JP5179496B2 - メモリ回路及びメモリの書き込み方法 - Google Patents

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Description

本発明は、一般にメモリに関し、より詳しくは可変電源を有するスタティックランダムアクセスメモリ(SRAM:Static Random Access Memory)及びその方法に関する。
スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)は、高速が要求される用途、例えばデータ処理システム内のメモリとして使用されている。各SRAMセルは、1ビットのデータを記憶し、交差接続された一対のインバータとして実施されている。SRAMセルは、取り得る2つの電圧レベルのうちの1つのレベルのみで安定的である。セルの論理状態は、2つのインバータの何れか論理ハイを出力するかによって決定され、適切なセル入力に十分な大きさ及び期間の電圧を印加することによって状態の変更が行われる。SRAMセルの安定性は、重要な問題である。SRAMセルは、不注意にセルの論理状態を変更し得る遷移、プロセス変動、ソフトエラー、及び電源変動に対して安定している必要がある。また、SRAMセルは、読み出し動作中に、速度又はセルへの書き込み性能を害することなく、良好な安定性を提供する必要がある。
6トランジスタのSRAMセルにおいて、アルファ比は、PMOS負荷トランジスタの幅をNMOSアクセストランジスタの幅で割ったものとして定義される。ベータ比は、NMOSプルダウントランジスタの幅をNMOSアクセストランジスタの幅で割ったものとして定義される。アルファ及びベータ比は、影響要因、例えば電源変動及びノイズに対するSRAMセルの安定性を説明するために使用される。
一般に、アルファ及びベータ比を増大することにより、セルの安定性が向上する。しかしながら、安定性の向上は、書き込み性能の低下という犠牲を伴うこととなる。スケーリング技術及び低電源電圧の使用により、読み出し及び書き込み双方のマージンに関して同時にSRAMセルを最適化することが尚更困難になっている。
従って、向上したセルの安定性を有し、さらに向上した書き込みマージンを有するSRAMに対するニーズがある。
ここで使用されるものとして、用語「バス」は、1以上の各種の情報、例えばデータ、アドレス、制御又は状態を送信するために使用される複数の信号又は導線を参照するものとして使用される。ここで説明される導線は、複数の導線、単方向の導線、又は双方句の導線として参照して図示又は説明される。しかしながら、異なる実施形態は導線の実施を変更してもよい。例えば、別々の単方向の導線が、双方向の導線に代えて使用されてもよく、逆もまた同様である。また、複数の導線が、多数の信号を連続的に送信したり、同時に多重送信したりする単一の導線で置き換えられても良い。同様に、多数の信号を送信する単一の導線が、これらの信号の部分集合を送信する各種の異なる導線に分割されてもよい。従って、信号を送信するための多数の選択肢が存在する。
一般に、本発明は、一形態において、良好なセルの安定性を有するとともに、良好な書き込みマージンを提供するSRAMを提供する。一実施形態において、低電源電圧が、書き込み動作中に選択された列の複数のメモリセルに提供される。低電源電圧により、論理状態のメモリセルへの書き込みがより容易となる。メモリアレイが書き込まれていない場合、セルの安定性を向上するために、供給電圧が引き上げられる。別の実施形態において、供給電圧は、ダミー列の複数のメモリセルとの電荷の共有によって書き込み動作中に低減される。ダミー列は、通常のメモリアレイの列と同様に実施される。ダミー列は、メモリアレイの任意の数の列と共有されてもよい。電荷の共有は、デコードされ、書き込みサイクルのみに適用される。また、共有される電荷の量は、ダミー列に接続されるダミーセルの数を選択することによってプログラム可能である。別の実施形態において、電荷の共有はダミー行を使用して実施される。
図1は、ブロック図の形態で本発明の一実施形態に従うデータ処理システム10を示す。一実施形態において、データ処理システム10は、シリコン・オン・インシュレーター(SOI:Silicon on Insulator)製造技術を用いた集積回路上に実施されている。他の実施形態において、データ処理システム10は、別の技術、例えば、バルクシリコン又はガリウム砒素で実施されてもよい。データ処理システム10は、中央処理システム(CPU)12、メモリアレイ14、行デコーダ16、列論理ブロック18、及びバス20を含む。CPU12は、命令を実行可能なプロセッサ、例えばマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ等であってもよいし、或いは任意の他の形式のバスマスター、例えばダイレクトメモリアクセス(DMA:Direct Memory Access)コントローラ、デバッグ回路等であってもよい。また、プロセッサ12は、スレーブデバイス、例えばバス上に存在する任意の形式の周辺回路、或いはメモリへのアクセスを必要とするスレーブデバイスであってもよい。
CPU12は、バス20に双方向で接続されている。バス20は、CPU12とバス20に接続された他の回路、例えばメモリアレイ14との間においてアドレス、データ、及び制御情報を通信するための複数の導線を有する。行デコーダ16は、メモリアレイ14内の1行の複数のメモリセルを選択するための行アドレスをバス20から受信するための複数の入力端子を有する。列ロジック18は、列選択信号及び制御情報に応答してデータを提供及び受信するために、メモリアレイ14に双方向で接続されている。列ロジックは、列アドレスを受信し、それに応答して、1以上の列の複数のメモリセルをバス20に接続する。列ロジック18は、列デコーダ、センスアンプ、プリチャージ及び均等化回路を含む。メモリ構成、例えば読み出し及び書き込み中にアクセスされる列の数、又はメモリアレイ内の行及び列の総数を決定するために、増幅器(図示しない)が使用されてもよい。列ロジック18のセンスアンプは、選択されたメモリセルからの比較的に低い電圧信号をセンシング及び増幅するためのものである。他の実施形態において、列ロジック18は、メモリからのデータを入力及び出力するための追加又は異なる回路を含んでもよい。
読み出し動作中に、「DATA」と参照されるデータ信号がメモリアレイ14の選択されたメモリセルから読み出され、バス20に提供される。書き込み動作中に、データ信号DATAはバス20から選択されたメモリセルに提供される。ここで、他の実施形態において、バスインターフェースブロックがバス20とメモリとの間に接続されてもよい。
本発明を説明する目的のために、図1のデータ処理システム10は、バスを介して一緒に接続された中央処理装置及びメモリのみを示すために簡略化されている。しかしながら、他の実施形態において、データ処理システムは、例えば図1に示されていない多数のバスに接続された多数のプロセッサ、追加のメモリ、及び他の回路を含む非常に複雑なものであってもよい。
図2は、図1のメモリアレイ14の詳細を示す。メモリアレイ14において、メモリセルは行及び列で構成されている。1列の複数のメモリセルは、ビットライン対及び同ビットライン対に接続された全てのメモリセルを含む。例えば、「BL」及び「BL 」と参照されるビットライン対、並びにセル19,21,22は、列13を形成する。列15は、ビットライン対BL,BL 及びメモリセル24,26,28を備える。ビットライン対は、読み出し及び書き込み動作中に、セルへの及びセルからの差動信号を通信するために使用される。メモリアレイ14の行は、ワードライン及び同ワードラインに接続された全てのメモリセルを含む。例えば、「WL」と参照されるワードライン及びセル19,24は、1つの行を形成する。同様に、ワードラインWL及びメモリセル21,26は、別の行を形成する。ワードラインWL及びメモリセル22,26は、別の行を形成する。ここで、信号の名前の末尾のアスタリスク「」は、「」を有する信号が、「」の無い同名の信号の論理補であることを示す。
メモリアレイ14は、従来の6トランジスタのSRAMセルである。他の実施形態において、SRAMセルの型は異なってもよい。図2の実施形態において、各メモリセルは、2つの記憶ノードを形成するように交差接続された一対のインバータを備えるラッチ回路を含む。アクセストランジスタは、各記憶ノードをビットラインに接続する。交差接続された一対のインバータは、2つの電源端子の間に接続されている。図示された実施形態において、列13のセルの1つの電源端子は導線35に接続され、列15のセルの1つの電源端子は導線39に接続されている。導線35,39は、電源電圧をセルに供給するために使用される。全てのセルは、グランド(図示しない)に接続されている。一般に、所定数の列は、導線35,39と同様の対応する電源ラインを有する。電源電圧は、導線35,39に選択的に提供される。Pチャネルトランジスタ52は、「VDD」と参照される電源電圧端子に接続されたソース、「WCSEL」と参照される制御信号を受信するためのゲート、及び導線35に接続されたドレインを有する。クランプ回路46は、VDD及び導線35の間に直列に接続されたダイオード接続のPチャネルトランジスタ48,50を含む。また、Pチャネルトランジスタ44は、VDDに接続されたソース、制御信号WCSELを受信するためのゲート、及び導線39に接続されたドレインを有する。クランプ回路38は、VDD及び導線39の間に直列に接続されたダイオード接続のPチャネルトランジスタ40,42を含む。他の実施形態において、クランプ回路は異なるものであってもよい。例えば、別の実施形態において、1以上のダイオード接続のNチャネルトランジスタが使用されてもよいし、基準電圧が使用されてもよい。
ダミー列17は、通常のメモリ列と同様であり、「SBL」及び「SBL」と参照される一対のダミービットラインを含む。ダミーSRAMセル30,32,34は、ダミービットラインSBL及びSBLに接続されており、図示される実施形態における従来のSRAMセルである。各ダミーセルは、導線37に接続される供給端子を有する。ダミーセルの他の供給端子は、「VSS」と参照される別の電源端子に接続されている。説明した実施形態において、VSSはグランドに接続され、VDDは正の電源電圧、例えば1ボルトを受信するように接続されている。他の実施形態において、電源電圧は異なっていてもよい。ダミー列17は、書き込み動作中に、メモリアレイ14との静電容量共有のために使用される。共有される静電容量は、導線37に接続されるメモリセルの数によって部分的に決定される。導線37は、Nチャネルトランジスタ36を介して「VREF」と参照される基準電圧を受信するために接続されている。一実施形態において、基準電圧はグランドである。別の実施形態において、VREFは異なる電圧であってもよい。Nチャネルトランジスタ36は、導線37に接続された第1のソース/ドレイン端子と、VREFに接続された第2のソース/ドレイン端子と、制御信号WDSELを受信するために接続された制御ゲートとを有する。
ダミー列17は、メモリアレイ14の通常の各列に接続されている。図2において、トランジスタ54は、「WCSEL」と参照される制御信号に応答して導線37を列15の導線39に接続するために使用され、トランジスタ56は、「WCSEL」と参照される制御信号に応答して導線37を導線35に接続するために使用される。他の実施形態において、トランジスタ54,56は異なるものであってもよい。例えば、Pチャネルトランジスタが使用されてもよいし、Pチャネル及びNチャネルトランジスタの組み合わせが使用されてもよい。
動作において、メモリアレイ14のSRAMセルへの書き込みの前、及び読み出し動作中に、制御信号WCSEL,WCSELは、アレイのセルがトランジスタ52,44を介して供給電圧VDDを受信するようにさせる論理ローの電圧である。また、書き込み動作前には、制御信号WDSELが、トランジスタ36を導通させる論理ハイの電圧として提供される。基準電圧VREFは、各メモリセル30,32,34の供給端子に提供され、ダミー列17のセルをVREF(グランド)までプリチャージする。書き込み動作中に、デコードされた制御信号WCSEL,WCSELの一方又は双方は、トランジスタ52,44を実質的に非導通とするとともに、列13,15のセルの供給端子が導線37に接続されるようにトランジスタ54,56を導通させる論理ハイの信号としてアサートされる。電荷共有は、メモリアレイ14のメモリセルの供給電圧を、ダミー列17及びメモリアレイ14の選択された列の相対的な静電容量に依存する所定量低減するために、メモリアレイ14の選択された列とダミー列17との間で生じる。ダミー列17の静電容量は、導線37に接続されるメモリセルの数を選択することにより調節可能である。図2に「X」で示すように、ダミー列17の静電容量は、製造プロセス中にセル、例えばセル30の所定数の供給端子を非接続とすることにより低減可能である。クランプ回路38,46は、導線35,39における電圧降下を所定の最小電圧に制限するように機能する。供給電圧は、書き込みされている列に対してのみ低減される。低減された供給電圧は、非選択のセルのセル安定性を維持しながら、選択されたセルの書き込みマージンを改善するように機能する。
読み出し動作中に、及びメモリセルがアクセスされていない間には、制御信号WCSEL,WCSELは、トランジスタ52,54を導通させる論理ハイとしてアサートされるため、全てのセルにVDDが提供される。また、論理ローの制御信号WCSEL,WCSELは、トランジスタ54,56を非導通とする。メモリの読み出し動作中により高い電圧をメモリセルに提供することは、読み出しマージンを改善するように機能する。また、ダミー列とメモリアレイの列との間の相対的な静電容量は、行の任意の数に対して実質的に一定に保たれる。
図3は、図1のデータ処理システム内で使用されるメモリアレイ14’を概略図の形式で示す。図3において、ダミー行70は、ダミー行70とメモリアレイ14’の選択された行との間における電荷共有を許容するために提供される。メモリアレイ14’において、「BL」及び「BL 」と参照されるビットライン対、並びにセル70,76,82は列60を形成する。列62は、ビットライン対BL,BL 及びメモリセル72,78,84を含む。列64は、ビットライン対BL,BL 及びメモリセル74,80,86を含む。メモリアレイ14’の行は、ワードライン及び同ワードラインに接続された全てのメモリセルを備える。例えば、「WL」と参照されるワードライン及びメモリセル70,72,74は1つの行を形成する。同様に、ワードラインWLN及びメモリセル76,78,84は別の行を形成する。
メモリアレイ14’のメモリセルは、図2に関して上述したように従来の6トランジスタのSRAMセルである。他の実施形態において、SRAMセルの型は異なるものであってもよい。各セルは、電源ラインに接続されている。行66のセルは、導線67に接続されている。列68のセルの電源端子は、導線69に接続されている。導線67,69は、電源電圧をセルに供給するために使用される。全てのセルは、グランド(図示しない)に接続された別の電源端子を有する。Pチャネルトランジスタ96は、「VDD」と参照される電源電圧に接続されたソース、「WCSEL」と参照される制御信号を受信するためのゲート、及び導線67に接続されたドレインを有する。クランプ回路は、VDD及び導体67の間に直列に接続されたダイオード接続のPチャネルトランジスタ100,102から形成されている。また、Pチャネルトランジスタ98は、VDDに接続されたソース、制御信号「WCSEL」を受信するためのゲート、及び導線69に接続されたドレインを有する。クランプ回路は、VDD及び導体69の間に直列に接続されたダイオード接続のPチャネルトランジスタ104,106を含む。他の実施形態において、クランプ回路は異なるものであってもよい。例えば、別の実施形態において、ダイオード接続のNチャネルトランジスタが使用されてもよいし、基準電圧が使用されてもよい。
ダミー行70は、通常のメモリ行と同様であり、「SWL」と参照されるワードライン、及びSWLに接続された全てのセルを含む。ダミーSRAMセル82,84,86は、ダミーワードラインSWLに接続されており、図示される実施形態における従来のSRAMセルである。各ダミーセルは、導線71に接続される供給端子を有する。一般に、メモリアレイ14’の所定数の行は、ダミー行の導線71のように対応する電源ラインを有する。ダミーセルの他の供給端子は、別の電源端子(図示しない)に接続されている。説明した実施形態において、一方の電源電圧端子はグランドに接続され、他方の電源電圧端子は正の電源電圧、例えば1ボルトを受信するように接続されている。他の実施形態において、電源電圧は異なっていてもよい。ダミー行70は、書き込み動作中に、メモリアレイ14’との静電容量共有のために使用される。共有される静電容量は、導線71に接続されるメモリセルの数によって部分的に決定される。導線71は、Nチャネルトランジスタ90を介して「VREF」と参照される基準電圧を受信するために接続されている。一実施形態において、基準電圧VREFはグランドである。別の実施形態において、VREFは任意の電圧であってもよい。Nチャネルトランジスタ90は、導線71に接続された第1のソース/ドレイン端子と、VREFに接続された第2のソース/ドレイン端子と、制御信号WDSELを受信するために接続された制御ゲートとを有する。
ダミー行70は、メモリアレイ14’の通常の各列に接続されている。図3において、トランジスタ92は、「WCSEL」と参照される制御信号に応答して導線67を導線71に接続するために使用され、トランジスタ94は、「WCSEL」と参照される制御信号に応答して導線69を導線71に接続するために使用される。他の実施形態において、トランジスタ92,94は異なるものであってもよい。例えば、Pチャネルトランジスタが使用されてもよいし、Pチャネル及びNチャネルトランジスタの組み合わせが使用されてもよい。
動作において、メモリアレイ14’のSRAMセルへの書き込みの前、及び読み出し動作中に、制御信号WCSEL,WCSELは、アレイのセルがトランジスタ96,98を介して供給電圧VDDを受信するようにさせる論理ローの電圧である。また、書き込み動作前には、制御信号WDSELは、トランジスタ90を導通させる論理ハイの電圧として提供される。基準電圧VREFは、各メモリセル、例えばセル82,84,86の供給端子に提供され、ダミー行70のセルをVREF、即ち図示した実施形態ではグランドまでプリチャージする。書き込み動作中に、デコードされた制御信号WCSEL,WCSELの一方又は双方は、トランジスタ96,98を実質的に非導通とするとともに、行66,68のセルの供給端子が導線71に接続されるようにトランジスタ92,94を導通させる論理ハイの信号としてアサートされる。電荷共有は、メモリアレイ14’のメモリセルの供給電圧を、ダミー行70及びメモリアレイ14’の選択された行の相対的な静電容量に依存する所定量低減するために、メモリアレイ14’の選択された行とダミー行70との間で生じる。図3に「X」で示すように、ダミー行70の静電容量は、製造プロセス中にセル、例えばセル82の所定数の供給端子を非接続とすることにより低減可能である。クランプ回路は、導線67,69における電圧降下を所定の最小電圧に制限するように機能する。低減された供給電圧は、非選択のセルのセル安定性を維持しながら、選択されたセルの書き込みマージンを改善するように機能する。
読み出し動作中に、制御信号WCSEL,WCSELは、VDDが全てのセルに提供されるように、トランジスタ96,98を導通させる論理ローとしてアサートされる。また、論理ローの制御信号WCSEL,WCSELは、トランジスタ92,94を非導通とする。メモリの読み出し動作中により高い電圧をメモリセルに提供することは、メモリがアクセスされていないとき、読み出し及び静的マージンを改善するように機能する。また、ダミー行とメモリアレイの行との間の相対的な静電容量は、行の任意の数に対して実質的に一定に保たれる。
概して、一実施形態において、メモリ回路は、第1のラインの複数のメモリセルと、第2のラインの複数のメモリセルと、第1の電源端子と、第1の静電容量構造とを有するメモリアレイを備える。第1の電源ラインは、第1のラインの複数のメモリセルに接続されている。第2の電源ラインは、第2のラインの複数のメモリセルに接続されている。スイッチング回路は、第2のラインの複数のメモリセルが書き込みのために選択されるとき、第1の電源端子を第1の電源ラインに接続し、第1の電源端子を第2のラインの複数のメモリセルから遮断し、かつ第2の電源ラインを第1の静電容量構造に接続するトランジスタを有する。
別の実施形態において、方法は、第1のラインの複数のメモリセル及び第2のラインの複数のメモリセルを備えるメモリアレイと、第1の電源端子と、第1の静電容量構造と、第1のラインの複数のメモリセルに接続された第1の電源ラインと、第2のラインの複数のメモリセルに接続された第2の電源ラインとを備えるメモリを提供する工程と、第2のラインの複数のメモリセルを書き込みのために選択する工程と、第1の電源端子を第1の電源ラインに接続する工程と、第1の電源端子を第2のラインの複数のメモリセルから遮断する工程と、第2の電源ラインからの電荷を第1の静電容量構造に接続する工程と、第2のラインの複数のメモリセルの1つのメモリセルに書き込む工程とを備える。
別の実施形態において、メモリ回路は、第1のラインの複数のメモリセル及び第2のラインの複数のメモリセルを備えるメモリアレイと、電源端子と、静電容量構造とを備える。第1の電源ラインは、メモリセルの第1のラインの複数のメモリセルに接続されている。第2の電源ラインは、第2のラインに接続されている。プリチャージ手段は、第2のラインの複数のメモリセルに対する書き込み動作の前に、静電容量構造を所定の電圧までプリチャージするために静電容量構造に接続されている。また、メモリは、第1の接続手段、遮断手段、及び第2の接続手段を含む。第1の接続手段は、第2のラインの複数のメモリセルに対する書き込み動作中に、電源端子を第1の電源ラインに接続するためのものである。遮断手段は、第2のラインの複数のメモリセルに対する書き込み動作中に、第1の電源ラインを第2のラインの複数のメモリセルから遮断するためのものである。第2の接続手段は、第2のラインの複数のメモリセルに対する書き込み動作中に、第2の電源ラインを第1の静電容量構造に接続するためのものである。
例示の目的でここに選択された実施形態に対する種々の他の変更及び改変が、当業者にとって容易に行われるであろう。例えば、トランジスタの導電型、トランジスタの型等における変更が容易に行われる。当業者は、本発明の実施形態がPチャネルプルアップデバイス、及びNチャネルプルダウンデバイスを使用するように方向付けられているが、実質的に同様の利点及び効果を提供するため、トランジスタの導電型が変更されてもよく、回路図が反転され、電源電圧が変更されてもよいことを当業者は認識するであろう。また、別の実施形態において、上述の回路と同じ又は同様の回路を用いて、ビットラインをバイアスするためにプログラム可能な供給電圧を提供すべく、ダミー列が接続されてもよい。そのような改変及び変更が本発明の精神から逸脱しない範囲において、それらは本発明の範囲に含まれるものと意図され、添付の請求の範囲の公正な解釈によってのみ評価される。
本発明の一実施形態に従うデータ処理システムを示すブロック図。 図1のメモリアレイの一実施形態を示す概略図。 図1のメモリアレイの別の実施形態を示す概略図。

Claims (3)

  1. メモリ回路であって、
    第1のラインの複数のメモリセル及び第2のラインの複数のメモリセルを備えるメモリアレイと、
    第1の電源端子と、
    導線及び該導線に接続されたダミーセルを含む静電容量構造と、
    前記第1のラインの複数のメモリセルに接続された第1の電源ラインと、
    前記第2のラインの複数のメモリセルに接続された第2の電源ラインと、
    前記第2のラインの複数のメモリセルが書き込みのために選択されるとき、前記第1の電源端子を前記第1の電源ラインに接続し、前記第1の電源端子を前記第2のラインの複数のメモリセルから遮断し、かつ前記第2の電源ラインを前記静電容量構造に接続するトランジスタを有するスイッチング回路とを備えるメモリ回路。
  2. 第1のラインの複数のメモリセル及び第2のラインの複数のメモリセルを備えるメモリアレイと、第1の電源端子と、導線及び該導線に接続されたダミーセルを含む静電容量構造と、前記第1のラインの複数のメモリセルに接続された第1の電源ラインと、前記第2のラインの複数のメモリセルに接続された第2の電源ラインとを備えるメモリを提供する工程と、
    前記第2のラインの複数のメモリセルを書き込みのために選択する工程と、
    前記第1の電源端子を前記第1の電源ラインに接続する工程と、
    前記第1の電源端子を前記第2のラインの複数のメモリセルから遮断する工程と、
    前記第2の電源ラインからの電荷を前記静電容量構造に接続する工程と、
    前記第2のラインの複数のメモリセルの1つのメモリセルに書き込む工程とを備える方法。
  3. メモリ回路であって、
    第1のラインの複数のメモリセル及び第2のラインの複数のメモリセルを備えるメモリアレイと、
    電源端子と、
    導線及び該導線に接続されたダミーセルを含む静電容量構造と、
    前記第1のラインの複数のメモリセルに接続された第1の電源ラインと、
    前記第2のラインの複数のメモリセルに接続された第2の電源ラインと、
    前記第2のラインの複数のメモリセルに対する書き込み動作の前に、前記静電容量構造を所定の電圧までプリチャージするためのプリチャージ手段と、
    前記第2のラインの複数のメモリセルに対する書き込み動作中に、前記電源端子を前記第1の電源ラインに接続するための第1の接続手段と、
    前記第2のラインの複数のメモリセルに対する書き込み動作中に、前記電端子を前記第2のラインの複数のメモリセルから遮断するための遮断手段と、
    前記第2のラインの複数のメモリセルに対する書き込み動作中に、前記第2の電源ラインを前記静電容量構造に接続するための第2の接続手段とを備えるメモリ回路。
JP2009522905A 2006-07-31 2007-05-10 メモリ回路及びメモリの書き込み方法 Active JP5179496B2 (ja)

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