JP2005302124A - Semiconductor memory device - Google Patents

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Kazuo Taguchi
和男 田口
Shigeru Ishii
茂 石井
Yoshikatsu Kuroda
能克 黒田
Daisuke Takahashi
大輔 高橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor memory device capable of guaranteeing a fast operation while soft error resistance is increased. <P>SOLUTION: This semiconductor memory device includes a memory cell formed on a silicon-on-insulator (SOI) substrate. The memory cell includes a pair of n type resistance added transistors TN5 and TN6 in which a gate is connected to a word line WL, a body is connected to the output nodes N3 and N4 of a pair of inverters INV1 and INV2, and a source and a drain interconnect the input nodes N1 and N2 and the output nodes N3 and N4 of the pair of inverters INV1 and INV2. The n type resistance added transistors TN5 and TN6 are source tie (ST) type MOS transistors, and a conductive state is set between the source and the drain in the nonaccessed state of the memory cell. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体記憶装置に関し、特に、SRAM(Static Random Access Memory)メモリセルを備える半導体記憶装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to a semiconductor memory device including SRAM (Static Random Access Memory) memory cells.

近年、SRAMの集積度の向上に伴い、ソフトエラーの防止対策が重要となっている。このようなソフトエラーの防止対策としては、時定数を利用して記憶ノードの電位を支えるものがある(特許文献1参照)。しかし、時定数を利用することは、メモリセルのアクセス時の動作速度の低下を引き起こす要因になる。また、半導体装置の微細化に伴い、十分な容量の確保が困難となっており、他の要素技術と併用した対策では大幅なプロセス変更を強いられ、コストアップが避けられない。また、ソフトエラー耐性の向上技術の一つとしてSOI技術の適用が提案されているが、SOI技術のみでは十分な耐性向上の効果は得られていない。
特開平5−198182号公報
In recent years, with the improvement of the degree of integration of SRAM, measures for preventing soft errors have become important. As a countermeasure against such a soft error, there is one that uses a time constant to support the potential of the storage node (see Patent Document 1). However, using the time constant becomes a factor that causes a decrease in the operation speed when accessing the memory cell. In addition, with the miniaturization of semiconductor devices, it is difficult to secure a sufficient capacity, and measures combined with other elemental technologies are forced to significantly change the process, and an increase in cost is inevitable. In addition, application of SOI technology has been proposed as one of techniques for improving soft error resistance, but sufficient resistance improvement effect is not obtained only with SOI technology.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-198182

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ソフトエラー耐性を向上させつつ高速動作が担保できる半導体記憶装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor memory device capable of ensuring high-speed operation while improving soft error resistance.

(1)本発明は、SOI(Silicon On Insulator)基板に形成されたメモリセルを含む半導体記憶装置であって、前記メモリセルは、ソースが高電位電源線に接続される第1導電型の負荷トランジスタと、ソースが低電位電源線に接続される第2導電型の駆動トランジスタとを含み、前記負荷トランジスタと前記駆動トランジスタのゲート同士が接続されて入力ノードを構成し、前記負荷トランジスタと前記駆動トランジスタのドレイン同士が接続されて出力ノードを構成する1対のインバータと、ゲートがワード線に接続され、ボディが前記一対のインバータの前記出力ノードに接続され、ソース及びドレインが前記1対のインバータの一方のインバータの前記入力ノードと他方のインバータの前記出力ノードとを相互に接続する1対の第2導電型の抵抗付加トランジスタと、ソース及びドレインが前記インバータの前記出力ノードとビット線との間に接続され、ゲートがワード線に接続される1対の第2導電型の転送トランジスタと、を含み、前記抵抗付加トランジスタは、ST(Source Tie)型MOSトランジスタであって、前記メモリセルの非アクセス状態においてソース−ドレイン間が導通している半導体記憶装置に関するものである。   (1) The present invention is a semiconductor memory device including a memory cell formed on an SOI (Silicon On Insulator) substrate, the memory cell having a first conductivity type load whose source is connected to a high-potential power line. Including a transistor and a second conductivity type driving transistor whose source is connected to a low-potential power line, wherein the load transistor and the gate of the driving transistor are connected to form an input node, and the load transistor and the driving transistor A pair of inverters that constitute an output node by connecting drains of transistors, a gate is connected to a word line, a body is connected to the output node of the pair of inverters, and a source and a drain are the pair of inverters A pair of second conductors interconnecting the input node of one of the inverters and the output node of the other inverter And a pair of second conductivity type transfer transistors having a source and a drain connected between the output node of the inverter and a bit line, and a gate connected to a word line, The resistance addition transistor is an ST (Source Tie) type MOS transistor, and relates to a semiconductor memory device in which a source and a drain are electrically connected in a non-access state of the memory cell.

本発明によれば、抵抗付加トランジスタは、ゲートがワード線に接続されているため、メモリセルへのアクセス時には低抵抗となり、非アクセス時には、アクセス時に比べて高抵抗となる。また、第2導電型の抵抗付加トランジスタは、メモリセルの非アクセス時においてソース−ドレイン間が導通しているため、メモリセルを構成するインバータラッチのループを切断することがない。このため、本発明によれば、メモリセルの非アクセス時に高抵抗となる抵抗付加トランジスタを設けているにも関わらず、データ保持動作を確実に担保することができる。そして、本発明によれば、メモリセルの非アクセス時にデータ保持動作が行われている場合には、抵抗付加トランジスタが高抵抗であるため、この抵抗付加トランジスタのソース−ドレイン間抵抗によって、α線などの入射によるデータ反転を防止することができる。さらに、メモリセルのアクセス時には、ワード線からのセル選択信号の印加により抵抗付加トランジスタのソース−ドレイン間は、非アクセス時に比べて低抵抗状態となるため、書き込み/読み出し動作の速度が低下することがない。   According to the present invention, since the gate of the resistance-added transistor is connected to the word line, the resistance-added transistor has a low resistance when accessing the memory cell, and has a higher resistance when not accessing than when accessing. Further, since the resistance addition transistor of the second conductivity type is conductive between the source and the drain when the memory cell is not accessed, the loop of the inverter latch constituting the memory cell is not cut. For this reason, according to the present invention, the data holding operation can be surely ensured despite the provision of the resistance addition transistor having a high resistance when the memory cell is not accessed. According to the present invention, when the data holding operation is performed when the memory cell is not accessed, the resistance-added transistor has a high resistance. It is possible to prevent data reversal due to incidence such as In addition, when the memory cell is accessed, the resistance between the source and drain of the resistance-added transistor is reduced by applying a cell selection signal from the word line as compared to when the memory cell is not accessed, so that the speed of writing / reading operation is reduced. There is no.

また、本発明では、抵抗付加トランジスタとして、ST(Source Tie)型MOSトランジスタを採用する。本発明では、一対の抵抗付加トランジスタを設けて、各トランジスタのボディを一対のインバータの出力ノードにそれぞれ接続することにより、インバータの入力ノード電位を安定化させることができる。これにより、インバータ間に抵抗付加トランジスタを直列付加したことに起因するインバータの入力ノード電位の不安定な状態を解消し、メモリセルのスタンバイ時の消費電流が増加することを抑制することができる。   In the present invention, an ST (Source Tie) type MOS transistor is employed as the resistance addition transistor. In the present invention, the input node potential of the inverter can be stabilized by providing a pair of resistance addition transistors and connecting the bodies of the respective transistors to the output nodes of the pair of inverters. As a result, the unstable state of the input node potential of the inverter caused by adding the resistance addition transistor in series between the inverters can be eliminated, and an increase in current consumption during standby of the memory cell can be suppressed.

(2)本発明の半導体記憶装置において、前記負荷トランジスタ及び前記駆動トランジスタは、ソースとボディとを接続するボディコンタクトを有していてもよい。このようにすれば、インバータを構成する各トランジスタのゲート容量を増大させることによって、記憶ノードに容量を付加することができる。すなわち、α線などの入射時において記憶ノードの電位を維持するためのループ時定数を増すことができる。   (2) In the semiconductor memory device of the present invention, the load transistor and the drive transistor may have a body contact that connects a source and a body. In this way, the capacity can be added to the storage node by increasing the gate capacity of each transistor constituting the inverter. That is, the loop time constant for maintaining the potential of the storage node at the time of incidence of α rays or the like can be increased.

以下、本発明に好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施の形態の半導体記憶装置であるSRAMメモリセル(以下、単にメモリセルという)の等価回路を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing an equivalent circuit of an SRAM memory cell (hereinafter simply referred to as a memory cell) which is a semiconductor memory device of the present embodiment.

本実施の形態のメモリセルは、SOI基板を用いて形成された8個のMOSトランジスタによって構成される。p型(第1導電型)負荷トランジスタTP1と、n型(第2導電型)駆動トランジスタTN1とで第1のCMOSインバータINV1が形成される。また、p型付加トランジスタTP2と、n型駆動トランジスタTN2とで第2のCMOSインバータINV2が形成される。p型負荷トランジスタTP1,TP2は、ソースが高電位電源線VDD(電源電圧Vdd)に接続されている。n型駆動トランジスタTN1,TN2は、ソースが低電位電源線VSS(電源電圧Vss)に接続されている。p型負荷トランジスタTP1とn型駆動トランジスタTN1とは、ゲート同士が接続され、その接続ノードが第1のCMOSインバータINV1の入力ノードN1を構成する。p型負荷トランジスタTP1とn型駆動トランジスタTN1とは、ドレイン同士が接続され、その接続ノードが第1のCMOSインバータINV1の出力ノードN3を構成する。p型負荷トランジスタTP2のゲートとn型駆動トランジスタTN2のゲートとが接続されて、その接続ノードが第2のCMOSインバータINV2の入力ノードN2を構成する。p型負荷トランジスタTP2のドレインとn型駆動トランジスタTN2のドレインとが接続され、その接続ノードが第2のCMOSインバータINV2の出力ノードN4を構成する。   The memory cell of this embodiment is composed of eight MOS transistors formed using an SOI substrate. The p-type (first conductivity type) load transistor TP1 and the n-type (second conductivity type) drive transistor TN1 form a first CMOS inverter INV1. The p-type additional transistor TP2 and the n-type drive transistor TN2 form a second CMOS inverter INV2. The sources of the p-type load transistors TP1 and TP2 are connected to the high potential power supply line VDD (power supply voltage Vdd). The sources of the n-type drive transistors TN1 and TN2 are connected to the low potential power supply line VSS (power supply voltage Vss). The gates of the p-type load transistor TP1 and the n-type drive transistor TN1 are connected to each other, and the connection node forms the input node N1 of the first CMOS inverter INV1. The p-type load transistor TP1 and the n-type drive transistor TN1 have their drains connected to each other, and the connection node forms the output node N3 of the first CMOS inverter INV1. The gate of the p-type load transistor TP2 and the gate of the n-type drive transistor TN2 are connected, and the connection node forms the input node N2 of the second CMOS inverter INV2. The drain of the p-type load transistor TP2 and the drain of the n-type drive transistor TN2 are connected, and the connection node forms the output node N4 of the second CMOS inverter INV2.

第1,第2のCOMSインバータINV1,INV2は、入力ノードN1と出力ノードN4とがn型抵抗付加トランジスタTN6を介して接続され、出力ノードN3と入力ノードN2とがn型抵抗付加トランジスタTN5を介して接続されてフリップフロップを構成する。このフリップフロップは、ゲートがワード線WLに接続され、所定の選択電位によってオン/オフされる1対のn型転送トランジスタTN3,TN4によりビット線BL,反転ビット線/BLに接続される。また、第1,第2のCMOSインバータINV1,INV2は、それぞれの入出力ノードが相互に接続されていることにより、インバータラッチのループ保持動作により各インバータの入力ノードN1,N2の電位が相補的な関係となり、また記憶ノードとなる各インバータの出力ノードN3,N4の電位も相補的な関係となる。   In the first and second COMS inverters INV1 and INV2, an input node N1 and an output node N4 are connected via an n-type resistance addition transistor TN6, and an output node N3 and an input node N2 are connected to an n-type resistance addition transistor TN5. To form a flip-flop. This flip-flop is connected to the bit line BL and the inverted bit line / BL by a pair of n-type transfer transistors TN3 and TN4 whose gate is connected to the word line WL and which is turned on / off by a predetermined selection potential. In addition, the first and second CMOS inverters INV1 and INV2 have their input / output nodes connected to each other, so that the potentials of the input nodes N1 and N2 of the inverters are complementary by the loop holding operation of the inverter latch. In addition, the potentials of the output nodes N3 and N4 of the inverters serving as storage nodes are also in a complementary relationship.

そして、本実施の形態のメモリセルは、第1,第2のCMOSインバータINV1,INV2の入出力ノード間に、n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6を設けることにより、α線などの入射時における記憶データの反転を防止している。n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6は、ソース−ボディ間が接続されたSTMOSトランジスタである。具体的には、ゲート電圧が低電位側の電源電圧Vssであって、ボディ電位が高電位側の電源電圧Vddの場合に、ソース−ドレイン間に数十nA〜数μA程度の電流が流れるMOSトランジスタであればよい。また、n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6は、ゲートがワード線WLに接続されることにより、メモリセルへのアクセス時にはソース−ドレイン間が低抵抗となって動作速度を保証し、非アクセス時にはソース−ドレイン間が高抵抗となってインバータラッチのループ時定数を従来のメモリセル構造に比べて増大させて、α線などが入射した場合のノード電位の変化を効果的に遅らせることができる。またこの場合に、非アクセス時のn型抵抗付加トランジスタTN5,TN6のソース−ドレイン間の抵抗値は、ソフトエラー対策に十分なループ時定数の確保が可能であって、かつインバータラッチのループを確実に維持して、データ保持動作に望ましからぬ影響を与えることがない範囲(例えば、数十kΩ〜数十MΩ)で設定することができる。   In the memory cell of the present embodiment, the n-type resistance-added transistors TN5 and TN6 are provided between the input and output nodes of the first and second CMOS inverters INV1 and INV2, thereby storing memory at the time of incidence of α rays or the like. Data inversion is prevented. The n-type resistance addition transistors TN5 and TN6 are STMOS transistors in which the source and the body are connected. Specifically, when the gate voltage is the low-potential-side power supply voltage Vss and the body potential is the high-potential-side power supply voltage Vdd, a MOS current flows from several tens of nA to several μA between the source and drain. Any transistor may be used. The n-type resistance-added transistors TN5 and TN6 have a gate connected to the word line WL, so that the resistance between the source and the drain becomes low when accessing the memory cell, and the operation speed is guaranteed. The resistance between the drain and the drain becomes high, and the loop time constant of the inverter latch is increased as compared with the conventional memory cell structure, so that the change of the node potential when α rays or the like are incident can be effectively delayed. In this case, the resistance value between the source and drain of the n-type resistance addition transistors TN5 and TN6 at the time of non-access can secure a loop time constant sufficient for soft error countermeasures, and the loop of the inverter latch It can be set within a range (eg, several tens of kΩ to several tens of MΩ) that is reliably maintained and does not undesirably affect the data holding operation.

また、n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6は、図2に示すソース12aとボディ11とが接続されるST(Source Tie)型MOSトランジスタである。n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6は、SOI基板を構成する絶縁膜10上に、p型半導体層からなるボディ11と、ボディ11の両側に設けられるn型半導体層からなるソース12a,ドレイン12bとが形成されている。ボディ11の上には、ゲート絶縁膜13を介してポリシリコンなどからなるゲート14が形成されている。そして、n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6は、ボディ11とソース12aとが接続されて、ボディ電位を制御することによりしきい値電圧Vtを変更することができる。なお、各トランジスタは、STI16により素子分離されている。また、n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6は、メモリセルを構成する他のトランジスタより低いしきい値電圧Vtを有するように形成して、オフ時のリーク電流によりメモリセルの非アクセス時においてもソース−ドレイン間を導通させるための通電領域が確保されている。例えば、ボディ11のゲート絶縁膜13直下のチャネル形成領域にn型不純物を導入し、その不純物濃度を調整することにより低しきい値化を図ることができる。   The n-type resistance addition transistors TN5 and TN6 are ST (Source Tie) type MOS transistors in which the source 12a and the body 11 shown in FIG. 2 are connected. The n-type resistance addition transistors TN5 and TN6 include a body 11 made of a p-type semiconductor layer, a source 12a made of an n-type semiconductor layer provided on both sides of the body 11, and a drain 12b on an insulating film 10 constituting an SOI substrate. Is formed. A gate 14 made of polysilicon or the like is formed on the body 11 via a gate insulating film 13. In the n-type resistance addition transistors TN5 and TN6, the body 11 and the source 12a are connected, and the threshold voltage Vt can be changed by controlling the body potential. Each transistor is isolated by STI 16. The n-type resistance addition transistors TN5 and TN6 are formed so as to have a threshold voltage Vt lower than that of other transistors constituting the memory cell, and the source even when the memory cell is not accessed due to a leakage current at the time of off. A current-carrying region for conducting between the drains is secured. For example, the threshold value can be lowered by introducing an n-type impurity into the channel formation region of the body 11 immediately below the gate insulating film 13 and adjusting the impurity concentration.

そして、n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6のボディは、第1,第2のCMOSインバータINV1,INV2の出力ノードN3,N4に接続される。すなわち、n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6は、出力ノードN3,N4の電位によりボディ電位が制御されて、結果としてしきい値電圧Vtが制御される。すると、メモリセルのスタンバイ状態において、高電位側の出力ノードN3(N4)に接続された抵抗付加トランジスタTN5(TN6)は、しきい値電圧Vtが下がる方向に制御される。従って、本実施の形態のメモリセルでは、高電位側の入力ノード電位を大幅に降下させることがなく、スタンバイ時の消費電流の増大を抑制することができる。なお、入力ノード電位の降下が問題とならない程度にまでn型抵抗付加トランジスタTN5,TN6のしきい値電圧Vtを十分に下げるために、ボディにn型不純物を大量に導入する手法を採ることも考えられる。しかし、ボディの不純物濃度の分布を精密に制御することは難しく、それに比べてSTMOSではしきい値電圧Vtの制御性に優れるため、半導体記憶装置を歩留まり良く生産することができるようになる。以下に、n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6としてSTMOSを採用したことによる消費電流の抑制効果についてより詳細に説明する。   The bodies of the n-type resistance addition transistors TN5 and TN6 are connected to the output nodes N3 and N4 of the first and second CMOS inverters INV1 and INV2. That is, the body potentials of the n-type resistance addition transistors TN5 and TN6 are controlled by the potentials of the output nodes N3 and N4, and as a result, the threshold voltage Vt is controlled. Then, in the standby state of the memory cell, the resistance addition transistor TN5 (TN6) connected to the output node N3 (N4) on the high potential side is controlled so that the threshold voltage Vt decreases. Therefore, in the memory cell of this embodiment, the input node potential on the high potential side is not significantly lowered, and an increase in current consumption during standby can be suppressed. In order to sufficiently lower the threshold voltage Vt of the n-type resistance addition transistors TN5 and TN6 to such an extent that a drop in the input node potential does not become a problem, a method of introducing a large amount of n-type impurities into the body may be adopted. Conceivable. However, it is difficult to precisely control the impurity concentration distribution in the body. In contrast, STMOS is excellent in controllability of the threshold voltage Vt, so that a semiconductor memory device can be produced with a high yield. Hereinafter, the effect of suppressing the consumption current due to the adoption of STMOS as the n-type resistance addition transistors TN5 and TN6 will be described in detail.

まず、メモリセルの非アクセス時において、第1,第2のCMOSインバータINV1,INV2では、各インバータINV1,INV2はラッチ動作を行い、入力ノードN1,N2の電位が相補的な関係となって安定したスタンバイ状態となる。具体的には、入力ノードN1,N2の一方のノード電位が高電位HIGH(電圧Vdd)となり、他方のノード電位が低電位LOW(電圧Vss)となる。   First, when the memory cell is not accessed, in each of the first and second CMOS inverters INV1 and INV2, the inverters INV1 and INV2 perform a latch operation, and the potentials of the input nodes N1 and N2 become complementary and stable. It will be in the standby state. Specifically, one node potential of the input nodes N1 and N2 becomes the high potential HIGH (voltage Vdd), and the other node potential becomes the low potential LOW (voltage Vss).

しかし、本実施形態のメモリセルでは、第1,第2のCMOSインバータINV1,INV2の入力ノードN1,N2と出力ノードN3,N4との間に、n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6が直列的に接続されている。このn型抵抗付加トランジスタTN5,TN6を通常のMOSトランジスタとした場合、メモリセルへのアクセス時においては、各インバータINV1,INV2の入力ノードN1,N2の電位は、n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6のしきい値Vtの分だけ電圧降下した状態で安定化しようとする。すなわち、入力ノード電位が高電位HIGHとなるべきインバータのp型負荷トランジスタTP1(TP2)のゲートには、高電位HIGHからしきい値電圧Vt分だけ電圧降下した電圧Vdd−Vtが印加されている状態が続くことになり、p型負荷トランジスタTP1(TP2)が完全にオフ状態とならないためp型負荷トランジスタTP1(TP2)とn型負荷トランジスタTN1(TN2)との間に貫通電流が流れることになる。そして、このような貫通電流がスタンバイ状態においてまで常時流れているメモリセルが大量に集積化された場合には、多大な消費電流の増加を招くことになる。   However, in the memory cell of this embodiment, the n-type resistance addition transistors TN5 and TN6 are connected in series between the input nodes N1 and N2 and the output nodes N3 and N4 of the first and second CMOS inverters INV1 and INV2. It is connected. When the n-type resistance addition transistors TN5 and TN6 are normal MOS transistors, the potentials of the input nodes N1 and N2 of the inverters INV1 and INV2 are the n-type resistance addition transistors TN5 and TN6 when accessing the memory cell. Attempts to stabilize in a state where the voltage drops by the threshold value Vt. That is, the voltage Vdd−Vt, which is a voltage drop from the high potential HIGH by the threshold voltage Vt, is applied to the gate of the p-type load transistor TP1 (TP2) of the inverter whose input node potential should be the high potential HIGH. Since the p-type load transistor TP1 (TP2) is not completely turned off, a through current flows between the p-type load transistor TP1 (TP2) and the n-type load transistor TN1 (TN2). Become. When a large number of memory cells in which such a through current always flows until the standby state is integrated in a large amount, a great increase in current consumption is caused.

そこで、本実施の形態のメモリセルでは、n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6としてSTMOSを採用し、そのボディを出力ノードN3,N4に接続することにより、入力ノードN1,N2の電位を相補的な関係を保ちつつ、高電位HIGH側の入力ノード電位の電圧降下の影響を低減させている。   Therefore, in the memory cell of the present embodiment, STMOS is employed as the n-type resistance addition transistors TN5 and TN6, and the body is connected to the output nodes N3 and N4 so that the potentials of the input nodes N1 and N2 are complementary. While maintaining the relationship, the influence of the voltage drop of the input node potential on the high potential HIGH side is reduced.

具体的には、高電位HIGHとなるべき出力ノードN3(N4)にボディが接続されたn型抵抗付加トランジスタTN5(TN6)において、出力ノード電位によりしきい値電圧Vtが下がる方向に制御され、ソースあるいはドレインが接続された高電位HIGH側の入力ノード電位をほとんど降下させることがない。このため、高電位HIGH側のp型負荷トランジスタTP1(TP2)を確実にオフさせることができる。   Specifically, in the n-type resistance-added transistor TN5 (TN6) whose body is connected to the output node N3 (N4) to be the high potential HIGH, the threshold voltage Vt is controlled by the output node potential in a decreasing direction. The input node potential on the high potential HIGH side to which the source or drain is connected is hardly lowered. For this reason, the p-type load transistor TP1 (TP2) on the high potential HIGH side can be reliably turned off.

例えば、第1のCMOSインバータINV1の入力ノードN1及び第2のCMOSインバータINV2の出力ノードN4が高電位HIGHであって、第2のCMOSインバータINV2の入力ノードN2及び第1のCMOSインバータINV1の出力ノードN3が低電位LOWの場合を考える。この場合、n型抵抗付加トランジスタTN6は、出力ノードN4の電位によりボディ電位が電圧Vdd付近まで上昇してしきい値電圧Vtが低下する。また、pn接合を介して直接ボディから入力ノードN1に電流が流れる。このため、n型抵抗付加トランジスタTN6のソースあるいはドレインが接続された高電位HIGH側の入力ノードN1は、ほとんど電圧降下をすることがなくp型負荷トランジスタTP1を確実にオフ状態とすることができる。これにより、第1,第2のCMOSインバータの入力ノードN1,N2の論理状態は適切に保たれるため、記憶データの保持動作には影響を与えることなく、スタンバイ時の消費電流を効果的に抑制することができる。   For example, the input node N1 of the first CMOS inverter INV1 and the output node N4 of the second CMOS inverter INV2 are high potential HIGH, and the input node N2 of the second CMOS inverter INV2 and the output of the first CMOS inverter INV1 Consider a case where the node N3 is at a low potential LOW. In this case, the body potential of the n-type resistance addition transistor TN6 increases to near the voltage Vdd due to the potential of the output node N4, and the threshold voltage Vt decreases. In addition, a current flows directly from the body to the input node N1 through the pn junction. For this reason, the input node N1 on the high potential HIGH side to which the source or drain of the n-type resistance addition transistor TN6 is connected hardly drops in voltage, and the p-type load transistor TP1 can be reliably turned off. . As a result, the logical states of the input nodes N1 and N2 of the first and second CMOS inverters are appropriately maintained, so that the current consumption during standby can be effectively reduced without affecting the storage operation of the stored data. Can be suppressed.

なお、スタンバイ時の消費電流の抑制の観点からは、p型負荷トランジスタTP1,TP2のしきい値を上げて、n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6による入力ノードN1,N2の電圧降下の影響をさらに軽減させることができる。   From the standpoint of suppressing current consumption during standby, the thresholds of the p-type load transistors TP1 and TP2 are increased to further influence the voltage drop at the input nodes N1 and N2 by the n-type resistance addition transistors TN5 and TN6. It can be reduced.

次に、図3を用いて本実施の形態のメモリセルにおけるソフトエラー対策の効果を説明する。   Next, the effect of the soft error countermeasure in the memory cell of this embodiment will be described with reference to FIG.

図3の実線は、α線などが単発で入射した場合のメモリセル内の出力ノードN3(あるいはN4)の電位変化を示している。ノード電位がHIGH(電圧Vdd)であったとき、α線などが単発でトランジスタに入射すると、極めて短時間(数ns程度)だけ、LOW(電圧Vss)に変化する。その後、発生した電荷は再結合などで急速に消えてゆくが、一旦ノード電位が逆転すると、メモリセルの記憶データが反転してしまうことがある。このような現象は、電源電圧が低電圧化するほど顕著になる。   The solid line in FIG. 3 indicates the potential change of the output node N3 (or N4) in the memory cell when the α ray or the like is incident in a single shot. When the node potential is HIGH (voltage Vdd) and α rays or the like are incident on the transistor in a single shot, it changes to LOW (voltage Vss) for a very short time (about several ns). Thereafter, the generated charges disappear rapidly due to recombination or the like, but once the node potential is reversed, the data stored in the memory cell may be reversed. Such a phenomenon becomes more prominent as the power supply voltage is lowered.

しかし、本実施の形態のメモリセルでは、非アクセス時にデータ保持動作が行われている場合に、n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6のうちソース・ドレイン電圧がLOWとなる側のトランジスタは高抵抗状態となっている。このため、図3の破線で示すように、n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6のソース−ドレイン間抵抗によってインバータラッチのループ時定数を増大させて、α線などの入射時に出力ノードN3,N4のノード電位が低電位側の電源電圧Vss側に変化する時間を遅らせることができる。さらに、本実施の形態のメモリセルでは、ソース・ドレイン電圧がHIGHとなる側のn型抵抗付加トランジスタも、入力ノード電位すなわちボディ電位の立下がりに伴ってしきい値が上がり、LOWパルスの伝達を阻止することができる。従って、記憶データの反転をより効果的に防止することができる。   However, in the memory cell of the present embodiment, when the data holding operation is performed at the time of non-access, the transistor on the side where the source / drain voltage becomes LOW among the n-type resistance addition transistors TN5 and TN6 is in the high resistance state. It has become. For this reason, as shown by the broken line in FIG. 3, the loop time constant of the inverter latch is increased by the source-drain resistance of the n-type resistance addition transistors TN5, TN6, and the output nodes N3, N4 are The time for the node potential to change to the power supply voltage Vss side on the low potential side can be delayed. Further, in the memory cell of the present embodiment, the threshold value of the n-type resistance-added transistor on the side where the source / drain voltage becomes HIGH also increases as the input node potential, that is, the body potential falls, and the LOW pulse is transmitted. Can be prevented. Therefore, the inversion of stored data can be prevented more effectively.

また、本実施の形態のメモリセルによれば、n型抵抗付加トランジスタTN5,TN6は、メモリセルの非アクセス時にソース−ドレイン間が導通しているため、メモリセルを構成するインバータラッチのループを切断することがない。従って、本実施の形態のメモリセルによれば、非アクセス時に高抵抗となるn型抵抗付加トランジスタTN5,TN6を設けているにも関わらず、データ保持動作を確実に担保することができる。さらに、本実施の形態のメモリセルでは、アクセス時においてワード線WLからのセル選択信号の印加によりn型抵抗付加トランジスタTN5,TN6のソース−ドレイン間は、非アクセス時に比べて大幅に低抵抗状態となるため、書き込み/読み出し動作の速度が低下することがない。   In addition, according to the memory cell of the present embodiment, the n-type resistance addition transistors TN5 and TN6 are electrically connected between the source and the drain when the memory cell is not accessed. There is no cutting. Therefore, according to the memory cell of the present embodiment, the data holding operation can be surely ensured despite the provision of the n-type resistance addition transistors TN5 and TN6 that have a high resistance when not accessed. Furthermore, in the memory cell of the present embodiment, the cell-select signal from the word line WL is applied at the time of access, so that the resistance between the source and drain of the n-type resistance addition transistors TN5 and TN6 is significantly lower than that at the time of non-access. Therefore, the speed of the writing / reading operation does not decrease.

なお、本実施の形態のメモリセルの第1,第2のCMOSインバータINV1,INV2において、p型負荷トランジスタTP1,TP2とn型駆動トランジスタTN1,TN2とは、ボディとソースが接続されたボディコンタクトを有することができる。このようにすれば、各トランジスタのゲート容量を増大させることによって、記憶ノードとなる出力ノードN1,N2に容量を付加することができる。すなわち、α線などの入射時において出力ノードN1,N2の電位を維持するためのループ時定数を増すことができる。なお、この場合においてn型転送トランジスタTN3,TN4についてもボディを低電位電源線VSSに接続するボディコンタクトを有していることが望ましいが、n型転送トランジスタTN3,TN4のパスゲートリークやn型駆動トランジスタTN1,TN2との関係における電流増幅率比が問題とならない場合には、n型転送トランジスタTN3,TN4のボディがフローティング状態であってもよい。   In the first and second CMOS inverters INV1 and INV2 of the memory cell of the present embodiment, the p-type load transistors TP1 and TP2 and the n-type drive transistors TN1 and TN2 are body contacts in which the body and the source are connected. Can have. In this way, by increasing the gate capacitance of each transistor, it is possible to add capacitance to the output nodes N1 and N2 serving as storage nodes. That is, the loop time constant for maintaining the potentials of the output nodes N1 and N2 at the time of incidence of α rays or the like can be increased. In this case, it is desirable that the n-type transfer transistors TN3 and TN4 also have a body contact that connects the body to the low-potential power supply line VSS. However, the n-type transfer transistors TN3 and TN4 have pass gate leaks and n-type transfer transistors TN3 and TN4. When the current amplification factor ratio in relation to the drive transistors TN1 and TN2 does not matter, the bodies of the n-type transfer transistors TN3 and TN4 may be in a floating state.

以上に本発明に好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述したものに限られず、発明の要旨の範囲内で種々の変形態様により実施することができる。   Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the invention.

本実施の形態のSRAMメモリセルを示す等価回路図。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing the SRAM memory cell of the present embodiment. 本実施の形態のSRAMメモリセルを構成する抵抗付加トランジスタの断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a resistance addition transistor constituting the SRAM memory cell of the present embodiment. α線入射時のSRAMメモリセル内のノード電位を示す特性図。The characteristic view which shows the node potential in the SRAM memory cell at the time of alpha ray incidence.

符号の説明Explanation of symbols

TP1,TP2 p型負荷トランジスタ、TN1,TN2 n型駆動トランジスタ、TN3,TN4 n型転送トランジスタ、TN5,TN6 n型抵抗付加トランジスタ、INV1 第1のCMOSインバータ、INV2 第2のCMOSインバータ、N1,N2 入力ノード、N3,N4 出力ノード TP1, TP2 p-type load transistor, TN1, TN2 n-type drive transistor, TN3, TN4 n-type transfer transistor, TN5, TN6 n-type resistance addition transistor, INV1 first CMOS inverter, INV2 second CMOS inverter, N1, N2 Input node, N3, N4 output node

Claims (2)

SOI(Silicon On Insulator)基板に形成されたメモリセルを含む半導体記憶装置であって、
前記メモリセルは、
ソースが高電位電源線に接続される第1導電型の負荷トランジスタと、ソースが低電位電源線に接続される第2導電型の駆動トランジスタとを含み、前記負荷トランジスタと前記駆動トランジスタのゲート同士が接続されて入力ノードを構成し、前記負荷トランジスタと前記駆動トランジスタのドレイン同士が接続されて出力ノードを構成する1対のインバータと、
ゲートがワード線に接続され、ボディが前記一対のインバータの前記出力ノードに接続され、ソース及びドレインが前記1対のインバータの一方のインバータの前記入力ノードと他方のインバータの前記出力ノードとを相互に接続する1対の第2導電型の抵抗付加トランジスタと、
ソース及びドレインが前記インバータの前記出力ノードとビット線との間に接続され、ゲートがワード線に接続される1対の第2導電型の転送トランジスタと、
を含み、
前記抵抗付加トランジスタは、ST(Source Tie)型MOSトランジスタであって、前記メモリセルの非アクセス状態においてソース−ドレイン間が導通している、半導体記憶装置。
A semiconductor memory device including a memory cell formed on an SOI (Silicon On Insulator) substrate,
The memory cell is
A first conductivity type load transistor having a source connected to a high potential power line; and a second conductivity type drive transistor having a source connected to a low potential power line, wherein the load transistor and the gate of the drive transistor are connected to each other. Are connected to form an input node, and a drain of the load transistor and the drive transistor are connected to each other to form an output node;
A gate is connected to a word line, a body is connected to the output node of the pair of inverters, and a source and a drain are connected to the input node of one inverter of the pair of inverters and the output node of the other inverter. A pair of second conductivity type resistance-added transistors connected to
A pair of second conductivity type transfer transistors having a source and a drain connected between the output node of the inverter and a bit line and a gate connected to a word line;
Including
The resistance-added transistor is an ST (Source Tie) type MOS transistor, and is electrically connected between a source and a drain in a non-access state of the memory cell.
請求項1において、
前記負荷トランジスタ及び前記駆動トランジスタは、ソースとボディとを接続するボディコンタクトを有する、半導体記憶装置。
In claim 1,
The load transistor and the drive transistor have a body contact that connects a source and a body.
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