本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1を参照して、この発明の実施の形態1によるスタティック型半導体記憶装置100は、外部電源線5と、内部電源線6と、行アドレスバッファ10と、列アドレスバッファ20と、行アドレスデコーダ30と、列アドレスデコーダ40と、読出/書込バッファ50と、ワード線ドライバ60と、駆動回路70と、書込ドライバ80と、センスアンプ90と、列選択スイッチ110と、メモリセル121〜124と、入出力バッファ130と、PチャネルMOSトランジスタ141〜144とを備える。また、駆動回路70は、インバータ71と、電圧供給回路72とを含む。
外部電源線5は、入出力端子から入力された外部電源電圧を駆動回路70の電圧供給回路72へ供給する。内部電源線6は、電圧供給回路72から出力された電圧をメモリセル121〜124へ供給する。
行アドレスバッファ10は、入出力端子から入力された行アドレス信号を行アドレスデコーダ30へ出力する。列アドレスバッファ20は、入出力端子から入力された列アドレス信号を列アドレスデコーダ40へ出力する。
行アドレスデコーダ30は、入力された行アドレス信号をデコードし、ワード線ドライバ60へ出力する。列アドレスデコーダ40は、入力された列アドレス信号をデコードし、列選択スイッチ110へ出力する。
読出/書込バッファ50は、入出力端子から入力された読出/書込制御信号を駆動回路70のインバータ71、書込ドライバ80、およびセンスアンプ90へ出力する。
ワード線ドライバ60は、行アドレスデコーダ30からの行アドレスに対応する行のワード線をHレベルに引き上げる。インバータ71は、データの書込み時、Lレベルの読出/書込制御信号/WEを反転した内部書込信号WEiを電圧供給回路72へ出力する。電圧供給回路72は、内部書込信号WEiに基づいて、後述する方法により異なる電圧を内部電源線6へ出力する。
書込ドライバ80は、読出/書込バッファ50からのL(論理ロー)レベルの読出/書込制御信号によって活性化され、列選択スイッチ110によって接続されたビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・へセンスアンプ90によって増幅されたデータを書込む。
センスアンプ90は、読出/書込バッファ50からの読出/書込制御信号によって活性化される。そして、センスアンプ90は、データの読出し時、列選択スイッチ110によって接続されたビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・上の出力信号を増幅して入出力バッファ130へ出力する。また、センスアンプ90は、データの書込み時、入出力バッファ130からのデータを増幅し、入出力バッファ130を介して書込ドライバ80へ出力する。
列選択スイッチ110は、列アドレスデコーダ40からの列アドレスに対応する列のビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・を書込ドライバ80またはセンスアンプ90と接続する。
メモリセル121〜124は、記憶情報に対応する論理値「0」または「1」が記憶される。入出力バッファ130は、データの書込み時、入出力端子からのデータをセンスアンプ90へ出力し、センスアンプ90で増幅されたデータを書込ドライバ80へ出力する。また、入出力バッファ130は、データの読出し時、センスアンプ90で増幅されたデータを入出力端子へ出力する。
PチャネルMOSトランジスタ141〜144は、常時オンにされ、対応するビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・へ外部電源電圧を供給する。
図2を参照して、電圧供給回路72は、PチャネルMOSトランジスタ720と、NチャネルMOSトランジスタ721と、電源電圧ノード722とを備える。電源電圧ノード722は外部電源線5に接続される。PチャネルMOSトランジスタ720とNチャネルMOSトランジスタ721とは、外部電源線と内部電源線6との間に並列接続される。また、PチャネルMOSトランジスタ720とNチャネルMOSトランジスタ721は、内部書込信号WEiをゲート端子に受ける。
メモリセル121〜124へのデータの書込み時、Lレベルの読出/書込制御信号/WEが読出/書込バッファ50から駆動回路70のインバータ71へ入力されると、インバータ71は、Lレベルの読出/書込制御信号/WEを反転したH(論理ハイ)レベルの内部書込信号WEiを出力する。そうすると、PチャネルMOSトランジスタ720およびNチャネルMOSトランジスタ721は、Hレベルの内部書込信号WEiをゲート端子に受け、PチャネルMOSトランジスタ720はオフされ、NチャネルMOSトランジスタ721はオンされる。そして、NチャネルMOSトランジスタ721は、外部電源電圧VCCよりもNチャネルMOSトランジスタ721のしきい値VTH分だけ低い電圧VCC−VTHを内部電源線6へ出力する。
メモリセル121〜124は、図23に示すフルCMOS型のメモリセルである。内部電源線6は、フルCMOS型のメモリセルの電源ノード1と接続されているため、内部電源線6へ出力された電圧VCC−VTHは、メモリセル121〜124の電源ノード1へ供給される。そうすると、負荷であるPチャネルMOSトランジスタ7a,7bに電圧VCC−VTHが供給されるため、メモリセル121〜124は、図21に示すインバータ特性に従って駆動される。
一方、メモリセル121〜124からのデータの読出し時、読出/書込バッファ50は、Hレベルの読出/書込制御信号/WEを駆動回路70のインバータ71へ出力するため、インバータ71は、Lレベルの内部書込信号WEiを出力する。そうすると、PチャネルMOSトランジスタ720およびNチャネルMOSトランジスタ721は、Lレベルの内部書込信号WEiをゲート端子に受け、PチャネルMOSトランジスタ720はオンされ、NチャネルMOSトランジスタ721はオフされる。そして、PチャネルMOSトランジスタ720は、外部電源電圧VCCを内部電源線6へ出力する。
そして、メモリセル121〜124の電源ノード1に外部電源電圧VCCが供給されるため、メモリセル121〜124は、図24に示すインバータ特性に従って駆動される。
したがって、電圧供給回路72は、内部書込信号WEiに基づいて、データの書込み時、電圧VCC−VTHをメモリセル121〜124の電源ノード1へ供給し、データの読出し時、外部電源電圧VCCを電源ノード1へ供給する。そして、メモリセル121〜124は、電圧VCC−VTHに応じてスタティックノイズマージンSNMが小さいインバータ特性に従って駆動され、電圧VCCに応じてスタティックノイズマージンSNMが大きいインバータ特性に従って駆動される。その結果、データの書込み時は、スタティックノイズマージンSNMが小さくなり、書込みマージンが大きくなる。
なお、駆動回路70のインバータ71は、PチャネルMOSトランジスタ720とNチャネルMOSトランジスタ721とを選択的に活性化させるLレベルの内部書込信号WEi、Hレベルの内部書込信号WEiを生成するため、本発明において活性化信号生成回路を構成する。
再び、図1を参照して、メモリセル121〜124からのデータの読出し動作/へのデータの書込み動作について説明する。読出し動作においては、半導体記憶装置100に入出力端子を介して外部からアドレス信号およびHレベルの読出/書込制御信号が入力される。行アドレスバッファ10は、入力された行アドレス信号を行アドレスデコーダ30へ出力し、行アドレスデコーダ30は行アドレス信号をデコードしてワード線ドライバ60へ出力する。そして、ワード線ドライバ60は、行アドレスに対応するワード線をHレベルに引き上げる。
列アドレスバッファ20は、入力された列アドレス信号を列アドレスデコーダ40へ出力し、列アドレスデコーダ40は列アドレス信号をデコードして列選択スイッチ110へ出力する。そして、列選択スイッチ110は、列アドレスに対応するビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・をセンスアンプ90と接続する。
一方、読出/書込バッファ50は、Hレベルの読出/書込制御信号を駆動回路70のインバータ71へ出力し、インバータ71はLレベルの内部書込信号WEiを電圧供給回路72へ出力する。そうすると、電圧供給回路72は、上述した方法によって外部電源電圧VCCを内部電源線6を介してメモリセル121〜124へ供給する。そして、メモリセル121〜124のうち、Hレベルに引き上げられたワード線と、列選択スイッチ110によってセンスアンプ90に接続されたビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・とにつながったメモリセルは、スタティックノイズマージンSNMの大きいインバータ特性に従って駆動され、記憶されたデータに対応する出力信号を出力する。
センスアンプ90は、出力された出力信号を増幅して入出力バッファ130へ出力する。そして、入出力バッファ130はデータを入出力端子を介して外部へ出力する。
書込み動作においては、半導体記憶装置100に入出力端子を介して外部からアドレス信号およびLレベルの読出/書込制御信号が入力される。行アドレスバッファ10は、入力された行アドレス信号を行アドレスデコーダ30へ出力し、行アドレスデコーダ30は行アドレス信号をデコードしてワード線ドライバ60へ出力する。そして、ワード線ドライバ60は、行アドレスに対応するワード線をHレベルに引き上げる。
列アドレスバッファ20は、入力された列アドレス信号を列アドレスデコーダ40へ出力し、列アドレスデコーダ40は列アドレス信号をデコードして列選択スイッチ110へ出力する。そして、列選択スイッチ110は、列アドレスに対応するビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・を書込ドライバ80と接続する。
一方、読出/書込バッファ50は、Lレベルの読出/書込制御信号を駆動回路70のインバータ71へ出力し、インバータ71はHレベルの内部書込信号WEiを電圧供給回路72へ出力する。そうすると、電圧供給回路72は、上述した方法によって外部電源電圧VCC−VTHを内部電源線6を介してメモリセル121〜124へ供給する。そして、メモリセル121〜124のうち、Hレベルに引き上げられたワード線と、列選択スイッチ110によって書込ドライバ80に接続されたビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・とにつながったメモリセルは、スタティックノイズマージンSNMの小さいインバータ特性に従って駆動される。
入出力バッファ130は、入出力端子を介して入力したデータをセンスアンプ90へ出力し、増幅されたデータをセンスアンプ90から受け取る。そして、入出力バッファ130は、増幅されたデータを書込ドライバ80へ出力する。そうすると、書込ドライバ80は、入力したデータを列選択スイッチ110によって接続されたビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・へ書込む。そして、データが書込まれたビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・につながったメモリセルは、小さいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従って駆動されているため、ビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・上のデータはメモリセルに容易に書込まれる。
実施の形態1によれば、スタティック型半導体記憶装置100は、データの書込み時、小さいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従ってメモリセルを駆動するための電圧VCC−VTHをメモリセルに供給し、データの読出し時、大きいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従ってメモリセルを駆動するための電圧VCCをメモリセルに供給するので、メモリセルを安定に駆動し、かつ、データの書込みマージンを大きくできる。
[実施の形態2]
実施の形態2によるスタティック型半導体記憶装置200は、図1に示すスタティック型半導体記憶装置100の電圧供給回路72を電圧供給回路73に代えたものであり、その他は実施の形態1と同じである。
図3を参照して、電圧供給回路73は、電圧供給回路72のNチャネルMOSトランジスタ722を高抵抗な抵抗731に代えたものである。抵抗731はテラ(T)Ωオーダーの抵抗値を有する。
メモリセル121〜124へのデータの書込み時、PチャネルMOSトランジスタ720はHレベルの内部書込信号WEiをゲート端子に受けてオフされる。そうすると、抵抗731は、外部電源線5上の外部電源電圧VCCを殆ど降圧せずに、電圧VCCを内部電源線6へ出力する。そして、メモリセル121〜124は、電圧VCCを電源ノード1に受ける。この場合、メモリセル121〜124は、図24に示す大きなスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性ではなく、図21に示す小さいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従って駆動される。電圧供給回路73が抵抗731によって電圧VCCをメモリセル121〜124へ供給するとき、メモリセル121〜124の負荷であるPチャネルMOSトランジスタ7a,7bと抵抗731とは直列に接続されたことになり、メモリセル121〜124は、実質的には図20に示す高抵抗負荷型のメモリセルと同じように駆動される。したがって、この場合、メモリセル121〜124は、図21に示す小さいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従って駆動される。
一方、メモリセル121〜124からのデータの読出し時、PチャネルMOSトランジスタ720はLレベルの内部書込信号WEiをゲート端子に受けてオンされる。そうすると、PチャネルMOSトランジスタ720の抵抗は非常に小さいので、PチャネルMOSトランジスタ720は電圧VCCを内部電源線6へ出力する。そして、メモリセル121〜124は、電圧VCCを電源ノード1に受け、図24に示す大きなスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従って駆動される。この場合、メモリセル121〜124の負荷であるPチャネルMOSトランジスタ7a,7bに直列に接続される抵抗は、電圧供給回路73のPチャネルMOSトランジスタ720の非常に小さい抵抗であるため、メモリセル121〜124は、図24に示す大きなスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従って駆動される。
このように実施の形態2においては、電圧供給回路73からメモリセル121〜124へ同じ電圧VCCが供給されるが、メモリセル121〜124は、異なるインバータ特性に従って駆動される。つまり、データの書込み時、電圧供給回路73は、抵抗731をメモリセル121〜124と直列に接続してメモリセル121〜124の負荷を小さいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従って駆動するための負荷に設定する。一方、データの読出し時、電圧供給回路73は、抵抗が非常に小さいPチャネルMOSトランジスタ720をメモリセル121〜124と直列に接続してメモリセル121〜124の負荷を大きいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従って駆動するための負荷に設定する。
したがって、メモリセル121〜124と直列に接続する負荷を変化させることによっても、メモリセル121〜124のインバータ特性を変化させることができる。その他は、実施の形態1と同じである。
実施の形態2によれば、スタティック型半導体記憶装置200は、データの書込み時とデータの読出し時とで、メモリセルの負荷を異なる負荷に設定し、データの書込み時、スタティックノイズマージンSNMの小さいインバータ特性に従ってメモリセルを駆動し、データの読出し時、スタティックノイズマージンSNMの大きいインバータ特性に従ってメモリセルを駆動するので、メモリセルを安定に駆動し、かつ、データの書込みマージンを大きくできる。
[実施の形態3]
実施の形態3によるスタティック型半導体記憶装置300は、図1に示すスタティック型半導体記憶装置100の電圧供給回路72を電圧供給回路74に代えたものであり、その他は実施の形態1と同じである。
図4を参照して、電圧供給回路74は、電圧供給回路72のNチャネルMOSトランジスタ722をPチャネル薄膜トランジスタ741に代えたものである。Pチャネル薄膜トランジスタ741は、オン状態でテラ(T)Ωオーダーの抵抗値を有する。
メモリセル121〜124へのデータの書込み時、内部書込信号WEiはHレベルである。したがって、PチャネルMOSトランジスタ720はHレベルの内部書込信号WEiをゲート端子に受けてオフされ、Pチャネル薄膜トランジスタ741は、Hレベルの内部書込信号WEiがインバータ742によって反転されたLレベルの信号をゲート端子に受けてオンされる。そうすると、Pチャネル薄膜トランジスタ741は、外部電源線5上の外部電源電圧VCCを殆ど降圧せずに、電圧VCCを内部電源線6へ出力する。そして、メモリセル121〜124は、電圧VCCを電源ノード1に受ける。この場合、Pチャネル薄膜トランジスタ741は実施の形態2の抵抗731と同じ機能を果たすため、メモリセル121〜124は、図21に示す小さいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従って駆動される。
一方、メモリセル121〜124からのデータの読出し時、PチャネルMOSトランジスタ720はLレベルの内部書込信号WEiをゲート端子に受けてオンされ、Pチャネル薄膜トランジスタ741はHレベルの信号をゲート端子に受けてオフされる。そうすると、実施の形態2で説明したのと同じように、メモリセル121〜124は、電圧VCCを電源ノード1に受け、図24に示す大きなスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従って駆動される。
このように実施の形態3においても、電圧供給回路73からメモリセル121〜124へ同じ電圧VCCが供給されるが、メモリセル121〜124は、異なるインバータ特性に従って駆動される。つまり、データの書込み時とデータの読出し時とで、PチャネルMOSトランジスタ720とPチャネル薄膜トランジスタ741とを選択的に活性化させ、メモリセル121〜124の負荷を異なる負荷に設定する。その他は、実施の形態2と同じである。
実施の形態3によれば、スタティック型半導体記憶装置300は、データの書込み時とデータの読出し時とで、メモリセルの負荷を異なる負荷に設定し、データの書込み時、スタティックノイズマージンSNMの小さいインバータ特性に従ってメモリセルを駆動し、データの読出し時、スタティックノイズマージンSNMの大きいインバータ特性に従ってメモリセルを駆動するので、メモリセルを安定に駆動し、かつ、データの書込みマージンを大きくできる。
[実施の形態4]
実施の形態4によるスタティック型半導体記憶装置400は、図1に示すスタティック型半導体記憶装置100の電圧供給回路72を電圧供給回路75に代えたものである。その他は半導体記憶装置100と同じである。
図5を参照して、電圧供給回路75は、NチャネルMOSトランジスタ751と、PチャネルMOSトランジスタ752と、インバータ753とを備える。NチャネルMOSトランジスタ751、およびPチャネルMOSトランジスタ752は、接地ノード750と内部電源線6との間に並列接続される。インバータ753は、内部書込信号WEiを反転してNチャネルMOSトランジスタ751のゲート端子およびPチャネルMOSトランジスタ752のゲート端子に与える。内部電源線6は、図23の接地ノード8に接続される。
メモリセル121〜124へのデータの書込み時、電圧供給回路75のインバータ753はHレベルの内部書込信号WEiが入力される。そうすると、インバータ753は、Lレベルの信号をNチャネルMOSトランジスタ751のゲート端子およびPチャネルMOSトランジスタ752のゲート端子に与え、NチャネルMOSトランジスタ751はオフされ、PチャネルMOSトランジスタ752はオンされる。
そして、PチャネルMOSトランジスタ752は、接地電圧GNDよりもPチャネルMOSトランジスタ752のしきい値VTH分だけ高い電圧GND+VTHを内部電源線6へ出力する。メモリセル121〜124は、電圧GND+VTHを接地ノード8に受け、図6の点線で示すインバータ特性に従って駆動される。この場合、メモリセル121〜124は、接地ノード8が電位GND+VTHに上昇されるため、駆動用トランジスタであるNチャネルMOSトランジスタ4aのゲート端子に高い電圧が供給される領域でのノードN2の電位はVTH分上昇する。その結果、図6の点線で示すインバータ特性になり、スタティックノイズマージンSNMは小さくなる。
一方、メモリセル121〜124へのデータの書込み時、電圧供給回路75は、Lレベルの内部書込信号WEiが入力される。そうすると、インバータ753は、Hレベルの信号をNチャネルMOSトランジスタ751のゲート端子とPチャネルMOSトランジスタ752のゲート端子とに与え、NチャネルMOSトランジスタ751はオンされ、PチャネルMOSトランジスタ752はオフされる。
そして、NチャネルMOSトランジスタ751は、接地電圧GNDを内部電源線6へ出力する。メモリセル121〜124は、接地電圧GNDを接地ノード8に受け、図24に示すインバータ特性に従って駆動され、スタティックノイズマージンSNMは大きくなる。
このように実施の形態4においては、データの書込み時、メモリセル121〜124の接地ノード8へ電圧GND+VTHを供給することによってスタティックノイズマージンが小さいインバータ特性に従ってメモリセル121〜124を駆動させ、データの読出し時、メモリセル121〜124の接地ノード8へ電圧GNDを供給することによってスタティックノイズマージンが大きいインバータ特性に従ってメモリセル121〜124を駆動させる。その他は、実施の形態1と同じである。
なお、PチャネルMOSトランジスタとNチャネルMOSトランジスタとを選択的に活性化させて異なる電圧をメモリセルに供給し、異なるスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従ってメモリセルを駆動させる点では、実施の形態1と同じであるが、大きいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従ってメモリセルを駆動させるための電圧と、小さいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従ってメモリセルを駆動させるための電圧とを、メモリセルへ供給するトランジスタの導電型が実施の形態1とは逆である。
実施の形態4によれば、スタティック型半導体記憶装置400は、データの書込み時とデータの読出し時とで、メモリセルの接地ノードへ異なる電圧を供給し、データの書込み時、スタティックノイズマージンSNMの小さいインバータ特性に従ってメモリセルを駆動し、データの読出し時、スタティックノイズマージンSNMの大きいインバータ特性に従ってメモリセルを駆動するので、メモリセルを安定に駆動し、かつ、データの書込みマージンを大きくできる。
[実施の形態5]
図7を参照して、メモリセル121〜124は、アレイ状に並べられている。そして、メモリセル121にデータを書込むときは、行デコーダ30でデコードされた行アドレスに対応するワード線W1がワード線ドライバ(図7においては図示せず)によってHレベルに引き上げられ、列デコーダ20でデコードされた列アドレスに対応するビット線対BL1,/BL1にデータを書込むためにカラム選択線15が立ち上げられる。そして、NチャネルMOSトランジスタ13a,13bがオンされてI/O線14a上の書込みデータがビット線対BL1,/BL1へ伝達されてメモリセル121にデータが書込まれる。
この場合、メモリセル121と同じワード線W1につながった隣接するメモリセル123は、自動的に読出し状態になる。メモリセル121〜124へ供給される電源電圧が2.2V以下と非常に低い場合、メモリセル121〜124のNチャネルMOSトランジスタ3a(または3b)とNチャネルMOSトランジスタ4a(または4b)とのインバータ特性が消滅してしまうため、選択されたメモリセル121と同じワード線W1に接続されたメモリセル123は、ワード線W1がHレベルに引き上げられたときにスタティックノイズマージンSNMがなく、書込まれたデータが消失してしまうという問題がある。このため、実施の形態1〜4で説明した電圧供給回路72〜75を用いたのでは、電源電圧が2.2以下に下がったとき、データの書込みを行っているメモリセル以外のメモリセルにおけるデータ消失を防止することができない。
そこで、この実施の形態5によるスタティック型半導体記憶装置500は、図1に示す電圧供給回路72に代えて図8に示す電圧供給回路76を用いる。
図8を参照して、電圧供給回路76は、PチャネルMOSトランジスタ720,763と、外部電源電圧制御回路761と、インバータ762と、NチャネルMOSトランジスタ764とを備える。並列接続されたPチャネルMOSトランジスタ763およびNチャネルMOSトランジスタ764は、外部電源電圧制御回路761に直列に接続される。そして、外部電源電圧制御回路761は、電源ノード722に接続され、並列接続されたPチャネルMOSトランジスタ763およびNチャネルMOSトランジスタ764は、内部電源線6に接続される。また、PチャネルMOSトランジスタ720は、電源ノード722と内部電源線6との間に配置され、外部電源電圧制御回路761と、PチャネルMOSトランジスタ763およびNチャネルMOSトランジスタ764とに対して並列に接続される。
PチャネルMOSトランジスタ720およびNチャネルMOSトランジスタ764は、内部書込信号WEiをゲート端子に受け、オン・オフされる。PチャネルMOSトランジスタ763は、内部書込信号WEiがインバータ762で反転された信号をゲート端子に受け、オン・オフされる。
メモリセル121〜124へデータを書込むとき、すなわち、Hレベルの内部書込信号WEiが電圧供給回路76へ入力されたとき、PチャネルMOSトランジスタ720はオフされ、PチャネルMOSトランジスタ763およびNチャネルMOSトランジスタ764がオンされる。そして、外部電源電圧制御回路761は、後述する方法により外部電源電圧VCCのレベルに応じた電圧を内部電源線6へ出力する。
また、メモリセル121〜124からデータを読出すとき、すなわち、Lレベルの内部書込信号WEiが電圧供給回路76へ入力されるとき、PチャネルMOSトランジスタ720はオンされ、PチャネルMOSトランジスタ763およびNチャネルMOSトランジスタ764がオフされる。そして、PチャネルMOSトランジスタ720は電圧VCCを内部電源線6へ出力する。
図9を参照して、外部電源電圧制御回路761は、抵抗765,767と、PチャネルMOSトランジスタ768,769と、NチャネルMOSトランジスタ770とを備える。抵抗765は、電源ノード722と接地ノード766との間に3個直列に接続され、電源ノード722に供給された外部電源電圧VCCを分圧する。
PチャネルMOSトランジスタ768は、電源ノード722と接地ノード766との間に抵抗767,767と直列に接続される。また、PチャネルMOSトランジスタ768は、ノード772上の電圧をゲート端子に受け、図21のインバータ特性が消滅する下限電圧Vgnよりも高い電圧がゲート端子に入力されるとオフされる。
PチャネルMOSトランジスタ769とNチャネルMOSトランジスタ770とは、電源ノード722とノード771との間に並列に接続される。また、PチャネルMOSトランジスタ769は、ノード763上の電圧をゲート端子に受け、下限電圧Vgnよりも高い電圧がゲート端子に入力されるとオフされる。NチャネルMOSトランジスタ770は、常時、オンされている。
下限電圧Vgn以下の外部電源電圧VCCが電源ノード722に供給されると、ノード772上の電圧は低いためPチャネルMOSトランジスタ768がオンされ、ノード763には外部電源電圧VCCが供給され、PチャネルMOSトランジスタ769は、外部電源電圧VCCをゲート端子に受ける。しかし、外部電源電圧VCCが下限電圧Vgnよりも低いため、PチャネルMOSトランジスタ769はオンし、ノード771に外部電源電圧VCCを出力する。この場合、NチャネルMOSトランジスタ770もオンされているが、NチャネルMOSトランジスタ770は、電圧VCC−VTH(VTHはNチャネルMOSトランジスタ770のしきい値)をノード771に出力するため、ノード771上の電圧は電圧VTHとなる。
下限電圧Vgn以上の外部電源電圧VCCが電源ノード722へ供給されると、ノード772は下限電圧Vgnよりも低い電圧をPチャネルMOSトランジスタ768へ印加するため、PチャネルMOSトランジスタ768はオンされ、ノード763は、外部電源電圧VCCになる。そうすると、ノード763は、外部電源電圧VCCをPチャネルMOSトランジスタ769のゲート端子に与えるため、PチャネルOSトランジスタ769はオフされる。そして、NチャネルMOSトランジスタ770は、電圧VCC−VTHをノード771へ出力する。
したがって、外部電源電圧制御回路761は、図10に示すように外部電源電圧VCCが下限電圧Vgn以下のときPチャネルMOSトランジスタ769によって外部電源電圧VCCをノード771へ出力し、外部電源電圧VCCが下限電圧Vgnよりも高くなると、電圧VCC−VTHをノード771へ出力する。
そうすると、再び図8を参照して、メモリセル121〜124へのデータの書込み時、外部電源電圧制御回路761から内部電源線6へ電圧が出力されるが、外部電源電圧VCCが下限電圧Vgn以下のときは外部電源電圧VCCが内部電源線6へ出力され、外部電源電圧VCCが下限電圧Vgnよりも高いときは電圧VCC−VTHが内部電源線6へ出力される。そして、内部電源線6に出力された電圧VCCまたはVCC−VTHは、メモリセル121〜124の電源ノード1へ供給される。
その結果、メモリセル121〜124は、外部電源電圧VCCが下限電圧Vgn以下のときは、図24に示すインバータ特性に従って駆動され、外部電源電圧VCCが下限電圧Vgnよりも高くなると、図21に示すインバータ特性に従って駆動される。外部電源電圧VCCが下限電圧Vgn以下のとき、メモリセル121〜124のNチャネルMOSトランジスタ3a(または3b)とNチャネルMOSトランジスタ4a(または4b)とのインバータ特性は消滅するが、NチャネルMOSトランジスタ4a(または4b)とPチャネルMOSトランジスタ7a(または7b)とのインバータ特性は消滅しないため、メモリセル121〜124は、図24に示すインバータ特性に従って駆動される。
したがって、外部電源電圧VCCが下限電圧Vgn以下のときは、動作電圧が低いためメモリセル1231〜124へデータを容易に書込むことができ、スタティックノイズマージンSNMが大きいためデータは消失されない。また、外部電源電圧VCCが下限電圧Vgnよりも高いときは、動作電圧が高いためデータが消失されることがなく、スタティックノイズマージンSNMが小さいため書込みマージンが大きくなる。
また、データの読出し時は、PチャネルMOSトランジスタ720によって電圧VCCがメモリセル121〜124へ供給されるため、メモリセル121〜124は、大きなスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従って駆動される。
その他は、実施の形態1の説明と同じである。
実施の形態5によれば、スタティック型半導体記憶装置500においては、データの書込み時、供給される外部電源電圧VCCのレベルに応じてスタティックノイズマージンSNMの大きいインバータ特性またはスタティックノイズマージンSNMの小さいインバータ特性に従ってメモリセルが駆動され、データの読出し時、スタティックノイズマージンSNMの大きいインバータ特性に従ってメモリセルが駆動されるので、外部電源電圧VCCが変動しても、安定してデータの書込みおよび読出しを行なうことができる。
[実施の形態6]
図11を参照して、実施の形態6によるスタティック型半導体記憶装置600は、図1に示すスタティック型半導体記憶装置100の駆動回路70を駆動回路70Aに代え、信号生成回路150を追加したものである。駆動回路70Aは、インバータ71と電圧供給回路78とを含む。
信号生成回路150は、読出/書込バッファ50からの読出/書込制御信号/WEに基づいて、後述する方法により内部書込信号WLiを生成し、駆動回路70Aの電圧供給回路78およびワード線ドライバ60へ出力する。
図12を参照して、信号生成回路150は、ワンショットマルチ151,152からなる。ワンショットマルチ151と、ワンショットマルチ152とは、出力信号をHレベルに保持する期間が異なる。
図12,14を参照して、信号生成回路150における内部書込信号WLiの生成について生成する。アドレス信号とともに、そのアドレス信号によって指定されるメモリセルにデータを書込むための期間、Lレベルを保持した読出/書込制御信号/WEが入力される。そして、読出/書込バッファ50は、Lレベルを保持した読出/書込制御信号/WEを信号生成回路150へ出力する。そうすると、ワンショットマルチ151は、読出/書込制御信号/WEの立下りに同期してHレベルに立ち上がる信号WEMを生成し、ワンショットマルチ152へ出力する。そして、ワンショットマルチ152は、信号WEMの立下りに同期してHレベルに立ち上がる内部書込信号WLiを生成する。内部書込信号WLiは、読出/書込制御信号/WEがLレベルを保持している期間よりも短い期間、Hレベルを保持する。
図13を参照して、電圧供給回路78は、図2に示す電圧供給回路72にNAND781とインバータ782とを追加したものである。NAND781は、内部書込信号WEi,WLiを入力し、その2つの信号の論理を取る。そして、インバータ782は、NAND781の出力信号を反転してPチャネルMOSトランジスタ720のゲート端子とNチャネルMOSトランジスタ721のゲート端子とに与える。つまり、電圧供給回路78は、内部書込信号WEiと内部書込信号WLiとが共にHレベルのときNチャネルMOSトランジスタ721をオンさせてメモリセル121〜124へ電圧VCC−VTHを供給する。
また、データの読出しモードに移行した場合、読出/書込制御信号/WEはHレベルを保持するため、信号生成回路150はHレベルの内部書込信号WLiを出力する。そうすると、NAND781は、Lレベルの内部書込信号WEiおよびHレベルの内部書込信号WLiを入力し、Hレベルの信号を出力し、インバータ721は、Lレベルの信号を出力する。そうすると、NチャネルMOSトランジスタ721はオフされ、PチャネルMOSトランジスタ720はオンされて内部電源線6に電圧VCCが出力される。
したがって、電圧供給回路78は、データをメモリセル121〜124へ書込むとき、読出/書込制御信号/WEがLレベルを保持する期間よりも短い期間だけ、電圧VCC−VTHをメモリセル121〜124の電源ノード1へ供給し、小さいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従ってメモリセル121〜124を駆動させ、データをメモリセル121〜124から読出すときは、電圧VCCをメモリセル121〜124の電源ノード1へ供給し、大きいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従ってメモリセル121〜124を駆動させる。
再び、図11を参照して、スタティック型半導体記憶装置600におけるデータの読出し動作および書込み動作について説明する。読出し動作においては、半導体記憶装置600に入出力端子を介して外部からアドレス信号およびHレベルの読出/書込制御信号/WEが入力される。行アドレスバッファ10は、入力された行アドレス信号を行アドレスデコーダ30へ出力し、行アドレスデコーダ30は行アドレス信号をデコードしてワード線ドライバ60へ出力する。
一方、信号生成回路150は、Hレベルの読出/書込制御信号/WEに基づいてHレベルの内部書込信号WLiを駆動回路70Aの電圧供給回路78およびワード線ドライバ60へ出力する。そうすると、ワード線ドライバ60は、Hレベルに保持された内部書込信号WLiを受けて、行アドレスに対応するワード線をHレベルに引き上げる。
列アドレスバッファ20は、入力された列アドレス信号を列アドレスデコーダ40へ出力し、列アドレスデコーダ40は列アドレス信号をデコードして列選択スイッチ110へ出力する。そして、列選択スイッチ110は、列アドレスに対応するビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・をセンスアンプ90と接続する。
一方、読出/書込バッファ50は、Hレベルの読出/書込制御信号/WEを駆動回路70Aのインバータ71へ出力し、インバータ71はLレベルの内部書込信号WEiを電圧供給回路78へ出力する。そうすると、電圧供給回路78は、Hレベルの内部書込信号WLiとLレベルの内部書込信号WEiとに基づいて、上述したように電圧VCCを内部電源線6を介してメモリセル121〜124へ供給する。そして、メモリセル121〜124のうち、Hレベルに引き上げられたワード線と、列選択スイッチ110によってセンスアンプ90に接続されたビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・とにつながったメモリセルは、スタティックノイズマージンSNMの大きいインバータ特性に従って駆動され、記憶されたデータに対応する出力信号を出力する。
センスアンプ90は、出力された出力信号を増幅して入出力バッファ130へ出力する。そして、入出力バッファ130はデータを入出力端子を介して外部へ出力する。
書込み動作においては、半導体記憶装置600に入出力端子を介して外部からアドレス信号およびLレベルの読出/書込制御信号/WEが入力される。行アドレスバッファ10は、入力された行アドレス信号を行アドレスデコーダ30へ出力し、行アドレスデコーダ30は行アドレス信号をデコードしてワード線ドライバ60へ出力する。
一方、信号生成回路150は、上述したようにLレベルの読出/書込制御信号/WEに基づいて、読出/書込制御信号/WEがLレベルを保持する期間よりも短い期間、Hレベルを保持する内部書込信号WLiを駆動回路70Aの電圧供給回路78およびワード線ドライバ60へ出力する。そうすると、ワード線ドライバ60は、Hレベルに保持された内部書込信号WLiを受けて、内部書込信号WLiがHレベルを保持する期間のみ行アドレスに対応するワード線をHレベルに引き上げる。
列アドレスバッファ20は、入力された列アドレス信号を列アドレスデコーダ40へ出力し、列アドレスデコーダ40は列アドレス信号をデコードして列選択スイッチ110へ出力する。そして、列選択スイッチ110は、列アドレスに対応するビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・を書込ドライバ80と接続する。
一方、読出/書込バッファ50は、Lレベルの読出/書込制御信号/WEを駆動回路70Aのインバータ71へ出力し、インバータ71はHレベルの内部書込信号WEiを電圧供給回路78へ出力する。そうすると、電圧供給回路78は、上述した方法によって内部書込信号WLiがHレベルを保持する期間のみ、外部電源電圧VCC−VTHを内部電源線6を介してメモリセル121〜124へ供給する。そして、メモリセル121〜124のうち、Hレベルに引き上げられたワード線と、列選択スイッチ110によって書込ドライバ80に接続されたビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・とにつながったメモリセルは、スタティックノイズマージンSNMの小さいインバータ特性に従って駆動される。
入出力バッファ130は、入出力端子を介して入力したデータをセンスアンプ90へ出力し、増幅されたデータをセンスアンプ90から受け取る。そして、入出力バッファ130は、増幅されたデータを書込ドライバ80へ出力する。そうすると、書込ドライバ80は、入力したデータを列選択スイッチ110によって接続されたビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・へ書込む。そして、データが書込まれたビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・につながったメモリセルは、小さいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従って駆動されているため、ビット線対BL1,/BL1、BL2,/BL2、・・・上のデータはメモリセルに容易に書込まれる。この場合、メモリセル121〜124が小さいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従って駆動される期間と、ワード線がHレベルに引き上げられる期間とは一致する。
上記においては、実施の形態1における電圧供給回路72を用いた例について説明したが、実施の形態6においては、これに限らず、電圧供給回路72に代えて実施の形態2における電圧供給回路73、実施の形態3における電圧供給回路74、実施の形態4における電圧供給回路75、および実施の形態5における電圧供給回路76を用いて電圧供給回路78を構成しても良い。
これらの電圧供給回路72〜76を用いて電圧供給回路78を構成した場合にも内部書込信号WLiがHレベルを保持する期間のみ、小さいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従ってメモリセルを駆動できる。
実施の形態6によれば、スタティック型半導体記憶装置600は、データの書込みモード期間を示す読出/書込制御信号/WEがLレベルを保持する期間よりも短い期間のみ、小さいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従ってメモリセルを駆動するので、書込みマージンを大きくできるとともに半導体記憶装置の低消費化を図ることができる。
[実施の形態7]
図15を参照して、実施の形態7によるスタティック型半導体記憶装置700は、図11に示すスタティック型半導体記憶装置600の信号生成回路150を信号生成回路150Aに代えたものであり、その他は半導体記憶装置600と同じである。
信号生成回路150Aは、読出/書込制御信号/WEに基づいて内部書込信号WLi,WLSiを生成し、内部書込信号WLiをワード線ドライバ60へ出力し、内部書込信号WLSiを駆動回路70Aの電圧供給回路78へ出力する。その他は、半導体記憶装置600と同じである。
図16を参照して、信号生成回路150Aは、ワンショットマルチ151,152,153から成る。ワンショットマルチ151,152については、実施の形態6の説明と同じである。ワンショットマルチ153は、ワンショットマルチ151,152とは異なる期間、出力信号をHレベルに保持する。
図16,17を参照して、信号生成回路150Aにおける内部書込信号WLi,WLSiの生成について説明する。アドレス信号とともに、そのアドレス信号によって指定されるメモリセルにデータを書込むための期間、Lレベルを保持した読出/書込制御信号/WEが入力される。そして、読出/書込バッファ50は、Lレベルを保持した読出/書込制御信号/WEを信号生成回路150へ出力する。そうすると、ワンショットマルチ151は、読出/書込制御信号/WEの立下りに同期してHレベルに立ち上がる信号WEMを生成し、ワンショットマルチ152,153へ出力する。そして、ワンショットマルチ152は、信号WEMの立下りに同期してHレベルに立ち上がる内部書込信号WLiを生成する。また、ワンショットマルチ153は、信号WEMの立下りに同期してHレベルに立ち上がる内部書込信号WLSiを生成する。内部書込信号WLiは、読出/書込制御信号/WEがLレベルを保持している期間よりも短い期間、Hレベルを保持する。また、内部書込信号WLSiは、読出/書込制御信号/WEがLレベルを保持している期間よりも短く、かつ、データをメモリセル121〜124へ実際に書込む期間、Hレベルを保持する。
一方、データの読出し時、信号生成回路150Aは、Hレベルの読出/書込制御信号/WEが入力される。そうすると、ワンショットマルチ151は、Hレベルの信号WEMを出力する。そして、ワンショットマルチ152,153もHレベルの内部書込信号WLi,WLSiを出力する。
そうすると、メモリセル121〜124へのデータの書込み時、電圧供給回路78は、Hレベルの内部書込信号WEiと、Hレベルの内部書込信号WLSiとが入力され、ワード線ドライバ60は、Hレベルの内部書込信号WLiが入力される。そして、電圧供給回路78は、Hレベルの内部書込信号WEiと、Hレベルの内部書込信号WLSiとに基づいて、実際にデータを書込む期間のみ、NチャネルMOSトランジスタ721によって電圧VCC−VTHをメモリセル121〜124の電源ノード1へ供給する。また、ワード線ドライバ60は、内部書込信号WLiがHレベルの期間のみ、行アドレスに対応するワード線をHレベルに引き上げる。これによって、実際にメモリセル121〜124にデータが書込まれる期間のみメモリセル121〜124をスタティックノイズマージンSNMが小さいインバータ特性に従って駆動できる。
一方、メモリセル121〜124からのデータの読出し時、電圧供給回路78は、Lレベルの内部書込信号WEiと、Hレベルの内部書込信号WLSiとが入力され、ワード線ドライバ60は、Hレベルの内部書込信号WLiが入力される。そして、電圧供給回路78は、Lレベルの内部書込信号WEiと、Hレベルの内部書込信号WLSiとに基づいて、PチャネルMOSトランジスタ720によって電圧VCCをメモリセル121〜124の電源ノード1へ供給する。また、ワード線ドライバ60は、内部書込信号WLiがHレベルの期間のみ、行アドレスに対応するワード線をHレベルに引き上げる。これによって、メモリセル121〜124からデータが読出される期間、メモリセル121〜124をスタティックノイズマージンSNMが大きいインバータ特性に従って駆動できる。
スタティック型半導体記憶装置700におけるデータの読出動作および書込動作は実施の形態6と同じである。
上記においては、実施の形態1における電圧供給回路72を用いた例について説明したが、実施の形態7においては、これに限らず、電圧供給回路72に代えて実施の形態2における電圧供給回路73、実施の形態3における電圧供給回路74、実施の形態4における電圧供給回路75、および実施の形態5における電圧供給回路76を用いて電圧供給回路78を構成しても良い。
これらの電圧供給回路72〜76を用いて電圧供給回路78を構成した場合にも内部書込信号WLSiがHレベルを保持する期間のみ、小さいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従ってメモリセルを駆動できる。
実施の形態7によれば、スタティック型半導体記憶装置600は、データの書込みモード期間を示す読出/書込制御信号/WEがLレベルを保持する期間よりも短い、実際にデータを書込む期間のみ、小さいスタティックノイズマージンSNMを有するインバータ特性に従ってメモリセルを駆動するので、書込みマージンを大きくできるとともに半導体記憶装置のさらに低消費化を図ることができる。
[実施の形態8]
最近、スタティック型半導体記憶装置の大容量化が進み、セルアレイが複数存在する。そこで、図18に示すように複数のメモリセルを複数のブロックBLK1,BLK2,・・・,BLKnに分割し、各ブロックBLK1,BLK2,・・・,BLKnに対応するように駆動回路901,902,・・・,90nを設ける。各駆動回路901,902,・・・,90nは、外部電源線5と接続されており、外部電源電圧VCCが供給される。
各駆動回路901,902,・・・,90nは、実施の形態1〜実施の形態5までに示した電圧供給回路72〜76を含む。各駆動回路901,902,・・・,90nが実施の形態1〜3,5に示した電圧供給回路72〜74,76を含む場合、外部電源線5を介して外部電源電圧VCCが供給される。そして、各駆動回路901,902,・・・,90nの電圧供給回路72〜74,76の各々は、メモリセルの電源ノード1へ電圧VCCまたはVCC−VTHを供給し、スタティックノイズマージンSNMが小さいインバータ特性またはスタティックノイズマージンが大きいインバータ特性に従って対応するブロックに含まれるメモリセルを駆動する。
また、各駆動回路901,902,・・・,90nが実施の形態4に示した電圧供給回路75を含む場合、外部電源線5を介して接地電圧GNDが供給される。そして、各駆動回路901,902,・・・,90nの電圧供給回路75は、メモリセルの接地ノード8へ電圧GNDまたはGND+VTHを供給し、スタティックノイズマージンSNMが小さいインバータ特性またはスタティックノイズマージンが大きいインバータ特性に従って対応するブロックに含まれるメモリセルを駆動する。
また、各駆動回路901,902,・・・,90nは、ブロック選択信号BLS1〜BLSnによって対応するブロックBLK1〜BLKnが選択されたことに伴って、対応するブロックBLK1〜BLKnに含まれるメモリセルを異なるインバータ特性に従って駆動する。
図19を参照して、たとえば、各駆動回路901,902,・・・,90nが実施の形態1における電圧供給回路72を含む場合、各駆動回路901,902,・・・,90nは電圧供給回路72と、NAND801と、インバータ802とを備える。NAND801は、内部書込信号WEiとブロック選択信号BLS1〜BLSnとを入力する。そして、データの書込み時、Hレベルの内部書込信号WEiと、対応するブロックBLK1〜BLKnが選択されたことを示すHレベルのブロック選択信号とが入力されると、NAND801は、Lレベルの信号を出力し、インバータ802はHレベルの信号を出力する。したがって、電圧供給回路72はNチャネルMOSトランジスタ721によって電圧VCC−VTHを内部電源線6へ出力する。そうすると、対応するブロックBLK1〜BLKnに含まれるメモリセルは、スタティックノイズマージンSNMが小さいインバータ特性に従って駆動され、書込みマージンが大きくなる。
また、対応するブロックBLK1〜BLKnが選択されていないとき、NAND801はLレベルのブロック選択信号BLS1〜BLKnが入力されるため、Hレベルの信号を出力し、インバータ802はLレベルの信号を出力する。その結果、電圧供給回路72は、PチャネルMOSトランジスタ720によって電圧VCCを内部電源線6へ出力する。そうすると、対応するブロックBLK1〜BLKnに含まれるメモリセルには、外部電源電圧VCCが供給される。したがって、そのブロックに含まれるメモリセルはデータを消失することがなく、安定している。
データの読出し時、NADN801は、Lレベルの内部書込信号WEiが入力されるため、対応するブロックBLK1〜BLKnが選択されているか否かに拘わらず、すなわち、ブロック選択信号BLS1〜BLSnがHレベルかLレベルかに拘わらず、Hレベルの信号を出力し、インバータ802はLレベルの信号を出力する。そうすると、上述したように電圧供給回路72は、PチャネルMOSトランジスタ720によって電圧VCCを内部電源線6へ出力する。そして、対応するブロックBLK1〜BLKnに含まれるメモリセルには、外部電源電圧VCCが供給される。したがって、対応するブロックがデータの読出しにおいて選択されているときは、そのブロックに含まれるメモリセルは、スタティックノイズマージンSNMが大きいインバータ特性に従って駆動されてデータの読出しが行われる。データの読出しモードにおいて、対応するブロックが選択されていないときは、そのブロックに含まれるメモリセルはデータを消失することがなく、安定している。
他の電圧供給回路73〜76を用いた場合も同様である。
したがって、電圧供給回路72〜76による対応するブロックに含まれるメモリセルへの電圧の供給をブロック選択信号と関連させることによって、対応するブロックに含まれるメモリセルをデータの書込みまたはデータの読出しに適したインバータ特性に従って正確に駆動することができる。
実施の形態8によれば、各ブロックに対応して設けられた各駆動回路は、対応するブロックが選択されると、そのブロックに含まれるメモリセルをスタティックノイズマージンが小さいインバータ特性またはスタティックノイズマージンが大きいインバータ特性に従って駆動するので、データの書込み時、およびデータの読出しを正確に行なうことができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。