JP2011018438A - Semiconductor device - Google Patents

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雅直 山岡
Kenichi Osada
健一 長田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an SRAM (Static Random Access Memory) which has low power consumption and is operated by low voltage of 1 V or less while securing static noise margin.SOLUTION: A semiconductor device includes static type memory cells each of which comprises: first and second drive MOS transistors; transfer MOS transistors; and load MOS transistors. The semiconductor device further includes; a pair of bit lines; an input/output circuit; a logic circuit; and a memory power source line for supplying a power source potential to the static type memory cells formed in an array state, wherein the first transfer MOS transistor is connected to one of the pair of bit lines, the second transfer MOS transistor is connected to the other of the pair of bit lines, an input/output circuit power source of the input/output circuit and a core power source used for the logic circuit are input to the semiconductor device, the memory power source line is connected to a second operation potential point, and is supplied with a power source from the core power source.

Description

本発明は半導体装置に係り、特に書き込み時の動作マージンを確保し、低電圧、低電力で動作するSRAM(Static Random Access Memory)に好適な半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device suitable for an SRAM (Static Random Access Memory) that secures an operation margin during writing and operates at a low voltage and low power.

近年、ますます機器の携帯化が進み、大規模半導体集積回路(LSI)の低消費電力化への需要が高まっており、そのために1V以下の電圧で動作するLSI技術が必要となっている。今後は、0.9V程度の動作電圧で動作するLSIからさらに動作電圧を下げる要求が高まり、0.5V程度の動作電圧でも動作するLSIが求められると考えられる。   In recent years, more and more devices have been ported, and the demand for lower power consumption of large-scale semiconductor integrated circuits (LSIs) has increased. Therefore, LSI technology that operates at a voltage of 1 V or less is required. In the future, there is an increasing demand for lowering the operating voltage from LSIs operating at an operating voltage of about 0.9V, and it is considered that an LSI operating at an operating voltage of about 0.5V will be required.

LSIを低電圧で動作させる場合に、低電圧でも動作電流がとれるようにMOSトランジスタのしきい値電圧を下げることが行われる。しかし、SRAMのメモリセル内のMOSトランジスタのしきい値電圧を下げた場合、ノイズに対する余裕であるスタティックノイズマージンが下がってしまい、読み出し動作が不安定となる。これを示したのが図24の(a)および(b)である。図24(a)中の参照符号11で示した両端矢印の線が、従来のしきい値を下げていないメモリセルのスタティックノイズマージンである。これに対して、図24(b)に示したように、しきい値を下げたメモリセルのスタティックノイズマージン12は小さくなっている。   When the LSI is operated at a low voltage, the threshold voltage of the MOS transistor is lowered so that an operating current can be obtained even at a low voltage. However, when the threshold voltage of the MOS transistor in the SRAM memory cell is lowered, the static noise margin, which is a margin for noise, is lowered, and the read operation becomes unstable. This is shown in (a) and (b) of FIG. A double-headed arrow line indicated by reference numeral 11 in FIG. 24A is a static noise margin of a conventional memory cell in which the threshold value is not lowered. On the other hand, as shown in FIG. 24B, the static noise margin 12 of the memory cell whose threshold is lowered is small.

図2は、SRAMのメモリセルの回路構成図である。SRAMのメモリセルは、ソース同士を接続したNチャネルMOSトランジスタ(駆動MOSトランジスタ)N1,N2と、その駆動MOSトランジスタN1,N2のドレインにそれぞれドレインが接続されたPチャネルMOSトランジスタ(負荷MOSトランジスタ)P1,P2と、それぞれゲートがワード線WLに接続されると共にビット線BL,/BL(ここで、記号“/”は、反転を表すバー記号の代わりに用いる。)と駆動MOSトランジスタN1,N2のドレインとの間にソース・ドレイン経路が接続されたNチャネルMOSトランジスタ(転送MOSトランジスタ)N3,N4とから構成される。   FIG. 2 is a circuit configuration diagram of an SRAM memory cell. SRAM memory cells consist of N-channel MOS transistors (drive MOS transistors) N1, N2 with their sources connected, and P-channel MOS transistors (load MOS transistors) with their drains connected to the drains of the drive MOS transistors N1, N2, respectively. P1, P2, gates connected to the word line WL, bit lines BL, / BL (here, the symbol “/” is used in place of the bar symbol indicating inversion) and the driving MOS transistors N1, N2 N-channel MOS transistors (transfer MOS transistors) N3 and N4 having source / drain paths connected to the drains of the two transistors.

なお、図2において参照符号4は負荷MOSトランジスタP1,P2のソース線すなわちメモリセルの電源線、5は駆動MOSトランジスタN1,N2のソース線すなわち通常はメモリセルの接地線、6および7はメモリセルのデータ保持ノード(記憶ノード)、Vwはワード線WLの電圧、Vb1,Vb2はそれぞれビット線BL,/BLの電圧、Vddmはメモリセルの電源線4の電圧、Vssmはメモリセルの接地線5の電圧である。またVn1,Vn2はそれぞれデータ保持ノード6,7の電圧であり、データとしては“1”または“0”であり、互いに逆となる。   In FIG. 2, reference numeral 4 is the source line of the load MOS transistors P1 and P2, that is, the power line of the memory cell, 5 is the source line of the drive MOS transistors N1 and N2, that is, usually the ground line of the memory cell, and Data holding node (storage node) of the cell, Vw is the voltage of the word line WL, Vb1 and Vb2 are the voltages of the bit lines BL and / BL, Vddm is the voltage of the power line 4 of the memory cell, and Vssm is the ground line of the memory cell 5 voltage. Vn1 and Vn2 are the voltages of the data holding nodes 6 and 7, respectively, and the data is “1” or “0”, which are opposite to each other.

次に、このような構成のSRAMメモリセルのスタティックノイズマージンが、MOSトランジスタのしきい値を下げても下がらないようにするために、従来から採られている方法について説明する。
MOSトランジスタのしきい値を下げてもSRAMメモリセルのスタティックノイズマージンを下げないようにするためには、メモリセルの駆動MOSトランジスタN1,N2のコンダクタンスを、転送MOSトランジスタN3,N4のコンダクタンスと比較して大きくする必要がある。これを達成するためには、ワード線WLのハイレベルの電圧Vddよりも高い電圧Vdd'を、負荷MOSトランジスタP1,P2のソースに接続されるメモリセルの電源線4の電圧Vddmとして印加し、駆動MOSトランジスタN1,N2のゲート電極に印加される電圧を転送MOSトランジスタN3,N4のゲート電極に印加される電圧よりも高くすればよい。これにより駆動MOSトランジスタN1,N2のコンダクタンスが大きくなり、図24の(c)に参照符号13で示したようにスタティックノイズマージンも大きくなる。
Next, a method conventionally employed in order to prevent the static noise margin of the SRAM memory cell having such a configuration from being lowered even when the threshold value of the MOS transistor is lowered will be described.
In order not to lower the static noise margin of the SRAM memory cell even if the threshold value of the MOS transistor is lowered, the conductance of the drive MOS transistors N1 and N2 of the memory cell is compared with the conductance of the transfer MOS transistors N3 and N4. It needs to be bigger. In order to achieve this, a voltage Vdd ′ higher than the high-level voltage Vdd of the word line WL is applied as the voltage Vddm of the power line 4 of the memory cell connected to the sources of the load MOS transistors P1 and P2. The voltage applied to the gate electrodes of the driving MOS transistors N1 and N2 may be made higher than the voltage applied to the gate electrodes of the transfer MOS transistors N3 and N4. As a result, the conductances of the driving MOS transistors N1 and N2 are increased, and the static noise margin is also increased as indicated by reference numeral 13 in FIG.

したがって、従来の低電圧動作を目的としたSRAMメモリでは、特開平9-185886号公報で開示されているように、読み出し時に限りメモリセルアレイ全体の電源線の電圧を高くしたり、或いは読み出すメモリセルすなわち読出し時に選択されたメモリセルの電源線に高電圧を印加する等の方法がとられている。   Therefore, in a conventional SRAM memory intended for low voltage operation, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-185886, a memory cell in which the power supply line voltage of the entire memory cell array is increased or read only at the time of reading. That is, a high voltage is applied to the power supply line of the memory cell selected at the time of reading.

読出し時のみにメモリセルの電源線の電圧Vddmを昇圧するのは、書き込み時の動作マージンは負荷MOSトランジスタP1,P2のコンダクタンスと駆動MOSトランジスタのコンダクタンスの比が大きくなるほど減少するからである。このため、従来は読み出し時に限って選択メモリセルもしくはメモリセルアレイの電源線4の電圧Vddmの昇圧を行い、書き込み時の動作マージンが下がるのを抑えていた。   The reason why the voltage Vddm of the power supply line of the memory cell is boosted only at the time of reading is that the operation margin at the time of writing decreases as the ratio of the conductance of the load MOS transistors P1 and P2 and the conductance of the driving MOS transistor increases. For this reason, conventionally, the voltage Vddm of the power supply line 4 of the selected memory cell or memory cell array is boosted only at the time of reading, and the operation margin at the time of writing is suppressed from decreasing.

なお、特開平9-185886号公報には、書き込み動作が可能な電位でありさえすれば、読み出し動作時に限ることなく、メモリセルに印加されるメモリセルの電源電位を定常的に周辺回路等の電源電位よりも高くしておくことも可能であることが記載されている。   In Japanese Patent Laid-Open No. 9-185886, the power supply potential of the memory cell applied to the memory cell is steadily changed to a peripheral circuit or the like as long as the potential is such that the write operation is possible. It is described that it can be set higher than the power supply potential.

また、低電圧動作に限らず通常のSRAMメモリセルでは、読出し時のスタティックノイズマージンを大きくとるために、上記したように駆動MOSトランジスタのコンダクタンスを、転送MOSトランジスタのコンダクタンスより大きくする必要がある。このため、駆動MOSトランジスタのゲート幅が転送MOSトランジスタのゲート幅より大きく製造されていた。
特に、特開2001-28401号公報に開示されるように、図9に示した従来のSRAMメモリで使用されているメモリセルレイアウトでは、駆動MOSトランジスタおよび転送MOSトランジスタの拡散領域を曲がることなく形成しているにもかかわらず、ゲート幅のサイズの違いにより拡散領域は単純な矩形にはなっていなかった。なお、図9において参照符号33はコンタクト、34はNチャネルMOSトランジスタ(以下、NMOSトランジスタと呼ぶ)N1,N2,N3,N4のソースおよびドレインとなるN形拡散層、35はゲート電極となるポリシリコン、36は1個のSRAMメモリセル領域、39はPチャネルMOSトランジスタ(以下、PMOSトランジスタと呼ぶ)P1,P2,P3,P4のソースおよびドレインとなるP形拡散層を表している。
In addition, in a normal SRAM memory cell as well as a low voltage operation, in order to increase the static noise margin at the time of reading, it is necessary to make the conductance of the driving MOS transistor larger than the conductance of the transfer MOS transistor as described above. For this reason, the gate width of the driving MOS transistor is manufactured larger than the gate width of the transfer MOS transistor.
In particular, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-28401, in the memory cell layout used in the conventional SRAM memory shown in FIG. 9, the diffusion regions of the driving MOS transistor and the transfer MOS transistor are formed without bending. Nevertheless, the diffusion region was not a simple rectangle due to the difference in the gate width size. In FIG. 9, reference numeral 33 is a contact, 34 is an N-type diffusion layer serving as the source and drain of N-channel MOS transistors (hereinafter referred to as NMOS transistors) N1, N2, N3, N4, and 35 is a poly-layer serving as a gate electrode. Silicon, 36 is one SRAM memory cell region, and 39 is a P-type diffusion layer which becomes sources and drains of P-channel MOS transistors (hereinafter referred to as PMOS transistors) P1, P2, P3 and P4.

さらに、同じ従来例の特開2001-28401号には、駆動MOSトランジスタと転送MOSトランジスタのゲート幅の比を1にするために、駆動MOSトランジスタN1,N2に比べて、転送MOSトランジスタN3,N4の酸化膜厚を厚くするか、或いは電界緩和のための低濃度ドレイン領域の不純物濃度を低くすることにより駆動力に差をつけていわゆるセルレシオを大きくする等の製造プロセスの変更を行って実現することが記載されている。   Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-28401 of the same conventional example, the transfer MOS transistors N3, N4 are compared with the drive MOS transistors N1, N2 in order to set the ratio of the gate width of the drive MOS transistor to the transfer MOS transistor to 1. This is realized by changing the manufacturing process such as increasing the cell ratio by increasing the oxide film thickness or by reducing the impurity concentration in the low-concentration drain region for reducing the electric field, thereby increasing the so-called cell ratio. It is described.

特開平9−185886号公報JP-A-9-185886 特開2001−28401号公報JP 2001-28401 A

しかしながら、前述した読み出し時にのみメモリセルアレイの電源線に高い電圧を印加する従来の方法によれば、メモリセルアレイの電源電圧Vddmが周辺回路の電源電圧Vddよりも高い所望の電圧Vdd'に変わるまでには時間がかかってしまう。さらに、メモリセルアレイの電源線の電圧を上げ下げするために電源線の充放電に要する余分な電力を消費してしまい、低電圧で動作するSRAM回路ではあるが、低消費電力を実現することができなくなる。これは、読み出しを実行する選択されたメモリセルの電源電圧Vddmだけを昇圧する場合でも、程度の多少はあるが、消費電力が増加する。また、定常的にメモリセルの電源電圧を周辺回路等の電源電圧よりも高くする場合は、書き込み時と待機時にはメモリセルの接地電圧を周辺回路の接地電圧よりも高くなるように設定すると共に、読み出し動作時にのみメモリセルの接地電圧を周辺回路の接地電圧と同じに設定する必要が有り、結局、相対的な電源線間の電圧の上げ下げが必要となり電源線の充放電に要する余分な電力を消費することになる。   However, according to the conventional method of applying a high voltage to the power supply line of the memory cell array only at the time of reading, the power supply voltage Vddm of the memory cell array changes to a desired voltage Vdd ′ higher than the power supply voltage Vdd of the peripheral circuit. Takes time. Furthermore, it consumes extra power required to charge and discharge the power supply line to raise and lower the voltage of the power supply line of the memory cell array, and although it is an SRAM circuit that operates at a low voltage, low power consumption can be realized. Disappear. This increases the power consumption to some extent even when boosting only the power supply voltage Vddm of the selected memory cell to be read. In addition, when the power supply voltage of the memory cell is steadily higher than the power supply voltage of the peripheral circuit or the like, the ground voltage of the memory cell is set to be higher than the ground voltage of the peripheral circuit during writing and standby, It is necessary to set the ground voltage of the memory cell to be the same as the ground voltage of the peripheral circuit only during the read operation. Consequently, the voltage between the power supply lines needs to be raised or lowered relatively, and the extra power required for charging / discharging the power supply lines is required. Will consume.

また、図9のような拡散領域34,37および多結晶シリコン(ポリシリコン)の層35を直線的に形成し対称性の高いレイアウトを作ることによって、それ以前の対称性が少なくまたポリシリコンが曲げられているレイアウトと比較して製造時のばらつきは抑えることが出来るようになった。しかし、このレイアウトでは駆動MOSトランジスタN1,N2のゲート幅W1と転送MOSトランジスタN3,N4のゲート幅W3がコンダクタンスを調整するために異なっており、図9のように拡散領域34,37を完全な矩形にするにはいたらなかった。実際には、駆動MOSのゲート幅W1と転送MOSのゲート幅W3の比W1/W3を1.5〜2にすることにより、駆動MOSトランジスタと転送MOSトランジスタのコンダクタンスの比を調整してスタティックノイズマージンを確保していた。そのため、このレイアウトを採用する以前のSRAMメモリセルと比較すると製造時のばらつきは減少しているものの、完全な矩形の拡散領域を形成する場合と比べれば、ばらつきが多いと考えられる。   Further, by forming the diffusion regions 34 and 37 and the polycrystalline silicon (polysilicon) layer 35 linearly as shown in FIG. 9 to make a highly symmetric layout, the previous symmetry is reduced and the polysilicon is also formed. Compared to the bent layout, the manufacturing variation can be suppressed. However, in this layout, the gate width W1 of the driving MOS transistors N1 and N2 and the gate width W3 of the transfer MOS transistors N3 and N4 are different to adjust the conductance, and the diffusion regions 34 and 37 are completely formed as shown in FIG. I didn't want to make it rectangular. Actually, by setting the ratio W1 / W3 of the gate width W1 of the drive MOS and the gate width W3 of the transfer MOS to 1.5-2, the ratio of the conductance of the drive MOS transistor and the transfer MOS transistor is adjusted to reduce static noise. A margin was secured. For this reason, although variations at the time of manufacture are reduced as compared with SRAM memory cells before adopting this layout, it is considered that there are more variations than when a completely rectangular diffusion region is formed.

さらに、同じ従来例の特開2001-28401号に記載されているように、ゲート幅の比W1/W3を1にするために、低濃度ドレイン領域の不純物濃度を変えて駆動力に差をつけセルレシオを大きくする等の製造プロセスの変更を行って実現するやりかたでは、製造条件が複雑になって歩留まりが低下したり、製造工程が増加してコスト高を招いてしまう難点がある。   Further, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-28401 of the same conventional example, in order to set the gate width ratio W1 / W3 to 1, the impurity concentration in the low-concentration drain region is changed to make a difference in driving force. If the manufacturing process is changed by increasing the cell ratio or the like, the manufacturing conditions become complicated, resulting in a decrease in yield or an increase in manufacturing steps, resulting in high costs.

そこで、本発明の目的は、スタティックノイズマージンを確保した低電圧動作と低消費電力とを両立できるSRAMメモリに好適な半導体記憶装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device suitable for an SRAM memory that can achieve both low voltage operation with a static noise margin and low power consumption.

また、スタティックノイズマージンを確保したまま、駆動MOSトランジスタと転送MOSトランジスタのゲート幅の比を1として拡散領域の矩形レイアウトを可能にし、製造ばらつきの小さい半導体記憶装置を提供することも本発明の目的である。   It is also an object of the present invention to provide a semiconductor memory device that enables a rectangular layout of the diffusion region by setting the gate width ratio of the driving MOS transistor and the transfer MOS transistor to 1 while ensuring a static noise margin, and having a small manufacturing variation. It is.

前述した課題を解決するために本発明に係る半導体装置は、Nチャネル型の第1及び第2の駆動MOSトランジスタおよびNチャネル型の第1及び第2の転送MOSトランジスタと、Pチャネル型の第1及び第2の負荷MOSトランジスタにより構成されたスタティック型のメモリセルが半導体基板上にアレイ状に形成され、第1及び第2の駆動MOSトランジスタのソース電極が第1動作電位点に接続され、第1及び第2の負荷MOSトランジスタのソース電極が第2動作電位点に接続された半導体装置であって、メモリセルの読み出し動作状態および書き込み動作状態では前記第2動作電位点の電位が第1及び第2の転送MOSトランジスタのゲート電極に印加されるハイレベル電位よりも大きい電位とし、第1動作電位点の電位をメモリセルの読み出し動作状態と書き込み動作状態とで同じとし、第2動作電位点の電位をメモリセルの読み出し動作状態と書き込み動作状態とで同じとし、さらに一対のビット線と、入出力回路と、ロジック回路と、アレイ状に形成されたスタティック型のメモリセルに電源電位を供給するメモリ電源線とを有し、第1の転送MOSトランジスタは、ビット線対の一方に接続され、第2の転送MOSトランジスタは、ビット線対の他方に接続され、半導体装置には入出力回路の入出力回路用電源とロジック回路に使用されるコア電源とが入力され、メモリ電源線は、第2動作電位点に接続され、コア電源から電源が供給されることを特徴とするものである。   In order to solve the above-described problems, a semiconductor device according to the present invention includes N-channel first and second drive MOS transistors, N-channel first and second transfer MOS transistors, and a P-channel first. Static type memory cells composed of first and second load MOS transistors are formed in an array on a semiconductor substrate, and source electrodes of the first and second drive MOS transistors are connected to a first operating potential point. A semiconductor device in which the source electrodes of the first and second load MOS transistors are connected to a second operating potential point, and the potential of the second operating potential point is the first in the read operation state and the write operation state of the memory cell. And a potential higher than the high level potential applied to the gate electrode of the second transfer MOS transistor, and the potential at the first operating potential point is memorized. The read operation state and the write operation state of the cell are the same, the potential of the second operation potential point is the same in the read operation state and the write operation state of the memory cell, and a pair of bit lines, an input / output circuit, and a logic A first power MOS transistor connected to one of the bit line pair, and a second power transfer MOS transistor having a circuit and a memory power supply line for supplying a power supply potential to static memory cells formed in an array. The transistor is connected to the other of the bit line pair, the input / output circuit power supply of the input / output circuit and the core power supply used for the logic circuit are input to the semiconductor device, and the memory power supply line is connected to the second operating potential point. It is connected and power is supplied from a core power supply.

本発明によれば、スタティックノイズマージンを確保して、低消費電力でかつ1V以下の低電圧で動作するSRAMを実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize an SRAM that secures a static noise margin and operates with low power consumption and a low voltage of 1 V or less.

実施形態1におけるメモリセルアレイおよび周辺回路と、これらに供給される電源構成とを示すブロック図である。2 is a block diagram showing a memory cell array and peripheral circuits in Embodiment 1, and a power supply configuration supplied to them. FIG. 本発明を適用するSRAMのメモリセルの回路構成図である。1 is a circuit configuration diagram of an SRAM memory cell to which the present invention is applied. FIG. 実施形態1におけるメモリ動作時のメモリセルの各部の電位の変化を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a change in potential of each part of the memory cell during the memory operation in the first embodiment. 従来例の読み出し時のみ昇圧する場合のメモリ動作時のメモリセルの各部の電圧の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the voltage of each part of the memory cell at the time of memory operation in the case of boosting only at the time of reading in the conventional example. 実施形態2におけるメモリセルアレイおよび周辺回路と、これらに供給される電源構成とを示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a memory cell array and peripheral circuits in Embodiment 2, and a power supply configuration supplied to them. メモリセルアレイの電源電圧として、従来例のように書き込み時と読み出し時で異なった電圧を供給する場合の構成例を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example in the case where different voltages are supplied as a power supply voltage of a memory cell array between a writing time and a reading time as in the conventional example. 実施形態3におけるメモリセルアレイおよび周辺回路と、これらに供給される電源構成とを示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing a memory cell array and peripheral circuits in Embodiment 3 and a power supply configuration supplied to them. 実施形態4におけるメモリセルのレイアウトの一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a layout of memory cells in a fourth embodiment. 図2に示したSRAMメモリセルアレイ回路の従来のメモリセルのレイアウト例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a layout example of a conventional memory cell of the SRAM memory cell array circuit shown in FIG. 2. 実施形態5におけるメモリセルのレイアウトの一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a layout of memory cells in a fifth embodiment. 実施形態6におけるメモリセルのレイアウトの一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a layout of memory cells in a sixth embodiment. 実施形態7におけるメモリセルのレイアウトの一例を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a layout of memory cells in a seventh embodiment. 実施形態8におけるメモリセルアレイおよび周辺回路と、これらに供給される電源構成とを示すブロック図である。FIG. 19 is a block diagram showing a memory cell array and peripheral circuits in Embodiment 8, and a power supply configuration supplied to them. 実施形態9におけるメモリセルアレイおよび周辺回路と、これらに供給される電源構成とを示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram showing a memory cell array and peripheral circuits in Embodiment 9, and a power supply configuration supplied to them. 図13の電源構成をシステムLSIに適用した場合の電源配線の接続を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the connection of the power supply wiring at the time of applying the power supply structure of FIG. 13 to system LSI. 図14の電源構成をシステムLSIに適用した場合の電源配線の接続を示すブロック図である。FIG. 15 is a block diagram showing connection of power supply wiring when the power supply configuration of FIG. 14 is applied to a system LSI. 図2に示したSRAMメモリセルを構成するMOSトランジスタのウエル電位をウエル給電線により印加できる構成にしたSRAMメモリセルの回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of an SRAM memory cell configured such that a well potential of a MOS transistor constituting the SRAM memory cell shown in FIG. 2 can be applied by a well power supply line. 実施形態10におけるメモリセルに印加するアクティブ時と非アクティブ時の電源電圧印加パターン例Aを示す図である。FIG. 25 is a diagram illustrating a power supply voltage application pattern example A when active and inactive applied to a memory cell in the tenth embodiment. 実施形態10におけるメモリセルに印加するアクティブ時と非アクティブ時の電源電圧印加パターン例Bを示す図である。FIG. 25 is a diagram illustrating a power supply voltage application pattern example B when active and inactive applied to a memory cell in the tenth embodiment. 実施形態10におけるメモリセルに印加するアクティブ時と非アクティブ時の電源電圧印加パターン例Cを示す図である。FIG. 22 is a diagram illustrating a power supply voltage application pattern example C when active and inactive applied to a memory cell in the tenth embodiment. 実施形態10におけるメモリセルに印加するアクティブ時と非アクティブ時の電源電圧印加パターン例Dを示す図である。FIG. 25 is a diagram showing an example of a power supply voltage application pattern D when active and inactive applied to a memory cell in Embodiment 10. 実施形態10におけるメモリセルに印加するアクティブ時と非アクティブ時の電源電圧印加パターン例Eを示す図である。FIG. 29 is a diagram showing an example E of a power supply voltage application pattern when active and inactive applied to a memory cell in the tenth embodiment. 実施形態10におけるメモリセルに印加するアクティブ時と非アクティブ時の電源電圧印加パターン例Fを示す図である。FIG. 22 is a diagram illustrating a power supply voltage application pattern example F when active and inactive applied to a memory cell in the tenth embodiment. 従来例と本発明のメモリセルのスタティックノイズマージンの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a prior art example and the static noise margin of the memory cell of this invention. 実施形態1におけるメモリセルが動作する電源電圧VddとVdd'の関係を示す図である。3 is a diagram illustrating a relationship between power supply voltages Vdd and Vdd ′ at which the memory cell in Embodiment 1 operates. FIG.

以下、本発明に係る半導体記憶装置の好適ないくつかの実施の形態例について添付図面を用いて説明する。なお、各図において同じ参照記号は、同じ構成部分を示している。   Several preferred embodiments of a semiconductor memory device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference symbols denote the same components.

<実施形態1>
図1は本発明に係るSRAMメモリを構成するメモリセルアレイ30と、ワードドライバやデコーダ等を含むメモリの周辺回路31と、センスアンプやデコーダ等を含むメモリの周辺回路32と、メモリセルアレイ30及び周辺回路31,32に供給される電源線2,4の各電圧Vdd,Vddmの関係とを示すブロック図である。メモリセルアレイ30の電源線4には、メモリセルアレイ以外の周辺回路31,32の電源線2の電圧Vddよりも高い電圧Vdd'が印加される。なお、メモリセルアレイ30内のメモリセル駆動MOSトランジスタのソース線と、その他の周辺回路の接地線を示していないが、同じ接地電圧Vssが印加されている。
<Embodiment 1>
1 shows a memory cell array 30 constituting an SRAM memory according to the present invention, a memory peripheral circuit 31 including a word driver and a decoder, a memory peripheral circuit 32 including a sense amplifier and a decoder, a memory cell array 30 and a peripheral circuit. 3 is a block diagram showing a relationship between voltages Vdd and Vddm of power supply lines 2 and 4 supplied to circuits 31 and 32. FIG. A voltage Vdd ′ higher than the voltage Vdd of the power supply line 2 of the peripheral circuits 31 and 32 other than the memory cell array is applied to the power supply line 4 of the memory cell array 30. Although the source line of the memory cell driving MOS transistor in the memory cell array 30 and the ground line of other peripheral circuits are not shown, the same ground voltage Vss is applied.

本実施の形態例におけるSRAMメモリのメモリセルの構成は、1メモリセルが6個のトランジスタから構成される図2に示した従来のSRAMメモリのメモリセルと同じであるので、本実施の形態例でもメモリセルに関しては図2を用いて説明する。他の実施の形態例においても同様である。   The configuration of the memory cell of the SRAM memory in the present embodiment is the same as the memory cell of the conventional SRAM memory shown in FIG. 2 in which one memory cell is composed of six transistors. However, the memory cell will be described with reference to FIG. The same applies to other embodiments.

図2のメモリセルにおいて、ワード線WLの電圧をVw、ビット線BL,/BLの電圧をそれぞれVb1,Vb2、メモリセルの電源線4の電圧をVddm、メモリセルの接地線5の電圧をVssm、メモリセルのデータ保持ノード6,7の電圧をそれぞれVn1,Vn2とする。また、周辺回路の電源電圧をVdd、接地電圧をVssとする。   In the memory cell of FIG. 2, the voltage of the word line WL is Vw, the voltages of the bit lines BL and / BL are Vb1 and Vb2, respectively, the voltage of the power line 4 of the memory cell is Vddm, and the voltage of the ground line 5 of the memory cell is Vssm. The voltages of the data holding nodes 6 and 7 of the memory cell are Vn1 and Vn2, respectively. The power supply voltage of the peripheral circuit is Vdd and the ground voltage is Vss.

メモリセルの電源線電圧Vddmをワード線電圧Vw、ビット線電圧Vb1,Vb2より高い電圧Vdd'に保つことによって、SRAMセルの駆動MOSトランジスタN1,N2のゲート-ソース間電圧が転送MOSトランジスタN3,N4のゲート-ソース間電圧より大きくなる。これにより、駆動MOSトランジスタN1,N2のコンダクタンスは転送MOSトランジスタN3,N4のコンダクタンスより大きくなり、SRAMメモリセルのノイズマージンが大きくなるので、低い電圧で動作させるためにMOSトランジスタのしきい値を低く設定することが可能となる。   By maintaining the power supply line voltage Vddm of the memory cell at the word line voltage Vw and the voltage Vdd ′ higher than the bit line voltages Vb1, Vb2, the gate-source voltages of the driving MOS transistors N1, N2 of the SRAM cell are transferred to the transfer MOS transistors N3, It becomes larger than the gate-source voltage of N4. As a result, the conductances of the driving MOS transistors N1 and N2 are larger than the conductances of the transfer MOS transistors N3 and N4, and the noise margin of the SRAM memory cell is increased. Therefore, the threshold value of the MOS transistor is lowered to operate at a low voltage. It becomes possible to set.

図3に本実施の形態例におけるメモリ動作時のメモリセルの各部の電位の変化を示し、図4に従来例の読み出し時のみ昇圧する場合のメモリ動作時のメモリセルの各部の電圧の変化を示す。図3及び図4のそれぞれ(a)はワード線電圧Vwとメモリセルの電源線電圧Vddmの電位変化を、(b)はメモリセルのデータ保持ノードの電圧Vn1,Vn2の電圧変化を、(c)はビット線電圧Vb1,Vb2の電圧変化を示している。   FIG. 3 shows a change in potential of each part of the memory cell during the memory operation in this embodiment, and FIG. 4 shows a change in voltage of each part of the memory cell during the memory operation when the voltage is boosted only during reading in the conventional example. Show. 3A and 3B, (a) shows the change in the potential of the word line voltage Vw and the power supply line voltage Vddm of the memory cell, and (b) shows the change in the voltages Vn1 and Vn2 of the data holding nodes of the memory cell. ) Indicates the voltage change of the bit line voltages Vb1 and Vb2.

図4(c)は、読み出し前のビット線電位がハイとなっており、従来例で示されている例とは異なるが、本発明で示している図3の例と同様の動作をさせるとすれば、図4(a)〜(c)で示す電位となる。メモリアレイの電源電圧Vddmとしては、通常は周辺回路と同等の電圧であるVddが印加されている。   FIG. 4C shows that the bit line potential before reading is high, which is different from the example shown in the conventional example, but when the same operation as the example of FIG. 3 shown in the present invention is performed. If it does, it will become the electric potential shown in Drawing 4 (a)-(c). As the power supply voltage Vddm of the memory array, Vdd which is a voltage equivalent to that of the peripheral circuit is usually applied.

読み出し時には、メモリアレイの電源電圧Vddmとして周辺回路の電源電圧よりも高い電圧Vdd'を印加し、その後、ワード線電圧Vwをロー(Low)からハイ(High)に立ち上げ、選択されたメモリセル内のデータ保持ノード(記憶ノード)6,7がビット線BL,/BLにそれぞれ接続される。それとともに、メモリセルのMOSトランジスタによりビット線電圧Vb1とVb2に電位差ができ、メモリセルのデータが読み出される。   At the time of reading, a voltage Vdd 'higher than the power supply voltage of the peripheral circuit is applied as the power supply voltage Vddm of the memory array, and then the word line voltage Vw is raised from low to high to select the selected memory cell Data holding nodes (storage nodes) 6 and 7 are connected to the bit lines BL and / BL, respectively. At the same time, a potential difference is generated between the bit line voltages Vb1 and Vb2 by the MOS transistor of the memory cell, and the data of the memory cell is read.

書き込み時には、メモリアレイの電源電圧Vddmとして周辺回路の電源電圧と同じ電圧Vddを印加する。メモリアレイの電源電圧Vddmが電圧Vddに変化した後に、ワード線電圧Vwを立ち上げるとともに、書き込み回路(不図示)からビット線BL,/BLにデータが書き込まれ、ビット線の電圧Vb1,Vb2がそれぞれハイとローになる。これにより、メモリセル内の記憶ノードの電圧Vn1とVn2がそれぞれ書き込まれるデータを記憶するハイおよびローの電圧となり、データが書き込まれる。   At the time of writing, the same voltage Vdd as the power supply voltage of the peripheral circuit is applied as the power supply voltage Vddm of the memory array. After the power supply voltage Vddm of the memory array changes to the voltage Vdd, the word line voltage Vw is raised and data is written from the write circuit (not shown) to the bit lines BL and / BL, and the bit line voltages Vb1 and Vb2 are High and low respectively. As a result, the voltages Vn1 and Vn2 of the storage node in the memory cell respectively become high and low voltages for storing the data to be written, and the data is written.

図4の場合、書き込み時に反転させるメモリセル内の記憶ノードの電圧Vn1,Vn2が図3の場合と比べて小さくなっている。また、書き込みと読み出しを交互に行なう場合、メモリアレイ電源に対して昇圧・降圧を行なう必要が有る。すなわち図4(a)に示すように、低電圧でメモリを動作させる際に、従来例ではメモリセルの電源電圧Vddmを、読み出し時のみに電圧Vddから電圧Vdd'に昇圧していた。この方法では、メモリセルの電源電圧Vddmを動作ごとに昇圧と降圧を繰り返す必要があり消費電力が増加してしまう。   In the case of FIG. 4, the voltages Vn1 and Vn2 of the storage nodes in the memory cell to be inverted at the time of writing are smaller than in the case of FIG. In addition, when writing and reading are performed alternately, it is necessary to boost and step down the memory array power supply. That is, as shown in FIG. 4A, when the memory is operated at a low voltage, in the conventional example, the power supply voltage Vddm of the memory cell is boosted from the voltage Vdd to the voltage Vdd ′ only at the time of reading. In this method, it is necessary to repeat the step-up and step-down of the power supply voltage Vddm of the memory cell for each operation, which increases power consumption.

これに対して本実施の形態例では、図3(a)から分かるように、メモリセルアレイの電源電圧Vddmは、メモリの動作中は読み出し及び書き込みにかかわらず常に周辺回路の電源電圧Vddよりも高い電圧Vdd'が印加されている。   In contrast, in this embodiment, as can be seen from FIG. 3A, the power supply voltage Vddm of the memory cell array is always higher than the power supply voltage Vdd of the peripheral circuit regardless of reading and writing during the operation of the memory. The voltage Vdd ′ is applied.

読み出し時には、ワード線電圧Vwがローからハイに立ち上がり選択されたメモリセル内の記憶ノード6,7がビット線BL,/BLにそれぞれ接続される。それとともに、メモリセルのMOSトランジスタによりビット線電圧Vb1とVb2に電位差ができ、メモリセルのデータが読み出される。   At the time of reading, the word line voltage Vw rises from low to high, and the storage nodes 6 and 7 in the selected memory cell are connected to the bit lines BL and / BL, respectively. At the same time, a potential difference is generated between the bit line voltages Vb1 and Vb2 by the MOS transistor of the memory cell, and the data of the memory cell is read.

書き込み時には、ワード線電圧Vwが立ち上がるとともに、書き込み回路(不図示)からビット線BL,/BLにデータが書き込まれ、ビット線の電圧Vb1,Vb2がそれぞれハイとローになる。これにより、メモリセル内の記憶ノードの電圧Vn1とVn2がそれぞれ書き込まれるデータを記憶するハイおよびローの電位となり、データが書き込まれる。   At the time of writing, the word line voltage Vw rises and data is written from the write circuit (not shown) to the bit lines BL and / BL, and the bit line voltages Vb1 and Vb2 become high and low, respectively. As a result, the voltages Vn1 and Vn2 of the storage node in the memory cell respectively become high and low potentials for storing the data to be written, and the data is written.

本実施の形態例では、常に周辺回路の電源電圧Vddより高い電圧Vdd'をメモリセル電源線4に印加するため、従来例のように電源線4を昇圧・降圧することによる電力の消費が抑えられる。   In this embodiment, since the voltage Vdd 'higher than the power supply voltage Vdd of the peripheral circuit is always applied to the memory cell power supply line 4, power consumption due to stepping up and down of the power supply line 4 as in the conventional example is suppressed. It is done.

メモリセルの電源電圧Vddmは常に高電位に保たれているので、記憶ノードの電圧Vn1が高く保たれ、周辺回路の電源電圧Vddが低い場合でも読み出し時にデータが壊れることはない。またワード線の電圧Vwは周辺回路の電源電圧Vddとなっているため、ビット線の電圧はVdd以下に保たれる。   Since the power supply voltage Vddm of the memory cell is always kept at a high potential, the voltage Vn1 of the storage node is kept high, and even when the power supply voltage Vdd of the peripheral circuit is low, data is not corrupted at the time of reading. Further, since the voltage Vw of the word line is the power supply voltage Vdd of the peripheral circuit, the voltage of the bit line is kept below Vdd.

ここで、図25に本実施の形態のメモリセルが動作する電源電圧VddとVdd'の関係を示す。横軸にVdd、縦軸に昇圧したメモリセルアレイの電源電圧Vdd'をとると、参照符号15で表される領域がメモリセルアレイの動作する範囲となり、0.5V程度の低電圧な電源電圧でもSRAMメモリセルが動作していることがわかる。   FIG. 25 shows the relationship between the power supply voltages Vdd and Vdd ′ at which the memory cell of this embodiment operates. When Vdd is taken on the horizontal axis and the power supply voltage Vdd ′ of the memory cell array boosted on the vertical axis, the region denoted by reference numeral 15 becomes the operating range of the memory cell array, and even with a low power supply voltage of about 0.5V, the SRAM It can be seen that the memory cell is operating.

なお、従来例のようにメモリセルアレイの電源線4の電圧として、書き込み時と読み出し時で異なった電圧を供給する場合には、例えば図6に示すようなスイッチ回路38と制御回路(不図示)が必要となる。スイッチ回路38は、入力端aまたは入力端bを制御回路からの制御信号線37の信号の値により切替えて出力端cに接続する回路である。これにより、端子dに入力される制御信号線37により、スイッチ回路38の出力端cに接続される電源線4に、入力端aに接続される周辺回路の電位Vddの電源線2と、入力端bに接続されるVddより高い電位Vddmの高電位電源線4’とを、書き込み時と読み出し時で切り替え接続するように制御してメモリセルアレイ30に異なる電源電位を供給することができる。従来例では、この図6のような回路、あるいは電源電圧を動的に変化させる回路が必要となり、図1の構成の場合に比べてチップ面積が大きくなる。   In the case where different voltages are supplied at the time of writing and reading as the voltage of the power supply line 4 of the memory cell array as in the conventional example, for example, a switch circuit 38 and a control circuit (not shown) as shown in FIG. Is required. The switch circuit 38 is a circuit that switches the input terminal a or the input terminal b according to the value of the control signal line 37 from the control circuit and connects it to the output terminal c. Thus, the control signal line 37 input to the terminal d is connected to the power supply line 4 connected to the output terminal c of the switch circuit 38, the power supply line 2 of the potential Vdd of the peripheral circuit connected to the input terminal a, and the input. Different power supply potentials can be supplied to the memory cell array 30 by controlling the high potential power supply line 4 ′ having a potential Vddm higher than Vdd connected to the end b so as to be switched and connected at the time of writing and reading. In the conventional example, a circuit as shown in FIG. 6 or a circuit that dynamically changes the power supply voltage is required, and the chip area is larger than that in the configuration of FIG.

<実施形態2>
図5は、本発明に係るSRAMメモリを構成するメモリセルアレイおよびセンスアンプ、デコーダ等を含むメモリの周辺回路の電源構造の別の実施形態を示している。前述した図1の構成と異なる点は、メモリセルアレイ30にはメモリアレイ電源線4の電圧Vddmとして周辺回路の電源線2と同じ電圧Vddを印加している点と、メモリセル駆動MOSトランジスタのソース線5のソース線電圧Vssmとしてメモリセルアレイ以外の周辺回路の接地線2sの接地電圧Vssよりも低い電圧を印加している点である。
<Embodiment 2>
FIG. 5 shows another embodiment of the power supply structure of the peripheral circuit of the memory including the memory cell array, the sense amplifier, the decoder and the like constituting the SRAM memory according to the present invention. The difference from the configuration of FIG. 1 described above is that the same voltage Vdd as the voltage Vddm of the memory array power supply line 4 is applied to the memory cell array 30 as well as the source of the memory cell driving MOS transistor. The source line voltage Vssm of the line 5 is that a voltage lower than the ground voltage Vss of the ground line 2s of peripheral circuits other than the memory cell array is applied.

メモリセル駆動MOSトランジスタのソース線電圧Vssmを、ワード線電圧Vwおよびビット線電圧Vb1,Vb2よりも低く保つことによって、SRAMセルの駆動MOSトランジスタN1,N2のゲート-ソース間電圧が転送MOSトランジスタN3,N4のゲート-ソース間電圧よりも大きくなる。これにより、駆動MOSトランジスタN1,N2のコンダクタンスは、転送MOSトランジスタN3,N4のコンダクタンスより大きくなり、SRAMメモリセルのノイズマージンが大きくなるので、低い電圧で動作させるためにMOSトランジスタのしきい値を低くすることが可能となる。   By keeping the source line voltage Vssm of the memory cell driving MOS transistor lower than the word line voltage Vw and the bit line voltages Vb1, Vb2, the gate-source voltages of the driving MOS transistors N1, N2 of the SRAM cell are transferred to the transfer MOS transistor N3. , It becomes larger than the gate-source voltage of N4. As a result, the conductances of the driving MOS transistors N1 and N2 are larger than the conductances of the transfer MOS transistors N3 and N4, and the noise margin of the SRAM memory cell is increased. Therefore, the threshold value of the MOS transistor is set to operate at a low voltage. It can be lowered.

<実施形態3>
図7は本発明に係るSRAMメモリを構成するメモリセルアレイおよびセンスアンプ、デコーダ等を含むメモリの周辺回路の電源構造のまた別の実施形態を示している。図5の構成と同様であるが、メモリセルアレイ30にはメモリアレイ電源の電圧Vddmが、メモリセルアレイ以外の回路の電源電圧Vddよりも高い電圧Vdd'が接続されている点が異なる。
<Embodiment 3>
FIG. 7 shows another embodiment of the power supply structure of the peripheral circuit of the memory including the memory cell array, sense amplifier, decoder and the like constituting the SRAM memory according to the present invention. The memory cell array 30 is similar to the configuration of FIG. 5 except that the memory array power supply voltage Vddm is connected to a voltage Vdd ′ higher than the power supply voltage Vdd of circuits other than the memory cell array.

このような構成でも、メモリアレイ電源電圧Vddmをワード線電圧Vw、ビット線電圧Vb1,Vb2より高く保ち、メモリセル駆動MOSトランジスタのソース線電圧Vssmをワード線電圧Vw、ビット線電圧Vb1,Vb2より低く保つことによって、SRAMセルの駆動MOSトランジスタN1,N2のゲート-ソース間電圧が転送MOSトランジスタN3,N4のゲート-ソース間電圧より大きくなり、駆動MOSトランジスタN1,N2のコンダクタンスは転送MOSトランジスタN3,N4のコンダクタンスより大きくなる。これにより、SRAMメモリセルのノイズマージンが大きくなり、低い電圧で動作させるためにMOSトランジスタのしきい値を低くすることが可能となる。   Even in such a configuration, the memory array power supply voltage Vddm is kept higher than the word line voltage Vw and the bit line voltages Vb1 and Vb2, and the source line voltage Vssm of the memory cell driving MOS transistor is kept higher than the word line voltage Vw and the bit line voltages Vb1 and Vb2. By keeping it low, the gate-source voltage of the driving MOS transistors N1, N2 of the SRAM cell becomes larger than the gate-source voltage of the transfer MOS transistors N3, N4, and the conductance of the driving MOS transistors N1, N2 is the transfer MOS transistor N3. Therefore, it becomes larger than the conductance of N4. As a result, the noise margin of the SRAM memory cell is increased, and the threshold value of the MOS transistor can be lowered in order to operate at a low voltage.

<実施形態4>
図8は、図2に示したSRAMメモリセル回路の本発明によるメモリセルレイアウトの一例である。なお、図8において、SRAMメモリの図9で示した従来のメモリセルレイアウトと同じ構成部分には、同じ参照符号を付してある。
<Embodiment 4>
FIG. 8 is an example of a memory cell layout according to the present invention of the SRAM memory cell circuit shown in FIG. In FIG. 8, the same components as those of the conventional memory cell layout shown in FIG. 9 of the SRAM memory are denoted by the same reference numerals.

駆動MOSトランジスタN1と転送MOSトランジスタN3はPウエル領域Pw1に形成され、このPウエル領域Pw1と、負荷MOSトランジスタP1,P2が形成されるNウエル領域Nw1との境界に対して平行な駆動MOSトランジスタN1と転送MOSトランジスタN3の拡散層34の中心線が実質的に直線に構成され、拡散層34がこの中心線に対して線対称なレイアウトである。   The driving MOS transistor N1 and the transfer MOS transistor N3 are formed in the P well region Pw1, and the driving MOS transistor is parallel to the boundary between the P well region Pw1 and the N well region Nw1 where the load MOS transistors P1 and P2 are formed. The center line of the diffusion layer 34 of N1 and the transfer MOS transistor N3 is configured to be substantially straight, and the diffusion layer 34 has a line-symmetric layout with respect to this center line.

また同様に、駆動MOSトランジスタN2と転送MOSトランジスタN4はPウエル領域Pw2に形成され、このPウエル領域Pw2と、負荷MOSトランジスタP1,P2が形成されるNウエル領域Nw1との境界に対して平行な駆動MOSトランジスタN2と転送MOSトランジスタN4の拡散層34の中心線が実質的に直線に構成され、拡散層34がこの中心線に対して線対称なレイアウトである。
点線36が1つのメモリセルを表しており、このメモリセルが上下方向、及び左右方向に折り返し並ぶことによって、メモリアレイを構成している。
Similarly, the driving MOS transistor N2 and the transfer MOS transistor N4 are formed in the P well region Pw2, and are parallel to the boundary between the P well region Pw2 and the N well region Nw1 where the load MOS transistors P1 and P2 are formed. The center line of the diffusion layer 34 of the driving MOS transistor N2 and the transfer MOS transistor N4 is substantially linear, and the diffusion layer 34 has a layout symmetrical with respect to the center line.
A dotted line 36 represents one memory cell, and this memory cell is folded in a vertical direction and a horizontal direction to constitute a memory array.

前述したように、従来のメモリセルでは、駆動MOSトランジスタN1およびN2のコンダクタンスを、転送MOSトランジスタN3およびN4のコンダクタンスよりも大きくするために、駆動MOSトランジスタN1,N2のゲート幅W1を、転送MOSトランジスタN3,N4のゲート幅W3よりも大きくする必要があり、通常W1/W3の比が1.5以上を有するMOSトランジスタが使われていた。   As described above, in the conventional memory cell, in order to make the conductance of the drive MOS transistors N1 and N2 larger than the conductance of the transfer MOS transistors N3 and N4, the gate width W1 of the drive MOS transistors N1 and N2 is changed to the transfer MOS. The gate width W3 of the transistors N3 and N4 needs to be made larger, and a MOS transistor having a ratio of W1 / W3 of 1.5 or more is usually used.

これに対して、実施形態1で述べたように、メモリセルの電源電圧Vddmとしてワード線WLの電圧Vwよりも高い電圧Vdd'が印加されるため、駆動MOSトランジスタのコンダクタンスは転送MOSトランジスタのコンダクタンスと比較して大きくなり、本実施の形態例のメモリセルレイアウトでは、駆動MOSトランジスタのゲート幅W1と転送MOSトランジスタのゲート幅W3の比W1/W3を1.4より小さくすることが可能となる。これにより、従来のメモリセルよりも小面積となる。   On the other hand, as described in the first embodiment, since the voltage Vdd ′ higher than the voltage Vw of the word line WL is applied as the power supply voltage Vddm of the memory cell, the conductance of the driving MOS transistor is the conductance of the transfer MOS transistor. In the memory cell layout of this embodiment, the ratio W1 / W3 of the gate width W1 of the driving MOS transistor and the gate width W3 of the transfer MOS transistor can be made smaller than 1.4. . Thereby, the area is smaller than that of the conventional memory cell.

<実施形態5>
図10は、図2に示したSRAMメモリセル回路の本発明によるメモリセルレイアウトの別の例である。なお、図10において、SRAMメモリの図9で示した従来のメモリセルレイアウトと同じ構成部分には、同じ参照符号を付してある。図10のレイアウトで用いるメモリセルは、前記実施形態4のメモリセルと同様にメモリセルの電源電圧Vddmとしてワード線WLよりも高い電圧Vdd'が印加されるため、駆動MOSトランジスタと転送MOSトランジスタのゲート幅の比W1/W3を、従来のメモリセルよりも小さくし、特にゲート幅の比W1/W3を1としたものである。
<Embodiment 5>
FIG. 10 is another example of the memory cell layout according to the present invention of the SRAM memory cell circuit shown in FIG. In FIG. 10, the same reference numerals are assigned to the same components as those of the conventional memory cell layout shown in FIG. 9 of the SRAM memory. Since the memory cell used in the layout of FIG. 10 is applied with the voltage Vdd ′ higher than the word line WL as the power supply voltage Vddm of the memory cell as in the memory cell of the fourth embodiment, the drive MOS transistor and the transfer MOS transistor The gate width ratio W1 / W3 is made smaller than that of the conventional memory cell, and in particular, the gate width ratio W1 / W3 is set to 1.

ゲート幅の比W1/W3を1とした場合、図10に示すような駆動MOSトランジスタN1,N2と転送MOSトランジスタN3,N4の拡散領域が直線的に作られたメモリセルでは、NMOSトランジスタの拡散領域34を完全に矩形に形成することが出来る。これにより、シリコン基板上に拡散領域を形成する際に生ずるバラツキを大きく軽減することが可能となり、寸法精度の高いメモリセルすなわち性能ばらつきの少ないメモリセルを製造することが可能となる。また、駆動MOSトランジスタN1,N2のゲート幅が従来よりも小さくなっているため、メモリセル面積36も小さくすることが可能となる。   When the gate width ratio W1 / W3 is 1, in the memory cell in which the diffusion regions of the driving MOS transistors N1, N2 and the transfer MOS transistors N3, N4 are linearly formed as shown in FIG. Region 34 can be formed completely rectangular. As a result, it is possible to greatly reduce the variation that occurs when the diffusion region is formed on the silicon substrate, and it is possible to manufacture memory cells with high dimensional accuracy, that is, memory cells with little performance variation. In addition, since the gate widths of the driving MOS transistors N1 and N2 are smaller than the conventional one, the memory cell area 36 can be reduced.

<実施形態6>
図11は、図10のメモリセルレイアウトと同様、駆動MOSトランジスタN1,N2のゲート幅W1と転送MOSトランジスタN3,N4のゲート幅W3の比W1/W3を1としたメモリセルのレイアウトであり、さらにメモリセル内の負荷MOSトランジスタP1,P2のゲート幅W2を、駆動MOSトランジスタおよび転送MOSトランジスタのゲート幅W1およびW3と同じ寸法としたメモリセルレイアウト例である。
<Embodiment 6>
FIG. 11 is a memory cell layout in which the ratio W1 / W3 of the gate width W1 of the driving MOS transistors N1, N2 and the gate width W3 of the transfer MOS transistors N3, N4 is 1, as in the memory cell layout of FIG. Furthermore, this is a memory cell layout example in which the gate width W2 of the load MOS transistors P1, P2 in the memory cell is the same as the gate widths W1 and W3 of the drive MOS transistor and the transfer MOS transistor.

一般的にSRAMメモリセルでは書き込み時の安定度を十分とるために、負荷MOSトランジスタのコンダクタンスを転送MOSトランジスタのコンダクタンスよりも小さくする必要があった。これに対して、図11のレイアウトで用いるメモリセルでは、負荷MOSトランジスタP1,P2のしきい値電圧を大きくとることによって負荷MOSトランジスタのコンダクタンスを小さくし、それにより転送MOSトランジスタおよび駆動MOSトランジスタのゲート幅を更に小さくしたものである。これにより、メモリセル全体の面積を更に小さくした。   In general, in the SRAM memory cell, it is necessary to make the conductance of the load MOS transistor smaller than the conductance of the transfer MOS transistor in order to obtain sufficient stability during writing. On the other hand, in the memory cell used in the layout of FIG. 11, the conductance of the load MOS transistor is reduced by increasing the threshold voltage of the load MOS transistors P1 and P2, thereby reducing the transfer MOS transistor and the drive MOS transistor. The gate width is further reduced. As a result, the area of the entire memory cell is further reduced.

<実施形態7>
図12のメモリセルレイアウトは、図10のメモリセルレイアウトと同様、駆動MOSトランジスタN1,N2のゲート幅W1と転送MOSトランジスタN3,N4のゲート幅W3の比W1/W3を1としたメモリセルであるが、さらにゲート幅W1およびW3を、負荷MOSトランジスタP1,P2のゲート幅よりも2倍以上(W1/W2>2)と大きくしたものである。
これらのゲート幅を大きくとることによりメモリセル電流を大きくとることが可能となり、メモリの動作を高速にすることができる。これは、本発明が低電圧動作するSRAM回路としてのみでなく、高速動作するSRAM回路としても使用できることを示している。
<Embodiment 7>
The memory cell layout of FIG. 12 is a memory cell in which the ratio W1 / W3 of the gate width W1 of the driving MOS transistors N1, N2 and the gate width W3 of the transfer MOS transistors N3, N4 is 1, as in the memory cell layout of FIG. However, the gate widths W1 and W3 are made larger than the gate widths of the load MOS transistors P1 and P2 by at least twice (W1 / W2> 2).
By increasing these gate widths, it becomes possible to increase the memory cell current and to increase the memory operation speed. This indicates that the present invention can be used not only as an SRAM circuit operating at a low voltage but also as an SRAM circuit operating at high speed.

<実施形態8>
図13は、メモリセルアレイ30、ワードドライバとデコーダ等を含んだ周辺回路31、およびセンスアンプ、デコーダ等を含んだ周辺回路32とをあわせたメモリ回路の電源供給線の接続構成例を示した図である。
このメモリ回路には電源線2により単一の電源電圧Vddが与えられており、この電源電圧Vddで周辺回路31,32は動作する。一方、メモリセルアレイ30には電源線2から供給される電源電圧Vddを昇圧回路21により電圧Vddmに昇圧した出力線をメモリアレイ電源線4として用いる。これにより、周辺回路よりも高い電源電圧Vddmをメモリセルアレイ30に印加する構成を実現できる。
<Eighth embodiment>
FIG. 13 is a diagram showing a connection configuration example of power supply lines of a memory circuit including a memory cell array 30, a peripheral circuit 31 including a word driver and a decoder, and a peripheral circuit 32 including a sense amplifier and a decoder. It is.
The memory circuit is supplied with a single power supply voltage Vdd by the power supply line 2, and the peripheral circuits 31 and 32 operate with this power supply voltage Vdd. On the other hand, in the memory cell array 30, an output line obtained by boosting the power supply voltage Vdd supplied from the power supply line 2 to the voltage Vddm by the booster circuit 21 is used as the memory array power supply line 4. As a result, a configuration in which a power supply voltage Vddm higher than that of the peripheral circuit is applied to the memory cell array 30 can be realized.

図15は、このような電源構成をシステムLSIに適用した場合の電源配線の接続を示す概略図である。図15には、メモリ周辺回路25およびメモリセルアレイ30からなるメモリ回路と、入出力回路23およびロジック回路24とを含んだシステムLSIの電源構造が示されている。図中のシステムLSIには、論理回路24を動作させるためのコア電源の電圧Vddと入出力回路23を動作させるための入出力回路(IO)用高圧電源Vddioが供給されている。   FIG. 15 is a schematic diagram showing connection of power supply wirings when such a power supply configuration is applied to a system LSI. FIG. 15 shows a power supply structure of a system LSI including a memory circuit including a memory peripheral circuit 25 and a memory cell array 30, an input / output circuit 23, and a logic circuit 24. The system LSI in the figure is supplied with a core power supply voltage Vdd for operating the logic circuit 24 and an input / output circuit (IO) high-voltage power supply Vddio for operating the input / output circuit 23.

図中の参照符号21は昇圧回路であり、メモリ周辺回路25にはロジック回路に使われているコア電源電圧Vddが供給されており、メモリセルアレイ30には昇圧回路21を使
って電圧Vddよりも昇圧された電源電圧Vddmが供給される。
Reference numeral 21 in the figure is a booster circuit, the memory peripheral circuit 25 is supplied with the core power supply voltage Vdd used in the logic circuit, and the memory cell array 30 is supplied with a voltage higher than the voltage Vdd using the booster circuit 21. The boosted power supply voltage Vddm is supplied.

<実施形態9>
図14は、メモリセルアレイ30、ワードドライバとデコーダ等を含んだ周辺回路31、およびセンスアンプ、デコーダ等を含んだ周辺回路32とをあわせたメモリ回路の電源供給線の接続構成の別の例を示した図である。
<Ninth Embodiment>
FIG. 14 shows another example of the connection configuration of the power supply lines of the memory circuit including the memory cell array 30, the peripheral circuit 31 including a word driver and a decoder, and the peripheral circuit 32 including a sense amplifier and a decoder. FIG.

このメモリ回路には、メモリの周辺回路31,32を動作させるために電源線2により供給する電源電圧Vddと、LSIの入出力回路等で使われる電圧Vddよりも高い電圧のIO用高圧電源電圧Vddioが電源線4’により供給されている。周辺回路31,32は、電源電圧Vddで動作する。一方、メモリセルアレイ30には電源線4’から供給される電源電圧Vddioを降圧回路22により電圧Vddmに降圧した出力線をメモリアレイ電源線4として用いる。これにより、周辺回路よりも高い電源電圧Vddmがメモリセルアレイ30に印加される構成を実現できる。
図16は、このような電源構成をシステムLSIに適用した場合のチップ上の電源配線の接続を示したものである。図16には、入出力回路およびロジック回路、メモリ回路を含んだシステムLSIの電源構造が示されている。図中のシステムLSIには、ロジック回路24を動作させるためのコア電源電圧Vddと入出力回路23を動作させるためのIO高圧用電源電圧Vddioが供給されている。
This memory circuit includes a power supply voltage Vdd supplied by the power supply line 2 for operating the peripheral circuits 31 and 32 of the memory, and a high voltage power supply voltage for IO that is higher than the voltage Vdd used in the input / output circuit of the LSI. Vddio is supplied by the power line 4 ′. The peripheral circuits 31 and 32 operate with the power supply voltage Vdd. On the other hand, in the memory cell array 30, an output line obtained by stepping down the power supply voltage Vddio supplied from the power supply line 4 ′ to the voltage Vddm by the step-down circuit 22 is used as the memory array power supply line 4. As a result, a configuration in which the power supply voltage Vddm higher than that of the peripheral circuit is applied to the memory cell array 30 can be realized.
FIG. 16 shows connection of power supply wiring on a chip when such a power supply configuration is applied to a system LSI. FIG. 16 shows a power supply structure of a system LSI including an input / output circuit, a logic circuit, and a memory circuit. The system LSI in the figure is supplied with a core power supply voltage Vdd for operating the logic circuit 24 and an IO high-voltage power supply voltage Vddio for operating the input / output circuit 23.

図中の参照符号22は降圧回路であり、メモリの周辺回路25にはロジック回路に使われているコア電源電圧Vddが供給されており、メモリセルアレイ30には降圧回路22を使ってIO高圧用電源電圧Vddioよりも低い電圧で、かつ、コア電源電圧Vddよりも高い電圧の電源電圧Vddmが供給される。   Reference numeral 22 in the figure is a step-down circuit, the core power supply voltage Vdd used for the logic circuit is supplied to the peripheral circuit 25 of the memory, and the memory cell array 30 is used for IO high voltage using the step-down circuit 22. A power supply voltage Vddm lower than the power supply voltage Vddio and higher than the core power supply voltage Vdd is supplied.

<実施形態10>
本実施の形態では、SRAM回路を動作させている期間(アクティブ時)と動作させていない期間(非アクティブ時)のSRAMメモリセルに印加する電源電圧の電圧印加パターン例A〜Fについて述べる。
<Embodiment 10>
In the present embodiment, voltage application pattern examples A to F of the power supply voltage applied to the SRAM memory cell during the period during which the SRAM circuit is operated (when active) and during the period when the SRAM circuit is not operated (when inactive) will be described.

図17は、図2に示したSRAMメモリセルを構成するMOSトランジスタのウエル電位をウエル給電線8,9により印加できる構成にしたSRAMメモリセルの回路図である。図17に示すように、Pウエル給電線8はNMOSトランジスタが形成されるメモリセル内のPウエルに接続され、Nウエル給電線9はPMOSトランジスタが形成されるメモリセル内のNウエルに接続される。また、VbnはPウエル給電線8の電圧、VbpはNウエル給電線9の電圧である。   FIG. 17 is a circuit diagram of an SRAM memory cell configured such that the well potential of the MOS transistor constituting the SRAM memory cell shown in FIG. As shown in FIG. 17, the P well feed line 8 is connected to the P well in the memory cell in which the NMOS transistor is formed, and the N well feed line 9 is connected to the N well in the memory cell in which the PMOS transistor is formed. The Vbn is the voltage of the P-well power supply line 8, and Vbp is the voltage of the N-well power supply line 9.

(1) 電源電圧印加パターン例A:
図18は、SRAM回路のアクティブ時と非アクティブ時におけるSRAMメモリセルに印加する電圧を示す図であり、(a)はメモリセルの電源電圧VddmとNウエル給電線の電圧Vbpを、(b)はメモリセルの接地電圧VssmとPウエル給電線8の電圧Vbnを示す。
この電源電圧印加パターン例では、アクティブ時にはメモリセル電源電圧VddmおよびNウエル給電線の電圧Vbpとして周辺回路の電源電圧Vddより高い電圧Vdd'が印加され、非アクティブ時には周辺回路の電源電圧と同じ電圧Vddがそれぞれ印加される。メモリセルの接地電圧VssmおよびPウエル給電線の電圧Vbnとして、アクティブ時・非アクティブ時にかかわらず常に一定の接地電圧Vssが印加される。このような電源電圧印加パターンで、非アクティブ時のリーク電流を抑えることができる。
(1) Power supply voltage application pattern example A:
FIG. 18 is a diagram showing voltages applied to the SRAM memory cell when the SRAM circuit is active and inactive. FIG. 18A shows the power supply voltage Vddm of the memory cell and the voltage Vbp of the N-well power supply line. Indicates the ground voltage Vssm of the memory cell and the voltage Vbn of the P-well power supply line 8.
In this power supply voltage application pattern example, a voltage Vdd ′ higher than the power supply voltage Vdd of the peripheral circuit is applied as the memory cell power supply voltage Vddm and the N-well power supply line voltage Vbp when active, and the same voltage as the power supply voltage of the peripheral circuit when inactive. Vdd is applied to each. As the ground voltage Vssm of the memory cell and the voltage Vbn of the P-well power supply line, a constant ground voltage Vss is always applied regardless of whether it is active or inactive. With such a power supply voltage application pattern, it is possible to suppress a leakage current when inactive.

(2) 電源電圧印加パターン例B:
図19は、SRAM回路のアクティブ時と非アクティブ時におけるSRAMメモリセルに印加する電圧を示す図であり、(a)はメモリセルの電源電圧VddmとNウエル給電線の電圧Vbpを示し、(b)はメモリセルの接地電圧VssmとPウエル給電線の電圧Vbnを示す。
この電源電圧印加パターン例では、図18と同様にアクティブ時にはメモリセル電源電圧VddmおよびNウエル給電線の電圧Vbpとして、周辺回路の電源電圧Vddよりも高い電圧Vdd'がそれぞれ印加されるが、非アクティブ時には図18と異なりメモリセル内のデータを保持できる程度に周辺回路の電源電圧Vddよりも低い電圧がそれぞれ印加される。このような電源電圧印加パターンでも、非アクティブ時のリーク電流を抑えることができる。
(2) Power supply voltage application pattern example B:
FIG. 19 is a diagram showing voltages applied to the SRAM memory cell when the SRAM circuit is active and inactive. FIG. 19A shows the power supply voltage Vddm of the memory cell and the voltage Vbp of the N-well power supply line. ) Indicates the ground voltage Vssm of the memory cell and the voltage Vbn of the P-well power supply line.
In this power supply voltage application pattern example, as in FIG. 18, when active, a voltage Vdd ′ higher than the power supply voltage Vdd of the peripheral circuit is applied as the memory cell power supply voltage Vddm and the N-well power supply line voltage Vbp. Unlike the case of FIG. 18, when active, a voltage lower than the power supply voltage Vdd of the peripheral circuit is applied to the extent that data in the memory cell can be held. Even with such a power supply voltage application pattern, it is possible to suppress the leakage current when inactive.

(3) 電源電圧印加パターン例C:
図20は、SRAM回路のアクティブ時と非アクティブ時におけるSRAMメモリセルに印加する電圧を示す図であり、(a)はメモリセルの電源電圧Vddmを示し、(b)はメモリセルの接地電圧Vssmを示し、(c)Nウエル給電線の電圧Vbpを示し、(d)はPウエル給電線の電圧Vbnを示す。
なお、以下の図21〜図23においても、(a)〜(d)についてはそれぞれ図20と同様の電圧を示している。
この電源電圧印加パターン例では、メモリセル電源電圧Vddmとしてアクティブ時には周辺回路の電源電圧Vddよりも高い電圧Vdd'が印加され、非アクティブ時には周辺回路の電源電圧と等しい電圧Vddが印加される。
メモリセルの接地電圧Vssmはアクティブ時・非アクティブ時にかかわらず常に一定の接地電圧Vssが印加される。
PMOSトランジスタの基板バイアスを与えるNウエル給電線の電圧Vbpとして、アクティブ時にはPMOSトランジスタのソース電極に印加されている電圧Vdd'が印加され、非アクティブ時にはPMOSトランジスタのソース電極に印加されている電圧Vdd'よりも高い電圧が印加される。
(3) Power supply voltage application pattern example C:
20A and 20B are diagrams showing voltages applied to the SRAM memory cell when the SRAM circuit is active and inactive. FIG. 20A shows the power supply voltage Vddm of the memory cell, and FIG. 20B shows the ground voltage Vssm of the memory cell. (C) shows the voltage Vbp of the N-well power supply line, and (d) shows the voltage Vbn of the P-well power supply line.
In FIGS. 21 to 23 below, voltages (a) to (d) indicate the same voltages as in FIG.
In this power supply voltage application pattern example, a voltage Vdd ′ higher than the power supply voltage Vdd of the peripheral circuit is applied as the memory cell power supply voltage Vddm when active, and a voltage Vdd equal to the power supply voltage of the peripheral circuit is applied when inactive.
A constant ground voltage Vss is always applied to the ground voltage Vssm of the memory cell regardless of whether it is active or inactive.
The voltage Vdd 'applied to the source electrode of the PMOS transistor is applied when active, and the voltage Vdd applied to the source electrode of the PMOS transistor when inactive as the voltage Vbp of the N-well power supply line that gives the substrate bias of the PMOS transistor. A voltage higher than 'is applied.

NMOSトランジスタの基板バイアスを与えるPウエル給電線の電圧Vbnとして、アクティブ時にはNMOSトランジスタのソース電極に印加されている電圧Vssが印加され、非アクティブ時にはNMOSトランジスタのソース電極に印加されている電圧Vssよりも低い電圧が、それぞれ印加される。   The voltage Vss applied to the source electrode of the NMOS transistor is applied when active, and the voltage Vss applied to the source electrode of the NMOS transistor when inactive, as the voltage Vbn of the P-well power supply line that gives the substrate bias of the NMOS transistor A lower voltage is applied respectively.

このような電源電圧印加パターンによっても、非アクティブ時のリーク電流を抑えることができる。   Such a power supply voltage application pattern can also suppress a leakage current when inactive.

(4) 電源電圧印加パターン例D:
図21において、前述した図20の電源電圧印加パターン例と異なるのは、メモリセルの電源電圧Vddmの印加電圧パターンである。図21(a)に示すように、メモリセル電源電圧Vddmとして、アクティブ時には周辺回路の電源電圧Vddよりも高い電圧Vdd'が印加される点は、図20(a)で示した電圧印加パターン例と同じであるが、非アクティブ時には周辺回路の電源電圧Vddより低い電圧が印加される点が、図20(a)で示した電圧印加パターン例と異なる。
このような電源電圧印加パターンによっても、非アクティブ時のリーク電流を抑えることができる。
(4) Power supply voltage application pattern example D:
In FIG. 21, the applied voltage pattern of the power supply voltage Vddm of the memory cell is different from the power supply voltage application pattern example of FIG. 20 described above. As shown in FIG. 21 (a), the voltage Vdd ′ higher than the power supply voltage Vdd of the peripheral circuit is applied as the memory cell power supply voltage Vddm when active, in the voltage application pattern example shown in FIG. 20 (a). However, it is different from the voltage application pattern example shown in FIG. 20A in that a voltage lower than the power supply voltage Vdd of the peripheral circuit is applied when inactive.
Such a power supply voltage application pattern can also suppress a leakage current when inactive.

(5) 電源電圧印加パターン例E:
図22において、前述した図20の電源電圧印加パターン例と異なるのは、ウエル給電線の電圧Vbp,Vbnの電圧印加パターンである。図22(c)に示すように、PMOSトランジスタの基板バイアスを与えるNウエル給電線9の電圧Vbpとして、アクティブ時にはPMOSトランジスタのソース電極に印加されている電圧Vdd'よりも低い電圧が印加され、非アクティブ時にはPMOSトランジスタのソース電極に印加されている電圧Vddよりも高い電圧が印加される。
(5) Power supply voltage application pattern example E:
22 is different from the above-described power supply voltage application pattern example of FIG. 20 in the voltage application pattern of the voltages Vbp and Vbn of the well power supply lines. As shown in FIG. 22 (c), a voltage lower than the voltage Vdd ′ applied to the source electrode of the PMOS transistor is applied as the voltage Vbp of the N-well power supply line 9 that gives the substrate bias of the PMOS transistor when activated. When inactive, a voltage higher than the voltage Vdd applied to the source electrode of the PMOS transistor is applied.

図22(d)に示すように、NMOSトランジスタの基板バイアスを与えるPウエル給電線8の電圧Vbnとして、アクティブ時にはNMOSトランジスタのソース電極に印加されている電圧Vssよりも高い電圧が印加され、非アクティブ時にはNMOSトランジスタのソース電極に印加されている電圧Vssよりも低い電圧が、それぞれ印加される。
このような電源電圧印加パターンにより、アクティブ時にMOSトランジスタのしきい値電圧を下げて電流を増加させるともに、非アクティブ時のリーク電流を抑えることができる。
As shown in FIG. 22 (d), a voltage higher than the voltage Vss applied to the source electrode of the NMOS transistor is applied as the voltage Vbn of the P-well power supply line 8 that gives the substrate bias of the NMOS transistor when it is active. When active, a voltage lower than the voltage Vss applied to the source electrode of the NMOS transistor is applied.
With such a power supply voltage application pattern, it is possible to increase the current by lowering the threshold voltage of the MOS transistor when active, and to suppress the leakage current when inactive.

(6) 電源電圧印加パターン例F:
図23において、前述した図20の電源電圧印加パターン例と異なるのは、メモリセルの電源電圧VddmとNウエル給電線の電圧Vbpの電圧印加パターンである。
(6) Power supply voltage application pattern example F:
23 differs from the above-described power supply voltage application pattern example of FIG. 20 in a voltage application pattern of the power supply voltage Vddm of the memory cell and the voltage Vbp of the N-well power supply line.

すなわち、図23(a)に示すように、メモリセルの電源電圧Vddmとして、アクティブ時には周辺回路の電源電圧Vddよりも高い電圧Vdd'が印加され、非アクティブ時には周辺回路の電源電圧Vddより低い電圧が印加される。   That is, as shown in FIG. 23A, as the power supply voltage Vddm of the memory cell, a voltage Vdd ′ higher than the power supply voltage Vdd of the peripheral circuit is applied when active, and a voltage lower than the power supply voltage Vdd of the peripheral circuit when inactive. Is applied.

また、図23(c)に示すように、PMOSトランジスタの基板バイアスを与えるNウエル給電線9の電圧Vbpとして、アクティブ時にはPMOSトランジスタのソース電極に印加されている電圧Vdd'が印加され、非アクティブ時にはPMOSトランジスタのソース電極にアクティブ時に印加されている電圧Vdd'よりも低く、非アクティブ時の電圧Vddmより高い電圧が印加される。NMOSの基板電極には、アクティブ時にはNMOSのソース電極に印加されている電圧Vssよりも高い電圧が、非アクティブ時にはNMOSのソース電極に印加されている電圧Vssよりも低い電圧が、それぞれ印加される。
このような電源電圧印加パターンによっても、アクティブ時にMOSトランジスタのしきい値電圧を下げて電流を増加させるともに、非アクティブ時のリーク電流を抑えることができる。
Further, as shown in FIG. 23 (c), the voltage Vbp 'applied to the source electrode of the PMOS transistor when applied is applied as the voltage Vbp of the N-well power supply line 9 that gives the substrate bias of the PMOS transistor, and is inactive. Sometimes, a voltage lower than the voltage Vdd ′ applied when active to the source electrode of the PMOS transistor and higher than the voltage Vddm when inactive is applied. A voltage higher than the voltage Vss applied to the NMOS source electrode when active is applied to the NMOS substrate electrode, and a voltage lower than the voltage Vss applied to the NMOS source electrode when not active. .
Even with such a power supply voltage application pattern, the threshold voltage of the MOS transistor can be lowered to increase the current when active, and the leakage current when inactive can be suppressed.

以上、本発明の好適な実施の形態例について説明したが、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において、種々の設計変更をなし得ることは勿論である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made without departing from the spirit of the present invention. Of course.

以上、前述した実施の形態例から明らかなように、本発明によれば、スタティックノイズマージンを確保して、低消費電力でかつ1V以下の低電圧で動作するSRAMを実現できる。   As described above, as apparent from the above-described embodiments, according to the present invention, it is possible to realize an SRAM that secures a static noise margin and operates with low power consumption and a low voltage of 1 V or less.

2…周辺回路電源線、2s…接地電位線、4…メモリセル電源線、4’…IO用高圧電源、5…メモリセル接地線、6,7…メモリセルのデータ保持ノード(記憶ノード)、8…Pウエル給電線、9…Nウエル給電線、11,12,13…スタティックノイズマージン、15…メモリセルアレイの動作範囲、21…昇圧回路、22…降圧回路、23…入出力回路、24…ロジック回路、25…メモリ周辺回路、30…メモリセルアレイ、31,32…周辺回路、33…コンタクト、34…N形拡散層、35…ポリシリコン(ゲート電極)、36…1個のSRAMメモリセル領域、37…制御信号線、38…スイッチ回路、39…P形拡散層、BL,/BL…ビット線、Vdd,Vddm,Vdd',Vddio…電源電圧、Vss,Vssm…接地電圧、Vbn…Pウエル給電線の電圧、Vbp…Nウエル給電線の電圧、Vw…ワード線電圧、Vb1,Vb2…ビット線電圧、N1,N2…駆動MOSトランジスタ、N3,N4…転送MOSトランジスタ、P1,P2…負荷MOSトランジスタ、Nw1…Nウエル領域、Pw1,Pw2…Pウエル領域、WL…ワード線、W1…駆動MOSトランジスタのゲート幅、W2…負荷MOSトランジスタのゲート幅、W3…転送MOSトランジスタのゲート幅。   2 ... peripheral circuit power supply line, 2s ... ground potential line, 4 ... memory cell power supply line, 4 '... high voltage power supply for IO, 5 ... memory cell ground line, 6, 7 ... memory cell data holding node (storage node), 8 ... P-well power supply line, 9 ... N-well power supply line, 11, 12, 13 ... static noise margin, 15 ... operating range of memory cell array, 21 ... boost circuit, 22 ... voltage down circuit, 23 ... input / output circuit, 24 ... Logic circuit, 25 ... Memory peripheral circuit, 30 ... Memory cell array, 31, 32 ... Peripheral circuit, 33 ... Contact, 34 ... N-type diffusion layer, 35 ... Polysilicon (gate electrode), 36 ... One SRAM memory cell region , 37 ... control signal line, 38 ... switch circuit, 39 ... P-type diffusion layer, BL, / BL ... bit line, Vdd, Vddm, Vdd ', Vddio ... power supply voltage, Vss, Vssm ... ground voltage, Vbn ... P well Feed line voltage, Vbp ... N-well feed line voltage, Vw ... Word line voltage, Vb1, Vb2 ... Bit line voltage, N1, N2 ... Drive MOS transistor, N3, N4 ... Transfer MOS transistor, P1, P2 ... Load MOS Transistor, Nw1... N well region, Pw1, Pw2... P well region, WL... Word line, W1... Gate width of driving MOS transistor, W2.

Claims (1)

Nチャネル型の第1及び第2の駆動MOSトランジスタおよびNチャネル型の第1及び第2の転送MOSトランジスタと、Pチャネル型の第1及び第2の負荷MOSトランジスタにより構成されたスタティック型のメモリセルが半導体基板上にアレイ状に形成され、前記第1及び第2の駆動MOSトランジスタのソース電極が第1動作電位点に接続され、前記第1及び第2の負荷MOSトランジスタのソース電極が第2動作電位点に接続された半導体装置であって、
前記メモリセルの読み出し動作状態および書き込み動作状態では前記第2動作電位点の電位が前記第1及び第2の転送MOSトランジスタのゲート電極に印加されるハイレベル電位よりも大きい電位とし、
前記第1動作電位点の電位をメモリセルの読み出し動作状態と書き込み動作状態とで同じとし、
前記第2動作電位点の電位をメモリセルの読み出し動作状態と書き込み動作状態とで同じとし、
さらに一対のビット線と、入出力回路と、ロジック回路と、前記アレイ状に形成されたスタティック型のメモリセルに電源電位を供給するメモリ電源線とを有し、
前記第1の転送MOSトランジスタは、前記ビット線対の一方に接続され、前記第2の転送MOSトランジスタは、前記ビット線対の他方に接続され、
前記半導体装置には前記入出力回路の入出力回路用電源と前記ロジック回路に使用されるコア電源とが入力され、
前記メモリ電源線は、前記第2動作電位点に接続され、前記コア電源から電源が供給される、半導体装置。
Static memory composed of N-channel first and second drive MOS transistors, N-channel first and second transfer MOS transistors, and P-channel first and second load MOS transistors Cells are formed in an array on a semiconductor substrate, source electrodes of the first and second drive MOS transistors are connected to a first operating potential point, and source electrodes of the first and second load MOS transistors are A semiconductor device connected to two operating potential points,
In the read operation state and the write operation state of the memory cell, the potential of the second operating potential point is set to a potential higher than the high level potential applied to the gate electrodes of the first and second transfer MOS transistors,
The potential at the first operating potential point is the same between the read operation state and the write operation state of the memory cell,
The potential of the second operating potential point is the same in the read operation state and the write operation state of the memory cell,
And a pair of bit lines, an input / output circuit, a logic circuit, and a memory power supply line for supplying a power supply potential to the static memory cells formed in the array,
The first transfer MOS transistor is connected to one of the bit line pairs, the second transfer MOS transistor is connected to the other of the bit line pairs,
The semiconductor device receives an input / output circuit power source of the input / output circuit and a core power source used for the logic circuit,
The memory device is a semiconductor device, wherein the memory power supply line is connected to the second operating potential point, and power is supplied from the core power supply.
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