KR100436052B1 - Sram reducing leakage current by controlling well electric potential of sram cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 메모리 셀의 웰 전위 제어를 통해 누설전류를 감소시키는 에스램(Static Random Access Memory, SRAM)에 관한 것이다.The present invention relates to a static random access memory (SRAM) that reduces leakage current through well potential control of a memory cell.
일반적으로, 종래의 에스램(Static Random Access Memory, SRAM)에서는 메모리 셀을 구성하는 웰이 접지 전압(Vss)에 고정 연결되어 있어, 메모리 셀(Memory Cell)에서 흐르는 접합 누설 전류(Junction Leakage Current)나 트랜지스터 오프 누설 전류(Transistor Off Leakage Current)를 줄이지 못했을 뿐만 아니라, 저전압에서 동작하기 위하여 셀의 문턱 전압(Threshold Voltage)을 낮추게 되었을 때 소비 전력이 스탠드-바이 모드에서 커지게 되는 단점이 있다.In general, in a conventional static random access memory (SRAM), a well constituting a memory cell is fixedly connected to a ground voltage Vss, and thus a junction leakage current flowing in the memory cell. In addition, the transistor off leakage current (transistor off leakage current) is not reduced, and the power consumption increases in stand-by mode when the threshold voltage of the cell is lowered to operate at a low voltage.
도 1 은 종래의 에스램 셀에 관한 회로도이다. 도면을 참조하면, 종래의 에스램 셀는 래치를 구성하는 2개씩의 로드용 PMOS트랜지스터(MP1, MP2)(로드용 소자는 저항으로 구성될 수도 있다) 및 드라이버용 NMOS트랜지스터(MN1, MN2)과, 래치의 상보적인 두 출력노드와 대응되는 비트라인/비트라인바 사이에 소스-드레인 경로가 접속되고 게이트에 워드라인이 연결된 한쌍의 엑세스용 NMOS트랜지스터(MN3, MN4)로 구성된다. 도면에서 비트라인에 연결된 풀업회로는 SRAM 셀에 포함되지 않는 SRAM의 코어 회로이다.1 is a circuit diagram of a conventional SRAM cell. Referring to the drawings, a conventional SRAM cell includes two load PMOS transistors MP1 and MP2 (load elements may be composed of resistors) and driver NMOS transistors MN1 and MN2 constituting a latch. A source-drain path is connected between two complementary output nodes of a latch and corresponding bit lines / bit line bars, and a pair of access NMOS transistors MN3 and MN4 having word lines connected to gates. In the drawing, the pull-up circuit connected to the bit line is the core circuit of the SRAM not included in the SRAM cell.
여기서 셀을 구성하는 드라이버 NMOS트랜지스터 및 엑세스용 NMOS트랜지스터는 각기 반도체기판의 P형 웰에 형성되는 바, 웰 전압은 그라운드에 고정되어 있다. 따라서, 메모리 셀의 접합 누설 전류나 트랜지스터 턴-오프 상태에서의 누설 전류를 줄이지 못하고, 저전압에서 동작하기 위해 셀의 문턱 전압을 낮추었을 때 소비 전력이 스탠바이 모드에서 커지게 되는 단점이 있다.The driver NMOS transistor and the access NMOS transistor constituting the cell are formed in the P type well of the semiconductor substrate, and the well voltage is fixed to the ground. Therefore, the junction leakage current of the memory cell or the leakage current in the transistor turn-off state is not reduced, and the power consumption increases in the standby mode when the threshold voltage of the cell is lowered to operate at a low voltage.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 스탠바이 모드에서는 메모리 셀에서의 누설 전류를 줄여 데이터 보존능력을 향상시키고, 노멀 오퍼레이션 모드에서는 셀이 정상 동작을 하도록 하는 SRAM을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide an SRAM for reducing data leakage current in a memory cell in a standby mode, thereby improving data storage capability, and allowing a cell to operate normally in a normal operation mode.
도 1 은 종래의 에스램 셀에 관한 회로도.1 is a circuit diagram of a conventional SRAM cell.
도 2 는 본 발명에 따른 에스램 셀에서 웰 전위 제어 회로에 관한 회로도.2 is a circuit diagram of a well potential control circuit in an SRAM cell according to the present invention;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
211 ... 접지 전압 222 ... 웰 전압211 ... ground voltage 222 ... well voltage
234 ... 전압 분배부 235 ... 역 인버터부234 ... voltage divider 235 ... reverse inverter
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 SRAM은,The SRAM of the present invention for achieving the above object,
래치를 구성하는 2개씩의 로드용 소자 및 드라이버트랜지스터와, 상기 래치의 상보적인 두 출력노드와 대응되는 비트라인/비트라인바 사이에 소스-드레인 경로가 접속되고 게이트에 워드라인이 연결된 한쌍의 엑세스트랜지스터로 구성된 메모리 셀을 포함하고,A pair of access elements, each of which includes a load element and driver transistor constituting a latch, a source-drain path connected between the two complementary output nodes of the latch, and a bit line / bit line bar corresponding thereto, and a word line connected to the gate. A memory cell comprised of a transistor,
상기 메모리 셀의 웰(well)은 접지전원공급단과 전기적으로 분리된 상태에서, 웰전위제어회로부로부터 전압을 공급받으며,A well of the memory cell receives a voltage from a well potential control circuit part in a state electrically isolated from a ground power supply terminal.
상기 웰전위제어회로부는 스탠바이모드에서 상대적으로 높은 전위를 공급하고, 오퍼레이션모드에서 상대적으로 낮은 전위를 공급하는 것을 특징으로 한다.The well potential control circuit unit supplies a relatively high potential in the standby mode, and supplies a relatively low potential in the operation mode.
이와 같이 본 발명에 따른 SRAM은 셀의 웰 전위 제어 방법에 있어서 셀 전위 제어회로를 통해 스탠드-바이 모드에서는 웰 전위를 상승시켜 누설 전류를 줄이고, 노멀 오퍼레이션 모드에서는 정상 동작을 하도록 웰 전위를 제어할 수 있다.As described above, the SRAM according to the present invention reduces the leakage current by raising the well potential in the stand-by mode through the cell potential control circuit and controlling the well potential in the normal operation mode. Can be.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention in more detail.
도 2 는 본 발명에 따른 에스램에서 셀의 웰 전위 제어 방법에 관한 회로도이다. 도면을 참조하면, 에스램 셀는 래치를 구성하는 2개씩의 로드용 PMOS트랜지스터(MP21, MP22)(로드용 소자는 저항으로 구성될 수도 있다) 및 드라이버용 NMOS트랜지스터(MN21, MN22)과, 래치의 상보적인 두 출력노드와 대응되는 비트라인/비트라인바 사이에 소스-드레인 경로가 접속되고 게이트에 워드라인이 연결된 한쌍의 엑세스용 NMOS트랜지스터(MN23, MN24)로 구성된다. 도면에서 비트라인에 연결된 풀업회로는 SRAM 셀에 포함되지 않는 SRAM의 코어 회로이다.2 is a circuit diagram of a well potential control method of a cell in an SRAM according to the present invention. Referring to the drawings, the SRAM cell includes two load PMOS transistors MP21 and MP22 (load elements may be composed of resistors) and driver NMOS transistors MN21 and MN22 constituting a latch. A source-drain path is connected between two complementary output nodes and corresponding bit lines / bit line bars, and a pair of access NMOS transistors MN23 and MN24 are connected to a word line at a gate thereof. In the drawing, the pull-up circuit connected to the bit line is the core circuit of the SRAM not included in the SRAM cell.
아울러 종래와 다르게, 셀을 구성하는 드라이버 트랜지스터(MN21, MN22)와 엑세스트랜지스터(MN23, MN24)가 구성되는 웰은 접지전위 VSS에 고정되어 있지 않고 서로 분리되어 있다. 그리고 메모리 셀의 웰은 웰 전위 제어 회로부(234, 235)를 통해 스탠바이모드 및 오퍼레이션모드에서 각기 다른 레벨의 웰 전위(222)를 공급받는다.Unlike in the related art, wells in which the driver transistors MN21 and MN22 and the exciter transistors MN23 and MN24 constituting cells are not fixed to the ground potential VSS but are separated from each other. The wells of the memory cell are supplied with different levels of well potentials 222 in the standby mode and the operation mode through the well potential control circuits 234 and 235.
웰 전위 제어회로부(234, 235)는 공급전압공급단과 접지전압공급단 사이에 직렬연결되고 게이트로 칩 인에이블신호를 입력받는 두 개의 NMOS트랜지스터로 이루어진 액티브 저항용 전압 분배 회로(234)와, 전압 분배 회로(234)로부터 공급되는 전원전압단과 접지전원공급단 사이에 직렬접속되고 게이트로 상기 칩인에이블신호를 입력받아 웰 전위(222)를 출력하는 역 인버터 회로(235)로 구성된다.The well potential control circuits 234 and 235 are connected between a supply voltage supply terminal and a ground voltage supply terminal, and have a voltage divider circuit 234 for active resistance consisting of two NMOS transistors receiving a chip enable signal through a gate. A reverse inverter circuit 235 connected in series between the power supply voltage terminal supplied from the distribution circuit 234 and the ground power supply terminal and receiving the chip enable signal through a gate and outputting a well potential 222.
전압 분배 회로(234)와 역 인버터 회로(235)의 입력신호인 칩 인에이블 신호(238)는 에스램 회로의 동작 상태에 따라 하이 또는 로우 상태를 갖는 신호로서, 스탠바이모드에서는 하이 레벨을 갖고 오퍼레이션모드에서는 로우 레벨을 갖는 신호이다.The chip enable signal 238, which is an input signal of the voltage distribution circuit 234 and the reverse inverter circuit 235, is a signal having a high or low state depending on the operation state of the SRAM circuit. In mode it is a low level signal.
결국, 본 발명에 따른 에스램은 접지 전압(211)과 웰 전압(222)이 분리되어 있는 상태에서, 웰 전위 제어회로부(234, 235)는 스탠드바이 모드(칩인에이블신호 '하이' )에서 상대적으로 높은 전압을 웰전위(222)로서 공급한다. 이에 의해 스탠바이모드에서의 소비 전력의 원인이 되는 노드 측으로의 누설 전류를 줄이고, 비트 라인 및 비트 라인 바에서 접지 전압단으로 흘러 나가는 누설 전류를 줄여 준다. 그리고, 오퍼레이션모드(칩인에이블신호 '로우' )에서는 상대적으로 낮은 전압(VSS에 사용하는 전압)을 셀의 웰 전위(222)로서 공급하므로 정상적인 동작을 수행하게 된다.As a result, in the SRAM according to the present invention, in the state where the ground voltage 211 and the well voltage 222 are separated, the well potential control circuits 234 and 235 are relatively in the standby mode (chip enable signal 'high'). The high voltage is supplied as the well potential 222. This reduces the leakage current to the node side, which causes power consumption in the standby mode, and reduces the leakage current flowing from the bit line and the bit line bar to the ground voltage terminal. In operation mode (a chip enable signal 'low'), a relatively low voltage (voltage used for VSS) is supplied as the well potential 222 of the cell, thereby performing normal operation.
상기 SRAM에서 웰 전위 제어 회로부(234, 235)를 에스램의 디코더 회로에 구현하므로서 별도의 추가되는 면적이 없이 기존의 에스램 셀을 가지고 구현할 수 있다.Since the well potential control circuits 234 and 235 are implemented in the SRAM decoder circuit in the SRAM, the well potential control circuit units 234 and 235 may be implemented with the existing SRAM cell without additional area.
본 발명이 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상적 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반도체 메모리 장치의 에스램 셀에서 웰 전위 제어 방법에 있어서, 웰 전위 제어 회로를 추가하여 스탠드-바이 모드에서는 웰 전위를 상승시켜 누설 전류를 줄이고, 노멀 오퍼레이션 모드에서는 정상 동작을 하는 에스램 셀에서 웰 전위 제어 방법을 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, in the well potential control method in an SRAM cell of a semiconductor memory device, a well potential control circuit is added to increase the well potential in the stand-by mode to reduce the leakage current, and in the normal operation mode. It is possible to provide a well potential control method in an SRAM cell in normal operation.
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