JPS6146978B2 - - Google Patents

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JPS6146978B2
JPS6146978B2 JP58076460A JP7646083A JPS6146978B2 JP S6146978 B2 JPS6146978 B2 JP S6146978B2 JP 58076460 A JP58076460 A JP 58076460A JP 7646083 A JP7646083 A JP 7646083A JP S6146978 B2 JPS6146978 B2 JP S6146978B2
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JP
Japan
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potential
semiconductor substrate
memory cell
transistor
word line
Prior art date
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Application number
JP58076460A
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English (en)
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JPS59201464A (ja
Inventor
Tooru Furuyama
Yukimasa Uchida
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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
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Publication of JPS6146978B2 publication Critical patent/JPS6146978B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、半導体記憶装置に関するもので、
特に、高密度の混成MOS回路で構成された大容
量ダイナミツクメモリに適用されるものである。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
半導体記憶装置を大別すると、ROM(読み出
し専用メモリ)とRAM(書き込み読み出しメモ
リ)とに分けられる。RAMにはメモリセルがフ
リツプフロツプによつて構成されているスタテイ
ツクRAMと、メモリセルが1個の選択用トラン
ジスタと1個の記憶用キヤパシタとによつて構成
されたダイナミツクRAMとがある。
上記ダイナミツクRAMは、1ビツト当りの占
有面積が小さくビツト単価が安くできるので、電
子計算機の記憶装置などに広く利用されている。
ところで、従来のダイナミツクRAMは、製造
コストが安くできるNチヤネル形のMOSトラン
ジスタおよびMOSキヤパシタで構成している
が、高集積化が進むにつれて種々の問題が生じて
いる。まず第1に、微細な寸法のMOS形素子に
高電界が印加されることによつて発生するホツト
エレクトロンが、ゲート酸化膜にトラツプされて
生ずる誤動作の問題がある。この問題は特に五極
管動作するNチヤネル形のMOSトランジスタで
は深刻なものとなつている。
第2に、プリチヤージしたビツト線にメモリセ
ルからの信号を読み出すダイナミツクセンス方式
を採用しているため、メモリセルの選択用MOS
トランジスタが五極管動作になり、ワード線の立
ち上がり時間の遅れやトランジスタのチヤネル導
電率の低下によつてデータの読み出し時間が長く
なる欠点がある。
第3に、微細化に伴なつてキヤパシタの容量が
低下するため、メモリセルの記憶信号容量の減少
を招いてしまう。
上記第1、第2の問題点を解決する一つの手段
としてメモリセルのCMOS回路化が揚げられる。
すなわち、CMOS回路化によつて五極管動作の多
いNチヤネル形の負荷MOSトランジスタをPチ
ヤネル形のMOSトランジスタにおきかえ、これ
によつてホツトエレクトロンの問題を回避すると
ともに、ビツト線のプリチヤージ電位をワード線
のスタンドバイ電位と等しく設定することによ
り、選択されたワード線の電位が立ち上がると高
速に選択用MOSトランジスタがオン状態とな
り、三極管動作で信号を伝達する。例えば、第1
図に示すように各メモリセルをPチヤネル形の
MOSトランジスタQ1とキヤパシタCとによつて
形成し、トランジスタQ1の一端にビツト線BLを
接続するとともに、ゲートにワード線WLを接続
する。そして、ビツト線BLの電位をVCC(5V)
レベルにプリチヤージするとともに、ワード線
WLのスタンドバイ時の電位をVCCレベル、選択
されたワード線のみVSS(0V)レベルに抵下さ
せて高速化を計るものである。
しかし、上記のような構成では、メモリセルに
SSレベルからVCCレベルまでの5Vの振幅の電
位を書き込むことはできない。これは、キヤパシ
タに書き込まれる電位が選択用のMOSトランジ
スタQ1のしきい値電圧Vth1だけ低下するため
で、第3の問題として揚げたメモリセルの信号容
量の減少に対処するためには、同一容量のキヤパ
シタではメモリセルに電源電圧いつぱいの振幅を
書き込めるようにした方が有利である。このた
め、従来のNチヤネル形ダイナミツクRAMにお
いては、ワード線電位を「VCC+Vth1」以上に
ブートストラツプする手法が用いられている。し
かしながら、これを実現するためにはワード線選
択用のMOSトランジスタのしきい値電圧による
低下を考慮する必要があるため「VCC+2×Vth
」以上に昇圧されたノードができ、微細化され
たMOSトランジスタに高電界がかかるという点
から好ましくない。
〔発明の目的〕
この発明は上記のような事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、ホツトエレク
トロンの発生を防止できるとともに高速動作が可
能であり、かつメモリセルの記憶信号の減少も防
止できる高集積化された半導体記憶装置を提供す
ることである。
〔発明の概要〕
すなわち、この発明においては、半導体基板と
逆導電形のウエル領域に形成される複数のワード
線とこれに交差する複数のビツト線との各交差位
置に、情報を記憶するメモリセルを配設してメモ
リセルアレーを形成し、このメモリセルアレー
を、第1電位を供給する第1の電位供給源および
第2電位を供給する第2電位供給源によつて駆動
する。さらに上記第1、第2電位供給源から供給
される第1、第2電位に基づいて第3電位を発生
する基板バイアス発生回路を設け、この基板バイ
アス発生回路の出力電位を半導体基板に印加する
とともに、この電位を選択されたワード線に印加
し、選択されたメモリセルへの情報の書き込みお
よび読み出しのいずれかを行なうように構成した
ものである。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例について図面を参照
して説明する。第2図において、11は第1導電
形(P形)の半導体基板で、この基板11内には
第2導電形(N形)のウエル領域12が形成され
る。ウエル領域12には選択用MOSトランジス
タのソース、ドレイン領域となるP+形の不純物
領域13,13が所定間隔離間して形成さ
れ、この領域13,13間上にゲート絶縁膜
14を介してゲート電極15が形成される。前記
不純物領域13にはP-形の不純物領域16が
結合して設けられ、この領域16上に絶縁膜17
を介してキヤパシタ用の電極18が形成される。
さらに、前記不純物領域13にはビツト線を構
成する配線層19が接続される。なお、等価回路
は第1図と同様である。
前記半導体基板11には基板電位VBB(第3電
位)が印加され、ウエル領域12には電位VCC
(第2電位)が印加される。また、ワード線WL
には上記第2電位VCCと第3電位VBB間の振幅を
有するメモリセル選択信号が供給され、ビツト線
BLには第2電位VCCと電位VSS(第1電位)間
の振幅を有する記憶情報信号が供給されるように
なつている。前記各電位は、「VCC>VSS>VB
」を満たす関係にある。
第3図は、前記第3電位VBBを出力する基板バ
イアス発生回路(チヤージポンプ回路)を示すも
ので、メモリセルアレーと同一の半導体基板上に
形成される。このチヤージポンプ回路は、発振回
路21、この発振回路21の出力が一方の電極に
印加されるキヤパシタ22、および出力端子23
と接地点(第1電位)VSS間に直列接続されその
接続点が前記キヤパシタ22の他方の電極に接続
されるMOSトランジスタQ2,Q3とから成り、ト
ランジスタQ2のゲートは出力端子23に接続さ
れ、トランジスタQ3のゲートはトランジスタQ2
とQ3との接続点に接続される。そして、出力端
子23から変換された電位VBBを得るように構成
されている。
第4図は、前記第3電位VBBをワード線に印加
して駆動するためのワード線駆動回路を示すもの
で、アドレス入力信号A* ,A* ,………,
*nがノア回路24iに供給され、このノア回
路24iの出力端子はインバータ回路25iを介
してトランジスタQ4のゲートに接続される。こ
こでA*iはアドレス信号Aiまたはその補信号
のいづれか一方を意味する。トランジスタQ4
の一端はデータ読み出し時のワード線電位設定信
号φが供給される端子26に接続され、他端はゲ
ートが前記ノア回路24iの出力端に接続された
トランジスタQ5を介して電源電位(第2電位)
CCが印加される端子27に接続される。上記ト
ランジスタQ4,Q5の接続点にはワード線WLiの
一端が接続され、ワード線WLiの他端は書き込み
時のワード線電位設定信号φWLが印加される端子
28と前記チヤージポンプ回路の出力電位VBB
印加される端子29との間に直列接続されたトラ
ンジスタQ6,Q7のゲートに接続される。さら
に、トランジスタQ6,Q7のゲートと前記端子2
9との間にトランジスタQ3が接続され、このト
ランジスタQ8のゲートはトランジスタQ6とQ7
の接続点に接続される。
上記のような構成において第5図のタイミング
チヤートを参照して動作説明する。アドレス信号
A1,A2,………,Anが“VSS”レベルと“VC
”レベルのいづれかで変化すると、選択された
行のノア回路24iを除いて、他のノア回路の出
力はプリチヤージレベル“VCC”から“VSS”レ
ベルとなる。従つて、選択された行のトランジス
タQ4がオン状態、Q5がオフ状態となり、選択さ
れない行のトランジスタQ4がオフ状態、Q5がオ
ン状態となる。この時、信号φが“VSS”レベル
に立ち下がると、選択されたワード線WLiの電位
は「VSS+|VTP|」(VTPはPチヤネル形MOS
トランジスタのしきい値電圧)となる。従つて、
ビツト線BLを“VCC”レベルにプリチヤージす
れば、メモリセルの選択用トランジスタはワード
線電位が「VCC−|VTP|」まで低下するとオン
状態となり、以降はこの選択用トランジスタが三
極管動作するので、データの読み出しが高速化で
き、かつ高感度である。
また、書き込みおよび再書き込みの場合は、ワ
ード線電位を「VSS−|VTP|」まで下げる必要
がある。これはメモリセルにVSSレベルを書き込
むためで、この時は信号φWLを“VSS”レベルか
ら“VCC”レベルに上昇させる。ワード線WLiが
「VSS+|VTP|」であると、トランジスタQ6
オン状態、Q7がオフ状態であるので、トランジ
スタQ6,Q7の接続点Aの電位が上昇する。この
電位は、端子28、接続点A、端子29なる貫通
電流による抵抗分割で決まる値(VCC−ΔV)と
なる。なお、トランジスタQ7は電流容量を小さ
く設定すれば貫通電流は少なく、またこの貫通電
流は選択された行しか流れないので特に問題とは
ならない。また、電位VBBの変化もこの電位VBB
が基板に印加されているため容量が大きくほとん
ど無視できる。信号φWLを“VCC”レベルから所
定時間後に“VSS”レベルに戻せば貫通電流はな
くなる。この場合、接続点Aは“VBB”レベルに
戻らず、“VSS”レベルとなるので、ワード線が
フローテイング状態になることもなく、電位VBB
に設定される。ただし「VSS−VTN>VBB」が満
たされているものとする。
このような構成によれば、電位VBBにブートス
トラツプをかけてさらに低い(あるいは高い)電
位を得ることなくメモリセルに電源電圧の振幅
(“VSS”レベルから“VCC”レベル)の信号を書
き込めるので高電界が印加されるノードはない。
またCMOS構成であるためホツトエレクトロンの
発生を大幅に低減でき、高速な読み出しを実現で
きるのみならず、記憶信号量を増加できるので確
実な動作が得られる。
なお、上記実施例ではP形の半導体基板内にN
形のウエル領域を形成し、このウエル領域内にダ
イナミツクメモリセルアレイを形成したが、N形
の半導体基板内にP形のウエル領域を形成し、ウ
エル領域内にダイナミツクメモリセルアレーを形
成しても良い。また、半導体基板内にダイナミツ
クメモリセルアレーを形成し、半導体基板内に形
成したウエル領域にチヤージポンプ回路の出力電
位VBBを印加するようにしても同様な効果が得ら
れる。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、ホツト
エレクトロンの発生を防止できるとともに高速動
作が可能であり、かつメモリセルの記憶信号の減
少も防止できる高集積化された半導体記憶装置が
得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来およびこの発明の一実施例に係る
半導体記憶装置のメモリセルを示す回路図、第2
図はこの発明の一実施例に係る半導体記憶装置に
おけるメモリセルの断面構成図、第3図は前記第
2図における基板電位を発生するための基板電位
発生回路を示す図、第4図はワード線を駆動する
ワード線駆動回路を示す回路図、第5図は前記第
4図の回路の動作を説明するためのタイミングチ
ヤートである。 11……半導体基板、12……ウエル領域、
Q1……選択用MOSトランジスタ、C……記憶用
キヤパシタ、WL……ワード線、BL……ビツト
線、VSS……第1電位、VCC……第2電位、VBB
……第3電位。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基板と、この半導体基板と逆導電形の
    ウエル領域に形成され複数のワード線とこれに交
    差する複数のビツト線との各交差位置にマトリツ
    クス状に配設され情報を記憶するメモリセルアレ
    ーと、このメモリセルアレーを駆動する、第1電
    位を供給する第1の電位供給源および第2電位を
    供給する第2電位供給源と、上記第1、第2電位
    供給源から供給される第1、第2電位に基づいて
    第3電位を発生して前記半導体基板に印加する基
    板バイアス発生回路と、この基板バイアス発生回
    路から出力される第3電位を選択されたワード線
    に印加する手段とを具備し、選択されたメモリセ
    ルへの情報の書き込みおよび読み出しのいずれか
    を行なうように構成したことを特徴とする半導体
    記憶装置。 2 前記半導体基板はP形であり、第3電位は第
    1電位より低い電位であることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の半導体記憶装置。 3 前記半導体基板はN形であり、第3電位は第
    2電位より高い電位であることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の半導体記憶装置。
JP58076460A 1983-04-30 1983-04-30 半導体記憶装置 Granted JPS59201464A (ja)

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JPS59201464A JPS59201464A (ja) 1984-11-15
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