JPH06215566A - Dynamic semiconductor memory - Google Patents

Dynamic semiconductor memory

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JPH06215566A
JPH06215566A JP5008245A JP824593A JPH06215566A JP H06215566 A JPH06215566 A JP H06215566A JP 5008245 A JP5008245 A JP 5008245A JP 824593 A JP824593 A JP 824593A JP H06215566 A JPH06215566 A JP H06215566A
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potential
write
mos transistor
word line
selection
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大輔 加藤
Yukito Owaki
幸人 大脇
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Abstract

PURPOSE:To sufficiently secure signal potential by setting the nonselection potential of a word line lower than the 0 write potential of a bit line. CONSTITUTION:A memory cell array is constituted so that the bit lines BLk, the inverse of BLk (k=0, 1,...) and the word lines WLj (j=0, 1,...) are intersected each other and arranged, and memory cells consisting of n channel MOS transistors and capacitors are arranged on these intersection parts. A decoder 3 selecting the word line and a circuit 2 driving the selected word line are provided on the end part of the word line WLj, and on the other hand, bit line amplifiers 1 amplifying the signal potential read out from the cells MC to the bit lines respectively are provided on the end parts of respective bit lines BLk, the inverse of BLk. By a 0 write potential generation circuit 4, the 0 write potential is imparted to the bit line through the amplifier 1. Since the nonselection potential of the word line is set lower than the 0 write potential, the lower limit value of a threshold value voltage is lowered by the potential difference between both potentials, and the signal potential becomes large by the value that the lower limit value becomes low.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高集積化されたダイナ
ミック型半導体記憶装置(DRAM)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a highly integrated dynamic semiconductor memory device (DRAM).

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIメモリの中のRAMの一種である
DRAMの集積化には目覚ましい進歩がある。DRAM
の単位メモリセルは、例えば、直列接続された1個のn
チャネルのMOSトランジスタと1個のキャパシタとで
構成され、スケーリング則によるこれら素子の微細化に
よってDRAMの高集積化が実現されている。
2. Description of the Related Art There has been remarkable progress in the integration of DRAM, which is a type of RAM in LSI memory. DRAM
Unit memory cell is, for example, one n connected in series.
It is composed of a channel MOS transistor and one capacitor, and the high integration of DRAM is realized by miniaturizing these elements according to the scaling rule.

【0003】高集積化に伴う問題としてMOSトランジ
スタのゲート酸化膜に起因する信頼性の低下が挙げられ
ている。すなわち、ゲート酸化膜の薄膜化により、ゲー
ト酸化膜にかかる電界が大きくなり、経時破壊(TDD
B:Time Dependent Dioxiside Breakdown)の問題が顕
在化してきた。
As a problem associated with high integration, a decrease in reliability due to a gate oxide film of a MOS transistor is mentioned. That is, the thinning of the gate oxide film increases the electric field applied to the gate oxide film, which causes a breakdown over time (TDD).
B: The problem of Time Dependent Dioxiside Breakdown) has become apparent.

【0004】そこで、TDDBが問題とならない程度に
ゲート酸化膜にかかる最大電界を小さくしなければなら
ない。このためには、ワード線の選択電位(メモリセル
のMOSトランジスタをオン動作させるときの電位)を
ゲート酸化膜の薄膜化の程度に合わせて低くする必要が
ある。図15には、従来のDRAMにおけるビット線お
よびワード線に与えられる電位のレベル関係が示されて
いる。
Therefore, the maximum electric field applied to the gate oxide film must be reduced to such an extent that TDDB does not become a problem. For this purpose, it is necessary to lower the selection potential of the word line (potential when turning on the MOS transistor of the memory cell) according to the degree of thinning of the gate oxide film. FIG. 15 shows the level relation of the potentials applied to the bit lines and word lines in the conventional DRAM.

【0005】ビット線の“0”書き込み電位(メモリセ
ルのキャパシタに“0”データを書き込むときの電位)
bLおよびワード線の非選択電位(メモリセルのMOS
トランジスタをオフ動作させるときの電位)VwLは伴に
接地源電位Vssに等しく、選択電位VwHの上限は、キャ
パシタに“0”データを書き込むときに、メモリセルの
MOSトランジスタのソースとゲートとの間に印加され
る電圧の上限(許容最大電圧VGSmax )に等しい。
Bit line "0" write potential (potential when "0" data is written to the memory cell capacitor)
V bL and non-selected potential of word line (MOS of memory cell
The potential when the transistor is turned off) V wL is also equal to the ground source potential V ss, and the upper limit of the selection potential V wH is the source and gate of the MOS transistor of the memory cell when "0" data is written in the capacitor. Is equal to the upper limit of the voltage applied between and (maximum allowable voltage V GSmax ).

【0006】従来方式では、ゲート酸化膜の膜厚をTox
とし、フラットバンド電圧をVFBとすると、選択電位の
上限VwHmax とゲート酸化膜にかけられる最大の電界
(許容最大電界) Emax との間には、 VwHmax =VGSmax = Emax ・Tox+VFB …(1) の関係がある。
In the conventional method, the thickness of the gate oxide film is changed to Tox.
And the flat band voltage is V FB , V wHmax = V GSmax = E max · T ox between the upper limit V wHmax of the selection potential and the maximum electric field (maximum allowable electric field) E max applied to the gate oxide film. There is a relationship of + V FB (1).

【0007】ところで、MOSトランジスタのしきい値
電圧は、非選択時にデータが失われないように十分な電
流遮断特性が得られる程度に大きくする必要がある。つ
まり、MOSトランジスタのしきい値電圧には下限があ
る。この下限は非選択時の許容リーク電流とサブスレッ
ショルドスイング(Sファクタ)とによって決まる。
By the way, the threshold voltage of the MOS transistor needs to be large enough to obtain sufficient current cutoff characteristics so that data is not lost when the MOS transistor is not selected. That is, the threshold voltage of the MOS transistor has a lower limit. This lower limit is determined by the allowable leak current when not selected and the subthreshold swing (S factor).

【0008】ここで、MOSトランジスタのしきい値電
圧をドレイン電流=10-6Aとなるときのゲート電位と
ソース電位との電位差と定義し、許容リーク電流=10
-15A、Sファクタ=80m/decade(室温300K)という典型値
を用いると、しきい値電圧の下限VTHmin は次のように
なる。 VTHmin =−(log1010-15 −log1010-6)・
80〜720mV となる。
Here, the threshold voltage of the MOS transistor is defined as the potential difference between the gate potential and the source potential when the drain current = 10 −6 A, and the allowable leak current = 10.
Using a typical value of −15 A and S factor = 80 m / decade (room temperature 300 K), the lower limit V THmin of the threshold voltage is as follows. V THmin =-(log 10 10 -15 -Log 10 10 -6 ) ・
It becomes 80 to 720 mV.

【0009】また、メモリセル(キャパシタ)に保持で
きる信号電位VSIG convは、バックバイアス効果による
しきい値電圧の変化をΔVTHconvとすると、上記V
wHmax ,VTHmin を用いて次のように表すことができ
る。 VSIGconv =VwHmax −(VTHmin +ΔVTHconv) …(2)
Further, the signal potential V SIG conv that can be held in the memory cell (capacitor) is the above V when the change in the threshold voltage due to the back bias effect is ΔV THconv.
It can be expressed as follows using wHmax and V THmin . V SIGconv = V wHmax- (V THmin + ΔV THconv ) (2)

【0010】信号電位VSIGconv を大きくするにはSフ
ァクタを小することが望ましいが、微細化が進むと、S
ファクタが小さいMOSトランジスタを得るために、複
雑な構造のMOSトランジスタを形成しなければなら
ず、この結果、工程数が増加し製造コストが上昇すると
いう問題が生じる。
It is desirable to reduce the S factor in order to increase the signal potential V SIGconv , but as miniaturization progresses, S
In order to obtain a MOS transistor having a small factor, it is necessary to form a MOS transistor having a complicated structure, which results in a problem that the number of steps is increased and the manufacturing cost is increased.

【0011】また、式(2)から信号電位VSIGconv
大きくするにはVwHmax を大きくすれば良いことが分か
るが、VwHmax は上述したように式(1)で定まる大き
さ以上にすることができない。式(1)中のToxは一般
に微細化が進むと小さくなるため、VwHmax も微細化に
伴って小さくなる。したがって、高集積化が進むと信号
電位VSIGconv が小さくなり、センスアンプの安定した
動作を確保するのが困難になる。
Further, although in order to increase the signal potential V SIGconv from equation (2) it can be seen that it is sufficient to increase the V WHmax, the V WHmax is more than the size determined by the of the expression (1) as described above I can't. Since Tox in the formula (1) generally becomes smaller as miniaturization progresses, V wHmax also becomes smaller with miniaturization. Therefore, as the degree of integration increases, the signal potential V SIGconv decreases, and it becomes difficult to ensure stable operation of the sense amplifier.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のD
RAMにあっては、選択電位の上限およびしきい値電圧
の下限は、それぞれTDDBの防止および良好な電流遮
断特性の確保の点から制限されていた。このため、素子
の微細化(高集積化)に伴って信号電位が減少し、セン
スアンプの安定した動作を確保するのが困難であるとい
う問題があった。
As described above, the conventional D
In the RAM, the upper limit of the selection potential and the lower limit of the threshold voltage are limited from the viewpoints of preventing TDDB and ensuring good current cutoff characteristics, respectively. For this reason, there is a problem that the signal potential decreases with the miniaturization (high integration) of the element, and it is difficult to ensure stable operation of the sense amplifier.

【0013】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、集積化が進んでも十分
な信号電位を確保できるダイナミック型半導体記憶装置
を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a dynamic semiconductor memory device which can secure a sufficient signal potential even when the integration is advanced.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のダイナミック型半導体記憶装置は、マト
リクス配列されたビット線及びワード線と、ゲートが前
記ワード線に接続され、ドレインが前記ビット線に接続
されたMOSトランジスタ及びこのMOSトランジスタ
のソースに接続されたキャパシタとからなり、前記ビッ
ト線と前記ワード線との交差部に設けられたダイナミッ
ク型メモリセルとを具備してなるダイナミック型半導体
記憶装置において、前記ワード線の非選択電位が前記ビ
ット線の“0”書き込み電位より低く設定され、且つ前
記ワード線の選択電位と前記ビット線の“0”書き込み
電位との電位差が、前記MOSトランジスタのソースと
ゲートとの間に印加できる電圧の上限に設定されている
ことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the dynamic semiconductor memory device of the present invention is
The gate is preceded by the bit and word lines arranged in a lix
Connected to the word line and the drain is connected to the bit line
MOS transistor and this MOS transistor
And a capacitor connected to the source of
Of the dynamics provided at the intersection of the word line and the word line.
Dynamic semiconductor including a memory cell
In the memory device, the non-selection potential of the word line is
Is set lower than the "0" write potential of the input line, and
Select potential of word line and write "0" to bit line
The potential difference from the potential is the source of the MOS transistor
It is set to the upper limit of the voltage that can be applied to the gate
It is characterized by

【0015】前記MOSトランジスタのゲートオーバー
ラップ部のドレイン領域の不純物濃度が所定値以下であ
ることが好ましい。ここで、所定値とは、前記MOSト
ランジスタがオフ状態時のゲート絶縁膜に印加される最
大電界がオン状態時のそれを越えないようにすることが
できる不純物濃度である。
It is preferable that the impurity concentration of the drain region of the gate overlap portion of the MOS transistor is not more than a predetermined value. Here, the predetermined value is an impurity concentration that can prevent the maximum electric field applied to the gate insulating film when the MOS transistor is in the off state from exceeding that in the on state.

【0016】また、前記キャパシタに“0”データを書
き込むときに、前記MOSトランジスタのソースとゲー
トとの間に印加させる電圧の上限とは、例えば、前記M
OSトランジスタのゲート絶縁膜の破壊が起こらない最
大電圧である。
The upper limit of the voltage applied between the source and the gate of the MOS transistor when writing "0" data to the capacitor is, for example, M.
It is the maximum voltage at which the gate insulating film of the OS transistor is not destroyed.

【0017】[0017]

【作用】本発明のダイナミック型半導体記憶装置では、
ワード線の非選択電位がビット線の“0”書き込み電位
より低く設定されている。このため、しきい値電圧の下
限値を非選択電位と“0”書き込み電位との電位差分だ
け従来より低くできる。しきい値電圧の下限が低くなれ
ば、その分だけ信号電位が大きくなる。
In the dynamic semiconductor memory device of the present invention,
The non-selection potential of the word line is set lower than the "0" write potential of the bit line. Therefore, the lower limit value of the threshold voltage can be made lower than the conventional value by the potential difference between the non-selection potential and the "0" write potential. The lower the lower limit of the threshold voltage, the higher the signal potential.

【0018】したがって、しきい値電圧として、しきい
値電圧の下限値を選べば、信号電位を大きくできる。し
かも、選択電位と“0”書き込み電位との電位差が前記
MOSトランジスタのソースとゲートとの間に印加でき
る電圧の上限に設定されているため、上記信号電位はM
OSトランジスタの信頼性の低下を招かない最大レベル
のものとなる。
Therefore, if the lower limit value of the threshold voltage is selected as the threshold voltage, the signal potential can be increased. Moreover, since the potential difference between the selection potential and the "0" write potential is set to the upper limit of the voltage that can be applied between the source and the gate of the MOS transistor, the signal potential is M
This is the maximum level that does not reduce the reliability of the OS transistor.

【0019】また、上記のようにしきい値電圧を下げず
に、しきい値電圧を従来のそれと同じにすれば、“0”
書き込み電位が従来より高い分だけ、電流遮断特性が改
善されるため、Sファクタを大きくできる。Sファクタ
が大きくなれば、その分、MOSトランジスタの作成が
容易になる。
If the threshold voltage is made the same as the conventional one without lowering the threshold voltage as described above, "0" is obtained.
Since the current cutoff characteristic is improved by the amount that the write potential is higher than that of the conventional one, the S factor can be increased. The larger the S factor, the easier the production of the MOS transistor.

【0020】したがって、しきい値電圧として、従来の
DRAMのそれと同じにすれば、Sファクタを大きくで
き、このため、集積度が進んでも、これに対応して微細
なMOSトランジスタを容易に形成できるので、製造コ
ストの増加を防止できる。しかも、選択電位と“0”書
き込み電位との電位差を上記上限に選んであるので、信
号電位が低下するという問題は生じない。
Therefore, if the threshold voltage is set to be the same as that of the conventional DRAM, the S factor can be increased. Therefore, even if the degree of integration advances, a fine MOS transistor can be easily formed correspondingly. Therefore, it is possible to prevent an increase in manufacturing cost. Moreover, since the potential difference between the selection potential and the "0" write potential is selected as the upper limit, there is no problem that the signal potential decreases.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1は、本発明の一実施例に係るDRAMの要部構
成を示す図である。
Embodiments will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a main part configuration of a DRAM according to an embodiment of the present invention.

【0022】複数のビット線BLk ,/BLk (k=
0,1,…)と複数のワード線WLj(j=0,1,
…)が互いに交差して配列され、それらの交差部にnチ
ャネルのMOSトランジスタとキャパシタからなるメモ
リセルMCが配設されて、メモリセルアレイが構成され
ている。上記MOSトランジスタのゲート,ドレイン,
ソースはそれぞれワード線WLj ,ビット線ビット線B
Lk ,キャパシタに接続されている。
A plurality of bit lines BLk, / BLk (k =
0,1, ...) and a plurality of word lines WLj (j = 0,1, ...
..) are arranged so as to intersect with each other, and memory cells MC each composed of an n-channel MOS transistor and a capacitor are arranged at the intersections thereof to form a memory cell array. The gate and drain of the MOS transistor,
Sources are word line WLj and bit line bit line B, respectively.
Lk is connected to the capacitor.

【0023】各ワード線WLj の端部には、ワード線を
選択するデコーダ3およびこのデコーダ3で選択された
ワード線を駆動するワード線駆動回路2が設けられ、一
方、各ビット線BLk ,/BLk の端部には、それぞれ
メモリセルMCからビット線に読み出された信号電位を
増幅するビット線センスアンプ1が設けられている。
“0”書き込み電位発生回路4は、ビット線センスアン
プ1を介して“0”書き込み電位をビット線に与える。
図2は、本実施例に係るDRAMのワード線の電位(非
選択電位VwL,選択電位VwH)とビット線の電位
(“0”書き込み電位VbL)との関係を示す図である。
A decoder 3 for selecting a word line and a word line driving circuit 2 for driving the word line selected by the decoder 3 are provided at the end of each word line WLj, while each bit line BLk, / A bit line sense amplifier 1 for amplifying the signal potential read from the memory cell MC to the bit line is provided at each end of BLk.
The “0” write potential generation circuit 4 gives the “0” write potential to the bit line via the bit line sense amplifier 1.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the potential of the word line (non-selection potential V wL , selection potential V wH ) and the potential of the bit line (“0” write potential V bL ) of the DRAM according to this embodiment.

【0024】本実施例のワード線の電位およびビット線
の電位が、図16の従来のそれと異なる点は、非選択電
位VwLが“0”書き込み電位VbLより低くなっている共
に、選択電位VwHが従来のそれより高くなっていること
にある。このため、従来のものにはない上記“0”書き
込み電位発生回路4が設けられている。以下、この電位
関係について説明する。
The potential of the word line and the potential of the bit line of this embodiment are different from those of the prior art of FIG. 16 in that the non-selection potential V wL is lower than the “0” write potential V bL and the selection potential is the same. The V wH is higher than that of the conventional one. For this reason, the "0" write potential generation circuit 4 which is not available in the prior art is provided. The potential relationship will be described below.

【0025】選択時にnチャネルのMOSトランジスタ
のゲート酸化膜にかかる電界が最大となるのは、ワード
線の電位がVwHでビット線の電位がVbLのとき、つま
り、メモリセルに“0”データを書き込むときである。
TDDB等によるゲート酸化膜の信頼性の低下を防止す
るために、選択電位VwHと“0”書き込み電位VbLとの
電位差には上限がある。この上限はゲート酸化膜の膜厚
と許容最大電界(通常、4〜5MV/cm)とで決ま
る。
The electric field applied to the gate oxide film of the n-channel MOS transistor at the time of selection becomes maximum when the potential of the word line is V wH and the potential of the bit line is V bL , that is, "0" in the memory cell. It's time to write the data.
In order to prevent the reliability of the gate oxide film from decreasing due to TDDB or the like, there is an upper limit in the potential difference between the selection potential V wH and the “0” write potential V bL . This upper limit is determined by the thickness of the gate oxide film and the maximum allowable electric field (usually 4 to 5 MV / cm).

【0026】非選択電位VwLと“0”書き込み電位VbL
とが伴に接地電位Vssに等しい従来のDRAMでは、
“0”書き込み電位VbLと“1”書き込み電位VbHとの
電位差(信号電位)をできるだけ大きくするために、図
16に示したように、選択電位VwHと“0”書き込み電
位VbLとの電位差は許容範囲で最大なもの(VGSmax
となっている。
Non-selection potential V wL and "0" write potential V bL
In the conventional DRAM, where and are equal to the ground potential V ss ,
In order to maximize the potential difference (signal potential) between the “0” write potential V bL and the “1” write potential V bH , the selection potential V wH and the “0” write potential V bL are set as shown in FIG. The maximum potential difference is within the allowable range (V GSmax ).
Has become.

【0027】ワード線の電位振幅(選択電位VwHと非選
択電位VwLとの電位差)およびしきい値電位VwHを変え
ないで、“0”書き込み電位VbLを接地電位Vssより高
くすると、換言すれば、“0”書き込み電位VbLを非選
択電位VwLより高くすると、“0”書き込み電位VbL
昇圧分だけ、選択電位VwHと“0”書き込み電位VbL
の電位差が小さくなるため、信号電位が減少するという
不都合が生じる。
If the "0" write potential V bL is made higher than the ground potential V ss without changing the potential amplitude of the word line (potential difference between the selected potential V wH and the non-selected potential V wL ) and the threshold potential V wH. , in other words, "0" when the write voltage V bL higher than the non-selection potential V wL, "0" by boosting many write potential V bL, the potential difference between the selection potential V wH "0" write potential V bL Since it becomes smaller, there is a disadvantage that the signal potential decreases.

【0028】そこで、図2に示したように、選択電位V
wHと“0”書き込み電位VbLとの電位差が許容最大電圧
GSmax と等しくなるように、選択電位VwHを高くする
ことにより、従来と同じ信号電位とゲート酸化膜の信頼
性を確保できる。
Therefore, as shown in FIG. 2, the selection potential V
By increasing the selection potential V wH so that the potential difference between wH and the “0” write potential V bL becomes equal to the maximum allowable voltage V GSmax , the same signal potential and reliability of the gate oxide film as in the conventional case can be secured.

【0029】すなわち、本実施例では、“0”書き込み
電位VbLが従来よりΔVbLだけ高くなったことに対応
し、選択電位の上限VwHmax がΔVbLだけ従来より高く
なっている。このため、しきい値電圧の下限をVTH−Δ
bLまで小さくできる。
That is, in the present embodiment, the upper limit V wHmax of the selection potential is increased by ΔV bL in comparison with the conventional one, corresponding to the increase of the “0” write potential V bL by ΔV bL in comparison with the conventional one. Therefore, the lower limit of the threshold voltage is set to V TH −Δ
It can be reduced to V bL .

【0030】したがって、しきい値電圧をVTH−ΔVbL
に設定すれば、ゲート酸化膜の信頼性の低下を招くこと
無く、信号電位を最大限に大きくでき、このため、集積
度が進んでも、信号電位の減少を抑制できるようにな
り、センスアンプの安定した動作を確保できる。
Therefore, the threshold voltage is set to V TH −ΔV bL
If set to, the signal potential can be maximized without lowering the reliability of the gate oxide film. Therefore, even if the degree of integration progresses, the signal potential can be suppressed from decreasing, and Stable operation can be secured.

【0031】また、しきい値電圧を下げずに、しきい値
電圧を従来のそれと同じ(VTH)にすれば、従来に比べ
て、ソース電位VS がΔVbLだけ高くなっている分だ
け、電流遮断特性が改善されるため、Sファクタを大き
くできる。Sファクタが大きくなれば、その分、MOS
トランジスタの作成が容易になる。
If the threshold voltage is made the same (V TH ) as that of the conventional one without lowering the threshold voltage, the source potential V S is increased by ΔV bL as compared with the conventional one. Since the current cutoff characteristic is improved, the S factor can be increased. The larger the S factor, the more the MOS
The transistor can be easily created.

【0032】したがって、ゲート酸化膜の信頼性の低下
を招くこと無く、Sファクタを大きくでき、このため、
集積度が進んでも、これに対応して微細なMOSトラン
ジスタを容易に形成できるので、製造コストの増加を防
止できる。
Therefore, the S factor can be increased without lowering the reliability of the gate oxide film.
Even if the degree of integration progresses, a fine MOS transistor can be easily formed correspondingly, so that an increase in manufacturing cost can be prevented.

【0033】以上述べたように、本実施例によれば、ゲ
ート酸化膜の信頼性の低下を招かずに、MOSトランジ
スタのしきい値電圧やSファクタの選択範囲を広くでき
るため、高集積度のDRAMの実現が容易になる。な
お、しきい値電圧の設定は、上記レベルに限定されるも
のではなく、VwH−ΔVbL以上の範囲であれば良い。
As described above, according to this embodiment, the threshold voltage of the MOS transistor and the selection range of the S factor can be widened without lowering the reliability of the gate oxide film. The DRAM can be easily realized. The setting of the threshold voltage is not limited to the above level, but may be in the range of V wH −ΔV bL or more.

【0034】図3には、本実施例の場合の周辺回路のM
OSトランジスタの電位振幅の取り方の例が示されてい
る。これはメモリセルのMOSトランジスタの信頼性と
周辺回路のMOSトランジスタの信頼性とが等しくなる
取り方の例である。すなわち、周辺回路のMOSトラン
ジスタの電位振幅Vperi1 〜Vperi4 はいずれも許容最
大電圧VGSmax と等しくなっている。
FIG. 3 shows M of the peripheral circuit in the case of this embodiment.
An example of how to take the potential amplitude of the OS transistor is shown. This is an example of how to make the reliability of the MOS transistor of the memory cell equal to the reliability of the MOS transistor of the peripheral circuit. That is, the potential amplitudes V peri1 to V peri4 of the MOS transistors in the peripheral circuit are all equal to the allowable maximum voltage V GSmax .

【0035】電位振幅Vperi3 ,Vperi4 のように、周
辺回路のMOSトランジスタの電位振幅の“H”レベル
電位が、メモリセルのMOSトランジスタの選択電位V
wHより低い場合には、周辺回路のMOSトランジスタの
電位振幅の“H”レベル電位を、選択電位VwHよりメモ
リセルのMOSトランジスタのしきい値電圧分低い
“1”書き込み電位VbHと等しく統一したり、ビット線
プリチャージ電位と等しく統一すると、DRAMの内部
電位発生回路の構成を簡略化できる。
Like the potential amplitudes V peri3 and V peri4 , the "H" level potential of the potential amplitude of the MOS transistor of the peripheral circuit is the selection potential V of the MOS transistor of the memory cell.
If it is lower than wH, the "H" level potential of the potential amplitude of the MOS transistor of the peripheral circuit is made equal to the "1" write potential V bH which is lower than the selection potential V wH by the threshold voltage of the MOS transistor of the memory cell. Alternatively, if the bit line precharge potential is equalized, the internal potential generation circuit of the DRAM can be simplified.

【0036】同様に、電位振幅Vperi2 のように、周辺
回路のMOSトランジスタの電位振幅を選択電位VwH
“0”書き込み電位VbLとの間に取ることにより、内部
電位発生回路の構成を簡略化できる。
Similarly, the internal potential generating circuit is constructed by taking the potential amplitude of the MOS transistor of the peripheral circuit between the selection potential V wH and the "0" write potential V bL like the potential amplitude V peri2. Can be simplified.

【0037】また、電位振幅Vperi4 のように、周辺回
路のMOSトランジスタの電位振幅の“L”レベル電位
が接地電位Vssに等しい場合は、外部電源電位である接
地電位VssがDRAM内部で発生されるどの内部電位よ
り安定してることを考慮すると、最も安定した周辺回路
動作が得られることになる。
Further, as the potential amplitude V Peri4, if "L" level potential of the potential amplitude of the MOS transistor of the peripheral circuit is equal to the ground potential V ss is the ground potential V ss is an external power supply potential in the DRAM Considering that it is more stable than any generated internal potential, the most stable peripheral circuit operation can be obtained.

【0038】図4には、本実施例の場合の周辺回路のM
OSトランジスタの電位振幅の他の取り方の例が示され
ている。これは周辺回路のMOSトランジスタの信頼性
がメモリセルのMOSトランジスタの信頼性より高くな
る取り方の例である。
FIG. 4 shows M of the peripheral circuit in the case of this embodiment.
An example of another method of taking the potential amplitude of the OS transistor is shown. This is an example of a method in which the reliability of the MOS transistor of the peripheral circuit is higher than the reliability of the MOS transistor of the memory cell.

【0039】すなわち、周辺回路のMOSトランジスタ
の電位振幅Vperi5 〜Vperi9 はいずれも許容最大電圧
GSmax より小さくなっている。これら電位振幅V
peri5 〜Vperi9 は、電位振幅Vperi1 〜Vperi4 と同
様な利点がある。
That is, the potential amplitudes V peri5 to V peri9 of the MOS transistors of the peripheral circuits are all smaller than the maximum allowable voltage V GSmax . These potential amplitudes V
The peri5 to Vperi9 have the same advantages as the potential amplitudes Vperi1 to Vperi4 .

【0040】メモリセルのMOSトランジスタに最大電
界がかかるのはアクティブ時で、しかも、メモリセルに
“0”データを書き込むときである。一方、周辺回路の
MOSトランジスタに最大電界がかかるのはスタンバイ
期間中またはアクティブ期間中であり、メモリセルのM
OSトランジスタに比べてはるかに最大電界がかかる期
間が長い。
The maximum electric field is applied to the MOS transistor of the memory cell when it is active, and moreover, when "0" data is written in the memory cell. On the other hand, the maximum electric field is applied to the MOS transistor of the peripheral circuit during the standby period or the active period, and
The period in which the maximum electric field is applied is much longer than that of the OS transistor.

【0041】したがって、図4に示したように、周辺回
路のMOSトランジスタの電位振幅を許容最大電圧V
GSmax より小さくすることは、DRAM全体のMOSト
ランジスタの信頼性を向上する点で有利である。
Therefore, as shown in FIG. 4, the potential amplitude of the MOS transistor in the peripheral circuit is set to the allowable maximum voltage V.
Making it smaller than GSmax is advantageous in improving the reliability of the MOS transistor of the entire DRAM.

【0042】図5には、本実施例の場合の周辺回路のM
OSトランジスタの電位振幅の更に別の取り方の例が示
されている。これは電位振幅Vperi10の“H”レベル電
位を“0”書き込み電位VbLと等しく統一した例であ
る。この方式でも先の実施例と同様にDRAMの内部電
位発生回路の構成を簡略化することができる。図6は、
本発明の他の実施例に係るDRAMのビット線の電位
(“0”書き込み電位VbL)とワード線の電位(選択電
位VwH)との関係を示す図である。
FIG. 5 shows M of the peripheral circuit in the case of this embodiment.
An example of another way of taking the potential amplitude of the OS transistor is shown. This is an example in which the “H” level potential of the potential amplitude V peri10 is unified to be equal to the “0” write potential V bL . Also in this method, the structure of the internal potential generating circuit of the DRAM can be simplified as in the previous embodiment. Figure 6
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a potential of a bit line (“0” write potential V bL ) and a potential of a word line (selection potential V wH ) of a DRAM according to another embodiment of the present invention.

【0043】本実施例が先の実施例のそれと異なる点
は、非選択電位VwLが接地電位Vssより低いマイナスの
電位になっており、そして、この接地電位Vssが“0”
書き込み電位VbLと等しくなっていることにある。
The present embodiment is different from the previous embodiments in that the non-selection potential V wL is a negative potential lower than the ground potential V ss , and the ground potential V ss is "0".
It is equal to the write potential V bL .

【0044】このような電位関係でも、非選択電位VwL
が接地電位Vssより低くなった分だけ、非選択電位VwL
が“0”書き込み電位VbLより低くなり、先の実施例と
同様な効果が得られる。
Even with such a potential relationship, the non-selection potential V wL
Becomes lower than the ground potential V ss , the non-selection potential V wL
Becomes lower than the “0” write potential V bL, and the same effect as that of the previous embodiment can be obtained.

【0045】図7には、本実施例の場合の周辺回路のM
OSトランジスタの電位振幅の取り方の例が示されてい
る。これは図3と同様にメモリセルのMOSトランジス
タの信頼性と周辺回路のMOSトランジスタの信頼性と
が等しくなる取り方の例である。
FIG. 7 shows M of the peripheral circuit in the case of this embodiment.
An example of how to take the potential amplitude of the OS transistor is shown. This is an example of a method of making the reliability of the MOS transistor of the memory cell equal to the reliability of the MOS transistor of the peripheral circuit as in FIG.

【0046】すなわち、周辺回路のMOSトランジスタ
の電位振幅Vperi11,Vperi12 はいずれも許容最大電
圧VGSmax と等しくなっている。電位振幅Vperi12のよ
うに周辺回路のMOSトランジスタの電位振幅を選択電
位VwHと“0”書き込み電位VbLとの間に取るほうが、
電位振幅Vperi11の場合に比べて、DRAMの内部電位
発生回路の構成をより簡略化できる。
That is, the potential amplitudes V peri11 and V peri12 of the MOS transistors of the peripheral circuit are both equal to the maximum allowable voltage V GSmax . It is more preferable to set the potential amplitude of the MOS transistor of the peripheral circuit between the selection potential V wH and the “0” write potential V bL like the potential amplitude V peri12 .
Compared with the case of the potential amplitude V peri11 , the structure of the internal potential generating circuit of the DRAM can be further simplified.

【0047】図8には、本実施例の場合の周辺回路のM
OSトランジスタの電位振幅の他の取り方の例が示され
ている。これは周辺回路のMOSトランジスタの信頼性
がメモリセルのMOSトランジスタの信頼性より高くな
る取り方の例である。
FIG. 8 shows M of the peripheral circuit in the case of this embodiment.
An example of another method of taking the potential amplitude of the OS transistor is shown. This is an example of a method in which the reliability of the MOS transistor of the peripheral circuit is higher than the reliability of the MOS transistor of the memory cell.

【0048】すなわち、図4と同様に、許容最大電圧V
GSmax より、周辺回路のMOSトランジスタの電位振幅
peri13〜Vperi17が小さくなっており、図4で述べた
のと同様な利点がある。次にメモリセルのMOSトラン
ジスタのしきい値電圧についてより詳しく説明する。
That is, as in FIG. 4, the maximum allowable voltage V
Than GSmax, the potential amplitude V peri13 ~V peri17 of MOS transistors of the peripheral circuit is smaller, the same advantages as described in the FIG. Next, the threshold voltage of the MOS transistor of the memory cell will be described in more detail.

【0049】本発明は、上述したように非選択電位VwL
を“0”書き込み電位VbLよりも低くすると共に、ゲー
ト酸化膜の信頼性の低下を招かないように選択電位V
wHnewを下式(3)のように選んでいる。 VwHnew =VGSmax +VbL …(3)
The present invention, as described above, uses the non-selection potential V wL.
Is made lower than the “0” write potential V bL , and the selection potential V is set so as not to reduce the reliability of the gate oxide film.
wHnew is selected as shown in the following formula (3). V wHnew = V GSmax + V bL (3)

【0050】そして、従来方式(VbL=VwL)と同じS
ファクタの場合には、本発明のMOSトランジスタのし
きい値電圧の下限VTHnew は、従来方式のしきい値電圧
の下限をVTHconvとすると、 VTHnew =VTHconv−VbL …(4) と表され、従来よりしきい値電圧の下限が低くなり、信
号電位をより大きくできる。
Then, the same S as in the conventional method (V bL = V wL ) is used.
If the factor is the lower limit V THnew of the threshold voltage of the MOS transistor of the present invention, when the lower limit of the threshold voltage of the conventional method and V THconv, V THnew = V THconv -V bL ... (4) As shown, the lower limit of the threshold voltage is lower than in the conventional case, and the signal potential can be increased.

【0051】ここで、VTHnew はソース電位をVbLとし
て、10-6Aのドレイン電流が得られるときのゲート・
ソース間の電位差として定義されている。しきい値電圧
を小さくするには、チャネル領域の不純物濃度を低くす
れば良い。また、本発明の場合の信号電位(VbH
bL)は、バックバイアス効果によるしきい値電圧の変
化をΔVTHnew とすると、 VSIGnew=(VwHnew −ΔVTHnew −VTHnew )−VbL …(5) と表される。(1)〜(4)式を使うと(5)式は次の
ように書き直せる。 VSIGnew=ΔVSIGconv +VbL+(ΔVTHconv−ΔVTHnew ) …(6)
Here, V THnew is a gate voltage when a source potential is V bL and a drain current of 10 −6 A is obtained.
It is defined as the potential difference between the sources. To reduce the threshold voltage, the impurity concentration in the channel region may be lowered. Further, in the case of the present invention, the signal potential (V bH
V bL ) is expressed as V SIGnew = (V wHnew −ΔV THnew −V THnew ) −V bL (5), where ΔV THnew is the change in the threshold voltage due to the back bias effect. Using equations (1) to (4), equation (5) can be rewritten as follows. V SIGnew = ΔV SIGconv + V bL + (ΔV THconv −ΔV THnew ) (6)

【0052】本発明の場合、バックバイアス電圧に対応
するVbHは増加するが、ΔVTHの値自身はチャネル領域
の不純物濃度の減少によりむしろ小さくなる。(6)式
から、信号電位VSIGnewはしきい値電圧の減少(VbL
とバックバイアス効果の低減のとの和の分だけ増加する
ことが分かる。このため、本発明によれば、今後さらに
メモリセルのMOSトランジスタの微細化が進んでも、
安定したセンスアンプ動作を保証することができる
In the case of the present invention, V bH corresponding to the back bias voltage increases, but the value of ΔV TH itself becomes rather small due to the decrease of the impurity concentration in the channel region. From the equation (6), the signal potential V SIGnew is decreased by the threshold voltage (V bL ).
It can be seen that it increases by the sum of the sum of the above and the reduction of the back bias effect. Therefore, according to the present invention, even if the MOS transistor of the memory cell is further miniaturized in the future,
Stable sense amplifier operation can be guaranteed

【0053】図8は、“0”書き込み電位VbLと選択電
位VwHと“1”書き込み電位VbHとの関係を示す図で、
“0”書き込み電位VbLを接地電位Vssよりも高くして
いったときに、選択電位VwH,“1”書き込み電位VbH
がどのように変化するかを示している。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the "0" write potential V bL , the selection potential V wH and the "1" write potential V bH .
When the “0” write potential V bL is made higher than the ground potential V ss , the selection potential V wH and the “1” write potential V bH
Shows how changes occur.

【0054】これはメモリセルのMOSトランジスタの
ゲート酸化膜の膜厚TOXが7nmの256DRAMにつ
いて計算したもので、上記MOSトランジスタはpウェ
ルに形成されたnチャネルタイプのもので、上記pウェ
ルの電位は接地電位Vssに固定され、ゲート電極材料を
+ ポリシリコン、上記ゲート酸化膜にかかる最大電界
を4MV/cm、そして、Sファクタを80mV/deca
deと仮定している。
[0054] It should be understood that the film thickness T OX of the gate oxide film of the MOS transistor of the memory cell is calculated for 256DRAM of 7 nm, the MOS transistor is intended n-channel type formed in the p-well, the p-well The potential is fixed to the ground potential V ss , and the gate electrode material is n + The maximum electric field applied to polysilicon and the gate oxide film is 4 MV / cm, and the S factor is 80 mV / deca.
I'm assuming de.

【0055】図9から“0”書き込み電位VbLを大きく
していくと、上述したように、“0”書き込み電位VbL
と“1”書き込み電位VbHとの電位差である信号電位V
SIGが増大していくことが分かる
[0055] When the 9 "0" is increased write voltage V bL, as described above, "0" write potential V bL
And the signal potential V that is the potential difference between the "1" write potential V bH
You can see that SIG is increasing

【0056】256DRAMでは、外部電源電位VCC
3.3Vとなると考えられ、この場合、“0”書き込み
電位VbLを0.55V以下に設定すると、選択電位VwH
は外部電源電位VCCを越えることがないので、従来必要
であったワード線昇圧回路が不要となる。また、“0”
書き込み電位VbLが0Vの従来方式の場合と比較して、
信号電位VSIG を50%以上増加させることができる。
In the 256 DRAM, the external power supply potential V CC is considered to be 3.3 V. In this case, if the "0" write potential V bL is set to 0.55 V or less, the selection potential V wH.
Does not exceed the external power supply potential V CC , the word line boosting circuit which has been conventionally required is not necessary. Also, "0"
Compared with the case of the conventional method in which the write potential V bL is 0 V,
The signal potential V SIG can be increased by 50% or more.

【0057】“0”書き込み電位VbLを0.55Vに設
定すると、外部電源電位VCCをそのまま選択電位VwH
することができるので、ワード線用の特別な昇圧回路や
降圧回路が不要になる。このため、DRAMの内部回路
構成がより簡略化し、チップサイズを小型化が図れる。
When the "0" write potential V bL is set to 0.55 V, the external power supply potential V CC can be used as it is as the selection potential V wH , so that no special step-up circuit or step-down circuit for word lines is required. Become. Therefore, the internal circuit configuration of the DRAM can be further simplified and the chip size can be reduced.

【0058】“0”書き込み電位VbLが0.7V以上に
なると信号電位VSIG が減少するのは、“1”書き込み
電位VbHを外部電源電位VCCと等しくせざるを得ないか
らである。この原因は、ビット線の電位を“1”書き込
み電位VbHにリストアする際に、“1”書き込み電位
(発生)回路に大電流が瞬間的に流れるので、“1”書
き込み電位VbHを外部電源電位VCCより高くする設定す
る(チャージポンプ回路を使って“1”書き込み電位V
bHを発生する)ことが困難になるからである。
The signal potential V SIG decreases when the “0” write potential V bL becomes 0.7 V or more because the “1” write potential V bH must be equal to the external power supply potential V CC. . This is because when a bit line potential is restored to the "1" write potential VbH , a large current instantaneously flows through the "1" write potential (generation) circuit, so that the "1" write potential VbH is externally applied. Set higher than the power supply potential V CC (use the charge pump circuit to write "1" potential V
It is difficult to generate bH ).

【0059】これらのことを考慮すると、“0”書き込
み電位VbLを0.7以上に設定し、“1”書き込み電位
bHを外部電源電位VCCに設定することは、“1”書き
込み電位VbHの安定性および“1”書き込み電位VbH
発生するための特別な高性能の降圧回路が不要となる点
で有利である。
Considering these points , setting the "0" write potential V bL to 0.7 or more and setting the "1" write potential V bH to the external power supply potential V CC is equivalent to the "1" write potential. special high performance step-down circuit for generating the stability and "1" write potential V bH of V bH is advantageously unnecessary.

【0060】従来方式の場合、周辺回路の電位振幅の
“H”レベル(内部電源電圧)が“1”書き込み電位V
bHと等しい場合が多いが、例えば、各電位が図9のよう
に振る舞う場合には、周辺回路を接地電位VSS〜2.5
Vの範囲の電圧で動作させることにより、周辺回路の電
位振幅の“H”レベルと“1”書き込み電位VbHとを電
気的に分離することができる。このため、内部電源電圧
の変動を抑制でき、周辺回路の動作を安定化することが
できる。
In the case of the conventional system, the "H" level (internal power supply voltage) of the potential amplitude of the peripheral circuit is "1" write potential V.
Although it is often equal to bH , for example, when each potential behaves as shown in FIG. 9, the peripheral circuit is connected to the ground potential V SS -2.5.
By operating with a voltage in the range of V, the “H” level of the potential amplitude of the peripheral circuit and the “1” write potential V bH can be electrically separated. Therefore, the fluctuation of the internal power supply voltage can be suppressed, and the operation of the peripheral circuit can be stabilized.

【0061】図10は、電位関係が図9の場合の“0”
書き込み電位VbLとメモリセルのしきい値電圧の下限
(以下、単にしきい値電圧ともいう)VTHmin との関係
を示す図である。ここでのしきい値電圧VTHmin は、ソ
ースの電位が接地電位VSSの通常のしきい値電圧に換算
されている。
FIG. 10 shows "0" when the potential relationship is as shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a write potential V bL and a lower limit of threshold voltage of a memory cell (hereinafter, also simply referred to as threshold voltage) V THmin . The threshold voltage V THmin here is converted into a normal threshold voltage of the source potential of the ground potential V SS .

【0062】“0”書き込み電位VbLを0.65V以上
にすると、しきい値電圧VTHmin は負になる。ところ
で、周辺回路のMOSトランジスタのオフ時のリーク電
流は、10-10 A程度以下にする必要があるが、そのた
めにはSファクタが80mV/decadeのときに、しきい
値電圧VTHmin が0.32V以上となる必要がある。図
10から“0”書き込み電位VbLが0.3V以下の場合
には、メモリセルのMOSトランジスタのしきい値電圧
THmin が0.32V以上になっていることが分かる。
したがって、“0”書き込み電位VbLを例えば0.3V
に設定すれば、メモリセルのMOSトランジスタと周辺
回路のMOSトランジスタとで同一のMOSトランジス
タを用いることができる。図11は、図9と同様な図
で、ゲート酸化膜の膜厚TOXが5nmの1GDRAMに
ついてのものである。
When the "0" write potential V bL is set to 0.65 V or more, the threshold voltage V THmin becomes negative. By the way, the leak current when the MOS transistor of the peripheral circuit is off is 10 −10. The threshold voltage V THmin needs to be 0.32 V or more when the S factor is 80 mV / decade, although it needs to be about A or less. It can be seen from FIG. 10 that the threshold voltage V THmin of the MOS transistor of the memory cell is 0.32 V or more when the “0” write potential V bL is 0.3 V or less.
Therefore, the "0" write potential V bL is, for example, 0.3 V
If set to, the same MOS transistor can be used for the MOS transistor of the memory cell and the MOS transistor of the peripheral circuit. FIG. 11 is a view similar to FIG. 9, and relates to a 1G DRAM in which the thickness T OX of the gate oxide film is 5 nm.

【0063】この場合、“0”書き込み電位VbLを0.
8V以上にすると、“1”書き込み電位VbHを選択電位
wH以上にすることができ、いわゆる、“1”書き込み
電位のしきい値落ちという不都合を防止できる。
In this case, the "0" write potential V bL is set to 0.
When it is set to 8 V or more, the "1" write potential V bH can be set to the selection potential V wH or more, and the so-called "1" write potential threshold drop can be prevented.

【0064】ここで、外部電源電位VCCが3.3Vなら
ば、“0”書き込み電位VbLを1V程度まで上げ、
“1”書き込み電位VbHを3.3Vにすれば、“1”書
き込み電位VbHを発生するための回路を省略でき、ま
た、選択電位VwHおよび“1”書き込み電位VbHを伴に
3Vにすれば、“1”書き込み電位の書き込みマージン
を高くすることもできる。これは実際には3.3Vを書
き込むことができるからである。さらに、“0”書き込
み電位VbLを0.8Vにして選択電位VwHおよび“1”
書き込み電位VbHを統一すれば、内部電位発生回路を簡
略化することができる。
If the external power supply potential V CC is 3.3 V, the "0" write potential V bL is raised to about 1 V,
"1" if the write potential V bH to 3.3V, "1" can be omitted a circuit for generating a write potential V bH, also, 3V selection potential V wH and "1" write potential V bH to Ban By doing so, the write margin of the "1" write potential can be increased. This is because 3.3V can actually be written. Further, the "0" write potential V bL is set to 0.8 V and the selection potential V wH and "1" are set.
If the write potential VbH is unified, the internal potential generating circuit can be simplified.

【0065】なお、図11,図9は、ゲート酸化膜の膜
厚がそれぞれ5nm,7nmの場合についてのものであ
るが、ゲート酸化膜の膜厚を5nmと7nmとの間に設
定すれば、選択電位VwHおよび“1”書き込み電位VbH
の両方を外部電源電位VCCと等しくすることもできる。
この場合、DRAMの内部回路の構成を格段に簡略する
ことができ、チップサイズをより小さくすることでき
る。
Although FIG. 11 and FIG. 9 are for the cases where the gate oxide film thickness is 5 nm and 7 nm, respectively, if the gate oxide film thickness is set between 5 nm and 7 nm, Select potential V wH and “1” write potential V bH
Both can be made equal to the external power supply potential V CC .
In this case, the structure of the internal circuit of the DRAM can be remarkably simplified, and the chip size can be further reduced.

【0066】また、外部電源電位VCCが2.5Vなら
ば、“0”書き込み電位VbLを例えば0.55Vに設定
すれば、選択電位VwHとして外部電源電位VCCを使用す
ることができ、そして、信号電位を従来方式のそれより
も70%以上も大きくすることができる。
[0066] Further, if the external power supply potential V CC is 2.5V, "0" by setting the write potential V bL example, 0.55 V, it is possible to use an external power supply potential V CC as the selective voltage V wH And, the signal potential can be made 70% or more higher than that of the conventional method.

【0067】なお、この場合には、選択電位VwH
“1”書き込み電位VbHとの電位差が従来よりも格段に
小さくなるので、ビット線の“H”レベル側のリストア
レベルを外部電源電位VCCまで引き上げることが考えら
れる。リストアレベルを引き上げても、メモリセルに書
き込むことができる電位は、“1”書き込み電位VbH
変わらず、しかも、ビット線の充放電による消費電力は
かえって増加する。しかし、内部回路を簡略化でき、ま
た、書き込みの際にビット線の電位は完全に外部電源電
位VCCまで上がる必要は全くなく、要は“1”書き込み
電位VbHまで上がれば良いのだから、リストアに要する
時間をかなり短くすることができる。次にメモリセルの
MOSトランジスタのSファクタについてより詳しく説
明する。
In this case, since the potential difference between the selection potential V wH and the “1” write potential V bH is much smaller than in the conventional case, the restore level on the “H” level side of the bit line is set to the external power supply potential. It is possible to raise it to V CC . Even if the restore level is raised, the potential that can be written in the memory cell does not change to the "1" write potential VbH , and the power consumption due to the charging / discharging of the bit line rather increases. However, the internal circuit can be simplified, and the potential of the bit line does not need to be completely raised to the external power supply potential V CC at the time of writing, and the point is that it is sufficient to rise to the "1" write potential V bH . The time required for restoration can be shortened considerably. Next, the S factor of the MOS transistor of the memory cell will be described in more detail.

【0068】上述したように、非選択電位VwLを“0”
書き込み電位VbLよりも低くすることは、MOSトラン
ジスタのカットオフ特性を向上する効果があるわけだか
ら、Sファクタのより大きなMOSトランジスタでも
“0”書き込み電位VbLを上げていくことで十分なカッ
トオフ特性が得られる。
As described above, the non-selection potential V wL is set to "0".
Since lowering the write potential V bL has the effect of improving the cut-off characteristic of the MOS transistor, increasing the “0” write potential V bL even in a MOS transistor having a larger S factor provides sufficient cut. Off characteristics can be obtained.

【0069】今後、微細化が進むと良好なSファクタを
有するMOSトランジスタを設計することがますます困
難になり、MOSトランジスタの構造はますます複雑に
なっていく。このため、Sファクタの大きなMOSトラ
ンジスタをメモリセルに使用できることは、製造工程の
簡素化やコストの削減につながる。
In the future, as miniaturization progresses, it will become more difficult to design a MOS transistor having a good S factor, and the structure of the MOS transistor will become more and more complicated. Therefore, the use of a MOS transistor having a large S factor for the memory cell leads to simplification of the manufacturing process and cost reduction.

【0070】図12は、“0”書き込み電位VbLとしき
い値電圧VTHmin との関係が、Sファクタおよび信号電
位VSIG のパラメータの変化によってどのように変わる
かを示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing how the relationship between the "0" write potential V bL and the threshold voltage V THmin changes with changes in the parameters of the S factor and the signal potential V SIG .

【0071】これはメモリセルのMOSトランジスタの
ゲート酸化膜の膜厚TOXが7nmの256DRAMにつ
いて計算したもので、上記ゲート酸化膜にかかる最大電
界を4MV/cmと仮定してある。
This is calculated for 256 DRAM in which the thickness T OX of the gate oxide film of the MOS transistor of the memory cell is 7 nm, and it is assumed that the maximum electric field applied to the gate oxide film is 4 MV / cm.

【0072】図中、実線はパラメータがSファクタの場
合のしきい値電圧VTHmin の変化を示しており、また、
一点鎖線はパラメータが信号電位VSIG の場合のしきい
値電圧VTHmin の変化を示している。なお、Sファクタ
には物理的に下限があり、例えば、室温(300K)に
おいては59mM/decadeである。
In the figure, the solid line shows the change in the threshold voltage V THmin when the parameter is the S factor, and
The alternate long and short dash line shows the change in the threshold voltage V THmin when the parameter is the signal potential V SIG . There is a physical lower limit to the S factor, which is, for example, 59 mM / decade at room temperature (300K).

【0073】“0”書き込み電位VbLを接地電位VSS
り高くしていくと、“1”書き込み電位VbHがいったん
外部電源電位VCC(3.3V)に達すると、信号電位V
SIGはSファクタによらず“0”書き込み電位VbLの値
によって決まる。すなわち、 VSIG =VCC−VbL という関係が成り立っている。図中の鎖線はこのように
状況が変わる境界を表している。従来方式の場合、メモ
リセルのMOSトランジスタは、図12の縦軸上のしき
い値電圧VTHmin およびSファクタで設計しなければな
らなかった。
[0073] "0" and continue to be higher than the write potential V bL the ground potential V SS, "1" when the write potential V bH once reach to the external power supply potential V CC (3.3V), signal potential V
SIG is determined by the value of "0" write potential VbL regardless of the S factor. That is, the relationship of V SIG = V CC −V bL is established. The chain line in the figure represents the boundary where the situation changes in this way. In the case of the conventional method, the MOS transistor of the memory cell had to be designed with the threshold voltage V THmin and the S factor on the vertical axis of FIG.

【0074】一方、本発明の場合、S=59mV/deca
deの実線より上の領域の任意の点でメモリセルのMOS
トランジスタを設計できるので、設計の自由度が飛躍的
に拡大する。
On the other hand, in the case of the present invention, S = 59 mV / deca
MOS of memory cell at any point above the solid line of de
Since the transistor can be designed, the degree of freedom in design is dramatically increased.

【0075】以上の説明では“0”書き込み電位VbL
接地電位VSSよりも高くする方式を中心に説明したが、
図6のように非選択電位VwLを接地電位VSSよりも低く
する方式でも同様な効果が得られる。
In the above description, the method of setting the "0" write potential V bL higher than the ground potential V SS has been mainly described.
Similar effects can be obtained by a method in which the non-selection potential V wL is lower than the ground potential V SS as shown in FIG.

【0076】ところで、本発明のように、非選択電位V
wLを“0”書き込み電位VbLよりも低くする方式では、
非選択電位VwLと“0”書き込み電位VbLとの電位差が
大きくなるにつれて次のようなことが考えれる。なお、
ここでは、選択電位VwHと“0”書き込み電位VbLとの
電位差をゲート・ソース間の許容最大電圧(以下、ゲー
ト・ソース間最大電圧ともいう)VGSmax に保持したま
ま、“0”書き込み電位VbLを接地電位VSSより次第に
高くしていく場合について考える。
By the way, as in the present invention, the non-selection potential V
In the method in which wL is made lower than the “0” write potential V bL ,
The following can be considered as the potential difference between the non-selection potential V wL and the “0” write potential V bL increases. In addition,
Here, the potential difference between the selection potential V wH and the “0” write potential V bL is kept at the maximum allowable gate-source voltage (hereinafter, also referred to as the maximum gate-source voltage) V GSmax , and the “0” write is performed. Consider a case where the potential V bL is gradually increased from the ground potential V SS .

【0077】非選択時にメモリセルのMOSトランジス
タのゲート酸化膜にかかる電界が最大となるのは、メモ
リセルに繋がったビット線が“1”書き込み電位VbH
リストアされる場合またはメモリセルに“1”書き込み
電位VbHが書き込まれている場合のゲート領域とドレイ
ン領域とのオーバーラップ部分である。
The electric field applied to the gate oxide film of the MOS transistor of the memory cell is maximized when the memory cell is not selected, when the bit line connected to the memory cell is restored to the "1" write potential V bH or when the memory cell has " This is an overlap portion between the gate region and the drain region when the 1 ″ write potential V bH is written.

【0078】図13(a)に示すように、従来方式で
は、選択時のゲート・ソース間最大電圧VGSmax は、M
OSトランジスタのしきい値電圧だけ非選択時のゲート
・ドレイン間の最大電圧(以下、ゲート・ドレイン間最
大電圧ともいう)VGDmax より高いので、非選択時の最
大電界Emax (off)が、選択時の最大電界Emax (on)
を越えることはない。
As shown in FIG. 13A, in the conventional method, the maximum gate-source voltage V GSmax at the time of selection is M
Since only the threshold voltage of the OS transistor is higher than the maximum voltage between the gate and the drain when not selected (hereinafter, also referred to as the maximum voltage between the gate and drain) V GDmax , the maximum electric field E max (off) when not selected is Maximum electric field E max (on) when selected
Never exceeds.

【0079】一方、本発明の場合、図13(b)に示す
ように、“0”書き込み電位VbLを接地電位VSSより高
くしていくと、ゲート・ソース間最大電圧VGSmax は一
定なのにゲート・ドレイン間最大電圧VGDmax は大きく
なっていく。このため、非選択時の最大電界Emax (of
f)が、選択時の最大電界Emax (on) を越える可能性が
あり、最大電界Emax (off)とゲート・ドレイン間最大
電圧VGDmax との間には次式の関係がある。 VGDmax +VFB=Emax (off)・TOX+φs …(8) ここで、φs はドレイン領域の表面ポテンシャルを示
し、次式のように近似される。 φs =εs ・(εox・Emax (off)/εs 2 /(2q・Nd ) …(9) ここで、Nd はゲート電極下(ゲート領域)のドレイン
領域の不純物濃度を示している。(9)式を(8)式に
代入すると、 VGDmax +VFB=Emax (off)・TOX
On the other hand, in the case of the present invention, as shown in FIG. 13B, when the “0” write potential V bL is made higher than the ground potential V SS , the maximum gate-source voltage V GSmax is constant. The maximum voltage V GDmax between the gate and drain increases. Therefore, the maximum electric field E max (of
f) may exceed the maximum electric field E max (on) at the time of selection, and the maximum electric field E max (off) and the maximum gate-drain voltage V GDmax have the following relationship. Here V GDmax + V FB = E max (off) · T OX + φ s ... (8), φ s denotes the surface potential of the drain region, is approximated as follows. φ s = ε s・ (ε ox・ E max (off) / ε s ) 2 / (2q · N d ) ... (9) Here, N d represents the impurity concentration in the drain region under the gate electrode (gate region). Substituting equation (9) into equation (8), V GDmax + V FB = E max (off) · T OX

【0080】 +εs ・(εox・Emax (off)/εs 2 /(2q・Nd ) …(10) となる。+ Ε s · (ε ox · E max (off) / ε s ) 2 / (2q · N d ) ... (10)

【0081】(10)式から不純物濃度Nd を小さくする
と最大電界Emax (off)を小さくできることが分かる。
したがって、ゲート・ドレイン間最大電圧VGDmax がゲ
ート・ソース間最大電圧VGSmax よりも大きい場合で
も、不純物濃度Nd を制御することにより、最大電界E
max (off)が最大電界Emax (on) を越えないようにす
ることができる。
From the equation (10), it can be seen that the maximum electric field E max (off) can be reduced by decreasing the impurity concentration N d .
Therefore, even when the maximum voltage V GDmax between the gate and the drain is larger than the maximum voltage V GSmax between the gate and the source, the maximum electric field E can be controlled by controlling the impurity concentration N d.
It is possible to prevent max (off) from exceeding the maximum electric field E max (on).

【0082】図14は、メモリセルのMOSトランジス
タのゲート酸化膜の膜厚TOXが7nmの256DRAM
において、最大電界Emax (off)が最大電界Emax (o
n) (=4MV/cm)を越えないようにするための不
純物濃度の上限Ndmaxと“0”書き込み電位VbLとの関
係を示す図である。これに基づいてゲートオーバーラッ
プ部分のドレイン領域の不純物濃度を所定値以下に設定
することにより、非選択時の最大電界Emax (off)が選
択時の最大電界Emax (on) を越すのを防止でき、従来
方式のものに比べて確実に信頼性の高いDRAMが得ら
れる。
FIG. 14 shows a 256 DRAM in which the thickness T OX of the gate oxide film of the MOS transistor of the memory cell is 7 nm.
, The maximum electric field E max (off) is the maximum electric field E max (o
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between an upper limit N dmax of an impurity concentration and “0” write potential V bL so as not to exceed n) (= 4 MV / cm). Based on this, by setting the impurity concentration of the drain region of the gate overlap portion to a predetermined value or less, the maximum electric field E max (off) when not selected exceeds the maximum electric field E max (on) when selected. A DRAM that can be prevented and has a higher reliability than the conventional one can be obtained reliably.

【0083】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、上記実施例では、nチャネル
のMOSトランジスタの場合について説明したが、本発
明はpチャネルのMOSトランジスタにも適用できる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the case of an n-channel MOS transistor has been described, but the present invention can also be applied to a p-channel MOS transistor.

【0084】また、ビット線のプリチャージ電位や、セ
ルキャパシタに繋がるプレート電極の電位は、任意のレ
ベルに取ることができるが、これら電位は双方とも
“0”書き込み電位VbLと“1”書き込み電位VbHとの
間の中間電位に取ることが、消費電流の低減や信頼性の
向上の点で好ましい。さらに、ダミーセルのプリチャー
ジ電位も任意のレベルに取ることができるが、同様な理
由で上記中間電位に取ることが好ましい。その他、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施でき
る。
The precharge potential of the bit line and the potential of the plate electrode connected to the cell capacitor can be set to any level, but both of these potentials are "0" write potential V bL and "1" write potential. It is preferable to take an intermediate potential between the potential VbH and the potential VbH from the viewpoint of reducing current consumption and improving reliability. Further, although the precharge potential of the dummy cell can be set to an arbitrary level, it is preferable to set it to the intermediate potential for the same reason. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0085】[0085]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ゲ
ート絶縁膜の信頼性の低下を招かずに、MOSトランジ
スタのしきい値電圧やSファクタの選択範囲を広くでき
るため、高集積度のDRAMの実現が容易になる。
As described above in detail, according to the present invention, the selection range of the threshold voltage and the S factor of the MOS transistor can be widened without lowering the reliability of the gate insulating film, so that the high integration can be achieved. Real-time DRAM becomes easy.

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

【図1】本発明の一実施例に係るDRAMの要部構成を
示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of a DRAM according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例に係るDRAMのワード線お
よびビット線に与えられる電位のレベル関係を示す図。
本発明の効果を説明するための図。
FIG. 2 is a diagram showing a level relationship of potentials applied to a word line and a bit line of a DRAM according to an embodiment of the present invention.
The figure for demonstrating the effect of this invention.

【図3】図1の電位関係の場合の周辺回路のMOSトラ
ンジスタの電位振幅の取り方を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing how to take a potential amplitude of a MOS transistor of a peripheral circuit in the case of the potential relation of FIG.

【図4】図1の電位関係の場合の周辺回路のMOSトラ
ンジスタの他の電位振幅の取り方を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing another method of taking the potential amplitude of the MOS transistor of the peripheral circuit in the case of the potential relation of FIG.

【図5】図1の電位関係の場合の周辺回路のMOSトラ
ンジスタのさらに別の電位振幅の取り方を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing another way of obtaining the potential amplitude of the MOS transistor of the peripheral circuit in the case of the potential relation of FIG.

【図6】本発明の他の実施例に係るDRAMのワード線
およびビット線に与えられる電位のレベル関係を示す
図。
FIG. 6 is a diagram showing a level relationship of potentials applied to word lines and bit lines of a DRAM according to another embodiment of the present invention.

【図7】図6の電位関係の場合の周辺回路のMOSトラ
ンジスタの電位振幅の取り方を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing how to take a potential amplitude of a MOS transistor of a peripheral circuit in the case of the potential relation of FIG.

【図8】図6の電位関係の場合の周辺回路のMOSトラ
ンジスタの他の電位振幅の取り方を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing another method of taking the potential amplitude of the MOS transistor of the peripheral circuit in the case of the potential relation of FIG.

【図9】“0”書き込み電位と選択電位と“1”書き込
み電位との関係を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship among a “0” write potential, a selection potential, and a “1” write potential.

【図10】“0”書き込み電位とメモリセルのしきい値
電圧の下限との関係を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a “0” write potential and a lower limit of a threshold voltage of a memory cell.

【図11】“0”書き込み電位と選択電位と“1”書き
込み電位との関係を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a relationship among a “0” write potential, a selection potential, and a “1” write potential.

【図12】“0”書き込み電位としきい値電圧との関係
が、Sファクタおよび信号電位の変化によってどのよう
に変わるかを示す図。
FIG. 12 is a diagram showing how the relationship between the “0” write potential and the threshold voltage changes with changes in the S factor and the signal potential.

【図13】本発明のDRAMの電位関係を従来のそれと
比較して示す図。
FIG. 13 is a diagram showing a potential relationship of a DRAM of the present invention in comparison with that of a conventional one.

【図14】不純物濃度の上限と“0”書き込み電位との
関係を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the upper limit of the impurity concentration and the “0” write potential.

【図15】従来のDRAMにおけるビット線およびワー
ド線に与えられる電位のレベル関係を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing a level relationship of potentials applied to bit lines and word lines in a conventional DRAM.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ビット線センスアンプ 2…ワード線駆動回路 3…デコーダ 4…“0”書き込み電位発生回路 MC…メモリセル VwL…非選択電位 VwH…選択電位 VbL…“0”書き込み電位 VbH…“1”書き込み電位 VG …ゲート電位 VS …ソース電位 VTH,VTH´…しきい値電圧 Vss…接地電位 VSIG …信号電位 VGSmax …ゲート・ソース間の許容最大電圧 VGDmax …ゲート・ドレイン間の許容最大電圧 ΔVGS…ゲート・ドレイン間の変動電位 Vperi1 〜Vperi17…周辺回路の電位振幅1 ... bit line sense amplifier 2 ... word line driving circuit 3 ... decoder 4 ... "0" write potential generating circuit MC ... memory cell V wL ... non-selection potential V wH ... selection potential V bL ... "0" write potential V bH ... "1" write potential V G ... gate potential V S ... source potential V TH, the allowable maximum voltage between V TH '... threshold voltage V ss ... ground potential V SIG ... signal potential V GSmax ... gate source V GDmax ... Maximum allowable voltage between gate and drain ΔV GS ... Gate-drain fluctuation potential V peri1 to V peri17 ... Potential amplitude of peripheral circuits

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ゲートがワード線に接続され、ドレインが
ビット線に接続されたMOSトランジスタ及びこのMO
Sトランジスタのソースに接続されたキャパシタとから
なるダイナミック型メモリセルとを具備してなるダイナ
ミック型半導体記憶装置において、 前記ワード線の非選択電位が前記ビット線の“0”書き
込み電位より低く設定され、且つ前記ワード線の選択電
位と前記ビット線の“0”書き込み電位との電位差が、
前記MOSトランジスタのソースとゲートとの間に印加
できる電圧の上限に設定されていることを特徴とするダ
イナミック型半導体記憶装置。
1. A MOS transistor having a gate connected to a word line and a drain connected to a bit line, and an MO transistor of the same.
In a dynamic semiconductor memory device including a dynamic memory cell including a capacitor connected to a source of an S transistor, a non-selection potential of the word line is set lower than a "0" write potential of the bit line. And the potential difference between the selection potential of the word line and the “0” write potential of the bit line is
A dynamic semiconductor memory device, wherein an upper limit of a voltage that can be applied between a source and a gate of the MOS transistor is set.
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