JPS6257245A - 半導体メモリセル - Google Patents

半導体メモリセル

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JPS6257245A
JPS6257245A JP60197923A JP19792385A JPS6257245A JP S6257245 A JPS6257245 A JP S6257245A JP 60197923 A JP60197923 A JP 60197923A JP 19792385 A JP19792385 A JP 19792385A JP S6257245 A JPS6257245 A JP S6257245A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
memory cell
voltage
bit line
transistor
word line
Prior art date
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Pending
Application number
JP60197923A
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English (en)
Inventor
Kazuo Terada
寺田 和夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体メモリセルに関し、特に信号増幅機能を
有し非破壊読み出し動作が可能な半導体メモリセルに関
する。
(従来技術) 高集積半導体メモリ用メモリセルとして1つのトランジ
スタと1つのコンデンサから構成されるメモリセル(以
下ITtCセルと記す)は、構成要素が少なく、メモリ
セル面積の微小化が容易なため広く使われている。
ITICセルでは、各メモリセルにあるコンデンサの貯
蔵電荷を直接読み出す形式を取るのが普通である。例え
ば、メモリセルの記憶ノードを書き込み時にOvに設定
する場合を”0″書き込み、■Sに設定する場合を′1
″書き込みとすると、メモリセルコンデンサに貯蔵され
る電荷量の0″、・1・間の差は、メモリセル容量をC
8とすると、cs−vs  となる。この場合、センス
増幅器ヘノ出力電圧の′0”、′1゛′間の差は、ビッ
ト線の浮遊容量をCBとすると、はぼC3−VS/(C
B十aS)となる。
一般に、半導体メモリの高集積化は、微細加工によるメ
モリセルおよび周辺回路の微小化と、1つのワード線ま
たはビット線あたりのメモリセル数の増大を伴って行な
われる。メモリセルや周辺回路を微小化するためにはト
ランジスタの微小化が必要であるが、この場合トランジ
スタの耐圧が低下するため、電源電圧を低下させること
が必要である。メモリセルの微小化はメモリセル容量C
8の減少につながり、1ビツト線轟たシのメモリセル数
の増大はと、ト線の浮遊容量CBの増大につながる。そ
のため、ITICセルを用いた半導体メモリを高集積化
するとセンス増幅器への出力電圧は小さくなる。以上の
理由のため、従来のITICセルを用いたメモリでは、
安定な読み出し動作と高集積化を両立させることが困難
であった。
(発明の目的) 本発明の目的は、信号増幅機能を有し且つ非破壊読み出
し動作が可能で、小型化、高集積化しても読み出し動作
を確実に行なえる半導体メモリセルを提供することにあ
る。
(発明の構成) 本発明によれば、ビット線に接続された第1通電電極と
書き込み専用ワード線に接続されたゲート電極と第2通
電電極を有する第1トランジスタと、一方の電極が上記
第1トランジスタの第2通電電極に接続され他方の電極
が読み出し専用ワード線に接続された可変容量素子と、
ビット線に接続された第1通電電極と電源に接続された
第2通電電極と上記第1トランジスタの第2通電電極に
接続されたゲート電極を有する第2トランジスタとを備
えた半導体メモリセルが得られる。
(実施例:構成と動作原理) 第1図は本発明の一実施例の構成を示す回路図である。
第1図において、11は書き込み用N型チャネル第1M
08FET、12は可変容量素子、I3は読み出し用N
型チャネル第2M08FET、14は書き込み専用ワー
ド線、15はビット線、16は読み出し専用ワード線、
18は電源をそれぞれ示す。本実施例では、電源18を
OV、第1 MO8FET11のしきい値!圧をlV%
第2M08FET13のしきい値電圧を5■と仮定し、
可変容量素子12は記憶ノード19側の電位が読み出し
専用ワード線16側の電位よりも1v以上高い時には大
きい容量値、例えば第2M08FET13のゲート電極
容量とほぼ同じ容量値を示し、それ以外の時は非常に小
さい容量値を示すものと仮定する。
第2図は第1図の実施例の動作電圧波形の一例を示す図
である。書き込み動作時には、書き込み専用ワード線を
5■にし、ビット線電圧を書き込む情報に従い、例えば
″1″情報では5■に、′0・情報ではOVにする。こ
の時第1M08FET11はオン状態のため、記憶ノー
ド19の電位はビット線電圧に対応し、″1″情報を書
き込んだ場合は約4■に、”0”情報を書き込んだ場合
は、約OVになる。
読み出し動作時には、ビット線15を例えば1■にプリ
チャージしたのちセンス増幅器につなぎ、読み出し専用
ワード線電圧を5■にする。メモリセルに′″0″0″
情報されている場合は記憶ノ>5 一ド19が約Ovのため、可変容量素子12の容量は小
さく、記憶ノード19は約ovのままである。そのため
第2M08FET13はオフのままで、ビット線電圧は
ほとんど変化しない。メモリセルに″′1″情報が貯蔵
されている場合は、記憶ノード19が約4vのため、可
変容量素子12の容量は大きく、記憶ノード19は約6
,5■まで上昇する。そのため第2M08F’ET13
はオンとなり、ビット線電圧は1vからoVに変化する
。この・0″、wl”間のビット線電圧変化の差をセン
ス増幅器で感知増幅して、読み出し動作を行なう。
このように本メモリセルでは第2M08FET十分大き
くできる。すなわち、第2M08FETによって一段増
幅した大きい信号を出力できる。
読み出し動作中書き込み専用ワード線電圧はoVに保つ
ので、第1M08FET11はオフ状態にあり、記憶ノ
ード19に貯蔵された電荷は保存される。すなわちメモ
リセル中の記憶内容を破壊しなi、6一 いで読み出し動作ができる。上記実施例では記憶ノード
19が約4■の場合を説明したが、この電圧は例えば3
vでも構わない。すなわち本実施例では、書き込み電圧
が低い場合や記憶ノード19へのもれ電流によってその
部分の電位が多少下がっても正常に読み出し動作ができ
る。
読み出しも書き込みも行なわない非選択メモリセルでは
両ワード線をOVに保つので、メモリセルはビット線電
圧に影響を与えず、壕だメモリセルに貯蔵された情報は
ビット線の影響を受けない。
書き込み動作時には、選択された書き込み専用ワード線
につながる全てのMOSFETがオン状態になるため、
この書き込み専用ワード線につながる非選択メモリセル
の貯蔵情報が破壊される可能性がある。このことを避け
る為には、書き込み動作を行なう前に、選択されたメモ
リセルと同じワード線につながる全てのメモリセルの貯
蔵情報を読み出して一時貯蔵しておき、選択されたメモ
リセルに情報を書き込む時にこれらのメモリセルにも一
時貯蔵しておいた情報を再書き込みする必要がある。
読み出し動作時に読み出し専用ワード線16を0■から
5Vに変化させるが、この時II I T1貯蔵メモリ
セルの記憶ノード19の電位は容量結合により約4■か
ら約6,5■に上昇する。そのため、記憶ノード19側
の電位は常に読み出しワード線16側よりも1v以上高
く、読み出し動作中の可変容量素子12の容量値は常に
太きいま1である。
一方、この時の“′0′″貯蔵メモリセルの記憶ノード
19の電位は約0■の壕まで、可変容量素子12の容量
値は小さいitである。
(実施例:構造) 第3図は第1図に示した実施例を実際に半導体基板を用
いて実現した場合の断面図である。第3図において31
1はP型シリコン結晶基板、312゜313.321は
N型領域、314,322,333はMOSFETまた
はMO8容量を形成するゲート絶縁体膜、315,32
3は導電体膜、331,332゜334はシリコン膜で
、331,332はN型領域、334はP型領域、34
0は書き込み専用ワード線、350はビット線、360
は読み出し専用ワード線、380は電源線、390は分
離用絶縁体膜をそれぞれ示す。311,312,313
,314゜315は第1図の11に対応するN型チャネ
ル第1M08FETを、321,322,323は12
に対応する可変容量素子を、331,332,333゜
334.323は13に対応するN型チャネル第2M0
8FETをそれぞれ構成する。
P型シリコン結晶基板311がOVに保たれておシ、そ
の時の321,322,323で構成されるMO8容量
のしきい値電圧を1■の場合を考える。電極323の電
位が電極321の電位よシも17以上高いときMO8表
面には反転層ができるため、両電極間の容量はゲート絶
縁膜3220面積と厚さで決まる大きい値となる。一方
、電極323の電位が電極321の電位よシも1■以上
高くないときには、反転層ができず、両電極間の容量は
それらが重なった僅かな部分で作られる非常に小さな値
となる。そのため、321,322゜323で構成され
るMO8容量は、先に述べた可、:49− 変容量素子の特性を満足する。
以上説明の便宜上、第1図、第2図、第3図に示される
回路構成、動作電圧、構造実施例を用いたが、本発明は
これに限るものではない。トランジスタの、種類、導電
型、しきい値電圧、電源電圧は他の適当なものまたは値
でも構わない。
例えば上記の実施例では、電源18を0■、ビット線プ
リチャージ電圧を1vにした状態で読み出し動作を行な
い、ビット線電圧がOvに下がるか否かを検知した。し
かし読み出し動作はこれに限る必要はない。電源18を
5V、ビット線プリチャージ電圧を0■にした状態で読
み出し動作を行ない、ビット線電圧が上昇するか否かを
検知してもよい。どの場合、センス増幅器で十分信号電
圧を増幅した後、書き込み専用ワード線を5■にすれば
再書き込みができる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明の半導体メモリセルは一段
増幅した信号を出力でき且つ非破壊読み出し動作が可能
であるため、メモリセルからピッ−10う ト線に出力される信号を大きくでき且つ2度以上の読み
出し動作によシ確実な読み出し動作が行なえる。さらに
、記憶ノードの電位が規定の値よりも多少低くても正常
に読み出し動作ができるため、もれ電流などの影響を受
けにくいという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の回路図、第2図は第1図の
実施例の動作電圧波形図、第3図は第1図の一実施例を
半導体基板に実現したものの断面図である。 11・・・・・・第1M08FET、12・・・・・・
可変容量素子、13・・・・・・第2M08FET、1
4・・・・・・書き込み専用ワード線、15・・・・・
・ビット線、16・・・・・・読み出し専用ワード線、
18・・・・・・電源、19・・・・・・記憶ノード、
311・・・・・・P型シリコン結晶基板、312゜3
13.321・・・・・・N型領域、31.4,322
,333・・・・・・ゲート絶縁膜、315,323・
・・・・・導電体膜、331.332・・・・−・N型
領域、334・・・・・・P型頭域、340・・・・・
・書き込み専用ワード線、350・・・・・・ビット線
、360・・・・・・読み出し専用ワード線、380牟
1図 契2図 苔搬内   艶W念し 牟3 込 3θO:可5早 370:絶泳体頂

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ビット線に接続された第1通電電極と書き込み専用ワー
    ド線に接続されたゲート電極と第2通電電極を有する第
    1トランジスタと、一方の電極が前記第1トランジスタ
    の第2通電電極に接続され他方の電極が読み出し専用ワ
    ード線に接続された可変容量素子と、ビット線に接続さ
    れた第1通電電極と電源に接続された第2通電電極と前
    記第1トランジスタの第2通電電極に接続されたゲート
    電極を有する第2トランジスタとを備えたことを特徴と
    する半導体メモリセル。
JP60197923A 1985-09-06 1985-09-06 半導体メモリセル Pending JPS6257245A (ja)

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JP60197923A JPS6257245A (ja) 1985-09-06 1985-09-06 半導体メモリセル

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ID=16382520

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011102233A1 (en) * 2010-02-19 2011-08-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
KR20120041113A (ko) * 2010-08-26 2012-04-30 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치의 구동 방법
JP2016194969A (ja) * 2010-10-29 2016-11-17 株式会社半導体エネルギー研究所 記憶装置

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