JPS6028262A - 半導体メモリセル - Google Patents

半導体メモリセル

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JPS6028262A
JPS6028262A JP58136130A JP13613083A JPS6028262A JP S6028262 A JPS6028262 A JP S6028262A JP 58136130 A JP58136130 A JP 58136130A JP 13613083 A JP13613083 A JP 13613083A JP S6028262 A JPS6028262 A JP S6028262A
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JP
Japan
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electrode
potential
current
memory cell
fet
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JP58136130A
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Kazuo Terada
寺田 和夫
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NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B10/00Static random access memory [SRAM] devices

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  • 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】 本発明は、小屋化してもアルファ粒子などの放射性粒子
によって引き起されるソフトエラーの発生が少ないスタ
ティック屋牛導体メモリセルに関するものである。
アルファ粒子などの放射性粒子が半導体内に入射すると
、半導体内部には多量の電荷が生成される。これらの電
荷が半導体メモリセル内部の電極に流入すると1その電
極の電位を変化させ、その結果ソフトエラーを起す。半
導体メモリセル内の電極が取り扱う電荷量が大きい時は
、このような内部生成電荷の流入の影響は小さく、この
メモリセルがソフトエラーを起すことは少ない。しかし
半導体メモリセルが小型化されると、メモリセル内電極
の取り扱う電荷量が減少するため、ソフトエラーの問題
が重大となる。
従来の半導体メモリセルでは、メモリセル内電極の構造
を改良し、放射性粒子によって生成される電荷のこの電
極への流入を少なくすること、この電極の取り扱う電荷
量を流入電荷量以上に保つこと、によってソフトエラー
を防いでいた。しかしメモリセル内電極へ流入する電荷
量を減らすことには限界があるため、その電極で取り扱
う電荷量をある値以上に保たなければならない。そのた
め従来の半導体メモリセルではその大きさも、その消費
電力もある値以上に保たなければならなかった。
このことはこの半導体メモリセルの小型化およびこの半
導体メモリセルを使ったメモリ装置の集積化にとって大
きな障害となっていた。
本発明の目的はアルファ粒子などの放射性粒子によって
引き起されるソフトエラーの発生が極めて少なく、ンフ
トエラ一対策のために小型化、集積化が制限されること
の少ない半導体メモリセルを提供することである。
本発明による半導体メモリセルは、 第1通電気極、第2通電電極、ゲート電極を有する第1
導電屋の第1 FETと、 第1 PETの第1通電電極に接続された第1通電電極
、第1 PBTのゲート電極に接続された第2通電電極
、第1 FETの第2通電電極に接続されたゲート電極
を有する第1導電塁の第2FETと、第1通電電極、第
2通電電極、ゲート電極を有する第2導電屋の第3 F
ETと、 第3 FF1Tの第1通電電極に接続された第1通電電
極、第3 FETのゲート電極に接続された第2通電気
極、第3 FETの第2通電電極に接続されたゲート電
極を肩する第2導電屋の第4 FETと箋 第1 FETの第2通電電極と第3 FETの第2通電
電極の間に接続された第1ダイオードと、第2に’ET
の第2通電電極と第4FETの第2通電電極の間に接続
された第2ダイオードと、第1FET のゲート電極と
第2FETのゲート電極の間に接続された容量と、 第3 FF1Tのゲート電極と第4FETのゲート電極
の間に接続された容量と〆 を備えたことを特徴とする。
次に因を参照しながら、本発明の半導体メモリセルの動
作原理および効果を説明する。第1図は本発明のメモリ
セルをΔ(O8FETとシリコン接合ダイオード等を用
いて構成した一例を示している。
この図の101,102はP型チャネルMO8FET。
103.104 はN厘チャネルMO8FET 、30
5゜106は順方向に接続されたシリコン接合ダイオー
ド、107,108は辿択ケートとして使用されるN型
チャネルMO8FET 、109,110 は電源線、
Ill、112 はワード線、113,114 はビッ
ト線、115,116は容量をそれぞれ示す。
この図の例では、N屋チャネルMO8FET 103゜
104.107,108 (7)閾値電圧はIV、py
tチャネルM08FHT zθ1,102の閾値電圧は
−IVと仮定する。さらに電源線109,110にはそ
れぞれsv、ovの一定電位が供給されており、 シリ
コン接合ダイオード105,106は第2図に示される
ようにしきい値電圧が約0.7Vの順方向電流−電圧特
性をもつものと仮定する。
今、N型チャネルMO8FET 107.108はオフ
状態で節点N2の電位と節点N4がそれぞれ5V、4.
3V の場合を考える。このときN型チャネルMO8F
ET lo 3はオン、P呈チャネルMO8−FETI
OIはオフ状態にある。そのため節点N3の電位はすみ
やかにoyとなり1m点N1の電位はすみやかに0.7
■ぐらいになる。
その結果、P M+ + 2ルMO8FET 1021
;!オン、N厘チャネルMO8FFiT 104はオフ
状態になり、そのため、節点N2の電位は5VS 節点
Iく4の電位は4.3■が保持される。
このようにして節点N2.N4が高電位、節点Nl、N
3が低電位の状態は安定であり一いつまでも保持される
また本メモリセルが対称であることがら容易にわかるよ
うに、節点Nl、N3が高電位で節点N2゜N4が低電
位という逆の状態も同様に安定である。
本メモリセルはこの2つの安定状態を2進情報に対応さ
せてメモリセルとしての機能する。
書き込み読み出し動作はワード線111,112を高電
位にし、N型チャネルMO8FET 107゜108を
オン状態にし、ビット線113,114を通して行なわ
れる。
アルファ粒子等の放射性粒子の入射によって半導体内に
生成された電荷がこの半導体内部の電極に流入すると、
該電極の電位は、該電極とその周囲の半導体との間の電
位差を減らす方向に変化する。よってもともと半導体内
部電極とその周囲半導体とが同電位の場合には、該電極
電位はアルファ粒子等の影響を受けない。
第1図のメモリセルの例では、節点NI、N2を構成す
る半導体領域をP警手導体に限り、それに隣接する半導
体領域を5■の電位に保たれたN警手導体に限ることが
できる・同様に節点N5eN4を構成する半導体領域を
Nff1半導体に限り、それに隣接する半導体領域をO
Vの電位に保たれたPa半導体に限ることができた。
節点N2.N4が高電位、節点Nl、N3が低電位にあ
る状態でα粒子等の放射性粒子が入射した場合を考える
。節点N2.N3の電位は周囲の半導体領域と同電位で
あるから、上記の理由により、ここにα粒子等が入射し
ても本メモリセルの状態が坂されることはない。尚1α
粒子等の入射が2つ以上の節点に同時に影響を及ぼず可
能性は極めて低いため、ここでは考えないことにする。
次に、この状態で、α粒子等が貸O点N1に入射した場
合を考える。この場合、節点N1を構成するP屋半導体
領域にはα粒子等によって生成されたホールが流入し、
この電位は周囲の8厘領域の電位とほぼ同じ約5vまで
急激に上昇する。正確には1節点N1とその周囲のN屋
半導体領域との間に形成されたPN接合ダイオードに順
方向電流がある程度流れる電圧まで、節点N1の電位は
上昇する。ここではこの値を5.7■とし、 節点Nl
の電位が5.7vに上昇した場合を想定する。このよう
にPi領領域ポテンシャルが周囲のNff1領域のポテ
ンシャルより高くなると、α粒子等によって生成された
ホールの流入は止才る。
そのため、節点N1に流入するα粒子等によって生成さ
れたホールの流れは初めの数ナノ秒は大きいものの、そ
の後は小さくなり、一般に本メモリセルを構成するMO
SFET のオン電流に比べると無視できるようになっ
てしまう。
このようにして節A、N1の電位が5.7V になると
、ダイオード105を通して磁流が流れ、節点N3の電
位はすみやかに5.OVぐらいまで上昇する。さらにN
2.N4の電位も、Nl、N3の電位変化の影響を容量
11・5,116を通して受け、上昇する。簡単のため
、容量115,116の値はともに001節点N2.N
4につながる全容量の値がともにCNの場合を想定する
と、節点N2.N4の電位変化はそれぞれ となる。なお、ここでΔVNI、ΔvN3はそれぞれα
粒子等の入射の影響による節点N1とN3の電位変化で ΔvNl =ΔvN、 (シ5■) であり、Δtαはα粒子等生成電流のうち無視できない
初期の大電流流入時間、11゜6、■□。4はそれぞれ
Δta の間のダイオード106 およびMOSFET
 104 を流れる電流である。そのためcoを追白に
大きく、工、。4.■、。6を小さくする設計(例えば
MOSFETのゲート長を長くする、ゲート幅を狭くす
る、ゲート酸化膜厚を厚くする等を行なえば、上記節点
N2.N4の電位変化量を0,7■以上に出来る。そし
て、α粒子等入射後Δta経過後には節点N2.N4の
電位は節点N3の電位5■よりも高くできる〇 ここで、もしCo10sの比が十分大きくでき、105
.106のダイオードが、第2図にその特性を示すよう
に逆方向電流を流さない特性をもつならば、節点N4の
電位は5.7vや6■以上にもできる。このことはN3
の電位5■とN4の電位との差に余裕をもたせられるこ
とであり、設計を容易にする。
α粒子等入射の影響が無視できるようになった時、各節
点の電位は5■以上であるから、P型チャネ#MO8F
ET 101.102 はオフ、N屋チャネルMO8F
ET 103.104はオフであり、節点N4の電位は
節点N3の電位よりも高い状態となる。
そツタめ、病)点N3.N4(7)電位差i、tMO8
FET103.104で構成される差動増幅器によって
増幅されることになる。
すなわち節点N3の電位はN4よりも低いため下がり、
0■となり、節点N4の電位は節点N3そしてN1の電
位低下によってMOsFBT 102がオンするため、
高電位に引き上げられる。
このようにして節点Nlにα粒子等の放射性粒子が入射
しても、本メモリセルの状態が壊されることはない。こ
のことは節点N4にα粒子等が入射した場合にも、本メ
モリセルがもう一方の状態、すなわち節点N1tNaが
高電位で節点N2.N4が低電位の状態、の場合にも全
く同様に成立する。
但し、容[115,116と各節点の容量の比と各MO
8FETのチャネルを流は上記+IL (21式で説明
した関係を各場合にも満すように設計されなければなら
ない。このように設計されれば、本メモリセルはα粒子
等の入射によって記憶状態が壊されることの少ないメモ
リセルとなる。
本メモリセルの動作を説明するため、第1図の実施例で
はダイオードとしてシリコン接合ダイオードを用いたが
、本発明はこれに限る必要はない。
第2図にそ、の特性を示すように、順方向電流が顕著に
流れはじめるしきい値電圧があれば他のダイオードであ
っても構わない。例えばカリウム砒素接合ダイオードで
も構わないし、2つ以上のシリコン接合ダイオードを並
列または直列につないだものでも構わないし、第3図に
その実施例を示すようにMOSFETの一方の通電電極
とゲート電極を併合させたダイオードでも構わない。例
えばシリコン接合ダイオードを使えば、従来のCMOS
スタティックメモリセルで金属−シリコンオーム性コン
タクト部をシ躍ットキコンタクトに変えるだけで済み、
面積の点でも有利である。
第3図は本発明のメモリセルの他の実施例を示している
。第1図のシリコン接合ダイオード105゜106の代
りに、一方の通電電極とゲート電極を併合したN型チャ
ネルMO8FETで構成したダイオードが使われている
他は第1図の実施例と同じである。各部を示す番号の1
桁目は第1図のそれと対応している。この実施例ではダ
イオードのNR電圧特性を、MOSFET のしきい値
電圧やゲイン定数を変えることにより、自由に変えられ
る%歓がある。
但し第3図の実施例では節点Nl’、N2’をP警手導
体に限ることができず、α粒子等の入射によってこれら
の節点電位は低から高がかりでなく高から低へら変化し
つる。
しかし、細点Nl’、N2’の電位の高から低への電圧
変化は、MOSFET 301,302 を、t7にし
、ダイオード305,306が逆方向バイアスされるた
め節点N3’、N4’へは伝わらない。
そのため、節点N3’、N4’の電位差はα粒子等入射
前のままに保たれ、この場合もソフトエラーは生じない
以上本発明の半導体メモリセルの動作を説明するため電
源電圧としてOV、5V、PN接合ダイオードの順方向
しきい値電圧0.7Vを使い、第1図の実施例で節点N
1を中心に説明したが、本発明の半導体メモ?セルの効
果は他の場合も同様である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体メモリセルをMOSFETとシ
リコン接合ダイオードを用いて構成した一例を示す回路
図。第2図は第1図で用いたシリコン接合ダイオードの
順方向電流−電圧特性を示す図。 第3図は本発明の半導体メモリセルの他の実施例を示す
回路図。 101.301,102,302・−・・・山・P型チ
ャネルMO8FET 。 103.303,104,304,107. 307,
108,308・・・・・・・・・N型チャネルMO8
FET。 105.106・・・・・・・・・シリコン接合ダイオ
ード、305.3Q6・・・・・・・・・一方の通tT
!極とゲート電極を併合して構成したダイオード、 109.309,110,310・・・・・・・・・電
源線、111.311.l12,312・・・・・・・
・・ワード線、113.313,114,314・・・
・・・・・・ピッド線、115.315,116,31
6・・・・・・・・・容量。 糖1図 第2図 電丘(V) 第3図 14

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 第1通電電極、第2通電電極、ゲート電極を有する第1
    導電型の第11;’ETと、 第1 FETのM1通電電極に接続された捲1通電電極
    、第1 FF1Tのゲート電極に接続された第2通電電
    極、第1 FETの第2通電電極に接続されたゲート電
    極を有する第14電型の第2 FBTと、 第1通電電極、第2通電電極、ゲート電極を有する第2
    導電製の第3FBTと、 第3 FBTの第1通電電極に接続された第1通電電極
    、第3FETのゲート電極に接続された第2通電電極、
    第3FET第2通電電極に接続されたゲート電極を有す
    る第2導tffiの第4FE’!’と、第1 FETの
    第2通電電極と第3FETの第2通電電極の間に接続さ
    れた第1ダイオードと1第2 FETの第2通電電極と
    第4 FETの第2通電電極の間に接続された第2ダイ
    オードと、第1 FETのゲート電極と第2 FETの
    ゲート電極の間lこ接続された容量と、 第3 FETのゲート電極と電41Tのゲート電極の間
    に接続された容量と、を備えたことを特徴とする半導体
    メモリセル。
JP58136130A 1983-07-26 1983-07-26 半導体メモリセル Expired - Lifetime JPH065714B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02141991A (ja) * 1988-11-21 1990-05-31 Nec Corp 半導体記憶回路及び半導体記憶装置

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