JPH0352192A - 半導体メモリ - Google Patents

半導体メモリ

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JPH0352192A
JPH0352192A JP1184690A JP18469089A JPH0352192A JP H0352192 A JPH0352192 A JP H0352192A JP 1184690 A JP1184690 A JP 1184690A JP 18469089 A JP18469089 A JP 18469089A JP H0352192 A JPH0352192 A JP H0352192A
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JP
Japan
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memory cell
transistor
current
current source
bit line
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Pending
Application number
JP1184690A
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English (en)
Inventor
Kenichi Ohata
賢一 大畠
Noriyuki Honma
本間 紀之
Kunihiko Yamaguchi
邦彦 山口
Kazuo Kanetani
一男 金谷
Hiroaki Nanbu
南部 博昭
Yoji Ide
井出 陽治
Yoshiaki Sakurai
桜井 義彰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Japan Display Inc
Original Assignee
Hitachi Device Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
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Publication date
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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1 本発明は、半導体メモリに係り、特にメモリの動作余裕
度を拡大するための補償回路に関する。 【従来の技術】 バイボーラメモリの高速化には、負荷の重いビット線を
高速に放電することが必須である。従来技術は、ビット
線の放電電流として働く読み出し電流を大きくすること
で、これに対処してきた。 従来技術の一例を第8図に示す。同図において、Cはメ
モリセル、W,LWはワード線、BO,Blはビット線
、QrefO,Qreflは参照トランジスタ、BSは
ビット線選択信号、BDはビット線岨動回路、IBO,
IBIはビット線放電電流源、OBは出力バッファ、D
oはデータ出力信号である。メモリセルCは、特公昭6
2−7639号で述べられているように、ショットキバ
リアダイオード(以下SBD)に直列に抵抗を接続する
ことにより、読み出し電流を数mA流すことができる。 これにより,ビット線の負荷容量を高速に放電すること
ができる。
【発明が解決しようとする課題] しかし、高集積化が進みビット線に接続されるセル数が
増加し、ビット線の長さが長くなると、ビット線の配線
抵抗RBO,RBIが増加する。 このため、ビット線の配線抵抗による電圧降下により、
メモリセルの読み出しマージンが減少する。 ビット線の配線抵抗による電圧降下V dropは、配
線抵抗をRB、読み出し電流をIRとするとVdrop
 = R B−I R となるので、V dropを小さくするためには、読み
出し電流IRを小さくしなければならない。 ところが従来技術では、 (読み出し電流)=(ビット線放電電流)であるため、
読み出し電流を小さくすると、ビット線の放電が遅くな
り,アクセス時間が増大するという問題があった。 上記の問題を解決するため、第9図に示す半導体メモリ
セルが提案されている。 以下同図を用いて,本メモリセルの動作を説明する.C
はメモリセル、W,LWはワード線、B0.B1はビッ
ト線、Q raf O , Q ref 1は参照トラ
ンジスタ、WSはワード線選択信号、BSはビット線選
択信号、BDはビット線卵動回路、IBO,IBI,I
Yは電流源.OBは出力バッファ、Doはデータ出力信
号である。メモリセルCは、pnpトランジスタQPO
,QPIとnpnトランジスタQNO,QNIからなる
2組のサイリスタを相互に接続してフリッププロップを
構成し、トランジスタQNO,QNIのエミソタに電流
源として働くトランジスタQCSを接続し、ダイオード
Do,Inによりビット線と上記サイリスタを結合した
構成となっている。 本メモリセルの選択状態(読み出し状態)、非選択状態
(保持状態)の制御は、第10図に示すように、ワード
線・ビット線間の電圧VWBにより行なう。以下では、
トランジスタQPO,QNOが導通しており,トランジ
スタQNOのコレクタは低電位、トランジスタQNIの
コレクタは高電位となっているとする。 非選択状態では,トランジスタQPO,QNOはともに
飽和領域で動作しており,トランジスタQNO,QNI
のコレクタ間の電位差VMCは、VMC= VBE −
 VEC(saturation) 4 700mV 
   (1)VBE:トランジスタQPOのベース・エ
ミッタ間電圧(〜700mV) V E C (saturation) : トランジ
スタQPOの飽和時のエミッタ・コレクタ間電圧(〜O
IIl■)となっている。 この時、VWBは高電位側のコレクタに接続されている
ダイオードD1が導通しないように、VWB=:=VE
C(saturation) +VF(off)’=O
V    (2)V F (off) :ダイオードD
1の非導通時の7ノード・カソード間電圧(〜OV) の電圧を印加する。これは、ワード線選択信号WSを低
電位にする、あるいは、ビット線選択信号BSを低電位
にしてビット線を高電位にすることにより実現できる。 従って、非選択時には、第10図に示すように、メモリ
セルからビッ1一線に読み出し電流は流れない。 選択状態では、ダイオードD1が導通し、トランジスタ
QPOが能動領域で動作するようになるまでVWBを大
きくする.すなわち、 V’JB = VEC (active) + VF 
(on) ”= 1.OV      (3)V E 
C (active) : トランジスタQPOを能動
領域で動作させるために必要な工呈ツタ・コレクタ間電
圧(〜300mV) V F (on) :ダイオードD1の導通時のアノー
ド・カソード間電圧(〜700mV) の電圧を印加する。これは、ワードgi!!択信号WS
を高電位にし、かつ、ビット線選択信号BSを高電位に
してビット線を低電位にすることにより実現できる。こ
のときビット線の電位はトランジスタQref O ,
 Qref 1のベースに印加されている参照電位V 
refから決まるので、所望のVWBが得られるように
Vrefを設定する.これにより、トランジスタQPO
は定電流源として働くようになり、ダイオードDiを通
ってビット線に流れ出す読み出し電流IRは、第10図
に示すように、IR=hFE(pnplIsT    
      (4)hFE(pnp):トランジスタQ
POの電流増幅率IST:保持電流 となる。なお、トランジスタQCSは、メモリセルが選
択状態になったとき、保持電流を安定に供給するための
電流源として働く。 この時、参照トランジスタQrefO,Qref1のエ
ミッタ電流はそれぞれ、In−IR,IB(IB:電流
源IBO,IBIによるビット線放電電流)となる。こ
の電流の差を出力バソファOBで増幅して、データ出力
信号Doとして出力する。 今,保持電流ISTを2μA.pnpトランジスタの電
流増幅率h F E (pnp)を100とすると、読
み出し電流IRは200μAとなる。すなわち、ビット
線に定常的に流れる電流は200μA程度であり、従来
の数mAの1/10程度に低減できる.これにより,ビ
ット線の配線抵抗RBO,RB1が高集積化により大き
くなっても,配線抵抗による電圧降下は小さくすること
ができる。また、ビット線の放電電流IBは、IRとは
独立に設定でき、従来通り数mA’流すことができるの
で、ビット線は高速に放電され、高集積化によるアクセ
ス時間の増加は生じない。 しかし、上記のメモリセルでは、メモリセルのpnpト
ランジスタの直流増幅率h F E (pnp)及びダ
イオードDo,Diの導通時のアノード・カソード間電
圧VF(on)の製造ばらつきによる動作余裕度減少の
問題が考慮されていなかった。 すなわち、読み出し電流IRは上記式(4)で決まるの
で、h F E (pnρ)が製造ばらつきにより小さ
くなると、読み出し電流が減少し、アクセス時間が遅く
なる、あるいは、読み出しが行なえない等の問題が生じ
る。 また、メモリセルを選択状態にするには、ワード線・ビ
ット線間の電圧VWBを式(3)で決まる電圧に設定す
る必要があるが、V F (on)が製造ばらつきによ
り大きくなると、その分だけpnp!”ランジスタのV
ECが減少する。このため、pnpトランジスタは飽和
領域で動作するようになり、読み出し電流が減少し、ア
クセス時間が遅くなる、あるいは、読み出しが行なえな
い等の問題が生じる. 本発明の目的は、メモリセルのpnpトランジスタの直
流増幅率h F E (pnp)及びダイオードDO,
Diの導通時のアノード・カソード間電圧■F (on
)がばらついても動作余裕度が減少しない半導体メモリ
を提供することにある。 [課題を解決するための手段1 メモリセルのpnphランジスタの直流増幅率h F 
E (pnp)がばらついても動作余裕度が減少しない
半導体メモリを提供するためには、二つのトランジスタ
のコレクタとベースを相互に接続したフリップフロップ
と、上記トランジスタと逆極性の負荷トランジスタと、
メモリセルとビット線を結合するダイオードとからなる
メモリセルを、複数のワード線と、複数のビット線の交
点に配置し、メモリセルに保持電流を供給する電流源回
路を具備する半導体メモリにおいて、上記電流源回路を
、コレクタに負荷抵抗を接続した、上記メモリセルの負
荷トランジスタと同様の電気的特性を持つトランジスタ
と、上記負荷抵抗で発生した電圧を増幅する増幅回路と
、その出力によりバイアスされる電流源から構成すれば
よい。また、上記電流源回路を直列に多段接続し、その
出力電流をメモリセルの保持電流としてもよい。 さらに、メモリセルのダイオードDo,Diの導通時の
アノード・カソード間電圧V F (on)がばらつい
ても動作余裕度が減少しない半導体メモリを提供するた
めには、二つのトランジスタのコレクタとベースを相互
に接続したフリップフロツプと、上記トランジスタと逆
極性の負荷トランジスタと、メモリセルとビット線を結
合するダイオードとからなるメモリセルを、複数のワー
ド線と、複数のビット線の交点に配置し、ビット線にエ
ミッタを接続した参照トランジスタと、そのベースに参
照電位を印加する参照電位発生回路を具備する半導体メ
モリにおいて、上記参照電位発生回路を、上記メモリセ
ルと同様の電気的特性を持つ擬似メモリセルと、上記擬
似メモリセルを読み出し状態にバイアスするバイアス回
路と,上記擬似メモリセルで発生した電圧を増幅し、参
照電位を発生する増幅回路で構成すればよい。 【作用】 前述のように読み出し電流IRは式(4)で表される。 従って.IRをh F E (pnρ)がばらついても
一定値のrRoにするには、h F E (pnp)の
変動に応じて、 で決まるISTをメモリセルに供給してやれば良い。 そこで本発明では、式(5)をh F E (pnρ)
で級数展開し, IST=aO−aihFE(pnp)+a2・hFE(
pnp)”−a3・hFE(pnp)’ + ・・・(
6)で近似したISTを供給する保持電流源回路を提供
する。式(6)の第n項目までを使用する場合は、上記
電流源回路をn段直列に接続すればよい。従って、直列
接続の段数を適当に設計することで、任意の精度を得る
ことができる.これにより.hF E (pnp)が製
造ばらつきにより変動しても、読み出し電流を一定に保
つことができ、メモリの動作余裕度を拡大することがで
きる. また.VF(on)の製造ばらつきに起因する動作余裕
度の減少に関しては、ビット線の低電位を決めるVre
f発生回路に擬似メモリセルを使用することにより、V
 F (on)の変動に応じて、Vref発生回路の駈
動電流を制御する構成となっている.これにより、V 
F (on)が製造ばらつきにより変動しても、選択状
態のセルのワード線・ビット線間電圧VWBを、読み出
し電流が一定になるように制御することができ、メモリ
の動作余裕度を拡大することができる。
【実施例1 第l図は本発明の第工の実施例であり、pnpトランジ
スタの直流増幅率h F E (pnp)の製造ばらつ
きを補償する保持電流源回路を示している。 同図において、Qlはメモリセルに使用するトランジス
タと同じ特性を有するpnpトランジスタ(例えば、メ
モリセルそのものの結線を一部分変更することで実現で
きる.)、Q2,Q3はnpnhランジスタ,Rl〜R
4は抵抗、■1は電流源、VEEは電源電位、Vl,V
2は内部電源電位、OUTは出力端子である。電流源工
1の電流をIi、出力端子OUTに流れ込む電流をIS
Tとすると、 VBE(Q2): トランジスタQ2のベース・エミッ
タ間電圧 VBE(Q3): hランジスタQ3のベース・エミッ
タ間電・圧 となる。ここでV2は,ISTの電源電圧(VEE)依
存性をなくすため、 aVEE となるような内部電源を使用する。 ように変形できる。 IST=αl−β1・Ii−hFE(pnp)また、 式(7)は次の (9) V2−VEE−VBE(Q3)+−−VBE(Q2)R
2 α1= R4 R2・R4 このように、本実施例では、ISTがhFE(ρnp)
の1次式で表現され,上記式(6)の第2項までで近似
したものに相当する。ここで,α1,β1は互いに独立
に設計できるので、αl,βlの値を適当に設定するこ
とにより、klF E (pnp)が変動してもIRを
ほぼ一定にすることができる。 第2図は、本発明の効果を示したもので、hFE(ρn
p)及びIRの設計中心値をそれぞれ100、200μ
Aとした場合である。同図(a)はhFE(PnP)に
対するISTの変化を示したもので、本実施例により、
h F E (pnp)が減少したときは工STが増加
し、h F E (pnp)が増加したときは工STが
減少するようにできることがわかる.これにより,同図
(b)に示す(図中の第1の実施例)ように、h F 
E (pnp)の変動にたいして、読み出し電流IRを
ほぼ一定に保つことができ、メモリの動作余裕度を拡大
することができる。 第3図は本発明の第2の実施例で,第1図の実施例を2
段直列に接続したものである。同図において、VSI,
VS2は第1図の実施例と同一の保持電流源回路である
。出力端子○UTIに流れ込む電流をIol、出力端子
OUT2に流れ込む電流をISTとすると,第1図の実
施例と同様にIo1=al−β1 ・Ii−hFE (
pnp)IST=α2−β24o1・hFE(PnP)
=α2−β2・(α1−β1 ・Ii−hFE (pn
p)) ・hFE (pnp)=α2−α1・β2・h
FE(pnp)+β1・β2・Ii−hFE(pnp)
”        (10)と表せる. このように、本実施例では,ISTがhFE(ρnp)
の2次式で表現され、上記式(6)の第3項までで近似
したものに相当する.ここで、α1,β1,α2,β2
の値を適当に設定することで第2図(a)に示す(図中
の第3図の実施例)ように、hF E (pnp)が減
少したときはISTが増加し、hF E (PJIP)
が増加したときはISTが減少するようにできる。これ
により、同図(b)に示すように、第1図の実施例より
もさらに、h F E (pnρ)の変動にたいして、
読み出し電流IRを一定に保つことができるようになる
。 本実施例からわかるように、第l図の保持電流源回路の
直列接続段数を増やせば、任意の精度で読み出し電流I
Rのh F E (pnp)依存性を減らすことができ
、メモリの動作余裕度を拡大することができる。 第4図は本発明の第3の実施例で、ダイオードのアノー
ド・カソード間電圧V F (on)の製造ばらつきを
補償するVref発生回路を示している。 DCはメモリセルと同じ構造及び特性を持つ擬似メモリ
セル、VRGはVref発生回路で、トランジスタQ5
,Q6,Q7からなるカレントスイッチと、トランジス
タQ8,抵抗R6からなる電流源と、R7,R8の負荷
抵抗と,トランジスタQ9,QIO,電流源I4,I5
からなるエミッタホロワから構成される。抵抗R5,ダ
イオードD2はバイアス回路を構成し,トランジスタQ
4,電流源工3はエミッタホロヮを構成している.書き
込み制御信号WE’ .データ信号D’IO,D■1は
、書き込み時に参照電位VrefO,Vreflのいず
れか一方を、書き込みデータに応じて低レベルにするよ
うにVref発生回路を制御するための信号である.ま
た、抵抗R5,ダイオードD2からなるバイアス回路は
、擬似メモリセルDCに保持電流ISTを供給し、電流
源工2は、読み出し電流IRを供給するためのものであ
る。 同図において、Vref発生回路の電流源トランジスタ
Q8のベース電位VCSは、 VCS=V3−VEC(QPO)−VF(DI)−VB
E(Q4)     (11)VEC (QPO):ト
ランジスタQPOのエミッタ・コレクタ間電圧 VF (Di):ダイオードD1のアノード・カソード
間電圧 VBE (Q4):トランジスタQ4のベース・エミソ
タ間電圧 で表される。ここでV3は、V r e fの電g電圧
依存性をなくすため、 となるような内部電源を使用する。 従って、参照電位VrefOは、 R8 VrefO = V4−−・(VCS−VBE(Q8)
−VEE)−VBE(Q9)R6 R8 =〒(VEC(QPO) +VF(DI))+{V4−
VBE(Q9)R6 VBE R8 −−−(V3−VEE−VBECQ4)−VBE(Q8
)))   (13)R6 (Q8):トランジスタQ8のベース・エミッ夕間電圧 VBE (Q9):トランジスタQ9のベース・エミッ
タ間電圧 となる. すなわち、 その分だけ参照な位VrefOが変化するので、読み出
し電流を一定にすることができる。 第9図に示したメモリセル以外にも、第5図ないし第7
図に示したメモリセルにも本発明を適用することができ
る。 第5図は結合ダイオードをショットキバリアダイオード
(以下SBD)で実現したもの、第6図は電流源として
働くトランジスタQCSを抵抗で代用したもの,第7図
はトランジスタが深い飽和領域で動作しないようにベー
ス・コレクタ間をSBDでクランプしたものである.以
上のいずれのメモリセルにも本発明を適用することがで
き、メモリセルの特徴を活かしつつ,動作余裕度を拡大
することができる. (発明の効果】 以上述べたように、本発明によれば、メモリセルのpn
phランジスタの直流増幅率h F E (pnρ)及
びダイオードのアノード・カソード間電圧VF(on)
がばらついても動作余裕度の減少しない半導体メモリを
提供することができる.
【図面の簡単な説明】
第1図はpnpトランジスタの直流増幅率の変動を補償
する実施例を示した回路図、第2図は本発明の効果を示
した特性図、第3図はpnpトランジスタの直流増幅率
の変動を補償するもう1つの実施例を示した回路図,第
4図はメモリセルのダイオードのアノード・カソード間
電圧の変動を補償する実施例を示した回路図、第5.6
.7図は本発明と組み合わせることができるメモリセル
の例を示した回路図,第81Ji!i.第9図は従来技
術を示した回路図、10図はメモリセルの動作説明図で
ある。 符号の説明 W,LW・・・ワード線、BO,Bl・・・ビット線、
C・・・メモリセル、IST・・・保持電流、IR・・
・読み出し電流. h F E (pnp)・・・pn
pトランジスタの直流増幅率、V F (on)・・・
ダイオードの7ノード・カソート間電圧.VSI,VS
2・・・保持電流源、DC・・・擬似メモリセル.VR
G・・・参照電位発生回路。 11田 第3図 〃 チ2 & (a) 半2図(b) 700 八ノ=と(t〒V冫 ノl12 第y図 竿b図 LW

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、二つのトランジスタのコレクタとベースを相互に接
    続したフリップフロップと、上記トランジスタと逆極性
    の負荷トランジスタと、メモリセルとビット線を結合す
    るダイオードとからなるメモリセルを、複数のワード線
    と、複数のビット線の交点に配置し、メモリセルに保持
    電流を供給する電流源回路を具備する半導体メモリにお
    いて、上記電流源回路を、コレクタに負荷抵抗を接続し
    た上記メモリセルの負荷トランジスタと同様の電気的特
    性を持つトランジスタと、上記負荷抵抗で発生した電圧
    を増幅する増幅回路と、その出力によりバイアスされる
    電流源から構成したことを特徴とする半導体メモリ。 2、上記電流源回路を直列に多段接続し、その出力電流
    をメモリセルの保持電流としたことを特徴とする第1請
    求項に記載の半導体メモリ。 3、上記電流源回路の出力電流は、上記負荷トランジス
    タの直流増幅率のn次多項式(nは1以上の整数)で表
    されることを特徴とする第1請求項記載の半導体メモリ
    。 4、二つのトランジスタのコレクタとベースを相互に接
    続したフリップフロップと、上記トランジスタと逆極性
    の負荷トランジスタと、メモリセルとビット線を結合す
    るダイオードとからなるメモリセルを、複数のワード線
    と、複数のビット線の交点に配置し、ビット線にエミッ
    タを接続した参照トランジスタと、そのベースに参照電
    位を印加する参照電位発生回路を具備する半導体メモリ
    において、上記参照電位発生回路を、上記メモリセルと
    同様の電気的特性を持つ擬似メモリセルと、上記擬似メ
    モリセルを読み出し状態にバイアスするバイアス回路と
    、上記擬似メモリセルで発生した電圧を増幅し、参照電
    位を発生する増幅回路で構成したことを特徴とする半導
    体メモリ。
JP1184690A 1989-07-19 1989-07-19 半導体メモリ Pending JPH0352192A (ja)

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JP (1) JPH0352192A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05275135A (ja) * 1991-12-30 1993-10-22 Molex Inc 雌型電気端子
JP2008124519A (ja) 1996-06-21 2008-05-29 Micron Technology Inc Soi型トランジスタを用いたメモリアレイ

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