JPH0745081A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH0745081A
JPH0745081A JP5207262A JP20726293A JPH0745081A JP H0745081 A JPH0745081 A JP H0745081A JP 5207262 A JP5207262 A JP 5207262A JP 20726293 A JP20726293 A JP 20726293A JP H0745081 A JPH0745081 A JP H0745081A
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memory
write
static ram
signal
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JP5207262A
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English (en)
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Kazumasa Takashima
一雅 高嶋
Katsuyuki Sato
克之 佐藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 その所要レイアウト面積の増大を抑え製造プ
ロセスを簡素化しつつ特にライトリカバーリードにおい
て充分な書き込み及び読み出し信号量を得うる高抵抗負
荷型セルを実現する。この結果、キャッシュメモリを構
成する高抵抗負荷型のスタティック型RAM等の高速化
を推進し、その信頼性を高める。 【構成】 メモリアレイMARYを構成するメモリセル
MCのそれぞれを、Nチャンネル型の駆動MOSFET
N1及びN2ならびにこれらの駆動MOSFETのドレ
イン側に設けられた高抵抗負荷からなる一対のインバー
タが交差結合されてなるラッチと、このラッチの非反転
入出力ノードna及び反転入出力ノードnbと対応する
相補ビット線B0*〜Bn*の非反転及び反転信号線と
の間に設けられるPチャンネル型の選択MOSFETP
1及びP2とにより構成し、ワード線W0〜Wmの選択
レベルを回路の接地電位のようなロウレベルとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体記憶装置に関
し、例えば、キャッシュメモリを構成する高抵抗負荷型
のスタティック型RAM(Random Access
Memory:ランダムアクセスメモリ)に利用して
特に有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】Pチャンネル及びNチャンネルMOSF
ET(Metal Oxide Semiconduc
tor Field Effect Transist
or:金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ。この
明細書では、MOSFETをして絶縁ゲート型電界効果
トランジスタの総称とする)からなる一対のCMOS
(相補MOS)インバータが交差結合されてなるラッチ
を基本構成とするいわゆるCMOS型セルがあり、この
CMOS型セルが格子状に配置されてなるメモリアレイ
を備えるCMOS型のスタティック型RAMがある。ま
た、CMOS型セルのPチャンネルMOSFETを抵抗
等の高抵抗負荷に置き換えることで所要レイアウト面積
の縮小を図ったいわゆる高抵抗負荷型セルがあり、この
高抵抗負荷型セルが格子状に配置されてなるメモリアレ
イを備える高抵抗負荷型のスタティック型RAMがあ
る。さらに、高抵抗負荷型のスタティック型RAMから
なり中央処理装置と同一半導体基板内に形成されるオン
チップキャッシュメモリがあり、このようなキャッシュ
メモリを備えるコンピュータがある。
【0003】高抵抗負荷型のスタティック型RAMなら
びにその高抵抗負荷型セルについては、例えば、198
8年8月、株式会社日立製作所発行の『日立ICメモリ
データブック』第48頁等に記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記に記載される高抵
抗負荷型のスタティック型RAMにおいて、メモリアレ
イMARYは、図5に例示されるように、ワード線W0
〜Wmならびに相補ビット線B0*〜Bn*(ここで、
例えば非反転ビット線B0Tと反転ビット線B0Bをあ
わせて相補ビット線B0*のように*を付して表す。ま
た、それが有効とされるとき選択的にハイレベルとされ
るいわゆる非反転信号等についてはその名称の末尾にT
を付して表し、それが有効とされるとき選択的にロウレ
ベルとされるいわゆる反転信号等についてはその名称の
末尾にBを付して表す。以下同様)の交点に格子状に配
置される多数のメモリセルMCを含み、これらのメモリ
セルMCのそれぞれは、Nチャンネル型の駆動MOSF
ETN1及びN2ならびにそのドレイン側に設けられた
高抵抗の負荷抵抗R1及びR2からなる一対の抵抗負荷
型インバータが交差結合されてなるラッチを含む。メモ
リセルMCを構成するラッチの非反転入出力ノードna
及び反転入出力ノードnbは、Nチャンネル型の選択M
OSFETN5及びN6を介して対応する相補ビット線
B0*〜Bn*の非反転及び反転信号線にそれぞれ結合
され、選択MOSFETN5及びN6のゲートは、対応
するワード線W0〜Wmにそれぞれ共通結合される。
【0005】メモリアレイMARYを構成するワード線
W0〜Wmは、図6に例示されるように、ダイナミック
型RAMが非選択状態とされるとき回路の接地電位のよ
うなロウレベルとされ、ダイナミック型RAMが選択状
態とされるときXアドレス信号に従って択一的に電源電
圧VCCのようなハイレベルとされる。また、相補ビッ
ト線B0*〜Bn*は、ダイナミック型RAMが非選択
状態とされるとき、対応するPチャンネル型の負荷MO
SFETP5及びP6を介して電源電圧VCCのような
ハイレベルにプリチャージされ、ダイナミック型RAM
が選択状態とされるき、YスイッチYSの対応する相補
スイッチMOSFETP3及びN3ならびにP4及びN
4を介して択一的に相補共通データ線CD*つまりはラ
イトアンプWA及びセンスアンプSAに接続される。
【0006】選択された相補ビット線には、ライトモー
ドの場合、ライトアンプWAから相補共通データ線CD
*を介して電源電圧VCCをハイレベルとし回路の接地
電位をロウレベルとするいわゆるフルスィングの書き込
み信号が伝達されるが、この書き込み信号は、選択され
たワード線に結合される選択MOSFETN5及びN6
を介して指定される1個のメモリセルMCに書き込まれ
る。また、リードモードの場合、指定される1個のメモ
リセルMCから選択されたワード線に結合される選択M
OSFETN5及びN6を介してその保持データに対応
した微小読み出し信号が出力されるが、この微小読み出
し信号は、相補共通データ線CD*を介してセンスアン
プSAに伝達され、増幅される。
【0007】ところが、その電源電圧の低電圧化が進む
にしたがって、上記高抵抗負荷型のスタティック型RA
Mには次のような問題点が生じることが本願発明者等に
よって明らかとなった。すなわち、高抵抗負荷型の従来
のスタティック型RAMにおいて、メモリセルMCを構
成する選択MOSFETN5及びN6は、前述のよう
に、NチャンネルMOSFETからなり、ワード線W0
〜Wmの選択レベルは、電源電圧VCCのようなハイレ
ベルとされる。周知のように、NチャンネルMOSFE
Tは、それをオン状態とするために最小限のゲートソー
ス間電圧つまりしきい値電圧Vthnを必要とする。し
たがって、書き込み時におけるメモリセルMCの非反転
入出力ノードna又は反転入出力ノードnbのハイレベ
ルは、図6に示されるように、当初選択MOSFETN
5又はN6のしきい値電圧Vthn分だけ低下し、各ノ
ードの寄生容量と負荷抵抗R1又はR2の抵抗値とによ
って決まる時定数をもって徐々に上昇する。
【0008】高抵抗負荷型のスタティック型RAMから
なるキャッシュメモリを備えるコンピュータでは、図6
に例示されるように、同一アドレスに対するライトモー
ドWCY1及びリードモードRCY1を連続して実行す
るいわゆるライトリカバーリード(Write−Rec
over−Read)動作が許される。しかし、上記の
ようにメモリセルMCの非反転入出力ノードna及び反
転入出力ノードnbのハイレベルが徐々に上昇する従来
のスタティック型RAMでは、ライトモードWCY1直
後におけるリードモードRCY1の実行時、メモリセル
MCの非反転入出力ノードna又は反転入出力ノードn
bのハイレベルはまだ上昇過程にあるため、相応して相
補ビット線B0*〜Bn*に出力される微小読み出し信
号のレベルが小さなものとなる。この結果、スタティッ
ク型RAMの読み出し動作が遅くなり、そのアクセスタ
イムの高速化が制約を受けるとともに、メモリセルMC
としての動作マージンが低下しソフトエラーが発生しや
すくなって、スタティック型RAMの信頼性が低下する
ものである。
【0009】この発明の目的は、その所要レイアウト面
積の増大を抑え製造プロセスを簡素化しつつ充分な書き
込み及び読み出し信号量を得うるスタティック型メモリ
セルを実現することにある。この発明の他の目的は、キ
ャッシュメモリを構成する高抵抗負荷型のスタティック
型RAM等のアクセスタイムの高速化を推進し、その信
頼性を高めることにある。
【0010】この発明の前記ならびにその他の目的と新
規な特徴は、この明細書の記述及び添付図面から明らか
になるであろう。
【0011】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次
の通りである。すなわち、コンピュータのキャッシュメ
モリ等に供される高抵抗負荷型のスタティック型RAM
等において、メモリアレイを構成するメモリセルのそれ
ぞれを、Nチャンネル型の駆動MOSFETならびにこ
れらの駆動MOSFETのドレイン側に設けられた高抵
抗負荷からなる一対の抵抗負荷型インバータが交差結合
されてなるラッチと、このラッチの非反転及び反転入出
力ノードと対応する相補ビット線の非反転及び反転信号
線との間にそれぞれ設けられるPチャンネル型の一対の
選択MOSFETとにより構成し、ワード線の選択レベ
ルを回路の接地電位のようなロウレベルとする。
【0012】
【作用】上記手段によれば、相補ビット線を介して伝達
される書き込み信号のハイレベルを、選択MOSFET
のしきい値電圧によって低下させることなく、ラッチの
非反転又は反転入出力ノードに伝達し、これらのノード
のハイレベルを急速に所定レベルまで引き上げることが
できるため、その所要MOSFET数を増やすことな
く、つまりはその所要レイアウト面積の増大を抑え製造
プロセスを簡素化しつつ、特にライトリカバーリード動
作時において充分な書き込み及び読み出し信号量を得う
るスタティック型メモリセルを実現することができる。
この結果、コンピュータのキャッシュメモリ等を構成す
る高抵抗負荷型のスタティック型RAMの読み出し動作
を高速化し、そのアクセスタイムの高速化を推進できる
とともに、高抵抗負荷型セルとしての動作マージンを高
め、ソフトエラーを抑制して、スタティック型RAMの
信頼性を高めることができる。
【0013】
【実施例】図1には、この発明が適用されたスタティッ
ク型RAMの一実施例のブロック図が示されている。ま
た、図2には、図1のスタティック型RAMに含まれる
メモリアレイ及びYスイッチの一実施例の回路図が示さ
れている。これらの図をもとに、まずこの実施例のスタ
ティック型RAMの構成及び動作の概要について説明す
る。なお、この実施例のスタティック型RAMは、後述
するように、その複数個ならびに他の所定の機能ブロッ
クをもってコンピュータのキャッシュメモリを構成し、
このキャッシュメモリは、コンピュータを構成する中央
処理装置と同一半導体基板上に形成される。図2の各回
路素子ならびに図1の各ブロックを構成する回路素子
は、公知のCMOS集積回路の製造技術により、キャッ
シュメモリ及び中央処理装置を構成する他の所定の回路
素子とともに単結晶シリコンのような1個の半導体基板
上に形成される。以下の回路図において、そのチャンネ
ル(バックゲート)部に矢印が付されるMOSFETは
Pチャンネル型であって、矢印の付されないNチャンネ
ルMOSFETと区別して示される。
【0014】図1において、スタティック型RAMは、
半導体基板面の大半を占めて配置されるメモリアレイM
ARYを備える。このメモリアレイMARYは、図2に
示されるように、図の水平方向に平行して配置されるm
+1本のワード線W0〜Wmと、垂直方向に平行して配
置されるn+1組の相補ビット線B0*〜Bn*とを含
む。これらのワード線及び相補ビット線の交点には、
(m+1)×(n+1)個のスタティック型メモリセル
MCが格子状に配置される。
【0015】メモリアレイMARYを構成するメモリセ
ルMCのそれぞれは、Nチャンネル型(第1導電型)の
駆動MOSFETN1及びN2とこれらの駆動MOSF
ETのドレイン側に設けられた高抵抗負荷(負荷手段)
つまり抵抗R1及びR2とからなる一対の抵抗負荷型イ
ンバータを含む。これらのインバータは、その入力端子
つまり駆動MOSFETN1又はN2のゲートとその出
力端子つまり駆動MOSFETN1又はN2のドレイン
が互いに交差結合されることで、メモリアレイMARY
の単位記憶素子となるラッチを構成する。また、駆動M
OSFETN2のゲートつまり駆動MOSFETN1の
ドレインは、各ラッチの非反転入出力ノードnaとさ
れ、駆動MOSFETN1のゲートつまり駆動MOSF
ETN2のドレインはその反転入出力ノードnbとされ
る。
【0016】この実施例において、メモリセルMCを構
成するラッチの非反転入出力ノードnaは、Pチャンネ
ル型(第2導電型)の選択MOSFETP1を介して対
応する相補ビット線B0*〜Bn*の非反転信号線に結
合され、その反転入出力ノードnbは、Pチャンネル型
の選択MOSFETP2を介して対応する相補ビット線
B0*〜Bn*の反転信号線に結合される。これらの選
択MOSFETP1及びP2のゲートは、対応するワー
ド線W0〜Wmに共通結合される。
【0017】メモリアレイMARYを構成するワード線
W0〜Wmは、XアドレスデコーダXDに結合され、択
一的に選択状態とされる。XアドレスデコーダXDに
は、XアドレスバッファXBからi+1ビットの内部ア
ドレス信号X0〜Xiが供給され、タイミング発生回路
TGから内部制御信号CSが供給される。また、Xアド
レスバッファXBには、アドレス入力端子AX0〜AX
iを介してXアドレス信号AX0〜AXiが供給され、
タイミング発生回路TGから図示されない内部制御信号
ALが供給される。なお、内部制御信号CSは、スタテ
ィック型RAMが選択状態とされるとき、チップイネー
ブル信号CEBのロウレベルを受けて選択的にハイレベ
ルとされる。また、内部制御信号ALは、スタティック
型RAMが選択状態とされる当初において、選択的にハ
イレベルとされる。
【0018】XアドレスバッファXBは、アドレス入力
端子AX0〜AXiを介して供給されるXアドレス信号
AX0〜AXiを内部制御信号ALに従って取り込み、
保持するとともに、これらのXアドレス信号をもとに内
部アドレス信号X0〜Xiを形成し、Xアドレスデコー
ダXDに供給する。XアドレスデコーダXDは、内部制
御信号CSのハイレベルを受けて選択的に動作状態とさ
れ、内部アドレス信号X0〜Xiをデコードして、メモ
リアレイMARYの対応するワード線W0〜Wmを択一
的に選択状態とする。この実施例において、ワード線W
0〜Wmの選択レベルは、回路の接地電位のようなロウ
レベルとされ、その非選択レベルは、電源電圧VCCの
ようなハイレベルとされる。なお、この実施例のスタテ
ィック型RAMは、その電源電圧の低電圧化が図られ、
電源電圧VCCは、例えば+3Vのような比較的絶対値
の小さい正の電源電圧とされる。
【0019】次に、メモリアレイMARYを構成する相
補ビット線B0*〜Bn*は、その一方において、Pチ
ャンネル型の一対の負荷MOSFETP5及びP6を介
して電源電圧VCCにそれぞれ結合され、その他方にお
いて、YスイッチYSの対応する相補スイッチMOSF
ETP3及びN3ならびにP4及びN4を介して相補共
通データ線CD*に結合される。
【0020】負荷MOSFETP5及びP6は、比較的
小さなコンダクタンスを持つべく設計され、そのゲート
は回路の接地電位に結合される。これにより、負荷MO
SFETP5及びP6は、スタティック型RAMが非選
択状態とされる間を含めて定常的にオン状態とされ、対
応する相補ビット線B0*〜Bn*の非反転及び反転信
号線を電源電圧VCCのようなハイレベルにプリチャー
ジする。
【0021】YスイッチYSは、メモリアレイMARY
の相補ビット線B0*〜Bn*に対応して設けられるn
+1組の相補スイッチMOSFETP3及びN3ならび
にP4及びN4を含む。これらの相補スイッチMOSF
ETの一方は、メモリアレイMARYの対応する相補ビ
ット線B0*〜Bn*に結合され、その他方は、相補共
通データ線CD*の非反転又は反転信号線にそれぞれ共
通結合される。各相補スイッチMOSFETを構成する
NチャンネルMOSFETN3及びN4のゲートはそれ
ぞれ共通結合され、YアドレスデコーダYDから対応す
るビット線選択信号YS0〜YSnが供給される。ま
た、各相補スイッチMOSFETを構成するPチャンネ
ルMOSFETP3及びP4のゲートはそれぞれ共通結
合され、対応するビット線選択信号YS0〜YSnのイ
ンバータV1による反転信号が供給される。これによ
り、YスイッチYSの各相補スイッチMOSFETは、
対応するビット線選択信号YS0〜YSnがハイレベル
とされることで選択的にオン状態とされ、メモリアレイ
MARYの対応する1組の相補ビット線B0*〜Bn*
と相補共通データ線CD*とを選択的に接続状態とす
る。
【0022】YアドレスデコーダYDには、Yアドレス
バッファYBからj+1ビットの内部アドレス信号Y0
〜Yjが供給され、タイミング発生回路TGから上記内
部制御信号CSが供給される。また、Yアドレスバッフ
ァYBには、アドレス入力端子AY0〜AYjを介して
Yアドレス信号AY0〜AYjが供給され、タイミング
発生回路TGから上記内部制御信号ALが供給される。
【0023】YアドレスバッファYBは、アドレス入力
端子AY0〜AYjを介して供給されるYアドレス信号
AY0〜AYjを内部制御信号ALに従って取り込み、
保持するとともに、これらのYアドレス信号をもとに内
部アドレス信号Y0〜Yjを形成し、Yアドレスデコー
ダYDに供給する。YアドレスデコーダYDは、内部制
御信号CSのハイレベルを受けて選択的に動作状態とさ
れ、内部アドレス信号Y0〜Yjをデコードして、対応
する上記ビット線選択信号YS0〜YSnを択一的に電
源電圧VCCのようなハイレベルとする。
【0024】メモリアレイMARYの相補ビット線B0
*〜Bn*が択一的に接続状態とされる相補共通データ
線CD*は、ライトアンプWAの出力端子に結合される
とともに、センスアンプSAの入力端子に結合される。
ライトアンプWAの入力端子は、データ入力バッファI
Bの出力端子に結合され、データ入力バッファIBの入
力端子は、データ入力端子DIに結合される。また、セ
ンスアンプSAの出力端子は、データ出力バッファOB
の入力端子に結合され、データ出力バッファOBの出力
端子は、データ出力端子DOに結合される。ライトアン
プWAには、タイミング発生回路TGから内部制御信号
WPが供給され、データ出力バッファOBには内部制御
信号OCが供給される。なお、内部制御信号WPは、ス
タティック型RAMがライトモードで選択状態とされる
とき所定のタイミングでハイレベルとされ、内部制御信
号OCは、スタティック型RAMがリードモードで選択
状態とされるとき所定のタイミングでハイレベルとされ
る。
【0025】データ入力バッファIBは、スタティック
型RAMがライトモードで選択状態とされるとき、デー
タ入力端子DIを介して供給される書き込みデータをラ
イトアンプWAに伝達する。このとき、ライトアンプW
Aは、内部制御信号WPのハイレベルを受けて選択的に
動作状態とされ、データ入力バッファIBから伝達され
る書き込みデータを所定の相補書き込み信号とする。こ
れらの相補書き込み信号は、相補共通データ線CD*及
びYスイッチYSを介してメモリアレイMARYの選択
された1個のメモリセルMCに伝達され、書き込まれ
る。なお、ライトアンプWAから出力される相補書き込
み信号のハイレベルは電源電圧VCCとされ、そのロウ
レベルは回路の接地電位つまり0Vとされる。
【0026】一方、センスアンプSAは、スタティック
型RAMがリードモードで選択状態とされるとき、メモ
リアレイMARYの選択された1個のメモリセルMCか
らYスイッチYS及び相補共通データ線CD*を介して
出力される微小読み出し信号を増幅して、データ出力バ
ッファOBに伝達する。データ出力バッファOBは、内
部制御信号OCのハイレベルを受けて選択的に動作状態
とされ、センスアンプSAによって増幅された読み出し
信号をさらに増幅して、データ出力端子DOからスタテ
ィック型RAMの外部に送出する。なお、メモリアレイ
MARYの選択されたメモリセルMCから出力される微
小読み出し信号のハイレベルは、後述するように、ほぼ
電源電圧VCCとされ、そのロウレベルは、電源電圧V
CCより微小レベルつまり数十ミリボルト程度低いレベ
ルとされる。
【0027】タイミング発生回路TGは、外部から起動
制御信号として供給されるチップイネーブル信号CEB
及びライトイネーブル信号WEBをもとに、上記各種の
内部制御信号を選択的に形成し、スタティック型RAM
の各部に供給する。
【0028】図3には、図1のスタティック型RAMの
一実施例の信号波形図が示されている。同図をもとに、
この実施例のスタティック型RAMの書き込み及び読み
出し動作の詳細ならびにその特徴について説明する。な
お、以下の説明は、メモリアレイMARYの同一アドレ
スつまりワード線W0及び相補ビット線B0*の交点に
配置された1個のメモリセルMCに対する書き込み及び
読み出し動作が連続して実行されるライトリカバーリー
ド動作を例に進められる。
【0029】図3において、この実施例のスタティック
型RAMは、チップイネーブル信号CEBがロウレベル
に変化されることで選択的に選択状態とされ、その動作
モードは、図3に例示されるように、チップイネーブル
信号CEBの立ち下がりエッジにおいてライトイネーブ
ル信号WEBがロウレベルとされるときライトモードW
CY1又はWCY2とされ、ライトイネーブル信号WE
BがハイレベルとされるときリードモードRCY1とさ
れる。アドレス入力端子AX0〜AXiには、チップイ
ネーブル信号CEBのロウレベル変化に先立って、Xア
ドレス信号AX0〜AXiが例えばワード線W0を指定
する組み合わせで供給され、アドレス入力端子AY0〜
AYjには、Yアドレス信号AY0〜AYjが例えば相
補ビット線B0*を指定する組み合わせで供給される。
また、スタティック型RAMがライトモードWCY1又
はWCY2とされるとき、データ入力端子DIには、チ
ップイネーブル信号CEBのロウレベル変化に先立っ
て、例えば論理“0”及び“1”の書き込みデータがそ
れぞれ供給される。
【0030】スタティック型RAMが非選択状態とされ
るとき、言い換えるならばライトモードWCY1が実行
される直前において、メモリアレイMARYのワード線
W0〜Wmはすべて電源電圧VCCのような非選択レベ
ルとされ、ビット線選択信号YS0〜YSnはすべて回
路の接地電位のような非選択レベルとされる。したがっ
て、すべてのメモリセルMCの選択MOSFETP1及
びP2がオフ状態となり、相補ビット線B0*〜Bn*
の非反転及び反転信号線は、対応する負荷MOSFET
P5及びP6を介して電源電圧VCCのようなハイレベ
ルにプリチャージされる。このとき、ワード線W0及び
相補ビット線B0*の交点に配置されるメモリセルMC
は、論理“1”のデータを保持するものとされ、駆動M
OSFETN1はオフ状態、駆動MOSFETN2はオ
ン状態とされる。このため、その非反転入出力ノードn
aは電源電圧VCCのようなハイレベルとされ、反転入
出力ノードnbは回路の接地電位のようなロウレベルと
される。
【0031】チップイネーブル信号CEBがロウレベル
とされスタティック型RAMがライトモードWCY1で
選択状態とされると、タイミング発生回路TGによって
まず図示されない内部制御信号ALがハイレベルとさ
れ、やや遅れて内部制御信号CSが、さらに遅れて内部
制御信号WPがハイレベルとされる。このため、内部制
御信号ALのハイレベルを受けて、XアドレスAX0〜
AXiならびにYアドレス信号AY0〜AYjが対応す
るXアドレスバッファXB及びYアドレスバッファYB
に取り込まれ、内部制御信号CSのハイレベルを受けて
XアドレスデコーダXD及びYアドレスデコーダYDに
よる内部アドレス信号X0〜XiならびにY0〜Yjの
デコード動作が開始される。この結果、指定されるワー
ド線W0が択一的に回路の接地電位のような選択レベル
とされ、ビット線選択信号YS0が択一的に電源電圧V
CCのような選択レベルとされる。
【0032】メモリアレイMARYでは、ワード線W0
が回路の接地電位のような選択レベルとされることで、
このワード線W0に結合されるn+1個のメモリセルM
Cの選択MOSFETP1及びP2が一斉にオン状態と
なり、それぞれの保持データに従った微小読み出し信号
が出力される。前述のように、相補ビット線B0*〜B
n*の非反転及び反転信号線は、対応する負荷MOSF
ETP5及びP6を介して電源電圧VCCにプリチャー
ジされ、ワード線W0及び相補ビット線B0*の交点に
配置されたメモリセルMCは、論理“1”のデータを保
持する。したがって、相補ビット線B0*の非反転信号
線のレベルは、対応するメモリセルMCの駆動MOSF
ETN1がオフ状態であるためそのまま電源電圧VCC
のプリチャージレベルに維持されるが、その反転信号線
のレベルは、駆動MOSFETN2がオン状態であるた
め、負荷MOSFETP6と選択MOSFETP2及び
駆動MOSFETN2とのコンダクタンス比に応じた所
定のレベルに低下する。しかし、相補ビット線B0*に
は比較的大きな寄生容量が結合されることから、その反
転信号線のレベル低下は比較的ゆっくりしたものとな
り、非反転及び反転信号線間のレベル差は数十ミリボル
ト程度の微小なものとなる。
【0033】一方、YスイッチYSでは、ビット線選択
信号YS0のハイレベルを受けて対応する相補スイッチ
MOSFETP3及びN3ならびにP4及びN4がオン
状態となり、相補ビット線B0*と相補共通データ線C
D*との間が接続状態とされる。このため、相補ビット
線B0*に出力された論理“1”の微小読み出し信号は
相補共通データ線CD*に伝達されるが、スタティック
型RAMがライトモードとされセンスアンプSAが動作
状態にないことから、この微小読み出し信号の増幅動作
は行われない。そして、内部制御信号WPのハイレベル
を受けてライトアンプWAが動作状態とされると、この
ライトアンプWAから相補共通データ線CD*に対して
論理“0”の書き込みデータに対応した相補書き込み信
号が出力され、YスイッチYSから相補ビット線B0*
を介して選択状態にある1個のメモリセルMCに伝達さ
れる。前述のように、ライトアンプWAから出力される
相補書き込み信号のハイレベルは電源電圧VCCとさ
れ、そのロウレベルは回路の接地電位とされる。したが
って、それまでハイレベルであったメモリセルMCの非
反転入出力ノードnaは、非反転ビット線B0Tにおけ
る相補書き込み信号のロウレベルつまり回路の接地電位
を受けてロウレベルに変化し、それまでロウレベルであ
ったメモリセルMCの反転入出力ノードnbは、反転ビ
ット線B0Bのハイレベルつまり電源電圧VCCを受け
てハイレベルに変化する。
【0034】この実施例において、メモリセルMCの選
択MOSFETはPチャンネルMOSFETP1及びP
2からなり、ワード線W0〜Wmの選択レベルは回路の
接地電位のようなロウレベルとされる。このため、上記
反転ビット線B0Bのハイレベルは選択MOSFETP
2のしきい値電圧によって低下されることなくメモリセ
ルMCの反転入出力ノードnbに伝達される。このと
き、非反転ビット線B0Tのロウレベルは、選択MOS
FETP1のしきい値電圧分だけ高くなるが、非反転入
出力ノードnaの急速なハイレベル変化を受けて駆動M
OSFETN1が急速にオン状態とされるため、やはり
急速に回路の接地電位まで低下する。したがって、充分
な書き込み信号量を得ることができ、これによってメモ
リセルMCの動作マージンを高めることができる。この
結果、スタティック型RAMのソフトエラーを抑制し、
その信頼性を高めることができるものである。
【0035】次に、ライトモードWCY1に引き続いて
リードモードRCY1が実行されいわゆるライトリカバ
ーリード動作が開始されると、タイミング発生回路TG
によってまず図示されない内部制御信号ALがハイレベ
ルとされ、やや遅れて内部制御信号CSが、またさらに
遅れて内部制御信号OCがハイレベルとされる。スタテ
ィック型RAMでは、内部制御信号ALのハイレベルを
受けてXアドレス信号AX0〜AXiならびにYアドレ
ス信号AY0〜AYjがXアドレスバッファXB及びY
アドレスバッファYBにそれぞれ取り込まれる。また、
内部制御信号CSのハイレベルを受けてワード線W0が
再び択一的に回路の接地電位のような選択レベルとさ
れ、ビット線選択信号YS0が択一的に電源電圧VCC
のような選択レベルとされる。これにより、相補ビット
線B0*には、ワード線W0及び相補ビット線B0*の
交点に配置された1個のメモリセルMCから論理“0”
の保持データに対応した微小読み出し信号が出力され
る。
【0036】相補ビット線B0*に出力された微小読み
出し信号は、ビット線選択信号YS0が択一的にハイレ
ベルとされることで、YスイッチYSから相補共通デー
タ線CD*を介してセンスアンプSAに伝達される。こ
れらの微小読み出し信号は、センスアンプSAにより増
幅されて読み出し信号doとなり、さらに内部制御信号
OCのハイレベルを受けて、データ出力バッファOBか
らデータ出力端子DOを介してスタティック型RAMの
外部に送出される。
【0037】ところで、ワード線W0及び相補ビット線
B0*の交点に配置されたメモリセルMCへの書き込み
動作は、前述のように、Pチャンネル型の選択MOSF
ETP1及びP2を介してフルスィングで高速に行われ
る。このため、ライトリカバーリード動作によるリード
モードRCY1において同一のメモリセルMCが再度選
択状態とされた時点では、このメモリセルMCの非反転
入出力ノードnaのレベルは回路の接地電位のようなロ
ウレベルまで充分に低下し、反転入出力ノードnbのレ
ベルは電源電圧VCCのようなハイレベルまで充分に上
昇している。したがって、相補ビット線B0*に出力さ
れる微小読み出し信号のレベルは、リードモードが充分
に長い時間をおいて繰り返される場合と同様に大きくな
り、充分な読み出し信号量を得ることができるものとな
る。この結果、特にスタティック型RAMのライトリカ
バーリード動作における読み出し動作を高速化し、その
アクセスタイムの高速化を推進することができるもので
ある。
【0038】図4には、図1のスタティック型RAMか
らなるキャッシュメモリを含むコンピュータの一実施例
のシステム構成図が示されている。同図をもとに、この
発明が適用されたスタティック型RAMの応用例である
コンピュータの構成及び動作の概要ならびにその特徴に
ついて説明する。
【0039】図4において、この実施例のコンピュータ
は、いわゆるストアドプログラム方式の中央処理装置C
PUと、この中央処理装置CPUに内部バスCBUSを
介して結合される補助処理装置CCPU,キャッシュメ
モリCM,バス制御ユニットBCU及びメモリ制御ユニ
ットMCUを備える。このうち、補助処理装置CCPU
は、中央処理装置CPUと同様なストアドプログラム方
式の処理装置とされ、中央処理装置CPUの処理の一部
を補助する。また、キャッシュメモリCMは、前記図1
のスタティック型RAMを複数個含み、これらのスタテ
ィック型RAMへの書き込み及び読み出し動作を制御す
るRAM制御部を含む。この実施例のコンピュータはい
わゆる記憶階層形態を採り、キャッシュメモリは、記憶
階層の最高速メモリとして機能する。そして、後述する
低速の主記憶装置MMEMからブロック単位で読み出さ
れる記憶データを一時的に保持するとともに、中央処理
装置CPUとの間でその演算結果や保持データ等を高速
に授受する。
【0040】次に、メモリ制御ユニットMCUは、メモ
リバスMBUSを介して主記憶装置MMEMならびに拡
張記憶装置EMEM1及びEMEM2に結合され、これ
らの記憶装置と内部バスCBUSとの間のバス制御を行
う。記憶装置のうち、主記憶装置MMEMは、例えばダ
イナミック型RAMを基本に構成され、コンピュータの
記憶階層の中容量・中速メモリとして機能するととも
に、磁気テープ装置等の補助記憶装置AMEMとの間で
所定のデータ授受を行う。また、拡張記憶装置EMEM
1及びEMEM2は、やはりダイナミック型RAMを基
本に構成され、コンピュータの記憶容量を拡張するため
に選択的に増設される。
【0041】一方、バス制御ユニットBCUは、入出力
バスIOBUSを介して、リードオンリーメモリRO
M,ディスプレイ装置アダプタDPYA,キーボード制
御部KBDC,フロッピディスク装置FDD,ハードデ
ィスク装置バッファHDDB,シリアルポートインタフ
ェースSPIF及びパラレルポートインタフェースPP
IFに結合され、これらの入出力装置と内部バスCBU
Sとの間のバス制御を行う。なお、入出力装置のうち、
リードオンリーメモリROMは、中央処理装置CPUの
ステップ制御に必要なプログラムや固定データ等を格納
する。また、ディスプレイ装置アダプタDPYAには、
ディスプレイ装置DPYが結合され、キーボード制御部
KBDC及びハードディスク装置バッファHDDBに
は、それぞれキーボードKBD及びハードディスク装置
HDDが結合される。
【0042】この実施例において、キャッシュメモリ
は、その役割上、同一アドレスに対する書き込み及び読
み出し動作を連続して実行するいわゆるライトリカバー
リード動作を必要とされる。ところが、この実施例のキ
ャッシュメモリを構成するスタティック型RAMは、前
述のように、メモリセルMCがいわゆる高抵抗負荷型セ
ルからなるとともに、各メモリセルMCを構成する選択
MOSFETがPチャンネルMOSFETP1及びP2
からなり、書き込み及び読み出し動作に際して充分な書
き込み及び読み出し信号量を得ることができる。このた
め、メモリセルMCは、従来の高抵抗負荷型セルと同様
にその所要MOSFET数が4個で済み、所要レイアウ
ト面積の縮小と製造工程の簡素化が図られるとともに、
その動作マージンが拡大され、特にライトリカバーリー
ド動作時における読み出し動作が高速化される。これら
の結果、キャッシュメモリの低コスト化を図りつつアク
セスタイムの高速化を推進できるとともに、キャッシュ
メモリのソフトエラーを抑制し、その信頼性を高めると
ができるものとなる。
【0043】以上の本実施例に示されるように、この発
明をキャッシュメモリを構成する高抵抗負荷型型のスタ
ティック型RAM等の半導体記憶装置に適用すること
で、次のような作用効果が得られる。すなわち、 (1)コンピュータのキャッシュメモリ等に供される高
抵抗負荷型のスタティック型RAM等において、メモリ
アレイを構成するメモリセルのそれぞれを、Nチャンネ
ル型の駆動MOSFETならびにこの駆動MOSFET
のドレイン側に設けられた高抵抗負荷からなる一対の抵
抗負荷型インバータが交差結合されてなるラッチと、こ
のラッチの非反転及び反転入出力ノードと対応する相補
ビット線の非反転及び反転信号線との間にそれぞれ設け
られるPチャンネル型の一対の選択MOSFETとによ
り構成し、ワード線の選択レベルを回路の接地電位のよ
うなロウレベルとすることで、相補ビット線を介して伝
達される書き込み信号のハイレベルを、選択MOSFE
Tのしきい値電圧によって低下させることなく、ラッチ
の非反転又は反転入出力ノードに伝達し、これらのノー
ドのハイレベルを急速に所定レベルまで引き上げること
ができるという効果が得られる。
【0044】(2)上記(1)項により、その所要MO
SFET数を増やすことなく、つまりはその所要レイア
ウト面積の増大を抑え製造工程を簡素化しつつ、特にラ
イトリカバーリード動作において充分な書き込み及び読
み出し信号量を得うることができるという効果が得られ
る。 (3)上記(1)項及び(2)項により、コンピュータ
のキャッシュメモリ等を構成する高抵抗負荷型のスタテ
ィック型RAM等の読み出し動作を高速化し、そのアク
セスタイムを高速化することができるという効果が得ら
れる。 (4)上記(1)項及び(2)項により、高抵抗負荷型
セルとしての動作マージンを高め、ソフトエラーを抑制
して、スタティック型RAM等の信頼性を高めることが
できるという効果が得られる。
【0045】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、この発明は、上記実
施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例え
ば、図1において、スタティック型RAMは、複数ビッ
トの記憶データを同時に入出力するいわゆる多ビット構
成を採ることができる。また、そのメモリアレイMAR
Yは複数のサブメモリアレイに分割できるし、そのブロ
ック構成や起動制御信号及びアドレス信号の組み合わせ
等は、この実施例による制約を受けない。
【0046】図2において、メモリセルMCの駆動MO
SFETN1及びN2のドレイン側に設けられる高抵抗
負荷は、いわゆるTFT(Thin Film Tra
nsistor:薄膜トランジスタ)によって構成でき
るし、その他の負荷手段を用いることもできる。また、
相補ビット線B0*〜Bn*に対応して設けられる負荷
MOSFETP5及びP6には、比較的大きなコンダク
タンスを有しかつライトモードにおいて選択的にオフ状
態とされるもう一対のPチャンネルMOSFETをそれ
ぞれ並列形態に付加してもよい。YスイッチYSの相補
スイッチMOSFETP3及びN3ならびにP4及びN
4は、Pチャンネル又はNチャンネルMOSFETのみ
により構成することができる。さらに、メモリアレイM
ARY及びYスイッチYSの具体的構成や電源電圧の極
性及び絶対値ならびにMOSFETの導電型等は、種々
の実施形態を採りうる。
【0047】図3において、相補ビット線B0*〜Bn
*におけるプリチャージレベルや書き込み及び読み出し
信号レベルは、任意に設定することができる。また、内
部制御信号WPは、ライトイネーブル信号WEBに同期
した形で形成できるし、起動制御信号及び内部制御信号
の名称及び論理レベル等は、この実施例による制約を受
けない。図4において、キャッシュメモリを含むコンピ
ュータのシステム構成は、種々の実施形態を採りうる。
【0048】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野であるスタ
ティック型RAMに適用した場合について説明したが、
それに限定されるものではなく、例えば、基本構成を同
じくする他の各種のメモリ集積回路やこれらのメモリ集
積回路を含むゲートアレイ集積回路等の論理集積回路装
置にも適用できる。本発明は、少なくともそのメモリア
レイが高抵抗負荷型セルを基本に構成される半導体記憶
装置あるいはこのような半導体記憶装置を含む半導体装
置に広く適用できる。
【0049】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、コンピュータのキャッシュ
メモリ等に供される高抵抗負荷型のスタティック型RA
M等において、メモリアレイを構成するメモリセルのそ
れぞれを、Nチャンネル型の駆動MOSFETならびに
この駆動MOSFETのドレイン側に設けられた高抵抗
負荷からなる一対の抵抗負荷型インバータが交差結合さ
れてなるラッチと、このラッチの非反転及び反転入出力
ノードと対応する相補ビット線の非反転及び反転信号線
との間にそれぞれ設けられるPチャンネル型の一対の選
択MOSFETとにより構成し、ワード線の選択レベル
を回路の接地電位のようなロウレベルとすることで、相
補ビット線を介して伝達される書き込み信号のハイレベ
ルを、選択MOSFETのしきい値電圧によって低下さ
せることなく、メモリセルを構成するラッチの非反転又
は反転入出力ノードに伝達し、これらのノードのハイレ
ベルを急速に所定レベルまで引き上げることができるた
め、その所要MOSFET数を増やすことなく、つまり
はその所要レイアウト面積の増大を抑え製造工程を簡素
化しつつ、充分な書き込み及び読み出し信号量を得うる
スタティック型メモリセルを実現できる。この結果、コ
ンピュータのキャッシュメモリ等を構成する高抵抗負荷
型のスタティック型RAMの読み出し動作を高速化し、
そのアクセスタイムの高速化を推進できるとともに、高
抵抗負荷型セルとしての動作マージンを高め、ソフトエ
ラーを抑制して、スタティック型RAMの信頼性を高め
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明が適用されたスタティック型RAMの
一実施例を示すブロック図である。
【図2】図1のスタティック型RAMに含まれるメモリ
アレイ及びYスイッチの一実施例を示す回路図である。
【図3】図1のスタティック型RAMのライトリカバー
リード動作の一実施例を示す信号波形図である。
【図4】図1のスタティック型RAMからなるキャッシ
ュメモリを含むコンピュータの一実施例を示すシステム
構成図である。
【図5】この発明に先立って本願発明者等が開発したス
タティック型RAMに含まれるメモリアレイ及びYスイ
ッチの一例を示す回路図である。
【図6】図5のスタティック型RAMのライトリカバー
リード動作の一例を示す信号波形図である。
【符号の説明】
MARY・・・メモリアレイ、XD・・・Xアドレスデ
コーダ、XB・・・Xアドレスバッファ、YS・・・Y
スイッチ、YD・・・Yアドレスデコーダ、YB・・・
Yアドレスバッファ、WA・・・ライトアンプ、SA・
・・センスアンプ、IB・・・データ入力バッファ 、
OB・・・データ出力バッファ、TG・・・タイミング
発生回路。 MC・・・メモリセル、W0〜Wm・・・ワード線、B
0*〜Bn*・・・相補ビット線、CD*・・・相補共
通データ線、P1〜P6・・・PチャンネルMOSFE
T、N1〜N6・・・NチャンネルMOSFET、R1
〜R2・・・抵抗、V1・・・インバータ。 CPU・・・中央処理装置、CBUS・・・内部バス、
CCPU・・・補助処理装置、CM・・・キャッシュメ
モリ、BCU・・・バス制御ユニット、IOBUS・・
・入出力バス、ROM・・・リードオンリーメモリ、D
PYA・・・ディスプレイ装置アダプタ、DPY・・・
ディスプレイ装置、KBDC・・・キーボード制御部、
KB・・・キーボード、FDD・・・フロッピディスク
装置、HDDB・・・ハードディスク装置バッファ、H
DD・・・ハードディスク装置、SPIF・・・・シリ
アルポートインタフェース、PPIF・・・・パラレル
ポートインタフェース、MCU・・・メモリ制御ユニッ
ト、MBUS・・・メモリバス、MMEM・・・主記憶
装置、AMEM・・・補助記憶装置、EMEM1〜EM
EM2・・・拡張記憶装置。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の駆動MOSFETならびに
    上記駆動MOSFETのドレイン側に設けられる負荷手
    段からなる一対のインバータが交差結合されてなるラッ
    チと、上記ラッチの非反転及び反転入出力ノードと対応
    する相補ビット線の非反転及び反転信号線との間にそれ
    ぞれ設けられる第2導電型の一対の選択MOSFETと
    を含むスタティック型メモリセルが格子状に配置されて
    なるメモリアレイを具備することを特徴とする半導体記
    憶装置。
  2. 【請求項2】 上記負荷手段は、所定の高抵抗値を有す
    る抵抗からなるものであることを特徴とする請求項1の
    半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 上記負荷手段は、所定の高抵抗値を有す
    る薄膜トランジスタからなるものであることを特徴とす
    る請求項1の半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 上記半導体記憶装置は、キャッシュメモ
    リを構成するものであって、上記キャッシュメモリは、
    コンピュータを構成する中央処理装置と同一の半導体基
    板上に形成されるものであることを特徴とする請求項
    1,請求項2又は請求項3の半導体記憶装置。
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