JPH0616355B2 - Static memory - Google Patents

Static memory

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JPH0616355B2
JPH0616355B2 JP60262815A JP26281585A JPH0616355B2 JP H0616355 B2 JPH0616355 B2 JP H0616355B2 JP 60262815 A JP60262815 A JP 60262815A JP 26281585 A JP26281585 A JP 26281585A JP H0616355 B2 JPH0616355 B2 JP H0616355B2
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学 安藤
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Nippon Electric Co Ltd
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  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスタティックメモリに関し、特に金属酸化物半
導体電界効果トランジスタ(以後MOSFETと略記する。)
を用いたスタティックメモリに関する。
The present invention relates to a static memory, and more particularly to a metal oxide semiconductor field effect transistor (hereinafter abbreviated as MOSFET).
For static memory using.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来スタティックメモリのメモリセルとしては第4図に
示す回路のものが多く用いられている。第4図でR1
2 は、多結晶シリコン高抵抗でありQ1〜Q4はNチャ
ンネルMOSFETであり、DG,▲▼は一対のデ
ィジット線であり、WDはワード線であり、40はワー
ド線を選択するデーダーであり41はワード線を駆動す
るインバーターである。またC1,C2 はメモリセルの
節点に等価的に付いている静電容量であり42は電源端
子である。
Conventionally, as the memory cell of the static memory, the one of the circuit shown in FIG. 4 is often used. In Figure 4, R 1 ,
R 2 is a high-resistance polycrystalline silicon, Q 1 to Q 4 are N-channel MOSFETs, DG and ▲ ▼ are a pair of digit lines, WD is a word line, and 40 is a data line selecting word line. And 41 is an inverter for driving the word line. Further, C 1 and C 2 are electrostatic capacitances equivalently attached to the nodes of the memory cell, and 42 is a power supply terminal.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上述した従来のメモリセルを用いたスタティックメモリ
セルは、高集積化大容量化により、メモセル面積を小さ
くしていくと、メモリセル節点の静電容量C1,C2
減少し、メモリセル節点に蓄積される電荷量が減少する
ため、パッケージや、メモリの配線材料等から放出され
るα線により、メモリセルに書き込まれたデータが消失
してしまうという誤動作を起こしやすいという欠点があ
る。以下、第5図を参照して説明する。
In the static memory cell using the conventional memory cell described above, as the memory cell area is reduced due to high integration and large capacity, the electrostatic capacitances C 1 and C 2 of the memory cell node decrease, and the memory cell node Since the amount of electric charge accumulated in the memory cell is reduced, there is a drawback that the α-ray emitted from the package, the wiring material of the memory, or the like easily causes a malfunction such that the data written in the memory cell is lost. Hereinafter, description will be given with reference to FIG.

第5図は、第4図の回路で書き込み動作を行なった時の
各回路節点の波形図である。第5図で51はワード線の波
形、52は、メモリセル節点N1の波形、53はメモリ
セル節点N2 の波形、54はディジット線DGの波形、
55はディジット線▲▼の波形、56は外部から印
加される書き込み制御信号波形である。時刻t0 でアド
レスが変化し、t1 で書き込み制御信号が、読み出しか
ら書き込みへと変化する。アドレスが変化したのを受け
て時刻t2 で選択されたワード線レベルが“L”から
“H”に上昇する。更に、t1 での書き込みへの変化を
受けて、t3 でディジット線に書き込みデータが伝達さ
れ、DGが“L”へ、また▲▼が“L”へ、また▲
▼が“H”になる。するとメモリセル節点N1,N
2 がこれに追従して変化し、N1 は“H”から“L”
へ、N2 は“L”から“H”となる。次にt4 で書き込
み制御信号が書き込みから読み出しに変化し、書き込み
動作が完了する。ここで注意すべきことは書き込みが完
了した時のメモリセル節点N2の“H”がVcc レベルよ
りトランスファーゲートMOSFETのスレッショルド
電圧VT分だけ低いレベルまでしか達していないことで
ある。そして、このレベルからVccレベルまで上昇させ
るのはメモリセル負荷の高抵抗R2を通して節点容量C
2 を充電することによるわけであるが、高抵抗R2 の値
は非常に大きく、約3×1011オームにも達するので充
電する時の時定数はC2 が2×10-14PFとして6ミ
リ秒という大きな値となる。通常スタティックメモリの
動作速度は、100+1秒程度であるから6ミリ秒とい
う時間は、60,000ビットのメモリセルをアクセス
できる長さである。従って、書き込みが終了してからセ
ルの“H”レベルが電源レベルに達するまでの間はα線
が当たった時にメモリセルのデータが、消失する危険が
大きい。実際“H”レベルが3vの時と5vの時とを比
較する3vの時の方が5vの時よりデータが消失する確
立は1000倍から10000倍も高い。
FIG. 5 is a waveform diagram of each circuit node when a write operation is performed in the circuit of FIG. In FIG. 5, 51 is a word line waveform, 52 is a memory cell node N 1 waveform, 53 is a memory cell node N 2 waveform, 54 is a digit line DG waveform,
Reference numeral 55 is a waveform of the digit line (5), and reference numeral 56 is a write control signal waveform applied from the outside. The address changes at time t 0 , and the write control signal changes from read to write at t 1 . Address is selected word line level at time t 2 receives the changed rises to "H" to "L". Further, in response to the change to write at t 1 , write data is transmitted to the digit line at t 3 , DG goes to “L”, ▲ ▼ goes to “L”, and ▲.
▼ becomes “H”. Then, the memory cell nodes N 1 , N
2 changes following this, and N 1 changes from “H” to “L”
Then, N 2 changes from “L” to “H”. Next, at t 4 , the write control signal changes from write to read, and the write operation is completed. It should be noted here that the "H" of the memory cell node N 2 at the time of completion of writing reaches a level lower than the Vcc level by the threshold voltage V T of the transfer gate MOSFET. Then, the node capacitance C is raised from this level to the Vcc level through the high resistance R 2 of the memory cell load.
This is because the high resistance R 2 is very large and reaches about 3 × 10 11 ohms, so the time constant for charging is 6 when C 2 is 2 × 10 -14 PF. It will be a large value of milliseconds. Normally, the operation speed of a static memory is about 100 + 1 seconds, and thus the time of 6 milliseconds is a length that enables access to a memory cell of 60,000 bits. Therefore, there is a great risk that the data in the memory cell will be lost when the α-ray hits during the period from the end of writing until the "H" level of the cell reaches the power supply level. Actually, when the "H" level is 3v and when it is 5v, the probability that data is lost is higher 1000 times to 10000 times in the case of 3v than in the case of 5v.

近年、スタティックメモリの高集積化、大容量化は約3
年で4倍という驚くべき速さで進行しており、これに伴
いメモリセル節点容量はますます小さくなり、また低消
費電力化の進行によりメモリセル負荷の高抵抗はますま
す抵抗値が増大する方向にある。このために従来のメモ
リセルではα線による誤動作の確立が高くなるという問
題がある。この様な状況に対処するためにメモリセルの
部分のみゲート電極形成後、500Å〜200Å程度の絶縁膜
を付け更にその上に固定電位に接続された電極を形成
し、メモリセル節点容量を増大させるという方法が考案
されている。しかし、この方法を用いても容量の増加は
約0.01pF程度であるため、必ずしも十分ではな
い。
In recent years, static memory has been highly integrated and increased in capacity by about 3
It progresses at an astonishing speed of 4 times a year, and the memory cell node capacitance becomes smaller and smaller, and the high resistance of the memory cell load further increases due to the progress of low power consumption. In the direction. Therefore, in the conventional memory cell, there is a problem that the probability of malfunctioning due to α-rays increases. In order to deal with such a situation, after forming the gate electrode only in the memory cell part, an insulating film of about 500 Å to 200 Å is attached, and an electrode connected to a fixed potential is further formed on it to increase the memory cell node capacitance. That method has been devised. However, even if this method is used, the increase in capacitance is about 0.01 pF, which is not always sufficient.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は前述の様な従来のスタティックメモリのα線に
よる誤動作を大幅に改善するものである。
The present invention greatly improves the malfunction of the conventional static memory due to the α ray as described above.

本発明によるスタティックメモリは高抵抗素子を負荷素
子としたフリップフロップメモリセルとして用いたもの
であって、各ワード線に対応して、ワード線毎に、ワー
ド線と並行して配置された論理信号線と一端がメモリセ
ルのフリップフロップの交差接続点に接続され、他端が
論理信号線に接続されたコンデンサーを有し、前記論理
信号線にはワード線が高レベルでかつ書き込み状態にあ
る時低レベルになり、書き込み終了後に低レベルから高
レベルへと変化する論理信号が印加されることを特徴と
する。
The static memory according to the present invention is used as a flip-flop memory cell in which a high resistance element is used as a load element, and a logic signal arranged in parallel with the word line for each word line. A line having one end connected to a cross connection point of flip-flops of a memory cell and the other end connected to a logic signal line, wherein the logic signal line has a word line at a high level and in a write state. It is characterized in that a logic signal is applied which changes to a low level and changes from a low level to a high level after completion of writing.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例の回路図である。第1図にお
いて従来例で示した第4図と異なるのはメモリセル節点
にコンデンサーC3,C4が付加され、そのコンデサーの
対極にワード線信号と書き込み制御信号とのNAND論
理をとった信号が印加されていることである。第1図の
回路を実際のレイアウトで示したのが第2図である。第
2図で20は第1図のワード線WDに対応し、21,2
2はトランスファーゲートMOSFETQ1,Q2のゲー
ト部分に対応し、23,24はトランスファーゲートM
OSFETQ1,Q2のメモリセル節点側の拡散層に対応
し、25,26はトランスファーゲートMOSFETQ
1,Q2のディジット線側拡散層とディジット線DG,D
Gとを接続するコンタクト孔に対応し、27,28はフ
リップフロップMOSFETQ3,Q4のゲート部分に対
応し、29はフリップフロップMOSFETQ4のドレ
イン側拡散層に対応し、200,201,202は第1ポリシリ
コンと拡散層を接続するダイレクトコンタクト孔であ
り、203はフリップフロップMOSFETQ3,Q4
の接地側拡散層であり、204は、メモリセル節点との
間にコンデンサーを形成する2層目のポリシリコン電極
で第1図の13に相当する。第2図では図面をわかりや
すくするため高抵抗素子R1,R2 が形成される。3層
目のポリシリコンは省略してある。第2図のレイアウト
を行なえば2層目のポリシリコン204と拡散層23お
よび、MOSFETQ4 のゲートを形成している第1ポ
リシリコンとの間にコンデンサーC1 が形成され、ま
た、2層目のポリシリコン204と拡散層29およびM
OSFETQ3 のゲートを形成している第1ポリシリコ
ン28との間にコンデンサーC2 が形成されることにな
る。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention. 1 is different from FIG. 4 shown in the conventional example in that capacitors C 3 and C 4 are added to the memory cell node, and a NAND logic of a word line signal and a write control signal is taken at the opposite electrode of the capacitor. Is being applied. FIG. 2 shows the circuit of FIG. 1 in an actual layout. In FIG. 2, numeral 20 corresponds to the word line WD in FIG.
2 corresponds to the gate portions of the transfer gate MOSFETs Q 1 and Q 2 , and 23 and 24 are transfer gates M.
Corresponding to the diffusion layers on the memory cell node side of the OSFETs Q 1 and Q 2 , 25 and 26 are transfer gate MOSFETs Q.
1 and Q 2 digit line side diffusion layers and digit lines DG and D
27 and 28 correspond to the gate portions of the flip-flop MOSFETs Q 3 and Q 4 , 29 corresponds to the drain side diffusion layer of the flip-flop MOSFET Q 4 , and 200, 201 and 202 correspond to the contact holes connecting to G. A direct contact hole 203 connects the first polysilicon and the diffusion layer, and 203 is a flip-flop MOSFET Q 3 , Q 4.
Is a ground side diffusion layer, and 204 is a second-layer polysilicon electrode that forms a capacitor between itself and a memory cell node, and corresponds to 13 in FIG. In FIG. 2, high resistance elements R 1 and R 2 are formed for the sake of clarity. The third layer of polysilicon is omitted. In the layout shown in FIG. 2, the capacitor C 1 is formed between the polysilicon 204 of the second layer, the diffusion layer 23, and the first polysilicon forming the gate of the MOSFET Q 4 , and the second layer is formed. Polysilicon 204 and diffusion layers 29 and M
The capacitor C 2 will be formed between the OSFET Q 3 and the first polysilicon 28 forming the gate of the OSFET Q 3 .

次に第3図を用いて第1図の回路の動作を説明する。Next, the operation of the circuit shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

第3図において31は第1図のワード線WDの波形、3
2はコンデンサーC3,C4 に接続されている論理信号
線13の波形、33はメモリセル節点N1 の波形、34
はメモリセル節点N2 の波形、35はデジット線DGの
波形、36はデジット線▲▼の波形、37は外部か
ら供給される書き込み制御信号波形である。第3図で
は、時刻t0 でアドレス入力が変化しこれに対応して時
刻t2 で選択されたワード線が“H”になる。また時刻
1 で書き込み制御信号が“H”から“L”に変化し
て、読み出しから書き込み状態に変化するのに対応して
時刻t3 で論理信号が“H”から“L”へ変化し更に時
刻t4 でディジット線DG,▲▼に書き込みデータ
が現われる。ここで時刻t3 で論理信号が“H”から
“L”に変化した時メモリセル節点N1 のレベルが電源
(Vcc)レベルから、Vcc−VTまで低下するのは、コンデ
ンサーC3 のカップリングのためである。Vcc−VT
ベルになるとトランスファーゲートMOSFETQ1
オンしディジット線から電荷が流れ込むため、それ以上
レベルは低下しない。またメモリセル節点N2のレベル
もコンデンサーC4 のカップリングにより低下するが、
MOSFETQ2及びQ4がオンしているため、低下量は
わずかである。さて時刻t4 でディジット線にデータが
現われるとメモリセル節点N1 は、“H”から“L”へ
またN2 は“L”から“H”へと変化し、メモリセルに
データが書き込まれる。この時N2 の“H”レベルはV
cc−VTまでしか上昇しない。次に時刻t5 で書き込み
制御信号が“L”から“H”へと変化すると、時刻t6
で論理信号が“L”から“H”へと変化する。論理信号
が“L”から“H”へと変化すると、コンデンサーC4
のカップリングによりメモリセル節点N2 は速やかにV
ccレベル又は、それ以上まで上昇する。この時どこまで
2 のレベルが上昇するかはコンデンサーC4 の静電容
量とC1 との大きさで決まる。例えばいまC1=C4
0.01pFで電源電圧が5vとすると節点N2 の上昇
である。従ってVcc−VTの値が3.5vであれば論理
信号が“L”から“H”になった後は3.5v+2.5v
=6vとなり電源電圧以上迄上昇する。しかし、この6
vという電圧は抵抗R2 を通して放電され電源電圧5v
に最終的には落ち着く。
In FIG. 3, 31 is the waveform of the word line WD of FIG.
2 is a waveform of the logic signal line 13 connected to the capacitors C 3 and C 4 , 33 is a waveform of the memory cell node N 1 , 34
Is a waveform of the memory cell node N 2 , 35 is a waveform of the digit line DG, 36 is a waveform of the digit line ▴, and 37 is a write control signal waveform supplied from the outside. In FIG. 3, the address input changes at time t 0 , and the word line selected at time t 2 correspondingly changes to “H”. Further, at time t 1 , the write control signal changes from “H” to “L”, and at the time t 3 , the logic signal changes from “H” to “L” in response to the change from the read state to the write state. Further, at time t 4 , write data appears on the digit line DG, ▲ ▼. Here, when the logic signal changes from “H” to “L” at time t 3 , the level of the memory cell node N 1 is the power supply.
The decrease from the (Vcc) level to Vcc-V T is due to the coupling of the capacitor C 3 . At the level of Vcc-V T , the transfer gate MOSFET Q 1 is turned on and the charge flows from the digit line, so that the level does not drop any more. Further, the level of the memory cell node N 2 is also lowered by the coupling of the capacitor C 4 , but
Since MOSFETs Q 2 and Q 4 are on, the amount of decrease is small. When data appears on the digit line at time t 4 , the memory cell node N 1 changes from “H” to “L” and N 2 changes from “L” to “H”, and data is written in the memory cell. . At this time, the "H" level of N 2 is V
only increased to cc-V T. Next, when the write control signal changes from “L” to “H” at time t 5 , time t 6
Then, the logic signal changes from "L" to "H". When the logic signal changes from "L" to "H", the capacitor C4
Of the memory cell node N 2 is quickly
Increase to cc level or higher. At this time, how much the level of N 2 rises is determined by the capacitance of the capacitor C 4 and the size of C 1 . For example, now C 1 = C 4 =
If the power supply voltage is 5v at 0.01pF, the rise of the node N 2 Is. Thus after the value of Vcc-V T becomes "H" from the logic signal is "L" if 3.5 V is 3.5 V + 2.5v
= 6v and rises above the power supply voltage. But this 6
The voltage v is discharged through the resistor R 2 and the power supply voltage 5v
Finally settles down.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明はメモリセル節点に一端が接
続され、他端が書き込み制御信号とワード線信号との論
理をとった信号が供給される論理信号線に接続されるコ
ンデンサーを設けることにより書き込み終了後メモリセ
ルの“H”レベルが速やかに電源レベルまで到達するの
でメモリセル面積を小さくしてもα線による誤動作を低
く抑えることができその効果は大である。
As described above, according to the present invention, one end is connected to the memory cell node and the other end is provided with the capacitor connected to the logic signal line to which the signal obtained by the logic of the write control signal and the word line signal is supplied. After the writing is completed, the "H" level of the memory cell quickly reaches the power supply level. Therefore, even if the memory cell area is made small, the malfunction due to the α ray can be suppressed to a large effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明によるスタティックメモリの回路図、第
2図は第1図の回路のメモリセル部分のレイアウト図、
第3図は、第1図の回路の動作を示す波形図、第4図
は、従来のスタティックメモリの回路図、第5図は第4
図の回路の動作波形図である。 Q1〜Q4:トランジスタ
FIG. 1 is a circuit diagram of a static memory according to the present invention, FIG. 2 is a layout diagram of a memory cell portion of the circuit of FIG.
FIG. 3 is a waveform diagram showing the operation of the circuit of FIG. 1, FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional static memory, and FIG.
It is an operation | movement waveform diagram of the circuit of the figure. Q 1 ~Q 4: transistor

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】高抵抗素子を負荷素子としたフリップフロ
ップをメモリセルとして用いたスタティックメモリにお
いて一端が前記フリップフロップの交差接続点に接続さ
れ、他端に書き込み動作終了後に低レベルから高レベル
に変化する論理信号が印加されるコンデンサーを有する
ことを特徴とするスタティックメモリ。
1. In a static memory using a flip-flop having a high resistance element as a load element as a memory cell, one end is connected to a cross connection point of the flip-flops, and the other end is changed from a low level to a high level after a write operation is completed. A static memory having a capacitor to which a varying logic signal is applied.
【請求項2】前記論理信号が供給される信号線は各ワー
ド線に対応してワード線毎にワード線と並行して配置さ
れ、前記論理信号は、ワード線が高レベルで、かつ、書
き込み状態である時に低レベルになることを特徴とする
特許請求範囲第(1)項記載のスタティックメモリ。
2. A signal line to which the logic signal is supplied is arranged in parallel with the word line for each word line corresponding to each word line, and the logic signal is written at a high level in the word line and is written. The static memory according to claim (1), which is at a low level when in a state.
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