JPH0289293A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH0289293A
JPH0289293A JP63144320A JP14432088A JPH0289293A JP H0289293 A JPH0289293 A JP H0289293A JP 63144320 A JP63144320 A JP 63144320A JP 14432088 A JP14432088 A JP 14432088A JP H0289293 A JPH0289293 A JP H0289293A
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Katsuki Ichinose
一瀬 勝樹
Kenji Anami
穴見 健治
Tomohisa Wada
知久 和田
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、半導体記憶装置に関し、特にソフトエラー
率が低減されたスタティック型半導体記憶装置に関する
〔従来の技術] 第9図はスタティック・ランダム・アクセス争メモリ(
以下、スタティックRAMという)の構成の一例を示す
ブロック図である。
第9図において、メモリセルアレイ50には、複数のワ
ード線および複数のビット線対が互いに交差するように
配置されており、それらのワード線とビット線対との各
交点にメモリセルが設けられている。このメモリセルア
レイ50のワード線はXデコーダ51に接続されており
、Xデコーダ51にはXアドレスバッファ52を介して
Xアドレス信号が与えられる。また、メモリセルアレイ
50のビット線対はトランスファゲート53を介してY
デコーダ54に接続されており、Yデコーダ54にはY
アドレスバッファ55を介してYアドレス信号が与えら
れる。
Xアドレス信号に応じてXデコーダ51によりメモリセ
ルアレイ50の1つのワード線が選択され、Yアドレス
信号に応じてYデコーダ54によりメモリセルアレイ5
0の1組のビット線対が選択され、選択されたワード線
と選択されたビット線対との交点に設けられたメモリセ
ルが選択される。この選択されたメモリセルにデータが
書込まれ、あるいは、そのメモリセルに蓄えられている
データが読出される。データの書込か読出かは読出/書
込制御回路56に与えられる読出/書込制御信号R/W
によって選択される。データの書込時には、入力データ
Dinがデータ人力バッファ57を介して、選択された
メモリセルに入力される。また、データの読出時には、
選択されたメモリセルに蓄えられたデータがセンスアン
プ58およびデータ出力バッファ59を介して外部に取
出される。
第10図は、たとえば特公昭62−18997号公報に
示された従来のスタティックRAMのメモリセル部分の
回路図である。
第10図において、ビット線対14.15の間には複数
のメモリセル1a〜1nが接続されている。各メモリセ
ル1a〜1nは、2つのエンハンスメント型のインバー
タ用MO3電界効果トランジスタ(以下、MOSFET
という)2.3.2つの高負荷抵抗4,5.2つのアク
セス用MOSFET6.7からなる。MOSFET2.
3のドレインDはそれぞれノード8,9で抵抗4,5の
一端に接続され、抵抗4,5の他端は電源端子10.1
1に接続されている。また、これらのMOSFET2.
3のソースSは接地端子に接続されている。さらに、M
OSFET2のゲートGはノード9に接続され、MOS
FET3のゲートGはノード8に接続されている。記憶
情報はノード8と接地端子との間に存在する寄生容量1
2およびノード9と接地端子との間に存在する寄生容量
13に蓄積される。ノード8はアクセス用MO3FET
6を介してビット線14に接続され、MOSFET6の
ゲートは対応するワード線16a〜16nに接続されて
いる。ノード9はアクセス用MO3FET7を介してビ
ット線15に接続され、MOSFET7のゲートは対応
するワード線163〜16nに接続されている。
ビット線14.15はそれぞれMOSFET17.18
を介してI10線19.20に接続され、MOSFET
17.18のゲートはYデコーダによりコラム選択信号
が与えられる入力端子21に接続されている。また、ビ
ット線14.15は、ダイオード接続されたビット線負
荷用MO3FET22.23を介して電源端子24.2
5にそれぞれ接続されている。このMOSFET22.
23はビット線14.15をプリチャージするだめのも
のである。なお、Mli端子10,11.2425には
電源電位VCCが与えられる。
インバータ用MO,5FET2.3のしきい値電圧VT
II。は、メモリ回路中の他のMO5FETのしきい′
値電圧VTHよりも高く設定されている。
また、MOSFET2.3の動作時のオン抵抗をR()
 ONSMOS F E T 6.7の動作時のオン抵
抗をRT o N 、MOSFET22.23の動作時
のオン抵抗をRL ONとすると、インバータ用MO3
FET2.3(7)しきい値電圧VTHDは次式のよう
に設定されている。
ここで、V*Lは、ワード線の選択時において、Low
レベル(「L」レベル)のデータを記憶するノード8ま
たは9の電位を示している。
次に、このメモリセルの動作について説明する。
メモリセル1aのノード8の電位が「L」レベル、ノー
ド9の電位がHighレベル(「H」レベル)の状態で
あるときに、このメモリセル1aに蓄えられているデー
タを読出す場合を考える。
このとき、ワード線16aの電位が非選択時のOVある
いはOVに近い電位から選択時の電源電位VCCあるい
はVCCに近い電位に変化する。その結果、電源端子2
4からビット線負荷用MOSFET22、アクセス用M
OSFET6、インバータ用MOSFET2を介して接
地端子に電流が流れる。しかし、インバータ用MO3F
ET3はオフしているので、電源端子25からビット線
負荷用MO8FET23、アクセス用MO8FET7、
インバータ用MOSFET3、接地端子の経路には電流
が流れない。したがって、ビット41114の電位は、
MOSFET22、MOSFET6、およびMOSFE
T2のオン抵抗比で決まる電位に設定され、ビット線1
5の電位は、電源電位Veeよりもビット線負荷用MO
3FET23のしきい値電圧VTMだけ低い電位に設定
される。
上記の従来のスタティックRAMにおいては、データの
読出時に、ワード線16aの電位が電源電位VCCにな
りかつビット線15の電位がVe。よりもMOSFET
23のしきい値電圧TTNだけ低くなるので、アクセス
用MOSFET7のゲート・ソース(ビット線側)間の
電圧がそのアクセス用MOSFET7のしきい値電圧V
T、Iの絶対値とほぼ同程度となる。このため、アクセ
ス用MOSFET7にサブスレッショールド電流l5u
1.Aが流れ、電源電位VCCに充電されていたノード
9からビット線15に電荷が流出する。このように、従
来のスタティックRAMにおいては、rHJレベルの情
報(Highデータ)の記憶電位が低下し、ソフトエラ
ーが発生しやすくなっている。
ここで、RAMにおけるソフトエラーについて説明する
。ソフトエラーとは、メモリセルに記taされている情
報がノイズその他の外乱によって失われ、“1″の情報
が“0”にまたは“0”の情報が“1″に反転すること
をいう。すなわち、ソフトエラーとは、メモリセルのフ
リップフロップの状態が変化して記憶情報が反転するだ
けであり、メモリセルの構造が物理的に破壊されたわけ
ではない。したがって、メモリセルに正しい情報が書込
まれると、その正しい情報が記憶される。これに対して
、メモリセルが物理的に破壊され、もはや情報を記憶す
ることができなくなったものをハードエラーという。
この発明において問題とされるのは、ソフトエラーのう
ち、α粒子により発生するソフトエラーである。第11
図はメモリセルの1つの記憶ノードを示す断面図である
。第11図に示すように、外部からα粒子力(メモリセ
ルの記憶ノードであるn+層101またはその近傍に入
射すると、そのエネルギにより半導体基板(ここではp
−ウェル102)内に電子・正孔対が発生する。これら
のうち電子は記憶ノードであるn+層101に引き寄せ
られる。その結果、その記憶ノードの電位が低下するこ
とになる。その記憶ノードにrHJレベルの情報が記憶
されている場合には、その電位が低下しすぎると、記憶
されている情報が反転することになる。このようにして
ソフトエラーが発生する。したがって、rHJレベルの
情報を記憶しているノードの電位がある程度以上低下す
るとソフトエラーが発生しやすくなる。
なお、スタティックRAMのソフトエラーにっいては種
々の研究論文が発表されている。たとえば、Japan
ese  Journal  ofApplied  
Physics、   vol、22、Supplem
ent  22 1+  pp−69−73,1983
には、SRAMのソフトエラー率がメモリセルの選択さ
れる時間的間隔に依存することが示されており、IEE
E  Journal  of  5olid−Sta
te  C1rcuits、vol、5c−22,No
、3.pp。
430−436.June  1987には、SRAM
のメモリセルにおいては、読出後、「H」レベルのデー
タを記憶するノードの電位が回復するまでに数10μs
要するので、数10μs以下のサイクルで動作させると
ソフトエラー率が高くなることが示されている。
このようなスタティックRA Mのソフトエラーに対す
る対策として、たとえば、特開昭62−245592号
公報、特開昭62−250588号公報等に示されるス
タティックRAMが提案されている。特開昭62−24
5592号公報には、選択状懇にあるメモリセルにおい
てrHJレベルの情報を記憶するノードの電位低下を抑
えるために、ワード線電位を、ビット線電位にアクセス
用トランジスタ(第10図におけるMO3FET6゜7
)のしきい値電圧を加えた電位よりも低く設定し、アク
セス用トランジスタを非導通状態とすることによって、
rHJレベルの情報を記憶するノードからビット線へ流
れる電流を遮断することが示されている。また、特開昭
62−250588号公報には、ビット線の負荷手段に
P型トランジスタを使用することにより読出時のビット
線電位を高く設定し、rHJレベルの情報を記憶するノ
ードからビット線へ流れる電流を遮断することが示され
ている。
すなわち、ワード線の電位が電源電位VCCに変化した
とき、ビット線の電位が(電源電位VcC−アクセス用
トランジスタのしきい値電圧■□H)よりも低いとアク
セス用トランジスタがオンする。これにより、rHJ 
レベルの情報を記憶するノードからビット線へ電流が流
れ込み、そのノードの電位が低下してしまう。上記の公
報に示されるスタティックRAMにおいてはこの電位低
下を防止するために、ビット線の電位を上げるか、ワー
ド線の電位を下げるか、またはアクセス用トランジスタ
のしきい値電圧V丁、を高く設定することによって、ワ
ード線の電位とビット線の電位との電位差がアクセス用
トランジスタのしきい値電圧■THよりも小さくなるよ
うにしたものである。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、ワード線の電位とビット線の電位との電
位差がアクセス用トランジスタのしきい値電圧vT1.
Iよりも小さいという条件を満たすだけでは、「H」レ
ベルの情報を記憶するノードからビット線に流れるリー
ク電流を完全に遮断することはできない。また、式(1
)を満たすだけでは、rHJレベルの情報を記憶するノ
ードから接地端子に流れるリーク電流を完全に遮断する
ことはできない。すなわち、アクセス用トランジスタや
インバータ用トランジスタ(第10図におけるMO3F
ET2.3)のゲート−ソース間の電位差がしきい値電
圧VTMよりも小さくなって、通常の意味でそれらのト
ランジスタがオフしていても、ゲート・ソース間の電位
差がしきい値電圧VTHに近い場合にはそれらのトラン
ジスタに流れるサブスレッショールド電流は完全には0
にならない。サブスレッショールド電流については、例
えば[Physics  of  Sem1condu
ctor  Devices (S、M、Sze著)」
のp、470〜p474に詳しく述べられている。この
ため、サブスレッショールド電流によってrHJレベル
の情報を記憶するノードの電位が低下してしまう。ノー
ドの電位は、電源電位Vc0から高負荷抵抗を介してノ
ードに与えられる充電電流とアクセス用トランジスタお
よびインバータ用トランジスタのリーク電流の総和とが
等しくなるか、または、ノードの電位低下によってアク
セス用トランジスタが再びオンして逆にビット線からそ
のノードに充電電流が流れ始めるまで低下する。256
 Kビット以上の高抵抗負荷型のスタティックRAMで
は高負荷抵抗の抵抗値が非常に高いので、上記リーク電
流を何らかの対策を施して抑えない限り、ノードの電位
は(ワード線の電位−アクセス用トランジスタのしきい
値電圧vTH)まで低下して安定する。
このように従来のスタティックRAMにおいては、rH
Jレベルの情報を記憶するノードの電位の低下を完全に
抑えられず、アクティブ時のソフトエラー耐性が弱いと
いう欠点があった。
この発明の目的は、rHJレベルの情報を記憶するノー
ドの電位の低下を完全に防止することにより、ソフトエ
ラーに強い半導体記憶装置を得ることである。
[課題を解決するための手段] この発明に係る半導体記憶装置は、少なくとも1つのメ
モリセル、メモリセルを選択するために設けられたワー
ド線、および第1および第2のビット線からなり選択さ
れたメモリセルに情報を書込みまたは選択されたメモリ
セル内の情報を読出すためのビット線対を備えている。
各メモリセルは、第1および第2の記憶ノード、第1お
よび第2の負荷素子、情報記憶用の第1および第2のト
ランジスタ素子、アクセス用の第3および第4のトラン
ジスタ素子を含む。第1および第2の記憶ノードは、相
補的な情報を記憶する。第1の負荷素子は、所定の電源
電位と第1の記憶ノードとの間に結合され、第2の負荷
素子は、所定の電源電位と第2の記憶ノードとの間に結
合される。情報記憶用の第1のトランジスタ素子は、第
1の記憶ノードと接地電位との間に結合され、かつ第2
の記憶ノードに接続される制御端子を有する。情報記憶
用の第2のトランジスタ素子は、第2の記憶ノードと接
地電位との間に結合され、かつ第1の記憶ノードに接続
される制御端子を有する。アクセス用の第3のトランジ
スタ素子は、第1のビット線と第1の記憶ノードとの間
に結合され、かつワード線に接続される制御端子を有す
る。アクセス用の第4のトランジスタ素子は、第2のビ
ット線と第2の記憶ノードとの間に結合され、かつワー
ド線に接続される制御端子を有する。
この発明に係る半導体記憶装置においては、メモリセル
の選択時に、第1および第2の記憶ノードのうち高レベ
ルの情報を記憶している記憶ノードの電位が、ワード線
の電位からアクセス用の第3または第4のトランジスタ
素子のしきい値電圧を引いた電位よりも高い電位で安定
するように、第1および第2の負荷素子の抵抗値または
トランジスタ素子のしきい値電圧が設定されている。
[作用] この発明に係る半導体記憶装置によれば、メモリセルの
選択時に、高レベルの情報を記憶している記憶ノードの
電位が、(ワード線の電位−アクセス用トランジスタ素
子のしきい値電圧)よりも高い電位で安定するので、動
作状態でのソフトエラー耐性が強くなる。
〔実施例] 以下、この発明の実施例を図面を用いて説明する。
第1図は、この発明の一実施例によるスタティックRA
Mのメモリセル部分の回路図である。
第1図において、ビット線対14.15の間には複数の
メモリセル1a〜1nが接続されている。
各メモリセル1a〜1nは、2つのエンハンスメント型
のインバータ用MOSFET2,3.2つの高負荷抵抗
4,5.2つのアクセス用MOSFET6.7からなる
。MOSFET2.3のドレインDはそれぞれノード8
,9で抵抗4,5の一端に接続さされ、抵抗4,5の他
端は電源端子10.11に接続されている。また、これ
らのMOSFET2.3のソースSは接地端子に接続さ
れている。さらに、MOSFET2のゲートGはノード
9に接続され、MOSFET3のゲートGはノード8に
接続されている。記憶情報はノード8と接地端子との間
に存在する寄生容量12およびノード9と接地端子との
間に存在する寄生容量13に蓄積される。ノード8はア
クセス用MOSFET6を介してビット線14に接続さ
れ、MOSFET6のゲートは対応するワード線16a
〜16nに接続されている。ノード9はアクセス用MO
3FET7を介してビット線15に接続され、MOSF
ET7のゲートは対応するワード線168〜16nに接
続されている。
ビット線14.15はそれぞれMOSFETl7.18
を介してI10線19.20に接続され、MOSFET
17.18のゲートはコラム選択信号が与えられる入力
端子21に接続されている。
また、ビット線14.15は、ダイオード接続されたビ
ット線負荷用MOSFET22.23を介して電源端子
24.25にそれぞれ接続されている。このMOSFE
T22.23はビット線14゜15をプリチャージする
ためのものである。なお、電源端子10,11,24.
251:は電?R電位Vccが与えられる。
インバータ用MO3FET2.3のしきい値電圧VTH
Dは、メモリ回路中の他のMOSFETのしきい値電圧
VTNよりも高く設定されている。
また、MOSFET2.3の動作時のオン抵抗をRo 
o 、、MOSFET6.7の動作時のオン抵抗をRT
 ON 5M08FET22.23の動作時のオン抵抗
をRL ONとすると、インバータ用MOSFET2.
3のしきい値電圧v、H0i;i次式のように設定され
ている。
ここで、vRLは、ワード線の選択時において、rLJ
レベルの情報(Lowデータ)を記憶するノード8また
は9の電位を示す。
各ワード線16a〜16nにはそれぞれワード線ドライ
バ30a〜30nが接続されている。各ワード線ドライ
バ30a〜30nは、レベルシフト用NチャネルMO3
FET31、Pチャネル間O5FET32およびNチャ
ネルMOSFET33からなる。MOSFET31のド
レインおよびゲートは、電源電位VCCが与えられる電
源端子34に接続され、MOSFET31のソースは、
MOSFET32のソースに接続されている。MOSF
ET32のドレインはMOSFET33のドレインに接
続され、MOSFET33のソースは接地端子に接続さ
れている。MOSFET32およびMOSFET33の
ゲートにはワード線の選択信号が与えられる。MOSF
ET32のドレインとMOSFET33のドレインとの
接続点は対応するワード線16a〜16nに接続されて
いる。MOSFET32および33がCMOSインバー
タを構成している。
この実施例においては、ワード線16a〜16nの選択
時に、「H」レベルの情報(Highデータ)を記憶す
るノード8または9の電位が(電源電位VCC−アクセ
ス用MO3FET6または7のしきい値電圧VTM)よ
りも高い電位で安定するように、ワード線ドライバ30
a〜30nのMOSFET31のしきい値電圧VTII
Wおよびインバータ用MO8FET2.3のしきい値電
圧VTHDが設定されているか、あるいは、高負荷抵抗
4および5の抵抗値Rが適当な値に設定されている。
次に、このメモリセルの動作について説明する。
メモリセル1aのノード8がLowデータを記憶し、ノ
ード9がHihgデータを記憶しているときに、このメ
モリセル1aに蓄えられているデータを読出す場合を考
える。ワード線の選択信号がrHJレベルからrLJレ
ベルに変化すると、ワード線16aの電位は電源電位V
CCよりもMOSFET31のしきい値電圧VTHWだ
け低い電位VWIIになる。その結果、アクセス用MO
3FET6がオンし、電源端子24からビット線負荷用
MO5FET22、アクセス用MOSFET6、インバ
ータ用MOSFET2を介して接地端子に電流が流れる
。このとき、ノード8の電位は式(2)に示されるVI
ILとなる。MOSFET3のしきい値電圧VT、Dは
、VRL ≦VT HDの関係を満たしているので、M
OSFET3は導通しない。その結果、電源端子25か
らビット線負荷用MO3FET23、アクセス用〜l0
3FET7、インバータ用MO8FET3および接地端
子の経路には電流が流れず、ノード9の電位は電源電位
VCCから低下しない。
したがって、ビット線14の電位は、MOSFET22
、MOSFET6、およびMO3FET2のオン抵抗比
で決まる電位に設定され、ビット線15の電位は、電源
電位VCCよりもビット線負荷用MOSFET23のし
きい値電圧VV++だけ低い電位V[111に設定され
る。
また、ワード線16aの電位はvwtt−vcc−V、
H,になっており、かつビット線15の電位はvlIH
−v、c−vTHとなっているので、アクセス用MOS
FET7のゲート・ソース間の電圧はlVtHw  V
THIとなって非常に小さくなる。その結果、アクセス
用MO8FET7は非導通状態となり、ノード9からビ
ット線15に電流が流れない。したがって、ノード9の
電位が低下することはない。
逆に、メモリセル1aのノード9がLowデータを記憶
し、ノード8がHighデータを記憶しているときに、
このメモリセル1aのデータを読出す場合にも、同様に
して、ビット線14の電位が、電源電位VCCよりもビ
ット線負荷用MOSFET22のしきい値電圧VTNだ
け低い電位V8Nに設定され、ビット線15の電位が、
MOSFET23、MOSFET7およびMOSFET
3のオン抵抗比で決まる電位に設定される。
この場合も、MOSFET2のしきい値電圧であるvT
HDがs VIIL ≦VT II Oの関係を満たし
ているので、MOSFET2は導通しない。また、アク
セス用MO3FET6のゲート拳ソース間の電位差が非
常に小さくなっているので、MOSFET6は非導通状
態となっている。したがって、ノード8の電位が低下す
ることはない。
このように、上記実施例においては、データの読出時に
Highデータを記憶するノードに接続されるアクセス
用MO8FETおよびインバータ用MO8FETが通常
の意味でオフするだけでなく、そのノードの電位が、(
ワード線電位−アクセス用MO8FETのしきい値電圧
)よりも十分に高い電位で安定するように、MOSFE
Tのしきい値電圧または高負荷抵抗の抵抗値が調整され
ている。したがって、従来のスタティックRAMのよう
にHighデータを記憶するノードの電位が(ワード線
電位−アクセス用MOSFETのしきい値電圧)まで下
がる場合に比べて、そのノードに蓄えられる電荷量が多
くなり、アクティブ時のソフトエラー耐性が強くなる。
なお、メモリセルの負荷抵抗の値を考慮して、MOSF
ET31のしきい値電圧をイオン注入法、基板ノード法
の選択等により設定することにより、ワード線16a〜
16nの選択時の電位レベルは自由に設定可能である。
上記実施例では、レベルシフト用MO8FET31がワ
ード線ドライバ30a〜30nごとに設けられているが
、ワード線ドライバ30a〜30nの外部にそれらのワ
ード線ドライバ30a〜30nに共通に設けられていて
もよい。
また、上記実施例では、レベルシフトのためにダイオー
ド接続されたMOSFET31が用いられているが、p
nダイオードを用いても同様の効果を奏する。
さらに、上記実施例では、レベルシフト用MOSFET
31のゲートが電源電位vecに接続されているが、H
ighデータを記憶するノードの電位が(ワード線の電
位−アクセス用MOSFETのしきい値電圧)より高く
ソフトエラー率の低い所定の電位で安定するならば、他
の電位に接続されていてもよい。
第2図は、この発明の他の実施例によるスタティックR
AMのメモリセル部分の回路図である。
第2図において、メモリセル1a〜1nの構成は第1図
に示したメモリセル1a〜1nと全く同様であり、ワー
ド線ドライバ40a〜40nの構成が異なる。
このワード線ドライバ40a〜40nは、NチャネルM
OSFET41、NチャネルMOSFET42およびイ
ンバータ43からなる。MOSFET41のドレインは
、電源電位vccが与えられる電源端子44に接続され
、MOSFET41のソースはMOSFET42のドレ
インに接続され、MOSFET42のソースは接地端子
に接続されている。これらのMOSFET41および4
2はCMOSインバータを構成している。MOSFET
42のゲートにはワード線の選択信号が与えられ、MO
SFET41のゲートにはワード線の選択信号をインバ
ータ43により反転した信号が与えられる。MOSFE
T41のソースとMOSFET42のドレインとの接続
点が対応するワード線16a〜16nに接続される。
この実施例の場合には、ワード線の選択時の電位は、M
OSFET41のゲート電位vGよりこのMOSFET
41のしきい値電圧VTHだけ低い電位となる。すなわ
ち、ワード線のrHJレベルの電位は、インバータ43
のしきい値電圧を選択することにより、自由に設定可能
である。
したがって、読出時にHighデータを記憶しているノ
ードに対応するビット線の電位とワード線の電位との電
位差が十分小さくなるように、かつ、そのノードの電位
が、(ワード線の電位Vw8−アクセス用MOSFET
のしきい値電圧V0、)よりも高く電iiX電位VCC
からの低下量の少ない電位で安定するように、ワード線
のrHJレベルの電位を選定する。この結果、この実施
例の場合も、第1図の実施例と同様にソフトエラーに対
して強くなる。
なお、ワード線の選択時の電位を下げる手段は上記実施
例の手段に限られず、Highデータを記憶するノード
の電位が(ワード線の電位−アクセス用MOSFETの
しきい値電圧)よりも高い電位で安定するならば、他の
手段でもよい。
第3図は、この発明のさらに他の実施例によるスタティ
ックRAMのメモリセル部分の回路図である。
第1図および第2図のようにワード線の選択時の電位を
下げる代わりに、この実施例では、ノード8とビット線
14との間およびノード9とビット線15との間に接続
されるアクセス用MO3FETとして、高いしきい値電
圧VTH^を有するMOSFET60および70が用い
られる。
たとえば、ビット線負荷用MO3FET22および23
のしきい値電圧VTHが1.5vであるとき、アクセス
用MO3FET60および70のしきい値電圧VTHA
は2■に設定される。この場合、電源電位VCCを5■
とすると、Highデータが読出される側のビット線の
電位は5−1゜5−3.5Vとなる。したがって、アク
セス用MO8FET60および70のゲート・ソース間
電圧は5−3.5−1.5Vとなり、そのアクセス用M
O9FET60および70のしきい値電圧VTH^ (
−2V)よりも低くなる。
この実施例においては、アクセス用MOSFET60お
よび70のしきい値電圧VT、IAを適当な値に調整す
ることによって、また、高負荷抵抗4および5の抵抗値
Rを適当な値以下に下げることによって、Highデー
タを記憶するノード8または9の電位が、(ワード線の
電位VWN −アクセス用MOSFET60および70
のしきい値電圧Vt HA )よりも高く電源電位V。
Cからの低下量の少ない電位で安定するように設定され
ている。
この実施例のスタティックRAMの動作波形図を第4図
に示す。第4図に示すように、アドレス人力が与えられ
るとそのアドレス入力に応じてワード線16a〜16n
のうち1本たとえば16aが選択され、その選択された
ワード線16aの電位がOvから5vに立上がる。それ
によって、そのワード線16aに接続されたメモリセル
1aのノード8および9に記憶されているデータがそれ
ぞれビット線14および15に読出される。その結果、
ビット線14および15の間に電位差が生じる。この電
位差がセンスアンプにより増幅されてOVまたは5Vの
データ出力が得られる。
この実施例においては、アクセス用MOSFET60お
よび70のしきい値電圧VTjlAが、H1ghデータ
が読出される側のビット線の電位とワード線の電位との
間の電位差よりも大きい所定の電位に設定されているの
で、Highデータを記憶しているノードの電位が低下
することはない。
アクセス用MO8FET60および70のしきい値電圧
は、メモリセルの負荷抵抗の値を考慮して、イオン注入
法、基板ノードの選択等により自由に設定可能である。
なお、アクセス用MO3FET60および70のしきい
値電圧を高くすることにより、そのMO5FET60お
よび70の導通時の抵抗値が大きくなってアクセスタイ
ムが増大することが懸念される。しかし、これはチャネ
ル幅を大きくすることにより回避することができる。
また、上記実施例のようにアクセス用MO3FETのし
きい値電圧を大きくする代わりに、ビット線負荷用MO
SFET22および23のしきい値電圧を低くしてもよ
い。この場合は、ワード線の選択時にHighデータが
読出される側のビット線の電位が高くなるので、ワード
線の電位とそのビット線の電位との間の電位差がアクセ
ス用MO8FETのしきい値電圧よりも低くなり、Hi
ghデータを記憶するノードの電位低下が防止される。
ビット線の電位を高くする手段は、上記手段に限られず
、他の手段を用いても同様の効果が得られることは言う
までもない。たとえば、ビット線負荷を抵抗またはデプ
レッショントランジスタにより構成すれば、ビット線電
位は電源電位まで充電される。また、アクセス用MOS
FETのしきい値電圧は、インバータ用MOSFETと
は独立に、高く設定してもよいし、また同じ値に設定し
てもよい。互いに異なる値に設定する場合には、設定の
自由度が大きくなるという長所があり、同じ値に設定す
る場合には工程数が少ないという長所がある。
ここで、サブスレッショールド電流とノードの電位低下
との関係について具体的な数値を用いて説明する。
第5図において、ノードN、にはrHJレベルの情報が
記憶され、ノードNLにはrLJレベルの情報が記憶さ
れているものとする。また、負荷抵抗Rの抵抗値を50
0GΩ(5X10”Ω)とし、電源電位VCCを5Vと
する。ワード線WLの電位がrLJレベルのとき、MO
SFETQl、およびQA2は完全にオフ状態となって
おり、サブスレッショールド電流15ubAおよびI 
xub[1は共に極めて小さな値(Isub^+I s
ubら−10−13A以下)になっている。また、負荷
抵抗Rを流れる負荷電流ILも同じ値となる。したがっ
て、ノードN。の電位vNHは、 VN H−Vc c −R* IL −5−(5X10−2 ) #5 となり、すなわち極めて電源電位VCCに近い値となる
ここで、ワード線WLの電位がrHJレベルになると、
第10図に示される従来例の場合は、MOS F E 
T QA +およびMOSFETQo +に流れるサブ
スレッショールド電流1sub(−l5ub4 +I 
Sul、ら)が数桁大きくなり、たとえばl5ub= 
l5ubA+ l5uba = 10−9[A]程度と
なる。負荷電流ILもこのサブスレッショールド電流l
5ubと等しくなるので、ノードN工の電位VN、lは
R−IL  (−5X10”XlXl0−9)だけ低下
しようとする。しかし、このときビット線BLの電位が
電源電位VCCよりもMOSFETQaのしきい値電圧
■T吋だけ低い電位に保たれているので、ノードN、の
電位vNoはビット線BLの電位と等しくなる。たとえ
ば、MOSFETQB(7)しきい値電圧Vvnが1.
5Vテアルト、ノードNHの電位VN 11 にt5 
1. 5−3.5Vまで低下する。この電位VN、lは
、ワード線WLの電位がrLJレベルとなると、再び負
荷抵抗Rにより充電され、長い時定数(10ms程度)
でほとんど電源電位VCCに近い電位に回復する。しか
し、第6図の(a)に示すように、ノードN。の電位■
NHが電源電位VCCまで上昇するまでにワード線WL
が選択されると、ソフトエラーの発生率が高くなる。
したがって、ソフトエラー耐量を改善するためには、第
6図の(b)に示すように、ワード線WLの選択時(「
H」レベル時)に、ノードN、の電位vNHがあまり低
下しないようにする必要がある。ワード線WLの選択時
に電位VNoの低下を0.1V程度にするためには、負
荷電流!、を次の値にする必要がある。
IL−0,115X10”−2X10−” Aしたがっ
て、サブスレッショールド電流1sub(” l5ub
a + l5ubB )も2X10−” A以下にする
必要がある。サブスレッショールド電流1 subぇは
、MO3FETQA +およびQA2のしきい値電圧を
0.1v上昇させるとほぼ1桁小さくなるので、しきい
値電圧をどれだけ上げればよいかを見積ることができる
。l5ub= 10−9Aであるならば、M OS F
 E T Q A +およびQ^2のしきい値電圧を0
.4上げれば、I zubさ10−”Aとなる。この結
果、ワード線WLの選択時にノードN、lの電位低下は
0.1Vとなり、ソフトエラー率は約1桁以上改善され
る。第7図は、ワード線WLの選択時におけるサブスレ
ッショールド電流15ttbとノードNHの電位vNo
との関係を示す概念図で市る。この概念図は、サブスレ
ッショールド電流I5□bが増加するに従って、ノード
NHの電位vNHが低下することを示している。
次に、ワード線WLの選択時におけるサブスレッショー
ルド電流! subと負荷電流ILの過渡的変化につい
て説明する。まず、ワード線WLの電位がrHJレベル
に立上がることによりノードN。
の電位が4,5Vにまで低下する場合について説明する
。ワード線WLの電位がrHJレベルになると、まず、
サブスレッショールド電流1sul)が増加し、この結
果、サブスレッショールド電流l5ubおよび負荷電流
ILは、l5LLb>ILという関係になる。このため
、負荷電流ILも増加し、ノードN、の電位vN8が負
荷電流ILの増加とともに低下する。そして、電位V−
8が4.5vまで低下すると、サブスレッショールド電
流I Subと負荷電流ILとが等しくなり、電位VN
、lはそれ以上低下しなくなる。すなわち、I、ub>
ILという関係が成立している限りノードNHの電位v
NHは低下し続ける。
次に、ワード線WLの電位がrHJレベルに立上がった
ときにノードN、の電位VNいが4.9Vで安定する場
合について説明する。ワード線WLの電位がrHJレベ
ルになると、まずサブスレッショールド電流1subが
増加し、l5ub> l Lという関係が成立する。こ
れに従って、負荷電流lLも増加して、電位VN 、が
4.9vに低下する。
この時点でI包b−I Lという関係が成立していれば
、電位VH8はそれ以上は低下しない。ここでもし、何
らかの理由によりノードN0の電位■N8が4.9Vよ
りも低下したときに■Sub< I Lの関係が満たさ
れていると、負荷電流I、はサブスレッショールド電流
l5ubに等しくなろうとして減少する。その結果、ノ
ードN8の電位VN 、が4゜9■まで引き上げられる
。したがって、ノードN□の電位VN、は4.9vで安
定する。
以上のことから、ワード線の選択時にxsub> 1、
の関係が成立していれば、ノードN、の電位VN8は低
下し続け、■、□beltの関係が満たされていればノ
ードNHの電位■Noはそれ以上低下することはない。
すなわち、ワード線の選択時のノードN。の電位低下が
ΔV以下であるならばソフトエラー率が改善されるとす
ると、ノードN8の電位vNHがVCC−ΔVとなった
時点でI s+Ab<1.の関係が成立するならばその
電位VN )lはVCC−ΔVよりも低下することはな
い。
第8図は、ノードN8の電位VN HがV。C−ΔVと
なった時点でのIL/Isμbとソフトエラー率との関
係を示す図である。第8図は、I L / l5ubく
1という関係が成立するならば、ノードN。
の電位vN8はVCC−ΔVよりも低下するためソフト
エラー率は大きくなるが、IL/Isμb>1という関
係が成立するならば、ノードN8の電位VNHはVCC
−Δ■よりも高くなるのでソフトエラー率が低減するこ
とを示している。
したがって、ノードNHの電位VNoがVCC−ΔVま
で低下した時点でI L / l5ULb> lの関係
が成立するように、上記実施例において、ワード線の選
択時の電位、ビット線の電位、MOSFETのしきい値
電圧または高負荷抵抗の抵抗値を設定すれば、ソフトエ
ラー率を大幅に改善することが可能となる。
このように上記実施例によれば、Highデータを記憶
するノード8または9の電位を(ワード線の電位−アク
セス用MO8FETのしきい値電圧)より高くソフトエ
ラー率の低い所定の電位に保つために、■ワード線ドラ
イバ内のMO3FET31のしきい値位置VTHWの調
整、■ワード線ドライバ内のインバータ43のしきい値
電圧のgu、■アクセス用MO8FET60および70
のしきい値電圧vTH^の調整、■インバータ用MOS
FET2および3のしきい値電圧VTHDの調整、■ビ
ット線負荷用MO3FET22および23のしきい値電
圧の調整、または■高負荷抵抗4および5の抵抗値の調
整を行なっている。なお、これらの手段■〜■のうちい
くつかを組合わせることによってHighデータを記憶
するノード8または9の電位低下を防止してもよい。
上記■〜■の調整においては、Highデータを記憶す
るノードの電位が、(ワード線電位−アクセス用MOS
FETのしきい値電圧)よりも高くかつ電源電位vec
からの低下量の少ない電位である場合に、アクセス用M
O3FETおよびインバータ用MOSFETに流れるリ
ーク電流の和と高負荷抵抗に流れる充電電流とが等しく
なるように、設定が行なわれる。これにより、そのノー
ドの電位は、(ワード線電位−アクセス用MOSFET
のしきい値電圧)よりも十分高い電位で安定となり、そ
れ以下には低下しない。
また、アクセス用MOSF、ET60および70のゲー
ト幅とインバータ用MOSFET2および3のゲート幅
との比を大きくし、Lowデータを記憶するノード8ま
たは9の電位を下げることによっても、Highデータ
を記憶するノード8または9の電位低下を防止すること
ができる。
なお、高負荷抵抗4および5の抵抗値Rを調整する場合
には、具体的には、抵抗値Rが(電源電位VCC−アク
セス用MO8FETのしきい値電圧VvH)/11□、
よりも十分小さければよい。
ここで、■l@akは、Highデータを記憶するノー
ド8または9に電源電位VCCを与えたとき、このノー
ドからビット線と接地端子とに流れるリーク電流の総和
を示すものである。
また、ビット線負荷用MOSFET22および23のし
きい値電圧VT11をメモリセル内のMOSFETのし
きいla?l!圧よりも低く設定する場合には、周辺回
路中のMOSFETのしきい値電圧が2種類以上設定さ
れていれば、その中の2つのしきい値電圧をそれぞれビ
ット線負荷用MO3FETとメモリセル内のMOSFE
Tのしきい値電圧と共通にすれば工程数が増加すること
もない。
さらに、メモリセル内のアクセス用MOSFETやイン
バータ用MOSFETのしきい値電圧を高く設定する場
合には、各MO3FETのチャネルの下部にP型の不純
物が多く打ち込まれるので、それに伴なって記憶ノード
の接合容量が増加し、さらにソフトエラーに強くなると
いう副次的効果も得られる。
また、選択時のワード線の電位を電源電位vc、よりも
低く設定する場合には、ワード線の電位の振幅が小さく
なるため、ワード線の切換わりが速くなり、アクセスタ
イムが高速化されるという効果もある。
このように、上記実施例によれば、従来のスタティック
RAMのようにHighデータを記憶するノードの電位
が(ワード線の電位−アクセス用MO5FETのしきい
値電圧)まで下がる場合に比べ、記憶ノードに蓄えられ
ている電荷量が多くなり、アクティブ時のソフトエラー
耐性を強くすることが可能となる。
[発明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、高レベルの情報を記憶
するノードの電位低下が防止されるので、ソフトエラー
に強く、信頼性の高い半導体記憶装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例によるスタティックRAM
のメモリセル部分を示す回路図である。 第2図はこの発明の他の実施例によるスタティックRA
Mのメモリセル部分を示す回路図である。 第3図はこの発明のさらに他の実施例によるスタティッ
クRAMのメモリセル部分を示す回路図である。第4図
はi3図に示されたスタティックRAMの動作波形図で
ある。第5図はサブスレッショールド電流によるメモリ
セルにおけるノードの電位低下を説明するための回路図
である。第6図はサブスレッショールド電流によるメモ
リセルにおける電位低下を示すタイミングチャートであ
る。 第7図はサブスレッショールド電流とノードの電位との
関係を示す図である。第8図は負荷電流とサブスレッシ
ョールド電流との比IL/l5u−とソフトエラー率と
の関係を示す図である。第9図はスタティックRAMの
全体の構成を示すブロック図である。第10図は従来の
スタティックRAMのメモリセル部分を示す回路図であ
る。第11図はソフトエラーのメカニズムを説明するた
めの図である。 図において、1a〜1nはメモリセル、2,3はインバ
ータ用MO5FET、4.5は高負荷抵抗、6,7はア
クセス用MO8FET、8.9はノード、10,11,
24,25,34.44は電源端子、12.13は寄生
容量、14.15はビット線、16a〜16nはワード
線、17.18はMOSFET、19.20はI10線
、21は入力端子、22.23はビット線負荷用MO8
FET、30a 〜30n、40a 〜40nはワード
線ドライバ、31.33,41.42はNチャネルMO
3FET、32はPチャネルMOSFET143はイン
バータである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 第 図 第2図 H Vcc 第3図 渠S図 第6目 Vczレベ1し 功 寸 ハ) 耐 第7図 萬8図 1L/ 15ub

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 少なくとも1つのメモリセル、 前記メモリセルを選択するために設けられたワード線、
    および 第1および第2のビット線からなり、前記選択されたメ
    モリセルに情報を書込みまたは前記選択されたメモリセ
    ル内の情報を読出すためのビット線対を備え、 前記各メモリセルは、 相補的な情報を記憶する第1および第2の記憶ノード、 所定の電源電位と前記第1の記憶ノードとの間に結合さ
    れる第1の負荷素子、 前記所定の電源電位と前記第2の記憶ノードとの間に結
    合される第2の負荷素子、 前記第1の記憶ノードと接地電位との間に結合され、か
    つ前記第2の記憶ノードに接続される制御端子を有する
    情報記憶用の第1のトランジスタ素子、 前記第2の記憶ノードと接地電位との間に結合され、か
    つ前記第1の記憶ノードに接続される制御端子を有する
    情報記憶用の第2のトランジスタ素子、 前記第1のビット線と前記第1の記憶ノードとの間に結
    合され、かつ前記ワード線に接続される制御端子を有す
    るアクセス用の第3のトランジスタ素子、および 前記第2のビット線と前記第2の記憶ノードとの間に結
    合され、かつ前記ワード線に接続される制御端子を有す
    るアクセス用の第4のトランジスタ素子を含む半導体記
    憶装置において、 前記メモリセルの選択時に、前記第1および第2の記憶
    ノードのうち高レベルの情報を記憶している記憶ノード
    の電位が、前記ワード線の電位から前記アクセス用の第
    3または第4のトランジスタ素子のしきい値電圧を差引
    いた電位よりも高い電位で安定するように、前記第1お
    よび第2の負荷素子の抵抗値またはトランジスタ素子の
    しきい値電圧が設定されていることを特徴とする半導体
    記憶装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5247040A (en) * 1991-06-27 1993-09-21 Rohm And Haas Company Graft copolymers prepared by two staged aqueous emulsion polymerization
JP5486735B2 (ja) * 2011-10-18 2014-05-07 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッド 半導体装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS586584A (ja) * 1981-07-01 1983-01-14 Mitsubishi Electric Corp 半導体記憶装置

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