JPH10149675A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPH10149675A
JPH10149675A JP33885096A JP33885096A JPH10149675A JP H10149675 A JPH10149675 A JP H10149675A JP 33885096 A JP33885096 A JP 33885096A JP 33885096 A JP33885096 A JP 33885096A JP H10149675 A JPH10149675 A JP H10149675A
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JP
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line
mos transistor
word
circuit
bit
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JP33885096A
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English (en)
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Keikichi Tamaru
啓吉 田丸
Hiroshi Nozawa
博 野澤
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 隣接する2ワードで記憶データを同時にビッ
ト直列に読み出し、加算回路で加算し、結果を一方のワ
ードに書き込む機能をもつ加算機能つきメモリにおい
て、書込みが可能なQセル回路の新しい構成を示す。 【解決手段】 DRAMを使用したQセル回路におい
て、安定動作のためビット選択線により指定されたセル
の読出し回路と書込み回路を分離する構成の回路を実現
する。またこの回路をCMOS回路で実現し、制御線の
本数を減らし、同時にウェル分離を必要としないSOI
構造のCMOS構造を実現する。さらにリフレッシュ動
作を必要としないSRAMセルによるQセル回路の構成
を実現する。これにより、メモリ機能と論理機能をメモ
リセルレベルで結合し、並列動作で演算を行うことがで
きる加算機能つきメモリの回路および構造を提供でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の技術分野】本発明はメモリ機能と論理機能を結
合させた機能メモリの一種である演算機能付きメモリの
回路及び構造に関するものである。
【発明の技術的背景】一般的にメモリはデータに対し記
憶機能(メモリ機能)のみを有し、外部より書き込んだ
データと同じデータが外部に読み出されてくる。これに
対しメモリ機能の他に論理演算機能を付け加えると、メ
モリの内部でデータの処理が可能になり、最初に書き込
んだデータと異なるデータの読出しが可能になる。この
ようなメモリは総称して機能メモリと呼ばれる。機能メ
モリの一種に加算機能つきメモリがある。図1は加算機
能つきメモリの例で、1ワード8ビットのワード構成メ
モリの隣接する番地の2ワードの組に1個の加算回路が
ついている。一方のワードをWワード、他方をQワード
と呼ぶことにして、各ワードのセル回路をそれぞれWセ
ル、Qセルと呼ぶ。動作は各ワードの下位ビットからW
セル、Qセルの内容をビット直列に読み出し、加算回路
で加算し、結果をQセルに書き込む動作をする。ここで
Wセルは通常のメモリの動作の他に指定したビットの記
憶データの読出し回路をもつセル回路である。Qセルは
Wセルに指定したビットにデータを書き込む回路がつけ
加わったセル回路である。図2の回路は、通常のDRA
Mセルを構成するトランジスタT1とキャパシタCおよ
びワード線WW、ビットデータ線Dに、Cの記憶内容を
非破壊的に読み出すための回路として、トランジスタT
2、T3とビットを指定するビット選択線bitL、読
み出したデータを取り出す読出しワードデータ線MLW
をつけ加えて構成したセル回路である。記憶データを非
破壊的に読み出す動作は、MLW線をプリチャージし、
次にbitL線を高電位にすると、Cの端子P点が高電
位ならばT2が導通し、MLW線はT2とT3を通して
放電し、低電位になる。P点が低電位ならばT2は不導
通のままであり、MLW線も高電位に留まる。したがっ
てP点の電位の逆電位がMLW線に読み出されてくる。
これは記憶データの否定が読み出されたことになる。図
3は図2の回路にトランジスタT4と書込みワードデー
タ線MDと書込み制御線PWを追加し、結線を一部変更
して構成したQセルの回路図である。PWを高電位にす
るとトランジスタT4が導通し、ビット選択線bitL
が高電位ならばMDのデータがキャパシタに書き込まれ
る。また読出しではbitLが高電位になるとキャパシ
タの電位がT3を通してT2のゲートに印加され、高電
位ならばT2が導通して読出しデータ線MLQを放電
し、反転データが読み出される。
【背景技術の問題点】図3に示す構成のQセル回路では
書込み時に書込み信号がトランジスタT2のゲートにも
加わり、T2が導通する。このためMLQ線の電位が変
化し加算回路の動作に悪影響を与える。またDRAMセ
ルは記憶データのリフレッシュ動作が必要であり、設計
もむずかしい。
【発明の目的】本発明の目的は加算機能つきメモリで用
いられるQセルの安定動作を実現した回路構成と制御線
数を削減し小面積化を実現するCMOS回路化を実現す
るものである。またリフレッシュ動作の不要なSRAM
セルによるQセル回路を実現するものである。
【発明の概要】本発明の目的は、DRAMを使用した従
来のQセル回路において、安定動作のためビット選択線
により指定されたセルの読出し回路と書込み回路を分離
した構成の回路を実現するものである。またこの回路構
成をCMOS回路で実現し、制御線の本数を減らし、同
時にウェル分離を必要としないSOI構造のCMOS構
造により小面積化を可能とする方法を実現するものであ
る。さらにリフレッシュ動作を必要としないSRAMセ
ルによるQセル回路の構成を実現するものである。
【実施例】図4に本発明の実施例を示す。図4の回路は
図3のQセル回路にトランジスタ データの読出し動作では、読出しワードデータ線MLQ
をプリチャージし、次にビット線bitLを高電位にし
たとき、T4が導通しさらに書込み時以外はPWが低 通がきまり、図3と同様にMLQ線の電位がきまる。こ
れにより記憶データの反転データが読み出される。書込
み動作ではPW線が高電位になりT6が導通し、T5が
不導通になるためビット線bitLが高電位になるとT
4、T6を通してMD線の ジスタT5により書込み回路と読出し回路が分離されて
いる。 タを制御している。このような動作は両トランジスタを
相補型MOS(CMOS)回路にすれば、1種の信号で
実現できる。この回路を図5に示す。T5はP型MOS
トランジスタ、T6はn型MOSトランジスタとすると
CMOS回路を構成する。書込み制御信号PWはT5、
T6のゲートに共通に入っている。したがって書込み動
作はPWを高電位にしてT6を導通、T5を不導通にす
れば、bitLが高電位のときT4が導通してMD線の
電位によりP点の電位が決定し、データがCに書き込ま
れる。読み出し時にはPWが低電位であるからT5が導
通し、T4が導通すればP点の電位がT2のゲートに印
加される。図6にT5とT6で構成されるCMOS回路
の構造を示す。1導電型半導体シリコン基板1に酸素イ
オン注入を行い、高温にて熱処理をする、いわゆるSI
MOXとして知られるプロセスを用いて埋め込み酸化膜
層2及び単結晶シリコン表面層3を形成する。単結晶シ
リコン表面層3上にシリコン窒化膜を用いて選択酸化、
いわゆるLOCOSプロセスによって素子分離膜4を形
成する。シリコン窒化膜を除去し、熱酸化により酸化膜
及びCVD法により多結晶シリコン膜をおのおの成長、
堆積し、通常のパターン形成法によってゲート酸化膜5
及びシリコンゲート電極6を形成する。p型MOSトラ
ンジスタであるT5のドレイン・ソース領域7、7’は
イオン注入法により高濃度ボロン不純物層が形成され
る。このP型ドレイン・ソース領域7、7’は高耐圧構
造にするため2層構造にしてもよい。n型MOSトラン
ジスタであるT6のn型ドレイン・ソース領域8、8’
は同様にしてイオン注入法により高濃度ひ素或いはリン
不純物層が形成される。このn型ドレイン・ソース領域
8、8’は同様に高耐圧構造にするため2層構造にして
もよい。CVD法により二酸化シリコン膜を堆積し層間
絶縁膜9を形成する。通常のパターン形成法によって、
オーミックコンタクト形成用の孔を層間絶縁膜9中に穿
ち、内部配線用の金属薄膜をスパッタ法にて堆積する。
ここではアルミ合金膜を用いた。通常のパターン形成法
によって、内部結線10、11、12が形成される。内
部結線10はT6のn型ドレイン領域8と書込みデータ
線(MD)とを電気的に接続する。内部結線11はT6
のn型ソース領域8’とT5のP型ソース領域7’とを
短絡すると同時にT4を介してキャパシタの一方の電極
に接続される。半導体表面層3が埋め込み酸化膜層2に
よって電気的に絶縁分離されているので同図のように逆
導電型領域どうしを隣接して配置することが可能であ
る。また、合わせ誤差等によりT6のn型ソース領域
8’とT5のP型ソース領域7’との間に半導体表面層
3をはさむ構造になることもあるが本質的に同じもので
ある。内部結線12はT5のP型ドレイン領域7とT2
のゲート電極を接続するものである。また、各々のトラ
ンジスタのチャネルが形成される半導体表面層3には設
計仕様に基づくしきい電圧値調整に必要なイオン注入が
行われる。図7の回路は通常のSRAMセルを構成する
6個のトランジスタT1からT6と、ワ トランジスタT7とビットを指定するビット選択線bi
tL、データを読み出す読出しワードデータ線MLWを
つけ加えた構成をしている。読み出し動作はMLWをプ
リチャージし、次にbitL線を高電位にすると、P点
が低電位ならMLWはT3を通して放電して低電位にな
り、P点が高電位ならばMLWの電位はそのまま高電位
に留まる。このようにしてフリップフロップに記憶した
データの反転データがMLWに読み出される。図8の回
路は図7のWセル回路に、書込み回路として5個のトラ
ンジスタT8、 になりT8が導通しているので、読出しワードデータ線
MLQをプリチャージしてビット選択線bitLを高電
位にするとP点の電位によりMLQの電位が決まり、記
憶データの反転データが読み出せる。書込み時にはPW
が高電位になりT11、T12が導通し、さらにbit
Lが高電位になるとT9、T10が導通し、書込みワー
ドデ
【発明の効果】以上詳述のごとく本発明によれば、メモ
リ機能と論理機能をメモリセルレベルで結合し、並列動
作で演算を行うことができる加算機能つきメモリの回路
および構造を提供することが可能になった。すなわちD
RAMセルを使用したセルでは、動作が安定な回路構成
を示し、小面積化のためのCMOS回路化とその構造を
示した。またリフレッシュ動作の不要なSRAMセルを
使用した回路構成を提供した。
【図面の簡単な説明】
第1図は1組の加算機能つきメモリの構成を示す。第2
図は第1図で示されたWセルの回路をDRAMセルを使
用して構成した従来例を示す。第3図はQセル回路をD
RAMセルを使用して構成した従来例を示す。第4図は
第3図で示したQセル回路を改良した本発明のDRAM
セルを使用した回路構成例を示す。第5図は第4図の回
路をCMOS回路にした構成を示す。第6図は第5図の
回路のCMOS回路部分の構造を示す。第7図はSRA
Mセルを使用して構成したWセル回路の構成例を示す。
第8図はSRAMセルを使用して構成したQセル回路の
構成を示す。
【手続補正書】
【提出日】平成9年3月10日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】は1組の加算機能付きメモリの構成図を示す。
【図2】は
【図1】で示されたWセルの回路図を示す。
【図3】は
【図1】で示されたQセルの回路図を示す。
【図4】は本発明の実施例の回路構成図を示す。
【図5】はCMOS回路を用いた本発明の実施例の回路
構成図を示す。
【図6】は
【図5】中でT5とT6とで構成されるのCMOS回路
の断面構造図を示す。
【図7】はSRAMセルを用いたWセル回路の構成図を
示す。
【図8】はSRAMセルを用いたQセル回路の構成図を
示す。
【符号の説明】 C・・・キャパシター、T1〜T12・・・MOSトラ
ンジスタ、WW・・・Wセルのワード線、bit L・
・・ビット指定線、D・・・データ信号線、D・・・デ
ータの否定信号線、MLW・・・加算部とデータをやり
とりする選択ワード一致線、WQ・・・Qセルのワード
線、MLQ・・・読み出しデータ線、PW・・・加算結
果書き込み信号線、PWnot・・・加算結果書き込み
信号線の否定、MD・・・加算部からのデータ線1・・
・1導電型半導体シリコン基板、2・・・埋め込み酸化
膜層、3・・・単結晶シリコン表面層、4・・・素子分
離膜、5・・・ゲート酸化膜、6・・・シリコンゲート
電極、7・・・T1のp型ドレイン領域、7a・・・T
1のp型ソース領域、8・・・T2のn型ドレイン領
域、8a・・・T2のn型ソース領域、9・・・層間絶
縁膜、10・・・T2のn型ドレイン領域8と加算部か
らのデータ線(MD)とを接続する内部結線、11・・
・T2のn型ソース領域8aとT1のp型ソース領域7
aとを接続する内部結線、12・・・T1のp型ドレイ
ン領域7とT3のゲート電極を接続する内部結線。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ワードの指定をするワード線と各ワードの
    同一ビットに接続されている読出し書込みデータをのせ
    るビットデータ線をもつ1トランジスタ1キャパシタ構
    成のDRAMセルにおいて、ゲートに接続されたワード
    線により導通不導通が制御される第1のMOSトランジ
    スタと、1端がキャパシタに接続されゲートがビット選
    択線に接続されている第2のMOSトランジスタと1端
    が第2のMOSトランジスタの残りの端子に接続され他
    端がワードを構成する各セルに接続されている書込みワ
    ードデータ線に接続されゲートが書込み制御線に接続さ
    れ、その信号で導通不導通が制御される第3のMOSト
    ランジスタと書込み制御信号の反転信号で制御され1端
    が第2と第3のMOSトランジスタの接続点に接続され
    ている第4のMOSトランジスタとゲートが該第4のM
    OSトランジスタの1端に接続されソースが読出しワー
    ドデータ線に接続されている第5のMOSトランジスタ
    と1端が該第5のMOSトランジスタに接続されゲート
    がビット選択線に接続されている第6のMOSトランジ
    スタを具備し、ビット選択線を高電位にしてセルを選択
    し、書込み制御信号を高電位にしたとき書込みワードデ
    ータ線のデータをキャパシタに書き込む機能と書込み制
    御信号を低電位にして読出しワードデータ線をプリチャ
    ージしビット選択線を高電位にしたとき記憶データが高
    電位ならば読出しワードデータ線を放電することによ
    り、記憶データの反転データを読み出す動作を行うメモ
    リセル回路。
  2. 【請求項2】ワード指定をするワード線と各ワードの同
    一ビットに接続されている読出し書込みデータをのせる
    ビットデータ線をもつ1トランジスタ1キャパシタ構成
    のDRAMセルにおいて、ゲートに接続されたワード線
    により導通不導通が制御される第1のMOSトランジス
    タと1端がキャパシタに接続されゲートがビット選択線
    に接続されている第2のMOSトランジスタと1端が第
    2のMOSトランジスタの残りの端子に接続され他端が
    書込みワードデータ線に接続され、ゲートに書込み制御
    線が接続されている第3のMOSトランジスタと1端が
    第2と第3のMOSトランジスタの接続点に接続され、
    ゲートに書込み制御線が接続されている第4のMOSト
    ランジスタから構成されていて、第3のMOSトランジ
    スタが−導電型で第4のMOSトランジスタが他の導電
    型に作られて1組のCMOS回路を構成し、このCMO
    S回路は半導体基板とは埋め込み酸化膜層によって電気
    的に絶縁分離されている半導体表面層に設けられ、内部
    的に短絡されるn型MOSトランジスタのソース領域と
    P型MOSトランジスタのソース領域の逆導電型領域ど
    うしが隣接して配置されていることを特徴とするメモリ
    セル回路。
  3. 【請求項3】4個のn型MOSトランジスタと2個のP
    型MOSトランジスタの6個のMOSトランジスタから
    構成されるCMOS SRAMセルにおいて、1端がn
    型MOSトランジスタとP型MOSトランジスタのドレ
    インを接続したCMOSインバータ出力点に接続され、
    他の1端が1ワードを構成する各ビットに共通に接続さ
    れている読出しワードデータ線に接続され、ゲートがビ
    ット選択線に接続されている第7のトランジスタを具備
    し、さらに2個のMOSトランジスタが直列に接続され
    た回路で1端がSRAMセルのn型MOSトランジスタ
    とP型MOSトランジスタのドレインを接続しているC
    MOSインバータ出力点に接続され、他の1端が1ワー
    ドを構成する各ビットに共通に接続されている書込みワ
    ードデータ線に接続され、2個のMOSトランジスタの
    各ゲートにビット選択線と書込み制御線が接続されてい
    る回路を具備したメモリセル回路。
JP33885096A 1996-11-14 1996-11-14 半導体集積回路 Pending JPH10149675A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999004398A1 (fr) * 1997-07-18 1999-01-28 Rohm Co., Ltd. Memoire a capacite de traitement
JP2012256818A (ja) * 2010-08-16 2012-12-27 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置

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