JP2009016646A - Semiconductor storage device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体記憶装置に関し、特に、絶縁膜上に形成されるSOI(シリコン・オン・インシュレータ)構造のトランジスタをメモリセルトランジスタとして備える半導体記憶装置に関する。より特定的には、この発明は、入力データと出力データの配列順序を変換する直交変換機能を備える半導体記憶装置のメモリセルアレイの配置に関する。 The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor memory device including a transistor having an SOI (silicon on insulator) structure formed on an insulating film as a memory cell transistor. More specifically, the present invention relates to an arrangement of a memory cell array of a semiconductor memory device having an orthogonal transform function for converting the order of arrangement of input data and output data.
画像データ処理分野などにおいては、高速で大量のデータを処理するために、プロセッサなどのロジックとメモリ装置とが同一の半導体チップ上に集積化されるシステムLSIが広く用いられる。このようなシステムLSIにおいては、ロジックとメモリ装置とがチップ上配線で相互接続されるため、以下の利点が得られる:
(1) 信号配線の負荷がボード上配線に比べて小さく、高速でデータ/信号を伝達することができる、
(2) ピン端子数の制約を受けないため、データのバス幅を大きくすることができ、データ転送のバンド幅を広くすることができる、
(3) 半導体チップ上に各構成要素が集積されるため、小型軽量のシステムを実現することができる、および
(4) 半導体チップ上に形成される構成要素として、ライブラリー化されたマクロを配置することができ、設計効率が改善される。
In the field of image data processing and the like, a system LSI in which logic such as a processor and a memory device are integrated on the same semiconductor chip is widely used in order to process a large amount of data at high speed. In such a system LSI, since the logic and the memory device are interconnected by wiring on the chip, the following advantages are obtained:
(1) The load of the signal wiring is smaller than the wiring on the board, and data / signal can be transmitted at high speed.
(2) Since there is no restriction on the number of pin terminals, the data bus width can be increased, and the data transfer bandwidth can be increased.
(3) Since each component is integrated on a semiconductor chip, a small and lightweight system can be realized. (4) A library of macros is arranged as a component formed on a semiconductor chip. Design efficiency can be improved.
上記の理由などから、システムLSIが、各分野において広く用いられてきている。集積されるメモリ装置としては、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(DRAM)、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ(SRAM)、およびフラッシュメモリ等の不揮発性半導体記憶装置(不揮発性RAM)などが使用される。また、ロジックとしても、制御およびデータ処理を行なうプロセッサ、アナログ/デジタル変換回路などのアナログ処理回路、および専用の論理処理を行なう論理回路などが用いられる。音声および画像データに対するデジタル信号処理においては、フィルタ処理などのデータ処理が行なわれる。このようなデータ処理においては、積和演算を繰返す演算処理が多い。このような演算を、効率的にかつ高速で実行するための構成が、特許文献1(特開2006−99232号公報)に示されている。 For the above reasons, system LSIs have been widely used in various fields. As a memory device to be integrated, a dynamic random access memory (DRAM), a static random access memory (SRAM), and a nonvolatile semiconductor memory device (nonvolatile RAM) such as a flash memory are used. . As the logic, a processor that performs control and data processing, an analog processing circuit such as an analog / digital conversion circuit, and a logic circuit that performs dedicated logic processing are used. In digital signal processing for audio and image data, data processing such as filter processing is performed. In such data processing, there are many arithmetic processes that repeat the product-sum operation. A configuration for executing such operations efficiently and at high speed is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-99232.
この特許文献1に示される構成においては、メモリセルアレイを、複数のエントリに分割する。各エントリに対して演算処理装置(ALU)が設けられる。各エントリに演算対象のデータを格納する。複数のエントリにおいて並列に、ビットシリアル態様で演算処理を行ない、その演算結果を、元のエントリの所定位置に格納する。この演算処理においては、外部からは、データが、ワードシリアルに転送される。したがって、このエントリにデータを格納するためには、ワードシリアルなデータを、ビットシリアルかつワードパラレルなデータ列に変換して、エントリに書込む必要がある。ここで、ビットシリアルかつワードパラレルのデータ列とは、複数ワードの同一位置のビットが並列に転送される態様を示す。ワードシリアルとは、ワード単位でデータが転送される態様を示す。
In the configuration disclosed in
このデータ列変換のために、上述の特許文献1においては、SRAMセルを利用する転置メモリを用いている。ポートAのワード線およびビット線が、ポートBのビット線およびワード線とそれぞれ直交するように配置される。ポートAのワード線に接続されるメモリセルには、同一データのビットが格納される。ポートBのワード線に接続されるメモリセルには、ポートAからの複数のデータワードの同一ビット位置のデータビットが格納される。ポートAからワードシリアルに転送されて格納されたデータを、ポートBからワードパラレルなデータ列として読出す。また、ポートBからビットシリアルかつワードパラレルに転送されて格納されたデータを、ポートAからワードシリアルデータ列として読出す。
For this data string conversion, the above-mentioned
また、一般に、画像および音声処理などにおいては、DCT変換(離散コサイン変換)などの直交変換処理を高速に行なうことが要求される。この直交変換アルゴリズムを実行する場合、データの入出力順序を変換する必要がある。このような直交変換を高速に行なうことを目的とする信号処理装置が、特許文献2(特開平10−74141号公報)に示されている。この特許文献2に示される構成においては、画像データが、ビットパラレルかつワードシリアルなシーケンスで、すなわちワード(画素データ)単位で入力される。この入力画素データ列を、直列/並列変換回路を用いてワードパラレルかつビットシリアルなデータ列に変換してメモリセルアレイに書込む。メモリセルアレイおいては、画面上同一ブロックを構成するデータが、列方向に整列して格納される。すなわち、各メモリアレイブロックにおいて、対応の画像ブロックを構成する画素データが、メモリアレイの行ごとにワード単位で格納される。メモリアレイブロックごとに、演算器が設けられる。
In general, in image and sound processing, it is required to perform orthogonal transform processing such as DCT transform (discrete cosine transform) at high speed. When executing this orthogonal transformation algorithm, it is necessary to transform the data input / output order. A signal processing apparatus for performing such orthogonal transformation at high speed is disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-74141). In the configuration disclosed in
この特許文献2に示される構成においては、メモリアレイブロックと対応の演算器との間でワード(1つの画素に対応するデータ)単位でデータを転送する。各ブロック個々に、対応の演算器において転送されたワードに対して同一処理を実行して、DCT変換によるフィルタ処理を、高速で実行することを図る。演算処理結果は、再びメモリセルアレイに書込まれる。この後、メモリセルアレイの格納データに対し、再度、並列/直列変換を行なって、ビットシリアルかつワードパラレルなデータをビットパラレルかつワードシリアルなデータ列に変換する。1ラインごとの画素データを、順次、ワードシリアルなシーケンスで出力する。通常の処理においては、データのビット位置の変換は行なわれない。演算器において通常の演算処理を複数のデータに対して並列に実行する。
In the configuration disclosed in
また、携帯電話などの携帯端末機器においては、低消費電力および小型軽量化が強く要求される。低消費電力かつ高速動作を実現するメモリセル構造が、非特許文献1(F. Morishita et al.,“A Capacitorless Twin-Transistor Random Access Memory(TTRAM)on SOI,”Proc. CICC, Sep. 2005, pp.435-438)および非特許文献2(K. Arimoto et al.,“A Configurable Enhanced T2RAM Macro for System-Level Power Management Unified Memory,”Proc. VLSI Symp.)に示されている。 In mobile terminal devices such as mobile phones, low power consumption and small size and weight are strongly demanded. Non-Patent Literature 1 (F. Morishita et al., “A Capacitorless Twin-Transistor Random Access Memory (TTRAM) on SOI,” Proc. CICC, Sep. 2005, pp. 435-438) and Non-Patent Document 2 (K. Arimoto et al., “A Configurable Enhanced T 2 RAM Macro for System-Level Power Management Unified Memory,” Proc. VLSI Symp.).
非特許文献1に示される構成においては、メモリセルは、直列に接続される2つのSOI(シリコン・オン・インシュレータ)トランジスタで構成される。1つのトランジスタ(ストレージトランジスタ)のボディ領域を記憶ノードとして利用し、別のトランジスタをアクセストランジスタとして利用する。ボディ領域はフローティング状態である。このボディ領域の電位に応じて、ストレージトランジスタのしきい値電圧が変化する。ストレージトランジスタのソースノードを、電源電圧レベルに維持する。データ読出時、メモリセルを流れる電流を検知して、データの読出を行なう。データ書込時においては、ストレージトランジスタのボディ領域と制御電極との間の容量結合を利用して、ボディ領域の電圧を書込データに応じた電圧レベルに設定する。
In the configuration shown in
また、非特許文献2に示される構成においては、非特許文献1と同様、アクセス用トランジスタとデータ記憶用のトランジスタとで、1つのメモリセルが構成される。データ読出動作は、非特許文献1に示される構成と同じである。データ書込時、GIDL(ゲート・インデュースト・ドレイン・リーク)電流を、ゲート/ボディ領域間の容量結合に代えて利用する。このGIDL電流を利用することにより、記憶ノードの電位を、ほぼ電源電圧レベルまで高くすることを図る。
データ処理量の増大に伴って、高速で直交変換処理を行なうためには、直交変換用のメモリも、大容量化が要求される。特許文献1に示される直交変換用の転置メモリにおいては、デュアルポートSRAMセルが用いられている。このデュアルポートSRAMセルの場合、1ビット当たり、データ記憶用の4個のトランジスタおよび2つのポートからのアクセス用の4個のトランジスタと合計8個のトランジスタが必要となる。したがって、メモリのサイズが大きくなり、大容量化を行なうとチップサイズが増大するという問題が生じる。
As the amount of data processing increases, in order to perform orthogonal transform processing at high speed, the memory for orthogonal transform is also required to have a large capacity. In the transposed memory for orthogonal transformation shown in
また、特許文献2に示される構成においては、データ配列の変換に、フリップフロップのアレイを利用している。したがって、特許文献1と同様、データ配列変換のための回路のレイアウト面積が大きく、高集積化には適していない。
In the configuration disclosed in
非特許文献1および2においては、メモリセルを2個のSOIトランジスタで構成し、電荷蓄積のためにボディ領域を利用し、DRAMのような複雑な形状のキャパシタは利用していない。従って、プロセスの微細化に追随してスケーリングが可能であり、また、製造プロセスも、標準CMOSロジックプロセスとコンパチブルである。しかしながら、これらの非特許文献1および2においては、シングルポートのメモリセル構成が示されているだけであり、デュアルポートなどのマルチポート構成については何ら考察されていない。特に、非特許文献1および2に示されるメモリ(TTRAM)においては、メモリセル内において記憶用のストレージトランジスタのソースノードがたとえば電源電圧レベルに固定される。ストレージトランジスタおよびアクセストランジスタの直列体を通して流れる電流を検出して、データの読出が行なわれる。したがって、データ記憶用のストレージトランジスタに対し、異なるポートに対するアクセス用のトランジスタを配置するためには、各ポートに対して読出電流の大きさが同一となるように、メモリセルのトランジスタの配置を工夫する必要がある。
In
特に、非特許文献1に示されるメモリセルレイアウトにおいては、1つの列においてデータ記憶用のトランジスタとアクセス用のトランジスタとが、列方向に沿って整列して配置される。また、アクセス用トランジスタの活性領域とビット線とが平行に、平面レイアウトにおいて重なり合うように配置される。このメモリセルレイアウトの場合、2つのポートのアクセストランジスタを、データ記憶用のトランジスタに対して対称的に配置するのは、困難である。
In particular, in the memory cell layout shown in
特に、直交変換を行なう場合、1つのポートについての行および列が、他のポートについての列および行に対応する。したがって、2つのポートについて、ワード線を直交して配置し、またビット線についても、異なるポートについてのビット線は直交して配置する必要がある。したがって、直交変換用のメモリを実現するためには、単純なデュアルポートメモリのレイアウトよりもさらにレイアウト上の工夫が必要となる。 In particular, when performing orthogonal transformation, the row and column for one port corresponds to the column and row for the other port. Therefore, it is necessary to arrange the word lines orthogonally for the two ports, and also to arrange the bit lines for the different ports orthogonally. Therefore, in order to realize a memory for orthogonal transformation, a device for layout is required more than the layout of a simple dual port memory.
それゆえ、この発明の目的は、プロセスの微細化に追随して、スケーリングを容易に行なうことのできるメモリセル構成を有する直交変換用半導体記憶装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor memory device for orthogonal transformation having a memory cell configuration that can be easily scaled following process miniaturization.
この発明に係る半導体記憶装置は、メモリセルとして、データ記憶用の素子として、TTRAMセルのデータ記憶用トランジスタ(ストレージトランジスタ)を利用する。1つ観点において、メモリセルのデータ記憶用の第1のトランジスタとして、2つのドレインを有するダブルドレイン構造のSOIトランジスタを利用する。このダブルドレイントランジスタは、ボディ領域およびソース領域をポート共通に有し、ドレインをポート個々に有する。これらのドレイン各々に、ポートアクセス用の第2および第3のトランジスタを個々に接続する。または、これに代えて、ストレージトランジスタのドレインおよびボディ領域を、それぞれ別々のアクセストランジスタに接続する。別の観点において、、メモリセルのデータ記憶用の第1のトランジスタのドレインおよびボディ領域を、それぞれ別々の第2および第3のアクセストランジスタに接続する。 The semiconductor memory device according to the present invention uses a data storage transistor (storage transistor) of a TTRAM cell as a data storage element as a memory cell. In one aspect, an SOI transistor having a double drain structure having two drains is used as a first transistor for storing data in a memory cell. This double drain transistor has a body region and a source region in common for each port, and has a drain for each port. A port access second and third transistor is individually connected to each of these drains. Alternatively, the drain and body regions of the storage transistor are connected to separate access transistors, respectively. In another aspect, the drain and body regions of the first transistor for data storage of the memory cell are connected to separate second and third access transistors, respectively.
このメモリセルを第1および第2の方向に整列して2次元アレイ状に配列する。メモリセルアレイに対してポートアクセスのために、複数の第1のワード線、複数の第2のワード線、複数の第1のビット線、複数の第2のビット線、および複数のチャージ線を設ける。複数の第1のワード線は、各々が第1の方向に沿って整列して配置されるメモリセルを有する複数の第1のメモリセル群に対応して配置され、各々に対応の第1のメモリセル群の第2のトランジスタの制御電極が接続される。複数の第2のワード線は、各々が第2の方向に沿って整列して配置されるメモリセルを有する複数の第2のメモリセル群に対応して配置され、各々に対応の第2のメモリセル群の第3のトランジスタの制御電極が接続される。複数の第1のビット線は、第2のメモリセル群に対応して配置され、各々に対応の第2のメモリセル群の第2のトランジスタの導通ノードが接続される。複数の第2のビット線は、第1のメモリセル群に対応して配置され、各々に対応の第1のメモリセル群の第3のトランジスタの導通ノードが接続される。複数のチャージ線は、各第2のメモリセル群に対応して配置され、各々に対応の第2のメモリセル群の第1のトランジスタの制御電極が接続される。 The memory cells are aligned in the first and second directions and arranged in a two-dimensional array. A plurality of first word lines, a plurality of second word lines, a plurality of first bit lines, a plurality of second bit lines, and a plurality of charge lines are provided for port access to the memory cell array. . The plurality of first word lines are arranged corresponding to a plurality of first memory cell groups each having memory cells arranged in alignment along the first direction, and the first word lines corresponding to each of the first word lines are arranged. The control electrode of the second transistor of the memory cell group is connected. The plurality of second word lines are arranged corresponding to a plurality of second memory cell groups each having a memory cell arranged in alignment along the second direction, and the second word line corresponding to each of the plurality of second word lines is arranged. The control electrode of the third transistor of the memory cell group is connected. The plurality of first bit lines are arranged corresponding to the second memory cell group, and a conduction node of the second transistor of the corresponding second memory cell group is connected to each of the plurality of first bit lines. The plurality of second bit lines are arranged corresponding to the first memory cell group, and are connected to the conduction node of the third transistor of the corresponding first memory cell group. The plurality of charge lines are arranged corresponding to the respective second memory cell groups, and the control electrodes of the first transistors of the corresponding second memory cell groups are connected to the respective charge lines.
この発明に従う半導体記憶装置においては、TTRAMセルをベースに用いてデュアルポートRAMを構成している。したがって、個別キャパシタ素子をデータ記憶用に利用していないため、製造プロセスの微細化に追随して、メモリセルをスケーリングすることができる。また、データの読出は、非破壊読出であり、メモリセルキャパシタへの電荷の再書込を行なう時間が不要となり、高速アクセスが実現される。 In the semiconductor memory device according to the present invention, a dual port RAM is configured using TTRAM cells as a base. Therefore, since the individual capacitor element is not used for data storage, the memory cell can be scaled following the miniaturization of the manufacturing process. Further, data reading is non-destructive reading, which eliminates the time required for rewriting the charge to the memory cell capacitor, thereby realizing high-speed access.
また、SRAMセルに比べてトランジスタの数が少なく、セル占有面積を低減できる。 Further, the number of transistors is smaller than that of the SRAM cell, and the cell occupation area can be reduced.
[システム構成]
図1は、この発明に従う直交変換用半導体記憶装置が適用される信号処理システムの全体の構成を概略的に示す図である。この直交変換用半導体記憶装置の用途は、この図1に示す信号処理システムに限定されないが、ここで、直交変換の用途を明確に示すために、並列演算処理を行なう信号処理システムを適用例の一例として示す。
[System configuration]
FIG. 1 schematically shows an overall configuration of a signal processing system to which an orthogonal transformation semiconductor memory device according to the present invention is applied. The use of the semiconductor memory device for orthogonal transform is not limited to the signal processing system shown in FIG. 1, but here, in order to clearly show the use of orthogonal transform, a signal processing system that performs parallel arithmetic processing is used in the application example. As an example.
図1において、信号処理システム1は、各種処理を実行する演算機能を実現するシステムLSI2と、システムLSI2と外部システムバス3を介して接続される外部メモリとを含む。外部メモリは、大容量メモリ4と、高速メモリ5と、システム立上げ時の命令などの固定情報を格納する読出専用メモリ(リード・オンリー・メモリ:ROM)を含む。大容量メモリ4は、たとえばクロック同期型ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(SDRAM)で構成され、高速メモリ5は、たとえばスタティック・ランダム・アクセス・メモリ(SRAM)で構成される。
In FIG. 1, the
システムLSI2は、内部システムバス7に並列に結合される基本演算ブロックFB1−FBhと、これらの基本演算ブロックFB1−FBhの処理動作を制御するホストCPU8と、信号処理システム1の外部からの入力信号INを内部処理用データに変換する入力ポート9と、内部システムバス7から与えられた出力データを受けてシステム外部へ転送される出力信号OUTを生成する出力ポート10を含む。ホストCPU8は、内部システムバス7を介して、基本演算ブロックFB1−FBhの処理動作を制御する。
The
入力ポート9および出力ポート10は、たとえばライブラリ化されたIP(インテグリチャル・プロパティ)ブロックで構成され、データ/信号の入出力に必要な機能を実現する。
The input port 9 and the
システムLSI2は、さらに、内部システムバス7に並列に結合される割込コントローラ11、CPU周辺12、DMA(ダイレクト・メモリ・アクセス)コントローラ13、外部バスコントローラ14、および専用ロジック15を含む。
The
割込コントローラ11は、基本演算ブロックFB1−FBhからの割込信号を受け、ホストCPU8に対して割込を通知する。CPU周辺12は、ホストCPU8の各種類に必要な制御動作を実行する。DMAコントローラ13は、基本演算ブロックFB1−FBhからの転送要求に従って外部メモリに対するデータ転送を実行する。外部バスコントローラ14は、ホストCPU8またはDMAコントローラ13からの指示に従って、外部システムバス3に接続されるメモリ4−6に対するアクセスを制御する。
The interrupt
DMAコントローラ13には、基本演算ブロックFB1−FBhから転送要求としてDMA要求信号が与えられる。
To the
基本演算ブロックFB1−FBhは、同一構成を有するため、図1においては、基本演算ブロックFB1の構成を代表的に示す。 Since basic operation blocks FB1-FBh have the same configuration, FIG. 1 representatively shows the configuration of basic operation block FB1.
基本演算ブロックFB1は、主演算回路20と、マイクロ命令メモリ21と、コントローラ22と、ワークデータメモリ23と、システムバスインターフェイス(I/F)24とを含む。主演算回路20は、実際のデータの演算処理を実行する。マイクロ命令メモリ21は、主演算回路20における演算処理を指定するマイクロ命令を格納する。コントローラ22は、マイクロ命令メモリ21からのマイクロ命令に従って、主演算回路20の演算処理を制御する。ワークデータメモリ23は、コントローラ22の中間処理データまたは作業用データを格納する。システムバスインターフェイス24は、基本演算ブロックFB1の内部と内部システムバス7との間でのデータ/信号の転送を行なう。
The basic operation block FB1 includes a
主演算回路20は、複数のメモリセルが行列状に配列されるメモリセルマット40と、メモリセルマット40の格納データに対しビットシリアル態様で演算を行なう複数の並列に配置される演算器(ALU)41と、演算器41間のデータ転送経路を設定するALU間相互接続用スイッチ回路42とを含む。
The main
メモリセルマット40は、複数のエントリに分割される。このエントリは、メモリセルマット40の各メモリセル列により構成され、1エントリに多ビットデータの各ビットが格納される。
演算器41は、メモリセルマット40の各エントリに対応して設けられ、対応のエントリからのデータをビットシリアルに受けて演算処理を行ない、その処理結果をメモリセルマット40の指定されたエントリ(例えば、対応のエントリ)の所定の位置に格納する。
The
ALU間相互接続用スイッチ回路42により、演算器41の接続経路が切換えられ、異なるエントリのデータの演算が可能となる。
The inter-ALU
コントローラ22は、マイクロ命令メモリ21に格納されるマイクロ命令に従ってマイクロプログラム方式に従った動作を行なう。このマイクロプログラム動作に必要なワークデータが、ワークデータメモリ23に格納される。システムバスI/F24により、ホストCPU8またはDMAコントローラ13が、メモリセルマット30、コントローラ22内への制御レジスタ、マイクロ命令メモリ21およびワークデータメモリ23へアクセスすることが可能となる。
The
このシステムバスI/F24と主演算回路20との間に、切換回路(MUX)26が設けられる。切換回路26は、システムバスI/F24および直交変換回路30の一方と主演算回路20との間を接続する。直交変換回路30は、この発明に従って構成される直交変換用記憶装置を含み、与えられたデータ列の並び替えを実行する。
A switching circuit (MUX) 26 is provided between the system bus I /
すなわち、直交変換回路30は、システムバスI/F24からビットパラレルかつワードシリアルの態様で転送されるデータを受け、ワードパラレルかつビットシリアルな態様で転送して、メモリセルマット40のエントリに、異なるデータワードの同一位置のビットを並列に書込む。また、直交変換回路30は、主演算回路20のメモリセルマット40からワードパラレルかつビットシリアルに転送されるデータ列を転置して、ビットパラレルかつワードシリアルな態様で転送する。これにより、システムバスI/F24とメモリセルマット30との間のデータ転送の整合性を確立する。
That is, the
ここで、前述のように、ビットシリアルは、1つのデータワードを構成するビットが順次転送または処理される態様を示し、ビットパラレルは、1つのデータワードを構成するビットが、並列に転送される処理または態様を示す。また、エントリ(またはワード)パラレルは、複数のエントリ(またはワード)が並列に転送または処理される態様を示し、エントリ(またはワード)シリアルは、複数のエントリ(またはワード)のデータが順次転送されまたは処理される態様を示す。 Here, as described above, the bit serial indicates a mode in which the bits constituting one data word are sequentially transferred or processed, and the bit parallel indicates the bits constituting one data word are transferred in parallel. Indicates a process or embodiment. In addition, entry (or word) parallel indicates a mode in which a plurality of entries (or words) are transferred or processed in parallel, and in entry (or word) serial, data of a plurality of entries (or words) is sequentially transferred. Or the aspect processed is shown.
本明細書においては、ビットシリアルかつワードパラレルなデータ列とビットパラレルかつワードシリアルなデータ列の間の変換を、「直交変換」と規定する。 In this specification, conversion between a bit-serial and word-parallel data sequence and a bit-parallel and word-serial data sequence is defined as “orthogonal transformation”.
切換回路26は、コントローラ22からのワークデータを選択して主演算回路20に転送するように構成されてもよい。この場合、ワークデータメモリ23は不要となる。また、演算対象データ列を直交変換により転置する必要がない場合には、切換回路26は、システムバスI/F24を選択して主演算回路20に接続する。
The switching
信号処理システム全体の処理動作ならびに主演算回路20の構成および処理動作については、既に、同一出願人による特許文献1において詳細に説明されているものの、以下においては、本発明に従う直交変換回路の作用効果を十分に理解するために、主演算回路20の構成および動作について簡単に説明する。
Although the processing operation of the entire signal processing system and the configuration and processing operation of the main
図2は、図1に示す主演算回路20のメモリセルマット40および演算器(ALU)41の配置を概略的に示す図である。メモリセルマット40においては、メモリセルMCが行列状に配列され、M個のエントリERYに分割される。エントリERYは、Nビットのビット幅を有する。メモリセルマット40においては、M個のエントリERYに共通に、ワード線WLが配設され、1つのエントリERYに対してビット線対BLPが配置される。ビット線対BLPのビット線BLおよび/BLが、データ転送線として利用される。
FIG. 2 schematically shows an arrangement of
演算器41は、エントリERYそれぞれに対応して設けられ、演算処理ユニット45を構成する。演算器41は、加算、論理積、一致検出(EXOR)、および反転(NOT)などの演算を実行することができる。各エントリERYと対応の演算器41との間でデータのロードおよびストアを行なって、演算処理を実行する。演算器41の演算内容は、図1に示すコントローラ22により設定される。
The
エントリERYには、それぞれ演算処理対象のデータが格納され、演算器41が、ビットシリアル態様で演算処理を実行する。したがって、演算処理ユニット45においては、ビットシリアルかつエントリパラレルな態様でデータの演算処理が実行される。
Each entry ERY stores data to be subjected to arithmetic processing, and the
演算処理ユニット45において、ビットシリアルな態様で演算処理を実行することにより、以下の利点が得られる。すなわち、演算対象のデータのビット幅が用途に応じて異なる場合においても、単に、演算サイクル数がデータワードのビット幅に応じて変更されるだけである。その処理内容は変更されず、語構成の異なるデータ処理に対しても、容易に対応することができる。また、複数のエントリERYのデータを、演算処理ユニット45において並行して処理することができる。従って、エントリ数Mを大きくすることにより、大量のデータを一括して演算処理することができる。
By performing the arithmetic processing in the bit serial manner in the
メモリセルMCは、たとえば、SRAMセルで構成され、高速アクセスを行なってデータの転送を行なうことができる。 Memory cell MC is formed of, for example, an SRAM cell, and can perform high-speed access to transfer data.
主演算回路20において演算を行なう場合には、まず、エントリERYそれぞれに、演算対象データが格納される。次いで、格納されたデータのある桁のビットを、すべてのエントリERYについて並列に読出し、対応の演算器41へ転送する(ロードする)。すなわち、ワード線WLを選択状態へ駆動することにより、選択ワード線に接続されるメモリセルMCのデータが、対応のビット線対BLP上に読出される。この読出されたデータが対応の演算器41へ転送される。
When the main
二項演算を行なう場合には、エントリERYそれぞれにおいて、二項演算の組のデータが格納される。1つのデータワードのビットが転送された後、別のデータワードのビットに対し同様の転送動作が行なわれる。この後、演算器41各々が、二項演算を行ない、その演算処理結果が、演算器41から対応のエントリERY内の所定領域に再書込(ストア)される。
When performing a binary operation, data of a set of binary operations is stored in each entry ERY. After the bits of one data word are transferred, the same transfer operation is performed on the bits of another data word. Thereafter, each
図3は、図2に示す主演算回路20における演算操作の一例を示す図である。図3においては、2ビット幅のデータワードPXaおよびPXbの加算を行なって、データワードPXcを生成する。エントリERYの各々には、演算対象の組をなすデータワードPXaおよびPXbが、ともに格納される。この図3において、第1行目のエントリERYに対する演算器31においては、10B+01Bの加算が行なわれ、2行目のエントリERYに対する演算器41においては、00B+11Bの演算が行なわれる。ここで、“B”は、2進数を示す。3行目のエントリERYに対する演算器41においては、11B+10Bの加算が行なわれる。以下、同様に、エントリERYそれぞれに格納されたデータワードPXaおよびPXbの加算演算が実行される。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the arithmetic operation in the main
演算は、下位側ビットから順に、ビットシリアル態様で行なわれる。なお、各エントリERYにおいて、データワードPXaの下位ビットPXa[0]を対応の演算器(ALU)41へ転送する。次いで、データワードPXbの下位ビットPXb[0]を対応の演算器41へ転送する。演算器41において、それぞれ、与えられた2ビットデータを用いて加算演算を行なう。この加算演算結果PXa[0]+PXb[0]は、データワードPXcの下位ビットPXc[0]の位置に書込まれる(ストアされる)。たとえば、第1行目のエントリERYにおいては、ビット“1”は、PXc[0]の位置に書込まれる。
The calculation is performed in a bit serial manner in order from the lower bit. In each entry ERY, the lower bit PXa [0] of the data word PXa is transferred to the corresponding arithmetic unit (ALU) 41. Next, the lower bit PXb [0] of the data word PXb is transferred to the
この加算処理が、次いで上位ビットPXa[1]およびPXb[1]に対しても行なわれ、その加算結果PXa[1]+PXb[1]は、ビットPXc[1]の位置に書込まれる。 This addition process is also performed for the upper bits PXa [1] and PXb [1], and the addition result PXa [1] + PXb [1] is written at the position of the bit PXc [1].
加算演算によっては、桁上がりが生じる可能性がある。この桁上がり(キャリー)の値は、ビットPXc[2]の位置に書込まれる。これにより、データワードPXaおよびPXbの加算がすべてのエントリERYにおいて完了し、その結果が、データPXcとして、エントリERY各々において格納される。1024個のエントリが設けられる場合、1024組のデータの加算を並列に実行することができる。 A carry may occur depending on the addition operation. The carry value is written at the position of bit PXc [2]. Thereby, the addition of the data words PXa and PXb is completed in all the entries ERY, and the result is stored as data PXc in each entry ERY. When 1024 entries are provided, the addition of 1024 sets of data can be performed in parallel.
この図3に示すように、ビットシリアル態様で演算を実行する場合、メモリセルマット40と演算器41との間でのデータビットの転送にそれぞれ、1マシンサイクル必要とされ、また、演算器41において1マシンサイクルの演算サイクルが必要とされる構成を考える。この場合、2ビットデータの加算および加算結果の格納を行なうためには、4マシンサイクルが必要となる。すなわち、演算処理データの各桁当たり4マシンサイクル必要となる。しかしながら、メモリセルマット40を複数のエントリERYに分割し、各エントリERYに演算対象データの組をそれぞれ格納し、対応の演算器41において、ビットシリアル態様で演算処理を行なう構成を用いることにより、以下の特長が実現される。すなわち、1つ1つのデータの演算には、比較的大きなマシンサイクルが必要とされるものの、処理すべきデータ量が非常に多い場合には、演算の並列度を高くすることにより、高速データ処理を実現することができる。また、ビットシリアル態様で演算処理を行なうことにより、処理されるデータのビット幅は固定されず、種々のデータ構成を有するアプリケーションに容易に適応することができる。
As shown in FIG. 3, when the operation is performed in the bit serial mode, one machine cycle is required for each data bit transfer between the
図4は、主演算回路20の具体的構成の一例を示す図である。主演算回路20においては、メモリセルマット40に配列されるメモリセルMCは、シングルポートSRAMセルである。図の垂直方向に整列するメモリセル群それぞれに対応してワード線WLが配置され、各エントリに対応してビット線対BLPが配置される。メモリセルMCは、これらのビット線対BLPとワード線WLの交差部に対応して配置される。1つのワード線WLには、エントリERY0−ERY(M−1)の同一位置に配置されるメモリセルMCが接続される。エントリERY0−ERY(M−1)ごとに対応して配置されるビット線対BLP0−BLP(M−1)においては、対応のエントリのメモリセルが接続される。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of the main
メモリセルマット40のワード線WLに対して設けられるロウデコーダ54は、コントローラ22または直交変換回路30からのアドレス信号に従って、演算対象のデータビットが接続されるワード線WLを選択状態へ駆動する。ロウデコーダ54により、エントリERY0−ERY(M−1)において、同一位置のデータビットを並行して選択することができる。
A
演算処理ユニット45においては、演算器(ALU)41が、ビット線対BLP0−BLP(M−1)に対応して配置される。演算処理ユニット45とメモリセルマット40との間に、データのロード/ストアを行なうための読出/書込回路48が設けられる。この読出/書込回路48は、メモリセルマット40からの転送データを増幅するセンスアンプ群50と、メモリセルマット40へ書込データを転送するライトドライバ群52とを含む。センスアンプ群50およびライトドライバ群52は、それぞれ、ビット線対BLP0−BLP(M−1)各々に対応して設けられるセンスアンプおよびライトドライバを含む。
In the
読出/書込回路48に対して、直交変換回路30と内部メモリバス57を介してデータの授受を行なう入出力回路56が設けられる。この入出力回路56により、メモリセルマット40と内部メモリバス57との間でのデータ転送が行なわれる。この入出力回路56のデータの入出力ビット幅は、システムバスI/F24が転送するデータのビット幅以上の値に設定される。
An input /
入出力回路56におけるデータビット幅と1つのワード線WLに接続されるエントリのビット幅(M)との調整を行なうために、カラムデコーダ58が設けられる。カラムデコーダ58からの列選択線CLにより、直交変換回路30の転送データビット幅に応じた数のビット線対(センスアンプまたはライトドライバ)が並行して選択される。カラムデコーダ58には、コントローラ22または直交変換回路30からのエントリアドレスが与えられる。カラムデコーダ58に与えられるアドレスのビット数は、直交変換回路30との間で転送されるデータのビット幅に応じて適切に定められる。
In order to adjust the data bit width in input /
列選択線CLにより選択されたエントリが、入出力回路56に接続され、直交変換回路30またはシステムバスとの間で内部メモリバス57を介してデータの転送が行なわれる。
An entry selected by column selection line CL is connected to input /
図4に示すように、ロウデコーダ54により、エントリERY0−ERY(M−1)が選択され、選択されたエントリの所定数のエントリに対して並列にデータの書込が実行される。したがって、入出力回路56は、異なるエントリに格納されるデータを転送する必要がある。一方、システムバスI/F24を介して転送されるデータは、データワード単位のデータであり、1つのエントリERYに含まれるデータである。したがって、このシステムバスI/F24のワードシリアルかつビットパラレルの転送データ(内部システムバス7上の転送データ)を、メモリセルマット40に書込むのに適したビットシリアルかつワードパラレルなデータに変換する必要がある。また逆の配列変換も必要となる。この機能を、前述のように、直交変換機能と呼び、直交変換回路30により、データ配列の変換を実行する。
As shown in FIG. 4, the entries ERY0-ERY (M-1) are selected by the
図5は、図1に示す直交変換回路30におけるデータ配列変換操作によるデータの流れを模式的に示す図である。図5においては、4ビットデータが、外部の大容量メモリ(SDRAM)4から転送され、直交変換回路30から4ビットデータが、主演算回路20内のメモリセルマット40へ転送される場合の動作が、一例として示される。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the flow of data by the data array conversion operation in the
SDRAM4に、4ビットデータa(ビットa0−a3)ないしi(ビットi3−i0)が格納される。このSDRAM4から、内部システムバス(7)を介して、4ビットデータDTE(データi:ビットi3−i0)の各ビットが、並列に転送される。このSDRAM4からのデータDTEは、メモリセルマットの同一エントリERYに格納されるエントリ単位のデータである。直交変換回路30のメモリ30aにおいて、転送された4ビットデータの各ビットがY方向に整列して格納される。直交変換回路30のメモリ30a内において、X方向に順次転送データが格納される。
The
この直交変換回路30内からメモリセルマット40へのデータ転送時においては、メモリ30aにおいて、X方向に整列するビットが並列に読出され、Y方向に沿って順次選択ビット位置を更新してデータ転送が行なわれる。したがって、ビットe1、f1、g1およびh1で構成されるデータDTAが、メモリセルマット40の4エントリに並行して格納される。このアドレス単位のデータDTAは、メモリセルマットにおいて1アドレスの指定時に格納されるデータであり、メモリセルマット40のエントリ位置情報および書込ビット位置情報が示す位置に格納される。この操作を、順次繰返し、全転送データについて実行することにより、メモリセルマット40において複数のエントリ(4エントリ単位)に、複数のデータビットが並列に書込まれる。エントリERYにおいては、それぞれ、エントリ単位のデータDTEが格納される。
At the time of data transfer from the
メモリセルマット40から内部システムバス(7)を介して外部へ転送する場合には、図5において破線で示すようにその逆の方向にデータが流れ、アドレス単位のデータDTAが、直交変換回路30に順次Y方向に沿って格納される。この場合、直交変換回路30においては別の図示しないメモリに読出データが格納される(データの格納態様はメモリ30aの場合と同様である)。この直交変換回路30において、1つのメモリのみが設けられていてもよいが、1つの実施の形態として2つのメモリを配置するのは、以下の理由による。すなわち、後に詳細に説明するように、メモリとして各ポートが完全なIOポート構成をとると消費電流の観点から問題が生じる可能性があり、2つのポートをそれぞれ読出ポートおよび書込ポートとして利用して、転送データの方向を各メモリにおいて固定するためである。
When data is transferred from the
直交変換回路30の別のメモリからX方向に整列するエントリ単位のデータDTEが読出され、システムバスI/F(24)を介して転送される。従って、このメモリセルマット40からシステムバスを介してSDRAM4へデータを転送する場合には、図5に示すライトデータの流れが反対となるだけであり、同様の変換操作が、直交変換回路30の別のメモリ内において実行される。
Data DTE in entry units aligned in the X direction is read from another memory of the
2つの直交変換メモリが利用されても、基本的に、内部システムバスと直交変換回路30との間ではビットパラレルかつワードシリアルにデータが転送され、直交変換回路30とメモリセルマット40との間では、ビットシリアルかつワードパラレルにデータが転送される。
Even if two orthogonal transformation memories are used, data is basically transferred in bit parallel and word serial between the internal system bus and the
図6は、この発明のベースとして用いられるシングルポートTTRAMセルの断面構造を概略的に示す図である。図6において、TTRAMセルは、SOI基板60上に形成される。このSIO基板60は、シリコン基板62と、シリコン基板62上に形成される埋込絶縁層63と、埋込絶縁層63上に形成されるシリコン層(活性層)64とを含む。ここで、活性層または活性領域は、不純物イオンが注入された領域を示し、ゲート電極下部のボディ領域をも含むものとして用いる。
FIG. 6 schematically shows a cross-sectional structure of a single port TTRAM cell used as a base of the present invention. In FIG. 6, the TTRAM cell is formed on the
シリコン層64は、互いに間をおいて形成されるN型不純物領域70、72および74と、N型不純物領域70および72の間に形成されるP型不純物領域71と、N型不純物領域72および74の間に形成されるP型不純物領域73とを含む。このシリコン層64において、1つのTTRAMセルが形成される。
隣接メモリセルとは、実質的にシャロートレンチアイソレーション(STI)構造であるフルトレンチアイソレーション領域75により、分離される。P型不純物領域71上に、ゲート絶縁膜76およびゲート電極77が順次積層される。ゲート電極77が、ワード線WLに接続される。一方、P型不純物領域73上には、ゲート絶縁膜78およびゲート電極17が順次積層される。ゲート電極79が、チャージ線CLに結合される。
Adjacent memory cells are separated from each other by a full
不純物領域70−72、ゲート絶縁膜76およびゲート電極77により、アクセストランジスタATが構成される。不純物領域72−74、ゲート絶縁膜78およびゲート電極79により、情報を記憶する電荷蓄積(ストレージ)トランジスタSTが構成される。このストレージトランジスタSTのボディ領域は、P型不純物領域73により形成される。このP型不純物領域73は、チャネルが形成されるチャネル形成領域73aと、電荷を蓄積する電荷蓄積ノード73bを含む。この不純物領域73は、下部に埋込絶縁層3が形成されており、フローティング状態とされる。この電荷蓄積用のストレージトランジスタSTを、SOIトランジスタで構成し、そのフローティングボディ(フローティング状態のボディ領域)を用いて電荷を蓄積する。
Impurity region 70-72,
図7は、図6に示すTTRAMセルの電気的等価回路を示す図である。図7に示すように、TTRAMセルは、ビット線BLとソース線SLとの間に、アクセストランジスタATおよびストレージトランジスタSTが直列に接続される。ストレージトランジスタSTのフローティングボディの電荷蓄積ノード73bを、情報を記憶するストレージノードSNとして利用する。トランジスタATおよびSTの間のノード(プリチャージノード)PNの電位を、書込データに応じて調整し、チャージ線CLとストレージノードSNおよびプリチャージノードPNとの間の選択的な容量結合により、電荷を蓄積する。
FIG. 7 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the TTRAM cell shown in FIG. As shown in FIG. 7, in the TTRAM cell, an access transistor AT and a storage transistor ST are connected in series between a bit line BL and a source line SL. The
ストレージトランジスタSTは、ストレージノードSN(電荷蓄積ノード73b)にホールが蓄積されていると、そのしきい値電圧が低くなる。一方、ストレージノードSNにホールが蓄積されていない場合、ストレージトランジスタSTのしきい値電圧が高くなる。このしきい値電圧の高低により、データ“0”および“1”を記憶する。データの読出時においては、ソース線SLからビット線BLに電流を流し、ビット線を流れる電流を検知する。
The storage transistor ST has a low threshold voltage when holes are stored in the storage node SN (
図8は、図6および図7に示すTTRAMセルのデータの書込および読出動作を示すタイミング図である。以下、図8を参照して、図6および図7に示すTTRAMセルのデータの書込および読出動作について順に説明する。なお、ソース線SLには、電源電圧VDDが常時供給される。 FIG. 8 is a timing diagram showing data write and read operations of the TTRAM cell shown in FIGS. Hereinafter, referring to FIG. 8, data writing and reading operations of the TTRAM cell shown in FIGS. 6 and 7 will be described in order. Note that the power supply voltage VDD is constantly supplied to the source line SL.
(1) データ“0”の書込動作(0W):
ビット線BLは、プリチャージ時およびスタンバイ時、接地電圧(GND)レベルに設定される。この状態で、ワード線WLを、接地電圧GNDから中間電圧(VDD/2)のハイレベルに上昇させる。このとき並行して、チャージ線CLを、Hレベル(電源電圧VDDレベル)から接地電圧GNDレベルに低下させる。
(1) Write operation of data “0” (0 W):
Bit line BL is set to the ground voltage (GND) level during precharge and standby. In this state, the word line WL is raised from the ground voltage GND to the high level of the intermediate voltage (VDD / 2). At the same time, the charge line CL is lowered from the H level (power supply voltage VDD level) to the ground voltage GND level.
この状態において、アクセストランジスタATが導通し、ビット線BLとプリチャージノードPNとが電気的に結合される。応じて、プリチャージノードPNの電圧レベルが、電源電圧VDDから接地電圧レベル(ビット線プリチャージ電圧レベル)に低下する(後に説明するように、プリチャージノードPNは、スタンバイ時Hレベルである)。 In this state, access transistor AT is rendered conductive, and bit line BL and precharge node PN are electrically coupled. Accordingly, the voltage level of precharge node PN decreases from power supply voltage VDD to the ground voltage level (bit line precharge voltage level) (as will be described later, precharge node PN is at the H level during standby). .
また、チャージ線CLの電圧降下により、ストレージトランジスタSTにおいて、そのゲート−ボディ領域間の容量結合により、ストレージノードSN(フローティングボディ領域73b)の電圧レベルが、HレベルからLレベルに低下する(ストレージノードSNに、データ“1”が書込まれている状態を想定する)。これにより、ストレージノードSNに、ホールが蓄積されていない状態が形成される(データ“0”が格納される)。
Further, due to the voltage drop of the charge line CL, in the storage transistor ST, the voltage level of the storage node SN (floating
次いで、ビット線BLを、書込データに応じてLレベルに維持したまま、チャージ線CLを、LレベルからHレベルに上昇させる。このとき、ワード線WLは、ハイレベル(中間電圧レベル)であり、ビット線BLは、Lレベルである。アクセストランジスタATは、導通状態にあり、プリチャージノードPNはLレベルに維持されている。チャージ線CLの電圧が上昇し、ストレージトランジスタSTのボディ領域73のチャネル形成領域73aにチャネルが形成されると、このチャネルがシールド層として機能する。これにより、電荷蓄積ノード73b(ストレージノードSN)の電圧が、少し上昇しても、その少し上昇した電圧レベルに維持され、それ以上の電圧上昇は抑制される。すなわち、ソース線SLから注入されたホールは、このストレージトランジスタSTに形成されるチャネルを介してプリチャージノードPN(不純物領域72)に流入しても、アクセストランジスタATが導通状態であり、接地電圧レベルのビット線BLに放電される。したがって、ストレージノードSNは、ホールが蓄積されていない状態が維持され、データ“0”が格納される。
Next, the charge line CL is raised from the L level to the H level while the bit line BL is maintained at the L level according to the write data. At this time, the word line WL is at a high level (intermediate voltage level), and the bit line BL is at an L level. Access transistor AT is in a conductive state, and precharge node PN is maintained at the L level. When the voltage of the charge line CL rises and a channel is formed in the
この後、ワード線WLを接地電圧レベルに低下させ、アクセストランジスタATを非導通状態に設定する。このとき、チャージ線CLは、Hレベルであり、ソース線SLからの流入ホールにより、プリチャージノードPNの電圧レベルが、電源電圧VDDレベルに上昇する。 Thereafter, word line WL is lowered to the ground voltage level, and access transistor AT is set in a non-conductive state. At this time, the charge line CL is at the H level, and the voltage level of the precharge node PN rises to the power supply voltage VDD level due to the inflow hole from the source line SL.
(2) データ“0”の読出動作(0R):
ビット線BLをLレベルに設定する。ワード線WLをハイレベル(中間電圧レベル)に駆動し、アクセストランジスタATを導通状態とする。この状態で、チャージ線CLをHレベルに維持する。ストレージトランジスタSTのしきい値電圧は、ストレージノードSNにホールが蓄積されていないため、高い状態となっている。したがって、ソース線SLからストレージトランジスタSTおよびアクセストランジスタATを介してビット線BLへ流れる電流量は、少ない。
(2) Reading operation of data “0” (0R):
Bit line BL is set to L level. The word line WL is driven to a high level (intermediate voltage level), and the access transistor AT is turned on. In this state, the charge line CL is maintained at the H level. The threshold voltage of the storage transistor ST is high because no holes are accumulated in the storage node SN. Therefore, the amount of current flowing from the source line SL to the bit line BL via the storage transistor ST and the access transistor AT is small.
アクセストランジスタATが導通状態となると、プリチャージノードPNの電圧レベルは、ビット線BLとの結合により若干低下する(電圧低下量は、アクセストランジスタATのしきい値電圧とワード線電圧とにより決定され、また、ソース線SLからのホールの注入により、電圧降下は抑制される)。 When access transistor AT becomes conductive, the voltage level of precharge node PN slightly decreases due to coupling with bit line BL (the amount of voltage decrease is determined by the threshold voltage of word transistor AT and the word line voltage). In addition, the voltage drop is suppressed by the hole injection from the source line SL).
読出完了後、ワード線WLを接地電圧レベルに駆動して、アクセストランジスタATを非導通状態に設定する。プリチャージノードPNには、ソース線SLからホールが流入し、その電圧レベルがHレベル(電源電圧VDDレベル)に復帰する。 After completion of reading, word line WL is driven to the ground voltage level, and access transistor AT is set to a non-conductive state. A hole flows into the precharge node PN from the source line SL, and its voltage level returns to the H level (power supply voltage VDD level).
(3) データ“0”の保持動作(0H):
データ保持動作時においては、ビット線BLおよびワード線WLのレベルをLレベルに保持する。プリチャージノードPNは、ビット線BLの電圧レベルよりも高いHレベルである。したがって、選択行かつ非選択列のメモリセルにおいても、アクセストランジスタATは、ビット線BLに接続される導通ノード(不純物領域)がソースとなり、そのゲート−ソース間電圧が0Vであり、非導通状態を維持する。
(3) Data “0” holding operation (0H):
In the data holding operation, the levels of the bit line BL and the word line WL are held at the L level. Precharge node PN is at an H level higher than the voltage level of bit line BL. Therefore, also in the memory cell of the selected row and the non-selected column, the access transistor AT has a conduction node (impurity region) connected to the bit line BL as a source, its gate-source voltage is 0 V, and is non-conductive To maintain.
このとき、図8に示すように、別の選択メモリセルに対するデータ書込のために、チャージ線CLをLレベルに低下させた場合、プリチャージノードPNおよびストレージノードSNの電圧レベルが、ゲートカップリングにより低下する。しかしながら、チャージ線CLを再びHレベルに駆動することにより、プリチャージノードPNおよびストレージノードSNの電圧レベルは、元の電圧レベルに復帰する。 At this time, as shown in FIG. 8, when the charge line CL is lowered to L level for data writing to another selected memory cell, the voltage levels of the precharge node PN and the storage node SN are changed to the gate cup. Reduced by the ring. However, by driving charge line CL to H level again, the voltage levels of precharge node PN and storage node SN are restored to the original voltage levels.
このデータ“0”の保持動作は、選択行かつ非選択列のメモリセルにおいても、確実にデータ“0”が保持されることを示す。非選択ビット線は、ワード線電圧の変化に応じて中間電圧レベルのハイレベルに設定される。 This holding operation of data “0” indicates that data “0” is reliably held even in the memory cell of the selected row and the non-selected column. The non-selected bit line is set to the high level of the intermediate voltage level according to the change of the word line voltage.
(4) データ“1”の書込動作(1W):
このデータ書込時、まず、ビット線BLが、データ“0”書込時と同様、接地電圧GNDレベルにプリチャージされる。続いて、ワード線WLをハイレベルに駆動し、また、並行して、チャージ線CLをLレベルに駆動する。アクセストランジスタATが導通し、プリチャージノードPNの電圧レベルが、ビット線BLへのホール放出により、Lレベルに低下する。また、ストレージノードSN(電荷蓄積ノード73b)の電圧レベルが、チャージ線CLとの間のゲートカップリングにより低下する。
(4) Write operation of data “1” (1W):
At the time of data writing, first, bit line BL is precharged to the level of ground voltage GND as in the case of writing data “0”. Subsequently, the word line WL is driven to a high level, and in parallel, the charge line CL is driven to an L level. Access transistor AT is turned on, and the voltage level of precharge node PN is lowered to L level due to hole emission to bit line BL. In addition, the voltage level of storage node SN (
続いて、ビット線BLを中間電圧レベルのハイレベルに駆動する。これにより、ワード線WLとビット線BLの電位が等しくなり、アクセストランジスタATが非導通状態となる。プリチャージノードPNが、アクセストランジスタATのソースノードの場合でも、このプリチャージノードPNの電圧レベルは、アクセストランジスタATのしきい値電圧分ワード線WLの電圧レベルより低い電圧レベルであり、その電圧上昇は抑制される。 Subsequently, the bit line BL is driven to the high level of the intermediate voltage level. As a result, the potentials of word line WL and bit line BL become equal, and access transistor AT is rendered non-conductive. Even when the precharge node PN is the source node of the access transistor AT, the voltage level of the precharge node PN is lower than the voltage level of the word line WL by the threshold voltage of the access transistor AT. The rise is suppressed.
この状態で、チャージ線CLの電圧レベルを上昇させる。このチャージ線CLの電圧上昇に従って、プリチャージノードPNの電圧レベルが上昇し、アクセストランジスタATは、完全に非導通状態となる(ビット線BLおよびワード線WLの電圧が等しくゲート−ソース間電圧が0Vである)。応じて、プリチャージノードPN(不純物領域12)がフローティング状態となり、ゲートカップリングにより電源電圧VDDレベルのHレベルにまでその電圧レベルが上昇する。このとき、ストレージノードSNの電圧レベル、すなわち、ストレージトランジスタSTは、そのボディ領域の電圧レベルが接地電圧レベルであり、しきい値電圧が高い状態である。したがって、チャージ線CLの電圧レベルが上昇しても、プリチャージノードPNおよびソース線SLは、ともにHレベルとなり、ストレージトランジスタSTには、ほとんどチャネルは形成されず、容量結合に対するシールド層は存在しない。したがって、チャネルブロックは行なわれず、この容量結合により、チャージ線CLの電圧レベルの上昇に従って、ストレージノードSNの電圧レベルが上昇する。 In this state, the voltage level of the charge line CL is raised. As the voltage of charge line CL rises, the voltage level of precharge node PN rises, and access transistor AT becomes completely non-conductive (the voltages of bit line BL and word line WL are equal and the gate-source voltage is the same). 0V). Accordingly, precharge node PN (impurity region 12) enters a floating state, and the voltage level rises to the H level of power supply voltage VDD level due to gate coupling. At this time, the voltage level of storage node SN, that is, storage transistor ST is in a state where the voltage level of its body region is the ground voltage level and the threshold voltage is high. Therefore, even if the voltage level of the charge line CL rises, both the precharge node PN and the source line SL become H level, the storage transistor ST has almost no channel, and there is no shield layer for capacitive coupling. . Therefore, channel blocking is not performed, and the voltage level of storage node SN rises as the voltage level of charge line CL rises due to this capacitive coupling.
すなわち、ソース線SLからストレージノードSNに供給されたホールは、ビット線BLに放出されず、ストレージノードSNに蓄積される。これにより、データ“1”を記憶する状態が形成される。 That is, the holes supplied from the source line SL to the storage node SN are not emitted to the bit line BL but are accumulated in the storage node SN. As a result, a state of storing data “1” is formed.
(5) データ“1”の読出動作(1R):
データ読出時においては、選択メモリセルに対して、ビット線BLをLレベルに設定し、ワード線WLをハイレベルに設定する。応じて、アクセストランジスタATが導通状態となる。チャージ線CLは、Hレベルである。ストレージノードSNには、ホールが蓄積されており、ストレージトランジスタSTのしきい値電圧は低い状態にある。したがって、チャージ線CL下部において、図6に示すチャネル形成領域73aにチャネルが形成され、ソース線SLからストレージトランジスタSTおよびアクセストランジスタATを介してビット線BLに大きな電流が流れる。このビット線BLへ流れる電流量は、ワード線WLの電圧レベルが中間電圧レベルであり、比較的小さな値に抑制され、大電流が流れるのは防止される。この電流を検出することにより、データ“1”を読出すことができる。
(5) Reading operation of data “1” (1R):
At the time of data reading, bit line BL is set to L level and word line WL is set to high level for the selected memory cell. In response, access transistor AT is rendered conductive. Charge line CL is at H level. Holes are accumulated in storage node SN, and the threshold voltage of storage transistor ST is in a low state. Therefore, a channel is formed in
(6) データ“1”の保持動作(1H):
この保持動作においては、ビット線BLおよびワード線WLのレベルをLレベルに保持する。この状態では、アクセストランジスタATは非導通状態にある(プリチャージノードPNがHレベルである)。したがって、ソース線SLからビット線BLには電流は流れず、データ“1”が保持される。このとき、チャージ線CLが、接地電圧レベルに駆動されても、プリチャージノードPNおよびストレージノードSNは、その電圧レベルが容量結合により低下しても、チャージ線CLの電圧上昇により、再び、容量結合により元の電圧レベルに復帰する。
(6) Data “1” holding operation (1H):
In this holding operation, the levels of the bit line BL and the word line WL are held at the L level. In this state, access transistor AT is non-conductive (precharge node PN is at H level). Therefore, no current flows from the source line SL to the bit line BL, and data “1” is retained. At this time, even if the charge line CL is driven to the ground voltage level, even if the voltage level of the precharge node PN and the storage node SN is lowered due to the capacitive coupling, The original voltage level is restored by coupling.
また、選択行かつ非選択列のメモリセルに対しては、対応のワード線がハイレベルに駆動される。このとき、対応の非選択ビット線BLを、ワード線駆動時に、ワード線駆動と同期してハイレベルに維持する。これにより、アクセストランジスタをオフ状態に維持することができ、確実に、記憶データを保持することができる。 For the memory cells in the selected row and non-selected column, the corresponding word line is driven to a high level. At this time, the corresponding non-selected bit line BL is maintained at the high level in synchronization with the word line drive during the word line drive. As a result, the access transistor can be maintained in the OFF state, and the stored data can be reliably held.
このTTRAMセルにおいては、フローティングボディ領域に電荷が蓄積される。この蓄積電荷がリークにより消失するまでに要する時間は十分長く、ほぼリフレッシュフリーと考えられる(DRAMを基準として)。しかしながら、リフレッシュ動作を行なう場合には、記憶データを読出し、この読出したデータに応じてビット線BLの電位を変化させることにより、記憶データの再書込を行なってリフレッシュを実行する。 In the TTRAM cell, charges are accumulated in the floating body region. The time required for the stored charge to disappear due to leakage is sufficiently long and is considered to be almost refresh-free (based on DRAM). However, when performing the refresh operation, the stored data is read, and the potential of the bit line BL is changed in accordance with the read data, so that the stored data is rewritten and refresh is executed.
この図8に示すタイミング図から明らかなように、データ読出時、TTRAMセルの記憶データの破壊が防止され、いわゆるDRAMセルにおける再書込期間(リストア期間)は不要である。すなわち、センス動作完了後直ちにワード線WLを非選択状態へ駆動しても、その記憶データは破壊されない。本発明においては、このTTRAMセルの特性を活かし、直交変換を行なうデュアルポート構成において、各ポートからのアクセス時間を短縮する。また、データの保持のためには、SOIトランジスタのボディ領域が利用され、複雑な形状のキャパシタは利用されない。従って、標準CMOSプロセスを利用してメモリセルを形成することができ、プロセスの微細化に追随してメモリセルを微細化することができる。 As is apparent from the timing chart shown in FIG. 8, at the time of data reading, the stored data in the TTRAM cell is prevented from being destroyed, and a so-called rewrite period (restore period) in the DRAM cell is unnecessary. That is, even if the word line WL is driven to a non-selected state immediately after the sensing operation is completed, the stored data is not destroyed. In the present invention, the characteristics of the TTRAM cell are utilized to shorten the access time from each port in a dual port configuration in which orthogonal transformation is performed. In order to hold data, the body region of the SOI transistor is used, and a capacitor having a complicated shape is not used. Therefore, a memory cell can be formed using a standard CMOS process, and the memory cell can be miniaturized following the miniaturization of the process.
[実施の形態1]
図9は、この発明の実施の形態1において利用される直交変換用メモリセルMCの電気的等価回路を示す図である。図9において、メモリセルMCは、データを記憶するダブルドレインストレージトランジスタDDSTと、ポートA用のアクセストランジスタATAと、ポートB用のアクセストランジスタATBとを含む。ポートAのワード線WLAおよびビット線BLAは、ポートBのワード線WLBおよびビット線BLBと、それぞれ、直交して配置される。したがって、ポートAおよびポートBの一方からのアクセスデータ列と、他方のポートのアクセスデータ列とは、行および列が転置される。
[Embodiment 1]
FIG. 9 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the orthogonal transformation memory cell MC used in the first embodiment of the present invention. In FIG. 9, memory cell MC includes a double drain storage transistor DDST for storing data, an access transistor ATA for port A, and an access transistor ATB for port B. The word line WLA and the bit line BLA of the port A are arranged orthogonal to the word line WLB and the bit line BLB of the port B, respectively. Therefore, the row and column of the access data string from one of port A and port B and the access data string of the other port are transposed.
ダブルドレインストレージトランジスタDDSTは、チャージ線CLに結合されるゲート電極Gと、ソース線SLに結合される一方導通ノード(第1の導通ノード)Sと、それぞれアクセストランジスタATAおよびATBに結合されるドレインノード(第2および第3の導通ノード)DNAおよびDNBとを有する。データ記憶用のトランジスタを、ダブルドレインストレージトランジスタDDSTで構成することにより、1つのストレージトランジスタを、ポートAおよびポートBに共通に設けて、ポートAとポートBとから並行してアクセスすることができる。 Double drain storage transistor DDST includes gate electrode G coupled to charge line CL, one conduction node (first conduction node) S coupled to source line SL, and drain coupled to access transistors ATA and ATB, respectively. Nodes (second and third conduction nodes) DNA and DNB. By configuring the data storage transistor with a double drain storage transistor DDST, one storage transistor can be provided in common for port A and port B and accessed in parallel from port A and port B. .
ポートA用のアクセストランジスタATAは、ワード線WLA(第1のワード線)上の信号電位に応答して導通し、ドレインノードDNAをビット線(第1のビット線)BLAに電気的に結合する。ポートB用のアクセストランジスタ(第3のトランジスタ)ATBは、ワード線(第2のワード線)WLB上の信号電位に応答して、ドレインノードDNBをビット線(第2のビット線)BLBに電気的に結合する。これらのドレインノードDNAおよびDNBとアクセストランジスタATAおよびATBのそれぞれの接続ノードが、それぞれプリチャージノードPNAおよびPNBである。 Access transistor ATA for port A conducts in response to a signal potential on word line WLA (first word line), and electrically couples drain node DNA to bit line (first bit line) BLA. . The access transistor (third transistor) ATB for port B electrically connects the drain node DNB to the bit line (second bit line) BLB in response to the signal potential on the word line (second word line) WLB. Join. Connection nodes of these drain nodes DNA and DNB and access transistors ATA and ATB are precharge nodes PNA and PNB, respectively.
この図9に示すように、メモリセルMCは、3個のトランジスタで構成され、そのレイアウト面積をSRAMセルに較べて低減することができる。このメモリセルMCの基本的構成は、先の図6および7において示したTTRAMセルの構成と同じである(1つのポートについて)。 As shown in FIG. 9, the memory cell MC is composed of three transistors, and its layout area can be reduced as compared with the SRAM cell. The basic configuration of memory cell MC is the same as that of the TTRAM cell shown in FIGS. 6 and 7 (for one port).
図10は、図9に示すダブルドレインストレージトランジスタDDSTの平面レイアウトを概略的に示す図である。ダブルドレインストレージトランジスタDDSTは、ダブルドレインSOIトランジスタで構成される。このダブルドレインSOIトランジスタ(ダブルドレインストレージトランジスタ)DDSTは、ゲート電極102に関して対向して配置されるN型不純物領域(第1および第2の不純物領域)100aおよび100bと、ゲート電極102の短辺側にこれらの不純物領域100aおよび100bと分離して配置されるN型不純物領域(第3の不純物領域)101を含む。これらのN型不純物領域100a、100bおよび101は、ゲート電極102に対し自己整合的に形成される。ゲート電極102下部に、P型不純物領域が配置され、ボディ領域103が形成される。このボディ領域103は、N型不純物領域100a、100bおよび101と連結するように配置される。
FIG. 10 schematically shows a planar layout of double drain storage transistor DDST shown in FIG. Double drain storage transistor DDST is formed of a double drain SOI transistor. This double drain SOI transistor (double drain storage transistor) DDST includes N-type impurity regions (first and second impurity regions) 100a and 100b arranged opposite to each other with respect to the
なお、図10において不純物領域100aおよび100bは、図9に示すドレインノードDNAおよびDNBのいずれに対応してもよい。図10においては、一例として、N型不純物領域100aおよび100bが、それぞれドレインノードDNAおよびDNBに対応するように示す。
In FIG. 10,
図10に示すように、ダブルドレインストレージトランジスタDDSTのドレインノード100aおよび100bは、ゲート電極102に関して対向して配置される。N型不純物領域101は、ソースノードSを構成し、ソース線SLに接続される。不純物領域100aおよび100bが、図9に示すプリチャージノードPNAおよびPNBを介して対応のアクセストランジスタATAおよびATBに結合される。したがって、ダブルドレインストレージトランジスタDDSTのソースノード(不純物領域101)からアクセストランジスタATAおよびATBの一方導通ノード(プリチャージノードに接続されるノード)に至るまでの長さを互いに等しくすることができ、応じて、配線抵抗/容量(チャネル抵抗/チャネル容量)を等しくすることができる。これにより、正確に、ポートAおよびポートBアクセス時において、同じ動作特性で、データの書込/読出を行なうことができる。
As shown in FIG. 10, the
図11は、図10に示す線L11−L11に沿った断面構造を概略的に示す図である。図11において、埋込絶縁膜104上にN型不純物領域101およびP型ボディ領域103が形成される。N型不純物領域101に隣接して素子分離層105が設けられ、また、ボディ領域(P型不純物領域)103に隣接して素子分離領域105が設けられる。この素子分離領域105は、たとえば、シャロー・トレンチ・アイソレーション構造を有し、隣接セルと完全に分離される(フル・トレンチ・アイソレーション構造を利用する)。埋込絶縁膜104は、半導体基板106上に形成される。
FIG. 11 schematically shows a sectional structure taken along line L11-L11 shown in FIG. In FIG. 11, N-
ボディ領域103上に、図示しないゲート絶縁膜を介してゲート電極102が形成される。ゲート電極102がHレベルに維持されると、このボディ領域103の電荷蓄積領域(図示せず)にホールが蓄積されているかに従って選択的に、チャネルがその表面(チャネル形成領域)に形成される。
A
図12は、図10に示す線L12−L12に沿った断面構造を概略的に示す図である。図12においては、ボディ領域103の両側に、N型不純物領域100aおよび100bが配設される。これらのN型不純物領域100aおよび100bの外側に、素子分離領域105が設けられる。ボディ領域103上に、図示しないゲート絶縁膜を介してゲート電極102が配置される。N型不純物領域100aおよび100bの外側に素子分離層105が形成される。
12 schematically shows a cross-sectional structure taken along line L12-L12 shown in FIG. In FIG. 12, N-
ゲート電極102に電圧が印加され、ボディ領域103の表面にチャネルが形成された場合、N型不純物領域100aおよび100bが電気的に結合され、同電位とされる。これらの不純物領域100aおよび100bは、プリチャージノードであり、スタンバイ時においては、ソース線SLからの電流により、電源電圧レベルに維持される。
When a voltage is applied to
図10から図12に示すように、ダブルドレインストレージトランジスタDDSTは、シングルポートのTTRAMセルのストレージトランジスタと同様、SOIトランジスタで構成される。したがって、ボディ領域103に対し電荷(ホール)を蓄積し、記憶データに応じてダブルドレインストレージトランジスタDDSTのしきい値電圧を設定して、データの記憶を行なうことができる。データの書込および読出時の各信号線の印加電圧シーケンスは、各ポートについて、図6および7に示すシングルポートTTRAMセルのアクセス時の印加電圧シーケンスと同じである。
As shown in FIGS. 10 to 12, the double drain storage transistor DDST is formed of an SOI transistor, like the storage transistor of the single port TTRAM cell. Therefore, charges can be stored in
図13は、1つのメモリセルに対するポートAおよびポートBからの読出アクセス時の動作を示す信号波形図である。以下、図13を参照して、図9に示すメモリセルMCに対する読出アクセス動作について簡単に説明する。 FIG. 13 is a signal waveform diagram showing an operation during read access from port A and port B to one memory cell. A read access operation for memory cell MC shown in FIG. 9 will be briefly described below with reference to FIG.
ストレージノードSNは、記憶データに応じてHレベルまたはLレベルに維持され、このダブルドレインストレージトランジスタDDSTのしきい値電圧は、記憶データに応じて低い状態または高い状態にある。 Storage node SN is maintained at the H level or the L level according to the stored data, and the threshold voltage of double drain storage transistor DDST is in a low state or a high state according to the stored data.
データ読出時、ビット線BLがLレベル(接地電圧レベル)に維持される。この状態で、ポートAのワード線WLAを選択状態へ駆動する。応じて、プリチャージノードPN(PNA,PNB)の電圧レベルが低下する。チャージ線CLはHレベルに維持される。ストレージノードSNの電圧レベルは、記憶データに応じてHレベルまたはLレベルであり、変化はしない。 At the time of data reading, bit line BL is maintained at L level (ground voltage level). In this state, the word line WLA of the port A is driven to the selected state. Accordingly, the voltage level of precharge node PN (PNA, PNB) decreases. Charge line CL is maintained at the H level. The voltage level of storage node SN is H level or L level according to the stored data and does not change.
ビット線BLAを流れる電流を、図示しないセンスアンプ(読出回路)でセンスする。この場合、センスアンプ活性化信号SENAを活性化し、内部読出データDoutが、内部データQAとして時刻taにおいて確定される。時刻taにおいて、内部データQAが確定状態とされると、ワード線WLAを非選択状態へ駆動することができる。すなわち、メモリセルMCには、キャパシタが用いられていないため、キャパシタから流出した電荷を再度キャパシタに書込むリストア動作は不要である。したがって、データ読出後、即座に、ワード線WLAを非選択状態へ駆動することができる。 The current flowing through the bit line BLA is sensed by a sense amplifier (read circuit) not shown. In this case, sense amplifier activation signal SENA is activated, and internal read data Dout is determined as internal data QA at time ta. When internal data QA is determined at time ta, word line WLA can be driven to a non-selected state. That is, since no capacitor is used in the memory cell MC, a restore operation for rewriting the charge flowing out from the capacitor into the capacitor is unnecessary. Therefore, word line WLA can be driven to a non-selected state immediately after data reading.
ワード線WLAを非選択状態へ駆動すると、プリチャージノードPNA(PNB)も、元の電圧レベル(Hレベル)に復帰する。プリチャージノードPNAおよびPNBは、データ読出時、接地電圧レベルのビット線BL(BLA,BLB)に接続されるため、その電圧レベルが低下する。したがって、プリチャージノードPNAが元の電圧レベルに復帰するのを待たずに、時刻tbにおいて、ポートBのワード線WLBを選択状態へ駆動することができる。通常、直交変換操作においては、対象データを全てメモリに格納した後に読出が行われる。しかしながら、各アクセスサイクルを短縮することができ、高速で、直交変換用データの格納および読出を行うことができ、応じて、直交変換操作を高速に実行することができる。 When the word line WLA is driven to a non-selected state, the precharge node PNA (PNB) also returns to the original voltage level (H level). Since precharge nodes PNA and PNB are connected to bit line BL (BLA, BLB) at the ground voltage level at the time of data reading, the voltage levels thereof are lowered. Therefore, the word line WLB of the port B can be driven to the selected state at time tb without waiting for the precharge node PNA to return to the original voltage level. Usually, in the orthogonal transform operation, reading is performed after all the target data is stored in the memory. However, each access cycle can be shortened, and data for orthogonal transformation can be stored and read at a high speed. Accordingly, an orthogonal transformation operation can be performed at a high speed.
図14は、この発明の実施の形態1に従うメモリセルを2行2列に配列した場合の平面レイアウトを概略的に示す図である。図14においてX方向に沿って連続的に延在して活性層110aおよび110bが間をおいて設けられる。活性層110aおよび110bはソースおよびドレインを構成する不純物領域およびボディ領域を構成する不純物領域両者を含む。この活性層110aに対し、Y方向に延在する活性領域111a、111b、111cおよび111dが設けられる。これらの活性領域111a−111dは、それぞれ、ボディ領域を介して活性層110上に電気的に接続される。したがって、これらの活性領域110a−111dは、不純物領域およびボディ領域両者を含み、活性層110aと連結する。
FIG. 14 schematically shows a planar layout in the case where memory cells according to the first embodiment of the present invention are arranged in 2 rows and 2 columns. In FIG. 14,
同様、活性層110bに対しても、Y方向に延在する活性領域111e、111f、111gおよび111hが設けられる。これらの活性領域111e−111hも同様、活性層110bに連結される。この活性層110aと活性領域111a−111dと活性層110bおよび活性領域111e−111hは、これらの中心軸に関して鏡映対称に配置される。
Similarly,
活性領域111aを横切るようにX方向に部分的に延在するゲート電極配線112aが設けられる。また、活性領域111dをX方向に沿って横切るように、ゲート電極配線112bが活性層110aに隣接して、活性領域111dをX方向に沿って横切るように配置される。同様、活性領域111eをX方向に沿って横切るようにかつ活性層110bに隣接してゲート電極配線112cが設けられる。また、活性領域111hをX方向に沿って横切るように活性層110bに隣接してゲート電極配線112dが設けられる。
A
X方向に沿って連続的に延在してかつ互いに間をおいて第1層金属配線(導電層)114a−114fが設けられる。第1層金属配線114aは、コンタクト120aおよび120bを介して活性領域111bおよび111cに電気的に結合される。この第1層金属配線114aは、ソース線SLを構成し、固定電圧(電源電圧)を伝達する。第1層金属配線114bは、コンタクト120cおよび120dを介して、それぞれ、ゲート電極配線112aおよび112bに電気的に接続される。この第1層金属配線114bは、ワード線選択信号を伝達するワード線WL1Aを構成する。したがって、ゲート電極配線112aおよび112bは、X方向に沿って整列してかつ互いに分離して配置されるものの、第1層金属配線114bにより互いに電気的に結合される。
First-layer metal wirings (conductive layers) 114a to 114f are provided extending continuously along the X direction and spaced from each other. First
第1層金属配線114cは、コンタクト120eを介して活性層110a(活性領域AR3)に電気的に接続される。この第1層金属配線114cは、ビット線BL1Bを構成する。第1層金属配線114dは、図のX方向に沿った中央部においてコンタクト120fを介して活性層110bに電気的に接続される。この第1層金属配線114dは、ビット線BL2Bを構成する。
First
第1層金属配線114eは、コンタクト120gおよび120hを介してそれぞれ、ゲート電極配線112cおよび112dに電気的に接続される。この第1層金属配線114eは、ワード線WL2Aを構成する。第1層金属配線114fは、コンタクト120iおよび120jを介して活性領域111fおよび111gに電気的に接続される。この第1層金属配線114fは、ソース線SLを構成し、固定電圧(電源電圧)を伝達する。
First
活性層110aおよび110bを横切るように、Y方向に沿ってゲート電極配線116aおよび116bが配設される。これらのゲート電極配線116aおよび116bは、ソース線SLを構成する第1層金属配線114aおよび114fの間に延在するように配置される。これらのゲート電極配線116aおよび116bの間に、Y方向に連続的に延在して、ゲート電極配線116bおよび116cが配設される。
さらに、Y方向に沿って連続的に延在してかつ互いに間をおいて、第2層金属配線118a−118fが配設される。第2層金属配線118aは、ビア/コンタクト122aを介して活性領域111aに電気的に接続され、また、ビア/コンタクト122eを介して活性領域111eに電気的に接続される。この第2層金属配線118aはビット線BL1Aを構成する。
Further, second
第2層金属配線118bは、ゲート電極配線116aと整列して配置され、ビア/コンタクト122cを介してゲート電極配線116aに電気的に接続される。この第2層金属配線118bによりチャージ線CL1が構成され、ゲート電極配線116aにより構成されるストレージトランジスタのゲートへ、チャージ線駆動信号を伝達する。
Second
第2層金属配線118cは、ゲート電極配線116bと平行して配置され、図示しない領域において両者の間に電気的にコンタクトが取られる。同様、第2層金属配線118dは、ゲート電極配線116cと平行に配設され、図示しない領域においてこのゲート電極配線116cと電気的に接続される。これらの第2層金属配線118cおよび118dは、それぞれ、ワード線WL1BおよびWL2Bを構成する。これらのゲート電極配線および第2層金属配線により、いわゆるワード線シャント構造が実現される。
Second-
第2層金属配線118eは、ゲート電極配線116bと平面図的に見て整列して配置され、ビア/コンタクト122dを介して、ゲート電極配線116bに電気的に接続される。この第2層金属配線118eは、チャージ線CL2を構成し、チャージ線駆動信号を伝達する。第2層金属配線118fは、ビア/コンタクトを介して活性領域111dおよび122fに電気的に接続される。この第2層金属配線118fは、ビット線BL2Aを構成する。
Second-
ワード線WL1A、WL2Aおよびビット線BL1A、BL2Aは、ポートAからのアクセス時に用いられる。一方、ワード線WL1B、WL2Bとビット線BL1B、BL2Bは、ポートBからのアクセス時に利用される。 The word lines WL1A and WL2A and the bit lines BL1A and BL2A are used when accessing from the port A. On the other hand, the word lines WL1B and WL2B and the bit lines BL1B and BL2B are used when accessing from the port B.
メモリセルMCは、図14において破線領域で示すように、コンタクト120a、120eとビア/コンタクト111aおよび116aにより規定される矩形領域により与えられる。ダブルドレインストレージトランジスタは、この活性層110aにおける活性領域(第1および第2の活性領域)AR1およびAR2とゲート電極配線116aと活性領域111bとにより形成される。活性領域111bが、ソース領域であり、活性領域AR1およびAR2が、ドレイン領域である。ポートAに対するアクセストランジスタは、活性領域AR1と活性領域121aとゲート電極配線112aおよび第1層金属配線114bとにより形成される。ポートB用のアクセストランジスタは、活性領域AR2とゲート電極配線116bおよび第2層金属配線118cとコンタクト120aに電気的に接続される活性層110aの活性領域AR3とで形成される。
Memory cell MC is provided by a rectangular region defined by
ポートAのアクセス用のトランジスタのゲート電極は、個々に分離されるゲート電極層で形成される。一方ポートB用のアクセストランジスタのゲート電極は、Y方向に沿って連続的に延在するゲート電極配線116cにより形成される。しかしながら、このゲート電極配線に関しては、上層の金属配線と所定の間隔で電気的に接続されてシャント構造を構成しており、ポートAからのアクセス時およびポートBからのアクセス時のワード線選択信号の伝搬速度は同程度であり、動作特性上の差は特に生じない。
The gate electrode of the port A access transistor is formed of a separate gate electrode layer. On the other hand, the gate electrode of the access transistor for port B is formed by a
図14に示すメモリセルMCのレイアウトが、Y方向に沿って鏡映対称に配置され、またX方向に沿って鏡映対称に繰返し配置される。 The layout of the memory cell MC shown in FIG. 14 is arranged in mirror symmetry along the Y direction, and is repeatedly arranged in mirror symmetry along the X direction.
活性層110aおよび110bの両側に、ポートA用のワード線WL1AおよびWL2AとポートBアクセス用のビット線BL1BおよびBL2Bをそれぞれ配置することにより、第1層金属配線のピッチを変更することなく、ポートBアクセス用の金属配線およびポートBアクセス用の金属配線を配置することができる。
By arranging the word lines WL1A and WL2A for the port A and the bit lines BL1B and BL2B for accessing the port B on both sides of the
また、ポートAアクセス用のビット線BL1AとポートBアクセス用のワード線WL1Bの間にチャージ線CL1を配置し、この配置をX方向に沿って鏡映対称に繰返すことにより、ポートAアクセス用のビット線とポートBアクセス用のワード線をほぼ同一のピッチで第2層金属配線により実現することができる。 Further, a charge line CL1 is arranged between the port A access bit line BL1A and the port B access word line WL1B, and this arrangement is mirror-symmetrically repeated along the X direction, thereby allowing the port A access. The bit line and the word line for port B access can be realized by the second layer metal wiring at substantially the same pitch.
また、ポートAアクセス用のトランジスタのゲート電極を、個々に分離されるゲート電極配線で形成することにより、チャージトランジスタのゲート電極とポートAアクセス用のトランジスタのゲート電極との衝突を防止して、ポートAのアクセス用のビット線とポートBアクセス用のビット線を直交するように配置することができる。 Further, by forming the gate electrode of the port A access transistor with the gate electrode wirings that are individually separated, the collision between the gate electrode of the charge transistor and the gate electrode of the port A access transistor is prevented, The bit line for port A access and the bit line for port B access can be arranged orthogonally.
図15は、図14に示すメモリセルの平面レイアウトの電気的等価回路を示す図である。図15において、メモリセルMCa−MCdがX方向およびY方向に整列して2行2列に配列される。メモリセルMCa−MCdの各々は、ダブルドレインストレージトランジスタDDSTと、ポートAアクセス用のアクセストランジスタATAと、ポートBアクセス用のアクセストランジスタATBを含む。 FIG. 15 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the planar layout of the memory cell shown in FIG. In FIG. 15, memory cells MCa-MCd are arranged in 2 rows and 2 columns aligned in the X direction and the Y direction. Each of memory cells MCa-MCd includes a double drain storage transistor DDST, an access transistor ATA for port A access, and an access transistor ATB for port B access.
ダブルドレインストレージトランジスタDDSTのドレインノードDNAおよびDNBが、それぞれ、プリチャージノードPNAおよびPNBに接続される。X方向に延在するソース線SLが、それぞれ対応のメモリセルのダブルドレインストレージトランジスタDDSTのソースノードに接続される。ワード線WL1AがX方向に整列するメモリセルMCaおよびMCbのアクセストランジスタATAの制御電極(ゲート)に接続され、ワード線WL2Aが、X方向に整列するメモリセルMCcおよびMCdのアクセストランジスタATAのゲートに接続される。ビット線BL1Bが、メモリセルMCaおよびMCbのアクセストランジスタATBに共通のコンタクトを介して接続され、ビット線BL2Bが、メモリセルMCcおよびMCdのアクセストランジスタATBに共通のコンタクトを介して接続される。 Drain nodes DNA and DNB of double drain storage transistor DDST are connected to precharge nodes PNA and PNB, respectively. Source lines SL extending in the X direction are connected to the source nodes of the double drain storage transistors DDST of the corresponding memory cells, respectively. Word line WL1A is connected to the control electrode (gate) of access transistor ATA of memory cells MCa and MCb aligned in the X direction, and word line WL2A is connected to the gate of access transistor ATA of memory cells MCc and MCd aligned in the X direction. Connected. Bit line BL1B is connected via a contact common to access transistors ATB of memory cells MCa and MCb, and bit line BL2B is connected via a contact common to access transistors ATB of memory cells MCc and MCd.
ワード線WL1Bが、Y方向に整列するメモリセルMCaおよびMCcのアクセストランジスタATBのゲートに共通に接続され、ワード線WL2Bが、Y方向に整列するメモリセルMCbおよびMCdのアクセストランジスタATBのゲートに共通に接続される。 Word line WL1B is commonly connected to the gates of access transistors ATB of memory cells MCa and MCc aligned in the Y direction, and word line WL2B is commonly connected to the gates of access transistors ATB of memory cells MCb and MCd aligned in the Y direction. Connected to.
ビット線BL1Aが、Y方向に整列するメモリセルMCaおよびMCcのアクセストランジスタATAの導通ノードに電気的に接続され、ビット線BL2Aが、メモリセルMCbおよびMCdのアクセストランジスタATAの導通ノードに電気的に接続される。 Bit line BL1A is electrically connected to the conduction node of access transistor ATA of memory cells MCa and MCc aligned in the Y direction, and bit line BL2A is electrically connected to the conduction node of access transistor ATA of memory cells MCb and MCd. Connected.
チャージ線CL1が、Y方向に整列するメモリセルMCaおよびMCcのダブルストレージトランジスタDDSTのゲートに接続され、チャージ線CL2が、Y方向に整列するメモリセルMCbおよびMCdのダブルストレージトランジスタDDSTのゲートに接続される。 Charge line CL1 is connected to the gates of double storage transistors DDST of memory cells MCa and MCc aligned in the Y direction, and charge line CL2 is connected to the gates of double storage transistors DDST of memory cells MCb and MCd aligned in the Y direction. Is done.
ポートAからのアクセス時、ポートAのワード線、たとえばワード線WL1Aが選択され、メモリセルMCaおよびMCbにおいてアクセストランジスタATAが導通する。応じて、ビット線BL1AおよびBL2Aが、それぞれ対応のダブルドレインストレージトランジスタDDSTのプリチャージノードPNAに結合される。 When accessing from port A, the word line of port A, for example, word line WL1A is selected, and access transistor ATA is rendered conductive in memory cells MCa and MCb. Accordingly, bit lines BL1A and BL2A are coupled to precharge node PNA of corresponding double drain storage transistor DDST, respectively.
一方、ポートBからのアクセス時においては、ポートBのワード線、たとえばワード線WL1Bが選択状態へ駆動される。この場合、メモリセルMCaおよびMCcにおいてアクセストランジスタATBが導通する。したがって、ビット線BL1BおよびBL2Bが、それぞれ対応のメモリセルのプリチャージノードPNBに接続される。 On the other hand, when accessing from port B, the word line of port B, for example, word line WL1B is driven to the selected state. In this case, access transistor ATB is rendered conductive in memory cells MCa and MCc. Therefore, bit lines BL1B and BL2B are connected to precharge nodes PNB of the corresponding memory cells, respectively.
ビット線BL1およびBL2Bとビット線BL1AおよびBL2Aは、直交する方向に配置される。ビット線BL1BおよびBL2Bに沿って伝達されたデータは、ビット線BL1AおよびBL2Aに沿って読出される。すなわち、X方向に沿って伝達されたデータワードは、Y方向に沿って整列するデータワードに変換されて転送される。したがって、Y方向およびX方向が、ポートAおよびポートBにより転置され、直交変換を実現することができる。 Bit lines BL1 and BL2B and bit lines BL1A and BL2A are arranged in the orthogonal direction. Data transmitted along bit lines BL1B and BL2B is read along bit lines BL1A and BL2A. That is, the data word transmitted along the X direction is converted into a data word aligned along the Y direction and transferred. Therefore, the Y direction and the X direction are transposed by the port A and the port B, and orthogonal transformation can be realized.
この図15に示すように、チャージ線CLがBポートのワード線WLiBと平行に配列される。従って、データの書込時において、Bポートのワード線WLiB(i=1、2、・・・)を選択した場合、対応のチャージ線CLiBを選択して、図8に示したタイミングでその電位を変化させることにより、このワード線WLiBに接続されるメモリセルに対して並行してデータの書込を行うことができる(書込データの論理値に応じてビット線電位が設定される)。 As shown in FIG. 15, charge line CL is arranged in parallel with B port word line WLiB. Therefore, when the B port word line WLiB (i = 1, 2,...) Is selected at the time of data writing, the corresponding charge line CLiB is selected, and the potential is determined at the timing shown in FIG. By changing, data can be written in parallel to the memory cells connected to the word line WLiB (the bit line potential is set according to the logical value of the write data).
しかしながら、Aポートのワード線WLiAを選択した場合、データの書込を、ワード線WLiAに接続されるメモリセルに対して並行して行なうためには、書込データのビット数に応じた複数のチャージ線CLの電位を並行して変化させる必要がある。例えば32ビットデータをAポートから書込む場合には、32本のAポートビット線BLAにデータビットが転送されるため、応じて32本のチャージ線の電位を変化させる必要がある。このAポートからの書込時、選択されるAポートビット線のアドレスに応じてチャージ線CLを選択してその電位を変化させることによりデータの書込を行うことは可能である。チャージ線駆動時のピーク電流の低減は、チャージ線CLの駆動タイミングをずらせることにより対応することができる。 However, when the word line WLiA of the A port is selected, in order to write data in parallel to the memory cells connected to the word line WLiA, a plurality of bits corresponding to the number of bits of the write data are used. It is necessary to change the potential of the charge line CL in parallel. For example, when 32-bit data is written from the A port, the data bits are transferred to the 32 A port bit lines BLA, so that the potentials of the 32 charge lines need to be changed accordingly. At the time of writing from the A port, it is possible to write data by selecting the charge line CL according to the address of the selected A port bit line and changing its potential. The reduction of the peak current when driving the charge line can be dealt with by shifting the drive timing of the charge line CL.
しかしながら、この場合、Aポートからのデータの書込アクセスサイクルが長くなるという問題、また、Aポートからの書込アクセス時の消費電流が高くなるという問題が生じる可能性がある。このような問題が特にシステムの性能に影響を及ぼさない場合には、ポートAおよびポートBをそれぞれ、書込/読出を行うポートとして利用して、1つの直交変換用のメモリで直交変換回路を実現することができる。 However, in this case, there may be a problem that the write access cycle of data from the A port becomes long, and a problem that the current consumption during the write access from the A port becomes high. When such a problem does not particularly affect the performance of the system, each of port A and port B is used as a port for writing / reading, and an orthogonal transformation circuit is formed by one orthogonal transformation memory. Can be realized.
しかしながら、本実施の形態1においては、ポートAは読出専用のポートとして利用し、ポートBを書込専用のポートとして利用する。これにより、データの書込時のアクセス時間の低下および消費電流の増大の問題を回避する。 However, in the first embodiment, port A is used as a read-only port, and port B is used as a write-only port. This avoids the problem of a reduction in access time and an increase in current consumption during data writing.
図16は、この発明の実施の形態1に従う半導体記憶装置を含む直交変換回路30の構成を概略的に示す図である。図16において、直交変換回路30(図1参照)は、2つの直交変換メモリ130aおよび130bと、図1に示すシステムバスI/F(インターフェイス)24を介してシステムバス7に結合されるシステムバス/直交メモリインターフェイス(I/F)132と、図1に示すマルチプレクサ(MUX)26を介してメモリセルマット40の入出力インターフェイス(I/F)56に結合されるメモリセルマット/直交メモリインターフェイス(I/F)134を含む。
FIG. 16 schematically shows a configuration of
直交変換メモリ130aおよび130bの各々は、図14および図15に示すメモリセルが行列状に配列された直交メモリアレイを含む。直交変換メモリ130aおよび130bのデータビット幅は、X方向およびY方向ともにLビットである。システムバス/直交メモリI/F132は、直交変換メモリ130aのポートBと結合され、また直交変換メモリ130bのポートAに結合される。これらの直交変換メモリ130aおよび130bとシステムバス/直交メモリI/F132との間には、図示しない切換回路が設けられ、データ転送方向に応じて接続経路が切り替えられる。すなわち、このシステムバス直交メモリI/F132は、直交変換メモリ130aのポートBに対して、システムバスを介して図示しない例えばプロセッサまたは外部メモリから転送されたエントリ単位のLビット幅の書込データDTEを転送し、直交変換メモリ130bのポートAから読出されたLビットのデータDTEをシステムバスを介してプロセッサまたは外部メモリに転送する。
Each of
メモリセルマット/直交メモリI/F134は、直交変換メモリ130aのポートAに結合され、また、直交変換メモリ130bのポートBに結合される。メモリセルマット/直交メモリI/F134は、直交変換メモリ130aのポートAから読出されたLビット幅のデータDTAをメモリセルマット40へ転送し、また、メモリセルマットから転送されたメモリセルマットのアドレス単位のデータDTAを直交変換メモリ130bのポートBに転送する。従って、直交変換メモリ130aおよび130bのポートAおよびポートBは、それぞれ、読出ポートおよび書込ポートとして利用され、メモリ130aおよび130b各々におけるポートのデータ転送方向は、一方方向である。
Memory cell mat / orthogonal memory I /
この直交変換回路30におけるデータの入出力を制御するために主制御回路136が設けられる。主制御回路136は、システムバス/直交メモリI/F132を介して与えられるアドレス信号およびアクセス要求信号に従って、Lビット幅のエントリ単位のデータDTEを転送するようにシステムバス/直交メモリI/F132、図示しない切換回路、および直交変換メモリ130aおよび130bの動作を制御する。すなわち、主制御回路136は、システムバスを介して処理装置または外部メモリにデータを転送する場合には、直交変換メモリ130bのポートAをシステムバスI/F24に結合し、また、この直交変換メモリ130bのポートBをMUX26を介してメモリセルマットに結合するようにこれらの直交メモリI/F132および134の接続経路を設定する。従って、メモリセルマットからシステムバスを介して処理装置(プロセッサ)または外部メモリにデータを転送する場合には、直交変換メモリ130bが用いられる。
A
処理装置(プロセッサ)または外部メモリからのデータを演算装置内のメモリセルマットへ転送する場合には、直交変換メモリ130aのポートBを、直交メモリI/F132を介してシステムバスに結合し、また、この直交変換メモリ130aのポートAを、直交メモリI/F134を介してメモリセルマットに結合する。従って、メモリセルマットへのデータの書込時には、直交変換メモリ130aを用いてデータの転送が行われる。
When transferring data from a processing device (processor) or an external memory to a memory cell mat in the arithmetic device, port B of the
主制御回路136は、データ書込時、すなわち、システムバス7を介して外部装置からのデータが転送され、次いで、メモリセルマット40へデータを転送するとき、以下のような動作制御を実行する。直交変換メモリ130aにおいて、全メモリセルにポートBを介して転送データが格納されると、メモリセルマット/直交メモリI/F134を制御し、この直交変換メモリ130aのポートAからアドレス単位のデータDTAを読出して順次転送する。
The
逆に、メモリセルマット40からシステムバス7を介して外部装置へのデータ転送時においては、主制御回路136は、メモリセルマット/直交メモリI/F134からの転送要求に従って、メモリセルマット40からマルチプレクサ(MUX)26を介して転送されるLビット幅のデータDTAを、順次、直交変換メモリ130bへポートBを介して書込む。この直交変換メモリ130bに対するポートBを介してのデータの書込が完了すると(直交変換メモリ130が記憶容量がいっぱいとなったとき)、主制御回路136は、システムバス/直交メモリI/F132を制御し、直交変換メモリ130bのポートAからエントリ単位のデータDTEを順次読出して、システムバス7上にシステムバスI/F24を介して転送する。
Conversely, when data is transferred from the
従って、直交変換メモリ130aおよび130b各々においてポートAおよびポートBが、それぞれ、読出専用のポートおよび書込専用のポートとして利用される場合においても、外部装置とメモリセルマットの間で直交変換を行ってデータの転送を行なうことができる。直交変換回路30において、2つのメモリが利用されるものの、これらのメモリ130aおよび130bのメモリセルは、3個のトランジスタで構成されており、直交変換回路30の占有面積の増大は、充分に抑制される。
Therefore, even when ports A and B are used as read-only ports and write-only ports in
なお、上述の説明においては、切換回路を利用して直交変換メモリ130aおよび130bのポートの接続の切換を行うように説明している。しかしながら、直交変換メモリ130aおよび130bに対してポートイネーブル信号を与えることによりメモリ130aおよび130bのポートAおよびポートBの接続を設定するように構成してもよい。
In the above description, the switching between the ports of the
図17は、図16に示す直交変換メモリ130aおよび130bの内部構成をより具体的に示す図である。図17において、直交変換メモリ130aおよび130bの各々は、メモリセルMCが、X方向およびY方向に整列して二次元アレイ状に配列される直交メモリアレイ140と、ポートAからの読出アクセスを行なうためのポートAXデコーダ142AおよびポートAセンスアンプ回路144Aと、ポートBを介しての書込アクセス用のポートBXデコーダ142BおよびポートBライトドライブ回路144Bを含む。図17において括弧内に示すように、ポートAおよびポートBに対して許容される悪セウ内容に応じて、ポートAセンスアンプ回路144Aにおいてライトドライブ回路がさらに設けられ、また、ポートBライトドライブ回路144Bにおいて、センスアンプ回路が設けられる(この構成については、後に説明する)。
FIG. 17 is a diagram more specifically showing the internal configuration of
ポートAXデコーダ142Aは、ポートAアクセスイネーブル信号ENAの活性化時、アドレス信号AXAに従って、アドレス指定されたワード線WLAを選択状態へ駆動する。データ読出時においては、このポートAXデコーダ142Aは、チャージ線CLをすべて、Hレベルに維持した状態で、アドレス指定されたワード線WLAを選択状態へ駆動する。ポートAは読出専用ポートであり、ポートAからの書込アクセスは行なわれない。
The
ポートBからのアクセス時においては、ポートBに対するアクセスイネーブル信号ENBが活性状態とされる。このポートBからのアクセスは、書込アクセスであり、ポートBXデコーダ142Bがアドレス信号AXBに従って、対応の行のワード線WLiBおよびチャージ線CLiを駆動する。このとき、Bポートビット線は、書込データに応じてポートBライトドライブ回路144Bによりその電圧レベルが駆動される。これにより、選択ワード線WLiBに接続されるメモリセルに対するデータの書込が実行される。 When accessing from port B, access enable signal ENB for port B is activated. This access from port B is a write access, and port BX decoder 142B drives word line WLiB and charge line CLi of the corresponding row in accordance with address signal AXB. At this time, the voltage level of the B port bit line is driven by the port B write drive circuit 144B in accordance with the write data. Thereby, data is written to the memory cell connected to the selected word line WLiB.
なお、ここでは、データのビット幅は、1ワード線に接続されるメモリセルと等しいとしている。データのビット幅が1ワード線に接続されるメモリセルの数よりも少ないときには、Yデコーダによりビット線を選択してポートAセンスアンプ回路144AまたはポートBライトドライブ回路144Bに結合する。
Here, it is assumed that the bit width of the data is equal to the memory cell connected to one word line. When the bit width of data is smaller than the number of memory cells connected to one word line, the bit line is selected by the Y decoder and coupled to the port A
図17に示す構成においては、ポートAからの書込アクセスは禁止される。ポートAからのアクセス時において、ポートAからのデータ書込を許容する場合には、以下の構成を利用する。図17において括弧内において示すように、ポートAに対してもライトドライブ回路を設ける。ポートAに対するアクセスイネーブル信号ENAが活性状態とされ、このポートAに対するアクセスが、書込アクセスの場合、ポートBXデコーダ142Bが、ポートA書込アクセスイネーブル信号(例えばWENA;図示せず)に従って、ポートAXデコーダ142Aのワード線選択と同期して、すべてのチャージ線CLを並行して、ワンショット駆動する(データのビット幅が、1ワード線に接続されるメモリセルに等しい場合)。ポートAXデコーダ142Aは、ポートAからのアクセスイネーブル信号ENAの活性化に従って、アドレス信号AXAに従って、直交メモリアレイ140の対応のワード線WLAを選択状態へ駆動する。これにより、ワード線WLiAに接続されるメモリセルに対してチャージ線CLの電圧を変化させて、メモリセルに対して並行して、図示しないポートAライトドライブ回路を介して選択ビット線の電圧を設定して、データの書込を行なう。このとき、全チャージ線CLの電圧駆動タイミングをずらせることにより、ピーク電流を低減することができる。
In the configuration shown in FIG. 17, write access from port A is prohibited. In the case of permitting data writing from port A when accessing from port A, the following configuration is used. As shown in parentheses in FIG. 17, a write drive circuit is also provided for port A. When the access enable signal ENA for the port A is activated, and the access to the port A is a write access, the port BX decoder 142B operates in accordance with the port A write access enable signal (for example, WENA; not shown). In synchronization with the word line selection of the
また、ポートBからの読出アクセスをも許容する場合には、図17において括弧内において示すように、ポートBに対してもセンスアンプ回路を設ける。読出時においては、チャージ線CLの電位は全てHレベルであり、ポートBXデコーダ142Bによりワード線を選択して、ポートBセンスアンプ回路によりビット線BLBのデータを読出す。 If read access from port B is also allowed, a sense amplifier circuit is provided for port B as shown in parentheses in FIG. At the time of reading, all the potentials of charge lines CL are at H level, a word line is selected by port BX decoder 142B, and data of bit line BLB is read by a port B sense amplifier circuit.
ポートAセンスアンプ回路144Aは、ポートAの読出アクセス時、Lビット幅のデータを、並行して、直交メモリアレイ140のビット線BLAのデータを読出して転送する。ポートBライトドライブ回路144Bは、ポートBを介してのデータ転送時、直交メモリアレイ140のビット線BLBに対してLビットのデータの転送を行なう。
Port A
直交メモリアレイ140において、L行×L列にメモリセルMCが配置されている場合、ポートAセンスアンプ回路144AおよびポートBライトドライブ回路144Bは、ビット線選択は行なわず、対応のビット線と並行してデータの転送(書込/読出)を実行する。しかしながら、入出力データビット幅と直交メモリアレイ140のビット線の数とが異なる場合、ポートAおよびポートBに対して、列選択回路が設けられてもよい。また、これに代えて、ポートAまたはポートBにおいて、バス幅を変換する回路(バッファメモリを利用してバス幅変換を行なってデータ転送を行なう)が設けられてもよい。従って、ビット線選択回路(Yデコーダ等)は、転送データビット幅に応じて適宜設けられる。
When memory cells MC are arranged in L rows × L columns in
図18は、図17に示す直交変換メモリ130のXデコーダおよびセンスアンプ/ライトドライブ回路の配置をより具体的に示す図である。図18においては、2行2列に配列されるメモリセルMCを代表的に示す。図18において、ポートAXデコーダ142Aは、ワード線WL1AおよびWL2Aにそれぞれ対応して設けられるワード線ドライバ(WLドライバ)WDA1およびWDA2を含む。これらのWLドライバWDA1およびWDA2は、それぞれ、ポートAアドレス信号(またはデコード信号)AXA1およびAXA2に従って対応のワード線WL1AおよびWL2Aを選択状態へ駆動する。ポートAセンスアンプ回路144Aは、ビット線BL1AおよびBL2Aそれぞれ対応して設けられるセンスアンプSWA1およびSWA2を含む。センスアンプSWA1およびSWA2は、活性化時、対応のビット線BL1AおよびBL2Aを流れる電流を検出してデータの読出を行なう。
FIG. 18 is a diagram more specifically showing the arrangement of the X decoder and sense amplifier / write drive circuit of orthogonal transform memory 130 shown in FIG. FIG. 18 representatively shows memory cells MC arranged in 2 rows and 2 columns. In FIG. 18,
ポートBXデコーダ142Bは、ワード線WL1BおよびWL2Bそれぞれに対応して設けられるワード線ドライバ(WLドライバ)WDB1およびWDB2と、チャージ線CL1およびCL2それぞれに対応して設けられるチャージ線ドライバ(CLドライバ)CLD1およびCLD2を含む。ワード線ドライバWDB1およびWDB2は、ポートBからのアクセス時、アドレス信号(またはデコード信号)AXB1およびAXB2に従って、対応のワード線WL1BおよびWL2Bを選択状態へ駆動する。チャージ線ドライバCLD1およびCLD2は、ポートBからの書込アクセス時、ポートBアドレス信号AXB1およびAXB2に従って、アドレス指定されたワード線に対応するチャージ線(CL1、CL2)を、ワンショット駆動する。ポートAからの読出アクセス時においては、これらのチャージ線ドライバCLD1およびCLD2は、それぞれ、チャージ線CL1およびCL2をHレベルに維持する。 The port BX decoder 142B includes word line drivers (WL drivers) WDB1 and WDB2 provided corresponding to the word lines WL1B and WL2B, and charge line drivers (CL drivers) CLD1 provided corresponding to the charge lines CL1 and CL2, respectively. And CLD2. When accessing from port B, word line drivers WDB1 and WDB2 drive corresponding word lines WL1B and WL2B to a selected state in accordance with address signals (or decode signals) AXB1 and AXB2. Charge line drivers CLD1 and CLD2 perform one-shot drive on the charge lines (CL1, CL2) corresponding to the addressed word line in accordance with port B address signals AXB1 and AXB2 during write access from port B. In read access from port A, charge line drivers CLD1 and CLD2 maintain charge lines CL1 and CL2 at H level, respectively.
ポートAに対しても書込アクセスを許容する場合には、以下の構成を利用する。すなわち、ポートBと同様に、ポートAビット線BLAに対して、ライトドライバを設ける。ポートAの書込活性化信号(WENA)の活性化時、チャージ線ドライバCLD1およびCLD2は、ポートBのアドレス信号AXB1およびAXB2にかかわらず、チャージ線CLD1およびCLD2を、並行してワンショット駆動する。この場合、たとえばワード線WL1Aが選択状態へワード線ドライバWDA1により駆動された場合、チャージ線CL1およびCL2がワンショット駆動され(駆動タイミングがずらされてもよい)、ビット線BL1AおよびBL2Aに、ポートAライトドライバから転送された書込データに応じて、このワード線WL1Aに接続されるメモリセルMCに対し並行してデータの書込が実行される。 In the case where write access is permitted also for port A, the following configuration is used. That is, like the port B, a write driver is provided for the port A bit line BLA. When the write activation signal (WENA) for the port A is activated, the charge line drivers CLD1 and CLD2 drive the charge lines CLD1 and CLD2 in parallel by one-shot regardless of the address signals AXB1 and AXB2 of the port B. . In this case, for example, when the word line WL1A is driven to the selected state by the word line driver WDA1, the charge lines CL1 and CL2 are driven one-shot (the drive timing may be shifted), and the bit lines BL1A and BL2A are connected to the port. In accordance with the write data transferred from the A write driver, data is written in parallel to the memory cells MC connected to the word line WL1A.
ポートAからの書込動作時において、チャージ線CL1およびCL2をすべてワンショット駆動しても、他のワード線WL2A、WL1BおよびWL2Bは、すべて非選択状態である。したがって、ワード線WL1Aに接続されるメモリセル群に対する並行のデータ書込が実行され、残りの非選択メモリセルは、単にデータ保持を行なうだけであり、記憶データの破壊は防止される。これにより、チャージ線CLが、ワード線WLB(WB1B,WL2B)と平行に配置される場合においても、確実に、ポートAおよびポートBでデータの配列を転置することができる。 During the write operation from port A, all other word lines WL2A, WL1B and WL2B are not selected even if charge lines CL1 and CL2 are all driven by one shot. Therefore, parallel data writing to the memory cell group connected to word line WL1A is executed, and the remaining non-selected memory cells simply hold data, and the destruction of stored data is prevented. Thereby, even when the charge line CL is arranged in parallel with the word lines WLB (WB1B, WL2B), the data arrangement can be reliably transposed at the port A and the port B.
また、図17に示す直交変換メモリ130においては、ポートAおよびポートBは、それぞれ、データ読出ポートおよびデータ書込ポートとして用いられている。しかしながら、前述のように、ポートBは、書込および読出を行うポートとして利用されてもよい。ポートBに対して読出アクセスを許容する場合には、ポートAと同様、ポートBビット線BL1B、BL2Bに対してセンスアンプを設ける。 In the orthogonal transform memory 130 shown in FIG. 17, port A and port B are used as a data read port and a data write port, respectively. However, as described above, the port B may be used as a port for writing and reading. When read access is permitted for port B, as with port A, sense amplifiers are provided for port B bit lines BL1B and BL2B.
以上のように、この発明の実施の形態1に従えば、直交変換用のメモリセルを、TTRAMセルをベースとして、3個のトランジスタで構成している。したがって、メモリセルの占有面積を低減でき、チップサイズを増大させることなく、記憶容量を増大させることができる。また、プロセスの微細化に追随して、メモリセルのスケーリングが容易であり、メモリセルのサイズをより低減することができ、低消費電力で高速動作する直交変換メモリを実現することができる。また、メモリセルのデータは非破壊読出であり、各アクセスサイクルを短縮することができ、応じて、高速の書込/読出を行なうことができ、直交変換操作を高速に行なうことができる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, a memory cell for orthogonal transformation is configured by three transistors based on a TTRAM cell. Therefore, the area occupied by the memory cell can be reduced, and the storage capacity can be increased without increasing the chip size. Further, following the miniaturization of the process, the scaling of the memory cell is easy, the size of the memory cell can be further reduced, and an orthogonal transformation memory that operates at high speed with low power consumption can be realized. Further, the data in the memory cell is nondestructive reading, and each access cycle can be shortened. Accordingly, high-speed writing / reading can be performed, and orthogonal transformation operation can be performed at high speed.
[実施の形態2]
図19は、この発明の実施の形態2に従うメモリセルの平面レイアウトを概略的に示す図である。図19において、メモリセルMCは、矩形形状の活性領域ARに形成される。この活性領域ARが、Y方向に延びるゲート電極GTdとX方向に延びるゲート電極GTcにより、3つのサブ活性領域ARa、ARbおよびARcにより分割される。サブ活性領域ARaにおいて、鉤型のゲート電極GTaが配置される。このゲート電極GTaとゲート電極GTcに関して鏡映対称に、鉤型にゲート電極GTbが形成される。ゲート電極GTcおよびGTdは連続的に延在してT字型に配置されており、台部のゲート電極GTdと脚部のゲート電極GTcが、ストレージトランジスタのゲート電極を構成する。ゲート電極GTaおよびGTbは、それぞれ、アクセストランジスタのゲート電極を構成する。図19に示す平面レイアウトにおいて、活性領域ARaおよびARbにおいて、ゲート電極GTcおよびGTdとゲート電極GTaおよびGTbの間の領域が、それぞれ、プリチャージノードを構成する。したがって、この図19に示すような平面レイアウトを用いても、ダブルドレインストレージトランジスタを実現することができる。
[Embodiment 2]
FIG. 19 schematically shows a planar layout of the memory cell according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 19, the memory cell MC is formed in a rectangular active region AR. This active region AR is divided into three sub-active regions ARa, ARb and ARc by a gate electrode GTd extending in the Y direction and a gate electrode GTc extending in the X direction. In the sub active region ARa, a bowl-shaped gate electrode GTa is disposed. The gate electrode GTb is formed in a bowl shape symmetrically with respect to the gate electrode GTa and the gate electrode GTc. The gate electrodes GTc and GTd extend continuously and are arranged in a T shape, and the gate electrode GTd at the base and the gate electrode GTc at the leg constitute a gate electrode of the storage transistor. Gate electrodes GTa and GTb each constitute a gate electrode of an access transistor. In the planar layout shown in FIG. 19, in active regions ARa and ARb, regions between gate electrodes GTc and GTd and gate electrodes GTa and GTb constitute precharge nodes, respectively. Therefore, a double drain storage transistor can be realized even using a planar layout as shown in FIG.
また、アクセストランジスタおよびストレージトランジスタのゲート幅(チャネル幅)を広くすることができ、トランジスタの微細化時においても充分に大きな電流駆動力を有するトランジスタを形成することができる。 Further, the gate width (channel width) of the access transistor and the storage transistor can be increased, and a transistor having a sufficiently large current driving capability can be formed even when the transistor is miniaturized.
図20は、図19に示すメモリセルMCの電気的等価回路を示す図である。図20において、メモリセルMCは、ソース線SLにその第1導通ノードが電気的に接続されるとともに、2つのプリチャージノードPN1およびPN2を形成する第2および第3導通領域を有するダブルドレインストレージトランジスタDDSTと、これらのプリチャージノードPN1およびPN2にそれぞれ接続されるアクセストランジスタATAおよびATBを含む。 FIG. 20 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of memory cell MC shown in FIG. In FIG. 20, a memory cell MC has a first drain node electrically connected to source line SL, and a double drain storage having second and third conduction regions forming two precharge nodes PN1 and PN2. Transistor DDST and access transistors ATA and ATB connected to precharge nodes PN1 and PN2 respectively are included.
アクセストランジスタATAは、ワード線WLA上の信号電位に従って、プリチャージノードPN1をビット線BLAに結合する。アクセストランジスタATBは、ワード線WLB上の信号電位に従って、プリチャージノードPN2をビット線BLBに電気的に接続する。ワード線WLAおよびWLBが互いに直交しており、また、ビット線BLAおよびBLBが互いに直交している。Aポートワード線WLAおよびBポートビット線BLBが平行に配置され、Bポートワード線WLBおよびAポートビット線BLAが平行に配置される。ポートAからのアクセス時には、ワード線WLAおよびビット線BLAが用いられ、ポートBからのアクセス時には、ワード線WLBおよびビット線BLBが用いられる。これにより、ポートAおよびポートBからのアクセス時に、データ配列の直交変換を行なうことができる。 Access transistor ATA couples precharge node PN1 to bit line BLA according to the signal potential on word line WLA. Access transistor ATB electrically connects precharge node PN2 to bit line BLB in accordance with the signal potential on word line WLB. The word lines WLA and WLB are orthogonal to each other, and the bit lines BLA and BLB are orthogonal to each other. A port word line WLA and B port bit line BLB are arranged in parallel, and B port word line WLB and A port bit line BLA are arranged in parallel. When accessing from port A, word line WLA and bit line BLA are used, and when accessing from port B, word line WLB and bit line BLB are used. Thereby, orthogonal transformation of the data array can be performed at the time of access from port A and port B.
図21は、この発明の実施の形態2に従うメモリセルアレイの平面レイアウトを示す図である。図21において、Y方向に沿って整列して活性領域AR10、AR11およびAR12が互いに間をおいて配置される。また、Y方向に沿って整列して活性領域AR13およびAR14が間をおいて配置される。活性領域AR10−AR12と活性領域AR13およびAR14とは、同じポートに対するアクセストランジスタがY方向に沿って整列するように、Y方向に沿って、その位置が、ずらせて配置される。 FIG. 21 shows a planar layout of the memory cell array according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 21, the active regions AR10, AR11, and AR12 are arranged along the Y direction and spaced apart from each other. In addition, the active regions AR13 and AR14 are arranged with an interval in alignment along the Y direction. Active regions AR10-AR12 and active regions AR13 and AR14 are arranged with their positions shifted along the Y direction so that access transistors for the same port are aligned along the Y direction.
各活性領域において、ゲート電極配線GTa、GTbおよびGTcが、配置される。図19に示す台部を構成するゲート電極GTdは、それぞれY方向に沿って連続的に延在するポリシリコン配線148aおよび148aにより形成される。T字型ゲート電極構造において台部を連続的に配置することにより、Y方向に沿ってソース線SLおよびチャージ線CLをストレージトランジスタのゲートに平行に配置することができる。これにより、ダブルドレインストレージトランジスタのドレインに共通に配置されるソース領域に対するソース線SLおよびゲートに対するチャージ線CLを同一配線層の配線を利用して配置しても、確実に、レイアウトを複雑化させることなくソースコンタクトおよびゲートコンタクトを配置することができる。
In each active region, gate electrode wirings GTa, GTb and GTc are arranged. The gate electrode GTd constituting the pedestal shown in FIG. 19 is formed by
X方向に沿って連続的に延在して、第1層金属配線150a−150dと第1層金属配線152aおよび152bが間をおいて配置される。第1層金属配線150aは、ビット線BL2Bを構成し、コンタクトCT5を介して、下層の活性領域AR13のサブ活性領域ARbに電気的に接続される。第1層金属配線150bは、ビット線BL1Bを構成し、コンタクトCT1を介して活性領域AR10のサブ活性領域(ARb)に電気的に接続される。
The first
第1層金属配線150cはビット線BL4Bを構成し、コンタクトCT6を介して活性領域AR14のサブ活性領域ARbに電気的に接続される。第1層金属配線150dは、ビット線BL3Bを構成構成し、コンタクトCT2を介して活性領域AR11のサブ活性領域ARbに電気的に接続される。
First-
第1層金属配線152aは、ワード線WL2Aを構成し、セル間分離領域に配置されるコンタクトCT3を介して、活性領域AR11およびAR13に配設されるゲート電極(配線)GTaに共通に接続される。
First-
第1金属配線152bは、ワード線WL3Aを構成し、セル間分離領域に配置されるコンタクトCT4を介して、活性領域AR12およびAR14に配設されるゲート電極(配線)GTaに共通に接続される。
Y方向に沿ってポリシリコンゲート電極配線148aおよび148bそれぞれと平行にかつ一部が重なり合うように、第2層金属配線162aおよび162bが配設される。これらの第2層金属配線162aおよび162bは、それぞれ、チャージ線CL1およびCL2を構成し、下層に配設されるポリシリコンゲート電極配線148aおよび148bとそれぞれ図示しない領域においてコンタクトにより電気的に接続される。
Second-
チャージ線CL1およびCL2をそれぞれ構成する第2層金属配線162aおよび162bのX方向に沿っての外部に、第2層金属配線164aおよび164bが配設される。第2層金属配線164aはソース線SLを構成し、ビア/コンタクトCV1、CV2、CV3およびCV4を介して、それぞれ活性領域AR10、AR11およびAR12のサブ活性領域ARcに電気的に接続される。
Second
第2層金属配線164bも、ソース線SLを構成し、ビア/コンタクトCV11、CV12、CV13およびCV14を介して、それぞれ活性領域AR13およびAR14のサブ活性領域ARcに電気的に接続される。
Second-
この第2層金属配線162aおよび162bの間に、Y方向に沿って連続的に延在して、かつ互いに間をおいて第2層金属配線166a、168aおよび166bが配設される。第2層金属配線166aは、ビット線BL3Aを構成し、ビア/コンタクトCV5およびCV6を介して、下層の活性領域AR11およびAR11のサブ活性領域(ARa)に電気的に接続される。第2層金属配線166bは、ビット線BL2Aを構成し、ビア/コンタクトCV9およびCV10を介して、それぞれ活性領域AR13およびAR14のサブ活性領域(ARa)に電気的に接続される。
Between the second
第2層金属配線168aは、ワード線WL2Bを構成し、ビア/コンタクトCV7を介して、活性領域AR10−AR14のサブ活性領域(ARb)のゲート電極(配線)GTbに電気的に接続される。
Second-
ワード線WL2Bのビア/コンタクトCV7、CV8と、ワード線WL2AおよびWL3AのコンタクトCT3およびCT4が、Y方向において交互に配設される。これにより、活性領域AR10−AR14それぞれにおいて形成される2つのアクセストランジスタが、Y方向において交互に、ワード線WLAおよびWLBに電気的に結合される。活性領域の位置をずらせて同一ポートのトランジスタをX方向に沿って整列させることにより、直交して配置されるポートAワード線WLAおよびポートBワード線WLBに対してレイアウトを複雑化させることなくまた、ビット線の配置に悪影響を及ぼすことなく、コンタクトを形成することができる。また、メモリセル分離領域上でワード線コンタクトを配置しており、メモリセルのレイアウト面積の増大が抑制される。 Via / contacts CV7 and CV8 of word line WL2B and contacts CT3 and CT4 of word lines WL2A and WL3A are alternately arranged in the Y direction. Thereby, two access transistors formed in each of active regions AR10-AR14 are electrically coupled to word lines WLA and WLB alternately in the Y direction. By shifting the position of the active region and aligning the transistors of the same port along the X direction, the layout of the port A word line WLA and the port B word line WLB arranged orthogonally can be reduced. The contact can be formed without adversely affecting the bit line arrangement. Further, the word line contact is arranged on the memory cell isolation region, and an increase in the layout area of the memory cell is suppressed.
図21に示す平面レイアウトが、X方向およびY方向に沿って繰返し配置される。すなわち、メモリセルMCの平面レイアウトが、X方向に沿って鏡映対称に繰返し配置され、Y方向に沿ってはメモリセルのレイアウトは、同じレイアウトが繰返し配置される。この配線レイアウトの配線パターンは、すべて直線的なパターンであり、パターニング時に正確にパターンを形成することができ、プロセルの微細化時においても確実にメモリセルパターンを描画することができ、プロセスの微細化に追随してメモリセルを微細化することができる。これは、実施の形態1のメモリセル配置においても同様である。 The planar layout shown in FIG. 21 is repeatedly arranged along the X direction and the Y direction. That is, the planar layout of the memory cells MC is repeatedly arranged in mirror symmetry along the X direction, and the same layout is repeatedly arranged as the layout of the memory cells along the Y direction. The wiring patterns of this wiring layout are all linear patterns, can be formed accurately during patterning, can reliably draw a memory cell pattern even when a process cell is miniaturized, and process fineness The memory cell can be miniaturized following the miniaturization. The same applies to the memory cell arrangement of the first embodiment.
図22は、図21に示すメモリセルアレイの平面レイアウトの電気的等価回路を示す図である。図22において、活性領域AR10−AR14それぞれに、メモリセルMC10−MC14が配置される。X方向に沿って、ポートB用のアクセストランジスタATBが整列して配置され、また、ポートA用のアクセストランジスタATAが整列して配置される。Y方向においては、アクセストランジスタATBおよびATAが交互に配置される。したがって、メモリセルMCの平面レイアウトは、X方向に沿って鏡映対称に配置され、Y方向に沿っては、同じパターンが繰返し配置される。 FIG. 22 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the planar layout of the memory cell array shown in FIG. In FIG. 22, memory cells MC10-MC14 are arranged in active regions AR10-AR14, respectively. The access transistors ATB for the port B are arranged in alignment along the X direction, and the access transistors ATA for the port A are arranged in alignment. In the Y direction, access transistors ATB and ATA are alternately arranged. Therefore, the planar layout of the memory cells MC is arranged in mirror symmetry along the X direction, and the same pattern is repeatedly arranged along the Y direction.
ワード線WL2Bには、メモリセルMC11、MC12、MC13およびMC14のアクセストランジスタATBのゲートが接続される。一方、ワード線WL2Aには、メモリセルMC11およびMC13のアクセストランジスタATAのゲートが接続され、ワード線WL3Aには、メモリセルMC12およびMC14のアクセストランジスタATAのゲートが接続される。従って、ポートBからのアクセス時には、Y方向に沿って2列に整列して配置されるメモリセルが並行して選択され、ポートAからのアクセス時にはX方向に沿って1列に整列して配置されるメモリセルが並行して選択される。 The gate of access transistor ATB of memory cells MC11, MC12, MC13 and MC14 is connected to word line WL2B. On the other hand, gates of access transistors ATA of memory cells MC11 and MC13 are connected to word line WL2A, and gates of access transistors ATA of memory cells MC12 and MC14 are connected to word line WL3A. Therefore, when accessing from port B, memory cells arranged in two rows along the Y direction are selected in parallel, and when accessing from port A, they are arranged in one row along the X direction. Memory cells to be selected are selected in parallel.
すなわち、ポートBからのアクセス時に、たとえばワード線WL2Bが選択状態に駆動されたとき、メモリセルMC10−MC14それぞれにおいて、アクセストランジスタATBが導通し、ビット線BL1B、BL2B、BL3B、BL4Bを介してデータの書込が実行される。一方、ポートAからのアクセス時、例えばワード線WL2Aが選択されると、メモリセルMC11およびMC13においてアクセストランジスタATAが導通し、ビット線BL3AおよびBL2Aを介してデータの読出が実行される。ここでは、一例として、実施の形態1と同様、ポートAが読出専用ポートとして利用され、ポートBが書込専用ポートとして利用される。 That is, when accessing from port B, for example, when word line WL2B is driven to the selected state, access transistor ATB is rendered conductive in each of memory cells MC10-MC14, and data is transmitted via bit lines BL1B, BL2B, BL3B, BL4B. Is written. On the other hand, when accessing from port A, for example, when word line WL2A is selected, access transistor ATA is rendered conductive in memory cells MC11 and MC13, and data reading is executed via bit lines BL3A and BL2A. Here, as an example, as in the first embodiment, port A is used as a read-only port, and port B is used as a write-only port.
従って、ポートAからのアクセス時とポートBからのアクセス時とで、選択されるメモリセルの配列が異なる。ポートAからのアクセス時においては、X方向に沿って1列に整列して配置されるメモリセルのアクセストランジスタATAを介してデータの書込/読出が行なわれる。一方、ポートBからのアクセス時には、Y方向に沿って2列に整列して配置されるメモリセルのアクセストランジスタATBが導通する。 Therefore, the memory cell array selected differs between when accessing from port A and when accessing from port B. When accessing from port A, data is written / read through access transistors ATA of memory cells arranged in a line along the X direction. On the other hand, when accessing from port B, access transistors ATB of memory cells arranged in two rows along the Y direction are turned on.
この場合、ポートAを書込および読出を行うIOポートとして利用する場合には、ポートAからの書込アクセス時、全チャージ線CLを選択状態に駆動する。この場合において各チャージ線の選択タイミングがずらされてもよい。ポートBからの書込アクセス時には、ポートAの構成に係わらず、選択ワード線に対応する2本のチャージ線が選択状態に駆動される。従って、ポートAおよびポートBの構成は、これらのポートAおよびBに対して許容されるアクセス内容に応じて、決定される。 In this case, when port A is used as an IO port for writing and reading, all charge lines CL are driven to a selected state at the time of write access from port A. In this case, the selection timing of each charge line may be shifted. At the time of write access from port B, regardless of the configuration of port A, the two charge lines corresponding to the selected word line are driven to the selected state. Therefore, the configurations of the port A and the port B are determined according to the access contents permitted for the ports A and B.
図23は、図21および図22に示すメモリセルアレイにおけるデータビットの配置を示す図である。図23に示すように、Bポートワード線WLBの選択時においては、ワード線WLBに対応して2列に配置されるメモリセルが選択される。データビット群は、奇数ビット線BL1B、BL3Bを介してデータの書込が行なわれる奇数ビット群WPBOと、偶数ビット線BL2B、およびBL4Bを介してデータの書込が行なわれる偶数ビット群WPBEとで構成される。一方、ワード線WLA選択時、ワード線WLAに沿って整列して配置される全データビット群WPAが並行して選択されて読出が行なわれる。 FIG. 23 shows an arrangement of data bits in the memory cell array shown in FIGS. 21 and 22. In FIG. As shown in FIG. 23, when B port word line WLB is selected, memory cells arranged in two columns corresponding to word line WLB are selected. The data bit groups include an odd bit group WPBO in which data is written through odd bit lines BL1B and BL3B, and an even bit group WPBE in which data is written through even bit lines BL2B and BL4B. Composed. On the other hand, when word line WLA is selected, all data bit groups WPA arranged in alignment along word line WLA are selected in parallel and read.
たとえばワード線WLAが選択されて、ワードアドレス(外部装置またはメモリセルマットのアドレス)単位のデータの読出アクセスを行なう場合、全データビット群WPAに、1ワードアドレスのデータビットが格納される。この場合、ワード線WLAを介してデータの読出アクセスを行なう場合、この全データビット群WPAの隣接ビット2iおよび2i+1が並行してアクセスされる。したがって、同じワードの隣接ビットのデータが、アクセスされることになる。直交変換操作においては、ワードシリアルかつビットパラレルのデータ列をビットシリアルかつワードパラレルのデータ列に変換する必要がある。このために、以下の構成を利用する。すなわち、Bポートからの書込アクセス時には、奇数ビット群WPBOおよび偶数ビット群WPBEに、それぞれ異なるデータワードのビットを格納する。ポートAを介してのアクセス単位の全ワードビット群WPAの隣接2ビットが、2ワードアドレスのデータを格納する構成とする。これにより、ワードアドレスのビットパラレルデータの並行格納およびワードパラレルかつビットシリアルデータ列の転送を行うことができ、正確に直交変換を行なうことができる。この場合、Bポートのワードアドレスは、ワード線WLBおよび奇数/偶数ビット線を指定する。Aポートのアドレスは、ワード線WLAを指定する。
For example, when word line WLA is selected and data read access is performed in units of word addresses (external device or memory cell mat address), data bits of one word address are stored in all data bit groups WPA. In this case, when data read access is performed via word line WLA,
また、これに代えて、奇数ビット群WPBOおよび偶数ビット群WPBEに、同一Bポートワードアドレスのデータを格納し、ポートAからのアクセス時には、ワード線アドレスおよび奇数/偶数ビット線アドレスにより、データビット(メモリセル)を選択して読出アクセスを行う。 Alternatively, data of the same B port word address is stored in the odd bit group WPBO and the even bit group WPBE, and when accessing from the port A, the data bit is determined by the word line address and the odd / even bit line address. (Memory cell) is selected to perform read access.
また、ポートAおよびポートB共に、先ず偶数ビット線アドレスによりメモリセルを選択し、全偶数ビット線アドレスのアクセス後に、奇数ビット線アドレスへのアクセスが行われるように、アドレス更新が設定されてもよい。この場合、ワード線アドレスとビット線下位アドレスビットとを利用してデータワードのアドレス指定が行なわれる。 Further, in both port A and port B, even if the memory cell is first selected by the even bit line address and the address update is set so that the odd bit line address is accessed after all the even bit line addresses are accessed. Good. In this case, data word addressing is performed using the word line address and the bit line lower address bits.
なお、チャージ線CL1およびCL2は、ワード線WL2Bと平行に配設されている。従って、図22において示すように、チャージ線CL1、CL2の書込時の選択態様は、選択ビット線の態様に応じて設定される。例えば、ポートBからの書込アクセス時、ワード線WL2Bを選択して、このワード線WLBに接続されるメモリセルに書込アクセスを行う場合、チャージ線CL1およびCL2を並行して駆動する。 Charge lines CL1 and CL2 are arranged in parallel with word line WL2B. Therefore, as shown in FIG. 22, the selection mode during writing of charge lines CL1 and CL2 is set in accordance with the mode of the selected bit line. For example, when the word line WL2B is selected at the time of write access from the port B and the memory cell connected to the word line WLB is write-accessed, the charge lines CL1 and CL2 are driven in parallel.
また、上述の説明においては、ポートAは読出専用ポートとして利用されている。しかしながら、ポートAにおいてもデータ書込アクセスを許容する場合には、ポートAビット線に対してライトドライバを設ける。また、ビット線選択態様に応じてチャージ線の選択態様を決定する。例えばワード線WL2Aの選択時、このワード線WL2Aに接続されるメモリセルに対して書込を行う場合には、すべてのチャージ線を選択状態へ駆動して、図示しないライトドライバを介して書込アクセスを実行する。ポートAおよびポートBからの読出アクセス時においては、チャージ線CLは、Hレベルに固定される。また、ポートBが、書込および読出アクセス両者を行うように構成されてもよい(ポートBセンスアンプを、各ポートBビット線に対して設けることにより、ポートBに対して読出アクセスを許容することができる)。 In the above description, port A is used as a read-only port. However, if data write access is permitted also at port A, a write driver is provided for the port A bit line. Further, the selection mode of the charge line is determined according to the bit line selection mode. For example, when the word line WL2A is selected, when writing is performed on the memory cell connected to the word line WL2A, all the charge lines are driven to the selected state, and writing is performed via a write driver (not shown). Perform access. In read access from port A and port B, charge line CL is fixed at the H level. Port B may be configured to perform both write and read access (providing read access to port B by providing a port B sense amplifier for each port B bit line). be able to).
したがって、この実施の形態2における半導体記憶装置の全体構成としては、実施の形態1において図17および図18を参照して示した構成を利用することができる。ポートBの1本のワード線に対し2本のチャージ線を設けて、対応のポートBのワード線選択時、ビット線アクセス態様に応じて対応のチャージ線を選択状態へ駆動する(書込アクセス時)。ポートAおよびポートBに対して、さらに、書込アクセスおよび読出アクセスを許容する場合においても、先に図17および図18を参照して説明した構成を利用することができる。 Therefore, as the overall configuration of the semiconductor memory device in the second embodiment, the configuration shown in the first embodiment with reference to FIGS. 17 and 18 can be used. Two charge lines are provided for one word line of port B, and when the corresponding port B word line is selected, the corresponding charge line is driven to a selected state according to the bit line access mode (write access) Time). Even when write access and read access are permitted for port A and port B, the configuration described above with reference to FIGS. 17 and 18 can be used.
以上のように、この発明の実施の形態2に従えば、矩形形状の活性領域にメモリセルを配置し、ストレージトランジスタのゲートをT字構造としている。したがって、メモリセルサイズ低減時においても、十分なチャネル幅を、ストレージトランジスタおよびアクセストランジスタに対して持たせることができ、素子微細化時においても、十分な大きさの電流を駆動することができる。これにより、プロセスの微細化に追随して、メモリセルのスケーリングを容易に行なうことができる。また、実施の形態1と同様、アクセス時間を短縮することができる。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, the memory cell is arranged in the rectangular active region, and the gate of the storage transistor has a T-shaped structure. Therefore, a sufficient channel width can be provided to the storage transistor and the access transistor even when the memory cell size is reduced, and a sufficiently large current can be driven even when the element is miniaturized. Thereby, the scaling of the memory cell can be easily performed following the miniaturization of the process. Further, as in the first embodiment, the access time can be shortened.
[実施の形態3]
図24は、この発明の実施の形態3に従う半導体記憶装置のメモリセルアレイの平面レイアウトを概略的に示す図である。このX方向に沿って凹部と凸部とが繰返し配置されるジグザグ形状に、活性層が配置される。活性層において、凹部の活性領域として、PチャネルMOSトランジスタを配置するP型不純物領域192aおよび192bがX方向に沿って整列して配置され、またP型活性領域192cおよび192dがX方向に添って意整列して配置される。これらのP型不純物192a,192bおよび192c,192dは、それぞれ隣接して配置される凸部の活性領域190aおよび190bに形成されるP型ボディ領域に連結される。これらの領域に形成されるPチャネルSOIトランジスタが、書込用のトランジスタとして用いられ、ストレージトランジスタのボディ領域に電荷を注入する。他の活性領域の配置は、図14を参照して実施の形態1において示したメモリセルの活性領域の配置と同様である。単に、P型不純物領域192aおよび192bが、N型不純物領域を含む活性領域190a、190bと位置をずらせてかつ連結して配置される点が異なる。
[Embodiment 3]
FIG. 24 schematically shows a planar layout of the memory cell array of the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention. The active layer is arranged in a zigzag shape in which concave and convex portions are repeatedly arranged along the X direction. In the active layer, P-
X方向に沿って連続的に延在してかつ互いに間をおいて、第1層金属配線175a−175dが配置される。第1層金属配線175aは、ビット線BL1Bを構成し、第1層金属配線175bが、ワード線WL1Aを構成する。第1層金属配線175cが、ビット線BL2Bを構成し、第1層金属配線175dが、ワード線WL2Aを構成する。
First
P型不純物領域192a−192dそれぞれに対して、Y方向に沿って横切るように、ポリシリコンゲート配線170a−170dが配置される。これらのポリシリコンゲート配線170a−170dは、メモリセルを形成する領域内においてのみ延在するように配置される。ポリシリコンゲート配線170aおよび170bは、それぞれコンタクト176aおよび176bを介して、ワード線WL1Aを構成する第1層金属配線175bに電気的に接続される。ポリシリコンゲート電極配線170cおよび170dはそれぞれ、コンタクト176cおよび176dを介して、ワード線WL2Aを構成する第2層金属配線175dに電気的に結合される。ビット線BL1BおよびBL2Bをそれぞれ構成する第1層金属配線175aおよび175cは、それぞれ、コンタクト196aおよび196Bを介して活性領域190aおよび190bに電気的に接続される。このゲート電極のメモリセルごとの配置により、Y方向に整列するメモリセルをワード線WLAにより並行して選択することができる。
Y方向に沿って互いに間をおいて、連続的に延在して、ポリシリコンゲート配線184a−184dが配置される。このポリシリコンゲート配線184a−184dは、それぞれ、活性領域190aおよび190bを横切るように連続的に延在して配置される。
P型不純物領域192aおよび192cを横切るように、Y方向に沿って連続的に延在して第2層金属配線180aが配置される。この第2層金属配線180aは、ビット線BL1Aを構成し、ビア/コンタクト197aおよび197cを介してそれぞれ、P型不純物領域192aおよび192cに電気的に接続される。
Second-
P型不純物領域192bおよび192dを横切るように、Y方向に沿って連続的に延在して第2層金属配線180bが配置される。この第2層金属配線180bは、ビット線BL2Aを構成し、ビア/コンタクト197bおよび197dを介して、それぞれ下部のP型不純物領域192bおよび192dにそれぞれ電気的に接続される。
Second-
活性領域190a、P型不純物領域192a、活性領域195cおよびP型不純物領域192cを横切るようにY方向に沿って連続的に延在して第2層金属配線181aが配置され、また、活性領域190aおよび190bとP型不純物領域192bおよび192dを横切るようにY方向に沿って連続的に延在して第2層金属配線181bが配置される。これらの第2層金属配線181aおよび181bは、ソース線SLを構成する。第2層金属配線181aは、ビア/コンタクト195aおよび195cを介して、それぞれ、活性領域190aおよび190bのP型不純物領域192aおよび192cに隣接する領域に電気的に接続される。第2層金属配線181bは、ビア/コンタクト195bおよび195dを介して、活性領域190aおよび190bのP型不純物領域192bおよび192dの隣接する領域に電気的に接続される。
Second-
ポリシリコンゲート配線184a−194dに平行に、第2層金属配線182a、183a、183bおよび182bが配設される。これらのゲート電極配線184a−184dと第2層金属配線182a、183a、183bおよび182bは、それぞれ図示しない領域において、電気的に結合され、いわゆる「シャント構造」を構成する。第2層金属配線182aは、チャージ線CL1を構成し、第2層金属配線183aが、ワード線WL1Bを構成する。第2層金属配線183bが、ワード線WL2Bを構成し、第2層金属配線182bが、チャージ線CL2を構成する。これらの第2層金属配線をY方向に沿って連続的に延在させて、ソース線SLおよびチャージ線CLを隣接して配置することにより、書込用のPチャネルSOIトランジスタと読出用のNチャネルSOIトランジスタを電気的に分離して動作させることができる。
Second-
図24に示すメモリセルアレイの配置において、ポートA(ワード線WL1AおよびWL2Aとビット線BL1AおよびBL2A)は、書込専用ポートとして用いられ、ポートB(ワード線WL1B、WL2B、ビット線BL1BおよびBL2B)は、読出ポート(または読出/書込ポート)として利用される。すなわち、読出ポートおよび書込ポートを固定的に個々に設け、データが流れる方向を一定とする。 In the arrangement of the memory cell array shown in FIG. 24, port A (word lines WL1A and WL2A and bit lines BL1A and BL2A) is used as a write-only port, and port B (word lines WL1B and WL2B, bit lines BL1B and BL2B). Is used as a read port (or read / write port). That is, the read port and the write port are individually provided in a fixed manner, and the direction in which data flows is constant.
図25は、図24に示すメモリセルアレイの配置における1つのメモリセルの不純物領域の配置を概略的に示す図である。図25において、P型不純物領域192bは、高濃度P型領域202aおよび202bと、これらのP型領域202aおよび202bの間に配置されるN型領域204を含む。このN型領域204は、PチャネルSOIトランジスタのボディ領域を構成する。このN型領域204を横切るように、ポリシリコンゲート配線170bが配置される。このポリシリコンゲート配線170bは、ワード線WL1Aを構成する。
FIG. 25 schematically shows an arrangement of impurity regions of one memory cell in the arrangement of the memory cell array shown in FIG. In FIG. 25, P-
活性領域190aは、高濃度N型領域206、207a、207bと、N型領域206および207aの間に配置されるP型領域203と、N型領域207aおよび207bの間に配置されるP型領域208を含む。P型領域203は、P型不純物領域192bのP型領域202bと隣接して配置されて連通する領域を含む。このP型領域を活性領域190aおよびP型不純物領域192b両者に対して配置することにより、P型トランジスタをストレージトランジスタのボディ領域に結合することが可能となる。また、ストレージトランジスタのソースノードを構成するN型領域206に隣接してP型領域202bを配置することにより、ソース線SLが電源電圧レベルに維持されても、このソース線SLがP型領域202bに結合されて電源電圧がこのP型領域202bに伝達されるのは防止される。P型領域203を横切るように、チャージ線CL2を構成する第2層金属配線182bが配設される。P型領域208を横切るように、ワード線WL2Bを構成するポリシリコンゲート配線184c(第2層金属配線183b)が配設される。N型領域207bが、ビット線BL1Bに電気的に結合され、P型領域202aが、ビット線BL2Aに電気的に接続される。
The
図26は、図25に示すメモリセルMCの電気的等価回路を示す図である。図26において、メモリセルMCは、2つのアクセストランジスタATAPおよびATBと、電荷をボディ領域に蓄積するストレージトランジスタSTBを含む。アクセストランジスタATBは、ストレージトランジスタSTBの一方導通ノード(ドレインノード)とビット線BL1Bの間に結合され、かつそのゲート(制御電極)がワード線WL2Bに接続される。アクセストランジスタATAPは、PチャネルSOIトランジスタであり、ストレージトランジスタSTBのボディ領域(ストレージノードSN)とビット線BL2Aの間に接続されかつそのゲート(制御電極)がワード線WL1Aに接続される。ストレージトランジスタSTBの他方導通ノードは、ソース線SLに接続される。 FIG. 26 shows an electrically equivalent circuit of memory cell MC shown in FIG. In FIG. 26, memory cell MC includes two access transistors ATAP and ATB and a storage transistor STB that accumulates charges in the body region. Access transistor ATB is coupled between one conduction node (drain node) of storage transistor STB and bit line BL1B, and has its gate (control electrode) connected to word line WL2B. Access transistor ATAP is a P-channel SOI transistor, connected between the body region (storage node SN) of storage transistor STB and bit line BL2A, and its gate (control electrode) is connected to word line WL1A. The other conduction node of storage transistor STB is connected to source line SL.
図27は、図25および図26に示すメモリセルMCのデータ書込時の信号波形を示す図である。以下、図27を参照して、図25および図26に示すデータ書込動作について説明する。 FIG. 27 shows signal waveforms at the time of data writing in memory cell MC shown in FIG. 25 and FIG. The data write operation shown in FIGS. 25 and 26 will be described below with reference to FIG.
スタンバイ状態においては、ポートAワード線WL1Aは電源電圧レベルであり、また、ポートAビット線BL2Aは、接地電圧レベルである。今、ストレージノードSN(P型領域203)が、Hレベルであるとする。 In the standby state, port A word line WL1A is at the power supply voltage level, and port A bit line BL2A is at the ground voltage level. Now, assume that the storage node SN (P-type region 203) is at the H level.
ポートBワード線WL2Bは、Lレベルであり、チャージ線CL2は、Hレベルである。したがって、アクセストランジスタATBのP型領域208(ボディ領域)においては、チャネルは形成されず、N型領域207aおよび207bは、分離状態にある。
Port B word line WL2B is at L level, and charge line CL2 is at H level. Therefore, no channel is formed in P type region 208 (body region) of access transistor ATB, and
チャージ線CL2は、電源電圧レベルであり、P型領域203は、記憶データに応じた電位に維持される。この状態においては、ストレージトランジスタSTBが、低しきい値電圧状態にあり、オン状態となっても、不純物領域207aおよび206の電圧レベルが、ゲートと同一電圧となり、ストレージトランジスタSTBがオフ状態となる。従って、ソース線SLとN型領域207aの間にはチャネルは形成されず、また、アクセストランジスタATBがオフ状態であり、ソース線SLとポートBビット線BL1Bとは分離状態にある。
Charge line CL2 is at the power supply voltage level, and P-
スタンバイ状態においては、ポートAビット線BL2Aが、Lレベルまたはそれより低いLLレベルであり、ワード線WL1Aの電圧レベルよりも低い電圧レベルである。したがって、N型領域204においては、チャネルは形成されず(アクセストランジスタATAPがオフ状態であり)、P型領域202aおよび202bの間も、分離状態にある。
In the standby state, port A bit line BL2A is at the L level or a lower LL level, and is at a voltage level lower than the voltage level of word line WL1A. Therefore, no channel is formed in N type region 204 (access transistor ATAP is in an off state), and
Lデータの書込時において、まず、ポートAビット線BL2Aを、Lレベルに設定し、続いて、ポートAワード線WL1Aを、ビット線BL2Aの電位以下のLレベルに駆動する。ポートAワード線WL1AのLレベルは、ポートAビット線BL2Aの電圧レベルと同じであってもよく、また、それよりも低い電圧レベルであってもよい。すなわち、ワード線WL1AのLレベルは、接地電圧レベルであってもよく、また負電圧レベルであってもよい。また、ビット線BL2AのLレベルは、好ましくは接地電圧レベルであり、LLレベルは、負電圧である。 At the time of writing L data, first, the port A bit line BL2A is set to L level, and then the port A word line WL1A is driven to L level lower than the potential of the bit line BL2A. The L level of the port A word line WL1A may be the same as the voltage level of the port A bit line BL2A, or may be a lower voltage level. That is, the L level of the word line WL1A may be a ground voltage level or a negative voltage level. The L level of the bit line BL2A is preferably a ground voltage level, and the LL level is a negative voltage.
この状態において、アクセストランジスタATAPがオン状態となり、図25において、N型領域104に反転層(チャネル)が形成される。応じて、ビット線BL2AのLレベル電圧が、P型領域102bを介してP型領域203に伝達され、P型領域203(ストレージノードSN)の電圧レベルがLレベルに設定され、Lレベルデータが書込まれる。データ書込完了後、ポートAワード線WL1AをHレベル、ポートAビット線BL2Aをスタンバイ状態のLLレベルに駆動する。
In this state, the access transistor ATAP is turned on, and an inversion layer (channel) is formed in the N-
Hデータ書込時においては、先ず、ビット線BL2Aは、スタンバイ状態のLLレベルからHレベルに駆動される。この状態においては、ワード線WL1AはHレベルであり、アクセストランジスタATAPはオフ状態であり、N型領域204には、チャネルは形成されない。次いで、ワード線WL1AをLレベルに駆動する。応じて、N型領域104において反転層が形成され(アクセストランジスタATAPがオン状態となり)、ポートAビット線BL2A上のHレベル電圧が、アクセストランジスタATAPを介してP型領域203に伝達され、P型領域203(ストレージノードSN)の電圧レベルが上昇する。
In writing H data, first, the bit line BL2A is driven from the LL level in the standby state to the H level. In this state, word line WL 1 A is at the H level, access transistor ATAP is off, and no channel is formed in N-
書込完了後、再びワード線WL1AをHレベル(たとえば電源電圧レベル)に駆動する。また、ビット線BL2Aを、ワード線WL1AのLレベルよりも低いLLレベルに設定し、このアクセストランジスタATAPを非導通状態に設定する。 After completion of writing, word line WL1A is again driven to H level (for example, power supply voltage level). Further, the bit line BL2A is set to an LL level lower than the L level of the word line WL1A, and the access transistor ATAP is set to a non-conductive state.
したがって、このアクセストランジスタATAPを介してビット線BL2AからストレージトランジスタSTBのボディ領域(ストレージノードSN)に直接電荷を注入して、ストレージノードSNの電圧レベルを設定することができる。この直接書込により、確実にストレージトランジスタSTBのボディ領域(ストレージノードSN)の電圧を設定することができる。また、ワード線WL1Aを選択状態に駆動した後にビット線からの電荷注入により高速でデータの書込を行なうことができ、高速書込が実現される。 Therefore, it is possible to set the voltage level of storage node SN by directly injecting charges from bit line BL2A to the body region (storage node SN) of storage transistor STB via access transistor ATAP. By this direct writing, the voltage of the body region (storage node SN) of storage transistor STB can be set reliably. In addition, after the word line WL1A is driven to the selected state, data can be written at high speed by charge injection from the bit line, and high speed writing is realized.
図28は、図25および図26に示すメモリセルのデータ読出時の信号波形を概略的に示す図である。データ読出時、ポートBを介してアクセスが行われるため、ワード線WL1Aおよびビット線BL2Aは、それぞれ、HレベルおよびLLレベルに維持される。この状態において、アクセストランジスタATAPは非導通状態であり、N型領域204にはチャネルは形成されない。したがって、ストレージトランジスタSTBのボディ領域(P型領域203のストレージノードSN)とビット線BL2Aとは確実に分離される。
FIG. 28 schematically shows signal waveforms at the time of data reading of the memory cells shown in FIGS. 25 and 26. In FIG. When data is read, access is performed via port B, so word line WL1A and bit line BL2A are maintained at the H level and the LL level, respectively. In this state, access transistor ATAP is nonconductive, and no channel is formed in
データ読出時において、ワード線WL2BをHレベルに駆動する。ビット線BL1BがLレベルにプリチャージされる。応じて、P型領域208においてチャネルが形成され、N型領域207aおよび207bが電気的に接続される(アクセストランジスタATBが導通する)。チャージ線CL2は、データ読出時においてHレベルに維持される。応じて、P型領域203においても、ボディ領域(ストレージノードSN)の電位に応じてチャネルが選択的に形成される。これにより、ストレージトランジスタSTBが、選択的に導通し、ソース線SLとビット線BL1Bの間で、記憶データに応じた電流が流れる。このビット線BL1Bの電流を検出することにより、データの読出を行なうことができる。図28においては、Hデータ読出時にビット線BL1Bの電位が上昇するように示す。これは、データ読出を行うセンスアンプとして、ゲートがビット線BL1Bに結合されるトランジスタを含み、ビット線BL1Bの電位を基準電位と比較する構成が利用されるためである。電流比較/検出型のセンスアンプが利用されてもよい。
At the time of data reading, word line WL2B is driven to the H level. Bit line BL1B is precharged to L level. Accordingly, a channel is formed in
図29は、図24に示すメモリセルアレイのメモリセルの配置の電気的等価回路を概略的に示す図である。図29において、メモリセルMC11、MC12、MC21およびMC22が、2行2列に配列される。X方向に沿って整列して配置されるメモリセルMC11およびMC21に対し、ビット線BL1Bおよびワード線WL1Aが配設され、また、X方向に沿って整列するメモリセルMC12およびMC22に対し、ビット線BL2Bおよびワード線WL2Aが配設される。Y方向に整列するメモリセルMC11およびMC12に対してソース線SL、チャージ線CL1およびワード線WL1Bが配設される。同様に、Y方向に沿って整列するメモリセルMC21およびMC22に対し、ワード線WL2B、チャージ線CL2およびソース線SLが配設される。X方向に整列するメモリセルに対しては、ビット線BLA(BL1A,BL2A,BL3A)は、個々に配列される。 FIG. 29 schematically shows an electrically equivalent circuit of the arrangement of the memory cells in the memory cell array shown in FIG. In FIG. 29, memory cells MC11, MC12, MC21 and MC22 are arranged in 2 rows and 2 columns. Bit lines BL1B and word lines WL1A are provided for memory cells MC11 and MC21 arranged in alignment along the X direction, and bit lines are provided for memory cells MC12 and MC22 aligned in the X direction. BL2B and word line WL2A are provided. A source line SL, a charge line CL1, and a word line WL1B are provided for memory cells MC11 and MC12 aligned in the Y direction. Similarly, word line WL2B, charge line CL2, and source line SL are arranged for memory cells MC21 and MC22 aligned along the Y direction. For memory cells aligned in the X direction, bit lines BLA (BL1A, BL2A, BL3A) are individually arranged.
図29において、メモリセルMC31およびMC32のアクセストランジスタATAPを示す。この配置により、ワード線WL1A選択時、X方向に沿って整列するメモリセルに対し、ビット線BL1A、BL2A、BL3Aそれぞれを介してデータのアクセスを行なうことができる。 FIG. 29 shows access transistors ATAP of memory cells MC31 and MC32. With this arrangement, when the word line WL1A is selected, data can be accessed via the bit lines BL1A, BL2A, and BL3A to the memory cells aligned along the X direction.
一方、ビット線BLB(BL1B,BL2B)については、コンタクトは、X方向に沿って隣接するメモリセルによって共有される。ビット線BLB(BL1B,BL2B…)は、ワード線WLB(WL1B、WL2B)と直交するように配置されており、ワード線WLBの選択時、Y方向に沿って整列するメモリセルに対して、ビット線BLBを介してデータのアクセスを行なうことができる。 On the other hand, for the bit lines BLB (BL1B, BL2B), the contacts are shared by adjacent memory cells along the X direction. The bit lines BLB (BL1B, BL2B...) Are arranged to be orthogonal to the word lines WLB (WL1B, WL2B). When the word lines WLB are selected, the bit lines BLB (BL1B, BL2B. Data can be accessed through line BLB.
ポートAのアクセストランジスタATAPが、PチャネルSOIトランジスタで構成される。ワード線WL1A,WL2Aは、Hレベル(電源電圧)とLレベル(接地電圧または負電圧)の間で変化させ、ストレージノードSNのHレベルとLレベルの電圧差を電源電圧レベルに設定する。 Port A access transistor ATAP is formed of a P-channel SOI transistor. Word lines WL1A and WL2A are changed between H level (power supply voltage) and L level (ground voltage or negative voltage), and the voltage difference between H level and L level of storage node SN is set to the power supply voltage level.
ポートAビット線BL1A、BL2AおよびBL3Aは、スタンバイ時にLレベル、Lレベルデータ書込時にLレベル、Hデータ書込時にHレベルに設定する。このポートAのビット線BL1A−BL3Aを、スタンバイ時または非選択時に、LLレベルと、Lレベルよりも低い電圧レベルに設定することにより、以下の効果が得られる。すなわち、ワード線WL1Aが選択状態のLレベルに駆動されても,選択行かつ非選択列のアクセストランジスタATAPは、確実にオフ状態に維持することができる。また,非選択行かつ非選択列のメモリセルにおいては、アクセストランジスタATAPは、ビット線BLA(BL1A、BL2A)がLレベル、ワード線WLA(WL1A、WL2A)がHレベルであり、非導通状態を維持する。非選択行かつ選択列のメモリセルに対しては、ビット線の電位が書込データに応じてHレベルまたはLレベルに設定されても、ワード線電位は、ビット線の電位以上の電圧レベルであり、アクセストランジスタATAPは、オフ状態に維持される。したがって、データのビット幅が、全ビット線数よりも少ない場合においても、ワード線およびビット線の一方が選択状態とされる半選択状態のメモリセルに対して誤書込が生じるのを防止することができる。 Port A bit lines BL1A, BL2A and BL3A are set to L level during standby, L level during L level data writing, and H level during H data writing. By setting the bit lines BL1A to BL3A of the port A to the LL level and a voltage level lower than the L level during standby or non-selection, the following effects can be obtained. That is, even when the word line WL1A is driven to the L level in the selected state, the access transistors ATAP in the selected row and the non-selected column can be reliably maintained in the off state. In the memory cell of the non-selected row and the non-selected column, the access transistor ATAP is in a non-conductive state because the bit line BLA (BL1A, BL2A) is L level and the word line WLA (WL1A, WL2A) is H level. maintain. For a memory cell in a non-selected row and a selected column, even if the bit line potential is set to H level or L level according to the write data, the word line potential is at a voltage level higher than the bit line potential. Yes, the access transistor ATAP is kept off. Therefore, even when the bit width of data is smaller than the total number of bit lines, erroneous writing is prevented from occurring in a half-selected memory cell in which one of the word line and the bit line is selected. be able to.
なお、チャージ線CLについては、データ書込時にワンショット駆動することは要求されず、常時Hレベルに維持される(ゲートカップリングは利用しないため)。従って、チャージ線CLは、ソース線と同様、常時電源電圧レベルに維持されれば良く、チャージ線ドライバは、必要とされず、回路構成が簡略化される。 Charge line CL is not required to be one-shot driven at the time of data writing, and is always maintained at the H level (because gate coupling is not used). Therefore, as with the source line, the charge line CL only needs to be maintained at the power supply voltage level at all times. No charge line driver is required, and the circuit configuration is simplified.
図30は、この発明の実施の形態3に従う半導体記憶装置の全体の構成を概略的に示す図である。図30において、半導体記憶装置は、メモリセルMCがX方向およびY方向に整列して2次元アレイ状に配列されるメモリセルアレイ210を含む。このメモリセルアレイ210には、ポートAのワード線WLAとポートAのビット線BLAが直交して配置され、ポートBのワード線WLBとポートBのビット線BLBが直交して配置される。
FIG. 30 schematically shows a whole structure of the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention. 30, the semiconductor memory device includes a
ポートAを介して書込アクセスを行なうために、ポートAセル選択駆動回路212、ポートA書込回路214およびポートA制御回路216が設けられる。ポートAセル選択駆動回路212は、ワード線WLAを選択する回路を含む。ポートA書込回路214は、ビット線それぞれに対応して配置されるライトドライバを含み、外部からの書込データに従って、ポートAのビット線BLAに書込電圧を伝達する。ポートA制御回路216は、このポートAからのアクセス時に、ポートA列選択駆動回路212およびポートA書込回路214の動作を制御する。
In order to perform write access via port A, port A cell
ポートBからのアクセスを行なうために、ポートBセル選択駆動回路218、ポートB読出/書込回路220およびポートB制御回路222が設けられる。ここでは、ポートBが書込および読出アクセスを行うポートとして利用される構成を示す。ポートB選択駆動回路218は、ポートBからのアクセス時に、ポートBのワード線WLBを選択する。ポートB読出/書込回路220は、ビット線BLBそれぞれに対応して設けられるセンスアンプおよび書込ドライバを含み、データ書込時、書込データDに応じてビット線BLBに内部書込データを伝達し、読出時、センスアンプを介してデータQを読出す。ポートB制御回路222は、ポートBからのアクセス時に、ポートBセル選択駆動回路218およびポートB読出/書込回路220を駆動する。このポートA制御回路216とポートB制御回路222は互いにアクセス状態を示す信号を交換する。これにより、ポートAからのアクセス時、メモリセルアレイ210に、必要データがすべて書込まれた後、ポートB制御回路222が、データの読出を行なう。また、逆に、ポートBからのアクセスが完了した後にポートAからデータ書込を実行する。
In order to perform access from port B, port B cell
なお、チャージ線CLおよびソース線SLは、電源電圧レベルに維持される。従って、ポートBセル選択駆動回路218にチャージ線駆動回路を設ける必要がなく、チャージ線駆動の制御が簡略化され、また、セル選択駆動回路218のレイアウト面積も低減することができる。
Charge line CL and source line SL are maintained at the power supply voltage level. Therefore, it is not necessary to provide a charge line drive circuit in the port B cell
なお、図30に示す構成において、ポートBが、データの書込および読出を行なうために用いられている。しかしながら、ポートBは、データの読出のみを行う読出専用ポートとして用いられてもよい。1つのポートが、書込専用ポート(ポートA)となる構成である。従って、演算処理システムにおいて直交変換回路を構成するためには、先の実施の形態1および2において説明したように、2つのメモリを用いる必要がある。 In the configuration shown in FIG. 30, port B is used for writing and reading data. However, the port B may be used as a read-only port that performs only data reading. One port is configured to be a write-only port (port A). Therefore, in order to configure the orthogonal transform circuit in the arithmetic processing system, it is necessary to use two memories as described in the first and second embodiments.
図31は、この発明の実施の形態3に従うメモリセルを利用する直交変換回路の構成を概略的に示す図である。図31において、直交変換回路30は、2つの直交変換用のメモリ250および252を含む。これらの直交変換メモリ250および252は、各々、図30に示す構成を有し、ポートAおよびポートBが、それぞれ、書込専用ポートWおよび読出専用ポートRとして利用される。
FIG. 31 schematically shows a configuration of an orthogonal transform circuit using a memory cell according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 31, the
直交変換メモリ250および252に対し、切換回路(MUX)254および256がメモリ切換のために設けられる。切換回路256は、ポートS1がメモリセルマット直交メモリI/F134に結合され、ポートS2が直交変換メモリ252の読出ポートR(ポートB)に結合され、ポートS3が、直交変換メモリ250の書込ポートW(ポートA)に結合される。
For
切換回路254は、ポートS4が、システムバス直交メモリI/F132に結合され、ポートS5が、直交変換メモリ252の書込ポートW(ポートA)に結合され、ポートS6が直交変換メモリ250の読出ポートR(ポートB)に結合される。
In switching
メモリセルマット直交メモリI/F132は、図1等において示すメモリセルマット40に結合され、システムバス直交メモリI/F134は、図1に示すシステムバスインターフェイスを介してシステムバスに結合される。
Memory cell mat orthogonal memory I /
上述のように、実施の形態3に示す直交変換メモリ250および252は、ポートAが書込ポートであり、ポートBが読出ポートである。従って、これらの直交変換メモリ250および252各々においてデータの流れは、一方方向である。このため、外部のプロセッサとの間のデータ転送および内部の演算回路のメモリセルマットの間のデータ転送の経路を切り換えるために、切換回路254および256が利用される。この直交変換回路30におけるポート切換を含むアクセス制御は、主制御回路240により行われる。
As described above, in
システムからメモリセルマットへのデータ転送時には、切換回路254は、ポートS4をポートS5に接続して、直交変換メモリ252の書込用のポートAをシステムバスに結合する。切換回路256がポートS2をポートS1に結合して、直交変換メモリ252の読出用のポートBをメモリセルマットに直交メモリI/F134を介して結合する。従って、この状態においては、システム側のプロセッサなどの外部装置からの転送データは、直交変換メモリ252により直交変換をされてメモリセルマットへ転送される。
When data is transferred from the system to the memory cell mat, switching
メモリセルマットからシステム側のプロセッサへのデータ転送時には、切換回路254および256において接続経路が切り替えられる。すなわち、切換回路256においては、ポートS1がポートS3に結合され、切換回路254においては、ポートS4がポートS6に結合される。この状態においては、直交変換メモリ250は、書込用のポートAがメモリセルマットに結合され、読出用のポートBがシステムバスを介してプロセッサに結合される。従って、メモリセルマットから転送されたデータは、直交変換メモリ250により直交変換されてシステム側のプロセッサ等の外部装置に転送される。
At the time of data transfer from the memory cell mat to the system processor, the switching
従って、上述のように、直交変換用のメモリのメモリセルが、書込専用のポートを有する構成においても、直交変換回路30において2つの直交変換メモリ235Aおよび235Bを配置し、それぞれ、システム側のプロセッサからメモリセルマットへのデータ転送用メモリおよびメモリセルマットからプロセッサへのデータ転送用のメモリとして利用することにより、メモリセルマットとプロセッサとの間でデータを直交変換を行なって転送することができる。
Therefore, as described above, even if the memory cell of the orthogonal transformation memory has a write-only port, the two orthogonal transformation memories 235A and 235B are arranged in the
なお、この図31に示す直交変換回路の構成は、実施の形態1および2に示す直交変換メモリを利用する場合にも、同様に利用することができる。 The configuration of the orthogonal transform circuit shown in FIG. 31 can be used similarly when the orthogonal transform memory shown in the first and second embodiments is used.
以上のように、この発明の実施の形態3に従えば、メモリセルを形成する活性領域にP型不純物領域を設け、書込専用のアクセストランジスタとして、PチャネルSOIトランジスタを用いている。したがって、データ書込時確実に、所望の電位変化をストレージトランジスタのボディ領域に生じさせることが可能となる。また、実施の形態1および2と同様、キャパシタレスメモリセル構造であり、プロセスの微細化に応じてメモリセルのスケーラビリティを追随させることができる。また、実施の形態1および2と同様、配線パターンが直線的であり、プロセスの微細化時においても正確に配線および活性領域をパターニングすることができる。 As described above, according to the third embodiment of the present invention, a P-type impurity region is provided in an active region for forming a memory cell, and a P-channel SOI transistor is used as a write-only access transistor. Therefore, a desired potential change can be reliably generated in the body region of the storage transistor during data writing. Further, similarly to the first and second embodiments, the capacitor-less memory cell structure can follow the scalability of the memory cell in accordance with the miniaturization of the process. Further, like the first and second embodiments, the wiring pattern is linear, and the wiring and the active region can be accurately patterned even when the process is miniaturized.
また、直交変換回路において2つのメモリ装置を設け、これらのメモリのデータ転送方向を固定することにより、書込専用ポートがメモリにおいて設けられる構成においても、プロセッサとメモリセルマットの間の転送データの直交変換を行うことができる。 Further, in the configuration in which two memory devices are provided in the orthogonal transformation circuit and the data transfer direction of these memories is fixed, and the write-only port is provided in the memory, the transfer data between the processor and the memory cell mat is also transferred. Orthogonal transformation can be performed.
[実施の形態4]
図32は、この発明に従う直交変換メモリを用いた処理システムの構成を概略的に示す図である。図32に示す処理システム300は、並列演算処理装置320外部に設けられ、2つの直交変換メモリ302および304を含む。これらの直交変換メモリ302および304の間に画像データを処理する画像処理装置306が設けられる。直交変換メモリ302の読出ポート(R)が、画像処理装置306の入力ポートに結合され、直行変換メモリ304の書込ポート(W)が、画像処理装置306の出力ポートに結合される。
[Embodiment 4]
FIG. 32 schematically shows a configuration of a processing system using the orthogonal transformation memory according to the present invention. A
直交変換メモリ302および304の書込/読出ポートは、それぞれ、切換回路310のポートS11およびS12に結合される。この切換回路310は、ポートS1が並列演算処理装置320内のメモリセルマットにメモリセルマット/直交メモリI/F134を介して結合される。並列演算処理装置320内の転送データのビット幅は、すべて等しくLビットである。外部処理システムにおける直交メモリ302および306の間の転送データのビット幅は、画像処理装置306の処理データのビット幅に応じて適切なビット幅に定められる。
Write / read ports of
この処理システムにおいては、並列演算処理装置320内のメモリセルマットは、一例としてバッファメモリとして利用される。例えば外部からの撮像装置から入力された走査画像データが、一旦メモリセルマットに走査順に格納される。次いで、直交メモリI/F134および切換回路310を介して、このメモリセルマットに格納された画像データから処理対象の領域の画像データR、GおよびBを読出して直交変換メモリ302にポートW/Rを介してX方向に沿って順次格納する。例えばフィルタ処理対象の必要領域の画像データを直交変換メモリ302に格納した後、直交変換メモリ302の読出ポートRを介してY方向に沿って画像データを読出し、画像処理装置306において必要な画像処理を実行する。この処理においては、同一色の画像データR、GまたはBが並列に読出されて、画像処理装置306において処理が実行される。画像処理装置306における処理後の画素データR’、G’、B’が直交変換メモリ304に書込ポートWを介してY方向に沿って書込まれる。この後、直交変換メモリ304からX方向に沿って画素データR’、G’、B’を書込/読出ポートW/Rを介して読出して、切換回路310および直交メモリI/F134を介してメモリセルマットに格納する。従って、メモリセルマットにおいては、処理後の画素データが走査順に格納される。
In this processing system, the memory cell mat in the
この図32に示すシステム構成の場合、並列演算処理装置320外部で画像データの処理が実行される。従って、例えば、図1に示す外部メモリに対して処理データの格納と並行して並列演算処理装置内のメモリセルマットをバッファ領域(作業領域)として利用して画像データの処理を実行することにより、処理システムにおいて並列に複数の処理を実行することが可能となり、システムの性能を改善することができる。
In the case of the system configuration shown in FIG. 32, image data processing is executed outside the
この画像処理装置306は、DSP(デジタル信号処理装置)などの画像処理に特化された画像処理専用の装置であってもよく、また、汎用のプロセッサであってもよい。
The
直交変換メモリとしては、実施の形態1および2において示した直交変換メモリについては、そのポートBが書込/読出ポートW/Rとして利用され、ポートAが読出ポートWとして利用される。実施の形態3に従う直交変換メモリについては、そのポートAが書込ポートWとして利用され、ポートBが書込/読出ポートW/Rとして利用される。従って、これらの実施の形態1および2に示した直交変換メモリ302として利用し、実施の形態3に示した直交変換メモリを直交変換メモリ304として利用する。
As the orthogonal transformation memory, in the orthogonal transformation memory shown in the first and second embodiments, the port B is used as the write / read port W / R and the port A is used as the read port W. In the orthogonal transformation memory according to the third embodiment, port A is used as write port W, and port B is used as write / read port W / R. Therefore, the
また、実施の形態1および2において示した直交変換メモリのポートAおよびポートBが共に書込/読出ポートとして利用可能な構成の場合には、これらの直交変換メモリ302および304として実施の形態1および2に示した直交変換メモリを利用する。
In the case where the ports A and B of the orthogonal transformation memory shown in the first and second embodiments can be used as write / read ports, the
なお、図32に示す構成において直交変換メモリ302および304は、共に書込/読出ポートW/Rが切換回路310を介してメモリセルマットに結合される。従って、メモリセルマットと直交変換メモリ302および304との間で双方向にデータを転送することができる。この場合、並列演算処理装置320内において処理を実行する場合、これらの直交変換メモリ302または304を作業領域として利用して処理を実行する。例えば画像処理において、フィルタ処理時の係数データをこれらの直交変換メモリ302または304において格納して並列演算処理装置内において処理を実行する。この場合、1つの直交変換メモリ304/302を利用して外部からの画素データの直交変換を行ってメモリセルマットに格納する。
In the configuration shown in FIG. 32, both
この構成の場合、たとえば画像変換処理などにおいて、積和演算などの単純な処理はメモリセルマット(40)内において行ない、他のエッジ抽出、色の変換、複雑なフィルタ処理などの演算処理は、外部の処理装置で行なう。これにより、メモリセルマットにおいて主演算回路内部での処理と外部の処理装置における処理をインターリーブ態様で実現することができ、それぞれの演算処理装置の特徴に応じた処理を、個々にかつ並行して実行することができる。 In the case of this configuration, for example, in image conversion processing or the like, simple processing such as product-sum operation is performed in the memory cell mat (40), and other processing such as edge extraction, color conversion, and complicated filtering is performed. This is done with an external processing device. Thereby, in the memory cell mat, the processing inside the main arithmetic circuit and the processing in the external processing device can be realized in an interleaved manner, and the processing according to the characteristics of each arithmetic processing device can be performed individually and in parallel. Can be executed.
また、図31に示す構成において、直交変換メモリ250および252が、切換回路256との間で双方向にデータを転送するように構成される場合、以下のシステムを実現することができる。
In the configuration shown in FIG. 31, when the
すなわち、図31において注記するように、図31に示す構成において、直交変換メモリ250および252それぞれの書込ポートWおよび読出ポートRが双方向にデータをメモリセルマットとの間で転送可能とされる場合、メモリセルマット(40)は、直交変換メモリ250および252各々と、双方向でデータの転送を行なうことができる。また、直交変換メモリ250は、システムバスに結合される処理装置へその格納データを転送し、一方、直交変換メモリ252は、システムバスに結合される処理装置または外部のメモリからのデータを格納する。
That is, as noted in FIG. 31, in the configuration shown in FIG. 31, the write port W and the read port R of each of the
従って、この直交変換回路の構成の場合、外部装置とメモリセルマット40(主演算回路20)とで、並行して処理およびデータ転送を実行することができるとともに、さらに以下の操作を実現することができる。例えば、直交メモリ252に処理後の画像データを格納し、この画像データの一部の領域のデータ値を、外部装置からのデータにより変更する(例えば塗りつぶし処理)。この変更後の画像データを再度メモリセルマットに転送して所定の演算処理を実行する。
Therefore, in the case of this orthogonal transformation circuit configuration, processing and data transfer can be executed in parallel between the external device and the memory cell mat 40 (main arithmetic circuit 20), and further the following operations are realized. Can do. For example, the processed image data is stored in the
なお、図31および図32に示す構成において、直交変換メモリとしては、一方のポートが、書込または読出専用のポートに設定される。しかしながら、両ポートとも、書込および読出に設定されて、これらの直交変換メモリが、インターリーブ態様で利用され、一方の直交変換メモリとメモリセルマットとの間のデータ転送時に、他方の直交変換メモリと外部の処理装置との間でデータ転送またはメモリからの/への処理データのロード/ストアを行なうように構成してもよい。 In the configuration shown in FIGS. 31 and 32, one port of the orthogonal transformation memory is set as a port dedicated for writing or reading. However, both ports are set to write and read, and these orthogonal transform memories are used in an interleaved manner, and the other orthogonal transform memory is used for data transfer between one orthogonal transform memory and the memory cell mat. It may be configured to transfer data or load / store processing data from / to a memory between the computer and an external processing device.
また、図31および図32に示す構成において、システムバスとメモリセルマットの接続が逆とされても良い。 In the configurations shown in FIGS. 31 and 32, the connection between the system bus and the memory cell mat may be reversed.
[変更例]
図33は、この発明の実施の形態4に従う処理システムの変更例の構成を示す図である。図33において、プロセッサ350とバッファメモリ354との間に直航変換メモリ52が配置される。この直交変換メモリ352は、実施の形態1から3のいずれの直交変換メモリであってもよい。直交変換メモリ352は、その書込ポートWがプロセッサ350に結合され、その読出ポートRがバッファメモリ354に結合される。このバッファメモリ352に対してコプロセッサ356が結合される。コプロセッサ356は、バッファメモリ354およびプロセッサとデータ転送が可能である。この直交変換メモリ352は、実施の形態1から3の直交変換メモリのいずれであってもよい。
[Example of change]
FIG. 33 shows a configuration of a modified example of the processing system according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 33, the straight
この処理システムにおいては、プロセッサ350が、例えば走査順に配列される画像データ等データに対して所定の処理を行い、処理結果のデータを直交変換メモリ352にその書込ポートWを介して格納する。この直交変換メモリ352に格納されたデータが、図示しないメモリコントローラの制御の下に読出ポートRから読出されてバッファメモリ354に格納される。このバッファメモリ354は、直交変換機能を有しないメモリであり、直交変換メモリ352により直交変換されたデータを格納する。コプロセッサ356が、このバッファメモリ354に格納された直交変換後のデータを読出してフィルタ処理などの処理を行って処理データをプロセッサ350に転送する。
In this processing system, the
この処理システムの構成においては、直交変換メモリ352が一個直交変換のために利用されるだけである。一般的に行列演算などにおいて利用される転置操作等の直交変換処理を小占有面積かつ低消費電流のメモリを利用して行なうことができる。
In the configuration of this processing system, the
以上のように、この発明の実施の形態4に従えば、処理装置との間でデータを直交変換して転送するように構成しており、一般の処理システムにおいても、小占有面積かつ低消費電流の処理システムを構築することができる。 As described above, according to the fourth embodiment of the present invention, data is orthogonally transformed with a processing apparatus and transferred, and even in a general processing system, a small occupied area and low consumption A current processing system can be constructed.
なお、この図33に示す構成においてプロセッサ350、直交変換メモリ352、バッファメモリ354、およびコプロセッサ356の間のデータ転送は、双方向に行われても良い。この図33に示すシステムは、同一半導体チップ上に集積化されてもよく、また、ボート上に個々に配置されてもよい。また、システム構成としては、直交変換操作を必要とするシステムであればよく、この発明に従う直交変換メモリを利用するシステム構成としては、図1、図32および図33に示すシステム構成に限定されない。
In the configuration shown in FIG. 33, data transfer between the
また、この発明の実施の形態1から4に従う直交変換回路は、システムLSI内に、並列演算処理装置と同一チップ上に設けられてもよく、また、単体の専用の直交変換回路として、デジタル信号処理における離散コサイン変換などの直交変換処理に用いられてもよい。 In addition, the orthogonal transform circuit according to the first to fourth embodiments of the present invention may be provided in the system LSI on the same chip as the parallel processing unit, and a digital signal may be used as a single dedicated orthogonal transform circuit. You may use for orthogonal transformation processes, such as a discrete cosine transformation in a process.
この発明に係る半導体記憶装置は、データ配列を、ビットシリアルかつワードパラレルなデータ列とワードシリアルかつビットパラレルなデータ列の間で変換を行なう回路に適用することにより、プロセスの微細化に追随して、メモリセルを微細化でき、小占有面積かつ高速の直交変換回路を実現することができる。 The semiconductor memory device according to the present invention follows process miniaturization by applying a data array to a circuit that converts between a bit serial and word parallel data string and a word serial and bit parallel data string. Thus, the memory cell can be miniaturized, and a high-speed orthogonal transformation circuit with a small occupation area can be realized.
1 システムLSI、20 主演算回路、24 システムバスI/F、26 マルチプレクサ(MUX)、30 直交変換回路、40 メモリセルマット、ATA,ATAP,ATB アクセストランジスタ、DDST ダブルドレインストレージトランジスタ、PNA,PNB,PN1,PN2 プリチャージノード、101 N型不純物領域(第3の不純物領域)、100a,100b N型不純物領域(第1,第2の不純物領域)、102 ゲート電極、103 P型ボディ領域、110a,110b 活性領域、AR1−AR3 サブ活性領域、111a−111h 活性領域、112a−112d ゲート電極配線、116a−116d ポリシリコンゲート電極配線、114a−114f 第1層金属配線、118a−118f 第2層金属配線、130 直交メモリ、132 システムバス/直交メモリI/F、134 メモリセルマット/直交メモリI/F、140 直交メモリアレイ、142A ポートAXデコーダ、142B ポートBXデコーダ、144A ポートAセンスアンプ/ライトドライブ回路、144B ポートBセンスアンプ/ライトドライブ回路、AR 活性領域、ARa−ARc サブ活性領域、GTa−GTd ゲート電極配線、150a−150c,152a−152b 第1層金属配線、148a,148b ポリシリコンゲート電極配線、162a,162b,164a,164b,166a,166b,168a 第2層金属配線、170a−170d ゲート電極配線、175a,175b 第1層金属配線、180a,180b,181a,181b,182a,182b,183a 第2層金属配線、184a−184d ポリシリコンゲート電極配線、190a,190b 活性領域、192a−192d P型不純物領域、202a,202b 高濃度P型領域、203 P型領域、206 高濃度N型領域、207a,207b 高濃度N型領域、208 P型領域、STB ストレージトランジスタ、250,252,302,304 直交変換メモリ、300 処理システム、320 並列演算処理装置、350 プロセッサ、352 直交変換メモリ、354 バッファメモリ、356 コプロセッサ。 1 system LSI, 20 main arithmetic circuit, 24 system bus I / F, 26 multiplexer (MUX), 30 orthogonal transform circuit, 40 memory cell mat, ATA, ATAP, ATB access transistor, DDST double drain storage transistor, PNA, PNB, PN1, PN2 precharge node, 101 N-type impurity region (third impurity region), 100a, 100b N-type impurity region (first and second impurity regions), 102 gate electrode, 103 P-type body region, 110a, 110b active region, AR1-AR3 sub-active region, 111a-111h active region, 112a-112d gate electrode wiring, 116a-116d polysilicon gate electrode wiring, 114a-114f first layer metal wiring, 118a-118f second layer metal wiring Line, 130 orthogonal memory, 132 system bus / orthogonal memory I / F, 134 memory cell mat / orthogonal memory I / F, 140 orthogonal memory array, 142A port AX decoder, 142B port BX decoder, 144A port A sense amplifier / write drive Circuit, 144B port B sense amplifier / write drive circuit, AR active region, ARa-ARc sub-active region, GTa-GTd gate electrode wiring, 150a-150c, 152a-152b first layer metal wiring, 148a, 148b polysilicon gate electrode Wiring, 162a, 162b, 164a, 164b, 166a, 166b, 168a Second layer metal wiring, 170a-170d Gate electrode wiring, 175a, 175b First layer metal wiring, 180a, 180b, 181a, 181b 182a, 182b, 183a Second layer metal wiring, 184a-184d polysilicon gate electrode wiring, 190a, 190b active region, 192a-192d P-type impurity region, 202a, 202b high-concentration P-type region, 203 P-type region, 206 high Concentration N type region, 207a, 207b High concentration N type region, 208 P type region, STB storage transistor, 250, 252, 302, 304 Orthogonal transformation memory, 300 processing system, 320 parallel processing unit, 350 processor, 352 orthogonal transformation Memory, 354 buffer memory, 356 coprocessor.
Claims (19)
各々が前記第1の方向に沿って整列して配置されるメモリセルを有する複数の第1のメモリセル群に対応して配置され、各々に対応の第1のメモリセル群のメモリセルの第2のトランジスタの制御電極が接続される複数の第1のワード線と、
各々が前記第2の方向に沿って整列して配置されるメモリセルを有する複数の第2のメモリセル群に対応して配置され、各々に対応の第2のメモリセル群のメモリセルの第3のトランジスタの制御電極が接続される複数の第2のワード線と、
各前記第2のメモリセル群に対応して配置され、各々に対応の第2のメモリセル群の第2のトランジスタの第6の導通ノードが接続される複数の第1のビット線と、
各前記第1のメモリセル群に対応して配置され、各々に対応の第1のメモリセル群の第3のトランジスタの第7の導通ノードが接続される複数の第2のビット線と、
各前記第2のメモリセル群に対応して配置され、各々に対応の第2のメモリセル群の第1のトランジスタの制御電極が接続される複数のチャージ線とを備える、半導体記憶装置。 A plurality of memory cells arranged in an array in alignment along the first and second directions, each formed on an insulating film, each memory cell storing information according to a voltage of a body region; A first transistor having a first conduction node receiving a fixed voltage and second and third conduction nodes arranged separately from the first conduction node by the body region; and a first transistor of the first transistor A second transistor having a fourth conduction node connected to two conduction nodes, and a third transistor having a fifth conduction node connected to a third conduction node of the first transistor. ,
Each of the memory cells of the first memory cell group corresponding to each of the plurality of first memory cell groups is arranged corresponding to a plurality of first memory cell groups each having a memory cell arranged in alignment along the first direction. A plurality of first word lines to which the control electrodes of the two transistors are connected;
Each of the memory cells of the second memory cell group corresponding to each of the plurality of second memory cell groups is arranged corresponding to a plurality of second memory cell groups each having a memory cell arranged in alignment along the second direction. A plurality of second word lines to which the control electrodes of the three transistors are connected;
A plurality of first bit lines arranged corresponding to each of the second memory cell groups and connected to the sixth conduction node of the second transistor of the second memory cell group corresponding to each of the second memory cell groups;
A plurality of second bit lines arranged corresponding to each of the first memory cell groups, each connected to a seventh conduction node of a third transistor of the corresponding first memory cell group;
A semiconductor memory device comprising a plurality of charge lines arranged corresponding to each of the second memory cell groups and connected to the control electrode of the first transistor of the corresponding second memory cell group.
前記第2のトランジスタは、前記第1の方向に延びて前記第1のトランジスタの第2の導通ノードに電気的に接続される第1の活性領域と、前記第1の活性領域と連結され、前記第2の方向に沿って対応のメモリセル内に延びて対応の第1ビット線に電気的に結合される第2の活性領域と、前記第2の活性領域上に前記第1の方向に沿って形成されて第1のワード線に電気的に接続される第1の制御電極を備え、
前記第3のトランジスタは、前記第1の活性領域と前記第1の方向に沿って整列して配置されかつ前記第1のトランジスタの第3の導通ノードに電気的に結合される第3の活性領域と、前記第3の活性領域を横切るように配置され、対応の第2のワード線に電気的に接続される第2の制御電極とを備え、前記第2の制御電極は、前記第2の方向に沿って連続的に形成される、請求項1記載の半導体記憶装置。 In each memory cell of the first memory cell group,
The second transistor is connected to the first active region extending in the first direction and electrically connected to the second conduction node of the first transistor, and the first active region, A second active region extending into the corresponding memory cell along the second direction and electrically coupled to the corresponding first bit line; and on the second active region in the first direction. A first control electrode formed along and electrically connected to the first word line;
The third transistor is arranged in alignment with the first active region along the first direction and is electrically coupled to a third conduction node of the first transistor. And a second control electrode disposed across the third active region and electrically connected to a corresponding second word line, the second control electrode being the second control electrode The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the semiconductor memory device is formed continuously along the direction of.
各前記メモリセルにおいて、対応のソース線と対応の第2のビット線との間に対応の第1のワード線が配置され、対応のソース線と対応の第1のワード線との間の領域において前記第6の導通ノードと対応の第1のビット線とが接続される、請求項2記載の半導体記憶装置。 A plurality of source lines arranged corresponding to each of the first memory cell groups, each transmitting the fixed voltage;
In each memory cell, a corresponding first word line is disposed between a corresponding source line and a corresponding second bit line, and a region between the corresponding source line and the corresponding first word line 3. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein said sixth conduction node is connected to a corresponding first bit line.
前記第1のトランジスタは、前記制御電極が,脚部と台部とを有するT字型に形成され、
前記第2および第3のトランジスタは、前記脚部に関して、対向して配置され、
前記第2および第3のトランジスタの制御電極は、前記脚部に関して鏡映対称的なL字型形状に形成される、請求項1記載の半導体記憶装置。 Each of the memory cells is formed in a rectangular active region,
In the first transistor, the control electrode is formed in a T shape having a leg portion and a base portion,
The second and third transistors are arranged oppositely with respect to the leg;
The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the control electrodes of the second and third transistors are formed in an L-shape that is mirror-symmetrical with respect to the leg portion.
各前記第1のワード線は、前記分離領域上で対応の第1のメモリセル群のメモリセルの第2のトランジスタの制御電極と電気的に接続され、
各前記第2のワード線は、前記分離領域上で対応の第2のメモリセル群の第3のトランジスタの制御電極と電気的に接続され、
前記第2の方向において、前記第1のワード線のコンタクトと前記第2のワード線のコンタクトが交互に配置される、請求項6記載の半導体記憶装置。 The control electrodes of the second and third transistors extend to an isolation region between active regions of adjacent memory cells in the first direction;
Each of the first word lines is electrically connected to the control electrode of the second transistor of the memory cell of the corresponding first memory cell group on the isolation region;
Each of the second word lines is electrically connected to the control electrode of the third transistor of the corresponding second memory cell group on the isolation region,
The semiconductor memory device according to claim 6, wherein contacts of the first word line and contacts of the second word line are alternately arranged in the second direction.
前記第1のトランジスタの制御電極の台部は、前記第2の方向に沿って連続的に延在する、請求項9記載の半導体記憶装置。 Each of the charge lines is arranged in parallel to and electrically connected to the base portion of the control electrode of the first transistor of the memory cell of the corresponding second memory cell group,
The semiconductor memory device according to claim 9, wherein the base portion of the control electrode of the first transistor extends continuously along the second direction.
各々が前記第1の方向に沿って整列して配置されるメモリセルを有する複数の第1のメモリセル群に対応して配置され、各々に対応の第1のメモリセル群のメモリセルの第2のトランジスタの制御電極が接続される複数の第1のワード線と、
各々が前記第2の方向に沿って整列して配置されるメモリセルを有する複数の第2のメモリセル群に対応して配置され、各々に対応の第2のメモリセル群のメモリセルの第3のトランジスタの制御電極が接続される複数の第2のワード線と、
各前記第2のメモリセル群に対応して配置され、各々に対応の第2のメモリセル群の第2のトランジスタの第5の導通ノードが接続される複数の第1のビット線と、
各前記第1のメモリセル群に対応して配置され、各々に対応の第1のメモリセル群の第3のトランジスタの第6の導通ノードが接続される複数の第2のビット線と、
各前記第2のメモリセル群に対応して配置され、各々に対応の第2のメモリセル群の第1のトランジスタの制御電極が接続されて所定電圧を伝達する複数のチャージ線とを備える、半導体記憶装置。 A plurality of memory cells arranged in an array in alignment along the first and second directions, each formed on an insulating film, each memory cell storing information according to a voltage of a body region; A first transistor of a first conductivity type having a first conduction node receiving a fixed voltage and a second conduction node arranged separately from the first conduction node by the body region; and the first transistor A second conduction type second transistor having a third conduction node connected to the body region of the first transistor and a first conduction having a fourth conduction node connected to the second conduction node of the first transistor. A third transistor of the type,
Each of the memory cells of the first memory cell group corresponding to each of the plurality of first memory cell groups is arranged corresponding to a plurality of first memory cell groups each having a memory cell arranged in alignment along the first direction. A plurality of first word lines to which the control electrodes of the two transistors are connected;
Each of the memory cells of the second memory cell group corresponding to each of the plurality of second memory cell groups is arranged corresponding to a plurality of second memory cell groups each having a memory cell arranged in alignment along the second direction. A plurality of second word lines to which the control electrodes of the three transistors are connected;
A plurality of first bit lines arranged corresponding to each of the second memory cell groups, each connected to a fifth conduction node of a second transistor of the corresponding second memory cell group;
A plurality of second bit lines arranged corresponding to each of the first memory cell groups, each connected to a sixth conduction node of a third transistor of the corresponding first memory cell group;
A plurality of charge lines arranged corresponding to each of the second memory cell groups, each of which is connected to a control electrode of a first transistor of the corresponding second memory cell group and transmits a predetermined voltage; Semiconductor memory device.
各前記第3のトランジスタの制御電極は、前記第2の方向に沿って連続的に延在する導電層で形成され、
各前記第2のトランジスタの制御電極は、対応のメモリセル領域において前記第1の活性領域を横切るように形成される前記第2の方向に沿って配置される導電層で構成される、請求項12記載の半導体記憶装置。 The control electrode of each of the first transistors is composed of a conductive layer that continuously extends along the second direction,
The control electrode of each third transistor is formed of a conductive layer that continuously extends along the second direction,
The control electrode of each said 2nd transistor is comprised with the conductive layer arrange | positioned along the said 2nd direction formed so that a said 1st active region may be crossed in a corresponding memory cell area | region. 12. The semiconductor memory device according to 12.
第2のアドレス信号に従って前記複数の第2のワード線のうちのアドレス指定された第2のワード線と前記複数の第2のビット線のうちのアドレス指定された第2のビット線を選択する第2のポートアクセス回路をさらに備える、請求項1または12記載の半導体記憶装置。 The addressed first word line of the plurality of first word lines and the addressed first bit line of the plurality of first bit lines are selected according to a first address signal. A first port access circuit;
According to a second address signal, an addressed second word line of the plurality of second word lines and an addressed second bit line of the plurality of second bit lines are selected. The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a second port access circuit.
前記第2のポートアクセス回路は、活性化時、前記複数の第2のビット線を、並行して選択する、請求項16記載の半導体記憶装置。 The first port access circuit selects the plurality of first bit lines in parallel when selected,
17. The semiconductor memory device according to claim 16, wherein when activated, said second port access circuit selects said plurality of second bit lines in parallel.
データ書込時、第2のアドレス信号に従って前記複数の第2のワード線のうちのアドレス指定された第2のワード線と前記複数の第2のビット線のうちのアドレス指定された第2のビット線と前記複数のチャージ線のうちのアドレス指定されたチャージ線を選択する第2のポートアクセス回路をさらに備える、請求項1記載の半導体記憶装置。 When reading data, an addressed first word line of the plurality of first word lines and an addressed first bit of the plurality of first bit lines according to a first address signal A first port access circuit that selects a line and maintains the potential of the charge line at a fixed value;
At the time of data writing, an addressed second word line of the plurality of second word lines and a second addressed address of the plurality of second bit lines according to a second address signal The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a second port access circuit that selects a bit line and an addressed charge line among the plurality of charge lines.
データ読出時、第2のアドレス信号に従って前記複数の第2のワード線のうちのアドレス指定された第2のワード線と前記複数の第2のビット線のうちのアドレス指定された第2のビット線を選択すると共に前記複数のチャージ線の電位を前記固定値に維持する第2のポートアクセス回路をさらに備える、請求項12記載の半導体記憶装置。 At the time of data writing, an addressed first word line of the plurality of first word lines and a plurality of first bit lines addressed according to a first address signal A first port access circuit for selecting a bit line and maintaining the potential of the charge line at a fixed value;
At the time of data reading, the addressed second word line of the plurality of second word lines and the addressed second bit of the plurality of second bit lines in accordance with a second address signal 13. The semiconductor memory device according to claim 12, further comprising a second port access circuit that selects a line and maintains the potentials of the plurality of charge lines at the fixed value.
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