JP2018060592A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】SRAM回路がスタンバイ状態のときの接地配線の電位の過剰な浮き上がりを防止する。
【解決手段】半導体装置は、SRAM回路を備える。SRAM回路は、複数のメモリセルMCが行列状に配列されたメモリアレイ11と、各メモリセルMCが共通に接続された接地配線ARVSSと、接地配線ARVSSの電位を動作モードに応じて制御するための第1の電位制御回路16とを含む。第1の電位制御回路16は、接地電位を与える接地ノードVSSと接地配線ARVSSとの間に互いに並列に接続された第1のNMOSトランジスタNM10および第1のPMOSトランジスタPM10を含む。
【選択図】図3
【解決手段】半導体装置は、SRAM回路を備える。SRAM回路は、複数のメモリセルMCが行列状に配列されたメモリアレイ11と、各メモリセルMCが共通に接続された接地配線ARVSSと、接地配線ARVSSの電位を動作モードに応じて制御するための第1の電位制御回路16とを含む。第1の電位制御回路16は、接地電位を与える接地ノードVSSと接地配線ARVSSとの間に互いに並列に接続された第1のNMOSトランジスタNM10および第1のPMOSトランジスタPM10を含む。
【選択図】図3
Description
この発明は半導体装置に関し、たとえば、SRAM回路(Static Random Access Memory)を備えた半導体装置に好適に用いられるものである。
SRAM回路のスタンバイ時のリーク電流を低減させるために、メモリアレイの接地配線の電位を接地電位(0V)よりも高い電位(電源電位と接地電位との間の電位)に設定することが有効である。これによって、メモリセルを構成するオフ状態のMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタのサブスレッショルドリーク電流を低減することができる。
たとえば、特開2004−206745号公報(特許文献1)では、接地配線の電位を制御する電位制御回路を設けることによって待機時の接地配線の電位を約0.4Vに制御している。具体的に、この電位制御回路は、動作時に接地配線の電位を接地電位に固定するためのスイッチ、待機時に接地配線の電位を決めるためのダイオード接続されたNMOS(N-channel MOS)トランジスタ、および常時電流を流す抵抗の3つの素子で構成される。
従来のプロセスで製造されたMOSトランジスタの場合、NMOSトランジスタに比べてPMOS(P-channel MOS)トランジスタのリーク電流は少ない。このため、SRAM回路のリーク電流対策は、メモリセルを構成するNMOSトランジスタのリーク電流のみを考慮すればよかった。
ところが、近年のプロセスでは、PMOSトランジスタの性能が向上したため、PMOSトランジスタのリーク電流によって待機時の接地配線の電位が想定よりも浮き上がる場合がある。特に、finFET(fin Field Effect Transistor)を用いた最新プロセスでは、グローバルばらつきが従来より大きくなるために上記の問題は深刻である。具体的に、NMOSトランジスタがドレイン電流の小さくなるSlowコーナーにおける特性を有し、PMOSトランジスタがドレイン電流の大きくなるFastコーナーにおける特性を有する場合には、待機時の接地配線の電位の浮き上がりが特に大きくなるために、SRAM回路の各メモリセルが保持しているデータが破壊されるおそれがある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施形態による半導体装置において、SRAM回路は、メモリアレイ用の接地配線の電位を動作モードに応じて制御するための接地配線電位制御回路を含む。この接地配線電位制御回路は、接地配線と接地電位を与える接地ノードとの間に互いに並列に接続されたNMOSトランジスタとPMOSトランジスタとを含む。
上記の実施形態によれば、SRAM回路がスタンバイ状態のときの接地配線の電位の過剰な浮き上がりを防止することができる。
以下、各実施形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
<第1の実施形態>
[半導体装置の構成例]
図1は、第1の実施形態による半導体装置の一例として、システムオンチップとして構成されたマイクロコンピュータを概略的に示す平面図である。図1を参照して、マイクロコンピュータチップは、半導体基板100上に形成された、CPU(Central Processing Unit)101と、デジタル論理回路102と、SRAM回路10と、フラッシュメモリ104と、アナログ回路103と、入出力(I/O:Input/Output)回路105とを含む。
[半導体装置の構成例]
図1は、第1の実施形態による半導体装置の一例として、システムオンチップとして構成されたマイクロコンピュータを概略的に示す平面図である。図1を参照して、マイクロコンピュータチップは、半導体基板100上に形成された、CPU(Central Processing Unit)101と、デジタル論理回路102と、SRAM回路10と、フラッシュメモリ104と、アナログ回路103と、入出力(I/O:Input/Output)回路105とを含む。
デジタル論理回路102は、たとえば、CPU101の周辺論理回路および専用の信号処理回路などを含む。SRAM回路10は、内蔵のRAM(Random Access Memory)として用いられ、フラッシュメモリ104は、内蔵のROM(Read Only Memory)として用いられる。アナログ回路103は、たとえば、A/D(Analog to Digital)変換器、D/A(Digital to Analog)変換器などを含む。入出力回路105は、外部との間で信号の入出力を行うためのインターフェースである。
SRAM回路10は、動作モードとして、通常動作(Normal Operation:NOP)モードと、レジュームスタンバイ(Resume Standby:RS)モードと、シャットダウン(Shutdown:SD)モードとを有する。通常動作モードは、データ読出しおよびデータ書込みを行うときの動作モードである。レジュームスタンバイモードは、書込まれたデータを保持した状態で消費電力を低減させる動作モードである。シャットダウンモードでは、書き込まれたデータを保持せずに機能を停止するときの動作モードである。以下では、レジュームスタンバイモードをスタンバイモードと簡略化して記載する場合がある。
[SRAM回路の構成]
図2は、図1のSRAM回路の構成を模式的に示すブロック図である。図1を参照して、SRAM回路10は、メモリアレイ11と、複数のワード線WLと、複数のビット線対BL,/BLと、複数のワード線ドライバ12と、複数の入出力(I/O)回路13と、制御回路&アドレスデコーダ14とを含む。SRAM回路10は、さらに、接地配線ARVSSと、図示しない電源配線ARVDDと、複数の接地配線電位制御回路16と、動作モード制御回路20とを含む。
図2は、図1のSRAM回路の構成を模式的に示すブロック図である。図1を参照して、SRAM回路10は、メモリアレイ11と、複数のワード線WLと、複数のビット線対BL,/BLと、複数のワード線ドライバ12と、複数の入出力(I/O)回路13と、制御回路&アドレスデコーダ14とを含む。SRAM回路10は、さらに、接地配線ARVSSと、図示しない電源配線ARVDDと、複数の接地配線電位制御回路16と、動作モード制御回路20とを含む。
メモリアレイ11は、行列状に配置された複数のメモリセルMCを含む。図2において、第i行、第j列目(0≦i≦m;0≦j≦n)のメモリセルMCをMC[i,j]と記載する。メモリアレイ11は、全部でm+1行、n+1列の(m+1)×(n+1)個のメモリセルを含む。図2では、代表的に2行4列のメモリセルMC[0,0]〜MC[1,3]が示されている。
メモリアレイ11の行にそれぞれ対応して行方向(X方向)に延在するワード線WLが設けられ、メモリアレイ11の列にそれぞれ対応して列方向(Y方向)に延在するビット線対BL,/BLが設けられる。各ワード線WLは対応する行に設けられたメモリセルMCと接続される。各ビット線対BL,/BLは、対応する列に設けられた各メモリセルMCと接続される。
ワード線ドライバ12は、複数のワード線WLにそれぞれ対応して設けられる。各ワード線ドライバ12は、SRAM回路10の外部から与えられたアドレス信号のデコード結果に従って、対応する行が選択された場合に、対応する行のワード線WLを活性化する(すなわち、論理レベルがハイレベル(Hレベル)の電圧を与える)。
I/O回路13は、複数列ごとに1個ずつ設けられる。図2では、2列ごとに1個ずつ設けられたMUX2(マルチプレックス2)の構成を示している。図2の構成とは異なり、4列ごとに1個ずつ設けられたMUX4、または、8列ごとに1個ずつ設けられたMUX8などの構成であっても構わない。I/O回路13は、SRAM回路10の外部から書込みデータを受けて、対応する列の選択されたメモリセルMCへデータの書込みを行う。さらに、I/O回路13は、対応する列の選択されたメモリセルMCからデータを読出し、読み出したデータをSRAM回路10の外部へ出力する。
制御回路&アドレスデコーダ14は、外部から与えられたコマンド(書込み命令、読出し命令)に従って、I/O回路13でのデータ書込みおよびデータ読出しのタイミングを制御する。さらに、制御回路&アドレスデコーダ14は、SRAM回路10の外部から与えられたアドレス信号をデコードし、デコード結果に基づいて選択された行および列に対応するワード線ドライバ12およびI/O回路13を駆動する。
接地配線ARVSSは、メモリアレイ11内にメッシュ状に配線され、各メモリセルMCと接続される。通常動作モードでは、接地配線ARVSSを介して各メモリセルMCに接地電位(0V)が供給される。メモリアレイ11内には、さらに、各メモリセルMCに電源電位を供給するために、メッシュ状に配線された図示しない電源配線ARVDDも設けられている。
接地配線電位制御回路16は、図2の例では、I/O回路13ごとに配置されている。接地配線電位制御回路16は、接地配線ARVSSの電位を動作モードに応じた所定の電位となるように制御する。具体的に、接地配線電位制御回路16は、通常動作モードでは、接地配線ARVSSの電位が接地電位となるように制御し、レジュームスタンバイモードでは、接地配線ARVSSの電位が接地電位と電源電位との間の中間的な電位となるように制御する。さらに、接地配線電位制御回路16は、シャットダウンモードでは、接地配線ARVSSをフローティング状態にする。
動作モード制御回路20は、制御回路&アドレスデコーダ14から与えられた動作モードを表す信号に従って、各接地配線電位制御回路16の動作を制御する。
[メモリセルおよび接地配線電位制御回路の構成]
図3は、図2のメモリセルMCおよび接地配線電位制御回路16のより詳細な構成を示す回路図である。
図3は、図2のメモリセルMCおよび接地配線電位制御回路16のより詳細な構成を示す回路図である。
(メモリセルMC)
図3を参照して、各メモリセルMCは、2個のCMOS(Complementary MOS)インバータからなるラッチ回路と、2個の転送用のNMOSトランジスタNM1,NM2とを含む。
図3を参照して、各メモリセルMCは、2個のCMOS(Complementary MOS)インバータからなるラッチ回路と、2個の転送用のNMOSトランジスタNM1,NM2とを含む。
ラッチ回路を構成する第1のCMOSインバータは、電源配線ARVDDと接地配線ARVSSとの間に直列に接続されたPMOSトランジスタPM1およびNMOSトランジスタNM3を含む。ラッチ回路を構成する第2のCMOSインバータは、電源配線ARVDDと接地配線ARVSSとの間に直列に接続されたPMOSトランジスタPM2およびNMOSトランジスタNM4を含む。PMOSトランジスタPM1およびNMOSトランジスタNM3の接続ノードND1は、PMOSトランジスタPM2およびNMOSトランジスタNM4のゲートに接続される。PMOSトランジスタPM2およびNMOSトランジスタNM4の接続ノードND1は、PMOSトランジスタPM1およびNMOSトランジスタNM3のゲートに接続される。
転送用のNMOSトランジスタNM1は、接続ノードND1とビット線BLとの間に接続される。転送用のNMOSトランジスタNM2は、接続ノードND2とビット線/BLとの間に接続される。NMOSトランジスタNM1,NM2のゲートは、共通のワード線WLに接続される。
各メモリセルMCは、接続ノードND1,ND2に相補となる電位(一方がHレベルで他方がLレベル(ローレベル)となる電位)を保持する。以下、書込み動作の手順を簡単に説明する。たとえば、接続ノードND1にHレベルの電圧を保持させ、接続ノードND2にローレベル(Lレベル)の電圧を保持させる場合、最初に、ビット線BLの電位をHレベルに設定し、ビット線/BLの電位をLレベルに設定する。次に、ワード線WLの電位をLレベルからHレベルに変化させた状態を所定時間保持することによって、接続ノードND1の電位はHレベルに変化し、接続ノードND2の電位はLレベルに変化する。
次に、読出し動作の手順を簡単に説明する。接続ノードND1の電位はHレベルに予め設定され、接続ノードND2の電位はLレベルに予め設定されているとする。最初に、ビット線対BL,/BLを電源電位にプリチャージする。その後、ワード線WLをLレベルからHレベルに変化させると、Hレベルの電圧を保持している接続ノードND1に接続されたビット線BLの電位は変化しないのに対して、Lレベルの電圧を保持している接続ノードND2に接続されたビット線/BLの電位は低下する。このビット線BL,/BL間の電位差をI/O回路13に設けられた図示しないセンスアンプによって増幅することによって、メモリセルMCに保持されたデータを読出すことができる。
(接地配線電位制御回路16)
接地配線電位制御回路16は、接地配線ARVSSと接地電位を与える接地ノードVSSとの間に、互いに並列に接続されたNMOSトランジスタNM10とPMOSトランジスタPM10とを含む。すなわち、NMOSトランジスタNM10はソース接地となっているのに対して、PMOSトランジスタPM10はドレイン接地(ソースフォロア)となっている。さらに、NMOSトランジスタNM10のゲートは、動作モード制御回路20に設けられたNMOSトランジスタNM11を介して接地配線ARVSSに接続されている。動作モード制御回路20は、NMOSトランジスタNM10,NM11のゲートおよびPMOSトランジスタPM10のゲートを動作モードに応じた電位に設定する。
接地配線電位制御回路16は、接地配線ARVSSと接地電位を与える接地ノードVSSとの間に、互いに並列に接続されたNMOSトランジスタNM10とPMOSトランジスタPM10とを含む。すなわち、NMOSトランジスタNM10はソース接地となっているのに対して、PMOSトランジスタPM10はドレイン接地(ソースフォロア)となっている。さらに、NMOSトランジスタNM10のゲートは、動作モード制御回路20に設けられたNMOSトランジスタNM11を介して接地配線ARVSSに接続されている。動作モード制御回路20は、NMOSトランジスタNM10,NM11のゲートおよびPMOSトランジスタPM10のゲートを動作モードに応じた電位に設定する。
具体的に、レジュームスタンバイ(RS)モード時には、NMOSトランジスタNM11のゲート電位がHレベル(電源電位)に設定されることによって、NMOSトランジスタNM10はダイオード接続された状態になる。さらに、PMOSトランジスタPM10のゲート電位がLレベル(接地電位)に設定されることによって、PMOSトランジスタPM10はオン状態となる。
以上の構成によれば、NMOSトランジスタNM10がダイオード接続されたことによって、接地配線ARVSSの電位は、接地電位からある電位まで浮き上がる。メモリセルMCを構成するPMOSトランジスタのリーク電流が増加するにつれて接地配線ARVSS電位の浮き上がりは増加する。一方で、PMOSトランジスタPM10を介して接地配線ARVSSから電流が引き抜かれることによって接地配線ARVSSの電位は低下する。これらのバランスの結果、最終的な接地配線ARVSSの電位が決まる。
グローバルばらつきのために、NMOSトランジスタがSlowコーナーにおける特性を有し、PMOSトランジスタがFastコーナーにおける特性を有する場合には、NMOSトランジスタNM10だけでは、メモリセルを構成するPMOSトランジスタのリーク電流に起因した接地配線ARVSSの電位の過剰な浮き上がりを抑えることができない。図3の構成では、PMOSトランジスタPM10を介して接地配線ARVSSから電荷が引き抜かれることによって、スタンバイモード時における接地配線ARVSSの電位の過剰な浮き上がりを防止することができる。
一方、通常動作モード(NOPモード)時には、動作モード制御回路20は、NMOSトランジスタNM11のゲート電位をLレベルに設定することによってNMOSトランジスタNM11をオフ状態にするとともに、NMOSトランジスタNM10のゲート電位をHレベルに設定することによってNMOSトランジスタNM10をオン状態にする。さらに、PMOSトランジスタPM10のゲート電位をLレベルに設定することによってPMOSトランジスタPM10もオン状態にする。これによって、接地配線ARVSSの電位は接地電位に維持される。
シャットダウンモード(SDモード)時には、動作モード制御回路20は、NMOSトランジスタNM10,NM11のゲート電位をLレベルに設定することによって、NMOSトランジスタNM10,NM11をオフ状態にする。さらに、動作モード制御回路20は、PMOSトランジスタPM10のゲート電位をHレベルに設定することによって、PMOSトランジスタPM10をオフ状態にする。これによって、接地配線ARVSSがフローティング状態になる。
[動作モード制御回路20の構成例]
図4は、図2の動作モード制御回路20の構成の一例を示す回路図である。図4では、図2のSRAM回路10のうち1つのI/O回路13に対応する部分のみ示している。以下では、メモリアレイ11のうち1つのI/O回路13に対応する2列分をメモリセルグループ17と称する場合がある。接地配線電位制御回路16は、I/O回路13ごとに1つずつ配置されている。
図4は、図2の動作モード制御回路20の構成の一例を示す回路図である。図4では、図2のSRAM回路10のうち1つのI/O回路13に対応する部分のみ示している。以下では、メモリアレイ11のうち1つのI/O回路13に対応する2列分をメモリセルグループ17と称する場合がある。接地配線電位制御回路16は、I/O回路13ごとに1つずつ配置されている。
図4を参照して、接地配線電位制御回路16を構成するNMOSトランジスタNM10のゲートは、各接地配線電位制御回路16で共通の制御線ARYSWNに接続される。NMOSトランジスタNM10のソースは接地ノードVSSに接続され、ドレインは接地配線ARVSSに接続される。NMOSトランジスタNM10のバックゲートは接地ノードVSSに接続される。
各接地配線電位制御回路16を構成するPMOSトランジスタPM10のゲートは、各接地配線電位制御回路16で共通の制御線ARYSWPに接続される。PMOSトランジスタPM10のソースは接地配線ARVSSに接続され、ドレインは接地ノードVSSに接続される。PMOSトランジスタPM10のバックゲートは、電源電位を与える電源ノードVDDに接続される。
動作モード制御回路20は、図2の制御回路&アドレスデコーダ14から受けた制御信号RS,SDに基づいて、制御線ARYSWN,ARYSWPに制御信号を出力する。具体的に、動作モード制御回路20は、スイッチとしてのPMOSトランジスタPM11と、スイッチとしてのNMOSトランジスタNM11,NM12と、インバータ23,24,25と、NANDゲート21と、NORゲート22とを含む。
PMOSトランジスタPM11およびNMOSトランジスタNM12は、電源ノードVDDと接地ノードVSSとの間にこの並び順で直列に接続される。NMOSトランジスタNM11は、PMOSトランジスタPM11およびNMOSトランジスタNM12の接続ノードND3と接地配線ARVSSとの間に接続される。
NANDゲート21の第1の入力端子およびNORゲート22の第1の入力端子には、制御信号SDが入力される。NANDゲート21の第2の入力端子には、制御信号RSがインバータ23,24を介して(したがって、制御信号RSと同じ論理レベルの信号が)入力される。NORゲート22の第2の入力端子には、インバータ23を介して制御信号RSが入力される。
PMOSトランジスタPM11のゲートには、制御信号RSがインバータ23,24を介して(したがって、制御信号RSと同じ論理レベルの信号が)入力される。NMOSトランジスタNM12のゲートおよび制御線ARYSWPには、NANDゲート21の出力信号がインバータ25によって反転されてから入力される。制御線ARYSWNは、PMOSトランジスタPM11およびNMOSトランジスタNM12の接続ノードND3に接続される。NMOSトランジスタNM11のゲートには、NORゲート22の出力信号が入力される。
[動作モード制御回路20の動作]
図5は、動作モード制御回路20の動作を示すタイミングチャートである。以下、図4および図5を参照して、動作モード制御回路の動作について説明する。
図5は、動作モード制御回路20の動作を示すタイミングチャートである。以下、図4および図5を参照して、動作モード制御回路の動作について説明する。
通常動作(NOP)モードは、図5の時刻t1以前、時刻t2から時刻t3まで、および時刻t4以降に対応する。通常動作(NOP)モードでは、制御信号RS,SDともにLレベルである。この場合、NMOSトランジスタNM11のゲート電位はLレベルに設定されるので、NMOSトランジスタNM11はオフ状態になる。PMOSトランジスタPM11のゲート電位はLレベルに設定されるので、PMOSトランジスタPM11はオン状態になる。NMOSトランジスタNM12のゲート電位はLレベルに設定されるので、NMOSトランジスタNM12はオフ状態になる。この結果、制御線ARYSWNの電位はHレベルに設定されるので、各接地配線電位制御回路16に設けられたNMOSトランジスタNM10はオン状態になる。さらに、制御線ARYSWPの電位がLレベルに設定されるので、各接地配線電位制御回路16に設けられたPMOSトランジスタPM10はオン状態になる。以上により、通常動作(NOP)モードでは、接地配線ARVSSの電位は接地電位にほぼ等しくなる。
レジュームスタンバイ(RS)モードは、図5の時刻t1から時刻t2までに対応する。レジュームスタンバイ(RS)モードでは、制御信号RSがHレベルになり、制御信号SDがLレベルになる。この場合、NMOSトランジスタNM11のゲート電位はHレベルに設定されるので、NMOSトランジスタNM11はオン状態になる。さらに、PMOSトランジスタPM11のゲート電位はHレベルに設定され、NMOSトランジスタNM12のゲート電位はLレベルに設定されるので、これらのトランジスタPM11,NM12はオフ状態となる。このように、レジュームスタンバイ(RS)モードでは、接続ノードND3および制御線ARYSWNは、電源ノードVDDおよび接地ノードVSSのいずれにも接続されずに、接地配線ARVSSに接続される。この結果、NMOSトランジスタNM10はダイオード接続された状態になる。さらに、レジュームスタンバイ(RS)モードでは、制御線ARYSWPの電位はLレベルに設定されるので、PMOSトランジスタPM10はオン状態となる。
以上の構成によれば、NMOSトランジスタNM10がダイオード接続されたことによって、接地配線ARVSSの電位は接地電位からある電位まで浮き上がる。その一方で、PMOSトランジスタPM10を介して接地配線ARVSSの電荷が引き抜かれるので、接地配線ARVSSの電位は低下し、最終的な接地配線ARVSSの電位ΔV1に落ち着く。
シャットダウン(SD)モードは、図5の時刻t3から時刻t4までに対応する。シャットダウン(SD)モードでは、制御信号RS,SDのいずれもHレベルになる。この場合、NMOSトランジスタNM11のゲート電位はLレベルに設定されるので、NMOSトランジスタNM11はオフ状態になる。PMOSトランジスタPM11のゲート電位はHレベルに設定されるので、PMOSトランジスタPM11はオフ状態になる。NMOSトランジスタNM12のゲート電位はHレベルに設定されるので、NMOSトランジスタNM12はオン状態になる。この結果、制御線ARYSWNの電位はLレベルに設定されるので、各接地配線電位制御回路16に設けられたNMOSトランジスタNM10はオフ状態になる。さらに、制御線ARYSWPの電位がHレベルに設定されるのでPMOSトランジスタPM10はオフ状態になる。以上により、レジュームスタンバイ(RS)モードでは、接地配線ARVSSはフローティング状態になる。
[接地配線電位制御回路および動作モード制御回路の変形例]
SRAM回路の動作モードが、通常動作モードとレジュームスタンバイモードのみを有し、シャットダウンモードを有さない場合には、図4の接地配線電位制御回路16および動作モード制御回路20の構成を簡略化することができる。以下、図面を参照して具体的に説明する。
SRAM回路の動作モードが、通常動作モードとレジュームスタンバイモードのみを有し、シャットダウンモードを有さない場合には、図4の接地配線電位制御回路16および動作モード制御回路20の構成を簡略化することができる。以下、図面を参照して具体的に説明する。
図6は、図4の変形例の回路図である。図6の接地配線電位制御回路16Aは、PMOSトランジスタPM10のゲートが接地ノードVSSに常時接続されている点で(したがって、常時オン状態となっている点で)図4の接地配線電位制御回路16と異なる。具体的に、PMOSトランジスタPM10のソースは接地配線ARVSSに接続され、そのドレインおよびゲートは接地ノードVSSに接続される。PMOSトランジスタPM10のバックゲートは電源ノードVDDに接続される。図6の場合には、制御線ARYSWPは設けられていない。NMOSトランジスタNM10の接続は図4の場合と同じであるので説明を繰り返さない。
図6の動作モード制御回路20Aは、図2の制御回路&アドレスデコーダ14から受けた制御信号RSに基づいて、各接地配線電位制御回路16AのNMOSトランジスタNM10のゲートに共通に接続された制御線ARYSWNの電位を制御する。具体的に、動作モード制御回路20Aは、スイッチとしてのNMOSトランジスタNM11と、スイッチとしてのPMOSトランジスタPM11とを含む。
NMOSトランジスタNM11は、接地配線ARVSSと制御線ARYSWNとの間に接続される。PMOSトランジスタPM11は、電源ノードVDDと制御線ARYSWNとの間に接続される。NMOSトランジスタNM11およびPMOSトランジスタPM11のゲートには、制御信号RSが入力される。
通常動作(NOP)モードでは、制御信号RSがLレベルである。この場合、NMOSトランジスタNM11はオフ状態となり、PMOSトランジスタPM11はオン状態となるので、制御線ARYSWNの電位はHレベル(電源電位)に設定される。したがって、NMOSトランジスタNM10は、オン状態となり、オン状態のPMOSトランジスタPM10とともに接地配線ARVSSの電位を接地電位まで引き下げる。
レジュームスタンバイ(RS)モードでは、制御信号RSがHレベルである。この場合、NMOSトランジスタNM11はオン状態となり、PMOSトランジスタPM11はオフ状態となるので、NMOSトランジスタNM10はダイオード接続された状態となる。したがって、接地配線ARVSSの電位は接地電位よりも高くなるが、オン状態のドレイン接地のPMOSトランジスタPM11によって接地配線ARVSSの電荷が引き抜かれることによって、接地配線ARVSSの電位の過剰な浮き上がりを抑えることができる。
[第1の実施形態の効果]
以上のとおり第1の実施形態によれば、SRAM回路の各メモリセルMCと接続された接地配線ARVSSと、接地電位を与える接地ノードVSSとの間には、NMOSトランジスタNM10とPMOSトランジスタPM10とが並列に設けられる。レジュームスタンバイモード時には、NMOSトランジスタNM10のゲートが接地配線ARVSSと接続されることによって、NMOSトランジスタNM10はダイオード接続された状態となる。PMOSトランジスタPM10のゲートにLレベルの信号が与えられることによって、PMNOSトランジスタPM10はオン状態となる。
以上のとおり第1の実施形態によれば、SRAM回路の各メモリセルMCと接続された接地配線ARVSSと、接地電位を与える接地ノードVSSとの間には、NMOSトランジスタNM10とPMOSトランジスタPM10とが並列に設けられる。レジュームスタンバイモード時には、NMOSトランジスタNM10のゲートが接地配線ARVSSと接続されることによって、NMOSトランジスタNM10はダイオード接続された状態となる。PMOSトランジスタPM10のゲートにLレベルの信号が与えられることによって、PMNOSトランジスタPM10はオン状態となる。
上記の構成によって、レジュームスタンバイモード時には、メモリセルMCに保持されたデータを破壊しない範囲であり、かつ、メモリセルのリーク電流を低減させることができる電位まで、接地配線ARVSSの電位を上昇させることができる。特に、グローバルばらつきのために、NMOSトランジスタがSlowコーナーにおける特性を有し、PMOSトランジスタがFastコーナーにおける特性を有する場合であっても、Fastコーナーの特性を有するPMOSトランジスタPM10を介して接地配線ARVSSから電流を引き抜くことができるので、接地配線ARVSSの電位の過剰な浮き上がりを防止することができる。
特に、finFETを用いた最新プロセスでは、PMOSトランジスタの性能が従来よりも向上するとともに、グローバルばらつきが従来よりも大きくなっているために、レジュームスタンバイ時の接地配線ARVSSの電位が過剰に浮き上がりがちである。上記の構成は、finFETを用いてMOSトランジスタを形成する場合に特に有用である。
<第2の実施形態>
第2の実施形態では、図2および図4などで説明した接地配線電位制御回路16の半導体基板上での配置について説明する。以下では、まず、セル内でのPウェルとNウェルの望ましい配置について説明する。
第2の実施形態では、図2および図4などで説明した接地配線電位制御回路16の半導体基板上での配置について説明する。以下では、まず、セル内でのPウェルとNウェルの望ましい配置について説明する。
[セル内でのNウェルおよびPウェルの配置について]
一般に、Nウェルには電源電位が供給され、Pウェルには接地電位が供給される。セルベースIC(Integrated Circuit)の場合、同じ電源電圧を利用する複数のセルのNウェル同士を接触させても問題がない。しかしながら、異なる電源電圧を利用する複数のセル(たとえば、スタンダードセルとIOセル等)のNウェル同士を接触させることはできない。この場合、Nウェル同士の間隔をより広げる必要がある。以上の理由から、Nウェルのセル内での配置には制約がある。
一般に、Nウェルには電源電位が供給され、Pウェルには接地電位が供給される。セルベースIC(Integrated Circuit)の場合、同じ電源電圧を利用する複数のセルのNウェル同士を接触させても問題がない。しかしながら、異なる電源電圧を利用する複数のセル(たとえば、スタンダードセルとIOセル等)のNウェル同士を接触させることはできない。この場合、Nウェル同士の間隔をより広げる必要がある。以上の理由から、Nウェルのセル内での配置には制約がある。
図7は、セル内でのNウェルの配置を説明するための平面図である。図7を参照して、Nウェル31は、セル30の枠32A,32Bから距離a,bをそれぞれあけて配置するのが望ましい。セル30の隣にどのような種類のセルが配置されたとしても、デザインルールを満たすようにするためである。したがって、セル枠32近接する領域にはPウェルを配置する方が望ましい。セル枠32に近接する領域にNウェルを配置すると、隣接するセルとの間隔をより広げる必要があるからである。以下で説明するSRAM回路の場合にも、SRAM回路の配置領域の端部はできるだけPウェルとなるようにするのが望ましい。
[接地配線電位制御回路の配置の一例]
図8は、図2のSRAM回路のレイアウトの概略を示す平面図である。図9は、図2のSRAM回路において、接地配線電位制御回路のより詳細な配置を示す平面図である。以下では、メモリアレイ11の行方向をX方向と称し、列方向をY方向と称する。さらに、X方向に沿った向きを区別する場合には、+X方向および−X方向のように符号を付して示す。Y方向についても同様である。
図8は、図2のSRAM回路のレイアウトの概略を示す平面図である。図9は、図2のSRAM回路において、接地配線電位制御回路のより詳細な配置を示す平面図である。以下では、メモリアレイ11の行方向をX方向と称し、列方向をY方向と称する。さらに、X方向に沿った向きを区別する場合には、+X方向および−X方向のように符号を付して示す。Y方向についても同様である。
図8および図9を参照して、SRAM回路10が形成された基板を平面視して、I/O回路13は、メモリアレイ11の対応する部分(すなわち、ビット線対BL,/BLを介して接続された部分)に対して列方向側(−Y方向側)に配置される。接地配線電位制御回路16は、メモリアレイ11とI/O回路13との間に配置される。
メモリアレイ11を挟んで接地配線電位制御回路16と反対側には、NMOSトランジスタNM13が設けられる。NMOSトランジスタNM13は、たとえば、接地配線電位制御回路16ごとに(したがって、I/O回路13ごとに)設けられる。NMOSトランジスタNM13のドレインは接地配線ARVSSに接続され、そのソースは接地ノードVSSに接続される。NMOSトランジスタNM13のゲートは、各NMOSトランジスタNM13で共通の制御線ARYSWN2に接続される。
NMOSトランジスタNM13は、通常動作モード時に、接地配線ARVSSを確実に接地電位VSSにほぼ等しくするために設けられている。具体的に、制御線ARYSWN2には、図2の動作モード制御回路20から制御信号が供給される。通常動作(NOP)モード時には、制御線ARYSWN2の電位がHレベルに設定されることによって、各NMOSトランジスタNM13はオン状態になる。これによって、メモリアレイ11用の接地配線ARVSSの電位は確実に接地電位にまで低下する。レジュームスタンバイ(RS)モードおよびシャットダウン(SD)モードでは、制御線ARYSWN2の電位はローレベルに設定されることによって、各NMOSトランジスタNM13はオフ状態になる。
NMOSトランジスタNM13が配置される領域は、Pウェル(PWELL)領域70である。したがって、SRAM回路マクロの+Y方向側の終端をPウェルにすることができるので、面積効率のよい配置が可能になる。
一方、接地配線電位制御回路16を構成するNMOSトランジスタNM10は、メモリアレイ11が配置された領域に隣接してX方向に延在するPウェル領域71に形成される。接地配線電位制御回路16を構成するPMOSトランジスタPM10は、メモリアレイ11とは反対側(−Y方向側)でこのPウェル領域71に隣接するNウェル(NWELL)領域72に配置される。
上記のように接地配線電位制御回路16を配置することによって、PMOSトランジスタPM10が配置されたNウェル領域72を、I/O回路13に設けられたプリチャージ回路CPCと共有することができるので、省面積化を図ることができる。図9に示すように、プリチャージ回路CPCは、PMOSトランジスタPM20,PM21,PM22を含む。PMOSトランジスタPM20は、ビット線対を構成する第1および第2のビット線BL,/BL間に接続される。PMOSトランジスタPM21は、電源ノードVDDと第1のビット線BLとの間に接続される。PMOSトランジスタPM22は、電源ノードVDDと第2のビット線/BLとの間に接続される。これらのPMOSトランジスタPM20,PM21,PM22のゲートには共通の制御信号が入力される。
[接地配線電位制御回路の他の配置例]
図10は、接地配線電位制御回路の他の配置例を説明するための図である。図10に示すSRAM回路10Aの配置は、図2のSRAM回路10の配置を変形したものである。
図10は、接地配線電位制御回路の他の配置例を説明するための図である。図10に示すSRAM回路10Aの配置は、図2のSRAM回路10の配置を変形したものである。
具体的に、ワード線ドライバ12の配置領域と制御回路&アドレスデコーダ14との間に動作モード制御回路20を配置するスペースがない場合には、図10に示すように動作モード制御回路20を比較的スペースに余裕のあるワード線ドライバ12の+Y方向側の終端に配置することができる。この場合、接地配線電位制御回路16もメモリアレイ11に対して+Y方向側に、すなわち、メモリアレイ11を挟んでI/O回路13と反対側に配置される。
図11は、図10のSRAM回路のレイアウトの概略を示す平面図である。図12は、図10の接地配線電位制御回路のより詳細な配置を示す平面図である。図11および図12を参照して、接地配線電位制御回路16は、メモリアレイ11を挟んでI/O回路13と反対側に配置される。接地配線電位制御回路16を構成するPMOSトランジスタPM10は、メモリアレイ11の配置領域に隣接してX方向に延在するNウェル領域74に形成される。接地配線電位制御回路16を構成するNMOSトランジスタNM10は、メモリアレイ11とは反対側(+Y方向側)でこのNウェル領域74に隣接するPウェル領域73に配置される。したがって、SRAM回路マクロの+Y方向側の終端をPウェルにすることができるので、面積効率のよい配置が可能になる。
さらに、SRAM回路10Aには、図9で説明したように、メモリアレイ11を挟んで接地配線電位制御回路16と反対側に、すなわち、メモリアレイ11とI/O回路との間にNMOSトランジスタNM13が設けられている。NMOSトランジスタNM13のドレインは接地配線ARVSSに接続され、そのソースは接地ノードVSSに接続される。NMOSトランジスタNM13のゲートは、共通の制御線ARYSWN2に接続される。NMOSトランジスタNM13は、通常動作(NOP)モード時にオン状態となるように制御されることによって、接地配線ARVSSの電位を確実に接地電位にまで低下させる。
図12に示すように、NMOSトランジスタNM13は、メモリアレイ11の配置領域に隣接してX方向に延在するPウェル領域75に設けられる。I/O回路13に設けられたプリチャージ回路CPCは、メモリアレイ11とは反対側(−Y方向側)でこのPウェル領域75に隣接するNウェル領域76に配置される。
[第2の実施形態の効果]
第2の実施形態によれば、第1の実施形態の場合と同様の効果に加えて、面積効率のよい回路配置が可能になるので、省面積化を図ることができる。
第2の実施形態によれば、第1の実施形態の場合と同様の効果に加えて、面積効率のよい回路配置が可能になるので、省面積化を図ることができる。
<第3の実施形態>
[SRAM回路の構成]
図13は、第3の実施形態の半導体装置において、SRAM回路の構成を模式的に示すブロック図である。図13のSRAM回路10Bは、メモリアレイ用の電源配線ARVDDの電位を制御する電源配線電位制御回路50をさらに含む点で図2のSRAM回路10と異なる。電源配線電位制御回路50は、I/O回路13ごとに1つずつ配置されている。
[SRAM回路の構成]
図13は、第3の実施形態の半導体装置において、SRAM回路の構成を模式的に示すブロック図である。図13のSRAM回路10Bは、メモリアレイ用の電源配線ARVDDの電位を制御する電源配線電位制御回路50をさらに含む点で図2のSRAM回路10と異なる。電源配線電位制御回路50は、I/O回路13ごとに1つずつ配置されている。
具体的には図13に示すように、電源配線ARVDDは、メモリアレイ11内にメッシュ状に配線され、各メモリセルMCと接続されている。図13のレイアウトとは異なるが、電源配線ARVDDをI/O回路13ごとに独立して配線するようにしてもよい。電源配線電位制御回路50は、通常動作モードおよびレジュームスタンバイモードにおいて、電源配線ARVDDと電源ノードVDDとを接続することによって電源配線ARVDDに電源電位を与える。電源配線電位制御回路50は、シャットダウンモードにおいて、電源配線ARVDDと電源ノードVDDとの間を切断することによって電源配線ARVDDをフローティング状態にする。電源配線電位制御回路50の動作は、動作モード制御回路20からの制御信号によって制御される。
図13のその他の点は図2と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
図14は、図13のSRAM回路の基板上でのレイアウトの概略を示す平面図である。図15は、図13のSRAM回路において、電源配線電位制御回路のより詳細な配置を示す平面図である。図15では、図13のSRAM回路10Bのうち1つのI/O回路13に対応する部分のみ示している。接地配線電位制御回路16および電源配線電位制御回路50は、I/O回路13ごとに1つずつ配置されている。
図9で説明したように、接地配線電位制御回路16を構成するNMOSトランジスタNM10は、メモリアレイ11が配置された領域に隣接してX方向に延在するPウェル領域71に形成される。接地配線電位制御回路16を構成するPMOSトランジスタPM10は、メモリアレイ11とは反対側(−Y方向側)でこのPウェル領域71に隣接するNウェル領域72に配置される。
電源配線電位制御回路50は、電源ノードVDDとメモリアレイ11(メモリセルグループ17)の電源配線ARVDDとの間に接続されたPMOSトランジスタPM12を含む。PMOSトランジスタPM12は、接地配線電位制御回路16を構成するPMOSトランジスタPM10と同じNウェル領域72に配置される。PMOSトランジスタPM12のゲートは、PMOSトランジスタPM10のゲートと共通の制御線ARYSWPと接続される。これによって、PMOSトランジスタPM10,PM12は両方とも、通常動作モードおよびレジュームスタンバイモードにおいてオン状態になり、シャットダウンモードにおいてオフ状態になる。
図15のその他の点は図9の場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
[finFETを用いた構成例]
以下、finFETを用いた上記のPMOSトランジスタPM10,PM12の構成例について説明する。
以下、finFETを用いた上記のPMOSトランジスタPM10,PM12の構成例について説明する。
図16は、finFETを用いて形成された図15のPMOSトランジスタの構造を模式的に示す平面図である。図17は、finFETを用いて形成された図15のPMOSトランジスタの構造を模式的に示す斜視図である。図17のx方向およびy方向の端面は切断面を示している。
図16および図17を参照して、複数のフィン(fin)はシリコン基板(Si)上に形成される。フィン(fin)はMOSトランジスタのチャネルとして用いられる。フィン(fin)の本数は、必要なドレイン電流の大きさに応じて決まる。フィン(fin)以外のSi基板上は層間絶縁用の酸化膜(MO)で覆われている。複数のフィン(fin)を跨ぐようにポリシリコン(PO)によってゲートが形成される。ゲートとフィン(fin)との間にはゲート酸化膜が予め形成される。ゲートは上部の金属配線層(M0_PO)と接続される。さらに、ゲートの両側において複数のフィン(fin)を跨ぐようによってドレイン用の金属配線およびソース用の金属配線(M0_OD)が形成される。
上記のように、接地配線電位制御回路16を構成するPMOSトランジスタPM10と、電源配線電位制御回路50を構成するPMOSトランジスタPM12とでは、ゲート、ソース配線、およびドレイン配線の各々が共通化された1本の配線で形成できるというメリットがあり、省面積化が図れる。
図18は、finFETで形成されたNMOSトランジスタの構成を模式的に示す断面図である。図18を参照して、NMOSトランジスタは、P型基板(Psub)上に形成されたPウェル(Pwell)領域内に形成される。Pウェル内にはN型(n+)の不純物領域(ソース領域およびドレイン領域)が形成される。フィン(fin)は、これらの不純物領域を連結するようにPウェル(Pwell)上に形成される。ソース領域とドレイン領域との間でフィン(fin)を跨ぐように、ゲート酸化膜を介在して、ゲートがポリシリコン(PO)によって形成される。ゲートの上部に金属配線層(M0_PO)が形成される。ソース領域およびドレイン領域(n+)の上部には、ソース用の金属配線層およびドレイン用の金属配線層(M0_OD)が形成される。ゲート用の金属配線層(M0_PO)およびソース用およびドレイン用の金属配線層(M0_OD)の各上部には、ヴィア(via0,via1,via2,…)をそれぞれ介して金属配線層(M1,M2,M3,…)が順次形成される。さらに、フィン(fin)の部分にシリコンゲルマニウム等を用いた歪シリコンを適用することでドレイン電流を増大させる手法を用いることも可能である。
図19は、finFETで形成されたPMOSトランジスタの構成を模式的に示す断面図である。図19を参照して、PMOSトランジスタは、P型基板(Psub)上に形成されたNウェル(Nwell)領域内に形成される。さらにNウェル内にはP型(p+)の不純物領域(ソース領域およびドレイン領域)が形成される。fin(fin)は、これらの不純物領域を連結するようにNウェル(Nwell)上に形成される。
上記の点以外の図19のPMOSトランジスタの構成は図18のNMOSトランジスタの構成と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
[第3の実施形態の効果]
第3の実施形態によれば、第1および第2の実施形態の場合とほぼ同様の効果を奏する。さらに、第3の実施形態によれば、メモリアレイの電源配線の電位を切替えるために設けられたPMOSトランジスタPM12のゲートを、接地配線電位制御回路16を構成するPMOSトランジスタPM10と共通のゲート制御線ARYSWPに接続できるので、面積的に有利である。
第3の実施形態によれば、第1および第2の実施形態の場合とほぼ同様の効果を奏する。さらに、第3の実施形態によれば、メモリアレイの電源配線の電位を切替えるために設けられたPMOSトランジスタPM12のゲートを、接地配線電位制御回路16を構成するPMOSトランジスタPM10と共通のゲート制御線ARYSWPに接続できるので、面積的に有利である。
<第4の実施形態>
第4の実施形態では、2系統の入出力ポートを有するデュアルポート型のSRAM回路に対して、第1および第2の実施形態の接地配線電位制御回路16ならびに第3の実施形態の電源配線電位制御回路50を適用した例について説明する。
第4の実施形態では、2系統の入出力ポートを有するデュアルポート型のSRAM回路に対して、第1および第2の実施形態の接地配線電位制御回路16ならびに第3の実施形態の電源配線電位制御回路50を適用した例について説明する。
[デュアルポート型SRAM回路の全体構成]
図20は、デュアルポート型のSRAM回路全体のレイアウトを概略的に示す平面図である。図20を参照して、デュアルポート型のSRAM回路10Cでは、メモリアレイ11を挟んで、複数の第1のI/O回路13Aが設けられた領域と複数の第2のI/O回路13Bが設けられた領域とが配置される。複数の第1のI/O回路13A、メモリアレイ11、および複数の第2のI/O回路13Bは、メモリアレイ11の列方向(Y方向)にこの順で並んで配置される。メモリアレイ11に対して行方向(X方向)に隣接して複数のワード線ドライバ12A,12Bが設けられる。複数のワード線ドライバ12A,12Bは、第1のI/O回路13Aからのデータアクセスのために用いられる第1のワード線ドライバ12Aと、第2のI/O回路13Bからのデータアクセスのために用いられる第2のワード線ドライバ12Bとを含む。第1のI/O回路13Aの動作を制御するための制御回路14Aが、第1のI/O回路13Aに対して行方向(−X方向)に隣接して設けられる。さらに、第2のI/O回路13Bの動作を制御するための制御回路14Bが、第2のI/O回路13Bに対して行方向(−X方向)に隣接して設けられる。
図20は、デュアルポート型のSRAM回路全体のレイアウトを概略的に示す平面図である。図20を参照して、デュアルポート型のSRAM回路10Cでは、メモリアレイ11を挟んで、複数の第1のI/O回路13Aが設けられた領域と複数の第2のI/O回路13Bが設けられた領域とが配置される。複数の第1のI/O回路13A、メモリアレイ11、および複数の第2のI/O回路13Bは、メモリアレイ11の列方向(Y方向)にこの順で並んで配置される。メモリアレイ11に対して行方向(X方向)に隣接して複数のワード線ドライバ12A,12Bが設けられる。複数のワード線ドライバ12A,12Bは、第1のI/O回路13Aからのデータアクセスのために用いられる第1のワード線ドライバ12Aと、第2のI/O回路13Bからのデータアクセスのために用いられる第2のワード線ドライバ12Bとを含む。第1のI/O回路13Aの動作を制御するための制御回路14Aが、第1のI/O回路13Aに対して行方向(−X方向)に隣接して設けられる。さらに、第2のI/O回路13Bの動作を制御するための制御回路14Bが、第2のI/O回路13Bに対して行方向(−X方向)に隣接して設けられる。
第1および第2の実施形態で説明した接地配線電位制御回路16ならびに第3の実施形態で説明した電源配線電位制御回路50は、メモリアレイ11と複数の第1のI/O回路13Aとの間に配置されるとともに、メモリアレイ11と複数の第2のI/O回路13Bとの間に配置される。動作モード制御回路20は、複数のワード線ドライバ12A,12Bの配置領域と複数の第1の制御回路14Aの配置領域との間に配置される。
[メモリアレイの構成]
図21は、図20のSRAM回路のより詳細な構成を示す図である。図21のSRAM回路の構成図は、図15の構成図に対応するものであり、1個の第1のI/O回路13Aおよび1個の第2のI/O回路13Bに対応する部分が示されている。
図21は、図20のSRAM回路のより詳細な構成を示す図である。図21のSRAM回路の構成図は、図15の構成図に対応するものであり、1個の第1のI/O回路13Aおよび1個の第2のI/O回路13Bに対応する部分が示されている。
図20および図21を参照して、デュアルポート型のSRAM回路は、メモリアレイ11の列ごとに、第1のビット線対BLA,/BLAと第2のビット線対BLB,/BLBとを含む。第1のビット線対BLA,/BLAは第1のI/O回路13Aと接続され、第2のビット線対BLB,/BLBは第2のI/O回路13Bと接続される。デュアルポート型のSRAM回路は、さらに、メモリアレイ11の行ごとに、第1のワード線WLAおよび第2のワード線WLBを含む。第1のワード線WLAは、図20の第1のワード線ドライバ12Aの出力ノードと接続され、第2のワード線WLBは、図20の第2のワード線ドライバ12Bの出力ノードと接続される。
各メモリセルMCは、2個のCMOSインバータからなるラッチ回路と、4個の転送用のNMOSトランジスタとを含む。ラッチ回路を構成するPMOSトランジスタPM1,PM2およびNMOSトランジスタNM1,NM2の接続関係は、図3で説明したものと同じであるので、説明を繰り返さない。
転送用のNMOSトランジスタNM1は、接続ノードND1とビット線BLAとの間に接続され、NMOSトランジスタNM2は、接続ノードND2とビット線/BLAとの間に接続される。NMOSトランジスタNM1,NM2のゲートは共通のワード線WLAと接続される。転送用のNMOSトランジスタNM3は、接続ノードND1とビット線BLBとの間に接続され、NMOSトランジスタNM4は、接続ノードND2とビット線/BLBとの間に接続される。NMOSトランジスタNM3,NM4のゲートは共通のワード線WLBと接続される。
[接地配線電位制御回路および電源配線電位制御回路の配置]
以下の説明では、図21に示すように、メモリアレイ11と第1のI/O回路13Aとの間に配置される接地配線電位制御回路および電源配線電位制御回路の参照符号をそれぞれ16C,50Cと記載する。メモリアレイ11と第2のI/O回路13Bとの間に配置される接地配線電位制御回路および電源配線電位制御回路の参照符号をそれぞれ16D、50Dと記載する。
以下の説明では、図21に示すように、メモリアレイ11と第1のI/O回路13Aとの間に配置される接地配線電位制御回路および電源配線電位制御回路の参照符号をそれぞれ16C,50Cと記載する。メモリアレイ11と第2のI/O回路13Bとの間に配置される接地配線電位制御回路および電源配線電位制御回路の参照符号をそれぞれ16D、50Dと記載する。
図20および図21を参照して、より詳細には、第1のI/O回路13A側の接地配線電位制御回路16Cを構成するNMOSトランジスタNM10Cは、メモリアレイ11が配置された領域に隣接してX方向に延在するPウェル領域71に形成される。NMOSトランジスタNM10Cのゲートは、制御線ARYSWNと接続される。接地配線電位制御回路16Cを構成するPMOSトランジスタPM10Cは、メモリアレイ11とは反対側(−Y方向側)でこのPウェル領域71に隣接するNウェル領域72に配置される。電源配線電位制御回路50Cを構成するPMOSトランジスタPM12Cは、接地配線電位制御回路16Cを構成するPMOSトランジスタPM10Cと同じNウェル領域72に配置される。PMOSトランジスタPM12Cのゲートは、PMOSトランジスタPM10Cのゲートと共通の制御線ARYSWPと接続される。第1のI/O回路13Aに設けられたプリチャージ回路CPCも、PMOSトランジスタPM10C,PM12Cが配置されているNウェル領域72に形成される。
同様に、第2のI/O回路13B側の接地配線電位制御回路16Dを構成するNMOSトランジスタNM10Dは、メモリアレイ11が配置された領域に隣接してX方向に延在するPウェル領域70に形成される。NMOSトランジスタNM10Bのゲートは、制御線ARYSWN2と接続される。接地配線電位制御回路16Dを構成するPMOSトランジスタPM10Dは、メモリアレイ11とは反対側(+Y方向側)でこのPウェル領域70に隣接するNウェル領域69に配置される。電源配線電位制御回路50Dを構成するPMOSトランジスタPM12Dは、接地配線電位制御回路16Dを構成するPMOSトランジスタPM10Dと同じNウェル領域69に配置される。PMOSトランジスタPM12Dのゲートは、PMOSトランジスタPM10Dのゲートと共通の制御線ARYSWP2と接続される。第1のI/O回路13Bに設けられたプリチャージ回路CPCも、PMOSトランジスタPM10D,PM12Dが配置されているNウェル領域69に形成される。
動作モード制御回路20は、制御線ARYSWNおよびARYSWN2に共通の制御信号を供給し、制御線AYRSWPおよびARYSWP2に共通の制御信号を供給する。動作モードごとの制御信号の論理レベルは図5などで説明したものと同様であるので、ここでは繰り返さない。
[第4の実施形態の効果]
このように、デュアルポート型のSRAM回路に対しても、第1〜第3の実施形態で説明した接地配線電位制御回路16および電源配線電位制御回路50を適用することができる。したがって、第4の実施形態の半導体装置は、第1〜第3の実施形態の半導体装置とほぼ同様の効果を奏する。
このように、デュアルポート型のSRAM回路に対しても、第1〜第3の実施形態で説明した接地配線電位制御回路16および電源配線電位制御回路50を適用することができる。したがって、第4の実施形態の半導体装置は、第1〜第3の実施形態の半導体装置とほぼ同様の効果を奏する。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。特に、MOS(Metal Oxide Semiconductor)等の用語は慣例的に用いられるものであって、その材質等が金属や酸化物等に限定されることを示すものでないことは言うまでもない。
10,10A,10B,10C SRAM回路、11 メモリアレイ、12,12A,12B ワード線ドライバ、13,13A,13B I/O回路、14,14A,14B 制御回路&アドレスデコーダ、16,16A 接地配線電位制御回路、17 メモリセルグループ、20,20A 動作モード制御回路、50 電源配線電位制御回路、100 半導体基板、101 CPU、ARVDD 電源配線、ARVSS 接地配線、ARYSWN,ARYSWN2,ARYSWP 制御線、BL,BLA,BLB,/BL,/BLA,/BLB ビット線、CPC プリチャージ回路、MC メモリセル、NM10〜NM13 NMOSトランジスタ、PM10〜PM12,PM20〜PM22 PMOSトランジスタ、RS,SD 制御信号、VDD 電源ノード、VSS 接地ノード、WL,WLA,WLB ワード線。
Claims (7)
- スタティックメモリ回路を備え、
前記スタティックメモリ回路は、
スタティックメモリセルと、
前記スタティックメモリセルに接続されたワード線と、
前記スタティックメモリセルに接続されたビット線対と、
前記スタティックメモリセルに接続され、かつ第1電位を供給する第1電源線と、
前記スタティックメモリセルに接続され、かつ前記第1電位より低い第2電位を供給する第2電源線と、
前記第2電源線の電位を制御する第1電位制御回路と、を含み、
前記スタティックメモリ回路は、動作モードとして、
前記スタティックメモリセルからデータを読出す、または前記スタティックメモリセルへデータを書込む第1動作モードと、
前記第1動作モードより消費電力が小さい第2動作モードと、を含み、
前記第1電位制御回路は、
前記第2電位を供給するノードと前記第2電源線との間に互いに並列に接続された第1Nチャネル型MOSトランジスタおよび第1Pチャネル型MOSトランジスタと、
前記第2電源線と前記第1Nチャネル型MOSトランジスタのゲートとの間に接続された第2Nチャネル型MOSトランジスタと、を含み、
前記第2Nチャネル型MOSトランジスタのゲートには、第1制御信号が供給され、
前記第1Pチャネル型MOSトランジスタのゲートには、前記第1制御信号とは異なる第2制御信号が供給され、
前記第1Pチャネル型MOSトランジスタは、
第1突起半導体層で構成され、第1方向に沿って延在する第1の活性領域と、
前記第1方向と交差する第2方向に沿って、前記第1突起半導体層を跨ぐように延在する第1ゲート電極で形成される前記第1Pチャネル型MOSトランジスタの前記ゲートと、
前記第2方向に沿って、前記第1突起半導体層を跨ぐように延在する第1局所接続配線に接続される前記第1Pチャネル型MOSトランジスタのソースと、
前記第2方向に沿って、前記第1突起半導体層を跨ぐように延在する第2局所接続配線に接続される前記第1Pチャネル型MOSトランジスタのドレインと、を有する、半導体装置。 - 前記スタティックメモリ回路は、前記第1電源線の電位を制御する第2電位制御回路を含み、
前記第2電位制御回路は、
前記第1電位を供給するノードと前記第1電源線との間に接続された第2Pチャネル型MOSトランジスタを含み、
前記第2Pチャネル型MOSトランジスタのゲートは、前記第1ゲート電極で形成される、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記スタティックメモリ回路は、前記ビット線対に接続されたプリチャージ回路を含み、
前記プリチャージ回路は、
前記ビット線対の各々に接続されたドレインと、前記第1電位を供給する前記ノードに接続されたソースとを有する第3、及び第4Pチャネル型MOSトランジスタと、
前記第3、及び第4Pチャネル型MOSトランジスタの前記ドレインの間に接続されたソース・ドレイン経路を有する第5Pチャネル型MOSトランジスタと、を有する、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2Nチャネル型MOSトランジスタは、前記第2動作モード時に前記第1制御信号によりオン状態にされ、
前記第1Pチャネル型MOSトランジスタは、前記第2動作モード時に前記第2制御信号によりオン状態にされる、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2Nチャネル型MOSトランジスタは、前記第1動作モード時に前記第1制御信号によりオフ状態にされ、前記第1Pチャネル型MOSトランジスタは、前記第1動作モード時に前記第2制御信号によりオン状態にされる、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記スタティックメモリ回路は、
前記第2電源線の電位をフローティング状態にする第3動作モードを有し、
前記第2Nチャネル型MOSトランジスタは、前記第3動作モード時に前記第1制御信号によりオフ状態にされ、前記第1Pチャネル型MOSトランジスタは、前記第3動作モード時に前記第2制御信号によりオフ状態にされる、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2Pチャネル型MOSトランジスタのソースは、前記第1局所接続配線に接続され、
前記第2Pチャネル型MOSトランジスタのドレインは、前記第2局所接続配線に接続される、請求項2に記載の半導体装置。
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