JPH1139880A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH1139880A
JPH1139880A JP9191458A JP19145897A JPH1139880A JP H1139880 A JPH1139880 A JP H1139880A JP 9191458 A JP9191458 A JP 9191458A JP 19145897 A JP19145897 A JP 19145897A JP H1139880 A JPH1139880 A JP H1139880A
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JP
Japan
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bit line
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JP9191458A
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Hirotoshi Sato
広利 佐藤
Yutaka Arita
豊 有田
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低電源電圧間においてもデータ破壊を生じる
ことなく安定にかつ高速で動作する半導体記憶装置を実
現する。 【解決手段】 メモリセル(1)は、ビット線(BL,
/BL)にエミッタが結合されるバイポーラトランジス
タ(BP1,BP2)のベース電流を利用してメモリセ
ルデータの書込/読出を行なう。このビット線プリチャ
ージ回路(30)は、活性化時ビット線をメモリセルバ
イポーラトランジスタのエミッタ−ベース間のビルトイ
ン電圧レベルにプリチャージする。ビット線BLおよび
/BLがHレベルからLレベルに低下したときバイポー
ラトランジスタのベース電極ノード電位が負電位に容量
結合により変化し、アクセストランジスタ(Q3,Q
4)が導通するのを防止し、メモリセルデータの破壊を
防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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、特にスタティック型半導体記憶装置に関し、よ
り特定的には、スタティック・ランダム・アクセス・メ
モリのビット線プリチャージ回路の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】図21は、従来のスタティック半導体記
憶装置のアレイ部の構成を概略的に示す図である。この
図21に示すスタティック型半導体記憶装置としてのス
タティック・ランダム・アクセス・メモリ(SRAM)
の構成は、たとえば特開平7−226083号公報に示
されている。
【0003】図21において、SRAMは、行列状に配
列される複数のメモリセルMと、各メモリセル行に対応
して配置され、各々に対応の行のメモリセルが接続され
る複数のワード線WLと、メモリセルの各列に対応して
配置され、各々に対応の列のメモリセルが接続される複
数のビット線対BL,/BLを含む。図21において
は、1つのワード線WL1と、ビット線対BL1,/B
L1〜BLn,/BLnと、これらの交差部に対応して
配置されるメモリセルM1〜Mnを代表的に示す。
【0004】メモリセルM1〜Mnの各々は、記憶ノー
ドSNおよび/SNに相補データを記憶するためのイン
バータ202および203で構成されるインバータラッ
チと、ワード線WL(WL1)上の信号電位に応答して
導通し、記憶ノードSNおよび/SNを対応のビット線
BL1,/BL1(BL1,/BL1〜BLn,/BL
n)へそれぞれ接続するアクセストランジスタ204お
よび205を含む。アクセストランジスタ204および
205は、nチャネルMOS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。
【0005】SRAMは、さらに、ビット線対BL1,
/BL1〜BLn,/BLnそれぞれに対応して設けら
れ、ビット線イコライズ指示信号/EQの活性化時活性
化され、対応のビット線対BL1,/BL1〜BL1
n,/BLnを電源電圧Vccレベルにプリチャージし
かつイコライズするためのビット線プリチャージ/イコ
ライズ回路BEQ1〜BEQnと、ビット線対BL1,
/BL1〜BLn,/BLnそれぞれに対応して設けら
れ、図示しないコラムデコーダからの列選択信号Y(Y
1〜Yn)を受け、この受けた列選択信号が対応のビッ
ト線対を指定するとき導通し、対応のビット線対と内部
読出データバス線DB,/DBを電気的に接続する列選
択ゲートCSG1〜CSGnと、データ読出時活性化さ
れ、内部読出データバス線DB,/DB上の信号電位を
増幅して内部読出データを生成して図示しないデータ出
力回路へ伝達するセンスアンプ215を含む。
【0006】ビット線プリチャージ/イコライズ回路B
EQ1〜BEQnの各々は、ビット線イコライズ指示信
号/EQの活性化時導通し、ビット線BL(BL1〜B
Ln)へ電源電圧Vccを伝達するpチャネルMOSト
ランジスタ206と、ビット線イコライズ指示信号/E
Qの活性化時導通し、ビット線/BL(/BL1〜/B
Ln)へ電源電圧Vccを伝達するpチャネルMOSト
ランジスタ207と、ビット線イコライズ指示信号/E
Qの活性化時導通し、ビット線BLおよび/BLを電気
的に接続するpチャネルMOSトランジスタ208を含
む。
【0007】列選択ゲートCSG1〜CSGnの各々
は、列選択信号Y(Y1〜Yn)を反転するインバータ
回路210と、この列選択信号Y1およびインバータ回
路210の出力信号に従って導通し、対応のビット線B
L(BL1〜BLn)を内部読出データバス線DBに接
続するCMOSトランスミッションゲート211と、列
選択信号Y1およびインバータ回路210の出力信号に
従って導通し、対応のビット線/BL(/BL1〜/B
Ln)を内部読出データバス線/DBに接続するCMO
Sトランスミッションゲート212を含む。
【0008】センスアンプ215は、差動増幅回路の構
成を備え、この内部読出データバス線DBおよび/DB
上に現われた相補データを差動的に増幅して内部読出デ
ータを生成する。次に、この図21に示すSRAMのデ
ータ読出時の動作について図22に示す信号波形図を参
照して説明する。
【0009】データ読出時においては、ビット線イコラ
イズ指示信号/EQは、活性状態のLレベルにある。こ
のビット線イコライズ/プリチャージ回路BEQ1〜B
EQnを、データ読出時活性状態とすることにより、ビ
ット線電位振幅を小さくして、高速でデータを読出す機
能を備える。イコライズ用のpチャネルMOSトランジ
スタ208により、この相補ビット線BLおよび/BL
間の電位差が大きくなるのを抑制する。
【0010】アドレス信号が与えられると、この与えら
れたアドレス信号に従って図示しないロウデコーダおよ
びコラムデコーダが動作し、このアドレス指定された行
に対応するワード線およびアドレス指定された列に対応
する列選択信号Yが選択状態へ駆動される。図22にお
いては、ワード線WL1が選択される状態が一例として
示される。このワード線WL1の電位の立上がりに従っ
て、このワード線WL1に接続されるメモリセルM1〜
Mnの各々のアクセストランジスタ204および205
が導通し、記憶ノードSNおよび/SNが対応のビット
線BLおよび/BL(BL1,/BL1〜BLn,/B
Ln)へ接続される。
【0011】ビット線プリチャージ/イコライズ回路B
EQ1〜BEQnはメモリセル非選択時には活性状態に
あり、対応のビット線へ電流を供給し、一方、メモリセ
ル選択時非活性化される。このビット線プリチャージ/
イコライズ回路BEQ1〜BEQnから各ビット線へ供
給されていた電流が、メモリセルM1〜MnのLレベル
を格納する記憶ノードへ流れ込み、ビット線BLおよび
/BLに電位差が生じる。
【0012】この行選択と並行して、列選択信号Yに従
って、選択列に対応するビット線対が読出データバス線
DB,/DBに接続される。記憶ノードSNおよび/S
Nには相補なデータが保持されるが、今、メモリセルM
1が選択され、その記憶ノードSNがHレベルのデータ
を記憶している状態を考える。この状態において、ビッ
ト線/BL1からメモリセルM1の記憶ノード/SNに
電流(カラム電流)が流れ込み、ビット線/BL1の電
圧レベルが低下する。一方、記憶ノードSNはHレベル
を記憶しており、ビット線BL1の電圧レベルはほとん
ど変化しない。
【0013】ビット線BL1および/BL1に生じた電
位差は、列選択ゲートCSG1を介して内部読出データ
バス線DB,/DBに伝達される。センスアンプ215
が、所定のタイミングで活性化され、内部読出データバ
ス線DB,/DBに生じた電位差を増幅して、内部読出
データを生成する。
【0014】メモリセルデータの読出動作が完了する
と、選択ワード線WL1の電位がLレベルへ駆動され、
また列選択信号Y1も非活性状態のLレベルに立下が
る。これにより、ビット線BL1,/BL1は内部読出
データバス線DB,/DBと切り離される。ワード線W
L1が非選択状態となるため、メモリセルM1〜Mnの
アクセストランジスタ204および205が非導通状態
となり、ビット線BL1,/BL1〜BLn,/BLn
は、それぞれ対応のビット線プリチャージ/イコライズ
回路BEQ1〜BEQnにより、再び元の電源電圧Vc
cレベルにプリチャージされる。
【0015】データ書込時においては、このビット線イ
コライズ指示信号/EQは、非活性状態のHレベルに駆
動され、ビット線プリチャージ/イコライズ回路BEQ
1〜BEQnは非活性状態に保持される。ワード線WL
1が選択されると、メモリセルM1〜Mnがそれぞれ対
応のビット線BL1,/BL1〜BLn,/BLnに接
続される。ビット線の電位が、このメモリセルM1〜M
nの記憶データに応じて少し変化する。このワード線選
択と並行して、列選択動作が行なわれ、選択列に対応す
る列選択信号Yが活性状態とされ、選択列に対応するビ
ット線対が図示しない書込回路に接続され、書込回路か
ら相補データが選択ビット線BLおよび/BLに伝達さ
れて、メモリセルの記憶ノードSNおよび/SNの記憶
データがこの書込データに対応した電位レベルとなる。
データ書込が完了すると、データ読出時と同様、再びワ
ード線が非選択状態へ駆動され、また列選択信号Yも非
活性状態となり、データ書込が完了する。この書込完了
後、ビット線イコライズ指示信号/EQが活性化され、
ビット線BL,/BLの電位が元の電源電圧レベルにプ
リチャージされる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】図23は、図21に示
すメモリセルM1〜Mnの具体的構成の一例を示す図で
ある。図23において、メモリセルM1〜Mnは同じ構
成を備えるため、符号Mで総称的に表わす。
【0017】図23において、メモリセルMは、電源電
圧Vccを供給する電源ノードと記憶ノード/SNの間
に接続される高抵抗抵抗素子220と、記憶ノード/S
Nと接地電圧GNDを供給する接地ノードの間に接続さ
れかつそのゲートが記憶ノードSNに接続されるnチャ
ネルMOSトランジスタで構成されるドライブトランジ
スタ221と、電源ノードと記憶ノードSNの間に接続
される高抵抗抵抗素子222と、記憶ノードSNと接地
ノードの間に接続されかつそのゲートが記憶ノード/S
Nに接続されるnチャネルMOSトランジスタで構成さ
れるドライバトランジスタ223と、ワード線WL上の
信号電位に応答して導通して記憶ノードSNをビット線
BLに接続するnチャネルMOSトランジスタで構成さ
れるアクセストランジスタ204と、ワード線WL上の
信号電位に応答して導通して、記憶ノード/SNをビッ
ト線/BLに接続するnチャネルMOSトランジスタで
構成されるアクセストランジスタ205を含む。
【0018】高抵抗抵抗素子220およびドライバトラ
ンジスタ221が、図21に示すメモリセルのインバー
タ202に対応し、高抵抗抵抗素子222およびドライ
バトランジスタ223が、図21に示すメモリセルのイ
ンバータ203に対応する。記憶ノードSNにHレベル
のデータが保持されている場合には、ドライバトランジ
スタ221がオン状態にあり、記憶ノード/SNは接地
電位レベルに保持される(高抵抗抵抗素子220の電流
駆動力は極めて小さい)。この記憶ノード/SNがLレ
ベルに駆動されるため、ドライバトランジスタ223が
オフ状態にあり、記憶ノードSNおよび/SNはそれぞ
れHレベルおよびLレベルに保持される。高抵抗抵抗素
子220および222をたとえばポリシリコン抵抗で構
成する場合、これらの高抵抗抵抗素子220および22
2を、ドライバトランジスタ221および223の上層
に形成することができ、メモリセルの占有面積を低減す
ることができる。
【0019】この高抵抗抵抗素子の抵抗値は、アクセス
トランジスタ204および205ならびにドライバトラ
ンジスタ221および223のオン抵抗(チャネル抵
抗)よりも十分大きい。したがって、以下に詳細に説明
するように、ワード線WLが選択状態とされてアクセス
トランジスタ204および205が導通状態となったと
き、この記憶ノードSNおよび/SNの記憶データを確
実に保持するためには、ドライバトランジスタ221お
よび223の伝達係数βb(チャネル幅Wbとチャネル
長Lbの比)は、アクセストランジスタ204および2
05の伝達係数βaの3倍以上の大きさに設定する必要
がある。以下、このメモリセルデータを確実に保持する
ために、このドライバトランジスタの伝達係数の値をア
クセストランジスタの伝達係数よりも大きくする必要性
について説明する。
【0020】今、図24(A)に示すようなインバータ
Iの入出力特性を考える。インバータIは、入力信号I
Nを反転して出力信号OUTを生成する。したがってこ
のインバータIの入出力特性は図24(B)に示すよう
な曲線で表わされる。インバータIの利得が大きくなる
ほど、出力信号OUTは入力信号INの変化に従って急
速に変化するため、図24(B)に示す入出力特性曲線
の変化が急峻となる。インバータIの利得は、その構成
要素であるMOSトランジスタの電流駆動力により決定
される。
【0021】SRAMのメモリセルは、図25(A)に
示すように、インバータラッチにより記憶ノードSNお
よび/SNにデータを記憶する。インバータ202は記
憶ノードSN上の信号電位を反転して記憶ノード/SN
へ伝達し、インバータ203が記憶ノード/SN上の信
号電位を反転して記憶ノードSNへ伝達する。インバー
タ202および203の入出力伝達特性が同じ場合、図
25(B)に示すように、線対称となる入出力データ特
性曲線が得られる。この線対称軸は、インバータの入力
INとインバータの出力OUTが等しい状態を示す。図
25(B)において、横軸に記憶ノードSNの信号電位
を示し、縦軸に記憶ノード/SNの電位を示す。曲線A
1がインバータ202の入出力伝達特性を示し、曲線A
2がインバータ203の入出力伝達特性を示す。これら
の曲線A1およびA2の交点に対応する点S1およびS
2が、このインバータラッチの安定点である。これらの
安定点S1およびS2の一方の状態に対応する電圧が記
憶ノードSNおよび/SNに現われる。
【0022】インバータラッチが安定に動作するために
は、この図25(B)に示す曲線A1およびA2が2つ
の安定点S1およびS2を持つ必要がある。点PMは準
安定点であり、初期状態として、この準安定点PM近傍
の状態にノードSNおよび/SNの点が存在しても、何
らかのノイズによりラッチ状態は安定点S1またはS2
へ移行する。
【0023】このインバータ202および203で構成
されるインバータラッチが安定にフリップフロップとし
て動作し、記憶ノードSNおよび/SNの電位を安定に
保持するためには、曲線A1およびA2で囲まれる部分
(スタティック・ノイズ・マージンSNM)を大きくす
る必要がある。この部分(特性曲線の“目”が小さい場
合には、曲線A1およびA2が近接し、それらの近接部
分が擬似的に安定点として作用するため、任意の中間電
位が安定点として記憶ノードSNおよび/SNに保持さ
れる可能性があり、正確なデータの保持を行なうことが
できなくなる。
【0024】メモリセルのインバータラッチの構成は、
選択状態および非選択状態に応じてその接続態様が異な
る。今、図26(A)に示すように、SRAMメモリセ
ルMがスタンバイ状態(ワード線非選択状態)における
接続状態を考える。この図26(A)に示すように、ス
タンバイ状態においては、アクセストランジスタ204
および205がオフ状態にある。この状態においては、
記憶ノードSNおよび/SNは高抵抗抵抗素子222お
よび220を介して電源ノードに接続される。インバー
タ202は抵抗素子220およびドライバトランジスタ
221により構成され、インバータ203が抵抗素子2
22およびドライバトランジスタ223により構成され
る。この高抵抗抵抗素子を用いるインバータの場合、ド
ライバトランジスタが導通状態となると、高抵抗抵抗素
子の電流供給力が極めて小さいため、その出力ノードは
高速で放電される。したがって、この場合、図26
(B)に示すように、インバータ202および203の
伝達特性曲線A1およびA2の立下がりおよび立上がり
が急峻となり、データが安定に保持される。
【0025】図27(A)は、ワード線選択状態におけ
るメモリセルの各トランジスタの接続状態を示す図であ
る。このワード線選択状態においては、アクセストラン
ジスタ204および205がオン状態となり、記憶ノー
ドSNおよび/SNが対応のビット線BLおよび/BL
にそれぞれ接続される。ビット線BLおよび/BLに
は、電流源(プリチャージ回路)のビット線負荷回路が
接続されており、この記憶ノードSNおよび/SNのう
ちLレベルの電位を保持する記憶ノードへ対応のビット
線から電流が流れ込む。
【0026】したがって、この状態は、高抵抗抵抗素子
に並列に低インピーダンスの負荷が接続された構成と等
価となり、したがって、高抵抗抵抗素子220および2
22が存在しない構成と等価となる。この状態におい
て、インバータ202および203は、アクセストラン
ジスタ204および205を負荷とするNMOSエンハ
ンスメント負荷型インバータとして取扱う必要がある。
高抵抗抵抗素子を用いる構成に比べて、NMOSエンハ
ンスメント負荷型トランジスタから電流が供給されるた
め、その入出力伝達特性の遷移部分が変化が緩やかとな
り、インバータの利得が低下する。したがって図27
(B)に示すように、曲線A1およびA2で形成される
部分の領域の面積が小さくなり、応じてスタティックノ
イズマージンが小さくなる。
【0027】今、アクセストランジスタ204および2
05とドライバトランジスタ221および223の電流
駆動力が同じ状態を考える。この状態において、導通状
態のドライバトランジスタ(たとえばトランジスタ22
3)が放電する電流量とアクセストランジスタ(たとえ
ばトランジスタ204)が供給する電流量が同じとな
り、インバータ202および203の入出力伝達特性が
極めて緩やかとなり、図27(C)に示すように、曲線
A1およびA2は1つの安定点のみを持つ状態に近くな
る。すなわち、このアクセストランジスタとドライバト
ランジスタの電流駆動力が同じ場合、ワード線選択時、
アクセストランジスタとLレベルのデータを保持するド
ライバトランジスタのコンダクタンスが同じとなり、こ
のLレベルを保持する記憶ノードの電位が上昇し、他方
のHレベルを保持するドライバトランジスタが導通し始
め、このHレベルを記憶する記憶ノードの電位を低下さ
せる。したがって、この場合、ワード線選択により、記
憶データが破壊される。
【0028】安定点S1およびS2は、このインバータ
で構成されるフリップフロップの動作点であり、フリッ
プフロップは、いずれかの状態に保持される。したがっ
て、図27(C)に示すように入出力伝達特性が変化し
た場合、双安定点がなくなり、記憶ノードをSNおよび
/SNに保持されたデータがワード線選択時に破壊され
る。このようなインバータラッチの入出力伝達特性にお
いてワード線選択時においても2つの安定点を確実に存
在させるためには、記憶ノードSNおよび/SNの電位
が中間電位レベルへ移行するのを防止する必要がある。
すなわち、アクセストランジスタの電流駆動力(コンダ
クタンス)とドライバトランジスタの電流駆動力(コン
ダクタンス)の比を小さくする必要があり、通常、ドラ
イバトランジスタの電流駆動力は、アクセストランジス
タの電流駆動力の3倍の大きさに設定される。MOSト
ランジスタの電流駆動力(コンダクタンス)はチャネル
幅Wとチャネル長Lの比βに比例する。この電流駆動力
の比(セル比)が3ないし4の値に設定され、ワード線
選択時においてもインバータの入出力伝達特性を比較的
急峻とし、安定点を2つ確実に存在させて、データ読出
時における記憶データの破壊を防止する。
【0029】ドライバトランジスタ221および223
の伝達係数βをアクセストランジスタ204および20
5のそれよりも大きくするためには、ドライバトランジ
スタ221および223のチャネル幅をアクセストラン
ジスタ204および205のそれよりも大きくする必要
がある。チャネル長のみを短くした場合、短チャネル効
果が生じ、しきい値電圧が低くなり消費電流が増加す
る。また、ドライバトランジスタのサイズが大きくな
り、メモリセルサイズ(占有面積)を小さくすることが
できず、高集積化に対する1つの障害となる。
【0030】また、データ読出時においては、常時ビッ
ト線から選択ワード線に接続されるメモリセルへ電流
(カラム電流)が流れ込み、データ読出時の消費電流が
大きいという問題もある。
【0031】高速動作および低消費電流のために動作電
源電圧が低くされる傾向にある。MOSトランジスタ
は、そのゲート電圧が高くなるほど大きなドレイン電流
を供給することができる。これは、MOSトランジスタ
が飽和領域におけるドレイン電流が次式で表わされるこ
とから明らかである。
【0032】Ids=β(Vgs−Vth)2 ここで、Vgsは、ゲート−ソース間電圧を示し、Vt
hはしきい値電圧を示す。したがって、電源電圧が低く
なると、ゲート−ソース間電圧Vgsも小さくなり、駆
動電流量が低下する。したがって、動作電源電圧が低く
なると、インバータの入出力伝達特性の遷移が緩やかと
なり、図27(C)に示すような入出力伝達特性が生
じ、データ読出時(ワード線選択時)において記憶デー
タの破壊が生じる。
【0033】特に、SRAMメモリセルにおいては、抵
抗素子を介して常時電流が供給されるため、この消費電
流をできるだけ小さくするために、ドライバトランジス
タ221および223のしきい値電圧は、アクセストラ
ンジスタのそれよりも高くされている。したがって、こ
の動作電源電圧が低くされた場合、ドライバトランジス
タ221および223の導通時の電流駆動力と、アクセ
ストランジスタ204および205の電流駆動力との差
が小さくなり、先のセル比を3ないし4の値に設定する
という条件を満たすことができなくなる。この場合、図
27(D)に示すように、曲線A1およびA2の遷移部
分の変化が極めて緩やかとなり、安定点が存在せず、擬
似安定点のみが存在する状態となり、ワード線選択時記
憶データが破壊され、データの読出を行なうことができ
なくなる。
【0034】それゆえ、この発明の目的は、メモリセル
アクセス時においてもデータの破壊が生じることのない
半導体記憶装置を提供することである。
【0035】この発明の他の目的は、低電源電圧下にお
いても安定にデータを保持して高速でデータの書込/読
出を行なうことのできる半導体記憶装置を提供すること
である。
【0036】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る半導体記
憶装置は、ビット線対と、このビット線対と交差するよ
うに配置されるワード線と、ビット線対とワード線の交
差部に対応して配置されるメモリセルを備える。このメ
モリセルは、1対の記憶ノードに相補なデータを記憶す
るための交差結合された絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタを含むフリップフロップと、ビット線対各々に対応
して設けられ、各々が対応のビット線に接続する一方導
通ノードと第1の電源電圧を供給する第1の電圧源に接
続する他方導通ノードと、ベース電極ノードとを有する
1対のバイポーラトランジスタと、この1対の記憶ノー
ドおよび1対のバイポーラトランジスタに対応して設け
られ、ワード線上の信号電位に応答して選択的に導通し
て、導通時対応のバイポーラトランジスタのベース電極
と対応の記憶ノードとを接続する1対のアクセストラン
ジスタとを含む。
【0037】この請求項1に係る半導体記憶装置は、さ
らに、メモリセルへのデータ書込時活性化され、ビット
線対の各ビット線を第1の電源電圧と異なる第2の電源
電圧レベルへ駆動するための書込手段と、このビット線
対の各ビット線に結合され、ビット線プリチャージ指示
信号の活性化時活性化され、ビット線対の各ビット線を
第1の電源電位および第2の電源電圧の間の中間電位と
第1の電源電位との間の所定電位レベルにプリチャージ
するためのビット線プリチャージ回路を備える。中間電
位は、バイポーラトランジスタの一方導通ノードとベー
ス電極ノードとの間のビルトイン電圧に実質的に等し
い。
【0038】請求項2に係る半導体記憶装置は、請求項
1のビット線プリチャージ回路は、ビット線対の各ビッ
ト線に対応して設けられ、ビット線プリチャージ指示信
号の活性化時導通する1対のスイッチングトランジスタ
と、これら1対のスイッチングトランジスタと第1の電
圧源との間に接続されるダイオードモードで動作するト
ランジスタを含む。このダイオードモードで動作するト
ランジスタは、導通時第1の電源電圧と中間電位の間の
所定電位のレベルに等しい大きさの順方向降下電圧を生
成する。
【0039】請求項3に係る半導体記憶装置は、請求項
2のスイッチングトランジスタおよびダイオードモード
で動作するトランジスタが同じ導電型の絶縁ゲート型電
界効果トランジスタを備える。
【0040】請求項4に係る半導体記憶装置は、請求項
2のスイッチングトランジスタの各々が第1導電型の絶
縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、一方、ダ
イオードモードで動作するトランジスタが、第2導電型
の絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成される。
【0041】請求項5に係る半導体記憶装置は、請求項
1のビット線プリチャージ回路が、ビット線対の各ビッ
ト線と第1の電圧源との間に接続され、かつそのゲート
に、活性化時第1の電源電圧レベルとなるビット線プリ
チャージ指示信号を受けて導通する絶縁ゲート型電界効
果トランジスタを備える。
【0042】請求項6に係る半導体記憶装置は、請求項
1のビット線プリチャージ回路が、ビット線対の各ビッ
ト線と第1の電圧源との間に接続されかつそのベース電
極ノードにビット線プリチャージ指示信号を受けるバイ
ポーラトランジスタを備える。このビット線プリチャー
ジ指示信号は、活性化時第1の電源電圧レベルに駆動さ
れ、バイポーラトランジスタを導通させる。
【0043】請求項7に係る半導体記憶装置は、請求項
6のビット線プリチャージ回路のバイポーラトランジス
タはメモリセルのバイポーラトランジスタと同一の電気
的特性を有する。
【0044】請求項8に係る半導体記憶装置は、請求項
1のビット線プリチャージ回路が、ビット線対の各ビッ
ト線とビット線プリチャージ指示信号を受ける共通ノー
ドとの間に接続されるダイオードを備える。この共通ノ
ード上のビット線プリチャージ指示信号は活性化時、第
1の電源電圧レベルへ駆動されてダイオードを導通状態
とする。
【0045】請求項9に係る半導体記憶装置は、請求項
1のビット線プリチャージ回路が、ビット線対の各ビッ
ト線と共通ノードとの間に設けられ、ビット線プリチャ
ージ指示信号の活性化時導通する1対のスイッチングト
ランジスタと、この共通ノードと第1の電圧源との間に
接続され、導通時所定電位に実質的に等しい大きさの順
方向降下電圧を生成するダイオード素子とを備える。
【0046】請求項10に係る半導体記憶装置は、請求
項1のビット線プリチャージ回路が、ビット線対の各ビ
ット線に設けられ、ビット線プリチャージ指示信号の活
性化時活性化され、各ビット線と第1の電圧源との間に
所定電位のレベルシフトを生じさせるレベルシフト手段
を備える。
【0047】請求項11に係る半導体記憶装置は、複数
のビット線対と、これら複数のビット線対と交差するよ
うに配置される複数のワード線を備える。複数のワード
線の各々は第1および第2のサブワード線を有する。
【0048】この請求項11に係る半導体記憶装置は、
さらに、複数のビット線対と複数のワード線の交差部に
対応して配置される複数のメモリセルを備える。これら
複数のメモリセルの各々は、1対の記憶ノードに相補デ
ータを記憶するための交差結合された絶縁ゲート型電界
効果トランジスタを含むフリップフロップと、対応のビ
ット線対の各ビット線と第1の電源電圧を供給する電圧
源との間に接続れさる1対のバイポーラトランジスタ
と、対応のワード線の第1および第2のサブワード線各
々にかつ1対の記憶ノード各々に対応して設けられ、対
応の第1および第2のサブワード線上の信号電位に応答
して導通し、対応の記憶ノードを対応のバイポーラトラ
ンジスタのベース電極ノードに接続する1対のアクセス
トランジスタとを含む。
【0049】この請求項11に係る半導体記憶装置は、
さらに、各ビット線対に結合され、ビット線プリチャー
ジ指示信号の活性化に応答して活性化され、各ビット線
対の各ビット線を所定電位にプリチャージするプリチャ
ージ手段を備える。この所定電位は、第1の電源電圧と
メモリセルのバイポーラトランジスタの第1の電源電圧
を基準とするビルトイン電圧との間の電位レベルであ
る。
【0050】請求項12に係る半導体記憶装置は、請求
項11の ビット線プリチャージ手段が、各ビット線対
の各ビット線に設けられ、ビット線プリチャージ指示信
号の活性化に応答して導通し、対応のビット線を各ビッ
ト線に共通に設けられるグローバル共通ノードに接続す
る複数のスイッチング素子と、このグローバル共通ノー
ドと電圧源との間に結合され、ダイオードモードで動作
して所定電位レベルのレベルシフトを生じさせるレベル
シフト素子とを備える。
【0051】請求項13に係る半導体記憶装置は、請求
項12のレベルシフト素子が、絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタを備える。
【0052】請求項14に係る半導体記憶装置は、請求
項12のベルシフト素子が、バイポーラトランジスタを
備える。
【0053】請求項15に係る半導体記憶装置は、請求
項14の装置において、メモリセルのバイポーラトラン
ジスタとレベルシフト用のバイポーラトランジスタとは
同じ電気的特性を備える。
【0054】請求項16に係る半導体記憶装置は、請求
項12のレベルシフト素子が、PNダイオードを備え
る。
【0055】請求項17に係る半導体記憶装置は、請求
項11のビット線プリチャージ手段が、各ビット線対に
対して設けられる複数のプリチャージ回路を含む。これ
ら複数のプリチャージ回路の各々は、対応のビット線対
の各ビット線と共通ノードとの間に設けられ、ビット線
プリチャージ指示信号の活性化に応答して導通する第1
および第2のスイッチングトランジスタと、共通ノード
と電圧源との間に接続され、ダイオードモードで動作し
て共通ノードと電圧源との間に所定電位のレベルシフト
を生じさせるレベルシフト素子を備える。
【0056】請求項18に係る半導体記憶装置は、請求
項11のビット線プリチャージ手段が、各ビット線対に
対して設けられるプリチャージ回路を含む。このプリチ
ャージ回路は、対応のビット線対の各ビット線と電圧源
との間に接続されかつそのゲートにビット線プリチャー
ジ指示信号を受ける絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
を備える。このビット線プリチャージ指示信号は、活性
化時第1の電源電圧レベルに駆動される。請求項19に
係る半導体記憶装置は、請求項11のビット線プリチャ
ージ手段が各ビット線対に対して設けられるプリチャー
ジ回路を含む。このプリチャージ回路は、対応のビット
線対の各ビット線と電圧源との間に接続されかつそのベ
ース電極ノードにビット線プリチャージ指示信号を受け
るバイポーラトランジスタを含む。このビット線プリチ
ャージ指示信号は、活性化時第1の電源電圧レベルに駆
動される。
【0057】請求項20に係る半導体記憶装置は、請求
項11のビット線プリチャージ手段が、各ビット線対に
対して設けられるプリチャージ回路を備える。このプリ
チャージ回路は、対応のビット線対の各ビット線と共通
ノードとの間に接続され、導通時所定電位のレベルシフ
ト生じさせる第1および第2のダイオードを含む。この
共通ノードへビット線プリチャージ指示信号が印加され
る。ビット線プリチャージ指示信号は活性化時第1の電
源電圧レベルへ駆動され、第1および第2のダイオード
を導通状態とする。
【0058】選択時メモリセルの記憶ノードをバイポー
ラトランジスタを介してビット線に接続する。記憶ノー
ドへはバイポーラトランジスタのベース電流がアクセス
トランジスタを介して与えられる。このベース電流は、
バイポーラトランジスタの電流増幅率により決定され、
十分小さくすることができる。このベース電流が、メモ
リセルのフリップフロップのドライバトランジスタを介
して第1の電圧源へ供給される。したがって、ワード線
選択時、アクセストランジスタとドライバトランジスタ
の伝達係数βが同程度の場合であっても、記憶ノードの
データを安定に保持させることができ、たとえ低電源電
圧下においても、データ破壊が防止され、安定にデータ
を保持することができる。
【0059】プリチャージ電圧をビルトイン電圧レベル
とすることにより、ワード線の選択状態から非選択状態
への移行時バイポーラトランジスタの接合容量の容量結
合により、そのビット線電位のプリチャージ電圧への復
帰時バイポーラトランジスタのベース電極ノード電位が
変化しても、このバイポーラトランジスタのベースとビ
ット線間のビルトイン電圧分小さな電位変化が生じるだ
けであり、この容量結合によるバイポーラトランジスタ
のベース電極ノード電位の変化により、アクセストラン
ジスタが導通するのを防止することができ、記憶データ
の破壊を防止することができ、安定にデータを保持する
ことができる。
【0060】
【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
う半導体記憶装置(SRAM)の要部の構成を概略的に
示す図である。図1においては、1対のビット線BLお
よび/BLに関連する部分の構成が概略的に示される。
ビット線対BLおよび/BLとワード線WLの交差部に
対応してメモリセル1が配置される。ワード線WLは、
1対のサブワード線WLUおよびWLLを含む。
【0061】メモリセル1は、電源電圧Vccを供給す
る電源ノード2と記憶ノードSNの間に接続される高抵
抗抵抗素子R1と、電源ノード2と記憶ノード/SNの
間に接続される高抵抗抵抗素子R2と、交差結合され
て、記憶ノードSNおよび/SNに相補データを保持す
るためのnチャネルMOSトランジスタで構成されるド
ライバトランジスタQ1およびQ2と、ビット線BLに
接続されるエミッタと第1の電源電圧としての接地電圧
GNDを供給する電圧源(接地ノード)3に接続される
コレクタとを有するpnpバイポーラトランジスタBP
1と、ビット線/BLに接続されるエミッタと、接地ノ
ード3に接続されるコレクタとを有するpnpバイポー
ラトランジスタBP2と、サブワード線WLU上の信号
電位がHレベルのときに導通し、バイポーラトランジス
タBP1のベース電極ノードを記憶ノードSNに電気的
に接続するnチャネルMOSトランジスタで構成される
アクセストランジスタQ3と、サブワード線WLL上の
信号電位がHレベルのときに導通し、記憶ノード/SN
をバイポーラトランジスタBP2のベース電極ノードに
接続するnチャネルMOSトランジスタで構成されるア
クセストランジスタQ4と、サブワード線WLL上の信
号電位に応答して導通し、ドライバトランジスタQ1の
他方導通ノード(ソース)を接地ノード3に接続するn
チャネルMOSトランジスタで構成されるカットトラン
ジスタQ5と、サブワード線WLU上の信号電位に応答
して導通し、ドライバトランジスタQ2のソースを接地
ノード3に電気的に接続するnチャネルMOSトランジ
スタで構成されるカットトランジスタQ6を含む。
【0062】ビット線対BLおよび/BLに対し、デー
タ読出時、読出活性化信号ZRENの活性化に応答して
ビット線BLおよび/BLへ電源ノード2から電流を供
給する読出負荷回路10と、ビット線イコライズ指示信
号EQLおよびZEQLの活性化に応答して活性化さ
れ、ビット線BLおよび/BLの電位をイコライズする
ためのビット線イコライズ回路20と、ビット線プリチ
ャージ指示信号PELの活性化に応答して活性化され、
ビット線BLおよび/BLを所定電位レベルのローレベ
ルにプリチャージするビット線プリチャージ回路30
と、列選択信号Yに従ってビット線BLおよび/BLを
選択する列選択ゲート40と、この列選択ゲート40に
より選択されたビット線BLおよび/BLにデータの書
込/読出を行なう書込/読出回路50を含む。この書込
/読出回路50は、書込/読出指示信号R/ZWに従っ
てデータの書込または読出を行なう。この書込/読出回
路50は、たとえばセンスアンプを含み、書込回路とし
て書込ドライバまたは書込ゲートを含む。この構成につ
いては後に説明する。
【0063】次に、この図1に示すメモリセルのデータ
書込/読出動作について説明する。まず、図2を参照し
てデータ書込動作について説明する。SRAMにおいて
は、アドレス変化に従ってワード線およびビット線対選
択動作が行なわれる。今、記憶ノードSNにLレベルの
データが保持されており、Hレベルのデータを書込む動
作を考える。アドレス信号が変化すると、このアドレス
信号に従って、ワード線およびビット線対の選択動作が
行なわれる。書込データがHレベルのときには、アドレ
ス指定された行に対応するワード線WLが選択状態に駆
動され、この選択状態とされたワード線WLのうち書込
データに従ってサブワード線WLUがHレベルに駆動さ
れ、サブワード線WLLはLレベルを維持する。これに
より、アクセストランジスタQ3がオン状態となり、ア
クセストランジスタQ4はオフ状態を維持する。また書
込/読出回路50により、列選択ゲート40を介してビ
ット線BLおよび/BLがHレベルに駆動される。
【0064】カットトランジスタQ5がオフ状態、カッ
トトランジスタQ6はオン状態である。ここで、「オン
状態」は完全な導通状態を示し、「オフ状態」は、リー
ク電流を生じる程度の完全な非導通状態を示す。ビット
線BLの電位が上昇し、バイポーラトランジスタBP1
のエミッタ−ベース間が順方向にバイアスされると、こ
のバイポーラトランジスタBP1が導通し、コレクタ電
流がビット線BLからバイポーラトランジスタBP1を
介して接地ノード3へ流れる。このコレクタ電流が流れ
るとき、またバイポーラトランジスタBP1からベース
電流が記憶ノードSNへ流れる。カットトランジスタQ
5はオフ状態にあり、記憶ノードSNの電位がバイポー
ラトランジスタBP1のベース電流により上昇する。
【0065】カットトランジスタQ6はオン状態にあ
り、この記憶ノードSNの電位がドライバトランジスタ
Q2のしきい値電圧よりも高くなるとドライバトランジ
スタQ2が導通し、記憶ノード/SNを接地電圧GND
レベルへ駆動する。この記憶ノード/SNの電位低下に
従って、ドライバトランジスタQ1がオフ状態へ移行
し、バイポーラトランジスタBP1のベース電流が遮断
される。記憶ノードSNの電位は、このバイポーラトラ
ンジスタBP1のベース電流により上昇する。記憶ノー
ドSNの電位は、このバイポーラトランジスタBP1の
エミッタ−ベース間電圧をほぼ一定の値に保って上昇
し、バイポーラトランジスタBP1においては、書込時
比較的大きなコレクタ電流が流れ、その後は小さなリー
ク電流程度のベース電流が流れるだけである。
【0066】アクセストランジスタQ4はオフ状態にあ
り、記憶ノード/SNは、この記憶ノードSNの電位上
昇に従って接地電圧GNDレベルまで放電される。すな
わち、記憶ノードSNにHレベルのデータが書込まれ、
記憶ノード/SNにLレベルのデータが書込まれる。
【0067】データ書込が完了すると、サブワード線W
LUの電位がLレベルに低下し、アクセストランジスタ
Q3およびカットトランジスタQ6がオフ状態となる。
この状態において、記憶ノードSNおよび/SNは高抵
抗抵抗素子R1およびR2を介して電源ノード2へ結合
される。記憶ノードSNのHレベルのデータは確実にH
レベルに保持される。一方、この高抵抗抵抗素子R1お
よびR2の電流駆動力は、記憶ノードSNおよび/SN
のリーク電流を補償する程度の極めて小さな電流駆動力
であり、記憶ノード/SNはほぼ接地電圧GNDレベル
のLレベルデータを保持する。
【0068】次に、図3を参照してデータ読出動作につ
いて説明する。ビット線BLおよび/BLはビット線プ
リチャージ回路30およびイコライズ回路20により、
接地電位レベルのLレベルにプリチャージされている。
アドレス信号が変化すると、ワード線およびビット線対
の選択が行なわれる。データ読出時においては、サブワ
ード線WLUおよびWLLの電位がともにHレベルへ立
上げられ、アクセストランジスタQ3およびQ4がとも
にオン状態となり、記憶ノードSNおよび/SNがバイ
ポーラトランジスタBP1およびBP2のベース電極ノ
ードにそれぞれ電気的に接続される。読出活性化信号Z
RENが所定のタイミングで活性状態となり、読出負荷
回路10のpチャネルMOSトランジスタ10aおよび
10bがオン状態となり、ビット線BLおよび/BLへ
電流が供給され、ビット線BLおよび/BLの電位が上
昇する。
【0069】今、記憶ノードSNにLレベルデータが保
持されている場合を考える。この状態において、ビット
線BLの電位が、このバイポーラトランジスタBP1の
エミッタ−ベース間電圧(ビルトイン電圧)より高くな
ると、このバイポーラトランジスタBP1のエミッタ−
ベース間が順方向にバイアスされ、バイポーラトランジ
スタBP1が導通し、大きなコレクタ電流が流れ、ビッ
ト線BLの電位上昇が抑制される。MOSトランジスタ
10aの電流供給力は、バイポーラトランジスタBP1
の電流供給力と同程度またはそれより少し大きい程度で
あり、ビット線BLの電位は、ほぼこのビルトイン電圧
Vbeの電圧(0.7〜1.1V程度)の電位レベルに
保持される。一方Hレベルデータを保持する記憶ノード
/SN2がベース電極ノードに接続されるバイポーラト
ランジスタBP2は、ビット線/BLの電位が上昇して
も、そのエミッタ−ベース間は順方向にバイアスされ
ず、ビット線/BLはHレベル(電源電圧レベル)にま
で上昇する。また、バイポーラトランジスタBP2はほ
ぼオフ状態を維持する。このビット線BLおよび/BL
に生じた電位差が、列選択ゲート40を介して書込/読
出回路50に伝達され、増幅されて内部読出データが生
成される。
【0070】このデータ読出時において、Lレベルデー
タを格納する記憶ノードSNにベース電流がバイポーラ
トランジスタを介して流れる。しかしながら、このベー
ス電流は小さな値であり、ドライバトランジスタおよび
カットトランジスタの電流駆動力よりも十分小さくする
ことができる。ベース電流の大きさは、バイポーラトラ
ンジスタBP1およびBP2の電流増幅率hFEにより
決定される。ドライバトランジスタおよびカットトラン
ジスタを介して流れる電流Idとベース電流Ibの比
が、3:1であれば、メモリセル1は安定に情報を記憶
することができる。したがって、ベース電流とコレクタ
電流との関係から、ビット線を流れるコレクタ電流Ic
と、ドライバトランジスタおよびカットトランジスタを
介して流れるドレイン電流Idが次式の関係を満足すれ
ば、メモリセルは安定にデータを保持することができ
る。
【0071】Id≧3・Ic/(1+hFE) たとえば、電源電圧Vcc=1.8V、コレクタ電流I
c=100μA、電流増幅率hFE=10の場合、ドレ
イン電流Idは、次式で与えられる。
【0072】 Id≧3・100μA/(10+1)=27μmA したがって、ドライバトランジスタQ1およびQ2は、
電源電圧Vccが1.8Vの条件下において、ドレイン
電流Idとして27μAの電流駆動力を有すれば、メモ
リセルは安定にデータを保持することができる。ビット
線電位を早く上昇させるために、比較的大きなコレクタ
電流Icをこの読出負荷回路から供給しても、ベース電
流Ilは十分小さくすることができ、確実にメモリセル
データを保持することができる。
【0073】このデータ読出時においては、ビット線B
Lに比較的大きな電流が流れる。しかしながら、読出負
荷回路においてラッチ回路を設け、この電流供給素子1
0aおよび10bを非導通状態とする構成を適用すれ
ば、データ読出期間中において、所定期間の間のみコレ
クタ電流を生じさせ、その読出時の消費電流を低減する
ことが可能となる。
【0074】次に、各内部信号発生部の構成について概
略的に説明する。図4は、図1に示す書込/読出回路5
0の構成の一例を示す図である。図4において、ビット
線BLおよび/BLは、列選択ゲート40を介して共通
データバス線DBおよび/DBに接続される。この書込
/読出回路50は、正論理のライトイネーブル信号ZW
Eの活性化時活性化される書込活性化信号/WENに応
答して内部データバス線DBおよび/DBへ電源電圧V
ccを伝達する書込回路50aと、ライトイネーブル信
号ZWEの非活性化時に活性化され、共通データバス線
DBおよび/DB上のデータを差動的に増幅するセンス
アンプ50bを含む。書込回路50は、データバス線D
Bおよび/DBそれぞれに設けられ、それぞれのゲート
に書込活性化信号/WENを受けるpチャネルMOSト
ランジスタを含む。センスアンプ50bは、ライトイネ
ーブル信号ZWEが非活性状態にあり、データ読出動作
を示しているときに活性化され、この共通データバス線
DBおよび/DB上の信号電位を差動的に増幅する。
【0075】この書込活性化信号/WENは、ライトイ
ネーブル信号ZWEの活性化時所定のタイミングで所定
期間活性状態のLレベルとされる。この図4に示す構成
において、書込回路50aおよびセンスアンプ50b
は、それぞれ別々のデータバス線に接続される構成が用
いられてもよい。
【0076】図5は、ワード線選択信号発生部の構成を
概略的に示す図である。図5において、ワード線選択信
号発生部は、外部から与えられるアドレス信号(行アド
レス信号)をデコードするロウデコーダ60と、書込デ
ータDと負論理の書込活性化信号/WENとに従ってワ
ード線駆動信号を生成する書込ワード線制御回路62
と、正論理の読出活性化信号RENとこの書込ワード線
制御回路62からのワード線駆動信号とに従って選択ワ
ード線上に伝達されるワード線駆動信号を生成する読出
ワード線制御回路63と、この読出ワード線制御回路6
3からのワード線駆動信号とロウデコーダ60からのワ
ード線選択信号とに従ってワード線上にワード線選択信
号を伝達するワード線ドライブ回路66を含む。このロ
ウデコーダ60およびワード線ドライブ回路66は各ワ
ード線に対応して設けられるが、図5においては1つの
ワード線に対して設けられる構成を代表的に示す。
【0077】ロウデコーダ60は、アドレス信号を受け
るNAND回路60aと、このNAND回路60aの出
力信号を受けるインバータ60bを含む。インバータ6
0bからワード線指定信号が出力される。アドレス指定
された行に対応するワード線に対して、Hレベルのワー
ド線指定信号が出力される。
【0078】書込ワード線制御回路62は、書込活性化
信号/WENと書込データ/Dを受けるOR回路62a
と、書込活性化信号/WENと書込データDを受けるO
R回路62bを含む。読出ワード線制御回路63は、読
出活性化信号RENとOR回路62bの出力信号を受け
るOR回路63aと、OR回路62aの出力信号と読出
活性化信号RENを受けるOR回路63bを含む。書込
活性化信号/WENはデータ書込時所定期間活性状態の
Lレベルへ駆動される。読出活性化信号RENは、デー
タ読出時所定期間Hレベルの活性状態とされる。したが
って、データ読出時においては、選択ワード線のサブワ
ード線WLLおよびWLUはともにHレベルへ駆動され
る。一方、データ書込時においては、書込データDがH
レベルのときには、選択ワード線WLにおいてサブワー
ド線WLUがHレベルに駆動され、一方サブワード線W
LLはLレベルに保持される。書込データDがLレベル
のデータのときには、逆に、サブワード線WLLがHレ
ベルへ駆動され、サブワード線WLUはLレベルに保持
される。これにより、データ書込時には書込データに応
じてサブワード線WLUおよびWLLの電位レベルを設
定することができ、また読出時においては、選択ワード
線のサブワード線をともにHレベルへ駆動することがで
きる。
【0079】図6は、図1に示す各制御信号を発生する
制御信号発生部の構成を概略的に示す図である。図6に
おいて、制御信号発生部は、外部から与えられるライト
イネーブル信号ZWEの変化時点を検出するATD回路
70と、外部からのチップセレクト信号/CSの活性化
時活性化され、外部から与えられるアドレス信号の変化
時点を検出するATD回路71を含む。このATD回路
71は、ATD回路70からのワンショットのパルス信
号とアドレス変化検出時に発生されるワンショットのパ
ルス信号とを合成して(論理和をとって)変化検出信号
として出力する。
【0080】この制御信号発生部は、さらに、ATD回
路71の出力するパルス信号の立下がりのみを所定時間
遅延する立下がり遅延回路72と、この立下がり遅延回
路72からのパルス信号の立下がりをさらに遅延する立
下がり遅延回路73を含む。立下がり遅延回路73か
ら、所定の時間幅を有するワード線活性化信号WLEが
出力される。このワード線活性化信号WLEは、内部の
ワード線選択活性化期間を決定しまた各制御信号はこの
ワード線活性化信号WLEを基準として生成される。立
下がり遅延回路72および73は、単に与えられたパル
ス信号の立下がりのみを所定時間遅延している(ここで
ATD回路71は、アドレス変化またはライトイネーブ
ル信号の変化の検出時Hレベルで立上がる信号を出力す
ると仮定している)。したがって、このワード線活性化
信号WLEは、ATD回路71の出力信号の立上がり
(活性化)に従って所定時間活性状態に駆動される。こ
のワード線活性化信号WLEに従って、デコーダの動作
期間などが決定される。
【0081】この制御信号発生部は、さらに、ATD回
路70および71の出力信号を受けるAND回路74
と、外部からのライトイネーブル信号ZWEを受けて書
込活性化信号/WENを出力するインバータ75と、イ
ンバータ75の出力する書込活性化信号/WENとAN
D回路74からのビット線プリチャージ指示信号PEL
を受けるゲート回路76と、ライトイネーブル信号ZW
Eを受けて内部書込制御信号/IWEを出力するインバ
ータ77を含む。ゲート回路76は、ビット線プリチャ
ージ指示信号PELがLレベルの非活性状態にありかつ
書込活性化信号/WENがHレベルの非活性状態にあり
データ読出を示すときにその出力信号である読出活性化
信号RENをHレベルの活性状態へ駆動する。したがっ
てデータ読出時においては、ビット線プリチャージ動作
が完了した後に、読出活性化信号RENが活性状態へ駆
動される。
【0082】ここで、図6において、書込活性化信号/
WENがインバータ75から生成されて図4に示す書込
ドライブ回路50aおよび図5に示す書込制御回路62
へ与えられている。しかしながら、インバータ77から
の内部書込指示信号/IWEがこの書込活性化信号/W
ENに代えて用いられてもよい。
【0083】ビット線プリチャージ指示信号PELは、
ATD回路70および71の出力信号が共にHレベルの
ときに活性状態とされる。したがって、アドレス信号が
変化しかつライトイネーブル信号ZWEが変化して書込
または読出が指定されたときにビット線プリチャージ指
示信号PELが活性化されてビット線の所定電位レベル
へのプリチャージが行なわれる。
【0084】次に、ビット線プリチャージ回路30の構
成について説明する前に、ビット線プリチャージ電位レ
ベルについて説明する。
【0085】図7は、データ書込時における各ビット線
およびサブワード線ならびにメモリセルの内部ノードの
電位を示す図である。データ書込時においては、ビット
線BLおよび/BLは電源電圧Vccレベルに駆動され
る。今、図7においてメモリセル1aが選択され、サブ
ワード線WLU1上の信号電位がHレベル、サブワード
線WLL1の電位がLレベルであると想定する。この状
態においては、メモリセル1aと同じ列上にありかつ非
選択行に配置されるメモリセル1bについては、サブワ
ード線WLU2およびWLL2はともにLレベルにあ
り、このメモリセル1bのアクセストランジスタQ3お
よびQ4はともにオフ状態にある。また、選択メモリセ
ル1aにおいても、アクセストランジスタQ4はオフ状
態にある。
【0086】データ書込時において、メモリセル1aの
バイポーラトランジスタBP1を介してベース電流が流
れ込み、記憶ノードSNの電位レベルがHレベルに、ま
た、記憶ノード/SNの電位レベルがLレベルとなる。
このとき、選択メモリセル1aにおいて、バイポーラト
ランジスタBP2のエミッタ−ベース間に電流が流れ、
ベース電極ノード64aは、ビット線/BLよりもこの
エミッタ−ベース間電圧(ビルトイン電圧)Vbeだけ
低い電圧レベルに充電される。
【0087】非選択メモリセル1bにおいても、アクセ
ストランジスタQ3およびQ4がともにオフ状態であ
り、このデータ書込時バイポーラトランジスタBP1お
よびBP2を介して電流が流れ、このそれぞれのベース
電極ノード64bの電位が上昇し、同様ビット線/BL
とベース電極ノード64bの電位差がVbeとなり、ま
た同様非選択メモリセル1bのバイポーラトランジスタ
BP1のベース電極ノードとビット線BLの電位差も同
様Vbeレベルとなる。この状態でデータの書込が完了
する。
【0088】図8は、エミッタ−ベース間電圧Vbeと
ベース電流Ibの関係を示す図であり、縦軸にベース電
流Ib(単位A)を示し、横軸にエミッタ−ベース間電
圧Vbe(単位V)を示す。エミッタ−ベース間電圧V
beが大きい場合には、大きなベース電流Ibが流れ
る。これにより、ベース電極ノード電位が上昇する。ビ
ット線とベース電極ノードの電位差が小さくなると、ベ
ース電流として、このエミッタ−ベース間接合のリーク
電流の微小な一定電流(図8において100pA以下)
の電流が流れる。この、ほぼ平衡状態にあり、一定の微
小なベース電流(100pA以下)が流れるときのエミ
ッタ−ベース間電圧Vbe(H)を、本明細書におい
て、「ビルトイン電圧」と定義する。ビルトイン電圧が
エミッタ−ベース間に印加されている状態においては、
バイポーラトランジスタは、導通状態と非導通状態の境
界領域にある。
【0089】データ書込が完了すると、ビット線BLお
よび/BLはビット線プリチャージ回路により、Lレベ
ルにプルダウンされる。
【0090】今、図9に示すように、時刻t0以前にお
いては、ビット線BLおよび/BLの電位が電源電圧V
CCレベルにあり、非選択メモリセルおよび選択メモリ
セルのLレベル記憶ノードに対応するバイポーラトラン
ジスタのベース電極ノード64aおよび64bの電位
は、このビット線BLおよび/BLの電位よりもビルト
イン電圧Vbe(H)だけ低い電圧レベルにある。
【0091】時刻t0において、ビット線プリチャージ
回路を活性化し、ビット線BLおよび/BLの電位をL
レベルにプルダウンする。このLレベルの電位が接地電
圧GNDレベルの場合を考える。このとき、非選択メモ
リセルにおいて、アクセストランジスタQ3およびQ4
はオフ状態にある。したがって、ビット線BLおよび/
BLの電位低下に従って、このエミッタ−ベース間の接
合容量の容量結合により、ベース電極ノード64aおよ
び64bの電位が低下する。このベース電極ノード64
aおよび64bの電位レベルは接地電位GNDよりもエ
ミッタ−ベース間電位Vbeだけ低い電位レベルとな
る。容量結合度などにより、このエミッタ−ベース間電
圧Vbeは、ビルトイン電圧Vbe(H)よりも値が小
さな電圧となるため、ここでは単にエミッタ−ベース間
電圧Vbeとして示す。この場合、ベース電極ノードが
負の電位となった場合、以下の問題が生じる。
【0092】図10は、このビット線をLレベルにプリ
チャージしたときの非選択メモリセルの内部ノードおよ
びビット線の電位を示す図である。図10に示すよう
に、ビット線/BLは接地電圧GND(0V)レベルに
あり、ベース電極ノード64bは、負の−Vbeの電圧
レベルにある。サブワード線WLU2およびWLL2
は、ともに接地電圧GND(0V)の電圧レベルにあ
る。アクセストランジスタQ3およびQ4は、そのバッ
クゲートが、通常接地電圧レベルを受ける。製造パラメ
ータのばらつき、および伝達する信号電位による接合容
量の変動などを防止するため、このバックゲートバイア
ス電圧を一定の電圧レベルとする。
【0093】今、記憶ノード/SNにHレベルデータが
格納されている状態を考える。アクセストランジスタQ
4は、バックゲートとそのソースの電位が異なり、ソー
ス電位が負の電位となると、このアクセストランジスタ
Q4は、バックゲートバイアスが浅くされた状態と等価
となり、このアクセストランジスタQ4の実効しきい値
電圧が低くなる。したがって、このアクセストランジス
タQ4のゲート−ソース間電圧Vbeがアクセストラン
ジスタQ4の実効しきい値電圧よりも高くなり、アクセ
ストランジスタQ4が導通する。高抵抗抵抗素子R2
は、単に記憶ノード/SNのリーク電流を補償する電流
駆動力が要求されるだけであり、その電流駆動力は極め
て小さい。したがってこの記憶ノード/SNに保持され
た正電荷が、アクセストランジスタQ4を介してベース
電極ノード64bに流出し、記憶ノード/SNに保持さ
れたHレベルデータは、Lレベルデータへ移行し、この
メモリセル1bの記憶するデータが破壊される。
【0094】このビット線のLレベルプリチャージ時に
おけるメモリセルデータの破壊の問題は、データ読出動
作時においても生じる。データ読出時においても、ビッ
ト線BLおよび/BLの一方が電源電圧VCCレベルへ
駆動される(他方ビット線はVbe程度の電圧レベルで
ある)。したがってビット線のLレベルへのプリチャー
ジ時において、メモリセルのバイポーラトランジスタを
介してこのHレベルのビット線に接続されるバイポーラ
トランジスタのベース電位が低下し、同様の問題が生じ
る。
【0095】したがって、このビット線プリチャージ回
路がプリチャージするLレベル電位は、アクセストラン
ジスタが導通しないような電位レベルに設定する必要が
ある。しかしながら、このLレベル電位は高くすると、
メモリセルのバイポーラトランジスタBP1およびBP
2が導通し、バイポーラトランジスタBP1およびBP
2のコレクタに電流が流れるため、高くすることができ
ない。したがって、このビット線プリチャージ回路がプ
リチャージするLレベルの電位には、ある範囲が存在す
る。
【0096】今、図11に示すように、ビット線BLお
よび/BLのLレベルプリチャージ電位をビルトイン電
圧Vbe(H)とする。ビルトイン電圧Vbe(H)
は、ビット線BLおよび/BLが電源電圧Vccレベル
に充電されているときのメモリセルのバイポーラトラン
ジスタのエミッタ−ベース間電位差に等しい。したがっ
て、このビルトイン電圧レベルにビット線のLレベルプ
リチャージ電位を設定した場合、時刻t0においてビッ
ト線のプリチャージを行なった場合、バイポーラトラン
ジスタのエミッタ−ベース間の容量結合は生じても、ベ
ース電極ノード64aおよび64bの電位は、ほぼ接地
電位GNDレベルとなる。したがって、ほぼ非選択ワー
ド線電位レベルと同じとなり、アクセストランジスタQ
3およびQ4が導通するのを防止することができ、メモ
リセルデータが破壊されるのを防止することができる。
【0097】このビット線プリチャージ回路がプリチャ
ージするLレベルの電位は、メモリセルの高抵抗抵抗素
子R1およびR2から供給される電流の量、ビット線
(エミッタノード)とベース電極ノードの間の容量結合
の程度およびバックゲート電位降下が生じた場合のアク
セストランジスタQ3およびQ4のしきい値電圧の関係
でほぼ決定される。メモリセルデータが破壊されるのを
防止するためには、高抵抗抵抗素子から供給される電流
量がアクセストランジスタを介してベース電極ノードに
流出する電流量よりも小さくすることができる電位レベ
ルにこのベース電極ノードの最低到達電位を設定するよ
うな電位レベルにビット線プリチャージ電位を設定す
る。
【0098】具体的なLレベルプリチャージ電位レベル
は、上述の条件により異なるが、以下の値に範囲を設定
することができる。図8に示すように、PNPバイポー
ラトランジスタのエミッタ−ベース間電圧Vbeの値
は、PNPバイポーラトランジスタの特性およびビット
線バイアス電流の条件により指数関数的に変化する。実
使用条件下では、このエミッタ−ベース間電圧Vbeの
値は、0.5V〜1.0V程度である。バイポーラトラ
ンジスタが活性状態にあり、ベース−エミッタ間に大き
な電流が流れるときは、エミッタ−ベース間電圧Vbe
は大きく、逆にエミッタ−ベース間に小さな電流が流れ
るとき、すなわちベース電流Ibが小さい場合には、こ
のエミッタ−ベース間電圧Vbeは小さい。
【0099】ビット線の充電が行なわれ、ビット線電位
が高くなった場合、まずエミッタ−ベース間に大きな電
圧が印加され、バイポーラトランジスタのベース電極ノ
ードに電流が流れ、応じてベース電極ノードの電位が上
昇する。時間の経過とともに、このベース電極ノードの
電位上昇にしたがって、エミッタ−ベース間電位が小さ
くなり、応じてエミッタからベースの流れ込む電流量が
小さくなり、応じてベース−エミッタ間に印加される電
圧は小さい。この電圧、すなわち、ビルトイン電圧で
は、ベース電流Ibは、100pA以下流れているだけ
である。この状態において、ビット線電位をLレベルに
低下させると、エミッタ−ベース間の容量結合により、
ベース電極ノードの電位もこのエミッタ−ベース間電位
差Vbe(H)を保持したまま低下する。アクセストラ
ンジスタQ3およびQ4を介してのデータ保持電流の漏
れをなくすためには、ベース電極ノードの電位を接地電
位GND(0V)のレベルにする。すなわち、ビット線
のLレベルプリチャージ電位をビルトイン電圧Vbe
(H)の電位とする。すなわち、Lレベルプリチャージ
電位Vplは、次式を満たす。
【0100】0<Vpl≦Vbe(H) ビット線BLおよび/BLのLレベルプリチャージ電位
は、ビルトイン電圧Vbe(H)よりも高くした場合を
考える。今、図12においては、選択行非選択列のメモ
リセルの電圧印加態様を示す。図12において、サブワ
ード線WLU上の電位がLレベルであり、サブワード線
WLL上の電位がHレベルの状態を考える。選択メモリ
セルに対し、Lレベルのデータの書込が行なわれる。こ
の状態において、さらに、記憶ノードSNがHレベルデ
ータを格納しており、記憶ノード/SNがLレベルデー
タを格納している状態を考える。非選択ビット線BLお
よび/BLはLレベルのプリチャージ電位を保持する。
このLレベルプリチャージ電位がビルトイン電圧Vbe
(H)よりも高い場合には、記憶ノード/SNに接続す
るアクセストランジスタQ4が導通し、バイポーラトラ
ンジスタBP2のベース電流を記憶ノード/SNへ供給
する。サブワード線WLU上の電位はLレベルであり、
カットトランジスタQ6はオフ状態にある。したがって
この記憶ノード/SNの電位が上昇し、ドライバトラン
ジスタQ1が導通し、記憶ノードSNの電荷を放電す
る。したがって記憶ノードSNの電位が低下し、一方記
憶ノード/SNの電位が上昇し、この記憶ノードSNお
よび/SNの記憶データが反転し、メモリセルの記憶デ
ータが破壊される。したがってこのような状態を防止す
るために、ビット線のLレベルプリチャージ電位は、バ
イポーラトランジスタが導通しない状態に設定する必要
があり、Lレベルプリチャージ電位は、ビルトイン電圧
Vbe(H)以下で、接地電位GND(0V)よりも大
きな所定の電位レベルとなる。
【0101】これにより、ビット線のLレベルプリチャ
ージ時においてメモリセルデータの破壊が生じるのを防
止することができ、安定にデータを保持することのでき
る低電源電圧下でも安定にデータを保持して高速で動作
するスタティック型半導体記憶装置を実現することがで
きる。以下に、ビット線プリチャージ回路の具体的構成
について説明する。
【0102】[ビット線プリチャージ回路の実施の形態
1]図13は、この発明に従うビット線プリチャージ回
路の実施の形態1の構成を示す図である。図13におい
て、ビット線プリチャージ回路30は、ビット線BLと
共通ノードNXの間に接続され、かつそのゲートにビッ
ト線プリチャージ指示信号PELを受けるnチャネルM
OSトランジスタ81aと、ビット線/BLと共通ノー
ドNXの間に接続されかつそのゲートにビット線プリチ
ャージ指示信号PELを受けるnチャネルMOSトラン
ジスタ81bと、共通ノードNXと接地ノード3の間に
接続されかつそのゲートが共通ノードNXに接続される
nチャネルMOSトランジスタ81cを含む。nチャネ
ルMOSトランジスタ81cは、そのゲートおよびドレ
インが相互接続されており、ダイオードモードで動作
し、導通時そのしきい値電圧Vthの電圧降下を生じさ
せる。したがって共通ノードNXの電位は、Vth+G
ND=Vthとなる。
【0103】nチャネルMOSトランジスタ81aおよ
び81bは、スイッチングトランジスタとして動作し、
ビット線プリチャージ指示信号PELがHレベルのとき
オン状態となり、この共通ノードNXをビット線BLお
よび/BLにそれぞれ接続する。したがって、ビット線
BLおよび/BLは、nチャネルMOSトランジスタ8
1cの有するしきい値電圧Vthレベルの電位にプリチ
ャージされる。ここで、nチャネルMOSトランジスタ
81cのしきい値電圧Vthを次式を満足するように設
定する。
【0104】GND(0V)<Vth<Vbe(H) ただし、Vbe(H)は、メモリセルのバイポーラトラ
ンジスタのエミッタ−ベース間接合のビルトイン電圧を
示す。この図13に示すビット線プリチャージ回路30
が各ビット線対に対して設けられる。したがって各ビッ
ト線のLレベルは、ビルトイン電圧と接地電圧の間の電
位レベルとなり、ビット線のLレベルプリチャージ時に
おけるメモリセルデータの破壊を防止することができ
る。なお、このnチャネルMOSトランジスタ81cの
しきい値電圧は、チャネル領域へのイオン注入により容
易に調整することができる。
【0105】このビット線プリチャージ回路においてL
レベル設定のために、ダイオード接続されたnチャネル
MOSトランジスタを用いることにより、容易に必要と
されるLレベルプリチャージ電圧を生成することがで
き、また1個のMOSトランジスタにより、必要とされ
るプリチャージ電位を生成することができ、小占有面積
でビット線プリチャージ電位のLレベルの接地電圧から
のレベルシフトを実現することができる。
【0106】[ビット線プリチャージ回路の実施の形態
2]図14は、この発明に従うビット線プリチャージ回
路の実施の形態2の構成を示す図である。図14におい
て、ビット線対BL1,/BL1〜BLn,/BLnに
対し、ビット線プリチャージ指示信号PELの活性化時
活性化され、対応のビット線対BL1,/BL1〜BL
n,/BLnをLレベルにプリチャージするLレベルプ
リチャージ回路30aが設けられる。これらのビット線
対BL1,/BL1〜BLn,/BLnとワード線WL
の交差部に、メモリセル1が配置されるが、このメモリ
セル1は、先の図1に示すメモリセルの構成を備える。
【0107】各ビット線対に対して設けられたLレベル
プリチャージ回路30aは、ビット線プリチャージ指示
信号PELの活性化時、Lレベルプリチャージ電位伝達
線82c上に伝達されるLレベル電位を対応のビット線
対の各ビット線に伝達する。このLレベルプリチャージ
電位伝達線82cへは、Lレベルプリチャージ電位発生
回路30bからのLレベルプリチャージ電位が伝達され
る。
【0108】Lレベルプリチャージ回路30aは、各ビ
ット線対に対し同じ構成を備え、図14においては、ビ
ット線対BL1および/BL1に対して設けられたLレ
ベルプリチャージ回路30aの構成を具体的に示す。L
レベルプリチャージ回路30aは、ビット線プリチャー
ジ指示信号PELの活性化時導通(オン)し、ビット線
BL1とLレベルプリチャージ電位伝達線82cを電気
的に接続するnチャネルMOSトランジスタ82aと、
ビット線プリチャージ指示信号PELの活性化時導通
(オン)し、ビット線/BL1とLレベルプリチャージ
電位伝達線82cとを電気的に接続するnチャネルMO
Sトランジスタ82bを備える。これらのMOSトラン
ジスタ82aおよび82bは、スイッチングトランジス
タとして動作し、導通時このLレベルプリチャージ電位
伝達線82c上のプリチャージ電位を対応のビット線上
に伝達する。
【0109】Lレベルプリチャージ電位発生回路30b
は、Lレベルプリチャージ電位伝達線82cと接地ノー
ド3の間に接続されかつそのゲートがLレベルプリチャ
ージ電位伝達線82cに接続されるnチャネルMOSト
ランジスタ82dを含む。このMOSトランジスタ82
dは、ダイオードモードで動作し、導通時、そのしきい
値電圧Vthの電圧降下を生じさせる。したがって、こ
のLレベルプリチャージ電位伝達線82c上の電位は、
接地ノード3上の接地電圧GNDよりもしきい値電圧V
thだけ高い電位レベルとなる。このLレベルプリチャ
ージ回路30aとLレベルプリチャージ電位発生回路3
0bにより、ビット線プリチャージ回路が形成される。
この図14に示す構成においては、Lレベルプリチャー
ジ電位発生回路30bが各ビット線対に共通に設けられ
る。したがって、ビット線プリチャージ回路の占有面積
を低減することができる。ビット線プリチャージ電位発
生回路30bに含まれるMOSトランジスタ82dのし
きい値電圧Vthも、次式の関係を満足する。
【0110】GND(0V)<Vth<Vbe(H) [ビット線プリチャージ回路の実施の形態3]図15
は、この発明のビット線プリチャージ回路の実施の形態
3の構成を示す図である。図15において、ビット線対
BL1,/BL1〜BLn,/BLnそれぞれに対しビ
ット線プリチャージ回路30が設けられる。ワード線W
L(サブワード線対)とビット線対BL1,/BL1〜
BLn,/BLnの交差部に対応してメモリセル1が配
置される。なお、以下のビット線プリチャージ回路の説
明においても、各ビット線対とワード線(サブワード線
対)の交差部に対応してメモリセル1が配置されるが、
その説明は省略する。
【0111】ビット線対BL1,/BL1〜BLn,/
BLnそれぞれに対してビット線プリチャージ回路30
は、同じ構成を備え、図15において、ビット線対BL
1,/BL1に対して設けられたビット線プリチャージ
回路の構成を示す。ビット線プリチャージ回路30は、
対応のビット線BL(BL1〜BLn)と接地ノード3
の間に接続されかつそのゲートにビット線プリチャージ
指示信号ZPELを受けるpチャネルMOSトランジス
タ83aと、対応のビット線/BL(/BL1〜/BL
n)と接地ノード3の間に接続され、かつそのゲートに
ビット線プリチャージ指示信号ZPELを受けるpチャ
ネルMOSトランジスタ83bを含む。pチャネルMO
Sトランジスタ83aおよび83bは、そのバックゲー
ト(基板領域)がソースノード(ビット線に接続される
ノード)に接続される。ビット線プリチャージ指示信号
ZPELは、活性化時接地電圧GNDレベルに駆動され
る。したがって、これらのpチャネルMOSトランジス
タ83aおよび83bは、対応のビット線BL,/BL
のLレベルへのプリチャージ時、ゲート−ソース間電圧
がそのしきい値電圧Vthpとなると非導通状態とな
る。したがって、ビット線BL1,/BL1〜BLn,
/BLnは、接地電圧GNDよりもpチャネルMOSト
ランジスタ83aおよび83bのしきい値電圧の絶対値
|Vthp|だけ高い電圧レベルにプリチャージされ
る。
【0112】ここで、pチャネルMOSトランジスタ8
3aおよび83bのバックゲートをソースノードに接続
しているのは、バックゲート効果が生じるのを防止する
ためである。すなわち、たとえばpチャネルMOSトラ
ンジスタ83aおよび83bのバックゲートを電源電圧
Vccレベルにバイアスした状態を考える。ビット線の
Lレベル放電時、pチャネルMOSトランジスタ83a
および83bのソース電位とバックゲート電位が異な
り、バックゲート効果が生じ、バックゲートバイアスが
深くなり、このpチャネルMOSトランジスタ83aお
よび83bのしきい値電圧の絶対値|Vthp|が大き
くなる。このバックゲート効果は、電源電圧VCCの電
圧レベルが高くなるとより強くなる。
【0113】一方、メモリセル1に含まれるバイポーラ
トランジスタのビルトイン電圧は、電源電圧Vccの電
圧レベルに依存しないほぼ一定の電圧である。したがっ
て、このMOSトランジスタ83aおよび83bのしき
い値電圧が動作電源電圧に従って変化した場合、メモリ
セル1のバイポーラトランジスタのビルトイン電圧より
もLレベルプリチャージ電位が高くなり、メモリセル1
のバイポーラトランジスタに電流が流れる。このLレベ
ルプリチャージ電位の電源電圧依存性をなくすために、
ビット線プリチャージ回路30において、pチャネルM
OSトランジスタ83aおよび83bのバックゲートと
ソースを相互接続し、バックゲート効果が生じるのを防
止する。これにより、MOSトランジスタ83aおよび
83bのしきい値電圧は、電源電圧に依存しない一定の
電圧レベルに設定することができる。
【0114】この図15に示す構成においても、MOS
トランジスタ83aおよび83bのしきい値電圧をVt
hpとすると、このしきい値電圧は次式を満足する。
【0115】 GND(0V)<|Vthp|<Vbe(H) この図15に示す構成のように、バックゲートとソース
の相互接続されたpチャネルMOSトランジスタを用い
てLレベルプリチャージ電位を生成するように構成して
も安定に必要とされるプリチャージ電位を生成すること
ができる。
【0116】[ビット線プリチャージ回路の実施の形態
4]図16は、この発明のビット線プリチャージ回路の
実施の形態4の構成を示す図である。この図16に示す
ビット線プリチャージ回路の構成は、図4に示すビット
線プリチャージ回路の構成と以下の点において異なって
いる。すなわち、Lレベルプリチャージ電位発生回路3
0bが、そのゲートおよびドレインが接地ノード3に接
続されかつバックゲートおよびソースがLレベルプリチ
ャージ電位伝達線82cに接続されるpチャネルMOS
トランジスタ84を備える。このpチャネルMOSトラ
ンジスタ84をLレベルプリチャージ電位発生手段とし
て用いても、Lレベルプリチャージ電位伝達線82c上
の電位は、|Vthp|となる。ここで、Vthpは、
pチャネルMOSトランジスタ84のしきい値電圧を示
す。したがって、この図16に示す構成においても、ビ
ット線BL1,/BL1〜BLn,/BLnは、スタン
バイ時|Vthp|の電圧レベルにプリチャージされ
る。ここで、このMOSトランジスタ84のしきい値電
圧Vthpは、次式の関係を満足する。
【0117】 GND(0V)<|Vthp|<Vbe(H) このpチャネルMOSトランジスタを用いても、そのバ
ックゲートとソースとを接続することにより、バックゲ
ート効果が生じるのを防止することができ、安定に所望
の電圧レベルのLレベルビット線プリチャージ電位を生
成することができる。
【0118】[ビット線プリチャージ回路の実施の形態
5]図17は、この発明のビット線プリチャージ回路の
実施の形態5の構成を示す図である。図17において
は、ビット線対BL1,/BL1〜BLn,/BLnそ
れぞれにビット線プリチャージ回路30が設けられる。
図17において、ビット線対BL1,/BL1に対して
設けられたビット線プリチャージ回路30の構成を具体
的に示す。ビット線プリチャージ回路30は、ビット線
BL(BL1〜BLn)に接続されるエミッタと接地ノ
ード3に接続されるコレクタとを有しかつベース電極ノ
ードにビット線プリチャージ指示信号ZPELを受ける
pnpバイポーラトランジスタ85aと、エミッタがビ
ット線/BL(/BL1〜/BLn)に接続され、コレ
クタが接地ノード3に接続され、かつベース電極ノード
にビット線プリチャージ指示信号ZPELを受けるpn
pバイポーラトランジスタ85bを含む。このバイポー
ラトランジスタ85aおよび85bは、メモリセル1に
含まれるpnpバイポーラトランジスタBP1およびB
P2と同じ電気的特性を備える。すなわち、同じビルト
イン電圧を有する。ここで、図17において、メモリセ
ル1の記憶部SUは、アクセストランジスタ、ドライバ
トランジスタ、カットオフトランジスタおよび高抵抗抵
抗素子を含む。
【0119】ビット線プリチャージ指示信号ZPELが
活性状態のLレベルへ駆動されると、ビット線プリチャ
ージ回路30においてバイポーラトランジスタ85aお
よび85bが導通し、ビット線BL1,/BL1〜BL
n,/BLnがLレベルへ放電される。このビット線B
L1,/BL1〜BLn,/BLnの電位が、バイポー
ラトランジスタ85aおよび85bのビルトイン電圧レ
ベルとなると、これらのビット線プリチャージ回路30
における放電電流は極めて小さくなり、ビット線BL
1,/BL1〜BLn,/BLnの放電がほぼ停止し、
ビット線BL1,/BL1〜BLn,/BLnは、この
バイポーラトランジスタ85aおよび85bのビルトイ
ン電圧レベルに保持される。これらのバイポーラトラン
ジスタ85aおよび85bは、メモリセル1に含まれる
バイポーラトランジスタBP1およびBP2と同じ電気
的特性を備え、同じビルトイン電圧を備える。したがっ
て、ビット線BL1,/BL1〜BLn,/BLnは、
ビルトイン電圧Vbe(H)の電圧レベルにプリチャー
ジされる。
【0120】ビット線プリチャージ回路30において、
メモリセル1に含まれるバイポーラトランジスタと同じ
電気的に特性のバイポーラトランジスタを用いることに
より、製造工程を増加させることなく、必要なLレベル
プリチャージ電位を発生する回路を生成することがで
き、また正確にメモリセル1のバイポーラトランジスタ
のビルトイン電圧レベルにプリチャージ電位を設定する
ことができ、メモリセルのデータの破壊を防止すること
ができる。
【0121】[ビット線プリチャージ回路の実施の形態
6]図18は、この発明に従うビット線プリチャージ回
路の実施の形態6の構成を示す図である。この図18に
示すビット線プリチャージ回路の構成は、図16に示す
構成と以下の点において異なっている。まず、Lレベル
プリチャージ電位を発生する回路30bが、pnpバイ
ポーラトランジスタ86で構成される。このpnpバイ
ポーラトランジスタ86は、エミッタがLレベルプリチ
ャージ電位伝達線82cに接続され、そのベース電極ノ
ードおよびコレクタが接地ノード3に接続される。pn
pバイポーラトランジスタ86は、メモリセル1に含ま
れるバイポーラトランジスタBP1およびBP2と電気
的特性が同じであり、そのビルトイン電圧は同じ値を有
する。ただ、このLレベルプリチャージ電位発生回路3
0bはビット線対BL1,/BL1〜BLn,/BLn
の電流を放電する必要があり、そのバイポーラトランジ
スタ86の電流駆動力は、メモリセル1のバイポーラト
ランジスタBP1およびBP2よりも十分大きく設定さ
れる。
【0122】このLレベルプリチャージ電位伝達線82
cは、バイポーラトランジスタ86に、このバイポーラ
トランジスタ86のビルトイン電圧Vbeレベルに保持
される。したがって、ビット線プリチャージ指示信号P
ELが活性状態とされると、ビット線BL1,/BL1
〜BLn,/BLnは、Lレベルプリチャージ回路30
aを介してこのバイポーラトランジスタ86のビルトイ
ン電圧レベルにプリチャージされる。このバイポーラト
ランジスタ86のビルトイン電圧が、メモリセル1のバ
イポーラトランジスタBP1およびBP2のそれと同じ
大きさであり、したがって、ビット線BL1,/BL1
〜BLn,/BLnは、電位Vbe(H)レベルにプリ
チャージされる。
【0123】この図18に示すようにpnpバイポーラ
トランジスタをLレベルプリチャージ電位発生回路とし
て利用し、各ビット線対に共通に設けることにより、ビ
ット線プリチャージ回路の占有面積を低減することがで
きる。また、このLレベルプリチャージ電位発生用のバ
イポーラトランジスタをメモリセルのバイポーラトラン
ジスタと電気的特性を同じとし、ビルトイン電圧を等し
くすることにより、容易に必要とされるプリチャージ電
位を、余分の製造プロセスまたは複雑な回路構成を利用
することなく容易に生成することができる。
【0124】[ビット線プリチャージ回路の実施の形態
7]図19は、この発明のビット線プリチャージ回路の
実施の形態7の構成を示す図である。この図19に示す
構成においては、ビット線対BL1,/BL1〜BL
n,/BLnそれぞれに対しビット線プリチャージ回路
30が設けられる。これらのビット線プリチャージ回路
30は、同じ回路構成を備え、図19においては、ビッ
ト線対BL1,/BL1に対して設けられたビット線プ
リチャージ回路30の構成を示す。図19において、ビ
ット線プリチャージ回路30は、対応のビット線BL
(BL1〜BLn)と共通ノードNYの間に順方向に接
続されるPN接合ダイオード87aと、対応のビット線
/BL(/BL1〜/BLn)と共通ノードNYの間に
順方向に接続されるPN接合ダイオード87bを含む。
共通ノードNYの各々は、ビット線プリチャージ指示信
号伝達線87cに共通に接続される。このビット線プリ
チャージ指示信号伝達線87c上には、インバータ87
dを介してビット線プリチャージ指示信号PELが伝達
される。インバータ87dは、電源電圧Vccおよび接
地ノード3上の接地電圧GNDを両動作電源電圧として
動作する。
【0125】このビット線プリチャージ指示信号伝達線
87c上のビット線プリチャージ指示信号ZPELは、
活性化時Lレベルとなり、ビット線プリチャージ回路3
0のダイオード87aおよび86bが導通し、ビット線
BL1,/BL1〜BLn,/BLnを、Vf+GND
の電圧レベルにプリチャージする。ここで、Vfは、ダ
イオード87aおよび87bの順方向降下電圧である。
ビット線BL1,/BL1〜BLn,/BLnの放電電
流は、インバータ87dを介して接地ノード3に放電さ
れる。このダイオード87aおよび87bの順方向降下
電圧Vfは、次式の関係を満足する。
【0126】GND(0V)<Vf<Vbe(H) したがって、この順方向降下電圧により、メモリセル1
のバイポーラトランジスタのベース電極ノードが接地電
圧GND(0V)以下に低下するのを防止することがで
き、メモリセルデータのプリチャージ時に生じる破壊を
防止することができる。
【0127】このダイオード87aおよび87bは、メ
モリセルに含まれるバイポーラトランジスタのエミッタ
およびベース形成時と同一製造プロセスで形成すること
により、容易にこのバイポーラトランジスタのビルトイ
ン電圧Vbe(H)と同程度の大きさの順方向降下電圧
Vfを有するダイオード素子を実現することができる。
【0128】以上のように、この図19に示す構成に従
えば、ビット線プリチャージ回路を、ダイオード素子で
構成したため、簡易な回路構成で容易に必要とされるL
レベルプリチャージ電位を生成することができる。
【0129】[ビット線プリチャージ回路の実施の形態
8]図20は、この発明に従うビット線プリチャージ回
路の実施の形態8の構成を示す図である。この図20に
示す構成は、図14および図16に示す構成と以下の点
において異なっている。すなわち、ビット線をプリチャ
ージするためのLレベルプリチャージ電位発生回路30
bが、PN接合ダイオード88で構成される。このダイ
オード88は、Lレベルプリチャージ電位伝達線82c
にアノードが接続され、接地ノード3にカソードが接続
される。したがって、この図20に示す構成の場合、L
レベルプリチャージ電位伝達線82c上には、このダイ
オード88の有する順方向降下電圧Vfにより、GND
+Vfの電圧が伝達される。ビット線プリチャージ指示
信号PELがHレベルの活性状態とされると、ビット線
BL1,/BL1〜BLn,/BLnは、Lレベルプリ
チャージ回路30aを介してこのLレベルプリチャージ
電位伝達線82cに電気的に接続され、それぞれ順方向
降下電圧Vfの電圧レベルにプリチャージされる。この
図20に示す構成においても、ダイオード素子88の順
方向降下電圧Vf(88)は次式の関係を満足する。
【0130】 GND(0V)<Vf(88)<Vbe(H) この図20に示す構成においても、ダイオード素子88
を、メモリセル1に含まれるバイポーラトランジスタの
エミッタおよびベース形成時と同一プロセスで生成する
ことにより、容易に必要とされる順方向降下電圧を有す
るダイオード素子を生成することができる。
【0131】[他の適用例]上述の説明においては、S
RAMが示されている。しかしながら、この発明の半導
体記憶装置は、SRAMに限定されず、一旦ビット線対
が所定電位レベル(Lレベル)にプリチャージされるメ
モリセルであれば、スタティック動作させる必要はな
く、ダイナミック動作をさせてもよい。イコライズ指示
信号により、すべての信号線を所定電位にプリチャージ
する(この動作をここでダイナミック動作と称する)。
【0132】また、このSRAMは、データの書込およ
び読出経路については、データ書込時選択ビット線対が
ともにHレベルに駆動され、またデータ読出時において
も、選択ビット線対がHレベルへ駆動される構成が得ら
れる限り任意の構成を利用することができる。
【0133】
【発明の効果】以上のように、この発明に従えば、メモ
リセルに含まれるバイポーラトランジスタのベース電流
を利用してデータの書込/読出を行なう半導体記憶装置
において、ビット線のプリチャージ電位を、0V以上で
バイポーラトランジスタのビルトイン電圧の絶対値より
低くなるように構成しているため、このビット線プリチ
ャージ時において、バイポーラトランジスタのベース電
極ノードの電位変化が生じても、メモリセルの記憶デー
タが破壊されるのを防止することができ、応じて低電源
電圧下でも安定に動作し確実にデータを保持する半導体
記憶装置を実現することができる。
【0134】すなわち、請求項1に係る発明に従えば、
バイポーラトランジスタとそのバイポーラトランジスタ
のベース電極に選択的に結合されるフリップフロップ型
記憶部を有するメモリセルを含む半導体記憶装置におい
て、各ビット線のプリチャージ電位を第1の電源電位と
第2の電源電位の中間電位と第1の電源電位との間の所
定電位レベルに設定しており、プリチャージ時バイポー
ラトランジスタのベース電位がメモリセルの記憶データ
に悪影響を及ぼすことがなく、確実に、メモリセルのデ
ータを保持することができる。
【0135】請求項2に係る発明に従えば、このビット
線プリチャージ回路を、1対のスイッチングトランジス
タと、これらの1対のスイッチングトランジスタと第1
の電圧供給源との間のダイオードモードで動作するトラ
ンジスタとで構成しているため、ダイオードモードで動
作するトランジスタにより、容易に必要とされるプリチ
ャージ電位を生成することができる。
【0136】請求項3に係る発明に従えば、スイッチン
グトランジスタおよびダイオードモードで動作するトラ
ンジスタを同一導電型の絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタで構成したため、複雑な製造プロセスを追加するこ
となく最小限の占有面積でビット線プリチャージ回路を
実現することができる。
【0137】請求項4に係る発明に従えば、スイッチン
グトランジスタとダイオードモードで動作するトランジ
スタを異なる導電型の絶縁ゲート型電界効果トランジス
タで構成しており、複雑な回路構成を利用することなく
容易に必要とされるビット線プリチャージ電位を生成す
ることができる。
【0138】請求項5に係る発明に従えば、ビット線プ
リチャージ回路を、ビット線と第1の電圧源との間に接
続されそのゲートに活性化時第1の電源電圧レベルのビ
ット線プリチャージ信号を受けて導通する絶縁ゲート型
電界効果トランジスタで構成しており、この絶縁ゲート
型電界効果トランジスタをダイオードモードで動作させ
て、そのビット線電位を容易にこの絶縁ゲート型電界効
果トランジスタのしきい値電圧レベル(第1の電源電圧
レベルを基準として)に設定することができ、複雑な回
路構成を利用することなく安定に必要とされる電位レベ
ルのビット線プリチャージ電位を小占有面積で生成する
ことができる。
【0139】請求項6に係る発明に従えば、ビット線プ
リチャージ回路を、ビット線と第1の電圧源の間に接続
されかつそのベース電極にビット線プリチャージ指示信
号を受けるバイポーラトランジスタで構成しており、こ
のバイポーラトランジスタはダイオードモードで動作さ
せることができ、そのビット線電位をバイポーラトラン
ジスタのビルトイン電圧(第1の電源電圧を基準とす
る)に設定することができ、複雑な回路構成を利用する
ことなく容易に必要とされるレベルのプリチャージ電位
を生成することができる。また、のバイポーラトランジ
スタをメモリセルのバイポーラトランジスタと同一のプ
ロセスで生成することができ、何ら余分の製造プロセス
を必要としない。
【0140】請求項7に係る発明に従えば、このプリチ
ャージ回路のバイポーラトランジスタとメモリセルのバ
イポーラトランジスタを同一の電気的特性を有するよう
に構成したため、確実にメモリセルのバイポーラトラン
ジスタのビルトイン電圧レベルのプリチャージ電位を容
易に生成することができる。
【0141】請求項8に係る発明に従えば、ビット線プ
リチャージ回路を、ダイオード素子で構成しているた
め、回路構成を複雑化することなく容易に必要とされる
レベルのビット線プリチャージ電位を生成することがで
きる。
【0142】請求項9に係る発明に従えば、ビット線プ
リチャージ回路を、1対のスイッチングトランジスタ
と、この1対のスイッチングトランジスタと第1の電圧
源との間のダイオード素子とで構成しているため、容易
に必要とされるレベルのビット線プリチャージ電位をこ
のダイオード素子の順方向降下電圧により生成すること
ができる。
【0143】請求項10に係る発明に従えば、ビット線
プリチャージ回路を、各ビット線に対して、ビット線プ
リチャージ指示信号の活性化時に各ビット線と第1の電
圧源との間に所定電位のレベルシフトを生じさせる手段
とで構成しているため、容易に第1の電源電圧を基準と
するビット線プリチャージ電位をレベルシフトのみによ
り生成することができる。
【0144】請求項11に係る発明に従えば、バイポー
ラトランジスタをベース電流を利用して交差結合型フリ
ップフロップの記憶部にデータの書込を行ないかつデー
タを読出すメモリセルがそれぞれ1列接続される複数の
ビット線対に対し、ビット線フローチャート電位をメモ
リセルのバイポーラトランジスタのビルトイン電圧と第
1の電源電圧の間の電位レベルに設定するように構成し
ているため、ビット線プリチャージ時において、メモリ
セルのバイポーラトランジスタのベース電極電位により
メモリセルのデータの破壊が生じるのを防止することが
でき、安定にデータを記憶する半導体記憶装置を実現す
ることができる。
【0145】請求項12に係る発明に従えば、ビット線
プリチャージ手段を、ビット線対それぞれに設けられ
て、ビット線プリチャージ指示信号に従って導通する複
数のスイッチング素子と、これらの複数のスイッチング
素子に共通にダイオードモードで動作することにより所
定電位レベルのレベルシフトを生じさせるレベルシフト
素子とで構成しているため、小占有面積で容易に必要と
されるレベルのビット線プリチャージ電位を生成するこ
とができる。
【0146】請求項13に係る発明に従えば、このレベ
ルシフト素子をMOSトランジスタで構成したため、小
占有面積で容易に必要とされる大きさの電位のシフトを
生じさせることができる。
【0147】請求項14に係る発明に従えば、レベルシ
フト素子をバイポーラトランジスタで構成したため、容
易に必要とされる大きさのレベルシフトを生成して必要
とされるプリチャージ電位を生成することができる。
【0148】請求項15に係る発明に従えば、このメモ
リセルのバイポーラトランジスタとレベルシフト用のバ
イポーラトランジスタを同じ電気的構成を備えるように
構成しているため、特別に複雑な制御を行うことなくか
つ製造プロセスを増加させることなく正確に必要とされ
るレベルのプリチャージ電位を生成することができる。
【0149】請求項16に係る発明に従えば、レベルシ
フト素子を、PNダイオードで構成しているため、小占
有面積で容易に必要とされるレベルのプリチャージ電位
を生成することができる。
【0150】請求項17に係る発明に従えば、ビット線
プリチャージ手段として、ビット線対に対して各プリチ
ャージ回路を設け、このプリチャージ回路を、1対のス
イッチングトランジスタと、これらのスイッチングトラ
ンジスタと第1の電源電圧を供給する電圧源との間のダ
イオードモードで動作して電位レベルシフトを生じさせ
るレベルシフト素子とで構成しているため、各ビット線
単位でビット線のプリチャージを行なうことができ、高
速で各ビット線を所定の電位レベルにプリチャージする
ことができる。
【0151】請求項18に係る発明に従えば、ビット線
プリチャージ回路を各ビット線対に設け、これらのプリ
チャージ回路を、各ビット線と電圧源との間に接続され
かつそのゲートにビット線プリチャージ指示信号を受け
る絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成しており、
このビット線プリチャージ用の絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタをソースフォロアモードで動作させてしきい
値電圧分の電圧のレベルシフトを生じさせることがで
き、容易に必要とされる大きさのビット線プリチャージ
電位を生成することができる。
【0152】請求項19に係る発明に従えば、ビット線
プリチャージ手段を、各ビット線に設けられたプリチャ
ージ回路で構成し、このプリチャージ回路を、ビット線
と第1の電圧源との間に接続されかつそのゲートに活性
化時第1の電源電圧レベルとなるビット線プリチャージ
指示信号を受けるバイポーラトランジスタで構成してお
り、バイポーラトランジスタをエミッタフォロアモード
で動作させて、必要とされる大きさのビット線プリチャ
ージ電位を容易に生成することができる。
【0153】請求項20に係る発明に従えば、ビット線
プリチャージ手段を、各ビット線に設けられたプリチャ
ージ回路で構成し、各プリチャージ回路を、ビット線プ
リチャージ指示信号の活性化時導通し、ビット線とこの
ビット線プリチャージ指示信号伝達線との間にレベルシ
フトを生じさせるダイオード素子とで構成しているた
め、各ビット線単位でプリチャージを行なうことがで
き、高速で正確に必要とされるレベルのプリチャージ電
位へ各ビット線をプリチャージすることができる。ま
た、ダイオード素子を用いているだけであり、小占有面
積のビット線プリチャージ回路を実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態に従う半導体記憶装置
の要部の構成を示す図である。
【図2】 図1に示す半導体記憶装置のデータ書込時の
動作を示す信号波形図である。
【図3】 図1に示す半導体記憶装置のデータ読出時の
動作を示す信号波形図である。
【図4】 図1に示す半導体記憶装置のデータ書込/読
出部の構成の一例を示す図である。
【図5】 図1に示す半導体記憶装置のワード線駆動信
号発生部の構成の一例を示す図である。
【図6】 図1に示す各制御信号を発生する制御信号発
生部の構成の一例を示す図である。
【図7】 図1に示す半導体記憶装置のデータ書込時に
おけるメモリセルの内部ノードの電位を示す図である。
【図8】 バイポーラトランジスタのエミッタ−ベース
間電圧とベース電流との関係を示す図である。
【図9】 ビット線プリチャージ時のバイポーラトラン
ジスタのベース電極ノードの電位変化を示す図である。
【図10】 図9に示すバイポーラトランジスタのベー
ス電極ノードの電位変化時の起こり得る問題を説明する
ための図である。
【図11】 この発明において用いられるビット線プリ
チャージ電位を用いた際のメモリセルバイポーラトラン
ジスタのベース電極ノードの電位変化を示す図である。
【図12】 データ書込時におけるビット線プリチャー
ジ電位の非選択メモリセルに対する影響を説明するため
の図である。
【図13】 この発明のビット線プリチャージ回路の実
施の形態1の構成を示す図である。
【図14】 この発明のビット線プリチャージ回路の実
施の形態2の構成を示す図である。
【図15】 この発明のビット線プリチャージ回路の実
施の形態3の構成を示す図である。
【図16】 この発明のビット線プリチャージ回路の実
施の形態4の構成を示す図である。
【図17】 この発明のビット線プリチャージ回路の実
施の形態5の構成を示す図である。
【図18】 この発明のビット線プリチャージ回路の実
施の形態6の構成を示す図である。
【図19】 この発明のビット線プリチャージ回路の実
施の形態7の構成を示す図である。
【図20】 この発明のビット線プリチャージ回路の実
施の形態8の構成を示す図である。
【図21】 従来の半導体記憶装置の要部の構成を概略
的に示す図である。
【図22】 図21に示す半導体記憶装置のデータ読出
時の動作を示す信号波形図である。
【図23】 図21に示すメモリセルのより具体的な構
成を示す図である。
【図24】 (A)はインバータを示し、(B)はその
入出力伝達特性を示す図である。
【図25】 (A)はメモリセルのインバータラッチを
示し、(B)はその入出力伝達特性とデータ保持特性を
示す図である。
【図26】 (A)はスタンバイ時におけるメモリセル
の接続状況を示し、(B)はそのときのインバータラッ
チの入出力伝達特性を示す図である。
【図27】 (A)はメモリセル選択時のインバータラ
ッチの接続態様を示す図であり、(B)はその入出力伝
達特性を示す図であり、(C)は入出力伝達特性が劣化
したときの状況を示し、(D)は低電源電圧におけるメ
モリセルの選択時のインバータラッチの入出力伝達特性
を示す図である。
【符号の説明】
1 メモリセル、10 読出負荷回路、20 ビット線
イコライズ回路、30ビット線プリチャージ回路、30
a Lレベルプリチャージ回路、30b Lレベルプリ
チャージ電位発生回路、Q1,Q2 ドライバトランジ
スタ、Q3,Q4、アクセストランジスタ、Q5,Q6
カットトランジスタ、BP1,BP2 バイポーラト
ランジスタ、81a,81b nチャネルMOSトラン
ジスタ、81c nチャネルMOSトランジスタ、82
a,82b,82d nチャネルMOSトランジスタ、
82c Lレベルプリチャージ電位伝達線、83a,8
3b pチャネルMOSトランジスタ、84 pチャネ
ルMOSトランジスタ、85a,85b バイポーラト
ランジスタ、86 バイポーラトランジスタ、87a,
87b PN接合ダイオード、88 PN接合ダイオー
ド。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1対のビット線、 前記ビット線対と交差するように配置されるワード線、
    および前記ビット線対とワード線との交差部に対応して
    配置されるメモリセルを備え、前記メモリセルは、1対
    の記憶ノードに相補データを記憶するための交差結合さ
    れた絶縁ゲート型電界効果トランジスタを含む交差結合
    型フリップフロップと、前記ビット線対各々に対応して
    設けられ、各々が対応のビット線に接続する一方導通ノ
    ードと、第1の電源電圧を供給する第1の電圧源に接続
    する他方導通ノードと、ベース電極ノードとを有する1
    対のバイポーラトランジスタと、前記1対の記憶ノード
    および前記1対のバイポーラトランジスタ各々に対応し
    て設けられ、前記ワード線上の信号電位に応答して選択
    的に導通し、導通時対応のバイポーラトランジスタのベ
    ース電極ノードと対応の記憶ノードとを電気的に接続す
    る1対のアクセストランジスタとを含み、さらに前記メ
    モリセルへのデータ書込時活性化され、前記ビット線対
    の各ビット線を前記第1の電源電圧と異なる第2の電源
    電圧レベルへ駆動するための書込手段と、 前記ビット線対の各ビット線に結合され、ビット線プリ
    チャージ指示信号の活性化時活性化され、前記ビット線
    を前記第1の電源電位と前記第2の電源電位との間の中
    間電位と前記第1の電源電位との間の所定電位レベルに
    プリチャージするためのビット線プリチャージ回路を備
    え、 前記中間電位と前記第1の電源電圧の差は、前記バイポ
    ーラトランジスタの一方導通ノードとベース電極ノード
    との間のビルトイン電圧に実質的に等しい、半導体記憶
    装置。
  2. 【請求項2】 前記ビット線プリチャージ回路は、 前記ビット線対の各ビット線に対応して設けられ、前記
    ビット線プリチャージ指示信号の活性化時導通する1対
    のスイッチングトランジスタと、前記1対のスイッチン
    グトランジスタと前記第1の電圧源との間に接続され、
    ダイオードモードで動作し、動作時、前記所定電位レベ
    ルの順方向降下電圧を生成するトランジスタを含む、請
    求項1記載の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記スイッチングトランジスタおよび前
    記ダイオードモードで動作するトランジスタは、同じ導
    電型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタである、請求
    項2記載の半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 前記スイッチングトランジスタの各々は
    第1導電型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタを備
    え、前記ダイオードモードで動作するトランジスタは、
    第2導電型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタを備え
    る、請求項2記載の半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 前記ビット線プリチャージ回路は、 前記ビット線対の各ビット線と前記第1の電圧源との間
    に接続され、かつそのゲートに、活性化時前記第1の電
    源電圧レベルとなるビット線プリチャージ指示信号を受
    けて導通する絶縁ゲート型電界効果トランジスタを備え
    る、請求項1記載の半導体記憶装置。
  6. 【請求項6】 前記ビット線プリチャージ回路は、 前記ビット線対の各ビット線と前記第1の電圧源との間
    に接続されかつそのベース電極ノードに前記ビット線プ
    リチャージ指示信号を受けるバイポーラトランジスタを
    備え、前記ビット線プリチャージ指示信号は活性化時前
    記第1の電源電圧レベルに駆動されて前記バイポーラト
    ランジスタを導通させる、請求項1記載の半導体記憶装
    置。
  7. 【請求項7】 前記プリチャージ回路のバイポーラトラ
    ンジスタは前記メモリセルのバイポーラトランジスタと
    同じ電気的特性を有する、請求項6記載の半導体記憶装
    置。
  8. 【請求項8】 前記ビット線プリチャージ回路は、 前記ビット線対の各ビット線と前記ビット線プリチャー
    ジ指示信号を受ける共通ノードとの間に接続される1対
    のダイオードを備え、 前記共通ノード上の前記ビット線プリチャージ指示信号
    は、活性化時、前記第1の電源電圧レベルへ駆動され
    る、請求項1記載の半導体記憶装置。
  9. 【請求項9】 前記ビット線プリチャージ回路は、 前記ビット線対の各ビット線と共通ノードとの間に設け
    られ、前記ビット線プリチャージ指示信号の活性化時導
    通する1対のスイッチングトランジスタと、 前記共通ノードと前記第1の電圧源との間に接続され、
    前記所定電位に実質的に等しい順方向降下電圧を生成す
    るダイオード素子とを備える、請求項1記載の半導体記
    憶装置。
  10. 【請求項10】 前記ビット線プリチャージ回路は、 前記ビット線対の各ビット線に設けられ、前記ビット線
    プリチャージ指示信号の活性化時活性化され、前記ビッ
    ト線と前記第1の電圧源との間に前記所定電位レベルの
    電位レベルシフトを生じさせる手段を含む、請求項1記
    載の半導体記憶装置。
  11. 【請求項11】 複数対のビット線、 各々が第1および第2のサブワード線を有し、前記複数
    対のビット線と交差するように配置される複数のワード
    線、および前記複数対のビット線と前記複数のワード線
    の交差部に対応して配置される複数のメモリセルを備
    え、前記複数のメモリセルの各々は、1対の記憶ノード
    に相補データを記憶するための交差結合された絶縁ゲー
    ト型電界効果トランジスタを含む交差結合型フリップフ
    ロップと、対応のビット線対の各ビット線と第1の電源
    電圧を供給する電圧源との間に接続される1対のバイポ
    ーラトランジスタと、対応のワード線の前記第1および
    第2のサブワード線各々および前記1対の記憶ノード各
    々に対応して設けられ、対応の第1および第2のサブワ
    ード線上の信号電位に応答して導通し、対応の記憶ノー
    ドを対応のバイポーラトランジスタのベース電極ノード
    へ電気的に接続する1対のアクセストランジスタを含
    み、および各前記ビット線対に結合され、ビット線プリ
    チャージ指示信号の活性化に応答して活性化され、各前
    記ビット線対の各ビット線を所定電位にプリチャージす
    るビット線プリチャージ手段を備え、前記所定電位は、
    前記第1の電源電圧と各前記バイポーラトランジスタの
    前記第1の電源電圧を基準とするビルトイン電圧との間
    の電位レベルである、半導体記憶装置。
  12. 【請求項12】 前記ビット線プリチャージ手段は、 各前記ビット線対の各ビット線に設けられ、前記ビット
    線プリチャージ指示信号の活性化に応答して導通し、対
    応のビット線を、各前記ビット線対の各ビット線に共通
    に設けられるグローバル共通ノードへ接続する複数のス
    イッチング素子と、 前記グローバル共通ノードと前記第1の電圧源との間に
    結合され、ダイオードモードで動作して前記所定電位レ
    ベルのレベルシフトを生じさせるレベルシフト素子とを
    備える、請求項11記載の半導体記憶装置。
  13. 【請求項13】 前記レベルシフト素子は、ダイオード
    モードで動作する絶縁ゲート型電界効果トランジスタを
    備える、請求項12記載の半導体記憶装置。
  14. 【請求項14】 前記レベルシフト素子は、ダイオード
    モードで動作するバイポーラトランジスタを備える、請
    求項12記載の半導体記憶装置。
  15. 【請求項15】 前記レベルシフト素子のバイポーラト
    ランジスタは、前記メモリセルのバイポーラトランジス
    タと同じ電気的特性を備える、請求項14記載の半導体
    記憶装置。
  16. 【請求項16】 前記レベルシフト素子は、PNダイオ
    ードを備える、請求項12記載の半導体記憶装置。
  17. 【請求項17】 前記ビット線プリチャージ手段は、 各前記ビット線対に対して設けられる複数の単位プリチ
    ャージ回路を含み、 各前記単位プリチャージ回路は、対応のビット線対の各
    ビット線と共通ノードとの間に設けられ、前記ビット線
    プリチャージ指示信号の活性化に応答して導通する第1
    および第2のスイッチングトランジスタと、前記共通ノ
    ードと前記第1の電圧源との間に接続され、ダイオード
    モードで動作して前記共通ノードと前記第1の電圧源と
    の間に前記所定電位のレベルシフトを生じさせるレベル
    シフト素子を備える、請求項11記載の半導体記憶装
    置。
  18. 【請求項18】 前記ビット線プリチャージ手段は、各
    前記ビット線対に対して設けられるプリチャージ回路を
    有し、 各前記プリチャージ回路は、対応のビット線対の各ビッ
    ト線と前記第1の電圧源との間に接続されかつそのゲー
    トに前記ビット線プリチャージ指示信号を受ける絶縁ゲ
    ート型電界効果トランジスタを有し、前記ビット線プリ
    チャージ指示信号は、活性化時、前記第1の電源電圧レ
    ベルに駆動される、請求項11記載の半導体記憶装置。
  19. 【請求項19】 前記ビット線プリチャージ手段は、各
    前記ビット線対に対して設けられるプリチャージ回路を
    有し、各前記プリチャージ回路は、対応のビット線対の
    各ビット線と前記第1の電圧源との間に接続されかつそ
    のベース電極ノードに前記ビット線プリチャージ指示信
    号を受けるバイポーラトランジスタを有し、前記ビット
    線プリチャージ指示信号は、活性化時、前記第1の電源
    電圧レベルに駆動される、請求項11記載の半導体記憶
    装置。
  20. 【請求項20】 前記ビット線プリチャージ手段は、各
    前記ビット線対に対して設けられる複数のプリチャージ
    回路を備え、各前記プリチャージ回路は、 対応のビット線対の各ビット線と共通ノードとの間に接
    続され、導通時前記所定電位のレベルシフトを対応のビ
    ット線と前記共通ノードとの間に生じさせる第1および
    第2のダイオード素子を含み、前記共通ノードへ活性化
    時前記第1の電源電圧レベルに駆動される前記ビット線
    プリチャージ指示信号が印加される、請求項11記載の
    半導体記憶装置。
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