JP2009048671A - Semiconductor storage device - Google Patents

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Nobuaki Otsuka
伸朗 大塚
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor storage device which improves both write characteristics and tolerance against disturb caused by variations of threshold voltage or the like and reduction of voltage, and suppresses increase in area, increase in power and deterioration of speed property. <P>SOLUTION: The semiconductor storage device is provided with: a memory cell containing a first inverter IV1 to which an input end and output end are connected to cross respectively and a second inverter IV2; a reference supply wiring VSSCL which supplies reference voltage VSSC to the first inverter IV1; a reference supply wiring VSSCR which supplies reference voltage VSSC to the second inverter IV2; bit lines BL and /BL connected to the memory cell; and transfer gates TL1 and TL2 and transfer gates TR1 and TR2 which control impedance in the reference supply wirings VSSCL and VSSCR according to voltages of bit lines BL and /BL respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、半導体記憶装置に関するものであり、例えばスタティックランダムアクセスメモリ(以下、SRAM)に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor memory device, for example, a static random access memory (hereinafter referred to as SRAM).

現在のSRAMのメモリセル(以下、SRAMセル)は、6個のMOSトランジスタから構成されたCMOS型の6トランジスタセルが主流である。これは、2つのCMOSインバータからなるフリップフロップと、フリップフロップの両ノードを、ビット線対に接続する2つのトランスファーゲートからなる。SRAMは、データ記憶を、フリップフロップにより静的(Static)に行うので、データ保持が安定的にできることを特徴としている。   Current SRAM memory cells (hereinafter, SRAM cells) are mainly CMOS 6-transistor cells composed of 6 MOS transistors. This consists of a flip-flop composed of two CMOS inverters and two transfer gates connecting both nodes of the flip-flop to a bit line pair. The SRAM is characterized in that data storage can be stably performed because data storage is performed statically by a flip-flop.

しかし、LSI(大規模集積回路)の性能向上、搭載素子数の増大を図るために、素子の微細化が進み、それに伴い電源電圧がスケーリングされてきている。また、素子の微細化に伴い、均一に制御されるべきトランジスタのしきい値電圧Vthが、素子毎にランダムにばらつく現象が顕著になってきた。   However, in order to improve the performance of an LSI (Large Scale Integrated circuit) and increase the number of mounted elements, the miniaturization of elements has progressed, and the power supply voltage has been scaled accordingly. Further, with the miniaturization of elements, the phenomenon that the threshold voltage Vth of the transistor to be uniformly controlled varies randomly for each element has become remarkable.

SRAMの動作マージンを示す指標のひとつとして、スタティックノイズマージン(Static Noise Margin(SNM))がある。SNMとは、セルのワード線が選択状態にあり、つまり、トランスファーゲートのトランジスタがオンしている状態における、フリップフロップを構成する二つのインバータの入出力特性を重ねた、所謂、SRAMセルのメガネ特性としてよく知られるものであり、動作時における電圧マージンのことである。ノイズによって、入出力特性がずれても、メガネ特性がつぶれてデータが破壊されるまでにSNM分余裕があるということになる。このSNMが大きければ大きいほど、セルのデータ保持特性は安定していることとなる。通常のインバータ特性との違いは、ワード線がオンすると、ロウ(“L”)レベル側の電位が、トランスファーゲートを介してつながるビット線のレベル(通常、ハイ(“H”)レベル)により吊り上げられ、トランスファーゲートとドライバ(インバータを構成するNチャネルMOSトランジスタ)との駆動力の比で決まる中間電位になることである。   One of indexes indicating the operation margin of the SRAM is a static noise margin (SNM). SNM is a so-called SRAM cell spectacle in which input / output characteristics of two inverters constituting a flip-flop are overlapped when a cell word line is in a selected state, that is, a transfer gate transistor is turned on. It is well known as a characteristic and is a voltage margin during operation. Even if the input / output characteristics are deviated due to noise, there is a margin for SNM before the spectacle characteristics are destroyed and the data is destroyed. The greater the SNM, the more stable the data retention characteristics of the cell. The difference from normal inverter characteristics is that when the word line is turned on, the potential on the low (“L”) level is raised by the level of the bit line (usually high (“H”) level) connected via the transfer gate In other words, the intermediate potential is determined by the ratio of the driving forces between the transfer gate and the driver (N-channel MOS transistor constituting the inverter).

先に述べたように、電源電圧がスケーリングされれば、メガネ特性も全体としてスケーリングされることとなり、当然、SNMも小さくなる。さらに、ランダムなしきい値電圧Vthのばらつきにより、セルを構成する6つのトランジスタの特性がばらつくと、フリップフロップを構成する2つのインバータ特性が互いにずれることとなる。これにより、メガネ特性が非対称となり、SRAMセルのSNMは、メガネ特性の左右の小さい方で決まることとなる。電源電圧がスケーリングされ、また、しきい値電圧Vthのばらつきがある程度以上に大きくなり分布をもってばらつくと、結果としてSNMが確保されない、つまり、メガネ特性がかけなくなるセルが確率的に存在することとなり、SRAMの大容量化、つまりSRAMセルの数が多くなればなるほど、その確率は増すことなる。そのようなセルは、ワード線が選択状態にあり、トランスファーゲートがオンすると、それだけで記憶されているデータが破壊されるおそれがあり、メモリとしての正常動作ができなくなるという問題を生じる。   As described above, when the power supply voltage is scaled, the eyeglass characteristics are also scaled as a whole, and the SNM is naturally reduced. Furthermore, if the characteristics of the six transistors constituting the cell vary due to random variations in the threshold voltage Vth, the two inverter characteristics constituting the flip-flop will deviate from each other. As a result, the spectacle characteristics become asymmetric, and the SNM of the SRAM cell is determined by the smaller one of the spectacle characteristics. If the power supply voltage is scaled, and the variation of the threshold voltage Vth becomes larger than a certain level and varies with a distribution, as a result, there will be a cell in which the SNM is not ensured, that is, the glasses characteristic is not applied. The probability increases as the capacity of the SRAM increases, that is, as the number of SRAM cells increases. In such a cell, if the word line is in a selected state and the transfer gate is turned on, the stored data may be destroyed by that alone, causing a problem that normal operation as a memory cannot be performed.

SRAMにおけるアレイのアーキテクチャは各種考えられるが、ASICなどで混載される、ビット数や構成に自由度があるコンパイラブルのSRAMでは、I/O幅の自由度を持たせるために、図12に示すように、アレイはI/O毎にまとめられる構成をとることが、面積効率や、スピードやパワーの性能を考えると、一般的である。このような場合、あるロウが選択されたときに、I/O毎にひとつ選択されるカラムとのクロスポイントにあるセルが、実際に選択されたセルとなり、データの書き込み、読み出しが行われる。よって、選択されたセルと同じロウにありながら、カラムが非選択のセルは、ワード線はオンするが、データの読み書きは行われずに、データは保持されていることが必要である。   There are various possible array architectures in SRAM. In order to provide flexibility in I / O width in a compilable SRAM mixed in ASIC or the like and having flexibility in the number of bits and configuration, it is shown in FIG. As described above, it is general that the array is configured for each I / O in consideration of area efficiency, speed and power performance. In such a case, when a certain row is selected, the cell at the cross point with the column selected for each I / O becomes the actually selected cell, and data is written and read. Therefore, in a cell that is in the same row as the selected cell but whose column is not selected, the word line is turned on, but data reading / writing is not performed, and data must be retained.

今、先に述べたようなSNMが破綻しているセルがある場合を考える。まず、書き込み時は、選択されたカラムにある選択セルには、新たなデータが書き込まれるために、元のデータは不要となり、結果としてデータ破壊について心配することはない。しかし、ワード線はオンするが非選択のカラムにある全てのセルは、データ破壊のおそれがある。一方、読み出し時は、カラムの選択・非選択にかかわらず、選択されたロウにあり、ワード線がオンする全てのセルにおいて、データが破壊されるおそれがある。これらをディスターブ不良とよぶ。   Consider a case where there is a cell in which the SNM has failed as described above. First, at the time of writing, since new data is written in the selected cell in the selected column, the original data becomes unnecessary, and as a result, there is no worry about data destruction. However, all the cells in the non-selected column with the word line turned on may cause data destruction. On the other hand, at the time of reading, data may be destroyed in all cells that are in the selected row and the word line is turned on regardless of whether the column is selected or not. These are called disturb failures.

これらの問題を回避するために、セル関連の電圧を制御する提案(例えば、非特許文献1)がなされている。この提案は、セルのフリップフロップを構成するインバータの電源電圧VDDCをモードやカラム選択状態で変化させるというものである。   In order to avoid these problems, a proposal (for example, Non-Patent Document 1) for controlling a cell-related voltage has been made. This proposal is to change the power supply voltage VDDC of the inverter constituting the flip-flop of the cell depending on the mode and the column selection state.

非特許文献1では、ディスターブ回避のために電源電圧VDDCを電圧VDDより高くしている例を上げているが、ディスターブ特性が問題なく、書き込み特性が厳しいような場合は、読み出し時および、書き込み時の非選択カラムは、電源電圧VDDCを電圧VDDレベルにしておき、書き込み時のみ、選択カラムの電源電圧VDDCを下げることも考えられる。このような例としては、非特許文献2により提案されたものがあり、この場合、書き込み時に、選択カラムの電源電圧VDDCをオープンとする。書き込みセルによって、電源電圧VDDCから電流が放電されるために、電圧レベルが下がり書き込み特性が改善されることになる。但し、この場合、書き込み後、“1”レベルにするノード側のインバータの電源電圧VDDCについても、電源供給がされなくなるために、書き込みのためのデータ反転は容易になる半面、セルのラッチが不安定になるという懸念がある。また、書き込みの際に電源電圧VDDCレベルが下がる場合において、充放電するノードの容量を減らすこと、さらには、その変化させる電圧レベル差を小さくすることが、パワー削減およびスピード性能維持のためには、望ましいことは、非特許文献1と同様である。
K. Zhang et al.,“A 3-GHz 70Mb SRAM in 65nm CMOS Technology with Integrated Column-Based Dynamic Power Supply,”ISSCC 2005 Digest of Technical Papers, pp.474-475, 611. Masanao Yamaoka et al.,“Low-Power Embedded SRAM Modules with Expanded Margins for Writing,”ISSCC 2005 Digest of Technical Papers, pp.480-481, 611.
In Non-Patent Document 1, an example is given in which the power supply voltage VDDC is higher than the voltage VDD in order to avoid disturb. However, when there is no problem with the disturb characteristics and the write characteristics are severe, read and write In the non-selected column, the power supply voltage VDDC is set to the voltage VDD level, and the power supply voltage VDDC of the selected column can be lowered only during writing. As such an example, there is one proposed by Non-Patent Document 2. In this case, the power supply voltage VDDC of the selected column is opened at the time of writing. Since the current is discharged from the power supply voltage VDDC by the write cell, the voltage level is lowered and the write characteristic is improved. However, in this case, the power supply voltage VDDC of the inverter on the node side which is set to “1” level after writing is not supplied with power, so that data inversion for writing is facilitated, but cell latching is not possible. There is concern that it will become stable. In addition, in order to reduce power and maintain speed performance, it is necessary to reduce the capacity of the node to be charged / discharged and to reduce the voltage level difference to be changed when the power supply voltage VDDC level decreases during writing. What is desirable is the same as in Non-Patent Document 1.
K. Zhang et al., “A 3-GHz 70Mb SRAM in 65nm CMOS Technology with Integrated Column-Based Dynamic Power Supply,” ISSCC 2005 Digest of Technical Papers, pp.474-475, 611. Masanao Yamaoka et al., “Low-Power Embedded SRAM Modules with Expanded Margins for Writing,” ISSCC 2005 Digest of Technical Papers, pp. 480-481, 611.

この発明は、しきい値電圧等の各種ばらつきや低電圧化に伴って起こるディスターブに対する耐性向上と書き込み特性の改善を両立し、そのために生じる面積増、パワー増や、スピード特性悪化を抑制することができる半導体記憶装置を提供することを目的とする。   The present invention achieves both improved resistance to disturbance caused by various variations of threshold voltage and lowering of voltage and improvement of write characteristics, and suppresses area increase, power increase and speed characteristic deterioration caused thereby. An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of performing

この発明の一実施態様の半導体記憶装置は、入力端と出力端とがそれぞれクロスに接続された第1、第2のインバータを含むメモリセルと、前記第1のインバータに電源を供給する第1の電源配線と、前記第2のインバータに電源を供給する第2の電源配線と、
前記メモリセルに接続された第1、第2のビット線と、前記第1、第2の電源配線におけるインピーダンスを前記第1、第2のビット線の電圧に応じて制御する制御回路とを具備することを特徴とする。
According to one embodiment of the present invention, a semiconductor memory device includes a memory cell including first and second inverters each having an input terminal and an output terminal connected to each other, and a first power source that supplies power to the first inverter. Power supply wiring, and second power supply wiring for supplying power to the second inverter,
A first and second bit line connected to the memory cell; and a control circuit for controlling impedances of the first and second power lines in accordance with a voltage of the first and second bit lines. It is characterized by doing.

この発明によれば、しきい値電圧等の各種ばらつきや低電圧化に伴って起こるディスターブに対する耐性向上と書き込み特性の改善を両立し、そのために生じる面積増、パワー増や、スピード特性悪化を抑制することができる半導体記憶装置を提供することが可能である。   According to the present invention, it is possible to achieve both improvement in resistance to disturbances caused by various variations in threshold voltage and lowering of voltage and improvement in write characteristics, and suppress the increase in area, power and deterioration in speed characteristics. It is possible to provide a semiconductor memory device that can be used.

この発明の実施形態を説明する前に、本発明の関連技術について説明する。   Prior to describing the embodiments of the present invention, the related art of the present invention will be described.

本発明者は、書き込み時に、選択カラムについて、セルの左右のフリップフロップの電源レベルを、書き込みデータに応じて左右独立に制御することを提案した(特願2006−146521)。この提案では、共通に制御していたSRAMセルの左右両方のインバータの電源VDDCL,VDDCRやVSSCL,VSSCR(図1参照)を、書き込みデータに応じて一方のみの電圧レベルを制御することで(図2または図3、図4に制御例を示す)、書き込みの改善を図るものである。SRAMセルは、図1に示すように、ロードトランジスタLL,LR、ドライバトランジスタDL,DR、パストランジスタPL,PRから構成されている。図2、図3及び図4に示すように、セルアレイは、SRAMセルがアレイ状に配列されている。図中においてWは書き込み信号、addはカラム選択信号、D,/Dはデータ相補信号をそれぞれ示す。書き込み特性が改善することで、電圧制御の電位差が小さくなり、パワーやスピード特性の面でのオーバーヘッドを回避することにつながる。   The inventor has proposed that the power levels of the left and right flip-flops of the cell are controlled independently on the left and right in accordance with the write data for the selected column at the time of writing (Japanese Patent Application No. 2006-146521). In this proposal, the power supply VDDCL, VDDCR, VSSCL, VSSCR (see FIG. 1) of both the left and right inverters of the SRAM cell which were controlled in common is controlled by controlling the voltage level of only one according to the write data (see FIG. 2 or FIG. 3 and FIG. 4 show control examples) to improve writing. As shown in FIG. 1, the SRAM cell is composed of load transistors LL and LR, driver transistors DL and DR, and pass transistors PL and PR. As shown in FIGS. 2, 3 and 4, the cell array has SRAM cells arranged in an array. In the figure, W is a write signal, add is a column selection signal, and D and / D are data complementary signals. By improving the writing characteristics, the potential difference in voltage control is reduced, leading to avoiding overhead in terms of power and speed characteristics.

ところで、前記提案は、セルのフリップフロップ電源が左右のインバータで別配線になっていることが前提となる。図5に、SRAMセルの下地レイアウトとアレイ配線の接続例を示す。図中、中央部に、左右インバータのPMOSトランジスタがあり、そのソースは電源電圧VDDCとなるので、この例では、左右の電源電圧VDDCが同一ノードであるため接続的には共通にすることが可能である。   By the way, the above proposal is based on the premise that the flip-flop power supply of the cell is a separate wiring between the left and right inverters. FIG. 5 shows a connection example of the ground layout of the SRAM cell and the array wiring. In the figure, there is a PMOS transistor for the left and right inverters in the center, and the source thereof is the power supply voltage VDDC. In this example, the left and right power supply voltages VDDC are the same node, so they can be connected in common. It is.

この接続について考えると、微細化されたセルにおいては、中央の1本の2層目メタルに枝配線をつくり左右に伸ばして接続することとなる。これは、PMOSトランジスタのソースから中央の2層目メタル直下まで1層目メタルで接続しようとすると、図6(a)中のAで示す部分で、1層目メタルと、ゲート上のコンタクトの距離が非常に接近することとなり、NGであるためである。この場合、2層目メタルのレイアウトは図7(a)に示すようになる。しかし、この場合、2層目メタルの電源電圧配線VDDCが、左右のPMOSトランジスタの各ソースに接続をとるために、でこぼこのある配線となる。微細化が進み、特にセルアレイのようにピッチが厳しく複数配線が一方向に配線される場合、図7(a)に示すようなでこぼこ配線を加工するのは難しくなる。露光の際の近接効果で、凸部のショートや凹部のオープンが起こったり、凸部のショートニングが起こり、PMOSトランジスタのソース部とのコンタクト不良を起こしたりする危険が増すなど、正確に加工することが難しくなるためである。よって、最小デザインルールよりも、線間隔を広めにとるなどの制約が課せられることがあり得る。   Considering this connection, in a miniaturized cell, a branch wiring is formed in one central second-layer metal, and is connected by extending left and right. This is because when the connection is made with the first layer metal from the source of the PMOS transistor to immediately below the second layer metal in the center, the portion indicated by A in FIG. This is because the distance is very close and NG. In this case, the layout of the second layer metal is as shown in FIG. However, in this case, the power supply voltage wiring VDDC of the second-layer metal is a bumpy wiring because it connects to the respective sources of the left and right PMOS transistors. As miniaturization progresses, especially when the pitch is strict and a plurality of wirings are wired in one direction as in a cell array, it is difficult to process bumpy wirings as shown in FIG. Proper processing, such as the proximity effect at the time of exposure, shorting of the convex part, opening of the concave part, shortening of the convex part, and increasing the risk of causing contact failure with the source part of the PMOS transistor Because it becomes difficult. Therefore, restrictions such as a wider line spacing may be imposed than the minimum design rule.

よって、微細な配線を狭ピッチで並べるには、図7(b)のように、左右の電源電圧配線VDDCを独立して配線させ、他のビット線、基準電源配線VSSと併せて規則的な縦配線で配した方が、加工が容易で、最小ピッチで配線が形成できる。これにより、図7(a)に比べて1本配線が多いにも関わらず、トータルのセル幅を小さくすることが可能となる場合があり、微細化に伴いその傾向が大きくなってきている。よって、図7(b)に示すように、左右の電源電圧配線VDDCが、もともと分離されているようなセルにおいては、セル面積やアレイ内配線を特別に変えることなく、先の提案例が実現できる。   Therefore, in order to arrange the fine wirings at a narrow pitch, as shown in FIG. 7B, the left and right power supply voltage wirings VDDC are wired independently, and regular together with the other bit lines and the reference power supply wiring VSS. If the vertical wiring is used, the processing is easier and the wiring can be formed with the minimum pitch. As a result, the total cell width may be able to be reduced in spite of the fact that there is more single wiring than in FIG. 7 (a), and this tendency is increasing with miniaturization. Therefore, as shown in FIG. 7B, in the cell in which the left and right power supply voltage wirings VDDC are originally separated, the previous proposal example is realized without specially changing the cell area or the wiring in the array. it can.

図7(a)、図7(b)のセルレイアウトでは、基準電源配線VSSについては、1つのセルの左右のインバータに接続される基準電源配線VSSCは別配線となっているが、一方で基準電源配線VSSCは左右の隣接するセル間で共有している。しかし、セル電流を確保するために、NMOSトランジスタからなるドライバやトランスファーのトランジスタ幅(W)を大きめにとるようなセルもある。つまり、図6(a)における、ドライバトランジスタDR,DL、パストランジスタPR,PLの拡散領域幅が太くなることに相当する。その場合、トランジスタ幅を大きくとった分、セルの幅は大きくなり、基準電源配線VSSを隣接するセルと分離するようなレイアウトとなる場合があり、図8(a)、図8(b)に示すようになる。   In the cell layouts of FIGS. 7A and 7B, the reference power supply wiring VSS is connected separately from the reference power supply wiring VSSC connected to the left and right inverters of one cell. The power supply wiring VSSC is shared between the left and right adjacent cells. However, in order to secure the cell current, there are some cells in which the driver width of the NMOS transistor and the transfer transistor width (W) are increased. That is, this corresponds to an increase in the diffusion region width of the driver transistors DR and DL and the pass transistors PR and PL in FIG. In that case, as the transistor width is increased, the cell width is increased, and the layout may be such that the reference power supply line VSS is separated from the adjacent cells, as shown in FIGS. 8A and 8B. As shown.

しかし、これらの場合、電源VDDH/Lといった個別の電源レベルが必要となったり、書き込みデータやアドレスで論理を組んだ制御回路が付加され、これによる面積増やパワー増によるオーバーヘッドは回避されない。   However, in these cases, a separate power supply level such as the power supply VDDH / L is required, or a control circuit in which logic is configured with write data or an address is added, and overhead due to increase in area and power due to this is not avoided.

以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings.

前述した提案においては、ディスターブ回避や書き込み特性改善のために、セル電源レベルをアドレスや書き込みデータの論理回路を用いて制御していた。これによる面積やパワーのオーバーヘッドを抑制するために、本発明の実施形態では、セル電源のインピーダンスを、ビット線の電圧レベルを用いて制御する。   In the above-described proposal, the cell power supply level is controlled by using a logic circuit for address and write data in order to avoid disturb and improve the write characteristics. In order to suppress the area and power overhead due to this, in the embodiment of the present invention, the impedance of the cell power supply is controlled using the voltage level of the bit line.

[第1実施形態]
まず、この発明の第1実施形態のSRAMセルを有する半導体記憶装置について説明する。本実施形態では、SRAMセルの基準電圧VSSCが供給される基準電源配線VSSCL/VSSCRを制御する例を述べる。
[First Embodiment]
First, a semiconductor memory device having an SRAM cell according to the first embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, an example of controlling the reference power supply wiring VSSCL / VSSCR supplied with the reference voltage VSSC of the SRAM cell will be described.

図9(a)及び図9(b)は、第1実施形態のSRAMセルの構成を示す回路図である。   FIG. 9A and FIG. 9B are circuit diagrams showing the configuration of the SRAM cell of the first embodiment.

このSRAMセルは、第1のインバータ回路IV1、第2のインバータ回路IV2、トランスファーゲートトランジスタPL,PR、トランスファーゲートTL1,TL2,TR1,TR2、基準電圧(例えば、接地電圧)VSSCが供給される基準電源配線VSSCL,VSSCR、及びビット線BL,/BLを備えている。   This SRAM cell has a first inverter circuit IV1, a second inverter circuit IV2, transfer gate transistors PL and PR, transfer gates TL1, TL2, TR1 and TR2, and a reference voltage (for example, ground voltage) VSSC supplied thereto. Power supply lines VSSCL and VSSCR and bit lines BL and / BL are provided.

第1のインバータ回路IV1は、PチャネルMOS電界効果トランジスタ(以下、PMOSトランジスタ)からなるロードトランジスタLL、及びNチャネルMOS電界効果トランジスタ(以下、NMOSトランジスタ)からなるドライバトランジスタDLから構成される。ロードトランジスタLLのドレインは、ドライバトランジスタDLのドレインに接続されている。ロードトランジスタLLのソースには、電源電圧VDDが供給されている。ドライバトランジスタDLのソースは、基準電源配線VSSCLに接続されている。基準電源配線VSSCLには、トランスファーゲートTL1,TL2を介して基準電圧VSSCが供給されている。   The first inverter circuit IV1 includes a load transistor LL composed of a P-channel MOS field effect transistor (hereinafter referred to as PMOS transistor) and a driver transistor DL composed of an N-channel MOS field effect transistor (hereinafter referred to as NMOS transistor). The drain of the load transistor LL is connected to the drain of the driver transistor DL. A power supply voltage VDD is supplied to the source of the load transistor LL. The source of the driver transistor DL is connected to the reference power supply line VSSCL. A reference voltage VSSC is supplied to the reference power supply wiring VSSCL via transfer gates TL1 and TL2.

トランスファーゲートTL1,TL2はそれぞれNMOSトランジスタからなる。これらトランスファーゲートTL1,TL2のドレイン同士が接続されて第1のインバータのドライバトランジスタDLのソースに接続され、またトランスファーゲートTL1,TL2のソース同士が接続されて基準電圧VSSC端に接続されている。さらに、トランスファーゲートTL1のゲートにはビット線/BLが接続され、トランスファーゲートTL2のゲートには電源電圧VDD端が接続されている。   The transfer gates TL1 and TL2 are each composed of an NMOS transistor. The drains of the transfer gates TL1 and TL2 are connected to each other and connected to the source of the driver transistor DL of the first inverter, and the sources of the transfer gates TL1 and TL2 are connected to each other and connected to the reference voltage VSSC terminal. Further, the bit line / BL is connected to the gate of the transfer gate TL1, and the power supply voltage VDD end is connected to the gate of the transfer gate TL2.

第2のインバータ回路IV2は、PMOSトランジスタからなるロードトランジスタLR、及びNMOSトランジスタからなるドライバトランジスタDRから構成される。ロードトランジスタLRのドレインは、ドライバトランジスタDRのドレインに接続されている。ロードトランジスタLRのソースには、電源電圧VDDが供給されている。ドライバトランジスタDRのソースは、基準電源配線VSSCRに接続されている。基準電源配線VSSCRには、トランスファーゲートTR1,TR2を介して基準電圧VSSCが供給されている。   The second inverter circuit IV2 includes a load transistor LR made of a PMOS transistor and a driver transistor DR made of an NMOS transistor. The drain of the load transistor LR is connected to the drain of the driver transistor DR. A power supply voltage VDD is supplied to the source of the load transistor LR. The source of the driver transistor DR is connected to the reference power supply line VSSCR. A reference voltage VSSC is supplied to the reference power supply wiring VSSCR via transfer gates TR1 and TR2.

トランスファーゲートTR1,TR2はそれぞれNMOSトランジスタからなる。これらトランスファーゲートTR1,TR2のドレイン同士が接続されて第2のインバータのドライバトランジスタDRのソースに接続され、またトランスファーゲートTR1,TR2のソース同士が接続されて基準電圧VSSC端に接続されている。さらに、トランスファーゲートTR1のゲートにはビット線BLが接続され、トランスファーゲートTR2のゲートには電源電圧VDD端が接続されている。   Transfer gates TR1 and TR2 are each composed of an NMOS transistor. The drains of these transfer gates TR1 and TR2 are connected to each other and connected to the source of the driver transistor DR of the second inverter, and the sources of the transfer gates TR1 and TR2 are connected to each other and connected to the reference voltage VSSC terminal. Further, the bit line BL is connected to the gate of the transfer gate TR1, and the power supply voltage VDD end is connected to the gate of the transfer gate TR2.

第1のインバータIV1の出力ノードは、第2のインバータIV2の入力ノードに接続されると共に、トランスファーゲートトランジスタPLの電流通路を介してビット線BLに接続されている。第2のインバータIV2の出力ノードは、第1のインバータIV1の入力ノードに接続されると共に、トランスファーゲートトランジスタPRの電流通路を介してビット線/BLに接続されている。ビット線/BLには、ビット線BLの信号に対して相補な信号が供給される。さらに、トランスファーゲートトランジスタPL,PRのゲートには、ワード線WL(図示しない)が接続されている。   The output node of the first inverter IV1 is connected to the input node of the second inverter IV2, and is connected to the bit line BL via the current path of the transfer gate transistor PL. The output node of the second inverter IV2 is connected to the input node of the first inverter IV1, and is also connected to the bit line / BL via the current path of the transfer gate transistor PR. A signal complementary to the signal of the bit line BL is supplied to the bit line / BL. Further, a word line WL (not shown) is connected to the gates of the transfer gate transistors PL and PR.

言い換えると、基準電圧VSSCからのそれぞれの供給パス(基準電源配線VSSCL、VSSCR)に、NMOSトランジスタからなるトランスファーゲート(以下、NMOSトランスファー)TL1,TL2と、NMOSトランスファーTR1,TR2とをそれぞれ挿入する。NMOSトランスファーTL1はNMOSトランスファーTL2より電流駆動力が大きくなるように、NMOSトランスファーTL1のサイズはNMOSトランスファーTL2のサイズより大きく設定される。NMOSトランスファーTL1のゲートには、ビット線/BLを接続し、NMOSトランスファーTL2には電源電圧VDD端を接続して、NMOSトランスファーTL2をノーマリーオン状態としている。   In other words, transfer gates (hereinafter referred to as NMOS transfer) TL1 and TL2 made of NMOS transistors and NMOS transfers TR1 and TR2 are inserted into respective supply paths (reference power supply wirings VSSCL and VSSCR) from the reference voltage VSSC. The size of the NMOS transfer TL1 is set larger than the size of the NMOS transfer TL2 so that the current transfer capability of the NMOS transfer TL1 is larger than that of the NMOS transfer TL2. The bit line / BL is connected to the gate of the NMOS transfer TL1, and the power supply voltage VDD terminal is connected to the NMOS transfer TL2, so that the NMOS transfer TL2 is normally on.

NMOSトランスファーTR1はNMOSトランスファーTR2より電流駆動力が大きくなるように、NMOSトランスファーTR1のサイズはNMOSトランスファーTR2のサイズより大きく設定される。NMOSトランスファーTR1のゲートには、ビット線BLを接続し、NMOSトランスファーTR2には電源電圧VDD端を接続して、NMOSトランスファーTR2をノーマリーオン状態としている。   The size of the NMOS transfer TR1 is set larger than the size of the NMOS transfer TR2 so that the current transfer capability of the NMOS transfer TR1 is larger than that of the NMOS transfer TR2. The bit line BL is connected to the gate of the NMOS transfer TR1, the power supply voltage VDD terminal is connected to the NMOS transfer TR2, and the NMOS transfer TR2 is in a normally-on state.

通常、SRAMセルのビット線対(BL,/BL)は“H”レベルにプリチャージされるので、その状態では、サイズが大きいNMOSトランスファーTL1,TR1がオンしており、このNMOSトランスファーTL1,TR1のサイズを十分にとることで、セル選択時においても動作に支障がない程度に基準電源配線VSSCL,VSSCRのインピーダンスを十分小さくしておく。サイズが小さいNMOSトランスファーTL2,TR2は、サイズが大きいNMOSトランスファーTL1,TR1がオフした状態でも、非選択セルのセルデータを保持できるようにするためのものであるが、非選択セルはセル電流を流すこともなく、ワード線WLが閉じている(ワード線が“L”)ことでデータ保持マージンは大きいため、NMOSトランスファーTL2,TR2のサイズは小さくてよい。   Usually, since the bit line pair (BL, / BL) of the SRAM cell is precharged to the “H” level, the NMOS transfer TL1, TR1 having a large size is turned on in this state, and the NMOS transfer TL1, TR1. By taking a sufficient size, the impedances of the reference power supply wirings VSSCL and VSSCR are made sufficiently small to such an extent that the operation is not hindered even when a cell is selected. The small NMOS transfers TL2 and TR2 are for holding the cell data of the unselected cells even when the large NMOS transfers TL1 and TR1 are turned off. Since the data retention margin is large because the word line WL is closed (the word line is “L”) without flowing, the sizes of the NMOS transfers TL2 and TR2 may be small.

次に、第1実施形態のSRAMセルの動作を説明する。   Next, the operation of the SRAM cell of the first embodiment will be described.

まず、SRAMセルにおける読み出し時の動作を述べる。読み出し時には、選択セルのワード線WLがオン(“H”)となり、図9(a)においては、“L”データがストアされている右側のインバータIV2に接続されたビット線/BLの電圧レベルがセル電流で放電されていく。この時、ビット線BLの電圧レベルはプリチャージレベルの“H”を保持するので、セル電流を流している右側の基準電源配線VSSCRに接続されたNMOSトランスファーTR1は十分にオンした状態が保持される。このため、セル電流の減少などによる読み出し特性の悪化は生じない。   First, the reading operation in the SRAM cell will be described. At the time of reading, the word line WL of the selected cell is turned on (“H”), and in FIG. 9A, the voltage level of the bit line / BL connected to the right inverter IV2 storing “L” data. Are discharged by the cell current. At this time, since the voltage level of the bit line BL is kept at the precharge level “H”, the NMOS transfer TR1 connected to the right reference power supply line VSSCR through which the cell current flows is kept sufficiently on. The For this reason, the read characteristics are not deteriorated due to a decrease in cell current or the like.

一方で、基準電源配線VSSCLについては、ビット線/BLの電圧が下がって行くに従い、NMOSトランスファーTL1の駆動力は減少していく。しかし、こちらの左側のインバータIV1の出力ノードは“H”を保持しているので問題ない。むしろ、左側のドライバトランジスタDLの駆動力が相対的に落ちていくことに相当し、しきい値電圧のばらつきによるデータ保持悪化をキャンセルして、現状のデータ保持特性を向上させる効果がある。この効果は、ビット線の電圧レベルが下がって初めて得られるものであるが、セルディスターブによるデータ反転現象の問題も、ワード線WLが開いてから、フリップフロップが反転するのにある時間がかかって発生する。このため、時間とともにデータ保持特性が改善方向に行くことで、この反転問題が発生し難くなる効果は十分期待できる。   On the other hand, as for the reference power supply wiring VSSCL, the driving force of the NMOS transfer TL1 decreases as the voltage of the bit line / BL decreases. However, there is no problem because the output node of the left inverter IV1 holds “H”. Rather, this corresponds to a relative decrease in the driving force of the left driver transistor DL, which has the effect of canceling data retention deterioration due to variations in threshold voltage and improving current data retention characteristics. This effect can be obtained only when the voltage level of the bit line is lowered. However, the problem of data inversion due to cell disturb is that it takes some time for the flip-flop to invert after the word line WL is opened. appear. For this reason, it can be expected that the inversion problem is less likely to occur when the data retention characteristic is improved with time.

次に、SRAMセルにおける書き込み時の動作を述べる。図9(b)に示すように、右側のインバータIV2の出力ノードのデータが“H”→“L”に書き換えられる場合、ビット線/BLが“L”に引かれ、ビット線BLには“H”が入力される。すると、基準電源配線VSSCLのインピーダンスは増加し、一方、基準電源配線VSSCRのインピーダンスは変わらない。言い換えると、基準電源配線VSSCLの配線抵抗は増加し、一方、基準電源配線VSSCRの配線抵抗は変わらない。これは、フリップフロップにおいて新たなデータが書きやすいように、基準電圧VSSが供給される左右の基準電源配線VSSCL,VSSCRのインピーダンスが変化することに相当して、データの書き込み特性は非常に改善される。以上により、SRAMセルを構成するトランジスタのしきい値電圧のばらつきによって生じる書き込み特性の悪化が改善され、書き込みスピードも改善される。   Next, the operation at the time of writing in the SRAM cell will be described. As shown in FIG. 9B, when the data of the output node of the right inverter IV2 is rewritten from “H” to “L”, the bit line / BL is pulled to “L”, and “ H "is input. As a result, the impedance of the reference power supply wiring VSSCL increases, while the impedance of the reference power supply wiring VSSCR does not change. In other words, the wiring resistance of the reference power supply wiring VSSCL increases, while the wiring resistance of the reference power supply wiring VSSCR does not change. This is equivalent to the change in the impedance of the left and right reference power supply lines VSSCL and VSSCR to which the reference voltage VSS is supplied so that new data can be easily written in the flip-flop, and the data writing characteristics are greatly improved. The As described above, the deterioration of the writing characteristics caused by the variation in the threshold voltage of the transistors constituting the SRAM cell is improved, and the writing speed is also improved.

以上説明したようにこの第1実施形態では、従来例で説明したような、別の電圧レベルの電源も必要なく、アドレスと書き込みデータでの論理演算とそれによる電源レベルの切り替えなどが不要であり、ビット線の電圧レベルを用いて、基準電圧VSSCが供給される基準電源配線に接続されたトランスファーゲートを制御する。これにより、しきい値電圧のばらつきによるセルディスターブ問題と、書き込み特性悪化の問題の両者に対する改善策を講じることができる。なお、ここでの例は、基準電源配線VSSCが左右で2つに独立に配線される、図8(a)、図8(b)に示したようなSRAMセルの場合を前提としている。   As described above, this first embodiment does not require a power supply of a different voltage level as described in the conventional example, and does not require a logical operation with an address and write data and a switching of the power supply level by that. The transfer gate connected to the reference power supply wiring to which the reference voltage VSSC is supplied is controlled using the voltage level of the bit line. As a result, it is possible to take measures to improve both the cell disturb problem due to the variation of the threshold voltage and the problem of deterioration of the write characteristics. Note that this example is based on the case of the SRAM cell as shown in FIGS. 8A and 8B in which the reference power supply wiring VSSC is independently wired in two on the left and right.

[第2実施形態]
次に、この発明の第2実施形態のSRAMセルを有する半導体記憶装置について説明する。第1実施形態における構成と同様の部分には同じ符号を付してその説明は省略する。第1実施形態では、基準電圧VSSCを制御する例を述べたが、この第2実施形態では電源電圧VDDCを制御する場合を述べる。なお、第1実施形態は、基準電圧VSSCを左右2つに電源分離した構成であることが前提であるため、図8(a)や図8(b)に示すようなSRAMセルの場合にしか適用できないが、第2実施形態が適用できる電源電圧VDDCを左右2つに分離した配線は図7(b)に示すようなSRAMセルで、より汎用的に使用されている。
[Second Embodiment]
Next explained is a semiconductor memory device having an SRAM cell according to the second embodiment of the invention. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the first embodiment, the example of controlling the reference voltage VSSC has been described. In the second embodiment, the case of controlling the power supply voltage VDDC will be described. Note that the first embodiment is based on the premise that the reference voltage VSSC is divided into two power supplies on the left and right, and therefore only in the case of an SRAM cell as shown in FIGS. 8A and 8B. Although not applicable, the wiring in which the power supply voltage VDDC to which the second embodiment can be applied is separated into two on the left and right sides is an SRAM cell as shown in FIG.

図10(a)及び図10(b)は、第2実施形態のSRAMセルの構成を示す回路図である。   FIG. 10A and FIG. 10B are circuit diagrams showing the configuration of the SRAM cell of the second embodiment.

このSRAMセルは、第1のインバータ回路IV1、第2のインバータ回路IV2、トランスファーゲートトランジスタPL,PR、トランスファーゲートTL3,TL4,TR3,TR4、電源電圧VDDCが供給される電源電圧配線VDDCL,VDDCR、及びビット線BL,/BLを備えている。   The SRAM cell includes a first inverter circuit IV1, a second inverter circuit IV2, transfer gate transistors PL and PR, transfer gates TL3, TL4, TR3 and TR4, power supply voltage wirings VDDCL and VDDCR to which a power supply voltage VDDC is supplied, And bit lines BL and / BL.

第1のインバータ回路IV1は、PMOSトランジスタからなるロードトランジスタLL、及びNMOSトランジスタからなるドライバトランジスタDLから構成される。ロードトランジスタLLのドレインは、ドライバトランジスタDLのドレインに接続されている。ロードトランジスタLLのソースは、電源電圧配線VDDCLに接続されている。電源電圧配線VDDCLには、トランスファーゲートTL3,TL4を介して電源電圧VDDCが供給されている。ドライバトランジスタDLのソースには、基準電圧VSSが供給されている。   The first inverter circuit IV1 includes a load transistor LL made of a PMOS transistor and a driver transistor DL made of an NMOS transistor. The drain of the load transistor LL is connected to the drain of the driver transistor DL. The source of the load transistor LL is connected to the power supply voltage line VDDCL. A power supply voltage VDDC is supplied to the power supply voltage wiring VDDCL via transfer gates TL3 and TL4. A reference voltage VSS is supplied to the source of the driver transistor DL.

トランスファーゲートTL3はNMOSトランジスタからなり、トランスファーゲートTL4はPMOSトランジスタからなる。これらトランスファーゲートTL3のソースとトランスファーゲートTL4のドレインとが接続されて第1のインバータのロードトランジスタLLのソースに接続され、またトランスファーゲートTL3のドレインとトランスファーゲートTL4のソースとが接続されて電源電圧VDDC端に接続されている。さらに、トランスファーゲートTL3のゲートにはビット線BLが接続され、トランスファーゲートTL4のゲートには基準電圧VSS端が接続されている。   The transfer gate TL3 is composed of an NMOS transistor, and the transfer gate TL4 is composed of a PMOS transistor. The source of the transfer gate TL3 and the drain of the transfer gate TL4 are connected to the source of the load transistor LL of the first inverter, and the drain of the transfer gate TL3 and the source of the transfer gate TL4 are connected to supply voltage. Connected to the VDDC end. Further, the bit line BL is connected to the gate of the transfer gate TL3, and the reference voltage VSS terminal is connected to the gate of the transfer gate TL4.

第2のインバータ回路IV2は、PMOSトランジスタからなるロードトランジスタLR、及びNMOSトランジスタからなるドライバトランジスタDRから構成される。ロードトランジスタLRのドレインは、ドライバトランジスタDRのドレインに接続されている。ロードトランジスタLRのソースは、電源電圧配線VDDCRに接続されている。電源電圧配線VDDCRには、トランスファーゲートTR3,TR4を介して電源電圧VDDCが供給されている。ドライバトランジスタDRのソースには、基準電圧VSSが供給されている。   The second inverter circuit IV2 includes a load transistor LR made of a PMOS transistor and a driver transistor DR made of an NMOS transistor. The drain of the load transistor LR is connected to the drain of the driver transistor DR. The source of the load transistor LR is connected to the power supply voltage wiring VDDCR. A power supply voltage VDDC is supplied to the power supply voltage wiring VDDCR via transfer gates TR3 and TR4. A reference voltage VSS is supplied to the source of the driver transistor DR.

トランスファーゲートTR3はNMOSトランジスタからなり、トランスファーゲートTR4はPMOSトランジスタからなる。これらトランスファーゲートTR3のソースとトランスファーゲートTR4のドレインとが接続されて第2のインバータのロードトランジスタLRのソースに接続され、またトランスファーゲートTR3のドレインとトランスファーゲートTR4のソースとが接続されて電源電圧VDDC端に接続されている。さらに、トランスファーゲートTR3のゲートにはビット線/BLが接続され、トランスファーゲートTR4のゲートには基準電圧VSS端が接続されている。   The transfer gate TR3 is composed of an NMOS transistor, and the transfer gate TR4 is composed of a PMOS transistor. The source of the transfer gate TR3 and the drain of the transfer gate TR4 are connected and connected to the source of the load transistor LR of the second inverter, and the drain of the transfer gate TR3 and the source of the transfer gate TR4 are connected to supply voltage. Connected to the VDDC end. Further, the bit line / BL is connected to the gate of the transfer gate TR3, and the reference voltage VSS terminal is connected to the gate of the transfer gate TR4.

言い換えると、電源電圧VDDCからのそれぞれの供給パス(電源電圧配線VDDCL、VDDCR)に、NMOSトランスファーTL3、PMOSトランジスタからなるトランスファーゲート(以下、PMOSトランスファー)TL4と、NMOSトランスファーTR3、PMOSトランスファーTR4をそれぞれ挿入する。NMOSトランスファーTL3はPMOSトランスファーTL4より電流駆動力が大きくなるように、NMOSトランスファーTL3のサイズはPMOSトランスファーTL4のサイズより大きく設定される。NMOSトランスファーTL3のゲートには、ビット線BLを接続し、PMOSトランスファーTL4には基準電圧VSS端を接続して、PMOSトランスファーTL4をノーマリーオン状態としている。   In other words, an NMOS transfer TL3, a transfer gate (hereinafter referred to as a PMOS transfer) TL4 composed of a PMOS transistor, an NMOS transfer TR3, and a PMOS transfer TR4 are respectively connected to supply paths (power supply voltage wirings VDDCL and VDDCR) from the power supply voltage VDDC. insert. The size of the NMOS transfer TL3 is set larger than the size of the PMOS transfer TL4 so that the current transfer capability of the NMOS transfer TL3 is larger than that of the PMOS transfer TL4. The bit line BL is connected to the gate of the NMOS transfer TL3, the reference voltage VSS terminal is connected to the PMOS transfer TL4, and the PMOS transfer TL4 is in a normally-on state.

NMOSトランスファーTR3はPMOSトランスファーTR4より電流駆動力が大きくなるように、NMOSトランスファーTR3のサイズはPMOSトランスファーTR4のサイズより大きく設定される。NMOSトランスファーTR3のゲートには、ビット線/BLを接続し、PMOSトランスファーTR4には基準電圧VSS端を接続して、PMOSトランスファーTR4をノーマリーオン状態としている。   The size of the NMOS transfer TR3 is set larger than the size of the PMOS transfer TR4 so that the current transfer capability of the NMOS transfer TR3 is larger than that of the PMOS transfer TR4. The bit line / BL is connected to the gate of the NMOS transfer TR3, the reference voltage VSS terminal is connected to the PMOS transfer TR4, and the PMOS transfer TR4 is in a normally-on state.

通常、SRAMセルのビット線対(BL,/BL)は“H”レベルにプリチャージされるので、その状態では、NMOSトランスファーTL3,TR3とはオンしている。但し、NMOSトランスファーTL3,TR3は、ソースもゲートも“H”(=VDD)なので、これにより電源電圧配線VDDCL、VDDCRの電圧レベルは、“VDD-Vth”(NMOS)レベルまでしか充電されない。よって、電源電圧VDDレベルまで充電が行われるように、PMOSトランスファーTL4,TR4が付加されている。さらに、PMOSトランスファーTL4は、ビット線BLの電圧レベルが“L”となってNMOSトランスファーTL3がオフした場合でも、電源電圧配線VDDCLを“H”レベルに保持し、非選択セルのセルデータを保持できるようにするために必要となる。PMOSトランスファーTR4は、ビット線/BLの電圧レベルが“L”となってNMOSトランスファーTR3がオフした場合でも、電源電圧配線VDDCRを“H”レベルに保持し、非選択セルのセルデータを保持できるようにするために必要となる。しかし、SRAMセルの電源においては、セル電流を流す基準電圧VSS側に比べ、電源電圧VDD側に電流駆動力は必要ないので、PMOSトランスファーTL4,TR4のサイズは小さめで構わない。   Normally, since the bit line pair (BL, / BL) of the SRAM cell is precharged to the “H” level, the NMOS transfer TL3, TR3 is turned on in this state. However, since the NMOS transfer TL3 and TR3 are both “H” (= VDD), the voltage levels of the power supply voltage wirings VDDCL and VDDCR are charged only to the “VDD−Vth” (NMOS) level. Therefore, PMOS transfers TL4 and TR4 are added so that charging is performed up to the power supply voltage VDD level. Further, even when the voltage level of the bit line BL is “L” and the NMOS transfer TL3 is turned off, the PMOS transfer TL4 holds the power supply voltage wiring VDDCL at the “H” level and holds the cell data of the non-selected cells. It is necessary to be able to do it. The PMOS transfer TR4 can hold the power supply voltage wiring VDDCR at the “H” level and hold the cell data of the non-selected cells even when the voltage level of the bit line / BL is “L” and the NMOS transfer TR3 is turned off. It is necessary to do so. However, in the power supply of the SRAM cell, since the current driving force is not required on the power supply voltage VDD side compared to the reference voltage VSS side through which the cell current flows, the size of the PMOS transfer TL4, TR4 may be smaller.

次に、第2実施形態のSRAMセルの動作を説明する。   Next, the operation of the SRAM cell of the second embodiment will be described.

まず、SRAMセルにおける読み出し時の動作を述べる。読み出し時には、選択セルのワード線WLが“H”となり、図10(a)においては、“L”データがストアされている右側のインバータIV2に接続されたビット線/BLの電圧レベルがセル電流で放電されていく。この時、ビット線BLの電圧レベルはプリチャージレベルの“H”を保持するので、“H”データを保持している側の電源電圧配線VDDCLに接続されたNMOSトランスファーTL3は十分にオンした状態が保持される。このため、インバータIV1を含むセルの“H”データ保持特性の悪化は生じない。   First, the reading operation in the SRAM cell will be described. At the time of reading, the word line WL of the selected cell becomes “H”, and in FIG. 10A, the voltage level of the bit line / BL connected to the right inverter IV2 storing “L” data is the cell current. It is discharged at. At this time, since the voltage level of the bit line BL holds the precharge level “H”, the NMOS transfer TL3 connected to the power supply voltage wiring VDDCL on the side holding the “H” data is sufficiently turned on. Is retained. For this reason, the deterioration of the “H” data retention characteristic of the cell including the inverter IV1 does not occur.

一方で、電源電圧配線VDDCRについては、ビット線/BLの電圧が下がって行くに従い、NMOSトランスファーTR3の駆動力は減少していく。しかし、こちらのインバータIV1の出力ノードは“L”を保持しているので問題ない。むしろ、右側のPMOSトランジスタからなるロードトランジスタLRの駆動力が相対的に落ちていくことに相当し、しきい値電圧のばらつきによるデータ保持悪化をキャンセルして、現状のデータ保持特性を向上させる効果がある。この効果は、ビット線の電圧レベルが下がって初めて得られるものであるが、セルディスターブによるデータ反転現象の問題も、ワード線WLが開いてから、フリップフロップが反転するのにある時間がかかって発生する。このため、時間とともにデータ保持特性が改善方向に行くことで、この反転問題が発生し難くなる効果は十分期待できる。   On the other hand, for the power supply voltage wiring VDDCR, as the voltage of the bit line / BL decreases, the driving force of the NMOS transfer TR3 decreases. However, there is no problem because the output node of this inverter IV1 holds “L”. Rather, this corresponds to a relative decrease in the driving force of the load transistor LR consisting of the right PMOS transistor, and the effect of canceling data retention deterioration due to variations in threshold voltage and improving current data retention characteristics. There is. This effect can be obtained only when the voltage level of the bit line is lowered. However, the problem of data inversion due to cell disturb is that it takes some time for the flip-flop to invert after the word line WL is opened. appear. For this reason, it can be expected that the inversion problem is less likely to occur when the data retention characteristic is improved with time.

次に、SRAMセルにおける書き込み時の動作を述べる。図10(b)に示すように、右側のインバータIV2の出力ノードのデータが“H”→“L”に書き換えられる場合、ビット線/BLが“L”に引かれ、ビット線BLには“H”が入力される。すると、電源電圧配線VDDCRのインピーダンスは増加し、一方、電源電圧配線VDDCLのインピーダンスは変わらない。言い換えると、電源電圧配線VDDCRの配線抵抗は増加し、一方、電源電圧配線VDDCLの配線抵抗は変わらない。これは、フリップフロップにおいて新たなデータが書きやすいように、電源電圧VDDCが供給される左右の電源電圧配線VDDCL,VDDCRのインピーダンスが変化することに相当して、データの書き込み特性は非常に改善される。以上により、SRAMセルを構成するトランジスタのしきい値電圧のばらつきによって生じる書き込み特性の悪化が改善され、書き込みスピードも改善される。   Next, the operation at the time of writing in the SRAM cell will be described. As shown in FIG. 10B, when the data at the output node of the right inverter IV2 is rewritten from “H” to “L”, the bit line / BL is pulled to “L”, and “ H "is input. Then, the impedance of the power supply voltage wiring VDDCR increases, while the impedance of the power supply voltage wiring VDDCL does not change. In other words, the wiring resistance of the power supply voltage wiring VDDCR increases, while the wiring resistance of the power supply voltage wiring VDDCL does not change. This is equivalent to a change in the impedance of the left and right power supply voltage wirings VDDCL and VDDCR to which the power supply voltage VDDDC is supplied so that new data can be easily written in the flip-flop, and the data writing characteristics are greatly improved. The As described above, the deterioration of the writing characteristics caused by the variation in the threshold voltage of the transistors constituting the SRAM cell is improved, and the writing speed is also improved.

以上説明したようにこの第2実施形態では、従来例で説明したような、別の電圧レベルの電源も必要なく、アドレスと書き込みデータでの論理演算とそれによる電源レベルの切り替えなどが不要であり、ビット線の電圧レベルを用いて、電源電圧VDDCが供給される電源電圧配線に接続されたトランスファーゲートを制御する。これにより、しきい値電圧のばらつきによるセルディスターブ問題と、書き込み特性悪化の問題の両者に対する改善策を講じることができる。   As described above, the second embodiment does not require a power supply of a different voltage level as described in the conventional example, and does not require a logical operation with an address and write data and a switching of the power supply level by the logical operation. The transfer gate connected to the power supply voltage line to which the power supply voltage VDDC is supplied is controlled using the voltage level of the bit line. As a result, it is possible to take measures to improve both the cell disturb problem due to the variation of the threshold voltage and the problem of deterioration of the write characteristics.

[第3実施形態]
次に、この発明の第3実施形態のSRAMセルを有する半導体記憶装置について説明する。第2実施形態における構成と同様の部分には同じ符号を付してその説明は省略する。第2実施形態では、電源電圧配線VDDCL,VDDCRに接続されるトランスファーゲートにNMOSトランジスタを用いていたために、それによる電源供給がしきい値電圧Vth分ドロップした電圧しかされず、PMOSトランジスタからなるトランスファーゲートのサイズの設定に、制約が生じる場合がある。そこで、図11(a)、図11(b)に示す第3実施形態では、電源配線に接続される全てのトランスファーゲートをPMOSトランジスタで構成し、サイズの大きい側のトランスファーゲートのゲート入力を、反対側のビット線電位を反転した信号で制御している。
[Third Embodiment]
Next explained is a semiconductor memory device having an SRAM cell according to the third embodiment of the invention. The same parts as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the second embodiment, NMOS transistors are used for the transfer gates connected to the power supply voltage wirings VDDCL and VDDCR. Therefore, the power supply by the NMOS transistors is only a voltage dropped by the threshold voltage Vth. There may be restrictions on the gate size setting. Therefore, in the third embodiment shown in FIGS. 11A and 11B, all transfer gates connected to the power supply wiring are configured by PMOS transistors, and the gate input of the transfer gate on the larger size side is It is controlled by a signal obtained by inverting the bit line potential on the opposite side.

図11(a)及び図11(b)は、第3実施形態のSRAMセルの構成を示す回路図である。   FIG. 11A and FIG. 11B are circuit diagrams showing the configuration of the SRAM cell of the third embodiment.

電源電圧配線VDDCLには、トランスファーゲートTL5,TL6を介して電源電圧VDDCが供給されている。トランスファーゲートTL5,TL6は、それぞれPMOSトランジスタからなる。トランスファーゲートTL5はトランスファーゲートTL6より電流駆動力が大きくなるように、トランスファーゲートTL5のサイズはトランスファーゲートTL6のサイズより大きく設定される。これらトランスファーゲートTL5のドレインとトランスファーゲートTL6のドレインとが接続されて第1のインバータIV1のロードトランジスタLLのソースに接続され、またトランスファーゲートTL5のソースとトランスファーゲートTL6のソースとが接続されて電源電圧VDDC端に接続されている。さらに、ビット線/BLはインバータIV3を介してトランスファーゲートTL5のゲートに接続され、トランスファーゲートTL6のゲートには基準電圧VSS端が接続されている。   A power supply voltage VDDC is supplied to the power supply voltage wiring VDDCL via transfer gates TL5 and TL6. Transfer gates TL5 and TL6 are each composed of a PMOS transistor. The size of the transfer gate TL5 is set larger than the size of the transfer gate TL6 so that the current driving capability of the transfer gate TL5 is larger than that of the transfer gate TL6. The drain of the transfer gate TL5 and the drain of the transfer gate TL6 are connected and connected to the source of the load transistor LL of the first inverter IV1, and the source of the transfer gate TL5 and the source of the transfer gate TL6 are connected to supply power. It is connected to the voltage VDDC terminal. Further, the bit line / BL is connected to the gate of the transfer gate TL5 via the inverter IV3, and the reference voltage VSS terminal is connected to the gate of the transfer gate TL6.

電源電圧配線VDDCRには、トランスファーゲートTR5,TR6を介して電源電圧VDDCが供給されている。トランスファーゲートTR5,TR6は、それぞれPMOSトランジスタからなる。トランスファーゲートTR5はトランスファーゲートTR6より電流駆動力が大きくなるように、トランスファーゲートTR5のサイズはトランスファーゲートTR6のサイズより大きく設定される。これらトランスファーゲートTR5のドレインとトランスファーゲートTR6のドレインとが接続されて第2のインバータIV2のロードトランジスタLRのソースに接続され、またトランスファーゲートTR5のソースとトランスファーゲートTR6のソースとが接続されて電源電圧VDDC端に接続されている。さらに、ビット線BLはインバータIV4を介してトランスファーゲートTR5のゲートに接続され、トランスファーゲートTR6のゲートには基準電圧VSS端が接続されている。   A power supply voltage VDDC is supplied to the power supply voltage wiring VDDCR via transfer gates TR5 and TR6. Transfer gates TR5 and TR6 are each composed of a PMOS transistor. The size of the transfer gate TR5 is set larger than the size of the transfer gate TR6 so that the current driving capability of the transfer gate TR5 is larger than that of the transfer gate TR6. The drain of the transfer gate TR5 and the drain of the transfer gate TR6 are connected to the source of the load transistor LR of the second inverter IV2, and the source of the transfer gate TR5 and the source of the transfer gate TR6 are connected to supply power. It is connected to the voltage VDDC terminal. Further, the bit line BL is connected to the gate of the transfer gate TR5 via the inverter IV4, and the reference voltage VSS terminal is connected to the gate of the transfer gate TR6.

このように構成された第3実施形態において、動作時の電源電圧配線VDDCL,VDDCRのインピーダンス制御については、前述した第2実施形態と同様な効果が得られる。さらに、サイズが大きいPMOSトランスファーTL5,TR5がオンしている状態での電源供給に、しきい値電圧Vthのドロップ分がないために、サイズ設定の自由度が増えるメリットがある。但し、ビット線電位が中間電位にある状態では、インバータにおいて、貫通電流が流れるために、ビット線が速くフルスイングするような構成を前提とした技術となる。   In the third embodiment configured as described above, the same effect as that of the second embodiment described above can be obtained for the impedance control of the power supply voltage wirings VDDCL and VDDCR during operation. Further, since there is no drop of the threshold voltage Vth in the power supply in the state where the large PMOS transfers TL5 and TR5 are turned on, there is an advantage that the degree of freedom of size setting is increased. However, in a state where the bit line potential is at an intermediate potential, since the through current flows in the inverter, the technology is based on the premise that the bit line is fully swung quickly.

本発明の実施形態では、SRAMにおいて、SRAMセルの微細化や電源電圧の低電圧化によって悪化が懸念されている、読み出しおよび書き込み動作時におけるノイズマージンや、ディスターブ耐性、書き込み特性の改善を実現するために、セルアレイ関連の電圧制御により実現する手法を提案する。また、本発明の実施形態では、電源の低電圧化および、SRAMセルの微細化にともなうトランジスタのしきい値電圧などのばらつき増大に伴い、問題となっているSRAMセルのスタティックノイズマージンのばらつきによるデータ破壊を招くディスターブ不良や、書き込み特性の悪化を回避する解決策を提供する。具体的には、SRAMセルのフリップフロップ電源に供給される電源の強さを、ビット線の電圧レベルを用いて制御している。   In the embodiment of the present invention, in the SRAM, the noise margin at the time of read and write operations, the disturb tolerance, and the improvement of the write characteristics, which are concerned about deterioration due to the miniaturization of the SRAM cell and the reduction of the power supply voltage, are realized. For this purpose, a technique to realize by voltage control related to the cell array is proposed. Further, according to the embodiment of the present invention, due to a variation in the static noise margin of the SRAM cell, which is a problem, as the threshold voltage of the transistor increases due to the lower voltage of the power source and the miniaturization of the SRAM cell. A solution is provided to avoid disturb failures that lead to data corruption and deterioration of write characteristics. Specifically, the strength of the power supplied to the flip-flop power of the SRAM cell is controlled using the voltage level of the bit line.

また、前述した各実施形態はそれぞれ、単独で実施できるばかりでなく、適宜組み合わせて実施することも可能である。さらに、前述した各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、各実施形態において開示した複数の構成要件の適宜な組み合わせにより、種々の段階の発明を抽出することも可能である。   In addition, each of the above-described embodiments can be implemented not only independently but also in an appropriate combination. Furthermore, the above-described embodiments include inventions at various stages, and the inventions at various stages can be extracted by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiments.

SRAMセルの回路図である。It is a circuit diagram of an SRAM cell. SRAMのセルアレイの第1構成例を示す図である。It is a figure which shows the 1st structural example of the cell array of SRAM. SRAMのセルアレイの第2構成例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd structural example of the cell array of SRAM. SRAMのセルアレイの第3構成例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd structural example of the cell array of SRAM. SRAMのセルアレイの第4構成例を示す図である。It is a figure which shows the 4th structural example of the cell array of SRAM. SRAMセルのレイアウトとメタル層の接続を示す図である。It is a figure which shows the layout of a SRAM cell, and the connection of a metal layer. SRAMセルにおける2層目メタルのレイアウトを示す図である。It is a figure which shows the layout of the 2nd layer metal in a SRAM cell. SRAMセルにおける2層目メタルの他のレイアウトを示す図である。It is a figure which shows the other layout of the 2nd layer metal in a SRAM cell. この発明の第1実施形態のSRAMセルの構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of an SRAM cell according to a first embodiment of the present invention. FIG. この発明の第2実施形態のSRAMセルの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the SRAM cell of 2nd Embodiment of this invention. この発明の第3実施形態のSRAMセルの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the SRAM cell of 3rd Embodiment of this invention. SRAMにおけるセルアレイの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cell array in SRAM.

符号の説明Explanation of symbols

BL,/BL…ビット線、DL,DR…ドライバトランジスタ、IV1…第1のインバータ回路、IV2…第2のインバータ回路、IV3,IV4…インバータ、LL,LR…ロードトランジスタ、PL,PR…トランスファーゲートトランジスタ、TL1,TL2,TL3,TL4,TL5,TL6,TR1,TR2,TR3,TR4,TR5,TR6…トランスファーゲート、VDD,VDDC…電源電圧、VDDCL,VDDCR電源電圧配線、VSS,VSSC…基準電圧(例えば、接地電圧)、VSSCL,VSSCR…基準電源配線、WL…ワード線。   BL, / BL ... bit line, DL, DR ... driver transistor, IV1 ... first inverter circuit, IV2 ... second inverter circuit, IV3, IV4 ... inverter, LL, LR ... load transistor, PL, PR ... transfer gate Transistor, TL1, TL2, TL3, TL4, TL5, TL6, TR1, TR2, TR3, TR4, TR5, TR6 ... Transfer gate, VDD, VDDDC ... Power supply voltage, VDDCL, VDDCR Power supply voltage wiring, VSS, VSSC ... Reference voltage ( For example, ground voltage), VSSCL, VSSCR ... reference power supply wiring, WL ... word line.

Claims (5)

入力端と出力端とがそれぞれクロスに接続された第1、第2のインバータを含むメモリセルと、
前記第1のインバータに電源を供給する第1の電源配線と、
前記第2のインバータに電源を供給する第2の電源配線と、
前記メモリセルに接続された第1、第2のビット線と、
前記第1、第2の電源配線におけるインピーダンスを前記第1、第2のビット線の電圧に応じて制御する制御回路と、
を具備することを特徴とする半導体記憶装置。
A memory cell including first and second inverters each having an input terminal and an output terminal connected to each other in a cross;
First power supply wiring for supplying power to the first inverter;
A second power supply wiring for supplying power to the second inverter;
First and second bit lines connected to the memory cell;
A control circuit for controlling the impedance of the first and second power supply lines in accordance with the voltage of the first and second bit lines;
A semiconductor memory device comprising:
前記第1の電源配線は、前記第1のインバータが含むNチャネルMOSトランジスタのソースに接続され、前記第2の電源配線は、前記第2のインバータが含むNチャネルMOSトランジスタのソースに接続され、
前記第1のビット線は前記第1のインバータの出力ノード及び前記第2のインバータの入力ノードに接続され、前記第2のビット線は前記第2のインバータの出力ノード及び前記第1のインバータの入力ノードに接続され、
前記制御回路は、前記第1の電源配線に接続された第1、第2のトランスファーゲートと前記第2の電源配線に接続された第3、第4のトランスファーゲートとを有し、
前記第1のトランスファーゲートのゲートには前記第2のビット線の電圧が供給され、前記第2のトランスファーゲートはノーマリーオン状態となるように制御され、
前記第3のトランスファーゲートのゲートには前記第1のビット線の電圧が供給され、前記第4のトランスファーゲートはノーマリーオン状態となるように制御されることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
The first power supply wiring is connected to a source of an N-channel MOS transistor included in the first inverter, and the second power supply wiring is connected to a source of an N-channel MOS transistor included in the second inverter,
The first bit line is connected to an output node of the first inverter and an input node of the second inverter, and the second bit line is connected to an output node of the second inverter and the first inverter. Connected to the input node,
The control circuit includes first and second transfer gates connected to the first power supply wiring and third and fourth transfer gates connected to the second power supply wiring;
The gate of the first transfer gate is supplied with the voltage of the second bit line, and the second transfer gate is controlled to be in a normally-on state,
The voltage of the first bit line is supplied to the gate of the third transfer gate, and the fourth transfer gate is controlled to be in a normally-on state. Semiconductor memory device.
前記第1の電源配線は、前記第1のインバータが含むPチャネルMOSトランジスタのソースに接続され、前記第2の電源配線は、前記第2のインバータが含むPチャネルMOSトランジスタのソースに接続され、
前記第1のビット線は前記第1のインバータの出力ノード及び前記第2のインバータの入力ノードに接続され、前記第2のビット線は前記第2のインバータの出力ノード及び前記第1のインバータの入力ノードに接続され、
前記制御回路は、前記第1の電源配線に接続された第1、第2のトランスファーゲートと前記第2の電源配線に接続された第3、第4のトランスファーゲートとを有し、
前記第1のトランスファーゲートのゲートには前記第1のビット線の電圧が供給され、前記第2のトランスファーゲートはノーマリーオン状態となるように制御され、
前記第3のトランスファーゲートのゲートには前記第2のビット線の電圧が供給され、前記第4のトランスファーゲートはノーマリーオン状態となるように制御されることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
The first power supply line is connected to a source of a P-channel MOS transistor included in the first inverter, and the second power supply line is connected to a source of a P-channel MOS transistor included in the second inverter,
The first bit line is connected to an output node of the first inverter and an input node of the second inverter, and the second bit line is connected to an output node of the second inverter and the first inverter. Connected to the input node,
The control circuit includes first and second transfer gates connected to the first power supply wiring and third and fourth transfer gates connected to the second power supply wiring;
The gate of the first transfer gate is supplied with the voltage of the first bit line, and the second transfer gate is controlled to be in a normally-on state,
The voltage of the second bit line is supplied to the gate of the third transfer gate, and the fourth transfer gate is controlled to be in a normally-on state. Semiconductor memory device.
前記第1の電源配線は、前記第1のインバータが含むPチャネルMOSトランジスタのソースに接続され、前記第2の電源配線は、前記第2のインバータが含むPチャネルMOSトランジスタのソースに接続され、
前記第1のビット線は前記第1のインバータの出力ノード及び前記第2のインバータの入力ノードに接続され、前記第2のビット線は前記第2のインバータの出力ノード及び前記第1のインバータの入力ノードに接続され、
前記制御回路は、前記第1の電源配線に接続された第1、第2のトランスファーゲートと前記第2の電源配線に接続された第3、第4のトランスファーゲートとを有し、
前記第1のトランスファーゲートのゲートには第3のインバータを介して前記第2のビット線の電圧が供給され、前記第2のトランスファーゲートはノーマリーオン状態となるように制御され、
前記第3のトランスファーゲートのゲートには第4のインバータを介して前記第1のビット線の電圧が供給され、前記第4のトランスファーゲートはノーマリーオン状態となるように制御されることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
The first power supply line is connected to a source of a P-channel MOS transistor included in the first inverter, and the second power supply line is connected to a source of a P-channel MOS transistor included in the second inverter,
The first bit line is connected to an output node of the first inverter and an input node of the second inverter, and the second bit line is connected to an output node of the second inverter and the first inverter. Connected to the input node,
The control circuit includes first and second transfer gates connected to the first power supply wiring and third and fourth transfer gates connected to the second power supply wiring;
The voltage of the second bit line is supplied to the gate of the first transfer gate via a third inverter, and the second transfer gate is controlled to be in a normally-on state,
A voltage of the first bit line is supplied to a gate of the third transfer gate via a fourth inverter, and the fourth transfer gate is controlled to be in a normally-on state. The semiconductor memory device according to claim 1.
前記第1のトランスファーゲートは、第2のトランスファーゲートより電流駆動力が大きくなるようにサイズが設定されていることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の半導体記憶装置。   5. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein the first transfer gate is sized so that a current driving force is larger than that of the second transfer gate. 6.
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