JPS61131617A - Mos型半導体装置 - Google Patents
Mos型半導体装置Info
- Publication number
- JPS61131617A JPS61131617A JP59253004A JP25300484A JPS61131617A JP S61131617 A JPS61131617 A JP S61131617A JP 59253004 A JP59253004 A JP 59253004A JP 25300484 A JP25300484 A JP 25300484A JP S61131617 A JPS61131617 A JP S61131617A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power supply
- circuit
- supply terminal
- mos type
- voltage drop
- Prior art date
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- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Logic Circuits (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の技術分野]
この発明は、例えば実行チャンネル長が1μm以下の高
密度に微細化されたMOSトランジスタを含むMOS型
半導体装置に関する。
密度に微細化されたMOSトランジスタを含むMOS型
半導体装置に関する。
[発明の技術的背景とその問題点]
一般にMOSトランジスタを含むMOS型半導体装置の
発展には目覚ましいものがあり、1960年代の後半で
は実効チャンネル長が約10μmのMoSトランジスタ
による集積度が数十乃至数百素子のものが実現されてい
る。さらに微細加工化、高集積化が進み、近年では、実
効チャンネル長が1.5μm程度で素子数も数十万素子
のVLSIへと発展を続け、さらには実効チャンネル長
が1μm以下の高集積度MOSトランジスタによる、よ
り高速で低消費電力の半導体装置が実現されるようにな
ってきた。
発展には目覚ましいものがあり、1960年代の後半で
は実効チャンネル長が約10μmのMoSトランジスタ
による集積度が数十乃至数百素子のものが実現されてい
る。さらに微細加工化、高集積化が進み、近年では、実
効チャンネル長が1.5μm程度で素子数も数十万素子
のVLSIへと発展を続け、さらには実効チャンネル長
が1μm以下の高集積度MOSトランジスタによる、よ
り高速で低消費電力の半導体装置が実現されるようにな
ってきた。
ところで、従来のMOS型半導体装置は、外部供給電源
で直接に内部機能回路を動作させていて、供給電源電圧
も内部機能回路を構成するMOSトランジスタの実効チ
ャンネル長の縮小と共に低減されてきている。例えば、
上記1.5μmの実効チャンネル長のものでは、5V単
一電源下で動作させている。
で直接に内部機能回路を動作させていて、供給電源電圧
も内部機能回路を構成するMOSトランジスタの実効チ
ャンネル長の縮小と共に低減されてきている。例えば、
上記1.5μmの実効チャンネル長のものでは、5V単
一電源下で動作させている。
しかしながら、さらに微細化されたMOS素子は、信頼
性の面から考えて、従来と同一の電源電圧下で動作させ
るのは困難である。何故ならば、MOS素子中での電界
が高まることにより高いエネルギーを持ったキャリアが
酸化膜中に飛込み、素子の信頼性を損うためである。ま
た、従来のMOS型半導体装置では、閾電圧以下での漏
れ電流および拡散層を含むノードのアンダーシュートの
問題等を解決するためや、拡散層の接合容量を小さくす
るために、例えばNチャンネル素子の場合で述べれば、
半導体基板を接地電位より低い電位にバイアスし素子接
合を逆バイアスしていた。
性の面から考えて、従来と同一の電源電圧下で動作させ
るのは困難である。何故ならば、MOS素子中での電界
が高まることにより高いエネルギーを持ったキャリアが
酸化膜中に飛込み、素子の信頼性を損うためである。ま
た、従来のMOS型半導体装置では、閾電圧以下での漏
れ電流および拡散層を含むノードのアンダーシュートの
問題等を解決するためや、拡散層の接合容量を小さくす
るために、例えばNチャンネル素子の場合で述べれば、
半導体基板を接地電位より低い電位にバイアスし素子接
合を逆バイアスしていた。
(第8図参照)
しかし、従来の基板バイアスは、上記第8図に示したよ
うに、同一の半導体チップ上に形成された基板バイアス
発生回路(SSB)で負の電位(N−ch)を発生する
ため、このバイアス発生回路で無駄な電力が消費されて
しまい、たとえスタンバイ時でも余分な電力が消費され
ていた。また、例えば上記基板バイアスを0MOS素子
で印加する場合には、NチャンネルMOSトランジスタ
のソースおよびドレイン領域のN“拡散層とPウェル領
域およびN基板とで形成されるNPNトランジスタまた
は上記ソースおよびドレイン領域のN+拡散層とP基板
およびNウェル領域で形成されるNPNトランジスタの
エミッターベース間に、高インピーダンスの基板バイア
ス発生回路が介在されるため、ラッチアップという0M
O3特有の問題が生じ易いという欠点があった。
うに、同一の半導体チップ上に形成された基板バイアス
発生回路(SSB)で負の電位(N−ch)を発生する
ため、このバイアス発生回路で無駄な電力が消費されて
しまい、たとえスタンバイ時でも余分な電力が消費され
ていた。また、例えば上記基板バイアスを0MOS素子
で印加する場合には、NチャンネルMOSトランジスタ
のソースおよびドレイン領域のN“拡散層とPウェル領
域およびN基板とで形成されるNPNトランジスタまた
は上記ソースおよびドレイン領域のN+拡散層とP基板
およびNウェル領域で形成されるNPNトランジスタの
エミッターベース間に、高インピーダンスの基板バイア
ス発生回路が介在されるため、ラッチアップという0M
O3特有の問題が生じ易いという欠点があった。
[発明の目的]
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、例えば素子
の集積度を高密度に微細化した場合でも、外部電源電圧
が直接供給されることなく、信頼性の高い動作が可能に
なると共に、スタンバイ時における消費電力の大幅な低
減化が可能になるMOS型半導体装置を提供することを
目的とする。
の集積度を高密度に微細化した場合でも、外部電源電圧
が直接供給されることなく、信頼性の高い動作が可能に
なると共に、スタンバイ時における消費電力の大幅な低
減化が可能になるMOS型半導体装置を提供することを
目的とする。
[発明の概要]
すなわちこの発明に係わるMOS型半導体装置は、外部
電源端子から供給される電源電圧を、その電圧降下が電
流に対して非線形性を示す定電圧降下回路を介して降下
させ、この降下電圧を同一基板上に形成されたMOS型
主回路の内部電源端子に供給し、そして上記基板領域ま
たはそのウェル領域を上記外部電源端子に接続するよう
にしたものである。
電源端子から供給される電源電圧を、その電圧降下が電
流に対して非線形性を示す定電圧降下回路を介して降下
させ、この降下電圧を同一基板上に形成されたMOS型
主回路の内部電源端子に供給し、そして上記基板領域ま
たはそのウェル領域を上記外部電源端子に接続するよう
にしたものである。
「発明の実施例]
以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
第1図はその概念的なブロック構成を示すもので、この
MOS型半導体装置は例えばその実効チャンネル長が1
μm以下に微細化されたMOS型主回路11と定電圧降
下回路12とから構成される。
MOS型半導体装置は例えばその実効チャンネル長が1
μm以下に微細化されたMOS型主回路11と定電圧降
下回路12とから構成される。
上記主回路11の内部電源端子Vsは定電圧降下回路1
2を介して接地電位となる外部電源端子Vssに接続さ
れる。また、上記MOS型主回路11を構成する素子の
基板領域またはウェル領域には、上記定電圧降下回路1
2が接続された側の外部電源端子VSSが接続される。
2を介して接地電位となる外部電源端子Vssに接続さ
れる。また、上記MOS型主回路11を構成する素子の
基板領域またはウェル領域には、上記定電圧降下回路1
2が接続された側の外部電源端子VSSが接続される。
次に、第2図は上記第1図における実施例回路の具体的
な回路構成を示すもので、MO3型トランジスタQ2〜
Q6で構成される主回路11の高電位側の電源端子VS
には、定電圧降下回路12を介して接地電位の外部電源
端子Vssを接続する。この定電圧降下回路12は、ゲ
ート74極とソース電極とを接続したMQS トランジ
スタQ1と、ダイオードDi 、D2とをそれぞれ直列
に接続して構成する。ここで、上記定電圧降下回路12
の電流電圧特性は、例えば第3図に示すように、点A、
Bを通る電流依存性の小さい定電圧特性、つまり電圧降
下Vが電流Iに対して非線形を示す特性を有している。
な回路構成を示すもので、MO3型トランジスタQ2〜
Q6で構成される主回路11の高電位側の電源端子VS
には、定電圧降下回路12を介して接地電位の外部電源
端子Vssを接続する。この定電圧降下回路12は、ゲ
ート74極とソース電極とを接続したMQS トランジ
スタQ1と、ダイオードDi 、D2とをそれぞれ直列
に接続して構成する。ここで、上記定電圧降下回路12
の電流電圧特性は、例えば第3図に示すように、点A、
Bを通る電流依存性の小さい定電圧特性、つまり電圧降
下Vが電流Iに対して非線形を示す特性を有している。
すなわち、主回路電流IAはそれぞれの動作モードによ
り大きく変動するが、これに伴う点A、Bに対応する電
圧Vs1. Vs2は、小さな範囲内のみでの電圧変動
に抑さえられる。ここで、上記トランジスタQ1は、例
えば主回路11が電流を流さないスタンバイ時にある場
合でも、電源端子Vs−Vss間に1ダイオードD1当
り例えば0.7 V程度の電位差を設定し基板バイアス
を供給するためのものである。この場合、その消費電流
は極めて小さな値で済むようになる。また、これにより
、電源の投入直後に外部電源端子VSSをを介して各M
OSトランジスタ02〜Q6に負の基板バイアスが供給
されるようになる。また、上記定電圧降下回路12は、
主回路11で消費される大電流を供給することが可能な
電流駆動能力を有するもので、これによりMO3型主回
路11に供給される電圧は、例えば上記第3図における
点Aに対応するVs2に降下されるようになる。したが
って、微細化されたMOS型回路11の高い動作信頼性
が得られるようにな゛る。
り大きく変動するが、これに伴う点A、Bに対応する電
圧Vs1. Vs2は、小さな範囲内のみでの電圧変動
に抑さえられる。ここで、上記トランジスタQ1は、例
えば主回路11が電流を流さないスタンバイ時にある場
合でも、電源端子Vs−Vss間に1ダイオードD1当
り例えば0.7 V程度の電位差を設定し基板バイアス
を供給するためのものである。この場合、その消費電流
は極めて小さな値で済むようになる。また、これにより
、電源の投入直後に外部電源端子VSSをを介して各M
OSトランジスタ02〜Q6に負の基板バイアスが供給
されるようになる。また、上記定電圧降下回路12は、
主回路11で消費される大電流を供給することが可能な
電流駆動能力を有するもので、これによりMO3型主回
路11に供給される電圧は、例えば上記第3図における
点Aに対応するVs2に降下されるようになる。したが
って、微細化されたMOS型回路11の高い動作信頼性
が得られるようにな゛る。
ここで、第4図は、上記第2図における定電圧降下回路
12のダイオード構造を基板断面にて示すもので、端子
Kをエミッタ、端子Aをベース、コレクタにそれぞれ接
続した構成とし、上記端子には■SSに、また上記端子
AはVSおよび高抵抗Rを介してVccに接続される。
12のダイオード構造を基板断面にて示すもので、端子
Kをエミッタ、端子Aをベース、コレクタにそれぞれ接
続した構成とし、上記端子には■SSに、また上記端子
AはVSおよび高抵抗Rを介してVccに接続される。
すなわち、ベース領域となるP型拡敢層をN型のコレク
タ領域で囲むことにより、K端子を介してN+領領域ら
注入された電子は、上記コレクタ領域にて完全に集めら
れるようになり、単にPN接合で形成した場合とは異な
り、基板中を少数キャリアが拡散することなく、ラッチ
アップ等の問題は防止されるようになる。
タ領域で囲むことにより、K端子を介してN+領領域ら
注入された電子は、上記コレクタ領域にて完全に集めら
れるようになり、単にPN接合で形成した場合とは異な
り、基板中を少数キャリアが拡散することなく、ラッチ
アップ等の問題は防止されるようになる。
次に、第5図乃至第7図にそれぞれこの発明の他の実施
例を示す。
例を示す。
まず、第5図における実施例回路では、MO3型回路1
1.I2.1!内において、特に小さな撮幅を検出する
必要のある入力段回路■1の電源端子のみを、直接定電
圧降下回路12の外部電源端子VSSに接続する。これ
により、上記入力段回路■1が、多少と言えども変動す
る定電圧降下回路12の降下電圧VSに影響されること
はない。ここで、上記入力段I!におけるMOSトラン
ジスタのみ高耐圧化する。この場合、入力段11の占め
る基板上の面積は極めて少ないため、素子の集積密度に
はほとんど影響を与えることはない。
1.I2.1!内において、特に小さな撮幅を検出する
必要のある入力段回路■1の電源端子のみを、直接定電
圧降下回路12の外部電源端子VSSに接続する。これ
により、上記入力段回路■1が、多少と言えども変動す
る定電圧降下回路12の降下電圧VSに影響されること
はない。ここで、上記入力段I!におけるMOSトラン
ジスタのみ高耐圧化する。この場合、入力段11の占め
る基板上の面積は極めて少ないため、素子の集積密度に
はほとんど影響を与えることはない。
また、第6図における実施例回路では、本発明をメモリ
装置に応用した場合を示すもので、図中のメモリセルア
レイMCA内には1つのメモリセルのみ示しているが、
実際にはこのようなメモリセルが行列状に多数配列され
るものとする。つまり、このメモリセルアレイMCAに
おいては、行方向に走るワード線WLにより選択トラン
ジスタQを0N10FFせしめメモリセルの選択を行な
い、列方向に走るビット線BLにより信号の当込みおよ
び呼出しを行なうものである。ここでビット線駆動回路
り日の電源端子に、電圧降下回路12からの降下電圧V
Sを供給し、ビット線BLのレベルおよびメモリセルノ
ードMが上記降下電圧Vsより低下しないようにする。
装置に応用した場合を示すもので、図中のメモリセルア
レイMCA内には1つのメモリセルのみ示しているが、
実際にはこのようなメモリセルが行列状に多数配列され
るものとする。つまり、このメモリセルアレイMCAに
おいては、行方向に走るワード線WLにより選択トラン
ジスタQを0N10FFせしめメモリセルの選択を行な
い、列方向に走るビット線BLにより信号の当込みおよ
び呼出しを行なうものである。ここでビット線駆動回路
り日の電源端子に、電圧降下回路12からの降下電圧V
Sを供給し、ビット線BLのレベルおよびメモリセルノ
ードMが上記降下電圧Vsより低下しないようにする。
これによりビット線Bしは、常に基板電位より高いレベ
ルで維持されるようになり、その接合容量による浮遊容
量は減少するようになる。また、それぞれのメモリセル
の容量素子Cl1lにおける共通の端子電圧Vp 1a
teが変動すると、これに伴いメモリノードMも容量結
合により変動するが、もし上記容量素子Calの端子電
圧vp+ateが例えば電源にノイズが入ったこと等に
より負の方向に変動した場合には、上記メモリノードM
は書込まれた最低電位よりも低い電圧となる。つまり、
このような場合においても、上記電圧降下回路12の出
力電圧Vsと基板電位VSSとに差があるため、素子の
PN接合間が順バイアスになることはない。
ルで維持されるようになり、その接合容量による浮遊容
量は減少するようになる。また、それぞれのメモリセル
の容量素子Cl1lにおける共通の端子電圧Vp 1a
teが変動すると、これに伴いメモリノードMも容量結
合により変動するが、もし上記容量素子Calの端子電
圧vp+ateが例えば電源にノイズが入ったこと等に
より負の方向に変動した場合には、上記メモリノードM
は書込まれた最低電位よりも低い電圧となる。つまり、
このような場合においても、上記電圧降下回路12の出
力電圧Vsと基板電位VSSとに差があるため、素子の
PN接合間が順バイアスになることはない。
尚、上記各実施例では、定電圧降下回路12をそれぞれ
定電位側の外部電源端子VssとMOS型主回路11の
内部電源端子VSとの間に介在して構成する場合を述べ
たが、例えばそれぞれ高電位側の外部電源端子Vccと
主回路11の内部電源端子との間に介在し、C(コンプ
リメンタリ−)Mo8型回路におけるPチャンネルMO
Sトランジスタの基板バイアスを得るようにしてもよい
。ここで第7図におけるメモリ装置での実施例回路では
、それぞれ高電位側の外部電源端子Vccとメモリセル
アレイMCAのビット線駆動回路Deの内部電源端子V
cとの間に定電圧降下回路12を介在して構成する。こ
れにより、ビット線BLの電位が低下し上記駆動回路D
BのMoSトランジスタの、特にソース・ドレイン間に
加わる電圧が下げられるようになり、上記実施例と同様
にして信頼性が向上する。また、これにより、ワード線
Wしの高圧電位をブートストラップ回路を用いて電ai
i!圧yccより高くする必要がなくなる。
定電位側の外部電源端子VssとMOS型主回路11の
内部電源端子VSとの間に介在して構成する場合を述べ
たが、例えばそれぞれ高電位側の外部電源端子Vccと
主回路11の内部電源端子との間に介在し、C(コンプ
リメンタリ−)Mo8型回路におけるPチャンネルMO
Sトランジスタの基板バイアスを得るようにしてもよい
。ここで第7図におけるメモリ装置での実施例回路では
、それぞれ高電位側の外部電源端子Vccとメモリセル
アレイMCAのビット線駆動回路Deの内部電源端子V
cとの間に定電圧降下回路12を介在して構成する。こ
れにより、ビット線BLの電位が低下し上記駆動回路D
BのMoSトランジスタの、特にソース・ドレイン間に
加わる電圧が下げられるようになり、上記実施例と同様
にして信頼性が向上する。また、これにより、ワード線
Wしの高圧電位をブートストラップ回路を用いて電ai
i!圧yccより高くする必要がなくなる。
[発明の効果]
以上のようにこの発明によれば、外部電源端子から供給
される電源電圧を、その電圧降下が電流に対して非線形
性を示す定電圧降下回路を介して降下させ、この降下電
圧を同一基板上に形成されたMOS型主回路の内部電源
端子に供給し、そして上記基板領域またはそのウェル領
域を上記外部電源端子に接続するようにしたので、例え
ば素子の集積度を高密度に微細化した場合でも、外部電
源電圧が直接供給されることなく、信頼性の高い動作が
可能になると共に、スタンバイ時における消費電力の大
幅な低減化が可能になるMOS型半導体装置を提供でき
る。
される電源電圧を、その電圧降下が電流に対して非線形
性を示す定電圧降下回路を介して降下させ、この降下電
圧を同一基板上に形成されたMOS型主回路の内部電源
端子に供給し、そして上記基板領域またはそのウェル領
域を上記外部電源端子に接続するようにしたので、例え
ば素子の集積度を高密度に微細化した場合でも、外部電
源電圧が直接供給されることなく、信頼性の高い動作が
可能になると共に、スタンバイ時における消費電力の大
幅な低減化が可能になるMOS型半導体装置を提供でき
る。
第1図はこの発明の一実施例に係わるMOS型半導体装
置を示す概略的ブロック構成図、第2図は上記第1図に
おけるMO3型半導体装置の具体例を示す回路構成図、
第3図は上記第2図のMOS型半導体装置における定電
圧降下回路の電流電圧特性を示す図、第4図は上記第2
因のMOS型半導体装置における定電圧降下回路のダイ
オード構造を示す基板断面図、第5図乃至第7図はそれ
ぞれこの発明の他の実施例を示す図、第8図は従来のM
OS型半導体装置を示す図である。 11・・・MO3型主回路、12・・・定電圧降下回路
、vss、 VCC・・・外部電源端子、Vs 、Vc
・・・内部電源端子、Ql〜Q6・・・Mo8 トラン
ジスタ、Dr。 D2・・・ダイオード、■!・・・入力段回路、DB・
・・ビット線駆動回路。
置を示す概略的ブロック構成図、第2図は上記第1図に
おけるMO3型半導体装置の具体例を示す回路構成図、
第3図は上記第2図のMOS型半導体装置における定電
圧降下回路の電流電圧特性を示す図、第4図は上記第2
因のMOS型半導体装置における定電圧降下回路のダイ
オード構造を示す基板断面図、第5図乃至第7図はそれ
ぞれこの発明の他の実施例を示す図、第8図は従来のM
OS型半導体装置を示す図である。 11・・・MO3型主回路、12・・・定電圧降下回路
、vss、 VCC・・・外部電源端子、Vs 、Vc
・・・内部電源端子、Ql〜Q6・・・Mo8 トラン
ジスタ、Dr。 D2・・・ダイオード、■!・・・入力段回路、DB・
・・ビット線駆動回路。
Claims (5)
- (1)外部から電源電圧が供給される外部電源端子と、
この外部電源端子から供給される電圧により生じる電圧
降下が電流に対して非線形性を示す定電圧降下回路と、
この定電圧降下回路を介して降下された電圧が供給され
る同一基板上に形成されたMOS型主回路の内部電源端
子とを具備し、上記基板領域またはそのウェル領域を上
記外部電源端子に接続したことを特徴とするMOS型半
導体装置。 - (2)上記定電圧降下回路は少なくとも1個以上のダイ
オードを直列に接続してなることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載のMOS型半導体装置。 - (3)上記定電圧降下回路はベース電極とコレクタ電極
とが接続された少なくとも1個以上のトランジスタを直
列に接続してなることを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載のMOS型半導体装置。 - (4)上記MOS型主回路はその入力段素子の電源端子
のみ上記外部電源端子に直接接続してなることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載のMOS型半導体装置。 - (5)上記MOS型主回路の内部電源端子はメモリセル
用ビット線駆動回路の電源端子でなることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載のMOS型半導体装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59253004A JPS61131617A (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | Mos型半導体装置 |
US06/800,301 US4698789A (en) | 1984-11-30 | 1985-11-21 | MOS semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59253004A JPS61131617A (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | Mos型半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61131617A true JPS61131617A (ja) | 1986-06-19 |
JPH0528528B2 JPH0528528B2 (ja) | 1993-04-26 |
Family
ID=17245148
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59253004A Granted JPS61131617A (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | Mos型半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61131617A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62208496A (ja) * | 1986-03-10 | 1987-09-12 | Toshiba Corp | Mos集積回路 |
JPS6364359A (ja) * | 1986-09-04 | 1988-03-22 | Sony Corp | 半導体記憶装置 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5856531A (ja) * | 1981-09-30 | 1983-04-04 | Toshiba Corp | 論理回路 |
-
1984
- 1984-11-30 JP JP59253004A patent/JPS61131617A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5856531A (ja) * | 1981-09-30 | 1983-04-04 | Toshiba Corp | 論理回路 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62208496A (ja) * | 1986-03-10 | 1987-09-12 | Toshiba Corp | Mos集積回路 |
JPH0572040B2 (ja) * | 1986-03-10 | 1993-10-08 | Toshiba Kk | |
JPS6364359A (ja) * | 1986-09-04 | 1988-03-22 | Sony Corp | 半導体記憶装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0528528B2 (ja) | 1993-04-26 |
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