(57)【要約】【課題】半選択状態メモリセルのデータ破壊を回避し、単一セルアクセス方式を用ず、広動作マージンと高集積度を同時実現可能な半導体記憶装置の提供。【解決手段】リードワード線及びライトワード線とビット線が格子配列し、各交点にメモリセルを配し、列アドレス信号に従いビット線を外部データ入力線及び外部データ出力線に接続する列選択回路を備え、各メモリセルは、ＤＦＦ、ライト側及びリード側アクセス・トランジスタを備えた半導体記憶装置において、列選択回路は、ビット線に対し電源電圧の１／２電圧を印加するプリチャージ回路又はビット線の論理レベル電圧をラッチするデータホールド回路と、何れかのライト選択信号がアサートされた場合、列アドレス信号が非選択のビット線をプリチャージ回路又はデータホールド回路に接続するホールド切替回路を、各ビット線の其々に対応して備える。【選択図】図１
2013211063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードワード線及びライトワード線のペアからなる複数のワード線ペアと、
前記ワード線ペアに交差するよう格子状に設けられた複数のビット線と、
前記ワード線ペアと前記ビット線との交点に対応して設けられた複数のメモリセルと、
前記各ビット線の何れかを指定する列選択信号が入力されるカラム選択線と、
前記カラム選択線に入力される前記列選択信号に従って前記ビット線のうちの何れかを、外部データ入力線及び外部データ出力線に選択的に接続する列選択回路と、を備え、
前記メモリセルは、
ループ接続された第１のインバータ及び第２のインバータからなるＤフリップ・フロップと、
前記第１のインバータの入力ノードと前記ビット線との間に接続され、前記ライトワード線に入力されるライト選択信号により通断制御されるライト側アクセス・トランジスタと、
前記第２のインバータの入力ノードと前記ビット線との間に接続され、前記リードワード線に入力されるリード選択信号により通断制御されるリード側アクセス・トランジスタと、を備えた半導体記憶装置において、
前記列選択回路は、
前記ビット線に対して前記第１及び第２のインバータの電源電圧の１／２の電圧を印加するプリチャージ回路、又は前記ビット線の論理レベル電圧をラッチするデータホールド回路と、
前記ビット線と前記プリチャージ回路又は前記データホールド回路との間に接続され、何れかの前記ライトワード線の前記ライト選択信号がアサートされた場合に於いて、該ビット線が前記列選択信号により選択されていないときに該ビット線と該プリチャージ回路又は該データホールド回路に接続するホールド切替回路とを、前記各ビット線のそれぞれに対応して備えていることを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項２】
前記ライト側アクセス・トランジスタのオン・コンダクタンスは、前記第２のインバータのオン・コンダクタンスよりも大きく、
前記リード側アクセス・トランジスタのオン・コンダクタンスは、前記第１のインバータのオン・コンダクタンスよりも小さいことを特徴とする請求項１記載の半導体記憶装置。
【請求項３】
前記各ビット線は、ライトデータが入力されるライトビット線と、リードデータが出力されるリードビット線とのペアからなるビット線ペアであり、
前記各メモリセルにおいて、前記第１のインバータの入力ノードは前記ライトビット線に接続され、前記第２のインバータの入力ノードは前記リードビット線に接続されており、
前記各ビット線ペアに対応して設けられた前記データホールド回路は、入力側が前記リードビット線に接続されたデータホールド用インバータであり、
前記各ビット線ペアに対応して設けられた前記ホールド切替回路は、第１の入力端子が対応する前記データホールド用インバータの出力側に接続され、第２の入力端子が前記外部データ入力線に接続され、出力端子が対応する前記ライトビット線に接続されており、前記カラム選択線に入力される列選択信号が当該ビット線ペアを選択した場合には、前記出力端子を前記第２の入力端子に接続し、それ以外の場合には前記出力端子を前記第１の入力端子に接続するマルチプレクサであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＲＡＭに使用される半導体記憶装置に関し、特に、低電力化・超微細化した場合においても、半選択状態のメモリセルにおけるラッチデータの破壊の危険を回避することができ、単一セルアクセス方式を用いることなく広い動作マージンと高集積度を同時に実現可能な半導体記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）に使用される半導体記憶装置として、完全ＣＭＯＳ型である６トランジスタＳＲＡＭメモリセル（以下、「６Ｔ−ＳＲＡＭ」という。）が広く用いられている。図１３は６Ｔ−ＳＲＡＭの基本的な回路構成を表す図である（非特許文献１，３，特許文献１図１参照）。図１３（ａ）において、１つの６Ｔ−ＳＲＡＭにつき、６個のＭＩＳＦＥＴ（Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistor）（Ｍ１〜Ｍ６）と２本のビット線ＢＬ，ＢＬＢと１本のワード線ＷＬが使用される。負荷ＭＩＳＦＥＴ（Ｍ１）及び駆動ＭＩＳＦＥＴ（Ｍ２）と、負荷ＭＩＳＦＥＴ（Ｍ３）及び駆動ＭＩＳＦＥＴ（Ｍ４）とは、其々、ＣＭＩＳ（Complementary Metal-Insulator-Semiconductor）インバータ（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）を構成し、アクセス・トランジスタ（Ｍ５，Ｍ６）は、ワード線（ＷＬ）により通断されるトランスミッション・ゲートを構成する。ＣＭＩＳインバータ（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）は互いにクロスカップリングされ、インバータ・ループ（フリップ・フロップ）が構成されている。そして、両ＣＭＩＳインバータ（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）の入力は、其々、アクセス・トランジスタ（Ｍ５，Ｍ６）を介して、ビット線（ＢＬ，ＢＬＢ）に接続されている。
【０００３】
リード動作時には、まず、ビット線（ＢＬ，ＢＬＢ）を電源電圧にプリチャージし、その後、ワード線（ＷＬ）をＨレベルとしてアクセス・トランジスタ（Ｍ５，Ｍ６）を導通状態とする。これにより、記憶ノード（ＣＨ，ＣＬ）のうちＬレベルの側に接続するビット線の電位が低下し、両ビット線（ＢＬ，ＢＬＢ）の間に電位差が生じる。この電位差をセンスアンプで増幅することにより、両ビット線（ＢＬ，ＢＬＢ）に、インバータ・ループにラッチされた状態値が読み出される。一方、ライト動作時には、書き込み値に応じて、ビット線（ＢＬ，ＢＬＢ）のうち一方をＨレベル、他方をＬレベルとして書き込み値を設定し、この状態でワード線（ＷＬ）を一定時間Ｈレベルとしてアクセス・トランジスタ（Ｍ５，Ｍ６）を導通状態とする。これにより、記憶ノード（ＣＨ，ＣＬ）の電位がビット線（ＢＬ，ＢＬＢ）の電位に遷移し、インバータ・ループに書き込み値が設定される。
【０００４】
しかしながら、近年では、集積回路の微細化，低電圧化に伴い、ＣＭＩＳインバータ及びアクセス・トランジスタに使用される各トランジスタ（Ｍ１〜Ｍ６）の製造ばらつきの問題が顕在化してきている。図１４は、ＣＭＯＳ素子の微細化の進展に伴う電源電圧とゲート長のばらつきの変遷を表す図である。図１４のように、年々ＣＭＯＳ素子の低電圧化が進展してきており、それに伴ってばらつきが増大している。２０１０年では、ゲート長ばらつきは３σ／mean（平均（mean）に対する標準偏差（σ）の３倍値の割合）で約５０％に達しており、今後さらにばらつきが増大することが容易に推測できる。このようにばらつきが増大することにより、ＳＲＡＭの動作マージンが減少する。
【０００５】
図１５は、（ａ）アクセス・トランジスタ（Ｍ５，Ｍ６）のゲート幅に対する図１３のインバータ・ラッチ回路の端子電圧（ＣＨ，ＣＬ）の関係、及び（ｂ）６Ｔ−ＳＲＡＭのリード時に於ける静的ノイズマージンを表す図である。図１５（ａ）において、横軸は、アクセス・トランジスタ（Ｍ５，Ｍ６）のゲート幅ＷＴＮを表し、縦軸はリード／ライト時のインバータ・ラッチ回路（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）の端子電圧ＣＨ，ＣＬ（図１３参照）を表す。点線（ＲＤ）はリード時、実線（ＷＴ）はライト時の各端子電圧である。リード時においては、ゲート幅ＷＴＮが小さく（アクセス・トランジスタの抵抗が大きく）ても十分に読み出し可能であるが、ゲート幅ＷＴＮが大きくなるにつれてアクセス・トランジスタの抵抗が下がり読み出し時に、インバータ・ラッチ回路の各端子からビット線（ＢＬ）へ電流が漏出するため端子電圧が低下する。そして、ゲート幅ＷＴＮがある閾値ＷＴＮＲを超えると、リードの瞬間にインバータ・ラッチ回路に保持されたデータが破壊されるようになるため、メモリセルとしては成立しなくなる。一方、ライト時においては、ゲート幅ＷＴＮがあまり小さいと、アクセス・トランジスタの抵抗が大きいため書き込みができなくなる。従って、ゲート幅ＷＴＮがある閾値ＷＴＮＷより小さいと書き込みができず、メモリセルとしては成立しなくなる。従って、アクセス・トランジスタ（Ｍ５，Ｍ６）のゲート幅ＷＴＮの許容範囲は、ＷＴＮＷ＜ＷＴＮ＜ＷＴＮＲとなる。
【０００６】
また、図１５（ｂ）は、ＳＲＡＭの動作マージンの指標として用いられている静的ノイズマージン（Static Noise Margin：ＳＮＭ）を表す図であり、一般にバタフライカーブ（メガネ特性）と呼ばれる特性図である。図１５（ｂ）の横軸，縦軸は、其々、インバータ・ラッチ回路の記憶ノード（ＣＬ，ＣＨ）の電圧を表している。ＶｓがＣＭＩＳインバータ（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）の閾値電圧である。また、図１５（ｂ）に示した２つの曲線は、其々、ＣＭＩＳインバータ（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）のリード時における電圧転送曲線（ＶＴＣ）を表す。ＳＲＡＭのメモリセルでは、リード時にアクセス・トランジスタ（Ｍ５，Ｍ６）が導通すると、記憶ノード（ＣＬ，ＣＨ）のうちＬレベルの側の記憶ノードに、プリチャージされたビット線（ＢＫ，ＢＬＢ）から電流が流入し記憶ノードの電位が上昇する。この電位上昇幅が大きいと当該メモリセル内のデータが反転する。従って、リード時の電位上昇に対してメモリセル内のデータが反転しないための一定の余裕が必要であり、この余裕がＳＮＭと呼ばれる。リード時におけるＳＮＭは、図１５（ｂ）に示した正方形の対角線の長さで表される。図１５（ｂ）では、２つの対角線が表されているが、このうち短い方（ワーストの側）がＳＮＭである。
【０００７】
今後、集積回路の電源電圧化が進展した場合、バタフライカーブは図１５（ｂ）の点線で示したように相似的に縮小することになるが、それに伴い、ＳＮＭも相似的に減少することになる。かかるＳＮＭの減少に伴い、選択したメモリセル（選択メモリセル）のライトを行う際に、当該選択メモリセルと同一のワード線に接続された非選択メモリセル（選択メモリセルと同一行の他のメモリセル）にラッチされたデータが、選択メモリセルのライト時に破壊される危険が高まってくる。即ち、選択メモリセルと同一行のメモリセルは、ワード線の選択に伴い両アクセス・トランジスタがオン状態となってビット線に接続され、半選択状態となる。このとき、ＳＮＭが小さいため、アクセス・トランジスタがオン状態となった直後に記憶ノード（ＣＨ，ＣＬ）の電圧が変化してインバータ・ラッチ回路にラッチされた電圧が反転する危険性が大きくなる。
【０００８】
従って、ライト時における半選択状態のメモリセルのデータ破壊の危険性の少ないＳＲＡＭメモリセル（半導体記憶装置）が必要とされている。
【０００９】
かかる半導体記憶装置に関するものとしては、特許文献２−５に記載のものが公知である。図１６は特許文献２に記載のＳＲＡＭメモリセルの回路図である。このメモリセルでは、ビット線として、書き込み専用のビット線（ＷＢＬ，ＷＢＬＢ）と読み出し専用のビット線（ＲＢＬ，ＲＢＬＢ）とを設けるとともに、各ＣＭＩＳインバータ（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）に対し、書込専用ビット線（ＷＢＬ，ＷＢＬＢ）に対するアクセス・トランジスタ（ＷＴ１，ＷＴ２）と、読出専用ビット線（ＲＢＬ，ＲＢＬＢ）に対するアクセス・トランジスタ（ＲＴ１，ＲＴ２）とを設けた構成とされている。尚、図１６において、カラム選択線（ＣＳＬ）は、データを書き込むセルのカラムを選択する線である。また、カラム選択用トランジスタ（ＣＴ１，ＣＴ２）は、カラム選択線（ＣＳＬ）の電圧値によって通断される、カラム選択用のトランスミッション・ゲートである。
【００１０】
このように、読み出し専用のアクセス・トランジスタ（ＲＴ１，ＲＴ２）と、書き込み専用のアクセス・トランジスタ（ＷＴ１，ＷＴ２）とを独立して設けることによって、書き込み時のアクセス・トランジスタのゲート幅と、読み出し時のアクセス・トランジスタのゲート幅を独立に設計することが可能となる。従って、図１５において、書込用アクセス・トランジスタ（ＷＴ１，ＷＴ２）のゲート幅はＷＴＮＷ以上であればよく、読出用アクセス・トランジスタ（ＲＴ１，ＲＴ２）のゲート幅はＷＴＮＲ以下であればよいため、許容ゲート幅の制約が緩やかとなり、許容閾値ＷＴＮＷ，ＷＴＮＲに対して十分余裕をもったゲート幅に設計すれば各アクセス・トランジスタの性能ばらつきに対する設計マージンを大きくすることが可能である。
【００１１】
尚、図１６において、カラム選択用トランジスタ（ＣＴ１，ＣＴ２）により書き込みを行うメモリセルのカラムを選択するようにしているが、これは、書き込み時において、書き込みを行おうとするカラム以外のカラムのメモリセルが書き換えられることを防止するためである。
【００１２】
また、図１７は、特許文献３に記載のＳＲＡＭメモリセルの回路図である。図１７の回路においても、書き込み専用のビット線（ＢＬＷ，ＢＬＷＢ）と読み出し専用のビット線（ＢＬＲ）とを設けるとともに、各ＣＭＩＳインバータ（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）に対し、書込専用ビット線（ＢＬＷ，ＢＬＷＢ）に対するアクセス・トランジスタ（ＷＴ１，ＷＴ２）と、読出専用ビット線（ＢＬＲ）に対するアクセス・トランジスタ（ＲＴ１）及び読出トランジスタ（ＲＴ２）とを設けた構成とされている。この回路では、書き込み側は図１６の回路と同様であるが、読み出し側は、インバータ・ラッチ回路の出力を直接読み出し専用のビット線（ＢＬＲ）に接続するのではなく、高インピーダンスの読出トランジスタ（ＲＴ２）のゲートにより受けてから、アクセス・トランジスタ（ＲＴ１）を介して読み出し専用のビット線（ＢＬＲ）に接続する構成とされている。これにより、図１６の回路と同様、読み出し専用のアクセス・トランジスタ（ＲＴ１）及び読出トランジスタ（ＲＴ２）と、書き込み専用のアクセス・トランジスタ（ＷＴ１，ＷＴ２）とを独立して設けることで、書き込み時のアクセス・トランジスタのゲート幅と、読み出し時のアクセス・トランジスタのゲート幅を独立に設計することが可能となる。また、読み出し時には高インピーダンスの読出トランジスタ（ＲＴ２）のゲートを介してラッチされた値を出力するため、読み出し時にインバータ・ラッチ回路が保持する状態値が破壊される恐れがなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−２６９０２３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７７６３４号公報
【特許文献３】ＷＯ２００８／３２５４９号公報
【特許文献４】特開平１０−２２２９８５号公報
【特許文献５】特開平９−２９７９９４号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】武石義幸，原央監修，「超ＬＳＩ入門シリーズ５  ＭＯＳ集積回路の基礎」，初版，近代科学社，１９９２年５月，ｐ．６５．
【非特許文献２】道関隆国，武藤伸一郎，「微細CMOSメモリセルのスタティックノイズマージン解析」，電子情報通信学会論文誌，社団法人電子情報通信学会，1992年7月，C-II, Vol. J75-C-II, No.7, pp. 350-361．
【非特許文献３】Sasaki, K., et al., "A 16 Mb CMOS SRAM with a 2.3 μm2 single-bit-line memory cell", IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 28, NO. 11, NOVEMBER 1993.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記従来の半導体記憶装置では、半選択状態のメモリセルのデータ破壊を防止するように改良した結果、メモリセルを構成するトランジスタ数が増加し、その分、実装面積・消費電力が増加するという欠点がある。また、ワード線を、書込専用のものと読出専用のものとの２本設け、メモリセルのラッチ回路の２個のインバータを其々異なるサイズとする方式も考えられる。しかし、リード／ライトを行うメモリセル（選択状態のメモリセル）と同一のワード線でアクセスされる半選択状態のメモリセル（選択状態のメモリセルと同一行で異なる列のメモリセル）に対して、リード／ライト時におけるラッチデータの破壊を防止するために、複雑な単一セルサクセス方式を採用する必要が生じ、アクセス時間が遅くなるという問題がある。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、半選択状態のメモリセルにおけるラッチデータの破壊の危険を回避し、単一セルアクセス方式を用いることなく、広い動作マージンと高集積度を同時に実現可能な半導体記憶装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る半導体記憶装置は、リードワード線及びライトワード線のペアからなる複数のワード線ペアと、
前記ワード線ペアに交差するよう格子状に設けられた複数のビット線と、
前記ワード線ペアと前記ビット線との交点に対応して設けられた複数のメモリセルと、
前記各ビット線の何れかを指定する列アドレス信号が入力されるカラム選択線と、
前記カラム選択線に入力される前記列アドレス信号に従って前記ビット線のうちの何れかを、外部データ入力線及び外部データ出力線に選択的に接続する列選択回路と、を備え、
前記メモリセルは、
ループ接続された第１のインバータ及び第２のインバータからなるＤフリップ・フロップと、
前記第１のインバータの入力ノードと前記ビット線との間に接続され、前記ライトワード線に入力されるライト選択信号により通断制御されるライト側アクセス・トランジスタと、
前記第２のインバータの入力ノードと前記ビット線との間に接続され、前記リードワード線に入力されるリード選択信号により通断制御されるリード側アクセス・トランジスタと、を備えた半導体記憶装置において、
前記列選択回路は、
前記ビット線に対して前記第１及び第２のインバータの電源電圧の１／２の電圧を印加するプリチャージ回路、又は前記ビット線の論理レベル電圧をラッチするデータホールド回路と、
前記ビット線と前記プリチャージ回路又は前記データホールド回路との間に接続され、何れかの前記ライトワード線の前記ライト選択信号がアサートされた場合に於いて、該ビット線が前記列アドレス信号により選択されていないときに該ビット線と該プリチャージ回路又は該データホールド回路に接続するホールド切替回路とを、前記各ビット線の其々に対応して備えていることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、何れかのライトワード線のライト選択信号がアサートされて、そのライトワード線に接続するメモリセル（以下「選択行のメモリセル」という。）のライト側アクセス・トランジスタがオン状態（導通状態）となったとき、列アドレス信号が選択状態にない（列アドレス信号がネゲートされた状態にある）カラム（以下「非選択カラム」という。）のビット線は、ホールド切替回路により、プリチャージ回路又はデータホールド回路に接続される。ここで、データホールド回路を使用する場合には、ライト選択信号をアサートする直前に、選択行のメモリセルに接続するリードワード線のリード選択信号を一定時間アサートして各ビット線に、選択行のメモリセルにラッチされた論理レベル電圧（「ライト前の論理レベル電圧」という。）を出力し、これを各データホールド回路にホールドしておく。これにより、選択行のメモリセルのうち、非選択カラムのメモリセルに接続するビット線は、電源電圧の１／２の電圧又はライト前の論理レベル電圧に拘束されるため、ライト動作中に非選択カラムのメモリセルにラッチされた論理レベル電圧が誤って反転することが防止される。従って、広い動作マージンの実現が可能である。
【００１９】
また、各メモリセルは、従来のメモリセルと同様、最小の構成とした場合６トランジスタで実装することが可能であり、高い集積度を同時に実現することが可能である。
【００２０】
ここで、「アサート（assert）」とは、信号及び論理が有効になることをいう（即ち、Ｈアクティブの信号をアサートすると、ディジタルＨレベルになる。Ｌアクティブの信号をアサートすると、ディジタルＬレベルになる）。「ネゲート（negate）」とは、信号及び論理が無効になることをいう（即ち、Ｈアクティブの信号をネゲートすると、ディジタルＬレベルになる。Ｌアクティブの信号をネゲートすると、ディジタルＨレベルになる）。尚、「半選択状態」とは、メモリセルに接続されたビット線にライトデータが入力されていない状態でライト側又はリード側アクセス・トランジスタがオン状態となっている状態をいう。
【００２１】
また、本発明に於いて、前記ライト側アクセス・トランジスタのオン・コンダクタンスは、前記第２のインバータのオン・コンダクタンスよりも大きく、前記リード側アクセス・トランジスタのオン・コンダクタンスは、前記第１のインバータのオン・コンダクタンスよりも小さくなるように構成することができる。
【００２２】
この構成により、メモリセルが半選択状態のときに、第１のインバータの出力側ノード（及び第２のインバータの出力側ノード）の電圧が第２のインバータ（及び第１のインバータ）の論理閾値を超えることが防止され、リード／ライト動作中に非選択カラムのメモリセルにラッチされた論理レベル電圧が誤って反転することが防止されると同時に、読み出し速度を大きくすることができる。
【００２３】
また、本発明に於いて、前記各ビット線は、ライトデータが入力されるライトビット線と、リードデータが出力されるリードビット線とのペアからなるビット線ペアであり、
前記各メモリセルにおいて、前記第１のインバータの入力ノードは前記ライトビット線に接続され、前記第２のインバータの入力ノードは前記リードビット線に接続されており、
前記各ビット線ペアに対応して設けられた前記データホールド回路は、入力側が前記リードビット線に接続されたデータホールド用インバータとし、
前記各ビット線ペアに対応して設けられた前記ホールド切替回路は、第１の入力端子が対応する前記データホールド用インバータの出力側に接続され、第２の入力端子が前記外部データ入力線に接続され、出力端子が対応する前記ライトビット線に接続されており、前記カラム選択線に入力される列アドレス信号が当該ビット線ペアを選択した場合には、前記出力端子を前記第２の入力端子に接続し、それ以外の場合には前記出力端子を前記第１の入力端子に接続するマルチプレクサとすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明によれば、単一セルアクセス方式を用いることなく、選択メモリセルにライトする際に、当該選択メモリセルと同じライトワード線に接続された選択行の非選択メモリセルが半選択状態となった時、当該非選択メモリセルにおけるラッチデータの破壊の危険を回避し、広い動作マージンを実現することが可能となる。また、各メモリセルは最小構成とした場合、従来の６トランジスタ・メモリセルで構成することが可能であるため、高集積度を同時に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体記憶装置の全体構成を表すブロック図である。
【図２】図１のメモリセルの構成をトランジスタ・レベルで表した回路図である。
【図３】図１，図２の半導体記憶装置のリード動作時のタイミングチャートである。
【図４】図１，図２の半導体記憶装置のライト動作時のタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施例２に係る半導体記憶装置のメモリセル１の構成をトランジスタ・レベルで表した回路図である。
【図６】本発明の実施例３に係る半導体記憶装置の全体構成を表すブロック図である。
【図７】図６のメモリセルの構成をトランジスタ・レベルで表した回路図である。
【図８】図６，図７の半導体記憶装置のリード動作時のタイミングチャートである。
【図９】図６，図７の半導体記憶装置のライト動作時のタイミングチャートである。
【図１０】本発明の実施例４に係る半導体記憶装置のメモリセル１の構成をトランジスタ・レベルで表した回路図である。
【図１１】本発明の実施例５に係る半導体記憶装置の全体構成を表すブロック図である。
【図１２】図１１の半導体記憶装置のライト動作時のタイミングチャートである。
【図１３】６Ｔ−ＳＲＡＭの基本的な回路構成を表す図である。
【図１４】ＣＭＯＳ素子の微細化の進展に伴う電源電圧とゲート長のばらつきの変遷を表す図である。
【図１５】（ａ）アクセス・トランジスタ（Ｍ５，Ｍ６）のゲート幅に対する図１３のインバータ・ラッチ回路の端子電圧（ＣＨ，ＣＬ）の関係、及び（ｂ）６Ｔ−ＳＲＡＭのリード時に於ける静的ノイズマージンを表す図である。
【図１６】特許文献２に記載のＳＲＡＭメモリセルの回路図である。
【図１７】特許文献３に記載のＳＲＡＭメモリセルの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本発明の実施例１に係る半導体記憶装置の全体構成を表すブロック図である。本実施例の半導体記憶装置は、リードワード線（ＲＷｍ）（ｍ＝１，２，…）及びライトワード線（ＷＷｍ）のペアからなる複数のワード線ペア（Ｗｍ）と、リードビット線（ＲＤｎ）（ｎ＝１，２，…）及びライトビット線（ＷＤｎ）のペアからなる複数のビット線ペア（Ｄｎ）を備えている。各ワード線ペア（Ｗｍ）と各ビット線ペア（Ｄｎ）は格子状に交差して設けられている。各リードワード線（ＲＷｍ）には、データの読み出しを行う行を選択するリード制御信号が外部から入力される。各ライトワード線（ＷＷｍ）には、データの書き込みを行う行を選択するライト制御信号が外部から入力される。
【００２８】
各ワード線ペア（Ｗｍ）と各ビット線ペア（Ｄｎ）とが交差する交点の其々に対応して、メモリセル１が設けられている。各メモリセル１は、メモリセル１へ書き込むデータが入力される入力端子（Ｄ）と、メモリセル１から読み出されるデータの反転値が出力される出力端子（Ｑ−）と、ライト制御信号が入力されるライト制御端子（φＷ）と、リード制御信号が入力されるリード制御端子（φＲ）とを備えている。
【００２９】
さらに、半導体記憶装置は、データの書き込み／読み出しを行うカラムを指定する列アドレス信号が入力されるカラム選択線（Ｙ）と、外部からライトデータが入力される外部データ入力線（Ｄｉｎ）と、外部へリードデータが出力される外部データ出力線（Ｄｏｕｔ）と、カラム選択線（Ｙ）に入力される列アドレス信号に従ってビット線ペア（Ｄ１，Ｄ２，…）のうちの何れかを、外部データ入力線（Ｄｉｎ）及び外部データ出力線（Ｄｏｕｔ）に選択的に接続する列選択回路２とを備えている。
【００３０】
列選択回路２は、各ビット線ペア（Ｄ１，Ｄ２，…）の其々に対応して、データホールド用インバータ（３−１，３−２，…）及びホールド切替回路（４−１，４−２，…）を備えており、更に、各ビット線ペア（Ｄ１，Ｄ２，…）のうちの何れかを外部データ出力線（Ｄｏｕｔ）に選択的に接続する出力セレクタ５を備えている。各データホールド用インバータ（３−１，３−２，…）は、入力側が対応するリードビット線（ＲＤ１，ＲＤ２，…）に接続された通常のインバータである。
【００３１】
各ホールド切替回路（４−ｎ）（ｎ＝１，２，…）は、第１の入力端子（ｉｎ１ｎ），第２の入力端子（ｉｎ２ｎ），出力端子（ｏｕｔｎ），及び制御端子（ｃｎ）を備えたマルチプレクサである。第１の入力端子（ｉｎ１ｎ）は、対応するデータホールド用インバータ（３−ｎ）の出力側に接続されている。第２の入力端子（ｉｎ２ｎ）は外部データ入力線（Ｄｉｎ）に接続されている。出力端子（ｏｕｔｎ）は対応するライトビット線（ＷＤｎ）に接続されている。また、制御端子（ｃｎ）はカラム選択線（Ｙ）に接続されている。ホールド切替回路（４−ｎ）は、カラム選択線（Ｙ）に入力される列アドレス信号がビット線ペア（Ｄｎ）を選択した場合には、出力端子（ｏｕｔｎ）を第２の入力端子（ｉｎ２ｎ）に接続し、それ以外の場合には第１の入力端子（ｉｎ１ｎ）に接続する。
【００３２】
ホールド切替回路（４−ｎ）が出力端子（ｏｕｔｎ）を第２の入力端子（ｉｎ２ｎ）に接続したとき、ビット線ペア（Ｄｎ）に接続された選択行のメモリセル１とデータホールド用インバータ（３−ｎ）とがループ接続された状態となり、ライトビット線（ＷＤｎ）の電位は当該メモリセル１にラッチされた論理レベル電圧にラッチされる。従って、データホールド用インバータ（３−ｎ）は、ライトビット線（ＷＤｎ）に対して論理レベル電圧をラッチするデータホールド回路として機能する。
【００３３】
図２は、図１のメモリセルの構成をトランジスタ・レベルで表した回路図である。メモリセル１は、第１のインバータ（ＩＮＶＲ）、第２のインバータ（ＩＮＶＷ）、ライト側アクセス・トランジスタ（ＴＧＷ）、及びリード側アクセス・トランジスタ（ＴＧＲ）を備え、６トランジスタ・メモリセルとして構成されている。
【００３４】
第１のインバータ（ＩＮＶＲ）及び第２のインバータ（ＩＮＶＷ）は、互いに一方の入力ノードが他方の出力ノードにループ接続されており、Ｄフリップ・フロップを構成している。第１のインバータ（ＩＮＶＲ）の入力ノードを「ライト側記憶ノード（ＮＷ）」、第２のインバータ（ＩＮＶＷ）の入力ノードを「リード側記憶ノード（ＮＲ）」と呼ぶ。
【００３５】
ライト側記憶ノード（ＮＷ）は、ライト側アクセス・トランジスタ（ＴＧＷ）を介してライトビット線（ＷＤ）に接続されている。ライト側アクセス・トランジスタ（ＴＧＷ）は、通常の片チャネルのＭＩＳＦＥＴであり、そのゲートはライトワード線（ＷＷ）に接続されている。従って、ライト側アクセス・トランジスタ（ＴＧＷ）は、ライト選択信号により通断制御される。
【００３６】
リード側記憶ノード（ＮＲ）は、リード側アクセス・トランジスタ（ＴＧＲ）を介してリードビット線（ＲＤ）に接続されている。リード側アクセス・トランジスタ（ＴＧＲ）は、通常の片チャネルのＭＩＳＦＥＴであり、そのゲートはリードワード線（ＲＷ）に接続されている。従って、リード側アクセス・トランジスタ（ＴＧＲ）は、リード選択信号により通断制御される。
【００３７】
尚、図２において、第１のインバータ（ＩＮＶＲ）のオン・コンダクタンスをＧＩＮＶＲ、リード側アクセス・トランジスタ（ＴＧＲ）のオン・コンダクタンスをＧＴＧＲ、第２のインバータ（ＩＮＶＷ）のオン・コンダクタンスをＧＩＮＶＷ、ライト側アクセス・トランジスタ（ＴＧＷ）のオン・コンダクタンスをＧＴＧＷとすると、
ＧＩＮＶＲ＞ＧＴＧＲ
ＧＩＮＶＷ＜ＧＴＧＷ
となるように設計されている。このように設計することで、リード／ライト動作時に於いて半選択状態にある場合に、リード側記憶ノード（ＮＲ）の電圧が第２のインバータ（ＩＮＶＷ）の論理閾値を越えること及びライト側記憶ノード（ＮＷ）の電圧が第１のインバータ（ＩＮＶＲ）の論理閾値を越えることをより確実に防止することができ、動作マージンをより広くすることができる。また、同時に読み出し速度を大きくすることができる。
【００３８】
また、図２の例では、ライト側アクセス・トランジスタ（ＴＧＷ）及びリード側アクセス・トランジスタ（ＴＧＲ）は、片チャネルのＭＩＳＦＥＴにより構成しているが、後述の実施例２のようにトランスミッション・ゲートで構成してもよい。
【００３９】
以上のように構成された本実施例の半導体記憶装置について、以下その動作を説明する。
【００４０】
（１）リード動作
図３は、図１，図２の半導体記憶装置のリード動作時のタイミングチャートである。図３では、一例として、１行２列目のメモリセル１（図１において符号Ｃ１２を付したメモリセル）のデータを読み出す場合を示している。尚、図３におけるノード電位（ＮＲ＿１２）は、図１に示した１行２列目のメモリセル１（図３において符号Ｃ１２を付したメモリセル）内のノード（ＮＲ）（図２参照）の電位を表している。
【００４１】
（１．１）  データの読み出しを行う場合、まず、読み出しを行うセルの列を選択する列アドレス信号を列アドレス入力線（Ｙ）に入力する。これにより、出力セレクタ５は、選択された列のリードビット線（ＲＤ２）を外部データ出力線（Ｄｏｕｔ）に接続する。
【００４２】
（１．２）  次に、読み出しを行うセルの行のリードワード線（ＲＷ１）のリード選択信号をアサートする（Ｈレベルにする）。これにより、リードワード線（ＲＷ１）に接続されたすべてのメモリセル１（１行目のメモリセルＣ１１，Ｃ１２，…）のリード側アクセス・トランジスタ（ＴＧＲ）が導通状態となり、各リードビット線（ＲＤｎ）（ｎ＝１，２，…）には、１行目の各メモリセル１にラッチされている論理レベル電圧の反転値Ｄｏｌｄ１１−，Ｄｏｌｄ１２−，…が出力される。このとき、外部データ出力線（Ｄｏｕｔ）には、出力セレクタ５により選択されたリードビット線（ＲＤ２）が接続されているため、外部データ出力線（Ｄｏｕｔ）には１行２列目のメモリセル１にラッチされている論理レベル電圧Ｄｏｌｄ１２−が出力される。
【００４３】
以上のような動作により、選択されたメモリセル１にラッチされているデータの読み出しが行われる。
【００４４】
（２）ライト動作
図４は、図１，図２の半導体記憶装置のライト動作時のタイミングチャートである。図４では、一例として、１行２列目のメモリセル１（図１において符号Ｃ１２を付したメモリセル）にデータを書き込む場合を示している。尚、図４におけるノード電位（ＮＲ＿１２，ＮＲ＿１ｊ（ｊ≠２））は、それぞれ、図１に示した１行２列目のメモリセル１（図３において符号Ｃ１２を付したメモリセル）及び１行ｊ列目（ｊ≠２）のメモリセル１内のノード（ＮＲ）（図２参照）の電位を表している。
【００４５】
（初期状態）
図４において、初期状態では、各リードワード線（ＲＷｎ）（ｎ＝１，２，…）、各ライトワード線（ＷＷｎ）（ｎ＝１，２，…）はネゲート（Ｌレベル）の状態、カラム選択線Ｙには列アドレス信号が入力されていない状態にある。
【００４６】
（書き込み準備段階：時刻ｔ１〜ｔ４）
データの書き込みを行う場合、書き込みを行うメモリセル１の属する行の各メモリセル１にラッチされたデータが破壊されるのを防止するため、まず、書き込み準備段階として、次のような動作により当該行の各メモリセルにラッチされたデータをデータホールド用インバータ３−１，３−２，…によりラッチする。
【００４７】
（２．１）  書き込みを行うメモリセル１の属する行（選択行）のリードワード線（ＲＷ１）のリード選択信号をアサートする（Ｈレベルにする）（時刻ｔ１）。これにより、各列のリードビット線（ＲＤ１，ＲＤ２，…）には、選択行のリードワード線（ＲＷ１）に接続する各列のメモリセル１（１行目のメモリセル１）においてラッチされている論理レベル電圧の反転値Ｄｏｌｄ１１−，Ｄｏｌｄ１２−，…が出力される（時刻ｔ２）。
【００４８】
このとき、カラム選択線（Ｙ）には列アドレス信号はまだ入力されていないため、すべての列のホールド切替回路４−ｎ（ｎ＝１，２，…）は、第２の入力端子（ｉｎ２ｎ）に接続された状態にある。従って、各ライトビット線（ＷＤ１，ＷＤ２，…）には、データホールド用インバータ３−１，３−２，…により反転されたリードビット線（ＲＤ１，ＲＤ２，…）の電圧の反転値Ｄｏｌｄ１１，Ｄｏｌｄ１２，…が出力される。従って、各ライトビット線（ＷＤ１，ＷＤ２，…）の電圧は、データホールド用インバータ３−１，３−２，…により、選択行のメモリセル１にラッチされた論理レベル電圧Ｄｏｌｄ１１，Ｄｏｌｄ１２，…にラッチされる（時刻ｔ３）。
【００４９】
（２．２）  各ライトビット線（ＷＤ１，ＷＤ２，…）の電圧が定まるのに充分な時間をおいた後、選択行のリードワード線（ＲＷ１）のリード選択信号がネゲートされる（Ｌレベルにする）（時刻ｔ４）。
【００５０】
（書き込み段階：時刻ｔ５〜ｔ１２）
（２．４）  次に、外部データ入力線（Ｄｉｎ）に書き込みを行うライトデータの論理レベル電圧Ｄｎｅｗを入力する（時刻ｔ５）。このとき、カラム選択線（Ｙ）には、まだ列アドレス信号が入力されていないため、外部データ入力線（Ｄｉｎ）のライトデータは何れのライトビット線（ＷＤ１，ＷＤ２，…）にも入力されていない。
【００５１】
（２．５）  次に、書き込みを行うセルの列を選択する列アドレス信号をカラム選択線（Ｙ）に入力する（時刻ｔ６）。これにより、選択された列のホールド切替回路４−２は、ライトビット線（ＷＤ２）を外部データ入力線（Ｄｉｎ）に接続する。また、それ以外のホールド切替回路４−ｊ（ｊ≠２）では、ライトビット線（ＷＤｊ）は対応するデータホールド用インバータ３−ｊの出力に接続される。これにより、選択された列のライトビット線（ＷＤ２）は、ライトデータの論理レベル電圧Ｄｎｅｗとなる（時刻ｔ７）。一方、選択されなかった列のライトビット線（ＷＤｊ）（ｊ≠２）はデータホールド用インバータ３−ｊにより、もとの論理レベル電圧Ｄｏｌｄ１ｊに拘束された儘維持される。
【００５２】
（２．６）  次に、書き込みを行う行（選択行）のライトワード線（ＷＷ１）のライト選択信号をアサートする（Ｈレベルとする）（時刻ｔ８）。これにより、選択行（１行目）のすべてのメモリセル１のライト側アクセス・トランジスタ（ＴＧＷ）は導通状態となり、ライトビット線（ＷＤｎ）（ｎ＝１，２，…）の論理レベル電圧がライト側記憶ノード（ＮＷ）に伝達する。このとき、選択された列のライトビット線（ＷＤ２）には、ライトデータの論理レベル電圧Ｄｎｅｗが設定されているので、１行２列目のメモリセル１（図３の符号Ｃ１２が附されたメモリセル）のＤフリップ・フロップには論理レベル電圧Ｄｎｅｗが設定され、それに伴い、当該メモリセル１のリード側記憶ノード（ＮＲ＿１２）の電圧は論理レベル電圧Ｄｎｅｗの反転値となる（時刻ｔ９）。一方、選択されなかった列のライトビット線（ＷＤｊ）（ｊ≠２）には、選択行（１行目）のメモリセル１及びデータホールド用インバータ３−ｊによりラッチされている論理レベル電圧Ｄｏｌｄ１ｊが設定されているので、１行ｊ列目のメモリセル１のリード側記憶ノード（ＮＲ＿１ｊ）の設定電圧はそのままに維持される。
【００５３】
（２．７）  最後に、ライトワード線（ＷＷ１）のライト選択信号をネゲートする（Ｌレベルとする）。これにより、１行目の各メモリセル１は、その時点におけるライトビット線（ＷＤｊ）の電圧をラッチする（時刻ｔ１０）。そして、列アドレス信号の入力を停止する（時刻ｔ１１）。これにより、書込用セレクタ４−ｎ（ｎ＝１，２，…）は非選択の状態となる（時刻ｔ１２）。
【００５４】
以上の動作によって、１行２列目のメモリセル１に新しいデータが書き込まれ、１行１列目のメモリセル１には従前のデータが保持される。本実施例の半導体記憶装置では、ライト動作時に於いて、半選択状態のメモリセル１に対しては、当該メモリセル１とデータホールド用インバータ３−ｊとをループ接続してインバータ・ループを形成し、ライトビット線（ＷＤｊ）の電圧を当該メモリセル１内に従前記憶されている論理レベル電圧Ｄｏｌｄ１ｊに拘束することで、当該メモリセル１のデータがライト動作中に破壊されることを確実に防止することが可能となる。
【実施例２】
【００５５】
図５は、本発明の実施例２に係る半導体記憶装置のメモリセル１の構成をトランジスタ・レベルで表した回路図である。尚、半導体記憶装置の全体構成については、図１と同様である。
【００５６】
本実施例では、実施例１の図２と比較すると、ライト側アクセス・トランジスタ（ＴＧＷ）及びリード側アクセス・トランジスタ（ＴＧＲ）が、トランスミッション・ゲートで構成されている点で相違する。それに伴い、リードワード線（ＲＷ）及びライトワード線（ＷＷ）を、それぞれ、リード選択信号及びライト選択信号の非反転値が入力される線（ＲＷ＋，ＷＷ＋）と反転値が入力される線（ＲＷ−，ＷＷ−）のペアにより構成されている。
【００５７】
このように、ライト側アクセス・トランジスタ（ＴＧＷ）及びリード側アクセス・トランジスタ（ＴＧＲ）を相補型のトランスミッション・ゲートで構成することで、プロセスのバラツキによる各トランジスタの閾値のバラツキに対する動作マージンをより広くすることができる。
【実施例３】
【００５８】
図６は、本発明の実施例３に係る半導体記憶装置の全体構成を表すブロック図である。尚、図６において、図１と同様の構成部分については同符号を付して説明は省略する。
【００５９】
本実施例の半導体記憶装置では、各列（カラム）のライトビット線とリードビット線は、１本のビット線（Ｄ１，Ｄ２，…）で共用されている。また、列選択回路２は、入出力セレクタ６及びプリチャージ回路９を備えると共に、それぞれの列のビット線（Ｄ１，Ｄ２，…）に対応して、ホールド切替回路７−１，７−２，…及びホールド・スイッチ回路８−１，８−２，…を備えている。
【００６０】
各メモリセル１の入力端子（Ｄ）及び出力端子（Ｑ−）は、ともに該メモリセル１の属する列のビット線（Ｄｎ）（ｎ＝１，２，…）に接続されている。
【００６１】
また、外部データ入力線（Ｄｉｎ）及び外部データ出力線（Ｄｏｕｔ）は、入出力セレクタ６に接続されている。入出力セレクタ６は、３つの入出力端子と１つの制御端子を有する４端子回路であり、３つの入出力端子には、外部データ入力線（Ｄｉｎ）、外部データ出力線（Ｄｏｕｔ）及び入出力データノード（ＮＲＷＤ）が接続され、制御端子には、リード・ライト切替信号が入力されている。入出力セレクタ６は、リード・ライト切替信号（Ｒ／Ｗ）に従って、入出力データノード（ＮＲＷＤ）を外部データ入力線（Ｄｉｎ）又は外部データ出力線（Ｄｏｕｔ）の何れか一方に接続する。すなわち、即ち、リード・ライト切替信号（Ｒ／Ｗ）がライト状態のときに外部データ入力線（Ｄｉｎ）に接続し、それ以外のときに外部データ出力線（Ｄｏｕｔ）に接続するよう動作する。
【００６２】
ホールド切替回路７−ｎ（ｎ＝１，２，…）は、２つの一次側端子（ｉｎ１ｎ，ｉｎ２ｎ）と１つの二次側端子（ｏｕｔｎ）と制御端子とを有するマルチプレクサである。一方の一次側端子（ｉｎ１ｎ）は入出力データノード（ＮＲＷＤ）に接続されており、他方の一次側端子（ｉｎ２ｎ）は、対応するホールド・スイッチ回路８−ｎに接続されている。二次側端子（ｏｕｔｎ）は、対応するビット線（Ｄｎ）に接続されている。また、制御端子はカラム選択線（Ｙ）に接続されており、列アドレス信号が入力される。ホールド切替回路７−ｎは、この列アドレス信号により列が選択された場合には、ビット線（Ｄｎ）を入出力データノード（ＮＲＷＤ）に接続し、それ以外の場合には、ビット線（Ｄｎ）をホールド・スイッチ回路８−ｎに接続するように動作する。
【００６３】
プリチャージ回路９は、電源電圧ＶＤＤの１／２の電圧を生成する定電圧回路である。
【００６４】
各ホールド・スイッチ回路８−ｎ（ｎ＝１，２，…）は、ホールド切替回路７−ｎの一次側端子（ｉｎ２ｎ）とプリチャージ回路９の出力端子との間に接続されたスイッチ回路であり、リード・ライト切替信号（Ｒ／Ｗ）により通断制御される。即ち、リード・ライト切替信号（Ｒ／Ｗ）がライト状態のときに導通状態となり、それ以外のときに非導通状態となるよう動作する。
【００６５】
図７は、図６のメモリセルの構成をトランジスタ・レベルで表した回路図である。基本的な構成は図２と同様であるため説明は省略する。図２と比べると、メモリセル１の入力端子（Ｄ）及び出力端子（Ｑ−）は、ともに該メモリセル１の属する列のビット線（Ｄｎ）（ｎ＝１，２，…）に接続されている点が相違している。
【００６６】
尚、図７においても、実施例１と同様、第１のインバータ（ＩＮＶＲ）のオン・コンダクタンスをＧＩＮＶＲ、リード側アクセス・トランジスタ（ＴＧＲ）のオン・コンダクタンスをＧＴＧＲ、第２のインバータ（ＩＮＶＷ）のオン・コンダクタンスをＧＩＮＶＷ、ライト側アクセス・トランジスタ（ＴＧＷ）のオン・コンダクタンスをＧＴＧＷとすると、
ＧＩＮＶＲ＞ＧＴＧＲ
ＧＩＮＶＷ＜ＧＴＧＷ
となるように設計されている。
【００６７】
以上のように構成された本実施例に係る半導体記憶装置について、以下その動作を説明する。
【００６８】
（１）リード動作
図８は、図６，図７の半導体記憶装置のリード動作時のタイミングチャートである。図８では、一例として、１行２列目のメモリセル１（図６において符号Ｃ１２を付したメモリセル）のデータを読み出す場合を示している。尚、図８におけるノード電位（ＮＲ＿１２）は、図６に示した１行２列目のメモリセル１（図６において符号Ｃ１２を付したメモリセル）内のノード（ＮＲ）（図７参照）の電位を表している。
【００６９】
（１．１）  データの読み出しを行う場合、まず、読み出しを行うセルの列を選択する列アドレス信号を列アドレス入力線（Ｙ）に入力する。また、リード・ライト切替信号（Ｒ／Ｗ）はリード状態（Ｌ状態）とする。
これにより、入出力セレクタ６は、入出力データノード（ＮＲＷＤ）を外部データ出力線（Ｄｏｕｔ）に接続し、選択された列のホールド切替回路７−２は、ビット線（Ｄ２）を入出力データノード（ＮＲＷＤ）に接続する。これにより、ビット線（Ｄ２）が外部データ出力線（Ｄｏｕｔ）に接続される。一方、選択されていない列のホールド切替回路７−ｊ（ｊ≠２）は、ビット線（Ｄ２）をホールド・スイッチ回路８−ｊに接続する。また、各ホールド・スイッチ回路８−ｉ（ｉ＝１，２，…）は、リード・ライト切替信号（Ｒ／Ｗ）がリード状態なので、非接続状態であり、従って、ビット線（Ｄｊ）はホールド・スイッチ回路８−ｊにおいてオープンとなる。
【００７０】
（１．２）  次に、読み出しを行うセルの行のリードワード線（ＲＷ１）のリード選択信号をアサートする（Ｈレベルにする）。これにより、リードワード線（ＲＷ１）に接続されたすべてのメモリセル１（１行目のメモリセルＣ１１，Ｃ１２，…）のリード側アクセス・トランジスタ（ＴＧＲ）が導通状態となり、各ビット線（Ｄｎ）（ｎ＝１，２，…）には、１行目の各メモリセル１にラッチされている論理レベル電圧の反転値Ｄｏｌｄ１１−，Ｄｏｌｄ１２−，…が出力される。このとき、外部データ出力線（Ｄｏｕｔ）には、ホールド切替回路７−１，７−２，…により選択されたビット線（Ｄ２）が接続されているため、外部データ出力線（Ｄｏｕｔ）には１行２列目のメモリセル１にラッチされている論理レベル電圧Ｄｏｌｄ１２−が出力される。
【００７１】
尚、リード動作時には、半選択メモリセルも読み出し状態となるが、第１のインバータ（ＩＮＶＲ）のオン・コンダクタンスをリード側アクセス・トランジスタ（ＴＧＲ）のオン・コンダクタンスよりも大きく設定しておくことで、リード・マージンは十分に大きくすることができ、メモリセルのデータの反転は防止される。従って、リード時にはビット線のプリチャージは必要ない。
【００７２】
以上のような動作により、選択されたメモリセル１にラッチされているデータの読み出しが行われる。
【００７３】
（２）ライト動作
図９は、図６，図７の半導体記憶装置のライト動作時のタイミングチャートである。図９では、一例として、１行２列目のメモリセル１（図６において符号Ｃ１２を付したメモリセル）にデータを書き込む場合を示している。尚、図９におけるノード電位（ＮＲ＿１２，ＮＲ＿１ｊ（ｊ≠２））は、それぞれ、図６に示した１行２列目のメモリセル１（図６において符号Ｃ１２を付したメモリセル）及び１行ｊ列目（ｊ≠２）のメモリセル１内のノード（ＮＲ）（図７参照）の電位を表している。
【００７４】
（初期状態）
図９において、初期状態では、各リードワード線（ＲＷｎ）（ｎ＝１，２，…）、各ライトワード線（ＷＷｎ）（ｎ＝１，２，…）はネゲート（Ｌレベル）の状態、リード・ライト切替信号（Ｒ／Ｗ）はリード状態、カラム選択線Ｙには列アドレス信号が入力されていない状態にある。
【００７５】
（書き込み準備段階：時刻ｔ１〜ｔ２）
データの書き込みを行う場合、書き込みを行うメモリセル１（選択メモリセル）の属する行（選択行）の選択メモリセル以外の各メモリセル１にラッチされたデータが破壊されるのを防止するため、まず、書き込み準備段階として、次のような動作により、選択列以外の各ビット線（Ｄｊ）（ｊ≠２）の電圧を電源電圧の１／２の電圧にプリチャージする。
【００７６】
（２．１）  まず、リード・ライト切替信号（Ｒ／Ｗ）をライト状態とする。これにより、各ホールド・スイッチ回路８−１，８−２，…は導通状態となり、各ホールド切替回路７−１，７−２，…の一次側端子（ｉｎ２ｎ）には、プリチャージ回路９により電源電圧ＶＤＤの１／２の電圧が印加される（時刻ｔ１）。また、入出力セレクタ６は、入出力データノード（ＮＲＷＤ）を外部データ入力線（Ｄｉｎ）に接続する。
【００７７】
このとき、カラム選択線（Ｙ）には列アドレス信号はまだ入力されていないため、すべての列のビット線（Ｄｎ）（ｎ＝１，２，…）は、一次側端子（ｉｎ２ｎ）に接続されており、各ビット線（Ｄｎ）はＶＤＤ／２の電圧にプリチャージされる（時刻ｔ２）。
【００７８】
（書き込み段階：時刻ｔ３〜）
（２．２）  次に、書き込みを行うセルの列を選択する列アドレス信号をカラム選択線（Ｙ）に入力する（時刻ｔ３）。これにより、選択された列のホールド切替回路７−２は、ビット線（Ｄ２）を入出力データノード（ＮＲＷＤ）に接続する。入出力データノード（ＮＲＷＤ）は外部データ入力線（Ｄｉｎ）に接続されているため、ビット線（Ｄ２）の電圧は、その時点における外部データ入力線（Ｄｉｎ）に設定される（時刻ｔ４）。一方、選択されなかった列のビット線（Ｄｊ）（ｊ≠２）の電圧はプリチャージ回路９により、ＶＤＤ／２の電圧に拘束された儘維持される。
【００７９】
（２．４）  次に、外部データ入力線（Ｄｉｎ）に書き込みを行うライトデータの論理レベル電圧Ｄｎｅｗを入力する（時刻ｔ５）。これにより、ビット線（Ｄ２）の電圧は、論理レベル電圧Ｄｎｅｗに遷移する（時刻ｔ６）。
【００８０】
（２．５）  次に、書き込みを行う行（選択行）のライトワード線（ＷＷ１）のライト選択信号をアサートする（Ｈレベルとする）（時刻ｔ７）。これにより、選択行（１行目）のすべてのメモリセル１のライト側アクセス・トランジスタ（ＴＧＷ）は導通状態となり、ビット線（Ｄｎ）（ｎ＝１，２，…）の論理レベル電圧がライト側記憶ノード（ＮＷ）に伝達する。このとき、選択された列のビット線（Ｄ２）には、ライトデータの論理レベル電圧Ｄｎｅｗが設定されているので、１行２列目のメモリセル１（図６の符号Ｃ１２が附されたメモリセル）のＤフリップ・フロップには論理レベル電圧Ｄｎｅｗが設定され、それに伴い、当該メモリセル１のリード側記憶ノード（ＮＲ＿１２）の電圧は論理レベル電圧Ｄｎｅｗの反転値となる（時刻ｔ８）。一方、選択されなかった列のビット線（Ｄｊ）（ｊ≠２）の電圧は、プリチャージ回路９によりＶＤＤ／２の電圧に拘束されており、また、ライト側アクセス・トランジスタ（ＴＧＷ）のライト時のオン・コンダクタンスＧＴＧＷは第２のインバータ（ＩＮＶＷ）のオン・コンダクタンスＧＩＮＶＷよりも大きくなるように設定されていても、非選択列のメモリセル１のＤフリップ・フロップの状態は変化せず、１行ｊ列目のメモリセル１のリード側記憶ノード（ＮＲ＿１ｊ）の設定電圧はそのままに維持される。
【００８１】
（２．７）  最後に、ライトワード線（ＷＷ１）のライト選択信号をネゲートし（Ｌレベルとし）、リード・ライト切替信号（Ｒ／Ｗ）をリード状態とする（時刻ｔ９）。これにより、１行目の各メモリセル１は、その時点においてメモリセル１にラッチされている電圧を維持する。また、各ホールド・スイッチ回路８−１，８−２，…はオープンとなる。そして、列アドレス信号の入力を停止する（時刻ｔ１０）。これにより、すべてのホールド切替回路７−１，７−２，…はビット線Ｄ１，Ｄ２，…を一次側端子（ｉｎ２ｎ）に接続し、ビット線Ｄ１，Ｄ２，…はオープンの状態となる。
【００８２】
以上の動作によって、１行２列目のメモリセル１に新しいデータが書き込まれ、１行１列目のメモリセル１には従前のデータが保持される。本実施例の半導体記憶装置では、ライト動作時に於いて、半選択状態のメモリセル１に対しては、ビット線（Ｄｊ）をプリチャージ回路９によりＶＤＤ／２の電圧に拘束しメモリセル内のＤフリップ・フロップの状態反転を防止することで、当該メモリセル１のデータがライト動作中に破壊されることを確実に防止することが可能となる。
【実施例４】
【００８３】
図１０は、本発明の実施例４に係る半導体記憶装置のメモリセル１の構成をトランジスタ・レベルで表した回路図である。尚、図１０において、図７と同様の構成部分については同符号を付して説明は省略する。
【００８４】
本実施例では、実施例３の図７と比較すると、ライト側アクセス・トランジスタ（ＴＧＷ）及びリード側アクセス・トランジスタ（ＴＧＲ）が、トランスミッション・ゲートで構成されている点で相違する。それに伴い、リードワード線（ＲＷ）及びライトワード線（ＷＷ）を、それぞれ、リード選択信号及びライト選択信号の非反転値が入力される線（ＲＷ＋，ＷＷ＋）と反転値が入力される線（ＲＷ−，ＷＷ−）のペアにより構成されている。
【００８５】
このように、ライト側アクセス・トランジスタ（ＴＧＷ）及びリード側アクセス・トランジスタ（ＴＧＲ）を相補型のトランスミッション・ゲートで構成することで、プロセスのバラツキによる各トランジスタの閾値のバラツキに対する動作マージンをより広くすることができる。
【実施例５】
【００８６】
図１１は、本発明の実施例５に係る半導体記憶装置の全体構成を表すブロック図である。尚、図１１において、図６と同様の構成部分については同符号を付して説明は省略する。
【００８７】
本実施例の半導体記憶装置では、各列（カラム）のライトビット線とリードビット線は、１本のビット線（Ｄ１，Ｄ２，…）で共用されている。また、列選択回路２は、入出力セレクタ６を備えると共に、それぞれの列のビット線（Ｄ１，Ｄ２，…）に対応して、ホールド切替回路７−１，７−２，…、ホールド・スイッチ回路８−１，８−２，…、及びデータホールド回路１０−１，１０−２，…を備えている。図６と比較すると、プリチャージ回路９がデータホールド回路１０−１，１０−２，…に置き換わった点のみが相違する。
【００８８】
データホールド回路１０−１，１０−２，…は、各ホールド・スイッチ回路８−１，８−２，…にそれぞれ接続されている。このデータホールド回路１０−１，１０−２，…は、通常のＤラッチ回路であり、ラッチ制御線（ＬＡＴ）から入力されるラッチ制御信号がアサートされたときにデータを取り込み、ネゲートされたときにホールドする。
【００８９】
尚、各メモリセル１の内部構成は、図７又は図１０と同様である。
【００９０】
以上のように構成された本実施例に係る半導体記憶装置について、以下その動作を説明する。
【００９１】
（１）リード動作
リード動作については、実施例３の図８で説明した動作と同様であるため、説明は省略する。
【００９２】
（２）ライト動作
図１２は、図１１の半導体記憶装置のライト動作時のタイミングチャートである。図１１では、一例として、１行２列目のメモリセル１（図１１において符号Ｃ１２を付したメモリセル）にデータを書き込む場合を示している。尚、図１２におけるノード電位（ＮＲ＿１２，ＮＲ＿１ｊ（ｊ≠２））は、それぞれ、図１１に示した１行２列目のメモリセル１（図１１において符号Ｃ１２を付したメモリセル）及び１行ｊ列目（ｊ≠２）のメモリセル１内のノード（ＮＲ）（図７，図１０参照）の電位を表している。
【００９３】
（初期状態）
図１２において、初期状態では、各リードワード線（ＲＷｎ）（ｎ＝１，２，…）、各ライトワード線（ＷＷｎ）（ｎ＝１，２，…）はネゲート（Ｌレベル）の状態、リード・ライト切替信号（Ｒ／Ｗ）はリード状態（Ｌレベル）、カラム選択線Ｙには列アドレス信号が入力されていない状態にある。
【００９４】
（書き込み準備段階：時刻ｔ１〜ｔ５）
データの書き込みを行う場合、書き込みを行うメモリセル１（選択メモリセル）の属する行（選択行）の選択メモリセル以外の各メモリセル１にラッチされたデータが破壊されるのを防止するため、まず、書き込み準備段階として、次のような動作により、当該選択行の各メモリセルにラッチされたデータをデータホールド回路１０−１，１０−２，…によりラッチする。
【００９５】
（２．１）  書き込みを行うメモリセル１の属する行（選択行）のライトワード線（ＷＷ１）のライト選択信号をアサートする（Ｈレベルにする）とともに、リード・ライト切替信号（Ｒ／Ｗ）をライト状態とする（時刻ｔ１）。これにより、各列のビット線（Ｄ１，Ｄ２，…）には、選択行のリードワード線（ＲＷ１）に接続する各列のメモリセル１（１行目のメモリセル１）においてライト側記憶ノード（ＮＷ）にラッチされている論理レベル電圧Ｄｏｌｄ１１，Ｄｏｌｄ１２，…が出力される（時刻ｔ２）。また、各ホールド・スイッチ回路８−１，８−２，…は導通状態となり、各ホールド切替回路７−１，７−２，…の一次側端子（ｉｎ２ｎ）はデータホールド回路１０−１，１０−２，…に接続される。また、入出力セレクタ６により、入出力データノード（ＮＲＷＤ）は外部データ入力線（Ｄｉｎ）に接続される。
【００９６】
このとき、カラム選択線（Ｙ）には列アドレス信号はまだ入力されていないため、すべての列のビット線（Ｄｎ）（ｎ＝１，２，…）は、一次側端子（ｉｎ２ｎ）に接続されており、各ビット線（Ｄｎ）はデータホールド回路１０−１，１０−２，…に接続される。
【００９７】
（２．２）  次に、ラッチ制御線（ＬＡＴ）を一定時間アサートする（時刻ｔ３〜ｔ４）。これにより、各データホールド回路１０−１，１０−２，…には、選択行の各メモリセル１にラッチされた論理レベル電圧Ｄｏｌｄ１１，Ｄｏｌｄ１２，…がそれぞれラッチされる（時刻ｔ４）。
【００９８】
（書き込み段階：時刻ｔ５〜ｔ１１）
（２．４）  次に、外部データ入力線（Ｄｉｎ）に書き込みを行うライトデータの論理レベル電圧Ｄｎｅｗを入力する（時刻ｔ５）。このとき、カラム選択線（Ｙ）には、まだ列アドレス信号が入力されていないため、外部データ入力線（Ｄｉｎ）のライトデータは何れのライトビット線（ＷＤ１，ＷＤ２，…）にも入力されていない。
【００９９】
（２．５）  次に、書き込みを行うセルの列を選択する列アドレス信号をカラム選択線（Ｙ）に入力する（時刻ｔ６）。これにより、選択された列のホールド切替回路７−２は、ビット線（Ｄ２）を入出力データノード（ＮＲＷＤ）を介して外部データ入力線（Ｄｉｎ）に接続する。また、それ以外のホールド切替回路７−ｊ（ｊ≠２）では、ビット線（Ｄｊ）は対応するホールド・スイッチ回路８−ｊの出力に接続される。これにより、選択された列のビット線（Ｄ２）は、ライトデータの論理レベル電圧Ｄｎｅｗとなる（時刻ｔ７）。一方、選択されなかった列のビット線（Ｄｊ）（ｊ≠２）はデータホールド回路１０−ｊにより、もとの論理レベル電圧Ｄｏｌｄ１ｊに拘束された儘維持される。また、選択行（１行目）のすべてのメモリセル１のライト側アクセス・トランジスタ（ＴＧＷ）は導通状態であるため、ビット線（Ｄｎ）（ｎ＝１，２，…）の論理レベル電圧がライト側記憶ノード（ＮＷ）に伝達する。このとき、選択された列のビット線（Ｄ２）がライトデータの論理レベル電圧Ｄｎｅｗに変化するのに伴い、１行２列目のメモリセル１（図１１の符号Ｃ１２が附されたメモリセル）のＤフリップ・フロップのライト側記憶ノード（ＮＷ）には論理レベル電圧Ｄｎｅｗが設定され、それに伴い、当該メモリセル１のリード側記憶ノード（ＮＲ＿１２）の電圧は論理レベル電圧の反転値Ｄｎｅｗ−となる（時刻ｔ８）。一方、選択されなかった列のビット線（Ｄｊ）（ｊ≠２）には、選択行（１行目）のデータホールド回路１０−ｊによりラッチされている論理レベル電圧Ｄｏｌｄ１ｊが設定されているので、１行ｊ列目のメモリセル１のリード側記憶ノード（ＮＲ＿１ｊ）の設定電圧はそのままに維持される。
【０１００】
（２．６）  最後に、ライトワード線（ＷＷ１）のライト選択信号をネゲートする（Ｌレベルとする）とともに、リード・ライト切替信号（Ｒ／Ｗ）をリード状態（Ｌレベル）とする。これにより、１行目の各メモリセル１は、その時点におけるビット線（Ｄｊ）の電圧をラッチする（時刻ｔ９）。そして、列アドレス信号の入力を停止する。これにより、ホールド切替回路７−ｎ（ｎ＝１，２，…）は非選択の状態となる（時刻ｔ１０）。
【０１０１】
以上の動作によって、１行２列目のメモリセル１に新しいデータが書き込まれ、１行１列目のメモリセル１には従前のデータが保持される。本実施例の半導体記憶装置では、ライト動作時に於いて、半選択状態のメモリセル１に対しては、データホールド回路１０−ｊにより、ビット線（Ｄｊ）の電圧を当該メモリセル１内に従前記憶されている論理レベル電圧Ｄｏｌｄ１ｊに拘束することで、当該メモリセル１のデータがライト動作中に破壊されることを確実に防止することが可能となる。
【符号の説明】
【０１０２】
１  メモリセル
２  列選択回路
３−１，３−２，…  データホールド用インバータ
４−１，４−２，…  ホールド切替回路
５  出力セレクタ
６  入出力セレクタ
７−１，７−２，…  ホールド切替回路
８−１，８−２，…  ホールド・スイッチ回路
９  プリチャージ回路
１０−１，１０−２，…  データホールド回路
Ｄ  入力端子
Ｑ−  出力端子
φＷ  ライト制御端子
φＲ  リード制御端子
ＲＷ１，ＲＷ２，…  リードワード線
ＷＷ１，ＷＷ２，…  ライトワード線
Ｗ１，Ｗ２，…  ワード線ペア
ＲＤ１，ＲＤ２，…  リードビット線
ＷＤ１，ＷＤ２，…  ライトビット線
Ｄ１，Ｄ２，…  ビット線ペア
Ｙ  カラム選択線
Ｄｉｎ  外部データ入力線
Ｄｏｕｔ  外部データ出力線
ＩＮＶＲ  第１のインバータ
ＩＮＶＷ  第２のインバータ
ＴＧＷ  ライト側アクセス・トランジスタ
ＴＧＲ  リード側アクセス・トランジスタ
ＮＷ  ライト側記憶ノード
ＮＲ  リード側記憶ノード
Ｄ１，Ｄ２，…  ビット線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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