JP2002260381A - Semiconductor memory - Google Patents

Semiconductor memory

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JP2002260381A
JP2002260381A JP2001054621A JP2001054621A JP2002260381A JP 2002260381 A JP2002260381 A JP 2002260381A JP 2001054621 A JP2001054621 A JP 2001054621A JP 2001054621 A JP2001054621 A JP 2001054621A JP 2002260381 A JP2002260381 A JP 2002260381A
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Japan
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potential
data
word line
control potential
bit line
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Application number
JP2001054621A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuyuki Fujita
勝之 藤田
Takashi Osawa
隆 大澤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor memory in which a memory cell has simple transistor structure and dynamic storage of binary data can be performed with less signal lines. SOLUTION: A plurality of memory cells are arranged making one MIS transistor formed on a silicon layer 12 of a SOI substrate as a memory cell MC of one bit, gates 13 of the memory cells MC arranged in the first direction are connected to word lines WL, drains 14 of the memory cell arranged in the second direction are connected to bit lines BL, sources 15 of all memory cell MC have the memory cell array connected to a fixed potential line. The memory cell MC stores a first data state in which excessive many carriers are held in the silicon layer 12 and which have first threshold voltage, a second data state in which excessive many carriers of the silicon layer 12 are discharged and which have second threshold voltage, also, rewriting of data can be performed with an arbitrary bit unit, further, the memory cell MC has initializing mode in which all memory cells MC of a memory cell array are written in the first data state.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、ダイナミック型
半導体メモリ装置(DRAM)に関する。
The present invention relates to a dynamic semiconductor memory device (DRAM).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のDRAMは、MOSトランジスタ
とキャパシタによりメモリセルが構成されている。DR
AMの微細化は、トレンチキャパシタ構造やスタックト
キャパシタ構造の採用により大きく進んでいる。現在、
単位メモリセルの大きさ(セルサイズ)は、最小加工寸
法をFとして、2F×4F=8F2の面積まで縮小され
ている。つまり、最小加工寸法Fが世代と共に小さくな
り、セルサイズを一般にαF2としたとき、係数αも世
代と共に小さくなり、F=0.18μmの現在、α=8
が実現されている。
2. Description of the Related Art In a conventional DRAM, a memory cell is constituted by a MOS transistor and a capacitor. DR
The miniaturization of AM has been greatly advanced by adopting a trench capacitor structure or a stacked capacitor structure. Current,
The size (cell size) of the unit memory cell is reduced to an area of 2F × 4F = 8F 2 , where F is the minimum processing dimension. That is, when the minimum processing dimension F decreases with generation and the cell size is generally αF 2 , the coefficient α also decreases with generation, and when F = 0.18 μm, α = 8
Has been realized.

【0003】今後も従来と変わらないセルサイズ或いは
チップサイズのトレンドを確保するためには、F<0.
18μmでは、α<8、更にF<0.13μmでは、α
<6を満たすことが要求され、微細加工と共に如何にセ
ルサイズを小さい面積に形成するかが大きな課題にな
る。そのため、1トランジスタ/1キャパシタのメモリ
セルを6F2や4F2の大きさにする提案も種々なされて
いる。しかし、トランジスタを縦型にしなければならな
いといった技術的困難や、隣接メモリセル間の電気的干
渉が大きくなるといった問題、更に加工や膜生成等の製
造技術上の困難があり、実用化は容易ではない。
[0003] In order to secure the same trend in cell size or chip size as in the past, F <0.
At 18 μm, α <8, and at F <0.13 μm, α
It is required to satisfy <6, and how to form the cell size in a small area together with the fine processing is a major issue. Therefore, various proposals have been made to make the memory cell of one transistor / one capacitor to have a size of 6F 2 or 4F 2 . However, there are technical difficulties such as the need to make the transistors vertical, problems such as increased electrical interference between adjacent memory cells, and difficulties in manufacturing techniques such as processing and film formation. Absent.

【0004】これに対して、キャパシタを用いず、1ト
ランジスタをメモリセルとするDRAMの提案も、以下
に挙げるようにいくつかなされている。 JOHN E.LEISS et al,"dRAM Design Using the Taper-
Isolated Dynamic Cell"(IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE
CIRCUITS,VOL.SC-17,NO.2,APRIL 1982,pp337-344) 特開平3−171768号公報 Marnix R.Tack et al,"The Multistable Charge-Cont
rolled Memory Effect in SOI MOS Transistors at Low
Temperatures"(IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRONDEVICE
S,VOL.37,MAY,1990,pp1373-1382) Hsing-jen Wann et al,"A Capacitorless DRAM Cell
on SOI Substrate"(IEDM93,pp635-638)
On the other hand, some DRAMs have been proposed as follows, in which one transistor is used as a memory cell without using a capacitor. JOHN E.LEISS et al, "dRAM Design Using the Taper-
Isolated Dynamic Cell "(IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE
CIRCUITS, VOL.SC-17, NO.2, APRIL 1982, pp337-344) JP-A-3-171768 Marnix R. Tack et al, "The Multistable Charge-Cont
rolled Memory Effect in SOI MOS Transistors at Low
Temperatures "(IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRONDEVICE
S, VOL. 37, MAY, 1990, pp1373-1382) Hsing-jen Wann et al, "A Capacitorless DRAM Cell
on SOI Substrate "(IEDM93, pp635-638)

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】のメモリセルは、埋
め込みチャネル構造のMOSトランジスタを用いて構成
される。素子分離絶縁膜のテーパ部に形成される寄生ト
ランジスタを利用して、表面反転層の充放電を行い、二
値記憶を行う。 のメモリセルは、個々にウェル分離されたMOSトラ
ンジスタを用い、MOSトランジスタのウェル電位によ
り決まるしきい値を二値データとする。 のメモリセルは、SOI基板上のMOSトランジスタ
により構成される。SOI基板の側から大きな負電圧を
印加してシリコン層の酸化膜と界面部でのホール蓄積を
利用し、このホールの放出、注入により二値記憶を行
う。 のメモリセルは、SOI基板上のMOSトランジスタ
により構成される。MOSトランジスタは構造上一つで
あるが、ドレイン拡散層の表面に重ねて逆導電型層が形
成され、実質的に書き込み用PMOSトランジスタと読
み出し用NMOSトランジスタを一体に組み合わせた構
造としている。NMOSトランジスタの基板領域をフロ
ーティングのノードとして、その電位により二値データ
を記憶する。
The memory cell of the present invention is constructed using MOS transistors having a buried channel structure. The surface inversion layer is charged and discharged by using a parasitic transistor formed in the tapered portion of the element isolation insulating film to perform binary storage. Memory cells use MOS transistors individually separated from each other in wells, and set a threshold value determined by the well potential of the MOS transistors to binary data. Are constituted by MOS transistors on an SOI substrate. By applying a large negative voltage from the side of the SOI substrate and utilizing the accumulation of holes at the interface between the oxide film of the silicon layer and the interface, binary storage is performed by discharging and injecting the holes. Are constituted by MOS transistors on an SOI substrate. Although there is one MOS transistor in structure, a reverse conductivity type layer is formed on the surface of the drain diffusion layer, and the structure is substantially a combination of a write PMOS transistor and a read NMOS transistor. Using the substrate region of the NMOS transistor as a floating node, binary data is stored according to the potential.

【0006】しかし、は構造が複雑であり、寄生トラ
ンジスタを利用していることから、特性の制御性にも難
点がある。は、構造は単純であるが、トランジスタの
ドレイン、ソース共に信号線に接続して電位制御する必
要がある。また、ウェル分離であるため、セルサイズが
大きく、しかもビット毎の書き換えができない。で
は、SOI基板側からの電位制御を必要としており、従
ってビット毎の書き換えができず、制御性に難点があ
る。は特殊トランジスタ構造を必要とし、またメモリ
セルには、ワード線、ライトビット線、リードビット
線、パージ線を必要とするため、信号線数が多くなる。
However, since the structure is complicated and a parasitic transistor is used, there is a problem in controllability of characteristics. Although the structure is simple, both the drain and the source of the transistor need to be connected to the signal line to control the potential. In addition, since the well is separated, the cell size is large, and rewriting for each bit cannot be performed. In such a case, the potential control from the SOI substrate side is required, so that it is not possible to rewrite for each bit, and there is a problem in controllability. Requires a special transistor structure, and a memory cell requires a word line, a write bit line, a read bit line, and a purge line, so that the number of signal lines increases.

【0007】この発明は、単純なトランジスタ構造をメ
モリセルとして、少ない信号線で二値データのダイナミ
ック記憶を可能とした半導体メモリ装置を提供すること
を目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of dynamically storing binary data with a small number of signal lines using a simple transistor structure as a memory cell.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体メ
モリ装置は、フローティングの半導体層に形成された一
つのMISトランジスタを1ビットのメモリセルとして
複数のメモリセルが配列され、第1の方向に並ぶメモリ
セルのゲートがワード線に接続され、第2の方向に並ぶ
メモリセルのドレインがビット線に接続され、全メモリ
セルのソースが固定電位線に接続されたメモリセルアレ
イを有し、前記メモリセルは、ドレイン接合近傍でイン
パクトイオン化を起こして前記半導体層を第1の電位に
設定した第1データ状態と、ドレイン接合に順方向電流
を流して前記半導体層を第2の電位に設定した第2デー
タ状態とをダイナミックに記憶するものであり、且つ、
前記メモリセルアレイの全メモリセルを前記第1データ
状態に書き込む初期化モードを有することを特徴とす
る。
In a semiconductor memory device according to the present invention, a plurality of memory cells are arranged with one MIS transistor formed in a floating semiconductor layer as a 1-bit memory cell, and are arranged in a first direction. A memory cell array in which gates of the memory cells arranged in a row are connected to word lines, drains of the memory cells arranged in a second direction are connected to bit lines, and sources of all memory cells are connected to a fixed potential line; The cell has a first data state in which impact ionization occurs near the drain junction to set the semiconductor layer to the first potential and a second data state in which a forward current flows to the drain junction to set the semiconductor layer to the second potential. Two data states are dynamically stored, and
An initialization mode for writing all the memory cells of the memory cell array to the first data state is provided.

【0009】この発明によると、一つのメモリセルは、
フローティングの半導体層をボディ領域として持つ単純
な一つのMISトランジスタにより形成され、セルサイ
ズを4F2と小さくすることができる。トランジスタの
ソースは固定電位線に接続され、ドレインに接続された
ビット線とゲートに接続されたワード線の制御のみによ
って、読み出し,書き換え及びリフレッシュの制御が行
われる。即ち任意ビット単位でのデータ書き換えも可能
である。また、この発明によるメモリセルは基本的に非
破壊読み出しであるので、センスアンプをビット線毎に
設ける必要がなく、言い換えれば、ワード線により同時
に選択されるメモリセルの全てに対してセンスアンプを
設ける必要がなく、従ってセンスアンプのレイアウトは
容易になる。更に、メモリセルは電流読み出しであるの
で、耐ノイズ性に優れており、オープンビット線方式を
用いることもできる。
According to the present invention, one memory cell includes:
It is formed by a single simple MIS transistor having a floating semiconductor layer as a body region, and the cell size can be reduced to 4F 2 . The source of the transistor is connected to a fixed potential line, and reading, rewriting and refreshing are controlled only by controlling the bit line connected to the drain and the word line connected to the gate. That is, data can be rewritten in arbitrary bit units. In addition, since the memory cell according to the present invention is basically a non-destructive read, it is not necessary to provide a sense amplifier for each bit line. There is no need to provide them, so that the layout of the sense amplifier is facilitated. Further, since the memory cell is a current read, it has excellent noise resistance, and an open bit line method can be used.

【0010】この発明において、具体的に、第1データ
状態は、メモリセルを5極管動作させることによりドレ
イン接合近傍でインパクトイオン化を起こして、生成さ
れた多数キャリアを半導体層に保持することにより書き
込まれ、第2データ状態は、ゲートからの容量結合によ
り所定電位が与えられた半導体層とドレインとの間に順
方向バイアスを与えて、半導体層の多数キャリアをドレ
インに引き抜くことにより書き込まれる。これらのデー
タ状態は、ゲートに対して、ソースに与えられる基準電
位より低いデータ保持用の電位を与えることにより、保
持される。
In the present invention, specifically, the first data state is obtained by causing the memory cell to operate as a pentode, causing impact ionization near the drain junction, and retaining the generated majority carriers in the semiconductor layer. The second data state is written by applying a forward bias between the drain and the semiconductor layer to which a predetermined potential is applied by capacitive coupling from the gate to pull out majority carriers in the semiconductor layer to the drain. These data states are held by applying a data holding potential lower than the reference potential applied to the source to the gate.

【0011】一方、この発明によるメモリセルは、フロ
ーティングのボディを持つため、電源投入後の初期状態
でのボディ電位がどの様な値になるか不定である。この
ため例えば、初期のボディ電位が低すぎて正常なデータ
書き込みができなくなるおそれが生じる。これに対して
この発明では、メモリセルアレイの全メモリセルについ
て強制的に第1データ状態を書き込む初期化モードを備
えることにより、その後の通常動作を保証することがで
きる。
On the other hand, since the memory cell according to the present invention has a floating body, it is undefined what value the body potential will be in an initial state after power is turned on. Therefore, for example, there is a possibility that normal data writing cannot be performed because the initial body potential is too low. On the other hand, in the present invention, by providing the initialization mode in which the first data state is forcibly written to all the memory cells of the memory cell array, the subsequent normal operation can be guaranteed.

【0012】初期化モードは、具体的には、次のような
幾つかの態様が考えられる。 (a)ワード線及びビット線にそれぞれ、通常の第1デ
ータ状態の書き込み時における第1の制御電位及び第3
の制御電位より高い制御電位を与える方式。これによ
り、確実に第1データ状態に初期化することができる。 (b)ワード線には、通常の第1データ状態書き込みに
おける第1の制御電位より高い制御電位を与え、ビット
線には通常の第1データ状態書き込みにおけると同じ第
3の制御電位を与える方式、或いは逆に、ワード線に
は、通常の第1データ状態書き込みにおけると同じ第1
の制御電位を与え、ビット線には通常の第1データ状態
書き込みにおける第3の制御電位より高い制御電位を与
える方式。これによっても、ほぼ確実に第1データ状態
に初期化することができる。 (c)ワード線に通常の第1データ状態書き込みにおけ
ると同じ第1の制御電位を与え、ビット線に通常の第1
データ状態書き込みにおけると同じ第3の制御電位を与
える方式。この方式は、初期状態のボディが低電位にあ
る場合、初期化が簡単ではないが、ある程度の時間をか
ければ、第1データ状態に初期化することができる。
Specifically, the initialization mode may have the following several modes. (A) The first control potential and the third control potential at the time of writing the normal first data state are respectively applied to the word line and the bit line.
A method of giving a control potential higher than the control potential of Thus, it is possible to surely initialize to the first data state. (B) A method in which a word line is supplied with a control potential higher than the first control potential in the normal first data state write, and a bit line is supplied with the same third control potential as in the normal first data state write. Or conversely, the word line has the same first data state as in a normal first data state write.
And a control potential higher than the third control potential in the normal first data state writing. With this, it is possible to almost certainly initialize to the first data state. (C) The same first control potential as in the normal first data state write is applied to the word line, and the normal first control state is applied to the bit line.
A method of giving the same third control potential as in writing the data state. This method is not easy to initialize when the body in the initial state is at a low potential, but can be initialized to the first data state after a certain period of time.

【0013】以上の初期化モードの態様(a)〜(c)
は、いずれも、通常の第1データ状態の書き込みと同じ
メモリセルの5極管動作による初期化を行うものであ
る。これに対して、別の原理でメモリセルアレイを第1
データ状態に初期化する次のような態様(d)も考えら
れる。 (d)ワード線にはデータ保持状態を保つ第2の制御電
位を与えた状態で、ビット線に通常の第1データ状態書
き込みにおける第3の制御電位より高い電位を与え、G
IDLC(Gate Induced Drain L
eakage Current)により第1データ状態
に初期化する方式。
Aspects (a) to (c) of the above initialization mode
All of the above methods perform initialization by the pentode operation of the same memory cell as in the normal writing of the first data state. On the other hand, the memory cell array is changed to the first according to another principle.
The following mode (d) of initializing to the data state is also conceivable. (D) In a state where the second control potential for maintaining the data holding state is applied to the word line, a higher potential than the third control potential in the normal first data state writing is applied to the bit line,
IDLC (Gate Induced Drain L
A method of initializing to the first data state by using the EAG (Current Current).

【0014】この発明において好ましくは、メモリセル
は、通常のゲートとは別に、フローティングの半導体層
の電位を容量カップリングにより制御するための補助ゲ
ートを有するものとすることができる。この様な補助ゲ
ートを備えた場合には、この補助ゲートからの容量カッ
プリングによりボディ電位を制御して、初期化動作をよ
り確実に行わせることができる。またこの発明において
好ましくは、初期化モードは、チップ内部で電源投入を
検出して自動的に実行されるものとする。
Preferably, in the present invention, the memory cell may have an auxiliary gate for controlling the potential of the floating semiconductor layer by capacitive coupling, separately from the normal gate. When such an auxiliary gate is provided, the body potential is controlled by capacitive coupling from the auxiliary gate, and the initialization operation can be performed more reliably. In the present invention, preferably, the initialization mode is automatically executed by detecting power-on inside the chip.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】図1はこの発明によるDRAMの
単位メモリセルの断面構造を示し、図2はその等価回路
を示している。メモリセルMCは、SOI構造のNチャ
ネルMISトランジスタにより構成されている。即ち、
シリコン基板10上に絶縁膜としてシリコン酸化膜11
が形成され、このシリコン酸化膜11上にp型シリコン
層12が形成されたSOI基板が用いられている。この
基板のシリコン層12上に、ゲート酸化膜16を介して
ゲート電極13が形成され、ゲート電極13に自己整合
されてn型ソース、ドレイン拡散層14,15が形成さ
れている。
FIG. 1 shows a sectional structure of a unit memory cell of a DRAM according to the present invention, and FIG. 2 shows an equivalent circuit thereof. The memory cell MC includes an N-channel MIS transistor having an SOI structure. That is,
A silicon oxide film 11 as an insulating film on a silicon substrate 10
Is formed, and an SOI substrate in which a p-type silicon layer 12 is formed on the silicon oxide film 11 is used. A gate electrode 13 is formed on a silicon layer 12 of the substrate with a gate oxide film 16 interposed therebetween, and n-type source / drain diffusion layers 14 and 15 are formed in self-alignment with the gate electrode 13.

【0016】ソース、ドレイン拡散層14,15は、底
部のシリコン酸化膜11に達する深さに形成されてい
る。従って、p型シリコン層12からなるボディ領域
は、チャネル幅方向(図の紙面に直交する方向)の分離
を酸化膜で行うとすれば、底面及びチャネル幅方向の側
面が他から絶縁分離され、チャネル長方向はpn接合分
離されたフローティング状態になる。このメモリセルM
Cをマトリクス配列する場合、ゲート電極13はワード
線WLに接続され、ソース拡散層15は固定電位線(接
地電位線)に接続され、ドレイン拡散層14はビット線
BLに接続される。
The source and drain diffusion layers 14 and 15 are formed to a depth reaching the silicon oxide film 11 at the bottom. Therefore, if the body region made of the p-type silicon layer 12 is separated by an oxide film in the channel width direction (the direction perpendicular to the plane of the drawing), the bottom surface and the side surface in the channel width direction are insulated and separated from each other. The channel length direction is in a floating state in which a pn junction is separated. This memory cell M
When C is arranged in a matrix, the gate electrode 13 is connected to a word line WL, the source diffusion layer 15 is connected to a fixed potential line (ground potential line), and the drain diffusion layer 14 is connected to a bit line BL.

【0017】図3は、メモリセルアレイのレイアウトを
示し、図4(a),(b)はそれぞれ図3のA−A’,
B−B’断面を示している。p型シリコン層12は、シ
リコン酸化膜21の埋め込みにより、格子状にパターン
形成される。即ちドレインを共有する二つのトランジス
タの領域がワード線WL方向にシリコン酸化膜21によ
り素子分離されて配列される。或いはシリコン酸化膜2
1の埋め込みに代わって、シリコン層12をエッチング
することにより、横方向の素子分離を行っても良い。ゲ
ート電極13は一方向に連続的に形成されて、これがワ
ード線WLとなる。ソース拡散層15は、ワード線WL
方向に連続的に形成されて、これが固定電位線(共通ソ
ース線)となる。トランジスタ上は層間絶縁膜23で覆
われこの上にビット線BLが形成される。ビット線BL
は、二つのトランジスタで共有するドレイン拡散層14
にコンタクトして、ワード線WLと交差するように配設
される。
FIG. 3 shows the layout of the memory cell array, and FIGS. 4A and 4B show AA ',
BB 'section is shown. The p-type silicon layer 12 is formed in a lattice pattern by burying the silicon oxide film 21. That is, the regions of the two transistors sharing the drain are arranged in the word line WL direction by element isolation by the silicon oxide film 21. Or silicon oxide film 2
Instead of the embedding of 1, lateral isolation may be performed by etching the silicon layer 12. The gate electrode 13 is formed continuously in one direction, and this becomes the word line WL. The source diffusion layer 15 is connected to the word line WL
These are formed continuously in the direction, and this becomes a fixed potential line (common source line). The transistor is covered with an interlayer insulating film 23, on which a bit line BL is formed. Bit line BL
Is a drain diffusion layer 14 shared by two transistors.
, And arranged to cross the word line WL.

【0018】これにより、各トランジスタのボディ領域
であるシリコン層12は、底面及びチャネル幅方向の側
面が酸化膜により互いに分離され、チャネル長方向には
pn接合により互いに分離されてフローティング状態に
保たれる。そしてこのメモリセルアレイ構成では、ワー
ド線WLおよびビット線BLを最小加工寸法Fのピッチ
で形成したとして、単位セル面積は、図3に破線で示し
たように、2F×2F=4F2となる。
Thus, the bottom surface and the side surface in the channel width direction of the silicon layer 12, which is the body region of each transistor, are separated from each other by the oxide film, and are separated from each other by the pn junction in the channel length direction and are kept in a floating state. It is. In this memory cell array configuration, assuming that the word lines WL and the bit lines BL are formed at the pitch of the minimum processing dimension F, the unit cell area is 2F × 2F = 4F 2 as shown by the broken line in FIG.

【0019】このNMOSトランジスタからなるDRA
Mセルの動作原理は、MOSトランジスタのボディ領域
(他から絶縁分離されたp型シリコン層12)の多数キ
ャリアであるホールの蓄積を利用する。即ち、MOSト
ランジスタを5極管領域で動作させることにより、ドレ
イン拡散層14から大きな電流を流し、ドレイン拡散層
14の近傍でインパクトイオン化を起こす。このインパ
クトイオン化により生成される過剰の多数キャリアであ
るホールをp型シリコン層12に保持させ、そのホール
蓄積状態を例えばデータ“1”とする。ドレイン拡散層
14とp型シリコン層12の間のpn接合を順方向バイ
アスして、p型シリコン層12の過剰ホールをドレイン
側に放出した状態をデータ“0”とする。
DRA comprising this NMOS transistor
The operating principle of the M cell utilizes the accumulation of holes, which are majority carriers, in the body region of the MOS transistor (the p-type silicon layer 12 insulated from the others). That is, by operating the MOS transistor in the pentode region, a large current flows from the drain diffusion layer 14 and impact ionization occurs near the drain diffusion layer 14. Holes, which are excess majority carriers generated by the impact ionization, are held in the p-type silicon layer 12, and the hole accumulation state is, for example, data "1". The state where the pn junction between the drain diffusion layer 14 and the p-type silicon layer 12 is forward-biased and excess holes in the p-type silicon layer 12 are discharged to the drain side is defined as data “0”.

【0020】データ“0”,“1”は、ボディの電位の
差であり、MOSトランジスタのしきい値電圧の差とし
て記憶される。即ち、ホール蓄積によりボディ領域の電
位が高いデータ“1”状態のしきい値電圧Vth1は、
データ“0”状態のしきい値電圧Vth0より低い。ボ
ディに多数キャリアであるホールを蓄積した“1”デー
タ状態を保持するためには、ワード線には負のバイアス
電圧を印加することが必要になる。このデータ保持状態
は、逆データの書き込み動作(消去)を行わない限り、
読み出し動作を行っても変わない。即ち、キャパシタの
電荷蓄積を利用する1トランジスタ/1キャパシタのD
RAMと異なり、非破壊読み出しが可能である。
The data "0" and "1" are the difference between the body potentials and are stored as the difference between the threshold voltages of the MOS transistors. That is, the threshold voltage Vth1 in the data “1” state where the potential of the body region is high due to the accumulation of holes is
It is lower than the threshold voltage Vth0 in the data “0” state. In order to maintain the "1" data state in which holes serving as majority carriers are accumulated in the body, it is necessary to apply a negative bias voltage to the word lines. This data holding state is the same unless the reverse data write operation (erase) is performed.
It does not change even if the read operation is performed. That is, D of one transistor / one capacitor utilizing the charge storage of the capacitor
Unlike RAM, non-destructive reading is possible.

【0021】データ読み出しの方式には、いくつか考え
られる。ワード線電位VWLとボディ電位VBの関係
は、データ“0”,“1”と関係で図5のようになる。
従ってデータ読み出しの第1の方法は、ワード線WLに
データ“0”,“1”のしきい値電圧Vth0,Vth
1の中間になる読み出し電位を与えて、“0”データの
メモリセルでは電流が流れず、“1”データのメモリセ
ルでは電流が流れることを利用する。具体的には例え
ば、ビット線BLを所定の電位VBLにプリチャージし
て、その後ワード線WLを駆動する。これにより、図6
に示すように、“0”データの場合、ビット線プリチャ
ージ電位VBLの変化がなく、“1”データの場合はプ
リチャージ電位VBLが低下する。
Several data reading methods are conceivable. The relationship between the word line potential VWL and the body potential VB is as shown in FIG. 5 in relation to the data “0” and “1”.
Therefore, the first method of data reading is that the threshold voltage Vth0, Vth of data "0", "1" is applied to the word line WL.
A read potential that is intermediate between 1 and 1 is applied so that a current does not flow in a memory cell of “0” data and a current flows in a memory cell of “1” data. Specifically, for example, the bit line BL is precharged to a predetermined potential VBL, and then the word line WL is driven. As a result, FIG.
As shown in FIG. 7, in the case of "0" data, the bit line precharge potential VBL does not change, and in the case of "1" data, the precharge potential VBL decreases.

【0022】第2の読み出し方式は、ワード線WLを立
ち上げてから、ビット線BLに電流を供給して、
“0”,“1”の導通度に応じてビット線電位の上昇速
度が異なることを利用する。簡単には、ビット線BLを
0Vにプリチャージし、図7に示すようにワード線WL
を立ち上げて、ビット線電流を供給する。このとき、ビ
ット線の電位上昇の差をダミーセルを利用して検出する
ことにより、データ判別が可能となる。
In the second read mode, a current is supplied to the bit line BL after the word line WL is started,
The fact that the rising speed of the bit line potential varies depending on the degree of conduction of “0” and “1” is used. Briefly, the bit line BL is precharged to 0V, and the word line WL is precharged as shown in FIG.
To supply a bit line current. At this time, data difference can be determined by detecting a difference in potential rise of the bit line by using a dummy cell.

【0023】第3の読み出し方式は、ビット線BLを所
定の電位にクランプしたときの、“0”,“1”で異な
るビット線電流の差を読む方式である。電流差を読み出
すには、電流−電圧変換回路が必要であるが、最終的に
は電位差を差動増幅して、センス出力を出す。
The third reading method is a method of reading a difference between bit line currents different between "0" and "1" when the bit line BL is clamped at a predetermined potential. To read the current difference, a current-voltage conversion circuit is required, but finally, the potential difference is differentially amplified to output a sense output.

【0024】この発明において、選択的に“0”データ
を書き込むためには、即ちメモリセルアレイのなかで選
択されたワード線WLとビット線BLの電位により選択
されたメモリセルのバルク領域のみから過剰ホールを放
出させるには、ワード線WLとボディの間の容量結合が
本質的になる。データ“1”でボディ領域にホールが蓄
積された状態は、ワード線を十分負方向にバイアスし
て、メモリセルのゲート・基板間容量が、ゲート酸化膜
容量となる状態(即ち表面に空乏層が形成されていない
状態)で保持することが必要である。
In the present invention, in order to selectively write "0" data, that is, excessive data is written only from the bulk region of the memory cell selected by the potential of the word line WL and bit line BL selected in the memory cell array. In order to release holes, the capacitive coupling between the word line WL and the body becomes essentially. The state in which holes are accumulated in the body region with data "1" is a state in which the word line is biased in a sufficiently negative direction, and the gate-substrate capacitance of the memory cell becomes the gate oxide film capacitance (that is, a depletion layer on the surface). (A state in which no is formed).

【0025】より具体的な動作波形を説明する。図8〜
図11は、選択セルによるビット線の放電の有無により
データ判別を行う第1の読み出し方式を用いた場合のリ
ード/リフレッシュ及びリード/ライトの動作波形であ
る。図8及び図9は、それぞれ“1”データ及び“0”
データのリード/リフレッシュ動作である。時刻t1ま
では、データ保持状態(非選択状態)であり、ワード線
WLには負電位が与えられている。時刻t1でワード線
WLを正の所定電位に立ち上げる。このときワード線電
位は、“0”,“1”データのしきい値Vth0,Vt
h1の間に設定する。これにより、“1”データの場
合、予めプリチャージされていたビット線VBLは放電
により低電位になる。“0”データの場合はビット線電
位VBLは保持される。これにより“1”,“0”デー
タが判別される。
A more specific operation waveform will be described. Fig. 8-
FIG. 11 shows read / refresh and read / write operation waveforms in the case of using the first read method in which data is determined based on whether or not a selected cell discharges a bit line. 8 and 9 show “1” data and “0” data, respectively.
This is a data read / refresh operation. Until time t1, the data is in a data holding state (non-selected state), and a negative potential is applied to the word line WL. At time t1, the word line WL is raised to a predetermined positive potential. At this time, the word line potential is set to the threshold values Vth0, Vt of the "0", "1" data.
Set during h1. As a result, in the case of "1" data, the bit line VBL which has been precharged in advance becomes low potential by discharging. In the case of “0” data, the bit line potential VBL is held. Thus, "1" and "0" data are determined.

【0026】そして、時刻t2で、ワード線WLの電位
を更に高くし、同時に読み出しデータが“1”の場合に
は、ビット線BLに正電位を与え(図8)、読み出しデ
ータが“0”の場合はビット線BLに負電位を与える
(図9)。これにより、選択メモリセルが“1”データ
の場合、5極管動作により大きなチャネル電流が流れて
インパクトイオン化が起こり、ボディに過剰のホールが
注入保持されて再度“1”データが書き込まれる。
“0”データの場合には、ドレイン接合が順方向バイア
スになり、ボディに過剰ホールが保持されていない
“0”データが再度書き込まれる。
At time t2, the potential of the word line WL is further increased, and when the read data is "1", a positive potential is applied to the bit line BL (FIG. 8), and the read data becomes "0". In this case, a negative potential is applied to the bit line BL (FIG. 9). Thus, when the selected memory cell is "1" data, a large channel current flows due to the pentode operation, impact ionization occurs, excess holes are injected and held in the body, and "1" data is written again.
In the case of "0" data, the drain junction becomes forward biased, and "0" data in which excess holes are not held in the body is written again.

【0027】そして、時刻t3でワード線WLを負方向
にバイアスして、リード/リフレッシュ動作を終了す
る。“1”データ読み出しを行ったメモリセルと同じビ
ット線BLにつながる他の非選択メモリセルでは、ワー
ド線WLが負電位、従ってボディが負電位に保持され
て、インパクトイオン化は起こらない。“0”データ読
み出しを行ったメモリセルと同じビット線BLにつなが
る他の非選択メモリセルでは、やはりワード線WLが負
電位に保持されて、ホール放出は起こらない。
Then, at time t3, the word line WL is biased in the negative direction, and the read / refresh operation ends. In other unselected memory cells connected to the same bit line BL as the memory cell from which "1" data has been read, the word line WL is kept at a negative potential, and hence the body is kept at a negative potential, so that impact ionization does not occur. In other unselected memory cells connected to the same bit line BL as the memory cell from which "0" data has been read, the word line WL is also kept at a negative potential and no hole emission occurs.

【0028】図10及び図11は、同じ読み出し方式に
よるそれぞれ“1”データ及び“0”データのリード/
ライト動作である。図10及び図11での時刻t1での
読み出し動作はそれぞれ、図8及び図9と同様である。
読み出し後、時刻t2でワード線WLを更に高電位と
し、同じ選択セルに“0”データを書き込む場合には同
時に、ビット線BLに負電位を与え(図10)、“1”
データを書き込む場合にはビット線BLに正電位を与え
る(図11)。これにより、“0”データが与えられた
セルでは、ドレイン接合が順方向バイアスになり、ボデ
ィのホールが放出される。“1”データが与えられたセ
ルでは、ドレイン近傍でインパクトイオン化が起こり、
ボディに過剰ホールが注入保持される。
FIGS. 10 and 11 show reading / writing of "1" data and "0" data by the same read method, respectively.
This is a write operation. The read operation at time t1 in FIGS. 10 and 11 is the same as in FIGS. 8 and 9, respectively.
After the reading, at time t2, the word line WL is set to a higher potential, and when writing "0" data to the same selected cell, a negative potential is applied to the bit line BL at the same time (FIG. 10), and "1"
When writing data, a positive potential is applied to the bit line BL (FIG. 11). As a result, in the cell to which "0" data is given, the drain junction becomes forward-biased, and holes in the body are emitted. In a cell to which “1” data is given, impact ionization occurs near the drain,
Excess holes are injected and held in the body.

【0029】図12〜図15は、ビット線BLを0Vに
プリチャージし、ワード線選択後にビット線BLに電流
を供給して、ビット線BLの電位上昇速度によりデータ
判別を行う第2の読み出し方式を用いた場合のリード/
リフレッシュ及びリード/ライトの動作波形である。図
12及び図13は、それぞれ“1”データ及び“0”デ
ータのリード/リフレッシュ動作である。負電位に保持
されていたワード線WLを、時刻t1で正電位に立ち上
げる。このときワード線電位は、図7に示したように、
“0”,“1”データのしきい値Vth0,Vth1の
いずれよりも高い値に設定する。或いは、ワード線電位
を、第1の読み出し方式と同様に、“0”,“1”デー
タのしきい値Vth0,Vth1の間に設定してもよ
い。そして、時刻t2でビット線に電流を供給する。こ
れにより、“1”データの場合、メモリセルが深くオン
してビット線BLの電位上昇は小さく(図12)、
“0”データの場合メモリセルの電流が小さく(或いは
電流が流れず)、ビット線電位は急速に上昇する。これ
により“1”,“0”データが判別される。
FIGS. 12 to 15 show a second read operation in which the bit line BL is precharged to 0 V, a current is supplied to the bit line BL after the word line is selected, and the data is determined based on the potential rising speed of the bit line BL. / When using the method
It is an operation waveform of refresh and read / write. FIG. 12 and FIG. 13 show the read / refresh operation of “1” data and “0” data, respectively. The word line WL held at the negative potential is raised to the positive potential at time t1. At this time, as shown in FIG.
The threshold value is set to a value higher than any of the threshold values Vth0 and Vth1 of “0” and “1” data. Alternatively, the word line potential may be set between the threshold values Vth0 and Vth1 of “0” and “1” data as in the first reading method. Then, a current is supplied to the bit line at time t2. As a result, in the case of "1" data, the memory cell is turned on deeply and the potential rise of the bit line BL is small (FIG. 12).
In the case of "0" data, the current of the memory cell is small (or no current flows), and the bit line potential rises rapidly. Thus, "1" and "0" data are determined.

【0030】そして、時刻t3で、読み出しデータが
“1”の場合には、ビット線BLに正の電位を与え(図
12)、読み出しデータが“0”の場合はビット線BL
に負の電位を与える(図13)。これにより、選択メモ
リセルが“1”データの場合、ドレイン電流が流れてイ
ンパクトイオン化が起こり、ボディに過剰ホールが注入
保持されて再度“1”データが書き込まれる。“0”デ
ータの場合には、ドレイン接合が順方向バイアスにな
り、ボディに過剰ホールのない“0”データが再度書き
込まれる。時刻t4でワード線WLを負方向にバイアス
して、リード/リフレッシュ動作を終了する。
At time t3, when the read data is "1", a positive potential is applied to the bit line BL (FIG. 12). When the read data is "0", the bit line BL is applied.
Is given a negative potential (FIG. 13). Thus, when the selected memory cell is "1" data, a drain current flows and impact ionization occurs, excess holes are injected and held in the body, and "1" data is written again. In the case of "0" data, the drain junction becomes forward biased, and "0" data without excessive holes in the body is written again. At time t4, the word line WL is biased in the negative direction, and the read / refresh operation ends.

【0031】図14及び図15は、同じ読み出し方式に
よるそれぞれ“1”データ及び“0”データのリード/
ライト動作である。図14及び図15での時刻t1及び
t2での読み出し動作はそれぞれ、図12及び図13と
同様である。読み出し後、同じ選択セルに“0”データ
を書き込む場合には、ビット線BLに負電位を与え(図
14)、“1”データを書き込む場合にはビット線BL
に正電位を与える(図15)。これにより、“0”デー
タが与えられたセルでは、ドレイン接合が順方向バイア
スになり、ボディの過剰ホールが放出される。“1”デ
ータが与えられたセルでは、大きなドレイン電流が流れ
てドレイン近傍でインパクトイオン化が起こり、ボディ
に過剰ホールが注入保持される。
FIGS. 14 and 15 show reading / writing of “1” data and “0” data by the same read method, respectively.
This is a write operation. The read operation at times t1 and t2 in FIGS. 14 and 15 is the same as in FIGS. 12 and 13, respectively. After reading, when writing “0” data to the same selected cell, a negative potential is applied to the bit line BL (FIG. 14), and when writing “1” data, the bit line BL
Is given a positive potential (FIG. 15). As a result, in the cell to which "0" data is given, the drain junction becomes forward-biased, and excess holes in the body are emitted. In a cell to which "1" data is given, a large drain current flows, impact ionization occurs near the drain, and excess holes are injected and held in the body.

【0032】以上のようにこの発明によるDRAMセル
は、他から電気的に分離されたフローティングのボディ
を持つ単純なMOSトランジスタにより構成され、4F
2のセルサイズが実現可能である。また、フローティン
グのボディの電位制御は、ゲート電極からの容量結合を
利用しており、ソース拡散層は固定電位である。即ち、
読み出し/書き込みの制御は、ワード線WLとビット線
BLのみで行われ、簡単である。更にメモリセルは基本
的に非破壊読み出しであるので、センスアンプをビット
線毎に設ける必要がなく、センスアンプのレイアウトは
容易になる。更に電流読み出し方式であるので、ノイズ
にも強く、例えばオープンビット線方式でも読み出しが
可能である。また、メモリセルの製造プロセスも簡単で
ある。
As described above, the DRAM cell according to the present invention is constituted by a simple MOS transistor having a floating body which is electrically isolated from the others,
A cell size of 2 is feasible. The potential control of the floating body utilizes capacitive coupling from the gate electrode, and the source diffusion layer has a fixed potential. That is,
The read / write control is performed only by the word lines WL and the bit lines BL, and is simple. Further, since the memory cell is basically a non-destructive read, it is not necessary to provide a sense amplifier for each bit line, and the layout of the sense amplifier is simplified. Further, since the current reading method is used, the resistance to noise is high. For example, reading can be performed by an open bit line method. Also, the manufacturing process of the memory cell is simple.

【0033】ここまでは、基本的なメモリ動作を説明し
たが、電源投入直後等においては、動作保証が問題にな
る。即ち、メモリセルのボディはフローティングである
ため、ボディの電位は、高い方はソースの基準電位に対
してビルトインポテンシャルに保持されるものの、低い
方は不定であり、低くなりすぎている可能性がある。そ
してそのままでは、“1”データ書き込みのための5極
管動作ができないおそれがある。
Up to this point, the basic memory operation has been described, but operation guarantee is a problem immediately after power-on. That is, since the body of the memory cell is floating, the potential of the body is held at a built-in potential with respect to the reference potential of the source, but the lower one is undefined and may be too low. is there. Then, there is a possibility that the pentode operation for writing “1” data cannot be performed as it is.

【0034】このことは、図16に示す特性からも推測
される。図16は、通常のMOSトランジスタについ
て、ボディ電位Vbをパラメータとして、ドレイン電流
Idと基板電流Isubのゲート電圧Vg依存性を示し
ている。ゲートに高い電位VWLHを与えて5極管動作
させてインパクトイオン化を起こしたとき、発生するホ
ール電流は基板電流Isubとして観測される。図16
は、ボディ電位Vbを負方向にシフトすると、基板電流
Isubが減少することを示している。従って、この発
明の場合も、初期状態でボディ電位が大きな負になって
いると、そのまでは“1”データ書き込みができなくな
る可能性がある。そこでこの発明においては、電源投入
時等にメモリセルアレイを初期化する動作を行う。
This can be inferred from the characteristics shown in FIG. FIG. 16 shows the dependence of the drain current Id and the substrate current Isub on the gate voltage Vg for a normal MOS transistor using the body potential Vb as a parameter. When a high potential VWLH is applied to the gate to cause pentode operation to cause impact ionization, the generated hole current is observed as the substrate current Isub. FIG.
Indicates that when the body potential Vb is shifted in the negative direction, the substrate current Isub decreases. Therefore, also in the present invention, if the body potential is large negative in the initial state, there is a possibility that "1" data cannot be written until then. Therefore, in the present invention, an operation of initializing the memory cell array at the time of turning on the power or the like is performed.

【0035】以下、その様な初期化モードを備えた実施
の形態を具体的に説明する。図17は、DRAMチップ
全体の構成を示す。メモリセルアレイ21は、図18に
示すように、メモリセルMCがマトリクス配列されて、
複数のメモリセルのゲートが共通接続されるワード線W
Lと、複数のメモリセルのドレインが共通接続されるビ
ット線BLが交差して配設されて構成される。メモリセ
ルアレイ21のビット線BLは、カラムデコーダ24に
より制御されるカラムゲート22を介してセンスアンプ
23に接続される。メモリセルアレイ21のワード線W
Lは、ロウデコーダ/ワード線ドライバ25により選択
されて駆動される。
An embodiment having such an initialization mode will be specifically described below. FIG. 17 shows the configuration of the entire DRAM chip. As shown in FIG. 18, the memory cell array 21 includes memory cells MC arranged in a matrix.
Word line W to which gates of a plurality of memory cells are commonly connected
L and a bit line BL to which the drains of a plurality of memory cells are commonly connected are arranged to intersect. The bit line BL of the memory cell array 21 is connected to a sense amplifier 23 via a column gate 22 controlled by a column decoder 24. Word line W of memory cell array 21
L is selected and driven by the row decoder / word line driver 25.

【0036】センスアンプ23とI/O端子の間のデー
タ転送はI/Oバッファ27を介して行われる。また外
部アドレスはI/Oバッファ27を介してアドレスバッ
ファ26に取り込まれ、ロウアドレス、カラムアドレス
がそれぞれロウデコーダ/ワード線ドライバ25及びカ
ラムデコーダ24に供給される。
Data transfer between the sense amplifier 23 and the I / O terminal is performed via the I / O buffer 27. The external address is taken into the address buffer 26 via the I / O buffer 27, and the row address and the column address are supplied to the row decoder / word line driver 25 and the column decoder 24, respectively.

【0037】電位発生回路29は、ワード線WLに与え
られるデータ書き込み時の高電位VWLH、データホー
ルド時の低電位VWLL、データ読み出し時の中間電位
VWLRを発生し、またビット線BLに与えられる
“1”データ書き込み時の高電位VBLH、“0”デー
タ書き込み時の低電位VBLL、データ読み出し時のプ
リチャージ電位VBLR等を発生する。
The potential generating circuit 29 generates a high potential VWLH applied to the word line WL at the time of data writing, a low potential VWLL at the time of data holding, and an intermediate potential VWLR at the time of data reading, and is applied to the bit line BL. A high potential VBLH at the time of writing “1” data, a low potential VBLL at the time of writing “0” data, a precharge potential VBLR at the time of data reading, and the like are generated.

【0038】この電位発生回路29は、外部電源VEX
Tの投入を検出するパワーオン検出回路28の出力によ
り制御されて、必要な電位を生成する。また、制御回路
30,は、パワーオン検出回路28の出力を受けて、メ
モリセルアレイ21の全メモリセルを初期化する初期化
動作を制御する。具体的に制御回路30は例えば、アド
レスバッファ26内に用意されたアドレスカウンタを動
作させ、アドレスをインクリメントして、メモリセルア
レイ21の全メモリセルに強制的に“1”データを書き
込む初期化動作を制御する。
This potential generating circuit 29 is connected to an external power supply VEX.
A required potential is generated under the control of the output of the power-on detection circuit 28 which detects the input of T. The control circuit 30 receives the output of the power-on detection circuit 28 and controls an initialization operation for initializing all the memory cells of the memory cell array 21. More specifically, the control circuit 30 operates, for example, an address counter provided in the address buffer 26, increments the address, and performs an initialization operation of forcibly writing “1” data to all the memory cells of the memory cell array 21. Control.

【0039】或いはまた、制御回路30は、ロウデコー
ダ25及びカラムデコーダ24を全選択状態として、メ
モリセルアレイ21の全メモリセルに一括して、強制的
に“1”データを書き込むという初期化動作制御を行っ
てもよい。更に、メモリセルアレイ21が複数のサブセ
ルアレイに分割されている場合に、サブセルアレイ毎に
時分割で初期化するという制御も可能である。また、パ
ワーオン検出により、制御回路30が自動的に初期化動
作を行う他、I/O端子からのコマンド入力を受けて、
同様の初期化動作を行うようにしてもよい。以下に、具
体的な初期化動作モードを説明する。
Alternatively, the control circuit 30 puts the row decoder 25 and the column decoder 24 in the all-selected state, and forcibly writes “1” data to all the memory cells of the memory cell array 21 collectively. May be performed. Further, when the memory cell array 21 is divided into a plurality of sub-cell arrays, it is possible to perform control to initialize each sub-cell array by time division. In addition, upon detection of power-on, the control circuit 30 automatically performs an initialization operation and receives a command input from an I / O terminal,
A similar initialization operation may be performed. Hereinafter, a specific initialization operation mode will be described.

【0040】[第1の初期化モード]第1の初期化モー
ドでは、ワード線WL及びビット線BLにそれぞれ、通
常の“1”データ書き込み時における高電位より高い電
位を与える。図19は、この場合の電位発生回路29が
出力するワード線に与えられる高電位VWLHとビット
線に与えられる高電位VBLHを示している。電源投入
後、一定時間Tの間、通常の“1”データ書き込みに用
いられるワード線高電位VWLH1,ビット線VBLH
1よりもそれぞれ高い電位VWLH0,VBLH0を発
生させる。
[First Initialization Mode] In the first initialization mode, a potential higher than the high potential at the time of normal "1" data writing is applied to the word line WL and the bit line BL. FIG. 19 shows the high potential VWLH applied to the word line and the high potential VBLH applied to the bit line output from the potential generation circuit 29 in this case. After the power is turned on, for a fixed time T, the word line high potential VWLH1 and the bit line VBLH used for normal "1" data writing are used.
The potentials VWLH0 and VBLH0 higher than 1 are generated.

【0041】図20は、初期化動作とその後のワード線
WL、ビット線BLの電位及びそのときのメモリセルの
ボディ電位VBを示している。初期化動作においては、
ワード線WL及びビット線BLに対してそれぞれ、通常
の“1”書き込み時より高い電位VWLH0,VBLH
0を与えて、ボディ電位VBを十分に上昇させ、インパ
クトイオン化を生じさせる。これにより、確実に“1”
データが書かれる。その後、ワード線WLを負の電位V
WLLにしてデータをホールドし、以後通常動作を行
う。図では、“1”データ書き込みの動作波形を示して
いる。
FIG. 20 shows the potentials of the word line WL and bit line BL and the body potential VB of the memory cell at that time after the initialization operation. In the initialization operation,
The potentials VWLH0 and VBLH higher than the normal "1" write time are applied to the word line WL and the bit line BL, respectively.
By giving 0, the body potential VB is sufficiently increased to cause impact ionization. This ensures that "1"
Data is written. Thereafter, the word line WL is set to the negative potential V.
The data is held at WLL, and the normal operation is performed thereafter. In the figure, the operation waveform of “1” data writing is shown.

【0042】[第2の初期化モード]第2の初期化モー
ドでは、ビット線BLには通常の“1”書き込みと同じ
高電位を用い、ワード線WLには通常の“1”データ書
き込み時における高電位より高い電位を与える。図21
は、この場合の電位発生回路29が出力するワード線に
与えられる高電位VWLHとビット線に与えられる高電
位VBLHを示している。電源投入後、一定時間Tの
間、通常の“1”データ書き込みに用いられるワード線
高電位VWLH1よりも高い電位VWLH0を発生させ
る。ビット線高電位VBLHは、一定である。
[Second Initialization Mode] In the second initialization mode, the same high potential as the normal "1" write is used for the bit line BL, and the normal "1" data write is performed for the word line WL. Is applied. FIG.
Indicates the high potential VWLH applied to the word line and the high potential VBLH applied to the bit line output from the potential generation circuit 29 in this case. After the power is turned on, a potential VWLH0 higher than the word line high potential VWLH1 used for normal "1" data writing is generated for a predetermined time T. The bit line high potential VBLH is constant.

【0043】図22は、初期化動作とその後のワード線
WL、ビット線BLの電位及びそのときのメモリセルの
ボディ電位VBを示している。初期化動作においては、
ワード線WLに対して通常の“1”書き込み時より高い
電位VWLH0を与えて、ボディ電位VBを十分に上昇
させ、インパクトイオン化を生じさせる。これにより、
確実に“1”データが書かれる。その後、ワード線WL
を負の電位VWLLにしてデータをホールドし、以後通
常動作を行う。図では、“1”データ書き込みの動作波
形を示している。
FIG. 22 shows the initializing operation, the potentials of the word line WL and the bit line BL, and the body potential VB of the memory cell at that time. In the initialization operation,
By applying a higher potential VWLH0 to the word line WL than at the time of normal "1" writing, the body potential VB is sufficiently increased to cause impact ionization. This allows
"1" data is surely written. After that, the word line WL
Is set to the negative potential VWLL to hold data, and thereafter normal operation is performed. In the figure, the operation waveform of “1” data writing is shown.

【0044】[第3の初期化モード]第3の初期化モー
ドでは、ワード線WLには通常の“1”書き込みと同じ
高電位を用い、ビット線BLには通常の“1”データ書
き込み時における高電位より高い電位を与える。図23
は、この場合の電位発生回路29が出力するワード線に
与えられる高電位VWLHとビット線に与えられる高電
位VBLHを示している。電源投入後、一定時間Tの
間、通常の“1”データ書き込みに用いられるビット線
高電位VBLH1よりも高い電位VBLH0を発生させ
る。ワード線高電位VWLHは、一定である。
[Third Initialization Mode] In the third initialization mode, the same high potential as the normal "1" write is used for the word line WL, and the normal "1" data is written to the bit line BL. Is applied. FIG.
Indicates the high potential VWLH applied to the word line and the high potential VBLH applied to the bit line output from the potential generation circuit 29 in this case. After the power is turned on, a potential VBLH0 higher than the bit line high potential VBLH1 used for normal "1" data writing is generated for a predetermined time T. The word line high potential VWLH is constant.

【0045】図24は、初期化動作とその後のワード線
WL、ビット線BLの電位及びそのときのメモリセルの
ボディ電位VBを示している。初期化動作においては、
ワード線WLに対して通常の“1”書き込み時と同じ高
電位VWLHを与えているが、ビット線BLに通常の
“1”書き込み時より高い電位VBLH0を用いている
ため、効果的にインパクトイオン化を生じさせることが
できる。これにより、確実に“1”データが書かれる。
その後、ワード線WLを負の電位VWLLにしてデータ
状態をホールドし、以後通常動作を行う。図では、
“1”データ書き込みの動作波形を示している。
FIG. 24 shows the initializing operation, the subsequent potentials of the word line WL and bit line BL, and the body potential VB of the memory cell at that time. In the initialization operation,
Although the same high potential VWLH is applied to the word line WL as in normal "1" writing, the potential VBLH0 is used for the bit line BL higher than in normal "1" writing, so that impact ionization is effectively performed. Can be caused. As a result, "1" data is reliably written.
After that, the word line WL is set to the negative potential VWLL to hold the data state, and thereafter the normal operation is performed. In the figure,
The operation waveform of "1" data writing is shown.

【0046】[第4の初期化モード]第4の初期化モー
ドでは、ワード線WL、ビット線共に、通常の“1”書
き込みと同じ高電位を用いる。但しこの場合、確実に初
期化するためには、初期化動作の時間を例えば通常の書
き込み時間より長めに設定することが望ましい。初期化
動作時間をある程度以上長く設定すれば、“1”データ
状態の初期化が可能である。
[Fourth Initialization Mode] In the fourth initialization mode, both the word line WL and the bit line use the same high potential as in normal "1" writing. However, in this case, in order to surely perform the initialization, it is desirable to set the time of the initialization operation to be longer than, for example, the normal writing time. If the initialization operation time is set to be longer than a certain level, the "1" data state can be initialized.

【0047】以上の初期化モードは、“1”データ状態
の初期化の確実性の高い順に並べると、第1の初期化モ
ード、第2の初期化モード、第3の初期化モード、第4
の初期化モードの順になる。この順で初期化動作時のボ
ディ電位が低くなるためである。しかし、確実性の低い
初期化モードであっても、次に説明するようにメモリセ
ル構造を変えることにより、より確実な初期化動作を行
わせることが可能になる。
The above-mentioned initialization modes are arranged in the order of the degree of certainty of the initialization of the “1” data state, and the first initialization mode, the second initialization mode, the third initialization mode, and the fourth
In the initialization mode. This is because the body potential during the initialization operation becomes lower in this order. However, even in the initialization mode with low reliability, it is possible to perform a more reliable initialization operation by changing the memory cell structure as described below.

【0048】図25が、その様なメモリセル構造を図1
に対応させて示している。図1の構造と対比して、図2
5では、シリコン層12を分離する絶縁膜11(BOX
膜)中に、バックゲート電極32を埋設している点で異
なる。このバックゲート32は、トランジスタのボディ
となるシリコン層12の底面に対してゲート絶縁膜31
を介して容量結合する。この場合のメモリセルMCの等
価回路を、図26に示す。
FIG. 25 shows such a memory cell structure in FIG.
Are shown correspondingly. In contrast to the structure of FIG.
5, the insulating film 11 (BOX) separating the silicon layer 12
The difference is that the back gate electrode 32 is embedded in the film. The back gate 32 is formed between the gate insulating film 31 and the bottom surface of the silicon layer 12 serving as the body of the transistor.
Capacitively coupled via. FIG. 26 shows an equivalent circuit of the memory cell MC in this case.

【0049】この様なメモリセル構造として、例えばバ
ックゲート32には、負の固定電位(但しメモリセルが
pチャネルの場合には、正の固定電位)を与える。これ
により、データ保持状態での“1”データの保持特性を
より良好なものとすることができる。メモリセルの基本
動作は先に説明したように、フロントゲート13からの
容量カップリングによりボディ電位を制御することによ
り成り立つ。しかし、この容量カップリングが大き過ぎ
る場合には、データ“0”,“1”のしきい値電圧差を
十分にとれなくなることが本発明者らの検討により明ら
かになっている。
In such a memory cell structure, a negative fixed potential (a positive fixed potential when the memory cell is a p-channel) is applied to, for example, the back gate 32. As a result, it is possible to improve the retention characteristics of “1” data in the data retention state. The basic operation of the memory cell is achieved by controlling the body potential by the capacitive coupling from the front gate 13 as described above. However, the present inventors have found that when the capacitance coupling is too large, the threshold voltage difference between the data “0” and “1” cannot be sufficiently obtained.

【0050】これに対して、バックゲート32を付加し
てボディに容量カップリングさせることにより、フロン
トゲート13からボディへの容量カップリング比を小さ
くすることができ、これにより、データ“0”,“1”
のしきい値電圧差をより大きく確保することが可能にな
る。
On the other hand, by adding the back gate 32 and capacitively coupling to the body, the capacitance coupling ratio from the front gate 13 to the body can be reduced, whereby the data "0", “1”
Can be secured larger.

【0051】図27は、この様なバックゲート付きのメ
モリセルMCを用いたメモリセルアレイの等価回路を示
している。バックゲート端子VBは、メモリセルアレイ
全体で共通接続される。或いは、バックゲート32をフ
ロントゲート13によるワード線WL1と並行するワー
ド線WL2としてパターン形成してもよい。この場合等
価回路は、図28のようになる。この場合、フロントゲ
ートに接続されるワード線WL1と、バックゲートに接
続されるワード線WL2とを同期して駆動するようにす
ることもできる。
FIG. 27 shows an equivalent circuit of a memory cell array using such a memory cell MC with a back gate. The back gate terminal VB is commonly connected in the entire memory cell array. Alternatively, the back gate 32 may be patterned as a word line WL2 parallel to the word line WL1 formed by the front gate 13. In this case, the equivalent circuit is as shown in FIG. In this case, the word line WL1 connected to the front gate and the word line WL2 connected to the back gate can be driven in synchronization.

【0052】具体的に、バックゲートに接続されるワー
ド線WL2は、データ保持状態では負に保ち、データ書
き込み状態ではワード線WL1と同期して、より高い電
位にする。これにより、メモリセルアレイ内でのデータ
“1”,“0”の選択書き込み特性とデータ保持特性を
向上させることができる。
More specifically, the word line WL2 connected to the back gate is kept negative in the data holding state, and has a higher potential in synchronization with the word line WL1 in the data writing state. As a result, the selective write characteristics and data retention characteristics of data “1” and “0” in the memory cell array can be improved.

【0053】この様なバックゲート付きのメモリセルM
Cを用いた場合には、バックゲートによりボディ電位の
制御ができることから、初期化動作も容易になる。例え
ば、先に第4の初期化モードとして説明した、“1”書
き込み時の高電位と同じ電位をワード線及びビット線に
与える初期化動作の場合に、バックゲートによりボディ
し電位を上昇させれば、より確実な“1”データの初期
化が可能になる。これが、次の示す第5の初期化モード
である。
The memory cell M with such a back gate
When C is used, since the body potential can be controlled by the back gate, the initialization operation is also facilitated. For example, in the case of the initialization operation in which the same potential as the high potential at the time of writing “1” is applied to the word line and the bit line, which has been described as the fourth initialization mode, the body is raised by the back gate and the potential is increased. If this is the case, more reliable "1" data can be initialized. This is the following fifth initialization mode.

【0054】[第5の初期化モード]図29は、この場
合の電位発生回路29が出力するワード線に与えられる
高電位VWLHとビット線に与えられる高電位VBLH
及び、バックゲートに与えられる電位VBGを示してい
る。ワード線高電位VWLH及びビット線高電位VBL
Hは、一定である。これに対して、バックゲートに与え
るための電位VBGは、電源投入後、一定時間Tの間、
高い電位VBG0とし、その後通常動作に必要な電位V
BG1になる。
[Fifth Initialization Mode] FIG. 29 shows a high potential VWLH applied to the word line and a high potential VBLH applied to the bit line output from the potential generation circuit 29 in this case.
Further, a potential VBG applied to the back gate is shown. Word line high potential VWLH and bit line high potential VBL
H is constant. On the other hand, the potential VBG to be applied to the back gate is set for a certain time T after the power is turned on.
High potential VBG0 and then the potential V necessary for normal operation
Becomes BG1.

【0055】図30は、初期化動作とその後のワード線
WL、ビット線BL及びバックゲートBGの電位と、そ
のときのメモリセルのボディ電位VBを示している。初
期化動作においては、ワード線WLに対して通常の
“1”書き込み時と同じ高電位VWLHを与え、ビット
線BLにも通常の“1”書き込み時と同じ電位VBLH
を与えているが、バックゲートBGに通常動作より高い
電位VBG0を与える。これにより、ボディ電位を上昇
させて、効果的にインパクトイオン化を生じさせること
ができ、確実に“1”データが書かれる。その後、ワー
ド線WLを負の電位VWLLにしてデータ状態をホール
ドし、バックゲートBGも通常動作時の電位VBG1と
して、以後通常動作を行う。図では、“1”データ書き
込みの動作波形を示している。
FIG. 30 shows the potentials of the word line WL, bit line BL and back gate BG after the initialization operation, and the body potential VB of the memory cell at that time. In the initialization operation, the same high potential VWLH is applied to the word line WL as in normal "1" writing, and the same potential VBLH is applied to the bit line BL as in normal "1" writing.
, But a potential VBG0 higher than the normal operation is applied to the back gate BG. As a result, the body potential can be increased, and the impact ionization can be effectively generated, so that "1" data is reliably written. Thereafter, the word line WL is set to the negative potential VWLL to hold the data state, and the back gate BG is also set to the potential VBG1 in the normal operation, and thereafter the normal operation is performed. In the figure, the operation waveform of “1” data writing is shown.

【0056】[第6の初期化モード]ここまでに説明し
た初期化動作は全て、メモリセルを5極管動作させるこ
とにより、インパクトイオン化によって“1”データを
書き込むようにしたが、GIDL電流を利用した初期化
動作も可能である。図31は、ワード線にデータ保持状
態の低い電位VWLLを与え、ビット線に正電位を与え
て、メモリセルにGIDL電流が流れる様子を示してい
る。ビット線から与えられるドレイン電位Vdとワード
線から与えられるゲート電位VWLLの差が大きければ
大きいほど、GIDL電流は大きくなる。
[Sixth Initialization Mode] In all of the initialization operations described so far, the memory cell is operated as a pentode to write "1" data by impact ionization. An initialization operation using the same is also possible. FIG. 31 shows a state in which a low potential VWLL in a data holding state is applied to a word line, a positive potential is applied to a bit line, and a GIDL current flows through a memory cell. The larger the difference between the drain potential Vd given from the bit line and the gate potential VWLL given from the word line, the larger the GIDL current.

【0057】特に、バックゲート付きのメモリセルを用
いた場合には、ボディ電位が制御できるから、より大き
なGIDL電流を流すことができ、これを利用して効果
的な“1”データ初期化ができる。図32は、この場合
の電位発生回路29が出力するワード線に与えられる高
電位VWLHとビット線に与えられる高電位VBLHを
示している。ワード線高電位VWLHは一定である。ビ
ット線高電位VBLHは、電源投入後、一定時間Tの
間、高い電位VBLH0とし、その後通常動作に必要な
電位VBLH1になる。
In particular, when a memory cell with a back gate is used, since the body potential can be controlled, a larger GIDL current can flow, and by using this, an effective "1" data initialization can be performed. it can. FIG. 32 shows the high potential VWLH applied to the word line and the high potential VBLH applied to the bit line output from the potential generation circuit 29 in this case. The word line high potential VWLH is constant. The bit line high potential VBLH is set to the high potential VBLH0 for a predetermined time T after the power is turned on, and then to the potential VBLH1 necessary for normal operation.

【0058】図33は、初期化動作とその後のワード線
WL、ビット線BL及びバックゲートBGの電位と、そ
のときのメモリセルのボディ電位VBを示している。即
ち、初期化動作においては、ワード線WLはデータ保持
状態の低い電位VWLLとし、ビット線BLには通常の
“1”書き込みより高い電位VBLH0を与え、同時に
バックゲートBGに通常動作より高い電位VBG0を与
える。これにより、大きなGIDL電流を流すことがで
き、“1”データが書かれる。その後、ワード線WLを
負の電位VWLLにしてデータ状態をホールドし、バッ
クゲートBGも通常動作時の電位VBG1として、以後
通常動作を行う。図では、“1”データ書き込みの動作
波形を示している。
FIG. 33 shows the potentials of the word line WL, bit line BL and back gate BG after the initialization operation, and the body potential VB of the memory cell at that time. That is, in the initialization operation, the word line WL is set to the low potential VWLL in the data holding state, the bit line BL is applied with the potential VBLH0 higher than the normal “1” write, and at the same time, the back gate BG is set to the higher potential VBG0 than the normal operation. give. As a result, a large GIDL current can flow, and "1" data is written. Thereafter, the word line WL is set to the negative potential VWLL to hold the data state, and the back gate BG is also set to the potential VBG1 in the normal operation, and thereafter the normal operation is performed. In the figure, the operation waveform of “1” data writing is shown.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、一
つのメモリセルは、フローティングの半導体層をボディ
領域として持つ単純な一つのMISトランジスタにより
形成され、セルサイズを4F2と小さくすることができ
る。トランジスタのソースは固定電位線に接続され、ド
レインに接続されたビット線とゲート電極に接続された
ワード線の制御のみによって、読み出し,書き換え及び
リフレッシュの制御が行われる。即ち任意ビット単位で
のデータ書き換えも可能である。またこの発明では、メ
モリセルアレイの全メモリセルについて強制的に第1デ
ータ状態を書き込む初期化モードを備えることにより、
その後の通常動作を保証することができる。
As described above, according to the present invention, one memory cell is formed by a simple MIS transistor having a floating semiconductor layer as a body region, and the cell size is reduced to 4F 2. Can be. The source of the transistor is connected to a fixed potential line, and reading, rewriting and refreshing are controlled only by controlling the bit line connected to the drain and the word line connected to the gate electrode. That is, data can be rewritten in arbitrary bit units. Further, according to the present invention, by providing an initialization mode in which the first data state is forcibly written to all the memory cells of the memory cell array,
Subsequent normal operation can be guaranteed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明によるDRAMのメモリセル構造を示
す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a memory cell structure of a DRAM according to the present invention.

【図2】同DRAMのメモリセルの等価回路である。FIG. 2 is an equivalent circuit of a memory cell of the DRAM.

【図3】同DRAMのメモリセルアレイのレイアウトで
ある。
FIG. 3 is a layout of a memory cell array of the DRAM.

【図4】図3のA−A’及びB−B’断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line A-A 'and B-B' of FIG. 3;

【図5】同DRAMセルのワード線電位とバルク電位の
関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a word line potential and a bulk potential of the DRAM cell.

【図6】同DRAMセルの読み出し方式を説明するため
の図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a reading method of the DRAM cell.

【図7】同DRAMセルの他の読み出し方式を説明する
ための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining another reading method of the DRAM cell.

【図8】同DRAMの“1”データ読み出し/リフレッ
シュの動作波形を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing operation waveforms of “1” data read / refresh of the DRAM.

【図9】同DRAMの“0”データ読み出し/リフレッ
シュの動作波形を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an operation waveform of “0” data read / refresh of the DRAM.

【図10】同DRAMの“1”データ読み出し/“0”
データ書き込みの動作波形を示す図である。
FIG. 10 shows “1” data read / “0” of the DRAM.
FIG. 6 is a diagram illustrating operation waveforms of data writing.

【図11】同DRAMの“0”データ読み出し/“1”
データ書き込みの動作波形を示す図である。
FIG. 11 shows “0” data read / “1” of the same DRAM.
FIG. 6 is a diagram illustrating operation waveforms of data writing.

【図12】同DRAMの他の読み出し方式による“1”
データ読み出し/リフレッシュの動作波形を示す図であ
る。
FIG. 12 shows “1” by another reading method of the DRAM.
FIG. 4 is a diagram showing operation waveforms of data read / refresh.

【図13】同DRAMの他の読み出し方式による“0”
データ読み出し/リフレッシュの動作波形を示す図であ
る。
FIG. 13 shows “0” by another reading method of the DRAM.
FIG. 4 is a diagram showing operation waveforms of data read / refresh.

【図14】同DRAMの他の読み出し方式による“1”
データ読み出し/“0”データ書き込みの動作波形を示
す図である。
FIG. 14 shows “1” by another reading method of the DRAM.
FIG. 9 is a diagram showing operation waveforms of data reading / data writing “0”.

【図15】同DRAMの他の読み出し方式による“0”
データ読み出し/“1”データ書き込みの動作波形を示
す図である。
FIG. 15 shows “0” by another reading method of the DRAM.
FIG. 9 is a diagram showing operation waveforms of data read / “1” data write.

【図16】MOSトランジスタの5極管動作によるドレ
イン電流Idとゲート電圧Vgの関係をボディ電位をパ
ラメータとして示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a relationship between a drain current Id and a gate voltage Vg by a pentode operation of a MOS transistor using a body potential as a parameter.

【図17】この発明の実施の形態によるDRAMの等価
回路を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing an equivalent circuit of the DRAM according to the embodiment of the present invention.

【図18】同DRAMのセルアレイの等価回路を示す図
である。
FIG. 18 is a diagram showing an equivalent circuit of a cell array of the DRAM.

【図19】同DRAMの初期化モードに必要な電位発生
回路の出力電位波形を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing an output potential waveform of a potential generation circuit necessary for an initialization mode of the DRAM.

【図20】同DRAMの初期化モードを説明するための
波形図である。
FIG. 20 is a waveform chart for explaining an initialization mode of the DRAM.

【図21】同DRAMの他の初期化モードに必要な電位
発生回路の出力電位波形を示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing an output potential waveform of a potential generation circuit necessary for another initialization mode of the DRAM.

【図22】同初期化モードを説明するための波形図であ
る。
FIG. 22 is a waveform chart for explaining the initialization mode.

【図23】同DRAMの他の初期化モードに必要な電位
発生回路の出力電位波形を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing an output potential waveform of a potential generation circuit necessary for another initialization mode of the DRAM.

【図24】同初期化モードを説明するための波形図であ
る。
FIG. 24 is a waveform chart for explaining the initialization mode.

【図25】他のDRAMセルの構造を示す図である。FIG. 25 is a diagram showing a structure of another DRAM cell.

【図26】同DRAMセルの等価回路図である。FIG. 26 is an equivalent circuit diagram of the DRAM cell.

【図27】同DRAMセルを用いたセルアレイの等価回
路である。
FIG. 27 is an equivalent circuit of a cell array using the same DRAM cell.

【図28】同DRAMセルを用いた他のセルアレイの等
価回路である。
FIG. 28 is an equivalent circuit of another cell array using the same DRAM cell.

【図29】同DRAMの初期化モードに必要な電位発生
回路の出力電位波形を示す図である。
FIG. 29 is a diagram showing an output potential waveform of a potential generation circuit necessary for an initialization mode of the DRAM.

【図30】同DRAMの初期化モードを説明するための
波形図である。
FIG. 30 is a waveform chart for describing an initialization mode of the DRAM.

【図31】メモリセルのGIDL電流特性を示す図であ
る。
FIG. 31 is a diagram showing GIDL current characteristics of a memory cell.

【図32】GIDL電流を用いた初期化モードに必要な
電位発生回路の出力電位波形を示す図である。
FIG. 32 is a diagram showing an output potential waveform of a potential generation circuit necessary for an initialization mode using a GIDL current.

【図33】同初期化モードを説明するための波形図であ
る。
FIG. 33 is a waveform chart for explaining the initialization mode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…シリコン基板、11…シリコン酸化膜、12…シ
リコン層、13…ゲート電極、14…ドレイン拡散層、
15…ソース拡散層、16…ゲート絶縁膜、21…メモ
リセルアレイ、22…カラムゲート、23…センスアン
プ、24…カラムデコーダ、25…ロウデコーダ/ワー
ド線ドライバ、26…アドレスバッファ、27…I/O
バッファ、28…パワーオン検出回路、29…電位発生
回路、30…制御回路。
10 silicon substrate, 11 silicon oxide film, 12 silicon layer, 13 gate electrode, 14 drain diffusion layer,
15 Source diffusion layer, 16 Gate insulating film, 21 Memory cell array, 22 Column gate, 23 Sense amplifier, 24 Column decoder, 25 Row decoder / word line driver, 26 Address buffer, 27 I / O
Buffer 28 power on detection circuit 29 potential generating circuit 30 control circuit

フロントページの続き Fターム(参考) 5F083 AD69 HA02 LA12 LA16 5M024 AA58 AA70 AA99 BB02 BB08 BB09 BB32 BB35 BB36 CC20 CC22 CC70 CC92 HH01 HH11 PP03 PP04 PP05 PP07 PP10Continued on the front page F term (reference) 5F083 AD69 HA02 LA12 LA16 5M024 AA58 AA70 AA99 BB02 BB08 BB09 BB32 BB35 BB36 CC20 CC22 CC70 CC92 HH01 HH11 PP03 PP04 PP05 PP07 PP10

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フローティングの半導体層に形成された
一つのMISトランジスタを1ビットのメモリセルとし
て複数のメモリセルが配列され、第1の方向に並ぶメモ
リセルのゲートがワード線に接続され、第2の方向に並
ぶメモリセルのドレインがビット線に接続され、全メモ
リセルのソースが固定電位線に接続されたメモリセルア
レイを有し、 前記メモリセルは、ドレイン近傍でインパクトイオン化
を起こして前記半導体層を第1の電位に設定した第1デ
ータ状態と、ドレイン接合に順方向電流を流して前記半
導体層を第2の電位に設定した第2データ状態とをダイ
ナミックに記憶するものであって、且つ前記メモリセル
アレイの全メモリセルを前記第1データ状態に書き込む
初期化モードを有することを特徴とする半導体メモリ装
置。
1. A plurality of memory cells are arranged using one MIS transistor formed in a floating semiconductor layer as a 1-bit memory cell, and gates of memory cells arranged in a first direction are connected to a word line. 2 has a memory cell array in which the drains of the memory cells are connected to bit lines, and the sources of all the memory cells are connected to a fixed potential line. Dynamically storing a first data state in which the layer is set to a first potential and a second data state in which a forward current is applied to the drain junction to set the semiconductor layer to a second potential. A semiconductor memory device having an initialization mode for writing all memory cells of the memory cell array to the first data state.
【請求項2】 前記第1データ状態は、前記メモリセル
を5極管動作させることによりドレイン接合近傍でイン
パクトイオン化を起こすことにより書き込まれ、 前記第2データ状態は、前記ゲートからの容量結合によ
り所定電位が与えられた前記半導体層と前記ドレインと
の間に順方向バイアスを与えることにより書き込まれる
ことを特徴とする請求項1記載の半導体メモリ装置。
2. The first data state is written by causing the memory cell to perform pentode operation to cause impact ionization near a drain junction, and the second data state is written by capacitive coupling from the gate. 2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein data is written by applying a forward bias between said semiconductor layer to which a predetermined potential is applied and said drain.
【請求項3】 データ書き込みモードにおいて、前記固
定電位線を基準電位として、選択ワード線に前記基準電
位より高い第1の制御電位が与えられ、非選択ワード線
に前記基準電位より低い第2の制御電位が与えられ、選
択ビット線には第1及び第2データ状態に応じてそれぞ
れ前記基準電位より高い第3の制御電位及び前記基準電
位より低い第4の制御電位が与えられ且つ、 前記初期化モードでは、ワード線及びビット線にそれぞ
れ前記第1の制御電位及び第3の制御電位より高い制御
電位が与えられることを特徴とする請求項1記載の半導
体メモリ装置。
3. In a data write mode, a first control potential higher than the reference potential is applied to a selected word line using the fixed potential line as a reference potential, and a second control potential lower than the reference potential to an unselected word line. A control potential is applied to the selected bit line, a third control potential higher than the reference potential and a fourth control potential lower than the reference potential are applied to the selected bit line in accordance with the first and second data states, respectively. 2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein in the activation mode, a control potential higher than the first control potential and the third control potential is applied to a word line and a bit line, respectively.
【請求項4】 データ書き込みモードにおいて、前記固
定電位線を基準電位として、選択ワード線に前記基準電
位より高い第1の制御電位が与えられ、非選択ワード線
に前記基準電位より低い第2の制御電位が与えられ、選
択ビット線には第1及び第2データ状態に応じてそれぞ
れ前記基準電位より高い第3の制御電位及び前記基準電
位より低い第4の制御電位が与えられ且つ、 前記初期化モードでは、ワード線に前記第1の制御電位
より高い制御電位が与えられ、ビット線に前記第3の制
御電位が与えられることを特徴とする請求項1記載の半
導体メモリ装置。
4. In a data write mode, a first control potential higher than the reference potential is applied to a selected word line using the fixed potential line as a reference potential, and a second control potential lower than the reference potential to an unselected word line. A control potential is applied to the selected bit line, a third control potential higher than the reference potential and a fourth control potential lower than the reference potential are applied to the selected bit line in accordance with the first and second data states, respectively. 2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein in the activation mode, a control potential higher than the first control potential is applied to a word line, and the third control potential is applied to a bit line. 3.
【請求項5】 データ書き込みモードにおいて、前記固
定電位線を基準電位として、選択ワード線に前記基準電
位より高い第1の制御電位が与えられ、非選択ワード線
に前記基準電位より低い第2の制御電位が与えられ、選
択ビット線には第1及び第2データ状態に応じてそれぞ
れ前記基準電位より高い第3の制御電位及び前記基準電
位より低い第4の制御電位が与えられ且つ、 前記初期化モードにおいて、ワード線に前記第1の制御
電位が与えられ、ビット線に前記第3の制御電位より高
い制御電位が与えられることを特徴とする請求項1記載
の半導体メモリ装置。
5. In a data write mode, a first control potential higher than the reference potential is applied to a selected word line using the fixed potential line as a reference potential, and a second control potential lower than the reference potential to an unselected word line. A control potential is applied to the selected bit line, a third control potential higher than the reference potential and a fourth control potential lower than the reference potential are applied to the selected bit line in accordance with the first and second data states, respectively. 2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein in the activation mode, the first control potential is applied to a word line, and a control potential higher than the third control potential is applied to a bit line. 3.
【請求項6】 データ書き込みモードにおいて、前記固
定電位線を基準電位として、選択ワード線に前記基準電
位より高い第1の制御電位が与えられ、非選択ワード線
に前記基準電位より低い第2の制御電位が与えられ、選
択ビット線には第1及び第2データ状態に応じてそれぞ
れ前記基準電位より高い第3の制御電位及び前記基準電
位より低い第4の制御電位が与えられ且つ、 前記初期化モードにおいて、ワード線に前記第1の制御
電位が与えられ、ビット線に前記第3の制御電位が与え
られることを特徴とする請求項1記載の半導体メモリ装
置。
6. In a data write mode, a first control potential higher than the reference potential is applied to a selected word line using the fixed potential line as a reference potential, and a second control potential lower than the reference potential to an unselected word line. A control potential is applied to the selected bit line, a third control potential higher than the reference potential and a fourth control potential lower than the reference potential are applied to the selected bit line in accordance with the first and second data states, respectively. 2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the first control potential is applied to a word line and the third control potential is applied to a bit line in the activation mode. 3.
【請求項7】 データ書き込みモードにおいて、前記固
定電位線を基準電位として、選択ワード線に前記基準電
位より高い第1の制御電位が与えられ、非選択ワード線
に前記基準電位より低い第2の制御電位が与えられ、選
択ビット線には第1及び第2データ状態に応じてそれぞ
れ前記基準電位より高い第3の制御電位及び前記基準電
位より低い第4の制御電位が与えられ且つ、 前記初期化モードにおいて、ワード線に前記第2の制御
電位が与えられ、ビット線に前記第3の制御電位より高
い制御電位が与えられ、ドレイン接合のリーク電流によ
り第1データ状態に書き込まれるようにしたことを特徴
とする請求項1記載の半導体メモリ装置。
7. In a data write mode, a first control potential higher than the reference potential is applied to a selected word line using the fixed potential line as a reference potential, and a second control potential lower than the reference potential to an unselected word line. A control potential is applied to the selected bit line, a third control potential higher than the reference potential and a fourth control potential lower than the reference potential are applied to the selected bit line in accordance with the first and second data states, respectively. In the normalization mode, the word line is supplied with the second control potential, the bit line is supplied with a control potential higher than the third control potential, and the data is written to the first data state by a leak current at the drain junction. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
【請求項8】 前記メモリセルは、前記ゲートとは別
に、前記半導体層の電位を容量カップリングにより制御
するための補助ゲートを有することを特徴とする請求項
1記載の半導体メモリ装置。
8. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein said memory cell has an auxiliary gate for controlling a potential of said semiconductor layer by capacitive coupling, separately from said gate.
【請求項9】 前記初期化モードにおいて、前記補助ゲ
ートに定常状態より高い電位が与えられることを特徴と
する請求項8記載の半導体メモリ装置。
9. The semiconductor memory device according to claim 8, wherein a potential higher than a steady state is applied to said auxiliary gate in said initialization mode.
【請求項10】 前記初期化モードは、チップ内部で電
源投入を検出して自動的に実行されることを特徴とする
請求項1記載の半導体メモリ装置。
10. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the initialization mode is automatically executed upon detecting power-on inside the chip.
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