JP4282319B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体記憶装置に関し、特に、検索データが記憶されているかをその検索データに従って判定する連想記憶メモリ(CAM)に関する。より特定的には、この発明は、高速動作が可能でありかつ安定に3値データを記憶することのできる3値連想記憶メモリ(TCAM)に関する。
【0002】
【従来の技術】
内容参照メモリまたは連想記憶メモリ(コンテント・アドレッサブル・メモリ:CAM)は、データの書込および読出に加えて、その記憶内容を検索(サーチ)データに従って参照することができるという機能を備えている。すなわち外部からのデータ(検索データ)と一致する記憶データ(ワード)が存在するかを検出することができる。検索データと一致するデータが記憶されている場合、一致線が駆動されて、検索データに対応するデータが格納されていることを検出することができる。したがって、各記憶データと検索データとを逐一比較する必要がなく、高速でデータの検索を行なうことができる。
【0003】
このようなCAMは、たとえばデータ処理システムにおいて、キャッシュアクセス時に、必要なデータが格納されているかの判定を行なうキャッシュヒット/ミス判定時のアドレス比較などにおいて用いられている。
【0004】
従来のCAMにおいて、メモリセルは、記憶状態として、“1”および“0”の2状態を有し、2値データを記憶する。この2値データを記憶するCAMの場合、各ワードごとに、曖昧さのない意味のあるデータが格納される。検索動作時に、記憶データ(ワード)の各ビットと検索データの各ビットが完全に一致したときに、一致線が一致を示す状態に設定される。
【0005】
このような2値データを記憶するCAMセルに代えて、3値データを記憶するTCAM(ターナリー・CAM)が、特許文献1(米国特許6320777号公報(US6320777B1))において開示されている。
【0006】
TCAMにおいては、メモリセルに、記憶状態として、“1“および“0”の2状態に加えて、さらに“ドントケア(X)”状態が格納される。各記憶ワードを、3値データビットの組合せで構成する場合、ネットワークシステムにおいてIP(インターネット・プロトコル)パケットに対する処理などを行なう場合に、特に有効である。たとえば、今、簡単化のために、パケットの行先アドレスが、4ビットで表現されると仮定する。あるパケットの行先アドレスが“1***”(先頭ビットが“1”であれば、残りのアドレスビットはどのような値を取ってもよい)の場合、ある所定の処理を、そのパケットに対して行なうことを考える。パケットが、システムに到着した際に、その行先アドレスを検索して、アドレス“1***”と一致するかどうかを判定するために、CAMまたはTCAMの連想記憶メモリが用いられるとする。
【0007】
この場合、パケットが到着する前に、CAMまたはTCAMには、“1***”というデータを記憶しておく必要がある。通常の2値記憶のCAMを用いた場合、“1000”、“1001”、“1010”、“1011”、“1100”、“1101”、“1110”、および“1111”の8状態を記憶しておく必要があり、したがって、このパケットの行先アドレス検索のために、8ワードが消費される。
【0008】
一方、TCAMにおいては、状態“X”を記憶することができるため、“1XXX”の1個のワードを記憶することが要求されるだけである。行き先アドレスのビット数がさらに増大すると、この使用されるワードの数の差がさらに大きくなる。したがって、TCAMを用いた場合、多様なデータを少ないワード数で記憶することができる。実際には、IPパケットには、行先アドレスに加えて、送信元のIPアドレス、通信品質を示す情報、およびIPプロトコルのバージョン番号などの種々の情報が含まれている。したがって、これらの情報に対し検索処理を行なう場合に、TCAMが、非常に有用であることがわかる。
【0009】
【特許文献1】
米国特許6320777号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、TCAMは、3値情報を記憶することができる連想記憶メモリであり、情報ネットワークシステムにおけるパケット検索情報に用いられるLSIとして有用性を有する。
【0011】
前述の特許文献1においては、2ビットのDRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ)セルを用いて、1ビットのデータを記憶して、3値データの記憶を実現している。すなわち、DRAMセルの2つの記憶ノードに、“HL”、“LH”、および“LL”のデータを格納し、これらと検索データ線を介して与えられる検索データとの一致/不一致を、比較回路において検出する。
【0012】
前述のように、この特許文献1においては、記憶素子としてDRAMセルを用いており、そのデータ記憶のための容量素子として、スタックト構造の3次元キャパシタが用いられている。DRAMセルにおいて、スタックトキャパシタを用いた場合、TCAMセルの面積を低減でき、応じてチップ面積を低減することが期待される。また、小占有面積で、大きな容量値を有するキャパシタを実現でき、ソフトエラー耐性も改善されることが予測される。
【0013】
しかしながら、このようなスタックトキャパシタをTCAMに用いた場合、安定に動作させるためには、できるだけ容量値の大きいキャパシタを形成する必要がある。このため、キャパシタ部の構造が、複雑となり、メモリセル構造が複雑な3次元構造となる。このため、工程数およびマスク枚数が増加し、またその複雑なパターニングを行なう必要があり、チップコストを改善するのが困難となる。このため、3次元構造のスタックトキャパシタを用いてTCAMセル面積を低減し、応じてチップ面積を縮小しても、製造コストを劇的に低減することは困難である。
【0014】
また、電気的特性としては、通常、DRAMセルキャパシタは、容量値を大きくすることができる。その反面、充電に長時間を要するため、書込サイクル時間が長くなるという問題が生じる。TCAMにおいては、アレイに対するデータの書込が必要となる場合、通常の検索動作に割込をかけてデータの書込を行なう必要がある。したがって、この書込時間が長い場合には、それだけ、検索動作に対する割込時間が長くなり、検索処理効率が低下するという問題が生じる。
【0015】
また、DRAMセルのキャパシタをデータ記憶のために用いた場合、その記憶データがリークにより消失するのを防止するために、周期的に再書込を行なうリフレッシュ動作を行なう必要がある。このリフレッシュ動作を行なう場合には、内部で、メモリセル情報を読出し、増幅し、再書込を行なう。したがって、このリフレッシュ動作も、検索動作に割込をかけて行なう必要があり、リフレッシュ動作による検索動作への割込が、大きな時間割合で発生するため、検索処理効率が低下する。
【0016】
また、上述の特許文献1に示されるTCAMセルの構成においては、センスアンプを中心として、左右のビット線の電位を増幅するオープンビット線構成が、以下の理由のために必然的に用いられる。なお、センスアンプは、TCAMセルのデータの読出およびリフレッシュのために用いられる。ビット線は、TCAMセル内のDRAMセルのトランジスタに接続され、書込/読出データを伝達する。
【0017】
TCAMセルの2つのキャパシタのストレージノードの電位は、記憶状態に応じて、“H、L”、“L、H”、および“L、L”となる。したがって、必ずしも、これらの2つのストレージノードには、相補電圧が格納されるわけではない。したがって、TCAMセルの2つのキャパシタの記憶データを第1および第2のビット線に読出し、これらの第1および第2のビット線の電圧をセンスアンプで差動増幅することはできない。このため、通常の、DRAMにおいて用いられる折返しビット線構成を用いることができない。
【0018】
折返しビット線構成の場合、対をなすビット線には常に相補データが伝達され、センスアンプは、このビット線対の電位を差動的に増幅する。ビット線対はセンスアンプの一方側に並行して配設されており、ノイズが発生しても同相ノイズが乗るため、この折返しビット線は、ノイズの影響を相殺して、微小電位差を安定に増幅するという利点を、オープンビット線構成に対して有している。したがって、上述の特許文献1におけるTCAMセルの場合、オープンビット線構成でビット線が配置されており、ノイズの影響を受けやすく、安定にセンス動作を行なうことが困難であるという問題が生じる。
【0019】
上述のようなDRAMセル2ビットをTCAMセルとして用いる構成に代えて、インバータラッチで構成されるSRAM(スタティック・ランダム・アクセス・メモリ)セルを2ビットデータ記憶素子として用いることも考えられる。SRAMセルを用いた場合、リフレッシュ動作は不要であり、検索処理効率を、DRAMセルに比べて改善できる。また、SRAMセルとして、MISトランジスタ(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)が用いられる場合、SRAMセルの記憶ノードの容量は、MISIトランジスタのゲート容量であり、DRAMセルキャパシタに比べて容量値は小さいため、高速で記憶ノードを充電することができ、高速でデータの書込を行なうことができる。
【0020】
しかしながら、この記憶ノードの寄生容量が小さいため、α線照射時に基板領域において生じるインパクトイオン化現象により、この記憶ノードの電荷が再結合により消失し、記憶データが変化するというソフトエラーが生じやすく、α線ソフトエラー耐性が非常に低いという問題が生じる。
【0021】
また、SRAMセルは、インバータラッチで構成されるため、2ビットのSRAMセルを1ビットのデータを記憶するために用いた場合、フルCMOS(相補MIS)セルの場合、合計8個のMISトランジスタが必要となり、セルの占有面積が大きくなり、チップ面積を低減することができないという問題が生じる。
【0022】
それゆえ、この発明の目的は、小占有面積で、安定にデータを記憶することのできるTCAMセルを有する半導体記憶装置を提供することである。
【0023】
この発明の他の目的は、高速で、データの書込を行なうことのできるTCAMセルを有する半導体記憶装置を提供することである。
【0024】
この発明の、さらに他の目的は、大容量、高速かつ低コストの半導体記憶装置を提供することである。
【0025】
【課題を解決するための手段】
この発明の第1の観点に係る半導体記憶装置は、1ビットデータを記憶するTCAMセルのデータ記憶部が、それぞれが、2つのDRAMセルを有する第1および第2のツインセルで構成される。第1のツインセルは、第1のトランジスタとデータを第1の記憶ノードに記憶する第1の容量素子、および第2のトランジスタとデータを第2の記憶ノードに記憶する第2の容量素子とを含む。第2のツインセルは、第3のトランジスタとデータを第3の記憶ノードに記憶する第3の容量素子、および第4のトランジスタとデータを第4の記憶ノードに記憶する第4の容量素子とを含む。
【0026】
この発明の第1の観点に係るTCAMセルは、さらに、第1のツインセルの1つの記憶ノードの記憶データと、検索データ線対の第1の検索データ線を介して伝達されるデータとを比較し、かつ第2のツインセルの1つの記憶ノードの記憶データと子の検索データ線対の第2の検索データ線の検索データとを比較し、これらの比較結果に従って一致線を選択的に駆動する比較回路を含む。検索データ線対には、相補データが転送される。
第1ないし第4の容量素子の各々は、基板領域表面に形成される第1導電型の第1の不純物領域と、第1の不純物領域上に絶縁膜を介して対向して配置され、所定電圧を伝達する第1の導電線とを備える。第1および第2の容量素子は、第3および第4の容量素子と中央部に関して対向して配置される。
比較回路は、中央部に配置される第1導電型の第2の不純物領域と、第2の不純物領域と交差するように配置され、相補検索データを転送する検索データ線対の第1の検索データ線に結合される第1のゲート電極と、第2の不純物領域と交差するように配置され、第1の記憶ノードに対応する第1の不純物領域に第1の導電線よりも上層に配置される第2の導電線を介して結合される第2のゲート電極と、第2の不純物領域と交差するように配置され、検索データ線対の第2の検索データ線に結合される第3のゲート電極と、第2の不純物領域と交差するように配置され、前記第4の記憶ノードに対応する第1の不純物領域に前記第1の導電線よりも上層に配置される第3の導電線を介して結合される第4のゲート電極とを備える。第2の不純物領域は、第1および第2のゲート電極の対と第3および第4のゲート電極の対の間の領域において一致線に結合され、かつ第1および第2のゲート電極の対の外側と第3および第4のゲート電極の対の外側の領域それぞれにおいて基準電源ノードに結合される。
この発明の第2の観点に係る半導体記憶装置は、与えられた検索データと記憶データとの一致を判定する半導体記憶装置であって、各々が記憶データの1ビットを記憶する少なくとも1個のメモリセル回路を備える。メモリセル回路は、第1のトランジスタと、第1のトランジスタを介して与えられたデータを第1の記憶ノードに格納する第1の容量素子と、第1のトランジスタと並行して選択状態へ駆動される第2のトランジスタと、第2のトランジスタを介して与えられるデータを第2の記憶ノードに格納する第2の容量素子とを含む第1のツインセルを備える。第1および第2の記憶ノードには、相補データが格納される。
この発明の第2の観点に係る半導体記憶装置は、第1のツインセルと別に配置される第2のツインセルを備える。第2のツインセルは、第3のトランジスタと、第3のトランジスタを介して与えられたデータを第3の記憶ノードに格納する第3の容量素子と、第3のトランジスタと並行して選択状態へ駆動される第4のトランジスタと、第4のトランジスタを介して与えられるデータを第4の記憶ノードに格納する第4の容量素子とを備える。第3および第4の記憶ノードには相補データが格納される。
この発明の第2の観点に係る半導体記憶装置は、第1および第2の記憶ノードのいずれかと第3および第4の記憶ノードのいずれかの記憶データの対と与えられた相補検索データとを比較し、該比較結果に従って一致線を選択的に駆動する比較回路と、検索指示に応答して、クロック信号の第1のエッジに同期して相補検索データを生成してメモリセル回路へ転送するとともにクロック信号の第2のエッジに応答して前記相補検索データをリセットする検索制御回路と、メモリセル回路の記憶データのリフレッシュを指示するリフレッシュ要求発行回路と、リフレッシュ要求指示に応答して、クロック信号の第2のエッジに同期してメモリセル回路の記憶データを読み出すための制御信号を生成するとともにこの制御信号をクロック信号の第1のエッジに応答して非活性化するリフレッシュ制御回路と、メモリセル回路に対応して配置され、制御信号に応答して活性化され、読み出されたデータを増幅して前記メモリセル回路に再書込みする少なくとも1個のセンスアンプ回路を備える。
この発明の第3の観点に係る半導体記憶装置は、与えられた検索データと記憶データとの一致を判定する半導体記憶装置であって、各々が記憶データを記憶するメモリセル回路を備える。メモリセル回路は、第1のトランジスタと、この第1のトランジスタを介して与えられたデータを第1の記憶ノードに格納する第1の容量素子と、第1のトランジスタと並行して選択状態へ駆動される第2のトランジスタと、第2のトランジスタを介して与えられるデータを第2の記憶ノードに格納する第2の容量素子とを含む第1のツインセルを備える。第1および第2の記憶ノードには、相補データが格納される。このメモリ回路は、さらに、第1のツインセルと別に配置される第2のツインセルを備える。第2のツインセルは、第3のトランジスタと、第3のトランジスタを介して与えられたデータを第3の記憶ノードに格納する第3の容量素子と、第3のトランジスタと並行して選択状態へ駆動される第4のトランジスタと、第4のトランジスタを介して与えられるデータを第4の記憶ノードに格納する第4の容量素子とを備える。第3および第4の記憶ノードには相補データが格納される。
この発明の第3の観点に係る半導体記憶装置は、さらに、第1および第2のツインセルに対して共通に配置され、第1および第2のツインセルに対する書込データを少なくとも転送するビット線対と、第1のツインセルに対して配置され、第1および第2のトランジスタを選択状態へ駆動する選択信号を伝達する第1の選択線と、第1の選択線と別に第2のツインセルに対応して配置され、第3および第4のトランジスタを選択状態へ駆動する選択信号を伝達する第2の選択線と、第1および第2のツインセルに共通に配置され、メモリセル回路に対する相補データビットを転送する第1と第2の検索データ線と、第1と第4の記憶ノードの記憶データの対と与えられた相補検索データとを比較し、該比較結果に従って一致線を選択的に駆動する比較回路とをさらに備える。
比較回路は、一致線と基準電源ノードとの間に直列に接続される第5と第6のトランジスタと、一致線と基準電源ノードとの間に直列に接続される第7と第8のトランジスタとを備える。第5のトランジスタの制御電極は第1の記憶ノードに、第6のトランジスタのゲート電極は第1の検索データ線に、第7のトランジスタのゲート電極は第4の記憶ノードに、第8のトランジスタのゲート電極は第2の検索データ線にそれぞれ接続される。
第1のトランジスタのゲート電極と第2のトランジスタのゲート電極は、共通の第1のゲート電極線で構成される。第3のトランジスタのゲート電極と第4のトランジスタのゲート電極は、共通の第2のゲート電極線で構成される。第5のトランジスタのゲート電極は第3のゲート電極線で構成される。第6のトランジスタのゲート電極は第4のゲート電極線で構成される。第7のトランジスタのゲート電極は第5のゲート電極線で構成される。第8のトランジスタのゲート電極は第6のゲート電極線で構成される。第3から第6のゲート電極線は、1のゲート電極線と第2のゲート電極線との間に配置され、第1のゲート電極線と第2のゲート電極線は行方向に延在し、第3から第6のゲート電極線は列方向に延在する。
TCAMセルを、2つのDRAMツインセルで構成し、各ツインセルには、常に相補データを格納する。従って、これらのツインセルの相補データは、センスアンプで差動的に増幅することができ、折り返しビット線構成でセンス動作を行うことができる。
【0027】
また、相補データがツインセルに格納されており、常に記憶ノードには電圧差が存在するため、応じてデータの内部読出時においてビット線対に電圧差を生じさせることができ、リフレッシュ間隔を長くすることができ、検索効率の低下を抑制し、また、リフレッシュに要する消費電流を低減する。
【0028】
また、DRAMセルが、ツインセルの構成要素として用いられているため、SRAMセルを利用する構成に較べて、その占有面積を低減でき、小占有面積のTCAMセルを実現することができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1に従うTCAMセルの電気的回路を示す図である。図1において、TCAMセルは、1ビットのデータを記憶する記憶部SUと、記憶部SUに格納されたデータと検索線SLおよび/SLを介して伝達される検索データビットとを比較する比較回路CMPとを含む。
【0030】
記憶部SUは、データ書込時、ワード線(選択線)WLe上の信号に応答してビット線BLおよび/BLに伝達された相補書込データを格納するツインセルTW0と、ワード線WLo上の信号電位に応答して、データ書込時、ビット線BLおよび/BL上に伝達された相補データを格納するツインセルTW1を含む。ビット線BLおよび/BLには、常に、相補データが伝達される。
【0031】
また、検索線SLおよび/SLにおいても、検索データビットに対応する相補データが転送される。
【0032】
ここで、以下の説明において、「1ビットのデータ」は、検索データまたは記憶データのワードの単位を示し、「データ」は、TCAMセルに対して転送されまた記憶される情報を示すものとする。例えば、ワードの1ビットが、ツインセルTW0およびTW1の2つの相補記憶データにより表現される。
【0033】
ツインセルTW0は、ワード線WLeとビット線BLの交差部に対応して配置されるダイナミックセルMC1と、ワード線WLeとビット線/BLの交差部に対応して配置されるダイナミックセルMC2を含む。ツインセルTW1は、ワード線WLoとビット線BLの交差部に対応して配置されるダイナミックセルMC3と、ワード線WLoとビット線/BLの交差部に対応して配置されるダイナミックセルMC4を含む。
【0034】
これらのダイナミックセルMC1からMC4は、それぞれ、データを電荷の形態で格納するキャパシタNQと、対応のワード線上の信号に応答して、キャパシタと対応のビット線(BLまたは/BL)に結合するアクセストランジスタNTを含む。これらのダイナミックセルMC1からMC4は、それぞれ、1トランジスタ/1キャパシタ型のDRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ)セルと同様の構成を有する。キャパシタNQは、その断面構造は後に詳細に説明するが、NチャネルMISトランジスタ(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)で構成されるプレーナ型MISキャパシタである。すなわちゲート電極を一方電極(セルプレート電極)とし、半導体基板領域(不純物領域)を他方電極(ストレージノード電極)とする平行電極型キャパシタである。
【0035】
ダイナミックセルMC1からMC4のキャパシタMQの一方電極(セルプレート電極)が、MISトランジスタのゲート電極で構成され、共通に、セルプレート電圧VCPが与えられる。ダイナミックセルMC1からMC4のキャパシタNQの他方電極ノードが、ストレージノードSN1からSN4として用いられて、それぞれに、記憶データに対応する電荷が蓄積される。
【0036】
この記憶部SUは、したがって、4ビットのダイナミックセルで構成される。ツインセルTW0およびTW1は、それぞれ、相補データを格納する。これらの4ビットのダイナミックセルで、1ビットの検索データに対応するデータを記憶する。
【0037】
比較回路CMPは、検索線/SLおよびSL上の信号をそれぞれゲートに受けるNチャネルMISトランジスタTQ3およびTQ4と、これらのMISトランジスタTQ3およびTQ4と一致線MLの間にそれぞれ直列に接続され、それぞれのゲートが、ストレージノードSN1およびSN4に結合されるNチャネルMISトランジスタTQ1およびTQ2を含む。
【0038】
比較回路CMPは、NチャネルMISトランジスタで構成される。したがって、このTCAMセルは、すべて、NチャネルMISトランジスタで構成することができ、共通に、Pウェル内に作製することができ、PチャネルMISトランジスタとNチャネルMISトランジスタ両者を用いる構成に比べて、ウェル分離の必要がなく、レイアウト面積を低減することができる。
【0039】
また、メモリキャパシタNQは、その構成は後に詳細に説明するが、プレーナ型MISキャパシタで構成されているため、プロセス的には、MISトランジスタを構成する製造工程と同様であり、従来のSRAMセルを用いるTCAMセルと同様の製造工程で作製でき、このSRAMセルを用いるTCAMセルの製造工程と比べて、マスク枚数および工程数は、増加しない。したがって、SRAMセルを用いるスタティック型TCAMセルとウェハ製造コストは同程度でありながら、チップ面積を低減でき、チップ単価を低くすることができる。
【0040】
また、キャパシタNQを用いており、SRAMセルを用いる場合に比べて、その容量値が大きく、SRAMセルを用いるTCAMセルに比べてソフトエラー耐性を改善することができる。
【0041】
また、これらのツインセルTW0およびTW1それぞれにおいて、相補データを格納しており、前述の特許文献1におけるDRAMセルを利用するダイナミックTCAMセルの構成に比べて、さらにデータ保持特性を改善でき、キャパシタ面積がこのダイナミックTCAMセルに比べて小さい場合においても、安定にデータを保持することができる。
【0042】
また、プレーナ型MISキャパシタであり、スタックトキャパシタに較べて、容量値は小さく、高速で充電を行なうことができ、応じて、データの書込時間を短縮することができる。
【0043】
図2は、図1に示すダイナミックセルMC1からMC4のストレージノードの電位の経時変化を概略的に示す図である。図2においては、Hレベルデータを記憶するストレージノードの電圧を示す。キャパシタにおいて接合リーク電流または層間絶縁膜への電荷のリークなどにより、その電圧レベルが指数関数的に低下する。ビット線BLおよび/BLが、中間電圧レベルの電圧VBLにプリチャージされている状態を考える。
【0044】
従来のダイナミックTCAMセルにおいては、データ“L、L”の状態を記憶状態として許容している。したがって、ビット線BLおよび/BLは、それぞれ個々に、対応のセンスアンプでプリチャージ電圧VBLと比較されて差動増幅される。Hレベルデータを記憶するストレージノードの電圧が、ビット線プリチャージ電圧VBLと等しくなる時刻taにおいて、センスアンプはセンス動作を行なえない。したがって、センスアンプのセンスマージンを考慮して、この時刻taより前の期間の間に、メモリセルデータを読出してリフレッシュを行なう必要がある。
【0045】
しかしながら、図1に示すように、ツインセルTW0およびTW1それぞれにおいて、相補データを格納し、ビット線BLおよび/BLに相補データが読出される場合、HレベルデータとLレベルデータが、常に、ビット線BLおよび/BLに読出される。したがって、このストレージノードの電圧VCCが、接地電圧VSSレベルに低下する時刻tb以前であれば、ビット線BLおよび/BLに、電圧差が生じ、センスアンプによるセンス動作を行なうことができる。
【0046】
ウェルに対しては負のウェルバイアス電圧VBBが与えられている場合には、Hレベルデータを記憶するストレージノードの電圧は、接地電圧VSSを超えて負電圧VBBレベルにまで低下する。このとき、Lレベルデータを記憶するストレージノードの電圧も、接地電圧VSSから、このウェルバイアス電圧VBBに向かって指数関数的に低下する。したがって、Hレベルデータを記憶するストレージノードとLレベルデータを記憶するストレージノードの間には、常に電位差が生じることになり、リフレッシュ間隔は、この時間tbよりも長くすることができ、理論的には、ほぼリフレッシュフリーの状態にすることができる。
【0047】
従って、リフレッシュ間隔を長くすることができ、応じて、リフレッシュ回数が低減されるため、比較検索動作に対する割込をリフレッシュのために行なう必要がなく、検索効率が改善される。また、リフレッシュに要する消費電流を低減することができる。
【0048】
図3は、ビット線BLおよび/BLのリフレッシュ動作時の電圧波形を示す図である。ビット線BLおよび/BLが、中間電圧VBLにプリチャージされている場合の電圧波形を1例として示す。
【0049】
この図3に示すように、リフレッシュ動作時またはデータ読出時においては、ビット線BLおよび/BLにおいて、常に、Hレベルデータに対応する読出電圧ΔVHと、Lレベルデータに対応する読出電圧ΔVLの電圧変化が生じる。センスアンプは、このビット線間電圧差ΔVH+ΔVLを差動増幅して、ビット線BLおよび/BLを、電源電圧VCCおよび接地電圧VSSレベルに駆動する。
【0050】
従来のダイナミックTCAMセルにおいては、1つのビット線にHレベルデータまたはLレベルデータが読み出され、他方のビット線はプリチャージ電圧VBLの電圧レベルを維持する。従って、ビット線対の間に電圧ΔVHまたはΔVLの電圧変化が生じるだけである。センスアンプに対する読出電圧を、このような従来のダイナミックTCAMセルの構成に較べて大幅に大きくすることができ、確実に、センス動作を行なうことができる。
【0051】
したがって、メモリセルキャパシタNQとして、プレーナ型MISキャパシタが用いられ、スタックトキャパシタに比べてその容量値が小さい場合においても、十分に、ビット線対間に電圧差を生じさせることができる。
【0052】
また、スタックトキャパシタに比べて、メモリセル容量NQの容量値が小さく、データ書込時においては、高速で、このストレージノードの充電を行なってHレベルデータを書込むことができ、書込時間を短縮することができる。
【0053】
この図1に示すTCAMセルにおいては、比較回路CMPの比較ノードNAの電位を保証するためにツインセルTW0を用い、比較ノードNBの電位を保証するためにツインセルTW1を用い、これらのツインセルTW0およびTW1それぞれにおいて、2つのダイナミックセルを用いて、ノードNAおよびNBそれぞれに供給するデータを記憶する。
【0054】
なお、上述の発明においては、ビット線BLおよび/BLは、プリチャージ電圧VBLが、電源電圧VCCと接地電圧VSSの間の中間電圧レベルに設定されている。しかしながら、このビット線BLおよび/BLのプリチャージ電圧が、電源電圧VCCであっても、ビット線対間電圧差を大きくすることができる。すなわち、通常、VCCプリチャージ方式の場合、ビット線のプリチャージ電圧は、このダイナミックセルの記憶するHレベルデータと電圧レベルが同じである。したがって、1つのダイナミックセルのデータ読出のためには、ダミーセルを用いる必要があり、このダミーセルを用いて、HレベルデータおよびLレベルデータそれぞれを読出したときのビット線電圧の中間値の電圧が基準ビット線に生成されて、センス時の基準電圧として用いられる。したがって、この場合、ダミーセルが生成するセンス基準電圧(VBLに対応)とHレベルデータ読出時のビット線電圧またはLレベルデータ読出時のビット線電圧とを比較して、メモリセルデータを読み出す。
【0055】
図3に示すように、VCCプリチャージ方式において、本実施の形態1において、ツインセルを用いてダイナミックセルの相補データをビット線に読み出す場合、Lレベルデータが読み出されたビット線電圧と電源電圧との差が、センスアンプに対して用いられるだけである。しかしながら、図1に示すTCAMセルの場合、ダミーセルの生成する基準電圧(VBLに相当)に対して相補電圧が、ビット線BLおよび/BLに読出されるため、VCCプリチャージ方式であっても、従来のダミーセルが生成する基準電圧に対して生成される読出電圧ΔVHおよびΔVLの和をセンスアンプでセンスすることができる。
【0056】
したがって、ダミーセルを利用する構成に較べて、ビット線対間電圧差を大きくすることができ、ビット線プリチャージ方式に係らず、正確なセンス動作、データの安定な記憶およびリフレッシュサイクル数の低減を実現することができる。次に、この図1に示すTCAMセルの基本動作について説明する。
[データ書込および検索動作]
このTCAMセルにおいては、ノードSN1およびSN4に、それぞれ、LレベルおよびHレベルデータが格納されたときに、ビット“0”を記憶し、ノードSN1およびSN4に、それぞれHレベルおよびLレベルデータが格納されたときに、ビット“1”を記憶する。ノードSN1およびSN4にそれぞれ、Lレベルデータが格納されたときに、このTCAMセルは、ビット“X”を記憶する。
【0057】
検索動作を行なう前には、前もってTCAMの各ワードにデータを記憶させる必要がある。このTCAMセルへのデータの書込は、以下のようにして行なわれる。まず、ワード線WLeを選択状態の高電位レベルへ駆動し、また、ビット線BLおよび/BLに、ノードNA(SN1)に所望の電位が書込まれるように、相補の電位を与える。この状態で、次に、ワード線WLeを低電位の非活性状態へ駆動することにより、ツインセルTW0へのデータの書込が完了する。
【0058】
次いで、ワード線WLoを高電位レベルへ駆動し、ビット線BLおよび/BL上の電位を、それぞれ、記憶ノードSN3およびSN4に書込む。ワード線WLoを非選択状態のLレベルに駆動することにより、このTCAMセルへのデータビットの書込が完了する。ここで、セルプレート電位VCPは、電源電圧VCCレベルに設定される。MISキャパシタ形成領域の基板領域表面において、十分に、反転層を形成して、MISトランジスタを、キャパシタMQとして動作させるためである。
【0059】
ビット線BLおよび/BLのプリチャージ電圧VBLは、中間電圧VCC/2に設定される。次に、この図1に示すTCAMセルへのデータの書込および検索動作について、図4を参照して、具体的に説明する。
【0060】
TCAMセルへのデータビット“0”を書込む場合には、まず、ビット線BLおよび/BLを、それぞれ、接地電圧GNDレベル、および電源電圧VCCレベルに設定する。ワード線WLeを選択状態へ駆動すると、図1に示すツインセルTW0において、アクセストランジスタNTが導通し、記憶ノードSN1およびSN2が、それぞれビット線BLおよび/BLに結合され、記憶ノードSN1およびSN2へ、それぞれ、接地電圧GNDおよび電源電圧VCCが伝達される。このときには、ワード線WLoは非選択状態である。
【0061】
ワード線WLeを非選択状態へ駆動することにより、ツインセルTW0の記憶ノードSN1およびSN2に、接地電圧GNDおよび電源電圧VCCの相補データ(相補電位)が格納される。
【0062】
この状態で、次いでワード線WLoを選択状態へ駆動することにより、ツインセルTW1において、メモリセルMC3およびMC4のアクセストランジスタが導通し、記憶ノードSN3およびSN4がビット線BLおよび/BLに結合される。応じて、記憶ノードSN3およびSN4が、それぞれ、接地電圧GNDおよび電源電圧VCCに設定される。ワード線WLoを非選択状態へ駆動することにより、このTCAMセルへのビット“0”の書込が完了する。このビット書込時において、メモリキャパシタNQはプレーナ型MISキャパシタであり、その容量値はスタックトキャパシタに比べて小さく、記憶ノードSN1からSN4の充電時間は十分短く、短時間でデータ書込を完了することができ、この検索動作に対する書込のための割込時間を短くすることができる。
【0063】
このビット“0”が格納されたTCAMへの検索動作時において、ワード線WLeおよびWLoは、ともに非選択状態の接地電圧GNDレベルに維持する。検索線SLおよび/SLに、検索データビットを与える。検索データビットが“0”のときには、検索線SLおよび/SLに、それぞれ接地電圧GNDおよび電源電圧VCCが供給される。
【0064】
比較回路CMPにおいては、検索線SL上の信号電位と記憶ノードSN4に結合されるノードNBの電位の一致/不一致またはノードNA(記憶ノードSN1)の電位と検索線/SLの信号電位との一致/不一致を検出する。検索データビットが、“0”の場合、比較回路CMPにおいて、MISトランジスタTQ1−TQ4がすべて非導通状態であり、一致線MLは、そのプリチャージ電圧VCCレベルを維持する。一致線MLがプリチャージ電圧レベルを維持する場合には、一致が検出される。
【0065】
検索データビットが“1”の場合には、検索線SLに電源電圧VCC、検索線/SLに、接地電圧GNDが伝達される。この場合、比較ノードSN1と検索線/SLの電位はともにLレベルであり、MISトランジスタTQ1およびTQ3が非導通状態となる。一方、検索線SL上の電位と記憶ノードSN4の電位がともにHレベルであり、MISトランジスタTQ2およびTQ4が導通し、一致線MLが接地電圧レベルに放電される。一致線MLが、接地電圧レベルに放電されると不一致が検出される。
【0066】
この検索/比較動作は、検索データの各ビットについて実行され、一致線MLは、ワードを構成する各ビットのTCAMセルに共通に接続される。したがって、検索ワード(データ)について、全ビットにおいて一致が検出された場合には、一致線MLは、プリチャージ電圧レベル(VCCレベル)を維持する。
【0067】
TCAMセルへのビット“1”の書込時においては、ビット線BLおよび/BLを、それぞれ電源電圧VCCおよび接地電圧GNDレベルに設定する。ワード線WLeおよびWLoを、順次選択状態へ駆動する。ワード線WLeの選択時、ツインセルTW0において、アクセストランジスタを介して記憶ノードSN1およびSN2に、それぞれ電源電圧および接地電圧が格納される。ワード線WLoの選択時、ツインセルTW1において、記憶ノードSN3が、ビット線BL3に結合されて電源電圧VCCに充電され、記憶ノードSN4が、接地電圧GNDレベルに放電される。ワード線WLeおよびWLoがともに非選択状態となると、このTCAMセルへのビット“1”の書込が完了する。
【0068】
ビット“1”を格納するTCAMセルへの検索動作時、検索データビットが“0”のとき、検索線SLおよび/SLに、それぞれ、接地電圧GNDおよび電源電圧VCCが伝達される。ワード線WLeおよびWLoは、ともに非選択状態にある。この状態においては、記憶ノードSN1および検索線/SLの電圧レベルがともにHレベルとなり、比較回路CMPにおいて、MISトランジスタTQ1およびTQ3が導通状態となる。したがって、MISトランジスタTQ2およびTQ4がともに非導通状態であっても、MISトランジスタTQ1およびTQ3により、一致線MLが接地電圧レベルに放電される。
【0069】
検索データビットが“1”の場合には、記憶ノードSN1と検索線/SLの電位は不一致であり、また記憶ノードSN4と検索線SLの電位も不一致である。比較回路CMPにおいてMISトランジスタTQ3およびTQ2は、非導通状態であり、一致線MLは、プリチャージ電圧レベルを維持する。
【0070】
TCAMセルへの“X”のビットを書込む場合においても、ワード線WLeおよびWLoが順次選択状態へ駆動される。ワード線WLeの選択時、ビット線BLおよび/BLに、それぞれ接地電圧GNDおよび電源電圧VCCを伝達する。応じて、ツインセルTW0において、記憶ノードSN1およびSN2に、それぞれ接地電圧GNDおよび電源電圧VCCが伝達されて格納される。ワード線WLoの選択時においては、逆に、ビット線BLおよび/BLに、それぞれ、電源電圧VCCおよび接地電圧GNDを伝達する。この状態において、ツインセルTW1において、記憶ノードSN3が、電源電圧VCCレベル、記憶ノードSN4が、接地電圧レベルに設定される。すなわち、“ドントケア”状態を記憶する場合には、ツインセルTW0およびTW1において、逆データを記憶する。記憶ノードSN1およびSN4が、ともにLレベルデータを記憶し、比較回路CMPにおいて、MISトランジスタTQ1およびTQ2が非導通状態となる。
【0071】
この“ドントケア”状態を記憶するTCAMセルへの検索動作時、検索データビット“0”が与えられた場合、記憶ノードSN1および検索線/SLの電位は不一致であり、MISトランジスタTQ1およびTQ2の放電経路は遮断される。また記憶ノードSN4と検索線SLのゲート電位は、Lレベルで一致であり、MISトランジスタTQ2およびTQ4の放電経路は遮断される。従って、一致線MLはプリチャージ状態を維持し、一致(マッチ)状態が検出される。
【0072】
検索データビット“1”が与えられた場合、記憶ノードSN1および検索線/SLの電位はともに接地電位レベルであり、MISトランジスタTQ1およびTQ3は非導通状態である。また、検索線SLの電圧が、Hレベルであっても、記憶ノードSN1が、接地電圧GNDレベルであり、MISトランジスタTQ1は非導通状態である。したがって、比較回路CMPにおいて放電経路は全て遮断され、一致線MLは、プリチャージ状態を維持する。
【0073】
すなわち、“ドントケア”状態を記憶する場合、記憶ノードSN1およびSN4を、ともに接地電圧レベルに維持して、比較回路CMPにおいて、MISトランジスタTQ1およびTQ2を非導通状態に設定する。この状態においては、検索データビットが“1”および“0”いずれであっても、一致線MLは、プリチャージ状態を維持し、一致(マッチ)が検出される。
【0074】
したがって、このTCAMセルの記憶ノードSN1およびSN4に、データ“H、L”、“L、H”、および“L、L”を格納することにより、ビット“1”、“0”、および“X”の3値状態を記憶することができる。
【0075】
なお、この図1に示すTCAMセルにおいては、記憶ノードSN1およびSN4は、比較回路CMPの比較ノードNAおよびNBに結合されている。しかしながら、記憶ノードSN3およびSN2の記憶電位を、比較回路CMPの比較ノードNAおよびNBに与えてもよい。また、記憶ノードSN1およびSN3の組または記憶ノードSN2およびSN4の組が用いられてもよい。
【0076】
ツインセルTW0の記憶ノードSN1およびSN2の1つの記憶ノードと、ツイン接続TW1の記憶ノードSN3およびSN4の1つの記憶ノードが、比較回路CMPに対する検索データビット記憶ノードとして用いられればよい。また、ワード線WLeおよびWLoは、ワード線WLoおよびWLeの順序で選択されてもよい。
【0077】
[リフレッシュ動作]
図5は、図1に示すTCAMセルの記憶データのリフレッシュ時の動作を示す信号波形図である。以下、図5を参照して、図1に示すTCAMセルの記憶データのリフレッシュ動作について説明する。ここで、図5においては、縦軸に電圧を示し、横軸に時間を示す。また、図5においては、ツインセルTW0の記憶ノードSN1およびSN2に、それぞれ、HレベルデータおよびLレベルデータが格納されている状態でのツインセルTW0のリフレッシュ動作について説明する。
【0078】
スタンバイ状態時においては、ビット線BLおよび/BLは、中間電圧VCC/2にプリチャージされかつイコライズされている。記憶ノードSN1のHレベルデータの電圧レベルが、負荷のリークにより、電源電圧VCCよりも低下する。記憶ノードSN2は、ウェルが負電圧VBBにバイアスされている場合、通常、接地電圧レベルから負電圧方向に向かって低下する。このウェル領域が接地電圧レベルに維持されている場合、ノイズなどの影響により、記憶ノードSN2の電圧レベルがホール注入などにより、その接地電圧レベルより上昇する。図5においては、このLレベルデータを記憶する記憶ノードSN2の電圧レベルが、リーク電流により接地電圧レベルより上昇した状態を示す。
【0079】
リフレッシュ動作時においては、ツインセルTW0およびTW1は、ビット線BLおよび/BLを共有しているため、これらのツインセルTW0およびTW1に対して個々に行なわれる。リフレッシュ動作開始時において、先ず、ビット線BLおよび/BLへのプリチャージ動作を停止し、ビット線BLおよび/BLをフローティング状態に設定する。
【0080】
次いで、ワード線WLeを選択状態へ駆動する。メモリトランジスタNTのしきい値電圧損失による記憶データの電圧レベルの低下を抑制するために、選択ワード線WLeは、電源電圧VCCよりも高い電圧レベルに駆動される。このワード線WLeが選択状態(高電圧レベル)へ駆動されると、図1に示すツインセルTW0において、メモリトランジスタNTが導通し、記憶ノードSN1およびSN2が、それぞれ、ビット線BLおよび/BLに結合され、ビット線BLの電圧レベルが上昇し、一方、補のビット線/BLの電圧レベルが低下する。この場合、記憶ノードSN1の電圧レベルが、電荷のリークにより低下していても、ビット線BLおよび/BLには、相補データが読出されるため、十分大きな電圧差を生成することができる。
【0081】
ビット線BLおよび/BLに十分な電圧差が生じると、図示しないセンスアンプを活性化し、ビット線BLおよび/BLの電圧を差動的に増幅する。ビット線BLが、電源電圧VCCレベル、ビット線/BLが、接地電圧レベルへ駆動される。記憶ノードSN1が、このビット線BLを介してセンスアンプにより充電され、その電圧レベルが、その容量値に応じてビット線BLの電圧レベル上昇よりも緩やかな速度で電源電圧VCCレベルに上昇する。記憶ノードSN2の放電は、充電に比べて高速で行なわれ、ビット線/BLの放電速度とほぼ同一速度で、記憶ノードSN2の電圧レベルは接地電圧レベルに低下する。このHレベルデータ書込時、記憶ノードSN1の充電速度は、メモリセルキャパシタが、プレーナ型MISトランジスタで構成されており、スタックトキャパシタよりも容量値が小さいため、高速で記憶ノードSN1の充電が行なわれる。これにより、従来のダイナミックTCAMに較べてリフレッシュ時間を短縮することができる。
【0082】
この記憶ノードSN1およびSN1の電圧レベルが、それぞれ、電源電圧VCCおよび接地電圧GNDレベルで安定化すると、ワード線WLeが非選択状態へ駆動され、ツインセルTW0のメモリトランジスタが非導通状態となり、ツインセルTW0の記憶データの再書込が完了する。
【0083】
ワード線WLeを非選択状態へ駆動した後、センスアンプを非活性化し、次いでビット線BLおよび/BLに対してプリチャージ/イコライズ動作を行なって、ビット線BLおよび/BLを、元のプリチャージ電圧VCC/2レベルに駆動する。
【0084】
ツインセルTW1の記憶データのリフレッシュ時には、ワード線WLoが選択状態へ駆動される。ツインセルTW1に対して行なわれた動作と同様の動作が実行されて、記憶データの再書込が実行される。
【0085】
したがって、このリフレッシュ動作完了時においては、ツインセルTW0の記憶ノードSN1およびSN2は、それぞれ電源電圧VCCおよび接地電圧レベルに復元されており、確実に、元の記憶データの電圧レベルが復元される。
【0086】
ビット線BLおよび/BLには、TCAMセルの記憶データビットの値にかかわらず、常に相補データが読出されるため、常に、ビット線BLおよび/BLには、データ読出時、大きな電圧差を生じさせることができ、十分なセンスマージンを得ることができる。
【0087】
図6は、この発明の実施の形態1に従うTCAMセルを含むTCAM全体の構成を概略的に示す図である。図6において、TCAMは、複数行に配列されるワード線WL0−WLmと、ワード線WL0−WLmそれぞれに対応して配置される一致線ML0−MLmを含む。ワード線WL0−WLmは、それぞれ、図1に示すように、偶数ワード線WLeと奇数ワード線WLoを含む。ワード線WL0−WLmそれぞれに、1ワードのデータを記憶するTCAMセルが接続される。したがって、図6に示すように、ワード0−ワードmが、TCAMアレイ1において格納される。1ワードのビット数は、1つのワード線選択時に選択状態へ駆動されるTCAMセルTMCの数により決定される。図6においては、ワード線WL0−WLmそれぞれに対応して配置されるTCAMセルTMCを代表的に示す。
【0088】
TCAMアレイ1においては、TCAMセルTMCの各列に対応してビット線対BLPおよび検索線対SLPが配置される。ビット線対BLPは、図1に示すビット線BLおよび/BLを含み、検索線対SLPは、図1に示す検索線SLおよび/SLを含む。
【0089】
ワード線WL0−WLmそれぞれに対応して一致線ML0−MLmが設けられる。一致線MLは、それぞれ、対応のワードに含まれるTCAMセルTMCにより共通に結合され、検索動作時、対応のワードに含まれるTCAMセルTMCにより選択的に駆動される。
【0090】
このTCAMは、さらに、アドレス信号A[i:0]を受けるアドレスバッファ3と、リフレッシュアドレスRFADとアドレスバッファ3からのアドレス信号の一方を選択するマルチプレクサ(MUX)9と、マルチプレクサ9を介して与えられるアドレス信号をデコードして対応のワード線を選択状態へ駆動するロウデコーダ4を含む。
【0091】
アドレス信号A[i:0]は、(i+1)ビットのアドレス信号である。このアドレス信号A[i:0]により、ワード線を、偶数ワード線WLeおよび奇数ワード線WLo単位で特定する。これに代えて、アドレス信号A[i:0]が、ワード線をワード線WL単位で特定し、内部で、データ書込指示が与えられる誤とに偶数ワード線および奇数ワード線を特定するアドレスビットを生成して、最終的に偶数ワード線WLeおよび奇数ワード線WLoが選択状態へ駆動されてもよい。この場合、データ書込時において、外部から、同一アドレスに対して2ビットのデータを書込む指示を順次与え、この書込指示が、1回目であるか2回目であるかに応じて、偶数/奇数ワード線が指定される。
【0092】
マルチプレクサ9は、リフレッシュモード時、制御回路10から与えられるリフレッシュアドレスRFADを選択してロウデコーダ4へ与える。ロウデコーダ4においては、ワード線WL0−WLmそれぞれに対して設けられるロウデコード回路を含み、アドレス指定されたワードに対応するワード線を選択状態へ駆動する。この場合、ワード線WL0−WLmは、それぞれ、偶数ワード線WLeと奇数ワード線WLoとが設けられており、ロウデコーダ4においても、これらの偶数ワード線WLeおよび奇数ワード線WLoそれぞれに対応してロウデコード回路が設けられ、これらの偶数ロウデコード回路および奇数ロウデコード回路が、それぞれデータ書込時およびリフレッシュ動作時、異なるタイミングで活性状態へ駆動される。
【0093】
リフレッシュアドレスRFADは、ロウデコーダ4の構成に応じて、そのビット数が決定される。すなわち、アドレス信号A[i:0]が、ワード線WL0−WLmを特定し、対応の偶数ワード線WLeおよびWLoが同時に指定されるとき、これらの偶数および奇数ワード線WLeおよびWLoの活性化タイミングが、内部で調整される。また、リフレッシュアドレスRFADが、偶数ワード線および奇数ワード線単位でワード線を指定する場合、リフレッシュアドレスRFADのビット数は、アドレス信号A[i:0]がワード線WL単位でワード線を指定するときよりもビット数が大きくなる。
【0094】
これに代えて、リフレッシュアドレス信号RFADも、ワード線WL単位でリフレッシュワードアドレスを指定し、偶数ワード線WLeおよび奇数ワード線WLoが、内部で、その活性化タイミングが調整されて、順次、選択状態へ駆動されてリフレッシュが行なわれる場合、ワード線単位でワードアドレスを指定するアドレス信号A[i:0]とリフレッシュアドレス信号RFADは、そのビット数は等しくなる。このため、リフレッシュアドレス信号RFADのビット数は、図6には示していない。
【0095】
このTCAMは、さらに、TCAMアレイ1のビット線対BLPそれぞれに対応して配置され、活性化時、対応のビット線対BLPの電圧差を増幅するセンスアンプを含むセンスアンプ帯2と、外部からのデータD[j:0]を受けるデータバッファ5と、データバッファ5からのデータを受け、制御回路10の制御の下に、検索線対SLPおよびビット線対BLPをそれぞれ駆動するサーチラインドライバおよびライトドライバを含むサーチラインドライバ/ライトドライバ回路6と、一致線ML0−MLm上の電圧を受け、最も優先順位の高い一致線を検出し、該一致線を特定するアドレス信号を生成するプライオリティ・エンコーダ7と、プライオリティ・エンコーダ7からのアドレス信号P[k:0]を外部へ出力する出力バッファ8を含む。
【0096】
この出力バッファ8からのアドレス信号P[k:0]に従って、別の記憶装置からの記憶データの読出または次に実行すべき処理の決定などが実行される。この出力バッファ8からのアドレス信号P[k:0]が用いられる態様は、このTCAMが用いられるシステムの構成に応じて適宜定められる。
【0097】
サーチラインドライバ/ライトドライバ回路6においては、検索動作時においては、データバッファ5から与えられたデータD[j:0]に従って検索データを生成して、検索線対SLPへ、それぞれ対応の検索データビットの相補データ対を伝達する。このサーチラインドライバ/ライトドライバ回路6は、データ書込時、ライトドライバ回路が、データバッファ5から与えられる書込データD[j:0]に従ってビット線対BLPに書込データを伝達する。
【0098】
プライオリティ・エンコーダ7は、一致線ML0−MLmにおいて複数の一致線が一致を示す場合、最も高いアドレスをたとえば最も優先順位が高いアドレスとして選択して、対応のアドレスを生成する。
【0099】
この図6に示す構成において、検索動作、データの書込動作、リフレッシュ動作が、コマンドCMDを受ける制御回路10の制御の下に実行される。また、このTCAMアレイ1に格納されたデータの読出が、制御回路10の制御の下に、図示しない出力バッファ回路を介して実行されてもよい。この制御回路10が実行すべき動作モードは、コマンドCMDにより決定される。
【0100】
また、図6においては、データバッファ5およびアドレスバッファ3へは、制御回路10の制御信号は与えられていない。これは、アドレスバッファ3およびデータバッファ5が、スタティックに動作する状態を想定しているためである。アドレスバッファ3およびデータバッファ5が、制御回路10の制御の下に、選択的に動作してもよい。
【0101】
センスアンプ帯2に含まれるセンスアンプは、データ書込時およびリフレッシュ動作時、制御回路10の制御の下に活性化される。
【0102】
図7は、図6に示す制御回路10のワード線選択に関連する部分の構成を概略的に示す図である。図7において、制御回路10は、外部からのリフレッシュ指示AREFと、スリープモード指示SLEPとに従ってリフレッシュ要求RFREQを発行するリフレッシュ制御回路20と、リフレッシュ制御回路20により起動されて所定の時間間隔でタイムアップ信号を発行するリフレッシュタイマ21と、リフレッシュ制御回路20の制御の下に、そのアドレス値を設定してリフレッシュアドレスRFADを発行するリフレッシュアドレス発生回路22と、リフレッシュ要求RFREQと外部からの書込指示WEとに従ってワード線選択に関連する各種制御信号を発生するワード選択制御回路25を含む。
【0103】
リフレッシュ制御回路20は、外部からのリフレッシュ指示AREFが与えられると、リフレッシュ要求RFREQを活性化する。スリープモード指示SLEPが与えられると、リフレッシュ制御回路20はリフレッシュタイマ21を起動し、このリフレッシュタイマ21からのタイムアップ信号に従ってリフレッシュ要求RFREQを発行する。リフレッシュタイマ21は、起動時、所定の時間間隔でタイムアップ信号を生成する。
【0104】
リフレッシュアドレス発生回路22は、たとえばカウント回路で構成され、リフレッシュ制御回路20からのアドレス更新指示に従ってそのリフレッシュアドレスRFADのアドレス値を更新する。リフレッシュアドレスRFADは、前述のごとく、ワード線WL単位でリフレッシュアドレスを指定してもよく、また、偶数/奇数ワード線、WLe/WLo単位でリフレッシュワード線を指定してもよい。
【0105】
スリープモード指示SLEPは、このTCAMに対するアクセスが長期にわたって行なわれないときに活性化される。このスリープモード指示SLEPは、スリープモードに入ることを示すスリープモードエントリ信号とスリープモードを解除するスリープモードイグジット信号とに基づいて、内部で生成されてもよい。
【0106】
書込指示WEは、データ書込時、活性化される。リフレッシュ指示AREF、スリープモード指示SLEPおよび書込指示WEは、図6に示すコマンドCMDに含まれる。
【0107】
ワード選択制御回路25は、この書込指示WEの活性化時、図6に示すロウデコーダ4に含まれるロウデコード回路を活性化するロウデコーダイネーブル信号RDEと、ビット線対に対するイコライズ動作を制御するビット線イコライズ制御信号BEQと、センスアンプの活性化を制御するセンスアンプ活性化信号SAEを所定のシーケンスで活性化する。
【0108】
ロウデコーダイネーブル信号RDEは、偶数ワード線WLeに対して設けられるデコード回路および奇数ワード線WLoに対して設けられるロウデコーダをイネーブルする。この場合、アドレス信号A[i:0]が、偶数ワード線/奇数ワード線単位でワード線を特定する構成を想定する。
【0109】
ロウデコーダイネーブル信号RDEの活性化に従って、アドレス指定された偶数または奇数ワード線WLeまたはWLoを、活性状態(選択状態)へ駆動する。
【0110】
図8は、図7に示すワード選択制御回路25の構成を概略的に示す図である。図8において、ワード選択制御回路25は、リフレッシュ要求RFREQと書込指示WEを受けるOR回路30と、OR回路30の出力信号の立上がりに応答して所定の時間幅を有するワード線活性化信号WLENを発生するワード線活性化制御回路31と、ワード線活性化信号WLENに従ってビット線イコライズ指示信号BEQを生成するビット線イコライズ制御回路32と、ワード線活性化信号WLENに従ってロウデコーダイネーブル信号RDEを活性化するロウデコーダ制御回路33と、ロウデコーダ制御回路33の出力信号を所定時間遅延する遅延回路34と、遅延回路34の出力信号とワード線活性化信号WLENとに従ってセンスアンプ活性化信号SAEを生成するセンス制御回路35を含む。
【0111】
センス制御回路35は、1例として、遅延回路34の出力信号の立上がりに応答してセットされ、かつワード線活性化信号WLENの立下がりに応答してリセットされ、その出力Qからセンスアンプ活性化信号SAEを発行するセット/リセットフリップフロップ35aで構成される。
【0112】
ワード線活性化制御回路31は、たとえばワンショットのパルス発生回路で構成され、OR回路30の出力信号の立上がりに応答して、ワード線活性化信号WLENを所定時間Hレベルの活性状態に維持する。
【0113】
ビット線イコライズ制御回路32は、このワード線活性化信号WLENの反転信号に基づいて、ビット線イコライズ信号BEQを生成する。ビット線イコライズ制御回路32は、レベル変換機能を備え、電源電圧レベルよりも高いビット線イコライズ制御信号BEQを生成してもよい。このレベル変換により、電源電圧とビット線プリチャージ電圧との差が、MISトランジスタのしきい値電圧に近い場合においても、確実にビット線プリチャージ電圧をビット線に伝達することができる。
【0114】
ロウデコーダ制御回路33は、ワード線活性化信号WLENの活性状態の間、ロウデコーダイネーブル信号RDEを活性状態に維持する。センスアンプ制御回路35は、このロウデコーダイネーブル信号RDEが活性化されてから所定時間経過後に、センスアンプイネーブル信号SAEを活性状態へ駆動し、ワード線活性化信号WLENの非活性状態に応答してセンスアンプ活性化信号SAEを非活性状態へ駆動する。
【0115】
図6に示すロウデコーダ4においては、偶数ワード線WLeに対して偶数ロウデコード回路40が設けられ、奇数ワード線WLoに対して、奇数ロウデコード回路42が設けられる。これらのロウデコード回路40および42の組は、図6に示すワード線WL0−WLmそれぞれに対応して配置される。ワード線の特定は、奇数/偶数ワード線単位で実行される。したがってロウデコード回路40および42へ、異なる組合せの内部アドレス信号(プリデコード信号)XAeおよびXAoが与えられる。
【0116】
ビット線BLおよび/BLには、ビット線イコライズ指示信号BEQの活性化時、これらのビット線BLおよび/BLにプリチャージ電圧VBLを供給しかつイコライズするビット線プリチャージ/イコライズ回路BPEと、センスアンプ活性化信号SAEの活性化時、ビット線BLおよび/BLの電圧を差動増幅しかつラッチするセンスアンプSAが設けられる。
【0117】
ビット線プリチャージ/イコライズ回路BPEは、通常のDRAMにおいて用いられているのと同様の構成を有し、プリチャージ用のトランジスタとイコライズ用のトランジスタとを含む。
【0118】
センスアンプSAは、交差結合されるPチャネルMISトランジスタおよび交差結合されるNチャネルMISトランジスタで構成される。
【0119】
図9は、図8に示すワード選択制御回路25の動作を示す信号波形図である。この図9においては、ワード線WLeおよびWLoおよびビット線BL,/BLの電位も併せて示す。以下、図9を参照して、図8に示すワード選択制御回路25の動作について説明する。
【0120】
書込指示WEが与えられると、OR回路30の出力信号が活性化され、ワード線活性化制御回路31が、所定期間ワード線活性化信号WLENを活性状態に維持する。このワード線活性化信号WLENの活性化に従って、ビット線イコライズ指示信号BEQが非活性化され、ビット線BLおよび/BLのビット線プリチャージ/イコライズ回路BPEによるプリチャージ電圧VBLへのプリチャージ動作が完了する。この状態においては、ビット線BLおよび/BLは、プリチャージ電圧レベルでフローティング状態となる。
【0121】
ロウデコーダ制御回路33が、このワード線活性化信号WLENの活性化に従ってロウデコーダイネーブル信号RDEを活性化する。ロウデコード回路40および42は、それぞれデコード動作を行ない、対応のワード線が指定されている場合には、対応のワード線を選択状態へ駆動する。図9においては、ワード線WLe/oとして選択ワード線を示す。この偶数また奇数ワード線WLe/oの選択状態への駆動に応答して、この選択ワード線WLe/oに接続されるツインセルの記憶データが読出され、ビット線BLおよび/BLの電圧レベルが、それぞれプリチャージ電圧VBLから変化する。このデータの内部読出時、ビット線BLおよび/BL両者に、対応のツインセルに記憶される相補データがそれぞれ読出される。
【0122】
遅延回路34が有する遅延時間が経過すると、センスアンプ制御回路35がセットされ、センスアンプ活性化信号SAEが活性化され、センスアンプSAがセンス動作を行なう。これにより、ビット線BLおよび/BLの電圧レベルは、読み出されたデータに従って、それぞれHレベルおよびLレベルに駆動される。
【0123】
この後、書込回路(ライトドライバ)に従って、ビット線BLおよび/BLが書込データに応じた電圧レベルに設定され、選択ツインセルに対するデータの書込が実行される。
【0124】
所定時間が経過し、ワード線活性化制御回路31からのワード線活性化信号WLENが非活性化されると、ロウデコーダイネーブル信号RDEが非活性化され、選択状態のロウデコード回路の出力信号がLレベルとなり、選択ワード線WLe/oの電圧レベルが、Lレベル(接地電圧レベル)に低下する。
【0125】
次いで、センスアンプ活性化信号SAEが、ワード線活性化信号WLENの非活性化に応答して非活性化され、センスアンプSAが非活性化される。センスアンプSAが非活性化された後、ビット線イコライズ制御回路32からのビット線イコライズ指示信号BEQが活性状態(Hレベル)へ駆動され、ビット線プリチャージ/イコライズ回路BPEが活性化され、ビット線BLおよび/BLが、プリチャージ電圧VBLレベルにプリチャージされかつイコライズされる。
【0126】
これにより、外部からアドレス信号に従って、ツインセルTW0またはTW1に対しデータの書込を行なうことができる。書込動作を2回実行することにより、各ワード単位で、データを記憶することができる。
【0127】
上述のデータ書込動作時においては、センスアンプSAのセンス動作後に書込データが、ビット線BLおよび/BLに転送されてデータの書込が実行されている。これに代えて、ビット線を書込データに応じた電圧レベルに設定した後に、ワード線の選択およびセンスアンプの活性化が行なわれてもよい。この場合、ロウデコーダイネーブル信号RDEをライトドライバの活性化の後に活性化する。補通常のDRAMと異なり、列選択動作を行選択動作のあとに実行することは特に要求されないため、このようなデータを速いタイミングで書き込むことは、可能である。
【0128】
リフレッシュ動作時においては、リフレッシュ要求RFREQが、活性状態へ駆動され、このデータ書込時と同様の動作が行なわれる。このリフレッシュ動作時においては、ビット線BLおよび/BLの書込データに応じた駆動は行なわれないため、ツインセルから読出されるデータの再書込が行なわれる。
【0129】
[ワード選択制御回路25の変更例]
図10は、図7に示すワード選択制御回路25の変更例の構成を示す図である。図10においては、ビット線イコライズ指示信号BQEとセンスアンプ活性化信号SAEを生成する回路の部分を示す。残りの回路部分は、図8に示す構成と同じである。
【0130】
図10において、ワード選択制御回路25は、活性化時、ワード線活性化信号WLENの立下がりをカウントし、そのカウント値が2に到達するとカウントアップ信号をワンショットパルスの形で生成する2進カウンタ40と、リフレッシュ活性化信号RFREQaに応答してワード線活性化信号WLENを通過させる転送ゲート42と、2進カウンタ40および転送ゲート42からの信号CUPに応答してビット線イコライズ指示信号BEQを活性化し、かつワード線活性化信号WLENの活性化に応答してビット線イコライズ指示信号BEQを非活性化するビット線イコライズ制御回路32と、2進カウンタ40および転送ゲート42の出力信号CUPの立下がりに応答してセンスアンプ活性化信号SAEを非活性化し、図8に示す遅延回路34の出力信号の立上がりに応答してセンスアンプ活性化信号SAEを活性化するセンスアンプ制御回路35aを含む。
【0131】
リフレッシュ活性化信号RFREQaは、リフレッシュ要求RFREQに従って、ワード線活性化WLENよりも広い時間幅を有するワンショットパルスの形で生成される。2進カウンタ40は、このリフレッシュ活性化信号RFREQaの活性化時、そのカウント動作が停止され、初期値にカウント値が維持される。この2進カウンタ40は、カウントアップ動作完了後、そのカウント値が初期値に設定される。
【0132】
ビット線イコライズ制御回路32は、この2進カウンタ40および転送ゲート40の出力信号CUPの立下がりに応答してセットされかつワード線活性化信号WLENの立上がりに応答してリセットされるセット/リセットフリップフロップ32aを含む。このセット/リセットフリップフロップ32aの出力Qから、ビット線イコライズ指示信号BEQが出力される。このビット線イコライズ指示信号BEQは、レベル変換回路により、その活性化レベルが、電源電圧よりも高い電圧レベルに設定されてもよい。次に、この図10に示すワード選択制御回路25の動作を、図11に示すタイミング図を参照して説明する。
【0133】
データ書込を行なう場合には、図示しない書込指示WEが活性状態へ駆動され、応じてワード線活性化信号WLENが活性状態へ駆動される。このワード線活性化信号WLENの活性化に応答して、セット/リセットフリップフロップ32aがリセットされ、応じてビット線イコライズ指示信号BEQがLレベルとなり、ビット線のプリチャージ動作が完了する。
【0134】
次いで、アドレス信号に従ってワード線(偶数ワード線)が選択状態へ駆動され、選択ワードの各ビットが対応のビット線BLおよび/BL上に読出される。続いて、センスアンプ制御回路35においてセット/リセットフリップフロップ35aが、図8に示す遅延回路34の出力信号に応答してセットされ、センスアンプ活性化信号SEが活性化される。
【0135】
ビット線BLおよび/BLの電位が、センスアンプによりセンスされて増幅されて、電源電圧および接地電圧レベルに変化する。この状態で、最初のデータの書込が行なわれ、ビット線BLおよび/BLの電位が書込データに応じた状態に設定される。ここで、センスアンプ(SA)の駆動力は、データ書込を行なうライトドライバの駆動力よりも小さく、センスアンプのラッチデータが、この書込データに応じて変化する(逆データが書込まれる場合)。
【0136】
この最初のデータ書込が完了し、ワード線活性化信号WLENが非活性状態へ駆動されても、2進カウンタ40のカウントアップ信号CUPはLレベルであり、変化しないため、セット/リセットフリップフロップ32aおよび35aは、それぞれ、リセット状態およびセット状態を維持し、ビット線イコライズ指示信号BEQが非活性状態、センスアンプ活性化信号SAEは活性状態を維持する。
【0137】
この状態で、再び、外部からの書込指示に従って、ワード線活性化信号WLENが活性化され、外部アドレス信号に従ってワード線の選択動作が行なわれ、奇数ワード線に接続されるツインセルへのデータの書込が行なわれる。
【0138】
このとき、遅延回路34の出力信号が立上がっても、制御回路35におけるセット/リセットフリップフロップ35aはセット状態にあり、センスアンプ活性化信号SAEは、活性状態を維持する。センスアンプのラッチデータが、書込データビットに応じた電圧レベルとなり、選択ツインセルTW1に対してデータの書込が行なわれる。
【0139】
書込データビットの書込が完了すると、ワード線活性化信号WLENの立下がりに応答して2進カウンタ40の出力信号CUPがワンショットパルスの形態で生成される。このカウントアップ指示信号CUPの立下がりに応答してセット/リセットフリップフロップ32aがセットされ、ビット線イコライズ信号BEQが活性化される。また、このカウントアップ信号CUPの立下がりに応答してセット/リセットフリップフロップ35aがリセットされ、センスアンプイネーブル信号SAEが非活性化される。これにより、データビットの書込が完了する。
【0140】
リフレッシュ動作時においては、リフレッシュ要求RFREQが発行され、応じてリフレッシュ活性化信号RFREQaが、所定期間Hレベルに維持される。この場合、転送ゲート42が導通し、ワード線活性化信号WLENを、カウントアップ信号CUPとして転送する。2進カウンタ40は、そのカウント値は初期値に維持され、リセット状態を維持する。したがって、このリフレッシュ動作時においては、ワード線活性化信号WLENの立上がりに応答してビット線イコライズ指示信号BEQが非活性化され、続いて、遅延回路34の出力信号に従って、セット/リセットフリップフロップ35aがセットされてセンスアンプイネーブル信号SAEが活性化される。
【0141】
ワード線活性化信号WLENが非活性化されると、このワード線活性化信号WLENの立下がり(非活性化)に応答して、セット/リセットフリップフロップ35aがリセットされてセンスアンプ活性化信号SAEが非活性化される。また、セット/リセットフリップフロップ32aがセットされ、ビット線イコライズ指示信号BEQが活性化される。
【0142】
センスアンプ活性化信号SAEの非活性化とビット線イコライズ指示信号BEQの活性化への移行タイミングは、適当に、図示しない遅延回路を用いて調整され、センスアンプの非活性化の後に、ビット線のイコライズ動作が実行される。
【0143】
リフレッシュ動作時においては、センスアンプおよびビット線プリチャージ/イコライズ回路を、各ツインセル毎に活性/非活性を行って、記憶データの衝突を防止して、正確に記憶データのリフレッシュを行なうことができる。
【0144】
この図10に示す構成を利用する場合、データビットを書込む場合、図4のタイミング図に示すように、ビット線をスタティックに、書込データに従って駆動してデータの書込を行なうことができる。偶数ワード線と奇数ワード線の多重選択が生じないという条件が満たされれば、ビット線プリチャージを行なう場合に比べ、データ書込に要する時間を短縮することができる。
【0145】
なお、この図10に示す構成においては、リフレッシュ動作時においては、ワード線活性化信号WLENを用いて、ビット線イコライズ指示信号BEQおよびセンスアンプ活性化信号SAEの活性/非活性化を調整している。この場合、データ書込時においては、2進カウンタ40からのカウントアップ信号CUPの立下がりを利用して、ビット線イコライズ指示信号BEQおよびセンスアンプイネーブル信号の活性/非活性を制御しているため、この2進カウンタ40へ与えられるワード線活性化信号WLENのパルス幅は、図8のロウデコーダ制御回路33へ与えられるワード線活性化信号のパルス幅に比べて短く設定されてもよい。リフレッシュ動作時においては、データの書込は行なわれないため、セル選択期間が短くなっても特に問題は生じない。リフレッシュ期間を確実に確保する場合には、2進カウンタへ与えられるワード線活性化信号WLENの活性化期間を、リフレッシュ時とデータ書込時とで異ならせる。
【0146】
なお、データ書込時において、外部からのアドレス信号A[i:0]については、ワードのアドレスを指定するアドレス信号が与えられ、TCAM内部で、偶数/奇数ワード線を特定するアドレスビットが、たとえば図10に示すような2進カウンタを用いて生成されて、このアドレス信号の最下位ビット位置に付け加えられて、内部アドレスが生成される構成が用いられてもよい。この場合、外部のメモリコントローラは、同一アドレスに対して、3値データを2ビットで表示して転送すればよく、各書込サイクル毎にアドレスを変更する必要はなく、制御が容易となり、また外部アドレスバスの幅も小さくできる。
【0147】
[リフレッシュの変更例]
図7に示すリフレッシュ制御部の構成によれば、リフレッシュ制御回路20は、外部からのリフレッシュ指示AREFに従ってリフレッシュ要求RFREQを生成している。この場合、リフレッシュ指示AREFに従って、1つのTCAMセルの4つのダイナミックセルの記憶データを、並行してリフレッシュし、TCAMセルにおけるデータの記憶状態は、各リフレッシュサイクルにおいて同一とするのが好ましい。そこで、このリフレッシュ制御の変更例においては、リフレッシュ指示またはリフレッシュ要求発行時、ワード単位でリフレッシュを実行する。
【0148】
図12は、図7に示すリフレッシュ制御回路20の変更例の構成を概略的に示す図である。図12において、リフレッシュ制御回路20は、スリープモード指示SLEPに従ってリフレッシュタイマ21の活性/非活性を制御するタイマ制御回路50と、リフレッシュ指示AREFとリフレッシュタイマ21からのタイムアップ信号TUPとを受けるOR回路51と、OR回路51の出力信号を所定時間遅延する遅延回路52と、OR回路51の出力信号と遅延回路52の出力信号とを受けるOR回路53と、OR回路53の出力信号の立上がりに応答して、ワンショットのパルス信号の形態でリフレッシュ要求RFREQを発生するワンショットパルス発生回路54を含む。
【0149】
タイマ制御回路50は、スリープモード指示SLEPの活性化時、リフレッシュタイマ21を活性状態に維持する。リフレッシュタイマ21は、活性化時、計時動作を行ない、所定の時間に到達すると、タイムアップ信号TUPを発行する。
【0150】
遅延回路52は、1つのツインセルへのデータの再書込に要する時間、すなわち、ワード線活性化信号WLENの活性化期間とビット線プリチャージに要する期間の和以上の遅延時間を有する。次に、この図12に示すリフレッシュ制御回路20の動作を、図13に示すタイミング図を参照して説明する。
【0151】
リフレッシュ指示AREF(またはタイムアップ信号TUP)が活性化されると、OR回路51の出力信号がHレベルとなり、応じてOR回路53の出力信号の立上がりに応答して、ワンショットパルス発生回路54がリフレッシュ要求RFREQを活性化する。1回目のリフレッシュ要求RFREQに従ってワード線活性化信号WLENが、図8に示すワード選択制御回路において活性化され、応じてリフレッシュアドレスにより指定された偶数ワード線WLeが活性状態へ駆動され、この偶数ワード線WLeに接続されるTCAMセル内のツインセル(TW0)の記憶データのリフレッシュが実行される。
【0152】
ワード線活性化信号WLENが所定時間後非活性化されると、応じて、偶数ワード線WLeが非活性化され、この偶数ワード線WLeに接続されるツインセルの記憶データのリフレッシュが完了する。
【0153】
偶数ワード線WLeに接続するメモリセルのリフレッシュ動作が完了すると、所定時間後に、すなわち、ビット線のプリチャージ完了後に、遅延回路52の出力信号がHレベルとなり、応じてOR回路53の出力信号が立上がる(活性化される)。応じてワンショットパルス発生回路54が再びリフレッシュ要求RFREQを活性化する。このリフレッシュ要求RFREQに従って、ワード線活性化信号WLENが再び活性化される。この2回目のワード線活性化信号WLENの活性化に従って、リフレッシュアドレスに従って奇数ワード線WLoが選択状態へ駆動され、この奇数ワード線WLoに接続されるツインセルの記憶データのリフレッシュが実行される。所定時間が経過すると、ワード線活性化信号WLENが非活性化され、応じて選択奇数ワード線WLoも非選択状態へ駆動される。これにより、TCAMセルの記憶データのリフレッシュが完了する。
【0154】
以降、所定の時間間隔(リフレッシュ間隔)で、リフレッシュ指示AREFまたはタイムアップ信号TUPが活性化され、TCAMセルの記憶データがリフレッシュされる。
【0155】
したがって、この図12に示す構成の場合、TCAMセルは、同じリフレッシュサイクルで、2つのツインセルTW0およびTW1の記憶データのリフレッシュが行なわれており、内部のツインセルの記憶状態は、ほぼ同一とすることができ、正確な比較検索動作を行なうことができる。
【0156】
外部からリフレッシュ指示AREFが1回与えられたとき、複数ワードにわたって連続的にリフレッシュを行なうバーストリフレッシュモードが用いられてもよい。このバーストリフレッシュモード時においては、単に、リングオシレータなどの発振回路を用いて、所定の時間間隔で内部でリフレッシュ要求RFREQを所定回数発行する。所定回数のリフレッシュ要求が発行されると、この発振回路の発振動作を停止させる。この構成を利用することにより、容易に、バーストリフレッシュモードを実現することができる。
【0157】
図14は、図6に示すサーチラインドライバ/ライトドライバ回路6の構成を概略的に示す図である。図14においては、1ビットの記憶データおよび検索データに関連する部分の構成を示す。
【0158】
図14において、サーチラインドライバ/ライトドライバ回路6は、入力バッファ55から与えられるデータを反転するインバータ60と、サーチドライバイネーブル信号SRDEの活性化時、インバータ60の出力信号に従って検索線/SLを駆動するAND回路61と、サーチドライバイネーブル信号SRDEの活性化時、入力バッファ55からのデータに従って検索線SLを駆動するAND回路62と、ライトドライバイネーブル信号WDEの活性化時、入力バッファ55からの内部データに従ってビット線BLを駆動するトライステートバッファ63と、ライトドライバイネーブル信号WDEの活性化時、入力バッファ55からのデータに従ってビット線/BLを駆動するトライステートインバータバッファ64を含む。
【0159】
入力バッファ55は、図6に示すデータバッファ5に含まれ、外部からのデータDをバッファ処理して内部データを生成する。入力バッファ55を、検索データおよび書込データに共通に設ける。次に、この図14に示す回路の動作を、図15に示すタイミング図を参照して説明する。
【0160】
データ書込時においては、書込指示WEが与えられる。この書込指示WEの活性化に応答して、外部から与えられるアドレス信号A[i:0]およびデータDを取込み、内部処理を実行する。データ書込時、最初は、偶数ワード線に対するアドレスEおよび書込データDeが与えられる。書込指示WEに従って、ライトドライバイネーブル信号WDEが所定期間活性状態に駆動され、ビット線BLおよび/BLが、この書込データDeに従って駆動される。これらのアドレスEおよび書込データDeに従って選択TCAMセルのツインセルTW0に対するデータの書込が行なわれる。
【0161】
所定期間が経過すると、再び、書込指示WEが与えられ、そのときのアドレスOおよび書込データDoに従って、内部アドレスおよび内部書込データが生成される。この2回目の書込指示WEは、奇数ワード線に対する書込指示であり、この書込指示WEに従って、ライトドライバイネーブル信号WDEが再び活性化され、トライステートバッファ63およびトライステートインバータバッファ64が入力バッファ55から与えられるデータDoに従ってビット線BLおよび/BLを駆動する。これにより、ビット線BLおよび/BLに接続されるTCAMセルのツインセルTW1に対するデータの書込が完了する。ライトドライバイネーブル信号WDEが非活性状態となると、トライステートバッファ63およびトライステートインバータバッファ64は出力ハイインピーダンス状態となり、ビット線BLおよび/BLは、ビット線プリチャージ/イコライズ回路により中間電圧VBLレベルにプリチャージされかつイコライズされる。
【0162】
上述のデータ書込時においては、ビット線BLおよび/BLが書込データに従ってスタティックに駆動されている。従って、ワード選択制御回路の構成としては、図10に示す構成が用いられる。図8に示すワード選択制御回路が用いられる場合には、ビット線BLおよび/BLは、ダイナミックに駆動され、データDeの書込完了後、一旦、プリチャージ電圧レベルに復帰し、また、センスアンプも一旦非活性化される。
【0163】
データ書込動作時においては、サーチドライバイネーブル信号SRDEは非活性状態であり、検索線/SLおよびSLは、ともに接地電圧レベルに維持される。検索データ線SLおよび/SLを接地電圧レベルに、データ書込時、固定することにより、隣接列のビット線間の容量結合を防止でき、正確にデータの書込を行なうことができる。また、リフレッシュ動作時においても、ビット線間の容量結合が、この検索線SLおよび/SLより抑制され、センス時のビット線間結合容量によるビット線電位の変動を抑制することができ、正確な記憶データのリフレッシュを行なうことができる。
【0164】
検索動作時においては、検索指示SRCHが与えられる。この場合、アドレス信号A[i:0]は、与えられない。検索データDsに従って、TCAMアレイにおいて検索動作が実行される。検索指示SRCHに従って、サーチドライバイネーブル信号SRDEが、所定期間活性状態へ駆動され、AND回路61および62が、それぞれインバータ60および入力バッファ55から与えられたデータに従って検索線/SLおよびSLを駆動する。検索線SLおよび/SL上の電位に従って、各TCAMセルにおいて比較/検索動作が行なわれ、図示しない一致線の充放電が行なわれる。検索動作が完了すると、サーチドライバイネーブル信号SRDEが非活性化され、再び検索線/SLおよびSLは、AND回路61および62により、接地電圧レベルに固定される。
【0165】
この検索動作時においては、ビット線BLおよび/BLは、図示しないビット線プリチャージ/イコライズ回路により、中間電圧VBLレベルに維持される。したがって、ビット線BLおよび/BLが、検索動作時、検索線SLおよび/SLに対するシールド層として機能し、検索線間の容量結合を防止することができ、正確に検索データに従って、比較/検索動作を行なうことができる。
【0166】
なお、図15に示すタイミング図においてアドレス信号A[i:0]は、外部から、偶数ワード線および奇数ワード線を特定するアドレス信号として生成されて与えられている。しかしながら、このアドレス信号A[i:0]は、ワードを特定し、偶数/奇数ワード線の特定は、内部で、たとえばカウンタを用いて書込指示WEの数をカウントするカウンタのカウント値に従って行なわれてもよい。この場合、2進カウンタのカウント値を、最下位アドレスビットとして用いて、ワード線の偶数/奇数を設定する構成が用いられてもよい。また、この場合、外部からのアドレス信号A[i:0]は、データ書込サイクル時、書込指示WEが2回与えられる間、同一アドレス(ワードアドレス)に設定される。
【0167】
[TCAMセルのレイアウト]
図16は、この発明の実施の形態1に従うTCAMセルの平面レイアウトを概略的に示す図である。図16において、破線で示す矩形領域70の短辺の一方側に、N型活性領域68aおよび68bが配置され、またこの矩形領域70の短辺の他方側に、N型活性領域68cおよび68dが形成される。この矩形領域70により、1つのTCAMセルの領域が指定され、この矩形領域70のレイアウトが行方向および列方向に繰返し配置される。TCAMセルは、Pウェル領域に形成され、このウェル領域は、TCAMアレイのTCAMセルに共通に配置される。従って、矩形領域を繰返し配置するだけであり、ウェル分離領域は、存在しないため、TCAMアレイの占有面積を低減することができる。
【0168】
「活性領域」は、不純物領域と、ゲート電極下の基板領域とを含み、基板領域表面において、電荷が移動する領域を規定する。
【0169】
N型活性領域68aおよび68bにおいて、それぞれ、ダイナミックセルMC3およびMC4が形成され、N型活性領域68cおよび68dそれぞれに、ダイナミックセルMC1およびMC2が形成される。これらのN型活性領域68a−68dは、それぞれ、N型不純物領域と、アクセストランジスタのチャネル領域とを含む。N型活性領域68aおよび68bは、それぞれ、コンタクトG1およびG2を介して、図示しないビット線BLおよび/BLに接続される。これらのビット線コンタクトG1およびG2は、これらの活性領域に形成される隣接ダイナミックセルにより共有される。列方向において隣接するダイナミックセルに対して配置されるワード線を、そのレイアウトのみを図16において示す。
【0170】
ビット線BLおよび/BLは、たとえば第1メタル配線で構成され、図16の列方向に直線的に延在して配置される。N型活性領域68aおよび68bを横切るように行方向に延在してたとえばポリシリコンで構成されるゲート電極線71aが形成される。また、このゲート電極配線71aと平行に、N型活性領域68aおよび68bを横切るように行方向に延在して、ポリシリコン線で構成されるセルプレート電極線72aが形成される。このセルプレート電極線72aには、セルプレート電圧VCPが伝達される。セルプレート電極線72aは、その幅は、メモリセルキャパシタの容量値を十分に大きくするため、ゲート電極線71aよりも広くされる。
【0171】
ゲート電極線71aが、ワード線WLoとして用いられる。このセルプレート電極線72aとN型活性領域68aおよび68bそれぞれの対向する領域においてメモリセルキャパシタが形成される。
【0172】
N型活性領域68bにおいて、配線71aおよび72aの間の不純物領域が、コンタクトG3を介して第1メタル配線73aに電気的に接続される。この第1メタル配線73aは、逆Γ字型の形状を有しており、後に説明する、比較回路に、記憶ノード(SN4)の電圧を伝達する。
【0173】
N型活性領域68cおよび68dを横切るように、また、ゲート電極配線71bが形成され、またこのゲート電極配線71bと平行に、行方向に延在して、セルプレート電極配線72bが配設される。ゲート電極配線71bがワード線WLeとして用いられ、セルプレート電極線72bが、セルプレート電極VCPを伝達する。
【0174】
このN型活性領域68cおよび68dとセルプレート電極線72bの対向領域において、メモリセルMC1およびMC2のそれぞれのキャパシタが形成される。セルプレート電極線72bの幅は、セルプレート電極線72aと同じであり、各ダイナミックセルにおいて同一の容量値のプレーナ型MISキャパシタが形成される。
【0175】
ダイナミックセルMC1のN型活性領域68cにおいて、配線71bおよび72bの間の領域において、その不純物領域がコンタクトG11を介して逆L字型の第1メタル配線73bに電気的に接続される。この第1メタル配線73bは、ツインセルTW0の記憶ノードSN1の電位を、比較回路に伝達するために用いられる。
【0176】
矩形領域70の中央領域において、またN型活性領域69が行方向に連続的に形成される。このN型活性領域69は、行方向に連続的に延在して、ワードの各TCAMセルに共通に配置される。この領域において、比較回路が配置されても、行方向に隣接する比較回路は、後に説明する接地線(GND)に接続される不純物領域により、互いに、論理動作において分離され、活性領域が、比較回路に対して共通に連続的に配置されても、各比較回路は、個別に比較/検索動作を行なうことができる。
【0177】
N型活性領域69を横切るように、行方向にゲート電極線74aから74dが形成される。これらのゲート電極線74から74dは、比較回路のMISトランジスタのゲートを構成し、この活性領域69近傍において行方向に延在して配置されるだけである。
【0178】
ゲート電極線74aは、コンタクトG4を介して第1メタル配線73aに電気的に接続され、またゲート電極線74bが、コンタクトG10を介して第1メタル配線73bに電気的に接続される。ゲート電極線74aおよび74bの間の領域に、一致線MLに対するコンタクトG6が形成される。一致線MLは、上層の第1または第2メタル配線で構成され、行方向に連続的に延在して対応の行のワードに共通に配置される。
【0179】
ゲート電極線74cはコンタクト69を介して検索線SLに電気的に接続され、またゲート電極線74dは、コンタクトG5を介して検索線/SLに電気的に接続される。
【0180】
これらの検索線SLおよび/SLは、ビット線BLおよび/BLと同様、列方向に直線的に延在して、列方向に整列して配置されるTCAMセルに共通に配置される。検索線SLおよび/SLとビット線BLおよび/BLとは、同一配線層の配線(たとえば第2メタル配線)であってもよく、また、互いに異なる配線層のメタル配線であってもよい。
【0181】
ゲート電極配線74cおよび74dの外部にコンタクトG7およびG8が形成され、接地電圧GNDを伝達する接地線に、コンタクトG7およびG8を介してそれぞれ、N型活性領域69の対応の不純物領域が電気的に接続される。この接地電圧GNDを伝達する接地線も、列方向に延在してもよく、また第2メタル配線を用いて行方向に直線的に延在して形成されてもよい。
【0182】
活性領域68aから68dおよび69において、ゲート電極線71a、71b、および74aから74dが非選択状態のとき、その直下の基板領域表面には、チャネル領域は形成されないため、各不純物領域は、電気的に分離される。
【0183】
この図16に示すTCAMセルの構成の場合、一致線MLに対するコンタクトG6に関して点対称にレイアウトが配置される。したがって、レイアウトパターンは、この矩形領域70が繰返し配置されるため、規則的なレイアウトパターンが形成され、TCAMセルのパターニングは容易となる。
【0184】
また、この比較回路を構成するN型活性領域69を、メモリセルMC3およびMC4を形成するN型活性領域68aおよび68bと、メモリセルMC1およびMC2を形成するN型活性領域68cおよび68dとの間の領域に配置することにより、ツインセルTW0およびTW1の記憶データを伝達する第1メタル配線73aおよび73bの配線長さが同じとなり、比較回路の比較ノード(NA,NB)に対して、同一配線抵抗で、比較データを伝達することができる。
【0185】
また、N型活性領域68aから68dは、それぞれ、列方向に隣接するTCAMセルにより、それぞれ共有される。これにより、TCAMセルをビット線BLおよび/BLに接続するコンタクトG1,G2,G12およびG13を、隣接TCAMセルで共有することができ、TCAMセルのレイアウト面積を低減することができる。
【0186】
また、活性領域69において、接地線に対するコンタクトG7およびG8が隣接TCAMセルにおいて共有されており、同様、比較回路のレイアウト面積を低減することができ、応じて、TCAMセルのレイアウト面積を低減することができる。
【0187】
また、比較回路においては、単にN型活性領域69を行方向に直線的に延在させて、各比較回路のトランジスタを形成するゲート電極を、このTCAMセル領域内において列方向に延在させるだけでよく、比較回路のレイアウトが容易となり、応じてTCAMセルのレイアウトが容易となる。
【0188】
なお、この図16に示すレイアウトにおいては、ビット線BL,/BLおよび検索線SL,/SLと一致線MLとは、別の配線層に形成される。ビット線BL,/BLおよび検索線SL,/SLが列方向に直線的に延在して配置され、一致線MLは、行方向に連続的に延在して配置されるためである。
【0189】
また、接地電圧GNDを伝達する接地線は、一致線MLと平行に行方向に延在して配置されてもよい。また、これらのビット線BL,/BLと検索線SL,/SLは、ともに、列方向に直線的に延在して配置される必要はなく、このTCAMセルアレイ領域内において十分なピッチを有するように、その配置位置がずらされて、たとえば、列方向に沿ってジグザグ形状に形成されてもよい。
【0190】
TCAMセル上層のビット線BL,/BL、検索線SL,/SLおよび一致線ML,および接地線のレイアウトは、それらの配線のピッチおよび使用可能なメタル配線の数に応じて適当に定められればよい。
【0191】
図17は、図16に示すレイアウトの1つのダイナミックセルの断面構造を概略的に示す図である。図17において、ダイナミックセルMCは、Pウェル80表面に間をおいて形成されるN型不純物領域81aおよび81bと、それらの不純物領域81aおよび81bの間に、図示しないゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極線71と、不純物領域81bに隣接するPウェル80表面上に、図示しないキャパシタ絶縁膜を介して形成されるセルプレート電極線72を含む。
【0192】
不純物領域81aがビット線82に電気的に接続され、不純物領域81bは、第1メタル配線73により、比較回路ノード(NAまたはNB)に電気的に接続される。
【0193】
ゲート電極線71とセルプレート電極線72とは、同一の配線層の配線で構成されてもよく、また別の配線層に形成されてもよい。このキャパシタ電極線72に対向するPウェル80表面には、反転層84が、セルプレート電極VCP(=VCC)印加時に形成され、キャパシタのストレージノードとして機能する。
【0194】
したがって、メモリセルキャパシタは、Pウェル80表面の反転層84と、セルプレート電極線72と、それらの間のキャパシタ絶縁膜とで構成されるプレーナ型キャパシタで構成されており、記憶データ転送用の第1メタル配線73よりも、セルプレート電極線72は下層領域にあり、通常のCMOSプロセスを用いて、このダイナミックセルMCを形成することができる。
【0195】
また、ビット線BLを構成する導電線82と、第1メタル配線73とは、同一の配線層であってもよく、また異なる配線層であってもよい。
【0196】
また、図17に示すメモリセルMCの断面構造においては、不純物領域81bの隣接領域に、反転層84が形成されている。しかしながら、この不純物領域81bは、セルプレート電極線72と対向する領域にまで延在して形成されてもよい。すなわち、セルプレート線72と対向するウェル領域表面においてもN型不純物層が形成されてもよい。
【0197】
また、ゲート電極線71直下に形成されるゲート絶縁膜と、セルプレート電極線72下部に形成されるキャパシタ絶縁膜とは、同一材料で構成されてもよく、、また、異なる材料で構成されてもよい。
【0198】
以上のように、この発明の実施の形態1に従えば、ツインセルを2つ用いて、記憶データの1ビットを記憶し、ビット線へは、常に相補データが伝達されるように構成し、またメモリセルキャパシタとして、プレーナ型MISキャパシタを用いている。したがって、SRAMセルを用いる場合に比べてチップ面積を低減でき、またソフトエラー耐性の高いTCAMを実現することができる。また、従来のダイナミックセルを利用するダイナミックTCAMに比べて、スタックトキャパシタを形成する必要がなく、プロセス工程およびマスク枚数を低減でき、またメモリセルキャパシタの容量値も低減でき、書込速度を大幅に高速化することができる。
【0199】
[実施の形態2]
図18は、この発明の実施の形態2に従うTCAMセルの構成を示す図である。この図18に示すTCAMセルの構成においては、2つのツインセルTWaおよびTWbが用いられる。これらのツインセルTWaおよびTWbに共通にワード線WLが配設される。
【0200】
ツインセルTWaは、ダイナミックセルMC1およびMC2を含み、ツインセルTWbは、ダイナミックセルMC3およびMC4を含む。これらのツインセルTWaおよびTWbに含まれるメモリセルMC1からMC4の構成は、実施の形態1におけるツインセルTW0およびTW1のダイナミックセルMC1からMC4の構成と同じである。すなわち、メモリセルMC1からMC4の各々は、プレーナ型MISキャパシタNQと、ワード線WL上の信号電位に応答してメモリキャパシタNQを対応のビット線に結合するNチャネルMISトランジスタで構成されるアクセストランジスタNTを含む。
【0201】
ツインセルTWaに対しビット線/BL1およびBL1が設けられ、ツインセルTWbに対しビット線BL2および/BL2が設けられる。これらのビット線BL1および/BL1とビット線BL2および/BL2には、データ書込時、並行して、書込データが伝達され、またリフレッシュ時においては、並行してリフレッシュ動作が実行される。
【0202】
比較回路CMPは、一致線MLと接地ノードとの間に直列に接続されるNチャネルMISトランジスタTQ1およびTQ2と、一致線MLと接地ノードとの間に直列に接続されるMISトランジスタTQ3およびTQ4を含む。MISトランジスタTQ1およびTQ3のゲートは、それぞれ、ダイナミックセルMC2およびMC3の記憶ノードSN2およびSN3に接続され、MISトランジスタTQ2およびTQ4のゲートは、それぞれ検索線/SLおよびSLに接続される。
【0203】
この図18に示すTCAMセルは、実施の形態1と同様、2つのツインセルで構成される「ダブルツインセル型」TCAMセル構造である。しかしながら、2つのツインセルTWaおよびTWbに共通にワード線WLが配設され、またビット線対BL1,/BL1とビット線対BL2,/BL2が、それぞれ別々に、ツインセルTWaおよびTWbに対して設けられる。したがって、ワード線WLを1回選択することにより、データの書込を行なうことができ、書込サイクル数を低減できる。
【0204】
図19は、この図18に示すTCAMセルの記憶データビットと記憶ノードSN1からSN4の電位の関係を一覧にして示す図である。以下、図19を参照して、図18に示すTCAMセルの記憶データビットと各記憶ノードの電圧との関係について簡単に説明する。
【0205】
TCAMセルにおいてビット“1”を記憶する場合には、記憶ノードSN1およびSN2に、それぞれLレベルおよびHレベルデータが格納され、また記憶ノードSN3およびSN4に、それぞれLレベルデータおよびHレベルデータが格納される。
【0206】
データビット“0”をTCAMセルに格納する場合には、記憶ノードSN1およびSN2にそれぞれHレベルデータおよびLレベルデータが格納され、記憶ノードSN3およびSN4に、それぞれHレベルデータおよびLレベルデータが格納される。
【0207】
ドントケア状態、すなわち、“X”状態を記憶する場合には、記憶ノードSN1およびSN4に、Hレベルデータを格納し、記憶ノードSN2およびSN3に、それぞれ、Lレベルデータを書込む。
【0208】
検索動作時においては、検索線SLに、検索データビットに対応するデータが伝達される。
【0209】
検索データビットとして“1”が伝達された場合、検索線SLの電圧がHレベル、検索線/SLが、Lレベルとなる。記憶ノードSN3が、Hレベルデータを格納している場合に、一致線MLが、MISトランジスタTQ3およびTQ4を介して接地電圧レベルに放電され、不一致が検出される。記憶ノードSN3が、Lレベルデータを格納している場合には、一致線MLは、プリチャージ電圧レベルを維持し、一致が検出される。
【0210】
検索データビットが“0”の場合には、検索線SLがLレベル、検索線/SLがHレベルに設定される。したがって、記憶ノードSN2がLレベルデータを記憶している場合には、比較回路CMPにおいて、MISトランジスタTQ1が非導通状態であり、またMISトランジスタTQ4も、検索線SL4上のLレベル電圧に従って非導通状態であり、一致線MLはプリチャージ状態を維持し、一致が検出される。一方、記憶ノードSN2にHレベルデータが格納されている場合には、MISトランジスタTQ1およびTQ2がともに導通し、一致線MLが、接地電圧レベルに放電され、不一致(ミスマッチ)が検出される。
【0211】
記憶ノードSN2およびSN3が、ともにLレベルデータを格納している場合には、比較回路CMPにおいては、MISトランジスタTQ1およびTQ3がともに非導通状態であり、検索データビットの論理値にかかわらず、一致線MLは、プリチャージ状態を維持し、一致が検出される。
【0212】
図20は、この図18に示すTCAMセルの書込時の動作を示す波形図である。以下、簡単に、この図20を参照して、図18に示すTCAMセルの書込動作について説明する。
【0213】
データ書込時、ワード線WLが選択状態へ駆動され、この図18に示すツインセルTWaおよびTWbの記憶ノードSN1からSN4が、それぞれ、対応のビット線/BL1,BL1,BL2および/BL2に電気的に結合される。所定のタイミングで、書込データに応じて、図示しないライトドライバにより、これらのビット線対BL1および/BL1とビット線対BL2および/BL2へ、それぞれ、相補データが伝達される。ビット線BL1および/BL1上の相補データに従って記憶ノードSN1およびSN2に、データが書込まれ、また、ビット線対BL2および/BL2上の相補電圧に従って、記憶ノードSN3およびSN4にデータが書込まれる。
【0214】
所定の期間が経過すると、ワード線WLが非選択状態へ駆動され、またビット線BL1,/BL1,BL2,/BL2も、それぞれ所定のプリチャージ電圧VBLレベルにプリチャージされる。この状態において、記憶ノードSN1からSN4には、それぞれ書込データに応じたデータが格納され、また、ツインセルTWaおよびTWbにおいては、それぞれ、相補データが格納され、安定にデータを記憶することができる。この2つのツインセルで構成される「ダブルツインセル型」TCAMセルにおいて、1ビットのワードデータが格納される。
【0215】
また、リフレッシュ動作についても、ツインセルTW0およびTW1に対して同時に実行される。各ビット線対に対してセンスアンプを配置することにより、ツインセルTW0およびTW1に対して同時にリフレッシュを同時に実行することができる。実施の形態1の構成に較べて、動作するセンスアンプの数が増大するものの、センスアンプの動作タイミングをツインセルTW0およびTW1に対して異ならせることにより、センス動作時のピーク電流を低減することができ、正確にセンス動作を実行することができる。
【0216】
1回のリフレッシュ動作で1ワードのリフレッシュを完了することができ、リフレッシュに要する時間を短縮することができ、検索動作に対するリフレッシュによる割り込みを低減することができ、処理効率を改善することができる。
【0217】
この図18に示すTCAMセルの場合、データのリフレッシュ、書込および検索動作は実施の形態1と同様にして行なわれる。これらのデータのリフレッシュ、書込およびワード選択制御のための構成については、単に実施の形態1において偶数ワード線および奇数ワード線に対して別々に設けられていた回路を、1つのワード線に対して設けることにより、ワード選択制御回路およびデータ書込回路の構成が実現される。検索動作のための回路構成は、実施の形態1と同様の構成を利用することができる。
【0218】
以上のように、この発明の実施の形態2に従えば、ダブルツインセル型TCAMセルにおいて、2つのツインセルを、共通のワード線に接続して、それぞれに対し別々のビット線対を配置している。したがって、1回の書込サイクルだけでワードデータビットを格納することができ、書込に要する時間を短縮でき、検索動作に対する書込の割込み時間を短縮することができる。
【0219】
また、リフレッシュ動作時においても、偶数ワード線および奇数ワード線別々に駆動して、リフレッシュを行なう必要はなく、リフレッシュの制御が容易となり、またワード単位でリフレッシュを行なう場合、ワード線を1回選択状態へ駆動するだけで、リフレッシュワードのリフレッシュを行なうことができ、リフレッシュに要する時間を短縮することができる。
【0220】
[実施の形態3]
図21は、この発明の実施の形態3に従うTCAMセルの構成を示す図である。この図21に示すTCAMセルにおいては、実施の形態1と同様、2つのツインセルTWP0およびTWP1が、記憶素子として用いられる。ツインセルTWP0は、ダイナミックセルMC1およびMC2を含み、ツインセルTWP1は、ダイナミックセルMC3およびMC4を含む。これらのダイナミックセルMC1からMC4は、各々、PチャネルMISトランジスタで構成されるメモリキャパシタPQと、導通時、対応のメモリキャパシタPQを対応のビット線BLまたは/BLに結合するPチャネルMISトランジスタで構成されるアクセストランジスタPTを含む。ツインセルTWP0に対し、ワード線/WLeが配置され、ツインセルTWP1に対しワード線/WLoが配置される。
【0221】
比較回路CMPは、一致線/MLと電源ノードの間に直列に接続されるPチャネルMISトランジスタPQ1およびPQ2と、一致線/MLと電源ノードの間に直列に接続されるPチャネルMISトランジスタPQ3およびPQ4を含む。PチャネルMISトランジスタPQ1およびPQ3のゲートが、記憶ノードSN1およびSN4にそれぞれ接続され、PチャネルMISトランジスタPQ2およびPQ4のゲートが、それぞれ検索線/SLおよびSLに電気的に接続される。ダイナミックセルMC1およびMC3がビット線BLに接続され、ダイナミックセルMC2およびMC4が、ビット線/BLに接続される。
【0222】
メモリセルキャパシタPQのセルプレート電極へは、接地電圧GNDレベルのセルプレート電圧VCPが与えられる。
【0223】
この図21に示すTCAMセルは、図1に示すTCAMセルのNチャネルMISトランジスタをPチャネルMISトランジスタで置換えたものと等価である。したがって、ワード線/WLeおよび/WLoは、非選択時、Hレベル、選択時Lレベルとなる。また、一致線/MLも、一致時においては、接地電圧レベル、不一致時に電源電圧VCCレベルとなる。すなわち、一致線/MLは、接地電圧レベルにプリチャージされる。
【0224】
図22は、この図21に示すTCAMセルの記憶データビットと記憶ノードSN1からSN4の電圧との関係を一覧にして示す図である。
【0225】
TCAMセルが、データビット“1”を記憶する場合、記憶ノードSN1およびSN2に、それぞれHレベルデータおよびLレベルデータか格納され、また記憶ノードSN3およびSN4に、HレベルデータおよびLレベルデータが格納される。
【0226】
データビット“0”を格納する場合には、記憶ノードSN1およびSN2に、それぞれLレベルデータおよびHレベルデータが格納され、記憶ノードSN3およびSN4に、LレベルデータおよびHレベルデータか格納される。
【0227】
ドントケア状態、すなわちビット“X”を記憶する場合、記憶ノードSN1およびSN4が、Hレベルデータを格納し、記憶ノードSN2およびSN3が、Lレベルデータを格納する。
【0228】
データの書込動作および検索動作は、実施の形態1と同様である。ワード線/WLeおよびWLoの選択/非選択電圧レベルが異なり、また、“X”状態の記憶ノードSN1からSN4の電圧レベルが異なる。
【0229】
したがって、実施の形態1の各制御回路の構成の論理レベルを反転することにより、この実施の形態3におけるTCAMセルに対する制御回路を実現することができる。
【0230】
この図21に示すTCAMセルの構成の場合、構成要素がすべてPチャネルMISトランジスタであり、Nウェル表面に形成される。レイアウトとしては、図16に示すレイアウトと同じレイアウトを利用することができる。接地線に代えて電源電圧を伝達する電源線が、比較回路の活性領域に電気的に接続される点が異なる。
【0231】
ゲート絶縁膜が薄くされているCMOSトランジスタにおいては、ゲート絶縁膜をトンネルして流れる電流が大きくなり、このゲートトンネルリーク電流が、リーク電流の主要成分となる。しかしながら、PチャネルMISトランジスタは、このゲートトンネルリーク電流が、NチャネルMISトランジスタに比べて小さいため、リフレッシュ時間をさらに長くすることができる。また、メモリキャパシタPQにおいては、データを記憶する電荷はホールであり、α線照射時において発生する少数キャリアは正孔であり、移動度は小さく、NチャネルMISトランジスタに比べて、ソフトエラー耐性が高く、安定にデータを保持することができる。
【0232】
リフレッシュ動作、データ書込動作および検索動作は、実施の形態1と同様にして行なわれる。
【0233】
以上のように、この発明の実施の形態3に従えば、「ダブルツインセル型」TCAMセルの構成要素として、PチャネルMISトランジスタを用いており、実施の形態1の効果に加えて、さらに、リフレッシュ時間を長くでき、またソフトエラー耐性をより高くすることができる。
【0234】
[実施の形態4]
図23は、この発明の実施の形態4に従うTCAMセルの構成を概略的に示す図である。この図23に示すTCAMセルは、図18に示す実施の形態2のTCAMセルのNチャネルMISトランジスタをすべてPチャネルMISトランジスタで置換えたものと等価である。すなわち、2つのツインセルTWPaおよびTWPbが設けられ、これらのツインセルTWPaおよびTWPbに共通にワード線/WLが配置される。
【0235】
ツインセルTWPaは、ダイナミックセルMC1およびMC2を含み、互いに相補なデータを格納し、ツインセルTWPbは、ダイナミックセルMC3およびMC4を含む。記憶ノードSN1およびSN2には、相補データが格納され、記憶ノードSN3およびSN4には相補データが格納される。
【0236】
ダイナミックセルMC1およびMC2は、それぞれ、ビット線/BL1およびBL1に接続され、ダイナミックセルMC3およびMC4は、それぞれ、ビット線BL2および/BL2に接続される。
【0237】
ダイナミックセルMC1からMC4の各々は、PチャネルMISトランジスタで構成されるメモリキャパシタPQと、PチャネルMISトランジスタで構成されるアクセストランジスタPTを含む。これらのツインセルTWPaおよびTWPbにおいては、ビット線の配置は、図18に示すTCAMセルの配置と同じである。
【0238】
比較回路CMPは、一致線/MLと電源ノードとの間に直列に接続されるPチャネルMISトランジスタPQ1およびPQ2と、一致線/MLと電源ノードの間に直列に接続されるPチャネルMISトランジスタPQ3およびPQ4を含む。MISトランジスタPQ1およびPQ3のゲートが、ノードNAおよびNBを介して記憶ノードSN2およびSN3に接続され、MISトランジスタPQ2およびPQ4のゲートは、それぞれ、検索線/SLおよびSLに接続される。
【0239】
この検索線/SLおよびSLの配置も、図18に示すTCAMセルの検索線SLおよび/SLの配置と同じである。
【0240】
比較回路CMPは、検索線/SLとノードNAの電位の一致または検索線SLとノードNBの一致に従って、一致線/MLを電源電圧VCCレベルに駆動する。
【0241】
したがって、この図23に示すTCAMセルの構成においても、PチャネルMISトランジスタが用いられているため、ワード線/WLは、選択時Hレベル、非選択時Lレベルとなる。また、一致線/MLは、接地電圧レベルにプリチャージされ、一致時には接地電圧レベル、不一致時に電源電圧VCCレベルとなる。
【0242】
この図23に示すTCAMセルの記憶データビットと記憶ノードSN1からSN4の電圧レベルの対応関係は、“X”状態を除いて図18に示すTCAMセルのそれと同じである。“X”状態を記憶する場合には、記憶ノードSN2およびSN3にHレベルデータが格納され、記憶ノードSN1およびSN4に、Lレベルデータが格納される。
【0243】
この図23に示すTCAMセルの場合、PチャネルMISトランジスタを構成要素として用いており、実施の形態3と同様、リフレッシュ間隔を長くすることができ、またソフトエラー耐性を高くすることができる。
【0244】
また、ワード線/WLが、ツインセルTWPaおよびTWPbに共通に設けられており、データ書込に要する時間を、実施の形態2と同様短くすることができる。
【0245】
また、実施の形態2と同様に、ワードデータを1回の書込サイクルで書き込むことができ、書込に要する時間を短縮することができ、実施の形態2と同様の効果を得ることができる。
【0246】
[実施の形態5]
図24は、この発明の実施の形態5に従うTCAMのアレイ部の構成を概略的に示す図である。図24において、TCAMアレイは、センスアンプ帯102により、2つのTCAMサブアレイ100Lおよび100Rに分割される。TCAMサブアレイ100Lおよび100Rには、それぞれ、ビット線対BLPLおよびBLPRが、各TCAMセル列に対応して配置される。これらのTCAMサブアレイ100Lおよび100Rにおいては、実施の形態1から4において示した「ダブルツインセル型」TCAMセルが配置され、ワードデータを記憶する。
【0247】
センスアンプ帯102を、TCAMアレイの中央部に配置して、TCAMアレイをTCAMサブアレイ100Lおよび100Rに分割する。センス動作時においては、ビット線対BLPLおよびBLPRのうち一方が、センスアンプ帯102に含まれるセンスアンプに結合される。したがって、センスアンプに接続されるビット線の長さを、短くでき、TCAMセル読出時のビット線対の電圧差をより大きくすることができる。
【0248】
図25は、センスアンプ帯102に含まれるセンスアンプに関連する部分の構成を概略的に示す図である。図25において、センスアンプ回路104に対し、ビット線/BLLおよびBLLが、一方側に平行に配置され、またビット線/BLRおよびBLRが、センスアンプ回路104の他方側に平行に配設される。ビット線/BLLおよびBLLが、TCAMサブアレイ100Lに含まれるBLPLを構成し、ビット線/BLRおよびBLRが、TCAMサブアレイ100Rに含まれるビット線対BLPRを構成する。
【0249】
このセンスアンプ回路104に対し、センス対象のTCAMセルTMCが結合される。このTMCに対しては、このTMCに対しては、一致線MLおよびワード線WL(またはWLeまたはWLo)が配置される。
【0250】
また、ビット線対BLPLおよびBLPRに平行に、検索線SLおよび/SLが配設される。これらの検索線SLおよび/SLは、センスアンプ回路104には結合されず、検索動作時、検索データビットを生成するサーチラインドライバに結合される。
【0251】
この図25に示す構成においては、TCAMセルTMCの相補データを、ビット線/BLLおよびBLLに読出し、センスアンプ回路104で差動的に増幅する。このビット線構成は、「折返しビット線」構成と呼ばれており、ビット線対の各ビット線にノイズが発生した場合、同相ノイズとなり、センスアンプ回路104による差動増幅動作によりノイズ成分が相殺され、微小電圧を、安定にセンスすることができる。
【0252】
図26は、図25に示すセンスアンプ回路104の構成の一例を具体的に示す図である。図26において、センスアンプ回路104は、活性化時、共通ビット線CBLおよび/CBLの電圧を差動増幅するセンスアンプ112と、センスアンプ活性化信号/S0Pの活性化に応答して電源電圧をセンスアンプ112へ供給するPチャネルMISトランジスタ113と、センスアンプ活性化信号S0Nの活性化時、接地電圧をセンスアンプ112へ伝達するNチャネルMISトランジスタ114と、ビット線分離指示信号BLILがLレベルのとき共通ビット線CBLおよび/CBLをビット線BLLおよび/BLLから分離するビット線分離ゲート110Lと、ビット線分離指示信号BLIRがLレベルのときに、共通ビット線CBLおよび/CBLをビット線BLRおよび/BLRから分離するビット線分離ゲート110rと、ビット線イコライズ指示信号/BLEQがLレベルのときに活性化され、共通ビット線CBLおよび/CBLを介してビット線BLL、BLR、/BLLおよび/BLRへプリチャージ電圧VBLを供給するビット線プリチャージ/イコライズ回路116と、書込活性化タイミング信号CSLに従って共通ビット線CBLおよび/CBLを内部データ線IO/IOに結合する書込選択ゲート118を含む。
【0253】
センスアンプ112は、交差結合されるPチャネルMISトランジスタと、交差結合されるNチャネルMISトランジスタとを含み、活性化時、共通ビット線CBLおよび/CBLの電位を差動的に増幅しかつラッチする。
【0254】
ビット線分離ゲート110lは、ビット線BLLおよび/BLLそれぞれに対応して設けられるNチャネルMISトランジスタで構成される転送ゲートを含む。ビット線分離ゲート110rは、ビット線BLRおよび/BLRそれぞれに対応して設けられ、ビット線分離指示信号BLIRをゲートに受けるNチャネルMISトランジスタで構成される転送ゲートを含む。
【0255】
ビット線プリチャージ/イコライズ回路116は、ビット線プリチャージ/イコライズ指示信号/BLEQの活性化時、ビット線プリチャージ電圧VBLを共通ビット線CBLおよび/CBLに供給するプリチャージ用のPチャネルMISトランジスタと、ビット線プリチャージ/イコライズ指示信号/BLEQがLレベルのときに、共通ビット線CBLおよび/CBLを電気的に短絡するイコライズ用のPチャネルMISトランジスタを含む。
【0256】
ビット線プリチャージ電圧VBLは、中間電圧レベルである。電源電圧VCCが、低い場合、確実に、この中間電圧VBLをMISトランジスタのしきい値電圧の損失を伴うことなく、共通ビット線CBLおよび/CBLに伝達するために、ビット線プリチャージ/イコライズ回路116においては、構成要素として、PチャネルMISトランジスタが用いられる。
【0257】
これに代えて、ビット線プリチャージ電圧VBLは、記憶データのHレベルに対応する電源電圧レベルであってもよい。
【0258】
書込選択ゲート118は、センスアンプ112のセンス動作後に、このセンスアンプ112のラッチデータを書換えるために設けられる。したがって、データ書込時、この内部データ線IOおよび/IOが、ライトドライバにより駆動され、書込データが、選択ビット線に伝達される。
【0259】
しかしながら、書込選択ゲート118は、TCAMセルの記憶データを外部へ読み出すために用いられてもよい。
【0260】
この図26に示すセンスアンプの構成は、DRAMの分野において「シェアードセンスアンプ」と呼ばれている。選択TCAMセルが存在するサブメモリアレイが、このセンスアンプ112に結合され、一方、非選択TCAMサブアレイは、センスアンプ112から分離される。共通ビット線CBLおよび/CBLの負荷を軽減して、センス動作を確実に行ない、また、共通ビット線CBLおよび/CBLの電圧差を大きくする。次に、この図26に示すセンスアンプ回路104の動作を、図27に示す信号波形図を参照して簡単に説明する。
【0261】
ビット線BLLおよび/BLLに接続されるTCAMセルの記憶データのセンス動作について説明する。
【0262】
スタンバイ状態時においては、ビット線分離指示信号BLILおよびBLIRはともにHレベル(電源電圧よりも高い電圧レベル)であり、ビット線BLL,/BLLおよびBLL,/BLRは、それぞれ共通ビット線CBLおよび/CBLに結合される。また、ビット線プリチャージ/イコライズ回路116も、活性状態にあり、したがって、ビット線BLL,CBL,BLL,/BLL,/CBL,/BLRはすべてプリチャージ電圧VBLレベルである。
【0263】
センスサイクル(データ書込またはリフレッシュサイクル)が始まると、まず、アドレス信号に従って、選択メモリセルを含むTCAMサブアレイが検出され、ビット線分離指示信号BLILが、Hレベルを維持し、一方、ビット線分離指示信号BLIRが、Lレベルへ駆動される。応じて、ビット線分離ゲート110rが非導通状態となり、ビット線BLRおよび/BLRが、共通ビット線CBLおよび/CBLから分離される。ビット線BLLおよび/BLLは、ビット線分離ゲート110lを介して共通ビット線CBLおよび/CBLに結合される。次いで、ビット線プリチャージ/イコライズ指示信号/BLEQがHレベルとなり、ビット線プリチャージ/イコライズ回路116が非活性化され、ビット線BLLおよび/BLLは、プリチャージ電圧VBLレベルでフローティング状態となる。この場合、また、ビット線BLRおよび/BLRも、プリチャージ電圧VBLでフローティング状態となる(ビット線分離ゲート110rが非導通状態のため)。
【0264】
次いで、所定のタイミングでアドレス指定されたワードに対応するワード線WLが選択状態へ駆動され、この選択ワード線WL(またはWLeまたはWLo)に接続されるTCAMセルの記憶データが対応のビット線BLL,/BLLに読出される。このビット線BLLおよび/BLLに現われた相補読出電圧は、ビット線分離ゲート110lを介して共通ビット線CBLおよび/CBLに伝達される。
【0265】
次いで、共通ビット線CBLおよび/CBLの電圧が十分に拡大されると、センスアンプ活性化信号/S0PがHレベルからLレベルへ駆動され、またセンスアンプ活性化信号S0Nが、LレベルからHレベルへ活性化される。応じて、MISトランジスタ113および114が導通し、センスアンプ112へ、電源電圧および接地電圧が供給され、センスアンプ112が活性化される。このセンスアンプ112のセンス動作により、共通ビット線CBLおよび/CBLの高電位の共通ビット線が、交差結合されたPチャネルMISトランジスタにより電源電圧レベルに駆動され、また低電位の共通ビット線が、交差結合されたNチャネルMISトランジスタにより接地電圧レベルに放電される。
【0266】
リフレッシュ動作時においては、このセンスアンプ112のラッチデータが再び、ビット線BLLおよび/BLLに伝達され、選択TCAMセルの記憶ノードへ、HレベルデータおよびLレベルデータが書込まれリフレッシュが完了する。
【0267】
データ書込を行なう場合には、ついで、書込活性化タイミング信号CSLが活性化され、ライトドライバにより内部データ線IOおよび/IOを介して書込データが伝達され、応じて、共通ビット線CBLおよび/CBLに書込データが伝達される。この場合、センスアンプ112よりも、ライトドライバの駆動力が大きいため、共通ビット線CBLおよび/CBLの電圧は、例え書込データとセンス/ラッチデータとが逆データであっても、書込データに応じた相補電圧レベルに設定される。
【0268】
センス動作または書込動作が完了すると、まずワード線WLが非選択状態へ駆動されて、選択TCAMセルの記憶ノードが、ビット線BLLおよび/BLLから分離される。次いで、センスアンプ活性化信号/S0PおよびS0Nが、それぞれHレベルおよびLレベルへ駆動され、MISトランジスタ113および114が非導通状態となり、センスアンプ112が非活性化される。ついで、ビット線イコライズ指示信号/BLEQが再びLレベルとなり、ビット線プリチャージ/イコライズ回路116が活性化され、共通ビット線CBLおよび/CBLが中間電圧VBLレベルに駆動され、応じてビット線BLLおよび/BLLも中間電圧VBLレベルに駆動される。その後、再びビット線分離指示信号BLIRがHレベルに立上がりビット線分離ゲート110rが導通し、ビット線BLRおよび/BLRが共通ビット線CBLおよび/CBLに結合される。
【0269】
この図26に示すセンスアンプ回路104のセンス動作は、通常のDRAMにおいて用いられるシェアードセンスアンプの動作と同じである。ビット線分離指示信号BLILおよびBLIRを、選択TCAMサブアレイに応じて選択的にLレベルに駆動する(センス動作が必要なとき)。
【0270】
したがって、このセンスアンプ回路104の動作を制御する制御回路の構成は、通常のDRAMにおいて用いられているセンスアンプ制御回路の構成を利用することができる。すなわち実施の形態1に示すワード選択制御回路の構成に加えて、ビット線分離指示信号BLILおよびBLIRを発生する制御回路を設ける。このビット線分離制御回路は、単に選択TCAMサブアレイを特定するサブアレイ選択信号に基づいて、これらのビット線分離指示信号BLILおよびBLIRを生成する。
【0271】
この図26に示すセンスアンプ回路104は、通常のDRAMにおいて用いられるシェアードセンスアンプと同様であり、したがって、センス動作としてビット線分離ゲート110lを非導通状態に設定した状態でセンス動作を行ない、その後ビット線分離ゲート110lを導通状態に設定するいわゆる「電荷閉込め方式」でセンス動作が行なわれてもよい。また、種々のセンスアンプ回路の制御方式を利用することができる。
【0272】
また、ビット線プリチャージ/イコライズ回路116は、TCAMサブアレイ100lおよび100rそれぞれのビット線対に対応して配置されてもよい。
【0273】
以上のように、この発明の実施の形態5に従えば、ビット線を折返しビット線構成とし、シェアードセンスアンプで、ビット線対のデータを増幅して、TCAMセルのデータのセンス動作を行なっている。したがって、ノイズの影響を受けることなく、安定かつ高速に、TCAMセルの記憶データのセンス、およびリフレッシュを行なうことができる。
【0274】
[実施の形態6]
図28は、この発明の実施の形態6に従うTCAMの動作を示すタイミング図である。この図28においては、TCAMは、クロック信号CLKに同期して動作し、その動作サイクルが、クロック信号CLKにより決定される。図28においては、検索動作とリフレッシュ動作を示すため、相補検索線SLおよび/SLと、一致線MLと、ワード線WLと、ビット線BLおよび/BLと、記憶ノードSNおよび/SNの電圧変化を示す。記憶ノードSNおよび/SNは、TCAMセルにおける2つのツインセルの記憶ノードのうち、比較回路に接続される記憶ノードであり、たとえば図1に示すTCAMセルTMCにおいては、記憶ノードSN1およびSN4が対応する。
【0275】
検索動作は、クロック信号CLKの立上がりエッジ(第1のエッジ)に同期して実行される。この検索動作時、検索線SLおよび/SLに検索データが伝達され、検索線SLおよび/SLの電圧レベルが相補的に変化する。図28においては、これらの検索線SLおよび/SLがともにHレベルにある状態により、両者が検索データを与えられて活性状態にある状態を示す。
【0276】
検索データに従って、検索動作が行なわれ、一致線MLの電圧レベルが、検索結果に従って一致状態または不一致状態を示す状態に設定される。図28においては、検索データに対応するデータが格納されておらず、検索ミス(ミスマッチ)であり、一致線MLのプリチャージ電圧レベル(Hレベル)が放電される状態を示す。
【0277】
この検索動作は、クロック信号CLKの立下がり(第1のエッジ)に同期して完了する。すなわち、クロック信号CLKの立下りに応答して、検索線SLおよび/SLが元のリセット状態(Lレベル)に駆動され、また、一致線MLがプリチャージ電圧レベルに駆動される。
【0278】
リフレッシュ要求が発行されてリフレッシュ指示が与えられている場合、このクロック信号CLKの立下がりに応答して、リフレッシュアドレスに対応するワード線WLを選択状態へ駆動する。ワード線WLが選択状態へ駆動されると、記憶ノードSNおよび/SNが対応のビット線BLおよび/BLに接続され、ビット線BLおよび/BLの電圧レベルが、そのプリチャージ電圧レベルから記憶ノードSNおよび/SNの電圧レベルに応じた電圧レベルに変化する。
【0279】
このビット線BLおよび/BLの電圧差が十分に拡大されると、次いでセンスアンプを活性化し、ビット線BLおよび/BLの電圧を差動増幅する。図28においては、記憶ノードSNおよび/SNは、それぞれHレベルデータおよびLレベルデータを格納しており、ビット線BLおよび/BLが、それぞれHレベルおよびLレベルに駆動される状態を一例として示す。ツインセルにおいては、メモリセルキャパシタとして、プレーナ型キャパシタが用いられており、その容量値は小さいため、このビット線BLおよび/BLの電圧に従って記憶ノードSNおよび/SNの電圧レベルがビット線電圧の変化に追随して高速で変化する。
【0280】
このリフレッシュワード線WLの選択状態への駆動時において、一致線SLおよび/SLが、非活性状態のLレベルに駆動され、また一致線MLがHレベルのプリチャージ電圧レベルに駆動される。したがって、このリフレッシュ動作時において、ツインセルの記憶ノードSNおよび/SNの電圧レベルが変化しても、そのときには、検索動作は完了しており、一致線MLのプリチャージ動作に入っているため、何ら、このリフレッシュされるTCAMセルの記憶ノードの電圧レベルが変化しても、検索動作に対して悪影響は及ぼさない。
【0281】
ビット線BLおよび/BLの電圧レベルは、対応のセンスアンプ回路により、HレベルおよびLレベルにラッチされる。
【0282】
このビット線BLおよび/BLのHレベルおよびLレベルへの駆動により、対応尾のツインセルの記憶ノードSNおよび/SNが、それぞれHレベルおよびLレベルに駆動されれば、記憶ノードSN(および/SN)のリストア動作が完了する。
【0283】
検索動作は、基本的に、これらの記憶ノードSNおよび/SNの電圧レベルが、元の電圧レベルに回復していれば可能である。したがって、次のサイクルにおいてクロック信号CLKの立上がりエッジに同期して、検索動作が行なわれても、そのときには既に、リフレッシュメモリセルの記憶ノードのリストア動作は完了して、記憶ノードSNおよび/SNの電圧レベルは確定状態にあるため、正確に、検索動作を行なうことができる。
【0284】
この検索動作時においてビット線BLおよび/BLのプリチャージを行なう。すなわち、ワード線WLを、クロック信号CLKの立上がりに同期して非活性状態へ駆動し、センスアンプを非活性化し、次いでビット線BLおよび/BLのイコライズを実行する。ビット線BLおよび/BLのイコライズ時において、記憶ノードSNおよび/SNは、ビット線から分離されており、回復した電圧レベルを維持する。
【0285】
リフレッシュ要求がまだ活性状態にある場合には、再び、このサイクルにおいて検索動作完了後、同様リフレッシュ行のワード線を選択状態へ駆動し、再びセンスアンプを活性化して、ツインセルの相補記憶データの復元を実行する。
【0286】
このリフレッシュ動作時においては、TCAMセルTMCの構成に応じて、リフレッシュシーケンスが異なる。すなわち、2本のワード線が、1つのTCAMセルに対して設けられている場合には、このTCAMセルに対して設けられる2本のワード線を順次所定のシーケンスで選択状態へ駆動してリフレッシュを実行する。TCAMセルが、1つのワード線を含む場合には、各サイクルにおいて、1つのTCAMセルの2つのツインセルのリフレッシュが同時に実行される。
【0287】
したがって、本発明に従うTCAMにおいて、プレーナ型ダイナミックTCAMの場合、データがキャパシタに格納されるため、リフレッシュ動作は必要である。しかしながら、このプレーナ型キャパシタの容量値は小さく、高速書込が行なわれるため、リフレッシュ動作も、同様高速に行なうことができる。したがって、各クロックサイクルにおいて検索動作が実行される場合において、リフレッシュが実行されても、リフレッシュ実行時、次の検索サイクル開始時においては、TCAMセルの記憶データのリストアは完了している。従って、検索動作を停止させることなく、TCAMセルのリフレッシュを実行することができる。これにより、処理効率の高いTCAMを実現することができる。
【0288】
図29は、この発明の実施の形態6に従う半導体記憶装置(TCAM)の要部の構成を概略的に示す図である。図29において、半導体記憶装置は、行列状に配列される複数のTCAMセルを有するTCAMアレイ150と、外部からのアドレスAiをバッファ処理して内部アドレス信号を生成するアドレスバッファ3と、制御回路10からのリフレッシュアドレスRFADとアドレスバッファ3からの内部アドレスintAiの一方を選択するアドレスマルチプレクサ(MUX)9と、アドレスマルチプレクサ9からのロウアドレスRAiを活性化時デコードし、対応のワード線を選択状態へ駆動するロウデコーダ4を含む。図29においては、このロウデコーダ4が駆動するワード線WLjを代表的に示す。
【0289】
TCAMアレイ150は、先の実施の形態1から5のいずれかのアレイ構成を有し、TCAMセル行に対応してワード線が配置され、またTCAMセル列に対応してビット線対、検索線対、およびセンスアンプが配置される。
【0290】
制御回路10は、図6に示す制御回路10に対応し、この半導体記憶装置の内部動作を制御する。図29においては、制御回路10のリフレッシュ動作に関連する部分の構成を示す。制御回路10のリフレッシュ制御部は、所定の間隔でリフレッシュ要求RFREQを発行するリフレッシュタイマ160と、リフレッシュ要求RFREQの発行時、クロック信号CLKに同期して、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefとリフレッシュ活性化信号REFenを生成するリフレッシュワード線制御回路162を含む。リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefが、ロウデコーダ4へ与えられ、リフレッシュ活性化信号REFenがリフレッシュアドレスカウンタ164およびアドレスマルチプレクサ9へ与えられる。このリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefにより、リフレッシュ動作時のワード線の活性化期間が決定され、リフレッシュ活性化信号REFenにより、リフレッシュが実行されるクロックサイクルが指定される。
【0291】
リフレッシュ要求RFREQが発行されると、リフレッシュワード線制御回路162は、クロック信号CLKの立上がりに応答して1クロックサイクル期間リフレッシュ活性化信号REFenを活性状態に維持する。リフレッシュアドレスカウンタ164は、このリフレッシュ活性化信号REFenの活性化または非活性化に応答してそのアドレスを増分または減分して、リフレッシュアドレスRFADを更新する。アドレスマルチプレクサ9は、リフレッシュ活性化信号REFenの活性化時、リフレッシュアドレスRFADを選択してロウアドレスRAiを生成し、一方、リフレッシュ活性化信号REFenの非活性化時、アドレスマルチプレクサ9は、アドレスバッファ3からの内部アドレス信号intAiを選択してロウアドレスRAiを生成する。
【0292】
リフレッシュワード線制御回路162は、また、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefを、クロック信号CLKの立下がりに同期して活性状態へ駆動し、クロック信号CLKが立上がると、このリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefを非活性状態へ駆動する。したがって、リフレッシュ活性化信号REFenが、クロック信号CLKの1クロックサイクル期間活性状態に維持され、一方、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefは、クロック信号CLKの後半の半サイクル期間、活性状態に維持される。
【0293】
ロウデコーダ4は、リフレッシュ動作時、このリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefに従ってリフレッシュアドレスRFADが指定するワード線(WLj)を選択状態へ駆動する。
【0294】
リフレッシュ要求RFREQが発行されたとき、検索動作が、クロック信号CLKの前半サイクルにおいて実行され、このクロックサイクルの後半の半サイクル期間において、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefに従って、リフレッシュアドレスRFADに対応するワード線を活性状態に維持して、リフレッシュアドレスAFADが指定するTCAMセルのリフレッシュを実行する。これにより、1クロックサイクルにおいて前半サイクルにおいて検索動作を行い後半サイクルにおいてリフレッシュを実行することができる。また、リフレッシュ活性化信号REFenを利用することにより、リフレッシュ実行サイクルにおいて、外部からのデータ書込動作が行なわれるのを防止することができる。
【0295】
図30は、図29に示すリフレッシュワード線制御回路162の構成の一例を示す図である。図30において、リフレッシュワード線制御回路162は、クロック信号CLKの立上がりに同期してリフレッシュ要求RFREQを取込み出力するフリップフロップ(FF)170と、クロック信号CLKの立上がりに同期してフリップフロップ170の出力信号を取込み出力するフリップフロップ(FF)171と、フリップフロップ170および171の出力信号を受けてリフレッシュ活性化信号REFenを出力するゲート回路172と、ゲート回路172の出力するリフレッシュ活性化信号REFenとクロック信号CLKとを受けてリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefを出力するゲート回路173を含む。
【0296】
ゲート回路172は、フリップフロップ171の出力信号がLレベルであり、かつフリップフロップ170の出力信号がHレベルのときにリフレッシュ活性化信号REFenをHレベルに設定する。ゲート回路173は、クロック信号CLKがHレベルであり、かつリフレッシュ活性化信号REFenがHレベルのときにリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefをHレベルに設定する。したがって、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefは、クロック信号CLKがHレベルのときにはLレベルに維持され、リフレッシュ活性化信号REFenがHレベルのとき、クロック信号CLKの立下がりに応答して活性化される。
【0297】
図31は、図30に示すリフレッシュワード線制御回路162の動作を示すタイミング図である。以下、図31を参照して、図30に示すリフレッシュワード線制御回路162の動作について説明する。
【0298】
リフレッシュ要求RFREQがLレベルのときには、フリップフロップ170および171の出力信号はLレベルであり、リフレッシュ活性化信号REFenおよびリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefはともにLレベルである。
【0299】
図29に示しリフレッシュタイマ160はクロック信号CLKと非同期で計時動作を行っており、リフレッシュ要求RFREQは、クロック信号CLKと非同期で活性化される。このリフレッシュ要求RFREQが活性化されても、フリップフロップ170はラッチ状態にあり、フリップフロップ170の出力信号の状態は変化せず、Lレベルを維持する。従って、ゲート回路172からのリフレッシュ活性化信号REFenはLレベルを維持し、応じて、ゲート回路173からのリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefも、Lレベルを維持する。
【0300】
時刻taにおいてクロック信号CLKがHレベルに立上がると、フリップフロップ170が、このリフレッシュ要求RFREQを取込み、その出力信号をHレベルに立上げる。フリップフロップ171は、このクロック信号CLKの立上がりに同期して、フリップフロップ170の、立上がる直前の信号を取込み出力するため、その出力信号はLレベルである。したがって、ゲート回路172からのリフレッシュ活性化信号REFenがHレベルに立上がる。クロック信号CLKがHレベルであるため、ゲート回路173からのリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefは、Lレベルである。
【0301】
時刻tbにおいて、クロック信号CLKがLレベルに立下がっても、フリップフロップ170は、ラッチ状態にあり、その出力信号はHレベルを維持し、またフリップフロップ171も、その出力信号は、同様、Lレベルを維持する。したがって、リフレッシュ活性化信号REFenは、クロック信号CLKが時刻tbに立下がってもHレベルを維持する。クロック信号CLKが、時刻tbにおいてLレベルに立下がると、応じて、ゲート回路173からのリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefがHレベルに立上がる。
【0302】
時刻tcにおいて、クロック信号CLKがHレベルに立上がると、このとき、まだリフレッシュ要求RFREQはHレベルであり、フリップフロップ170の出力信号はHレベルを維持する。一方、フリップフロップ171は、この時刻tcにおけるクロック信号CLKの立上がりに同期して、フリップフロップ170の出力信号を取込み出力するため、その出力信号がHレベルとなり、応じてゲート回路172からのリフレッシュ活性化信号REFenがLレベルとなる。ゲート回路173は、クロック信号CLKがHレベルとなり、またリフレッシュ活性化信号REFenもLレベルとなるため、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefをLレベルに立下げる。
【0303】
時刻tdにおいて、クロック信号CLKが立上がり、また、この時点においてリフレッシュ要求RFREQがHレベルであれば、フリップフロップ170の出力信号はHレベルである。しかしながら、このときまた、フリップフロップ171の出力信号もHレベルであり、ゲート回路172からのリフレッシュ活性化信号REFenはLレベルを維持する。この後、リフレッシュ要求RFREQがLレベルに立下がると、以降のクロックサイクルにおいて、リフレッシュ活性化信号REFenおよびリフレッシュ活性化信号RXTrefは、Lレベルに維持される。
【0304】
この図30に示すリフレッシュワード線制御回路162の構成の場合、リフレッシュ要求RFREQが発行されると(活性化されると)、クロック信号CLKのLレベル期間において、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefが活性化されて、リフレッシュ動作が実行される。この場合、TCAMセルTMCの構成として、2本のワード線が設けられる場合および1つのワード線が設けられる場合いずれにおいても、リフレッシュ要求RFREQに従って、1つのワード線が選択されて、選択ワード線に接続されるツインセルの記憶データのリフレッシュが実行される。
【0305】
[リフレッシュワード線制御回路の変更例]
図32は、図29に示すリフレッシュワード線制御回路162の変更例を示す図である。この図32に示すリフレッシュワード線制御回路162は、図30に示すリフレッシュワード線制御回路と以下の点でその構成が異なる。すなわち、フリップフロップ170および171の間に、さらに、クロック信号CLKに同期してフリップフロップ170の出力信号を取込み出力し、その出力信号をフリップフロップ1712転送するフリップフロップ(FF)174が設けられる。この図32に示すリフレッシュワード線制御回路の他の構成は、図30に示すリフレッシュワード線制御回路の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【0306】
図33は、図32に示すリフレッシュワード線制御回路162の動作を示すタイミング図である。以下、図33を参照して、図32に示すリフレッシュワード線制御回路162の動作について説明する。
【0307】
時刻ta以前において、リフレッシュ要求RFREQが発行され、時刻taにおいてクロック信号CLKがHレベルに立上がる。応じて、フリップフロップ170の出力信号がHレベルとなる。このサイクルにおいては、フリップフロップ171の出力信号はLレベルであり、ゲート回路172からのリフレッシュ活性化信号REFenがHレベルに立上がる。クロック信号CLKはHレベルであり、このとき、まだ、ゲート回路173からのリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefはLレベルである。
【0308】
時刻tbにおいて、クロック信号CLKがLレベルに立下がると、ゲート回路173からのリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefがHレベルに立上がる。
【0309】
時刻tcにおいて、再びクロック信号CLKがHレベルに立上がると、フリップフロップ174の出力信号がHレベルとなる。このとき、依然、フリップフロップ171の出力信号はLレベルであり、リフレッシュ活性化信号REFenはHレベルを維持する。クロック信号CLKの立上がりに同期して、ゲート回路173からのリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefが、Lレベルとなる。
【0310】
時刻teにおいて、クロック信号CLKがLレベルに立下がると、リフレッシュ活性化信号REFenはHレベルであるため、再び、ゲート回路173からのリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefがHレベルとなる。
【0311】
時刻tdにおいて、クロック信号CLKがHレベルに立上がると、フリップフロップ171の出力信号がフリップフロップ174の出力信号に従ってHレベルとなり、ゲート回路172からのリフレッシュ活性化信号REFenがLレベルとなる。応じて、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefがLレベルとなる。この後、リフレッシュ要求RFREQが非活性化される。以降においては、リフレッシュ活性化信号REFenおよびリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefは、非活性状態を維持する。
【0312】
したがって、この図32に示すリフレッシュワード線制御回路162の構成の場合、フリップフロップ174および171により、2クロックサイクルの遅延回路が構成され、2クロックサイクル期間、リフレッシュ活性化信号REFenが活性状態を維持し、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefを、各クロックサイクルの後半期間において活性状態に駆動することができる。したがって、この図32に示すリフレッシュワード線制御回路162の構成を用いる場合、1つのTCAMセルに対し2本のワード線が設けられていても、1つのリフレッシュ要求に従って対応の2本のワード線を順次選択状態へ駆動することができ、TCAMセル単位で、リフレッシュを実行することができる。
【0313】
なお、図30に示すリフレッシュワード線制御回路162の構成において、フリップフロップ170に代えて、セット/リセットフリップフロップを用い、クロック信号CLKとリフレッシュ要求RFREQを受けるANDゲートの出力信号で、このセット/リセットフリップフロップをセットし、かつこのANDゲートの出力信号に従って起動されて所定クロックサイクルをカウントするカウンタのカウントアップ信号でセット/リセットフリップフロップをリセットする構成が用いられてもよい。このセット/リセットフリップフロップの出力信号を、図30に示すゲート回路172へ与える。この構成の場合、カウンタのカウントするクロックサイクル期間の間、各クロックサイクルにおいてリフレッシュが実行され、いわゆるバーストリフレッシュを実現することができる。
【0314】
図34は、この発明の実施の形態6における行選択制御部の構成を概略的に示す図である。この図34に示す行選択制御部は、図6に示す制御回路10においてリフレッシュ制御部と別に設けられる。TCAMアレイの行系回路、すなわちビット線プリチャージ/イコライズ回路およびセンスアンプ回路の構成は、例えば図8に示す構成と同じである。しかしながら、センスアンプ回路が、シェアードセンスアンプ回路であり、ビット線分離回路がさらに配置されても良い。ただし、ビット線分離指示信号を発生する部分は図34においては示していない。
【0315】
図34において、制御回路10の行系制御部は、リフレッシュ活性化信号REFenをクロック信号CLKの1クロックサイクル期間遅延する1クロック遅延回路200と、1クロック遅延回路200の出力信号とリフレッシュ活性化信号REFenと書込指示信号WEとを受ける複合ゲート202と、複合ゲート202の出力信号の活性化に応答してワード線活性化信号WLENを所定期間活性化するワード線活性化制御回路204と、リフレッシュ活性化信号REFenを所定時間遅延する遅延回路206と、遅延回路206の出力信号とワード線活性化信号WLENとを受けるOR回路208と、OR回路208の出力信号とセンスアンプ活性化信号SAEとに応答してビット線イコライズ指示信号BLEQを選択的に活性/非活性化するビット線イコライズ制御回路210を含む。
【0316】
複合ゲート202は、等価的に、リフレッシュ活性化信号REFenと1クロック遅延回路200の出力信号を受けるNANDゲートと、このNANDゲートの出力信号と書込指示信号WEを受けるANDゲートとで構成され、1クロック遅延回路200の出力信号とリフレッシュ活性化信号REFenがともに活性状態のとき、その出力信号を書込指示信号WEの状態にかかわらず非活性状態に維持する。この複合ゲート202は、リフレッシュ活性化信号REFenと1クロック遅延回路200の出力信号がともに非活性状態のときに書込指示信号WEが与えられるとこの出力信号を活性状態へ駆動する。
【0317】
ワード線活性化制御回路204は、この複合ゲート202の出力信号の活性化に応答してワード線活性化信号WLENを所定期間活性状態に維持する。したがって、このワード線活性化信号WELNは、書込指示信号WEが通常動作モード時に与えられたときに活性化される。
【0318】
ビット線イコライズ制御回路210は、OR回路208の出力信号の活性化に応答してビット線イコライズ指示信号BLEQを非活性状態へ駆動し、かつセンスアンプ活性化信号SAEの非活性化に応答してビット線イコライズ指示信号BLEQを活性状態へ駆動する。
【0319】
制御回路10の行系制御部は、さらに、ワード線活性化信号WLENの活性化に応答してロウデコーダイネーブルファースト信号RDEFを活性化するロウデコーダ制御回路212と、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefとロウデコーダイネーブルファースト信号RDEFとを受けてロウデコーダイネーブル信号RDEを生成するOR回路214と、ロウデコーダ制御回路212の出力信号とリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefとを受けるOR回路216と、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefとワード線活性化信号WLENを受けるOR回路218と、OR回路216および218の出力信号に従ってセンスアンプ活性化信号SAEを選択的に活性化するセンスアンプ制御回路220を含む。
【0320】
ロウデコーダ制御回路212は、ロウデコーダイネーブルファースト信号RDEFを、ワード線活性化信号WLENが活性化されると活性化し、ワード線活性化信号WLENが非活性化されると、ロウデコーダ制御回路212は、ロウデコーダイネーブルファースト信号RDEFを非活性化する。
【0321】
センスアンプ制御回路220は、OR回路216の出力信号の活性化に応答してセンスアンプ活性化信号SAEを活性化し、かつOR回路218の出力信号の非活性化(Lレベル)に応答してセンスアンプ活性化信号SAEを非活性化する。したがって、このセンスアンプ制御回路220は、ワード線が選択されて所定期間経過後に、センスアンプ活性化信号SAEを活性状態へ駆動し、かつワード線が非選択状態へ駆動されると、センスアンプ活性化信号SAEをOR回路218の出力信号に応答して非活性状態へ駆動する。
【0322】
図35は、図34に示す制御回路のリフレッシュ時の動作を示すタイミング図である。以下、図35を参照して、簡単に、この図34に示す制御回路10の動作について説明する。
【0323】
リフレッシュ要求が発行されたとき、クロック信号CLKの立上がりに同期して、リフレッシュ活性化信号REFenがHレベルに立上がる。このリフレッシュ活性化信号REFenが活性化されると、遅延回路206およびOR回路208を通して、ビット線イコライズ制御回路210が、所定時間経過後、ビット線イコライズ指示信号BLEQを非活性化し、ビット線のプリチャージ/イコライズ動作を完了させる。
【0324】
このクロック信号CLKがHレベルの期間においては、検索動作が行なわれており、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefは非活性状態にあり、またロウデコーダイネーブル信号RDEおよびセンスアンプ活性化信号SAEも非活性状態にある。複合ゲート202の出力信号は、Lレベルの非活性状態であるため、ワード線活性化制御回路204からのワード線活性化信号WLENも、Lレベルの非活性状態に維持される。従って、リフレッシュ動作時においては、ロウデコーダ制御回路212からのロウデコーダイネーブルファースト信号RDEFは非活性状態に維持される。書込指示信号WEは、データ書込は行なわれないため、Lレベルに維持される。
【0325】
検索動作が行なわれると、検索線の電圧レベルが検索データに応じて変化する。この場合、検索線の電圧レベルが確定した後に、ビット線のプリチャージ/イコライズを完了することにより、容量結合によりビット線の電圧が変化するのを防止することができ、また、ビット線を検索線に対するシールド線として利用することができる。
【0326】
クロック信号CLKがLレベルに立下がると、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefが活性化され、OR回路214からのロウデコーダイネーブル信号RDEが活性化される。このロウデコーダイネーブル信号RDEの活性化に従って、ワード線の選択が行なわれて、リフレッシュアドレスに対応するワード線が選択状態へ駆動される。
【0327】
ワード線選択時においては、ビット線のプリチャージ/イコライズが完了しているため、検索線のリセット時の検索線の電圧変化が、ビット線に対して容量結合により伝達され、ビット線電圧が、プリチャージ電圧レベルから変化することが考えられる。ワード線選択時にビット線には相補データが読み出されるため、たとえ、検索線からの容量結合ノイズが、ワード線選択前にビット線に伝達されても、十分な電圧差をビット線間において確保することができる。この場合、ビット線に交差部を設けてその位置を交換するビット線ツイスト構造を利用すれば、検索線対においては一方の検索線の電圧レベルがプリチャージ電圧レベルに駆動されるだけであるため、検索線からの容量結合ノイズが、同相ノイズとしてビット線対に伝達され、正確にツインセルデータのセンス動作を行なうことが出来る。
【0328】
次いで、OR回路216の出力信号が、このリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefの活性化に応答して活性化されると、センスアンプ制御回路220は、所定時間経過後に、センスアンプ活性化信号SAEを活性状態へ駆動する。このセンスアンプ活性化信号SAEの活性化に応答して、センスアンプが活性化され、選択TCAMセルの記憶データの検知、増幅および再書込が実行される。
【0329】
クロック信号CLKが再びHレベルに立上がると、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefがLレベルに立下がり、ロウデコーダイネーブル信号RDEが非活性化され、選択ワード線が非選択状態へ駆動される。このワード線タイミング活性化信号RXTrefが非活性化されると、OR回路218の出力信号も非活性状態(Lレベル)に駆動される。応じて、センスアンプ制御回路220が、所定時間経過後に、センスアンプ活性化信号SAEを非活性化し、メモリセルの記憶データのリストア動作が完了する。
【0330】
センスアンプ活性化信号SAEが非活性化されると、ビット線イコライズ制御回路210が、ビット線イコライズ指示信号BLEQを活性化し、再び、ビット線が、所定電圧レベルにプリチャージされかつイコライズされる。
【0331】
リストア完了後のビット線プリチャージ期間においては、1クロック遅延回路200の出力信号はHレベルであり、複合ゲート202の出力信号は非活性状態にあり、このクロックサイクルにおけるデータの書込は禁止される。これにより、確実に、リフレッシュ後ビット線を元のプリチャージ電圧レベルに駆動し、次の動作(データ書込またはリフレッシュ)に備えることができる。
【0332】
なお、リフレッシュ活性化信号REFenが、図35において破線で示すように、所定数のクロックサイクル期間、Hレベルの活性状態に維持されてもよい。リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefに従って、各クロックサイクルでセンスアンプ活性化信号SAEの活性化および非活性化が実行される。
【0333】
この場合、リフレッシュ活性化信号REFenが、連続的にHレベルにリフレッシュ期間中維持される場合、AND回路205の出力信号が、クロック信号CLKの立上がりに応答してHレベルとなり、遅延回路206の有する遅延時間経過後、再び、ビット線イコライズ制御回路210がビット線イコライズ指示信号BLEQを非活性状態に駆動する。したがって、この場合、単にビット線イコライズ制御回路210として、OR回路208の出力信号の立上がりに応答してリセットされ、かつセンスアンプ活性化信号SAEの非活性化に応答してセットされるセット/リセットフリップフロップを適用することにより、容易に、ビット線イコライズ指示信号BLEQの活性/非活性を、複数クロックサイクルにわたって、各リフレッシュ動作ごとに実行することができる。
【0334】
また、リフレッシュ動作時において、ロウデコード動作をリフレッシュ活性化信号REFenの活性化に従って、または、ビット線イコライズ指示信号BLEQの非活性化に従って実行し、選択ワード線の選択状態への駆動をリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefに従って実行しても良い。ワード線駆動回路へ、このリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefを与える。この場合、検索動作時にデコード動作を完了することができ、より早いタイミングでワード線の選択状態への駆動およびセンスアンプの活性化を行なうことができ、リフレッシュサイクル期間を短くすることができる。
【0335】
通常動作モード時においては、書込指示信号WEが活性化され、ワード線活性化信号WLENが所定期間活性状態に駆動される。この場合、ロウデコーダイネーブルファースト信号RDEFがロウデコーダ制御回路212から出力されて応じてロウデコーダイネーブル信号RDEが活性化される。OR回路216の出力信号に従って、所定時間経過後にセンスアンプ制御回路220がセンスアンプ活性化信号SAEを非活性化し、またOR回路218からのワード線活性化信号WLENの非活性化に応答して、センスアンプ活性化信号SEを非活性化する。この場合、センスアンプ活性化信号に応答してビット線イコライズ制御回路210が、ビット線イコライズ信号BLEQを活性化する。
【0336】
したがって、この図34に示す制御回路10の構成を利用することにより、通常のデータ書込時にクロック信号CLKの1クロックサイクル期間を利用して、データの書込を行ない、リフレッシュ動作時には、データ書込を禁止して、クロック信号CLKの立下がりに応答して、リフレッシュ動作を開始する構成を実現することができる。
【0337】
なお、データ読出も行なわれる構成の場合には、読出指示信号が、さらに、複合ゲート202へ与えられる。または、書込指示または読出指示の発行時に活性化されるアクセス指示が、複合ゲート202へ与えられる。
【0338】
[制御回路の変更例]
図36は、図34に示す制御回路10のロウ系制御部の変更例を示す図である。図36において、制御回路10は、図34に示す制御回路10と同様、ロウ系制御部として、リフレッシュ活性化信号REFenを、クロック信号CLKの1クロックサイクル期間遅延する1クロック遅延回路200と、1クロック遅延回路200の出力信号とリフレッシュ活性化信号REFenと書込指示信号WEを受ける複合ゲート202と、この複合ゲート202の出力信号の活性化に応答してワード線活性化ファースト信号WLENFを活性化するワード線活性化制御回路204を含む。
【0339】
1クロック遅延回路200、複合ゲート202およびワード線活性化制御回路204は、図34に示す構成と同様、リフレッシュ動作時、リフレッシュサイクルと次のクロックサイクル期間、外部からのデータの書込を禁止する。ワード線活性化制御回路204は、複合ゲート202の出力信号の活性化に応答して、ワード線活性化ファースト信号WLENFを所定期間活性状態に維持する。
【0340】
制御回路10は、さらに、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefとワード線活性化ファースト信号WLENFを受けるOR回路222と、このOR回路222の出力するワード線活性化信号WLENに従ってビット線イコライズ指示信号BLEQを活性/非活性化するビット線イコライズ制御回路224と、ワード線活性化信号WLENに従ってロウデコーダイネーブル信号RDEを活性状態へ駆動するロウデコーダ制御回路212と、ロウデコーダ制御回路212の出力信号とワード線活性化信号WLENとに従ってセンスアンプ活性化信号SAEを活性/非活性化するセンスアンプ制御回路220を含む。
【0341】
ビット線イコライズ制御回路224は、このワード線活性化信号WLENの活性化に応答してビット線イコライズ指示信号BLEQを非活性化し、かつワード線活性化信号WLENの非活性化に応答してビット線イコライズ指示信号BLEQを活性化する。
【0342】
ロウデコーダ制御回路212は、ワード線活性化信号WLENの活性化中、ロウデコーダイネーブル信号RDEを活性状態に維持し、ワード線を選択状態に維持する。
【0343】
センスアンプ制御回路220は、このロウデコーダ制御回路212の出力信号が活性化されてから所定期間経過後にセンスアンプ活性化信号SAEを活性化し、かつワード線活性化信号WLENの非活性化に応答して所定期間経過後にセンスアンプ活性化信号SAEを非活性化する。
【0344】
図37は、図36に示す制御回路10のリフレッシュ時の動作を示すタイミング図である。以下、図37を参照して、図36に示す制御回路10のリフレッシュ時の動作について説明する。
【0345】
リフレッシュ動作時においては、クロック信号CLKの立上がりに同期してリフレッシュ活性化信号REFenが活性化され、複合ゲート202の出力信号を、リフレッシュ期間およびリフレッシュ完了後の次のクロックサイクルの間非活性状態に維持する。したがって、ワード線活性化制御回路204からのワード線活性化ファースト信号WLENFはLレベルに維持される。また、クロック信号CLKがHレベルの間、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefはLレベルの非活性状態であり、ビット線イコライズ指示信号BLEQが活性状態、ロウデコーダイネーブル信号RDEおよびセンスアンプ活性化信号SEはそれぞれ、非活性状態を維持する。また、データの書込が行なわれないため、書込指示信号WEは、Lレベルに維持される。
【0346】
クロック信号CLKが立下がると、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefが活性化され、応じて、ワード線活性化信号WLENが活性化される。このワード線活性化信号WLENの活性化に応答して、ビット線イコライズ制御回路224がビット線イコライズ指示信号BLEQを非活性化し、ビット線のプリチャージ/イコライズ動作が完了する。ロウデコーダ制御回路212が、このワード線活性化信号WLENの活性化に応答して、ロウデコーダイネーブル信号RDEを活性化し、リフレッシュアドレスのデコード動作が行なわれ、デコード結果に従って、ロウデコーダによりリフレッシュ行に対応するワード線が選択状態に駆動される。
【0347】
所定期間が経過すると、センスアンプ制御回路220が、センスアンプ活性化信号SAEを活性化し、選択ワード線に接続されるツインセルの記憶データの検知、増幅および再書込が実行される。
【0348】
クロック信号CLKがHレベルに立上がると、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefがLレベルに立下がる。このリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefの立下がり(非活性化)に応答して、OR回路222からのワード線活性化信号WLENが非活性化され、応じて、ロウデコーダ制御回路212が、ロウデコーダイネーブル信号RDEを非活性化する。これにより、選択ワード線が非選択状態へ駆動される。
【0349】
ワード線活性化信号WLENの非活性化に応答して、所定期間経過後、センスアンプ制御回路220がセンスアンプ活性化信号SAEを非活性化する。続いて、ビット線イコライズ制御回路224が、このワード線活性化信号WLENの非活性化に応答してビット線イコライズ指示信号BLEQを再び活性状態へ駆動し、ビット線のプリチャージ/イコライズ動作が行なわれる。
【0350】
この図36に示す構成の場合、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefを、リフレッシュ時の内部のロウ選択期間を決定する信号として利用する。したがって、通常動作時のデータ書込時の回路構成に大幅な変更を加える必要がなく、常に、リフレッシュ動作を、クロック信号CLKのLレベル期間に実行して、検索動作効率の低下を防止することができる。
【0351】
また、検索動作期間中ビット線がプリチャージ電圧レベルに維持されるため、検索線の電圧変化が、ビット線に対して容量結合により伝達されて、ビット線電圧が変化するのを防止することが出来る。正確にビット線をプリチャージ電圧レベルに維持してメモリセルデータの読出を行なうことができ、センスマージンを確保して正確にセンス動作を行なうことが出来る。
【0352】
また、リフレッシュ活性化信号REFenが活性状態の間各クロックサイクルにおいて活性化されるリフレッシュワード線タイミング信号RXTrefに従って、リフレッシュワード線の選択動作が行なわれる。従って、連続的にリフレッシュが実行されるバーストリフレッシュ時においても、検索動作を停止することなくリフレッシュを所定クロックサイクル期間にわたって行なうことが出来る。この場合において、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefを発生する回路としては、リフレッシュ活性化信号REFenとクロック信号CLKとを受けるゲート回路を利用する。リフレッシュ活性化信号REFenが、例えば、リフレッシュ要求に応答して活性化されてクロック信号をカウントするカウンタを用いて、バーストリフレッシュ期間中、活性状態に維持される。
【0353】
なお、図34および図36に示すワード線選択制御部の構成について、TCAMセル行選択時、1本のワード線が選択状態へ駆動されてもよく、また2本のワード線が同時に選択される構成のいずれであってもよい。
【0354】
また、ビット線分離指示信号によりビットとセンスアンプとの接続を制御する構成の場合、TCAMブロック指示信号とビット線イコライズ指示信号とを受けるゲート回路により、ビット線分離指示信号を生成することが出来る。
【0355】
図38は、図6に示す制御回路10の検索動作に関連する部分の構成を概略的に示す図である。図38において、相補検索線SLおよび/SLに対しては、検索データDATAに従って活性化時検索線SLおよび/SLを駆動する検索線ドライバ260が設けられる。一致線MLに対しては、プリチャージ指示信号MPRGの活性化時、一致線MLを所定電圧にプリチャージするプリチャージ回路262が設けられる。検索線ドライバ260は、図6に示すサーチラインドライバ/ライトドライバ回路6に含まれる(さらに図14参照)。
【0356】
制御回路10は、クロック信号CLKの立上がりに同期してコマンドCMDを取込みデコードするコマンドデコーダ250と、コマンドデコーダ250からの検索指示信号SRCHの活性化時検索ドライバイネーブル信号SRDEをクロック信号CLKに同期して生成する検索制御回路252と、コマンドデコーダ250からの検索指示信号SRCHの活性化時クロック信号CLKの立上がりに同期してプリチャージ指示信号MPRGを非活性状態へ駆動するプリチャージ制御回路254を含む。
【0357】
検索制御回路252は、検索指示信号SRCHの活性化時クロック信号CLKの立上がりに応答して検索ドライバイネーブル信号SRDを活性化し、かつクロック信号CLKの立下がりに応答して検索ドライバイネーブル信号SRDEを非活性化する。
【0358】
プリチャージ制御回路254は、この検索指示信号SRCHの活性化時クロック信号CLKの立上がりに応答してプリチャージ指示信号MPRGを非活性化し、かつクロック信号CLKの立上下がりに同期してプリチャージ指示信号MPRGを活性化する。
【0359】
図39は、図38に示す構成の動作を示すタイミング図である。以下、図39を参照して、簡単に、図38に示す回路の検索時の動作について説明する。
【0360】
クロック信号CLKの立上がりに同期して、外部からコマンドCMDが与えられる。コマンドCMDが、検索動作を示すサーチコマンドの場合、コマンドデコーダ250はクロック信号CLKの立上がりに応答して所定期間、検索指示信号SRCHをHレベルの活性状態に維持する。この検索指示信号SRCHの活性化に応答して、プリチャージ制御回路254がプリチャージ指示信号MPRGを非活性化し、また検索制御回路252が、検索ドライバイネーブル信号SRDEを活性状態へ駆動する。
【0361】
プリチャージ指示信号MPRGの非活性化に応答してプリチャージ回路262は、一致線MLを所定電圧レベルにプリチャージするプリチャージ動作を完了する。図39においては、一致線MLが、Hレベルにプリチャージされる場合を一例として示す。一方、検索線ドライバ260が、この検索ドライバイネーブル信号SRDEの活性化に従ってイネーブルされ、検索データDATAに従って、検索線SLおよび/SLを駆動する。検索線SLおよび/SLへは、相補データが伝達される(図14参照)。
【0362】
クロック信号CLKがLレベルに立下がると、検索制御回路252は、検索ドライバイネーブル信号SRDEを非活性状態へ駆動し、検索線ドライバ260が非活性化され、検索線SLおよび/SLがLレベルに駆動され、検索動作が完了する。一方、プリチャージ制御回路254は、このクロック信号CLKの立下がりに同期してプリチャージ指示信号MPRGを活性状態へ駆動する。応じて、プリチャージ回路262が一致線MLを、所定のプリチャージ電圧レベルへ駆動する。
【0363】
したがって、クロック信号CLKに同期して、検索制御回路252およびプリチャージ制御回路254を動作させることにより、クロック信号CLKがHレベルの期間のみ、検索ドライバイネーブル信号SRDEを活性化し、かつプリチャージ指示信号MPRGを、非活性状態に維持することができる。
【0364】
検索制御回路252およびプリチャージ制御回路250の構成としては、たとえば図34に示す構成と同様の構成が用いられてもよい。リフレッシュ活性化信号REFenを検索活性化信号とし、リフレッシュワード線タイミング信号RXTrefを、それぞれ、検索ドライバイネーブル信号SRDEおよびプリチャージ指示信号MPRGとし、ゲート回路173をANDゲート回路に置換えることにより、クロック信号CLKがHレベルの期間のみ、内部で検索線を駆動して、その検索結果を一致線に読出すことができる。
【0365】
以上のように、この発明の実施の形態6に従えば、リフレッシュ動作実行時、クロック信号の後半の半クロックサイクルでリフレッシュを開始し、クロック信号の前半サイクルで内部で検索動作を行なっており、検索動作を中断させることなく内部でリフレッシュを行なうことができ、検索効率を改善することができる。
【0366】
なお、この実施の形態6に示すリフレッシュ動作を行なう構成は、先の実施の形態1から5に示す各TCAMセルの構成およびアレイ構造と適当に組合せて用いられてもよい。
【0367】
【発明の効果】
以上のように、この発明に従えば、TCAMセルのデータ記憶部を、2つのダイナミックセルで相補データを記憶するツインセルを2つ用いて構成しており、チップ面積をスタティック型TCAMに比べて低減でき、また従来のダイナミックTCAMに比べて確実に記憶データを保持することができ、リフレッシュ特性に優れたTCAMセルを実現することができる。
【0368】
また、メモリセルキャパシタとして、プレーナ型MISキャパシタを利用することにより、従来のダイナミック型TCAMに比べて、プロセス工程およびマスク枚数を低減でき、また書込速度を高速化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に従うTCAMセルの構成を示す図である。
【図2】 図1に示すダイナミックセルの記憶ノードの電位変化を示す図である。
【図3】 図1に示すツインセルのデータ読出時のビット線の電圧波形を示す図である。
【図4】 図1に示すTCAMセルのデータの書込および検索動作を示すタイミング図である。
【図5】 図1に示すTCAMセルのセンス時の動作を示す信号波形図である。
【図6】 この発明の実施の形態1に従うTCAMの全体の構成を概略的に示す図である。
【図7】 図6に示す制御回路10の構成を概略的に示す図である。
【図8】 図7に示すワード選択制御回路の構成を概略的に示す図である。
【図9】 図8に示すワード選択制御回路の動作を示す信号波形図である。
【図10】 図7に示すワード選択制御回路の変更例を示す図である。
【図11】 図10に示すワード選択制御回路の動作を示す信号波形図である。
【図12】 図7に示すリフレッシュ制御回路の変更例を示す図である。
【図13】 図12に示すリフレッシュ制御回路の動作を示すタイミング図である。
【図14】 図6に示すサーチラインドライバ/ライトドライバ回路の構成を示す図である。
【図15】 図14に示すサーチライン/ライトドライバ回路の動作を示すタイミング図である。
【図16】 図1に示すTCAMセルの平面レイアウトを概略的に示す図である。
【図17】 図1に示すTCAMセルのダイナミックセルの断面構造を概略的に示す図である。
【図18】 この発明の実施の形態2に従うTCAMセルの構成を示す図である。
【図19】 図18に示すTCAMセルの記憶データビットと記憶ノードの電圧との関係を一覧にして示す図である。
【図20】 図18に示すTCAMセルのデータ書込時の動作を示す信号波形図である。
【図21】 この発明の実施の形態3に従うTCAMセルの構成を示す図である。
【図22】 図21に示すTCAMセルの記憶データビットと記憶ノードの電圧の関係を一覧にして示す図である。
【図23】 この発明の実施の形態4に従うTCAMセルの構成を示す図である。
【図24】 この発明の実施の形態5に従うTCAMのアレイ部の構成を概略的に示す図である。
【図25】 図24に示すセンスアンプ帯の1つのセンスアンプ回路に関連する部分の構成を概略的に示す図である。
【図26】 図25に示すセンスアンプ回路の構成を示す図である。
【図27】 図25に示すセンスアンプ回路のセンス動作時の信号波形を示す図である。
【図28】 この発明の実施の形態6における半導体記憶装置の動作を示すタイミング図である。
【図29】 この発明の実施の形態6における半導体記憶装置のリフレッシュ動作に関連する部分の構成を概略的に示す図である。
【図30】 図29に示すリフレッシュワード線制御回路の構成の一例を示す図である。
【図31】 図30に示すリフレッシュワード線制御回路の動作を示すタイミング図である。
【図32】 図29に示すリフレッシュワード線制御回路の変更例を示す図である。
【図33】 図32に示すリフレッシュワード線制御回路の動作を示すタイミング図である。
【図34】 この発明の実施の形態6におけるワード線選択制御部の構成を概略的に示す図である。
【図35】 図34に示す制御回路の動作を示すタイミング図である。
【図36】 この発明の実施の形態6のワード線選択部の変更例を示す図である。
【図37】 図36に示す回路の動作を示すタイミング図である。
【図38】 この発明の実施の形態6に従う半導体記憶装置の検索動作に関連する部分の構成を概略的に示す図である。
【図39】 図38に示す回路の動作を示すタイミング図である。
【符号の説明】
TMC TCAMセル、WL,WLo,WLe ワード線、TW0,TW1,TWa,TWb,TWPa,TWPb,TWP0,TWP1 ツインセル、MC1−MC4 ダイナミックセル、SN1−SN4 記憶ノード、NQ−PQ メモリセルキャパシタ、CMP 比較回路、1 TCAMアレイ、68a−68d活性領域、71a,71b ワード線、72a,72b セルプレート線、69 活性領域、74a−74b 電極線、G1−G13 コンタクト、104 センスアンプ回路、112 センスアンプ、BLRP,BLLP ビット線対、BLL,/BLL,BLR,/BLR,BL,/BL ビット線、SL,/SL検索データ線、150 TCAMアレイ、160 リフレッシュタイマ、162 リフレッシュワード線制御回路、164 リフレッシュアドレスカウンタ、204 ワード線活性化制御回路、210 ビット線イコライズ制御回路、212 ロウデコーダ制御回路、220 センスアンプ制御回路、224 ビット線イコライズ制御回路、252 検索制御回路、254 プリチャージ制御回路、260 検索線ドライバ、262 プリチャージ回路。
Claims (6)
- 与えられた検索データと記憶データとの一致を判定する半導体記憶装置であって、
各々前記記憶データの1ビットを記憶する少なくとも1個のメモリセル回路を備え、前記メモリセル回路は、
第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタを介して与えられたデータを第1の記憶ノードに格納する第1の容量素子と、前記第1のトランジスタと並行して選択状態へ駆動される第2のトランジスタと、前記第2のトランジスタを介して与えられるデータを第2の記憶ノードに格納する第2の容量素子とを含む第1のツインセルを備え、前記第1および第2の記憶ノードには、相補データが格納され、
前記第1のツインセルと別に配置される第2のツインセルを備え、前記第2のツインセルは、第3のトランジスタと、前記第3のトランジスタを介して与えられたデータを第3の記憶ノードに格納する第3の容量素子と、前記第3のトランジスタと並行して選択状態へ駆動される第4のトランジスタと、前記第4のトランジスタを介して与えられるデータを第4の記憶ノードに格納する第4の容量素子とを備え、前記第3および第4の記憶ノードには相補データが格納され、
前記第1および第2の記憶ノードのいずれかと前記第3および第4の記憶ノードのいずれかの記憶データの対と与えられた相補検索データとを比較し、該比較結果に従って一致線を選択的に駆動する比較回路を備え、
前記第1ないし第4の容量素子の各々は、
基板領域表面に形成される第1導電型の第1の不純物領域と、
前記第1の不純物領域上に絶縁膜を介して対向して配置され、所定電圧を伝達する第1の導電線とを備え、
前記第1および第2の容量素子は、前記第3および第4の容量素子と中央部に関して対向して配置され、
前記比較回路は、
前記中央部に配置される第1導電型の第2の不純物領域と、
前記第2の不純物領域と交差するように配置され、前記相補検索データを転送する検索データ線対の第1の検索データ線に結合される第1のゲート電極と、
前記第2の不純物領域と交差するように配置され、前記第1の記憶ノードに対応する第1の不純物領域に前記第1の導電線よりも上層に配置される第2の導電線を介して結合される第2のゲート電極と、
前記第2の不純物領域と交差するように配置され、前記検索データ線対の第2の検索データ線に結合される第3のゲート電極と、
前記第2の不純物領域と交差するように配置され、前記第4の記憶ノードに対応する第1の不純物領域に前記第1の導電線よりも上層に配置される第3の導電線を介して結合される第4のゲート電極とを備え、
前記第2の不純物領域は、前記第1および第2のゲート電極の対と前記第3および第4のゲート電極の対の間の領域において前記一致線に結合され、かつ前記第1および第2のゲート電極の対の外側と前記第3および第4のゲート電極の対の外側の領域それぞれにおいて基準電源ノードに結合される、半導体記憶装置。 - 与えられた検索データと記憶データとの一致を判定する半導体記憶装置であって、
各々前記記憶データの1ビットを記憶する少なくとも1個のメモリセル回路を備え、前記メモリセル回路は、
第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタを介して与えられたデータを第1の記憶ノードに格納する第1の容量素子と、前記第1のトランジスタと並行して選択状態へ駆動される第2のトランジスタと、前記第2のトランジスタを介して与えられるデータを第2の記憶ノードに格納する第2の容量素子とを含む第1のツインセルを備え、前記第1および第2の記憶ノードには、相補データが格納され、
前記第1のツインセルと別に配置される第2のツインセルを備え、前記第2のツインセルは、第3のトランジスタと、前記第3のトランジスタを介して与えられたデータを第3の記憶ノードに格納する第3の容量素子と、前記第3のトランジスタと並行して選択状態へ駆動される第4のトランジスタと、前記第4のトランジスタを介して与えられるデータを第4の記憶ノードに格納する第4の容量素子とを備え、前記第3および第4の記憶ノードには相補データが格納され、
前記第1および第2の記憶ノードのいずれかと前記第3および第4の記憶ノードのいずれかの記憶データの対と与えられた相補検索データとを比較し、該比較結果に従って一致線を選択的に駆動する比較回路、
検索指示に応答して、クロック信号の第1のエッジに同期して前記相補検索データを生成して前記メモリセル回路へ転送するとともに前記クロック信号の第2のエッジに応答して前記相補検索データをリセットする検索制御回路、
前記メモリセル回路の記憶データのリフレッシュを指示するリフレッシュ要求発行回路、および
前記リフレッシュ要求指示に応答して、前記クロック信号の第2のエッジに同期して前記メモリセル回路の記憶データを読み出すための制御信号を生成するリフレッシュ制御回路を備え、前記制御信号は前記クロック信号の前記第1のエッジに応答して非活性化され、さらに
前記メモリセル回路に対応して配置され、前記制御信号に応答して活性化され、前記読み出されたデータを増幅して前記メモリセル回路に再書込みする少なくとも1個のセンスアンプ回路を備える、半導体記憶装置。 - 前記少なくとも1個のメモリセル回路は、行列状に配列される複数個のメモリセル回路を備え、
前記半導体記憶装置は前記メモリセル回路の行に対応して配置され、選択時、対応のメモリセル回路の記憶データを読み出す複数のワード線をさらに備え、前記制御信号は前記ワード線の選択状態にある期間を決定する、請求項2記載の半導体記憶装置。 - 前記少なくとも1個のメモリセル回路は、行列状に配列される複数のメモリセル回路を備え、
前記半導体記憶装置は、
前記メモリセル回路の列に対応して配置される複数のビット線対と、
前記ビット線対に対応して配置され、前記リフレッシュ要求の発行時、前記メモリセル回路の記憶データ読出前に非活性化されかつ前記クロック信号の第1のエッジに応答して活性化され、活性化時、対応のビット線対を所定電圧レベルに維持する複数のビット線電圧維持回路とをさらに備え、
前記前記少なくとも1個のセンスアンプ回路は、前記ビット線対に対応して配置され、かつ前記制御信号に応答して活性化されかつ前記クロック信号の第1のエッジに応答して非活性化される複数のセンスアンプ回路を備える、請求項2記載の半導体記憶装置。 - 与えられた検索データと記憶データとの一致を判定する半導体記憶装置であって、
各々前記記憶データを記憶するメモリセル回路を備え、前記メモリセル回路は、
第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタを介して与えられたデータを第1の記憶ノードに格納する第1の容量素子と、前記第1のトランジスタと並行して選択状態へ駆動される第2のトランジスタと、前記第2のトランジスタを介して与えられるデータを第2の記憶ノードに格納する第2の容量素子とを含む第1のツインセルを備え、前記第1および第2の記憶ノードには、相補データが格納され、
前記第1のツインセルと別に配置される第2のツインセルを備え、前記第2のツインセルは、第3のトランジスタと、前記第3のトランジスタを介して与えられたデータを第3の記憶ノードに格納する第3の容量素子と、前記第3のトランジスタと並行して選択状態へ駆動される第4のトランジスタと、前記第4のトランジスタを介して与えられるデータを第4の記憶ノードに格納する第4の容量素子とを備え、前記第3および第4の記憶ノードには相補データが格納され、
前記第1および第2のツインセルに対して共通に配置され、前記第1および第2のツインセルに対する書込データを少なくとも転送するビット線対と、
前記第1のツインセルに対して配置され、前記第1および第2のトランジスタを選択状態へ駆動する選択信号を伝達する第1の選択線と、
前記第1の選択線と別に前記第2のツインセルに対応して配置され、前記第3および第4のトランジスタを選択状態へ駆動する選択信号を伝達する第2の選択線と、
前記第1および第2のツインセルに共通に配置され、前記メモリセル回路に対する相補データビットを転送する第1と第2の検索データ線と、
前記第1と第4の記憶ノードの記憶データの対と与えられた相補検索データとを比較し、該比較結果に従って一致線を選択的に駆動する比較回路と、をさらに備え、
前記比較回路は、前記一致線と基準電源ノードとの間に直列に接続される第5と第6のトランジスタと、前記一致線と前記基準電源ノードとの間に直列に接続される第7と第8のトランジスタとを備え、前記第5のトランジスタの制御電極は前記第1の記憶ノードに、前記第6のトランジスタのゲート電極は前記第1の検索データ線に、前記第7のトランジスタのゲート電極は前記第4の記憶ノードに、前記第8のトランジスタのゲート電極は前記第2の検索データ線にそれぞれ接続され、
前記第1のトランジスタのゲート電極と前記第2のトランジスタのゲート電極は、共通の第1のゲート電極線で構成され、
前記第3のトランジスタのゲート電極と前記第4のトランジスタのゲート電極は、共通の第2のゲート電極線で構成され、
前記第5のトランジスタのゲート電極は第3のゲート電極線で構成され、
前記第6のトランジスタのゲート電極は第4のゲート電極線で構成され、
前記第7のトランジスタのゲート電極は第5のゲート電極線で構成され、
前記第8のトランジスタのゲート電極は第6のゲート電極線で構成され、
前記第3から第6のゲート電極線は、前記1のゲート電極線と前記第2のゲート電極線との間に配置され、前記第1のゲート電極線と前記第2のゲート電極線は行方向に延在し、前記第3から第6のゲート電極線は列方向に延在する、半導体記憶装置。 - 前記第3から第6のゲート電極線は、行方向に延在する活性領域に、前記第6のゲート電極線、前記第5のゲート電極線、前記第3のゲート電極線、前記第4のゲート電極線の順に行方向に並んで配置される、請求項5記載の半導体記憶装置。
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