JPH06119782A - Sram用メモリーセル - Google Patents
Sram用メモリーセルInfo
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- JPH06119782A JPH06119782A JP3221028A JP22102891A JPH06119782A JP H06119782 A JPH06119782 A JP H06119782A JP 3221028 A JP3221028 A JP 3221028A JP 22102891 A JP22102891 A JP 22102891A JP H06119782 A JPH06119782 A JP H06119782A
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- Vessels, Lead-In Wires, Accessory Apparatuses For Cathode-Ray Tubes (AREA)
- Manufacture Of Electron Tubes, Discharge Lamp Vessels, Lead-In Wires, And The Like (AREA)
Abstract
する。 【構成】 負荷抵抗RL1,RL2と駆動用FET
J1,J2とから構成されたセルラッチにデータを貯蔵
するようにし、伝達用FETJ7,J8はワードライン
が選択される場合に“ON”されながらビットラインと
セルラッチを電気的に連結させるようにし、読み出し用
FETJ5,J6はメモリーセルの読み込み動作時にセ
ルラッチの記憶内容を伝達用FETJ7,J8に送り、
書き込み用FETJ3,J4は書き込み動作時にビット
ラインのデータをセルラッチに貯蔵するようにする。
Description
Random Access Memory)におけ
る動作特性が向上されながら高集積化が可能であるよう
にしたSRAM用メモリーセルに関する。
素子としてコンピュータ等においては必須素子であり、
コンピュータ技術が発展されることにより高速データ処
理能力を有する高性能のシステムが製作されている。
性が優秀なメモリー素子が切実に要求されていることは
既に良く知られている事実である。高速メモリー素子と
しては化合物半導体であるガリウム砒素のメモリー素子
が普遍的に使用されており、ガリウム砒素メモリー素子
は現在まで製作されたすべてのSiメモリー素子より速
度特性においては優秀な長所がある。
の半導体素子はSi半導体に比べて工程技術が落後され
ており、その物質自体が有する難しい特性、即ち、素子
の変数変動のため製作時に高集積化が困難し、また歩留
りが低下される関係のため製品の価格が高価である問題
点があった。
ルはSi SRAMのメモリーセルの構造をそのまま使
用したもので、図1(a)に図示されている。図1
(a)で、従来のガリウム砒素SRAMのメモリーセル
は二つの増加型FET(Enhancement Fi
eld Effect Transistor)(J1
1),(J12)と二つの空乏型FET(Deplet
ion Field Effect Transist
or)(J13),(J14)と対称に成されて相補的
(Complemental)データを貯蔵するセルラ
ッチ(Cell Latch)と、上記セルラッチの相
補的データをビットラインと(バー)ビットラインに各
々伝達するための伝達FET(J15),(J16)等
とから構成されている。
上記セルラッチは若干の信号のみ印加されても安定され
た相補的論理データである“1”と“0”となる性質を
持ち、上記伝達FET(J15),(J16)は該当ワ
ードライン(Word line)が選択された場合に
のみ“ON”されてデータをセルラッチに書き込むと
か、またはセルラッチでデータを読み出すことができる
ようにする役割をするようにした。
図1(a)での空乏型FET(J13),(J14)を
負荷抵抗(RL12),(RL13)として代置したこ
とを除外しては図1(a)のメモリーセルの構成と同一
である。
は素子変数の変動が小変動であり、工程が正確に確立さ
れたSi SRAMには有用であるが、素子変数の変動
に弱いので素子変数の変動が大変動であると、セル動作
が不安定になり、また不安定な動作によってメモリーセ
ルが選択された場合には貯蔵してあったデータが破壊
(例えば、“0”状態→“1”状態、または“1”状態
→“1”状態→“0”状態に変動される)されやすい短
所があった。そして、図1(c)で従来の異なるメモリ
ーセル構造は増加型FETの製作が技術的に不可能であ
るので、空乏型FETのみで成されたことを図示してい
る。
チは負荷抵抗(RL13),(RL14)と、駆動用空
乏型FET(J17),(J18)、そしてこのような
空乏型FET(J17),(J18)のバイアス電圧の
調整のためのダイオード(D1),(D2),(D
3),(D4),(D5),(D6),(D7),(D
8)と抵抗(R1 ),(R2 )とから構成する。
ための書き込みビットラインおよび(バー)書き込みビ
ットラインはダイオード(D9),(D10)を各々通
じてセルラッチに連結され、データをセルラッチで読み
出すための読み込みビットラインはダイオード(D1
1)と読み込みFET(J19)を通じて駆動FET
(J18)に連結されるようにした。このような構成を
有する従来のメモリーセルは1986年3月11日付で
特許査定された米国特許第4,575,821号公報に
記載されている。
されているので、増加型FETと空乏型FETがすべて
使用される進歩された技術においては使用することが困
難であり、消費電力が過大であり、また読み込みビット
ラインが一つである非対称構造をもつので、センスアッ
プ駆動が困難な問題点があったのである。
ーセルのセルラッチの構造は空乏型FETのみで構成さ
れる回路であって、負荷抵抗(RL15),(RL1
6)と駆動用空乏型FET(J22),(J23)とこ
の空乏型FETのバイアス電圧調整用ダイオード(D1
2),(D13)と、負荷抵抗(R3),(R4)とか
ら構成し、セルラッチからデータを読み出すための読み
込み用FET(J20),(J21)によってビットラ
インおよび(バー)ビットラインが上記セルラッチと連
結されるようにした。
び(バー)ビットラインと分離させてビットラインおよ
び(バー)ビットラインからの影響を排除させることに
よって動作特性が改善されるようにした技術は米国特許
第4,981,807号と日本特許出願昭63−160
087号(発明者:Matsushita)に開示され
ている。
ッチが異なるFETを排除した空乏型FETのみで構成
されているので、書き込み動作が円滑に行われない問題
点があったのである。
トラインと(バー)ビットラインに各々接続されたFE
T(J24),(J25)を通じて電源(Vss)が印
加されるようにし、図1(b)のようなセルラッチを上
記ビットラインと(バー)ビットラインおよびワードラ
インに連結した構成を有する従来のまた他のメモリーセ
ルにおいてはワードラインを選択するとき、即ち、ワー
ドラインにセル選択の信号を印加すると、ワードライン
のパルスのライジングエッジの中でセルラッチは選択さ
れる前にもってあったデータをそのまま維持しながらそ
のデータをビットラインに伝達しなければならない。
あっても図1(f)に図示のようにセルラッチのデータ
V(1),V(2)が変えられて貯蔵してあったデータ
が破壊される現象が発生する。そして、このようなデー
タの破壊の現象はガリウム砒素メモリーのように素子の
変数変動が激甚な場合にはメモリーの製作歩留りを低下
させてしまう一方、高集積メモリーの製作を難しくす
る。
対する動作領域を広範囲にしながら高集積化が可能なS
RAM用メモリーセルを提供することをその目的として
いる。
に本発明のメモリーセルは負荷抵抗と駆動FETとから
構成されたセルラッチでデータを貯蔵するようにし、伝
達FETはワードラインが選択される場合に“ON”さ
れながらビットラインとセルラッチを電気的に連結させ
るようにし、読み込みFETはメモリーセルの読み込み
動作時にセルラッチの記憶内容を伝達FETに送り、書
き込みFETは書き込み動作時にビットラインのデータ
をセルラッチに貯蔵するようにした構成を持つものであ
る。
と、次の通りである。図2は本発明によるメモリーセル
の構成を図示している。図2における本発明のメモリー
セルは負荷抵抗(RL1),(RL2)とセルラッチの
駆動用FET(J1),(J2)に従来のセルラッチの
構成と同一なセルラッチをなすようにし、各ゲートが共
通に書き込み制御ラインに連結されたデータ記録用FE
T(J3),(J4)の各ソースはセルラッチの負荷抵
抗(RL1),(RL2)に各々連結し、各ゲートがセ
ルラッチの駆動用FET(J1),(J2)のゲートに
各々連結されたデータ読み出し用FET(J5),(J
6)のソースは駆動電源(Vc)に共通に連結し、各ド
レインがビットラインおよび(バー)ビットラインに各
々連結されながら、同時にゲートがワードラインと連結
された伝達用FET(J7),(J8)の各ソースはデ
ータ読み出し用FET(J5),(J6)の各ドレイン
に各々連結されており、またデータ記録用FET(J
3),(J4)の各ドレインに各々連結した構成を有す
る。
データを読み出すための読み込み動作を説明する。該当
ワードラインが選択されながらワードラインに印加され
る信号のレベルが伝達用FET(J7),(J8)を導
通させることができる値に高くなりながらメモリーセル
の動作が開始される。上記伝達用FET(J7),(J
8)が導通されるとデータ読み出し用FET(J5),
(J6)はセルラッチのデータの論理状態V(1),V
(2)を各入力としてON/OFFされる。このとき、
上記論理状態V(1),V(2)は各々伝達FET(J
7),(J8)を通じてビットラインおよび(バー)ビ
ットラインに伝達される。このように、メモリーセルで
データを読み出すときには書き込み制御ラインは書き込
みFET(J3),(J4)をOFFさせる低い電圧レ
ベルを有する。
ための書き込み動作に対して説明する。書き込み制御ラ
インがデータ記録用FET(J3),(J4)をONさ
せ、同時にワードラインが選択されて伝達用FET(J
7),(J8)がONされながら書き込み動作が開始さ
れる。データ記録用FET(J3),(J4)と伝達用
FET(J7),(J8)がONされた状態でセルラッ
チの状態V(1),V(2)がビットライン,(バー)
ビットラインの状態と同じくなるので、上記ビットライ
ンを通じて提供されたデータが上記セルラッチに貯蔵さ
れる。さらに、書き込み制御ラインが低い電圧レベルを
もつようになりながら、データ記録用FET(J3),
(J4)をOFFさせると、セルラッチとビットライン
BIT,(バー)BITが遮断されながらセルラッチに
記録されたデータの論理状態V(1),V(2)を維持
する。
ては、データを貯蔵するセルラッチとビットラインを分
離し、データ読み出し用FET(J3),(J4)がセ
ルラッチとビットラインの電気的な接続を駆動するよう
にするので、従来のメモリーセルにおいてのようにセル
ラッチの駆動用FET(J1),(J2)がビットライ
ンを駆動しながら発生するデータ破壊現象を除去した。
これは、ビットラインおよび(バー)ビットラインがデ
ータを貯蔵しているセルラッチに直接的な影響を及ぼさ
ないためである。そして、セルラッチはデータを貯蔵の
みし、ビットラインを駆動しないので、従来のセルラッ
チよりその大きさを相対的に減少させることができて消
費電力を減少させることができ、また従来のメモリーセ
ルの構造に比べて本発明によるメモリーセルは素子の数
は増加したが、上記セルラッチの大きさを減少させるこ
とができるので、面積は相対的に同じとか、小面積に製
作することができる。またデータ読み出し用FET(J
5),(J6)をセルラッチに排除されているので、セ
ルラッチの大きさを減少させることができるばかりでな
く、データ読み出し用FET(J5),(J6)を大き
くすることによってビットラインの駆動能力を高くする
ことができて速度の特性を改善することができるもので
ある。
rshold voltage)の変動に対して本発明
のメモリーセルと従来のメモリーセルの動作特性をシュ
ミレーションした結果を示したものである。即ち、従来
のメモリーセルの大きさと本発明のメモリーセルの大き
さが同じくなるようにするために図1(b)のような従
来のメモリーセルの構造においては負荷抵抗(RL1
1),(RL12)を100KΩ,駆動用FET(J1
1),(J12)を15μm,伝達用FET(J1
5),(J16)を10μmの大きさとして使用し、本
発明のメモリーセルの構造においては負荷抵抗(RL
1),(RL2)を100KΩ,駆動用FET(J
1),(J2)とデータ読み出し用FET(J3),
(J4)を2μm,読み込みFET(J5),(J6)
と伝達FET(J7),(J8)は10μmの大きさを
使用しながら隣接の素子同士は±50mVの臨界電圧の
変動を与えてシュミレーションするものである。
Tの臨界電圧(VTD)が−0.5Vであるとき増加型F
ETの臨界電圧(VTE)が0.1Vから0.3V間での
み動作する反面に、本発明のメモリーセルは増加型FE
Tの臨界電圧(VTE)が0.05Vから0.25Vまで
動作することによって広範囲な臨界電圧の変動領域で動
作していることを知りうる。臨界電圧はFETの素子変
数の中で回路の動作の可否を決定する変数であるので、
臨界電圧の変動に強いというのは回路の動作領域が広範
囲であるというのを意味する。
で、(バー)ビットラインを省略しながら(バー)ビッ
トライン方向に連結されたデータ読み出し用FET(J
6),伝達用FET(J8)およびデータ書き込み用F
ET(J4)を省略しても本発明と同一な作用効果を有
する。
示したもので、ワードラインと連結された二つの伝達F
ET(J7),(J8)を省略し、ワードラインとゲー
トが連結されたワードラインの駆動FET(J9)のソ
ースに共通に連結したもので、上記と同一な作用効果を
有する。
インとセルラッチをデータ読み出し用FET(J5),
(J6)によって分離されるようにすることによって動
作領域を改善し、またセルラッチの大きさを減少させて
消費電力を減少させたものである。そして、特に、本発
明のメモリーセルを素子の変数変動が大変動であるガリ
ウム砒素SRAMに使用することによって高集積SRA
Mの製作が可能でありながらSRAMの製作歩留りも大
幅に改善させることができることを知りうる。
セルの各種の構造を示した回路図である。
動作時に貯蔵してあったデータが破壊される現象を示し
たグラフである。
た回路図である。
臨界電圧の変動に対して定常動作の領域を比較したグラ
フである。
を示した回路図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 ワードラインおよび相補的ビットライン
BITとBITを有するメモリーセルにおいて、 第1および第2負荷手段と第1および第2増加型FET
(J1,J2)が相互に対称に接続されて直列接続され
た上記第1負荷手段と上記第1増加型FET(J1)と
の間の第1接続点と直列接続された上記第2負荷手段と
上記第2増加型FET(J2)との間の第2接続点で相
補的データを維持するセルラッチと、 上記セルラッチにデータを書き込むとき制御信号の提供
を受ける書き込み制御ライン(WCS)と、 上記ワードラインに印加された信号によって上記各ビッ
トラインBIT,(バー)BITと各第1および第2伝
達ラインとの電気的な接触を制御する伝達用増加型FE
T(J7,J8)と、 上記書き込み制御ラインに印加された信号によって上記
各第1および第2接続点と上記各第1および第2伝達ラ
インとの電気的な接続を制御して上記ビットラインBI
T,(バー)BITのデータが上記セルラッチに書き込
まれるようにするためのデータ記録用増加型FET(J
3,J4)および上記第1接続点および第2接続点に印
加された信号によって上記セルラッチに記録されたデー
タが上記各第1および第2伝達ラインとの電気的に接続
されるように制御してセルラッチの相補的データが上記
ビットラインBIT,(バー)BITに伝達されるよう
にするデータ読み出し用FET(J5,J6)を包含す
ることを特徴とするSRAM用メモリーセル。 - 【請求項2】 ワードラインおよび一つのセルに対して
一つのビットラインを有するメモリーセルにおいて、 第1および第2負荷手段と第1および第2増加型FET
(J1,J2)と相互に対称に接続されて直列接続され
た上記第1負荷手段と上記第1増加型FET(J1)と
の間の第1接続点と直列接続された上記第2負荷手段と
上記第2増加型FET(J2)との間の第2接続点で相
補的データを維持するセルラッチと、 上記セルラッチにデータを書き込むとき書き込み制御信
号の提供を受ける書き込み制御ライン(WCS)と、 上記ワードラインに印加された信号によって上記各ビッ
トラインと第1伝達ラインとの電気的な接続を制御する
伝達用増加型FET(J7)と、 上記書き込み制御ラインに印加される信号によって上記
第1接続点と上記第1伝達ラインとの電気的な接続を制
御して上記ビットラインのデータが上記セルラッチに書
き込まれるようにするためのデータ記録用増加型FET
(J3)及び、 上記第1接続点および第2接続点に印加された信号によ
って上記セルラッチに記録されたデータが上記第1伝達
ラインとの電気的に接続されるように制御してセルラッ
チの記憶されたデータが上記ビットラインに伝達される
ようにするデータ読み出し用増加型FET(J5)を包
含することを特徴とするSRAM用メモリーセル。 - 【請求項3】 ワードラインおよび相補的ビットライン
BITと(バー)BITを有するメモリーセルにおい
て、 第1および第2負荷手段と第1および第2増加型FET
(J1,J2)と相互に対称に接続されて直列接続され
た上記第1負荷手段と上記第1増加型FET(J1)と
の間の第1接続点と直列接続された上記第2負荷手段と
上記第2増加型FET(J2)との間の第2接続点で相
補的データを維持するセルラッチと、 上記セルラッチにデータを書き込むとき制御信号の提供
を受ける書き込み制御ライン(WCS)と、 上記書き込み制御ラインに印加された信号によって上記
各第1および第2接続点と各第1および第2伝達ライン
との電気的な接続を制御して上記ビットラインBIT,
(バー)BITのデータが上記セルラッチに書き込まれ
るようにするためのデータ記録用増加型FET(J3,
J4)と、 上記第1接続点および第2接続点に印加された信号によ
って上記セルラッチに記録されたデータが各第1および
第2伝達ラインとの電気的に接続されるように制御して
セルラッチの相補的データが上記ビットラインBIT,
BITに伝達されるようにするデータ読み出し用増加型
FET(J5,J6)および、 上記データ読み出し用増加型FET(J5,J6)の共
通接続点と電源(Vs)との電気的な接続をワードライ
ンで提供された信号によって制御されるようにするワー
ドライン駆動用FET(J9)を包含することを特徴と
するSRAM用メモリーセル。 - 【請求項4】 前記各負荷手段は空乏型FETで構成し
たことを特徴とする請求項1乃至請求項3中のある一つ
の項に記載のSRAM用メモリーセル。 - 【請求項5】 前記各負荷手段は負荷抵抗で構成したこ
とを特徴とする請求項1乃至請求項3中のある一つの項
に記載のSRAM用メモリーセル。
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