JPH02183495A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH02183495A
JPH02183495A JP64000932A JP93289A JPH02183495A JP H02183495 A JPH02183495 A JP H02183495A JP 64000932 A JP64000932 A JP 64000932A JP 93289 A JP93289 A JP 93289A JP H02183495 A JPH02183495 A JP H02183495A
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松井 正貴
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は半導体記憶装置、特に絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタ(MOSFET)でメモリセルを構成したス
タティック型メモリ(’SRAM)に係り、内部電源降
圧回路を6するスタティック型メモリのワード線駆動回
路部を改良したものである。
(従来の技術) この種の半導体記憶装置において、MO8F[:Tの微
細化が進展するにつれて、ゲート酸化膜の厚さが薄くな
ってくると、ゲート酸化膜の耐圧などの問題から今まで
のように外部供給電圧5vをそのまま、MO3l’ET
のゲート・ソース間に印加することができなくなり、I
C外部倶給電圧を内部電源電圧降下回路を用いて降下さ
せ、MOSFETの信頼性を保証する必要がある。この
ように内部電源降圧回路を用いなければならないのは、
ゲート長0. 6μm以ド以上れる。このような場合を
想定した従来のSRAMのメモリセル周辺の回路の一例
を第6図に示す。代表として、1つのビット線」二の1
つのメモリセルを示した。MCはスタティック型メモリ
セルであり、交差結合したN形N09FET トランジ
スタQ   Q4と内部電源電位vMMに接続さ3゛ れた高抵抗負荷RRで構成されたフリップ1’    
 2 フロップで記憶素子が構成され、それが、ワード$1W
Lで選択制御される伝送用トランスファゲートQ  Q
 2を介してビット線対BL、BLに接l。
続される。従ってフリップフロップの内部ノードN  
 N2には相補のデータが保持される。これ1’ は高抵抗負荷形スタティックメモリセルと呼ばれる。ワ
ード線WLは、ワード線駆動回路S1を通じて駆動され
、選択時に“1mの出力がでる。ビット線BL、BLは
ビット線負荷QQ  でブ5’     8 ルアツブされている。ここでワード線駆動回路S1.ビ
ット線プルアップ負荷、高抵抗負荷、ならびに一般に周
辺回路全般には、内部電源電圧降下回路の出力V が供
給されている。vMMの駆動M はこの例では、内部参照電位V  をゲート入力rol
’ とし°、ドレインを外部電源電圧vCcに接続したソー
スフォロアNMOSトランジスタQLによって行なわれ
る。
(発明が解決しようとする課題) 一般的な内部ff1M降下回路の特性を第7図に示す。
内部参照電位V  は、A部電圧vCCかあor る電圧V  を越えるとリミッタがかかり、外部「0「
0 電圧vccにかかわらず一定電位になる。これに応じて
電圧vMMは、ソースフォロアの特性上トランジスタの
しきい値V だけ下がったrvRhF”−vT」の電圧
になる。
従って従来例によるスタティック型メモリでは、内部電
源降下回路を用いない場合に比べて、■  より低い領
域ではワード線の電位の選択時「e「0 め出力が、vTだけ低くなる。ところで、一般的に第6
図によるスタティック型メモリセルの特性はワード線電
圧に強く依存する。即ち、第6図の例で内部ノードN2
が高電位、N1が低電位の場合を考えると、書き込み時
の内部ノードN2の電位V はワード線電位をV 、伝
送ゲートQ2のII                
 Ml□しきい値をvTTとすると Vll−vwL−vTT となる。これは高抵抗負荷RRの抵抗値1’     
2 が非常に大きいためである。このvllが低いと、これ
が低電位側のドライバトランジスタQ3のしきい値vT
Dより低くなってしまい、トランジスタQ3がオンせず
低電位側の電位がでなくなり、フリップフロップとして
の安全性が成立しなくなり、セルMCがデータを保持で
きなくなる。また、仮にV u > V toでも、そ
の差が少なくなるとドライバトランジスタQ3の駆動力
が低くなり、セル電流を引けなくなり、アクセスタイム
の遅れが生ずる。従って従来の方式では、セルの低電位
側の電源電圧マージンが小さくなり、内部電源降圧回路
を用いない場合に比べて動作最少電源電圧Vcclln
が悪化するという欠点がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、内部電源降
下回路を用いても動作最少電圧を悪化させない半導体記
憶装置を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段と作用) 本発明は、フリップフロップを記憶要素とじ−に記フリ
ップフロップの相補のデータを保持する入出力端子対が
ワード線により選択制御される伝送ゲートを通じてビッ
ト線対に接続されたスタティック型メモリセルと、上記
ワード線を駆動するワード線駆動回路と、外部印加電源
電位を降圧し半導体チップ内の回路の内部電源電位とし
て供給する電源電圧降下回路と、上記ワード線に内部電
源電位を印加した上記スタティック型メモリセルのビッ
ト線駆動電流をモニターするダミーセル構成のセル電流
モニター回路と、上記ダミーセルの駆動電流が一定の値
以上の時は内部電源電圧を、上記一定の値以下の値の時
は外部印加電源電位を上記ワード線駆動回路に供給する
供給電源切り替え回路とを具備したことを特徴とする半
導体記憶装置である。
即ち本発明は、セルの低電位側のセル引き込み電流をモ
ニターするダミーセルを用いて、このダミーセルのセル
引き込み電流がある一定の値以下になったことを検出し
てワード線駆動回路の供給電圧を内部降下電圧V から
外部7は圧vccに切りM 換えることで、ワード線電位を外部電位vccにし、動
作最少電圧を悪化させないことを特徴とする。
(実施例) 以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第1
図は同実施例の回路図であるが、これは第6図のものと
対応させた場合の例であるから、同一個所には同一符号
を付して説明を省略し、特徴とする点のみを抽出して説
明する。即ち、ワード線駆動回路S の供給電圧V  
は、ゲート入1       vDRV 力を内部参照電位V  とするソースフォロア接et 統された8MO8)ランジスクQL2と、それと並列に
接続されたPMOS)ランジスタQL3によって供給さ
れる。このトランジスタQL3のゲートには、内部電源
電位vMMがワードi!jlWLに印加された時に、メ
モリセルの低電位側のセル引き込み電流I  をモニタ
ーするセル電流モニター回路1all の出力V  の反転電位V  が入力されている。
MON       NON この電位V  はセル引き込み電流I  が読みNON
            cell出し動作に不充分な
ほど小さかったことを検出して、a1″出力が出るよう
に制御されている。
第2図に本発明によるセル電流モニター回路の一実施例
を示す。トランジスタQ   、Q   はセル伝送ゲ
ートと同等のサイズをもち、トランジスタQ  はセル
ドライバトランジスタQ3゜Q と同等のサイズをもつ
。Q   、Q   には内部電源電位V が供給され
、Q  のソースはMW        2 抵抗Rを介して接地されている。Q  のドレN   
            l インは抵抗RMを介して内部電源電位vMMに、Q  
のドレインはvMMに直接接続されている。
抵抗RNを十分大きくすることにより、ノードN  は
セルの書き込み時の高電位側の内部ノードV と同じか
あるいは若干低い電圧V  が出II        
        11るため、これによってトランジス
タQ ′はオンして、ノードN  が低電位側の内部ノ
ードを槙擬することになる。これによりトランジスタQ
Q、Q、RNでダミーセルを構 成する。抵抗RをvMM/RNがセルの引き込み翼 電流I  が読み出しにとって不十分な値となるell 境界gi 1   crltlcalになるように設定
しておく。
ell こうすることにより、vMMが低くなってきてセルの引
き込み電流が不十分になる電圧V  になるMC と、モニター電圧の出力V  はV にプルアラNON
   M緘 ブされる。反対にvMMが高くセル引き込み電流!  
が十分になると、vMoNは接地電位に落ちall る。
この様子を第3図に示す。このような特性をもつセル電
流モニター回路を用いることにより、ダミーセルの駆動
電流が不十分な状態になると、インバータS の出力V
  がmO”になり、PMO32NON トランジスタQ がオンしてV  を外部電位L3  
     [)RV vccにプルアップする。これによってワード線電位が
内部降圧電位vMMから外部電位vcoに上るため、セ
ルMCの安定性が増し、読み出し可能な状態になる。第
4図に本発明第2図、第3図の実施例によるワード線供
給電位V  の外部電圧V。。
DRV 依存性を示した。A点でセル電流モニター回路1の出力
V  が“1″になり、■  を外部電圧MON   
       IIDRVvccにプルアップする。こ
れにより、従来方式に比べて最少動作電圧が、QL2の
しきい値電圧v121V程度良くなるという効果がある
。また、このようにダミーセルを用いてメモリセルの典
型的な特性をモニターすることにより、プロセスの変動
に対するメモリセル特性の変動をキャンセルすることが
できる。また、周囲温度の変動によるメモリセル特性の
変化もキャンセルすることができるという効果がある。
第5図に本発明の他の実施例として、内部電源VM−動
回路として、ソースフォロア接続のNMO9PIETの
替わりに、エミッタフォロア接続のNPNバイポーラト
ランジスタQ  を用いた場り 合を示す。この場合、動作は第1図の例と同じであるが
、V   −V  はバイポーラトランジスタrot 
  M菖 の順方向電圧V、(=0.8V)となる。
このような半導体記憶装置によれば、セルの低電位側の
セル引き込み電流I  をモニターするoll ダミーセル1を用いて、このダミーセルのセル引き込み
電流がある一定の値以下になったことを検出してワード
線駆動回路S1の供給電圧を内部降ドtaJfv  か
ら外部電圧vCCに切り換えることで、M翼 ワード線電位vwLをvccにすることにより、ワード
線電位の内部電位降下回路の駆動トランジスタのしきい
値電圧VTによる降下による最少動作電圧の悪化がなく
なり、従来の内部電源電圧降下回路を用いたスタティッ
ク形メモリに比べて最少動作電圧がvlすなわち約1v
だけ向上するものである。
[発明の効果] 以上説明した如く本発明によれば、内部電源降下回路を
用いた場合でもメモリ動作最少電圧が悪化しない半導体
記憶装置が提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す回路図、第2図は同回
路の一部詳細図、第3図はその電圧特性図、第4図は同
回路のワード線駆動回路の供給電源電圧依存性を示す特
性図、第5図は本発明の他の実施例の回路図、第6図は
従来例の回路図、第7図は同回路の内部電源降下回路の
電圧特性図である。 QQ  ・・・メモリセルの伝送ゲート、Q3゜1’ 
    2 Q4・・・メモリセルのドライバトランジスタ、R,。 R・・・メモリセルの高抵抗負荷、QQ−1,ビ25°
  6 ツト線プルアップ用PMO8IルT%QL・・・内部電
源駆動用ソースフォロアNMO8FhT%QL2・・・
ワード線供給電源駆動用ソースフォロアNMO8PI:
T 、 QL3・・・ワード線供給電源駆動用PMO3
FET%S1・・・ワード線駆動回路、MC・・・メモ
リセル、WL・・・ワード線、BL、BL・・・ビット
線、vMM・・・内部電源電位、NON   NON・
・・セル電流モニタ出力、vver、”v    、 
v 内部参照電位、vVDRV・・・ワード線駆動回路供給
電位、RD・・・ローデコーダ出力、Q  ・・・内部
電源り 駆動用エミッタフォロアNPNバイポーラトランジスタ
、Q  ・・・ワード線駆動回路供給電源駆動川エミッ
タフォロワNPNバイボーラトランジス夕、 1・・・セル電流モニター回路 (ダミーセル)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)フリップフロップを記憶要素とし上記フリップフ
    ロップの相補のデータを保持する入出力端子対がワード
    線により選択制御される伝送ゲートを通じてビット線対
    に接続されたスタティック型メモリセルと、上記ワード
    線を駆動するワード線駆動回路と、外部印加電源電位を
    降圧し半導体チップ内の回路の内部電源電位として供給
    する電源電圧降下回路と、上記ワード線に内部電源電位
    を印加した上記スタティック型メモリセルのビット線駆
    動電流をモニターするダミーセル構成のセル電流モニタ
    ー回路と、上記ダミーセルの駆動電流が一定の値以上の
    時は内部電源電圧を、上記一定の値以下の値の時は外部
    印加電源電位を上記ワード線駆動回路に供給する供給電
    源切り替え回路とを具備したことを特徴とする半導体記
    憶装置。
  2. (2)上記フリップフロップとして、ソースを接地した
    第1のドライバMOSFETと、ソースを接地しゲート
    を第1のドライバMOSFETのドレインに、ドレイン
    を第1のドライバMOSFETのゲートに接続した第2
    のドライバMOSFETと、上記第1のドライバMOS
    FETのドレインと内部電源電位との間に接続した第1
    の負荷抵抗と、第2のドライバMOSFETのドレイン
    と内部電源電位との間に接続した第2の負荷抵抗からな
    る高抵抗負荷型フリップフロップを用いることを特徴と
    する請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. (3)上記ダミーセルとして、上記第1、第2のドライ
    バMOSFETと同等のデイメンジョンを有しソースを
    接地したダミードライバMOSFETと、上記伝送ゲー
    トと同等のデイメンジョンを有しソースを上記ダミード
    ライバMOSFETのゲートにゲートを内部電源電位に
    ドレインを内部電源電位に接続した第1のダミー伝送ゲ
    ート用MOSFETと、ソースを上記ダミードライバM
    OSFETのドレインにゲートを内部電源電位に接続し
    た第2のダミー伝送ゲート用ゲートMOSFETと、上
    記第1のダミー伝送ゲート用MOSFETのソースと接
    地電位の間に接続したプルダウン抵抗と、上記第2のダ
    ミー伝送ゲート用MOSFETのドレインと内部電源電
    位との間に接続したプルアップ抵抗を有し、上記第2の
    ダミー伝送ゲート用MOSFETの電位を出力モニター
    電位とした回路を用いることを特徴とする請求項2に記
    載の半導体記憶装置。
  4. (4)上記ワード線駆動回路の供給電源切り替え回路と
    して、上記モニター回路出力をゲート入力とし、外部供
    給電位をソースに、ワード線駆動回路の電源電位をドレ
    インに接続したP型MOSFETと、ゲートに内部電源
    参照電位、ドレインを外部供給電位、ソースをワード線
    駆動回路の電源電位に接続したN型MOSFETからな
    る回路を用いることを特徴とする請求項1に記載の半導
    体記憶装置。
  5. (5)上記ワード線駆動回路の供給電源切り替え回路と
    して、上記モニター回路出力をゲート入力とし外部供給
    電位をソースに、ワード線駆動回路の電源電位をドレイ
    ンに接続したP型MOSFETと、ベースを内部電源参
    照電位、コレクタを外部供給電位、エミッタをワード線
    駆動回路の電源電位に接続したNPN型バイポーラトラ
    ンジスタからなる回路を用いることを特徴とする請求項
    1に記載の半導体記憶装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5644546A (en) * 1992-09-11 1997-07-01 Fujitsu Limited MOS static RAM with improved soft error resistance; high-level supply voltage drop detection circuit and complementary signal transition detection circuit for the same; and semiconductor device with improved intersignal time margin
US6721211B2 (en) 2001-12-21 2004-04-13 Hynix Semiconductor Inc Voltage generator for semiconductor memory device
JP2014526767A (ja) * 2011-09-12 2014-10-06 クアルコム,インコーポレイテッド マルチポートsramのための適応型読取りワード線電圧ブースティング装置および方法

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