JP2007115335A - Semiconductor memory device - Google Patents

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博之 守屋
Wataru Otsuka
渉 大塚
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce leakage from a storage node in a DRAM cell so-called a gain cell. <P>SOLUTION: The semiconductor storage device has a write transistor WT, a transfer transistor TT, an amplifier transistor AT and a charge storage capacitor (storage capacitor C1). In the write transistor WT, either a source or a drain domain is connected with a write bit line WBL and the other is connected with a gate of the amplifier transistor AT, and a gate is connected with a write wordline WWL. In a transfer transistor TT, either a source or a drain domain is connected with the gate of the amplifier transistor AT and the other is connected with a storage node electrode of the storage capacitor C1, and the gate is connected with a transfer gate line TG. A drain of the amplifier transistor AT is connected with a read bit line RBL, and a source is connected with a common source line CSL. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、書き込みトランジスタからストレージノードに電荷を入力し、ストレージノードの電圧に応じてアンプトランジスタをオンまたはオフさせて読み出し動作する半導体メモリ装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor memory device that performs a read operation by inputting charge from a write transistor to a storage node and turning on or off an amplifier transistor according to the voltage of the storage node.

半導体メモリ素子で、いわゆるダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)に分類されるメモリ素子の中で、1T1C型DRAMは、1つのトランジスタと1つの電荷蓄積キャパシタからなり、高集積性に優れている。
ところが、1T1C型DRAMはビット線を充放電することから、電荷蓄積キャパシタCの容量は数十[fF]という大きな容量が必要であり、セルサイズの微細化とともにキャパシタの製造技術が複雑になってきている。
Among memory devices classified as so-called dynamic random access memories (DRAMs), a 1T1C type DRAM is composed of one transistor and one charge storage capacitor, and is highly integrated.
However, since the 1T1C type DRAM charges and discharges the bit line, the capacity of the charge storage capacitor C needs to be as large as several tens [fF], and the manufacturing technology of the capacitor becomes complicated as the cell size becomes finer. ing.

上記の理由から3T型DRAMが提案されている(たとえば特許文献1参照)。
3T型DRAMは、3個のトランジスタからなり、セル面積は1T1C型DRAMに及ばないが、増幅機能を持つことから、大容量の電荷蓄積キャパシタを必要とせず、ロジックプロセスとの整合性がよい。
For the above reasons, a 3T DRAM has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
The 3T type DRAM is composed of three transistors and has a cell area that is not as large as that of the 1T1C type DRAM. However, since it has an amplifying function, it does not require a large-capacity charge storage capacitor and has good compatibility with a logic process.

図15に、特許文献1で提案されているタイプの3T型DRAMセルの等価回路を示す。
書き込みトランジスタWTのドレインが書き込みビット線(WB)に接続され、ソースがアンプトランジスタATのゲートに接続され、ゲートが書き込みワード線(WW)に接続されている。アンプトランジスタATのソースが接地され、ドレインが選択トランジスタSTのソースに接続されている。選択トランジスタSTのドレインが読み出しビット線RBに接続され、ゲートが読み出しワード線RWに接続されている。
FIG. 15 shows an equivalent circuit of a 3T type DRAM cell of the type proposed in Patent Document 1.
The drain of the write transistor WT is connected to the write bit line (WB), the source is connected to the gate of the amplifier transistor AT, and the gate is connected to the write word line (WW). The source of the amplifier transistor AT is grounded, and the drain is connected to the source of the selection transistor ST. The drain of the selection transistor ST is connected to the read bit line RB, and the gate is connected to the read word line RW.

この3T型DRAMの動作について説明する。
書き込みは、書き込みワード線WWをオン、すなわちハイレベルに立ち上げて、書き込みトランジスタWTを活性化する。セルに“1”データを格納する場合には、書き込みビット線WBを電源電圧Vddに、セルに“0”データを格納する場合には、書き込みビット線WBを0[V]に設定する。これによって、電荷蓄積ノード(ストレージSN)に所望の電圧が与えられる。
蓄積電荷は、主に書き込みトランジスタWTのソース側拡散層と基板およびゲート間の容量と、アンプトランジスタATのMOS容量に蓄積される。
The operation of this 3T DRAM will be described.
For writing, the write word line WW is turned on, that is, raised to a high level, and the write transistor WT is activated. When storing “1” data in the cell, the write bit line WB is set to the power supply voltage Vdd, and when storing “0” data in the cell, the write bit line WB is set to 0 [V]. As a result, a desired voltage is applied to the charge storage node (storage SN).
The accumulated charges are mainly accumulated in the capacitance between the source side diffusion layer and the substrate and gate of the write transistor WT and the MOS capacitance of the amplifier transistor AT.

書き込み後は書き込みワード線WWをオフ、すなわちローレベルに立ち下げて、書き込みトランジスタWTをオフする。これによって、ストレージノードSNはフローティングとなり、蓄積電荷は保持される。   After writing, the write word line WW is turned off, that is, it is lowered to a low level, and the write transistor WT is turned off. As a result, the storage node SN becomes floating, and the accumulated charge is held.

読み出し時は、読み出しビット線RBをプリチャージした後、読み出しワード線RWを選択する。
セルに“1”データが書き込まれている場合には、アンプトランジスタATと選択トランジスタSTの両方がオンとなることから、読み出しビット線RBは接地電圧(GND)に接続され、読み出しビット線RBの電圧は低下する。
セルに“0”データが書き込まれている場合には、選択トランジスタSTはオン可能となるが、アンプトランジスタATがオフ状態を維持することから、読み出しビット線RBは接地電圧(GND)に接続されず、読み出しビット線RBの電圧は変化しない。
読み出しビット線RBの電圧の変化を不図示のセンスアンプで判別する。
At the time of reading, after the read bit line RB is precharged, the read word line RW is selected.
When “1” data is written in the cell, both the amplifier transistor AT and the selection transistor ST are turned on, so that the read bit line RB is connected to the ground voltage (GND), and the read bit line RB The voltage drops.
When “0” data is written in the cell, the selection transistor ST can be turned on. However, since the amplifier transistor AT is kept off, the read bit line RB is connected to the ground voltage (GND). In other words, the voltage of the read bit line RB does not change.
A change in the voltage of the read bit line RB is determined by a sense amplifier (not shown).

3T型DRAMの他に、3T1C型DRAMも提案されている(たとえば特許文献2参照)。
3T1C型DRAMは、3T型DRAMに電荷蓄積キャパシタ(以下、ストレージ・キャパシタという)を1個付けた構成である。このストレージ・キャパシタは、一般にはMOS容量を用いていることから、複雑なキャパシタ製造プロセスを必要としない。
In addition to 3T DRAM, 3T1C DRAM has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).
The 3T1C type DRAM has a configuration in which one charge storage capacitor (hereinafter referred to as a storage capacitor) is added to the 3T type DRAM. Since this storage capacitor generally uses a MOS capacitor, a complicated capacitor manufacturing process is not required.

図16に、特許文献2に記載されているタイプの3T1C型DRAMセルの等価回路を示す。
書き込みトランジスタWTのドレインが書き込みビット線(WB)に接続され、ソースがアンプトランジスタATのゲートとストレージ・キャパシタCの一方電極に接続され、ゲートがワード線(W)に接続されている。アンプトランジスタATのソースは接地され、ドレインは選択トランジスタSTのソースに接続されている。選択トランジスタSTのドレインは読み出しビット線(RB)に接続され、ゲートはワード線(W)に接続されている。
FIG. 16 shows an equivalent circuit of a 3T1C type DRAM cell of the type described in Patent Document 2.
The drain of the write transistor WT is connected to the write bit line (WB), the source is connected to the gate of the amplifier transistor AT and one electrode of the storage capacitor C, and the gate is connected to the word line (W). The source of the amplifier transistor AT is grounded, and the drain is connected to the source of the selection transistor ST. The drain of the selection transistor ST is connected to the read bit line (RB), and the gate is connected to the word line (W).

この3T1C型DRAMの動作について説明する。
書き込みは、ワード線をオンして書き込みトランジスタWTを活性化する。
セルに“1”データを格納する場合には、書き込みビット線(WB)を電源電圧Vddに、セルに“0”データを格納する場合には、書き込みビット線(WB)を0[V]に設定する。これによって、ストレージノードSNに所望の電圧が与えられる。
蓄積電荷は、主に書き込みトランジスタWTのソース側拡散層と基板およびゲート間の容量と、アンプトランジスタATのMOS容量と、ストレージノードSNに接続されたストレージ・キャパシタCに蓄積される。
The operation of this 3T1C type DRAM will be described.
For writing, the word line is turned on to activate the write transistor WT.
When storing “1” data in the cell, the write bit line (WB) is set to the power supply voltage Vdd. When storing “0” data in the cell, the write bit line (WB) is set to 0 [V]. Set. As a result, a desired voltage is applied to storage node SN.
The accumulated charge is accumulated mainly in the capacitance between the source side diffusion layer and the substrate and gate of the write transistor WT, the MOS capacitance of the amplifier transistor AT, and the storage capacitor C connected to the storage node SN.

書き込み後はワード線をオフして書き込みトランジスタWTをオフにする。これによって、ストレージノードSNはフローティングとなり、電荷蓄積は保持される。   After writing, the word line is turned off to turn off the write transistor WT. As a result, the storage node SN becomes floating, and charge accumulation is maintained.

読み出し時は、ストレージノードSNに接続されたストレージ・キャパシタCの他方電極が接続された端子Tに正の電圧を与える。
これによってストレージノードSNの電圧が昇圧される。この際、ストレージノードSNの電圧は、セルに“1”データが書き込まれている場合には、アンプトランジスタATがオンする程度まで上昇するが、セルに“0”データが書き込まれている場合には、ストレージノードSNの電圧上昇量が低く、アンプトランジスタATはオフのままとなる。
ワード線をオンにすると、セルに“1”データが書き込まれている場合には、アンプトランジスタATと選択トランジスタSTの両方がオンとなることから、読み出しビット線(RB)は接地電圧(GND)に接続され、読み出しビット線(RB)の電圧は低下する。
セルに“0”データが書き込まれている場合には、選択トランジスタSTはオンとなるが、アンプトランジスタATがオフ状態を維持することから、読み出しビット線(RB)は接地電圧(GND)に接続されず、読み出しビット線(RB)の電圧は変化しない。
読み出しビット線(RB)の電圧の変化を不図示のセンスアンプで判別する。
特開昭60−95963号公報 特開昭63−894号公報
At the time of reading, a positive voltage is applied to the terminal T to which the other electrode of the storage capacitor C connected to the storage node SN is connected.
As a result, the voltage of the storage node SN is boosted. At this time, the voltage of the storage node SN rises to the extent that the amplifier transistor AT is turned on when “1” data is written in the cell, but when “0” data is written in the cell. In this case, the voltage increase amount of the storage node SN is low, and the amplifier transistor AT remains off.
When the word line is turned on, when “1” data is written in the cell, both the amplifier transistor AT and the selection transistor ST are turned on, so that the read bit line (RB) is connected to the ground voltage (GND). And the voltage of the read bit line (RB) decreases.
When “0” data is written in the cell, the selection transistor ST is turned on, but the amplifier transistor AT is kept off, so that the read bit line (RB) is connected to the ground voltage (GND). The voltage of the read bit line (RB) does not change.
A change in the voltage of the read bit line (RB) is determined by a sense amplifier (not shown).
JP-A-60-95963 Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-894

3T型DRAM、3T1C型DRAMのいずれにおいても、データ保持時に蓄積ノードの電圧がリークすることは避けられない。   In any of the 3T type DRAM and the 3T1C type DRAM, it is inevitable that the voltage of the storage node leaks during data retention.

リークの経路としては、
(1)ストレージノードSNから書き込みビット線(WB)への書き込みトランジスタWTのオフリーク、
(2)ストレージノードSNから書き込みトランジスタWTのゲートに抜けるゲート絶縁膜リーク、
(3)ストレージノードSNのN型不純物領域から基板(もしくはPウェル)に抜ける、N型不純物領域と基板またはPウェル間の接合リーク、
(4)ストレージノードSNから基板(もしくはPウェル)に抜けるストレージ・キャパシタCの電極間のリーク、
(5)ストレージノードSNから基板(もしくはPウェル)に抜けるアンプトランジスタATのゲート絶縁膜リークが存在する。
As a leak path,
(1) Off-leakage of the write transistor WT from the storage node SN to the write bit line (WB),
(2) a gate insulating film leak from the storage node SN to the gate of the write transistor WT;
(3) Junction leakage between the N-type impurity region and the substrate or the P well, which passes from the N-type impurity region of the storage node SN to the substrate (or P well)
(4) Leakage between the electrodes of the storage capacitor C that passes from the storage node SN to the substrate (or P well),
(5) There is a gate insulating film leak of the amplifier transistor AT that passes from the storage node SN to the substrate (or P well).

ストレージノードSNからの接合リークとゲート絶縁膜リーク(上記(3)および(5))は、ストレージノードSNからの電界の強さに関係している。この電界は、一般的にストレージノードSNの拡散層(N型不純物領域)の不純物濃度が濃い程大きくなる傾向がある。
ストレージノードSNの拡散層の不純物濃度は、ロジック回路のトランジスタのソース・ドレイン不純物領域と同等の濃度に設定されていることから、ロジック回路並みのリーク電流が生じてしまう。
The junction leak from the storage node SN and the gate insulating film leak (above (3) and (5)) are related to the strength of the electric field from the storage node SN. This electric field generally tends to increase as the impurity concentration of the diffusion layer (N-type impurity region) of storage node SN increases.
Since the impurity concentration of the diffusion layer of the storage node SN is set to the same concentration as the source / drain impurity region of the transistor of the logic circuit, a leakage current similar to that of the logic circuit occurs.

ストレージノードSNに“1”データが書き込まれている場合に、ストレージノードSNの電圧がリークすると、アンプトランジスタATのゲート電圧が低下することから、アンプトランジスタATの駆動能力が低下し、誤読み出しの原因となる。
そのため、書き込みデータを正確にかつ高速に読み出すには、蓄積データをリフレッシュする必要がある。そして、リーク電流が大きいと、ストレージノードSNの電圧が速く落ちてしまうことから、リフレッシュ間隔を短くしなければならず、消費電力が大きくなってしまう。
When “1” data is written in the storage node SN, if the voltage of the storage node SN leaks, the gate voltage of the amplifier transistor AT decreases, so that the driving capability of the amplifier transistor AT decreases, and erroneous reading is performed. Cause.
Therefore, in order to read out the write data accurately and at high speed, it is necessary to refresh the accumulated data. If the leak current is large, the voltage of the storage node SN drops quickly, so the refresh interval must be shortened, and the power consumption increases.

本発明が解決しようとする課題は、いわゆるゲインセルと称されるDRAMセルにおいて、ストレージノードからのリークを低減することである。   The problem to be solved by the present invention is to reduce leakage from a storage node in a so-called gain cell DRAM cell.

本発明に係る半導体メモリ装置は、書き込みトランジスタ、転送トランジスタ、アンプトランジスタおよび電荷蓄積キャパシタを有し、前記書き込みトランジスタは、ソース・ドレイン領域の一方が書き込みビット線に接続され、他方が前記アンプトランジスタのゲートに接続され、ゲートが書き込みワード線に接続され、前記転送トランジスタは、ソース・ドレイン領域の一方がアンプトランジスタのゲートに接続され、他方が前記電荷蓄積キャパシタのストレージノード電極に接続され、ゲートが転送ゲート線に接続され、前記アンプトランジスタのドレインが読み出しビット線に接続され、ソースがコモンソース線に接続されている。   A semiconductor memory device according to the present invention includes a write transistor, a transfer transistor, an amplifier transistor, and a charge storage capacitor. The write transistor has one of a source / drain region connected to a write bit line and the other of the amplifier transistor. The transfer transistor has one of source and drain regions connected to the gate of the amplifier transistor, the other connected to the storage node electrode of the charge storage capacitor, and the gate connected to the gate. Connected to the transfer gate line, the drain of the amplifier transistor is connected to the read bit line, and the source is connected to the common source line.

本発明に係る他の半導体メモリ装置は、書き込みトランジスタ、転送トランジスタ、アンプトランジスタ、選択トランジスタおよび電荷蓄積キャパシタを有し、前記書き込みトランジスタは、ソース・ドレイン領域の一方が書き込みビット線に接続され、他方が前記アンプトランジスタのゲートに接続され、ゲートが書き込みワード線に接続され、前記転送トランジスタは、ソース・ドレイン領域の一方がアンプトランジスタのゲートに接続され、他方が前記電荷蓄積キャパシタのストレージノード電極に接続され、ゲートが転送ゲート線に接続され、前記アンプトランジスタのドレインが前記選択トランジスタのソースに接続され、ソースがコモンソース線に接続され、前記選択トランジスタのドレインが読み出しビット線に接続され、ゲートが読み出しワード線に接続されている。   Another semiconductor memory device according to the present invention includes a write transistor, a transfer transistor, an amplifier transistor, a selection transistor, and a charge storage capacitor, and the write transistor has one of source and drain regions connected to a write bit line, and the other Is connected to the gate of the amplifier transistor, the gate is connected to the write word line, and the transfer transistor has one of the source and drain regions connected to the gate of the amplifier transistor and the other connected to the storage node electrode of the charge storage capacitor. Connected, the gate is connected to the transfer gate line, the drain of the amplifier transistor is connected to the source of the selection transistor, the source is connected to the common source line, the drain of the selection transistor is connected to the read bit line, Bets are connected to the read word line.

本発明に係る他の半導体メモリ装置は、書き込みトランジスタ、転送トランジスタ、アンプトランジスタ、選択トランジスタ、電荷蓄積キャパシタおよび昇圧キャパシタを有し、前記書き込みトランジスタは、ソース・ドレイン領域の一方が書き込みビット線に接続され、他方が前記昇圧キャパシタの一方電極に接続され、ゲートが書き込みワード線に接続され、前記転送トランジスタは、ソース・ドレイン領域の一方が前記昇圧キャパシタの一方電極に接続され、他方が前記電荷蓄積キャパシタのストレージノード電極に接続され、ゲートが転送ゲート線に接続され、前記アンプトランジスタのゲートが前記アンプトランジスタの他方電極に接続され、ドレインが前記選択トランジスタのソースに接続され、ソースがコモンソース線に接続され、前記選択トランジスタのドレインが読み出しビット線に接続され、ゲートが読み出しワード線に接続されている。
好ましくは、昇圧キャパシタは、ゲートが前記アンプトランジスタのゲートに接続され、ソースとドレインの一方が読み出しワード線に接続されているMOS容量からなる。
Another semiconductor memory device according to the present invention includes a write transistor, a transfer transistor, an amplifier transistor, a select transistor, a charge storage capacitor, and a boost capacitor, and one of the source and drain regions of the write transistor is connected to a write bit line. And the other is connected to one electrode of the boost capacitor, the gate is connected to the write word line, the transfer transistor has one of the source / drain regions connected to one electrode of the boost capacitor, and the other is the charge storage Connected to the storage node electrode of the capacitor, the gate is connected to the transfer gate line, the gate of the amplifier transistor is connected to the other electrode of the amplifier transistor, the drain is connected to the source of the selection transistor, and the source is the common source line Connect to Is, the drain of the selection transistor is connected to a read bit line, a gate connected to a read word line.
Preferably, the boost capacitor includes a MOS capacitor having a gate connected to the gate of the amplifier transistor and one of a source and a drain connected to a read word line.

上記構成の半導体メモリ装置は、よく知られている3T型DRAMセルあるいは3T1C型DRAMセルと比較すると、書き込んだ電荷を保持するストレージノードの位置が異なる。
3T型DRAMセルあるいは3T1C型DRAMセルでは、書き込みトランジスタのソース・ドレイン領域と、アンプトランジスタのゲートとが接続されているノードにデータに対応した電荷を保持させる。
これに対し、本発明では上記ノードから転送トランジスタによって電気的に遮断可能な、電荷蓄積キャパシタの電極(ストレージノード電極)に、データに対応した電荷を保持する。このストレージノード電極には、MOSデバイス構造のスケーリングの進展にともないリーク増大傾向が大きいトランジスタゲートが接続されていない。このためゲートリークパスが、リーク発生パスの一つから除外されている。
また、上記ノードとストレージノード電極とは転送トランジスタの動作により接続が制御される。したがって、上記ノードの電圧がある程度高ければ、ストレージノード電極から出力した電圧が加算されて、アンプトランジスタがオンしやすくなる。
The semiconductor memory device having the above configuration is different from the well-known 3T DRAM cell or 3T1C DRAM cell in the position of the storage node that holds the written charge.
In the 3T type DRAM cell or 3T1C type DRAM cell, a charge corresponding to data is held at a node where the source / drain region of the write transistor and the gate of the amplifier transistor are connected.
On the other hand, in the present invention, the charge corresponding to the data is held in the electrode (storage node electrode) of the charge storage capacitor that can be electrically cut off from the node by the transfer transistor. The storage node electrode is not connected to a transistor gate which has a large tendency to increase leakage as the scaling of the MOS device structure progresses. For this reason, the gate leak path is excluded from one of the leak occurrence paths.
The connection between the node and the storage node electrode is controlled by the operation of the transfer transistor. Therefore, if the voltage of the node is high to some extent, the voltage output from the storage node electrode is added and the amplifier transistor is easily turned on.

前記3つの構成は、選択トランジスタを有するか、さらには、上記ノードの電圧を読み出し時に昇圧(ブースト)する昇圧キャパシタを有するかの違いがある。   The three configurations have a difference between having a selection transistor and further having a boosting capacitor that boosts (boosts) the voltage of the node at the time of reading.

選択トランジスタは、書き込み時に、読み出しビット線から、非選択時のアンプトランジスタを電気的に遮断するスイッチである。読み出し時には、選択トランジスタとアンプトランジスタの双方がオン可能なバイアス設定にならないと、読み出しビット線の電位を変化させることができない。
データ保持時に、アンプトランジスタのゲート電位はフローティングとなるため、何らかの要因(たとえばノイズ等)で大きな予期せぬ電位変化が起きやすい。一方、選択トランジスタのゲートは読み出しワード線に接続されているため固定電位に制御される。選択トランジスタのオン動作を、これが必要なデータ読み出しのある期間に限定することができ、ノイズ等の影響を受けにくくなる。
The selection transistor is a switch that electrically cuts off the non-selected amplifier transistor from the read bit line at the time of writing. At the time of reading, the potential of the read bit line cannot be changed unless the bias setting is such that both the selection transistor and the amplifier transistor can be turned on.
At the time of data retention, the gate potential of the amplifier transistor is in a floating state, and a large unexpected potential change is likely to occur due to some factor (for example, noise or the like). On the other hand, since the gate of the selection transistor is connected to the read word line, it is controlled to a fixed potential. The ON operation of the selection transistor can be limited to a certain period of data reading that requires this, and is less susceptible to noise and the like.

昇圧キャパシタを有する場合、そのキャパシタの大きさと、書き込みワード線電圧とに応じてアンプトランジスタがオン可能な電圧範囲を最適化できる。
とくに昇圧キャパシタがMOS容量からなる場合、保持データがハイレベルのときはMOS容量にチャネルが形成され、ローレベルにチャネルが形成されないような(たとえば閾値電圧等の)設定が可能である。このため、データに応じた昇圧前の電圧差が昇圧後に拡大される。これによって、アンプトランジスタが確実にオンまたはオフするための動作マージンが大きくなり、誤動作もしにくくなる。
In the case of having a boost capacitor, the voltage range in which the amplifier transistor can be turned on can be optimized according to the size of the capacitor and the write word line voltage.
In particular, when the boosting capacitor is composed of a MOS capacitor, it is possible to set such that a channel is formed in the MOS capacitor when the retained data is at a high level and a channel is not formed at a low level (for example, a threshold voltage). For this reason, the voltage difference before boosting according to the data is expanded after boosting. As a result, an operation margin for reliably turning on or off the amplifier transistor is increased, and malfunction is less likely to occur.

本発明によれば、ストレージノードからのリークを低減するという利点がある。   According to the present invention, there is an advantage that leakage from the storage node is reduced.

[第1実施形態]
図1(A)に、第1実施形態のDRAMセルの等価回路を示す。
本実施形態は、転送トランジスタのドレインおよびソースと、そのどちらか一方と電気的に接続されるウェルがN型半導体の場合の例である。図1(A)に示すセルが、たとえばマトリクス状に配置されることによりメモリセルアレイが形成されている。
[First Embodiment]
FIG. 1A shows an equivalent circuit of the DRAM cell of the first embodiment.
This embodiment is an example in which the well electrically connected to either the drain or the source of the transfer transistor is an N-type semiconductor. A memory cell array is formed by arranging the cells shown in FIG. 1A in a matrix, for example.

図1(A)に示すDRAMセルは、3つのトランジスタ、すなわち書き込みトランジスタWT、転送トランジスタTTおよびアンプトランジスタATと、1つの電荷蓄積キャパシタ(以下、ストレージ・キャパシタという)C1とを有する。
書き込みトランジスタWTのソース・ドレイン領域の一方が書き込みビット線WBLに接続され、他方がアンプトランジスタATのゲートに接続されている。転送トランジスタTTのソース・ドレイン領域の一方がアンプトランジスタATのゲートに接続され、他方がストレージ・キャパシタC1の一方電極に接続され、ゲートが転送ゲート線TGに接続されている。アンプトランジスタATのドレインが読み出しビット線RBLに接続され、ソースがコモンソース線CSLに接続されている。
The DRAM cell shown in FIG. 1A includes three transistors, that is, a write transistor WT, a transfer transistor TT, and an amplifier transistor AT, and one charge storage capacitor (hereinafter referred to as a storage capacitor) C1.
One of the source / drain regions of the write transistor WT is connected to the write bit line WBL, and the other is connected to the gate of the amplifier transistor AT. One of the source / drain regions of the transfer transistor TT is connected to the gate of the amplifier transistor AT, the other is connected to one electrode of the storage capacitor C1, and the gate is connected to the transfer gate line TG. The drain of the amplifier transistor AT is connected to the read bit line RBL, and the source is connected to the common source line CSL.

図1(B)に、転送トランジスタTTとストレージ・キャパシタC1の断面構造を示す。
転送トランジスタTTとストレージ・キャパシタC1は、不図示の半導体基板に形成されているP型半導体(たとえばPウェル(PW))10内に形成されている。Pウェル(PW)10は、ストレージ・キャパシタC1の他方電極(接地側電極)と、転送トランジスタTTのチャネル形成領域とを兼用する。
Pウェル(PW)10内に、2つのN型不純物領域、すなわちNウェル(NW)11とソース・ドレイン領域12とが形成されている。
FIG. 1B shows a cross-sectional structure of the transfer transistor TT and the storage capacitor C1.
The transfer transistor TT and the storage capacitor C1 are formed in a P-type semiconductor (for example, P well (PW)) 10 formed on a semiconductor substrate (not shown). The P well (PW) 10 serves as the other electrode (ground side electrode) of the storage capacitor C1 and the channel formation region of the transfer transistor TT.
Two N-type impurity regions, that is, an N well (NW) 11 and a source / drain region 12 are formed in the P well (PW) 10.

Nウェル(NW)11とソース・ドレイン領域12との間のPウェル(PW)部分の上方に、ゲート絶縁膜13を介して転送トランジスタTTのゲート電極14が形成されている。ゲート電極14の両側面に絶縁性サイドウォール15が形成されている。
ゲート電極14の一方のエッジ下方に位置するPウェル(PW)部分からソース・ドレイン領域12内にかけて、N型の低濃度不純物領域16が形成されている。同様に、ゲート電極14の他方のエッジ下方に位置するPウェル(PW)部分からNウェル(NW)11内にかけて、N型の低濃度不純物領域16が形成されている。一般に、このような低濃度不純物領域16を、LDD領域またはエクステンション部と称する。
ソース・ドレイン領域12は、図示しない断面部分で、図1(A)の書き込みトランジスタWTのソース・ドレイン領域に接続され、ストレージ・キャパシタC1の一方電極に接続されている。
A gate electrode 14 of the transfer transistor TT is formed above the P well (PW) portion between the N well (NW) 11 and the source / drain region 12 via a gate insulating film 13. Insulating sidewalls 15 are formed on both side surfaces of the gate electrode 14.
An N-type low-concentration impurity region 16 is formed from the P well (PW) portion located below one edge of the gate electrode 14 into the source / drain region 12. Similarly, an N-type low-concentration impurity region 16 is formed from the P well (PW) portion located below the other edge of the gate electrode 14 into the N well (NW) 11. In general, such a low concentration impurity region 16 is referred to as an LDD region or an extension portion.
The source / drain region 12 is connected to the source / drain region of the write transistor WT of FIG. 1A and connected to one electrode of the storage capacitor C1 at a cross-sectional portion (not shown).

ゲート電極14を挟んでソース・ドレイン領域12と反対側の低濃度不純物領域16とPウェル(PW)10との接合面、Nウェル(NW)11とPウェル(PW)10との接合面に形成されている接合容量が、図1(A)のストレージ・キャパシタC1を構成する。
電荷蓄積キャパシタ容量を大きくするには接合面を広くとる必要があり、Nウェル(NW)11は図示のように深く形成されている。ただし、必要な電荷蓄積キャパシタ容量に応じてNウェル(NW)11を浅く形成してもよい。
On the junction surface between the low concentration impurity region 16 on the opposite side of the source / drain region 12 and the P well (PW) 10 and the junction surface between the N well (NW) 11 and the P well (PW) 10 across the gate electrode 14. The formed junction capacitance constitutes the storage capacitor C1 of FIG.
In order to increase the capacity of the charge storage capacitor, it is necessary to have a wide junction surface, and the N well (NW) 11 is formed deep as shown in the figure. However, the N well (NW) 11 may be formed shallowly according to the required charge storage capacitor capacity.

図1(B)に示す不純物領域の構成において、N型不純物濃度は、ソース・ドレイン領域12が高く(Nと表記)、Nウェル(NW)11と低濃度不純物領域16が低い。Nウェル(NW)11は低濃度不純物領域16よりN型不純物濃度が低いことが望ましい。その理由は、広い接合面積を占めるNウェル(NW)11の濃度を下げてストレージ・キャパシタC1を構成する接合のリークを低減するためである。その場合、ストレージ・キャパシタC1側の低濃度不純物領域16のみ省略することができる。この部分での接合リークをなくすためである。 In the structure of the impurity region shown in FIG. 1B, the N-type impurity concentration is high in the source / drain region 12 (denoted as N + ) and low in the N well (NW) 11 and the low concentration impurity region 16. The N well (NW) 11 preferably has an N type impurity concentration lower than that of the low concentration impurity region 16. The reason is that the concentration of the N well (NW) 11 occupying a large junction area is lowered to reduce the leakage of the junction constituting the storage capacitor C1. In that case, only the low concentration impurity region 16 on the storage capacitor C1 side can be omitted. This is to eliminate junction leakage at this portion.

Nウェル(NW)11は、Pウェル(PW)10(もしくはP型基板)内にN型不純物をイオン注入法によって形成される。このNウェル(NW)11はロジックプロセスのNウェルと一括して形成することが可能である。その場合には、ロジックプロセスに対して工程の追加がないことから、コストの増加が殆どない。ただし、その場合でもソース・ドレイン領域12を形成する側にNウェル(NW)11が形成されないようにイオン注入のマスク層を形成する必要がある。
一方、ストレージ・キャパシタC1の特性を調整する場合、すなわちロジックプロセスには含まれないイオン注入条件を用いる場合には、そのイオン注入工程およびイオン注入マスク層の形成工程が追加となる。つまり、Nウェル(NW)11を形成してから、転送トランジスタTTを形成するが、そのときソース・ドレイン領域12と同じN型不純物領域がNウェル(NW)11側に形成されないようにマスク層を形成してからソース・ドレイン領域12をイオン注入する必要がある。ただし、これらの工程増加によるコストアップは、全体のプロセスコストに占める割合が僅かである。
The N well (NW) 11 is formed by ion implantation of N type impurities in the P well (PW) 10 (or P type substrate). The N well (NW) 11 can be formed together with the N well of the logic process. In that case, there is almost no increase in cost because there is no additional process to the logic process. However, even in that case, it is necessary to form a mask layer for ion implantation so that the N well (NW) 11 is not formed on the side where the source / drain region 12 is formed.
On the other hand, when adjusting the characteristics of the storage capacitor C1, that is, when ion implantation conditions not included in the logic process are used, an ion implantation step and an ion implantation mask layer forming step are added. That is, after the N well (NW) 11 is formed, the transfer transistor TT is formed. At this time, the mask layer is formed so that the same N-type impurity region as the source / drain region 12 is not formed on the N well (NW) 11 side. It is necessary to ion-implant the source / drain region 12 after forming the gate electrode. However, the increase in cost due to the increase in these steps accounts for a small percentage of the overall process cost.

また、転送トランジスタTTとNウェル(NW)11を接続する低濃度のN型不純物領域(低濃度不純物領域16)もイオン注入法によって形成される。この低濃度のN型不純物領域は、ロジックプロセスのN型MOSトランジスタのLDDと一括して形成することが可能である。その場合には、ロジックプロセスに対して工程追加がないことから、コストの増加がない。
リーク特性改善等の理由で低濃度不純物領域16のN型不純物濃度を調整することが考えられるが、その場合でもこれによるコストの増加は僅かである。
A low concentration N-type impurity region (low concentration impurity region 16) connecting the transfer transistor TT and the N well (NW) 11 is also formed by ion implantation. This low-concentration N-type impurity region can be formed together with the LDD of the N-type MOS transistor in the logic process. In that case, there is no increase in cost because there is no additional process to the logic process.
Although it is conceivable to adjust the N-type impurity concentration of the low-concentration impurity region 16 for reasons such as improvement of leakage characteristics, the cost increase due to this is slight.

図1(A)に示す第1実施形態のDRAMセルの動作について説明する。
セルに“1”データを書き込む時には、書き込みビット線WBLに“1”データを設定、すなわち、その電圧をハイレベルにする。書き込みワード線WWLに電源電圧Vddを印加し、転送ゲート線TGをオン、すなわちハイレベルに立ち上げる。これにより書き込みトランジスタWTと転送トランジスタTTがオンし、ストレージ・キャパシタC1に電荷が蓄積される。
“0”データを書き込む時には、書き込みビット線WBLに“0”データを設定、すなわち、その電圧を0[V]にする。“1”データ書き込みと同様に書き込みワード線WWLと転送ゲート線TGを制御する。このとき書き込みビット線WBLの電圧が0[V]なので、ストレージ・キャパシタC1に電荷が蓄積されない。
その後、書き込みトランジスタWTと転送トランジスタTTをオフすると、ストレージノードSNであるストレージ・キャパシタC1の一方電極は電気的フローティングとなってデータ保持状態となる。
The operation of the DRAM cell of the first embodiment shown in FIG.
When "1" data is written to the cell, "1" data is set to the write bit line WBL, that is, its voltage is set to a high level. The power supply voltage Vdd is applied to the write word line WWL, and the transfer gate line TG is turned on, that is, raised to a high level. As a result, the write transistor WT and the transfer transistor TT are turned on, and charges are accumulated in the storage capacitor C1.
When writing “0” data, “0” data is set to the write bit line WBL, that is, its voltage is set to 0 [V]. The write word line WWL and transfer gate line TG are controlled in the same way as “1” data write. At this time, since the voltage of the write bit line WBL is 0 [V], no charge is accumulated in the storage capacitor C1.
Thereafter, when the write transistor WT and the transfer transistor TT are turned off, one electrode of the storage capacitor C1, which is the storage node SN, becomes electrically floating and enters a data holding state.

読み出し時は、読み出しビット線RBLをプリチャージして電気的フローティングとし、書き込みトランジスタWTをオフ、転送ゲート線TGをハイレベルに立ち上げて、転送トランジスタTTをオンとし、ストレージ・キャパシタC1の電荷をアンプトランジスタATのゲートに転送する。
“1”データが書き込まれている時には、アンプトランジスタATがオンとなり、読み出しビット線RBLの電圧が低下するが、“0”データが書き込まれている時には、アンプトランジスタATがオフとなるので読み出しビット線RBLの電圧は低下しない。
読み出しビット線RBLの電圧の変化を不図示のセンスアンプにより増幅することによって、セルに書き込まれたデータの“1”または“0”が判定可能なレベル差にて読み出される。
At the time of reading, the read bit line RBL is precharged to be electrically floating, the write transistor WT is turned off, the transfer gate line TG is raised to a high level, the transfer transistor TT is turned on, and the storage capacitor C1 is charged. Transfer to the gate of the amplifier transistor AT.
When “1” data is written, the amplifier transistor AT is turned on and the voltage of the read bit line RBL is lowered. However, when “0” data is written, the amplifier transistor AT is turned off, so that the read bit line RBL is turned off. The voltage on line RBL does not decrease.
By amplifying the change in the voltage of the read bit line RBL by a sense amplifier (not shown), “1” or “0” of the data written in the cell is read with a determinable level difference.

本実施形態では、図1(A)に示すセルをマトリクス配置してもよいが、セルごとに3T1C構成とするとビット当たりのセル面積が大きくなる。
したがって、本実施形態では書き込みビット線WBLをメイン線とサブ線に階層化し、書き込みトランジスタWTとアンプトランジスタATを複数N個(N:任意の2以上の自然数)のセルで共有化することが望ましい。
In the present embodiment, the cells shown in FIG. 1A may be arranged in a matrix, but if each cell has a 3T1C configuration, the cell area per bit increases.
Therefore, in this embodiment, it is desirable that the write bit line WBL is hierarchized into a main line and a sub line, and the write transistor WT and the amplifier transistor AT are shared by a plurality of N cells (N: an arbitrary natural number of 2 or more). .

図2に、N個のセルで書き込みトランジスタWTとアンプトランジスタATを共有化したメモリセルアレイの基本構成を2つ示す。この基本構成を以下、ユニットと称する。
第1ユニット1Aは、1つの書き込みトランジスタWT、1つのアンプトランジスタAT、N個の転送トランジスタTT(1),TT(2),…TT(N)およびN個のストレージ・キャパシタC1(1),C1(2),…C1(N)を有する。
第1ユニット1A内に接続されている書き込みビット線が、メイン線WBLm1とサブ線WBLs1とからなる。
FIG. 2 shows two basic configurations of a memory cell array in which the write transistor WT and the amplifier transistor AT are shared by N cells. This basic configuration is hereinafter referred to as a unit.
The first unit 1A includes one write transistor WT, one amplifier transistor AT, N transfer transistors TT (1), TT (2),... TT (N) and N storage capacitors C1 (1), C1 (2),... C1 (N).
A write bit line connected in the first unit 1A includes a main line WBLm1 and a sub line WBLs1.

書き込みトランジスタWTのソース・ドレイン領域の一方が書き込みビット線のメイン線WBLm1に接続され、他方が書き込みビット線のサブ線WBLs1に接続されている。書き込みビット線のサブ線WBLs1と接地電圧(コモンソース線:不図示)との間に、転送トランジスタTT(1)とストレージ・キャパシタC1(1)とが縦続接続されている。同様に、書き込みビット線のサブ線WBLs1と接地電圧との間に、転送トランジスタTT(2)とストレージ・キャパシタC1(2)とが縦続接続され、これが繰り返されて、最後に転送トランジスタTT(N)とストレージ・キャパシタC1(N)とが縦続接続されている。
アンプトランジスタATは、ゲートが書き込みビット線のサブ線WBLs1に接続され、ドレインが読み出しビット線RBL1に接続され、ソースが接地電圧に接続されている。
One of the source / drain regions of the write transistor WT is connected to the main line WBLm1 of the write bit line, and the other is connected to the sub-line WBLs1 of the write bit line. A transfer transistor TT (1) and a storage capacitor C1 (1) are cascade-connected between a write bit line sub-line WBLs1 and a ground voltage (common source line: not shown). Similarly, the transfer transistor TT (2) and the storage capacitor C1 (2) are cascade-connected between the write bit line sub-line WBLs1 and the ground voltage, this is repeated, and finally the transfer transistor TT (N ) And the storage capacitor C1 (N) are cascade-connected.
The amplifier transistor AT has a gate connected to the write bit line sub-line WBLs1, a drain connected to the read bit line RBL1, and a source connected to the ground voltage.

第1ユニット1Aの隣接領域に第2ユニット1Bが設けられている。
第2ユニット1Bは、第1ユニット1Aと同様、1つの書き込みトランジスタWT、1つのアンプトランジスタAT、N個の転送トランジスタTT(1),TT(2),…TT(N)およびN個のストレージ・キャパシタC1(1),C1(2),…C1(N)を有する。
第1ユニット1A内に接続されている書き込みビット線が、メイン線WBLm2とサブ線WBLs2とからなる。
各トランジスタおよび電荷蓄積キャパシタと、メイン線WBLm2およびサブ線WBLs2との接続関係は、第1ユニット1Aのメイン線WBLm1およびサブ線WBLs1に対する接続関係と同じである。
A second unit 1B is provided in a region adjacent to the first unit 1A.
Similarly to the first unit 1A, the second unit 1B includes one write transistor WT, one amplifier transistor AT, N transfer transistors TT (1), TT (2),... TT (N) and N storages. · It has capacitors C1 (1), C1 (2), ... C1 (N).
A write bit line connected in the first unit 1A includes a main line WBLm2 and a sub line WBLs2.
The connection relationship between each transistor and the charge storage capacitor and the main line WBLm2 and the sub line WBLs2 is the same as the connection relationship with respect to the main line WBLm1 and the sub line WBLs1 of the first unit 1A.

第1,第2ユニット1A,1Bのそれぞれは、たとえばN=4とした場合、4ビットを6T4Cのユニットで記憶でき、3T1Cの図1(A)のセルに比べ、ビット当たりのトランジスタ数を半減できるという利点がある。   Each of the first and second units 1A and 1B can store 4 bits in a 6T4C unit, for example, when N = 4, and halves the number of transistors per bit compared to the 3T1C cell of FIG. There is an advantage that you can.

図3(A)〜図3(F)に、第1実施形態の動作タイミングチャートを示す。ここでは転送ゲート線TG(1)に接続されている第1ユニット1A内のセルにデータを書き込み、読み出す動作を示す。また、ここではN=4を前提とする。
書き込み時には、書き込みビット線WBLの電圧をストレージ・キャパシタC1に転送することから、書き込みトランジスタWTと転送トランジスタTTのゲートには“電源電圧Vdd+α”を印加する。
また、読み出し時は、ストレージ・キャパシタC1の電圧をアンプトランジスタATのゲートノードに転送することから、転送トランジスタTTのゲートには“電源電圧Vdd+α”を印加する。
なお、このようにゲート印加電圧を“電源電圧Vdd+α”とする制御は、図1(A)のセル動作にも適用できる。
3A to 3F show operation timing charts of the first embodiment. Here, an operation of writing and reading data in a cell in the first unit 1A connected to the transfer gate line TG (1) is shown. Here, it is assumed that N = 4.
At the time of writing, since the voltage of the write bit line WBL is transferred to the storage capacitor C1, “power supply voltage Vdd + α” is applied to the gates of the write transistor WT and the transfer transistor TT.
At the time of reading, since the voltage of the storage capacitor C1 is transferred to the gate node of the amplifier transistor AT, “power supply voltage Vdd + α” is applied to the gate of the transfer transistor TT.
Note that the control for setting the gate applied voltage to “power supply voltage Vdd + α” as described above can also be applied to the cell operation of FIG.

以下、図2を参照しつつ、図3のタイミングチャートに沿って動作を説明する。
図3(B)に示すように、時間T1にて、書き込みビット線のメイン線WBLm1にデータを設定する。
セルに“1”データを書き込む時には、メイン線WBLm1に“1”データを設定、すなわち、その電圧をハイレベルにする。“0”データを書き込む時には、メイン線WBLm1に“0”データを設定、すなわち、その電圧を0[V]にする。
The operation will be described below along the timing chart of FIG. 3 with reference to FIG.
As shown in FIG. 3B, data is set in the main line WBLm1 of the write bit line at time T1.
When writing “1” data to the cell, “1” data is set to the main line WBLm1, that is, its voltage is set to the high level. When writing “0” data, “0” data is set to the main line WBLm1, that is, its voltage is set to 0 [V].

図3(A)に示すように、時間T2にて、書き込みワード線WWLに“電源電圧Vdd+α”を印加する。これにより図3(E)に示すように、“1”データ書き込みの場合、書き込みトランジスタWTがオンするため、サブ線WBLs1の電圧がハイレベル(電源電圧Vdd)に立ち上がる。一方、“0”データ書き込みの場合は、サブ線WBLs1の電圧は0[V]のままとなる。   As shown in FIG. 3A, at time T2, “power supply voltage Vdd + α” is applied to the write word line WWL. As a result, as shown in FIG. 3E, in the case of “1” data write, the write transistor WT is turned on, so that the voltage of the sub-line WBLs1 rises to a high level (power supply voltage Vdd). On the other hand, when “0” data is written, the voltage of the sub-line WBLs1 remains 0 [V].

続いて図3(C)に示すように、時間T3にて、転送ゲート線TG(1)をオン、すなわちハイレベルに立ち上げる。
これにより、サブ線WBLs1がハイレベルの“1”データ書き込みの場合、転送トランジスタTTがオンし、ストレージ・キャパシタC1に電荷が転送され、ストレージノードSN(図2参照)に蓄積される。サブ線WBLs1がローレベルの場合は、転送トランジスタTTがオンせず、ストレージノードSNの電圧は接地レベルのままとなる(“0”データ書き込み)。
その後、書き込みトランジスタWTと転送トランジスタTTをオフすると、ストレージノードSNであるストレージ・キャパシタC1の一方電極は電気的フローティングとなってデータ保持状態となる。図3(E)に示すように、転送ゲート線TG(1)の電圧を立ち下げると、そこからデータ保持状態となるが、リークによりサブ線WBLs1の電圧が徐々に低下する。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, at time T3, the transfer gate line TG (1) is turned on, that is, raised to a high level.
As a result, when the sub-line WBLs1 is for writing “1” data at a high level, the transfer transistor TT is turned on, charges are transferred to the storage capacitor C1, and stored in the storage node SN (see FIG. 2). When the sub line WBLs1 is at the low level, the transfer transistor TT is not turned on, and the voltage of the storage node SN remains at the ground level ("0" data write).
Thereafter, when the write transistor WT and the transfer transistor TT are turned off, one electrode of the storage capacitor C1, which is the storage node SN, becomes electrically floating and enters a data holding state. As shown in FIG. 3E, when the voltage of the transfer gate line TG (1) is lowered, the data holding state is entered from there, but the voltage of the sub-line WBLs1 gradually decreases due to leakage.

読み出し時は、図3(F)に示すように、時間T4にて読み出しビット線RBL1をハイレベルに立ち上げ(プリチャージ)、電気的フローティングとする。
その後、書き込みトランジスタWTをオフ状態のまま、図3(C)に示すように、時間T5にて転送ゲート線TG(1)をハイレベルに立ち上げる。
これにより、“1”データ保持の場合は転送トランジスタTTがオンして、ストレージノードSNである電荷蓄積キャパシタ電極の蓄積電荷がサブ線WBLs1に転送され、図3(E)に示すように、サブ線WBLs1の電圧が上昇する。一方、“0”データ保持の場合は、転送トランジスタTTがオンせず、サブ線WBLs1の電圧はローレベル(接地電圧)のままとなる。
At the time of reading, as shown in FIG. 3 (F), the read bit line RBL1 is raised to a high level (precharge) at time T4 to make it electrically floating.
Thereafter, the transfer gate line TG (1) is raised to a high level at a time T5 as shown in FIG.
Thereby, in the case of holding “1” data, the transfer transistor TT is turned on, and the charge stored in the charge storage capacitor electrode which is the storage node SN is transferred to the sub line WBLs1, and as shown in FIG. The voltage on the line WBLs1 rises. On the other hand, in the case of holding “0” data, the transfer transistor TT is not turned on, and the voltage of the sub line WBLs1 remains at a low level (ground voltage).

サブ線WBLs1はアンプトランジスタATのゲートに接続されていることから、時間T5で、“1”データ読み出しの場合はアンプトランジスタATがオンし、“0”データ読み出しの場合は、オンしない。このため、図3(F)に示すように、“1”データ読み出しの場合にフローティング状態の読み出しビット線RBL1の電圧が接地電圧に低下し、“0”データ読み出しの場合は低下しない。
この読み出しビット線RBL1の電圧変化を、不図示のセンスアンプにより増幅することによって、セルに書き込まれたデータの“1”または“0”が判定可能なレベル差にて読み出される。
Since the sub line WBLs1 is connected to the gate of the amplifier transistor AT, at time T5, the amplifier transistor AT is turned on when “1” data is read, and is not turned on when “0” data is read. For this reason, as shown in FIG. 3F, the voltage of the read bit line RBL1 in the floating state is lowered to the ground voltage when “1” data is read, and is not lowered when “0” data is read.
By amplifying the voltage change of the read bit line RBL1 by a sense amplifier (not shown), “1” or “0” of the data written in the cell is read with a determinable level difference.

第1実施形態によれば、セルに書き込まれたデータは、図1(B)に示すNウェル(NW)11とPウェル(PW)10で形成されるストレージ・キャパシタC1の一方電極(Nウェル(NW)11:ストレージノードSN)に蓄積される。Nウェル(NW)11とPウェル(PW)10の不純物濃度はどちらも低濃度であることから、接合リークが小さい。このため、ストレージノードSNの電荷保持時間は数秒から数百秒と長くすることが可能である。
したがって、図3(E)の時間T5で上昇する“1”データ読み出し時のサブ線WBLs1の電圧上昇量を大きくでき、確実な動作を達成できる。
According to the first embodiment, data written in the cell is stored in one electrode (N well) of the storage capacitor C1 formed by the N well (NW) 11 and the P well (PW) 10 shown in FIG. (NW) 11: accumulated in storage node SN). Since both N-well (NW) 11 and P-well (PW) 10 have low impurity concentrations, junction leakage is small. Therefore, the charge retention time of the storage node SN can be increased from several seconds to several hundred seconds.
Therefore, it is possible to increase the voltage increase amount of the sub-line WBLs1 at the time of reading “1” data that increases at time T5 in FIG. 3E, and to achieve reliable operation.

図1(B)に示すように、転送トランジスタTTとNウェル(NW)11は低不純物濃度のN型不純物領域(低濃度不純物領域16)を介して電気的に接続される。この部分での接合リークも同様に小さくできる。Nウェル(NW)11は深さを1[μm]程度とすると、その濃度等にもよるが、たとえばNウェル(NW)11とPウェル(PW)10の接合容量は数[fF]程度得られる。
転送トランジスタTTと電荷蓄積キャパシタCの構成は、よく知られている1T1C型DRAMと同じ等価回路で表わされる。
As shown in FIG. 1B, the transfer transistor TT and the N well (NW) 11 are electrically connected through a low impurity concentration N-type impurity region (low concentration impurity region 16). The junction leakage at this portion can be similarly reduced. If the depth of the N-well (NW) 11 is about 1 [μm], for example, the junction capacitance between the N-well (NW) 11 and the P-well (PW) 10 can be about several [fF] depending on the concentration. It is done.
The configuration of the transfer transistor TT and the charge storage capacitor C is represented by the same equivalent circuit as the well-known 1T1C type DRAM.

図16に示す1T1C型DRAMセルは、“1”データ読み出し時に、読み出しビット線(RB)のプリチャージ電荷を放電するためにアンプトランジスタATをオンさせるには、ストレージ・キャパシタC1に数十[fF]の容量が必要である。   In the 1T1C type DRAM cell shown in FIG. 16, in order to turn on the amplifier transistor AT in order to discharge the precharge charge of the read bit line (RB) at the time of reading “1” data, the storage capacitor C1 has several tens [fF ] Capacity is required.

これに対し本実施形態では、書き込みビット線が階層化され、“1”データ読み出し時に、そのサブ線WBLs1の容量を、ストレージノードSNから読み出した蓄積電荷で充電する。サブ線WBLs1は“1”データ書き込み時に充電され、フローティングとなっていることから、その電荷に、ストレージノードSNから読み出した電荷が付加されて、この合計の電荷量によってアンプトランジスタATのゲートバイアス電圧が生成される。つまり、図3(E)に示すように、“1”データ読み出しの場合、時間T5の直前の時点でサブ線WBLs1の電圧はリークにより低下しているがある程度高いレベルにあり、時間T5で、さらにセルの読み出しによるストレージノードSN電圧が付加される。
以上より、ストレージ・キャパシタC1の容量自体は数[fF]もあれば、“1”データ読み出し時にアンプトランジスタATを確実にオンできる。ストレージ・キャパシタC1はセルごとに存在するため、その容量が小さくてすむことはセル面積の縮小に有利である。
On the other hand, in the present embodiment, the write bit lines are hierarchized, and at the time of reading “1” data, the capacity of the sub-line WBLs1 is charged with the accumulated charge read from the storage node SN. Since the sub-line WBLs1 is charged when “1” data is written and is in a floating state, the charge read from the storage node SN is added to the charge, and the gate bias voltage of the amplifier transistor AT is added based on the total charge amount. Is generated. That is, as shown in FIG. 3E, in the case of “1” data reading, the voltage of the sub-line WBLs1 is lowered due to leakage at a time immediately before time T5, but is at a somewhat high level, and at time T5, Further, a storage node SN voltage is added by reading the cell.
From the above, if the capacitance of the storage capacitor C1 itself is several [fF], the amplifier transistor AT can be reliably turned on when “1” data is read. Since the storage capacitor C1 exists for each cell, it is advantageous for reducing the cell area that the capacity is small.

読み出し時には、電荷をサブ線WBLs1に転送することから、読み出し時には、サブ線WBLs1からのリーク、すなわち接合リーク、アンプトランジスタATのゲート絶縁膜リーク、書き込みトランジスタWTのオフリークが発生する。
ただし、読み出し時間は数ナノ秒と短いことから、読み出し時のリークはデータ読み出し動作に影響しない。
Since charges are transferred to the sub-line WBLs1 at the time of reading, a leak from the sub-line WBLs1, that is, a junction leak, a gate insulating film leak of the amplifier transistor AT, and an off-leak of the write transistor WT occur at the time of reading.
However, since the reading time is as short as several nanoseconds, the leakage during reading does not affect the data reading operation.

さらに本件では、図2に示すように、セルをアレイに配列する際、書き込みトランジスタWTとアンプトランジスタATを複数のセルで共有化することができる。
この場合のセル構成は、アンプトランジスタATのゲートに、転送トランジスタTTとストレージ・キャパシタC1からなるDRAMと同様な記憶部が複数N個接続したものとなる。N=4の場合、前述したようにビット当たりのトランジスタ数を半減できる。なお、Nが多くなれば、それだけビットあたりのトランジスタ数も低減でき、また、サブ線WBLs1の容量も大きくなるが、“1”データ読み出しによる電圧変化の、アンプトランジスタATのゲート電圧に占める割合が小さくなり、アンプトランジスタATをオンまたはオフさせるバイアス設計が難しくなる。その意味で、Nの個数は最適化が必要である。
Furthermore, in this case, as shown in FIG. 2, when cells are arranged in an array, the write transistor WT and the amplifier transistor AT can be shared by a plurality of cells.
The cell configuration in this case is such that a plurality of N storage portions similar to the DRAM including the transfer transistor TT and the storage capacitor C1 are connected to the gate of the amplifier transistor AT. When N = 4, the number of transistors per bit can be halved as described above. As N increases, the number of transistors per bit can be reduced accordingly, and the capacity of the sub-line WBLs1 also increases. However, the ratio of the voltage change due to “1” data reading to the gate voltage of the amplifier transistor AT is increased. As a result, the bias design for turning on or off the amplifier transistor AT becomes difficult. In that sense, the number of N needs to be optimized.

[第2実施形態]
図4に、第2実施形態のDRAMセルの等価回路を示す。
第2実施形態のセルでは、選択トランジスタSTが追加されている。
選択トランジスタSTのソース・ドレイン領域の一方が読み出しビット線RBLに接続され、他方がアンプトランジスタATのソース・ドレイン領域の一方に接続されている。アンプトランジスタATのソース・ドレイン領域の他方は、第1実施形態と同様、接地電圧(コモンソース線CSL)に接続されている。
選択トランジスタSTのゲートは、読み出しワード線RWLに接続されている。
他の構成は図1(A)と同様であることから、ここでの説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 4 shows an equivalent circuit of the DRAM cell of the second embodiment.
In the cell of the second embodiment, a selection transistor ST is added.
One of the source / drain regions of the select transistor ST is connected to the read bit line RBL, and the other is connected to one of the source / drain regions of the amplifier transistor AT. The other of the source / drain regions of the amplifier transistor AT is connected to the ground voltage (common source line CSL) as in the first embodiment.
The gate of the selection transistor ST is connected to the read word line RWL.
Since other structures are the same as those in FIG. 1A, description thereof is omitted here.

選択トランジスタSTがない図1(A)のセルでは、読み出しビット線RBLとコモンソース線CSLとの間にはアンプトランジスタATしか存在しない。このため、アンプトランジスタATのゲート電圧がフローティング状態で、何らかの原因で“1”または“0”データを規定する所定の電圧範囲からずれると誤読み出しとなる可能性がある。また、“1”データ書き込み時にもアンプトランジスタATはオン状態となる。   In the cell of FIG. 1A without the selection transistor ST, only the amplifier transistor AT exists between the read bit line RBL and the common source line CSL. For this reason, erroneous reading may occur if the gate voltage of the amplifier transistor AT is in a floating state and deviates from a predetermined voltage range defining “1” or “0” data for some reason. Further, the amplifier transistor AT is also turned on when “1” data is written.

図4に示すセルでは、“1”データ読み出し時のみに読み出しビット線RBLがコモンソース線CSLに接続されることと、同一読み出しビット線RBLに接続されている非選択セルの誤読み出しを防ぐことを目的として選択トランジスタSTを付加している。   In the cell shown in FIG. 4, the read bit line RBL is connected to the common source line CSL only when “1” data is read, and erroneous reading of unselected cells connected to the same read bit line RBL is prevented. A selection transistor ST is added for the purpose.

図4に示す第2実施形態のDRAMセルの動作について説明する。
データ書き込み動作は、図1(A)のセルの場合と同様であることから、ここでの説明を省略する。
The operation of the DRAM cell of the second embodiment shown in FIG. 4 will be described.
Since the data write operation is the same as that in the case of the cell in FIG. 1A, description thereof is omitted here.

読み出し時は、読み出しビット線RBLをプリチャージして電気的フローティングとし、書き込みトランジスタWTをオフ、転送ゲート線TGをハイレベルに立ち上げて、転送トランジスタTTをオンとし、ストレージ・キャパシタC1の電荷をアンプトランジスタATのゲートに転送する。
“1”データが書き込まれている場合には、アンプトランジスタATがオン状態となるが、この時点では選択トランジスタSTがオフしているため、読み出しビット線RBLとコモンソース線CSL間は非導通のままである。続いて読み出しワード線RWLの電圧をハイレベル(たとえば電源電圧Vdd)に立ち上げて、選択トランジスタSTをオンする。これにより、読み出しビット線RBLとコモンソース線CSL間が導通して、読み出しビット線RBLの電圧が低下する。
一方、“0”データが書き込まれている時には、読み出しワード線RWLの電圧を立ち上げて、選択トランジスタSTがオン状態となっても、アンプトランジスタATがオフを維持するので読み出しビット線RBLの電圧は低下しない。
読み出しビット線RBLの電圧の変化を不図示のセンスアンプにより増幅することによって、セルに書き込まれたデータの“1”または“0”が判定可能なレベル差にて読み出される。
At the time of reading, the read bit line RBL is precharged to be electrically floating, the write transistor WT is turned off, the transfer gate line TG is raised to a high level, the transfer transistor TT is turned on, and the storage capacitor C1 is charged. Transfer to the gate of the amplifier transistor AT.
When “1” data is written, the amplifier transistor AT is turned on. However, since the selection transistor ST is turned off at this time, the read bit line RBL and the common source line CSL are not electrically connected. It remains. Subsequently, the voltage of the read word line RWL is raised to a high level (for example, the power supply voltage Vdd), and the selection transistor ST is turned on. As a result, the read bit line RBL and the common source line CSL become conductive, and the voltage of the read bit line RBL decreases.
On the other hand, when "0" data is written, the voltage of the read word line RWL is raised, and even if the selection transistor ST is turned on, the amplifier transistor AT remains off. Will not drop.
By amplifying the change in the voltage of the read bit line RBL by a sense amplifier (not shown), “1” or “0” of the data written in the cell is read with a determinable level difference.

本実施形態においても、第1実施形態と同様、書き込みビット線WBLをメイン線とサブ線に階層化することが望ましい。このとき、書き込みトランジスタWT、アンプトランジスタATに加えて、選択トランジスタSTも複数N個(N:任意の2以上の自然数)のセルで共有化することが望ましい。   Also in the present embodiment, it is desirable that the write bit line WBL is hierarchized into a main line and a sub line as in the first embodiment. At this time, in addition to the write transistor WT and the amplifier transistor AT, the selection transistor ST is preferably shared by a plurality of N cells (N: an arbitrary natural number of 2 or more).

図5に、書き込みトランジスタWT、アンプトランジスタATおよび選択トランジスタSTを共有化したメモリセルアレイの基本構成(ユニット)1Cを示す。
図解したユニット1Cは、図2に示す第1実施形態の第1ユニット1Aと比較すると、読み出しビット線RBLとアンプトランジスタATとの間に選択トランジスタSTが追加されている。選択トランジスタSTのゲートに、読み出しワード線RWLが接続されている。
その他の構成は図2と同様であり、ここでの説明を省略する。
図5のユニット1Cと同様な構成のユニットがマトリクス状に配置されてメモリセルアレイが構成されていることは、第1実施形態と同様である。
FIG. 5 shows a basic configuration (unit) 1C of a memory cell array in which the write transistor WT, the amplifier transistor AT, and the selection transistor ST are shared.
In the illustrated unit 1C, as compared with the first unit 1A of the first embodiment shown in FIG. 2, a selection transistor ST is added between the read bit line RBL and the amplifier transistor AT. A read word line RWL is connected to the gate of the selection transistor ST.
Other configurations are the same as those in FIG. 2, and a description thereof is omitted here.
Similar to the first embodiment, units having the same configuration as the unit 1C of FIG. 5 are arranged in a matrix to form a memory cell array.

ユニット1Cは、たとえばN=4とした場合、4ビットを7T4Cのユニットで記憶でき、3T1Cの図1(A)のセルに比べ、ビット当たりのトランジスタ数を4割程度削減できるという利点がある。   For example, when N = 4, the unit 1C has an advantage that four bits can be stored in a 7T4C unit, and the number of transistors per bit can be reduced by about 40% compared to the 3T1C cell of FIG.

図6(A)〜図6(G)に、第2実施形態の動作タイミングチャートを示す。ここでは転送ゲート線TG(1)に接続されているユニット1C内のセルにデータを書き込み、読み出す動作を示す。また、ここではN=4を前提とする。
書き込み動作は第1実施形態と同様に行う。
6A to 6G show operation timing charts of the second embodiment. Here, an operation of writing and reading data in a cell in the unit 1C connected to the transfer gate line TG (1) is shown. Here, it is assumed that N = 4.
The write operation is performed as in the first embodiment.

読み出し動作も、図6の時間T5までは同じである。
すなわち、図6(G)に示すように、時間T4にて読み出しビット線RBLをハイレベルに立ち上げ(プリチャージ)、電気的フローティングとする。
その後、書き込みトランジスタWTをオフ状態のまま、図6(C)に示すように、時間T5にて転送ゲート線TG(1)をハイレベルに立ち上げる。
これにより、“1”データ保持の場合は転送トランジスタTTがオンして、ストレージノードSNである電荷蓄積キャパシタ電極の蓄積電荷がサブ線WBLs1に転送され、図6(F)に示すように、サブ線WBLs1の電圧が上昇する。一方、“0”データ保持の場合は、転送トランジスタTTがオンせず、サブ線WBLs1の電圧はローレベル(接地電圧)のままとなる。
The read operation is the same until time T5 in FIG.
That is, as shown in FIG. 6G, at time T4, the read bit line RBL is raised to a high level (precharge), and is electrically floating.
Thereafter, the transfer gate line TG (1) is raised to the high level at time T5 as shown in FIG. 6C while the write transistor WT is kept in the OFF state.
As a result, in the case of holding “1” data, the transfer transistor TT is turned on, and the charge stored in the charge storage capacitor electrode, which is the storage node SN, is transferred to the sub-line WBLs1, and as shown in FIG. The voltage on the line WBLs1 rises. On the other hand, in the case of holding “0” data, the transfer transistor TT is not turned on, and the voltage of the sub line WBLs1 remains at a low level (ground voltage).

サブ線WBLs1はアンプトランジスタATのゲートに接続されているが、時間T5では未だ選択トランジスタSTがオフを維持することから、“0”データ読み出しの場合のみならず、“1”データ読み出しの場合も、この時点では読み出しビット線RBLとコモンソース線CSL間は非導通のままである。
第2実施形態では、新たな手順として、つぎに図6(E)に示すように、時間T6にて読み出しワード線RWLの電圧をハイレベル、たとえば電源電圧Vddに立ち上げる。
これにより“1”データ読み出しの場合にのみ選択トランジスタSTとアンプトランジスタATがともにオンし、フローティング状態の読み出しビット線RBLの電圧が接地電圧に低下する。これに対し、“0”データ読み出しの場合は読み出しビット線RBLの電圧は低下しない。
この読み出しビット線RBL1の電圧変化を、不図示のセンスアンプにより増幅することによって、セルに書き込まれたデータの“1”または“0”が判定可能なレベル差にて読み出される。
Although the sub-line WBLs1 is connected to the gate of the amplifier transistor AT, the selection transistor ST is still turned off at time T5, so that not only “0” data reading but also “1” data reading is performed. At this time, the read bit line RBL and the common source line CSL remain non-conductive.
In the second embodiment, as a new procedure, as shown in FIG. 6E, the voltage of the read word line RWL is raised to a high level, for example, the power supply voltage Vdd at time T6.
As a result, only when “1” data is read, both the selection transistor ST and the amplifier transistor AT are turned on, and the voltage of the read bit line RBL in the floating state is lowered to the ground voltage. On the other hand, when “0” data is read, the voltage of the read bit line RBL does not decrease.
By amplifying the voltage change of the read bit line RBL1 by a sense amplifier (not shown), “1” or “0” of the data written in the cell is read with a determinable level difference.

第2実施形態のキャパシタを形成する不純物領域の構成は、第1実施形態の図1(B)と同様である。
したがって、ストレージノードSNのリークが小さく、電荷保持時間は数秒から数百秒と長くすることが可能である。このため、図6(E)の時間T6で上昇する“1”データ読み出し時のサブ線WBLs1の電圧上昇量を大きくでき、確実な動作を達成できる。
また、低濃度不純物領域16の不純物濃度も小さく、この部分での接合リークも同様に小さくできる。
以上より、Nウェル(NW)11とPウェル(PW)10の接合容量は数[fF]程度にできる。
The structure of the impurity region forming the capacitor of the second embodiment is the same as that of FIG. 1B of the first embodiment.
Therefore, the leakage of the storage node SN is small, and the charge retention time can be increased from several seconds to several hundred seconds. For this reason, the voltage increase amount of the sub-line WBLs1 at the time of reading “1” data that increases at time T6 in FIG. 6E can be increased, and reliable operation can be achieved.
Further, the impurity concentration of the low-concentration impurity region 16 is small, and the junction leakage in this portion can be similarly reduced.
As described above, the junction capacitance between the N well (NW) 11 and the P well (PW) 10 can be set to several [fF].

また、第1実施形態と同様、サブ線WBLs1の電荷に、ストレージノードSNから読み出した電荷が付加されて、この合計の電荷量によってアンプトランジスタATのゲートバイアス電圧が生成される。このためストレージ・キャパシタC1の容量自体は数[fF]もあれば、“1”データ読み出し時にアンプトランジスタATを確実にオンできる。ストレージ・キャパシタC1はセルごとに存在するため、その容量が小さくてすむことはセル面積の縮小に有利である。   Similarly to the first embodiment, the charge read from the storage node SN is added to the charge of the sub line WBLs1, and the gate bias voltage of the amplifier transistor AT is generated based on the total charge amount. Therefore, if the capacity itself of the storage capacitor C1 is several [fF], the amplifier transistor AT can be reliably turned on when “1” data is read. Since the storage capacitor C1 exists for each cell, it is advantageous for reducing the cell area that the capacity is small.

第2実施形態特有の利点としては、選択トランジスタSTが設けられていることから、アンプトランジスタATのゲート電圧が何らかの原因で想定範囲を超えて変化した場合でも、データ読み出しを確実に行い、誤動作を防止できる。また、データ書き込み時にアンプトランジスタATがオンすることもない。
この選択トランジスタSTは、書き込みトランジスタWTおよびアンプトランジスタATとともに複数N個のセルで共有化できる。この場合、前述したように1ビット当たりのトランジスタを削減でき、面積縮小およびコスト低減が可能となる。
As an advantage peculiar to the second embodiment, since the selection transistor ST is provided, even when the gate voltage of the amplifier transistor AT changes beyond an assumed range for some reason, the data reading is surely performed and a malfunction is caused. Can be prevented. Further, the amplifier transistor AT is not turned on when data is written.
This selection transistor ST can be shared by a plurality of N cells together with the write transistor WT and the amplifier transistor AT. In this case, as described above, the number of transistors per bit can be reduced, and the area and cost can be reduced.

[第3実施形態]
図7に、第3実施形態のDRAMセルの等価回路を示す。また、図8に、書き込みトランジスタWT、アンプトランジスタAT、選択トランジスタSTおよび昇圧キャパシタC2を共有化したメモリセルアレイの基本構成(ユニット)1Dを示す。
第3実施形態では、図4の第2実施形態に昇圧キャパシタC2が追加されている。
昇圧キャパシタC2は本例ではMOS容量からなる。具体的には、キャパシタ用MOSトランジスタのゲートがアンプトランジスタATのゲートに、ドレインが読み出しワード線RWLにそれぞれ接続され、ソースがオープンとなっている。
昇圧トランジスタC2は、通常のMIM型キャパシタから形成してもよい。
[Third Embodiment]
FIG. 7 shows an equivalent circuit of the DRAM cell of the third embodiment. FIG. 8 shows a basic configuration (unit) 1D of a memory cell array in which the write transistor WT, the amplifier transistor AT, the selection transistor ST, and the boost capacitor C2 are shared.
In the third embodiment, a boost capacitor C2 is added to the second embodiment of FIG.
The step-up capacitor C2 is composed of a MOS capacitor in this example. Specifically, the gate of the capacitor MOS transistor is connected to the gate of the amplifier transistor AT, the drain is connected to the read word line RWL, and the source is open.
The step-up transistor C2 may be formed from a normal MIM type capacitor.

ところで、本実施形態のストレージ・キャパシタC1が低濃度の不純物領域からなることから前述したようにリーク電流が少ない。また、アンプトランジスタATの電圧が読み出し前に既にある程度高く、読み出し時に、これにストレージノードSNからの電荷が加算される。
このため、昇圧キャパシタC2は、アンプトランジスタATの電圧をさらに高めたい場合に補助的に用いる。したがって、昇圧キャパシタC2の容量値は比較的小さくて済み、MOS容量で十分で、面積的増加を最小限にできる。
By the way, since the storage capacitor C1 of the present embodiment is formed of a low concentration impurity region, the leakage current is small as described above. Further, the voltage of the amplifier transistor AT is already high to some extent before reading, and the charge from the storage node SN is added to this when reading.
For this reason, the boost capacitor C2 is used auxiliary when it is desired to further increase the voltage of the amplifier transistor AT. Therefore, the booster capacitor C2 has a relatively small capacitance value, and a MOS capacitor is sufficient, and an increase in area can be minimized.

昇圧キャパシタC2を付けることによって、“1”データ書き込み時のアンプトランジスタATのゲート電圧が昇圧されることから、アンプトランジスタATの読み出しマージンが改善する。
図7の他の構成は図4と同様であることから、ここでの説明を省略する。
By adding the boost capacitor C2, the gate voltage of the amplifier transistor AT at the time of writing “1” data is boosted, so that the read margin of the amplifier transistor AT is improved.
The other configuration in FIG. 7 is similar to that in FIG.

図7に示す第3実施形態のDRAMセルの動作について説明する。
データ書き込み動作は、図(1)のセルの場合と同様であることから、ここでの説明を省略する。
The operation of the DRAM cell of the third embodiment shown in FIG. 7 will be described.
The data write operation is the same as that in the case of the cell shown in FIG.

読み出し時は、読み出しビット線RBLをプリチャージして電気的フローティングとし、書き込みトランジスタWTをオフ、転送ゲート線TGをハイレベルに立ち上げて、転送トランジスタTTをオンとし、ストレージ・キャパシタC1の電荷をアンプトランジスタATのゲートに転送する。
“1”データが書き込まれている場合には、アンプトランジスタATがオン状態となるが、この時点では選択トランジスタSTがオフしているため、読み出しビット線RBLとコモンソース線CSL間は非導通のままである。続いて読み出しワード線RWLの電圧をハイレベル(たとえば電源電圧Vdd)に立ち上げて、選択トランジスタSTをオンする。これにより、読み出しビット線RBLとコモンソース線CSL間が導通するので、読み出しビット線RBLの電圧が低下する。このとき、読み出しワード線RWLに昇圧キャパシタC2を介してカップリングしているアンプトランジスタATのゲート電圧が昇圧し、アンプトランジスタATは、より確実にオンする。
一方、“0”データが書き込まれている時には、読み出しワード線RWLの電圧を立ち上げて、選択トランジスタSTがオン状態となっても、アンプトランジスタATがオフを維持するので読み出しビット線RBLの電圧は低下しない。このときもアンプトランジスタATのゲート電圧も昇圧するが、昇圧前の電圧が低いのでアンプトランジスタATはオンできない。
At the time of reading, the read bit line RBL is precharged to be electrically floating, the write transistor WT is turned off, the transfer gate line TG is raised to a high level, the transfer transistor TT is turned on, and the storage capacitor C1 is charged. Transfer to the gate of the amplifier transistor AT.
When “1” data is written, the amplifier transistor AT is turned on. However, since the selection transistor ST is turned off at this time, the read bit line RBL and the common source line CSL are not electrically connected. It remains. Subsequently, the voltage of the read word line RWL is raised to a high level (for example, the power supply voltage Vdd), and the selection transistor ST is turned on. As a result, the read bit line RBL and the common source line CSL are electrically connected, so that the voltage of the read bit line RBL decreases. At this time, the gate voltage of the amplifier transistor AT coupled to the read word line RWL via the boost capacitor C2 is boosted, and the amplifier transistor AT is more reliably turned on.
On the other hand, when "0" data is written, the voltage of the read word line RWL is raised, and even if the selection transistor ST is turned on, the amplifier transistor AT remains off. Will not drop. At this time, the gate voltage of the amplifier transistor AT is also boosted, but the amplifier transistor AT cannot be turned on because the voltage before boosting is low.

このような読み出し動作では、アンプトランジスタATがオンする、オンしないが確実に行われるために、必要に応じて昇圧キャパシタC2が適切に機能するように、その容量値が決められる。
読み出しビット線RBLの電圧の変化を不図示のセンスアンプにより増幅することによって、セルに書き込まれたデータの“1”または“0”が判定可能なレベル差にて読み出される。
In such a read operation, the amplifier transistor AT is turned on and not turned on, but the capacitance value is determined so that the boost capacitor C2 functions properly as necessary.
By amplifying the change in the voltage of the read bit line RBL by a sense amplifier (not shown), “1” or “0” of the data written in the cell is read with a determinable level difference.

昇圧キャパシタC2をMOS容量から形成する他の利点としては、“1”データ読み出し時と、“0”データ読み出し時でMOS容量値が可変となることである。
つまり、“1”データが書き込まれている場合には、昇圧キャパシタC2となるMOSトランジスタのチャネルが形成されていることから、読み出しワード線RWLとアンプトランジスタATのゲートノードとのカップリングは、上記MOSトランジスタのドレインとゲートのオーバーラップ容量と、ゲートと読み出しワード線RWLの配線等との結合に起因したフリンジング容量とに、チャネル容量が加わった容量となり、大きなカップリングが生まれる。
一方、“0”データが書き込まれている場合には、チャネル容量が追加されないため、相対的に小さいカップリングとなる。
そのため、“1”データ読み出し時にはアンプトランジスタATのゲート電圧が大きく上昇し、“0”データ読み出し時には、当該ゲート電圧が小さくしか上昇しない。つまり、“1”データと“0”データでアンプトランジスタATがオンするかオフするかのゲート電圧マージンが拡大し、より誤動作しにくくなる。
Another advantage of forming the boost capacitor C2 from a MOS capacitor is that the MOS capacitance value is variable when “1” data is read and when “0” data is read.
That is, when “1” data is written, the channel of the MOS transistor to be the boost capacitor C2 is formed, and therefore the coupling between the read word line RWL and the gate node of the amplifier transistor AT is as described above. A channel capacitance is added to the overlap capacitance between the drain and gate of the MOS transistor and the fringing capacitance caused by the coupling between the gate and the wiring of the read word line RWL, and a large coupling is generated.
On the other hand, when “0” data is written, since channel capacity is not added, the coupling is relatively small.
Therefore, the gate voltage of the amplifier transistor AT greatly increases when “1” data is read, and the gate voltage increases only slightly when “0” data is read. That is, the gate voltage margin of whether the amplifier transistor AT is turned on or off with “1” data and “0” data is expanded, and malfunction is less likely to occur.

本実施形態においても、第1実施形態と同様、書き込みビット線WBLをメイン線とサブ線に階層化することが望ましい。このとき、書き込みトランジスタWT、アンプトランジスタAT、選択トランジスタSTに加えて、昇圧キャパシタC2も複数N個(N:任意の2以上の自然数)のセルで共有化することが望ましい。   Also in the present embodiment, it is desirable that the write bit line WBL is hierarchized into a main line and a sub line as in the first embodiment. At this time, in addition to the write transistor WT, the amplifier transistor AT, and the select transistor ST, it is desirable that the boost capacitor C2 is also shared by a plurality of N cells (N: an arbitrary natural number of 2 or more).

図8に示すユニット1Dは、図5に示す第2実施形態のユニット1Cと比較すると、アンプトランジスタATのゲートに接続されているサブ線WBLs1と読み出しワード線RWLとの間に昇圧キャパシタC2が追加されている。昇圧キャパシタC2となるMOSトランジスタのゲートがサブ線WBLs1に接続され、そのドレインが読み出しワード線RWLに接続され、そのソースがオープンとなっている。
その他の構成は図5と同様であり、ここでの説明を省略する。
図8のユニット1Dと同様な構成のユニットがマトリクス状に配置されてメモリセルアレイが構成されていることは、第1実施形態と同様である。
Compared with the unit 1C of the second embodiment shown in FIG. 5, the unit 1D shown in FIG. 8 has an additional boost capacitor C2 between the sub-line WBLs1 connected to the gate of the amplifier transistor AT and the read word line RWL. Has been. The gate of the MOS transistor serving as the boost capacitor C2 is connected to the sub-line WBLs1, the drain is connected to the read word line RWL, and the source is open.
Other configurations are the same as those in FIG. 5, and a description thereof is omitted here.
Similar to the first embodiment, units having the same configuration as the unit 1D of FIG. 8 are arranged in a matrix to form a memory cell array.

ユニット1Dは、たとえばN=4とした場合、4ビットを8T4Cのユニットで記憶でき、3T1Cの図1(A)のセルに比べ、ビット当たりのトランジスタ数を3割程度削減できるという利点がある。   For example, when N = 4, the unit 1D has an advantage that four bits can be stored in an 8T4C unit, and the number of transistors per bit can be reduced by about 30% compared to the 3T1C cell of FIG.

図9(A)〜図9(G)に、第3実施形態の動作タイミングチャートを示す。ここでは転送ゲート線TG(1)に接続されているユニット1D内のセルにデータを書き込み、読み出す動作を示す。また、ここではN=4を前提とする。
書き込み動作は第1実施形態と同様に行う。
9A to 9G show operation timing charts of the third embodiment. Here, an operation of writing and reading data in a cell in the unit 1D connected to the transfer gate line TG (1) is shown. Here, it is assumed that N = 4.
The write operation is performed as in the first embodiment.

読み出し動作も、図9の時間T5までは同じである。
すなわち、図9(G)に示すように、時間T4にて読み出しビット線RBLをハイレベルに立ち上げ(プリチャージ)、電気的フローティングとする。
その後、書き込みトランジスタWTをオフ状態のまま、図9(C)に示すように、時間T5にて転送ゲート線TG(1)をハイレベルに立ち上げる。
これにより、“1”データ保持の場合は転送トランジスタTTがオンして、ストレージノードSNである電荷蓄積キャパシタ電極の蓄積電荷がサブ線WBLs1に転送され、図9(F)に示すように、サブ線WBLs1の電圧が上昇する。一方、“0”データ保持の場合は、転送トランジスタTTがオンせず、サブ線WBLs1の電圧はローレベル(接地電圧)のままとなる。
The read operation is the same until time T5 in FIG.
That is, as shown in FIG. 9G, at time T4, the read bit line RBL is raised to a high level (precharge) to be in an electrical floating state.
Thereafter, the transfer gate line TG (1) is raised to a high level at a time T5 as shown in FIG.
Thereby, in the case of holding “1” data, the transfer transistor TT is turned on, and the charge stored in the charge storage capacitor electrode as the storage node SN is transferred to the sub-line WBLs1, and as shown in FIG. The voltage on the line WBLs1 rises. On the other hand, in the case of holding “0” data, the transfer transistor TT is not turned on, and the voltage of the sub line WBLs1 remains at a low level (ground voltage).

つぎに図9(E)に示すように、時間T7にて読み出しワード線RWLの電圧をハイレベル、たとえば電源電圧Vddに立ち上げる。このこと自体は、第2実施形態(図6(E)、この場合時間T6)と同様である。
ただし、第3実施形態では昇圧を行う必要があるため、図9(C)に示すように、その前の時間T5の時点で転送ゲート線TG(1)の電圧を立ち下げ、アンプトランジスタATのゲート(サブ線WBLs1)をフローティング状態にする。
Next, as shown in FIG. 9E, at time T7, the voltage of the read word line RWL is raised to a high level, for example, the power supply voltage Vdd. This is the same as in the second embodiment (FIG. 6E, in this case, time T6).
However, since it is necessary to perform boosting in the third embodiment, as shown in FIG. 9C, the voltage of the transfer gate line TG (1) is lowered at the previous time T5 and the amplifier transistor AT is turned on. The gate (sub line WBLs1) is brought into a floating state.

時間T7で読み出しワード線RWLを立ち上げると、“1”データ読み出しの場合、図9(F)に示すようにサブ線WBLs1の電圧がさらに上昇する。このとき“0”データ読み出しの場合も、サブ線WBLs1の電圧が上昇するが、その上昇量はわずかである。
これにより“1”データ読み出しの場合にのみ選択トランジスタSTとアンプトランジスタATがともにオンし、フローティング状態の読み出しビット線RBLの電圧が接地電圧に低下する。これに対し、“0”データ読み出しの場合は読み出しビット線RBLの電圧は低下しない。
この読み出しビット線RBL1の電圧変化を、不図示のセンスアンプにより増幅することによって、セルに書き込まれたデータの“1”または“0”が判定可能なレベル差にて読み出される。
When the read word line RWL is raised at time T7, in the case of “1” data read, the voltage of the sub-line WBLs1 further increases as shown in FIG. 9F. At this time, in the case of reading “0” data, the voltage of the sub-line WBLs1 rises, but the rise amount is slight.
As a result, only when “1” data is read, both the selection transistor ST and the amplifier transistor AT are turned on, and the voltage of the read bit line RBL in the floating state is lowered to the ground voltage. On the other hand, when “0” data is read, the voltage of the read bit line RBL does not decrease.
By amplifying the voltage change of the read bit line RBL1 by a sense amplifier (not shown), “1” or “0” of the data written in the cell is read with a determinable level difference.

第3実施形態のキャパシタを形成する不純物領域の構成は、第1実施形態の図1(B)と同様である。
したがって、ストレージノードSNのリークが小さく、電荷保持時間は数秒から数百秒と長くすることが可能である。このため、図9(E)の時間T7で上昇する“1”データ読み出し時のサブ線WBLs1の電圧上昇量を大きくでき、確実な動作を達成できる。
また、低濃度不純物領域16の不純物濃度も小さく、この部分での接合リークも同様に小さくできる。
以上より、Nウェル(NW)11とPウェル(PW)10の接合容量は数[fF]程度にできる。
The configuration of the impurity region forming the capacitor of the third embodiment is the same as that of FIG. 1B of the first embodiment.
Therefore, the leakage of the storage node SN is small, and the charge retention time can be increased from several seconds to several hundred seconds. For this reason, the voltage increase amount of the sub-line WBLs1 at the time of reading “1” data that increases at time T7 in FIG. 9E can be increased, and a reliable operation can be achieved.
Further, the impurity concentration of the low-concentration impurity region 16 is small, and the junction leakage in this portion can be similarly reduced.
As described above, the junction capacitance between the N well (NW) 11 and the P well (PW) 10 can be set to several [fF].

また、第1実施形態と同様、サブ線WBLs1の電荷に、ストレージノードSNから読み出した電荷が付加されて、この合計の電荷量によってアンプトランジスタATのゲートバイアス電圧が生成される。このためストレージ・キャパシタC1の容量自体は数[fF]もあれば、“1”データ読み出し時にアンプトランジスタATを確実にオンできる。ストレージ・キャパシタC1はセルごとに存在するため、その容量が小さくてすむことはセル面積の縮小に有利である。   Similarly to the first embodiment, the charge read from the storage node SN is added to the charge of the sub line WBLs1, and the gate bias voltage of the amplifier transistor AT is generated based on the total charge amount. Therefore, if the capacity itself of the storage capacitor C1 is several [fF], the amplifier transistor AT can be reliably turned on when “1” data is read. Since the storage capacitor C1 exists for each cell, it is advantageous for reducing the cell area that the capacity is small.

第2実施形態と同様な利点としては、選択トランジスタSTが設けられていることから、データ読み出しを確実に行い、誤動作を防止できる。また、データ書き込み時にアンプトランジスタATがオンすることもない。   As advantages similar to the second embodiment, since the selection transistor ST is provided, it is possible to reliably read data and prevent malfunction. Further, the amplifier transistor AT is not turned on when data is written.

第3実施形態特有の利点としては、アンプトランジスタATの電圧を、ゲート(サブ線WBLs1)に接続されている昇圧キャパシタC2を介して昇圧することである。
昇圧キャパシタC2がMOS容量からなる場合、その昇圧により“1”データ読み出し時と“0”データ読み出し時とで、アンプトランジスタATのゲート電圧の電圧差を拡大することができる。
この昇圧キャパシタC2は、書き込みトランジスタWT、アンプトランジスタATおよび選択トランジスタSTとともに複数N個のセルで共有化できる。この場合、前述したように1ビット当たりのトランジスタを削減でき、面積縮小およびコスト低減が可能となる。
The advantage peculiar to the third embodiment is that the voltage of the amplifier transistor AT is boosted through the boost capacitor C2 connected to the gate (sub line WBLs1).
When the boost capacitor C2 is composed of a MOS capacitor, the voltage difference of the gate voltage of the amplifier transistor AT can be expanded between “1” data reading and “0” data reading by boosting.
The boost capacitor C2 can be shared by a plurality of N cells together with the write transistor WT, the amplifier transistor AT, and the select transistor ST. In this case, as described above, the number of transistors per bit can be reduced, and the area and cost can be reduced.

<変形例>
図10〜図14に、上記第1〜第3実施形態に適用可能な、ストレージ・キャパシタC1の構造の変形例を示す
<Modification>
10 to 14 show modified examples of the structure of the storage capacitor C1 applicable to the first to third embodiments.

図10に示す第1変形例では、Nウェル(NW)11の中にN型不純物をイオン注入して、Nウェル(NW)11よりも不純物濃度が高い高濃度不純物領域17を形成している。
高濃度不純物領域17を形成すると、Nウェル(NW)11内から転送トランジスタTTまでの抵抗を小さくできるので、Nウェル(NW)11内の電荷の充放電にかかる時間を短縮することができる。Pウェル(PW)10との接合リークを増加させないために、ここで形成する高濃度不純物領域17は、Pウェル(PW)10に接しないように形成する。
In the first modification shown in FIG. 10, N-type impurities are ion-implanted into the N well (NW) 11 to form a high concentration impurity region 17 having an impurity concentration higher than that of the N well (NW) 11. .
When the high-concentration impurity region 17 is formed, the resistance from the N well (NW) 11 to the transfer transistor TT can be reduced, so that the time required for charging and discharging the charge in the N well (NW) 11 can be shortened. In order not to increase the junction leak with the P well (PW) 10, the high concentration impurity region 17 formed here is formed so as not to contact the P well (PW) 10.

図11に示す第2変形例では、転送トランジスタTTのチャネル形成領域とNウェル(NW)11が接して接続されるように、転送トランジスタTTのゲート電極14の一部を、ゲート絶縁膜13を介してNウェル(NW)11の上に重ねて形成したものである。この構造では、転送トランジスタTTとNウェル(NW)11を接続する低濃度のN型不純物領域(低濃度不純物領域16)がない。このため、低濃度不純物領域16域とPウェル(PW)10との接合リークをなくすことができる。   In the second modification shown in FIG. 11, a part of the gate electrode 14 of the transfer transistor TT is connected to the gate insulating film 13 so that the channel formation region of the transfer transistor TT and the N well (NW) 11 are in contact with each other. Via the N well (NW) 11. In this structure, there is no low concentration N-type impurity region (low concentration impurity region 16) connecting the transfer transistor TT and the N well (NW) 11. Therefore, junction leakage between the low concentration impurity region 16 and the P well (PW) 10 can be eliminated.

書き込み時または読み出し時に転送トランジスタTTのゲートにハイレベルの電圧が印加されている時にのみPウェル(PW)10表面にN反転層(チャネル)が形成され、ゲート電極14と重なるNウェル(NW)11の部分にN型の蓄積層が形成される。この蓄積層を通って、電荷がNウェル(NW)11内に充放電される。   An N inversion layer (channel) is formed on the surface of the P well (PW) 10 only when a high level voltage is applied to the gate of the transfer transistor TT at the time of writing or reading, and the N well (NW) overlapping the gate electrode 14 An N-type accumulation layer is formed in the portion 11. The charge is charged and discharged in the N well (NW) 11 through the accumulation layer.

図12に示す第3変形例では、上述した第2変形例において、Nウェル(NW)11の中にN型不純物をイオン注入して、Nウェル(NW)11よりも不純物濃度が高い高濃度不純物領域17を形成したものである。これにより、Nウェル(NW)11内の電荷の充放電に掛かる時間を短縮することができる。Pウェル(PW)10との接合リークを増加させないために、ここで形成するN型不純物領域は、Pウェル(PW)10に接しないように形成する。   In the third modification shown in FIG. 12, in the second modification described above, N-type impurities are ion-implanted into the N well (NW) 11, and the impurity concentration is higher than that of the N well (NW) 11. Impurity regions 17 are formed. As a result, the time required to charge and discharge the charges in the N well (NW) 11 can be shortened. In order not to increase the junction leak with the P well (PW) 10, the N-type impurity region formed here is formed so as not to contact the P well (PW) 10.

図13に示す第4変形例は、図11に示す第2変形例に低濃度不純物領域16を追加したものである。
転送トランジスタTTとNウェル(NW)11は低濃度のN型不純物領域16で接続され、かつ、転送トランジスタTTのゲート電極14の一部を、ゲート絶縁膜13を介してNウェル(NW)11上に重ねている。
The fourth modification shown in FIG. 13 is obtained by adding a low concentration impurity region 16 to the second modification shown in FIG.
The transfer transistor TT and the N well (NW) 11 are connected by a low concentration N-type impurity region 16, and a part of the gate electrode 14 of the transfer transistor TT is connected to the N well (NW) 11 via the gate insulating film 13. It is layered on top.

図14に示す第5変形例は、図12に示す第3変形例に低濃度不純物領域16を追加したものである。
転送トランジスタTTとNウェル(NW)11は低濃度のN型不純物領域16で接続され、かつ、転送トランジスタTTのゲート電極14の一部を、ゲート絶縁膜13を介してNウェル(NW)11上に重ねている。
また、Nウェル(NW)11の中にN型不純物をイオン注入して、Nウェル(NW)11よりも不純物濃度が高い高濃度不純物領域17が形成されている。これにより、Nウェル(NW)11内の電荷の充放電に掛かる時間を短縮することができる。Pウェル(PW)10との接合リークを増加させないために、ここで形成するN型不純物領域は、Pウェル(PW)10に接しないように形成する。
The fifth modification shown in FIG. 14 is obtained by adding a low concentration impurity region 16 to the third modification shown in FIG.
The transfer transistor TT and the N well (NW) 11 are connected by a low concentration N-type impurity region 16, and a part of the gate electrode 14 of the transfer transistor TT is connected to the N well (NW) 11 via the gate insulating film 13. It is layered on top.
Further, an N-type impurity is ion-implanted into the N well (NW) 11 to form a high concentration impurity region 17 having an impurity concentration higher than that of the N well (NW) 11. As a result, the time required to charge and discharge the charges in the N well (NW) 11 can be shortened. In order not to increase the junction leak with the P well (PW) 10, the N-type impurity region formed here is formed so as not to contact the P well (PW) 10.

本発明の実施の形態によれば、転送トランジスタTTを介して接続されたストレージ・キャパシタC1に電荷を蓄積する。ストレージ・キャパシタC1はPウェル(PW)10とPウェル(PW)10内に形成されたNウェル(NW)11とで形成される。転送トランジスタTTとNウェル(NW)11は低不純物濃度のN型不純物領域にて電気的に接続される。Nウェル(NW)11とPウェル(PW)10は何れも不純物濃度が低いので接合リーク電流が小さい。そのことから、電荷保持時間が長くなる。Nウェル(NW)11とPウェル(PW)10の不純物濃度、Nウェル(NW)11のサイズ、その他製造プロセスの条件にもよるが、電荷保持時間は数秒から数百秒を達成することが可能である。電荷保持時間が長いことは、リフレッシュサイクルを長くできるという優位性を持つことから、データ保持時の低消費電力化に貢献する。   According to the embodiment of the present invention, charges are accumulated in the storage capacitor C1 connected via the transfer transistor TT. The storage capacitor C1 is formed by a P well (PW) 10 and an N well (NW) 11 formed in the P well (PW) 10. The transfer transistor TT and the N well (NW) 11 are electrically connected through an N-type impurity region having a low impurity concentration. Since both the N well (NW) 11 and the P well (PW) 10 have a low impurity concentration, the junction leakage current is small. As a result, the charge retention time becomes longer. Depending on the impurity concentration of the N well (NW) 11 and the P well (PW) 10, the size of the N well (NW) 11, and other manufacturing process conditions, the charge retention time can be several seconds to several hundred seconds. Is possible. A long charge retention time has the advantage that the refresh cycle can be lengthened, which contributes to a reduction in power consumption during data retention.

(A)は第1実施形態のDRAMセルの等価回路図、(B)はセルの部分的断面図である。(A) is an equivalent circuit diagram of the DRAM cell of the first embodiment, and (B) is a partial sectional view of the cell. 一部のトランジスタをN個のセルで共有化しているユニット2個分の回路図である。It is a circuit diagram for two units in which some transistors are shared by N cells. (A)〜(F)は第1実施形態の動作タイミングチャートである。(A)-(F) are the operation | movement timing charts of 1st Embodiment. 第2実施形態のDRAMセルの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the DRAM cell of the second embodiment. 一部のトランジスタをN個のセルで共有化しているユニット2個分の回路図である。It is a circuit diagram for two units in which some transistors are shared by N cells. (A)〜(G)は第2実施形態の動作タイミングチャートである。(A)-(G) are the operation | movement timing charts of 2nd Embodiment. 第3実施形態のDRAMセルの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the DRAM cell of the third embodiment. 一部のトランジスタをN個のセルで共有化しているユニット2個分の回路図である。It is a circuit diagram for two units in which some transistors are shared by N cells. (A)〜(G)は第3実施形態の動作タイミングチャートである。(A)-(G) are the operation | movement timing charts of 3rd Embodiment. 第1変形例のセルの部分的断面図である。It is a fragmentary sectional view of the cell of the 1st modification. 第2変形例のセルの部分的断面図である。It is a fragmentary sectional view of the cell of the 2nd modification. 第3変形例のセルの部分的断面図である。It is a fragmentary sectional view of the cell of the 3rd modification. 第4変形例のセルの部分的断面図である。It is a fragmentary sectional view of the cell of the 4th modification. 第5変形例のセルの部分的断面図である。It is a fragmentary sectional view of the cell of the 5th modification. 特許文献1で提案されているタイプの3T型DRAMセルの等価回路である。This is an equivalent circuit of a 3T type DRAM cell of the type proposed in Patent Document 1. 特許文献2に記載されているタイプの3T1C型DRAMセルの等価回路である。3 is an equivalent circuit of a 3T1C type DRAM cell of the type described in Patent Document 2.

符号の説明Explanation of symbols

1A,1B,1C,1D…ユニット、10…Pウェル(PW)、11…Nウェル(NW)、12…ソース・ドレイン領域、14…ゲート電極、16…低濃度不純物領域、17…高濃度不純物領域、WT…書き込みトランジスタ、TT…転送トランジスタ、AT…アンプトランジスタ、ST…選択トランジスタ、C1…ストレージ・キャパシタ、C2…昇圧キャパシタ、WWL…書き込みワード線、RWL…読み出しワード線、WBL…書き込みビット線、WBLm1…メイン線、WBLs1…サブ線、RBL…読み出しビット線、CSL…コモンソース線、TG…転送ゲート線、SN…ストレージノード   1A, 1B, 1C, 1D ... unit, 10 ... P well (PW), 11 ... N well (NW), 12 ... source / drain region, 14 ... gate electrode, 16 ... low concentration impurity region, 17 ... high concentration impurity Area, WT ... write transistor, TT ... transfer transistor, AT ... amplifier transistor, ST ... select transistor, C1 ... storage capacitor, C2 ... boost capacitor, WWL ... write word line, RWL ... read word line, WBL ... write bit line , WBLm1 ... main line, WBLs1 ... sub line, RBL ... read bit line, CSL ... common source line, TG ... transfer gate line, SN ... storage node

Claims (15)

書き込みトランジスタ、転送トランジスタ、アンプトランジスタおよび電荷蓄積キャパシタを有し、
前記書き込みトランジスタは、ソース・ドレイン領域の一方が書き込みビット線に接続され、他方が前記アンプトランジスタのゲートに接続され、ゲートが書き込みワード線に接続され、
前記転送トランジスタは、ソース・ドレイン領域の一方がアンプトランジスタのゲートに接続され、他方が前記電荷蓄積キャパシタのストレージノード電極に接続され、ゲートが転送ゲート線に接続され、
前記アンプトランジスタのドレインが読み出しビット線に接続され、ソースがコモンソース線に接続されている
半導体メモリ装置。
A write transistor, a transfer transistor, an amplifier transistor and a charge storage capacitor;
In the write transistor, one of a source / drain region is connected to a write bit line, the other is connected to a gate of the amplifier transistor, a gate is connected to a write word line,
In the transfer transistor, one of the source / drain regions is connected to the gate of the amplifier transistor, the other is connected to the storage node electrode of the charge storage capacitor, the gate is connected to the transfer gate line,
A semiconductor memory device, wherein a drain of the amplifier transistor is connected to a read bit line, and a source is connected to a common source line.
複数のメモリセルからなるメモリセルアレイを有し、
前記メモリセルアレイ内で、
前記書き込みトランジスタの他方のソース・ドレイン領域と前記アンプトランジスタのゲートとが共通接続されているノードに対し、当該ノードに一方のソース・ドレイン領域を接続している前記転送トランジスタがN(N:2以上の自然数)個並列に設けられ、
前記N個の転送トランジスタの他方のソース・ドレイン領域それぞれに、前記電荷蓄積キャパシタが接続され、
前記転送トランジスタと前記電荷蓄積キャパシタとをメモリセルごとに備え、
前記書き込みトランジスタと前記アンプトランジスタをN個のメモリセルで共有している
請求項1に記載の半導体メモリ装置。
A memory cell array including a plurality of memory cells;
Within the memory cell array,
For the node where the other source / drain region of the write transistor and the gate of the amplifier transistor are connected in common, the transfer transistor connecting one source / drain region to the node is N (N: 2 The above natural numbers) are provided in parallel,
The charge storage capacitor is connected to each of the other source / drain regions of the N transfer transistors,
The transfer transistor and the charge storage capacitor are provided for each memory cell,
The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the write transistor and the amplifier transistor are shared by N memory cells.
前記書き込みトランジスタと前記アンプトランジスタとを共有するN個のメモリセルを1ユニットとし、複数のユニットが前記メモリセル内にマトリックス状に配置され、
前記書き込みビット線がメイン線とサブ線からなり、
前記メイン線が一方向に並ぶ複数のユニットで共有され、
前記サブ線が前記ノードを構成し、ユニットごとに設けられている
請求項2に記載の半導体メモリ装置。
N memory cells sharing the write transistor and the amplifier transistor are set as one unit, and a plurality of units are arranged in a matrix in the memory cell,
The write bit line comprises a main line and a sub line,
The main line is shared by a plurality of units arranged in one direction,
The semiconductor memory device according to claim 2, wherein the sub-line constitutes the node and is provided for each unit.
前記転送トランジスタが、
第1導電型半導体からなるウェルと、
第1導電型半導体と逆導電型の第2導電型半導体からなり、前記ウェル内で互いに離間している2つのソース・ドレイン領域と、を有し、
前記2つのソース・ドレイン領域の一方が前記電荷蓄積キャパシタの前記ストレージノード電極を形成し、
当該一方のソース・ドレイン領域に接合する前記ウェルが、前記電荷蓄積キャパシタの固定電位電極を兼用する
請求項1に記載の半導体メモリ装置。
The transfer transistor is
A well made of a first conductivity type semiconductor;
Two source / drain regions made of a second conductivity type semiconductor opposite to the first conductivity type semiconductor and separated from each other in the well,
One of the two source / drain regions forms the storage node electrode of the charge storage capacitor;
The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the well joined to the one source / drain region also serves as a fixed potential electrode of the charge storage capacitor.
前記ストレージノード電極を形成する前記一方のソース・ドレイン領域と同じ第2導電型を有し、当該一方のソース・ドレイン領域より高濃度な高濃度不純物領域が、前記一方のソース・ドレイン領域内で前記ウェルに接しない位置に形成されている
請求項4に記載の半導体メモリ装置。
A high-concentration impurity region having the same second conductivity type as the one source / drain region forming the storage node electrode and having a higher concentration than the one source / drain region is formed in the one source / drain region. The semiconductor memory device according to claim 4, wherein the semiconductor memory device is formed at a position not in contact with the well.
前記ストレージノード電極を形成する前記一方のソース・ドレイン領域の一部が前記転送トランジスタのゲート電極と平面パターンで重なり、当該一方のソース・ドレイン領域の第2導電型不純物濃度が、他方のソース・ドレイン領域の第2導電型不純物濃度より低い
請求項4に記載の半導体メモリ装置。
A part of the one source / drain region forming the storage node electrode overlaps with the gate electrode of the transfer transistor in a plane pattern, and the second conductivity type impurity concentration of the one source / drain region is set to the other source / drain region. The semiconductor memory device according to claim 4, wherein the concentration is lower than a second conductivity type impurity concentration in the drain region.
書き込みトランジスタ、転送トランジスタ、アンプトランジスタ、選択トランジスタおよび電荷蓄積キャパシタを有し、
前記書き込みトランジスタは、ソース・ドレイン領域の一方が書き込みビット線に接続され、他方が前記アンプトランジスタのゲートに接続され、ゲートが書き込みワード線に接続され、
前記転送トランジスタは、ソース・ドレイン領域の一方がアンプトランジスタのゲートに接続され、他方が前記電荷蓄積キャパシタのストレージノード電極に接続され、ゲートが転送ゲート線に接続され、
前記アンプトランジスタのドレインが前記選択トランジスタのソースに接続され、ソースがコモンソース線に接続され、
前記選択トランジスタのドレインが読み出しビット線に接続され、ゲートが読み出しワード線に接続されている
半導体メモリ装置。
A writing transistor, a transfer transistor, an amplifier transistor, a selection transistor and a charge storage capacitor;
In the write transistor, one of a source / drain region is connected to a write bit line, the other is connected to a gate of the amplifier transistor, a gate is connected to a write word line,
In the transfer transistor, one of the source / drain regions is connected to the gate of the amplifier transistor, the other is connected to the storage node electrode of the charge storage capacitor, the gate is connected to the transfer gate line,
The drain of the amplifier transistor is connected to the source of the selection transistor, the source is connected to a common source line,
A semiconductor memory device, wherein a drain of the selection transistor is connected to a read bit line, and a gate is connected to a read word line.
複数のメモリセルからなるメモリセルアレイを有し、
前記メモリセルアレイ内で、
前記書き込みトランジスタの他方のソース・ドレイン領域と前記アンプトランジスタのゲートとが共通接続されているノードに対し、当該ノードに一方のソース・ドレイン領域を接続している前記転送トランジスタがN(N:2以上の自然数)個並列に設けられ、
前記N個の転送トランジスタの他方のソース・ドレイン領域それぞれに、前記電荷蓄積キャパシタが接続され、
前記転送トランジスタと前記電荷蓄積キャパシタとをメモリセルごとに備え、
前記書き込みトランジスタ、前記アンプトランジスタおよび前記選択トランジスタをN個のメモリセルで共有している
請求項7に記載の半導体メモリ装置。
A memory cell array including a plurality of memory cells;
Within the memory cell array,
For the node where the other source / drain region of the write transistor and the gate of the amplifier transistor are connected in common, the transfer transistor connecting one source / drain region to the node is N (N: 2 The above natural numbers) are provided in parallel,
The charge storage capacitor is connected to each of the other source / drain regions of the N transfer transistors,
The transfer transistor and the charge storage capacitor are provided for each memory cell,
The semiconductor memory device according to claim 7, wherein the write transistor, the amplifier transistor, and the selection transistor are shared by N memory cells.
前記書き込みトランジスタ、前記アンプトランジスタおよび前記選択トランジスタを共有するN個のメモリセルを1ユニットとし、複数のユニットが前記メモリセル内にマトリックス状に配置され、
前記書き込みビット線がメイン線とサブ線からなり、
前記メイン線が一方向に並ぶ複数のユニットで共有され、
前記サブ線が前記ノードを構成し、ユニットごとに設けられている
請求項8に記載の半導体メモリ装置。
N memory cells sharing the write transistor, the amplifier transistor, and the selection transistor are set as one unit, and a plurality of units are arranged in a matrix in the memory cell,
The write bit line comprises a main line and a sub line,
The main line is shared by a plurality of units arranged in one direction,
The semiconductor memory device according to claim 8, wherein the sub-line constitutes the node and is provided for each unit.
前記転送トランジスタが、
第1導電型半導体からなるウェルと、
第1導電型半導体と逆導電型の第2導電型半導体からなり、前記ウェル内で互いに離間している2つのソース・ドレイン領域と、を有し、
前記2つのソース・ドレイン領域の一方が前記電荷蓄積キャパシタの前記ストレージノード電極を形成し、
当該一方のソース・ドレイン領域に接合する前記ウェルが、前記電荷蓄積キャパシタの固定電位電極を兼用する
請求項7に記載の半導体メモリ装置。
The transfer transistor is
A well made of a first conductivity type semiconductor;
Two source / drain regions made of a second conductivity type semiconductor opposite to the first conductivity type semiconductor and separated from each other in the well,
One of the two source / drain regions forms the storage node electrode of the charge storage capacitor;
The semiconductor memory device according to claim 7, wherein the well joined to the one source / drain region also serves as a fixed potential electrode of the charge storage capacitor.
書き込みトランジスタ、転送トランジスタ、アンプトランジスタ、選択トランジスタ、電荷蓄積キャパシタおよび昇圧キャパシタを有し、
前記書き込みトランジスタは、ソース・ドレイン領域の一方が書き込みビット線に接続され、他方が前記昇圧キャパシタの一方電極に接続され、ゲートが書き込みワード線に接続され、
前記転送トランジスタは、ソース・ドレイン領域の一方が前記昇圧キャパシタの一方電極に接続され、他方が前記電荷蓄積キャパシタのストレージノード電極に接続され、ゲートが転送ゲート線に接続され、
前記アンプトランジスタのゲートが前記アンプトランジスタの他方電極に接続され、ドレインが前記選択トランジスタのソースに接続され、ソースがコモンソース線に接続され、
前記選択トランジスタのドレインが読み出しビット線に接続され、ゲートが読み出しワード線に接続されている
半導体メモリ装置。
A write transistor, a transfer transistor, an amplifier transistor, a select transistor, a charge storage capacitor and a boost capacitor;
The write transistor has one of source / drain regions connected to a write bit line, the other connected to one electrode of the boost capacitor, and a gate connected to a write word line,
The transfer transistor has one of source / drain regions connected to one electrode of the boost capacitor, the other connected to a storage node electrode of the charge storage capacitor, and a gate connected to a transfer gate line,
The gate of the amplifier transistor is connected to the other electrode of the amplifier transistor, the drain is connected to the source of the selection transistor, the source is connected to a common source line,
A semiconductor memory device, wherein a drain of the selection transistor is connected to a read bit line, and a gate is connected to a read word line.
前記昇圧キャパタが、ゲートが前記アンプトランジスタのゲートに接続され、ソースとドレインの一方が読み出しワード線に接続されているMOS容量からなる
請求項11に記載の半導体メモリ装置。
The semiconductor memory device according to claim 11, wherein the boosting capacitor includes a MOS capacitor having a gate connected to a gate of the amplifier transistor and one of a source and a drain connected to a read word line.
複数のメモリセルからなるメモリセルアレイを有し、
前記メモリセルアレイ内で、
前記書き込みトランジスタの他方のソース・ドレイン領域と前記昇圧キャパシタの一方電極とが共通接続されているノードに対し、当該ノードに一方のソース・ドレイン領域を接続している前記転送トランジスタがN(N:2以上の自然数)個並列に設けられ、
前記N個の転送トランジスタの他方のソース・ドレイン領域それぞれに、前記電荷蓄積キャパシタが接続され、
前記転送トランジスタと前記電荷蓄積キャパシタとをメモリセルごとに備え、
前記書き込みトランジスタ、前記アンプトランジスタ、前記選択トランジスタおよび前記昇圧キャパシタをN個のメモリセルで共有している
請求項11に記載の半導体メモリ装置。
A memory cell array including a plurality of memory cells;
Within the memory cell array,
For a node where the other source / drain region of the write transistor and one electrode of the boost capacitor are commonly connected, the transfer transistor connecting one source / drain region to the node is N (N: Two or more natural numbers) in parallel,
The charge storage capacitor is connected to each of the other source / drain regions of the N transfer transistors,
The transfer transistor and the charge storage capacitor are provided for each memory cell,
The semiconductor memory device according to claim 11, wherein the write transistor, the amplifier transistor, the selection transistor, and the boost capacitor are shared by N memory cells.
前記書き込みトランジスタ、前記アンプトランジスタ、前記選択トランジスタおよび前記昇圧キャパシタを共有するN個のメモリセルを1ユニットとし、複数のユニットが前記メモリセル内にマトリックス状に配置され、
前記書き込みビット線がメイン線とサブ線からなり、
前記メイン線が一方向に並ぶ複数のユニットで共有され、
前記サブ線が前記ノードを構成し、ユニットごとに設けられている
請求項13に記載の半導体メモリ装置。
N memory cells sharing the write transistor, the amplifier transistor, the selection transistor, and the boost capacitor are defined as one unit, and a plurality of units are arranged in a matrix in the memory cell,
The write bit line comprises a main line and a sub line,
The main line is shared by a plurality of units arranged in one direction,
The semiconductor memory device according to claim 13, wherein the sub-line constitutes the node and is provided for each unit.
前記転送トランジスタが、
第1導電型半導体からなるウェルと、
第1導電型半導体と逆導電型の第2導電型半導体からなり、前記ウェル内で互いに離間している2つのソース・ドレイン領域と、を有し、
前記2つのソース・ドレイン領域の一方が前記電荷蓄積キャパシタの前記ストレージノード電極を形成し、
当該一方のソース・ドレイン領域に接合する前記ウェルが、前記電荷蓄積キャパシタの固定電位電極を兼用する
請求項11に記載の半導体メモリ装置。
The transfer transistor is
A well made of a first conductivity type semiconductor;
Two source / drain regions made of a second conductivity type semiconductor opposite to the first conductivity type semiconductor and separated from each other in the well,
One of the two source / drain regions forms the storage node electrode of the charge storage capacitor;
The semiconductor memory device according to claim 11, wherein the well joined to the one source / drain region also serves as a fixed potential electrode of the charge storage capacitor.
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