JP2013073954A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本実施形態の半導体装置は、ゲートが第1配線に接続され、第1ソース/ドレインの一方が第2配線に接続された第1トランジスタと、ゲート絶縁膜、ゲート電極、および前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との間に設けられしきい値を変調するしきい値変調膜を有するゲート構造と、第2ソース/ドレインとを備え、前記ゲート電極が前記第1トランジスタの前記第1ソース/ドレインの他方に接続され、前記第2ソース/ドレインの一方が第3配線に接続され、前記第2ソース/ドレインの他方が第4配線に接続された第2トランジスタと、を備えている。
【選択図】図1
Description
第1実施形態による半導体装置を図1に示す。この実施形態の半導体装置は、2トランジスタ型DRAMであって、少なくとも1個のメモリセルを有している。このメモリセルの構成を示す図および回路図を図1および図2にそれぞれ示す。このメモリセルMCは、書き込みトランジスタM1と、読み出しトランジスタM2とを有している。書き込みトランジスタM1は、ソース/ドレインの一方が書き込みビット線WBLに接続され、他方が読み出しトランジスタM2のゲートに接続され、ゲートが書き込みワード線WWLに接続されている。読み出しトランジスタM2は、ソース/ドレインの一方が読み出しビット線RBLに接続され、他方が読み出しワード線RWLに接続されている。そして、書き込みトランジスタM1は通常のMOSFETであるが、読み出しトランジスタM2には書き込みトランジスタM1と異なり、しきい値変調膜(以下、TMF(Threshold Modulate Film)ともいう)をゲート構造に備えている。
通常、メモリには、マトリクス状に配列された複数のメモリセルMCを有するセルアレイを備えている。このセルアレイは、少なくとも1本のビット線と、少なくとも1本のワード線を備えている。各ビット線および各ワード線には複数のメモリセルMCが接続される。そして、少なくとも1本のビット線もしくは少なくとも1本のワード線にはセンスアンプが設けられる。読み出しビット線RBLと、書き込みビット線WBLがセンスアンプSAに接続された第1実施形態によるメモリの第1実施例の回路図を図9に示す。図9は、第1実施例のメモリのi(i=1,・・・)列j(j=1,・・・)行のメモリセルMCijと、i列j+1行のメモリセルMCij+1を示す回路図である。各メモリセルMCij(i=1,・・・、j=1,・・・)の書き込みトランジスタM1ijは、ゲートが書き込みワード線WWLjに接続され、ソース/ドレインの一方が書き込みビット線WBLiに接続され、ソース/ドレインの他方がメモリセルMCijの読み出しトランジスタM2ijのゲート電極に接続されている。各メモリセルMCij(i=1,・・・、j=1,・・・)の読み出しトランジスタM2ijは、ソース/ドレインの一方が読み出しワード線RWLjに接続され、ソース/ドレインの他方が読み出しビット線RBLiに接続されている。すなわち、図9に示すメモリのセルアレイにおいては、書き込みビット線WBLiにはメモリセルMCij、MCij+1のそれぞれの書き込みトランジスタM1のソース/ドレインの一方が接続される。また、読み出しビット線RBLiにはメモリセルMCij、MCij+1のそれぞれの読み出しトランジスタM2のソース/ドレインの他方が接続される。そして、書き込みビット線WBLi(i=1,・・・)および読み出しビット線RBLiには、センスアンプSAiが接続されている。
また、図9に示す第1実施例のメモリにおいて、読み出しビット線RBLi(i=1,・・・)と書き込みビット線WBLiを共通のビット線BLiにした場合のメモリの第2実施例の回路図を図10に示す。すなわち、図10に示す第2実施例においは、各メモリセルMCij(i=1,・・・、j=1,・・・)の書き込みトランジスタM1ijのソース/ドレインの一方と、読み出しトランジスタM2ijのソース/ドレインの一方がビット線BLiに接続され、このビット線BLiにセンスアンプSAiが接続された構成となっている。このように構成することにより、第1具体例に比べてビット線の本数を少なくすることができる。
次に、第1実施形態によるメモリの第3実施例の回路図を図11に示し、その動作を説明する波形図を図12に示す。なお、図12は、読み出しからリフレッシュ動作までの印加電圧の波形図である。
次に、第4実施例によるメモリを図13に示す。この第4実施例のメモリは、図11に示す第3実施例のメモリにおいて、後段のインバータ32aの電源電圧Vddfを前段のインバータ32bの電源電圧Vddiより大きくした構成となっている。この第4実施例においては、書き込みビット線WBLiの電圧を高くすることでき、より多くの電荷を貯めることが可能となる。
次に、第5実施例によるメモリを図14に示す。この第5実施例のメモリは、図11に示す第3実施例のメモリにおいて、トランジスタ34の代わりにトランジスタ35a、35bを設け、センスアンプSAi(i=1,・・・)の代わりに、センスアンプSAaiを設けた構成となっている。
次に、第6実施例によるメモリを図16に示す。この第6実施例のメモリは、図11に示す第3実施例のメモリにおいて、トランジスタ34を削除するとともに、センスアンプSAiをセンスアンプSAbiに置き換えた構成となっている。
次に、第7実施例によるメモリを図18に示す。この第7実施例のメモリは、図16に示す第6実施例のメモリにおいて、プリチャージ用のトランジスタ35bを新たに設けるとともに、センスアンプSAbiをセンスアンプSAciに置き換えた構成となっている。このセンスアンプSAciは、センスアンプSAbiからプリチャージ用のトランジスタ31a、31dを削除した構成となっている。したがって、第6実施例のメモリに比べて、各列に対して1個のプリチャージ用にトランジスタを削除した構成となっている。このように、第7実施例においては、読み出しビット線RBLiとセンスアンプSAciのラッチ回路との間のトランジスタを一つ減らすことができ、その間の抵抗を減らすことが可能となる。
1)リテンション時間の伸張
2)読み出し速度の向上
3)低消費電力化
4)ノイズ耐性の向上
を得ることができる。すなわち、頻繁なリフレッシュ動作が不要で、正常な読み出しを行うことのできる半導体装置を提供することができる。
4a ソース
4b ドレイン
5 チャネル
10 ゲート構造
12 ゲート絶縁膜
14 しきい値変調膜
14a 窒化膜
14b ONO膜
16 ゲート電極
30a、30b、30c、30d トランジスタ
31a、31b、31c、31d トランジスタ
32a、32b、32c、32d インバータ
34 トランジスタ
35a、35b トランジスタ
36 トランジスタ
38 トランジスタ
BL ビット線
MC メモリセル
M1 書き込みトランジスタ
M2 読み出しトランジスタ
WBL 書き込みビット線
RBL 読み出しビット線
WWL 書き込みワード線
RWL 読み出しワード線
TMF しきい値変調膜
Claims (10)
- ゲートが第1配線に接続され、第1ソース/ドレインの一方が第2配線に接続された第1トランジスタと、
ゲート絶縁膜、ゲート電極、および前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との間に設けられしきい値を変調するしきい値変調膜を有するゲート構造と、第2ソース/ドレインとを備え、前記ゲート電極が前記第1トランジスタの前記第1ソース/ドレインの他方に接続され、前記第2ソース/ドレインの一方が第3配線に接続され、前記第2ソース/ドレインの他方が第4配線に接続された第2トランジスタと、
を備えていることを特徴とする半導体装置。 - 前記第2配線と前記第4配線は同一の配線であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記しきい値変調膜は、電荷を捕獲するトラップ膜を備えていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記しきい値変調膜は、前記ゲート電極との界面に電荷の流出を防止するブロック絶縁膜を備えていることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
- 前記しきい値変調膜は、強誘電体膜または遷移金属酸化膜を備えていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記第2配線および前記第4配線に接続され、前記第2トランジスタがオン状態であるかまたはオフ状態であるかを検出するセンスアンプを更に備えていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記センスアンプは、直列に接続された複数のインバータを備えていることを特徴とする請求項6記載の半導体装置。
- 前記センスアンプの最終段のインバータの電源電圧が前記センスアンプの初段のインバータの電源電圧よりも大きいことを特徴とする請求項7記載の半導体装置。
- 前記センスアンプは、少なくとも2つのインバータがクロスカップル接続されたラッチ回路を備えていることを特徴とする請求項6記載の半導体装置。
- 前記第2配線および前記第4配線の少なくとも一方をプリチャージするプリチャージ回路を備えていることを特徴とする請求項6乃至9のいずれかに記載の半導体装置。
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