JPS6334560B2 - - Google Patents

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JPS6334560B2
JPS6334560B2 JP58200970A JP20097083A JPS6334560B2 JP S6334560 B2 JPS6334560 B2 JP S6334560B2 JP 58200970 A JP58200970 A JP 58200970A JP 20097083 A JP20097083 A JP 20097083A JP S6334560 B2 JPS6334560 B2 JP S6334560B2
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JP
Japan
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mos transistor
drain
channel mos
channel
word line
Prior art date
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Application number
JP58200970A
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Japanese (ja)
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JPS59130462A (en
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Toshiaki Masuhara
Yoshio Sakai
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication of JPS6334560B2 publication Critical patent/JPS6334560B2/ja
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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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/10Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
    • H01L27/105Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration including field-effect components

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高速、低消費電力のMOS型半導体
メモリの構成法、特に相補型MOS型半導体メモ
リの構成法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a method of configuring a high-speed, low power consumption MOS type semiconductor memory, and particularly to a method of configuring a complementary MOS type semiconductor memory.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来、MOS型半導体メモリにおいて、単一の
導電型のトランジスタのみより成るn―MOSメ
モリや、pとnチヤネルの異なる導電型のトラン
ジスタを組み合せた相補型メモリが知られてい
る。しかし、このうち前者は消費電力が大きいと
いう欠点がある。このため大規模なメモリ、たと
えば65Kビツト以上にすると、主として周辺の回
路の消費電力のためチツプの温度が上昇し、集積
度が制限される。また、後者は、消費電力が小さ
いがビツトあたりのセル面積が大きく、大集積度
が実現できない。
2. Description of the Related Art Conventionally, in MOS type semiconductor memories, n-MOS memory consisting of only transistors of a single conductivity type and complementary type memory consisting of a combination of transistors of different conductivity types such as p and n channels are known. However, the former has the disadvantage of high power consumption. For this reason, when a large-scale memory is used, for example, 65K bits or more, the temperature of the chip rises mainly due to the power consumption of peripheral circuits, which limits the degree of integration. Furthermore, although the latter has low power consumption, the cell area per bit is large, and a large degree of integration cannot be achieved.

一方、MOSトランジスタと容量とからなるダ
イナミツク型メモリセル回路と、ワード線駆動回
路とを含むダイナミツク型MOS半導体メモリに
おいて、メモリセル回路のMOSトランジスタと
ワード線駆動回路のMOSトランジスタとが同一
導電型である場合は、MOSトランジスタのしき
い値電圧Vthによつて、メモリセルからの情報の
読み出し後のメモリセルへの情報の再書き込みに
際して再書き込み情報のレベル損失が生じるの
で、かかるレベル損失が生じないような回路的対
策(例えばワード線ブースト回路など)を講じる
必要がある。
On the other hand, in a dynamic MOS semiconductor memory that includes a dynamic memory cell circuit consisting of a MOS transistor and a capacitor and a word line drive circuit, the MOS transistor of the memory cell circuit and the MOS transistor of the word line drive circuit are of the same conductivity type. In some cases, the threshold voltage Vth of the MOS transistor causes a level loss of rewritten information when rewriting information to the memory cell after reading information from the memory cell, so such level loss does not occur. It is necessary to take such circuit measures (for example, a word line boost circuit).

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、メモリセルへの情報の再書き
込みを好適に実行しうるMOS半導体メモリを提
供することにある。
An object of the present invention is to provide a MOS semiconductor memory that can suitably rewrite information to memory cells.

〔発明の概要と実施例〕[Summary of the invention and examples]

本願において開示される発明のうち、代表的な
ものの概要は下記の通りである。
Outline of typical inventions disclosed in this application is as follows.

すなわち、pチヤンネル型MOSトランジスタ
40と容量44とからなるメモリセル回路と、上
記pチヤンネル型MOSトランジスタ40のソー
ス又はドレインに接続されたデータ線64と、上
記pチヤンネル型MOSトランジスタ40のゲー
トに接続されたワード線67と、該ワード線67
にソース又はドレインが接続されたnチヤンネル
MOSトランジスタ38と、上記データ線64に
接続されたセンスアンプ回路とを備え、該センス
アンプ回路はその入力が上記データ線64に接続
された第1のインバータ回路58,59と、その
入力が該第1のインバータ回路の出力に接続され
その出力がデータ線に接続された第2のインバー
タ回路57,56とからなり、上記第1と第2の
インバータ回路とはそれぞれソース・ドレイン経
路が直列接続されたpチヤンネル型MOSトラン
ジスタ58,57とnチヤンネル型MOSトラン
ジスタ59,56とを具備し、上記ワード線67
にソース又はドレインが接続された上記nチヤン
ネル型MOSトランジスタ38を通して上記ワー
ド線67を低レベルにすることによつて、ワード
線の選択を行うことを特徴とする。
That is, a memory cell circuit consisting of a p-channel MOS transistor 40 and a capacitor 44, a data line 64 connected to the source or drain of the p-channel MOS transistor 40, and a gate connected to the p-channel MOS transistor 40. word line 67 and the word line 67
n-channel with source or drain connected to
The sense amplifier circuit includes a MOS transistor 38 and a sense amplifier circuit connected to the data line 64, and the sense amplifier circuit has first inverter circuits 58 and 59 whose inputs are connected to the data line 64, and whose inputs are connected to the It consists of second inverter circuits 57 and 56 connected to the output of the first inverter circuit and whose output is connected to the data line, and the source and drain paths of the first and second inverter circuits are connected in series. The word line 67 includes p-channel MOS transistors 58, 57 and n-channel MOS transistors 59, 56.
The word line is selected by bringing the word line 67 to a low level through the n-channel MOS transistor 38 whose source or drain is connected to the word line 67.

従つて、nチヤンネル型MOSトランジスタ3
8がオンとなりワード線67が低レベルとなる
と、メモリセル回路のpチヤンネル型MOSトラ
ンジスタ40がオンとなつて容量44に著積され
ていたデジタル情報がデータ線64に伝達され
る。このようにして、データ線64に伝達された
デジタル情報は相補型MOSトランジスタ構成の
センスアンプ回路58,59,57,56によつ
て、電源電圧VDDのデジタル情報“1”もしくは
接地電圧のデジタル情報“0”のレベルに完全増
幅される。
Therefore, n-channel MOS transistor 3
8 is turned on and the word line 67 becomes low level, the p-channel type MOS transistor 40 of the memory cell circuit is turned on and the digital information accumulated in the capacitor 44 is transmitted to the data line 64. In this way, the digital information transmitted to the data line 64 is converted into digital information "1" of the power supply voltage V DD or digital information of the ground voltage by the sense amplifier circuits 58, 59, 57, and 56 each having a complementary MOS transistor configuration. The information is completely amplified to the level of “0”.

メモリセル回路の容量44にデジタル情報
“1”が蓄積されていた場合は自然放電などで蓄
積電圧レベルは低下するが、相補型MOSトラン
ジスタ構成のセンスアンプ回路によつて完全増幅
されたデータ線64の情報がpチヤンネル型
MOSトランジスタ40を介して容量44に再書
き込みされる。このとき、pチヤンネル型MOS
トランジスタ40のデータ線64に接続された部
分はソースとして動作し、容量44に接続された
部分はドレインとして動作し、ゲートはnチヤン
ネル型MOSトランジスタ38によつて低レベル
に制御されているので、容量44には電源電圧
VDDのデジタル情報“1”がMOSトランジスタの
ゲート・ソース間のしきい値電圧損失無しに再書
き込みされ、いわゆるフルライト動作が可能とな
る。
If digital information "1" is stored in the capacitor 44 of the memory cell circuit, the stored voltage level will drop due to natural discharge, etc., but the data line 64 will be completely amplified by the sense amplifier circuit with complementary MOS transistor configuration. information is p-channel type
The data is rewritten into the capacitor 44 via the MOS transistor 40. At this time, p-channel type MOS
The portion of the transistor 40 connected to the data line 64 operates as a source, the portion connected to the capacitor 44 operates as a drain, and the gate is controlled to a low level by the n-channel MOS transistor 38. Capacitor 44 has power supply voltage
The digital information "1" of V DD is rewritten without loss of threshold voltage between the gate and source of the MOS transistor, making so-called full write operation possible.

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 Examples of the present invention will be described in detail below.

第1図、第2図は、本発明の実施例による相補
型MOS半導体メモリの断面図を示すものである。
1 and 2 are cross-sectional views of a complementary MOS semiconductor memory according to an embodiment of the present invention.

n基板1上にnチヤネルMOSトランジスタと
pチヤンネルMOSトランジスタを周辺回路Lと
して設けると共に、n基板内にメモリセルMを形
成する。第1図においてはPウエル2(不純物濃
度は1015〜1017/cm3程度である。)を基板1中に
形成し、このPウエル内にソース3およびドレイ
ン4のn+拡散層を設けてnチヤンネルトランジ
スタとなす。更に基板1中にソース5、ドレイン
6を形成しpチヤンネルMOSトランジスタとな
す。なお9,12は各々ゲート、8,10,1
1,13はソースおよびドレインの電極である。
一方、メモリセルは、シリコン層14の直下に形
成される反転層容量と、シリコンの転送電極15
およびデータ線となるp+拡散層7よりなつてい
る。なお16は絶縁層である。
An n-channel MOS transistor and a p-channel MOS transistor are provided as a peripheral circuit L on an n-type substrate 1, and a memory cell M is formed in the n-type substrate. In FIG. 1, a P well 2 (the impurity concentration is about 10 15 to 10 17 /cm 3 ) is formed in a substrate 1, and n + diffusion layers for a source 3 and a drain 4 are provided in this P well. It is made into an n-channel transistor. Furthermore, a source 5 and a drain 6 are formed in the substrate 1 to form a p-channel MOS transistor. Note that 9 and 12 are gates, 8, 10, and 1, respectively.
1 and 13 are source and drain electrodes.
On the other hand, the memory cell includes an inversion layer capacitor formed directly under the silicon layer 14 and a silicon transfer electrode 15.
and a p + diffusion layer 7 which becomes a data line. Note that 16 is an insulating layer.

実施例のひとつの特徴は、比較的不純物濃度の
低い基板にデータ線をもつようにメモリセルを形
成したことである。
One feature of this embodiment is that memory cells are formed with data lines on a substrate with relatively low impurity concentration.

第2図は、チヤネル長2μm以下の短チヤネル
MOS型トランジスタにより周辺回路を構成した
例である。n基板17上に形成されたPウエル1
8内に、n+拡散層20,21をソース、ドレイ
ンとしnチヤネルMOSトランジスタを設ける。
ついで基板内に部分的に基板より高濃度のn型ウ
エル19を形成しn型ウエル19内にp+層22,
23を設けソース・ドレインとしpチヤネル
MOSトランジスタとなし、周辺回路Lとして用
いるものである。なお、25,26はゲート、2
9,30,31,32は電極を示す。メモリセル
Mの部分は第1図と同様で、27はシリコン層、
28はシリコンの転送電極、24はデータ線とな
るp+拡散層、100は絶縁層である。
Figure 2 shows a short channel with a channel length of 2 μm or less.
This is an example in which the peripheral circuit is configured using MOS transistors. P well 1 formed on n substrate 17
8, an n-channel MOS transistor is provided with the n + diffusion layers 20 and 21 as sources and drains.
Next, an n-type well 19 having a higher concentration than the substrate is formed partially in the substrate, and a p + layer 22,
23 is provided as the source and drain and p channel
It is used as a MOS transistor and as a peripheral circuit L. In addition, 25 and 26 are gates, 2
9, 30, 31, 32 indicate electrodes. The part of the memory cell M is the same as that in FIG. 1, and 27 is a silicon layer;
28 is a silicon transfer electrode, 24 is a p + diffusion layer which becomes a data line, and 100 is an insulating layer.

第1図、第2図にn型基板に対し、相補型の周
辺回路と低不純物濃度の基板に構成したメモリセ
ルを形成した例を示した。この構成の利点は以下
の通りである。
FIGS. 1 and 2 show examples in which complementary peripheral circuits and memory cells are formed on an n-type substrate and a low impurity concentration substrate. The advantages of this configuration are as follows.

(1) 相補型の周辺回路とn基板内に構成したメモ
リセルの使用により、極めて低電力のメモリが
構成できる。実験によると従来のn−MOSに
比較して1/7〜1/10の低電力化が達成でき
た。
(1) By using complementary peripheral circuits and memory cells configured on an n-type substrate, an extremely low power memory can be constructed. According to experiments, it was possible to achieve a power reduction of 1/7 to 1/10 compared to conventional n-MOS.

(2) 周辺回路が相補型にできるので消費電力が小
さく、大容量化に適している。
(2) Since the peripheral circuits can be complementary, power consumption is low and it is suitable for increasing capacity.

(3) 第2図のごとくウエルを有する構造を採ると
pチヤネル、nチヤネルの両方の型のトランジ
スタのチヤネル長を2μm以下にすることがで
き、周辺回路を高速化することができる。
(3) By adopting a structure with a well as shown in FIG. 2, the channel length of both p-channel and n-channel transistors can be reduced to 2 μm or less, and the speed of peripheral circuits can be increased.

さらに、本実施例の構成をとることは、次の
ような利点がある。
Furthermore, adopting the configuration of this embodiment has the following advantages.

(4) メモリセルの転送電極(第1図の15あるい
は第2図の28)下に形成されるトランジスタ
はソース・ドレインが交替されて使用される。
このような使用法においては、特に短チヤネル
(2μm程度以下)のとき酸化膜に電荷が注入さ
れ、より安定な動作を行ない得る。
(4) The transistor formed under the transfer electrode (15 in FIG. 1 or 28 in FIG. 2) of the memory cell is used with its source and drain alternated.
In such usage, charges are injected into the oxide film, especially when the channel is short (approximately 2 μm or less), resulting in more stable operation.

すなわち、以下に示す如く電荷の注入による
安定性は、pチヤンネル型MOSトランジスタ
のほうが、nチヤンネルMOSトランジスタよ
り優れている為、本発明の構成を採ることによ
り、安定な動作を確保できるものである。
In other words, as shown below, a p-channel MOS transistor has better stability due to charge injection than an n-channel MOS transistor, so by adopting the configuration of the present invention, stable operation can be ensured. .

第3図にソース、ドレイン領域が同じ形状を
有する対称形のMOS(酸化膜TOX=1000Å、n
チヤネルの場合の不純物濃度〜1015/cm8、p
チヤネルの場合〜5×1015/cm8である。)トラ
ンジスタを用いた実験結果を示す。同図はドレ
インに、ある電圧Vを加え、30秒動作させた
後、ドレインとソースを入れ替え、しきい電圧
を測定し、しきい電圧が元の値と異なる値にシ
フトする限界の電圧値をチヤネル長(Leff)の
関として示したものである。図より、Pチヤネ
ルはNチヤネルより安定な動作をすることがで
きる。また短チヤネル化が可能である。
Figure 3 shows a symmetrical MOS in which the source and drain regions have the same shape (oxide film T OX = 1000 Å, n
Impurity concentration in case of channel ~10 15 /cm 8 , p
In the case of a channel, it is ~5×10 15 /cm 8 . ) shows experimental results using transistors. The figure shows that a certain voltage V is applied to the drain, the drain is operated for 30 seconds, the drain and source are replaced, the threshold voltage is measured, and the limit voltage value at which the threshold voltage shifts to a value different from the original value is determined. It is shown as a function of channel length (L eff ). From the figure, the P channel can operate more stably than the N channel. Also, it is possible to shorten the channel.

(5) n基板上は欠陥の発生が少なく、リーク電流
が少ない。このため長いリフレツシユ時間を得
ることができる。
(5) On n-type substrates, there are fewer defects and less leakage current. Therefore, a long refresh time can be obtained.

本実施例の相補型MOS半導体メモリはその
基板が、データ線の高レベル電圧VHより高い
電圧VDD+になされることによりより有効とな
る。このVDD+の印加手段は一般的な回路を用
いて十分である。この電圧VDD+はデータ線容
量を可及的に減少せしめるように高くすること
が望ましいが、一方、pチヤネルMOSのしき
い電圧の絶対値(VTh)が、このバイアスによ
り必要以上に高くならないようにする必要があ
る。たとえばメモリの蓄積電荷は(VDD−|
VTH|)COXとなるがVDDが5Vの場合|VTH|が
2V以上になると、この値は急激に低下し、セ
ンスアンプで検知できなくなる。したがつて、
基板バイアスを加えたときp―MOSのVTH
2V以下が好ましい。また同様に周辺回路の動
作速度上からも2V以下が好ましい。所望のVDD
+の値としてはたとえば、ゲート直下の酸化膜
厚TOX500Å、基板不純物濃度N=1015cm-3
とき、VDD=5VならばVDD+は8〜10Vにとる
とデータ線容量は約2/3〜1/2となる。
The complementary MOS semiconductor memory of this embodiment becomes more effective by applying a voltage V DD + higher than the high level voltage V H of the data line to its substrate. It is sufficient to use a general circuit as a means for applying this V DD +. It is desirable to make this voltage V DD + high so as to reduce the data line capacitance as much as possible, but on the other hand, the absolute value of the threshold voltage (V Th ) of the p-channel MOS becomes higher than necessary due to this bias. It is necessary to prevent this from happening. For example, the accumulated charge in memory is (V DD − |
V TH |) C OX , but if V DD is 5V, |V TH |
When the voltage exceeds 2V, this value drops rapidly and becomes undetectable by the sense amplifier. Therefore,
When applying substrate bias, the V TH of p-MOS is
2V or less is preferable. Similarly, from the viewpoint of operating speed of peripheral circuits, 2V or less is preferable. Desired VDD
For example, when the oxide film thickness T OX directly under the gate is 500 Å, the substrate impurity concentration N = 10 15 cm -3 , and V DD = 5 V, if V DD + is set to 8 to 10 V, the data line capacitance is It will be about 2/3 to 1/2.

このような手段をとることにより、更に次の
ような利点を生ずる。
By taking such measures, the following advantages are further produced.

(6) メモリ・セルのデータ線24の底面部が濃度
の小さい層に接しているため容量が小さく、さ
らに常に逆バイアスされているため、データ線
と基板間の容量を一層小さくすることができ
る。このためメモリ・セル内の反転層と蓄積電
極27の間の蓄積容量CSとデータ線容量CD
比CS/CDを、センスアンプの許容範囲まで小
さくしたとき、CSが小さくてすみ、したがつ
て、セルのの面積を小さくすることができる。
(6) Since the bottom of the data line 24 of the memory cell is in contact with a low concentration layer, the capacitance is small, and since it is always reverse biased, the capacitance between the data line and the substrate can be further reduced. . Therefore, when the ratio C S /C D of the storage capacitance C S between the inversion layer in the memory cell and the storage electrode 27 to the data line capacitance C D is reduced to the allowable range of the sense amplifier, C S is small. Therefore, the area of the cell can be reduced.

第4図は本発明の具体的な実施例による回路図
である。同図において、PチヤネルMOSトラン
ジスタ33とnチヤネルMOSトランジスタ34
〜37は、アドレス・デコーダを形成し、pチヤ
ンネルMOSトランジスタ51とnチヤンネル
MOSトランジスタ52,38はワード線駆動回
路を形成し、ワード線67を選択する。実際に
は、タイミングパルスφxが高レベルになつたと
きpチヤネルトランジスタ51とnチヤネルトラ
ンジスタ52で形成されるインバータの出力端子
が低レベルとなり、これがnチヤネルMOSトラ
ンジスタ38を通してワード線67を低レベルに
することにより選択が行われる。これにより、p
チヤネルMOSトランジスタ39と容量43によ
り成るセル、またpチヤネルMOSトランジスタ
40と容量44により成るセルが読み出し状態と
なる。たとえば、CSの電荷はデータ線64に付い
た容量CD47に転送され、これが、センスアン
プを形成するPチヤネルおよびnチヤネルMOS
トランジスタ55〜60によりセンスされる。5
3,61はセンスアンプのスイツチ用トランジス
タである。すなわち、nチヤンネル型MOSトラ
ンジスタ38,52がオンとなりワード線67が
低レベルとなると、メモリセル回路のpチヤンネ
ル型MOSトランジスタ40がオンとなつて容量
44に蓄積されていたデジタル情報がデータ線6
4に伝達される。このようにして、データ線64
に伝達されたデジタル情報は相補型MOSトラン
ジスタ構成のセンスアンプ回路58,59,5
7,56によつて、電源電圧VDDのデジタル情報
“1”もしくは接地電圧のデジタル情報“0”の
レベルに完全増幅される。
FIG. 4 is a circuit diagram according to a specific embodiment of the present invention. In the same figure, a P-channel MOS transistor 33 and an N-channel MOS transistor 34
~37 form an address decoder, and are connected to a p-channel MOS transistor 51 and an n-channel MOS transistor.
MOS transistors 52 and 38 form a word line drive circuit and select word line 67. In reality, when the timing pulse φ The selection is made by This allows p
The cell consisting of channel MOS transistor 39 and capacitor 43 and the cell consisting of p-channel MOS transistor 40 and capacitor 44 are in the read state. For example, the charge on C S is transferred to the capacitor C D 47 attached to the data line 64, which in turn connects the P-channel and N-channel MOS transistors that form the sense amplifier.
Sensed by transistors 55-60. 5
Reference numerals 3 and 61 indicate switch transistors of the sense amplifier. That is, when the n-channel MOS transistors 38 and 52 are turned on and the word line 67 becomes low level, the p-channel MOS transistor 40 of the memory cell circuit is turned on and the digital information stored in the capacitor 44 is transferred to the data line 6.
4. In this way, the data line 64
The digital information transmitted to the sense amplifier circuits 58, 59, 5 each having a complementary MOS transistor configuration
7 and 56, it is completely amplified to the level of digital information "1" of the power supply voltage V DD or digital information "0" of the ground voltage.

メモリセル回路の容量44にデジタル情報
“1”が蓄積されていた場合は自然放電などで蓄
積電圧レベルは低下するが、相補型MOSトラン
ジスタ構成のセンスアンプ回路によつて完全増幅
されたデータ線64の情報がpチヤンネル型
MOSトランジスタ40を介して容量44に再書
き込みされる。このとき、pチヤンネル型MOS
トランジスタ40のデータ線64に接続された部
分はソースとして動作し、容量44に接続された
部分はドレインとして動作し、ゲートはnチヤン
ネル型MOSトランジスタ38によつて低レベル
に制御されているので、容量44には電源電圧
VDDのデジタル情報“1”がMOSトランジスタの
ゲート・ソース間のしきい値電圧損失無しに再書
き込みされ、いわゆるフルライト動作が可能とな
る。なお、図において、メモリ・セルのデータ線
容量を小さくするため、データ線はつねに逆バイ
アス状態になるよう、基板端子VDD+に対し、や
や低い電圧VDDでセンスアンプが駆動されてい
る。他の周辺回路はVDDで動作させても、VDD
で動作させてもよい。VDD+としてはたとえば
10V、VDDとしては7Vという値で実験を行つた結
果、これらの回路は良好に動作することが確認さ
れた。
If digital information "1" is stored in the capacitor 44 of the memory cell circuit, the stored voltage level will drop due to natural discharge, etc., but the data line 64 will be completely amplified by the sense amplifier circuit with complementary MOS transistor configuration. information is p-channel type
The data is rewritten into the capacitor 44 via the MOS transistor 40. At this time, p-channel type MOS
The portion of the transistor 40 connected to the data line 64 operates as a source, the portion connected to the capacitor 44 operates as a drain, and the gate is controlled to a low level by the n-channel MOS transistor 38. Capacitor 44 has power supply voltage
The digital information "1" of V DD is rewritten without loss of threshold voltage between the gate and source of the MOS transistor, making so-called full write operation possible. In the figure, in order to reduce the data line capacitance of the memory cell, the sense amplifier is driven at a slightly lower voltage V DD with respect to the substrate terminal V DD + so that the data line is always in a reverse bias state. Even if other peripheral circuits are operated at V DD , V DD +
You can also run it with For example, as V DD +
Experiments were conducted with values of 10V and V DD of 7V, and it was confirmed that these circuits operated well.

第5図、第6図は他の実施例である。第5図を
説明する。10Ωcmのn基板69の表面に濃度1012
cm-2のヒ素のn層71が約1μm拡散され、(一般
にn層71は不純物濃度が1012〜1013/cm2程度で
ある。)、この部分を1Ω・cmとしている。71,
73がPウエル70に形成されたnチヤネル
MOSのソース・ドレインで、74,75はPチ
ヤネルMOSのソース・ドレインとなるp+層7
6がデータ線となるp+層である。このときpウ
エル層の不純物濃度は1015〜1017/cm8程度であ
る。ソースとドレインは通常の寸法で作製すれば
よい。本構造の特徴は、データ線、及び周辺回路
のpチヤネルMOSのソース・ドレイン層が、比
較的濃度が高い層で囲まれているため、Pチヤネ
ルMOS、フイールド部分のMOSのしきい電圧が
第2図より高くなる。しかし、これらの底面部
は、濃度が低い基板に接しているから、データ線
容量は小さくできる。
FIGS. 5 and 6 show other embodiments. FIG. 5 will be explained. Concentration 10 12 on the surface of 10Ωcm n-substrate 69
The n-layer 71 of arsenic of cm -2 is diffused to a thickness of about 1 μm (generally, the impurity concentration of the n-layer 71 is about 10 12 to 10 13 /cm 2 ), and this portion is 1 Ω·cm. 71,
73 is an n-channel formed in the P-well 70
The source and drain of the MOS, 74 and 75 are the p+ layer 7 that becomes the source and drain of the P channel MOS.
6 is a p+ layer which becomes a data line. At this time, the impurity concentration of the p-well layer is about 10 15 to 10 17 /cm 8 . The source and drain may be manufactured with normal dimensions. The feature of this structure is that the data line and the source/drain layers of the p-channel MOS in the peripheral circuit are surrounded by layers with relatively high concentration, so that the threshold voltage of the p-channel MOS and the field part MOS is It will be higher than in Figure 2. However, since these bottom portions are in contact with a low-concentration substrate, the data line capacitance can be reduced.

なお、データ線の底面部より深く、n層71が
拡散されていても、その差が0.5μm以内ならば、
ほぼ空乏化されてしまうため、容量は同様小さく
できることが実験より分かつている。
Note that even if the n-layer 71 is diffused deeper than the bottom of the data line, if the difference is within 0.5 μm,
Experiments have shown that since the capacitance is almost depleted, the capacitance can be similarly reduced.

第6図は第2図とほぼ同様であるが、n層の基
板85に、局所酸化法によるSiO2膜103を形
成し、ゲート酸化を行つたあと、シリコン電極を
被着する。このあと、ボロンを拡散したPウエル
層86、ヒ素を拡散したnチヤネルMOSのソー
ス・ドレイン層87,88を順次、同じまどから
の拡散により、二重拡散法で形成している。その
あと、PチヤネルMOSのソース・ドレインp+
層89,90、および、データ線p+層91を拡
散している。
FIG. 6 is almost the same as FIG. 2, but a SiO 2 film 103 is formed on the n-layer substrate 85 by local oxidation, gate oxidation is performed, and then a silicon electrode is deposited. Thereafter, a boron-diffused P-well layer 86 and arsenic-diffused n-channel MOS source/drain layers 87 and 88 are successively formed by the double diffusion method by diffusion from the same window. After that, the source/drain p+ of the P channel MOS
Layers 89, 90 and data line p+ layer 91 are diffused.

第7図は第5図に示されている実施例とほぼ同
じ構造を有するが、その異なる点は、第6図に示
す実施例ではPウエル106とほぼ同じ程度の比
較的高い不純物濃度(例えば1016cm-3程度)を有
するn層107が、Pチヤネルトランジスタが形
成される領域にのみ形成され、かつ、このn層1
07がpウエル106とは互に離れて接しないよ
うに形成されることである。このような構造をと
ることにより、nチヤネル及びPチヤネルトラン
ジスタのそれぞれのしきい電圧を決める基板の不
純物濃度は、互いに無関係に決めることができる
ので、自由度が増す利点を有するようになる。
7 has almost the same structure as the embodiment shown in FIG. 5, except that in the embodiment shown in FIG. 10 16 cm -3 ) is formed only in the region where the P channel transistor is formed, and this n layer 107
07 and the p-well 106 are formed so as to be separated from each other and not in contact with each other. By adopting such a structure, the impurity concentration of the substrate that determines the threshold voltage of each of the n-channel and p-channel transistors can be determined independently of each other, which has the advantage of increasing the degree of freedom.

なお、第5図、第6図、第7図における各番号
は次の通りである。
In addition, each number in FIG. 5, FIG. 6, and FIG. 7 is as follows.

79,81,82,87,94,96,97,
99,115,117,118,120は電極、
80,83,95,98,116,119はゲー
ト、78,93,114はシリコン層、77,9
2,113は転送電極、76,91,112はデ
ータ線となる拡散層、101,102は絶縁層で
ある。
79, 81, 82, 87, 94, 96, 97,
99, 115, 117, 118, 120 are electrodes,
80, 83, 95, 98, 116, 119 are gates, 78, 93, 114 are silicon layers, 77, 9
2, 113 are transfer electrodes, 76, 91, 112 are diffusion layers that become data lines, and 101, 102 are insulating layers.

第8図は、一般にLOCOS法と呼ばれる局所酸
化法を応用した素子の製造工程の例を示すもので
ある。まず基板301上に選択酸化により形成し
た厚いフイールド酸化膜302をマスクにして、
p型ウエル304およびnウエル306を形成す
る(第8図A,B,C)。薄いゲート酸化膜30
1を形成した後、第1層目の多結晶シリコン30
7,308を被着し、周辺回路におけるpチヤネ
ルトランジスタおよびメモリセル部上の多結晶シ
リコン308にのみp形不純物を高濃度添加する
(第8図D)。メモリセル部にのみ酸化膜311を
形成し、その後、ホトエツチングによつて多結晶
シリコンにパターンを形成して、ゲート電極31
2,313および蓄積電極352を形成する(第
7図E)。その後、薄い酸化膜314を形成した
後、第2層目の多結晶シリコン315を被着し
(第8図F)、Nチヤネルトランジスタのソース・
ドレイン領域322及び第2層目の多結晶シリコ
ン315にn形不純物を高濃度添加する(第8図
G)。次に酸化膜316をNチヤネルトランジス
タ部とメモリセル転送電極360上に形成し、p
形不純物を高濃度添加してpウエル304内のp
形高濃度層317、pチヤネルトランジスタのソ
ース、ドレイン318、およびメモリセルのデー
タ線319を形成する(第8図H)。次に表面保
護膜320を被着し、最後に電極321を形成す
る(第8図I)。
FIG. 8 shows an example of an element manufacturing process applying a local oxidation method generally called the LOCOS method. First, using a thick field oxide film 302 formed by selective oxidation on a substrate 301 as a mask,
A p-type well 304 and an n-well 306 are formed (FIGS. 8A, B, and C). thin gate oxide film 30
1, the first layer of polycrystalline silicon 30 is formed.
7,308 is deposited, and p-type impurities are added at a high concentration only to the p-channel transistor in the peripheral circuit and the polycrystalline silicon 308 on the memory cell portion (FIG. 8D). An oxide film 311 is formed only in the memory cell area, and then a pattern is formed on the polycrystalline silicon by photoetching to form the gate electrode 31.
2, 313 and a storage electrode 352 are formed (FIG. 7E). After that, after forming a thin oxide film 314, a second layer of polycrystalline silicon 315 is deposited (FIG. 8F), and the source and
N-type impurities are added to the drain region 322 and the second layer of polycrystalline silicon 315 at a high concentration (FIG. 8G). Next, an oxide film 316 is formed on the N-channel transistor section and the memory cell transfer electrode 360, and the p
The p-type impurity in the p-well 304 is added at a high concentration.
A high concentration layer 317, a source and a drain 318 of a p-channel transistor, and a data line 319 of a memory cell are formed (FIG. 8H). Next, a surface protective film 320 is applied, and finally an electrode 321 is formed (FIG. 8I).

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

第1図は本発明の実施例による相補型MOS半
導体メモリの断面図、第2図、第5図、第6図、
第7図は本発明の実施例を示すメモリの断面図、
第3図はpチヤネルとnチヤネルMOSの最大使
用電圧を示す図、第4図は本発明を具体的に適用
した回路図、第8図は本発明のメモリの製造工程
の例を示す図である。 1,17,69,85,104,301は半導
体基板、2,18,19,70,86,106,
304,306はウエル不純物領域、3,4,2
0,21,71,73,87,88,107,1
08,109,322はn型不純物領域、5,
6,7,22,23,24,74,75,76,
89,90,91,110,111,112,3
18,319はp型不純物領域、9,12,2
5,26,80,83,95,98,116,1
19,312,313はゲート電極、14,2
7,78,93,114,352は容量電極、1
5,28,77,92,113,360は転送電
極、16,100,101,102,103,1
05,302,303は絶縁膜、8,10,1
1,13,29,30,31,32,79,8
1,82,84,94,96,97,99,11
5,117,118,120,321は電極、3
20は保護膜である。
FIG. 1 is a sectional view of a complementary MOS semiconductor memory according to an embodiment of the present invention, FIG. 2, FIG. 5, FIG.
FIG. 7 is a sectional view of a memory showing an embodiment of the present invention;
Fig. 3 is a diagram showing the maximum operating voltage of p-channel and n-channel MOS, Fig. 4 is a circuit diagram to which the present invention is specifically applied, and Fig. 8 is a diagram showing an example of the manufacturing process of the memory of the present invention. be. 1, 17, 69, 85, 104, 301 are semiconductor substrates, 2, 18, 19, 70, 86, 106,
304, 306 are well impurity regions, 3, 4, 2
0,21,71,73,87,88,107,1
08, 109, 322 are n-type impurity regions, 5,
6, 7, 22, 23, 24, 74, 75, 76,
89,90,91,110,111,112,3
18, 319 are p-type impurity regions, 9, 12, 2
5, 26, 80, 83, 95, 98, 116, 1
19, 312, 313 are gate electrodes, 14, 2
7, 78, 93, 114, 352 are capacitive electrodes, 1
5, 28, 77, 92, 113, 360 are transfer electrodes, 16, 100, 101, 102, 103, 1
05, 302, 303 are insulating films, 8, 10, 1
1, 13, 29, 30, 31, 32, 79, 8
1, 82, 84, 94, 96, 97, 99, 11
5, 117, 118, 120, 321 are electrodes, 3
20 is a protective film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 pチヤンネル型MOSトランジスタと容量と
からなるメモリセル回路と、上記pチヤンネル型
MOSトランジスタのソース又はドレインに接続
されたデータ線と、上記pチヤンネル型MOSト
ランジスタのゲートに接続されたワード線と、該
ワード線にソース又はドレインが接続されたnチ
ヤンネル型MOSトランジスタと、上記データ線
に接続されたセンスアンプ回路とを備え、 該センスアンプ回路はその入力が上記データ線
に接続された第1のインバータ回路と、その入力
が該第1のインバータ回路の出力に接続されその
出力が上記データ線に接続された第2のインバー
タ回路とからなり、上記第1と第2のインバータ
回路とはそれぞれソース・ドレイン経路が直列接
続されたpチヤンネル型MOSトランジスタとn
チヤンネル型MOSトランジスタとを具備し、 上記ワード線にソース又はドレインが接続され
た上記nチヤンネル型MOSトランジスタを通し
て上記ワード線を低レベルにすることによつて、
ワード線の選択を行うことを特徴とする相補型
MOS半導体メモリ。 2 上記ワード線にソース又はドレインが接続さ
れた上記nチヤンネル型MOSトランジスタのゲ
ートには相補型MOSトランジスタで構成された
ワード線選択回路の出力信号を入力して成ること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の相補型
MOS半導体メモリ。 3 上記ワード線にソース又はドレインが接続さ
れた上記nチヤンネル型MOSトランジスタのソ
ース又はドレインに、相補型MOSインバータ回
路の出力信号を入力して成ることを特徴とする特
許請求の範囲第1項又は、第2項記載の相補型
MOS半導体メモリ。
[Claims] 1. A memory cell circuit including a p-channel MOS transistor and a capacitor;
a data line connected to the source or drain of the MOS transistor, a word line connected to the gate of the p-channel MOS transistor, an n-channel MOS transistor whose source or drain is connected to the word line, and the data a first inverter circuit whose input is connected to the data line; and a sense amplifier circuit whose input is connected to the output of the first inverter circuit and whose output is connected to the data line. and a second inverter circuit connected to the data line, and the first and second inverter circuits each include a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor whose source/drain paths are connected in series.
by bringing the word line to a low level through the n-channel MOS transistor, the source or drain of which is connected to the word line;
Complementary type characterized by word line selection
MOS semiconductor memory. 2. An output signal of a word line selection circuit composed of complementary MOS transistors is input to the gate of the n-channel MOS transistor whose source or drain is connected to the word line. Complementary type described in range 1
MOS semiconductor memory. 3. An output signal from a complementary MOS inverter circuit is input to the source or drain of the n-channel MOS transistor whose source or drain is connected to the word line, or , the complementary type described in Section 2
MOS semiconductor memory.
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