JP3158281B2 - メモリ装置 - Google Patents

メモリ装置

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JP3158281B2
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nmos transistor
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスタティックRAM等の
メモリ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】スタティックRAMは、そのメモリセル
がフリップフロップとアクセストランジスタから構成さ
れるメモリ装置であり、その高集積化と共に高速化等が
求められている。ところで、スタティックRAMは、一
般にメモリセルからのデータの書き込み及び読み出しの
ために一対のビット線を用いてデータが転送され、その
ビット線の終端部には、電源電圧Vccとの間にMOSト
ランジスタからなる負荷素子が設けられる。
【0003】図4は、その負荷MOSトランジスタの一
例であり、pMOSトランジスタの例である。この図4
において、メモリセルは一対の駆動トランジスタ10
1,101、一対の抵抗負荷102,102及びワード
線WLをゲートとする選択トランジスタ103,103
により構成され、このメモリセルに接続されるように一
対のビット線BL1,BL2が設けられている。各ビッ
ト線BL1,BL2の端部には、ビット線負荷としてノ
ーマリオン型のpMOSトランジスタ104,104が
設けられている。pMOSトランジスタ104のゲート
は接地され、ソースには電源電圧Vccが供給されてい
る。従って、ビット線BL1,BL2のレベルを電源電
圧Vcc近くに引き上げることができる。
【0004】また、他の例として、負荷MOSトランジ
スタをnMOSトランジスタとしたものも知られる。図
5はビット線負荷をnMOSトランジスタで形成した例
であり、図5に示すように、図4の装置と同様のメモリ
セル及びビット線BL1,BL2が設けられ、ビット線
BL1,BL2の端部にnMOSトランジスタ105,
105が設けられる。nMOSトランジスタ105のゲ
ートとドレインには電源電圧Vccが供給される。従っ
て、ビット線BL1,BL2のレベルは、Vcc−Vthと
なるようにされる。
【0005】このようなビット線負荷を設けることでセ
ル内のデータを破壊することなく読み出しが行われる
が、メモリセルの選択には、ロウデコーダやカラムデコ
ーダの如きデコーダが使用される。図6は、従来のデコ
ーダの回路図である。n個の入力信号IN1〜INnが
直列接続されたnMOSトランジスタM1〜Mnのゲー
トにそれぞれ供給され、端部のnMOSトランジスタM
nのソースは接地されている。端部のnMOSトランジ
スタM1のドレインは出力ノード110とされ、この出
力ノード110にはインバーター112の入力端子が接
続され、そのインバーター112の出力がデコーダの出
力とされる。このデコーダにもノーマリオン型の負荷M
OSトランジスタが使用され、ゲートが接地されたpM
OSトランジスタ111のドレインが出力ノード110
に接続され、そのソースに電源電圧Vccが供給されてい
る。この図6のデコーダでは、ゲート容量が比較的に大
きなCMOS構成のデコーダに比べて、遅延の改善を図
ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】まず、スタティックR
AMのビット線負荷回路については、pMOS負荷、n
MOS負荷の両方にそれぞれ次のような問題がある。す
なわち、pMOSトランジスタでビット線負荷を形成し
た場合、ビット線BL1,BL2のレベルはおよそ電源
電圧Vccレベルまでプルアップされる。ところが、セン
スアンプをMOS差動増幅とした場合では、センスアン
プの最大感度が入力を電源電圧Vccレベルよりも低くし
たところにあるため、十分な感度が得られずに高速化が
困難となる。次に、nMOSトランジスタでビット線負
荷を形成した場合、ビット線BL1,BL2のレベルは
電源電圧Vccより閾値電圧Vth分だけ低いレベルとなる
が、ワード線WLが選択状態とされた時、そのワード線
WLのレベルは電源電圧Vccとなるため、高レベル側の
記憶ノード電位からビット線BL1,BL2に向けて選
択トランジスタ103を介してサブスレッショルド電流
が流れ、その結果、ソフトエラー耐性やデータ保持能力
が低下することになる。
【0007】次に、図6に示したデコーダでは、出力ノ
ード110のレベルの高速な充放電が困難となる。すな
わち、出力ノード110のレベルを高速に立ち上げよう
とすると、pMOSトランジスタ111の電流駆動能力
を高くする必要があり、出力ノード110のレベルを高
速に立ち下げようとすると、pMOSトランジスタ11
1の電流駆動能力を低くする必要がある。一般にMOS
トランジスタの電流駆動能力は、チャンネルサイズ等に
よって決まるため、高低両方の電流駆動能力を同じMO
Sトランジスタが持つことはできない。従って、従来の
デコーダでは、十分な高速化が困難とされていた。
【0008】そこで、本発明は、上述の技術的な課題に
鑑み、高速化を実現するための回路構成を有するメモリ
装置の提供を目的とし、詳しくは、読み出しやデータ保
持特性の面からも効果的なビット線のレベルが得られる
回路構成を有するメモリ装置を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】読み出し面等から好適な
ビット線のレベルが得られる回路構成のメモリ装置の例
として、本発明は、ビット線の終端部に設けられる負荷
MOSトランジスタを低閾値電圧のnMOSトランジス
タとしたり、あるいは、ビット線の途中にレベル変換手
段を設けることを特徴としている。
【0010】まず、低閾値電圧のnMOSトランジスタ
を負荷MOSトランジスタとする本発明のメモリ装置
は、複数配列されるメモリセルと、それらメモリセルに
対してデータを転送するビット線と有しており、そのビ
ット線の終端部に前記低閾値電圧のnMOSトランジス
タが設けられる。この低閾値電圧のnMOSトランジス
タは、ドレインに電源電圧が供給される。そして、通常
のnMOSトランジスタの閾値電圧よりも低い閾値電圧
のnMOSトランジスタは、ノーマリオン型とすること
もでき、あるいは、それよりも高い閾値電圧のnMOS
トランジスタと並列接続された低閾値電圧のnMOSト
ランジスタを読み出し時と書き込み時で選択的に使用す
るようにしても良い。選択的に閾値電圧の異なるnMO
Sトランジスタを負荷MOSトランジスタとするメモリ
装置では、書き込み時に高い側の閾値電圧のnMOSト
ランジスタが使用され、読み出し時に低い閾値電圧のn
MOSトランジスタが使用される。
【0011】
【作用】低閾値電圧のnMOSトランジスタをビット線
負荷とするメモリ装置では、ノーマリオン型のpMOS
トランジスタとnMOSトランジスタの中間的なレベル
にビット線を充電することができ、pMOSトランジス
タをビット線負荷とする場合よりも高感度化が図られ、
nMOSトランジスタをビット線負荷とする場合よりも
選択トランジスタ選択時の高レベルノード側のサブスレ
ッショルド電流が抑えられることになる。
【0012】
【実施例】本発明の好適な実施例を図面を参照しながら
説明する。
【0013】本発明の具体的な実施例の説明に先立っ
て、本発明に先行するメモリ装置を説明すると、このメ
モリ装置は、スタティックRAMであり、図1に示すよ
うに、マトリクス状に配列された複数のメモリセル12
は、図示を省略しているがフリップフロップと選択トラ
ンジスタからなり、その選択トランジスタはワード線に
よりオン状態あるいはあるいはオフ状態に制御される。
各メモリセル12には、一対のビット線BL1,BL2
が接続され、これらビット線BL1,BL2を介してデ
ータの読み出し及び書き込みが行われる。読み出しはビ
ット線BL1,BL2に接続される図示しないセンスア
ンプにより行われる。そして、これらビット線BL1,
BL2の終端部には、ビット線負荷として通常よりも低
い閾値電圧Vth(L)のnMOSトランジスタ11がそ
れぞれ接続されている。このnMOSトランジスタ11
のドレイン及びゲートには、電源電圧Vccが供給されて
おり、ソースには上記ビット線BL1,BL2の終端部
が接続される。
【0014】このような構造とすることで、ビット線の
レベルを、図3に示すように、ビット線負荷にpMOS
トランジスタを採用した場合のVcc(電源電圧)レベル
と、ビット線負荷にnMOSトランジスタを採用した場
合のVcc−Vth(通常の閾値電圧)との中間的なVcc−
Vth(L)レベルにすることができる。その結果、pM
OSトランジスタを採用した場合に比較し、センスアン
プの感度の高いところに、ビット線のレベルを設定でき
ることから、高感度及びセンシングの高速化を図ること
ができる。また、これと同時にnMOSトランジスタを
採用した場合に比較し、ビット線のレベルが上昇してな
るため、選択トランジスタにおける選択時の高レベルノ
ード側でのサブスレッショル電流を小さくできる。従っ
て、ソフトエラー耐性が向上する。
【0015】本発明に係るメモリ装置は、上述した図1
に示すメモリ装置を改良するものであって、ビット線負
荷が並列接続された閾値電圧の異なる2つのnMOSト
ランジスタにより形成されるている。なお、メモリセル
12やビット線BL1,BL2については、図1に示す
ものと同様であり、簡単のため重複した説明は省略す
る。
【0016】本発明に係るメモリ装置は、図2に示すよ
うに、ビット線負荷は並列接続された第1のnMOSト
ランジスタ13と第2のnMOSトランジスタ14から
構成される。nMOSトランジスタ13,14のドレイ
ンには、共に電源電圧Vccが供給され、その各ソースは
ビット線BL1,BL2に共通接続されている。第1の
nMOSトランジスタ13は通常の閾値電圧Vthよりも
低い閾値電圧Vth(L)を有している。例えば、閾値電
圧Vth(L)は通常の閾値電圧Vthよりも0.2〜0.
4V程度低い電圧とされる。第2のnMOSトランジス
タ14は通常の閾値電圧Vthを有するが、これに限定さ
れず、通常よりも高い閾値電圧を有する構成としても良
い。低閾値電圧Vth(L)の第1のnMOSトランジス
タ13は、CE・WE(チップイネーブル・ライトイネ
ーブル)信号がインバーター15を介してゲートに供給
される。従って、nMOSトランジスタ13はCE・W
E信号が低レベルの時にオン状態となり、ビット線BL
1,BL2の電位がVcc−Vth(L)に引き上げられ
る。また、第2のnMOSトランジスタ14はCE・W
E信号がゲートに供給される。従って、nMOSトラン
ジスタ14はCE・WE信号が高レベルの時にオン状態
となり、ビット線BL1,BL2の電位はVcc−Vthと
される。CE・WE信号は読み出し時に低レベルとさ
れ、書き込み時に高レベルとされる。このため読み出し
時にnMOSトランジスタ13がビット線負荷に使用さ
れ、書き込み時にnMOSトランジスタ14がビット線
負荷に使用される。
【0017】このような構成とすることで、本実施例の
装置は、まず第1の実施例の回路と同様に、読み出し時
ではセンスアンプの感度の高いところにビット線のレベ
ルが設定され、高感度及びセンシングの高速化を図るこ
とができる。また、読み出しの際に、選択トランジスタ
における選択時の高レベルノード側でのサブスレッショ
ルド電流が小さくされ、ソフトエラー耐性が向上する。
さらに、本実施例のメモリ装置では、書き込み時には通
常の閾値電圧VthのnMOSトランジスタ14がビット
線負荷として使用されるため、書き込み時の消費電力を
下げることができ、ライトリカバリーの高速化やバンプ
問題の解消等を図ることが可能となる。
【0018】
【発明の効果】上述のように、本発明の低閾値電圧のn
MOSトランジスタをビット線負荷とするメモリ装置で
は、ノーマリオン型のpMOSトランジスタとnMOS
トランジスタの中間的なレベルにビット線を充電するこ
とができる。このため高感度化や高速動作が図られ、選
択トランジスタ選択時の高レベルノード側のサブスレッ
ショルド電流が抑えられて、ソフトエラー耐性が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の低閾値電圧のnMOSトランジスタを
ビット線負荷とするメモリ装置の一例の回路図
【図2】本発明の低閾値電圧のnMOSトランジスタを
ビット線負荷とするメモリ装置の他の一例の回路図
【図3】図1のメモリ装置のビット線のレベルを従来の
メモリ装置のビット線のレベルと比較した図
【図4】従来のメモリ装置のpMOSトランジスタによ
るビット線負荷回路の一例を示す回路図
【図5】従来のメモリ装置のnMOSトランジスタによ
るビット線負荷回路の一例を示す回路図
【図6】従来のメモリ装置のデコーダ回路の一例を示す
回路図
【符号の説明】
12 メモリセル、 13 低い閾値電圧のnMOSト
ランジスタ、 14nMOSトランジスタ、 BL1,
BL2 ビット線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11C 11/41 - 11/419

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数配列されるメモリセルと、それらメ
    モリセルに対してデータを転送するビット線と、そのビ
    ット線の終端部に設けられる負荷MOSトランジスタと
    を有するメモリ装置において、 上記負荷MOSトランジスタとして、ドレインに電源電
    圧がそれぞれ供給されると共に選択的にオン状態とされ
    る低い閾値電圧の第1のnMOSトランジスタと該第1
    のnMOSトランジスタよりも高い閾値電圧の第2のn
    MOSトランジスタが用いられ、読み出し時に上記第1
    のnMOSトランジスタがオン状態とされ、書き込み時
    に上記第2のnMOSトランジスタがオン状態とされる
    ことを特徴とするメモリ装置。
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