JP4877094B2 - Semiconductor device, semiconductor memory device, and semiconductor memory cell - Google Patents
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Description
本発明は、データを保持または記憶する機能を有する半導体装置に係わり、特に電源電圧を印加される間は継続的にデータを保持できる半導体メモリ装置および半導体メモリセルに関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a function of holding or storing data, and more particularly to a semiconductor memory device and a semiconductor memory cell capable of holding data continuously while a power supply voltage is applied.
スタティックRAM(Random Access Memory)は、メモリセルを構成する素子の数が多いという不利点はあるものの、電源電圧を印加される限りはリフレッシュ動作を要することなく継続的にデータを記憶し、高速の書き込み/読み出し動作を行えるという長所がある。一般に、スタティックRAMのメモリセルは一対のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)インバータでフリップフロップ回路を構成している。より詳細には、PMOS(PチャンネルMOS)トランジスタとNMOS(NチャンネルMOS)トランジスタとを直列接続してなるCMOSインバータを電源電圧VDDの電源電圧端子とグランド電位VSSの電源電圧端子との間に2つ並列に接続し、襷がけまたはクロスカップルで互いに各々のインバータ入力端子とインバータ出力端子を相手側のインバータ出力端子とインバータ入力端子にそれぞれ接続して、一対のデータ・ストレージノードを有する1つの双安定回路またはフリップフロップ回路を構成している。 Static RAM (Random Access Memory) has the disadvantage that the number of elements constituting the memory cell is large. However, as long as the power supply voltage is applied, data is continuously stored without requiring a refresh operation. There is an advantage that a write / read operation can be performed. In general, a memory cell of a static RAM forms a flip-flop circuit by a pair of complementary metal oxide semiconductor (CMOS) inverters. More specifically, between the supply voltage terminal of the PMOS (P-channel MOS) transistor and the NMOS (N-channel MOS) power supply voltage terminal and the ground potential V SS of the transistor and connected in series with the CMOS inverter power supply voltage V DD comprising Are connected in parallel to each other, and each inverter input terminal and inverter output terminal are connected to each other's inverter output terminal and inverter input terminal by stroking or cross-coupled to each other, and 1 having a pair of data storage nodes Two bistable circuits or flip-flop circuits are formed.
一般に、この種のメモリセルでは、上記のような一対のデータ・ストレージノードが、ワード線を介してオン・オフ制御される一対のトランスファゲート・トランジスタを介して一対の相補的なビット線に接続されている。メモリセルにデータを書き込むときは、両ビット線を書き込みデータの論理値に応じた2種類の相補的な(互いに逆の論理レベルの)電位に駆動またはプリチャージして両トランスファゲート・トランジスタを同時にオンにし、両ビット線上の電圧信号を両トランスファゲート・トランジスタを介して両データ・ストレージノードにそれぞれ入力する(書き込む)。メモリセルより記憶データを読み出すときは、両トランスファゲート・トランジスタを同時にオンにし、両データ・ストレージノードの電圧を両トランスファゲート・トランジスタを介して両ビット線上にそれぞれ出力させ、双方または片方のビット線上の電圧信号を2値的に検出して読み出しデータを生成する。メモリセル内の記憶データを維持するときは、両トランスファゲート・トランジスタをオフ状態にしておけばよい。もっとも、電源電圧VDDを持続的に印加しておかなくてはならず、電源電圧VDDの印加を止めればメモリセル内でHレベルの電圧を保持している側のデータ・ストレージノードに対するデータ保持電流の供給が止まり、ひいては記憶データが失われてしまう。 In general, in this type of memory cell, a pair of data storage nodes as described above are connected to a pair of complementary bit lines via a pair of transfer gate transistors controlled on and off via a word line. Has been. When data is written to the memory cell, both bit lines are driven or precharged to two kinds of complementary (opposite logic levels) potentials according to the logical value of the write data to simultaneously transfer both transfer gate transistors. The voltage signals on both bit lines are turned on and input (written) to both data storage nodes via both transfer gate transistors. When reading stored data from the memory cell, turn on both transfer gate transistors at the same time and output the voltage of both data storage nodes to both bit lines via both transfer gate transistors. The read data is generated by binary detection of the voltage signal. In order to maintain the stored data in the memory cell, both transfer gate transistors may be turned off. However, the power supply voltage V DD must be applied continuously, and if the application of the power supply voltage V DD is stopped, the data for the data storage node that holds the H level voltage in the memory cell The supply of the holding current is stopped, and the stored data is lost.
なお、マルチポート型のスタティックRAMにおいては、1つのサイクルで2つ以上のデータを同時に書き込みまたは読み出したり、1つのサイクルで書き込みと読み出しとを同時に行えるものもある。 Some multi-port type static RAMs can simultaneously write or read two or more data in one cycle, and can simultaneously write and read in one cycle.
上記のようなCMOS回路で構成されるスタティクRAMは、動作時やスタンバイ時の消費電流が少なく、携帯機器等の部品数の少ない製品やシステムで多く用いられている。しかしながら、最近のCMOSプロセスにおいては、微細化や高速化に伴なってMOSトランジスタのリーク電流が増大することから、高速化と低消費電力化とは両立できないことが顕在化してきている。一方で、実際の製品においては、たとえば携帯電話端末上で動画を扱うなど、ますます高速動作と低消費電力とを同時に必要とするアプリケーションが増えてきている。つまり、CMOSプロセスの限界と実製品の要求とを両立させる低電力化の技術が求められている。 Static RAMs composed of CMOS circuits as described above are often used in products and systems with low current consumption during operation and standby and with a small number of parts such as portable devices. However, in recent CMOS processes, the leakage current of MOS transistors increases with miniaturization and high speed, and it has become apparent that high speed and low power consumption cannot be achieved at the same time. On the other hand, in an actual product, for example, an application that simultaneously requires high-speed operation and low power consumption, such as handling a moving image on a mobile phone terminal, is increasing. That is, there is a need for a low power technology that satisfies both the limitations of the CMOS process and the demands of actual products.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、データ保持用の消費電流および待機時の消費電流を大幅に節減して低電力化を実現する半導体装置、半導体メモリおよび半導体メモリセルを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and a semiconductor device, a semiconductor memory, and a semiconductor memory cell that achieve low power consumption by greatly reducing current consumption for data retention and standby current consumption. The purpose is to provide.
上記の目的を達成するために、本発明の半導体メモリセルは、1ビットのデータを互いに逆の論理レベルを有する2種類の電圧の形態でそれぞれ電気的に保持するための第1および第2のデータ・ストレージノードと少なくとも1つのMOSトランジスタとを含むラッチ回路と、前記ラッチ回路の周辺の回路に対して前記ラッチ回路を接続または分離するための少なくとも1つのMOSトランジスタを含むスイッチ回路と、前記スイッチ回路に対して直列に接続され、アドレス信号に応答して供給される活性化信号に応答して前記ラッチ回路を選択するMOSトランジスタを含むトランスファゲートとを有し、前記周辺回路に供給される第1の電源電圧から独立した第2の電源電圧が前記ラッチ回路に供給され、前記周辺回路に対する前記第1の電源電圧のオン・オフと連動して前記スイッチ回路がオフ・オンし、前記ラッチ回路および前記スイッチ回路に含まれるMOSトランジスタが前記周辺回路及び前記トランスファゲートに含まれるMOSトランジスタよりもリーク電流の小さい低リーク型MOSトランジスタで構成され、前記周辺回路に対する前記第1の電源電圧の供給がオフ状態にあるときに、前記スイッチ回路のオフ状態が保持される。 In order to achieve the above object, the semiconductor memory cell of the present invention has a first and a second for electrically holding 1-bit data in the form of two kinds of voltages having opposite logic levels. A latch circuit including a data storage node and at least one MOS transistor; a switch circuit including at least one MOS transistor for connecting or separating the latch circuit to a peripheral circuit of the latch circuit; and the switch A transfer gate including a MOS transistor that is connected in series to the circuit and that selects the latch circuit in response to an activation signal supplied in response to an address signal, and is supplied to the peripheral circuit. A second power supply voltage independent of the first power supply voltage is supplied to the latch circuit, and the second power supply voltage for the peripheral circuit is The switch circuit is turned on / off in conjunction with the on / off of the power supply voltage of the transistor, and the MOS transistor included in the latch circuit and the switch circuit has a leakage current higher than that of the MOS transistor included in the peripheral circuit and the transfer gate. The switch circuit is configured by a small low-leakage MOS transistor, and when the supply of the first power supply voltage to the peripheral circuit is in an off state, the off state of the switch circuit is maintained.
また、本発明の半導体装置は、1ビットのデータを電圧の形態で電気的に保持するための少なくとも1つのMOSトランジスタを含むラッチ回路と、前記ラッチ回路とデータをやりとりするための少なくとも1つのMOSトランジスタを含む周辺回路と、前記ラッチ回路と前記周辺回路とを接続または分離するための少なくとも1つのMOSトランジスタを含むスイッチ回路と、前記スイッチ回路に対して直列に接続され、アドレス信号に応答して供給される活性化信号に応答して前記ラッチ回路を選択するMOSトランジスタを含むトランスファゲートと、前記周辺回路に第1の電源電圧を供給するための第1の電源電圧供給部と、前記ラッチ回路に第2の電源電圧を供給するための第2の電源電圧供給部と、前記第2の電源電圧供給部から独立して前記第1の電源電圧供給部のオン・オフを制御するための第1の制御部と、前記第1の電源電圧供給部のオン・オフと連動して前記スイッチ回路のオン・オフを制御するための第2の制御部とを有し、前記ラッチ回路および前記スイッチ回路に含まれるMOSトランジスタを前記周辺回路及び前記トランスファゲートに含まれるMOSトランジスタよりもリーク電流の小さい低リーク型MOSトランジスタで構成し、前記第1の電源電圧供給部が前記第1の制御部によりオフ制御されているときに、前記スイッチ回路が前記第2の制御部によりオフ状態に保持される。 The semiconductor device of the present invention includes a latch circuit including at least one MOS transistor for electrically holding 1-bit data in the form of a voltage, and at least one MOS for exchanging data with the latch circuit. A peripheral circuit including a transistor, a switch circuit including at least one MOS transistor for connecting or separating the latch circuit and the peripheral circuit, and connected in series to the switch circuit, in response to an address signal A transfer gate including a MOS transistor for selecting the latch circuit in response to a supplied activation signal; a first power supply voltage supply unit for supplying a first power supply voltage to the peripheral circuit; and the latch circuit A second power supply voltage supply section for supplying a second power supply voltage to the second power supply voltage supply section; A first control unit for independently controlling on / off of the first power supply voltage supply unit; and on / off of the switch circuit in conjunction with on / off of the first power supply voltage supply unit A low-leakage MOS having a leakage current smaller than that of the MOS transistors included in the peripheral circuit and the transfer gate. When the first power supply voltage supply unit is controlled to be turned off by the first control unit, the switch circuit is held in the off state by the second control unit.
また、本発明の半導体メモリ装置は、1ビットのデータを電圧の形態で電気的に保持するための少なくとも1つのMOSトランジスタを含むラッチ回路と、前記ラッチ回路にデータを書き込むための少なくとも1つのMOSトランジスタを含む書き込み回路と、前記ラッチ回路と前記書き込み回路とを接続または分離するための少なくとも1つのMOSトランジスタを含む第1のスイッチ回路と、前記ラッチ回路よりデータを読み出すための少なくとも1つのMOSトランジスタを含む読み出し回路と、前記ラッチ回路と前記読み出し回路とを接続または分離するための少なくとも1つのMOSトランジスタを含む第2のスイッチ回路と、前記第1のスイッチ回路に対して直列に接続され、アドレス信号に応答して供給される書き込み用活性化信号に応答して前記ラッチ回路を選択するMOSトランジスタを含む第1のトランスファゲートと、前記書き込み回路および前記読み出し回路に第1の電源電圧を供給するための第1の電源電圧供給部と、前記ラッチ回路に第2の電源電圧を供給するための第2の電源電圧供給部と、前記第2の電源電圧供給部から独立して前記第1の電源電圧供給部のオン・オフを制御するための第1の制御部と、前記第1の電源電圧供給部のオン・オフと連動して前記第1および第2のスイッチ回路のオン・オフを制御するための第2の制御部とを有し、前記ラッチ回路および前記第1および第2のスイッチ回路に含まれるMOSトランジスタを前記書き込み回路、前記読み出し回路、並びに前記第1のトランスファゲートに含まれるMOSトランジスタよりもリーク電流の小さい低リーク型MOSトランジスタで構成し、前記第1の電源電圧供給部が前記第1の制御部によりオフ制御されているときに、前記第1および第2のスイッチ回路が前記第2の制御部によりオフ状態に保持される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor memory device including a latch circuit including at least one MOS transistor for electrically holding 1-bit data in the form of a voltage, and at least one MOS for writing data to the latch circuit. A write circuit including a transistor; a first switch circuit including at least one MOS transistor for connecting or separating the latch circuit and the write circuit; and at least one MOS transistor for reading data from the latch circuit A read circuit including: a second switch circuit including at least one MOS transistor for connecting or separating the latch circuit and the read circuit; and an address connected to the first switch circuit in series. Write activity supplied in response to signal A first transfer gate including a MOS transistor for selecting the latch circuit in response to a signal; a first power supply voltage supply unit for supplying a first power supply voltage to the write circuit and the read circuit; A second power supply voltage supply section for supplying a second power supply voltage to the latch circuit; and for controlling on / off of the first power supply voltage supply section independently of the second power supply voltage supply section. A first control unit, and a second control unit for controlling on / off of the first and second switch circuits in conjunction with on / off of the first power supply voltage supply unit. MOS transistors included in the latch circuit and the first and second switch circuits are replaced with MOS transistors included in the write circuit, the read circuit, and the first transfer gate. When the first power supply voltage supply unit is off-controlled by the first control unit, the first and second switch circuits are configured with the low-leakage MOS transistor having a smaller leakage current than the first power supply voltage supply unit. The second control unit holds the off state.
本発明によれば、ラッチ回路と周辺回路(たとえば書き込み回路および読み出し回路)とに独立した電源電圧が給電され、第1の電源電圧供給部が周辺回路に対する第1の電源電圧を遮断しても第2の電源電圧供給部によりラッチ回路に対する第2の電源電圧の給電を維持することが可能であり、ラッチ回路は記憶データを安全に保持できる。しかも、ラッチ回路は低リーク型MOSトランジスタで構成されるため、少ないスタンバイ電流または消費電流でデータを保持できる。さらには、周辺回路側の第1の電源電圧を遮断している間は低リーク型MOSトランジスタで構成されるスイッチ回路をオフにしてラッチ回路を周辺回路から分離するため、ラッチ回路から周辺回路への電流の漏れも十全に防止できるため、一層の低電力化を実現できる。 According to the present invention, the independent power supply voltage is supplied to the latch circuit and the peripheral circuit (for example, the write circuit and the read circuit), and the first power supply voltage supply unit cuts off the first power supply voltage for the peripheral circuit. The power supply of the second power supply voltage to the latch circuit can be maintained by the second power supply voltage supply unit, and the latch circuit can safely store the stored data. Moreover, since the latch circuit is composed of a low-leakage MOS transistor, data can be held with a small standby current or consumption current. Further, while the first power supply voltage on the peripheral circuit side is cut off, the switch circuit composed of the low-leakage MOS transistor is turned off to separate the latch circuit from the peripheral circuit. Current leakage can be sufficiently prevented, so that further reduction in power can be realized.
本発明においては、低リーク型MOSトランジスタのリーク電流は周辺回路に含まれるMOSトランジスタのリーク電流の10分の1以下であるのが好ましい。 In the present invention, the leakage current of the low leakage type MOS transistor is preferably 1/10 or less of the leakage current of the MOS transistor included in the peripheral circuit.
本発明の半導体メモリセルにおける好適な一態様として、ラッチ回路が、第1の端子が第1のデータ・ストレージノードに接続され、第2の端子が基準電位の電源電圧端子に接続され、制御端子が第2のデータ・ストレージノードに接続された第1のNMOSトランジスタと、第1の端子が前記第2のデータ・ストレージノードに接続され、第2の端子が前記基準電位の電源電圧端子に接続され、制御端子が前記第1のデータ・ストレージノードに接続された第2のNMOSトランジスタとを有してよい。さらに、ラッチ回路が、第1の端子が第1のデータ・ストレージノードに接続され、第2の端子が第1の電源電圧供給部の電源電圧端子に接続され、制御端子が第2のデータ・ストレージノードに接続された第1のPMOSトランジスタと、第1の端子が第2のデータ・ストレージノードに接続され、第2の端子が第1の電源電圧供給部の電源電圧端子に接続され、制御端子が第1のデータ・ストレージノードに接続された第2のPMOSトランジスタと有する構成も好ましい。もっとも、ラッチ回路が、第1の端子が第1のデータ・ストレージノードに接続され、第2の端子が第1の電源電圧供給部の電源電圧端子に接続された第1の抵抗素子と、第1の端子が第2のデータ・ストレージノードに接続され、第2の端子が第1の電源電圧供給部の電源電圧端子に接続された第2の抵抗素子とを有する構成も可能である。 As a preferred aspect of the semiconductor memory cell of the present invention, the latch circuit has a first terminal connected to the first data storage node, a second terminal connected to the power supply voltage terminal of the reference potential, and a control terminal. Has a first NMOS transistor connected to a second data storage node, a first terminal connected to the second data storage node, and a second terminal connected to the power supply voltage terminal of the reference potential The control terminal may include a second NMOS transistor connected to the first data storage node. Furthermore, the latch circuit has a first terminal connected to the first data storage node, a second terminal connected to the power supply voltage terminal of the first power supply voltage supply unit, and a control terminal connected to the second data storage node. The first PMOS transistor connected to the storage node, the first terminal is connected to the second data storage node, the second terminal is connected to the power supply voltage terminal of the first power supply voltage supply unit, and the control A configuration in which the terminal has a second PMOS transistor connected to the first data storage node is also preferable. However, the latch circuit includes a first resistance element having a first terminal connected to the first data storage node and a second terminal connected to the power supply voltage terminal of the first power supply voltage supply unit; It is also possible to have a configuration in which one terminal is connected to the second data storage node, and the second terminal is connected to the power supply voltage terminal of the first power supply voltage supply unit.
本発明の一態様における半導体メモリセルは、1ビットのデータを互いに逆の論理レベルを有する2種類の電圧の形態でそれぞれ電気的に保持するための第1および第2のデータ・ストレージノードと少なくとも1つのMOSトランジスタとを含むラッチ回路と、第1の書き込み用ビット線に対して前記第1のデータ・ストレージノードを接続または分離するための第1のスイッチ回路と、第2の書き込み用ビット線に対して前記第2のデータ・ストレージノードを接続または分離するための第2のスイッチ回路と、前記ラッチ回路より読み出された電圧を読み出し用のビット線に出力するための少なくとも1つのMOSトランジスタを含む出力回路と、前記第1のスイッチ回路に対して直列に接続され、アドレス信号に応答して供給される書き込み用活性化信号に応答して前記ラッチ回路を選択するMOSトランジスタを含む第1のトランスファゲートと、前記第2のスイッチ回路に対して直列に接続され、アドレス信号に応答して供給される書き込み用活性化信号に応答して前記ラッチ回路を選択するMOSトランジスタを含む第2のトランスファゲートとを有し、前記出力回路の入力端子が前記第1または第2のスイッチ回路の一方を介して前記ラッチ回路の第1または第2のデータ・ストレージノードに接続され、前記出力回路に供給される第1の電源電圧から独立した第2の電源電圧が前記ラッチ回路に供給され、前記出力回路に対する前記第1の電源電圧のオン・オフと連動して前記第1および第2のスイッチ回路がオフ・オンし、前記ラッチ回路および前記第1および第2のスイッチ回路に含まれるMOSトランジスタが前記出力回路に含まれるMOSトランジスタよりもリーク電流の小さい低リーク型MOSトランジスタで構成される。 In one embodiment of the present invention, a semiconductor memory cell includes at least first and second data storage nodes for electrically holding 1-bit data in the form of two types of voltages having opposite logic levels. A latch circuit including one MOS transistor, a first switch circuit for connecting or separating the first data storage node with respect to the first write bit line, and a second write bit line And a second switch circuit for connecting or separating the second data storage node, and at least one MOS transistor for outputting a voltage read from the latch circuit to a read bit line And an output circuit that is connected in series to the first switch circuit and is supplied in response to an address signal A first transfer gate including a MOS transistor for selecting the latch circuit in response to an activation signal for input and a second switch circuit connected in series and supplied in response to an address signal A second transfer gate including a MOS transistor for selecting the latch circuit in response to a write activation signal, and an input terminal of the output circuit is connected via one of the first or second switch circuit. A second power supply voltage that is connected to the first or second data storage node of the latch circuit and is independent of the first power supply voltage supplied to the output circuit is supplied to the latch circuit, and is connected to the output circuit. The first and second switch circuits are turned off and on in conjunction with the turning on and off of the first power supply voltage, and the latch circuit and the first and second switching circuits are turned on and off. Consisting of a small low-leakage MOS transistors leakage current than MOS transistors MOS transistors included in the second switch circuit is included in the output circuit.
本願発明は、ビット線とメモリセル(ラッチ回路)との間に、選択用のトランスファゲートとは別に切り離し用のスイッチ回路を設ける。スイッチ回路が低リーク型のMOSトランジスタで構成されるため、スイッチ回路を構成するMOSトランジスタのゲート端子に多少のノイズが重畳したとしてもメモリセルの記憶データを変化させる程のリーク電流は発生せず、データの保持特性が改善される。 In the present invention, a switch circuit for separation is provided between the bit line and the memory cell (latch circuit) separately from the transfer gate for selection. Since the switch circuit is composed of a low-leakage MOS transistor, even if some noise is superimposed on the gate terminal of the MOS transistor constituting the switch circuit, a leak current that changes the stored data in the memory cell does not occur. Data retention characteristics are improved.
本発明の半導体装置、半導体メモリおよび半導体メモリセルよれば、上記のような構成および作用により、データ保持用の消費電流および待機時の消費電流を大幅に節減して低電力化を実現することができる。 According to the semiconductor device, the semiconductor memory, and the semiconductor memory cell of the present invention, the above-described configuration and operation can significantly reduce the current consumption for data retention and the current consumption during standby, thereby realizing low power consumption. it can.
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に、本発明の一実施形態によるスタティックRAMのメモリセルの回路構成を示す。このメモリセルは、非同期型の2ポート(1書き込みポート+1読み出しポート)メモリセルとして構成されており、書き込み用の1本のワードラインWWLおよび一対のビットラインWBL,WBLZと読み出し用の一対のワードラインRWL,RWLZおよび1本のビットラインRBLとに接続されている。 FIG. 1 shows a circuit configuration of a static RAM memory cell according to an embodiment of the present invention. This memory cell is configured as an asynchronous 2-port (1 write port + 1 read port) memory cell, and includes one word line WWL for writing and a pair of bit lines WBL and WBLZ and a pair of words for reading. It is connected to the lines RWL, RWLZ and one bit line RBL.
このメモリセルのラッチ回路10は、一対のCMOSインバータつまり2個のPMOSトランジスタ12,14と2個のNMOSトランジスタ16,18とで構成されている。より詳細には、PMOSトランジスタ12,14のそれぞれのソース端子は電源電圧VRETの電源電圧端子に接続される一方で、NMOSトランジスタ16,18のそれぞれのソース端子は基準電位たとえばグランド電位VSSの電源電圧端子に接続されており、PMOSトランジスタ12およびNMOSトランジスタ16のそれぞれのドレイン端子が相互接続されて第1のデータ・ストレージノードNaが形成され、PMOSトランジスタ14およびNMOSトランジスタ18のそれぞれのドレイン端子が相互接続されて第2のデータ・ストレージノードNbが形成されている。そして、第1のデータ・ストレージノードNaがそれと対向するPMOSトランジスタ14およびNMOSトランジスタ18のそれぞれのゲート端子に接続されるとともに、第2のデータ・ストレージノードNbがそれと対向するPMOSトランジスタ12およびNMOSトランジスタ16のそれぞれのゲート端子に接続されている。要するに、PMOSトランジスタ12とNMOSトランジスタ16とで一方のCMOSインバータが構成されるとともに、PMOSトランジスタ14とNMOSトランジスタ18とで他方のCMOSインバータが構成され、クロスカップルで互いに各々のCMOSインバータの入力端子(ゲート端子)および出力端子(ノード)が相手側の出力端子(ノード)および入力端子(ゲート端子)にそれぞれ接続されており、電源電圧としてVRETが印加される。
The
このラッチ回路10において、第1のデータ・ストレージノードNaはNMOSトランジスタ20,22を介して一方の書き込み用ビットラインWBLに電気的に接続されており、第2のデータ・ストレージノードNbはトランスミッションゲート24とNMOSトランジスタ30とを介して他方の書き込み用ビットラインWBLZに電気的に接続されている。
In the
より詳細には、第1のデータ・ストレージノードNaと一方の書き込み用ビットラインWBLとの間でNMOSトランジスタ20とNMOSトランジスタ22とが直列接続されている。ここで、NMOSトランジスタ20は、周辺の回路に対してラッチ回路10の第1のデータ・ストレージノードNaを接続または分離するためのラッチ回路囲い込み用のスイッチ回路を構成するもので、そのゲート端子には後述する電源制御部70(図3)からの制御信号RETZが与えられる。また、NMOSトランジスタ22は、書き込み用のトランスファゲートを構成するもので、そのゲート端子には書き込み用のワードラインWWLが接続されている。
More specifically, the
一方、第2のデータ・ストレージノードNbと他方の書き込み用ビットラインWBLZとの間でトランスミッションゲート24とNMOSトランジスタ30とが直列接続されている。トランスミッションゲート24は、NMOSトランジスタ26とPMOSトランジスタ28とを並列接続してなり、周辺の回路に対してラッチ回路10の第2のデータ・ストレージノードNbを接続または分離するためのラッチ回路囲い込み用のスイッチ回路を構成する。NMOSトランジスタ26およびPMOSトランジスタ28のそれぞれのゲート端子には、電源制御部70(図3)より相補的な論理レベル(Hレベル/Lレベル)で制御信号RETZ,RETがそれぞれ与えられる。また、NMOSトランジスタ30は、書き込み用のトランスファゲートを構成するもので、そのゲート端子には書き込み用のワードラインWWLが接続されている。
On the other hand, a
このメモリセルは、入力ポートから独立した出力ポートを与えるための出力回路32を有している。この出力回路32は、2個のPMOSトランジスタ34,36と2個のNMOSトランジスタ38,40とからなるクロック型CMOSインバータとして構成され、ラッチ回路10の電源電圧VRETとは別系統の電源電圧VDDの下で動作するようになっている。より詳細には、PMOSトランジスタ34とNMOSトランジスタ40とでCMOSインバータが構成され、PMOSトランジスタ36とNMOSトランジスタ38とは読み出し用のトランスファゲートとして設けられている。つまり、PMOSトランジスタ34のソース端子が電源電圧VDDの電源電圧端子に接続されるとともに、NMOSトランジスタ40のソース端子がグランド電位VSSの電源電圧端子に接続され、両トランジスタ34,40のドレイン端子がそれぞれPMOSトランジスタ36およびNMOSトランジスタ38を介して出力ノードまたはデータ出力端子NOUTに接続され、両トランジスタ34,40のゲート端子つまりCMOSインバータ入力端子(ノードNd)はトランスミッションゲート24とNMOSトランジスタ30との間のノードNcに接続されている。PMOSトランジスタ36およびNMOSトランジスタ38のそれぞれのゲート端子には相補的な読み出し用のワードラインRWLZ,RWLがそれぞれ接続されている。なお、データ出力端子NOUTは読み出し用ビットラインRBLに接続されている。
This memory cell has an
電源電圧VDDの電源電圧端子と出力回路10の入力端子または上記ノードNdとの間にはPMOSトランジスタ42が接続されている。このPMOSトランジスタ42は、後述するように待機モードで電源電圧VDDをオフにする際にノードNdのフローティング状態を防止するためのもので、そのゲート端子には電源制御部70(図3)からの制御信号RETZが与えられる。
このメモリセルの特徴の一つは、ラッチ回路10を構成するMOSトランジスタ12,14,16,18とスイッチ回路を構成するMOSトランジスタ20,26,28のいずれもが低リーク型MOSトランジスタからなり、出力回路32を含む周辺の回路を構成する標準型MOSトランジスタのリーク電流よりも格段に小さな(好ましくは10分の1以下の)リーク電流を有するものであるということである。たとえば、ゲート酸化膜の膜厚を標準型MOSトランジスタの2倍の大きさに設定する低リーク型MOSトランジスタにおいてはリーク電流を標準型MOSトランジスタの約60分の1に低減できることが確認されている。MOSプロセスの条件または特性を選択することで、低リーク型MOSトランジスタと標準型MOSトランジスタとの区分けを任意に設定することが可能である。
One of the features of this memory cell is that all of the
もっとも、一般的に低リーク型MOSトランジスタは標準型MOSトランジスタよりも低速度で動作する。しかしながら、ラッチ回路10は上記のように双安定回路で正帰還ループが働くため、低リーク型MOSトランジスタ12,14,16,18で構成されても実質的な動作速度の低下はない。ただ、低リーク型MOSトランジスタ20,26,28からなるスイッチ回路で囲まれているので、書き込み速度が従来よりも多少低下するにすぎない。読み出しはCMOSインバータからなる出力回路32を通して電荷読み出し形で行うため、読み出し性能には殆ど影響はない。
In general, however, a low-leakage MOS transistor operates at a lower speed than a standard MOS transistor. However, since the
このメモリセルでは、上記のようにラッチ回路10と出力回路32とに別系統の電源電圧VRET,VDDがそれぞれ供給される。電源電圧VRETは、主としてデータの保持または記憶に特化されたメモリバックアップ用の電源電圧であり、当該機器の主電源スイッチがオンになっている限り持続的に給電されるようになっている。他方、電源電圧VDDは、データ保持以外の殆ど全ての回路動作に用いられる通常動作用の電源電圧であり、当該機器の主電源スイッチがオンになっている間でも条件的に遮断されるようになっている。つまり、当該機器において、所定のユーザ機能が働いている通常モード中は電源電圧VDDが給電され、一時的にユーザ機能が停止している待機モード中は電源電圧VDDが遮断されるようになっている。
In this memory cell, separate power supply voltages V RET and V DD are respectively supplied to the
このメモリセルにおいて、通常モード中は電源制御部70(図3)からの制御信号RETZ,RETがそれぞれHレベル、Lレベルに設定され、ラッチ回路囲い込み用のNMOSトランジスタ20とトランスミッションゲート24はそれぞれオン状態に保たれ、フローティング防止用のPMOSトランジスタ42はオフ状態に保たれる。
In this memory cell, during normal mode, control signals RETZ and RET from the power supply control unit 70 (FIG. 3) are set to H level and L level, respectively, and the
このメモリセルに1ビットのデータを書き込むときは、両書き込み用ビットラインWBL,WBLZを書き込みデータの値に応じた相補的な論理レベル(Hレベル/Lレベル)の電位に駆動またはプリチャージしておいて、書き込み用ワードラインWWLをHレベルに活性化し、両トランスファゲート22,30を同時にオンにする。そうすると、一方のビットラインWBL上の電圧信号がトランスファゲート22とNMOSトランジスタ20とを介して第1のデータ・ストレージノードNaに書き込まれると同時に、他方のビットラインWBLZ上の電圧信号がトランスファゲート30とトランスミッションゲート24とを介して第2のデータ・ストレージノードNbに書き込まれる。この際、ラッチ回路10内では正帰還ループが働いて両データ・ストレージノードNa,Nbへの書き込み電圧が瞬時に安定化する。なお、書き込みサイクルで両ビットラインWBL,WBLZの双方にHレベルの電圧信号を与えることも可能であるが、この場合はメモリセル内の記憶内容は変更されず、それまで保持されていたデータが維持される。両ビットラインWBL,WBLZの双方にLレベルの電圧信号を与えることは禁止されている。
When 1-bit data is written to the memory cell, both write bit lines WBL and WBLZ are driven or precharged to complementary logic level (H level / L level) potentials according to the value of the write data. Then, the write word line WWL is activated to H level, and both
このメモリセルから1ビットのデータを読み出すときは、出力回路32において読み出し用ワードラインRWLZ,RWLをそれぞれLレベル、Hレベルに活性化して、両トランスファゲート36,38を同時にオンにする。この時、ノードNcの電位はトランスミッションゲート24を介して第2のデータ・ストレージノードNbとほぼ等しい電位にあるので、ノードNcの電位と逆の論理レベルを有する電圧信号が出力データとしてデータ出力端子NOUTから読み出し用ビットラインRBL上に送出される。
When reading 1-bit data from the memory cell, the read word lines RWLZ and RWL are activated to L level and H level in the
当該機器が通常モードから待機モードに変わると、このメモリセルでは、出力回路32に対して電源電圧VDDが遮断されるとともに、電源制御部70(図3)からの制御信号RETZ,RETがそれぞれLレベル、Hレベルになり、ラッチ回路囲い込み用のNMOSトランジスタ20とトランスミッションゲート24とがそれぞれオフし、フローティング防止用のPMOSトランジスタ40がオンする。待機モード中にデータの書き込みや読み出しが行なわれることはなく、全てのトランスファゲート22,30,36,38がオフ状態を保つ。電源電圧VRETは待機モード中もラッチ回路10に供給される。
When the device changes from the normal mode to the standby mode, in this memory cell, the power supply voltage V DD is cut off with respect to the
このような待機モード中に、ラッチ回路10は、電源電圧VRETの下で低リーク型MOSトランジスタ12,14,16,18により非常に小さなデータ保持電流で記憶データを保持し、標準型MOSトランジスタで構成される場合よりも格段に少ない消費電力で安定したデータ保持機能を奏する。しかも、低リーク型MOSトランジスタ20,(26,28)でラッチ回路10を囲い込み、待機モード中はこれらの低リーク型MOSトランジスタ20,(26,28)をオフにしてラッチ回路10と周辺回路とを分離するので、ラッチ回路10から周辺回路へ電流が漏れるようなことも殆どない。また、出力回路32においては、待機モード中は電源電圧VDDが遮断されるため電力の消費は一切ない。
During such a standby mode, the
フローティング防止用のPMOSトランジスタ42は、電源電圧VDDが遮断される直前にオンしてノードNd(出力回路32の入力)の電位を電源電圧VDDのレベル(Hレベル)にクランプし、電源電圧VDDが完全に遮断されるまでの過渡期にノードNdがフローティング状態になるのを防止する。すなわち、ノードNdがフローティング状態になると、出力回路32でMOSトランジスタ34,36,38,40を貫通する電流が流れてそれらのトランジスタを破壊するおそれがある。このようにPMOSトランジスタ42によるクランプでノードNdのフローティング状態を防止することで、出力回路32において貫通電流が流れるのを防止し、MOSトランジスタ34,36,38,40の安全を保証することができる。
The
また、この実施形態のメモリセルは、ビット線WBL,WBLZとラッチ回路10との間に、選択用のトランスファゲート22,30とは別に切り離し用のスイッチ回路20,24(26,28)を設ける。スイッチ回路20,24(26,28)が低リーク型のMOSトランジスタで構成されるため、それらスイッチ回路を構成するMOSトランジスタのゲート端子に多少のノイズが重畳したとしてもメモリセルの記憶データを変化させる程のリーク電流は発生せず、データの保持特性が改善されている。
In the memory cell of this embodiment,
図2に、通常モードと待機モードとの切り替えに際しての各部の状態変化またはタイミングの一例を示す。この例のように、通常モードから待機モードに切り替えるときは電源電圧VDDを遮断する前に制御信号RET,RETZを待機モード用のHレベル、Lレベルにそれぞれ切り替え、待機モードから通常モードに戻すときは電源電圧VDDを投入して内部が安定してから制御信号RET,RETZを通常モード用のLレベル、Hレベルにそれぞれ戻すのが好ましい。 FIG. 2 shows an example of the state change or timing of each unit when switching between the normal mode and the standby mode. As in this example, when switching from the normal mode to the standby mode, the control signals RET and RETZ are switched to the standby mode H level and L level, respectively, before the power supply voltage V DD is cut off, and the standby mode is returned to the normal mode. In this case, it is preferable to return the control signals RET and RETZ to the L level and the H level for the normal mode after the power supply voltage V DD is turned on and the inside is stabilized.
図3に、この実施形態におけるスタティックRAMの全体構成を示す。このスタティックRAMは、同一の半導体チップ上に集積回路として形成されたメモリセルアレイ50、アドレスバッファ52,54、アドレスデコーダ56,58、ワード線ドライバ60,62、データバッファ64,66、メモリ制御部68および電源制御部70等を有している。メモリセルアレイ50は、上記したメモリセル(図1)で構成されており、メモリサイズのビット数に等しい個数のメモリセル(図1)を所定のレイアウトでアレイ状に設けている。
FIG. 3 shows the overall configuration of the static RAM in this embodiment. The static RAM includes a
このスタティックRAMに対して書き込みのメモリアクセスが行なわれるときは、関連する外部の回路(図示せず)より任意のタイミングで書き込み用のアドレス信号が書き込み用アドレスバッファ52に、書き込みデータが入力データバッファ64に、書き込み用の制御信号がメモリ制御部68にそれぞれ与えられる。書き込み用アドレスデコーダ56は、入力した書き込み用アドレス信号をデコードし、メモリセルアレイ50内のいずれか1つの書き込み用ワード線WWLを選択または活性化するための信号を書き込み用ワード線ドライバ60に与える。書き込み用ワード線ドライバ60がその選択されたワード線WWLを活性化すると、メモリセルアレイ50内で当該ワード線WWLに接続されている各メモリセル(図1)では書き込み用トランスファゲート22,30がそれぞれオンする。そして、入力データバッファ64より1ワード分のデータが1ビット毎に一対のビットラインWBL,WBLZを介してメモリセルアレイ50内に伝送され、該当の各メモリセル(図1)に書き込まれる。
When a memory access for writing is performed on the static RAM, an address signal for writing is sent to the
このスタティックRAMに対して読み出しのメモリアクセスが行なわれるときは、関連する外部の回路(図示せず)より任意のタイミングで読み出し用のアドレス信号が読み出し用アドレスバッファ54に、読み出し用の制御信号がメモリ制御部68にそれぞれ与えられる。読み出し用アドレスデコーダ58は、入力した読み出し用アドレス信号をデコードし、メモリセルアレイ50内のいずれか1組の読み出し用ワード線RWL,RWLZを選択または活性化するための信号を読み出し用ワード線ドライバ62に与える。読み出し用ワード線ドライバ62がその選択された1組の読み出し用ワード線RWL,RWLZを活性化すると、メモリセルアレイ50内で当該ワード線RWL,RWLZに接続されている各メモリセル(図1)では出力回路32の読み出し用トランスファゲート38,36がそれぞれオンする。そして、上記のようにして出力回路32のデータ出力端子NOUTより出力された読み出しデータは読み出し用ビットラインRBLを介して出力データバッファ66に送られ、出力データバッファ66より関連する外部の回路へ送出される。
When a read memory access is made to the static RAM, a read address signal is sent to a
このスタティックRAMにおいては、メモリセルアレイ50のみがメモリバックアップ用の電源電圧VRETと通常動作用の電源電圧VDDの双方の下で動作し、アドレスバッファ52,54やデータバッファ64,66等の他の機能回路52〜68は通常動作用の電源電圧VDDの下で動作する。電源制御部70は、主電源スイッチがオンになっている限りは主通常モードや待機モードに関係なく任意のタイミングで機能するものであり、電源電圧VDD以外の電源電圧たとえばVRETの下で動作してよい。したがって、通常モード中は、全ての機能ブロック50〜70において電源電圧VDDまたはVRETの下で電力が消費される。そして、待機モード中は、電源電圧VDDが遮断されることにより、VDD系の機能回路52〜68では電力の消費が完全になくなる。また、VRETの機能回路、特にメモリセルアレイ50における各メモリセルのラッチ回路10は、上記のように低リーク型MOSトランジスタで構成されるだけでなく、低リーク型MOSトランジスタからなるスイッチ回路20,24によって囲い込まれ、待機モード中はそれらのスイッチ回路20,24によって周辺のVDD系回路から分離されるため、データ保持や電流漏れの消費電力は極めて僅かであり、メモリセルアレイ50全体でも消費電力は非常に少ない。
In this static RAM, only the
図4に、この実施形態における電源電圧供給系の構成を模式的に示す。図示のように、外部の電源回路(図示せず)で出力された電源電圧VDD,VRETを当該半導体チップ72の所定の電源入力端子またはパッドを介してチップ内の電源ラインにそれぞれ引き込む。電源電圧VDDの電源ラインの途中には電源スイッチ74が設けられ、電源制御部70がこの電源スイッチ74のオン・オフを制御する。電源電圧VRETの電源ラインはダイレクトに給電対象の各部(特にメモリセルアレイ50)に接続されている。なお、電源電圧VRETを電源電圧VDDと同じ電圧レベルに設定する場合は、図4の点線76で示すように電源スイッチ74の上流側で電源電圧VDDの電源ラインから分岐したものを電源電圧VRETの電源ラインに用いることも可能である。
FIG. 4 schematically shows the configuration of the power supply voltage supply system in this embodiment. As shown in the figure, power supply voltages V DD and V RET output from an external power supply circuit (not shown) are respectively drawn into power supply lines in the chip via predetermined power supply input terminals or pads of the
電源制御部70は、機器全体の動作や状態を統括制御する外部のメインコントローラ(図示せず)からのモード制御信号CNTRをコマンドとしてチップ72の制御入力端子またはパッドを介して入力し、コマンド内容にしたがって関連する各部を制御する。すなわち、メインコントローラより通常モードを指示されているときは、上記のようにメモリセルアレイ50内の各メモリセル(図1)に対する制御信号RET,RETZをそれぞれLレベル、Hレベルに保持してラッチ回路囲い込み用のスイッチ回路20,24をオン状態、フローティング防止用のトランジスタ42をオフ状態にするとともに、電源スイッチ74をオンにして各部に電源電圧VDDを給電させる。また、メインコントローラより待機モードを指示されたときは、上記のようにメモリセルアレイ50内の各メモリセル(図1)に対する制御信号RET,RETZをそれぞれHレベル、Lレベルに切り替えてラッチ回路囲い込み用のスイッチ回路20,24をオフ状態、フローティング防止用のトランジスタ42をオン状態にするとともに、電源スイッチ74をオフにして各部への電源電圧VDDの給電を遮断する。なお、図4の機能回路78,80は当該半導体チップ72に搭載されている任意のVDD系回路を示している。
The power
図4では1つのメモリセルアレイ50だけを図示しているが、実際には1つの半導体チップ72上に多数のメモリセルアレイないしスタティックRAMを分散して配置することが多い。そのような場合でも、各メモリセルアレイないしスタティックRAMさらには他の任意のロジック回路において上記と同様にVRET系回路およびVDD系回路毎の電源制御が行なわれる。本発明によれば、VDD系回路を構成する標準型MOSトランジスタについては、待機モード中の電源遮断により消費電力量を抑制できるため、リーク電流の増大を伴なうものでも高速化を追求できるMOSプロセスを好適に採用することができる。一方で、本発明による半導体チップを搭載する実製品においては、VDD系回路の高速化による性能向上を図れるだけでなく、待機モードを最大限に有効利用することで、VRET系回路における記憶データの安全性を確保しつつチップ全体の低消費電力化を実現することができる。
Although only one
図5に、上記実施形態におけるメモリセルの変形例を示す。主な変形部分は3つある。一つは、ラッチ回路10においてPMOSトランジスタ12,14(図1)を抵抗素子82,84で置き換えたことである。このような抵抗負荷型は、PMOSトランジスタ12,14を用いるMOS負荷型と比較して、動作時やスタンバイ時の消費電流はよりも増加するという不利点はあるが、集積密度が高いという利点がある。第2の変形部分は、出力回路32におけるフローティング防止用のPMOSトランジスタ42(図1)をNMOSトランジスタ86で置き換えたことである。この場合、NMOSトランジスタ86は出力回路32の入力端子またはノードNdとグランド電位VSSの電源端子との間に接続され、そのゲート端子には電源制御部70からの制御信号RETが与えられる。通常モードから待機モードに移行する際にNMOSトランジスタ86がオンしてノードNdをグランド電位VSS(Lレベル)にクランプすることになる。第3の変形部分は、出力ポートから独立した書き込み用のトランスファゲート22を省いて、スイッチ回路20のNMOSトランジスタ20にトランスファゲート22の機能を兼用させていることである。このように、ラッチ回路囲い込み用のスイッチ回路にトランスファゲートの機能を兼用させることが可能である。なお、トランスミッションゲ―ト24はHレベルおよびLレベルのいずれに対しても電圧降下の少ない優れた信号伝搬機能を奏するものであるが、必要に応じてトランスミッションゲ―ト24を単一のMOSトランジスタたとえばNMOSトランジスタで置き換えることも可能である。
FIG. 5 shows a modification of the memory cell in the above embodiment. There are three main deformations. One is that the
本発明は、上記実施形態における非同期型の2ポート(1書き込みポート+1読み出しポート)メモリセルおよびスタティックRAMに限定されるものではなく、電源電圧を印加される間は継続的にデータを保持できる任意の半導体メモリセルに適用可能であり、さらにはこの種の半導体メモリセルを含む任意の半導体メモリ装置あるいは半導体装置に適用可能である。 The present invention is not limited to the asynchronous 2-port (1 write port + 1 read port) memory cell and static RAM in the above embodiment, but can arbitrarily hold data while a power supply voltage is applied. The present invention can be applied to any semiconductor memory device, or any semiconductor memory device or semiconductor device including this type of semiconductor memory cell.
10 ラッチ回路
12,14 PMOSトランジスタ
16,18 NMOSトランジスタ
20 NMOSトランジスタ(スイッチ回路)
22 (書き込み用トランスファゲート)
24 トランスミッションゲート(スイッチ回路)
26 NMOSトランジスタ(スイッチ回路)
28 PMOSトランジスタ(スイッチ回路)
30 NMOSトランジスタ(書き込み用トランスファゲート)
32 出力回路
34 PMOSトランジスタ(CMOSインバータ)
36 PMOSトランジスタ(読み出し用トランスファゲート)
38 NMOSトランジスタ(読み出し用トランスファゲート)
40 NMOSトランジスタ(CMOSインバータ)
42 (フローティング防止用)PMOSトランジスタ
50 メモリセルアレイ
70 電源制御部
72 半導体チップ
74 電源スイッチ
42 (フローティング防止用)NMOSトランジスタ
10
22 (Transfer gate for writing)
24 Transmission gate (switch circuit)
26 NMOS transistor (switch circuit)
28 PMOS transistor (switch circuit)
30 NMOS transistor (write transfer gate)
32
36 PMOS transistor (readout transfer gate)
38 NMOS transistor (readout transfer gate)
40 NMOS transistor (CMOS inverter)
42 (For floating prevention)
Claims (12)
前記ラッチ回路とデータをやりとりするための周辺回路と、
前記ラッチ回路と前記周辺回路とを接続または分離するための少なくとも1つのMOSトランジスタを含むスイッチ回路と、
前記スイッチ回路に対して直列に接続され、アドレス信号に応答して供給される活性化信号に応答して前記ラッチ回路を選択するMOSトランジスタを含むトランスファゲートと、
前記周辺回路に第1の電源電圧を供給するための第1の電源電圧供給部と、
前記ラッチ回路に第2の電源電圧を供給するための第2の電源電圧供給部と、
前記第2の電源電圧供給部から独立して前記第1の電源電圧供給部のオン・オフを制御するための第1の制御部と、
前記第1の電源電圧供給部のオン・オフと連動して前記スイッチ回路のオン・オフを制御するための第2の制御部と、
を有し、
前記ラッチ回路および前記スイッチ回路に含まれるMOSトランジスタを前記周辺回路及び前記トランスファゲートに含まれるMOSトランジスタよりもリーク電流の小さい低リーク型MOSトランジスタで構成し、
前記第1の電源電圧供給部が前記第1の制御部によりオフ制御されているときに、前記スイッチ回路が前記第2の制御部によりオフ状態に保持される、半導体装置。 A latch circuit for electrically holding 1-bit data in the form of a voltage;
A peripheral circuit for exchanging data with the latch circuit;
A switch circuit including at least one MOS transistor for connecting or separating the latch circuit and the peripheral circuit;
A transfer gate including a MOS transistor connected in series to the switch circuit and selecting the latch circuit in response to an activation signal supplied in response to an address signal;
A first power supply voltage supply unit for supplying a first power supply voltage to the peripheral circuit;
A second power supply voltage supply unit for supplying a second power supply voltage to the latch circuit;
A first control unit for controlling on / off of the first power supply voltage supply unit independently of the second power supply voltage supply unit;
A second control unit for controlling on / off of the switch circuit in conjunction with on / off of the first power supply voltage supply unit;
Have
The MOS transistor included in the latch circuit and the switch circuit is configured with a low leak type MOS transistor having a leakage current smaller than that of the MOS transistor included in the peripheral circuit and the transfer gate,
The semiconductor device, wherein the switch circuit is held in an off state by the second control unit when the first power supply voltage supply unit is off-controlled by the first control unit.
前記ラッチ回路にデータを書き込むための書き込み回路と、
前記ラッチ回路と前記書き込み回路とを接続または分離するための少なくとも1つのMOSトランジスタを含む第1のスイッチ回路と、
前記ラッチ回路よりデータを読み出すための読み出し回路と、
前記ラッチ回路と前記読み出し回路とを接続または分離するための少なくとも1つのMOSトランジスタを含む第2のスイッチ回路と、
前記第1のスイッチ回路に対して直列に接続され、アドレス信号に応答して供給される書き込み用活性化信号に応答して前記ラッチ回路を選択するMOSトランジスタを含む第1のトランスファゲートと、
前記書き込み回路および前記読み出し回路に第1の電源電圧を供給するための第1の電源電圧供給部と、
前記ラッチ回路に第2の電源電圧を供給するための第2の電源電圧供給部と、
前記第2の電源電圧供給部から独立して前記第1の電源電圧供給部のオン・オフを制御するための第1の制御部と、
前記第1の電源電圧供給部のオン・オフと連動して前記第1および第2のスイッチ回路のオン・オフを制御するための第2の制御部と、
を有し、
前記ラッチ回路および前記第1および第2のスイッチ回路に含まれるMOSトランジスタを前記書き込み回路、前記読み出し回路、並びに前記第1のトランスファゲートに含まれるMOSトランジスタよりもリーク電流の小さい低リーク型MOSトランジスタで構成し、
前記第1の電源電圧供給部が前記第1の制御部によりオフ制御されているときに、前記第1および第2のスイッチ回路が前記第2の制御部によりオフ状態に保持される、半導体メモリ装置。 A latch circuit for electrically holding 1-bit data in the form of a voltage;
A write circuit for writing data to the latch circuit;
A first switch circuit including at least one MOS transistor for connecting or separating the latch circuit and the write circuit;
A read circuit for reading data from the latch circuit;
A second switch circuit including at least one MOS transistor for connecting or separating the latch circuit and the readout circuit;
A first transfer gate which is connected in series to the first switch circuit and includes a MOS transistor which selects the latch circuit in response to a write activation signal supplied in response to an address signal;
A first power supply voltage supply unit for supplying a first power supply voltage to the write circuit and the read circuit;
A second power supply voltage supply unit for supplying a second power supply voltage to the latch circuit;
A first control unit for controlling on / off of the first power supply voltage supply unit independently of the second power supply voltage supply unit;
A second control unit for controlling on / off of the first and second switch circuits in conjunction with on / off of the first power supply voltage supply unit;
Have
The MOS transistor included in the latch circuit and the first and second switch circuits is a low-leakage MOS transistor having a leakage current smaller than that of the MOS transistor included in the write circuit, the read circuit, and the first transfer gate. Consisting of
A semiconductor memory in which the first and second switch circuits are held off by the second control unit when the first power supply voltage supply unit is off-controlled by the first control unit apparatus.
前記ラッチ回路の周辺の回路に対して前記ラッチ回路を接続または分離するための少なくとも1つのMOSトランジスタを含むスイッチ回路と、
前記スイッチ回路に対して直列に接続され、アドレス信号に応答して供給される活性化信号に応答して前記ラッチ回路を選択するMOSトランジスタを含むトランスファゲートと、
を有し、
前記ラッチ回路の周辺の回路に供給される第1の電源電圧から独立した第2の電源電圧が前記ラッチ回路に供給され、
前記ラッチ回路の周辺の回路に対する前記第1の電源電圧のオン・オフと連動して前記スイッチ回路がオン・オフし、
前記ラッチ回路および前記スイッチ回路に含まれるMOSトランジスタが前記ラッチ回路の周辺の回路及び前記トランスファゲートに含まれるMOSトランジスタよりもリーク電流の小さい低リーク型MOSトランジスタで構成され、
前記ラッチ回路の周辺の回路に対する前記第1の電源電圧の供給がオフ状態にあるときに、前記スイッチ回路のオフ状態が保持される、半導体メモリセル。 First and second data storage nodes for electrically holding 1-bit data in the form of two types of voltages having opposite logic levels, and the first and second data storage nodes A latch circuit including first and second MOS transistors respectively connected between a first voltage and a reference voltage;
A switch circuit including at least one MOS transistor for connecting or separating the latch circuit with respect to a peripheral circuit of the latch circuit;
A transfer gate including a MOS transistor connected in series to the switch circuit and selecting the latch circuit in response to an activation signal supplied in response to an address signal;
Have
A second power supply voltage independent of the first power supply voltage supplied to the peripheral circuits of the latch circuit is supplied to the latch circuit;
The switch circuit is turned on / off in conjunction with the turning on / off of the first power supply voltage to the peripheral circuits of the latch circuit,
The MOS transistors included in the latch circuit and the switch circuit are configured by low leakage type MOS transistors having a leakage current smaller than those of the peripheral circuits of the latch circuit and the MOS transistors included in the transfer gate,
A semiconductor memory cell in which an off state of the switch circuit is held when the supply of the first power supply voltage to a peripheral circuit of the latch circuit is in an off state.
第1の端子が前記第1のデータ・ストレージノードに接続され、第2の端子が基準電位の電源電圧端子に接続され、制御端子が前記第2のデータ・ストレージノードに接続された第1の低リーク型NMOSトランジスタと、
第1の端子が前記第2のデータ・ストレージノードに接続され、第2の端子が前記基準電位の電源電圧端子に接続され、制御端子が前記第1のデータ・ストレージノードに接続された第2の低リーク型NMOSトランジスタと、
を有する、請求項6または請求項7に記載の半導体メモリセル。 The latch circuit is
A first terminal connected to the first data storage node, a second terminal connected to a power supply voltage terminal of a reference potential, and a control terminal connected to the second data storage node A low-leakage NMOS transistor;
A first terminal connected to the second data storage node, a second terminal connected to the power supply voltage terminal of the reference potential, and a control terminal connected to the first data storage node; Low-leakage NMOS transistors,
The semiconductor memory cell according to claim 6, comprising:
第1の端子が前記第1のデータ・ストレージノードに接続され、第2の端子が前記第2の電源電圧供給部の電源電圧端子に接続され、制御端子が前記第2のデータ・ストレージノードに接続された第1の低リーク型PMOSトランジスタと、
第1の端子が前記第2のデータ・ストレージノードに接続され、第2の端子が前記第2の電源電圧供給部の電源電圧端子に接続され、制御端子が前記第1のデータ・ストレージノードに接続された第2の低リーク型PMOSトランジスタと、
を有する、請求項8に記載の半導体メモリセル。 The latch circuit is
A first terminal is connected to the first data storage node, a second terminal is connected to a power supply voltage terminal of the second power supply voltage supply unit, and a control terminal is connected to the second data storage node. A first low-leakage PMOS transistor connected;
A first terminal is connected to the second data storage node, a second terminal is connected to a power supply voltage terminal of the second power supply voltage supply unit, and a control terminal is connected to the first data storage node. A second low-leakage PMOS transistor connected;
The semiconductor memory cell according to claim 8, comprising:
第1の端子が前記第1のデータ・ストレージノードに接続され、第2の端子が前記第2の電源電圧供給部の電源電圧端子に接続された第1の抵抗素子と、
第1の端子が前記第2のデータ・ストレージノードに接続され、第2の端子が前記第2の電源電圧供給部の電源電圧端子に接続された第2の抵抗素子と、
を有する、請求項8に記載の半導体メモリセル。 The latch circuit is
A first resistance element having a first terminal connected to the first data storage node and a second terminal connected to a power supply voltage terminal of the second power supply voltage supply;
A second resistance element having a first terminal connected to the second data storage node and a second terminal connected to a power supply voltage terminal of the second power supply voltage supply unit;
The semiconductor memory cell according to claim 8, comprising:
第1の書き込み用ビット線に対して前記第1のデータ・ストレージノードを接続または分離するための第1のスイッチ回路と、
第2の書き込み用ビット線に対して前記第2のデータ・ストレージノードを接続または分離するための第2のスイッチ回路と、
前記ラッチ回路より読み出された電圧を読み出し用のビット線に出力するための出力回路と、
前記第1のスイッチ回路に対して直列に接続され、アドレス信号に応答して供給される書き込み用活性化信号に応答して前記ラッチ回路を選択するMOSトランジスタを含む第1のトランスファゲートと、
前記第2のスイッチ回路に対して直列に接続され、アドレス信号に応答して供給される書き込み用活性化信号に応答して前記ラッチ回路を選択するMOSトランジスタを含む第2のトランスファゲートと、
を有し、
前記出力回路の入力端子が前記第1または第2のスイッチ回路の一方を介して前記ラッチ回路の第1または第2のデータ・ストレージノードに接続され、
前記出力回路に供給される第1の電源電圧から独立した第2の電源電圧が前記ラッチ回路に供給され、
前記出力回路に対する前記第1の電源電圧のオン・オフと連動して前記第1および第2のスイッチ回路がオン・オフし、
前記ラッチ回路および前記第1および第2のスイッチ回路に含まれるMOSトランジスタが前記出力回路、並びに前記第1及び第2のトランスファゲートに含まれるMOSトランジスタよりもリーク電流の小さい低リーク型MOSトランジスタで構成され、
前記出力回路に対する前記第1の電源電圧の供給がオフ状態にあるときに、前記第1および第2のスイッチ回路のオフ状態が保持される、半導体メモリセル。 First and second data storage nodes for electrically holding 1-bit data in the form of two types of voltages having opposite logic levels, and the first and second data storage nodes A latch circuit including first and second MOS transistors respectively connected between a first voltage and a reference voltage;
A first switch circuit for connecting or separating the first data storage node with respect to a first write bit line;
A second switch circuit for connecting or separating the second data storage node with respect to a second write bit line;
An output circuit for outputting a voltage read from the latch circuit to a read bit line;
A first transfer gate which is connected in series to the first switch circuit and includes a MOS transistor which selects the latch circuit in response to a write activation signal supplied in response to an address signal;
A second transfer gate including a MOS transistor connected in series to the second switch circuit and selecting the latch circuit in response to a write activation signal supplied in response to an address signal;
Have
The input terminal of the output circuit is connected to the first or second data storage node of the latch circuit via one of the first or second switch circuit,
A second power supply voltage independent of the first power supply voltage supplied to the output circuit is supplied to the latch circuit;
The first and second switch circuits are turned on / off in conjunction with turning on / off the first power supply voltage with respect to the output circuit,
The MOS transistors included in the latch circuit and the first and second switch circuits are low-leakage MOS transistors having a smaller leakage current than the MOS transistors included in the output circuit and the first and second transfer gates. Configured,
A semiconductor memory cell in which an off state of the first and second switch circuits is maintained when supply of the first power supply voltage to the output circuit is in an off state.
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