JPH1139878A - スタティック型半導体メモリセル - Google Patents
スタティック型半導体メモリセルInfo
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- JPH1139878A JPH1139878A JP9191430A JP19143097A JPH1139878A JP H1139878 A JPH1139878 A JP H1139878A JP 9191430 A JP9191430 A JP 9191430A JP 19143097 A JP19143097 A JP 19143097A JP H1139878 A JPH1139878 A JP H1139878A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 22
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 61
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
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- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
- G11C11/34—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
- G11C11/40—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
- G11C11/41—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming static cells with positive feedback, i.e. cells not needing refreshing or charge regeneration, e.g. bistable multivibrator or Schmitt trigger
- G11C11/412—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming static cells with positive feedback, i.e. cells not needing refreshing or charge regeneration, e.g. bistable multivibrator or Schmitt trigger using field-effect transistors only
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Static Random-Access Memory (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 データ保持の安定性が向上されたスタティッ
ク型半導体メモリセルを提供する。 【解決手段】 バイポーラトランジスタBP1,BP2
とカットトランジスタQ5,Q6とを含むSRAMセル
において、ドライバトランジスタQ1,Q2のしきい値
Vtheff(Driver)とカットトランジスタQ
5,Q6のしきい値Vtheff(Cut)は、次式を
満たすように設定される。 【数1】 【数2】 【数3】
ク型半導体メモリセルを提供する。 【解決手段】 バイポーラトランジスタBP1,BP2
とカットトランジスタQ5,Q6とを含むSRAMセル
において、ドライバトランジスタQ1,Q2のしきい値
Vtheff(Driver)とカットトランジスタQ
5,Q6のしきい値Vtheff(Cut)は、次式を
満たすように設定される。 【数1】 【数2】 【数3】
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、データを記憶する
スタティック型半導体メモリセルに関するものである。
スタティック型半導体メモリセルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は、従来のスタティック型半導体記
憶装置に含まれるスタティック・ランダムアクセスメモ
リ(以下、「SRAM」ともいう。)と、その周辺回路
の構成を示す回路図である。
憶装置に含まれるスタティック・ランダムアクセスメモ
リ(以下、「SRAM」ともいう。)と、その周辺回路
の構成を示す回路図である。
【0003】図4に示されるように、このスタティック
型半導体記憶装置は、ワード線WLと、ビット線対B
L,/BLと、これらの交差部に配置されるSRAMセ
ルM1,Mnと、各ビット線対BL,/BLに対応して
設けられるトランスファゲート211,212およびイ
コライズ/プリチャージ回路200,209と、センス
アンプ215とを備える。
型半導体記憶装置は、ワード線WLと、ビット線対B
L,/BLと、これらの交差部に配置されるSRAMセ
ルM1,Mnと、各ビット線対BL,/BLに対応して
設けられるトランスファゲート211,212およびイ
コライズ/プリチャージ回路200,209と、センス
アンプ215とを備える。
【0004】そして、各SRAMセルM1,Mnは、2
個のNMOSトランジスタ202,205と、2個のイ
ンバータ203,204とを含む。
個のNMOSトランジスタ202,205と、2個のイ
ンバータ203,204とを含む。
【0005】図5は、図4に示される各SRAMセルM
1,Mnの構成を示す回路図である。図5に示されるよ
うに、このSRAMセルM1,Mnは、ドライバトラン
ジスタ226,227と、アクセストランジスタ22
0,221と、高抵抗素子222,223とを含む。
1,Mnの構成を示す回路図である。図5に示されるよ
うに、このSRAMセルM1,Mnは、ドライバトラン
ジスタ226,227と、アクセストランジスタ22
0,221と、高抵抗素子222,223とを含む。
【0006】以下、図4を参照して、従来のスタティッ
ク型半導体記憶装置のデータ読出動作を、SRAMセル
M1が選択される場合について説明する。
ク型半導体記憶装置のデータ読出動作を、SRAMセル
M1が選択される場合について説明する。
【0007】ビット線対BL,/BLの電位はハイレベ
ル(H)にプリチャージされ、ワード線WLが活性化さ
れると、SRAMセルM1に記憶された情報に従ってビ
ット線対BL,/BLの電位が変化する。ワード線WL
が活性化されると同時に、選択されたSRAMセルM1
に対応するトランスファゲート211がオンになる。つ
まり、カラム選択信号Y1のみがハイレベルとなる。一
方、カラム選択信号Y2〜Ynはローレベル(L)とさ
れる。そして、ビット線対BL,/BLの電位差に応じ
てデータ線対213,214に電位差が生じ、この電位
差をセンスアンプ215が増幅する。
ル(H)にプリチャージされ、ワード線WLが活性化さ
れると、SRAMセルM1に記憶された情報に従ってビ
ット線対BL,/BLの電位が変化する。ワード線WL
が活性化されると同時に、選択されたSRAMセルM1
に対応するトランスファゲート211がオンになる。つ
まり、カラム選択信号Y1のみがハイレベルとなる。一
方、カラム選択信号Y2〜Ynはローレベル(L)とさ
れる。そして、ビット線対BL,/BLの電位差に応じ
てデータ線対213,214に電位差が生じ、この電位
差をセンスアンプ215が増幅する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のスタティック型半導体記憶装置において
は、低電圧では駆動力が急激に小さくなるため、ドライ
バトランジスタ226,227とアクセストランジスタ
220,221の電流駆動力の比は小さくなり、安定性
が悪くなってデータ破壊を起こしてしまう。
ような従来のスタティック型半導体記憶装置において
は、低電圧では駆動力が急激に小さくなるため、ドライ
バトランジスタ226,227とアクセストランジスタ
220,221の電流駆動力の比は小さくなり、安定性
が悪くなってデータ破壊を起こしてしまう。
【0009】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、データ保持の安定性を向上させる
ことができるスタティック型半導体メモリセルを提供す
ることを目的とする。
めになされたもので、データ保持の安定性を向上させる
ことができるスタティック型半導体メモリセルを提供す
ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1に係るスタティ
ック型半導体メモリセルは、接地ノードと、エミッタが
ビット線に、コレクタが接地ノードに接続された第1の
バイポーラトランジスタと、第1の記憶ノードと、第1
のバイポーラトランジスタのベースと第1の記憶ノード
との間に接続され、ゲートが第1のワード線に接続され
た第1のアクセストランジスタと、電源ノードと、電源
ノードと第1の記憶ノードとの間に接続された第1の高
抵抗負荷と、第2の記憶ノードと、ドレインが第1の記
憶ノードに、ゲートが第2の記憶ノードに接続された第
1のドライバトランジスタと、接地ノードと第1のドラ
イバトランジスタとの間に接続され、ゲートは第2のワ
ード線に接続された第1のカットトランジスタと、電源
ノードと第2の記憶ノードとの間に接続された第2の高
抵抗負荷と、ドレインが第2の記憶ノードに、ゲートが
第1の記憶ノードに接続された第2のドライバトランジ
スタと、接地ノードと第2のドライバトランジスタとの
間に接続され、ゲートが第1のワード線に接続された第
2のカットトランジスタと、エミッタが相補ビット線
に、コレクタが接地ノードに接続された第2のバイポー
ラトランジスタと、第2のバイポーラトランジスタのベ
ースと第2の記憶ノードとの間に接続され、ゲートが第
2のワード線に接続された第2のアクセストランジスタ
とを備え、第1および第2のドライバトランジスタのし
きい値は、ハイレベルのデータが記憶された第1または
第2の記憶ノードの電位を保持するように設定されたも
のである。
ック型半導体メモリセルは、接地ノードと、エミッタが
ビット線に、コレクタが接地ノードに接続された第1の
バイポーラトランジスタと、第1の記憶ノードと、第1
のバイポーラトランジスタのベースと第1の記憶ノード
との間に接続され、ゲートが第1のワード線に接続され
た第1のアクセストランジスタと、電源ノードと、電源
ノードと第1の記憶ノードとの間に接続された第1の高
抵抗負荷と、第2の記憶ノードと、ドレインが第1の記
憶ノードに、ゲートが第2の記憶ノードに接続された第
1のドライバトランジスタと、接地ノードと第1のドラ
イバトランジスタとの間に接続され、ゲートは第2のワ
ード線に接続された第1のカットトランジスタと、電源
ノードと第2の記憶ノードとの間に接続された第2の高
抵抗負荷と、ドレインが第2の記憶ノードに、ゲートが
第1の記憶ノードに接続された第2のドライバトランジ
スタと、接地ノードと第2のドライバトランジスタとの
間に接続され、ゲートが第1のワード線に接続された第
2のカットトランジスタと、エミッタが相補ビット線
に、コレクタが接地ノードに接続された第2のバイポー
ラトランジスタと、第2のバイポーラトランジスタのベ
ースと第2の記憶ノードとの間に接続され、ゲートが第
2のワード線に接続された第2のアクセストランジスタ
とを備え、第1および第2のドライバトランジスタのし
きい値は、ハイレベルのデータが記憶された第1または
第2の記憶ノードの電位を保持するように設定されたも
のである。
【0011】請求項2に係るスタティック型半導体メモ
リセルは、請求項1に記載のスタティック型半導体メモ
リセルであって、第1および第2のドライバトランジス
タにおいて、1μAのドレイン電流を流すためのしきい
値Vtheff(Driver)は、電源ノードに供給
される電圧をVcc、第1および第2の高抵抗負荷の抵
抗値をR、第1または第2のドライバトランジスタに流
れるドレイン電流の大きさを10倍にするために必要な
ゲート電圧の変化量をSと表わすとき、以下の式(1)
を満たすように設定されたものである。
リセルは、請求項1に記載のスタティック型半導体メモ
リセルであって、第1および第2のドライバトランジス
タにおいて、1μAのドレイン電流を流すためのしきい
値Vtheff(Driver)は、電源ノードに供給
される電圧をVcc、第1および第2の高抵抗負荷の抵
抗値をR、第1または第2のドライバトランジスタに流
れるドレイン電流の大きさを10倍にするために必要な
ゲート電圧の変化量をSと表わすとき、以下の式(1)
を満たすように設定されたものである。
【0012】
【数4】
【0013】請求項3に係るスタティック型半導体メモ
リセルは、請求項2に記載のスタティック型半導体メモ
リセルであって、第1および第2のカットトランジスタ
において、1μAのドレイン電流を流すためのしきい値
Vtheff(Cut)は、第1および第2のバイポー
ラトランジスタに流れるエミッタ電流の大きさをIe、
第1および第2のバイポーラトランジスタの電流増幅率
をhFE、第1および第2のアクセストランジスタのし
きい値をVtheff(Ac)と表わすとき、以下の式
(2)および式(3)を満たすように設定されたもので
ある。
リセルは、請求項2に記載のスタティック型半導体メモ
リセルであって、第1および第2のカットトランジスタ
において、1μAのドレイン電流を流すためのしきい値
Vtheff(Cut)は、第1および第2のバイポー
ラトランジスタに流れるエミッタ電流の大きさをIe、
第1および第2のバイポーラトランジスタの電流増幅率
をhFE、第1および第2のアクセストランジスタのし
きい値をVtheff(Ac)と表わすとき、以下の式
(2)および式(3)を満たすように設定されたもので
ある。
【0014】
【数5】
【0015】
【数6】
【0016】請求項4に係るスタティック型半導体メモ
リセルは、請求項1に記載のスタティック型半導体メモ
リセルであって、第1のカットトランジスタのしきい値
は、オフ状態において、第1の高抵抗負荷とオフ状態の
第1のアクセストランジスタのいずれに流れる電流より
も大きな電流が流れ、かつ、第1の記憶ノードにハイレ
ベルのデータを書込むときには第1の記憶ノードの電位
をハイレベルに保持するように設定され、第2のカット
トランジスタのしきい値は、オフ状態において、第2の
高抵抗負荷とオフ状態の第2のアクセストランジスタの
いずれに流れる電流よりも大きな電流が流れ、かつ、第
2の記憶ノードにハイレベルのデータを書込むときには
第2の記憶ノードの電位をハイレベルに保持するように
設定されたものである。
リセルは、請求項1に記載のスタティック型半導体メモ
リセルであって、第1のカットトランジスタのしきい値
は、オフ状態において、第1の高抵抗負荷とオフ状態の
第1のアクセストランジスタのいずれに流れる電流より
も大きな電流が流れ、かつ、第1の記憶ノードにハイレ
ベルのデータを書込むときには第1の記憶ノードの電位
をハイレベルに保持するように設定され、第2のカット
トランジスタのしきい値は、オフ状態において、第2の
高抵抗負荷とオフ状態の第2のアクセストランジスタの
いずれに流れる電流よりも大きな電流が流れ、かつ、第
2の記憶ノードにハイレベルのデータを書込むときには
第2の記憶ノードの電位をハイレベルに保持するように
設定されたものである。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一
または相当部分を示す。
を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一
または相当部分を示す。
【0018】図5に示される従来のSRAMセルでは、
スタティック・ノイズ・マージンを大きくして、データ
の保持を確実なものとするため、次のような設計が必要
になる。
スタティック・ノイズ・マージンを大きくして、データ
の保持を確実なものとするため、次のような設計が必要
になる。
【0019】ドライバトランジスタ226,227のチ
ャネル幅をWd、チャネル長をLdとし、アクセストラ
ンジスタ220,221のチャネル幅をWa、チャネル
長をLaとすると、スタティック・ノイズ・マージンを
大きくするためには、一般に比(Wd/Ld)を、比
(Wa/La)の3倍程度にする。このため、ドライバ
トランジスタ226,227の面積を大きくする必要が
あり、SRAMセル全体の面積が大きくなるという問題
がある。さらには、低電圧電源を使用すると、スタティ
ック・ノイズ・マージンが悪化し、データ保持が困難に
なるという問題もある。
ャネル幅をWd、チャネル長をLdとし、アクセストラ
ンジスタ220,221のチャネル幅をWa、チャネル
長をLaとすると、スタティック・ノイズ・マージンを
大きくするためには、一般に比(Wd/Ld)を、比
(Wa/La)の3倍程度にする。このため、ドライバ
トランジスタ226,227の面積を大きくする必要が
あり、SRAMセル全体の面積が大きくなるという問題
がある。さらには、低電圧電源を使用すると、スタティ
ック・ノイズ・マージンが悪化し、データ保持が困難に
なるという問題もある。
【0020】本発明の実施の形態に係るSRAMセル
は、以上の問題を解消するため、以下のように、2個の
バイポーラトランジスタと、2個のドライバトランジス
タと、2個のアクセストランジスタとを含むものとされ
る。
は、以上の問題を解消するため、以下のように、2個の
バイポーラトランジスタと、2個のドライバトランジス
タと、2個のアクセストランジスタとを含むものとされ
る。
【0021】図1は、本発明の実施の形態に係るSRA
Mセルの構成を示す回路図である。図1に示されるよう
に、このSRAMセルは、接地ノードGNDと、エミッ
タEがビット線BLに、コレクタCが接地ノードGND
に接続されたバイポーラトランジスタBP1と、記憶ノ
ードSNと、バイポーラトランジスタBP1のベースB
と記憶ノードSNとの間に接続され、ゲートがワード線
WLUに接続されたアクセストランジスタQ3と、電源
ノードVccと、電源ノードVccと記憶ノードSNと
の間に接続された高抵抗素子R1と、記憶ノード/SN
と、ドレインが記憶ノードSNに、ゲートが記憶ノード
/SNに接続されたドライバトランジスタQ1と、接地
ノードGNDとドライバトランジスタQ1との間に接続
され、ゲートがワード線WLLに接続されたカットトラ
ンジスタQ5と、電源ノードVccと記憶ノード/SN
との間に接続された高抵抗素子R2と、ドレインが記憶
ノード/SNに、ゲートが記憶ノードSNに接続された
ドライバトランジスタQ2と、接地ノードGNDとドラ
イバトランジスタQ2との間に接続され、ゲートがワー
ド線WLUに接続されたカットトランジスタQ6と、エ
ミッタEが相補ビット線/BLに、コレクタCが接地ノ
ードGNDに接続されたバイポーラトランジスタBP2
と、バイポーラトランジスタBP2のベースBと記憶ノ
ード/SNとの間に接続され、ゲートがワード線WLL
に接続されたアクセストランジスタQ4とを備えるもの
である。
Mセルの構成を示す回路図である。図1に示されるよう
に、このSRAMセルは、接地ノードGNDと、エミッ
タEがビット線BLに、コレクタCが接地ノードGND
に接続されたバイポーラトランジスタBP1と、記憶ノ
ードSNと、バイポーラトランジスタBP1のベースB
と記憶ノードSNとの間に接続され、ゲートがワード線
WLUに接続されたアクセストランジスタQ3と、電源
ノードVccと、電源ノードVccと記憶ノードSNと
の間に接続された高抵抗素子R1と、記憶ノード/SN
と、ドレインが記憶ノードSNに、ゲートが記憶ノード
/SNに接続されたドライバトランジスタQ1と、接地
ノードGNDとドライバトランジスタQ1との間に接続
され、ゲートがワード線WLLに接続されたカットトラ
ンジスタQ5と、電源ノードVccと記憶ノード/SN
との間に接続された高抵抗素子R2と、ドレインが記憶
ノード/SNに、ゲートが記憶ノードSNに接続された
ドライバトランジスタQ2と、接地ノードGNDとドラ
イバトランジスタQ2との間に接続され、ゲートがワー
ド線WLUに接続されたカットトランジスタQ6と、エ
ミッタEが相補ビット線/BLに、コレクタCが接地ノ
ードGNDに接続されたバイポーラトランジスタBP2
と、バイポーラトランジスタBP2のベースBと記憶ノ
ード/SNとの間に接続され、ゲートがワード線WLL
に接続されたアクセストランジスタQ4とを備えるもの
である。
【0022】ここで、バイポーラトランジスタBP1,
BP2はPNP型である。また、ドライバトランジスタ
Q1,Q2、カットトランジスタQ5,Q6およびアク
セストランジスタQ3,Q4はNチャネルMOSトラン
ジスタである。
BP2はPNP型である。また、ドライバトランジスタ
Q1,Q2、カットトランジスタQ5,Q6およびアク
セストランジスタQ3,Q4はNチャネルMOSトラン
ジスタである。
【0023】次に、このSRAMセルの基本的な動作で
あるデータの書込とデータの読出の動作について説明す
る。
あるデータの書込とデータの読出の動作について説明す
る。
【0024】まず、データの書込動作を、ハイデータを
書込む場合を例として説明する。行選択はワード線WL
U,WLLの駆動によって行なわれ、ハイデータ書込選
択時にはワード線WLUの電位はハイレベル、ワード線
WLLの電位はローレベルとされる。なお、非選択時に
は、2つのワード線WLU,WLLの電位は両方ともロ
ーレベルとされる。
書込む場合を例として説明する。行選択はワード線WL
U,WLLの駆動によって行なわれ、ハイデータ書込選
択時にはワード線WLUの電位はハイレベル、ワード線
WLLの電位はローレベルとされる。なお、非選択時に
は、2つのワード線WLU,WLLの電位は両方ともロ
ーレベルとされる。
【0025】一方、非選択列ではビット線対BL,/B
Lの電位はローレベルとされるが、データ書込時にはハ
イレベルとされる。このように、データ書込時にはビッ
ト線BLの電位はハイレベルになるため、ビット線BL
にエミッタEが接続されるバイポーラトランジスタBP
1のベースBの電位は、そこで形成されるPNダイオー
ドにより、ビット線BLよりエミッタE−ベースB間電
位Vbeだけ低下した電位となる。この際エミッタEか
らベースBに電流が流れる。このとき、ベース電流とコ
レクタ電流の電流比はバイポーラトランジスタBP1の
電流増幅率から与えられ、一般的にコレクタ電流が大き
な割合を占める。
Lの電位はローレベルとされるが、データ書込時にはハ
イレベルとされる。このように、データ書込時にはビッ
ト線BLの電位はハイレベルになるため、ビット線BL
にエミッタEが接続されるバイポーラトランジスタBP
1のベースBの電位は、そこで形成されるPNダイオー
ドにより、ビット線BLよりエミッタE−ベースB間電
位Vbeだけ低下した電位となる。この際エミッタEか
らベースBに電流が流れる。このとき、ベース電流とコ
レクタ電流の電流比はバイポーラトランジスタBP1の
電流増幅率から与えられ、一般的にコレクタ電流が大き
な割合を占める。
【0026】また、ベース電流は記憶ノードSNに流入
し、記憶ノードSNの電位を上昇させる。そして、記憶
ノードSNの電位がドライバトランジスタQ2のしきい
値を超えると、ドライバトランジスタQ2はオンし、記
憶ノード/SNの電位を下げる。これにより、ドライバ
トランジスタQ1はオフし、バイポーラトランジスタB
P1のベース電流は遮断される。したがって、データ書
込の開始時に一時的に大きなコレクタ電流が流れれば、
すぐに遮断されることになる。
し、記憶ノードSNの電位を上昇させる。そして、記憶
ノードSNの電位がドライバトランジスタQ2のしきい
値を超えると、ドライバトランジスタQ2はオンし、記
憶ノード/SNの電位を下げる。これにより、ドライバ
トランジスタQ1はオフし、バイポーラトランジスタB
P1のベース電流は遮断される。したがって、データ書
込の開始時に一時的に大きなコレクタ電流が流れれば、
すぐに遮断されることになる。
【0027】ここで、カットトランジスタQ5はオフ
し、カットトランジスタQ6はオンしているので、記憶
ノードSNは容易にハイレベルに上昇し、逆に記憶ノー
ド/SNはローレベルになる。
し、カットトランジスタQ6はオンしているので、記憶
ノードSNは容易にハイレベルに上昇し、逆に記憶ノー
ド/SNはローレベルになる。
【0028】なお、上記説明はハイデータを書込む場合
についてのものであるが、ローデータを書込む場合につ
いても、ワード線WLLがハイレベルとされる点が異な
るだけで同様に説明することができる。
についてのものであるが、ローデータを書込む場合につ
いても、ワード線WLLがハイレベルとされる点が異な
るだけで同様に説明することができる。
【0029】次に、データの読出動作を、記憶ノードS
Nにハイレベルのデータが書込まれている場合を例とし
て説明する。まず、ローレベルにプリチャージされたビ
ット線対BL,/BLをプルアップする。この際2本の
ワード線WLU,WLLはハイレベルに活性化される。
Nにハイレベルのデータが書込まれている場合を例とし
て説明する。まず、ローレベルにプリチャージされたビ
ット線対BL,/BLをプルアップする。この際2本の
ワード線WLU,WLLはハイレベルに活性化される。
【0030】そして、ビット線対BL,/BLの電位が
上昇してくると、ローレベルの電位を保持している記憶
ノード/SNに接続されたバイポーラトランジスタBP
2は活性化され、ビット線/BLの電位の上昇が抑えら
れる。一方、ハイレベルの電位を保持している記憶ノー
ドSNに接続されたバイポーラトランジスタBP1は活
性化されないので、ビット線BLはプルアップされ続け
る。これにより、ビット線対BL,/BL間に電位差が
生じ、ハイデータが読出される。
上昇してくると、ローレベルの電位を保持している記憶
ノード/SNに接続されたバイポーラトランジスタBP
2は活性化され、ビット線/BLの電位の上昇が抑えら
れる。一方、ハイレベルの電位を保持している記憶ノー
ドSNに接続されたバイポーラトランジスタBP1は活
性化されないので、ビット線BLはプルアップされ続け
る。これにより、ビット線対BL,/BL間に電位差が
生じ、ハイデータが読出される。
【0031】以上が、本実施の形態に係るSRAMセル
の基本動作であるが、次に、図2を参照して、記憶ノー
ドSNにハイレベルの電位が、記憶ノード/SNにロー
レベルの電位がそれぞれ保持される場合のスタンバイ時
の状態について説明する。
の基本動作であるが、次に、図2を参照して、記憶ノー
ドSNにハイレベルの電位が、記憶ノード/SNにロー
レベルの電位がそれぞれ保持される場合のスタンバイ時
の状態について説明する。
【0032】なお、以下において、ドライバトランジス
タQ1,Q2およびカットトランジスタQ5,Q6のし
きい値Vtheffは、実際に使用しているトランジス
タサイズにおいてドレイン電流を1μA流すためのゲー
ト−ソース間電圧をいうものとする。
タQ1,Q2およびカットトランジスタQ5,Q6のし
きい値Vtheffは、実際に使用しているトランジス
タサイズにおいてドレイン電流を1μA流すためのゲー
ト−ソース間電圧をいうものとする。
【0033】スタンバイ時には、2本のワード線WL
U,WLLはともにローレベルに非活性化されるととも
に、ビット線対BL,/BLはローレベルにプリチャー
ジされ、かつ、イコライズされる。このため、カットト
ランジスタQ5,Q6は非活性化状態にあるが、しきい
値が低いためリーク電流が流れ、カットトランジスタQ
6を流れるリーク電流によってローレベルの電位を有す
る記憶ノード/SNの電位が保持される。
U,WLLはともにローレベルに非活性化されるととも
に、ビット線対BL,/BLはローレベルにプリチャー
ジされ、かつ、イコライズされる。このため、カットト
ランジスタQ5,Q6は非活性化状態にあるが、しきい
値が低いためリーク電流が流れ、カットトランジスタQ
6を流れるリーク電流によってローレベルの電位を有す
る記憶ノード/SNの電位が保持される。
【0034】また、ここで重要なことは、ハイレベルの
電位を有する記憶ノードSNが高抵抗素子R1によって
十分ハイレベルに保持されることである。高抵抗素子R
1,R2の抵抗値をR(High)とすると、電源電圧
がVccのとき1つの高抵抗素子R1,R2に流れる電
流I(High)は、
電位を有する記憶ノードSNが高抵抗素子R1によって
十分ハイレベルに保持されることである。高抵抗素子R
1,R2の抵抗値をR(High)とすると、電源電圧
がVccのとき1つの高抵抗素子R1,R2に流れる電
流I(High)は、
【0035】
【数7】
【0036】となる(ただし、実際には高抵抗素子R1
には電源電圧Vccは印加されず、電源ノードと記憶ノ
ードSNの電位差による小さな値の電圧が印加され
る)。スタンバイ時において、ハイレベルの電位を保持
する記憶ノードSNにドレインが接続されたドライバト
ランジスタQ1はオフしているが、このときのオフ・リ
ーク電流I(Driver−off)は、高抵抗素子に
流れる電流I(High)より十分小さくする必要があ
る。すなわち、
には電源電圧Vccは印加されず、電源ノードと記憶ノ
ードSNの電位差による小さな値の電圧が印加され
る)。スタンバイ時において、ハイレベルの電位を保持
する記憶ノードSNにドレインが接続されたドライバト
ランジスタQ1はオフしているが、このときのオフ・リ
ーク電流I(Driver−off)は、高抵抗素子に
流れる電流I(High)より十分小さくする必要があ
る。すなわち、
【0037】
【数8】
【0038】の関係が成立することが必要である。ここ
で、オフ・リーク電流I(Driver−off)の大
きさを、電流I(High)の大きさの1/10より小
さくしてマージンをとる。
で、オフ・リーク電流I(Driver−off)の大
きさを、電流I(High)の大きさの1/10より小
さくしてマージンをとる。
【0039】つまり、
【0040】
【数9】
【0041】とすると、ドライバトランジスタQ1に流
れるドレイン電流の大きさを1桁変化させるのに必要な
ゲート電圧の変化量をサブスレッショルド係数Sと表わ
したとき(実際のNチャネルMOSトランジスタでS=
90mV程度である。)、ドライバトランジスタQ1の
しきい値Vtheff(Driver)は、次の関係を
満たすこととなる。
れるドレイン電流の大きさを1桁変化させるのに必要な
ゲート電圧の変化量をサブスレッショルド係数Sと表わ
したとき(実際のNチャネルMOSトランジスタでS=
90mV程度である。)、ドライバトランジスタQ1の
しきい値Vtheff(Driver)は、次の関係を
満たすこととなる。
【0042】
【数10】
【0043】次に、ローレベルの電位を保持している記
憶ノード/SNにドレインが接続されたドライバトラン
ジスタQ2およびドライバトランジスタQ2と直列接続
されるカットトランジスタQ6について説明する。ここ
で、ドライバトランジスタQ2はオンしており、カット
トランジスタQ6はオフしているが、このカットトラン
ジスタQ6はオフ・リーク電流により記憶ノード/SN
の電位をローレベルに引く。したがって、高抵抗素子R
2に流れる電流I(High)に比べ、カットトランジ
スタQ6に流れるオフ・リーク電流I(Cut−of
f)は十分大きなものである必要がある。
憶ノード/SNにドレインが接続されたドライバトラン
ジスタQ2およびドライバトランジスタQ2と直列接続
されるカットトランジスタQ6について説明する。ここ
で、ドライバトランジスタQ2はオンしており、カット
トランジスタQ6はオフしているが、このカットトラン
ジスタQ6はオフ・リーク電流により記憶ノード/SN
の電位をローレベルに引く。したがって、高抵抗素子R
2に流れる電流I(High)に比べ、カットトランジ
スタQ6に流れるオフ・リーク電流I(Cut−of
f)は十分大きなものである必要がある。
【0044】
【数11】
【0045】ここで、オフ・リーク電流I(Cut−o
ff)の大きさを電流I(High)の10倍以上大き
くしてマージンをとると、カットトランジスタQ6のし
きい値Vtheff(Cut)は、次の関係を満たすも
のとなる。
ff)の大きさを電流I(High)の10倍以上大き
くしてマージンをとると、カットトランジスタQ6のし
きい値Vtheff(Cut)は、次の関係を満たすも
のとなる。
【0046】
【数12】
【0047】なお、上記ドライバトランジスタQ1およ
びカットトランジスタQ6のしきい値Vtheffを決
定するにあたって、マージンとしてそれぞれ電流の大き
さについて1/10(1桁)を考慮したが、1/100
程度のマージンをとるのが実際上はより好ましい。な
お、このことは以下の説明においても同様である。
びカットトランジスタQ6のしきい値Vtheffを決
定するにあたって、マージンとしてそれぞれ電流の大き
さについて1/10(1桁)を考慮したが、1/100
程度のマージンをとるのが実際上はより好ましい。な
お、このことは以下の説明においても同様である。
【0048】次に、図3を参照して、本実施の形態に係
るSRAMセルのデータ書込動作時の状態について、記
憶ノードSNにハイレベルのデータを書込む場合を例と
して説明する。
るSRAMセルのデータ書込動作時の状態について、記
憶ノードSNにハイレベルのデータを書込む場合を例と
して説明する。
【0049】データ書込時は、ローレベルにプリチャー
ジされたビット線対BL,/BLをハイレベルにプルア
ップする。そして、ハイレベルのビット線電位を選択セ
ル10に含まれるバイポーラトランジスタ13およびア
クセストランジスタ14を介して記憶ノードSNに印加
することにより、ハイデータの書込を行なう。この際、
ワード線WLUのみハイレベルに活性化されるため、ア
クセストランジスタ14に直列接続されたカットトラン
ジスタ18はオフされているので、記憶ノードSNの電
位をプルアップするのは容易となる。
ジされたビット線対BL,/BLをハイレベルにプルア
ップする。そして、ハイレベルのビット線電位を選択セ
ル10に含まれるバイポーラトランジスタ13およびア
クセストランジスタ14を介して記憶ノードSNに印加
することにより、ハイデータの書込を行なう。この際、
ワード線WLUのみハイレベルに活性化されるため、ア
クセストランジスタ14に直列接続されたカットトラン
ジスタ18はオフされているので、記憶ノードSNの電
位をプルアップするのは容易となる。
【0050】ここで、選択セル10においては、オフ状
態のカットトランジスタ18に流れるオフ・リーク電流
より大きなベース電流をバイポーラトランジスタ13よ
り記憶ノードSNに流し込む必要がある。ビット線BL
をハイレベルにした場合のバイポーラトランジスタ13
に流れるエミッタ電流をIe、バイポーラトランジスタ
13の電流増幅率をhFEと表わすとき、バイポーラト
ランジスタ13のエミッタ−ベース間に流れる電流Ib
は、
態のカットトランジスタ18に流れるオフ・リーク電流
より大きなベース電流をバイポーラトランジスタ13よ
り記憶ノードSNに流し込む必要がある。ビット線BL
をハイレベルにした場合のバイポーラトランジスタ13
に流れるエミッタ電流をIe、バイポーラトランジスタ
13の電流増幅率をhFEと表わすとき、バイポーラト
ランジスタ13のエミッタ−ベース間に流れる電流Ib
は、
【0051】
【数13】
【0052】となる。ここで、カットトランジスタ18
に流れるオフ・リーク電流の大きさを、電流Ibの大き
さの1/10以下となるようマージンをとると、以下の
関係が成立すべきこととなる。
に流れるオフ・リーク電流の大きさを、電流Ibの大き
さの1/10以下となるようマージンをとると、以下の
関係が成立すべきこととなる。
【0053】
【数14】
【0054】
【数15】
【0055】次に、選択カラムに含まれる非選択セルに
ついて説明する。ローレベルの電位が保持される記憶ノ
ード/SNにドレインが接続されるドライバトランジス
タ29はオンしており、カットトランジスタ30はオフ
しているため、カットトランジスタ30に流れるオフ・
リーク電流により記憶ノード/SNのローレベルの電位
が保持される。
ついて説明する。ローレベルの電位が保持される記憶ノ
ード/SNにドレインが接続されるドライバトランジス
タ29はオンしており、カットトランジスタ30はオフ
しているため、カットトランジスタ30に流れるオフ・
リーク電流により記憶ノード/SNのローレベルの電位
が保持される。
【0056】ここで、カットトランジスタ30のオフ・
リーク電流I(Cut−off)の大きさは、アクセス
トランジスタ25のオフ・リーク電流I(Ac−of
f)の大きさに対して10倍以上となるようにマージン
をとる。すなわち、
リーク電流I(Cut−off)の大きさは、アクセス
トランジスタ25のオフ・リーク電流I(Ac−of
f)の大きさに対して10倍以上となるようにマージン
をとる。すなわち、
【0057】
【数16】
【0058】の関係が成立するものとすると、カットト
ランジスタ30のしきい値Vtheff(Cut)は、
アクセストランジスタ25のしきい値Vtheff(A
c)との関係で次の関係を満たすことが必要となる。
ランジスタ30のしきい値Vtheff(Cut)は、
アクセストランジスタ25のしきい値Vtheff(A
c)との関係で次の関係を満たすことが必要となる。
【0059】
【数17】
【0060】以上より、本実施の形態に係るSRAMセ
ルに含まれるドライバトランジスタのしきい値Vthe
ff(Driver)とカットトランジスタのしきい値
Vtheff(Cut)は、それぞれ、以下の式を満た
すような値に設定される。
ルに含まれるドライバトランジスタのしきい値Vthe
ff(Driver)とカットトランジスタのしきい値
Vtheff(Cut)は、それぞれ、以下の式を満た
すような値に設定される。
【0061】
【数18】
【0062】
【数19】
【0063】
【数20】
【0064】なお、上記のしきい値Vtheffの設定
は、ドライバトランジスタおよびカットトランジスタの
製造プロセスにおける適切なイオン注入によって実現さ
れる。
は、ドライバトランジスタおよびカットトランジスタの
製造プロセスにおける適切なイオン注入によって実現さ
れる。
【0065】
【発明の効果】請求項1および2に係るスタティック型
半導体メモリセルによれば、動作下限電圧を下げること
ができるとともに、記憶されたデータを安定して保持す
ることができる。
半導体メモリセルによれば、動作下限電圧を下げること
ができるとともに、記憶されたデータを安定して保持す
ることができる。
【0066】請求項3および4に係るスタティック型半
導体メモリセルによれば、さらに、データの書込を確実
に行なうことができるとともに、安定したデータの読出
を実現することができる。
導体メモリセルによれば、さらに、データの書込を確実
に行なうことができるとともに、安定したデータの読出
を実現することができる。
【図1】 本発明の実施の形態に係るSRAMセルの構
成を示す回路図である。
成を示す回路図である。
【図2】 図1に示されるSRAMセルのスタンバイ時
の状態を示す図である。
の状態を示す図である。
【図3】 図1に示されるSRAMセルの書込動作を説
明するための図である。
明するための図である。
【図4】 従来のスタティック型半導体記憶装置の構成
を示す図である。
を示す図である。
【図5】 図4に示されるSRAMセルの具体的構成を
示す回路図である。
示す回路図である。
13,16,23,26,BP1,BP2 バイポーラ
トランジスタ、14,15,24,25,Q3,Q4
アクセストランジスタ、17,19,27,29,Q
1,Q2 ドライバトランジスタ、18,20,28,
30,Q5,Q6カットトランジスタ、11,12,2
1,22,R1,R2 高抵抗素子、SN,/SN 記
憶ノード、GND 接地ノード、Vcc 電源ノード。
トランジスタ、14,15,24,25,Q3,Q4
アクセストランジスタ、17,19,27,29,Q
1,Q2 ドライバトランジスタ、18,20,28,
30,Q5,Q6カットトランジスタ、11,12,2
1,22,R1,R2 高抵抗素子、SN,/SN 記
憶ノード、GND 接地ノード、Vcc 電源ノード。
Claims (4)
- 【請求項1】 接地ノードと、 エミッタがビット線に、コレクタが前記接地ノードに接
続された第1のバイポーラトランジスタと、 第1の記憶ノードと、 前記第1のバイポーラトランジスタのベースと前記第1
の記憶ノードとの間に接続され、ゲートが第1のワード
線に接続された第1のアクセストランジスタと、 電源ノードと、 前記電源ノードと前記第1の記憶ノードとの間に接続さ
れた第1の高抵抗負荷と、 第2の記憶ノードと、 ドレインが前記第1の記憶ノードに、ゲートが前記第2
の記憶ノードに接続された第1のドライバトランジスタ
と、 前記接地ノードと前記第1のドライバトランジスタとの
間に接続され、ゲートは第2のワード線に接続された第
1のカットトランジスタと、 前記電源ノードと前記第2の記憶ノードとの間に接続さ
れた第2の高抵抗負荷と、 ドレインが前記第2の記憶ノードに、ゲートが前記第1
の記憶ノードに接続された第2のドライバトランジスタ
と、 前記接地ノードと前記第2のドライバトランジスタとの
間に接続され、ゲートが前記第1のワード線に接続され
た第2のカットトランジスタと、 エミッタが相補ビット線に、コレクタが前記接地ノード
に接続された第2のバイポーラトランジスタと、 前記第2のバイポーラトランジスタのベースと前記第2
の記憶ノードとの間に接続され、ゲートが前記第2のワ
ード線に接続された第2のアクセストランジスタとを備
え、 前記第1および第2のドライバトランジスタのしきい値
は、ハイレベルのデータが記憶された前記第1または第
2の記憶ノードの電位を保持するように設定された、ス
タティック型半導体メモリセル。 - 【請求項2】 前記第1および第2のドライバトランジ
スタにおいて、1μAのドレイン電流を流すためのしき
い値Vtheff(Driver)は、前記電源ノード
に供給される電圧をVcc、前記第1および第2の高抵
抗負荷の抵抗値をR、前記第1または第2のドライバト
ランジスタに流れるドレイン電流の大きさを10倍にす
るために必要なゲート電圧の変化量をSと表わすとき、
以下の式(1)を満たすように設定された、請求項1に
記載のスタティック型半導体メモリセル。 【数1】 - 【請求項3】 前記第1および第2のカットトランジス
タにおいて、1μAのドレイン電流を流すためのしきい
値Vtheff(Cut)は、前記第1および第2のバ
イポーラトランジスタに流れるエミッタ電流の大きさを
Ie、前記第1および第2のバイポーラトランジスタの
電流増幅率をhFE、前記第1および第2のアクセスト
ランジスタのしきい値をVtheff(Ac)と表わす
とき、以下の式(2)および式(3)を満たすように設
定された、請求項2に記載のスタティック型半導体メモ
リセル。 【数2】 【数3】 - 【請求項4】 前記第1のカットトランジスタのしきい
値は、オフ状態において、前記第1の高抵抗負荷とオフ
状態の前記第1のアクセストランジスタのいずれに流れ
る電流よりも大きな電流が流れ、かつ、前記第1の記憶
ノードにハイレベルのデータを書込むときには前記第1
の記憶ノードの電位をハイレベルに保持するように設定
され、 前記第2のカットトランジスタのしきい値は、オフ状態
において、前記第2の高抵抗負荷とオフ状態の前記第2
のアクセストランジスタのいずれに流れる電流よりも大
きな電流が流れ、かつ、前記第2の記憶ノードにハイレ
ベルのデータを書込むときには前記第2の記憶ノードの
電位をハイレベルに保持するように設定された、請求項
1に記載のスタティック型半導体メモリセル。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9191430A JPH1139878A (ja) | 1997-07-16 | 1997-07-16 | スタティック型半導体メモリセル |
US09/019,560 US5963470A (en) | 1997-07-16 | 1998-02-06 | Static semiconductor memory cell with improved data retention stability |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9191430A JPH1139878A (ja) | 1997-07-16 | 1997-07-16 | スタティック型半導体メモリセル |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1139878A true JPH1139878A (ja) | 1999-02-12 |
Family
ID=16274492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9191430A Withdrawn JPH1139878A (ja) | 1997-07-16 | 1997-07-16 | スタティック型半導体メモリセル |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5963470A (ja) |
JP (1) | JPH1139878A (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100555534B1 (ko) * | 2003-12-03 | 2006-03-03 | 삼성전자주식회사 | 인액티브 위크 프리차아징 및 이퀄라이징 스킴을 채용한프리차아지 회로, 이를 포함하는 메모리 장치 및 그프리차아지 방법 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4868628A (en) * | 1984-08-22 | 1989-09-19 | Signetics Corporation | CMOS RAM with merged bipolar transistor |
KR960012252B1 (ko) * | 1993-03-05 | 1996-09-18 | 삼성전자 주식회사 | 반도체 메모리장치 |
JP3085073B2 (ja) * | 1994-01-24 | 2000-09-04 | 富士通株式会社 | スタティックram |
JPH10154393A (ja) * | 1996-11-22 | 1998-06-09 | Mitsubishi Electric Corp | スタティック型半導体記憶装置 |
-
1997
- 1997-07-16 JP JP9191430A patent/JPH1139878A/ja not_active Withdrawn
-
1998
- 1998-02-06 US US09/019,560 patent/US5963470A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5963470A (en) | 1999-10-05 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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