JPS6137710B2 - - Google Patents

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JPS6137710B2
JPS6137710B2 JP57199098A JP19909882A JPS6137710B2 JP S6137710 B2 JPS6137710 B2 JP S6137710B2 JP 57199098 A JP57199098 A JP 57199098A JP 19909882 A JP19909882 A JP 19909882A JP S6137710 B2 JPS6137710 B2 JP S6137710B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell
line
digit line
potential
transistor
Prior art date
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Expired
Application number
JP57199098A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5891596A (en
Inventor
Isao Ogura
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP57199098A priority Critical patent/JPS5891596A/en
Publication of JPS5891596A publication Critical patent/JPS5891596A/en
Publication of JPS6137710B2 publication Critical patent/JPS6137710B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C7/00Arrangements for writing information into, or reading information out from, a digital store
    • G11C7/12Bit line control circuits, e.g. drivers, boosters, pull-up circuits, pull-down circuits, precharging circuits, equalising circuits, for bit lines

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は高集積度、大容量のダイナミツク型半
導体記憶装置に関する。 近年、集積回路技術の進歩はめざましいものが
あり、特に半導体記憶装置については著しい。 このような半導体記憶装置としては、より大き
な容量を持ち、より速い読み出し、書き込み時間
を持つことが要望されている。 従来、MOSダイナミツクRAMのメモリ・セル
は第1図aに示すように1個のキヤパシタ02と
1個のトンジスタ01とからなる1トランジス
タ・セル1が用いられてきた。このセル構成の一
例(4KbitRAM)は第1図bに示すとうりである
が、セル・エレメントとしてほぼ縮小の限界に近
づいている。ここで、11はフイールド酸化膜、
12は蓄積キヤパシターのゲート、13はトラン
スフアーゲート、14はデイジツト線拡散層であ
る。そこでこれと同じ1トランジスタ・セルでそ
の構造を第2図cに示すような二層のポリシリコ
ン構造にし、セル面積を大巾に縮小したもの
(16KbitRAM)がある。ただし、21はフイール
ド酸化膜、22は蓄積キヤパシターのゲート、2
3はトランスフアーゲート、24はデイジツト線
拡散層である。これによつてダイナミツクRAM
のメモリ・セルの構成・構造共にほぼ縮小の限界
に近づいたと言える。従つて、さらに大容量のダ
イナミツク・RAMを製造するには個々のトラン
ジスタやキヤパシターの寸法自体を微細にする必
要がある。この目的のために、現在のフオトリン
グラフイー技術に代る電子ビームリングラフイー
技術などが開発研究されている。 ところで、ダイナミツク・RAMの場合、記憶
データは電荷の形で蓄積キヤパシターに蓄えられ
ている。それゆえに、セルの蓄積キヤパシター内
の電荷量の多少がRAMの性能を大きく左右する
であろうことは、容易に推察される。事実、第2
図aに示すようなダイナミツク・RAMの基本構
成回路において、センス回路50の入出力端に伝
送されるメモリ・セルCからのデータ信号のレベ
ルは、センス回路50の入出力端から見たデイジ
イト線の全容容量に、メモリ・セルCからの電荷
が分配されて起こるデイジイト線の電位変動分で
あり、ここではWはワード線である。デイジイト
線容量をCdig、初期状態のデイジイト線の電位
をVi、メモリ・セルCの蓄積キヤパシターの容
量をCs、セルの電位をVs、セルCのトランジス
ターのゲート容量をCtrとすると、電位変動分△
Vは第2図bに示すデイジイト線1本の等価回路
から、 △V=Vi−ViCdig+CsVs/Cs+Ctr+C
digである。 nチヤンネルMOSトランジスタの場合で、セル
に論理“1”を書いた場合、△Vは4KbitRAMで
は約1V前後、16KbitRAMでは600mV位である。
現在のRAMでは、この微小な信号を検知・増幅
するために、バランス型フリツプフロツプを用い
たセンス回路50と、ダミーセルDCを用いてい
る。ダミーセルDCは、センス回路50のセルと
は反対側にあるデイジイト線に必要な基準電位を
与えるもので、通常はセルのキヤパシターの1/2
の容量を持つ1トランジスタ・メモリ・セルとな
つている。ダミーセル側のデイジイト線には、常
にセル側の“1”の場合の△Vの約1/2の電位変
動が起こるようになつており、セルの論理“1”
と“0”とを適確に読み出せるように工夫されて
いる。次の表1は4KbitRAMと16KbitRAMにお
けるメモリ・セルの諸値の違いを示している。
The present invention relates to a highly integrated, large capacity dynamic semiconductor memory device. In recent years, there has been remarkable progress in integrated circuit technology, especially in semiconductor memory devices. Such semiconductor memory devices are required to have larger capacity and faster read and write times. Conventionally, the memory cell of a MOS dynamic RAM has been a one-transistor cell 1 consisting of one capacitor 02 and one transistor 01, as shown in FIG. 1a. An example of this cell configuration (4 Kbit RAM) is shown in FIG. 1b, but the cell element is approaching the limit of reduction. Here, 11 is a field oxide film,
12 is a gate of a storage capacitor, 13 is a transfer gate, and 14 is a digit line diffusion layer. Therefore, there is a type (16 Kbit RAM) of the same one-transistor cell whose structure is made into a two-layer polysilicon structure as shown in Figure 2c, and whose cell area is greatly reduced. However, 21 is the field oxide film, 22 is the gate of the storage capacitor, and 2
3 is a transfer gate, and 24 is a digit line diffusion layer. This allows dynamic RAM
It can be said that both the configuration and structure of memory cells have almost reached their limits of shrinkage. Therefore, in order to manufacture dynamic RAM with even higher capacity, it is necessary to reduce the dimensions of individual transistors and capacitors. For this purpose, research and development are being carried out on electron beam phosphorography technology to replace the current photorinography technology. By the way, in the case of dynamic RAM, memory data is stored in the storage capacitor in the form of electric charge. Therefore, it is easy to infer that the amount of charge in the storage capacitor of a cell will greatly affect the performance of the RAM. fact, second
In the basic configuration circuit of a dynamic RAM as shown in FIG. , where W is the word line, which occurs when the charge from the memory cell C is distributed to the total capacitance of the digit line. If Cdig is the daisy line capacitance, Vi is the potential of the daisy line in the initial state, Cs is the capacitance of the storage capacitor of memory cell C, Vs is the cell potential, and Ctr is the gate capacitance of the transistor in cell C, then the potential variation △
From the equivalent circuit of one daigit wire shown in Figure 2b, V is △V=Vi-ViCdig+CsVs/Cs+Ctr+C
It is dig. In the case of an n-channel MOS transistor, when logic "1" is written in the cell, ΔV is about 1V for 4Kbit RAM and about 600mV for 16KbitRAM.
Current RAM uses a sense circuit 50 using a balanced flip-flop and a dummy cell DC to detect and amplify this minute signal. The dummy cell DC provides a necessary reference potential to the daisy line on the opposite side of the sense circuit 50 from the cell, and is usually 1/2 of the capacitor of the cell.
It is a one-transistor memory cell with a capacity of . The daisyte line on the dummy cell side always has a potential fluctuation of about 1/2 of △V in the case of "1" on the cell side, and the logic "1" of the cell
It has been devised so that it can read out "0" and "0" accurately. Table 1 below shows the differences in memory cell values between 4KbitRAM and 16KbitRAM.

【表】 4KbitRAMに比べて16KbitRAMでは、セル面
積は約半分の大きさになつたが、その蓄積キヤパ
シターの容量はほぼ同じである。また、一本のデ
イジツト線に接続されているセルの数が倍になる
のでCdigの値は大きくなり、信号レベルは
16KbitRAMの方が少し低くなつている。 今後、さらに大容量のダイナミツクRAMを開
発する場合、より微細化した素子を用いる事は必
然であろう。この場合セルのキヤパシタ容量は著
しく減少するだろう。これを補う為に(1)セルのキ
ヤパシターの絶縁膜厚を非常に薄くする。(2)
Cdigを少なくして、信号レベルを出来る限り大
きくする。(3)メモリ・セルに書き込む“1”のレ
ベルを高くして記憶している電荷量を多くする。
このような方法によつて信号レベルがセンス回路
の感度内に入るようにする必要がある。 しかし、上記(1)のようにゲート絶縁膜厚を薄く
する事には、三つの大きな問題がある。 第一は、信頼性の問題である。薄い絶縁膜を用
いた場合、わずかな電圧が印加されても、その電
界は絶縁膜厚に逆比例するため、容易に絶縁破壊
強度に到達してしまい、絶縁破壊を起す。第二は
薄膜を作る際のいわゆるピンホールの問題であ
る。ピンホールはある確率で必ず発生するし、そ
の数は薄い膜程多くなる。しかも、素子がより高
密度に集積されている程そういう膜の欠陥が素子
を形成している領域に当たる確率は高くなる。従
つて製品の歩留りは低下し、製造コストを上昇さ
せる。第三はゲート酸化膜のリーク電流の増加の
問題がある。これは絶縁膜内を流れる微小な電流
が増加して蓄積されている電荷を放電したり、逆
に充電したりして、記憶内容を変化させてしまう
問題である。絶縁膜が特に薄くなつた場合、膜内
の電界は特に強くなり、プールフレンケル伝導や
その他の伝導機構による電流が特に増加する。従
つて、それ程極端に薄い絶縁膜を用いる事は出来
そうにない。 また、上記(2)のようにCdigを少なくする事に
ついては、大容量化するに伴つて逆に増加するの
が普通である。と言うのは、例えばマルチプレツ
クスアドレス方式を採用するならばメモリアレイ
の配置はn×n(nは整数で2のアドレスピン数
のべき乗)が最とも合理的である。従つて1本の
デイジイト線に接続されるセルの数は確実に増加
しその長さも長くなり、Cdigは増加する傾向に
ある。従つてCdigを少なくするのはかなり困難
であろう。 最後に残つた上記(3)の書き込みを電位を高くす
る方式についても、電源電圧を高くする事は微細
素子の種々の耐圧や、素子の二次元効果のため適
用が困難である。特に、近年微細素子を用いる場
合その微細化の程度に対応して、電圧を下げると
いう考え方が支配的である。低電圧化は消費電力
の低減素子の二次元効果の軽減などのために必然
的な方向であると考えられる。 従つて、今後さらに大容量のダイナミツク
RAMを製造するためには、微細化素子の使用は
必然である。そのようななかで、メモリセルから
の信号レベルを十分な大きさに確保することが大
きな問題である。 本発明はこのような事情に鑑みなされたもの
で、構成素子を微細化し、大容量化してもメモ
リ・セルから大きな信号を取り出すことができる
ようなダイナミツク型半導体記憶装置を提供する
ことを目的としている。 本発明によれば、低電圧、大容量のダイナミツ
ク型半導体記憶装置を得るためにデイジイト線の
昇圧とセルのワード線の昇圧を行なつている。 以下本発明の一実施例を図面を用いて具体的に
説明する。 第3図は本発明の一実施例を概念的に示す構成
図である。図ではメモリチツプ内に納められた多
数のセンスアンプや行列配列されたセルの内から
代表的に1個のセンスアンプ50と1行分のデイ
ジイト線A,Bと数個の並んだセルC(MOS型
トランジスタ54及びMOS型キヤバシタ55を
含む)を取り出して示してある。ここで、ワード
線60′は縦方向に多数のセルのトランジスタに
接続されているが、この図では1個のセルとの接
続のみが示されてある。本発明の要点はセンス・
アンプ50で感知されたデイジイト線A,Bの電
位がデイジイト昇圧回路51に帰還されて“1”
であるデイジツト線A,Bを昇圧してデイジツト
線の電位を高くする。この高い電位は外部から印
加される電源電圧VDDの1.8倍程度は可能であ
る。次にワード線60をデコードする回路53は
普通のアドレスデコード回路で構成できる。第4
図aはその一例を示した。又同図bは各信号波形
を示している。ここでクロツクφDは昇圧クロツ
クで、デコードトランジスタ71を通してワード
線60に接続されて、ワード線の“1”レベルを
電源電圧VDDの1.8倍程にする。またクロツクφD
を作る回路が第3図の昇圧クロツク発生回路52
である。 デイジイト線(かりにAとする)を昇圧して
も、メモリセルCのトランスフアーゲート54の
ゲート電位がデイジイト線A電位より高くなれ
ば、セルのキヤパシタ55に昇圧した高い電位を
書き込む事ができない。このため、ワード線60
電位も昇圧して高くし、十分書き込めるようにし
てある。第5図aは昇圧クロツク発生回路の一例
を示したもので、同図bは各信号波形を示したも
のである。これは通常のクロツク発生回路101
に昇圧用キヤパシタ102と昇圧用クロツク発生
回路103を付加したものである。ここで十分な
ブートストラツプ効果を得るために、回路101
と回路103とから発生する二つのクロツク信号
の間には、適当な遅延がかけられている。つまり
はじめクロツクφ101が電圧上昇をし始めキヤパ
シタ102を充電する。そして十分充電されたと
ころでクロツクφ103が上昇し始めて、クロツク
φDを昇圧する。こうして電源電圧より高いレベ
ルのクロツクが得られる。 第6図aはデイジイト線昇圧回路の具体例であ
る。同図bはその各信号波形を示す図である。す
なわち、トランジスタ31と32とでレシオレス
インバータ70が構成され、トランジスタ31の
ドレインにはクロツクφが入力され、そのゲー
トはデイジイト線DAに接続されている。またト
ランジスタ32のゲートにはクロツクφが入力
され、プリチヤージサイルで、このインバーター
の出力端を接地電位に引き下げている。トランジ
スタ33のドレインには、トランジスタ31のゲ
ートが接続されているデイジイト線DAに接続さ
れている。またそのゲートはグロツクφに接続
されている。前記インバータ70の出力端とこの
トランジスタ33のソースとの間に、昇圧用キヤ
パシタ34が接続されている。 尚、ここでは、第6図aに示したようなレジオ
レス型のダイナミツクセンス・リフレツシユアン
プを用いているが、センス終了後に“1”レベル
になるデイジイト線が回路的にフローテイングノ
ードになり、“0”レベルになるデイジイト線が
接地端子と導通しているようなセンスアンプであ
れば、どのようなセンスアンプが用いられても同
様な効果が得られる。第6図aの回路の動作は、
プリチヤージ、サイクルでトランジスタ33は導
通となりキヤパシタ34を充電する。この時イン
バーターの出力は接地電位になつている。次にト
ランジスタ33は非導通となり、デイジイト線D
Aとキヤパシタ34とは切り離される。その後セ
ルからデータがデイジイト線DAに読み出され、
センスアンプによつて“1”,“0”が判定され
る。その間にφが接地電位となり、トランジス
タ32は非導通となる。その後φが高い電位に
上昇する。その時、“1”と判定されたデイジイ
ト線にゲートが接続されているトランジスタ31
は導通となり、インバーター70の出力端を充電
し、キヤパシタ34を昇圧してトランジスタ33
のソース端の電位を電源電位より高く押し上げ
る。この時、φは再び電源電圧VDDより高い電
位となり、デイジイト線を電源電位より高く押し
上げる。また“0”と判定されたデイジイト線に
ゲートが接続されている方では、トランジスタ3
1が非導通なためキヤパシタ34は昇圧されずデ
イジイト線も昇圧されない。但しこの時、トラン
ジスタ33は“1”の方と同様に導通になるた
め、デイジイト線にはキヤパシタに充電されてい
たチヤージが流れ出し、その電位を少し接地電位
より持ち上げるが、“0”側のデイジイト線がセ
ンスアンプによつて接地端に接続されていてフロ
ーテイングになつていないならば、すみやかに再
び接地電位に固定される。 こうしてデイジイト線にはVDDより高い電位の
“1”と接地電位に等しい“0”とが残る。この
“1”と“0”とがVDDより高い電位のワード線
によつて導通されているメモリ・セルCのトラン
スフアーゲート54を通してメモリ・セルCの蓄
積キヤパシタ55に書き込まれる。その後ワード
線60は接地電位となり、トランスフアーゲート
54は閉じられ電荷はセルC内に記憶される。 本発明によつて得られる効果は次の通りであ
る。 第一にワード線電位、デイジイト線電位を共に
電源電圧より高くするために従来はメモリ・セル
内への最大の書き込み電位は電源電圧であつたも
のが、本発明によれば電源電位より高い電位をセ
ル内に書き込むことができるようになる。こうす
ることによつて例えば従来と同じ電源を用い、同
じセンスアンプを用いたならば、メモリセルのキ
ヤパシタをその分だけ小さくする事ができる。特
に大容量メモリであればある程、そのチツプ全体
に占めるメモリセル全体の面積の割合は大きくな
り、セルの僅かな縮小もチツプ面積の大きな縮小
につながる。 たとえば、電源として+12Vを用いている従来
の16KbitダイナミツクRAMでは、メモルセル面
積は500μで、そのキヤパシタ面積は140μ
容量は0.06pFであつた。セル内に蓄えられてい
る電荷は、0.06×10-12(F)×12(V)=0.72
(pC)である。ここに本発明のように書き込み電
圧を昇圧した場合、同じ電荷量を保証するために
必要とされる容量は次の様になる。今、12V系で
昇圧した場合、ブートストラツプ効率を70%とす
ると書き込み電圧は、12+12×0.7=20.4Vとな
る。セルの容量は、Cs′=0.035pFで、そのセル
のキヤパシタ面積は、82μとなる。これは単純
な計算をしても1bit当りのメモリセル面積を11.6
%減少させる。これはほぼ直美にこの分だけチツ
プ面積の縮小につながる。これは、1枚のウエフ
アー内のチツプの個数を増加させ、製品の歩留り
を向上させ、同時に製品のコストを減少させ、よ
り多くの利益を生みだす。 第二には従来と同じメモリセルを用いたならば
メモリ・セル内に書き込まれる電荷量は非常に増
加するため、デイジイト線に出力される信号レベ
ルはその分だけ大きくなり、RAMの動作マージ
ンを大きくし、より高い信頼性を持つメモリを提
供できる。 第三には64Kbitや256KbitダイナミツクRAMを
開発する場合、電源電圧も用いられるトランジス
タの形状寸法に沿つて低くなるだろう。こうした
場合従来技術では、メモリ・セルに書き込まれる
電圧も低下せざるを得ない。これは、セルのキヤ
パシタ面積の縮小とあいまつて二重にセル内の電
荷量の減少をもたらし、信号のより低下をもたら
す。たとえば、64KbitダイナミツクRAMでは、
セル面積は約200μ程度、セルキヤパシタ面積
は45μ程度と考えられている。これに300Å程
度のゲート酸化膜を用い、電源を8Vとすると、
従来方法ではセル内に蓄えられる電荷量は0.0518
(pF)×8(V)=0.414(pC)である。本発明に
よれば8Vを70%昇圧して書き込み電圧は13.6Vと
なる。従つて0.0518(pF)×13.6(V)=0.704
(pC)となる。これはほぼ現在の16KbitRAMの
セル内の蓄積電荷量に等しい。これによつて、デ
イジイト線に得られる信号は現在の16Kbit並の信
号レベルを確保できる。また、電荷量が少なくな
つた場合、リーク電流の影響は大きくなる。これ
はセル内のリーク電流がその面積に比例する成分
(再結合発生電流など)と比例せず固有な成分と
からなつているためである。このため電荷量が少
ないと、リフリツシユ時間を短くしなければなら
なくなり、それは実際にメモリ装置として電子計
算機などに組み込まれた場合、死時間
(Deadtime)の増加を引き起こす。また、LSI自
体の信頼性の低下も引き起こす。本発明によれ
ば、それらは全て回避することができて、高い信
頼性を持つ、高密度集積化したダイナミツク
RAMを提供することができる。 第4に、第6図aに示した回路において、トラ
ンジスタ33が自体が有している利点は、本発明
に著しい効果を与えている。つまり先に述べた様
にデイジイト線に現われる信号レベルは、メモリ
セル内の電荷量がデイジイト線の容量に分配され
て引き起されるデイジイト線の電位変化分であ
る。従つて、デイジイト線の容量が大きい程信号
レベルは低下する。本発明のようにデイジイト線
に相当大きいキヤパシタを付けた場合、そのキヤ
パシタの容量は、デイジイト線容量に付加され
る。これでは本発明の効果は半減されてしまう。
そこでこのトランジスタ33はメモリ・セルから
データがでてきて、センスアンプのノードに伝送
される間は、デイジイト線からキヤパシタ34を
切り離しておき、実質的にデイジイト線の容量の
増加を防止し、信号レベルを高くとれる効果を与
えている。また、クロツクφがプリチヤージ期
に“1”であるため、キヤパシタ34のプリチヤ
ージは、デイジイト線のプリチヤージと同時に行
なう事ができ、特別に、キヤパシタプリチヤージ
用のトランジスターやクロツクを必要としないた
め、チツプ面積の増大を防止し、クロツク系の複
雑化を防止している。 第五に、デイジイト線に出力される信号は
“1”の場合はデイジイト線のプリチヤージ電位
より高くなり、“0”の場合はデイジイト線のプ
リチヤージ電位より低くなる。このために、従来
は“0”“1”判定の基準となる電位をダミーセ
ルを用いて作つていたが、本発明では直接にデイ
ジイト線プリチヤージ電位を基準電位として用い
ることができる。このためダミーセルを必要とし
ない。この分だけツプの面積を縮小化できる。ま
た、ダミーセル系のクロツクをなくすることがで
きる。 次に本発明の変形実施例について述べる。 (1) デイジイト線に、ダミーセルを付加して基準
電圧をより正確な値に設定したダイナミツク
RAMを本発明中に含まれる。 (2) 本発明の実施例の回路51の代わりに第7図
a,bに示す回路も本発明中に含まれる。この
場合、キヤパシタ34へのプリチヤージ電位は
デイジイト線からではなく別のルートから起な
われる。このためクロツクφ3′の波形は第6図
bのφより簡単となる。またここでφとφ
とは同じクロツクを用いても良い。 (3) 本発明の実施例の回路51で、第6図及び第
7図の両方の回路でトランジスタ32を除いた
回路も本発明中に含まれる。
[Table] Compared to 4KbitRAM, 16KbitRAM has about half the cell area, but its storage capacitor capacity is almost the same. Also, since the number of cells connected to one digit line doubles, the value of Cdig increases, and the signal level increases.
16KbitRAM is slightly lower. In the future, when developing even larger capacity dynamic RAM, it will be inevitable to use smaller elements. In this case the capacitor capacity of the cell will be significantly reduced. To compensate for this, (1) the insulation film thickness of the cell capacitor should be made extremely thin. (2)
Reduce Cdig and make the signal level as high as possible. (3) Increase the level of "1" written into the memory cell to increase the amount of stored charge.
It is necessary to use such a method to bring the signal level within the sensitivity of the sense circuit. However, there are three major problems in reducing the thickness of the gate insulating film as described in (1) above. The first is the issue of reliability. When a thin insulating film is used, even if a small voltage is applied, the electric field is inversely proportional to the thickness of the insulating film, so it easily reaches the dielectric breakdown strength and causes dielectric breakdown. The second problem is so-called pinholes when making thin films. Pinholes always occur with a certain probability, and the thinner the film, the greater the number of pinholes. Moreover, the higher the density of elements is integrated, the higher the probability that such a film defect will hit a region forming an element. Therefore, the yield of products decreases and manufacturing costs increase. Thirdly, there is the problem of increased leakage current of the gate oxide film. This is a problem in which the minute current flowing in the insulating film increases and discharges or charges the accumulated charges, changing the stored contents. When the insulating film becomes particularly thin, the electric field within the film becomes particularly strong, and currents due to Poole-Frenkel conduction and other conduction mechanisms increase particularly. Therefore, it is unlikely that an extremely thin insulating film can be used. Furthermore, as mentioned in (2) above, reducing the number of Cdigs usually increases as the capacity increases. This is because, for example, if a multiplex addressing system is adopted, the most rational arrangement of the memory array is n×n (n is an integer and is a power of 2 to the number of address pins). Therefore, the number of cells connected to one digit line will definitely increase and its length will also increase, and Cdig will tend to increase. Therefore, it would be quite difficult to reduce Cdig. Regarding the last remaining method (3) of increasing the potential for writing, it is difficult to apply increasing the power supply voltage because of the various breakdown voltages of fine elements and the two-dimensional effect of the elements. In particular, in recent years, when using microscopic elements, the prevailing idea is to lower the voltage in accordance with the degree of miniaturization. Lowering the voltage is considered to be an inevitable direction in order to reduce the two-dimensional effect of power consumption reduction elements. Therefore, in the future, even larger capacity dynamic
In order to manufacture RAM, it is necessary to use miniaturized elements. Under such circumstances, it is a major problem to ensure that the signal level from the memory cell is sufficiently large. The present invention was made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a dynamic semiconductor memory device that can extract large signals from memory cells even when the constituent elements are miniaturized and the capacity is increased. There is. According to the present invention, in order to obtain a low-voltage, large-capacity dynamic semiconductor memory device, the voltages of the daisyte line and the cell word line are boosted. An embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 3 is a block diagram conceptually showing an embodiment of the present invention. In the figure, one sense amplifier 50 is representatively selected from a large number of sense amplifiers housed in a memory chip and cells arranged in rows and columns, one row of daisy lines A and B, and several cells C (MOS (including a type transistor 54 and a MOS type capacitor 55) are shown separately. Here, the word line 60' is connected to transistors of many cells in the vertical direction, but only the connection to one cell is shown in this figure. The main point of the present invention is that the sense
The potentials of the daisyte lines A and B sensed by the amplifier 50 are fed back to the daisyte booster circuit 51 and become "1".
digit lines A and B are boosted to raise the potential of the digit lines. This high potential can be about 1.8 times the externally applied power supply voltage VDD . Next, the circuit 53 for decoding the word line 60 can be constructed from an ordinary address decoding circuit. Fourth
Figure a shows an example. Further, FIG. 5B shows each signal waveform. Here, the clock φD is a boost clock, which is connected to the word line 60 through the decode transistor 71, and makes the "1" level of the word line about 1.8 times the power supply voltage VDD . Also clock φ D
The circuit that generates this is the boost clock generating circuit 52 shown in Figure 3.
It is. Even if the voltage on the daisy line (assumed to be A) is increased, if the gate potential of the transfer gate 54 of the memory cell C becomes higher than the voltage on the daisy line A, the increased voltage cannot be written into the capacitor 55 of the cell. Therefore, the word line 60
The potential is also boosted to make it high enough for writing. FIG. 5a shows an example of a boost clock generating circuit, and FIG. 5b shows each signal waveform. This is a normal clock generation circuit 101.
A boosting capacitor 102 and a boosting clock generation circuit 103 are added to the same. Here, in order to obtain a sufficient bootstrap effect, the circuit 101
An appropriate delay is applied between the two clock signals generated from circuit 103 and 103. In other words, the voltage of the clock φ101 begins to rise and charges the capacitor 102. Then, when the battery is sufficiently charged, the clock φ103 starts to rise, boosting the voltage of the clock φD . In this way, a clock at a level higher than the power supply voltage is obtained. FIG. 6a shows a specific example of a daisy-line booster circuit. Figure b is a diagram showing the waveforms of each signal. That is, the transistors 31 and 32 constitute a ratioless inverter 70, the drain of the transistor 31 receives the clock φ1 , and the gate thereof is connected to the digit line DA . Further, a clock φ2 is inputted to the gate of the transistor 32, and the output terminal of this inverter is lowered to the ground potential by a precharge signal. The drain of the transistor 33 is connected to a digit line D A to which the gate of the transistor 31 is connected. Its gate is also connected to the clock φ3 . A boosting capacitor 34 is connected between the output terminal of the inverter 70 and the source of this transistor 33. Note that although a regiores type dynamic sense reflex amplifier as shown in Figure 6a is used here, the daisy-wire that goes to the "1" level after the sensing ends becomes a floating node in the circuit. , the same effect can be obtained no matter what kind of sense amplifier is used, as long as the digit line that goes to the "0" level is electrically connected to the ground terminal. The operation of the circuit in FIG. 6a is as follows:
During the pre-charge cycle, the transistor 33 becomes conductive and charges the capacitor 34. At this time, the output of the inverter is at ground potential. Transistor 33 then becomes non-conductive and daisy line D
A and the capacitor 34 are separated. Data is then read out from the cell onto the daisy-bit line DA ,
A sense amplifier determines "1" or "0". During this time, φ2 becomes the ground potential, and the transistor 32 becomes non-conductive. After that, φ1 rises to a high potential. At that time, a transistor 31 whose gate is connected to the digit line determined to be "1"
becomes conductive, charging the output terminal of the inverter 70, boosting the voltage of the capacitor 34, and increasing the voltage of the transistor 33.
raises the potential at the source end of the source to higher than the power supply potential. At this time, φ 3 becomes a potential higher than the power supply voltage V DD again, pushing the daisy conductor line higher than the power supply potential. In addition, in the case where the gate is connected to the digit line determined as “0”, the transistor 3
1 is non-conductive, the capacitor 34 is not boosted and the digit line is not boosted either. However, at this time, the transistor 33 becomes conductive in the same way as the "1" side, so the charge that had been charged in the capacitor flows into the digit line, raising its potential slightly above the ground potential, but the daigit on the "0" side If the line is connected to ground by the sense amplifier and is not floating, it is immediately fixed to ground potential again. In this way, "1" at a potential higher than V DD and "0" equal to the ground potential remain on the daisyte line. The "1" and "0" are written into the storage capacitor 55 of memory cell C through the transfer gate 54 of memory cell C, which is conductive by the word line at a potential higher than V DD . Word line 60 is then brought to ground potential, transfer gate 54 is closed and charge is stored in cell C. The effects obtained by the present invention are as follows. First, in order to make both the word line potential and the digit line potential higher than the power supply voltage, conventionally the maximum write potential into the memory cell was the power supply voltage, but according to the present invention, the maximum write potential into the memory cell is the power supply voltage. can be written into the cell. By doing this, for example, if the same power supply and sense amplifier as in the conventional case are used, the capacitor of the memory cell can be made smaller by that amount. In particular, the larger the capacity of the memory, the larger the ratio of the area of the entire memory cell to the entire chip, and even a slight reduction in the size of the cell will lead to a large reduction in the chip area. For example, in a conventional 16Kbit dynamic RAM that uses +12V as a power supply, the memory cell area is 500μ 2 and the capacitor area is 140μ 2 .
The capacitance was 0.06pF. The charge stored in the cell is 0.06 x 10 -12 (F) x 12 (V) = 0.72
(pC). When the write voltage is increased as in the present invention, the capacity required to guarantee the same amount of charge is as follows. Now, if the voltage is boosted using a 12V system, and the bootstrap efficiency is 70%, the write voltage will be 12 + 12 x 0.7 = 20.4V. The capacitance of the cell is Cs'=0.035pF, and the capacitor area of the cell is 82μ2 . Even if you do simple calculations, this means that the memory cell area per 1 bit is 11.6
% decrease. This leads to a reduction in the chip area almost by this amount. This increases the number of chips in a single wafer, improving product yield, and at the same time reducing product cost and generating more profits. Second, if the same memory cells as before are used, the amount of charge written into the memory cells will increase significantly, so the signal level output to the daisyte line will increase accordingly, reducing the operating margin of the RAM. It can provide larger and more reliable memory. Third, when developing 64Kbit or 256Kbit dynamic RAM, the power supply voltage will also decrease in line with the geometry of the transistors used. In such a case, in the prior art, the voltage written to the memory cell must also be reduced. This, together with the reduction in the capacitor area of the cell, results in a doubly reduction in the amount of charge within the cell, resulting in further deterioration of the signal. For example, with 64Kbit dynamic RAM,
It is thought that the cell area is about 200μ2 and the cell capacitor area is about 45μ2 . If a gate oxide film of about 300 Å is used for this and the power supply is 8V,
In the conventional method, the amount of charge stored in the cell is 0.0518
(pF)×8(V)=0.414(pC). According to the present invention, the write voltage becomes 13.6V by boosting 8V by 70%. Therefore, 0.0518 (pF) x 13.6 (V) = 0.704
(pC). This is approximately equal to the amount of charge stored in the current 16Kbit RAM cell. As a result, the signal obtained on the daisyte line can maintain a signal level equivalent to the current 16Kbit signal level. Furthermore, when the amount of charge decreases, the influence of leakage current increases. This is because the leakage current within a cell consists of a component that is proportional to its area (such as a recombination generation current) and a component that is not proportional and is unique. Therefore, if the amount of charge is small, the reflash time must be shortened, which causes an increase in dead time when the memory device is actually incorporated into an electronic computer or the like. It also causes a decrease in the reliability of the LSI itself. According to the present invention, all of these can be avoided and a highly reliable, highly integrated dynamic
RAM can be provided. Fourthly, in the circuit shown in FIG. 6a, the advantages that transistor 33 has by itself have a significant effect on the present invention. In other words, as described above, the signal level appearing on the daisy line is a change in the potential of the daisy line caused by the amount of charge in the memory cell being distributed to the capacitance of the daisy line. Therefore, the signal level decreases as the capacitance of the digit line increases. When a fairly large capacitor is attached to the daisy line as in the present invention, the capacitance of the capacitor is added to the daisy line capacity. In this case, the effect of the present invention is halved.
Therefore, this transistor 33 separates the capacitor 34 from the daisy line while the data comes out from the memory cell and is transmitted to the node of the sense amplifier, substantially preventing an increase in the capacitance of the daisy line and preventing the signal from increasing. It gives the effect of raising the level. Furthermore, since the clock φ3 is "1" during the precharge period, precharging of the capacitor 34 can be performed simultaneously with precharging of the daisy line, and no special transistor or clock for capacitor precharging is required. This prevents the chip area from increasing and the clock system from becoming complicated. Fifth, when the signal output to the daisy line is "1", it is higher than the precharge potential of the daisy line, and when it is "0", it is lower than the precharge potential of the daisy line. For this reason, in the past, a dummy cell was used to create a potential as a reference for determining "0" and "1", but in the present invention, the daisy line precharge potential can be directly used as the reference potential. Therefore, no dummy cell is required. The area of the tip can be reduced by this amount. Furthermore, the dummy cell clock can be eliminated. Next, modified embodiments of the present invention will be described. (1) A dynamic system in which a dummy cell is added to the daisy-wire to set the reference voltage to a more accurate value.
RAM is included in the present invention. (2) In place of the circuit 51 of the embodiment of the present invention, the circuits shown in FIGS. 7a and 7b are also included in the present invention. In this case, the precharge potential to capacitor 34 is not generated from the daisy conductor line, but from another route. Therefore, the waveform of clock φ 3 ' is simpler than that of φ 3 in FIG. 6b. Also here φ 2 and φ
The same clock as 4 may be used. (3) In the circuit 51 of the embodiment of the present invention, a circuit in which the transistor 32 is removed from both the circuits of FIGS. 6 and 7 is also included in the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図aは1トランジスタセルの構成例を示す
回路図、同図bは半導体基板板上に形成した
14KbitRAMの一層ポリシリコンセルの断面図、
同図cは半導体基板上に形成した16KbitRAMの
二層ポリシリコンセルの断面図、第2図aは従来
のダイナミツクRAMの基本回路構成を示すブロ
ツク図、同図bはそのデイジイト線1本の等価回
路図、第3図は本発明の一実施例を示す回路図、
第4図aはワード線デコーダー回路の具体例を示
す回路図、同図bはその各タイミングクロツクの
電圧波形を示す特性図、第5図aはワード線昇圧
クロツク発生回路の一例を示す回路図、同図bは
そのタイミングチヤートを示す図、第6図aはデ
イジイト線昇圧回路の具体例を示す回路図、同図
bはそのタイミングチヤートを示す図、第7図a
はデイジイト線昇圧回路の他の例を示す図、同図
bはそのタイミングチヤートを示す図である。 11,21…フイールド酸化膜、14,24…
デイジイト線拡散層、12,22…蓄積キヤパシ
ターのゲート、13,23…トランスフアーゲー
ト、A,B…デイジイト線、50…センスアン
プ、51…デイジイト線昇圧回路、52…ワード
線昇圧クロツク発生回路、53…ワード線デコー
ダー回路、54…メモリ・セルトランスフアーゲ
ート、55…メモリ・セル蓄積キヤパシタ。
Figure 1a is a circuit diagram showing an example of the configuration of a one-transistor cell, and Figure 1b is a circuit diagram showing an example of the configuration of a one-transistor cell.
Cross section of 14Kbit RAM single layer polysilicon cell,
Figure 2c is a cross-sectional view of a 16Kbit RAM two-layer polysilicon cell formed on a semiconductor substrate, Figure 2a is a block diagram showing the basic circuit configuration of a conventional dynamic RAM, and Figure 2b is the equivalent of one daigit line. A circuit diagram, FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention,
FIG. 4a is a circuit diagram showing a specific example of a word line decoder circuit, FIG. 4b is a characteristic diagram showing voltage waveforms of each timing clock, and FIG. Figure 6b is a diagram showing its timing chart, Figure 6a is a circuit diagram showing a specific example of the daisy-line booster circuit, Figure 7b is a diagram showing its timing chart, Figure 7a
1 is a diagram showing another example of the daisy-line booster circuit, and FIG. 1B is a diagram showing its timing chart. 11, 21...Field oxide film, 14, 24...
Digit line diffusion layer, 12, 22... Gate of storage capacitor, 13, 23... Transfer gate, A, B... Daigit line, 50... Sense amplifier, 51... Daigit line booster circuit, 52... Word line booster clock generator circuit. 53...Word line decoder circuit, 54...Memory cell transfer gate, 55...Memory cell storage capacitor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 絶縁ゲート型電界効果トランジスタと絶縁ゲ
ート型キヤパシタを接続して構成される複数のメ
モリセルを行列配列し、前記トランジスタのソー
ス又はドレインにデイジツト線を接続しかつゲー
トにワード線を接続するとともに、前記デイジツ
ト線にセンス回路を接続した装置に於いて、前記
デイジツト線から読み取られるデータに対応して
前記デイジツト線に電源電圧より高い電圧を印加
する昇圧手段と、前記ワード線のハイレベル電圧
を電源電圧より高くする手段とを設けたことを特
徴とするダイナミツク型半導体記憶装置。 2 前記昇圧手段は、前記センス回路により感知
されたデイジツト線電位を昇圧するように構成さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
載したダイナミツク型半導体記憶装置。
[Claims] 1. A plurality of memory cells configured by connecting insulated gate field effect transistors and insulated gate capacitors are arranged in rows and columns, and a digit line is connected to the source or drain of the transistor, and a word is connected to the gate. In an apparatus in which a sense circuit is connected to the digit line and the digit line is connected to the digit line, a voltage booster applies a voltage higher than a power supply voltage to the digit line in response to data read from the digit line; 1. A dynamic semiconductor memory device comprising: means for making a high level voltage higher than a power supply voltage. 2. The dynamic semiconductor memory device according to claim 1, wherein the boosting means is configured to boost the digit line potential sensed by the sense circuit.
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