JP2012174317A - Semiconductor storage device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multi-port semiconductor storage device important in signal processing.SOLUTION: A semiconductor storage device comprises a memory cell including: a latch circuit comprised of a cross-coupled inverter having two data holding nodes connected to a first bit line; a first switch part provided between the first bit line and each of the data holding nodes of the inverter; and a first word line for controlling the conduction of the first switch part. It also comprises: a second switch part for switching between a first mode, in which respective data holding nodes of a plurality of memory cells are separated for each memory cell and one bit is comprised of one memory cell, and a second mode, in which the respective data holding nodes of the plurality of memory cells are connected in parallel and one bit is comprised of the plurality of memory cells; and further, a third switch part for switching between whether or not to connect one data holding node of the respective data holding nodes of the plurality of memory cells to a second bit line.

Description

本発明は、ダイナミックに信頼性を制御可能な半導体記憶装置に関し、特に、半導体記憶装置の電力消費量、メモリ容量の要求、ビット信頼性の重要度に応じてQoB(Quality of a Bit:1ビットの情報の質)を変化できる半導体記憶装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor memory device in which reliability can be controlled dynamically, and in particular, according to the power consumption of the semiconductor memory device, the requirement for memory capacity, and the importance of bit reliability, QoB (Quality of a Bit: 1 bit). The present invention relates to a semiconductor memory device capable of changing the quality of information.

近年のSRAM(Static Random Access Memory)やDRAM(Dynamic Random Access Memory)等のメモリは、SOC(System On a Chip)に搭載されるCMOSプロセス技術が進展し、集積回路の加工寸法(スケーリングサイズ)が縮小され、より高いチップ密度と低いチップコストが実現され、メモリ容量が増大している。このようなスケーリングサイズの縮小は、SRAM等のメモリセルを構成するトランジスタのしきい値電圧のばらつぎを拡大し、メモリセルにおける読み出しや書き込みのノイズマージンを低下させ、メモリセル動作を不安定性化し、ビット誤り率(BER;Bit Error Rate)を増大させる。また、回路の動作電圧とノイズマージンが低下したことにより、宇宙線に起因するソフトエラーが無視できなくなっている。   In recent years, memory processing such as SRAM (Static Random Access Memory) and DRAM (Dynamic Random Access Memory) has progressed with CMOS process technology mounted on SOC (System On a Chip), and the processing dimensions (scaling size) of integrated circuits have increased. Reduced, higher chip density and lower chip cost are realized, and memory capacity is increasing. Such a reduction in the scaling size increases the variation in threshold voltage of the transistors constituting the memory cell such as SRAM, lowers the noise margin for reading and writing in the memory cell, and makes the memory cell operation unstable. Increase the bit error rate (BER). In addition, since the operating voltage and noise margin of the circuit are reduced, soft errors caused by cosmic rays cannot be ignored.

LSIの製造プロセスノードに対するSRAMの動作限界電圧については、一般的には、LSIの製造プロセスノードが250nmから130nm,90nmとなるに従って、標準動作電圧と動作限界電圧との間の動作マージンが減少することが知られている(例えば、特許文献3の図1参照。)。スケーリンブサイズが更に縮小してLSIの製造プロセスノードが65nmとなると、標準動作電圧と動作限界電圧とが逆転することが予想され、ビット誤り率(BER)が急激に増大することになる。   Regarding the operation limit voltage of the SRAM with respect to the LSI manufacturing process node, generally, as the LSI manufacturing process node is changed from 250 nm to 130 nm and 90 nm, the operation margin between the standard operation voltage and the operation limit voltage decreases. (For example, refer to FIG. 1 of Patent Document 3). When the scaling size is further reduced and the LSI manufacturing process node becomes 65 nm, the standard operating voltage and the operating limit voltage are expected to be reversed, and the bit error rate (BER) increases rapidly.

ビット誤り率(BER)を減少させるための対策として、メモリセルのトランジスタ数を増やす方法がある。しかし、トランジスタ数を増やす方法は、メモリセルの面積オーバーヘッドが大きいといった問題や、また差動読み出しができないため速度のオーバーヘッドがあるといった問題があった。ビット誤り率(BER)を減少させるための他の対策としては、メモリセル動作を電流制御ではなく電圧制御にする方法がある。しかし、電圧制御にする方法は、別電源や追加回路などが別途必要となるといった問題かあった。   As a measure for reducing the bit error rate (BER), there is a method of increasing the number of transistors in the memory cell. However, the method of increasing the number of transistors has a problem that the area overhead of the memory cell is large and there is a problem that there is a speed overhead because differential reading is not possible. As another countermeasure for reducing the bit error rate (BER), there is a method in which the memory cell operation is not voltage controlled but voltage controlled. However, the method of voltage control has a problem that a separate power source and an additional circuit are separately required.

また、信頼性の重要性はアプリケーションに依存し、信頼性が必要なアプリケーションと信頼性が不必要なアプリケーションが存在する。高い信頼性が必要なアプリケーションとしては、例えば、暗号処理である。反対に、高い信頼性が不必要なアプリケーションとしては、例えば、スクリーンセーバ処理やビデオなどの動画像処理である。   The importance of reliability depends on the application, and there are applications that require reliability and applications that do not require reliability. An application that requires high reliability is, for example, cryptographic processing. On the other hand, examples of applications that do not require high reliability include moving image processing such as screen saver processing and video.

図17は第1の従来例に係る半導体記憶装置の構成を示す模式図である。図17のSRAMの構成の場合は、どのブロック(図17におけるBLK0〜BLK5)においても標準電圧で動作させて(以下、通常モードという。図17においてLDで示す。)同じ信頼性をもつものである。各ブロックには、多数のメモリセル(MC:Memory Cell)が存在しており、1ビットは1つのメモリセルで構成される。以下では、1ビットが1つのメモリセルによって構成されるものを1ビット/1セルモードと定義する。1ビットの信頼性は、メモリセルを構成するトランジスタのプロセスによるばらつきに大きく依存する。また、スケーリングにより製造プロセスノードが細くなると、動作マージンが低下するため、プロセスばらつきが1ビットの信頼性に大きく影響することになる。従来のSRAMに関連する技術としては、例えば、特許文献1及び2が知られている。   FIG. 17 is a schematic diagram showing a configuration of a semiconductor memory device according to the first conventional example. In the case of the SRAM configuration of FIG. 17, any block (BLK0 to BLK5 in FIG. 17) is operated at a standard voltage (hereinafter referred to as a normal mode, indicated by LD in FIG. 17) and has the same reliability. is there. Each block has a large number of memory cells (MC), and one bit is composed of one memory cell. In the following, a case where one bit is composed of one memory cell is defined as a 1 bit / 1 cell mode. The reliability of 1 bit largely depends on the variation due to the process of the transistors constituting the memory cell. Further, when the manufacturing process node becomes thinner due to scaling, the operation margin is lowered, and thus process variation greatly affects the reliability of 1 bit. For example, Patent Documents 1 and 2 are known as techniques related to a conventional SRAM.

上述したようにプロセスの微細化に伴い、メモリ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が増大して、SRAM等のメモリを構成するメモリセルの動作マージンが劣化し、メモリセルの動作安定性が阻害されているという問題があった。一方で、メモリは携帯電話機などのモバイル機器などに搭載されるため、メモリの電力消費量を削減したいといった要求が強く、低電力・低電圧でメモリセルのビット信頼性を確保する手立てを講じる必要性がある。また、プロセス技術の進歩は目まぐるしく、1チップのメモリ容量は飛躍的に増加してきている。また、アプリケーションに応じて、メモリの電力消費量の削減要求、必要メモリ容量の確保要求、ビット信頼性の要求は異なるものである。すなわち、アプリケーション毎に求められるQoBは変化するものである。   As described above, with the miniaturization of the process, the variation in the threshold voltage of the transistors constituting the memory cell increases, the operation margin of the memory cell constituting the memory such as SRAM is deteriorated, and the operation of the memory cell is stabilized. There was a problem that sex was inhibited. On the other hand, since the memory is installed in mobile devices such as mobile phones, there is a strong demand for reducing the power consumption of the memory, and it is necessary to take measures to ensure the bit reliability of the memory cell with low power and low voltage There is sex. In addition, progress in process technology is dizzying, and the memory capacity of one chip has been dramatically increased. Further, the demand for reducing the power consumption of the memory, the requirement for securing the necessary memory capacity, and the requirement for bit reliability differ depending on the application. That is, the QoB required for each application changes.

以上の問題点を解決するために、本発明者らは、アプリケーションやメモリ状況に応じてメモリセルのビット信頼性を動的に変化させることができ、動作の安定性を確保して低消費電力化及び高信頼性化を実現できる半導体メモリを提案した(例えば、特許文献3参照。)。   In order to solve the above problems, the present inventors can dynamically change the bit reliability of the memory cell according to the application and the memory condition, and ensure the operation stability and low power consumption. A semiconductor memory that can realize high reliability and high reliability has been proposed (for example, see Patent Document 3).

図18は、特許文献3において開示された第2の従来例に係る半導体記憶装置の構成を示す模式図であり、図19は図18の半導体記憶装置で用いたSRAMの2個のメモリセルMC101,MC102の構成を示す回路図である。図19では、7トランジスタ/14トランジスタの切り換え型SRAM(以下、7T/14 SRAMといい、以下同様に記載する。)の構成を示す。   FIG. 18 is a schematic diagram showing a configuration of a semiconductor memory device according to a second conventional example disclosed in Patent Document 3, and FIG. 19 shows two memory cells MC101 of the SRAM used in the semiconductor memory device of FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of MC102. FIG. 19 shows a configuration of a 7-transistor / 14-transistor switching type SRAM (hereinafter referred to as 7T / 14 SRAM, hereinafter the same).

近年の半導体集積回路の低電源電圧化により電源電圧が低下すると、SRAMメモリセルのインバータの論理しきい値電圧も相対的に低下し、ノイズマージンが小さくなる。このノイズマージンが確保されなくなると、メモリセルのインバータが反転し、メモリセルの記憶内容が変化するといったエラーが発生する。しかし、第2の従来例に係る半導体記憶装置では、低電源電圧の場合でも、メモリセルにおいて記憶内容を確実に保持することができ、またメモリセルに対する読み出し及び書き込み動作の安定化を図ることができる。   When the power supply voltage is lowered due to the recent reduction in power supply voltage of semiconductor integrated circuits, the logical threshold voltage of the inverter of the SRAM memory cell is also relatively lowered, and the noise margin is reduced. If this noise margin is not ensured, an error occurs in which the inverter of the memory cell is inverted and the stored content of the memory cell changes. However, in the semiconductor memory device according to the second conventional example, even in the case of a low power supply voltage, the memory contents can be reliably held in the memory cell, and the read and write operations for the memory cell can be stabilized. it can.

図18において、ブロック(BLK0〜BLK4)は1ビットが1個のメモリセルで構成されるモード(1ビット/1セルモード)で動作するブロックLDであるのに対して、ブロック(BLK4〜BLK5)は1ビットが2個のメモリセルを連結して構成されるモード(1ビット/2セルモード)で動作するブロックHDである。1ビット/1セルモードのブロック(BLK0〜BLK4)は、暗号プログラムや暗号データなどの重要なプログラムコードやデータを記憶しておらず、それらの重要なプログラムコードやデータは1ビット/2セルモードのブロック(BLK4〜BLK5)の方に記憶される。1ビット/2セルモードのブロック(BLK4〜BLK5)は、1ビット/1セルモードのブロック(BLK0〜BLK4)と比べて、メモリ容量は半分になる反面、優れたQoBを実現する。以下、QoBの制御方法について説明する。   In FIG. 18, blocks (BLK0 to BLK4) are blocks LD that operate in a mode (1 bit / 1 cell mode) in which 1 bit is composed of one memory cell, whereas blocks (BLK4 to BLK5). Is a block HD that operates in a mode (1 bit / 2 cell mode) in which one bit is formed by connecting two memory cells. The 1-bit / 1-cell mode block (BLK0 to BLK4) does not store important program codes and data such as encryption programs and encryption data, and those important program codes and data are stored in the 1-bit / 2-cell mode. Are stored in the blocks (BLK4 to BLK5). The 1-bit / 2-cell mode blocks (BLK4 to BLK5) have half the memory capacity compared to the 1-bit / 1-cell mode blocks (BLK0 to BLK4), but realize excellent QoB. Hereinafter, the control method of QoB will be described.

第2の従来例に係る半導体記憶装置では、図19に示されるように、SRAMに用いられるメモリセルMC101,MC102を2個連結した回路構成となる。すなわち、当該メモリセルMC101,MC102は、各々の出力端子が当該メモリセルの列に対応して配置される一対のビット線BL,/BLの各々に至る経路に接続されるクロスカップル接続された一対のインバータ(MOSトランジスタP1,P2,N1,N2、及びMOSトランジスタP5,P6,N5,N6で構成される。)と、ビット線BL,/BLとインバータの出力端子との間に設けられた一対のスイッチ部(MOSトランジスタN3,N4、及びMOSトランジスタN7,N8で構成される。)と、スイッチ部の導通を制御し得る2本のワード線WL0,WL1とから構成される。2個のメモリセルMC101,MC102を連結したものを1ビット領域とし、1ビット/2セルモードのブロック(BLK4〜BLK5)を構成させる。一方、1ビット/1セルモードのブロック(BLK0〜BLK3)では、第1の従来例と同様にメモリセル1個が1ビット領域である。   As shown in FIG. 19, the semiconductor memory device according to the second conventional example has a circuit configuration in which two memory cells MC101 and MC102 used in the SRAM are connected. That is, the memory cells MC101 and MC102 have a pair of cross-coupled connections in which each output terminal is connected to a path leading to each of the pair of bit lines BL and / BL arranged corresponding to the column of the memory cells. And a pair of MOS transistors P1, P2, N1, and N2 and MOS transistors P5, P6, N5, and N6, and a pair provided between the bit lines BL and / BL and the output terminal of the inverter. Switch section (comprised of MOS transistors N3 and N4 and MOS transistors N7 and N8) and two word lines WL0 and WL1 capable of controlling the conduction of the switch section. A concatenation of two memory cells MC101 and MC102 is used as a 1-bit area, and 1-bit / 2-cell mode blocks (BLK4 to BLK5) are configured. On the other hand, in the 1-bit / 1-cell mode block (BLK0 to BLK3), one memory cell is a 1-bit area as in the first conventional example.

2個のメモリセルMC101,MC102を連結したものを1ビット領域とする1ビット/2セルモードにおいては、2個のメモリセルMC101,MC102には同じデータが保持させるため、書き込み動作の際は、2本のワード線WL0,WL1がハイモード”H”にドライブされる(WL0=”H”,WL1=”H”)。読み出し動作の際は、2本のワード線WL0,WL1のいずれかをハイモード”H”にドライブする(例えばWL0=”L”,WL1=”H”)。なお、1ビット/1セルモードと1ビット/2セルモードの両方のモードにおいて、ワード線の制御を除いて、読み出しアクセスと書き込みアクセスは同じ処理となる。   In the 1-bit / 2-cell mode in which two memory cells MC101 and MC102 are connected as a 1-bit region, the same data is held in the two memory cells MC101 and MC102. The two word lines WL0 and WL1 are driven to the high mode “H” (WL0 = “H”, WL1 = “H”). In the read operation, one of the two word lines WL0 and WL1 is driven to the high mode “H” (for example, WL0 = “L”, WL1 = “H”). In both the 1-bit / 1-cell mode and the 1-bit / 2-cell mode, the read access and the write access are the same processing except for the control of the word line.

特開2005−025863号公報JP 2005-025863 A 特開2003−132684号公報JP 2003-132684 A 国際公開WO2009/088020号公報International Publication No. WO2009 / 088020

すなわち、第1の従来例では、SRAMの低電圧動作性能がシステム全体の低電源電圧特性を制限してしまい、低電源電圧で動かなくなるという問題点があった。これに対する解法として、容量が半分になるが1ビット当たりのトランジスタを倍増させることで、低電圧特性を強化する第2の従来例に係る半導体記憶装置が提案されている。   That is, in the first conventional example, the low voltage operation performance of the SRAM limits the low power supply voltage characteristics of the entire system, and there is a problem that the SRAM does not operate at a low power supply voltage. As a solution to this, there has been proposed a semiconductor memory device according to a second conventional example in which the low voltage characteristic is enhanced by doubling the number of transistors per bit although the capacity is halved.

しかしながら、第2の従来例に係る半導体記憶装置における7T/14T SRAMの構成はシングルポートであり、信号処理用途で特に必要とされるマルチポートには対応していない。7T/14T SRAMの構成のままでは、複数の同時読み書き要求を個別に処理せざるを得ず、読み書き時間が必要とし、それが遅延時間となるという問題点があった。   However, the configuration of the 7T / 14T SRAM in the semiconductor memory device according to the second conventional example is a single port and does not correspond to the multiport particularly required for signal processing. With the 7T / 14T SRAM configuration, a plurality of simultaneous read / write requests must be processed individually, which requires a read / write time, which results in a delay time.

本発明の目的は以上の問題点を解決し、第2の従来例に係る半導体記憶装置において、信号処理で重要となるマルチポート半導体記憶装置を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above problems and provide a multiport semiconductor memory device that is important in signal processing in the semiconductor memory device according to the second conventional example.

本発明に係る半導体記憶装置は、メモリセルの列に対応して配置される一対の第1のビット線に接続される2つのデータ保持ノードを有してクロスカップル接続された一対のインバータからなるラッチ回路と、
上記一対の第1のビット線と上記一対のインバータの各データ保持ノードとの間にそれぞれ設けられた一対の第1のスイッチ部と、
上記一対の第1のスイッチ部の導通を制御する第1のワード線とを備えて構成される半導体記憶装置のメモリセルであって、
複数個の上記メモリセルの各データ保持ノードを各メモリセル毎にそれぞれ分離して1ビットが1個の上記メモリセルで構成される第1のモードと、複数個の上記メモリセルの各データ保持ノードを並列に接続して1ビットが複数個の上記メモリセルで構成される第2のモードを選択的に切り換える第2のスイッチ部とを備えた半導体記憶装置において、
第2のワード線からの信号に応答して、複数個の上記メモリセルの各データ保持ノードのうちの1つのデータ保持ノードを第2のビット線に接続する第3のモードと、接続しない第4のモードとを選択的に切り換える第3のスイッチ部をさらに備えたことを特徴とする。
A semiconductor memory device according to the present invention includes a pair of inverters having two data holding nodes connected to a pair of first bit lines arranged corresponding to a column of memory cells and cross-coupled to each other. A latch circuit;
A pair of first switch portions respectively provided between the pair of first bit lines and the data holding nodes of the pair of inverters;
A memory cell of a semiconductor memory device configured to include a first word line that controls conduction of the pair of first switch portions,
A first mode in which each data holding node of each of the plurality of memory cells is separated for each memory cell and each bit has one memory cell, and each data holding of each of the plurality of memory cells is held. In a semiconductor memory device comprising: a second switch unit that connects nodes in parallel and selectively switches a second mode in which one bit is composed of a plurality of the memory cells;
In response to a signal from the second word line, a third mode in which one data holding node of each of the data holding nodes of the plurality of memory cells is connected to the second bit line and a first mode not connected And a third switch section for selectively switching between the four modes.

上記半導体記憶装置において、上記第2のモードは、2個の上記メモリセルの各データ保持ノードを並列に接続して1ビットが第1及び第2のメモリセルで構成されたことを特徴とする。   In the semiconductor memory device, the second mode is characterized in that each data holding node of the two memory cells is connected in parallel and one bit is composed of the first and second memory cells. .

また、上記半導体記憶装置において、上記第3のスイッチ部は、上記第3のモードにおいて、上記第2のワード線からの信号に応答して、上記第1のメモリセルの各データ保持ノードのうちの1つのデータ保持ノードを一対の第2のビット線のうちの一方のビット線に接続し、上記第2のメモリセルの各データ保持ノードのうちの1つのデータ保持ノードを一対の第2のビット線のうちの他方のビット線に接続したことを特徴とする。   In the semiconductor memory device, in the third mode, the third switch unit is responsive to a signal from the second word line in each data holding node of the first memory cell. Are connected to one bit line of the pair of second bit lines, and one data holding node of each data holding node of the second memory cell is connected to a pair of second bit lines. The bit line is connected to the other bit line.

さらに、上記半導体記憶装置において、上記第3のスイッチ部は、上記第3のモードにおいて、上記第2のワード線からの信号に応答して、上記第1のメモリセルの各データ保持ノードのうちの1つのデータ保持ノードを一対の第2のビット線のうちの一方のビット線に接続し、上記第2のメモリセルの各データ保持ノードのうちの1つのデータ保持ノードを一対の第2のビット線のうちの一方のビット線に接続したことを特徴とする。   Further, in the semiconductor memory device, in the third mode, the third switch unit is responsive to a signal from the second word line in the data holding nodes of the first memory cell. Are connected to one bit line of the pair of second bit lines, and one data holding node of each data holding node of the second memory cell is connected to a pair of second bit lines. It is connected to one of the bit lines.

またさらに、上記半導体記憶装置において、上記第2のスイッチ部により上記第1のモードが設定されかつ上記第3のスイッチ部により上記第4のモードが設定されたときに、上記ラッチ回路に格納されたデータが上記各データ保持ノードからそれぞれ上記一対の第1のスイッチ部及び上記一対の第1のビット線を介して差動で読み出され、
上記第2のスイッチ部により上記第1のモードが設定されかつ上記第3のスイッチ部により上記第3のモードが設定されたときに、上記ラッチ回路に格納されたデータが上記各データ保持ノードからそれぞれ上記一対の第3のスイッチ部及び上記一対の第2のビット線を介してシングルエンドで読み出され、
上記第2のスイッチ部により上記第2のモードが設定されかつ上記第3のスイッチ部により上記第4のモードが設定されたときに、上記ラッチ回路に格納されたデータが上記各データ保持ノードからそれぞれ上記一対の第1のスイッチ部及び上記一対の第1のビット線を介して差動で読み出され、
上記第2のスイッチ部により上記第2のモードが設定されかつ上記第3のスイッチ部により上記第3のモードが設定されたときに、上記ラッチ回路に格納されたデータが上記各データ保持ノードからそれぞれ上記一対の第3のスイッチ部及び上記一対の第2のビット線を介して差動で読み出されることを特徴とする。
Still further, in the semiconductor memory device, when the first mode is set by the second switch unit and the fourth mode is set by the third switch unit, the data is stored in the latch circuit. The data is differentially read from each of the data holding nodes through the pair of first switch units and the pair of first bit lines, respectively.
When the first mode is set by the second switch unit and the third mode is set by the third switch unit, the data stored in the latch circuit is transferred from each data holding node. Each read out in a single end via the pair of third switch sections and the pair of second bit lines,
When the second mode is set by the second switch unit and the fourth mode is set by the third switch unit, the data stored in the latch circuit is transferred from each data holding node. Each differentially read through the pair of first switch sections and the pair of first bit lines,
When the second mode is set by the second switch unit and the third mode is set by the third switch unit, the data stored in the latch circuit is transferred from each data holding node. Each of the data is read out differentially through the pair of third switch sections and the pair of second bit lines.

さらに、上記半導体記憶装置において、所定の第1の方向で互いに隣接する上記各メモリセルで上記第1のビット線を共有するように構成したことを特徴とする。   Further, the semiconductor memory device is characterized in that the first bit lines are shared by the memory cells adjacent to each other in a predetermined first direction.

またさらに、上記半導体記憶装置において、上記第1の方向に実質的に直交する第2の方向で互いに隣接する上記各メモリセルで上記第1のワード線を共有するように構成したことを特徴とする。   Still further, in the semiconductor memory device, the memory cells adjacent to each other in a second direction substantially orthogonal to the first direction are configured to share the first word line. To do.

本発明に係る半導体記憶装置によれば、従来技術に比較してより低い電源電圧で動作するマルチポート半導体記憶装置を提供することができる。特に、追加の読み出しポート回路を設けたのでいわゆる「ディスターブフリー」の読み出し動作のための静的ノイズマージンを気にせずに動作させることができる。その結果、しきい値電圧変動のもとで従来技術に比較して安定して動作することができる。本発明者による65nmのトリプルウェルプロセスを使用して試作された試作デバイスによる測定結果によれば、追加の読み出しポート回路を使用して高信頼性モードの読み出し動作では、しきい値電圧の変動を抑制することができ、動作電圧を0.45Vに低下させることができた。これに対して、従来の内部読み出しポートを使用した高信頼性モードの読み出し動作では、0.54Vの動作電圧を必要とした。さらに、記半導体記憶装置において、所定の第1の方向で互いに隣接する上記各メモリセルで上記第1のビット線を共有するように構成し、もしくは、上記第1の方向に実質的に直交する第2の方向で互いに隣接する上記各メモリセルで上記第1のワード線を共有することにより、従来技術に比較して占有面積を大幅に削減できる。   According to the semiconductor memory device of the present invention, it is possible to provide a multi-port semiconductor memory device that operates at a lower power supply voltage compared to the prior art. In particular, since an additional read port circuit is provided, it is possible to operate without worrying about the static noise margin for the so-called “disturb-free” read operation. As a result, it is possible to operate stably as compared with the prior art under the threshold voltage fluctuation. According to the measurement result of the prototype device prototyped using the 65 nm triple well process by the present inventor, the threshold voltage fluctuation is not detected in the read operation in the high reliability mode using the additional read port circuit. The operating voltage could be reduced to 0.45V. On the other hand, the read operation in the high reliability mode using the conventional internal read port requires an operating voltage of 0.54V. Further, in the semiconductor memory device, each memory cell adjacent to each other in a predetermined first direction is configured to share the first bit line, or substantially orthogonal to the first direction. By sharing the first word line among the memory cells adjacent to each other in the second direction, the occupied area can be greatly reduced as compared with the prior art.

本発明の一実施形態に係るSRAMの2個のメモリセルMC0,MC1の構成を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of two memory cells MC0 and MC1 of an SRAM according to an embodiment of the present invention. 図1のメモリセルを用いて構成された9T/18T SRAMの構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a 9T / 18T SRAM configured using the memory cell of FIG. 1. (a)はシングルポートSRAMと2個のプロセッサPRA,PRBとの間の1リード・ライトのメモリアクセスを示す回路図であり、(b)は(a)のメモリアクセス時の読み出し又は書き込みの時分割アクセスを示すタイミングチャートである。(A) is a circuit diagram showing memory access of one read / write between a single port SRAM and two processors PRA and PRB, and (b) is a time of reading or writing at the time of memory access of (a). It is a timing chart which shows division | segmentation access. (a)はデュアルポートSRAMと2個のプロセッサPRA,PRBとの間の2リード・ライトのメモリアクセスを示す回路図であり、(b)は(a)のメモリアクセス時の読み出し又は書き込みの同時アクセスを示すタイミングチャートである。(A) is a circuit diagram showing two read / write memory access between a dual port SRAM and two processors PRA and PRB, and (b) is a simultaneous read or write at the time of memory access of (a). It is a timing chart which shows access. (a)は図1のSRAMの通常モード(標準電圧動作)時において、内側ビット線BL,/BLを介した差動読み出しを示す回路図であり、(b)は図1のSRAMの通常モード(標準電圧動作)時において、外側ビット線RBL,/RBLを介したシングルエンド読み出しを示す回路図である。(A) is a circuit diagram showing differential reading through the inner bit lines BL and / BL in the normal mode (standard voltage operation) of the SRAM of FIG. 1, and (b) is a normal mode of the SRAM of FIG. FIG. 11 is a circuit diagram showing single-ended reading via outer bit lines RBL, / RBL during (standard voltage operation). (a)は図1のSRAMの高信頼性モード(低電圧動作)時において、内側ビット線BL,/BLを介した差動読み出しを示す回路図であり、(b)は図1のSRAMの高信頼性モード(低電圧動作)時において、外側ビット線RBL,/RBLを介した差動読み出しを示す回路図である。(A) is a circuit diagram showing differential reading through the inner bit lines BL, / BL in the high reliability mode (low voltage operation) of the SRAM of FIG. 1, and (b) is a circuit diagram of the SRAM of FIG. FIG. 6 is a circuit diagram showing differential reading through outer bit lines RBL, / RBL in a high reliability mode (low voltage operation). 本発明の第1の変形例に係るSRAMの2個のメモリセルMC0a,MC1aの構成を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of two memory cells MC0a and MC1a of an SRAM according to a first modification of the present invention. 本発明の第2の変形例に係るSRAMの2個のメモリセルMC0b,MC1の構成を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of two memory cells MC0b and MC1 of an SRAM according to a second modification of the present invention. 本発明の第3の変形例に係るSRAMの2個のメモリセルMC0,MC1の構成を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of two memory cells MC0 and MC1 of an SRAM according to a third modification of the present invention. 本発明の一実施例に係る65nmプロセスにより試作された9T/18Tビットセルペアのレイアウトを示す平面図である。It is a top view which shows the layout of 9T / 18T bit cell pair made as an experiment by the 65-nm process based on one Example of this invention. 図10の9T/18Tビットセルペアを用いた9T/18T SRAMのマクロレイアウトを示す写真である。11 is a photograph showing a macro layout of a 9T / 18T SRAM using the 9T / 18T bit cell pair of FIG. 試作された9T/18T SRAMにおいて4個の読み出し動作時の動作電圧に対するビット誤り率(BER)を示すグラフである。6 is a graph showing a bit error rate (BER) with respect to operating voltages at the time of four read operations in a prototype 9T / 18T SRAM. 試作された9T/18T SRAMにおいて通常モードの内側ビット線を介した差動読み出し時のアクセス時間に対する電源電圧Vddを示すグラフである。6 is a graph showing a power supply voltage Vdd with respect to an access time at the time of differential reading via an inner bit line in a normal mode in a prototype 9T / 18T SRAM. 試作された9T/18T SRAMにおいて通常モードの外側ビット線を介したシングルエンド読み出し時のアクセス時間に対する電源電圧Vddを示すグラフである。6 is a graph showing a power supply voltage Vdd with respect to an access time at the time of single-end reading via an outer side bit line in a normal mode in a prototype 9T / 18T SRAM. 試作された9T/18T SRAMにおいて高信頼性モードの内側ビット線を介した差動読み出し時のアクセス時間に対する電源電圧Vddを示すグラフである。6 is a graph showing a power supply voltage Vdd with respect to an access time at the time of differential reading via an inner bit line in a high reliability mode in a prototype 9T / 18T SRAM. 試作された9T/18T SRAMにおいて高信頼性モードの外側ビット線を介した差動読み出し時のアクセス時間に対する電源電圧Vddを示すグラフである。6 is a graph showing a power supply voltage Vdd with respect to an access time at the time of differential reading via an outer bit line in a high reliability mode in a prototype 9T / 18T SRAM. 第1の従来例に係る半導体記憶装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the semiconductor memory device based on a 1st prior art example. 第2の従来例に係る半導体記憶装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the semiconductor memory device based on a 2nd prior art example. 図18の半導体記憶装置で用いたSRAMの2個のメモリセルMC101,MC102の構成を示す回路図である。FIG. 19 is a circuit diagram showing a configuration of two memory cells MC101 and MC102 of an SRAM used in the semiconductor memory device of FIG.

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each following embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the same component.

図1は本発明の一実施形態に係るSRAMの2個のメモリセルMC0,MC1の構成を示す回路図である。本発明に係る実施形態のSRAMは、第2の従来例に係る図19のSRAMに比較して、専用の読み出しポート回路RP1,RP0をそれぞれさらに含むメモリセルMC1,MC0を備え、9T/18TデュアルポートSRAMを構成したことを特徴としている。ここで、追加の読み出しポート回路RP1,RP0は、「ディスターブフリー(Disturb-free)」であることにより、第2の従来例に係る7T/14T SRAMより低い電圧で動作することができる。ここで、「ディスターブフリー」とは、読み出し時に内部データの破壊がないこと、すなわち、外部回路からの影響なしに内部データを読み出すことができるという特有の効果を有する。提案されたSRAMは、1対の9個のトランジスタを用いて標準電圧で動作する通常モードと、18個のトランジスタを用いて上記標準電圧よりも低い低電圧で動作する高信頼性モードとを有する。ここで、2つのモードを組み込むために、インターリーブされたビット線方式を採用しており、当該提案された9T/18T SRAMは、マルチメディアプロセッサやマルチコアDSPのアーキテクチャでの使用に適している。   FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of two memory cells MC0 and MC1 of an SRAM according to an embodiment of the present invention. The SRAM according to the embodiment of the present invention includes memory cells MC1 and MC0 further including dedicated read port circuits RP1 and RP0, respectively, as compared with the SRAM of FIG. 19 according to the second conventional example, and includes 9T / 18T dual It is characterized by configuring a port SRAM. Here, since the additional read port circuits RP1 and RP0 are “disturb-free”, they can operate at a lower voltage than the 7T / 14T SRAM according to the second conventional example. Here, “disturb-free” has a specific effect that internal data is not destroyed at the time of reading, that is, internal data can be read without being affected by an external circuit. The proposed SRAM has a normal mode that operates at a standard voltage using a pair of nine transistors, and a high-reliability mode that operates at a low voltage lower than the standard voltage using 18 transistors. . Here, an interleaved bit line scheme is employed to incorporate the two modes, and the proposed 9T / 18T SRAM is suitable for use in multimedia processor and multi-core DSP architectures.

図1において、本実施形態に係るSRAMは、SRAMに用いられるメモリセルMC0,MC1を2個連結した回路構成を有する。ここで、メモリセルMC0,MC1は、各々の出力端子(データ保持ノード)が当該メモリセルの列に対応して配置される一対のビット線BL,/BLの各々に至る経路に接続されるクロスカップル接続された一対のインバータV2,V1(それぞれMOSトランジスタP1,P2,N1,N2、及びMOSトランジスタP5,P6,N5,N6で構成される。)からなるラッチ回路と、ビット線BL,/BLとインバータの出力端子との間に設けられた転送ゲートである一対のスイッチ部(MOSトランジスタN3,N4、及びMOSトランジスタN7,N8で構成される。)と、スイッチ部の導通を制御し得る2本のワード線WL0,WL1とから構成される。   In FIG. 1, the SRAM according to the present embodiment has a circuit configuration in which two memory cells MC0 and MC1 used in the SRAM are connected. Here, the memory cells MC0 and MC1 are cross-sections in which output terminals (data holding nodes) are connected to paths that reach each of a pair of bit lines BL and / BL arranged corresponding to the column of the memory cells. A latch circuit comprising a pair of inverters V2 and V1 (coupled by MOS transistors P1, P2, N1, and N2, and MOS transistors P5, P6, N5, and N6, respectively) and bit lines BL and / BL And a pair of switch parts (consisting of MOS transistors N3 and N4 and MOS transistors N7 and N8) which are transfer gates provided between the inverter and the output terminal of the inverter, and 2 which can control conduction of the switch part. It consists of two word lines WL0 and WL1.

制御線/CLをローレベル(以下、Lレベルという。)としたとき、MOSトランジスタP3,P4がオンされて各インバータV1,V3の各出力端子が導通しかつ各インバータV2,V4の各出力端子が導通することにより、2個のメモリセルMC0,MC1が連結して1ビット領域となり、1ビット/2セルモードのブロック(高信頼性モードのブロック:図18ではブロックBLK4〜BLK5)を構成する。一方、制御線/CLをハイレベル(以下、Hレベルという。)としたとき、MOSトランジスタP3,P4がオフされて各インバータV1,V3の各出力端子が遮断されかつ各インバータV2,V4の各出力端子が遮断されることにより、2個のメモリセルMC0,MC1が遮断されてそれぞれで1ビットで合計2ビット領域となり、それぞれ1ビット/1セルモードのブロック(通常モードのブロック:図18ではブロックBLK0〜BLK3)を構成する。   When the control line / CL is at a low level (hereinafter referred to as L level), the MOS transistors P3 and P4 are turned on, the output terminals of the inverters V1 and V3 are turned on, and the output terminals of the inverters V2 and V4. , The two memory cells MC0 and MC1 are connected to form a 1-bit region, which constitutes a 1-bit / 2-cell mode block (high reliability mode blocks: blocks BLK4 to BLK5 in FIG. 18). . On the other hand, when the control line / CL is set to the high level (hereinafter referred to as H level), the MOS transistors P3 and P4 are turned off, the output terminals of the inverters V1 and V3 are cut off, and the inverters V2 and V4 are connected. When the output terminal is cut off, the two memory cells MC0 and MC1 are cut off, and each of them has 1 bit to form a total of 2 bits, and each block is in 1 bit / 1 cell mode (normal mode block: in FIG. 18). Blocks BLK0 to BLK3) are configured.

2個のメモリセルMC0,MC1を連結したものを1ビット領域とする1ビット/2セルモードにおいては、2個のメモリセルMC0,MC1には同じデータが保持ざれるため、読み出し又は書き込み動作の際は、2本のワード線WL0,WL1がハイモード”H”にドライブされる(WL0=”H”,WL1=”H”)。なお、1ビット/1セルモードと1ビット/2セルモードの両方のモードにおいて、ワード線WL0,WL1の制御を除いて、読み出しアクセスと書き込みアクセスは同じ処理となる。   In the 1-bit / 2-cell mode in which two memory cells MC0 and MC1 are connected to each other as a 1-bit area, the same data is held in the two memory cells MC0 and MC1, so that the read or write operation is not performed. At this time, the two word lines WL0 and WL1 are driven to the high mode “H” (WL0 = “H”, WL1 = “H”). In both the 1-bit / 1-cell mode and the 1-bit / 2-cell mode, the read access and the write access are the same except for the control of the word lines WL0 and WL1.

インバータV2の出力端子は読み出しポート回路RP1のMOSトランジスタN10,N9を介して追加のビット線/RBLに接続され、インバータV3の出力端子は読み出しポート回路RP0のMOSトランジスタN11,N12を介して追加のビット線/RBLに接続される。データの読み出し時には、MOSトランジスタN9,N11の各ゲートに接続された読み出しワード線RWLはHレベルにセットされ、データの読み出しのためのプリチャージによりビット線/RBLはHレベルに充電されるが、格納データがHレベルのときはビット線/RBLはHレベルのままとなり当該データがセンスアンプに読み出される一方、格納データがLレベルのときはビット線/RBLは放電されることによりLレベルとなり当該データがセンスアンプに読み出される。   The output terminal of the inverter V2 is connected to the additional bit line / RBL via the MOS transistors N10 and N9 of the read port circuit RP1, and the output terminal of the inverter V3 is added via the MOS transistors N11 and N12 of the read port circuit RP0. Connected to bit line / RBL. At the time of reading data, the read word line RWL connected to the gates of the MOS transistors N9 and N11 is set to H level, and the bit line / RBL is charged to H level by precharging for reading data. When the stored data is at the H level, the bit line / RBL remains at the H level and the data is read to the sense amplifier. On the other hand, when the stored data is at the L level, the bit line / RBL is discharged and becomes the L level. Data is read out to the sense amplifier.

以上説明したように、本実施形態に係るSRAMにおいては、制御線/CLは、通常モード(/CL=”H”)及び高信頼性モード(/CLは=”L”)に切り替えるために設けられ、高信頼性モードでは、14Tビットセルペア又は18Tビットセルペアは、単一のビットセルとして機能し、9T/18Tビットセルでは、4つのNMOSトランジスタN9〜N12と専用の読み出しビット線RBL及び/RBLが7T/14Tビットセルに追加されている。読み出しワード線RWLを読み出しポート回路RP1,RP0の制御のために追加されている。   As described above, in the SRAM according to the present embodiment, the control line / CL is provided for switching between the normal mode (/ CL = “H”) and the high reliability mode (/ CL = “L”). In the high reliability mode, the 14T bit cell pair or the 18T bit cell pair functions as a single bit cell, and in the 9T / 18T bit cell, four NMOS transistors N9 to N12 and dedicated read bit lines RBL and / RBL are 7T. / 14T bit cell has been added. A read word line RWL is added to control the read port circuits RP1 and RP0.

図2は図1のメモリセルを用いて構成された9T/18T SRAMの構成を示す回路図である。図2において、提案された9T/18TSRAMの読み出しポート回路RP1,RP0を有するインターリーブビット線の配列構造を示しており、追加のビット線RBLは、左上と右下(又は右上、左下)のビットセルで共有されている。読み出しワード線RWLはまた共有されているが、他のすべてのビットセルに接続されている。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a 9T / 18T SRAM configured using the memory cell of FIG. FIG. 2 shows an arrangement structure of interleaved bit lines having the read port circuits RP1 and RP0 of the proposed 9T / 18TSRAM. The additional bit lines RBL are upper left and lower right (or upper right, lower left) bit cells. Shared. The read word line RWL is also shared but connected to all other bit cells.

図2から明らかなように、左右方向で互いに隣接する各メモリセルでビット線を共有し、上下方向で互いに隣接する各メモリセルでワード線を共有することで、本実施形態に係る9T/18TSRAMの面積を縮小し、その面積のオーバーヘッドを低減するために、読み出しポート回路RP1,RP0のインターリーブビット線の配列構造を使用している。左右のビットセルのペアが追加のビット線RBLを共有しており、その代わりに、2本の読み出しワード線RWLは、ビットセルアレイの各行を介して相互接続する必要がある。   As is clear from FIG. 2, the bit line is shared by the memory cells adjacent to each other in the left-right direction, and the word line is shared by the memory cells adjacent to each other in the vertical direction, so that the 9T / 18TSRAM according to the present embodiment. In order to reduce the area and the overhead of the area, the array structure of the interleaved bit lines of the read port circuits RP1 and RP0 is used. A pair of left and right bit cells share an additional bit line RBL. Instead, the two read word lines RWL need to be interconnected through each row of the bit cell array.

例えば、図2の読み出しワード線RWL0がアサートされると、Row0及びRow1における偶数列の読み出しポートはアクティブになる。格納されているデータは、ビット線RBLを介して読み出される。制御線/CLがアサートされるとき、すべてのビット線RBLのペアは差動読み出しのために使用される。その結果、追加のマルチプレクサ(図示せず。)をシングルエンド又は差動読み出しを選択するために必要とする。さらに、提案された9T/18T SRAMは他方の内側読み出しポート回路を有する。なぜならば、当該SRAMはデュアルポートSRAMであり、データは内側のビット線BLのペアから読み出されるとともに、外側の読み出しポート回路RP1,RP0を介して読み出される。従って、9T/18T SRAMは7T/14T SRAMより広いメモリ帯域幅を実現している。これは、ビデオ処理、マルチコアDSPアーキテクチャなどのマルチメディアプロセッサ用に有用である。   For example, when the read word line RWL0 of FIG. 2 is asserted, the read ports of the even columns in Row0 and Row1 are activated. The stored data is read out via the bit line RBL. When the control line / CL is asserted, all bit line RBL pairs are used for differential reading. As a result, an additional multiplexer (not shown) is required to select single-ended or differential readout. In addition, the proposed 9T / 18T SRAM has the other inner read port circuit. This is because the SRAM is a dual port SRAM, and data is read from the pair of inner bit lines BL and is read via the outer read port circuits RP1 and RP0. Therefore, 9T / 18T SRAM achieves a wider memory bandwidth than 7T / 14T SRAM. This is useful for multimedia processors such as video processing, multi-core DSP architecture.

図2においては、左右方向で互いに隣接する各メモリセルでビット線を共有し、上下方向で互いに隣接する各メモリセルでワード線を共有しているが、本発明はこれに限らず、所定の第1の方向で互いに隣接する各メモリセルでビット線を共有し、上記第1の方向に実質的に直交する第2の方向で互いに隣接する上記各メモリセルでワード線を共有してもよい。   In FIG. 2, bit lines are shared by memory cells adjacent to each other in the left-right direction, and word lines are shared by memory cells adjacent to each other in the vertical direction. However, the present invention is not limited to this. Each memory cell adjacent to each other in the first direction may share a bit line, and each memory cell adjacent to each other in a second direction substantially orthogonal to the first direction may share a word line. .

図3(a)はシングルポートSRAMと2個のプロセッサPRA,PRBとの間の1リード・ライトのメモリアクセスを示す回路図であり、図3(b)は図3(a)のメモリアクセス時の読み出し又は書き込みの時分割アクセスを示すタイミングチャートである。また、図4(a)はデュアルポートSRAMと2個のプロセッサPRA,PRBとの間の2リード・ライトのメモリアクセスを示す回路図であり、図4(b)は図4(a)のメモリアクセス時の読み出し又は書き込みの同時アクセスを示すタイミングチャートである。図3及び図4において、PRA,PRBはプロセッサを示し、BUSはデータバスを示す。従来技術では、図3の1リード・ライトのメモリアクセスであるが、本実施形態に係るSRAMでは2リード・ライトのメモリアクセスであり、デュアルポートで1サイクルで同時に複数のプロセッサPRA,PRBがそれぞれバスBUSA,BUSBを介してSRAMにアクセスすることができるという作用効果を有する。   FIG. 3A is a circuit diagram showing one read / write memory access between the single-port SRAM and the two processors PRA and PRB, and FIG. 3B is the memory access time of FIG. 3A. 10 is a timing chart showing time-division access for reading or writing. FIG. 4A is a circuit diagram showing two read / write memory access between the dual port SRAM and the two processors PRA and PRB, and FIG. 4B is a memory diagram of FIG. 4A. It is a timing chart which shows the simultaneous access of reading or writing at the time of access. 3 and 4, PRA and PRB indicate processors, and BUS indicates a data bus. In the prior art, the one-read / write memory access in FIG. 3 is used, but in the SRAM according to the present embodiment, the two-read / write memory access is performed. There is an effect that the SRAM can be accessed via the buses BUSA and BUSB.

本実施形態に係る9T/18T SRAMは、4種類の読み出しモードを有しており、それらを図5及び図6に示す。図5(a)は図1のSRAMの通常モード(標準電圧動作)時において、内側ビット線BL,/BLを介した差動読み出しを示す回路図であり、図5(b)は図1のSRAMの通常モード(標準電圧動作)時において、外側ビット線RBL,/RBLを介したシングルエンド読み出しを示す回路図である。また、図6(a)は図1のSRAMの高信頼性モード(低電圧動作)時において、内側ビット線BL,/BLを介した差動読み出しを示す回路図であり、図6(b)は図1のSRAMの高信頼性モード(低電圧動作)時において、外側ビット線RBL,/RBLを介した差動読み出しを示す回路図である。   The 9T / 18T SRAM according to this embodiment has four types of read modes, which are shown in FIGS. 5A is a circuit diagram showing differential reading through the inner bit lines BL and / BL in the normal mode (standard voltage operation) of the SRAM of FIG. 1, and FIG. 5B is a circuit diagram of FIG. FIG. 5 is a circuit diagram showing single-ended reading via outer bit lines RBL, / RBL in the normal mode (standard voltage operation) of the SRAM. 6A is a circuit diagram showing differential reading through the inner bit lines BL and / BL in the high reliability mode (low voltage operation) of the SRAM of FIG. 1, and FIG. FIG. 2 is a circuit diagram showing differential reading via outer bit lines RBL, / RBL in the high reliability mode (low voltage operation) of the SRAM of FIG. 1;

図5の通常モード(標準電圧動作)時において、制御線/CLはHレベルとなり、MOSトランジスタP3,P4がオフされ、1ビット/1セルモードとなっている。ここで、ワード線WL1をHレベルとすれば、図5(a)に示すように、インバータV1,V2からなるラッチ回路から格納データがそれぞれビット線BL,/BLを介してセンスアンプSAに差動読み出しで読み出される。また、読み出しワード線RWLをHレベルとすれば、図5(b)に示すように、インバータV1,V2からなるラッチ回路から格納データがそれぞれ読み出しポート回路RP1,RP0及びビット線/RBL,RBLを介してセンスアンプSA1,SA2にそれぞれシングルエンドで読み出される。   In the normal mode (standard voltage operation) of FIG. 5, the control line / CL is at the H level, the MOS transistors P3 and P4 are turned off, and the 1 bit / 1 cell mode is set. Here, if the word line WL1 is set to the H level, as shown in FIG. 5A, the stored data from the latch circuit composed of the inverters V1 and V2 is transferred to the sense amplifier SA via the bit lines BL and / BL, respectively. Read by dynamic reading. If the read word line RWL is set to the H level, as shown in FIG. 5B, the stored data from the latch circuit composed of the inverters V1 and V2 are read from the read port circuits RP1 and RP0 and the bit lines / RBL and RBL, respectively. And read out to the sense amplifiers SA1 and SA2 respectively.

図6の高信頼性モード(低電圧動作)時において、制御線/CLはLレベルとなり、MOSトランジスタP3,P4がオンされ、1ビット/2セルモードとなっている。ここで、ワード線WL1をHレベルとすれば、図6(a)に示すように、インバータV1,V2からなるラッチ回路から格納データがそれぞれビット線BL,/BLを介してセンスアンプSAに差動読み出しで読み出される。また、読み出しワード線RWLをHレベルとすれば、図6(b)に示すように、インバータV1,V2からなるラッチ回路から格納データがそれぞれ読み出しポート回路RP1,RP0及びビット線/RBL,RBLを介してセンスアンプSAに差動読み出しで読み出される。   In the high reliability mode (low voltage operation) of FIG. 6, the control line / CL is at the L level, the MOS transistors P3 and P4 are turned on, and the 1 bit / 2 cell mode is set. Here, if the word line WL1 is set to the H level, as shown in FIG. 6A, the stored data from the latch circuit composed of the inverters V1 and V2 is transferred to the sense amplifier SA via the bit lines BL and / BL, respectively. Read by dynamic reading. If the read word line RWL is set to the H level, as shown in FIG. 6B, the stored data from the latch circuit composed of the inverters V1 and V2 are read from the read port circuits RP1 and RP0 and the bit lines / RBL and RBL, respectively. To the sense amplifier SA through differential reading.

以上説明したように、本実施形態によれば、書き込み動作については、標準動作モードと高信頼性モードとの間に相違点があり、通常モードの書き込み動作では、その条件は、従来の6TSRAMのと同様である。高信頼性モードの書き込み動作では、アクセストランジスタのコンダクタンスを確保するために、ビットセルのペアの両方のワード線がイネーブルされ、その結果、アクセストランジスタのコンダクタンスは、平均化されており、しきい値電圧のばらつきが抑制されることを示している。これにより、書き込みマージンが大きくなる。   As described above, according to the present embodiment, there is a difference between the standard operation mode and the high reliability mode in the write operation. In the normal mode write operation, the condition is the same as that of the conventional 6TSRAM. It is the same. In a reliable mode write operation, both word lines of a pair of bit cells are enabled to ensure the conductance of the access transistor, so that the conductance of the access transistor is averaged and the threshold voltage It is shown that the variation of is suppressed. This increases the write margin.

図7は本発明の第1の変形例に係るSRAMの2個のメモリセルMC0a,MC1aの構成を示す回路図である。図7の第1の変形例に係るSRAMは、図1の実施形態に比較して、以下の点が異なる。
(a)NMOSトランジスタN9,N10からなる読み出しポート回路RP1に代えて、PMOSトランジスタP9,P10からなる読み出しポート回路RP1aを備えたこと。
(b)NMOSトランジスタN11,N12からなる読み出しポート回路RP0に代えて、PMOSトランジスタP11,P12からなる読み出しポート回路RP0aを備えたこと。
(c)読み出しワード線RWLに代えてその反転信号の信号線である読み出しワード線/RWLを備えたこと。
以上のように構成しても、実施形態と同様の作用効果を有する。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of two memory cells MC0a and MC1a of the SRAM according to the first modification of the present invention. The SRAM according to the first modification of FIG. 7 differs from the embodiment of FIG. 1 in the following points.
(A) A read port circuit RP1a including PMOS transistors P9 and P10 is provided instead of the read port circuit RP1 including NMOS transistors N9 and N10.
(B) A read port circuit RP0a including PMOS transistors P11 and P12 is provided instead of the read port circuit RP0 including NMOS transistors N11 and N12.
(C) A read word line / RWL which is a signal line of the inverted signal is provided instead of the read word line RWL.
Even if comprised as mentioned above, it has the same effect as embodiment.

図8は本発明の第2の変形例に係るSRAMの2個のメモリセルMC0b,MC1の構成を示す回路図である。図8の第2の変形例に係るSRAMは、図1の実施形態に比較して、以下の点が異なる。
(a)NMOSトランジスタN11,N12からなる読み出しポート回路RP0に代えて、ビット線/RBLに接続された、NMOSトランジスタN11a,N12aからなる読み出しポート回路RP0bを備えたこと。これにより、同一のビット線/RBLからデータの読み出しを行う。以上のように構成しても、上記の読み出し動作を除いて実施形態と同様の作用効果を有する。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of two memory cells MC0b and MC1 of the SRAM according to the second modification of the present invention. The SRAM according to the second modification of FIG. 8 differs from the embodiment of FIG. 1 in the following points.
(A) A read port circuit RP0b including NMOS transistors N11a and N12a connected to the bit line / RBL is provided in place of the read port circuit RP0 including NMOS transistors N11 and N12. As a result, data is read from the same bit line / RBL. Even when configured as described above, the same effects as those of the embodiment are obtained except for the reading operation described above.

図9は本発明の第3の変形例に係るSRAMの2個のメモリセルMC0,MC1の構成を示す回路図である。図9の第3の変形例に係るSRAMは、図1の実施形態に比較して、以下の点が異なる。
(a)NMOSトランジスタN9,N10からなる読み出しポート回路RP1に加えて、読み出しワード線RWL−1及びビット線/RBL−1に接続された、NMOSトランジスタN9−1,N10−1からなる読み出しポート回路RP1−1、…、読み出しワード線RWL−(N−1)及びビット線/RBL−(N−1)に接続された、NMOSトランジスタN9−(N−1),N10−(N−1)からなる読み出しポート回路RP1−(N−1)を備え、複数N個の読み出しポート回路を備えたこと。
(b)NMOSトランジスタN11,N12からなる読み出しポート回路RP0に加えて、読み出しワード線RWL−1及びビット線RBL−1に接続された、NMOSトランジスタN11−1,N12−1からなる読み出しポート回路RP0−1、…、読み出しワード線RWL−(N−1)及びビット線RBL−(N−1)に接続された、NMOSトランジスタN11−(N−1),N12−(N−1)からなる読み出しポート回路RP0−(N−1)を備え、複数N個の読み出しポート回路を備えたこと。
以上のように構成すると、3以上の複数ポート以上のマルチポートSRAMを構成できる。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of two memory cells MC0 and MC1 of the SRAM according to the third modification of the present invention. The SRAM according to the third modification of FIG. 9 differs from the embodiment of FIG. 1 in the following points.
(A) In addition to the read port circuit RP1 including the NMOS transistors N9 and N10, the read port circuit including the NMOS transistors N9-1 and N10-1 connected to the read word line RWL-1 and the bit line / RBL-1. RP1-1,..., From NMOS transistors N9- (N-1) and N10- (N-1) connected to the read word line RWL- (N-1) and the bit line / RBL- (N-1). Read port circuit RP1- (N-1), and a plurality of N read port circuits.
(B) In addition to the read port circuit RP0 including the NMOS transistors N11 and N12, the read port circuit RP0 including the NMOS transistors N11-1 and N12-1 connected to the read word line RWL-1 and the bit line RBL-1. −1,..., Read-out composed of NMOS transistors N11- (N-1) and N12- (N-1) connected to the read word line RWL- (N-1) and the bit line RBL- (N-1). A port circuit RP0- (N-1) is provided, and a plurality of N read port circuits are provided.
When configured as described above, a multi-port SRAM having three or more ports can be configured.

図10は本発明の一実施例に係る65nmプロセスにより試作された9T/18Tビットセルペアのレイアウトを示す平面図である。設計は以下の論理設計ルールに基づいており、すべてのトランジスタは最小サイズ(W/L=170/60μm)を有する。このペアセルの面積は3.075×1.100μmであり、それぞれ7T/14T SRAMの面積(=2.43×1.1μm)及び2ビット8Tメモリセル(=2.70×1.1μm)と比較して、26.54%及び12.20%のオーバーヘッドを有する。図10に示すように、左上部には別のメモリセルを挿入する一方、右下部には別のメメモリセルを挿入するように入れ子構造にすることで、SRAM全体の面積を小さくすることができる。 FIG. 10 is a plan view showing a layout of a 9T / 18T bit cell pair prototyped by a 65 nm process according to an embodiment of the present invention. The design is based on the following logic design rules: all transistors have a minimum size (W / L = 170/60 μm). The area of the pair cells is 3.075 × 1.100μm 2, the area of each 7T / 14T SRAM (= 2.43 × 1.1μm 2) and 2-bit 8T memory cell (= 2.70 × 1.1 .mu.m 2 ) With 26.54% and 12.20% overhead. As shown in FIG. 10, the entire SRAM area can be reduced by inserting a different memory cell in the upper left portion and inserting another memory cell in the lower right portion.

図11は図10の9T/18Tビットセルペアを用いた9T/18T SRAMのマクロレイアウトを示す写真である。本発明者らは、測定及び評価のために65nmプロセス技術で128KbのSRAMマクロを試作した。9T/18T SRAMマクロのコアのサイズは1130×413μmである。当該マクロは8つのブロック(ブロックサイズ、141×413μm)を含み、それぞれが16kbアレイ(128行×8列×16ビット)と、アドレスデコーダと、ライトドライバと、外側のシングルエンド読み出し用ビット線のためのインバータと、内側及び外側差動読み出し用ビット線のための2組のセンスアンプとを備えて構成される。センスアンプ回路では、一般的に使用されるラッチ型のセンスアンプを採用している。 FIG. 11 is a photograph showing a macro layout of a 9T / 18T SRAM using the 9T / 18T bit cell pair of FIG. The inventors prototyped a 128 Kb SRAM macro with 65 nm process technology for measurement and evaluation. The core size of the 9T / 18T SRAM macro is 1130 × 413 μm 2 . The macro includes 8 blocks (block size, 141 × 413 μm 2 ), each of which has a 16 kb array (128 rows × 8 columns × 16 bits), an address decoder, a write driver, and an external single-ended read bit line. And two sets of sense amplifiers for the inner and outer differential read bit lines. The sense amplifier circuit employs a latch-type sense amplifier that is generally used.

図12は試作された9T/18T SRAMにおいて4個の読み出し動作時の動作電圧に対するビット誤り率(BER)を示すグラフである。なお、周波数は1MHzであった。図12から明らかなように、通常モードの内側差動読み出しビット線及び外側シングルエンドビット線の場合において、最小動作電圧はそれぞれ0.67Vと0.72Vであった。ここで、シングルエンドビット線の場合における最小動作電圧は差動ビット線の場合に比較して50mVだけ悪化している。これは、シングルエンドビット線の場合はフルスイングを必要とするからである。しかしながら、高信頼性モードでは、外側ビット線の場合は、いわゆる「ディスターブフリー」の差動読み出しのために、最小動作電圧を0.45V(90mVの低下)に低下させている一方、内側差動ビット線の場合は、最小動作電圧として0.54Vを必要としている。この最小動作電圧の低下は低電圧領域において消費電力量を大幅に低下させるという特有の効果を有する。   FIG. 12 is a graph showing a bit error rate (BER) with respect to operating voltages at the time of four read operations in a prototype 9T / 18T SRAM. The frequency was 1 MHz. As is clear from FIG. 12, in the case of the inner differential read bit line and the outer single-ended bit line in the normal mode, the minimum operating voltages were 0.67V and 0.72V, respectively. Here, the minimum operating voltage in the case of a single-ended bit line is deteriorated by 50 mV compared to the case of a differential bit line. This is because a single swing bit line requires a full swing. However, in the high reliability mode, in the case of the outer bit line, the minimum operating voltage is reduced to 0.45 V (reduction of 90 mV) for so-called “disturb-free” differential reading, while the inner differential In the case of a bit line, 0.54 V is required as the minimum operating voltage. This reduction in the minimum operating voltage has a specific effect of significantly reducing the power consumption in the low voltage region.

基板バイアスを適用しかつ種々のプロセスコーナーでの動作を評価するために、SRAMマクロがトリプルウェルプロセスで設計された。言い換えれば、基板バイアス制御はグローバルなしきい値電圧変動を与え、このことはグローバルなしきい値変動のもとでの信頼性を評価できるといえる。しきい値電圧制御の精度を保証するために、特性測定のためにチップ上にPMOS及びNMOSのテストトランジスタを形成した。   SRAM macros were designed in a triple well process to apply substrate bias and evaluate operation at various process corners. In other words, the substrate bias control gives a global threshold voltage fluctuation, which can be said to evaluate the reliability under the global threshold fluctuation. In order to guarantee the accuracy of threshold voltage control, PMOS and NMOS test transistors were formed on the chip for characteristic measurement.

表1は、4つのプロセスコーナー(FF、FS、SF及びSS)がエミュレートされた基板バイアス設定を示す。ΔVtnは製造されたCCトランジスタからのNMOSトランジスタのしきい値電圧差を表し、Δ|Vtp|は製造されたCCトランジスタからのPMOSトランジスタのしきい値電圧差を表す。   Table 1 shows the substrate bias settings emulating four process corners (FF, FS, SF, and SS). ΔVtn represents the threshold voltage difference of the NMOS transistor from the manufactured CC transistor, and Δ | Vtp | represents the threshold voltage difference of the PMOS transistor from the manufactured CC transistor.

図13は試作された9T/18T SRAMにおいて通常モードの内側ビット線を介した差動読み出し時のアクセス時間に対する電源電圧Vddを示すグラフである。また、図14は試作された9T/18T SRAMにおいて通常モードの外側ビット線を介したシングルエンド読み出し時のアクセス時間に対する電源電圧Vddを示すグラフである。さらに、図15は試作された9T/18T SRAMにおいて高信頼性モードの内側ビット線を介した差動読み出し時のアクセス時間に対する電源電圧Vddを示すグラフである。またさらに、図16は試作された9T/18T SRAMにおいて高信頼性モードの外側ビット線を介した差動読み出し時のアクセス時間に対する電源電圧Vddを示すグラフである。   FIG. 13 is a graph showing the power supply voltage Vdd with respect to the access time at the time of differential reading via the inner bit line in the normal mode in the prototype 9T / 18T SRAM. FIG. 14 is a graph showing the power supply voltage Vdd with respect to the access time at the time of single-ended reading via the outer side bit line in the normal mode in the prototype 9T / 18T SRAM. Further, FIG. 15 is a graph showing the power supply voltage Vdd with respect to the access time at the time of differential reading via the inner bit line in the high reliability mode in the prototype 9T / 18T SRAM. FIG. 16 is a graph showing the power supply voltage Vdd with respect to the access time at the time of differential reading via the outer bit line in the high reliability mode in the prototype 9T / 18T SRAM.

図13〜図16は、基板バイアスを表1に従って印加したときのアクセス時間に対する電源電圧を示す。アクセス時間は、クロックが立ち上がったときから出力が固定されるまでの時間であり、当該時間には、デコーダ、ワード線、ビット線のチャージ及びディスチャージ、センスアンプ、ターミナル入出力バッファにおける遅延時間を含む。基板バイアス電圧がビットセルアレイのみならず、入出力バッファを除くすべての周辺回路に対しても印加される。   13 to 16 show the power supply voltage with respect to the access time when the substrate bias is applied according to Table 1. FIG. The access time is the time from when the clock rises until the output is fixed, and includes the delay time in the decoder, word line, bit line charge and discharge, sense amplifier, and terminal input / output buffer. . The substrate bias voltage is applied not only to the bit cell array but also to all peripheral circuits except the input / output buffer.

図13はノーマルモードにおける内側差動読み出しの結果を示しており、しきい値電圧変動の影響を最も大きく受けており、各動作電圧は広く変化している。図14はノーマルモードにおける外側シングルエンド読み出しの結果を示しており、データ読み出しのインバータはフルスイングを必要としており、これにより、FF及びSFのプロセスコーナーにおいて特に遅い動作を生じさせている。このことは、Hレベルの読み出し時でさえより強力なPMOSトランジスタがビット線をディスチャージするからであり、これにより、読み出し動作でエラーが発生する可能性がある。図15及び図16はそれぞれ高信頼性モードにおける内側差動読み出し及び外側差動読み出しの場合の結果を示す。外側差動読み出しの場合はいわゆる「ディスターブフリー」の特徴により、より改善された性能を示しているが、内側差動読み出しの場合においては、特にSFのプロセスコーナーでより遅い結果となっている。   FIG. 13 shows the result of the inner differential reading in the normal mode, which is most affected by the threshold voltage fluctuation, and each operating voltage varies widely. FIG. 14 shows the result of the outer single-ended reading in the normal mode. The data reading inverter requires a full swing, which causes a particularly slow operation at the process corners of FF and SF. This is because a more powerful PMOS transistor discharges the bit line even when reading at the H level, which may cause an error in the read operation. 15 and 16 show the results in the case of inner differential reading and outer differential reading in the high reliability mode, respectively. In the case of the outer differential reading, improved performance is shown due to the so-called “disturb-free” feature, but in the case of the inner differential reading, the result is slower particularly in the process corner of the SF.

以上説明したように、本実施形態によれば、従来の7T/14T SRAMよりもより改善された動作電圧マージンを有する9T/18T SRAMを提供することができる。本実施形態に係る9T/18Tビットセルのトポロジーは、従来の7T/14Tセルと、追加の読み出しポート回路RP0,RP1で構成されている。9T/18T SRAMにおいて、追加の読み出しポート回路RP0,RP1がいわゆる「ディスターブフリー」の読み出し動作のための静的ノイズマージンを気にせずに動作させることができる。その結果、9T/18T SRAMは、しきい値電圧変動のもとで7T/14T SRAMよりも安定して動作するという結果を得た。本発明者らは、65nmのトリプルウェルプロセスを使用して本実施形態に係るSRAMを試作した。測定結果は、追加の読み出しポート回路RP0,RP1を使用して高信頼性モードの読み出し動作では、しきい値電圧の変動を抑制することができ、動作電圧を0.45Vに低下させることができた。これに対して、従来の内側ポートを使用した高信頼性モードの読み出し動作では、0.54Vの動作電圧を必要とした。さらに、基板バイアス制御は従来の7T/14T SRAMの脆弱性を暴露し、本実施形態に係る9T/18TSRAMは、7T/14T SRAMより、種々のアンバランスなプロセスコーナー、特にSFのプロセスコーナーに対して、高い信頼性を有することを明らかにした。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a 9T / 18T SRAM having an operating voltage margin improved more than that of a conventional 7T / 14T SRAM. The topology of the 9T / 18T bit cell according to this embodiment includes a conventional 7T / 14T cell and additional read port circuits RP0 and RP1. In the 9T / 18T SRAM, the additional read port circuits RP0 and RP1 can be operated without worrying about the static noise margin for the so-called “disturb-free” read operation. As a result, the 9T / 18T SRAM operates more stably than the 7T / 14T SRAM under fluctuations in threshold voltage. The inventors made a trial manufacture of the SRAM according to the present embodiment using a triple well process of 65 nm. As a result of the measurement, in the read operation in the high reliability mode using the additional read port circuits RP0 and RP1, the fluctuation of the threshold voltage can be suppressed and the operation voltage can be lowered to 0.45V. It was. On the other hand, the read operation in the high reliability mode using the conventional inner port requires an operating voltage of 0.54V. Further, the substrate bias control exposes the weakness of the conventional 7T / 14T SRAM, and the 9T / 18TSRAM according to the present embodiment is more resistant to various unbalanced process corners than the 7T / 14T SRAM, especially to the SF process corners. It was clarified that it has high reliability.

以上詳述したように、本発明に係る半導体記憶装置によれば、従来技術に比較してより低い電源電圧で動作するマルチポート半導体記憶装置を提供することができる。特に、追加の読み出しポート回路を設けたのでいわゆる「ディスターブフリー」の読み出し動作のための静的ノイズマージンを気にせずに動作させることができる。その結果、しきい値電圧変動のもとで従来技術に比較して安定して動作することができる。本発明者による65nmのトリプルウェルプロセスを使用して試作された試作デバイスによる測定結果によれば、追加の読み出しポート回路を使用して高信頼性モードの読み出し動作では、しきい値電圧の変動を抑制することができ、動作電圧を0.45Vに低下させることができた。これに対して、従来の内部読み出しポートを使用した高信頼性モードの読み出し動作では、0.54Vの動作電圧を必要とした。さらに、記半導体記憶装置において、所定の第1の方向で互いに隣接する上記各メモリセルで上記第1のビット線を共有するように構成し、もしくは、上記第1の方向に実質的に直交する第2の方向で互いに隣接する上記各メモリセルで上記第1のワード線を共有することにより、従来技術に比較して占有面積を大幅に削減できる。   As described above in detail, according to the semiconductor memory device of the present invention, it is possible to provide a multi-port semiconductor memory device that operates at a lower power supply voltage compared to the prior art. In particular, since an additional read port circuit is provided, it is possible to operate without worrying about the static noise margin for the so-called “disturb-free” read operation. As a result, it is possible to operate stably as compared with the prior art under the threshold voltage fluctuation. According to the measurement result of the prototype device prototyped using the 65 nm triple well process by the present inventor, the threshold voltage fluctuation is not detected in the read operation in the high reliability mode using the additional read port circuit. The operating voltage could be reduced to 0.45V. On the other hand, the read operation in the high reliability mode using the conventional internal read port requires an operating voltage of 0.54V. Further, in the semiconductor memory device, each memory cell adjacent to each other in a predetermined first direction is configured to share the first bit line, or substantially orthogonal to the first direction. By sharing the first word line among the memory cells adjacent to each other in the second direction, the occupied area can be greatly reduced as compared with the prior art.

LD…通常モードのブロック、
HD…高信頼性モードのブロック、
BL,/BL,RBL,/RBL,RBL−n,/RBL−n…ビット線、
/CL…制御線、
P1〜P12,N1〜N12,N11a,N12a,N9n,N10n…MOSトランジスタ、
RP0,RP1,RP0a,RP1a,RP0b,RP0−n,RP1−n…読み出しポート回路、
RWL,/RWL…読み出しワード線、
MC0,MC1,MC0a,MC1a,MC0b…メモリセル、
SA,SA1,SA2…センスアンプ、
V1〜V4…インバータ、
WL,/WL,WL0〜WL1…ワード線。
LD ... Normal mode block,
HD ... High reliability mode block,
BL, / BL, RBL, / RBL, RBL-n, / RBL-n ... bit lines,
/ CL: Control line,
P1-P12, N1-N12, N11a, N12a, N9n, N10n ... MOS transistors,
RP0, RP1, RP0a, RP1a, RP0b, RP0-n, RP1-n... Read port circuit,
RWL, / RWL ... Read word line,
MC0, MC1, MC0a, MC1a, MC0b ... memory cells,
SA, SA1, SA2 ... sense amplifier,
V1 to V4 ... inverter,
WL, / WL, WL0 to WL1,.

Claims (7)

メモリセルの列に対応して配置される一対の第1のビット線に接続される2つのデータ保持ノードを有してクロスカップル接続された一対のインバータからなるラッチ回路と、
上記一対の第1のビット線と上記一対のインバータの各データ保持ノードとの間にそれぞれ設けられた一対の第1のスイッチ部と、
上記一対の第1のスイッチ部の導通を制御する第1のワード線とを備えて構成される半導体記憶装置のメモリセルであって、
複数個の上記メモリセルの各データ保持ノードを各メモリセル毎にそれぞれ分離して1ビットが1個の上記メモリセルで構成される第1のモードと、複数個の上記メモリセルの各データ保持ノードを並列に接続して1ビットが複数個の上記メモリセルで構成される第2のモードを選択的に切り換える第2のスイッチ部とを備えた半導体記憶装置において、
第2のワード線からの信号に応答して、複数個の上記メモリセルの各データ保持ノードのうちの1つのデータ保持ノードを第2のビット線に接続する第3のモードと、接続しない第4のモードとを選択的に切り換える第3のスイッチ部をさらに備えたことを特徴とする半導体記憶装置。
A latch circuit comprising a pair of inverters having two data holding nodes connected to a pair of first bit lines arranged corresponding to a column of memory cells and being cross-coupled;
A pair of first switch portions respectively provided between the pair of first bit lines and the data holding nodes of the pair of inverters;
A memory cell of a semiconductor memory device configured to include a first word line that controls conduction of the pair of first switch portions,
A first mode in which each data holding node of each of the plurality of memory cells is separated for each memory cell and each bit has one memory cell, and each data holding of each of the plurality of memory cells is held. In a semiconductor memory device comprising: a second switch unit that connects nodes in parallel and selectively switches a second mode in which one bit is composed of a plurality of the memory cells;
In response to a signal from the second word line, a third mode in which one data holding node of each of the data holding nodes of the plurality of memory cells is connected to the second bit line and a first mode not connected 4. A semiconductor memory device, further comprising a third switch section for selectively switching between the four modes.
上記第2のモードは、2個の上記メモリセルの各データ保持ノードを並列に接続して1ビットが第1及び第2のメモリセルで構成されたことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。   2. The semiconductor according to claim 1, wherein in the second mode, each data holding node of the two memory cells is connected in parallel and one bit is constituted by the first and second memory cells. Storage device. 上記第3のスイッチ部は、上記第3のモードにおいて、上記第2のワード線からの信号に応答して、上記第1のメモリセルの各データ保持ノードのうちの1つのデータ保持ノードを一対の第2のビット線のうちの一方のビット線に接続し、上記第2のメモリセルの各データ保持ノードのうちの1つのデータ保持ノードを一対の第2のビット線のうちの他方のビット線に接続したことを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。   In the third mode, the third switch unit connects one data holding node among the data holding nodes of the first memory cell in response to a signal from the second word line. One data holding node of each of the data holding nodes of the second memory cell is connected to one bit line of the second bit lines, and the other bit of the pair of second bit lines 3. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein the semiconductor memory device is connected to a line. 上記第3のスイッチ部は、上記第3のモードにおいて、上記第2のワード線からの信号に応答して、上記第1のメモリセルの各データ保持ノードのうちの1つのデータ保持ノードを一対の第2のビット線のうちの一方のビット線に接続し、上記第2のメモリセルの各データ保持ノードのうちの1つのデータ保持ノードを一対の第2のビット線のうちの一方のビット線に接続したことを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。   In the third mode, the third switch unit connects one data holding node among the data holding nodes of the first memory cell in response to a signal from the second word line. One data holding node of each of the data holding nodes of the second memory cell is connected to one bit line of the second bit lines, and one bit of the pair of second bit lines. 3. The semiconductor memory device according to claim 2, wherein the semiconductor memory device is connected to a line. 上記第2のスイッチ部により上記第1のモードが設定されかつ上記第3のスイッチ部により上記第4のモードが設定されたときに、上記ラッチ回路に格納されたデータが上記各データ保持ノードからそれぞれ上記一対の第1のスイッチ部及び上記一対の第1のビット線を介して差動で読み出され、
上記第2のスイッチ部により上記第1のモードが設定されかつ上記第3のスイッチ部により上記第3のモードが設定されたときに、上記ラッチ回路に格納されたデータが上記各データ保持ノードからそれぞれ上記一対の第3のスイッチ部及び上記一対の第2のビット線を介してシングルエンドで読み出され、
上記第2のスイッチ部により上記第2のモードが設定されかつ上記第3のスイッチ部により上記第4のモードが設定されたときに、上記ラッチ回路に格納されたデータが上記各データ保持ノードからそれぞれ上記一対の第1のスイッチ部及び上記一対の第1のビット線を介して差動で読み出され、
上記第2のスイッチ部により上記第2のモードが設定されかつ上記第3のスイッチ部により上記第3のモードが設定されたときに、上記ラッチ回路に格納されたデータが上記各データ保持ノードからそれぞれ上記一対の第3のスイッチ部及び上記一対の第2のビット線を介して差動で読み出されることを特徴とする請求項3記載の半導体記憶装置。
When the first mode is set by the second switch unit and the fourth mode is set by the third switch unit, the data stored in the latch circuit is transferred from each data holding node. Each differentially read through the pair of first switch sections and the pair of first bit lines,
When the first mode is set by the second switch unit and the third mode is set by the third switch unit, the data stored in the latch circuit is transferred from each data holding node. Each read out in a single end via the pair of third switch sections and the pair of second bit lines,
When the second mode is set by the second switch unit and the fourth mode is set by the third switch unit, the data stored in the latch circuit is transferred from each data holding node. Each differentially read through the pair of first switch sections and the pair of first bit lines,
When the second mode is set by the second switch unit and the third mode is set by the third switch unit, the data stored in the latch circuit is transferred from each data holding node. 4. The semiconductor memory device according to claim 3, wherein the data is read out differentially through the pair of third switch sections and the pair of second bit lines.
所定の第1の方向で互いに隣接する上記各メモリセルで上記第1のビット線を共有するように構成したことを特徴とする請求項1乃至5のうちのいずれか1つに記載の半導体記憶装置。   6. The semiconductor memory according to claim 1, wherein each of the memory cells adjacent to each other in a predetermined first direction is configured to share the first bit line. apparatus. 上記第1の方向に実質的に直交する第2の方向で互いに隣接する上記各メモリセルで上記第1のワード線を共有するように構成したことを特徴とする請求項6記載の半導体記憶装置。   7. The semiconductor memory device according to claim 6, wherein each of the memory cells adjacent to each other in a second direction substantially perpendicular to the first direction shares the first word line. .
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