JP2013168205A - 半導体記憶装置及びそれを備えた半導体装置 - Google Patents

半導体記憶装置及びそれを備えた半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2013168205A
JP2013168205A JP2012032081A JP2012032081A JP2013168205A JP 2013168205 A JP2013168205 A JP 2013168205A JP 2012032081 A JP2012032081 A JP 2012032081A JP 2012032081 A JP2012032081 A JP 2012032081A JP 2013168205 A JP2013168205 A JP 2013168205A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
word line
memory cell
potential
period
memory device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012032081A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyuki Obata
弘之 小畑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Electronics Corp filed Critical Renesas Electronics Corp
Priority to JP2012032081A priority Critical patent/JP2013168205A/ja
Publication of JP2013168205A publication Critical patent/JP2013168205A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Static Random-Access Memory (AREA)

Abstract

【課題】メモリセルの動作マージンを向上させることが可能な半導体記憶装置及びそれを備えた半導体装置を提供すること。
【解決手段】一実施の形態によれば、半導体記憶装置11は、複数のメモリセルのうち指定されたメモリセルMC00からデータを読み出す期間中、又は、指定されたメモリセルMC00にデータを書き込む期間中、指定されたメモリセルMC00に対応するワード線WL0を少なくとも2回に分けてアクティブ状態にする行選択部112を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体記憶装置及びそれを備えた半導体装置に関し、例えば、メモリセルの動作マージンを向上させるのに適した半導体記憶装置及び半導体装置に関する。
素子の微細化や電源電圧の低電圧化が進んだことにより、メモリセル(SRAMセル)の動作マージンが低下し、さらなる素子の微細化や電源電圧の低電圧化が困難な状況になっている。さらなる素子の微細化や電源電圧の低電圧化を進めて半導体装置のコスト低減及び性能向上を図るため、メモリセルの動作マージン低下を補償する手法の開発が強く望まれている。
関連する技術が特許文献1に開示されている。特許文献1に開示された半導体記憶装置は、複数のワード線と複数のビット線の交差する位置に記憶セルを配置した半導体記憶装置であって、当該ワード線の駆動パルス幅を可変できるワード線駆動パルス発生回路を有する。それにより、この半導体記憶装置は、記憶セルのデータ書き込みマージン及びデータ保持マージン(即ち、メモリセルの動作マージン)の試験を行っている。
そのほか、特許文献2には、行列状に配列された複数のメモリセルと、前記メモリセルの各行に対応して設けられた複数のワード線と、前記メモリセルのそれぞれに接続された複数のビット線と、リード時において、前記ワード線を略垂直に設定電位まで立ち上げたときの前記ビット線のディスチャージ速度よりも遅い駆動速度で前記ワード線を前記設定電位まで駆動する行選択回路と、を備えた半導体記憶装置が開示されている。
特開2007−35171号公報 特開2010−225255号公報
特許文献1に開示された構成は、記憶セルの動作マージンの試験を行うのみであり、記憶セルの動作マージンを向上させることはできないという問題があった。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、半導体記憶装置は、複数のメモリセルのうち指定されたメモリセルからデータを読み出す期間中、又は、当該指定されたメモリセルにデータを書き込む期間中、当該指定されたメモリセルに対応するワード線を少なくとも2回に分けてアクティブ状態にする行選択部を備える。
前記一実施の形態によれば、メモリセルの動作マージンを向上させることが可能な半導体記憶装置及びそれを備えた半導体装置を提供することができる。
実施の形態1にかかる半導体装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態1にかかる選択制御回路の構成例を示すブロック図である。 実施の形態1にかかるメモリセルの構成例を示す回路図である。 実施の形態1にかかる半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートである。 関連技術の半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートである。 関連技術の半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態1にかかる半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態2にかかる半導体装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態2にかかる選択制御回路の構成例を示すブロック図である。 実施の形態3にかかる半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態3にかかる選択制御回路の構成例を示すブロック図である。 実施の形態4にかかる半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態5にかかる半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態5にかかる半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態6にかかる選択制御回路の構成例を示すブロック図である。 実施の形態6にかかる選択制御回路に設けられたダミーセルの構成例を示す回路図である。 実施の形態6にかかる選択制御回路に設けられたダミーセルの動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態7にかかる半導体装置の構成例を示すブロック図である。
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。なお、図面は簡略的なものであるから、この図面の記載を根拠として実施の形態の技術的範囲を狭く解釈してはならない。また、同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(動作ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等(個数、数値、量、範囲等を含む)についても同様である。
実施の形態1
図1は、実施の形態1にかかる半導体記憶装置11を備えた半導体装置1の構成例を示すブロック図である。本実施の形態にかかる半導体記憶装置11は、メモリセルからデータを読み出す期間(リード期間)中、又は、メモリセルにデータを書き込む期間(ライト間)中、当該メモリセルに対応するワード線を少なくとも2回に分けてアクティブ状態にする。それにより、本実施の形態にかかる半導体記憶装置11は、リード状態及び擬似リード状態のメモリセルの動作マージンを向上させる(動作マージンの低下の補償をする)ことができる。以下、具体的に説明する。
図1に示す半導体装置1は、半導体記憶装置(SRAM)11と、内部回路12と、を備える。
内部回路12は、一時的に記憶しておきたいデータを出力して半導体記憶装置11に書き込んだり、半導体記憶装置11に記憶されているデータを読み出して使用したりする。内部回路12は、例えば、CPU等を含んでいる。
半導体記憶装置11は、メモリセルアレイ111と、行選択部112と、列選択部113と、書き込み回路114と、読み出し回路115と、を有する。
メモリセルアレイ11は、行列状に配置された複数のメモリセル(SRAMセル)によって構成される。また、複数のメモリセルの各行に対応して複数のワード線が配置されている。複数のメモリセルの各行に対応して複数のビット線対が配置されている。
本実施の形態では、説明の簡略化のため、行列状に2×2(=4)個のメモリセルMC00,MC01,MC10,MC11が配置された場合を例に説明する。0行目に配置されたメモリセルMC00,MC10は、ワード線WL0に接続される。1行目に配置されたメモリセルMC01,MC11は、ワード線WL1に接続される。また、0列目に配置されたメモリセルMC00,MC01は、何れもビット線対BLB0,BLT0に接続される。1列目に配置されたメモリセルMC10,11は、何れもビット線対BLB1,BLT1に接続される。
行選択部112は、リード期間及びライト期間の各々において、複数のワード線(ワード線WL0,WL1)のうちアドレス信号によって指定された何れかのワード線を2回に分けて選択する(アクティブ状態にする)。
具体的には、行選択部112は、行選択回路116と、選択制御回路117と、を有する。行選択回路116は、複数のワード線のうちアドレス信号によって指定された何れかのワード線を選択する。選択制御回路117は、指定されたワード線の選択タイミング、選択期間、及び選択回数を制御する。
図2は、選択制御回路117の構成例を示すブロック図である。図2に示す選択制御回路117は、選択回数制御回路1171と、選択時間制御回路1172と、を有する。
選択回数制御回路1171は、指定されたワード線の選択回数を制御する。より具体的には、選択回数制御回路1171は、指定されたワード線の電位を第1設定電位(例えば、電源電位VDD)にまで駆動する回数を制御する。
選択時間制御回路1172は、指定されたワード線の選択タイミング及び選択期間を制御する。より具体的には、選択時間制御回路1172は、指定されたワード線の電位を第1設定電位にまで駆動するタイミング、及び、指定されたワード線の電位を第1設定電位に保持する期間を制御する。選択制御回路117の動作の詳細については、後述する。
列選択部113は、複数のビット線対(ビット線対BLB0,BLT0及びビット線対BLB1,BLT1)のうちアドレス信号によって指定された何れかのビット線対を選択する(アクティブ状態にする)。
なお、行選択部112によって選択されたワード線と、列選択部113によって選択されたビット線対と、の何れにも接続されたメモリセルが、データの書き込み対象又はデータの読み出し対象のメモリセルとなる。
書き込み回路114は、書き込み信号Dinに応じたデータを、アドレス信号によって指定されたメモリセル(即ち、メモリセルMC00,MC01,MC10,MC11の何れか)に書き込む。
読み出し回路115は、アドレス信号によって指定されたメモリセル(即ち、メモリセルMC00,MC01,MC10,MC11の何れか)に記憶されたデータを読み出し、読み出し信号Doutとして出力する。
(メモリセルMCの構成)
ここで、図3を参照して、各メモリセル(以下、単にメモリセルMCと称す)の構成について説明する。図3は、メモリセルMCの構成例を示す回路図である。なお、以下の説明では、メモリセルMCに接続されるワード線を一律にワード線WLと称し、メモリセルMCに接続されるビット線対を一律にビット線対BLB,BLTと称す。
図3に示すメモリセルMCは、ロードトランジスタMCP0,MCP1と、ドライブトランジスタMCN0,MCN1と、アクセストランジスタMCN2,MCN3と、を有する。本実施の形態では、ロードトランジスタMCP0,MCP1が、何れもPチャネルMOSトランジスタである場合を例に説明する。また、本実施の形態では、ドライブトランジスタMCN0,MCN1及びアクセストランジスタMCN2,MCN3が、何れもNチャネルMOSトランジスタである場合を例に説明する。
ロードトランジスタMCP0及びドライブトランジスタMCN0により第1インバータが構成される。ロードトランジスタMCP1及びドライブトランジスタMCN1により第2インバータが構成される。そして、第1インバータの出力ノードNDBは、第2インバータの入力ノードに接続され、第2インバータの出力ノードNDTは、第1インバータの入力ノードに接続される。つまり、第1及び第2インバータによりラッチ回路が構成される。このラッチ回路によって、データが保持(記憶)される。
より具体的には、ロードトランジスタMCP0では、ソースが電源電圧端子(高電位側電源端子)VDDに接続され、ドレインがノードNDBに接続され、ゲートがノードNDTに接続される。ドライブトランジスタMCN0では、ソースが接地電圧端子(低電位側電源端子)GNDに接続され、ドレインがノードNDBに接続され、ゲートがノードNDTに接続される。なお、電源電圧端子VDDは、電源から電源電位VDDが供給される端子である。また、接地電圧端子GNDは、電源から接地電位GNDが供給される端子である。
ロードトランジスタMCP1では、ソースが電源電圧端子VDDに接続され、ドレインがノードNDTに接続され、ゲートがノードNDBに接続される。ドライブトランジスタMCN1では、ソースが接地電圧端子GNDに接続され、ドレインがノードNDTに接続され、ゲートがノードNDBに接続される。
アクセストランジスタMCN2は、ワード線WLの電圧レベルに応じて、ビット線BLBとノードNDBとの間の導通状態を制御する。アクセストランジスタMCN3は、ワード線WLの電圧レベルに応じて、ビット線BLTとノードNDTとの間の導通状態を制御する。
より具体的には、アクセストランジスタMCN2では、第1端子(ソースと称す)がビット線BLBに接続され、第2端子(ドレインと称す)がノードNDBに接続され、ゲートがワード線WLに接続される。アクセストランジスタMCN3では、第1端子(ソースと称す)がビット線BLTに接続され、第2端子(ドレインと称す)がノードNDTに接続され、ゲートがワード線WLに接続される。
(半導体記憶装置11の動作)
次に、図4を参照して、半導体記憶装置(SRAM)11の動作について説明する。図4は、半導体記憶装置11の動作を示すタイミングチャートである。なお、図4の例では、半導体記憶装置11は、(1)プリチャージ、(2)データの読み出し、(3)プリチャージ、(4)データの書き込み、の順に動作している。
(1)プリチャージ期間
まず、全てのビット線対(即ち、ビット線対BLB0,BLT0及びビット線対BLB1,BLT1)が電源電位VDD(Hレベル)にプリチャージされる。また、列選択部113は、複数のビット線対(ビット線対BLB0,BLT0及びビット線対BLB1,BLT1)のうちアドレス信号によって指定された何れかのビット線対を選択する。図4の例では、列選択部113は、ビット線対BLB0,BLT0を選択し、残りのビット線対BLB1,BLT1を選択しない(非選択にする)。
(2)リード期間(データ読み出し期間)
プリチャージ後、行選択部112は、複数のワード線(ワード線WL0,WL1)のうちアドレス信号によって指定された何れかのワード線を2回に分けて選択する。図4の例では、行選択部112は、ワード線WL0を2回に分けて選択し、残りのワード線WL1を選択しない(非選択にする)。換言すると、行選択部112は、ワード線WL0を2回に分けて第1設定電位(電源電位VDD)にまで駆動し、残りのワード線WL1をLレベルの状態に保持する。それにより、ワード線WL0の2回の選択期間では、メモリセルMC00とビット線対BLB0,BLT0とが導通し、メモリセルMC10とビット線対BLB1,BLT1とが導通する。
なお、図4では、メモリセルMC00にデータ"1"が記憶されている場合を例に説明する。したがって、メモリセルMC00のノードNDBはLレベルを示し、ノードNDTはHレベルを示している。
上記したように、ワード線WL0の2回の選択期間では、メモリセルMC00とビット線BLB0,BLT0とが導通する。そのため、ビット線BLB0の電位は徐々に低下し、ビット線BLT0の電位は電源電位VDD(Hレベル)に保持される。読み出し回路115は、ビット線対BLB0,BLT0の電位差がある閾値より大きくなると、当該電位差に基づいてメモリセルMC00に記憶されたデータ"1"を読み出し、読み出し信号Doutとして出力する。
このとき、電源電位VDDにプリチャージされたビット線BLB0と、Lレベルを示すノードNDBと、が導通するため、Lレベルを示していたノードNDBの電位は所定レベルにまで引き上げられる。したがって、仮にワード線WL0の選択期間が長すぎて、ノードNDBの電位がトランジスタMCP1,MCN1からなる第2インバータの論理閾値電圧より大きくなると、メモリセルMC00に記憶されたデータが意図せず反転してしまう。つまり、メモリセルMC00に記憶されたデータが破壊されてしまう。それにより、半導体記憶装置11は、その後のデータの読み出し時に誤動作してしまう可能性がある。
これは、メモリセルMC00にデータ"0"が記憶された状態で、電源電位VDDにプリチャージされたビット線BLT0と、Lレベルを示すノードNDTと、が導通した場合においても同様のことが言える。このとき、ノードNDTの電位は所定レベルにまで引き上げられる。したがって、仮にワード線WL0の選択期間が長すぎて、ノードNDTの電位がトランジスタMCP0,MCN0からなる第1インバータの論理閾値電圧より大きくなると、メモリセルMC00に記憶されたデータが意図せず反転してしまう。つまり、メモリセルMC00に記憶されたデータが破壊されてしまう。それにより、半導体記憶装置11は、その後のデータの読み出し時に誤動作してしまう可能性がある。
このデータ破壊は、デバイスの微細化や低電圧化等によるメモリセルの動作マージンの低下により、特に発生しやすくなっている。
そこで、まず、行選択部112は、ワード線WL0の選択期間(tWLs)を比較的短くしている。より具体的には、行選択部112は、ワード線WL0を選択した(アクティブ状態にした)後、メモリセルMC00に記憶されたデータが反転する前に、当該ワード線WL0の選択を解除する(インアクティブ状態にする)。例えば、行選択部112は、ワード線WL0を選択した後、メモリセルMC00のノードNDB,NDTの電位がそれぞれ第2及び第1インバータの論理閾値電圧より大きくなる前に、ワード線WL0の選択を解除する。それにより、メモリセルMC00に記憶されたデータの意図しない反転(データ破壊)を防ぐことができる。
上記のようにワード線WL0の選択期間(tWLs)を比較的短くした場合、メモリセルMC00に記憶されたデータの意図しない反転(データ破壊)を防ぐことはできるが、ワード線WL0の選択期間が短すぎて、ビット線対BLB0,BLT0間にメモリセルMC00の記憶データを読み出すのに十分な電位差を生じさせることができない可能性がある。つまり、メモリセルMC00の動作マージンを向上させることはできるが、データの読み出しマージンを確保することができない可能性がある。その結果、メモリセルMC00に記憶されたデータが正確に読み出されない可能性がある。
そこで、さらに、行選択部112は、ワード線WL0を2回に分けて選択している。より具体的には、行選択部112は、ワード線WL0を比較的短い期間(tWLs)で選択した後、さらに当該ワード線WL0を比較的短い期間(tWLs)で選択している。それにより、ビット線対BLB0,BLT0間にメモリセルMC00の記憶データを読み出すのに十分な電位差を生じさせることができる。つまり、データの読み出しマージンを確保することができる。その結果、メモリセルMC00に記憶されたデータが正確に読み出される。なお、本実施の形態では、リード期間におけるワード線WL0の2回の選択期間は略同一の長さである場合を例に説明している。
このように、行選択部112は、リード期間において、ワード線WL0を、比較的短い期間(tWLs)で2回に分けて選択する。それにより、本実施の形態にかかる半導体記憶装置11は、リード期間において、ビット線対BLB0,BLT0間の十分な電位差を確保しつつ、メモリセルMC00に記憶されたデータの破壊を防ぐことができる。換言すると、本実施の形態にかかる半導体記憶装置11は、リード期間において、データの読み出しマージンを確保しつつ、メモリセルMC00の動作マージンを向上させることができる。
なお、ワード線WL0に接続され、かつ、非選択のビット線対BLB1,BLT1に接続されたメモリセルMC10では、擬似的にデータの読み出しが行われる。この擬似リード状態のメモリセルMC10でも、何も対策しなければ、リード状態のメモリセルMC00の場合と同様に、記憶されたデータが意図せずに反転(破壊)してしまう可能性がある。しかしながら、本実施の形態では、上記したように、行選択部112が、リード期間において、ワード線WL0を、比較的短い期間(tWLs)で2回に分けて選択している。それにより、本実施の形態にかかる半導体記憶装置11は、リード期間において、擬似リード状態のメモリセルMC10の動作マージンを向上させる(メモリセルMC10に記憶されたデータの破壊を防ぐ)ことができる。
一方、非選択のワード線WL1に接続されたメモリセルMC01,MC11と、当該メモリセルMC01,MC11に対応するビット線対とは、導通していない。したがって、メモリセルMC01,MC11では、記憶されたデータが読み出されることも、記憶されたデータが擬似的に読み出されることもない。
(3)プリチャージ期間
その後、次のプリチャージ期間において、全てのビット線対(即ち、ビット線対BLB0,BLT0及びビット線対BLB1,BLT1)が再び電源電位VDD(Hレベル)にプリチャージされる。また、列選択部113は、複数のビット線対(ビット線対BLB0,BLT0及びビット線対BLB1,BLT1)のうちアドレス信号によって指定された何れかのビット線対を選択する。図4の例では、列選択部113は、ビット線対BLB0,BLT0を選択し、残りのビット線対BLB1,BLT1を選択しない(非選択にする)。
(4)ライト期間(データ書き込み期間)
プリチャージ後、行選択部112は、複数のワード線(ワード線WL0、WL1)のうちアドレス信号によって指定された何れかのワード線を2回に分けて選択する。図4の例では、行選択部112は、ワード線WL0を2回に分けて選択し、残りのワード線WL1を選択しない(非選択にする)。換言すると、行選択部112は、ワード線WL0を2回に分けて第1設定電位(電源電位VDD)にまで駆動し、残りのワード線WL1をLレベルの状態に保持する。それにより、ワード線WL0の2回の選択期間では、メモリセルMC00とビット線対BLB0,BLT0とが導通し、メモリセルMC10とビット線対BLB1,BLT1とが導通する。
また、書き込み回路114は、内部回路からの書き込み信号Dinに応じたデータを、データ書き込み対象であるメモリセルMC00に書き込む。なお、図4では、書き込み回路114が、メモリセルMC00にデータ"0"を書き込む場合を例に説明する。
したがって、書き込み回路114は、ビット線BLT0をLレベルにディスチャージし、ビット線BLB0を電源電位VDD(Hレベル)の状態に保持する。それにより、メモリセルMC00のノードNDTの電位がLレベルにまで低下し、ノードNDBがHレベルに上昇するため、結果として、メモリセルMC00には、データ"0"が書き込まれる。
このとき、ワード線WL0に接続され、かつ、非選択のビット線対BLB1,BLT1に接続されたメモリセルMC10では、擬似的にデータの読み出しが行われる。この擬似リード状態のメモリセルMC10では、何も対策しなければ、リード期間の場合と同様に、記憶されたデータが意図せずに反転(破壊)してしまう可能性がある。それにより、半導体記憶装置11は、その後のデータの読み出し時に誤動作してしまう可能性がある。
このデータ破壊は、デバイスの微細化や低電圧化等によるメモリセルの動作マージンの低下により、特に発生しやすくなっている。
そこで、行選択部112は、ワード線WL0の選択期間(tWLs)を比較的短くしている。より具体的には、行選択部112は、ワード線WL0を選択した(アクティブ状態にした)後、擬似リード状態のメモリセルMC10に記憶されたデータが反転する前に、当該ワード線WL0の選択を解除する(インアクティブ状態にする)。例えば、行選択部112は、ワード線WL0を選択した後、メモリセルMC10のノードNDB,NDTの電位がそれぞれ第2及び第1インバータの論理閾値電圧より大きくなる前に、ワード線WL0の選択を解除する。それにより、擬似リード状態のメモリセルMC10に記憶されたデータの意図しない反転(データ破壊)を防ぐことができる。
なお、図4の例では、この1回目のワード線WL0の選択期間において、データの書き込みは完了している。
さらに、行選択部112は、ライト期間においても、リード期間の場合と同様に、ワード線WL0を2回に分けて選択している。より具体的には、行選択部112は、ワード線WL0を比較的短い期間(tWLs)で選択した後、さらに当該ワード線WL0を比較的短い期間(tWLs)で選択している。
このように、行選択部112は、ライト期間において、ワード線WL0を、比較的短い期間(tWLs)で2回に分けて選択する。それにより、本実施の形態にかかる半導体記憶装置11は、ライト期間において、擬似リード状態のメモリセルMC10の動作マージンを向上させる(メモリセルMC10に記憶されたデータの破壊を防ぐ)ことができる。
一方、非選択のワード線WL1に接続されたメモリセルMC01,MC11と、当該メモリセルMC01,MC11に対応するビット線対とは、導通していない。したがって、メモリセルMC01,MC11では、データが書き込まれることも、記憶されたデータが擬似的に読み出されることもない。
図4では、データの読み出し及び書き込み対象のメモリセルがメモリセルMC00である場合を例に説明したが、これに限られない。データの読み出し及び書き込み対象のメモリセルが他のメモリセルMC10,MC01,MC11であっても同様のことが言える。
このように、本実施の形態にかかる半導体記憶装置11では、行選択部112が、リード期間中、データの読み出し対象として指定されたメモリセルに対応するワード線を、比較的短い期間で2回に分けて選択する。それにより、本実施の形態にかかる半導体記憶装置11は、リード期間において、データの読み出しマージンを確保しつつ、リード状態及び擬似リード状態のメモリセルの動作マージンを向上させることができる。
また、本実施の形態にかかる半導体記憶装置11では、行選択部112が、ライト期間中、データの書き込み対象として指定されたメモリセルに対応するワード線を、比較的短い期間で2回に分けて選択する(アクティブ状態にする)。それにより、本実施の形態にかかる半導体記憶装置11は、ライト期間において、擬似リード状態のメモリセルの動作マージンを向上させることができる。
さらに、本実施の形態にかかる半導体記憶装置11は、選択制御回路を一つの備えるのみであり、ワード線の各行に対応して複数の選択制御回路を備える必要が無いため、回路規模の増大を抑制することができる。また、本実施の形態にかかる半導体記憶装置11は、特許文献2に開示された半導体記憶装置と異なり、VRP電圧生成回路等の電圧生成回路をさらに追加する必要が無いため、従来よりも回路規模の増大をさらに抑制することができる。
なお、本実施の形態では、リード期間及びライト期間の各々において、ワード線の選択回数が2回である場合を例に説明したが、これに限られない。リード期間及びライト期間のワード線の選択回数は、それぞれ、データ読み出し特性及びデータ書き込み特性等に応じて3回以上に適宜変更可能である。また、リード期間及びライト期間の各々において、ワード線の選択期間(tWLs)は適宜変更可能である。
(本実施の形態にかかる半導体記憶装置11と関連技術の半導体記憶装置との差異)
次に、図5A〜図5Cを参照して、本実施の形態にかかる半導体記憶装置11と、関連技術の半導体記憶装置と、の差異について説明する。図5A及び図5Bは、関連技術の半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートである。図5Cは、本実施の形態にかかる半導体記憶装置11の動作を示すタイミングチャートである。
関連技術の半導体記憶装置の構成は、図1に示す半導体記憶装置11において、行選択部112が、リード期間及びライト期間の各々において、指定されたワード線WLを2回ではなく1回のみ選択する(アクティブ状態にする)構成に相当する。
なお、以下では、代表して、メモリセルMC00に記憶されたデータ"1"を読み出す場合を例に説明する。したがって、メモリセルMC00のノードNDBはLレベルを示し、ノードNDTはHレベルを示している。
まず、図5Aに示すように、関連技術の半導体記憶装置において、ワード線WL0の選択期間(tWL)が比較的長い場合、メモリセルMC00のノードNDBの電位は所定レベルよりも大きくなってしまう。具体的には、メモリセルMC00のノードNDBの電位は第2インバータの論理閾値電圧より大きくなってしまう。それにより、メモリセルMC00に記憶されたデータが意図せずに反転してしまう。つまり、メモリセルMC00に記憶されたデータが破壊されてしまう。それにより、関連技術の半導体記憶装置は、その後のデータの読み出し時に誤動作してしまう可能性がある。
このデータ破壊は、デバイスの微細化や低電圧化等によるメモリセルの動作マージンの低下により、特に発生しやすくなっている。
また、図5Bに示すように、関連技術の半導体記憶装置において、ワード線WL0の選択期間(tWLs)が比較的短い場合、メモリセルMC00に記憶されたデータの破壊を防ぐことはできるが、選択期間が短すぎて、ビット線対BLB0,BLT0間にメモリセルMC00の記憶データを読み出すのに十分な電位差を生じさせることができなくなってしまう。つまり、メモリセルMC00の動作マージンを向上させることはできるが、データの読み出しマージンを確保することができなくなってしまう。その結果、メモリセルMC00に記憶されたデータが正確に読み出されなくなってしまう。
それに対し、図5Cに示すように、本実施の形態にかかる半導体記憶装置11は、ワード線WL0を、比較的短い期間(tWLs)で2回に分けて選択する。それにより、本実施の形態にかかる半導体記憶装置11は、ビット線対BLB0,BLT0間の十分な電位差を確保しつつ、メモリセルMC00に記憶されたデータの破壊を防ぐことができる。換言すると、本実施の形態にかかる半導体記憶装置11は、データの読み出しマージンを確保しつつ、メモリセルMC00の動作マージンを向上させることができる。
実施の形態2
図6は、実施の形態2にかかる半導体装置2の構成例を示すブロック図である。図6に示す半導体装置2では、図1に示す半導体装置1と比較して、選択制御回路の構成が異なる。以下では、主として、図1に示す半導体装置1とは異なる点について説明する。
なお、図6に示す半導体装置2、半導体記憶装置(SRAM)21、内部回路22、メモリセルアレイ211、行選択部212、列選択部213、書き込み回路214、読み出し回路215、行選択回路216及び選択制御回路217は、それぞれ、図1における半導体装置1、半導体記憶装置(SRAM)11、内部回路12、メモリセルアレイ111、行選択部112、列選択部113、書き込み回路114、読み出し回路115、行選択回路116及び選択制御回路117に対応する。
図7は、選択制御回路217の構成例を示すブロック図である。図7に示す選択制御回路217は、図2に示す選択制御回路117と比較して、選択回数設定用レジスタ2173と、選択時間設定用レジスタ2174と、をさらに備える。つまり、図7に示す選択制御回路217は、選択回数制御回路2171と、選択時間制御回路2172と、選択回数設定用レジスタ2173と、選択時間設定用レジスタ2174と、を有する。なお、選択回数制御回路2171及び選択時間制御回路2172は、それぞれ、図2における選択回数制御回路1171及び選択時間制御回路1172に対応する。
選択回数設定用レジスタ2173は、半導体記憶装置21の外部(内部回路22)から与えられるワード線の選択回数に関する設定情報を取り込んで保持するレジスタである。
選択回数制御回路2171は、選択回数設定用レジスタ2173に保持された設定情報に基づき、アドレス信号によって指定されたワード線の選択回数を制御する。より具体的には、選択回数制御回路2171は、選択回数設定用レジスタ2173に保持された設定情報に基づき、アドレス信号によって指定されたワード線の電位を第1設定電位(電源電位VDD)にまで駆動する回数を制御する。
選択時間設定用レジスタ2174は、半導体記憶装置21の外部(内部回路22)から与えられるワード線の選択時間(選択タイミング、選択期間)に関する設定情報を取り込んで保持するレジスタである。
選択時間制御回路2172は、選択時間設定用レジスタ2174に保持された設定情報に基づき、アドレス信号によって指定されたワード線の選択タイミング及び選択期間を制御する。より具体的には、選択時間制御回路2172は、選択時間設定用レジスタ2174に保持された設定情報に基づき、アドレス信号によって指定されたワード線の電位を第1設定電位にまで駆動するタイミング、及び、当該ワード線の電位を第1設定電位に保持する期間を制御する。
このように、本実施の形態にかかる半導体記憶装置21は、データの読み出し又はデータの書き込みを開始する前に、当該半導体記憶装置21の外部(内部回路22)から与えられるワード線の選択回数、選択タイミング及び選択期間に関する設定情報を取り込んで保持することができる。それにより、本実施の形態にかかる半導体記憶装置21は、データの読み出し又はデータの書き込みを開始する前に、ワード線の選択回数、選択タイミング及び選択期間を所望の値に容易に設定することが可能である。
例えば、メモリセルの動作マージンが低下する(データ破壊が発生しやすい)低電圧動作時では、半導体記憶装置21は、ワード線の選択期間を比較的短くし、かつ、ワード線の選択回数を比較的多くすることで、動作マージンの低下を補償する(動作マージンを向上させる)ことができる。一方、メモリセルの動作マージンが上昇する(データ破壊が発生しにくい)高電圧動作時では、半導体記憶装置21は、ワード線の選択期間を比較的長くし、かつ、ワード線の選択回数を比較的少なくすることで、より高速な動作を実現することができる。
本実施の形態では、ワード線の選択回数と、ワード線の選択時間と、が何れも外部から設定可能である場合を例に説明したが、これに限られない。ワード線の選択回数及び選択時間のうち一方のみが外部から設定可能であっても良い。
実施の形態3
実施の形態3にかかる半導体装置3では、図1に示す半導体装置1と異なり、リード期間における半導体記憶装置のワード線の選択回数と、ライト期間における半導体記憶装置のワード線の選択回数と、が異なる。以下では、主として、図1に示す半導体装置1とは異なる点について説明する。
なお、特に図示していないが、本実施の形態にかかる半導体装置3、半導体記憶装置(SRAM)31、内部回路32、メモリセルアレイ311、行選択部312、列選択部313、書き込み回路314、読み出し回路315、行選択回路316及び選択制御回路317は、それぞれ、図1における半導体装置1、半導体記憶装置(SRAM)11、内部回路12、メモリセルアレイ111、行選択部112、列選択部113、書き込み回路114、読み出し回路115、行選択回路116及び選択制御回路117に対応する。
図8を参照して、半導体記憶装置(SRAM)31の動作について説明する。図8は、本実施の形態にかかる半導体記憶装置31の動作を示すタイミングチャートである。
なお、図8では、図4の場合と同じく、データの読み出し及び書き込み対象のメモリセルがメモリセルMC00である場合を例に説明する。また、図8では、リード期間では、メモリセルMC00に記憶されたデータ"1"が読み出され、ライト期間では、メモリセルMC00にデータ"0"が書き込まれる場合を例に説明する。
図8に示すように、ライト期間において、データの書き込みは、1回目のワード線WL0の選択期間中に完了している。そこで、本実施の形態にかかる半導体記憶装置31は、図1に示す半導体記憶装置11と比較して、データの書き込み時におけるワード線の選択回数を2回から1回に減らしている。それにより、ライト期間が短縮されている。その他の動作については、図4と同様であるため、その説明を省略する。
図8では、データの読み出し及び書き込み対象のメモリセルがメモリセルMC00である場合を例に説明したが、これに限られない。データの読み出し及び書き込み対象のメモリセルが他のメモリセルMC10,MC01,MC11であっても同様のことが言える。
このように、本実施の形態にかかる半導体記憶装置31は、リード期間におけるワード線の選択回数と、ライト期間におけるワード線の選択回数と、を個別に制御することにより、ライト期間のアクセス期間を短縮している。それにより、本実施の形態にかかる半導体記憶装置31は、より高速な動作を実現することができる。
(選択制御回路317の変形例)
図9は、選択制御回路317の変形例を選択制御回路317aとして示すブロック図である。図9に示す選択制御回路317aは、図2に示す選択制御回路117と比較して、リード時選択回数設定用レジスタ3173と、ライト時選択回数設定用レジスタ3174と、をさらに備える。つまり、図9に示す選択制御回路317aは、選択回数制御回路3171と、選択時間制御回路3172と、リード時選択回数設定用レジスタ3173と、ライト時選択回数設定用レジスタ3174と、を有する。なお、選択回数制御回路3171及び選択時間制御回路3172は、それぞれ、図2における選択回数制御回路1171及び選択時間制御回路1172に対応する。
リード時選択回数設定用レジスタ3173は、半導体記憶装置31の外部(内部回路32)から与えられる、リード期間でのワード線の選択回数に関する設定情報を取り込んで保持するレジスタである。また、ライト時選択回数設定用レジスタ3174は、半導体記憶装置31の外部(内部回路32)から与えられる、ライト期間でのワード線の選択回数に関する設定情報を取り込んで保持するレジスタである。
選択回数制御回路3171は、リード時選択回数設定用レジスタ3173及びライト時選択回数設定用レジスタ3174のそれぞれに保持された設定情報に基づき、リード期間でのワード線の選択回数及びライト期間でのワード線の選択回数を個別に制御する。選択時間制御回路3172の動作については、選択時間制御回路1172と同様であるため、その説明を省略する。
選択制御回路317aを搭載した半導体記憶装置31(以下、単に半導体記憶装置31aと称す)は、データの読み出し又はデータの書き込みを開始する前に、当該半導体記憶装置31の外部(内部回路32)から与えられるワード線の選択回数に関する設定情報を取り込んで保持することができる。それにより、半導体記憶装置31aは、データの読み出し又はデータの書き込みを開始する前に、ワード線の選択回数を所望の値に容易に設定することが可能である。
実施の形態4
実施の形態4にかかる半導体装置4では、図1に示す半導体装置1と異なり、リード期間及びライト期間の各々において、半導体記憶装置によるワード線の1回目の選択期間と第2回目の選択期間とが異なる。以下では、主として、図1に示す半導体装置1とは異なる点について説明する。
なお、特に図示していないが、本実施の形態にかかる半導体装置4、半導体記憶装置(SRAM)41、内部回路42、メモリセルアレイ411、行選択部412、列選択部413、書き込み回路414、読み出し回路415、行選択回路416及び選択制御回路417は、それぞれ、図1における半導体装置1、半導体記憶装置(SRAM)11、内部回路12、メモリセルアレイ111、行選択部112、列選択部113、書き込み回路114、読み出し回路115、行選択回路116及び選択制御回路117に対応する。
図10を参照して、半導体記憶装置(SRAM)41の動作について説明する。図10は、本実施の形態にかかる半導体記憶装置41の動作を示すタイミングチャートである。図10に示すように、本実施の形態にかかる半導体記憶装置41は、リード期間及びライト期間の各々において、1回目のワード線の選択期間を比較的短くし、2回目のワード線の選択期間を1回目より長くしている。
なお、図10では、図4の場合と同じく、データの読み出し及び書き込み対象のメモリセルがメモリセルMC00である場合を例に説明する。また、図10では、リード期間では、メモリセルMC00に記憶されたデータ"1"が読み出され、ライト期間では、メモリセルMC00にデータ"0"が書き込まれる場合を例に説明する。
まず、リード期間では、比較的短い期間(tWLs)でワード線WL0が選択される。それにより、メモリセルMC00に記憶されたデータが反転(破壊)することなく、ビット線対BLB0,BLT0間には一定の電位差が生じる。具体的には、電源電位VDDにプリチャージされたビット線BLB0の電位が一定レベル低下する。ただし、1回目のワード線の選択期間は比較的短いため、ビット線対BLB0,BLT0間の電位差は、メモリセルMC00に記憶されたデータ"1"を読み出すには不十分である。
続いて、同じくリード期間では、1回目より長い期間(tWLl)でワード線WL0が再び選択される。それにより、ビット線対BLB0,BLT0間には、メモリセルMC00に記憶されたデータを読み出すのに十分な電位差が生じる。つまり、データの読み出しマージンが十分に確保される。それにより、メモリセルMC00に記憶されたデータ"1"が正確に読み出される。
ここで、1回目のワード線WL0の選択により、2回目のワード線WL0の選択前のビット線対BLB0,BLT0間には一定の電位差が生じている。具体的には、ビット線BLB0の電位は電源電位VDDよりも一定レベル低くなっている。したがって、2回目のワード線WL0の選択期間では、ビット線BLB0が電源電位VDDにプリチャージされたままの場合と比較して、メモリセルMC00のノードNDBの電位は上昇しにくくなっている。つまり、2回目のワード線WL0の選択期間では、メモリセルMC00に記憶されたデータの意図しない反転(データ破壊)は生じにくい。そのため、2回目のワード線WL0の選択期間が長くても、メモリセルMC00のデータ破壊は生じない。これは、擬似リード状態のメモリセルMC10についても同様のことが言える。
このように、本実施の形態にかかる半導体記憶装置41は、リード期間において、リード状態及び擬似リード状態のメモリセルに記憶されたデータを破壊することなく、ビット線対BLB0,BLT0間の電位差をさらに大きくすることができる。換言すると、本実施の形態にかかる半導体記憶装置41は、リード期間において、リード状態及び擬似リード状態のメモリセルの動作マージンを向上させたままで、データの読み出しマージンをさらに大きくすることができる。
次に、ライト期間では、比較的短い期間(tWLs)でワード線WL0が選択される。なお、メモリセルMC00にデータ"0"を書き込むため、ビット線BLT0はLレベルにディスチャージされ、ビット線BLB0はHレベルに保持されている。それにより、メモリセルMC00のノードNDBの電位は上昇し、かつ、ノードNDTの電位は低下する。しかしながら、図10の例では、ワード線WL0の選択期間が短すぎて、メモリセルMC00のノードNDBの電位の上昇、及び、ノードNDTの電位の低下が十分でないため、メモリセルMC00にデータ"0"は書き込まれない。
続いて、同じくライト期間では、1回目より長い期間(tWLl)でワード線WL0が再び選択される。2回目の選択期間は比較的長いため、メモリセルMC00のノードNDBの電位は十分に上昇し、かつ、ノードNDTの電位は十分に低下する。つまり、データの書き込みマージンが十分に確保される。そのため、メモリセルMC00にはデータ"0"が正確に書き込まれる。
ここで、1回目のワード線のWL0選択により、擬似リード状態のメモリセルMC10に対応するビット線対BLB1,BLT1間には一定の電位差が生じている。例えば、メモリセルMC10にデータ"1"が記憶されている場合、ビット線BLB1の電位は電源電位VDDよりも一定レベル低くなっている。したがって、2回目のワード線WL0の選択期間では、ビット線BLB1が電源電位VDDにプリチャージされたままの場合と比較して、メモリセルMC10のノードNDBの電位は上昇しにくくなっている。つまり、2回目のワード線WL0の選択期間では、メモリセルMC10に記憶されたデータの意図しない反転(データ破壊)は生じにくい。そのため、2回目のワード線WL0の選択期間が長くても、擬似リード状態のメモリセルMC10のデータ破壊は生じない。
このように、本実施の形態にかかる半導体記憶装置41は、ライト期間において、擬似リード状態のメモリセルに記憶されたデータを破壊することなく(即ち、擬似リード状態のメモリセルの動作マージンを向上させたままで)、データの書き込みマージンをさらに大きくすることができる。
図10では、データの読み出し及び書き込み対象のメモリセルがメモリセルMC00である場合を例に説明したが、これに限られない。データの読み出し及び書き込み対象のメモリセルが他のメモリセルMC10,MC01,MC11であっても同様のことが言える。
このように、本実施の形態にかかる半導体記憶装置41は、リード期間において、2回目のワード線の選択期間を1回目より長くする。それにより、本実施の形態にかかる半導体記憶装置41は、リード期間において、リード状態及び擬似リード状態のメモリセルの動作マージンを向上させたままで、データの読み出しマージンをさらに大きくすることができる。また、本実施の形態にかかる半導体記憶装置41は、ライト期間において、2回目のワード線の選択期間を1回目より長くする。それにより、本実施の形態にかかる半導体記憶装置41は、ライト期間において、擬似リード状態のメモリセルの動作マージンを向上させたままで、データの書き込みマージンをさらに大きくすることができる。
なお、本実施の形態では、リード期間及びライト期間の各々において、ワード線の選択回数が2回である場合を例に説明したが、これに限られない。リード期間及びライト期間のワード線の選択回数は、それぞれ、データ読み出し特性及びデータ書き込み特性等に応じて適宜変更可能である。
例えば、1回目のワード線の選択期間を比較的短くし、2回目のワード線の選択期間を比較的長くするのみではビット線間の電位差が不十分である場合、1回目及び2回目のワード線の選択期間を比較的短くし、3回目のワード線の選択期間を比較的長くしても良い。
実施の形態5
実施の形態5にかかる半導体装置5では、図1に示す半導体装置1と異なり、リード期間及びライト期間の各々において、半導体記憶装置によるワード線の1回目の選択電位(第1設定電位)と2回目の選択電位(第2設定電位)とが異なる。以下では、主として、図1に示す半導体装置1とは異なる点について説明する。
なお、特に図示していないが、本実施の形態にかかる半導体装置5、半導体記憶装置(SRAM)51、内部回路52、メモリセルアレイ511、行選択部512、列選択部513、書き込み回路514、読み出し回路515、行選択回路516及び選択制御回路517は、それぞれ、図1における半導体装置1、半導体記憶装置(SRAM)11、内部回路12、メモリセルアレイ111、行選択部112、列選択部113、書き込み回路114、読み出し回路115、行選択回路116及び選択制御回路117に対応する。
図11を参照して、半導体記憶装置(SRAM)51の動作について説明する。図11は、本実施の形態にかかる半導体記憶装置51の動作を示すタイミングチャートである。図11に示すように、本実施の形態にかかる半導体記憶装置51は、リード期間及びライト期間の各々において、2回目のワード線の選択電位(第2設定電位)を1回目より高くしている。換言すると、本実施の形態にかかる半導体記憶装置51は、リード期間及びライト期間の各々において、1回目にワード線の電位を第1設定電位にまで駆動した後、2回目に第1設定電位より高い第2設定電位にまで駆動している。
なお、図11では、図4の場合と同じく、データの読み出し及び書き込み対象のメモリセルがメモリセルMC00である場合を例に説明する。また、図11では、リード期間では、メモリセルMC00に記憶されたデータ"1"が読み出され、ライト期間では、メモリセルMC00にデータ"0"が書き込まれる場合を例に説明する。
まず、リード期間では、比較的短い期間(tWLs)でワード線WL0が選択される。このとき、ワード線WL0の電位は第1設定電位(例えば、電源電位VDD)にまで駆動される。それにより、メモリセルMC00に記憶されたデータが反転(破壊)することなく、ビット線対BLB0,BLT0間には一定の電位差が生じる。具体的には、電源電位VDDにプリチャージされたビット線BLB0の電位が一定レベル低下する。ただし、1回目のワード線の選択期間は比較的短いため、ビット線対BLB0,BLT0間の電位差は、メモリセルMC00に記憶されたデータ"1"を読み出すには不十分である。
続いて、同じくリード期間では、比較的短い期間(tWLs)でワード線WL0が再び選択される。このとき、ワード線WL0の電位は第1設定電位よりも高い第2設定電位(例えば、電源電位VDDより高い電位)にまで駆動される。それにより、メモリセルMC00のアクセストランジスタの駆動能力が1回目のワード線WL0の選択時よりも大きくなるため、ビット線対BLB0,BLT0間には、メモリセルMC00に記憶されたデータを読み出すのに十分な電位差が生じる。つまり、データの読み出しマージンが十分に確保される。それにより、メモリセルMC00に記憶されたデータ"1"が正確に読み出される。
ここで、1回目のワード線WL0の選択により、2回目のワード線WL0の選択前のビット線対BLB0,BLT0間には一定の電位差が生じている。具体的には、ビット線BLB0の電位は電源電位VDDよりも一定レベル低くなっている。したがって、2回目のワード線WL0の選択期間では、ビット線BLB0が電源電位VDDにプリチャージされたままの場合と比較して、メモリセルMC00のノードNDBの電位が上昇しにくくなっている。つまり、2回目のワード線WL0の選択期間では、メモリセルMC00に記憶されたデータの意図しない反転(データ破壊)は生じにくい。そのため、2回目のワード線WL0の選択電位(第2設定電位)が高くても、メモリセルMC00のデータ破壊は生じない。これは、擬似リード状態のメモリセルMC10についても同様のことが言える。
このように、本実施の形態にかかる半導体記憶装置51は、リード期間において、リード状態及び擬似リード状態のメモリセルに記憶されたデータを破壊することなく、ビット線対BLB0,BLT0間の電位差をさらに大きくすることができる。換言すると、本実施の形態にかかる半導体記憶装置51は、リード期間において、リード状態及び擬似リーと状態のメモリセルの動作マージンを向上たせたままで、データの読み出しマージンをさらに大きくすることができる。
次に、ライト期間では、比較的短い期間(tWLs)でワード線WL0が選択される。このとき、ワード線WL0の電位は第1設定電位(例えば、電源電位VDD)にまで駆動される。なお、メモリセルMC00にデータ"0"を書き込むため、ビット線BLT0はLレベルにディスチャージされ、ビット線BLB0はHレベルに保持されている。
それにより、メモリセルMC00のノードNDBの電位は上昇し、かつ、ノードNDTの電位は低下する。しかしながら、図11の例では、ワード線WL0の選択期間が短すぎて、メモリセルMC00のノードNDBの電位の上昇、及び、ノードNDTの電位の低下が十分でないため、メモリセルMC00にデータ"0"は書き込まれない。
続いて、同じくライト期間では、比較的短い期間(tWLs)でワード線WL0が再び選択される。このとき、ワード線WL0の電位は第1設定電位よりも高い第2設定電位(例えば、電源電位VDDより高い電位)にまで駆動される。それにより、メモリセルMC00のアクセストランジスタの駆動能力が1回目のワード線WL0の選択時よりも大きくなるため、メモリセルMC00のノードNDBの電位は十分に上昇し、かつ、ノードNDTの電位は十分に低下する。つまり、データの書き込みマージンが十分に確保される。それにより、メモリセルMC00にはデータ"0"が正確に書き込まれる。
ここで、1回目のワード線WL0の選択により、擬似リード状態のメモリセルMC10に対応するビット線対BLB1,BLT1間には一定の電位差が生じている。例えば、メモリセルMC10にデータ"1"が記憶されている場合、ビット線BLB1の電位は電源電位VDDよりも一定レベル低くなっている。したがって、2回目のワード線WL0の選択期間では、ビット線BLB1が電源電位VDDにプリチャージされたままの場合と比較して、メモリセルMC10のノードNDBの電位は上昇しにくくなっている。つまり、2回目のワード線WL0の選択期間では、メモリセルMC10に記憶されたデータの意図しない反転(データ破壊)は生じにくい。そのため、2回目のワード線WL0の選択電位(第2設定電位)が高くても、擬似リード状態のメモリセルMC10のデータ破壊は生じない。
このように、本実施の形態にかかる半導体記憶装置51は、ライト期間において、擬似リード状態のメモリセルに記憶されたデータを破壊することなく(即ち、擬似リード状態のメモリセルの動作マージンを向上させたままで)、データの書き込みマージンをさらに大きくすることができる。
図11では、データの読み出し及び書き込み対象のメモリセルがメモリセルMC00である場合を例に説明したが、これに限られない。データの読み出し及び書き込み対象のメモリセルが他のメモリセルMC10,MC01,MC11であっても同様のことが言える。
このように、本実施の形態にかかる半導体記憶装置51は、リード期間において、2回目のワード線の選択電位を1回目より高くする。それにより、本実施の形態にかかる半導体記憶装置51は、リード期間において、リード状態及び擬似リード状態のメモリセルの動作マージンを向上させたままで、データの読み出しマージンをさらに大きくすることができる。また、本実施の形態にかかる半導体記憶装置51は、ライト期間において、2回目のワード線の選択電位を1回目より高くする。それにより、本実施の形態にかかる半導体記憶装置51は、ライト期間において、擬似リード状態のメモリセルの動作マージンを向上させたままで、データの書き込みマージンをさらに大きくすることができる。
特に、低電圧動作時では、たとえ2回目のワード線の選択期間を長くしたとしても、メモリセルに記憶されたデータを正確に読み出したり、メモリセルにデータを正確に書き込んだりすることができない場合がある。一方、本実施の形態にかかる半導体記憶装置では、2回目のワード線の選択電位を高くすることにより、メモリセルに記憶されたデータを正確に読み出したり、メモリセルにデータを正確に書き込んだりすることができる。
なお、本実施の形態では、リード期間及びライト期間の各々において、ワード線の選択回数が2回である場合を例に説明したが、これに限られない。リード期間及びライト期間のワード線の選択回数は、それぞれ、データ読み出し特性及びデータ書き込み特性等に応じて適宜変更可能である。
例えば、1回目のワード線の選択期間を比較的短くし、2回目のワード線の選択電位を比較的高くするのみではビット線対間の電位差が不十分である場合、図12に示すように、1回目及び2回目のワード線の選択期間を比較的短くし、3回目のワード線の選択電位を比較的高くしても良い。
また、図11の例では、2回目のワード線の選択期間を比較的短くし、かつ、2回目の選択電位を比較的高くする場合を例に説明したが、これに限られない。例えば、2回目のワード線の選択期間を比較的長くし、かつ、2回目の選択電位を比較的高くしても良い。同様にして、図12の例では、3回目のワード線の選択期間を比較的短くし、かつ、3回目の選択電位を比較的高くする場合を例に説明したが、これに限られない。例えば、3回目のワード線の選択期間を比較的長くし、かつ、3回目の選択電位を比較的高くしても良い。
また、本実施の形態では、各メモリセルの電源電圧端子VDDに第1設定電位(電源電位VDD)が供給される場合を例に説明したが、これに限られない。各メモリセルの電源電圧端子VDDには、第1設定電位に代えて、当該第1設定電位よりも高い第2設定電位が供給されても良い。それにより、各メモリセルに記憶されたデータの意図しない反転(データ破壊)は生じにくくなる。さらに、第2設定電位を発生する電源が共用されることにより、回路規模の増大が抑制される。
実施の形態6
実施の形態6にかかる半導体装置6では、図1に示す半導体装置1と比較して、選択制御回路の構成が異なる。以下では、主として、図1に示す半導体装置1とは異なる点について説明する。
なお、特に図示していないが、本実施の形態にかかる半導体装置6、半導体記憶装置(SRAM)61、内部回路62、メモリセルアレイ611、行選択部612、列選択部613、書き込み回路614、読み出し回路615、行選択回路616及び選択制御回路617は、それぞれ、図1における半導体装置1、半導体記憶装置(SRAM)11、内部回路12、メモリセルアレイ111、行選択部112、列選択部113、書き込み回路114、読み出し回路115、行選択回路116及び選択制御回路117に対応する。
図13は、選択制御回路617の構成例を示すブロック図である。図13に示す選択制御回路617は、図2に示す選択制御回路117と比較して、ダミーセル6173をさらに備える。つまり、図13に示す選択制御回路617は、選択回数制御回路6171と、選択時間制御回路6172と、ダミーセル6173と、を有する。なお、選択回数制御回路6171及び選択時間制御回路6172は、それぞれ、図2における選択回数制御回路1171及び選択時間制御回路1172に対応する。
ダミーセル6173は、メモリセルMCからデータを読み出すために当該メモリセルMCに対応するワード線WLがアクティブ状態になってから、当該メモリセルMCに記憶されているデータが反転するまで、の期間を測定(検出)する機能を有する。
図14Aは、ダミーセル6173の構成例を示す回路図である。また、図14Bは、ダミーセル6173の動作を示すタイミングチャートである。
図14Aに示すダミーセル6173は、PチャネルMOSトランジスタであるロードトランジスタDCP0,DCP1と、NチャネルMOSトランジスタであるドライブトランジスタDCN0,DCN1と、NチャネルMOSトランジスタであるアクセストランジスタDCN2,DCN3と、を有する。これらのトランジスタDCP0,DCP1,DCN0,DCN1,DCN2,DCN3は、それぞれ、メモリセルMCにおけるトランジスタMCP0,MCP1,MCN0,MCN1,MCN2,MCN3に対応する。
ロードトランジスタDCP0では、ソースが電源電圧端子VDDに接続され、ドレインがノードND0に接続され、ゲートがノードND1に接続される。ドライブトランジスタDCN0では、ソースが接地電圧端子GNDに接続され、ドレインがノードND0に接続され、ゲートがノードND1に接続される。ロードトランジスタDCP1では、ソース及びゲートが電源電圧端子VDDに接続され、ドレインがノードND1に接続される。ドライブトランジスタDCN1では、ソースが接地電圧端子GNDに接続され、ドレインがノードND1に接続され、ゲートが電源電圧端子VDDに接続される。
アクセストランジスタDCN2では、ソースが外部出力端子OUTに接続され、ドレインがノードND0に接続され、ゲートが電源電圧端子VDDに接続される。なお、アクセストランジスタDCN2は、常にオンしているため設けられなくても良いが、メモリセルMCの条件に近づけるため設けられている方がよい。アクセストランジスタDCN3では、ソースが電源電圧端子VDDに接続され、ドレインがノードND1に接続され、ゲートが外部入力端子INに接続される。
例えば、ダミーセル6173の外部入力端子INには、ワード線WLがアクティブ状態になるのに同期してHレベルの電位が印加される(図14Bにおける時刻t1)。それにより、アクセストランジスタDCN3がオンする。それにより、電源電圧端子VDDからアクセストランジスタDCN3及びドライブトランジスタDCN1を介して接地電圧端子GNDに向けて電流が流れ始める。それに伴って、ノードND1の電位も上昇し始める。その後、ノードND1の電位がトランジスタDCP0,DCN0からなる第1インバータの論理閾値電圧より大きくなると、それに同期して、外部出力端子OUTの出力電位(ノードND0の電位)がHレベルからLレベルに切り替わる(図14Bにおける時刻t2)。このようにして、ワード線WLがアクティブ状態になってから、メモリセルMCに記憶されているデータ反転するまで、の期間(図14Bにおける期間T1)が測定される。
ここで、例えば、ダミーセル6173のアクセストランジスタDCN3の駆動能力をメモリセルMCのアクセストランジスタMCN3の駆動能力よりも大きくしておく。又は、ダミーセル6173のドライブトランジスタDCN1の駆動能力をメモリセルMCのドライブトランジスタMCN1の駆動能力よも小さくしておく。又は、ダミーセル6173の第1インバータの論理閾値電圧をメモリセルMCの第1インバータの論理閾値電圧よりも小さくしておく。それにより、メモリセルMCに記憶されたデータが反転(破壊)する前に、ダミーセル6173から測定結果を出力させることができる。
選択時間制御回路6172は、ダミーセル6173の測定結果に基づき、アドレス信号によって指定されたワード線WLの選択期間(tWLs)を制御する。それにより、メモリセルMCを構成するトランジスタばらつき、電源電圧及び温度等に応じて、ワード線WLの選択期間(tWLs)をリアルタイムに制御することが可能になる。
このように、本実施の形態にかかる半導体記憶装置61は、ワード線WLがアクティブ状態になってから、メモリセルMCに記憶されているデータ反転するまで、の期間を測定可能なダミーセルをさらに備えることにより、ワード線の選択期間(tWLs)をより適切な長さに制御することが可能である。
なお、図14Aに示すダミーセル6173の構成は、一例にすぎず、ワード線WLがアクティブ状態になってから、メモリセルMCに記憶されているデータ反転するまで、の期間を測定可能であればどのような構成であっても良い。
また、本実施の形態では、ダミーセル6173が選択制御回路617内に設けられた場合を例に説明したが、これに限られない。ダミーセル6173は選択制御回路617の外部に設けられても良い。
実施の形態7
図15は、実施の形態7にかかる半導体装置7の構成例を示すブロック図である。図15に示す半導体装置7は、図1に示す半導体装置1と比較して、ヒューズ73をさらに備える。なお、図15には、半導体装置7の外部にテスタ100が設けられている。以下では、主として、図1に示す半導体装置1とは異なる点について説明する。
なお、特に図示していないが、本実施の形態にかかる半導体装置7、半導体記憶装置(SRAM)71、内部回路72、メモリセルアレイ711、行選択部712、列選択部713、書き込み回路714、読み出し回路715、行選択回路716及び選択制御回路717は、それぞれ、図1における半導体装置1、半導体記憶装置(SRAM)11、内部回路12、メモリセルアレイ111、行選択部112、列選択部113、書き込み回路114、読み出し回路115、行選択回路116及び選択制御回路117に対応する。
図15に示す半導体装置7は、例えば、実動作を開始する前に、テスタ100等を用いてワード線WLの選択回数や選択期間(tWLs、tWLl)を予め調整し、その情報をヒューズ73に記憶させておく。それにより、半導体装置7は、実動作において、半導体記憶装置71の動作毎にワード線WLの選択回数や選択期間に関する情報を与える必要が無くなるため、動作効率を向上させることができる。
以上のように、上記実施の形態1〜7にかかる半導体記憶装置は、メモリセルからデータを読み出す期間中、又は、メモリセルにデータを書き込む期間中、当該メモリセルに対応するワード線を少なくとも2回に分けてアクティブ状態にする。それにより、上記実施の形態1〜7にかかる半導体記憶装置は、データの読み出しマージン(或いは、書き込みマージン)を確保しつつ、リード状態及び擬似リード状態のメモリセルの動作マージンを向上させることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
1〜7 半導体装置
11,21,31,31a,41,51,61,71 半導体記憶装置
12,22,32,42,52,62,72 内部回路
73 ヒューズ
100 テスタ
111,211,311,411,511,611,711 メモリセルアレイ
112,212,312,412,512,612,712 行選択部
113,213,313,413,513,613,713 列選択部
114,214,314,414,514,614,714 書き込み回路
115,215,315,415,515,615,715 読み出し回路
116,216,316,416,516,616,716 行選択回路
117,217,317,317a,417,517,617,717 選択制御回路
1171,2171,3171,6171 選択回数制御回路
1172,2172,3172,6172 選択時間制御回路
2173 選択回数設定用レジスタ
2174 選択時間設定用レジスタ
3172 リード時選択回数設定用レジスタ
3173 ライト時選択回数設定用レジスタ
6173 ダミーセル
MC00,MC01,MC10,MC11 メモリセル
MCP0,MCP1 ロードトランジスタ
MCN0,MCN1 ドライブトランジスタ
MCN2,MCN3 アクセストランジスタ
DCP0,DCP1 ロードトランジスタ
DCN0,DCN1 ドライブトランジスタ
DCN2,DCN3 アクセストランジスタ
NDB,NDT ノード
ND0,ND1 ノード

Claims (18)

  1. 行列状に配置された複数のメモリセルと、
    前記複数のメモリセルの各行に対応して設けられて複数のワード線と、
    前記複数のメモリセルの各列に対応して設けられた複数のビット線対と、
    前記複数のメモリセルのうち指定されたメモリセルからデータを読み出す期間中、又は、当該指定されたメモリセルにデータを書き込む期間中、当該指定されたメモリセルに対応する前記ワード線を少なくとも2回に分けてアクティブ状態にする行選択部と、を備えた半導体記憶装置。
  2. 前記行選択部は、前記指定されたメモリセルからデータを読み出す期間中、当該メモリセルに対応する前記ワード線をアクティブ状態にした後、当該メモリセルに記憶されているデータが反転する前に、当該ワード線をインアクティブ状態にする、請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. 前記行選択部は、前記指定されたメモリセルからデータを読み出す期間中、当該メモリセルに対応する前記ワード線をアクティブ状態にした後、当該ワード線に接続された他のメモリセルに記憶されているデータが反転する前に、当該ワード線をインアクティブ状態にする、請求項1に記載の半導体記憶装置。
  4. 前記行選択部は、前記指定されてメモリセルにデータを書き込む期間中、当該メモリセルに対応する前記ワード線をアクティブ状態にした後、当該ワード線に接続された他のメモリセルに記憶されているデータが反転する前に、当該ワード線をインアクティブ状態にする、請求項1に記載の半導体記憶装置。
  5. 前記行選択部は、前記ワード線の電位を第1設定電位にまで駆動することにより、当該ワード線をアクティブ状態にする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
  6. 少なくとも2回に分けられた前記アクティブ状態には、第1及び第2アクティブ状態が含まれ、
    前記行選択部は、前記ワード線の電位を第1設定電位にまで駆動することにより、当該ワード線を第1アクティブ状態にし、前記ワード線の電位を前記第1設定電位とは異なる第2設定電位にまで駆動することにより、当該ワード線を第2アクティブ状態にする、請求項1〜4の何れか一項に記載の半導体記憶装置。
  7. 少なくとも2回に分けられた前記アクティブ状態には、第1及び第2アクティブ状態が含まれ、
    前記行選択部は、前記ワード線の電位を第1設定電位にまで駆動することにより、当該ワード線を第1アクティブ状態にし、その後、前記ワード線の電位を前記第1設定電位よりも高い第2設定電位にまで駆動することにより、当該ワード線を第2アクティブ状態にする、請求項1〜4の何れか一項に記載の半導体記憶装置。
  8. 前記複数のメモリセルのそれぞれの高電位側電源端子には、前記第2設定電位が供給される、請求項7に記載の半導体記憶装置。
  9. 少なくとも2回に分けられた前記アクティブ状態には、第1及び第2アクティブ状態が含まれ、
    前記行選択部は、第1所定期間、前記ワード線の電位を第1設定電位に保持することにより、当該ワード線を第1アクティブ状態にし、前記第1所定期間とは異なる第2所定期間、前記ワード線の電位を前記第1設定電位に保持することにより、当該ワード線を第2アクティブ状態にする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
  10. 少なくとも2回に分けられた前記アクティブ状態には、第1及び第2アクティブ状態が含まれ、
    前記行選択部は、第1所定期間、前記ワード線の電位を第1設定電位に保持することにより、当該ワード線を第1アクティブ状態にし、前記第1所定期間よりも長い第2所定期間、前記ワード線の電位を前記第1設定電位に保持することにより、当該ワード線を第2アクティブ状態にする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
  11. 少なくとも2回に分けられた前記アクティブ状態には、第1及び第2アクティブ状態が含まれ、
    前記行選択部は、第1所定期間、前記ワード線の電位を第1設定電位に保持することにより、当該ワード線を第1アクティブ状態にし、前記第1所定期間とは異なる第2所定期間、前記ワード線の電位を前記第1設定電位とは異なる第2所定電位に保持することにより、当該ワード線を第2アクティブ状態にする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
  12. 前記指定されたメモリセルからデータを読み出す期間中に当該メモリセルに対応する前記ワード線をアクティブ状態にする回数と、前記指定されたメモリセルにデータを書き込み期間中に当該メモリセルに対応する前記ワード線をアクティブ状態にする回数と、が同じである、請求項1に記載の半導体記憶装置。
  13. 前記指定されたメモリセルからデータを読み出す期間中に当該メモリセルに対応する前記ワード線をアクティブ状態にする回数と、前記指定されたメモリセルにデータを書き込む期間中に当該メモリセルに対応する前記ワード線をアクティブ状態にする回数と、が異なる、請求項1に記載の半導体記憶装置。
  14. 前記行選択部は、外部から与えられる設定情報に基づき、前記指定されたメモリセルに対応する前記ワード線をアクティブ状態にする回数を制御する、請求項1に記載の半導体記憶装置。
  15. 前記行選択部は、外部から与えられる設定情報に基づき、前記指定されたメモリセルに対応する前記ワード線をアクティブ状態にする期間を制御する、請求項1に記載の半導体記憶装置。
  16. 前記指定されたメモリセルからデータを読み出すために当該メモリセルに対応する前記ワード線がアクティブ状態になってから、当該メモリセルに記憶されているデータが反転するまで、の期間を測定可能なダミーセルをさらに備え、
    前記行選択部は、前記ダミーセルの測定結果に基づき、前記指定されたメモリセルに対応する前記ワード線をアクティブ状態にする期間を制御する、請求項1に記載の半導体装置。
  17. 請求項1に記載の半導体記憶装置と、
    前記半導体記憶装置に書き込むためのデータを出力し、又は、前記半導体記憶装置から読み出されたデータが入力される、内部回路と、を備えた半導体装置。
  18. 請求項1に記載の半導体記憶装置と、
    前記半導体記憶装置に書き込むためのデータを出力し、又は、前記半導体記憶装置から読み出されたデータが入力される、内部回路と、
    前記指定されたメモリセルに対応する前記ワード線をアクティブ状態にする期間、に関する設定情報を記憶するヒューズと、を備えた半導体装置。
JP2012032081A 2012-02-16 2012-02-16 半導体記憶装置及びそれを備えた半導体装置 Pending JP2013168205A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012032081A JP2013168205A (ja) 2012-02-16 2012-02-16 半導体記憶装置及びそれを備えた半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012032081A JP2013168205A (ja) 2012-02-16 2012-02-16 半導体記憶装置及びそれを備えた半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013168205A true JP2013168205A (ja) 2013-08-29

Family

ID=49178482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012032081A Pending JP2013168205A (ja) 2012-02-16 2012-02-16 半導体記憶装置及びそれを備えた半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013168205A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013254533A (ja) * 2012-06-05 2013-12-19 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013254533A (ja) * 2012-06-05 2013-12-19 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR950004862B1 (ko) 데이터가 블록단위에서 소거될 수 있는 불휘발성 반도체 기억장치와 불휘발성 반도체 기억장치의 블록단위에서 데이터를 소거하는 방법
JP6161482B2 (ja) 半導体記憶装置
JP5341590B2 (ja) 半導体記憶装置
US6631092B2 (en) Semiconductor memory device capable of imposing large stress on transistor
JP2009020957A (ja) 半導体記憶装置
JP2009070474A (ja) 半導体集積回路
JP4563694B2 (ja) 半導体メモリ装置及びワードライン駆動方法。
KR100924331B1 (ko) 반도체 메모리 소자의 센스앰프 전원 공급 회로
JP4576543B2 (ja) 高速化疲労試験
US9324414B2 (en) Selective dual cycle write operation for a self-timed memory
JP2013168205A (ja) 半導体記憶装置及びそれを備えた半導体装置
KR101150599B1 (ko) 반도체 메모리 장치
JP4832004B2 (ja) 半導体記憶装置
KR20000020963A (ko) 반도체 메모리 장치의 어레이 내부 전원 전압 발생 회로
JP2007058969A (ja) メモリ
JP4370526B2 (ja) 半導体装置
JP4119412B2 (ja) 集積回路装置及びその試験方法
US20140071735A1 (en) Initializing dummy bits of an sram tracking circuit
US9245606B2 (en) SRAM memory device and testing method thereof
JP2012243341A (ja) 半導体装置
US7542341B2 (en) MIS-transistor-based nonvolatile memory device with verify function
JP4541385B2 (ja) 半導体装置
JP2007035171A (ja) 半導体記憶装置およびその試験方法
KR100687877B1 (ko) 액티브 코아전압 드라이버 제어회로
JP2013206529A (ja) 半導体記憶装置