JP2905647B2 - スタティックランダムアクセスメモリ装置 - Google Patents

スタティックランダムアクセスメモリ装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、一般にスタティック
ランダムアクセスメモリ装置に関し、特に、シングルビ
ット線構成を有するスタティックランダムアクセスメモ
リ装置に関する。
【0002】
【背景の技術】一般に、スタティックランダムアクセス
メモリ(以下「SRAM」という)は、コンピュータを
はじめとする様々な電子機器に用いられており、それら
の機器における機能が向上されるにつれて、半導体メモ
リにおける低電力消費および高集積化がより強く望まれ
ている。このような要求の下で、従来より、シングルビ
ット線構成を有するSRAMが知られる。
【0003】図55は、シングルビット線構成を有する
SRAM用メモリセルの回路図である。図55に示した
回路は、“16K CMOS/SOS Asynchronous Static RAM”と
題された論文(“ダイジェスト・オブ・テクニカルペー
パーズ”,pp.104〜105,1979,IEE
E,ISSCC)に開示されている。図55を参照し
て、このメモリセルは、PMOSトランジスタQ21,
Q22と、NMOSトランジスタQ23,Q24,Q2
5と、ダイオードD1,D2とを含む。データ記憶回
路、すなわちラッチ回路が、トランジスタQ21ないし
Q24およびダイオードD1,D2により構成される。
このデータ記憶回路は、アクセスゲートトランジスタQ
25を介して、シングルビット線BLに接続される。ト
ランジスタQ25のゲートはワード線WLに接続され
る。
【0004】書込動作において、トランジスタQ25の
ゲート電圧がワード線WLを介して昇圧される。したが
って、トランジスタQ25がオンし、ビット線BLの電
位により決定されるデータが、データ記憶回路において
ストアされる。
【0005】図55に示したメモリセルは、5つのMO
Sトランジスタにより構成されるので、半導体基板上の
占有面積が減少され得るのであるが、大きな電力消費を
有していた。電力消費を減少させるため、本願出願人
は、図56に示した回路構成を既に提案している。
【0006】図56は、本願出願人によって先に提案さ
れているSRAM用メモリセルの回路図である。図56
を参照して、メモリセルMCは、データ記憶回路を構成
するPMOSトランジスタQ31,Q32およびNMO
SトランジスタQ33,Q34と、アクセスゲートとし
てのNMOSトランジスタQ35とを含む。データ記憶
回路1は、トランジスタQ35を介してシングルビット
線BLjに接続される。データ記憶回路1の接地側は、
ソース線SLjに接続される。
【0007】書込動作において、ワード線WLiがワー
ド線昇圧回路307により昇圧されるので、トランジス
タQ35のゲート電圧が昇圧される。したがって、トラ
ンジスタQ35がより低いコンダクタンスでONするの
で、データ記憶回路1内にビット線BLjの電位により
決定されるデータがストアされる。
【0008】メモリセルMCを含む列がアクセスされな
いとき、ソース線電位制御回路308は、列アドレス信
号CA0ないしCAnに応答して、ソース線SLjを中
間電位Vm(=VDD/2)にもたらす。これにより、
データ記憶回路1に供給される電源電圧が半分に減少さ
れるので、メモリセルMCにおいて消費される電力が減
少され得る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図56に示した回路構
成では、ソース線電位制御回路308の作用によりメモ
リセルMCにおいて消費される電力を減少させようとす
るのであるが、アクセスされる場合またはアクセスされ
ない場合によってソース線SLjを充放電する必要が生
じる。したがって、ソース線SLjの充放電により消費
される電力消費が無視できない。
【0010】これに加えて、図55および図56に示し
たSRAMでは、書込動作においてワード線が昇圧され
るので、昇圧されたワード線に接続されている他のメモ
リセルにおいても、必要でないにもかかわらずデータ書
込が行なわれ得る。すなわち、アクセスされるべきでな
い他の列におけるメモリセルのアクセスゲートトランジ
スタのゲート電極が昇圧されるので、その列におけるビ
ット線の電位により決定されるデータ(不定)によりス
トアされていたデータが変更されてしまう。
【0011】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、シングルビット線構成を有する
スタティックランダムアクセスメモリ装置において、デ
ータ書込動作において不必要なメモリセルへの誤ったデ
ータ書込を防ぐことを目的とする。
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係るス
タティックランダムアクセスメモリ装置は、複数の行お
よび複数の列に配設された複数のメモリセルを備えたメ
モリセルアレイと、各々が対応する1つの列内のメモリ
セルに接続された複数のビット線とを含む。各メモリセ
ルは、単一の入出力ノードを介して与えられるデータ信
号を記憶するデータ記憶手段と、対応する列内のビット
線と入出力ノードとの間に接続され、行および列アドレ
ス信号に応答して導通するスイッチング手段とを備え
る。このスタティックランダムアクセスメモリ装置は、
さらに、各々が複数のビット線の対応する1本に接続さ
れた複数のダミーセルと、各々がメモリセルアレイ内の
2つの隣接する列毎に設けられ、複数のビット線の対応
する2本の間に接続された複数の差動センスアンプ手段
と、各々がメモリセルアレイ内の2つの隣接する列毎に
設けられ、複数のビット線の対応する2本の一方を選択
する列アドレス信号に応答して、対応する2本のビット
線の他方に接続されたダミーセルを能動化させる複数の
ダミーセル能動化手段とを含む。
【0016】請求項3の発明に係るスタティックランダ
ムアクセスメモリ装置は、複数の行および複数の列に配
設された複数のメモリセルを備えたメモリセルアレイ
と、各々が対応する1つの列内のメモリセルに接続され
た複数のビット線とを含む。各メモリセルは、単一の入
出力ノードを介して与えられるデータ信号を記憶するデ
ータ記憶手段と、対応する列内のビット線と入出力ノー
ドとの間に接続され、行および列アドレス信号に応答し
て導通するスイッチング手段とを備える。このスタティ
ックランダムアクセスメモリ装置は、さらに、外部から
与えられる書込制御信号に応答して、行および列アドレ
ス信号によって選択されたメモリセル内のデータ記憶手
段のデータ記憶状態を安定化または不安定化させる状態
制御手段を含む。データ記憶手段が、第1および第2の
電源電位の間に直列に接続された第1導電型の第1の電
界効果トランジスタおよび第1導電型とは逆の第2導電
型の第2の電界効果トランジスタと、入出力ノードで第
1および第2の電源電位の間に直列に接続された第1導
電型の第3の電界効果トランジスタおよび第2導電型の
第4の電界効果トランジスタとを含む。第1および第2
の電界効果トランジスタは、ゲート電極が入出力ノード
に接続される。第3および第4の電界効果トランジスタ
は、ゲート電極が第1および第2の電界効果トランジス
タの共通接続ノードに接続される。第1の電界効果トラ
ンジスタは、第3の電界効果トランジスタよりも高い相
互コンダクタンスを有している。
【0017】請求項4の発明に係るスタティックランダ
ムアクセスメモリ装置は、データ記憶手段が、第1およ
び第2の電源電位の間に直列に接続された第1導電型の
第1の電界効果トランジスタおよび第1導電型とは逆の
第2導電型の第2の電界効果トランジスタと、入出力ノ
ードで第1および第2の電源電位の間に直列に接続され
た第1導電型の第3の電界効果トランジスタおよび第2
導電型の第4の電界効果トランジスタとを含む。第1お
よび第2の電界効果トランジスタは、ゲート電極が入出
力ノードに接続される。第3および第4の電界効果トラ
ンジスタは、ゲート電極が第1および第2の電界効果ト
ランジスタの共通接続ノードに接続される。第4の電界
効果トランジスタは、第2の電界効果トランジスタより
も低いしきい電圧を有している。
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【作用】請求項1の発明におけるスタティックランダム
アクセスメモリ装置では、あるメモリセルからデータが
読出されるとき、データ記憶手段内にストアされたデー
タ信号が対応する2本のビット線の一方に供給される。
対応する2本のビット線の他方に接続されたダミーセル
は、当該メモリセルを選択する列アドレス信号に応答し
て能動化される。対応する差動センスアンプ手段は2本
のビット線間の電位を差動的に増幅するので、データ読
出動作が高速で行なわれ得る。
【0022】請求項3の発明におけるスタティックラン
ダムアクセスメモリ装置では、第1の電界効果トランジ
スタが第3の電界効果トランジスタよりも高い相互コン
ダクタンスを有しているので、第1および第2の電界効
果トランジスタの共通接続ノードの充電または放電が速
やかに行なわれ得る。したがって、データ書込動作が高
速に完了され得る。
【0023】請求項4の発明におけるスタティックラン
ダムアクセスメモリ装置では、第4の電界効果トランジ
スタが第2の電界効果トランジスタよりも低いしきい電
圧を有しているので、第4の電界効果トランジスタが第
1および第2の電界効果トランジスタの共通接続ノード
の電位に応答して速やかに導通する。したがって、デー
タ記憶手段の入出力ノードが速やかに充電または放電さ
れるので、データ書込動作が高速に完了され得る。
【0024】
【実施例】図1は、この発明の一実施例を示すSRAM
のブロック図である。図1を参照して、SRAM100
は、外部から与えられる行アドレス信号RA0ないしR
Amを受ける行アドレスバッファ3と、外部から与えら
れる列アドレス信号CA0ないしCAnを受ける列アド
レスバッファ4と、行アドレス信号をデコードする行デ
コーダ5と、列アドレス信号をデコードする列デコーダ
6と、行デコーダ5によって選択されたXワード線を昇
圧するXワード線昇圧回路7と、列デコーダ6によって
選択されたYワード線を昇圧するYワード線昇圧回路8
と、列デコーダ6からの出力信号に応答してビット線を
選択するYゲート回路10とを含む。
【0025】SRAM100は、複数の行および複数の
列に配設された複数のメモリセルMCaを備えたメモリ
セルアレイを含む。各行において、メモリセルMCaは
対応するワード線XWL1,XWL2,…に接続され
る。各列において、メモリセルMCaは対応するビット
線BL1,BL2,…および対応するYワード線YWL
1,YWL2,…に接続される。Xワード線XWL1,
XWL2,…は、Xワード線昇圧回路7に接続される。
Yワード線YWL1,YWL2,…は、Yワード線昇圧
回路8に接続される。ビット線BL1,BL2,…は、
Yゲート回路10に接続される。
【0026】ビット線BL1,BL2,…は、Yゲート
回路10およびIO線14を介してセンスアンプ9に接
続される。Yゲート回路10は、列デコーダ6から出力
される列選択信号に応答して、ビット線BL1,BL
2,…のうちの1本を選択的にIO線14に接続する。
センスアンプ9は、書込制御バッファ13を介して与え
られる書込イネーブル信号/WEに応答して活性化され
る。したがって、メモリセルから読出されたデータ信号
は、センスアンプ9により増幅された後、出力バッファ
12を介して出力データDoとして出力される。一方、
書込まれるべきデータ信号Diは、入力バッファ11,
IO線14およびYゲート回路10を介してYゲート回
路10により選択された1本のビット線に与えられる。
【0027】図2は、図1に示したSRAM100に適
用される1つのメモリセルMCaの回路図である。図2
を参照して、メモリセルMCaは、Thin Film Transist
or(以下「TFT」という)により実現されるPMOS
トランジスタQ1,Q2およびドライバトランジスタと
してのNMOSトランジスタQ3,Q4により構成され
るデータ記憶回路1を含む。すなわち、データ回路1
は、クロスカップルされた2つのCMOSインバータ2
aおよび2bを含む。インバータ2aは、トランジスタ
Q1およびQ3によって構成される。一方、インバータ
2bは、トランジスタQ2およびQ4によって構成され
る。
【0028】データ記憶回路1は、アクセスゲートとし
てのNMOSトランジスタQ5,Q6を介してシングル
ビット線BLに接続される。トランジスタQ5は、ゲー
トがXワード線XWLに接続される。トランジスタQ6
は、ゲートがYワード線YWLに接続される。ワード線
XWLおよびYWLは、Xワード線昇圧回路7およびY
ワード線昇圧回路8にそれぞれ接続される。シングルビ
ット線BLと電源電圧VDDとの間に負荷としてのPM
OSトランジスタQ7が接続される。図2では1つのメ
モリセルMCaについてのみ示されているが、図1に示
した他のメモリセルも同様の回路構成を有することが指
摘される。
【0029】次に、図1および図2を参照して、動作に
ついて説明する。まず、書込動作において、外部から与
えられる書込イネーブル信号/WEが立下がる。図1に
示した書込制御バッファ13は、信号/WEの立下がり
に応答して、内部書込制御信号Sweを出力する。一
方、行デコーダ5は、外部から与えられる行アドレス信
号RA0ないしRAmをデコードし、Xワード線のうち
の1本を選択する。Xワード線昇圧回路7は、内部書込
制御信号Sweに応答して、選択されたXワード線XW
Lを昇圧する。同様に、列デコーダ6は、外部から与え
られる列アドレス信号CA0ないしCAnをデコード
し、Yワード線を選択する。Yワード線昇圧回路8は、
内部書込制御信号Sweに応答して、選択されたYワー
ド線YWLを昇圧する。
【0030】書込動作において、書込まれるべき入力デ
ータDiは、入力バッファ11を介してYゲート回路1
0に与えられる。Yゲート回路10は、列デコーダ6か
ら出力される列選択信号に応答して、入力データ信号を
選択されたビット線に与える。
【0031】図2を参照して、ワード線XWLおよびY
WLがXワード線昇圧回路7およびYワード線昇圧回路
8によってそれぞれ昇圧され、したがって、トランジス
タQ5およびQ6のゲート電圧が昇圧される。ゲート電
圧の昇圧により、トランジスタQ5およびQ6はより低
いコンダクタンスでONし、シングルビット線BL上の
電位によって決定されるデータがデータ記憶回路1にお
いてストアされる。
【0032】一方、読出動作では、ワード線昇圧回路7
および8による昇圧動作は行なわれず、これに代えて、
ワード線昇圧回路7および8は電源電圧VDDレベルの
出力電圧を出力する。すなわち、図2に示したメモリセ
ルMCaがアクセスされるとき、ワード線昇圧回路7お
よび8は、電源電圧VDDレベルの出力電圧をワード線
XWLおよびYWLに与える。したがって、トランジス
タQ5およびQ6が通常のコンダクタンスでONするの
で、データ記憶回路1においてストアされていたデータ
信号がシングルビット線BL上に与えられる。
【0033】ビット線BLに与えられたデータ信号は、
図1に示したYゲート回路10を介してセンスアンプ9
に与えられる。センスアンプ9により増幅された信号
は、出力バッファ12を介して出力データDoとして出
力される。
【0034】上記の記載により、図2に示したメモリセ
ルMCaの概略の動作が説明されたが、以下に、メモリ
セルMCaにおける動作原理についてより詳細に説明す
る。
【0035】再び図2を参照して、データ記憶回路1を
構成するインバータ2aは、TFTによって実現される
PMOSトランジスタQ1とNMOSトランジスタQ3
とによって構成される。ここで、インバータ2aの入力
電圧がV1であり、一方出力電圧がV2であると仮定す
る。トランジスタQ1はTFTにより形成されているの
で、トランジスタQ1のゲート電圧がxであると仮定す
ると、トランジスタQ1のドレイン電流yは次式により
得られる。
【0036】
【数1】
【0037】式(1)より、図3に示したトランジスタ
Q1のゲート電圧−ドレイン電流特性が得られる。図3
からわかるように、トランジスタQ1は、ゲート電圧x
が3ボルト以下の領域では、サブスレッショルド特性を
示す。
【0038】図3からわかるように、1μA以下の電流
がトランジスタQ1を介して流れる。1μA以下の電流
領域では、ドライバトランジスタQ3もまたサブスレッ
ショルド特性を示す。ドライバトランジスタQ3のサブ
スレッショルド領域でのドレイン電流zは、ゲート電圧
xを用いて次式により表わされる。
【0039】
【数2】
【0040】したがって、ドライバトランジスタQ3の
ゲート電圧−ドレイン電流特性は図4において示され
る。
【0041】図3および図4に示した特性図に示される
ように、トランジスタQ1およびQ3はいずれもサブス
レッショルド領域で動作し、インバータ2aの出力電圧
V2は、トランジスタQ1およびQ3を介して流れる電
流により決定される。
【0042】説明を簡単化するため、インバータ2aを
図5に示した等価回路図によって簡単化する。すなわ
ち、トランジスタQ1が電流yを流す抵抗R1により置
換えられ、かつトランジスタQ3が電流zを流す抵抗R
3により置換えられるものと仮定する。図5に示した等
価回路における出力電圧vは、電源電圧VDDが3ボル
トであると仮定すると、次式により表わされる。
【0043】
【数3】
【0044】トランジスタQ1を介して、ある値のドレ
イン電流が流れるものと仮定すると、図5の等価回路に
よって示されたインバータ2aの出力電圧vは、次式に
よって得られる。
【0045】
【数4】
【0046】式(4)に示した場合よりもトランジスタ
Q1のドレイン電流が1桁だけ減少され、かつドライバ
トランジスタQ3のドレイン電流が1桁だけ増加される
場合では、インバータ2aの出力電圧wは、次式により
得られる。
【0047】
【数5】
【0048】さらには、式(4)により示した場合より
もトランジスタQ1のドレイン電流が1桁だけ増加さ
れ、かつドライバトランジスタQ3のドレイン電流が1
桁だけ減少される場合では、インバータ2aの出力電圧
uは次式により得られる。
【0049】
【数6】
【0050】したがって、上記の式(4)ないし(6)
に示したそれぞれの場合におけるインバータ2aの出力
電圧v,wおよびuとゲート電圧xとの間の関係が図6
において示される。
【0051】図6は、インバータ2aの入力電圧V1と
出力電圧V2との間の関係を示す入出力特性図である。
図6を参照して、横軸は入力電圧V1を示し(トランジ
スタQ1およびQ3のゲート電圧xに相当する)、縦軸
が出力電圧V2(前述の出力電圧v,w,uに相当す
る)を示す。曲線v,wおよびuは、式(4),(5)
および(6)により得られる出力電圧をそれぞれ示す。
【0052】次に、図2に示したデータ記憶回路1を構
成するもう1つのインバータ2bについて検討する。イ
ンバータ2bについても類似の解析を行なうことによ
り、図7に示した入出力特性C5およびC6を得ること
ができる。図7を参照して、横軸は電圧V1を示し、縦
軸が電圧V2を示す。電圧V2はインバータ2bの入力
電圧に相当し、一方、電圧V1はインバータ2bの出力
電圧に相当する。図2に示したアクセスゲートトランジ
スタQ5およびQ6のゲート電圧がブーストされないと
き(すなわち電源電圧VDDレベルのゲート電圧が与え
られるとき)、インバータ2bの入出力特性は曲線C5
により表わされる。一方、トランジスタQ5およびQ6
のゲート電圧がブーストされるとき(すなわち電源電圧
VDDを越えるレベルのゲート電圧が与えられると
き)、インバータ2bの入出力特性は曲線C6により表
わされる。言換えると、トランジスタQ5およびQ6の
ゲート電圧の昇圧の有無により、インバータ2bの入出
力特性がシフトされる。
【0053】仮に、インバータ2aが曲線vにより表わ
される特性を有し、インバータ2bが曲線C5およびC
6により表わされる特性を有するものと仮定する。読出
動作において、トランジスタQ5およびQ6のゲート電
圧は昇圧されないので、インバータ2bの入出力特性は
曲線C5により表わされる。したがって、曲線vおよび
C5は交点PaおよびPcにおいて交わる(中間の交点
Pdは不安定であるので無視する)。言換えると、トラ
ンジスタQ5およびQ6の昇圧が行なわれないとき、デ
ータ記憶回路1が2つの安定状態、すなわち交点Paお
よびPcを有する。したがって、ストアされたデータは
データ記憶回路1のいずれかの状態により保持される。
【0054】書込動作において、トランジスタQ5およ
びQ6のゲート電圧が昇圧されるので、インバータ2b
の入出力特性が曲線C6により表わされるようにシフト
される。したがって、曲線vおよびC6の交点は存在し
ないため、データ記憶回路1は不安定状態にもたらされ
る。したがって、この不安定状態において、シングルビ
ット線BLの電位により決定されるデータ信号が、トラ
ンジスタQ5およびQ6を回してデータ記憶回路1に伝
えられる。言換えると、データ記憶回路1が不安定であ
るため、データ記憶状態が変更されやすく、したがっ
て、データ書込が容易に行なわれ得る。
【0055】インバータ2aおよび2bに、図7に示し
た関係の特性を与えるのに必要な条件について以下に説
明する。以下の説明では、図2に示したトランジスタQ
4のβをβQ4により表わすものと仮定する。さらには、
アクセスゲートトランジスタQ5およびQ6を等価的に
1つのトランジスタにより表わされるものと仮定し、そ
の等価トランジスタのβの値がβQ56 により表わされる
ものと仮定する。
【0056】以下の説明のために、ここで、次式によっ
て表わされるベータ比βrを定義する。
【0057】 βr=βQ4/βQ56 …(7) 図8は、図2に示したインバータ2bのいくつかのベー
タ比βrの下での入出力特性図である。図8を参照し
て、横軸はインバータ2bの入力電圧V2を示し、縦軸
は出力電圧V1を示す。曲線C11およびC12は、β
r=1.0のときの特性を示す。曲線C21およびC2
2は、βr=2.0のときの特性を示す。曲線C31お
よびC32は、βr=2.5のときの特性を示す。曲線
C11,C21およびC31は、アクセスゲートトラン
ジスタQ5およびQ6のゲート電圧が昇圧されない(=
VDD=3ボルト)ときの特性をそれぞれ示す。曲線C
12,C22およびC32は、トランジスタQ5および
Q6のゲート電圧が昇圧される(=5ボルト)ときの特
性をそれぞれ示す。
【0058】図8からわかるように、ベータ比βrが増
加されるにつれて、電圧差VD1ないしVD3が次第に
減少される。
【0059】再び図7を参照して、以下に、好ましいベ
ータ比βrの好ましい範囲について説明する。図7に示
した曲線wおよびuは、インバータ2aを構成するトラ
ンジスタQ1およびQ3の特性のばらつきを考慮に入れ
ている。すなわち、曲線wおよびuにより囲まれた領域
において、実際のインバータ2aの特性が存在する。図
7から、論理しきい値の差ΔVTLは、約0.35ボルト
である。
【0060】図7に示した例では、電源電圧VDDが3
ボルトであり、したがって、読出動作における活性化さ
れたワード線の電圧は3ボルトである。一方、書込動作
における昇圧されたワード線の電圧は5ボルトである。
【0061】データ読出状態、すなわち安定状態におい
て、曲線C5が曲線wまたはuと2つの交点Paおよび
Pcで交わるためには、図7に示した電圧差ΔVRLおよ
びΔVRHが十分に大きな値を持つことが必要となる。電
圧差ΔVRL=ΔVRH=0.2ボルトを仮定すると、次式
の関係が得られる。
【0062】 V1(Pc)−V1(Pa)=ΔVRL+ΔVTL+ΔVRH =0.2+0.35+0.2 =0.75(V) …(8) 他方、書込動作において、点Pbが曲線uと交わらない
ようにする必要がある。したがって、ΔVW が0.2ボ
ルトを超えるものと仮定すると、次の関係が得られる。
【0063】 V1(Pb)−V1(Pa)=ΔVRL+ΔVTL+ΔVW =0.75(V) …(9) 式(8)および(9)から、電圧差V1(Pc)−V1
(Pa)および電圧差V1(Pb)−V1(Pa)が約
0.8ボルト以上となるように設計する必要があること
がわかる。
【0064】図9は、ベータ比βrと上記の電圧差との
関係を示すグラフである。図9を参照して、横軸はベー
タ比βrを示し、縦軸は電圧差(V)を示す。曲線C7
は、電圧差V1(Pc)−V1(Pa)の変化を示し、
曲線C8は電圧差V1(Pb)−V1(Pa)の変化を
示す。電圧差V1(Pc)−V1(Pa)は、β比βr
が低下するにつれて次第に減少される。その理由は、ベ
ータ比βrが小さくなるにつれて、交点Paの電圧(V
1)が大きくなるからである。
【0065】他方、電圧差V1(Pb)−V1(Pa)
は、ベータ比βrが増大するにつれて減少される。その
理由は、ベータ比βrが大きくなるにつれて、交点Pa
およびPbがいずれも低い値に抑えられるからである。
その結果、好ましいベータ比βrの範囲は次の不等式に
より得られる。
【0066】 0.2≦βr≦1.0 …(10) したがって、不等式(10)を満足するようなベータ比
βrが得られるように、図2に示したメモリセルMCa
内のトランジスタQ4,Q5およびQ6が設計される。
2つのインバータ2aおよび2bの好ましい入出力特性
の一例が図10において示される。
【0067】図10を参照して、曲線C1およびC2
は、トランジスタQ1およびQ3の特性のばらつきを考
慮に入れた、インバータ2aの入出力特性を示す。一
方、曲線C3およびC4は、インバータ2bの読出動作
および書込動作における入出力特性をそれぞれ示す。な
お、図10に示した例では、ベータ比βrが1.0であ
り、電源電圧VDDが3ボルトであり、昇圧されたワー
ド線電圧が5ボルトであり、昇圧されないワード線電圧
が3ボルトである。
【0068】上記のように、図7に示した入出力特性を
有するインバータ2aおよび2bを、図2に示したメモ
リセルMCa内のデータ記憶回路1に適用することによ
り、シングルビット線構成を有する好ましいSRAMが
得られる。すなわち、図1に示した各メモリセルMCa
において、書込動作においてXワード線XWLおよびY
ワード線YWLを介して昇圧されるアクセスゲートトラ
ンジスタQ5およびQ6が設けられているので、所望の
メモリセルMCaにのみデータ書込を行なうことができ
る。これに加えて、図56に示したようなソース線電位
制御回路308が設けられていないので、ソース線の充
放電による電力消費が生じない。
【0069】以下の記載では、この発明に従う他の実施
例について説明する。図11は、この発明の別の実施例
を示すメモリセルの回路図である。図11に示したメモ
リセルMCbは、図1に示したSRAM100において
メモリセルMCaに代えて適用され得る。図11を参照
して、メモリセルMCbは、図2に示したメモリセルM
Caと比較すると、アクセスゲートトランジスタQ8お
よびQ10のそれぞれのゲート電極の接続態様が異なっ
ている。すなわち、NMOSトランジスタQ8は、ゲー
トがYワード線YWLに接続される。一方、NMOSト
ランジスタQ10は、ゲートがXワード線XWLに接続
される。このメモリセルMCbを適用することによって
も、図2に示したメモリセルMCaの場合と同様の利点
が得られる。
【0070】図12は、この発明のさらに別の実施例を
示すSRAMのブロック図である。図12を参照して、
SRAM200は、図1に示したSRAM100と類似
の回路構成を有しているが、ビット線の接続態様が異な
っている。すなわち、2つの列ごとに1本の共用ビット
線SBLが設けられる。したがって、図12に示したS
RAM200では、図1に示したSRAM100が備え
ているビット線の半分の数の共用ビット線で足りる。た
とえば、第1列において隣接する2つのメモリセルMC
c1およびMCc2は、1本の共用ビット線SBL1に
接続される。共用ビット線SBL1は、Yゲート回路1
0′に接続される。
【0071】図13は、図12に示した2つの隣接する
メモリセルMCc1およびMCc2の回路図である。図
13を参照して、メモリセルMCc1およびMCc2
は、機能的に同じでありかつ対称的な回路構成を有して
いる。メモリセルMCc1は、データ記憶回路1と、デ
ータ記憶回路1と共用ビット線SBL1との間に直列に
接続されたNMOSトランジスタQ8およびQ10を含
む。同様に、メモリセルMCc2は、データ記憶回路
1′と、データ記憶回路1′と共用ビット線SBL1と
の間に直列に接続されたNMOSトランジスタQ8′お
よびQ10′を含む。トランジスタQ10およびQ1
0′は、ゲートがXワード線XWL1に接続される。ト
ランジスタQ8のゲートは、Yワード線YWL1に接続
される。トランジスタQ8′のゲートは、Yワード線Y
WL2に接続される。図13に示した各メモリセルMC
c1およびMCc2も、図2に示したメモリセルMCa
と同様に、図7に示した関係を満たす回路特性を有して
いる。
【0072】1本の共用ビット線SBL1が、隣接する
2つの列内のメモリセルMCc1およびMCc2によっ
て共用されているが、トランジスタQ8およびQ8′が
同時にONすることがないので、ビット線の共用による
問題は何ら生じない。
【0073】すなわち、メモリセルMCc1に対してデ
ータ書込が行なわれるとき、トランジスタQ10および
Q8のゲートがXワード線昇圧回路7およびYワード線
昇圧回路8によってそれぞれ昇圧される。したがって、
共用ビット線SBL1の電位によって決定されるデータ
信号が、トランジスタQ8およびQ10を介してデータ
記憶回路1に与えられる。一方、アクセスされるべきで
ないメモリセルMCc2では、トランジスタQ10′の
ゲート電圧がXワード線昇圧回路7により昇圧される
が、トランジスタQ8′のゲート電圧は低レベルに維持
される。したがって、トランジスタQ8′がOFFする
ので、メモリセルMCc2への誤ったデータ書込が行な
われない。
【0074】データ読出動作においては、ワード線昇圧
回路7および8による昇圧動作は停止され、これに代え
て、電源電圧VDDレベルの電圧が、アクセスされるべ
きメモリセルのトランジスタたとえばQ8,Q10のゲ
ートに与えられる。したがって、通常のデータ読出動作
が行なわれる。
【0075】図14は、この発明のさらに別の実施例を
示すSRAMのブロック図である。図14を参照して、
SRAM300は、2つの隣接する列において共用され
る共用ビット線を用いている点において、図12に示し
たSRAM200と類似している。しかしながら、各メ
モリセルを構成するトランジスタの数が1つずつ減少さ
れているので、より高集積化に適したSRAMが得られ
る。
【0076】図15は、図14に示した2つの隣接する
メモリセルの回路図である。図15を参照して、2つの
隣接する列内のメモリセルMCd1およびMCd2が共
用ビット線SBL1に接続される。各メモリセルMCd
1およびMCd2は、5つのMOSトランジスタにより
構成される。たとえば、メモリセルMCd1は、データ
記憶回路1と、アクセスゲートとしてのNMOSトラン
ジスタQ11とを含む。メモリセルMCd1およびMC
d2の共通接続ノードCNと共用ビット線SBL1との
間にNMOSトランジスタQ12が接続される。トラン
ジスタQ12は、Xワード線XWL1を介してXワード
線昇圧回路7に接続される。メモリセルMCd1内のア
クセスゲートトランジスタQ11は、Yワード線YWL
1を介してYワード線昇圧回路8に接続される。メモリ
セルMCd2内のアクセスゲートトランジスタQ11′
は、ゲートがYワード線YWL2を介してYワード線昇
圧回路8に接続される。図15に示した各メモリセルM
Cd1およびMCd2も、図2に示したメモリセルMC
aと同様に、図7に示した関係を満たす回路特性を有し
ている。
【0077】トランジスタQ12は、共用のアクセスゲ
ートトランジスタとして働く。すなわち、たとえばメモ
リセルMCd1がアクセスされるとき、トランジスタQ
11に加えてトランジスタQ12がONする。したがっ
て、メモリセルMCd1内のデータ記憶回路1が、トラ
ンジスタQ11およびQ12を介して共用ビット線SB
L1に接続される。特に、書込動作において、トランジ
スタQ11のゲート電圧がYワード線昇圧回路8によっ
て昇圧され、これに加えて、トランジスタQ12のゲー
ト電圧がXワード線昇圧回路7に昇圧される。したがっ
て、書込動作において、既に説明した図2に示したメモ
リセルMCaの場合と等価な回路が形成され得るので、
同じ利点が得られる。すなわち、書込動作において、ア
クセスされるべきメモリセル、たとえばMCd1に対し
てのみ、トランジスタQ11およびQ12の両方のゲー
ト電圧が昇圧されるので、メモリセルMCd1に対して
のみ共用ビット線SBL1から与えられるデータ信号が
書込まれ得る。
【0078】このように、図2,図11,図13および
図15に示したいずれのメモリセル回路を適用すること
によっても、データ書込動作において必要なメモリセル
に対してのみ所望のデータを書込むことができる。言換
えると、不必要なメモリセルへの誤ったデータ書込が防
がれる。
【0079】上記の実施例において用いられたメモリセ
ル、すなわち図2に示したメモリセルMCa,図11に
示したメモリセルMCbおよび図13に示したメモリセ
ルMCc1は、2つのアクセスゲートトランジスタの直
列接続を用いている。一般に、SRAMは多数のメモリ
セルを備えているので、各メモリセルの半導体基板上の
占有面積が減少されることが要求される。アクセスゲー
トトランジスタの直列接続による半導体基板上の占有面
積を減少させるため、アクセスゲートトランジスタにつ
いて以下に説明する構造が提案される。以下、いくつか
の例について、製造工程を参照しつつ説明する。
【0080】図16を参照して、p型シリコン基板50
上の素子分離領域において、フィールド酸化膜51およ
びp+ アイソレーション層52を形成する。次に、図1
7に示すように、基板50の主表面上にゲート酸化膜5
3を形成した後、第1多結晶シリコン膜54を形成す
る。第1多結晶シリコン膜54上にCVDによりシリコ
ン酸化膜55を形成する。
【0081】図18に示すように、第1多結晶シリコン
膜54の側壁に、熱酸化によりたとえば10nm以下の
酸化膜56を形成する。多結晶シリコン層54の酸化レ
ートは、シリコン基板50と比較して数倍から十数倍大
きいので、この熱酸化によりシリコン基板50が酸化さ
れる量は非常にわずかである。図19を参照して、第2
多結晶シリコン膜57を形成した後、フォトリソグラフ
ィ法により、多結晶シリコン膜57の所望の部分上にフ
ォトレジスト膜58を残す。フォトレジスト膜58をマ
スクとして、フレオン系または塩素系のガスを用いたプ
ラズマエッチング法により、第2多結晶シリコン膜57
をエッチングし、アクセスゲートトランジスタQ6のゲ
ート電極を形成する。
【0082】さらには、いわゆるLDD法により、図2
0に示すように、たとえば1018cm-3オーダのn-
61および1020cm-3オーダのn+ 層60を、アクセ
スゲートトランジスタQ5の一方側およびアクセストラ
ンジスタQ6の一方側に形成する。その結果、図2に示
したアクセスゲートトランジスタQ5およびQ6として
適用され得る、高集積化に適した構造が得られる。な
お、シリコン酸化膜55に代えて、その他の絶縁膜、た
とえばシリコン窒化膜も用いられ得る。
【0083】図21ないし図23は、アクセスゲートト
ランジスタQ5およびQ6を形成するための別の製造方
法を示している。図21を参照して、アクセスゲートト
ランジスタQ5およびQ6のゲート電極を形成するため
に、多結晶シリコン膜54およびタングステンシリサイ
ド膜62が形成される。すなわち、トランジスタQ5の
ゲート電極として、多結晶シリコン膜54の1つの層だ
けではなく、WSix,MoSix,TiSixなどの
高融点シリサイド膜と多結晶シリコン膜との複合膜、い
わゆるポリサイド膜が用いられる。タングステンシリサ
イド膜62上に、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜
などの絶縁膜55が、CVD法によりたとえば数十nm
の厚さで形成される。
【0084】次に、図22に示すように、強い方向性を
有するプラズマエッチングを行なうことにより、ゲート
電極の側壁上にのみ保護膜63が形成される。第1の製
造方法と同様に(図19および図20)この後の製造工
程を行なうことにより、アクセスゲートトランジスタQ
5およびQ6が図23に示すように形成される。なお、
図22に示した保護膜63は、図18に示した熱酸化膜
56に代えて、第1の製造方法においても用いられ得る
ことが指摘される。
【0085】次に、図24および図25を参照して、第
3の製造方法について説明する。既に説明した図16な
いし図18の製造工程を行なった後、図24に示すよう
に、第2多結晶シリコン膜57を形成する。さらには、
CVD法により、第2多結晶シリコン膜57上にたとえ
ば数十から数百nmの厚さを有する第2シリコン酸化膜
65を形成する。さらには、フォトリソグラフィ法によ
り、フォトレジスト膜66をマスクとして、第2シリコ
ン酸化膜65をエッチングした後、フォトレジスト膜6
6を除去する。第2シリコン酸化膜57をマスクとし
て、第2多結晶シリコン膜57をエッチングする。
【0086】この方法によると、多結晶シリコン膜57
のエッチングの際のシリコン酸化膜65のエッチングレ
ートの大きな差を与えることができる。言換えると、選
択比が向上されるので、ゲート酸化膜53が薄くなって
しまうこと、さらにはゲート酸化膜53を突破ってシリ
コン基板50までエッチングが行なわれてしまうことが
防がれる。この後、第1および第2の製造方法と同様の
工程を行なうことにより、図25に示すような構造を有
するアクセスゲートトランジスタQ5およびQ6が得ら
れる。
【0087】次に、図26ないし図28を参照して、ア
クセスゲートトランジスタQ5およびQ6のための第4
の製造方法について説明する。第1の製造方法と同様に
図17に示すように第1多結晶シリコン膜54をエッチ
ングした後、さらにゲート酸化膜53を、HF系のウエ
ットエッチングまたはCHF3 などのエッチングガスを
用いたプラズマエッチングにより除去する(図26)。
この後、図27に示すように、基板50上に第2のゲー
ト酸化膜67を新たに形成する。これと同時に、第1多
結晶シリコン膜54の側壁が酸化され、酸化膜56が形
成される。
【0088】この後、第1の製造方法と同様の工程を行
なうことにより、図28に示すような構造を有するアク
セスゲートトランジスタQ5およびQ6が得られる。第
4の製造方法によれば、第1多結晶シリコン膜54のエ
ッチングが行なわれる際に、エッチングガスおよび/ま
たはエッチングチャンバからの不純物によるゲート酸化
膜の汚染が防がれ、アクセスゲートトランジスタQ6の
特性における劣化が防がれ得る。
【0089】次に、図29ないし図31を参照して、第
5の製造方法について説明する。第5の製造方法は、第
2および第4の製造方法の組合わせに相当する。図21
に示した構造を有するトランジスタQ5のためのゲート
電極が形成された後、HF系のウエットエッチングまた
はCHF3 などのガスを用いたエッチングによりゲート
酸化膜53が除去される。この後、図29に示すよう
に、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜からなる保護
膜68が、ゲート電極の側壁上に形成される。この後、
図30に示すように、第2のゲート酸化膜69が形成さ
れた後、既に説明したものと同様の工程を行なうことに
より、図31に示した構造を有するアクセスゲートトラ
ンジスタQ5およびQ6が得られる。
【0090】上記の第4および第5の製造方法では、第
1のゲート酸化膜53が除去されたが、実際には、不純
物による汚染はゲート酸化膜53の表面において最も顕
著であるので、ゲート酸化膜53の表面だけをエッチン
グにより除去することも有用である。その場合では、ゲ
ート酸化膜53の表面がエッチングされた後、その上に
第2のゲート酸化膜69が形成される。この場合におい
ても、第4および第5の製造方法における場合と同様の
効果が得られる。
【0091】上記の第1ないし第6の製造方法を用いる
と、アクセスゲートトランジスタQ5およびQ6のゲー
ト電極の位置が微妙に変化されることが予測され、これ
によって2つのトランジスタQ5およびQ6のチャネル
長が変動するという問題が生じ得る。しかしながら、実
際には、2つのゲート電極の位置における変動は、±
0.10μm以下の範囲であるので、トランジスタQ5
およびQ6の電流特性に悪影響を与えない。
【0092】以下の記載では、アクセストランジスタQ
5およびQ6のゲート電極の位置における変動、すなわ
ちこれらのトランジスタのチャネル長の変動をほぼ完全
に防ぐ製造方法について説明する。
【0093】図32ないし図35は、第6の製造方法を
示している。第1の製造方法における場合と同様に、基
板50上に、ゲート酸化膜71,第1多結晶シリコン膜
72,シリコン酸化膜73を形成した後、アクセスゲー
トトランジスタQ5のゲート電極の一方端を決定するた
め、フォトリソグラフィ法によりフォトレジスト膜74
を形成する(図32)。図33に示すように、フォトレ
ジスト膜74をマスクとして、エッチングを行なった
後、レジスト膜74を除去する。この後、多結晶シリコ
ン膜75の側壁を酸化することにより、シリコン酸化膜
75か形成される。
【0094】図34に示すように、第2多結晶シリコン
膜76を形成した後、フォトリソグラフィ法により第2
多結晶シリコン膜76の所望の部分上にフォトレジスト
膜77が形成される。フォトレジスト膜77の形状およ
び寸法は、2つのアクセスゲートトランジスタQ5およ
びQ6のゲート長さ(またはチャネル長さ)、すなわち
図34に示した長さLを決定する。
【0095】フォトレジスト膜77をマスクとして、ま
ず第2多結晶シリコン膜76をエッチングした後、第1
多結晶シリコン膜71上のシリコン酸化膜73をエッチ
ングし、さらには、第1多結晶シリコン膜71をエッチ
ングする。その後、他の製造方法と同様に、LDD構造
を基板50内に形成し、図35に示した構造を有するア
クセスゲートトランジスタQ5およびQ6が得られる。
【0096】第2および第6の製造方法を組合わせるこ
とにより、図36に示した構造を有するアクセスゲート
トランジスタQ5およびQ6が得られる。すなわち、第
7の製造方法によると、トランジスタQ5のゲート電極
の側壁上にシリコン窒化膜79が形成されている。
【0097】次に、図37および図38を参照して、第
8の製造方法について説明する。第6の製造方法におけ
る図32および図33の工程を行なった後、図37に示
すように、第2多結晶シリコン膜76を形成する。さら
に、第2多結晶シリコン膜76上にシリコン酸化膜81
を形成した後、トランジスタQ5およびQ6のゲート長
さLを決定するフォトレジスト膜(図示せず)を用いて
シリコン酸化膜81をエッチングし、図37に示したシ
リコン酸化膜81を第2多結晶シリコン膜76上に形成
する。
【0098】シリコン酸化膜81をマスクとして第2多
結晶シリコン膜76以下の膜をエッチングした後、既に
説明した製造方法と同様の工程を行なうことにより、図
38に示した構造を有するトランジスタQ5およびQ6
が得られる。
【0099】上記の第8の製造方法を用いることによ
り、第2多結晶シリコン膜だけでなく、第1多結晶シリ
コン膜のエッチングの際に、ゲート酸化膜との関係で大
きな選択比を得ることができる。
【0100】図39は、第9の製造方法により形成され
たトランジスタQ5およびQ6の構造を示す。すなわ
ち、第4,第5および第6の製造方法の場合と同様に、
アクセスゲートトランジスタQ5のゲート酸化膜の全部
または少なくとも表面を除去することにより、トランジ
スタQ6の特性における劣化が防止され得る。
【0101】上記の第1ないし第9のいずれの製造方法
においても、2つのアクセスゲートトランジスタQ5お
よびQ6の間の短絡を防ぐため、トランジスタQ5のゲ
ート電極が、上部においてシリコン酸化膜またはシリコ
ン窒化膜などの絶縁膜で覆われており、一方、側部にお
いて、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などの絶縁
性を有する保護膜で覆われている。これらの絶縁膜およ
び保護膜の厚さは、理想的な膜が形成されると仮定する
と、数十nm以上で十分であり、SRAMの動作におけ
る安定性を考慮すると、少なくとも100nmの膜厚が
要求される。
【0102】しかしながら、アクセスゲートトランジス
タQ5のゲート電極の側部上に形成された保護膜と接し
ているシリコン基板の領域は、一般に、ゲート電圧が与
えられたときチャネルが形成されにくい。たとえば、1
00nmのシリコン酸化膜がシリコン基板上に形成され
ている場合では、トランジスタQ5の電流駆動能力(ま
たは相互コンダクタンス)は、約30%程度減少され
る。
【0103】既に説明したように、たとえば図2に示し
たメモリセルMCaにおけるベータ比βrは、0.2≦
βr≦1.0の関係を満たす必要があるので、アクセス
トランジスタQ5およびQ6の電流駆動能力(または相
互コンダクタンス)の減少に従って、ドライバトランジ
スタ(図2に示したトランジスタQ4)の電流駆動能力
(または相互コンダクタンス)を減少させる必要があ
る。したがって、ドライバトランジスタQ4のゲート幅
を小さく設計することが可能となるので、このことは、
メモリセルの半導体基板上の占有面積を減少させるのに
役立つことになる。
【0104】アクセスゲートトランジスタQ5およびQ
6が、上記のいずれの製造方法によって形成される場合
でも、2つのトランジスタQ5およびQ6の間の絶縁が
完全に確保されないことが生じ得る。すなわち、2つの
トランジスタQ5およびQ6のゲート電極間には、たと
えば図18に示した熱酸化膜56または図22に示した
保護膜63が形成されているのであるが、この絶縁膜ま
たは保護膜の厚さが一定に形成されない場合が生じる。
このことは、2つのトランジスタQ5およびQ6の特性
における変動を引起こし、前述のベータ比βrの安定し
た値が得られなくなる。その結果、このようなアクセス
ゲートトランジスタQ5およびQ6を用いたメモリセル
においてデータ読出または書込における誤動作が引起こ
される。このような誤動作を防ぐため、以下に説明する
製造方法が有用である。
【0105】図40ないし図43は、アクセスゲートト
ランジスタQ5およびQ6を形成するための第10の製
造方法を示している。図40を参照して、他の製造方法
における場合と同様に、トランジスタQ5のためのゲー
ト電極が形成された後、CVD法を適用することによ
り、シリコン窒化膜85が形成され、その上にシリコン
酸化膜86が形成される。シリコン窒化膜85の厚さ
は、たとえば50nmであり、シリコン酸化膜86の厚
さは、100nmである。
【0106】図40の工程の後、図41に示すように、
シリコン酸化膜86上に厚いフォトレジスト膜、いわゆ
るボトムレジスト膜87が形成される。その後、シリコ
ン酸化物を有機溶媒に溶かすことにより得られる溶液が
ボトムレジスト膜87上に塗布され、塗布された溶液の
焼成によりシリコン酸化膜88が形成される。すなわ
ち、いわゆるSpin−On−Glassにより、シリ
コン酸化膜88が形成される。シリコン酸化膜88上に
薄いフォトレジスト膜、すなわちトップレジスト膜89
が塗布された後、フォトリソグラフィ法によりトップレ
ジスト膜89がパターニングされる(図41)。
【0107】図41の工程の後、まず、トップレジスト
膜89をマスクとして、レジストドライエッチ法によ
り、中間のシリコン酸化膜88がエッチングされる。さ
らには、フォトレジスト膜が全面エッチングされ、中間
のシリコン酸化膜が露出された段階で、この膜をマスク
として残りのボトムレジスト膜87をエッチングする。
アクセスゲートトランジスタQ5上のシリコン酸化膜8
6が露出した段階で、エッチングが終了される(図4
2)。
【0108】図42の工程の後、トランジスタQ5のゲ
ート電極の側壁上のシリコン酸化膜が、HF系のウエッ
トエッチングにより除去される。これにより、ボトムレ
ジスト膜87をマスクとして、ゲート電極の側壁の横に
自己整合的にn型不純物領域が形成される。すなわち、
n型不純物領域は、たとえば砒素イオンを用いて、後工
程の熱処理における拡散により、不純物濃度が1017
-3ないし1020cm -3のオーダになるように最適化し
て形成される(図43)。
【0109】図43の工程の後、ボトムレジスト膜87
およびシリコン酸化膜86が除去された後、さらには、
CF4 ,CHF3 ガスを用いた強い方向性のプラズマエ
ッチングにより、シリコン窒化膜のサイドウォール91
が形成される(図44)。図44の工程の後、他の製造
方法と同様の工程が行なわれ、図45に示した構造を有
するアクセスゲートトランジスタQ5およびQ6が得ら
れる。
【0110】図46ないし図49は、アクセスゲートト
ランジスタQ5およびQ6を形成するための第11の製
造方法を示している。図46を参照して、図32に示し
た場合と同様に、アクセスゲートトランジスタQ5のゲ
ート電極の一方端の位置がエッチングにより決定された
後、図46に示すように、シリコン窒化膜92およびシ
リコン酸化膜93が堆積される。その後、三層レジスト
プロセス,フォトリソグラフィ法およびレジストドライ
エッチ法を用いることにより、ゲート電極の最上部に形
成されたシリコン酸化膜93が露出するように、ボトム
レジスト膜94をエッチングする(図46)。
【0111】図46の工程の後、HF系のウエットエッ
チングにより、シリコン酸化膜93がエッチングされ、
第10の製造方法の場合と同様に、熱処理後の不純物濃
度が1017ないし1020cm-3のオーダになるようにn
型不純物領域が、ゲート電極の横側に自己整合的に形成
される(図47)。その後、先に述べた第10の製造方
法と同様にして、シリコン窒化膜のサイドウォール97
が図48に示すように形成された後、他の製造方法と同
様の工程を行なうことにより、図49に示した構造を有
するアクセスゲートトランジスタQ5およびQ6が得ら
れる。
【0112】第10および第11の製造方法は、トラン
ジスタQ5のゲート電極がポリサイド構造を有する場合
や、トランジスタQ6のゲート酸化膜が新たに形成され
る場合にも適用することができ、同様の利点が得られ
る。
【0113】上記の記載では、2つのアクセスゲートト
ランジスタQ5およびQ6を形成するための様々な製造
方法について説明がなされたが、以下の記載では、1つ
のメモリセルの製造方法を図51ないし図54のレイア
ウト図を参照して説明する。
【0114】図51を参照して、素子分離領域が形成さ
れた後、活性化領域201が形成される。第1多結晶シ
リコン層により、ドライバトランジスタQ4のゲート電
極202およびアクセスゲートトランジスタQ5のゲー
ト電極203がそれぞれ形成される。トランジスタQ5
のゲート電極203を形成している第1多結晶シリコン
層は、ワード線XWLをも形成する。この後、第2多結
晶シリコン層によりアクセスゲートトランジスタQ6の
ゲート電極、すなわちワード線YWLが形成される。
【0115】図52を参照して、自己整合により、第1
ダイレクトコンタクト204が開孔され、第3多結晶シ
リコン層によりコンタクトパッド205およびグランド
線206が形成され、さらには第2ダイレクトコンタク
ト207が開孔される。
【0116】図53を参照して、薄膜ポリシリコントラ
ンジスタ、すなわちTFTQ1およびQ2が、第4およ
び第5多結晶シリコン層および第3ダイレクトコンタク
ト208によって形成される。第5多結晶シリコン層に
より、ポリシリコントランジスタのチャネル210およ
びVDD線211がそれぞれ形成される。第4多結晶シ
リコン層により、ポリシリコントランジスタのゲート電
極209が形成される。
【0117】図54を参照して、第3多結晶シリコン層
によるコンタクトパッド205または第2多結晶シリコ
ン層によるワード線YWL上に、アルミコンタクト21
2が形成される。第1アルミ配線層により、ビット線B
L,ワード線YWLおよび選択線213がそれぞれ形成
される。
【0118】図54におけるラインX−Xに沿って破断
された断面構造が図50に示される。図50を参照し
て、アクセスゲートトランジスタQ5のゲート電極を構
成する第1多結晶シリコン層は、ワード線XWLと共用
される。トランジスタQ6のゲート電極を形成する第2
ポリシリコン層は、ワード線YWLと共用される。第4
および第5多結晶シリコン層209および210によ
り、TFTを構成するトランジスタQ1が形成される。
【0119】以下の記載では、データ読出およびデータ
書込をより高速に行なうための改善について説明する。
図1,図12および図14に示したSRAM100,2
00および300では、行および列アドレス信号によっ
て選択されたメモリセルから、ストアされていたデータ
信号が1本のビット線に与えられる。ビット線上のデー
タ信号はYゲート回路10を介してセンスアンプ9に与
えられる。上記の記載では特に触れられていなかった
が、センスアンプ9は1つの入力信号(すなわち、1本
のビット線から与えられる信号)を増幅する。以下に記
載する実施例では、まず、データ読出を高速に行なうた
めに差動センスアンプを用いたSRAMについて説明す
る。
【0120】図57は、この発明のさらにもう1つの実
施例を示すSRAMのブロック図である。図57を参照
して、SRAM400は、行および列に配設された多数
のメモリセルMCeを含む。図12に示したSRAM2
00と同様に、SRAM400も、メモリセルの2つの
列毎に1本の共用ビット線SBL1,SBL2,…が設
けられる。たとえば、第1列において隣接する2つのメ
モリセルMCe1およびMCe2は、1本の共用ビット
線SBL1に接続される。第2列において隣接される2
つのメモリセルMCe3およびMCe4は、共用ビット
線SBL2に接続される。
【0121】共用ビット線SBL1,SBL2,…と同
数のダミーセルDC1,DC2,…が、共用ビット線S
BL1,SBL2,…にそれぞれ接続される。各ダミー
セル制御回路21ないし2kは、2本の共用ビット線毎
に設けられる。たとえば、ダミーセル制御回路21は、
2本の共用ビット線SBL1およびSBL2について設
けられ、Yワード線信号YWL1ないしYWL4に応答
してダミーセルDC1およびDC2の能動化を制御す
る。
【0122】各差動増幅器(または差動センスアンプ)
31ないし3kは、2本の共用ビット線毎に設けられ、
対応する2本の共用ビット線間の電圧を差動的に増幅す
る。差動増幅器31ないし3kによって増幅されたデー
タ信号は、読出データの伝送のためのデータ線対14b
を介して差動センスアンプ30に与えられる。
【0123】図58は、図57に示した。1つのダミー
セル制御回路21の回路図である。図58を参照して、
ダミーセルDCa1は、NMOSトランジスタQ21を
介して共用ビット線SBL1に接続されたトランジスタ
回路(詳細については後で説明する)43を含む。同様
に、ダミーセルDCA2は、NMOSトランジスタQ2
2を介して共用ビット線SBL2に接続されたトランジ
スタ回路44を含む。ダミーセル制御回路21は、Yワ
ード線YWL1およびYWL2に接続されたORゲート
41と、Yワード線YWL3およびYWL4に接続され
たORゲート42とを含む。ORゲート41の出力信号
DA1は、トランジスタQ22のゲートに与えられる。
ORゲート42の出力信号DA0は、トランジスタQ2
1のゲートに与えられる。差動増幅器31は、共用ビッ
ト線SBL1,SBL2間の電圧を増幅する。
【0124】図59は、図58に示したダミーセルDC
a1の一例を示す回路図である。図59を参照して、ダ
ミーセルDCa1は、共用ビット線SBL1と接地電位
との間に直列に接続されたNMOSトランジスタQ21
およびQ31を含む。トランジスタQ21は、ゲートが
図58に示したORゲート42の出力信号DA0を受け
るように接続される。トランジスタ31のゲートは電源
電位VDDに接続される。トランジスタQ31は、図5
8に示したトランジスタ回路43に相当する。ダミーセ
ルDCa1を構成するトランジスタQ21およびQ31
は、差動増幅器31による差動増幅動作が好ましく行な
われるように次のように設計される。
【0125】図59に示したトランジスタQ4,Q5,
Q6,Q7,Q21およびQ31のオン抵抗を、それぞ
れR4,R5,R6,R7,R21およびR31である
と仮定する。メモリセルMCe1が低レベルのデータ信
号V1を記憶しているものと仮定する。したがって、こ
の場合では、トランジスタQ4が導通している。データ
読出動作において高レベルのワード線信号XWL1およ
びYWL1が与えられたとき、トランジスタQ5および
Q6は導通する。したがって、電源電位VDDから接地
電位に向かって電流経路CP1が形成される。その結
果、共用ビット線SBL1の電位VBLMは次式のように
表わされる。
【0126】
【数7】
【0127】一方、ダミーセルDCa1に高レベルの能
動化信号DA0が与えられたとき、トランジスタQ21
が導通する。したがって、電源電位VDDから接地電位
に向かって電流経路CP2が形成される。その結果、共
用ビット線SBL1の電位V BLDは次式により表わされ
る。
【0128】
【数8】
【0129】差動増幅器31による好ましい差動増幅を
実現するため、電位VBLMおよびVB LDの間に次の関係が
成立つ。言換えると、次の関係が成立つように、メモリ
セルMCe1およびダミーセルDCa1を構成するトラ
ンジスタが設計される。
【0130】 VBLM<VBLD …(13) 式(11)および式(12)および不等式(13)によ
り表わされた関係は、図57に示したすべてのメモリセ
ルとダミーセルとの間で成立している。したがって、差
動増幅器31による増幅動作は次のように行なわれる。
【0131】図60は、図58に示した回路の動作を説
明するためのタイミングチャートである。図58および
図60を参照して、まず、メモリセルMCe1内にスト
アされたデータが読出される場合の動作について説明す
る。メモリセルMCe1を選択するため、高レベルのワ
ード線信号XWL1およびYWL1が与えられる。した
がって、トランジスタMCe1内のトランジスタQ5お
よびQ6がオフするまで、データ記憶回路1内にストア
されていたデータ信号V1が共用ビット線SBL1に与
えられる。したがって、共用ビット線SBL1は、スト
アされていたデータ信号V1に従って、ラインL1また
はL3により示される電位にもたらされる。
【0132】ORゲート41は、高レベルのワード線信
号YW1に応答して高レベルのダミーセル能動化信号D
A1を出力する。したがって、ダミーセルDCa2内の
トランジスタQ22が導通するので、共用ビット線SB
L2の電位はラインL2により示されるように変化す
る。言換えると、すべてのダミーセルは、ラインL1お
よびL3により表わされた電位の中間の電圧、すなわち
ラインL2により示された電圧を共用ビット線に与える
ことができるように設計されている。
【0133】差動増幅器31は、共用ビット線SBL1
およびSBL2の間の電圧を増幅する。すなわち、高レ
ベルのデータ信号V1がストアされていたとき、差動増
幅器31はラインL1およびL2間の電圧差を増幅す
る。一方、低レベルのデータ信号V2がストアされてい
るとき、差動増幅器31はラインL2およびL3間の電
圧差を増幅する。
【0134】次に、メモリセルMCe1に代えて、MC
e3内にストアされているデータ信号が読出される場合
について説明する。メモリセルMCe3内の2つのアク
セスゲートトランジスタが導通するので、共用ビット線
SBL2の電位は、ストアされているデータ信号に従っ
てラインL4およびL6に示されるように変化する。O
Rゲート42は、高レベルのワード線信号YWL3に応
答して高レベルのダミーセル能動化信号DA0を出力す
る。トランジスタQ21がオンするので、ダミーセルD
Ca1が能動化する。その結果、共用ビット線SBL1
の電位はラインL5により示されるように変化する。
【0135】差動増幅器31は、ラインL4およびL5
間の電圧差またはラインL5およびL6間の電圧差を増
幅する。ここで注意すべきことは、仮にメモリセルMC
e1およびMCe3内に同じデータ信号がストアされて
いたとしても、差動増幅器31により増幅されたデータ
信号は互いに反転されていることである。したがって、
たとえば、偶数番目の共用ビット線SBL2を介して読
出されるデータ信号を、図示されていない反転回路を用
いて反転させることにより、同じ論理に従うデータ信号
が読出され得る。
【0136】図61は、図58に示したダミーセルの他
の例を示す回路図である。図61(a)を参照して、ダ
ミーセルDCbは、共用ビット線(図示せず)と接地電
位との間に直列に接続されたNMOSトランジスタQ2
4,Q22およびQ31を含む。トランジスタQ22
は、ゲートがダミーセル能動化信号DAを受けるように
接続される。トランジスタQ24は、ゲートが書込イネ
ーブル信号Sweを受けるように接続される。ダミーセ
ルDCbについても、トランジスタQ22およびQ24
の合計のオン抵抗がR21であると仮定して、前述の不
等式(13)の関係を満足するようにトランジスタが設
計される。
【0137】図61(b)に示したダミーセルDCc
は、通常のメモリセルと同じ回路構成を有している。し
かしながら、トランジスタQ22およびQ24の合計の
オン抵抗はR21であると仮定して、ダミーセルDCc
についても不等式(13)が満足されるようにトランジ
スタが設計される。したがって、図61(a)および
(b)に示したいずれのダミーセルDCbおよびDCc
を用いることによっても、図60に示したような、差動
増幅器31による増幅動作が行なわれ得る。
【0138】図62は、この発明のさらにもう1つの実
施例を示すダミーセル制御回路の回路図である。図62
を参照して、各ダミーセルDCb1およびDCb2とし
て、図61(a)に示したダミーセル回路DCbが適用
される。各ダミーセルDCb1およびDCb2内の2つ
のアクセスゲートトランジスタのゲート電極に、ダミー
セル能動化信号DA0およびDA1がORゲート42お
よび41からそれぞれ与えられる。図62に示した実施
例では、通常のメモリセルおよびダミーセルにおけるア
クセスゲートトランジスタの数が同じであるので、共通
の構造的特性が得られ、設計が容易に行なわれ得る。
【0139】図63は、この発明のさらにもう1つの実
施例を示すダミーセル制御回路の回路図である。図63
を参照して、各ダミーセルDCb1およびDCb2にお
いて、2つのアクセスゲートトランジスタQ21および
Q23ならびにQ22およびQ24が用いられている。
トランジスタQ21のゲートにダミーセル能動化信号D
A0が与えられる。トランジスタQ22のゲートにダミ
ーセル能動化信号DA1が与えられる。トランジスタQ
23のゲートに書込イネーブル信号Sweが与えられ
る。トランジスタQ24のゲートに書込イネーブル信号
Sweが与えられる。
【0140】データ読出動作において、高レベルの信号
Sweが与えられるので、トランジスタQ23およびQ
24がオンする。したがって、図58に示した回路と基
本的に同様の動作が行なわれる。一方、データ書込動作
において、低レベルの信号Sweが与えられるので、ト
ランジスタQ23およびQ24がオフする。これによ
り、データ書込動作において高レベルの信号YWL1な
いしYWL4が与えられても、ダミーセルDCb1また
はDCb2を介して電流経路が形成されないので、不必
要な電力消費が防がれ得る。
【0141】図64は、この発明のさらにもう1つの実
施例を示すダミーセル制御回路の回路図である。図64
を参照して、ビット線負荷として、PMOSトランジス
タQ27およびQ28が、電源電位VDDと共用ビット
線SBL1およびSBL2の間にそれぞれ接続される。
トランジスタQ27およびQ28は、ゲートが書込イネ
ーブル信号/Sweを受けるように接続される。データ
読出動作において低レベルの信号/Sweが与えられる
ので、トランジスタQ27およびQ28はビット線負荷
として働く。他方、データ書込動作において高レベルの
信号/Sweが与えられるので、トランジスタQ27お
よびQ28がオフする。
【0142】各ダミーセルDCd1およびDCd2は、
通常のメモリセルMCe1と同様の回路特性を有してい
る。すなわち、図64に示した実施例では、通常のメモ
リセルとダミーセルとの間で前述の式(11)および
(12)ならびに不等式(13)により表わされた関係
が成立っていない。これらの関係に代えて、差動増幅器
31による差動増幅動作を実現するため、次のような改
善が施されている。
【0143】追加のビット線負荷として、PMOSトラ
ンジスタQ29およびQ30が電源電位VDDと共用ビ
ット線SBL1およびSBL2との間にそれぞれ接続さ
れる。トランジスタQ29のゲートはORゲート41の
出力信号DA1を受ける。トランジスタQ30のゲート
はORゲート42の出力信号DA0を受ける。
【0144】データ読出動作において、メモリセルMC
e1内にストアされたデータが読出される場合について
説明する。高レベルのワード線信号XWL1およびYW
L1に応答して、メモリセルMCe1内にストアされて
いたデータ信号が共用ビット線SBL1に与えられる。
ORゲート41は、高レベルの信号YWL1に応答し
て、高レベルの信号DA1を出力する。したがって、ト
ランジスタQ29がオフし、一方、ダミーセルDCd2
の2つのアクセスゲートトランジスタがオンする。OR
ゲート42は低レベルの信号DA0を出力するので、ト
ランジスタQ30がオンする。
【0145】したがって、このとき、共用ビット線SB
L1のビット線負荷はトランジスタQ27だけである
が、共用ビット線SBL2のビット線負荷はトランジス
タQ28およびQ30に増加される。その結果、共用ビ
ット線SBL2が、図60のラインL2により示された
中間電位にもたらされる。言換えると、ビット線負荷ト
ランジスタQ27,Q28,Q29およびQ30が、共
用ビット線SBL1およびSBL2に、図60のライン
L2により示した中間電位を与えるように設計される。
これにより、差動増幅器31による好ましい差動増幅動
作が実現され得る。
【0146】図64に示したいずれのメモリセルもアク
セスされないとき、ORゲート41および42は低レベ
ルの出力信号DA1およびDA0を出力する。したがっ
て、トランジスタQ27ないしQ30がいずれも共用ビ
ット線SBL1およびSBL2のビット線負荷として働
く。このことは、アクセスされないメモリセルに接続さ
れた共用ビット線の電位を安定化させるのに貢献する。
【0147】図65は、この発明のさらにもう1つの実
施例を示すダミーセル制御回路の回路図である。図65
を参照して、ビット線負荷トランジスタQ25およびQ
26のゲートは接地されている。追加のビット線負荷ト
ランジスタQ29のゲートは、インバータ44により反
転された信号/DA0を受ける。追加の負荷トランジス
タQ30のゲートは、インバータ43により反転された
信号/DA1を受ける。この実施例においても、各ダミ
ーセルDCd1およびDCd2は、通常のメモリセルと
同じ回路特性を有している。
【0148】データ読出動作においてメモリセルMCe
1がアクセスされるとき、ORゲート41が高レベルの
信号DA1を出力する。トランジスタQ30は、低レベ
ルの信号/DA1に応答してオンする。言換えると、ト
ランジスタQ30は、高レベルのワード線信号YWL1
に応答して導通する。したがって、この実施例において
も、共用ビット線SBL2のビット線負荷が増加される
ので、共用ビット線SBL2の電位を図60のラインL
2により示した電位に変化させることができる。その結
果、差動増幅器31による好ましい差動増幅動作が行な
われ得る。
【0149】図66は、図57に示した差動増幅器31
およびセンスアンプ30の回路図である。図66を参照
して、回路31は、データ伝送線DL1と接地電位との
間に直列に接続されたNMOSトランジスタQ31およ
びQ32と、データ伝送線DL2と接地電位との間に直
列に接続されたNMOSトランジスタQ33およびQ3
4とを含む。トランジスタQ32のゲートは共用ビット
線SBL1に接続される。トランジスタQ34のゲート
は共用ビット線SBL2に接続される。トランジスタQ
31およびQ33は、差動増幅器31を能動化するため
の制御信号SLwe1を受けるように接続される。制御
信号SLwe1はセンスアンプ30を活性化するための
信号Sweおよび列アドレス信号を用いて、図示されて
いない論理回路から発生される。
【0150】データ伝送線DL1およびDL2は、各差
動増幅器31ないし3kに接続される。共用回路40
は、データ伝送線DL1およびDL2を介して回路31
ないし3kにより共用されている。たとえば、高レベル
の信号SLwe1が与えられたとき、回路31および4
0の組合せにより、共用ビット線SBL1およびSBL
2間の差動増幅が行なわれる。
【0151】後段のセンスアンプ30は、高レベルのセ
ンスアンプ活性化信号Sweに応答して活性化され、デ
ータ伝送線DL1およびDL2を介して与えられたデー
タ信号を差動増幅する。低レベルの信号Sweが与えら
れたとき、言換えると書込動作においては、センスアン
プ30は低レベルの信号RDBを出力する。
【0152】図67は、この発明のさらにもう1つの実
施例を示すSRAMのブロック図である。図57に示し
たSRAM400は共用ビット線SBL1,SBL2,
…を有していたが、図67に示したSRAM500で
は、ビット線の共用なしに同様の改善が施されている。
たとえば、各ビット線BL1,BL2,…に、ダミーセ
ルDC1,DC2,…が接続される。2本のビット線L
B1,BL2毎にダミーセル制御回路21′が設けられ
る。差動増幅器31′は、2本のビット線BL1,BL
2毎に設けられ、ビット線BL1,BL2間の電圧を差
動増幅する。
【0153】図68は、図67に示した1つのダミーセ
ル制御回路31′の回路図である。図68に示した回路
も、図58に示した回路と基本的に同様に動作するので
説明が省略される。
【0154】図57ないし図68を参照して説明した実
施例では、データ読出動作における速度を改善するため
の説明がなされた。以下の記載では、データ書込動作に
おける速度を増加させるための改善について説明する。
【0155】再び図2を参照して、PMOSトランジス
タQ1およびQ2はTFTによりそれぞれ構成されてい
るので、低い相互コンダクタンスを有している。言換え
ると、トランジスタQ1およびQ2は、低い電流供給能
力(または電流駆動能力)を有している。したがって、
トランジスタQ1またはQ2が導通し始めるとき、トラ
ンジスタQ1またはQ2を介して流れる電流が小さいの
で、データ記憶回路1のデータ記憶状態の反転に時間を
要する。一方、駆動トランジスタQ3およびQ4は、通
常のNMOSトランジスタ(すなわち半導体基板内に形
成されたバルクトランジスタ)によりそれぞれ構成され
ているので、TFTQ1およびQ2よりも大きな相互コ
ンダクタンスまたは電流供給能力を有している。
【0156】データ書込動作において、たとえば、高レ
ベルのデータ信号がトランジスタQ6およびQ5を介し
てビット線BLから与えられたとき、トランジスタQ3
は素早くオンする。したがって、電圧V2が急速に低レ
ベルになる。したがって、この場合では、データ記憶回
路1のデータ記憶状態が素早く変化され得る。
【0157】これに対して、低レベルのデータ信号がト
ランジスタQ6およびQ5を介してビット線BLから与
えられる場合では、次のような問題が引起こされる。与
えられた低レベルの電圧V1に応答して、TFTQ1が
導通を開始する。しかしながら、前述のようにトランジ
スタQ1の電流供給能力が小さいため、電圧V2が低レ
ベルから高レベルに変化するのに時間を要する。言換え
ると、電圧V2が素早く高レベルに変化することができ
ない。このことは、低レベルのデータ信号の書込動作に
おいて、データ書込時間が長くなることを意味する。こ
の問題を解決するため、次のような改善が提案される。
【0158】まず第1に、トランジスタQ1が、トラン
ジスタQ2よりも高い相互コンダクタンス(または電流
供給能力,電流駆動能力)を有するように設計される。
一般に、MOSトランジスタの電流駆動能力を表わすパ
ラメータβは、次式により表わされる。
【0159】
【数9】
【0160】ここで、WはMOSトランジスタのチャネ
ル幅であり、LはMOSトランジスタのチャネル長であ
り、μはチャネルにおける表面移動度であり、εはゲー
ト絶縁膜の誘電率であり、Toxはゲート絶縁膜の厚さ
である。
【0161】μ・ε/Toxは、通常、MOSトランジ
スタの製造におけるプロセス条件により決定されるの
で、比W/Lを増加させることにより、電流駆動能力、
すなわちβを高くすることができる。しかしながら、ト
ランジスタQ1と同様にトランジスタQ2の比W/Lを
も増加させると、半導体基板上のメモリセルの占有面積
が増加される恐れがある。したがって、メモリセルの占
有面積の増加なしにトランジスタQ1の電流駆動能力を
上昇させるため、トランジスタQ1およびQ2は、次の
ような関係を満足するように設計される。
【0162】 W1/L1>W2/L2 …(15) ここで、W1およびL1は、トランジスタQ1のチャネ
ル幅およびチャネル長を示し、W2およびL2は、トラ
ンジスタQ2のチャネル幅およびチャネル長を示す。
【0163】低レベルのデータ信号の書込に要する時間
を短縮するため、もう1つの改善において、トランジス
タQ4のしきい電圧Vth4が低い値に設計される。近
年の大規模集積回路(LSI)の製造における精度はサ
ブミクロン領域にまで進行しており、MOSトランジス
タのしきい電圧は、短チャネル効果および/または狭チ
ャネル効果により、チャネル幅およびチャネル長により
影響される。一般に、MOSトランジスタのチャネル長
Lは小さいほどしきい電圧Vthが小さくなり、他方、
チャネル幅Wは小さいほどしきい電圧Vthが大きくな
る。
【0164】したがって、Q4のしきい電圧Vth4を
下げるため、トランジスタQ4のチャネル幅W4が増加
され、および/またはトランジスタQ4のチャネル長L
4が減少される。しかしながら、トランジスタQ4と同
様に、トランジスタQ3についてもチャネル幅W3を増
加させたり、またはチャネル長L3を減少させると、こ
の場合においてのメモリセルの占有面積が増加される可
能性がある。したがって、メモリセルの占有面積の増加
を防ぐため、トランジスタQ3およびQ4は、次のよう
な関係を満たすように設計される。
【0165】 W3<W4 …(16) または、 L3>L4 …(17) ∴Vth3>Vth4 …(18) トランジスタQ3およびQ4は、好ましくは不等式(1
6)および(17)の両方を満足するように設計され
る。したがって、不等式(18)により表わされた関係
がトランジスタQ3およびQ4に与えられるのである
が、トランジスタQ4のしきい電圧の減少は、次のよう
にしてデータ書込動作速度を改善する。
【0166】図69は、図2に示したメモリセル回路M
Caにおける電圧V2と時間の経過との間の関係を示す
グラフである。図69を参照して、縦軸は電圧V2(ボ
ルト)の変化を示し、横軸が時間の経過t(ns)を示
す。仮に、トランジスタQ1の導通状態において電流
0.5μAが流れるものと仮定する。また、トランジス
タQ1およびQ3の共通接続ノード(すなわちノードV
2)が、容量10fFを有するものと仮定する。図69
に示したグラフは、トランジスタQ1が導通を開始して
から、ノードV2の電圧が上昇する様子を示している。
【0167】図69を参照して、時間10nsが経過し
たとき、電圧V2は0.5ボルトになる。時間20ns
が経過したとき、電圧V2は1.0ボルトになる。した
がって、トランジスタQ4のしきい電圧Vth4′が
1.0ボルトであると仮定すると、トランジスタQ4が
導通するのに20nsの時間を要することになる。これ
に対して、トランジスタQ4のしきい電圧Vth4がそ
れよりも低い0.5ボルトに設定されている場合では、
トランジスタQ4が導通するのに10nsで足りる。言
換えると、トランジスタQ4のしきい電圧を0.5ボル
トだけ低く設定することにより、データ記憶回路1のデ
ータ記憶状態の反転に要する時間が10nsだけ短縮さ
れ得る。
【0168】図70は、不等式(15)を満足するトラ
ンジスタQ1およびQ2の設計の例を示すレイアウト図
である。図70に示したレイアウトは、先に説明した図
53のレイアウトに対応している。図70において、図
53において示されたレイアウトは破線により示されて
いる。
【0169】図71は、不等式(16)および(17)
を満足するトランジスタQ3およびQ4の設計の例を示
すレイアウト図である。図71に示したレイアウトは、
既に説明した図51に示したレイアウトに対応してい
る。図71において、図51に示したレイアウトは破線
により示されている。
【0170】このように、図2,11,13および15
に示したメモリセルをシングルビット線構成を有するS
RAMに適用することにより、所望のメモリセルにのみ
データ書込を行なうことのできるSRAMが得られる。
すなわち、各メモリセルが、シングルビット線とデータ
記憶回路1との間に設けられた2つのアクセスゲートト
ランジスタを備えており、書込動作において所望のメモ
リセルの2つのアクセスゲートトランジスタのゲート電
圧だけが昇圧される。これにより、データ書込が所望の
メモリセルに対してのみ行なわれ得る。特に、データ記
憶回路1のドライバトランジスタQ4と2つのアクセス
ゲートトランジスタQ5およびQ6が組合わされた等価
のアクセスゲートトランジスタとの間のベータ比βr
が、0.2≦βr≦1.0の関係を満たすように設計さ
れ、図7に示した特性が各メモリセルに与えられる。す
なわち、各メモリセルは、データ読出が行なわれると
き、安定したデータ記憶状態にもたらされる。一方、デ
ータ書込が行なわれるとき、不安定な安定状態にもたら
される。
【0171】各メモリセルに設けられる2つのアクセス
ゲートトランジスタは、たとえば図20において示され
るように、極めて近接して半導体基板50上に形成され
得るので、その結果、図50に示すように、高集積化に
適した構造を有するメモリセルが得られる。2つのアク
セスゲートトランジスタは、既に説明したように、第1
ないし第11の製造方法のいずれによっても形成され得
る。
【0172】これに加えて、図57ないし図68に示し
た実施例では、共用ビット線間またはビット線間の電圧
差を差動的に増幅するセンスアンプ回路が設けられてい
るので、データ読出動作がより高速で行なわれ得る。さ
らには、図70および図71に示した実施例では、不等
式(15)ないし(18)を満足するようにトランジス
タQ1ないしQ4が設計されるので、データ書込動作が
より高い速度で行なわれ得る。
【0173】
【0174】
【0175】
【0176】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、2本のビット
線間の電位を差動的に増幅する差動センスアンプ手段が
設けられているので、より高いデータ読出速度を有する
スタティックランダムアクセスメモリ装置が得られた。
【0177】請求項3の発明によれば、第1の電界効果
トランジスタが第3の電界効果トランジスタよりも高い
相互コンダクタンスを有しているので、より高いデータ
書込速度を有するスタティックランダムアクセスメモリ
装置が得られた。
【0178】請求項4の発明によれば、第4の電界効果
トランジスタが第2の電界効果トランジスタよりも低い
しきい電圧を有しているので、より高いデータ書込速度
を有するスタティックランダムアクセスメモリ装置が得
られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示すSRAMのブロック
図である。
【図2】図1に示したSRAMに適用される1つのメモ
リセルの回路図である。
【図3】図2に示したトランジスタQ1のゲート電圧−
ドレイン電流特性図である。
【図4】図2に示したトランジスタQ3のゲート電圧−
ドレイン電流特性図である。
【図5】図2に示したインバータ2aの等価回路図であ
る。
【図6】図2に示したインバータ2aの入出力特性図で
ある。
【図7】図2に示したデータ記憶回路を構成するインバ
ータ2a,2bの入出力特性図である。
【図8】図2に示したインバータ2bのいくつかのベー
タ比の下での入出力特性図である。
【図9】好ましいベータ比の範囲を説明するためのグラ
フである。
【図10】メモリセルのデータ記憶回路を構成する2つ
のインバータの好ましい入出力特性を示す特性図であ
る。
【図11】この発明の別の実施例を示すメモリセルの回
路図である。
【図12】この発明のさらに別の実施例を示すSRAM
のブロック図である。
【図13】図12に示した2つの隣接するメモリセルの
回路図である。
【図14】この発明のさらに別の実施例を示すSRAM
のブロック図である。
【図15】図14に示した2つの隣接するメモリセルの
回路図である。
【図16】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第1の製造方法における第1工程の断面図である。
【図17】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第1の製造方法における第2工程の断面図である。
【図18】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第1の製造方法における第3工程の断面図である。
【図19】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第1の製造方法における第4工程の断面図である。
【図20】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第1の製造方法における第5工程の断面図である。
【図21】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第2の製造方法における第1工程の断面図である。
【図22】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第2の製造方法における第2工程の断面図である。
【図23】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第2の製造方法における第3工程の断面図である。
【図24】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第3の製造方法における第1工程の断面図である。
【図25】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第3の製造方法における第2工程の断面図である。
【図26】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第4の製造方法における第1工程の断面図である。
【図27】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第4の製造方法における第2工程の断面図である。
【図28】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第4の製造方法における第3工程の断面図である。
【図29】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第5の製造方法における第1工程の断面図である。
【図30】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第5の製造方法における第2工程の断面図である。
【図31】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第5の製造方法における第3工程の断面図である。
【図32】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第6の製造方法における第1工程の断面図である。
【図33】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第6の製造方法における第2工程の断面図である。
【図34】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第6の製造方法における第3工程の断面図である。
【図35】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第6の製造方法における第4工程の断面図である。
【図36】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第7の製造方法における最終工程の断面図である。
【図37】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第8の製造方法における第1工程の断面図である。
【図38】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第8の製造方法における最終工程の断面図である。
【図39】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第9の製造方法における最終工程の断面図である。
【図40】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第10の製造方法における第1工程の断面図である。
【図41】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第10の製造方法における第2工程の断面図である。
【図42】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第10の製造方法における第3工程の断面図である。
【図43】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第10の製造方法における第4工程の断面図である。
【図44】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第10の製造方法における第5工程の断面図である。
【図45】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第10の製造方法における第6工程の断面図である。
【図46】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第11の製造方法における第1工程の断面図である。
【図47】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第11の製造方法における第2工程の断面図である。
【図48】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第11の製造方法における第3工程の断面図である。
【図49】アクセスゲートトランジスタを形成するため
の第11の製造方法における第4工程の断面図である。
【図50】図54に示したラインX−Xにより破断され
た部分の断面構造図である。
【図51】図2に示したメモリセルを形成するための製
造方法における第1工程のレイアウト図である。
【図52】図2に示したメモリセルを形成するための製
造方法における第2工程のレイアウト図である。
【図53】図2に示したメモリセルを形成するための製
造方法における第3工程のレイアウト図である。
【図54】図2に示したメモリセルを形成するための製
造方法における第4工程のレイアウト図である。
【図55】シングルビット線構成を有する従来のSRA
M用メモリセルの回路図である。
【図56】本願出願人によって先に提案されているSR
AM用メモリセルの回路図である。
【図57】この発明のさらにもう1つの実施例を示すS
RAMのブロック図である。
【図58】図57に示した1つのダミーセル制御回路の
回路図である。
【図59】図58に示したダミーセルの一例を示す回路
図である。
【図60】図58に示した回路の動作を説明するための
タイミングチャートである。
【図61】図58に示したダミーセルの他の例を示す回
路図である。
【図62】この発明のさらにもう1つの実施例を示すダ
ミーセル制御回路の回路図である。
【図63】この発明のさらにもう1つの実施例を示すダ
ミーセル制御回路の回路図である。
【図64】この発明のさらにもう1つの実施例を示すダ
ミーセル制御回路の回路図である。
【図65】この発明のさらにもう1つの実施例を示すダ
ミーセル制御回路の回路図である。
【図66】図57に示した差動増幅器およびセンスアン
プの回路図である。
【図67】この発明のさらにもう1つの実施例を示すS
RAMのブロック図である。
【図68】図67に示した1つのダミーセル制御回路の
回路図である。
【図69】図2に示したメモリセル回路における電圧V
2と時間の経過との間の関係を示すグラフである。
【図70】不等式(15)を満足するトランジスタQ1
およびQ2の設計の例を示すレイアウト図である。
【図71】不等式(16)および(17)を満足するト
ランジスタQ3およびQ4の設計の例を示すレイアウト
図である。
【符号の説明】
1 データ記憶回路 7 Xワード線昇圧回路 8 Yワード線昇圧回路 10 Yゲート回路 Q1,Q2 TFT Q3,Q4,Q5,Q6 NMOSトランジスタ BL シングルビット線 XWL Xワード線 YWL Yワード線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杠 幸二郎 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電 機株式会社エル・エス・アイ研究所内 (72)発明者 山形 整人 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電 機株式会社エル・エス・アイ研究所内 (56)参考文献 特開 平4−56283(JP,A) 特開 昭62−206877(JP,A) 特開 平3−66096(JP,A) 特開 平2−187991(JP,A) 特開 平3−102698(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/8244 H01L 27/11

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スタティックランダムアクセスメモリ装
    置であって、 複数の行および複数の列に配設された複数のメモリセル
    を備えたメモリセルアレイと、 各々が前記メモリセルアレイ内の対応する一つの列内に
    設けられ、前記対応する一つの列内のメモリセルに接続
    された複数のビット線とを含み、 各前記メモリセルは、 単一の入出力ノードを有し、前記入出力ノードを介して
    与えられるデータ信号を記憶するデータ記憶手段と、 対応する列内のビット線と前記入出力ノードとの間に接
    続され、行および列アドレス信号に応答して導通するス
    イッチング手段とを備え、 前記スタティックランダムアクセスメモリ装置は、さら
    に、 各々が複数のビット線の対応する1本に接続された複数
    のダミーセルと、 各々が前記メモリセルアレイ内の2つの隣接する列毎に
    設けられ、前記複数のビット線の対応する2本の間に接
    続された複数の差動センスアンプ手段と、 各々が前記メモリセルアレイ内の2つの隣接する列毎に
    設けられ、前記複数のビット線の対応する2本の一方を
    選択する列アドレス信号に応答して、前記対応する2本
    のビット線の他方に接続されたダミーセルを能動化する
    複数のダミーセル能動化手段とを含む、スタティックラ
    ンダムアクセスメモリ装置。
  2. 【請求項2】 スタティックランダムアクセスメモリ装
    置であって、 複数の行および複数の列に配設された複数のメモリセル
    を備えたメモリセルアレイと、 各々が前記メモリセルアレイ内の対応する2つの列毎に
    設けられ、前記対応する2つの列内のメモリセルに接続
    された複数の共用ビット線とを含み、 各前記メモリセルは、 単一の入出力ノードを有し、前記入出力ノードを介して
    与えられるデータ信号を記憶するデータ記憶手段と、 対応する2つの列内の共用ビット線と前記入出力ノード
    との間に接続され、行および列アドレス信号に応答して
    導通するスイッチング手段とを備え、 前記スタティックランダムアクセスメモリ装置は、さら
    に、 各々が前記複数の共用ビット線の対応する1本に接続さ
    れた複数のダミーセルと、 各々が前記メモリセルアレイ内の4つの隣接する列毎に
    設けられ、前記複数の共用ビット線の対応する2本の間
    に接続された複数の差動センスアンプ手段と、 各々が前記メモリセルアレイ内の4つの隣接する列毎に
    設けられ、前記複数の共用ビット線の対応する2本の一
    方を選択する列アドレス信号に応答して、前記対応する
    2本の共通ビット線の他方に接続されたダミーセルを能
    動化させる複数のダミーセル能動化手段とを含む、スタ
    ティックランダムアクセスメモリ装置。
  3. 【請求項3】 スタティックランダムアクセスメモリ装
    置であって、 複数の行および複数の列に配設された複数のメモリセル
    を備えたメモリセルアレイと、 各々が前記メモリセルアレイ内の対応する1つの列内に
    設けられ、前記対応する1つの列内のメモリセルに接続
    された複数のビット線とを含み、 各前記メモリセルは、 単一の入出力ノードを有し、前記入出力ノードを介して
    与えられるデータ信号を記憶するデータ記憶手段と、 対応する列内のビット線と前記入出力ノードとの間に接
    続され、行および列アドレス信号に応答して導通するス
    イッチング手段とを備え、 前記スタティックランダムアクセスメモリ装置は、さら
    に、 外部から与えられる書込制御信号に応答して、行および
    列アドレス信号によって選択されたメモリセル内のデー
    タ記憶手段のデータ記憶状態を安定化または不安定化さ
    せる状態制御手段を含み、 前記データ記憶手段は、 第1および第2の電源電位の間に直列に接続された第1
    導電型の第1の電界効果トランジスタおよび第1導電型
    とは逆の第2導電型の第2の電界効果トランジスタと、 前記入出力ノードで前記第1および第2の電源電位の間
    に直列に接続された第1導電型の第3の電界効果トラン
    ジスタおよび第2導電型の第4の電界効果トランジスタ
    とを含み、 前記第1および第2の電界効果トランジスタは、ゲート
    電極が前記入出力ノードに接続され、 前記第3および第4の電界効果トランジスタは、ゲート
    電極が前記第1および第2の電界効果トランジスタの共
    通接続ノードに接続され、 前記第1の電界効果トランジスタは、前記第3の電界効
    果トランジスタよりも高い相互コンダクタンスを有して
    いる、スタティックランダムアクセスメモリ装置。
  4. 【請求項4】 スタティックランダムアクセスメモリ装
    置であって、 複数の行および複数の列に配設された複数のメモリセル
    を備えたメモリセルアレイと、 各々が前記メモリセルアレイ内の対応する1つの列内に
    設けられ、前記対応する1つの列内のメモリセルに接続
    された複数のビット線とを含み、 各前記メモリセルは、 単一の入出力ノードを有し、前記入出力ノードを介して
    与えられるデータ信号を記憶するデータ記憶手段と、 対応する列内のビット線と前記入出力ノードとの間に接
    続され、行および列アドレス信号に応答して導通するス
    イッチング手段とを備え、 前記スタティックランダムアクセスメモリ装置は、さら
    に、 外部から与えられる書込制御信号に応答して、行および
    列アドレス信号によって選択されたメモリセル内のデー
    タ記憶手段のデータ記憶状態を安定化または不安定化さ
    せる状態制御手段を含み、 前記データ記憶手段は、 第1および第2の電源電位の間に直列に接続された第1
    導電型の第1の電界効果トランジスタおよび第1導電型
    とは逆の第2導電型の第2の電界効果トランジスタと、 前記入出力ノードで前記第1および第2の電源電位の間
    に直列に接続された第1導電型の第3の電界効果トラン
    ジスタおよび第2導電型の第4の電界効果トランジスタ
    とを含み、 前記第1および第2の電界効果トランジスタは、ゲート
    電極が前記入出力ノードに接続され、 前記第3および第4の電界効果トランジスタは、ゲート
    電極が前記第1および第2の電界効果トランジスタの共
    通接続ノードに接続され、 前記第4の電界効果トランジスタは、前記第2の電界効
    果トランジスタよりも低いしきい電圧を有している、ス
    タティックランダムアクセスメモリ装置。
  5. 【請求項5】 複数の行および複数の列に配置され、各
    々がその記憶ノードに接続されたトランジスタ素子を含
    む複数のメモリセルと、 前記複数の行に対応して設けられた複数の行アクセス信
    号線と、 前記複数の列に対応して設けられた複数の列アクセス信
    号線と、 前記複数の行アクセス信号線に接続され、行アドレス信
    号により前記複数の行アクセス信号線の1つを活性化す
    るための行デコーダと、 前記複数の列アクセス信号線に接続され、列アドレス信
    号により前記複数の列アクセス信号線の1つを活性化す
    るための列デコーダとを備え、 前記トランジスタ素子は、 導体基板の主表面に互いに離隔して形成され、互いに
    同じ導電型の半導体からなる第1および第2の不純物領
    域と、 前記半導体基板の主表面上に形成された絶縁層と、 前記第1および第2の不純物領域の間の上方に位置する
    ように、前記絶縁層上に形成され、互いに電気的に絶縁
    された第1および第2の導電層とを含み、 前記半導体基板における前記第1および第2の不純物領
    域の間の部分は、前記第1および第2の不純物領域の導
    電型と逆の導電型の半導体のみからなり、 前記第2の導電層は、前記第1および第2の不純物領域
    の並ぶ方向に沿って前記第1の導電層と並んで配置され
    る部分を含み、 前記第1および第2の導電層は、それぞれ対応する行ア
    クセス信号線および列アクセス信号線に接続され、 前記第1の不純物領域は、前記記憶ノードに接続され、
    さらに、 前記第2の不純物領域は、前記記憶ノードに対して読出
    または書込むべきデータを伝搬するビット線に接続され
    るように構成された、 半導体集積回路装置。
  6. 【請求項6】 前記第2の導電層は、前記絶縁層との間
    に前記第1の導電層を挟む部分をさらに含む、請求項5
    に記載の半導体集積回路装置。
  7. 【請求項7】 前記第1の導電層における前記第2の導
    電層側の側壁には熱酸化により酸化膜が形成された、
    求項5または請求項6に記載の半導体集積回路装置。
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