JP2018045753A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2018045753A JP2017114455A JP2017114455A JP2018045753A JP 2018045753 A JP2018045753 A JP 2018045753A JP 2017114455 A JP2017114455 A JP 2017114455A JP 2017114455 A JP2017114455 A JP 2017114455A JP 2018045753 A JP2018045753 A JP 2018045753A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device allowing data to be searched at a high speed.SOLUTION: The semiconductor device comprises: a first cell (MDC0) capable of holding information of one bit; a second cell (DC0) adjacent to the first cell; first and second match lines (MLA0 and MLB0) extending along a first direction; a pair of first search lines (SLA0 and /SLA0) extending in a second direction orthogonal to the first direction to transmit first data; a pair of second search lines (SLB0 and /SLB0) extending in the second direction to transmit second data; a first logical operation cell (LCA0) which is connected to the pair of search lines and the first match line and drives the first match line on the basis of a result of comparison between information held in the first and second cells and the first data transmitted to the pair of first search lines; and a second logical operation cell (LCB0) which is connected to the pair of second search lines and the second match line and drives the second match line on the basis of a result of comparison between information held in the first and second cells and the second data transmitted to the pair of second search lines.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

この開示は、半導体装置に関し、より特定的には、検索機能を有する半導体装置に関する。   The present disclosure relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a search function.

近年、インターネットの普及により、連想メモリ(CAM:Content Addressable Memory)の需要が高まっている。CAMは、データを保持するメモリ本来の記憶機能の他に、外部から入力されたデータと内部に保持しているデータとの一致を検出する比較機能を有しており、主にキャッシュメモリやアドレス変換用のテーブル等に用いられている。   In recent years, with the spread of the Internet, the demand for content addressable memory (CAM) has increased. The CAM has a comparison function for detecting coincidence between data inputted from the outside and data held inside, in addition to the original storage function of the memory that holds data. Used for conversion tables and the like.

特開平2−192098号公報(特許文献1)に開示された検索装置は、データを保持する1ビットの記憶回路ごとに一致を検出する比較機能を内蔵したメモリセル(CAMセル)を用いて、記憶回路に保持したデータを読み出さずに、外部から入力されたデータと記憶回路に保持しているデータとの一致検出を実行するように構成されている。   The search device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-191998 (Patent Document 1) uses a memory cell (CAM cell) having a built-in comparison function for detecting a match for each 1-bit storage circuit holding data. Without reading out the data held in the storage circuit, the detection of coincidence between the data input from the outside and the data held in the storage circuit is executed.

特開平2−192098号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-192098

近年、CAMは、アドレス検索機能の他にも、画像認識処理などの分野において、入力パターンとデータベースに保存されている参照パターンの中から最も類似したパターンを検索する類似パターン検索(最小距離検索)機能などの実現のために用いられている。検索の対象となるアドレスの数や、処理対象となるパターンの数が増えるにつれて、CAMにおける演算処理回数は増加する。そのため、特にリアルタイム処理が求められる場合において、CAMにおける処理速度向上が求められている。加えて、近年CAMのメモリ容量が増加しており、CAMの高集積化も求められている。   In recent years, in addition to the address search function, the CAM searches for a similar pattern (minimum distance search) that searches for the most similar pattern from an input pattern and a reference pattern stored in a database in fields such as image recognition processing. It is used to realize functions. As the number of addresses to be searched and the number of patterns to be processed increase, the number of arithmetic processes in the CAM increases. Therefore, particularly when real-time processing is required, improvement in processing speed in CAM is required. In addition, the memory capacity of the CAM has increased in recent years, and high integration of the CAM is also required.

本開示は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、ある局面において、高速なデータ検索が可能な半導体装置を提供することである。   The present disclosure has been made to solve the above-described problem, and in one aspect, provides a semiconductor device capable of high-speed data search.

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。   Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

ある実施形態に従う半導体装置は、1ビットの情報を保持可能に構成された第1セルと、1ビットの情報を保持可能に構成され、第1セルに隣接する第2セルと、第1方向に沿って延在する第1および第2マッチ線と、第1方向と直交する第2方向に沿って延在し、第1データ検索時に第1データを伝達する第1サーチ線対と、第2方向に沿って延在し、第2データ検索時に第2データを伝達する第2サーチ線対と、第1サーチ線対と第1マッチ線とに接続され、第1および第2セルが保持する情報と第1サーチ線対に伝達される第1データとの比較結果に基づいて第1マッチ線を駆動する第1論理演算セルと、第2サーチ線対と第2マッチ線とに接続され、第1および第2セルが保持する情報と第2サーチ線対に伝達される第2データとの比較結果に基づいて第2マッチ線を駆動する第2論理演算セルとを備える。   A semiconductor device according to an embodiment includes a first cell configured to hold 1-bit information, a second cell adjacent to the first cell, configured to hold 1-bit information, and a first direction. A first match line extending along the second direction, a first search line pair extending along a second direction orthogonal to the first direction and transmitting the first data during the first data search, and a second The second search line pair that extends along the direction and transmits the second data at the time of the second data search, is connected to the first search line pair and the first match line, and is held by the first and second cells. A first logic operation cell for driving the first match line based on a comparison result between the information and the first data transmitted to the first search line pair, the second search line pair and the second match line; The information held in the first and second cells and the second data transmitted to the second search line pair And a second logic operation cells for driving the second match line based on the compare results.

ある実施形態に従う半導体装置は、装置の大型化を抑制しつつ、高速なデータ検索を実現し得る。   A semiconductor device according to an embodiment can realize high-speed data search while suppressing an increase in size of the device.

ある実施形態に従う半導体装置の構成例を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the example of a structure of the semiconductor device according to a certain embodiment. ある実施形態に従うメモリセルの構成例を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the example of a structure of the memory cell according to a certain embodiment. 半導体装置に配置されたメモリセルのウェル、拡散領域、ポリシリコン、コンタクトホール、および第1層金属配線の配置を示した平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an arrangement of memory cell wells, diffusion regions, polysilicon, contact holes, and first layer metal wirings arranged in a semiconductor device. 半導体装置に配置されたメモリセルのビア1、第1層金属配線層および第2層金属配線層の配置を示した平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an arrangement of vias 1, first-layer metal wiring layers, and second-layer metal wiring layers of a memory cell arranged in a semiconductor device. 半導体装置に配置されたメモリセルのビア2、第2層金属配線層および第3層金属配線層の配置を示した平面図である。FIG. 6 is a plan view showing an arrangement of vias 2, second metal wiring layers and third metal wiring layers of memory cells arranged in a semiconductor device. 他の実施形態に従うメモリセルの構成例を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the structural example of the memory cell according to other embodiment. 他の実施形態に従う半導体装置の構成例を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structural example of the semiconductor device according to other embodiment. 他の実施形態に従うメモリセルのウェル、拡散領域、ポリシリコン、コンタクトホール、および第1層金属配線の配置を示した平面図である。FIG. 10 is a plan view showing an arrangement of a well, a diffusion region, polysilicon, a contact hole, and a first layer metal wiring of a memory cell according to another embodiment. 他の実施形態に従うメモリセルのビア1、第1層金属配線層および第2層金属配線層の配置を示した平面図である。FIG. 10 is a plan view showing the arrangement of vias 1, first-layer metal wiring layers, and second-layer metal wiring layers of a memory cell according to another embodiment. ある実施形態に従う半導体装置の構成例を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the example of a structure of the semiconductor device according to a certain embodiment. 半導体装置に配置されたメモリセルの構成例を説明する回路図である。3 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a memory cell arranged in a semiconductor device. FIG. 図11のデータセルおよびマスクデータセルが保持するデータとメモリセルのデータとの対応関係を表形式で示す図である。It is a figure which shows the correspondence of the data which the data cell of FIG. 11 and a mask data cell hold | maintain, and the data of a memory cell in a table format. 半導体装置に配置されたメモリセルのウェル、拡散領域、ポリシリコン、コンタクトホール、および第1層金属配線の配置を示した平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an arrangement of memory cell wells, diffusion regions, polysilicon, contact holes, and first layer metal wirings arranged in a semiconductor device. 半導体装置に配置されたメモリセルのビア1、第1層金属配線層および第2層金属配線層の配置を示した平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an arrangement of vias 1, first-layer metal wiring layers, and second-layer metal wiring layers of a memory cell arranged in a semiconductor device. 半導体装置に配置されたメモリセルのビア2、第2層金属配線層および第3層金属配線層の配置を示した平面図である。FIG. 6 is a plan view showing an arrangement of vias 2, second metal wiring layers and third metal wiring layers of memory cells arranged in a semiconductor device. ある実施形態に従うメモリセルにおける金属配線パターンを説明する図である。It is a figure explaining the metal wiring pattern in the memory cell according to a certain embodiment. 他の実施形態に従うTCAMセルとしてのメモリセルの構成例を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the structural example of the memory cell as a TCAM cell according to other embodiment. 図17のデータセルおよびマスクデータセルが保持するデータとメモリセルのデータとの対応関係を表形式で示す図である。It is a figure which shows the correspondence of the data which the data cell and mask data cell of FIG. 17 hold | maintain, and the data of a memory cell in a table format. 他の実施形態に従う半導体装置の構成例を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structural example of the semiconductor device according to other embodiment. 他の実施形態に従うTCAMセルとしてのメモリセルのウェル、拡散領域、ポリシリコン、コンタクトホール、および第1層金属配線の配置を示した平面図である。It is the top view which showed arrangement | positioning of the well of a memory cell as a TCAM cell according to other embodiment, a diffusion region, a polysilicon, a contact hole, and 1st layer metal wiring. ある実施形態に従う半導体装置の構成例を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the example of a structure of the semiconductor device according to a certain embodiment. 半導体装置のメモリセルの構成例を説明する回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a memory cell of a semiconductor device. 半導体装置に配置されたメモリセルのウェル、拡散領域、ポリシリコン、コンタクトホール、および第1層金属配線の配置を示した平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an arrangement of memory cell wells, diffusion regions, polysilicon, contact holes, and first layer metal wirings arranged in a semiconductor device. 半導体装置に配置されたメモリセルのビア1、第1層金属配線層および第2層金属配線層の配置を示した平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an arrangement of vias 1, first-layer metal wiring layers, and second-layer metal wiring layers of a memory cell arranged in a semiconductor device. 半導体装置に配置されたメモリセルのビア2、第2層金属配線層および第3層金属配線層の配置を示した平面図である。FIG. 6 is a plan view showing an arrangement of vias 2, second metal wiring layers and third metal wiring layers of memory cells arranged in a semiconductor device. 実施形態3の変形例に従うメモリセルの構成例を説明する回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a memory cell according to a modification of the third embodiment. 実施形態3の変形例に従う半導体装置の構成例を説明するブロック図である。FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device according to a modification of the third embodiment. 実施形態3の変形例に従うメモリセルのウェル、拡散領域、ポリシリコン、コンタクトホール、および第1層金属配線の配置を示した平面図である。FIG. 10 is a plan view showing an arrangement of a well, a diffusion region, polysilicon, a contact hole, and a first layer metal wiring of a memory cell according to a modification of the third embodiment. 半導体装置に配置されたメモリセルのビア1、第1層金属配線層および第2層金属配線層の配置を示した平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an arrangement of vias 1, first-layer metal wiring layers, and second-layer metal wiring layers of a memory cell arranged in a semiconductor device. 半導体装置に配置されたメモリセルのビア2、第2層金属配線層および第3層金属配線層の配置を示した平面図である。FIG. 6 is a plan view showing an arrangement of vias 2, second metal wiring layers and third metal wiring layers of memory cells arranged in a semiconductor device. トランジスタの構造を表す図である。It is a figure showing the structure of a transistor. 実施形態4に従うメモリセルのウェル、拡散領域、ポリシリコン、およびローカル配線の配置を示した平面図である。FIG. 10 is a plan view showing an arrangement of a well, a diffusion region, polysilicon, and local wiring of a memory cell according to a fourth embodiment. 実施形態4に従うメモリセルのビア0、ローカル配線および第1層金属配線層の配置を示した平面図である。FIG. 10 is a plan view showing an arrangement of vias 0, local wirings, and first level metal wiring layers of a memory cell according to a fourth embodiment. 実施形態4に従うメモリセルのビア1、第1層金属配線層および第2層金属配線層の配置を示した平面図である。FIG. 10 is a plan view showing an arrangement of vias 1, first-layer metal wiring layers, and second-layer metal wiring layers of a memory cell according to a fourth embodiment. 実施形態5に従う半導体装置のメモリセルの構成例を説明する回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a memory cell of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施形態5に従う半導体装置を構成する各メモリセルにおける金属配線パターンを説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a metal wiring pattern in each memory cell constituting a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施形態5に従うメモリセルのウェル、拡散領域、ポリシリコン、およびローカル配線の配置を示した平面図である。FIG. 10 is a plan view showing an arrangement of a well, a diffusion region, polysilicon, and local wiring of a memory cell according to a fifth embodiment. 実施形態5に従うメモリセルのビア0、ローカル配線および第1層金属配線層の配置を示した平面図である。FIG. 10 is a plan view showing an arrangement of vias 0, local wirings, and first level metal wiring layers of a memory cell according to a fifth embodiment. 実施形態5に従うメモリセルのビア1、第1層金属配線層および第2層金属配線層の配置を示した平面図である。FIG. 10 is a plan view showing an arrangement of vias 1, first-layer metal wiring layers, and second-layer metal wiring layers of a memory cell according to a fifth embodiment. 実施形態5に従うメモリセルのビア2、第2層金属配線および第3層金属配線の配置を示した平面図である。FIG. 10 is a plan view showing an arrangement of vias 2, second layer metal wirings and third layer metal wirings of a memory cell according to a fifth embodiment. 実施形態5に従うメモリセルのビア3、第3層金属配線および第4層金属配線の配置を示した平面図である。FIG. 10 is a plan view showing an arrangement of vias 3, third layer metal wirings, and fourth layer metal wirings of a memory cell according to a fifth embodiment.

以下、各実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。   Hereinafter, each embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.

[実施形態1]
(半導体装置の構成例)
図1は、ある実施形態に従う半導体装置100の構成例を説明するブロック図である。図1を参照して、半導体装置100は、行デコーダ102と、サーチドライバ104A,104B,106A,106Bと読出/書込回路108,110と、プリチャージ&エンコード回路112A,112Bと、メモリアレイを構成するメモリセルMC0#0〜MC1#1とを備える。ここで♯0〜♯1はエントリと呼ばれるアドレス番地である。例えば♯0は0番地のアドレスを示し、データの読出および書込動作時においてはメモリセルMC0♯0およびMC1♯0の2つのBCAMセルが同時にアクセスされる。
[Embodiment 1]
(Configuration example of semiconductor device)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device 100 according to an embodiment. Referring to FIG. 1, semiconductor device 100 includes a row decoder 102, search drivers 104A, 104B, 106A, 106B, read / write circuits 108, 110, precharge & encode circuits 112A, 112B, and a memory array. Memory cells MC0 # 0 to MC1 # 1 are provided. Here, # 0 to # 1 are address addresses called entries. For example, # 0 indicates an address at address 0, and two BCAM cells, memory cells MC0 # 0 and MC1 # 0, are simultaneously accessed during data read and write operations.

なお、図1に示されるメモリアレイの構成は、説明の簡単のため2列2行配置であるが、本明細書に開示される技術が適用されるメモリセルの構成はこの構成に限定されるものではない。   Note that the configuration of the memory array shown in FIG. 1 is arranged in two columns and two rows for simplicity of explanation, but the configuration of the memory cell to which the technique disclosed in this specification is applied is limited to this configuration. It is not a thing.

行デコーダ102は、入力されたアドレス信号(不図示)に従い、ワード線WL0、WL1のうちいずれかのワード線を活性化する。   The row decoder 102 activates one of the word lines WL0 and WL1 according to an input address signal (not shown).

サーチドライバ104Aは、サーチ線SLA0をAポート用の検索データ信号S0(A)に対応するレベルに駆動し、サーチ線/SLA0をその反転レベルに駆動する。サーチドライバ104Bは、サーチ線SLB0をBポート用の検索データ信号S0(B)に対応するレベルに駆動し、サーチ線/SLB0をその反転レベルに駆動する。サーチドライバ106Aは、サーチ線SLA1をAポート用の検索データ信号S1(A)に対応するレベルに駆動し、サーチ線/SLA1をその反転レベルに駆動する。サーチドライバ106Bは、サーチ線SLB1をBポート用の検索データ信号S1(B)に対応するレベルに駆動し、サーチ線/SLB1をその反転レベルに駆動する。   Search driver 104A drives search line SLA0 to a level corresponding to A port search data signal S0 (A), and drives search line / SLA0 to its inverted level. Search driver 104B drives search line SLB0 to a level corresponding to B port search data signal S0 (B), and drives search line / SLB0 to its inverted level. Search driver 106A drives search line SLA1 to a level corresponding to A port search data signal S1 (A), and drives search line / SLA1 to its inverted level. Search driver 106B drives search line SLB1 to a level corresponding to search data signal S1 (B) for the B port, and drives search line / SLB1 to its inverted level.

読出/書込回路108は、ある局面において、図示しないセンスアンプによってビット線対BL0,/BL0に読み出されたデータ(電位)を増幅して読み出す。これにより、読出/書込回路108は、ビット線対BL0,/BL0に接続される各メモリセルからデータを読み出す。他の局面において、読出/書込回路108は、図示しない書き込みドライバによって入力データDIO0に応じてビット線対BL0,/BL0を駆動する。これにより、読出/書込回路108は、ビット線対BL0,/BL0に接続され、且つワード線が活性化された各メモリセルにデータを書き込む。読出/書込回路110も、読出/書込回路108と同様に、ある局面において、図示しないセンスアンプによってビット線対BL1,/BL1に読み出されたデータを増幅して読み出し、他の局面において、図示しない書き込みドライバによって入力データDIO1に応じてビット線対BL1,/BL1を駆動する。   In one aspect, read / write circuit 108 amplifies and reads data (potential) read to bit line pair BL0, / BL0 by a sense amplifier (not shown). Thereby, read / write circuit 108 reads data from each memory cell connected to bit line pair BL0, / BL0. In another aspect, read / write circuit 108 drives bit line pair BL0, / BL0 according to input data DIO0 by a write driver (not shown). Thus, read / write circuit 108 writes data to each memory cell connected to bit line pair BL0, / BL0 and whose word line is activated. Similarly to read / write circuit 108, read / write circuit 110 amplifies and reads data read to bit line pair BL1, / BL1 by a sense amplifier (not shown) in one aspect, and in another aspect. The bit line pair BL1, / BL1 is driven according to the input data DIO1 by a write driver (not shown).

プリチャージ&エンコード回路112Aは、Aポート用のマッチ線MLA0、MLA1をプリチャージするとともに、マッチ線MLA0、MLA1に出力された検索結果をエンコードする。プリチャージ&エンコード回路112Bは、Bポート用のマッチ線MLB0、MLB1をプリチャージするとともに、マッチ線MLB0、MLB1に出力された検索結果をエンコードする。ある局面において、プリチャージ&エンコード回路112A,112Bは、接続されたマッチ線を「H」レベルにプリチャージする。   The precharge & encode circuit 112A precharges the match lines MLA0 and MLA1 for the A port and encodes the search results output to the match lines MLA0 and MLA1. The precharge & encode circuit 112B precharges the match lines MLB0 and MLB1 for the B port and encodes the search results output to the match lines MLB0 and MLB1. In one aspect, precharge & encode circuits 112A and 112B precharge the connected match line to “H” level.

メモリセルMC0#0〜MC1#1はそれぞれ1ビットの記憶データを保持可能に構成される。記憶データは、検索データと比較の対象となるデータである。   Memory cells MC0 # 0 to MC1 # 1 are each configured to hold 1-bit storage data. The stored data is data to be compared with the search data.

各メモリセルには、1本のワード線と、1組のビット線対と、2組のサーチ線対と、2本のマッチ線とが接続される。例えば、メモリセルMC0#0は、ワード線WL0と、ビット線対BL0/BL0、サーチ線対SLA0,/SLA0およびSLB0,/SLB0と、マッチ線MLA0,MLB0とに接続される。   Each memory cell is connected to one word line, one set of bit line pairs, two sets of search line pairs, and two match lines. For example, memory cell MC0 # 0 is connected to word line WL0, bit line pair BL0 / BL0, search line pairs SLA0, / SLA0 and SLB0, / SLB0, and match lines MLA0 and MLB0.

1列目のメモリセルMC0♯0およびMC0♯1には、ビット線対BL0,/BL0およびサーチ線対SLA0,/SLA0、並びにSLB0,/SLB0が共通に接続される。2列目のメモリセルMC1♯0およびMC1♯1には、ビット線対BL1,/BL1とサーチ線対SLA1,/SLA1、並びにSLB1,/SLB1とが共通に接続される。   Bit line pair BL0, / BL0, search line pair SLA0, / SLA0, and SLB0, / SLB0 are commonly connected to memory cells MC0 # 0 and MC0 # 1 in the first column. Bit line pair BL1, / BL1, search line pair SLA1, / SLA1, and SLB1, / SLB1 are commonly connected to memory cells MC1 # 0 and MC1 # 1 in the second column.

1行目(アドレス♯0)に対応するメモリセルMC0♯0およびMC1♯0には、ワード線WL0およびマッチ線MLA0,MLB0が共通に接続される。2行目(アドレス♯1)に対応するメモリセルMC0♯1およびMC1♯1には、ワード線WL1およびマッチ線MLA1,MLB1が共通に接続される。   Word line WL0 and match lines MLA0 and MLB0 are commonly connected to memory cells MC0 # 0 and MC1 # 0 corresponding to the first row (address # 0). Word line WL1 and match lines MLA1 and MLB1 are commonly connected to memory cells MC0 # 1 and MC1 # 1 corresponding to the second row (address # 1).

(メモリセルの回路構成)
図2は、ある実施形態に従うメモリセルMC0#0の構成例を説明する回路図である。
(Memory cell circuit configuration)
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the memory cell MC0 # 0 according to an embodiment.

図2を参照して、メモリセルMC0♯0は、アクセストランジスタであるNMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタNA0,NA1と、ドライバトランジスタであるNMOSトランジスタND0,ND1と、PMOSトランジスタP0,P1とから構成される、1ビットの情報を保持可能なデータセルDC0を含む。ある局面において、半導体装置100は、BCAM(Binary Content Addressable Memory)として機能し得る。   Referring to FIG. 2, memory cell MC0 # 0 includes NMOS (Metal Oxide Semiconductor) transistors NA0 and NA1, which are access transistors, NMOS transistors ND0 and ND1 which are driver transistors, and PMOS transistors P0 and P1. Data cell DC0 capable of holding 1-bit information. In one aspect, the semiconductor device 100 can function as a BCAM (Binary Content Addressable Memory).

メモリセルMC0#0は、列方向(図2の縦方向)に沿って延在するビット線対BL0,/BL0と、これらビット線対が延在する方向と直交する行方向に沿って延在するワード線WL0と、列方向に沿って延在し、Aポート用の検索データを伝達するサーチ線対SLA0,/SLA0とBポート用の検索データを伝達するサーチ線対SLB0,/SLB0とをさらに含む。   Memory cell MC0 # 0 extends along the row direction perpendicular to the bit line pair BL0, / BL0 extending along the column direction (vertical direction in FIG. 2) and the bit line pair extending. A search line pair SLA0, / SLA0 that extends along the column direction and transmits search data for the A port, and a search line pair SLB0, / SLB0 that transmits search data for the B port. In addition.

メモリセルMC0♯0は、行方向(図2の横方向)に沿って延在するマッチ線MLA0,MLB0と、データセルの保持する情報とAポート用の検索データとに応じた結果をマッチ線MLA0に出力する論理演算セルLCA0と、データセルの保持する情報とBポート用の検索データとに応じた結果をマッチ線MLB0に出力する論理演算セルLCB0とを含む。   Memory cell MC0 # 0 matches the match lines MLA0 and MLB0 extending in the row direction (the horizontal direction in FIG. 2), the information according to the information held in the data cell and the search data for the A port, as a match line. It includes a logical operation cell LCA0 that outputs to MLA0 and a logical operation cell LCB0 that outputs a result corresponding to the information held in the data cell and the search data for the B port to match line MLB0.

NMOSトランジスタNA0は、記憶ノードA0と、ビット線BL0との間に接続され、ゲートにワード線WL0が接続される。NMOSトランジスタNA1は、記憶ノードA1とビット線/BL0との間に接続され、ゲートにワード線WL0が接続される。PMOSトランジスタP0は、電源電位である電源線VDDと記憶ノードA0との間に接続され、ゲートが記憶ノードA1に接続される。NMOSトランジスタND0は、記憶ノードA0と接地電位である電源線VSSとの間に接続され、ゲートが記憶ノードA1に接続される。PMOSトランジスタP1は、電源線VDDと記憶ノードA1との間に接続され、ゲートが記憶ノードA0に接続される。NMOSトランジスタND1は、記憶ノードA1と電源線VSSとの間に接続され、ゲートが記憶ノードA0に接続される。   The NMOS transistor NA0 is connected between the storage node A0 and the bit line BL0, and the word line WL0 is connected to the gate. The NMOS transistor NA1 is connected between the storage node A1 and the bit line / BL0, and the word line WL0 is connected to the gate. The PMOS transistor P0 is connected between the power supply line VDD, which is the power supply potential, and the storage node A0, and the gate is connected to the storage node A1. The NMOS transistor ND0 is connected between the storage node A0 and the power supply line VSS which is the ground potential, and has a gate connected to the storage node A1. The PMOS transistor P1 is connected between the power supply line VDD and the storage node A1, and has a gate connected to the storage node A0. The NMOS transistor ND1 is connected between the storage node A1 and the power supply line VSS, and has a gate connected to the storage node A0.

NMOSトランジスタND0およびPMOSトランジスタP0は、インバータを構成する。NMOSトランジスタND1およびPMOSトランジスタP1も、インバータを構成する。一方のインバータの出力は、他方のインバータの入力に接続される。したがって、NMOSトランジスタND0およびND1と、PMOSトランジスタP0およびP1とによって構成されたフリップフロップは、1ビットの情報を保持する。   The NMOS transistor ND0 and the PMOS transistor P0 constitute an inverter. The NMOS transistor ND1 and the PMOS transistor P1 also constitute an inverter. The output of one inverter is connected to the input of the other inverter. Therefore, the flip-flop formed by NMOS transistors ND0 and ND1 and PMOS transistors P0 and P1 holds 1-bit information.

論理演算セルLCA0は、NMOSトランジスタNS0,NS1,NS2,NS3を含む。論理演算セルLCB0は、NMOSトランジスタNS4,NS5,NS6,NS7を含む。   Logic operation cell LCA0 includes NMOS transistors NS0, NS1, NS2 and NS3. The logic operation cell LCB0 includes NMOS transistors NS4, NS5, NS6, NS7.

NMOSトランジスタNS0とNS1とは、マッチ線MLA0と接地電位の電源線VSSとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線SLA0と記憶ノードA0とが接続される。NMOSトランジスタNS2とNS3とは、マッチ線MLA0と電源線VSSとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線/SLA0と記憶ノードA1とが接続される。   The NMOS transistors NS0 and NS1 are connected in series between the match line MLA0 and the power supply line VSS at the ground potential, and the search line SLA0 and the storage node A0 are connected to the gates, respectively. NMOS transistors NS2 and NS3 are connected in series between match line MLA0 and power supply line VSS, and search line / SLA0 and storage node A1 are connected to the gates, respectively.

NMOSトランジスタNS4とNS5とは、マッチ線MLB0と電源線VSSとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線SLB0と記憶ノードA0とが接続される。NMOSトランジスタNS6とNS7とは、マッチ線MLB0と電源線VSSとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線/SLB0と記憶ノードA1とが接続される。   The NMOS transistors NS4 and NS5 are connected in series between the match line MLB0 and the power supply line VSS, and the search line SLB0 and the storage node A0 are connected to the gates, respectively. NMOS transistors NS6 and NS7 are connected in series between match line MLB0 and power supply line VSS, and search line / SLB0 and storage node A1 are connected to the gates, respectively.

なお、図1におけるメモリセルMC0#0以外の他のメモリセルは、接続されたワード線、マッチ線、ビット線対およびサーチ線対が上記の例と異なるが、内部の回路構成はメモリセルMC0#0と同じであるので説明は繰り返さない。   1 other than the memory cell MC0 # 0 in FIG. 1 are different from the above example in the connected word line, match line, bit line pair and search line pair, but the internal circuit configuration is the memory cell MC0. Since it is the same as # 0, the description will not be repeated.

(書き込み動作)
次に、図1および図2を用いて、アドレス♯0のメモリセルに対する動作を説明する。
(Write operation)
Next, the operation for the memory cell at address # 0 will be described with reference to FIGS.

行デコーダ102は、アドレス♯0に対するデータ書込時において、ワード線WL0を「H」レベルに活性化し、それ以外のワード線(すなわちワード線WL1)を「L」レベルに非活性化する。そして、読出/書込回路108は、ビット線BL0を入力データDIO0に対応するレベルに駆動し、ビット線/BL0をその反転レベルに駆動する。読出/書込回路110は、ビット線BL1を入力データDIO1に対応するレベルに駆動し、ビット線/BL1をその反転レベルに駆動する。このとき、各サーチ線対は全て「L」レベルに設定される。また、各マッチ線は特にレベルを定めなくてもよいが、好ましくはプリチャージされた「H」レベルに設定される。   Row decoder 102 activates word line WL 0 to “H” level and deactivates other word lines (ie, word line WL 1) to “L” level when data is written to address # 0. Read / write circuit 108 drives bit line BL0 to a level corresponding to input data DIO0, and drives bit line / BL0 to its inverted level. Read / write circuit 110 drives bit line BL1 to a level corresponding to input data DIO1, and drives bit line / BL1 to its inverted level. At this time, all search line pairs are set to the “L” level. Each match line does not need to have a specific level, but is preferably set to a precharged “H” level.

図2に示される例において、記憶ノードA1に保持されるデータ(レベル)が、メモリセルMC0#0が保持するデータとする。より具体的には、記憶ノードA1が”1”(「H」レベル)のとき、かつ、記憶ノードA0が”0”(「L」レベル)のときに、メモリセルMC0#0はデータ”1”を保持する。一方、記憶ノードA1が”0”のとき、かつ、記憶ノードA0が”1”のときに、メモリセルMC0#0はデータ”0”を保持する。   In the example shown in FIG. 2, it is assumed that data (level) held in the storage node A1 is data held in the memory cell MC0 # 0. More specifically, when storage node A1 is “1” (“H” level) and storage node A0 is “0” (“L” level), memory cell MC0 # 0 has data “1”. ”. On the other hand, when the storage node A1 is “0” and the storage node A0 is “1”, the memory cell MC0 # 0 holds the data “0”.

一例として、メモリセルMC0#0にデータ”1”を書き込む場合、まず行デコーダ102が、ワード線WL0を「H」レベルに活性化する。続いて、読出/書込回路108が、ビット線/BL0を「H」レベルに活性化し、ビット線BL0を「L」レベルに非活性化する。   As an example, when data “1” is written to the memory cell MC0 # 0, the row decoder 102 first activates the word line WL0 to “H” level. Subsequently, read / write circuit 108 activates bit line / BL0 to “H” level and deactivates bit line BL0 to “L” level.

半導体装置100は、これらの動作を行なうことによって、アドレス♯0のメモリセルに入力データを書き込むことができる。なお、読出時においてはビット線が図示されないセンスアンプによってその電位差が増幅されて各メモリセルが保持するデータが読出される。   Semiconductor device 100 can write input data into the memory cell at address # 0 by performing these operations. At the time of reading, the potential difference between the bit lines is amplified by a sense amplifier (not shown), and the data held in each memory cell is read out.

(サーチ動作)
続いて、データサーチ時の動作について説明する。データサーチ時においては、各サーチ線対に入力された検索データと、複数のアドレス♯0〜♯1のエントリデータとが一括して比較され、各エントリデータと検索データとが一致するか否かが1サイクルで出力される。このとき、ワード線WL0およびWL1は全て「L」レベルに設定される。ビット線BL0,BL1は、好ましくは「H」レベルに設定される。
(Search operation)
Next, the operation during data search will be described. At the time of data search, the search data input to each search line pair and the entry data at a plurality of addresses # 0 to # 1 are compared at a time, and whether each entry data and the search data match or not. Are output in one cycle. At this time, all of word lines WL0 and WL1 are set to the “L” level. Bit lines BL0 and BL1 are preferably set to "H" level.

上記のメモリセルMC0#0の構成によれば、Aポート用の検索データが“1”(すなわち、サーチ線SLA0が“1”、かつ、サーチ線/SLA0が“0”)であり、メモリセルMC0#0のデータが“0”(記憶ノードA1が“0”、かつ、記憶ノードA0が“1”)である場合には、NMOSトランジスタNS0およびNS1がオン状態となって、マッチ線MLA0の電位が接地電位になる。Aポート用の検索データが”0” (すなわち、サーチ線SLA0が“0”、かつ、サーチ線/SLA0が“1”)であり、メモリセルMC0#0のデータが“1”(記憶ノードA1が“1”、かつ、記憶ノードA0が“0”)である場合には、NMOSトランジスタNS2およびNS3がオン状態となって、マッチ線MLA0の電位が接地電位になる。すなわち、Aポート用の検索データとメモリセルMC0#0のデータとが不一致の場合には、マッチ線MLA0の電位は接地電位になる。   According to the configuration of the memory cell MC0 # 0 described above, the search data for the A port is “1” (that is, the search line SLA0 is “1” and the search line / SLA0 is “0”). When the data of MC0 # 0 is “0” (storage node A1 is “0” and storage node A0 is “1”), the NMOS transistors NS0 and NS1 are turned on, and the match line MLA0 The potential becomes the ground potential. The search data for the A port is “0” (that is, the search line SLA0 is “0” and the search line / SLA0 is “1”), and the data in the memory cell MC0 # 0 is “1” (storage node A1 Is “1” and the storage node A0 is “0”), the NMOS transistors NS2 and NS3 are turned on, and the potential of the match line MLA0 becomes the ground potential. That is, when the search data for the A port and the data of the memory cell MC0 # 0 do not match, the potential of the match line MLA0 becomes the ground potential.

一方、Aポート用の検索データが“1”であり、かつ、メモリセルMC0#0のデータが“1”の場合、または、Aポート用の検索データが“0”であり、かつ、メモリセルMC0#0のデータが“0”の場合(すなわち、両者が一致する場合)、プリチャージされたマッチ線MLA0の電位は維持される。   On the other hand, when the search data for the A port is “1” and the data of the memory cell MC0 # 0 is “1”, or the search data for the A port is “0” and the memory cell When the data of MC0 # 0 is “0” (that is, when both match), the potential of the precharged match line MLA0 is maintained.

上記のように、マッチ線MLA0に接続された全てのメモリセル(メモリセルMC0#0およびMC1#0)のデータのそれぞれが対応するAポート用の検索データと一致しない限り、マッチ線MLA0に蓄えられた電荷が引き抜かれる。   As described above, unless the data of all the memory cells (memory cells MC0 # 0 and MC1 # 0) connected to the match line MLA0 match the search data for the corresponding A port, the data is stored in the match line MLA0. The charged charge is extracted.

上記によれば、論理演算セルLCA0は、NMOSトランジスタNS0およびNS1によって構成される第1論理ユニットと、NMOSトランジスタNS2およびNS3によって構成される第2論理ユニットとを有する。第1論理ユニットは、マスクデータセルMDC0の保持する情報とサーチ線SLA0に伝達される情報との比較結果に応じてマッチ線MLA0を駆動する。第2論理ユニットは、データセルDC0の保持する情報とサーチ線/SLA0に伝達される情報との比較結果に応じてマッチ線MLA0を駆動する。   According to the above, the logic operation cell LCA0 has the first logic unit constituted by the NMOS transistors NS0 and NS1, and the second logic unit constituted by the NMOS transistors NS2 and NS3. The first logic unit drives the match line MLA0 according to the comparison result between the information held in the mask data cell MDC0 and the information transmitted to the search line SLA0. The second logic unit drives the match line MLA0 according to the comparison result between the information held in the data cell DC0 and the information transmitted to the search line / SLA0.

マッチ線MLB0の挙動は、上記説明したマッチ線MLA0の挙動と同じであるため、その説明は繰り返さない。   Since the behavior of match line MLB0 is the same as that of match line MLA0 described above, the description thereof will not be repeated.

上記によれば、ある実施形態に従う半導体装置100は、Aポート用のサーチ線対、マッチ線、および、論理演算セルと、これらとは独立したBポート用のサーチ線対、マッチ線、および、論理演算セルとを有する。これにより、半導体装置100は、1サイクルの間に、Aポート用の検索データおよびBポート用の検索データを同時に検索できる。そのため、半導体装置100は、検索対象が複数ある場合において、シングルポートの検索装置(BCAM装置)に比して、2倍の検索速度を実現し得る。   According to the above, the semiconductor device 100 according to an embodiment includes a search line pair for A port, a match line, and a logical operation cell, and a search line pair for B port independent of these, a match line, and A logic operation cell. Thereby, the semiconductor device 100 can simultaneously search the search data for the A port and the search data for the B port during one cycle. Therefore, when there are a plurality of search targets, the semiconductor device 100 can realize a search speed twice as high as that of a single-port search device (BCAM device).

加えて、この半導体装置100は、共通するメモリアレイを用いて、Aポート用の検索データおよびBポート用の検索データを検索する。そのため、半導体装置100は、装置の大型化を抑制し得る。   In addition, the semiconductor device 100 searches for search data for the A port and search data for the B port using a common memory array. Therefore, the semiconductor device 100 can suppress an increase in size of the device.

また、検索装置は一般的に図示しないクロック生成回路によって生成されたクロック信号に従うタイミングで検索を行なう。この点、従来の検索装置は、サーチ用のポートを1つしか有していなかったため、2つの検索データを検索するためにクロック信号を2回生成する必要があった。一方、この半導体記憶装置100は、2つの検索データを検索するにあたって、クロック信号を1回生成すればよい。したがって、この半導体記憶装置100は、クロック生成回路における消費電力を従来に比して抑制し得る。   The retrieval device generally performs retrieval at a timing according to a clock signal generated by a clock generation circuit (not shown). In this regard, since the conventional search apparatus has only one search port, it is necessary to generate a clock signal twice in order to search two search data. On the other hand, the semiconductor memory device 100 may generate a clock signal once when searching for two search data. Therefore, this semiconductor memory device 100 can suppress power consumption in the clock generation circuit as compared with the conventional case.

(メモリセルのレイアウト)
次に、図3〜5を用いて、一例としてメモリセルMC0#0のレイアウト構成を積層方向に分割して説明する。
(Memory cell layout)
Next, the layout configuration of the memory cell MC0 # 0 will be described by dividing it in the stacking direction as an example with reference to FIGS.

図3は、半導体装置100に配置されたメモリセルMC0#0のウェル、拡散領域DF、ポリシリコンPO、コンタクトホールCT、および第1層金属配線の配置を示した平面図である。図3において、ポリシリコンPO,拡散領域DFの1つを代表として符号を付している。なお、図3に示される例において、トランジスタのゲートがポリシリコンによって構成されているが、ゲートの材料はポリシリコンに限られない。他の局面において、ゲートの材料として、金属を用いてもよい。このとき、金属製のゲート(メタルゲート)の下に配置されるゲート絶縁膜には、高い誘電率(比誘電率)を有するHigh−k材料(たとえば、酸化ハフニウム)が用いられることが好ましい。これらの条件は、以降説明する図においても同様である。   FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of the well, diffusion region DF, polysilicon PO, contact hole CT, and first layer metal wiring of memory cell MC0 # 0 arranged in semiconductor device 100. FIG. In FIG. 3, one of polysilicon PO and diffusion region DF is represented by a reference symbol. In the example shown in FIG. 3, the gate of the transistor is made of polysilicon, but the material of the gate is not limited to polysilicon. In another aspect, a metal may be used as the gate material. At this time, a high-k material (for example, hafnium oxide) having a high dielectric constant (relative dielectric constant) is preferably used for the gate insulating film disposed under the metal gate (metal gate). These conditions are the same in the drawings described below.

図3に示されるように、各トランジスタのゲートを構成するポリシリコン(PO)は、行方向に沿って延在し、メモリセルを構成する複数のウェルの各々は列方向に沿って延在する。したがって、ゲートとウェルとは互いに直交する方向に延在する。また、各ウェルは、列方向に隣接するメモリセル(メモリセルMC0#1)の対応するウェルと連続するように形成される。   As shown in FIG. 3, polysilicon (PO) constituting the gate of each transistor extends along the row direction, and each of the plurality of wells constituting the memory cell extends along the column direction. . Therefore, the gate and the well extend in directions orthogonal to each other. Each well is formed to be continuous with a corresponding well of a memory cell (memory cell MC0 # 1) adjacent in the column direction.

メモリセルMC0#0では、ワード線WL0が伸びる方向(行方向)に、P型導電型のPウェルPW0と、N型導電型のNウェルNW0と、PウェルPW1とが順に形成される。PウェルPW0とNウェルNW0とが設けられる領域において、データセルDC0を構成するトランジスタが配置される。より詳しくは、PMOSトランジスタP0およびP1は、NウェルNW0に配置され、NMOSトランジスタNA0,NA1,ND0,およびND1は、PウェルPW0に配置される。   In the memory cell MC0 # 0, a P-type conductivity type P well PW0, an N-type conductivity type N well NW0, and a P well PW1 are sequentially formed in a direction (row direction) in which the word line WL0 extends. In the region where the P well PW0 and the N well NW0 are provided, the transistors constituting the data cell DC0 are arranged. More specifically, PMOS transistors P0 and P1 are arranged in N well NW0, and NMOS transistors NA0, NA1, ND0, and ND1 are arranged in P well PW0.

データサーチのためのNMOSトランジスタNS0〜NS7は、PウェルPW1に配置される。より詳しくは、PウェルPW1には、2つのN型拡散層DFが形成される。一方の拡散層DFに論理演算セルLCA0を構成するトランジスタNS0〜NS3が配置され、他方の拡散層DFに論理演算セルLCB0を構成するトランジスタNS4〜NS7が配置される。   NMOS transistors NS0 to NS7 for data search are arranged in P well PW1. More specifically, two N-type diffusion layers DF are formed in the P well PW1. Transistors NS0 to NS3 constituting the logic operation cell LCA0 are arranged in one diffusion layer DF, and transistors NS4 to NS7 constituting the logic operation cell LCB0 are arranged in the other diffusion layer DF.

NMOSトランジスタNA0は、1対のN型拡散領域FL302,FL304によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。このゲートは、コンタクトホールCT2を介して上層の金属配線層に形成されるワード線WL0に電気的に接続される。N型拡散領域FL302は、コンタクトホールCT6を介して上層の金属配線層に形成されるビット線BL0に電気的に接続される。   NMOS transistor NA0 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL302 and FL304, and a polysilicon gate arranged therebetween. This gate is electrically connected to the word line WL0 formed in the upper metal wiring layer through the contact hole CT2. N-type diffusion region FL302 is electrically connected to bit line BL0 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT6.

NMOSトランジスタND0は、1対のN型拡散領域FL304,FL306によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。N型拡散領域FL306は、コンタクトホールCT8を介して上層の金属配線層に形成される電源線VSSに電気的に接続される。   NMOS transistor ND0 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL304 and FL306, and a polysilicon gate disposed therebetween. N-type diffusion region FL306 is electrically connected to power supply line VSS formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT8.

NMOSトランジスタND1は、1対のN型拡散領域FL306,FL308によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。N型拡散領域FL306は、コンタクトホールCT8を介して上層の金属配線層に形成される電源線VSSに電気的に接続される。   NMOS transistor ND1 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL306 and FL308, and a polysilicon gate disposed therebetween. N-type diffusion region FL306 is electrically connected to power supply line VSS formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT8.

NMOSトランジスタNA1は、1対のN型拡散領域FL308,FL310によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。このゲートは、コンタクトホールCT4を介して上層の金属配線層に形成されるワード線WL0に電気的に接続される。N型拡散領域FL310は、コンタクトホールCT12を介して上層の金属配線層に形成されるビット線/BL0に電気的に接続される。   NMOS transistor NA1 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL308 and FL310, and a polysilicon gate arranged therebetween. This gate is electrically connected to a word line WL0 formed in the upper metal wiring layer through a contact hole CT4. N-type diffusion region FL310 is electrically connected to bit line / BL0 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT12.

PMOSトランジスタP0は、1対のP型拡散領域FL312,FL314によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンで形成されたゲートとを有する。N型拡散領域FL304と、NMOSトランジスタND1のゲートと、P型拡散領域FL312とは、コンタクトホールCT8,CT16,CT18をそれぞれ介して共通する第1層金属配線に接続される。したがって、これらは互いに電気的に接続される。P型拡散領域FL314は、コンタクトホールCT20を介して上層の金属配線層に形成される電源線VDDに電気的に接続される。   PMOS transistor P0 has a source and a drain formed by a pair of P-type diffusion regions FL312 and FL314, and a gate formed of polysilicon arranged therebetween. N-type diffusion region FL304, the gate of NMOS transistor ND1, and P-type diffusion region FL312 are connected to a common first layer metal wiring via contact holes CT8, CT16, and CT18, respectively. They are therefore electrically connected to each other. P-type diffusion region FL314 is electrically connected to power supply line VDD formed in the upper metal wiring layer via contact hole CT20.

PMOSトランジスタP1は、1対のP型拡散領域FL314,FL316によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンで形成されたゲートとを有する。N型拡散領域FL308と、NMOSトランジスタND0のゲートと、P型拡散領域FL316とは、コンタクトホールCT10,CT14,CT22をそれぞれ介して共通する第1層金属配線に接続される。したがって、これらは互いに電気的に接続される。   PMOS transistor P1 has a source and a drain formed by a pair of P-type diffusion regions FL314, FL316, and a gate formed of polysilicon arranged therebetween. N-type diffusion region FL308, the gate of NMOS transistor ND0, and P-type diffusion region FL316 are connected to a common first-layer metal wiring through contact holes CT10, CT14, and CT22, respectively. They are therefore electrically connected to each other.

NMOSトランジスタNS2は、1対のN型拡散領域FL318,FL320によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。このゲートは、コンタクトホールCT24を介して上層の金属配線層に形成されるサーチ線/SLA0に電気的に接続される。N型拡散領域FL318は、コンタクトホールCT28を介して上層の金属配線層に形成される電源線VSSに電気的に接続される。   NMOS transistor NS2 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL318 and FL320, and a polysilicon gate arranged therebetween. This gate is electrically connected to search line / SLA0 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT24. N-type diffusion region FL318 is electrically connected to power supply line VSS formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT28.

NMOSトランジスタNS3は、1対のN型拡散領域FL320,FL322によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。N型拡散領域FL322は、コンタクトホールCT30を介して上層の金属配線層に形成されるマッチ線MLA0に電気的に接続される。   NMOS transistor NS3 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL320 and FL322, and a polysilicon gate arranged therebetween. N-type diffusion region FL322 is electrically connected to match line MLA0 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT30.

NMOSトランジスタNS1は、1対のN型拡散領域FL322,FL324によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。   NMOS transistor NS1 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL322 and FL324, and a polysilicon gate disposed therebetween.

NMOSトランジスタNS0は、1対のN型拡散領域FL324,FL326によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。このゲートは、コンタクトホールCT26を介して上層の金属配線層に形成されるサーチ線SLA0に電気的に接続される。N型拡散領域FL326は、コンタクトホールCT32を介して上層の金属配線層に形成される電源線VSSに電気的に接続される。   NMOS transistor NS0 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL324 and FL326, and a polysilicon gate arranged therebetween. This gate is electrically connected to search line SLA0 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT26. N-type diffusion region FL326 is electrically connected to power supply line VSS formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT32.

NMOSトランジスタNS6は、1対のN型拡散領域FL328,FL330によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。このゲートは、コンタクトホールCT40を介して上層の金属配線層に形成されるサーチ線/SLB0に電気的に接続される。N型拡散領域FL328は、コンタクトホールCT34を介して上層の金属配線層に形成される電源線VSSに電気的に接続される。   NMOS transistor NS6 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL328 and FL330, and a polysilicon gate arranged therebetween. This gate is electrically connected to search line / SLB0 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT40. N-type diffusion region FL328 is electrically connected to power supply line VSS formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT34.

NMOSトランジスタNS7は、1対のN型拡散領域FL330,FL332によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。N型拡散領域FL332は、コンタクトホールCT36を介して上層の金属配線層に形成されるマッチ線MLB0に電気的に接続される。   NMOS transistor NS7 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL330 and FL332, and a polysilicon gate arranged therebetween. N-type diffusion region FL332 is electrically connected to match line MLB0 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT36.

NMOSトランジスタNS5は、1対のN型拡散領域FL332,FL334によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。   NMOS transistor NS5 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL332 and FL334, and a polysilicon gate arranged therebetween.

NMOSトランジスタNS4は、1対のN型拡散領域FL334,FL336によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。このゲートは、コンタクトホールCT42を介して上層の金属配線層に形成されるサーチ線SLB0に電気的に接続される。N型拡散領域FL336は、コンタクトホールCT38を介して上層の金属配線層に形成される電源線VSSに電気的に接続される。   NMOS transistor NS4 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL334 and FL336, and a polysilicon gate arranged therebetween. This gate is electrically connected to search line SLB0 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT42. N-type diffusion region FL336 is electrically connected to power supply line VSS formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT38.

NMOSトランジスタND0のゲート、PMOSトランジスタP0のゲート、NMOSトランジスタNS3のゲート、およびNMOSトランジスタNS7のゲートは、共通するポリシリコンによって形成される。   The gate of the NMOS transistor ND0, the gate of the PMOS transistor P0, the gate of the NMOS transistor NS3, and the gate of the NMOS transistor NS7 are formed of common polysilicon.

NMOSトランジスタND1のゲート、PMOSトランジスタP1のゲート、NMOSトランジスタNS1のゲート、およびNMOSトランジスタNS5のゲートは、共通するポリシリコンによって形成される。   The gate of the NMOS transistor ND1, the gate of the PMOS transistor P1, the gate of the NMOS transistor NS1, and the gate of the NMOS transistor NS5 are formed of common polysilicon.

NMOSトランジスタNA0,ND0,ND1,およびNA1は共通するN型拡散層に配置される。PMOSトランジスタP0およびP1は共通するP型拡散層に配置される。   NMOS transistors NA0, ND0, ND1, and NA1 are arranged in a common N-type diffusion layer. PMOS transistors P0 and P1 are arranged in a common P-type diffusion layer.

各N型拡散領域は、PウェルPW0,PW1の活性領域内にN型不純物を注入することにより形成される。また、各P型拡散領域は、NウェルNW0の活性領域内にP型不純物を注入することにより形成される。   Each N-type diffusion region is formed by implanting N-type impurities into the active regions of P wells PW0 and PW1. Each P-type diffusion region is formed by implanting a P-type impurity into the active region of N well NW0.

上記のように、半導体装置100を構成するメモリセルは、データサーチのためのNMOSトランジスタNS0〜NS7を、2つのN型拡散層DFに配置する構成を採用する。一般的に、BCAMは、データサーチのためのトランジスタを1つの拡散層DFに配置する構成を採用する。そのため、半導体装置100を構成するメモリアレイにおいて、行方向に隣接するメモリセルの物理的な距離が、一般的なBCAMに比して若干長い。これにより、半導体装置100は、マルチビットエラーが起こる確率を低減できる。マルチビットエラーは、行方向に配列された複数のセルが保持するデータが、α線や中性子線などの宇宙線によって反転してしまう現象を言う。   As described above, the memory cell configuring the semiconductor device 100 employs a configuration in which the NMOS transistors NS0 to NS7 for data search are arranged in the two N-type diffusion layers DF. Generally, BCAM employs a configuration in which a transistor for data search is arranged in one diffusion layer DF. Therefore, in the memory array constituting the semiconductor device 100, the physical distance between memory cells adjacent in the row direction is slightly longer than that of a general BCAM. Thereby, the semiconductor device 100 can reduce the probability that a multi-bit error will occur. Multi-bit error refers to a phenomenon in which data held in a plurality of cells arranged in the row direction is inverted by cosmic rays such as α rays and neutron rays.

図4は、半導体装置100に配置されたメモリセルMC0#0のビア1、第1層金属配線層および第2層金属配線層の配置を示した平面図である。ビア1は、第1層金属配線と第2層金属配線とを接続する。図4において、第2層金属配線M202〜M224が、列方向に沿って配置される。   FIG. 4 is a plan view showing the arrangement of the via 1, the first metal wiring layer, and the second metal wiring layer of the memory cell MC0 # 0 arranged in the semiconductor device 100. FIG. The via 1 connects the first layer metal wiring and the second layer metal wiring. In FIG. 4, second-layer metal wirings M202 to M224 are arranged along the column direction.

NMOSトランジスタNA0のゲートと、NMOSトランジスタNA1のゲートとは、コンタクトホールCT2,CT4をそれぞれ介して、互いに異なる第1層金属配線に接続される。これらの第1層金属配線は、ビア1V102,V104をそれぞれ介して、ワード線WL0を形成する共通の第2層金属配線M202に接続される。   The gate of the NMOS transistor NA0 and the gate of the NMOS transistor NA1 are connected to different first layer metal wirings through contact holes CT2 and CT4, respectively. These first layer metal wirings are connected to a common second layer metal wiring M202 that forms the word line WL0 through vias 1V102 and V104, respectively.

NMOSトランジスタND0およびND1のソースを形成するN型拡散領域FL306は、コンタクトホールCT8を介して第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V106を介して電源線VSSを形成する第2層金属配線M204に接続される。   N-type diffusion region FL306 forming the sources of NMOS transistors ND0 and ND1 is connected to the first layer metal wiring through contact hole CT8. This first layer metal wiring is connected to a second layer metal wiring M204 that forms a power supply line VSS through a via 1V106.

NMOSトランジスタNA0のソースを形成するN型拡散領域FL302は、コンタクトホールCT6を介して第1層金属配線と接続される。この第1層金属配線は、ビア1V108を介してビット線BL0を形成する第2層金属配線M206に接続される。   N-type diffusion region FL302 forming the source of NMOS transistor NA0 is connected to the first layer metal wiring through contact hole CT6. This first layer metal wiring is connected to second layer metal wiring M206 forming bit line BL0 through via 1V108.

NMOSトランジスタNA1のソースを形成するN型拡散領域FL310は、コンタクトホールCT10を介して第1層金属配線と接続される。この第1層金属配線は、ビア1V110を介してビット線/BL0を形成する第2層金属配線M208に接続される。   N-type diffusion region FL310 forming the source of NMOS transistor NA1 is connected to the first layer metal wiring through contact hole CT10. This first layer metal interconnection is connected to second layer metal interconnection M208 forming bit line / BL0 through via 1V110.

PMOSトランジスタP0およびP1のソースを形成するP型拡散領域FL314は、コンタクトホールCT20を介して第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V112を介して電源線VDDを形成する第2層金属配線M210に接続される。   P-type diffusion region FL314 forming the sources of PMOS transistors P0 and P1 is connected to the first layer metal wiring through contact hole CT20. This first-layer metal wiring is connected to a second-layer metal wiring M210 that forms a power supply line VDD through a via 1V112.

NMOSトランジスタNS0のゲートは、コンタクトホールCT26を介して第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V114を介してサーチ線SLA0を形成する第2層金属配線M212に接続される。   The gate of the NMOS transistor NS0 is connected to the first layer metal wiring through the contact hole CT26. This first layer metal interconnection is connected to second layer metal interconnection M212 forming search line SLA0 through via 1V114.

NMOSトランジスタNS1およびNS3のソースを形成するN型拡散領域FL322は、コンタクトホールCT30を介して第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V116を介してマッチ線MLA0を形成する第2層金属配線M214に接続される。   N-type diffusion region FL322 forming the sources of NMOS transistors NS1 and NS3 is connected to the first layer metal wiring through contact hole CT30. This first layer metal interconnection is connected to second layer metal interconnection M214 forming match line MLA0 through via 1V116.

NMOSトランジスタNS2のゲートは、コンタクトホールCT24を介して第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V118を介してサーチ線/SLA0を形成する第2層金属配線M216に接続される。   The gate of the NMOS transistor NS2 is connected to the first layer metal wiring through the contact hole CT24. This first layer metal interconnection is connected to second layer metal interconnection M216 forming search line / SLA0 through via 1V118.

NMOSトランジスタNS2およびNS6のソースをそれぞれ形成するN型拡散領域FL318およびFL328は、コンタクトホールCT28およびCT34をそれぞれ介して、共通の第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V120を介して電源線VSSを形成する第2層金属配線M218に接続される。   N-type diffusion regions FL318 and FL328 forming the sources of NMOS transistors NS2 and NS6, respectively, are connected to a common first layer metal interconnection via contact holes CT28 and CT34, respectively. The first layer metal wiring is connected to the second layer metal wiring M218 forming the power supply line VSS through the via 1V120.

NMOSトランジスタNS0のソースを形成するN型拡散領域FL326と、NMOSトランジスタNS4のソースを形成するN型拡散領域FL336とは、コンタクトホールCT32,CT38をそれぞれ介して、共通の第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V122を介して第2層金属配線M218に接続される。   The N-type diffusion region FL326 that forms the source of the NMOS transistor NS0 and the N-type diffusion region FL336 that forms the source of the NMOS transistor NS4 are connected to a common first-layer metal wiring via contact holes CT32 and CT38, respectively. Is done. This first layer metal wiring is connected to second layer metal wiring M218 via via 1V122.

NMOSトランジスタNS4のゲートは、コンタクトホールCT42を介して第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V124を介してサーチ線SLB0を形成する第2層金属配線M220に接続される。   The gate of the NMOS transistor NS4 is connected to the first layer metal wiring through the contact hole CT42. This first layer metal interconnection is connected to second layer metal interconnection M220 forming search line SLB0 through via 1V124.

NMOSトランジスタNS5およびNS7のソースを形成するN型拡散領域FL332は、コンタクトホールCT36を介して第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V1126を介してマッチ線MLB0を形成する第2層金属配線M222に接続される。   N-type diffusion region FL332 forming the sources of NMOS transistors NS5 and NS7 is connected to the first layer metal wiring through contact hole CT36. This first layer metal wiring is connected to second layer metal wiring M222 forming match line MLB0 through via 1V1126.

NMOSトランジスタNS6のゲートは、コンタクトホールCT40を介して第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V128を介してサーチ線/SLB0を形成する第2層金属配線M224に接続される。   The gate of the NMOS transistor NS6 is connected to the first layer metal wiring through the contact hole CT40. This first layer metal interconnection is connected to second layer metal interconnection M224 forming search line / SLB0 through via 1V128.

図5は、半導体装置100に配置されたメモリセルMC0#0のビア2、第2層金属配線層および第3層金属配線層の配置を示した平面図である。ビア2は、第2層金属配線と第3層金属配線とを接続する。図5において、第3層金属配線M310〜M350が、行方向に沿って配置される。   FIG. 5 is a plan view showing the arrangement of via 2, second metal wiring layer, and third metal wiring layer of memory cell MC0 # 0 arranged in semiconductor device 100. FIG. The via 2 connects the second layer metal wiring and the third layer metal wiring. In FIG. 5, third layer metal interconnections M310-M350 are arranged along the row direction.

第2層金属配線M204は、ビア2V220およびビア2V230を介して電源線VSSを形成する第3層金属配線M310とM350とに接続される。第2層金属配線218は、ビア2V250およびビア2V260を介して、第3層金属配線M310とM350とに接続される。   Second-layer metal interconnection M204 is connected to third-layer metal interconnections M310 and M350 forming power supply line VSS via via 2V220 and via 2V230. Second layer metal interconnection 218 is connected to third layer metal interconnections M310 and M350 through via 2V250 and via 2V260.

第2層金属配線M222は、ビア2V270を介してマッチ線MLB0を形成する第3層金属配線M320に接続される。   Second-layer metal interconnection M222 is connected to third-layer metal interconnection M320 forming match line MLB0 through via 2V270.

第2層金属配線M202は、ビア2V210を介してワード線WL0を形成する第3層金属配線M330に接続される。   Second layer metal interconnection M202 is connected to third layer metal interconnection M330 forming word line WL0 through via 2V210.

第2層金属配線M214は、ビア2V240を介してマッチ線MLA0を形成する第3層金属配線M340に接続される。   Second-layer metal interconnection M214 is connected to third-layer metal interconnection M340 forming match line MLA0 through via 2V240.

なお、メモリセルMC0#0と列方向に隣接するメモリセルMC0♯1の内部の金属配線の配線パターンは、メモリセルMC0#0の配線パターンを行方向に軸対象した配線パターンと同じであるため、その説明は繰り返さない。なお、メモリセルMC0#0と行方向に隣接するメモリセルMC1#0の内部の金属配線の配線パターンは、メモリセルMC0#0の配線パターンを列方向に軸対象した配線パターンと同じであってもよいし、メモリセルMC0#0の配線パターンと同じであってもよい。   Note that the wiring pattern of the metal wiring inside the memory cell MC0 # 1 adjacent to the memory cell MC0 # 0 in the column direction is the same as the wiring pattern in which the wiring pattern of the memory cell MC0 # 0 is targeted in the row direction. The description will not be repeated. Note that the wiring pattern of the metal wiring inside the memory cell MC1 # 0 adjacent to the memory cell MC0 # 0 in the row direction is the same as the wiring pattern in which the wiring pattern of the memory cell MC0 # 0 is targeted in the column direction. Alternatively, the wiring pattern of the memory cell MC0 # 0 may be the same.

以上説明したようにレイアウトを構成することにより、高集積化されたCAMメモリアレイを第3層金属配線層までで実現することができる。配線層数を抑えることができると、製造コストを抑えることができる。   By configuring the layout as described above, a highly integrated CAM memory array can be realized up to the third metal wiring layer. If the number of wiring layers can be reduced, manufacturing costs can be reduced.

(変形例)
上記の実施形態において、データサーチのためのトランジスタはNMOSトランジスタ(NS01〜NS07)であった。他の局面において、半導体装置は、データサーチのためのトランジスタとして、PMOSトランジスタを有し得る。
(Modification)
In the above embodiment, the transistors for data search are NMOS transistors (NS01 to NS07). In another aspect, the semiconductor device may include a PMOS transistor as a data search transistor.

図6は、他の実施形態に従うメモリセルMC0#0の構成例を説明する回路図である。なお、図2の符号と同一符号を付している部分については同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。   FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the memory cell MC0 # 0 according to another embodiment. Note that the portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 2 are the same, and therefore the description thereof will not be repeated.

他の実施形態に従う論理演算セルLCA0は、NMOSトランジスタNS0,NS1,NS2,NS3に替えてPMOSトランジスタPS0,PS1,PS2,PS3を含む。また、他の実施形態に従う論理演算セルLCB0は、NMOSトランジスタNS4,NS5,NS6,NS7に替えてPMOSトランジスタPS4,PS5,PS6,PS7を含む。   A logic operation cell LCA0 according to another embodiment includes PMOS transistors PS0, PS1, PS2, and PS3 in place of the NMOS transistors NS0, NS1, NS2, and NS3. A logic operation cell LCB0 according to another embodiment includes PMOS transistors PS4, PS5, PS6 and PS7 in place of the NMOS transistors NS4, NS5, NS6 and NS7.

PMOSトランジスタPS0とPS1とは、マッチ線MLA0と電源線VDDとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線SLA0と記憶ノードA0とが接続される。PMOSトランジスタPS2とPS3とは、マッチ線MLA0と電源線VDDとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線/SLA0と記憶ノードA1とが接続される。   The PMOS transistors PS0 and PS1 are connected in series between the match line MLA0 and the power supply line VDD, and the search line SLA0 and the storage node A0 are connected to the gates, respectively. PMOS transistors PS2 and PS3 are connected in series between match line MLA0 and power supply line VDD, and search line / SLA0 and storage node A1 are connected to the gates, respectively.

PMOSトランジスタPS4とPS5とは、マッチ線MLB0と電源線VDDとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線SLB0と記憶ノードA0とが接続される。PMOSトランジスタPS6とPS7とは、マッチ線MLB0と電源線VDDとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線/SLB0と記憶ノードA1とが接続される。   PMOS transistors PS4 and PS5 are connected in series between match line MLB0 and power supply line VDD, and search line SLB0 and storage node A0 are connected to the gates, respectively. PMOS transistors PS6 and PS7 are connected in series between match line MLB0 and power supply line VDD, and search line / SLB0 and storage node A1 are connected to the gates, respectively.

図2に示されるメモリセルMC0#0のデータは、記憶ノードA1が「L」レベルのときにデータ”0”を保持し、記憶ノードA1が「H」レベルのときにデータ”1”を保持する構成であった。ある局面において、図6に示されるメモリセルMC0#0のデータは、記憶ノードA0が「L」レベルのときにデータ”0”を保持し、記憶ノードA0が「H」レベルのときにデータ”1”を保持する。   The data of the memory cell MC0 # 0 shown in FIG. 2 holds data “0” when the storage node A1 is at “L” level, and holds data “1” when the storage node A1 is at “H” level. It was the composition to do. In one aspect, data in memory cell MC0 # 0 shown in FIG. 6 holds data “0” when storage node A0 is at “L” level and data “0” when storage node A0 is at “H” level. Hold 1 ″.

図7は、他の実施形態に従う半導体装置700の構成例を説明するブロック図である。なお、図1の符号と同一符号を付している部分については同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。   FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device 700 according to another embodiment. Note that the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts, and therefore the description thereof will not be repeated.

半導体装置700配置されたメモリセルMC0#0〜MC1#1は、図6に示されるように、データサーチのためのトランジスタとしてPMOSトランジスタを有する。   As shown in FIG. 6, the memory cells MC0 # 0 to MC1 # 1 arranged in the semiconductor device 700 have PMOS transistors as data search transistors.

半導体装置700に含まれるサーチドライバ104A,104B,106A,106Bの各出力端子には、インバータInvが設けられる。これにより、各サーチ線のレベルは、接続されるサーチドライバが出力した信号の反転レベルとなる。   An inverter Inv is provided at each output terminal of the search drivers 104A, 104B, 106A, 106B included in the semiconductor device 700. Thereby, the level of each search line becomes the inversion level of the signal output by the connected search driver.

また、半導体装置700に含まれるプリチャージ&エンコード回路112A,112Bの入力端子には、インバータInvが設けられる。これにより、プリチャージ&エンコード回路112A,112Bは、接続された各マッチ線の反転レベルの信号の入力を受け付ける。また、これらのインバータInvは、プリチャージ&エンコード回路112A,112Bの出力レベルを反転して、マッチ線をプリチャージする。ある局面において、各マッチ線は、「L」レベルにプリチャージされる。   Further, an inverter Inv is provided at input terminals of the precharge & encode circuits 112A and 112B included in the semiconductor device 700. As a result, the precharge & encode circuits 112A and 112B accept input of signals at the inversion level of the connected match lines. These inverters Inv invert the output levels of the precharge & encode circuits 112A and 112B to precharge the match lines. In one aspect, each match line is precharged to “L” level.

図6および図7を用いて、半導体装置700のサーチ動作について説明する。メモリセルMC0#0のデータ(記憶ノードA0のレベル)と、検索データとが一致する場合、マッチ線のレベルはプリチャージされた「L」レベルに維持される。一方、メモリセルMC0#0のデータと、検索データとが不一致の場合、マッチ線のレベルは「H」レベルになる。   A search operation of the semiconductor device 700 will be described with reference to FIGS. 6 and 7. When the data of memory cell MC0 # 0 (the level of storage node A0) matches the search data, the level of the match line is maintained at the precharged “L” level. On the other hand, when the data of memory cell MC0 # 0 and the search data do not match, the level of the match line becomes “H” level.

一例として、検索データ信号S0(A)が”1”の場合について説明する。この場合、サーチ線SLA0のレベルはインバータInvによって反転された「L」レベルとなる。そのため、サーチ線SLA0に接続されたPMOSトランジスタPS0はON状態となる。上記の場合、メモリセルMC0#0のデータが”0”のとき、すなわち、メモリセルMC0#0のデータと検索データとが不一致のとき、PMOSトランジスタPS1がON状態となり、マッチ線MLA0は「H」レベルとなる。一方、メモリセルMC0#0のデータが”1”のとき、すなわち、メモリセルMC0#0のデータと検索データとが一致するとき、PMOSトランジスタPS1がOFF状態となり、マッチ線MLA0はプリチャージされた「L」レベルに維持される。   As an example, a case where the search data signal S0 (A) is “1” will be described. In this case, the level of the search line SLA0 becomes the “L” level inverted by the inverter Inv. Therefore, the PMOS transistor PS0 connected to the search line SLA0 is turned on. In the above case, when the data of the memory cell MC0 # 0 is “0”, that is, when the data of the memory cell MC0 # 0 and the search data do not match, the PMOS transistor PS1 is turned on and the match line MLA0 is set to “H”. Level. On the other hand, when the data in the memory cell MC0 # 0 is “1”, that is, when the data in the memory cell MC0 # 0 matches the search data, the PMOS transistor PS1 is turned off and the match line MLA0 is precharged. Maintained at “L” level.

上記によれば、Aポート用のマッチ線MLA0のレベルは、アドレス♯0に対応するメモリセルが保持するデータがAポート用検索データと全て一致する場合は「L」レベルを維持し、いずれか1つでも不一致のものがある場合「H」レベルになる。プリチャージ&エンコード回路112Aは、インバータInvの作用によって、アドレス♯0に対応するメモリセルが保持するデータがAポート用の検索データと全て一致する場合は「H」レベルの入力を受け付け、いずれか1つでも不一致のものがある場合は「L」レベルの入力を受け付ける。これは、上記説明した半導体装置100に含まれるプリチャージ&エンコード回路112Aも同じである。同様に、半導体装置700に含まれるプリチャージ&エンコード回路112Bの挙動と、半導体装置100に含まれるプリチャージ&エンコード回路112Bの挙動とは同じである。   According to the above, the match line MLA0 for the A port maintains the “L” level when the data held in the memory cell corresponding to the address # 0 matches all the search data for the A port. If there is even one that does not match, it becomes “H” level. Precharge & encode circuit 112A accepts an input of “H” level when the data held in the memory cell corresponding to address # 0 matches all the search data for the A port by the action of inverter Inv. If there is even one that does not match, an “L” level input is accepted. The same applies to the precharge & encode circuit 112A included in the semiconductor device 100 described above. Similarly, the behavior of the precharge & encode circuit 112B included in the semiconductor device 700 and the behavior of the precharge & encode circuit 112B included in the semiconductor device 100 are the same.

したがって、半導体装置700は、サーチドライバの各出力端子およびプリチャージ&エンコード回路の各入力端子にインバータを設けるだけで、データサーチのためのトランジスタとしてPMOSトランジスタを有するメモリセルを使用し得る。   Therefore, the semiconductor device 700 can use a memory cell having a PMOS transistor as a transistor for data search only by providing an inverter at each output terminal of the search driver and each input terminal of the precharge & encode circuit.

ある局面において、上記PMOSトランジスタPS0〜PS7のソースおよびドレイン領域にシリコンゲルマニウム層を形成し得る。これにより、隣接するチャネル部のシリコンにストレスが加わり、当該シリコンの格子定数が大きくなり得る。その結果、チャネル部を流れる電流の速度が速くなり、PMOSトランジスタPS0〜PS7のスイッチング速度が向上し得る。なお、他の局面において、PMOSトランジスタPS0〜PS7のソースおよびドレイン領域に形成された層は、シリコンゲルマニウム層に限られず、チャネル部のシリコンにストレスを加えるものであればよい。   In one aspect, a silicon germanium layer can be formed in the source and drain regions of the PMOS transistors PS0 to PS7. Thereby, stress is applied to the silicon of the adjacent channel portion, and the lattice constant of the silicon can be increased. As a result, the speed of the current flowing through the channel portion is increased, and the switching speed of the PMOS transistors PS0 to PS7 can be improved. In another aspect, the layers formed in the source and drain regions of the PMOS transistors PS0 to PS7 are not limited to the silicon germanium layer, and may be any layer that applies stress to the silicon in the channel portion.

図8は、他の実施形態に従うメモリセルMC0#0のウェル、拡散領域DF、ポリシリコンPO、コンタクトホールCT、および第1層金属配線の配置を示した平面図である。なお、図3の符号と同一符号を付している部分については同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。   FIG. 8 is a plan view showing the arrangement of the well, diffusion region DF, polysilicon PO, contact hole CT, and first layer metal wiring of memory cell MC0 # 0 according to another embodiment. In addition, since it is the same about the part which attached | subjected the code | symbol same as the code | symbol of FIG. 3, description about the part is not repeated.

図8に示されるように、他の実施形態に従うメモリセルMC0#0のウェル構成は、PウェルPW1を有さない点において、図3に説明したメモリセルMC0#0のウェル構成と異なる。   As shown in FIG. 8, the well configuration of memory cell MC0 # 0 according to another embodiment is different from the well configuration of memory cell MC0 # 0 described in FIG. 3 in that it does not have P well PW1.

データサーチ用のPMOSトランジスタPS0〜PS7は、NウェルNW0に配置される。より詳しくは、NウェルNW0には、列方向に延在する拡散層DFが3つ形成されている。ある拡散層DFには、データセルDC0を構成するPMOSトランジスタP0およびP1が配置される。ある拡散層DFには、論理演算セルLCA0を構成するPMOSトランジスタPS0〜PS3が配置される。ある拡散層DFには、論理演算セルLCB0を構成するPMOSトランジスタPS4〜PS7が配置される。   The PMOS transistors PS0 to PS7 for data search are arranged in the N well NW0. More specifically, three diffusion layers DF extending in the column direction are formed in the N well NW0. In a certain diffusion layer DF, PMOS transistors P0 and P1 constituting the data cell DC0 are arranged. In a certain diffusion layer DF, PMOS transistors PS0 to PS3 constituting the logic operation cell LCA0 are arranged. In a certain diffusion layer DF, PMOS transistors PS4 to PS7 constituting the logic operation cell LCB0 are arranged.

PMOSトランジスタPS2は、1対のP型拡散領域FL340,342によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。このゲートは、コンタクトホールCT44を介してサーチ線/SLA0を形成する第1層金属配線に接続される。P型拡散領域FL340は、コンタクトホールCT48を介して電源線VDDを形成する第1層金属配線に接続される。   PMOS transistor PS2 has a source and a drain formed by a pair of P-type diffusion regions FL340 and 342, and a polysilicon gate disposed therebetween. This gate is connected to first layer metal wiring forming search line / SLA0 through contact hole CT44. P-type diffusion region FL340 is connected to first layer metal wiring forming power supply line VDD through contact hole CT48.

PMOSトランジスタPS3は、1対のP型拡散領域FL342,344によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。P型拡散領域FL344は、コンタクトホールCT50を介してマッチ線MLA0を形成する第1層金属配線に接続される。   PMOS transistor PS3 has a source and a drain formed by a pair of P-type diffusion regions FL342 and 344, and a polysilicon gate disposed therebetween. P type diffusion region FL344 is connected to a first layer metal interconnection forming match line MLA0 through contact hole CT50.

PMOSトランジスタPS1は、1対のP型拡散領域FL344,346によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。   PMOS transistor PS1 has a source and a drain formed by a pair of P-type diffusion regions FL344 and 346, and a polysilicon gate arranged therebetween.

PMOSトランジスタPS0は、1対のP型拡散領域FL346,348によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。このゲートは、コンタクトホールCT46を介してサーチ線SLA0を形成する第1層金属配線に接続される。P型拡散領域FL348は、コンタクトホールCT52を介して電源線VDDを形成する第1層金属配線に接続される。   PMOS transistor PS0 has a source and a drain formed by a pair of P-type diffusion regions FL346 and 348, and a polysilicon gate arranged therebetween. This gate is connected to a first layer metal wiring forming search line SLA0 through contact hole CT46. P-type diffusion region FL348 is connected to a first layer metal wiring forming power supply line VDD through contact hole CT52.

PMOSトランジスタPS6は、1対のP型拡散領域FL350,352によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。このゲートは、コンタクトホールCT60を介してサーチ線/SLB0を形成する第1層金属配線に接続される。P型拡散領域FL350は、コンタクトホールCT54を介して電源線VDDを形成する第1層金属配線に接続される。   PMOS transistor PS6 has a source and a drain formed by a pair of P-type diffusion regions FL350 and 352, and a polysilicon gate arranged therebetween. This gate is connected to first layer metal wiring forming search line / SLB0 through contact hole CT60. P type diffusion region FL350 is connected to first layer metal wiring forming power supply line VDD through contact hole CT54.

PMOSトランジスタPS7は、1対のP型拡散領域FL352,354によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。P型拡散領域FL354は、コンタクトホールCT56を介してマッチ線MLB0を形成する第1層金属配線を形成する第1層金属配線に接続される。   PMOS transistor PS7 has a source and a drain formed by a pair of P-type diffusion regions FL352 and 354, and a polysilicon gate arranged therebetween. P type diffusion region FL354 is connected to first layer metal wiring forming first layer metal wiring forming match line MLB0 through contact hole CT56.

PMOSトランジスタPS5は、1対のP型拡散領域FL354,356によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。   PMOS transistor PS5 has a source and a drain formed by a pair of P-type diffusion regions FL354 and 356, and a polysilicon gate arranged therebetween.

PMOSトランジスタPS4は、1対のP型拡散領域FL356,358によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。このゲートは、コンタクトホールCT62を介してサーチ線SLB0を形成する第1層金属配線に接続される。P型拡散領域FL358は、コンタクトホールCT58を介して電源線VDDを形成する第1層金属配線に接続される。   PMOS transistor PS4 has a source and a drain formed by a pair of P-type diffusion regions FL356, 358, and a polysilicon gate disposed therebetween. This gate is connected to the first layer metal wiring forming search line SLB0 through contact hole CT62. P type diffusion region FL358 is connected to first layer metal wiring forming power supply line VDD through contact hole CT58.

NMOSトランジスタND0のゲート、PMOSトランジスタP0のゲート、PMOSトランジスタPS3のゲート、およびPMOSトランジスタPS7のゲートは、共通するポリシリコンによって形成される。   The gate of the NMOS transistor ND0, the gate of the PMOS transistor P0, the gate of the PMOS transistor PS3, and the gate of the PMOS transistor PS7 are formed of common polysilicon.

NMOSトランジスタND1のゲート、PMOSトランジスタP1のゲート、PMOSトランジスタPS1のゲート、およびPMOSトランジスタPS5のゲートは、共通するポリシリコンによって形成される。   The gate of the NMOS transistor ND1, the gate of the PMOS transistor P1, the gate of the PMOS transistor PS1, and the gate of the PMOS transistor PS5 are formed of common polysilicon.

半導体装置700を構成するメモリセルは、PウェルPW1を有さないため、半導体装置100を構成するメモリセルに比してウェルの数が1つ少ない。そのため、半導体装置700を構成するメモリセルは、半導体装置100を構成するメモリセルよりも小型化され得る。   Since the memory cell constituting the semiconductor device 700 does not have the P well PW1, the number of wells is one less than that of the memory cell constituting the semiconductor device 100. Therefore, the memory cell included in the semiconductor device 700 can be made smaller than the memory cell included in the semiconductor device 100.

図9は、他の実施形態に従うメモリセルMC0#0のビア1、第1層金属配線層および第2層金属配線層の配置を示した平面図である。なお、図4の符号と同一符号を付している部分については同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。   FIG. 9 is a plan view showing the arrangement of via 1, first metal wiring layer, and second metal wiring layer of memory cell MC0 # 0 according to another embodiment. Note that the portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 4 are the same, and therefore description thereof will not be repeated.

他の実施形態に従うメモリセルMC0#0の第2層における金属配線パターンは、第2層金属配線M218に替えて第2層金属配線M910を有する点において、図4に示される金属配線パターンと異なる。   The metal wiring pattern in the second layer of memory cell MC0 # 0 according to another embodiment is different from the metal wiring pattern shown in FIG. 4 in that it has second-layer metal wiring M910 instead of second-layer metal wiring M218. .

PMOSトランジスタPS2のソースを形成するP型拡散領域FL340と、PMOSトランジスタPS6のソースを形成するP型拡散領域FL350とは、コンタクトホールCT48,CT54をそれぞれ介して共通する第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V121を介して電源線VDDを形成する第2層金属配線M910に接続される。   The P-type diffusion region FL340 that forms the source of the PMOS transistor PS2 and the P-type diffusion region FL350 that forms the source of the PMOS transistor PS6 are connected to a common first layer metal wiring via contact holes CT48 and CT54, respectively. The This first layer metal wiring is connected to a second layer metal wiring M910 that forms a power supply line VDD through a via 1V121.

PMOSトランジスタPS2のソースを形成するP型拡散領域FL348と、PMOSトランジスタPS6のソースを形成するP型拡散領域FL358とは、コンタクトホールCT52,CT58をそれぞれ介して共通する第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V123を介して電源線VDDを形成する第2層金属配線M910に接続される。   The P-type diffusion region FL348 forming the source of the PMOS transistor PS2 and the P-type diffusion region FL358 forming the source of the PMOS transistor PS6 are connected to the common first layer metal wiring via the contact holes CT52 and CT58, respectively. The This first-layer metal wiring is connected to a second-layer metal wiring M910 that forms a power supply line VDD through a via 1V123.

[実施形態2]
上記の実施形態に示される半導体装置は、2ポートのBCAM装置として機能し得る。より具体的には、上記の実施形態に示される半導体装置は、2値のデータを保持するBCAMセルにおいて、各ポートごとにサーチ線対、マッチ線、および論理演算セルを配置する構成であった。以下、2ポートのTCAM(Ternary Content Addressable Memory)装置として機能し得る半導体装置について説明する。
[Embodiment 2]
The semiconductor device shown in the above embodiment can function as a 2-port BCAM device. More specifically, the semiconductor device shown in the above embodiment has a configuration in which a search line pair, a match line, and a logic operation cell are arranged for each port in a BCAM cell that holds binary data. . A semiconductor device that can function as a 2-port TCAM (Ternary Content Addressable Memory) device will be described below.

(半導体装置の構成例)
図10は、ある実施形態に従う半導体装置1000の構成例を説明するブロック図である。なお、図1の符号と同一符号を付している部分については同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。
(Configuration example of semiconductor device)
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device 1000 according to an embodiment. Note that the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts, and therefore the description thereof will not be repeated.

図10を参照して、半導体装置1000は、図1で説明した半導体装置100に比して、各メモリセルに接続されたビット線対が2組である点において、相違する。   Referring to FIG. 10, semiconductor device 1000 is different from semiconductor device 100 described in FIG. 1 in that there are two pairs of bit lines connected to each memory cell.

より具体的には、列方向に配置されたメモリセルMC0#0およびMC0#1は、共通するビット線対BL0,/BL0とBL1,/BL1とに接続される。メモリセルMC1#0およびMC1#1は、共通するビット線対BL2,/BL2とBL3,/BL3とに接続される。   More specifically, memory cells MC0 # 0 and MC0 # 1 arranged in the column direction are connected to a common bit line pair BL0, / BL0 and BL1, / BL1. Memory cells MC1 # 0 and MC1 # 1 are connected to a common bit line pair BL2, / BL2 and BL3, / BL3.

(メモリセルの回路構成)
図11は、半導体装置1000に配置されたメモリセルMC0#0の構成例を説明する回路図である。
(Memory cell circuit configuration)
FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the memory cell MC0 # 0 arranged in the semiconductor device 1000.

図11を参照して、半導体装置1000に配置されたメモリセルMC0#0は、1ビットの記憶データを保持可能に構成されたデータセルDC0と、データセルDC0が保持する1ビットの情報とは独立した他の1ビットのデータを保持可能に構成されたマスクデータセルMDC0とを含む。データセルDC0と、マスクデータセルMDC0とは、行方向に互いに隣接する。   Referring to FIG. 11, memory cell MC0 # 0 arranged in semiconductor device 1000 has a data cell DC0 configured to hold 1-bit stored data and 1-bit information held by data cell DC0. And a mask data cell MDC0 configured to be able to hold other independent 1-bit data. Data cell DC0 and mask data cell MDC0 are adjacent to each other in the row direction.

メモリセルMC0#0は、列方向に沿って延在するビット線対BL0,/BL0と、BLA1,/BL1とをさらに含む。   Memory cell MC0 # 0 further includes a pair of bit lines BL0, / BL0 extending along the column direction, and BLA1, / BL1.

マスクデータセルMDC0は、NMOSトランジスタNA0,NA1,ND0,ND1およびPMOSトランジスタP0,P1によって構成される。   The mask data cell MDC0 is configured by NMOS transistors NA0, NA1, ND0, ND1 and PMOS transistors P0, P1.

NMOSトランジスタNA0は、記憶ノードm1と、ビット線BL0との間に接続され、ゲートにワード線WL0が接続される。NMOSトランジスタNA1は、記憶ノード/m1とビット線/BL0との間に接続され、ゲートにワード線WL0が接続される。PMOSトランジスタP0は、電源線VDDと記憶ノードm1との間に接続され、ゲートが記憶ノード/m1に接続される。NMOSトランジスタND0は、記憶ノードm1と電源線VSSとの間に接続され、ゲートが記憶ノード/m1に接続される。PMOSトランジスタP1は、電源線VDDと記憶ノード/m1との間に接続され、ゲートが記憶ノードm1に接続される。NMOSトランジスタND1は、記憶ノード/m1と電源線VSSとの間に接続され、ゲートが記憶ノードm1に接続される。   The NMOS transistor NA0 is connected between the storage node m1 and the bit line BL0, and the word line WL0 is connected to the gate. The NMOS transistor NA1 is connected between the storage node / m1 and the bit line / BL0, and the word line WL0 is connected to the gate. PMOS transistor P0 is connected between power supply line VDD and storage node m1, and has its gate connected to storage node / m1. The NMOS transistor ND0 is connected between the storage node m1 and the power supply line VSS, and has a gate connected to the storage node / m1. PMOS transistor P1 is connected between power supply line VDD and storage node / m1, and has its gate connected to storage node m1. The NMOS transistor ND1 is connected between the storage node / m1 and the power supply line VSS, and has a gate connected to the storage node m1.

NMOSトランジスタND0およびPMOSトランジスタP0は、インバータを構成する。NMOSトランジスタND1およびPMOSトランジスタP1も、インバータを構成する。一方のインバータの出力は、他方のインバータの入力に接続される。NMOSトランジスタND0およびND1と、PMOSトランジスタP0およびP1とによって構成されたフリップフロップは、1ビットの情報を保持する。   The NMOS transistor ND0 and the PMOS transistor P0 constitute an inverter. The NMOS transistor ND1 and the PMOS transistor P1 also constitute an inverter. The output of one inverter is connected to the input of the other inverter. A flip-flop formed of NMOS transistors ND0 and ND1 and PMOS transistors P0 and P1 holds 1-bit information.

データセルDC0は、アクセストランジスタであるNMOSトランジスタNA2,NA3と、ドライバトランジスタであるNMOSトランジスタND2,ND3と、PMOSトランジスタP2,P3とによって構成される。   The data cell DC0 includes NMOS transistors NA2 and NA3 that are access transistors, NMOS transistors ND2 and ND3 that are driver transistors, and PMOS transistors P2 and P3.

NMOSトランジスタNA2は、記憶ノードm0と、ビット線BL1との間に接続され、ゲートにワード線WL0が接続される。NMOSトランジスタNA3は、記憶ノード/m0とビット線/BL1との間に接続され、ゲートにワード線WL0が接続される。PMOSトランジスタP2は、電源線VDDと記憶ノードm0との間に接続され、ゲートが記憶ノード/m0に接続される。NMOSトランジスタND2は、記憶ノードm0と電源線VSSとの間に接続され、ゲートが記憶ノード/m0に接続される。PMOSトランジスタP3は、電源線VDDと記憶ノード/m0との間に接続され、ゲートが記憶ノードm0に接続される。NMOSトランジスタND3は、記憶ノード/m0と電源線VSSとの間に接続され、ゲートが記憶ノードm0に接続される。   The NMOS transistor NA2 is connected between the storage node m0 and the bit line BL1, and the word line WL0 is connected to the gate. The NMOS transistor NA3 is connected between the storage node / m0 and the bit line / BL1, and the gate is connected to the word line WL0. PMOS transistor P2 is connected between power supply line VDD and storage node m0, and has its gate connected to storage node / m0. NMOS transistor ND2 is connected between storage node m0 and power supply line VSS, and has its gate connected to storage node / m0. PMOS transistor P3 is connected between power supply line VDD and storage node / m0, and has its gate connected to storage node m0. NMOS transistor ND3 is connected between storage node / m0 and power supply line VSS, and has its gate connected to storage node m0.

NMOSトランジスタND2およびPMOSトランジスタP2は、インバータを構成する。NMOSトランジスタND3およびPMOSトランジスタP3も、インバータを構成する。一方のインバータの出力は、他方のインバータの入力に接続される。NMOSトランジスタND2およびND3と、PMOSトランジスタP2およびP3とによって構成されたフリップフロップは、1ビットの情報(記憶データ)を保持する。   The NMOS transistor ND2 and the PMOS transistor P2 constitute an inverter. The NMOS transistor ND3 and the PMOS transistor P3 also constitute an inverter. The output of one inverter is connected to the input of the other inverter. A flip-flop constituted by NMOS transistors ND2 and ND3 and PMOS transistors P2 and P3 holds 1-bit information (stored data).

メモリセルMC0#0は、データセルDC0およびマスクデータセルMDC0の両方に対して列方向に隣接して配置される論理演算セルLCB0と、論理演算セルLCB0に対して列方向に隣接して配置される論理演算セルLCA0とをさらに含む。   Memory cell MC0 # 0 is arranged adjacent to both data cell DC0 and mask data cell MDC0 in the column direction, and adjacent to logical operation cell LCB0 in the column direction. A logic operation cell LCA0.

論理演算セルLCA0は、データセルDC0およびマスクデータセルMDC0の保持するデータとAポート用の検索データとに応じた結果をマッチ線MLA0に出力する。より具体的には、論理演算セルLCA0は、データセルDCのデータ(記憶ノードm1のレベル)とAポート用の検索データとが一致するか否か、およびマスクデータセルMDCのデータ(記憶ノードm0のレベル)とAポート用の検索データの反転レベルとが一致するか否かに応じて、マッチ線MLA0を駆動する。論理演算セルLCB0は、データセルDC0およびマスクデータセルMDC0の保持するデータとBポート用の検索データとに応じた結果をマッチ線MLA0に出力する。より具体的には、論理演算セルLCB0は、データセルDCのデータとBポート用の検索データとが一致するか否か、およびマスクデータセルMDCのデータとBポート用の検索データの反転レベルとが一致するか否かに応じて、マッチ線MLB0を駆動する。   The logical operation cell LCA0 outputs a result corresponding to the data held in the data cell DC0 and the mask data cell MDC0 and the search data for the A port to the match line MLA0. More specifically, the logical operation cell LCA0 determines whether or not the data in the data cell DC (level of the storage node m1) matches the search data for the A port, and the data in the mask data cell MDC (storage node m0). The match line MLA0 is driven according to whether or not the inversion level of the search data for the A port matches. The logical operation cell LCB0 outputs a result corresponding to the data held in the data cell DC0 and the mask data cell MDC0 and the search data for the B port to the match line MLA0. More specifically, the logical operation cell LCB0 determines whether or not the data in the data cell DC matches the search data for the B port, and the inversion level of the data in the mask data cell MDC and the search data for the B port. The match line MLB0 is driven according to whether or not the two match.

論理演算セルLCA0は、NMOSトランジスタNS0〜NS3を含む。論理演算セルLCB0は、NMOSトランジスタNS4〜NS7を含む。   The logical operation cell LCA0 includes NMOS transistors NS0 to NS3. The logical operation cell LCB0 includes NMOS transistors NS4 to NS7.

NMOSトランジスタNS0とNS1とは、マッチ線MLA0と電源線VSSとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線SLA0と記憶ノードm1とが接続される。NMOSトランジスタNS2とNS3とは、マッチ線MLA0と電源線VSSとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線/SLA0と記憶ノードm0とが接続される。   The NMOS transistors NS0 and NS1 are connected in series between the match line MLA0 and the power supply line VSS, and the search line SLA0 and the storage node m1 are connected to the gates, respectively. NMOS transistors NS2 and NS3 are connected in series between match line MLA0 and power supply line VSS, and search line / SLA0 and storage node m0 are connected to the gates, respectively.

NMOSトランジスタNS4とNS5とは、マッチ線MLB0と電源線VSSとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線SLB0と記憶ノードm1とが接続される。NMOSトランジスタNS6とNS7とは、マッチ線MLB0と電源線VSSとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線/SLB0と記憶ノードm0とが接続される。   The NMOS transistors NS4 and NS5 are connected in series between the match line MLB0 and the power supply line VSS, and the search line SLB0 and the storage node m1 are connected to the gates, respectively. NMOS transistors NS6 and NS7 are connected in series between match line MLB0 and power supply line VSS, and search line / SLB0 and storage node m0 are connected to the gates, respectively.

なお、図10におけるメモリセルMC0#0以外の他のメモリセルは、接続されたワード線、マッチ線、ビット線対およびサーチ線対が上記の例と異なるが、内部の回路構成はメモリセルMC0#0と同じであるので説明は繰り返さない。   Note that other memory cells other than the memory cell MC0 # 0 in FIG. 10 are different from the above example in the connected word line, match line, bit line pair and search line pair, but the internal circuit configuration is the memory cell MC0. Since it is the same as # 0, the description will not be repeated.

(メモリセルのデータ)
図12は、図11のデータセルDC0およびマスクデータセルMDC0が保持するデータとメモリセルMC0#0のデータとの対応関係を表形式で示す図である。
(Memory cell data)
FIG. 12 is a diagram showing the correspondence relationship between the data held in data cell DC0 and mask data cell MDC0 in FIG. 11 and the data in memory cell MC0 # 0 in a tabular form.

図11および図12を参照して、メモリセルMC0#0は、2ビットのSRAMセル(データセルDCとマスクデータセルMDC)を用いて、“0”、“1”、“*”(ドントケア:don't care)の3値を格納することができる。ドントケア“*”は“0”および“1”のどちらでも良いことを示す。   Referring to FIGS. 11 and 12, memory cell MC0 # 0 uses 2-bit SRAM cells (data cell DC and mask data cell MDC), and is “0”, “1”, “*” (don't care: Don't care) can be stored. Don't care “*” indicates that either “0” or “1” may be used.

具体的に、データセルDC0の記憶ノードm0に“0”(「L」レベル)が格納され、マスクデータセルMDC0の記憶ノードm1に“1”(「H」レベル)が格納されているとき、メモリセルMC0#0には“0”が格納されているとする。データセルDC0の記憶ノードm0に“1”が格納され、マスクデータセルMDC0の記憶ノードm1に“0”が格納されているとき、メモリセルMC0#0には“1”が格納されているとする。データセルDC0の記憶ノードm0に“0”が格納され、マスクデータセルMDC0の記憶ノードm1に“0”が格納されているとき、メモリセルMC0#0には“*”(ドントケア)が格納されているとする。データセルDC0の記憶ノードm0に“1”が格納され、マスクデータセルMDC0の記憶ノードm1に“1”が格納されている場合は使用しない。   Specifically, when “0” (“L” level) is stored in the storage node m0 of the data cell DC0 and “1” (“H” level) is stored in the storage node m1 of the mask data cell MDC0, It is assumed that “0” is stored in the memory cell MC0 # 0. When “1” is stored in the storage node m0 of the data cell DC0 and “0” is stored in the storage node m1 of the mask data cell MDC0, “1” is stored in the memory cell MC0 # 0. To do. When “0” is stored in the storage node m0 of the data cell DC0 and “0” is stored in the storage node m1 of the mask data cell MDC0, “*” (don't care) is stored in the memory cell MC0 # 0. Suppose that This is not used when “1” is stored in the storage node m0 of the data cell DC0 and “1” is stored in the storage node m1 of the mask data cell MDC0.

(書き込み動作)
図11を再び参照して、メモリセルMC0#0に対する書き込み動作を説明する。行デコーダ102は、メモリセルMC0#0に対するデータ書込時において、ワード線WL0を「H」レベルに活性化し、それ以外のワード線(すなわちワード線WL1)を「L」レベルに非活性化する。そして、読出/書込回路108は、ビット線BL0およびBL1を入力データDIO0に対応するレベルに駆動し、ビット線/BL0および/BL1をそれぞれの反転レベルに駆動する。このとき、各サーチ線対は全て「L」レベルに設定される。また、各マッチ線は特にレベルを定めなくてもよいが、好ましくはプリチャージされた「H」レベルに設定される。
(Write operation)
Referring to FIG. 11 again, the write operation for memory cell MC0 # 0 will be described. Row decoder 102 activates word line WL0 to “H” level and deactivates other word lines (ie, word line WL1) to “L” level during data writing to memory cell MC0 # 0. . Read / write circuit 108 drives bit lines BL0 and BL1 to a level corresponding to input data DIO0, and drives bit lines / BL0 and / BL1 to their inversion levels. At this time, all search line pairs are set to the “L” level. Each match line does not need to have a specific level, but is preferably set to a precharged “H” level.

一例として、入力データDIO0が”1”である場合、読出/書込回路108は、ビット線BL1を「H」レベルに、ビット線/BL1を「L」レベルに、ビット線BL0を「L」レベルに、ビット線/BL0を「H」レベルにそれぞれ駆動する。   As an example, when the input data DIO0 is “1”, the read / write circuit 108 sets the bit line BL1 to “H” level, the bit line / BL1 to “L” level, and the bit line BL0 to “L”. The bit line / BL0 is driven to the “H” level.

半導体装置1000は、これらの動作を行なうことによって、各メモリセルに入力データを書き込むことができる。なお、読出時においてはビット線が図示されないセンスアンプによってその電位差が増幅されて各メモリセルが保持するデータが読出される。   The semiconductor device 1000 can write input data to each memory cell by performing these operations. At the time of reading, the potential difference between the bit lines is amplified by a sense amplifier (not shown), and the data held in each memory cell is read out.

半導体装置1000に配置されるメモリセルにおいて、データセルが接続されるビット線対と、マスクデータセルが接続されるビット線対とは異なる。そのため、ある局面において、半導体装置1000は、あるメモリセルを構成するデータセルに対してデータの書き込みまたは読み出しを行なっている間に、当該メモリセルを構成するマスクデータセルに対してデータの書き込みまたは読み出しを行ない得る。   In a memory cell arranged in the semiconductor device 1000, a bit line pair to which a data cell is connected is different from a bit line pair to which a mask data cell is connected. Therefore, in one aspect, the semiconductor device 1000 writes or reads data to or from a mask data cell that forms a memory cell while writing or reading data to or from the data cell that forms the memory cell. Reading can be performed.

(サーチ動作)
次に、サーチ動作について説明する。上記のメモリセルMC0#0の構成によれば、Aポート用の検索データが“1”(すなわち、サーチ線SLA0が“1”、かつ、サーチ線/SLA0が“0”)であり、メモリセルMC0#0のデータが“0”(記憶ノードm0が“0”、かつ、記憶ノードm1が“1”)である場合には、NMOSトランジスタNS0およびNS1がオン状態となって、マッチ線MLA0の電位が接地電位になる。Aポート用の検索データが”0” (すなわち、サーチ線SLA0が“0”、かつ、サーチ線/SLA0が“1”)であり、メモリセルMC0#0のデータが“1”(記憶ノードm0が“1”、かつ、記憶ノードm1が“0”)である場合には、NMOSトランジスタNS2およびNS3がオン状態となって、マッチ線MLA0の電位が接地電位になる。すなわち、Aポート用の検索データとメモリセルMC0#0のデータとが不一致の場合には、マッチ線MLA0の電位は接地電位(「L」レベル)になる。
(Search operation)
Next, the search operation will be described. According to the configuration of the memory cell MC0 # 0 described above, the search data for the A port is “1” (that is, the search line SLA0 is “1” and the search line / SLA0 is “0”). When the data of MC0 # 0 is “0” (the storage node m0 is “0” and the storage node m1 is “1”), the NMOS transistors NS0 and NS1 are turned on, and the match line MLA0 The potential becomes the ground potential. The search data for the A port is “0” (that is, the search line SLA0 is “0” and the search line / SLA0 is “1”), and the data in the memory cell MC0 # 0 is “1” (storage node m0). Is “1” and the storage node m1 is “0”), the NMOS transistors NS2 and NS3 are turned on, and the potential of the match line MLA0 becomes the ground potential. That is, when the search data for the A port and the data of the memory cell MC0 # 0 do not match, the potential of the match line MLA0 becomes the ground potential (“L” level).

一方、Aポート用の検索データが“1”であり、かつ、メモリセルMC0#0のデータが“1”または“*”の場合、もしくは、Aポート用の検索データが“0”であり、かつ、メモリセルMC0#0のデータが“0”または“*”の場合(すなわち、両者が一致する場合)、プリチャージされたマッチ線MLA0の電位(「H」レベル)は維持される。   On the other hand, when the search data for the A port is “1” and the data of the memory cell MC0 # 0 is “1” or “*”, or the search data for the A port is “0”. In addition, when the data in the memory cell MC0 # 0 is “0” or “*” (that is, when both match), the potential (“H” level) of the precharged match line MLA0 is maintained.

上記のように、マッチ線MLA0に接続された全てのメモリセル(メモリセルMC0#0およびMC1#0)のデータのそれぞれが対応するAポート用の検索データと一致しない限り、マッチ線MLA0に蓄えられた電荷が引き抜かれる。   As described above, unless the data of all the memory cells (memory cells MC0 # 0 and MC1 # 0) connected to the match line MLA0 match the search data for the corresponding A port, the data is stored in the match line MLA0. The charged charge is extracted.

マッチ線MLB0の挙動は、上記説明したマッチ線MLA0の挙動と同じであるため、その説明は繰り返さない。   Since the behavior of match line MLB0 is the same as that of match line MLA0 described above, the description thereof will not be repeated.

上記によれば、TCAM装置として機能する半導体装置1000は、1サイクルの間に、Aポート用の検索データおよびBポート用の検索データを同時に検索できる。そのため、半導体装置1000は、検索対象が複数ある場合において、シングルポートの検索装置(TCAM装置)に比して、2倍の検索速度を実現し得る。   Based on the above, the semiconductor device 1000 functioning as a TCAM device can simultaneously search the search data for the A port and the search data for the B port during one cycle. Therefore, when there are a plurality of search targets, the semiconductor device 1000 can realize a search speed twice as high as that of a single-port search device (TCAM device).

加えて、この半導体装置1000は、共通するメモリアレイを用いて、Aポート用の検索データおよびBポート用の検索データを検索する。そのため、半導体装置1000は、装置の大型化を抑制し得る。   In addition, the semiconductor device 1000 searches for search data for the A port and search data for the B port using a common memory array. Therefore, the semiconductor device 1000 can suppress an increase in size of the device.

また、従来のTCAM装置は、2つの検索データを検索するために、クロック信号を2回生成する必要があった。一方、この半導体装置1000は、2つの検索データを検索するにあたって、クロック信号を1回生成すればよい。したがって、この半導体装置1000は、消費電力を従来に比して抑制し得る。   Further, the conventional TCAM device needs to generate a clock signal twice in order to search for two search data. On the other hand, the semiconductor device 1000 may generate a clock signal once when searching for two search data. Therefore, this semiconductor device 1000 can suppress power consumption as compared with the prior art.

(メモリセルのレイアウト)
次に、図13〜15を用いて、一例として半導体装置1000に配置されるメモリセルMC0#0のレイアウト構成を積層方向に分割して説明する。なお、図3〜5の符号と同一符号を付している部分については同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。
(Memory cell layout)
Next, as an example, a layout configuration of the memory cell MC0 # 0 arranged in the semiconductor device 1000 will be described by dividing it in the stacking direction with reference to FIGS. In addition, since it is the same about the part which has attached | subjected the code | symbol same as the code | symbol of FIGS. 3-5, description about the part is not repeated.

図13は、半導体装置1000に配置されたメモリセルMC0#0のウェル、拡散領域DF、ポリシリコンPO、コンタクトホールCT、および第1層金属配線の配置を示した平面図である。   FIG. 13 is a plan view showing the arrangement of the well, diffusion region DF, polysilicon PO, contact hole CT, and first layer metal wiring of memory cell MC0 # 0 arranged in semiconductor device 1000. FIG.

図13に示されるように、各トランジスタのゲートを構成するポリシリコン(PO)は、行方向に沿って延在し、メモリセルを構成する複数のウェルの各々は列方向に沿って延在する。したがって、ゲートとウェルとは互いに直交する方向に延在する。また、各ウェルは、列方向に隣接するメモリセル(メモリセルMC0#1)の対応するウェルと連続するように形成される。   As shown in FIG. 13, polysilicon (PO) constituting the gate of each transistor extends along the row direction, and each of the plurality of wells constituting the memory cell extends along the column direction. . Therefore, the gate and the well extend in directions orthogonal to each other. Each well is formed to be continuous with a corresponding well of a memory cell (memory cell MC0 # 1) adjacent in the column direction.

ある実施形態に従うメモリセルMC0#0では、ワード線WL0が伸びる方向(行方向)に、P型導電型のPウェルPW0と、N型導電型のNウェルNW0と、PウェルPW1と、NウェルNW1と、PウェルPW2とが順に形成される。NウェルNW1と、PウェルPW2とが設けられる領域において、データセルDC0を構成するNMOSトランジスタNA2,NA3、ND2,ND3と、PMOSトランジスタP2,P3とが配置される。より詳しくは、PMOSトランジスタP2,P3はNウェルNW1に配置され、NMOSトランジスタNA2,NA3、ND2,ND3はPウェルPW2に配置される。   In memory cell MC0 # 0 according to an embodiment, P-type conductivity type P well PW0, N-type conductivity type N well NW0, P well PW1, and N well are arranged in the direction (row direction) in which word line WL0 extends. NW1 and P well PW2 are formed in order. In a region where the N well NW1 and the P well PW2 are provided, NMOS transistors NA2, NA3, ND2, ND3 and PMOS transistors P2, P3 constituting the data cell DC0 are arranged. More specifically, PMOS transistors P2 and P3 are arranged in N well NW1, and NMOS transistors NA2, NA3, ND2 and ND3 are arranged in P well PW2.

PMOSトランジスタP3は、1対のP型拡散領域FLFL360,FL362によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。P型拡散領域FL362は、コンタクトホールCT66を介して上層の金属配線層に形成される電源線VDDに接続される。   PMOS transistor P3 has a source and a drain formed by a pair of P-type diffusion regions FLFL360 and FL362, and a polysilicon gate arranged therebetween. P type diffusion region FL362 is connected to power supply line VDD formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT66.

PMOSトランジスタP2は、1対のP型拡散領域FL362,FL364によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。   The PMOS transistor P2 has a source and a drain formed by a pair of P-type diffusion regions FL362 and FL364, and a polysilicon gate disposed therebetween.

NMOSトランジスタNA3は、1対のN型拡散領域FL366,FL368によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。このゲートは、コンタクトホールCT84を介して上層の金属配線層に形成されるワード線WL0に電気的に接続される。N型拡散領域FL366は、コンタクトホールCT74を介して上層の金属配線層に形成されるビット線/BL1に電気的に接続される。   NMOS transistor NA3 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL366 and FL368, and a polysilicon gate arranged therebetween. This gate is electrically connected to word line WL0 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT84. N-type diffusion region FL366 is electrically connected to bit line / BL1 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT74.

NMOSトランジスタND3は、1対のN型拡散領域FL368,FL370によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。N型拡散領域FL370は、コンタクトホールCT78を介して上層の金属配線層に形成される電源線VSSに接続される。   NMOS transistor ND3 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL368 and FL370, and a polysilicon gate arranged therebetween. N-type diffusion region FL370 is connected to power supply line VSS formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT78.

NMOSトランジスタND2は、1対のN型拡散領域FL370,FL372によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。P型拡散領域FL360と、N型拡散領域FL368と、NMOSトランジスタND2のゲートとは、コンタクトホールCT64,CT76,72をそれぞれ介して共通する第1層金属配線に接続される。したがって、これらは互いに電気的に接続される。P型拡散領域FL364と、PMOSトランジスタP3のゲートと、N型拡散領域FL372とは、コンタクトホールCT68,CT70,80をそれぞれ介して共通する第1層金属配線に接続される。したがって、これらは互いに電気的に接続される。   NMOS transistor ND2 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL370 and FL372, and a polysilicon gate arranged therebetween. P type diffusion region FL360, N type diffusion region FL368, and the gate of NMOS transistor ND2 are connected to a common first layer metal wiring through contact holes CT64, CT76, 72, respectively. They are therefore electrically connected to each other. P-type diffusion region FL364, the gate of PMOS transistor P3, and N-type diffusion region FL372 are connected to a common first-layer metal wiring via contact holes CT68, CT70, and 80, respectively. They are therefore electrically connected to each other.

NMOSトランジスタNA2は、1対のN型拡散領域FL372,FL374によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。このゲートは、コンタクトホールCT86を介して上層の金属配線層に形成されるワード線WL0に電気的に接続される。N型拡散領域FL374は、コンタクトホールCT82を介して上層の金属配線層に形成されるビット線BL1に電気的に接続される。   NMOS transistor NA2 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL372 and FL374, and a polysilicon gate arranged therebetween. This gate is electrically connected to word line WL0 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT86. N-type diffusion region FL374 is electrically connected to bit line BL1 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT82.

NMOSトランジスタNS3のゲート、NMOSトランジスタNS7のゲート、PMOSトランジスタP3のゲート、およびNMOSトランジスタND3のゲートは、共通するポリシリコンによって形成される。   The gate of the NMOS transistor NS3, the gate of the NMOS transistor NS7, the gate of the PMOS transistor P3, and the gate of the NMOS transistor ND3 are formed of common polysilicon.

PMOSトランジスタP2のゲートおよびNMOSトランジスタND2のゲートは、共通するポリシリコンによって形成される。   The gate of the PMOS transistor P2 and the gate of the NMOS transistor ND2 are formed of common polysilicon.

NMOSトランジスタNA0,ND0,ND1,およびNA1は共通するN型拡散層に配置される。PMOSトランジスタP0およびP1は共通するP型拡散層に配置される。PMOSトランジスタP3およびP2は共通するP型拡散層に配置される。NMOSトランジスタNA3,ND3,ND2,およびNA2は共通するN型拡散層に配置される。   NMOS transistors NA0, ND0, ND1, and NA1 are arranged in a common N-type diffusion layer. PMOS transistors P0 and P1 are arranged in a common P-type diffusion layer. PMOS transistors P3 and P2 are arranged in a common P-type diffusion layer. NMOS transistors NA3, ND3, ND2, and NA2 are arranged in a common N-type diffusion layer.

図13に示されるように、半導体装置1000を構成するメモリセルは、データサーチのためのNMOSトランジスタNS0〜NS7を、2つのN型拡散層DFに配置する構成を採用する。一般的に、TCAM装置は、データサーチのためのトランジスタを1つの拡散層DFに配置する構成を採用する。そのため、半導体装置1000を構成するメモリアレイにおいて、行方向に隣接するメモリセルの物理的な距離が、一般的なTCAM装置に比して若干長い。これにより、半導体装置1000は、マルチビットエラーが起こる確率を低減できる。   As shown in FIG. 13, the memory cell constituting the semiconductor device 1000 employs a configuration in which NMOS transistors NS0 to NS7 for data search are arranged in two N-type diffusion layers DF. Generally, a TCAM device employs a configuration in which transistors for data search are arranged in one diffusion layer DF. Therefore, in the memory array constituting the semiconductor device 1000, the physical distance between memory cells adjacent in the row direction is slightly longer than that of a general TCAM device. Thereby, the semiconductor device 1000 can reduce the probability that a multi-bit error will occur.

図14は、半導体装置1000に配置されたメモリセルMC0#0のビア1、第1層金属配線層および第2層金属配線層の配置を示した平面図である。図14において、第2層金属配線M202〜M248が、列方向に沿って配置される。   FIG. 14 is a plan view showing the arrangement of the via 1, the first metal wiring layer, and the second metal wiring layer of the memory cell MC0 # 0 arranged in the semiconductor device 1000. FIG. In FIG. 14, second layer metal wirings M202 to M248 are arranged along the column direction.

PMOSトランジスタP3およびP2のソースを形成するP型拡散領域FL362は、コンタクトホールCT66を介して第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V130を介して電源線VDDを形成する第2層金属配線M240に接続される。   P-type diffusion region FL362 forming the sources of PMOS transistors P3 and P2 is connected to the first-layer metal wiring through contact hole CT66. This first layer metal wiring is connected to the second layer metal wiring M240 forming the power supply line VDD via the via 1V130.

NMOSトランジスタNA2のソースを形成するN型拡散領域FL374は、コンタクトホールCT82を介して第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V132を介してビット線BL1を形成する第2層金属配線M242に接続される。   N-type diffusion region FL374 forming the source of NMOS transistor NA2 is connected to the first layer metal wiring through contact hole CT82. This first layer metal wiring is connected to a second layer metal wiring M242 forming bit line BL1 through via 1V132.

NMOSトランジスタNA3のソースを形成するN型拡散領域FL366は、コンタクトホールCT74を介して第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V134を介してビット線/BL1を形成する第2層金属配線M244に接続される。   The N type diffusion region FL366 that forms the source of the NMOS transistor NA3 is connected to the first layer metal wiring through the contact hole CT74. This first layer metal interconnection is connected to second layer metal interconnection M244 forming bit line / BL1 through via 1V134.

NMOSトランジスタND3およびND2のソースを形成するN型拡散領域FL370は、コンタクトホールCT78を介して第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V136を介して電源線VSSを形成する第2層金属配線M246に接続される。   N-type diffusion region FL370 forming the sources of NMOS transistors ND3 and ND2 is connected to the first layer metal interconnection through contact hole CT78. This first-layer metal wiring is connected to a second-layer metal wiring M246 that forms a power supply line VSS through a via 1V136.

NMOSトランジスタNA3のゲートと、NMOSトランジスタNA2のゲートとは、コンタクトホールCT84,CT86をそれぞれ介して、互いに異なる第1層金属配線に接続される。これらの第1層金属配線は、ビア1V138,ビア1V140をそれぞれ介して、ワード線WL0を形成する共通の第2層金属配線M248に接続される。   The gate of the NMOS transistor NA3 and the gate of the NMOS transistor NA2 are connected to different first layer metal wirings through contact holes CT84 and CT86, respectively. These first layer metal wirings are connected to a common second layer metal wiring M248 forming the word line WL0 through vias 1V138 and 1V140, respectively.

図15は、半導体装置1000に配置されたメモリセルMC0#0のビア2、第2層金属配線層および第3層金属配線層の配置を示した平面図である。   FIG. 15 is a plan view showing the arrangement of the via 2, the second metal wiring layer, and the third metal wiring layer of the memory cell MC0 # 0 arranged in the semiconductor device 1000. FIG.

第2層金属配線M246は、ビア2V275およびV280を介して電源線VSSを形成する第3層金属配線M310とM350とに接続される。   Second layer metal interconnection M246 is connected to third layer metal interconnections M310 and M350 forming power supply line VSS via vias 2V275 and V280.

第2層金属配線M248は、ビア2V285を介してワード線WL0を形成する第3層金属配線M330に接続される。   Second-layer metal interconnection M248 is connected to third-layer metal interconnection M330 that forms word line WL0 through via 2V285.

以上説明したようにレイアウトを構成することにより、高集積化されたTCAMメモリアレイを第3層金属配線層までで実現することができる。配線層数を抑えることができると、製造コストを抑えることができる。   By configuring the layout as described above, a highly integrated TCAM memory array can be realized up to the third metal wiring layer. If the number of wiring layers can be reduced, manufacturing costs can be reduced.

図16は、ある実施形態に従うメモリセルにおける金属配線パターンを説明する図である。図中「F」は、金属配線パターンの向きを表す。一例として、図13〜15で説明したメモリセルMC0#0における金属配線パターンの向きを「F」と規定する。   FIG. 16 is a diagram illustrating a metal wiring pattern in a memory cell according to an embodiment. In the figure, “F” represents the direction of the metal wiring pattern. As an example, the direction of the metal wiring pattern in the memory cell MC0 # 0 described with reference to FIGS.

この場合、メモリセルMC0#0と列方向に隣接するメモリセルMC0#1の金属配線パターンは、メモリセルMC0#0の配線パターンを行方向に軸対象にした配線パターンとなる。   In this case, the metal wiring pattern of the memory cell MC0 # 1 adjacent to the memory cell MC0 # 0 in the column direction is a wiring pattern in which the wiring pattern of the memory cell MC0 # 0 is an axis target in the row direction.

一方、メモリセルMC0#0と行方向に隣接するメモリセルMC1#0の金属配線パターンは、図16に示される例においてメモリセルMC0#0の配線パターンと同じ配線パターンが示されている。なお、他の局面において、メモリセルMC1#0の金属配線パターンは、メモリセルMC0#0の配線パターンを列方向に軸対象にした配線パターンであってもよい。   On the other hand, the metal wiring pattern of memory cell MC1 # 0 adjacent to memory cell MC0 # 0 in the row direction is the same wiring pattern as that of memory cell MC0 # 0 in the example shown in FIG. In another aspect, the metal wiring pattern of memory cell MC1 # 0 may be a wiring pattern in which the wiring pattern of memory cell MC0 # 0 is targeted in the column direction.

(変形例)
上記説明したTCAM装置としての半導体装置1000において、データサーチのためのトランジスタは、NMOSトランジスタ(NS01〜NS07)であった。以下、データサーチのためのトランジスタとして、PMOSトランジスタを用いるTCAM装置について説明する。
(Modification)
In the semiconductor device 1000 as the TCAM device described above, the transistors for data search are NMOS transistors (NS01 to NS07). Hereinafter, a TCAM device using a PMOS transistor as a transistor for data search will be described.

図17は、他の実施形態に従うTCAMセルとしてのメモリセルMC0#0の構成例を説明する回路図である。なお、図11の符号と同一符号を付している部分については同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。   FIG. 17 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a memory cell MC0 # 0 as a TCAM cell according to another embodiment. In addition, since it is the same about the part which attached | subjected the code | symbol same as the code | symbol of FIG. 11, description about the part is not repeated.

他の実施形態に従う論理演算セルLCA0は、NMOSトランジスタNS0,NS1,NS2,NS3に替えてPMOSトランジスタPS0,PS1,PS2,PS3を含む。また、他の実施形態に従う論理演算セルLCB0は、NMOSトランジスタNS4,NS5,NS6,NS7に替えてPMOSトランジスタPS4,PS5,PS6,PS7を含む。   A logic operation cell LCA0 according to another embodiment includes PMOS transistors PS0, PS1, PS2, and PS3 in place of the NMOS transistors NS0, NS1, NS2, and NS3. A logic operation cell LCB0 according to another embodiment includes PMOS transistors PS4, PS5, PS6 and PS7 in place of the NMOS transistors NS4, NS5, NS6 and NS7.

PMOSトランジスタPS0とPS1とは、マッチ線MLA0と電源線VDDとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線SLA0と記憶ノードm1とが接続される。PMOSトランジスタPS2とPS3とは、マッチ線MLA0と電源線VDDとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線/SLA0と記憶ノードm0とが接続される。   PMOS transistors PS0 and PS1 are connected in series between match line MLA0 and power supply line VDD, and search line SLA0 and storage node m1 are connected to the gates, respectively. PMOS transistors PS2 and PS3 are connected in series between match line MLA0 and power supply line VDD, and search line / SLA0 and storage node m0 are connected to the gates, respectively.

PMOSトランジスタPS4とPS5とは、マッチ線MLB0と電源線VDDとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線SLB0と記憶ノードm1とが接続される。PMOSトランジスタPS6とPS7とは、マッチ線MLB0と電源線VDDとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線/SLB0と記憶ノードm0とが接続される。   PMOS transistors PS4 and PS5 are connected in series between match line MLB0 and power supply line VDD, and search line SLB0 and storage node m1 are connected to the gates, respectively. PMOS transistors PS6 and PS7 are connected in series between match line MLB0 and power supply line VDD, and search line / SLB0 and storage node m0 are connected to the gates, respectively.

半導体装置1000に配置されたメモリセルMC0#0のデータと、データセルDC0およびマスクデータセルMDC0が保持するデータとの関係は、図12に示される。ある局面において、図17に示されるメモリセルMC0#0のデータとデータセルDC0およびマスクデータセルMDC0が保持するデータとの関係は、図12に示される関係と異なる。   The relationship between the data in the memory cell MC0 # 0 arranged in the semiconductor device 1000 and the data held in the data cell DC0 and the mask data cell MDC0 is shown in FIG. In one aspect, the relationship between the data in memory cell MC0 # 0 shown in FIG. 17 and the data held in data cell DC0 and mask data cell MDC0 is different from the relationship shown in FIG.

図18は、図17のデータセルDC0およびマスクデータセルMDC0が保持するデータとメモリセルMC0#0のデータとの対応関係を表形式で示す図である。   FIG. 18 is a table showing the correspondence between the data held in data cell DC0 and mask data cell MDC0 in FIG. 17 and the data in memory cell MC0 # 0 in tabular form.

図18を参照して、データセルDC0の記憶ノードm0に“1”が格納され、マスクデータセルMDC0の記憶ノードm1に“0”が格納されているとき、メモリセルMC0#0には“0”が格納されているとする。データセルDC0の記憶ノードm0に“0”が格納され、マスクデータセルMDC0の記憶ノードm1に“1”が格納されているとき、メモリセルMC0#0には“1”が格納されているとする。データセルDC0の記憶ノードm0に“1”が格納され、マスクデータセルMDC0の記憶ノードm1に“1”が格納されているとき、メモリセルMC0#0には“*”(ドントケア)が格納されているとする。データセルDC0の記憶ノードm0に“0”が格納され、マスクデータセルMDC0の記憶ノードm1に“0”が格納されている場合は使用しない。上記のように、データサーチのためのトランジスタとしてPMOSトランジスタを採用するTCAMセル(メモリセルMC0#0)は、NMOSトランジスタを採用するTCAMセルのデータ(図12)とは逆の態様でデータを保持し得る。   Referring to FIG. 18, when “1” is stored in storage node m0 of data cell DC0 and “0” is stored in storage node m1 of mask data cell MDC0, “0” is stored in memory cell MC0 # 0. "Is stored. When “0” is stored in the storage node m0 of the data cell DC0 and “1” is stored in the storage node m1 of the mask data cell MDC0, “1” is stored in the memory cell MC0 # 0. To do. When “1” is stored in the storage node m0 of the data cell DC0 and “1” is stored in the storage node m1 of the mask data cell MDC0, “*” (don't care) is stored in the memory cell MC0 # 0. Suppose that This is not used when “0” is stored in the storage node m0 of the data cell DC0 and “0” is stored in the storage node m1 of the mask data cell MDC0. As described above, a TCAM cell (memory cell MC0 # 0) that employs a PMOS transistor as a data search transistor holds data in a manner opposite to that of a TCAM cell that employs an NMOS transistor (FIG. 12). Can do.

図19は、他の実施形態に従う半導体装置1900の構成例を説明するブロック図である。なお、図10の符号と同一符号を付している部分については同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。   FIG. 19 is a block diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device 1900 according to another embodiment. In addition, since it is the same about the part which attached | subjected the code | symbol same as the code | symbol of FIG. 10, description about the part is not repeated.

半導体装置1900に配置されたメモリセルMC0#0〜MC1#1は、図17に示されるように、データサーチのためのトランジスタとしてPMOSトランジスタを有する。   As shown in FIG. 17, the memory cells MC0 # 0 to MC1 # 1 arranged in the semiconductor device 1900 have PMOS transistors as data search transistors.

図7で説明した半導体装置700と同様に、半導体装置1900は、サーチドライバ104A,104B,106A,106Bの各出力端子、およびプリチャージ&エンコード回路112A,112Bの入力端子にインバータInvを有する。その結果、各サーチ線のレベルは、接続されるサーチドライバが出力した信号の反転レベルの電位となる。また、プリチャージ&エンコード回路112A,112Bは、接続された各マッチ線の反転レベルの信号の入力を受け付ける。また、インバータInvの作用により、各マッチ線は、接続されるプリチャージ&エンコード回路の出力信号の反転レベルにプリチャージされる。ある局面において、各マッチ線は、「L」レベルにプリチャージされる。   Similar to the semiconductor device 700 described with reference to FIG. 7, the semiconductor device 1900 includes inverters Inv at the output terminals of the search drivers 104A, 104B, 106A, and 106B and the input terminals of the precharge & encode circuits 112A and 112B. As a result, the level of each search line becomes the potential of the inverted level of the signal output by the connected search driver. Further, the precharge & encode circuits 112A and 112B accept input of inversion level signals of the connected match lines. Further, the action of the inverter Inv precharges each match line to the inverted level of the output signal of the connected precharge & encode circuit. In one aspect, each match line is precharged to “L” level.

図17〜図19を用いて、半導体装置1900のサーチ動作について説明する。メモリセルMC0#0のデータと、検索データとが一致する場合、マッチ線のレベルは「L」レベルに維持される。一方、メモリセルMC0#0のデータと、検索データとが不一致の場合、マッチ線のレベルは「H」レベルになる。   A search operation of the semiconductor device 1900 will be described with reference to FIGS. When the data in memory cell MC0 # 0 matches the search data, the level of the match line is maintained at the “L” level. On the other hand, when the data of memory cell MC0 # 0 and the search data do not match, the level of the match line becomes “H” level.

一例として、検索データ信号S0(A)が”1”の場合について説明する。この場合、サーチ線SLA0のレベルはインバータInvによって反転された「L」レベルとなる。そのため、サーチ線SLA0に接続されたPMOSトランジスタPS0はON状態となる。上記の場合、メモリセルMC0#0のデータが”0”のとき、すなわち、メモリセルMC0#0のデータと検索データとが不一致のとき、PMOSトランジスタPS1がON状態となり、マッチ線MLA0は「H」レベルとなる。一方、メモリセルMC0#0のデータが”1”のとき、すなわち、メモリセルMC0#0のデータと検索データとが一致するとき、PMOSトランジスタPS1がOFF状態となり、マッチ線MLA0はプリチャージされた「L」レベルに維持される。   As an example, a case where the search data signal S0 (A) is “1” will be described. In this case, the level of the search line SLA0 becomes the “L” level inverted by the inverter Inv. Therefore, the PMOS transistor PS0 connected to the search line SLA0 is turned on. In the above case, when the data of the memory cell MC0 # 0 is “0”, that is, when the data of the memory cell MC0 # 0 and the search data do not match, the PMOS transistor PS1 is turned on and the match line MLA0 is set to “H”. Level. On the other hand, when the data in the memory cell MC0 # 0 is “1”, that is, when the data in the memory cell MC0 # 0 matches the search data, the PMOS transistor PS1 is turned off and the match line MLA0 is precharged. Maintained at “L” level.

上記によれば、プリチャージ&エンコード回路は、インバータInvの作用によって、各々のメモリセルが保持するデータと、対応する検索データとが全て一致する場合は「H」レベルの入力を受け付け、いずれか1つでも不一致のものがある場合は「L」レベルの入力を受け付ける。これは、上記説明した半導体装置1000に含まれるプリチャージ&エンコード回路も同じである。   According to the above, the precharge & encode circuit accepts an input of “H” level when the data held in each memory cell and the corresponding search data all match by the action of the inverter Inv. If there is even one that does not match, an “L” level input is accepted. The same applies to the precharge & encode circuit included in the semiconductor device 1000 described above.

したがって、半導体装置1900は、サーチドライバの各出力端子およびプリチャージ&エンコード回路の各入力端子にインバータを設けるだけで、データサーチのためのトランジスタとしてPMOSトランジスタを有するメモリセルを使用し得る。   Therefore, the semiconductor device 1900 can use a memory cell having a PMOS transistor as a transistor for data search only by providing an inverter at each output terminal of the search driver and each input terminal of the precharge & encode circuit.

図20は、他の実施形態に従うTCAMセルとしてのメモリセルMC0#0のウェル、拡散領域DF、ポリシリコンPO、コンタクトホールCT、および第1層金属配線の配置を示した平面図である。なお、図8および図13の符号と同一符号を付している部分については同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。   FIG. 20 is a plan view showing an arrangement of a well, diffusion region DF, polysilicon PO, contact hole CT, and first layer metal wiring of memory cell MC0 # 0 as a TCAM cell according to another embodiment. Since the same reference numerals as those in FIGS. 8 and 13 are the same, the description of those parts will not be repeated.

図20に示されるように、他の実施形態に従うMC0#0のレイアウトは、図8に示されるBCAMセルのレイアウトに、図13に示されるTCAMセルのレイアウトのうち、NウェルNW1、PウェルPW2、およびこれらのウェルに配置される構成を足し合わせた構成を採用し得る。なお、図8に示されるNウェルNW0と、図13に示されるNウェルNW1とは隣接するため、図20において1つのNウェルNW0として表現される。また、図13に示されるPウェルPW2は、図20におけるPウェルPW1に対応する。   As shown in FIG. 20, the layout of MC0 # 0 according to another embodiment is the same as the layout of the BCAM cell shown in FIG. 8, but the layout of the TCAM cell shown in FIG. 13 is N well NW1, P well PW2. And a configuration in which the configurations arranged in these wells are added. Since the N well NW0 shown in FIG. 8 and the N well NW1 shown in FIG. 13 are adjacent to each other, they are expressed as one N well NW0 in FIG. A P well PW2 shown in FIG. 13 corresponds to the P well PW1 in FIG.

半導体装置1900を構成するメモリセルは、NウェルNW1およびPウェルPW2を有さないため、半導体装置1000を構成するメモリセルに比してウェルの数が2つ少ない。そのため、半導体装置1900を構成するメモリセルは、半導体装置1000を構成するメモリセルよりも小型化できる。   Since the memory cell constituting the semiconductor device 1900 does not have the N well NW1 and the P well PW2, the number of wells is two smaller than that of the memory cell constituting the semiconductor device 1000. Therefore, the memory cell included in the semiconductor device 1900 can be smaller than the memory cell included in the semiconductor device 1000.

なお、第2層金属配線、および第3層金属配線の配線パターンは、図14,15に示される例と同様の配線パターンによって実現され得るため、その説明は繰り返さない。   Since the wiring patterns of the second layer metal wiring and the third layer metal wiring can be realized by the same wiring pattern as the example shown in FIGS. 14 and 15, the description thereof will not be repeated.

[実施形態3]
実施形態2に示されるTCAMセルを構成するデータセルとマスクデータセルとは、行方向に隣接するように配置され、共通するワード線に接続され、互いに異なるビット線対に接続される構成であった。実施形態3では、TCAMセルの他の構成について説明する。より具体的には、TCAMセルを構成するデータセルとマスクデータセルとは、列方向に隣接するように配置され、共通するビット線対に接続され、互いに異なるワード線に接続される。以下、その構成について具体的に説明する。
[Embodiment 3]
The data cells and mask data cells constituting the TCAM cell shown in the second embodiment are arranged adjacent to each other in the row direction, connected to a common word line, and connected to different bit line pairs. It was. In the third embodiment, another configuration of the TCAM cell will be described. More specifically, the data cells and mask data cells constituting the TCAM cell are arranged so as to be adjacent to each other in the column direction, are connected to a common bit line pair, and are connected to different word lines. The configuration will be specifically described below.

図21は、ある実施形態に従う半導体装置2100の構成例を説明するブロック図である。なお、図10の符号と同一符号を付している部分については同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。   FIG. 21 is a block diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device 2100 according to an embodiment. In addition, since it is the same about the part which attached | subjected the code | symbol same as the code | symbol of FIG. 10, description about the part is not repeated.

半導体装置2100を構成する各メモリセルは、2本のワード線と、1組のビット線対と、2組のサーチ線対と、2本のマッチ線とが接続される。例えば、メモリセルMC0#0は、ワード線WL0,WL1と、ビット線対BL0,/BL0と、サーチ線対SLA0,/SLA0およびSLB0,/SLB0と、マッチ線MLA0,MLB0とに接続される。   Each memory cell included in the semiconductor device 2100 is connected to two word lines, one bit line pair, two search line pairs, and two match lines. For example, memory cell MC0 # 0 is connected to word lines WL0 and WL1, bit line pair BL0 and / BL0, search line pairs SLA0 and / SLA0 and SLB0 and / SLB0, and match lines MLA0 and MLB0.

(メモリセルの回路構成)
図22は、半導体装置2100のメモリセルMC0#0の構成例を説明する回路図である。図22を参照して、メモリセルMC0#0は、各々が1ビットのデータを保持可能に構成されたデータセルDC0と、マスクデータセルMDC0とを含む。データセルDC0と、マスクデータセルMDC0とは、列方向に互いに隣接する。
(Memory cell circuit configuration)
FIG. 22 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the memory cell MC0 # 0 of the semiconductor device 2100. Referring to FIG. 22, memory cell MC0 # 0 includes a data cell DC0 configured to hold 1-bit data and a mask data cell MDC0. The data cell DC0 and the mask data cell MDC0 are adjacent to each other in the column direction.

マスクデータセルMDC0は、NMOSトランジスタNA0,NA1,ND0,ND1およびPMOSトランジスタP0,P1によって構成される。   The mask data cell MDC0 is configured by NMOS transistors NA0, NA1, ND0, ND1 and PMOS transistors P0, P1.

NMOSトランジスタNA0は、記憶ノードm1と、ビット線BL0との間に接続され、ゲートにワード線WL0が接続される。NMOSトランジスタNA1は、記憶ノード/m1とビット線/BL0との間に接続され、ゲートにワード線WL0が接続される。PMOSトランジスタP0は、電源線VDDと記憶ノードm1との間に接続され、ゲートが記憶ノード/m1に接続される。NMOSトランジスタND0は、記憶ノードm1と電源線VSSとの間に接続され、ゲートが記憶ノード/m1に接続される。PMOSトランジスタP1は、電源線VDDと記憶ノード/m1との間に接続され、ゲートが記憶ノードm1に接続される。NMOSトランジスタND1は、記憶ノード/m1と電源線VSSとの間に接続され、ゲートが記憶ノードm1に接続される。   The NMOS transistor NA0 is connected between the storage node m1 and the bit line BL0, and the word line WL0 is connected to the gate. The NMOS transistor NA1 is connected between the storage node / m1 and the bit line / BL0, and the word line WL0 is connected to the gate. PMOS transistor P0 is connected between power supply line VDD and storage node m1, and has its gate connected to storage node / m1. The NMOS transistor ND0 is connected between the storage node m1 and the power supply line VSS, and has a gate connected to the storage node / m1. PMOS transistor P1 is connected between power supply line VDD and storage node / m1, and has its gate connected to storage node m1. The NMOS transistor ND1 is connected between the storage node / m1 and the power supply line VSS, and has a gate connected to the storage node m1.

NMOSトランジスタND0およびPMOSトランジスタP0は、インバータを構成する。NMOSトランジスタND1およびPMOSトランジスタP1も、インバータを構成する。一方のインバータの出力は、他方のインバータの入力に接続される。NMOSトランジスタND0およびND1と、PMOSトランジスタP0およびP1とによって構成されたフリップフロップは、1ビットの情報を保持する。   The NMOS transistor ND0 and the PMOS transistor P0 constitute an inverter. The NMOS transistor ND1 and the PMOS transistor P1 also constitute an inverter. The output of one inverter is connected to the input of the other inverter. A flip-flop formed of NMOS transistors ND0 and ND1 and PMOS transistors P0 and P1 holds 1-bit information.

データセルDC0は、NMOSトランジスタNA2,NA3,ND2,ND3およびPMOSトランジスタP2,P3によって構成される。   The data cell DC0 is composed of NMOS transistors NA2, NA3, ND2, ND3 and PMOS transistors P2, P3.

NMOSトランジスタNA2は、記憶ノードm0と、ビット線BL0との間に接続され、ゲートにワード線WL1が接続される。NMOSトランジスタNA3は、記憶ノード/m0とビット線/BL0との間に接続され、ゲートにワード線WL1が接続される。PMOSトランジスタP2は、電源線VDDと記憶ノードm0との間に接続され、ゲートが記憶ノード/m0に接続される。NMOSトランジスタND2は、記憶ノードm0と電源線VSSとの間に接続され、ゲートが記憶ノード/m0に接続される。PMOSトランジスタP3は、電源線VDDと記憶ノード/m0との間に接続され、ゲートが記憶ノードm0に接続される。NMOSトランジスタND3は、記憶ノード/m0と電源線VSSとの間に接続され、ゲートが記憶ノードm0に接続される。   The NMOS transistor NA2 is connected between the storage node m0 and the bit line BL0, and the word line WL1 is connected to the gate. The NMOS transistor NA3 is connected between the storage node / m0 and the bit line / BL0, and the word line WL1 is connected to the gate. PMOS transistor P2 is connected between power supply line VDD and storage node m0, and has its gate connected to storage node / m0. NMOS transistor ND2 is connected between storage node m0 and power supply line VSS, and has its gate connected to storage node / m0. PMOS transistor P3 is connected between power supply line VDD and storage node / m0, and has its gate connected to storage node m0. NMOS transistor ND3 is connected between storage node / m0 and power supply line VSS, and has its gate connected to storage node m0.

NMOSトランジスタND2およびPMOSトランジスタP2は、インバータを構成する。NMOSトランジスタND3およびPMOSトランジスタP3も、インバータを構成する。一方のインバータの出力は、他方のインバータの入力に接続される。NMOSトランジスタND2およびND3と、PMOSトランジスタP2およびP3とによって構成されたフリップフロップは、1ビットの情報を保持する。   The NMOS transistor ND2 and the PMOS transistor P2 constitute an inverter. The NMOS transistor ND3 and the PMOS transistor P3 also constitute an inverter. The output of one inverter is connected to the input of the other inverter. A flip-flop formed by NMOS transistors ND2 and ND3 and PMOS transistors P2 and P3 holds 1-bit information.

上記のように、データセルDC0およびマスクデータセルMDC0は、共通するビット線対BL0,/BL0に接続される。また、データセルDC0とマスクデータセルMDC0とは、互いに異なるワード線WL0,WL1にそれぞれ接続される。   As described above, data cell DC0 and mask data cell MDC0 are connected to a common bit line pair BL0, / BL0. The data cell DC0 and the mask data cell MDC0 are connected to different word lines WL0 and WL1, respectively.

メモリセルMC0#0は、データセルDC0とマスクデータセルMDC0との間に、論理演算セルLCA0およびLCB0を有する。論理演算セルLCA0とLCB0とは、互いに行方向に隣接する。   Memory cell MC0 # 0 includes logic operation cells LCA0 and LCB0 between data cell DC0 and mask data cell MDC0. The logic operation cells LCA0 and LCB0 are adjacent to each other in the row direction.

論理演算セルLCA0は、データセルDC0およびマスクデータセルMDC0の保持するデータとAポート用の検索データとに応じた結果をマッチ線MLA0に出力する。論理演算セルLCB0は、データセルDC0およびマスクデータセルMDC0の保持するデータとBポート用の検索データとに応じた結果をマッチ線MLA0に出力する。   The logical operation cell LCA0 outputs a result corresponding to the data held in the data cell DC0 and the mask data cell MDC0 and the search data for the A port to the match line MLA0. The logical operation cell LCB0 outputs a result corresponding to the data held in the data cell DC0 and the mask data cell MDC0 and the search data for the B port to the match line MLA0.

論理演算セルLCA0は、NMOSトランジスタNS0〜NS3を含む。論理演算セルLCB0は、NMOSトランジスタNS4〜NS7を含む。   The logical operation cell LCA0 includes NMOS transistors NS0 to NS3. The logical operation cell LCB0 includes NMOS transistors NS4 to NS7.

NMOSトランジスタNS0とNS1とは、マッチ線MLA0と電源線VSSとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線SLA0と記憶ノードm0とが接続される。NMOSトランジスタNS2とNS3とは、マッチ線MLA0と電源線VSSとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線/SLA0と記憶ノードm1とが接続される。   The NMOS transistors NS0 and NS1 are connected in series between the match line MLA0 and the power supply line VSS, and the search line SLA0 and the storage node m0 are connected to the gates, respectively. NMOS transistors NS2 and NS3 are connected in series between match line MLA0 and power supply line VSS, and search line / SLA0 and storage node m1 are connected to the gates, respectively.

NMOSトランジスタNS4とNS5とは、マッチ線MLB0と電源線VSSとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線SLB0と記憶ノードm0とが接続される。NMOSトランジスタNS6とNS7とは、マッチ線MLB0と電源線VSSとの間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線/SLB0と記憶ノードm1とが接続される。   The NMOS transistors NS4 and NS5 are connected in series between the match line MLB0 and the power supply line VSS, and the search line SLB0 and the storage node m0 are connected to the gates, respectively. NMOS transistors NS6 and NS7 are connected in series between match line MLB0 and power supply line VSS, and search line / SLB0 and storage node m1 are connected to the gates, respectively.

図22に示されるメモリセルMC0#0のデータは、図12に示されるメモリセルMC0#0と同じであるとする。すなわち、データセルDC0の記憶ノードm0が”0”かつマスクデータセルMDC0の記憶ノードm1が”1”のときに、メモリセルMC0#0には”0”が格納されているとする。データセルDC0の記憶ノードm0が”1”かつマスクデータセルMDC0の記憶ノードm1が”0”のときに、メモリセルMC0#0には”1”が格納されているとする。データセルDC0の記憶ノードm0が”0”かつマスクデータセルMDC0の記憶ノードm1が”0”のときに、メモリセルMC0#0には“*”(ドントケア)が格納されているとする。データセルDC0の記憶ノードm0が“1”かつマスクデータセルMDC0の記憶ノードm1が“1”の場合は使用しない。   It is assumed that the data in the memory cell MC0 # 0 shown in FIG. 22 is the same as that of the memory cell MC0 # 0 shown in FIG. That is, assume that “0” is stored in the memory cell MC0 # 0 when the storage node m0 of the data cell DC0 is “0” and the storage node m1 of the mask data cell MDC0 is “1”. Assume that “1” is stored in the memory cell MC0 # 0 when the storage node m0 of the data cell DC0 is “1” and the storage node m1 of the mask data cell MDC0 is “0”. Assume that “*” (don't care) is stored in the memory cell MC0 # 0 when the storage node m0 of the data cell DC0 is “0” and the storage node m1 of the mask data cell MDC0 is “0”. This is not used when the storage node m0 of the data cell DC0 is “1” and the storage node m1 of the mask data cell MDC0 is “1”.

(書き込み動作)
図22に示されるメモリセルMC0#0への書き込み動作を説明する。行デコーダ102は、メモリセルMC0#0に対するデータ書き込み時において、まず、ワード線WL0を「H」レベルに活性化し、それ以外のワード線(すなわちワード線WL1〜WL4)を「L」レベルに非活性化する。そして、読出/書込回路108は、ビット線BL0を入力データDIO00に対応するレベルに駆動し、ビット線/BL0をその反転レベルに駆動する。これにより、半導体装置2100は、データセルDC0へデータの書き込みを行なう。読出/書込回路108は、データセルDC0へのデータ書き込みが終了すると、ビット線対BL0,/BL0のレベルを「L」レベルにする。
(Write operation)
A write operation to memory cell MC0 # 0 shown in FIG. 22 will be described. Row decoder 102 first activates word line WL0 to “H” level and writes the other word lines (ie, word lines WL1 to WL4) to “L” level when writing data to memory cell MC0 # 0. Activate. Read / write circuit 108 drives bit line BL0 to a level corresponding to input data DIO00, and drives bit line / BL0 to its inverted level. Thereby, the semiconductor device 2100 writes data to the data cell DC0. Read / write circuit 108 sets the level of bit line pair BL0, / BL0 to "L" level when data writing to data cell DC0 is completed.

次に、行デコーダ102は、ワード線WL1を「H」レベルに活性化し、それ以外のワード線を「L」レベルに非活性化する。そして、読出/書込回路108は、ビット線BL0を入力データDIO01に対応するレベルに駆動し、ビット線/BL0をその反転レベルに駆動する。これにより、半導体装置2100は、マスクデータセルMDC0へデータの書き込みを行なう。読出/書込回路108は、データセルDC0へのデータ書き込みが終了すると、ビット線対BL0,/BL0のレベルを「L」レベルにする。半導体装置2100は、これら一連の動作を2サイクルの間に行なう。なお、他の局面において、半導体装置2100は、はじめの1サイクルの間にマスクデータセルMDC0へのデータ書き込みを行い、次の1サイクルの間にデータセルDC0へのデータ書き込みを行ない得る。   Next, the row decoder 102 activates the word line WL1 to the “H” level and deactivates other word lines to the “L” level. Read / write circuit 108 drives bit line BL0 to a level corresponding to input data DIO01, and drives bit line / BL0 to its inverted level. Thereby, semiconductor device 2100 writes data to mask data cell MDC0. Read / write circuit 108 sets the level of bit line pair BL0, / BL0 to "L" level when data writing to data cell DC0 is completed. The semiconductor device 2100 performs these series of operations during two cycles. Note that in another aspect, the semiconductor device 2100 can perform data writing to the mask data cell MDC0 during the first cycle, and can perform data writing to the data cell DC0 during the next cycle.

(サーチ動作)
次に、サーチ動作について説明する。上記のメモリセルMC0#0の構成によれば、Aポート用の検索データが“1”(すなわち、サーチ線SLA0が“1”、かつ、サーチ線/SLA0が“0”)であり、メモリセルMC0#0のデータが“0”(記憶ノードm0が“0”、かつ、記憶ノードm1が“1”)である場合には、NMOSトランジスタNS0およびNS1がオン状態となるため、プリチャージされたマッチ線MLA0の電位が接地電位まで引き抜かれる。Aポート用の検索データが”0” (すなわち、サーチ線SLA0が“0”、かつ、サーチ線/SLA0が“1”)であり、メモリセルMC0#0のデータが“1”(記憶ノードm0が“1”、かつ、記憶ノードm1が“0”)である場合には、NMOSトランジスタNS2およびNS3がオン状態となるため、プリチャージされたマッチ線MLA0の電位が接地電位まで引き抜かれる。すなわち、Aポート用の検索データとメモリセルMC0#0のデータとが不一致の場合には、マッチ線MLA0の電位は「L」レベル(接地電位)になる。
(Search operation)
Next, the search operation will be described. According to the configuration of the memory cell MC0 # 0 described above, the search data for the A port is “1” (that is, the search line SLA0 is “1” and the search line / SLA0 is “0”). When the data of MC0 # 0 is “0” (the storage node m0 is “0” and the storage node m1 is “1”), the NMOS transistors NS0 and NS1 are turned on and thus precharged. The potential of the match line MLA0 is pulled out to the ground potential. The search data for the A port is “0” (that is, the search line SLA0 is “0” and the search line / SLA0 is “1”), and the data in the memory cell MC0 # 0 is “1” (storage node m0). Is “1” and the storage node m1 is “0”), the NMOS transistors NS2 and NS3 are turned on, so that the potential of the precharged match line MLA0 is pulled out to the ground potential. That is, when the search data for the A port and the data of the memory cell MC0 # 0 do not match, the potential of the match line MLA0 is at the “L” level (ground potential).

一方、Aポート用の検索データが“1”であり、かつ、メモリセルMC0#0のデータが“1”または“*”の場合、もしくは、Aポート用の検索データが“0”であり、かつ、メモリセルMC0#0のデータが“0”または“*”の場合(すなわち、両者が一致する場合)、プリチャージされたマッチ線MLA0の電位(「H」レベル)は維持される。   On the other hand, when the search data for the A port is “1” and the data of the memory cell MC0 # 0 is “1” or “*”, or the search data for the A port is “0”. In addition, when the data in the memory cell MC0 # 0 is “0” or “*” (that is, when both match), the potential (“H” level) of the precharged match line MLA0 is maintained.

上記のように、マッチ線MLA0に接続された全てのメモリセル(メモリセルMC0#0およびMC1#0)のデータがAポート用の検索データと一致しない限り、マッチ線MLA0に蓄えられた電荷が引き抜かれる。   As described above, unless the data of all the memory cells (memory cells MC0 # 0 and MC1 # 0) connected to the match line MLA0 match the search data for the A port, the charge stored in the match line MLA0 is Pulled out.

マッチ線MLB0の挙動は、上記説明したマッチ線MLA0の挙動と同じであるため、その説明は繰り返さない。   Since the behavior of match line MLB0 is the same as that of match line MLA0 described above, the description thereof will not be repeated.

上記によれば、TCAM装置として機能する半導体装置2100は、上記説明した半導体装置1000と同様に、1サイクルの間に、Aポート用の検索データおよびBポート用の検索データを同時に検索できる。そのため、半導体装置2100は、検索対象が複数ある場合において、シングルポートの検索装置(TCAM装置)に比して、2倍の検索速度を実現し得る。   Based on the above, the semiconductor device 2100 functioning as the TCAM device can simultaneously search the search data for the A port and the search data for the B port during one cycle, like the semiconductor device 1000 described above. Therefore, when there are a plurality of search targets, the semiconductor device 2100 can realize a search speed twice as high as that of a single-port search device (TCAM device).

加えて、この半導体装置2100は、共通するメモリアレイを用いて、Aポート用の検索データおよびBポート用の検索データを検索する。そのため、半導体装置2100は、装置の大型化を抑制し得る。   In addition, the semiconductor device 2100 searches for search data for the A port and search data for the B port using a common memory array. Therefore, the semiconductor device 2100 can suppress an increase in size of the device.

また、従来のTCAM装置は、2つの検索データを検索するために、クロック信号を2回生成する必要があった。一方、この半導体装置2100は、2つの検索データを検索するにあたって、クロック信号を1回生成すればよい。したがって、この半導体装置2100は、消費電力を従来に比して抑制し得る。   Further, the conventional TCAM device needs to generate a clock signal twice in order to search for two search data. On the other hand, the semiconductor device 2100 may generate a clock signal once when searching for two search data. Therefore, this semiconductor device 2100 can suppress power consumption as compared with the conventional case.

(メモリセルのレイアウト)
次に、図23〜25を用いて、一例として半導体装置2100に配置されたメモリセルMC0#0のレイアウト構成を積層方向に分割して説明する。なお、図13〜15の符号と同一符号を付している部分については同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。
(Memory cell layout)
Next, a layout configuration of the memory cell MC0 # 0 arranged in the semiconductor device 2100 will be described as an example by dividing it in the stacking direction with reference to FIGS. In addition, since it is the same about the part which has attached | subjected the code | symbol same as the code | symbol of FIGS. 13-15, the description about the part is not repeated.

図23は、半導体装置2100に配置されたメモリセルMC0#0のウェル、拡散領域DF、ポリシリコンPO、コンタクトホールCT、および第1層金属配線の配置を示した平面図である。   FIG. 23 is a plan view showing the arrangement of the well, diffusion region DF, polysilicon PO, contact hole CT, and first layer metal wiring of memory cell MC0 # 0 arranged in semiconductor device 2100. FIG.

ある実施形態に従うメモリセルMC0#0では、行方向に、P型導電型のPウェルPW0と、N型導電型のNウェルNW0と、PウェルPW1とが順に形成される。PウェルPW0には、データセルDC0を構成するNMOSトランジスタNA2,NA3、ND2,ND3が配置される。NウェルNW0には、データセルDC0を構成するPMOSトランジスタP0,P1と、マスクデータセルMDC0を構成するPMOSトランジスタP2,P3とが配置される。PウェルPW1には、マスクデータセルMDC0を構成するNMOSトランジスタNA2,NA3、ND2,ND3と、データサーチのためのNMOSトランジスタNS0〜NS7とが配置される。   In memory cell MC0 # 0 according to an embodiment, P-type conductivity type P well PW0, N-type conductivity type N well NW0, and P well PW1 are formed in this order in the row direction. In the P well PW0, NMOS transistors NA2, NA3, ND2, ND3 constituting the data cell DC0 are arranged. In N well NW0, PMOS transistors P0 and P1 forming data cell DC0 and PMOS transistors P2 and P3 forming mask data cell MDC0 are arranged. In the P well PW1, NMOS transistors NA2, NA3, ND2, ND3 constituting the mask data cell MDC0 and NMOS transistors NS0 to NS7 for data search are arranged.

NMOSトランジスタND2は、1対のN型拡散領域FL502,FL504によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。N型拡散領域FL502は、コンタクトホールCT406を介して上層の金属配線層に形成される電源線VSSに電気的に接続される。   NMOS transistor ND2 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL502 and FL504, and a polysilicon gate arranged therebetween. N-type diffusion region FL502 is electrically connected to power supply line VSS formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT406.

NMOSトランジスタNA2は、1対のN型拡散領域FL504,FL506によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。このゲートは、コンタクトホールCT402を介して上層の金属配線層に形成されるワード線WL1に電気的に接続される。N型拡散領域FL506は、コンタクトホールCT410を介して上層の金属配線層に形成されるビット線BL0に電気的に接続される。   NMOS transistor NA2 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL504 and FL506, and a polysilicon gate arranged therebetween. This gate is electrically connected to the word line WL1 formed in the upper metal wiring layer through the contact hole CT402. N-type diffusion region FL506 is electrically connected to bit line BL0 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT410.

NMOSトランジスタNA0は、1対のN型拡散領域FL506,FL508によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。このゲートは、コンタクトホールCT404を介して上層の金属配線層に形成されるワード線WL0に電気的に接続される。   NMOS transistor NA0 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL506 and FL508, and a polysilicon gate arranged therebetween. This gate is electrically connected to word line WL0 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT404.

NMOSトランジスタND0は、1対のN型拡散領域FL508,FL510によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。N型拡散領域FL510は、コンタクトホールCT414を介して上層の金属配線層に形成される電源線VSSに電気的に接続される。   NMOS transistor ND0 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL508 and FL510, and a polysilicon gate arranged therebetween. N-type diffusion region FL510 is electrically connected to power supply line VSS formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT414.

NMOSトランジスタND2,NA2,NA0,ND0は、共通するN型拡散層DFに配置される。   NMOS transistors ND2, NA2, NA0, and ND0 are arranged in a common N-type diffusion layer DF.

PMOSトランジスタP2は、1対のP型拡散領域FL512,FL514によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。P型拡散領域FL514とN型拡散領域FL504とは、コンタクトホールCT418,CT408をそれぞれ介して共通の第1層金属配線に接続される。また、コンタクトホールCT418は、後述するPMOSトランジスタP3のゲートにも設けられる。したがって、P型拡散領域FL514とN型拡散領域FL504とPMOSトランジスタP3のゲートとは、互いに電気的に接続される。P型拡散領域FL512は、コンタクトホールCT416を介して上層の金属配線層に形成される電源線VDDに電気的に接続される。   PMOS transistor P2 has a source and a drain formed by a pair of P-type diffusion regions FL512, FL514, and a polysilicon gate arranged therebetween. P-type diffusion region FL514 and N-type diffusion region FL504 are connected to a common first layer metal wiring via contact holes CT418 and CT408, respectively. The contact hole CT418 is also provided at the gate of a PMOS transistor P3 described later. Therefore, P type diffusion region FL514, N type diffusion region FL504, and the gate of PMOS transistor P3 are electrically connected to each other. P-type diffusion region FL512 is electrically connected to power supply line VDD formed in the upper metal wiring layer via contact hole CT416.

PMOSトランジスタP0は、1対のP型拡散領域FL513,FL515によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。P型拡散領域FL513とN型拡散領域FL508とは、コンタクトホールCT420,CT412をそれぞれ介して共通の第1層金属配線に接続される。また、コンタクトホールCT420は、後述するPMOSトランジスタP1のゲートにも設けられる。したがって、P型拡散領域FL513とN型拡散領域FL508とPMOSトランジスタP1のゲートとは、互いに電気的に接続される。P型拡散領域FL515は、コンタクトホールCT422を介して上層の金属配線層に形成される電源線VDDに電気的に接続される。   PMOS transistor P0 has a source and a drain formed by a pair of P-type diffusion regions FL513, FL515, and a polysilicon gate arranged therebetween. P-type diffusion region FL513 and N-type diffusion region FL508 are connected to a common first layer metal wiring through contact holes CT420 and CT412, respectively. The contact hole CT420 is also provided at the gate of a PMOS transistor P1 described later. Therefore, P type diffusion region FL513, N type diffusion region FL508, and the gate of PMOS transistor P1 are electrically connected to each other. P-type diffusion region FL515 is electrically connected to power supply line VDD formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT422.

PMOSトランジスタP3は、1対のP型拡散領域FL516,FL518によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。P型拡散領域FL516とPMOSトランジスタP2のゲートとは、共通するコンタクトホールCT424によって電気的に接続される。P型拡散領域FL516と、後述するNMOSトランジスタNA3のドレインを形成するN型拡散領域FL524とは、コンタクトホールCT424,CT432をそれぞれ介して共通の第1層金属配線に接続される。したがって、P型拡散領域FL516と、PMOSトランジスタP2のゲートと、N型拡散領域FL524とは、互いに電気的に接続される。P型拡散領域FL518は、コンタクトホールCT426を介して上層の金属配線層に形成される電源線VDDに電気的に接続される。   PMOS transistor P3 has a source and a drain formed by a pair of P-type diffusion regions FL516 and FL518, and a polysilicon gate disposed therebetween. P-type diffusion region FL516 and the gate of PMOS transistor P2 are electrically connected by a common contact hole CT424. P-type diffusion region FL516 and N-type diffusion region FL524 forming the drain of NMOS transistor NA3, which will be described later, are connected to a common first layer metal wiring via contact holes CT424 and CT432, respectively. Therefore, P type diffusion region FL516, the gate of PMOS transistor P2, and N type diffusion region FL524 are electrically connected to each other. P-type diffusion region FL518 is electrically connected to power supply line VDD formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT426.

PMOSトランジスタP1は、1対のP型拡散領域FL518,FL520によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。P型拡散領域FL520とPMOSトランジスタP0のゲートとは、共通するコンタクトホールCT428によって電気的に接続される。P型拡散領域FL520と、後述するNMOSトランジスタNA1のドレインを形成するN型拡散領域FL528とは、コンタクトホールCT428,CT436をそれぞれ介して共通の第1層金属配線に接続される。したがって、P型拡散領域FL520と、PMOSトランジスタP0のゲートと、N型拡散領域FL528とは、互いに電気的に接続される。PMOSトランジスタP3およびP1は、共通するP型拡散層DFに配置される。   The PMOS transistor P1 has a source and a drain formed by a pair of P-type diffusion regions FL518 and FL520, and a polysilicon gate disposed therebetween. P-type diffusion region FL520 and the gate of PMOS transistor P0 are electrically connected by a common contact hole CT428. P-type diffusion region FL520 and N-type diffusion region FL528 forming the drain of NMOS transistor NA1, which will be described later, are connected to a common first layer metal wiring via contact holes CT428 and CT436, respectively. Therefore, P type diffusion region FL520, the gate of PMOS transistor P0, and N type diffusion region FL528 are electrically connected to each other. PMOS transistors P3 and P1 are arranged in a common P-type diffusion layer DF.

NMOSトランジスタNA3は、1対のN型拡散領域FL522,FL524によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。このゲートは、コンタクトホールCT440を介して上層の金属配線層に形成されるワード線WL1に電気的に接続される。N型拡散領域FL522は、コンタクトホールCT430を介して上層の金属配線層に形成されるビット線/BL0に電気的に接続される。   NMOS transistor NA3 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL522, FL524, and a polysilicon gate disposed therebetween. This gate is electrically connected to word line WL1 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT440. N-type diffusion region FL522 is electrically connected to bit line / BL0 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT430.

NMOSトランジスタND3は、1対のN型拡散領域FL524,FL526によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。N型拡散領域FL526は、コンタクトホールCT434を介して上層の金属配線層に形成される電源線VSSに電気的に接続される。   NMOS transistor ND3 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL524 and FL526, and a polysilicon gate arranged therebetween. N-type diffusion region FL526 is electrically connected to power supply line VSS formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT434.

NMOSトランジスタND1は、1対のN型拡散領域FL526,FL528によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。   NMOS transistor ND1 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL526 and FL528, and a polysilicon gate arranged therebetween.

NMOSトランジスタNA1は、1対のN型拡散領域FL528,FL530によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。このゲートは、コンタクトホールCT442を介して上層の金属配線層に形成されるワード線WL0に電気的に接続される。N型拡散領域FL530は、コンタクトホールCT438を介して上層の金属配線層に形成されるビット線/BL0に電気的に接続される。   NMOS transistor NA1 has a source and a drain formed by a pair of N-type diffusion regions FL528 and FL530, and a polysilicon gate arranged therebetween. This gate is electrically connected to word line WL0 formed in the upper metal wiring layer through contact hole CT442. N-type diffusion region FL530 is electrically connected to bit line / BL0 formed in the upper metal wiring layer via contact hole CT438.

上記のように、半導体装置2100を構成するメモリセルは、NウェルNW1とPウェルPW2を有さないため、図13で説明した半導体装置1000を構成するメモリセルに比して、ウェルの数が2つ少ない。そのため、半導体装置2100を構成するメモリセルは、半導体装置1000を構成するメモリセルよりもさらに小型化され得る。   As described above, since the memory cell constituting the semiconductor device 2100 does not have the N well NW1 and the P well PW2, the number of wells is larger than that of the memory cell constituting the semiconductor device 1000 described with reference to FIG. Two less. Therefore, the memory cell included in the semiconductor device 2100 can be further downsized than the memory cell included in the semiconductor device 1000.

図24は、半導体装置2100に配置されたメモリセルMC0#0のビア1、第1層金属配線層および第2層金属配線層の配置を示した平面図である。   FIG. 24 is a plan view showing an arrangement of via 1, first metal wiring layer, and second metal wiring layer of memory cell MC0 # 0 arranged in semiconductor device 2100. FIG.

NMOSトランジスタNA2のゲートは、コンタクトホールCT402、第1層金属配線、およびビア1V150を介して、ワード線WL1を形成する第2層金属配線M260に接続される。   The gate of the NMOS transistor NA2 is connected to the second layer metal wiring M260 forming the word line WL1 through the contact hole CT402, the first layer metal wiring, and the via 1V150.

NMOSトランジスタNA0のゲートは、コンタクトホールCT404、第1層金属配線、およびビア1V152を介して、ワード線WL0を形成する第2層金属配線M262に接続される。   The gate of NMOS transistor NA0 is connected to second layer metal interconnection M262 forming word line WL0 through contact hole CT404, first layer metal interconnection, and via 1V152.

NMOSトランジスタND2のソースを形成するN型拡散領域FL502、およびNMOSトランジスタND0のソースを形成するN型拡散領域FL510は、コンタクトホールCT406,CT414をそれぞれ介して共通する第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V154およびビア1V156を介して電源線VSSを形成する第2層金属配線M264に接続される。   The N-type diffusion region FL502 that forms the source of the NMOS transistor ND2 and the N-type diffusion region FL510 that forms the source of the NMOS transistor ND0 are connected to the common first layer metal wiring via the contact holes CT406 and CT414, respectively. . This first layer metal interconnection is connected to second layer metal interconnection M264 forming power supply line VSS via via 1V154 and via 1V156.

NMOSトランジスタNA2およびNA0のソースを形成するN型拡散領域FL506は、コンタクトホールCT410、第1層金属配線、およびビアV158を介してビット線BL0を形成する第2層金属配線M266に接続される。   N-type diffusion region FL506 forming the sources of NMOS transistors NA2 and NA0 is connected to second layer metal interconnection M266 forming bit line BL0 via contact hole CT410, first layer metal interconnection, and via V158.

PMOSトランジスタP2のソースを形成するP型拡散領域FL512は、コンタクトホールCT416、第1層金属配線、およびビア1V160を介して電源線VDDを形成する第2層金属配線M268に接続される。PMOSトランジスタP3およびP1のソースを形成するP型拡散領域FL518は、コンタクトホールCT426、第1層金属配線、およびビア1V161を介して第2層金属配線M268に接続される。PMOSトランジスタP0のソースを形成するP型拡散領域FL515は、コンタクトホールCT422、第1層金属配線、およびビア1V162を介して第2層金属配線M268に接続される。   P-type diffusion region FL512 that forms the source of PMOS transistor P2 is connected to second layer metal wiring M268 that forms power supply line VDD via contact hole CT416, first layer metal wiring, and via 1V160. P type diffusion region FL518 forming the sources of PMOS transistors P3 and P1 is connected to second layer metal interconnection M268 via contact hole CT426, first layer metal interconnection, and via 1V161. P-type diffusion region FL515 forming the source of PMOS transistor P0 is connected to second layer metal interconnection M268 through contact hole CT422, first layer metal interconnection, and via 1V162.

NMOSトランジスタNA3のソースを形成するN型拡散領域FL522およびNMOSトランジスタNA1のソースを形成するN型拡散領域FL530は、コンタクトホールCT430,CT428をそれぞれ介して共通する第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V164およびビア1V166を介してビット線/BL0を形成する第2層金属配線M270に接続される。   N-type diffusion region FL522 that forms the source of NMOS transistor NA3 and N-type diffusion region FL530 that forms the source of NMOS transistor NA1 are connected to a common first-layer metal interconnection via contact holes CT430 and CT428, respectively. This first layer metal interconnection is connected to second layer metal interconnection M270 forming bit line / BL0 via via 1V164 and via 1V166.

NMOSトランジスタND3およびND1のソースを形成するN型拡散領域FL526は、コンタクトホールCT434、第1層金属配線、およびビア1V168を介して、電源線VSSを形成する第2層金属配線M272に接続される。   N-type diffusion region FL526 forming the sources of NMOS transistors ND3 and ND1 is connected to second layer metal wiring M272 forming power supply line VSS via contact hole CT434, first layer metal wiring, and via 1V168. .

NMOSトランジスタNA3のゲートは、コンタクトホールCT440、第1層金属配線、およびビア1V170を介して、ワード線WL1を形成する第2層金属配線M274に接続される。   The gate of the NMOS transistor NA3 is connected to the second layer metal wiring M274 forming the word line WL1 through the contact hole CT440, the first layer metal wiring, and the via 1V170.

NMOSトランジスタNA1のゲートは、コンタクトホールCT442、第1層金属配線、およびビア1V172を介して、ワード線WL0を形成する第2層金属配線M276に接続される。   The gate of the NMOS transistor NA1 is connected to the second layer metal wiring M276 that forms the word line WL0 through the contact hole CT442, the first layer metal wiring, and the via 1V172.

図25は、半導体装置2100に配置されたメモリセルMC0#0のビア2、第2層金属配線層および第3層金属配線層の配置を示した平面図である。図25において、第3層金属配線M360〜M380が、行方向に沿って配置される。   FIG. 25 is a plan view showing the arrangement of vias 2, second-layer metal wiring layers, and third-layer metal wiring layers of memory cell MC 0 # 0 arranged in semiconductor device 2100. In FIG. 25, third layer metal interconnections M360 to M380 are arranged along the row direction.

第2層金属配線M260とM274とは、ビア2V215,ビア2V255をそれぞれ介してワード線WL1を形成する共通の第3層金属配線M360に接続される。   Second layer metal interconnections M260 and M274 are connected to common third layer metal interconnection M360 forming word line WL1 through vias 2V215 and vias 2V255, respectively.

第2層金属配線M222は、ビア2V292を介してマッチ線MLB0を形成する第3層金属配線M365に接続される。   Second-layer metal interconnection M222 is connected to third-layer metal interconnection M365 forming match line MLB0 through via 2V292.

第2層金属配線M264とM272とM218とは、ビア2V235,ビア2V245,ビア2V282をそれぞれ介して電源ノードを形成する共通の第3層金属配線M370に接続される。   Second layer metal interconnections M264, M272, and M218 are connected to common third layer metal interconnection M370 that forms a power supply node via via 2V235, via 2V245, and via 2V282, respectively.

第2層金属配線M214は、ビア2V272を介してマッチ線MLA0を形成する第3層金属配線M275に接続される。   Second layer metal interconnection M214 is connected to third layer metal interconnection M275 forming match line MLA0 through via 2V272.

第2層金属配線M262とM276とは、ビア2V225,ビア2V265をそれぞれ介してワード線WL0を形成する共通の第3層金属配線M380に接続される。   Second layer metal interconnections M262 and M276 are connected to common third layer metal interconnection M380 forming word line WL0 through via 2V225 and via 2V265, respectively.

なお、メモリセルMC0#0と行方向に隣接するメモリセルMC1♯0の内部の金属配線の配線パターンは、メモリセルMC0#0の配線パターンを列方向に軸対象した配線パターンと同じであるため、その説明は繰り返さない。なお、メモリセルMC0#0と列方向に隣接するメモリセルMC0#1の内部の金属配線の配線パターンは、メモリセルMC0#0の配線パターンを行方向に軸対象した配線パターンと同じであってもよいし、メモリセルMC0#0の配線パターンと同じであってもよい。   Note that the wiring pattern of the metal wiring inside the memory cell MC1 # 0 adjacent to the memory cell MC0 # 0 in the row direction is the same as the wiring pattern in which the wiring pattern of the memory cell MC0 # 0 is targeted in the column direction. The description will not be repeated. Note that the wiring pattern of the metal wiring inside the memory cell MC0 # 1 adjacent to the memory cell MC0 # 0 in the column direction is the same as the wiring pattern in which the wiring pattern of the memory cell MC0 # 0 is targeted in the row direction. Alternatively, the wiring pattern of the memory cell MC0 # 0 may be the same.

以上説明したようにレイアウトを構成することにより、高集積化されたCAMメモリアレイを第3層金属配線層までで実現することができる。配線層数を抑えることができると、製造コストを抑えることができる。   By configuring the layout as described above, a highly integrated CAM memory array can be realized up to the third metal wiring layer. If the number of wiring layers can be reduced, manufacturing costs can be reduced.

(変形例)
上記の実施形態において、データサーチのためのトランジスタはNMOSトランジスタ(NS01〜NS07)であった。他の実施形態において、半導体装置は、データサーチのためのトランジスタとして、PMOSトランジスタを採用する。
(Modification)
In the above embodiment, the transistors for data search are NMOS transistors (NS01 to NS07). In another embodiment, the semiconductor device employs a PMOS transistor as a data search transistor.

図26は、実施形態3の変形例に従うメモリセルMC0#0の構成例を説明する回路図である。なお、図26に示される要素のうち図22で説明した要素には同じ符号を付している。そのため、その要素についての説明は繰り返さない。   FIG. 26 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the memory cell MC0 # 0 according to the modification of the third embodiment. Of the elements shown in FIG. 26, the elements described in FIG. Therefore, the description about the element is not repeated.

変形例に従う論理演算セルLCA0は、NMOSトランジスタNS0,NS1,NS2,NS3に替えてPMOSトランジスタPS0,PS1,PS2,PS3を有する。また、変形例に従う論理演算セルLCB0は、NMOSトランジスタNS4,NS5,NS6,NS7に替えてPMOSトランジスタPS4,PS5,PS6,PS7を有する。   The logic operation cell LCA0 according to the modification includes PMOS transistors PS0, PS1, PS2, and PS3 instead of the NMOS transistors NS0, NS1, NS2, and NS3. The logic operation cell LCB0 according to the modification includes PMOS transistors PS4, PS5, PS6, PS7 instead of the NMOS transistors NS4, NS5, NS6, NS7.

PMOSトランジスタPS0とPS1とは、マッチ線MLA0と電源線VDDとの間に直列に接続される。PMOSトランジスタPS0のゲートはサーチ線SLA0に接続される。PMOSトランジスタPS1のゲートは記憶ノードm1に接続される。   The PMOS transistors PS0 and PS1 are connected in series between the match line MLA0 and the power supply line VDD. The gate of the PMOS transistor PS0 is connected to the search line SLA0. The gate of the PMOS transistor PS1 is connected to the storage node m1.

PMOSトランジスタPS2とPS3とは、マッチ線MLA0と電源線VDDとの間に直列に接続される。PMOSトランジスタPS2のゲートはサーチ線/SLA0に接続される。PMOSトランジスタPS3のゲートは記憶ノードm0に接続される。   The PMOS transistors PS2 and PS3 are connected in series between the match line MLA0 and the power supply line VDD. The gate of the PMOS transistor PS2 is connected to the search line / SLA0. The gate of the PMOS transistor PS3 is connected to the storage node m0.

PMOSトランジスタPS4とPS5とは、マッチ線MLB0と電源線VDDとの間に直列に接続される。PMOSトランジスタPS4のゲートはサーチ線SLB0に接続される。PMOSトランジスタPS5のゲートは記憶ノードm1に接続される。   The PMOS transistors PS4 and PS5 are connected in series between the match line MLB0 and the power supply line VDD. The gate of the PMOS transistor PS4 is connected to the search line SLB0. The gate of the PMOS transistor PS5 is connected to the storage node m1.

PMOSトランジスタPS6とPS7とは、マッチ線MLB0と電源線VDDとの間に直列に接続される。PMOSトランジスタPS6のゲートはサーチ線/SLB0に接続される。PMOSトランジスタPS7のゲートは記憶ノードm0に接続される。   PMOS transistors PS6 and PS7 are connected in series between match line MLB0 and power supply line VDD. The gate of PMOS transistor PS6 is connected to search line / SLB0. The gate of the PMOS transistor PS7 is connected to the storage node m0.

変形例に従うメモリセルMC0#0のデータは、図18に示されるメモリセルMC0#0のデータと同じであるとする。   Assume that the data in memory cell MC0 # 0 according to the modification is the same as the data in memory cell MC0 # 0 shown in FIG.

図27は、実施形態3の変形例に従う半導体装置2700の構成例を説明するブロック図である。なお、図27に示される要素のうち図21で説明した要素には同じ符号を付している。そのため、その要素についての説明は繰り返さない。   FIG. 27 is a block diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device 2700 according to a modification of the third embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element demonstrated in FIG. 21 among the elements shown by FIG. Therefore, the description about the element is not repeated.

半導体装置2700に配置されたメモリセルMC0#0〜MC1#1は、図26に示されるように、データサーチのためのトランジスタとしてPMOSトランジスタを有する。   As shown in FIG. 26, the memory cells MC0 # 0 to MC1 # 1 arranged in the semiconductor device 2700 have PMOS transistors as data search transistors.

半導体装置2700は、サーチドライバ104A,104B,106A,106Bの各出力端子、およびプリチャージ&エンコード回路112A,112Bの入力端子にインバータInvを有する。その結果、各サーチ線のレベルは、接続されるサーチドライバが出力した信号の反転レベルの電位となる。また、プリチャージ&エンコード回路112A,112Bは、接続された各マッチ線の反転レベルの信号の入力を受け付ける。また、インバータInvの作用により、各マッチ線は、接続されるプリチャージ&エンコード回路の出力信号の反転レベルにプリチャージされる。ある局面において、各マッチ線は、「L」レベルにプリチャージされる。   The semiconductor device 2700 has inverters Inv at the output terminals of the search drivers 104A, 104B, 106A, and 106B and the input terminals of the precharge & encode circuits 112A and 112B. As a result, the level of each search line becomes the potential of the inverted level of the signal output by the connected search driver. Further, the precharge & encode circuits 112A and 112B accept input of inversion level signals of the connected match lines. Further, the action of the inverter Inv precharges each match line to the inverted level of the output signal of the connected precharge & encode circuit. In one aspect, each match line is precharged to “L” level.

図26および図27を用いて、半導体装置2700のサーチ動作について説明する。メモリセルMC0#0のデータと、検索データとが一致する場合、マッチ線のレベルは「L」レベルに維持される。一方、メモリセルMC0#0のデータと、検索データとが不一致の場合、マッチ線のレベルは「H」レベルになる。   A search operation of the semiconductor device 2700 will be described with reference to FIGS. When the data in memory cell MC0 # 0 matches the search data, the level of the match line is maintained at the “L” level. On the other hand, when the data of memory cell MC0 # 0 and the search data do not match, the level of the match line becomes “H” level.

一例として、検索データ信号S0(A)が”1”の場合について説明する。この場合、サーチ線SLA0のレベルはインバータInvによって反転された「L」レベルとなる。そのため、サーチ線SLA0に接続されたPMOSトランジスタPS0はON状態となる。上記の場合、メモリセルMC0#0のデータが”0”のとき、すなわち、メモリセルMC0#0のデータと検索データとが不一致のとき、PMOSトランジスタPS1がON状態となり、マッチ線MLA0は「H」レベルとなる。一方、メモリセルMC0#0のデータが”1”のとき、すなわち、メモリセルMC0#0のデータと検索データとが一致するとき、PMOSトランジスタPS1がOFF状態となり、マッチ線MLA0はプリチャージされた「L」レベルに維持される。   As an example, a case where the search data signal S0 (A) is “1” will be described. In this case, the level of the search line SLA0 becomes the “L” level inverted by the inverter Inv. Therefore, the PMOS transistor PS0 connected to the search line SLA0 is turned on. In the above case, when the data of the memory cell MC0 # 0 is “0”, that is, when the data of the memory cell MC0 # 0 and the search data do not match, the PMOS transistor PS1 is turned on and the match line MLA0 is set to “H”. Level. On the other hand, when the data in the memory cell MC0 # 0 is “1”, that is, when the data in the memory cell MC0 # 0 matches the search data, the PMOS transistor PS1 is turned off and the match line MLA0 is precharged. Maintained at “L” level.

上記によれば、プリチャージ&エンコード回路は、インバータInvの作用によって、各々のメモリセルが保持するデータと、対応する検索データとが全て一致する場合は「H」レベルの入力を受け付け、いずれか1つでも不一致のものがある場合は「L」レベルの入力を受け付ける。   According to the above, the precharge & encode circuit accepts an input of “H” level when the data held in each memory cell and the corresponding search data all match by the action of the inverter Inv. If there is even one that does not match, an “L” level input is accepted.

図28は、実施形態3の変形例に従うメモリセルMC0#0のウェル、拡散領域DF、ポリシリコンPO、コンタクトホールCT、および第1層金属配線の配置を示した平面図である。   FIG. 28 is a plan view showing the arrangement of the well, diffusion region DF, polysilicon PO, contact hole CT, and first layer metal wiring of memory cell MC0 # 0 according to the modification of the third embodiment.

図28に示されるメモリセルMC0#0のウェル構成は、NウェルNW1をさらに有する点において、図23に示されるメモリセルMC0#0のウェル構成と異なる。図28に示されるレイアウトは、図23に示されるレイアウトのうち、データサーチのためのNMOSトランジスタNS0〜NS7に関するレイアウトを、図8に示されるデータサーチのためのPMOSトランジスタPS0〜PS7に関するレイアウトに置き換えたものである。そのため、図28に示されるメモリセルMC0#0の詳細は繰り返し説明しない。   The well configuration of memory cell MC0 # 0 shown in FIG. 28 is different from the well configuration of memory cell MC0 # 0 shown in FIG. 23 in that it further includes an N well NW1. The layout shown in FIG. 28 replaces the layout related to NMOS transistors NS0 to NS7 for data search in the layout shown in FIG. 23 with the layout related to PMOS transistors PS0 to PS7 for data search shown in FIG. It is a thing. Therefore, details of memory cell MC0 # 0 shown in FIG. 28 will not be repeated.

図29は、半導体装置2700に配置されたメモリセルMC0#0のビア1、第1層金属配線層および第2層金属配線層の配置を示した平面図である。図29に示されるレイアウトは、図24に示されるレイアウトと略同じである。そのため、相違する点についてのみ説明する。   FIG. 29 is a plan view showing the arrangement of via 1, first-layer metal interconnection layer, and second-layer metal interconnection layer of memory cell MC 0 # 0 arranged in semiconductor device 2700. The layout shown in FIG. 29 is substantially the same as the layout shown in FIG. Therefore, only different points will be described.

PMOSトランジスタPS2のソースを形成するP型拡散領域FL340と、PMOSトランジスタPS6のソースを形成するP型拡散領域FL350とは、コンタクトホールCT48,CT54をそれぞれ介して共通する第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V121を介して電源線VDDを形成する第2層金属配線M910に接続される。   The P-type diffusion region FL340 that forms the source of the PMOS transistor PS2 and the P-type diffusion region FL350 that forms the source of the PMOS transistor PS6 are connected to a common first layer metal wiring via contact holes CT48 and CT54, respectively. The This first layer metal wiring is connected to a second layer metal wiring M910 that forms a power supply line VDD through a via 1V121.

PMOSトランジスタPS2のソースを形成するP型拡散領域FL348と、PMOSトランジスタPS6のソースを形成するP型拡散領域FL358とは、コンタクトホールCT52,CT58をそれぞれ介して共通する第1層金属配線に接続される。この第1層金属配線は、ビア1V123を介して電源線VDDを形成する第2層金属配線M910に接続される。   The P-type diffusion region FL348 forming the source of the PMOS transistor PS2 and the P-type diffusion region FL358 forming the source of the PMOS transistor PS6 are connected to the common first layer metal wiring via the contact holes CT52 and CT58, respectively. The This first-layer metal wiring is connected to a second-layer metal wiring M910 that forms a power supply line VDD through a via 1V123.

図30は、半導体装置2700に配置されたメモリセルMC0#0のビア2、第2層金属配線層および第3層金属配線層の配置を示した平面図である。図30に示されるレイアウトは、第3層金属配線M370にビア2V282が設けられていない点を除き、図25に示されるレイアウトと同じである。   FIG. 30 is a plan view showing the arrangement of via 2, second metal wiring layer, and third metal wiring layer of memory cell MC0 # 0 arranged in semiconductor device 2700. The layout shown in FIG. 30 is the same as the layout shown in FIG. 25 except that via 2V282 is not provided in third layer metal interconnection M370.

データサーチのためのトランジスタとしてPMOSトランジスタを用いる半導体装置2700も、Aポート用の検索データおよびBポート用の検索データを同時に検索できる。   The semiconductor device 2700 that uses a PMOS transistor as a data search transistor can also simultaneously search for search data for the A port and search data for the B port.

[実施形態4]
上記の実施形態において、各トランジスタは平面型(プレーナ型)トランジスタであって、チャネルに対して単一のゲートを有する構造である。本実施形態に従う半導体装置は、チャネルに対して複数のゲートを有するマルチゲートトランジスタを採用する。
[Embodiment 4]
In the above embodiment, each transistor is a planar (planar) transistor and has a structure having a single gate with respect to the channel. The semiconductor device according to the present embodiment employs a multi-gate transistor having a plurality of gates with respect to the channel.

(トランジスタの構造)
図31は、トランジスタの構造を表す図である。図31(A)は、プレーナ型電界効果トランジスタ(以下「プレーナFET」とも言う)の構造の一例を表す。図31(B)は、フィン型電界効果トランジスタ(以下「FinFET(Field effect transistor)」とも言う)の構造の一例を表す。図31(C)は、GAA(Gate All Around)型電界効果トランジスタ(以下「GAAFET」ともいう)の構造の一例を表す。
(Transistor structure)
FIG. 31 illustrates a structure of a transistor. FIG. 31A illustrates an example of a structure of a planar field effect transistor (hereinafter also referred to as “planar FET”). FIG. 31B illustrates an example of a structure of a fin-type field effect transistor (hereinafter also referred to as “FinFET (Field effect transistor)”). FIG. 31C illustrates an example of the structure of a GAA (Gate All Around) field effect transistor (hereinafter also referred to as “GAAFET”).

図31(A)を参照して、プレーナFETにおいて、ソース、チャネル、およびドレインが同一平面上に形成されている。また、プレーナFETのゲートはゲート絶縁膜を介してチャネル上に形成される。つまり、ゲートはチャネルの1面を覆うように形成される。   Referring to FIG. 31A, in a planar FET, a source, a channel, and a drain are formed on the same plane. Further, the gate of the planar FET is formed on the channel via a gate insulating film. That is, the gate is formed so as to cover one surface of the channel.

図31(B)に示されるFinFETのチャネルは、プレーナFETのチャネルに比べて、シリコン基板から突出している。また、FinFETのゲートは、突出したチャネルの側面および上面を覆うように形成される。   The channel of the FinFET shown in FIG. 31B protrudes from the silicon substrate compared to the channel of the planar FET. The gate of the FinFET is formed so as to cover the side surface and the upper surface of the protruding channel.

図31(C)に示されるGAAFETのチャネルには、結晶成長によって得られるナノワイヤが用いられている。また、GAAFETのゲートは、チャネル(ナノワイヤ)の軸まわりを完全に覆うように構成される。   A nanowire obtained by crystal growth is used for the channel of the GAAFET shown in FIG. The gate of the GAAFET is configured to completely cover the channel (nanowire) axis.

図31(A)に示されるプレーナFETにおいて、チャネルは平面なので、ゲートは1方向からしかチャネルに面していない。この場合、空乏層がチャネルの1面にしか形成されず、リーク電流が大きくなる。   In the planar FET shown in FIG. 31A, since the channel is a plane, the gate faces the channel only from one direction. In this case, the depletion layer is formed only on one surface of the channel, and the leakage current increases.

一方、図31(B)または図31(C)に示されるトランジスタにおいて、ゲートは複数の方向からチャネルに面する。これによりチャネルの電流駆動能力が上がる。また、チャネルは略空乏化される。その結果、これらのトランジスタはリーク電流を減らすことができる。そこで、実施形態4に従う半導体装置は、これらマルチゲートトランジスタを採用する。なお、この半導体装置の概略構成は図21に示される概略構成と同じである。   On the other hand, in the transistor illustrated in FIG. 31B or 31C, the gate faces the channel from a plurality of directions. This increases the current drive capability of the channel. Also, the channel is substantially depleted. As a result, these transistors can reduce leakage current. Therefore, the semiconductor device according to the fourth embodiment employs these multi-gate transistors. The schematic configuration of this semiconductor device is the same as the schematic configuration shown in FIG.

(FinFETを用いたデュアルポートTCAMのレイアウト)
以下、一例として図22に示されるメモリセルMC0#0を構成するトランジスタとしてFinFETを用いる場合について説明する。
(Layout of dual port TCAM using FinFET)
Hereinafter, as an example, a case in which a FinFET is used as a transistor constituting the memory cell MC0 # 0 shown in FIG.

図32は、実施形態4に従うメモリセルMC0#0のウェル、拡散領域DF、ポリシリコンPO、およびローカル配線(LIC:Local Inter Connect)の配置を示した平面図である。図32に示されるメモリセルMC0#0のレイアウトは、FinFETのフィンに相当する拡散層DFが設けられている点、および、ローカル配線が設けられる点において、図23に示されるメモリセルMC0#0のレイアウトと相違する。そのため、これらの点について説明する。   FIG. 32 is a plan view showing the arrangement of the well, diffusion region DF, polysilicon PO, and local interconnection (LIC: Local Inter Connect) of memory cell MC0 # 0 according to the fourth embodiment. The layout of memory cell MC0 # 0 shown in FIG. 32 is that memory cell MC0 # 0 shown in FIG. 23 is provided in that a diffusion layer DF corresponding to a Fin of FinFET is provided and a local wiring is provided. The layout is different. Therefore, these points will be described.

実施形態4に従うメモリセルMC0#0では、行方向に、P型導電型のPウェルPW0と、N型導電型のNウェルNW0と、PウェルPW1とが順に形成される。   In memory cell MC0 # 0 according to the fourth embodiment, P-type conductivity type P well PW0, N-type conductivity type N well NW0, and P well PW1 are formed in this order in the row direction.

各ウェルには、FinFETのフィンに相当する拡散層DFが形成されている。より具体的には、PウェルPW0に、データセルDC0を構成するNMOSトランジスタNA2,NA3、ND2,ND3のソース、ドレインに対応する拡散層DFが2本形成されている。   In each well, a diffusion layer DF corresponding to a fin of FinFET is formed. More specifically, two diffusion layers DF corresponding to the sources and drains of the NMOS transistors NA2, NA3, ND2, and ND3 constituting the data cell DC0 are formed in the P well PW0.

NウェルNW0には、データセルDC0を構成するPMOSトランジスタP0,P1に対応する拡散層DFと、マスクデータセルMDC0を構成するPMOSトランジスタP2,P3に対応する拡散層DFとが1本ずつ形成されている。   In N well NW0, one diffusion layer DF corresponding to PMOS transistors P0 and P1 constituting data cell DC0 and one diffusion layer DF corresponding to PMOS transistors P2 and P3 constituting mask data cell MDC0 are formed. ing.

例えば、NMOSトランジスタND2は、1対のN型拡散領域FL702,FL704によって構成されたソースおよびドレインと、これらの間に配置されたポリシリコンのゲートとを有する。各N型拡散領域FL702,FL704は、共通する2本の拡散層DFにより構成される。つまり、NMOSトランジスタND2のソースおよびドレインは、2本の拡散層DFにより構成される。   For example, the NMOS transistor ND2 has a source and a drain constituted by a pair of N-type diffusion regions FL702 and FL704, and a polysilicon gate arranged therebetween. Each N-type diffusion region FL702, FL704 is constituted by two common diffusion layers DF. That is, the source and drain of the NMOS transistor ND2 are constituted by the two diffusion layers DF.

PウェルPW1には、マスクデータセルMDC0を構成するNMOSトランジスタNA2,NA3、ND2,ND3に対応する拡散層DFと、データサーチのためのNMOSトランジスタNS0〜NS3に対応する拡散層DFと、NMOSトランジスタNS4〜NS7に対応する拡散層DFとが2本ずつ形成されている。   The P well PW1 includes a diffusion layer DF corresponding to the NMOS transistors NA2, NA3, ND2, ND3 constituting the mask data cell MDC0, a diffusion layer DF corresponding to the NMOS transistors NS0 to NS3 for data search, and an NMOS transistor. Two diffusion layers DF corresponding to NS4 to NS7 are formed.

トランジスタあたりのフィン(拡散層)の数が多くなるにつれて、トランジスタの電流駆動能力が向上する。図32に示される例において、PMOSトランジスタP0〜P3に対応するフィンの数は1本、他のNMOSトランジスタに対応するフィンの数は2本であるが、トランジスタあたりのフィン数はこれに限られない。例えば、トランジスタあたりのフィン数が3本以上に設定されてもよい。   As the number of fins (diffusion layers) per transistor increases, the current drive capability of the transistor improves. In the example shown in FIG. 32, the number of fins corresponding to the PMOS transistors P0 to P3 is one, and the number of fins corresponding to the other NMOS transistors is two. However, the number of fins per transistor is limited to this. Absent. For example, the number of fins per transistor may be set to 3 or more.

図32に示される各トランジスタを構成する拡散領域(ソース,ドレイン)とゲートとの関係は、拡散層DFがFinFETのフィンに相当することを除き、図23に示される各トランジスタを構成する拡散領域とゲートとの関係と同じである。   32 is a diffusion region (source, drain) and gate constituting each transistor shown in FIG. 32 except that the diffusion layer DF corresponds to a fin of FinFET, and the diffusion region constituting each transistor shown in FIG. And the gate relationship.

次に、ローカル配線の配置について説明する。ローカル配線は、例えばタングステンなどの単体金属により構成され、トランジスタのソース、ドレイン、またはゲートとオーミック接触するように配置される。つまり、ローカル配線は、ソース電極、ドレイン電極、またはゲート電極として機能する。   Next, the arrangement of local wiring will be described. The local wiring is made of, for example, a single metal such as tungsten, and is arranged in ohmic contact with the source, drain, or gate of the transistor. That is, the local wiring functions as a source electrode, a drain electrode, or a gate electrode.

図32に示されるローカル配線は、図23に示される各コンタクトホールおよび第1層金属配線に替えて配置されている。N型拡散領域FL702(を構成する2本の拡散層DF)、FL706、FL710、FL712、FL718、FL722、FL740、FL750、およびNMOSトランジスタNA0〜NA3、NS0、NS2、NS4、NS6の各ゲートに接続されるローカル配線は、図23に示される1つのコンタクトホールと1つの第1層金属配線とに替えて配置される。また、N型拡散領域FL736、FL744、FL746、およびFL754には、それぞれに独立してローカル配線が配置されている。これらのローカル配線は、ビア0を介してそれぞれ上層の第1層金属配線に接続される。例えば、N型拡散領域FL702に接続されるローカル配線は、ビア0V006を介して上層の第1層金属配線に接続される。また、N型拡散領域FL738、FL742、FL748、FL752には、2本のフィン(拡散層DF)を等電位にするためのローカル配線が独立して配置されている。   The local wiring shown in FIG. 32 is arranged in place of each contact hole and first layer metal wiring shown in FIG. N-type diffusion region FL702 (two diffusion layers DF constituting), connected to each gate of FL706, FL710, FL712, FL718, FL722, FL740, FL750, and NMOS transistors NA0-NA3, NS0, NS2, NS4, NS6 The local wiring is arranged in place of one contact hole and one first layer metal wiring shown in FIG. In addition, local wirings are arranged independently in N-type diffusion regions FL736, FL744, FL746, and FL754, respectively. These local wirings are connected to the upper-layer first-layer metal wirings through vias 0, respectively. For example, the local wiring connected to the N-type diffusion region FL702 is connected to the first layer metal wiring in the upper layer through the via 0V006. In the N-type diffusion regions FL738, FL742, FL748, and FL752, local wirings for making two fins (diffusion layer DF) equipotential are arranged independently.

PMOSトランジスタP3およびNMOSトランジスタND3、NS3、NS7のゲートを構成するポリシリコンと、N型拡散領域FL704とを接続するローカル配線は、2個のコンタクトホール(CT408、CT418)と1つの第1層金属配線とに替えて配置される。同様に、PMOSトランジスタP1のゲートとN型拡散領域FL708とを接続するローカル配線、PMOSトランジスタP2のゲートとN型拡散領域FL728とを接続するローカル配線、およびPMOSトランジスタP0のゲートとN型拡散領域FL732とを接続するローカル配線も、2個のコンタクトホールと1つの第1層金属配線とに替えて配置される。これらのローカル配線は、上層の第1層金属配線に接続されず、単にNMOSトランジスタのドレインとPMOSトランジスタのゲートとを接続するために配置されている。   The local wiring that connects the polysilicon constituting the gates of the PMOS transistor P3 and NMOS transistors ND3, NS3, NS7 and the N-type diffusion region FL704 is composed of two contact holes (CT408, CT418) and one first layer metal. Arranged instead of wiring. Similarly, a local wiring connecting the gate of the PMOS transistor P1 and the N-type diffusion region FL708, a local wiring connecting the gate of the PMOS transistor P2 and the N-type diffusion region FL728, and a gate and the N-type diffusion region of the PMOS transistor P0. The local wiring connecting FL 732 is also arranged in place of two contact holes and one first layer metal wiring. These local wirings are not connected to the upper-layer first-layer metal wiring, but are simply arranged to connect the drain of the NMOS transistor and the gate of the PMOS transistor.

図33は、実施形態4に従うメモリセルMC0#0のビア0、ローカル配線および第1層金属配線層の配置を示した平面図である。図33に示される第1層金属配線のレイアウトは、図24に示される第2層金属配線のレイアウトと略同じである。   FIG. 33 is a plan view showing the arrangement of via 0, local wiring, and first-layer metal wiring layer of memory cell MC0 # 0 according to the fourth embodiment. The layout of the first layer metal wiring shown in FIG. 33 is substantially the same as the layout of the second layer metal wiring shown in FIG.

具体的には、図33に示される第1層金属配線M660、M662、M664、M666、M668、M670、M672、M674、M676、M612、M616、M618、M620、M624は、図24に示される第2層金属配線M260、M262、M264、M266、M268、M270、M272、M274、M276、M212、M216、M218、M220、M224にそれぞれ対応する。第1層金属配線M618は、ダミー配線として機能する。他の実施形態において、第1層金属配線M618は、配置されなくともよい。   Specifically, the first layer metal wirings M660, M662, M664, M666, M668, M670, M672, M674, M676, M612, M616, M618, M620, and M624 shown in FIG. 33 are the same as those shown in FIG. It corresponds to the two-layer metal wiring M260, M262, M264, M266, M268, M270, M272, M274, M276, M212, M216, M218, M220, and M224, respectively. The first layer metal wiring M618 functions as a dummy wiring. In another embodiment, the first layer metal wiring M618 may not be arranged.

NMOSトランジスタNS2のソースを形成するN型拡散領域FL736は、ローカル配線、ビア0V030を介して、電源線VSSを形成する第1金属配線M682に接続される。   The N-type diffusion region FL736 that forms the source of the NMOS transistor NS2 is connected to the first metal wiring M682 that forms the power supply line VSS via the local wiring and the via 0V030.

NMOSトランジスタNS3およびNS1のソースを形成するN型拡散領域FL740は、ローカル配線、ビア0V032を介して、マッチ線MLA0を形成する第1金属配線M684に接続される。   N-type diffusion region FL740 forming the sources of NMOS transistors NS3 and NS1 is connected to first metal wiring M684 forming match line MLA0 via local wiring and via 0V032.

NMOSトランジスタNS0のソースを形成するN型拡散領域FL744は、ローカル配線、ビア0V034を介して、電源線VSSを形成する第1金属配線M686に接続される。   The N-type diffusion region FL744 forming the source of the NMOS transistor NS0 is connected to the first metal wiring M686 forming the power supply line VSS via the local wiring and the via 0V034.

NMOSトランジスタNS6のソースを形成するN型拡散領域FL746は、ローカル配線、ビア0V040を介して、電源線VSSを形成する第1金属配線M688に接続される。   The N type diffusion region FL746 forming the source of the NMOS transistor NS6 is connected to the first metal wiring M688 forming the power supply line VSS via the local wiring and the via 0V040.

NMOSトランジスタNS7およびNS5のソースを形成するN型拡散領域FL750は、ローカル配線、ビア0V042を介して、マッチ線MLB0を形成する第1金属配線M692に接続される。   N-type diffusion region FL750 forming the sources of NMOS transistors NS7 and NS5 is connected to first metal wiring M692 forming match line MLB0 via local wiring and via 0V042.

NMOSトランジスタNS4のソースを形成するN型拡散領域FL754は、ローカル配線、ビア0V044を介して、電源線VSSを形成する第1金属配線M694に接続される。   The N type diffusion region FL754 that forms the source of the NMOS transistor NS4 is connected to the first metal wiring M694 that forms the power supply line VSS via the local wiring and the via 0V044.

図34は、実施形態4に従うメモリセルMC0#0のビア1、第1層金属配線層および第2層金属配線層の配置を示した平面図である。図34において、第2層金属配線M710〜M760が、行方向に沿って配置される。   FIG. 34 is a plan view showing the arrangement of via 1, first metal wiring layer, and second metal wiring layer of memory cell MC 0 # 0 according to the fourth embodiment. In FIG. 34, second-layer metal interconnections M710 to M760 are arranged along the row direction.

第1層金属配線M664、M672、M682、M688は、ビア1V177、V179、V183、V186をそれぞれ介して電源線VSSを形成する第2層金属配線M710に接続される。   First layer metal interconnections M664, M672, M682, and M688 are connected to second layer metal interconnection M710 that forms power supply line VSS via vias 1V177, V179, V183, and V186, respectively.

第1層金属配線M660、M674は、ビア1V175、V181をそれぞれ介してワード線WL1を形成する第2層金属配線M720に接続される。   First layer metal interconnections M660 and M674 are connected to second layer metal interconnection M720 forming word line WL1 through vias 1V175 and V181, respectively.

第1層金属配線M692は、ビア1V187を介してマッチ線MLB0を形成する第2層金属配線M730に接続される。   First layer metal interconnection M692 is connected to second layer metal interconnection M730 forming match line MLB0 through via 1V187.

第1層金属配線M684は、ビア1V184を介してマッチ線MLA0を形成する第2層金属配線M740に接続される。   First layer metal interconnection M684 is connected to second layer metal interconnection M740 forming match line MLA0 through via 1V184.

第1層金属配線M662、M676は、ビア1V176、V182をそれぞれ介してワード線WL0を形成する第2層金属配線M750に接続される。   First layer metal interconnections M662 and M676 are connected to second layer metal interconnection M750 forming word line WL0 through vias 1V176 and V182, respectively.

第1層金属配線M664、M672、M686、M694は、ビア1V178、V180、V185、V188をそれぞれ介して電源線VSSを形成する第2層金属配線M760に接続される。   First-layer metal wirings M664, M672, M686, and M694 are connected to second-layer metal wiring M760 that forms power supply line VSS through vias 1V178, V180, V185, and V188, respectively.

以上説明したように実施形態4に従う半導体装置はローカル配線を用いることにより、金属配線層の数を減らすことができる。具体的には、この半導体装置は、図23で説明した第1層金属配線に相当するレイヤを省略できる。つまり、実施形態4に従う半導体装置は、半導体装置2100に比べて、より小型化を実現し得る。   As described above, the semiconductor device according to the fourth embodiment can reduce the number of metal wiring layers by using local wiring. Specifically, this semiconductor device can omit a layer corresponding to the first layer metal wiring described in FIG. That is, the semiconductor device according to the fourth embodiment can be further downsized as compared with the semiconductor device 2100.

[実施形態5]
図32〜図34に示されるように、実施形態4に従うメモリセルMC0#0は、データサーチのためのNMOSトランジスタに接続される電源線VSSと、データセルDC0およびマスクデータセルMDC0を構成するトランジスタに接続される電源線VSSとが共通している。係る場合、データサーチのためのNMOSトランジスタのリーク電流は、データをサーチ(検索)しているときもサーチしていないときも、所定量存在する。
[Embodiment 5]
As shown in FIGS. 32 to 34, the memory cell MC0 # 0 according to the fourth embodiment includes the power supply line VSS connected to the NMOS transistor for data search, and the transistors constituting the data cell DC0 and the mask data cell MDC0. The power supply line VSS connected to is common. In such a case, there is a predetermined amount of leakage current of the NMOS transistor for data search both when searching (searching) data and not searching.

実施形態5に従う半導体装置は、上記の課題を解決し得る。以下、実施形態5に従う半導体装置の具体的な構成について説明する。   The semiconductor device according to the fifth embodiment can solve the above problem. Hereinafter, a specific configuration of the semiconductor device according to the fifth embodiment will be described.

図35は、実施形態5に従う半導体装置のメモリセルMC0#0の構成例を説明する回路図である。なお、図35に示されるメモリセルMC0#0の構成は、図22に示されるメモリセルMC0#0の構成と略同じである。そのため、相違する部分についてのみ説明する。   FIG. 35 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the memory cell MC0 # 0 of the semiconductor device according to the fifth embodiment. The configuration of memory cell MC0 # 0 shown in FIG. 35 is substantially the same as the configuration of memory cell MC0 # 0 shown in FIG. Therefore, only different parts will be described.

NMOSトランジスタNS0とNS1とは、マッチ線MLA0と電源線VSSA0との間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線SLA0と記憶ノードm0とが接続される。NMOSトランジスタNS2とNS3とは、マッチ線MLA0と電源線VSSA0との間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線/SLA0と記憶ノードm1とが接続される。つまり、電源線VSSA0は、論理演算セルLCA0に接続される。   The NMOS transistors NS0 and NS1 are connected in series between the match line MLA0 and the power supply line VSSA0, and the search line SLA0 and the storage node m0 are connected to the gates, respectively. NMOS transistors NS2 and NS3 are connected in series between match line MLA0 and power supply line VSSA0, and search line / SLA0 and storage node m1 are connected to the gates, respectively. That is, the power supply line VSSA0 is connected to the logic operation cell LCA0.

NMOSトランジスタNS4とNS5とは、マッチ線MLB0と電源線VSSB0との間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線SLB0と記憶ノードm0とが接続される。NMOSトランジスタNS6とNS7とは、マッチ線MLB0と電源線VSSB0との間に直列に接続され、ゲートにそれぞれサーチ線/SLB0と記憶ノードm1とが接続される。つまり、電源線VSSB0は、論理演算セルLCB0に接続される。   The NMOS transistors NS4 and NS5 are connected in series between the match line MLB0 and the power supply line VSSB0, and the search line SLB0 and the storage node m0 are connected to the gates, respectively. NMOS transistors NS6 and NS7 are connected in series between match line MLB0 and power supply line VSSB0, and search line / SLB0 and storage node m1 are connected to the gates, respectively. That is, the power supply line VSSB0 is connected to the logic operation cell LCB0.

上記のように、データサーチのためのトランジスタに接続される電源線VSSA0、VSSB0と、データセルDC0およびマスクデータセルMDC0を構成するトランジスタに接続される電源線VSSとは互いに電気的に独立している。   As described above, the power supply lines VSSA0 and VSSB0 connected to the transistors for data search and the power supply line VSS connected to the transistors constituting the data cell DC0 and the mask data cell MDC0 are electrically independent from each other. Yes.

図35に示されるメモリセルMC0#0の書き込み動作は、図22で説明したメモリセルMC0#0の書き込み動作と同じである。   The write operation of the memory cell MC0 # 0 shown in FIG. 35 is the same as the write operation of the memory cell MC0 # 0 described in FIG.

(サーチ動作)
図36は、実施形態5に従う半導体装置3600を構成する各メモリセルにおける金属配線パターンを説明する図である。図中「F」は、金属配線パターンの向きを表す。図36に示される例において、メモリセルMC0#0、MC0#1、MC1#0、MC1#1は、同じ配線パターンに設定される。
(Search operation)
FIG. 36 is a view for explaining a metal wiring pattern in each memory cell constituting semiconductor device 3600 according to the fifth embodiment. In the figure, “F” represents the direction of the metal wiring pattern. In the example shown in FIG. 36, the memory cells MC0 # 0, MC0 # 1, MC1 # 0, and MC1 # 1 are set to the same wiring pattern.

メモリセルMC0#0およびメモリセルMC0#1は、電源線VSS、VSSA0、VSSB0をそれぞれ共有する。また、電源線VSSと電源線VSSA0とを接続するスイッチSWA0が、電源線VSSと電源線VSSB0とを接続するスイッチSWB0がそれぞれ配置される。   Memory cell MC0 # 0 and memory cell MC0 # 1 share power supply lines VSS, VSSA0, and VSSB0, respectively. Further, a switch SWA0 that connects the power supply line VSS and the power supply line VSSA0 and a switch SWB0 that connects the power supply line VSS and the power supply line VSSB0 are respectively arranged.

メモリセルMC1#0およびメモリセルMC1#1は、電源線VSS、VSSA1、VSSB1をそれぞれ共有する。また、電源線VSSと電源線VSSA1とを接続するスイッチSWA1が、電源線VSSと電源線VSSB1とを接続するスイッチSWB1がそれぞれ配置される。   Memory cell MC1 # 0 and memory cell MC1 # 1 share power supply lines VSS, VSSA1, and VSSB1, respectively. In addition, a switch SWA1 that connects the power supply line VSS and the power supply line VSSA1 and a switch SWB1 that connects the power supply line VSS and the power supply line VSSB1 are arranged.

半導体装置3600の概略構成は、図21に示される概略構成と同じである。一例として、スイッチSWA0〜SWB1は、サーチドライバ104A〜106Bにそれぞれ接続される。また、サーチドライバ104A〜106Bは、自身に接続されるスイッチに対してオン/オフを制御する制御信号を出力する。例えば、サーチドライバ104Aは、スイッチSWA0のオン/オフを制御する制御信号PGA0を出力する。   The schematic configuration of the semiconductor device 3600 is the same as the schematic configuration shown in FIG. As an example, the switches SWA0 to SWB1 are connected to the search drivers 104A to 106B, respectively. In addition, the search drivers 104A to 106B output a control signal for controlling on / off of a switch connected to the search driver 104A to 106B. For example, the search driver 104A outputs a control signal PGA0 that controls on / off of the switch SWA0.

サーチドライバ104Aは、Aポートのデータサーチ時、つまり、Aポート用の検索データ信号S0(A)が入力されると、スイッチSWA0をオンにする制御信号PGA0を出力する。一方、サーチドライバ104Aは、データサーチが終了すると(つまり、データ非サーチ時に)スイッチSWA0をオフにする制御信号PGA0を出力する。他のサーチドライバ104B〜106Bもサーチドライバ104Aと同様に、データサーチ時に対応するスイッチをオンに設定し、データ非サーチ時に対応するスイッチをオフに設定する。   The search driver 104A outputs a control signal PGA0 for turning on the switch SWA0 during the data search of the A port, that is, when the search data signal S0 (A) for the A port is input. On the other hand, the search driver 104A outputs a control signal PGA0 that turns off the switch SWA0 when the data search is completed (that is, when data is not searched). Similarly to the search driver 104A, the other search drivers 104B to 106B also set the corresponding switch to ON when searching for data and set the corresponding switch to OFF when not searching for data.

上記によれば、半導体装置3600は、データ非サーチ時においてデータ保持用のトランジスタに接続される電源線VSSと、データサーチ用のトランジスタに接続される電源線とを電気的に遮断できる。その結果、半導体装置3600は、データ非サーチ時におけるデータサーチ用のトランジスタにおけるリーク電流を抑制できる。   Based on the above, the semiconductor device 3600 can electrically cut off the power supply line VSS connected to the data holding transistor and the power supply line connected to the data search transistor when data is not searched. As a result, the semiconductor device 3600 can suppress the leakage current in the data search transistor when data is not searched.

なお、上記の例において半導体装置3600はメモリアレイにおいて各列ごとにスイッチを配置するように構成されているが、他の実施形態において、メモリアレイごとにスイッチを配置するように構成されてもよい。この場合、各列ごとに配置されるAポート用の電源線VSSA0およびVSSA1は電気的に接続される。また、Bポート用の電源線VSSB0およびVSSB1も電気的に接続される。これにより、他の実施形態に従う半導体装置3600は、スイッチ素子の数を減らすことができる。   In the above example, the semiconductor device 3600 is configured to arrange a switch for each column in the memory array. However, in another embodiment, the semiconductor device 3600 may be configured to arrange a switch for each memory array. . In this case, the A port power lines VSSA0 and VSSA1 arranged for each column are electrically connected. Further, the power lines VSSB0 and VSSB1 for the B port are also electrically connected. Thereby, the semiconductor device 3600 according to another embodiment can reduce the number of switch elements.

(メモリセルのレイアウト)
次に、図37〜図41を用いて、半導体装置3600を構成するメモリセルMC0#0のレイアウトを積層方向に分割して説明する。
(Memory cell layout)
Next, the layout of the memory cell MC0 # 0 constituting the semiconductor device 3600 will be described in the stacking direction with reference to FIGS.

図37は、実施形態5に従うメモリセルMC0#0のウェル、拡散領域DF、ポリシリコンPO、およびローカル配線の配置を示した平面図である。図37に示されるレイアウトは、図32に示されるレイアウトと同じである。但し、データサーチ用のトランジスタに接続されるローカル配線は、電源線VSSとは独立して配置される電源線に接続される。   FIG. 37 is a plan view showing the arrangement of the well, diffusion region DF, polysilicon PO, and local wiring of memory cell MC0 # 0 according to the fifth embodiment. The layout shown in FIG. 37 is the same as the layout shown in FIG. However, the local wiring connected to the data search transistor is connected to a power supply line arranged independently of the power supply line VSS.

具体的には、NMOSトランジスタNS2のソースを形成するN型拡散領域FL736は、電源線VSSA0として機能するローカル配線に接続される。NMOSトランジスタN0のソースを形成するN型拡散領域FL744は、電源線VSSA0として機能するローカル配線に接続される。NMOSトランジスタN6のソースを形成するN型拡散領域FL746は、電源線VSSB0として機能するローカル配線に接続される。NMOSトランジスタN4のソースを形成するN型拡散領域FL754は、電源線VSSB0として機能するローカル配線に接続される。   Specifically, the N-type diffusion region FL736 that forms the source of the NMOS transistor NS2 is connected to a local wiring that functions as the power supply line VSSA0. The N-type diffusion region FL744 that forms the source of the NMOS transistor N0 is connected to a local wiring that functions as the power supply line VSSA0. The N type diffusion region FL746 forming the source of the NMOS transistor N6 is connected to a local wiring functioning as the power supply line VSSB0. The N type diffusion region FL754 forming the source of the NMOS transistor N4 is connected to a local wiring functioning as the power supply line VSSB0.

図38は、実施形態5に従うメモリセルMC0#0のビア0、ローカル配線および第1層金属配線層の配置を示した平面図である。図38に示されるレイアウトは、図33に示されるレイアウトと同じである。   FIG. 38 is a plan view showing the arrangement of via 0, local wiring, and first metal wiring layer of memory cell MC0 # 0 according to the fifth embodiment. The layout shown in FIG. 38 is the same as the layout shown in FIG.

但し、第1層金属配線M682およびM686は、電源線VSSとしてではなく電源線VSSA0として機能する。また、第1層金属配線M688およびM694は、電源線VSSとしてではなく電源線VSSB0として機能する。   However, the first layer metal wirings M682 and M686 function not as the power supply line VSS but as the power supply line VSSA0. The first-layer metal wirings M688 and M694 function not as the power supply line VSS but as the power supply line VSSB0.

図39は、実施形態5に従うメモリセルMC0#0のビア1、第1層金属配線層および第2層金属配線層の配置を示した平面図である。図39に示されるレイアウトは、図34に示されるレイアウトと略同じである。そのため、相違する点についてのみ説明する。   FIG. 39 is a plan view showing the arrangement of via 1, first layer metal wiring layer, and second layer metal wiring layer of memory cell MC0 # 0 according to the fifth embodiment. The layout shown in FIG. 39 is substantially the same as the layout shown in FIG. Therefore, only different points will be described.

第2層金属配線M710に替えて、第2層金属配線M715、M725、およびM735が配置される。また、第2層金属配線M760に替えて、第2層金属配線M745、M755、およびM765が配置される。   In place of second layer metal interconnection M710, second layer metal interconnections M715, M725, and M735 are arranged. Further, in place of the second layer metal wiring M760, second layer metal wirings M745, M755, and M765 are arranged.

第1層金属配線M664、M672は、ビア1V177、V179をそれぞれ介して電源線VSSを形成する第2層金属配線M715に接続される。   First layer metal interconnections M664 and M672 are connected to second layer metal interconnection M715 forming power supply line VSS via vias 1V177 and V179, respectively.

第1層金属配線M682は、ビア1V183を介して電源線VSSA0を形成する第2層金属配線M725に接続される。   First layer metal interconnection M682 is connected to second layer metal interconnection M725 forming power supply line VSSA0 through via 1V183.

第1層金属配線M688は、ビア1V186を介して電源線VSSB0を形成する第2層金属配線M735に接続される。   First layer metal interconnection M688 is connected to second layer metal interconnection M735 forming power supply line VSSB0 through via 1V186.

第1層金属配線M664、M672は、ビア1V178、V180をそれぞれ介して電源線VSSを形成する第2層金属配線M745に接続される。   First layer metal interconnections M664 and M672 are connected to second layer metal interconnection M745 forming power supply line VSS via vias 1V178 and V180, respectively.

第1層金属配線M686は、ビア1V185を介して電源線VSSA0を形成する第2層金属配線M755に接続される。   First layer metal interconnection M686 is connected to second layer metal interconnection M755 forming power supply line VSSA0 through via 1V185.

第1層金属配線M694は、ビア1V188を介して電源線VSSB0を形成する第2層金属配線M765に接続される。   First layer metal interconnection M694 is connected to second layer metal interconnection M765 forming power supply line VSSB0 through via 1V188.

図40は、実施形態5に従うメモリセルMC0#0のビア2、第2層金属配線および第3層金属配線の配置を示した平面図である。図40において、第3層金属配線M810〜M880が、列方向に沿って配置されている。   FIG. 40 is a plan view showing an arrangement of via 2, second layer metal interconnection, and third layer metal interconnection of memory cell MC0 # 0 according to the fifth embodiment. In FIG. 40, third-layer metal wirings M810 to M880 are arranged along the column direction.

なお、第3層金属配線M810、M820、M825、M830、M835、M845、M855、M865、およびM875は、ダミー配線として機能する。他の実施形態において、これらの第3層金属配線は配置されなくともよい。   The third layer metal wirings M810, M820, M825, M830, M835, M845, M855, M865, and M875 function as dummy wirings. In other embodiments, these third layer metal wirings may not be arranged.

第2層金属配線M715は、ビア2V212およびV216を介して、電源線VSSを形成する第3層金属配線M815、M840に接続される。   Second layer metal interconnection M715 is connected to third layer metal interconnections M815 and M840 forming power supply line VSS through vias 2V212 and V216.

第2層金属配線M725は、ビア2V222およびV226を介して、電源線VSSA0を形成する第3層金属配線M850、M860に接続される。   Second layer metal interconnection M725 is connected to third layer metal interconnections M850 and M860 forming power supply line VSSA0 through vias 2V222 and V226.

第2層金属配線M735は、ビア2V232およびV236を介して、電源線VSSB0を形成する第3層金属配線M870、M880に接続される。   Second layer metal interconnection M735 is connected to third layer metal interconnections M870 and M880 forming power supply line VSSB0 via vias 2V232 and V236.

第2層金属配線M745は、ビア2V214およびV218を介して、電源線VSSを形成する第3層金属配線M815、M840に接続される。   Second layer metal interconnection M745 is connected to third layer metal interconnections M815 and M840 forming power supply line VSS through vias 2V214 and V218.

第2層金属配線M755は、ビア2V224およびV228を介して、電源線VSSA0を形成する第3層金属配線M850、M860に接続される。   Second layer metal interconnection M755 is connected to third layer metal interconnections M850 and M860 forming power supply line VSSA0 through vias 2V224 and V228.

第2層金属配線M765は、ビア2V234およびV238を介して、電源線VSSB0を形成する第3層金属配線M870、M880に接続される。   Second layer metal interconnection M765 is connected to third layer metal interconnections M870 and M880 forming power supply line VSSB0 through vias 2V234 and V238.

図41は、実施形態5に従うメモリセルMC0#0のビア3、第3層金属配線および第4層金属配線の配置を示した平面図である。図40において、第4層金属配線M920〜M970が、行方向に沿って配置されている。   FIG. 41 is a plan view showing the arrangement of vias 3, third layer metal interconnections and fourth layer metal interconnections of memory cell MC0 # 0 according to the fifth embodiment. In FIG. 40, fourth-layer metal interconnections M920 to M970 are arranged along the row direction.

なお、第4層金属配線M930およびM960は、ダミー配線として機能する。他の実施形態において、これらの第4層金属配線は配置されなくともよい。   The fourth layer metal wirings M930 and M960 function as dummy wirings. In other embodiments, these fourth layer metal wirings may not be arranged.

第3層金属配線M815は、ビア3V310およびV320を介して電源線VSSを形成する第4層金属配線M920およびM970に接続される。   Third layer metal interconnection M815 is connected to fourth layer metal interconnections M920 and M970 forming power supply line VSS via vias 3V310 and V320.

第3層金属配線M840は、ビア3V330およびV340を介して電源線VSSを形成する第4層金属配線M920およびM970に接続される。   Third layer metal interconnection M840 is connected to fourth layer metal interconnections M920 and M970 forming power supply line VSS via vias 3V330 and V340.

第3層金属配線M850は、ビア3V350を介して電源線VSSA0を形成する第4層金属配線M940に接続される。   Third layer metal interconnection M850 is connected to fourth layer metal interconnection M940 forming power supply line VSSA0 through via 3V350.

第3層金属配線M860は、ビア3V360を介して電源線VSSA0を形成する第4層金属配線M940に接続される。   Third-layer metal interconnection M860 is connected to fourth-layer metal interconnection M940 forming power supply line VSSA0 through via 3V360.

第3層金属配線M870は、ビア3V370を介して電源線VSSB0を形成する第4層金属配線M950に接続される。   Third-layer metal interconnection M870 is connected to fourth-layer metal interconnection M950 forming power supply line VSSB0 through via 3V370.

第3層金属配線M880は、ビア3V380を介して電源線VSSB0を形成する第4層金属配線M950に接続される。   Third-layer metal interconnection M880 is connected to fourth-layer metal interconnection M950 forming power supply line VSSB0 through via 3V380.

以上説明したようにレイアウトを構成することにより、実施形態5に従うメモリセルMC0#0は、データ保持用のトランジスタに接続される電源線VSSと、データサーチ用のトランジスタに接続される電源線とを電気的に遮断できる。その結果、実施形態5に従うデータサーチ用のトランジスタは、データ非サーチ時におけるリーク電流を抑制できる。   By configuring the layout as described above, the memory cell MC0 # 0 according to the fifth embodiment includes the power supply line VSS connected to the data holding transistor and the power supply line connected to the data search transistor. Can be cut off electrically. As a result, the data search transistor according to the fifth embodiment can suppress the leakage current when data is not searched.

(その他の構成)
上記の例では、2ポートCAMの回路構成およびレイアウトについて説明を行なった。他の局面において、CAMは3つ以上のポートを有する構成であってもよい。この場合、CAMセルは、ポートの数だけマッチ線、サーチ線対、論理演算セルを有する。これにより、半導体装置はさらに検索速度(処理速度)を向上し得る。
(Other configurations)
In the above example, the circuit configuration and layout of the 2-port CAM have been described. In another aspect, the CAM may have three or more ports. In this case, the CAM cell has as many match lines, search line pairs, and logic operation cells as the number of ports. Thereby, the semiconductor device can further improve the search speed (processing speed).

さらに他の局面において、上記説明した各トランジスタは、ゲート、ソース、およびゲートとソースとの間に形成されるチャネルの下に埋め込み絶縁膜を有するSOI(Silicon On Insulator)構造を採用し得る。これにより、各メモリセルは、PN接合部における空乏層の発生を最小限にできる。その結果、各トランジスタは、リーク電流低減による低消費電力化や、スイッチング速度の向上を実現し得る。   In yet another aspect, each of the transistors described above can employ an SOI (Silicon On Insulator) structure having a buried insulating film under a gate, a source, and a channel formed between the gate and the source. Thereby, each memory cell can minimize the occurrence of a depletion layer at the PN junction. As a result, each transistor can achieve low power consumption and improved switching speed by reducing leakage current.

[付記]
(付記1)
半導体装置は、1ビットの情報を保持可能に構成された第1セル(MDC0)と、1ビットの情報を保持可能に構成され、第1セルに隣接する第2セル(DC0)と、第1方向に沿って延在する第1および第2マッチ線(MLA0,MLB0)と、第1方向と直交する第2方向に沿って延在し、第1データ検索時に第1データを伝達する第1サーチ線対(SLA0,/SLA0)と、第2方向に沿って延在し、第2データ検索時に第2データを伝達する第2サーチ線対(SLB0,/SLB0)と、第1サーチ線対と第1マッチ線とに接続され、第1および第2セルが保持する情報と第1サーチ線対に伝達される第1データとの比較結果に基づいて第1マッチ線を駆動する第1論理演算セル(LCA0)と、第2サーチ線対と第2マッチ線とに接続され、第1および第2セルが保持する情報と第2サーチ線対に伝達される第2データとの比較結果に基づいて第2マッチ線を駆動する第2論理演算セル(LCB0)とを備える。
[Appendix]
(Appendix 1)
The semiconductor device includes a first cell (MDC0) configured to hold 1-bit information, a second cell (DC0) adjacent to the first cell, configured to hold 1-bit information, The first and second match lines (MLA0, MLB0) extending along the direction and the first line that extends along the second direction orthogonal to the first direction and transmits the first data when searching for the first data A search line pair (SLA0, / SLA0), a second search line pair (SLB0, / SLB0) that extends along the second direction and transmits the second data during the second data search, and a first search line pair And a first logic that drives the first match line based on the comparison result between the information held in the first and second cells and the first data transmitted to the first search line pair. An arithmetic cell (LCA0), a second search line pair, a second match line, A second logic operation cell (LCB0) that drives the second match line based on a comparison result between the information held in the first and second cells and the second data transmitted to the second search line pair. Prepare.

これにより、これにより、半導体装置は、1サイクルの間に、2つの検索データを同時に検索できるTCAM装置として機能し得る。そのため、この半導体装置は、検索対象が複数ある場合において、従来に比して検索速度を向上し得る。また、この半導体装置は、共通するメモリアレイを用いて、2つの検索データを検索する。そのため、この半導体装置は、装置の大型化を抑制し得る。加えて、この半導体装置は、1つのクロック信号に基づいて2つの検索データを検索できるため、消費電力を抑制し得る。   Thereby, the semiconductor device can thereby function as a TCAM device that can simultaneously search for two search data during one cycle. Therefore, this semiconductor device can improve the search speed as compared with the conventional case when there are a plurality of search targets. In addition, this semiconductor device searches for two search data using a common memory array. Therefore, this semiconductor device can suppress an increase in size of the device. In addition, since this semiconductor device can search for two search data based on one clock signal, it can suppress power consumption.

(付記2)
(付記1)において、第2セルは、第1セルに対して第1方向に隣接する。半導体装置は、第2方向に沿って延在し、第1セルに接続される第1ビット線対(BL1,/BL1)と、第2方向に沿って延在し、第2セルに接続される第2ビット線対(BL0,/BL0)と、第1方向に沿って延在し、第1および第2セルの両方に接続されるワード線(WL0)とをさらに備える。
(Appendix 2)
In (Appendix 1), the second cell is adjacent to the first cell in the first direction. The semiconductor device extends along the second direction and is connected to the first bit line pair (BL1, / BL1) connected to the first cell, and extends along the second direction and connected to the second cell. A second bit line pair (BL0, / BL0) and a word line (WL0) extending in the first direction and connected to both the first and second cells.

これにより、この半導体装置は、第1セルに対してデータの書き込みまたは読み出しを行なっている間に、第2セルに対してデータの書き込みまたは読み出しを行ない得る。   As a result, the semiconductor device can write or read data to or from the second cell while writing or reading data to or from the first cell.

(付記3)
(付記1)において、第2セルは、第1セルに対して第2方向に隣接する。半導体装置は、第2方向に沿って延在し、第1および第2セルの両方に接続されるビット線対(BL0,/BL0)と、第1方向に沿って延在し、第1セルに接続される第1ワード線(WL1)と、第1方向に沿って延在し、第2セルに接続される第2ワード線(WL0)とをさらに備える。
(Appendix 3)
In (Supplementary Note 1), the second cell is adjacent to the first cell in the second direction. The semiconductor device extends along the second direction and extends along the first direction with the bit line pair (BL0, / BL0) connected to both the first and second cells. And a second word line (WL0) extending in the first direction and connected to the second cell.

これにより、この半導体装置は、第1セルと第2セルとの間でビット線対を共有することにより、装置の大型化を抑制し得る。   Thereby, this semiconductor device can suppress the enlargement of the device by sharing the bit line pair between the first cell and the second cell.

(付記4)
(付記1)において、第1論理演算セルは、第1マッチ線と電源線との間に接続され、第1データ検索時に、第1セルの保持する情報(m1)と第1サーチ線対のうち一方のサーチ線(SLA0)に伝達される情報との比較結果に応じて第1マッチ線を駆動するための第1論理ユニットと、第1マッチ線と電源線との間に接続され、第1データ検索時に、第2セルの保持する情報(m0)と第1サーチ線対のうち他方のサーチ線(/SLA0)に伝達される情報との比較結果に応じて第1マッチ線を駆動するための第2論理ユニットとを含む。第2論理演算セルは、第2マッチ線と電源線との間に接続され、第2データ検索時に、第1セルの保持する情報と第2サーチ線対のうち一方のサーチ線(SLB0)に伝達される情報との比較結果に応じて第2マッチ線を駆動するための第3論理ユニットと、第2マッチ線と電源線との間に接続され、第2データ検索時に、第2セルの保持する情報と第2サーチ線対のうち他方のサーチ線(/SLB0)に伝達される情報との比較結果に応じて第2マッチ線を駆動するための第4論理ユニットとを含む。
(Appendix 4)
In (Supplementary Note 1), the first logic operation cell is connected between the first match line and the power supply line, and the information (m1) held in the first cell and the first search line pair at the time of the first data search A first logic unit for driving the first match line according to a result of comparison with information transmitted to one of the search lines (SLA0), a first logic line connected between the first match line and the power line; During one data search, the first match line is driven according to the comparison result between the information (m0) held in the second cell and the information transmitted to the other search line (/ SLA0) of the first search line pair. And a second logical unit for. The second logic operation cell is connected between the second match line and the power supply line, and when the second data search is performed, the information held in the first cell and one search line (SLB0) of the second search line pair are connected. The third logic unit for driving the second match line according to the comparison result with the transmitted information is connected between the second match line and the power supply line. And a fourth logic unit for driving the second match line in accordance with a comparison result between the held information and the information transmitted to the other search line (/ SLB0) of the second search line pair.

(付記5)
(付記4)において、第1論理ユニットは、電源線(VSS/VDD)と第1マッチ線との間に直列に接続される第1(NS1/PS1)および第2トランジスタ(NS0/PS0)を含む。第2論理ユニットは、電源線(VSS/VDD)と第1マッチ線との間に直列に接続される第3(NS3/PS3)および第4トランジスタ(NS2/PS2)を含む。第3論理ユニットは、電源線(VSS/VDD)と第2マッチ線との間に直列に接続される第5(NS5/PS5)および第6トランジスタ(NS4/PS4)を含む。第4論理ユニットは、電源線(VSS/VDD)と第2マッチ線との間に直列に接続される第7(NS7/PS7)および第8トランジスタ(NS6/PS6)を含む。第1および第5トランジスタのゲートは、第1セルが情報を保持するノード(m1)に接続される。第3および第7トランジスタのゲートは、第2セルが情報を保持するノード(m0)に接続される。第2トランジスタのゲートは、第1サーチ線対の一方(SLA0)に接続される。第4トランジスタのゲートは、第1サーチ線対の他方(/SLA0)に接続される。第6トランジスタのゲートは、第2サーチ線対の一方(SLB0)に接続される。第8トランジスタのゲートは、第2サーチ線対の他方(/SLB0)に接続される。
(Appendix 5)
In (Appendix 4), the first logic unit includes first (NS1 / PS1) and second transistors (NS0 / PS0) connected in series between the power supply line (VSS / VDD) and the first match line. Including. The second logic unit includes a third (NS3 / PS3) and a fourth transistor (NS2 / PS2) connected in series between the power supply line (VSS / VDD) and the first match line. The third logic unit includes fifth (NS5 / PS5) and sixth transistors (NS4 / PS4) connected in series between the power supply line (VSS / VDD) and the second match line. The fourth logic unit includes seventh (NS7 / PS7) and eighth transistors (NS6 / PS6) connected in series between the power supply line (VSS / VDD) and the second match line. The gates of the first and fifth transistors are connected to a node (m1) where the first cell holds information. The gates of the third and seventh transistors are connected to a node (m0) where the second cell holds information. The gate of the second transistor is connected to one (SLA0) of the first search line pair. The gate of the fourth transistor is connected to the other (/ SLA0) of the first search line pair. The gate of the sixth transistor is connected to one (SLB0) of the second search line pair. The gate of the eighth transistor is connected to the other (/ SLB0) of the second search line pair.

(付記6)
(付記5)において、第2セルは、第1セルに対して第1方向に隣接する。半導体装置は、第2方向に沿って延在し、第1セルに接続される第1ビット線対(BL1,/BL1)と、第2方向に沿って延在し、第2セルに接続される第2ビット線対(BL0,/BL0)と、第1方向に沿って延在し、第1および第2セルの両方に接続されるワード線(WL0)とをさらに備える。第1セルは、第1および第5トランジスタのゲートに接続される第1記憶ノード(m1)に入力が接続され、第2記憶ノード(/m1)に出力が接続される第1インバータと、第2記憶ノードに入力が接続され、第1記憶ノードに出力が接続される第2インバータと、一方端が第1記憶ノードに接続され、他方端が第1ビット線対の一方に接続され、ゲートがワード線に接続された第1導電型の第9トランジスタ(NA0)と、一方端が第2記憶ノードに接続され、他方端が第1ビット線対の他方に接続され、ゲートがワード線に接続された第1導電型の第10トランジスタ(NA1)とを含む。第2セルは、第3および第7トランジスタのゲートに接続される第3記憶ノード(m0)に入力が接続され、第4記憶ノード(/m0)に出力が接続される第3インバータと、第4記憶ノードに入力が接続され、第3記憶ノードに出力が接続される第4インバータと、一方端が第3記憶ノードに接続され、他方端が第2ビット線対の一方に接続され、ゲートがワード線に接続された第1導電型の第11トランジスタ(NA2)と、一方端が第4記憶ノードに接続され、他方端が第2ビット線対の他方に接続され、ゲートがワード線に接続された第1導電型の第12トランジスタ(NA3)とを含む。ワード線の伸びる方向に、第2導電型の第1領域(PW0)と、第1導電型の第2領域(NW0)と、第2導電型の第3領域(PW1)と、第1導電型の第4領域(NW1)と、第2導電型の第5領域(PW2)とが順に形成される。第1領域には、第9および第10トランジスタと、第1インバータを構成する第1導電型の第13トランジスタ(ND0)と、第2インバータを構成する第1導電型の第14トランジスタ(ND1)とが配置される。第2領域には、第1インバータを構成する第2導電型の第15トランジスタ(P0)と、第2インバータを構成する第2導電型の第16トランジスタ(P1)とが配置される。第3領域には、第1導電型の第1〜第8トランジスタ(NS0〜NS7)が配置される。第4領域には、第3インバータを構成する第2導電型の第17トランジスタ(P2)と、第4インバータを構成する第2導電型の第18トランジスタ(P3)とが配置される。第5領域には、第11および第12トランジスタと、第3インバータを構成する第1導電型の第19トランジスタ(ND2)と、第4インバータを構成する第1導電型の第20トランジスタ(ND3)とが配置される。
(Appendix 6)
In (Appendix 5), the second cell is adjacent to the first cell in the first direction. The semiconductor device extends along the second direction and is connected to the first bit line pair (BL1, / BL1) connected to the first cell, and extends along the second direction and connected to the second cell. A second bit line pair (BL0, / BL0) and a word line (WL0) extending in the first direction and connected to both the first and second cells. The first cell has a first inverter whose input is connected to the first storage node (m1) connected to the gates of the first and fifth transistors, and whose output is connected to the second storage node (/ m1); A second inverter having an input connected to two storage nodes and an output connected to the first storage node; one end connected to the first storage node; the other end connected to one of the first bit line pairs; A first conductivity type ninth transistor (NA0) connected to the word line, one end connected to the second storage node, the other end connected to the other of the first bit line pair, and a gate connected to the word line And a tenth transistor (NA1) of the first conductivity type connected. The second cell has a third inverter whose input is connected to the third storage node (m0) connected to the gates of the third and seventh transistors, and whose output is connected to the fourth storage node (/ m0). A fourth inverter having an input connected to the four storage nodes and an output connected to the third storage node; one end connected to the third storage node; the other end connected to one of the second bit line pair; Is connected to the word line, the first conductivity type eleventh transistor (NA2), one end connected to the fourth storage node, the other end connected to the other of the second bit line pair, and the gate to the word line And a twelfth transistor (NA3) of the first conductivity type connected. In the direction in which the word line extends, the second conductivity type first region (PW0), the first conductivity type second region (NW0), the second conductivity type third region (PW1), and the first conductivity type The fourth region (NW1) and the second conductivity type fifth region (PW2) are sequentially formed. The first region includes the ninth and tenth transistors, the first conductivity type thirteenth transistor (ND0) constituting the first inverter, and the first conductivity type fourteenth transistor (ND1) constituting the second inverter. And are arranged. In the second region, a second conductivity type 15th transistor (P0) constituting the first inverter and a second conductivity type 16th transistor (P1) constituting the second inverter are arranged. First to eighth transistors (NS0 to NS7) of the first conductivity type are disposed in the third region. A 17th transistor (P2) of the 2nd conductivity type which constitutes the 3rd inverter, and an 18th transistor (P3) of the 2nd conductivity type which constitutes the 4th inverter are arranged in the 4th field. The fifth region includes eleventh and twelfth transistors, a first conductivity type 19th transistor (ND2) constituting a third inverter, and a first conductivity type 20th transistor (ND3) constituting a fourth inverter. And are arranged.

これにより、TCAM装置として機能し得る半導体装置は、データサーチのためのトランジスタとして、NMOSトランジスタを用いて、複数の検索データを同時に検索し得る。また、この半導体装置は、従来よりもデータサーチのためのトランジスタの数が多いため、当該トランジスタを配置するためのウェルが従来よりも幅広になる。これにより、この半導体装置は、マルチビットエラーが起こる確率を低減し得る。   Thus, a semiconductor device that can function as a TCAM device can simultaneously search a plurality of search data by using an NMOS transistor as a data search transistor. Further, since this semiconductor device has a larger number of transistors for data search than the conventional one, the well for arranging the transistor becomes wider than the conventional one. Thereby, this semiconductor device can reduce the probability that a multi-bit error will occur.

(付記7)
(付記5)において、第2セルは、第1セルに対して第1方向に隣接する。半導体装置は、第2方向に沿って延在し、第1セルに接続される第1ビット線対(BL1,/BL1)と、第2方向に沿って延在し、第2セルに接続される第2ビット線対(BL0,/BL0)と、第1方向に沿って延在し、第1および第2セルの両方に接続されるワード線(WL0)とをさらに備える。第1セルは、第1および第5トランジスタのゲートに接続される第1記憶ノード(m1)に入力が接続され、第2記憶ノード(/m1)に出力が接続される第1インバータと、第2記憶ノードに入力が接続され、第1記憶ノードに出力が接続される第2インバータと、一方端が第1記憶ノードに接続され、他方端が第1ビット線対の一方に接続され、ゲートがワード線に接続された第1導電型の第9トランジスタ(NA0)と、一方端が第2記憶ノードに接続され、他方端が第1ビット線対の他方に接続され、ゲートがワード線に接続された第1導電型の第10トランジスタ(NA1)とを含む。第2セルは、第3および第7トランジスタのゲートに接続される第3記憶ノード(m0)に入力が接続され、第4記憶ノード(/m0)に出力が接続される第3インバータと、第4記憶ノードに入力が接続され、第3記憶ノードに出力が接続される第4インバータと、一方端が第3記憶ノードに接続され、他方端が第2ビット線対の一方に接続され、ゲートがワード線に接続された第1導電型の第11トランジスタ(NA2)と、一方端が第4記憶ノードに接続され、他方端が第2ビット線対の他方に接続され、ゲートがワード線に接続された第1導電型の第12トランジスタ(NA3)とを含む。ワード線の伸びる方向に、第2導電型の第1領域(PW0)と、第1導電型の第2領域(NW0)と、第2導電型の第3領域(PW1)とが順に形成される。第1領域には、第9および第10トランジスタと、第1インバータを構成する第1導電型の第13トランジスタ(ND0)と、第2インバータを構成する第1導電型の第14トランジスタ(ND1)とが配置される。第2領域には、第1インバータを構成する第2導電型の第15トランジスタ(P0)と、第2インバータを構成する第2導電型の第16トランジスタ(P1)と、第2導電型の第1〜第8トランジスタ(PS0〜PS7)と、第3インバータを構成する第2導電型の第17トランジスタ(P2)と、第4インバータを構成する第2導電型の第18トランジスタ(P3)とが配置される。第3領域には、第11および第12トランジスタと、第3インバータを構成する第1導電型の第19トランジスタ(ND2)と、第4インバータを構成する第1導電型の第20トランジスタ(ND3)とが配置される。
(Appendix 7)
In (Appendix 5), the second cell is adjacent to the first cell in the first direction. The semiconductor device extends along the second direction and is connected to the first bit line pair (BL1, / BL1) connected to the first cell, and extends along the second direction and connected to the second cell. A second bit line pair (BL0, / BL0) and a word line (WL0) extending in the first direction and connected to both the first and second cells. The first cell has a first inverter whose input is connected to the first storage node (m1) connected to the gates of the first and fifth transistors, and whose output is connected to the second storage node (/ m1); A second inverter having an input connected to two storage nodes and an output connected to the first storage node; one end connected to the first storage node; the other end connected to one of the first bit line pairs; A first conductivity type ninth transistor (NA0) connected to the word line, one end connected to the second storage node, the other end connected to the other of the first bit line pair, and a gate connected to the word line And a tenth transistor (NA1) of the first conductivity type connected. The second cell has a third inverter whose input is connected to the third storage node (m0) connected to the gates of the third and seventh transistors, and whose output is connected to the fourth storage node (/ m0). A fourth inverter having an input connected to the four storage nodes and an output connected to the third storage node; one end connected to the third storage node; the other end connected to one of the second bit line pair; Is connected to the word line, the first conductivity type eleventh transistor (NA2), one end connected to the fourth storage node, the other end connected to the other of the second bit line pair, and the gate to the word line And a twelfth transistor (NA3) of the first conductivity type connected. A first conductivity type first region (PW0), a first conductivity type second region (NW0), and a second conductivity type third region (PW1) are sequentially formed in the direction in which the word line extends. . The first region includes the ninth and tenth transistors, the first conductivity type thirteenth transistor (ND0) constituting the first inverter, and the first conductivity type fourteenth transistor (ND1) constituting the second inverter. And are arranged. The second region includes a second conductivity type 15th transistor (P0) constituting the first inverter, a second conductivity type 16th transistor (P1) constituting the second inverter, and a second conductivity type first transistor. 1st to 8th transistors (PS0 to PS7), a second conductivity type 17th transistor (P2) constituting the third inverter, and a second conductivity type 18th transistor (P3) constituting the fourth inverter. Be placed. The third region includes eleventh and twelfth transistors, a first conductivity type 19th transistor (ND2) constituting a third inverter, and a first conductivity type 20th transistor (ND3) constituting a fourth inverter. And are arranged.

これにより、TCAM装置として機能し得る半導体装置は、データサーチのためのトランジスタとして、PMOSトランジスタを用いて、複数の検索データを同時に検索し得る。また、この半導体装置は、トランジスタを配置するウェルの数が少ないため、装置の大型化を抑制し得る。また、この半導体装置は、従来よりもデータサーチのためのトランジスタの数が多いため、当該トランジスタを配置するためのウェルが従来よりも幅広になる。これにより、この半導体装置は、マルチビットエラーが起こる確率を低減し得る。他の局面において、半導体装置は、データサーチのためのPMOSトランジスタのソースおよびドレイン領域に、シリコンゲルマニウム等のチャネル部のシリコンにストレスを与える材料を採用することによって、検索速度を向上し得る。   Thereby, a semiconductor device that can function as a TCAM device can simultaneously search a plurality of search data by using a PMOS transistor as a transistor for data search. In addition, since this semiconductor device has a small number of wells in which transistors are arranged, an increase in size of the device can be suppressed. Further, since this semiconductor device has a larger number of transistors for data search than the conventional one, the well for arranging the transistor becomes wider than the conventional one. Thereby, this semiconductor device can reduce the probability that a multi-bit error will occur. In another aspect, the semiconductor device can improve the search speed by adopting a material that stresses the silicon in the channel portion such as silicon germanium in the source and drain regions of the PMOS transistor for data search.

(付記8)
(付記5)において、第2セルは、第1セルに対して第2方向に隣接する。半導体装置は、第2方向に沿って延在し、第1および第2セルの両方に接続されるビット線対(BL0,/BL0)と、第1方向に沿って延在し、第1セルに接続される第1ワード線(WL1)と、第1方向に沿って延在し、第2セルに接続される第2ワード線(WL0)とをさらに備える。第1セルは、第1および第5トランジスタのゲートに接続される第1記憶ノード(m1)に入力が接続され、第2記憶ノード(/m1)に出力が接続される第1インバータと、第2記憶ノードに入力が接続され、第1記憶ノードに出力が接続される第2インバータと、一方端が第1記憶ノードに接続され、他方端がビット線対の一方に接続され、ゲートが第1ワード線に接続された第1導電型の第9トランジスタ(NA0)と、一方端が第2記憶ノードに接続され、他方端がビット線対の他方に接続され、ゲートが第1ワード線に接続された第1導電型の第10トランジスタ(NA1)とを含む。第2セルは、第3および第7トランジスタのゲートに接続される第3記憶ノード(m0)に入力が接続され、第4記憶ノードに出力が接続される第3インバータと、第4記憶ノード(/m0)に入力が接続され、第3記憶ノードに出力が接続される第4インバータと、一方端が第3記憶ノードに接続され、他方端がビット線対の一方に接続され、ゲートが第2ワード線に接続された第1導電型の第11トランジスタ(NA2)と、一方端が第4記憶ノードに接続され、他方端がビット線対の他方に接続され、ゲートが第2ワード線に接続された第1導電型の第12トランジスタ(NA3)とを含む。第1および第2ワード線の伸びる方向に、第2導電型の第1領域(PW0)と、第1導電型の第2領域(NW0)と、第2導電型の第3領域(PW1)とが順に形成される。第1領域には、第9および第11トランジスタと、第1インバータを構成する第1導電型の第13トランジスタ(ND0)と、第2インバータを構成する第1導電型の第14トランジスタ(ND1)とが配置される。第2領域には、第1インバータを構成する第2導電型の第15トランジスタ(P0)と、第2インバータを構成する第2導電型の第16トランジスタ(P1)と、第3インバータを構成する第2導電型の第17トランジスタ(P2)と、第4インバータを構成する第2導電型の第18トランジスタ(P3)とが配置される。第3領域には、第1導電型の第1〜第8トランジスタ(NS0〜NS7)と、第10および第12トランジスタと、第3インバータを構成する第1導電型の第19トランジスタ(ND2)と、第4インバータを構成する第1導電型の第20トランジスタ(ND3)とが配置される。
(Appendix 8)
In (Appendix 5), the second cell is adjacent to the first cell in the second direction. The semiconductor device extends along the second direction and extends along the first direction with the bit line pair (BL0, / BL0) connected to both the first and second cells. And a second word line (WL0) extending in the first direction and connected to the second cell. The first cell has a first inverter whose input is connected to the first storage node (m1) connected to the gates of the first and fifth transistors, and whose output is connected to the second storage node (/ m1); A second inverter having an input connected to the second storage node and an output connected to the first storage node; one end connected to the first storage node; the other end connected to one of the bit line pairs; A first conductivity type ninth transistor (NA0) connected to one word line, one end connected to the second storage node, the other end connected to the other of the bit line pair, and a gate connected to the first word line And a tenth transistor (NA1) of the first conductivity type connected. The second cell has a third inverter whose input is connected to the third storage node (m0) connected to the gates of the third and seventh transistors and whose output is connected to the fourth storage node, and a fourth storage node ( / M0), an input connected to the third storage node, an output connected to the third storage node, one end connected to the third storage node, the other end connected to one of the bit line pair, and the gate connected to the An eleventh transistor (NA2) of the first conductivity type connected to two word lines, one end connected to the fourth storage node, the other end connected to the other of the bit line pair, and a gate connected to the second word line And a twelfth transistor (NA3) of the first conductivity type connected. In the direction in which the first and second word lines extend, the second conductivity type first region (PW0), the first conductivity type second region (NW0), and the second conductivity type third region (PW1) Are formed in order. The first region includes ninth and eleventh transistors, a first conductivity type thirteenth transistor (ND0) constituting the first inverter, and a first conductivity type fourteenth transistor (ND1) constituting the second inverter. And are arranged. In the second region, a second conductivity type 15th transistor (P0) constituting the first inverter, a second conductivity type 16th transistor (P1) constituting the second inverter, and a third inverter are constituted. A 17th transistor (P2) of the 2nd conductivity type and an 18th transistor (P3) of the 2nd conductivity type which constitutes the 4th inverter are arranged. The third region includes first conductivity type first to eighth transistors (NS0 to NS7), tenth and twelfth transistors, and a first conductivity type nineteenth transistor (ND2) constituting a third inverter. The 20th transistor (ND3) of the 1st conductivity type which constitutes the 4th inverter is arranged.

これにより、TCAM装置として機能し得る半導体装置は、データサーチのためのトランジスタとして、NMOSトランジスタを用いて、複数の検索データを同時に検索し得る。また、この半導体装置は、トランジスタを配置するウェルの数が少ないため、装置の大型化を抑制し得る。   Thus, a semiconductor device that can function as a TCAM device can simultaneously search a plurality of search data by using an NMOS transistor as a data search transistor. In addition, since this semiconductor device has a small number of wells in which transistors are arranged, an increase in size of the device can be suppressed.

(付記9)
(付記8)において、第1〜第20トランジスタのうち少なくとも1つのトランジスタは、マルチゲートトランジスタによって構成される。
(Appendix 9)
In (Appendix 8), at least one of the first to twentieth transistors is a multi-gate transistor.

(付記10)
(付記8)において、半導体装置は、第11トランジスタ(NA2)および第19トランジスタ(ND2)が共有する拡散層(FL704)と、第18トランジスタ(P3)のゲートとを接続する第1ローカル配線と、第9トランジスタ(NA0)および第13トランジスタ(ND0)が共有する拡散層(FL708)と、第16トランジスタ(P1)のゲートとを接続する第2ローカル配線と、第12トランジスタ(NA3)および第20トランジスタ(ND3)が共有する拡散層(FL728)と、第17トランジスタ(P2)のゲートとを接続する第3ローカル配線と、第10トランジスタ(NA1)および第14トランジスタ(ND1)が共有する拡散層(FL732)と、第15トランジスタ(P0)のゲートとを接続する第4ローカル配線とをさらに備える。
(Appendix 10)
(Supplementary Note 8) The semiconductor device includes a first local wiring that connects a diffusion layer (FL704) shared by the eleventh transistor (NA2) and the nineteenth transistor (ND2) and a gate of the eighteenth transistor (P3). The second local wiring connecting the diffusion layer (FL708) shared by the ninth transistor (NA0) and the thirteenth transistor (ND0) and the gate of the sixteenth transistor (P1), the twelfth transistor (NA3) and the second transistor Diffusion layer (FL728) shared by 20 transistors (ND3), third local wiring connecting the gate of the 17th transistor (P2), and diffusion shared by the 10th transistor (NA1) and the 14th transistor (ND1) The fourth node connecting the layer (FL732) and the gate of the fifteenth transistor (P0). Further comprising a local wiring.

(付記11)
(付記4)において、半導体装置は、第1セルおよび第2セルに接続される第1電源線(VSS)と、第1論理ユニットおよび第2論理ユニットに接続される第2電源線(VSSA0)と、第3論理ユニットおよび第4論理ユニットに接続される第3電源線(VSSB0)と、第1電源線と第2電源線とを接続する第1スイッチ(SWA0)と、第1電源線と第3電源線とを接続する第2スイッチ(SWB0)とをさらに備える。第1スイッチは、第1データ検索時にオンに、第1データ非検索時にオフに設定される。第2スイッチは、第2データ検索時にオンに、第2データ非検索時にオフに設定される。
(Appendix 11)
In (Supplementary Note 4), the semiconductor device includes a first power supply line (VSS) connected to the first cell and the second cell, and a second power supply line (VSSA0) connected to the first logic unit and the second logic unit. A third power supply line (VSSB0) connected to the third logic unit and the fourth logic unit, a first switch (SWA0) connecting the first power supply line and the second power supply line, and a first power supply line A second switch (SWB0) for connecting the third power supply line is further provided. The first switch is set to ON when searching for the first data, and is set to OFF when not searching for the first data. The second switch is set to ON when searching for the second data and set to OFF when not searching for the second data.

(付記12)
半導体装置は、1ビットの情報を保持可能に構成されたデータセル(DC0)と、第1方向に沿って延在する第1および第2マッチ線(MLA0,MLB0)と、第1方向と直交する第2方向に沿って延在し、第1データ検索時に第1データを伝達する第1サーチ線対(SLA0,/SLA0)と、第2方向に沿って延在し、第2データ検索時に第2データを伝達する第2サーチ線対(SLB0,/SLB0)と、第1サーチ線対と第1マッチ線とに接続され、データセルが保持する情報と第1サーチ線対に伝達される第1データとの比較結果に基づいて第1マッチ線を駆動する第1論理演算セル(LCA0)と、第2サーチ線対と第2マッチ線とに接続され、データセルが保持する情報と第2サーチ線対に伝達される第2データとの比較結果に基づいて第2マッチ線を駆動する第2論理演算セル(LCB0)とを備える。
(Appendix 12)
The semiconductor device includes a data cell (DC0) configured to hold 1-bit information, first and second match lines (MLA0, MLB0) extending along the first direction, and orthogonal to the first direction. The first search line pair (SLA0, / SLA0) that extends along the second direction and transmits the first data at the time of the first data search, and extends along the second direction at the time of the second data search. Connected to the second search line pair (SLB0, / SLB0) for transmitting the second data, the first search line pair and the first match line, and transmitted to the information stored in the data cell and the first search line pair. Based on the comparison result with the first data, the first logic operation cell (LCA0) for driving the first match line, the second search line pair and the second match line, the information stored in the data cell and the first Comparison with second data transmitted to two search line pairs And a second logic operation cells (LCB0) for driving the second match line based on.

これにより、これにより、半導体装置は、1サイクルの間に、2つの検索データを同時に検索できるBCAM装置として機能し得る。そのため、この半導体装置は、検索対象が複数ある場合において、従来に比して検索速度を向上し得る。また、この半導体装置は、共通するメモリアレイを用いて、2つの検索データを検索する。そのため、この半導体装置は、装置の大型化を抑制し得る。加えて、この半導体装置は、1つのクロック信号に基づいて2つの検索データを検索できるため、消費電力を抑制し得る。   Thereby, the semiconductor device can thereby function as a BCAM device that can simultaneously search for two search data during one cycle. Therefore, this semiconductor device can improve the search speed as compared with the conventional case when there are a plurality of search targets. In addition, this semiconductor device searches for two search data using a common memory array. Therefore, this semiconductor device can suppress an increase in size of the device. In addition, since this semiconductor device can search for two search data based on one clock signal, it can suppress power consumption.

(付記13)
(付記12)において、半導体装置は、第1方向に沿って延在し、データセルに接続されるビット線対(BL0,/BL0)と、第1方向に沿って延在し、データセルに接続されるワード線(WL0)とをさらに備える。第1論理演算セルは、第1マッチ線と電源線(VSS)との間に接続され、第1データ検索時に、データセルの第1記憶ノード(A0)に保持される情報と第1サーチ線対のうち一方のサーチ線(SLA0)に伝達される情報との比較結果に応じて第1マッチ線を駆動するための第1論理ユニットと、第1マッチ線と電源線との間に接続され、第1データ検索時に、データセルの第2記憶ノード(A1)に保持される情報と第1サーチ線対のうち他方のサーチ線(/SLA0)に伝達される情報との比較結果に応じて第1マッチ線を駆動するための第2論理ユニットとを含む。第2論理演算セルは、第2マッチ線と電源線との間に接続され、第2データ検索時に、第1記憶ノードに保持される情報と第2サーチ線対のうち一方のサーチ線(SLB0)に伝達される情報との比較結果に応じて第2マッチ線を駆動するための第3論理ユニットと、第2マッチ線と電源線との間に接続され、第2データ検索時に、第2記憶ノードに保持される情報と第2サーチ線対のうち他方のサーチ線(/SLB0)に伝達される情報との比較結果に応じて第2マッチ線を駆動するための第4論理ユニットとを含む。第1論理ユニットは、電源線と第1マッチ線との間に直列に接続される第1(NS0)および第2トランジスタ(NS1)を有する。第2論理ユニットは、電源線と第1マッチ線との間に直列に接続される第3(NS3)および第4トランジスタ(NS2)を有する。第3論理ユニットは、電源線と第2マッチ線との間に直列に接続される第5(NS5)および第6トランジスタ(NS4)を有する。第4論理ユニットは、電源線と第2マッチ線との間に直列に接続される第7(NS7)および第8トランジスタ(NS6)を有する。第1および第5トランジスタのゲートは、第1記憶ノードに接続される。第3および第7トランジスタのゲートは、第2記憶ノードに接続される。第2トランジスタのゲートは、第1サーチ線対の一方(SLA0)に接続される。第4トランジスタのゲートは、第1サーチ線対の他方(/SLA0)に接続される。第6トランジスタのゲートは、第2サーチ線対の一方(SLB0)に接続される。第8トランジスタのゲートは、第2サーチ線対の他方(/SLB0)に接続される。データセルは、第1記憶ノードに入力が接続され、第2記憶ノードに出力が接続される第1インバータと、第2記憶ノードに入力が接続され、第1記憶ノードに出力が接続される第2インバータと、一方端が第1記憶ノードに接続され、他方端がビット線対の一方に接続され、ゲートがワード線に接続された第1導電型の第9トランジスタ(NA0)と、一方端が第2記憶ノードに接続され、他方端がビット線対の他方に接続され、ゲートがワード線に接続された第1導電型の第10トランジスタ(NA1)とを含む。ワード線の伸びる方向に、第2導電型の第1領域(PW0)と、第1導電型の第2領域(NW0)と、第2導電型の第3領域(PW1)とが順に形成される。第1領域には、第9および第10トランジスタと、第1インバータを構成する第1導電型の第13トランジスタ(ND0)と、第2インバータを構成する第1導電型の第14トランジスタ(ND1)とが配置される。第2領域には、第1インバータを構成する第2導電型の第15トランジスタ(P0)と、第2インバータを構成する第2導電型の第16トランジスタ(P1)とが配置される。第3領域には、第1導電型の第1〜第8トランジスタ(NS0〜NS7)が配置される。
(Appendix 13)
In (Supplementary Note 12), the semiconductor device extends along the first direction and extends along the first direction with the bit line pair (BL0, / BL0) connected to the data cell. And a word line (WL0) to be connected. The first logic operation cell is connected between the first match line and the power supply line (VSS), and the information stored in the first storage node (A0) of the data cell and the first search line during the first data search. A first logic unit for driving the first match line according to a comparison result with information transmitted to one search line (SLA0) of the pair is connected between the first match line and the power supply line. Depending on the comparison result between the information held in the second storage node (A1) of the data cell and the information transmitted to the other search line (/ SLA0) of the first search line pair during the first data search And a second logic unit for driving the first match line. The second logic operation cell is connected between the second match line and the power supply line, and information stored in the first storage node and one search line (SLB0) of the second search line pair during the second data search. ) Connected to the third logic unit for driving the second match line according to the comparison result with the information transmitted to the second match line and the power supply line. A fourth logic unit for driving the second match line according to the comparison result between the information held in the storage node and the information transmitted to the other search line (/ SLB0) of the second search line pair; Including. The first logic unit includes a first (NS0) and a second transistor (NS1) connected in series between the power supply line and the first match line. The second logic unit includes a third (NS3) and a fourth transistor (NS2) connected in series between the power supply line and the first match line. The third logic unit includes fifth (NS5) and sixth transistors (NS4) connected in series between the power supply line and the second match line. The fourth logic unit includes seventh (NS7) and eighth transistors (NS6) connected in series between the power supply line and the second match line. The gates of the first and fifth transistors are connected to the first storage node. The gates of the third and seventh transistors are connected to the second storage node. The gate of the second transistor is connected to one (SLA0) of the first search line pair. The gate of the fourth transistor is connected to the other (/ SLA0) of the first search line pair. The gate of the sixth transistor is connected to one (SLB0) of the second search line pair. The gate of the eighth transistor is connected to the other (/ SLB0) of the second search line pair. The data cell has a first inverter having an input connected to the first storage node and an output connected to the second storage node, an input connected to the second storage node, and an output connected to the first storage node. Two inverters, a first conductivity type ninth transistor (NA0) having one end connected to the first storage node, the other end connected to one of the bit line pair, and a gate connected to the word line; Is connected to the second storage node, the other end is connected to the other of the bit line pair, and the gate is connected to the word line, and the first conductivity type tenth transistor (NA1). A first conductivity type first region (PW0), a first conductivity type second region (NW0), and a second conductivity type third region (PW1) are sequentially formed in the direction in which the word line extends. . The first region includes the ninth and tenth transistors, the first conductivity type thirteenth transistor (ND0) constituting the first inverter, and the first conductivity type fourteenth transistor (ND1) constituting the second inverter. And are arranged. In the second region, a second conductivity type 15th transistor (P0) constituting the first inverter and a second conductivity type 16th transistor (P1) constituting the second inverter are arranged. First to eighth transistors (NS0 to NS7) of the first conductivity type are disposed in the third region.

これにより、BCAM装置として機能し得る半導体装置は、データサーチのためのトランジスタとして、NMOSトランジスタを用いて、複数の検索データを同時に検索し得る。また、この半導体装置は、従来よりもデータサーチのためのトランジスタの数が多いため、当該トランジスタを配置するためのウェルが従来よりも幅広になる。これにより、この半導体装置は、マルチビットエラーが起こる確率を低減し得る。   Thus, a semiconductor device that can function as a BCAM device can simultaneously search a plurality of search data by using an NMOS transistor as a data search transistor. Further, since this semiconductor device has a larger number of transistors for data search than the conventional one, the well for arranging the transistor becomes wider than the conventional one. Thereby, this semiconductor device can reduce the probability that a multi-bit error will occur.

(付記14)
(付記12)において、半導体装置は、第1方向に沿って延在し、データセルに接続されるビット線対(BL0,/BL0)と、第1方向に沿って延在し、データセルに接続されるワード線(WL0)とをさらに備える。第1論理演算セルは、第1マッチ線と電源線(VDD)との間に接続され、第1データ検索時に、データセルの第1記憶ノード(A0)に保持される情報と第1サーチ線対のうち一方のサーチ線(SLA0)に伝達される情報との比較結果に応じて第1マッチ線を駆動するための第1論理ユニットと、第1マッチ線と電源線との間に接続され、第1データ検索時に、データセルの第2記憶ノード(A1)に保持される情報と第1サーチ線対のうち他方のサーチ線(/SLA0)に伝達される情報との比較結果に応じて第1マッチ線を駆動するための第2論理ユニットとを含む。第2論理演算セルは、第2マッチ線と電源線との間に接続され、第2データ検索時に、第1記憶ノードに保持される情報と第2サーチ線対のうち一方のサーチ線(SLB0)に伝達される情報との比較結果に応じて第2マッチ線を駆動するための第3論理ユニットと、第2マッチ線と電源線との間に接続され、第2データ検索時に、第2記憶ノードに保持される情報と第2サーチ線対のうち他方のサーチ線(/SLB0)に伝達される情報との比較結果に応じて第2マッチ線を駆動するための第4論理ユニットとを含む。第1論理ユニットは、電源線と第1マッチ線との間に直列に接続される第1(PS0)および第2トランジスタ(PS1)を有する。第2論理ユニットは、電源線と第1マッチ線との間に直列に接続される第3(PS3)および第4トランジスタ(PS2)を有する。第3論理ユニットは、電源線と第2マッチ線との間に直列に接続される第5(PS5)および第6トランジスタ(PS4)を有する。第4論理ユニットは、電源線と第2マッチ線との間に直列に接続される第7(PS7)および第8トランジスタ(PS6)を有する。第1および第5トランジスタのゲートは、第1記憶ノードに接続される。第3および第7トランジスタのゲートは、第2記憶ノードに接続される。第2トランジスタのゲートは、第1サーチ線対の一方(SLA0)に接続される。第4トランジスタのゲートは、第1サーチ線対の他方(/SLA0)に接続される。第6トランジスタのゲートは、第2サーチ線対の一方(SLB0)に接続される。第8トランジスタのゲートは、第2サーチ線対の他方(/SLB0)に接続される。データセルは、第1記憶ノードに入力が接続され、第2記憶ノードに出力が接続される第1インバータと、第2記憶ノードに入力が接続され、第1記憶ノードに出力が接続される第2インバータと、一方端が第1記憶ノードに接続され、他方端がビット線対の一方に接続され、ゲートがワード線に接続された第1導電型の第9トランジスタ(NA0)と、一方端が第2記憶ノードに接続され、他方端がビット線対の他方に接続され、ゲートがワード線に接続された第1導電型の第10トランジスタ(NA1)とを含む。ワード線の伸びる方向に、第2導電型の第1領域(PW0)と、第1導電型の第2領域(NW0)とが形成される。第1領域には、第9および第10トランジスタと、第1インバータを構成する第1導電型の第13トランジスタ(ND0)と、第2インバータを構成する第1導電型の第14トランジスタ(ND1)とが配置される。第2領域には、第1インバータを構成する第2導電型の第15トランジスタ(P0)と、第2インバータを構成する第2導電型の第16トランジスタ(P1)と、第2導電型の第1〜第8トランジスタ(PS0〜PS7)が配置される。
(Appendix 14)
In (Supplementary Note 12), the semiconductor device extends along the first direction and extends along the first direction with the bit line pair (BL0, / BL0) connected to the data cell. And a word line (WL0) to be connected. The first logic operation cell is connected between the first match line and the power supply line (VDD), and the information stored in the first storage node (A0) of the data cell and the first search line during the first data search. A first logic unit for driving the first match line according to a comparison result with information transmitted to one search line (SLA0) of the pair is connected between the first match line and the power supply line. Depending on the comparison result between the information held in the second storage node (A1) of the data cell and the information transmitted to the other search line (/ SLA0) of the first search line pair during the first data search And a second logic unit for driving the first match line. The second logic operation cell is connected between the second match line and the power supply line, and information stored in the first storage node and one search line (SLB0) of the second search line pair during the second data search. ) Connected to the third logic unit for driving the second match line according to the comparison result with the information transmitted to the second match line and the power supply line. A fourth logic unit for driving the second match line according to the comparison result between the information held in the storage node and the information transmitted to the other search line (/ SLB0) of the second search line pair; Including. The first logic unit includes a first (PS0) and a second transistor (PS1) connected in series between the power supply line and the first match line. The second logic unit includes a third (PS3) and a fourth transistor (PS2) connected in series between the power supply line and the first match line. The third logic unit includes a fifth (PS5) and a sixth transistor (PS4) connected in series between the power supply line and the second match line. The fourth logic unit includes a seventh (PS7) and an eighth transistor (PS6) connected in series between the power supply line and the second match line. The gates of the first and fifth transistors are connected to the first storage node. The gates of the third and seventh transistors are connected to the second storage node. The gate of the second transistor is connected to one (SLA0) of the first search line pair. The gate of the fourth transistor is connected to the other (/ SLA0) of the first search line pair. The gate of the sixth transistor is connected to one (SLB0) of the second search line pair. The gate of the eighth transistor is connected to the other (/ SLB0) of the second search line pair. The data cell has a first inverter having an input connected to the first storage node and an output connected to the second storage node, an input connected to the second storage node, and an output connected to the first storage node. Two inverters, a first conductivity type ninth transistor (NA0) having one end connected to the first storage node, the other end connected to one of the bit line pair, and a gate connected to the word line; Is connected to the second storage node, the other end is connected to the other of the bit line pair, and the gate is connected to the word line, and the first conductivity type tenth transistor (NA1). A first conductivity type first region (PW0) and a first conductivity type second region (NW0) are formed in the extending direction of the word line. The first region includes the ninth and tenth transistors, the first conductivity type thirteenth transistor (ND0) constituting the first inverter, and the first conductivity type fourteenth transistor (ND1) constituting the second inverter. And are arranged. The second region includes a second conductivity type 15th transistor (P0) constituting the first inverter, a second conductivity type 16th transistor (P1) constituting the second inverter, and a second conductivity type first transistor. First to eighth transistors (PS0 to PS7) are arranged.

これにより、BCAM装置として機能し得る半導体装置は、データサーチのためのトランジスタとして、PMOSトランジスタを用いて、複数の検索データを同時に検索し得る。また、この半導体装置は、トランジスタを配置するウェルの数が少ないため、装置の大型化を抑制し得る。また、この半導体装置は、従来よりもデータサーチのためのトランジスタの数が多いため、当該トランジスタを配置するためのウェルが従来よりも幅広になる。これにより、この半導体装置は、マルチビットエラーが起こる確率を低減し得る。他の局面において、半導体装置は、データサーチのためのPMOSトランジスタのソースおよびドレイン領域に、シリコンゲルマニウム等のチャネル部のシリコンにストレスを与える材料を採用することによって、検索速度を向上し得る。   Thus, a semiconductor device that can function as a BCAM device can simultaneously search a plurality of search data by using a PMOS transistor as a data search transistor. In addition, since this semiconductor device has a small number of wells in which transistors are arranged, an increase in size of the device can be suppressed. Further, since this semiconductor device has a larger number of transistors for data search than the conventional one, the well for arranging the transistor becomes wider than the conventional one. Thereby, this semiconductor device can reduce the probability that a multi-bit error will occur. In another aspect, the semiconductor device can improve the search speed by adopting a material that stresses the silicon in the channel portion such as silicon germanium in the source and drain regions of the PMOS transistor for data search.

なお、上記の付記における参照符号は一例であって、これに限定されるものではない。
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明者は前記実施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言うまでもない。
The reference numerals in the above supplementary notes are examples, and the present invention is not limited to these.
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the inventor is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Needless to say.

100,700,1000,1900,2100 半導体装置、102 行デコーダ、104A,104B,106A,106B サーチドライバ、108,110 読出/書込回路、112A,112B プリチャージ&エンコード回路、BL0,BL1 ビット線、DC,DC0 データセル、DF 拡散領域、LCA0,LCB0 論理演算セル、PO ポリシリコン、SLA0,SLA1,SLB0,SLB1 サーチ線、SWA0,SWB0,SWA1,SWA1 スイッチ、VDD,VSS 電源線、WL0,WL1 ワード線。   100, 700, 1000, 1900, 2100 Semiconductor device, 102 row decoder, 104A, 104B, 106A, 106B search driver, 108, 110 read / write circuit, 112A, 112B precharge & encode circuit, BL0, BL1 bit line, DC, DC0 data cell, DF diffusion region, LCA0, LCB0 logic operation cell, PO polysilicon, SLA0, SLA1, SLB0, SLB1 search line, SWA0, SWB0, SWA1, SWA1 switch, VDD, VSS power supply line, WL0, WL1 word line.

Claims (14)

1ビットの情報を保持可能に構成された第1セルと、
1ビットの情報を保持可能に構成され、前記第1セルに隣接する第2セルと、
第1方向に沿って延在する第1および第2マッチ線と、
前記第1方向と直交する第2方向に沿って延在し、第1データ検索時に第1データを伝達する第1サーチ線対と、
前記第2方向に沿って延在し、第2データ検索時に第2データを伝達する第2サーチ線対と、
前記第1サーチ線対と前記第1マッチ線とに接続され、前記第1および第2セルが保持する情報と前記第1サーチ線対に伝達される第1データとの比較結果に基づいて前記第1マッチ線を駆動する第1論理演算セルと、
前記第2サーチ線対と前記第2マッチ線とに接続され、前記第1および第2セルが保持する情報と前記第2サーチ線対に伝達される第2データとの比較結果に基づいて前記第2マッチ線を駆動する第2論理演算セルとを備える、半導体装置。
A first cell configured to hold 1-bit information;
A second cell that is configured to hold 1-bit information and is adjacent to the first cell;
First and second match lines extending along a first direction;
A first search line pair extending along a second direction orthogonal to the first direction and transmitting the first data during the first data search;
A second search line pair extending along the second direction and transmitting second data during second data search;
The first search line pair and the first match line are connected to each other based on a comparison result between information held in the first and second cells and first data transmitted to the first search line pair. A first logical operation cell for driving the first match line;
Based on a comparison result between information stored in the first and second cells and second data transmitted to the second search line pair, connected to the second search line pair and the second match line. A semiconductor device comprising: a second logic operation cell that drives a second match line.
前記第2セルは、前記第1セルに対して前記第1方向に隣接し、
前記第2方向に沿って延在し、前記第1セルに接続される第1ビット線対と、
前記第2方向に沿って延在し、前記第2セルに接続される第2ビット線対と、
前記第1方向に沿って延在し、前記第1および第2セルの両方に接続されるワード線とをさらに備える、請求項1に記載の半導体装置。
The second cell is adjacent to the first cell in the first direction;
A first bit line pair extending along the second direction and connected to the first cell;
A second bit line pair extending along the second direction and connected to the second cell;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a word line extending along the first direction and connected to both the first and second cells.
前記第2セルは、前記第1セルに対して前記第2方向に隣接し、
前記第2方向に沿って延在し、前記第1および第2セルの両方に接続されるビット線対と、
前記第1方向に沿って延在し、前記第1セルに接続される第1ワード線と、
前記第1方向に沿って延在し、前記第2セルに接続される第2ワード線とをさらに備える、請求項1に記載の半導体装置。
The second cell is adjacent to the first cell in the second direction;
A bit line pair extending along the second direction and connected to both the first and second cells;
A first word line extending along the first direction and connected to the first cell;
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a second word line extending along the first direction and connected to the second cell.
前記第1論理演算セルは、
前記第1マッチ線と電源線との間に接続され、前記第1データ検索時に、前記第1セルの保持する情報と前記第1サーチ線対のうち一方のサーチ線に伝達される情報との比較結果に応じて前記第1マッチ線を駆動するための第1論理ユニットと、
前記第1マッチ線と電源線との間に接続され、前記第1データ検索時に、前記第2セルの保持する情報と前記第1サーチ線対のうち他方のサーチ線に伝達される情報との比較結果に応じて前記第1マッチ線を駆動するための第2論理ユニットとを含み、
前記第2論理演算セルは、
前記第2マッチ線と電源線との間に接続され、前記第2データ検索時に、前記第1セルの保持する情報と前記第2サーチ線対のうち一方のサーチ線に伝達される情報との比較結果に応じて前記第2マッチ線を駆動するための第3論理ユニットと、
前記第2マッチ線と電源線との間に接続され、前記第2データ検索時に、前記第2セルの保持する情報と前記第2サーチ線対のうち他方のサーチ線に伝達される情報との比較結果に応じて前記第2マッチ線を駆動するための第4論理ユニットとを含む、請求項1に記載の半導体装置。
The first logical operation cell is:
The first match line is connected between the power line and the information held in the first cell and the information transmitted to one search line of the first search line pair during the first data search. A first logic unit for driving the first match line according to a comparison result;
The first match line is connected between the power line and the information stored in the second cell and the information transmitted to the other search line of the first search line pair during the first data search. A second logic unit for driving the first match line according to a comparison result,
The second logical operation cell is:
The second match line is connected between the power line and the information stored in the first cell and information transmitted to one search line of the second search line pair during the second data search. A third logic unit for driving the second match line according to the comparison result;
The second match line is connected between the power line and the information stored in the second cell and information transmitted to the other search line of the second search line pair during the second data search. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a fourth logic unit for driving the second match line according to a comparison result.
前記第1論理ユニットは、前記電源線と前記第1マッチ線との間に直列に接続される第1および第2トランジスタを含み、
前記第2論理ユニットは、前記電源線と前記第1マッチ線との間に直列に接続される第3および第4トランジスタを含み、
前記第3論理ユニットは、前記電源線と前記第2マッチ線との間に直列に接続される第5および第6トランジスタを含み、
前記第4論理ユニットは、前記電源線と前記第2マッチ線との間に直列に接続される第7および第8トランジスタを含み、
前記第1および第5トランジスタのゲートは、前記第1セルが情報を保持するノードに接続され、
前記第3および第7トランジスタのゲートは、前記第2セルが情報を保持するノードに接続され、
前記第2トランジスタのゲートは、前記第1サーチ線対の一方に接続され、
前記第4トランジスタのゲートは、前記第1サーチ線対の他方に接続され、
前記第6トランジスタのゲートは、前記第2サーチ線対の一方に接続され、
前記第8トランジスタのゲートは、前記第2サーチ線対の他方に接続される、請求項4に記載の半導体装置。
The first logic unit includes first and second transistors connected in series between the power line and the first match line,
The second logic unit includes third and fourth transistors connected in series between the power line and the first match line,
The third logic unit includes fifth and sixth transistors connected in series between the power line and the second match line,
The fourth logic unit includes seventh and eighth transistors connected in series between the power line and the second match line,
Gates of the first and fifth transistors are connected to a node where the first cell holds information;
The gates of the third and seventh transistors are connected to a node where the second cell holds information;
A gate of the second transistor is connected to one of the first search line pair;
A gate of the fourth transistor is connected to the other of the first search line pair;
A gate of the sixth transistor is connected to one of the second search line pair;
The semiconductor device according to claim 4, wherein a gate of the eighth transistor is connected to the other of the second search line pair.
前記第2セルは、前記第1セルに対して前記第1方向に隣接し、
前記第2方向に沿って延在し、前記第1セルに接続される第1ビット線対と、
前記第2方向に沿って延在し、前記第2セルに接続される第2ビット線対と、
前記第1方向に沿って延在し、前記第1および第2セルの両方に接続されるワード線とをさらに備え、
前記第1セルは、
前記第1および第5トランジスタのゲートに接続される第1記憶ノードに入力が接続され、第2記憶ノードに出力が接続される第1インバータと、
前記第2記憶ノードに入力が接続され、前記第1記憶ノードに出力が接続される第2インバータと、
一方端が前記第1記憶ノードに接続され、他方端が前記第1ビット線対の一方に接続され、ゲートが前記ワード線に接続された第1導電型の第9トランジスタと、
一方端が前記第2記憶ノードに接続され、他方端が前記第1ビット線対の他方に接続され、ゲートが前記ワード線に接続された第1導電型の第10トランジスタとを含み、
前記第2セルは、
前記第3および第7トランジスタのゲートに接続される第3記憶ノードに入力が接続され、第4記憶ノードに出力が接続される第3インバータと、
前記第4記憶ノードに入力が接続され、前記第3記憶ノードに出力が接続される第4インバータと、
一方端が前記第3記憶ノードに接続され、他方端が前記第2ビット線対の一方に接続され、ゲートが前記ワード線に接続された第1導電型の第11トランジスタと、
一方端が前記第4記憶ノードに接続され、他方端が前記第2ビット線対の他方に接続され、ゲートが前記ワード線に接続された第1導電型の第12トランジスタとを含み、
前記ワード線の伸びる方向に、第2導電型の第1領域と、前記第1導電型の第2領域と、前記第2導電型の第3領域と、前記第1導電型の第4領域と、前記第2導電型の第5領域とが順に形成され、
前記第1領域には、前記第9および第10トランジスタと、前記第1インバータを構成する第1導電型の第13トランジスタと、前記第2インバータを構成する第1導電型の第14トランジスタとが配置され、
前記第2領域には、前記第1インバータを構成する第2導電型の第15トランジスタと、前記第2インバータを構成する第2導電型の第16トランジスタとが配置され、
前記第3領域には、第1導電型の前記第1〜第8トランジスタが配置され、
前記第4領域には、前記第3インバータを構成する第2導電型の第17トランジスタと、前記第4インバータを構成する第2導電型の第18トランジスタとが配置され、
前記第5領域には、前記第11および第12トランジスタと、前記第3インバータを構成する第1導電型の第19トランジスタと、前記第4インバータを構成する第1導電型の第20トランジスタとが配置される、請求項5に記載の半導体装置。
The second cell is adjacent to the first cell in the first direction;
A first bit line pair extending along the second direction and connected to the first cell;
A second bit line pair extending along the second direction and connected to the second cell;
A word line extending along the first direction and connected to both the first and second cells;
The first cell is
A first inverter having an input connected to a first storage node connected to the gates of the first and fifth transistors and an output connected to a second storage node;
A second inverter having an input connected to the second storage node and an output connected to the first storage node;
A ninth transistor of the first conductivity type having one end connected to the first storage node, the other end connected to one of the first bit line pair, and a gate connected to the word line;
A tenth transistor of a first conductivity type having one end connected to the second storage node, the other end connected to the other of the first bit line pair, and a gate connected to the word line;
The second cell is
A third inverter having an input connected to a third storage node connected to the gates of the third and seventh transistors and an output connected to a fourth storage node;
A fourth inverter having an input connected to the fourth storage node and an output connected to the third storage node;
An eleventh transistor of the first conductivity type having one end connected to the third storage node, the other end connected to one of the second bit line pair, and a gate connected to the word line;
A first conductivity type twelfth transistor having one end connected to the fourth storage node, the other end connected to the other of the second bit line pair, and a gate connected to the word line;
In the direction in which the word line extends, a second conductivity type first region, the first conductivity type second region, the second conductivity type third region, and the first conductivity type fourth region, , The fifth region of the second conductivity type is formed in order,
The first region includes the ninth and tenth transistors, a first conductivity type thirteenth transistor constituting the first inverter, and a first conductivity type fourteenth transistor constituting the second inverter. Arranged,
In the second region, a second conductivity type 15th transistor constituting the first inverter and a second conductivity type 16th transistor constituting the second inverter are arranged,
In the third region, the first to eighth transistors of the first conductivity type are disposed,
In the fourth region, a second conductivity type 17th transistor constituting the third inverter and a second conductivity type 18th transistor constituting the fourth inverter are arranged,
The fifth region includes the eleventh and twelfth transistors, a first conductivity type 19th transistor constituting the third inverter, and a first conductivity type 20th transistor constituting the fourth inverter. The semiconductor device according to claim 5 arranged.
前記第2セルは、前記第1セルに対して前記第1方向に隣接し、
前記第2方向に沿って延在し、前記第1セルに接続される第1ビット線対と、
前記第2方向に沿って延在し、前記第2セルに接続される第2ビット線対と、
前記第1方向に沿って延在し、前記第1および第2セルの両方に接続されるワード線とをさらに備え、
前記第1セルは、
前記第1および第5トランジスタのゲートに接続される第1記憶ノードに入力が接続され、第2記憶ノードに出力が接続される第1インバータと、
前記第2記憶ノードに入力が接続され、前記第1記憶ノードに出力が接続される第2インバータと、
一方端が前記第1記憶ノードに接続され、他方端が前記第1ビット線対の一方に接続され、ゲートが前記ワード線に接続された第1導電型の第9トランジスタと、
一方端が前記第2記憶ノードに接続され、他方端が前記第1ビット線対の他方に接続され、ゲートが前記ワード線に接続された第1導電型の第10トランジスタとを含み、
前記第2セルは、
前記第3および第7トランジスタのゲートに接続される第3記憶ノードに入力が接続され、第4記憶ノードに出力が接続される第3インバータと、
前記第4記憶ノードに入力が接続され、前記第3記憶ノードに出力が接続される第4インバータと、
一方端が前記第3記憶ノードに接続され、他方端が前記第2ビット線対の一方に接続され、ゲートが前記ワード線に接続された第1導電型の第11トランジスタと、
一方端が前記第4記憶ノードに接続され、他方端が前記第2ビット線対の他方に接続され、ゲートが前記ワード線に接続された第1導電型の第12トランジスタとを含み、
前記ワード線の伸びる方向に、第2導電型の第1領域と、前記第1導電型の第2領域と、前記第2導電型の第3領域とが順に形成され、
前記第1領域には、前記第9および第10トランジスタと、前記第1インバータを構成する第1導電型の第13トランジスタと、前記第2インバータを構成する第1導電型の第14トランジスタとが配置され、
前記第2領域には、前記第1インバータを構成する第2導電型の第15トランジスタと、前記第2インバータを構成する第2導電型の第16トランジスタと、第2導電型の前記第1〜第8トランジスタと、前記第3インバータを構成する第2導電型の第17トランジスタと、前記第4インバータを構成する第2導電型の第18トランジスタとが配置され、
前記第3領域には、前記第11および第12トランジスタと、前記第3インバータを構成する第1導電型の第19トランジスタと、前記第4インバータを構成する第1導電型の第20トランジスタとが配置される、請求項5に記載の半導体装置。
The second cell is adjacent to the first cell in the first direction;
A first bit line pair extending along the second direction and connected to the first cell;
A second bit line pair extending along the second direction and connected to the second cell;
A word line extending along the first direction and connected to both the first and second cells;
The first cell is
A first inverter having an input connected to a first storage node connected to the gates of the first and fifth transistors and an output connected to a second storage node;
A second inverter having an input connected to the second storage node and an output connected to the first storage node;
A ninth transistor of the first conductivity type having one end connected to the first storage node, the other end connected to one of the first bit line pair, and a gate connected to the word line;
A tenth transistor of a first conductivity type having one end connected to the second storage node, the other end connected to the other of the first bit line pair, and a gate connected to the word line;
The second cell is
A third inverter having an input connected to a third storage node connected to the gates of the third and seventh transistors and an output connected to a fourth storage node;
A fourth inverter having an input connected to the fourth storage node and an output connected to the third storage node;
An eleventh transistor of the first conductivity type having one end connected to the third storage node, the other end connected to one of the second bit line pair, and a gate connected to the word line;
A first conductivity type twelfth transistor having one end connected to the fourth storage node, the other end connected to the other of the second bit line pair, and a gate connected to the word line;
A second conductivity type first region, the first conductivity type second region, and the second conductivity type third region are sequentially formed in a direction in which the word line extends,
The first region includes the ninth and tenth transistors, a first conductivity type thirteenth transistor constituting the first inverter, and a first conductivity type fourteenth transistor constituting the second inverter. Arranged,
The second region includes a second conductivity type 15th transistor constituting the first inverter, a second conductivity type 16th transistor constituting the second inverter, and the second conductivity type first to first transistors. An eighth transistor, a second conductivity type seventeenth transistor constituting the third inverter, and a second conductivity type eighteenth transistor constituting the fourth inverter;
The third region includes the eleventh and twelfth transistors, a first conductivity type 19th transistor constituting the third inverter, and a first conductivity type 20th transistor constituting the fourth inverter. The semiconductor device according to claim 5 arranged.
前記第2セルは、前記第1セルに対して前記第2方向に隣接し、
前記第2方向に沿って延在し、前記第1および第2セルの両方に接続されるビット線対と、
前記第1方向に沿って延在し、前記第1セルに接続される第1ワード線と、
前記第1方向に沿って延在し、前記第2セルに接続される第2ワード線とをさらに備え、
前記第1セルは、
前記第1および第5トランジスタのゲートに接続される第1記憶ノードに入力が接続され、第2記憶ノードに出力が接続される第1インバータと、
前記第2記憶ノードに入力が接続され、前記第1記憶ノードに出力が接続される第2インバータと、
一方端が前記第1記憶ノードに接続され、他方端が前記ビット線対の一方に接続され、ゲートが前記第1ワード線に接続された第1導電型の第9トランジスタと、
一方端が前記第2記憶ノードに接続され、他方端が前記ビット線対の他方に接続され、ゲートが前記第1ワード線に接続された第1導電型の第10トランジスタとを含み、
前記第2セルは、
前記第3および第7トランジスタのゲートに接続される第3記憶ノードに入力が接続され、第4記憶ノードに出力が接続される第3インバータと、
前記第4記憶ノードに入力が接続され、前記第3記憶ノードに出力が接続される第4インバータと、
一方端が前記第3記憶ノードに接続され、他方端が前記ビット線対の一方に接続され、ゲートが前記第2ワード線に接続された第1導電型の第11トランジスタと、
一方端が前記第4記憶ノードに接続され、他方端が前記ビット線対の他方に接続され、ゲートが前記第2ワード線に接続された第1導電型の第12トランジスタとを含み、
前記第1および第2ワード線の伸びる方向に、第2導電型の第1領域と、前記第1導電型の第2領域と、前記第2導電型の第3領域とが順に形成され、
前記第1領域には、前記第9および第11トランジスタと、前記第1インバータを構成する第1導電型の第13トランジスタと、前記第2インバータを構成する第1導電型の第14トランジスタとが配置され、
前記第2領域には、前記第1インバータを構成する第2導電型の第15トランジスタと、前記第2インバータを構成する第2導電型の第16トランジスタと、前記第3インバータを構成する第2導電型の第17トランジスタと、前記第4インバータを構成する第2導電型の第18トランジスタとが配置され、
前記第3領域には、第1導電型の前記第1〜第8トランジスタと、前記第10および第12トランジスタと、前記第3インバータを構成する第1導電型の第19トランジスタと、前記第4インバータを構成する第1導電型の第20トランジスタとが配置される、請求項5に記載の半導体装置。
The second cell is adjacent to the first cell in the second direction;
A bit line pair extending along the second direction and connected to both the first and second cells;
A first word line extending along the first direction and connected to the first cell;
A second word line extending along the first direction and connected to the second cell;
The first cell is
A first inverter having an input connected to a first storage node connected to the gates of the first and fifth transistors and an output connected to a second storage node;
A second inverter having an input connected to the second storage node and an output connected to the first storage node;
A ninth transistor of the first conductivity type having one end connected to the first storage node, the other end connected to one of the bit line pair, and a gate connected to the first word line;
A first conductivity type tenth transistor having one end connected to the second storage node, the other end connected to the other of the bit line pair, and a gate connected to the first word line;
The second cell is
A third inverter having an input connected to a third storage node connected to the gates of the third and seventh transistors and an output connected to a fourth storage node;
A fourth inverter having an input connected to the fourth storage node and an output connected to the third storage node;
An eleventh transistor of the first conductivity type having one end connected to the third storage node, the other end connected to one of the bit line pair, and a gate connected to the second word line;
A first conductivity type twelfth transistor having one end connected to the fourth storage node, the other end connected to the other of the bit line pair, and a gate connected to the second word line;
A first region of a second conductivity type, a second region of the first conductivity type, and a third region of the second conductivity type are sequentially formed in the extending direction of the first and second word lines,
The first region includes the ninth and eleventh transistors, a first conductivity type thirteenth transistor constituting the first inverter, and a first conductivity type fourteenth transistor constituting the second inverter. Arranged,
In the second region, the second conductivity type 15th transistor constituting the first inverter, the second conductivity type 16th transistor constituting the second inverter, and the second inverter constituting the third inverter. A conductive type 17th transistor and a second conductive type 18th transistor constituting the fourth inverter are disposed;
The third region includes the first conductivity type first to eighth transistors, the tenth and twelfth transistors, the first conductivity type 19th transistor constituting the third inverter, and the fourth conductivity type. The semiconductor device according to claim 5, wherein a twentieth transistor of a first conductivity type constituting an inverter is disposed.
前記第1〜第20トランジスタのうち少なくとも1つのトランジスタは、マルチゲートトランジスタによって構成される、請求項8に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 8, wherein at least one of the first to twentieth transistors is configured by a multi-gate transistor. 前記第11トランジスタおよび前記第19トランジスタが共有する拡散層と、前記第18トランジスタのゲートとを接続する第1ローカル配線と、
前記第9トランジスタおよび前記第13トランジスタが共有する拡散層と、前記第16トランジスタのゲートとを接続する第2ローカル配線と、
前記第12トランジスタおよび前記第20トランジスタが共有する拡散層と、前記第17トランジスタのゲートとを接続する第3ローカル配線と、
前記第10トランジスタおよび前記第14トランジスタが共有する拡散層と、前記第15トランジスタのゲートとを接続する第4ローカル配線とをさらに備える、請求項8に記載の半導体装置。
A first local wiring connecting a diffusion layer shared by the eleventh transistor and the nineteenth transistor and a gate of the eighteenth transistor;
A second local wiring connecting a diffusion layer shared by the ninth transistor and the thirteenth transistor and a gate of the sixteenth transistor;
A third local wiring connecting a diffusion layer shared by the twelfth transistor and the twentieth transistor and a gate of the seventeenth transistor;
The semiconductor device according to claim 8, further comprising a fourth local wiring that connects a diffusion layer shared by the tenth transistor and the fourteenth transistor and a gate of the fifteenth transistor.
前記第1セルおよび前記第2セルに接続される第1電源線と、
前記第1論理ユニットおよび前記第2論理ユニットに接続される第2電源線と、
前記第3論理ユニットおよび前記第4論理ユニットに接続される第3電源線と、
前記第1電源線と前記第2電源線とを接続する第1スイッチと、
前記第1電源線と前記第3電源線とを接続する第2スイッチとをさらに備え、
前記第1スイッチは、前記第1データ検索時にオンに、前記第1データ非検索時にオフに設定され、
前記第2スイッチは、前記第2データ検索時にオンに、前記第2データ非検索時にオフに設定される、請求項4に記載の半導体装置。
A first power line connected to the first cell and the second cell;
A second power line connected to the first logic unit and the second logic unit;
A third power line connected to the third logic unit and the fourth logic unit;
A first switch connecting the first power line and the second power line;
A second switch for connecting the first power line and the third power line;
The first switch is set to on when the first data is searched, and is turned off when the first data is not searched.
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the second switch is set to be on when the second data is searched and is turned off when the second data is not searched. 6.
1ビットの情報を保持可能に構成されたデータセルと、
第1方向に沿って延在する第1および第2マッチ線と、
前記第1方向と直交する第2方向に沿って延在し、第1データ検索時に第1データを伝達する第1サーチ線対と、
前記第2方向に沿って延在し、第2データ検索時に第2データを伝達する第2サーチ線対と、
前記第1サーチ線対と前記第1マッチ線とに接続され、前記データセルが保持する情報と前記第1サーチ線対に伝達される第1データとの比較結果に基づいて前記第1マッチ線を駆動する第1論理演算セルと、
前記第2サーチ線対と前記第2マッチ線とに接続され、前記データセルが保持する情報と前記第2サーチ線対に伝達される第2データとの比較結果に基づいて前記第2マッチ線を駆動する第2論理演算セルとを備える、半導体装置。
A data cell configured to hold 1-bit information;
First and second match lines extending along a first direction;
A first search line pair extending along a second direction orthogonal to the first direction and transmitting the first data during the first data search;
A second search line pair extending along the second direction and transmitting second data during second data search;
The first match line is connected to the first search line pair and the first match line, and is based on a comparison result between the information held in the data cell and the first data transmitted to the first search line pair. A first logic cell that drives
The second match line is connected to the second search line pair and the second match line, and is based on a comparison result between information held in the data cell and second data transmitted to the second search line pair. And a second logic operation cell for driving the semiconductor device.
前記第1方向に沿って延在し、前記データセルに接続されるビット線対と、
前記第1方向に沿って延在し、前記データセルに接続されるワード線とをさらに備え、
前記第1論理演算セルは、
前記第1マッチ線と電源線との間に接続され、前記第1データ検索時に、前記データセルの第1記憶ノードに保持される情報と前記第1サーチ線対のうち一方のサーチ線に伝達される情報との比較結果に応じて前記第1マッチ線を駆動するための第1論理ユニットと、
前記第1マッチ線と電源線との間に接続され、前記第1データ検索時に、前記データセルの第2記憶ノードに保持される情報と前記第1サーチ線対のうち他方のサーチ線に伝達される情報との比較結果に応じて前記第1マッチ線を駆動するための第2論理ユニットとを含み、
前記第2論理演算セルは、
前記第2マッチ線と電源線との間に接続され、前記第2データ検索時に、前記第1記憶ノードに保持される情報と前記第2サーチ線対のうち一方のサーチ線に伝達される情報との比較結果に応じて前記第2マッチ線を駆動するための第3論理ユニットと、
前記第2マッチ線と電源線との間に接続され、前記第2データ検索時に、前記第2記憶ノードに保持される情報と前記第2サーチ線対のうち他方のサーチ線に伝達される情報との比較結果に応じて前記第2マッチ線を駆動するための第4論理ユニットとを含み、
前記第1論理ユニットは、前記電源線と前記第1マッチ線との間に直列に接続される第1および第2トランジスタを有し、
前記第2論理ユニットは、前記電源線と前記第1マッチ線との間に直列に接続される第3および第4トランジスタを有し、
前記第3論理ユニットは、前記電源線と前記第2マッチ線との間に直列に接続される第5および第6トランジスタを有し、
前記第4論理ユニットは、前記電源線と前記第2マッチ線との間に直列に接続される第7および第8トランジスタを有し、
前記第1および第5トランジスタのゲートは、前記第1記憶ノードに接続され、
前記第3および第7トランジスタのゲートは、前記第2記憶ノードに接続され、
前記第2トランジスタのゲートは、前記第1サーチ線対の一方に接続され、
前記第4トランジスタのゲートは、前記第1サーチ線対の他方に接続され、
前記第6トランジスタのゲートは、前記第2サーチ線対の一方に接続され、
前記第8トランジスタのゲートは、前記第2サーチ線対の他方に接続され、
前記データセルは、
前記第1記憶ノードに入力が接続され、前記第2記憶ノードに出力が接続される第1インバータと、
前記第2記憶ノードに入力が接続され、前記第1記憶ノードに出力が接続される第2インバータと、
一方端が前記第1記憶ノードに接続され、他方端が前記ビット線対の一方に接続され、ゲートが前記ワード線に接続された第1導電型の第9トランジスタと、
一方端が前記第2記憶ノードに接続され、他方端が前記ビット線対の他方に接続され、ゲートが前記ワード線に接続された第1導電型の第10トランジスタとを含み、
前記ワード線の伸びる方向に、第2導電型の第1領域と、前記第1導電型の第2領域と、前記第2導電型の第3領域とが順に形成され、
前記第1領域には、前記第9および第10トランジスタと、前記第1インバータを構成する第1導電型の第13トランジスタと、前記第2インバータを構成する第1導電型の第14トランジスタとが配置され、
前記第2領域には、前記第1インバータを構成する第2導電型の第15トランジスタと、前記第2インバータを構成する第2導電型の第16トランジスタとが配置され、
前記第3領域には、第1導電型の前記第1〜第8トランジスタが配置される、請求項12に記載の半導体装置。
A bit line pair extending along the first direction and connected to the data cell;
A word line extending along the first direction and connected to the data cell;
The first logical operation cell is:
Connected between the first match line and the power supply line and transmitted to one search line of the first search line pair and information held in the first storage node of the data cell at the time of the first data search. A first logic unit for driving the first match line according to a comparison result with the information to be performed;
Connected between the first match line and the power supply line, and transmitted to the other search line of the first search line pair and information held in the second storage node of the data cell at the time of the first data search A second logic unit for driving the first match line according to a comparison result with information to be performed,
The second logical operation cell is:
Information that is connected between the second match line and the power supply line and is stored in the first storage node and transmitted to one search line of the second search line pair during the second data search. A third logic unit for driving the second match line according to the comparison result with
Information that is connected between the second match line and the power supply line, and that is stored in the second storage node and transmitted to the other search line of the second search line pair during the second data search And a fourth logic unit for driving the second match line according to the comparison result with
The first logic unit includes first and second transistors connected in series between the power line and the first match line,
The second logic unit includes third and fourth transistors connected in series between the power supply line and the first match line,
The third logic unit includes fifth and sixth transistors connected in series between the power line and the second match line,
The fourth logic unit includes seventh and eighth transistors connected in series between the power line and the second match line,
Gates of the first and fifth transistors are connected to the first storage node;
Gates of the third and seventh transistors are connected to the second storage node;
A gate of the second transistor is connected to one of the first search line pair;
A gate of the fourth transistor is connected to the other of the first search line pair;
A gate of the sixth transistor is connected to one of the second search line pair;
A gate of the eighth transistor is connected to the other of the second search line pair;
The data cell is
A first inverter having an input connected to the first storage node and an output connected to the second storage node;
A second inverter having an input connected to the second storage node and an output connected to the first storage node;
A ninth transistor of the first conductivity type having one end connected to the first storage node, the other end connected to one of the bit line pair, and a gate connected to the word line;
A tenth transistor of a first conductivity type having one end connected to the second storage node, the other end connected to the other of the bit line pair, and a gate connected to the word line;
A second conductivity type first region, the first conductivity type second region, and the second conductivity type third region are sequentially formed in a direction in which the word line extends,
The first region includes the ninth and tenth transistors, a first conductivity type thirteenth transistor constituting the first inverter, and a first conductivity type fourteenth transistor constituting the second inverter. Arranged,
In the second region, a second conductivity type 15th transistor constituting the first inverter and a second conductivity type 16th transistor constituting the second inverter are arranged,
The semiconductor device according to claim 12, wherein the first to eighth transistors of the first conductivity type are disposed in the third region.
前記第1方向に沿って延在し、前記データセルに接続されるビット線対と、
前記第1方向に沿って延在し、前記データセルに接続されるワード線とをさらに備え、
前記第1論理演算セルは、
前記第1マッチ線と電源線との間に接続され、前記第1データ検索時に、前記データセルの第1記憶ノードに保持される情報と前記第1サーチ線対のうち一方のサーチ線に伝達される情報との比較結果に応じて前記第1マッチ線を駆動するための第1論理ユニットと、
前記第1マッチ線と電源線との間に接続され、前記第1データ検索時に、前記データセルの第2記憶ノードに保持される情報と前記第1サーチ線対のうち他方のサーチ線に伝達される情報との比較結果に応じて前記第1マッチ線を駆動するための第2論理ユニットとを含み、
前記第2論理演算セルは、
前記第2マッチ線と電源線との間に接続され、前記第2データ検索時に、前記第1記憶ノードに保持される情報と前記第2サーチ線対のうち一方のサーチ線に伝達される情報との比較結果に応じて前記第2マッチ線を駆動するための第3論理ユニットと、
前記第2マッチ線と電源線との間に接続され、前記第2データ検索時に、前記第2記憶ノードに保持される情報と前記第2サーチ線対のうち他方のサーチ線に伝達される情報との比較結果に応じて前記第2マッチ線を駆動するための第4論理ユニットとを含み、
前記第1論理ユニットは、前記電源線と前記第1マッチ線との間に直列に接続される第1および第2トランジスタを有し、
前記第2論理ユニットは、前記電源線と前記第1マッチ線との間に直列に接続される第3および第4トランジスタを有し、
前記第3論理ユニットは、前記電源線と前記第2マッチ線との間に直列に接続される第5および第6トランジスタを有し、
前記第4論理ユニットは、前記電源線と前記第2マッチ線との間に直列に接続される第7および第8トランジスタを有し、
前記第1および第5トランジスタのゲートは、前記第1記憶ノードに接続され、
前記第3および第7トランジスタのゲートは、前記第2記憶ノードに接続され、
前記第2トランジスタのゲートは、前記第1サーチ線対の一方に接続され、
前記第4トランジスタのゲートは、前記第1サーチ線対の他方に接続され、
前記第6トランジスタのゲートは、前記第2サーチ線対の一方に接続され、
前記第8トランジスタのゲートは、前記第2サーチ線対の他方に接続され、
前記データセルは、
前記第1記憶ノードに入力が接続され、前記第2記憶ノードに出力が接続される第1インバータと、
前記第2記憶ノードに入力が接続され、前記第1記憶ノードに出力が接続される第2インバータと、
一方端が前記第1記憶ノードに接続され、他方端が前記ビット線対の一方に接続され、ゲートが前記ワード線に接続された第1導電型の第9トランジスタと、
一方端が前記第2記憶ノードに接続され、他方端が前記ビット線対の他方に接続され、ゲートが前記ワード線に接続された第1導電型の第10トランジスタとを含み、
前記ワード線の伸びる方向に、第2導電型の第1領域と、前記第1導電型の第2領域とが形成され、
前記第1領域には、前記第9および第10トランジスタと、前記第1インバータを構成する第1導電型の第13トランジスタと、前記第2インバータを構成する第1導電型の第14トランジスタとが配置され、
前記第2領域には、前記第1インバータを構成する第2導電型の第15トランジスタと、前記第2インバータを構成する第2導電型の第16トランジスタと、第2導電型の前記第1〜第8トランジスタが配置される、請求項12に記載の半導体装置。
A bit line pair extending along the first direction and connected to the data cell;
A word line extending along the first direction and connected to the data cell;
The first logical operation cell is:
Connected between the first match line and the power supply line and transmitted to one search line of the first search line pair and information held in the first storage node of the data cell at the time of the first data search. A first logic unit for driving the first match line according to a comparison result with the information to be performed;
Connected between the first match line and the power supply line, and transmitted to the other search line of the first search line pair and information held in the second storage node of the data cell at the time of the first data search A second logic unit for driving the first match line according to a comparison result with information to be performed,
The second logical operation cell is:
Information that is connected between the second match line and the power supply line and is stored in the first storage node and transmitted to one search line of the second search line pair during the second data search. A third logic unit for driving the second match line according to the comparison result with
Information that is connected between the second match line and the power supply line, and that is stored in the second storage node and transmitted to the other search line of the second search line pair during the second data search And a fourth logic unit for driving the second match line according to the comparison result with
The first logic unit includes first and second transistors connected in series between the power line and the first match line,
The second logic unit includes third and fourth transistors connected in series between the power supply line and the first match line,
The third logic unit includes fifth and sixth transistors connected in series between the power line and the second match line,
The fourth logic unit includes seventh and eighth transistors connected in series between the power line and the second match line,
Gates of the first and fifth transistors are connected to the first storage node;
Gates of the third and seventh transistors are connected to the second storage node;
A gate of the second transistor is connected to one of the first search line pair;
A gate of the fourth transistor is connected to the other of the first search line pair;
A gate of the sixth transistor is connected to one of the second search line pair;
A gate of the eighth transistor is connected to the other of the second search line pair;
The data cell is
A first inverter having an input connected to the first storage node and an output connected to the second storage node;
A second inverter having an input connected to the second storage node and an output connected to the first storage node;
A ninth transistor of the first conductivity type having one end connected to the first storage node, the other end connected to one of the bit line pair, and a gate connected to the word line;
A tenth transistor of a first conductivity type having one end connected to the second storage node, the other end connected to the other of the bit line pair, and a gate connected to the word line;
A first conductive type first region and a first conductive type second region are formed in a direction in which the word line extends;
The first region includes the ninth and tenth transistors, a first conductivity type thirteenth transistor constituting the first inverter, and a first conductivity type fourteenth transistor constituting the second inverter. Arranged,
The second region includes a second conductivity type 15th transistor constituting the first inverter, a second conductivity type 16th transistor constituting the second inverter, and the second conductivity type first to first transistors. The semiconductor device according to claim 12, wherein an eighth transistor is arranged.
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