JPS63229848A - Semiconductor storage device - Google Patents

Semiconductor storage device

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JPS63229848A
JPS63229848A JP62065015A JP6501587A JPS63229848A JP S63229848 A JPS63229848 A JP S63229848A JP 62065015 A JP62065015 A JP 62065015A JP 6501587 A JP6501587 A JP 6501587A JP S63229848 A JPS63229848 A JP S63229848A
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JP
Japan
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substrate potential
wells
transfer gate
gate transistor
layers
Prior art date
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Pending
Application number
JP62065015A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoru Maeda
哲 前田
Hiroshi Iwai
洋 岩井
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.)
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 JPS63229848A publication Critical patent/JPS63229848A/en
Pending 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)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent the operation speed from decelerating by a method wherein the substrate potential of MOS type transfer gate transistor is raised in case of accumulating data to lower the sub-threshold value leakage current while the substrate potential is lowered in case of a reading/writing process. CONSTITUTION:P wells 12 in the line direction on an n type Si substrate are split by SiO2 layers 13 into memory cells 14. Transfer electrodes and word lines 16 are provided on the regions between capacity electrodes 15, n<-> layers 18 and n<+> layers 19 on the regions 14 using polySi 16. The surface is covered with an SiO2 film 20 and openings 21 are made to provide Al bit lines 17 for connection to pick up layers of P wells 12. The P wells 12 connected to Al wirings 23 through the intermediary of the holes 22 are supplied with the substrate potential. In case of reading/writing process, the P wells in the selected line are supplied with a low substrate potential while in case of accumulating data, the P wells in the selected line are supplied with high substrate potential. Through these procedures, the charge accumulated in capacitors shall not leak through the intermediary of a transfer gate transistor not to erase the data.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、半導体記憶装置に関するもので、特に基板
電位の制御に係わる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a semiconductor memory device, and particularly to control of substrate potential.

(従来の技術) 一般に、MO3型転送ゲートトランジスタを有する半導
体記憶装置、例えばダイナミックRAMには基板電位が
印加されている。これによって、ピット線容量の低減、
および転送ゲートトランジスタのサブスレッシュホール
ドリーク電流を低減している。しかしながら、各素子の
微細化が進むにつれて転送ゲートトランジスタのチャネ
ル長も短くなり(例えばL−0,5μm)、現在使用さ
れている一2V〜−3V程度の基板電位では第3図に示
すようにサブスレッシュホールドリーク電流が増加する
傾向にある。第3図はMO3型転送ゲートトランジスタ
のゲート電圧■。に対するドレイン電流Ioの特性を示
すもので、このリーク電流が増加するとダイナミックR
AMの場合、情報を書込んでも情報を保持できなくなる
(Prior Art) Generally, a substrate potential is applied to a semiconductor memory device having an MO3 type transfer gate transistor, such as a dynamic RAM. This reduces pit line capacitance,
And the subthreshold leakage current of the transfer gate transistor is reduced. However, as the miniaturization of each element progresses, the channel length of the transfer gate transistor also becomes shorter (for example, L-0.5 μm), and at the currently used substrate potential of about -2V to -3V, as shown in Figure 3, Subthreshold leak current tends to increase. Figure 3 shows the gate voltage of the MO3 type transfer gate transistor. This shows the characteristics of the drain current Io with respect to
In the case of AM, even if information is written, the information cannot be retained.

すなわち、キャパシタに蓄積された電荷が転送ゲートト
ランジスタを介して逃げてしまい、書込んだ情報が消え
てしまうことになる。このような情報の消失を防止する
ためには、基板電位を従来よりも深く(例えば−5V)
すれば良いが、このように基板電位を深く(低く)設定
すると転送ゲートトランジスタをオンさせるためにゲー
トに高電圧を印加する必要が生じ、書込みおよび読出し
の速度が低下する。しかも、転送ゲートトランジスタの
ゲートに高電圧を印加すると、このトランジスタに高電
界がかかりゲート酸化膜が破壊され易くなったり素子が
劣化するという問題を生ずる。
That is, the charge accumulated in the capacitor escapes via the transfer gate transistor, and the written information is erased. In order to prevent such information loss, the substrate potential must be set deeper than before (for example, -5V).
However, if the substrate potential is set deep (low) in this way, it becomes necessary to apply a high voltage to the gate to turn on the transfer gate transistor, which reduces the speed of writing and reading. Furthermore, when a high voltage is applied to the gate of the transfer gate transistor, a high electric field is applied to the transistor, causing problems such as the gate oxide film being easily destroyed and the device deteriorating.

(発明が解決しようとする問題点) 上述したように従来の半導体記憶装置は、素子の微細化
に伴ってサブスレッシュホールドリーク電流が増加し、
この電流を低減しようとすると書込みおよび読出し速度
が低下するとともに素子の劣化を招く欠点がある。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in conventional semiconductor memory devices, subthreshold leakage current increases as elements become smaller.
Attempts to reduce this current have the drawback of reducing write and read speeds and deteriorating the device.

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、書込みおよび読出し速度の低
下や素子の劣化を招くことなくサブスレッシュホールド
リーク電流を低減できる半導体記憶装置を提供すること
である。
This invention was made in view of the above circumstances,
The purpose is to provide a semiconductor memory device that can reduce subthreshold leakage current without reducing write and read speeds or deteriorating elements.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段と作用)すなわち、この
発明においては、上記の目的を達成するために、MOS
型転送ゲートトランジスタの基板電位を情報の保持状悪
時には深くし、情報の書込み時および読出し時にのみ選
択的に浅くしている。
[Structure of the invention] (Means and effects for solving the problem) In other words, in this invention, in order to achieve the above object, a MOS
The substrate potential of the type transfer gate transistor is made deep when information is poorly held, and selectively made shallow only when writing and reading information.

こうすることにより、MOS型転送ゲートトランジスタ
の基板電位は、情報を保持する時には深いのでサブスレ
ッシュホールドリーク電流を低減でき、且つ情報の書込
み時および読出し時には浅くしているので動作速度が低
下することはない。
By doing this, the substrate potential of the MOS type transfer gate transistor is deep when holding information, so subthreshold leakage current can be reduced, and it is shallow when writing and reading information, so the operation speed is reduced. There isn't.

しかも、このトランジスタをオンさせるためにゲートに
高電圧を印加する必要はないので、素子が劣化1ノでゲ
ート酸化膜が破壊され易くなったりすることもない。
Moreover, since it is not necessary to apply a high voltage to the gate to turn on this transistor, the gate oxide film is not easily destroyed due to element deterioration.

(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1図(a)〜(C)は、この発明をダイナミッ
クRAM1.:適用した場合のメモリセルの構成を示す
もので、(a)図はパターン平面図、(b)図は(a)
図のx−x”線に沿った断面図、(C)図は(a)図の
Y−Y′線に沿った断面図をそれぞれ示している。第1
凶において、11は例えばn型のシリコン基板で、この
シリコン基板11にはp型のウェル領域121 、12
2 。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1(a) to 1(C) show the present invention as a dynamic RAM 1. : Shows the configuration of the memory cell when applied, (a) is a pattern plan view, (b) is (a)
Figure (C) is a cross-sectional view taken along line xx'' in the figure, and Figure (C) is a cross-sectional view taken along line Y-Y' in Figure (a).
11 is, for example, an n-type silicon substrate, and this silicon substrate 11 has p-type well regions 121 and 12.
2.

123が行方向に選択的に形成されている。上記pウェ
ル領域121 、122 、123には、シリコン酸化
膜から成り列方向に伸びる素子分離領域131゜132
、およびシリコン酸化膜から成り行方向に伸びる素子分
離領域133 、134が設けられている。
123 are selectively formed in the row direction. The p-well regions 121, 122, and 123 have element isolation regions 131 and 132 made of silicon oxide film and extending in the column direction.
, and element isolation regions 133 and 134 made of a silicon oxide film and extending in the row direction.

そして、これらの素子分離領域131〜134によって
pウェル領域内にメモリセル領域14.〜14日が形成
される。なお、上記列方向に伸びる素子分離WA域13
1 、132は、(b)図に示す如く底部がpウェル領
[12の底面(シリコン基板11との境界)より所定の
距離だけ隔てられた上方に位置している。一方、上記行
方向に伸びる素子分離領[133゜134は、(C)図
に示す如く底部がρウェル@域12の底面に接し、各ウ
ェル領域12. 、122 、123問も分離している
。つまり、メモリセル領[141〜143.144〜1
4..147〜149はそれぞれ、素子分離領域133
 、134によって分離されることになる。そして、上
記メモリセル領域141〜149および素子分離領域1
31. t32上には、キャパシタ電極151〜153
と例えば多結晶シリコンからなり転送ゲートを兼ねるN
極161〜163が設けられる。
These element isolation regions 131 to 134 form a memory cell region 14. in the p-well region. ~14 days are formed. Note that the element isolation WA area 13 extending in the column direction
1 and 132, the bottoms of which are located above the p-well region [12 (boundary with silicon substrate 11) by a predetermined distance, as shown in FIG. On the other hand, the element isolation region [133.degree. , 122 and 123 questions are also separated. In other words, the memory cell area [141-143.144-1
4. .. 147 to 149 are element isolation regions 133, respectively.
, 134. Then, the memory cell regions 141 to 149 and the element isolation region 1
31. On t32, capacitor electrodes 151 to 153
and N, which is made of polycrystalline silicon and also serves as a transfer gate.
Poles 161-163 are provided.

すなわち、各メモリセル領111141〜149上の電
極151〜153はキャパシタ電極として機能し、n−
型拡散層181〜183とn+型型数散層191〜19
3の間の領域上の電極161〜163は転送ゲート電陽
およびワードラインとして機能する。
That is, the electrodes 151 to 153 on each memory cell region 111141 to 149 function as capacitor electrodes, and the n-
Type diffusion layers 181 to 183 and n+ type diffusion layers 191 to 19
Electrodes 161-163 on the regions between 3 function as transfer gate electrodes and word lines.

更に、キャパシタ電極15.〜153上およびゲート電
極161〜163上を含む全面にシリコン酸化膜からな
る層間絶縁膜20が被覆形成されている。この層間絶縁
WA20には、コンタクトホール211〜219が開孔
されており、この層間絶縁l1I20上にアルミ配線(
ビットライン)171〜173が形成され、上記コンタ
クトホール211〜21Bを介してpウェル領域121
 、122 、123の表面領域に設けられた高1度の
p+型不純物領域12aに接続される。また、上記pウ
ェル領域121〜123には、基板電位を印加するため
のコンタクトホール221〜223が形成され、アルミ
配線231〜233を介して図示しない基板電位発生回
路(基板電位供給手段)に接続される。この基板電位発
生回路は、情報の読出し時もしくは自込み時には例えば
−2V〜−3Vの電位を選択された転送ゲートトランジ
スタが形成されたpウェル領域に供給し、非選択メモリ
セルの転送ゲートトランジスタが形成されたpウェル領
域には例えば−5Vを供給する。一方、情報の保持状態
時には例えば−5■を全てのpウェル領域121〜12
3に供給するような構成となっている。
Furthermore, capacitor electrode 15. An interlayer insulating film 20 made of a silicon oxide film is formed to cover the entire surface including the tops of the gate electrodes 161 to 153 and the gate electrodes 161 to 163. Contact holes 211 to 219 are opened in this interlayer insulation WA20, and aluminum wiring (
bit lines) 171 to 173 are formed, and the p well region 121 is formed through the contact holes 211 to 21B.
, 122, and 123 are connected to p+ type impurity regions 12a of high 1 degree. Further, contact holes 221 to 223 for applying a substrate potential are formed in the p-well regions 121 to 123, and are connected to a substrate potential generation circuit (substrate potential supply means) not shown through aluminum wirings 231 to 233. be done. This substrate potential generation circuit supplies a potential of, for example, -2V to -3V to the p-well region in which the selected transfer gate transistor is formed when reading or writing information, and the transfer gate transistor of the unselected memory cell is For example, -5V is supplied to the formed p-well region. On the other hand, in the information retention state, for example, -5■ is applied to all p-well regions 121 to 12.
The configuration is such that it supplies to 3.

次に上記のような構成において動作を説明する。Next, the operation in the above configuration will be explained.

まず書込みおよび読出しの場合には、選択された行の基
板電位を上記基板電位発生回路の出力によって浅く設定
する。例えばpウェル領域121にアルミ配線231を
介して例えば−2■の基板電位を与える。この時、転送
ゲートトランジスタのサブスレッシュホールドリーク電
流特性は前記第3図に示したようになり、ゲート電圧V
oがOVでも電流が流れ転送ゲートトランジスタはオン
状態となる。従って、ゲート電極に高電圧を印加する必
要はなく、素子の劣化によるゲート酸化膜の破壊を防止
できる。なお、この時にはリーク電流が流れるが、書込
みの場合には多少リーク電流があってもリフレッシュ(
再書込み)を行なうので特に問題はない。
First, in the case of writing and reading, the substrate potential of the selected row is set shallowly by the output of the substrate potential generation circuit. For example, a substrate potential of, for example, -2■ is applied to the p-well region 121 via the aluminum wiring 231. At this time, the subthreshold leakage current characteristics of the transfer gate transistor become as shown in FIG. 3, and the gate voltage V
Even if o is OV, current flows and the transfer gate transistor is turned on. Therefore, there is no need to apply a high voltage to the gate electrode, and destruction of the gate oxide film due to element deterioration can be prevented. Note that leakage current flows at this time, but in the case of writing, even if there is some leakage current, refreshing (
There is no particular problem since the data will be rewritten (rewritten).

次に、情報をキャパシタに保持する(非選択)場合には
、選択された行のpウェル領域に例えば−5Vの基板電
位を印加する。これによって、転送ゲートトランジスタ
のサブスレッシュホールドリーク電流特性は第2図に示
すようになり、ゲート電圧VaがOVの時には、この電
流は1×10′LA[A]程度に押えられる。従って、
キャパシタに蓄積された電荷が転送ゲートトランジスタ
を介してリークし、書込んだ情報が消失するのを防止で
きる。
Next, when information is held in the capacitor (non-selected), a substrate potential of, for example, -5V is applied to the p-well region of the selected row. As a result, the subthreshold leak current characteristic of the transfer gate transistor becomes as shown in FIG. 2, and when the gate voltage Va is OV, this current is suppressed to about 1×10'LA [A]. Therefore,
It is possible to prevent the electric charge accumulated in the capacitor from leaking through the transfer gate transistor and to prevent written information from being lost.

このような構成によれば、上述したようにMOS型転送
ゲートトランジスタの基板電位は情報の保持時には深い
のでサブスレッシュホールドリーク電流を低減できる。
According to such a configuration, as described above, the substrate potential of the MOS type transfer gate transistor is deep when information is held, so that subthreshold leakage current can be reduced.

しかも、情報の富込み時および読出し時には浅くしてい
るのでアクセス速度が低下することはなく、このトラン
ジスタをオンさせるためにゲートに高電圧を印加する必
要はないのでゲート酸化膜の破壊や素子の劣化等を防止
できる。
Furthermore, since the depth is shallow during information enrichment and readout, the access speed does not decrease, and there is no need to apply a high voltage to the gate to turn on this transistor, so there is no need to damage the gate oxide film or damage the device. Deterioration etc. can be prevented.

[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、書込みおよび読
出し速度の低下や素子の劣化を招くことなくサブスレッ
シュホールドリーク電流を低減できる半導体記憶装置が
得られる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a semiconductor memory device can be obtained in which subthreshold leakage current can be reduced without reducing write and read speeds or deteriorating elements.

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

第1図はこの発明の一実施例に係わる半導体記憶装置に
ついて説明するための図、第2図は上記第1図の装置に
おけるサブスレッシュホールドリーク電流特性を示す図
、第3図は従来の半導体記憶装置におけるサブスレッシ
ュホールドリーク電流特性を示す図である。 11・・・シリコン基板、121〜123・・・ウェル
領域、131〜134・・・素子分離領域、141〜1
49・・・メモリセル領域。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 VG(V)  −
FIG. 1 is a diagram for explaining a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing subthreshold leak current characteristics in the device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram for explaining a conventional semiconductor memory device. FIG. 3 is a diagram showing subthreshold leak current characteristics in a storage device. 11... Silicon substrate, 121-123... Well region, 131-134... Element isolation region, 141-1
49...Memory cell area. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1 VG (V) -

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)MOS型転送ゲートトランジスタを有する半導体
記憶装置において、情報の読出し時もしくは書込み時に
上記MOS型転送ゲートトランジスタの基板電位を浅く
し、且つ情報の保持状態時には深く設定する基板電位供
給手段を設けたことを特徴とする半導体記憶装置。
(1) In a semiconductor memory device having a MOS type transfer gate transistor, a substrate potential supply means is provided that makes the substrate potential of the MOS type transfer gate transistor shallow when reading or writing information, and sets it deep when in an information retention state. A semiconductor memory device characterized by:
(2)前記基板電位は、半導体基板と逆導電型のウェル
領域に供給す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。
(2) The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the substrate potential is supplied to a well region of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate.
(3)前記基板電位は、選択された行または列のみに選
択的に供給す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) The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the substrate potential is selectively supplied only to selected rows or columns.
JP62065015A 1987-03-19 1987-03-19 Semiconductor storage device Pending JPS63229848A (en)

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JP62065015A JPS63229848A (en) 1987-03-19 1987-03-19 Semiconductor storage device

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6094068A (en) * 1997-06-19 2000-07-25 Nec Corporation CMOS logic circuit and method of driving the same
USRE40132E1 (en) 1988-06-17 2008-03-04 Elpida Memory, Inc. Large scale integrated circuit with sense amplifier circuits for low voltage operation

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