JPS62133753A - Dynamic memory cell - Google Patents

Dynamic memory cell

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Publication number
JPS62133753A
JPS62133753A JP60274183A JP27418385A JPS62133753A JP S62133753 A JPS62133753 A JP S62133753A JP 60274183 A JP60274183 A JP 60274183A JP 27418385 A JP27418385 A JP 27418385A JP S62133753 A JPS62133753 A JP S62133753A
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JP
Japan
Prior art keywords
memory cell
impurity region
dynamic memory
type
transistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP60274183A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Okada
芳夫 岡田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS62133753A publication Critical patent/JPS62133753A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

  • Static Random-Access Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

PURPOSE:To contrive to microscopically form a memory cell by a method wherein the charge of a capacitor formed on the semiconductor layer is amplified by the bipolar transistor and is read out. CONSTITUTION:A P-type impurity region 16 is formed on the surface layer of an N-type well 15 and moreover, an N<+> impurity region 17 is formed in part of the region 16. An electrode 18 is formed on a top of the region 16 interposing an insulating film 6 between them. An electrode 18 is also used as a word wire WLR for readout. Both electrodes of a cell capacitor are formed of the electrode 18 and a bipolar transistor T3 is formed of the regions 17 and 16 and the well 15. Since the transistor T3 can be manufactured with good controllability, no trouble occurs with the manufacture. Moreover, since there is no need to separate the well 15 into every memory cell, the memory cell can be microscopically formed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体記憶装置、特にダイナミックメモリセル
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to semiconductor memory devices, and particularly to dynamic memory cells.

〔発明の技術的背景〕[Technical background of the invention]

第4図に従来の一般的なプレーナ型゛ダイナミックメモ
リセルの4M造を示す。半導体基板1上には素子分離用
絶縁膜2によって互いに分離されたメモリセルが構成さ
れている。即ち、半導体基板1上に不純物領域3および
4が設【プられ、この不純物領iii!3と電極5と、
これらに挟まれた絶縁膜6とによってセルキャパシタが
形成されている。また、不純物領域3および4、ならび
にゲート絶縁膜7およびゲート電極8によって電界効果
型1〜ランジスタ(FET)が形成される。このF E
 Tのゲート電極8はワード線WLを形成し、不純物領
域4はビット線BLに接続されている。このような構成
により、セルキャパシタにはFETを介して電荷の出入
れが行われ、ダイナミックセルとしての読書きがなされ
ることになる。
FIG. 4 shows a 4M structure of a conventional general planar type dynamic memory cell. Memory cells are formed on a semiconductor substrate 1 and are separated from each other by an insulating film 2 for element isolation. That is, impurity regions 3 and 4 are provided on the semiconductor substrate 1, and these impurity regions iii! 3 and electrode 5,
A cell capacitor is formed by the insulating film 6 sandwiched therebetween. Furthermore, a field effect transistor 1 to a transistor (FET) is formed by the impurity regions 3 and 4, the gate insulating film 7, and the gate electrode 8. This F E
The gate electrode 8 of T forms a word line WL, and the impurity region 4 is connected to a bit line BL. With this configuration, charges are transferred into and out of the cell capacitor via the FET, and reading and writing are performed as a dynamic cell.

第5図は従来のトレンチ型ダイナミックメモリセルの構
造を示す。これは、セルキャパシタの容量を増加するた
めに、半導体基板1に溝を形成し、セルキャパシタの実
質的面積を広げようとするものである。
FIG. 5 shows the structure of a conventional trench type dynamic memory cell. This is to form a groove in the semiconductor substrate 1 in order to increase the capacitance of the cell capacitor, thereby increasing the substantial area of the cell capacitor.

第6図はセルキャパシタが半導体基板1の外部に形成さ
れている従来のダイナミックメモリセルの構造を示す。
FIG. 6 shows the structure of a conventional dynamic memory cell in which a cell capacitor is formed outside the semiconductor substrate 1. As shown in FIG.

このようにセルキャパシタを構成する両電極5.5′を
半導体基板1の外部に、しかもゲート電極8の上方にも
形成するようにし、セルキャパシタの実質的面積を広げ
、容量を増加することができる。
In this way, both electrodes 5 and 5' constituting the cell capacitor are formed outside the semiconductor substrate 1 and also above the gate electrode 8, thereby expanding the substantial area of the cell capacitor and increasing its capacitance. can.

第7図に示すダイナミックメモリセルは、上述の各メモ
リセルとは構造がやや異なっている。P型の半導体基板
1上にN型ウェル9が形成され、このN型ウェル9には
、N+不純物領域10゜11およびP型不純物領域12
が形成されている。
The dynamic memory cell shown in FIG. 7 has a slightly different structure from each of the memory cells described above. An N-type well 9 is formed on a P-type semiconductor substrate 1, and this N-type well 9 includes an N+ impurity region 10° 11 and a P-type impurity region 12.
is formed.

P型不純物領域12の上部にはゲート絶縁膜13を挟ん
でゲート電極14が形成されている。また、N+不純物
領域10にはワード線WLが、ゲート電極14には書込
み用ビット線BL、が、N+不純物領域11には読出し
用ビット線BLRが、それぞれ接続されている。第8図
は第7図に示すダイナミックメモリセルの等価回路であ
る。ここで、ノードa、b、c、dはそれぞれN+不純
物領域10、P型不純物領域12、N+不純物領域11
、Nウェル9に対応する。また、トランジスタT1は不
純物領域10.11.12、ゲート絶縁層13、および
ゲート電極14から構成されるジャンクションFETで
、トランジスタT2はP型不純物領域12、Nウェル9
、およびP型半導体基板1で構成されるPNP型バイポ
ーラトランジスタである。
A gate electrode 14 is formed above the P-type impurity region 12 with a gate insulating film 13 interposed therebetween. Further, a word line WL is connected to the N+ impurity region 10, a write bit line BL is connected to the gate electrode 14, and a read bit line BLR is connected to the N+ impurity region 11. FIG. 8 is an equivalent circuit of the dynamic memory cell shown in FIG. 7. Here, nodes a, b, c, and d are an N+ impurity region 10, a P-type impurity region 12, and an N+ impurity region 11, respectively.
, corresponds to N-well 9. Further, the transistor T1 is a junction FET composed of an impurity region 10, 11, 12, a gate insulating layer 13, and a gate electrode 14, and the transistor T2 is a junction FET composed of an impurity region 10, a gate insulating layer 13, and a gate electrode 14.
, and a P-type semiconductor substrate 1.

このような構造にすることにより、電荷はビット線BL
Rから不純物領域12に出入れされ、記憶が行われる。
With this structure, charges are transferred to the bit line BL.
From R to the impurity region 12, storage is performed.

読出しはビット線BL、に電圧をかけ、Nウェル9を流
れる電流を観測することによって行われる。Nウェル9
を流れる電流は、不純物領域12の蓄積電荷に依存する
ため、この電流を観測すれば、メモリセルの論理状態を
読出すことができる。しかもこの電流はバイポーラトラ
ンジスタT2によって増幅されるため、メモリセルを微
小化しても十分機能を果たすことができる。
Reading is performed by applying a voltage to the bit line BL and observing the current flowing through the N well 9. N well 9
Since the current flowing through the impurity region 12 depends on the accumulated charge in the impurity region 12, the logic state of the memory cell can be read by observing this current. Furthermore, since this current is amplified by the bipolar transistor T2, the memory cell can function satisfactorily even if it is miniaturized.

〔背景技術の問題点〕[Problems with background technology]

前述したように、種々の構造のダイナミックメモリセル
が開発されているが、これら従来のダイナミックメモリ
セルにはそれぞれ欠点がある。一般にダイナミックメモ
リは、セルに蓄積されたわずかな電荷を読出し信号とし
、センスアンプでこの信号を増幅することを基本原理と
している。メモリを高集積化するには、セルサイズを縮
小せざるを得ないが、蓄積電荷量を一定限度以上に保つ
ためには、単位面積あたりのセルキャパシタンスを増加
しなくてはならない。このためセルキャパシタを構成す
る誘電体は年々薄膜化されてきており、もはや物理的限
界に近づいている。このため、第4図に示すプレーナ型
のメモリセルは、これ以上の集積化を図ることができな
い限度にきている。
As mentioned above, various structures of dynamic memory cells have been developed, but each of these conventional dynamic memory cells has drawbacks. In general, the basic principle of dynamic memory is to use a small amount of charge accumulated in a cell as a read signal and to amplify this signal with a sense amplifier. In order to increase the integration density of a memory, the cell size must be reduced, but in order to keep the amount of stored charge above a certain limit, the cell capacitance per unit area must be increased. For this reason, the dielectric materials constituting cell capacitors are becoming thinner year by year, and are approaching their physical limits. For this reason, the planar type memory cell shown in FIG. 4 has reached the limit where further integration cannot be achieved.

セルキャパシタを構成する誘電体を薄膜化せずにセルキ
ャパシタンスを確保するためには、セルキャパシタ面積
を広げなければならない。第5図および第6図に示す型
のセルは、この方向に解決を求めたものである。しかし
ながら、これらの型のセルも、将来の高集積化の要求に
追従しきれない限界がある。第5図に示すトレンチ型の
メモリセルでは、溝の深さをより深くすることが要求さ
れ、第6図に示す型のメモリセルでは、基板上方への広
がりが要求されるようになる。このように三次元に広が
りを生じると、寄生効果で種々のリークパスが生まれ、
一定限度を越えるともはやメモリとしての機能を果たさ
なくなってしまうのである。
In order to ensure cell capacitance without reducing the thickness of the dielectric that constitutes the cell capacitor, the area of the cell capacitor must be increased. Cells of the type shown in FIGS. 5 and 6 seek solutions in this direction. However, these types of cells also have limitations that prevent them from being able to keep up with future demands for higher integration. In the trench type memory cell shown in FIG. 5, the depth of the trench is required to be deeper, and in the type memory cell shown in FIG. 6, it is required to expand upwardly of the substrate. When this three-dimensional spread occurs, various leak paths are created due to parasitic effects,
Once a certain limit is exceeded, it no longer functions as a memory.

一方、第7図に示す型のメモリセルは、セル自身が増幅
作用をもつという点で上述のメモリセルとは原理が異な
る。しかしながら、このセルで最も重要な役目を果たす
ジャンクションFETが寄生素子であるため、製造上そ
の特性の制御が非常に困難であるという欠点がある。特
に、第7図において、P型不純物領域12と、図の紙面
上方に存在する素子分離用絶縁膜2どの境界近傍での制
御性が悪く、各素子ごとに特性のばらつきが生じやすい
。このように各素子ごとに特性がばらつくと、センスマ
ージンが減少し、誤った読書きがなされる原因となる。
On the other hand, the type of memory cell shown in FIG. 7 differs in principle from the above-mentioned memory cell in that the cell itself has an amplification effect. However, since the junction FET, which plays the most important role in this cell, is a parasitic element, it has the disadvantage that it is extremely difficult to control its characteristics during manufacturing. In particular, in FIG. 7, controllability near the boundary between the P-type impurity region 12 and the element isolation insulating film 2 present above the plane of the figure is poor, and variations in characteristics tend to occur for each element. If the characteristics of each element vary in this way, the sense margin decreases, causing erroneous reading and writing.

また、N型ウェル9は各メモリセルごとに分離して形成
しなければならないため、極端な微細化を行うことがで
きないという問題点もある。
Furthermore, since the N-type well 9 must be formed separately for each memory cell, there is also the problem that extreme miniaturization cannot be achieved.

(発明の目的〕 そこで本発明は、更に微細化を図ることができ、しかも
確実な動作が可能であるダイナミックメモリセルを提供
することを目的とする。
(Objective of the Invention) Therefore, an object of the present invention is to provide a dynamic memory cell that can be further miniaturized and can operate reliably.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の特徴は、ダイナミックメモリセルにおいて、半
導体基体層上に形成されたセルキャパシタと、このセル
キャパシタの一方の電極をベースとし半導体基体層をコ
レクタとするバイポーラトランジスタと、このバイポー
ラトランジスタのベースにソースまたはドレインのうち
一方が接続された電界効果型トランジスタと、を設け、
セルキャパシタの他方の電極をワード線に、バイポーラ
トランジスタのエミッタをビット線に、それぞれ接続し
、かつ、電界効果型トランジスタのソースまたはドレイ
ンのうち他方をビット線に接続し、セルキャパシタに蓄
積した微小電荷をバイポーラトランジスタで増幅して取
出すようにし、従来のメモリセルより更に微細化を図る
ことができ、しかも確実な動作が可能なようにした点に
ある。
The features of the present invention include, in a dynamic memory cell, a cell capacitor formed on a semiconductor base layer, a bipolar transistor having one electrode of the cell capacitor as a base and the semiconductor base layer as a collector, and a base of the bipolar transistor. a field effect transistor to which one of the source and the drain is connected;
The other electrode of the cell capacitor is connected to the word line, the emitter of the bipolar transistor is connected to the bit line, and the other of the source or drain of the field effect transistor is connected to the bit line. The electric charge is amplified and taken out by a bipolar transistor, allowing for further miniaturization than conventional memory cells and moreover ensuring reliable operation.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下本発明を図示する実施例に基づいて説′明す、る。 The present invention will be explained below based on illustrated embodiments.

第1図は本発明に係るダイナミックメモリセルの一例を
示す構造図である。P型の半導体基板1上にN型ウェル
15が形成されている。
FIG. 1 is a structural diagram showing an example of a dynamic memory cell according to the present invention. An N-type well 15 is formed on a P-type semiconductor substrate 1 .

N型つニ′ル15は、各メモリセルごとに分離して形成
する必要はない。N型ウェル15の表層にはP型不純物
領域16が形成されており、更にこのP型不純物領域1
6の一部にN+不純物領域17が形成されている。P型
不純物領域16の上部には絶縁膜6を挟んで電極18が
形成されている。
The N-type tunnel 15 does not need to be formed separately for each memory cell. A P-type impurity region 16 is formed in the surface layer of the N-type well 15, and this P-type impurity region 1
An N+ impurity region 17 is formed in a part of 6. An electrode 18 is formed above the P-type impurity region 16 with the insulating film 6 interposed therebetween.

この電極18は読出し用ワード線wLRを兼ねている。This electrode 18 also serves as a read word line wLR.

また、N+不純物領域17にはビット線BLが接続され
ている。絶縁膜6を挟んでP型不純物領域16と電極1
8とが、セルキャパシタの両電極を形成することになり
、N+不純物領域17、P型不純物領域16、およびN
型ウェル15がNPN型のバイポーラトランジスタT3
を形成することになる。動作上、N+不純物領域17が
エミッタ、N型ウェル15がコレクタとなる。また、N
型ウェル15の表層に、P型不純物領域16とは分離し
てP+不純物領域19が形成されている。
Further, a bit line BL is connected to the N+ impurity region 17. P-type impurity region 16 and electrode 1 with insulating film 6 in between
8 form both electrodes of the cell capacitor, and the N+ impurity region 17, the P type impurity region 16, and the N
Bipolar transistor T3 whose type well 15 is NPN type
will be formed. In operation, the N+ impurity region 17 serves as an emitter, and the N-type well 15 serves as a collector. Also, N
A P+ impurity region 19 is formed in the surface layer of the type well 15, separated from the P type impurity region 16.

更にP型不純物領域16とP+不純物領域19との間の
チャネルを形成すべく、ゲート絶縁膜20を介してゲー
ト電極21が設けられており、PチャネルFETである
トランジスタT4を形成している。ゲート電極21は書
込み用ワード線wLWを兼ねている。
Furthermore, a gate electrode 21 is provided via a gate insulating film 20 to form a channel between the P-type impurity region 16 and the P+ impurity region 19, forming a transistor T4 which is a P-channel FET. The gate electrode 21 also serves as a write word line wLW.

第1図に示すメモリセルの等価回路を第2図に示す。こ
こでC8はセルキャパシタ、CBはビット線BLについ
ての寄生容量である。P型半導体基板1に電?l!V8
8を、N型ウェル15に電源■。0を印加すれば、バイ
ポーラトランジスタT3には図のように電源が接続され
たことになる。また、ノードeはP型不純物領域16に
相当し、トランジスタT4を介して電荷の出入れが可能
である。
FIG. 2 shows an equivalent circuit of the memory cell shown in FIG. 1. Here, C8 is a cell capacitor, and CB is a parasitic capacitance regarding the bit line BL. Is there electricity on the P-type semiconductor substrate 1? l! V8
8, and power source ■ to the N-type well 15. If 0 is applied, the bipolar transistor T3 is connected to the power source as shown in the figure. Further, the node e corresponds to the P-type impurity region 16, and charges can be input and output through the transistor T4.

続いて第2図に示す等価回路および第3図に示すタイム
チャートを参照し、本装置の動作を説明する。メモリセ
ルの論理状態はノードeの電位に基づいて決定される。
Next, the operation of this apparatus will be explained with reference to the equivalent circuit shown in FIG. 2 and the time chart shown in FIG. The logic state of the memory cell is determined based on the potential of node e.

即ち、ノードeがVSSのとき論理II 1 IIを表
わし、ノードeが−VoCのとき論理“O″を表わす。
That is, when node e is VSS, it represents logic II 1 II, and when node e is -VoC, it represents logic "O".

いま、読出し前の各部の電位を考えると、第3図(a)
、(a’ )の期間1 −11に示されているように、
読出し用ワ−ド線WL  はVSSを保ち、書込み用ワ
ード線WL  は■ を保つ。トランジスタT4はOF
F1ICC 状態であるから、同期間におけるノードeの電位は第3
図(b)に示すように、■、8(論理111 II )
または−■cc〈論理“O″)を保ち、ビット線Bしは
第3図(C)に示すように■88にプリチャージされて
いる。ここで読出すべきアドレスが決定すると、時刻t
1において読出し用ワード線WLRの電位が■38から
■。。へ上昇する。ノードeはワード線WLに対し容量
結合されているため、第3図(b)に示すように読出し
用ワード線W[の電位上昇に伴なって電位Vまたは■、
8まで上昇する。ここで、ノードeがバイポーラトラン
ジスタT3のベースであることを考えると、ノードeが
トランジスタT3のベース・エミッタ接合の順方向動作
電圧V1以上になると、このトランジスタT3はONと
なる。従って論理゛1″が書かれている場合は、やがて
トランジスタT3がONL、電源V。0からビット線B
Lへ電流が流れ、第3図(C)に示すようにビット線B
Lの電位はV−V、まで上昇する。逆に論理゛OTTが
書かれている場合は、トランジスタT3はOFFのまま
であり、ビット線BLの電位も上昇しない。
Now, if we consider the potentials of each part before reading out, we can see the potentials in Figure 3 (a).
, (a') as shown in periods 1-11,
The read word line WL maintains VSS, and the write word line WL maintains ■. Transistor T4 is OF
Since it is in the F1ICC state, the potential of node e during the same period is the third
As shown in figure (b), ■, 8 (Logic 111 II)
Or -cc (logic "O") is maintained, and the bit line B is precharged to 88 as shown in FIG. 3(C). Once the address to be read is determined here, time t
1, the potential of the read word line WLR changes from ■38 to ■. . rise to Since the node e is capacitively coupled to the word line WL, as shown in FIG. 3(b), as the potential of the read word line W increases, the potential V or ■,
It rises to 8. Considering that the node e is the base of the bipolar transistor T3, when the node e becomes equal to or higher than the forward operating voltage V1 of the base-emitter junction of the transistor T3, the transistor T3 is turned on. Therefore, if a logic "1" is written, the transistor T3 will eventually turn ONL, from the power supply V.0 to the bit line B.
Current flows to bit line B, as shown in Figure 3(C).
The potential of L rises to V-V. Conversely, when the logic "OTT" is written, the transistor T3 remains OFF and the potential of the bit line BL does not rise.

ビット線BLの電位は、このあとVSSまたはVccに
ラッチされる。
The potential of the bit line BL is then latched to VSS or Vcc.

続いて時刻t3において、リストアまたは書込み動作が
行われる。即ち、セルの論理状態を前の状態と同じ状態
にするのであれば、ビット線BLのラッチはそのままと
し、前の状態と逆の状態にするのであれば、ビット線B
Lを反転させてラッチし、書込み用ワード線WL、の電
位をV1以下に低下させる。ここで■、は、トランジス
タT4のトランスファゲートとしてのしきい値である。
Subsequently, at time t3, a restore or write operation is performed. That is, if the logic state of the cell is to be the same as the previous state, leave the bit line BL latch as is, and if the cell is to be in the opposite state, the bit line B is latched.
L is inverted and latched, and the potential of the write word line WL is lowered to V1 or lower. Here, ■ is the threshold value of the transistor T4 as a transfer gate.

これによって、トランジスタT4はON状態となリ、ノ
ードeの電位はビット線BLの電位と同じになり、” 
1 ” (Voo)または’O” (V88)が書込ま
れる。続いて時刻t4において書込み用ワード線WL 
 の電位を■。0に戻してトランジスタ讐 T4をOFFにし、時刻t5において読出し用ワード線
WLRをV88まで低下させれば、これに伴なって容量
結合しているノードeの電位も低下し、V (論理II
 I 11 )または−Vo。(論理110 II )
S となる。
As a result, the transistor T4 is turned on, and the potential of the node e becomes the same as the potential of the bit line BL.
1” (Voo) or 'O' (V88) is written. Subsequently, at time t4, the write word line WL
The potential of ■. 0, transistor T4 is turned off, and read word line WLR is lowered to V88 at time t5, the potential of capacitively coupled node e is also lowered, and V (logic II
I 11 ) or -Vo. (Logic 110 II)
It becomes S.

さて、ここで読出し時にビット線BLに表われる論理1
10 IIと′1″における電位差、即ち読出しマージ
ンについて検討する。第4図〜第6図に示す従来のメモ
リセルでは、セルキャパシタに蓄積される電荷量Q−C
3■o。であるから、ビット線BLの電位変化■dif
は、 Vd、f= (C8/C3)Voo     ・(1)
である。ここでビット線B[の寄生容量をするか、セル
キャパシタ容量C8を大きくできれば、Vd1rを大き
くし、読出しマージンを大きくとることが可能であるが
、実際には従来のメモリセルでは(C/C,)  1/
10程度が限度である。
Now, here is the logic 1 appearing on the bit line BL during reading.
Consider the potential difference between 10 II and '1'', that is, the read margin.In the conventional memory cells shown in FIGS. 4 to 6, the amount of charge accumulated in the cell capacitor Q-C
3■o. Therefore, the potential change of the bit line BL dif
is, Vd, f= (C8/C3)Voo ・(1)
It is. If the parasitic capacitance of the bit line B[ can be reduced or the cell capacitor capacitance C8 can be increased, Vd1r can be increased and the read margin can be increased, but in reality, in conventional memory cells (C/C ,) 1/
The limit is about 10.

一方、本発明に係るメモリセルでは、論理111 II
の場合、期間1 −1.において、ワード線WLがVS
S〜■ooに電位上昇しているのに対し1.ノードeは
VSS〜■までしか電位上昇していないので、結局セル
キャパシタC8からバイポーラトランジスタT へ逃げ
た電荷量はC(Voo−V)となS る。従ってビット線BLに供給される電荷は、トランジ
スタT の増幅率をβとすれば、βC8。
On the other hand, in the memory cell according to the present invention, the logic 111 II
In the case of period 1-1. , the word line WL is VS
While the potential has increased from S to ■oo, 1. Since the potential of the node e has increased only to VSS to ①, the amount of charge that has escaped from the cell capacitor C8 to the bipolar transistor T is C(Voo-V) S. Therefore, the charge supplied to the bit line BL is βC8, where β is the amplification factor of the transistor T.

(V oo−V )である。このときのビット線の電位
(ラッチされる前の電位)はV−VFであるから結局電
荷に関して次の関係式が得られる。
(Voo-V). Since the potential of the bit line at this time (potential before being latched) is V-VF, the following relational expression regarding the charge can be obtained.

βC(V  −V)=C(V−VF)・・・(2)S 
  CCB この式を整理すると、 ・・・(3) なる式が得られる。ビット線BLは、論理状態によって
Vssかv−v、かの値をとり、Vss=Ovであれば
、ビット線BLの電位変化vdif−v−■、であり結
局式(4)が得られる。
βC(V-V)=C(V-VF)...(2)S
CCB By rearranging this equation, we obtain the following equation (3). The bit line BL takes a value of Vss or v-v depending on the logic state, and if Vss=Ov, the potential change of the bit line BL is vdif-v-■, and Equation (4) is finally obtained.

・・・(4) (1)式と(4)式とを比較すると、本発明の効果がよ
りはっきりする。前述のように、一般に(cs/CB)
 1/10程度が限界であるが、B>1であるため、(
4)式で右辺の分数係数項は(C8/C6)の値の影響
を大きく受けずほぼ1となる。
(4) Comparing equations (1) and (4), the effects of the present invention become clearer. As mentioned above, generally (cs/CB)
The limit is about 1/10, but since B>1, (
In equation 4), the fractional coefficient term on the right side is not significantly affected by the value of (C8/C6) and becomes approximately 1.

逆に言えば、本発明のメモリセルでは、C8を更に小さ
くしても、従来のメモリセルと同程度のV  1即ち読
出しマージンを確保できるのであir る。従って現有技術をそのまま用い、スケーリング則に
沿った微細化が可能である。
Conversely, in the memory cell of the present invention, even if C8 is made smaller, it is possible to secure V1, that is, a read margin comparable to that of the conventional memory cell. Therefore, it is possible to miniaturize according to the scaling law using the existing technology as is.

また、NPNPNPイポーラトランジスタは現在の技術
で十分制御性よく製造することができるため、第7図に
示す従来のメモリセルに比べて製造工程上の困難は伴わ
ない。更にN型ウェル15を各メモリセルごとに分離す
る必要もないため、微細化が可能となる。
Furthermore, since the NPNPNP polar transistor can be manufactured with sufficient controllability using current technology, there are no difficulties in the manufacturing process compared to the conventional memory cell shown in FIG. Further, since there is no need to separate the N-type well 15 for each memory cell, miniaturization becomes possible.

更に、書込みはトランジスタT4を介して行われるため
、トランジスタT3の特性に関係なく容易に行うことが
できる。
Furthermore, since writing is performed via the transistor T4, it can be easily performed regardless of the characteristics of the transistor T3.

なお、上述の実施例では、N型の半導体基体層をN型ウ
ェル15という形でP型半導体基板1上に形成したが、
ウェル構造を設けずもともとN型の半導体基板を半導体
基体層として用いてもよい。
In the above-described embodiment, the N-type semiconductor base layer was formed on the P-type semiconductor substrate 1 in the form of the N-type well 15.
An originally N-type semiconductor substrate may be used as the semiconductor base layer without providing a well structure.

ただ、α線によるソフトエラーを防ぐためには、本実施
例のようにウェル構造とするのが好ましい。
However, in order to prevent soft errors caused by α rays, it is preferable to use a well structure as in this embodiment.

また、上述の実施例におけるP型とN型との関係を全く
逆にした構造を採ることも可能である。
Further, it is also possible to adopt a structure in which the relationship between the P type and the N type in the above-described embodiment is completely reversed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上とおり本発明によれば、ダイナミックメモリセルに
おいて、半導体基体層上に形成されたセルキャパシタの
電荷を、バイポーラトランジスタによって増幅して読出
すようにしたため、従来のメモリセルより更に微細化を
図ることができ、しかも確実な動作が可能となる。また
、書込み用に専用のFETゲートを設けたため、バイポ
ーラトランジスタの特性にかかわらず容易に書込みを行
うことができる。
As described above, according to the present invention, in a dynamic memory cell, the charge of a cell capacitor formed on a semiconductor base layer is amplified and read out by a bipolar transistor, so that it is possible to achieve further miniaturization than conventional memory cells. This enables reliable operation. Further, since a dedicated FET gate is provided for writing, writing can be easily performed regardless of the characteristics of the bipolar transistor.

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

第1図は本発明に係るダイナミックメモリセルの一例を
示す構造図、第2図は第1図に示すメモリセルの等価回
路、第3図は第1図に示すメモリセルの動作を説明する
タイムヂャート、第4図乃至第7図は従来のダイナミッ
クメモリセルの一例を示す構造図、第8図は第7図に示
すメモリセルの等価回路である。 1・・・半導体基板、2・・・素子分離用絶縁膜、3・
・・不純物領域、4・・・不純物領域、5.5′・・・
電極、6・・・絶縁膜、7・・・ゲート絶縁膜、8・・
・ゲート電極、9・・・N型ウェル、10・・・N+不
純物領域、11・・・N+不純物領域、12・・・P型
不純物領域、13・・・ゲート絶縁膜、14・・・ゲー
ト電極、15・・・N型ウェル、16・・・P型不純物
、17・・・N+不純物領域、18・・・電極、19・
・・P+不純物領域、20・・・ゲート絶縁膜、21・
・・ゲート電極、T1・・・ジャンクションFFT1T
2・・・PNP型バイポーラトランジスタ、T3・・・
NPN型バイポーラトランジスタ、T4・・・Pチャネ
ルFET。 WLR・・・読出し用ワード線、WL、・・・書込み用
ワード線、BL・・・ビット線、a−e・・・等価回路
の各ノード。 出願人代理人  佐  藤  −雄 O〇    −〇     Q ++7        ++″+          
 8第4図 第5図 閑6図 第7図 第8図
FIG. 1 is a structural diagram showing an example of a dynamic memory cell according to the present invention, FIG. 2 is an equivalent circuit of the memory cell shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a time chart explaining the operation of the memory cell shown in FIG. 1. , FIGS. 4 to 7 are structural diagrams showing an example of a conventional dynamic memory cell, and FIG. 8 is an equivalent circuit of the memory cell shown in FIG. 7. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Semiconductor substrate, 2... Insulating film for element isolation, 3...
... Impurity region, 4... Impurity region, 5.5'...
Electrode, 6... Insulating film, 7... Gate insulating film, 8...
- Gate electrode, 9... N type well, 10... N+ impurity region, 11... N+ impurity region, 12... P type impurity region, 13... Gate insulating film, 14... Gate Electrode, 15... N-type well, 16... P-type impurity, 17... N+ impurity region, 18... Electrode, 19.
...P+ impurity region, 20...gate insulating film, 21.
...Gate electrode, T1...Junction FFT1T
2...PNP type bipolar transistor, T3...
NPN type bipolar transistor, T4...P channel FET. WLR...word line for reading, WL...word line for writing, BL...bit line, a-e...each node of the equivalent circuit. Applicant's agent Sato −O〇 −〇 Q ++7 ++″+
8 Figure 4 Figure 5 Blank Figure 7 Figure 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体基体層上に形成されたセルキャパシタと、前
記セルキャパシタの一方の電極をベースとし前記半導体
基体層をコレクタとするバイポーラトランジスタと、前
記バイポーラトランジスタのベースにソースまたはドレ
インのうち一方が接続された電界効果型トランジスタと
、を備え、前記セルキャパシタの他方の電極をワード線
に、前記バイポーラトランジスタのエミッタをビット線
に、それぞれ接続し、かつ、前記電界効果型トランジス
タのソースまたはドレインのうち他方を前記ビット線に
接続したことを特徴とするダイナミックメモリセル。 2、半導体基体層が、逆導電型の半導体基板上に形成さ
れたウェル構造をとることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載のダイナミックメモリセル。 3、半導体基体層が溝を有し、セルキャパシタがこの溝
の内面にも形成されたトレンチ構造をとることを特徴と
する特許請求の範囲第1項または第2項記載のダイナミ
ックメモリセル。 4、セルキャパシタが半導体基体層の外部に形成されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項
のいずれかに記載のダイナミックメモリセル。
[Scope of Claims] 1. A cell capacitor formed on a semiconductor base layer, a bipolar transistor having one electrode of the cell capacitor as a base and the semiconductor base layer as a collector, and a source or a base of the bipolar transistor. a field effect transistor to which one of the drains is connected, the other electrode of the cell capacitor is connected to a word line, the emitter of the bipolar transistor is connected to a bit line, and the field effect transistor A dynamic memory cell characterized in that the other of the source or drain of the dynamic memory cell is connected to the bit line. 2. The dynamic memory cell according to claim 1, wherein the semiconductor base layer has a well structure formed on a semiconductor substrate of opposite conductivity type. 3. The dynamic memory cell according to claim 1 or 2, wherein the semiconductor base layer has a trench and the cell capacitor has a trench structure formed also on the inner surface of the trench. 4. The dynamic memory cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the cell capacitor is formed outside the semiconductor base layer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05129559A (en) * 1991-09-01 1993-05-25 Tenki Ri Structure and manufacture of bi-cmos dram cell

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