JPS5974664A - バイポ−ラ型ram - Google Patents

バイポ−ラ型ram

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JPS5974664A
JPS5974664A JP57184579A JP18457982A JPS5974664A JP S5974664 A JPS5974664 A JP S5974664A JP 57184579 A JP57184579 A JP 57184579A JP 18457982 A JP18457982 A JP 18457982A JP S5974664 A JPS5974664 A JP S5974664A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current
transistor
memory cell
load
drive transistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP57184579A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuo Nakano
哲夫 中野
Masanori Odaka
小高 雅則
Yukio Kato
行男 加藤
Katsumi Ogiue
荻上 勝己
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS5974664A publication Critical patent/JPS5974664A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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

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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、バイポーラ型トランジスつて構成されるス
タティック型RAM (ランダム・アクセス・メモリ)
に関する。
従来より、第1図に示すようなメモリセルが公知である
このメモリセルにおいては、選択電流1rと保持電流1
stの比1r/1stが大きく出来ないという欠点があ
る。
すなわち、上記比1r/Istを大きくすると、オンし
ていて選択電流1rを流すトランジスタQ1のベースに
、その電流増幅率の逆数に比例したベース電流1bが負
荷抵抗R2に流れて、第2図に示すように、ハイレベル
保持電圧Vc2を低下さゼてしまう。そして、ロウレベ
ル保持電圧Vc2は、クランプダイオードで電圧クラン
プされているので、上記ハイレベル保持電圧Vclとの
レベル差が小さくなっC読み出しマージンがなくなって
しまうからである。
ここで、負荷抵抗R1,R2の抵抗値は、上記保持電流
1stにより、上記ハイレベル保持電圧とロウレベル保
持電圧とに所望のレベル差をもたせる必要があるので、
小さく出来ない。
以上のことより、従来のメモリセルでは、上記電流比1
r/1stがせいぜい20程度にしか設定できない。
上記保持電流Istは、消費電流を小さくするため、可
能なかぎり小さくすることが望ましい。
一方、選択電流1rは、大きな寄生容量を有するメモリ
アレイの相補データ線対を高速にディスチャージするた
めに、大きくすることが望ましい。
したがって、従来のメモリセルを用いた場合には、高速
バイポーラ型RAMを構成するためには、メモリ容量が
せいぜいIKビット程度が限界になるものである。
この発明の目的は、選択電流と保持電流との比lr’/
IsLを大きく設定できるノマイボ−ラ型RAMを提供
することにある。
この発明の他の目的は、高速動作及び大メモリ容量化を
実現したバイポーラ型RA Mを提供することにある。
この発明の更に他の目的は、以下の説明及び図面から明
らかになるであろう。
以下、この発明を実施例とともに詳細に説明する。
第3図には、この発明の一実施例の回路図が示されてい
る。
同図のバイポーラ型RAMは、公知の半導体集積回路の
製造技術によって、1個のシリコンのような半導体基板
上において形成される。端子XAOないしXAk、YA
OないしYA 1.  Dout 。
Din、C3,WE、−Vee及びGNDは、その外部
端子とされる。
この実施例では、上記電流比1r/1stを太きく設定
できるようにするため、次のようなメモリセルが用いら
れる。
メモリセルは、その1つの具体的回路が代表として示さ
れているように、そのベース、コレクタ間が互いに交差
結線された駆動npn)ランジスタQ5.Q6と、その
コレクタにそれぞれ設けられた電圧クランプ用シリソト
キーダイオードSD1、SD2と、このシe ’7トキ
ーダイオードSD1、SD2にそれぞれ並列形態に設け
られ、そのゲートが互いに他方の駆動npn )ランジ
スタQ6、Q5のコレクタに接続された負荷pチャンネ
ルMO3FET (絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
)Q7.Q8とで構成されたフリップフロップ回路が用
いられる。
上記駆動npn )ランジスクQ5.Q6は、特に制限
されないが、マルチエミッタ構造とさる。
そして、その一方のエミッタが共通化され、他方のエミ
ッタがメモリセルの入出力端子とされ、代表として示さ
れている一対の相補データ(又はディジット)線Do、
DOにそれぞれ接続される。
なお、」二記駆動n p r+ )ランシスタQ5.Q
6は、ベース及びコレクタがそれぞれ共通接続された2
つのトランジスタにより、それぞれ構成1゛るものとし
てもよい。
上記メモリセルを構成する上記クランプダイオードSD
1.SD2及び負荷pチ→・ンネルMO3FETQ7.
Q8の共通化された端子は、代表として示されているワ
ード線WOに接続される。
上記代表として示されているメモリセルを中心として、
横の行には同様なm個のメモリセルが配置され(同図で
は、ブラックホックスにて1個のみが示されている)、
上記ワード線WOに接続される。この横の行には、上記
ワード線WOに対応した保持電流線s ”r oが設け
られており、メモリセルの駆動トランジスタQ5.Q6
の上記共通化された一方のエミッタが接続される。同様
に代表として示された他の行(ワード線W n 、保持
電流線S ′rn )についても上記同様にメモリセル
が接続される。これらの保持電流線STO,STnには
、メモリセルへの保持電流を形成する定電流源1stが
それぞれ設けられている。
また、縦の列には、上記同様なn (11のメモリセル
が配置され、相補デ〜り線DO,Doにその入出力端子
が共通に接続される。このよう行2列にrn X n個
のメモリセルが配置され、メモリアレイM−ARYが構
成される。
代表として示された上記ワード線WO,Wnは、Xアド
レスデコード信号XO,Xnを受けるワード線駆動トラ
ンジスタQ23.Q24により、選択/非選択が行われ
る。これらのXアドレスデコード信号XO,Xnは、X
アドレスデコーダにょっ′ζ形成される。
図示しない適当な回路装置から供給されるアドレス信号
は、外部端子XAOないしXAkを介してアドレスバッ
ファXABOないしXABkに入力される。これらのア
ドレスバッファXABOないしXABkは、入力アドレ
ス信号に従った非反転アドレス信号1反転アドレス信号
を形成して上記Xアドレスデコーダに伝える。これによ
りXアドレスデコーダが1つのワード線選択信号を形成
するので、1つのワード線選択が行われる。
代表として示された相補データ線1)(1,1)0は、
カラムスイッチとしてのトランジスタQ11.Q13を
介して、図示しない他の相補データ線に対しても設けら
れた定電流源Irに接続される。上記定電流源frは、
そのベースに定電圧Vb3が印加され、そのエミッタに
抵抗R4,R6が設けられたトランジスタQ15.Q1
7により構成される。
上記カラムスイッチとしてのトランジスタQ11、、Q
13のベースには、Xアドレスデコーダで形成されたY
アドレスデコード信号YOが印加される。
図示しない適当な回路装置から供給されたアドレス信号
は、外部端子YAOないしYAIを介してアドレスバッ
ファYABOないしYAB lに入力される。これらの
アドレスバッファYABOないしYABIは、入力アド
レス信号に従った非反転アドレス信号1反転アドレス信
号を形成して上記Xアドレスデコーダに伝える。これに
よりXアドレスデコーダが1つのデータ線選択信号を形
成するので、上記一対のデータ線選択が行われる。
この実施例−Cは、特に制限されないが、非選択時のデ
ータ線に所定のバイアス電圧を与えるために、次のバイ
アス回路が設けられる。
そのコレクタに回路の接地電位が与えられたトランジス
タQ14のベース、コレクタ間に直列形態とされたダイ
オードD1と抵抗R3が設けられる。そして、この直列
ダイオードDIと抵抗R3は、」二記カラムスイソヂト
ランジスタと同様なトランジスタQ12を介して上記同
様な定電流源■rに接続される。上記トランジスタQ1
4は、特に制限されないが、マルチエミッタ構造とされ
、それぞれ相補データ線Do、DOに接続される。
一方、相補データ線DO,Doには、微小定電流源に結
合されている。すなわち、定電圧Vblをベースに受け
、エミッタに抵抗R1(R2)が設けられたトランジス
タQ21  (Q22)により、常時微小定電流の吸い
込みを行っている。
これにより、非選択時のデータ線電位は、約ダイオード
Dの順方向電圧とトランジスタQ14のベース、エミッ
タrlJI電圧とを加えた電圧でバイアスされる。なお
、相補データ線DO,DOが選択された時には、定電流
源Irで形成した選択電流IrがトランジスタQ12を
通して抵抗R3に流れるのでトランジスタQ14がオフ
して、相補データ線DO,DOは選択されたメモリセル
の記憶情報に従った電位にされる。
この実施例においては、特に制限されないが、上記各定
電流源Srには、そのベースに所定の定電圧Vb2が印
加されたトランジスタQ]、8ないしQ20がそれぞれ
設けられる。この電圧Vb2は、Y7ドレスデコード信
号の選択レベルに対して少し低く設定され“ζいる。
したがって、(bすえば、相補データ線がDO,DOか
らDI、DIのように切り換えられるカラムスイッチの
切り換え時において、デコード信号YOの電圧が上記定
電圧Vb2より低くなると、トランジスタQllないし
Q13がオフして、トランジスタQI8ないしQ20が
オンすることにより、まつ相補データ線Do、DOの電
流I rが遮断される。次いで、デコード信号Y1の電
圧が上記定電圧Vb2より高(なると、トランジスタ0
18ないしQ20がオフして、その相補データ線DI。
DIのカラムスイッチを構成するトランジスタ (図示
せず)がオンする。このように、2つの相補データ線間
で電流+rがアドレスデコード出力レベルに従った電流
分配比の下に双方に流れるのを防止している。これによ
り、この実施例では、データ線の切り換え時において、
半選択状態が生じない。
代表とし′C示された行のメモリセルの書込み/読み出
しのために、相補データ線DO,DOには、そのエミッ
タが結合された電流切り換えスイッチトランジスタQ9
.QIOが設置:lられる。
これらのトランジスタQ9.QIOのコレクタ出力は、
センスアンプSAの人力に伝えられる。
センスアンプSAは、その増幅動作を行うとともに、E
 CL (Emitter  Coupled  Lo
gic)で構成されたデータ出カバソファDOBの人力
レベルに合致した出力信号を形成する。
データ出力バッファDOBは、外部端子Doutから送
出する読み出し出力信号を形成する。
上記電流切り換えスイッチトランジスタQ9゜Q10の
ベースには、書込み回路WAの出力電圧V1.V2が印
加される。
外部端子Dinから供給された書込みデータ信号を受け
るデータ人カバソファI) 1Bで形成された相補デー
タ信号d in、  d inが上記書込み回路WAに
伝えられる。また、外部端子WE、C5から供給された
制御信号を受ける制御回路C0NTにより、上記データ
出力バッファl) OBと書込み回路WAの動作制御信
号が形成される。
上記データ出力バッファI) OBは、端子WEがハイ
レベルとされ、端子口がロウレベルとされた時、動作状
態にされる。この時、書込み回路WAは、選択されたメ
モリセルの保持電圧の中間レベルに設定された読み出し
基準電圧Vrefcを形成して上記トランジスタQ9.
Q10のベースに伝える。
また、端子、CSがロウレベルとされ、端子WEがロウ
レベルとされた時、書込み回路WAは、端子Dinから
供給された書込みデータ信号に従った書込みハイレベル
、ロウレベル信号を形成して上記トランジスタQ9.Q
IOのベースに伝える。
上記書込みハイレベル、ロウレベル信号は、それぞれ選
択されたメモリセルの保持電圧のハイレベルより高く、
上記保持電圧のロウレベルより低く設定される。このよ
うな3値レベルによる書込み/読み出し方式は、公知で
あるので、その詳細な動作説明を省略する。
特に制限されないが、その高速動作化のために上記アド
レスバッファXAB、YAB、  アドレスデコーダ、
書込み回路WA、データ入力、出カッ\ノファprB、
DOB及び制御回路C0NT等の周辺回路は、上記EC
L回路によって構成されている。
この実施例においては、特に制限されないが、ワード系
の選択状態から非選択状態への切り換えを高速に行うた
め、メモリアレイM−ARYに、次のようなチャージス
ィーパが設けられる。
pn+))ランシスタQ1とnpn トランジスタQ2
とのベース、コレクタを互いに共通接続してサイリスク
形態とする。上記pnp )ランリスクQ1のエミッタ
を保持電流綿STOに接続する。
他の保持電流線STn等にも上記同様なサイリスク形態
とされたpnpトランジスタQ3、npnトランジスタ
Q4が設けられる。そして、npnトランジスタQ2.
C4のエミッタを共通接続して定電流源ΔIsLに接続
する。
また、特に制限されないが、この実施例では上記サイリ
スクのターンオフ時間調整のため、pnpトランジスタ
Ql、C3のベースに共通に定t4流源△Iが設けられ
る。
第4図には、上記メモリセルを構成する1組の駆動np
n l・ランジスタ、ンヨソトキーダイオード及び負荷
pチャンネルMO3FETの一実施例の概略構造断面図
が示されている。
同図において、1はP型半導体基板−2はN十コレクタ
埋込層、3はN−型エキタピシャル成長層、4は絶縁物
素子分離層、5a、5bはP型半導体領域、5a、5b
はN生型半導体領域、7はN+型半導体領域である。上
記N生型半導体領域6a、6bは駆動npn)ランリス
タのエミッタEを構成する。また、点線で示したN十型
半導体領域7はその表面に形成された電極とともにショ
ットキーダイオードを構成する。そして、上記P型半導
体領域5aは駆動npn )ランリスタのベースBを構
成するとともに、負荷pチヤンネルMO3FETの一方
のソース又はドレイン領域を構tQする。また、5bは
」二記pチャンネルMO5FETの他方のソース又はド
レイン領域を構成する。
したがって、上記半導体領域5a、5b間の半導体領域
3の表面上にケート絶縁膜及びゲート電極Gを形成する
ことにより上記pチャンネルMO3FETが構成される
特に制限されないが、上記ゲ−1・電極Gは、導電性ポ
リシリコンにより構成され、他の電極E。
B等はアルミニュウム層で構成される。例えば、上記エ
ミッタ領域5a、5bの拡散深さを浅く形成するために
、ポリシリコン層を介したイメ゛ン士丁ら込み法により
N型半導体不純物を導入する際Gこ、上記ゲート電極G
を構成するポリシリコン層も形成されるので、特別な製
造工程を追加することなく上記MO3FETのゲート電
極を形成1−ることかできる。
一般に、ポリシリコンゲートのMOSFET番よ、その
しきい値電圧を小さくできるので、メモ1ノセルにおけ
る保持電圧差(通當、Q、5dIレト4呈度)によって
負荷pチヤンネルMOS F ETを対応する駆動n 
p n t・ランリスタと相補的に動1乍させることが
できる。
第3図のメモリセルにおいては、例えIf、駆動n p
 n l・ランリスタQ5がオンし、06カ(オフして
いる場合、オンしている駆動トランジスタQ5のコレク
タにおけるロウレベル保持電圧Vcl力(ゲートに印加
されたpチャンネルMO3FETQ8がオンし、オフし
ている駆動トランジスタQ6のコレクタにおけるハイレ
ベル保持電圧Vc2がゲートに印加されたpチ中ンネル
MO3FETQ7がオフする。
したがって、この実施例のメモリセルでは、オンしてい
る駆動トランジスタQ5 (Q6)のベース電流は、オ
ンしている負荷MO3FETQ8 (Q7)を通して供
給されることになる。このため、選択電流1rを大きく
しても負荷MOS F ETのオン抵抗値が小さいので
、第5図の特性図に示すように、ハイレベル保持電圧V
c2の落ち込みを大幅に小さくできる。
らなみに、本願発明者の試箆よれば、上記電流比1r/
1stは、メモリ容量を4にビットにするためには10
0以上に、16にピントにするためには500以上にそ
れぞれ設定する必要がある。
この実施例のメモリセルでは、上記のような電流比にし
ても、第5図に示すように、十分な保持レベルのマージ
ンを確保することができるものとなる。
さらに、上記第4図の実施例に示すように、メモリセル
の素子構造は、従来のメモリセルにおける負荷抵抗を形
成する部分に負荷MOS F ETを形成できるから、
チソブサイスを大きくすることも、その製造工程を複雑
化するご七もない。
また、上記実施例のようなチャージスィーパを用いた場
合には、第6図のタイミング図に示すように、例えば、
ワード線WOが選択状態から非選択状態に、ワード線W
nが非選択状態から選択状態に切り換わる場合、ワード
線駆動トランジスタQ23がオフし、ワード線駆動トラ
ンジスタQ24がオンする。したがって、ワード線WO
は、その保持電流線STOに流れる保持電流1stと、
その選択状態によりオンしているサイリスク形態のトラ
ンジスタQl、Q2を通した電流Δ1stとにより立ち
下がろうとする。このとき、選択状態にされるワード線
Wnの立ち上がりが、ワード線駆動トランジスタQ24
からの大きな電流よって高速に行われ、上記ワード線W
Oが十分下がりきらない前に両者の電位が逆転してしま
う。しかし、この実施例ではサイリスクを用いているの
で、そのターンオフ時間が遅いので」二記オンしている
サイリスク形態のトランジスタQ1.Q2を通してその
遅延時間tdだけ電流Δ1stが流れ続けるので、高速
に非選択状態にされるワード線WOを立ち下がらせる。
この結果、非選択状態にされるワード線WOに結合され
たメモリセルにおけるハイレベル側保持電圧Vc)+Q
 と、ワード線Wnに結合されたメモリセルにおけるハ
イレベル側保持電圧Vcl+n とが共に読み出し基準
電圧Vrefcより高くなる2重選択期間tが生しない
。あるいは、2重選択期間tを大幅に小さくできる。し
たがって、ノイズマージンの拡大、動作電源電圧の拡大
、言い換えれば、動作マージンの拡大を図ることが出来
る。
また、上記非選択に切り換えられるワード線の立ち下が
りが速くできることの結果、読み出し及び書込み動作を
高速化させることが出来る。
さらに、1つのワード綿及び保持電流線に接続するメモ
リセルを多くして、大メモリ容量化を図ることが、その
高速性を犠牲にすることなく実現できる。
この発明は、前記実施例に限定されない。
メモリセルの構成は、上記負荷手段としてのMOSFE
Tに並列に抵抗手段を設けるものとしてもよい。また、
その素子構造は、種々の実施形態を採ることができるも
のである。
また、この発明に係るメモリセルは、上記電流比1r/
1stが大きくできることを利用し゛C1比較的メモリ
容量の小さなバイポーラ型RAMに適用して、低消gR
N流化及び/又はよりいっそうの高速動作化をはかるた
めに用いるものであってもよい。このように、この発明
は、バイポーラ1J2J RAMに広く利用することが
出来るものである。
なお、」二記チャージスィーパを含めて、バイポーラ型
RAMを構成する上記周辺回路は、種々変形することが
出来るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来技術の一例を示す回路図、第2図は、そ
の動作を説明するための特性図、第3図は、この発明の
一実施例を示す回路図、第4図は、そのメモリセルを構
成する素子の一実施例を示す概略構造断面図、 第5図は、その動作の説明するための特性図、第6図は
、チャージスィーパの動作を説明1゛るためのタイミン
グ図である。 XABOないしXABk・・Xアドレスツマ・ノファ、
YΔ130ないしYAB l ・・Xアドレスツマ・ノ
ファ、SA・・センス゛rンプ、WA・・書込みl回路
、DOB・・データ出カバ・ノファ、DIB・・データ
人カバソファ、C0NT・・制御回路、 1・・P型半
導体基板、2・・N+コレクタ埋込層、3・・N−型エ
キタビシャル成長層、4・・絶縁物素子分!11[層、
5・・P型半導体領域、6・・N生型半導体領域、7・
・N十型半導体領域代理人弁理士 薄1)利幸 、−ぺ、 第  1  図 第  2 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、そのベース、コレクタ間が互いに交差結線され、バ
    イポーラ型トランジスタで構成された駆動トランジスタ
    と、上記駆動トランジスタのコレクタにそれぞれ設けら
    れたクランプ素子と、上記クランプ素子と並列形態にさ
    れ、対応する駆動トランジスタと相補的に動作させられ
    る負荷MO3FETとを含むメモリカルを具備すること
    を特徴とするバイポーラ型RAM。 2、上記バイポーラ型の駆動トランジスタはnpnトラ
    ンジスタであり、上記負荷MO3FETI;tpチャン
    ネルMOS F ETであり、上記クランプ素子はショ
    ソ1−キーダイオードであることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載のバイポーラ型RAM。 3、上記1つの駆動トランジスタ、クランプ素子及び負
    荷MOS F ETは、同一の素子形成領域に形成され
    、上記駆動トランジスタのベース領域と負看7M OS
     F E Tの一方のソース又はドレインとが共通化さ
    れ、上記クランプ素子を構成する半導体領域と負荷MO
    3FETの他方のソース又はドレイン領域とが共通化さ
    れるものであることを特徴とする特許請求の範囲第1又
    は第2項記載のバイポーラ型RAM。
JP57184579A 1982-10-22 1982-10-22 バイポ−ラ型ram Pending JPS5974664A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01279495A (ja) * 1988-05-02 1989-11-09 Nec Corp 高速型半導体メモリセル
US5200924A (en) * 1989-03-30 1993-04-06 Synergy Semiconductor Corporation Bit line discharge and sense circuit
JP2009534782A (ja) * 2006-04-24 2009-09-24 エヌエックスピー ビー ヴィ メモリ回路およびメモリ素子の感知方法

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