JP4458730B2 - Semiconductor memory device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体記憶装置に関し、特に、半導体基板上に形成された半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ダイナミックランダムアクセスメモリ(以下、DRAMと称す)では、高集積化が進められた結果、メモリセルのキャパシタは複雑な立体構造にされている。このようなDRAMをシステムLSIに搭載するためには、通常のCMOSロジックプロセスに加え、DRAMのメモリセルのキャパシタを形成するためのプロセスステップと、立体構造を持つキャパシタと周辺回路部との段差を低減するための平坦化ステップとが必要となる。このため、DRAMをシステムLSIに搭載すると、プロセスステップが大幅に増大し、チップコストが高くなるという問題があった。
【0003】
一方、スタティックランダムアクセスメモリ(以下、SRAMと称す)のメモリセルは、キャパシタを有しないので、CMOSロジックプロセスのみで形成される。したがって、SRAMをシステムLSIに搭載すれば、DRAMをシステムLSIに搭載する場合の問題点は解消される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、SRAMには、次のような問題点がある。すなわち、DRAMでは微細加工技術の進展とともにメモリセルサイズの縮小化が進められ、たとえば0.18μmDRAMプロセスでは0.3平方μmのメモリセルが実現されている。一方、SRAMでは、メモリセルは2つのPチャネルMOSトランジスタと4つのNチャネルMOSトランジスタで構成されており、P型ウェルとN型ウェルの間の分離距離の制約などを受けるため、微細加工技術が進展してもDRAMほどにはメモリセルサイズの縮小化は進んでいない。たとえば0.18μmCMOSロジックプロセスを用いたSRAMメモリセルは7平方μm程度であり、DRAMメモリセルの20倍以上もある。したがって、SRAMではメモリ容量が増大するとチップサイズが大幅に大きくなるため、メモリ容量が4Mビット以上のSRAMをシステムLSIに搭載することが極めて困難となる。
【0005】
このためSRAMは、従来、プロセッサに対するキャッシュメモリ、レジスタファイルメモリなどとして用いられてきたが、DRAMに不可欠なデータのリフレッシュに係る複雑なメモリコントロールが不要であることから、携帯情報端末などではメインメモリとしても用いられている。
【0006】
しかし、携帯情報端末においても、動画像が取扱われるようになって機能が大幅に向上してきており、大容量のメモリが必要になっている。
【0007】
それゆえに、この発明の主たる目的は、低価格で大容量の半導体記憶装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体記憶装置は、MOSトランジスタを含むロジック回路とともに半導体基板上に形成された半導体記憶装置であって、直列接続されたMOSトランジスタおよびキャパシタを有し、データ信号を記憶するためのメモリセルを備える。MOSトランジスタは、半導体基板の表面に形成されたゲート絶縁膜と、そのゲート絶縁膜の表面に形成されたゲート電極と、そのゲート電極の両側において半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域とを含む。キャパシタは、半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域と、その不純物拡散領域の表面に形成された絶縁膜と、その絶縁膜の表面に形成され、基準電位を受ける平板電極とを含む。ここで、ロジック回路のMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚とメモリセルのMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚とキャパシタの絶縁膜の膜厚とは同じであり、かつロジック回路のMOSトランジスタのゲート電極とメモリセルのMOSトランジスタのゲート電極とキャパシタの平板電極とは、同一配線層で形成されている。
【0010】
また、メモリセルのMOSトランジスタは、NチャネルMOSトランジスタである。半導体記憶装置は、さらに、NチャネルMOSトランジスタのゲートに接続されたワード線と、それらのうちのいずれか一方がNチャネルMOSトランジスタのソースに接続された第1および第2のビット線と、第1のビット線と第1のノードとの間に接続された第1のPチャネルMOSトランジスタと、第2のビット線と第2のノードとの間に接続された第2のPチャネルMOSトランジスタと、メモリセルにデータ信号を書込むための書込回路とを備える。この書込回路は、第1および第2のPチャネルMOSトランジスタのゲートに接地電位を与えて第1および第2のPチャネルMOSトランジスタを導通させるステップと、ワード線に電源電位よりも高い昇圧電位を与えてメモリセルのNチャネルMOSトランジスタを導通させるステップと、外部から与えられた書込データ信号に従って、第1および第2のノードのうちのいずれか一方のノードを電源電位にするとともに他方のノードを接地電位にするステップと、第1および第2のPチャネルMOSトランジスタのゲートに接地電位よりも低い負電位を与えるとともに、ワード線に電源電位を与えるステップとを実行する。
【0011】
また好ましくは、第1および第2のPチャネルMOSトランジスタの各々のしきい値電圧の絶対値は、昇圧電位と電源電位の差の電圧に略等しくなるように設定されている。
【0012】
また好ましくは、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶する。ワード線は2本設けられ、2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのゲートはそれぞれ2本のワード線に接続され、2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのソースはそれぞれ第1および第2のビット線に接続されている。
【0013】
また好ましくは、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶する。2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのゲートはともにワード線に接続され、2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのソースはそれぞれ第1および第2のビット線に接続されている。
【0014】
また、この発明に係る他の半導体記憶装置は、MOSトランジスタを含むロジック回路とともに半導体基板上に形成された半導体記憶装置であって、直列接続されたMOSトランジスタおよびキャパシタを有し、データ信号を記憶するためのメモリセルを備える。MOSトランジスタは、半導体基板の表面に形成されたゲート絶縁膜と、そのゲート絶縁膜の表面に形成されたゲート電極と、そのゲート電極の両側において半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域とを含む。キャパシタは、半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域と、その不純物拡散領域の表面に形成された絶縁膜と、その絶縁膜の表面に形成され、基準電位を受ける平板電極とを含む。ここで、ロジック回路のMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚とメモリセルのMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚とキャパシタの絶縁膜の膜厚とは同じであり、かつロジック回路のMOSトランジスタのゲート電極とメモリセルのMOSトランジスタのゲート電極とキャパシタの平板電極とは、同一配線層で形成されている。
また、メモリセルのMOSトランジスタはPチャネルMOSトランジスタである。半導体記憶装置は、さらに、PチャネルMOSトランジスタのゲートに接続されたワード線と、それらのうちのいずれか一方がPチャネルMOSトランジスタのソースに接続された第1および第2のビット線と、第1のビット線と第1のノードとの間に接続された第1のNチャネルMOSトランジスタと、第2のビット線と第2のノードとの間に接続された第2のNチャネルMOSトランジスタと、メモリセルにデータ信号を書込むための書込回路とを備える。この書込回路は、第1および第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートに電源電位を与えて第1および第2のNチャネルMOSトランジスタを導通させるステップと、ワード線に接地電位よりも低い負電位を与えてメモリセルのPチャネルMOSトランジスタを導通させるステップと、外部から与えられた書込データ信号に従って、第1および第2のノードのうちのいずれか一方のノードを電源電位にするとともに他方のノードを接地電位にするステップと、第1および第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートに電源電位よりも高い昇圧電位を与えるとともに、ワード線に接地電位を与えるステップとを実行する。
【0015】
また好ましくは、第1および第2のNチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧は、接地電位と負電位の差の電圧に略等しくなるように設定されている。
【0016】
また好ましくは、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶する。ワード線は2本設けられ、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲートはそれぞれ2本のワード線に接続され、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのソースはそれぞれ第1および第2のビット線に接続されている。
【0017】
また好ましくは、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶する。2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲートはともにワード線に接続され、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのソースはそれぞれ第1および第2のビット線に接続されている。
【0018】
また、この発明に係るさらに他の半導体記憶装置は、MOSトランジスタを含むロジック回路とともに半導体基板上に形成された半導体記憶装置であって、直列接続されたMOSトランジスタおよびキャパシタを有し、データ信号を記憶するためのメモリセルを備える。MOSトランジスタは、半導体基板の表面に形成されたゲート絶縁膜と、そのゲート絶縁膜の表面に形成されたゲート電極と、そのゲート電極の両側において半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域とを含む。キャパシタは、半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域と、その不純物拡散領域の表面に形成された絶縁膜と、その絶縁膜の表面に形成され、基準電位を受ける平板電極とを含む。ここで、ロジック回路のMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚とメモリセルのMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚とキャパシタの絶縁膜の膜厚とは同じであり、かつロジック回路のMOSトランジスタのゲート電極とメモリセルのMOSトランジスタのゲート電極とキャパシタの平板電極とは、同一配線層で形成されている。
また、メモリセルのMOSトランジスタはNチャネルMOSトランジスタである。半導体記憶装置は、さらに、NチャネルMOSトランジスタのゲートに接続されたワード線と、それらのうちのいずれか一方がNチャネルMOSトランジスタのソースに接続された第1および第2のビット線と、メモリセルにデータ信号を書込むための書込回路とを備える。この書込回路は、ワード線に電源電位よりも高い昇圧電位を与えてメモリセルのNチャネルMOSトランジスタを導通させるステップと、第1および第2のビット線に電源電位を与えるステップと、ワード線に電源電位を与えるステップと、外部から与えられた書込データ信号に従って、第1および第2のビット線のうちのいずれか一方のビット線を電源電位にするとともに他方のビット線を接地電位にするステップとを実行する。
【0019】
また好ましくは、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶する。ワード線は2本設けられ、2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのゲートはそれぞれ2本のワード線に接続され、2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのソースはそれぞれ第1および第2のビット線に接続されている。
【0020】
また好ましくは、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶する。2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのゲートはともにワード線に接続され、2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのソースはそれぞれ第1および第2のビット線に接続されている。
【0021】
また、この発明に係るさらに他の半導体記憶装置は、MOSトランジスタを含むロジック回路とともに半導体基板上に形成された半導体記憶装置であって、直列接続されたMOSトランジスタおよびキャパシタを有し、データ信号を記憶するためのメモリセルを備える。MOSトランジスタは、半導体基板の表面に形成されたゲート絶縁膜と、そのゲート絶縁膜の表面に形成されたゲート電極と、そのゲート電極の両側において半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域とを含む。キャパシタは、半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域と、その不純物拡散領域の表面に形成された絶縁膜と、その絶縁膜の表面に形成され、基準電位を受ける平板電極とを含む。ここで、ロジック回路のMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚とメモリセルのMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚とキャパシタの絶縁膜の膜厚とは同じであり、かつロジック回路のMOSトランジスタのゲート電極とメモリセルのMOSトランジスタのゲート電極とキャパシタの平板電極とは、同一配線層で形成されている。
また、メモリセルのMOSトランジスタはPチャネルMOSトランジスタである。半導体記憶装置は、さらに、PチャネルMOSトランジスタのゲートに接続されたワード線と、それらのうちのいずれか一方がPチャネルMOSトランジスタのソースに接続された第1および第2のビット線と、メモリセルにデータ信号を書込むための書込回路とを備える。この書込回路は、ワード線に接地電位よりも低い負電位を与えてメモリセルのNチャネルMOSトランジスタを導通させるステップと、第1および第2のビット線に接地電位を与えるステップと、ワード線に接地電位を与えるステップと、外部から与えられた書込データ信号に従って、第1および第2のビット線のうちのいずれか一方のビット線を電源電位にするとともに他方のビット線を接地電位にするステップとを実行する。
【0022】
また好ましくは、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶する。ワード線は2本設けられ、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲートはそれぞれ2本のワード線に接続され、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのソースはそれぞれ第1および第2のビット線に接続されている。
【0023】
また好ましくは、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶する。2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲートはともにワード線に接続され、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのソースはそれぞれ第1および第2のビット線に接続されている。
【0024】
また、この発明に係るさらに他の半導体記憶装置は、MOSトランジスタを含むロジック回路とともに半導体基板上に形成された半導体記憶装置であって、直列接続されたMOSトランジスタおよびキャパシタを有し、データ信号を記憶するためのメモリセルを備える。MOSトランジスタは、半導体基板の表面に形成されたゲート絶縁膜と、そのゲート絶縁膜の表面に形成されたゲート電極と、そのゲート電極の両側において半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域とを含む。キャパシタは、半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域と、その不純物拡散領域の表面に形成された絶縁膜と、その絶縁膜の表面に形成され、基準電位を受ける平板電極とを含む。ここで、ロジック回路のMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚とメモリセルのMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚とキャパシタの絶縁膜の膜厚とは同じであり、かつロジック回路のMOSトランジスタのゲート電極とメモリセルのMOSトランジスタのゲート電極とキャパシタの平板電極とは、同一配線層で形成されている。
また、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶する。2つのメモリセルのうちの一方のメモリセルのMOSトランジスタはNチャネルMOSトランジスタであり、他方のメモリセルのMOSトランジスタはPチャネルMOSトランジスタである。半導体記憶装置は、さらに、それぞれNチャネルMOSトランジスタのゲートおよびPチャネルMOSトランジスタのゲートに接続された第1および第2のワード線と、それらのうちのいずれか一方がNチャネルMOSトランジスタのソースおよびPチャネルMOSトランジスタのソースに接続された第1および第2のビット線と、2つのメモリセルにデータ信号を書込むための書込回路とを備える。この書込回路は、第1および第2のワード線にそれぞれ電源電位および接地電位を与えてNチャネルMOSトランジスタおよびPチャネルMOSトランジスタを導通させるステップと、外部から与えられた書込データ信号に従って、第1および第2のビット線のうちのいずれか一方のビット線を電源電位にするとともに他方のビット線を接地電位にするステップとを実行する。
【0025】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1によるシステムLSI1の構成を示すブロック図である。図1において、このシステムLSI1は、1枚のシリコン基板上に形成されたロジック回路部2およびメモリ回路部3を備える。
【0026】
ロジック回路部2は、外部クロック信号CLKに同期して動作し、外部制御信号CNT0〜CNTmおよび外部データ信号D0〜Dn(ただし、m,nは0以上の整数である)に従って所定の動作を行なう。メモリ回路部3は、ロジック回路部2によって制御され、ロジック回路部2から与えられたデータを記憶するとともに、読出したデータをロジック回路部2に与える。
【0027】
図2は、図1に示したメモリ回路部3の構成を示すブロック図である。図2において、このメモリ回路部3は、シンクロナスDRAMで構成され、クロックバッファ4、制御信号バッファ5、アドレスバッファ6、制御回路8、4つのメモリアレイ9〜12(バンク♯0〜♯3)、およびIOバッファ13を備える。
【0028】
クロックバッファ4は、ロジック回路部2からの制御信号CKEによって活性化され、外部クロック信号CLKを制御信号バッファ5、アドレスバッファ6および制御回路8に伝達させる。制御信号バッファ5は、クロックバッファ4からの外部クロック信号CLKに同期して、ロジック回路部2からの制御信号/CS,/RAS,/CAS,/WE,DQMをラッチし、制御回路8に与える。アドレスバッファ6は、クロックバッファ4からの外部クロック信号CLKに同期して、ロジック回路部2からのアドレス信号A0〜Ai(ただし、iは0以上の整数である)およびバンク選択信号BA0,BA1をラッチし、制御回路8に与える。
【0029】
メモリアレイ9〜12の各々は、行列状に配列され、それぞれが1ビットのデータを記憶する複数のメモリセルを含む。複数のメモリセルは、予めj+1個(ただし、jは0以上の整数である)ずつグループ化されている。
【0030】
制御回路8は、クロックバッファ4、制御信号バッファ5およびアドレスバッファ6からの信号に従って種々の内部信号を生成し、メモリ回路部3全体を制御する。制御回路8は、書込動作時および読出動作時は、バンク選択信号BA0,BA1に従って4つのメモリアレイ9〜12のうちのいずれかのメモリアレイを選択し、アドレス信号A0〜Aiに従ってそのメモリアレイのうちのj+1個のメモリセルを選択する。選択されたj+1個のメモリセルは、活性化されてIOバッファ13に結合される。
【0031】
IOバッファ13は、書込動作時は外部から与えられたデータD0〜Djを選択されたj+1個のメモリセルに与え、読出動作時はj+1個のメモリセルの読出データQ0〜Qjを外部に出力する。
【0032】
図3は、図2に示したメモリアレイ9とそれに関連する部分の構成を示すブロック図である。図3において、メモリアレイ9は複数のメモリアレイブロックMA0〜MAk(ただし、kは0以上の整数である)に分割され、複数のメモリアレイブロックMA0〜MAkの両側および各間に複数のセンスアンプ帯SA0〜SAk+1が配置される。メモリアレイブロックMA0〜MAkおよびセンスアンプ帯SA0〜SAk+1は、長方形のメモリマット14を構成する。
【0033】
メモリアレイブロックMAkは、図4に示すように、行列状に配列された複数のメモリセルMCと、各行に対応して設けられたワード線WLと、各列に対応して設けられたビット線対BL,/BLとを含む。このメモリセルMCは、2本のビット線BL,/BLとこれと直交する1本のワード線WLとの2つの交点のうちのいずれか一方の交点に配置される。
【0034】
各メモリセルMCは、アクセス用のNチャネルMOSトランジスタQと情報記憶用のキャパシタCとを含む。NチャネルMOSトランジスタQおよびキャパシタCは、対応のビット線BLまたは/BLとセル電位VCPのラインとの間に直列接続され、NチャネルMOSトランジスタQのゲートは対応のワード線WLに接続される。NチャネルMOSトランジスタQとキャパシタCとの間のノードは、ストレージノードSNと呼ばれる。
【0035】
センスアンプ帯SAkは、図5に示すように、データ入出力線対IO,/IOと、メモリアレイブロックMAkの各奇数列に対応して設けられた列選択線CSL、転送ゲート21,36、列選択ゲート24、センスアンプ27、およびイコライザ32とを含む。メモリアレイブロックMAkの各偶数列上の転送ゲート21,36、列選択ゲート24、センスアンプ27、およびイコライザ32は、センスアンプ帯SAk+1に設けられる。
【0036】
転送ゲート21は、PチャネルMOSトランジスタ22,23を含む。PチャネルMOSトランジスタ22,23は、それぞれセンスアンプ27の入出力ノードN1,N2とメモリアレイブロックMAk−1の対応のビット線対BL,/BLとの間に接続され、そのゲートはブロック選択信号BLIRを受ける。
【0037】
転送ゲート36は、PチャネルMOSトランジスタ37,38を含む。PチャネルMOSトランジスタ37,38は、それぞれ入出力ノードN1,N2とメモリアレイブロックMAkの対応のビット線対BL,/BLとの間に接続され、そのゲートはブロック選択信号BLILを受ける。
【0038】
センスアンプ帯SAk内の回路は、その両側の2つのメモリアレイブロックMAk−1,MAkで共用される。メモリアレイブロックMAkが選択された場合は、信号BLIRが「H」レベルにあって転送ゲート21が遮断され、メモリアレイブロックMAk−1が選択された場合は、信号BLILが「H」レベルになって転送ゲート36が遮断される。
【0039】
列選択ゲート24は、それぞれ入出力ノードN1,N2とデータ入出力線IO,/IOとの間に接続されたNチャネルMOSトランジスタ25,26を含む。NチャネルMOSトランジスタ25,26のゲートは、列選択線CSLに接続される。列選択線CSLが選択レベルの「H」レベルに立上げられるとNチャネルMOSトランジスタ25,26が導通し、入出力ノードN1,N2すなわちメモリアレイブロックMAk−1またはMAkのビット線対BL,/BLとデータ入出力線対IO,/IOとが結合される。データ入出力線対IO,/IOの他方端は図示しないブロック選択スイッチを介してグローバルデータ入出力線対GIO,/GIOの一端に接続される。グローバルデータ入出力線対GIO,/GIOの他方端は、プリアンプ/ライトドライバおよびデータバスを介してIOバッファ13に接続される。
【0040】
センスアンプ27は、それぞれ入出力ノードN1,N2とノードN3との間に接続されたPチャネルMOSトランジスタ28,29と、それぞれ入出力ノードN1,N2とノードN4との間に接続されたNチャネルMOSトランジスタ30,31とを含む。MOSトランジスタ28,30のゲートはともにノードN2に接続され、MOSトランジスタ29,31のゲートはともにノードN1に接続される。ノードN3,N4は、それぞれセンスアンプ活性化信号SE,/SEを受ける。センスアンプ27は、センスアンプ活性化信号SE,/SEがそれぞれ「H」レベルおよび「L」レベルになったことに応じて、ノードN1,N2間すなわちメモリアレイブロックMAk−1またはMAkのビット線対BL,/BL間の微小電位差を電源電圧VCCに増幅する。
【0041】
イコライザ32は、入出力ノードN1とN2の間に接続されたNチャネルMOSトランジスタ33と、それぞれ入出力ノードN1,N2とノードN6との間に接続されたNチャネルMOSトランジスタ34,35とを含む。NチャネルMOSトランジスタ33〜35のゲートはともにノードN5に接続される。ノードN5はビット線イコライズ信号BLEQを受け、ノードN6はビット線プリチャージ電位VBL(=VCC/2)を受ける。イコライザ32は、ビット線イコライズ信号BLEQが活性化レベルの「H」レベルになったことに応じて、ノードN1とN2の電位差すなわちメモリアレイブロックMAk−1またはMAkのビット線BLと/BLの電位差をビット線プリチャージ電位VBLにイコライズする。
【0042】
図3に戻って、長方形のメモリマット14の長辺に沿って行デコーダ15が配置され、メモリマット14の短辺に沿って列デコーダ16が配置される。行デコーダ15は、行アドレス信号RA0〜RAi(信号/RASが「L」レベルのときのアドレス信号A0〜Ai)に従って、複数のメモリアレイブロックMA0〜MAkのうちのいずれかのメモリアレイブロック(たとえばMAk)と、そのメモリアレイブロックMAkに属する複数のワード線WLのうちのいずれかのワード線WLとを選択し、そのワード線WLを選択レベルの「H」レベルにして対応の各メモリセルMCを活性化させる。
【0043】
列デコーダ16は、列アドレス信号CA0〜CAi′(信号/CASが「L」レベルのときのアドレス信号A0〜Ai′)に従って、複数の列選択線CSLのうちのいずれかの列選択線CSLを選択し、その列選択線CSLを選択レベルの「H」レベルにして対応の各列選択ゲート24を導通させる。但し、i′は0以上でi以下の整数である。
【0044】
次に、図2〜図5で示したメモリ回路部3の動作について説明する。スタンバイ時においては、信号BLIR,BLILはともに「L」レベルになり、信号BLEQは「H」レベルになり、信号SE,/SEはともに中間レベル(VCC/2)となっており、ビット線BL,/BLはビット線プリチャージ電位VBLにイコライズされている。また、ワード線WLおよび列選択線CSLは、非選択レベルの「L」レベルになっている。
【0045】
書込モード時においては、まずビット線イコライズ信号BLEQが「L」レベルに立下げられて、ビット線BL,/BLのイコライズが停止される。次いで、行デコーダ15によって、行アドレス信号RA0〜RAiによって指定されたメモリアレイブロック(たとえばMAk)が選択され、信号BLIR,BLILがそれぞれ「H」レベルおよび「L」レベルにされ、メモリアレイブロックMAkとセンスアンプ帯SAk,SAk+1とが結合される。また、行デコーダ15によって、行アドレス信号RA0〜RAiに応じた行のワード線WLが選択レベルの「H」レベルに立上げられ、その行のメモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQが導通する。
【0046】
次いで、列デコーダ16によって、列アドレス信号CA0〜CAi′に応じた列の列選択線CSLが選択レベルの「H」レベルに立上げられ、その列の選択ゲート24が導通する。ロジック回路部2から与えられた書込データ信号Diは、IOバッファ13、グローバルデータ入出力線対GIO,/GIOおよびデータ入出力線対IO,/IOを介して選択された列のビット線対BL,/BLに与えられる。書込データ信号Djに従って、センスアンプ27はビット線BL,/BLの電位をフル振幅させる。選択されたメモリセルMCのキャパシタCには、ビット線BLまたは/BLの電位(「H」レベル又は「L]レベル)に応じた量の電荷が蓄えられる。
【0047】
読出モード時においては、まずビット線イコライズ信号BLEQが「L」レベルに立下げられて、ビット線BL,/BLのイコライズが停止される。次いで、行デコーダ15によって、たとえばメモリアレイブロックMAkが選択されて信号BLIR,BLILがそれぞれ「H」レベルおよび「L」レベルにされ、メモリアレイブロックMAkとセンスアンプ帯SAk,SAk+1が結合されるとともに、行アドレス信号RA0〜RAiに対応する行のワード線WLが選択レベルの「H」レベルに立上げられる。これにより、ビット線BL,/BLの電位は、活性化されたメモリセルMCのキャパシタCの電荷量に応じて微小量だけ変化する。
【0048】
次いで、センスアンプ活性化信号SE,/SEがそれぞれ「H」レベルおよび「L」レベルとなり、センスアンプ27が活性化される。ビット線BLの電位がビット線/BLの電位よりも微小量だけ高いとき、MOSトランジスタ28,31の抵抗値がMOSトランジスタ29,30の抵抗値よりも小さくなって、ビット線BLの電位が「H」レベル(電源電位VCC)まで引き上げられるとともに、ビット線/BLの電位が「L」レベル(接地電位GND)まで引き下げられる。逆に、ビット線/BLの電位がビット線BLの電位よりも微小量だけ高いとき、MOSトランジスタ29,30の抵抗値がMOSトランジスタ28,30の抵抗値よりも小さくなって、ビット線/BLの電位が「H」レベルまで引き上げられるとともにビット線BLの電位が「L」レベルまで引き下げられる。
【0049】
次いで列デコーダ16によって、列アドレス信号CA0〜CAiに対応する列の列選択線CSLが選択レベルの「H」レベルに立上げられ、その列の列選択ゲート24が導通する。選択された列のビット線対BL,/BLのデータ信号Qjは、列選択ゲート21、データ入出力線対IO,/IO、グローバルデータ入出力線対GIO,/GIO、IOバッファ13を介してロジック回路部2に出力される。
【0050】
以下、この発明の特徴となるメモリセルMCの構成およびデータの書込方法について詳細に説明する。図6(a)(b)は、このメモリ回路部3のメモリセルMCの構成を示す図である。図6(b)は図6(a)のZ−Z′線断面図であり、図6(a)ではビット線BLは省略されている。
【0051】
図6(a)(b)において、結晶シリコン基板40の両面にP型ウェル41が形成され、P型ウェル41の表面にNチャネルMOSトランジスタQおよびキャパシタCが形成される。NチャネルMOSトランジスタQは、P型ウェル41の表面にゲート絶縁膜42を介してゲート電極43を形成し、その両側にソース領域44およびドレイン領域45を形成したものである。ゲート電極43は、ワード線WLの一部を構成している。ソース領域44およびドレイン領域45は、N型拡散層で構成される。キャパシタCは、いわゆるプレーナ型キャパシタ構造になっており、P型ウェル41の表面にN型拡散層(または反転層)46(ストレージノードSN)を形成し、その表面に絶縁層47を介してセルプレート電極48を形成したものである。
【0052】
ここで、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQのゲート電極43(ワード線WL)とキャパシタCのセルプレート電極48とは、同一配線層で形成される。この配線層は、不純物が導入された多結晶シリコン(ドープトポリシリコン)で形成してもよいし、WSix,CoSixなどを用いたポリサイドで形成してもよいし、いわゆるサリサイド技術によって形成してもよい。この配線層は、CMOSロジックプロセスにおけるMOSトランジスタのゲート電極にも用いられる。
【0053】
NチャネルMOSトランジスタQおよびキャパシタCの上方には、絶縁層49を介してビット線BLが形成される。このような構造は、CBU構造と呼ばれる。ビット線BLは、第1メタル配線層で形成される。NチャネルMOSトランジスタQのソース領域44は、コンタクトホール50を介してビット線BLに接続される。
【0054】
なお、1本のビット線BLに接続される複数のメモリセルMCは、2つずつグループ化されている。対をなす2つのメモリセルMCには、NチャネルMOSトランジスタQのソース領域44およびコンタクトホール50が共通に設けられる。このビット線BLに接続されるメモリセルMCと、他のビット線/BLに接続されるメモリセルMCとは、素子分離層51によって分離される。
【0055】
この実施の形態1では、第1に、プレーナ型のキャパシタCを採用し、セルプレート電極48とワード線WLを同一配線層で形成するので、セルプレート電極、ストレージノードを形成するための配線層を別途設ける必要がなく、メモリアレイ9〜12と周辺回路部の間に段差が生じることもない。したがって、システムLSI1をCMOSロジックプロセスのみで形成することができ、システムLSI1の低価格化を図ることができる。
【0056】
ところで、メモリセルMCのストレージノードSNに「H」レベル(電源電位VCC)のデータ信号を十分に書込む、あるいはメモリセルMCのストレージノードSNから「H」レベルのデータ信号を十分に読出すためには、電源電位VCCにメモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQのしきい値電圧Vtnを加算した電位VCC+Vtnよりも十分に高い電位VPPをワード線WLに印加する必要がある。図7に示すように、ワード線WLに昇圧電位VPPが印加され、ビット線BLがセンスアンプ27によって接地電位GND(0V)にされると、NチャネルMOSトランジスタQのゲート絶縁膜にはVgs=VPPが印加される。したがって、NチャネルMOSトランジスタQのゲート絶縁膜の膜厚は、高電圧VPPに耐えることができるように、厚く設定する必要がある。一方、キャパシタCの絶縁膜は、大きなキャパシタンスが得られるように、薄く設定する必要がある。
【0057】
このためには、膜厚の異なるゲート絶縁膜を混在させるデュアルゲート絶縁膜プロセスを採用し、図8に示すように、NチャネルMOSトランジスタQの領域Aには厚い絶縁膜を形成し、キャパシタCの領域には薄い絶縁膜を形成する必要がある。しかし、このような構造を採用すると、ワード線WLとセルプレート電極48との間の距離を長くする必要があり、メモリセルMCのサイズは増大してしまう。
【0058】
そこで、この実施の形態1では、第2に、NチャネルMOSトランジスタQのゲート絶縁膜42をキャパシタCの絶縁膜47と同じ薄い膜厚に設定してもNチャネルMOSトランジスタQのゲート絶縁膜42が絶縁破壊されないようなデータ書込方法を採用し、メモリセルMCのサイズの増大を防止する。
【0059】
図9は、このメモリ回路部3のワードドライバ55の構成を示す回路図である。ワードドライバ55は、図3の行デコーダ15に含まれる回路であり、各ワード線WLに対応して設けられている。ワードドライバ55は、レベルシフタ56、切換回路57およびインバータ58を含む。
【0060】
レベルシフタ56は、「H」レベルが電源電位VCCで「L」レベルが接地電位GNDの信号Xaを、「H」レベルが昇圧電位VPPで「L」レベルが接地電位GNDの信号に変換し、さらに反転させるものである。信号Xaは、対応のワード線WLを指定する行アドレス信号RA0〜RAiが入力された場合にプリデコードされて活性化される信号である。
【0061】
すなわちレベルシフタ56は、PチャネルMOSトランジスタ59,60、NチャネルMOSトランジスタ64,65およびインバータ67を含む。PチャネルMOSトランジスタ59,60は、それぞれ昇圧電位VPPのラインとノードN59,N60の間に接続され、それらのゲートはそれぞれノードN60,N59に接続される。NチャネルMOSトランジスタ64,65は、それぞれノードN59,N60と接地電位GNDのラインとの間に接続される。信号Xaは、NチャネルMOSトランジスタ64のゲートに直接入力されるとともに、インバータ67を介してNチャネルMOSトランジスタ65のゲートに入力される。ノードN59に現われる信号が、このレベルシフタ56の出力信号φPとなる。
【0062】
信号Xaが非活性化レベルの「L」レベルの場合は、NチャネルMOSトランジスタ64が非導通になるとともにNチャネルMOSトランジスタ65が導通する。これにより、ノードN60が「L」レベルになってPチャネルMOSトランジスタ59が導通し、ノードN59の電位すなわち信号φPが昇圧電位VPPになってPチャネルMOSトランジスタ60が非導通になる。
【0063】
信号Xaが活性化レベルの「H」レベルの場合は、NチャネルMOSトランジスタ64が導通するとともにNチャネルMOSトランジスタ65が非導通になる。これにより、信号φPが「L」レベルになってPチャネルMOSトランジスタ60が導通し、ノードN60が昇圧電位VPPになってPチャネルMOSトランジスタ59が非導通になる。
【0064】
切換回路57は、PチャネルMOSトランジスタ61,62およびインバータ68を含む。PチャネルMOSトランジスタ61は、昇圧電位VPPのラインとインバータ58の電源ノードN63との間に接続される。PチャネルMOSトランジスタ62は、電源電位VCCのラインとインバータ58の電源ノードN63との間に接続される。信号φACTは、PチャネルMOSトランジスタ61のゲートに直接入力されるとともに、インバータ68を介してPチャネルMOSトランジスタ62のゲートに入力される。
【0065】
信号φACTが「H」レベルの場合は、PチャネルMOSトランジスタ61が非導通になるとともにPチャネルMOSトランジスタ62が導通し、電源電位VCCがインバータ58の電源ノードN63に与えられる。信号φACTが「L」レベルの場合は、PチャネルMOSトランジスタ61が導通するとともにPチャネルMOSトランジスタ62が非導通になり、昇圧電位VPPがインバータ58の電源ノードN63に与えられる。
【0066】
インバータ58は、PチャネルMOSトランジスタ63およびNチャネルMOSトランジスタ66を含む。PチャネルMOSトランジスタ63は、電源ノードN63と対応のワード線WLの間に接続され、そのゲートはレベルシフタ56の出力信号φPを受ける。NチャネルMOSトランジスタ66は、対応のワード線WLと接地電位GNDのラインとの間に接続され、そのゲートは信号φPを受ける。
【0067】
信号φPが「L」レベルの場合は、PチャネルMOSトランジスタ63が導通するとともにNチャネルMOSトランジスタ66が非導通になり、電源ノードN63の電位VPPまたはVCCがワード線WLに与えられる。信号φPが「H」レベルの場合は、PチャネルMOSトランジスタ63が非導通になるとともにNチャネルMOSトランジスタ66が導通し、接地電位GNDがワード線WLに与えられる。
【0068】
図10は、図9に示したワードドライバ55の動作を示すタイムチャートである。スタンバイ状態では、信号φACTが「H」レベルにされており、PチャネルMOSトランジスタ61が非導通になるとともにPチャネルMOSトランジスタ62が導通し、インバータ58の電源ノードN63には電源電位VCCが与えられている。また、信号Xaが「L」レベルにされており、信号φPが昇圧電位VPPになってPチャネルMOSトランジスタ63が非導通になるとともにNチャネルMOSトランジスタ66が導通し、ワード線WLは接地電位GNDにされている。
【0069】
ある時刻に、制御信号/RAS,/CAS,…によってアクティブコマンドACTが入力されると、選択されるメモリアレイブロック(たとえばMAk)において信号φACTが「L」レベルに立下げられる。これにより、PチャネルMOSトランジスタ61が導通するとともにPチャネルMOSトランジスタ62が非導通になり、昇圧電位VPPがインバータ58の電源ノードN63に与えられる。
【0070】
アクティブコマンドACTが入力されてから所定時間経過後に信号Xaが活性化レベルの「H」レベルに立上げられ、信号φPが「L」レベルに立下げられる。これにより、NチャネルMOSトランジスタ66が非導通になるとともにPチャネルMOSトランジスタ63が導通し、ワード線WLが昇圧電位VPPにされる。
【0071】
また、このメモリ回路部3では、図11に示すように、各メモリアレイブロックMAに対応してローカル制御回路70が設けられ、各センスアンプ帯SAに対応して2つの信号発生回路71,72が設けられる。図11では、メモリアレイブロックMAk−1,MAkに対応してそれぞれローカル制御回路70.k−1,70.kが設けられ、センスアンプ帯SAkに対応して信号発生回路71.k,72.kが設けられている状態が示されている。
【0072】
ローカル制御回路70.k−1は、行アドレス信号RA0〜RAiによって対応のメモリアレイブロックMAk−1が選択されたことに応じて、信号φEk−1,φFk−1の各々を所定のタイミングで活性化レベルの「H」レベルにする。
【0073】
ローカル制御回路70.kは、行アドレス信号RA0〜RAiによって対応のメモリアレイブロックMAkが選択されたことに応じて、信号φEk,φFkの各々を所定のタイミングで活性化レベルの「H」レベルにする。
【0074】
信号発生回路71.kは、信号φEk,φFk−1が「L」レベルの場合は信号BLIRを接地電位GNDにし、信号φEkが「H」レベルにされた場合は信号BLIRを電源電位VCCにし、信号φFk−1が「H」レベルにされた場合は信号BLIRを負電位VBBにする。
【0075】
信号発生回路72.kは、信号φEk−1,φFkが「L」レベルの場合は信号BLILを接地電位GNDにし、信号φEk−1が「H」レベルにされた場合は信号BLILを電源電位VCCにし、信号φFkが「H」レベルにされた場合は信号BLILを負電位VBBにする。
【0076】
図12は、信号発生回路71.kの構成を示す回路ブロック図である。図12において、信号発生回路71.kは、インバータ73,74、PチャネルMOSトランジスタ75、NチャネルMOSトランジスタ76〜78およびレベルシフタ79を含む。MOSトランジスタ75〜77は、電源電位VCCのラインと接地電位GNDのラインとの間に直列接続される。NチャネルMOSトランジスタ78は、MOSトランジスタ75,76の間のノードN78と負電位VBBのラインとの間に接続される。信号φEkは、インバータ73を介してMOSトランジスタ75,76のゲートに入力される。信号φFk−1は、インバータ74を介してNチャネルMOSトランジスタ77のゲートに入力されるとともに、レベルシフタ79を介してNチャネルMOSトランジスタ78のゲートに入力される。なお、負電位VBBは、図6のP型ウェル41に印加される電位と同じであってもよいし、違った電位レベルでもよい。
【0077】
レベルシフタ79は、「H」レベルが電源電位VCCで「L」レベルが接地電位GNDの信号φFk−1を、「H」レベルが電源電位VCCで「L」レベルが負電位VBBの信号φ79に変換するものである。
【0078】
すなわちレベルシフタ79は、図13に示すように、PチャネルMOSトランジスタ80,81、NチャネルMOSトランジスタ82,83およびインバータ84を含む。PチャネルMOSトランジスタ80,81は、それぞれ電源電位VCCのラインとノードN80,N81との間に接続される。信号φFk−1は、PチャネルMOSトランジスタ80のゲートに直接入力されるとともに、インバータ84を介してPチャネルMOSトランジスタ81のゲートに入力される。NチャネルMOSトランジスタ82,83は、それぞれノードN80,N81と負電位VBBのラインとの間に接続され、それらのゲートはそれぞれノードN81,N80に接続される。ノードN81に現われる信号が、そのレベルシフタ79の出力信号φ79となる。
【0079】
信号φFk−1が「L」レベルの場合は、PチャネルMOSトランジスタ80が導通するとともにPチャネルMOSトランジスタ81が非導通となる。これにより、ノードN80が「H」レベルになってNチャネルMOSトランジスタ83が導通し、ノードN81が「L」レベル(負電位VBB)になってNチャネルMOSトランジスタ82が非導通になる。したがって、信号φ79は負電位VBBになる。
【0080】
信号φFk−1が「H」レベルの場合は、PチャネルMOSトランジスタ80が非導通になるとともにPチャネルMOSトランジスタ81が導通する。これにより、ノードN81が「H」レベル(電源電位VCC)になってNチャネルMOSトランジスタ82が導通し、ノードN80が「L」レベルになってNチャネルMOSトランジスタ83が非導通になる。したがって、信号φ79は電源電位VCCになる。
【0081】
図12に戻って、信号φEk,φFk−1がともに「L」レベルの場合は、NチャネルMOSトランジスタ76,77が導通するとともにPチャネルMOSトランジスタ75およびNチャネルMOSトランジスタ78が非導通になり、信号BLIRは接地電位GNDになる。信号φEk,φFk−1がそれぞれ「H」レベルおよび「L」レベルの場合は、PチャネルMOSトランジスタ75およびNチャネルMOSトランジスタ77が導通するとともにNチャネルMOSトランジスタ76,78が非導通になり、信号BLIRは電源電位VCCになる。信号φEk,φFk−1がそれぞれ「L」レベルおよび「H」レベルの場合は、NチャネルMOSトランジスタ76,78が導通するとともにPチャネルMOSトランジスタ75およびNチャネルMOSトランジスタ77が非導通になり、信号BLIRは負電位VBBになる。信号φEk,φFk−1がともに「H」レベルになる場合はない。
【0082】
信号発生回路72.kは、図14に示すように、信号発生回路71.kと同じ構成である。ただし、信号φEk,φFk−1の代わりにそれぞれ信号φEk−1,φFkが入力され、信号BLIRの代わりに信号BLILが出力される。信号φEk−1,φFkがともに「L」レベルの場合は信号BLILは接地電位GNDになり、信号φEk−1,φFkがそれぞれ「H」レベルおよび「L」レベルの場合は信号BLILは電源電位VCCとなり、信号φEk−1,φFkがそれぞれ「L」レベルおよび「H」レベルの場合は信号BLILは負電位VBBとなる。信号φEk−1,φFkがともに「H」レベルになることはない。
【0083】
図15は、ローカル制御回路70.k−1,70.kおよび信号発生回路71.k,72.kの動作を示すタイムチャートである。行アドレス信号RA0〜RAiによってメモリアレイブロックMAkが選択される場合について説明する。
【0084】
スタンバイ状態では、信号φEk−1,φEk,φFk−1,φFkはともに「L」レベルにされており、信号BLIR,BLILはともに接地電位GNDにされている。ある時刻にアクティブコマンドACTが入力され、メモリアレイブロックMAkが選択されると、ローカル制御回路70.kによって信号φEkが「H」レベルに立上げられ、信号発生回路71.kによって信号BLIRが電源電位VCCに立上げられる。次いで、プリチャージコマンドPREが入力されると、ローカル制御回路70.kによって信号φFkが「H」レベルに立上げられ、信号発生回路70.kによって信号BLILが負電位VBBに立下げられる。プリチャージコマンドPREが入力されてから所定時間が経過すると、信号φEk,φFkがともに「L」レベルに立下げられ、信号BLIR,BLILがともに接地電位GNDになる。
【0085】
図16は、図1〜図15で示したメモリ回路部3のデータ書込方法を示すタイムチャートである。図16において、スタンバイ状態では、ワード線WLは接地電位GNDにされ、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQは非導通になっている。メモリセルMCのストレージノードSNには、電源電位VCCまたは接地電位GNDが保持されている。また、信号BLIR,BLILはともに接地電位GNDにされており、図5の転送ゲート21,36はともに導通している。また、信号BLEQは「H」レベルにされており、図5のイコライザ32によってビット線対BL,/BLはビット線プリチャージ電位VBL=VCC/2にイコライズされている。
【0086】
ある時刻に、アクティブコマンドACTが入力され、たとえばメモリアレイブロックMAkが選択されると、信号BLIRが「H」レベルに立上げられて図5の転送ゲート21が非導通になり、センスアンプ27がメモリアレイブロックMAk−1から切り離される。また、信号BLEQが「L」レベルにされて、ビット線BL,/BLの電位のイコライズが停止される。
【0087】
次に、行アドレス信号RA0〜RAiに応じた行のワード線WLは昇圧電位VPPに立上げられる。これにより、そのワード線WLに接続されたメモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQが導通し、ビット線対BL,/BL間にメモリセルMCの記憶データに応じた微小電位差が発生する。このとき、たとえばビット線BLの電位がビット線/BLの電位よりも微小量だけ高いものとする。次いで、図5のセンスアンプ活性化信号SE,/SEがそれぞれ「H」レベルおよび「L」レベルにされてセンスアンプ27が活性化され、ノードN1,N2間の微小電位差が電源電圧VCCに増幅される。
【0088】
このとき、ノードN1,N2はそれぞれ電源電位VCCおよび接地電位GNDにされるが、ビット線BL,/BLはそれぞれ電源電位VCCおよびPチャネルMOSトランジスタ38のしきい値電圧|Vtp|となる。これは、ノードN1および信号BLILを接地電位GNDにしても、ビット線/BLが|Vtp|になるとPチャネルMOSトランジスタ38が非導通になるからである。
【0089】
このため、図17(a)に示すように、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQのゲート絶縁膜に印加される電圧Vgsは最大Vgs=VPP−|Vtp|に抑えられる。転送ゲート21,36のPチャネルMOSトランジスタ22,23,37,38のしきい値電圧|Vtp|は、VPP−|Vtp|≒VCCになるように設定される。このため、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQのゲート絶縁膜をキャパシタCの絶縁膜と同じ薄い膜厚にしても信頼性上の問題はない。
【0090】
次に、列アドレス信号CA0〜CAiに応じた列の列選択線CSLが選択レベルの「H」レベルに立上げられ、図5の列選択ゲート24が導通する。次いで書込データ信号に従ってデータ入出力線対IO,/IOのうちの1本のデータ入出力線(たとえば/IO)が「H」レベルにされ他方のデータ入出力線(この場合はIO)が「L」レベルにされる。これに応じて、センスアンプ27によってノードN2が電源電位VCCに立上げられ、ノードN1が接地電圧GNDに立下げられる。このときでも、ノードN1,N2はそれぞれ接地電圧GNDおよび電源電位VCCになるが、ビット線BL,/BLはそれぞれPチャネルMOSトランジスタ37のしきい値電圧|Vtp|および電源電位VCCとなる。このため、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQのゲート絶縁膜に印加される電圧Vgsは最大Vgs=VPP−|Vtp|に抑えられる。
【0091】
この期間は、メモリセルMCのストレージノードSNに「H」レベルを書込む場合は、ストレージノードSNを電源電位VCCにすることができ、「H」レベルのデータを十分に書込むことができる。しかし、「L」レベルのデータを書込む場合は、ストレージノードSNを接地電位GNDにすることができず、データ書込は不十分となる。そこで、次に「L」レベルのリストアを行なう。
【0092】
すなわち、プリチャージコマンドPREを入力してワード線WLを昇圧電位VPPから電源電位VCCに立下げるとともに信号BLILを接地電位GNDから負電位VBBに立下げる。これにより、図5の転送ゲート36のPチャネルMOSトランジスタ37が再度導通してビット線BLおよびストレージノードSNが接地電位GNDまで立下げられる。またこのとき、図17(b)に示すように、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQのゲート絶縁膜に印加される電圧VgsはVgs=VCCとなり、ゲート絶縁膜が絶縁破壊されるおそれはない。
【0093】
「L」レベルをリストアする期間は、短くて済む。「L」レベルのリストアが終了すると、ワード線WLは「L」レベルに立上げられてメモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQは非導通になり、ストレージノードSNのレベルは保持される。また信号BLIR,BLILがともに接地電位GNDにされて転送ゲート21,36が導通し、信号SE,/SEがともにビット線プリチャージ電位レベル(VCC/2)にされてセンスアンプ27が非活性化され、信号BLEQが「H」レベルにされてビット線対BL,/BLがビット線電位VBLにイコライズされる。
【0094】
この実施の形態1では、VPP−|Vtp|≒VCCに設定するので、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQのゲート絶縁膜をキャパシタCの絶縁膜と同じ薄い膜厚にすることができ、サイズの小さなメモリセルMCを構成することができる。また、データ書込の後に「L」レベルのリストアを行なうので、メモリセルMCのストレージノードSNにデータ信号のレベルを十分に書込むことができる。
【0095】
なお、この実施の形態1では、1本のワード線WLに昇圧電位VPPを与え、1本のビット線BLまたは/BLに接続された1つのメモリセルMCに「H」レベルまたは「L」レベルを書込んで1ビットのデータを格納した。しかし、この発明は、図18に示すように、2本のワード線WLに昇圧電位VPPを与え、ビット線BL,/BLにそれぞれ接続された2つのメモリセルMCのうちの一方のメモリセルMCに「H」レベルを書込み他方のメモリセルMCに「L」レベルを書込むことにより、1ビットのデータを格納するメモリにも適用可能であることは言うまでもない。また、図19に示すように、1本のワード線WLに昇圧電位VPPを与え、ビット線BL,/BLにそれぞれ接続された2つのメモリセルMCのうちの一方のメモリセルMCに「H」レベルを書込み他方のメモリセルMCに「L」レベルを書込むことにより、1ビットのデータを格納するメモリにも適用可能である。
【0096】
[実施の形態2]
図20は、この発明の実施の形態2によるシステムLSIのメモリ回路部の要部を示す回路図であって、図5と対比される図である。図20を参照して、このメモリ回路部が図5のメモリ回路部と異なる点は、メモリセルMCがメモリセルMC′で置換され、転送ゲート21,36は、転送ゲート90,93で置換されている点である。
【0097】
メモリセルMC′は、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQをPチャネルMOSトランジスタQ′で置換したものである。スタンバイ状態では、ワード線WLは非選択レベルの「H」レベルに保持される。行アドレス信号RA0〜RAiが入力されると、それによって指定されたワード線WLが選択レベルの「L」レベルに立下げられる。ワード線WLが「L」レベルに立下げられると、そのワード線WLに接続させたメモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′が導通し、そのメモリセルMC′のストレージノードSNとビット線BLまたは/BLとが結合される。メモリセルMC′の構造は、図6で示したメモリセルMCの構造と同じである。ただし、メモリセルMC′はN型ウェルの表面に形成され、PチャネルMOSトランジスタQ′のソース領域およびドレイン領域とストレージノードSNはP型拡散層で形成される。
【0098】
転送ゲート90は、転送ゲート21のPチャネルMOSトランジスタ22,23をNチャネルMOSトランジスタ91,92で置換したものである。スタンバイ状態では、信号BLIRは「H」レベルに保持される。メモリアレイブロックMAkが選択されると、信号BLIRが「L」レベルに立下げられ、転送ゲート90が非導通になってメモリアレイブロックMAk−1とセンスアンプ帯SAkが切離される。
【0099】
転送ゲート93は、転送ゲート36のPチャネルMOSトランジスタ37,38をNチャネルMOSトランジスタ94,95で置換したものである。スタンバイ状態では、信号BLILは「H」レベルに保持される。メモリアレイブロックMAk−1が選択されると、信号BLILが「L」レベルに立下げられ、転送ゲート93が非導通になってメモリアレイブロックMAkとセンスアンプ帯SAkが切離される。
【0100】
図21は、図20で説明したメモリ回路部のデータ書込方法を示すタイムチャートであって、図16と対比される図である。図21において、スタンバイ状態では、ワード線WLは電源電位VCCにされ、メモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′は非導通になっている。メモリセルMC′のストレージノードSNには、電源電位VCCまたは接地電位GNDが保持されている。また、信号BLIR,BLILはともに電源電位VCCにされており、転送ゲート90,93はともに導通している。また、信号BLEQは「H」レベルにされており、イコライザ32によってビット線対BL,/BLがビット線電位VBL=VCC/2にイコライズされている。
【0101】
ある時刻に、アクティブコマンドACTが入力され、たとえばメモリアレイブロックMAkが選択されると、信号BLIRが接地電位GNDに立上げられて転送ゲート90が非導通になり、センスアンプ27がメモリアレイブロックMAk−1から切離される。また、信号BLEQが「L」レベルにされて、ビット線BL,/BLの電位のイコライズが停止される。
【0102】
次に、行アドレス信号RA0〜RAiに応じた行のワード線WLが負電位VBBに立下げられる。これにより、そのワード線WLに接続されたメモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′が導通し、ビット線対BL,/BL間にメモリセルMC′の記憶データに応じた微小電位差が発生する。このとき、たとえばビット線BLの電位がビット線/BLの電位よりも微小量だけ高いものとする。次いで、センスアンプ活性化信号SE,/SEがそれぞれ「H」レベルおよび「L」レベルにされてセンスアンプ27が活性化され、ノードN1,N2間の微小電位差が電源電位VCCに増幅される。
【0103】
このとき、ノードN1,N2はそれぞれ電源電位VCCおよび接地電位GNDにされるが、ビット線BL,/BLはそれぞれVCC−Vtn,GNDとなる。Vtnは、NチャネルMOSトランジスタ94のしきい値電圧である。これは、ノードN1および信号BLILを電源電位VCCにしても、ビット線BLがVCC−VtnになるとNチャネルMOSトランジスタ94が非導通になるからである。
【0104】
このため、メモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′のゲート絶縁膜に印加される電圧Vgsは最大Vgs=|VBB|+VCC−Vtnに抑えられる。転送ゲート90,93のNチャネルMOSトランジスタ91,92,94,95のしきい値電圧Vtnは、|VBB|+VCC−Vtn≒VCCになるように設定される。このため、メモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′のゲート絶縁膜をキャパシタCの絶縁膜と同じ薄い膜厚にしても信頼性上の問題はない。
【0105】
次に、列アドレス信号CA0〜CAiに応じた列の列選択線CSLが選択レベルの「H」レベルに立上げられ、列選択ゲート24が導通する。次いで書込データ信号に従ってデータ入出力線対IO,/IOのうちの一方のデータ入出力線(たとえば/IO)が「H」レベルにされ他方のデータ入出力線(この場合はIO)が「L」レベルにされる。これに応じて、センスアンプ27によってノードN2が電源電位VCCに立上げられ、ノードN1が接地電位GNDに立下げられる。このときでも、ノードN1,N2はそれぞれ接地電位GNDおよび電源電位VCCになるが、ビット線BL,/BLはそれぞれVCC−Vtn,GNDとなる。このため、メモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′のゲート絶縁膜に印加される電圧Vgsは最大Vgs=|VBB|+VCC−Vtnに抑えられる。この期間は、メモリセルMC′のストレージノードSNに「L」レベルを書込む場合は、ストレージノードSNを接地電位GNDにすることができ、「L」レベルのデータを十分に書込むことができる。しかし、「H」レベルのデータを書込む場合は、ストレージノードSNを電源電位VCCにすることができず、データ書込が不十分である。そこで、次に「H」レベルのリストアを行なう。
【0106】
すなわち、プリチャージコマンドPREを入力してワード線WLを負電位VBBから接地電位GNDに立上げるとともに信号BLILを電源電位VCCから昇圧電位VPPに立上げる。これにより、転送ゲート93のNチャネルMOSトランジスタ94が再度導通してビット線BLおよびストレージノードSNが電源電位VCCまで立上げられる。またこのとき、メモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′のゲート絶縁膜に印加される電圧VgsはVgs=VCCとなり、ゲート絶縁膜が絶縁破壊されるおそれはない。
【0107】
「H」レベルをリストアする期間は、短くて済む。「H」レベルのリストアが終了すると、ワード線WLは電源電位VCCに立上げられてメモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′は非導通になり、ストレージノードSNのレベルは保持される。また信号BLIR,BLILがともに電源電位VCCにされて転送ゲート90,93が導通し、信号SE,/SEがともにビット線プリチャージ電位VCC/2にされてセンスアンプ27が非活性化され、信号BLEQが「H」レベルにされてビット線対BL,/BLがビット線電位VBLにイコライズされる。
【0108】
この実施の形態2では、|VBB|+VCC−Vtn≒VCCに設定するので、メモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′のゲート絶縁膜をキャパシタCの絶縁膜と同じ薄い膜厚にすることができ、サイズの小さなメモリセルMC′を構成することができる。また、データ書込の後に「H」レベルのリストアを行なうので、メモリセルMC′のストレージノードSNにデータ信号のレベルを十分に書込むことができる。
【0109】
なお、この実施の形態2でも、図18および図19で説明したように、2つのメモリセルMC′で1ビットのデータを記憶する方式に適用可能であることは言うまでもない。
【0110】
[実施の形態3]
図22は、この発明の実施の形態3によるシステムLSIのメモリ回路部の要部を示す回路ブロック図であって、図20と対比される図である。図22を参照して、このメモリ回路部は図20のメモリ回路部と異なる点は、ワード線WLとビット線対BL,/BLとの交差部に2つのメモリセルMCが配置されている点と、イコライザ32が除去され、2つのイコライザ100,104が設けられている点である。
【0111】
2つのメモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQのゲートは、ともに対応のワード線WLに接続され、2つのメモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQのソースは、それぞれ対応のビット線BL,/BLに接続される。2つのメモリセルMCのうちの一方のメモリセルMCに「H」レベルが書込まれ、他方のメモリセルMCに「L」レベルが書込まれる。2つのメモリセルMCで1ビットのデータが記憶される。
【0112】
イコライザ100は、3つのPチャネルMOSトランジスタ101〜103を含む。PチャネルMOSトランジスタ101は、メモリアレイブロックMAk−1の対応のビット線BLと/BLの間に接続される。PチャネルMOSトランジスタ102,103は、それぞれ対応のビット線BL,/BLとノードN8との間に接続される。PチャネルMOSトランジスタ101〜103のゲートはともにノードN7に接続される。ノードN7はビット線イコライズ信号BLEQを受け、ノードN8はビット線プリチャージ電位VBL=VCCを受ける。信号BLEQが活性化レベルの「L」レベルにされると、PチャネルMOSトランジスタ101〜103が導通し、ビット線対BL,/BLがビット線電位VBLにイコライズされる。
【0113】
イコライザ104は、3つのPチャネルMOSトランジスタ105〜107を含む。PチャネルMOSトランジスタ105は、メモリアレイブロックMAkの対応のビット線BLと/BLの間に接続される。PチャネルMOSトランジスタ106,107は、それぞれ対応のビット線BL,/BLとノードN10との間に接続される。PチャネルMOSトランジスタ105〜107のゲートはともにノードN9に接続される。ノードN9はビット線イコライズ信号BLEQを受け、ノードN10はビット線プリチャージ電位VBL=VCCを受ける。信号BLEQが活性化レベルの「L」レベルにされると、PチャネルMOSトランジスタ105〜107が導通し、ビット線対BL,/BLがビット線プリチャージ電位VBLにイコライズされる。
【0114】
図23は、図22で説明したメモリ回路部のデータ書込方法を示すタイムチャートである。図23において、スタンバイ状態では、ワード線WLは接地電位GNDにされ、図22の2つのメモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQはともに非導通になっている。2つのメモリセルMCのうちの一方のメモリセルMCには電源電位VCCが書込まれ、他方のメモリセルMCには接地電位GNDが保持されている。また、信号BLIR、BLILはともに昇圧電位VPPにされており、転送ゲート90,93はともに導通している。また、信号BLEQは「L」レベルにされており、イコライザ100,104によってビット線対BL,/BLはビット線プリチャージ電位VBL=VCCにイコライズされている。
【0115】
ある時刻に、アクティブコマンドACTが入力され、たとえばメモリアレイブロックMAkが選択されると、信号BLIRが接地電位GNDに立下げられて転送ゲート90が非導通になり、センスアンプ27はメモリアレイブロックMAk−1から切離される。また、信号BLEQが「H」レベルにされて、ビット線BL,/BLの電位のイコライズが停止される。
【0116】
次に、行アドレス信号RA0〜RAiに応じた行のワード線WLが昇圧電位VPPに立上げられる。これにより、そのワード線WLに接続された図22の2つのメモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQが導通し、ビット線対BL,/BL間に2つのメモリセルMCの記憶データに応じた微小電位差が発生する。このとき、たとえばビット線BLの電位がビット線/BLの電位よりも微小量だけ高いものとする。
【0117】
次いで、信号BLIL,BLIRがともに接地電位GNDにされて転送ゲート90,93が非導通になり、センスアンプ27と2つのメモリアレイブロックMAk−1,MAkとが切離される。また、信号BLEQが「L」レベルに立下げられてイコライザ100,104が活性化され、メモリアレイブロックMAk−1,MAkの各ビット線対BL,/BLがビット線プリチャージ電位VBL=VCCにイコライズされる。このとき、イコライザ100,104のPチャネルMOSトランジスタ101〜103,105〜107のゲートに接地電位GNDが与えられ、図22のワード線WLに昇圧電位VPPが印加されているので、2つのメモリセルMCのストレージノードSNには十分な「H」レベル(電源電位VCC)が与えられる。
【0118】
また、センスアンプ活性化信号SE,/SEがそれぞれ「H」レベルおよび「L」レベルにされてセンスアンプ27が活性化され、ノードN1,N2間の微小電位差が電源電位VCCに増幅される。
【0119】
このとき、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQのゲート絶縁膜に印加される電圧VgsはVgs=VPP−VCCになるので、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQのゲート絶縁膜をキャパシタCの絶縁膜と同じ薄い膜厚にしても信頼性上の問題はない。
【0120】
次に、列アドレス信号CA0〜CAi′に応じた列の列選択線CSLが選択レベルの「H」レベルに立上げられ、列選択ゲート24が導通する。次いで書込データ信号に従ってデータ入出力線対IO,/IOのうちの一方のデータ入出力線(たとえば/IO)が「H」レベルにされ他方のデータ入出力線(この場合はIO)が「L」レベルにされる。これに応じて、センスアンプ27によってノードN2が電源電位VCCに立上げられ、ノードN1が接地電圧GNDに立下げられる。
【0121】
次に、プリチャージコマンドPREが入力されると、ワード線WLが昇圧電位VPPから電源電位VCCに立下げられるとともに、信号BLEQが「H」レベルに立上げられ、イコライザ100,104が非活性化される。また、信号BLILが昇圧電位VPPに立上げられて転送ゲート93が導通し、ノードN1,N2の電位GND,VCCがそれぞれメモリアレイブロックMAkのビット線BL,/BLに伝達され、2つのメモリセルMCのストレージノードSNに書込まれる。このとき、信号BLILが昇圧電位VPPにされているので、メモリセルMCのストレージノードSNには十分な「L」レベルが書込まれる。また、このとき、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQのゲート絶縁膜に印加される電圧VgsはVgs=VCCとなり、ゲート絶縁膜は絶縁破壊されるおそれはない。
【0122】
「L」レベルの書込が終了すると、ワード線WLは接地電位GNDに立下げられてメモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQは非導通になり、ストレージノードSNのレベルは保持される。また信号BLIR,BLILがともに昇圧電位VPPにされて転送ゲート90,93が導通し、信号SE,/SEがVCC/2のビット線プリチャージ電位レベルにされてセンスアンプ27が非活性化され、信号BLEQが「L」レベルにされてビット線対BL,/BLがビット線プリチャージ電位VBLにイコライズされる。
【0123】
この実施の形態3では、まずワード線WLを昇圧電位VPPにして「H」レベルのデータを一方のメモリセルMCに書込み、次にワード線WLを電源電位VCCにして「L」レベルのデータを他方のメモリセルMCに書込む。したがって、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQのゲート絶縁膜に印加される電圧VgsをVCC以下にすることができ、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQのゲート絶縁膜をキャパシタCの絶縁膜と同じ薄い膜厚にすることができ、ひいてはサイズの小さなメモリセルMCを構成することができる。また、メモリセルMCのストレージノードSNに「H」レベルまたは「L」レベルを十分に書込むことができる。
【0124】
なお、この実施の形態3では、2つのメモリセルMCで1ビットのデータ信号を記憶し、2つのメモリセルMCを1本のワード線WLに接続する方式に適用したが、このデータ書込方法は1つのメモリセルMCで1ビットのデータを記憶する方式にも適用可能であり、また、図8で示したように、2つのメモリセルMCで1ビットのデータ信号を記憶し、2つのメモリセルMCをそれぞれ2本のワード線WLに接続する方式にも適用可能であることは言うまでもない。
【0125】
[実施の形態4]
図24は、この発明の実施の形態4によるシステムLSIのメモリ回路部の要部を示す回路ブロック図であって、図22と対比される図である。図24を参照して、このメモリ回路部が図22のメモリ回路部と異なる点は、メモリセルMCがメモリセルMC′で置換されている点と、イコライザ100,104がイコライザ110,114で置換されている点である。
【0126】
2つのメモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′のゲートは、ともに対応のワード線WLに接続され、2つのメモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′のソースは、それぞれ対応のビット線BL,/BLに接続される。2つのメモリセルMC′のうちの一方のメモリセルMC′に「H」レベルが書込まれ、他方のメモリセルMC′に「L」レベルが書込まれる。2つのメモリセルMC′で1ビットのデータが記憶される。
【0127】
イコライザ110は、3つのNチャネルMOSトランジスタ111〜113を含む。NチャネルMOSトランジスタ111は、メモリアレイブロックMAk−1の対応のビット線BLと/BLの間に接続される。NチャネルMOSトランジスタ112,113は、それぞれ対応のビット線BL,/BLとノードN8との間に接続される。NチャネルMOSトランジスタ111〜113のゲートはともにノードN7に接続される。ノードN7はビット線イコライズ信号BLEQを受け、ノードN8はビット線プリチャージ電位VBL=GNDを受ける。信号BLEQが活性化レベルの「H」レベルにされると、NチャネルMOSトランジスタ111〜113が導通し、ビット線対BL,/BLがビット線電位VBLにイコライズされる。
【0128】
イコライザ114は、3つのNチャネルMOSトランジスタ115〜117を含む。NチャネルMOSトランジスタ115は、メモリアレイブロックMAkの対応のビット線BLと/BLの間に接続される。NチャネルMOSトランジスタ116,117は、それぞれ対応のビット線BL,/BLとノードN10との間に接続される。NチャネルMOSトランジスタ115〜117のゲートはともにノードN9に接続される。ノードN9はビット線イコライズ信号BLEQを受け、ノードN10はビット線プリチャージ電位VBL=GNDを受ける。信号BLEQが活性化レベルの「H」レベルにされると、NチャネルMOSトランジスタ115〜117が導通し、ビット線対BL,/BLがビット線プリチャージ電位VBLにイコライズされる。
【0129】
図25は、図24で説明したメモリ回路部のデータ書込方法を示すタイムチャートである。図25において、スタンバイ状態では、ワード線WLは電源電位VCCにされ、図24の2つのメモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′はともに非導通になっている。2つのメモリセルMC′のうちの一方のメモリセルMC′には電源電位VCCが書込まれ、他方のメモリセルMC′には接地電位GNDが保持されている。また、信号BLIR、BLILはともに昇圧電位VPPにされており、転送ゲート90,93はともに導通している。また、信号BLEQは「H」レベルにされており、イコライザ110,114によってビット線対BL,/BLはビット線プリチャージ電位VBL=GNDにイコライズされている。
【0130】
ある時刻に、アクティブコマンドACTが入力され、たとえばメモリアレイブロックMAkが選択されると、信号BLIRが接地電位GNDに立下げられて転送ゲート90が非導通になり、センスアンプ27はメモリアレイブロックMAk−1から切離される。また、信号BLEQが「L」レベルにされて、ビット線BL,/BLの電位のイコライズが停止される。
【0131】
次に、行アドレス信号RA0〜RAiに応じた行のワード線WLが負電位VBBに立下げられる。これにより、そのワード線WLに接続された図24の2つのメモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′が導通し、ビット線対BL,/BL間に2つのメモリセルMC′の記憶データに応じた微小電位差が発生する。このとき、たとえばビット線BLの電位がビット線/BLの電位よりも微小量だけ高いものとする。
【0132】
次いで、信号BLIL,BLIRがともに接地電位GNDにされて転送ゲート90,93が非導通になり、センスアンプ27と2つのメモリアレイブロックMAk−1,MAkとが切離される。また、信号BLEQが「H」レベルに立上げられてイコライザ110,114が活性化され、メモリアレイブロックMAk−1,MAkの各ビット線対BL,/BLがビット線プリチャージ電位VBL=GNDにイコライズされる。このとき、イコライザ110,114のNチャネルMOSトランジスタ111〜113,115〜117のゲートに電源電位VCCが与えられ、図24のワード線WLに負電位VBBが印加されているので、2つのメモリセルMC′のストレージノードSNには十分な「L」レベル(接地電位GND)が与えられる。
【0133】
また、センスアンプ活性化信号SE,/SEがそれぞれ「H」レベルおよび「L」レベルにされてセンスアンプ27が活性化され、ノードN1,N2間の微小電位差が電源電圧VCCに増幅される。
【0134】
このとき、メモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′のゲート絶縁膜に印加される電圧VgsはVgs=VBB−GNDになるので、メモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′のゲート絶縁膜をキャパシタCの絶縁膜と同じ薄い膜厚にしても信頼性上の問題はない。
【0135】
次に、列アドレス信号CA0〜CAi′に応じた列の列選択線CSLが選択レベルの「H」レベルに立上げられ、列選択ゲート24が導通する。次いで書込データ信号に従ってデータ入出力線対IO,/IOのうちの一方のデータ入出力線(たとえば/IO)が「H」レベルにされ他方のデータ入出力線(この場合はIO)が「L」レベルにされる。これに応じて、センスアンプ27によってノードN2が電源電位VCCに立上げられ、ノードN1が接地電位GNDに立下げられる。
【0136】
次に、プリチャージコマンドPREが入力されると、ワード線WLが負電位VBBから接地電位GNDに立上げられるとともに、信号BLEQが「L」レベルに立下げられ、イコライザ110,114が非活性化される。また、信号BLILが昇圧電位VPPに立上げられて転送ゲート93が導通し、ノードN1,N2の電位GND,VCCがそれぞれメモリアレイブロックMAkのビット線BL,/BLに伝達され、2つのメモリセルMC′のストレージノードSNに書込まれる。このとき、信号BLILが昇圧電位VPPにされているので、メモリセルMC′のストレージノードSNには十分な「H」レベルが書込まれる。また、このとき、メモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′のゲート絶縁膜に印加される電圧VgsはVgs=VCCとなり、ゲート絶縁膜は絶縁破壊されるおそれはない。
【0137】
「H」レベルの書込が終了すると、ワード線WLは電源電位VCCに立上げられてメモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′は非導通になり、ストレージノードSNのレベルは保持される。また信号BLIR,BLILがともに昇圧電位VPPにされて転送ゲート90,93が導通し、信号SE,/SEがVCC/2のビット線プリチャージ電位レベルにされてセンスアンプ27が非活性化され、信号BLEQが「H」レベルにされてビット線対BL,/BLがビット線プリチャージ電位VBLにイコライズされる。
【0138】
この実施の形態4では、まずワード線WLを負電位VBBにして「L」レベルのデータを一方のメモリセルMC′に書込み、次にワード線WLを接地電位GNDにして「H」レベルのデータを他方のメモリセルMC′に書込む。したがって、メモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′のゲート絶縁膜に印加される電圧VgsをVCC以下にすることができ、メモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′のゲート絶縁膜をキャパシタCの絶縁膜と同じ薄い膜厚にすることができ、ひいてはサイズの小さなメモリセルMC′を構成することができる。また、メモリセルMC′のストレージノードSNに「H」レベルまたは「L」レベルを十分に書込むことができる。
【0139】
なお、この実施の形態4では、2つのメモリセルMC′で1ビットのデータ信号を記憶し、2つのメモリセルMC′を1本のワード線WLに接続する方式に適用したが、このデータ書込方法は1つのメモリセルMC′で1ビットのデータを記憶する方式にも適用可能であり、また、図8で示したように、2つのメモリセルMC′で1ビットのデータ信号を記憶し、2つのメモリセルMC′をそれぞれ2本のワード線WLに接続する方式にも適用可能であることは言うまでもない。
【0140】
[実施の形態5]
図26は、この発明の実施の形態5によるシステムLSIのメモリ回路部の要部を示す回路図であって、図5と対比される図である。図26を参照して、このメモリ回路部は図5のメモリ回路部と異なる点は、メモリアレイブロックMAに隣接するメモリアレイブロックMA′が追加されている点である。図26では、メモリアレイブロックMAkに隣接するメモリアレイブロックMAk′が示されている。
【0141】
メモリアレイブロックMAk′は、メモリアレイブロックMAkと同数の行および列を有し、行列状に配列された複数のメモリセルMC′と、各行に対応して設けられたワード線/WLと、各列に対応して設けられたビット線対BL,/BLとを含む。メモリセルMC′は、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQをPチャネルMOSトランジスタQ′で置換したものである。メモリアレイブロックMAk′の複数のワード線/WLは、それぞれメモリアレイブロックMAkの複数のワード線WLに対応して設けられている。ワード線WLとそれに対応するワード線/WLは対をなしており、ワード線WLが選択レベルの「H」レベル(電源電圧VCC)にされるときは対応のワード線/WLが選択レベルの「L」レベル(接地電位GND)にされる。メモリアレイブロックMAkのビット線BL,/BLとメモリアレイブロックMAk′のビット線BL,/BLは、接続されている。信号BLIR,BLILの活性化レベルが負電位VBBであり、それらの非活性化レベルは電源電位VCCである。
【0142】
今、メモリアレイブロックMAk,MAk′が選択され、信号BLILが活性化レベルの負電位VBBにされているものとする。書込モード時は、行アドレス信号RA0〜RAiによって指定された1対のワード線WL,/WLがそれぞれ電源電位VCCおよび接地電位GNDにされ、それらのワード線WL,/WLに対応するメモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQおよびメモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′が導通する。次いで、書込データ信号に応じてビット線BL,/BLのうちの一方が電源電位VCCにされ、他方が接地電位GNDにされる。
【0143】
ビット線BLが電源電位VCCにされた場合は、メモリセルMC′のストレージノードSNに十分な「H」レベル(電源電位VCC)が書込まれる一方、メモリセルMCのストレージノードSNにはVCC−Vtnが書込まれる。ビット線BLが接地電位GNDにされた場合は、メモリセルMCのストレージノードSNに十分な「L」レベル(接地電位GND)が書込まれる一方、メモリセルMC′のストレージノードSNには|Vtp|が書込まれる。
【0144】
読出モード時は、メモリセルMC,MC′に「H」レベルが書込まれている場合は、ワード線WL,/WLがそれぞれ電源電位VCCおよび接地電位GNDにされると、メモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′が十分に導通してメモリセルMC′から「H」レベルのデータが十分に読出される一方、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQは十分に導通せずメモリセルMCからは「H」レベルのデータは十分に読出されない。
【0145】
また、メモリセルMC,MC′に「L」レベルが書込まれている場合は、ワード線WL,/WLがそれぞれ電源電位VCCおよび接地電位GNDにされると、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタQは十分に導通してメモリセルMCから「L」レベルのデータが十分に読出される一方、メモリセルMC′のPチャネルMOSトランジスタQ′は十分に導通せずメモリセルMC′からは「L」レベルのデータは十分に読出されない。
【0146】
この実施の形態5では、「L」レベルのデータの読出/書込はメモリセルMCで行ない、「H」レベルのデータの読出/書込はメモリセルMC′で行なうので、ワード線WL,/WLの振幅電圧を電源電圧VCCにしてもデータの読出/書込を十分に行なうことはできる。したがって、メモリセルMC,MC′のNチャネルMOSトランジスタQおよびPチャネルMOSトランジスタQ′のゲート絶縁膜をキャパシタCの絶縁膜と同じ薄い膜厚にすることができ、サイズの小さなメモリセルMC,MC′を構成することができる。
【0147】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0148】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る半導体記憶装置では、半導体記憶装置はMOSトランジスタを含むロジック回路とともに半導体基板上に形成され、直列接続されたMOSトランジスタおよびキャパシタを有し、データ信号を記憶するためのメモリセルが設けられ、MOSトランジスタは、半導体基板の表面に形成されたゲート絶縁膜と、そのゲート絶縁膜の表面に形成されたゲート電極と、そのゲート電極の両側において半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域とを含み、キャパシタは、半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域と、その不純物拡散領域の表面に形成された絶縁膜と、その絶縁膜の表面に形成され、基準電位を受ける平板電極とを含み、ロジック回路のMOSトランジスタとメモリセルのMOSトランジスタとキャパシタとは同一CMOSプロセスで形成され、かつロジック回路のMOSトランジスタのゲート電極とメモリセルのMOSトランジスタのゲート電極とキャパシタの平板電極とは同一配線層で形成されている。したがって、ストレージノードやキャパシタの電極用の配線層を別途設ける必要がなく、半導体記憶装置およびロジック回路を含むシステムLSIをCMOSロジックプロセスのみで作製できるので、チップコストの低価格化を図ることができる。また、MOSトランジスタのゲート絶縁膜とキャパシタの絶縁膜とを同じ膜厚にするので、MOSトランジスタとキャパシタの間の距離を短くすることができ、チップサイズの縮小化を図ることができる。また、ダイナミック型メモリセルを採用したので、スタティック型メモリセルを採用した場合に比べ、メモリ容量を大きくすることができる。
【0150】
また、メモリセルのMOSトランジスタは、NチャネルMOSトランジスタであり、半導体記憶装置は、さらに、NチャネルMOSトランジスタのゲートに接続されたワード線と、そのうちのいずれか一方がNチャネルMOSトランジスタのソースに接続された第1および第2のビット線と、第1のビット線と第1のノードとの間に接続された第1のPチャネルMOSトランジスタと、第2のビット線と第2のノードとの間に接続された第2のPチャネルMOSトランジスタと、メモリセルにデータ信号を書込むための書込回路とを備える。この書込回路は、第1および第2のPチャネルMOSトランジスタのゲートに接地電位を与えて第1および第2のPチャネルMOSトランジスタを導通させるステップと、ワード線に電源電位よりも高い昇圧電位を与えてメモリセルのNチャネルMOSトランジスタを導通させるステップと、外部から与えられた書込データ信号に従って、第1および第2のノードのうちのいずれか一方のノードを電源電位にするとともに他方のノードを接地電位にするステップと、第1および第2のPチャネルMOSトランジスタのゲートに接地電位よりも低い負電位を与えるとともに、ワード線に電源電位を与えるステップとを実行する。これにより、メモリセルのNチャネルMOSトランジスタのゲート絶縁膜を破壊することなく、データをメモリセルに書込むことができる。
【0151】
また好ましくは、第1および第2のPチャネルMOSトランジスタの各々のしきい値電圧の絶対値は、昇圧電位と電源電位の差の電圧に略等しくなるように設定されている。この場合は、メモリセルのNチャネルMOSトランジスタのゲート絶縁膜に印加される電圧を電源電圧以下に制限しながら、メモリセルにデータ信号を十分に書込むことができる。
【0152】
また好ましくは、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶し、ワード線は2本設けられ、2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのゲートは、それぞれ2本のワード線に接続され、2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのソースは、それぞれ第1および第2のビット線に接続されている。この場合は、データ信号の書込/読出をより確実に行なうことができる。
【0153】
また好ましくは、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶し、2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのゲートはともにワード線に接続され、2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのソースはそれぞれ第1および第2のビット線に接続されている。この場合も、データ信号の書込/読出をより確実に行なうことができる。
【0154】
また、この発明に係る他の半導体記憶装置では、メモリセルのMOSトランジスタはPチャネルMOSトランジスタであり、半導体記憶装置は、さらに、PチャネルMOSトランジスタのゲートに接続されたワード線と、それらのうちのいずれか一方がPチャネルMOSトランジスタのソースに接続された第1および第2のビット線と、第1のビット線と第1のノードとの間に接続された第1のNチャネルMOSトランジスタと、第2のビット線と第2のノードとの間に接続された第2のNチャネルMOSトランジスタと、メモリセルにデータ信号を書込むための書込回路とを備える。この書込回路は、第1および第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートに電源電位を与えて第1および第2のNチャネルMOSトランジスタを導通させるステップと、ワード線に接地電位よりも低い負電位を与えてメモリセルのPチャネルMOSトランジスタを導通させるステップと、外部から与えられた書込データ信号に従って、第1および第2のノードのうちのいずれか一方のノードを電源電位にするとともに他方のノードを接地電位にするステップと、第1および第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートに電源電位よりも高い昇圧電位を与えるとともに、ワード線に接地電位を与えるステップとを実行する。これにより、メモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲート絶縁膜を破壊することなく、データをメモリセルに書込むことができる。
【0155】
また好ましくは、第1および第2のNチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧は、接地電位と負電位の差の電圧に略等しくなるように設定されている。この場合は、メモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲート絶縁膜に印加される電圧を電源電圧以下に制限しながら、メモリセルにデータ信号を十分に書込むことができる。
【0156】
また好ましくは、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶し、ワード線は2本設けられ、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲートはそれぞれ2本のワード線に接続され、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのソースは、それぞれ第1および第2のビット線に接続されている。この場合は、データ信号の書込/読出をより確実に行なうことができる。
【0157】
また好ましくは、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶し、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲートはともにワード線に接続され、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのソースはそれぞれ第1および第2のビット線に接続されている。この場合は、データ信号の書込/読出をより確実に行なうことができる。
【0158】
また、この発明に係るさらに他の半導体記憶装置では、メモリセルのMOSトランジスタはPチャネルMOSトランジスタであり、半導体記憶装置は、さらに、PチャネルMOSトランジスタのゲートに接続されたワード線と、それらのうちのいずれか一方がPチャネルMOSトランジスタのソースに接続された第1および第2のビット線と、メモリセルにデータ信号を書込むための書込回路とを備える。この書込回路は、ワード線に接地電位よりも低い負電位を与えてメモリセルのPチャネルMOSトランジスタを導通させるステップと、第1および第2のビット線に接地電位を与えるステップと、ワード線に接地電位を与えるステップと、外部から与えられた書込データ信号に従って、第1および第2のビット線のうちのいずれか一方のビット線を電源電位にするとともに他方のビット線を接地電位にするステップとを実行する。これにより、メモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲート絶縁膜を破壊することなく、データをメモリセルに書込むことができる。
【0159】
また好ましくは、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶し、ワード線は2本設けられ、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲートはそれぞれ2本のワード線に接続され、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのソースはそれぞれ第1および第2のビット線に接続されている。この場合は、データ信号の書込/読出をより確実に行なうことができる。
【0160】
また好ましくは、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶し、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲートはともにワード線に接続され、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのソースはそれぞれ第1および第2のビット線に接続されている。この場合も、データ信号の書込/読出をより確実に行なうことができる。
【0161】
また、この発明に係るさらに他の半導体記憶装置では、メモリセルのMOSトランジスタはPチャネルMOSトランジスタであり、半導体記憶装置は、さらに、PチャネルMOSトランジスタのゲートに接続されたワード線と、それらのうちのいずれか一方がPチャネルMOSトランジスタのソースに接続された第1および第2のビット線と、メモリセルにデータ信号を書込むための書込回路とを備える。この書込回路は、ワード線に接地電位よりも低い負電位を与えてメモリセルのPチャネルMOSトランジスタを導通させるステップと、第1および第2のビット線に接地電位を与えるステップと、ワード線に接地電位を与えるステップと、外部から与えられた書込データ信号に従って、第1および第2のビット線のうちのいずれか一方のビット線を電源電位にするとともに他方のビット線を接地電位にするステップとを実行する。これにより、メモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲート絶縁膜を破壊することなく、データをメモリセルに書込むことができる。
【0162】
また好ましくは、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶し、ワード線は2本設けられ、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲートはそれぞれ2本のワード線に接続され、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのソースはそれぞれ第1および第2のビット線に接続されている。この場合は、データ信号の書込/読出をより確実に行なうことができる。
【0163】
また好ましくは、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶し、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲートはともにワード線に接続され、2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのソースはそれぞれ第1および第2のビット線に接続されている。この場合も、データ信号の書込/読出をより確実に行なうことができる。
【0164】
また、この発明に係るさらに他の半導体記憶装置では、メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶し、2つのメモリセルのうちの一方のメモリセルのMOSトランジスタはNチャネルMOSトランジスタであり、他方のメモリセルのMOSトランジスタはPチャネルMOSトランジスタであり、半導体記憶装置は、さらに、それぞれNチャネルMOSトランジスタのゲートおよびPチャネルMOSトランジスタのゲートに接続された第1および第2のワード線と、それらのうちのいずれか一方がNチャネルMOSトランジスタのソースおよびPチャネルMOSトランジスタのソースに接続された第1および第2のビット線と、2つのメモリセルにデータ信号を書込むための書込回路とを備える。この書込回路は、第1および第2のワード線にそれぞれ電源電位および接地電位を与えてNチャネルMOSトランジスタおよびPチャネルMOSトランジスタを導通させるステップと、外部から与えられた書込データ信号に従って、第1および第2のビット線のうちのいずれか一方のビット線を電源電位にするとともに他方のビット線を接地電位にするステップとを実行する。これにより、メモリセルのMOSトランジスタのゲート絶縁膜を破壊することなく、データをメモリセルに書込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1によるシステムLSIの構成を示すブロック図である。
【図2】 図1に示したメモリ回路部の構成を示すブロック図である。
【図3】 図2に示したメモリアレイおよびそれに関連する部分の構成を示すブロック図である。
【図4】 図3に示したメモリアレイブロックの構成を示す回路ブロック図である。
【図5】 図3に示したセンスアンプ帯の要部を示す回路図である。
【図6】 図4に示したメモリセルの構成を示す図である。
【図7】 図6に示したメモリセルの問題点を説明するための図である。
【図8】 図6に示したメモリセルの問題点を説明するための他の図である。
【図9】 図3に示した行デコーダに含まれるワードドライバの構成を示す回路図である。
【図10】 図9に示したワードドライバの動作を示すタイムチャートである。
【図11】 図3に示したセンスアンプ帯およびメモリアレイブロックに対応して設けられる信号発生回路およびローカル制御回路を示すブロック図である。
【図12】 図11に示した信号発生回路71.kの構成を示す回路ブロック図である。
【図13】 図12に示したレベルシフタの構成を示す回路図である。
【図14】 図11に示した信号発生回路72.kの構成を示す回路ブロック図である。
【図15】 図11〜図14に示した信号発生回路およびローカル制御回路の動作を示すタイムチャートである。
【図16】 図1〜図15で示したメモリ回路部のデータ書込方法を示すタイムチャートである。
【図17】 図16に示したデータ書込方法の効果を説明するための図である。
【図18】 実施の形態1の変更例を示すブロック図である。
【図19】 実施の形態1の他の変更例を示すブロック図である。
【図20】 この発明の実施の形態2によるシステムLSIのメモリ回路部の要部を示す回路図である。
【図21】 図20に示したメモリ回路部のデータ書込方法を示すタイムチャートである。
【図22】 この発明の実施の形態3によるシステムLSIのメモリ回路部の要部を示す回路ブロック図である。
【図23】 図22に示したメモリ回路部のデータ書込方法を示すタイムチャートである。
【図24】 この発明の実施の形態4によるシステムLSIのメモリ回路部の要部を示す回路ブロック図である。
【図25】 図24に示したメモリ回路部のデータ書込方法を示すタイムチャートである。
【図26】 この発明の実施の形態5によるシステムLSIのメモリ回路部の要部を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
1 システムLSI、2 ロジック回路部、3 メモリ回路部、4 クロックバッファ、5 制御信号バッファ、6 アドレスバッファ、7 モードレジスタ、8 制御回路、9〜12 メモリアレイ、13 IOバッファ、MA メモリアレイブロック、SA センスアンプ帯、14 メモリマット、15 行デコーダ、16 列デコーダ、MC,MC′ メモリセル、WL,/WL ワード線、BL,/BL ビット線対、C キャパシタ、SN ストレージノード、Q,25,26,30,31,33〜35,64〜66,76〜78,82,83 NチャネルMOSトランジスタ、21 列選択ゲート、Q′,22,23,28,29,37,38,59〜63,75,80,81,101〜103,105〜107 PチャネルMOSトランジスタ、24,36,90,93 転送ゲート、27 センスアンプ、32,100,104 イコライザ、40 結晶シリコン基板、41 P型ウェル、42 ゲート絶縁膜、43 ゲート電極、44 ソース領域、45 ドレイン領域、46 N型拡散層又は反転層、47 絶縁膜、48 セルプレート電極、49 絶縁層、50 コンタクトホール、51 素子分離膜、55 ワードドライバ、56,79 レベルシフタ、57 切換回路、58,67,68,73,74,84 インバータ、70 ローカル制御回路、71,72 信号発生回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor memory device formed on a semiconductor substrate.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in dynamic random access memories (hereinafter referred to as DRAMs), as a result of high integration, memory cell capacitors have a complicated three-dimensional structure. In order to mount such a DRAM in a system LSI, in addition to a normal CMOS logic process, a process step for forming a capacitor of a DRAM memory cell and a step between a capacitor having a three-dimensional structure and a peripheral circuit portion are provided. And a planarization step to reduce. For this reason, when the DRAM is mounted on the system LSI, there are problems that the process steps are greatly increased and the chip cost is increased.
[0003]
On the other hand, a memory cell of a static random access memory (hereinafter referred to as SRAM) does not have a capacitor and is formed only by a CMOS logic process. Therefore, if the SRAM is mounted on the system LSI, the problems associated with mounting the DRAM on the system LSI are solved.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the SRAM has the following problems. That is, in the DRAM, as the microfabrication technology advances, the memory cell size is reduced. For example, in a 0.18 μm DRAM process, a 0.3 square μm memory cell is realized. On the other hand, in SRAM, a memory cell is composed of two P-channel MOS transistors and four N-channel MOS transistors, and is subject to restrictions on the separation distance between the P-type well and the N-type well. Even with progress, the memory cell size has not been reduced as much as DRAM. For example, an SRAM memory cell using a 0.18 μm CMOS logic process is about 7 square μm, which is 20 times or more that of a DRAM memory cell. Accordingly, since the chip size of the SRAM increases greatly as the memory capacity increases, it becomes extremely difficult to mount an SRAM having a memory capacity of 4 Mbits or more on the system LSI.
[0005]
For this reason, the SRAM has been conventionally used as a cache memory for a processor, a register file memory, and the like. However, since the complicated memory control related to the refresh of data essential to the DRAM is unnecessary, the main memory is used in a portable information terminal or the like. It is also used as.
[0006]
However, even in portable information terminals, moving images are handled and functions have been greatly improved, and a large-capacity memory is required.
[0007]
Therefore, a main object of the present invention is to provide a low-cost and large-capacity semiconductor memory device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor memory device according to the present invention is a semiconductor memory device formed on a semiconductor substrate together with a logic circuit including a MOS transistor, and includes a MOS transistor and a capacitor connected in series, and a memory for storing a data signal A cell is provided. The MOS transistor includes a gate insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the surface of the gate insulating film, and an impurity diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. Including. The capacitor includes an impurity diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate, an insulating film formed on the surface of the impurity diffusion region, and a flat plate electrode formed on the surface of the insulating film and receiving a reference potential. Here, the MOS transistor of the logic circuitThickness of the gate insulating filmAnd memory cell MOS transistorThickness of the gate insulating filmAnd capacitorInsulating film thicknessWhat isThe sameIn addition, the gate electrode of the MOS transistor of the logic circuit, the gate electrode of the MOS transistor of the memory cell, and the plate electrode of the capacitor are formed in the same wiring layer.
[0010]
The MOS transistor of the memory cell is an N channel MOS transistor. The semiconductor memory device further includes a word line connected to the gate of the N-channel MOS transistor, first and second bit lines, one of which is connected to the source of the N-channel MOS transistor, A first P-channel MOS transistor connected between one bit line and the first node; and a second P-channel MOS transistor connected between the second bit line and the second node; And a write circuit for writing a data signal to the memory cell. The write circuit includes a step of applying a ground potential to the gates of the first and second P-channel MOS transistors to make the first and second P-channel MOS transistors conductive, and a boosted potential higher than the power supply potential on the word line. To make the N channel MOS transistor of the memory cell conductive, and according to the externally applied write data signal, either one of the first and second nodes is set to the power supply potential and the other The step of setting the node to the ground potential and the step of applying a negative potential lower than the ground potential to the gates of the first and second P-channel MOS transistors and supplying the power supply potential to the word line are executed..
[0011]
Preferably, the absolute value of the threshold voltage of each of the first and second P-channel MOS transistors is set to be approximately equal to the voltage difference between the boosted potential and the power supply potential.
[0012]
Preferably, two memory cells are provided, and one data signal is stored in the two memory cells. Two word lines are provided, the gates of the N channel MOS transistors of the two memory cells are connected to the two word lines, respectively, and the sources of the N channel MOS transistors of the two memory cells are the first and second bits, respectively. Connected to the wire.
[0013]
Preferably, two memory cells are provided, and one data signal is stored in the two memory cells. The gates of the N channel MOS transistors of the two memory cells are both connected to the word line, and the sources of the N channel MOS transistors of the two memory cells are connected to the first and second bit lines, respectively.
[0014]
Another semiconductor memory device according to the present invention is a semiconductor memory device formed on a semiconductor substrate together with a logic circuit including a MOS transistor, and has a MOS transistor and a capacitor connected in series to store a data signal. A memory cell is provided. The MOS transistor includes a gate insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the surface of the gate insulating film, and an impurity diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. Including. The capacitor includes an impurity diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate, an insulating film formed on the surface of the impurity diffusion region, and a flat plate electrode formed on the surface of the insulating film and receiving a reference potential. Here, the MOS transistor of the logic circuitThickness of the gate insulating filmAnd memory cell MOS transistorThickness of the gate insulating filmAnd capacitorInsulating film thicknessWhat isThe sameIn addition, the gate electrode of the MOS transistor of the logic circuit, the gate electrode of the MOS transistor of the memory cell, and the plate electrode of the capacitor are formed in the same wiring layer.
The MOS transistor of the memory cell is a P channel MOS transistor. The semiconductor memory device further includes a word line connected to the gate of the P channel MOS transistor, first and second bit lines, one of which is connected to the source of the P channel MOS transistor, A first N-channel MOS transistor connected between one bit line and the first node; and a second N-channel MOS transistor connected between the second bit line and the second node; And a write circuit for writing a data signal to the memory cell. The write circuit includes a step of applying a power supply potential to the gates of the first and second N channel MOS transistors to make the first and second N channel MOS transistors conductive, and a negative potential lower than the ground potential on the word line. To make the P-channel MOS transistor of the memory cell conductive, and according to the externally applied write data signal, set one of the first and second nodes to the power supply potential and A step of setting the node to the ground potential and a step of applying a boosted potential higher than the power supply potential to the gates of the first and second N-channel MOS transistors and applying the ground potential to the word line are executed..
[0015]
Preferably, the threshold voltages of the first and second N-channel MOS transistors are set to be approximately equal to the voltage difference between the ground potential and the negative potential.
[0016]
Preferably, two memory cells are provided, and one data signal is stored in the two memory cells. Two word lines are provided, the gates of the P channel MOS transistors of the two memory cells are connected to the two word lines, respectively, and the sources of the P channel MOS transistors of the two memory cells are the first and second bits, respectively. Connected to the wire.
[0017]
Preferably, two memory cells are provided, and one data signal is stored in the two memory cells. The gates of the P channel MOS transistors of the two memory cells are both connected to the word line, and the sources of the P channel MOS transistors of the two memory cells are connected to the first and second bit lines, respectively.
[0018]
Still another semiconductor memory device according to the present invention is a semiconductor memory device formed on a semiconductor substrate together with a logic circuit including a MOS transistor, having a MOS transistor and a capacitor connected in series, and receiving a data signal. A memory cell for storing is provided. The MOS transistor includes a gate insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the surface of the gate insulating film, and an impurity diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. Including. The capacitor includes an impurity diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate, an insulating film formed on the surface of the impurity diffusion region, and a flat plate electrode formed on the surface of the insulating film and receiving a reference potential. Here, the MOS transistor of the logic circuitThickness of the gate insulating filmAnd memory cell MOS transistorThickness of the gate insulating filmAnd capacitorInsulating film thicknessWhat isThe sameIn addition, the gate electrode of the MOS transistor of the logic circuit, the gate electrode of the MOS transistor of the memory cell, and the plate electrode of the capacitor are formed in the same wiring layer.
The MOS transistor of the memory cell is an N channel MOS transistor. The semiconductor memory device further includes a word line connected to the gate of the N-channel MOS transistor, first and second bit lines, one of which is connected to the source of the N-channel MOS transistor, a memory And a writing circuit for writing a data signal to the cell. The writing circuit includes applying a boosted potential higher than the power supply potential to the word line to turn on the N-channel MOS transistor of the memory cell, supplying a power supply potential to the first and second bit lines, In accordance with a step of applying a power supply potential to one of the first and second bit lines according to an externally applied write data signal, one bit line is set to the power supply potential and the other bit line is set to the ground potential. And execute steps.
[0019]
Preferably, two memory cells are provided, and one data signal is stored in the two memory cells. Two word lines are provided, the gates of the N channel MOS transistors of the two memory cells are connected to the two word lines, respectively, and the sources of the N channel MOS transistors of the two memory cells are the first and second bits, respectively. Connected to the wire.
[0020]
Preferably, two memory cells are provided, and one data signal is stored in the two memory cells. The gates of the N channel MOS transistors of the two memory cells are both connected to the word line, and the sources of the N channel MOS transistors of the two memory cells are connected to the first and second bit lines, respectively.
[0021]
Still another semiconductor memory device according to the present invention is a semiconductor memory device formed on a semiconductor substrate together with a logic circuit including a MOS transistor, having a MOS transistor and a capacitor connected in series, and receiving a data signal. A memory cell for storing is provided. The MOS transistor includes a gate insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the surface of the gate insulating film, and an impurity diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. Including. The capacitor includes an impurity diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate, an insulating film formed on the surface of the impurity diffusion region, and a flat plate electrode formed on the surface of the insulating film and receiving a reference potential. Here, the MOS transistor of the logic circuitThickness of the gate insulating filmAnd memory cell MOS transistorThickness of the gate insulating filmAnd capacitorInsulating film thicknessWhat isThe sameIn addition, the gate electrode of the MOS transistor of the logic circuit, the gate electrode of the MOS transistor of the memory cell, and the plate electrode of the capacitor are formed in the same wiring layer.
The MOS transistor of the memory cell is a P channel MOS transistor. The semiconductor memory device further includes a word line connected to the gate of the P channel MOS transistor, first and second bit lines, one of which is connected to the source of the P channel MOS transistor, a memory And a writing circuit for writing a data signal to the cell. The write circuit includes applying a negative potential lower than the ground potential to the word line to turn on the N-channel MOS transistor of the memory cell, applying a ground potential to the first and second bit lines, And applying one of the first and second bit lines to the power supply potential and setting the other bit line to the ground potential in accordance with a step of applying a ground potential to the first and second write lines. And execute steps.
[0022]
Preferably, two memory cells are provided, and one data signal is stored in the two memory cells. Two word lines are provided, the gates of the P channel MOS transistors of the two memory cells are connected to the two word lines, respectively, and the sources of the P channel MOS transistors of the two memory cells are the first and second bits, respectively. Connected to the wire.
[0023]
Preferably, two memory cells are provided, and one data signal is stored in the two memory cells. The gates of the P channel MOS transistors of the two memory cells are both connected to the word line, and the sources of the P channel MOS transistors of the two memory cells are connected to the first and second bit lines, respectively.
[0024]
Still another semiconductor memory device according to the present invention is a semiconductor memory device formed on a semiconductor substrate together with a logic circuit including a MOS transistor, having a MOS transistor and a capacitor connected in series, and receiving a data signal. A memory cell for storing is provided. The MOS transistor includes a gate insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the surface of the gate insulating film, and an impurity diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. Including. The capacitor includes an impurity diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate, an insulating film formed on the surface of the impurity diffusion region, and a flat plate electrode formed on the surface of the insulating film and receiving a reference potential. Here, the MOS transistor of the logic circuitThickness of the gate insulating filmAnd memory cell MOS transistorThickness of the gate insulating filmAnd capacitorInsulating film thicknessWhat isThe sameIn addition, the gate electrode of the MOS transistor of the logic circuit, the gate electrode of the MOS transistor of the memory cell, and the plate electrode of the capacitor are formed in the same wiring layer.
Also, two memory cells are provided, and one data signal is stored in the two memory cells. The MOS transistor of one of the two memory cells is an N channel MOS transistor, and the MOS transistor of the other memory cell is a P channel MOS transistor. The semiconductor memory device further includes first and second word lines connected to the gate of the N channel MOS transistor and the gate of the P channel MOS transistor, respectively, and one of them is the source of the N channel MOS transistor and First and second bit lines connected to the source of a P-channel MOS transistor, and a write circuit for writing a data signal into two memory cells are provided. In accordance with the step of applying a power supply potential and a ground potential to the first and second word lines to make the N-channel MOS transistor and the P-channel MOS transistor conductive, and the write circuit in accordance with an externally applied write data signal A step of setting one of the first and second bit lines to a power supply potential and setting the other bit line to a ground potential..
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
[0026]
[0027]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the
[0028]
The clock buffer 4 is activated by the control signal CKE from the
[0029]
Each of memory arrays 9-12 includes a plurality of memory cells arranged in a matrix and each storing 1-bit data. A plurality of memory cells are grouped in advance by j + 1 (where j is an integer of 0 or more).
[0030]
The control circuit 8 generates various internal signals according to signals from the clock buffer 4, the
[0031]
[0032]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the memory array 9 shown in FIG. 2 and parts related thereto. In FIG. 3, the memory array 9 is divided into a plurality of memory array blocks MA0 to MAk (where k is an integer equal to or greater than 0), and a plurality of sense amplifiers are provided on both sides of and between the plurality of memory array blocks MA0 to MAk. Bands SA0 to SAk + 1 are arranged. Memory array blocks MA0-MAk and sense amplifier bands SA0-
[0033]
As shown in FIG. 4, memory array block MAk includes a plurality of memory cells MC arranged in a matrix, word lines WL provided corresponding to each row, and bit lines provided corresponding to each column. The pair BL, / BL is included. This memory cell MC is arranged at one of the two intersections of two bit lines BL, / BL and one word line WL orthogonal thereto.
[0034]
Each memory cell MC includes an N channel MOS transistor Q for access and a capacitor C for information storage. N channel MOS transistor Q and capacitor C are connected in series between corresponding bit line BL or / BL and the cell potential VCP line, and the gate of N channel MOS transistor Q is connected to corresponding word line WL. A node between N channel MOS transistor Q and capacitor C is called a storage node SN.
[0035]
As shown in FIG. 5, sense amplifier band SAk includes data input / output line pair IO, / IO, column selection line CSL provided corresponding to each odd column of memory array block MAk,
[0036]
[0037]
[0038]
A circuit in the sense amplifier band SAk is shared by the two memory array blocks MAk-1 and MAk on both sides thereof. When memory array block MAk is selected, signal BLIR is at "H" level and
[0039]
Column
[0040]
[0041]
[0042]
Returning to FIG. 3, the
[0043]
[0044]
Next, the operation of the
[0045]
In the write mode, first, bit line equalize signal BLEQ is lowered to "L" level, and equalization of bit lines BL, / BL is stopped. Next, memory array block (for example, MAk) designated by row address signals RA0-RAi is selected by
[0046]
Next, the
[0047]
In the read mode, first, bit line equalize signal BLEQ is lowered to "L" level, and equalization of bit lines BL, / BL is stopped. Next, for example, memory array block MAk is selected by
[0048]
Then, sense amplifier activation signals SE and / SE are set to “H” level and “L” level, respectively, and
[0049]
Next, the
[0050]
Hereinafter, the configuration of the memory cell MC and the data writing method which are features of the present invention will be described in detail. FIGS. 6A and 6B are diagrams showing the configuration of the memory cell MC of the
[0051]
6A and 6B, a P-
[0052]
Here, the gate electrode 43 (word line WL) of the N channel MOS transistor Q of the memory cell MC and the
[0053]
A bit line BL is formed above N-channel MOS transistor Q and capacitor C through insulating
[0054]
A plurality of memory cells MC connected to one bit line BL are grouped by two. The
[0055]
In the first embodiment, first, a planar capacitor C is employed, and the
[0056]
By the way, in order to sufficiently write the data signal of “H” level (power supply potential VCC) to storage node SN of memory cell MC, or to sufficiently read the data signal of “H” level from storage node SN of memory cell MC. Therefore, it is necessary to apply to the word line WL a potential VPP sufficiently higher than a potential VCC + Vtn obtained by adding the threshold voltage Vtn of the N-channel MOS transistor Q of the memory cell MC to the power supply potential VCC. As shown in FIG. 7, when the boosted potential VPP is applied to the word line WL and the bit line BL is set to the ground potential GND (0 V) by the
[0057]
For this purpose, a dual gate insulating film process in which gate insulating films having different thicknesses are mixed is employed, and a thick insulating film is formed in the region A of the N-channel MOS transistor Q as shown in FIG. It is necessary to form a thin insulating film in this region. However, when such a structure is adopted, it is necessary to increase the distance between the word line WL and the
[0058]
Therefore, in the first embodiment, secondly, even if the
[0059]
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of the
[0060]
The
[0061]
That is,
[0062]
When signal Xa is at the “L” level of the inactivation level, N
[0063]
When signal Xa is at the activation level “H” level, N-
[0064]
[0065]
When signal φACT is at “H” level, P
[0066]
[0067]
When signal φP is at “L” level, P
[0068]
FIG. 10 is a time chart showing the operation of the
[0069]
When active command ACT is input by control signals / RAS, / CAS,... At a certain time, signal φACT falls to “L” level in the selected memory array block (for example, MAk). As a result, P
[0070]
The signal Xa is raised to the “H” level of the activation level after the elapse of a predetermined time from the input of the active command ACT, and the signal φP is lowered to the “L” level. As a result, N
[0071]
In the
[0072]
Local control circuit 70. k−1 indicates that each of the signals φEk−1 and φFk−1 is activated at “H” at a predetermined timing in response to selection of the corresponding memory array block MAk−1 by the row address signals RA0 to RAi. To the level.
[0073]
Local control circuit 70. k sets each of the signals φEk and φFk to the activation level “H” level at a predetermined timing in response to selection of the corresponding memory array block MAk by the row address signals RA0 to RAi.
[0074]
Signal generation circuit 71. k indicates that the signal BLIR is set to the ground potential GND when the signals φEk and φFk−1 are at the “L” level, the signal BLIR is set to the power supply potential VCC when the signal φEk is set to the “H” level, and the signal φFk−1 is When it is set to “H” level, signal BLIR is set to negative potential VBB.
[0075]
Signal generation circuit 72. k indicates that the signal BLIL is set to the ground potential GND when the signals φEk−1 and φFk are at the “L” level, and the signal BLIL is set to the power supply potential VCC when the signal φEk−1 is set to the “H” level. When it is set to “H” level, signal BLIL is set to negative potential VBB.
[0076]
12 shows the signal generation circuit 71. It is a circuit block diagram which shows the structure of k. In FIG. 12, signal generation circuit 71. k includes
[0077]
The
[0078]
That is,
[0079]
When signal φFk−1 is at “L” level, P
[0080]
When signal φFk−1 is at “H” level, P
[0081]
Referring back to FIG. 12, when both signals φEk and φFk−1 are at “L” level, N
[0082]
Signal generation circuit 72. k, as shown in FIG. The same configuration as k. However, signals φEk−1 and φFk are input instead of signals φEk and φFk−1, respectively, and signal BLIL is output instead of signal BLIR. When signals φEk−1 and φFk are both at “L” level, signal BLIL is at ground potential GND, and when signals φEk−1 and φFk are at “H” level and “L” level, signal BLIL is at power supply potential VCC. When signals φEk−1 and φFk are at “L” level and “H” level, respectively, signal BLIL is at negative potential VBB. Signals φEk−1 and φFk are never at “H” level.
[0083]
FIG. 15 shows the local control circuit 70. k-1,70. k and signal generation circuit 71. k, 72. It is a time chart which shows operation | movement of k. A case where memory array block MAk is selected by row address signals RA0-RAi will be described.
[0084]
In the standby state, signals φEk−1, φEk, φFk−1, and φFk are all at “L” level, and signals BLIR and BLIL are both at ground potential GND. When an active command ACT is input at a certain time and the memory array block MAk is selected, the local control circuit 70. k raises signal φEk to “H” level, and signal generating circuit 71. The signal BLIR is raised to the power supply potential VCC by k. Next, when the precharge command PRE is input, the local control circuit 70. k raises signal φFk to “H” level, and signal generating circuit 70. The signal BLIL is lowered to the negative potential VBB by k. When a predetermined time elapses after the input of the precharge command PRE, the signals φEk and φFk are both lowered to the “L” level, and the signals BLIR and BLIL are both set to the ground potential GND.
[0085]
FIG. 16 is a time chart showing a data writing method of the
[0086]
When active command ACT is input at a certain time and, for example, memory array block MAk is selected, signal BLIR is raised to “H” level,
[0087]
Next, the word line WL in the row corresponding to the row address signals RA0 to RAi is raised to the boosted potential VPP. As a result, the N channel MOS transistor Q of the memory cell MC connected to the word line WL becomes conductive, and a minute potential difference corresponding to the stored data of the memory cell MC is generated between the bit line pair BL, / BL. At this time, for example, the potential of the bit line BL is assumed to be slightly higher than the potential of the bit line / BL. Next, the sense amplifier activation signals SE and / SE in FIG. 5 are respectively set to the “H” level and the “L” level to activate the
[0088]
At this time, nodes N1 and N2 are set to power supply potential VCC and ground potential GND, respectively, but bit lines BL and / BL are set to power supply potential VCC and threshold voltage | Vtp | of P
[0089]
For this reason, as shown in FIG. 17A, the voltage Vgs applied to the gate insulating film of the N-channel MOS transistor Q of the memory cell MC is suppressed to the maximum Vgs = VPP− | Vtp |. The threshold voltage | Vtp | of the P-
[0090]
Next, the column selection line CSL of the column corresponding to the column address signals CA0 to CAi is raised to the “H” level of the selection level, and the
[0091]
During this period, when the “H” level is written to the storage node SN of the memory cell MC, the storage node SN can be set to the power supply potential VCC, and the “H” level data can be sufficiently written. However, when “L” level data is written, storage node SN cannot be set to ground potential GND, and data writing becomes insufficient. Therefore, the “L” level restoration is performed next.
[0092]
That is, the precharge command PRE is input to lower the word line WL from the boosted potential VPP to the power supply potential VCC and to lower the signal BLIL from the ground potential GND to the negative potential VBB. Thereby, P
[0093]
The period for restoring the “L” level may be short. When restoration of “L” level is completed, word line WL is raised to “L” level, N channel MOS transistor Q of memory cell MC is turned off, and the level of storage node SN is maintained. Signals BLIR and BLIL are both set to ground potential GND,
[0094]
In the first embodiment, since VPP− | Vtp | ≈VCC is set, the gate insulating film of the N-channel MOS transistor Q of the memory cell MC can be made as thin as the insulating film of the capacitor C, and the size Small memory cells MC can be configured. Further, since the "L" level restoration is performed after the data writing, the level of the data signal can be sufficiently written in storage node SN of memory cell MC.
[0095]
In the first embodiment, boosted potential VPP is applied to one word line WL, and one memory cell MC connected to one bit line BL or / BL is set to “H” level or “L” level. And 1-bit data was stored. However, in the present invention, as shown in FIG. 18, a boosted potential VPP is applied to two word lines WL, and one memory cell MC of two memory cells MC connected to bit lines BL and / BL, respectively. Needless to say, the present invention can also be applied to a memory storing 1-bit data by writing the “H” level to the other memory cell MC. Further, as shown in FIG. 19, boosted potential VPP is applied to one word line WL, and “H” is applied to one of the two memory cells MC connected to bit lines BL and / BL. It is also applicable to a memory that stores 1-bit data by writing the level and writing the “L” level in the other memory cell MC.
[0096]
[Embodiment 2]
FIG. 20 is a circuit diagram showing the main part of the memory circuit part of the system LSI according to the second embodiment of the present invention, which is compared with FIG. Referring to FIG. 20, the memory circuit portion is different from the memory circuit portion of FIG. 5 in that memory cell MC is replaced with memory cell MC ′, and transfer
[0097]
Memory cell MC ′ is obtained by replacing N channel MOS transistor Q of memory cell MC with P channel MOS transistor Q ′. In the standby state, the word line WL is held at the “H” level which is a non-selected level. When row address signals RA0-RAi are input, the designated word line WL is lowered to the "L" level of the selection level. When the word line WL falls to the “L” level, the P channel MOS transistor Q ′ of the memory cell MC ′ connected to the word line WL becomes conductive, and the storage node SN and the bit line BL of the memory cell MC ′. Or, / BL is combined. The structure of the memory cell MC ′ is the same as that of the memory cell MC shown in FIG. However, memory cell MC ′ is formed on the surface of an N-type well, and the source region and drain region of P-channel MOS transistor Q ′ and storage node SN are formed of a P-type diffusion layer.
[0098]
[0099]
[0100]
FIG. 21 is a time chart showing the data writing method of the memory circuit unit described with reference to FIG. 20, and is a diagram compared with FIG. In FIG. 21, in the standby state, the word line WL is set to the power supply potential VCC, and the P channel MOS transistor Q ′ of the memory cell MC ′ is non-conductive. The storage node SN of the memory cell MC ′ holds the power supply potential VCC or the ground potential GND. Signals BLIR and BLIL are both at power supply potential VCC, and both
[0101]
When active command ACT is input at a certain time and, for example, memory array block MAk is selected, signal BLIR is raised to ground potential GND,
[0102]
Next, the word line WL of the row corresponding to the row address signals RA0 to RAi is lowered to the negative potential VBB. As a result, the P channel MOS transistor Q ′ of the memory cell MC ′ connected to the word line WL becomes conductive, and a minute potential difference corresponding to the stored data of the memory cell MC ′ is generated between the bit line pair BL, / BL. . At this time, for example, the potential of the bit line BL is assumed to be slightly higher than the potential of the bit line / BL. Next, sense amplifier activation signals SE and / SE are respectively set to “H” level and “L” level to activate
[0103]
At this time, the nodes N1 and N2 are set to the power supply potential VCC and the ground potential GND, respectively, but the bit lines BL and / BL are set to VCC−Vtn and GND, respectively. Vtn is a threshold voltage of N
[0104]
Therefore, the voltage Vgs applied to the gate insulating film of the P channel MOS transistor Q ′ of the memory cell MC ′ is suppressed to the maximum Vgs = | VBB | + VCC−Vtn. The threshold voltage Vtn of the N-
[0105]
Next, the column selection line CSL of the column corresponding to the column address signals CA0 to CAi is raised to the “H” level of the selection level, and the
[0106]
That is, the precharge command PRE is input to raise the word line WL from the negative potential VBB to the ground potential GND and to raise the signal BLIL from the power supply potential VCC to the boosted potential VPP. Thereby, N
[0107]
The period for restoring the “H” level may be short. When restoration of "H" level is completed, word line WL is raised to power supply potential VCC, P channel MOS transistor Q 'of memory cell MC' is turned off, and the level of storage node SN is maintained. Further, both the signals BLIR and BLIL are set to the power supply potential VCC, the
[0108]
In the second embodiment, since | VBB | + VCC−Vtn≈VCC is set, the gate insulating film of the P-channel MOS transistor Q ′ of the memory cell MC ′ should be made as thin as the insulating film of the capacitor C. The memory cell MC ′ having a small size can be formed. In addition, since the “H” level restore is performed after the data writing, the level of the data signal can be sufficiently written in storage node SN of memory cell MC ′.
[0109]
Needless to say, this second embodiment can also be applied to a system in which 1-bit data is stored in two memory cells MC ′ as described in FIGS. 18 and 19.
[0110]
[Embodiment 3]
FIG. 22 is a circuit block diagram showing the main part of the memory circuit part of the system LSI according to the third embodiment of the present invention, and is a figure compared with FIG. Referring to FIG. 22, this memory circuit portion is different from the memory circuit portion of FIG. 20 in that two memory cells MC are arranged at the intersection of word line WL and bit line pair BL, / BL. The
[0111]
The gates of the N channel MOS transistors Q of the two memory cells MC are both connected to the corresponding word line WL, and the sources of the N channel MOS transistors Q of the two memory cells MC are respectively connected to the corresponding bit lines BL and / BL. Connected. The “H” level is written in one of the two memory cells MC, and the “L” level is written in the other memory cell MC. 1-bit data is stored in two memory cells MC.
[0112]
[0113]
[0114]
FIG. 23 is a time chart showing the data writing method of the memory circuit portion described in FIG. In FIG. 23, in the standby state, the word line WL is set to the ground potential GND, and the N channel MOS transistors Q of the two memory cells MC in FIG. 22 are both non-conductive. The power supply potential VCC is written in one of the two memory cells MC, and the ground potential GND is held in the other memory cell MC. The signals BLIR and BLIL are both set to the boosted potential VPP, and the
[0115]
When active command ACT is input at a certain time and, for example, memory array block MAk is selected, signal BLIR falls to ground potential GND,
[0116]
Next, the word line WL of the row corresponding to the row address signals RA0 to RAi is raised to the boosted potential VPP. As a result, the N-channel MOS transistor Q of the two memory cells MC of FIG. 22 connected to the word line WL is turned on, and a minute amount corresponding to the stored data of the two memory cells MC between the bit line pair BL, / BL. A potential difference occurs. At this time, for example, the potential of the bit line BL is assumed to be slightly higher than the potential of the bit line / BL.
[0117]
Next, signals BLIL and BLIR are both set to ground potential GND,
[0118]
Sense amplifier activation signals SE and / SE are set to “H” level and “L” level, respectively, to activate
[0119]
At this time, since the voltage Vgs applied to the gate insulating film of the N channel MOS transistor Q of the memory cell MC is Vgs = VPP−VCC, the gate insulating film of the N channel MOS transistor Q of the memory cell MC is insulated from the capacitor C. Even if it is as thin as the film, there is no problem in reliability.
[0120]
Next, the column selection line CSL of the column corresponding to the column address signals CA0 to CAi ′ is raised to the “H” level of the selection level, and the
[0121]
Next, when the precharge command PRE is input, the word line WL is lowered from the boosted potential VPP to the power supply potential VCC, the signal BLEQ is raised to the “H” level, and the
[0122]
When "L" level writing is completed, word line WL is lowered to ground potential GND, N channel MOS transistor Q of memory cell MC is turned off, and the level of storage node SN is maintained. Signals BLIR and BLIL are both set to boosted potential VPP,
[0123]
In the third embodiment, first, the word line WL is set to the boosted potential VPP and the “H” level data is written to one memory cell MC, and then the word line WL is set to the power supply potential VCC and the “L” level data is written. Write to the other memory cell MC. Therefore, voltage Vgs applied to the gate insulating film of N channel MOS transistor Q of memory cell MC can be reduced to VCC or less, and the gate insulating film of N channel MOS transistor Q of memory cell MC can be used as the insulating film of capacitor C. The same thin film thickness can be obtained, and as a result, a small-sized memory cell MC can be configured. Further, “H” level or “L” level can be sufficiently written to storage node SN of memory cell MC.
[0124]
In the third embodiment, the present invention is applied to a system in which 1-bit data signal is stored in two memory cells MC and the two memory cells MC are connected to one word line WL. Can be applied to a method of storing 1-bit data in one memory cell MC, and, as shown in FIG. 8, two memory cells MC store a 1-bit data signal and store two memories. Needless to say, the present invention is also applicable to a system in which each cell MC is connected to two word lines WL.
[0125]
[Embodiment 4]
FIG. 24 is a circuit block diagram showing the main part of the memory circuit part of the system LSI according to the fourth embodiment of the present invention, which is compared with FIG. Referring to FIG. 24, this memory circuit portion is different from the memory circuit portion of FIG. 22 in that memory cell MC is replaced by memory cell MC ′ and
[0126]
The gates of the P channel MOS transistors Q ′ of the two memory cells MC ′ are both connected to the corresponding word line WL, and the sources of the P channel MOS transistors Q ′ of the two memory cells MC ′ are respectively connected to the corresponding bit lines BL. , / BL. "H" level is written in one memory cell MC 'of the two memory cells MC', and "L" level is written in the other memory cell MC '. 1-bit data is stored in the two memory cells MC ′.
[0127]
[0128]
[0129]
FIG. 25 is a time chart showing a data writing method of the memory circuit portion described in FIG. In FIG. 25, in the standby state, the word line WL is set to the power supply potential VCC, and the P channel MOS transistors Q ′ of the two memory cells MC ′ of FIG. 24 are both non-conductive. The power supply potential VCC is written in one of the two memory cells MC ′, and the ground potential GND is held in the other memory cell MC ′. The signals BLIR and BLIL are both set to the boosted potential VPP, and the
[0130]
When active command ACT is input at a certain time and, for example, memory array block MAk is selected, signal BLIR falls to ground potential GND,
[0131]
Next, the word line WL of the row corresponding to the row address signals RA0 to RAi is lowered to the negative potential VBB. As a result, the P channel MOS transistor Q ′ of the two memory cells MC ′ of FIG. 24 connected to the word line WL becomes conductive, and the data stored in the two memory cells MC ′ is transferred between the bit line pair BL and / BL. A corresponding minute potential difference is generated. At this time, for example, the potential of the bit line BL is assumed to be slightly higher than the potential of the bit line / BL.
[0132]
Next, signals BLIL and BLIR are both set to ground potential GND,
[0133]
Sense amplifier activation signals SE and / SE are set to “H” level and “L” level, respectively, to activate
[0134]
At this time, the voltage Vgs applied to the gate insulating film of the P channel MOS transistor Q ′ of the memory cell MC ′ is Vgs = VBB−GND. Therefore, the gate insulating film of the P channel MOS transistor Q ′ of the memory cell MC ′ Even if it is as thin as the insulating film of the capacitor C, there is no problem in reliability.
[0135]
Next, the column selection line CSL of the column corresponding to the column address signals CA0 to CAi ′ is raised to the “H” level of the selection level, and the
[0136]
Next, when the precharge command PRE is input, the word line WL is raised from the negative potential VBB to the ground potential GND, the signal BLEQ is lowered to the “L” level, and the
[0137]
When "H" level writing is completed, word line WL is raised to power supply potential VCC, P channel MOS transistor Q 'of memory cell MC' is turned off, and the level of storage node SN is maintained. Signals BLIR and BLIL are both set to boosted potential VPP,
[0138]
In the fourth embodiment, first, the word line WL is set to the negative potential VBB, and the “L” level data is written to one memory cell MC ′. Next, the word line WL is set to the ground potential GND and the “H” level data is written. Is written into the other memory cell MC ′. Therefore, voltage Vgs applied to the gate insulating film of P channel MOS transistor Q ′ of memory cell MC ′ can be made equal to or lower than VCC, and the gate insulating film of P channel MOS transistor Q ′ of memory cell MC ′ can be used as capacitor C. Therefore, the memory cell MC ′ having a small size can be formed. Further, “H” level or “L” level can be sufficiently written to storage node SN of memory cell MC ′.
[0139]
In the fourth embodiment, the 1-bit data signal is stored in the two memory cells MC ′, and the two memory cells MC ′ are connected to one word line WL. This method can also be applied to a method in which 1-bit data is stored in one memory cell MC ′. Further, as shown in FIG. 8, a 1-bit data signal is stored in two memory cells MC ′. Needless to say, the present invention is also applicable to a system in which two memory cells MC ′ are connected to two word lines WL, respectively.
[0140]
[Embodiment 5]
FIG. 26 is a circuit diagram showing the main part of the memory circuit part of the system LSI according to the fifth embodiment of the present invention, and is a figure compared with FIG. Referring to FIG. 26, the memory circuit portion is different from the memory circuit portion of FIG. 5 in that a memory array block MA ′ adjacent to memory array block MA is added. FIG. 26 shows a memory array block MAk ′ adjacent to the memory array block MAk.
[0141]
Memory array block MAk ′ has the same number of rows and columns as memory array block MAk, a plurality of memory cells MC ′ arranged in a matrix, word line / WL provided corresponding to each row, Bit line pairs BL and / BL provided corresponding to the columns are included. Memory cell MC ′ is obtained by replacing N channel MOS transistor Q of memory cell MC with P channel MOS transistor Q ′. The plurality of word lines / WL of the memory array block MAk ′ are provided corresponding to the plurality of word lines WL of the memory array block MAk, respectively. The word line WL and the corresponding word line / WL are paired. When the word line WL is set to the “H” level (power supply voltage VCC) of the selection level, the corresponding word line / WL is set to “ L "level (ground potential GND). Bit lines BL, / BL of memory array block MAk and bit lines BL, / BL of memory array block MAk ′ are connected. The activation level of signals BLIR and BLIL is negative potential VBB, and the inactivation level thereof is power supply potential VCC.
[0142]
Now, it is assumed that the memory array blocks MAk and MAk ′ are selected and the signal BLIL is set to the negative potential VBB of the activation level. In the write mode, a pair of word lines WL, / WL designated by row address signals RA0-RAi are set to power supply potential VCC and ground potential GND, respectively, and memory cells corresponding to these word lines WL, / WL MC N channel MOS transistor Q and memory cell MC ′ P channel MOS transistor Q ′ are rendered conductive. Then, one of bit lines BL and / BL is set to power supply potential VCC and the other is set to ground potential GND according to the write data signal.
[0143]
When bit line BL is set to power supply potential VCC, a sufficient “H” level (power supply potential VCC) is written to storage node SN of memory cell MC ′, while VCC− is applied to storage node SN of memory cell MC. Vtn is written. When bit line BL is set to ground potential GND, a sufficient “L” level (ground potential GND) is written to storage node SN of memory cell MC, while | Vtp is stored in storage node SN of memory cell MC ′. | Is written.
[0144]
In the read mode, if "H" level is written in memory cells MC and MC ', when word lines WL and / WL are set to power supply potential VCC and ground potential GND, respectively, memory cell MC' P channel MOS transistor Q 'is sufficiently turned on to sufficiently read "H" level data from memory cell MC', while N channel MOS transistor Q of memory cell MC is not sufficiently turned on to start from memory cell MC. "H" level data is not sufficiently read out.
[0145]
In addition, when “L” level is written in memory cells MC and MC ′, N-channel MOS transistor of memory cell MC when word lines WL and / WL are set to power supply potential VCC and ground potential GND, respectively. Q is sufficiently turned on to read “L” level data sufficiently from memory cell MC, while P-channel MOS transistor Q ′ of memory cell MC ′ is not sufficiently turned on and from memory cell MC ′ to “L”. "Level data is not fully read out.
[0146]
In the fifth embodiment, reading / writing of “L” level data is performed in memory cell MC, and reading / writing of “H” level data is performed in memory cell MC ′. Therefore, word lines WL, / Data can be sufficiently read / written even if the amplitude voltage of WL is the power supply voltage VCC. Therefore, the gate insulating films of the N channel MOS transistor Q and the P channel MOS transistor Q ′ of the memory cells MC and MC ′ can be made as thin as the insulating film of the capacitor C. 'Can be configured.
[0147]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0148]
【The invention's effect】
As described above, in the semiconductor memory device according to the present invention, the semiconductor memory device is formed on the semiconductor substrate together with the logic circuit including the MOS transistor, has the MOS transistor and the capacitor connected in series, and stores the data signal. The MOS transistor is formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode, the gate electrode formed on the surface of the gate insulating film, and the gate electrode formed on the surface of the gate insulating film. The capacitor includes an impurity diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate, an insulating film formed on the surface of the impurity diffusion region, and a reference potential formed on the surface of the insulating film. A flat plate electrode for receiving,The logic circuit MOS transistor, the memory cell MOS transistor and the capacitor are formed by the same CMOS process, andThe gate electrode of the MOS transistor of the logic circuit, the gate electrode of the MOS transistor of the memory cell, and the plate electrode of the capacitor are formed in the same wiring layer. Therefore, it is not necessary to separately provide a wiring layer for storage nodes and capacitor electrodes, and a system LSI including a semiconductor memory device and a logic circuit can be manufactured only by a CMOS logic process, so that the chip cost can be reduced. . In addition, since the gate insulating film of the MOS transistor and the insulating film of the capacitor have the same thickness, the distance between the MOS transistor and the capacitor can be shortened, and the chip size can be reduced. Further, since the dynamic memory cell is employed, the memory capacity can be increased as compared with the case where the static memory cell is employed.
[0150]
MaTheThe MOS transistor of the memory cell is an N channel MOS transistor, and the semiconductor memory device further includes a word line connected to the gate of the N channel MOS transistor and one of them connected to the source of the N channel MOS transistor. Between the first and second bit lines, the first P-channel MOS transistor connected between the first bit line and the first node, and between the second bit line and the second node A second P-channel MOS transistor connected to, and a write circuit for writing a data signal to the memory cell. The write circuit includes a step of applying a ground potential to the gates of the first and second P-channel MOS transistors to make the first and second P-channel MOS transistors conductive, and a boosted potential higher than the power supply potential on the word line. To make the N channel MOS transistor of the memory cell conductive, and according to the externally applied write data signal, either one of the first and second nodes is set to the power supply potential and the other The step of setting the node to the ground potential and the step of applying a negative potential lower than the ground potential to the gates of the first and second P-channel MOS transistors and supplying the power supply potential to the word line are executed. ThisByData can be written into the memory cell without destroying the gate insulating film of the N channel MOS transistor of the memory cell.
[0151]
Preferably, the absolute value of the threshold voltage of each of the first and second P-channel MOS transistors is set to be approximately equal to the voltage difference between the boosted potential and the power supply potential. In this case, a data signal can be sufficiently written into the memory cell while limiting the voltage applied to the gate insulating film of the N-channel MOS transistor of the memory cell to the power supply voltage or less.
[0152]
Preferably, two memory cells are provided to store one data signal in two memory cells, two word lines are provided, and two N-channel MOS transistors have two gates respectively. Connected to the word line, the sources of the N-channel MOS transistors of the two memory cells are connected to the first and second bit lines, respectively. In this case, the data signal can be written / read more reliably.
[0153]
Preferably, two memory cells are provided to store one data signal in the two memory cells, and the gates of the N-channel MOS transistors of the two memory cells are both connected to the word line, and the N of the two memory cells The sources of the channel MOS transistors are connected to the first and second bit lines, respectively. Also in this case, the data signal can be written / read more reliably.
[0154]
AlsoIn another semiconductor memory device according to the present inventionThe MOS transistor of the memory cell is a P-channel MOS transistor. The semiconductor memory device further includes a word line connected to the gate of the P-channel MOS transistor, and one of them is the source of the P-channel MOS transistor. First and second bit lines connected to each other, a first N-channel MOS transistor connected between the first bit line and the first node, a second bit line and a second node And a second N-channel MOS transistor connected between and a write circuit for writing a data signal to the memory cell. The write circuit includes a step of applying a power supply potential to the gates of the first and second N channel MOS transistors to make the first and second N channel MOS transistors conductive, and a negative potential lower than the ground potential on the word line. To make the P-channel MOS transistor of the memory cell conductive, and according to the externally applied write data signal, set one of the first and second nodes to the power supply potential and A step of setting the node to the ground potential and a step of applying a boosted potential higher than the power supply potential to the gates of the first and second N-channel MOS transistors and a ground potential to the word line are executed. ThisByData can be written into the memory cell without destroying the gate insulating film of the P channel MOS transistor of the memory cell.
[0155]
Preferably, the threshold voltages of the first and second N-channel MOS transistors are set to be approximately equal to the voltage difference between the ground potential and the negative potential. In this case, a data signal can be sufficiently written into the memory cell while limiting the voltage applied to the gate insulating film of the P-channel MOS transistor of the memory cell to the power supply voltage or less.
[0156]
Preferably, two memory cells are provided to store one data signal in two memory cells, two word lines are provided, and the gates of the P-channel MOS transistors of the two memory cells are each two words. The sources of the P channel MOS transistors of the two memory cells are connected to the first and second bit lines, respectively. In this case, the data signal can be written / read more reliably.
[0157]
Preferably, two memory cells are provided to store one data signal in the two memory cells, and the gates of the P channel MOS transistors of the two memory cells are both connected to the word line, and the P of the two memory cells are connected. The sources of the channel MOS transistors are connected to the first and second bit lines, respectively. In this case, the data signal can be written / read more reliably.
[0158]
AlsoIn yet another semiconductor memory device according to the present inventionThe MOS transistor of the memory cell is a P-channel MOS transistor. The semiconductor memory device further includes a word line connected to the gate of the P-channel MOS transistor, and one of them is the source of the P-channel MOS transistor. And a write circuit for writing a data signal to the memory cell. The write circuit includes applying a negative potential lower than the ground potential to the word line to turn on the P-channel MOS transistor of the memory cell, applying a ground potential to the first and second bit lines, And applying one of the first and second bit lines to the power supply potential and setting the other bit line to the ground potential in accordance with a step of applying a ground potential to the first and second write lines. To perform the steps. ThisByData can be written into the memory cell without destroying the gate insulating film of the P channel MOS transistor of the memory cell.
[0159]
Preferably, two memory cells are provided to store one data signal in two memory cells, two word lines are provided, and the gates of the P-channel MOS transistors of the two memory cells are each two words. The sources of the P channel MOS transistors of the two memory cells are connected to the first and second bit lines, respectively. In this case, the data signal can be written / read more reliably.
[0160]
Preferably, two memory cells are provided to store one data signal in the two memory cells, and the gates of the P channel MOS transistors of the two memory cells are both connected to the word line, and the P of the two memory cells are connected. The sources of the channel MOS transistors are connected to the first and second bit lines, respectively. Also in this case, the data signal can be written / read more reliably.
[0161]
AlsoIn yet another semiconductor memory device according to the present inventionThe MOS transistor of the memory cell is a P-channel MOS transistor. The semiconductor memory device further includes a word line connected to the gate of the P-channel MOS transistor, and one of them is the source of the P-channel MOS transistor. And a write circuit for writing a data signal to the memory cell. The write circuit includes applying a negative potential lower than the ground potential to the word line to turn on the P-channel MOS transistor of the memory cell, applying a ground potential to the first and second bit lines, And applying one of the first and second bit lines to the power supply potential and setting the other bit line to the ground potential in accordance with a step of applying a ground potential to the first and second write lines. And performing the steps. ThisByData can be written into the memory cell without destroying the gate insulating film of the P channel MOS transistor of the memory cell.
[0162]
Preferably, two memory cells are provided to store one data signal in two memory cells, two word lines are provided, and the gates of the P-channel MOS transistors of the two memory cells are each two words. The sources of the P channel MOS transistors of the two memory cells are connected to the first and second bit lines, respectively. In this case, the data signal can be written / read more reliably.
[0163]
Preferably, two memory cells are provided to store one data signal in the two memory cells, and the gates of the P channel MOS transistors of the two memory cells are both connected to the word line, and the P of the two memory cells are connected. The sources of the channel MOS transistors are connected to the first and second bit lines, respectively. Also in this case, the data signal can be written / read more reliably.
[0164]
AlsoIn yet another semiconductor memory device according to the present inventionIs provided with two memory cells, and one memory signal is stored in two memory cells. The MOS transistor of one of the two memory cells is an N-channel MOS transistor, and the other memory cell has The MOS transistor is a P-channel MOS transistor, and the semiconductor memory device further includes first and second word lines connected to the gate of the N-channel MOS transistor and the gate of the P-channel MOS transistor, respectively. One of them includes first and second bit lines connected to the source of the N-channel MOS transistor and the source of the P-channel MOS transistor, and a write circuit for writing a data signal to the two memory cells. In accordance with the step of applying a power supply potential and a ground potential to the first and second word lines to make the N-channel MOS transistor and the P-channel MOS transistor conductive, and the write circuit in accordance with an externally applied write data signal The step of setting one of the first and second bit lines to the power supply potential and setting the other bit line to the ground potential is executed. ThisByData can be written into the memory cell without destroying the gate insulating film of the MOS transistor of the memory cell.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a system LSI according to a first embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a configuration of a memory circuit section shown in FIG. 1; FIG.
3 is a block diagram showing a configuration of a memory array and related parts shown in FIG. 2;
4 is a circuit block diagram showing a configuration of a memory array block shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a main part of the sense amplifier band shown in FIG. 3;
6 is a diagram showing a configuration of a memory cell shown in FIG. 4;
7 is a diagram for explaining problems of the memory cell shown in FIG. 6; FIG.
FIG. 8 is another diagram for explaining problems of the memory cell shown in FIG. 6;
9 is a circuit diagram showing a configuration of a word driver included in the row decoder shown in FIG. 3;
10 is a time chart showing an operation of the word driver shown in FIG. 9. FIG.
11 is a block diagram showing a signal generation circuit and a local control circuit provided corresponding to the sense amplifier band and the memory array block shown in FIG. 3;
12 shows a signal generation circuit 71. It is a circuit block diagram which shows the structure of k.
13 is a circuit diagram showing a configuration of the level shifter shown in FIG. 12. FIG.
14 shows a signal generation circuit 72. It is a circuit block diagram which shows the structure of k.
FIG. 15 is a time chart showing operations of the signal generation circuit and the local control circuit shown in FIGS.
FIG. 16 is a time chart showing a data writing method of the memory circuit section shown in FIGS.
17 is a diagram for explaining an effect of the data writing method shown in FIG. 16; FIG.
FIG. 18 is a block diagram illustrating a modification of the first embodiment.
FIG. 19 is a block diagram showing another modification of the first embodiment.
FIG. 20 is a circuit diagram showing a main part of a memory circuit part of a system LSI according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a time chart showing a data writing method of the memory circuit section shown in FIG. 20;
FIG. 22 is a circuit block diagram showing a main part of a memory circuit part of a system LSI according to a third embodiment of the invention.
23 is a time chart showing a data writing method of the memory circuit section shown in FIG. 22;
FIG. 24 is a circuit block diagram showing a main part of a memory circuit part of a system LSI according to a fourth embodiment of the invention.
25 is a time chart showing a data writing method for the memory circuit section shown in FIG. 24;
FIG. 26 is a circuit block diagram showing a main part of a memory circuit part of a system LSI according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 system LSI, 2 logic circuit unit, 3 memory circuit unit, 4 clock buffer, 5 control signal buffer, 6 address buffer, 7 mode register, 8 control circuit, 9-12 memory array, 13 IO buffer, MA memory array block, SA sense amplifier band, 14 memory mat, 15 row decoder, 16 column decoder, MC, MC 'memory cell, WL, / WL word line, BL, / BL bit line pair, C capacitor, SN storage node, Q, 25, 26, 30, 31, 33 to 35, 64 to 66, 76 to 78, 82, 83 N-channel MOS transistor, 21 column selection gate, Q ', 22, 23, 28, 29, 37, 38, 59 to 63, 75, 80, 81, 101 to 103, 105 to 107 P-channel MOS transistors 24, 36, 90, 93 Transfer gate, 27 Sense amplifier, 32, 100, 104 Equalizer, 40 Crystal silicon substrate, 41 P-type well, 42 Gate insulating film, 43 Gate electrode, 44 Source region, 45 Drain region, 46 N-type diffusion layer or inversion layer, 47 insulating film, 48 cell plate electrode, 49 insulating layer, 50 contact hole, 51 element isolation film, 55 word driver, 56, 79 level shifter, 57 switching circuit, 58, 67, 68, 73 , 74, 84 Inverter, 70 Local control circuit, 71, 72 Signal generation circuit.
Claims (15)
直列接続されたMOSトランジスタおよびキャパシタを有し、データ信号を記憶するためのメモリセルを備え、
前記MOSトランジスタは、前記半導体基板の表面に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の表面に形成されたゲート電極と、該ゲート電極の両側において前記半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域とを含み、
前記キャパシタは、前記半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域と、該不純物拡散領域の表面に形成された絶縁膜と、該絶縁膜の表面に形成され、基準電位を受ける平板電極とを含み、
前記ロジック回路のMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚と前記メモリセルのMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚と前記キャパシタの絶縁膜の膜厚とは同じであり、かつ前記ロジック回路のMOSトランジスタのゲート電極と前記メモリセルのMOSトランジスタのゲート電極と前記キャパシタの平板電極とは、同一配線層で形成され、
前記メモリセルのMOSトランジスタは、NチャネルMOSトランジスタであり、
前記半導体記憶装置は、
さらに、前記NチャネルMOSトランジスタのゲートに接続されたワード線、
それらのうちのいずれか一方が前記NチャネルMOSトランジスタのソースに接続された第1および第2のビット線、
前記第1のビット線と第1のノードとの間に接続された第1のPチャネルMOSトランジスタ、
前記第2のビット線と第2のノードとの間に接続された第2のPチャネルMOSトランジスタ、および
前記メモリセルにデータ信号を書込むための書込回路を備え、
前記書込回路は、
前記第1および第2のPチャネルMOSトランジスタのゲートに接地電位を与えて前記第1および第2のPチャネルMOSトランジスタを導通させるステップ、
前記ワード線に電源電位よりも高い昇圧電位を与えて前記メモリセルのNチャネルMOSトランジスタを導通させるステップ、
外部から与えられた書込データ信号に従って、前記第1および第2のノードのうちのいずれか一方のノードを前記電源電位にするとともに他方のノードを前記接地電位にするステップ、および
前記第1および第2のPチャネルMOSトランジスタのゲートに前記接地電位よりも低い負電位を与えるとともに、前記ワード線に前記電源電位を与えるステップを実行する、半導体記憶装置。A semiconductor memory device formed on a semiconductor substrate together with a logic circuit including a MOS transistor,
A memory cell having a MOS transistor and a capacitor connected in series, and storing a data signal,
The MOS transistor includes a gate insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the surface of the gate insulating film, and an impurity diffusion formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. Area and
The capacitor includes an impurity diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate, an insulating film formed on the surface of the impurity diffusion region, and a plate electrode formed on the surface of the insulating film and receiving a reference potential. ,
The thickness of the gate insulating film of the MOS transistor of the logic circuit, the thickness of the gate insulating film of the MOS transistor of the memory cell, and the thickness of the insulating film of the capacitor are the same, and the thickness of the MOS transistor of the logic circuit The gate electrode, the gate electrode of the MOS transistor of the memory cell, and the plate electrode of the capacitor are formed in the same wiring layer,
The MOS transistor of the memory cell is an N channel MOS transistor,
The semiconductor memory device
A word line connected to the gate of the N-channel MOS transistor;
First and second bit lines, any one of which is connected to the source of the N-channel MOS transistor;
A first P-channel MOS transistor connected between the first bit line and a first node;
A second P-channel MOS transistor connected between the second bit line and a second node; and a write circuit for writing a data signal to the memory cell;
The writing circuit includes:
Applying a ground potential to the gates of the first and second P-channel MOS transistors to make the first and second P-channel MOS transistors conductive;
Applying a boosted potential higher than a power supply potential to the word line to make the N-channel MOS transistor of the memory cell conductive;
According to an externally applied write data signal, the step of setting one of the first and second nodes to the power supply potential and the other node to the ground potential; and A semiconductor memory device that executes a step of applying a negative potential lower than the ground potential to the gate of a second P-channel MOS transistor and supplying the power supply potential to the word line.
前記ワード線は2本設けられ、
2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのゲートは、それぞれ2本のワード線に接続され、
2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのソースは、それぞれ前記第1および第2のビット線に接続されている、請求項1または請求項2に記載の半導体記憶装置。Two memory cells are provided to store one data signal in two memory cells;
Two word lines are provided,
The gates of the N channel MOS transistors of the two memory cells are connected to two word lines, respectively.
The source of N-channel MOS transistors of the two memory cells are connected to each of the first and second bit lines, the semiconductor memory device according to claim 1 or claim 2.
2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのゲートは、ともに前記ワード線に接続され、
2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのソースは、それぞれ前記第1および第2のビット線に接続されている、請求項1または請求項2に記載の半導体記憶装置。Two memory cells are provided to store one data signal in two memory cells;
The gates of the N-channel MOS transistors of the two memory cells are both connected to the word line,
The source of N-channel MOS transistors of the two memory cells are connected to each of the first and second bit lines, the semiconductor memory device according to claim 1 or claim 2.
直列接続されたMOSトランジスタおよびキャパシタを有し、データ信号を記憶するためのメモリセルを備え、
前記MOSトランジスタは、前記半導体基板の表面に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の表面に形成されたゲート電極と、該ゲート電極の両側において前記半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域とを含み、
前記キャパシタは、前記半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域と、該不純物拡散領域の表面に形成された絶縁膜と、該絶縁膜の表面に形成され、基準電位を受ける平板電極とを含み、
前記ロジック回路のMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚と前記メモリセルのMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚と前記キャパシタの絶縁膜の膜厚とは同じであり、かつ前記ロジック回路のMOSトランジスタのゲート電極と前記メモリセルのMOSトランジスタのゲート電極と前記キャパシタの平板電極とは、同一配線層で形成され、
前記メモリセルのMOSトランジスタは、PチャネルMOSトランジスタであり、
前記半導体記憶装置は、
さらに、前記PチャネルMOSトランジスタのゲートに接続されたワード線、
それらのうちのいずれか一方が前記PチャネルMOSトランジスタのソースに接続された第1および第2のビット線、
前記第1のビット線と第1のノードとの間に接続された第1のNチャネルMOSトランジスタ、
前記第2のビット線と第2のノードとの間に接続された第2のNチャネルMOSトランジスタ、および
前記メモリセルにデータ信号を書込むための書込回路を備え、
前記書込回路は、
前記第1および第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートに電源電位を与えて前記第1および第2のNチャネルMOSトランジスタを導通させるステップ、
前記ワード線に接地電位よりも低い負電位を与えて前記メモリセルのPチャネルMOSトランジスタを導通させるステップ、
外部から与えられた書込データ信号に従って、前記第1および第2のノードのうちのいずれか一方のノードを前記電源電位にするとともに他方のノードを前記接地電位にするステップ、および
前記第1および第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートに前記電源電位よりも高い昇圧電位を与えるとともに、前記ワード線に前記接地電位を与えるステップを実行する、半導体記憶装置。A semiconductor memory device formed on a semiconductor substrate together with a logic circuit including a MOS transistor,
A memory cell having a MOS transistor and a capacitor connected in series, and storing a data signal,
The MOS transistor includes a gate insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the surface of the gate insulating film, and an impurity diffusion formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. Area and
The capacitor includes an impurity diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate, an insulating film formed on the surface of the impurity diffusion region, and a plate electrode formed on the surface of the insulating film and receiving a reference potential. ,
The thickness of the gate insulating film of the MOS transistor of the logic circuit, the thickness of the gate insulating film of the MOS transistor of the memory cell, and the thickness of the insulating film of the capacitor are the same, and the thickness of the MOS transistor of the logic circuit The gate electrode, the gate electrode of the MOS transistor of the memory cell, and the plate electrode of the capacitor are formed in the same wiring layer,
The MOS transistor of the memory cell is a P-channel MOS transistor,
The semiconductor memory device
A word line connected to the gate of the P-channel MOS transistor;
First and second bit lines, any one of which is connected to the source of the P-channel MOS transistor;
A first N-channel MOS transistor connected between the first bit line and a first node;
A second N-channel MOS transistor connected between the second bit line and a second node; and a write circuit for writing a data signal to the memory cell;
The writing circuit includes:
Applying a power supply potential to the gates of the first and second N-channel MOS transistors to make the first and second N-channel MOS transistors conductive;
Applying a negative potential lower than a ground potential to the word line to make the P-channel MOS transistor of the memory cell conductive;
According to an externally applied write data signal, the step of setting one of the first and second nodes to the power supply potential and the other node to the ground potential; and A semiconductor memory device that executes a step of applying a boosted potential higher than the power supply potential to the gate of a second N-channel MOS transistor and applying the ground potential to the word line.
前記ワード線は2本設けられ、
2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲートは、それぞれ2本のワード線に接続され、
2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのソースは、それぞれ前記第1および第2のビット線に接続されている、請求項5または請求項6に記載の半導体記憶装置。Two memory cells are provided to store one data signal in two memory cells;
Two word lines are provided,
The gates of the P channel MOS transistors of the two memory cells are connected to two word lines, respectively.
The source of the P-channel MOS transistors of the two memory cells are connected to each of the first and second bit lines, the semiconductor memory device according to claim 5 or claim 6.
2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲートは、ともに前記ワード線に接続され、
2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのソースは、それぞれ前記第1および第2のビット線に接続されている、請求項5または請求項6に記載の半導体記憶装置。Two memory cells are provided to store one data signal in two memory cells;
The gates of the P-channel MOS transistors of the two memory cells are both connected to the word line,
The source of the P-channel MOS transistors of the two memory cells are connected to each of the first and second bit lines, the semiconductor memory device according to claim 5 or claim 6.
直列接続されたMOSトランジスタおよびキャパシタを有し、データ信号を記憶するためのメモリセルを備え、
前記MOSトランジスタは、前記半導体基板の表面に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の表面に形成されたゲート電極と、該ゲート電極の両側において前記半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域とを含み、
前記キャパシタは、前記半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域と、該不純物拡散領域の表面に形成された絶縁膜と、該絶縁膜の表面に形成され、基準電位を受ける平板電極とを含み、
前記ロジック回路のMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚と前記メモリセルのMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚と前記キャパシタの絶縁膜の膜厚とは同じであり、かつ前記ロジック回路のMOSトランジスタのゲート電極と前記メモリセルのMOSトランジスタのゲート電極と前記キャパシタの平板電極とは、同一配線層で形成され、
前記メモリセルのMOSトランジスタは、NチャネルMOSトランジスタであり、
前記半導体記憶装置は、
さらに、前記NチャネルMOSトランジスタのゲートに接続されたワード線、
それらのうちのいずれか一方が前記NチャネルMOSトランジスタのソースに接続された第1および第2のビット線、および
前記メモリセルにデータ信号を書込むための書込回路を備え、
前記書込回路は、
前記ワード線に電源電位よりも高い昇圧電位を与えて前記メモリセルのNチャネルMOSトランジスタを導通させるステップ、
前記第1および第2のビット線に前記電源電位を与えるステップ、
前記ワード線に前記電源電位を与えるステップ、および
外部から与えられた書込データ信号に従って、前記第1および第2のビット線のうちのいずれか一方のビット線を前記電源電位にするとともに他方のビット線を接地電位にするステップを実行する、半導体記憶装置。A semiconductor memory device formed on a semiconductor substrate together with a logic circuit including a MOS transistor,
A memory cell having a MOS transistor and a capacitor connected in series, and storing a data signal,
The MOS transistor includes a gate insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the surface of the gate insulating film, and an impurity diffusion formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. Area and
The capacitor includes an impurity diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate, an insulating film formed on the surface of the impurity diffusion region, and a plate electrode formed on the surface of the insulating film and receiving a reference potential. ,
The thickness of the gate insulating film of the MOS transistor of the logic circuit, the thickness of the gate insulating film of the MOS transistor of the memory cell, and the thickness of the insulating film of the capacitor are the same, and the thickness of the MOS transistor of the logic circuit The gate electrode, the gate electrode of the MOS transistor of the memory cell, and the plate electrode of the capacitor are formed in the same wiring layer,
The MOS transistor of the memory cell is an N channel MOS transistor,
The semiconductor memory device
A word line connected to the gate of the N-channel MOS transistor;
Any one of them includes first and second bit lines connected to the source of the N-channel MOS transistor, and a write circuit for writing a data signal to the memory cell,
The writing circuit includes:
Applying a boosted potential higher than a power supply potential to the word line to make the N-channel MOS transistor of the memory cell conductive;
Applying the power supply potential to the first and second bit lines;
In accordance with the step of applying the power supply potential to the word line and the externally applied write data signal, one of the first and second bit lines is set to the power supply potential and the other A semiconductor memory device that executes a step of setting a bit line to a ground potential.
前記ワード線は2本設けられ、
2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのゲートは、それぞれ2本のワード線に接続され、
2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのソースは、それぞれ前記第1および第2のビット線に接続されている、請求項9に記載の半導体記憶装置。Two memory cells are provided to store one data signal in two memory cells;
Two word lines are provided,
The gates of the N channel MOS transistors of the two memory cells are connected to two word lines, respectively.
The semiconductor memory device according to claim 9 , wherein sources of N-channel MOS transistors of two memory cells are connected to the first and second bit lines, respectively.
2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのゲートは、ともに前記ワード線に接続され、
2つのメモリセルのNチャネルMOSトランジスタのソースは、それぞれ前記第1および第2のビット線に接続されている、請求項9に記載の半導体記憶装置。Two memory cells are provided to store one data signal in two memory cells;
The gates of the N-channel MOS transistors of the two memory cells are both connected to the word line,
The semiconductor memory device according to claim 9 , wherein sources of N-channel MOS transistors of two memory cells are connected to the first and second bit lines, respectively.
直列接続されたMOSトランジスタおよびキャパシタを有し、データ信号を記憶するためのメモリセルを備え、
前記MOSトランジスタは、前記半導体基板の表面に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の表面に形成されたゲート電極と、該ゲート電極の両側において前記半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域とを含み、
前記キャパシタは、前記半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域と、該不純物拡散領域の表面に形成された絶縁膜と、該絶縁膜の表面に形成され、基準電位を受ける平板電極とを含み、
前記ロジック回路のMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚と前記メモリセルのMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚と前記キャパシタの絶縁膜の膜厚とは同じであり、かつ前記ロジック回路のMOSトランジスタのゲート電極と前記メモリセルのMOSトランジスタのゲート電極と前記キャパシタの平板電極とは、同一配線層で形成され、
前記メモリセルのMOSトランジスタは、PチャネルMOSトランジスタであり、
前記半導体記憶装置は、
さらに、前記PチャネルMOSトランジスタのゲートに接続されたワード線、
それらのうちのいずれか一方が前記PチャネルMOSトランジスタのソースに接続された第1および第2のビット線、および
前記メモリセルにデータ信号を書込むための書込回路を備え、
前記書込回路は、
前記ワード線に接地電位よりも低い負電位を与えて前記メモリセルのPチャネルMOSトランジスタを導通させるステップ、
前記第1および第2のビット線に前記接地電位を与えるステップ、
前記ワード線に前記接地電位を与えるステップ、および
外部から与えられた書込データ信号に従って、前記第1および第2のビット線のうちのいずれか一方のビット線を電源電位にするとともに他方のビット線を前記接地電位にするステップを実行する、半導体記憶装置。A semiconductor memory device formed on a semiconductor substrate together with a logic circuit including a MOS transistor,
A memory cell having a MOS transistor and a capacitor connected in series, and storing a data signal,
The MOS transistor includes a gate insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the surface of the gate insulating film, and an impurity diffusion formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. Area and
The capacitor includes an impurity diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate, an insulating film formed on the surface of the impurity diffusion region, and a plate electrode formed on the surface of the insulating film and receiving a reference potential. ,
The thickness of the gate insulating film of the MOS transistor of the logic circuit, the thickness of the gate insulating film of the MOS transistor of the memory cell, and the thickness of the insulating film of the capacitor are the same, and the thickness of the MOS transistor of the logic circuit The gate electrode, the gate electrode of the MOS transistor of the memory cell, and the plate electrode of the capacitor are formed in the same wiring layer,
The MOS transistor of the memory cell is a P-channel MOS transistor,
The semiconductor memory device
A word line connected to the gate of the P-channel MOS transistor;
Any one of them includes first and second bit lines connected to the source of the P-channel MOS transistor, and a write circuit for writing a data signal to the memory cell,
The writing circuit includes:
Applying a negative potential lower than a ground potential to the word line to make the P-channel MOS transistor of the memory cell conductive;
Applying the ground potential to the first and second bit lines;
Applying the ground potential to the word line, and setting one of the first and second bit lines to the power supply potential and the other bit in accordance with an externally applied write data signal A semiconductor memory device that executes a step of setting a line to the ground potential.
前記ワード線は2本設けられ、
2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲートは、それぞれ2本のワード線に接続され、
2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのソースは、それぞれ前記第1および第2のビット線に接続されている、請求項12に記載の半導体記憶装置。Two memory cells are provided to store one data signal in two memory cells;
Two word lines are provided,
The gates of the P channel MOS transistors of the two memory cells are connected to two word lines, respectively.
The source of the P-channel MOS transistors of the two memory cells are connected to each of the first and second bit lines, the semiconductor memory device according to claim 1 2.
2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲートは、ともに前記ワード線に接続され、
2つのメモリセルのPチャネルMOSトランジスタのソースは、それぞれ前記第1および第2のビット線に接続されている、請求項12に記載の半導体記憶装置。Two memory cells are provided to store one data signal in two memory cells;
The gates of the P-channel MOS transistors of the two memory cells are both connected to the word line,
The source of the P-channel MOS transistors of the two memory cells are connected to each of the first and second bit lines, the semiconductor memory device according to claim 1 2.
直列接続されたMOSトランジスタおよびキャパシタを有し、データ信号を記憶するためのメモリセルを備え、
前記MOSトランジスタは、前記半導体基板の表面に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の表面に形成されたゲート電極と、該ゲート電極の両側において前記半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域とを含み、
前記キャパシタは、前記半導体基板の表面に形成された不純物拡散領域と、該不純物拡散領域の表面に形成された絶縁膜と、該絶縁膜の表面に形成され、基準電位を受ける平板電極とを含み、
前記ロジック回路のMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚と前記メモリセルのMOSトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚と前記キャパシタの絶縁膜の膜厚とは同じであり、かつ前記ロジック回路のMOSトランジスタのゲート電極と前記メモリセルのMOSトランジスタのゲート電極と前記キャパシタの平板電極とは、同一配線層で形成され、
前記メモリセルは2つ設けられて2つのメモリセルで1つのデータ信号を記憶し、
2つのメモリセルのうちの一方のメモリセルのMOSトランジスタはNチャネルMOSトランジスタであり、他方のメモリセルのMOSトランジスタはPチャネルMOSトランジスタであり、
前記半導体記憶装置は、
さらに、それぞれ前記NチャネルMOSトランジスタのゲートおよび前記PチャネルMOSトランジスタのゲートに接続された第1および第2のワード線、
それらのうちのいずれか一方が前記NチャネルMOSトランジスタのソースおよび前記PチャネルMOSトランジスタのソースに接続された第1および第2のビット線、および
前記2つのメモリセルにデータ信号を書込むための書込回路を備え、
前記書込回路は、
前記第1および第2のワード線にそれぞれ電源電位および接地電位を与えて前記NチャネルMOSトランジスタおよび前記PチャネルMOSトランジスタを導通させるステップ、および
外部から与えられた書込データ信号に従って、前記第1および第2のビット線のうちのいずれか一方のビット線を前記電源電位にするとともに他方のビット線を前記接地電位にするステップを実行する、半導体記憶装置。A semiconductor memory device formed on a semiconductor substrate together with a logic circuit including a MOS transistor,
A memory cell having a MOS transistor and a capacitor connected in series, and storing a data signal,
The MOS transistor includes a gate insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the surface of the gate insulating film, and an impurity diffusion formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. Area and
The capacitor includes an impurity diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate, an insulating film formed on the surface of the impurity diffusion region, and a plate electrode formed on the surface of the insulating film and receiving a reference potential. ,
The thickness of the gate insulating film of the MOS transistor of the logic circuit, the thickness of the gate insulating film of the MOS transistor of the memory cell, and the thickness of the insulating film of the capacitor are the same, and the thickness of the MOS transistor of the logic circuit The gate electrode, the gate electrode of the MOS transistor of the memory cell, and the plate electrode of the capacitor are formed in the same wiring layer,
Two memory cells are provided to store one data signal in two memory cells;
The MOS transistor of one of the two memory cells is an N channel MOS transistor, the MOS transistor of the other memory cell is a P channel MOS transistor,
The semiconductor memory device
A first word line and a second word line connected to the gate of the N channel MOS transistor and the gate of the P channel MOS transistor, respectively;
One of them for writing data signals to the first and second bit lines connected to the source of the N-channel MOS transistor and the source of the P-channel MOS transistor, and the two memory cells A writing circuit,
The writing circuit includes:
Applying a power supply potential and a ground potential to the first and second word lines, respectively, to turn on the N-channel MOS transistor and the P-channel MOS transistor, and according to an externally applied write data signal And a step of setting one of the second bit lines to the power supply potential and setting the other bit line to the ground potential.
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