JPS6379295A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS6379295A
JPS6379295A JP61223573A JP22357386A JPS6379295A JP S6379295 A JPS6379295 A JP S6379295A JP 61223573 A JP61223573 A JP 61223573A JP 22357386 A JP22357386 A JP 22357386A JP S6379295 A JPS6379295 A JP S6379295A
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JP
Japan
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switch
mosfets
address
circuit
signal
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Application number
JP61223573A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Tachimori
央 日月
Hiroshi Fukuda
宏 福田
Takeshi Fukazawa
深澤 武
Chikao Ookubo
大久保 京夫
Osamu Takahashi
收 高橋
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Hitachi Ltd
Hitachi Solutions Technology Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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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、半導体集積回路(関するもので、例えば、
半導体記憶装置のようにデコーダ回路を具備するものに
利用して有効な技術に関するものである。
〔背景技術〕
RAM(ランダム・アクセス・メモリ)やROM(リー
ド・オンリーφメモリ)のような半導体記憶装置におい
ては、メモリセルを選択するための選択信号を形成する
アドレスデコーダが設けられる。このアドレスデコーダ
は、例えばnビットのアドレス信号を受け、かかるアド
レス信号の2nffiの組み合せに応じて1つの選択信
号を形成する。このようなアドレスデコーダは、例えば
それぞれノア(NOR)ゲート回路やナンド(NAND
)ゲート回路により構成された複数のunitdeco
derから構成することができる。ここで、かかるゲー
ト回路が駆動MO8FETと負荷手段あるいはプリチャ
ージMOS F ETにより構成される場合、各ゲート
回路は、n+1個のMOSFETが必要になる。また、
各ゲート回路が、Pチャンネ/L’MO8FETとNチ
ャンネルMO8FETからなる0M08回路により構成
される場合には各ゲート回路当り2n個ものMOSFE
Tが必要になる。このように論理ゲート回路を用いた場
合には、その素子数が多く必要にされる。これに応じて
半導体記憶装置の高密度大記憶容曾化を図る上で大きな
障害になってきている。
そこで、スイッチトリー(tree )デコード構造を
利用することによって素子数の削減を図ることが考えら
れる。しかしながら、このスイッチトリーデコード構造
にあっては、トリーの分岐が広がるにつれてMOSFE
Tの数が2倍づつ増大し、t reeの基点側の近く配
置されるMOSFETの数が少ないのに対しtreeの
終端側に設けられるMOSFETの数が極端に多くされ
る。これに応じて上記終端側のMOSFETのための入
力信号線には、多数のMOSFETのゲートが共通接続
されることになる。その結果として、その入力信号線に
は、大きな容量値の入力ゲート容量や寄生容量が結合さ
れてしまう。このような不所望な容量によって、終端側
のMOSFETの入力信号の変化が遅くされてしまう。
すなわち、そのスイッチング動作が遅くなるため高速動
作化が図れない。
なお、ダイナミック型RAMのアドレスデコーダに関し
ては、例えば特開昭53−41946号公報参照。
〔発明の目的〕
この発明の目的は、回路の簡素化と高速動作化を実現し
たデコーダ回路を含む半導体集積回路装置を提供するこ
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。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。
丁なわち、第1スイッチ) IJ一部分及び第2スイッ
チトリー部分は、それぞれ、比較的少ない数の第1スイ
ッチ素子によって構成された第1ブランチ部分と、比較
的多い数の第2スイッチ素子によって構成された第2ブ
ランチ部分とを持ち、それぞれWc1及びsg2信号に
よりてスイッチ制御される。第1スイッチトリー部分の
第1ブランチ部分と、第2スイッチトリー部分の第2ブ
ランチ部分は、第1信号によってスイッチ制御され、第
1スイッチトリー部分の第2ブランチ部分と第2スイッ
チトリー部分の第1ブランチ部分は、第2信号によって
スイッチ制御される。この構成に従うと、各スイッチ制
御信号が供給される信号線に結合されるスイッチ素子の
数が、平均化される。
〔実施例1〕 第1図には、この発明の第1実施例のアドレスデコーダ
回路図が示されている。同図の各回路素子は、公知の0
MO8(相補型MO8)集積回路の製造技術によりて、
1個の単結晶シリコンのような半導体基板上において形
成される。
特に制限されないが、集積回路は、単結晶N型シリコン
からなる半導体基板に形成される。PチャンネルMO8
FETは、かかる半導体基板表面に形成されたP型ソー
ス領域、P型ドレイン領域及びかかるソース領域とドレ
イン領域との間の半導体基板表面に薄い厚さのゲート絶
縁膜を介して形成されたポリシリコンからなるようなゲ
ート電極から構成される。NチャンネルMO8FETは
、上記半導体基板表面に形成されたP型ウェル領域く形
成される。上記各MO8FETは、上記のようなポリシ
リコンからなるゲート電極を一種の不純物導入マスクと
するいわゆるセルファライン技術忙よって製造される。
この構造の場合、半導体基板は、その上に形成された複
数のPチャンネルMO8FETの共通の基板ゲートを構
成する。P型ウェル領域は、その上く形成されたNチャ
ンネルMO8FETの基体ゲートを構成する。Pチャン
ネルMO8FETの基板ゲートすなわちN型基板は、回
路の電源電圧レベルに維持され、NチャンネルMO8F
ETの基体ゲートすなわちP型ウェル領域は回路の接地
電位に結合される。
同図のアドレスデコーダは、それぞれアドレス信号AQ
、ないしA3に応じてハイレベルのアドレス信号aOな
いしa3.及びロウレベルのアドレス信号aOないしa
3を形成する図示しないアドレスバッファとともに、上
記半導体基板上に形成される。なお、アドレス信号aO
とaOのように相補レベルにされるアドレス信号を、相
補アドレス信号と称する。
同図のアドレスデコーダは、4ビツトの相補アドレス信
号ao * aOxa3 、a3によって16個のデコ
ード出力X0−X15を形成する。特に制限されないが
、相補アドレス信号a3、及びa3は、最上位アドレス
信号とみなされ、aO及びaOは、最下位アドレス信号
とみなされる。
反転もしくは最上位ビットのアドレス信号a3は、その
ソースが回路の接地電位点に結合されたMO8FETQ
24のゲートに供給される。この%10SFETQ24
を基点として、そのドレインには第1の分岐を構成する
2つのMO3FETQ22、Q23が設けられる。これ
らの2つのMO8FETQ22.Q23のゲートには、
反転アドレス信号a2と非反転もしくは正レベルのアド
レス信号a2がそれぞれ供給される。
上記2つのMO8FETQ22.Q23のドレインには
、第2の分岐を構成する2つのMO8FETQI 8 
、Ql 9及びQ20.Q21がそれぞれ設けられる。
これら2個づつのMO8FETQ18、Ql9及びQ2
0.Q21のゲートには、反転アドレス信号a1と非反
転アドレス信号a1がそれぞれ供給される。
上記それぞれ2個づつのMO3FETQI 8 。
Ql9及びQ20.Q21のドレインには、第3の分岐
を構成する2個づつのMO8FETQI OとQll、
Ql2とQl 3 、 Ql 4とQl5及びQl6と
Ql7がそれぞれ設けられる。これら2個づつのMO8
FETQIOとQll、Ql2とQl3.Ql4とQl
5及びQl6とQl7のゲートには、反転アドレス信号
aOと非反転アドレス信号aOかそれぞれ供給される。
以上の各MO5FETQI O〜Q24は全てNチャン
ネルMO3FETにより構成される。
上記最終分岐のMO3FETQI 0−Ql 7のドレ
インと電源電圧vcoとの間には、特に制限されないが
、PチャンネルMO3FETQI〜Q8により構成され
た負荷手段が設けられる。これらのMO3FETQI 
〜Q8は、そのゲートに回路の接地電位が定常的に供給
されることによって、抵抗素子としての動作を行う。以
上のMO8FETQI 〜Q24)!、第1群のMOS
FETを構成する。上記最終分岐のMO3FETQIO
−Ql 7のドレインから、8通りのデコード出力信号
XO〜X7が送出される。これらのデコード出力信号X
O〜X7のうち、4ビツトのアドレス信号の組み合せに
応じて、選択されたものが回路の接地電位のようなロウ
レベルにされ、非選択のものは電源電圧vcoのような
ハイレベルにされる。すなわち、反転アドレス信号aO
〜a3が全てハイレベルなら、これに応じてMO3FE
TQIO、Ql8゜Q22及びQ24がオン状態にされ
るので、デコード出力信号XOのみがロウレベルの選択
レベルにされる。残りのデコード出力X1〜X7(後述
するX8〜X15)は、非反転のアドレス信号aO〜a
3のロウレベルによって、それと直列形態にされたいず
れかのMOSFETがオフ状態にされるので全てハイレ
ベル(Vo。)の非選択レベルにされる。
なお、図示しないが、上記デコード出力信号XO〜X7
は、CMOSインバータ回路などにより構成された駆動
回路により反転され、同図のデコーダの右側に配置され
る図示しないメモリアレイのワード線、又はカラムスイ
ッチMO8FETのゲートに伝えられる。
残りのデコード出力信号X8〜X15は、上記類似のス
イッチ) IJ−形態からなる第2群のMOSFETに
よって形成される。ただし、基点のMOSFETには非
反転のアドレス信号a3が供給されること、及び残りの
上記相補アドレス信号aLa OS−a 2 + a 
2が供給される分岐点のMOSFETとが異なっている
。丁なわち、この第2群のスイッチトリーにおける第1
分岐のMOSFETのゲートには、上記@1群における
最終分岐点のMOSFETに供給された相補アドレス信
号aO。
aOが供給される。上記第2群のスイッチトリーにおけ
る第2分岐のMOSFETのゲートには上記第1群にお
ける第2分岐点のMOSFETに供給された相補アドレ
ス信号al、alが供給される。そして、@2群のスイ
ッチトリーにおける最終(第3)分岐のMOSFETの
ゲートくは、上記第1群における第1分岐点のMOSF
ETに供給された相補アドレス信号a2+a2が供給さ
れる。言い換えるならば、上記第1と第2群におけるス
イッチトリーのうち、上記基点を除(残りの各分岐のM
OSFETのゲートには、それぞれの相補アドレス信号
がその中間である第2分岐(相補アドレス信号al 、
 al )を中心として対称的に供給される。
上記構成のデコーダにおいて、MO8FETQ24、Q
22.Q23のようなスイッチトリーの根に近い位置の
MOSFETは、最終スイッチブランチを構成する複数
のMO8FETQIないしQ8のピッチ内に配置されれ
ば良いので、比較的大きなサイズをもりてそれぞれが構
成されて良い。
しかしながら、大きいサイズのMOSFETは、大きい
ゲート容量もしくは入力容量を持つ。そのような大きい
容量が存在する場合、アドレス入力線に与えられるアド
レス信号の変化速度が大きく制限されるとともに、かか
る容量の充放電のための過渡電流が比較的大きいレベル
にされてしまう。
上記過渡電流は、図示しないアドレスバッファを介して
回路の電源配線もしくは接地配線に流される。上記過渡
電流が大きい場合、電源配線もしくは接地配線に、比較
的大きいノイズが現われる。
この実施例のアドレスデコーダにおいて、スイッチトリ
ーを構成するMO3FETQIないしQ24のようなM
OSFETのそれぞれは、互いに同じサイズにされる。
言い換えると、MO8FETQI 8ないしQ24は、
MO3FETQIないしQ8に比べてそのサイズを大き
くすることができるにかかわらずに、比較的小さいサイ
ズにされる。これに応じて、各アドレス入力線に結合さ
れる容量が小さくされ、各アドレス信号の変化速度が太
き(される。
特に制限されないが、′各アドレス入力線は、スイッチ
トリーを構成するMOSFETのゲート電極と一体にさ
れたポリシリコン層から構成される。
スイッチトリーを構成するMOSFETの相互の配線、
例えばMO8FETQ24のドレインとMO8FETQ
22及びQ23のソースとの間の配線は、それらドレイ
ン、ソースと同時に形成されるいわゆる半導体配線領域
から構成されて良い。
しかしながら、この実施例において、かかる配線は、半
導体基板上に第1層間絶縁膜を介して形成される第1層
目配線としてのアルミニウム層から構成される。これに
よって、MOSFETの相互の結合のための配線部分に
おける容量及び配線抵抗が減少される。出力配線XOな
いしX15は、第1層目アルミニウム層から構成するこ
とができる。出力配線X8ないしX15は、スイッチト
リーを構成するMO8FET形成領域上を横切って、メ
モリアレイ側に延長される。
なお、ポリシリコン層から成るアドレス入力線は、比較
的大きい抵抗を持つ。アドレス入力線の抵抗の減少のた
めに、第2層間絶縁膜と第2アルミニウム配線層が形成
されて良い。すなわち、第2層目アルミニウム配線層は
、第2層間絶縁膜を介して第1層目アルミニウム配線層
と交差されるとともに、適当なコンタクトホー〃を介し
てポリシリコン層に接触される。
この実施例において、上記最下位ビットのアドレス信号
aO,aOは、それぞれ5個のMOSFETのゲートに
供給され、第2位ビットのアドレス信号a1.afは、
それぞれ4個のMOSFETのゲートに供給され、wc
3位上記のアドレス信号a2.a2は、上記最下位ビッ
トaO、aoと同じ(5個のMOSFETのゲートに供
給される。
これにより、各アドレス信号が供給される信号線に結合
されるMOSFETの数の平均化が図られることになる
。その結果、各信号線に結合される入力ゲート容量や寄
生容量値も平均化されるので、最大とされる容量値を小
さくできる。ちなみに、上記アドレス信号ao、aOを
第2群のスイッチトリーにおいても最終分岐のMOSF
ETに供給した場合には、そのMOSFETの数が8個
のように大きくされてしまう。このようなMOSFET
の削減数はスイッチトリーの段数が大きくされるに従り
て極めて大きな差となる。例えば、10ビツトのアドレ
ス信号によって1024本のような多数の選択線の選択
信号を形成する場合には、この発明の適用によりて最大
数のMOSFETには384個もの差が生じる。
〔実施例2〕 第2図には、この発明の第2実施例のアドレスデコーダ
の回路図が示されている。
上記第1図の実施例の場合、基点のMOSFETと第1
分岐のMOSFETとの間を結合させる配線は、トリー
が順次床がってるものであるので、その配線長が長くさ
れてしまう。配線は、例えば高密度化等のために、MO
SFETのソース、ドレインと一体的に構成された拡散
層のような半導体配線層やアルミニウム配線から構成さ
れる。長い配線は、デコーダの動作の高速化を妨げる原
因になる。そこで、この実施例では、例えば、第1群の
スイッチトリーにおいて基点のMOSFETをMO8F
ETQ24 、Q24’のように、2つに分けることに
よって、上記配線長を短くするものである。このことは
、第2群のスイッチトリーにおいても同様である。これ
により、基点側における配線長が短くできるから、動作
の高速化を図ることができる。
〔実施例3〕 第3図には、この発明の第3実施例のアドレスデコーダ
の回路図が示されている。
この実施例では、上記第2図の実施例のように基点のM
OSFETを2個設けることによって、第1及び第2群
の各スイッチトリーを2つに分割できること及びスイッ
チトリーを構成する全体の形状が三角形であることが着
目されている。第1群のスイッチトリーにおける半分の
スイッチトリーに隣接させて、第2群のスイッチトリー
における半分のスイッチトリーが配置される。このよう
な構成によって、上記分割により小さくされた三角形が
軸対称的に配置できるため、より高密度にアドレスデコ
ーダを構成するMOSFETのレイアウトを行うことが
できる。
〔実施例4〕 第4図には、この発明の第4実施例のアドレスデコーダ
の回路図が示されている。
この実施例では、アドレスデコーダ回路が全体として2
つに分割される。丁なわち、図示のスイッチ) IJ−
に供給される入力信号は、それぞれ2ビツトのアドレス
信号のデコードを行うプレデコーダ回路(図示瘉ず)K
より形成された4種の入力信号AO〜A3.BO〜B3
及びCo−C5から構成される。入力信号AOないしA
3は、2ビツトのアドレス信号によって形成される。入
力信号AOは、例えば2ビツトのアドレス信号が、′O
O”なら″11″レベルにされ、A3は2ビツトのアド
レス信号が”11’なら″1°°レベルにされる。入力
信号AI、A2は、2ビツトのアドレス信号がそれぞれ
”01”、”10”ならそれぞれ”1”レベルにされる
。入力信号BOないしB3及びCOないしC3も、同様
に、2ビツトずつのアドレス信号によってそれぞれのレ
ベルが決定される。
また、スイッチ) IJ−は、上記第3図の実施例と類
似の構成により基点と第1分岐のMOS F ETが分
割されるとともに、分割された第1群と第2群のスイッ
チトリーが交互に配置される。上記のように4通りのプ
レデコード信号が入力信号として供給される結果、分岐
点には4個のMOSFETが設けられる。
上記のようにブレデコード信号を用いることによって分
岐段数を減らすことができる。これにより、負荷MO8
FETに対して直列形態にされた駆動MO8FETの数
を減ら丁ことができるから、高速動作化を実現すること
ができる。なお、上記プレデコーダ回路は、その人力ビ
ット数が少ないから、ノア又はナントゲート回路等によ
り構成するものであってもよい。
〔実施例5〕 第5図は、第5実施例の回路図である。
プリデコーダ回路PRDECは、図示のようにナンド回
路G1ないしG4及びインバータ回路IVIないしIV
4から構成されている。
スイッチトリー構造のデコーダ回路5TDIないし5T
D4は、第1図のデコーダ回路と同様な構成にされてい
る。しかしながら、デコーダ回路5TD1において、第
1図17)MO8FETQ24のようなMOSFETは
、設けられていない。プリデコーダ回路PRDECの出
力配線AOは、第1図のMO8FETQ22 、G23
のソースのようなソースに結合される。それ故に、MO
8FETQ24のようなMOSFETは、プリデコーダ
回路PRDECにおける単位デコーダ回路、言い換える
とナンド回路G1とインバータ回路IVIとによって置
き換えられているとみなされて良い。
同様に、デコーダ回路5TD2ないし5TD4のそれぞ
れKおける最初のブランチを構成するMOSFETも、
プリデコーダ回路PRDECKより℃置き換えられてい
る。
各デコーダ回路5TDIないし5TD4の出力XOない
しX15は、インバータ回路IV5ないしIVI 2か
ら成るワード線駆動回路WDに供給される。ワード線駆
動回路WDの出力は、スタティックメモリセル(図示し
ない)から成るようなメモリアレイMAのワード線wo
ないしW15に供給される。
この実施例に従うと、プリデコーダ回路PRDECの採
用によって、各デコーダ回路5TDIないし5TDA内
において直列接続されるMOSFETの数を減少させる
ことができる。第1図のMO3FETQ24のソースに
結合されるべき接地配線は、プリデコーダ回路P RD
 E Cの出力配線AOないしA3によりC置きかえら
れている。それ故に、デコーダ回路のための入力配線数
を減少させることが可能である。
〔実施例6〕 第6図は、第6実施例のデコーダ回路の回路図である。
この実施例におい又は、スイッチ素子Q1ないしG31
から構成されるスイッチトリー部分5TD1において、
図示のようにアドレス入力線ao。
aO及びa 1 + a 1の交換が行なわれ℃いる。
同様にスイッチ素子Q40ないしG70から構成される
スイッチトリー部分5TD2において、アドレス入力線
a2.a2及びG3.G3の交換が行なわれている。各
スイッチ素子Q1ないしG31及びG40ないしG70
は前記各実施例と同様に、MOSFETから構成される
この実施例に従うと、各スイッチトリー部分の内部にお
いてアドレス入力線の交換が行なわれる結果として、各
アドレス入力線に結合されるスイッチ素子の数を、良好
に平均化することができる。
〔効 果〕
(1)  スイッチトリーデコード構造とするとともに
、特定の相補入力信号が供給される基点のMOSFET
を除(2つのスイッチトリーを構成する各分岐のMOS
FETに対して、対称的に残りの相補アドレス信号を供
給してその入力信号が供給されるMOSFETの数の平
均化を図ることによって、全体とし℃の素子数の削減と
入力ゲート容量値。
寄生容量値の低減による高速動作化を実現できるという
効果が得られる。
(2)基点側のMOSFETを複数個に別けて配置する
ことよりスイッチトリーを分割できる。これKより基点
側のトリーにおける配腺長を短(できるから、高速動作
化を図ることができるという効果が得られる。
(3)基点側のMOSFETを複数個に別けて配置して
スイッチトリーを分割するとともに、第1群と第2群に
おける分割されたスイッチトリーを交互に配置すること
により、スイッチトリーを構成するMOSFETのレイ
アウト面積を小さくできるという効果が得られる。
(4)スイッチトリーに供給される入力信号としてプレ
デコーダ信号を用いることによって、分岐点の分岐数が
多くできる。これによって、多数のデコード出力を得る
場合のスイッチトリーの段数が減らせるから、高速動作
化を図ることが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、その要旨を逸脱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、スイッチトリ
ーの負荷手段はスイッチトリーを構成するMOSFET
と同じ導電型のMOSFETにより構成する、あるいは
ポリシリコン抵抗等を利用するもの、又はプリチャージ
MO3FETを用いたダイナミック型回路により構成す
るものでありてもよい。また、プレデコード回路を設け
る場合、特定の分岐点にのみブレデコード出力を供給す
るものであってもよい。また、複数列のデコーダを共通
のデコード信号で駆動するものであっ℃もよい。
〔利用分野〕
この発明は、ダイナミック型RAM、スタティック型R
AMあるいは各f11ROMのような半導体記憶装置の
他、複数(n)ビットからなるディジタル信号を受け℃
、1/2nのデコード信号を形成するデコーダ回路を具
備する各種半導体集積回路装置に広(利用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明に係るアドレスデコーダ回路の一実
施例を示す回路図、 第2図は、この発明に係るアドレスデコーダ回路の他の
一実施例を示す回路図、 第3図は、この発明に係るアドレスデコーダ回路の他の
一実施例を示す回路図、 第4図は、この発明に係るアドレスデコーダ回路の更に
他の一実施例を示す回路図、 第5図は、他の実施例の回路図、 第6図は、他の実施例のアドレスデコーダの回路図であ
る。 第  1  図 第  2  図 第  ag (22cLf   aO t12   af   a0

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、比較的少ない数の第1スイッチ素子から構成され第
    1入力信号によってスイッチ制御される第1ブランチ部
    と、比較的多い数の第2スイッチ素子から構成され第2
    入力信号によってスイッチ制御される第2ブランチ部と
    を備えた第1スイッチトリー部、及び比較的少ない数の
    第3スイッチ素子から構成され上記第2入力信号によっ
    てスイッチ制御される第3ブランチ部と、比較的多い数
    の第4スイッチ素子から構成され上記第1入力信号によ
    ってスイッチ制御される第4ブランチ部とを備えた第2
    スイッチトリー部を備えてなることを特徴とする半導体
    集積回路装置。 2、上記第1ないし第4スイッチ素子のそれぞれは、絶
    縁ゲート電界効果トランジスタから成ることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の半導体集積回路装置。 3、上記第1、第2入力信号のそれぞれは、相補入力信
    号から成ることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載
    の半導体集積回路装置。 4、上記第1、第2スイッチ部のそれぞれは、第1ノー
    ド、上記スイッチ素子を介して上記第1ノードに選択的
    に結合される複数の第2ノード、及び上記第2ノードの
    それぞれに結合された負荷素子から成ることを特徴とす
    る特許請求の範囲第2項記載の半導体集積回路装置。 5、上記各負荷素子は、絶縁ゲート電界効果トランジス
    タから成ることを特徴とする特許請求の範囲第4項記載
    の半導体集積回路装置。
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