JP2001093989A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2001093989A
JP2001093989A JP26938299A JP26938299A JP2001093989A JP 2001093989 A JP2001093989 A JP 2001093989A JP 26938299 A JP26938299 A JP 26938299A JP 26938299 A JP26938299 A JP 26938299A JP 2001093989 A JP2001093989 A JP 2001093989A
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JP
Japan
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transistor
storage node
potential
read
bit line
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Application number
JP26938299A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Terano
登志夫 寺野
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To adjust the threshold voltage of a read transistor, without adding special processes in a DRAM gain cell for logic mixed mounting. SOLUTION: A semiconductor device is provided with a storage node SN for retaining data as a potential change, and a read transistor TR, where a gate is connected to the storage node SN, either a source or a drain is connected to a bit line BL, and the transistor TR is turned on or off according to the potential of the storage node SN, and stored data is read out to the bit line BL. The gate electrode of the read transistor TR is made of a semiconductor material having an opposite conductivity to that of a channel, namely p+ polysilicon, when the read transistor TR is, for example, an nMOSFET.

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】本発明は、いわゆるDRAM
ゲインセルと称され、内部の記憶ノードに保持されたデ
ータを読み出しトランジスタにより増幅してビット線に
読み出すメモリセル構成の半導体装置に関する。
The present invention relates to a so-called DRAM.
The present invention relates to a semiconductor device having a memory cell structure called a gain cell, in which data held in an internal storage node is amplified by a reading transistor and read out to a bit line.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、高密度、大容量の半導体メモリと
して最も代表的なDRAM(Dynamic Random Access Mem
ory)では、ビット線と共通電位線との間にワード線の電
位によりオン/オフが制御されるトランジスタと、メモ
リキャパシタとを直列接続させてメモリセルが構成され
ている。この1トランジスタ−1キャパシタ型のメモリ
セルでは、メモリキャパシタとトランジスタとの接続中
点が記憶ノードとなり、この記憶ノードに蓄えられた電
荷量の差によりデータの“1”と“0”を判別する。記
憶データの読み出しに際して安定動作を確保するには、
ビット線に十分な大きさの電位変化を現出させることが
必要である。したがって、メモリキャパシタの電荷を蓄
積可能な容量(キャパシタ容量)を大きくするために、
特殊形状をしたキャパシタ電極の形成工程あるいは高誘
電体材料からなる膜の形成工程などを含む専用プロセス
が必須となる。
2. Description of the Related Art At present, a DRAM (Dynamic Random Access Memory) which is the most representative of a high-density, large-capacity semiconductor memory.
In (ory), a memory cell is configured by connecting a transistor, which is turned on / off by a word line potential between a bit line and a common potential line, and a memory capacitor in series. In this one-transistor-one-capacitor type memory cell, the connection point between the memory capacitor and the transistor serves as a storage node, and data "1" and "0" are determined based on the difference in the amount of charge stored in the storage node. . To ensure stable operation when reading stored data,
It is necessary to cause a sufficiently large potential change to appear on the bit line. Therefore, in order to increase the capacity (capacitor capacity) that can store the charge of the memory capacitor,
A dedicated process including a step of forming a capacitor electrode having a special shape or a step of forming a film made of a high dielectric material is indispensable.

【0003】ところが、半導体メモリセルの専有面積の
縮小化にともない、キャパシタ容量値そのものが低下し
がちな傾向にあるうえ、大容量化によりビット線容量も
増大するため、ノイズに埋もれることなく読み出し可能
なビット線電位の変化が以前にも増して得にくくなって
いるということが顕著な問題になってきた。したがっ
て、構造および材料を変更せずにセル面積の縮小を進め
るとした場合、DRAMセルの読み出し信号が小さくな
り、ついにはメモリセルに記憶されたデータを検出する
ことが困難になることが予想される。
However, as the occupied area of the semiconductor memory cell is reduced, the capacitance value of the capacitor tends to decrease. In addition, since the bit line capacitance increases due to the increase in the capacitance, the data can be read without being buried in noise. It has become a remarkable problem that it is more difficult to obtain a change in bit line potential than before. Therefore, if the cell area is reduced without changing the structure and the material, it is expected that the read signal of the DRAM cell will be small, and eventually it will be difficult to detect the data stored in the memory cell. You.

【0004】また、近年、LSIのシステム化が進み、
様々な種類のメモリ混載ロジックLSIが以前にもまし
て多く実現されるようになってきた。このため、DRA
Mの単位面積当たりのキャパシタ容量を増大させるより
も、むしろキャパシタ専用プロセスを廃止してロジック
部と出来るだけ共通化したプロセスにするほうが、コス
トメリットが出しやすくなってきた。
In recent years, systematization of LSI has progressed,
Various types of memory-embedded logic LSIs have been realized more than before. For this reason, DRA
Rather than increasing the capacitance of the capacitor per unit area of M, it has become easier to obtain a cost advantage if the process exclusive for the capacitor is abolished and the process is made as common as possible with the logic unit.

【0005】そこで、書き込み用と読み出し用を含む複
数のトランジスタを有し、記憶データを読み出しトラン
ジスタで増幅してビット線に出力する、いわゆるゲイン
セルが再び注目を集めている。ゲインセルとして、たと
えば、2つの読み出しトランジスタと1つの書き込みト
ランジスタを有する3トランジスタ型、書き込みおよび
読み出しトランジスタと記憶ノードの昇圧用キャパシタ
とを有する2トランジスタ−1キャパシタ型などが知ら
れている。
Therefore, a so-called gain cell, which has a plurality of transistors for writing and reading, and amplifies stored data by a reading transistor and outputs the amplified data to a bit line, is attracting attention again. As gain cells, for example, a three-transistor type having two read transistors and one write transistor, and a two-transistor-one-capacitor type having write and read transistors and a boosting capacitor at a storage node are known.

【0006】この従来のDRAMゲインセルのうち、2
トランジスタ−1キャパシタ型セルの回路図を図11に
示す。この従来のDRAMゲインセル100は、書き込
みトランジスタTW、読み出しトランジスタTRおよび
キャパシタCAPから構成される。書き込みトランジス
タTWは、ゲートが書き込みワード線WWLに接続さ
れ、ソース,ドレインの一方が書き込みビット線WBL
に接続されている。読み出しトランジスタTRは、ゲー
トが書き込みトランジスタTWのソース,ドレインの他
方に接続され、ソースが読み出しビット線RBLに接続
され、ドレインが電源電圧VDDの供給線VDDに接続さ
れている。キャパシタCAPは、一方電極が読み出しト
ランジスタTRと書き込みトランジスタTWの接続中点
に接続され、他方電極が読み出しワード線RWLに接続
されている。このキャパシタCAPの一方電極、およ
び、これに接続された読み出しトランジスタTRと書き
込みトランジスタTWの接続中点が、当該メモリセルM
Cの記憶ノードSNをなす。
Of the conventional DRAM gain cells, 2
FIG. 11 shows a circuit diagram of the transistor-1 capacitor type cell. This conventional DRAM gain cell 100 includes a write transistor TW, a read transistor TR, and a capacitor CAP. The write transistor TW has a gate connected to the write word line WWL and one of a source and a drain connected to the write bit line WBL.
It is connected to the. Read transistor TR has a gate connected to the source of the write transistor TW, the other of the drain, a source connected to the read bit line RBL, the drain is connected to the supply line VDD of the power supply voltage V DD. The capacitor CAP has one electrode connected to the connection point between the read transistor TR and the write transistor TW, and the other electrode connected to the read word line RWL. One electrode of the capacitor CAP and a connection middle point between the read transistor TR and the write transistor TW connected thereto are connected to the memory cell M
A storage node SN of C.

【0007】このメモリセル100では、記憶ノードS
Nの電荷蓄積量を変えることによって、読み出しトラン
ジスタTRのゲート電極のバイアス値を変化させる。た
とえば、記憶ノードSNの電荷蓄積量がゼロ、または、
読み出し時の所定バイアス条件下で読み出しトランジス
タTRがオンしない程度に少ない状態を記憶データの
“0”に対応させ、読み出しトランジスタTRがオンす
るほど電荷の蓄積がある状態を記憶データの“1”に対
応させる。
In this memory cell 100, storage node S
The bias value of the gate electrode of the read transistor TR is changed by changing the charge accumulation amount of N. For example, the charge accumulation amount of the storage node SN is zero, or
The state that is so small that the read transistor TR is not turned on under the predetermined bias condition at the time of reading is made to correspond to the storage data “0”, and the state where charge is accumulated as the read transistor TR is turned on is changed to the storage data “1” Make it correspond.

【0008】書き込み時には、書き込みワード線WWL
を活性化して書き込みトランジスタTWをオンさせて、
書き込みビット線WBLの設定電位に応じて、上記した
記憶ノードSNの電荷蓄積量を変更する。
At the time of writing, a write word line WWL
To turn on the write transistor TW,
The charge storage amount of the storage node SN is changed according to the set potential of the write bit line WBL.

【0009】また、読み出し時には、記憶データ“1”
の場合、上記した記憶ノードSNの電荷蓄積量が相対的
に多いので読み出しトランジスタTRがオンして、電荷
が電源電圧VDDの供給線から読み出しビット線RBLに
供給され、その電位が上昇する。一方、記憶データ
“0”の場合、記憶ノードSNの電荷蓄積量がゼロまた
は相対的に少ないので読み出しトランジスタTRはオフ
のままとなり、ビット線RBLの電圧は初期状態(プリ
チャージ電圧)を維持する。この記憶データに応じた読
み出しビット線RBLの電位変化を、図示しないセンス
アンプで検出し、記憶データとして判別する。
At the time of reading, storage data "1"
In the case of, the charge accumulation amount of the storage node SN is relatively large, so that the read transistor TR is turned on, charge is supplied from the supply line of the power supply voltage V DD to the read bit line RBL, and the potential thereof increases. On the other hand, in the case of the storage data “0”, since the charge storage amount of the storage node SN is zero or relatively small, the read transistor TR remains off, and the voltage of the bit line RBL maintains the initial state (precharge voltage). . A change in the potential of the read bit line RBL according to the stored data is detected by a sense amplifier (not shown) and determined as stored data.

【0010】このように、キャパシタCAPの電荷蓄積
は、記憶データに応じて読み出しトランジスタTRのオ
ン/オフが制御できる程度でよい。つまり、このメモリ
セルでは、1トランジスタ−1キャパシタ型DRAMセ
ルのようにキャパシタの蓄積電荷で直接、大きな容量の
ビット線を充放電する必要がないため、キャパシタの電
荷蓄積容量が小さくて済む。この結果、この構造のメモ
リセルでは、とくにキャパシタ構造を工夫して単位面積
当たりの電荷蓄積量を向上させなくてもよく、高い誘電
率のキャパシタ誘電体材料を開発する必要がない。ま
た、構造が複雑でないため作り易いうえ、ロジック配線
層と一括してキャパシタ電極を形成するなどプロセスの
共通化が容易で、その分、製造コストを低く抑えること
ができるという利点がある。
As described above, the charge accumulation of the capacitor CAP may be such that the ON / OFF of the read transistor TR can be controlled in accordance with the stored data. That is, in this memory cell, unlike the one-transistor one-capacitor type DRAM cell, it is not necessary to directly charge and discharge a large-capacity bit line with the stored charge of the capacitor, so that the charge storage capacity of the capacitor is small. As a result, in the memory cell having this structure, it is not necessary to improve the charge storage amount per unit area by devising a capacitor structure, and it is not necessary to develop a capacitor dielectric material having a high dielectric constant. In addition, since the structure is not complicated, it is easy to manufacture, and there is an advantage that the process can be easily shared, such as forming a capacitor electrode collectively with the logic wiring layer, and the manufacturing cost can be reduced accordingly.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来のDRAMゲインセルを用いたメモリセルアレイを
ロジック回路と共に1チップ内に集積化した場合、必要
なトランジスタ閾値電圧がメモリ部とロジック部とで異
なることが問題となる。
However, when a memory cell array using such a conventional DRAM gain cell is integrated together with a logic circuit in one chip, the required transistor threshold voltage differs between the memory section and the logic section. That is a problem.

【0012】ロジック部においては、年々厳しくなる高
速化、低電圧化の要求を満たすために、低電圧でも駆動
電流が大きくとれるようにトランジスタ閾値電圧を小さ
くして用いる傾向にある。
In the logic section, in order to satisfy the demand for higher speed and lower voltage, which is becoming more severe year by year, there is a tendency that the transistor threshold voltage is reduced and used so that the drive current can be increased even at low voltage.

【0013】その一方、メモリ部ではDRAMゲインセ
ルを構成するトランジスタのうち読み出しトランジスタ
は、読み出しおよび書き込みワード線がローレベルの電
荷保持期間において、記憶ノードの電荷保持量が少ない
“0”記憶時、電荷保持量が多い“1”記憶時の双方で
オフしていなければならない。したがって、読み出しト
ランジスタのゲート閾値電圧は、“1”記憶時の記憶ノ
ード電位より大きく設定する必要がある。この電圧関係
が満たされないと読み出し時以外でも読み出しトランジ
スタがオンして、ビット線のラッチデータが破壊される
など、誤動作さの要因となる。また、この電圧関係を満
たしながら読み出しトランジスタの閾値電圧を低くする
と、データの論理値に応じた記憶ノードの電荷量差が小
さくなって動作マージンが低下しノイズに弱くなるた
め、この点でも誤動作の要因となる。
On the other hand, in the memory section, among the transistors constituting the DRAM gain cell, the read transistor, when the read and write word lines are in the low-level charge holding period, when the storage amount of the storage node is small, and the charge is low. It must be turned off both at the time of storing “1” with a large holding amount. Therefore, the gate threshold voltage of the read transistor needs to be set higher than the storage node potential when "1" is stored. If this voltage relationship is not satisfied, the read transistor is turned on even during a time other than the read operation, which may cause malfunctions such as destruction of latch data on the bit line. Also, if the threshold voltage of the read transistor is lowered while satisfying this voltage relationship, the difference in the amount of charge of the storage node according to the logical value of the data is reduced, the operation margin is reduced, and the device is susceptible to noise. It becomes a factor.

【0014】このような理由により、従来のメモリ混載
ロジックLSIでは、ロジック部とメモリ部ではトラン
ジスタ閾値電圧差を予め設ける必要がある。このため、
従来では、製造中に少なくとも一方側に対する選択的な
イオン注入などにより閾値電圧調整を行うためのプロセ
スが付加的に必要となり、その分のコスト増は避けられ
ないという不利益があった。
For this reason, in the conventional logic LSI with embedded memory, it is necessary to provide a transistor threshold voltage difference between the logic section and the memory section in advance. For this reason,
Conventionally, a process for adjusting the threshold voltage by selectively ion-implanting at least one side during manufacturing is additionally required, and there is a disadvantage that a cost increase cannot be avoided.

【0015】本発明の目的は、DRAMゲインセルなど
読み出しトランジスタのゲート電位の大小によってデー
タが記憶される半導体記憶装置において、読み出しトラ
ンジスタのゲート閾値電圧を特別なプロセスの増加なし
に調整可能な構造の半導体記憶装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device, such as a DRAM gain cell, in which data is stored depending on the magnitude of the gate potential of a read transistor, having a structure in which the gate threshold voltage of the read transistor can be adjusted without increasing a special process. It is to provide a storage device.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体記憶
装置は、データを電位変化として保持する記憶ノード
と、上記記憶ノードにゲートが接続され、ビット線にソ
ースまたはドレインの一方が接続され、上記記憶ノード
の電位に応じてオンまたはオフし当該記憶データを上記
ビット線に読み出す読み出しトランジスタとを有し、上
記読み出しトランジスタのゲート電極が、チャネルの導
電型と逆の導電型を有する半導体材料からなる。
A semiconductor memory device according to the present invention has a storage node for holding data as a potential change, a gate connected to the storage node, and one of a source and a drain connected to a bit line. A read transistor that is turned on or off in accordance with the potential of the storage node and reads the stored data to the bit line, wherein a gate electrode of the read transistor is formed using a semiconductor material having a conductivity type opposite to that of a channel. Become.

【0017】本発明は、2トランジスタ−1キャパシタ
型セル、3トランジスタ型セルなどに広く適用可能であ
る。たとえば、2トランジスタ−1キャパシタ型セルを
有する場合、上記記憶ノードと上記ビット線または他の
ビット線との間に接続され、ゲートに接続された書き込
みワード線の印加電圧に応じて上記データの記憶ノード
への書き込みを制御する書き込みトランジスタと、上記
記憶ノードと読み出しワード線との間に接続され、読み
出し時に記憶ノード電位を変化させるキャパシタとをさ
らに有する。
The present invention is widely applicable to 2-transistor-1-capacitor type cells, 3-transistor type cells and the like. For example, in the case of having a two-transistor-one-capacitor cell, the data is stored between the storage node and the bit line or another bit line according to a voltage applied to a write word line connected to a gate. The semiconductor device further includes a write transistor that controls writing to the node, and a capacitor that is connected between the storage node and the read word line and that changes a storage node potential at the time of reading.

【0018】また、上記読み出しトランジスタは、ゲー
ト電極にp型ポリシリコンを含むnチャネル型の絶縁ゲ
ート電界効果トランジスタ、或いは、ゲート電極にn型
ポリシリコンを含むpチャネル型の絶縁ゲート電界効果
トランジスタのどちらでもよい。
The read transistor may be an n-channel insulated gate field effect transistor having a gate electrode containing p-type polysilicon or a p-channel insulated gate field effect transistor having a gate electrode containing n-type polysilicon. either will do.

【0019】上記読み出しトランジスタのチャネル導電
型がn型の場合、電荷保持条件として、その閾値電圧
は、上記書き込みワード線および上記読み出しワード線
がローレベルをとるときに、上記データの論理に応じて
異なる値をとる上記記憶ノードの電位より、大きく設定
されている。また、この場合の正常な読み出し動作条件
として、読み出しトランジスタの閾値電圧は、上記記憶
ノードのハイレベルの電位と、読み出し時に上記読み出
しワード線に印加される電圧に応じて容量結合により上
昇する記憶ノードの電位上昇分との加算値より小さく、
かつ、上記記憶ノードのローレベルの電位と上記記憶ノ
ードの電位上昇分との加算値より大きい値に設定されて
いる。この読み出しトランジスタのチャネル導電型がn
型の場合、その電荷保持条件と正常な読み出し動作条件
を総括すると、その閾値電圧は、上記記憶ノードのハイ
レベルの電位と、読み出し時に上記読み出しワード線に
印加される電圧に応じて容量結合により上昇する記憶ノ
ードの電位上昇分との加算値より小さく、かつ、上記記
憶ノードのハイレベルの電位と上記記憶ノードの電位上
昇分との何れか大きい電位より大きい値に設定されてい
る。
When the channel conductivity type of the read transistor is n-type, the threshold voltage is set as a charge holding condition according to the logic of the data when the write word line and the read word line are low. The potential is set higher than the potential of the storage node having a different value. In addition, as a normal read operation condition in this case, the threshold voltage of the read transistor is increased by capacitive coupling according to the high-level potential of the storage node and the voltage applied to the read word line at the time of reading. Less than the sum of the potential rise of
In addition, it is set to a value larger than the sum of the low-level potential of the storage node and the potential rise of the storage node. The channel conductivity type of this read transistor is n
In the case of the type, when the charge holding condition and the normal read operation condition are summarized, the threshold voltage is determined by capacitive coupling according to the high-level potential of the storage node and the voltage applied to the read word line at the time of read. The value is set to be smaller than the added value of the rising potential of the storage node and larger than the larger of the high-level potential of the storage node and the potential rise of the storage node.

【0020】好適に、上記ビット線に、ラッチ機能を備
えたセンスアンプが接続されている。
Preferably, a sense amplifier having a latch function is connected to the bit line.

【0021】本発明に係る他の半導体装置は、データを
電位変化として保持する記憶ノードと、上記記憶ノード
にゲートが接続され、ビット線にソースまたはドレイン
の一方が接続され、上記記憶ノードの電位に応じてオン
またはオフし当該記憶データを上記ビット線に読み出す
読み出しトランジスタとを備えるメモリセルを複数配列
させたメモリセルアレイを含むメモリ部と、pチャネル
型絶縁ゲート電界効果トランジスタとnチャネル型絶縁
ゲート電界効果トランジスタとを含むCMOSトランジ
スタ回路部とを有し、上記読み出しトランジスタのゲー
ト電極が、チャネルの導電型と逆の導電型を有する半導
体材料からなる。
In another semiconductor device according to the present invention, a storage node for holding data as a potential change, a gate connected to the storage node, one of a source and a drain connected to a bit line, and a potential of the storage node A memory section including a memory cell array in which a plurality of memory cells each having a read transistor that is turned on or off according to the above and reads the storage data to the bit line, a p-channel insulated gate field-effect transistor, and an n-channel insulated gate A CMOS transistor circuit portion including a field effect transistor, and a gate electrode of the read transistor is made of a semiconductor material having a conductivity type opposite to a conductivity type of a channel.

【0022】このような構成のメモリセルを行列状に配
置させてメモリセルアレイを構成した場合の動作におい
て、書き換えの際には、まず、書き込み動作の前に読み
出しを行い元データをセンスアンプにラッチしておく。
書き込みおよび読み出しトランジスタが共にnチャネル
型の場合の読み出しでは、たとえば、ビット線をディス
チャージした後、書き込みワード線電位をローレベルの
状態で、読み出しワード線にハイレベルの電位を設定す
る。キャパシタの容量結合により記憶ノード電位が上昇
し、記憶データ(記憶ノードの初期電位)に応じて読み
出しトランジスタがオンまたはオフする。これによりビ
ット線に記憶データに応じて電位差が生じる。この電位
差は、センスアンプで増幅されラッチされる。書き込み
では、まず、書き換え対象のセル(選択セル)が接続さ
れたビット線のみ新データを設定する。その後、読み出
しワード線電位をローレベルにした状態で、書き込みワ
ード線電位をローレベルからハイレベルに変化させる。
これにより、選択セルに新データが書き込まれ、他の非
選択セルは元データが再書き込みされる。
In an operation in which a memory cell array is configured by arranging memory cells having such a configuration in a matrix, when rewriting, first, reading is performed before a writing operation, and original data is latched in a sense amplifier. Keep it.
In reading when both the write and read transistors are of the n-channel type, for example, after discharging a bit line, a high level potential is set to the read word line while the potential of the write word line is low. The storage node potential increases due to the capacitive coupling of the capacitor, and the read transistor is turned on or off according to storage data (initial potential of the storage node). Thereby, a potential difference is generated in the bit line according to the stored data. This potential difference is amplified and latched by the sense amplifier. In writing, first, new data is set only on the bit line connected to the cell to be rewritten (selected cell). Thereafter, the write word line potential is changed from low level to high level while the read word line potential is at low level.
As a result, the new data is written in the selected cell, and the original data is rewritten in the other unselected cells.

【0023】通常、絶縁ゲート電界効果トランジスタ
は、表面チャネル型とするために、nチャネル型にはn
型のゲート電極を用い、pチャネル型にはp型のゲート
電極を用いる。これに対し、本発明に係る半導体記憶装
置では、読み出しトランジスタのゲート電極に、チャネ
ルと逆導電型の不純物が導入されている。このため、チ
ャネルが形成されるp型半導体領域とp型ゲート電極材
料との間(または、チャネルが形成されるn型半導体領
域とn型ゲート電極材料との間)で仕事関数差が大きく
なって、ロジック部などで通常用いられる絶縁ゲート電
界効果トランジスタに比べ、大きな閾値電圧が実現され
ている。ゲート電極に対する異なる不純物の導入は、C
MOSトランジスタ回路部では常套的に行われているこ
とから、当該半導体装置内にCMOSトランジスタ回路
部を内蔵する場合、本発明の適用によって付加的な工程
は発生しない。
Normally, an insulated gate field effect transistor is of the n-channel type because of the surface channel type.
A p-type gate electrode is used for the p-channel type. On the other hand, in the semiconductor memory device according to the present invention, an impurity having a conductivity type opposite to that of the channel is introduced into the gate electrode of the read transistor. Therefore, the work function difference between the p-type semiconductor region where the channel is formed and the p-type gate electrode material (or between the n-type semiconductor region where the channel is formed and the n-type gate electrode material) increases. As a result, a higher threshold voltage is realized as compared with an insulated gate field effect transistor generally used in a logic section or the like. The introduction of different impurities into the gate electrode
Since the MOS transistor circuit section is commonly used, when a CMOS transistor circuit section is built in the semiconductor device, an additional step does not occur by applying the present invention.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態に係る
半導体記憶装置のメモリセルアレイおよびその周辺回路
の要部を示すブロック図である。この半導体記憶装置1
において、メモリセルアレイ内にm個×n個(m,n:
任意の自然数)のメモリセル(DRAMゲインセル)が
マトリックス状に配置されている。また、各列に1つず
つ、参照セルRC、センスアンプSA、ディスチャージ
回路DCHおよび列選択回路が設けられている。
FIG. 1 is a block diagram showing a main part of a memory cell array and its peripheral circuits of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. This semiconductor storage device 1
In the memory cell array, m × n (m, n:
(Arbitrary natural numbers) of memory cells (DRAM gain cells) are arranged in a matrix. Further, one reference cell RC, one sense amplifier SA, one discharge circuit DCH, and one column selection circuit are provided for each column.

【0025】図2〜図4は、本発明が適用可能なDRA
Mゲインセルの構成例を示す回路図である。また、図5
は、図1の各列の要部構成を示す回路図である。図5に
示すように、DRAMゲンセルMCij(i=1〜m,
j=1〜n;以下、単にMCと表記)が各ビット線BL
に接続され、参照セルRCがビット線BLと対を成すビ
ット補線BL_に接続され、センスアンプSA、ディス
チャージ回路DCHおよび列選択回路がビット線BLと
ビット補線BL_の双方に接続されている。
FIGS. 2 to 4 show DRA to which the present invention can be applied.
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration example of an M gain cell. FIG.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a main configuration of each column in FIG. 1. As shown in FIG. 5, a DRAM gene cell MCij (i = 1 to m,
j = 1 to n; hereinafter simply referred to as MC) is the bit line BL
, The reference cell RC is connected to a bit complementary line BL_ paired with the bit line BL, and the sense amplifier SA, the discharge circuit DCH, and the column selection circuit are connected to both the bit line BL and the bit complementary line BL_. .

【0026】図2に示すDRAMゲンセルMCは、2ト
ランジスタ−1キャパシタ型であり、書き込みトランジ
スタTW、読み出しトランジスタTRおよびキャパシタ
CAPから構成される。書き込みトランジスタTWは、
ゲートが書き込みワード線WWLに接続され、ソース,
ドレインの一方がビット線BLに接続されている。読み
出しトランジスタTRは、ゲートが書き込みトランジス
タTWのソース,ドレインの他方に接続され、ソースが
ビット線BLに接続され、ドレインが電源電圧VDDの供
給線VDDに接続されている。キャパシタCAPは、一
方電極が読み出しトランジスタTRと書き込みトランジ
スタTWの接続中点に接続され、他方電極が読み出しワ
ード線RWLに接続されている。このキャパシタCAP
の一方電極、および、これに接続された読み出しトラン
ジスタTRと書き込みトランジスタTWの接続中点が、
当該メモリセルMCの記憶ノードSNをなす。
The DRAM gene cell MC shown in FIG. 2 is a two-transistor-one-capacitor type, and includes a write transistor TW, a read transistor TR, and a capacitor CAP. The write transistor TW is
The gate is connected to the write word line WWL, and the source,
One of the drains is connected to the bit line BL. Read transistor TR has a gate connected to the source of the write transistor TW, the other of the drain, a source connected to bit line BL, and a drain connected to the supply line VDD of the power supply voltage V DD. The capacitor CAP has one electrode connected to the connection point between the read transistor TR and the write transistor TW, and the other electrode connected to the read word line RWL. This capacitor CAP
And the connection midpoint between the read transistor TR and the write transistor TW connected thereto is
It forms the storage node SN of the memory cell MC.

【0027】これに対応して、図5における参照セルR
Cは、参照書き込みトランジスタRTW、参照読み出し
トランジスタRTRおよび参照キャパシタRCAPから
構成される。参照書き込みトランジスタRTWは、ゲー
トが参照書き込みワード線RWWLに接続され、ソー
ス,ドレインの一方がビット補線BL_に接続されてい
る。参照読み出しトランジスタRTRは、ゲートが参照
書き込みトランジスタRTWのソース,ドレインの他方
に接続され、ソースがビット補線BL_に接続され、ド
レインが電源電圧VDDの供給線VDDに接続されてい
る。参照キャパシタRCAPは、一方電極が参照読み出
しトランジスタRTRと参照書き込みトランジスタRT
Wの接続中点に接続され、他方電極が参照読み出しワー
ド線RRWLに接続されている。この参照キャパシタR
CAPの一方電極、および、これに接続された参照読み
出しトランジスタRTRと参照書き込みトランジスタR
TWの接続中点が、当該参照セルMCにおける参照電圧
の記憶ノードRSNをなす。
In response, reference cell R in FIG.
C includes a reference write transistor RTW, a reference read transistor RTR, and a reference capacitor RCAP. The reference write transistor RTW has a gate connected to the reference write word line RWWL, and one of a source and a drain connected to the bit auxiliary line BL_. Referring read transistor RTR, the gate is connected to a source of reference write transistor RTW, the other of the drain, a source connected to the complementary bit line BL_, and the drain is connected to the supply line VDD of the power supply voltage V DD. One electrode of the reference capacitor RCAP has a reference read transistor RTR and a reference write transistor RT.
The other electrode is connected to the reference read word line RRWL. This reference capacitor R
One electrode of the CAP and the reference read transistor RTR and the reference write transistor R connected thereto.
The midpoint of the connection of the TW forms a storage node RSN of the reference voltage in the reference cell MC.

【0028】図3に示すDRAMゲンセルMCは、3ト
ランジスタ型であり、書き込みトランジスタTW、第1
読み出しトランジスタTR1および第2読み出しトラン
ジスタRT2から構成される。書き込みトランジスタT
Wは、ゲートが書き込みワード線WWLに接続され、ソ
ース,ドレインの一方がビット線BLに接続されてい
る。第1読み出しトランジスタTR1は、ゲートが読み
出しワード線RWLに接続され、ドレインがビット線B
Lに接続され、ソースが第2読み出しトランジスタRT
2のドレインに接続されている。第2読み出しトランジ
スタTR2は、ゲートが書き込みトランジスタTWのソ
ース,ドレインの他方に接続され、ドレインが第1読み
出しトランジスタTR1のソースに接続され、ソースが
共通電位線(たとえば接地線)に接続されている。第2
読み出しトランジスタTR2のゲートと書き込みトラン
ジスタTWの接続中点が、当該メモリセルMCの記憶ノ
ードSNをなす。
The DRAM cell MC shown in FIG. 3 is of a three-transistor type, and includes a write transistor TW and a first transistor TW.
It comprises a read transistor TR1 and a second read transistor RT2. Write transistor T
W has a gate connected to the write word line WWL, and one of a source and a drain connected to the bit line BL. The first read transistor TR1 has a gate connected to the read word line RWL and a drain connected to the bit line B.
L and the source is the second read transistor RT
2 drain. The second read transistor TR2 has a gate connected to the other of the source and the drain of the write transistor TW, a drain connected to the source of the first read transistor TR1, and a source connected to a common potential line (for example, a ground line). . Second
A connection midpoint between the gate of the read transistor TR2 and the write transistor TW forms a storage node SN of the memory cell MC.

【0029】図4に示すDRAMゲインセルMCでは、
書き込みトランジスタTWが接続されたビット線(書き
込みビット線WBL)のほかに読み出しビット線RBL
が設けられ、読み出しビット線RBLに第1読み出しト
ランジスタTR1のドレインが接続されている。その他
の構成は、図3の場合と同じである。
In the DRAM gain cell MC shown in FIG.
In addition to the bit line (write bit line WBL) to which the write transistor TW is connected, the read bit line RBL
And the drain of the first read transistor TR1 is connected to the read bit line RBL. Other configurations are the same as those in FIG.

【0030】センスアンプSAは、図5に示すように、
pMOSトランジスタPS1とnMOSトランジスタN
S1により構成されたCMOSインバータ、および、p
MOSトランジスタPS2とnMOSトランジスタNS
2により構成されたCMOSインバータとにより構成さ
れている。図示のように、センスアンプSAは、これら
のインバータの入力端子と出力端子が互いに交差して接
続されたラッチ回路である。
The sense amplifier SA, as shown in FIG.
pMOS transistor PS1 and nMOS transistor N
A CMOS inverter constituted by S1 and p
MOS transistor PS2 and nMOS transistor NS
2 and a CMOS inverter. As shown, the sense amplifier SA is a latch circuit in which input terminals and output terminals of these inverters are connected to cross each other.

【0031】センスアンプSAにおいて、pMOSトラ
ンジスタPS1,PS2のソースがともに正側駆動電圧
の供給線SPLに接続され、nMOSトランジスタNS
1,NS2のソースがともに負側駆動電圧の供給線SN
Lに接続されている。pMOSトランジスタPS1とn
MOSトランジスタNS1の各ドレイン、およびpMO
SトランジスタPS2とnMOSトランジスタNS2の
各ゲートがビット線BLに接続されている。同様に、p
MOSトランジスタPS2とnMOSトランジスタNS
2の各ドレイン、およびpMOSトランジスタPS1と
nMOSトランジスタNS1の各ゲートがビット補線B
L_に接続されている。
In the sense amplifier SA, the sources of the pMOS transistors PS1 and PS2 are both connected to the positive drive voltage supply line SPL, and the nMOS transistor NS
1 and NS2 are both supply lines SN of the negative drive voltage.
L. pMOS transistors PS1 and n
Each drain of MOS transistor NS1 and pMO
Each gate of the S transistor PS2 and the nMOS transistor NS2 is connected to the bit line BL. Similarly, p
MOS transistor PS2 and nMOS transistor NS
2 and the gates of the pMOS transistor PS1 and the nMOS transistor NS1
L_.

【0032】ディスチャージ回路DCHは、トランジス
タQ1,Q2,Q3により構成されている。トランジス
タQ1は、電位等価(イコライジング)用のnMOSト
ランジスタであり、ビット線BLとビット補線BL_と
の間に接続されている。トランジスタQ2およびQ3
は、接地電位接続(グランディング)用のnMOSトラ
ンジスタであり、ビット線BLとビット補線BL_との
間に直列接続され、その接続中点が接地電位GNDの供
給線(接地線)に接続されている。トランジスタQ1,
Q2,Q3は、ともにディスチャージ制御信号EQの供
給線に接続されている。
The discharge circuit DCH comprises transistors Q1, Q2, Q3. The transistor Q1 is an nMOS transistor for potential equalization (equalizing), and is connected between the bit line BL and the bit auxiliary line BL_. Transistors Q2 and Q3
Is an nMOS transistor for ground potential connection (grounding), which is connected in series between the bit line BL and the bit auxiliary line BL_, and whose connection midpoint is connected to the supply line (ground line) of the ground potential GND. ing. Transistor Q1,
Q2 and Q3 are both connected to a supply line for the discharge control signal EQ.

【0033】列選択回路は、ビット線BLとデータ入出
力線I/Oとの間に接続されたトランジスタQ4と、ビ
ット補線BL_とデータ入出力補線I/O_との間に接
続されたトランジスタQ5とからなる。両トランジスタ
Q4,Q5は、たとえばnMOSトランジスタからな
り、ゲートが相互接続されて図示しない列デコーダに入
力されている。
The column selecting circuit is connected between the bit line BL and the data input / output line I / O, and is connected between the bit auxiliary line BL_ and the data input / output auxiliary line I / O_. And a transistor Q5. Both transistors Q4 and Q5 are composed of, for example, nMOS transistors and have their gates connected to each other and input to a column decoder (not shown).

【0034】本発明の実施形態に係る2トランジスタ−
1キャパシタ型メモリセルMCの平面パターン例を図6
に示す。また、図7に、図6のA−A線の概略断面図を
示す。なお、図6(A)は第2配線層の形成後を、図6
(B)は完成後を示したものであり、以後、これらの図
を用いて当該メモリセルの製造について述べる。
Two transistors according to the embodiment of the present invention
FIG. 6 shows an example of a plane pattern of a one-capacitor memory cell MC.
Shown in FIG. 7 is a schematic sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 6A shows the state after the formation of the second wiring layer.
(B) shows the state after completion, and the manufacturing of the memory cell will be described with reference to these drawings.

【0035】まず、半導体基板1内にp型のウエル(p
ウエル)2を形成し、その表面に所定パターンにて素子
分離絶縁層を形成する。つぎに、たとえば酸化シリコン
からなるゲート絶縁膜3とポリシリコンからなる第1配
線層を順に成膜する。このポリシリコンの成膜後のイオ
ン注入により、ポリシリコンにp型不純物とn型不純物
を打ち分ける。本例では、少なくとも読み出しトランジ
スタTRのゲート電極となるポリシリコン領域はp型と
する。ポリシリコン上に酸化シリコン膜4および窒化シ
リコン膜5の積層膜を堆積し、この積層膜4,5ととも
に下方のポリシリコンおよびゲート絶縁膜3をパターン
ニングする。これにより、図6(A)に示すように、p
ウエル2と直交しワード線方向(図の横方向)にセル間
を貫く書き込みワード線WWLと、pウエル2と直交し
セル内で局所的に設けられたp型の第1局所配線層20
とが形成される。
First, a p-type well (p
A well 2 is formed, and an element isolation insulating layer is formed on the surface in a predetermined pattern. Next, a gate insulating film 3 made of, for example, silicon oxide and a first wiring layer made of polysilicon are sequentially formed. By ion implantation after the formation of the polysilicon, p-type impurities and n-type impurities are separately applied to the polysilicon. In this example, at least the polysilicon region serving as the gate electrode of the read transistor TR is a p-type. A laminated film of a silicon oxide film 4 and a silicon nitride film 5 is deposited on the polysilicon, and the polysilicon and the gate insulating film 3 are patterned together with the laminated films 4 and 5. As a result, as shown in FIG.
A write word line WWL orthogonal to the well 2 and penetrating between cells in the word line direction (horizontal direction in the drawing), and a p-type first local interconnect layer 20 orthogonal to the p well 2 and locally provided in the cell
Are formed.

【0036】この第1配線層の側壁にサイドウォール絶
縁層6を形成する。また、その周囲のpウエル2表面に
最初は低濃度で、サイドウォール絶縁層6の形成後は高
濃度でn型不純物を導入してLDD構造を有するn型不
純物領域21を形成する。n型不純物領域21は、電源
電圧VDDの供給線VDDとして、ワード線方向にセル間
を貫き、ビット線方向(図の縦方向)に隣接する2セル
間で共有される配線部分を有する。この配線部分(電源
電圧供給線VDD)のすぐ脇で第1局所配線層20と直
交する部分のpウエル表面領域に、読み出しトランジス
タTRが形成される。また、書き込みワード線WWLと
直交する部分のpウエル表面領域に、書き込みトランジ
スタTWが形成される。
A side wall insulating layer 6 is formed on the side wall of the first wiring layer. An n-type impurity region 21 having an LDD structure is formed by introducing an n-type impurity at a low concentration initially and a high concentration after the sidewall insulating layer 6 is formed on the surface of the p-well 2 around it. The n-type impurity region 21 has, as a supply line VDD for the power supply voltage V DD , a wiring portion penetrating between cells in the word line direction and shared between two cells adjacent in the bit line direction (vertical direction in the drawing). A read transistor TR is formed in the p-well surface region in a portion orthogonal to the first local interconnect layer 20 immediately beside this interconnect portion (power supply voltage supply line VDD). Further, a write transistor TW is formed in a portion of the p-well surface orthogonal to the write word line WWL.

【0037】第1層間絶縁膜を成膜し、第1層間絶縁膜
をパターンニングして、n型不純物領域21上で開口す
るコンタクト孔22,23および第1局所配線層20上
で開口するコンタクト孔24を同時に形成する。このう
ち読み出しトランジスタTRの直ぐ脇でn型不純物領域
21上に開口したコンタクト孔22がビットコンタクト
BCの一部となる。第1層間絶縁膜上に第2局所配線層
25およびパッド層26を形成する。第2局所配線層2
5はコンタクト孔23,24間を接続し、パッド層26
はコンタクト孔22上に重ねられる。
A first interlayer insulating film is formed, the first interlayer insulating film is patterned, and contact holes 22 and 23 opened on n-type impurity region 21 and contacts opened on first local wiring layer 20 are formed. The holes 24 are formed at the same time. Of these, the contact hole 22 opened on the n-type impurity region 21 immediately beside the read transistor TR becomes a part of the bit contact BC. A second local wiring layer 25 and a pad layer 26 are formed on the first interlayer insulating film. Second local wiring layer 2
Reference numeral 5 denotes a connection between the contact holes 23 and 24, and a pad layer 26.
Are overlapped on the contact holes 22.

【0038】第2層間絶縁膜を成膜し、第2層間絶縁膜
をパターンニングして、図6(B)に示すように、第1
ビアホール27,28を形成する。第1ビアホール27
は、パッド層26上に開口されビットコンタクトBCの
一部となる。第1ビアホール28は第2局所配線層25
上に開口する。第2層間絶縁膜上に、第1ビアホール2
7上に接するビット線BLと、第1ビアホール28上に
接するパッド層29を同時に形成する。
A second interlayer insulating film is formed, and the second interlayer insulating film is patterned, as shown in FIG.
Via holes 27 and 28 are formed. First via hole 27
Are opened on the pad layer 26 and become a part of the bit contact BC. The first via hole 28 is formed in the second local wiring layer 25.
Open up. The first via hole 2 is formed on the second interlayer insulating film.
7 and a pad layer 29 in contact with the first via hole 28 are formed simultaneously.

【0039】第3層間絶縁膜を成膜し、第3層間絶縁膜
をパターンニングして、パッド層29上に第2ビアホー
ル30を形成する。第3層間絶縁膜上に、第2ビアホー
ル30に接続する四角形状のキャパシタ下部電極層31
を形成する。キャパシタ誘電体膜を成膜した後、キャパ
シタ誘電体膜上に、ワード線方向のセル間を貫くキャパ
シタ上部電極層32を形成する。
A third interlayer insulating film is formed, and the third interlayer insulating film is patterned to form a second via hole 30 on the pad layer 29. A rectangular capacitor lower electrode layer 31 connected to the second via hole 30 on the third interlayer insulating film
To form After forming the capacitor dielectric film, a capacitor upper electrode layer 32 is formed on the capacitor dielectric film so as to penetrate between cells in the word line direction.

【0040】このセル構造例では、トランジスタTR,
TWがともにバルク型でありトランジスタ特性および均
一性に優れ、配線層でキャパシタ電極を形成するためC
MOSトランジスタプロセスとの整合性がよいという利
点がある。
In this example of the cell structure, the transistors TR,
Both TWs are bulk type and have excellent transistor characteristics and uniformity.
There is an advantage that compatibility with the MOS transistor process is good.

【0041】なお、このセル構造の形成では、読み出し
トランジスタTRのゲート電極20をp型とするため
に、レジストの形成とイオン注入の工程が必要となる。
しかし、この異なる導電型の不純物のゲート電極への注
入は、同時形成される他の回路、たとえば図5のCMO
Sセンスアンプ回路SAの形成では必要なものであり、
当該半導体装置の製造全体でみれば何ら工程増とならな
い。
In the formation of this cell structure, a step of forming a resist and implanting ions are required to make the gate electrode 20 of the read transistor TR p-type.
However, the implantation of the impurity of the different conductivity type into the gate electrode is performed by another circuit formed simultaneously, for example, the CMO of FIG.
This is necessary for forming the S sense amplifier circuit SA.
There is no increase in the number of steps in the whole manufacturing of the semiconductor device.

【0042】つぎに、図5に示す回路の動作を、図8の
タイミングチャートを用いて説明する。図8のデータラ
ッチの前に、ディスチャージ回路DCHによりビット線
BLが接地電位GNDに保持される。制御信号EQがロ
ーレベルからハイレベルに推移すると、トランジスタQ
1がオンしてビット線BLおよびビット補線BL_を電
気的に接続するとともに、トランジスタQ2とQ3がオ
ンして、ビット線BLおよびビット補線BL_をともに
接地線に接続する。これにより、ビット線BLおよびビ
ット補線BL_に短時間で接地電位0Vが設定される。
また、このディスチャージ期間に、参照書き込みワード
線RWWLが活性化されて参照書き込みトランジスタR
TWがオンする。このため、参照セルRCの記憶ノード
RSNの電荷がビット補線BL_に放出され、この記憶
ノードRSNの電位が接地電位0Vに初期設定される。
Next, the operation of the circuit shown in FIG. 5 will be described with reference to the timing chart of FIG. Before the data latch in FIG. 8, the bit line BL is held at the ground potential GND by the discharge circuit DCH. When the control signal EQ changes from low level to high level, the transistor Q
1 turns on to electrically connect the bit line BL and the supplementary bit line BL_, and the transistors Q2 and Q3 turn on to connect both the bit line BL and the supplementary bit line BL_ to the ground line. As a result, the ground potential 0 V is set in the bit line BL and the bit auxiliary line BL_ in a short time.
Further, during this discharge period, the reference write word line RWWL is activated, and the reference write transistor R
TW turns on. Therefore, the electric charge of the storage node RSN of the reference cell RC is released to the bit auxiliary line BL_, and the potential of the storage node RSN is initialized to the ground potential 0V.

【0043】データラッチは、書き込まれた記憶データ
をビット線BLに読み出してセンスアンプSAでラッチ
する動作である。この読み出しのとき、図8(A)に示
すように、まずローレベルで保持されていた読み出しワ
ード線RWLにハイレベルの読み出し電圧(たとえば、
電源電圧VDD)が印加される。これにより、図1の同一
ワード線に接続された全てのメモリセルMCにおいて、
記憶ノードSN電位Vsn、すなわち読み出しトランジス
タTRのゲート電位に応じて読み出しトランジスタTR
がオンまたはオフする。たとえば、“1”データ保持の
場合のみ読み出しトランジスタTRがオンして、ビット
線BLが電源電圧VDDにより充電される。“0”データ
保持の場合、読み出しトランジスタTRがオフのままで
ビット線BLに電位変化はない。
The data latch is an operation in which the written storage data is read out to the bit line BL and latched by the sense amplifier SA. At the time of this read, as shown in FIG. 8A, a high-level read voltage (for example,
The power supply voltage V DD ) is applied. Thereby, in all the memory cells MC connected to the same word line in FIG.
Read transistor TR according to storage node SN potential Vsn, that is, the gate potential of read transistor TR
Turns on or off. For example, only when data "1" is held, the read transistor TR is turned on, and the bit line BL is charged by the power supply voltage VDD . In the case of holding “0” data, the potential of the bit line BL does not change while the read transistor TR remains off.

【0044】つぎに書き込みを行うが、書き込みに際し
ては、図8(A)に示すように読み出しワード線RWL
をハイレベルからローレベルに推移させた後、図8
(C)に示すように書き込みたい新データをビット線B
Lにセットする。つまり、選択セルが接続されたビット
線BLのみ列デコーダで選択して、図示しない書き込み
用のラッチ回路に保持されていた新データを、強制的に
選択ビット線BLに設定する。続いて、図8(B)に示
すように、書き込みワード線WWLをローレベルからハ
イレベルに設定して、ビット線BLにラッチされていた
データを選択セルと同一行のセル全てに対し一斉に書き
込む。これにより、非選択セルでは元データが再書き込
みされ、選択セルは新データに書き換えられる。その
後、書き込みワード線WWLがローレベルに戻される。
Next, writing is performed. At the time of writing, as shown in FIG.
Is changed from a high level to a low level, and FIG.
As shown in (C), the new data to be written is
Set to L. In other words, only the bit line BL to which the selected cell is connected is selected by the column decoder, and the new data held in the write latch circuit (not shown) is forcibly set to the selected bit line BL. Subsequently, as shown in FIG. 8B, the write word line WWL is set from low level to high level, and the data latched on the bit line BL is simultaneously transmitted to all cells in the same row as the selected cell. Write. As a result, the original data is rewritten in the non-selected cells, and the selected cells are rewritten with the new data. After that, the write word line WWL is returned to the low level.

【0045】読み出しは、データラッチと同様にして、
読み出しワード線RWLをハイレベルにすることによ
り、記憶ノード内のデータがビット線BLに読み出され
る。このとき、読み出しワード線RWLの活性化と同時
に、参照読み出しワード線RRWLにもハイレベルの電
圧が設定される。参照セルRCは、その参照キャパシタ
RCAPの容量値および参照読み出しトランジスタRT
Rのゲート容量の設定値に応じて、参照読み出しワード
線RRWLの活性化による電位上昇幅がメモリセル側の
半分となるように予め設計されている。したがって、ビ
ット補線BL_の電位は、ビット線BLの保持データに
応じた変化幅の丁度中間値を維持しながら、ビット線B
Lとともに上昇する。
Reading is performed in the same manner as the data latch.
By setting the read word line RWL to high level, data in the storage node is read to the bit line BL. At this time, a high-level voltage is set to the reference read word line RRWL simultaneously with the activation of the read word line RWL. The reference cell RC has a capacitance value of the reference capacitor RCAP and a reference read transistor RT
In accordance with the set value of the gate capacitance of R, the potential rise width due to the activation of the reference read word line RRWL is designed in advance so as to be half that on the memory cell side. Therefore, the potential of the bit auxiliary line BL_ maintains the bit line B while maintaining the intermediate value of the variation width according to the data held in the bit line BL.
It rises with L.

【0046】この保持データに応じたビット線BLの電
位変化がある程度生じた段階で、センスアンプSAが活
性化される。つまり、正側駆動電圧SPLが正の電圧、
たとえば電源電圧VDDになり、続いて負側駆動電圧SN
Lがたとえば接地電位0Vに変化する。これにより、ビ
ット補線BL_の中間値の電圧を参照電圧として、ビッ
ト線BLの電位差が電源電圧VDDの振幅いっぱいまで急
激に開いて信号増幅が行われる。センスアンプSAによ
り読み出されたデータは、列デコーダにより選択された
ものだけが、トランジスタQ4のオンによってデータ入
出力線I/Oに送出され、外部に出力される。
At a stage where the potential change of the bit line BL corresponding to the held data has occurred to some extent, the sense amplifier SA is activated. That is, the positive drive voltage SPL is a positive voltage,
For example, it becomes the power supply voltage V DD , followed by the negative drive voltage SN
L changes to, for example, ground potential 0V. As a result, the potential difference of the bit line BL is rapidly opened to the full amplitude of the power supply voltage V DD , and the signal is amplified, using the intermediate voltage of the bit auxiliary line BL_ as the reference voltage. As for the data read by the sense amplifier SA, only the data selected by the column decoder is sent to the data input / output line I / O by turning on the transistor Q4, and is output to the outside.

【0047】センスアンプSAはラッチ回路から構成さ
れているので、続いて書き戻し(リフレッシュ)を行う
ことができる。すなわち、トランジスタQ4およびQ5
をオフさせた後、図8(A),(B)に示すように、読
み出しワード線RWLをローレベルにし、続いて書き込
みワード線WWLをハイレベルにする。すると、センス
アンプSAで増幅されビット線BLにラッチされている
信号が、そのまま書き込みデータとして、オン状態の書
き込みトランジスタTWを介して記憶ノードSNに再書
込みされる。
Since the sense amplifier SA is constituted by a latch circuit, it is possible to subsequently perform a write-back (refresh). That is, transistors Q4 and Q5
Is turned off, the read word line RWL is set to the low level, and then the write word line WWL is set to the high level, as shown in FIGS. 8A and 8B. Then, the signal amplified by the sense amplifier SA and latched on the bit line BL is directly rewritten as write data to the storage node SN via the ON-state write transistor TW.

【0048】なお、前記した読み出しは基本的に非破壊
のデータ読み出しである。すなわち、記憶ノードSNの
電荷はキャパシタに誘起されて増加するが、読み出し期
間中に書き込みトランジスタTWはオフし、読み出しト
ランジスタTRは絶縁ゲート型なので、電荷の消失は書
き込みトランジスタTWのオフリーク電流によるものが
主である。したがって、リフレッシュは読み出しのたび
に行う必要はなく、比較的に長い時間ごとに定期的に行
えば足りる。
The above-mentioned reading is basically non-destructive data reading. That is, although the charge of the storage node SN is induced by the capacitor and increases, the write transistor TW is turned off during the read period, and the read transistor TR is an insulated gate type. Therefore, the charge is lost due to the off-leak current of the write transistor TW. Lord. Therefore, it is not necessary to perform the refresh every time the data is read out, and it suffices to perform the refresh periodically every relatively long time.

【0049】つぎに、図2のセルにおいて、正常動作の
ためのトランジスタ閾値電圧の条件を提示する。いま、
書き込みトランジスタTWの閾値電圧をVthW 、読み出
しトランジスタTRの閾値電圧をVthR と表記する。ま
た、書き込み時に所定の印加電圧を加えたときの各共通
線の電位は、書き込みワード線WWLの電位がVWWL 、
読み出しワード線の電位が0V、“0”書き込み時のビ
ット線BLの電位がVBL0 、“1”書き込み時のビット
線BLの電位がVBL1 (>VBL0 )、電源電圧供給線V
DDの電位がVDDであるとする。
Next, conditions of the transistor threshold voltage for normal operation in the cell of FIG. 2 will be presented. Now
The threshold voltage of the write transistor TW is denoted by VthW, and the threshold voltage of the read transistor TR is denoted by VthR. When a predetermined applied voltage is applied at the time of writing, the potential of each common line is such that the potential of the write word line WWL is VWWL,
The potential of the read word line is 0 V, the potential of the bit line BL when "0" is written is VBL0, the potential of the bit line BL when "1" is written is VBL1 (> VBL0), and the power supply voltage supply line V
It is assumed that the potential of DD is VDD .

【0050】書き込み時に、ビット線BLに、書き込み
データの論理に応じてVBL0 またはVBL1 が設定され
る。読み出しワード線RWLの電位を0Vとした状態
で、書き込みトランジスタTWをオンさせる。“0”デ
ータ書き込みの場合、ビット線BL電位が低い電圧レベ
ルのVBL0 に予め設定されていることから、書き込みト
ランジスタTWがオンすると、記憶ノードSNから電荷
が引き抜かれ、記憶ノードSNの電位Vsn(0) はVBL0
になる。
At the time of writing, VBL0 or VBL1 is set to the bit line BL according to the logic of the write data. The write transistor TW is turned on with the potential of the read word line RWL set to 0V. In the case of writing “0” data, since the bit line BL potential is preset to a low voltage level VBL0, when the write transistor TW is turned on, charges are drawn from the storage node SN, and the potential Vsn ( 0) is VBL0
become.

【0051】一方、“1”データ書き込みの場合、ビッ
ト線BL電位が高い電圧レベルのVBL1 に予め設定され
ていることから、書き込みトランジスタTWがオンする
と、記憶ノードSNに電荷が供給される。この場合の記
憶ノードSNの電位Vsn(1)は、書き込みトランジスタ
TWにおける、いわゆる“nMOSトランジスタのVt
h落ち”により、VBL1 と (VWWL-VthW)のうち何れか
小さい方の電位、即ち、Vsn(1) =MIN (VBL1,VWW
L-VthW)で表される電位となる。
On the other hand, in the case of writing "1" data, since the bit line BL potential is preset to VBL1 of a high voltage level, when the write transistor TW is turned on, charge is supplied to the storage node SN. In this case, the potential Vsn (1) of the storage node SN is equal to the so-called “Vt of the nMOS transistor in the write transistor TW.
As a result, the potential of the smaller of VBL1 and (VWWL-VthW), that is, Vsn (1) = MIN (VBL1, VWW
L−VthW).

【0052】このように、書き込み後の記憶ノードSN
の電位は、ビット線BLに設定された書き込みデータに
応じて、ビット線電位と、書き込みトランジスタTWの
ゲート印加電圧および閾値電圧とにより決まる。
As described above, the storage node SN after writing is performed.
Is determined by the bit line potential, the gate applied voltage of the write transistor TW, and the threshold voltage according to the write data set on the bit line BL.

【0053】書き込み後のデータ保持時において、書き
込みワード線WWLと読み出しワード線RWLをともに
0V、電源電圧供給線VDDの電位をVDDとし、ビット
線BLの電位は任意の値に設定されているとする。この
とき、読み出しワード線RWLの電位0Vで読み出しト
ランジスタTRがオフしている必要がある。このため、
読み出しトランジスタTRの閾値電圧VthR が次式
(1)を満たすことが、データ保持のための条件とな
る。
[0053] At the time of data holding after writing both 0V to the write word line WWL and the read word line RWL, the potential of the power supply voltage supply line VDD and to V DD, the potential of the bit line BL is set to an arbitrary value And At this time, the read transistor TR needs to be turned off at the potential 0 V of the read word line RWL. For this reason,
The condition for holding data is that the threshold voltage VthR of the read transistor TR satisfies the following equation (1).

【0054】[0054]

【数1】Vsn(0) <Vsn(1) <VthR …(1)Vsn (0) <Vsn (1) <VthR (1)

【0055】一方、読み出し時の各共通線における電位
に関しては、書き込みワード線WWLの電位,ビット線
BLのプリチャージ電位がともに0V、読み出しワード
線RWLの電位がVRWL 、電源電圧供給線VDDの電位
がVDDに設定されているとする。
On the other hand, with respect to the potential of each common line at the time of reading, the potential of the write word line WWL and the precharge potential of the bit line BL are both 0 V, the potential of the read word line RWL is VRWL, and the potential of the power supply voltage supply line VDD. Is set to V DD .

【0056】すなわち、まず、ビット線BLを0Vの状
態に予めプリチャージする。また、書き込みトランジス
タTWをオフしておくため、書き込みワード線WWLの
電位を0Vに設定する。その後、読み出しワード線RW
Lに所定電圧を印加して、その電位をVRWL に設定す
る。これにより、キャパシタCAPを介して読み出しワ
ード線RWLに容量結合した記憶ノードSNの電位が上
昇する。記憶ノードSNの電位上昇の最終値は、データ
保持時の記憶ノードSN電位Vsn(0) またはVsn(1) に
よって異なり、これにより読み出しトランジスタTRの
オン/オフが決まる。つまり、保持データが“0”の場
合に読み出しトランジスタTRはオフ状態のままであ
り、保持データが“1”の場合に読み出しトランジスタ
TRはオフ状態からオン状態に移行する。この結果、保
持データが“1”の場合に電源電圧供給線VDDから電
荷が供給されてビット線BLの電位が上昇する一方で、
保持データが“0”の場合はトランジスタのオフリーク
電流程度しか電流の流入はないので、ビット線BLの電
位は殆ど変化しない。このようにして、記憶ノードSN
に保持されたデータをビット線BLの電位変化に変換し
て読み出すことができる。
That is, first, the bit line BL is precharged to a state of 0V in advance. Further, in order to keep the write transistor TW off, the potential of the write word line WWL is set to 0V. After that, the read word line RW
A predetermined voltage is applied to L, and the potential is set to VRWL. Thus, the potential of storage node SN capacitively coupled to read word line RWL via capacitor CAP rises. The final value of the rise in the potential of the storage node SN depends on the potential Vsn (0) or Vsn (1) of the storage node SN at the time of data retention, and this determines whether the read transistor TR is on or off. That is, when the held data is “0”, the read transistor TR remains off, and when the held data is “1”, the read transistor TR shifts from the off state to the on state. As a result, when the held data is “1”, charges are supplied from the power supply voltage supply line VDD and the potential of the bit line BL increases, while
When the held data is “0”, the current flows only about the off-leak current of the transistor, so that the potential of the bit line BL hardly changes. Thus, storage node SN
Can be converted into a potential change of the bit line BL and read.

【0057】以上のような読み出し動作が行われるため
には、読み出しトランジスタTRの閾値電圧VthR が、
“0”データ保持時の記憶ノードSNの電位上昇最終値
より大きく、“1”データ保持時の記憶ノードSNの電
位上昇最終値より小さくなければならない。つまり、読
み出しトランジスタTRの閾値電圧は、次式(2)を満
足する必要がある。
In order for the above read operation to be performed, the threshold voltage VthR of the read transistor TR must be
The value must be larger than the final value of the potential rise of the storage node SN when “0” data is retained and smaller than the final value of the potential rise of the storage node SN when retaining “1” data. That is, the threshold voltage of the read transistor TR needs to satisfy the following expression (2).

【0058】[0058]

【数2】 (Equation 2)

【0059】ここで、キャパシタCAPの容量をC1,
読み出しトランジスタTRのゲート容量をC2としたと
きに、αはC1/(C1+C2)で与えられ予め決めら
れた定数である。上記した式(1)および式(2)から
次式(3)が得られる。
Here, the capacitance of the capacitor CAP is represented by C1,
When the gate capacitance of the read transistor TR is C2, α is a predetermined constant given by C1 / (C1 + C2). The following equation (3) is obtained from the above equations (1) and (2).

【0060】[0060]

【数3】 Vsn(0) <MAX(Vsn(1) ,αVRWL )<VthR <Vsn(1) +αVRWL …(3)Vsn (0) <MAX (Vsn (1), αVRWL) <VthR <Vsn (1) + αVRWL (3)

【0061】いまキャパシタCAPと読み出しトランジ
スタTRが、αVRWL =Vsn(1) を満たすように形成さ
れたとする。このとき、上記式(3)は次式(3)’の
ように簡略化される。
Assume that the capacitor CAP and the read transistor TR are formed so as to satisfy αVRWL = Vsn (1). At this time, the above equation (3) is simplified to the following equation (3) ′.

【0062】[0062]

【数4】αVRWL <VthR <2αVRWL …(3)’[Formula 4] αVRWL <VthR <2αVRWL (3) '

【0063】この式(3)’の場合、読み出しトランジ
スタTRのオン時とオフ時のゲート電圧の差、すなわち
データ“1”時とデータ“0”時のゲート電圧差はαV
RWLである。セル微細化とともにキャパシタCAP容量
が制限され、一般にαは低下傾向にある。また、電源電
圧の低減の要請からはVRWL も低くするのが望ましい。
ところが、このような理由からαVRWL が低下すると、
上記(3)’式から明らかなように、正常読み出し動作
の電圧マージンが低くなってノイズに弱くなる。したが
って、αVRWL には一定の下限値が存在し、その結果と
して、読み出しトランジスタTRの閾値電圧VthR を余
り低くできない。
In the case of equation (3) ′, the difference between the gate voltage when the read transistor TR is on and when it is off, that is, the gate voltage difference between data “1” and data “0” is αV
RWL. As the cell size is reduced, the capacitance of the capacitor CAP is limited, and α generally tends to decrease. In addition, it is desirable to reduce VRWL from the demand for reduction of the power supply voltage.
However, when αVRWL decreases for such a reason,
As is apparent from the above equation (3) ′, the voltage margin of the normal read operation is reduced, and the read operation is susceptible to noise. Therefore, αVRWL has a certain lower limit, and as a result, the threshold voltage VthR of the read transistor TR cannot be reduced too much.

【0064】その一方で、ロジック回路では、低電圧化
しても駆動電流を確保して高速動作させるにはトランジ
スタ閾値を低下させる傾向がある。このため、上記した
DRAMゲインセルをロジック回路と混載したLSIで
は、メモリ部とロジック部における必要なトランジスタ
閾値電圧が異なってしまう。つまり、メモリセル内の読
み出しトランジスタTRの閾値電圧VthR を他のトラン
ジスタの閾値電圧より大きくする必要性が生じている。
On the other hand, in a logic circuit, there is a tendency that the transistor threshold value is lowered in order to secure a drive current and operate at high speed even if the voltage is lowered. For this reason, in an LSI in which the above-described DRAM gain cell is mixed with a logic circuit, necessary transistor threshold voltages in the memory section and the logic section are different. That is, it is necessary to make the threshold voltage VthR of the read transistor TR in the memory cell higher than the threshold voltages of the other transistors.

【0065】本実施形態では、少なくとも読み出しトラ
ンジスタTRについて、ゲート電極の導電型をチャネル
と逆にして、両者の仕事関数差を大きくして閾値電圧の
大きく設定している。しかも、この閾値電圧差を設ける
ために、付加的な工程が何ら必要ない。また、VBL0 =
0V、VBL1 =VWWL =VRWL =VDDとして、上記式
(3)を満足するトランジスタ閾値電圧VthW,VthR を
設定できれば、当該メモリセルMCを電源電圧VDDと接
地電位0V以外を使用せずに動作させることが可能とな
る。したがって、この場合は周辺回路において別の内部
電源電圧を発生させたり、高電圧用の特別なトランジス
タを形成する必要がない。すなわち、電源供給の観点
で、または高耐圧トランジスタを不要とするプロセス上
の観点で、このメモリ製造プロセスは、ロジック製造プ
ロセスとの整合性がよくなる。キャパシタCAPを有し
ているが、その形状が配線層を電極に用いた平行平板型
であることから、この点でもロジック製造プロセスとの
整合性が高い。以上より、メモリ−ロジック混載ICが
低コストで容易に実現しやすくなる。
In the present embodiment, at least the read transistor TR has a gate electrode conductivity type opposite to that of the channel, and a large work function difference between the two to set a large threshold voltage. Moreover, no additional steps are required to provide this threshold voltage difference. VBL0 =
If the transistor threshold voltages VthW and VthR satisfying the above equation (3) can be set as 0V, VBL1 = VWWL = VRWL = VDD , the memory cell MC operates without using the power supply voltage VDD and the ground potential of 0V. It is possible to do. Therefore, in this case, it is not necessary to generate another internal power supply voltage in the peripheral circuit or to form a special transistor for high voltage. That is, from the viewpoint of power supply or from the viewpoint of a process that does not require a high-withstand-voltage transistor, the memory manufacturing process has better consistency with the logic manufacturing process. Although the capacitor CAP is provided, since the shape is a parallel plate type using a wiring layer as an electrode, compatibility with the logic manufacturing process is also high in this regard. As described above, the memory-logic hybrid IC can be easily realized at low cost.

【0066】なお、本実施形態では、種々の変更が可能
である。本実施形態では、読み出しトランジスタTR
(またはTR1)のゲート電極をp型としていたが、必
要に応じて、書き込みトランジスタTWあるいは他の読
み出しトランジスタTR2のゲート電極をp型とするこ
とができる。
In this embodiment, various changes are possible. In the present embodiment, the read transistor TR
Although the gate electrode of (or TR1) is p-type, the gate electrode of the write transistor TW or another read transistor TR2 can be p-type if necessary.

【0067】図2では、読み出しトランジスタTRがビ
ット線BLと電源電圧供給線VDDとの間に接続されて
いた。これは、ビット線BLに読み出した後のデータを
ラッチして、そのまま論理反転させずにリフレッシュ時
のデータまたは書き換え時の非選択セルデータとして用
いることができるためである。したがって、ラッチデー
タを強制反転させる機能を有する場合、読み出しトラン
ジスタTRを電源電圧共通線VDDでなく接地線に接続
させてもよい。逆に、図3および図4では、第2読み出
しトランジスタTR2を電源電圧VDDの供給線に接続さ
せてもよい。
In FIG. 2, the read transistor TR is connected between the bit line BL and the power supply voltage line VDD. This is because the data read out to the bit line BL can be latched and used as data at the time of refreshing or unselected cell data at the time of rewriting without directly inverting the logic. Therefore, when a function of forcibly inverting latch data is provided, the read transistor TR may be connected to the ground line instead of the power supply voltage common line VDD. Conversely, in FIGS. 3 and 4, the second read transistor TR2 may be connected to the supply line of the power supply voltage V DD .

【0068】また、図9に示すように、読み出しトラン
ジスタTRおよび書き込みトランジスタのチャネル導電
型をp型としてもよい。この場合、図10に示すよう
に、少なくとも読み出しトランジスタTRのゲート電極
41はn型にする。また、ラッチデータの論理反転を不
要とする観点から、読み出しトランジスタTRを接地線
に接続する構成が望ましい。この場合、図5のディスチ
ャージ回路DCHに代えて、ビット線BLおよびビット
補線BL_をハイレベルの電圧に設定するプリチャージ
回路を設ける。プリチャージ回路は、たとえば、図5に
おけるディスチャージ回路DCHの接地線を電源電圧V
DDの供給線VDDに置き換えて構成される。トランジス
タをpMOSとしたことにともない、信号レベルのハイ
レベルとローレベルを全て反対に置き換えれば上述した
動作説明をそのまま適用できる。
As shown in FIG. 9, the channel conductivity type of the read transistor TR and the write transistor may be p-type. In this case, as shown in FIG. 10, at least the gate electrode 41 of the read transistor TR is of an n-type. In addition, from the viewpoint that the logical inversion of the latch data is not required, it is desirable that the read transistor TR be connected to the ground line. In this case, a precharge circuit that sets the bit line BL and the bit auxiliary line BL_ to a high-level voltage is provided instead of the discharge circuit DCH in FIG. The precharge circuit connects, for example, the ground line of discharge circuit DCH in FIG.
It is configured by replacing with the DD supply line VDD. With the transistor being a pMOS, if the high level and the low level of the signal level are all reversed, the above operation description can be applied as it is.

【0069】さらに、読み出しトランジスタTRおよび
書き込みトランジスタTWの一方のチャネル導電型をp
型、他方をn型とすることもできる。この場合にも、す
くなくとも読み出しトランジスタTRのゲート電極は、
その導電型をチャネル導電型と逆にする。
Further, one of the channel conductivity types of the read transistor TR and the write transistor TW is p
And the other may be n-type. Also in this case, at least the gate electrode of the read transistor TR
The conductivity type is reversed from the channel conductivity type.

【0070】また、動作も上記したモードに限定されな
い。たとえば、書き込み時に読み出しワード線RWLの
電位をハイレベルにし、読み出し時に読み出しワード線
RWLの電位をローレベルにして、αVRWL だけ電位降
下させる動作モードも存在する。このモードでは、降下
後の電位が初期の記憶ノード電位Vsn(0) とVsn(1)の
中間値をとることを条件に、正常なデータ読み出しが可
能となる。
The operation is not limited to the mode described above. For example, there is an operation mode in which the potential of the read word line RWL is set to a high level at the time of writing, the potential of the read word line RWL is set at a low level at the time of reading, and the potential drops by αVRWL. In this mode, normal data reading can be performed on the condition that the potential after falling has an intermediate value between the initial storage node potentials Vsn (0) and Vsn (1).

【0071】[0071]

【発明の効果】本発明に係る半導体記憶装置によれば、
少なくとも読み出しトランジスタのゲート電極の導電型
をチャネルと逆にすることにより、閾値電圧を上げてい
る。このため、他の書き込みトランジスタ、あるいはロ
ジック回路、センスアンプ回路などを構成するトランジ
スタの閾値電圧を低くして、高速動作させながら、その
一方で、メモリセルの動作マージンの低下を防止して誤
動作を防いでいる。したがって、このメモリセルを有す
るメモリ部は、低電圧、高速動作が必要な回路との混載
に適している。また、たとえばロジック回路、センスア
ンプ回路などが元々CMOSトランジスタ回路の場合、
この一部のゲート電極の逆導電型化は追加工程を伴わ
ず、コスト増の要因とならない。以上より、本発明によ
って、製造プロセスが簡素かつ低コストで動作信頼性が
高いシステムICの実現が容易になる。
According to the semiconductor memory device of the present invention,
At least the threshold voltage is increased by inverting the conductivity type of the gate electrode of the read transistor to that of the channel. For this reason, the threshold voltage of another write transistor or a transistor included in a logic circuit, a sense amplifier circuit, or the like is lowered to perform high-speed operation, while at the same time, preventing a reduction in an operation margin of a memory cell and preventing malfunction. I'm preventing. Therefore, the memory section having this memory cell is suitable for being mixed with a circuit that requires low voltage and high speed operation. Further, for example, when the logic circuit, the sense amplifier circuit and the like are originally CMOS transistor circuits,
The conversion of some of the gate electrodes to the reverse conductivity type does not involve an additional step and does not cause a cost increase. As described above, according to the present invention, it is easy to realize a system IC with a simple manufacturing process, low cost, and high operation reliability.

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

【図1】本発明の実施形態に係る半導体記憶装置のメモ
リセルアレイおよびその周辺回路を示すブロック図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram showing a memory cell array and its peripheral circuits of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明が適用可能なDRAMゲインセルの構成
例1を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example 1 of a DRAM gain cell to which the present invention can be applied;

【図3】本発明が適用可能なDRAMゲインセルの構成
例2を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example 2 of a DRAM gain cell to which the present invention can be applied;

【図4】本発明が適用可能なDRAMゲインセルの構成
例3を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example 3 of a DRAM gain cell to which the present invention can be applied;

【図5】本発明の実施形態に係るメモリセルアレイの要
部(セル1列分)の構成を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a main part (for one column of cells) of a memory cell array according to an embodiment of the present invention.

【図6】構成例1のDRAMゲインセルの構造を示す平
面図である。
FIG. 6 is a plan view showing the structure of a DRAM gain cell of Configuration Example 1.

【図7】読み出しトランジスタの構造を示す断面図であ
る。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a structure of a read transistor.

【図8】本発明に実施形態に係るDRAMゲインセルの
動作時の読み出しワード線、書き込みワード線、ビット
線および記憶ノードにおける信号波形を示すタイミング
チャートである。
FIG. 8 is a timing chart showing signal waveforms at a read word line, a write word line, a bit line, and a storage node during operation of the DRAM gain cell according to the embodiment of the present invention.

【図9】構成例1を例として、本発明の実施形態に係る
DRAMゲインセルの変形例を示す回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a modification example of the DRAM gain cell according to the embodiment of the present invention, taking Configuration Example 1 as an example.

【図10】図9の変形例における、読み出しトランジス
タの断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view of a read transistor in a modification of FIG.

【図11】従来の2トランジスタ−1キャパシタ型DR
AMセルの回路図である。
FIG. 11 shows a conventional two-transistor-one-capacitor DR.
It is a circuit diagram of an AM cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板、2,40…ウエル、3…ゲート絶縁
膜、4…酸化シリコン膜、5…窒化シリコン膜、6…サ
イドウォール絶縁層、20,41…第1配線層(ゲート
電極)、21,42…不純物領域、22〜24…コンタ
クト孔、25,26…第2配線層、27,28…第1ビ
アホール、29…第3配線層、30…第2ビアホール、
31…第4配線層、32…第5配線層、MC…DRAM
ゲインセル(メモリセル)、RC…参照セル、SA…セ
ンスアンプ、DCH…ディスチャージ回路、TW…書き
込みトランジスタ、TR,TR1,TR2…読み出しト
ランジスタ、CAP…キャパシタ、WWL…書き込みワ
ード線、RWL…読み出しワード線、BL…ビット線、
BL_…ビット補線、RBL…読み出しビット線、BC
…ビットコンタクト、VDD…電源電圧の供給線、SN
…記憶ノード。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2, 40 ... Well, 3 ... Gate insulating film, 4 ... Silicon oxide film, 5 ... Silicon nitride film, 6 ... Side wall insulating layer, 20, 41 ... First wiring layer (gate electrode), 21 42, impurity region, 22-24 contact hole, 25, 26 second wiring layer, 27, 28 first via hole, 29 third wiring layer, 30 second via hole,
31: fourth wiring layer, 32: fifth wiring layer, MC: DRAM
Gain cell (memory cell), RC: reference cell, SA: sense amplifier, DCH: discharge circuit, TW: write transistor, TR, TR1, TR2: read transistor, CAP: capacitor, WWL: write word line, RWL: read word line , BL ... bit line,
BL_: bit supplementary line, RBL: read bit line, BC
... Bit contact, VDD ... Power supply voltage supply line, SN
... a storage node.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】データを電位変化として保持する記憶ノー
ドと、 上記記憶ノードにゲートが接続され、ビット線にソース
またはドレインの一方が接続され、上記記憶ノードの電
位に応じてオンまたはオフし当該記憶データを上記ビッ
ト線に読み出す読み出しトランジスタとを有し、 上記読み出しトランジスタのゲート電極が、チャネルの
導電型と逆の導電型を有する半導体材料からなる半導体
装置。
A storage node for holding data as a potential change, a gate connected to the storage node, one of a source and a drain connected to a bit line, and turned on or off according to the potential of the storage node. And a read transistor for reading stored data to the bit line, wherein a gate electrode of the read transistor is made of a semiconductor material having a conductivity type opposite to a conductivity type of a channel.
【請求項2】上記記憶ノードと上記ビット線または他の
ビット線との間に接続され、ゲートに接続された書き込
みワード線の印加電圧に応じて上記データの記憶ノード
への書き込みを制御する書き込みトランジスタと、 上記記憶ノードと読み出しワード線との間に接続され、
読み出し時に記憶ノード電位を変化させるキャパシタと
をさらに有する請求項1に記載の半導体装置。
2. A write circuit connected between the storage node and the bit line or another bit line, and for controlling writing of the data to the storage node in accordance with a voltage applied to a write word line connected to a gate. A transistor, connected between the storage node and a read word line;
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a capacitor that changes a storage node potential at the time of reading.
【請求項3】上記読み出しトランジスタは、ゲート電極
にp型ポリシリコンを含むnチャネル型の絶縁ゲート電
界効果トランジスタである請求項1に記載の半導体装
置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said readout transistor is an n-channel insulated gate field effect transistor including a gate electrode containing p-type polysilicon.
【請求項4】上記読み出しトランジスタは、ゲート電極
にn型ポリシリコンを含むpチャネル型の絶縁ゲート電
界効果トランジスタである請求項1に記載の半導体装
置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein said readout transistor is a p-channel insulated gate field effect transistor including a gate electrode containing n-type polysilicon.
【請求項5】上記読み出しトランジスタのチャネル導電
型がn型の場合、そのしきい値は、上記書き込みワード
線および上記読み出しワード線がローレベルをとるとき
に、上記データの論理に応じて異なる値をとる上記記憶
ノードの電位より、大きく設定されている請求項2に記
載の半導体装置。
5. When the read transistor has an n-type channel conductivity, the threshold value is different according to the logic of the data when the write word line and the read word line take a low level. 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the potential is set higher than the potential of said storage node.
【請求項6】上記読み出しトランジスタのチャネル導電
型がn型の場合、そのしきい値は、上記記憶ノードのハ
イレベルの電位と、読み出し時に上記読み出しワード線
に印加される電圧に応じて容量結合により上昇する記憶
ノードの電位上昇分との加算値より小さく、かつ、上記
記憶ノードのローレベルの電位と上記記憶ノードの電位
上昇分との加算値より大きい値に設定されている請求項
2に記載の半導体装置。
6. When the channel conductivity type of the read transistor is n-type, the threshold value is determined by a high level potential of the storage node and a capacitive coupling according to a voltage applied to the read word line at the time of reading. 3. The value is set to a value that is smaller than an added value of the potential rise of the storage node and that is larger than the added value of the low-level potential of the storage node and the potential rise of the storage node. 13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項7】上記読み出しトランジスタのチャネル導電
型がn型の場合、そのしきい値は、上記記憶ノードのハ
イレベルの電位と、読み出し時に上記読み出しワード線
に印加される電圧に応じて容量結合により上昇する記憶
ノードの電位上昇分との加算値より小さく、かつ、上記
記憶ノードのハイレベルの電位と上記記憶ノードの電位
上昇分との何れか大きい電位より大きい値に設定されて
いる請求項2に記載の半導体装置。
7. If the channel conductivity type of the read transistor is n-type, the threshold value thereof is determined by a high level potential of the storage node and a capacitive coupling according to a voltage applied to the read word line at the time of reading. The value is set to a value smaller than an added value of an increase in the potential of the storage node and an electric potential higher than a larger one of the high-level potential of the storage node and the increase in the potential of the storage node. 3. The semiconductor device according to 2.
【請求項8】上記ビット線に、ラッチ機能を備えたセン
スアンプが接続されている請求項1に記載の半導体装
置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein a sense amplifier having a latch function is connected to said bit line.
【請求項9】データを電位変化として保持する記憶ノー
ドと、上記記憶ノードにゲートが接続され、ビット線に
ソースまたはドレインの一方が接続され、上記記憶ノー
ドの電位に応じてオンまたはオフし当該記憶データを上
記ビット線に読み出す読み出しトランジスタとを備える
メモリセルを複数配列させたメモリセルアレイを含むメ
モリ部と、 pチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタとnチャ
ネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタとを含むCMO
Sトランジスタ回路部とを有し、 上記読み出しトランジスタのゲート電極が、チャネルの
導電型と逆の導電型を有する半導体材料からなる半導体
装置。
9. A storage node for holding data as a potential change, a gate connected to the storage node, one of a source and a drain connected to a bit line, and turned on or off according to the potential of the storage node. A memory section including a memory cell array in which a plurality of memory cells each including a read transistor for reading stored data to the bit line are arranged; a CMO including a p-channel insulated gate field-effect transistor and an n-channel insulated gate field-effect transistor
And a gate electrode of the read transistor is made of a semiconductor material having a conductivity type opposite to a conductivity type of a channel.
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