JP2003069417A - Semiconductor device and its drive method - Google Patents

Semiconductor device and its drive method

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JP2003069417A
JP2003069417A JP2001252754A JP2001252754A JP2003069417A JP 2003069417 A JP2003069417 A JP 2003069417A JP 2001252754 A JP2001252754 A JP 2001252754A JP 2001252754 A JP2001252754 A JP 2001252754A JP 2003069417 A JP2003069417 A JP 2003069417A
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Japan
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semiconductor device
voltage
effect transistor
field effect
data
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JP2001252754A
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Japanese (ja)
Inventor
Haruyuki Sorada
晴之 空田
Tadashi Morimoto
廉 森本
Kiyoyuki Morita
清之 森田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C2211/00Indexing scheme relating to digital stores characterized by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C2211/56Indexing scheme relating to G11C11/56 and sub-groups for features not covered by these groups
    • G11C2211/561Multilevel memory cell aspects
    • G11C2211/5614Multilevel memory cell comprising negative resistance, quantum tunneling or resonance tunneling elements

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device acting like a memory cell employing a negative resistive element operated at a high-speed even under a low voltage and to provide its drive method. SOLUTION: The semiconductor device includes a series connection comprising two IBTDs 12, 13 and a DTMOS whose source electrode is connected to a memory node 17 between the IBTDs 12 and 13 and whose drain electrode is connected to a bit line 15. Since the gate and the body region of the DTMOS for controlling data input output are connected to a word line 16, even when a gate voltage of the DTMOS is low at data input output, the drain current is increased more than that of a conventional semiconductor device to deliver data at a higher speed.

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、半導体装置に関
し、特に、負性抵抗素子を用いた半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device using a negative resistance element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体集積回路は、MOS型素子
の技術を基本として形成されてきた。MOS型素子は微
細化によって、その動作速度、消費電力及び集積度が向
上するという特長を有しており、産業上非常に重要な役
割を果たしてきた。しかしながら、微細加工の限界や不
純物濃度の統計的ゆらぎ等により、工業的には0.1μ
m世代以降のMOS型素子の実用化は非常に困難である
と考えられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, semiconductor integrated circuits have been formed based on the technology of MOS type elements. The MOS type device has a feature that its operating speed, power consumption and degree of integration are improved by miniaturization, and has played a very important role in industry. However, due to the limit of fine processing and statistical fluctuation of impurity concentration, it is industrially 0.1 μm.
It is considered that it is very difficult to put the MOS-type device after the m-th generation into practical use.

【0003】一方、市場では携帯機器のウェアラブル化
に向けて、LSIやメモリのさらなる高集積化と低消費
電力化が要望されている。
On the other hand, in the market, further integration of LSIs and memories and reduction of power consumption are demanded for wearable portable devices.

【0004】現在、携帯機器に用いられているメモリ
は、主に揮発性のスタティック・ランダムアクセスメモ
リ(SRAM)とダイナミック・ランダムアクセスメモ
リDRAMである。しかし、現行のSRAM及びDRA
Mでは低消費電力性と高集積化の両方について満足させ
ることは難しい。
Currently, memories used in portable devices are mainly volatile static random access memory (SRAM) and dynamic random access memory DRAM. However, the current SRAM and DRA
It is difficult for M to satisfy both low power consumption and high integration.

【0005】DRAMメモリセルは、1つのトランジス
タと1つのキャパシタで形成できるため1個あたりのセ
ル面積が小さく、高集積化に優れている。しかしなが
ら、データ保持のために定期的なリフレッシュ動作が必
要であるため、消費電力が高くなるといった短所があ
る。一方、SRAMメモリセルは高速性及び低消費電力
性に優れているが、従来よく使用されているCMOS型
メモリセルは6つのトランジスタから形成されるため、
セル面積が大きく、高集積化に向かない欠点がある。
Since a DRAM memory cell can be formed by one transistor and one capacitor, the cell area per cell is small and is highly integrated. However, there is a disadvantage in that the power consumption is high because the periodic refresh operation is required to hold the data. On the other hand, the SRAM memory cell is excellent in high speed and low power consumption, but the CMOS type memory cell which has been often used conventionally is formed of six transistors.
It has a drawback that it has a large cell area and is not suitable for high integration.

【0006】一方で、これまでMOS型素子とは動作原
理が全く異なる素子を用いたメモリセルが種々提案され
ている。
On the other hand, various memory cells using an element whose operation principle is completely different from that of a MOS type element have been proposed so far.

【0007】例えば、バンド間トンネル現象に基づく負
性抵抗特性を示す江崎トンネルダイオード(L.Esaki,Ph
ys.Rev.,109,(1953),603)を直列に2個接続した双安定
回路を用いると、2値のメモリを構成できることを19
60年にE. Gotoらが提案している(E. Goto et al., I
RE Trans. Electron. Comp., March, 1960, p.25)。さ
らに、負性抵抗素子2個を直列に接続した双安定回路の
メモリノード(2個の負性抵抗素子の接続点)にデータ
の書き込みおよび読み出しを行うためのトランジスタを
付加すると、従来のSRAMセルの半分の素子数である
3つの素子でメモリセルを形成できる。この負性抵抗素
子をベースとしたSRAMは、セル面積が小さく高集積
化に適しており、DRAMのように定期的なリフレッシ
ュ動作も不要であるため、低消費電力性と高集積性を兼
ね備えたSRAMセルである。
For example, Esaki tunnel diode (L. Esaki, Ph
ys.Rev., 109, (1953), 603) using a bistable circuit in which two ys.Rev., 109, (1953), 603) are connected in series.
Proposed by E. Goto et al. In 1960 (E. Goto et al., I
RE Trans. Electron. Comp., March, 1960, p.25). Furthermore, if a transistor for writing and reading data is added to the memory node (connection point of two negative resistance elements) of a bistable circuit in which two negative resistance elements are connected in series, a conventional SRAM cell is obtained. A memory cell can be formed by three elements, which is half the number of elements. The SRAM based on the negative resistance element has a small cell area and is suitable for high integration, and does not require a regular refresh operation unlike DRAM, and thus has low power consumption and high integration. It is an SRAM cell.

【0008】さらに、高集積に適したSRAMセルの実
現に向け、負性抵抗素子にSiバンド間トンネル素子
(=IBTD:K.Morita et al, Ext.Abst.DRC‘98,42
(1998))を用いたメモリセルが提案された。
Furthermore, in order to realize an SRAM cell suitable for high integration, a negative resistance element is a Si interband tunnel element (= IBTD: K. Morita et al, Ext.Abst.DRC'98, 42).
(1998)) was proposed.

【0009】IBTDは、縮退したp−n接合間に、非
常に薄い膜厚(2nm以下)のトンネル絶縁膜(酸化膜
や窒化膜など)を挿入した構造を持つ。IBTDは、こ
のトンネル絶縁膜が持つエネルギ障壁により、バンド間
トンネル電流に比べて熱的な順方向バイアス電流を効果
的に抑制し、室温で顕著な負性抵抗特性を示す。また、
トンネル絶縁膜によりドーパント不純物の相互拡散が抑
制され、急峻なp−n接合を高歩留まりで形成できる。
The IBTD has a structure in which a tunnel insulating film (oxide film, nitride film, etc.) having a very thin film thickness (2 nm or less) is inserted between the degenerated pn junctions. Due to the energy barrier of this tunnel insulating film, the IBTD effectively suppresses the thermal forward bias current as compared with the band-to-band tunnel current, and exhibits a remarkable negative resistance characteristic at room temperature. Also,
Mutual diffusion of dopant impurities is suppressed by the tunnel insulating film, and a steep pn junction can be formed with a high yield.

【0010】図2は、IBTDを用いた従来のメモリセ
ルを示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a conventional memory cell using IBTD.

【0011】同図に示すように、従来のメモリセルは、
互いに直列に接続されたIBTD112及びIBTD1
13と、ソース電極がIBTD112とIBTD113
との間のメモリノード117に接続され、ドレイン電極
がビット線115に接続された入出力制御用MOSトラ
ンジスタ111とからなっている。入出力制御用MOS
トランジスタ111はワード線116によりオン・オフ
が制御され、IBTD112とIBTD113とはラッ
チ回路114を構成している。また、ラッチ回路114
の一端は電源電圧線118に接続され、他端は接地線1
19に接続されている。
As shown in FIG. 1, the conventional memory cell is
IBTD112 and IBTD1 connected in series with each other
13 and the source electrodes are IBTD112 and IBTD113
And an I / O control MOS transistor 111 whose drain electrode is connected to the bit line 115. Input / output control MOS
On / off of the transistor 111 is controlled by a word line 116, and the IBTD 112 and the IBTD 113 form a latch circuit 114. In addition, the latch circuit 114
Has one end connected to the power supply voltage line 118 and the other end connected to the ground line 1
It is connected to 19.

【0012】このように、IBTDを用いた負性抵抗ベ
ースの双安定回路とトランジスタを用いれば、0.5V
以下の超低電圧で動作する高集積なSRAM回路を構成
することが可能である。
As described above, if a negative resistance-based bistable circuit using IBTD and a transistor are used, 0.5 V
It is possible to configure a highly integrated SRAM circuit that operates at the following ultra-low voltage.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、メモリ
セル内の書き込み及び読み出し用のトランジスタとして
従来のMOS型素子を用いた場合、0.5V以下の超低
電圧におけるドレイン電流値が低いため、IBTDで形
成される双安定状態をスイッチングさせるのにかかる時
間が長くなるという不具合があった。これにより、IB
TDを用いたメモリ回路の書き込みや読み出し動作の動
作速度が遅くなるため、メモリセル内の全ての電圧が
0.5V以下の低電圧下では、メモリセルを高速に動作
させることが困難であった。
However, when a conventional MOS type element is used as a writing and reading transistor in a memory cell, the drain current value at an ultra-low voltage of 0.5 V or less is low, and therefore IBTD There is a problem that it takes a long time to switch the formed bistable state. This allows the IB
Since the operation speed of writing and reading operations of the memory circuit using the TD becomes slow, it is difficult to operate the memory cell at high speed when all the voltages in the memory cell are low voltage of 0.5 V or less. .

【0014】本発明の目的は、IBTDのような負性抵
抗素子を用いて、低電圧下でより高速に動作する、メモ
リセルとして機能する半導体装置及びその駆動方法を提
供することにある。
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device which functions as a memory cell and operates at a high speed under a low voltage by using a negative resistance element such as IBTD, and a driving method thereof.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
データの入出力を行なうための電圧を供給するビット線
と、メモリノードを介して互いに直列に接続された少な
くとも1つの負性抵抗素子を含む2つの素子と、上記ビ
ット線と上記メモリノードとの間に介設された電界効果
型トランジスタと、上記電界効果型トランジスタのオン
・オフを制御するための電圧を供給するワード線とを有
し、メモリセルとして機能する半導体装置であって、上
記電界効果型トランジスタのゲート電極とボディ領域と
が電気的に接続されている。
The semiconductor device of the present invention comprises:
A bit line supplying a voltage for inputting / outputting data, two elements including at least one negative resistance element connected in series with each other via a memory node, the bit line and the memory node A semiconductor device having a field effect transistor interposed between the word line and a word line supplying a voltage for controlling on / off of the field effect transistor, the semiconductor device functioning as a memory cell, comprising: The gate electrode of the effect transistor and the body region are electrically connected.

【0016】これにより、電界効果型トランジスタのゲ
ート電極とボディ領域とが電気的に接続されているた
め、電界効果型トランジスタのゲート電極に印加する電
圧が例えば0.5V以下と低い場合でも、通常のMOS
トランジスタに比べて大きな駆動電流が流れることにな
る。この駆動電流がデータの入出力に用いられるので、
本発明の半導体装置は低電圧下でもメモリセルとして動
作することが可能になる。また、通常ゲート電圧が印加
されず(0V)、データがメモリセルに保持されている
ときの、トランジスタからのリーク電流も通常のMOS
トランジスタを用いる場合と同等である。
As a result, since the gate electrode of the field effect transistor and the body region are electrically connected, even if the voltage applied to the gate electrode of the field effect transistor is as low as 0.5 V or less, it is usually MOS
A driving current larger than that of a transistor flows. Since this drive current is used for data input / output,
The semiconductor device of the present invention can operate as a memory cell even under a low voltage. In addition, when the gate voltage is not normally applied (0 V) and the data is held in the memory cell, the leakage current from the transistor is also a normal MOS.
This is equivalent to using a transistor.

【0017】また、本発明の半導体装置は、データの入
出力を行なうための電圧を供給するビット線と、メモリ
ノードを介して互いに直列に接続された少なくとも1つ
の負性抵抗素子を含む2つの素子と、上記ビット線と上
記メモリノードとの間に介設された電界効果型トランジ
スタと、上記電界効果型トランジスタのオン・オフを制
御するための電圧を供給するワード線とを有し、メモリ
セルとして機能する半導体装置であって、上記電界効果
型トランジスタのボディ領域の電圧を制御する手段を備
えていてもよい。
Further, the semiconductor device of the present invention includes two bit lines each including a bit line supplying a voltage for inputting / outputting data and at least one negative resistance element connected in series via a memory node. An element, a field effect transistor interposed between the bit line and the memory node, and a word line for supplying a voltage for controlling on / off of the field effect transistor, A semiconductor device functioning as a cell may include means for controlling the voltage of the body region of the field effect transistor.

【0018】これにより、例えば、データをメモリセル
へ入出力する時には電界効果型トランジスタのボディ領
域に印加する電圧をゲート電圧と同じにして駆動電流を
大きくし、データがメモリセルに保持されている時には
ゲート電圧を変えずにボディに負電圧を印加してトラン
ジスタからのリーク電流を小さくするなどの操作が可能
になり、半導体装置の設計の自由度を大きくすることが
できる。
Thus, for example, when inputting / outputting data to / from the memory cell, the voltage applied to the body region of the field effect transistor is made equal to the gate voltage to increase the drive current, and the data is held in the memory cell. At times, it is possible to apply a negative voltage to the body without changing the gate voltage to reduce the leakage current from the transistor, and to increase the degree of freedom in designing the semiconductor device.

【0019】上記電界効果型トランジスタは、基板のS
i層上に、Siと、GeまたはCのうち少なくともいず
れか1つとを含む半導体層を積層したヘテロ接合型電界
効果トランジスタであることにより、例えばキャリアの
移動度がシリコンに比べて大きいSiGeやSiGeC
をチャネル層とした場合にデータの入出力動作の速度を
向上させることができる。
The above field effect transistor has the S
By using a heterojunction field effect transistor in which a semiconductor layer containing Si and at least one of Ge and C is stacked on the i layer, for example, SiGe or SiGeC having a higher carrier mobility than silicon is used.
When is used as a channel layer, the speed of data input / output operation can be improved.

【0020】本発明の半導体装置の駆動方法は、データ
の入出力を行なうための電圧を供給するビット線と、メ
モリノードを介して互いに直列に接続された少なくとも
1つの負性抵抗素子を含む2つの素子と、上記ビット線
と上記メモリノードとの間に介設された電界効果型トラ
ンジスタと、上記電界効果型トランジスタのオン・オフ
を制御するための電圧を供給するワード線とを有し、メ
モリセルとして機能する半導体装置の駆動方法であっ
て、上記ビット線からデータ書き込み用の電圧を印加
し、且つ上記電界効果型トランジスタのゲート電極とボ
ディ領域とに各々接地電位よりも高い電圧を印加してメ
モリセルにデータを書き込むことを特徴としている。
A semiconductor device driving method of the present invention includes a bit line supplying a voltage for inputting / outputting data, and at least one negative resistance element connected in series with each other through a memory node. One element, a field effect transistor interposed between the bit line and the memory node, and a word line that supplies a voltage for controlling on / off of the field effect transistor, A method of driving a semiconductor device functioning as a memory cell, comprising applying a voltage for writing data from the bit line, and applying a voltage higher than a ground potential to the gate electrode and the body region of the field effect transistor. Then, the data is written in the memory cell.

【0021】この方法により、電界効果型トランジスタ
のゲート電極及びボディ領域の両方に接地電圧以上の電
圧を印加するので、ゲート電極にのみ電圧を印加する場
合に比べて、ゲート電圧が低い場合でも大きな駆動電流
が流れることになる。そのため、ゲート電圧が低い場合
でも、メモリセルへデータ書き込むことが可能になる。
According to this method, since a voltage higher than the ground voltage is applied to both the gate electrode and the body region of the field effect transistor, it is large even when the gate voltage is low as compared with the case where the voltage is applied only to the gate electrode. The drive current will flow. Therefore, even when the gate voltage is low, data can be written in the memory cell.

【0022】特に、メモリセルにデータを書き込む際
に、上記電界効果型トランジスタのゲート電極とボディ
領域とにそれぞれ同じ電圧を印加することにより、ゲー
ト電圧が低くても大きな駆動電流が流れるので、ゲート
電圧が低い場合のデータ書き込みがより確実に行えるよ
うになる。
In particular, when writing the data in the memory cell, by applying the same voltage to the gate electrode and the body region of the field effect transistor, a large drive current flows even if the gate voltage is low, so that Data can be written more reliably when the voltage is low.

【0023】メモリセルにデータを書き込む際に、上記
電界効果型トランジスタのゲート電極とボディ領域とに
印加する電圧の範囲が0.2V以上1.0V以下である
ことにより、電界効果トランジスタを含むメモリセルが
正常に動作し、より確実にデータの書き込み動作が行え
るようになる。
When the data is written in the memory cell, the range of voltage applied to the gate electrode and the body region of the field effect transistor is 0.2 V or more and 1.0 V or less, so that the memory including the field effect transistor. The cell operates normally, and the data write operation can be performed more reliably.

【0024】上記電界効果型トランジスタのゲート電極
とボディ領域とに各々接地電位よりも高い電圧を印加し
てデータを読み出すことにより、ゲート電圧が小さい場
合でも、通常の電界効果型トランジスタに比べて大きな
駆動電流が流れるため、データの入出力を確実に行える
ようになる。
Data is read by applying a voltage higher than the ground potential to the gate electrode and the body region of the field effect transistor, so that even if the gate voltage is small, it is larger than that of a normal field effect transistor. Since the drive current flows, data input / output can be reliably performed.

【0025】データを読み出す際に、上記電界効果型ト
ランジスタのゲート電極とボディ領域とにそれぞれ同じ
電圧を印加することにより、ゲート電圧が小さい場合で
も確実にデータの記憶動作を行えるようになる。
By applying the same voltage to the gate electrode and the body region of the field-effect transistor when reading data, the data storage operation can be surely performed even when the gate voltage is low.

【0026】データがメモリセルに保持されている時に
は、上記電界効果型トランジスタのゲート電極とボディ
領域とに印加する電圧の範囲が−1.0V以上0V以下
であることにより、該電界効果型トランジスタからのリ
ーク電流が小さく抑えられるので、ラッチデータの破壊
が抑制されると共に、スタンバイ時の消費電流を小さく
することができる。
When the data is held in the memory cell, the voltage applied to the gate electrode and the body region of the field effect transistor is in the range of -1.0V to 0V, so that the field effect transistor is Since the leakage current from the device is suppressed to a small value, the destruction of the latch data can be suppressed, and the current consumption during standby can be decreased.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】図1(a)は、本発明の実施形態
に係る半導体装置であるSRAMセルを示す回路図であ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1A is a circuit diagram showing an SRAM cell which is a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【0028】同図に示すように、本実施形態の半導体装
置は、互いに直列に接続されたIBTD(負性抵抗素
子)12及びIBTD13と、ソース電極がIBTD1
2とIBTD13との間のメモリノード17に接続さ
れ、ドレイン電極がビット線15に接続された入出力制
御用のDT(Dynamic Threshold)MOSであるトランジ
スタ11とを有している。DTMOSトランジスタのゲ
ートと基板のボディ領域とは互いに電気的に接続されて
いる。入出力制御用MOSトランジスタ11はワード線
16によりオン・オフが制御され、IBTD12とIB
TD13とはラッチ回路14を構成している。また、ラ
ッチ回路14の一端は電源電圧線18に接続され、他端
は接地線19に接続されている。また、IBTD12と
IBTD13とは、互いに異なる電流−電圧特性を持っ
ている。
As shown in the figure, the semiconductor device of this embodiment has an IBTD (negative resistance element) 12 and an IBTD 13 connected in series with each other, and a source electrode IBTD1.
2 and an IBTD 13 and a transistor 11 which is a DT (Dynamic Threshold) MOS for input / output control, which is connected to a memory node 17 and whose drain electrode is connected to a bit line 15. The gate of the DTMOS transistor and the body region of the substrate are electrically connected to each other. The input / output control MOS transistor 11 is controlled to be turned on / off by the word line 16, and the IBTD 12 and IB
The TD 13 constitutes a latch circuit 14. Further, one end of the latch circuit 14 is connected to the power supply voltage line 18, and the other end is connected to the ground line 19. Further, the IBTD 12 and the IBTD 13 have different current-voltage characteristics from each other.

【0029】本実施形態で用いられるDTMOSは、F.
Assaderaghiらにより提案された電界効果型トランジス
タで、ゲートとボディ領域とを電気的に接続することに
より通常のMOSトランジスタに比べて低いしきい値電
圧で大きな駆動電流が得られ、しかも高速動作が可能で
ある(Int. Electron Devices Meet. Tech. Dig., pp.8
09-812 )。
The DTMOS used in this embodiment is F.
A field-effect transistor proposed by Assaderaghi et al., By electrically connecting the gate and body region, a large drive current can be obtained at a lower threshold voltage than that of a normal MOS transistor, and high-speed operation is possible. (Int. Electron Devices Meet. Tech. Dig., Pp.8
09-812).

【0030】本実施形態の半導体装置では、DTMOS
をデータの入出力制御用トランジスタとして用いること
により、ラッチ回路14の電圧が0.5V以下の低電圧
下においても十分なドレイン電流が得られる。また、デ
ータの入出力にかかる時間が大幅に短縮される。
In the semiconductor device of this embodiment, the DTMOS
Is used as a data input / output control transistor, a sufficient drain current can be obtained even when the voltage of the latch circuit 14 is as low as 0.5 V or less. In addition, the time required to input / output data is greatly reduced.

【0031】次に、本実施形態の半導体装置の動作につ
いて説明する。
Next, the operation of the semiconductor device of this embodiment will be described.

【0032】図3は、図2に示すラッチ回路14の電流
−順方向電圧特性を示す特性図である。同図中の特性曲
線20はIBTD13の電流−順方向電圧特性を示し、
特性曲線21はIBTD12の電流−順方向電圧特性を
示す。また、ラッチ回路14の電源電圧24は○で示さ
れている。この特性曲線20と特性曲線21とが互いに
交わる点のうち低電圧側を第1の安定点22、高電圧側
を第2の安定点23とする。この2点がデータをラッチ
可能な安定点である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing current-forward voltage characteristics of the latch circuit 14 shown in FIG. A characteristic curve 20 in the figure shows a current-forward voltage characteristic of the IBTD 13.
The characteristic curve 21 shows the current-forward voltage characteristic of the IBTD 12. Further, the power supply voltage 24 of the latch circuit 14 is indicated by ◯. Of the points where the characteristic curve 20 and the characteristic curve 21 intersect, the low voltage side is the first stable point 22 and the high voltage side is the second stable point 23. These two points are stable points at which data can be latched.

【0033】本実施形態の半導体装置においては、第1
の安定点22でデータ"0"を表し、第2の安定点23で
データ"1"を表すことができる。例えば、ラッチ回路1
4に印加される電源電圧が0.4Vの場合、低い方の安
定点の電圧値は約0.02V、高い方は約0.38Vで
ある。トランジスタ11は、ラッチ回路14のメモリノ
ード17にラッチされたデータの入出力を制御する。
In the semiconductor device of this embodiment, the first
The stable point 22 can represent the data “0”, and the second stable point 23 can represent the data “1”. For example, the latch circuit 1
When the power supply voltage applied to No. 4 is 0.4V, the voltage value of the lower stable point is about 0.02V, and the higher stable point is about 0.38V. The transistor 11 controls input / output of data latched by the memory node 17 of the latch circuit 14.

【0034】まず、データを入力する場合、ビット線1
5に入力したいデータの電圧に近い電圧を印加してお
き、ワード線16に0.5V以下の電圧を印加してトラ
ンジスタ11をオンさせる。このとき、トランジスタ1
1のゲート電極と同様にワード線16に接続されたトラ
ンジスタ11の基板電極にもワード線16の電圧が印加
され、トランジスタ11がダイナミックスレッショルド
駆動されて通常のMOSトランジスタより大きなドレイ
ン電流がラッチ回路14のメモリノード17に流れる。
ドレイン電流値がIBTDのピーク電流値より大きく、
且つIBTDの容量を安定点の電圧値まで充電もしくは
放電できれば、ラッチ回路14のデータはビット線15
に用意された所望のデータに書き換えられる。
First, when inputting data, bit line 1
A voltage close to the voltage of the data to be input to 5 is applied, and a voltage of 0.5 V or less is applied to the word line 16 to turn on the transistor 11. At this time, the transistor 1
The voltage of the word line 16 is applied to the substrate electrode of the transistor 11 connected to the word line 16 as in the case of the gate electrode of No. 1 and the transistor 11 is dynamically threshold-driven, so that a larger drain current than that of a normal MOS transistor is generated in the latch circuit 14. To the memory node 17.
The drain current value is larger than the peak current value of IBTD,
If the capacity of the IBTD can be charged or discharged up to the voltage value at the stable point, the data of the latch circuit 14 will be the bit line 15 data.
It is rewritten to the desired data prepared in.

【0035】本発明の半導体装置においては、データ入
力を制御するトランジスタ11がダイナミックスレッシ
ョルド駆動されることにより、従来の半導体装置に比べ
低電圧下でも大きなドレイン電流によってデータの入力
がなされるために、より高速に所望のデータを書き込む
ことができる。
In the semiconductor device of the present invention, since the transistor 11 for controlling data input is driven by dynamic threshold, data is input by a large drain current even under a low voltage as compared with the conventional semiconductor device. It is possible to write desired data at higher speed.

【0036】入力動作と同様に、出力動作においても本
実施形態の半導体装置によって高速化が図られる。出力
動作時は入力動作時とは逆に、メモリセル内のメモリノ
ード17の電圧をビット線15に伝えることになる。ト
ランジスタ11のダイナミックスレッショルド駆動によ
り、低電圧下で従来の半導体装置よりも大きなドレイン
電流が流れるため、より高速に所望のデータを読み出す
ことができる。
Similar to the input operation, the output operation can be speeded up by the semiconductor device of this embodiment. In the output operation, contrary to the input operation, the voltage of the memory node 17 in the memory cell is transmitted to the bit line 15. The dynamic threshold drive of the transistor 11 allows a larger drain current to flow under a low voltage than that of a conventional semiconductor device, so that desired data can be read at a higher speed.

【0037】但し、メモリノード17の容量に比較して
ビット線の容量が非常に大きい場合は、データの破壊読
み出しとなってしまうおそれがある。その場合、読み出
したデータを再書き込みすることが可能なセンスアン
プ、例えば交差型のセンスアンプを用いて読み出し、再
書き込みを行えばデータの破壊を防ぐことができる。な
お、このセンスアンプは一般的なDRAMで用いられる
ものと同じ構造のものを使用することができる。
However, if the capacity of the bit line is much larger than the capacity of the memory node 17, there is a risk of destructive reading of data. In that case, the read data can be prevented from being destroyed by reading and rewriting the read data using a sense amplifier capable of rewriting the read data, for example, a cross sense amplifier. The sense amplifier may have the same structure as that used in a general DRAM.

【0038】本実施形態の半導体装置においては、IB
TDに接続された電源電圧線18から常に電流を供給す
る必要がある。しかしながら、IBTDの動作に必要な
電流は小さいため、リフレッシュ動作が必要なDRAM
に比べると、本実施形態の半導体装置では、消費電力を
小さくすることができる。
In the semiconductor device of this embodiment, IB
It is necessary to always supply current from the power supply voltage line 18 connected to TD. However, since the current required for the IBTD operation is small, a DRAM that requires a refresh operation is required.
Compared with the above, the semiconductor device of this embodiment can reduce power consumption.

【0039】なお、本実施形態の半導体装置では、デー
タの入力及び出力を同じ経路で行っているが、例えばメ
モリノード17に読み出し専用の回路を接続することも
できる。ただし、その場合、メモリセルの面積は大きく
なる。
In the semiconductor device of this embodiment, data is input and output through the same path, but a read-only circuit can be connected to the memory node 17, for example. However, in that case, the area of the memory cell becomes large.

【0040】次に、本発明の有効性を示すため、本実施
形態の半導体装置の動作と従来の半導体装置の動作との
比較を、データ入力時の電圧波形を実測することによっ
て行った。
Next, in order to show the effectiveness of the present invention, the operation of the semiconductor device of this embodiment and the operation of the conventional semiconductor device were compared by actually measuring the voltage waveform at the time of data input.

【0041】図6(a),(b)は、それぞれ本実施形態
の半導体装置、及び従来の半導体装置にデータ"1"及
び"0"を入力した時のメモリノード,ワード線及びビッ
ト線での電圧波形をオシロスコープで測定した結果を示
す波形図である。
FIGS. 6A and 6B show the memory node, the word line and the bit line when data "1" and "0" are input to the semiconductor device of this embodiment and the conventional semiconductor device, respectively. FIG. 6 is a waveform diagram showing the result of measuring the voltage waveform of No. 2 with an oscilloscope.

【0042】ラッチ回路の安定点よりも若干高い値であ
る0.4Vの電圧をビット線に印加しておき(図6
(a)の31及び図6(b)の35参照)、ワード線に
0.5Vを印加すると(図6(a)の32及び図6
(b)の36参照)、メモリノードの電圧が上昇し始
め、やがて0.4Vよりやや低い値を持つ安定点に落ち
着く。この電圧変化が図6(a)、(b)に示すように、
本実施形態と従来の半導体装置の両方で見られた。 次
に、ワード線の電圧が0Vになってトランジスタがオフ
しても、メモリノードの電圧は安定点の電圧値である約
0.38Vに保たれており、メモリとして正常動作して
いることが確認できた。
A voltage of 0.4 V, which is slightly higher than the stable point of the latch circuit, is applied to the bit line (see FIG. 6).
(See (a) 31 and FIG. 6 (b) 35), when 0.5V is applied to the word line (32 in FIG. 6 (a) and FIG.
(See (b) 36), the voltage of the memory node begins to rise, and eventually settles to a stable point having a value slightly lower than 0.4V. This voltage change is as shown in FIGS.
It was found in both this embodiment and the conventional semiconductor device. Next, even if the voltage of the word line becomes 0V and the transistor is turned off, the voltage of the memory node is kept at about 0.38V which is the voltage value at the stable point, indicating that the memory is operating normally. It could be confirmed.

【0043】また、安定点に落ち着くまでの立ち上がり
波形及び立ち上がり時間は図6(b)に示す従来の半導体
装置よりも図6(a)に示す本実施形態の半導体装置の方
が短く、従来の半導体装置では立ち上がり時間が約18
msであるのに対して、本実施形態においては約340
μsと、立ち上がり時間を約1/50に短縮することが
できた(図6(a)の33,34参照)。
The rising waveform and the rising time until reaching the stable point are shorter in the semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 6A than in the conventional semiconductor device shown in FIG. For semiconductor devices, the rise time is about 18
In contrast to ms, in the present embodiment, about 340
It was possible to reduce the rise time to about 1/50 μs (see 33 and 34 in FIG. 6A).

【0044】一方、データ"0"の入力の際の立ち下がり
時間についても、本実施形態の半導体装置では約7.6
μs、従来の半導体装置では約50μsと、本実施形態
の半導体装置では立ち下がり時間が大幅に短縮されてい
る。
On the other hand, the fall time when data "0" is input is about 7.6 in the semiconductor device of this embodiment.
μs, about 50 μs in the conventional semiconductor device, and the fall time is greatly shortened in the semiconductor device of this embodiment.

【0045】次に、入出力制御用トランジスタの電流−
電圧特性について図を用いて説明する。
Next, the current of the input / output control transistor −
The voltage characteristics will be described with reference to the drawings.

【0046】図7は、入出力制御用トランジスタとして
用いられるDTMOS及び通常のMOSトランジスタの
典型的なId−Vg特性を示す特性図である(Idはド
レイン電流、Vgはゲート電圧)。同図から、0.5V
のゲート電圧において、図中に▲印で示されるDTMO
Sの場合(グラフ41参照)、○印で示される通常のM
OSトランジスタ(グラフ42参照)よりもドレイン電
流が約1桁高くなっていることが分かる。この結果か
ら、DTMOSをメモリセルに用いることにより、通常
のMOSトランジスタを用いた場合に比べ、メモリセル
内の電圧が少なくとも0.5V以下の低電圧駆動時にお
いてデータの入力を高速化することができると考えられ
る。図7には0.5V以下の電圧範囲しか示していない
が、実際には、DTMOSにパルス状に印加されるゲー
ト電圧の最大値が1.0V程度であってもデータ入力は
問題なく行われる。なお、ゲート電圧の最大値は0.2
V〜1.0Vが好ましく、0.2V〜0.5Vであれば
さらに好ましい。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing typical Id-Vg characteristics of a DTMOS used as an input / output control transistor and a normal MOS transistor (Id is drain current, Vg is gate voltage). From the figure, 0.5V
At the gate voltage of
In the case of S (see graph 41), a normal M indicated by a circle
It can be seen that the drain current is about one digit higher than that of the OS transistor (see graph 42). From this result, by using the DTMOS in the memory cell, the data input can be speeded up when the voltage in the memory cell is driven at a low voltage of at least 0.5 V or less as compared with the case of using a normal MOS transistor. It is thought to be possible. Although only the voltage range of 0.5 V or less is shown in FIG. 7, data input is actually performed without any problem even if the maximum value of the gate voltage applied to the DTMOS in a pulse shape is about 1.0 V. . The maximum gate voltage is 0.2
V to 1.0 V is preferable, and 0.2 V to 0.5 V is more preferable.

【0047】また、DTMOSの場合、サブスレッショ
ルド特性が通常のMOSトランジスタよりも向上してS
値(Idに対するVgの変化率:単位mV/decad
e)が小さくなるため、ゲート電圧が0Vを境にある負
の領域ではDTMOSの方が通常のMOSトランジスタ
よりドレイン電流が小さくなり、いわゆるトランジスタ
のリーク電流が低減される。それ故、本実施形態の半導
体装置において、負の領域の電圧(0V未満で−1.0
V以上が好ましい)をスタンバイ時のゲートに印加する
最小電圧値に設定すると、トランジスタのリーク電流が
より小さくなるため、リークによるラッチデータの破壊
を抑制すると共に、スタンバイ時の消費電流を小さくす
ることができる。
Further, in the case of DTMOS, the subthreshold characteristic is improved as compared with a normal MOS transistor, and S
Value (Vg change rate with respect to Id: Unit mV / decad
Since e) becomes small, the drain current of DTMOS becomes smaller than that of a normal MOS transistor in the negative region where the gate voltage is 0 V, and so-called leakage current of the transistor is reduced. Therefore, in the semiconductor device of the present embodiment, the voltage in the negative region (less than 0 V is -1.0.
(V or more is preferable) is set to the minimum voltage value applied to the gate during standby, the leakage current of the transistor becomes smaller, so that the destruction of latch data due to leakage is suppressed and the current consumption during standby is reduced. You can

【0048】なお、本測定に用いたトランジスタやIB
TDは、トランジスタW=50〜200μm、ゲート長
5μm、ゲート酸化膜厚=30nm、IBTD素子面積
=1×10-3cm2 と、実際に使用するものに比べてサ
イズが大きいためにメモリのデータ入力時間がサブms
〜数十msと長くなっているが、トランジスタやIBT
Dのサイズを微細化した場合には、トランジスタの駆動
力が向上し、IBTDの素子容量が低減するため、以下
で説明するように、さらなる高速動作が得られる。
The transistors and IB used in this measurement
TD has a transistor W = 50 to 200 μm, a gate length of 5 μm, a gate oxide film thickness of 30 nm, and an IBTD element area of 1 × 10 −3 cm 2 , which is larger than that actually used. Input time is sub ms
~ It is as long as several tens of ms, but transistors and IBTs
When the size of D is miniaturized, the driving force of the transistor is improved and the element capacitance of the IBTD is reduced, so that a higher speed operation can be obtained as described below.

【0049】図8は、Si基板上に形成したIBTDを
有する従来の半導体装置におけるデータの書き込み時間
とIBTDのサイズとの関係を示すグラフである。但
し、トランジスタのサイズは一定とし、書き込み時のビ
ット線電圧は0.4V、書き込み時の電流値は0.9m
Aである。なお、図中の点線で示したグラフはシミュレ
ーション結果、○印で示したデータは実測値を示してい
る。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the data write time and the IBTD size in the conventional semiconductor device having the IBTD formed on the Si substrate. However, the size of the transistor is fixed, the bit line voltage during writing is 0.4 V, and the current value during writing is 0.9 m.
It is A. In addition, the graph shown by the dotted line in the figure shows the simulation result, and the data shown by the mark ◯ shows the measured value.

【0050】同図から、IBTDのサイズが小さくなる
に従って、データの書き込み時間が短縮されることが分
かる。また、この実測値はシミュレーション結果とよく
一致しており、このシミュレーション結果から推定する
と、IBTDのサイズを1μcm2 まで微細化すること
で、メモリセルレベルでのデータの書き込み速度を約6
0psまで向上させることができることになる。
From the figure, it can be seen that the data write time is shortened as the IBTD size is reduced. Further, this measured value is in good agreement with the simulation result, and it is estimated from this simulation result that by reducing the size of the IBTD to 1 μcm 2 , the data writing speed at the memory cell level is about 6
It can be improved to 0 ps.

【0051】なお、ここで測定したのは通常のMOSト
ランジスタを有する従来の半導体装置であるが、微細化
に伴う書き込み時間の変化については、DTMOSを有
する本実施形態の半導体装置においても同様であると考
えられる。
It is to be noted that the measurement here is performed on the conventional semiconductor device having a normal MOS transistor, but the change of the writing time due to miniaturization is also the same in the semiconductor device of the present embodiment having a DTMOS. it is conceivable that.

【0052】このように、本実施形態の半導体装置によ
れば、入出力制御用トランジスタとしてDTMOSを用
いることにより、従来の半導体装置に比べて低電圧下で
も高速で動作させることができ、且つトランジスタから
のリーク電流も小さくすることができるようになる。
As described above, according to the semiconductor device of the present embodiment, by using the DTMOS as the input / output control transistor, it is possible to operate at a high speed even under a low voltage as compared with the conventional semiconductor device, and the transistor is used. It is possible to reduce the leakage current from.

【0053】すなわち、メモリセルとして機能する本実
施形態の半導体装置は、高速性と低消費電力性とを備
え、且つセル面積が小さく高集積化にも適した半導体装
置であると言える。
That is, it can be said that the semiconductor device of this embodiment which functions as a memory cell is a semiconductor device which has high speed and low power consumption, has a small cell area, and is suitable for high integration.

【0054】なお、本実施形態ではデータの入出力制御
用トランジスタとしてDTMOSを用いたが、基板内の
チャネル層、もしくはチャネル層に歪みを誘起する層に
SiGeやSiGeCなどのSiよりもバンドギャップ
が小さい材料を用いたヘテロDTMOSを用いてもよ
い。これにより、チャネル層でのキャリアの移動度が通
常のSi中よりも高くなるためにトランジスタの駆動力
が高くなる。すなわち、データの入出力をさらに高速で
行うことができるようになる。
Although the DTMOS is used as the data input / output control transistor in this embodiment, the channel layer in the substrate or the layer that induces strain in the channel layer has a band gap larger than that of Si such as SiGe or SiGeC. A hetero DTMOS using a small material may be used. As a result, the mobility of carriers in the channel layer is higher than that in ordinary Si, and thus the driving force of the transistor is increased. That is, data input / output can be performed at higher speed.

【0055】あるいは、入出力制御用トランジスタとし
て、MOSトランジスタのボディ領域がワード線とは異
なる電圧源に接続されたVT−MOSを用いることもで
きる。
Alternatively, as the input / output control transistor, a VT-MOS in which the body region of the MOS transistor is connected to a voltage source different from the word line can be used.

【0056】図1(b)は、入出力制御用トランジスタ
としてVT−MOSを用いた本実施形態の半導体装置の
第1の変形例を示す回路図である。
FIG. 1B is a circuit diagram showing a first modification of the semiconductor device of this embodiment using a VT-MOS as an input / output control transistor.

【0057】この変形例の場合、データの書き込み及び
読み出し時にはボディ電圧制御線19bからVT−MO
Sのボディに正のボディ電圧を印加することによりドレ
イン電流を増加させ、それ以外のときには負のボディ電
圧を印加してリーク電流を抑制するなどの操作が可能に
なる。これにより、回路の設計の自由度が増すことにな
る。
In the case of this modification, the VT-MO is controlled from the body voltage control line 19b when writing and reading data.
By applying a positive body voltage to the body of S, the drain current can be increased, and at other times, a negative body voltage can be applied to suppress the leak current. This increases the degree of freedom in circuit design.

【0058】また、本実施形態で用いられるIBTDに
は、例えば、高濃度にp型不純物をドーピングしたSi
基板上に、2nm以下の厚さのSiO2 膜,高濃度のn
型不純物をドーピングしたポリシリコン膜を順に形成す
るなどのMOS構造が採用できるので、通常のMOSト
ランジスタの製造設備を用いて容易に製造することがで
きる。また、DTMOSはnチャネル型、pチャネル型
のどちらでもよいが、特にpチャネル型とした場合、D
TMOSのソース上にIBTDを形成できるため、高集
積化に有利である。
Further, the IBTD used in this embodiment has, for example, Si doped with a high concentration of p-type impurities.
On the substrate, a SiO 2 film with a thickness of 2 nm or less, a high concentration n
Since a MOS structure, such as sequentially forming a polysilicon film doped with a type impurity, can be adopted, it can be easily manufactured using a normal MOS transistor manufacturing facility. The DTMOS may be either an n-channel type or a p-channel type.
The IBTD can be formed on the source of the TMOS, which is advantageous for high integration.

【0059】また、本実施形態においては、負性抵抗素
子としてIBTDを用いたが、これに代えてp−n接合
間に絶縁膜を挟まないトンネルダイオードを用いてもよ
い。
Although IBTD is used as the negative resistance element in the present embodiment, a tunnel diode having no insulating film sandwiched between pn junctions may be used instead of IBTD.

【0060】その他にも、素子の組み合わせとしては、
2つの素子うち少なくとも1つの素子が負性抵抗素子で
あればよい。
In addition, as a combination of elements,
At least one of the two elements may be a negative resistance element.

【0061】図4(a),(b)は、それぞれラッチ回
路14をIBTD13と抵抗素子40とで構成した本実
施形態の半導体装置の第2の変形例を示す回路図及びそ
のときの半導体装置に含まれるラッチ回路の電流−電圧
特性を示す特性図である。
FIGS. 4A and 4B are circuit diagrams showing a second modification of the semiconductor device of the present embodiment in which the latch circuit 14 is composed of the IBTD 13 and the resistance element 40, respectively, and the semiconductor device at that time. 3 is a characteristic diagram showing current-voltage characteristics of the latch circuit included in FIG.

【0062】また、図5(a)、(b)は、それぞれラ
ッチ回路14をIBTD13とn型のディプリーション
型トランジスタ42とで構成した本実施形態の半導体装
置の第3の変形例を示す回路図及びそのときの半導体装
置に含まれるラッチ回路の電流−電圧特性を示す特性図
である。
FIGS. 5A and 5B show a third modification of the semiconductor device of this embodiment in which the latch circuit 14 is composed of the IBTD 13 and the n-type depletion type transistor 42, respectively. FIG. 3 is a circuit diagram and a characteristic diagram showing current-voltage characteristics of a latch circuit included in a semiconductor device at that time.

【0063】図4(a)に示すように、ラッチ回路を負
性抵抗素子であるIBTD13と抵抗素子40とで構成
した場合にも図4(b)に示すように、抵抗素子40の
特性直線41とIBTD13の特性曲線20との間に2
安定点を取ることができる。ただし、この場合には、2
つの安定点間の電位差を大きくすることが難しく、第1
の安定点22での電流値が大きくなるので消費電力が大
きくなる。
As shown in FIG. 4A, when the latch circuit is composed of the IBTD 13 which is a negative resistance element and the resistance element 40, as shown in FIG. 4B, the characteristic straight line of the resistance element 40. 41 between the characteristic curve 20 of IBTD13 and 2
You can get a stable point. However, in this case, 2
It is difficult to increase the potential difference between two stable points.
Since the current value at the stable point 22 becomes large, the power consumption becomes large.

【0064】また、図5(a)に示すように、ラッチ回
路を負性抵抗素子であるIBTD13とデプレッション
型トランジスタ42とで構成しても、図5(b)に示す
ようにデプレッション型トランジスタ42の特性直線4
3とIBTD13の特性曲線20との間に2安定点を取
ることができる。この場合には、2つの安定点間の電位
差を大きく取れるが、第1の安定点22での電流値は大
きくなる。
Even if the latch circuit is composed of the IBTD 13 which is a negative resistance element and the depletion type transistor 42 as shown in FIG. 5A, the depletion type transistor 42 is provided as shown in FIG. 5B. Characteristic straight line 4
Two stable points can be taken between 3 and the characteristic curve 20 of the IBTD 13. In this case, the potential difference between the two stable points can be made large, but the current value at the first stable point 22 becomes large.

【0065】本実施形態の半導体装置において、上述の
ような素子の組み合わせが可能であるが、2安定点間の
電圧差が大きくとれる上に消費電力も小さいので、本発
明に用いる素子としては、トンネルダイオード同士の組
み合わせが好ましい。
In the semiconductor device of this embodiment, it is possible to combine the elements as described above, but since the voltage difference between the two stable points can be made large and the power consumption is small, the elements used in the present invention are as follows: A combination of tunnel diodes is preferable.

【0066】なお、本実施形態に用いられるトンネルダ
イオードの電流−電圧曲線(図3参照)における上下の
ピーク電流の比(PV比)が大きいほど2安定点間の電
圧差を大きくなるので、PV比は大きい方が好ましい。
PV比を上げるためにSiに他の化合物を添加したり、
Si以外の化合物半導体基板を用いてもよい。
The larger the ratio (PV ratio) of the upper and lower peak currents in the current-voltage curve (see FIG. 3) of the tunnel diode used in this embodiment, the larger the voltage difference between the two stable points becomes. The larger the ratio, the better.
Add other compounds to Si to increase PV ratio,
A compound semiconductor substrate other than Si may be used.

【0067】[0067]

【発明の効果】本発明の半導体装置及びその駆動方法に
よれば、データを入出力する際の制御トランジスタのゲ
ート電極とボディ領域(基板領域)とが電気的に接続さ
れていることにより、低いゲート電圧下におけるドレイ
ン電流値が従来の半導体装置に比べて大きくなるため、
負性抵抗素子の直列接続からなるラッチ回路にラッチさ
れたデータを入出力する際に、データの伝達をより高速
化することができる。
According to the semiconductor device and the method of driving the same of the present invention, since the gate electrode of the control transistor and the body region (substrate region) are electrically connected at the time of inputting / outputting data, it is low. Since the drain current value under the gate voltage becomes larger than that of the conventional semiconductor device,
When inputting / outputting the data latched in the latch circuit including the series connection of the negative resistance elements, the data transmission can be further speeded up.

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

【図1】(a)、(b)はそれぞれ本発明の実施形態に
係る半導体装置を示す回路図及び本実施形態の半導体装
置の第1の変形例を示す回路図である。
1A and 1B are a circuit diagram showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention and a circuit diagram showing a first modified example of the semiconductor device of the present embodiment, respectively.

【図2】従来の半導体装置を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a conventional semiconductor device.

【図3】本発明の実施形態に係る半導体装置に含まれる
ラッチ回路の電流―電圧特性を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing current-voltage characteristics of a latch circuit included in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図4】(a),(b)は、それぞれラッチ回路をIB
TDと抵抗素子とで構成した本実施形態の半導体装置の
第2の変形例を示す回路図及びそのときの半導体装置に
含まれるラッチ回路の電流−電圧特性を示す特性図であ
る。
4 (a) and 4 (b) respectively show a latch circuit IB.
FIG. 9 is a circuit diagram showing a second modification of the semiconductor device of the present embodiment configured by TDs and resistance elements, and a characteristic diagram showing current-voltage characteristics of a latch circuit included in the semiconductor device at that time.

【図5】(a)、(b)は、それぞれラッチ回路をIB
TDとn型のディプリーション型トランジスタとで構成
した本実施形態の半導体装置の第3の変形例を示す回路
図及びそのときの半導体装置に含まれるラッチ回路の電
流−電圧特性を示す特性図である。
5 (a) and 5 (b) respectively show a latch circuit IB.
A circuit diagram showing a third modification of the semiconductor device of the present embodiment composed of TDs and n-type depletion type transistors, and a characteristic diagram showing current-voltage characteristics of a latch circuit included in the semiconductor device at that time. Is.

【図6】(a),(b)はそれぞれ本発明の実施形態に
係る半導体装置のデータ入力時におけるビット線、ワー
ド線、及びメモリノードでの電圧の時間変化を表す実測
波形図、従来の半導体装置におけるビット線、ワード
線、及びメモリノードでの電圧の時間変化を表す実測波
形図である。
FIG. 6A and FIG. 6B are measured waveform diagrams showing changes over time in the voltage on the bit line, the word line, and the memory node at the time of data input of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, respectively. FIG. 9 is an actually measured waveform diagram showing changes over time in voltage on a bit line, a word line, and a memory node in a semiconductor device.

【図7】本発明の実施形態に係る半導体装置に含まれる
DTMOS及び従来の半導体装置に含まれるMOSトラ
ンジスタの電流−電圧特性の測定結果を示す特性図であ
る。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing measurement results of current-voltage characteristics of the DTMOS included in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention and the MOS transistor included in the conventional semiconductor device.

【図8】IBTDのサイズと本発明の半導体装置におけ
る書き込み時間との関係を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the size of IBTD and the write time in the semiconductor device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 トランジスタ 12,13 IBTD 14 ラッチ回路 15 ビット線 16 ワード線 17 メモリノード 18 電源電圧線 19 接地線 19b ボディ電圧制御線 20 IBTD13の電流-電圧特性曲線 21 IBTD12の電流-電圧特性曲線 22 第1の安定点 23 第2の安定点 24 ラッチ回路の電源電圧 11 transistors 12,13 IBTD 14 Latch circuit 15 bit line 16 word lines 17 memory nodes 18 Power supply voltage line 19 Ground wire 19b Body voltage control line 20 IBTD13 current-voltage characteristic curve 21 IBTD12 current-voltage characteristic curve 22 First stable point 23 Second stable point 24 Latch circuit power supply voltage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 清之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5B015 HH01 HH03 JJ21 KA04 KA13 QQ01 QQ08 5F083 BS50 GA05 GA09 5J056 AA03 BB02 BB16 BB17 BB51 CC14 DD00 EE04 KK01 KK03   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Kiyoyuki Morita             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd. F term (reference) 5B015 HH01 HH03 JJ21 KA04 KA13                       QQ01 QQ08                 5F083 BS50 GA05 GA09                 5J056 AA03 BB02 BB16 BB17 BB51                       CC14 DD00 EE04 KK01 KK03

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 データの入出力を行なうための電圧を供
給するビット線と、 メモリノードを介して互いに直列に接続された少なくと
も1つの負性抵抗素子を含む2つの素子と、 上記ビット線と上記メモリノードとの間に介設された電
界効果型トランジスタと、 上記電界効果型トランジスタのオン・オフを制御するた
めの電圧を供給するワード線とを有し、メモリセルとし
て機能する半導体装置であって、 上記電界効果型トランジスタのゲート電極とボディ領域
とが電気的に接続されている半導体装置。
1. A bit line supplying a voltage for inputting / outputting data, two elements including at least one negative resistance element connected in series with each other via a memory node, and the bit line. A semiconductor device having a field effect transistor interposed between the memory node and a word line supplying a voltage for controlling ON / OFF of the field effect transistor, the semiconductor device functioning as a memory cell. A semiconductor device in which the gate electrode of the field effect transistor and the body region are electrically connected.
【請求項2】 データの入出力を行なうための電圧を供
給するビット線と、 メモリノードを介して互いに直列に接続された少なくと
も1つの負性抵抗素子を含む2つの素子と、 上記ビット線と上記メモリノードとの間に介設された電
界効果型トランジスタと、 上記電界効果型トランジスタのオン・オフを制御するた
めの電圧を供給するワード線とを有し、メモリセルとし
て機能する半導体装置であって、 上記電界効果型トランジスタのボディ領域の電圧を制御
する手段を備えている半導体装置。
2. A bit line supplying a voltage for inputting / outputting data, two elements including at least one negative resistance element connected in series via a memory node, and the bit line. A semiconductor device having a field effect transistor interposed between the memory node and a word line supplying a voltage for controlling ON / OFF of the field effect transistor, the semiconductor device functioning as a memory cell. A semiconductor device comprising means for controlling the voltage of the body region of the field effect transistor.
【請求項3】 請求項1または2に記載の半導体装置に
おいて、 上記電界効果型トランジスタは、基板のSi層上に、S
iと、GeまたはCのうち少なくともいずれか1つとを
含む半導体層を積層したヘテロ接合型電界効果トランジ
スタであることを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the field effect transistor has an S layer on a Si layer of a substrate.
A semiconductor device, which is a heterojunction field effect transistor in which a semiconductor layer containing i and at least one of Ge and C is laminated.
【請求項4】 データの入出力を行なうための電圧を供
給するビット線と、メモリノードを介して互いに直列に
接続された少なくとも1つの負性抵抗素子を含む2つの
素子と、上記ビット線と上記メモリノードとの間に介設
された電界効果型トランジスタと、上記電界効果型トラ
ンジスタのオン・オフを制御するための電圧を供給する
ワード線とを有し、メモリセルとして機能する半導体装
置の駆動方法であって、 上記ビット線からデータ書き込み用の電圧を印加し、且
つ上記電界効果型トランジスタのゲート電極とボディ領
域とに各々接地電位よりも高い電圧を印加してメモリセ
ルにデータを書き込むことを特徴とする半導体装置の駆
動方法。
4. A bit line supplying a voltage for inputting / outputting data, two elements including at least one negative resistance element connected in series with each other via a memory node, and the bit line. A semiconductor device having a field-effect transistor interposed between the memory node and a word line supplying a voltage for controlling on / off of the field-effect transistor, which functions as a memory cell. A driving method, wherein a voltage for writing data is applied from the bit line, and a voltage higher than a ground potential is applied to the gate electrode and the body region of the field effect transistor to write data in the memory cell. A method for driving a semiconductor device, comprising:
【請求項5】 請求項4に記載の半導体装置の駆動方法
において、 メモリセルにデータを書き込む際に、上記電界効果型ト
ランジスタのゲート電極とボディ領域とにそれぞれ同じ
電圧を印加することを特徴とする半導体装置の駆動方
法。
5. The method of driving a semiconductor device according to claim 4, wherein the same voltage is applied to the gate electrode and the body region of the field effect transistor when writing data in the memory cell. Method for driving a semiconductor device.
【請求項6】 請求項4または5に記載の半導体装置の
駆動方法において、 メモリセルにデータを書き込む際に、上記電界効果型ト
ランジスタのゲート電極とボディ領域とに印加する電圧
の範囲が0.2V以上1.0V以下であることを特徴と
する半導体装置。
6. The method for driving a semiconductor device according to claim 4 or 5, wherein a range of voltage applied to the gate electrode and the body region of the field effect transistor is 0. A semiconductor device having a voltage of 2 V or more and 1.0 V or less.
【請求項7】 請求項4〜6のうちいずれか1つに記載
の半導体装置の駆動方法において、 上記電界効果型トランジスタのゲート電極とボディ領域
とに各々接地電位よりも高い電圧を印加してデータを読
み出すことを特徴とする半導体装置の駆動方法。
7. The method of driving a semiconductor device according to claim 4, wherein a voltage higher than a ground potential is applied to the gate electrode and the body region of the field effect transistor. A method for driving a semiconductor device, which comprises reading data.
【請求項8】 請求項4〜7のうちいずれか1つに記載
の半導体装置の駆動方法において、 データを読み出す際に、上記電界効果型トランジスタの
ゲート電極とボディ領域とにそれぞれ同じ電圧を印加す
ることを特徴とする半導体装置の駆動方法。
8. The method for driving a semiconductor device according to claim 4, wherein the same voltage is applied to the gate electrode and the body region of the field effect transistor when reading data. A method for driving a semiconductor device, comprising:
【請求項9】 請求項4〜8のうちいずれか1つに記載
の半導体装置の駆動方法において、 データがメモリセルに保持されている時には、上記電界
効果型トランジスタのゲート電極とボディ領域とに印加
する電圧の範囲が−1.0V以上0V以下であることを
特徴とする半導体装置の駆動方法。
9. The method for driving a semiconductor device according to claim 4, wherein when data is held in a memory cell, the field effect transistor has a gate electrode and a body region. A method for driving a semiconductor device, wherein the range of applied voltage is −1.0 V or higher and 0 V or lower.
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JP2007066364A (en) * 2005-08-30 2007-03-15 Sony Corp Semiconductor device
JP2011192787A (en) * 2010-03-15 2011-09-29 Toshiba Corp Semiconductor memory device
JP2017521855A (en) * 2014-07-08 2017-08-03 インテル・コーポレーション Negative differential resistance based memory

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