JPH1139877A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH1139877A
JPH1139877A JP9189763A JP18976397A JPH1139877A JP H1139877 A JPH1139877 A JP H1139877A JP 9189763 A JP9189763 A JP 9189763A JP 18976397 A JP18976397 A JP 18976397A JP H1139877 A JPH1139877 A JP H1139877A
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JP9189763A
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Hirotoshi Sato
広利 佐藤
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Mitsubishi Electric Corp
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    • G11C11/34—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
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    • G11C11/41—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming static cells with positive feedback, i.e. cells not needing refreshing or charge regeneration, e.g. bistable multivibrator or Schmitt trigger

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低電源電圧下においても低消費電流で安定に
データの破壊を伴うことなくデータを高速で読出を行な
う。 【解決手段】 メモリセル(1)は、交差結合されたフ
リップフロップを構成するドライバトランジスタ(Q
1,Q2)と、ワード線(WL,WLU)上の信号電位
に応答して駆動するアクセストランジスタ(Q3,Q
4)と、このメモリセルをビット線(BL,/BL)に
接続するバイポーラトランジスタ(BP1,BP2)を
含む。このビット線に対し、活性化時、電流を供給し、
所定時間経過後このビット線電位をラッチするダイオー
ド結合されたpチャネルMOSトランジスタ(26,2
7)および交差結合されたpチャネルMOSトランジス
タ(28,29)からなる読出負荷回路(16)を設け
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のメモリセル
データ読出のための構成に関する。
【0002】
【従来の技術】図22は、従来のスタティック型半導体
記憶装置のアレイ部の構成を概略的に示す図である。図
22においては、スタティック型半導体記憶装置の1つ
であるスタティック・ランダム・アクセス・メモリ(S
RAM)のアレイ部の構成が示される。図22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
リセルが接続する複数のビット線対BL,/BLを含
む。図22においては、1つのワード線WL1と、ビッ
ト線対BL1,/BL1〜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。
【0003】メモリセルM1〜Mnの各々は、記憶ノー
ドSNおよび/SNに情報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をビット線BL,/BL(BL
1,/BL1〜BLn,/BLn)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M
OS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。
【0004】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の活性化時に活
性化され、対応のビット線BL1,/BL1〜BLn,
/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、受けた列選択信号Y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BL1,
/BL1〜BLn,/BLnを内部読出データバス線D
B,/DBへ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、この内部読出デ
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出力バッファ回路へ伝達
するセンスアンプ215を含む。
【0005】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。
【0006】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Y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〜BLn)を内部読出データバス線DBに接続
するトランスミッションゲート211と、列選択信号Y
およびインバータ210の出力信号に従って導通し、対
応のビット線/BL(/BL1〜/BLn)を内部読出
データバス線/DBに接続するトランスミッションゲー
ト212を含む。
【0007】センスアンプ215は、差動増幅回路の構
成を備え、たとえば特開平7−226083号公報に示
されている構成を備える。次に、この図22に示すSR
AMのデータ読出時の動作について図23に示す信号波
形図を参照して説明する。
【0008】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、常時活性状態のLレベルにあ
る。データ書込時においてこのビット線イコライズ指示
信号/EQは、所定期間非活性状態となり、書込データ
に応じてビット線を電源電圧と接地電圧レベルの間でフ
ルスイングさせる。データ読出時においては、このビッ
ト線イコライズ/プリチャージ回路BEQ1〜BEQn
は、ビット線電位振幅を小さくし、高速でデータを読出
す機能を備える。
【0009】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、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
列選択信号が選択状態へ駆動される。図23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応じて、
このワード線WL1に接続されるメモリセルM1〜Mn
のアクセストランジスタ204および205が導通し、
各記憶ノードSNおよび/SNが対応のビット線BL,
/BL(BL1,/BL1〜BLn,/BLn)へ接続
される。ビット線プリチャージ/イコライズ回路BEQ
1〜BEQnは、メモリセル非選択時は活性化され、か
つメモリセル選択時は不活性化される。列選択信号Yに
従って、選択列に対応するビット線が内部読出データバ
ス線DB,/DBに接続される。記憶ノードSNおよび
/SNの一方はHレベル、他方はLレベルである。
【0010】今、メモリセルM1が選択され、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。この状態においては、ビット線/BL1から記憶ノ
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S
Nが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。ビット線プリチャージ/イ
コライズ回路BEQ1におけるMOSトランジスタ20
8は、このビット線BL1および/BL1の電位差が大
きく開くのを防止する。このビット線BL1および/B
L1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、こ
の内部読出データバス線DB,/DBに生じた電位差を
増幅し、内部読出データを生成する。
【0011】メモリセルデータの読出が完了すると、選
択ワード線WL1が非活性状態のLレベルとなり、また
列選択信号Y1が非活性状態の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
線DB,/DBと切離され、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Vccレベルにプリチャージされる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】図24は、図22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24においては、符号Mでメモリセルを総称的
に示す。図24において、メモリセルMは、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2
20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バトランジス
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/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。高抵抗抵抗素子220および
ドライバトランジスタ221が図22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22に示すメモ
リセルのインバータ203に対応する。
【0013】記憶ノードSNにHレベルのデータが格納
されている場合には、ドライバトランジスタ221が導
通状態にあり、記憶ノード/SNは接地電圧レベルに保
持される。この状態においては、ドライバトランジスタ
223が非導通状態にあり、記憶ノードSNおよび/S
NはそれぞれHレベルおよびLレベルに保持される。
【0014】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222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。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20
5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。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が導通状態とされたとき、この記憶ノードS
Nおよび/SNの記憶データを確実に保持するために
は、アクセストランジスタ204および205の伝達係
数βa(チャネル幅Waとチャネル長Laの比)は、ド
ライブトランジスタ221および223の伝達係数βb
のそれの3倍以上の大きさに設定する必要がある。以
下、このアクセストランジスタおよびドライバトランジ
スタの伝達係数βの値を異ならせる必要性について説明
する。
【0015】図25(A)にインバータIを示し、図2
5(B)に、このインバータIの入出力伝達特性を示
す。インバータIは、入力信号INを反転して出力信号
OUTを生成する。インバータIの利得が大きくなるほ
ど、この図25(B)に示す入出力伝達特性曲線の変化
が急峻になる。このインバータ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。
【0016】図26(A)は、インバータラッチの構成
を示す図である。このインバータラッチは、図22およ
び図24に示すSRAMセルに用いられる。すなわち、
インバータ202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S
Nへ伝達する。
【0017】図26(B)において、曲線A1が、イン
バータ202の入出力伝達特性を示し、曲線A2が、イ
ンバータ203の入出力伝達特性を示す。インバータ2
02および203が同じ入出力伝達特性を備える場合、
曲線A2は、図26(B)に示す破線を対称軸として曲
線A1を折り曲げることにより得られる。曲線A1と曲
線A2の交点に対応する点S1およびS2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に現れる。
【0018】インバータラッチが安定に動作するために
は、この図26(B)に示す曲線が、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点PM近傍の状態にノードSN
および/SNの電位が存在しても、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。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で示す)を大きくする必要が
ある。この部分が小さい場合には、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
用し、任意の安定点の信号電位が記憶ノードSNおよび
/SNにされる可能性があるためである。
【0019】図27(A)は、スタティックメモリセル
Mのスタンバイ状態(ワード線非選択状態)の状態を示
す図である。図27(A)において、アクセストランジ
スタ204および205は非導通状態にある。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222および220を介して電源ノードに接続され
る。抵抗素子220およびドライバトランジスタ221
がインバータ202を構成し、抵抗素子222およびド
ライバトランジスタ223がインバータ203を構成す
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、高速でその出
力ノードが放電される(高抵抗抵抗素子の電流供給力は
極めて小さい)。したがってこの場合、図27(B)に
示すように、インバータラッチの入出力伝達特性は極め
て急峻な遷移部分を有し、安定にデータを保持する。
【0020】図28(A)は、ワード線選択状態におけ
るスタティックメモリセルの状態を示す図である。この
状態においては、アクセストランジスタ204および2
05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にそれぞれ接続される。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。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222は存在しない構成と等価
となる。したがって、この状態においては、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。この場合、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の変化が緩やかとなり、
利得が低下する。したがって、図28(B)に示すよう
に、曲線A1およびA2で形成される部分の面積が小さ
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。
【0021】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。この状態においては、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2
23)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28(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。
【0022】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、この図28(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(単安定点のみ)、記
憶ノード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とドライバトランジスタの
コンダクタンスの比を小さくする必要があり、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)
よりもドライブトランジスタの電流駆動力(コンダクタ
ンス)を大きくする必要がある。
【0023】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(伝
達係数)に比例する。この電流駆動力の比(セル比)R
は、前述のごとく3ないし4の値に設定される。これに
より、インバータの入出力伝達特性が比較的急峻とな
り、安定点を2つ確実に存在させることができ、データ
読出時における記憶データの破壊を防止することができ
る。
【0024】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。したがって、データ読出時においても安定にデータ
を保持するためには、ドライバトランジスタ221およ
び223のサイズ(チャネル幅とチャネル長の比)をア
クセストランジスタのそれよりも大きくする必要があ
る。この場合、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。
【0025】一方、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
ンジスタの飽和領域におけるドレイン電流が次式で表さ
れることから明らかである。
【0026】Ids=β(Vgs−Vth)2 ここで、Vgsはゲート−ソース間電圧を示し、Vth
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、インバータの入出力伝
達特性の遷移が緩やかとなり、図28(C)に示すよう
な入出力伝達特性が生じ、データ読出時における記憶デ
ータの破壊が生じる。
【0027】特に、この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2
21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。したがって電源電圧
が低くされた場合、このドライブトランジスタ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のそれとの差が小さくなり、図
28(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。また、データも安定に保持することができなく
なる。
【0028】また、データ読出時ビット線プリチャージ
/イコライズ回路BEQからメモリセルへカラム電流が
流れ消費電流が大きい。
【0029】それゆえ、この発明の目的は、電源電圧が
低い場合においても、確実にかつ安定にデータ保持を行
なうことのできるスタティック型半導体記憶装置を提供
することである。
【0030】この発明の他の目的は、低電源電圧下にお
いても、メモリセルデータの破壊を伴うことなく高速か
つ低消費電流でデータの読出を行なうことのできるスタ
ティック型半導体記憶装置を提供することである。
【0031】
【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、ワード線と、このワード線と交差するように
配置される1対のビット線と、ワード線と1対のビット
線との交差部に対応して配置されるメモリセルとを含
む。このメモリセルは、相補データを1対の記憶ノード
に記憶するための交差結合型フリップフロップと、1対
のビット線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を有する1対のバイポー
ラトランジスタと、ワード線上の信号電位に応答してフ
リップフロップの1対の記憶ノードを1対のバイポーラ
トランジスタのベース電極にそれぞれ結合する1対のア
クセストランジスタとを含む。
【0032】請求項1に係る半導体記憶装置は、さら
に、1対のビット線に結合され、データ読出時、メモリ
セルのデータを1対のビット線上に読出しかつ増幅する
ための読出負荷回路を備える。この読出負荷回路は、1
対のビット線それぞれに接続する1対のダイオード素子
と、1対のビット線の電位を差動増幅しかつラッチする
ための1対の交差結合されたトランジスタと、1対のダ
イオード素子と第1の電源電圧を供給する電圧源とを電
気的に接続するための第1のスイッチングトランジスタ
と、1対の交差結合されたトランジスタと電圧源とを電
気的に接続するための第2のスイッチングトランジスタ
を備える。
【0033】請求項2に係る半導体記憶装置は、請求項
1の装置がさらに、1対のビット線に結合され、データ
読出モード時、読出負荷回路の活性化の前に1対のビッ
ト線を第1の電源電圧と異なる所定の電圧レベルにプリ
チャージするビット線プリチャージ回路を備える。
【0034】請求項3に係る半導体記憶装置は、請求項
1または2の装置がさらに、データ読出時、アクセス指
示に応答して第1および第2のスイッチングトランジス
タを同時に活性化し、これらの活性化の後、第2のスイ
ッチングトランジスタを導通状態に保持しかつ第1のス
イッチングトランジスタを非導通状態とする手段を含
む。
【0035】請求項4に係る半導体記憶装置は、請求項
1から3のいずれかの装置の読出負荷回路の交差結合さ
れたトランジスタおよびダイオード素子の各々は、互い
に同じサイズを有する絶縁ゲート型電界効果トランジス
タで構成される。
【0036】請求項5に係る半導体記憶装置は、請求項
1から3のいずれかの読出負荷回路の交差結合されたト
ランジスタおよびダイオード素子の各々が、第1のしき
い値電圧を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで
構成され、メモリセルのフリップフロップは、この第1
のしきい値電圧よりも絶対値の大きな第2のしきい値電
圧を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタを備え
る。
【0037】請求項6に係る半導体記憶装置は、さら
に、1対のビット線上に読出負荷回路とメモリセルとの
間に設けられ、ビット線選択信号に応答して導通する転
送ゲートを備える。
【0038】請求項7に係る半導体記憶装置は、請求項
6の転送ゲートが、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
で構成され、このフリップフロップの絶縁ゲート型電界
効果トランジスタのしきい値電圧の絶対値は、転送ゲー
トの絶縁ゲート型電界効果トランジスタのそれよりも大
きい。
【0039】請求項8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に交差するよう
に交差するように配置される複数のワード線と、これら
複数のビット線対と複数のワード線との交差部に対応し
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、相補データを1対の記憶ノードに
記憶するための交差結合型フリップフロップと、対応の
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を有する1対のバイポー
ラトランジスタと、対応のワード線上の信号電位に応答
してこの交差結合型フリップフロップの1対の記憶ノー
ドを1対のバイポーラトランジスタのベース電極にそれ
ぞれ結合する1対のアクセストランジスタとを含む。
【0040】この請求項8の半導体記憶装置は、さら
に、ビット線選択信号に従って複数のビット線対からビ
ット線対を選択するビット線選択手段と、データ読出読
出モード時選択されたビット線対上に選択メモリセルの
データを読出しかつ増幅するための読出負荷手段を備え
る。この読出負荷手段は、少なくとも1個の読出負荷回
路を有する。この読出負荷回路は、選択されたビット線
対に接続される読出負荷バス線と、この読出負荷バス線
上の信号電位を差動的に増幅しかつラッチするための交
差結合されたトランジスタ素子対と、データ読出時、ダ
イオード素子を第1の電源電圧を供給する電圧源に接続
するための第1のスイッチング素子と、データ読出時、
この交差結合されたトランジスタ対をその電圧源に接続
するための第2のスイッチング素子とを含む。
【0041】請求項9に係る半導体記憶装置は、請求項
8の少なくとも1個の読出負荷回路が、複数のビット線
対それぞれに対応して設けられる複数の読出負荷回路を
備え、ビット線選択手段は、各ビット線対に対応して設
けられ、ビット線選択信号に従って、対応のビット線対
を対応の読出負荷回路の読出負荷バス線対に接続する転
送ゲートを含む。
【0042】請求項10に係る半導体記憶装置は、請求
項8の少なくとも1個の読出負荷回路が、複数のビット
線対に共通に設けられる読出負荷回路を備える。ビット
線選択手段は、各ビット線対に対応して設けられ、ビッ
ト線選択信号に従って対応のビット線対を読出負荷バス
線に接続する複数の転送ゲートを備える。
【0043】請求項11に係る半導体記憶装置は、請求
項8から10の装置が、さらに、データ読出アクセス指
示に応答して、読出負荷回路のダイオード素子および交
差結合されたトランジスタを電圧源に結合しかつその所
定時間経過後ダイオード素子を電圧源から切離しかつ交
差結合されたトランジスタ対を電圧源に接続し続けるよ
うに第1および第2のスイッチング素子を制御する手段
を含む。
【0044】請求項12に係る半導体記憶装置は、請求
項8から11の装置がさらに、ビット線選択信号の非活
性化時各ビット線対の第1の電源電圧と異なる所定の電
圧レベルにプリチャージしかつデータ読出時、該プリチ
ャージを完了するプリチャージ手段を備える。
【0045】請求項13に係る半導体記憶装置は、請求
項8から12のいずれかの読出負荷回路の交差結合され
たトランジスタ素子およびダイオード素子は、互いに同
じサイズを備える絶縁ゲート型電界効果トランジスタで
構成される。
【0046】請求項14に係る半導体記憶装置は、請求
項8から12のいずれかの半導体記憶装置の読出負荷回
路の交差結合されたトランジスタ素子およびダイオード
素子は、第1のしきい値電圧を有する絶縁ゲート型電界
効果トランジスタで構成され、メモリセルのフリップフ
ロップは、この第1のしきい値電圧よりも絶対値が大き
な絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成される。
【0047】請求項15に係る半導体記憶装置は、請求
項9から14のいずれかの半導体記憶装置において、転
送ゲートが絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成さ
れ、メモリセルのアクセストランジスタが絶縁ゲート型
電界効果トランジスタで構成される。転送ゲートを構成
する絶縁ゲート型電界効果トランジスタのしきい値電圧
の絶対値は、アクセストランジスタを構成する絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタのそれよりも小さくされる。
【0048】請求項16に係る半導体記憶装置は、請求
項8から15のいずれかの半導体記憶装置が、さらに、
複数のビット線対に共通に設けられるリードデータバス
と、各ビット線対に設けられ、対応のビット線対の電位
を差動増幅してリードデータバスに伝達するための複数
の読出ゲートと、データ読出アクセス指示の活性化に応
答して活性化され、リードデータバス上の信号電位を増
幅して内部読出データを生成する読出増幅回路をさらに
備える。
【0049】メモリセルにおいて、バイポーラトランジ
スタを介してビット線とフリップフロップを接続するこ
とにより、ワード線選択時において、このバイポーラト
ランジスタを介してベース電流がフリップフロップへ与
えられる。したがって、このフリップフロップへ流れ込
む電流は小さく、フリップフロップを構成するトランジ
スタサイズが小さい場合においても、十分余裕を持って
フリップフロップが記憶ノードを駆動することができ、
ワード線選択時におけるメモリセルデータの破壊を生じ
ることがなく、低電圧時においても安定にデータを保持
することができる。また、読出時において読出負荷回路
により、ダイオード素子を介してビット線を第1の電源
電圧レベルへ駆動し、このバイポーラトランジスタを介
して流れる電流量の差による電位差を交差結合されるト
ランジスタ素子で増幅しており、確実にかつ高速でデー
タの読出を行なうことができる。また、この交差接合さ
れたトランジスタ素子により、ビット線電位がフィード
バックされてバイポーラトランジスタを流れる電流量が
制御されており、メモリセルのLレベルデータ記憶ノー
ドに常時電流が流れ込むの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。
【0050】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]図1は、この発明が適用されるスタテ
ィック型半導体記憶装置(SRAM)の1ビットのメモ
リセルの構造を具体的に示す図である。図1において、
このメモリセルは、ワード線WLUおよびWLLとビッ
ト線対BLおよび/BLの交差部に対応して配置され
る。ビット線対BLおよび/BLに1列のメモリセルが
接続され、ワード線WLUおよびWLLに1行のメモリ
セルが接続される。このワード線WLUおよびWLL
は、対をなして配設される。
【0051】メモリセルは、第1の電源電圧Vccを供
給する電圧源としての電源ノードPSと記憶ノードSN
の間に接続される高抵抗負荷素子R1と、電源ノードP
Sと記憶ノード/SNの間に接続される高抵抗負荷素子
R2と、記憶ノードSNおよび/SNにデータを保持す
るための交差結合されたフリップフロップを構成するn
チャネルMOSトランジスタ(ドライバトランジスタ)
Q1およびQ2と、ワード線WLUおよびWLL上の信
号電位に応答して、このメモリセルを選択状態に置くn
チャネルMOSトランジスタ(アクセストランジスタ)
Q3およびQ4と、ワード線WLLおよびWLU上の信
号電位に応答して、ドライバトランジスタQ1およびQ
2と接地ノードGNの間に電流経路を選択的に形成する
nチャネルMOSトランジスタ(カットトランジスタ)
Q5およびQ6を含む。
【0052】ドライバトランジスタQ1は、そのゲート
が記憶ノード/SNに接続され、かつそのドレインが記
憶ノードSNに接続される。ドライバトランジスタQ2
は、そのゲートが記憶ノードSNに接続され、かつその
ドレインが記憶ノード/SNに接続される。アクセスト
ランジスタQ3はそのゲートがワード線WLUに接続さ
れ、かつその一方導通ノードが記憶ノードSNに接続さ
れる。アクセストランジスタQ4は、そのゲートがワー
ド線WLLに接続されかつその一方導通ノードが記憶ノ
ード/SNに接続される。カットトランジスタQ5はそ
のゲートがワード線WLLに接続され、かつそのドレイ
ンがドライバトランジスタQ1のソースに接続されかつ
そのソースが接地ノードGNに接続される。カットトラ
ンジスタQ6はそのゲートがワード線WLUに接続さ
れ、かつそのドレインがドライバトランジスタQ2のソ
ースに接続されかつそのソースが接地ノードGNに接続
される。メモリセルは、さらに、ビット線BLおよび/
BLにそれぞれ結合され、データ読出時にはメモリセル
の記憶データをビット線上の読出を行なうためのpnp
バイポーラトランジスタBP1およびBP2を含む。バ
イポーラトランジスタBP1は、そのエミッタがビット
線BLに接続され、そのベースがアクセストランジスタ
Q3の他方導通ノードに接続され、かつそのコレクタが
接地ノードGNに接続される。バイポーラトランジスタ
BP2は、そのエミッタがビット線/BLに接続され、
そのベースがアクセストランジスタQ4の他方導通ノー
ドに接続され、かつそのコレクタが接地ノードGNに接
続される。バイポーラトランジスタBP1およびBP2
は、縦型PNP構造を有し、そのアクセストランジスタ
Q3およびQ4とビット線BLおよび/BLのコンタク
ト領域に形成され、その占有面積は十分小さくされる。
次に、まず、このメモリセルに対するデータの書込動作
について図2に示す信号波形図を参照して説明する。
【0053】SRAMにおいては、アドレス信号の変化
を検出し、この検出されたアドレス変化をトリガとして
メモリセルへのアクセス動作が行なわれる。今、記憶ノ
ードSNの電位がLレベルであり、記憶ノード/SNの
電位がHレベルであり、このメモリセルがLレベルのデ
ータを記憶しており、この状態において、Hレベルのデ
ータを書込む動作について説明する。
【0054】アドレス信号の変化が検出されると、まず
このアドレス信号に従ってワード線選択動作およびビッ
ト線選択動作が行なわれる。書込データがHレベルであ
るため、選択ワード線対のワード線WLUの電位がHレ
ベルに立上がり、他方ワード線WLLは、Lレベルを維
持する。非選択ワード線対は、すべてLレベルに保持さ
れる。
【0055】ビット線対BLおよび/BLは、アクセス
前、ロー(L)レベルにプリチャージされており、この
データ書込動作に従って選択ビット線BLおよび/BL
の電位がHレベルに立上がる。非選択ビット線対BLお
よび/BLの電位はともにLレベルのプリチャージレベ
ルを維持する。
【0056】ワード線WLUの電位がHレベルとなる
と、アクセストランジスタQ3が導通し、Lレベルの記
憶ノードSNがバイポーラトランジスタBP1のベース
電極に電気的に接続される。ビット線BLの電位はHレ
ベルであり、このバイポーラトランジスタBP1が導通
し、ビット線BLからバイポーラトランジスタBP1に
コレクタ電流が流れる。このバイポーラトランジスタB
P1においては、エミッタ−ベース間のPN接合が導通
し、このコレクタ電流とともに、ベース電流が流れ、こ
のベース電流が記憶ノードSNへ流れる。ワード線WL
Lの信号電位はLレベルであり、カットトランジスタQ
5は非導通状態であり、したがって記憶ノードSNの電
位が上昇する。最終的に、このバイポーラトランジスタ
BP1のベース−エミッタ間順方向降下電圧Vbeが生
じるため、記憶ノードSNの電圧レベルは、ビット線B
Lの電圧レベルよりも、このエミッタ−ベース間電位V
beだけ低い電圧レベルとなる。記憶ノードSNの電圧
レベルがほぼこのビット線BLからエミッタ−ベース間
電位Vbeだけ低い電圧レベルに到達すると、バイポー
ラトランジスタBP1がほぼ非導通状態となり、コレク
タ電流はほとんど流れなくなる。このベース電流とコレ
クタ電流の比は、バイポーラトランジスタBP1の電流
増幅率から与えられる。
【0057】ワード線WLU上の信号電位はHレベルで
あり、カットトランジスタQ6は導通状態にあり、この
記憶ノードSNの電位レベルの上昇に従ってドライバト
ランジスタQ2のコンダクタンスが大きくなり、記憶ノ
ード/SNを接地電位レベルのGNDレベルへ高速で放
電する。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が非導通状態となる。これによ
り、バイポーラトランジスタBP1のベース電流が遮断
され記憶ノードSNの電位レベルが、ベース電流により
ビット線BLの電位よりもバイポーラトランジスタBP
1のエミッタ−ベース間電位よりも低い電圧レベルに到
達しこのバイポーラトランジスタBP1は非導通状態と
なる。
【0058】記憶ノード/SNに対しては、アクセスト
ランジスタQ4が非導通状態であり、バイポーラトラン
ジスタBP2からのベース電流は影響を及ぼさない。
【0059】したがって、書込開始時において、一時的
にこのバイポーラトランジスタBP1を介して比較的大
きなコレクタ電流が流れるが、この記憶ノードSNの電
位上昇に従ってバイポーラトランジスタBP1が非導通
状態となり、このコレクタ電流が遮断され消費電流は極
めて小さい。また、バイポーラトランジスタBP2も、
そのベース電位がビット線/BLからの電流により高速
で上昇し、非導通状態となり、電流消費は極めて小さ
い。
【0060】非選択ビット線BLおよび/BLにおいて
は、その電位レベルはLレベルであり、バイポーラトラ
ンジスタBP1,BP2は、非導通状態を維持し、非選
択メモリセルの記憶ノードのSNの電位変化は生じな
い。
【0061】記憶ノードSNがHレベルの電位レベルに
ある場合にHレベルデータを書込む場合には、バイポー
ラトランジスタBP1は、ほぼ非導通状態を維持し、記
憶ノードSNは、そのHレベルの電位を保持する。
【0062】Lレベルデータの書込時においては、ワー
ド線WLLの電位がHレベルとなり、一方ワード線WL
Uの電位レベルがLレベルとなる。この状態において
は、記憶ノード/SNに対するHレベルデータの書込を
行なう動作と同じであり、バイポーラトランジスタBP
2のベース電流により、記憶ノード/SNの電位レベル
が上昇し、ドライバトランジスタQ1およびQ2のフリ
ップフロップにより、記憶ノードSNの電位レベルがL
レベルとなる。
【0063】データ書込動作が完了すると、ワード線W
LUの電圧レベルがLレベルに立下がり、また選択ビッ
ト線BLおよび/BLの電圧レベルもLレベルに立下が
る。この状態においては、カットトランジスタQ5およ
びQ6はともに非導通状態にあり、記憶ノードSNおよ
び/SNから接地ノードGNへの電流経路は遮断され
る。しかしながら、高抵抗負荷素子R1およびR2の抵
抗値は極めて高く、その供給電流は、記憶ノードSNお
よび/SNのリーク電流を補償する程度であり、Lレベ
ルを保持する記憶ノードの電圧レベルがこの高抵抗負荷
素子を介して充電されて上昇することはない。
【0064】図3は、このデータ書込のためのワード線
選択部の構成を概略的に示す図である。図3において
は、1対のワード線WLUおよびWLLに対する構成を
示す。図3において、1対のワード線WLUおよびWL
Lに対して、与えられたアドレス信号をデコードし、対
応のワード線対を選択する信号を発生するXデコード回
路5と、データ書込時、書込活性化信号WENと書込デ
ータD,/Dとに従って、ワード線駆動電位を生成する
書込線制御回路6と、このXデコード回路5からのワー
ド線選択信号と書込制御回路6からのワード線駆動信号
とに従って、ワード線WLUおよびWLLをそれぞれ対
応の信号電位へ駆動するワード線ドライブ回路7を含
む。
【0065】Xデコード回路5は、与えられたアドレス
信号をデコードするNAND回路5aと、このNAND
回路5aの出力信号を反転するインバータ回路5bを含
む。アドレス指定された行に対応するワード線を選択状
態へ駆動する場合、このXデコード回路5からの出力信
号がHレベルに立上がる。対応のワード線が非選択状態
の場合には、このXデコード回路5の出力信号はLレベ
ルになる。
【0066】書込制御回路6は、書込活性化信号/WE
Nと書込データDを受けるOR回路6aと、書込活性化
信号/WENと書込データ/Dを受けるOR回路6bを
含む。書込データDおよび/Dは互いに相補なデータ信
号である。書込活性化信号/WENは、データ書込時、
外部から与えられるライトイネーブル信号に従って所定
期間活性状態のLレベルとされる。
【0067】ワード線ドライブ回路7は、Xデコード回
路5の出力するワード線選択信号と書込制御回路6のO
R回路6aの出力信号を受けるAND回路7aと、Xデ
コード回路5の出力するワード線選択信号と書込制御回
路6のOR回路6bの出力信号とを受けるAND回路7
bを含む。AND回路7aから、ワード線WLUを駆動
する信号が出力され、AND回路7bから、ワード線W
LLを駆動する信号が出力される。書込データDがHレ
ベルのときには、OR回路6aの出力信号がHレベルと
なり、OR回路6bの出力信号がLレベルとなる。した
がって、AND回路7aの出力信号がHレベルとなり、
ワード線WLUがHレベルへ駆動される。ワード線WL
LはLレベルを維持する。逆に、データDがLレベルの
ときには、OR回路6bの出力信号がHレベルとなり、
AND回路7bからワード線WLL上に伝達されるワー
ド線駆動信号がHレベルに立上がる。
【0068】この図3に示す構成を利用することによ
り、書込データに応じて選択行に対応するワード線WL
UおよびWLLを所望の電位レベルへ駆動することがで
きる。
【0069】図4は、データ書込部の構成の一例を概略
的に示す図である。図4において、ビット線BLおよび
/BLに対し、イコライズ指示信号IOEQの活性化
時、これらのビット線BLおよび/BLをロー(L)レ
ベルの所定電位レベルにプリチャージするプリチャージ
回路10と、図示しないコラムデコーダからの列選択信
号Yに応答してこのビット線BLおよび/BLを書込デ
ータバスWDBおよび/WDBに接続する列選択ゲート
12が設けられる。プリチャージ指示信号IOEQは、
スタンバイ状態時(データの書込/読出完了時またはデ
ータ書込/読出が行なわれる前)に活性状態とされる。
【0070】書込データバス線WDBおよび/WDBに
対し、書込活性化信号/WENに応答して電源電圧Vc
cをこれらの書込データバスWDBおよび/WDBへ伝
達する書込ドライブ回路14が設けられる。図4におい
ては、書込ドライブ回路14が、書込データバス線WD
Bおよび/WDBそれぞれに対して設けられ、そのゲー
トに書込活性化信号/WENを受けるpチャネルMOS
トランジスタを備える構成が一例として示される。
【0071】データ書込前においては、ビット線BLお
よび/BLはプリチャージ回路10により、Lレベルに
プリチャージされる。書込時においては、外部からのア
ドレス信号に従って列選択信号Yが活性化され、列選択
ゲート12が導通し、ビット線BLおよび/BLが書込
データバス線WDBおよび/WDBに接続される。デー
タ書込時においては、書込活性化信号/WENが所定期
間Lレベルの活性状態となる。したがって、書込ドライ
ブ回路14により、これらの書込データバス線WDBお
よび/WDBがHレベルに駆動され、応じて選択ビット
線対BLおよび/BLの電圧レベルがHレベルとなる。
これにより、データ書込時、Lレベルにプリチャージさ
れた選択ビット線対BLおよび/BLをともにHレベル
へ駆動しかつ非選択ビット線対BLおよび/BLをLレ
ベル電位に保持することができる。
【0072】図5は、この発明の実施の形態1に従うS
RAMの要部の構成を示す図である。図5においては、
1ビットのメモリセルのデータ読出部の構成が示され
る。メモリセル1は、先の図1に示す構成と同じ構成を
備え、対応する部分には、同一参照番号を付し、その詳
細説明は省略する。
【0073】ビット線BLおよび/BLに対しては、ビ
ット線BLおよび/BLを、低電圧レベルのローレベル
にプリチャージするためのプリチャージ回路10と、デ
ータ読出時、ビット線BLおよび/BL上にメモリセル
データを読出かつ増幅しかつラッチする読出負荷回路1
6が設けられる。
【0074】読出負荷回路16は、ノードNaとビット
線BLの間に接続されるダイオード接続されたpチャネ
ルMOSトランジスタ26と、ノードNaとビット線/
BLの間に接続されるダイオード接続されたpチャネル
MOSトランジスタ27と、ビット線BLおよび/BL
の電位を差動的に増幅するための交差結合されたpチャ
ネルMOSトランジスタ28および29を含む。pチャ
ネルMOSトランジスタ28は、その一方導通ノード
(ソース)がノードNbに接続され、その他方導通ノー
ドがビット線BLに接続されかつそのゲートがビット線
/BLに接続される。pチャネルMOSトランジスタ2
9は、その一方導通ノード(ソース)がノードNbに接
続され、ゲートがビット線BLに接続されかつその他方
導通ノードがビット線/BLに接続される。
【0075】読出負荷回路16は、さらに、読出活性化
信号/YB1の活性化時(Lレベルのとき)導通し、ノ
ードNaと電源ノードPSとを電気的に接続するpチャ
ネルMOSトランジスタで構成されるスイッチングトラ
ンジスタ30と、第2の読出活性化信号/YB2の活性
化時導通し、ノードNbと電源ノードPSとを電気的に
接続するpチャネルMOSトランジスタで構成されるス
イッチングトランジスタ31を含む。MOSトランジス
タ26、27、28および29は同じサイズ(ゲート幅
とゲート長の比:電流駆動力)を有する。次に、この図
5に示すメモリセルのデータの読出動作について図6に
示す信号波形図を参照して説明する。
【0076】今、記憶ノードSNに、Hレベルのデータ
が保持されていると仮定する。アドレス信号が変化する
と、アドレス変化検出に従って、イコライズ指示信号I
OEQが非活性状態となり、プリチャージ回路10が非
活性状態となる。これにより、ビット線BLおよび/B
LのLレベルへのプリチャージが完了する。このプリチ
ャージが完了すると、与えられたアドレス信号に従っ
て、ワード線およびビット線選択動作が行なわれ、選択
行に対して設けられたワード線WLLおよびWLUの電
位がHレベルに立上がり、アクセストランジスタQ3お
よびQ4がともに導通状態となり、またカットトランジ
スタQ5およびQ6も導通し、記憶ノードSNおよび/
SNは、そのHレベルおよびLレベルデータを安定に保
持する。
【0077】このワード線選択動作と並行して、それま
で非活性状態にあった読出活性化信号/YB1および/
YB2が活性状態のLレベルへ駆動される。これによ
り、スイッチングトランジスタ30および31が導通
し、ノードNaおよびNbが電源ノードPSに結合され
る。ビット線BLおよび/BLはLレベルにあり、ダイ
オード接続されたpチャネルMOSトランジスタ26お
よび27が導通し、ビット線BLおよび/BLへ電流を
供給し、その電圧レベルを上昇させる。また、pチャネ
ルMOSトランジスタ28および29も、ビット線BL
および/BLの電位に従って、ビット線BLおよび/B
Lへ電流を供給する。
【0078】MOSトランジスタ26〜29のサイズが
同じであり、これらの電流駆動力は同じとされている。
したがって、ビット線BLおよび/BLの電位を確実に
上昇させることができ、この交差結合されたpチャネル
MOSトランジスタ28および29が、即座に差動増幅
してラッチ状態に入るのを防止することができ、この読
出初期において、ビット線BLおよび/BLの電位のア
ンバランス(プリチャージ回路10におけるトランジス
タ特性のアンバランス、およびビット線容量のアンバラ
ンス等に起因する)、また読出負荷回路16におけるト
ランジスタのしきい値電圧のばらつきなどに起因する動
作開始点のオフセットなどの影響を受けることがなくデ
ータの誤読出を防止することができる。また、メモリセ
ル1における、トランジスタパラメータのばらつきによ
るビット線BLおよび/BLの読出初期時における電流
のオフセットに起因するデータの誤読出を防止すること
ができる。
【0079】ビット線BLおよび/BLの電位が、バイ
ポーラトランジスタBP1およびBP2の、エミッタ−
ベース間電圧よりも高くなると、バイポーラトランジス
タBP1およびBP2の一方が導通する。記憶ノードS
Nは、Hレベルデータを記憶しており、したがって、バ
イポーラトランジスタBP1には、コレクタ電流はほと
んど流れず、ビット線BLは、このダイオード接続され
たpチャネルMOSトランジスタ26および交差結合さ
れたpチャネルMOSトランジスタ28により充電され
て、その電位が上昇する。ビット線BLの電位が高くな
ると、これらのMOSトランジスタ26および28の電
流供給量は少し少なくなる。
【0080】一方、記憶ノード/SNは、Lレベルデー
タを記憶しており、ビット線/BLの電位が、バイポー
ラトランジスタBP2のエミッタ−ベース間電位よりも
高くなると、バイポーラトランジスタBP2が導通し、
このバイポーラトランジスタBP2を流れるコレクタ電
流により、ビット線/BLの電位上昇を抑制する。バイ
ポーラトランジスタBP2のベース電流はMOSトラン
ジスタQ2およびQ6により放電され、記憶ノード/S
Nの電位上昇は抑制される。
【0081】これにより、ビット線BLおよび/BL
に、電位差が生じる。このビット線の電位差が十分大き
くなった後(1ns〜50nsの所定時間経過後)、読
出活性化信号/YB1が非活性状態のHレベルへ駆動さ
れ、スイッチングトランジスタ30が非導通状態とな
る。ダイオード接続されたpチャネルMOSトランジス
タ26および27は、充電動作を停止し、交差結合され
たpチャネルMOSトランジスタ28および29によ
り、ビット線BLおよび/BLへの電流供給が行なわれ
る。MOSトランジスタ28および29は、そのソース
がノードNbに結合されており、このMOSトランジス
タ28および29により、ビット線BLおよび/BLの
電位がラッチされる。すなわち、この読出活性化信号/
YB1が非活性状態となると、ビット線BLの電位が所
定電位のHレベルに到達すると、MOSトランジスタ2
9がほぼ非導通状態となり、ビット線/BLに電流を供
給せず、ビット線/BLの電位がほぼ一定となり(バイ
ポーラトランジスタBP2は導通状態、MOSトランジ
スタ27は非導通状態にある)、ビット線/BLの電位
に従って、MOSトランジスタ28の電流供給が駆動さ
れ、ビット線BLの電位が保持される。一方、ビット線
/BLはバイポーラトランジスタBP2のエミッタ−ベ
ース間順方向降下電圧のレベル程度の電圧レベルに保持
される。したがってこのMOSトランジスタ28および
29により、ビット線BLおよび/BLの電位がラッチ
される。
【0082】このビット線BLおよび/BLの電位差
を、図示しない読出ゲートを介して読出すことにより、
データの読出が行なわれる。
【0083】所定期間が経過すると、ワード線WLUお
よびWLLの電位がLレベルに立下がり、データ読出が
完了し、このワード線WLUおよびWLLの非活性状態
移行後、イコライズ指示信号IOEQがHレベルの活性
状態となり、また読出活性化信号/YB2もHレベルの
非活性状態となる。これにより、メモリセルデータが読
出されたビット線BLおよび/BLの電位が再びLレベ
ルにプリチャージされる。次に、メモリセル選択時にお
けるメモリセルデータの保持の安定性について説明す
る。
【0084】説明を簡単にするために、今、図7に示す
ように、ビット線BLに定電流源33が読出負荷回路と
して接続される場合を考える。この定電流源33は、電
源ノードPSとビット線BLの間に接続されかつそのゲ
ートに一定電圧Vcstを受けるpチャネルMOSトラ
ンジスタで構成される。この定電流源33が、ビット線
電流Icを供給する。記憶ノードSNに、Lレベルデー
タが保持されている状態でワード線が選択された状態を
考える。この状態においては、アクセストランジスタQ
3が、そのゲートに電源電圧Vccを受けて導通状態と
なり、またカットトランジスタQ5は、同様ワード線の
信号に従って導通状態となり、電流源として作用する。
ドライバトランジスタQ1は、そのゲートは、Hレベル
データを格納する記憶ノード/SNに接続される。今、
バイポーラトランジスタBP1のベース電流Ibと、ド
ライバトランジスタQ1を流れるドレイン電流Idが、
以下の関係を満たせば、記憶ノードSNのデータの破壊
は生じない。
【0085】 β=Id/Ib =Id/(Ic・1/(hFE+1))≧3 ここで、hFEは、pnpバイポーラトランジスタBP
1(またはBP2)の電流増幅率である。
【0086】たとえば、Vcc=1.8V、Ic=10
0μA、およびhFE=10の場合、次式が得られる。
【0087】 Id/(100μA・1/(10+1))≧3 すなわち、 Id≧100μA・(1/11)・3≧27μA すなわち、ドライバトランジスタQ1が、電源電圧Vc
cが1.8Vの条件下においても、ドレイン電流Idと
して27μmを供給する電流駆動能力を持っていれば、
十分大きなスタティックノイズマージンSNMを得るこ
とができ、メモリセルのデータは安定に保持されること
になる。
【0088】データ読出時、図8に示すように、記憶ノ
ードSNのHレベルデータは、ビット線BLのHレベル
よりも、バイポーラトランジスタBP1(またはBP
2)のエミッタ−ベース間電圧Vbeだけ低い電圧レベ
ルとなる。ワード線選択時、このベース電流Ibが、ド
ライバトランジスタQ1により、ドレイン電流Idとし
て放電されれば、その入出力伝達特性の遷移部分の変化
が急峻となり、安定にデータを保持することができる。
これにより、低電源電圧下においても、安定にデータを
保持することができ、信頼性の高いSRAMを実現する
ことができる。
【0089】図9は、この読出負荷回路を簡略化して示
す図である。データ読出時においては、ビット線BLお
よび/BLには、ゲートおよびドレインが交差結合され
たpチャネルMOSトランジスタ28および29がそれ
ぞれ接続される。MOSトランジスタ28および29に
より、ビット線BLおよび/BLの電位が上昇すると、
バイポーラトランジスタBP1が導通する。一方、記憶
ノード/SNがHレベルのとき、バイポーラトランジス
タBP2は非導通状態にある(ベース電位の方がビット
線/BLの電位よりも高い)。したがって、このビット
線/BLの電位が上昇すると、このビット線/BLの電
位上昇がMOSトランジスタ28のゲートへ与えられ、
MOSトランジスタ28の電流供給量が少なくなり、ビ
ット線BLからバイポーラトランジスタBP1を介して
流れるコレクタ電流が小さくなる。
【0090】ビット線/BLの電位が上昇すれば、ます
ますこのビット線BLの電流供給量が小さくなり、応じ
てバイポーラトランジスタBP1を介して流れるベース
電流が小さくなる。したがって、アクセストランジスタ
Q3を介して流れるベース電流とドライバトランジスタ
Q1を介して流れるドレイン電流の比が小さくなり、こ
の交差結合されたMOSトランジスタQ1およびQ2に
より構成されるインバータの入出力伝達特性が図10に
示すようにますます急峻となり、スタティックノイズマ
ージンSNMが大きくなり、より安定にデータを保持す
ることができる。
【0091】また、このビット線/BLの電位上昇に従
ってMOSトランジスタ28が非導通状態となり、ビッ
ト線BLへの電流供給を停止する。応じて、バイポーラ
トランジスタBP1のコレクタ電流が遮断され、ベース
電流Ibも遮断される。これにより、記憶ノードSNの
Lレベルの電位の浮き上がりが防止することができ、確
実にLレベルデータを保持することができる。
【0092】また、ダイオード素子および交差結合され
たMOSトランジスタを用いてビット線BLおよび/B
Lを充電し、バイポーラトランジスタBP1およびBP
2の一方が導通状態となると、記憶データに応じてビッ
ト線に電位差が生じ、この電位差が生じた後、ダイオー
ド素子を非導通状態にして、交差結合されたトランジス
タのみを動作状態としている。したがってこの交差結合
されたMOSトランジスタがラッチ状態となると、ほと
んどこの交差結合されたMOSトランジスタに電流が流
れず(ラッチ状態においては、Hレベルのビット線に接
続されるMOSトランジスタが、そのドレイン/ソース
の電圧がほぼ同じとなって非導通状態となり、またLレ
ベルのビット線に接続されるMOSトランジスタがその
ゲート電位がHレベルとなり、非導通状態となる)、し
たがって、常時電流源をビット線に接続して、コラム電
流を流す構成に比べて大幅に消費電流を小さくすること
ができる。
【0093】また、このデータ読出開始時においては、
ダイオード接続されたMOSトランジスタおよび交差結
合されたMOSトランジスタをすべて動作状態とするこ
とにより、これらのサイズはすべて同じであるため、読
出時においては、ビット線BLおよび/BLの電位は、
バイポーラトランジスタBP1およびBP2の一方が導
通状態となるまで上昇し、その後、記憶データに応じて
ビット線の電位が変化する。このとき、ダイオード接続
されたMOSトランジスタを導通状態としているため、
交差結合されたMOSトランジスタがラッチ状態に入る
のを防止することができ、ビット線の容量のアンバラン
スおよびビット線プリチャージ電位のアンバランスの影
響を受けることなく正確に記憶データに応じた電位差を
ビット線に生じさせることができる。
【0094】さらに、この読出負荷回路は、バイポーラ
トランジスタBP1およびBP2のコレクタ電流を供給
しており、メモリセルのデータの保持の安定性は、この
バイポーラトランジスタBP1およびBP2のベース電
流とドライバトランジスタの流すドレイン電流の比によ
り決定される。したがって、この読出負荷回路に含まれ
るMOSトランジスタのサイズは大きくすることがで
き、読出負荷回路に含まれるMOSトランジスタのサイ
ズを、比較的大きなマージンをもって設定することがで
き(駆動電流量がビット線を高速で充電するだけあれば
よく、またこの駆動電流もコレクタ電流であり、余裕を
持って設定することができる)、設計が容易となる。
【0095】図11は、ワード線駆動部の構成を概略的
に示す図である。この図11においては、1対のワード
線WLUおよびWLLに対して設けられたワード線駆動
部の構成を概略的に示す。この図11に示すワード線駆
動部の構成は、図3に示すワード線駆動部の構成と、以
下の点において異なっている。すなわち、書込制御回路
6の出力信号を読出活性化信号RENの活性化(Hレベ
ル)時、ともに活性状態とする読出ワード線制御回路3
5が設けられる。読出ワード線制御回路35は、この書
込制御回路6のOR回路6aの出力信号と読出活性化信
号RENを受けるOR回路35aと、書込制御回路6の
OR回路6bの出力信号と読出活性化信号RENとを受
けるOR回路35bを含む。OR回路35aおよび35
bからワード線駆動信号が出力され、ワード線ドライブ
回路7へ与えられる。
【0096】読出活性化信号RENは、データ読出時、
アドレス変化検出信号に従って所定期間Hレベルの活性
状態とされる。したがって、この読出ワード線制御回路
35からは、所定期間Hレベルとなる信号が出力され、
選択行に対応して設けられたワード線がXデコード回路
5により選択されると、この選択行に対応するワード線
対WLUおよびWLLがともにHレベルの選択状態へ駆
動される。
【0097】図12は、この図5に示す制御信号を発生
する部分の構成を概略的に示す図である。図12におい
て、制御信号発生回路は、外部からの書込指示信号ZW
Eの変化を検出し、ワンショットのパルス信号を発生す
る信号変化検出(ATD)回路40と、チップセレクト
信号/CSとアドレス信号とを受け、チップセレクト信
号/CSの活性化時アドレス信号の変化時点を検出して
ワンショットのパルス信号を発生するATD回路41
と、このATD回路41からのパルス信号の立上がりを
遅延する2段の縦続接続された立下がり遅延回路42a
および42bを含む。
【0098】ATD回路41は、ATD回路40からの
ワンショットのパルス信号とアドレス信号の変化時点で
発生されるワンショットのパルス信号両者の論理和をと
って出力する。立下がり遅延回路42aおよび42bに
より、ATD回路41からのワンショットのパルス信号
のパルス幅が拡大され、所定の時間幅を有するワード線
活性化信号WLEが生成される。このワード線活性化信
号WLEは、ロウデコーダなどへ与えられ、ワード線が
選択状態にある期間を決定するとともに、このワード線
活性化信号WLEを基準として他の制御信号が形成され
る。ATD回路41へ、ATD回路40からのワンショ
ットパルス信号を与えているのは、同じアドレス位置に
対しデータの書込および読出を行なう際、ワード線活性
化信号WLEは所定期間のみ活性状態とされるため、こ
の書込および読出それぞれに対しワード線を活性状態に
する必要があるためである。
【0099】この制御信号発生回路は、さらに、書込指
示信号ZWEを受ける互いに並列に設けられるインバー
タ43aおよび43bと、インバータ43bからの内部
書込指示信号/IWEと立下がり遅延回路42aの出力
信号を受けるAND回路44aと、インバータ43bか
らの内部書込指示信号/IWEと立下がり遅延回路42
bの出力信号を受けるAND回路44bと、AND回路
44aの出力信号を反転して読出負荷活性化信号/YB
1を出力するインバータ45aと、AND回路44bの
出力信号を反転して読出負荷活性化信号/YB2を出力
するインバータ45bと、ATD回路40および41の
出力信号を受けてIOイコライズ指示信号IOEQを出
力するAND回路46と、インバータ43aからの書込
活性化信号/WENとイコライズ指示信号IOEQを受
けるゲート回路47を含む。ゲート回路47はIOイコ
ライズ指示信号IOEQがLレベルになりかつ書込活性
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、その読出活性化信号RENをHレベ
ルの活性状態へ駆動する。
【0100】この図12に示す制御信号発生回路におい
ては、IOイコライズ指示信号IOEQはATD回路4
0および41の出力するパルス信号の論理積により生成
される。したがって、書込指示信号ZWE(外部からの
ライトイネーブル信号/WEに相当する)が変化し、ア
ドレス信号が変化しかつチップセレクト信号/CSが変
化して活性状態のときに所定期間活性状態のHレベルへ
駆動される。このIOイコライズ指示信号IOEQは、
またこの図示しない経路により、書込が行なわれず、ま
た読出が行なわれない非活性状態の期間活性状態へ駆動
される(たとえばチップセレクト信号/CSがHレベル
の非活性状態にあり、半導体記憶装置が非選択状態のと
き、IOイコライズ指示信号IOEQはHレベルの活性
状態へ駆動される)。
【0101】読出負荷活性化信号/YB1は、内部書込
指示信号/IWEがHレベルにありデータ読出を示して
いるとき、立下がり遅延回路42aの出力信号の立上が
りに同期してLレベルの活性状態へ駆動される。この読
出負荷活性化信号/YB1の活性化期間は、立下がり遅
延回路42aの有する遅延時間により決定され、ワード
線活性化信号WLEの活性期間より短い。立下がり遅延
回路42aおよび42bは立上がりは遅延していないた
め、この読出負荷活性化信号/YB1は、ワード線活性
化信号WLEの活性化とほぼ同時に活性状態へ駆動され
る。
【0102】読出負荷活性化信号/YB2は、内部書込
指示信号/IWEの非活性化時(データ読出を示す)立
下がり遅延回路42bの出力信号、すなわちワード線活
性化信号WLEの活性化に応答して活性状態とされる。
この読出負荷活性化信号/YB2は、したがって、ワー
ド線活性化信号の活性化とほぼ同時に活性状態へ駆動さ
れ、その活性化期間はワード線活性化信号WLEの活性
化期間とほぼ同期間となる。
【0103】読出活性化信号RENは、IOイコライズ
指示信号IOEQがLレベルの非活性状態となり、イコ
ライズ完了後、書込活性化信号/WENがHレベルにあ
りデータ読出を示すときに活性状態とされる。
【0104】以上のように、この発明の実施の形態1に
従えば、交差結合型フリップフロップをバイポーラトラ
ンジスタを介してビット線に接続する構成のメモリセル
に対し、ダイオード素子と交差結合されたトランジスタ
素子を用いてビット線電位の増幅を行なうように構成し
ているため、メモリセルのドライバトランジスタは、バ
イポーラトランジスタのベース電流をすべて放電する駆
動力が要求されるだけであり、そのスタティックノイズ
マージンを大きくすることができ、安定にメモリセルデ
ータを低電源電圧動作時においても保持することができ
る。
【0105】また、バイポーラトランジスタを介して、
ダイオード素子および交差結合されたトランジスタを用
いた読出負荷回路によりビット線に電流を供給してお
り、ビット線電位を高速で増幅してラッチすることがで
き、データの高速読出が可能となる。また、交差結合さ
れたトランジスタにより、ビット線電位がフィードバッ
クされて交差結合型トランジスタのゲート電位を制御し
ており、読出負荷回路における電流は、データ読出時の
初期時においてのみ消費されるだけであり、消費電流を
低減することができる。
【0106】また、この読出負荷回路のトランジスタの
サイズを同じとして、ビット線の充電を行なった後、ビ
ット線電位の差動増幅およびラッチを行なっており、ビ
ット線容量の不平衡およびビット線電位の不平衡等の影
響を受けることなく確実にビット線電位の増幅およびラ
ッチを行なうことができ、正確なデータの読出を行なう
ことができる。
【0107】また、ビット線には、読出負荷回路を介し
て電流を供給しており、メモリセルのドライバトランジ
スタはバイポーラトランジスタのベース電流をすべて放
電することが要求されるだけであり、読出負荷回路のト
ランジスタ素子は、必要な大きさの電流を供給すること
が要求されるだけであり、そのサイズに対する制限は小
さく、余裕を持って設計を行なうことができ、製造時の
マスクずれなどによる読出負荷回路トランジスタのサイ
ズの影響を受けることなく正確にメモリセルデータの読
出を行なうことができる。
【0108】[実施の形態2]図13は、この発明の実
施の形態2に従うSRAMの要部の構成を概略的に示す
図である。この図13に示す構成は、図5に示す構成と
以下の点において異なっている。すなわち、読出負荷回
路16に含まれるダイオード接続されたpチャネルMO
Sトランジスタ56および57ならびに交差結合された
pチャネルMOSトランジスタ58および59のしきい
値電圧の絶対値が、他のトランジスタ、たとえばメモリ
セル1のドライバトランジスタQ1,Q2、アクセスト
ランジスタQ3およびQ4ならびにカットトランジスタ
Q5およびQ6のしきい値電圧の絶対値よりも小さくさ
れている。他の点は、図5に示す構成と同じであり、対
応する部分には同一参照番号を付しその詳細説明は省略
する。
【0109】この図13に示す読出負荷回路16を用い
る場合、ビット線BLおよび/BLのデータ読出時の信
号波形は図14に示すようになる。データ読出時の初期
時においては、ビット線BLおよび/BLは、MOSト
ランジスタ56〜59によりプルアップされる。バイポ
ーラトランジスタが導通し、大きなコレクタ電流が流れ
ると、ビット線の電位上昇は緩やかとなる。一方、バイ
ポーラトランジスタが動作しない場合、すなわち記憶ノ
ードSNがHレベルデータを保持している場合、ビット
線BLは、電位は比較的速く立上がる。この場合、ビッ
ト線/BLの電位の上昇に従って、MOSトランジスタ
58の電流駆動力が小さくなり、ビット線BLの電位上
昇に従って、これらのMOSトランジスタ56および5
8の電流供給力が小さくなる。
【0110】ビット線BLの電位がVcc−Vthpに
到達すると、ダイオード接続されたMOSトランジスタ
56が非導通状態となる。ここで、Vthpは、MOS
トランジスタ56〜59のしきい値電圧の絶対値を示
す。このとき、ビット線/BLの電位は、バイポーラト
ランジスタBP2のコレクタ電流のため、低いため、M
OSトランジスタ58が導通状態になり、ビット線BL
の電位を上昇させ、最終的に電源電圧Vccレベルまで
上昇させる。MOSトランジスタ59は、MOSトラン
ジスタ56の非導通状態となるときに非導通状態とな
る。
【0111】したがって、ビット線/BLが、最終的に
到達可能な電圧レベルは、+Vbeの電圧レベルであ
る。しきい値電圧の絶対値Vthpが小さければ、ダイ
オード接続されたpチャネルMOSトランジスタの動作
領域が広がるため、電源電圧Vccを低くすることがで
きる。したがって、これらの読出負荷回路16に含まれ
るMOSトランジスタ56〜59のしきい値電圧の絶対
値を小さくすることにより、動作電源電圧Vccを低く
することができ、低電源電圧動作が可能となり、消費電
流を低減することができる。また、高速動作も可能とな
る(信号振幅が小さくなるため)。また、実施の形態1
の場合と同じ効果を得ることができる。
【0112】[実施の形態3]図15は、この発明の実
施の形態3に従うSRAMの要部の構成を概略的に示す
図である。図15においては、1行n列に配列されるメ
モリセル1に対する構成が示される。1行のメモリセル
に対しワード線WLUおよびWLLが配設される。メモ
リセル1は、先の実施の形態1および2のメモリセルと
同じ構成を備える。n対のビット線BL1、/BL1〜
BLn、/BLnの各々には、1列のメモリセルが接続
される。これらのビット線BL1、/BL1〜BLn、
/BLnそれぞれに対して、イコライズ指示信号IOE
Qの活性化に応答して対応のビット線BL1、/BL1
〜BLn、/BLnをLレベルにプリチャージするプリ
チャージ回路10が設けられる。このプリチャージ回路
10の構成も、先の実施の形態1または2の構成と同じ
である。
【0113】これらのビット線BL1、/BL1〜BL
n、/BLnに対応して、負荷バス線LL1、/LL1
〜LLn、/LLnが設けられる。ビット線対BL1,
/BL1〜BLn,/BL1nと対応の負荷バス線対L
L1,/LL1〜LLn,/LLnの間には、図示しな
いコラムデコーダからの列選択信号YSEL1〜YSE
Lnに応答して導通する列選択ゲート60−1〜60−
nが設けられる。列選択信号により選択された列に対応
する列選択ゲートのみが導通状態となり、ビット線B
L,/BLと負荷バス線LL,/LLが電気的に接続さ
れる。
【0114】この負荷バス線LL1,/LL1〜LL
n,/LLnそれぞれに対応して、読出負荷回路16−
1〜16−nが設けられる。読出負荷回路16−1〜1
6−nの構成は、先の実施の形態1または2と同じ構成
を備える。
【0115】この読出負荷バス線LL1,/LL1〜L
Ln,/LLnに対して、書込活性化信号WEB(WE
Nと等価)の活性化時導通し、負荷バス線LL1,/L
L1〜LLn,/LLnをHレベルにプリチャージする
書込ゲート62−1〜62−nと、イコライズ指示信号
IOEQに応答して、この負荷バス線LL1,/LL1
〜LLn,/LLnをLレベルにプリチャージするプリ
チャージ回路64−1〜64−nが設けられる。
【0116】ビット線対BL1,/BL1〜BLn,/
BLnそれぞれに対して、対応のビット線対の電位を差
動増幅して共通データバス線IO、IOBに伝達する読
出ゲート66−1〜66nが設けられる。この共通読出
データバス線IO、IOB上の電位は、データ読出時活
性化される読出増幅回路70により増幅されて出力回路
へ与えられる。このビット線BL1、/BL1〜BL
n、/BLnと読出負荷バス線LL1、/LL1〜LL
n、/LLnを列選択ゲート60−1〜60nにより分
離することにより、読出負荷回路16−1〜16−n、
書込ゲート62−1〜62−nおよびプリチャージ回路
64−1〜64−nそれぞれに対する制御信号を共通と
することができる。各ビット線対ごとに読出負荷回路を
活性化する場合、各ビット線対ごとに列選択信号を制御
信号と合成する必要があり、配線が複雑となる。しかし
ながら、この図15に示す構成を用いることにより、各
ビット線対に対し、データ読出および書込のための制御
信号を共通とすることができ、配線占有面積が低減され
かつ配線レイアウトが容易となる。
【0117】図16は、図15に示す構成の1列のメモ
リセルに関連する部分の構成を示す図である。図16に
おいて、プリチャージ回路10は、イコライズ指示信号
IOEQの活性化時導通し、ビット線BLおよび/BL
を電気的に短絡するnチャネルMOSトランジスタ10
aと、イコライズ指示信号IOEQの活性化時導通し、
ビット線BLおよび/BLへ接地電圧レベルのLレベル
の電圧を伝達するnチャネルMOSトランジスタ10b
および10cを含む。これにより、ビット線BLおよび
/BLは、データ書込前およびデータ読出前に、Lレベ
ルにプリチャージされる。
【0118】列選択ゲート60は、ビット線BLに設け
られるCMOSトランスミッションゲート60aと、ビ
ット線/BLに設けられるCMOSトランスミッション
ゲート60bを含む。これらのCMOSトランスミッシ
ョンゲート60aおよび60bの制御電極ノードへは、
図示しないコラムデコーダから出力される列選択信号Y
SELおよび列選択信号を反転するインバータ72から
の反転列選択信号YSELBが与えられる。したがっ
て、列選択信号YSELが指定する列に対応して、設け
られたビット線のみが、対応の負荷バス線LLおよび/
LLと電気的に接続される。
【0119】読出負荷回路16は、先の実施の形態1ま
たは2の構成と同じ構成を備え、読出活性化信号/YB
1に応答して活性化されて、電圧源から電流を供給する
pチャネルMOSトランジスタ30と、読出活性化信号
/YB2の活性化時導通し、電圧源から電流を供給する
pチャネルMOSトランジスタ31と、このトランジス
タ30から電流を供給されて、負荷バス線LLおよび/
LLへ電流を供給するダイオード接続されたpチャネル
MOSトランジスタ16bおよび16aと、トランジス
タ31から電流を供給されて、負荷バス線LLおよび/
LLの電位を差動増幅しかつラッチする動作結合された
pチャネルMOSトランジスタ16cおよび16aを含
む。これらの構成は、先の実施の形態1の構成と同じで
ある。
【0120】書込ゲート62は、書込活性化信号WEB
の活性化時導通し、電圧源からの電流を負荷バス線LL
および/LLへ供給するpチャネルMOSトランジスタ
62aおよび62bを含む。これにより、データ書込
時、読出負荷バス線LLおよび/LLはHレベルにプリ
チャージされる。
【0121】プリチャージ回路64は、プリチャージ指
示信号YIOEQの活性化時導通し、読出負荷バス線L
Lおよび/LLを電気的に短絡するnチャネルMOSト
ランジスタ64aと、イコライズ指示信号YIOEQの
活性時導通し、これらの読出負荷バス線LLおよび/L
Lを接地電圧レベルへ駆動するnチャネルMOSトラン
ジスタ64bおよび64cを含む。
【0122】負荷バス線LLおよび/LLにもプリチャ
ージ回路64を設けているのは、データ書込時におい
て、非選択列の読出負荷バス線においてもHレベルへの
プリチャージが行なわれるため、それをもとのLレベル
電位にプリチャージするためである。また、データ読出
時においても、各負荷バス線LLおよび/LLは、活性
化信号/YB1および/YB2により、読出負荷回路6
が活性化され、読出負荷バス線LLおよび/LLがすべ
てHレベルに駆動されるため(非選択列に対して)、こ
れをもとのLレベル電位にプリチャージするためであ
る。
【0123】読出ゲート66は、共通読出データバス線
IOBと接地ノードの間に接続されかつそのゲートがビ
ット線BLに接続されるnチャネルMOSトランジスタ
66aと、共通読出データバス線IOと接地ノードの間
に接続されかつそのゲートがビット線/BLに接続され
るnチャネルMOSトランジスタ66bを含む。この読
出ゲート66は、したがってビット線BLおよび/BL
電位を差動増幅して、読出データバス線IOおよびIO
B上に伝達する。
【0124】この図16に示すビット線の構成において
は、先の実施の形態1および2と同様の動作が行なわれ
る(列選択ゲート60が間に存在するだけであり、選択
列に対応するビット線BLおよび/BLと負荷バス線L
Lおよび/LLにおいて読出動作が行なわれる。非選択
列に対応するビット線BLおよび/BLは、負荷バス線
LLおよび/LLと切り離されており、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。一方、非選択列に対応する負荷バス線LLおよび/
LLは、その読出負荷回路16による充電動作により電
位差は生じず、同じ電圧レベル(Hレベル)に保持され
る。
【0125】図17は、図15に示す読出増幅回路70
の構成を概略的に示す図である。図17において、読出
増幅回路70は、増幅活性化信号SE1Bの活性化に応
答して活性化されて、この共通読出データバス線IOお
よびIBの電位を差動的に増幅するプリアンプ回路70
aと、読出活性化信号SE1Bの非活性化時活性化さ
れ、共通読出データバス線IOおよびIOBをLレベル
電位にプリチャージするデータバスプリチャージ回路7
0bと、センス活性化信号に応答してこの共通読出デー
タバス線IOおよびIOB上の電位をさらに増幅して出
力回路へ伝達するセンスアンプ70cを含む。このセン
スアンプ70cの構成は従来の構成と同じである。
【0126】プリアンプ回路70aは、電源ノードPS
とノードNCの間に接続され、かつそのゲートにプリア
ンプ増幅活性化信号SE1Bを受けるpチャネルMOS
トランジスタ70aaと、ノードNCと共通データバス
線IOの間に接続されかつそのゲートが共通データバス
線IOに接続されるpチャネルMOSトランジスタ70
abと、ノードNCと共通データバス線IOの間に接続
されかつそのゲートが共通読出データバス線IOBに接
続されるpチャネルMOSトランジスタ70acと、ノ
ードNCと共通読出データバス線IOBの間に接続され
かつそのゲートが共通読出データバス線IOBに接続さ
れるpチャネルMOSトランジスタ70adと、ノード
NCと共通読出データバス線IOBの間に接続されかつ
そのゲートが共通読出データバス線IOに接続されるp
チャネルMOSトランジスタ70aeを含む。
【0127】読出データバス線プリチャージ回路70b
は、プリアンプ活性化信号SE1およびSE1Bの非活
性化時活性化され、共通データバス線IOおよびIOB
を電気的に短絡するCMOSトランスミッションゲート
70baと、プリアンプ活性化信号SE1bの非活性化
に応答して導通し、共通読出データバス線IOおよびI
OBをLレベルの電位レベルに放電するnチャネルMO
Sトランジスタ70bbおよび70bcを含む。イコラ
イズ素子として、CMOSトランスミッションゲートを
用いることにより、共通読出データバス線IOおよびI
OBにおける電圧の非平衡を抑制する(1つのMOSト
ランジスタの場合、そのチャネル抵抗により、データ線
IO,IOBに電位差が生じることが考えられるた
め)。次に、この図16および図17に示すSRAMの
データ読出動作を図18に示す信号波形図を参照して説
明する。
【0128】時刻t0においてアドレス信号が与えら
れ、アドレス変化検出が行なわれ、それまで活性状態に
あったイコライズ指示信号IOEQおよびYIOEQが
HレベルからLレベルの非活性状態となる。これによ
り、プリチャージ回路10および64が非活性状態とな
り、ビット線BLおよび/BLならびに負荷データバス
線LLおよび/LLのLレベルへのプリチャージが完了
する。
【0129】このイコライズ指示信号IOEQおよびY
IOEQの非活性化に応答して、列選択および行選択動
作が同時に行なわれ、列選択信号YSELがHレベルに
立上がり、また選択行に対応するワード線WLUおよび
WLLがともにHレベルに立上がる。これにより、ワー
ド線WLUおよびWLLの電位立上がりとほぼ同時に、
ビット線BLおよび/BLと負荷データバス線LLおよ
び/LLが電気的に接続される。
【0130】次に、時刻T1において、このイコライズ
指示信号IOEQおよびYIOEQの非活性化に応答し
てデータ読出活性化信号/YB1および/YB2がLレ
ベルの活性状態となり、読出負荷回路16が活性化さ
れ、負荷バス線LLおよび/LLおよび列選択ゲート6
0を介してビット線BLおよび/BLヘ電流を供給す
る。ビット線BLおよび/BLの電位が上昇し、選択メ
モリセルのバイポーラトランジスタのエミッタ−ベース
間電位よりも高くなると、Lレベルデータを格納する記
憶ノードにベースが接続されるバイポーラトランジスタ
を介してコレクタ電流が流れ、そのビット線の電位上昇
が抑制される。今、図16における記憶ノードSNにH
レベルデータが保持され、記憶ノード/SLにLレベル
データが格納されている状態を想定する。この状態にお
いては、ビット線/BLの電位上昇が抑制され、一方、
ビット線BLの電位がHレベルまで駆動される。ビット
線BLの電位上昇に従って、読出負荷回路16における
pチャネルMOSトランジスタ16bの電流供給量が少
なくなり、またビット線/BLの電位上昇に伴い、pチ
ャネルMOSトランジスタ16dの電流供給量も小さく
なり、ビット線BLの電位上昇速度は遅くなる。一方、
MOSトランジスタ16cの電流供給量が小さくなり、
ビット線/BLへは、MOSトランジスタ16aを介し
て電流が供給され、その電位上昇速度はバイポーラトラ
ンジスタのコレクタ電流により、極めて遅くなる。
【0131】このビット線BLおよび/BLの電位差に
より、読出ゲート66のMOSトランジスタ66aおよ
び66bのコンダクタンスに差が生じる。この状態にお
いて、まだプリアンプ活性化信号SE1bは非活性化状
態のHレベルであり、共通読出データバスプリチャージ
回路70bが活性状態にあり、共通読出データバス線I
OおよびIOBはLレベル電位に保持されている。
【0132】ビット線BLおよび/BLの電位差が十分
大きくなると、プリアンプ活性化信号SE1Bが活性状
態のLレベルとなり、共通読出データバス線IOおよび
IOBに対するプリチャージが完了し、一方プリアンプ
回路70aが活性化される。このプリアンプ回路70a
により、共通読出データバス線IOおよびIOBに電流
が供給され、共通読出データバス線IOおよびIOBの
電位が上昇する。この電位上昇時においては、プリアン
プ回路70aにおいて、MOSトランジスタ70ab〜
70aeにより充電が行なわれており、高速でその電位
が上昇する。その共通読出データバス線IOおよびIO
B上の電位があるレベルにまで到達すると、プリアンプ
回路70aにおける交差結合されたpチャネルMOSト
ランジスタ70acおよび70aeのフィードバック動
作およびダイオード接続されたpチャネルMOSトラン
ジスタ70abおよびadの電流供給力が小さくなる。
【0133】今、ビット線BLの電位がHレベル、ビッ
ト線/BLの電位がLレベルである。この状態におい
て、読出ゲート66において、MOSトランジスタ66
bは、MOSトランジスタ70abおよび70acを介
して供給される電流をすべて放電することができず、共
通読出データバス線IO上の電位が緩やかに上昇する。
この共通読出データバス線IO上の電位上昇に従って、
プリアンプ回路70aにおいて、MOSトランジスタ7
0aeのゲート電位が上昇し、その電流供給量が小さく
なり、共通読出データバス線IOBは、ダイオード接続
されたMOSトランジスタ70adにより充電される。
このMOSトランジスタ70abおよび70aeがカレ
ントミラー回路を構成し、MOSトランジスタ70ad
および70acがカレントミラー回路を構成する。した
がって、このプリアンプ活性化用のMOSトランジスタ
70aaからの電流は、MOSトランジスタ70abお
よび70acならびにMOSトランジスタ70aeおよ
び70adに分流する。この共通読出データバス線IO
Bの電位が低下すると、MOSトランジスタ70acの
ゲート電位が低下し、大きな電流を供給し、共通読出デ
ータバス線IOの電位をHレベルに上昇させる。共通読
出データバス線IOがHレベルに到達すると、MOSト
ランジスタ70abが非導通状態となり、またMOSト
ランジスタ70aeが応じて非導通状態となる。これに
より、共通読出データバス線IOの電位がHレベルに保
持され、一方共通読出データバス線IOBの電位は、最
終的に接地電位レベルのLレベルに低下する。
【0134】時刻t2において活性化信号/YB1が非
活性化され、読出負荷回路16がラッチ状態となる。
【0135】この共通読出データ線の信号電位差が十分
に拡大されると、センスアンプ70cが活性化され、こ
の共通読出データバス線IOおよびIOB上の電位が増
幅されて内部読出データが生成されて、出力回路(図示
せず)へ与えられる。
【0136】所定期間が経過すると、時刻t3におい
て、ワード線WLUおよびWLがともに非活性状態とな
り、データ読出サイクルが完了し、このワード線WLU
およびWLの非選択への移行と並行して、列選択信号Y
SELも非活性状態のLレベルとなり、列選択ゲート6
0が非導通状態となり、ビット線BLおよび/BLと負
荷データバス線LLおよび/LLが切り離される。
【0137】またこの時刻t3において、プリアンプ活
性化信号SE1Bが非活性状態となり、プリアンプ回路
70aが非活性状態となる。
【0138】次いで、この後、所定のタイミングでイコ
ライズ指示信号IOEQおよびYIOEQが非活性状態
となり、ビット線BLおよび/BLならびに負荷データ
バス線LLおよび/LLがLレベルにプリチャージされ
る。共通読出データバス線IOおよびIOBは、プリア
ンプ活性化信号SE1およびBの非活性化に応答してプ
リチャージ回路70bによりLレベルにプリチャージさ
れる。
【0139】この読出データバス線IOおよびIOBに
は、非選択ビット線の読出ゲートが接続される。しかし
ながら、非選択ビット線対は、Lレベルに保持されてお
り、読出ゲートは非導通状態あり、この選択ビット線対
からのデータの読出に対し影響は何ら及ぼさない。
【0140】データ書込時においては、書込活性化信号
WEBが活性状態となり、Lレベルにプリチャージされ
ていたビット線がHレベルに駆動されて、ワード線WL
UおよびWLLが書込データに応じて一方の電位がHレ
ベルへ駆動されて、データの書込が行なわれる。
【0141】図19は、この発明の実施の形態3におけ
るSRAMの制御信号発生部の構成を概略的に示す図で
ある。図19において、制御信号発生部は、与えられた
アドレス信号(行アドレス信号)をデコードし、アドレ
ス指定された行に対応するワード線を選択する信号を発
生するロウデコーダ80と、外部から与えられるアドレ
ス信号(列アドレス信号)を受けてデコードし、アドレ
ス指定された列に対応するビット線対を選択するための
列指定信号を発生するコラムデコーダ81と、外部から
与えられるアドレス信号(行および列アドレス信号)を
受けて、その変化時点を検出するATD(アドレス変化
検出)回路83と、ATD回路83からのアドレス変化
検出信号に従って、ビット線イコライズ指示信号IOE
QをLレベルの非活性状態へ駆動するプリチャージ制御
回路84と、このATD回路83からのアドレス変化検
出信号に従って、負荷データバス線プリチャージ信号Y
IOEQを活性状態へ駆動するプリチャージ制御回路8
5と、プリチャージ制御回路84からのプリチャージ指
示信号IOEQの活性化に従って、ロウデコーダ80か
らのワード線指定信号に従ってアドレス指定された行に
対応するワード線対を選択状態へ駆動するワード線選択
制御回路86と、プリチャージ制御回路85からの、プ
リチャージ指示信号YIOEQの活性化に応答して、コ
ラムデコーダ81からの列指定信号に従って、アドレス
指定された列に対応するビット線を選択する列選択信号
YSELを出力するビット線選択制御回路87を含む。
【0142】ワード線選択制御回路86の構成は、先の
図11に示す書込/読出制御回路(6,35)およびワ
ード線ドライブ回路7を含む。ビット線選択制御回路8
7は、プリチャージ指示信号YIOEQの非活性化に応
答して所定期間その列選択信号YSELを活性状態へ駆
動する。ワード線選択制御回路86は、選択ワード線W
LUおよびWLLを所定期間選択状態へ駆動する。この
所定期間が経過すると、ワード線選択制御回路86は、
選択ワード線を非活性状態へ駆動し、またプリチャージ
制御回路84は、このワード線選択制御回路86からの
ワード線非活性化指示に従って、ビット線イコライズ指
示信号IOEQを活性状態へ駆動する。プリチャージ制
御回路865は、ビット線選択制御回路87からの列選
択信号YSELの非活性化に応答して、その負荷データ
バス線プリチャージ指示信号YIOEQを活性状態へ駆
動する。したがって、プリチャージ制御回路84および
85はフリップフロップで構成することができ、ワード
線選択制御回路86およびビット線選択制御回路87
は、ワンショットパルス発生回路を用いて構成すること
ができる。
【0143】制御信号発生部は、さらに、ATD回路8
3からのアドレス変化検出信号に応答して、所定期間経
過後プリアンプ活性化信号SE1Bを活性状態へ駆動す
るプリアンプ制御回路88と、負荷データバス線プリチ
ャージ指示信号YIOEQの非活性化に応答して、読出
活性化信号/YB1および/YB2をそれぞれ活性状態
へ駆動する負荷制御回路89および90を含む。これら
の負荷制御回路89および90は、それぞれワンショッ
トパルス発生回路で構成され、所定期間このメモリセル
データ読出活性化信号/YB1および/YB2を活性状
態のLレベルに駆動する。
【0144】プリアンプ制御回路88は、所定期間活性
状態となるプリアンプ活性化信号SE1Bを発生する構
成に代えて、ビット線選択制御回路87からの列選択信
号YSELの非活性化に応答してプリアンプ活性化信号
SE1Bを非活性状態へ駆動する構成が用いられてもよ
い(この経路は破線で示す)。また、負荷制御回路90
も、この列選択信号YSELの非活性化に応答してメモ
リセルデータ読出活性化信号/YB2を非活性状態へ駆
動する構成が用いられてもよい。
【0145】以上のように、この発明の実施の形態3に
従えば、各ビット線対のメモリセルと読出負荷回路とを
転送ゲートを介して選択的に接続するように構成したた
め、転送ゲートを用いて選択的にビット線と負荷データ
バス(読出負荷回路)を接続する構成とすることがで
き、各ビット線対に対して設けられた読出負荷回路の制
御を各ビット線対に対し共通にすることができ、配線レ
イアウトが容易となり、また配線占有面積も低減され
る。また、実施の形態1と同様の効果を得ることができ
る。
【0146】[実施の形態4]図20は、この発明の実
施の形態4に従うSRAMの要部の構成を示す図であ
る。この図20示す構成は、図16および図17に示す
実施の形態3の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BLおよび/BLと対応の負荷デー
タバス線LLおよび/LLを接続するための列選択ゲー
ト60に含まれるCMOSトランスミッションゲート6
0cおよび60dの構成要素であるMOSトランジスタ
のしきい値電圧の絶対値が他のたとえばメモリセルのア
クセストランジスタまたはドライバトランジスタまたは
読出ゲートのトランジスタ66aおよび66bのそれよ
りも小さくされる。また、読出負荷回路16において、
ダイオード接続されたpチャネルMOSトランジスタ1
6sおよび16tならびに交差結合されたpチャネルM
OSトランジスタ16uおよび16vのしきい値電圧の
絶対値が、他の構成要素(列選択ゲートを除く)のしき
い値電圧よりも小さくされる。この列選択ゲート60お
よび読出負荷回路16の構成要素のしきい値電圧の絶対
値が、メモリセルのトランジスタに限らず、他の周辺回
路、すなわちイコライズ回路10および64に含まれる
MOSトランジスタのしきい値電圧の絶対値よりも小さ
くされてもよい。
【0147】他の構成は、図15から図17に示す実施
の形態3の構成と同じであり、対応する部分には同一参
照番号を付しその詳細説明は省略する。
【0148】この図20に示す構成の場合、列選択ゲー
ト60の構成要素であるMOSトランジスタのしきい値
電圧の絶対値を小さくすることにより、列選択信号YS
ELおよびYSELBの変化に従って速いタイミングで
これらのCMOSトランスミッションゲート60cおよ
び60dを導通状態として、ビット線BLおよび/BL
と対応の負荷データバス線LLおよび/LLを接続する
ことができ、高速読出が可能となる。またしきい値電圧
の絶対値を小さくすることにより、列選択信号YSEL
の電圧レベルが従来と同じである場合、そのチャネル抵
抗を小さくすることができ(コンダクタンスを大きくす
ることができ)、高速で負荷データバス線LLおよび/
LLからビット線BLおよび/BLへ電流を供給するこ
とができ、高速でビット線BLおよび/BLに電位変化
を生じさせることができる。
【0149】また読出負荷回路16におけるMOSトラ
ンジスタ16s,16t,16uおよび16vのしきい
値電圧の絶対値を小さくすることにより、この読出負荷
回路16が動作する動作電源電圧の下限を低くすること
ができ、低電源電圧下でも安定にデータの読出を行なう
ことができる(これは、実施の形態2の場合と同じであ
る)。この動作電源電圧の低下の場合において、列選択
ゲート60の構成要素であるMOSトランジスタのしき
い値電圧の絶対値も小さくされており、この低い動作電
源電圧下でも、列選択ゲート60を確実に導通状態とし
て、ビット線BLおよび/BLと負荷データバス線LL
および/LLを接続することができる。これにより、低
電源電圧下でも確実にデータの読出を行なうことのでき
るSRAMを実現することができる。
【0150】また、列選択ゲート60のMOSトランジ
スタのしきい値電圧の絶対値のみを小さくしても、高速
でビット線と負荷データバス線との間で信号を授受する
ことができ、高速読出が可能となる。
【0151】以上のように、この発明の実施の形態4に
従えば、ビット線と負荷データバス線とを接続する列選
択ゲートの構成要素であるMOSトランジスタおよび読
出負荷回路を構成するpチャネルMOSトランジスタの
しきい値電圧の絶対値を小さくしているため、低電源電
圧下においても、安定に動作させることができ、また列
選択ゲートの低しきい値電圧より、高速でビット線と読
出負荷データバス線の間で信号電位の伝達を行なうこと
ができ、高速読出が可能となる。
【0152】[実施の形態5]図21は、この発明の実
施の形態5に従うSRAMの要部の構成を示す図であ
る。この図21に示す構成は、図15から図17および
図20に示す構成と、以下の点において異なっている。
すなわち、複数のビット線対BL1,/BL1〜BL
n,/BLnに共通に共通負荷データバス線CLL,/
CLLが配設される。この共通負荷データバス線CLL
および/CLLにビット線BL1,/BL1〜BLn,
/BLnは、それぞれ列選択ゲート60−1〜60−n
を介して電気的に接続される。
【0153】この共通負荷データバス線CLLおよび/
CLLに、読出負荷回路16、書込ゲート62およびプ
リチャージ回路64が設けられる。これらの読出負荷回
路16、書込ゲート62およびプリチャージ回路64
は、図16または図20に示す構成と同じであり、対応
する部分には同一参照番号を付しその詳細説明は省略す
る。
【0154】この図21に示す構成においては、列選択
信号YSEL1〜YSELnにより選択されたビット線
対のみが共通負荷データバス線CLLおよび/CLLに
接続される。他の非選択ビット線対は、対応の列選択ゲ
ートが非導通状態にあり、Lレベルのプリチャージ状態
を維持する。選択ビット線対のみが読出負荷回路16に
接続されて、データの読出が行なわれる。このデータ読
出時および書込時の動作は、先の実施の形態3のそれと
同じである。
【0155】この図21に示すように、共通負荷データ
バス線CLLおよび/CLLを設けることにより、複数
のビット線対に対し読出負荷回路16、書込ゲート62
およびプリチャージ回路64をそれぞれ1つだけ設ける
だけでよく、データの書込/読出のための負荷回路の占
有面積を大幅に低減することができる。また、書込/読
出負荷回路(読出負荷回路16、書込ゲート62および
プリチャージ回路64)は、1つだけであり、これらの
回路の動作を制御するための制御信号の負荷が軽減さ
れ、高速で書込/読出負荷回路を駆動することができ
る。また、応じてこの信号/YB1、/YB2、WEB
およびYIOEQの信号線の負荷が軽減されるため、こ
れらの信号を発生する部分の負荷が軽減され、これらの
回路を構成する構成要素のサイズを小さくすることがで
き、応じてレイアウト面積を低減することが可能とな
る。また、実施の形態3と同様の効果もまた得られる。
【0156】列選択ゲート60−1〜60−nおよび読
出負荷回路66の構成は、先の図16または図20に示
す構成と同様であると説明しているが、列選択ゲート6
0−1〜60−nを構成する転送ゲート(CMOSトラ
ンスミッションゲート)を構成するMOSトランジスタ
のしきい値電圧の絶対値を小さくすることにより、その
コンダクタンスを大きくして、高速で信号を伝達するこ
とができ、高速のデータ書込/読出を行なうことができ
る。
【0157】また、読出負荷回路6に含まれるダイオー
ド接続されたpチャネルMOSトランジスタおよび交差
結合されたpチャネルMOSトランジスタをしきい値電
圧を小さくすることにより、次の実施の形態4と同様、
動作電源電圧を低くしても高速でデータの書込/読出を
行なうことが可能となる。
【0158】[他の適用例]上述の説明においては、ス
タティック型半導体記憶装置として、SRAMを一例と
して示している。しかしながら、このSRAMは、スタ
ティックに情報を記憶する構成であればよく、他のロジ
ックなどと同一チップ上に集積化されてもよく、またダ
イナミック・ランダム・アクセス・メモリ(DRAM)
などの他のメモリと同一の半導体チップ上に集積化され
てよい。また、このSRAMは、たとえばシステムクロ
ックである外部クロック信号に同期して動作する記憶装
置であってもよい。
【0159】
【発明の効果】請求項1に係る半導体記憶装置は、メモ
リセルをバイポーラトランジスタと交差結合されたフリ
ップフロップで構成し、データ読出時、ダイオード接続
されたトランジスタと交差結合されたトランジスタから
なる読出負荷回路を活性化してビット線を駆動している
ため、メモリセルへはバイポーラトランジスタのベース
電流が流れ込むだけてあり、安定にデータを低電源電圧
下でも保持することができる。また、交差結合されたト
ランジスタとダイオード接続されたトランジスタを用い
てビット線に電流を供給しているため、データ読出開始
時におけるビット線電位および容量のアンバランスに起
因する誤ったビット線電位のラッチが生じるのを防止す
ることができ、正確なデータ読出を行なうことができ
る。
【0160】請求項2に係る発明に従えば、ビット線
を、読出負荷回路活性化前に所定電圧レベルにプリチャ
ージしており、データ読出時、読出負荷回路の活性化に
従ってデータ読出を行なうことができ、高速データ読出
を行なうことができる。
【0161】請求項3に係る発明に従えば、データ読出
時、読出負荷回路のダイオード接続されたトランジスタ
素子を、所定時間経過後非活性状態へ駆動しているた
め、ビット線電位の差が生じた後に、確実に交差結合さ
れたトランジスタによりビット線電位のラッチを行なう
ことができる。
【0162】請求項4に係る発明に従えば、読出負荷回
路の交差結合されたトランジスタ素子およびダイオード
素子を同じサイズのトランジスタで構成しているため、
ビット線電位が読出開始直後にラッチされることなく必
要な電圧レベルに駆動することができる。
【0163】請求項5に係る発明に従えば、読出用負荷
回路のMOSトランジスタのしきい値電圧の絶対値を他
のトランジスタのそれよりも小さくしているため、低電
源電圧下においても、この読出負荷回路を確実に動作さ
せることができ、低電源電圧駆動が可能となる。
【0164】請求項6に係る発明に従えば、ビット線に
おいて、メモリセルと読出負荷回路の間に転送ゲートを
さらに設けたため、読出負荷回路の制御を各ビット線対
に対し共通とすることが可能となり、読出負荷回路制御
のための配線レイアウトが簡略化されかつまた配線占有
面積を低減することができる。
【0165】請求項7に係る発明に従えば、この請求項
6の転送ゲートのしきい値電圧を他のMOSトランジス
タのそれよりも小さくしているため、高速で読出負荷回
路とビット線との間で信号の授受を行なうことが可能と
なる。
【0166】請求項8に係る発明に従えば、複数のビッ
ト線に対し少なくとも1個の読出負荷回路を設け、この
読出負荷回路を交差結合された絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタとダイオード接続された絶縁ゲート型電界効
果トランジスタで構成し、選択ビット線対に対してこの
少なくとも1個の読出負荷回路を接続しているため、読
出開始時ビット線電位のアンバランスおよびビット線容
量のアンバランスによる電位差が生じても、正確にバイ
ポーラトランジスタが導通状態となるまでビット線電位
を変化させ、その後バイポーラトランジスタの導通/非
導通に従ってビット線電位を大きくすることができ、ビ
ット線容量のアンバランスおよびビット線時のアンバラ
ンスなどの影響を受けることなく正確なデータの読出を
行なうことができる。
【0167】請求項9に係る発明に従えば、少なくとも
1個の読出負荷回路を各ビット線対に対応して設け、各
ビット線対と対応の読出負荷回路との間に列選択信号に
応答して導通する転送ゲートを設けているため、各読出
負荷回路に対する制御を共通とすることができ、制御信
号の配線が簡略化されかつ配線占有面積を低減すること
ができる。
【0168】請求項10に係る発明に従えば、この少な
くとも1個の読出負荷回路は、複数のビット線対に共通
に設けているため、読出負荷回路の占有面積を低減する
ことができる。
【0169】請求項11に係る発明に従えば、読出負荷
回路の交差結合トランジスタおよびダイオード素子を活
性状態とした後、交差結合トランジスタのみを活性状態
としているため、確実にビット線電位を所定電位に上昇
させて、その選択メモリセルの記憶データに応じてビッ
ト線電位を拡大した後に、交差結合されたトランジスタ
によりラッチすることができ、安定にデータの読出を行
なうことができる。
【0170】請求項12に係る発明に従えば、このビッ
ト線選択前には、ビット線対を所定の電圧レベルにプリ
チャージしており、正確に、ビット線電位をメモリセル
データに応じて生じさせることができ、正確なメモリセ
ルデータの読出を行なうことができる。
【0171】請求項13に係る発明に従えば、この読出
負荷回路の交差結合されたトランジスタおよびダイオー
ド接続されたトランジスタのサイズを同じとしているた
め、データ読出初期時において、交差結合されたトラン
ジスタによるラッチが生じることがなく、確実にビット
線電位を所定電位レベルまで変化させることができ、読
出初期時におけるビット線電位のオフセットおよび交差
結合されたトランジスタのしきい値電圧のオフセットの
影響を受けることなく正確にメモリセルデータの読出を
行なうことができる。
【0172】請求項14に係る発明に従えば、読出負荷
回路の構成要素であるトランジスタのしきい値電圧の絶
対値を他のトランジスタのそれよりも小さくしているた
め、低電源電圧下においても読出負荷回路を動作させる
ことができ、低電源電圧で駆動する半導体記憶装置を実
現することができる。
【0173】請求項15に係る発明に従えば、ビット線
と読出負荷回路の間の転送ゲートのしきい値電圧の絶対
値を他のMOSトランジスタのそれよりも小さくしてい
るため、高速で読出負荷回路とビット線の間で信号の伝
達を行なうことができる。
【0174】請求項16に係る発明に従えば、さらに、
この複数のビット線対に共通に設けられる読出データバ
スに、各ビット線に設けられた読出ゲートを接続して、
この読出ゲートを介して選択ビット線上の電位を読出す
るように構成しているため、占有面積を増加させること
なく確実に高速で選択メモリセルのデータの読出を行な
うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に従う半導体記憶装
置のメモリセルの構成を示す図である。
【図2】 この発明の実施の形態1における半導体記憶
装置のデータ書込動作シーケンスを示す信号波形図であ
る。
【図3】 図2に示す書込シーケンスを実現するための
書込制御部の構成の一例を示す図である。
【図4】 図2に示す書込シーケンスを実現するための
データ書込部の構成を概略的に示す図である。
【図5】 この発明の実施の形態1に従う半導体記憶装
置の読出負荷回路の構成を示す図である。
【図6】 図5に示す読出負荷回路の動作を示す信号波
形図である。
【図7】 図5に示す読出負荷回路およびメモリセルの
インバータラッチによるデータ保持の安定性について説
明するための図である。
【図8】 図7に示す構成におけるメモリセルのデータ
保持特性を示す図である。
【図9】 この発明の実施の形態1におけるデータ読出
時のメモリセルとビット線との接続構成を示す図であ
る。
【図10】 図9における配置におけるメモリセルのデ
ータ保持特性を示す図である。
【図11】 図6に示す読出シーケンスを実現するため
の書込/読出制御部の構成を概略的に示す図である。
【図12】 図6に示すデータ読出シーケンスを実現す
るための制御信号発生部の構成の一例を概略的に示す図
である。
【図13】 この発明の実施の形態2に従う半導体記憶
装置の要部の構成を概略的に示す図である。
【図14】 図13に示す読出負荷回路の動作特性を説
明するための図である。
【図15】 この発明の実施の形態3に従う半導体記憶
装置の要部の構成を概略的に示す図である。
【図16】 この発明の実施の形態3における半導体記
憶装置の1対のビット線に関連する部分の構成を概略的
に示す図である。
【図17】 図15に示す読出増幅回路の構成を示す図
である。
【図18】 この発明の実施の形態3における半導体記
憶装置のデータ読出動作を示す信号波形図である。
【図19】 図18に示す読出シーケンスを実現するた
めの制御信号発生部の構成を概略的に示す図である。
【図20】 この発明の実施の形態4に従う半導体記憶
装置の要部の構成を概略的に示す図である。
【図21】 この発明の実施の形態5に従う半導体記憶
装置の要部の構成を概略的に示す図である。
【図22】 従来のスタティック・ランダム・アクセス
・メモリのアレイ部の構成を概略的に示す図である。
【図23】 従来のスタティック・ランダム・アクセス
・メモリのデータ読出動作を示す波形図である。
【図24】 従来のスタティック・ランダム・アクセス
・メモリのセルの構成の一例を示す図である。
【図25】 (A)はインバータの構成を示し、(B)
はこのインバータの入出力伝達特性を示す図である。
【図26】 (A)はインバータラッチの構成を示し、
(B)は、こ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、SRAMのスタンバイ時の接続
状態を示し、(B)は、そのメモリセルの入出力伝達特
性を概略的に示す図である。
【図28】 (A)はメモリセル選択時におけるメモリ
セルの接続状態を示し、(B)はそのメモリセル選択時
のデータ入出力伝達特性を示し、(C)は、セル比が小
さい場合のメモリセルのデータ入出力伝達特性を示し、
(D)は、低電源電圧でのメモリセルのインバータラッ
チの入出力データ伝達特性を示す図である。
【符号の説明】
1 メモリセル、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、BL、/BL ビット線、WLU、WLL ワー
ド線、5 Xデコード回路、6 書込制御回路、7 ワ
ード線ドライブ回路、10 プリチャージ回路、12
列選択ゲート、16 読出負荷回路、26、27、2
8、29pチャネルMOSトランジスタ、30、31
pチャネルMOSトランジスタ、35 読出ワード線制
御回路、56、57,59 pチャネルMOSトランジ
スタ、16−1〜16−n 読出負荷回路、LL1、/
LL1〜LLn、/LLn負荷データバス線、60−1
〜60−n 列選択ゲート、62−1〜62−n書込ゲ
ート、64−1〜64−n プリチャージ回路、66−
1〜66−n読出ゲート、70 読出増幅回路、IO、
IOB 読出データバス線、60a,60b CMOS
トランスミッションゲート、16a〜16d pチャネ
ルMOSトランジスタ、60c,60d CMOSトラ
ンスミッションゲート、CLL、/CLL 共通読出デ
ータバス線、62 書込ゲート、64 プリチャージ回
路。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワード線、 前記ワード線と交差するように配置される1対のビット
    線、および 前記ワード線と前記1対のビット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、相
    補データを1対の記憶ノードに記憶するための交差結合
    型フリップフロップと、前記1対のビット線各々に対応
    して設けられ、各々が対応のビット線に接続する一方導
    通ノードを有する1対のバイポーラトランジスタと、前
    記ワード線上の信号電位に応答して前記交差結合型フリ
    ップフロップの1対の記憶ノードを前記1対のバイポー
    ラトランジスタのベース電極にそれぞれ結合する1対の
    アクセストランジスタとを含み、さらに、 前記1対のビット線に結合され、データ読出時、前記メ
    モリセルのデータを前記1対のビット線上に読出しかつ
    増幅するための読出負荷回路を備え、前記読出負荷回路
    は、前記1対のビット線それぞれに接続される1対のダ
    イオード素子と、前記1対のビット線の電位を差動増幅
    しかつラッチするための1対の交差結合されたトランジ
    スタと、前記1対のダイオード素子と第1の電源電圧を
    供給する電圧源とを電気的に接続するための第1のスイ
    ッチングトランジスタと、前記1対の交差結合されたト
    ランジスタと前記電圧源とを電気的に接続するための第
    2のスイッチングトランジスタを備える、半導体記憶装
    置。
  2. 【請求項2】 前記1対のビット線に結合され、データ
    読出モード時、前記読出負荷回路の活性化の前に前記1
    対のビット線を前記第1の電源電圧と異なる電圧レベル
    にプリチャージするビット線プリチャージ回路をさらに
    備える、請求項1記載の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 データ読出時、アクセス指示に応答して
    前記第1および第2のスイッチングトランジスタを同時
    に活性化し、次いで前記第2のスイッチングトランジス
    タを導通状態に維持しかつ前記第1のスイッチングトラ
    ンジスタを非導通状態に維持する手段をさらに含む、請
    求項1または2記載の半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 前記交差結合されたトランジスタおよび
    ダイオード素子は、互いに同じサイズを有する絶縁ゲー
    ト型電界効果トランジスタを備える、請求項1から3の
    いずれかに記載の半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 前記交差結合されたトランジスタおよび
    ダイオード素子の各々は、第1のしきい値電圧を有する
    絶縁ゲート型電界効果トランジスタを備え、 前記メモリセルの交差結合型フリップフロップは、前記
    第1のしきい値電圧よりも絶対値の大きな第2のしきい
    値電圧を有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から3のいずれかに記載の半導体記憶装
    置。
  6. 【請求項6】 前記1対のビット線上に前記読出負荷回
    路と前記メモリセルとの間に設けられ、ビット線選択信
    号に応答して導通する転送ゲートをさらに備える、請求
    項1から5のいずれかに記載の半導体記憶装置。
  7. 【請求項7】 前記転送ゲートは、絶縁ゲート型電界効
    果トランジスタを備え、前記メモリセルの交差結合型フ
    リップフロップは、前記転送ゲートの絶縁ゲート型電界
    効果トランジスタのしきい値電圧よりも絶対値が大きな
    しきい値電圧を有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6記載の半導体記憶装置。
  8. 【請求項8】 複数のビット線対、 前記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、および前記複数のビット線対と前記複数の
    ワード線の各交差部に対応して設けられ、各々がデータ
    を記憶す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、相補データを1対の記憶ノードに記憶す
    るための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を有する1対のバイポ
    ーラトランジスタと、対応のワード線上の信号電位に応
    答して前記交差結合型フリップフロップの1対の記憶ノ
    ードを前記1対のバイポーラトランジスタのベース電極
    にそれぞれ結合する1対のアクセストランジスタとを含
    み、さらにビット線選択信号に従って、前記複数のビッ
    ト対から前記ビット線選択信号が指定するビット線対を
    選択するビット線選択手段、および前記ビット線選択手
    段により選択されたビット線対に結合され、該選択ビッ
    ト線対に選択メモリセルのデータを読出しかつ増幅する
    読出負荷手段を備え、前記読出負荷手段は、前記選択ビ
    ット線対に結合される1対の読出負荷バス線と、前記読
    出負荷バス線対にそれぞれ接続する1対のダイオード素
    子と、前記読出負荷バス線対の信号電位を差動増幅しか
    つラッチするための1対の交差結合されたトランジスタ
    と、前記1対のダイオード素子と第1の電源電圧を供給
    する電圧源とを電気的に接続するための第1のスイッチ
    ングトランジスタと、前記1対の交差結合されたトラン
    ジスタと前記電圧源とを電気的に接続するための第2の
    スイッチングトランジスタとを有する少なくとも1個の
    読出負荷回路を備える、半導体記憶装置。
  9. 【請求項9】 前記少なくとも1個の読出負荷回路は、
    前記複数のビット線対それぞれに対応して設けられる複
    数の読出負荷回路を備え、 前記ビット線選択手段は、各前記ビット線対に対応して
    設けられ、前記ビット線選択信号が対応のビット線対を
    選択するとき対応のビット線対を対応の読出負荷回路の
    読出負荷バス線対に接続する転送ゲートを含む、請求項
    8記載の半導体記憶装置。
  10. 【請求項10】 前記少なくとも1個の読出負荷回路
    は、前記複数のビット線対に共通に設けられる1つの読
    出負荷回路を備え、 前記ビット線選択手段は、各前記ビット線対それぞれに
    対応して設けられ、前記ビット線選択信号が対応のビッ
    ト線対を選択するとき対応のビット線対を前記読出負荷
    バス線対に接続する複数の転送ゲートを備える、請求項
    8記載の半導体記憶装置。
  11. 【請求項11】 データ読出アクセス指示に応答して、
    前記読出負荷回路のダイオード素子および交差結合され
    たトランジスタ対を前記電圧源に結合しかつ所定時間経
    過後前記ダイオード素子対を前記電圧源から切離しかつ
    前記交差結合されたトランジスタ対を前記電圧源に結合
    し続けるように前記第1および第2のスイッチング手段
    を制御する手段をさらに含む、請求項8から10のいず
    れかに記載の半導体記憶装置。
  12. 【請求項12】 前記ビット線選択信号の非活性化時、
    前記複数のビット線対の各ビット線をそれぞれ前記第1
    の電源電圧と異なる所定の電圧レベルへプリチャージす
    るプリチャージ手段をさらに備える、請求項8から11
    のいずれかに記載の半導体記憶装置。
  13. 【請求項13】 前記交差結合されたトランジスタ対お
    よび前記ダイオード素子は、同じサイズを有する絶縁ゲ
    ート型電界効果トランジスタで構成される、請求項8か
    ら12のいずれかに記載の半導体記憶装置。
  14. 【請求項14】 前記交差結合されたトランジスタ対お
    よび前記ダイオード素子の各々は、第1のしきい値電圧
    を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成さ
    れ、前記メモリセルの交差結合されたフリップフロップ
    は、前記第1のしきい値電圧よりも絶対値の大きなしき
    い値電圧を有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8から12のいずれかに記載の半導体記
    憶装置。
  15. 【請求項15】 前記転送ゲートは絶縁ゲート型電界効
    果トランジスタを備え、前記メモリセルのアクセストラ
    ンジスタは、前記転送ゲートの絶縁ゲート型電界効果ト
    ランジスタのしきい値電圧よりも絶対値の大きなしきい
    値電圧を有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9から14のいずれかに記載の半導体記憶
    装置。
  16. 【請求項16】 前記複数のビット線対に共通に設けら
    れるリードデータバス、 各前記ビット線対に設けられ、対応のビット線対の電位
    を差動増幅して前記リードデータバスに伝達するための
    複数の読出ゲート、およびデータ読出時活性化され、前
    記リードデータバス上の信号電位を増幅して内部読出デ
    ータを生成する読出増幅回路をさらに備える、請求項8
    から15のいずれかに記載の半導体記憶装置。
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