JPS5811105B2 - 半導体メモリ - Google Patents
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- JPS5811105B2 JPS5811105B2 JP51098827A JP9882776A JPS5811105B2 JP S5811105 B2 JPS5811105 B2 JP S5811105B2 JP 51098827 A JP51098827 A JP 51098827A JP 9882776 A JP9882776 A JP 9882776A JP S5811105 B2 JPS5811105 B2 JP S5811105B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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- G11C11/407—Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing for memory cells of the field-effect type
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-
- G—PHYSICS
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- G11C—STATIC STORES
- G11C17/00—Read-only memories programmable only once; Semi-permanent stores, e.g. manually-replaceable information cards
- G11C17/08—Read-only memories programmable only once; Semi-permanent stores, e.g. manually-replaceable information cards using semiconductor devices, e.g. bipolar elements
- G11C17/10—Read-only memories programmable only once; Semi-permanent stores, e.g. manually-replaceable information cards using semiconductor devices, e.g. bipolar elements in which contents are determined during manufacturing by a predetermined arrangement of coupling elements, e.g. mask-programmable ROM
- G11C17/12—Read-only memories programmable only once; Semi-permanent stores, e.g. manually-replaceable information cards using semiconductor devices, e.g. bipolar elements in which contents are determined during manufacturing by a predetermined arrangement of coupling elements, e.g. mask-programmable ROM using field-effect devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
- H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
- H01L27/098—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being PN junction gate field-effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
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- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は情報記憶システムに関するものであり特に、能
動素子に半導体素子を用い且つ記憶素子にキャパシタを
用いた記憶システムに関するものである。
動素子に半導体素子を用い且つ記憶素子にキャパシタを
用いた記憶システムに関するものである。
各記憶セルが1個のキャパシタ及び1個の能動素子から
成っている記憶システムは既によく知られているところ
である。
成っている記憶システムは既によく知られているところ
である。
米国特許第2828447号明細書には、キャパシタ及
び両方向に導通し得るネオン・ガス管から成るメモリ・
セルを有するメモリ・マトリックスが開示されている。
び両方向に導通し得るネオン・ガス管から成るメモリ・
セルを有するメモリ・マトリックスが開示されている。
情報は、共通のビット/感知線に直接結合されている複
数のキャパシタに記憶される。
数のキャパシタに記憶される。
各ガス管は、閾値応動型のスイッチング素子として働く
。
。
米国特許第3196405号明細書には、直列接続され
た一対のダイオード及び1個のキャパシタから成るメモ
リ・セルを有する容量性メモリ・システムが開示されて
いる。
た一対のダイオード及び1個のキャパシタから成るメモ
リ・セルを有する容量性メモリ・システムが開示されて
いる。
このメモリは非破壊読出しを行なえるが、双極性の制御
信号を必要とし、更に読出しに際してデータの反転が生
じる。
信号を必要とし、更に読出しに際してデータの反転が生
じる。
米国特許第3553658号明細書には、互いに反対向
きに接続された2個のダイオードのみから成る容量性メ
モリ・セルの使用が開示されている。
きに接続された2個のダイオードのみから成る容量性メ
モリ・セルの使用が開示されている。
1973年2月に発行されたIBM Techni−c
al Disclosure Bulletinの28
7〜289頁に掲載されているW、−、Chang他の
Verti−cal Diode−Capacitor
Memory Ce11s”と題する論文には、単一
ダイオード及びキャパシタから成る集積容量性メモリ・
セルが紹介されている0 ダイオードを利用する最後の2つの先行技術には、負荷
素子が順方向電流を制限するよう要求されること及び低
い順方向電圧での導通により雑音の問題が生じるという
欠点がある。
al Disclosure Bulletinの28
7〜289頁に掲載されているW、−、Chang他の
Verti−cal Diode−Capacitor
Memory Ce11s”と題する論文には、単一
ダイオード及びキャパシタから成る集積容量性メモリ・
セルが紹介されている0 ダイオードを利用する最後の2つの先行技術には、負荷
素子が順方向電流を制限するよう要求されること及び低
い順方向電圧での導通により雑音の問題が生じるという
欠点がある。
米国特許第3387286号明細書には、記憶キャパシ
タに結合された単一のエンハンスメント型MO8FET
から成る半導体メモリ・セルの配列が開示されている。
タに結合された単一のエンハンスメント型MO8FET
から成る半導体メモリ・セルの配列が開示されている。
MOSFETはゲート素子として働き、そのドレイン電
極はビット/感知線に接続され、ゲート電極はワード線
に接続される。
極はビット/感知線に接続され、ゲート電極はワード線
に接続される。
記憶キャパシタは、MOSFETのソース電極と基準電
位の間に接続される。
位の間に接続される。
メモJ、セルにMO8FET素子を用いた場合には、動
作速度が比較的遅いという固有の問題がある。
作速度が比較的遅いという固有の問題がある。
米国特許第3876992号明細書には、単一のバイポ
ーラ・トランジスタ及びキャパシタのみから成る集積メ
モリ・セルが開示されている。
ーラ・トランジスタ及びキャパシタのみから成る集積メ
モリ・セルが開示されている。
このようなバイポーラ・セルは、MOSFETに比べて
より高速度で動作し得るが、各セルを囲む分離領域が必
要なため、集積密度が制限される。
より高速度で動作し得るが、各セルを囲む分離領域が必
要なため、集積密度が制限される。
容量性の集積メモリに関する別の例が米国特許第367
6715号明細書に開示されているが、これは、PN接
合ダイオード及び電圧従属型の可変キャパシタを使用し
ている。
6715号明細書に開示されているが、これは、PN接
合ダイオード及び電圧従属型の可変キャパシタを使用し
ている。
記憶情報は、電界効果ゲート電極によって生成された空
乏領域中におけるキャリアの有無により表わされる。
乏領域中におけるキャリアの有無により表わされる。
セルに論理″1′またはnOtを書込むためには、2段
階の動作が必要であり、これはサイクル時間を長くする
ので望ましくないものである。
階の動作が必要であり、これはサイクル時間を長くする
ので望ましくないものである。
米国特許第3705391号明細書に開示されている別
のFET/キャパシタ・メモリは、記憶キャパシタンス
を介して共通の入出力線へ直列に接続された複数個の独
立にアクセスし得るFET素子を使用している。
のFET/キャパシタ・メモリは、記憶キャパシタンス
を介して共通の入出力線へ直列に接続された複数個の独
立にアクセスし得るFET素子を使用している。
このメモリ・システムは前述の米国特許第338728
6号明細書のシステムと同様にして構成され且つ動作さ
れる。
6号明細書のシステムと同様にして構成され且つ動作さ
れる。
米国特許第3295030号明細書及び同第34272
12号明細書には、チャネル領域を囲む如くに半導体基
板中にゲートが配置されたデプリーション型FETが開
示されている。
12号明細書には、チャネル領域を囲む如くに半導体基
板中にゲートが配置されたデプリーション型FETが開
示されている。
同様な型のFETは、米国特許第3430113号明細
書にも開示されている。
書にも開示されている。
以上のように、これまでにも様々の型の容量性メモリ素
子が提案されてはいるが、これらの素子を用いたメモリ
・システムには何れも固有の問題があり、これがデータ
処理分野への効率的な応用を妨げている。
子が提案されてはいるが、これらの素子を用いたメモリ
・システムには何れも固有の問題があり、これがデータ
処理分野への効率的な応用を妨げている。
また、集積密度を高めるために、単一の能動スイッチン
グ素子及び単一のキャパシタのみから成るメモリ・セル
の使用が企てられてはいるが、バイポーラ型は分離領域
の必要性から。
グ素子及び単一のキャパシタのみから成るメモリ・セル
の使用が企てられてはいるが、バイポーラ型は分離領域
の必要性から。
密度の点で幾分制限され、またFET型はパフォーマン
スの点で制限される。
スの点で制限される。
アバランシェ破壊茶刈用するダイオード/キャパシタ・
メモリ・セルは、信頼性の点で問題がある。
メモリ・セルは、信頼性の点で問題がある。
従って本発明の目的は、バイポーラ・メモリ及びMO8
FETメモリの両方の利点を備えた集積半導体メモリ・
システムを提供するにある。
FETメモリの両方の利点を備えた集積半導体メモリ・
システムを提供するにある。
本発明の他の目的は、電流に関しては自己制限型であり
、従って従来のメモリにおけるような電流制限素子を必
要としない低容量、高速度、高密度のメモリを提供する
にある。
、従って従来のメモリにおけるような電流制限素子を必
要としない低容量、高速度、高密度のメモリを提供する
にある。
本発明の他の目的は、雑音余裕度の高いメモリ・システ
ムを提供するにある。
ムを提供するにある。
本発明に従うメモリ・システムは、互いに交差するワー
ド線及びビット線並びに多数のメモリ・セルを含んでい
る。
ド線及びビット線並びに多数のメモリ・セルを含んでい
る。
各セルはキャパシタ及び接合型FETから成っており、
このFETのゲートはチャネル領域を囲んでいて、共通
電極モードで動作される。
このFETのゲートはチャネル領域を囲んでいて、共通
電極モードで動作される。
即ち、ゲート電極には基準電位が印加され、入力信号は
ゲート電極/入力電極間において印加され、そして出力
信号はゲート電極/出力電極間において取り出される。
ゲート電極/入力電極間において印加され、そして出力
信号はゲート電極/出力電極間において取り出される。
FETとしては、デプリーション型のものが用いられる
。
。
更に、本発明に従うメモリ・システムには、交差してい
るワード線及びビットを駆動するための手段も設けられ
る。
るワード線及びビットを駆動するための手段も設けられ
る。
以下、図面を参照しながら本発明の良好な実施例につい
て説明する。
て説明する。
第1図は、本発明に従うワード配列型のランダム・アク
セス・メモリを簡単に示したものである。
セス・メモリを簡単に示したものである。
図示のメモリは、2ワード×2ビツトの配置しか含んで
いないが、実際にはもつと大きな配列が作られる。
いないが、実際にはもつと大きな配列が作られる。
以下の説明では、配列中に示されるデプリーション・モ
ードのFETはNチャネルの動作を行なうものとする。
ードのFETはNチャネルの動作を行なうものとする。
各ビット線10及び20には2個のメモリ・セルが接続
されている。
されている。
即ち、ビット線10はセル11及び12に接続され、ビ
ット線20はセル21及び22に接続される。
ット線20はセル21及び22に接続される。
各セルはトランジスタ及びキャパシタから成り、1ビツ
トを記憶する。
トを記憶する。
ビット線10及び20は、各科のビット駆動装置25及
び26並びに電流感知増幅器27及び28にも接続され
る。
び26並びに電流感知増幅器27及び28にも接続され
る。
ビット駆動装置25及び26は各々の対応するビット線
へ選択された電位を印加する。
へ選択された電位を印加する。
トランジスタT11及びT12並びにビット線10と、
トランジスタT21及び22並びにビット線20とは、
選択のために2行に配列され、そして各トランジスタの
ソース電極は、各々のキャパシタを介してワード線29
または30に結合される。
トランジスタT21及び22並びにビット線20とは、
選択のために2行に配列され、そして各トランジスタの
ソース電極は、各々のキャパシタを介してワード線29
または30に結合される。
かくして、トランジスタT11及びT21のソースは、
各々のキャパシタC11及びC21を介してワード線2
9に結合され、トランジスタT12及びT22のソース
は、各々のキャパシタC12及びC22を介してワード
線30に結合される。
各々のキャパシタC11及びC21を介してワード線2
9に結合され、トランジスタT12及びT22のソース
は、各々のキャパシタC12及びC22を介してワード
線30に結合される。
ワード線29及び30は、これらへ選択された電位を供
給する各々のワード駆動装置31及び32へ接続される
。
給する各々のワード駆動装置31及び32へ接続される
。
トランジスタT11及びT21のゲートは、ゲート線3
3を介してゲート駆動装置35に接続され、一方、トラ
ンジスタT12及びT22のゲートは、ゲート線34を
介してゲート駆動装置36に接続される。
3を介してゲート駆動装置35に接続され、一方、トラ
ンジスタT12及びT22のゲートは、ゲート線34を
介してゲート駆動装置36に接続される。
説明の都合上、以下の例では、メモリ・セルのキャパシ
タが放電されていると2進t1tが表示され、充電され
ていると2進″0”が表示されるものとする。
タが放電されていると2進t1tが表示され、充電され
ていると2進″0”が表示されるものとする。
従って、メモリ・セルのキャパシタへ電荷を導入するこ
とは、”0″書込み動作に対応し、キャパシタの放電は
11n書込み動作に対応する。
とは、”0″書込み動作に対応し、キャパシタの放電は
11n書込み動作に対応する。
各セルの状態は、そのキャパシタが十分に充電または放
電されて初めて区別可能になり、そしてこの区別可能な
状態は、同じワード線またはビット線の何れの側にある
隣接するセルに対しても影響を及ぼすことなく、読出す
ことができる1如何なるセルの読出しも、ビット線をバ
イアスすると共に、読出されようとしているセルの各々
のゲート及びワード線を接地することにより行なわれる
。
電されて初めて区別可能になり、そしてこの区別可能な
状態は、同じワード線またはビット線の何れの側にある
隣接するセルに対しても影響を及ぼすことなく、読出す
ことができる1如何なるセルの読出しも、ビット線をバ
イアスすると共に、読出されようとしているセルの各々
のゲート及びワード線を接地することにより行なわれる
。
この読出し動作は、電荷をキャパシタへ導入するもので
あるため、実際には、読出されている各セルに0”が書
込まれたことになり、従って111を再書込みすること
が必要である。
あるため、実際には、読出されている各セルに0”が書
込まれたことになり、従って111を再書込みすること
が必要である。
使用される感知増幅器は、1”を読取ることができるだ
けでなく、読出されたセルへ1”を再書込みするための
手段も含んでいなければならない。
けでなく、読出されたセルへ1”を再書込みするための
手段も含んでいなければならない。
本発明のメモリ・システムに適した感知増幅器としては
、例えば、電流検出回路と、1″の読取りにより、書込
みサイクルの時にビット線を接地電位にし得る状態ヘセ
ットされるクロック型のラッチ回路とを含むものでもよ
い。
、例えば、電流検出回路と、1″の読取りにより、書込
みサイクルの時にビット線を接地電位にし得る状態ヘセ
ットされるクロック型のラッチ回路とを含むものでもよ
い。
メモリ配列の書込み及び読出し動作を説明するための次
の特定の例においては、ワード線29及びゲート線33
だけが使用される。
の特定の例においては、ワード線29及びゲート線33
だけが使用される。
まず、トランジスタT11に結合されたキャパシタC1
1は十分に放電されており(2進”1′状態を表わす)
、トランジスタT21に結合されたキャパシタC21は
十分に充電されている(2進″0″を表わす)ものとす
る。
1は十分に放電されており(2進”1′状態を表わす)
、トランジスタT21に結合されたキャパシタC21は
十分に充電されている(2進″0″を表わす)ものとす
る。
第2図の波形図に示されるように、時刻TOにおいては
、すべてのセルは静止状態にあって、ビット線10及び
20は+4ボルトに保たれ、ゲート線33及び34は一
3ボルトに保たれ、そしてワード線29及び30は+4
ボルトに保たれている。
、すべてのセルは静止状態にあって、ビット線10及び
20は+4ボルトに保たれ、ゲート線33及び34は一
3ボルトに保たれ、そしてワード線29及び30は+4
ボルトに保たれている。
時刻T1において読出しサイクルが開始され、ゲート線
33の電位は、第2図のパルス40で示されるように、
ゲート駆動装置35によって一3ボルトから接地電位即
ちOボルトまで上昇される。
33の電位は、第2図のパルス40で示されるように、
ゲート駆動装置35によって一3ボルトから接地電位即
ちOボルトまで上昇される。
これと同時に、パルス41で示されるように、ワード線
29の電位がワード駆動装置31によって+4ボルトか
らOポルトまで降下される。
29の電位がワード駆動装置31によって+4ボルトか
らOポルトまで降下される。
ビット線10及び20は+4ボルトのままに保たれる。
トランジスタT11及びT21は、これらの条件のもと
で導通可能になるが、キャパシタC11が放電されてい
るため、トランジスタT11のゲート節点及びソース節
点間の電圧はOボルトであり、従ってトランジスタT1
1の瞬時動作点はVgs=Oの特性曲線(第7図の曲線
71)上にある。
で導通可能になるが、キャパシタC11が放電されてい
るため、トランジスタT11のゲート節点及びソース節
点間の電圧はOボルトであり、従ってトランジスタT1
1の瞬時動作点はVgs=Oの特性曲線(第7図の曲線
71)上にある。
また、キャパシタC11の瞬時電位は0であるから、ド
レイン−ソース電圧VDSは+4ボルトである(第7図
の点線70)。
レイン−ソース電圧VDSは+4ボルトである(第7図
の点線70)。
従って瞬時動作点72は線70及び71の交差部分にあ
る。
る。
瞬間的な初期ドレイン電流は、この動作点72から一意
的に決定され、第2図のパルス43で示されるように、
かなり大きい。
的に決定され、第2図のパルス43で示されるように、
かなり大きい。
ドレイン電流が流れるのに伴って、キャパシタC11は
充電を始め、トランジスタT11の側の極の方がワード
線29の側よりも正の電位を有するようになる。
充電を始め、トランジスタT11の側の極の方がワード
線29の側よりも正の電位を有するようになる。
かくてキャパシタ電圧は、トランジスタT11のゲート
を同じ大きさの電位で逆バイアスし、またドレイン−ソ
ース電圧をこれと同じ大きさだけ減少せしめ、この結果
動作点は、第7図の曲線73で示されるような軌跡を描
く。
を同じ大きさの電位で逆バイアスし、またドレイン−ソ
ース電圧をこれと同じ大きさだけ減少せしめ、この結果
動作点は、第7図の曲線73で示されるような軌跡を描
く。
ドレイン電流の大きさは、キャパシタの電圧がトランジ
スタT11をカット・オフするゲート−ソース電圧に近
づくにつれて急激に減少する。
スタT11をカット・オフするゲート−ソース電圧に近
づくにつれて急激に減少する。
この電流パルス43は電圧に変換され、感知増幅器27
のクロック型ラッチをセットするのに用いることができ
る。
のクロック型ラッチをセットするのに用いることができ
る。
このラッチは、セットされた状態においては、書込みサ
イクル時にビット線を接地するように動作する。
イクル時にビット線を接地するように動作する。
この読出しサイクル中は、キャパシタC21上の電荷は
トランジスタT21を殆んどカット・オフに近い状態に
保つゲート−ソース電圧を与えるので、感知増幅器28
はほんの僅かの電流を検出するだけかまたは全く電流の
流れを検出しない。
トランジスタT21を殆んどカット・オフに近い状態に
保つゲート−ソース電圧を与えるので、感知増幅器28
はほんの僅かの電流を検出するだけかまたは全く電流の
流れを検出しない。
第2図の一番下に示される僅かな電流パルス44は、素
子が静止状態にあった時に漏洩したかも知れない僅かの
量の電荷をキャパシタC21へ再充電することにより生
起される。
子が静止状態にあった時に漏洩したかも知れない僅かの
量の電荷をキャパシタC21へ再充電することにより生
起される。
しかしながら、この電流パルス44が感知増幅器28の
ラッチをセットすることはない。
ラッチをセットすることはない。
トランジスタT12及びT22のゲート線34及びワー
ド線30は、各々−3ボルト及び+4ボルトに保たれて
いるので、これらのトランジスタは導通しない。
ド線30は、各々−3ボルト及び+4ボルトに保たれて
いるので、これらのトランジスタは導通しない。
キャパシタC11が十分に充電された後、時刻T2にお
いて読出しサイクルが終了する。
いて読出しサイクルが終了する。
このため、ワード線29は再び+4ボルトの静止電圧へ
上昇され、ゲート線33は一3ボルトの静止電圧へ降下
され、これによりトランジスタT11及びT21はター
ン・オフされる。
上昇され、ゲート線33は一3ボルトの静止電圧へ降下
され、これによりトランジスタT11及びT21はター
ン・オフされる。
上述の読出しサイクルは、セル11に記憶されていた2
進″1″を破壊する。
進″1″を破壊する。
即ち、読出しサイクル後においては、キャパシタC11
は充電されており、これはセル11に2進″0″が書込
まれたことを表わしている。
は充電されており、これはセル11に2進″0″が書込
まれたことを表わしている。
従って、セル11に2進“1″を記憶させ続けるために
は、セル11へ2進lIIを再書込みしなければならな
い即ち、キャパシタC11は放電されねばならない。
は、セル11へ2進lIIを再書込みしなければならな
い即ち、キャパシタC11は放電されねばならない。
セル11を゛1′状態へ戻すには次のようにすればよい
。
。
まず時刻T3において、感知増幅器27及び28ヘクロ
ツク・パルスが印加され、その結果、感知増幅器27の
セットされていたラッチは、パルス46で示されるよう
にビット線10の電位を接地電位まで降下させる。
ツク・パルスが印加され、その結果、感知増幅器27の
セットされていたラッチは、パルス46で示されるよう
にビット線10の電位を接地電位まで降下させる。
これと同時に、パルス45で示されるように、ゲート線
33も接地電位にされる。
33も接地電位にされる。
ワード線29は+4ボルトに保たれる。トランジスタT
11は再び導通状態になり、キャパシタC11に蓄えら
れていた電荷は、トランジスタT11を介して接地電位
のビット線10の方へ放電される。
11は再び導通状態になり、キャパシタC11に蓄えら
れていた電荷は、トランジスタT11を介して接地電位
のビット線10の方へ放電される。
この時流れる放電電流は、感知増幅器27において負方
向遷移のパルス47として表示され得る。
向遷移のパルス47として表示され得る。
感知増幅器28のラッチは、パルス44が小さ過ぎるた
めセットされておらず、従ってビット線20は+4ボル
トに保たれ、トランジスタT21はターン・オンせず、
そしてキャパシタC21は充電されたままである。
めセットされておらず、従ってビット線20は+4ボル
トに保たれ、トランジスタT21はターン・オンせず、
そしてキャパシタC21は充電されたままである。
ビット線10が接地電位にされている時にゲート線34
を一3ボルトに保っておくと、トランジスタT12及び
T22はカット・オフのままであり、従ってセル12及
び22は乱されない。
を一3ボルトに保っておくと、トランジスタT12及び
T22はカット・オフのままであり、従ってセル12及
び22は乱されない。
このようにしてセルに対する読出し及び書込みを行なう
ことができる(ラッチは書込みサイクルに続いてリセッ
トされ得る。
ことができる(ラッチは書込みサイクルに続いてリセッ
トされ得る。
次に、第3図乃至第7図を参照して、第1図に示された
個々のトランジスタ・セルの動作についてより詳しく説
明する。
個々のトランジスタ・セルの動作についてより詳しく説
明する。
第3図及び第4図は1個のセル、例えば第1図のセル1
1の実施例を示したものであり、第5図及び第6図はそ
のチャネル部分を拡大したものである。
1の実施例を示したものであり、第5図及び第6図はそ
のチャネル部分を拡大したものである。
図示の如く、セル11のトランジスタT11は、1乃至
20Ω−c工の抵抗率を有する均一半導体材料のP型基
板50内にN型領域51及びP型頭域52を拡散形成す
ることにより作られる。
20Ω−c工の抵抗率を有する均一半導体材料のP型基
板50内にN型領域51及びP型頭域52を拡散形成す
ることにより作られる。
N型領域51は、トランジスタT11のドレインとして
働くが、集積バイポーラ・トランジスタにおけるコレク
タ領域に類似しており、P型基板50によって囲まれて
いる。
働くが、集積バイポーラ・トランジスタにおけるコレク
タ領域に類似しており、P型基板50によって囲まれて
いる。
P型頭域52は、トランジスタT11のゲートとして働
き、N型領域51と共にPN接合60を形成している。
き、N型領域51と共にPN接合60を形成している。
このP型のゲート領域52の中には丸い貫通孔があって
、領域51を形成しているN型材料がその中を表面まで
延びており(メサ状の構造になっている)、これにより
チャネル領域55が形成される。
、領域51を形成しているN型材料がその中を表面まで
延びており(メサ状の構造になっている)、これにより
チャネル領域55が形成される。
このチャネル領域55の上部がトランジスタT11のソ
ースになる。
ースになる。
基板50の表面を覆って絶縁層53が形成される。
この絶縁層53は、例えば通常の方法で約6000乃至
8000人の厚さに形成された二酸化シリコンであって
もよい。
8000人の厚さに形成された二酸化シリコンであって
もよい。
チャネル領域55の上方の絶縁層に、エツチングの如き
通常の方法を用いて開孔54が形成される。
通常の方法を用いて開孔54が形成される。
これに続いて、通常の動作電圧のもとではチャネル領域
55からのキャリアのトンネル現象が生じないように約
300人の厚さの薄い酸化物層56がチャネル55の上
方に再成長される。
55からのキャリアのトンネル現象が生じないように約
300人の厚さの薄い酸化物層56がチャネル55の上
方に再成長される。
薄い酸化物層56の形成後、N型領域51及びP型頭域
52の表面を露出させるため、絶縁層53に開孔58及
び59が形成される。
52の表面を露出させるため、絶縁層53に開孔58及
び59が形成される。
最後に、開孔58を介して領域51と接触するビット線
10、開孔59を介してゲート領域52と接触するゲー
ト線33、及びチャネル領域55を覆う薄い酸化物層5
6の上のワード線29が金属導電材料の付着により形成
される。
10、開孔59を介してゲート領域52と接触するゲー
ト線33、及びチャネル領域55を覆う薄い酸化物層5
6の上のワード線29が金属導電材料の付着により形成
される。
ワード線29のうち薄い酸化物層56の上方の部分は、
キャパシタC11の一方のプレートとして働く。
キャパシタC11の一方のプレートとして働く。
キャパシタC11の他方のプレートは、チャネル領域5
5の表面部分即ちトランジスタT11のソース領域であ
る。
5の表面部分即ちトランジスタT11のソース領域であ
る。
本発明に従うメモリは、上述の製造工程によってのみ製
造され得るものではなく、当該技術分野においてよく知
られた種々の代替方法によっても製造することができる
。
造され得るものではなく、当該技術分野においてよく知
られた種々の代替方法によっても製造することができる
。
薄い酸化物層56を間にしてチャネル領域55の表面部
分とワード線29によって形成されるキャパシタC11
は、チャネル領域55の表面の直下に多量の電荷を有す
るようにすることができる(前述のように、チャネル領
域55におけるこのような電荷の存在は、2進401を
表わす。
分とワード線29によって形成されるキャパシタC11
は、チャネル領域55の表面の直下に多量の電荷を有す
るようにすることができる(前述のように、チャネル領
域55におけるこのような電荷の存在は、2進401を
表わす。
これに対して、チャネル領域55の表面に電荷が無い状
態、即ち、キャパシタが充電されていない状態は、2進
t1tを表わす。
態、即ち、キャパシタが充電されていない状態は、2進
t1tを表わす。
勿論、電荷の有無と2進+07及び2進+1tとの対応
関係は反対であってもよい。
関係は反対であってもよい。
かくして、上述のようにして形成されたキャパシタの充
放電を利用することにより、これと前述のデプリーショ
ン・モードのFETとの組合わせをメモリ・セルとして
用いることができる0 次に、チャネル領域55の部分を拡大して示した第5図
を参照しながら、セルの動作についてより詳しく説明す
る。
放電を利用することにより、これと前述のデプリーショ
ン・モードのFETとの組合わせをメモリ・セルとして
用いることができる0 次に、チャネル領域55の部分を拡大して示した第5図
を参照しながら、セルの動作についてより詳しく説明す
る。
最初は、キャパシタには電荷が蓄えられておらず、そし
てセルは静止状態にある0即ち、ワード線29及びビッ
ト線10は+4ボルトに保たれ、ゲート線は一3ボルト
に保たれている。
てセルは静止状態にある0即ち、ワード線29及びビッ
ト線10は+4ボルトに保たれ、ゲート線は一3ボルト
に保たれている。
ワード線29、薄い酸化物層56及びチャネル領域55
の表面部分によって形成されているキャパシタC11は
最初は電荷を蓄えていないので、ワード線29上に生じ
ている電圧(+4ボルト)がチャネル55の表面にも生
じる。
の表面部分によって形成されているキャパシタC11は
最初は電荷を蓄えていないので、ワード線29上に生じ
ている電圧(+4ボルト)がチャネル55の表面にも生
じる。
この結果、領域51及び52間のPN接合60が強く逆
バイアスされて、このPN接合60のまわりに空乏領域
61が形成される。
バイアスされて、このPN接合60のまわりに空乏領域
61が形成される。
第5図には、便宜上この空乏領域61のN型領域51内
における境界だけが点線で示されている。
における境界だけが点線で示されている。
領域52に接続されたゲート線33及びワード線29の
電圧がもし静止電圧即ち+4ボルトから接地電圧即ちO
ボルトへ移行されると、薄い酸化物層56のキャパシタ
動作により、電圧の振れがチャネル領域55の表面部分
へ結合され、そしてこの部分における空乏領域が縮小し
てポケット62が形成される。
電圧がもし静止電圧即ち+4ボルトから接地電圧即ちO
ボルトへ移行されると、薄い酸化物層56のキャパシタ
動作により、電圧の振れがチャネル領域55の表面部分
へ結合され、そしてこの部分における空乏領域が縮小し
てポケット62が形成される。
このような現像が生じる理由は、空乏領域61を保持す
るための唯一の電圧源が、チャネル領域55及びゲート
領域52の不純物添加レベルに起因する接触電位だから
である。
るための唯一の電圧源が、チャネル領域55及びゲート
領域52の不純物添加レベルに起因する接触電位だから
である。
空乏領域61の縮小はポケット62の下方にも及びこの
結果、ゲート領域52の下方にある領域51の空乏化さ
れていない部分に至る連続導電路63が形成される。
結果、ゲート領域52の下方にある領域51の空乏化さ
れていない部分に至る連続導電路63が形成される。
そうすると直ちに、薄い酸化物層56の一方の側はワー
ド線29によって接地され、且つ他方の側はチャネル領
域55中の導電路63及びポケット62により+4ボル
トにされる。
ド線29によって接地され、且つ他方の側はチャネル領
域55中の導電路63及びポケット62により+4ボル
トにされる。
この結果、トランジスタT11の瞬時動作点は、第7図
に示されるVgs=0の曲線71上の何処かにくる。
に示されるVgs=0の曲線71上の何処かにくる。
また、キャパシタC11上の瞬時電位はOボルトである
から、ドレイン−ソース電圧VDSは、第7図に垂直方
向の点線70で示したように+4ボルトである。
から、ドレイン−ソース電圧VDSは、第7図に垂直方
向の点線70で示したように+4ボルトである。
従って、瞬時動作点72は、これら2本の線70及び7
1の交点になる。
1の交点になる。
初期瞬時ドレイン電流はこの動作点72から一意的に決
定され、第2図のパルス43で示されるように、極めて
大きな値を有する。
定され、第2図のパルス43で示されるように、極めて
大きな値を有する。
このようにして、キャパシタを介する電気的平衝状態を
与えるための電荷の流れ即ちドレイン電流が生起される
。
与えるための電荷の流れ即ちドレイン電流が生起される
。
このドレイン電流が流れると、キャパシタが充電されて
その両プレート間の電圧が増加し始め、これによりゲー
ト領域52は最終的に逆バイアスされるようになり、そ
してドレイン−ソース電流は同じ大きさだけ減少される
。
その両プレート間の電圧が増加し始め、これによりゲー
ト領域52は最終的に逆バイアスされるようになり、そ
してドレイン−ソース電流は同じ大きさだけ減少される
。
かくて、空乏領域を保持するのに使用され得る電圧も増
加し、その結果、空乏領域はチャネル領域55中へ拡張
される。
加し、その結果、空乏領域はチャネル領域55中へ拡張
される。
最終的には、空乏領域61は再びチャネルの導電路63
をピンチ・オフする程度まで拡張し、そしてチャネルを
流れるドレイン電流は、キャパシタ電圧がトランジスタ
をカット・オフする大きさのゲート−ソース電圧の値に
向って上昇するのに伴い急激に減少する。
をピンチ・オフする程度まで拡張し、そしてチャネルを
流れるドレイン電流は、キャパシタ電圧がトランジスタ
をカット・オフする大きさのゲート−ソース電圧の値に
向って上昇するのに伴い急激に減少する。
この様子は、第7図の動作曲線73の軌跡によって示さ
れる。
れる。
空乏領域61はチャネル領域55の全体にわたって延び
、これをピンチ・オフしているので、ドレイン電流によ
ってチャネル領域55の表面部分のポケット62へもた
らされた電荷は捕獲されたままに保たれる。
、これをピンチ・オフしているので、ドレイン電流によ
ってチャネル領域55の表面部分のポケット62へもた
らされた電荷は捕獲されたままに保たれる。
この状態で、ゲート線33が一3ボルトに、ワード線2
9が+4ボルトに各々戻され、且つビット線10が+4
ボルトに保たれていると、空乏領域61は強く逆バイア
スされた状態に保たれる。
9が+4ボルトに各々戻され、且つビット線10が+4
ボルトに保たれていると、空乏領域61は強く逆バイア
スされた状態に保たれる。
かくて、ポケット62に捕獲され蓄積された電荷により
、キャパシタC11は前述の仮定から2進″0”を記憶
したことになる。
、キャパシタC11は前述の仮定から2進″0”を記憶
したことになる。
同じメモリ・セルに2進“1”を書込む場合には第2図
に示されるように、ゲート線33は再び接地電位まで上
昇され、そしてワード線29は+4ボルトに保たれる。
に示されるように、ゲート線33は再び接地電位まで上
昇され、そしてワード線29は+4ボルトに保たれる。
ゲート線33の電位上昇と同時に、ビット線10の電位
は+4ボルトから接地電位まで減少される。
は+4ボルトから接地電位まで減少される。
これらの電位印加は、チャネル領域55の下部における
空乏領域を縮小させ。
空乏領域を縮小させ。
N型領域51の空乏化されていない部分から酸化物−チ
ャネル界面のポケット62に捕獲された電荷に至る導電
路を形成する。
ャネル界面のポケット62に捕獲された電荷に至る導電
路を形成する。
かくて、前にワード線29の下方のポケット62に捕獲
されていた如何なる電荷も解放される。
されていた如何なる電荷も解放される。
即ち、第2図のパルス47で示されるように、キャパシ
タC11は放電する(第6図参照)。
タC11は放電する(第6図参照)。
キャパシタC11に捕獲されていた電荷がなくなると、
2進″′1″が書込まれたことになる。
2進″′1″が書込まれたことになる。
この2進″1″を読取る場合には、O”書込みステップ
におけると同様な電圧が印加される。
におけると同様な電圧が印加される。
その結果、これらの電圧の印加によって生じた空所を満
たすように電流が流れる。
たすように電流が流れる。
この電流の流れは、放電されたセルに記憶されている2
進“1”を表わす。
進“1”を表わす。
以上の説明から明らかなように、本発明に従うメモリに
おいては、2種類の電流レベルが発生され、その一方は
、選択されたセルの充電状態及び放電状態において十分
な電流差を生せしめるため。
おいては、2種類の電流レベルが発生され、その一方は
、選択されたセルの充電状態及び放電状態において十分
な電流差を生せしめるため。
十分な電圧をキャパシタに蓄え得るものである。
メモリ・セルに蓄えられた電圧は、トランジスタのソー
ス電圧をゲート電圧に関して上昇または降下させるので
、ドレイン電流はこの蓄えられた電圧に応じて流れる。
ス電圧をゲート電圧に関して上昇または降下させるので
、ドレイン電流はこの蓄えられた電圧に応じて流れる。
このドレイン電流における差は、ビット線上で感知され
、論理″1”または論理“0”として解読される。
、論理″1”または論理“0”として解読される。
キャパシタに蓄えられた電荷は、ワード線及びビット線
上の電圧を操作する標準の方法によってリフレッシュす
ることができる。
上の電圧を操作する標準の方法によってリフレッシュす
ることができる。
第4図及び第5図に示された本発明の独特の構造は、イ
オン注入、二重拡散その他この技術分野においてよく知
られ且つ用いられている様々の方法によって実現され得
る。
オン注入、二重拡散その他この技術分野においてよく知
られ且つ用いられている様々の方法によって実現され得
る。
必要なのは、垂直チャネル55が同じ導電型の材料から
成っていること、その一端は埋込ビット線で且つ他端は
ワード線の下の薄い酸化膜に面したところで終端してい
ること、そしてこのチャネルは反対導電型のゲート領域
によって完全に囲まれていることである。
成っていること、その一端は埋込ビット線で且つ他端は
ワード線の下の薄い酸化膜に面したところで終端してい
ること、そしてこのチャネルは反対導電型のゲート領域
によって完全に囲まれていることである。
上で説明した製造方法は、従来のプロセスと適合し得る
ものであり、駆動装置等の周辺回路をメモリ配列と同じ
チップに形成することができる。
ものであり、駆動装置等の周辺回路をメモリ配列と同じ
チップに形成することができる。
なお、前述の特定の製造プロセスは、セル間の自己分離
を与えるという利点を有している。
を与えるという利点を有している。
P型基板には長いサブコレクタ拡散領域が形成されても
よい。
よい。
この場合は、サブコレクタの拡散に続いて、N型のエピ
タキシャル層が所望の厚さに成長される。
タキシャル層が所望の厚さに成長される。
次に、このエピタキシャル層は、サブコレクタの端部に
おいてエピタキシャル・ポケットを形成するための分離
拡散の遂行及びチャネルとして働く小さな円柱状の領域
をサブコレクタの真上に形成するため、マスクされる。
おいてエピタキシャル・ポケットを形成するための分離
拡散の遂行及びチャネルとして働く小さな円柱状の領域
をサブコレクタの真上に形成するため、マスクされる。
所望であれば、分離拡散に続いてウェハを再びマスクし
てエミッタ拡散を行なってもよい。
てエミッタ拡散を行なってもよい。
一般には、この最後のエミッタ拡散は不要であるが、よ
り大きな電流を必要とする場合には役立つであろう。
り大きな電流を必要とする場合には役立つであろう。
第1図は本発明に従うランダム・アクセス・メモリ配列
の回路図、第2図は第1図に示されたメモリ配列の読出
し及び書込みの様子を示す波形図、第3図は第1図に示
されたメモリ配列中の1個のセルの平面図、第4図は第
3図の線4−4に沿った断面図、第5図及び第6図はセ
ルの動作を説明するための拡大断面図、第7図は種々の
ゲート−ソース電圧の下でのドレイン電流対ドレイン−
ソース電圧の関係を示すグラフである。 10.20・・・・・・ビット線、11,12,21゜
22・・・・・・メモリ・セル、25,26・・・・・
・ビット駆動装置、27,28・・・・・・感知増幅器
、29.30・・・・・・ワード線、31,32・・・
・・・ワード駆動装置、33.34・・・・・・ゲート
線、35,36・・・・・・ゲート駆動装置。
の回路図、第2図は第1図に示されたメモリ配列の読出
し及び書込みの様子を示す波形図、第3図は第1図に示
されたメモリ配列中の1個のセルの平面図、第4図は第
3図の線4−4に沿った断面図、第5図及び第6図はセ
ルの動作を説明するための拡大断面図、第7図は種々の
ゲート−ソース電圧の下でのドレイン電流対ドレイン−
ソース電圧の関係を示すグラフである。 10.20・・・・・・ビット線、11,12,21゜
22・・・・・・メモリ・セル、25,26・・・・・
・ビット駆動装置、27,28・・・・・・感知増幅器
、29.30・・・・・・ワード線、31,32・・・
・・・ワード駆動装置、33.34・・・・・・ゲート
線、35,36・・・・・・ゲート駆動装置。
Claims (1)
- 1 ワード線と、ビット線と、第1端部及び第2端部を
有するチャネル領域並びに該チャネル領域を取囲むゲー
ト領域を有する接合型電界効果トランジスタと、上記ゲ
ート領域へ選択電位を与えるための手段と、上記ワード
線及び上記ビット線を選択的に蛇動するための手段とを
有し、上記ビット線は上記チャネル領域の上記第1端部
に接続され、上記ワード線は上記チャネル領域の上記第
2端部に容量的に結合されていることを特徴とする半導
体メモリ。
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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Publications (2)
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JPS5811105B2 true JPS5811105B2 (ja) | 1983-03-01 |
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Family Applications (2)
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