JP7270451B2 - 半導体装置および半導体装置の駆動方法 - Google Patents

半導体装置および半導体装置の駆動方法 Download PDF

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Description

本開示は、半導体装置に関し、寄生抵抗の高い金属配線や負荷容量の大きい金属配線を有する半導体装置に適用可能である。
最先端の製造プロセスを利用して製造した半導体装置では、金属配線の寄生抵抗が高くなる傾向にある。たとえば、ワード線の抵抗成分の影響によってワード線ドライバから遠い箇所のワード線の電圧の立ち上がりおよび立下り速度が遅くなるのを回避するため、ワード線ドライバが接続されていない側のワード線の他端にアシストドライバを備える半導体装置が提案されている(たとえば、特開2017-54570号公報を参照)。
また、微細化されたSRAM(スタティックランダムアクセスメモリ)において、スタティックノイズマージン(以下、SNMと称す)が不足するメモリセルにおいて、SNMを拡大するために、ワード線の電位を降圧する回路を有する半導体メモリが提案されている(たとえば、特開2009-252256号公報を参照)。
特開2017-54570号公報 特開2009-252256号公報
特開2017-54570号公報では、アシストドライバはメモリセルが接続されたワード線の他端の電圧に応じて、ワード線の他端を電源(Vdd)に接続または分断している。ワード線の寄生抵抗が高くなると、アシストドライバへの信号電圧の到達が遅くなるので、高速化の効果はそれほど高くない場合があった。また、SNMが不足するメモリセルが寄生抵抗の高いワード線に接続された場合、ワード線の他端をアシストドライバによって電源(Vdd)に接続すると、そのメモリセルの動作が不安定となってしまう場合もあった。
本開示の課題は、寄生抵抗の高い配線や負荷容量の大きい配線において、ドライバから遠い箇所の配線の電圧の立ち上がり速度または立下り速度を高速化することが可能な技術を提供することにある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本開示のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
一実施の形態による半導体装置は、第1部分と、前記第1部分と異なる第2部分と、前記第1部分および前記第2部分と異なり、かつ、前記第1部分と前記第2部分との間に設けられた第3部分と、を有する第1配線と、前記第1配線の前記第3部分に接続された複数のメモリセルと、前記第2部分に接続されたドレインと、ゲートと、を有する電界効果トランジスタと、前記第1配線と並走して設けられた第2配線と、を含む。前記第1配線の前記第3部分は、前記第1部分の最も近くに位置する第4部分と、前記第2部分の最も近くに位置する第5部分と、を含む。前記第1配線は、さらに、前記第1部分および前記第4部分とは異なり、かつ、前記第1部分と前記第4部分との間に設けられた第6部分を含む。前記複数のメモリセルは、前記第4部分に接続された第1メモリセルと、前記第5部分に接続された第2メモリセルと、を含む。前記第2配線は、前記第6部分と前記電界効果トランジスタの前記ゲートの間に、電気的に接続される。
上記半導体装置によれば、ドライバ回路から遠い箇所の配線の電圧の立ち上がり速度または立下り速度を高速化することが可能である。
図1は、実施例1に係る半導体装置の構成例を示す図である。 図2は、図1のメモリ装置の構成例を示す図である。 図3は、図2の単位回路の構成例を説明する図である。 図4は、図3のメモリセルの構成例を示す図である。 図5は、図3の電源電位生成回路の構成例を示す図である。 図6は、図3の単位回路の読み出し動作時におけるワード線の電位を説明するフロー図である。 図7は、図3の単位回路の読み出し動作時におけるワード線の電位を説明する波形図である。 図8は、単位回路の概略的な平面レイアウトを説明する図である。 図9は、図8のA-A’線に沿う概略的な断面図を示している。 図10は、第2配線のレイアウトの変形例を示す図である。 図11は、実施例2に係る単位回路の構成例を示す図である。 図12は、実施例2に係る単位回路の読み出し動作時におけるワード線の電位を説明する波形図である。 図13は、変形例1に係る単位回路の構成例を示す図である。 図14は、変形例2に係る単位回路の構成例を示す図である。 図15は、変形例3に係る単位回路の構成例を示す図である。 図16は、変形例4に係る単位回路の構成例を示す図である。 図17は、変形例4に係る単位回路の読み出し動作時におけるワード線の電位を説明する波形図である。 図18は、変形例5に係るメモリ装置の構成例を示す図である。 図19は、変形例6に係る単位回路の構成例を示す図である。 図20は、変形例7に係る単位回路の構成例を示す図である。 図21は、変形例7に係る単位回路の読み出し動作時におけるワード線の電位を説明する波形図である。 図22は、実施例3に係る単位回路の構成例を示す図である。 図23は、実施例3に係る単位回路の動作を説明する図である。 図24は、変形例8に係るメモリ装置の構成例を説明する図である。 図25は、変形例8に係るメモリ装置の動作を説明する図である。 図26は、実施例4に係るTCAMの単位回路の構成例を示す図である。 図27は、インバータ回路の構成を説明する図である。 図28は、実施例4に係る単位回路の動作を説明する図である。 図29は、メモリセルTCAMMCの構成例を示す図である。
以下、実施例、および、変形例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
(半導体装置の構成例)
図1は、実施例1に係る半導体装置の構成例を示す図である。半導体装置100は、単結晶シリコンの様な1つの半導体チップに、公知のCMOSトランジスタの製造方法を利用して形成されている。半導体装置100は、マイクロコントローラ(MCU)を構成しており、中央処理装置(CPU)101と、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)の様な揮発性のメモリ装置(MEM)102と、フラッシュメモリの様な電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ(ROM)103と、を含む。半導体装置100は、さらに、データ転送装置や通信回路など所望の機能を有する複数の機能モジュールを含む周辺回路(PMO)104と、を含む。半導体装置100内の各回路(101,102,103,104)は、バス105により相互に接続されている。半導体装置100は、第1参照電位としての電源電位VDDが供給される外部端子106と、第1参照電位と異なる第2参照電位としての接地電位GNDが供給される外部端子107と、信号の入力および出力などに利用される複数の外部端子(不図示)と、を有する。電源電位VDDや接地電位GNDは、半導体装置100内の各回路(101,102,103,104)に供給される。
(メモリ装置102の構成例)
図2は、図1のメモリ装置102の構成例を示す図である。メモリ装置102は、複数のメモリセルMC、複数のワード線WL、および、複数対の相補ビット線BT、/BTを含むメモリセルアレイMCAが形成されるメモリセルアレイ領域MCARと、複数のワード線ドライバ回路WLDが形成されるワード線ドライバ回路形成領域WLDRと、複数のワード線プルアップ回路WLPUが形成されるワード線プルアップ回路形成領域WLPURと、を含む。複数のメモリセルMCは、メモリセルアレイMCA内に、行列状に配置される。1本のワード線WLと1対の相補ビット線BT、/BTとが複数のメモリセルMCのおのおのに接続される。
メモリ装置102は、さらに、メモリ装置102の動作を制御する制御部CNTが形成される制御部形成領域CNTRと、読み出し回路および書き込み回路などの入出力部IOが形成される入出力部形成領域IORと、を含む。メモリ装置102は、さらに、ワード線プルアップ回路WLPUを制御するワード線プルアップ制御回路WLPUCが形成されるワード線プルアップ制御回路形成領域WLPUCRと、ワード線ドライバ回路WLDを制御するワード線ドライバ制御回路WLDCが形成されるワード線ドライバ制御回路形成領域WLDCRと、を有する。
図2において、1行分の単位回路(以下、単に、単位回路と称する)4が四角形の点線で示される。単位回路4の複数は、平面視において、領域WLDR、MCAR、WLPURに縦方向に並んで配置される。
(単位回路4の構成例)
図3は、図2の単位回路4の構成例を説明する図である。図4は、図3のメモリセルの構成例を示す図である。図3に示す様に、単位回路4は、1つのワード線ドライバ回路(駆動回路)WLD、ワード線ドライバ回路WLDに接続された1本のワード線WL、ワード線WLに接続された複数のメモリセルMC、ワード線WLに接続された1つのワード線プルアップ回路WLPU、ワード線WLに並走して設けられた配線L2等を含む。ワード線WLを第1配線L1とした場合、配線L2は第2配線と見做すことができる。なお、図面の簡素化のため、単位回路4には、複数のメモリセルMCのおのおのに接続される複数対の相補ビット線BT、/BTは描かれていない。
複数のメモリセルMCのおのおのの回路構成MCCは、一例では、図4に示す様に、2つのアクセストランジスタNA1,NA2と、2つの負荷トランジスタPQ1,PQ2と、2つの駆動トランジスタNQ1,NQ2と、を含む。アクセストランジスタNA1,NA2、駆動トランジスタNQ1,NQ2のおのおのは、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタであり、負荷トランジスタPQ1,PQ2はPチャネル型MOS電界効果トランジスタである。
負荷トランジスタPQ1のソースドレイン経路と駆動トランジスタNQ1のソースドレイン経路とは、メモリセル電源電位VDDM2と接地電位GNDとの間に直列に接続されている。負荷トランジスタPQ2のソースドレイン経路と駆動トランジスタNQ2のソースドレイン経路とは、第2メモリ電源電位(メモリアレイ電源電位)VDDM2と接地電位GNDとの間に直列に接続されている。
負荷トランジスタPQ1のゲートと駆動トランジスタNQ1のゲートは接続されて共通ゲートを構成し、負荷トランジスタPQ2のドレインと駆動トランジスタNQ2のドレインとは接続されて共通ドレインを構成し、負荷トランジスタPQ1と駆動トランジスタNQ1の共通ゲートが負荷トランジスタPQ2と駆動トランジスタNQ2の共通ドレインに接続される。
同様に、負荷トランジスタPQ2のゲートと駆動トランジスタNQ2のゲートは接続されて共通ゲートを構成し、負荷トランジスタPQ1のドレインと駆動トランジスタNQ1のドレインとは接続されて共通ドレインを構成し、負荷トランジスタPQ2と駆動トランジスタNQ2の共通ゲートが負荷トランジスタPQ1と駆動トランジスタNQ1の共通ドレインに接続される。
アクセストランジスタNA1のソースドレイン経路は、相補ビット線対BT、/BTのビット線BTと負荷トランジスタPQ1と駆動トランジスタNQ1の共通ドレインとの間に接続される。アクセストランジスタNA1のゲートはワード線WLに接続ノードND1によって接続されている。アクセストランジスタNA2のソースドレイン経路は、相補ビット線対BT、/BTのビット線/BTと負荷トランジスタPQ2と駆動トランジスタNQ2の共通ドレインとの間に接続される。アクセストランジスタNA2のゲートはワード線WLに接続ノードND2によって接続されている。
複数のメモリセルMCのおのおのレイアウト構成MCLは、半導体チップに形成されたP型ウエルPW1、PW2と、P型ウエルPW1、PW2の間に配置されたN型ウエルNWと、多結晶シリコンによって形成された4つのゲート電極GM1~GM4と、を含む。
ゲート電極GM1、GM2とN型不純物導入層NN1とがP型ウエルPW1に形成される。P型ウエルPW1の領域において、ゲート電極GM1はワード線WLに接続されたアクセストランジスタNA1のゲートを構成し、ゲート電極GM2は駆動トランジスタNQ1のゲートを構成する。アクセストランジスタNA1のソースまたはドレインを構成するN型不純物導入層NN1は、ビット線BTに接続される。駆動トランジスタNQ1のソースを構成するN型不純物導入層NN1は、接地電位GNDの供給される配線に接続される。ゲート電極GM1とゲート電極GM2との間に設けられたN型不純物導入層NN1は、駆動トランジスタNQ1のドレインまたはアクセストランジスタNA1のドレインまたはソースを構成する。
ゲート電極GM2、GM3とP型不純物導入層PP1とがN型ウエルNWに形成される。N型ウエルNWの領域において、ゲート電極GM2は負荷トランジスタPQ1のゲートを構成し、ゲート電極GM3は負荷トランジスタPQ2のゲートを構成する。ゲート電極GM2とゲート電極GM3との間に設けられたP型不純物導入層PP1は、負荷トランジスタPQ1,PQ2のソースを構成し、第2メモリ電源電位VDDM2の供給される配線に接続される。負荷トランジスタPQ1のドレインを構成するP型不純物導入層PP1は、ゲート電極GM3、および、駆動トランジスタNQ1のドレインを構成するN型不純物導入層NN1に、たとえば、第1層目の金属配線などを用いて接続される。
ゲート電極GM3、GM4とN型不純物導入層NN2とがP型ウエルPW2に形成される。P型ウエルPW2の領域において、ゲート電極GM4はワード線WLに接続されたアクセストランジスタNA2のゲートを構成し、ゲート電極GM3は駆動トランジスタNQ2のゲートを構成する。アクセストランジスタNA2のソースまたはドレインを構成するN型不純物導入層NN2は、ビット線/BTに接続される。駆動トランジスタNQ2のソースを構成するN型不純物導入層NN2は、接地電位GNDの供給される配線に接続される。ゲート電極GM3とゲート電極GM4との間に設けられたN型不純物導入層NN2は、駆動トランジスタNQ2のドレインまたはアクセストランジスタNA2のドレインまたはソースを構成する。負荷トランジスタPQ2のドレインを構成するP型不純物導入層PP1は、ゲート電極GM2、および、駆動トランジスタNQ2のドレインを構成するN型不純物導入層NN1に、たとえば、第1層目の金属配線などを用いて接続される。
ワード線ドライバ回路WLDは、図3に示す様に、入力端子iと、出力端子oと、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPM1と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタNM1と、を含む。ワード線ドライバ回路WLDの入力端子iは、前段回路であるインバータIV1の出力に、配線(第3配線)WLNを介して接続される。ワード線ドライバ回路WLDの出力端子oは、ワード線WLに接続される。Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPM1のソースは、ワード線ドライバ回路WLDの電源電位を生成する電源電位生成回路(VWL Gen.)VWLの出力が供給される配線に接続される。Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPM1のドレインは、出力端子oに接続される。Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPM1のゲートは、入力端子iに接続される。Nチャネル型MOS電界効果トランジスタNM1のソースは、接地電位GNDが供給される配線に接続される。Nチャネル型MOS電界効果トランジスタNM1のドレインは、出力端子oに接続される。Nチャネル型MOS電界効果トランジスタNM1のゲートは、入力端子iに接続される。ワード線ドライバ回路WLDは、入力端子iに入力される電位に応じて、電源電位生成回路VWLが出力する電位または接地電位GNDをワード線WLに供給することで、ワード線WLの電位を変化させる。
ワード線WLは、図3に示す様に、第1部分X1と、第1部分X1と異なる第2部分X2と、第1部分X1と第2部分X2との間に設けられ、かつ、第1部分X1および第2部分X2とは異なる第3部分X3と、を含む。第1部分X1は、ワード線ドライバ回路WLDの出力端子oに接続される。第2部分X2は、ワード線プルアップ回路WLPU内に設けられた、プルアップトランジスタとされるPチャネル型MOS電界効果トランジスタP12のドレインに接続される。第3部分X3は、メモリセルアレイMCAに設けられた1行分の複数のメモリセルMC内のアクセストランジスタNA1,NA2のゲートが接続される。したがって、第3部分X3は、メモリセル接続領域と見做すこともできる。複数のアクセストランジスタのゲートは、ワード線WLに対する負荷容量と見做すことができる。
ワード線ドライバ回路WLDの出力端子o側からワード線WLを見た場合において、第1部分X1はワード線WLの近端部WLAと見做すことができ、第2部分X2はワード線WLの遠端部WLBと見做すことができる。言い換えると、ワード線WLは、ワード線ドライバ回路WLDの出力端子oに近い近端部WLAと、近端部WLAよりもワード線ドライバ回路WLDの出力端子oから遠い遠端部WLBを有する。
ワード線WLの第3部分X3は、さらに、第1部分X1の最も近くに位置する第4部分X4と、第2部分X2の最も近くに位置する第5部分X5と、を含む。1行分の複数のメモリセルMCは、第4部分X4にそのゲートが接続されたアクセストランジスタNA1,NA2を有する第1メモリセル(MC1)と、第5部分X5にそのゲートが接続されたアクセストランジスタNA1,NA2を有する第2メモリセル(MC2)と、を含む。ワード線WLは、さらに、第1部分X1および第4部分X4とは異なり、かつ、第1部分X1と第4部分X4との間に設けられた第6部分X6を有する。
第2配線L2は、図3に示す様に、第6部分X6に接続された第1部分Y1と、第1部分Y1と異なる第2部分Y2と、を有する。第2部分Y2は、ワード線プルアップ回路WLPU内のインバータ回路IV2の入力端子に接続される。ワード線ドライバ回路WLDの出力端子o側から第2配線L2を見た場合において、第1部分Y1は第2配線L2の近端部と見做すことができ、第2部分Y2は第2配線L2の遠端部と見做すことができる。第2配線L2は、ワード線WLと異なる金属配線層によって構成することできる。第2配線L2は、また、ワード線WLと同層の金属配線層によって構成することもできる。第2配線L2に接続されるトランジスタの数が少ないので、第2配線L2の負荷は、ワード線WLの負荷と比較して、小さい。
ワード線プルアップ回路WLPUは、図3に示す様に、波形成形回路の役割を有するインバータ回路IV2と、2つのPチャネル型MOS電界効果トランジスタP11、P12と、を含む。Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11はワード線プルアップ回路WLPUの活性化および非活性化を制御するイネーブルスイッチトランジスタの役割を有する。Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP12は、ワード線WLの第2部分X2または遠端部WLBの電位をプルアップさせるためのプルアップトランジスタの役割を有する。インバータ回路IV2の出力端子は、配線(第4配線)L2Bを介して、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP12のゲートに接続される。Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11のソースは、電源電位生成回路VWLの出力が供給される配線に接続される。Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11のゲートには、ワード線プルアップ回路WLPUの動作を制御するプルアップイネーブル信号WLPUEがワード線プルアップ制御回路WLPUCから供給される。Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11のドレインは、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP12のソースへ接続される。Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP12のドレインは、第2部分X2または遠端部WLBに接続される。
プルアップイネーブル信号WLPUEがロウレベルの様な活性化レベルにされると、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11がオン状態となる。この状態において、ワード線ドライバ回路WLDの出力信号がロウレベルの様な非選択レベルからハイレベルの様な選択状態へ遷移とすると、ワード線WLの第1部分X1または近端部WLAがロウレベルからハイレベルへ遷移し、第2配線L2の第1部分Y1も、ほぼ同時に、ロウレベルからハイレベルへ遷移する。第2配線L2の負荷はワード線WLの負荷と比較して小さいので、ワード線WLの第2部分X2または遠端部WLBがロウレベルからハイレベルへ遷移する前に、第2配線L2の第2部分Y2はロウレベルからハイレベルへ遷移する。これにより、インバータ回路IV2の出力信号がハイレベルからロウレベルへ遷移し、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP12がオン状態となり、ワード線WLの第2部分X2または遠端部WLBの電位が電源電位生成回路VWLの生成した電位に基づいて、プルアップされる。つまり、ワード線プルアップ回路WLPUによるワード線WLの第2部分X2または遠端部WLBのプルアップ動作の開始が速くできるので、ワード線WLの第2部分X2または遠端部WLBにおける電位の遷移を高速化することができる。これにより、たとえば、ワード線WLの第4部分X4に接続された第1メモリセル(MC1)の選択状態への遷移から若干遅れるものの、ワード線WLの第5部分X5に接続された第2メモリセル(MC2)の選択状態への遷移を高速化できるので、メモリ装置102の読み出し動作や書き込み動作における全体的なアドレスアクセス時間を高速化することができる。
(電源電位生成回路VWLの構成例)
図5は、電源電位生成回路(VWL Gen.)VWLの構成例を示す図である。
電源電位生成回路VWLは、ワード線ドライバ回路WLDの電源電位を生成する電源電位生成回路である。電源電位生成回路VWLは、第1メモリ電源電位VDDM1と接地電位GNDが供給され、制御部CNTから供給される制御信号TSNMを受けるように構成されている。また、電源電位生成回路VWLは、制御部CNTから供給される制御信号EN1,EN2,EN3を受けるように構成されている。
電源電位生成回路VWLは、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPQ10、PQ11,PQ12,PQ13,PQ14と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタNQ10と、を含む。Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPQ10、PQ11,PQ12のおのおののソースドレイン経路とNチャネル型MOS電界効果トランジスタNQ10のソースドレイン経路とは、第1メモリ電源電位VDDM1と接地電位GNDの間に、直列に接続されている。また、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPQ13、PQ14の直列接続されたソースドレイン経路は、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPQ11,PQ12の直列接続されたソースドレイン経路と並列に接続されている。制御信号EN1がPチャネル型MOS電界効果トランジスタPQ10のゲートに供給され、制御信号EN2がPチャネル型MOS電界効果トランジスタPQ11、PQ12のゲートに供給され、制御信号EN3がPチャネル型MOS電界効果トランジスタPQ13、PQ14のゲートに供給される。制御信号TSNMがNチャネル型MOS電界効果トランジスタNQ10ゲートに供給される。
Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPQ10の駆動能力と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPQ11およびPQ12の駆動能力と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPQ13およびPQ14の駆動能力との駆動能力の比は近しい比とされている。また、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPQ11、Q12のVth特性とPチャネル型MOS電界効果トランジスタPQ13、PQ14のVth特性と、メモリセルMCの負荷トランジスタPQ1,PQ2のVth特性とは、同一Vth特性とされている。
制御信号EN1は、電源電位生成回路VWLを使用する場合、ロウレベルの様な信号レベルとなる(EN1=0)。また、制御信号EN2、EN3は電源電位生成回路VWLの出力電位WVDDのレベル調整を行うため制御信号であり、制御信号EN2、EN3が共にロウレベルの様な信号レベル(EN2=0,EN3=0)の時、メモリセルに対するリードアシスト機能が無効にされる。制御信号EN2、EN3が共にロウレベルの様な信号レベル以外の信号レベルとされた場合、電源電位生成回路VWLの出力電位WVDDの電位レベルは、たとえば、3段階に調整することができる。
制御信号TSNMが、メモリ装置102の内部クロックに同期して、ハイレベルの様な活性化レベルにされると、電源電位生成回路VWLの出力電位WVDDの電位レベルは、第1メモリ電源電位VDDM1から電位差ΔV分降圧された電位(VDDM1-ΔV)となる。ここで、VDDM1-ΔVは、メモリ装置102のワード線ドライバ回路WLDのリード時における電源電位WVDDRとなる。
つまり、電源電位生成回路VWLは、メモリアレイMCAの読み出し動作時において、制御信号TSNMの活性化レベルに基づいて、第1メモリ電源電位VDDM1を降圧して読み出し時のワード線電源電位WVDDRを生成する。読み出し時のワード線電源電位WVDDRは、メモリセルのスタティックノイズマージン(SNM)を拡大するために用いられる。一方、電源電位生成回路VWLは、EN1=0とされている場合において、メモリアレイMCAの読み出し動作期間を除く書き込み動作期間などにおいて、制御信号EN2、EN3に基づいた電位レベルとされるワード線電源電位WVDDを生成する。
なお、第1メモリ電源電位VDDM1、第2メモリ電源電位VDDM2、ワード線ドライバ回路WLDのリード時における電源電位WVDDRとの電位関係は、VDDM1=VDDM2>WVDDRとされてもよいし、VDDM1>VDDM2>WVDDR、あるいは、VDDM2>WVDDR>VDDM1のようにされてもよい。つまり、VDDM2>WVDDRの関係が維持できれば、メモリセルMCのリード時におけるスタティックノイズマージン(SNM)を拡大することができる。
(動作説明)
図6は、図3の単位回路の読み出し動作時におけるワード線の電位を説明するフロー図である。図7は、図3の単位回路の読み出し動作時におけるワード線の電位を説明する波形図である。以下の説明では、図6の各ステップを、図7を参照しながら説明する。
ステップS0:時刻t1において、プルアップイネーブル信号WLPUEをハイレベルの様な非選択レベルからロウレベルの様な選択レベルへ遷移(fall)させる。これにより、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11がオン(ON)状態となる。
ステップS1:時刻t2において、制御信号TSNMをロウレベルの様な非活性化レベルからハイレベルの様な活性化レベルへ遷移(Rise)させる。これにより、電源電位生成回路VWLは、第1メモリ電源電位VDDM1を電位差ΔVだけプルダウン(降圧)して、読み出し時のワード線電源電位WVDDR(=VDDM1-ΔV)を生成する。
ステップS2:また、時刻t2において、インバータIV1の出力に接続される配線WLNの電位レベルをハイレベルの様な非選択レベルからロウレベルの様な選択レベルへ遷移(fall)させる。これにより、時刻t3において、ワード線WLが活性化し、ワード線WLの近端部WLAがロウレベルの様な非選択レベルからハイレベルの様な選択レベルへ遷移(Rise)する。なお、ワード線WLの選択レベルの電位は、読み出し時のワード線電源電位WVDDRである。
ワード線WLの遠端部WLBの電位が緩やかに上昇(Rise)する。一方、第2配線L2の負荷はワード線WLの負荷と比較して小さいので、第2配線L2の遠端部Y2の電位は、読み出し時のワード線電源電位WVDDRまで、鋭く上昇(Rise)する。これにより、インバータ回路IV2の出力端子に接続された配線L2Bの電位レベルは、ハイレベルの様な非選択レベルからロウレベルの様な選択レベルへ遷移(fall)し、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP12がオン(ON)状態となる。そのため、時刻t4において、ワード線WLの遠端部WLBの電位が鋭く上昇(Rise)し、ハイレベルの様な選択レベルへ遷移する。
図7において、点線Zで示す波形は、特開2017-54570号公報のアシストドライバを採用した場合におけるワード線WLの遠端部WLBの電位変化を示している。図7から理解されるように、実線で示す本実施例の遠端部WLBの選択レベルへ遷移は、点線Zで示す波形と比較して、早い時刻に完了する。
ステップS3:時刻t5において、プルアップイネーブル信号WLPUEをロウレベルの様な選択レベルからハイレベルの様な非選択レベルへ遷移(Rise)させる。これにより、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11がオフ(OFF)状態となる。
ステップS4:時刻t6において、インバータIV1の出力に接続される配線WLNの電位レベルをロウレベルの様な選択レベルからハイレベルの様な非選択レベルへ遷移(Rise)させ、ワード線WLを非活性化させる。これにより、時刻t7において、ワード線WLの近端部WLAがハイレベルの様な選択レベルからロウレベルの様な非選択レベルへ遷移(fall)し、配線L2の遠端部Y2がハイレベルの様な選択レベルからロウレベルの様な非選択レベルへ遷移(fall)する。そして、ワード線WLの遠端部WLBがハイレベルの様な選択レベルからロウレベルの様な非選択レベルへ徐々に遷移(fall)する。また、インバータ回路IV2の出力端子に接続された配線L2Bの電位レベルは、ロウレベルの様な選択レベルからハイレベルの様な非選択レベルへ遷移(Rise)し、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP12がオフ(OFF)状態となる。
ステップS5:時刻t8において、制御信号TSNMをハイレベルの様な活性化レベルからロウレベルの様な非活性化レベルへ遷移(fall)させる。これにより、電源電位生成回路VWLの生成する電源電位の電位レベルは、読み出し時のワード線電源電位WVDDRが第1メモリ電源電位VDDM1へ戻される。
次に、図を用いて、単位回路4におけるワード線WLと第2配線L2の平面レイアウトおよび断面図を説明する。
(ワード線WLと第2配線L2の平面レイアウトおよび断面図の説明)
図8は、単位回路4の概略的な平面レイアウトを説明する図である。図9は、図8のA-A’線に沿う概略的な断面図を示している。図8において、ビア電極V11~V17、およびビア電極V21,V22は、各ビア電極の形成される場所を模式的に示している。図9において、半導体チップCHIPは、ワード線ドライバ回路WLD、複数のメモリセルMC、ワード線プルアップ回路WLPUを構成する各電界効果トランジスタが形成された半導体チップを模式的に表している。
図8には、Y方向に縦に配置した4つの単位回路4の平面レイアウトが示されている。4つの単位回路4のおのおのは、X方向に並んで順次配置された、ワード線ドライバ回路WLDと、メモリアレイMCAと、ワード線プルアップ回路WLPUと、を含む。
ワード線ドライバ回路WLDは、X方向に延伸するように設けられた多結晶シリコン(POLY)により構成された第1ゲート電極G1および第2ゲート電極G2と、N型不純物の導入されたN型不純物導入層(DIFF)N1と、P型不純物の導入されたP型不純物導入層(DIFF)P1と、を有する。第1ゲート電極G1および第2ゲート電極G2は、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタNM1およびPチャネル型MOS電界効果トランジスタPM1のゲート電極を構成している。N型不純物導入層N1は、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタNM1のソース領域またはドレイン領域を構成する。P型不純物導入層P1は、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPM1のソース領域またはドレイン領域を構成する。つまり、この例では、1つのワード線ドライバ回路WLDは、並列接続された2つのNチャネル型MOS電界効果トランジスタNM1と、並列接続された2つのPチャネル型MOS電界効果トランジスタPM1と、により構成されている。
ワード線WLは、X方向に延伸するように設けられた第2層目の金属配線層(M2)により構成される。ワード線ドライバ回路WLDの出力端子oは、図9に示す様に、第1層目の金属配線層(不図示)、および、ビア電極V11を介して、ワード線WLの第1部分X1またはワード線WLの近端部WLAに接続される。ワード線WLの第2部分X2または遠端部WLBは、図8には図示されていないが、たとえば、第1層目の金属配線層(不図示)によって、ワード線プルアップ回路WLPU内のPチャネル型MOS電界効果トランジスタP12のドレインに接続される。
メモリアレイMCAは、ワード線WLの第3部分X3に接続される複数のメモリセル(MC)を含む。メモリアレイMCAの複数のメモリセルは、ワード線WLの第4部分X4に接続される第1メモリセル(MC1)と、ワード線WLの第5部分X5に接続される第2メモリセル(MC2)と、を含む。メモリセル(MC、MC1、MC2)のおのおののレイアウトは、一例では、図4に示したメモリセルMCのレイアウト構成MCLを利用することができる。メモリセル(MC、MC1、MC2)のおのおののアクセストランジスタNA1,NA2のゲートの接続ノードND1、ND2は、図9に示す様に、第1層目の金属配線層(不図示)およびビア電極V12、V13,V14,V15,V16を介して、ワード線WLに接続されている。
第2配線L2は、X方向に延伸するように設けられた第3層目の金属配線層(M3)により構成される。第2配線L2は、または、第3層目の金属配線層(M3)より上側の、たとえば、第4層目の金属配線層(M3以上)により構成することもできる。第2配線L2は、図9に示す様に、メモリアレイMCAにおいて、ワード線WLの上側に並走して設けられている。第2配線L2の第1部分Y1は、ビア電極V21を介して、ワード線WLの第6部分X6に接続されている。第2配線L2の第2部分Y2は、ビア電極V22を介して、第2層目の金属配線層(M2)により構成される配線LIN2に接続され、配線LIN2は、さらに、ビア電極V17および第1層目の金属配線層(不図示)を介して、ワード線プルアップ回路WLPU内のインバータ回路IV2の入力端子に接続される。
ワード線プルアップ回路WLPUのインバータ回路IV2は、X方向に延伸するように設けられた多結晶シリコン(POLY)により構成された第3ゲート電極G3および第4ゲート電極G4と、N型不純物の導入されたN型不純物導入層(DIFF)N2と、P型不純物の導入されたP型不純物導入層(DIFF)P2と、を有する。第3ゲート電極G3および第4ゲート電極G4は、インバータ回路IV2を構成するNチャネル型MOS電界効果トランジスタよびPチャネル型MOS電界効果トランジスタのゲート電極をそれぞれ構成している。N型不純物導入層N2は、インバータ回路IV2を構成するNチャネル型MOS電界効果トランジスタのソース領域またはドレイン領域を構成する。P型不純物導入層P2は、インバータ回路IV2を構成するPチャネル型MOS電界効果トランジスタのソース領域またはドレイン領域を構成する。
図8および図9に示す様に、ワード線WLの負荷より小さい第2配線L2を、ワード線WLの上側に並走する様に設けることができる。
(第2配線L2のレイアウトの変形例)
図8および図9では、第2配線L2はワード線WLの上側に並走する様に設けた構成をしましたが、これに限定されない。第2配線L2は、ワード線WLの横に、並走するように設けてもよい。図10は、第2配線L2のレイアウトの変形例を示す図である。図10において、図8および図9と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、図8と同様に、図10において、第1ビア電極V11~V17は、各ビア電極の形成される場所を模式的に示している。
図10が図8および図9と異なる点は、図10において、第2配線L2が、平面視で、ワード線WLの第6部分X6において、ワード線WLから上側に分岐し、メモリアレイMCAにおいて、ワード線WLの横に並走するように設けられている点である。そして、第2配線L2の第2部分Y2において、下側に曲げられて、配線LIN2を構成し、ビア電極V17および第1層目の金属配線層(不図示)を介して、ワード線プルアップ回路WLPU内のインバータ回路IV2の入力端子に接続される。
図10に示す様に、WLの負荷より小さい第2配線L2を、ワード線WLの横側に並走する様に設けることができる。
実施例1によれば、以下の効果を得ることができる。
1)第2配線L2の負荷はワード線WLの負荷と比較して小さいので、ワード線WLの第2部分X2または遠端部WLBがロウレベルからハイレベルへ遷移する前に、第2配線L2の第2部分Y2はロウレベルからハイレベルへ遷移する。これにより、ワード線プルアップ回路WLPU内のインバータ回路IV2の出力信号がハイレベルからロウレベルへ遷移し、ワード線プルアップ回路WLPU内のPチャネル型MOS電界効果トランジスタP12がオン状態となり、ワード線WLの第2部分X2または遠端部WLBの電位が電源電位生成回路VWLの生成した電位に基づいて、プルアップされる。
2)ワード線プルアップ回路WLPUによるワード線WLの第2部分X2または遠端部WLBのプルアップ動作の開始が速くできるので、ワード線WLの第2部分X2または遠端部WLBにおける電位の遷移を高速化することができる。これにより、たとえば、ワード線WLの第4部分X4に接続された第1メモリセル(MC1)の選択状態への遷移から若干遅れるものの、ワード線WLの第5部分X5に接続された第2メモリセル(MC2)の選択状態への遷移を高速化できるので、メモリ装置102の読み出し動作や書き込み動作における全体的なアドレスアクセス時間を高速化することができる。
次に、実施例2を説明する。実施例2において、実施例1と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。実施例2では、実施例1の単位回路4の別の構成例を説明する。
図11は、実施例2に係る単位回路4の構成例を示す図である。図11が図3と異なる点は、図11において、第2配線L2の第1部分(近端部)Y1がインバータIV11の出力に接続され、インバータIV11の入力がインバータIV1の出力に配線WLNを介して接続される点である。図11の他の構成は、図3の構成と同じである。インバータIV11には、電源として、第1メモリ電源電位VDDM1と接地電位GNDとが供給される。
図11において、プルアップイネーブル信号WLPUEがロウレベルの様な活性化レベルにされた状態において、インバータIV1の出力がロウレベルになった後、第2配線L2の第1部分Y1がインバータIV11によってハイレベルとなり、第2配線L2の第2部分Y2がハイレベルとなり、配線L2BがインバータIV2によってロウレベルとなる。これにより、ワード線プルアップ回路WLPUが動作する。
(動作説明)
図12は、実施例2に係る単位回路4の読み出し動作時におけるワード線の電位を説明する波形図である。図12において、点線Z1は実施例1におけるワード線WLの遠端部WLBの電位レベルを示し、点線ZY2は実施例1における第2配線L2の遠端部Y2の電位レベルを示す。
時刻t1において、プルアップイネーブル信号WLPUEをハイレベルの様な非選択レベルからロウレベルの様な選択レベルへ遷移させる。これにより、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11がオン状態となる。
時刻t2において、制御信号TSNMをロウレベルの様な非活性化レベルからハイレベルの様な活性化レベルへ遷移させる。これにより、電源電位生成回路VWLは、第1メモリ電源電位VDDM1を電位差ΔVだけプルダウン(降圧)して、読み出し時のワード線電源電位WVDDR(=VDDM1-ΔV)を生成する。
また、時刻t2において、インバータIV1の出力に接続される配線WLNの電位レベルをハイレベルの様な非選択レベルからロウレベルの様な選択レベルへ遷移させる。これにより、時刻t3において、ワード線WLが活性化し、ワード線WLの近端部WLAがロウレベルの様な非選択レベルからハイレベルの様な選択レベルへ遷移する。なお、ワード線WLの選択レベルの電位は、読み出し時のワード線電源電位WVDDRである。ワード線WLの遠端部WLBの電位が緩やかに上昇する。一方、第2配線L2の負荷はワード線WLの負荷と比較して小さいので、第2配線L2の遠端部Y2の電位は、第1メモリ電源電位VDDM1まで、鋭く上昇する。これにより、インバータ回路IV2の出力端子に接続された配線L2Bの電位レベルは、ハイレベルの様な非選択レベルからロウレベルの様な選択レベルへ遷移し、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP12がオン状態となる。そのため、時刻t4において、ワード線WLの遠端部WLBの電位が鋭く上昇し、ハイレベルの様な選択レベルへ遷移する。図12において、点線Z1で示す波形は、実施例1におけるワード線WLの遠端部WLBの電位変化を示している。図12から理解されるように、実施例2のワード線WLの負荷は実施例1のワード線WLの負荷と比較して小さいので、実線で示す本実施例の遠端部WLBのレベルの遷移の開始時刻および選択レベルへ遷移時刻は、点線Z1で示す波形と比較して、早い時刻に行われる。
時刻t5において、プルアップイネーブル信号WLPUEをロウレベルの様な選択レベルからハイレベルの様な非選択レベルへ遷移させる。これにより、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11がオフ状態となる。
時刻t6において、インバータIV1の出力に接続される配線WLNの電位レベルをロウレベルの様な選択レベルからハイレベルの様な非選択レベルへ遷移させ、ワード線WLを非活性化させる。これにより、時刻t7において、ワード線WLの近端部WLAがハイレベルの様な選択レベルからロウレベルの様な非選択レベルへ遷移し、配線L2の遠端部Y2がハイレベルの様な選択レベルからロウレベルの様な非選択レベルへ遷移する。そして、ワード線WLの遠端部WLBがハイレベルの様な選択レベルからロウレベルの様な非選択レベルへ徐々に遷移する。また、インバータ回路IV2の出力端子に接続された配線L2Bの電位レベルは、ロウレベルの様な選択レベルからハイレベルの様な非選択レベルへ遷移し、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP12がオフ状態となる。
時刻t8において、制御信号TSNMをハイレベルの様な活性化レベルからロウレベルの様な非活性化レベルへ遷移させる。これにより、電源電位生成回路VWLの生成する電源電位の電位レベルは、読み出し時のワード線電源電位WVDDRが第1メモリ電源電位VDDM1へ戻される。
実施例2によれば、以下の効果を得ることができる。
第2配線L2は、ワード線ドライバ回路WLDの出力信号ではなく、ワード線ドライバ回路WLDの前段回路であるインバータIV1およびインバータIV1の出力信号によって駆動されるインバータIV11によって駆動される。したがって、ワード線ドライバ回路WLDは、実施例1と比較して負荷の少ないワード線WLを駆動する。したがって、ワード線WLの第1部分X1または近端部WLAは、実施例1と比較して、より速くロウレベルからハイレベルへ遷移することができる。
また、配線抵抗が高抵抗である先端プロセスでは、ワード線ドライバ回路WLDを構成するトランジスタ(PM1,NM1)のゲート幅を広くしても、ワード線WLの選択動作は速くならないことがしばしばあり、実施例1の図8で示すワード線ドライバ回路WLDの占有面積を有効に活用できないことがある。実施例2では、ワード線ドライバ回路WLDとは別に、インバータIV11が必要となるので、ワード線ドライバ回路WLDを構成するトランジスタ(PM1,NM1)のゲート幅を小さく設計し、空いた領域に、インバータIV11を設ける。これにより、半導体チップの面積を有効に活用することが可能である。また、インバータIV11は、第1メモリ電源電位VDDM1より低い電源電位WVDDRで動作する必要がないので、より高速に第2配線L2を駆動することができる。
次に、実施例2の変形例をいくつか説明する。
(変形例1)
変形例1において、実施例2と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。図13は、変形例1に係る単位回路4の構成例を示す図である。図13が図11と異なる点は、図13において、インバータIV11,IV2が削除されている点である。図13の他の構成は、図11の構成と同じである。
変形例1では、第2配線L2の第1部分(近端部)Y1がインバータIV1の出力に接続された配線WLNに直接的に接続され、第2配線L2の第2部分(遠端部)Y2がワード線プルアップ回路WLPU内のPチャネル型MOS電界効果トランジスタP12のゲートに、配線L2Bを介して接続される。したがって、インバータIV1の出力信号によって、第2配線L2が直接的に駆動される。
変形例1によれば、インバータIV11,IV2が削除されているので、半導体チップの面積を削減することができる。
(変形例2)
変形例2において、実施例2と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。図14は、変形例2に係る単位回路4の構成例を示す図である。図14が図11と異なる点は、図14において、インバータIV11がワード線プルアップ回路WLPU内に配置された点である。図14の他の構成は、図11の構成と同じである。
変形例2では、第2配線L2の第1部分(近端部)Y1がインバータIV1の出力に配線WLNに直接的に接続され、第2配線L2の第2部分(遠端部)Y2が2つのインバータIV11、IV2を介して、ワード線プルアップ回路WLPU内のPチャネル型MOS電界効果トランジスタP12のゲートに接続される。ワード線プルアップ回路WLPU内に配置された2つのインバータIV11、IV2は、波形成形の役割を有する。
変形例2によれば、インバータIV1の出力を2つのインバータIV11、IV2によって波形成形することにより、ワード線プルアップ回路WLPUの高速なプルアップ動作が可能である。
(変形例3)
変形例3において、実施例2と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。図15は、変形例3に係る単位回路4の構成例を示す図である。図15が図11と異なる点は、図15において、電源電位生成回路VWLとは別の電源電位生成回路VWL2が設けられている点である。図15の他の構成は、図11の構成と同じである。
電源電位生成回路VWL2の出力電位WVDD2は、ワード線プルアップ回路WLPU内のPチャネル型MOS電界効果トランジスタP11のソースに接続されている。電源電位生成回路VWL2の構成及び動作は、実施例1の電源電位生成回路VWLの構成及び動作と同じであるので、説明は省略する。電源電位生成回路VWL2の出力電位WVDD2の電位レベルは、制御信号TSNMのハイレベルに基づいて、第1メモリ電源電位VDDM1から電位差ΔV分降圧された電位(VDDM1-ΔV)となる。ここで、VDDM1-ΔVは、メモリ装置102のワード線ドライバ回路WLDのリード時における電源電位WVDDR2となる。
図11では、電源電位生成回路VWLの出力電位WVDDがワード線ドライバ回路WLDとワード線プルアップ回路WLPUに接続されるため、電源電位生成回路VWLの負荷が大きい。そのため、出力電位WVDDがプルダウンされる前に、ワード線WLがハイレベルに上昇してしまい、メモリセルMCが安定に動作しない可能性が考えられる。
変形例3では、ワード線プルアップ回路WLPU側にも別に電源電位生成回路VWL2を有する構成である。ワード線ドライバ回路WLD側では電源電位生成回路VWLが出力電位WVDDを生成し、ワード線プルアップ回路WLPU側では電源電位生成回路VWL2が出力電位WVDD2を生成する。電源電位生成回路VWLの負荷が減るので、出力電位WVDD、WVDD2を、速やかに、ワード線ドライバ回路WLDのリード時における電源電位WVDDR、WVDDR2へプルダウンさせることができる。
(変形例4)
変形例4において、変形例3と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。図16は、変形例4に係る単位回路4の構成例を示す図である。図17は、変形例4に係る単位回路4の読み出し動作時におけるワード線の電位を説明する波形図である。図16が図15と異なる点は、図16において、出力電位WVDD2がメモリセルMCを模した寄生容量素子C1~Cnを用いて生成される点と、制御信号TSNMをゲートに受けるPチャネル型MOS電界効果トランジスタP11によって容量素子C1~Cnを充電する点と、である。図16の他の構成は、図15の構成と同じである。
Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11のソースは、第1メモリ電源電位VDDM1に接続され、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11のゲートは、制御信号TSNMを受けるように接続される。Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11のドレインは、メモリセルMCを模した容量素子C1~Cnが接続される配線L10に接続され、また、ワード線プルアップ回路WLPU内のPチャネル型MOS電界効果トランジスタP12のドレインに、配線L11を用いて接続される。配線L10は、ワード線WLに並走して設けられている。
次に、図17を用いて変形例4の動作を説明する。
制御信号TSNMがロウレベルの時、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11はオン状態となるので、配線L10は第1メモリ電源電位VDDM1に接続され、容量素子C1~Cnが充電される。
時刻t1において、制御信号TSNMがハイレベルになると、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11はオフ状態となり、配線L10はフローティング状態となる。また、電源電位生成回路VWLが出力電位WVDDRを生成する。
インバータIV1の出力に接続される配線WLNの電位レベルがロウレベル、ワード線WLの近端部WLAがハイレベル、第2配線L2の遠端部Y2がハイレベル、配線L2Bがロウレベルとなると、ワード線プルアップ回路WLPU内のPチャネル型MOS電界効果トランジスタP12がオン(ON)状態となる。これにより、容量素子C1~Cnに充電された電荷に基づいて、電源電位WVDDR2が生成され、ワード線WLの遠端部WLBが生成された電源電位WVDDR2を用いてプルアップされる。つまり、ワード線WLの遠端部WLBは、容量素子C1~Cnに充電された電荷によってプルアップされる。
時刻t2において、制御信号TSNMがハイレベルからロウレベルへ遷移すると、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11はオン状態となり、配線L10に接続された容量素子C1~Cnが充電される。
変形例4によれば、容量素子C1~Cnに充電された電荷がワード線WLへ供給されるため、ワード線WLは第1メモリ電源電位VDDM1まで上昇しないので、メモリセルMCは安定した動作を行うことができる。また、容量素子C1~Cnは、ワード線WLに接続された複数のメモリセルMCを模しているので、メモリアレイMCAのワード線の本数や相補ビット線対(BT,/BT)の本数が変更されても、同等の効果を得ることができる。
(変形例5)
変形例5において、変形例4と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。図18は、変形例5に係るメモリ装置の構成例を示す図である。変形例5では、変形例4で説明した配線L10を複数本(配線L10_0,L10_1,L10_2,L10_3)設けた場合において、メモリ装置102上での配線L10_0,L10_1,L10_2,L10_3のレイアウト配置が説明される。そして、配線L10_0,L10_1,L10_2,L10_3のおのおのは、複数の単位回路4に対して共用して利用される。図18では、配線L10_0,L10_1,L10_2,L10_3のおのおのに付加される容量素子C1~Cnは記載していないが、変形例4で説明した配線L10と同様に、配線L10_0,L10_1,L10_2,L10_3のおのおのには、容量素子C1~Cnが付加されている。
図18に示す様に、メモリアレイMCAには、変形例4で説明した複数の単位回路4が配置される。メモリアレイMCAには、一例では、4本の配線L10_0,L10_1,L10_2,L10_3が、ワード線WLの延在方向と同一の方向であるX方向に並走するように設けられる。配線L10_0はメモリアレイMCAの下側に設けられ、配線L10_3はメモリアレイMCAの上側に設けられ、配線L10_1、10_2は、配線L10_0と配線L10_3との間のメモリアレイMCAの上に設けられる。
配線L10_0,L10_1,L10_2,L10_3のそれぞれには、変形例4で説明したPチャネル型MOS電界効果トランジスタP11に対応するPチャネル型MOS電界効果トランジスタP11_0,P11_1,P11_2,P11_3が接続されている。配線L11_0,L11_1,L11_2,L11_3は、変形例4で説明した配線L11に対応する。配線L11_0,L11_1,L11_2,L11_3は、ワード線プルアップ回路WLPUの形成される領域内において、ワード線WLの延在方向と異なる方向であるY方向(垂直方向)に延在して設けられる。配線L11_3の部分に例示的に示されるように、変形例4で説明した複数の単位回路4内の複数のPチャネル型MOS電界効果トランジスタP12のソースが接続される。配線L11_0,L11_1,L11_2においても、配線L11_3と同様に、複数の単位回路4内の複数のPチャネル型MOS電界効果トランジスタP12のソースが接続される。
なお、図18において、パワースイッチ(Power SW)は、たとえば、複数のメモリセルMCのリーク電流を削減するために設けられるMOSトランジスタなどのスイッチ素子を示している。また、タップ(TAP)は、複数のメモリセルMCの形成されるN型ウエルやP型ウエルを、所望の参照電位(GND,VDDM2)に接続させるための領域を示している。
変形例5では、配線(L10_0とL11_0,L10_1とL11_1,L10_2とL11_2,L10_3とL11_3)のおのおのは、複数行のワード線WLで共有することが可能である。変形例5では、変形例4の配線L11をワード線WLと垂直方向に分割してメモリアレイMCA上で複数の配線L10_0,L10_1,L10_2,L10_3を有する構成をとる。変形例4で示したように、配線L10はワード線WLを模した寄生容量(容量素子C1~Cn)が持つことが望ましいが、複数のワード線WLで配線L10を共有すると、ワード線WLと垂直方向の寄生容量(配線L11の寄生容量)が発生する。変形例5に示す様に、変形例4の配線L11をワード線WLと垂直方向(Y方向)に分割した配線L11_0,L11_1,L11_2,L11_3とすることで、配線(L10_0とL11_0,L10_1とL11_1,L10_2とL11_2,L10_3とL11_3)のおのおの寄生容量がよりワード線WLの延在方向(X方向)の依存が強くなる。したがって、メモリアレイMCAのワード線の本数や相補ビット線対(BT,/BT)の本数が変更されても、配線(L10_0とL11_0,L10_1とL11_1,L10_2とL11_2,L10_3とL11_3)の寄生容量は、よりワード線WLの寄生容量を模すことが可能である。
(変形例6)
変形例6において、変形例3と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。図19は、変形例6に係る単位回路4の構成例を示す図である。図19が図15と異なる点は、図19において、電源電位生成回路VWLが削除されて、第1メモリ電源電位VDDM1がワード線ドライバ回路WLDの電源電位として利用される点と、ワード線ドライバ回路WLDに、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPM2が設けられた点である。ワード線ドライバ回路WLDは、入力端子iに入力される電位に応じて、出力端子oに、第1メモリ電源電位VDDM1または接地電位GNDを供給することで、ワード線WLの電位を変化させる。図19の他の構成は、図15の構成と同じである。
Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPM2のソースドレイン経路は、ワード線WLと接地電位GNDの供給される配線との間に接続され、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPM2のゲートは、ワード線ドライバ回路WLDの入力端子iに接続されている。Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPM2のソースはワード線WLまたはワード線ドライバ回路WLDの出力端子oに接続され、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPM2のドレインは、接地電位GNDの供給される配線に接続される。
変形例6では、ワード線WLに直接プルダウンするPチャネル型MOS電界効果トランジスタPM2を有し、ワード線プルアップ回路WLPU側には電源電位生成回路VWL2を有する構成である。Pチャネル型MOS電界効果トランジスタPM1とPM2は電源電位生成回路VWL2で生成される出力電位WVDD2(WVDDR2)と同等の電圧(WVDD(WVDDR)が生成可能である駆動能力比を有する。
ワード線WLがハイレベルの期間中は、プルダウンされた電源電位WVDDR2を供給するために、制御信号TSNMはハイレベルである必要がある。しかし、メモリアレイMCAのワード線の本数や相補ビット線対(BT,/BT)の本数が多様なメモリ装置102では、ワード線ドライバ回路WLDの電源制御を制御信号TSNMで行う場合、タイミングの調整が困難であることがしばしばある。ワード線WLを直接プルダウンするPチャネル型MOS電界効果トランジスタPM2を設けたので、ワード線ドライバ回路WLDの電源制御において、タイミング制御が不要となる。一方で、ワード線プルアップ回路WLPU側の電源電位生成回路VWL2は、制御信号TSNMとプルアップイネーブル信号WLPUEの2本により、比較的容易に、電源電位WVDDR2の生成タイミングを制御することができる。
(変形例7)
変形例7において、変形例6と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。図20は、変形例7に係る単位回路4の構成例を示す図である。図21は、変形例7に係る単位回路4の読み出し動作時におけるワード線の電位を説明する波形図である。図20が図19と異なる点は、図20において、ワード線プルアップ回路WLPUに、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN12が設けられた点である。図20の他の構成は、図19の構成と同じである。
Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN12のゲートは、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP12のゲートに接続され、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN12のソースドレイン経路は、ワード線WLの遠端部X2(WLB)において、ワード線WLと接地電位GNDとの間に接続される。Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN12は、インバータの出力信号のハイレベルに基づいて、ワード線WLの遠端部X2(WLB)の電位レベルをハイレベルの様な選択レベルからロウレベルの様な非選択レベルへプルダウンする。
次に、図21を用いて変形例7の動作を説明する。
時刻t1において、プルアップイネーブル信号WLPUEをハイレベルの様な非選択レベルからロウレベルの様な選択レベルへ遷移させる。これにより、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11がオン状態となる。
時刻t2において、制御信号TSNMをロウレベルの様な非活性化レベルからハイレベルの様な活性化レベルへ遷移させる。これにより、電源電位生成回路VWL2は、第1メモリ電源電位VDDM1を電位差ΔVだけプルダウン(降圧)して、読み出し時のワード線電源電位WVDDR2(=VDDM1-ΔV)を生成する。
また、インバータIV1の出力に接続される配線WLNの電位レベルをハイレベルの様な非選択レベルからロウレベルの様な選択レベルへ遷移させる。これにより、ワード線WLが活性化し、ワード線WLの近端部WLAがロウレベルの様な非選択レベルからハイレベルの様な選択レベルへ遷移する。なお、ワード線WLの選択レベルの電位は、読み出し時のワード線電源電位WVDDR2である。ワード線WLの遠端部WLBの電位が緩やかに上昇する。
一方、第2配線L2の負荷はワード線WLの負荷と比較して小さいので、第2配線L2の遠端部Y2の電位は、第1メモリ電源電位VDDM1まで、鋭く上昇する。これにより、インバータ回路IV2の出力端子に接続された配線L2Bの電位レベルは、ハイレベルの様な非選択レベルからロウレベルの様な選択レベルへ遷移し、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP12がオン状態となり、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN12がオフ状態となる。これにより、ワード線WLの遠端部WLBの電位が鋭く上昇し、ハイレベルの様な選択レベルへ遷移する。
時刻t3において、プルアップイネーブル信号WLPUEをロウレベルの様な選択レベルからハイレベルの様な非選択レベルへ遷移させる。これにより、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11がオフ状態となる。
時刻t4において、インバータIV1の出力に接続される配線WLNの電位レベルをロウレベルの様な選択レベルからハイレベルの様な非選択レベルへ遷移させ、ワード線WLを非活性化させる。これにより、ワード線WLの近端部WLAがハイレベルの様な選択レベルからロウレベルの様な非選択レベルへ遷移し、配線L2の遠端部Y2がハイレベルの様な選択レベルからロウレベルの様な非選択レベルへ遷移する。そして、ワード線WLの遠端部WLBがハイレベルの様な選択レベルからロウレベルの様な非選択レベルへ徐々に遷移する。また、インバータ回路IV2の出力端子に接続された配線L2Bの電位レベルは、ロウレベルの様な選択レベルからハイレベルの様な非選択レベルへ遷移し、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP12がオフ状態となり、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN12がオン状態となる。これにより、ワード線WLの遠端部WLBの電位レベルが鋭く下降(プルダウン)し、ロウレベルの様な非選択レベルへ速やかに遷移する。なお、図21において、点線Z12で示す波形は、変形例6におけるワード線WLの遠端部WLBのハイレベルからロウレベルへの電位変化を示している。このように、変形例7において、ワード線WLの遠端部WLBのハイレベルからロウレベルへの電位変化は、点線Z12で示す波形と比較して、速くロウレベルへ遷移する。
時刻t5において、制御信号TSNMをハイレベルの様な活性化レベルからロウレベルの様な非活性化レベルへ遷移させる。これにより、電源電位生成回路VWL2の生成する電源電位の電位レベルは、読み出し時のワード線電源電位WVDDR2が第1メモリ電源電位VDDM1へ戻される。
変形例7によれば、ワード線WLの遠端部WLBの電位レベルがロウレベルの様な非選択レベルへ速やかに遷移するので、メモリ装置102の読み出し動作や書き込み動作における全体的なアドレスアクセス時間を高速化することができる。
実施例1、実施例2および変形例1-7では、ワード線WLの遠端部のプルアップ動作に関し説明した。実施例3では、メモリ装置102のビット線へ適用した場合の構成例を説明する。図22は、実施例3に係る単位回路5の構成例を示す図である。図23は、実施例3に係る単位回路5の動作を説明する図である。実施例3は、実施例1、実施例2および変形例1-7のいずれか1つと組み合わせて利用することが可能である。
図22は、メモリ装置102の列方向の単位回路5を示している。単位回路5は、2つのライトドライバ回路WDC1,WDC2と、2つのカラムスイッチYS1,YS2と、1対の相補ビット線BT、/BTと、2本の配線L20,L21と、複数のメモリセルMCと、ビット線プリチャージ回路PCCと、ビット線電位制御回路BLPDと、を含む。1対の相補ビット線BT、/BTの一方のビット線BTは第1ビット線と言うことができ、1対の相補ビット線BT、/BTの他方のビット線/BTは第2ビット線と言うことができる。なお、単位回路5において、複数のメモリセルMCのおのおのに接続されるワード線WLは、図面の簡素化のため、描かれていない。
複数のメモリセルMCは、図4に示すメモリセルMCの構成を利用することができる。1つのメモリセルMCにおいて、アクセストランジスタNA1のソースまたはドレインがビット線BTに接続され、アクセストランジスタNA2のソースまたはドレインがビット線/BTに接続される。
カラムスイッチYS1,YS2のおのおのは、そのカラム選択信号YSE1を受けるゲートを有している。カラムスイッチYS1のソースドレイン経路は、ビット線BTとライトドライバ回路WDC1の出力端子との間に接続される。カラムスイッチYS2のソースドレイン経路は、ビット線/BTとライトドライバ回路WDC2の出力端子との間に接続される。カラムスイッチYS1,YS2は、一例では、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタによって構成することができる。カラムスイッチYS1,YS2のおのおのは、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタとPチャネル型MOS電界効果トランジスタとを用いたCMOSスイッチによって構成することもできる。
ライトドライバ回路WDC1,WDC2は、書き込みデータDTB、DBBとライトイネーブル信号WTEと、を入力される。ライトドライバ回路WDC1,WDC2のおのおのは、ライトイネーブル信号WTEによってその動作が制御される。書き込みデータDTBがハイレベル、書き込みデータDBBがロウレベルの場合、カラムスイッチYS1,YS2がオン状態の時、ビット線BTはハイレベルにされ、ビット線/BTはロウレベルにされ、選択されたメモリセルに、データ“1”の書き込みが行われる。書き込みデータDTBがロウレベル、書き込みデータDBBがハイレベルの場合、カラムスイッチYS1,YS2がオン状態の時、ビット線BTはロウレベルにされ、ビット線/BTはハイレベルにされ、選択されたメモリセルに、データ“0”の書き込みが行われる。言い換えると、ライトドライバ回路WDC1は、入力されるライトイネーブル信号WTEに応じて、書き込みデータDTBに対応する電位をビット線に供給することで、ビット線BTの電位を変化させる。また、ライトドライバ回路WDC2は、ライトイネーブル信号WTEに応じて、書き込みデータDBBに対応する電位をビット線/BTに供給することで、ビット線/BTの電位を変化させる。
ビット線BTは、ライトドライバ回路WDC1の出力端子側、または、カラムスイッチYS1側から見た場合、近端部BTAと遠端部BTBと、を有する。同様に、ビット線/BTは、ライトドライバ回路WDC2の出力端子側、または、カラムスイッチYS2側から見た場合、近端部/BTAと遠端部/BTBと、を有する。
配線L20は、ビット線BTに並走して設けられた金属配線であり、近端部L20Aと遠端部L20Bと、を有する。ビット線BTの近端部BTAは、インバータ回路IB1を介して、配線L20の近端部L20Aに接続される。配線L21は、ビット線/BTに並走して設けられた金属配線であり、近端部L21Aと遠端部L21Bと、を有する。ビット線/BTの近端部/BTAは、インバータ回路IB2を介して、配線L21の近端部L21Aに接続される。
ビット線プリチャージ回路PCCは、1つのイコライズトランジスタPC1と、2つのプリチャージトランジスタPC2,PC3と、を含む。各トランジスタPC1,PC2,PC3は、一例では、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタによって構成することができる。イコライズトランジスタPC1は、プリチャージ制御信号PCを受けるゲートと、ビット線BTの近端部BTAとビット線/BTの近端部/BTAとの間に接続されたソースドレイン経路と、を有する。プリチャージトランジスタPC2は、プリチャージ制御信号PCを受けるゲートと、第1メモリ電源電位VDDM1の供給される配線とビット線BTの近端部BTAとの間に接続されたソースドレイン経路と、を有する。プリチャージトランジスタPC3は、プリチャージ制御信号PCを受けるゲートと、第1メモリ電源電位VDDM1の供給される配線とビット線/BTの近端部/BTAとの間に接続されたソースドレイン経路と、を有する。
プリチャージ制御信号PCがハイレベルにされた場合、各トランジスタPC1,PC2,PC3はオフ状態となる。プリチャージ制御信号PCがロウレベルにされた場合、各トランジスタPC1,PC2,PC3はオン状態となる。オン状態のイコライズトランジスタPC1によって、ビット線BTの近端部BTAとビット線/BTの近端部/BTAとが接続され、ビット線BTの近端部BTAとビット線/BTの近端部/BTAとの間の電位差がイコライズされる。また、オン状態のプリチャージトランジスタPC2、PC3によって、ビット線BTの近端部BTAの電位とビット線/BTの近端部/BTAの電位とが所定のプリチャージ電位にされる。これにより、ビット線BTの電位とビット線/BTの電位とが、近端部(BTA,/BTA)側から遠端部(BTB,/BTB)側へ向けて、所定のプリチャージ電位にされる。
ビット線電位制御回路BLPDは、1つのイコライズトランジスタPB1と、2つのプルアップトランジスタPB2,PB3と、イネーブルトランジスタNB1と、2つのプルダウントランジスタNB2,NB3と、を含む。イコライズトランジスタPB1とプルアップトランジスタPB2,PB3とは、ビット線BT,/BTをプルアップするビット線プルアップ回路と見做すこともできる。イネーブルトランジスタNB1とプルダウントランジスタNB2,NB3とは、ビット線BT,/BTをプルダウンするビット線プルダウン回路と見做すこともできる。イコライズトランジスタPB1、プルアップトランジスタPB2,PB3は、一例では、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタによって構成することができる。イネーブルトランジスタNB1、プルダウントランジスタNB2,NB3は、一例では、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタによって構成することができる。
イコライズトランジスタPB1は、制御信号BLPDEを受けるゲートと、ビット線BTの遠端部BTBとビット線/BTの遠端部/BTBとの間に接続されたソースドレイン経路と、を有する。プルアップトランジスタPB2は、制御信号BLPDEを受けるゲートと、第1メモリ電源電位VDDM1の供給される配線とビット線BTの遠端部BTBとの間に接続されたソースドレイン経路と、を有する。プルアップトランジスタPB3は、制御信号BLPDEを受けるゲートと、第1メモリ電源電位VDDM1の供給される配線とビット線/BTの遠端部/BTBとの間に接続されたソースドレイン経路と、を有する。
制御信号BLPDEがハイレベルの場合、イコライズトランジスタPB1とプルアップトランジスタPB2,PB3とはオフ状態となる。制御信号BLPDEがロウレベルの場合、イコライズトランジスタPB1とプルアップトランジスタPB2,PB3とはオン状態となる。オン状態のイコライズトランジスタPB1によって、ビット線BTの遠端部BTBとビット線/BTの遠端部/BTBとが接続され、ビット線BTの遠端部BTBとビット線/BTの遠端部/BTBとの間の電位差がイコライズされる。また、オン状態のプルアップトランジスタPB2、PB3によって、ビット線BTの遠端部BTBの電位とビット線/BTの遠端部/BTBの電位とが所定のプルアップ電位にされる。これにより、ビット線BTの電位とビット線/BTの電位とが、遠端部(BTB,/BTB)側から近端部(BTA,/BTA)側へ向けて、所定のプルアップ電位にされる。
イネーブルトランジスタNB1は、制御信号BLPDEを受けるゲートと、接地電位GNDに接続されたソーストレイン経路と、を有する。プルダウントランジスタNB2は、配線L20の遠端部L20Bに接続されたゲートと、ビット線BTの遠端部BTBとイネーブルトランジスタNB1のソーストレイン経路との間に設けられたソーストレイン経路と、を有する。プルダウントランジスタNB2のソーストレイン経路とイネーブルトランジスタNB1のソーストレイン経路とは、ビット線BTの遠端部BTBと接地電位GNDとの間に直列に接続される。プルダウントランジスタNB3は、配線L21の遠端部L21Bに接続されたゲートと、ビット線/BTの遠端部/BTBとイネーブルトランジスタNB1のソーストレイン経路との間に設けられたソーストレイン経路と、を有する。プルダウントランジスタNB3のソーストレイン経路とイネーブルトランジスタNB1のソーストレイン経路とは、ビット線BTの遠端部BTBと接地電位GNDとの間に直列に接続される。
イネーブルトランジスタNB1は、制御信号BLPDEのハイレベルによって、オン状態になる。ロウレベルの書き込みデータDTBを選択されたメモリセルに書き込む場合、カラムスイッチYS1,YS2がオン状態にされ、ビット線BTがライトドライバ回路WDC1によってハイレベルからロウレベルへ遷移する。この場合、ビット線BTの近端部BTAの電位レベルが、まず、ハイレベルからロウレベルへ遷移する。ビット線BTの負荷容量は、複数のメモリセルMCが接続されるので比較的大きくなっている。そのため、ビット線BTの遠端部BTBの電位レベルは、徐々にハイレベルから下降する。一方、インバータ回路IB1は、ビット線BTの近端部BTAのハイレベルからロウレベルへの遷移に基づいて、配線L20の近端部L20Aの電位レベルをロウレベルからハイレベルへ遷移させる。配線L20は、複数のメモリセルMCが接続されるビット線BTと比較して、負荷容量が少ないので、配線L20の近端部L20Aのロウレベルからハイレベルへ遷移は速やかに、配線L20の遠端部L20Bへ伝達される。これにより、プルダウントランジスタNB2がオフ状態からオン状態となり、ビット線BTの遠端部BTBの電位レベルを速やかにロウレベルへ遷移させる。これにより、選択されたメモリセルへのデータの書き込が高速化される。なお、ハイレベルの書き込みデータDTBを書き込む場合、ビット線/BTがライトドライバ回路WDC2によってハイレベルからロウレベルへ遷移する。以降の動作は、上記説明から当業者は容易に理解できると思われるので、その説明は省略する。
ここで、ビット線(BT,/BT)と配線(L20、L21)について説明する。ビット線(BT,/BT)を第1配線とした場合、配線(L20、L21)は第2配線と見做すことができる。
ビット線(BT,/BT)は、図22に示す様に、第1部分X1と、第1部分X1と異なる第2部分X2と、第1部分X1と第2部分X2との間に設けられ、かつ、第1部分X1および第2部分X2とは異なる第3部分X3と、を含む。第1部分X1は、カラムスイッチ(YS1、YS2)を介してライトドライバ回路(WDC1、WDC2)に接続される。第2部分X2は、ビット線電位制御回路BLPD内に設けられた、プルダウントランジスタ(NB2,NB3)のドレインに接続される。第3部分X3は、メモリセルアレイMCAに設けられた1列分の複数のメモリセルMC内のアクセストランジスタNA1,NA2のソースまたはドレインが接続される。したがって、第3部分X3は、メモリセル接続領域と見做すこともできる。複数のアクセストランジスタのソースまたはドレインは、ビット線(BT,/BT)に対する負荷容量と見做すことができる。
ライトドライバ回路(WDC1,WDC2)の出力端子側、または、カラムスイッチ(YS1,YS2)側からビット線(BT,/BT)を見た場合において、第1部分X1はビット線(BT,/BT)の近端部(BTA,/BTA)と見做すことができ、第2部分X2はビット線(BT,/BT)の遠端部(BTB,/BTB)と見做すことができる。
ビット線(BT,/BT)の第3部分X3は、さらに、第1部分X1の最も近くに位置する第4部分X4と、第2部分X2の最も近くに位置する第5部分X5と、を含む。1列分の複数のメモリセルMCは、第4部分X4にそのソースまたはドレインが接続されたアクセストランジスタNA1,NA2を有する第1メモリセル(MC1)と、第5部分X5にそのソースまたはドレインが接続されたアクセストランジスタNA1,NA2を有する第2メモリセル(MC2)と、を含む。ビット線(BT,/BT)は、さらに、第1部分X1および第4部分X4とは異なり、かつ、第1部分X1と第4部分X4との間に設けられた第6部分X6を有する。
配線(L20、L21)は、図22に示す様に、第6部分X6に接続された第1部分Y1と、第1部分Y1と異なる第2部分Y2と、を有する。第2部分Y2は、ビット線電位制御回路BLPD内のプルダウントランジスタ(NB2,NB3)のゲートに接続される。ライトドライバ回路(WDC1,WDC2)の出力端子側、または、カラムスイッチ(YS1,YS2)側からビット線(BT,/BT)を見た場合において、第1部分Y1は配線(L20、L21)の近端部と見做すことができ、第2部分Y2は配線(L20、L21)の遠端部と見做すことができる。配線(L20、L21)は、ビット線(BT,/BT)と異なる金属配線層によって構成することできる。配線(L20、L21)は、また、ビット線(BT,/BT)と同層の金属配線層によって構成することもできる。配線(L20、L21)に接続されるトランジスタの数が少ないので、配線(L20、L21)の負荷容量は、ビット線(BT,/BT)の負荷容量と比較して、小さい。
次に、図23を用いて、書き込み時におけるビット線BTの電位の遷移を説明する。
時刻t1において、制御信号BLPDEがロウレベルからハイレベルへ遷移する。これにより、イネーブルトランジスタNB1がオン状態となる。ライトイネーブル信号WTEによってライトドライバ回路WDC1,WDC2が活性化され、ビット線プリチャージ回路PCCがプリチャージ制御信号PCによって非活性化にされる。これにより、ビット線BTの近端部BTAは、書き込みデータDTBに基づいて、ロウレベル側へ鋭く遷移する。ビット線BTの遠端部BTBは、ロウレベル側へ緩やかに遷移する。
時刻t2において、配線L20の負荷容量はビット線(BT,/BT)の負荷容量と比較して小さいので、配線L20の遠端部L20Bは鋭くロウレベルからハイレベルへ遷移する。これにより、プルダウントランジスタNB2がオン状態となるので、ビット線BTの遠端部BTBは、ロウレベルへ速やかに遷移する。
時刻t3において、制御信号BLPDEがハイレベルからロウレベルへ遷移する。また、ライトイネーブル信号WTEによってライトドライバ回路WDC1,WDC2が非活性化され、ビット線プリチャージ回路PCCがプリチャージ制御信号PCによって活性化にされる。これにより、ビット線BTの近端部BTAは、ロウレベルからハイレベルへ鋭く遷移する。ビット線BTの遠端部BTBは、ハイレベル側へ緩やかに遷移する。
時刻t4において、制御信号BLPDEのロウレベルに基づいて、ビット線電位制御回路BLPD内のイコライズトランジスタPB1、および、プルアップトランジスタPB2,PB3がオン状態とされるので、ビット線BTの遠端部BTBは、ハイレベル側へ速やかに遷移する。
実施例3によれば、ビット線(BT、/BT)の遠端部(BTB,/BTB)にビット線電位制御回路BLPDを設け、負荷容量の少ない配線(L20,L21)によって、ビット線電位制御回路BLPD内のプルダウントランジスタ(NB2,NB3)を制御するので、ビット線の遠端部における電位レベルの遷移を高速化できる。したがって、メモリ装置102の書き込み動作におけるアドレスアクセス時間を高速化することができ、メモリ装置102の読み出し動作や書き込み動作における全体的なアドレスアクセス時間を高速化することができる。
(変形例8)
次に、変形例8を説明する。変形例8は、実施例3の単位回路5に入力される制御信号(BLPDE、PC、WTE)等の信号生成回路、ロウプリデコーダ、カラムデコーダなどについて説明する。変形例8において、実施例3と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。図24は、変形例8に係るメモリ装置102の構成例を説明する図である。図25は、変形例8に係るメモリ装置102の動作を説明する図である。図24において、単位回路5の構成は、図22の単位回路5の構成と同じであるので、説明は省略する。また、図24の単位回路5において、図面の簡素化のため、図22の単位回路5で用いた符号の内、主な符号のみ抜粋して記載している。
図24を参照し、アドレス信号ADDはロウアドレス信号とカラムアドレス信号とを含む。ロウアドレス信号は、ロウプリデコーダRPDEC1およびロウプリデコーダRPDEC2へ供給される。カラムアドレス信号はカラムデコーダCDECへ供給される。
内部クロック信号発生回路CGENは内部クロックパルスTDECを生成する。内部クロックパルスTDECは、ロウプリデコーダRPDEC1、PDEC2およびカラムデコーダCDECへ供給され、ロウプリデコーダRPDEC1、PDEC2およびカラムデコーダCDECの動作を制御する。
ナンド回路NAND20~2n-1は、ロウメインデコーダの役割とワード線ドライバ回路(WLD)の役割を有する。ナンド回路NAND20~2n-1の入力端子は、ロウプリデコーダRPDEC1、PDEC2の出力に接続される。ロウプリデコーダRPDEC1から出力されるロウ選択信号XGN0~XGNn-1は、ナンド回路NAND20~2n-1の入力端子にそれぞれ接続される。ナンド回路NAND20~2n-1の出力端子は、複数のメモリセルMCの接続されたワード線WL0~WLn-1にそれぞれ接続される。
カラムデコーダCDECから出力されるカラム選択信号YSE1は、カラムスイッチYS1,YS2のゲートに供給される。なお、図24には、カラム選択信号YSE1のみが描かれており、カラムデコーダCDECから出力される他のカラム選択信号は記載されていない。
プリチャージ制御回路PCCNTは、カラム選択信号YSE1に基づいて、プリチャージ制御信号PCを生成し、ビット線プリチャージ回路PCC内のイコライズトランジスタPC1、プリチャージトランジスタPC2,PC3の各ゲートへ供給する。
ライト制御回路WCNTは、内部クロック信号発生回路CGENにより生成された内部クロックパルスTDECを受け、ライトイネーブル信号WTEを生成し、ライトドライバ回路WDC1,WDC2へ供給する。
ナンド回路NAND2は、内部クロックパルスTDECを反転した反転内部クロックパルスTDECBと、ロウプリデコーダRPDEC1から出力されるロウ選択信号XGN0~XGNn-1とを受けるようにされ、制御信号BLPDEを生成する。生成された制御信号BLPDEは、ビット線電位制御回路BLPDへ供給される。
次に、図25を用いて、メモリ装置102の動作を説明する。
時刻t1において、内部クロックパルスTDECがロウレベルからハイレベルへ遷移し、反転内部クロックパルスTDECBがハイレベルからロウレベルへ遷移する。内部クロックパルスTDECのハイレベルへの遷移によって、ロウ選択信号XGNn-1がハイレベルからロウレベルへ遷移し、カラム選択信号YSE1がロウレベルからハイレベルへ遷移する。
時刻t2において、ロウ選択信号XGNn-1のロウレベルへの遷移によって、制御信号BLPDEがロウレベルからハイレベルへ遷移し、これにより、イネーブルトランジスタNB1がオン状態となる。また、ワード線WLn-1がロウレベルからハイレベルへ遷移し、ビット線BTの近端部BTAは速やかにハイレベルからロウレベルへ遷移し、ビット線BTの遠端部BTBはロウレベル側へ緩やかに遷移する。
時刻t3において、配線L20の負荷容量はビット線(BT,/BT)の負荷容量と比較して小さいので、配線L20の遠端部L20Bは鋭くロウレベルからハイレベルへ遷移する。これにより、プルダウントランジスタNB2がオン状態となるので、ビット線BTの遠端部BTBは、ロウレベルへ速やかに遷移する。
時刻t4において、内部クロックパルスTDECがハイレベルからロウレベルへ遷移し、反転内部クロックパルスTDECBがロウレベルからハイレベルへ遷移する。内部クロックパルスTDECのロウレベルへの遷移によって、ロウ選択信号XGNn-1がロウレベルからハイレベルへ遷移し、カラム選択信号YSE1がハイレベルからロウレベルへ遷移する。ロウ選択信号XGNn-1のハイレベルへの遷移によって、制御信号BLPDEがハイレベルからロウレベルへ遷移し、これにより、イネーブルトランジスタNB1がオフ状態となる。また、ワード線WLn-1がハイレベルからロウレベルへ遷移し、ビット線BTの近端部BTAは速やかにロウレベルからハイレベルへ遷移し、ビット線BTの遠端部BTBはハイレベル側へ緩やかに遷移する。
時刻t5において、制御信号BLPDEのロウレベルに基づいて、ビット線電位制御回路BLPD内のイコライズトランジスタPB1、および、プルアップトランジスタPB2,PB3がオン状態とされるので、ビット線BTの遠端部BTBは、ハイレベル側へ速やかに遷移する。配線L20の負荷容量はビット線(BT,/BT)の負荷容量と比較して小さいので、配線L20の遠端部L20Bは鋭くハイレベルからロウレベルへ遷移する。
変形例8によれば、制御信号BLPDEは、内部クロックパルスTDECと、内部クロックパルスTDECとアドレス信号ADDはロウアドレス信号から生成されるロウ選択信号XGN1~n-1のパルスを用いて生成する。メモリ装置102を構成する複数のトランジスタの仕上がりや、温度、電圧によって、ワード線WL1~n-1のハイレベル(選択レベル)の期間とビット線BTのロウレベルの期間がずれてしまうことがある。しかし、ロウ選択信号XGN1~n-1はワード線WL1~n-1のハイレベルの期間のパルス幅を決めているため、ワード線WL1~n-1がハイレベルの期間中はビット線BTのプルアップがされず、ビット線BTのロウレベルの期間が確保される効果がある。
実施例4は、TCAMのサーチ線へ適用した場合の構成例を説明する。図26は、実施例4に係るTCAMの単位回路6の構成例を示す図である。図27は、インバータ回路(IV23、IV25)の構成を説明する図である。図28は、実施例4に係る単位回路6のサーチ動作を説明する図である。
TCAM(Ternary Content Addressable Memory)は、内容参照メモリであり、TCAMの複数のメモリセルTCAMMCのおのおのは、“0”および“1”の他に“ドントケア(Don't Care)”の情報を記憶可能である。“ドントケア”は“0”および“1”のどちらでも良いことを示す。TCAMにおいては、サーチデータ(STD,SBD)がサーチ線対ST,SBに入力され、各メモリセルTCAMMCにおいて、格納するデータと、サーチデータ(STD,SBD)とが比較される。サーチデータ(STD,SBD)と格納データとが一致する場合、マッチ線に一致結果が出力されるように構成されている。図26には、TCAMのサーチ線対ST,SBを含む構成が単位回路6として示される。サーチ線対ST,SBの一方のサーチ線STは、第1サーチ線と言うことができ、サーチ線対ST,SBの他方のサーチ線SBは第2サーチ線と言うことができる。
単位回路6は、サーチ線ドライバ回路SD1,SD2と、サーチ線対ST,SBと、複数のメモリセルTCAMMCと、配線L30、L31と、を含む。サーチ線(ST、SB)を第1配線とした場合、配線(L30、L31)は第2配線と見做すことができる。
まず、図29を用いて、メモリセルTCAMMCの構成例を説明する。図29に示す様に、TCAMの複数のメモリセルTCAMMCのおのおのは、メモリセルMC00、MC10と、データ比較回路DCMPと、を含む。メモリセルMC00、MC10のおのおのは、6個のMOSトランジスタを含むシングルポート型のメモリセル(6T SP SRAMセル)である。
メモリセルMC00は、第1および第2のPチャネルMOSトランジスタPM1、PM2および第1乃至第4のNチャネルMOSトランジスタNT1、NT2、ND1、ND2を含む。第1および第2の負荷トランジスタとされるPチャネルMOSトランジスタPM1、PM2のソースドレイン経路は、それぞれ電源電圧VDDの供給ラインと第1および第2記憶ノードMB1、MT1との間に接続され、それらのゲートはそれぞれ第2および第1記憶ノードMT1、MB1に接続される。第1および第2の駆動トランジスタとされるNチャネルMOSトランジスタND1、ND2のソースドレイン経路は、それぞれ第1および第2記憶ノードMB1、MT1と接地電位VSSの供給ラインとの間に接続され、それらのゲートはそれぞれ第2および第1記憶ノードMT1、MB1に接続される。第1および第2の転送トランジスタとされるNチャネルMOSトランジスタNT1、NT2のソースドレイン経路は、それぞれ第1および第2記憶ノードMB1、MT1とビット線BL1、BL0との間に接続され、それらのゲートはともにワード線WLe0に接続される。MOSトランジスタPM1、ND1は、第2記憶ノードMT1の信号の反転信号を第1記憶ノードMB1に与える第1のインバータを構成する。MOSトランジスタPM2、ND2は、第1記憶ノードMB1の信号の反転信号を第2記憶ノードMT1に与える第2のインバータを構成する。2つのインバータの入出力は、第1および第2記憶ノードMB1、MT1の間に逆並列に接続されており、ラッチ回路を構成している。
メモリセルMC10は、第1および第2のPチャネルMOSトランジスタPM3、PM4および第1乃至第4のNチャネルMOSトランジスタNT3、NT4、ND3、ND4、を含む。第1および第2の負荷トランジスタとされるPチャネルMOSトランジスタPM4、PM4のソースドレイン経路は、それぞれ電源電圧VDDの供給ラインと第1および第2記憶ノードMB2、MT2との間に接続され、それらのゲートはそれぞれ第2および第1記憶ノードMT2、MB2に接続される。第1および第2の駆動トランジスタとされるNチャネルMOSトランジスタND3、ND4のソースドレイン経路は、それぞれ第1および第2記憶ノードMB2、MT2と接地電位VSSの供給ラインとの間に接続され、それらのゲートはそれぞれ第2および第1記憶ノードMT2、MB2に接続される。第1および第2の転送トランジスタとされるNチャネルMOSトランジスタNT3、NT4のソースドレイン経路は、それぞれ第1および第2記憶ノードMB2、MT2とビット線BL2、BL1との間に接続され、それらのゲートはともにワード線WLo0に接続される。
MOSトランジスタPM3、ND3は、第2記憶ノードMT2の信号の反転信号を第1記憶ノードMB2に与える第1のインバータを構成する。MOSトランジスタPM4、ND4は、第1記憶ノードMB2の信号の反転信号を第2記憶ノードMT2に与える第2のインバータを構成する。2つのインバータの入出力は、第1および第2記憶ノードMB2、MT2の間に逆並列に接続されており、ラッチ回路を構成している。
データ比較回路DCMPは、4つのNチャネルMOSトランジスタ(NS0-NS3)を含む。NチャネルMOSトランジスタNS0のソースドレイン経路とNチャネルMOSトランジスタNS1のソースドレイン経路は、マッチ線ML0と接地電位VSSの供給ラインとの間に、直列に接続される。NチャネルMOSトランジスタNS0のゲートは、サーチ線対(ST、SB)の一方(サーチ線ST)に接続される。NチャネルMOSトランジスタNS1のゲートは、メモリセルMC10の第1記憶ノードMT2に接続される。また、NチャネルMOSトランジスタNS2のソースドレイン経路とNチャネルMOSトランジスタNS3のソースドレイン経路は、マッチ線ML0と接地電位VSSの供給ラインとの間に、直列に接続される。NチャネルMOSトランジスタNS2のゲートは、サーチ線対(ST、SB)の他方(サーチ線SB)に接続される。NチャネルMOSトランジスタNS3のゲートは、メモリセルMC00の第2記憶ノードMB1に接続される。
1つTCAMセルTCELは、2ビットのSRAMセルを用いて、“0”、“1”、“*”(ドントケア:don't care)の3値をTCAMデータとして格納することができる。たとえば、MC00の記憶ノードMB1に“0”が格納され、MC10の記憶ノードMT2に“1”が格納されているとき、TCAMセルTCELには“0”が格納されているとする。MC00の記憶ノードMB1に“1”が格納され、MC10の記憶ノードMT2に“0”が格納されているとき、TCAMセルTCELには“1”が格納されているとする。MC00の記憶ノードMB1に“0”が格納され、MC10の記憶ノードMT2に“0”が格納されているとき、TCAMセルTCELには“*”(ドントケア)が格納されているとする。MC00の記憶ノードMB1に“1”が格納され、MC10の記憶ノードMT2に“1”が格納されている場合は使用しない。
サーチデータが“1”(すなわち、サーチ線STが“1”、かつ、サーチ線SBが“0”)であり、TCAMデータが“0”(記憶ノードMB1が“0”、かつ、記憶ノードMT2が“1”)である場合には、MOSトランジスタNS0、NS1がオン状態となるために、プリチャージされたマッチ線MLの電位が接地電位まで引き抜かれる。
サーチデータが“0”(すなわち、サーチ線STが“0”、かつ、サーチ線SBが“1”)であり、TCAMデータが“1”(記憶ノードMB1が“1”、かつ、記憶ノードMT2が“0”)である場合には、MOSトランジスタNS2、NS3がオン状態となるために、プリチャージされたマッチ線MLの電位が接地電位まで引き抜かれる。すなわち、サーチデータとTCAMデータとが不一致の場合には、マッチ線MLの電位は接地電位まで引き抜かれる。
逆に、入力されたサーチデータが“1”であり、かつ、TCAMデータが“1”または“*”の場合、もしくは、サーチデータが“0”であり、かつ、TCAMデータが“0”または“*”の場合(すなわち、両者が一致する場合)、プリチャージされたマッチ線MLの電位(電源電位VDDレベル)は維持される。
サーチ線STは、図26に示す様に、第1部分X1と、第1部分X1と異なる第2部分X2と、第1部分X1と第2部分X2との間に設けられ、かつ、第1部分X1および第2部分X2とは異なる第3部分X3と、を含む。サーチ線STの第1部分X1は、サーチ線ドライバ回路SD1の出力端子に接続される。サーチ線STの第2部分X2は、インバータ回路IV23内に設けられたプルダウントランジスタN26(図27参照)やプルアップトランジスタP26(図27参照)のドレインに接続される。サーチ線STの第3部分X3は、メモリセルアレイMCAに設けられた1列分の複数のメモリセルTCAMMC内のデータ比較回路DCMP内の複数のトランジスタNS0のゲートが接続される。したがって、サーチ線STの第3部分X3は、メモリセル接続領域と見做すこともできる。複数のトランジスタNS0のゲートは、サーチ線STに対する負荷容量と見做すことができる。サーチ線ドライバ回路SD1の出力端子側から見た場合において、サーチ線STの第1部分X1はサーチ線STの近端部STAと見做すことができ、サーチ線STの第2部分X2はサーチ線STの遠端部STBと見做すことができる。
また、サーチ線SBは、図26に示す様に、第1部分X1と、第1部分X1と異なる第2部分X2と、第1部分X1と第2部分X2との間に設けられ、かつ、第1部分X1および第2部分X2とは異なる第3部分X3と、を含む。サーチ線SBの第1部分X1は、サーチ線ドライバ回路SD2の出力端子に接続される。サーチ線SBの第2部分X2は、インバータ回路IV25内に設けられたプルダウントランジスタN26(図27参照)やプルアップトランジスタP26(図27参照)のドレインに接続される。サーチ線SBの第3部分X3は、メモリセルアレイMCAに設けられた1列分の複数のメモリセルTCAMMC内のデータ比較回路DCMP内の複数のトランジスタNS2のゲートが接続される。したがって、サーチ線SBの第3部分X3は、メモリセル接続領域と見做すこともできる。複数のトランジスタNS2のゲートは、サーチ線SBに対する負荷容量と見做すことができる。サーチ線ドライバ回路SD2の出力端子側から見た場合において、サーチ線SBの第1部分X1はサーチ線SBの近端部SBAと見做すことができ、サーチ線SBの第2部分X2はサーチ線SBの遠端部SBBと見做すことができる。
サーチ線(ST,SB)の第3部分X3は、さらに、第1部分X1の最も近くに位置する第4部分X4と、第2部分X2の最も近くに位置する第5部分X5と、を含む。1列分の複数のTCAMメモリセルTCAMMCは、第4部分X4にそれぞれのゲートが接続されたトランジスタNS0,NS2を有する第1メモリセル(MC1)と、第5部分X5にそれぞれのゲートが接続されたトランジスタNS0,NS2を有する第2メモリセル(MC2)と、を含む。サーチ線(ST,SB)は、さらに、第1部分X1および第4部分X4とは異なり、かつ、第1部分X1と第4部分X4との間に設けられた第6部分X6を有する。
サーチ線ドライバ回路SD1,SD2は、サーチイネーブル信号STEを入力端子に受け、サーチイネーブル信号STEの反転信号STENを出力端子から出力するインバータ回路IV21の出力端子に接続され、サーチイネーブル信号STEの反転信号STENによって制御される。サーチ線ドライバ回路SD1はサーチデータSTDを受けるようにされ、サーチ線ドライバ回路SD1の出力はサーチ線STの近端部STAに接続される。サーチ線ドライバ回路SD2は、サーチデータSBDを受けるようにされ、サーチ線ドライバ回路SD2の出力はサーチ線SBの近端部SBAに接続される。つまり、サーチ線STは、サーチ線ドライバ回路SD1の出力から見た場合、近端部STAと遠端部STBとを有する。また、サーチ線SBは、サーチ線ドライバ回路SD2の出力から見た場合、近端部SBAと遠端部SBBとを有する。サーチ線ドライバ回路SD1は、サーチイネーブル信号STEの反転信号STENに応じて、サーチデータSTDに対応する電位をサーチ線STに供給することで、サーチ線STの電位を変化させる。また、サーチ線ドライバ回路SD2は、サーチイネーブル信号STEの反転信号STENに応じて、サーチデータSBDに対応する電位をサーチ線SBに供給することで、サーチ線SBの電位を変化させる。なお、サーチ線ドライバSD1,SD2には、サーチイネーブル信号STEがインバータ回路IV21を介さずに入力されてもよい。
複数のメモリセルTCAMMCは、近端部STA、SBAと遠端部STB、SBBの間において、サーチ線STとサーチ線SBとの間に接続されている。
配線L30は、サーチ線STに並走して設けられた金属配線であり、第1部分Y1と、第1部分Y1と異なる第2部分Y2と、を有する。配線L30の第1部分Y1は、インバータ回路IV22の出力端子に接続される。インバータ回路IV22の入力端子は、サーチ線STの第6部分X6に接続される。配線L30の第2部分Y2は、インバータ回路IV23の入力端子に接続される。インバータIV23の出力端子はサーチ線STの第2部分X2に接続される。サーチ線ドライバ回路SD1側から見た場合において、配線L30の第1部分Y1は配線L30の近端部L30Aと見做すことができ、配線L30の第2部分Y2は配線L30の遠端部L30Bと見做すことができる。配線L30の負荷容量は、複数のメモリセルTCAMMCが接続されるサーチ線STの負荷容量と比較して、小さい。
配線L31は、サーチ線SBに並走して設けられた金属配線であり、第1部分Y1と、第1部分Y1と異なる第2部分Y2と、を有する。配線L31の第1部分Y1は、インバータ回路IV24の出力端子に接続される。インバータ回路IV24の入力端子は、サーチ線SBの第6部分X6に接続される。配線L31の第2部分Y2は、インバータ回路IV25の入力端子に接続される。インバータIV25の出力端子はサーチ線SBの第2部分X2に接続される。サーチ線ドライバ回路SD2側から見た場合において、配線L31の第1部分Y1は配線L31の近端部L31Aと見做すことができ、配線L31の第2部分Y2は配線L31の遠端部L31Bと見做すことができる。配線L31の負荷容量は、複数のメモリセルTCAMMCが接続されるサーチ線SBの負荷容量と比較して、小さい。
図27に示す様に、インバータ回路IV23、IV25のおのおのは、プルアップトランジスタとされるPチャネル型MOS電界効果トランジスタP26と、プルダウントランジスタとされるNチャネル型MOS電界効果トランジスタN26と、を含む。Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP26は、入力iに接続されたゲートと、メモリ電源電位VDDM2に接続されたソースと、出力oに接続されたドレインと、を有する。Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN26は、入力iに接続されたゲートと、接地電位GNDに接続されたソースと、出力oに接続されたドレインと、を有する。インバータ回路IV23の場合、入力iは、配線L30の遠端部L30Bに接続され、出力oはサーチ線STの遠端部STBに接続される。インバータ回路IV25の場合、入力iは、配線L31の遠端部L31Bに接続され、出力oはサーチ線SBの遠端部SBBに接続される。
図26において、サーチ線STが、サーチデータSTDに基づいて、ロウレベルからハイレベルへ遷移する場合、サーチ線STの近端部STAの電位レベルはロウレベルからハイレベルへ速やかに遷移する。サーチ線STは負荷容量が大きいので、サーチ線STの遠端部STBの電位レベルは、徐々にロウレベルからハイレベル側へ上昇する。一方、配線L30は負荷容量が小さいので、配線L30の遠端部L30Bの電位レベルはハイレベルからロウレベルへ速やかに遷移する。そのため、インバータ回路IV23の出力がロウレベルからハイレベルへ速やかに遷移し、サーチ線STの遠端部STBの電位レベルをハイレベルへ速やかに遷移させる。サーチ線SBが、ハイレベルからロウレベルへ遷移する場合については、上記説明から当業者は容易に理解できると思われるので、その説明は省略する。
次に、図28を用いて、サーチ線ST単位回路6の動作を説明する。図28では、サーチ線STが、サーチデータSTDに基づいて、ロウレベルからハイレベルへ遷移する場合について説明する。なお、図28において、点線Z27で示す波形は、配線L30、インバータ回路IV22、IV23が設けられていない場合の波形を示している。
時刻t1において、サーチイネーブル信号STEが活性化レベルとされ、サーチデータSTDが入力されると、サーチ線STの近端部STAが、サーチデータSTDに基づいて、ロウレベルからハイレベルへ速やかに遷移する。そして、サーチ線STは負荷容量が大きいので、サーチ線STの遠端部STBの電位レベルは、徐々にロウレベルからハイレベル側へ上昇する。一方、配線L30は負荷容量が小さいので、配線L30の遠端部L30Bの電位レベルはハイレベルからロウレベルへ速やかに遷移する。
時刻t2において、配線L30の遠端部L30Bのロウレベルに基づいて、インバータ回路IV23の出力がロウレベルからハイレベルへ速やかに遷移し、サーチ線STの遠端部STBの電位レベルをハイレベルへ速やかに遷移させる。
時刻t3において、サーチイネーブル信号STEが非活性化されると、サーチ線STの近端部STAが、ハイレベルからロウレベルへ速やかに遷移する。これにより、サーチ線STの遠端部STBの電位レベルは、徐々にハイレベルからロウレベル側へ下降する。一方、配線L30の遠端部L30Bの電位レベルはロウレベルからハイレベルへ速やかに遷移する。
時刻t4において、配線L30の遠端部L30Bのハイレベルに基づいて、インバータ回路IV23の出力がハイレベルからロウレベルへ速やかに遷移し、サーチ線STの遠端部STBの電位レベルをロウレベルへ速やかに遷移させる。
実施例4によれば、サーチ線STの遠端部STBの電位レベルの立ち上がりおよび立下りを高速にできるので、TCAMの個々のサーチ期間を短縮化でき、TCAMの全体的なサーチ動作を高速化できる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
100:半導体装置
102:メモリ装置
MC:メモリセル
WL:ワード線
BT、/BT:ビット線
MCA:メモリセルアレイ
WLD:ワード線ドライバ回路
WLPU:ワード線プルアップ回路
4:1行分の単位回路
P11、P12:Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
L1:第1配線
L2:第2配線
X1:第1配線L1の第1部分
X2:第1配線L1の第2部分
X3:第1配線L1の第3部分
X4:第1配線L1の第4部分
X5:第1配線L1の第5部分
X6:第1配線L1の第6部分
Y1:第2配線L2の第1部分
Y2:第2配線L2の第2部分

Claims (11)

  1. 第1部分と、前記第1部分と異なる第2部分と、前記第1部分および前記第2部分と異なり、かつ、前記第1部分と前記第2部分との間に設けられた第3部分と、を有する第1配線と、
    入力端子と、前記第1配線の前記第1部分に接続された出力端子と、を含むドライバ回路と、
    前記第1配線の前記第3部分に接続された複数のメモリセルと、
    前記第2部分に接続されたドレインと、ゲートと、を有する電界効果トランジスタと、
    前記第1配線と並走して設けられた第2配線と、
    第1電源電位を生成する電位生成回路と、を含み、
    前記第1配線の前記第3部分は、前記第1部分の最も近くに位置する第4部分と、前記第2部分の最も近くに位置する第5部分と、を含み、
    前記第1配線は、さらに、前記第1部分および前記第4部分とは異なり、かつ、前記第1部分と前記第4部分との間に設けられた第6部分を含み、
    前記複数のメモリセルは、前記第4部分に接続された第1メモリセルと、前記第5部分に接続された第2メモリセルと、を含み、
    前記第2配線は、前記第6部分と前記電界効果トランジスタの前記ゲートの間に、電気的に接続され、
    前記第1配線は、ワード線を含み、
    前記複数のメモリセルは、第2電源電位を供給され、
    前記電位生成回路は、前記複数のメモリセルの読み出し動作において、前記第2電源電位より低い前記第1電源電位を生成し、
    前記ドライバ回路は、前記第1電源電位を供給され、前記第1電源電位に基づいて、前記第1配線と前記第2配線を駆動し、前記駆動された第2配線の電位レベルに基づいて、前記電界効果トランジスタをオン状態として、前記第1配線の前記第2部分をプルアップする、半導体装置。
  2. 前記電界効果トランジスタの前記ゲートに接続された第4配線と、
    入力と、前記第4配線に接続された出力と、を含むインバータ回路を、さらに、含み、
    前記第2配線は、前記第6部分と前記インバータ回路の前記入力とを接続する、請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記電界効果トランジスタはプルアップトランジスタと、第1のPチャネル型電界効果トランジスタと、を含み、
    前記第1のPチャネル型電界効果トランジスタのソースは、前記電位生成回路から生成された第1電源電位を受けるように電気的に接続される、請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記第1配線と前記第2配線とは、同層の金属配線層によって形成される、請求項1に記載の半導体装置。
  5. 前記第1配線は、第1の金属配線層によって形成され、
    前記第2配線は、前記第1の金属配線層と異なる第2の金属配線層によって形成される、請求項1に記載の半導体装置。
  6. 第1部分と、前記第1部分と異なる第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間の第3部分と、を有する第1配線と、
    入力端子と、前記第1配線の前記第1部分に接続された出力端子と、を含むドライバ回路と、
    前記第1配線の前記第3部分に接続された複数のメモリセルと、
    前記第2部分に接続されたドレインと、ゲートと、を有する電界効果トランジスタと、
    前記第1配線と並走して設けられた第2配線と、
    前記ドライバ回路の前記入力端子に接続された第3配線と、
    を含み、
    前記第2配線は、前記第3配線と前記電界効果トランジスタの前記ゲートの間に、電気的に接続され、
    電位生成回路をさらに含み、
    前記第1配線は、ワード線を含み、
    前記電界効果トランジスタは、第1のPチャネル型電界効果トランジスタを含み、
    前記ドライバ回路は、第2のPチャネル型電界効果トランジスタと、第1のNチャネル型電界効果トランジスタと、第3のPチャネル型電界効果トランジスタと、を含み、
    前記第2のPチャネル型電界効果トランジスタは、前記ドライバ回路の前記入力端子に接続されたゲートと、前記ドライバ回路の前記出力端子に接続されたドレインと、電源電位に接続されたソースと、を含み、
    前記第1のNチャネル型電界効果トランジスタは、前記ドライバ回路の前記入力端子に接続されたゲートと、前記ドライバ回路の前記出力端子に接続されたドレインと、接地電位に接続されたソースと、を含み、
    前記第3のPチャネル型電界効果トランジスタは、前記ドライバ回路の前記入力端子に接続されたゲートと、前記ドライバ回路の前記出力端子に接続されたソースと、前記接地電位に接続されたドレインと、を含み、
    前記第1のPチャネル型電界効果トランジスタのソースは、前記電位生成回路から生成された第1電源電位を受けるように、電気的に接続され、
    前記複数のメモリセルは、第2電源電位を供給され、
    前記電位生成回路は、前記複数のメモリセルの読み出し動作において、前記第2電源電位より低い前記第1電源電位を生成する、半導体装置。
  7. 第1部分と、前記第1部分と異なる第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間の第3部分と、を有する第1配線と、
    入力端子と、前記第1配線の前記第1部分に接続された出力端子と、を含むドライバ回路と、
    前記第1配線の前記第3部分に接続された複数のメモリセルと、
    前記第2部分に接続されたドレインと、ゲートと、を有する電界効果トランジスタと、
    前記第1配線と並走して設けられた第2配線と、
    前記ドライバ回路の前記入力端子に接続された第3配線と、
    を含み、
    前記第2配線は、前記第3配線と前記電界効果トランジスタの前記ゲートの間に、電気的に接続され、
    前記電界効果トランジスタの前記ゲートに接続された第4配線と、
    前記第3配線に接続された入力と、出力と、を含む第1インバータ回路と、
    入力と、前記第4配線に接続された出力と、を含む第2インバータ回路と、
    をさらに含み、
    前記電界効果トランジスタは、第1のPチャネル型電界効果トランジスタを含み、
    前記第2配線は、前記第1インバータ回路の前記出力と前記第2インバータ回路の前記入力とを接続し、
    電位生成回路をさらに含み、
    前記第1配線は、ワード線を含み、
    前記ドライバ回路は、第2のPチャネル型電界効果トランジスタと、第1のNチャネル型電界効果トランジスタと、第3のPチャネル型電界効果トランジスタと、を含み、
    前記第2のPチャネル型電界効果トランジスタは、前記ドライバ回路の前記入力端子に接続されたゲートと、前記ドライバ回路の前記出力端子に接続されたドレインと、電源電位に接続されたソースと、を含み、
    前記第1のNチャネル型電界効果トランジスタは、前記ドライバ回路の前記入力端子に接続されたゲートと、前記ドライバ回路の前記出力端子に接続されたドレインと、接地電位に接続されたソースと、を含み、
    前記第3のPチャネル型電界効果トランジスタは、前記ドライバ回路の前記入力端子に接続されたゲートと、前記ドライバ回路の前記出力端子に接続されたソースと、前記接地電位に接続されたドレインと、を含み、
    前記第1のPチャネル型電界効果トランジスタのソースは、前記電位生成回路から生成された第1電源電位を受けるように、電気的に接続され、
    前記複数のメモリセルは、第2電源電位を供給され、
    前記電位生成回路は、前記複数のメモリセルの読み出し動作において、前記第2電源電位より低い前記第1電源電位を生成する、半導体装置。
  8. 第1部分と、前記第1部分と異なる第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間の第3部分と、を有する第1配線と、
    入力端子と、前記第1配線の前記第1部分に接続された出力端子と、を含むドライバ回路と、
    前記第1配線の前記第3部分に接続された複数のメモリセルと、
    前記第2部分に接続されたドレインと、ゲートと、を有する電界効果トランジスタと、
    前記第1配線と並走して設けられた第2配線と、
    前記ドライバ回路の前記入力端子に接続された第3配線と、
    第1電源電位を生成する電位生成回路と、
    を含み、
    前記第2配線は、前記第3配線と前記電界効果トランジスタの前記ゲートの間に、電気的に接続され、
    前記電界効果トランジスタの前記ゲートに接続された第4配線と、
    前記第3配線に接続された入力と、出力と、を含む第1インバータ回路と、
    入力と、前記第4配線に接続された出力と、を含む第2インバータ回路と、をさらに含み、
    前記電界効果トランジスタは、第1のPチャネル型電界効果トランジスタを含み、
    前記第2配線は、前記第1インバータ回路の前記出力と前記第2インバータ回路の前記入力とを接続し、
    前記第1配線は、ワード線を含み、
    前記複数のメモリセルは、第2電源電位を供給され、
    前記電位生成回路は、前記複数のメモリセルの読み出し動作において、前記第2電源電位より低い前記第1電源電位を生成し、
    前記ドライバ回路は、前記第1電源電位を供給され、前記第1電源電位に基づいて、前記第1配線を駆動し、
    前記第1インバータ回路は、前記第2電源電位を供給され、前記第2配線を駆動し、
    前記駆動された第2配線の電位レベルに基づいて、前記電界効果トランジスタをオン状態として、前記第1配線の前記第2部分をプルアップする、半導体装置。
  9. ゲートと、ソースドレイン経路とを有する第2のNチャネル型電界効果トランジスタをさらに含み、
    前記第2のNチャネル型電界効果トランジスタの前記ゲートは、前記第1のPチャネル型電界効果トランジスタの前記ゲートに接続され、
    前記第2のNチャネル型電界効果トランジスタの前記ソースドレイン経路は、前記ワード線と接地電位との間に接続される、請求項に記載の半導体装置。
  10. 半導体装置の駆動方法であって、
    前記半導体装置は、
    第1部分と、前記第1部分と異なる第2部分と、前記第1部分および前記第2部分と異なり、かつ、前記第1部分と前記第2部分との間に設けられた第3部分と、を有する第1配線と、
    前記第1配線の前記第1部分に接続された出力端子と、を含むドライバ回路と、
    前記第1配線の前記第3部分に接続された複数のメモリセルと、
    前記第2部分に接続されたドレインと、ゲートと、を有する電界効果トランジスタと、
    前記第1配線と並走して設けられ、前記ドライバ回路の前記出力端子と前記電界効果トランジスタの前記ゲートとの間に電気的に接続された第2配線と、
    第1電源電位を生成する電位生成回路と、
    を含み、
    前記第1配線は、ワード線を含み、
    前記複数のメモリセルは、第2電源電位を供給され、
    前記電位生成回路は、前記複数のメモリセルの読み出し動作において、前記第2電源電位より低い前記第1電源電位を生成し、
    前記電位生成回路の生成する前記第1電源電位は前記ドライバ回路に供給され、
    前記ドライバ回路によって、前記第1配線および前記第2配線を駆動し、
    前記駆動された第2配線の電位レベルに基づいて、前記電界効果トランジスタをオン状態として、前記第1配線の前記第2部分の電位をプルアップする、半導体装置の駆動方法。
  11. 半導体装置の駆動方法であって、
    前記半導体装置は、
    第1部分と、前記第1部分と異なる第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間の第3部分と、を有する第1配線と、
    入力端子と、前記第1配線の前記第1部分に接続された出力端子と、を含むドライバ回路と、
    前記第1配線の前記第3部分に接続された複数のメモリセルと、
    前記第2部分に接続されたドレインと、ゲートと、を有する電界効果トランジスタと、
    前記第1配線と並走して設けられた第2配線と、
    前記ドライバ回路の前記入力端子に接続された第3配線と、
    前記電界効果トランジスタの前記ゲートに接続された第4配線と、
    前記第3配線に接続された入力と、出力と、を含む第1インバータ回路と、
    入力と、前記第4配線に接続された出力と、を含む第2インバータ回路と、
    電位生成回路と、
    を含み、
    前記第2配線は、前記第3配線と前記電界効果トランジスタの前記ゲートの間に、電気的に接続され、
    前記電界効果トランジスタは、第1のPチャネル型電界効果トランジスタを含み、
    前記第2配線は、前記第1インバータ回路の前記出力と前記第2インバータ回路の前記入力とを接続し、
    前記第1配線は、ワード線を含み、
    前記ドライバ回路は、第2のPチャネル型電界効果トランジスタと、第1のNチャネル型電界効果トランジスタと、第3のPチャネル型電界効果トランジスタと、を含み、
    前記第2のPチャネル型電界効果トランジスタは、前記ドライバ回路の前記入力端子に接続されたゲートと、前記ドライバ回路の前記出力端子に接続されたドレインと、電源電位に接続されたソースと、を含み、
    前記第1のNチャネル型電界効果トランジスタは、前記ドライバ回路の前記入力端子に接続されたゲートと、前記ドライバ回路の前記出力端子に接続されたドレインと、接地電位に接続されたソースと、を含み、
    前記第3のPチャネル型電界効果トランジスタは、前記ドライバ回路の前記入力端子に接続されたゲートと、前記ドライバ回路の前記出力端子に接続されたソースと、前記接地電位に接続されたドレインと、を含み、
    前記第1のPチャネル型電界効果トランジスタのソースは、前記電位生成回路から生成された第1電源電位を受けるように、電気的に接続され、
    前記複数のメモリセルは、第2電源電位を供給され、
    前記電位生成回路によって、前記複数のメモリセルの読み出し動作において、前記第2電源電位より低い前記第1電源電位を生成する、半導体装置の駆動方法。
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