JPS60234291A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPS60234291A
JPS60234291A JP59089406A JP8940684A JPS60234291A JP S60234291 A JPS60234291 A JP S60234291A JP 59089406 A JP59089406 A JP 59089406A JP 8940684 A JP8940684 A JP 8940684A JP S60234291 A JPS60234291 A JP S60234291A
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Shuichi Miyaoka
修一 宮岡
Masanori Odaka
小高 雅則
Nobuyuki Goto
後藤 展行
Katsumi Ogiue
荻上 勝己
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    • 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

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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】 〔技術分野〕 この発明は、半導体記憶装置に関するもので、例えば、
メモリアレイがMOSFETによって構成されたスタテ
ィック型RAMを構成する半導体記憶装置に利用して有
効な技術に関するものである。
〔背景技術〕
バイポーラ型トランジスタによって構成されたRAM(
ランダム・アクセス・メモリ)(例えば、製品名HM2
105)は、高速動作である反面、各トランジスタに常
時動作電流を流しつづけるものであるので、消費電力が
大きくなるという欠点がある。
1一方、CMO3回路によって構成されらスタティック
型RAM (例えば、雑誌電子材料1983年4月号第
56頁〜第61頁参照)は、低消費電力である反面上記
バイポーラ型トランジスタによって構成されたECL 
(エミッタ・カップルド・ロジック)型RAMに比べて
、アクセス時間が遅いという欠点がある。
そこで、本願発明者は、上記CMOSスタティック型R
AMにおけるアドレスバッファとプレアドレスデコーダ
部に高速動作化が図られるE CL回路を利用すること
によって、高速動作と低消費電力化を図ることを考えた
〔発明の目的〕
この発明の目的は、高速動作と低消費電力とを実現した
半導体記t、a装置を提供することにある。
この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
この明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。
〔発明の(既要〕
本願において開示される発明のうちR,表的なもののm
要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
すなわち、MOSスタティック型RAMの“アドレスバ
ッファとプレアドレスデコーダとをE CL回路によっ
て構成し、ECL回路による高速動作と、0M03回路
による低消費電力とを実現するものである。
〔実施例〕
第1図には、この発明をCMOSスタティック型RAM
に通用した場合の一実施例の回路図が示されている。特
に制限されないが、同図のRAMは、公知のバイポーラ
(Bi)及び0MO5(相補型MO3)集積回路(IC
)技術によって1個のシリコン単結晶のような半導体基
板上に形成される。端子Ax、Ay、Din、Dout
 、WE及びC8は、その外部端子とされる。なお、同
図において電源供給端子は省略されている。特に制限さ
れないが、この実施例のCMOSスタティック型RAM
は、約64にビットの記憶容量を持つようされる。そし
て、後述するコモンデータ線における浮遊容量を削減す
るため、メモリアレイが41周に分割されて構成される
メモリセルMCは、その1つの具体的回路が代表として
示されており、ゲートとドレインが互いに交差結線(ラ
ッチ形態)された記憶(駆動)MO5FETQI、C2
と、上記MO5FETQI。
C2のドレインと電源電圧VDDとの間には、特に制限
されないが、情報保持用のポリ (多結晶)シリコン層
で形成された高抵抗R1,R2が設けられている。そし
て、上記MO3FETQI、Q2の共通接続点と相補デ
ータ線(又はディジット線)Do、DOとの間に伝送ゲ
ートMO3FETQ3、C4が設けられている。他のメ
モリセルMCも相互において同様な回路構成にされてい
る。
これらのメモリセルMCは、マトリックス状に配置され
て、代表として示されているメモリアレイM−ARYO
を構成する。すなわち、同じ行に配置されたメモリセル
の伝送ゲート型MO3FETQ3.Q4等のゲートは、
それぞれ対応するワード線W1及びW2に共通に接続さ
れ、同し列に配置されたメモリセルの入出力端子は、そ
れぞれ対応する一対の相補データ線DO,Do及びDI
Dlに接続される。
上記メモリセルMCにおいて、それを低消費電力にさせ
るため、その抵抗R1は、へイ05FETQ1がオフ状
態にされているときのMO3FETQ2のゲート電圧を
しきい値電圧以上に維持させることができる程度の高抵
抗値にされる。同様に抵抗R2も高抵抗値にされる。言
い換えると、上記抵抗R1は、MO3FETQIのドレ
インリーク電流によってMO3FETQ2のゲート容量
(図示しない)に蓄積されている情報電荷が放電させら
れてしまうのを防ぐ程度の電流供給能力を持つようにさ
れる。
この実施例に従うと、メモリアレイがCMO5−IC技
術によって製造されるにもかかわらず、上記のようにメ
モリセルMCはnチャンネルMO3FETとポリシリコ
ン抵抗素子とから構成される。上記ポリシリコン抵抗素
子に代えてpチャンネルMO3FETを用いる場合に比
べ、メモリセル及びメモリアレイの大きさを小さくでき
る。すなわち、ポリシリコン抵抗を用いた場合、駆動M
O3FETQI又はC2のゲート電極と一体的に形成で
きるとともに、それ自体のサイズを小型化できる。そし
て、pチャンネルMO5FETを用いたときのように、
駆動MO3FETQI、Q2から比較的大きな距離を持
って離さなければならないことがないので無駄な空白部
分が生しない。
同図において、ワード線W1は、XアドレスデコーダX
−DCRで形成された選択信号を受ける駆動回路DVI
によって選択される。他のワードIjlW2についても
同様である。
上記XアドレスデコーダX−DCRは、相互において類
似のノアゲート回路Gl、02等により構成される。こ
れらのノアゲート回路Gl、02等の入力には、図示し
ない適当な回路装置から供給される外部アドレス信号A
xを受けるXアドレスバッファX−ADBで加工された
内部相補アドレス信号が所定の絹合せにより印加される
上記メモリアレイM−ARYOにおける一対のデータ線
DO,Do及びDI、DIは、特に制限されないが、そ
れぞれデータ線選択のための伝送ゲー1−M05FET
Q9.Ql O及びQll、G12から構成されたカラ
ムスイッチ回路を介してコモンデータ線、CDO,CD
Oに接続される。このコモンデータ線CDO,CDOに
は、読み出L7回路Rの入力端子と、書込み回路Wの出
力端子が接続される。図示しない他のメモリアレイM−
ARYO〜メモリアレイM−ARY3のコモンデータ線
もそれぞれ上記読み出し回路Rの対応する入力端子と、
書込み回路Wの対応する出力端子に接続される。上記読
め出し回路Rの出力端子は、データ出力端子Doutに
読み出し信号を送出し、書込み回路Wの入力端子には、
データ入力端子Dinから供給される書込みデータ信号
が印加される。
上記カラムスイッチ回路を構成するMO5FETQ9.
QIO及びQll、G12のゲートには、それぞれYア
ドレスデコーダY−DCRから選択信号Yl、Y2が供
給される。このYアドレスデコーダY−DCRば、相互
において類似のノアゲート回路G3,04等により構成
される。これらのノアゲート回路G3.G4の入力には
、図示しない適当な回路装置から供給される外部アドレ
ス信号Ayを受けるYアドレスバッファY−ADBで加
工された内部相補アドレス信号が所定の組合せにより印
加される。
制御回路CONは、外部端子WE、C3からの制御信号
を受けて、内部制御タイミング信号を形成する。
この実施例では、特に制限されないが、チップ非選択時
にデータ線の負荷MO3FETQ5等といずれか1つ選
択状態とされたワード線に接続されたメモリセルMCの
伝送ゲートMO3FETQ3等及びオン状態となってい
る記憶MO3FETQ1等を通して直流電流が流れるの
を防止するため、上記XアドレスデコーダX−DCRを
構成するノアゲート回路Gl、02等の入力に上記制御
回路COHにより形成さた非選択状態の内部チップ選択
信号aのハイレベルによって、全ワード線を非選択状態
としている。
第2図には、上記読み出し回路の一実施例の回路図が示
されている。
この実施例では、上記メモリアレイM −A RYOか
らの読み出し信号を増幅するセンスアンプSAOとして
、特に制限されないが、差動形態のバイポーラ型トラン
ジスタTI、T2が用いられる。
すなわち、上記コモンデータ綿CDO,CDOに現れた
メモリセルの読み出し電圧は、上記差動トランジスタT
1.T2のベースに供給される。これらの差動トランジ
スタTI、T2の共通エミッタには、動作タイミング信
号φpaoを受けるnチャンネルMO3FETQI 3
が設けられる。他の代表として示されているメモリアレ
イM−ARY3に対しても同様な差動トランジスタT3
.T4と、NチャンネルMO3FETQI 4とで構成
されたセンスアンプSA3が設けられる。そして、上記
差動トランジスタTI、T2及びT3.T4等の対応す
るコレクタは、それぞれ共通化されて後述するメインア
ンプMAの一対の入力端子に接続される。
各差動トランジスタの共通エミッタに設けられるMO5
FETQI 3.Ql 4のゲートに供給される動作タ
イミング信号φpaO、φpa3は、チップが選択状態
にされ、読み出し動作状態にされたときにロウレベル(
論理″0″)になる読み出し制御信号C5+ WEと、
上記メモリアレイM −A RYO〜M−ARY3の選
択動作に用いられる相補アドレス信号axi、ayiと
を受けるノア(N。
R)ゲート回路G5.G6により形成される。これによ
って、読み出し動作のために選択されたメモリアレイに
対応した1つのセンスアンプSAの動作電流を形成する
MOSFETのみがオン状態となり、残り3個のセンス
アンプSAのMOSFETはオフ状態になる。
上記共通化された各センスアンプ5AO−3A3を構成
する差動トランジスタTl、T2〜T3゜T4のそれぞ
れのコレクタは、メインアンプMAの初段回路を構成す
るヘース接地型の増幅トランジスタT5.T6のエミッ
タにそれぞれ接続される。これらのトランジスタT5.
76のヘースには、次のバイアス回路によって形成され
たバイアス電圧が供給されている。すなわち、電源電圧
■DDと回路の接地電位点との間に、」二記電源電圧■
DDをレベルシフトする直列形態のダイオードDI。
D2とバイアス電流を流すnチャンネルMO3FETQ
16とが直列形態に接続される。また、上記ダイオード
Diには、並列形態にnチャンネルMO3FETQ23
が設けられ、ごのMO3FETQ23のゲートには、特
に制限されないが、読み出し動作のときにロウレベルに
なる読み出し制御信号−p、+csが供給される。また
、」−記トランジスタT5.T6のそれぞれのエミッタ
にはそのバイアス電流を形成するnチャンネルMO3F
ETQ15.Ql7が設りられる。これらのMO3FE
TQI 5.Ql 7のゲートには、上記読み出し動作
の時にハイレベルになる制御信号■・C5が供給される
ことによって、読み出し動作の時のみ上記MO3FET
Q15〜Q17がオン状態となり、それぞれのバイアス
電流を形成する。
また、上記トランジスタT5.’T”6のコレクタと電
源電圧VDDとの間には、負荷手段としてそれぞれ並列
形態にされたpチャンネルMOS F ETQ20.C
21とNチーレンネルMO3FETQ22、C24が設
りられる。上記pチャンネルMO3FETQ20.C2
1のゲートは、回路の接地電位が定常的に供給されるこ
とによって常時オン状態となり、nチャンネルMO3F
ETQ22゜C24のゲートには1.上記読み出し制御
信号−E十CSが供給される。
これらのトランジスタT5.T6のコレクタ出力は、エ
ミッタフォロワトランジスタT7.T8を通してデータ
出力バンファDOBに伝えられる。
上記トランジスタT7.T8のエミッタには、その動作
電流を形成するnチャンネルM OS FE ’r1 C18,C19がそれぞれ設けられ、上記読み出し制御
信号−E −C5が供給される。
読み出し動作においては、ライトイネーブル信号WEが
ハイレベルにされ、チップ選択信号篩がロウレベルされ
る。これにより、読み出し制御信iE −C5がハイレ
ベルに、その反転信号−B+C5がロウレベルになる。
したがって、例えば、このとき供給されたアドレス信号
axi、aylがロウレベルならノアゲート回路G5が
開いてその出力信号φpaOがハイレベルになりMO5
FETQ13がオン状態にする。これにより差動トラン
ジスタTl、T2に動作電流が流れるので、メモリアレ
イM−ARYOからの読み出し信号を増幅してコレクタ
から送出する。
一方、メインアンプMAの制御信号WE −C5がハイ
レベルになるので、電流源を構成するMO3FETQ1
5〜Q19がオン状態になって、それぞれのトランジス
タT5〜T8に動作電流を形成するので、上記センスア
ンプSAOの出力信号を増幅してデータ出カバソファD
OB (図示せず)に2 供給するので、外部端子から読み出し出力信号Dout
が得られる。
なお、他のメモリアレイM−ARYI〜M−ARY3の
センスアンプSA1〜SA3は、その動作タイミング信
号pal〜φpa3がロウレベルになって動作電流を形
成するMO8FETQ14等がオフ状態になるので、出
力ハイインピーダンス状態となる。これにより、メイン
アンプMAには、上記選択されたメモリアレイM−AR
YOの出力電流のみが供給される。
また、書込み動作にあっては、ライトイネーブル信号W
Eがロウレベルになるため、上記制御信号WE −C5
がロウレベルに、WE+’C5がハイレベルになる。こ
れにより、センスアンプSAO〜S A 3とメインア
ンプMAの増幅トランジスタの動作電流を形成するMO
3FETQI 3〜Q19が全てオフ状態になって、こ
れらの動作を禁止するものである。このとき、メインア
ンプMAの初段回路のバイアス電圧は、MO3FETQ
23のオン状態ニヨッテ約VDD−Vf (Vfはダイ
オードD2の順方向電圧)にしている。また、負荷手段
としてのNチャンネルMO5FETQ22及びQ24も
オン状態としてエミッタフォロワトランジスタT7.T
8のベース電位を共に高くして、その出力信号を受ける
データ出カバソファ回路DOBの入力段回路を構成する
ところのPチャンネル間O3FETが共にオフ状態にな
るようにしている(図示せず)。
なお、バイポーラトランジスタの動作電流を形成すると
き、そのMOSFETは、飽和領域で動作させられてい
る。これにより、MOS F ETは、バイポーラトラ
ンジスタに対して、は−一定(定電流)の動作電流を形
成することができるものである。
第3図には、上記第1図の実施例回路におけるアドレス
バッファX−ADB (Y−ADB)とアドレスデコー
ダX−DCR(Y−DCR)の一実施例の回路図が示さ
れている。
特に制限されないが、8ビツトのアドレス信号AO〜A
7によって、256本のワード線(又は相補データ線)
の選択信号を形成する場合、8ビツトのアドレス信号A
O−A7は、AO〜A2゜A3〜A5及びA6.A7の
ように3分割される。
このうち、同図には、上記アドレス信号AO−A2を受
ける2つのアドレスバッファ回路が代表として示されて
いる。すなわち、外部端子から供給されたアドレス信号
AOは、CMOSレベルのアドレス信号AOをECLレ
ベルの信号に変換するためのトランジスタTIOとレベ
ルシフトダイオードDIO及び定電流源を構成するMO
3FETQ30からなるエミッタフォロワ回路に供給さ
れる。このレベル変換出力は、差動トランジスタT11
のベースに供給される。この差動トランジスタTllと
対をなす差動トランジスタT12のベースには、ロジッ
クスレッショルド電圧としての基準電圧VBBが供給さ
れている。そして、上記差動トランジスタTll、T1
2の共通エミッタには、定電流源としてのMO3FET
Q31が設けられる。また、上記差動トランジスタTl
l、T12のコレクタには、それぞれ負荷抵抗R1,R
5 2が設けられる。上記差動トランジスタTll。
T12のコレクタ出力は、マルチエミッタ構造の出力ト
ランジスタT13.T14を通して出力される。上記ア
ドレス信号A2を受ける他の代表として示されいてるア
ドレスバッファ回路も上記類似の回路によって構成され
る。
プレアドレスデコーダは、上記3ビツトのアドレス信号
AO−A2を用いて0〜7の1/8のデコード出力O〜
7を形成するものである。すなわち、上記それぞれ4つ
の内部相補アドレス信号aO〜a2.aO〜a2をそれ
ぞれ送出するマルチエミッタを所定の組み合わせにより
接続するというワイヤード論理構成により構成される。
例えば、デコード出力0はaQ、al、a2.1はaQ
al、a2.2はaQ、al、a2−・・・7はaO,
al、a2を送出する各エミッタがそれぞれ接続される
ことによって構成される。
他のアドレス信号A3〜A5を受けるアドレスバッファ
及びプレアドレスデコーダ及びアドレス信号A6.7を
受けるアドレスバッファ及びプレ6 アドレスデコーダも上記類似の回路によって構成される
上記プレアドレスデコーダの出力信号は、Pチャンネル
MO3FETQ35とNチャンネルMO3FETQ36
及び上記MO3FETQ36のソースと回路の接地電位
点との間に設けられたレベルシフトダイオードDllに
より構成されたCMOSインバータ回路に供給される。
上記レベルシフトダイオードDllを設けたのは、上記
CMOSインバータ回路のロジックスレッショルド電圧
をレベルシフトして、上記ECL回路によって形成され
たプレアドレスデコーダの出力信号とのレベルを合わせ
るためである。言い換えるならば、ECLロウレベルが
接地電位より高い中間レベルになるので、このロウレベ
ルのもとでもNチャンネルMO3FETQ36がオフ状
態になるようにされる。
上記CMOSインバータ回路の出力信号は、CMOSイ
ンバータ回路IVIによって完全なCMOSレベルとさ
れ、CMOSノアゲート回路G7によって構成され、ワ
ード線(又は相補データ線)を選択するためのアドレス
デコーダ回路に供給される。このCMOSノアゲート回
路G7には、上記アドレス信号A3〜A5及びA6.A
7を受ける上記類似のアドレスバッファ及びプレアドレ
スデコーダの出力信号が供給される。
上記3組のプレアドレスデコーダ出力は、それぞれ1/
8.1/8及び1/4の選択信号を形成するので、合計
1/256のワード線又は相補データ線の選択信号を形
成することができる。
この実施例においては、上記定電流源を構成するMO5
FETQ30〜Q34のゲートにチップ選択信号CSが
供給され、チップ選択状態のときのみ、これらのMO3
FETQ30−Q34が飽和領域で動作するようにされ
る。これによって、上記アドレスバッファ及びプレアド
レスデコーダを構成するECL回路でのチップ非選択状
態における無駄な電流消費が発生することを防止するも
のである。
〔効 果〕 (1)アドレスバッファとその出力を受けるプレアドレ
スデコーダとをECL回路によって構成することにより
、高速動作化を図ることができるという効果が得られる
。ちなみに、アドレスバッファ及びアドレスデコーダを
全て0M03回路によって構成した場合には、アドレス
信号が供給されてから、ワード線又は相補データ線の選
択信号が形成されるまで約14r+sもかかってしまう
が、上記ECL回路を用いることによって約8naもの
高速化を実現することができる。
(2)メモリアレイ及び上記選択信号を形成する回路を
0M03回路によって構成するものであるので、バイポ
ーラ型RAMに比べて大幅な低消費電力化を図ることが
できるという効果が得られる。
(3)上記アドレスバッファとプレアドレスデコーダと
センスアンプ、メインアンプもECL回路化することに
よって、より高速動作化を実現できるという効果が得ら
れる。
(4)上記ECL回路の動作電流を形成する定電流源と
して、その動作期間だけオン状態になって定電9 流を流すMOS F ETを用いることによって、EC
L回路の低消費電力化を図ることができるという効果が
得られる。
(51CM OSスタティック型RAMにおけるセンス
アンプとして、バイポーラ型トランジスタにより構成さ
れた差動トランジスタを用いることによってデータ線に
はその電流増幅率の逆比例に従った微少電流しか流れな
い。言い換えると、メモリセルのセルサイズを小さくし
てその電流駆動能力を小さくしても、センスアンプの動
作電流(を大きくできる。これにより、大記憶容量化と
高速読み出し動作を実現できるという効果が得られる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を造成しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、第1図の実施
例回路のメモリセルは、上記情報保持用抵抗に代え、p
チャンネル間O3FETを用いるものであってもよい。
また、上記0M03回路に代え、nチャンネルMO3F
0 ETか又はpチャンネルMO8FETのMOSFET一
方により構成するものとしてもよい。また、その周辺回
路の具体的回路構成及びタイミング制御は、種々の実施
形態を採ることができるものである。
〔利用分野〕
この発明は、半導体記憶装置として広く利用できるもの
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明をCMOSスタティック型RAMに
適用した場合の一実施例を示す回路図、第2図は、第1
図に示した実施例における読み出し回路の一実施例を示
す回路図、 第3図は、第1図に示した実施例におけるアドレスバッ
ファとアドレスデコーダの一実施例を示す回路図である
。 X−ADB・・Xアドレスバッファ、Y−ADB・・Y
アドレスバッファ、X−DCR・・Xアドレスデコーダ
、Y−DCR・・Yアドレスデコーダ□、MC・・メモ
リセル、W・・書込み回路、R・・読み出し回路、SA
O〜SA3・・センスアンプ、MA・・メインアンプ、
DOB・・データ出力バッファ、DIB・・データ人カ
バソファ、CON・・制御回路 3 第 2 図 “′″″″′ 第 3 図 A 冷読 、−μΔs

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ECL回路によって構成されたアドレスバッファ回
    路及びその出力信号を受けるプレアドレスデコーダ回路
    と、このプレアドレスデコーダ回路を受け、メモリアレ
    イの選択信号を形成するCMOSアドレスデコ・−ダ回
    路とを含むことを特徴とする半導体記憶装置。 2、上記メモリアレイは、MOSFETによって構成さ
    れたスタティック型RAMを構成するものであることを
    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
JP59089406A 1984-05-07 1984-05-07 半導体記憶装置 Granted JPS60234291A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59089406A JPS60234291A (ja) 1984-05-07 1984-05-07 半導体記憶装置

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JP59089406A JPS60234291A (ja) 1984-05-07 1984-05-07 半導体記憶装置

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JPS60234291A true JPS60234291A (ja) 1985-11-20
JPH0544758B2 JPH0544758B2 (ja) 1993-07-07

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