KR20090009699A - Semiconductor memory device comprising capacitor-less dynamic memory cells, dynamic memory cell for the same, and memory system comprising the same - Google Patents
Semiconductor memory device comprising capacitor-less dynamic memory cells, dynamic memory cell for the same, and memory system comprising the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20090009699A KR20090009699A KR1020080055182A KR20080055182A KR20090009699A KR 20090009699 A KR20090009699 A KR 20090009699A KR 1020080055182 A KR1020080055182 A KR 1020080055182A KR 20080055182 A KR20080055182 A KR 20080055182A KR 20090009699 A KR20090009699 A KR 20090009699A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- region
- signal
- body region
- memory cell
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
- G11C11/34—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
- G11C11/40—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
- G11C11/401—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
- G11C11/406—Management or control of the refreshing or charge-regeneration cycles
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
- G11C11/34—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
- G11C11/40—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
- G11C11/401—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
- G11C11/4063—Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing
- G11C11/407—Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing for memory cells of the field-effect type
- G11C11/408—Address circuits
- G11C11/4085—Word line control circuits, e.g. word line drivers, - boosters, - pull-up, - pull-down, - precharge
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
- G11C11/34—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
- G11C11/40—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
- G11C11/401—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
- G11C11/4063—Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing
- G11C11/407—Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing for memory cells of the field-effect type
- G11C11/409—Read-write [R-W] circuits
- G11C11/4094—Bit-line management or control circuits
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
- G11C11/34—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
- G11C11/40—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
- G11C11/401—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
- G11C11/4063—Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing
- G11C11/407—Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing for memory cells of the field-effect type
- G11C11/409—Read-write [R-W] circuits
- G11C11/4096—Input/output [I/O] data management or control circuits, e.g. reading or writing circuits, I/O drivers or bit-line switches
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Dram (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 특히 커패시터가 없는 동적 메모리 셀을 구비한 반도체 메모리 장치, 이 장치를 위한 동적 메모리 셀, 및 이 장치를 구비한 메모리 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적인 동적 반도체 메모리 장치의 메모리 셀은 하나의 셀 커패시터와 하나의 억세스 트랜지스터로 구성된다. A memory cell of a typical dynamic semiconductor memory device is composed of one cell capacitor and one access transistor.
레이아웃 면적을 증가함이 없이 반도체 메모리 장치의 용량을 계속적으로 증가시키고자 노력하고 있다. 그러나, 일반적인 동적 반도체 메모리 장치의 메모리 셀을 사용하여 레이아웃 면적의 증가없이 용량을 증가시키는 데는 한계가 있다. Efforts have been made to continuously increase the capacity of semiconductor memory devices without increasing the layout area. However, there is a limit in increasing capacity without increasing layout area by using memory cells of a general dynamic semiconductor memory device.
그래서, 최근에는 커패시터가 없는 플로팅 바디 트랜지스터를 가지는 동적 메모리 셀이 소개되었으며, 이에 따라 일반적인 동적 반도체 메모리 장치의 메모리 셀에 비해서 동일한 면적에 보다 많은 수의 메모리 셀을 집적화하는 것이 가능하게 되었다.Therefore, recently, a dynamic memory cell having a floating body transistor without a capacitor has been introduced, and thus, it is possible to integrate a larger number of memory cells in the same area as compared to memory cells of a general dynamic semiconductor memory device.
그러나, 커패시터가 없는 플로팅 바디 트랜지스터를 가지는 동적 메모리 셀은 플로팅 바디에 전하를 축적하며, 플로팅 바디에 축적된 전하는 일반적인 동적 메모리 셀과 마찬가지로 일정 시간이 지나면 전하가 소실된다. However, a dynamic memory cell having a floating body transistor without a capacitor accumulates charges in the floating body, and charges accumulated in the floating body, like a typical dynamic memory cell, lose their charge after a certain time.
따라서, 커패시터가 없는 플로팅 바디 트랜지스터를 가지는 동적 메모리 셀의 성능은 전하 보유 시간을 늘리고, 리드, 라이트 동작이 고속으로 이루어질 수 있도록 하는데 있다.Therefore, the performance of a dynamic memory cell having a capacitorless floating body transistor is to increase the charge retention time and to allow read and write operations to be performed at high speed.
미국 특허 공개 공보 제2007/0058427호에 공개된 기술은 바이폴라 접합 트랜지스터 동작을 사용하여 데이터를 라이트 및 리드하는 메모리 셀 어레이를 공개하고 있으나, 여기에 공개된 기술은 라이트 및 리드 동작을 위한 제어가 복잡하다.The technique disclosed in U.S. Patent Publication No. 2007/0058427 discloses a memory cell array that writes and reads data using bipolar junction transistor operation, but the technique disclosed herein is complicated to control for write and read operation. Do.
본 발명의 목적은 바이폴라 접합 트랜지스터 동작을 위한 제어가 용이한 커패시터가 없는 동적 메모리 셀을 구비한 반도체 메모리 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device having an easy-to-control capacitor-free dynamic memory cell for bipolar junction transistor operation.
본 발명의 다른 목적은 데이터 보유 시간을 늘리고, 바이폴라 접합 트랜지스터 동작이 잘 일어나게 하여 동작 속도를 개선할 수 있는 커패시터가 없는 플로팅 바디를 구비하는 동적 메모리 셀을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a dynamic memory cell having a capacitorless floating body that can increase data retention time and improve bipolar junction transistor operation to improve operation speed.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 반도체 메모리 장치를 구비한 메모리 시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a memory system having a semiconductor memory device for achieving the above object.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치는 복수개의 워드 라인들, 복수개의 소스 라인들 및 복수개의 비트 라인들 각각의 사이에 연결된 플로팅 바디를 가지는 트랜지스터를 구비하는 복수개의 메모리 셀들을 구비하는 메모리 셀 어레이, 및 적어도 하나의 상기 소스 라인과 적어도 하나의 상기 워드 라인으로 라이트 동작시의 제1기간에 제1라이트 제어신호를 인가하고, 리드 동작시에 리드 제어신호를 인가하고, 리프레쉬 동작시에 적어도 하나의 상기 비트 라인 또는 적어도 2개의 상기 소스 라인들로 리프레쉬 제어신호를 인가하는 제어부를 구비하고, 상기 라이트 동작시의 상기 제1기간에 상기 비트 라인으로 제1데이터 상태에 대응하는 전압이 인가되면 상기 선택된 적어도 하나의 메모리 셀에 제1바이폴라 전류가 각각 흐르고, 상기 리드 동작시에 상기 선택된 적어도 하나의 메모리 셀에 상 기 제1데이터 상태가 저장되어 있으면 제2바이폴라 전류가 흐르고, 상기 리프레쉬 동작시에 상기 선택된 적어도 하나의 메모리 셀에 상기 제1데이터 상태가 저장되어 있으면 제3바이폴라 전류가 흐르는 것을 특징으로 한다.A semiconductor memory device of the present invention for achieving the above object comprises a plurality of memory cells having a transistor having a floating body connected between each of a plurality of word lines, a plurality of source lines and a plurality of bit lines Applying a first write control signal to a memory cell array and at least one of said source line and at least one said word line in a first period during a write operation, a read control signal during a read operation, and a refresh operation. And a control unit for applying a refresh control signal to at least one of the bit lines or at least two of the source lines, wherein a voltage corresponding to a first data state is applied to the bit lines in the first period during the write operation. When applied, a first bipolar current flows through the selected at least one memory cell, respectively. If the first data state is stored in the selected at least one memory cell during a read operation, a second bipolar current flows, and the first data state is stored in the selected at least one memory cell during the refresh operation. If so, the third bipolar current flows.
상기 제어부는 데이터 유지 동작시에 상기 복수개의 워드 라인들, 및 상기 복수개의 소스 라인들 각각으로 데이터 유지 제어신호를 인가하는 것을 특징으로 한다. The control unit may apply a data retention control signal to each of the plurality of word lines and the plurality of source lines during a data holding operation.
상기 반도체 메모리 장치는 상기 리드 동작시에 상기 비트 라인을 통하여 흐르는 전류를 감지하여 데이터를 리드하거나, 상기 비트 라인의 전압을 감지하여 데이터를 리드하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor memory device may read data by sensing a current flowing through the bit line during the read operation, or read data by sensing a voltage of the bit line.
상기 제어부는 상기 라이트 동작시와 상기 리드 동작시에 비선택된 적어도 하나의 메모리 셀의 비트 라인으로 라이트 및 리드 금지 제어신호를 인가하는 것을 특징으로 한다.The controller may apply a write and read prohibition control signal to a bit line of at least one memory cell which is unselected during the write operation and the read operation.
일 형태로서, 상기 메모리 셀 어레이는 상기 복수개의 워드 라인들과 상기 복수개의 소스 라인들은 동일 방향으로 배치되고, 상기 복수개의 비트 라인들은 상기 복수개의 워드 라인들과 직교하는 방향으로 배치되고, 상기 비트 라인 방향으로 인접한 2개씩의 상기 플로팅 바디 트랜지스터들의 드레인이 공통 연결되고, 상기 워드 라인 방향으로 배치된 상기 플로팅 바디 트랜지스터들의 소스 및 게이트가 각각 공통 연결되고, 상기 플로팅 바디를 가지는 트랜지스터의 상기 소스가 상기 복수개의 소스 라인들중 해당 소스 라인에 연결되고, 상기 게이트가 상기 복수개의 워드 라인들중 해당 워드 라인에 연결되고, 상기 드레인이 상기 복수개의 비트 라 인들중 해당 비트 라인에 연결되어 배치되는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the memory cell array may include the plurality of word lines and the plurality of source lines in the same direction, and the plurality of bit lines may be disposed in a direction orthogonal to the plurality of word lines. Drains of the two floating body transistors adjacent in a line direction are commonly connected, a source and a gate of the floating body transistors arranged in the word line direction are respectively commonly connected, and the source of the transistor having the floating body is Connected to a corresponding one of a plurality of source lines, the gate connected to a corresponding one of the plurality of word lines, and the drain connected to a corresponding one of the plurality of bit lines. It features.
일 형태로서, 상기 제어부는 상기 적어도 하나의 소스 라인과 상기 적어도 하나의 워드 라인으로 상기 라이트 동작시의 제2기간에 제2라이트 제어신호를 인가하고, 상기 라이트 동작시의 상기 제2기간에 상기 제2바이폴라 전류를 흐르게 하는 것을 특징으로 한다. 상기 제어부는 상기 복수개의 비트 라인들로 데이터가 인가된 후, 상기 적어도 하나의 소스 라인 및 상기 적어도 하나의 워드 라인 각각으로 상기 제1라이트 제어신호를 순차적으로 인가하고, 상기 라이트 동작시의 제2기간에 상기 적어도 하나의 워드 라인 및 상기 적어도 하나의 소스 라인으로 상기 제2라이트 제어신호를 순차적으로 인가하고 상기 복수개의 비트 라인들로 데이터가 인가되는 것을 종료하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit applies a second write control signal to the at least one source line and the at least one word line in a second period during the write operation, and in the second period during the write operation. The second bipolar current is characterized by flowing. After the data is applied to the plurality of bit lines, the controller sequentially applies the first write control signal to each of the at least one source line and the at least one word line, and then performs a second operation during the write operation. And sequentially applying the second write control signal to the at least one word line and the at least one source line in the period and to apply data to the plurality of bit lines.
상기 제1라이트 제어신호는 상기 적어도 하나의 소스 라인으로 인가되는 제1전압을 가지는 신호 및 상기 적어도 하나의 워드 라인으로 인가되는 상기 제1전압보다 낮은 제2전압을 가지는 신호를 포함하고, 상기 제2라이트 제어신호는 상기 적어도 하나의 소스 라인으로 인가되는 상기 제1전압을 가지는 신호 및 상기 적어도 하나의 워드 라인으로 인가되는 상기 제2전압보다 낮은 제3전압을 가지는 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 리드 제어신호는 상기 적어도 하나의 소스 라인으로 인가되는 상기 제1전압을 가지는 신호 및 상기 적어도 하나의 워드 라인으로 인가되는 상기 제3전압을 가지는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 데이터 유지 제어신호는 상기 복수개의 소스 라인들로 인가되는 상기 제2전압을 가지는 신호, 상기 복수개의 워드 라인들로 인가되는 상기 제3전압의 신호, 및 상기 복 수개의 비트 라인들로 인가되는 상기 제2전압을 가지는 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다. The first write control signal includes a signal having a first voltage applied to the at least one source line and a signal having a second voltage lower than the first voltage applied to the at least one word line. The two-light control signal may include a signal having the first voltage applied to the at least one source line and a signal having a third voltage lower than the second voltage applied to the at least one word line. . The read control signal may include a signal having the first voltage applied to the at least one source line and a signal having the third voltage applied to the at least one word line. The signal includes a signal having the second voltage applied to the plurality of source lines, a signal of the third voltage applied to the plurality of word lines, and the second voltage applied to the plurality of bit lines. Characterized in that it comprises a signal having.
상기 리프레쉬 제어신호는 상기 복수개의 소스 라인들 및 상기 복수개의 워드 라인들 각각으로 인가되는 상기 제2전압을 가지는 신호 및 상기 제3전압을 가지는 신호를 포함하고, 상기 복수개의 비트 라인들의 적어도 하나씩의 비트 라인들로 순차적으로 인가되는 상기 제1전압을 가지는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하거나, 상기 복수개의 소스 라인들, 상기 복수개의 워드 라인들 및 상기 복수개의 비트 라인들 각각으로 인가되는 상기 제2전압을 가지는 신호, 상기 제3전압을 가지는 신호 및 상기 제1전압을 가지는 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또는, 상기 리프레쉬 제어신호는 상기 복수개의 비트 라인들 및 상기 복수개의 워드 라인들 각각으로 인가되는 상기 제2전압을 가지는 신호 및 상기 제3전압을 가지는 신호를 포함하고, 상기 복수개의 소스 라인들의 적어도 2개씩의 소스 라인들로 순차적으로 인가되는 상기 제1전압을 가지는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하거나, 상기 리프레쉬 제어신호는 상기 복수개의 비트 라인들, 상기 복수개의 워드 라인들 및 상기 복수개의 소스 라인들 각각으로 인가되는 상기 제2전압을 가지는 신호, 상기 제3전압을 가지는 신호 및 상기 제1전압을 가지는 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다.The refresh control signal may include a signal having the second voltage and a signal having the third voltage applied to each of the plurality of source lines and the plurality of word lines, and the at least one of the plurality of bit lines. Or a signal having the first voltage sequentially applied to the bit lines, or the second applied to the plurality of source lines, the plurality of word lines, and the plurality of bit lines, respectively. And a signal having a voltage, a signal having the third voltage, and a signal having the first voltage. Alternatively, the refresh control signal may include a signal having the second voltage and a signal having the third voltage applied to each of the plurality of bit lines and the plurality of word lines, and the at least one of the plurality of source lines. Or the refresh control signal comprises the plurality of bit lines, the plurality of word lines, and the plurality of source lines. And a signal having the second voltage applied to each of them, a signal having the third voltage, and a signal having the first voltage.
상기 메모리 셀 어레이는 복수개의 메모리 셀 어레이 블록들을 구비하고, 상기 리프레쉬 제어신호는 상기 복수개의 메모리 셀 어레이 블록들 각각의 상기 복수개의 소스 라인들, 상기 복수개의 워드 라인들 및 상기 복수개의 비트 라인들 각각 으로 인가되는 상기 제2전압을 가지는 신호, 상기 제3전압을 가지는 신호 및 상기 제1전압을 가지는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하거나, 상기 복수개의 메모리 셀 어레이 블록들 각각의 상기 복수개의 비트 라인들, 상기 복수개의 워드 라인들 및 상기 복수개의 소스 라인들 각각으로 인가되는 상기 제2전압을 가지는 신호, 상기 제3전압을 가지는 신호 및 상기 제1전압을 가지는 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다.The memory cell array may include a plurality of memory cell array blocks, and the refresh control signal may include the plurality of source lines, the plurality of word lines, and the plurality of bit lines of each of the plurality of memory cell array blocks. Or a signal having the second voltage, a signal having the third voltage, and a signal having the first voltage, respectively, or the plurality of bit lines of each of the plurality of memory cell array blocks. For example, a signal having the second voltage, a signal having the third voltage, and a signal having the first voltage may be applied to each of the plurality of word lines and the plurality of source lines.
상기 제어부는 상기 라이트 동작시의 상기 제1기간 및 제2기간과 상기 리드 동작시에 비선택된 적어도 하나의 메모리 셀의 비트 라인으로 상기 제1전압보다 낮고 상기 제2전압보다 높은 제4전압의 신호를 인가하는 것을 특징으로 한다.The controller is a bit line of at least one memory cell that is unselected during the read operation and the first period and the second period during the write operation, and a signal having a fourth voltage lower than the first voltage and higher than the second voltage. Characterized in that the application.
다른 형태로서, 상기 메모리 셀 어레이는 상기 복수개의 워드 라인들과 상기 복수개의 소스 라인들은 동일 방향으로 배치되고, 상기 복수개의 비트 라인들은 상기 복수개의 워드 라인들과 직교하는 방향으로 배치되고, 상기 비트 라인 방향으로 인접한 상기 플로팅 바디 트랜지스터들의 드레인 및 소스가 각각 공통 연결되고, 상기 워드 라인 방향으로 배치된 상기 플로팅 바디 트랜지스터들의 소스 및 게이트가 각각 공통 연결되고, 상기 플로팅 바디를 가지는 트랜지스터의 상기 소스가 상기 복수개의 소스 라인들중 해당 소스 라인에 연결되고, 상기 게이트가 상기 복수개의 워드 라인들중 해당 워드 라인에 연결되고, 상기 드레인이 상기 복수개의 비트 라인들중 해당 비트 라인에 연결되어 배치되는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the memory cell array may include the plurality of word lines and the plurality of source lines in the same direction, and the plurality of bit lines may be disposed in a direction orthogonal to the plurality of word lines. A drain and a source of the floating body transistors adjacent in a line direction are respectively connected in common, a source and a gate of the floating body transistors arranged in the word line direction are respectively connected in common, and the source of the transistor having the floating body is A gate is connected to a corresponding one of a plurality of source lines, the gate is connected to a corresponding one of the plurality of word lines, and the drain is connected to a corresponding one of the plurality of bit lines. It is done.
다른 형태로서, 상기 제어부는 상기 복수개의 비트 라인들로 데이터가 인가된 후, 상기 적어도 하나의 소스 라인 및 상기 적어도 하나의 워드 라인 각각으로 상기 제1라이트 제어신호를 순차적으로 인가하고, 상기 적어도 하나의 워드 라인 및 상기 적어도 하나의 소스 라인으로 인가되는 상기 제1라이트 제어신호를 순차적으로 종료한 후, 상기 복수개의 비트 라인들로 데이터가 인가되는 것을 종료하는 것을 특징으로 한다.In another embodiment, after the data is applied to the plurality of bit lines, the controller sequentially applies the first write control signal to each of the at least one source line and the at least one word line, and the at least one And sequentially terminating the first write control signal applied to the word line and the at least one source line, and ending the application of data to the plurality of bit lines.
상기 제1라이트 제어신호는 상기 적어도 하나의 소스 라인으로 인가되는 제1전압을 가지는 신호 및 상기 적어도 하나의 워드 라인으로 인가되는 상기 제1전압보다 낮은 제2전압을 가지는 신호를 포함하고, 상기 리드 제어신호는 상기 적어도 하나의 소스 라인으로 인가되는 상기 제1전압을 가지는 신호 및 상기 적어도 하나의 워드 라인으로 인가되는 상기 제2전압보다 낮은 제3전압을 가지는 신호를 포함하고, 상기 데이터 유지 제어신호는 상기 복수개의 소스 라인들로 인가되는 상기 제1전압을 가지는 신호, 상기 복수개의 워드 라인들로 인가되는 상기 제3전압보다 낮은 제4전압을 가지는 신호, 및 상기 복수개의 비트 라인들로 인가되는 상기 제2전압을 가지는 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다.The first write control signal includes a signal having a first voltage applied to the at least one source line and a signal having a second voltage lower than the first voltage applied to the at least one word line. The control signal includes a signal having the first voltage applied to the at least one source line and a signal having a third voltage lower than the second voltage applied to the at least one word line, and the data retention control signal. Is a signal having the first voltage applied to the plurality of source lines, a signal having a fourth voltage lower than the third voltage applied to the plurality of word lines, and the plurality of bit lines. And a signal having the second voltage.
상기 리프레쉬 제어신호는 상기 복수개의 소스 라인들 및 상기 복수개의 워드 라인들 각각으로 인가되는 상기 제2전압을 가지는 신호 및 상기 제4전압을 가지는 신호를 포함하고, 상기 복수개의 비트 라인들의 적어도 하나씩의 비트 라인들로 순차적으로 인가되는 상기 제1전압을 가지는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하거나, 상기 복수개의 소스 라인들, 상기 복수개의 워드 라인들 및 상기 복수개의 비트 라인들 각각으로 인가되는 상기 제2전압을 가지는 신호, 상기 제4전압을 가지는 신호 및 상기 제1전압을 가지는 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또는, 상기 리프레쉬 제어신호는 상기 복수개의 비트 라인들 및 상기 복수개의 워드 라인들 각각으로 인가되는 상기 제2전압을 가지는 신호 및 상기 제4전압을 가지는 신호를 포함하고, 상기 복수개의 소스 라인들의 적어도 2개씩의 소스 라인들로 순차적으로 인가되는 상기 제1전압을 가지는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하거나, 상기 복수개의 비트 라인들, 상기 복수개의 워드 라인들 및 상기 복수개의 소스 라인들 각각으로 인가되는 상기 제2전압을 가지는 신호, 상기 제4전압을 가지는 신호 및 상기 제1전압을 가지는 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다.The refresh control signal may include a signal having the second voltage and a signal having the fourth voltage applied to each of the plurality of source lines and the plurality of word lines, and at least one of the plurality of bit lines. Or a signal having the first voltage sequentially applied to the bit lines, or the second applied to the plurality of source lines, the plurality of word lines, and the plurality of bit lines, respectively. And a signal having a voltage, a signal having the fourth voltage, and a signal having the first voltage. Alternatively, the refresh control signal may include a signal having the second voltage and a signal having the fourth voltage applied to each of the plurality of bit lines and the plurality of word lines, and the at least one of the plurality of source lines. Or a signal having the first voltage sequentially applied to two source lines, or applied to each of the plurality of bit lines, the plurality of word lines, and the plurality of source lines. And a signal having the second voltage, a signal having the fourth voltage, and a signal having the first voltage.
또한, 상기 메모리 셀 어레이는 복수개의 메모리 셀 어레이 블록들을 구비하고, 상기 리프레쉬 제어신호는 상기 복수개의 메모리 셀 어레이 블록들 각각의 상기 복수개의 소스 라인들, 상기 복수개의 워드 라인들 및 상기 복수개의 비트 라인들 각각으로 인가되는 상기 제2전압을 가지는 신호, 상기 제4전압을 가지는 신호 및 상기 제1전압을 가지는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하거나, 상기 복수개의 메모리 셀 어레이 블록들 각각의 상기 복수개의 비트 라인들, 상기 복수개의 워드 라인들 및 상기 복수개의 소스 라인들 각각으로 인가되는 상기 제2전압을 가지는 신호, 상기 제4전압을 가지는 신호 및 상기 제1전압을 가지는 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다.The memory cell array may include a plurality of memory cell array blocks, and the refresh control signal may include the plurality of source lines, the plurality of word lines, and the plurality of bits of each of the plurality of memory cell array blocks. A signal having the second voltage applied to each of the lines, a signal having the fourth voltage, and a signal having the first voltage, or the plurality of each of the plurality of memory cell array blocks. And a signal having the second voltage, a signal having the fourth voltage, and a signal having the first voltage applied to bit lines, the plurality of word lines, and the plurality of source lines, respectively. do.
상기 제어부는 상기 라이트 동작시의 상기 제1기간과 상기 리드 동작시에 비선택된 적어도 하나의 메모리 셀의 비트 라인으로 상기 제1전압보다 낮고 상기 제2전압보다 높은 제4전압의 신호를 인가하는 것을 특징으로 한다.The controller may be configured to apply a signal having a fourth voltage lower than the first voltage and higher than the second voltage to the bit line of the at least one memory cell that is unselected during the write operation and the read operation. It features.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예의 수평 구조의 커패시 터가 없는 동적 메모리 셀은 기판 상에 플로팅 바디 형태로 제공된 반도체 패턴, 상기 반도체 패턴에 상기 제1도전형과 다른 제2도전형을 갖도록 제공되며 서로 이격된 제1및 제2불순물 영역들, 상기 제1및 제2불순물 영역들사이의 상기 반도체 패턴에 제공된 상기 제1도전형의 제1바디 영역, 및 상기 제1바디 영역 상에 제공되며 상기 제1바디 영역보다 작은 폭을 갖는 상기 제1도전형의 게이트 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one or more embodiments of the present invention, there is provided a capacitorless dynamic memory cell including a semiconductor pattern provided in the form of a floating body on a substrate, and a second conductive material different from the first conductive type in the semiconductor pattern. First and second impurity regions provided to have a shape and spaced apart from each other, a first body region of the first conductive type provided in the semiconductor pattern between the first and second impurity regions, and the first body region And a gate pattern of the first conductivity type provided on and having a width smaller than that of the first body region.
상기 제1도전형은 p형이고, 상기 제2도전형은 n형일 수 있으며, 상기 제1불순물 영역은 바이폴라 접합 트랜지스터의 에미터일 수 있고, 상기 제2불순물 영역은 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터일 수 있다.The first conductivity type may be p-type, the second conductivity type may be n-type, the first impurity region may be an emitter of a bipolar junction transistor, and the second impurity region may be a collector of a bipolar junction transistor. .
상기 동적 메모리 셀은 상기 제1바디 영역의 양 측벽들중 적어도 하나의 측벽으로부터 연장되고 상기 제1도전형을 가지는 확장 반도체 패턴을 추가적으로 구비할 수 있다.The dynamic memory cell may further include an extended semiconductor pattern extending from at least one sidewall of both sidewalls of the first body region and having the first conductivity type.
제1형태로서, 상기 동적 메모리 셀은 상기 게이트 패턴과 상기 반도체 패턴은 서로 중첩되지 않는 것을 특징으로 한다. In a first aspect, the dynamic memory cell is characterized in that the gate pattern and the semiconductor pattern do not overlap each other.
제2형태로서, 상기 동적 메모리 셀은 상기 제1불순물 영역과 상기 제1바디 영역사이에 개재되고 상기 제1바디 영역과 다른 불순물 농도를 갖는 상기 제1도전형의 제2바디 영역을 추가적으로 구비하고, 상기 게이트 패턴은 상기 제1바디 영역 및 상기 제2바디 영역과 중첩되고 상기 제1불순물 영역의 일부 및 상기 제2불순물 영역의 일부와 중첩되도록 신장되어 상기 게이트 패턴의 폭이 상기 제1바디 영역 및 상기 제2바디 영역의 폭을 합한 폭보다 큰 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 제2바디 영역은 상기 제1바디 영역보다 낮은 불순물 농도를 가지는 것을 특징으로 한다.In a second aspect, the dynamic memory cell further includes a second body region of the first conductivity type interposed between the first impurity region and the first body region and having a different impurity concentration from the first body region. And the gate pattern overlaps the first body region and the second body region and extends to overlap a portion of the first impurity region and a portion of the second impurity region so that the width of the gate pattern is the first body region. And a width greater than the sum of the widths of the second body regions. The second body region has a lower impurity concentration than the first body region.
제3형태로서, 상기 동적 메모리 셀은 상기 제1불순물 영역과 상기 제1바디 영역 사이에 개재되고 상기 제1바디 영역과 다른 불순물 농도를 갖는 상기 제1도전형의 제2바디 영역을 추가적으로 구비하고, 상기 게이트 패턴이 상기 제1불순물 영역의 일부와 중첩되도록 신장되고, 상기 게이트 패턴이 상기 제2불순물 영역과 중첩되지 않는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 제2바디 영역은 상기 제1바디 영역보다 낮은 불순물 농도를 가지는 것을 특징으로 한다.In a third aspect, the dynamic memory cell further includes a second body region of the first conductivity type interposed between the first impurity region and the first body region and having a different impurity concentration from the first body region. The gate pattern extends to overlap a portion of the first impurity region, and the gate pattern does not overlap the second impurity region. The second body region has a lower impurity concentration than the first body region.
제4형태로서, 상기 동적 메모리 셀은 상기 제1바디 영역과 상기 제2불순물 영역사이에 개재된 버퍼 영역을 추가적으로 구비하고, 상기 게이트 패턴이 상기 제1불순물 영역의 일부 및 상기 버퍼 영역의 일부와 중첩되도록 신장되는 것을 특징으로 하고, 상기 버퍼 영역은 상기 제1바디 영역과 동일한 도전형을 가지며 상기 제1바디 영역보다 낮은 불순물 농도를 가지거나, 상기 제2불순물 영역과 동일한 도전형을 가지며 제2불순물 영역보다 낮은 불순물 농도를 가지는 것을 특징으로 한다.In a fourth aspect, the dynamic memory cell may further include a buffer region interposed between the first body region and the second impurity region, and the gate pattern may include a portion of the first impurity region and a portion of the buffer region. And the buffer region has the same conductivity type as the first body region and has a lower impurity concentration than the first body region, or has the same conductivity type as the second impurity region and has a second conductivity type. The impurity concentration is lower than that of the impurity region.
제5형태로서, 상기 동적 메모리 셀은 상기 제1바디 영역과 상기 제2불순물 영역사이에 개재된 버퍼 영역을 추가적으로 구비하고, 상기 게이트 패턴이 상기 제1불순물 영역의 일부와 중첩되고, 상기 버퍼 영역과 중첩되지 않도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 버퍼 영역은 상기 제1바디 영역과 동일한 도전형을 가지며 상기 제1바디 영역보다 낮은 불순물 농도를 가지거나, 상기 제2불순물 영역과 동일 한 도전형을 가지며 상기 제2불순물 영역보다 낮은 불순물 농도를 가지는 것을 특징으로 한다.In a fifth aspect, the dynamic memory cell further includes a buffer region interposed between the first body region and the second impurity region, wherein the gate pattern overlaps a portion of the first impurity region, and the buffer region. It is characterized in that it is formed so as not to overlap. The buffer region has the same conductivity type as the first body region and has a lower impurity concentration than the first body region, or has the same conductivity type as the second impurity region and has a lower impurity concentration than the second impurity region. It is characterized by having.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예의 수직 구조의 커패시터가 없는 동적 메모리 셀은 제1도전형의 기판상에 제공된 반도체 패턴, 상기 반도체 패턴의 하부 영역에 제공되고 상기 제1도전형과 다른 제2도전형을 갖는 제1불순물 영역, 상기 반도체 패턴의 상부 영역에 제공된 상기 제2도전형의 제2불순물 영역, 상기 제1불순물 영역 및 상기 제2불순물 영역사이의 상기 반도체 패턴에 제공된 상기 제1도전형의 제1바디 영역, 상기 제1바디 영역의 측벽 상에 제공되며 상기 제1바디 영역보다 작은 폭을 갖는 제1도전형의 게이트 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, a capacitorless dynamic memory cell having a vertical structure is provided on a semiconductor pattern provided on a substrate of a first conductivity type, and provided in a lower region of the semiconductor pattern. The first impurity region having another second conductivity type, the second impurity region of the second conductivity type provided in the upper region of the semiconductor pattern, the semiconductor pattern provided between the first impurity region and the second impurity region And a first conductive type gate pattern provided on the first body region of the first conductive type and a sidewall of the first body region and having a width smaller than that of the first body region.
상기 제1도전형은 p형이고, 상기 제2도전형은 n형일 수 있고, 상기 제1불순물 영역은 바이폴라 접합 트랜지스터의 에미터이고, 상기 제2불순물 영역은 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터일 수 있다.The first conductivity type may be p-type, the second conductivity type may be n-type, the first impurity region may be an emitter of a bipolar junction transistor, and the second impurity region may be a collector of a bipolar junction transistor.
제1형태로서, 상기 게이트 패턴과 상기 제1불순물 영역 및 상기 제2불순물 영역은 서로 중첩되지 않는 것을 특징으로 한다. In a first aspect, the gate pattern, the first impurity region and the second impurity region do not overlap each other.
제2형태로서, 상기 동적 메모리 셀은 상기 제1불순물 영역과 상기 제1바디 영역사이에 개재되고 상기 제1바디 영역과 다른 불순물 농도를 갖는 상기 제1도전형의 제2바디 영역을 추가적으로 구비하고, 상기 게이트 패턴은 상기 제1바디 영역 및 상기 제2바디 영역과 중첩되고 상기 제1불순물 영역의 일부 및 상기 제2불순물 영역의 일부와 중첩되도록 신장되어 상기 게이트 패턴의 폭이 상기 제1바디 영역 및 상기 제2바디 영역의 폭을 합한 폭보다 큰 것을 특징으로 하고, 상기 제2바디 영역은 상기 제1바디 영역보다 낮은 불순물 농도를 가지는 것을 특징으로 한다.In a second aspect, the dynamic memory cell further includes a second body region of the first conductivity type interposed between the first impurity region and the first body region and having a different impurity concentration from the first body region. And the gate pattern overlaps the first body region and the second body region and extends to overlap a portion of the first impurity region and a portion of the second impurity region so that the width of the gate pattern is the first body region. And a width greater than the sum of the widths of the second body region, wherein the second body region has a lower impurity concentration than the first body region.
제3형태로서, 상기 동적 메모리 셀은 상기 제1불순물 영역과 상기 제1바디 영역 사이에 개재되고 상기 제1바디 영역과 다른 불순물 농도를 갖는 상기 제1도전형의 제2바디 영역을 추가적으로 구비하고, 상기 게이트 패턴이 상기 제1불순물 영역의 일부와 중첩되도록 신장되고, 상기 게이트 패턴이 상기 제2불순물 영역과 중첩되지 않는 것을 특징으로 하고, 상기 제2바디 영역은 상기 제1바디 영역보다 낮은 불순물 농도를 가지는 것을 특징으로 한다.In a third aspect, the dynamic memory cell further includes a second body region of the first conductivity type interposed between the first impurity region and the first body region and having a different impurity concentration from the first body region. And the gate pattern extends to overlap with a portion of the first impurity region, and the gate pattern does not overlap with the second impurity region, wherein the second body region is a lower impurity than the first body region. It is characterized by having a concentration.
제4형태로서, 상기 동적 메모리 셀은 상기 제1바디 영역과 상기 제2불순물 영역사이에 개재된 버퍼 영역을 추가적으로 구비하고, 상기 게이트 패턴이 상기 제1불순물 영역의 일부 및 상기 버퍼 영역의 일부와 중첩되도록 신장되고, 상기 버퍼 영역은 상기 제1바디 영역과 동일한 도전형을 가지며 상기 제1바디 영역보다 낮은 불순물 농도를 가지거나, 상기 제2불순물 영역과 동일한 도전형을 가지며 상기 제2불순물 영역보다 낮은 불순물 농도를 가지는 것을 특징으로 한다.In a fourth aspect, the dynamic memory cell may further include a buffer region interposed between the first body region and the second impurity region, and the gate pattern may include a portion of the first impurity region and a portion of the buffer region. The buffer region is extended to overlap, and the buffer region has the same conductivity type as that of the first body region and has a lower impurity concentration than the first body region, or has the same conductivity type as the second impurity region and is less than the second impurity region. It is characterized by having a low impurity concentration.
제5형태로서, 상기 동적 메모리 셀은 상기 제1바디 영역과 상기 제2불순물 영역사이에 개재된 버퍼 영역을 추가적으로 구비하고, 상기 게이트 패턴이 상기 제1불순물 영역의 일부와 중첩되고, 상기 버퍼 영역과 중첩되지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 버퍼 영역은 상기 제1바디 영역과 동일한 도전형을 가지며 상기 제1바디 영역보다 낮은 불순물 농도를 가지거나, 상기 제2불순물 영역과 동일한 도전형을 가지며 상기 제2불순물 영역보다 낮은 불순물 농도를 가지는 것을 특 징으로 한다.In a fifth aspect, the dynamic memory cell further includes a buffer region interposed between the first body region and the second impurity region, wherein the gate pattern overlaps a portion of the first impurity region, and the buffer region. And the buffer region has the same conductivity type as the first body region and has a lower impurity concentration than the first body region, or has the same conductivity type as the second impurity region. It is characterized by having a lower impurity concentration than the second impurity region.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 메모리 시스템은 명령 신호가 라이트 명령이면, 상기 라이트 명령과 함께 로우 어드레스 및 컬럼 어드레스를 포함하는 어드레스 신호 및 라이트 데이터를 함께 전송하고, 리드 명령이면 상기 리드 명령과 함께 상기 로우 어드레스 및 상기 컬럼 어드레스를 포함하는 상기 어드레스 신호를 함께 전송하고 리드 데이터를 수신하는 제어부, 및 상기 명령 신호, 상기 어드레스 신호 및 상기 라이트 데이터를 수신하고, 상기 리드 데이터를 전송하고, 복수개의 워드 라인들, 복수개의 소스 라인들 및 복수개의 비트 라인들 각각의 사이에 연결된 플로팅 바디를 가지는 트랜지스터를 구비하는 복수개의 메모리 셀들을 구비하는 메모리 셀 어레이를 구비하는 반도체 메모리 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, a memory system of the present invention transmits an address signal including a row address and a column address and write data together with the write command if the command signal is a write command. And a control unit which transmits the address signal including the row address and the column address together and receives read data, and receives the command signal, the address signal and the write data, and transmits the read data. And a memory cell array having a plurality of memory cells including a transistor having a floating body connected between each of the plurality of word lines, the plurality of source lines, and the plurality of bit lines. It is done.
상기 반도체 메모리 장치는 상기 라이트 명령이면 상기 로우 어드레스에 대응하는 적어도 하나의 상기 소스 라인과 적어도 하나의 상기 워드 라인으로 라이트 동작시의 제1기간에 제1라이트 제어신호를 인가하고, 상기 컬럼 어드레스에 대응하는 적어도 하나의 비트 라인으로 상기 라이트 데이터를 전송하고, 상기 리드 명령이면 상기 로우 어드레스에 대응하는 적어도 하나의 소스 라인으로 리드 제어신호를 인가하고, 상기 컬럼 어드레스에 대응하는 상기 적어도 하나의 비트 라인의 데이터를 상기 리드 데이터로 전송하고, 상기 라이트 동작시의 상기 제1기간에 상기 비트 라인으로 제1데이터 상태에 대응하는 전압이 인가되면 상기 선택된 적어도 하나의 메모리 셀에 제1바이폴라 전류가 각각 흐르고, 상기 리드 동작시에 상기 선택 된 적어도 하나의 메모리 셀에 상기 제1데이터 상태가 저장되어 있으면 제2바이폴라 전류가 흐르는 것을 특징으로 한다.The semiconductor memory device applies a first write control signal to the column address in a first period during a write operation to the at least one source line and at least one word line corresponding to the row address when the write command is applied. The write data is transmitted to at least one corresponding bit line, and if the read command, the read control signal is applied to at least one source line corresponding to the row address, and the at least one bit line corresponding to the column address. Data is transmitted as the read data, and when a voltage corresponding to a first data state is applied to the bit line in the first period during the write operation, a first bipolar current flows through the selected at least one memory cell, respectively. At least one of the selected at the read operation If the first data state stored in a memory cell characterized in that the second bipolar current flows.
상기 제어부는 상기 명령 신호가 리프레쉬 명령이면 상기 리프레쉬 명령을 인가하고, 상기 반도체 메모리 장치는 상기 리프레쉬 명령이 인가되면 상기 적어도 하나의 비트 라인 또는 상기 적어도 2개의 소스 라인들로 리프레쉬 제어신호를 인가하고, 상기 선택된 적어도 하나의 메모리 셀에 상기 제1데이터 상태가 저장되어 있으면 제3바이폴라 전류가 흐르는 것을 특징으로 한다.The controller applies the refresh command when the command signal is a refresh command, and applies the refresh control signal to the at least one bit line or the at least two source lines when the refresh command is applied. When the first data state is stored in the selected at least one memory cell, a third bipolar current flows.
상기 반도체 메모리 장치는 상기 복수개의 메모리 셀들에 저장된 데이터를 유지하기 위한 데이터 유지 동작시에 상기 복수개의 워드 라인들, 및 상기 복수개의 소스 라인들 각각으로 데이터 유지 제어신호를 인가하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor memory device may apply a data holding control signal to each of the plurality of word lines and the plurality of source lines during a data holding operation for holding data stored in the plurality of memory cells.
일 형태로서, 상기 반도체 메모리 장치는 상기 적어도 하나의 소스 라인과 상기 적어도 하나의 워드 라인으로 상기 라이트 동작시의 제2기간에 제2라이트 제어신호를 인가하고, 상기 라이트 동작시의 상기 제2기간에 상기 제2바이폴라 전류가 흐르는 것을 특징으로 하고, 상기 반도체 메모리 장치는 상기 복수개의 비트 라인들로 데이터가 인가된 후, 상기 적어도 하나의 소스 라인 및 상기 적어도 하나의 워드 라인 각각으로 상기 제1라이트 제어신호를 순차적으로 인가하고, 상기 라이트 동작시의 제2기간에 상기 적어도 하나의 워드 라인 및 상기 적어도 하나의 소스 라인으로 상기 제2라이트 제어신호를 순차적으로 인가하고 상기 복수개의 비트 라인들로 데이터가 인가되는 것을 종료하는 것을 특징으로 한다.In one aspect, the semiconductor memory device applies a second write control signal to the at least one source line and the at least one word line in a second period during the write operation, and the second period during the write operation. And the second bipolar current flows in the semiconductor memory device, and after the data is applied to the plurality of bit lines, the first write to each of the at least one source line and the at least one word line. A control signal is sequentially applied, and the second write control signal is sequentially applied to the at least one word line and the at least one source line in a second period during the write operation, and data is transmitted to the plurality of bit lines. Characterized in that the termination of the application.
상기 반도체 메모리 장치는 상기 라이트 동작시의 상기 제1기간 및 제2기간 과 상기 리드 동작시에 비선택된 적어도 하나의 메모리 셀의 비트 라인으로 라이트 및 리드 금지 제어신호를 인가하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor memory device may apply a write and read prohibition control signal to a bit line of at least one memory cell that is unselected during the first and second periods of the write operation and the read operation.
다른 형태로서, 상기 반도체 메모리 장치는 상기 복수개의 비트 라인들로 데이터가 인가된 후, 상기 적어도 하나의 소스 라인 및 상기 적어도 하나의 워드 라인 각각으로 상기 제1라이트 제어신호를 순차적으로 인가하고, 상기 적어도 하나의 워드 라인 및 상기 적어도 하나의 소스 라인으로 인가되는 상기 제1라이트 제어신호를 순차적으로 종료한 후, 상기 복수개의 비트 라인들로 데이터가 인가되는 것을 종료하는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the semiconductor memory device sequentially applies the first write control signal to each of the at least one source line and the at least one word line after data is applied to the plurality of bit lines. After sequentially terminating the first write control signal applied to at least one word line and the at least one source line, the data is applied to the plurality of bit lines.
상기 반도체 메모리 장치는 상기 라이트 동작시의 상기 제1기간과 상기 리드 동작시에 비선택된 적어도 하나의 메모리 셀의 비트 라인으로 라이트 및 리드 금지 제어신호를 인가하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor memory device may apply a write and read prohibition control signal to a bit line of at least one memory cell that is unselected during the first period and the read operation during the write operation.
본 발명의 커패시터가 없는 동적 메모리 셀을 구비한 반도체 메모리 장치는 바이폴라 접합 트랜지스터 동작 제어가 용이하고, 특히 리프레쉬 동작시에 적어도 하나의 비트 라인 또는 적어도 2개의 소스 라인을 제어함에 의해서 간단하게 리프레쉬 동작을 수행하는 것이 가능하다. 또한, 모든 메모리 셀들, 메모리 셀 어레이 블록별 또는 메모리 셀 어레이 뱅크별로 모든 비트 라인들 및 모든 소스 라인들로 리프레쉬 제어신호를 동시에 인가하여 동시에 리프레쉬 동작을 수행하는 것이 가능하며, 이에 따라 모든 메모리 셀들을 위한 리프레쉬 동작 시간이 감소된다. The semiconductor memory device having the capacitor-free dynamic memory cell of the present invention can easily control the operation of the bipolar junction transistor, and in particular, the refresh operation can be easily performed by controlling at least one bit line or at least two source lines during the refresh operation. It is possible to carry out. In addition, it is possible to simultaneously apply the refresh control signal to all the bit lines and all the source lines for every memory cell, each memory cell array block, or every memory cell array bank, thereby simultaneously performing a refresh operation. The refresh operation time is reduced.
또한, 본 발명의 반도체 메모리 장치를 위한 동적 메모리 셀은 게이트 패턴 과 제1불순물 영역 및 제2불순물 영역이 서로 중첩되지 않게 형성됨으로 인해서 센싱 마아진이 증가되고, 게이트 유도 드레인 누설 전류의 발생이 감소되어, 데이터 리드 오류가 줄어들게 된다. 확장 반도체 패턴이 추가됨으로 인해서 전하 보유 시간이 증가되고, 이에 따라, 리프레쉬 주기가 길어지게 된다. 그리고, 버퍼 영역 또는 제2바디 영역의 추가로 인해서 바이폴라 접합 트랜지스터 동작이 보다 원활하게 이루어질 수 있다.In addition, in the dynamic memory cell for the semiconductor memory device of the present invention, since the gate pattern, the first impurity region and the second impurity region are not overlapped with each other, the sensing margin is increased and the generation of the gate induced drain leakage current is reduced. As a result, data read errors are reduced. The addition of the extended semiconductor pattern increases the charge retention time, which results in a longer refresh cycle. In addition, the bipolar junction transistor may be more smoothly operated due to the addition of the buffer region or the second body region.
그리고, 본 발명의 반도체 메모리 장치를 구비한 메모리 시스템은 로우 어드레스를 전송하기 위한 별도의 명령 신호가 요구되지 않으며, 라이트 명령과 리드 명령 전송시에 로우 어드레스와 컬럼 어드레스를 동시에 전송하면 되기 때문에 반도체 메모리 장치를 제어하는 제어부의 제어가 단순화된다.The memory system including the semiconductor memory device of the present invention does not require a separate command signal for transmitting a row address, and a semiconductor memory because a row address and a column address may be simultaneously transferred during a write command and a read command. The control of the control unit controlling the device is simplified.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 반도체 메모리 장치, 이 장치를 위한 메모리 셀, 및 이 장치를 구비한 메모리 시스템을 설명하기 전에 일반적인 커패시터가 없는 동적 메모리 셀을 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing a semiconductor memory device of the present invention, a memory cell for the device, and a memory system having the device, the dynamic memory cell without a general capacitor will be described with reference to the accompanying drawings.
도1a, b는 일반적인 커패시터가 없는 동적 메모리 셀의 일예의 구성을 나타내는 것으로, 도1a는 수평 구조의 플로팅 바디 트랜지스터를 가지는 메모리 셀을, 도1b는 수직 구조의 플로팅 바디 트랜지스터를 가지는 메모리 셀을 각각 나타낸다.1A and 1B illustrate an example of a configuration of a dynamic memory cell without a general capacitor, in which FIG. 1A illustrates a memory cell having a floating body transistor having a horizontal structure, and FIG. 1B illustrates a memory cell having a floating body transistor having a vertical structure. Indicates.
도1a에서, 수평 구조의 플로팅 바디를 가지는 메모리 셀은 기판(10), 기판(10)상에 형성된 절연층(12), 절연층(12)상에 서로 분리되어 형성된 제1도전형의 에미터(소스) 영역(14) 및 콜렉터(드레인) 영역(16), 분리된 에미터(소스) 영 역(14)과 콜렉터(드레인) 영역(16)사이의 제1도전형과 다른 제2도전형의 플로팅 바디 영역(18), 플로팅 바디 영역(18)상에 형성된 절연층(20), 및 절연층(20)상에 형성된 제2도전형의 게이트 영역(22)으로 이루어져 있다. 즉, 기판(10)상에 플로팅 바디 형태로 제2도전형의 반도체 패턴이 제공되고, 기판(10)은 p형의 실리콘 기판일 수 있으며, 반도체 패턴은 실리콘과 같은 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 제2도전형은 p형일 수 있다. 반도체 패턴내에 형성된 제1불순물 영역인 에미터(소스) 영역(14)과 제2불순물 영역인 콜렉터(드레인) 영역(16)이 제공되며, 제1불순물 영역과 제2불순물 영역은 제2도전형과 다른 제1도전형일 수 있으며, 제1도전형은 n형일 수 있다. 그리고, 반도체 패턴상에 게이트 패턴이 제공될 수 있으며, 게이트 패턴은 차례로 적층된 절연층(20) 및 게이트 영역(22)을 포함할 수 있다. 에미터(소스) 영역(14)과 콜렉터(드레인) 영역(16)과 게이트 패턴은 일부 중첩되어 플로팅 바디 영역(18)의 길이(L1)보다 게이트 영역(22)의 길이(L2)가 넓다.In FIG. 1A, a memory cell having a floating body having a horizontal structure includes a
도1b에서, 수직 구조의 플로팅 바디 트랜지스터를 가지는 동적 메모리 셀은 기판(10), 기판(10)에 형성된 제1도전형의 에미터(소스) 영역(14), 제1도전형의 에미터(소스) 영역(14)상에 형성된 제1도전형과 다른 제2도전형의 플로팅 바디 영역(18), 플로팅 바디 영역(18)상에 형성된 제1도전형의 콜렉터(드레인) 영역(16), 플로팅 바디 영역(18)의 측벽 상에 형성된 절연층(20), 및 절연층(20) 상에 형성된 제2도전형의 게이트 영역(22)으로 이루어져 있다. 즉, 제1도전형의 기판상에 반도체 패턴이 제공될 수 있고, 기판(10)은 p형의 실리콘 기판일 수 있으며, 반도체 패턴은 실리콘과 같은 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 제2도전형은 p형일 수 있 다. 반도체 패턴의 하부 영역에 형성된 제1불순물 영역인 에미터(소스) 영역(14)과 반도체 패턴의 상부 영역에 형성된 제2불순물 영역인 콜렉터(드레인) 영역(16)이 제공되며, 제1불순물 영역과 제2불순물 영역은 제2도전형과 다른 제1도전형일 수 있으며, 제1도전형은 n형일 수 있다. 그리고, 반도체 패턴의 플로팅 바디 영역(18)을 둘러싸면서 게이트 패턴이 제공될 수 있으며, 게이트 패턴은 차례로 적층된 절연층(20) 및 게이트 영역(22)을 포함할 수 있다. 에미터(소스) 영역(14)과 콜렉터(드레인) 영역(16)과 게이트 패턴은 일부 중첩되어 플로팅 바디 영역(18)의 길이(L1)보다 게이트 영역(22)의 길이(L2)가 넓다.In FIG. 1B, a dynamic memory cell having a floating body transistor having a vertical structure includes a
도2는 도1a, b에 나타낸 플로팅 바디 트랜지스터를 가지는 동적 메모리 셀의 등가도를 나타내는 것으로, NMOS전계 효과 트랜지스터(NMOS)(이하, NMOS트랜지스터라 함)와 NPN바이폴라 접합 트랜지스터(NPN)(이하, NPN트랜지스터라 함)로 이루어져 있다. NMOS트랜지스터(NMOS)의 소스(S)와 NPN트랜지스터(NPN)의 에미터(E)가 공유되고, NMOS트랜지스터(NMOS)의 드레인(D)과 NPN트랜지스터(NPN)의 콜렉터(C)가 공유되고, NPN트랜지스터(NPN)의 베이스(B)는 전기적으로 플로팅되어 있다. 그리고, NMOS트랜지스터의 게이트(G)와 베이스(B)사이에 커플링 캐패시터(CC)가 존재한다.FIG. 2 shows an equivalent diagram of a dynamic memory cell having the floating body transistors shown in FIGS. 1A and 1B, wherein an NMOS field effect transistor (NMOS) (hereinafter referred to as an NMOS transistor) and an NPN bipolar junction transistor (NPN) NPN transistor). The source (S) of the NMOS transistor (NMOS) and the emitter (E) of the NPN transistor (NPN) are shared, the drain (D) of the NMOS transistor (NMOS) and the collector (C) of the NPN transistor (NPN) are shared. The base B of the NPN transistor NPN is electrically floating. A coupling capacitor CC is present between the gate G and the base B of the NMOS transistor.
도1a, b 및 도2에서, 플로팅 바디 트랜지스터의 콜렉터(드레인)과 에미터(소스)는 고정되는 것이 아니라, 동작시에 전압이 높은 쪽이 콜렉터(드레인)가 되고, 전압이 낮은 쪽이 에미터(소스)가 된다. In Figs. 1A, 2B and 2, the collector (drain) and emitter (source) of the floating body transistor are not fixed, but the higher voltage becomes collector (drain) during operation, and the lower voltage emie Become a source.
도3은 본 발명의 플로팅 바디 트랜지스터를 가지는 동적 메모리 셀의 일실시 예의 DC 특성을 나타내는 그래프로서, 게이트 전압(Vg)이 각각 0V, -1V인 경우에 데이터 "1"상태 및 데이터 "0"상태인 트랜지스터의 콜렉터(드레인)과 에미터(소스)사이의 전압(Vds(ce))에 대한 콜렉터(드레인)과 에미터(소스)사이의 전류(Ids(ce))의 변화를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing DC characteristics of an embodiment of a dynamic memory cell having a floating body transistor of the present invention, in which the data "1" state and the data "0" state when the gate voltage Vg is 0V and -1V, respectively. It is a graph showing the change of the current Ids (ce) between the collector (drain) and the emitter (source) with respect to the voltage Vds (ce) between the collector (drain) and the emitter (source) of the in transistor.
도3에서, 데이터 "1"상태는 데이터 "0"상태에 비해서 플로팅 바디 영역(18)에 다수 캐리어, 즉, NMOS트랜지스터인 경우는 정공이 상대적으로 많이 축적되어 있는 상태를 의미하고, 데이터 "0"상태는 데이터 "1"상태에 비해서 플로팅 바디 영역(18)에 소수 캐리어, 즉, 전자가 상대적으로 많이 축적되어 있는 상태를 의미한다.In FIG. 3, the data "1" state refers to a state in which a large number of carriers, i.e., NMOS transistors, are accumulated in the floating
도3의 그래프로부터, 게이트 전압(Vg)이 0V인 경우에, 플로팅 바디 트랜지스터가 데이터 "1"상태이거나 데이터 "0"상태이거나에 관계없이 드레인(콜렉터)과 소스(에미터)사이의 전압(Vds(ce))가 2V이상이 되기 전, 즉, 1.5V에서 2V사이에서 급격한 전류 증가를 나타내고 있음을 알 수 있다. From the graph of Fig. 3, when the gate voltage Vg is 0V, the voltage between the drain (collector) and the source (emitter) (regardless of whether the floating body transistor is in the data "1" state or the data "0" state) It can be seen that there is a sudden increase in current before Vds (ce)) becomes 2V or more, that is, between 1.5V and 2V.
이와같은 급격한 전류 증가는 드레인(콜렉터)과 소스(에미터)사이의 전압 차(Vds(ce))가 1.5V에서 2V사이의 일정 전압이상이 되면 초기에 드레인 커플링(drain coupling)에 의해서 정공이 베이스(B)로 유입되어 베이스 영역의 전위가 증가하여, 베이스(B)와 에미터(E)사이에 순방향 전압이 걸리게 되고, 이에 따라 에미터 전류가 흐르기 시작한다. 그리고, 에미터 전류의 많은 부분은 콜렉터(C)까지 흐르게 되고, 이 전류는 베이스(B)와 콜렉터(C)사이의 밴드 밴딩(band bending)되어 있는 영역을 통과하면서 밴드 대 밴드 터널링(band-to-band tunneling) 및/또는 임팩트 이온화를 유발하게 된다. 밴드 대 밴드 터널링 및/또는 임팩트 이온화에 의해서 생성된 정공이 콜렉터(C)로부터 베이스(B)로 주입되고, 이에 따라 베이스(B)의 전위가 다시 높아지게 된다. 이와 같이 드레인과 소스사이의 전압(Vds(ce))이 증가하고 NPN트랜지스터가 온되면 NPN트랜지스터 자체의 순방향 궤환 시스템에 의해서 바이폴라 전류(Ids(ce))가 급격하게 발생하게 된다. 또한, 임팩트 이온화에 의한 증배 팩터(multiplication factor)가 충분히 크면 애벌런쉬 항복 현상(avalanche breakdown phenomenon)에 의해서 바이폴라 전류(Ids(ce))가 급격하게 증가한다. 이와같은 바이폴라 전류(Ids(ce))에 의해서 플로팅 바디에 정공이 축적되는 데이터 "1"상태가 라이트된다. 플로팅 바디 트랜지스터가 데이터 "1"상태인 경우에 드레인(콜렉터)과 소스(에미터)사이의 전압(Vds(ce))이 데이터 "0"상태인 경우에 비해서 낮은 드레인과 소스사이의 전압(Vds(ce))에서 NPN트랜지스터가 온되어 바이폴라 전류(Ids(ce))가 커지게 되는데 이는 플로팅 바디(18)내에 정공에 의해서 바디 전위 자체가 높게 형성되어 있기 때문에 에미터와 베이스사이의 순방향 바이어스가 먼저 형성되어 NPN트랜지스터가 데이터 "0"상태인 경우에 비해서 빨리 동작할 수 있기 때문이다.This rapid increase in current is initially caused by drain coupling when the voltage difference (Vds (ce)) between the drain (collector) and the source (emitter) is above a certain voltage between 1.5V and 2V. The base B flows into the base B, and the potential of the base region increases, and a forward voltage is applied between the base B and the emitter E, whereby the emitter current starts to flow. A large portion of the emitter current flows to the collector C, which passes through the band bending region between the base B and the collector C, and then band-to-band tunneling. to-band tunneling) and / or impact ionization. Holes generated by band-to-band tunneling and / or impact ionization are injected from the collector C into the base B, thereby increasing the potential of the base B again. As such, when the voltage Vds (ce) between the drain and the source increases and the NPN transistor is turned on, the bipolar current Ids (ce) is rapidly generated by the forward feedback system of the NPN transistor itself. In addition, when the multiplication factor due to impact ionization is large enough, the bipolar current Ids (ce) increases rapidly due to the avalanche breakdown phenomenon. By this bipolar current Ids (ce), the data " 1 " state in which holes are accumulated in the floating body is written. When the floating body transistor is in the data "1" state, the voltage Vds (ce) between the drain (collector) and the source (emitter) is lower than that of the data "0" state (Vds). At (ce)), the NPN transistor is turned on, resulting in a large bipolar current (Ids (ce)), because the forward potential between the emitter and the base is high because the body potential itself is formed by holes in the floating
도3에서, 게이트 전압(Vg)가 -1V일 경우에는 게이트 전압(Vg)이 0V인 경우에 비해서 드레인(콜렉터)과 소스(에미터)사이의 전압(Vds(ce))이 상대적으로 높은 전압에서 바이폴라 전류가 급격하게 증가되는데, 이는 게이트 전압(Vg)이 낮을수록 베이스의 정전위가 낮아지기 때문에 드레인(콜렉터)과 소스(에미터)사이의 전압(Vds(ce))이 커져야만 밴드 대 밴드 터널링 및/또는 임팩트 이온화에 의해서 NPN 트랜지스터가 온될 수 있게 된다.In FIG. 3, when the gate voltage Vg is -1V, the voltage Vds (ce) between the drain (collector) and the source (emitter) is relatively higher than when the gate voltage Vg is 0V. The bipolar current increases sharply at. Because the lower the gate voltage (Vg), the lower the potential of the base, the higher the voltage (Vds (ce)) between the drain (collector) and the source (emitter). Tunneling and / or impact ionization allow the NPN transistor to be turned on.
도4는 본 발명의 반도체 메모리 장치의 일실시예의 구성을 나타내는 것으로, 메모리 셀 어레이(50), 로우 제어부(52), 및 컬럼 제어부(54)로 구성되고, 메모리 셀 어레이(50)는 i개의 워드 라인들(WL1, WL2, ..., WL(i-1), WLi), j개의 비트 라인들(BL1, BL2, ..., BLj), 및 i개의 소스 라인들(SL1, SL2, ..., SL(i-1), SLi) 각각에 연결된 게이트, 드레인, 소스 및 플로팅 바디를 가진 메모리 셀들(MC1, MC2, ..., MCi-1, MCi)로 구성되어 있다. 도4에서, 로우 제어부(52)와 컬럼 제어부(54)는 하나의 제어부로 구성될 수도 있다.FIG. 4 shows a configuration of an embodiment of a semiconductor memory device of the present invention, which is comprised of a
메모리 셀 어레이(50)의 워드 라인들(WL1, WL2, ..., WL(i-1), WLi)과 소스 라인들(SL1, SL2, ..., SL(i-1), SLi)이 동일 방향으로 배치되고, 비트 라인들(BL1, BL2, ..., BLj)은 워드 라인과 직교하는 방향으로 배치되어 있다. 그리고, 메모리 셀 어레이(50)의 메모리 셀들(MC1, MC2, ..., MCi) 각각의 게이트는 해당 워드 라인들(WL1, WL2, ..., WL(i-1), WLi)에 연결되고, 각각의 제1노드는 해당 소스 라인들(SL1, SL2, ..., SL(i-1), SLi)에 연결되고, 인접한 두 개씩의 메모리 셀들(MC)의 제2노드는 공통으로 해당 비트라인들에 연결된다. Word lines WL1, WL2,..., WL (i-1), WLi of the
도4에 나타낸 블록들 각각의 기능을 설명하면 다음과 같다. The function of each of the blocks shown in FIG. 4 is as follows.
메모리 셀 어레이(50)는 워드 라인들(WL1, WL2, ..., WL(i-1), WLi)중 선택된 하나의 워드 라인, 소스 라인들(SL1, SL2, ..., SL(i-1), SLi)중 선택된 하나의 소스 라인, 및 비트 라인들(BL1, BL2, ..., BLj)에 의해서 선택된 메모리 셀들을 통하여 바이폴라 전류를 흐르게 하거나 흐르지 않게 함에 의해서 데이터 "1" 또는 데이터 "0"을 라이트/리드한다. 로우 제어부(52)는 라이트 신호(WR) 또는 리드 신호(RD) 및 어드레스 신호(ADD)에 응답하여 워드 라인들(WL1, WL2, ..., WL(i-1), WLi), 소스 라인들(SL1, SL2, ..., SL(i-1), SLi)을 제어하여 메모리 셀들을 선택한다. 또한 리프레쉬 명령(REF)에 응답하여 소스 라인들(SL1, SL2, ..., SL(i-1), SLi)을 제어하여 메모리 셀들을 리프레쉬한다. 컬럼 제어부(54)는 라이트 신호(WR) 또는 리드 신호(RD) 및 어드레스 신호(ADD)에 응답하여 비트 라인들(BL1, BL2, ..., BLj)을 제어하여 비선택된 메모리 셀들에 데이터가 라이트 및 리드되는 것을 방지하고, 선택된 메모리 셀에/로부터 데이터 "1" 또는 데이터 "0"을 라이트/리드한다. 또한 리프레쉬 명령(REF)에 응답하여 비트 라인들(BL1, BL2, ..., BLj)을 제어하여 메모리 셀들을 리프레쉬할 수 있다. 로우 제어부(52)로 인가되는 어드레스는 로우 어드레스이고, 컬럼 제어부(54)로 인가되는 어드레스는 컬럼 어드레스인 것이 바람직하다. The
도4에서 리프레쉬 명령(REF)은 메모리 장치의 외부에서 인가될 수도 있으나, 내부적으로 리프레쉬 주기를 계수하여 메모리 셀들을 리프레쉬하도록 구성할 수도 있다.In FIG. 4, the refresh command REF may be applied from the outside of the memory device. However, the refresh command REF may be internally counted to refresh the memory cells.
도5는 도4에 나타낸 반도체 메모리 장치의 일실시예의 동작을 설명하기 위한 동작 타이밍도를 나타내는 것으로, 비트 라인에 관련되는 전압과 전류를 나타내는 타이밍들중 실선으로 표시된 것은 데이터 "0" 라이트에 관련된 선을, 점선으로 표시된 것은 데이터 "1" 라이트에 관련된 선을 각각 나타낸다. 도5의 타이밍도는 선택된 하나의 워드 라인에 연결된 모든 메모리 셀들에 대한 데이터 라이트 및 리드 동작을 수행하는 경우의 타이밍도를 나타내는 것이다.FIG. 5 shows an operation timing diagram for explaining the operation of the embodiment of the semiconductor memory device shown in FIG. 4, in which the solid lines of the voltages and currents related to the bit line are indicated by the data " 0 " The lines indicated by dashed lines indicate the lines associated with the data " 1 " lights, respectively. The timing diagram of FIG. 5 illustrates a timing diagram when data write and read operations are performed for all memory cells connected to one selected word line.
도5에 나타낸 타이밍도를 이용하여 본 발명의 반도체 메모리 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the semiconductor memory device of the present invention will be described with reference to the timing diagram shown in FIG.
기간들(T0, T3, T5)는 데이터 유지기간, 즉 프리차지 또는 스탠바이상태 일 수 있다.The periods T0, T3, and T5 may be in a data retention period, that is, a precharge or standby state.
먼저, 메모리 셀들(MC1)에 데이터 "0"을 라이트하는 경우의 동작을 설명하면 다음과 같다.First, an operation of writing data "0" into the memory cells MC1 will be described.
기간(T1)에서, 순차적으로 컬럼 제어부(54)가 비트 라인들(BL1 ~ BLj)을 0V에서 0.5V의 전압을 갖도록 인가하고, 다음으로 로우 제어부(52)가 소스 라인(SL1)으로 0V에서 2V의 전압, 워드 라인(WL1)으로 -1V에서 0V의 전압을 인가한다. 만일 기간(T0)에서 메모리 셀(MC1)에 데이터 "0"이 저장되어 있었다면, 메모리 셀들(MC1)의 드레인(콜렉터)과 소스(에미터)사이의 전압(Vds(ce))가 1.5V가 되고, 게이트와 베이스간의 커플링 커패시터에 의해 메모리 셀들(MC1)의 플로팅 바디내의 작은 수의 정공을 방출하거나 방출하지 않음에 의해서 데이터 "0"상태를 유지하게 된다. 즉, 도3의 그래프로부터 알 수 있듯이 NPN트랜지스터가 오프되어 바이폴라 전류(Ids)는 거의 흐르지 않게 된다. 만일 기간(T0)에서 메모리 셀들(MC1)에 데이터 "1"이 저장되어 있었다면, 메모리 셀들(MC1)의 드레인(콜렉터)과 소스(에미터)사이의 전압(Vds(ce))가 1.5V가 되고, 이에 따라 메모리 셀들(MC1)의 베이스와 콜렉터(드레인)사이의 밴드 대 밴드 터널링 및/또는 임팩트 이온화가 미약하게 일어나 플로팅 바디로 정공이 소량 주입될 수 있으나 게이트와 베이스간의 커플링 커패 시터에 의해 더 많은 정공이 비트라인을 통하여 빠져나가게 됨으로 인해서 메모리 셀들(MC1)은 데이터 "0"을 저장하게 된다. 비트 라인들(BL1 ~ BLj), 소스 라인(SL1), 및 워드 라인(WL1)의 전압이 상승하는 시점은 타이밍도에 도시된 것처럼, 순차적으로 이루어지는 것이 바람직하다. In the period T1, the
다음으로, 메모리 셀들(MC1)에 데이터 "1"을 라이트하는 경우의 동작을 설명하면 다음과 같다.Next, an operation in the case of writing data "1" into the memory cells MC1 will be described.
기간(T1)에서, 순차적으로 컬럼 제어부(54)가 비트 라인들(BL1 ~ BLj)으로 0V의 전압을 인가하고, 로우 제어부(52)가 소스 라인(SL1)으로 0V에서 2V의 전압, 워드 라인(WL1)으로 -1V에서 0V의 전압을 인가한다. 메모리 셀들(MC1)의 드레인(콜렉터)과 소스(에미터)사이의 전압(Vds(ce))가 2V가 되고 게이트 전압이 0V가 되면 기간(T0)에서 메모리 셀들(MC1)에 저장된 데이터에 무관하게 메모리 셀들(MC1)의 베이스와 콜렉터(드레인)사이의 밴드 대 밴드 터널링 및/또는 임팩트 이온화가 활발하게 일어나서 플로팅 바디로 정공의 주입이 많아지게 되고, 이에 따라 NPN트랜지스터가 온되어 바이폴라 전류(i2)가 흐르게 되고 메모리 셀들(MC1)에 데이터 "1"이 라이트되게 된다. 비트 라인(BL1 ~ BLj), 소스 라인(SL1), 및 워드 라인(WL1)의 전압이 상승하는 시점은 타이밍도에 도시된 것처럼, 순차적으로 이루어지는 것이 바람직하다. In the period T1, the
기간(T2)에서, 로우 제어부(52)가 워드 라인(WL1)으로 0V에서 -1V의 전압, 을 인가하면. 기간(T1)에서 NMOS트랜지스터를 통하여 흐르는 바이폴라 전류보다는 작은 전류가 흐르게 된다. In the period T2, if the
워드 라인(WL1), 소스 라인(SL1), 및 비트 라인(BL1)의 전압이 하강하는 시점은 타이밍도에 도시된 것처럼, 순차적으로 이루어지는 것이 바람직하다. 만일 기간(T2)에서, 소스 라인(SL1)의 전압이 먼저 0V로 떨어지게 되면 플로팅 바디에 주입된 정공이 비트라인과 소스라인를 통하여 빠져나가게 됨으로 인해서 메모리 셀들(MC1)에 라이트된 데이터 "1"을 유지할 수 없다. 기간(T2)는 데이터 "1" 라이트를 위하여 필요한 기간으로 데이터 "0" 라이트를 위하여는 기간(T2)를 수행하지 않고 기간(T3)로 진행하더라도 상관없다. 그러나, 메모리 셀 어레이로 데이터 "1" 라이트 동작만 수행된다든가 데이터 "0" 라이트 동작만 수행된다든가 하지 않기 때문에 데이터 "1"라이트 동작에 맞추어서 비트 라인들, 소스 라인들, 및 워드 라인들의 타이밍이 조절되는 것이 바람직하다. 기간(T2)에서 메모리 셀들(MC1)을 통하여 흐르는 바이폴라 전류(i1)는 기간(T1)에서의 바이폴라 전류(i2)에 비해서 작은 값이 된다.The time points at which the voltages of the word line WL1, the source line SL1, and the bit line BL1 fall are preferably sequentially formed as shown in the timing chart. In the period T2, when the voltage of the source line SL1 first drops to 0V, holes injected into the floating body exit through the bit line and the source line, thereby writing data “1” written in the memory cells MC1. Can't keep up The period T2 is a period necessary for data "1" write, and may proceed to the period T3 without performing the period T2 for data "0" write. However, the timing of the bit lines, the source lines, and the word lines in accordance with the data "1" write operation are not performed because only the data "1" write operation or the data "0" write operation is performed to the memory cell array. It is preferred that this be adjusted. The bipolar current i1 flowing through the memory cells MC1 in the period T2 becomes smaller than the bipolar current i2 in the period T1.
기간(T3)에서, 컬럼 제어부(54)가 비트 라인들(BL1 ~ BLj)로 0V의 전압을 인가하고, 로우 제어부(52)가 소스 라인(SL1)으로 0V의 전압, 워드 라인(WL1)으로 -1V의 전압을 인가하면 NPN트랜지스터도 오프되고 NMOS트랜지스터도 오프되어 플로팅 바디에 저장된 전하를 유지할 수 있다..In the period T3, the
기간(T4)에서, 로우 제어부(52)가 워드 라인(WL1)으로 -1V의 전압, 소스 라인(SL1)으로 2V의 전압을 인가하고, 컬럼 제어부(54)가 비트 라인(BL1)으로 0V의 전압을 인가하면, 메모리 셀들(MC1)의 드레인(콜렉터)과 소스(에미터)사이의 전압(Vds)이 2V가 되고, 이에 따라 메모리 셀들(MC1)에 데이터 "1"이 저장되어 있었 다면 NPN트랜지스터가 온되어 바이폴라 전류(i1)를 흐르게 하고, 데이터 "0"이 저장되어 있었다면 NPN트랜지스터가 오프되어 바이폴라 전류(Ids)가 흐르지 않게 된다. 이 기간(T4)에서 메모리 셀들(MC1)을 통하여 흐르는 바이폴라 전류(i1)는 기간(T1)에서의 바이폴라 전류(i2)보다 작다. 상술한 바와 같은 방법으로 데이터에 따른 바이폴라 전류 발생 유무에 따라 데이터 "1" 및 데이터 "0" 리드 동작이 수행되게 된다. 또한, 이 기간(T4)에서, 메모리 셀들(MC1)에 저장된 데이터에 대한 재저장(restore)이 수행되게 된다. In the period T4, the
기간(T5)에서, 기간(T3)에서와 동일한 데이터 보유 동작을 수행한다.In the period T5, the same data retention operation as in the period T3 is performed.
기간(T6)에서, 로우 제어부(52)는 리프레쉬 기간에 도달하거나 리프레쉬 명령(REF)이 인가되면 모든 소스 라인들(SL1 ~ SLi)로 동시에 2V의 전압을 인가하거나, 적어도 2개의 소스 라인들로 순차적으로 2V의 전압을 인가한다. 이에 따라, 메모리 셀 어레이의 모든 메모리 셀들에 대한 리프레쉬 동작이 동시에 수행되거나, 적어도 2개의 소스 라인들에 연결된 메모리 셀들에 대한 리프레쉬 동작이 순차적으로 수행된다. 즉, 메모리 셀들의 소스 라인들로 NPN트랜지스터를 온할 수 있는 전압을 인가하여 리프레쉬 동작이 수행되도록 한다. 리프레쉬 동작은 기간(T4)에서의 동작과 동일한 방법으로 수행된다.In the period T6, the
도6은 도4에 나타낸 플로팅 바디 트랜지스터를 구비하는 메모리 셀 어레이의 다른 실시예의 동작을 설명하기 위한 동작 타이밍도로서, 비트 라인에 관련되는 전압과 전류를 나타내는 신호들중 실선으로 표시된 것은 데이터 "0" 라이트에 관련된 선을, 점선으로 표시된 것은 데이터 "1" 라이트에 관련된 선을 각각 나타낸다. 도6 의 타이밍도는 선택된 워드 라인과 선택된 소스 라인사이에 연결된 하나의 메모리 셀에 대한 데이터 라이트 및 리드 동작을 수행하는 경우의 타이밍도이다.FIG. 6 is an operation timing diagram for explaining the operation of another embodiment of the memory cell array including the floating body transistors shown in FIG. 4, in which signals representing voltages and currents related to bit lines are indicated by solid lines; "A line associated with the light, and a dotted line indicate the line associated with the data" 1 "light, respectively. 6 is a timing diagram when data write and read operations are performed for one memory cell connected between the selected word line and the selected source line.
도6에 나타낸 타이밍도를 이용하여 본 발명의 메모리 셀 어레이의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the memory cell array of the present invention will be described with reference to the timing diagram shown in FIG.
기간(T1)에서, 워드 라인(WL1), 소스 라인(SL1) 및 비트 라인(BL1)에 연결된 메모리 셀(MC1)에 데이터 "0" 및 데이터 "1"을 라이트하는 경우의 동작은 상술한 도5의 동작 설명을 참고로 하면 쉽게 이해될 것이다. 단지 차이가 나는 점은 비트 라인들(BL2 ~ BLj)에 연결된 메모리 셀들(MC1)에 대한 데이터 라이트 동작을 막기 위하여 컬럼 제어부(54)가 비트 라인들(BL2 ~ BLj)로 1V의 전압을 인가하는 것이다. 이에 따라, 비트 라인들(BL2 ~ BLj)에 연결된 메모리 셀들(MC1)의 드레인(콜렉터)과 소스(에미터)사이의 전압(Vds(ce))이 1V가 되고, 워드 라인(WL1)으로 0V의 전압이 인가되므로 비트 라인들(BL2 ~ BLj)에 연결된 메모리 셀들(MC1)에 대한 데이터 "1" 및 데이터 "0" 라이트가 방지된다. 즉, 비트 라인들(BL2 ~ BLj)에 연결된 메모리 셀들(MC1)에 데이터 "1"이 라이트되어 있었다면, NPN트랜지스터의 순방향 전압이 충분하지 않아 플로팅 바디에 축적된 정공이 빠져 나가지 않게 되고 데이터 "0" 라이트가 방지되고, 데이터 "0"가 라이트되어 있었다면 플로팅 바디에 정공이 주입되지 않아 데이터 "1" 라이트가 방지된다.In the period T1, the operation in the case of writing data " 0 " and data " 1 " to the memory cells MC1 connected to the word line WL1, the source line SL1 and the bit line BL1, is described in the above-mentioned figure. The operation description of 5 will be easily understood. The only difference is that the
기간(T2)에서, 워드 라인(WL1), 소스 라인(SL1) 및 비트 라인(BL1)에 연결된 메모리 셀(MC1)에 저장된 데이터 "1"을 유지하는 동작 및 기간(T3)에서, 워드 라인(WL1), 소스 라인(SL1) 및 비트 라인(BL1)에 연결된 메모리 셀(MC1)에 저장된 데 이터 "0" 및 데이터 "1"을 유지하는 동작 또한 상술한 도5의 동작 설명을 참고로 하면 쉽게 이해될 것이다.In the period T2, in the operation and the period T3 of holding the data " 1 " stored in the memory cell MC1 connected to the word line WL1, the source line SL1 and the bit line BL1, the word line ( The operation of retaining the data " 0 " and the data " 1 " stored in the memory cell MC1 connected to the WL1, the source line SL1 and the bit line BL1 is also easily described with reference to the operation description of FIG. Will be understood.
기간(T4)에서, 워드 라인(WL1), 소스 라인(SL1) 및 비트 라인(BL1)에 연결된 메모리 셀(MC1)에 데이터 "0" 및 데이터 "1"을 리드하는 경우의 동작은 상술한 도5의 동작 설명을 참고로 하면 쉽게 이해될 것이다. 단지 차이가 나는 점은 비트 라인들(BL2 ~ BLj)에 연결된 메모리 셀들(MC1)에 대한 데이터 라이트 동작을 막기 위하여 컬럼 제어부(54)가 비트 라인들(BL2 ~ BLj)로 1V의 전압을 인가하는 것이다. 비트 라인들(BL2 ~ BLj)로 1V의 전압이 인가되는 기간은 소스 라인(SL1)으로 2V의 전압이 인가되기 이전부터 소스 라인(SL1)으로 2V의 전압이 인가되는 것이 종료된 후까지로 설정되는 것이 바람직하다. 기간(T4)에서, 비트 라인들(BL2 ~ BLj)에 연결된 메모리 셀들(MC1)에 데이터 "0" 및 데이터 "1" 리드가 금지되는 것은 기간(T1)에서의 데이터 "0" 및 데이터 "1" 라이트가 금지되는 것에 대한 설명을 참고로 하면 쉽게 이해될 것이다. 기간(T4)에서, 데이터 리드 동작시에 비트 라인의 전류를 감지하거나, 전압을 감지함에 의해서 데이터를 리드하는 것이 가능하다.In the period T4, the operation in the case where data "0" and data "1" are read to the memory cell MC1 connected to the word line WL1, the source line SL1, and the bit line BL1 is described in the above-mentioned figure. The operation description of 5 will be easily understood. The only difference is that the
기간(T5) 및 기간(T6)의 동작은 상술한 도5의 동작 설명을 참고로 하면 쉽게 이해될 것이다.The operation of the period T5 and the period T6 will be easily understood with reference to the operation description of FIG. 5 described above.
도시하지는 않았지만, 도4에 나타낸 반도체 메모리 장치의 로우 제어부(52)가 아니라 컬럼 제어부(54)가 리프레쉬 명령(REF)에 응답하여 비트 라인들로 2V의 전압을 인가함에 의해서 리프레쉬 동작을 수행하는 것 또한 가능하다. 즉, 리프레쉬 명령(REF)에 응답하여 모든 비트 라인들(BL1 ~ BLj)로 2V의 전압을 인가하거나, 적어도 2개의 비트 라인들로 2V의 전압을 순차적으로 인가함으로써 모든 메모리 셀들에 대한 리프레쉬 동작을 수행하는 것이 가능하다. Although not shown, the
또한, 도4에 나타낸 반도체 메모리 장치의 적어도 1개의 비트 라인으로 2V의 전압을 순차적으로 인가함으로써 모든 메모리 셀들에 대한 리프레쉬 동작을 수행하는 것도 가능하다. In addition, it is also possible to perform a refresh operation on all memory cells by sequentially applying a voltage of 2V to at least one bit line of the semiconductor memory device shown in FIG.
도5 및 도6에 나타낸 본 발명의 플로팅 바디 트랜지스터를 구비한 메모리 셀 어레이의 동작 방법은 워드 라인을 2개 전압 레벨로, 소스 라인을 2개 전압 레벨로 제어하고, 낮은 전압 레벨로 동작이 가능하여 전력 소모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 간단한 방법으로 리프레쉬 동작을 수행하는 것이 가능하다. 추가적으로, 도6에 나타낸 동작 방법은 선택된 워드 라인, 선택된 소스 라인 및 선택된 비트 라인에 연결된 메모리 셀들로만 라이트 및 리드 동작이 가능하다. 5 and 6, a method of operating a memory cell array having a floating body transistor according to the present invention can control a word line at two voltage levels, a source line at two voltage levels, and operate at a low voltage level. In addition to reducing power consumption, it is possible to perform the refresh operation in a simple manner. In addition, the operation method illustrated in FIG. 6 enables write and read operations only to memory cells connected to a selected word line, a selected source line, and a selected bit line.
도7은 본 발명의 플로팅 바디 트랜지스터의 다른 실시예의 DC 특성을 나타내는 그래프로서, 게이트 전압(Vg)이 각각 0V, -1V, -2V인 경우에 데이터 "1"상태 및 데이터 "0"상태인 트랜지스터의 드레인(콜렉터)과 소스(에미터)사이의 전압(Vds(ce))에 대한 드레인(콜렉터)과 소스(에미터)사이의 전류(Ids(ce))의 변화를 나타내는 그래프이다.Fig. 7 is a graph showing DC characteristics of another embodiment of the floating body transistor of the present invention, in which the transistor is in the data " 1 " state and the data " 0 " state when the gate voltage Vg is 0V, -1V, and -2V, respectively. It is a graph showing the change of the current Ids (ce) between the drain (collector) and the source (emitter) with respect to the voltage Vds (ce) between the drain (collector) and the source (emitter).
도3과 마찬가지로, 데이터 "1"상태는 데이터 "0"상태에 비해서 플로팅 바디 영역(18)에 다수 캐리어, 즉, 정공이 상대적으로 많이 축적되어 있는 상태를 의미하고, 데이터 "0"상태는 데이터 "1"상태에 비해서 플로팅 바디 영역(18)에 소수 캐리어, 즉, 전자가 상대적으로 많이 축적되어 있는 상태를 의미한다.As shown in Fig. 3, the data "1" state means a state in which a large number of carriers, that is, holes are relatively accumulated in the floating
게이트 전압(Vg)이 0V, -1V인 경우에 대한 설명은 도3의 설명을 참고로 하면 쉽게 이해될 것이다.A description of the case where the gate voltage Vg is 0V and −1V will be easily understood with reference to the description of FIG. 3.
도7의 그래프로부터, 게이트 전압(Vg)이 -2V일 경우에는 게이트 전압(Vg)이 -1V인 경우에 비해서 드레인(콜렉터)과 소스(에미터) 사이의 전압(Vds(ce))이 상대적으로 높은 전압, 예를 들면 2V이상의 전압에서 바이폴라 전류가 급격하게 증가되는데, 이는 게이트 전압이 낮을수록 베이스의 정전위가 더 낮아져기 때문에 드레인(콜렉터)과 소스(에미터)사이의 전압(Vds(ce))이 커져야만 밴드 대 밴드 터널링 및/또는 임팩트 이온화에 의해서 NPN트랜지스터가 온될 수 있게 된다. 따라서, 게이트 전압(Vg)이 -2V일 경우에는 드레인(콜렉터)과 소스(에미터)사이의 전압(Vds(ce))이 2V이하이면 데이터 "1" 및 데이터 "0"을 저장한 메모리 셀들의 NPN트랜지스터들이 모두 오프된다.From the graph of FIG. 7, when the gate voltage Vg is -2V, the voltage Vds (ce) between the drain (collector) and the source (emitter) is relative to the case where the gate voltage Vg is -1V. At high voltages, for example, voltages above 2V, the bipolar current increases rapidly, which means that the lower the gate voltage, the lower the potential of the base, and therefore the voltage between the drain (collector) and the source (emitter) (Vds ( ce)) must be large so that the NPN transistor can be turned on by band-to-band tunneling and / or impact ionization. Therefore, when the gate voltage Vg is -2V, when the voltage Vds (ce) between the drain (collector) and the source (emitter) is 2V or less, the memory cell storing data "1" and data "0" Of the NPN transistors are all off.
본 발명의 플로팅 바디 트랜지스터의 구조는 도1에 나타낸 실시예의 구조에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 플로팅 바디를 가지고, 도2의 모델링한 회로 구성을 가진다면 도7의 특성을 가지게 되므로, 플로팅 바디 트랜지스터가 도2의 모델링한 회로 구성을 가진다면 어떠한 구조를 가지더라도 상관없다.The structure of the floating body transistor of the present invention is not limited to the structure of the embodiment shown in FIG. 1 and may be in various forms. That is, if the floating body transistor has the circuit configuration modeled in FIG. 2 and has the characteristics of FIG. 7, the floating body transistor may have any structure as long as the floating body transistor has the modeled circuit configuration in FIG.
도8은 본 발명의 반도체 메모리 장치의 다른 실시예의 구성을 나타내는 것으로, 메모리 셀 어레이(50'), 로우 제어부(52') 및 컬럼 제어부(54')로 구성되고, 메모리 셀 어레이(50')는 i개의 워드 라인들(WL1, WL2, ..., WL(i-1), WLi), j개의 비트 라인들(BL1, BL2, ..., BLj), 및 k개의 소스 라인들(SL1, SL2, ..., SL(k-1), SLk)각각에 연결된 게이트, 드레인, 소스 및 플로팅 바디를 가진 메모리 셀들(MC1, MC2, ..., MCi-1, MCi)로 구성되어 있다. Fig. 8 shows the construction of another embodiment of the semiconductor memory device of the present invention, which is comprised of a memory cell array 50 ', a row control unit 52' and a column control unit 54 ', and a memory cell array 50'. Denotes i word lines WL1, WL2, ..., WL (i-1), WLi, j bit lines BL1, BL2, ..., BLj, and k source lines SL1. Is composed of memory cells MC1, MC2, ..., MCi-1, MCi having a gate, drain, source, and floating body connected to each of SL2, ..., SL (k-1), SLk. .
도8에서, 메모리 셀 어레이(50')의 i개의 워드 라인들(WL1, WL2, ..., WL(i-1), WLi)과 k개의 소스 라인(SL1, SL2, ..., SL(k-1), SLk)들은 동일 방향으로 배치되고, j개의 비트 라인들(BL1, BL2, ..., BLj)은 워드 라인과 직교하는 방향으로 배치되어 있다. 그리고, 인접한 두 개씩의 메모리 셀들(MC)의 드레인(콜렉터)은 공통으로 연결되어 해당 비트 라인에 연결되고, 인접한 두 개씩의 메모리 셀들(MC)의 소스(에미터)는 공통으로 연결되어 해당 소스 라인에 연결되어 구성되어 있다. 이에 따라, 워드 라인의 수가 i개라면, 소스 라인들의 수는 워드 라인들의 수의 절반 정도인 k개가 배치된다. 8, i word lines WL1, WL2, ..., WL (i-1), WLi and k source lines SL1, SL2, ..., SL of the
도8에 나타낸 메모리 셀 어레이는 소스 라인의 수가 워드 라인의 수에 비해서 줄어들게 됨으로 인해서 도4에 나타낸 메모리 셀 어레이에 비해서 라인 배치가 용이하게 된다.In the memory cell array shown in FIG. 8, the number of source lines is reduced compared to the number of word lines, so that line arrangement is easier than that of the memory cell array shown in FIG.
도8에 나타낸 메모리 셀 어레이(50'), 로우 제어부(52') 및 컬럼 제어부(54')의 기능은 도5에 나타낸 메모리 셀 어레이(50), 로우 제어부(52) 및 컬럼 제어부(54)의 기능과 유사하므로 도5의 기능 설명을 참고로 하면 쉽게 이해될 것이다.The functions of the memory cell array 50 ', the row control unit 52' and the column control unit 54 'shown in FIG. 8 are performed by the
도9은 도8에 나타낸 반도체 메모리 장치의 실시예의 동작을 설명하기 위한 동작 타이밍도를 나타내는 것으로, 비트 라인에 관련되는 전압과 전류를 나타내는 타이밍들중 실선으로 표시된 것은 데이터 "0" 라이트에 관련된 선을, 점선으로 표 시된 것은 데이터 "1" 라이트에 관련된 선을 각각 나타낸다. 도9의 타이밍도는 선택된 하나의 워드 라인에 연결된 모든 메모리 셀들에 대한 데이터 라이트 및 리드 동작을 수행하는 경우의 타이밍도를 나타내는 것이다.FIG. 9 is an operation timing chart for explaining the operation of the embodiment of the semiconductor memory device shown in FIG. 8, wherein solid lines of the timings and voltages related to the bit line are indicated by the line related to the data " 0 " Denoted by a dotted line indicates a line associated with the data " 1 " 9 illustrates a timing diagram when data write and read operations are performed on all of the memory cells connected to one selected word line.
도9에 나타낸 타이밍도를 이용하여 본 발명의 반도체 메모리 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the semiconductor memory device of the present invention will be described with reference to the timing diagram shown in FIG.
도9에 나타낸 동작 타이밍도는 도5에 나타낸 타이밍도와 달리 워드 라인으로 기간(T1)에서 0V의 전압을, 기간들(T0, T2, T5)에서 -2V의 전압을 인가하는 것이 상이하다. 이는 소스 라인들이 메모리 셀들 각각에 대하여 연결되어 구성되지 않고 소스 라인이 인접한 메모리 셀들에 공유되어 구성되기 때문에 도4의 반도체 메모리 장치와 달리 비선택된 메모리 셀들의 워드 라인으로 -1V보다 낮은 -2V의 전압을 인가하여 선택된 메모리 셀들의 라이트 및 리드 동작시에 비선택된 메모리 셀들의 NPN트랜지스터들이 모두 오프되도록 하기 위함이다. 이는 도3의 특성 그래프로부터 게이트 전압(Vg)이 -2V인 경우에 데이터 "1" 및 데이터 "0"이 저장된 메모리 셀들이 모두 오프됨을 알 수 있다.Unlike the timing diagram shown in FIG. 5, the operation timing diagram shown in FIG. 9 differs from that of applying a voltage of 0 V in the period T1 and a voltage of -2 V in the periods T0, T2, and T5 with word lines. This is a word line of non-selected memory cells, unlike-the semiconductor memory device of FIG. 4, because the source lines are not connected to each of the memory cells, but are configured to be shared to adjacent memory cells. This is because the NPN transistors of the non-selected memory cells are all turned off during the write and read operations of the selected memory cells. It can be seen from the characteristic graph of FIG. 3 that when the gate voltage Vg is -2V, all of the memory cells in which data "1" and data "0" are stored are turned off.
도9의 기간들(T0, T1)의 동작은 도5의 기간들(T0, T1)에서의 동작과 동일하게 이루어지고, 기간들(T2, T3, T4, T5)의 동작은 도5의 기간들(T3, T4, T5, T6)에서의 동작과 동일하게 이루어진다.The operations of the periods T0 and T1 of FIG. 9 are made the same as the operations of the periods T0 and T1 of FIG. 5, and the operations of the periods T2, T3, T4 and T5 are the periods of FIG. 5. The same operation as in the fields T3, T4, T5, and T6.
도10은 도8에 나타낸 반도체 메모리 장치의 다른 실시예의 동작을 설명하기 위한 동작 타이밍도를 나타내는 것으로, 비트 라인에 관련되는 전압과 전류를 나타내는 타이밍들중 실선으로 표시된 것은 데이터 "0" 라이트에 관련된 선을, 점선으 로 표시된 것은 데이터 "1" 라이트에 관련된 선을 각각 나타낸다. 도9의 타이밍도는 선택된 워드 라인과 선택된 소스 라인사이에 연결된 하나의 메모리 셀에 대한 데이터 라이트 및 리드 동작을 수행하는 경우의 타이밍도이다.FIG. 10 shows an operation timing diagram for explaining the operation of another embodiment of the semiconductor memory device shown in FIG. 8, in which the solid lines of the timings and voltages related to the bit lines are related to the data " 0 " The lines indicated by dotted lines indicate the lines associated with the data "1" lights, respectively. 9 is a timing diagram when data write and read operations are performed on one memory cell connected between the selected word line and the selected source line.
도10에 나타낸 타이밍도를 이용하여 본 발명의 반도체 메모리 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the semiconductor memory device of the present invention will be described with reference to the timing diagram shown in FIG.
도10에 나타낸 동작 타이밍도는 도6에 나타낸 타이밍도와 달리 워드 라인으로 기간(T1)에서 0V의 전압을, 기간들(T0, T2, T5)에서 -2V의 전압을 인가하는 것이 상이하다. 이는 소스 라인들이 메모리 셀들 각각에 대하여 연결되어 구성되지 않고 소스 라인이 인접한 메모리 셀들에 공유되어 구성되기 때문에 도4의 반도체 메모리 장치와 달리 비선택된 메모리 셀들의 워드 라인으로 -1V보다 낮은 -2V의 전압을 인가하여 선택된 메모리 셀들의 라이트 및 리드 동작시에 비선택된 메모리 셀들의 NPN트랜지스터들이 모두 오프되도록 하기 위함이다. 이는 도3의 특성 그래프로부터게이트 전압(Vg)이 -2V인 경우에 데이터 "1" 및 데이터 "0"이 저장된 메모리 셀들이 모두 오프됨을 알 수 있다.Unlike the timing diagram shown in FIG. 6, the operation timing diagram shown in FIG. 10 differs from that of applying a voltage of 0 V in the period T1 and a voltage of -2 V in the periods T0, T2, and T5 with word lines. This is a word line of non-selected memory cells, unlike-the semiconductor memory device of FIG. 4, because the source lines are not connected to each of the memory cells, but are configured to be shared to adjacent memory cells. This is because the NPN transistors of the non-selected memory cells are all turned off during the write and read operations of the selected memory cells. It can be seen from the characteristic graph of FIG. 3 that the memory cells in which data “1” and data “0” are stored are all turned off when the gate voltage Vg is −2V.
도10의 기간들(T0, T1)의 동작은 도5의 기간들(T0, T1)에서의 동작과 동일하게 이루어지고, 기간들(T2, T3, T4, T5)의 동작은 도6의 기간들(T3, T4, T5, T6)에서의 동작과 동일하게 이루어진다.The operation of the periods T0 and T1 of FIG. 10 is the same as the operation of the periods T0 and T1 of FIG. 5, and the operation of the periods T2, T3, T4 and T5 is the period of FIG. 6. The same operation as in the fields T3, T4, T5, and T6.
도시하지는 않았지만, 도8에 나타낸 반도체 메모리 장치의 로우 제어부(52')가 아니라 컬럼 제어부(54')가 리프레쉬 명령(REF)에 응답하여 비트 라인들로 2V의 전압을 인가함에 의해서 리프레쉬 동작을 수행하는 것 또한 가능하다. 즉, 리프레 쉬 명령(REF)에 응답하여 모든 비트 라인들(BL1 ~ BLj)로 2V의 전압을 인가하거나, 적어도 2개이상의 비트 라인들로 2V의 전압을 순차적으로 인가함으로써 모든 메모리 셀들에 대한 리프레쉬 동작을 수행하는 것이 가능하다.Although not shown, not the row controller 52 'of the semiconductor memory device shown in FIG. 8, the column controller 54' performs a refresh operation by applying a voltage of 2V to the bit lines in response to the refresh command REF. It is also possible. That is, in response to the refresh command REF, a voltage of 2V is applied to all of the bit lines BL1 to BLj, or a voltage of 2V is sequentially applied to at least two bit lines to refresh all memory cells. It is possible to perform an operation.
또한, 도8에 나타낸 반도체 메모리 장치의 적어도 1개의 비트 라인으로 2V의 전압을 순차적으로 인가함으로써 모든 메모리 셀들에 대한 리프레쉬 동작을 수행하는 것도 가능하다. In addition, it is also possible to perform a refresh operation on all memory cells by sequentially applying a voltage of 2V to at least one bit line of the semiconductor memory device shown in FIG.
도시하지는 않았지만, 도4 및 도8에 나타낸 반도체 메모리 장치는 비트 라인의 전류 또는 전압을 감지하기 위한 센스 증폭부를 구비하여 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 도6 및 도10의 타이밍도에 따른 동작이 가능하므로 도4 및 도8에 나타낸 반도체 메모리 장치는 선택된 하나의 비트 라인에 연결된 메모리 셀들에/로부터 데이터를 리드/라이트하는 것이 가능하므로 복수개의 비트 라인들 또는 소정 개수의 비트 라인들이 하나의 센스 증폭부(미도시)를 공유하여 구비하도록 하는 것이 가능하다.Although not shown, the semiconductor memory device shown in FIGS. 4 and 8 is preferably provided with a sense amplifier for sensing the current or voltage of the bit line. 6 and 10, the semiconductor memory device shown in FIGS. 4 and 8 can read / write data to / from memory cells connected to one selected bit line. It is possible to have the bit lines or a predetermined number of bit lines share one sense amplifier (not shown).
따라서, 도8에 나타낸 반도체 메모리 장치는 메모리 셀 어레이의 소스 라인의 수가 워드 라인의 수의 절반 정도만 구비하고, 센스 증폭부를 모든 비트 라인들 각각에 대하여 구비하지 않아도 되기 때문에 레이아웃 면적을 줄이는 것이 가능하다.Therefore, the semiconductor memory device shown in FIG. 8 can reduce the layout area because the number of source lines of the memory cell array includes only about half of the number of word lines, and the sense amplifiers do not have to be provided for each bit line. .
도9 및 도10에 나타낸 본 발명의 플로팅 바디 트랜지스터를 구비한 메모리 셀 어레이의 동작 방법은 워드 라인을 3개 전압 레벨로, 소스 라인을 2개 전압 레벨로 제어하고, 낮은 전압 레벨로 동작이 가능하여 전력 소모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 간단한 방법으로 리프레쉬 동작을 수행하는 것이 가능하다. 추가적으로, 도10에 나타낸 동작 방법은 선택된 워드 라인, 선택된 소스 라인 및 선택된 비트 라인에 연결된 메모리 셀들로만 라이트 및 리드 동작이 가능하다. 9 and 10, a method of operating a memory cell array having a floating body transistor according to the present invention can control a word line at three voltage levels, a source line at two voltage levels, and operate at a low voltage level. In addition to reducing power consumption, it is possible to perform the refresh operation in a simple manner. In addition, the operation method illustrated in FIG. 10 enables write and read operations only to memory cells connected to a selected word line, a selected source line, and a selected bit line.
도11은 본 발명의 반도체 메모리 장치의 또 다른 실시예의 구성을 나타내는 블록도로서, 메모리 셀 어레이(100), 로우 제어부(102) 및 컬럼 제어부(104)로 구성되고, 메모리 셀 어레이(100)는 메모리 셀 어레이 블록들(BK1 ~ BKn), 센싱 블록들(SA1, SA12, ..., SAn)로 구성되어 있다. 메모리 셀 어레이 블록들(BK1 ~ BKn) 각각은 도4 또는 도7에 나타낸 구성을 가질 수 있다. Fig. 11 is a block diagram showing the construction of still another embodiment of the semiconductor memory device of the present invention, which is comprised of the
도11에 나타낸 블록들 각각의 기능에 대하여 설명하면 다음과 같다.The functions of each of the blocks shown in FIG. 11 will be described below.
메모리 셀 어레이(100)는 선택된 적어도 하나의 메모리 셀 어레이 블록으로/로부터 데이터를 라이트/리드한다. 로우 제어부(102)는 라이트 신호(WR) 또는 리드 신호(RD) 및 어드레스 신호(ADD)에 응답하여 워드 라인들(WL11 ~ WLni) 및 소스 라인들(SL11 ~ SLni)을 제어하여 하나의 워드라인을 선택한다. 또한 리프레쉬 명령(REF)에 응답하여 소스 라인들(SL11 ~ SLni)을 제어하여 연결된 메모리 셀들을 리프레쉬한다. 이때, 소스 라인들(SL11 ~ SLni)을 제어하여 모든 메모리 셀들을 한번에 리프레쉬하거나, 메모리 셀 어레이 블록 단위로 소스 라인들을 제어하여 블럭별 리프레쉬를 수행하거나, 적어도 2개이상의 소스 라인들을 순차적으로 제어하여 적어도 2개이상의 소스 라인들에 연결된 메모리 셀들을 순차적으로 리프레쉬하여 모든 메모리 셀들에 대한 리프레쉬를 수행할 수도 있다. 컬럼 제어부(104)는 라이트 신호(WR) 또는 리드 신호(RD) 및 어드레스 신호(ADD)에 응답하여 비트 라인 들(BL1 ~ BLj)을 제어하여 비선택된 메모리 셀들에 데이터가 라이트 및 리드되는 것을 방지하고, 선택된 비트라인과 연결된 메모리 셀에/로부터 데이터 "1" 또는 데이터 "0"을 라이트/리드한다. 로우 제어부(102)로 인가되는 어드레스는 로우 어드레스이고, 컬럼 제어부(104)로 인가되는 어드레스는 컬럼 어드레스인 것이 바람직하다. 센싱 블록들(SA1 ~ SAn) 각각은 대응하는 비트 라인으로 라이트 데이터 상태에 대응하는 전압을 인가하거나, 비트 라인의 리드 데이터를 증폭하여 출력한다. 센싱 블록들(SA1 ~ SAn) 각각은 전류 센스 증폭기 또는 전압 센스 증폭기를 구비하여 비트 라인의 전류 차 또는 전압 차를 증폭한다. The
도5 및 도9에 나타낸 동작을 수행하는 경우에 센싱 블록들(SA1 ~ SAn) 각각이 모든 비트 라인들에 대하여 센스 증폭기를 구비하도록 구성되어야 하나, 도6 및 도10에 나타낸 동작을 수행하는 경우에는 센싱 블록들(SA1 ~ SAn) 각각이 비트라인들 수보다 작은 소정 개수의 비트 라인들에 대하여 하나씩 구비하도록 구성할 수 있다. In the case of performing the operations illustrated in FIGS. 5 and 9, each of the sensing blocks SA1 to SAn should be configured to include a sense amplifier for all bit lines, but in the case of performing the operations illustrated in FIGS. 6 and 10. Each sensing block SA1 to SAn may be configured to have one bit for a predetermined number of bit lines smaller than the number of bit lines.
도4 및 도8에 나타낸 반도체 메모리 장치와 마찬가지로, 도11에 나타낸 반도체 메모리 장치의 로우 제어부(52)가 아니라 컬럼 제어부(54)가 리프레쉬 명령(REF)에 응답하여 비트 라인들로 2V의 전압을 인가함에 의해서 리프레쉬 동작을 수행하는 것 또한 가능하다. 즉, 리프레쉬 명령(REF)에 응답하여 모든 비트 라인들(BL1 ~ BLj)로 2V의 전압을 인가함으로써 모든 메모리 셀들에 대한 리프레쉬 동작을 수행하는 것이 가능하다. 이 경우에도 모든 비트 라인들(BL1 ~ BLj)에 대한 리프레쉬 동작을 수행하지 않고 적어도 1개씩 순차적으로 리프레쉬 동작을 수행하 는 것이 가능하다.Similar to the semiconductor memory device shown in FIGS. 4 and 8, the
또한, 상술한 실시예들에서는 적어도 2개의 소스 라인들(또는 적어도 1개의 비트 라인들), 메모리 셀 어레이 블럭의 모든 소스 라인들(또는 모든 비트 라인들), 또는 메모리 셀 어레이의 모든 소스 라인들(또는 모든 비트 라인들)에 연결된 메모리 셀들에 대하여 동시에 리프레쉬 동작을 수행하는 것을 설명하였지만, 만일 메모리 셀 어레이가 복수개의 메모리 셀 어레이 뱅크들을 구비하는 경우에는 메모리 셀 어레이 뱅크의 모든 소스 라인들(또는 모든 비트 라인들)에 연결된 메모리 셀들에 대하여 동시에 리프레쉬 동작을 수행하는 것 또한 가능하다. 따라서, 한꺼번에 많은 수의 메모리 셀들에 대한 리프레쉬 동작을 수행하는 것이 가능하므로, 모든 메모리 셀들에 대한 리프레쉬 동작을 위하여 요구되는 시간이 줄어들게 되어, 라이트 동작 및 리드 동작이 보다 고속으로 수행될 수 있다. In addition, in the above-described embodiments, at least two source lines (or at least one bit lines), all source lines (or all bit lines) of the memory cell array block, or all source lines of the memory cell array. Although the refresh operation is performed on the memory cells connected to the (or all of the bit lines) at the same time, all the source lines of the memory cell array bank (or It is also possible to perform a refresh operation on memory cells connected to all bit lines at the same time. Therefore, since it is possible to perform the refresh operation for a large number of memory cells at once, the time required for the refresh operation for all the memory cells is reduced, so that the write operation and the read operation can be performed at a higher speed.
본 발명의 커패시터가 없는 동적 메모리 셀을 구비하는 반도체 메모리 장치의 리프레쉬 동작은 비트 라인 또는 소스 라인들로 리프레쉬 제어전압을 인가해주기만 하면 이들과 연결된 메모리 셀들에 대한 리프레쉬 동작을 수행한다. The refresh operation of a semiconductor memory device having a capacitor-free dynamic memory cell of the present invention performs a refresh operation on the memory cells connected thereto by applying a refresh control voltage to a bit line or a source line.
상술한 실시예의 전압 레벨들은 바이폴라 접합 트랜지스터의 동작이 가능한 다른 전압 레벨들로 대체하여 인가하는 것도 가능하다.The voltage levels of the above-described embodiment may be applied by substituting other voltage levels at which the operation of the bipolar junction transistor is possible.
상술한 실시예에서는 컬럼 제어부(54)가 라이트 동작시에 데이터 상태에 대응되는 전압을 비트 라인들로 인가하는 것으로 설명하였으나, 라이트 동작시에 컬럼 제어부(54)에 의하지 않고 미도시된 다른 데이터 인가 수단을 통하여 비트 라인들로 데이터 상태에 대응되는 전압을 인가 할 수 있다.In the above-described embodiment, the
본 발명의 반도체 메모리 장치의 동적 메모리 셀은 도1a, b에 나타낸 구조를 가져도 되나, 상술한 바이폴라 접합 트랜지스터 동작이 보다 원활하게 수행될 수 있고, 데이터 보유 시간을 증가시킬 수 있는 플로팅 바디 트랜지스터를 구비하는 메모리 셀의 바람직한 실시예의 구조를 설명하면 다음과 같다.The dynamic memory cell of the semiconductor memory device of the present invention may have the structure shown in Figs. 1A and B, but the above-described bipolar junction transistor operation can be performed more smoothly, and a floating body transistor capable of increasing data retention time can be obtained. The structure of a preferred embodiment of a memory cell provided is as follows.
도12a, b는 본 발명의 플로팅 바디 트랜지스터를 구비하는 메모리 셀의 제1실시예의 구성을 나타내는 것으로, 도12a의 플로팅 바디 트랜지스터는 도1a의 구조와 달리 제1도전형의 에미터(소스) 영역(14)와 콜렉터(드레인) 영역(16)이 제2도전형의 게이트 영역(22)와 중첩되지 않게 형성되는 것을 제외하면 도1a의 구조와 동일한 구조를 가진다. 도12b의 플로팅 바디 트랜지스터 또한 도1b의 구조와 달리 제1도전형의 에미터(소스) 영역(14)과 콜렉터(드레인) 영역(16)이 제2도전형의 게이트 영역(22)와 중첩되지 않게 형성되어 있다. 즉, 반도체 패턴과 게이트 패턴이 중첩되지 않게 형성되어 게이트 영역(22)의 길이(L2)가 플로팅 바디 영역(18)의 길이(L1)보다 좁게 형성되어 있다.12A and 12B show a configuration of a first embodiment of a memory cell having a floating body transistor of the present invention. The floating body transistor of FIG. 12A has an emitter (source) region of the first conductivity type unlike the structure of FIG. 14 and the collector (drain)
도1a, b와 마찬가지로, 플로팅 바디 영역(18)은 제2도전형을 가질 수 있다. 기판(10)은 실리콘 기판일 수 있으며, 제1도전형은 n형일 수 있고, 제2도전형은 p형일 수 있다. 추가적으로, 에미터(소스) 영역(14)의 불순물 농도는 콜렉터(드레인) 영역(16)의 불순물 농도보다 높은 불순물 농도를 가질 수 있다.Like the FIGS. 1A and 1B, the floating
도12a, b에 나타낸 메모리 셀은 게이트 영역(22)와 에미터(소스) 영역(14) 및 콜렉터(드레인) 영역(16)가 중첩되지 않으므로 게이트 유도 드레인 누설 전류(GIDL; Gate Induced Drain Leakage)현상이 작으므로 절연층(20)의 두께를 감소 할 수 있으며 이로 인해 게이트 패턴의 감소로 인한 게이트 베이스 커플링 커패시턴스를 보상할 수 있다.In the memory cells shown in FIGS. 12A and 12B, the
또한, 상술한 도3, 7의 그래프의 동일한 게이트 전압(Vg)에 대한 데이터 "1"과 데이터 "0"사이의 Vds의 전압 차가 센싱 마아진이 되며, 센싱 마아진은 게이트 커패시턴스보다 플로팅 바디 영역(18)과 에미터(소스) 영역(14)간의 커패시턴스, 플로팅 바디 영역(18)과 콜렉터(드레인) 영역(16)사이의 커패시턴스가 클수록 더 좋을것이다. 도3a, b에 나타낸 메모리 셀은 게이트 영역(22)과 에미터(소스) 영역(14) 및 콜렉터(드레인) 영역(16)이 중첩되지 않으므로, 게이트 영역(22)와 에미터(소스) 영역(14)사이 및 게이트 영역(22)와 콜렉터(드레인) 영역(16)사이의 커패시턴스가 작아지게 되므로 게이트 커패시턴스가 작아지게 되고, 이에 따라 큰 센싱 마아진을 확보할 수 있어, 데이터 리드 동작시의 오류를 줄일 수 있다.In addition, the voltage difference of Vds between data " 1 " and data " 0 " for the same gate voltage Vg in the graphs of FIGS. The larger the capacitance between the C and the emitter (source)
그리고, 게이트 영역(22)와 에미터(소스) 영역(14)사이의 거리 및 게이트 영역(22)와 콜렉터(드레인) 영역(16)사이의 거리가 멀어지게 되어 게이트 유도 드레인 누설 전류의 발생이 감소될 수 있어, 데이터 "0"에 대한 손상이 줄어들게 된다. Further, the distance between the
도13a, b는 본 발명의 플로팅 바디 트랜지스터를 구비하는 메모리 셀의 제2실시예의 구성을 나타내는 것으로, 도13a, b의 플로팅 바디 트랜지스터는 도1a, b의 구조와 달리 제1도전형의 콜렉터(드레인) 영역(16)와 플로팅 바디 영역(18)사이에 제1도전형 또는 제2도전형의 버퍼 영역(24)을 형성하고, 버퍼 영역(24)의 불순물 농도는 제1도전형의 에미터(소스) 영역(14)의 불순물 농도 또는 플로팅 바디 영역(18)의 제2도전형의 불순물 농도보다 낮을 수 있다.13A and 13B show a configuration of a second embodiment of a memory cell having a floating body transistor of the present invention. The floating body transistors of FIGS. 13A and 13B are different from the structures of FIGS. A first conductive type or a second conductive
그리고, 플로팅 바디 영역(18)은 제2도전형을 가질 수 있다. 기판(10)은 실리콘 기판일 수 있으며, 제1도전형은 n형일 수 있고, 제2도전형은 p형일 수 있다. 또한, 에미터(소스) 영역(14)의 불순물 농도는 콜렉터(드레인) 영역(16)의 불순물 농도보다 높은 불순물 농도를 가질 수 있다.In addition, the floating
상술한 실시예에서는 버퍼 영역(24)이 플로팅 바디 영역(18)과 콜렉터(드레인) 영역(16)사이에 존재하나, 에미터(소스) 영역(14)와 플로팅 바디 영역(18)사이에 존재할 수도 있다. In the above-described embodiment, the
버퍼 영역(18)은 바이폴라 접합 트랜지스터 동작시에 에미터(소스) 영역(14)로부터 콜렉터(드레인) 영역(16)으로 이동하는 전하의 가속구간으로 이용될 수 있다. 즉, 버퍼 영역(18)으로 인하여 전자의 평균 자유 행로(mean free path)가 길어져서 전하가 충돌하여 애벌런쉬 증배가 발생할 가능성이 높아진다. 이에 따라, 애벌런쉬 항복 현상에 의한 전류가 많이 발생하여 고속 동작이 가능하게 된다.The
도13b는 레이아웃 면적 증가를 최소화하며 도15a의 메모리 셀과 같은 효과를 얻을 수 있는 수직 구조의 메모리 셀 구조이다.FIG. 13B is a vertical memory cell structure that minimizes an increase in layout area and has the same effect as the memory cell of FIG. 15A.
도13a, b의 구조는 게이트 영역(22)와 에미터(소스) 영역(14)의 일부가 중첩되고, 게이트 영역(22)와 버퍼 영역(24)의 일부가 중첩되는 것을 도시하였으나, 게이트 영역(22)와 에미터(소스) 영역(14)의 일부가 중첩되고, 게이트 영역(22)와 버퍼 영역(24)이 중첩되지 않도록 형성할 수 있고 이 경우 버퍼영역이 제 1도전형인 것이 더 바람직할 수 있다. 13A and 13B show that a portion of the
도14a, b는 본 발명의 플로팅 바디 트랜지스터를 구비하는 메모리 셀의 제3 실시예의 구조를 나타내는 것으로, 도12의 특징과 도13a, b의 구조의 특징을 함께 적용한 것으로, 게이트 영역(22)과 에미터(소스) 영역(14)이 중첩되지 않고, 게이트 영역(22)와 버퍼 영역(24)이 중첩되지 않게 형성되어 있다.14A and 14B show the structure of the third embodiment of the memory cell including the floating body transistor of the present invention. The features of FIG. 12 and the features of the structures of FIGS. 13A and 13B are applied together. The emitter (source)
도15a, b는 본 발명의 플로팅 바디 트랜지스터를 구비하는 메모리 셀의 제4실시예의 구조를 나타내는 것으로, 도15a, b의 플로팅 바디 트랜지스터는 도1a의 에미터(소스) 영역(14)와 플로팅 바디 영역(18)사이에 제2도전형의 플로팅 바디 영역(18)의 불순물 농도와 다른 불순물 농도를 가진 제2도전형의 보조 바디 영역(26)을 형성하고, 콜렉터(드레인) 영역(16)의 불순물 농도보다 높은 불순물 농도를 가진 제1도전형의 에미터(소스) 영역(14)가 형성되어 있다. 보조 바디 영역(26)의 불순물 농도는 플로팅 바디 영역(18)의 불순물 농도보다 낮은 불순물 농도를 가질 수 있다. Figures 15a and b show a structure of a fourth embodiment of a memory cell having a floating body transistor of the present invention, wherein the floating body transistors of Figures 15a and b show the emitter (source)
도15a, b의 구조는 플로팅 바디 영역(18)보다 낮은 불순물 농도를 가지는 보조 바디 영역(26)으로 인하여 에미터로부터 베이스로의 소수 캐리어, 즉, 전자의 공급이 많아지게 되므로 전자 주입 효율이 증가한다. 따라서, 바이폴라 접합 트랜지스터의 전류 이득이 커지게 되고, 이에 따라 더 많은 임팩트 이온화가 발생하고 이에 따라 더 빨리 애벌런치 항복 현상이 일어나게 된다.15A and 15B increase the electron injection efficiency because the
도시하지는 않았지만, 게이트 영역(22)와 에미터(소스) 영역(14)가 중첩되도록 구성하고, 게이트 영역(22)와 콜렉터(드레인) 영역(16)가 중첩되지 않도록 구성하는 것도 가능하다. Although not shown, the
도16a, b, c는 본 발명의 수평 구조의 플로팅 바디 트랜지스터를 구비하는 동적 메모리 셀의 제5실시예의 구조의 평면도 및 단면도들로서, 동적 메모리 셀, 소스 라인 및 비트 라인의 연결을 포함한 실시예를 나타내는 것이다. 도16b는Ⅰ-Ⅰ' 방향의 단면도이고, 도16c는 Ⅱ-Ⅱ' 방향으로 절단한 경우의 단면도이다.16A, B, and C are plan and cross-sectional views of a structure of a fifth embodiment of a dynamic memory cell having a floating body transistor having a horizontal structure of the present invention, showing an embodiment including a connection of a dynamic memory cell, a source line, and a bit line. To indicate. Fig. 16B is a cross sectional view taken along the line II ′ and Fig. 16C is a cross sectional view taken along the line II-II ′.
도16a, b, c를 참조하면, 에미터(소스) 영역(14)와 콜렉터(드레인) 영역(16)사이의 플로팅 바디 영역(18)의 양 측벽들중 적어도 하나의 측벽으로부터 연장된 제2도전형의 보조 바디 영역(26)이 추가적으로 형성되어 있다. 이 보조 바디 영역(26)은 플로팅 바디 영역(18)을 연장한 것으로, 전하 저장 영역이 될 수 있다. 따라서, 전하 저장 영역이 커지게 되어 많은 양의 전하를 저장하는 것이 가능하게 되고, 이에 따라 전하 보유 시간이 증가될 수 있다. 전하 보유 시간이 증가됨으로 인해서 리프레쉬 동작 주기가 길어지게 된다.Referring to Figures 16A, B, and C, a second portion extending from at least one of the sidewalls of the floating
그리고, 게이트 영역(22)과 보조 바디 영역(26)은 도시된 바와 같이 중첩될 수 있다. 보조 바디 영역(26) 또는 기판(10)과 절연될 수 있다. 보조 바디 영역(26)은 확장 반도체 패턴(27)에 의해서 형성되고, 에미터(소스) 영역(14), 콜렉터(드레인) 영역(16), 및 플로팅 바디 영역(18)은 반도체 패턴(15) 내에 형성되고, 게이트 패턴(21)은 반도체 패턴(15) 상에 제공된다. 게이트 패턴(21)은 절연층(20) 및 게이트 영역(22)을 포함할 수 있다.In addition, the
게이트 패턴(21)의 측벽 상에 게이트 스페이서(40)가 제공될 수 있고, 에미터(소스) 영역(14)과 콜렉터(드레인) 영역(16)을 덮는 하부 층간 절연층(42)이 제공될 수 있다. 그리고, 하부 층간 절연층(42)을 관통하며 에미터(소스) 영역(14)과 전기적으로 접속된 제1콘택 구조체(30)가 제공될 수 있으며, 하부 층간 절연층(42) 상에 제1콘택 구조체(30)를 덮은 제1도전성 라인(34)인 소스 라인(SL)이 제공될 수 있다.A
제1도전성 라인(34) 및 하부 층간 절연층(42) 상에 상부 층간 절연층(46)이 제공될 수 있다. 상부 층간 절연막(46) 및 하부 층간 절연막(42)을 관통하며 콜렉터(드레인) 영역(16)에 전기적으로 접속된 제2콘택 구조체(48)가 제공될 수 있다. 상부 층간 절연막(46) 상에 제2콘택 구조체(48)를 덮는 제2도전성 라인(36)인 비트 라인(BL)이 제공될 수 있다.An upper
그리고, 반도체 패턴(15)과 확장 반도체 패턴(27)의 측벽을 둘러싸는 소자 분리 영역(44)이 제공될 수 있다.In addition, an
도16b는 도14a의 동적 메모리 셀의 단면도를 예로 도시하였으나, 도16a, b, c의 확장 반도체 패턴(27)은 상술한 실시예들의 동적 메모리 셀들 각각에 모두 적용될 수 있다.Although FIG. 16B illustrates a cross-sectional view of the dynamic memory cell of FIG. 14A as an example, the
본 발명의 커패시터가 없는 플로팅 바디 트랜지스터를 가지는 메모리 셀을 구비하는 반도체 메모리 장치의 동작 방법은 바이폴라 접합 트랜지스터 동작시의 제어가 용이하며, 실시예의 구조를 채택함에 의해서 바이폴라 접합 트랜지스터 동작이 원활하게 이루어지게 되고, 센싱 마아진이 커지게 됨은 물론 고속 동작에 적합하다.The operation method of a semiconductor memory device having a memory cell having a capacitor-free floating body transistor of the present invention is easy to control during operation of a bipolar junction transistor, and the bipolar junction transistor operation is smoothly performed by adopting the structure of the embodiment. As a result, the sensing margin is increased and is suitable for high speed operation.
도17은 본 발명의 반도체 메모리 장치를 구비하는 메모리 시스템의 실시예의 구성을 나타내는 것으로, 제어부(200) 및 반도체 메모리 장치(210)로 구성되어 있다.Fig. 17 shows a configuration of an embodiment of a memory system having a semiconductor memory device of the present invention, and is composed of a control unit 200 and a semiconductor memory device 210. As shown in FIG.
도17에서, 제어부(200)는 반도체 메모리 장치(210)로 장치로 명령 신호(COM),어드레스 신호(ADD) 및 라이트 데이터(DATA)를 전송하고, 반도체 메모리 장치(210)로 리드 데이터(DATA)를 전송한다. In FIG. 17, the controller 200 transmits a command signal COM, an address signal ADD, and write data DATA to the semiconductor memory device 210, and read data DATA to the semiconductor memory device 210. ).
제어부(200)는 명령 신호(COM)로서 라이트 명령(WR), 리드 명령(RD), 리프레쉬 명령 등을 전송하고, 라이트 명령(WR) 및 리드 명령(RD)의 전송시에 어드레스 신호(ADD)를 함께 전송한다. 이때, 어드레스 신호(ADD)로서, 워드 라인 및 소스 라인을 억세스하기 위한 로우 어드레스와 비트 라인을 억세스하기 위한 컬럼 어드레스를 동시에 전송한다. 그리고, 라이트 명령(WR)의 전송시에는 어드레스 신호(ADD)와 함께 라이트 데이터(DATA)를 전송한다. 리프레쉬 명령(REF)의 전송시에는 어드레스 신호(ADD)와 라이트 데이터(WR)를 전송하지 않고 리프레쉬 명령(REF)만을 전송한다.The control unit 200 transmits the write command WR, the read command RD, the refresh command, etc. as the command signal COM, and the address signal ADD when the write command WR and the read command RD are transmitted. Send together. At this time, as the address signal ADD, a row address for accessing a word line and a source line and a column address for accessing a bit line are simultaneously transmitted. When the write command WR is transmitted, the write data DATA is transmitted together with the address signal ADD. When the refresh command REF is transmitted, only the refresh command REF is transmitted without transmitting the address signal ADD and the write data WR.
반도체 메모리 장치(210)는 라이트 명령(WR)과 함께 로우 및 컬럼 어드레스를 포함한 어드레스 신호(ADD) 및 라이트 데이터(DATA)가 전송되면, 내부적으로 로우 어드레스와 컬럼 어드레스를 구분하여 상술한 동작 방법에 따라 로우 어드레스에 대응하는 워드 라인과 소스 라인을 제어하고, 컬럼 어드레스에 대응하는 비트 라인으로 라이트 데이터(DATA)를 전송하여 라이트 동작을 수행한다. 또한, 리드 명령(RD)과 함께 로우 및 컬럼 어드레스를 포함한 어드레스 신호(ADD)가 전송되면, 내부적으로 로우 어드레스와 컬럼 어드레스를 구분하여 상술한 동작 방법에 따라 로우 어드레스에 대응하는 워드 라인과 소스 라인을 제어하고, 컬럼 어드레스에 대응하는 비트 라인을 제어하여 리드 동작을 수행한다. 그리고, 리프레쉬 명령(REF) 이 인가되면 상술한 리프레쉬 방법에 따라 내부적으로 리프레쉬 로우 어드레스 또는 컬럼 어드레스를 발생하여 소스 라인 또는 비트 라인을 제어하여 리프레쉬 동작을 수행한다. When the address signal ADD including the row and column addresses and the write data DATA are transmitted together with the write command WR, the semiconductor memory device 210 internally classifies the row address and the column address in the above-described operating method. Accordingly, the word line and the source line corresponding to the row address are controlled, and the write data DATA is transmitted to the bit line corresponding to the column address to perform the write operation. In addition, when the address signal ADD including the row and column addresses is transmitted together with the read command RD, the word line and the source line corresponding to the row address according to the above-described operation method by dividing the row address and the column address internally. The control operation is performed, and the read operation is performed by controlling the bit line corresponding to the column address. When the refresh command REF is applied, a refresh row address or a column address is internally generated according to the refresh method described above to control the source line or the bit line to perform the refresh operation.
본 발명의 메모리 시스템은 반도체 메모리 장치(210)의 메모리 셀의 라이트 명령 및 리드 명령의 전송시에 로우 어드레스와 컬럼 어드레스를 포함하는 어드레스 신호(ADD)를 한꺼번에 전송하기 때문에 제어부(200)의 제어가 단순화된다. 즉, 일반적인 동적 메모리 셀을 구비하는 반도체 메모리 장치의 경우에 제어부는 액티브 명령과 함께 로우 어드레스를 전송하고, 라이트 명령과 함께 컬럼 어드레스 및 라이트 데이터를 전송하고, 리드 명령과 함께 컬럼 어드레스를 전송하여야 되지만, 본 발명의 커패시터가 없는 동적 메모리 셀을 구비하는 반도체 메모리 장치의 경우에 제어부는 액티브 명령을 인가할 필요가 없으며, 어드레스 신호를 로우 어드레스 신호와 컬럼 어드레스 신호로 구분하여 인가할 필요가 없다.Since the memory system of the present invention transmits the address signal ADD including the row address and the column address at the time of the write command and the read command of the memory cell of the semiconductor memory device 210, the control of the controller 200 is controlled. Is simplified. That is, in the case of a semiconductor memory device having a general dynamic memory cell, the controller transmits a row address with an active command, transmits a column address and write data with a write command, and transmits a column address with a read command. In the case of a semiconductor memory device having a capacitor-free dynamic memory cell of the present invention, the controller does not need to apply an active command, and does not need to apply an address signal separately from a row address signal and a column address signal.
그리고, 도17의 시스템은 제어부(200)가 클럭신호를 인가하지 않도록 도시되어 있으나, 클럭신호가 제어부(200)에 의해서 반도체 메모리 장치(210)로 인가되게 구성될 수도 있다.The system of FIG. 17 is illustrated so that the controller 200 does not apply the clock signal, but the clock signal may be configured to be applied to the semiconductor memory device 210 by the controller 200.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.
도1a, b는 일반적인 커패시터가 없는 동적 메모리 셀의 일예의 구성을 나타내는 것이다.1A and 1B show an example of a configuration of a dynamic memory cell without a general capacitor.
도2는 도1a, b에 나타낸 플로팅 바디 트랜지스터를 가지는 동적 메모리 셀의 등가도를 나타내는 것이다.Fig. 2 shows an equivalent diagram of a dynamic memory cell having the floating body transistors shown in Figs. 1A and 1B.
도3은 본 발명의 플로팅 바디 트랜지스터를 가지는 동적 메모리 셀의 일실시예의 DC 특성을 나타내는 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the DC characteristics of one embodiment of a dynamic memory cell having a floating body transistor of the present invention.
도4는 본 발명의 반도체 메모리 장치의 일실시예의 구성을 나타내는 것이다.Fig. 4 shows the structure of one embodiment of the semiconductor memory device of the present invention.
도5는 도4에 나타낸 반도체 메모리 장치의 일실시예의 동작을 설명하기 위한 동작 타이밍도를 나타내는 것이다.FIG. 5 shows an operation timing diagram for explaining the operation of one embodiment of the semiconductor memory device shown in FIG.
도6은 도4에 나타낸 플로팅 바디 트랜지스터를 구비하는 메모리 셀 어레이의 다른 실시예의 동작을 설명하기 위한 동작 타이밍도이다.FIG. 6 is an operation timing diagram for explaining the operation of another embodiment of the memory cell array including the floating body transistor shown in FIG.
도7은 본 발명의 플로팅 바디 트랜지스터의 다른 실시예의 DC 특성을 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing DC characteristics of another embodiment of the floating body transistor of the present invention.
도8은 본 발명의 반도체 메모리 장치의 다른 실시예의 구성을 나타내는 것이다.Fig. 8 shows the construction of another embodiment of the semiconductor memory device of the present invention.
도9은 도8에 나타낸 반도체 메모리 장치의 실시예의 동작을 설명하기 위한 동작 타이밍도를 나타내는 것이다.FIG. 9 shows an operation timing diagram for explaining the operation of the embodiment of the semiconductor memory device shown in FIG.
도10은 도8에 나타낸 반도체 메모리 장치의 다른 실시예의 동작을 설명하기 위한 동작 타이밍도를 나타내는 것이다.FIG. 10 shows an operation timing diagram for explaining the operation of another embodiment of the semiconductor memory device shown in FIG.
도11은 본 발명의 반도체 메모리 장치의 또 다른 실시예의 구성을 나타내는 블록도이다.Fig. 11 is a block diagram showing the construction of still another embodiment of the semiconductor memory device of the present invention.
도12a, b는 본 발명의 플로팅 바디 트랜지스터를 구비하는 메모리 셀의 제1실시예의 구성을 나타내는 것이다.12A and 12 show the configuration of the first embodiment of the memory cell including the floating body transistor of the present invention.
도13a, b는 본 발명의 플로팅 바디 트랜지스터를 구비하는 메모리 셀의 제2실시예의 구성을 나타내는 것이다.13A and 13B show the configuration of the second embodiment of the memory cell including the floating body transistor of the present invention.
도14a, b는 본 발명의 플로팅 바디 트랜지스터를 구비하는 메모리 셀의 제3실시예의 구조를 나타내는 것이다.14A and 14B show the structure of the third embodiment of the memory cell including the floating body transistor of the present invention.
도15a, b는 본 발명의 플로팅 바디 트랜지스터를 구비하는 메모리 셀의 제4실시예의 구조를 나타내는 것이다.15A and 15B show the structure of the fourth embodiment of the memory cell including the floating body transistor of the present invention.
도16a, b, c는 본 발명의 수평 구조의 플로팅 바디 트랜지스터를 구비하는 동적 메모리 셀의 제5실시예의 구조의 평면도 및 단면도들이다.Figures 16A, B and C are plan and cross-sectional views of the structure of the fifth embodiment of a dynamic memory cell having a floating body transistor of the horizontal structure of the present invention.
도17은 본 발명의 반도체 메모리 장치를 구비하는 메모리 시스템의 실시예의 구성을 나타내는 것이다.Fig. 17 shows the construction of an embodiment of a memory system including the semiconductor memory device of the present invention.
Claims (88)
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US12/171,406 US7969808B2 (en) | 2007-07-20 | 2008-07-11 | Memory cell structures, memory arrays, memory devices, memory controllers, and memory systems, and methods of manufacturing and operating the same |
KR1020080069564A KR101461629B1 (en) | 2007-07-20 | 2008-07-17 | Memory cell structures, memory cell arrays, memory devices, memory controllers, memory systems, and method of operating the same |
CN200810175644.9A CN101393770B (en) | 2007-07-20 | 2008-07-18 | Memory cell structures, devices, controllers, , and method for manufacturing and operating the same |
TW097127540A TW200915319A (en) | 2007-07-20 | 2008-07-18 | Memory cell structures, memory arrays, memory devices, memory controllers, and memory systems, and methods of manufacturing and operating the same |
DE200810033763 DE102008033763A1 (en) | 2007-07-20 | 2008-07-18 | Memory device has floating transistor which causes bipolar junction operation to flow by applying read current and data stored at memory cell is connected to selected source line |
JP2008189004A JP2009026448A (en) | 2007-07-20 | 2008-07-22 | Memory cell structure, memory cell array, memory device, memory controller, memory system, and method of operating the same |
US13/067,239 US20110221001A1 (en) | 2007-07-20 | 2011-05-18 | Memory cell structures, memory arrays, memory devices, memory controllers, and memory systems, and methods of manufacturing and operating the same |
Applications Claiming Priority (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20070072962 | 2007-07-20 | ||
KR1020070072962 | 2007-07-20 | ||
KR20070073519 | 2007-07-23 | ||
KR1020070073519 | 2007-07-23 | ||
KR20070080152 | 2007-08-09 | ||
KR1020070080152 | 2007-08-09 | ||
KR20070090185 | 2007-09-05 | ||
KR1020070090185 | 2007-09-05 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20090009699A true KR20090009699A (en) | 2009-01-23 |
Family
ID=40489380
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080055182A KR20090009699A (en) | 2007-07-20 | 2008-06-12 | Semiconductor memory device comprising capacitor-less dynamic memory cells, dynamic memory cell for the same, and memory system comprising the same |
KR1020080069564A KR101461629B1 (en) | 2007-07-20 | 2008-07-17 | Memory cell structures, memory cell arrays, memory devices, memory controllers, memory systems, and method of operating the same |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080069564A KR101461629B1 (en) | 2007-07-20 | 2008-07-17 | Memory cell structures, memory cell arrays, memory devices, memory controllers, memory systems, and method of operating the same |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
KR (2) | KR20090009699A (en) |
CN (1) | CN101393770B (en) |
TW (1) | TW200915319A (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100984397B1 (en) * | 2010-05-07 | 2010-09-29 | 김영훈 | Container of kitchen tools |
KR102264162B1 (en) * | 2014-10-29 | 2021-06-11 | 삼성전자주식회사 | Resistive Memory Device and Operating Method thereof |
KR102261813B1 (en) * | 2014-11-26 | 2021-06-07 | 삼성전자주식회사 | Resistive Memory Device and Operating Method thereof |
CN104409490B (en) * | 2014-12-08 | 2017-10-20 | 沈阳工业大学 | SOI substrate double grid insulation tunnelling base bipolar transistor and its manufacture method |
CN104485354B (en) * | 2014-12-08 | 2017-10-27 | 沈阳工业大学 | SOI substrate folds gate insulation tunnelling enhancing transistor and its manufacture method |
JP2020091930A (en) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | キオクシア株式会社 | Semiconductor storage device |
KR20200076519A (en) * | 2018-12-19 | 2020-06-29 | 에스케이하이닉스 주식회사 | Controller, memory system including the controller and operating method of the memory system |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6055183A (en) * | 1997-10-24 | 2000-04-25 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Erase method of flash EEPROM by using snapback characteristic |
US6147903A (en) * | 1997-12-12 | 2000-11-14 | Matsushita Electronics Corporation | Non-volatile semiconductor memory device and method for driving the same |
JP4113493B2 (en) * | 2003-06-12 | 2008-07-09 | シャープ株式会社 | Nonvolatile semiconductor memory device and control method thereof |
CN100555661C (en) * | 2003-08-27 | 2009-10-28 | Nxp股份有限公司 | The electronic device that comprises ldmos transistor |
US7606066B2 (en) * | 2005-09-07 | 2009-10-20 | Innovative Silicon Isi Sa | Memory cell and memory cell array having an electrically floating body transistor, and methods of operating same |
-
2008
- 2008-06-12 KR KR1020080055182A patent/KR20090009699A/en unknown
- 2008-07-17 KR KR1020080069564A patent/KR101461629B1/en active IP Right Grant
- 2008-07-18 CN CN200810175644.9A patent/CN101393770B/en not_active Expired - Fee Related
- 2008-07-18 TW TW097127540A patent/TW200915319A/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20090009724A (en) | 2009-01-23 |
CN101393770A (en) | 2009-03-25 |
CN101393770B (en) | 2014-08-20 |
KR101461629B1 (en) | 2014-11-20 |
TW200915319A (en) | 2009-04-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7969808B2 (en) | Memory cell structures, memory arrays, memory devices, memory controllers, and memory systems, and methods of manufacturing and operating the same | |
JP5068035B2 (en) | Semiconductor memory device | |
US7027334B2 (en) | Semiconductor memory device | |
JP4110115B2 (en) | Semiconductor memory device | |
US6882008B1 (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
US7499331B2 (en) | Semiconductor memory device | |
JP6381461B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory | |
KR20100070158A (en) | Semiconductor memory device comprising capacitor-less dynamic memory cells, and method of operating the same | |
KR20090009699A (en) | Semiconductor memory device comprising capacitor-less dynamic memory cells, dynamic memory cell for the same, and memory system comprising the same | |
US7733718B2 (en) | One-transistor type DRAM | |
US7855917B2 (en) | Semiconductor memory device and driving method thereof | |
US7924644B2 (en) | Semiconductor memory device including floating body transistor memory cell array and method of operating the same | |
US7852696B2 (en) | Semiconductor memory device and driving method thereof | |
US7864611B2 (en) | One-transistor type DRAM | |
US7889564B2 (en) | Semiconductor memory device including memory cell array having dynamic memory cell, and sense amplifier thereof | |
US7583538B2 (en) | Semiconductor memory and read method of the same | |
KR100801710B1 (en) | Non-volatile memory device and memory system | |
US6980474B2 (en) | Semiconductor memory device | |
JP2009170023A (en) | Semiconductor memory device | |
JP2009193657A (en) | Semiconductor memory device and driving method thereof | |
KR20100089683A (en) | Semiconductor memory device comprising capacitor-less dynamic memory cells |