JPH05198182A - 信号事象アップセットが強化されたメモリセル - Google Patents
信号事象アップセットが強化されたメモリセルInfo
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Abstract
り、アップセットに強いメモリセルを提供する。 【構成】 双安定論理装置(110)は、第1及び第2
のインバータ(112)及び(114)を備えている。
第1の抵抗性接続部(140)は、第1のインバータ
(112)の入力端(134)及び第2のインバータ
(114)の出力端(B_)の間に設けられ、第2の抵
抗性接続部(142)は、第2のインバータ(114)
の入力端(138)及び第1のインバータ(112)の
出力端(B)の間に設けられている。第1及び第2の抵
抗性接続部はまた、容量性で以って結合されている。
Description
に係り、特に、信号事象アップセットが強化されたメモ
リセルに関する。
在する或る一定の環境下にあるスタティック・メモリセ
ルでは、特にソフトエラーまたは信号事象アップセット
(SEU;signal event up set)
が起こり易い。ソフトエラーや信号事象アップセット
は、一般に、単一のエネルギッシュな粒子がメモリ等の
集積回路を貫通するときにその径路に沿って生じる電子
−正孔対によって引き起こされる。このイオントラック
から集められた電荷によって、被衝撃ノードの電圧が変
動する。この被衝撃ノードがメモリセル中にあり、変化
した論理状態が、このメモリセルに新しい論理状態をラ
ッチするのに要する時間に比して長く持続すれば(即
ち、回復時間がラッチ時間に比して長ければ)、このメ
モリセルはアップセットされる。この条件は、一般に、
クリティカル電荷量によって表わされる。メモリセルの
クリティカル容積を通した活性的粒子のイオン化した貫
通跡から集められた電荷量が、クリティカル電荷量を上
回っていれば、論理状態はアップセットされる。クリテ
ィカル電荷量は、メモリセルの論理状態を変えるのに必
要な最小電荷量として定義される。
子は宇宙線であってよいし、例えば標準集積回路パッケ
ージから放出され得るα粒子等のα粒子(ヘリウム核
子)であってよい。
法は、所定の事象によって生成された電荷量を低減する
ことによって行われる。これは、例えば、バルク材の収
集深さに比して薄いシリコン膜を使用することによって
達成される。例えば、SOI(silicon on
insulator)素子等の、絶縁物上に形成された
メモリセルは、シリコン等のバルク半導体上に形成され
たものに比して、SEUの影響を受け難い。このこと
は、絶縁物中の径路に沿ったイオン化電荷は、半導体中
に生成されたイオン化電荷に比して、収集されるよりも
再結合し易いということによる。
受性を低減する別の方法は、メモリセルのクリティカル
電荷量を増大することである。クリティカル電荷量の増
大に基づいてSEUレートを改善する一手法は、インバ
ータのドレイン上の静電容量を増大させることによっ
て、所定量の収集電荷に対するノード上の電圧変動を低
減させることである。SEUに対してクリティカル電荷
量を増大させる際のこの静電容量の有効性は、同一のイ
ンバータのドレインからゲートにかけて容量を持たせ
て、ミラー効果(Miller effect)の有益
性を得ることによって増大する。しかしながら、十分大
きな容量に要求される相応の面積は、高レベルの耐SE
U性にとって、この有効性を半減させてしまう。
に対する、SEU生成に要求されるクリティカル電荷量
に基づく別の強化手法は、ラッチのフィードバック時間
を増大し、回復電流のための幾分なりとも長い時間を保
証して、アップセット状態がラッチされる以前にメモリ
の最初の状態を回復できるようにすることによって達成
される。この手法は、メモリセルを備えた2つの相互結
合式インバータの相互結合用ラインに抵抗器を含ませる
ことによって達成される。しかしながら、伝播遅延時間
RCを増大させるこの手法はまた、セルの書込みサイク
ル時間を相当長びかせるものである。しかも、このフィ
ードバック手法に必要なレベルに、抵抗器の値を制御す
ることは困難である。このため、SEU強化のためのこ
の抵抗器を用いる手法は、望ましいものではない。
る、メモリのSEU応答の改善は、静電容量を増大させ
ることによって達成されるが、この場合も、書込み速度
は悪影響を受けてしまう。その上、一般に、付加したコ
ンデンサは、抵抗器の抵抗率を上げる場合に比して、大
きな面積を占有してしまう。
法は、相互結合式インバータに一対のトランジスタを接
続してこれを含めることである。しかしながら、この方
法は最適の方法ではない。なぜならば、この方法は、目
下のところ所望されるよりも大きな面積を必要とするか
らである。
が、現在のところ望まれている。
プセット強化式メモリセルの形成方法及び装置を提供す
る本発明によって、明白になると共に、以下において部
分的に明瞭になり、かつ達成されよう。
ンバータから構成される。第1の抵抗性結合は、第1の
インバータの入力端及び第2のインバータの出力端の間
で行われ、第2の抵抗性結合は、第2のインバータの入
力端及び第1のインバータの出力端の間で行われる。ま
た、付加容量は、抵抗器の何れか一端にてゲートからド
レインにかけて加えられ、及び/又は抵抗器に沿って分
布している。回路は、絶縁物上シリコン(SOI)素子
に作り込むことができる。幾つかの変更及び修正もまた
開示される。
らすときに、抵抗が容量を一層有効にするということで
ある。抵抗が、対向するインバータのドレインからゲー
トをある程度絶縁分離することによって、同インバータ
のドレイン上の電圧変化に比して、容量性結合に基づく
ゲート上の電圧変化がより大きくなる。この負フィード
バックは、回復電流を動的に増大させる。アップセット
を起こし得るには、イオンの痕跡による限定された量の
電荷しか存在しないため、増大した回復電流は、耐SE
U性を増大させる上で極めて有効である。逆に、アクセ
ストランジスタを流れる電流によってセルに書込みが行
われるとき、本来的に、非限定電荷が存在し、動的に増
大した回復電流は、書込み時間にあまり影響を及ぼすこ
とはない。こうして、書込み速度への影響を最小に保ち
つつ、アップセットに対する妨害感受性は低下する。ア
ップセットを防止する上での、この抵抗と容量の組合せ
の有効性は、負フィードバックの向上を実現させること
なしに期待される場合に比して、一層大きい。このこと
は、所定レベルの耐アップセット性に対し、または所定
面積の容量についてのより高い耐アップセット性に対し
て、より高速の書込みを見越している。
いることから、セルアレイの密度を増大することができ
る。密度の向上は、より多くのメモリセルをチップに含
め得ることから、大きな利点である。
下に詳述する。しかしながら、本発明は、種々様々な文
脈内において実施することができる、多くの応用性に富
んだ発明力のある概念を提供するものであることを正し
く評価すべきである。また、記載した実施例は、単に本
発明を製造し使用する特定の手法の実例に過ぎず、これ
によって、本発明の範囲が限定されるものではない。
いて説明する。先ず、通常のスタティック・メモリセル
について、幾つかのSEU強化技術と共に説明する。次
に、第1の実施例を説明してから、変形例を説明する。
ック・ランダム・アクセス・メモリ(SRAM;sta
tic random access memory)
セル10が示されている。このSRAMセル10は、イ
ンバータ14と相互結合したインバータ12を備えてい
る。図示のセルにおいて、インバータ12は、PMOS
(p−channel metal oxide se
miconductor)トランジスタ16と、NMO
S(n−channel metal oxide s
emiconductor)トランジスタ20とを備え
ている。PMOSトランジスタ16のソース17は、典
型的には例えば5Vの第1の電圧レベルVDDに接続され
ている。PMOSトランジスタ16のドレイン19は、
NMOSトランジスタ20のドレイン21と出力ノード
Bで接続されている。また、PMOSトランジスタ16
のゲート18は、NMOSトランジスタ20のゲート2
2と入力ノード34で接続されている。NMOSトラン
ジスタ20のソース22は、典型的には例えば接地電位
の第2の電圧レベルVSSに接続されている。同様に、イ
ンバータ14は、PMOSトランジスタ24とNMOS
トランジスタ28を備えている。PMOSトランジスタ
24のソース25はまた、第1の電圧レベルVDDに接続
されている。PMOSトランジスタ24のドレインは、
NMOSトランジスタ28と第2のインバータ出力ノー
ドB_で接続されている。また、PMOSトランジスタ
24のゲート26は、NMOSトランジスタ28のゲー
ト30と第2のインバータ入力ノード38で接続されて
いる。NMOSトランジスタ28のソース31は、第2
の電圧レベルVSSに接続されている。
SSの何れか一方の電圧レベルを有するため、双安定論理
装置として動作する。第2のインバータ出力ノードB_
は、出力Bとは反対の電圧レベルを有する。定常状態の
動作の例として、ノードBがハイ(即ち、電圧レベルV
DD)であれば、NMOSトランジスタ28は導通状態と
なり、PMOSトランジスタ24は被導通状態となる。
次いで、ノードB_の電圧はロー(即ち、電圧レベルV
SS)となる。B_は第2のインバータ入力34と結合し
ているため、トランジスタ16は導通状態となり、トラ
ンジスタ20は非導通状態となって、Bをハイレベルに
維持する。説明を簡単にするために、ここでは述べない
が、周知のアドレス指定技術を用いて、このメモリセル
に対して、書込みまたは読出しを行うことができる。
フトエラーの発生確率を低減するために、第1のインバ
ータ出力Bと第2のインバータ入力38の接続部に、抵
抗器37を備えることができる。同様に、第2のインバ
ータ出力B_と第1のインバータ入力34の間に、第2
の抵抗器35を備えることができる。一般的に、この手
法の抵抗値によって、セルに対する最小の書込み時間が
相当低減される。
2間の静電容量を増大させて、SEUの発生確率を低減
する。この場合、セル面積は、一般に、相当増大する。
ティック・メモリセルを図2に示す。このセル110
は、相互結合式インバータ112及び114を備えてい
る。インバータ112は、図1について説明したように
接続されたPMOSトランジスタ116及びNMOSト
ランジスタ120を備えている。同様に、インバータ1
14は、PMOSトランジスタ124及びNMOSトラ
ンジスタ120を備えている。
接続部は、抵抗器140で示すように、抵抗性である。
また、抵抗性接続部142は、出力ノードB及び入力ノ
ード138の間に設けられている。さらに、ノード13
4及び出力ノードB間の容量性結合部144、並びに入
力ノード138及び出力ノードB_間の容量性結合部1
46も、図2に示されている。
は、5〜50kΩ程度の間にあり、容量性結合部144
及び146の容量は、1〜10fF程度の間にある。
4,146の双方が設けられるとき、予期しない共同作
用的関係が存在する。換言すると、SEU強化は、フィ
ードバックにおける遅延時間RCの増大、または所定の
電荷収集に対する電圧変動の減少から予期する場合に比
して、はるかに大きく高められる。これは、SEU強化
に対する抵抗性または容量性手法に根拠を置くものであ
る。回復電流の向上のために、予期するよりも良好な結
果が得られる。抵抗器140(142)が、対向ドレイ
ンB_(B)からゲート134(138)を分離すべく
作用することによって、関連のドレインに対するゲート
の容量性結合の負フィードバックの有効性が高められ
る。
ート−ドレイン間容量は、回復電流を増大させる負フィ
ードバックをもたらす。抵抗は、フィードバック・ルー
プを遅らせることの他に、他のドレインからゲートを或
る程度分離し、これによって、ドレインの容量性結合に
対するゲート電圧の応答性を高め、負フィードバックを
もたらすに際し、容量を更に効果的に作用させている。
回復電流を増大させる負フィードバックにおいて、ラッ
チのフィードバック・ループの遅延時間RCは、同一レ
ベルの耐SEU性を与えるべく他の方法で必要とされる
程にまで大きくする必要はない。
かの方法で達成することができる。トランジスタ116
のドレイン119とオーバーラップすべく、ゲート11
8を形成することができる。コンデンサを形成すべくゲ
ート酸化物を随意に使用する訳であるが、この追加のオ
ーバーラップ領域は、例えば拡張LDD(lightl
y diped drain)領域を使用することによ
ってトランジスタのチャネル領域と接触してもよいし、
チャネル領域から分離してもよい。回路の他の接合に付
加的にまたは二者択一的に、オーバーラップ領域が生じ
得ることは勿論である。その上、容量性結合144及び
146は、回路内に形成した個別コンデンサを用いて構
成することができる。
すると、単結晶シリコン上に回路を形成した一例におい
て、第1の抵抗性接続部240は、単結晶シリコンで形
成することができる。この際、第2の抵抗性接続部24
2は、第1の抵抗性接続部に渡って形成されつつも、例
えば酸化物等の薄膜絶縁材260を介して第1の抵抗性
接続部からは分離されている抵抗性ポリシリコン層で構
成することができる。絶縁材は、所望の容量が第1及び
第2の抵抗性接続部の間に存在するように、選択され
る。これは、単一の部分、またはゲートからドレインに
かけての各抵抗性接続部が単結晶シリコン240及び多
結晶シリコン242の各部分を含む多数部分で以って構
成することができる。一般に、これはトランジスタと同
様に構成されよう。ここで、一方の抵抗性部分240は
トランジスタの本体部材であり、他方の抵抗性部分24
2はゲート部材であり、分離誘電体260はゲート誘電
体である。カリウム砒素等のシリコン以外の材料は、本
体部材240に使用することができる。モリブデン等の
ポリシリコン以外の材料は、ゲート部材242として使
用できる。しかも、空乏領域は、一例として酸化物の代
わりに、2つの導体を分離するのに使用することができ
る。導体の一方または双方は、インバータのトランジス
タの本体及びゲートの一方または他方と同一平面に作り
込むことができ、若しくは他方または双方は、トランジ
スタにおいて積み重ねることができる。
1の抵抗性接続部340は第1のポリシリコン層で構成
することができ、第2の抵抗性接続部342は第1のポ
リシリコン層上に形成した第2のポリシリコン層で構成
することができる。再度、2つのポリシリコン層は、薄
膜絶縁材360で分離される。ここで、この薄膜絶縁材
360は、第1及び第2の抵抗性接続部の間に所望の容
量が存在するように選択される。
10は、例えばシリコン酸化物等の絶縁層262(36
2)上に形成したシリコン層209(309)に作り込
むことができる。SOI(silicon on in
sulator)技術は、技術上周知であり、ここで使
用してもしなくてもどちらでもよい。
相互結合においてトランジスタ148及び150を追加
する点を除いて、図2と同一構成である。別の変形例を
図6に示す。この場合、トランジスタが関連の抵抗器と
並列に配置されている。相互接続における抵抗器及びコ
ンデンサに関して、トランジスタを別配置にする他の変
形例も可能である。特に、トランジスタのゲート容量が
所要の容量をもたらすとき、集中定数系のコンデンサを
省くことができる。トランジスタ148及び150は、
米国特許第4,956,814号及び第4,914,6
29号に記載されているように、SEU強化のトレード
オフ、書込み速度及びセル面積を最適化する際に、付加
的な柔軟性をもたらす。また、トランジスタ148及び
150の本体ノードは、米国特許第4,912,675
号に記載のように、ドレインと結合させることができ
る。
してきたが、この説明は限定した意味に解釈されるもの
ではない。本発明の他の実施例と同様、本実施例の数多
くの修正及び組合せは、この説明を参照すれば、当業者
にとって明瞭となろう。従って、特許請求の範囲は、こ
ういった如何なる修正及び実施例をも包含するものであ
る。
る。(1) 第1及び第2のインバータと、前記第1のイ
ンバータの入力端及び前記第2のインバータの出力端の
間の第1の抵抗性接続部と、前記第1のインバータの入
力端及び前記第1のインバータの出力端の間の容量性結
合部と、を具備したことを特徴とする双安定論理装置。
2のインバータの入力端及び前記第1のインバータの出
力端の間の第2の抵抗性接続部と、前記第2のインバー
タの入力端及び前記第2のインバータの出力端の間の容
量性結合部と、を更に具備したことを特徴とする前記装
置。
1及び第2の抵抗性接続部は集中式抵抗器を備えている
ことを特徴とする前記装置。
量性結合部は少なくとも1つの集中式コンデンサを備え
ていることを特徴とする前記装置。
1及び第2の抵抗性接続部、及び前記容量性結合部は、
分布式抵抗器/コンデンサ接続部を備えていることを特
徴とする前記装置。
1及び第2の抵抗性接続部は、薄い絶縁層で分離されて
いることを特徴とする前記装置。
1の抵抗性接続部は単結晶シリコンを備え、前記第2の
抵抗性接続部はポリシリコンを備えていることを特徴と
する前記装置。
1及び第2の抵抗性接続部は、ポリシリコンを備えてい
ることを特徴とする前記装置。
1の抵抗性接続部と直列に接続された第1のトランジス
タと、前記第2の抵抗性接続部と直列に接続された第2
のトランジスタとを更に具備したことを特徴とする前記
装置。
1の抵抗性接続部と並列に接続された第1のトランジス
タと、前記第2の抵抗性接続部と並列に接続された第2
のトランジスタとを更に具備したことを特徴とする前記
装置。
1及び第2のインバータはCMOSトランジスタを備
え、各前記トランジスタはソース、ドレイン及びゲート
を含んでいることを特徴とする前記装置。
トランジスタの前記ゲートは、前記トランジスタの前記
ドレインとオーバーラップしてなることを特徴とする前
記装置。
安定論理装置は、スタティック・ランダム・アクセス・
メモリセルのアレイにおける1つのセルであることを特
徴とする前記装置。
と、前記絶縁層上に形成された半導体層と、前記半導体
層中に作り込まれた第1及び第2のインバータと、前記
第1のインバータの入力端及び前記第2のインバータの
出力端の間に設けられた第1の抵抗性接続部と、前記第
1のインバータの入力端及び前記第1のインバータの出
力端の間に設けられた容量性結合部と、を具備したこと
を特徴とする集積回路装置。
第2のインバータの入力端及び前記第1のインバータの
出力端の間に設けられた第2の抵抗性接続部を更に具備
したことを特徴とする前記装置。
第1及び第2の抵抗性接続部は集中抵抗器を備え、前記
容量性結合部は集中式コンデンサを備えていることを特
徴とする前記装置。
第1及び第2の抵抗性接続部、及び前記容量性結合部
は、分布式抵抗器/コンデンサ接続部を備えていること
を特徴とする前記装置。
第1及び第2の抵抗性接続部は、薄い絶縁層で分離され
ていることを特徴とする前記装置。
第1及び第2のインバータはCMOSトランジスタを備
え、各前記トランジスタはソース、ドレイン及びゲート
を含んでいることを特徴とする前記装置。
トランジスタの前記ゲートは、前記トランジスタの前記
ドレインとオーバーラップしてなることを特徴とする装
置。
る段階と、前記第1のインバータの入力端及び前記第2
のインバータの出力端を抵抗性で以って接続する段階
と、前記第1のインバータの入力端を前記第1のインバ
ータの出力端に容量性で以って接続する段階と、を具備
したことを特徴とするスタティックメモリ装置の形成方
法。
第2のインバータの入力端及び前記第1のインバータの
出力端を抵抗性で以って接続する段階を更に具備したこ
とを特徴とする前記方法。
第2のインバータの入力端を前記第2のインバータの出
力端に容量性で以って接続する段階を更に具備したこと
を特徴とする前記方法。
1の要素の入力端から該第1の要素の出力端に渡る容量
性結合によって負フィードバックがもたらされてなる前
記要素と、前記第1の要素の入力端及び前記第2の要素
の出力端の間に設けられた分離要素と、を具備したこと
を特徴とする強化ダイナミック負フィードバックを備え
た電子ラッチ。
記第1及び第2の要素は、インバータを備えていること
を特徴とする前記ラッチ。
記分離要素は抵抗器であることを特徴とする前記ラッ
チ。
2のインバータ112及び114を備えている。第1の
抵抗性接続部140は、前記第1のインバータ112の
入力端134及び前記第2のインバータ114の出力端
B_の間に設けられ、第2の抵抗性接続部142は、前
記第2のインバータ114の入力端138及び前記第1
のインバータ112の出力端Bの間に設けられている。
前記第1及び第2の抵抗性接続部はまた、容量性で以っ
て結合されている。前記装置110は信号事象アップセ
ットに対して強化されている。他のシステム及び方法も
また開示されている。
ンスツルーメンツ・インコーポレーテッド(Texas
Instruments Incorporate
d)1991。本特許書類が開示するその一部は、著作
権及びマスクワーク保護を受ける資料を含んでいる。こ
の著作権及びマスクワーク所有者は、この特許書類また
は特許開示に関する誰かによるファクシミリ複製に対
し、このファクシミリ複製を米国特許庁が特許ファイル
または記録として受けるとき、異議を有しないが、著作
権及びマスクワーク権は全て保有する。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 第1及び第2のインバータと、 前記第1のインバータの入力端及び前記第2のインバー
タの出力端の間の第1の抵抗性接続部と、 前記第1のインバータの入力端及び前記第1のインバー
タの出力端の間の容量性結合部と、を具備したことを特
徴とする双安定論理装置。 - 【請求項2】 第1及び第2のインバータを準備する段
階と、 前記第1のインバータの入力端及び前記第2のインバー
タの出力端を抵抗性で以って接続する段階と、 前記第1のインバータの入力端を前記第1のインバータ
の出力端に容量性で以って接続する段階と、を具備した
ことを特徴とするスタティックメモリ装置の形成方法。
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