JPS5840278B2 - メモリセル回路 - Google Patents

メモリセル回路

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JPS5840278B2
JPS5840278B2 JP52145303A JP14530377A JPS5840278B2 JP S5840278 B2 JPS5840278 B2 JP S5840278B2 JP 52145303 A JP52145303 A JP 52145303A JP 14530377 A JP14530377 A JP 14530377A JP S5840278 B2 JPS5840278 B2 JP S5840278B2
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JP
Japan
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transistor
inverter
memory cell
channel mos
gate
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JP52145303A
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English (en)
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JPS5477542A (en
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幹雄 京増
健 徳田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • G11C11/40Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
    • G11C11/41Digital 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
    • G11C11/412Digital 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Static Random-Access Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は互に相補的に接続された絶縁ゲート電界効果形
トランジスタ(以下CMO8という)によって構成され
たメモリセル、特I(スタティック形CMOSメモリセ
ルに関するものである。
従来のスタティック形CMOSメモリセルの回路構成を
第1図を用いて説明する。
同図において、1は電源端子、2は接地端子、3,4は
メモリセルへのデータの書き込みや、メモリセルからの
データの読み出しを行なうためのデータ線であり、それ
らは互に反転された信号を扱うためにYデータ線3およ
びY′データ線4から構成されている。
5はアドレスライン、6a、6bはPチャンネルMOS
トランジスタ、7a、7b、7c、7dはNチャンネル
MOSトランジスタであり、6at6b、?a、7bに
よってスタティックな帰還形CMOSフリップフロップ
回路を構成し、該部でスタティックにデータを記憶する
また残りのNチャンネルMOSトランジスタ7c 、7
dはデータ線3,4と上記フリップフロップ回路との間
のデータのやりとりをコントロールするためのアドレス
選択用のトランジスタであり、アドレスライン5からの
信号によってオン・オフ制御され、オン時にデータの書
き込み、読み出しを行ない、オフ時はそのデータを記憶
するように動作する。
またこのようなメモリセルをIC化する場合は、周知の
ようにN形半導体内にP形半導体アイランドを形成して
かき、N形半導体部分にPチャンネルシリコソゲ−1M
O8)ランジスタを、またP形半導体ウェル中にはNチ
ャンネルシリコアゲ−1MO8)ランジスタを形成する
のである。
また、かかるトランジスタの形成はまずゲート卦よびソ
ースドレイン層、半導体配線層となるべき部分には薄い
絶縁膜を、その他の部分には厚い絶縁膜をそれぞれ形成
し、その上に多結晶シリコン層(ゲート電極および配線
層として用いられる)を形成し、つぎに表面に露出して
いる薄い絶縁膜を周知のセルフアライメント技術を用い
てエッチンクスることにより半導体表筒を露出させ、そ
こにソース、ドレイン、半導体配線層を拡散あるいはイ
オン打込み法等により形成する。
しかる後、チップ全面に絶縁膜を形成し、つぎに上記半
導体のソース、ドレイン、半導体配線°層等の半導体表
面に達するコンタクト孔や、上記多結晶シリコン層に達
するコンタクト孔を形成し、最後に上記絶縁膜上および
コンタクトホール部においてアルミニウム等の配線を形
成することによって完成される。
このように形成されたCMOSメモリセルにおけるソー
ス、ドレイン、半導体配線層等の半導体領域、多結晶シ
リコン層、アルミニウム配線層等の配線図を第2図aに
、また第2図aにおける素子、配線等の配線図を同図す
に示す。
同図中右上がりハツチングで示す部分は多結晶シリコン
層、ドツトで示す部分はアルミニウム配線層、生先で示
す部分はソース、ドレイン、半導体配線層等の半導体領
域であり、それらが単に重なって記載されている部分は
その両者が絶縁膜を介してクロスしていることを示すが
該部に×印が付されている部分は両者が上記コンタクト
ホールを介して接続されている状態を示している。
またG記号の付されている部分はゲート領域であり、無
印部分、ゲート領域以外の多結晶シリコン層下、アルミ
配線層下には厚い絶縁膜が形成されている。
さらにまた10は前記N形半導体基板とP形半導体アイ
ランドとの境界線を示し、11はアイソレーションライ
ンを示している。
しかしながら、このようなCMOSメモリセルに訟いて
は、次のような欠点がある。
■ 使用するMOSトランジスタの数が65個ト多く、
セルあたりの面積が大きくなり易い。
■ メモリセル内でのMOSトランジスタ間の接続が複
雑であり、その接続のための面積拡大により、セル当り
の面積が大きくなりやすい。
■ さらにまた、この回路でメモリセルからの読み出し
動作卦よびメモリセルへの書き込み動作の高速性、安定
性を実現するためには、ドライバ用MO8)ランジスタ
フa、7bさらにはアドレス選択用MOSトランジスタ
7c 、7dの大きさを負荷用トランジスタ6a t
5bに比べて大きく設計しなければならず、すべてのト
ランジスタをプロセス技術上可能な最小の寸法にするこ
とはできず、この面からもセル当りの面積が大きくなり
易い。
■ 一方大容量の半導体ICメモリにかいては、上記メ
モリセルが1つの半導体チップ内に数百〜数万個あるい
はそれ以上集積され、チップ全体に対し、メモリセルの
占める割合はかなり大きく、上記■〜■で述べたセル当
りの面積の増減は即半導体チップの大きさ、集積密度の
増減に大きな影響を与え、それがため従来の回路構成の
CMOSメモリセルにおいては、ICとしてのチップ面
積の縮少、高集積化にはかなり大きな制限があり、経済
的でないという欠点がある。
本発明は上述のような従来技術にかける問題点を解消す
るためになされたものであって、その目的はメモリセル
からのデータ読み出し動作およびメモリセルへのデータ
書き込み動作等におけるアクセスタイムや安定性を悪化
させることなしに、セル当りのチップ面積を縮減し、も
って高集積大容量小形スタティック形CMO8ICメモ
リを経済的に提供することにある。
このような目的を達成するために威された本発明のメモ
リセルは、例えば第3図に示すような回路構成をもち、
それをIC化する場合の各層の配置卦よび素子配線等の
配置等は第2図の場合と同様な手法で表わせば第4図に
示すようになる。
すなわち、PチャンネルMOSトランジスタ6bをドラ
イブトランジスタとし、NチャンネルMOSトランジス
タ7aを負荷トランジスタとする第1のCMOSインバ
ータ回路とNチャンネルMOSトランジスタ7bをドラ
イブトランジスタとし、PチャンネルMOSトランジス
タ6aを負荷トランジスタとする第2のCMOSインバ
ータ回路とを共通の電源ライン1、接地ライン2相互間
に並列に接続し、第1および第2のインバータ回路の出
力端B、Aをそれぞれ第2卦よび第4インバータ回路に
かけるドライブトランジスタ5b、7bのゲートに接続
するとともに、それぞれの負荷トランジスタ6a 、7
aのゲートをバイアス電源ライン8,9にそれぞれ接続
し、負荷トランジスタとして有効に機能するような値に
その電圧を設定する。
さらにデータラインとの間のデータのやりとりを制御す
るためのアドレス選択回路を両インバークのうちの少な
くともいずれか一方の出力端とデータラインの間に接続
する。
このような本発明のメモリセルの動作は次の通りである
まずトランジスタ6a、7aのゲートはそのソースに対
し常に一定電位にバイアスされ、その値も例えばトラン
ジスタ6a、7aのオン抵抗が常にIMΩ程度となるよ
うに設定される。
したがって、例えばトランジスタ7bがオフしはじめれ
ばそのドレインAの電位は上がり、トランジスタ6bが
オフしてそのドレインBの電位すなわちトランジスタ7
bのゲート電位が下がり、さらにオフしやすくなり、か
Sる正帰還作用により、A点はオフ状態を保つ。
一方、例えばトランジスタ7bがオンしはじめれば、そ
のドレインAの電位は下がり、トランジスタ6bがオン
してドレインBの電位、すなわちトランジスタ7bのゲ
ート電位が上がり、さらにオンしやすくなり、かSる正
帰還作用により、A点はオン状態を保つこととなる。
以上によりオン状態、オフ状態をスタティックに保持す
ることが理解されよう。
また本発明においては、トランジスタ5a。
7aの抵抗値は例えばIMΩ程度と極めて大きく設定し
得るから、それらのトランジスタのいずれか一方6a、
7aのソース、ドレイン間電圧がOの場合に、データラ
インからそれらのトランジスタのいずれか一方のみのソ
ース、ドレイン間にしか入力が入らなくとも、その入力
されたデータが破損されることはないからアドレス選択
用MOSトランジスタは1つでもよく、それがため第3
図に示す実施例によ・いてはB点にアドレス選択用MO
Sトランジスタ7cを1個設けA点にはアドレス選択用
MOSトランジスタは設けていない。
な卦第4図aにかいては左上がりハツチングが付加され
ているが、それはやはり多結晶シリコン層を示し、右上
がりハツチングとかさなっている部分では右上がりハツ
チングで示された第1層目の多結晶シリコン層が下層と
なり、その上に絶縁物層を介して左上がりハツチングで
示す第2層目の多結晶ポリシリコン層か形成されている
この第2層目の多結晶ポリシリコン層8,9は上記トラ
ンジスタ6a 、7aが最適な負荷となるようにそのゲ
ートにバイアス電圧を与えるべくバイアス電源回路(特
に図示していないが1つのIC内にそれぞれ1つづつま
とめて形成すればよい)に接続される。
以上の説明から明らかなように本発明によれば次のよう
な利点がある。
■ 比較的大きな面積を必要とするアドレス選択用MO
Sトランジスタを1個省略できトランジスタの数は5個
でよいから必要面積を少なくし得る。
■ メモリセル内でのMOSトランジスタ間の接続が簡
素化され必要面積を少なくし得る。
■ 2本のバイアス電源ラインを通してメモリセル外部
回路からメモリセルへ適当なバイアス電圧を供給するこ
とにより負荷トランジスタのオン抵抗の値を適当な値に
設定することができ、したがって、アドレス選択用トラ
ンジスタ以外の4個のトランジスタの寸法は全てプロセ
ス技術によってきまる最小の大きさまで小さくすること
が可能となる。
■ ゲート電極材料(上記多結晶シリコン層)を2層構
造にすることによって上記バイアスのための面積がまっ
たく増加しないようにすることができる。
■ バイアス電源回路は数百〜数百のメモリセルに対し
、2つのみまとめて形成すればよいからそのための面積
は少なくてすみ、それに対し、上述したようにチップ内
で大きな面積を占めるメモリセル部の面積は著しく小さ
くし得るから総合的効果は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のCMOSメモリセルを示す回路図、第2
図は第1図に示すCMOSメモリセルをIC化した場合
の各層の配置)よび素子、配線の配置を示す配置図、第
3図は本発明にかかるCMOSメモリセルの一実施例を
示す回路図、第4図は第3図に示すCMOSメモリセル
をIC化した場合の各層の配置および素子、配線の配置
を示す配線図である。 1・・・・・・電源ライン、2・・・・・・接地ライン
、3・・・・・・データラインY、 4・・・・・・デ
ータラインY′、5・・・・・・アドレス選択ライン、
$a、5b・・・・・・PチャンネルMOSトランジス
タ、7a、7b、7c。 7d・・・・・・NチャンネルMOSトランジスタ、8
・・・・・・バイアス電源ライン、9・・・・・・バイ
アス電源ライン、10・・・・・・アイランド拡散ライ
ン、11・・・・・・アインレーションライン。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 PチャンネルMOSトランジスタをドライブトラン
    ジスタとしゲートに定電圧バイアス電源ラインの接続さ
    れたNチャンネルMOSトランジスタを負荷トランジス
    タとした第1のインバータと、NチャンネルMOSトラ
    ンジスタをドライブトランジスタとしゲートに上記定電
    圧バイアス電源ラインとは別個の定電圧バイアス電源ラ
    インが接続されたPチャンネルMOSトランジスタを負
    荷トランジスタとしたうえ上記第1のインバータの出力
    端を自己の上記ドライブトランジスタのゲートへ接続し
    かつ自己の出力端を上記第1のインバータにかけるドラ
    イブトランジスタのゲートへ接続した第2のインバータ
    と、上記第1卦よび第2のインバータの内いずれか一方
    の出力端にのみ接続されたアドレス選択用トランジスタ
    と、上記第1および第2のインバータが並列に相互間へ
    接続された共通の電源ラインおよび接地ラインとから成
    ることを特徴とするメモリセル回路。
JP52145303A 1977-12-02 1977-12-02 メモリセル回路 Expired JPS5840278B2 (ja)

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JP52145303A JPS5840278B2 (ja) 1977-12-02 1977-12-02 メモリセル回路

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Publication Number Publication Date
JPS5477542A JPS5477542A (en) 1979-06-21
JPS5840278B2 true JPS5840278B2 (ja) 1983-09-05

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5046454A (ja) * 1973-08-06 1975-04-25

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5046454A (ja) * 1973-08-06 1975-04-25

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JPS5477542A (en) 1979-06-21

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