JPH061819B2 - Semiconductor memory device - Google Patents
Semiconductor memory deviceInfo
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- JPH061819B2 JPH061819B2 JP58204832A JP20483283A JPH061819B2 JP H061819 B2 JPH061819 B2 JP H061819B2 JP 58204832 A JP58204832 A JP 58204832A JP 20483283 A JP20483283 A JP 20483283A JP H061819 B2 JPH061819 B2 JP H061819B2
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- 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
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- Bipolar Transistors (AREA)
- Bipolar Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体記憶装置、特にバイポーラ形の記憶装
置の記憶セルに係り、α粒子によるソフトエラー等対し
ても動作が安定で、かつ高速アクセク時間を得るに好適
な記憶セルに関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a memory cell of a semiconductor memory device, particularly a bipolar memory device, which is stable in operation even with respect to a soft error due to α particles and has a high-speed access. A memory cell suitable for obtaining time.
バイポーラ形の記憶装置については、例えば特公昭53
−7105号公報に記憶されている。しかしここでは負
荷インピーダンスが動作状態により変化する記憶セルの
構造については触れられていない。For the bipolar type memory device, for example, Japanese Patent Publication No. 53
No. 7105. However, the structure of the memory cell in which the load impedance changes depending on the operating state is not mentioned here.
バイポーラ形の記憶装置、特にRandom Access Memory
(以下RAMと記す)の記憶セル(以下単にセルと記
す)は、マルチエミッタトランジスタで構成された第1
図に示すフリップフロップ回路が一般的に用いられてい
る。マルチエミッタトランジスタQ1及びQ2のベース
及びコレクタを互いに交差接続し、フリップフロップを
構成している。このセルで記憶情報の保持は、保持電流
供給線Aに流れる保持電流(Ist)によって行われる。す
なわち、トランジスタQ1が導通時、保持電流(Ist)
は、エミッタE21から流れる。そしてトランジスタQ1
のコレクタ電流は、トランジスタQ1のコレクタとワー
ド線W1の間に接続された負荷ZH1を流れ、電位降下を
生ずる。Bipolar memory device, especially Random Access Memory
A memory cell (hereinafter referred to as a RAM) (hereinafter simply referred to as a cell) is a first multi-emitter transistor.
The flip-flop circuit shown in the figure is generally used. The bases and collectors of the multi-emitter transistors Q 1 and Q 2 are cross-connected to each other to form a flip-flop. The stored information is held in this cell by the holding current (Ist) flowing through the holding current supply line A. That is, when the transistor Q 1 is conducting, the holding current (Ist)
Flows from the emitter E 21 . And the transistor Q 1
Collector current flows through the load Z H1 connected between the collector of the transistor Q 1 and the word line W 1 , causing a potential drop.
一方Q1のベース電流は、トランジスタQ2のコレクタ
に接続された負荷ZH2を流れ電位降下を生ずる。この負
荷ZH1とZH2での電位降下の差が大きい程、一般にセル
の動作は安定である。すなわち、トランジスタQ2のベ
ース電位をトランジスタQ1のベース電位より低く保つ
事により、トランジスタQ2を非導通にし、トランジス
タQ1の導通状態を安定に保つ。この様にセルには常時
保持電流を流す必要があり、保持電流が大きい程セルで
の消費電力は増大する。従って高集積化する場合、負荷
ZH1及びZH2を大きくし、保持電流を小さくする事
によって、消費電力の増大を防いでいる。On the other hand, the base current of Q 1 flows through the load ZH2 connected to the collector of the transistor Q 2 and causes a potential drop. Generally, the larger the difference in potential drop between the loads Z H1 and Z H2 , the more stable the operation of the cell. That is, by maintaining the base potential of the transistor Q 2 lower than the base potential of the transistor Q 1, the transistor Q 2 nonconductive, keep the conductive state of the transistor Q 1 stably. As described above, it is necessary to constantly supply the holding current to the cell, and the larger the holding current, the more the power consumption in the cell increases. Therefore, in the case of high integration, the loads Z H1 and Z H2 are increased and the holding current is decreased to prevent an increase in power consumption.
次にセルを選択し、記憶情報を読み出す時の動作すなわ
ちセルの選択状態の動作は次の様になる。Next, the operation of selecting a cell and reading the stored information, that is, the operation of the selected state of the cell is as follows.
読み出し用トランジスタQ3及びQ4のベースC1及び
C2には、参照電位が加えられる。そしてこの参照電圧
と、セルの内部電位が比較される。トランジスタQ1が
導通時、トランジスタQ2のコレクタ電位すなわちトラ
ンジスタQ1のベース電位(以下VC1と記す)は、参照
電位より高電位になる。このためビット線B1を流れる
読み出し電流は、トランジスタQ1より流れ、そのコレ
クタ電流により、負荷抵抗RL1に電位降下を生ずる。こ
の為トランジスタQ1のコレクタ電位すなわちトランジ
スタQ2のベース電位(以下VC0と記す)は、参照電位
より低くなり、ビット線B2の読み出し電流は、読み出
し用トランジスタQ4から流れる。この様にし、いずれ
のビット線の読み出し電流が、読み出し用トランジスタ
から流れるかを検出することにより記憶情報の読み出し
が行われる。そして一般に読み出し電流が大きい程、読
み出し速度は速くなり、アクセス時間の高速化が容易と
なる。従って高集積化し低消費電力でかつアクセス時間
の高速なRAMに適するセルは、保持電流は小さくて
も、確実に記憶情報を保持し、かつ大きな読み出し電流
で読み出し動作を可能とするセルである。このために、
負荷抵抗には、保持状態時と選択状態時でそのインピー
ダンスが切り換わる形式の負荷が必要であり、第1図で
は、保持状態時に有効な負荷をRH1とし、選択状態(読
み出し及び書き込み状態)時に有効な負荷をRL1として
示している。一般に負荷RH1は数十KΩから数百KΩの
抵抗を用い、負荷RL1には、ダイオード等の非線形素子
が用いられる。A reference potential is applied to the bases C 1 and C 2 of the read transistors Q 3 and Q 4 . Then, this reference voltage is compared with the internal potential of the cell. When the transistor Q 1 is conductive, the collector potential of the transistor Q 2 , that is, the base potential of the transistor Q 1 (hereinafter referred to as V C1 ) becomes higher than the reference potential. Therefore, the read current flowing through the bit line B 1 flows from the transistor Q 1 and the collector current thereof causes a potential drop in the load resistance R L1 . Therefore, the collector potential of the transistor Q 1 , that is, the base potential of the transistor Q 2 (hereinafter referred to as V C0 ) becomes lower than the reference potential, and the read current of the bit line B 2 flows from the read transistor Q 4 . In this way, the stored information is read by detecting which bit line the read current flows from the read transistor. In general, the larger the read current, the faster the read speed and the easier the access time. Therefore, a cell suitable for a RAM with high integration, low power consumption, and high access time is a cell that reliably holds stored information even if the holding current is small and that can perform a read operation with a large read current. For this,
The load resistance needs a load whose impedance can be switched between the holding state and the selected state. In Fig. 1, the effective load in the holding state is R H1 , and the selected state (read and write states). Sometimes the effective load is shown as R L1 . In general, the load R H1 uses a resistance of several tens KΩ to several hundreds KΩ, and the load R L1 uses a non-linear element such as a diode.
第2図は、セルをマトリクス状に配置したセルアレーを
示す。セルアレー中のセルCEL0の選択は、次の様に
して行なう。ワード選択駆動回路WD0のみを選択し、
セルCEL0が接続されているワード線W00を低電位か
ら高電位に駆動する。FIG. 2 shows a cell array in which cells are arranged in a matrix. The selection of the cell CEL0 in the cell array is performed as follows. Select only the word selection drive circuit WD0,
The word line W 00 to which the cell CEL0 is connected is driven from a low potential to a high potential.
更にディジット線駆動回路YD1を選択し、読み出し電
流がセルCEL0から流れる様にして読み出し動作を行
なう。この様にセルCEL0が選択状態にある時、他の
セルはそれぞれ次の状態をとる。セルCEL1はワード
線のみが選択状態にある状態(以下XS状態と記す)と
なり、セルCEL2は、ディジット線のみが選択状態に
ある状態(以下YS状態と記す)となり、セルCEL3
はともに非選択状態すなわち保持状態にある。Further, the digit line drive circuit YD1 is selected, and the read operation is performed so that the read current flows from the cell CEL0. In this way, when the cell CEL0 is in the selected state, the other cells take the following states, respectively. The cell CEL1 is in a state where only the word line is in the selected state (hereinafter referred to as XS state), the cell CEL2 is in the state in which only the digit line is in the selected state (hereinafter referred to as YS state), and the cell CEL3.
Are both in the non-selected state, that is, the held state.
そして次にセルCEL2を選択するために、ワード線駆
動回路WD1を選び、ワード線W10を高電位にした時、
セルCEL0は、選択状態からYS状態へと状態は移行
する。その後ディジット線駆動回路YD0を選んでセル
CEL3を選択状態にした時、セルCEL2は、選択状
態からXS状態へと状態が移行する。この用にセルの状
態は、各種の状態を移行するが、この間記憶情報を安定
に保持する必要がある。更にワード線W00及びW01の立
り下り時間を高速化するために、放電電流源ICH0を設
け、この電流をダイオードD0及びD1で選択されたワ
ード線にのみ切り換えて流している。このために、ワー
ド線が選択されているセルからは、保持電流IST1また
はIST2に加えて放電電流ICH0も流れることになる。Then, when the word line drive circuit WD1 is selected to select the cell CEL2 and the word line W 10 is set to a high potential,
The state of the cell CEL0 shifts from the selected state to the YS state. Thereafter, when the digit line drive circuit YD0 is selected to bring the cell CEL3 into the selected state, the state of the cell CEL2 shifts from the selected state to the XS state. For this purpose, the state of the cell shifts among various states, but it is necessary to stably hold the stored information during this period. Further, in order to speed up the fall time of the word lines W 00 and W 01 , a discharge current source I CH0 is provided, and this current is sent by switching only to the word line selected by the diodes D 0 and D 1 . . Therefore, the discharge current I CH0 flows in addition to the holding current I ST1 or I ST2 from the cell whose word line is selected.
この様に同一ワード線に接続されているセルは保持電流
及び放電電流を共有しているため、セルコレクタ電位V
C1に差があると、電流の偏流が起り、低いコレクタ電位
のセルからは電流が流れ難くなる。Since the cells connected to the same word line share the holding current and the discharge current in this way, the cell collector potential V
When there is a difference in C1 , current drift occurs, and it becomes difficult for current to flow from cells with a low collector potential.
第3図に、セルを構成するトランジスタのコレクタ電位
VC1及びVC0の電流依存性を示す。この図はワード線の
電位を基準に示しており、セルが保持状態時、例えばセ
ル1個当りの保持電流が5μAの時、VC0は−0.3Vと
なる。すなわち、フリップフロップの動作電圧(VC1−
VC0)は300mVとなる。次にXS状態のセルは、保
持電流に加えて上述の如く放電電流ICH0分が各セルに
加える故セルから流れる電流は100μA程度となる。
この時コレクタ電圧VC1及びVC0は各々−0.12V,−0.
46Vとなり、フリップフロップの動作電圧は340mV
となる。一方選択状態時のセルからは読み出し電流2m
Aが流れるため、コレクタ電圧VC1とVC0は、−0.39V
と−0.95Vとなり、この中間に参照電位を設定すること
により読み出しが行われる。この図では、負荷としてZ
H1を100KΩ、ZL1をショットキーバリアダイオード
(SBD)と250Ωの抵抗の直列接続したものを仮定
している。負荷ZL1がSBDのみの場合、コレクタ電位
VC0は破線の如くなるため、読み出し電流を200mA
以上にするとフリップフロップの動作電圧が200mV
と小さくなり、この中間に参照電位を設定しても読み出
し電流がセルと読み出しトランジスタの両方から流れる
ため安定な読み出し動作は出来なくなる。また、pn接
合ダイオードを用いて読み出し電流を大きくしようとす
ると、フリップフロップを構成しているトランジスタの
ベース、コレクタ接合が順方向にバイアスされ、トラン
ジスタが飽和してしまう。このため、読み出し電流を大
きく出来ない。一方、ショットキバリアダイオードを用
いた場合には、順方向電圧が約0.4Vであり、ベー
ス、コレクタ接合の飽和は生じず、大きな読み出し電流
を流すことができる。FIG. 3 shows the current dependence of the collector potentials V C1 and V C0 of the transistors forming the cell. This drawing shows the potential of the word line as a reference, and when the cell is in the holding state, for example, when the holding current per cell is 5 μA, V C0 becomes -0.3V. That is, the operating voltage of the flip-flop (V C1 −
V C0 ) becomes 300 mV. Next, in the cell in the XS state, the discharge current I CH0 is added to each cell in addition to the holding current, so that the current flowing from the cell is about 100 μA.
At this time, the collector voltages V C1 and V C0 are −0.12 V and −0.
46V, the operating voltage of the flip-flop is 340mV
Becomes On the other hand, the read current is 2m from the selected cell.
Since A flows, the collector voltages V C1 and V C0 are -0.39V.
And -0.95V, and the read is performed by setting the reference potential in the middle. In this figure, the load is Z
It is assumed that H1 is 100 KΩ, Z L1 is a series connection of a Schottky barrier diode (SBD) and a resistance of 250 Ω. When the load Z L1 is only SBD, the collector potential V C0 is as shown by the broken line, so the read current is 200 mA.
With the above, the operating voltage of the flip-flop is 200 mV
Even if a reference potential is set in the middle, the read current flows from both the cell and the read transistor, and stable read operation cannot be performed. Further, if an attempt is made to increase the read current by using a pn junction diode, the base and collector junctions of the transistor forming the flip-flop will be forward biased and the transistor will be saturated. Therefore, the read current cannot be increased. On the other hand, when the Schottky barrier diode is used, the forward voltage is about 0.4 V, saturation of the base and collector junction does not occur, and a large read current can flow.
以上述べた特性を有するセルを用いて、高速でかつ高集
積RAMを低消費電力で実現しようとすると、保持電流
を小さく、読み出し電流を大きくする、すなわち、負荷
RH1及びRH2の抵抗値を大きくし、負荷RL1及びRL2の
抵抗値を大きくし、負荷RL1及びRL2の等価抵抗を小さ
くする必要がある。すなわち選択状態と保持状態とで負
荷のインピーダンスを大きく切り換える必要がある。こ
の様にインピーダンス切り換えを大きくした時先に述べ
たセルの状態移行時にセルの動作余裕度が減少する問題
がある。In order to realize a high-speed and high-integrated RAM with low power consumption by using the cell having the above-described characteristics, the holding current is reduced and the read current is increased, that is, the resistance values of the loads R H1 and R H2 are increased. increased, by increasing the resistance value of the load R L1 and R L2, it is necessary to reduce the equivalent resistance of the load R L1 and R L2. That is, it is necessary to largely switch the load impedance between the selected state and the held state. When the impedance switching is increased in this way, there is a problem that the operation margin of the cell is reduced at the time of the cell state transition described above.
第4図にセルが、選択状態からYS状態に移行する時の
動作余裕度を示した。時間P0点でワード線電位が、選
択状態の高電位から、非選択電位である低電位へと立ち
下る時のセルのコレクタ電位を示している。XS状態か
ら保持状態に移行するセルのコレクタ電位をVC1(XS-N
S)。FIG. 4 shows the operational margin when the cell shifts from the selected state to the YS state. At time P 0 point, the word line potential indicates the collector potential of the cell when it falls from the selected high potential to the non-selected low potential. The collector potential of the cell that shifts from the XS state to the holding state is V C1 (XS-N
S).
VC0(XS-NS)で示し、選択状態からYS状態に移行する
セルのコレクタ電位をVC1(S-YS),VC0(S-YS)として示
す。この時後者のセルのフリップフロップ動作電圧(V
C1とVC0の電位差)が他のセルに比べ狭まくなる、すな
わち動作余裕度が減少している。It is indicated by V C0 (XS-NS), and the collector potentials of the cells transitioning from the selected state to the YS state are indicated by V C1 (S-YS) and V C0 (S-YS). At this time, the flip-flop operating voltage (V
The potential difference between C1 and V C0 ) becomes narrower than other cells, that is, the operating margin is reduced.
第5図には、ディジット線の選択状態が時間P1で切り
換った時の、XS状態のセルのコレクタ電位VC1(XS),
VC0(XS)と選択状態からXS状態に移行するセルのコレ
クタ電位VC1(S-XS),VC0(S-XS)とを示している。この
時も後者のセルの動作余裕度が減少している。FIG. 5 shows the collector potential V C1 (XS) of the cell in the XS state when the selected state of the digit line is switched at time P 1 .
V C0 (XS) and collector potentials V C1 (S-XS) and V C0 (S-XS) of the cells that shift from the selected state to the XS state are shown. At this time as well, the operating margin of the latter cell is reduced.
この原因は、選択状態にあったセルのコレクタ電位が、
読み出し電流がセルから流れなくなった後、直ちに同じ
ワード線に接続されたセルのコレクタ電位と同一電位に
ならないためである。例えば第5図の時間P1より以前
には、読み出し電流が流れているが、時間P1で読み出
し電流がセルから流れなくなった後も、このセルのコレ
クタ電位VC1(S-XS)は、同じワード線上のセルのコレク
タ電位VC1(XS)と同一電位まで回復せず、低い電位に留
まる。このため、保持電流及び放電電流は、コレクタ電
位の高いセルから流れる(保持電流の偏流)。このた
め、選択状態からXS状態に移行するセルからは、保持
電流が流れなくなり、コレクタ電位VC0(S-XS)に近づ
く。この結果セルのフリップフロップの動作電圧は狭く
なり、結果セルの動作余裕度が減少する。This is because the collector potential of the selected cell is
This is because immediately after the read current stops flowing from the cell, the potential does not become the same as the collector potential of the cells connected to the same word line. For example, the read current flows before time P 1 in FIG. 5, but even after the read current stops flowing from the cell at time P 1 , the collector potential V C1 (S-XS) of this cell is It does not recover to the same potential as the collector potential V C1 (XS) of the cells on the same word line, and remains at a low potential. Therefore, the holding current and the discharging current flow from the cell having the high collector potential (the holding current is unbalanced). Therefore, the holding current stops flowing from the cell that shifts from the selected state to the XS state, and approaches the collector potential V C0 (S-XS). As a result, the operating voltage of the flip-flop of the cell becomes narrow, and the operating margin of the resulting cell decreases.
この現象は、選択状態と保持状態とで切り換える負荷抵
抗のインピーダンスの変化量が大きい程顕著になる。This phenomenon becomes more remarkable as the amount of change in the impedance of the load resistance that switches between the selected state and the held state increases.
すなわち、読み出し電流とセル当りの保持電流の比が大
きい程顕著にある。That is, the larger the ratio of the read current to the holding current per cell, the more remarkable.
更に負荷を抵抗RL1及びRL2のショットキーバリアダイ
オード(SBD)と抵抗の直列負荷で形成した時、SB
Dの容量CSBDが大きい程顕著になる。CSBDの値はこの
他ワード電位の立ち上り時のセルの動作余裕度とα粒子
等によるソフトエラー率とも関係する。第6図にCSBD
とセル動作余裕度の関係を示す。ワード線電位の立ち上
り時のセルの動作余裕度すなわち、フリップフロップ動
作電圧は、特性曲線CH1の如くCSBDが大きい程大き
くなり、セルは安定になる。Further, when a load is formed by a series load of a Schottky barrier diode (SBD) of resistors R L1 and R L2 and a resistor, SB
The larger the capacity C SBD of D becomes, the more remarkable it becomes. The value of C SBD is also related to the operating margin of the cell at the rise of the word potential and the soft error rate due to α particles and the like. Fig. 6 shows C SBD
And the cell operation margin. The operating margin of the cell at the rise of the word line potential, that is, the flip-flop operating voltage increases as C SBD increases as shown by the characteristic curve CH1, and the cell becomes stable.
一方前記2ケースの保持電流の偏流に因る動作余裕度の
減少は、特性曲線CH2に示す如く、CSBDが大きい程
顕著になる。On the other hand, the decrease in the operating margin due to the deviation of the holding current in the above two cases becomes more remarkable as C SBD increases, as indicated by the characteristic curve CH2.
更にα粒子によるソフトエラーを防止するためには、C
SBDを大きくする必要がある。Furthermore, in order to prevent soft error due to α particles, C
SBD needs to be increased.
(電子通信学会論文誌 昭55−76〔C9〕参照) このため、特性CH2に示す特性は好ましくなく、高速
でかつ高集積RAM実現上の問題となっている。(See IEICE Transactions Sho 55-76 [C9]) For this reason, the characteristic CH2 is not desirable, which is a problem in realizing high speed and highly integrated RAM.
本発明の目的は、負荷抵抗のインピーダンス変化の大き
い、すなわち読み出し電流が大きくかつ保持電流の小さ
な、低消費電力でアクエス時間の高速なバイポーラRA
M用で、その動作が安定記憶セルを提供することにあ
る。An object of the present invention is to provide a bipolar RA having a large change in impedance of a load resistance, that is, a large read current and a small holding current, a low power consumption, and a high access time.
For M, its operation is to provide a stable memory cell.
α粒子によるソフトエラー対策上もCSBDが大きい必要
がある。従ってCSBDが大きくても前述の保持電流の偏
流によるセルの動作余裕度の減少を、軽減化する必要が
ある。この偏流は、第5図で説明した如く、同一ワード
線に接続されているセル間で、コレクタ電位VC1に差が
ある事が原因である。この差を小さくする方法として、
1つは、セルの状態移行時のVC1の時定数を、差が小さ
くなる様にする方法である。第5図で言えば、時間P1
でのコレクタ電位VC1(S-XS)が、より速く、同じワード
線に接続されているセルのコレクタ電位VC1(XS)と同一
電位になる様にすれば良い。すなわち、セルトランジス
タのコレクタの時定数を小さくする事になり、負荷RH1
及びRH2を小さくするか、CSBDを小さくすることにな
る。負荷RH1及びRH2を小さくすることは、保持電流の
増大を招き、高集積化上問題となる。更にCSBDを小さ
くすることは、α粒子によるソフトエラー対策上好まし
くない。It is necessary that C SBD is large in order to prevent soft errors caused by α particles. Therefore, even if C SBD is large, it is necessary to alleviate the decrease in the operating margin of the cell due to the above-mentioned drift of the holding current. This drift is caused by the difference in collector potential V C1 between cells connected to the same word line, as described in FIG. As a method to reduce this difference,
One is a method of reducing the difference in the time constant of V C1 at the time of cell state transition. Speaking of FIG. 5, time P 1
The collector potential V C1 (S-XS) at the same time may be made faster and the same as the collector potential V C1 (XS) of the cells connected to the same word line. That is, the time constant of the collector of the cell transistor is reduced, and the load R H1
And R H2 should be reduced or C SBD should be reduced. Reducing the loads R H1 and R H2 leads to an increase in holding current, which is a problem for high integration. Further reduction of C SBD is not preferable in terms of soft error countermeasures due to α particles.
もう1つの方法は、選択状態にあるセルのコレクタ電位
VC1(S)と、XS状態にあるセルのコレクタ電位VC1
(XS)との差(ΔVC1)を小さくする方法である。こ
れは、第4図の時間P0及び第5図の時間P1以前のΔ
VC1を小さくする事により、状態移行後のコレクタ電位
の差ΔVC1の低減化を狙ったものである。このコレクタ
電位の差ΔC1を第3図で言えば、XS状態のコレクタ電
位VC1(XS)と選択状態のコレクタ電位VC1(S)の
差ΔVC1を小さくする方法である。このためにはコレク
タ電位VC1(XS)を下げ、コレクタ電位VC1(S)に
近づけるか、逆にコレクタ電位VC1(S)を上げ、コレ
クタ電位VC1(XS)に近づける事によってコレクタ電
位差ΔC1を小さくすることが可能である。Another method is a collector potential V C1 of the cell in the selected state (S), the collector potential V C1 of the cell in the XS state
This is a method of reducing the difference (ΔV C1 ) from (XS). This is Δ before time P 0 in FIG. 4 and time P 1 in FIG.
By reducing V C1 , the difference ΔV C1 in collector potential after the state transition is reduced. Speaking difference delta C1 of the collector potential in FIG. 3, a method for reducing the collector potential V C1 (XS) and the difference [Delta] V C1 of the collector potential V C1 of the selected state (S) of the XS state. For this purpose, the collector potential V C1 (XS) is lowered to bring it closer to the collector potential V C1 (S), or conversely, the collector potential V C1 (S) is raised to bring it closer to the collector potential V C1 (XS). It is possible to reduce Δ C1 .
セルのエミッタE11のトランジスタの電流増幅率をH
FE-Rとし、エミッタE21のトランジスタのそれをHFE-H
とし、XS状態にセルから流れる電流をIXS、読み出し
電流をIRとすると、XS状態のセルのコレクタ電圧V
C1(XS)及び選択状態のコレクタ電位VVC1(S)は
それぞれ次式で与えられる。Set the current amplification factor of the transistor of the cell emitter E 11 to H
FE-R, and that of the transistor of the emitter E 21 is H FE-H
Where I XS is the current flowing from the cell in the XS state and I R is the read current, the collector voltage V of the cell in the XS state is
C1 (XS) and the collector potential VV C1 (S) in the selected state are respectively given by the following equations.
ここにK1=RL1・IR,K2=RHL・IX2とする。 Here, K 1 = R L1 · I R and K 2 = R HL · I X2 .
式4)から、コレクタ電位差ΔVC1を小さくするために
は、HFE-Rを大きくし、HFE-Hを小さくすれば良い。From Expression 4), in order to reduce the collector potential difference ΔV C1 , it is sufficient to increase H FE-R and decrease H FE-H .
この方法にて、セルの動作余裕度を示すフリップフロッ
プの動作電圧のCSBD依存性を求めた結果を第6図に特
性曲線CH3として示す。この様にHFEに差をつけるこ
とにより選択状態のセルのコレクタ電位VC1(S)と、
XS状態のセルのコレクタ電位VC1(XS)の差ΔVC1
が小さくなるため、CSBDが大きい領域、すなわち特性
曲線CH1に示すワード線電位の立ち上り時の動作電圧
が充分大きく、かつα粒子等によるソフトエラー対策上
からも必要なCSBDの大きい領域で、保持電流の偏流に
よる動作電圧の減少を防止できる。The characteristic curve CH3 is shown in FIG. 6 as a result of obtaining the C SBD dependency of the operating voltage of the flip-flop which indicates the operating margin of the cell by this method. By making a difference between H FE and the collector potential V C1 (S) of the selected cell,
Difference in collector potential V C1 (XS) of cells in XS state ΔV C1
Since smaller, C SBD large area, that the operating voltage is sufficiently large at the time of rise of the word line potential shown in characteristic curve CH1, and a large area of the required C SBD from the soft errors by α particles or the like, It is possible to prevent the operating voltage from decreasing due to the uneven distribution of the holding current.
以下、本発明の一実施例を第7図及び第8図により説明
する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 7 and 8.
第7図はセルの回路図であり、負荷RH1及びRH2を抵抗
RHで、負荷RL1及びRL2をSBDと抵抗RLで構成し
た例を示す。トランジスタQ11及びQ21のコレクタC及
びベースBは共通であり、エミッタ11はディジット線
B1に、エミッタ21は保持電流供給線Aに接続されて
いる。FIG. 7 is a circuit diagram of a cell and shows an example in which the loads R H1 and R H2 are constituted by a resistor R H , and the loads R L1 and R L2 are constituted by an SBD and a resistor R L. The collectors C and bases B of the transistors Q 11 and Q 21 are common, the emitter 11 is connected to the digit line B 1, and the emitter 21 is connected to the holding current supply line A.
第8図のセル断面図を示す。P−半導体基板1上に、N
+コレクタ領域4を形成し、エピタキシャル層5を形成
する。この領域にイオン打込み技術を用いて、P型ベー
ス領域6を形成、更にトランジスタ21を形成する領域
のみ、更にイオン打込みし、P型ベース領域7を形成す
る。このベース領域6及び7内にN+エミッタ領域8及
び9をイオン打込み乃至拡散によって形成する。エミッ
タは同一条件で形成されるため、2度イオン打込みされ
たP型領域7に形成されたトランジスタ21のベース幅
はトランジスタ11のベース幅より厚くなるため、HFE
は小さくなる。コレクタの外部への取り出しは、N+コ
レクタ引き上げ領域10を使用してなされる。更に抵抗
RHは、P型抵抗領域を、抵抗RLは、N+コレクタ領
域4内に形成される。更にSBDは、エピタキシャル領
域11に形成される。素子間の分離は、V溝分離領域2
及び3によりなされる。FIG. 9 shows a sectional view of the cell in FIG. P -on the semiconductor substrate 1, N
A + collector region 4 is formed and an epitaxial layer 5 is formed. The P-type base region 6 is formed in this region by using the ion implantation technique, and only the region where the transistor 21 is formed is further ion-implanted to form the P-type base region 7. N + emitter regions 8 and 9 are formed in the base regions 6 and 7 by ion implantation or diffusion. Since the emitter is formed under the same conditions, the base width of the transistor 21 formed in the P-type region 7 that has been twice ion-implanted is thicker than the base width of the transistor 11, so that H FE
Becomes smaller. Removal of the collector to the outside is done using the N + collector pull-up region 10. Further, the resistance R H is formed in the P-type resistance region, and the resistance R L is formed in the N + collector region 4. Further, the SBD is formed in the epitaxial region 11. V-groove isolation region 2 is used for isolation between elements.
And 3
以上はトランジスタQ21のHFEをトランジスタQ11のH
FEより小さくするために、トランジスタQ21のベース領
域形成を2度のイオン打込みすることで形成する製法に
ついて述べた。HFEに差をつける製法としては、この他
に、トランジスタQ11のP型ベース領域6とトランジス
タQ21のP型ベース領域7とをまったく独立にイオン打
込み乃至拡散で異なる条件で形成する方法、更にトラン
ジスタQ11のN+エミッタ領域8とトランジスタQ21の
N+エミッタ領域9を独立にイオン打込み乃至拡散の異
なる条件で形成し、トランジスタQ11とトランジスタQ
21のHFEに差をつけることが可能である。The above is the H FE of the transistor Q 21 and the H FE of the transistor Q 11 .
The manufacturing method of forming the base region of the transistor Q 21 by ion implantation twice in order to make it smaller than FE has been described. In addition to this, as a manufacturing method for making a difference in H FE , a method of completely independently forming the P-type base region 6 of the transistor Q 11 and the P-type base region 7 of the transistor Q 21 under different conditions by ion implantation or diffusion, further formed with N + emitter region 8 and the transistor Q 21 of the N + emitter region 9 the different conditions of the ion implantation or diffusion independently of the transistor Q 11, the transistor Q 11 and the transistor Q
It is possible to make a difference in HFE of 21 .
また前記2度イオン打込みする事でHFEに差をつけてい
るが、P型領域6とP型領域7ではその導電率が異なる
ため、これをセル以外の周辺回路に用いる抵抗を形成す
るP型抵抗領域として使用できる。この様に異なる導電
率を有するP型領域を抵抗の形成に使用できるため、抵
抗形成に浮遊容量及び加工精度等に起因した寸法比(幅
と長さの比)を最も適切に選択することが可能となる。Further, although the H FE is made different by implanting the ions twice, the conductivity is different between the P-type region 6 and the P-type region 7, so that P forms a resistor used for peripheral circuits other than the cell. It can be used as a mold resistance region. Since the P-type regions having different conductivity can be used for the formation of the resistance as described above, it is possible to most appropriately select the dimensional ratio (the ratio of the width to the length) due to the floating capacitance and the processing accuracy in forming the resistance. It will be possible.
以上実施例の一例として、第7図に示す負荷を有するメ
モリセルについて説明したが、負荷RH1及びRH2として
抵抗RHを、負荷RL1及びRL2として第9図に示す負荷
をもつセルについても本発明の効果は、期待できる。こ
の負荷は保持状態と選択状態とで負荷のインピーダンス
が切り換わることに特徴がある。なお、第9図に示した
CCは、α線粒子等に因るソフトエラーの防止を目的と
する。Although the memory cell having the load shown in FIG. 7 has been described as an example of the embodiment, the cell having the resistance R H as the loads R H1 and R H2 and the load shown in FIG. 9 as the loads R L1 and R L2 . Also, the effect of the present invention can be expected. This load is characterized in that the impedance of the load switches between the holding state and the selected state. Incidentally, C C shown in FIG. 9 is intended to prevent soft errors due to α rays particles.
第7図に於いてトランジスタQ21のHFEを小さくする事
により、選択状態から他の状態に移行する時のセルの動
作を安定化することができる事を示した。しかしXS状
態にのみ着目してみれば、HFEが低い程そのコレクタ電
位VC1(XS)は低下する。このためXS状態のコレク
タ電位VC0(XS)との差すなわち、フリップフロップ
の動作電圧は小さくなる。これを防止したのが第10図
に示すセルである。この場合、SBD及び抵抗RLに直
列にRL1を設け、XS状態でセルから流れる保持電流及
び放電電流でもRL1で電位降下が起る様にしている。例
えばRL1を1KΩとすれば、第3図のXS状態でのコレ
クタ電位VC0は100mV程度低下し、HFEを小さくし
たために起るコレクタ電位VC1の低下を補償することが
可能である。It has been shown in FIG. 7 that the operation of the cell at the time of shifting from the selected state to another state can be stabilized by reducing the H FE of the transistor Q 21 . However, if attention is paid only to the XS state, the collector potential V C1 (XS) decreases as H FE decreases. Therefore, the difference from the collector potential V C0 (XS) in the XS state, that is, the operating voltage of the flip-flop becomes small. This is prevented by the cell shown in FIG. In this case, R L1 is provided in series with the SBD and the resistor R L so that the potential drop occurs at R L1 even with the holding current and discharge current flowing from the cell in the XS state. For example, if R L1 is set to 1 KΩ, the collector potential V C0 in the XS state shown in FIG. 3 decreases by about 100 mV, and it is possible to compensate for the decrease in the collector potential V C1 caused by decreasing H FE .
このセルでHFEに差をつけた状態でフリップフロップ動
作電圧のCSBD依存性を第6図の特性曲線CH4に示
す。この様に、第10図に示したセルを用いる事によ
り、CSBDが大きい領域に於いてHFEに差をつける事に
よるセルの動作余裕度改善をより効果的にすることが可
能である。The characteristic curve CH4 of FIG. 6 shows the C SBD dependency of the flip-flop operating voltage in the state where H FE is made different in this cell. As described above, by using the cell shown in FIG. 10, it is possible to more effectively improve the operational margin of the cell by making a difference in H FE in the region where CS BD is large.
以上述べた如く、本発明によれば、高速でかつ高集積化
に適したRAM用のセルの動作余裕度を拡大することが
できるので、動作の安定な高速・高集積RAMを低消費
電力で実現できる。As described above, according to the present invention, it is possible to increase the operational margin of a cell for RAM that is suitable for high speed and high integration. Therefore, a high-speed, highly-integrated RAM with stable operation and low power consumption can be obtained. realizable.
第1図は、記憶セルの回路図、第2図は、セルアレー構
成図、第3図は、記憶セルの電流−電圧特性図、第4図
〜第5図は、状態移行時の記憶セルのコレクタ電位変化
を示す図、第6図は、フリップフロップ動作電圧のSB
D容量依存性を示す図、第7図は、記憶セル回路図、第
8図は、本発明を具体的に説明するための断面図、第9
図は、記憶セルの負荷回路図、第10図は、記憶セル回
路図である。 E11及びE21…セルトランジスタのエミッタ、W1…ワ
ード線、B1及びB2…ディジット線、6…高いHFEを
形成する為のトランジスタのP型ベース領域、7…低い
HFEを形成する為のP型ベース領域、8及び9…N+エ
ミッタ領域。FIG. 1 is a circuit diagram of a memory cell, FIG. 2 is a cell array configuration diagram, FIG. 3 is a current-voltage characteristic diagram of the memory cell, and FIGS. 4 to 5 are memory cell at the time of state transition. FIG. 6 shows a change in collector potential, and FIG. 6 shows SB of the flip-flop operating voltage.
FIG. 7 is a diagram showing memory cell dependency, FIG. 7 is a memory cell circuit diagram, FIG. 8 is a sectional view for specifically explaining the present invention, and FIG.
FIG. 10 is a load circuit diagram of the memory cell, and FIG. 10 is a memory cell circuit diagram. E 11 and E 21 ... Emitter of cell transistor, W 1 ... Word line, B 1 and B 2 ... Digit line, 6 ... P-type base region of transistor for forming high H FE , 7 ... Forming low H FE P-type base regions, 8 and 9 ... N + emitter regions for
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金谷 一男 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭55−156363(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuo Kanaya 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo (Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.) (56) Reference JP-A-55-156363 (JP, A)
Claims (4)
持電流が流れる第2のエミッタとを有するマルチエミッ
タトランジスタを交差結合したフリップフロップからな
るバイポーラ形記憶セルを具備し、 該記憶セルの選択状態時と保持状態時及びワード線のみ
が選択状態にある時とで、該トランジスタのコレクタに
接続された負荷インピーダンスの値が異なるごとくに形
成された記憶セルを具備する半導体記憶装置において、 該負荷インピーダンスは、第1の抵抗素子と、該第1の
抵抗素子と直列に接続されたショットキーバリアダイオ
ードと、該第1の抵抗素子とショットキバリアダイオー
ドとに並列に接続され、該第1の抵抗素子よりも抵抗値
が大きい第2の抵抗素子とによって構成され、 該第1のエミッタを有するトランジスタの第1の電流増
幅率より、該第2のエミッタを有するトランジスタの第
2の電流増幅率を小さくしたことを特徴とする半導体記
憶装置。1. A bipolar memory cell comprising a flip-flop cross-coupled with a multi-emitter transistor having a first emitter through which a read current flows and a second emitter through which a holding current flows, and a selected state of the memory cell. In a semiconductor memory device including a memory cell formed such that the value of the load impedance connected to the collector of the transistor is different between the time of holding, the state of holding, and the time when only the word line is in the selected state, Is a first resistance element, a Schottky barrier diode connected in series with the first resistance element, and a parallel connection with the first resistance element and the Schottky barrier diode, and the first resistance element A second resistance element having a resistance value larger than that of the first resistance element of the transistor having the first emitter. Than the current amplification factor of the semiconductor memory device being characterized in that to reduce the second current amplification factor of the transistor having the emitter of the second.
続された容量を有することを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の半導体記憶装置。2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the load impedance further has a capacitance connected in parallel.
領域の、上記第1のエミッタを有する上記ベース領域の
部分の厚さが、上記第2のエミッタを有する上記ベース
領域の部分の厚さよりも薄く形成されてなることを特徴
とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載の半導体装
置。3. The base region of the multi-emitter transistor is formed so that a thickness of a portion of the base region having the first emitter is smaller than a thickness of a portion of the base region having the second emitter. The semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that:
領域の、 上記第1のエミッタを有する上記ベース領域の部分と同
時に形成される第1のP型領域と、 上記第2のエミッタを有する上記ベース領域の部分と同
時に形成される第2のP型領域とによって、 記憶セル以外の回路で使用する、導電率の異なるP型抵
抗領域が形成されてなることを特徴とする特許請求の範
囲第1項乃至第3項の何れかに記載の半導体記憶装置。4. A first P-type region formed simultaneously with a portion of the base region having the first emitter of the base region of the multi-emitter transistor, and a base region having the second emitter. The second P-type region formed at the same time as the portion forms a P-type resistance region having a different conductivity, which is used in a circuit other than a memory cell. 4. The semiconductor memory device according to any one of items 3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58204832A JPH061819B2 (en) | 1983-11-02 | 1983-11-02 | Semiconductor memory device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58204832A JPH061819B2 (en) | 1983-11-02 | 1983-11-02 | Semiconductor memory device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6098661A JPS6098661A (en) | 1985-06-01 |
| JPH061819B2 true JPH061819B2 (en) | 1994-01-05 |
Family
ID=16497119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58204832A Expired - Lifetime JPH061819B2 (en) | 1983-11-02 | 1983-11-02 | Semiconductor memory device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH061819B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62184694A (en) * | 1986-02-07 | 1987-08-13 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor memory device |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55156363A (en) * | 1979-05-25 | 1980-12-05 | Hitachi Ltd | Semiconductor memory device |
-
1983
- 1983-11-02 JP JP58204832A patent/JPH061819B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6098661A (en) | 1985-06-01 |
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