JP2000339963A - 半導体メモリ装置 - Google Patents

半導体メモリ装置

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JP2000339963A JP2000079538A JP2000079538A JP2000339963A JP 2000339963 A JP2000339963 A JP 2000339963A JP 2000079538 A JP2000079538 A JP 2000079538A JP 2000079538 A JP2000079538 A JP 2000079538A JP 2000339963 A JP2000339963 A JP 2000339963A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 データの保持特性の良好な半導体メモリ装置
を提供すること。 【解決手段】 制御回路ユニット66aは、信号XEが
立ち下がった時、信号XEの立ち下がりに応じて、ワー
ド線21(選択信号線SX1)の電位を一時的に接地電
圧Vss(0V)レベルにホールドしてから、負電圧V
bbまで低下させるので、このホールド期間中に、ワー
ド線21に溜まった電荷の大半が接地電位に流れ込む。
従って、その後、負電圧Vbbレベルまで低下させたと
きに新たに電荷が発生しても、トータルとしての電荷量
は少なくなっているので、ワード線21に接続されたメ
モリセルトランジスタMTのゲート電位の上昇が抑制さ
れ、その結果、蓄積電荷のリークに起因するデータの保
持特性の悪化を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、論理回路
と共に半導体基板上に集積化するのに適したダイナミッ
ク方式のRAM等半導体メモリ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、マイクロプロセッサや特定用
途向け集積回路(ASIC)等のロジック回路およびダ
イナミックRAM(DRAM)等は、それぞれその集積
度の増加に伴い高性能の大規模集積回路(VLSI、U
LSI等)として生産されてきた。そして、これら集積
回路はそれぞれ個別のチップとして生産され、パーソナ
ルコンピュータ等のシステムにおいては、システムボー
ド上において外部配線にて接続されていた。
【0003】ところが、このようなシステムにおいて
は、コンピュータの演算性能が外部配線の寄生容量およ
び抵抗等により制限されるため、コンピュータ性能の更
なる高性能化が困難なものとなっている。そのため近
年、前記ロジック回路とDRAM等を同一半導体基板上
に形成し、高性能化を図ることも一部行われている。特
に近年は、ロジック回路のメタル配線の多層化が進み、
6層、あるいは7層といったようなメタル配線の多層化
も試みられている。
【0004】図20〜図22に、2層のメタル配線から
なるDRAMとこのDRAMを利用するロジック回路と
を同一半導体基板上に混載した従来の半導体メモリ装置
の製造プロセスの概要を示す。図20〜図22の各左図
はDRAM領域の部分断面構造を示し、図20〜図22
の各右図はロジック回路領域の部分断面構造を示す。ま
ず、図20に示すように、Si(シリコン)基板1上に
素子分離用のフィールド酸化膜2を形成した後、ゲート
酸化膜3、多結晶シリコンからなるトランジスタのゲー
ト電極4、ワード線(ゲート配線)4a、この上部を覆
うシリコン酸化膜5、および拡散層6,6aを形成す
る。この上に層間絶縁膜217をCVD法により形成し
た後、フォトレジスト工程およびドライエッチング工程
により同層間絶縁膜217の一部をキャパシタ形成のた
めに開口する。
【0005】次に、DRAM領域については、薄膜堆
積、フォトレジスト工程、およびドライエッチング工程
を繰り返すことにより、図21左図に示されるメモリセ
ルキャパシタの蓄積電極201、容量絶縁膜202、セ
ルプレート電極203を順次形成する。そして、その上
にロジック回路領域も含めて層間絶縁膜204を形成す
る。
【0006】次に、同じくDRAM領域については、図
22左図に示すように、上記配線と層間絶縁膜を交互に
堆積、加工して多結晶シリコン膜とタングステンポリサ
イド膜からなるビット線206、同ビット線206と拡
散層6aとを結ぶコンタクトホール205を形成する。
その後、ロジック回路領域も含めてその上部を覆うよう
に層間絶縁膜207を形成する。
【0007】このようなDRAM領域とロジック回路領
域とを混載した半導体メモリ装置において、上述した通
り、メモリセルは、アドレス選択用のメモリセルトラン
ジスタとデータ記憶用のメモリセルキャパシタとから構
成され、メモリセルキャパシタに電荷を蓄積することに
より、データ記憶動作を行うので、正常に且つ高速にデ
ータ読み出しを行ったり、データ保持時間を長くするた
めには、記憶電荷量を大きくすることが必要である。
【0008】DRAMのメモリセルキャパシタに貯えら
れる電荷量はメモリセルに書き込まれる電圧に比例し、
“H”データの書き込み電圧は以下で表される。 書き込み電圧={α・Vcc−(Vtn+β)}・γ … ここで、 α:電源電圧の供給源からメモリセルまでの寄生容量や
抵抗による時定数に依存する時間の関数(α≦1) β:バックバイアス値に依存するしきい値増加分 γ:書き込み特性と動作サイクルに依存する係数(γ≦
1) Vcc:電源電圧 Vtn:メモリセルトランジスタのしきい値 従って、このようなDRAMにおいては、式の第2項
(Vtn+β)を極力小さくすることにより、書き込み
電圧を大きくすることができ、そのために一般的にはワ
ード線の電圧を電源電圧Vccよりも高くすることによ
り、第2項によるマイナス分を相殺している。
【0009】ところが、DRAM領域とロジック回路領
域とを混載する場合、酸化膜形成工程を簡略化するため
に、図20〜図22に示す通り、ロジック回路領域とD
RAM領域とのそれぞれのゲート酸化膜3を同一工程で
形成することが望ましく、この場合、ロジック回路領域
とDRAM領域とのそれぞれのゲート酸化膜3の膜厚が
同一になる。そして、ロジック回路領域においては、高
速性が求められることから、そのゲート酸化膜3の膜厚
も比較的薄く設定され、必然的にDRAM領域のゲート
酸化膜3も薄くなる。その結果、DRAM領域のゲート
酸化膜3の信頼性を確保する必要上、ワード線を昇圧す
ることができなくなり、書き込み電圧を大きくするこ
と、すなわち、記憶電荷量を大きくすることが困難とい
う問題が生じる。
【0010】このような問題を解決する手法として、特
開平10−134570号には、メモリセル部のトラン
ジスタとして、通常よりも低いしきい値(約0.6V)
のものを用いることが記載されている。こうすれば、上
記式の第2項を小さくすることができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
にあっては、いくら書き込み電圧を大きくして記憶電荷
量を大きくしても、例えば非選択状態のワード線を負電
圧にクランプする場合、活性化させたワード線を非活性
状態にしたときに発生する電荷が、負電圧ノードに流
れ、スイッチングトランジスタを通ってワード線自体に
流れ込み、その結果、ワード線に接続されたメモリセル
部のトランジスタのゲート電位が上昇して蓄積電荷のリ
ークが発生し、データの保持特性が悪くなる問題があ
る。
【0012】本発明は、半導体メモリ装置に関し、斯か
る問題点を解消することをその目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1の半導体メモリ
装置は、ワード線に対応する選択信号線に接続され、前
記選択信号線の電圧を前記ワード線にそれぞれ供給する
ワード線ドライバと、ロウアドレス信号に応答して前記
ワード線ドライバを選択的に活性化するロウアドレス検
出回路と、前記ロウアドレス信号に応答して電源電圧ま
たは負電圧を前記選択信号線に選択的に供給する制御回
路とを備えたことをその要旨とする。
【0014】請求項2の半導体メモリ装置は、複数のワ
ード線に対応する複数の選択信号線に接続され、前記複
数の選択信号線の電圧を前記複数のワード線にそれぞれ
供給するワード線ドライバと、ロウアドレス信号に応答
して前記ワード線ドライバを選択的に活性化するロウア
ドレス検出回路と、前記ロウアドレス信号に応答して電
源電圧または負電圧を前記複数の選択信号線に選択的に
供給する制御回路(66)とを備えたことをその要旨と
する。
【0015】請求項3の半導体メモリ装置は、請求項3
の発明において、ゲート電極がワード線に接続され、一
方のソース/ドレイン領域がビット線に接続され、他方
のソース/ドレインがメモリセルキャパシタに接続され
てなるメモリセルトランジスタをアレイ上に配置したサ
ブアレイと、選択されたワード線に対し所定の電圧を供
給するロウデコーダと、非選択のワード線に負電圧Vb
bを供給する回路とを備え、前記ロウデコーダは、ワー
ド線に対し、電源電圧及び負電圧を適宜切り換えて供給
する制御回路を含むことをその要旨とする。
【0016】請求項4の半導体メモリ装置は、前記メモ
リセルトランジスタは、そのゲート電極がワード線に接
続され、一方のソース/ドレイン領域がビット線に接続
され、他方のソース/ドレインがメモリセルキャパシタ
に接続されていることをその要旨とする。請求項5の半
導体メモリ装置は、請求項1乃至4のいずれか1項の発
明において、前記制御回路は、前記ワード線が選択状態
から非選択状態に遷移する時点で一時的に前記ワード線
の電位を電源電圧に保持し、その後ワード線の電位を負
電圧にすることをその要旨とする。
【0017】請求項6の半導体メモリ装置は、請求項1
乃至5のいずれか1項の発明において、前記電源電圧と
して、接地電圧を用いたことをその要旨とする。請求項
7の半導体メモリ装置は、請求項1乃至6のいずれか1
項の発明において、前記制御回路は、前記複数の選択信
号線に対応して設けられた複数の制御回路ユニットを含
み、前記制御回路ユニットの各々は、第1の入力ノード
に接続されたゲートと、電源ノードに接続されたソース
と、対応する選択信号線に接続されたドレインとを有す
る第1のPチャネルMOSトランジスタと、負電圧ノー
ドに接続されたソースと、前記対応する選択信号線に接
続されたドレインとを有する第1のNチャネルMOSト
ランジスタと、前記第1の入力ノードの電圧を前記第1
のNチャネルMOSトランジスタのゲートに伝達する第
1の伝達トランジスタと、接地されたソースと、前記対
応する選択信号線に接続されたドレインとを有する第2
のNチャネルMOSトランジスタと、第2の入力ノード
に接続されたゲートと、電源ノードに接続されたソース
と、前記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲート
に接続されたドレインとを有する第2のPチャネルMO
Sトランジスタと、負電圧ノードに接続されたソース
と、前記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲート
に接続されたドレインとを有する第3のNチャネルMO
Sトランジスタと、前記第2の入力ノードと前記第3の
NチャネルMOSトランジスタのゲートとの間に接続さ
れ、常にオンになっている第2の伝達トランジスタとを
含むことをその要旨とする。
【0018】請求項8の半導体メモリ装置は、請求項7
の発明において、前記第1の入力ノードに接続されたゲ
ートと、前記第1のPチャネルMOSトランジスタのド
レインに接続されたドレインと、前記第1のNチャネル
MOSトランジスタのドレインに接続されたソースとを
有する第4のNチャネルMOSトランジスタと、前記第
2の入力ノードに接続されたゲートと、前記第2のPチ
ャネルMOSトランジスタのドレインに接続されたドレ
インと、前記第3のNチャネルMOSトランジスタのド
レインに接続されたソースとを有する第5のNチャネル
MOSトランジスタとを含むことをその要旨とする。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明を具体化した半導体メモリ
装置31を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の
実施の形態による半導体メモリ装置31のレイアウトを
示す平面図である。図1を参照して、半導体メモリ装置
31は、グローバル電源線Vccと、複数のローカル電
源線36と、グローバル接地線Vssと、複数のローカ
ル接地線37と、複数のメモリセルアレイ(MEMORY CEL
L ARRAY)MA00−MAxyとを備える。グローバル
電源線Vccおよびグローバル接地線Vssはアルミニ
ウム合金からなり、半導体チップの両端に配置される。
ローカル電源線36もまたアルミニウム合金からなり、
グローバル電源線Vccに直交しかつ接続される。ロー
カル接地線37もまたアルミニウム合金からなり、グロ
ーバル接地線Vssに直交しかつ接続される。ローカル
電源線36およびローカル接地線37は交互に配置され
る。メモリセルアレイMA00−MAxyはマトリクス
に配置される。メモリセルアレイMA00−MAxyの
各々は、2つのサブアレイ(SUB ARRAY)32と、セン
スアンプ帯(SENSE AMP BAND)35とを含む。センスア
ンプ帯35はメモリセルアレイの中央に配置され、サブ
アレイ32はセンスアンプ帯35の両側に隣接して配置
される。
【0020】図2の半導体メモリ装置31においては、
2つのメモリセルアレイ33のみが示され、したがって
4つのサブアレイ32のみが示される。各サブアレイ3
2は、たとえば64Kビットの記憶容量を持つ。メモリ
セルアレイ33および33の間には、カラムデコーダ3
4が配置されている。センスアンプ帯35は、シェアー
ドセンス方式により構成され、センスアンプ帯35を中
心にして左右にビット線対が設けられ、左右いずれかの
ビット線対に各サブアレイ32が選択的に接続される。
センスアンプ帯35は後述するがセンスアンプ、プリチ
ャージ回路、入出力(I/O)線を含む。
【0021】ローカル電源線36およびローカル接地線
37はメモリセルアレイ33上に層間絶縁膜を介して形
成され、その層間絶縁膜の所定位置に形成されたコンタ
クトホールを介してグローバル電源線Vccおよびグロ
ーバル接地線Vssにそれぞれ接続される。また、ロー
カル電源線36およびローカル接地線37は限られたレ
イアウト面積上に複数本設ける必要があるので、グロー
バル電源給線Vccおよびグローバル接地線Vssの幅
よりも細い幅を有する。
【0022】図3は、半導体メモリ装置31の制御ブロ
ック図を示している。なお、ここでは説明の便宜上、1
個のメモリセルアレイ33のみを示している。ローカル
電源線36およびローカル接地線37からそれぞれ供給
された電源電圧Vccおよび接地電圧Vssは、カラム
デコーダ34、メインアンプ・I/O系(MAIN AMPLIFI
ER・I/O SYSTEM)38、DRAM制御回路(CONTROL CI
RCUIT)39、Vbb発生回路(GENERATION CIRCUIT)
40、Vblp発生回路(GENERATION CIRCUIT)41お
よびロウデコーダ42に供給される。
【0023】Vbb発生回路40は、リングオシレータ
等の発振回路とその発振パルスにより負の電圧を形成す
るチャージポンプ回路とから構成され、電圧Vcc、V
ssを受け、公知の基板バックバイアス電圧Vbbを発
生する。本実施形態のVbb発生回路40は、接地電圧
Vssを受け、この接地電圧Vssからメモリセルトラ
ンジスタのしきい値電圧Vtn(約0.4〜0.5V)
だけ低い負電圧Vbbを生成している。
【0024】Vblp発生回路41は、ビット線のプリ
チャージ電圧Vblpを生成する。このVblp発生回
路41は、基本的にはNチャンネル型MOSFETのソ
ースフォロワ回路から構成され、電源電圧VccをMO
SFETのしきい値電圧だけレベルシフトした電圧を形
成し、それを1/2に分圧した電圧(ハーフプリチャー
ジ電圧)を発生させる。
【0025】なお、本実施形態にあっては、セルプレー
ト電圧Vcpとして接地電圧Vssを用いているが、ハ
ーフプリチャージ電圧を用いることにより、キャパシタ
の容量絶縁膜の耐圧特性を更に向上させることができ
る。但し、この場合、Vblp発生回路41からのハー
フプリチャージ電圧を用いるのではなく、Vblp発生
回路41とは独立した回路を設けることが望ましい。
【0026】Vbb発生回路40で形成された負電圧V
bbは、ロウデコーダ42に供給される。プリチャージ
電圧Vblpは、後述するプリチャージ回路にプリチャ
ージ信号として供給され、セルプレート電圧Vcpはメ
モリセルキャパシタに供給される。図4は、サブアレイ
32のメモリセル構造を示す要部平面図である。同図に
おいて、P型半導体基板(シリコン基板)又はP型ウェ
ル領域の一主面に、複数のN型の半導体領域11(ソー
ス/ドレイン)が、短冊状に形成されている。この半導
体領域11は、カラム方向に延在し、両端がそろえられ
て配置される。複数の半導体領域11の両端に重なるよ
うにして、半導体基板の一主面に溝12が形成されてい
る。セルプレート電極13は、多結晶シリコンからな
り、図示しない容量絶縁膜を介して、溝12に重なるよ
うにロウ方向に連続して半導体基板上に形成されてい
る。これにより、溝12内には、半導体領域11および
セルプレート電極13の間で電荷を保持するトレンチ型
メモリセルキャパシタが形成される。
【0027】ゲート電極14は、セルプレート電極13
の間に、それぞれ2本ずつ所定の距離を隔てて、半導体
領域11に交差するようにして配置される。このゲート
電極14は、2列単位で独立し、セルプレート電極13
と同一層に同一工程で形成される。また、ゲート電極1
4の下のゲート絶縁膜もセルプレート電極13の下の容
量絶縁膜と同一層に同一工程で形成されている。更に
は、ゲート電極14およびその下のゲート絶縁膜は、従
来と同様、ロジック回路領域のMOS型FETのゲート
電極およびゲート絶縁膜(図20におけるゲート電極4
とゲート酸化膜3)と同一層に同一工程で形成されるか
ら、セルプレート電極13、ゲート電極14およびロジ
ック回路領域のFETのゲート電極は全て同一層に同一
工程で形成され、それぞれの電極の下の絶縁膜も同一層
に同一工程で形成されると共に、その膜厚も等しい。従
って、製造工程を簡略化することができ、また、多層化
する層の数が少なくなって、コストを低減することがで
きると共に製造TAT(TurnAround Time)を短縮する
ことができる。
【0028】ビット線15は、たとえばアルミニウムか
らなり、各半導体領域11に沿ってカラム方向に延在
し、ゲート電極14上に絶縁膜を介して配置される。こ
のビット線15は、ゲート電極14の間でコンタクトホ
ール16を通して半導体領域11に電気的に接続され
る。ビット線15が接続される半導体領域11は、ゲー
ト電極14によってトレンチキャパシタから分断された
島状の領域であり、電気的に独立してドレイン領域を構
成する。中間配線17、18は、ビット線15の間でゲ
ート電極14に重なり、カラム方向に延在して配置され
る。一方の中間配線17は、プレート電極13上まで延
在するように形成され、他方の中間配線18は、ゲート
電極14の端部から僅かにはみ出す程度に短く形成され
る。この中間配線17、18は、ビット線15と同一層
に同一工程で形成され、コンタクトホール19、20を
通してそれぞれゲート電極14に電気的に接続される。
【0029】ワード線21は、たとえばアルミニウムか
らなり、ビット線15と交差する方向に延在し、ビット
線15および中間配線17上に絶縁膜を介して配置され
る。このワード線21は、セルプレート電極13上およ
びゲート電極14上に配置され、セルプレート電極13
上でコンタクトホール22を通して中間配線17に電気
的に接続され、ゲート電極14上でコンタクトホール2
3を通して中間配線18に電気的に接続される。従っ
て、各ワード線21は、中間配線18、19を介してゲ
ート電極14に接続され、各ゲート電極14に選択信号
を印加する。
【0030】なお、ローカル電源線36およびローカル
接地線37は、このワード線21の上に絶縁膜を介して
配置されている。ここで、ワード線21は、同一行に配
置されるゲート電極14に対して1つおきに接続され
る。すなわち、4n列(nは整数)および4n+1列に対応
して配置されるゲート電極14が4n+1行および4n+2行
に配置されるワード線21にそれぞれ共通に接続され、
4n+2列および4n+3列に対応して配置されるゲート電極
14が4n行および4n+3行に配置されるワード線21に
それぞれ共通に接続される。これにより、各ワード線2
1は、ロウ方向に隣り合う2つのメモリセルトランジス
タを1組とし、各行毎にそれぞれ1組おきに選択して活
性化できる。
【0031】以上のようなメモリセルにおいては、ゲー
ト電極14が互いに分離されている列を組み合わせるよ
うにしてセンスアンプに接続される。上述したようにこ
の半導体メモリ装置においてはDRAM回路とこれを制
御するためのロジック回路とが同じシリコン基板上に形
成されている。図5〜図7は、この半導体メモリ装置の
製造工程の一部を示す断面図である。図5に示されるよ
うにシリコン基板1のDRAM領域には溝12が形成さ
れ、さらにN型ウェル1aおよびP型ウェル1bが形成
されている。溝12内には蓄積電極201が形成され
る。図5に示されるように、素子領域以外の領域には素
子分離用のフィールド酸化膜2が形成される。
【0032】続いて図6に示されるように、蓄積電極2
01上に容量絶縁膜202が形成され、これと同時に、
メモリセルトランジスタのゲート酸化膜3およびロジッ
ク回路を構成するトランジスタのゲート酸化膜3が形成
される。続いて、容量絶縁膜202上にセルプレート電
極13が形成され、これと同時に、メモリセルトランジ
スタのゲート電極14およびロジック回路を構成するト
ランジスタのゲート電極14が形成される。
【0033】続いて図7に示されるように、DRAM領
域およびロジック回路領域全体に層間絶縁膜204が形
成される。続いて層間絶縁膜204の所定位置にコンタ
クトホール16,218が形成され、さらにビット線1
5および配線219が形成される。そして、DRAM領
域およびロジック回路領域全体に層間絶縁膜207が形
成される。
【0034】上記のようにメモリセルキャパシタの容量
絶縁膜202およびロジック回路を構成するトランジス
タのゲート酸化膜3は同一工程で形成されるので、ほぼ
同じ厚さとなる。また、メモリセルキャパシタのセルプ
レート電極13は接地線37に接続される。したがっ
て、セルプレート電圧を供給するためにVblp発生回
路41のような回路を設ける必要がない。
【0035】図8は、DRAMの回路図を示している。
同図において、各々がメモリセルトランジスタMTおよ
びメモリセルキャパシタMCからなる複数のメモリセル
が行列に配置される。メモリセルトランジスタMTは、
ゲート電極14と、このゲート電極14によって分断さ
れた半導体領域11とにより構成される。また、各メモ
リセルトランジスタMTのしきい値は、ロジック回路領
域のNMOSFETのしきい値(0.7V)よりも低い
値(約0.4〜0.5V)に設定されている。従って、
上記式の第2項が小さくなり、記憶容量を増やすこと
ができる。
【0036】なお、本実施形態では、ビット線の寄生容
量CBとメモリセルキャパシタの容量CSとの比(CB
/CS)を5〜15に維持し、メモリアクセス時のデー
タ読み出し電圧を確保するために、互いに相補的な一対
のビット線15,15に接続されるメモリセルトランジ
スタMTの数を、256個未満としている。メモリセル
キャパシタMCは、溝12内に形成された蓄積電極20
1と、この蓄積電極201を覆うセルプレート電極13
により構成され、半導体領域11を共有することで各メ
モリセルトランジスタMTのソースに接続される。
【0037】ビット線15は、メモリセルトランジスタ
MTの各列に対応するように配置され、各列毎にメモリ
セルトランジスタMTのドレインが接続される。ワード
線21は、メモリセルトランジスタMTの各行に対して
2本ずつ配置され、連続する2列のメモリセルトランジ
スタMTのゲートがそれぞれ中間配線17、18を介し
て何れか一方に接続される。すなわち、2本ずつ配置さ
れるワード線21の一方には、4n列および4n+1列に配
置されるメモリセルトランジスタMTのゲートが中間配
線17を介して接続され、他方には、4n+2列および4n
+3列に配置されるメモリセルトランジスタMTのゲート
が中間配線18を介して接続される。
【0038】図9は、メモリセルアレイ33の要部回路
図を示している。上述した通り、メモリセルアレイ33
は、互いに相補的な2つのサブアレイ32(32a,3
2b)とその間に設けられたシェアードセンス方式のセ
ンスアンプ帯35とから構成される。サブアレイ32a
および32bの各々は複数のビット線対を含む。センス
アンプ帯35は、1対のビット線15a1,15a2毎
に設けられたPチャネルセンスアンプ25Pa、1対の
ビット線15b1,15b2毎に設けられたPチャネル
センスアンプ25Pb、2対のビット線15a1,15
a2,15b1,15b2に共通に設けられたNチャネ
ルセンスアンプ25Nと、プリチャージ回路43と、ロ
ーカル入出力線SubI/Oと、ビット線上のデータを
入出力線対SubI/Oに転送するためのスイッチ回路
44から構成される。
【0039】1つのPチャネルセンスアンプ25Paま
たは25Pbと1つのNチャネルセンスアンプ25Nと
により、図8における1つのセンスアンプ(SENSE AM
P)25が構成される。各Pチャネルセンスアンプ25
Paは、ゲートとドレインとが交差接続されてラッチ形
態にされたPチャネル型MOSFET(以下、PMOS
FETという)45,46からなる。各Pチャネルセン
スアンプ25Pbは、ゲートとドレインとが交差接続さ
れてラッチ形態にされたPMOSFET60,61から
なる。各Nチャネルセンスアンプ25Nは、ゲートとド
レインとが交差接続されてラッチ形態にされたNチャネ
ル型MOSFET(以下、NMOSFETという)4
7,48から構成される。
【0040】一方のサブアレイ32aから延びる1対の
ビット線15a1,15a2は、スイッチングトランジ
スタ(NMOSFET)49,50を介して1対の共通
ビット線151,152に接続される。もう一方のサブ
アレイ32bから延びる1対のビット線15b1,15
b2は、スイッチングトランジスタ(NMOSFET)
58,59を介して1対の共通ビット線151,152
に接続される。Nチャネルセンスアンプ25Nは、共通
ビット線151および152間に接続される。
【0041】スイッチングトランジスタ49,50のゲ
ートは、サブアレイ選択信号線SBSRに共通接続され
る。本実施形態では、スイッチングトランジスタ49,
50は、メモリセルトランジスタMTのように低いしき
い値のものを用いずに、ロジック回路領域に用いたNM
OSFETと同じしきい値のものを用いているので、S
BSRの電圧振幅範囲をVss〜Vccにすることがで
きる。
【0042】スイッチングトランジスタ49,50は、
Pチャネルセンスアンプ25Paよりもサブアレイ32
aと反対側に位置する。PMOSFET45,46の各
ソースは、駆動トランジスタ(NMOSFET)51を
介してローカル電源線36に接続される。1本のローカ
ル電源線36には、4個のPチャネルセンスアンプ25
Paが共通接続される。駆動トランジスタ51の各ゲー
トは、活性化信号線VSPLに共通接続される。
【0043】本実施形態では、駆動トランジスタ51
は、メモリセルトランジスタMTと同一工程で形成さ
れ、同じ低しきい値に設定されている。従って、電源電
圧Vccから駆動トランジスタ51のしきい値分だけレ
ベルシフトした電圧をサブアレイ32aのビット線15
a1,15a2に供給することができ、ワード線21に
繋がるゲート電極14とビット線15a1,15a2と
の間の最大電位差を緩和でき、メモリセルトランジスタ
MTのゲート絶縁膜の耐圧を確保して信頼性を向上させ
ることができると共に、高い方のビット線の電圧が電源
電圧Vccよりもメモリセルトランジスタのしきい値分
だけ低くなるので、リストア電圧が低下し、消費電力を
低減することができる。
【0044】更には、駆動トランジスタ51を用いて電
圧降下を行うことによって、活性化信号線VSPLの電
圧振幅範囲をVbb〜Vccではなく、Vss〜Vcc
にすることができ、負バイアス制御すべき信号群をワー
ド線21のみにすることができる。その結果、別途駆動
トランジスタ51に対する負バイアス制御回路が不要に
なると共に消費電力も低減することができる。活性化信
号線VSPLには、図3に示したDRAM制御回路39
から電源電圧Vccおよび接地電圧Vssが交互に供給
される。
【0045】NMOSFET47,48の各ソースは、
駆動トランジスタ(NMOSFET)52を介してロー
カル接地線37に接続される。1本のローカル接地線3
7には、1本のローカル電源線36に接続されている4
個のPチャネルセンスアンプ25Paに対応する4個の
Nチャネルセンスアンプ25Nが共通接続される。駆動
トランジスタ52の各ゲートは、活性化信号線VSNに
共通接続される。すなわち、活性化信号線VSPL,V
SNにより、駆動トランジスタ51、52がオン状態に
なり、センスアンプ25の動作に必要な電圧が供給され
る。
【0046】プリチャージ回路43は、PMOSFET
45,46とNMOSFET47,48との間に設けら
れ、1対の共通ビット線151,152を短絡させるN
MOSFET53と、ビット線151,152にプリチ
ャージ電圧Vblpを供給するためのNMOSFET5
4,55とから構成される。NMOSFET53〜55
には回路活性化信号SBS(本実施形態では電源電圧V
cc)が供給される。
【0047】スイッチ回路44は、NMOSFET5
6,57で構成され、カラム選択信号GYSに応じてス
イッチング制御される。本実施形態では、1つのカラム
選択信号GYSにより4対のビット線を選択できるよう
にしているが、2対、8対、またはそれ以上であっても
良い。各ビット線対のデータは、このスイッチ回路44
を介して入出力線SubI/Oに接続される。
【0048】スイッチングトランジスタ58,59の各
ゲートは、サブアレイ選択信号線SBSLに共通接続さ
れる。PMOSFET60,61の各ソースは、駆動ト
ランジスタ(NMOSFET)62を介してローカル電
源線36に共通接続される。1本のローカル電源線36
には、4個のPチャネルセンスアンプ25Pbが共通接
続される。駆動トランジスタ62の各ゲートは、活性化
信号線VSPRに共通接続される。なお、駆動トランジ
スタ62も駆動トランジスタ51と同様、メモリセルト
ランジスタMTと同一工程で同じ低しきい値に設定され
ているので、サブアレイ選択信号線SBSLの電圧振幅
範囲をVss〜Vccにすることができる。
【0049】図10は、ワード線選択を行うロウデコー
ダ42のブロック図を示している。ロウデコーダ42
は、第1のロウアドレス検出回路(FIRST ROW ADDRESS
DETECTION CIRCUIT)63と、第2のロウアドレス検出
回路(SECOND ROW ADDRESS DETECTION CIRCUIT)64
と、ワード線選択回路(WORD LINE SELECT CIRCUIT)6
5と、制御回路(CONTROL CIRCUIT)66とから構成さ
れている。このロウデコーダ42により、第1のロウア
ドレス検出回路63で選択された4本のワード線アドレ
スから最終的に1本が選択される。
【0050】図11は、第1のロウアドレス検出回路6
3およびワード線選択回路部65の具体的回路図を示し
ている。第1のロウアドレス検出回路63は、ロウアド
レスを入力信号とする縦積み3段のNMOSFET67
a〜67cから構成される。ワード線選択回路65は、
論理回路69とワード線ドライバ70とから構成され
る。
【0051】論理回路69は、ロウデコーダを非活性状
態にする時にプリチャージするための信号供給線(/R
DP)にそのゲートが接続されたPMOSFET71
と、ゲートとドレインとが交差接続されてラッチ形態に
されたNMOSFET72,73と、そのドレインがN
MOSFET73のドレインに接続され、ゲートが第1
のロウアドレス検出回路63の出力端子に接続されたP
MOSFET74と、NMOSFET72のドレインと
PMOSFET74のゲートとの間に接続されたPMO
SFET75と、ゲートがNMOSFET73のドレイ
ンに接続され、ドレインがPMOSFET74のゲート
に接続されたPMOSFET76とから構成されてい
る。そして、各PMOSFET71,74,76のソー
スには電源電圧Vccが印加され、PMOSFET75
のゲートには接地電圧Vssが印加され、NMOSFE
T72,73のソースには負電圧Vbbが印加される。
【0052】上記論理回路69の構成によれば、ゲート
が接地電圧Vssに接続されたPMOSFET75が、
ソース電位変換の役目とPMOSFET74を積極的に
カットオフさせる役目を担っている。その結果、インバ
ータ等の論理素子を使用することなく所望の動作を実現
でき、素子数を減らして省面積化を図ることができると
共に、動作遷移時における貫通電流の発生を防止し、更
には、動作の高速化に寄与することができる。
【0053】サブアレイ32の各ワード線21には、2
段に接続されたNMOSFET77,78と、NMOS
FET77,78の出力側にそのドレインが接続された
NMOSFET79とからなるドライブ回路80の出力
側が接続されており、各ドライブ回路80は4個を1組
として、ワード線ドライバ70を構成している。ワード
線ドライバ70において、各ドライブ回路80のNMO
SFET77のドレインが論理回路69の出力端に共通
接続されており、NMOSFET78のドレインは、そ
れぞれ制御回路66からの4本の選択信号線SX1〜S
X4に接続されている。
【0054】各ドライブ回路80のNMOSFET79
のゲートは論理回路69のPMOSFET71に接続さ
れ、ソースには負電圧Vbbが印加されている。従っ
て、論理回路69のPMOSFET71からの信号によ
り、ロウデコーダが非活性状態である間は、NMOSF
ET79はON状態となり、ワード線21の電位はVb
bに保持される。
【0055】各ドライブ回路80のNMOSFET77
は、そのゲートに常時電源電圧Vccが供給されている
ため、常時ONになり得る状態にあり、論理回路69か
らの信号に応じて、4個のドライブ回路80の各NMO
SFET77が一斉にONになる。すると、このNMO
SFET77の次段のNMOSFET78がONになり
得る状態となり、この時点で4本のワード線21が選択
される。
【0056】そして、制御回路66からの4本の選択信
号線SX1〜SX4の内、活性化された1本の信号線に
接続されたNMOSFET78のみが信号伝達を行い、
最終的に1本のワード線21が選択される。ここで、負
電圧Vbbは、論理回路69のNMOSFET72,7
3とドライブ回路80のNMOSFET79とにそれぞ
れ供給されているが、本実施形態にあっては、図12に
示す通り、Vbb発生回路40から、論理回路(LOGIC
CURCUIT)69への供給線LAとドライブ回路(WORD LI
NE DRIVER)80への供給線LBとをレイアウト上別系
統の配線で形成している。すなわち、論理回路69が動
作するとき、電荷の放電を行うNMOSFET72,7
3のソースと常にワード線21をVbb電位に安定保持
しているだけのNMOSFET79のソースとをレイア
ウト上で短絡させてしまうと、NMOSFET72,7
3から放電される電荷がノイズ源となり、ワード線21
の電位を上昇させ、メモリセルからの蓄積電荷のリーク
を促すという問題が生じるが、本実施形態では、供給線
LBを独立させてノイズの影響を受けにくいようにして
いる。
【0057】また、本実施形態では、各ドライブ回路8
0の2段のNMOSFET77,78を、メモリセルト
ランジスタMTと同じ低いしきい値に設定している。従
って、NMOSFET78のゲートに印加される電圧
(Vcc−NMOSFET77のしきい値電圧)が高く
なる上に、NMOSFET78がONになる時間も短く
なる。その結果、ワード線21の立ち上がり速度が早く
なる。
【0058】図13は、冗長ロウデコーダにおける冗長
ロウアドレス検出回路81およびワード線選択回路82
の具体的回路図を示している。冗長ロウアドレス検出回
路81は、冗長アドレスをプログラムするための周知の
ヒューズ回路83から構成される。ワード線選択回路8
2は、論理回路84とワード線ドライバ85とから構成
される。ワード線ドライバ85の構成は、ワード線ドラ
イバ70と同様である。
【0059】論理回路84は、ロウデコーダを非活性状
態にする時にプリチャージするための信号供給線(/R
DP)にそのゲートが接続されたPMOSFET86
と、そのソースが冗長アドレス検出回路81の出力に接
続され、そのドレインがPMOSFET86のドレイン
と接続されると共に、ソース信号がワード線ドライバ部
85への第1の出力となるPMOSFET87と、その
ゲートがPMOSFET87のドレインに接続され、そ
のドレイン信号がワード線ドライバ部85への第2の出
力となるPMOSFET88と、そのドレインがPMO
SFET88のドレインに接続され、そのゲートがPM
OSFET87のドレインに接続されたNMOSFET
89と、そのゲートがPMOSFET88のドレインに
接続され、そのドレインがPMOSFET87のドレイ
ンに接続されたNMOSFET90と、そのゲートがP
MOSFET88のドレインに接続され、そのドレイン
がPMOSFET87のソースに接続されたPMOSF
ET91とから構成される。そして、PMOSFET8
6,88,91の各ソースには電源電圧Vccが印加さ
れ、PMOSFET87のゲートには接地電圧Vssが
印加され、NMOSFET89,90の各ソースには負
電圧Vbbが印加される。
【0060】図14は、第2のロウアドレス検出回路6
4および制御回路66の具体的回路図を示している。第
2のロウアドレス検出回路64は、PMOSFET92
とNMOSFET93との直列からなる選択回路94a
〜94dを4個並列に接続し、この並列回路の入力端に
は電源電圧Vccが入力され、出力端はNMOSFET
95を介して接地電圧Vssに接続された(接地され
た)構成をとる。
【0061】各選択回路94a〜94dのPMOSFE
T92のゲートには、信号供給線(/RDP)が接続さ
れている。また、各選択回路94a〜94dのNMOS
FET93のゲートには、ワード線21の選択信号RA
iが入力され、この選択信号RAiにより選択回路94
a〜94dのうちの1つが特定される。制御回路66
は、4個の制御回路ユニット66a〜66dからなり、
各制御回路ユニット66a〜66dからそれぞれ1本の
選択信号線(SX1〜SX4)が導出されて、この選択
信号線がワード線ドライバ70の対応するドライブ回路
80に接続される。
【0062】また、制御回路ユニット66aの入力端子
は、選択回路94aの出力端子に接続され、同様に、制
御回路ユニット66bの入力端子は選択回路94bの出
力端子に、制御回路ユニット66cの入力端子は選択回
路94cの出力端子に、制御回路ユニット66dの入力
端子は選択回路94dの出力端子にそれぞれ接続されて
おり、特定された選択回路に応じて制御回路ユニットが
特定され、その結果、ワード線21が特定されることに
なる。
【0063】各制御回路ユニット66a〜66dの具体
的な回路構成はいずれも同一であるので、ここでは、制
御回路ユニット66aについてのみ説明する。ワード線
選択を可能にする信号(ワード線21の選択期間を規定
する信号)XEとその反転信号がNOR回路96に入力
され、NOR回路96からの出力の反転信号と選択回路
94aからの出力信号とがNOR回路97に入力され
る。選択回路94aの出力端子には、PMOSFET9
8のドレインが接続されている。また、選択回路94a
の出力端子の反転信号は、PMOSFET98のゲート
に入力されると共にNAND回路99に入力される。N
AND回路99の他方の入力端子には信号XEが入力さ
れ、NAND回路99からの信号を2回反転させた信号
が、PMOSFET100のソースおよびPMOSFE
T101のゲートに入力される。
【0064】NOR回路97からの信号は、PMOSF
ET100のゲートに入力されると共に、その反転信号
がPMOSFET102のソースおよびPMOSFET
103のゲートに入力される。PMOSFET102の
ドレインは、ゲートとドレインとが交差接続されてラッ
チ形態にされたNMOSFET104,105のうちの
NMOSFET104のドレインに接続され、PMOS
FET103のドレインは、NMOSFET105のド
レインに接続されている。
【0065】PMOSFET100のドレインは、ゲー
トとドレインとが交差接続されてラッチ形態にされたN
MOSFET106,107のうちのNMOSFET1
06のドレインに接続され、PMOSFET101のド
レインは、NMOSFET107のドレインに接続され
ている。制御回路ユニット66aから導出される選択信
号線SX1にはNMOSFET108のドレインが接続
され、NMOSFET108のゲートに、PMOSFE
T103のドレイン(NMOSFET105のドレイ
ン)が接続されている。更には、NMOSFET108
のドレインに、PMOSFET101のドレイン(NM
OSFET107のドレイン)が接続されている。
【0066】そして、PMOSFET98,101,1
03の各ソースには、電源電圧Vccが印加され、PM
OSFET102のゲートおよびNMOSFET108
のソースには接地電圧Vssが印加され、NMOSFE
T104,105,106,107の各ソースには負電
圧Vbbが印加される。次に、上記のように構成された
制御回路ユニット66aの動作を図15のタイミング図
を参照して説明する。ロウアドレスストローブ信号/R
ASの活性化に応じて信号/RDPがH(論理ハイ)レ
ベルとなり、さらに信号XEがHレベルになると、ノー
ドJおよびKの電位はL(論理ロー)レベルとなる。そ
のため、PMOSFET101がオンになり、NMOS
FET107がオフになり、これにより選択信号線SX
1に電源電圧Vccが供給される。その結果、図13に
示したワード線ドライバ85によりワード線の電圧が電
源電圧Vccになる。
【0067】続いて、信号XEがLレベルになると、ノ
ードJの電位がHレベルになり、ノードLおよびMの電
位がともにLレベルになる。ノードJの電位がHレベル
になると、PMOSFET101はオフになり、選択信
号線SX1への電源電圧Vccの供給は停止する。一
方、ノードLの電位がLレベルになると、PMOSFE
T103がオンになる。ノードMの電位がLレベルにな
ると、NMOSFET105がオフになる。そのため、
電源電圧VccがNMOSFET108のゲートに印加
され、これによりNMOSFET108がオンになる。
選択信号線SX1の電圧は接地電圧Vssまで低下す
る。そのため、ワード線の電圧も接地電圧Vssまで低
下する。信号XEの立下がりから所定時間経過後に、ノ
ードK,L,Mの電位がすべてLレベルになる。ノード
Kの電位がLレベルになると、NMOSFET107が
オンになり、選択信号線SX1の電圧は負電圧Vbbま
で低下する。ノードLの電位がHレベルになるとPMO
SFET103はオフになる。ノードMの電位がHレベ
ルになると、NMOSFET105はオンになる。その
ため、NMOSFET108のゲート電圧は負電圧Vb
bまで低下し、これによりNMOSFET108はオフ
になる。
【0068】以上に述べた回路構成により、制御回路ユ
ニット66aでは、負電圧Vbb、電源電圧Vccおよ
び接地電圧Vssの3種類の電圧を適宜に切り換え、選
択信号線SX1に乗せて出力する。ここで、上述した制
御回路ユニット66aにおいては信号XEの立上がりお
よび立下がり時に貫通電流I1およびI2が流れるとい
う問題がある。すなわち、信号XEがHレベルになると
ノードJの電位は直ちにLレベルになるが、ノードKの
電位はPMOSFET100により伝達時間だけ送れて
Lレベルになる。そのため、PMOSFET101およ
びNMOSFET107が同時にオンになるため、貫通
電流I1が流れる。また、信号XEがLレベルになると
ノードLの電位は直ちにLレベルになるが、ノードMの
電位はPMOSFET102による伝達時間だけ遅れて
Lレベルになる。そのため、PMOSFET103およ
びNMOSFET105が同時にオンになり、貫通電流
I2が流れる。このような貫通電流I1,I2が流れる
と、負電圧Vbbが大幅に上昇することになる。そのた
め、Vbb発生回路40は上昇した負電圧Vbbを所定
電圧まで回復させる必要があり、大きな駆動能力が必要
になるとともに、消費電力が大きくなる。
【0069】このような貫通電流を低減するためには、
図16に示されるように貫通電流が流れる経路にNMO
SFET109および110をそれぞれ追加するのが望
ましい。ここでは、PMOSFET101およびNMO
SFET109によりCMOSインバータが構成され、
PMOSFET103およびNMOSFET110によ
りCMOSインバータが構成される。そのため、ノード
Jの電位がLレベルになり、PMOSFET101がオ
ンになると、NMOSFET109がオフになる。その
結果、NMOSFET107がオンになっていても貫通
電流は流れない。同様に、ノードLの電位がLレベルに
なり、PMOSFET103がオンになると、NMOS
FET110がオフになる。その結果、NMOSFET
105がオンになっていても貫通電流は流れない。
【0070】図17は、上述した半導体メモリ装置の各
構成要素のウェル上への配置を表した図である。上述し
たとおり、本実施形態における半導体メモリ装置は、P
型単結晶シリコン基板又はP型ウェル領域(P型基板領
域PWAという)に形成される。DRAM制御回路3
9、メインアンプI/O系38、Vbb発生回路40、
Vblp発生回路41、その他アドレスバッファ、クロ
ック回路等からなるロジック回路は、N型ウエル領域N
WAとP型基板領域PWAとに形成される。また、セル
ブロック32、センスアンプ帯35、ロウデコーダ42
およびカラムデコーダ34からなるDRAMコアは、N
型ウエル領域NWAよりも深いN型ウエル領域NWBに
形成される。このように、DRAMコアが形成されるN
型ウエル領域NWBを、ロジック回路が形成されるN型
ウエル領域NWAよりも深いN型とすることにより、両
者間を分離して、ロジック回路領域(LOGIC CIRCUIT RE
GION)からのノイズがDRAMコア領域(DRAM CORE RE
GION)に悪影響を与えないようにしている。
【0071】N型ウエル領域NWBにおいて、メモリセ
ルアレイ32は、通常の(ロジック回路領域に採用され
ているNMOSFETのしきい値と同じ)しきい値を持
つNMOSFET47〜50,52〜59と、通常より
も低いしきい値を持つメモリセルトランジスタMTおよ
びNMOSFET51,62とは、それぞれ異なる領域
にまとめられ、前者はP型ウェル領域PWAに、後者は
P型ウェル領域PWBに形成される。
【0072】ロウデコーダも同様に、低いしきい値を持
つワード線ドライバ80のNMOSFET77,78
と、その他のNMOSFETとは、それぞれ異なる領域
にまとめられ、前者はP型ウェル領域PWBに、後者は
P型ウェル領域PWAに形成される。かかる構成におい
て、本実施形態における半導体メモリ装置の動作を図1
8に示すタイミングチャートに基づいて説明する。な
お、同図において、Jは図14中のノードJの電位を示
し、Nは図14中のノードNの電位を示す。
【0073】ロウアドレスストローブ信号/RASの立
ち下がりに同期してアドレス信号の取り込みが行われ
る。すなわち、信号/RDPが立ち上がり、引き続い
て、ロウアドレス確定を示す信号XGが立ち上がる。そ
して、プリチャージ回路の信号線SBSの電位が立ち下
がり、更に、信号線SBSLの電位が立ち下がる。この
状態で、ワード線選択可能信号XEが立ち上がると、ノ
ードJの電位が立ち下がって、選択信号線SX1(この
場合、制御回路ユニット66aが選択されたものとす
る)の電位が、非選択状態の負電圧Vbbから電源電圧
Vccに変化する。
【0074】これにより、ワード線21が負電圧Vbb
から電源電圧Vccに立ち上がる。このワード線21の
立ち上がりにより、一対のビット線15の一方に、選択
されたメモリセルの情報電荷に対応した微小電圧の変化
が生じる。そして、信号線VSPの電位が立ち上がるこ
とにより、センスアンプ25Paが活性化し、ビット線
の電位変化を増幅して入出力線subI/Oに出力す
る。
【0075】ワード線21の選択が終了すると、信号X
Eが立ち下がり、ワード線21(選択信号線SX1)の
電位が立ち下がる。このとき、制御回路ユニット66a
では、信号XEの立ち下がりに応じて、ノードNにワン
ショットパルスが発生し、このワンショットパルスがハ
イレベル(電源電圧Vcc)である間、ワード線21の
電位が一時的に接地電圧Vssにホールドされ、その
後、ワンショットパルスの立ち下がりに応じて、ワード
線21の電圧が負電圧Vbbまで低下する。以上で、半
導体メモリ装置の読み出し動作が終了する。
【0076】図19は、本実施形態におけるメモリセル
の電位状態を示している。同図において、セルプレート
電圧VcpおよびメモリセルトランジスタMTが形成さ
れているP型ウェル領域PWBの電圧は共に接地電圧V
ssに設定されている。図19Aは、Hレベル
(“1”)の書き込み状態を示しており、ワード線21
に接続されるゲート電圧は、3.3Vにされ、ビット線
のHレベル(2.3V)がキャパシタMCに書き込まれ
る。
【0077】図19Bは、Lレベル(“0”)の書き込
み状態を示しており、ワード線21に接続されるゲート
電圧は、3.3Vにされ、ビット線のLレベル(0V)
がメモリセルキャパシタMCに書き込まれる。図19C
は、データ保持状態を示しており、ワード線21に接続
されるゲート電圧は、非選択レベルの−0.5Vにさ
れ、このときビット線は上記書き込み/読み出し状態で
は0V、2.3VのHレベル/Lレベルとされ、待機状
態ではハーフプリチャージ電圧1.2Vである。メモリ
セルキャパシタMCの保持電圧は0Vか2.3Vであ
り、アドレス選択用のNMOSFET79のソースは上
述した通り負電圧Vbbである。従って、ビット線ある
いは上記保持電圧が0Vのときでも、逆バイアス電圧
(−0.5V)が印加されているので、情報電荷を消失
させるようなリーク電流が流れない。
【0078】以上に説明した本実施形態の半導体メモリ
装置の作用効果を以下に説明する。 (1)メモリセルトランジスタMTとして通常よりも低
いしきい値のものを用いている。従って、上記式の第
2項が小さくなり、記憶容量を増やすことができる。 (2)本実施形態では、図19に示す通り、セルプレー
ト電圧Vcpを0Vに設定している。これは上述した通
り、メモリセルキャパシタMCの容量絶縁膜およびロジ
ック回路を構成するトランジスタのゲート絶縁膜の厚さ
を全て等しくしたために可能となる。こうすれば、メモ
リセルキャパシタMCにロジック回路領域と同様の電源
電圧が印加されても、容量絶縁膜の耐圧がTDDB特性
に基づいて保証されているので、問題はない。従って、
セルプレート電圧Vcpとして、各種電源電圧の中でも
安定した電圧である接地電圧Vssを使用して回路動作
の安定化を図ることができると共に、特別なセルプレー
ト電圧Vcpの生成回路を用いる必要が無く、回路の省
面積化、低コスト化を実現できる。
【0079】(3)本実施形態では、図19に示す通
り、メモリセルトランジスタMTが形成されているP型
ウェル領域PWBの電位を0V(接地電圧Vss)に設
定している。従って、メモリセルトランジスタMTにお
けるバックゲート効果を除去することができ、上記式
の第2項が小さくなって、記憶容量を増やすことができ
る。
【0080】(4)ロウデコーダ42において、論理回
路69への供給線LAとドライブ回路80への供給線L
Bとをレイアウト上別系統の配線で形成しているので、
ワード線21にノイズが影響しにくく、精度の高い書き
込みおよび読み出し動作を行うことができる。 (5)ドライブ回路80の2段のNMOSFET77,
78のしきい値を、メモリセルトランジスタMTと等し
く低い値に設定しているので、ワード線21の立ち上が
り速度が早くなり、書き込み・読み出し動作の高速化を
実現することができる。
【0081】(6)良好なTDDB特性を保持して、信
頼性の高い設計を行うためおよび消費電流を低減するた
めには、ビット線15とワード線21との間に高い電圧
を印加しないことが望ましく、本実施形態のように非選
択状態のワード線21が負電圧Vbbに保持されている
場合、ビット線にはなるべく電源電圧Vccが直接印加
されないようにすることが望ましい。
【0082】本実施形態では、センスアンプ25Pa
(延いてはビット線)に電源線36からの電源電圧Vc
cを印加するためのスイッチング素子として、Nチャネ
ル型MOSFET51を用いているので、スイッチング
素子としてPチャネル型MOSFETを用いた場合に比
べて、1対のビット線15(センスアンプ25Pa)に
対し、電源電圧VccをNMOSFET51のしきい値
電圧Vtnだけレベルシフトした電圧を印加することが
でき、回路の信頼性を高めると共に、消費電流を低減す
ることができる。
【0083】また、スイッチング素子としてPチャネル
型MOSFETを用いた場合に比べて、センスアンプ2
5Pa(PMOSFET45,46)に発生する寄生容
量が低くなり、センスアンプ25Paの動作の高速化を
実現することができる。 (7)ビット線対を共通ビット線対に接続するためのス
イッチングトランジスタ49,50を、センスアンプ2
5PaのPMOSFET45,46に対し、サブアレイ
32aとは反対側に配置している。従って、スイッチン
グトランジスタ49,50として、メモリセルトランジ
スタMTのように低いしきい値のものを用いずに、ロジ
ック回路領域に用いたNMOSFETと同じしきい値の
ものを用いることができる。たとえばスイッチングトラ
ンジスタ49,50として低いしきい値のものを用いた
場合、スイッチングトランジスタ49,50を確実にO
FFさせるための電圧として負電圧Vbbを用いる必要
があるが、本実施形態にあってはスイッチングトランジ
スタ49,50を確実にOFFさせるための電圧として
0V(接地電圧Vss)を用いることができる。その結
果、以下の通りの作用効果を奏することができる。
【0084】(a)スイッチングトランジスタ49,5
0の動作範囲が、ワード線21と同様の負電圧Vbb〜
電源電圧Vccではなく、接地電圧Vss(0V)〜電
源電圧Vccとなる。従って、ワード線駆動回路と同様
の回路構成とレイアウトエリアが不用となり、省面積化
を実現できる。 (b)Vbb発生回路40の能力を高める必要がなくな
り、Vbb発生回路40に要するレイアウト面積を小さ
くすることができると共に、消費電流も低減することが
できる。
【0085】(8)電源線36、接地線37を、メモリ
セルアレイ33上に絶縁膜を介して配置することによ
り、電源線および接地線とメモリセルアレイ33とを異
なる層に形成しているので、センスアンプ活性時に生じ
る電源の電圧降下や接地電圧のバウンド等ノイズ成分を
除去することができる。その結果、上記式のαやγを
1に近づけることができ、記憶容量を増やすことができ
ると共に、特別な電源強化対策を行う必要がなくなり、
回路規模を縮小できる。
【0086】(9)本実施形態のように非選択状態のワ
ード線21を負電圧Vbbにクランプする場合、活性化
させたワード線21を非活性状態にしたときに発生する
電荷が、負電圧Vbbノードに流れ、NMOSFET7
9を通って他のワード線21に流れ込み、その結果、他
のワード線21に接続されたメモリセルトランジスタM
Tのゲート電位が上昇して蓄積電荷のリークが発生し、
データの保持特性が悪くなる問題がある。そこで、本実
施形態では、信号XEが立ち下がった時、ワード線21
(選択信号線SX1)の電位を、Vccレベルからいき
なりVbbレベルまで低下させるのではなく、制御回路
ユニット66aが、信号XEの立ち下がりに応じて、選
択信号線SX1の電位を一時的に接地電圧Vss(0
V)レベルにホールドしてから、負電圧Vbbまで低下
するよう構成しているので、このホールド期間中に、ワ
ード線21に溜まった電荷の大半が接地電位に流れ込
む。従って、その後、負電圧Vbbレベルまで低下させ
たときに新たに電荷が発生しても、トータルとしての電
荷量は少なくなっているので、ワード線21に接続され
たメモリセルトランジスタMTのゲート電位の上昇が抑
制され、その結果、蓄積電荷のリークに起因するデータ
の保持特性の悪化を防止することができる。
【0087】本発明による半導体メモリ装置によれば、
メモリセルアレイから延びるビット線とセンスアンプと
を接続するためのスイッチング用電界効果型トランジス
タを、狭い動作範囲で確実にON/OFFさせることが
できるので、駆動用回路の能力や規模を小さく抑えるこ
とができ、省面積化を実現することができる。尚、本発
明は、ロジック回路とDRAMとを半導体基板上に集積
化したものに限らず、DRAM単体にも適用可能であ
る。
【0088】
【発明の効果】本発明にあっては、データの保持特性の
良好な半導体メモリ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態による半導体メモリ装置のレ
イアウトを示す平面図である。
【図2】図1に示された半導体メモリ装置の部分平面図
である。
【図3】図1に示された半導体メモリ装置の回路構成を
示すブロック図である。
【図4】図3に示されたサブアレイのレイアウトを示す
部分平面図である。
【図5】図1に示された半導体メモリ装置の製造プロセ
スを示す断面図である。
【図6】図1に示された半導体メモリ装置の製造プロセ
スを示す断面図である。
【図7】図1に示された半導体メモリ装置の製造プロセ
スを示す断面図である。
【図8】図3に示されたサブアレイの回路図である。
【図9】図3に示されたセンスアンプ帯の回路図であ
る。
【図10】図3に示されたロウデコーダのブロック図で
ある。
【図11】図10に示された第1のロウアドレス検出回
路およびワード線選択回路部の回路図である。
【図12】図11に示されたワード線ドライバおよび論
理回路への負電圧の供給を示すブロック図である。
【図13】図11に示された第1のロウアドレス検出回
路およびワード線選択回路と置換可能な冗長回路の回路
図である。
【図14】図10に示された第2のロウアドレス検出回
路および制御択回路の回路図である。
【図15】図14に示された制御回路の動作を示すタイ
ミング図である。
【図16】図14中の制御回路ユニットの他の例を示す
回路図である。
【図17】図1に示された半導体メモリ装置のウェル配
置を示す平面図である。
【図18】図1に示された半導体メモリ装置のタイミン
グ図である。
【図19】図8に示されたメモリセルの電位状態を示す
回路図である。
【図20】従来の半導体メモリ装置の製造プロセスを示
す断面図である。
【図21】従来の半導体メモリ装置の製造プロセスを示
す断面図である。
【図22】従来の半導体メモリ装置の製造プロセスを示
す断面図である。
【符号の説明】
31 半導体メモリ装置 15 ビット線 21 ワード線 32 サブアレイ 33 メモリセルアレイ 42 ロウデコーダ 63 第1のロウアドレス検出回路 66 制御回路 70 ワード線ドライバ 100〜103 PMOSFET 105〜110 NMOSFET MC メモリセルキャパシタ MT メモリセルトランジスタ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワード線(21)に対応する選択信号線
    (SX1)に接続され、前記選択信号線(SX1)の電
    圧を前記ワード線(21)にそれぞれ供給するワード線
    ドライバ(70)と、 ロウアドレス信号に応答して前記ワード線ドライバ(7
    0)を選択的に活性化するロウアドレス検出回路(6
    3)と、 前記ロウアドレス信号に応答して電源電圧または負電圧
    を前記選択信号線(SX1)に選択的に供給する制御回
    路(66)とを備えたことを特徴とする半導体メモリ装
    置。
  2. 【請求項2】 複数のワード線(21)に対応する複数
    の選択信号線(SX1〜SX4)に接続され、前記複数
    の選択信号線(SX1〜SX4)の電圧を前記複数のワ
    ード線(21)にそれぞれ供給するワード線ドライバ
    (70)と、 ロウアドレス信号に応答して前記ワード線ドライバ(7
    0)を選択的に活性化するロウアドレス検出回路(6
    3)と、 前記ロウアドレス信号に応答して電源電圧または負電圧
    を前記複数の選択信号線(SX1〜SX4)に選択的に
    供給する制御回路(66)とを備えたことを特徴とする
    半導体メモリ装置。
  3. 【請求項3】 ゲート電極(14)がワード線(21)
    に接続され、一方のソース/ドレイン領域(11)がビ
    ット線(15)に接続され、他方のソース/ドレイン
    (11)がメモリセルキャパシタ(MC)に接続されて
    なるメモリセルトランジスタ(MT)をアレイ上に配置
    したサブアレイ(32)と、 選択されたワード線(21)に対し所定の電圧を供給す
    るロウデコーダ(42)と、 非選択のワード線(21)に負電圧Vbbを供給する回
    路(40,70)とを備え、 前記ロウデコーダ(42)は、ワード線(21)に対
    し、電源電圧及び負電圧を適宜切り換えて供給する制御
    回路(66)を含むことを特徴とした半導体メモリ装
    置。
  4. 【請求項4】 前記メモリセルトランジスタ(MT)
    は、そのゲート電極(14)がワード線(21)に接続
    され、一方のソース/ドレイン領域(11)がビット線
    (15)に接続され、他方のソース/ドレイン(11)
    がメモリセルキャパシタ(MC)に接続されていること
    を特徴とした請求項3に記載の半導体メモリ装置。
  5. 【請求項5】 前記制御回路(66)は、前記ワード線
    (21)が選択状態から非選択状態に遷移する時点で一
    時的に前記ワード線(21)の電位を電源電圧に保持
    し、その後ワード線(21)の電位を負電圧にすること
    を特徴とした請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半
    導体メモリ装置。
  6. 【請求項6】 前記電源電圧として、接地電圧を用いた
    ことを特徴とした請求項1乃至5のいずれか1項に記載
    の半導体メモリ装置。
  7. 【請求項7】 前記制御回路(66)は、前記複数の選
    択信号線(SX1〜SX4)に対応して設けられた複数
    の制御回路ユニット(66a〜66d)を含み、 前記制御回路ユニット(66a〜66d)の各々は、 第1の入力ノード(J)に接続されたゲートと、電源ノ
    ードに接続されたソースと、対応する選択信号線(S
    X)に接続されたドレインとを有する第1のPチャネル
    MOSトランジスタ(101)と、 負電圧ノードに接続されたソースと、前記対応する選択
    信号線(SX)に接続されたドレインとを有する第1の
    NチャネルMOSトランジスタ(107)と、 前記第1の入力ノード(J)の電圧を前記第1のNチャ
    ネルMOSトランジスタ(107)のゲートに伝達する
    第1の伝達トランジスタ(100)と、 接地されたソースと、前記対応する選択信号線(SX)
    に接続されたドレインとを有する第2のNチャネルMO
    Sトランジスタ(108)と、 第2の入力ノード(L)に接続されたゲートと、電源ノ
    ードに接続されたソースと、前記第2のNチャネルMO
    Sトランジスタ(108)のゲートに接続されたドレイ
    ンとを有する第2のPチャネルMOSトランジスタ(1
    03)と、 負電圧ノードに接続されたソースと、前記第2のNチャ
    ネルMOSトランジスタ(108)のゲートに接続され
    たドレインとを有する第3のNチャネルMOSトランジ
    スタ(105)と、 前記第2の入力ノード(L)と前記第3のNチャネルM
    OSトランジスタ(105)のゲートとの間に接続さ
    れ、常にオンになっている第2の伝達トランジスタ(1
    02)とを含むことを特徴とした請求項1乃至6のいず
    れか1項に記載の半導体メモリ装置。
  8. 【請求項8】 前記第1の入力ノード(J)に接続され
    たゲートと、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ
    (101)のドレインに接続されたドレインと、前記第
    1のNチャネルMOSトランジスタ(107)のドレイ
    ンに接続されたソースとを有する第4のNチャネルMO
    Sトランジスタ(109)と、 前記第2の入力ノード(L)に接続されたゲートと、前
    記第2のPチャネルMOSトランジスタ(103)のド
    レインに接続されたドレインと、前記第3のNチャネル
    MOSトランジスタ(105)のドレインに接続された
    ソースとを有する第5のNチャネルMOSトランジスタ
    (110)とを含むことを特徴とした請求項7に記載の
    半導体メモリ装置。
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