JP2019194931A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、半導体記憶装置の全体構成を示すブロック図である。本構成例の半導体記憶装置100は、メモリブロック1とメモリコントローラ2を有する。
図2はメモリセル11の基本構成を示す回路図である。本図のメモリセル11は、6T構造(=6つのトランジスタから成る構造)のSRAMに4つの強誘電体キャパシタを組み合わせた6T4C構造の強誘電体シャドウメモリであり、Nチャネル型の駆動トランジスタM2及びM4(NMOSFET[N-channel type metal oxide semiconductor field effect transistor])と、Pチャネル型の駆動トランジスタM1及びM3(PMOSFET[P-channel type MOSFET])と、Nチャネル型のアクセストランジスタM5及びM6(NMOSFET)と、強誘電体キャパシタFC1〜FC4と、を含む。以下では、説明の便宜上、駆動トランジスタM1及びM3、駆動トランジスタM2及びM4、並びに、アクセストランジスタM5及びM6をそれぞれトランジスタM1〜M6と略称する。
図4は、メモリセル11の第1実施形態を示す回路図である。本実施形態のメモリセル11は、先出の基本構成(図2)と同じく、6T構造のSRAMに4つの強誘電体キャパシタを組み合わせた6T4C構造の強誘電体シャドウメモリであり、後続する第2〜第7実施形態と対比される比較例に相当する。なお、既出の構成要素については、先の図2と同一の符号を付すことにより重複した説明を割愛する。
図5は、メモリセル11の第2実施形態を示す回路図である。本実施形態のメモリセル11は、第1実施形態(図4)をベースとしつつ、強誘電体キャパシタFC1及びFC2とプレート線PLD(本図では、プレート線PLUとの区別が不要となったので、プレート線PLと表記)を残して、強誘電体キャパシタFC3及びFC4とプレート線PLUを取り除いた6T2C構造の強誘電体シャドウメモリである。なお、これとは逆に、強誘電体キャパシタFC3及びFC4とプレート線PLUを残して、強誘電体キャパシタFC1及びFC2とプレート線PLDを取り除いても構わない。
図6は、メモリセル11の第3実施形態を示す回路図である。本実施形態のメモリセル11は、第2実施形態(図5)をベースとしつつ、先出のワード線WL及びプレート線PLが左右で分離されている。本図に即してより具体的に述べると、トランジスタM5及びM6それぞれのゲートは、互いに分離されたワード線WL0及びWL1にそれぞれ接続されている。また、強誘電体キャパシタFC1及びFC2それぞれの一端は、互いに分離されたプレート線PL0及びPL1にそれぞれ接続されている。
図7は、メモリセル11の第4実施形態を示す回路図である。本実施形態のメモリセル11では、第3実施形態(図6)をベースとしつつ、その周辺要素としてNチャネル型のスイッチトランジスタM8(NMOSFET)が追加されている。以下では、説明の便宜上、スイッチトランジスタM8をトランジスタM8と略称する。トランジスタM8のソースは、接地端に接続されている。トランジスタM8のドレインは、ローカル接地線VSSVMCを介して、トランジスタM2及びM4のソースに接続されている。なお、ローカル接地線VSSVMCは、隣接する複数(例えば8つ)のメモリセル11により共有されている。
図8は、メモリセル11の第5実施形態を示す回路図である。本実施形態のメモリセル11は、第4実施形態(図7)をベースとしつつ、トランジスタM7とトランジスタM8が、それぞれ、トランジスタM7a及びM7b、並びに、トランジスタM8a及びM8bとして、メモリセル11に取り込まれている。また、上記の回路変更に伴い、ローカル電源線VDDVMCとローカル接地線VSSVMCが廃止されている。
図9は、メモリセル11の第6実施形態を示す回路図である。本実施形態のメモリセル11は、第5実施形態(図8)をベースとしつつ、トランジスタM7a及びM7b、並びに、トランジスタM8a及びM8bに代えて、トランジスタM7c及びM7d、並びに、トランジスタM8c及びM8dが導入されている。
図10は、メモリセル11の第7実施形態を示す回路図である。本実施形態のメモリセル11は、第5実施形態(図8)をベースとしつつ、トランジスタM7a及びM7b、並びに、トランジスタM8a及びM8bに代えて、トランジスタM7e及びトランジスタM8eが導入されている。
図11は、メモリセル11の第8実施形態を示す回路図である。本実施形態のメモリセル11は、第1実施形態(図4)をベースとしつつ、トランジスタM1及びM3に代えて、負荷抵抗R1及びR2を用いた構成である。すなわち、本実施形態のメモリセル11は、4T2R構造(=4つのトランジスタと2つの抵抗から成る構造)のSRAMに4つの強誘電体キャパシタを組み合わせた4T2R4C構造の強誘電体シャドウメモリであり、後続する第9〜第15実施形態と対比される比較例に相当する。なお、既出の構成要素については、先の図4と同一の符号を付すことにより重複した説明を割愛する。
図12は、メモリセル11の第9実施形態を示す回路図である。本実施形態のメモリセル11は、第8実施形態(図11)をベースとしつつ、第2実施形態(図5)に倣い、強誘電体キャパシタが4つから2つに削減されている。従って、第8実施形態と比べて、小型化、高速化、及び、低消費電力化(=瞬時電流の削減)を実現することが可能となる。
図13は、メモリセル11の第10実施形態を示す回路図である。本実施形態のメモリセル11は、第9実施形態(図12)をベースとしつつ、第3実施形態(図6)に倣い、ワード線WL及びプレート線PLが左右で分離されている(WL→WL0/WL1、PL→PL0/PL1)。
図14は、メモリセル11の第11実施形態を示す回路図である。本実施形態のメモリセル11では、第10実施形態(図13)をベースとしつつ、第4実施形態(図7)に倣い、その周辺要素としてNチャネル型のトランジスタM8が追加されている。
図15は、メモリセル11の第12実施形態を示す回路図である。本実施形態のメモリセル11は、第11実施形態(図14)をベースとしつつ、先出の第5実施形態(図8)に倣い、トランジスタM7とトランジスタM8が、それぞれ、トランジスタM7a及びM7b、並びに、トランジスタM8a及びM8bとして、メモリセル11に取り込まれている。また、上記の回路変更に伴い、ローカル電源線VDDVMCとローカル接地線VSSVMCが廃止されている。
図16は、メモリセル11の第13実施形態を示す回路図である。本実施形態のメモリセル11は、第12実施形態(図15)をベースとしつつ、先出の第6実施形態(図9)に倣い、トランジスタM7a及びM7b並びにトランジスタM8a及びM8bに代えて、トランジスタM7c及びM7d並びにトランジスタM8c及びM8dが導入されている。
図17は、メモリセル11の第14実施形態を示す回路図である。本実施形態のメモリセル11は、第12実施形態(図15)をベースとしつつ、第7実施形態(図10)に倣い、トランジスタM7a及びM7b、並びに、トランジスタM8a及びM8bに代えて、トランジスタM7e及びトランジスタM8eが導入されている。
図18は、メモリセル11の第15実施形態を示す回路図である。本実施形態のメモリセル11では、第12実施形態(図15)をベースとしつつ、負荷抵抗R1及びR2が割愛されるとともに、トランジスタM7a及びM7bに代えて、トランジスタM7f及びM7gが導入されている。
一般的なセンサノードにおいて、電力の多くは通信で消費される。従って、センサノードの稼働時間を延ばすためには、通信量(データ量)の抑制が効果的であり、例えば、末端でデータの取捨選択や圧縮伸張などを行なうエッジコンピューティングの導入が提案されている。このようなエッジコンピューティングでは、効率的(高速)にデータ処理を終わらせた後、即座に電源を遮断して電力消費を抑制することが望ましい。そのため、ROM[read-only memory]のように不揮発でありながら、RAMのようにアクセスできるメモリが有効となる。
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
2 メモリコントローラ
10 メモリセルアレイ
11 メモリセル(強誘電体シャドウメモリ)
20 ワード線ドライバ
30 Xデコーダ
40 プレート線ドライバ
50 Yデコーダ兼コラムセレクタ
60 ライト回路
70 リード回路
100 半導体記憶装置
M1、M3 駆動トランジスタ(PMOSFET)
M2、M4 駆動トランジスタ(NMOSFET)
M5、M6 アクセストランジスタ(NMOSFET)
M7、M7a〜M7g スイッチトランジスタ(PMOSFET)
M8、M8a〜M8e スイッチトランジスタ(NMOSFET)
FC1〜FC4 強誘電体キャパシタ
R1、R2 負荷抵抗
Node0、Node1 内部ノード
VDDVMC ローカル電源線
VSSVMC ローカル接地線
Claims (15)
- 6T構造または4T2R構造のSRAM[static random access memory]をベースとしてその第1内部ノード及び第2内部ノードにそれぞれ第1強誘電体キャパシタ及び第2強誘電体キャパシタそれぞれの第1端を接続したメモリセルを有し、
前記第1強誘電体キャパシタ及び前記第2強誘電体キャパシタを用いて不揮発化されたデータの復帰動作時には、前記第1内部ノードと第1ビット線との間に接続された第1アクセストランジスタ、並びに、前記第2内部ノードと第2ビット線との間に接続された第2アクセストランジスタをそれぞれオンし、前記第1ビット線と前記第2ビット線それぞれの容量成分を負荷容量として用いることを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記第1アクセストランジスタと前記第2アクセストランジスタそれぞれの制御端は、互いに分離された第1ワード線と第2ワード線にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
- 前記第1強誘電体キャパシタと前記第2強誘電体キャパシタそれぞれの第2端は、互いに分離された第1プレート線及び第2プレート線にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体記憶装置。
- 複数のメモリセルにより共有されるローカル電源線と、
電源端と前記ローカル電源線との間に接続されたスイッチトランジスタと、
をさらに有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。 - 前記メモリセルは、電源端と一対の駆動トランジスタまたは一対の負荷抵抗との間にそれぞれ接続された一対のスイッチトランジスタを含むことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
- 前記メモリセルは、前記第1内部ノード及び前記第2内部ノードと一対の駆動トランジスタまたは一対の負荷抵抗との間にそれぞれ接続された一対のスイッチトランジスタを含むことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
- 前記メモリセルは、電源端と一対の駆動トランジスタまたは一対の負荷抵抗との間に共通接続された単一のスイッチトランジスタを含むことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
- 前記メモリセルは、前記第1内部ノード及び前記第2内部ノードと電源端との間にそれぞれ接続されてそれぞれのオン時には負荷抵抗として機能する一対のスイッチトランジスタを含むことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
- 複数のメモリセルにより共有されるローカル接地線と、
接地端と前記ローカル接地線との間に接続されたスイッチトランジスタと、
をさらに有することを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。 - 前記メモリセルは、接地端と一対の駆動トランジスタとの間にそれぞれ接続された一対のスイッチトランジスタを含むことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
- 前記メモリセルは、前記第1内部ノード及び前記第2内部ノードと一対の駆動トランジスタとの間にそれぞれ接続された一対のスイッチトランジスタを含むことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
- 前記メモリセルは、接地端と一対の駆動トランジスタとの間に共通接続された単一のスイッチトランジスタを含むことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
- 前記メモリセルに対するアクセス制御を行うメモリコントローラをさらに有することを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
- 6T構造または4T2R構造のSRAM[static random access memory]をベースとしてその第1内部ノード及び第2内部ノードにそれぞれ第1強誘電体キャパシタ及び第2強誘電体キャパシタそれぞれの第1端を接続したメモリセルを有し、
前記第1内部ノードと第1ビット線との間に接続された第1アクセストランジスタ、及び、前記第2内部ノードと第2ビット線との間に接続された第2アクセストランジスタそれぞれの制御端は、互いに分離された第1ワード線と第2ワード線にそれぞれ接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。 - 6T構造または4T2R構造のSRAM[static random access memory]をベースとしてその第1内部ノード及び第2内部ノードにそれぞれ第1強誘電体キャパシタ及び第2強誘電体キャパシタそれぞれの第1端を接続したメモリセルを有し、
前記第1強誘電体キャパシタと前記第2強誘電体キャパシタそれぞれの第2端は、互いに分離された第1プレート線及び第2プレート線にそれぞれ接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。
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