the bit line pair BL, / BL. Subsequently, the write word line WWL is set to the high level so that the write data is written to the memory cell MC of the selected column.

ここで、読み出しワード線RWLをハイレベルする読み出し動作では、6Tr.型SRAMセルに比べて、SNMが大幅に向上しているため、データ破壊の危険性はない。また、これに続く書き込みワード線WWLをハイレベルする書き込み動作では、非選択カラムのメモリセルMCの保持データがすでにビット線対BL,/BLに読み出されて、その一方がローレベルになっているため、書き込みワード線WWLが活性化されることによるライト・ディスターブを防ぐことができる。これにより、データ書き込み時に、SNMの低下を招くことがなく、データ保持の安定性が高いSRAMを構成することができる。   Here, in the read operation for setting the read word line RWL to the high level, 6Tr. Since the SNM is greatly improved as compared with the type SRAM cell, there is no risk of data destruction. Further, in the subsequent write operation for setting the write word line WWL to the high level, the data held in the memory cell MC of the non-selected column has already been read out to the bit line pair BL, / BL, and one of them becomes the low level. Therefore, write disturb due to activation of the write word line WWL can be prevented. As a result, it is possible to configure an SRAM with high data retention stability without causing a decrease in SNM during data writing.

また、選択カラムにおいては、読み出しワード線RWLをハイレベルにした場合でも、読み出し部15B及び15Cが不活性化されているため、正常に書き込みデータをメモリセルMCに書き込むことができる。   In the selected column, even when the read word line RWL is set to the high level, the read units 15B and 15C are inactivated, so that the write data can be normally written into the memory cell MC.

また、データ読み出し時に、トランスファーゲートXF1、XF2のゲート端子に接続された書き込みワード線WWLが活性化されない。これにより、データ読み出し時でのSNMの低下を防ぐことができる。   At the time of data reading, the write word line WWL connected to the gate terminals of the transfer gates XF1 and XF2 is not activated. Thereby, the fall of SNM at the time of data reading can be prevented.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化できる。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention. In addition, various inventions can be configured by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiments. For example, some constituent elements may be deleted from all the constituent elements disclosed in the embodiments, or constituent elements of different embodiments may be appropriately combined.

本発明の一実施形態に係るSRAMの構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a configuration of an SRAM according to an embodiment of the present invention. 図1に示したメモリセルMCの構成を示す回路図。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a memory cell MC shown in FIG. 1. 図1に示したカラム選択回路13及び電圧制御回路14の構成を示す回路図。FIG. 2 is a circuit diagram showing configurations of a column selection circuit 13 and a voltage control circuit 14 shown in FIG. データ書き込み時のデータの流れを説明する図。The figure explaining the flow of data at the time of data writing. データ書き込み時のSRAMのタイミングチャート。The timing chart of SRAM at the time of data writing.

符号の説明Explanation of symbols

WWL…書き込みワード線、RWL…読み出しワード線、VSSR…低位電源線、BL…ビット線、CBL…共通ビット線、MC…メモリセル、LD1,LD2…負荷用PMOSトランジスタ、DV1,DV2…駆動用NMOSトランジスタ、N1,N2…記憶ノード、INV1,INV2…インバータ回路、XF1,XF2…トランスファーゲート、RD1,RD2…読み出し用駆動トランジスタ、RT1,RT2…読み出し用トランスファーゲート、SEL…カラム選択信号、WRT…書き込み信号、11…メモリセルアレイ、12…ロウデコーダ、13…カラム選択回路、14…電圧制御回路、15A…データ保持部、15B,15C…読み出し部、20…インバータ回路、21,22…トランスファーゲート、23…NAND回路、24…NMOSトランジスタ。   WWL: Write word line, RWL: Read word line, VSSR: Low power supply line, BL: Bit line, CBL: Common bit line, MC: Memory cell, LD1, LD2: Load PMOS transistor, DV1, DV2 ... Driving NMOS Transistors, N1, N2 ... storage nodes, INV1, INV2 ... inverter circuits, XF1, XF2 ... transfer gates, RD1, RD2 ... read drive transistors, RT1, RT2 ... read transfer gates, SEL ... column select signals, WRT ... write Signal 11, memory cell array, 12 row decoder, 13 column selection circuit, 14 voltage control circuit, 15 A data holding unit, 15 B, 15 C read unit, 20 inverter circuit, 21, 22 transfer gate, 23 ... NAND circuit, 4 ... NMOS transistor.

Claims (5)

複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記複数のメモリセルに共通して設けられた第1及び第2のワード線と、
前記複数のメモリセルに対応して設けられた複数の電源線と、
前記複数のメモリセルに対応して設けられた複数対の第1及び第2のビット線と、
データ書き込み時、前記第1のワード線と前記第2のワード線とを順に活性化するロウデコーダと、
データ書き込み時、選択されたメモリセルの電源線をフローティング状態に設定し、非選択のメモリセルの電源線を接地電圧に設定する制御回路と
を具備し、
前記複数のメモリセルのそれぞれは、
第1及び第2のインバータ回路と、
前記第1のインバータ回路の出力端子と前記第2のインバータ回路の入力端子とに接続された第1の記憶ノードと、
前記第1のインバータ回路の入力端子と前記第2のインバータ回路の出力端子とに接続された第2の記憶ノードと、
前記第1の記憶ノードと第1のビット線との間に接続され、かつ前記第1のワード線に接続されたゲート端子を有する第1の転送ゲートと、
前記第2の記憶ノードと第2のビット線との間に接続され、かつ前記第1のワード線に接続されたゲート端子を有する第2の転送ゲートと、
前記第2の記憶ノードに接続されたゲート端子と、電源線に接続されたソース端子とを有する第1の駆動トランジスタと、
前記第1の駆動トランジスタのドレイン端子と前記第1のビット線との間に接続され、かつ前記第2のワード線に接続されたゲート端子を有する第3の転送ゲートと、
前記第1の記憶ノードに接続されたゲート端子と、前記電源線に接続されたソース端子とを有する第2の駆動トランジスタと、
前記第2の駆動トランジスタのドレイン端子と前記第2のビット線との間に接続され、かつ前記第2のワード線に接続されたゲート端子を有する第4の転送ゲートと
を具備することを特徴とする半導体記憶装置。
A memory cell array having a plurality of memory cells;
First and second word lines provided in common to the plurality of memory cells;
A plurality of power supply lines provided corresponding to the plurality of memory cells;
A plurality of pairs of first and second bit lines provided corresponding to the plurality of memory cells;
A row decoder for sequentially activating the first word line and the second word line when writing data;
A control circuit that sets a power line of a selected memory cell to a floating state and sets a power line of a non-selected memory cell to a ground voltage when writing data;
Each of the plurality of memory cells includes
First and second inverter circuits;
A first storage node connected to an output terminal of the first inverter circuit and an input terminal of the second inverter circuit;
A second storage node connected to an input terminal of the first inverter circuit and an output terminal of the second inverter circuit;
A first transfer gate connected between the first storage node and a first bit line and having a gate terminal connected to the first word line;
A second transfer gate connected between the second storage node and a second bit line and having a gate terminal connected to the first word line;
A first drive transistor having a gate terminal connected to the second storage node and a source terminal connected to a power supply line;
A third transfer gate connected between the drain terminal of the first drive transistor and the first bit line and having a gate terminal connected to the second word line;
A second drive transistor having a gate terminal connected to the first storage node and a source terminal connected to the power line;
And a fourth transfer gate having a gate terminal connected between the drain terminal of the second driving transistor and the second bit line and connected to the second word line. A semiconductor memory device.
前記制御回路は、
前記各メモリセルに対応して設けられ、かつ前記電源線に接続されたドレイン端子と、接地されたソース端子とを有するN型トランジスタと、
前記各メモリセルに対応して設けられ、かつカラム選択信号が入力される第1の入力端子と、データ書き込み時に活性化される書き込み信号が入力される第2の入力端子と、前記N型トランジスタのゲート端子に接続された出力端子とを有するNAND回路と
を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
The control circuit includes:
An N-type transistor provided corresponding to each memory cell and having a drain terminal connected to the power supply line and a grounded source terminal;
A first input terminal provided corresponding to each of the memory cells, to which a column selection signal is input; a second input terminal to which a write signal activated during data writing is input; and the N-type transistor The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising: a NAND circuit having an output terminal connected to the gate terminal of the semiconductor memory device.
カラム選択信号に基づいて、前記複数対の第1及び第2のビット線のいずれか1対を選択するカラム選択回路をさらに具備することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。   3. The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising: a column selection circuit that selects any one of the plurality of pairs of first and second bit lines based on a column selection signal. . 前記カラム選択回路に接続され、かつ書き込みデータが転送される第1及び第2の共通ビット線をさらに具備することを特徴とする請求項3に記載の半導体記憶装置。   4. The semiconductor memory device according to claim 3, further comprising first and second common bit lines connected to the column selection circuit and to which write data is transferred. 前記第1及び第2のインバータ回路はそれぞれ、P型トランジスタとN型トランジスタとが直列に接続されて構成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体記憶装置。   5. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein each of the first and second inverter circuits includes a P-type transistor and an N-type transistor connected in series.
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