JP4272606B2 - SRAM device - Google Patents

SRAM device Download PDF

Info

Publication number
JP4272606B2
JP4272606B2 JP2004277656A JP2004277656A JP4272606B2 JP 4272606 B2 JP4272606 B2 JP 4272606B2 JP 2004277656 A JP2004277656 A JP 2004277656A JP 2004277656 A JP2004277656 A JP 2004277656A JP 4272606 B2 JP4272606 B2 JP 4272606B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
sram device
sets
transistors
basic circuits
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2004277656A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005051264A (en
Inventor
寛行 山内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2004277656A priority Critical patent/JP4272606B2/en
Publication of JP2005051264A publication Critical patent/JP2005051264A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4272606B2 publication Critical patent/JP4272606B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Static Random-Access Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

本発明は、メモリセルの高密度実装が可能なSRAM(static random access memory)装置に関するものである。   The present invention relates to a static random access memory (SRAM) device capable of high-density mounting of memory cells.

6トランジスタ構成を有するCMOS型のSRAM装置が知られている。これは、インバータを構成するPMOS負荷トランジスタ及びNMOSドライブトランジスタと、当該インバータの出力をビット線に接続するNMOSアクセストランジスタとを有する基本回路を1組として、当該基本回路をインバータの入出力がクロスカップルするように接続することで互いに結合された2組の基本回路を備えたものである。   A CMOS SRAM device having a 6-transistor configuration is known. This is a basic circuit having a PMOS load transistor and an NMOS drive transistor constituting an inverter and an NMOS access transistor for connecting the output of the inverter to a bit line, and the input / output of the inverter is cross-coupled to the basic circuit. In this way, two sets of basic circuits coupled to each other are provided.

特開平9−270468号公報に記載されたSRAM装置、すなわち第1の従来技術は、1つのメモリセル領域の上半部にNウェル領域を、下半部にPウェル領域をそれぞれ有する従来の縦型セル構造に比べてアクセスを高速化でき、かつセル面積を縮小できるように、メモリセル領域の中央に位置するNウェル領域中に各組のPMOS負荷トランジスタを、左側のPウェル領域中に第1組のNMOSドライブトランジスタ及びNMOSアクセストランジスタを、右側のPウェル領域中に第2組のNMOSドライブトランジスタ及びNMOSアクセストランジスタをそれぞれ配置した横型セル構造の技術を採用したものである。ここでは、ビット線の走行方向を縦方向、ワード線の走行方向を横方向とそれぞれ定義している。特開平10−178110号公報にも同様の技術が開示されている。   The SRAM device described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-270468, that is, the first prior art, has a conventional vertical structure having an N well region in the upper half of one memory cell region and a P well region in the lower half. Each set of PMOS load transistors is arranged in the N well region located in the center of the memory cell region, and the first P well region is arranged in the left P well region so that the access can be speeded up and the cell area can be reduced as compared with the type cell structure. A lateral cell structure technique in which one set of NMOS drive transistors and NMOS access transistors are arranged in the right P well region, respectively, is employed. Here, the running direction of the bit line is defined as the vertical direction, and the running direction of the word line is defined as the horizontal direction. Japanese Patent Laid-Open No. 10-178110 discloses a similar technique.

一方、特開2001−257275号公報に記載されたSRAM装置、すなわち第2の従来技術は、シングルエンド型読み出し及び差動型書き込みの動作を前提とし、6トランジスタ構成のSRAMメモリセルにおいて、一方の組のNMOSドライブトランジスタのゲート幅を他方の組のNMOSドライブトランジスタのゲート幅より小さくすることにより、セル面積の縮小を図ったものである。   On the other hand, the SRAM device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-257275, that is, the second prior art, is premised on single-ended read and differential write operations, and in a six-transistor SRAM memory cell, The cell width is reduced by making the gate width of one set of NMOS drive transistors smaller than the gate width of the other set of NMOS drive transistors.

6トランジスタ構成のSRAMメモリセルにおいてビット線からソース線へ流れ込むセル電流は、NMOSドライブトランジスタ及びNMOSアクセストランジスタのチャネル幅で決定される。セル電流が小さいことは、ビット線の増幅遅延が大きいことを意味する。ところが、上記第1の従来技術は2組の基本回路間で構成トランジスタのサイズが対称であることを前提としており、ビット線の増幅遅延を削減するようにセル電流を大きくして更に高速動作を実現するためには、6トランジスタのサイズを全て大きくする必要があり、セル面積の大きな増加に繋がる問題があった。また、上記第2の従来技術では各組のNMOSアクセストランジスタが互いに全く同じゲート幅を有していたので、大きいゲート幅を持つNMOSドライブトランジスタの電流駆動能力を十分に活かしきれないという問題があった。   The cell current flowing from the bit line to the source line in the six-transistor SRAM memory cell is determined by the channel widths of the NMOS drive transistor and the NMOS access transistor. A small cell current means a large amplification delay of the bit line. However, the first conventional technique is based on the premise that the sizes of the constituent transistors are symmetrical between the two sets of basic circuits, and the cell current is increased so as to reduce the bit line amplification delay, thereby further increasing the operation speed. In order to realize this, it is necessary to increase the size of all the six transistors, and there is a problem that leads to a large increase in the cell area. Further, in the second prior art, each set of NMOS access transistors has the same gate width, so that there is a problem that the current drive capability of the NMOS drive transistor having a large gate width cannot be fully utilized. It was.

本発明の目的は、新規の改良されたSRAM装置を提供することにある。   It is an object of the present invention to provide a new and improved SRAM device.

本発明に係る第1のSRAM装置は、2組の基本回路間で構成トランジスタの電流駆動能力が非対称であり、読み出し動作時に、2組の基本回路のうち電流駆動能力の低い方の組のソース線の電位レベルを、他方の組のソース線より高い電位レベルに設定するための手段を備えたことを特徴とするものである。これにより、一方の組で大きいセル電流を確保しつつ、読み出し動作時のセル電流に起因した電位の浮き上がりによる記憶データの破壊を防止することができる。 In the first SRAM device according to the present invention, the current drive capability of the constituent transistors is asymmetric between the two sets of basic circuits, and the source of the set with the lower current drive capability of the two sets of basic circuits during the read operation. Means for setting the potential level of the line to a potential level higher than that of the other set of source lines is provided. Thereby, while ensuring a large cell current in one set, it is possible to prevent destruction of stored data due to a potential rise due to the cell current during the read operation.

また、本発明に係る第2のSRAM装置は、2組の基本回路間で構成トランジスタのゲート酸化膜厚が非対称であることを特徴とするものである。これにより、一方の組で大きいセル電流を確保しつつ、当該SRAM装置の待機時のゲートリーク電流を削減することができる。   The second SRAM device according to the present invention is characterized in that the gate oxide film thickness of the constituent transistors is asymmetric between the two sets of basic circuits. Thereby, it is possible to reduce the gate leakage current during standby of the SRAM device while securing a large cell current in one set.

また、本発明に係る第3のSRAM装置は、2組の基本回路のうち一方の組に接続されたビット線は書き込み専用に用いられ、他方のビット線は読み出しと書き込み兼用であり、書き込み専用のビット線に接続された方の組の構成トランジスタのうち少なくとも1つのトランジスタの電流駆動能力は他方の組の対応するトランジスタより低く設定され、各組のアクセストランジスタは、読み出し動作の時には一方のトランジスタのみが活性化し、書き込み動作の時には両方のトランジスタが活性化するように構成されたことを特徴とするものである。これにより、シングルエンド型読み出し及び差動型書き込みの動作を実現できる。   In the third SRAM device according to the present invention, the bit line connected to one of the two basic circuits is used for writing only, and the other bit line is used for both reading and writing. The current driving capability of at least one transistor of the pair of transistors connected to the bit line is set lower than that of the corresponding transistor of the other set, and each access transistor of one set is set to one transistor during a read operation. Only the transistor is activated, and both transistors are activated during the write operation. As a result, single-ended read and differential write operations can be realized.

また、本発明に係る第のSRAM装置では、2組の基本回路の各々で、ドライブトランジスタ及びアクセストランジスタが、同一の連続した、かつ折れ曲がりのない矩形の活性化領域に形成されることとした。これにより、活性化領域のストレスが緩和される結果、欠陥の発生が未然に防止される。 In the fourth SRAM device according to the present invention, in each of the two sets of basic circuits, the drive transistor and the access transistor are formed in the same continuous and unfolded rectangular activation region. . As a result, the stress in the activated region is relieved, and the occurrence of defects is prevented in advance.

総じて本発明によれば、新規の改良されたSRAM装置を提供することができる。   In general, according to the present invention, a new and improved SRAM device can be provided.

図1は、本発明に係るSRAM装置の構成例を示している。図1において、MP0及びMP1はPMOS負荷トランジスタ、MN0及びMN1はNMOSドライブトランジスタ、MN2及びMN3はNMOSアクセストランジスタである。MP0、MN0及びMN2は第1組の基本回路を構成する。MP0とMN0とは1つのインバータ(左インバータLINV)を構成し、このインバータの出力をMN2が書き込み専用のビット線(書き込みビット線)WBLに接続する。MN2のゲートは書き込み専用のワード線(書き込みワード線)WLWTに、MN0のソースは第1のソース線Vss1にそれぞれ接続されている。MP1、MN1及びMN3は第2組の基本回路を構成する。MP1とMN1とは1つのインバータ(右インバータRINV)を構成し、このインバータの出力(中間ノードVm)をMN3が読み出しと書き込み兼用のビット線(読み出しビット線)RBLに接続する。MN3のゲートは読み出しと書き込み兼用のワード線(読み出しワード線)WLRに、MN1のソースは第2のソース線Vss2にそれぞれ接続されている。第1組の基本回路と第2組の基本回路とは両インバータの入出力がクロスカップルするように互いに結合され、MP0及びMP1の各々のソースは正電源線Vccに共通接続されている。図中のIcellは、RBLからMN3及びMN1を通してVss2へ流れ込むセル電流である。   FIG. 1 shows a configuration example of an SRAM device according to the present invention. In FIG. 1, MP0 and MP1 are PMOS load transistors, MN0 and MN1 are NMOS drive transistors, and MN2 and MN3 are NMOS access transistors. MP0, MN0, and MN2 constitute a first set of basic circuits. MP0 and MN0 constitute one inverter (left inverter LINV), and MN2 connects the output of this inverter to a write-only bit line (write bit line) WBL. The gate of MN2 is connected to a write-only word line (write word line) WLWT, and the source of MN0 is connected to the first source line Vss1. MP1, MN1 and MN3 constitute a second set of basic circuits. MP1 and MN1 constitute one inverter (right inverter RINV), and the output (intermediate node Vm) of this inverter is connected to a bit line (read bit line) RBL that MN3 reads and writes. The gate of MN3 is connected to a read / write word line (read word line) WLR, and the source of MN1 is connected to a second source line Vss2. The first set of basic circuits and the second set of basic circuits are coupled to each other so that the input and output of both inverters are cross-coupled, and the sources of MP0 and MP1 are commonly connected to the positive power supply line Vcc. Icell in the figure is a cell current flowing from RBL to Vss2 through MN3 and MN1.

図2は、図1中の各トランジスタのサイズ及び閾値電圧の一例を示している。図2に示すとおり、MN1及びMN3のゲート幅(チャネル幅)は、他の4トランジスタのゲート幅(チャネル幅)の2倍となっている。つまり、MN1及びMN3のゲート幅が互いに等しく、かつ該ゲート幅はMN0及びMN2のゲート幅より大きい。また、MN1及びMN3は低い閾値電圧(0.4V)を、他の4トランジスタは高い閾値電圧(0.5V)をそれぞれ持つ。書き込み動作時には、周辺回路の書き込みドライバ回路が“L”を書き込みたいノード側に接続されたビット線を強制的に接地レベルに引き込むので、メモリセルのトランジスタ自体は大きなサイズを必要としない。したがって、WBLに接続された第1組トランジスタは、第2組トランジスタの半分のサイズでも十分書き込みが可能である。   FIG. 2 shows an example of the size and threshold voltage of each transistor in FIG. As shown in FIG. 2, the gate width (channel width) of MN1 and MN3 is twice the gate width (channel width) of the other four transistors. That is, the gate widths of MN1 and MN3 are equal to each other, and the gate width is larger than the gate widths of MN0 and MN2. MN1 and MN3 have a low threshold voltage (0.4V), and the other four transistors have a high threshold voltage (0.5V). In the write operation, the write driver circuit of the peripheral circuit forcibly pulls the bit line connected to the node side where “L” is to be written to the ground level, so that the transistor of the memory cell does not need a large size. Therefore, the first set transistor connected to WBL can be written sufficiently even with a half size of the second set transistor.

各組のインバータの反転閾値レベルは、負荷トランジスタとドライブトランジスタとの電流駆動能力の比で決まる。図2によれば、MP0とMN0とのゲート幅比は1.0(=0.2μm/0.2μm)であり、MP1とMN1とのゲート幅比は0.5(=0.2μm/0.4μm)であって、これらゲート幅比が50%の差を持っている。その結果、左インバータLINVの反転閾値レベルは0.3Vccであり、右インバータRINVのそれは0.15Vccであって、これら反転閾値レベルが50%の差を持っている。   The inversion threshold level of each set of inverters is determined by the ratio of the current drive capability between the load transistor and the drive transistor. According to FIG. 2, the gate width ratio between MP0 and MN0 is 1.0 (= 0.2 μm / 0.2 μm), and the gate width ratio between MP1 and MN1 is 0.5 (= 0.2 μm / 0). .4 μm), and the gate width ratio has a difference of 50%. As a result, the inversion threshold level of the left inverter LINV is 0.3 Vcc, that of the right inverter RINV is 0.15 Vcc, and these inversion threshold levels have a difference of 50%.

図2の例は、MN1及びMN3に流れるセル電流Icellを大きくするために、これら両トランジスタ(MN1及びMN3)のゲート幅を互いに等しく、かつ大きく設定した点に特徴がある。しかし、これら両トランジスタのサイズを大きくすると、読み出し動作時に、MN3がオンになったときのVmノードの電位が“L”レベルから“H”レベル側に向かって大きく変化するので、Vmノードの電位を入力とする左インバータLINVが誤って反転することがないように、当該左インバータLINVの反転閾値レベルを高めにずらしておく必要がある。そのため、上記のとおり2組の基本回路間で負荷トランジスタとドライブトランジスタとのチャネル幅比に50%の差を付けることで、左インバータLINVの誤反転を防止している。   The example of FIG. 2 is characterized in that in order to increase the cell current Icell flowing through MN1 and MN3, the gate widths of these transistors (MN1 and MN3) are set equal to each other and large. However, if the size of both these transistors is increased, the potential of the Vm node when MN3 is turned on during the read operation changes greatly from the “L” level to the “H” level. It is necessary to shift the inversion threshold level of the left inverter LINV to a high level so that the left inverter LINV that receives the input of the left inverter LINV does not inadvertently invert. For this reason, as described above, a 50% difference is made in the channel width ratio between the load transistor and the drive transistor between the two sets of basic circuits, thereby preventing erroneous inversion of the left inverter LINV.

また、図2によれば、2組の基本回路間で構成トランジスタの閾値電圧を非対称に設定することで次の効果が期待できる。すなわち、6トランジスタのうち、より高い電流駆動能力を必要とする第2組だけを低い閾値電圧とし、第1組の閾値電圧を高い値に設定することで、全て低い閾値電圧のトランジスタを用いた場合に比較して、セルリーク電流を半分に削減することが可能になる。   Further, according to FIG. 2, the following effects can be expected by setting the threshold voltages of the constituent transistors asymmetrically between two sets of basic circuits. That is, among the six transistors, only the second set that requires higher current drive capability is set to a low threshold voltage, and the threshold voltage of the first set is set to a high value, so that all transistors having a low threshold voltage are used. Compared to the case, the cell leakage current can be reduced to half.

なお、2組の基本回路間で負荷トランジスタとドライブトランジスタとのチャネル幅比が15%以上異なればよい。また、2組の基本回路間でインバータの反転閾値レベルが30%以上異なればよい。   The channel width ratio between the load transistor and the drive transistor may be different by 15% or more between the two sets of basic circuits. Moreover, the inversion threshold level of an inverter should just differ 30% or more between two sets of basic circuits.

図3は、図1中の各トランジスタの閾値電圧の他の例を示している。図3に示すとおり、MP0、MN0及びMN2の閾値電圧をそれぞれ0.5Vに設定し、MP1、MN1及びMN3の閾値電圧をそれぞれ0.2Vに設定する。つまり、高速が要求される右インバータRINVは閾値電圧を下げて(リーク電流が大きくなることを犠牲にして)大きなドライブ電流を実現するトランジスタで構成し、低速が許される左インバータLINVは閾値電圧を上げてリーク電流の小さいトランジスタで構成するのである。これにより、全て低い閾値電圧のトランジスタを用いた場合に比較して、待機時のリーク電流を半分に削減することが可能になる。   FIG. 3 shows another example of the threshold voltage of each transistor in FIG. As shown in FIG. 3, the threshold voltages of MP0, MN0, and MN2 are each set to 0.5V, and the threshold voltages of MP1, MN1, and MN3 are each set to 0.2V. That is, the right inverter RINV that requires high speed is configured with a transistor that realizes a large drive current by lowering the threshold voltage (at the expense of increased leakage current), and the left inverter LINV that allows low speed has a threshold voltage. The transistor is made up of a transistor having a small leakage current. As a result, it is possible to reduce the leakage current during standby by half compared to the case where all transistors having a low threshold voltage are used.

図4に示すように、2組の基本回路間でゲート酸化膜の厚みを非対称に設定することも可能である。図3で説明したリーク電流はトランジスタのソース・ドレイン間のオフリーク電流であるが、微細化したトランジスタではゲートリーク電流が顕著になってくる。そこで、図4に示すとおり、MP0、MN0及びMN2のゲート酸化膜の厚みをそれぞれ2.6nmに設定し、MP1、MN1及びMN3のゲート酸化膜の厚みをそれぞれ1.6nmに設定する。つまり、高速が要求される右インバータRINVはゲート酸化膜の厚みを薄くして(ゲートリーク電流が大きくなることを犠牲にして)大きなドライブ電流を実現するトランジスタで構成し、低速が許される左インバータLINVはゲート酸化膜の厚みを厚くしてゲートリーク電流の小さいトランジスタで構成するのである。これにより、全て薄いゲート酸化膜のトランジスタを用いた場合に比較して、待機時のゲートリーク電流を半分に削減することが可能になる。   As shown in FIG. 4, the thickness of the gate oxide film can be set asymmetrically between the two sets of basic circuits. The leakage current described with reference to FIG. 3 is an off-leakage current between the source and drain of the transistor, but the gate leakage current becomes significant in a miniaturized transistor. Therefore, as shown in FIG. 4, the thicknesses of the gate oxide films MP0, MN0, and MN2 are each set to 2.6 nm, and the thicknesses of the gate oxide films MP1, MN1, and MN3 are each set to 1.6 nm. That is, the right inverter RINV that requires high speed is composed of a transistor that realizes a large drive current by reducing the thickness of the gate oxide film (at the expense of an increase in gate leakage current), and a left inverter that allows low speed. LINV is composed of a transistor having a small gate leakage current by increasing the thickness of the gate oxide film. As a result, the gate leakage current during standby can be reduced by half compared to the case where transistors with all thin gate oxide films are used.

図5は、図1のSRAM装置のレイアウトの一例を示している。図5において、WP0,WP1及びWN0〜WN3は各トランジスタのゲート幅を、SH0及びSH1はトランジスタのクロスカップルを実現するためのシェアドコンタクトをそれぞれ表している。図示のレイアウトは上記横型セル構造の技術を採用したものであって、第1組と第2組を左右に独立に配置し、第1組、第2組で高さを一定にして幅を変えるようにしている。同図において、WPはMP0及びMP1が占める領域の幅を、WNLはMN0及びMN2が占める領域の幅を、WNRはMN1及びMN3が占める領域の幅をそれぞれ表している。これらの幅は、互いに独立に決定可能である。また、WPのうち、WPLはMP0が占める領域の幅を、WPRはMP1が占める領域の幅をそれぞれ表している。これらの幅も、互いに独立に決定可能である。なお、縦型セル構造を採用してトランジスタのチャネル長を組間で変えるようにしてもよい。   FIG. 5 shows an example of the layout of the SRAM device of FIG. In FIG. 5, WP0, WP1, and WN0 to WN3 represent gate widths of the respective transistors, and SH0 and SH1 represent shared contacts for realizing cross-coupling of the transistors. The illustrated layout adopts the technique of the horizontal cell structure described above, and the first set and the second set are arranged independently on the left and right sides, and the width is changed with a constant height between the first set and the second set. I am doing so. In the figure, WP represents the width of the area occupied by MP0 and MP1, WNL represents the width of the area occupied by MN0 and MN2, and WNR represents the width of the area occupied by MN1 and MN3. These widths can be determined independently of each other. In WP, WPL represents the width of the region occupied by MP0, and WPR represents the width of the region occupied by MP1. These widths can also be determined independently of each other. Note that a vertical cell structure may be employed to change the channel length of the transistor between the groups.

図6は、図1のSRAM装置の他のレイアウト例を示している。図5によれば、例えばMN1のソース領域に出っ張りがあるため、右側Pウェル中の活性化領域がL字形に折れ曲がっている。これに対し図6によれば、MN1及びMN3が互いに等しいチャネル幅を有し、かつ同一の連続したかつ直線状の長辺を持つ(折れ曲がりのない)矩形の活性化領域に形成されるので、活性化領域のストレスが緩和される結果、欠陥の発生が未然に防止される。左側Pウェル及び中央Nウェルの各々の活性化領域についても同様である。   FIG. 6 shows another layout example of the SRAM device of FIG. According to FIG. 5, for example, since there is a bulge in the source region of MN1, the activation region in the right P well is bent in an L shape. On the other hand, according to FIG. 6, since MN1 and MN3 are formed in a rectangular activated region having the same channel width and the same continuous and straight long side (no bending), As a result of alleviating the stress in the active region, the occurrence of defects is prevented in advance. The same applies to the activation regions of the left P well and the central N well.

図7を用いて、図1のSRAM装置の読み出し・書き込み動作の一例を説明する。前述のとおり、読み出しの時にはWLRのみが活性化され、書き込みの時にはWLWTとWLRとの両方が同時に活性化されるようになっている。   An example of the read / write operation of the SRAM device of FIG. 1 will be described with reference to FIG. As described above, only WLR is activated at the time of reading, and both WLWT and WLR are simultaneously activated at the time of writing.

読み出し動作時には、Vss1の電位を0.2V程度上昇させることで、たとえVmが0.4V上昇したとしても、このVmノードにゲートが接続された第1組のドライブトランジスタMN0がオンしないようになっている。   During the read operation, by raising the potential of Vss1 by about 0.2V, even if Vm rises by 0.4V, the first set of drive transistors MN0 whose gates are connected to this Vm node will not turn on. ing.

Vmとは反対側のノードに“L”を書き込みたい時には、半分サイズのMN2を介して書き込むことになるが、基本的にはドライバ回路の電流駆動能力がMP0の電流駆動能力よりも十分高ければ、書き込みが可能である。本実施形態では、その上で更に高速書き込みを実現するために、Vss2の電位を0.2V程度浮かせる構成にしている。この構成によりサイズが小さくても高速に書き込みが可能になる。逆に、Vmノード側に“L”を書き込む時は、大サイズのMN3を介して書き込むので、Vss2の制御なしに高速書き込みが可能である。もちろん、Vss1を0.2V浮かせればより高速に書き込むことができる。   When it is desired to write “L” to the node opposite to Vm, writing is performed via the half-size MN2, but basically if the current drive capability of the driver circuit is sufficiently higher than the current drive capability of MP0. , Writing is possible. In this embodiment, in order to realize higher-speed writing on that, the potential of Vss2 is floated by about 0.2V. This configuration enables high-speed writing even when the size is small. Conversely, when “L” is written on the Vm node side, writing is performed via the large-sized MN3, so that high-speed writing is possible without control of Vss2. Of course, if Vss1 is floated by 0.2V, writing can be performed at higher speed.

図8は、図1のSRAM装置で大きいセル電流Icellが得られることを示している。基本的には、直列接続されたMN1とMN3とのサイズによって、ビット線の電荷を引き抜く能力が決定される。従来は、Vmノードの電位を0.1V程度と低く抑えるために、MN1のチャネル幅に比較してMN3のチャネル幅を小さく設定せざるを得なかった。レイアウト的には、MN1のゲート幅より細らせてMN3をレイアウトすることとなり、Pウェル領域中にゲートの幅広部分と幅狭部分とが生じ、幅狭部分に無駄なスペースができてしまう。しかし、本実施形態によれば、Vmを0.4Vまで許すことができるので、従来できていた無駄なスペースを利用してMN3のゲート幅を大きくすることができる(図5参照)。このようにしてWN1=WN3を実現すると、160μAものセル電流を実現できる。これは、従来のセル電流が50μAであったことに比較して3倍以上となっている。MN3とMN1のサイズを限りなく近づけるか、むしろMN3を大きくしてでもセル電流を大きくする必要がある時に非常に有効である。   FIG. 8 shows that a large cell current Icell can be obtained with the SRAM device of FIG. Basically, the ability to extract the charge of the bit line is determined by the sizes of MN1 and MN3 connected in series. Conventionally, in order to keep the potential of the Vm node as low as about 0.1 V, the channel width of MN3 has to be set smaller than the channel width of MN1. In terms of layout, MN3 is laid out narrower than the gate width of MN1, and a wide portion and a narrow portion of the gate are generated in the P well region, and a useless space is created in the narrow portion. However, according to the present embodiment, since Vm can be allowed to 0.4V, it is possible to increase the gate width of MN3 by using a wasted space that has been made conventionally (see FIG. 5). If WN1 = WN3 is realized in this way, a cell current of 160 μA can be realized. This is more than three times that of the conventional cell current of 50 μA. This is very effective when the cell current needs to be increased even if the sizes of MN3 and MN1 are made as close as possible, or rather MN3 is increased.

以上のとおり、図1のSRAM装置によれば、定量的にいうと、セル面積を従来の80%に削減でき、セルリーク電流を従来の半分に削減でき、かつ従来の3倍以上のセル電流が得られる。   As described above, according to the SRAM device of FIG. 1, quantitatively speaking, the cell area can be reduced to 80% of the conventional value, the cell leakage current can be reduced to half of the conventional value, and the cell current can be more than three times the conventional value. can get.

なお、図1中のMP1のゲート幅も、MN1及びMN3のゲート幅と同一のサイズまで大きくすることができる。これにより、第1組と第2組の間で3トランジスタのサイズ比が同一となる。図9は、この場合の各組のインバータの入出力電圧の関係を表している。図9によれば、十分に大きいバタフライの開き面積(図中に破線で示した矩形の面積)を確保できることが判る。直流的には、第1組と第2組の間でトランジスタのサイズ比が4倍違ったとしても同様である。   Note that the gate width of MP1 in FIG. 1 can be increased to the same size as the gate widths of MN1 and MN3. As a result, the size ratio of the three transistors is the same between the first set and the second set. FIG. 9 shows the relationship between the input and output voltages of each set of inverters in this case. According to FIG. 9, it can be seen that a sufficiently large butterfly opening area (a rectangular area indicated by a broken line in the figure) can be secured. In terms of direct current, the same is true even if the transistor size ratio differs four times between the first and second sets.

本発明に係るSRAM装置の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the SRAM apparatus based on this invention. 図1中の各トランジスタのサイズ及び閾値電圧の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the size and threshold voltage of each transistor in FIG. 図1中の各トランジスタの閾値電圧の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the threshold voltage of each transistor in FIG. 図1中の各トランジスタのゲート酸化膜厚の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the gate oxide film thickness of each transistor in FIG. 図1のSRAM装置のレイアウトの一例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an example of a layout of the SRAM device of FIG. 1. 図1のSRAM装置のレイアウトの他の例を示す平面図である。FIG. 7 is a plan view showing another example of the layout of the SRAM device of FIG. 1. 図1のSRAM装置の読み出し・書き込み動作の一例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an example of read / write operations of the SRAM device of FIG. 1. 図1のSRAM装置で大きいセル電流が得られることを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing that a large cell current can be obtained with the SRAM device of FIG. 1. 図1のSRAM装置の第1組と第2組のインバータ間で3トランジスタのサイズ比を同一にした場合の各組のインバータの入出力電圧の関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between input / output voltages of inverters in each group when the size ratio of three transistors is the same between the first group and the second group of inverters in the SRAM device of FIG. 1;

符号の説明Explanation of symbols

Icell セル電流
LINV 左インバータ
MN0,MN1 ドライブトランジスタ
MN2,MN3 アクセストランジスタ
MP0,MP1 負荷トランジスタ
RBL 読み出しビット線
RINV 右インバータ
SH0,SH1 シェアドコンタクト
Vcc 正電源線
Vm 中間ノード電圧
Vss1 第1のソース線
Vss2 第2のソース線
WBL 書き込みビット線
WLR 読み出しワード線
WLWT 書き込みワード線
WN0〜WN3,WP0,WP1 トランジスタのゲート幅
WNL,WNR,WP,WPL,WPR トランジスタ占有幅
Icell Cell current LINV Left inverter MN0, MN1 Drive transistor MN2, MN3 Access transistor MP0, MP1 Load transistor RBL Read bit line RINV Right inverter SH0, SH1 Shared contact Vcc Positive power supply line Vm Intermediate node voltage Vss1 First source line Vss2 Second Source line WBL Write bit line WLR Read word line WLWT Write word lines WN0 to WN3, WP0, WP1 Transistor gate widths WNL, WNR, WP, WPL, WPR Transistor occupied width

Claims (5)

インバータを構成する負荷トランジスタ及びドライブトランジスタと、前記ドライブトランジスタに接続されたソース線と、前記インバータの出力をビット線に接続するアクセストランジスタとを有する基本回路を1組として、前記基本回路を前記インバータの入出力がクロスカップルするように接続することで互いに結合された2組の基本回路を備え、
前記2組の基本回路間で構成トランジスタの電流駆動能力が非対称であり、
読み出し動作時に、前記2組の基本回路のうち電流駆動能力の低い方の組のソース線の電位レベルを、他方の組のソース線より高い電位レベルに設定するための手段を更に備えたことを特徴とするSRAM装置。
A basic circuit having a load transistor and a drive transistor constituting an inverter, a source line connected to the drive transistor, and an access transistor for connecting an output of the inverter to a bit line, and the basic circuit as the inverter It has two sets of basic circuits coupled to each other by connecting so that the input and output of
The current drive capability of the constituent transistors is asymmetric between the two sets of basic circuits,
A means for setting the potential level of the source line with the lower current driving capability among the two sets of basic circuits to a higher potential level than that of the other set during the read operation is further provided. A characteristic SRAM device.
請求項記載のSRAM装置において、
前記2組の基本回路の各々で、ドライブトランジスタ及びアクセストランジスタのチャネル幅が互いに略同一であることを特徴とするSRAM装置。
The SRAM device according to claim 1 ,
The SRAM device, wherein the channel widths of the drive transistor and the access transistor are substantially the same in each of the two sets of basic circuits.
請求項1記載のSRAM装置において、
前記2組の基本回路間で構成トランジスタのゲート酸化膜厚が非対称であることを特徴とするSRAM装置。
The SRAM device according to claim 1,
An SRAM device characterized in that a gate oxide film thickness of a constituent transistor is asymmetric between the two sets of basic circuits.
請求項1記載のSRAM装置において、
前記2組の基本回路のうち、一方の組に接続されたビット線は書き込み専用に用いられ、他方のビット線は読み出しと書き込み兼用であり、
前記書き込み専用のビット線に接続された方の組の構成トランジスタのうち、少なくとも1つのトランジスタの電流駆動能力は、他方の組の対応するトランジスタより低く設定され、
各組のアクセストランジスタは、読み出し動作の時には一方のトランジスタのみが活性化し、書き込み動作の時には両方のトランジスタが活性化するように構成されたことを特徴とするSRAM装置。
The SRAM device according to claim 1,
Of the two sets of basic circuits, the bit line connected to one set is used exclusively for writing, and the other bit line is used for both reading and writing,
Among the transistors in the set connected to the write-only bit line, the current driving capability of at least one transistor is set lower than the corresponding transistor in the other set,
An SRAM device, wherein each set of access transistors is configured such that only one transistor is activated during a read operation and both transistors are activated during a write operation.
請求項1記載のSRAM装置において、
前記2組の基本回路の各々で、ドライブトランジスタ及びアクセストランジスタが、同一の連続した、かつ折れ曲がりのない矩形の活性化領域に形成されたことを特徴とするSRAM装置。
The SRAM device according to claim 1,
An SRAM device, wherein in each of the two sets of basic circuits, a drive transistor and an access transistor are formed in the same continuous and unbent rectangular active region.
JP2004277656A 2001-06-28 2004-09-24 SRAM device Expired - Lifetime JP4272606B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004277656A JP4272606B2 (en) 2001-06-28 2004-09-24 SRAM device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001196109 2001-06-28
JP2004277656A JP4272606B2 (en) 2001-06-28 2004-09-24 SRAM device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002182291A Division JP2003086713A (en) 2001-06-28 2002-06-24 Sram device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005051264A JP2005051264A (en) 2005-02-24
JP4272606B2 true JP4272606B2 (en) 2009-06-03

Family

ID=34277013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004277656A Expired - Lifetime JP4272606B2 (en) 2001-06-28 2004-09-24 SRAM device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4272606B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007005565A (en) 2005-06-23 2007-01-11 Fujitsu Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
US8467233B2 (en) * 2011-06-06 2013-06-18 Texas Instruments Incorporated Asymmetric static random access memory cell with dual stress liner
US8654562B2 (en) * 2012-01-17 2014-02-18 Texas Instruments Incorporated Static random access memory cell with single-sided buffer and asymmetric construction

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005051264A (en) 2005-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20050174870A1 (en) SRAM device
US8014191B2 (en) Semiconductor memory
US8144501B2 (en) Read/write margin improvement in SRAM design using dual-gate transistors
US6847542B2 (en) SRAM cell and integrated memory circuit using the same
US5774393A (en) Semiconductor memory device capable of operating at high speed and stably even low power supply voltage
CN107346770B (en) Layout pattern of static random access memory
US20050276094A1 (en) Semiconductor memory
KR20070038015A (en) Semiconductor memory device
US7532536B2 (en) Semiconductor memory device
US7986547B2 (en) Semiconductor memory device
US7180768B2 (en) Semiconductor memory device including 4TSRAMs
JP2003086713A (en) Sram device
CN112687308A (en) Low-power consumption static random access memory unit and memory
JP4272606B2 (en) SRAM device
US8102727B2 (en) Semiconductor memory device
US6414359B1 (en) Six transistor SRAM cell having offset p-channel and n-channel transistors
JPH10208480A (en) Sram having p channel pull-up source connected with bit line
JP4323188B2 (en) Semiconductor memory device
KR0179818B1 (en) Sram
JP2005303111A (en) Semiconductor memory device
JP2943543B2 (en) Semiconductor static memory
JPH04219696A (en) Static semiconductor memory
CN117956780A (en) Static random access memory and layout pattern thereof
CN114725109A (en) Layout pattern of static random access memory and forming method thereof
JPH1187533A (en) Semiconductor memory device

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080729

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080912

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090203

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090227

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120306

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120306

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130306

Year of fee payment: 4