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JP2003017588A - Semiconductor storage device - Google Patents

Semiconductor storage device

Info

Publication number
JP2003017588A
JP2003017588A JP2001198330A JP2001198330A JP2003017588A JP 2003017588 A JP2003017588 A JP 2003017588A JP 2001198330 A JP2001198330 A JP 2001198330A JP 2001198330 A JP2001198330 A JP 2001198330A JP 2003017588 A JP2003017588 A JP 2003017588A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conductivity type
layer
diffusion layer
semiconductor
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001198330A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Asao
吉昭 浅尾
Fumio Horiguchi
文男 堀口
Takashi Osawa
隆 大澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2001198330A priority Critical patent/JP2003017588A/en
Publication of JP2003017588A publication Critical patent/JP2003017588A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Static Random-Access Memory (AREA)
  • Thyristors (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 データ保持特性を向上した高集積化された半
導体記憶装置を提供する。 【解決手段】 半導体基板1上に形成された絶縁層2
と、この絶縁層上に形成された半導体層3と、この半導
体層中に互いに離間して形成されたドレイン及びソース
拡散層と、半導体層上に形成されたゲート絶縁膜上に形
成されたゲート電極5とを有し、半導体層に多数キャリ
アが注入された第1の閾値電圧を有する第1データ状態
と、半導体層の多数キャリアがドレイン拡散層に放出さ
れた第2の閾値電圧を有する第2データ状態とを記憶す
るMOSトランジスタと、半導体層中に形成され、ゲー
ト電極下の半導体層に接し、ソース拡散層と反対導電型
の第1拡散層11と、半導体層中に形成され、第1拡散
層に接し、この第1拡散層と反対導電型の第2拡散層1
2とを具備する半導体記憶装置である。
(57) [Problem] To provide a highly integrated semiconductor memory device with improved data retention characteristics. SOLUTION: An insulating layer 2 formed on a semiconductor substrate 1
And a semiconductor layer 3 formed on the insulating layer, a drain and source diffusion layers formed separately from each other in the semiconductor layer, and a gate formed on a gate insulating film formed on the semiconductor layer. A first data state having an electrode 5 and having a first threshold voltage in which majority carriers are injected into the semiconductor layer; and a second data state having a second threshold voltage in which majority carriers in the semiconductor layer are emitted to the drain diffusion layer. A MOS transistor that stores the data state and a first diffusion layer formed in the semiconductor layer, in contact with the semiconductor layer below the gate electrode and having a conductivity type opposite to the source diffusion layer, and formed in the semiconductor layer; The second diffusion layer 1 is in contact with the first diffusion layer and has the opposite conductivity type to the first diffusion layer.
2).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、データの読み出し
・書き込み動作を行う半導体記憶装置に係り、特にMO
Sトランジスタの閾値を変化させてデータを識別する半
導体記憶装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device for performing data read / write operations, and more particularly to a MO memory device.
The present invention relates to a semiconductor memory device that identifies data by changing the threshold of an S transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8に従来のDRAMセルの等価回路が
示される。ここでは、ゲートにワード線WLが接続さ
れ、ドレインにビット線BLが接続されたデータ転送用
トランジスタ40が設けられている。このデータ転送用
トランジスタ40のソースにはデータ蓄積用キャパシタ
41の一端が接続されている。このデータ蓄積用キャパ
シタ41の他端はプレート線PLに接続されている。こ
うして、ワード線WL電位を制御することで、データ蓄
積用キャパシタ41にデータの書き込み、読み出し動作
を行う。
2. Description of the Related Art FIG. 8 shows an equivalent circuit of a conventional DRAM cell. Here, a data transfer transistor 40 having a word line WL connected to its gate and a bit line BL connected to its drain is provided. One end of a data storage capacitor 41 is connected to the source of the data transfer transistor 40. The other end of the data storage capacitor 41 is connected to the plate line PL. In this way, by controlling the potential of the word line WL, data writing and reading operations are performed in the data storage capacitor 41.

【0003】図9に典型的なトレンチ型DRAMセルの
構造を表す断面図を示す。半導体基板45上にはNウエ
ル(プレート)46が形成されている。このNウエル4
6の上には、Pウエル47が形成されている。Nウエル
46からPウエルにまたがってN型ポリシリコンが埋め
込まれた複数個のトレンチキャパシタ48が形成されて
いる。このトレンチキャパシタ48の上部の周囲にはカ
ラー酸化膜49が形成されている。
FIG. 9 is a sectional view showing the structure of a typical trench type DRAM cell. An N well (plate) 46 is formed on the semiconductor substrate 45. This N well 4
A P-well 47 is formed on top of 6. A plurality of trench capacitors 48 in which N-type polysilicon is buried are formed across the N well 46 and the P well. A collar oxide film 49 is formed around the upper portion of the trench capacitor 48.

【0004】Pウエル47上にはゲート電極50が複数
個形成されている。このゲート電極50側面下方のPウ
エル47中にはN型拡散層51が形成されている。この
ゲート電極50の一方の側面のN型拡散層51は、ベリ
ードストラップ(Buried Strap)52により、近接す
るトレンチキャパシタ48の上部に電気的に接続されて
いる。また、ゲート電極50の他方の側面のN型拡散層
51は、ビット線コンタクト53によって、ビット線5
4に接続されている。
A plurality of gate electrodes 50 are formed on the P well 47. An N type diffusion layer 51 is formed in the P well 47 below the side surface of the gate electrode 50. The N-type diffusion layer 51 on one side surface of the gate electrode 50 is electrically connected to the upper portion of the adjacent trench capacitor 48 by a buried strap 52. Further, the N-type diffusion layer 51 on the other side surface of the gate electrode 50 is connected to the bit line 5 by the bit line contact 53.
4 is connected.

【0005】隣接するベリードストラップ52を分離す
るようにPウエル47上面には、STI素子分離領域5
5が形成されている。
The STI element isolation region 5 is formed on the upper surface of the P well 47 so as to separate the adjacent straps 52.
5 is formed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の半
導体記憶装置では、以下の課題が生じる。
The conventional semiconductor memory device as described above has the following problems.

【0007】設計寸法が縮小するにつれ、トランジスタ
のショートチャネル効果抑制のためPウエル濃度を濃く
する必要がある。それにともないPNジャンクションリ
ーク(Junction Leak)が増大し、データ保持特性が劣
化してくることが問題点として知られている。
As the design size is reduced, it is necessary to increase the P well concentration in order to suppress the short channel effect of the transistor. It is known as a problem that PN junction leak increases along with it and the data retention characteristic deteriorates.

【0008】このような微細なDRAMにおけるリーク
電流については、「『On the Retention Time Distribu
tion of Dynamic Random Access Memory (DRAM)』IEEE
Transactions on Electron Devices. Vol.45, No.6, Ju
ne 1998」にて論じられている。この文献においては、
熱イオン電界電流(thermionic field emission(TFE)cu
rrent)がPNジャンクションリークの原因となってい
る。
Regarding the leak current in such a fine DRAM, "On the Retention Time Distribu
tion of Dynamic Random Access Memory (DRAM) ”IEEE
Transactions on Electron Devices. Vol.45, No.6, Ju
ne 1998 ”. In this document,
Thermionic field emission (TFE) cu
rrent) is the cause of the PN junction leak.

【0009】PNジャンクションのP領域を形成するP
ウエル中のボロン濃度が大きいほど、TFEが増加する
ことが確認されている。例えば、ボロン濃度が7.0×
10 16cm-3で、16MのDRAMでは、1ビットあた
り、4.3×10-16Aであり、ボロン濃度が2.0×
1017cm-3、16MのDRAMでは、1ビットあた
り、9.0×10cm-16Aである。このPウエル中の
ボロン濃度増大に伴うリーク電流の増大は、データ保持
特性の悪化をもたらすことになる。
P forming the P region of the PN junction
TFE increases as the concentration of boron in the well increases.
It has been confirmed. For example, the boron concentration is 7.0 ×
10 16cm-3So, in a 16M DRAM, 1 bit
4.3 × 10-16A, the boron concentration is 2.0 ×
1017cm-3, 16M DRAM, 1 bit warm
R, 9.0 x 10 cm-16It is A. In this P-well
Data retention is due to increase in leakage current due to increase in boron concentration.
It will result in deterioration of characteristics.

【0010】ウエル濃度が濃くなるにつれて、ベリード
ストラップとPウエルとの間でのジャンクションリーク
電流が増大してしまう。このリーク電流が増大するとメ
モリセルに記憶されたデータが時間の経過とともに消滅
してしまうため、このリーク電流はできる限り小さい方
がよい。
As the well concentration increases, the junction leak current between the belly strap and the P well increases. If the leak current increases, the data stored in the memory cell will disappear with the passage of time. Therefore, it is preferable that the leak current be as small as possible.

【0011】このように、DRAMは微細化が進むにつ
れ、ジャンクションリーク増大によってデータ保持特性
が維持できなくなってくる問題がある。
As described above, as miniaturization of DRAM progresses, there is a problem that the data retention characteristic cannot be maintained due to an increase in junction leak.

【0012】本発明の目的は以上のような従来技術の課
題を解決することにある。
An object of the present invention is to solve the above problems of the prior art.

【0013】特に、本発明の目的は、データ保持特性を
向上した高集積化された半導体記憶装置を提供すること
にある。
A particular object of the present invention is to provide a highly integrated semiconductor memory device having improved data retention characteristics.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の特徴は、半導体基板と、この半導体基板上
に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成され、フロ
ーティング電位状態の半導体層と、この半導体層中に互
いに離間して形成されたドレイン及びソース拡散層と、
これらドレイン及びソース拡散層の間の前記半導体層上
に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形
成されたゲート電極とを有し、前記ゲート電極はワード
線に接続され、ドレイン拡散層はビット線に接続され、
ソース拡散層は固定電位線にそれぞれ接続され、前記半
導体層に多数キャリアが注入された第1の閾値電圧を有
する第1データ状態と、前記半導体層の多数キャリアが
ドレイン拡散層に放出された第2の閾値電圧を有する第
2データ状態とを記憶するMOSトランジスタと、前記
半導体層中に形成され、前記ゲート電極下の半導体層に
接し、前記ソース拡散層と反対導電型の第1拡散層と、
前記半導体層中に形成され、前記第1拡散層に接し、こ
の第1拡散層と反対導電型の第2拡散層とを具備する半
導体記憶装置である。
To achieve the above object, the present invention is characterized by a semiconductor substrate, an insulating layer formed on the semiconductor substrate, and a floating potential state formed on the insulating layer. A semiconductor layer, and a drain and source diffusion layer formed in the semiconductor layer so as to be separated from each other,
The semiconductor device has a gate insulating film formed on the semiconductor layer between the drain and source diffusion layers and a gate electrode formed on the gate insulating film, the gate electrode being connected to a word line, and drain diffusion. The layers are connected to the bit lines,
The source diffusion layers are connected to fixed potential lines, respectively, and the first data state having a first threshold voltage in which majority carriers are injected into the semiconductor layer and the majority carriers in the semiconductor layer are released to the drain diffusion layer. A MOS transistor for storing a second data state having a threshold voltage of 2; a first diffusion layer formed in the semiconductor layer, in contact with the semiconductor layer under the gate electrode, and having a conductivity type opposite to that of the source diffusion layer; ,
A semiconductor memory device is formed in the semiconductor layer, is in contact with the first diffusion layer, and includes the first diffusion layer and a second diffusion layer having an opposite conductivity type.

【0015】さらに本発明の別の特徴は、半導体基板
と、この半導体基板上に形成された絶縁層と、この絶縁
層上に形成された半導体層と、この半導体層中に形成さ
れ、第1導電型の第1拡散層と、この第1拡散層上に櫛
状に形成され、ワード線電位が与えられるゲート電極
と、このゲート電極の櫛歯状部分間の一方側の前記半導
体層上に設けられ、ビット線電位が与えられる第2導電
型のドレイン拡散層と、前記ゲート電極の櫛歯状部分間
の他方側の前記半導体層上に設けられ、第1共通電源が
与えられる第2導電型のソース拡散層と、前記第1拡散
層に接続され、前記半導体層上に形成された第2導電型
の第1拡散層と、この第2導電型の第1拡散層に接続さ
れ、前記半導体層上に形成され、第2共通電源が与えら
れる第1導電型の第2拡散層とを有する半導体記憶装置
である。
Still another feature of the present invention is that a semiconductor substrate, an insulating layer formed on the semiconductor substrate, a semiconductor layer formed on the insulating layer, and a semiconductor layer formed in the semiconductor layer. A conductive type first diffusion layer, a gate electrode formed in a comb shape on the first diffusion layer, to which a word line potential is applied, and the semiconductor layer on one side between comb-shaped portions of the gate electrode. A second conductivity type drain diffusion layer that is provided and is provided with a bit line potential, and a second conductivity type that is provided on the other side of the semiconductor layer between the comb-shaped portions of the gate electrode and is provided with a first common power source. Type source diffusion layer, the second diffusion type first diffusion layer connected to the first diffusion layer and formed on the semiconductor layer, and the second conduction type first diffusion layer, A second second conductive type formed on the semiconductor layer and supplied with a second common power source. A semiconductor memory device having a diffuser layer.

【0016】さらに本発明の別の特徴は、半導体基板
と、この半導体基板上に形成された絶縁層と、この絶縁
層上に形成された半導体層と、この半導体層中に形成さ
れ、第1導電型の第1拡散層と、この第1拡散層上に櫛
状に形成され、ワード線電位が与えられるゲート電極
と、このゲート電極の櫛歯状部分間の一方側の前記半導
体層上に設けられ、ビット線電位が与えられる第2導電
型のドレイン拡散層と、前記ゲート電極の櫛歯状部分間
の他方側の前記半導体層上に設けられ、第1共通電源が
与えられる第2導電型のソース拡散層と、前記第1拡散
層に接続され、前記半導体基板上から前記半導体層中を
貫いて形成され第2導電型の第1導電層と、この第2導
電型の第1導電層に接続され、前記半導体基板中に形成
され、第2共通電源が与えられる第2導電型の第1拡散
層とを有する半導体記憶装置である。
Still another feature of the present invention is that a semiconductor substrate, an insulating layer formed on the semiconductor substrate, a semiconductor layer formed on the insulating layer, and a semiconductor layer formed in the semiconductor layer. A conductive type first diffusion layer, a gate electrode formed in a comb shape on the first diffusion layer, to which a word line potential is applied, and the semiconductor layer on one side between comb-shaped portions of the gate electrode. A second conductivity type drain diffusion layer that is provided and is provided with a bit line potential, and a second conductivity type that is provided on the other side of the semiconductor layer between the comb-shaped portions of the gate electrode and is provided with a first common power source. Type source diffusion layer and a second conductive type first conductive layer connected to the first diffused layer and penetrating through the semiconductor layer from above the semiconductor substrate, and the second conductive type first conductive layer. A second common power source connected to the layer and formed in the semiconductor substrate. A semiconductor memory device having a Erareru first diffusion layer of the second conductivity type.

【0017】さらに本発明の別の特徴は、半導体基板
と、この半導体基板上に形成された絶縁層と、この絶縁
層上に形成された半導体層と、この半導体層中に形成さ
れ、第1導電型の第1拡散層と、この第1導電型の第1
拡散層上に櫛状に形成され、ワード線電位が与えられる
第1ゲート電極と、この第1ゲート電極の櫛歯状部分間
の一方側の前記半導体層上に設けられ、ビット線電位が
与えられる第2導電型の第1ドレイン拡散層と、前記第
1ゲート電極の櫛歯状部分間の他方側の前記半導体層上
に設けられ、第1共通電源が与えられる第2導電型の第
1ソース拡散層と、前記第1拡散層に接続され、前記ゲ
ート電極の櫛軸に平行して、前記半導体層上に直線状に
形成された第2導電型の第1拡散層と、この第2導電型
の第1拡散層に接続され、前記第1拡散層に平行に直線
状に前記半導体層上に形成され、第2共通電源が与えら
れる第1導電型の第2拡散層と、この第1導電型の第2
拡散層に接続され、この第1導電型の第2拡散層に平行
して、前記半導体層上に直線状に形成された第2導電型
の第2拡散層と、前記半導体層中に形成され、第1導電
型の第3拡散層と、この第1導電型の第3拡散層上に櫛
状に形成され、ワード線電位が与えられる第2ゲート電
極と、この第2ゲート電極の櫛歯状部分間の一方側の前
記半導体層上に設けられ、ビット線電位が与えられる第
2導電型の第2ドレイン拡散層と、前記第2ゲート電極
の櫛歯状部分間の他方側の前記半導体層上に設けられ、
第1共通電源が与えられる第2導電型の第2ソース拡散
層とを有する半導体記憶装置である。
Still another feature of the present invention is that a semiconductor substrate, an insulating layer formed on the semiconductor substrate, a semiconductor layer formed on the insulating layer, and a semiconductor layer formed in the semiconductor layer. A conductive type first diffusion layer and a first conductive type first diffusion layer;
A first gate electrode formed in a comb shape on the diffusion layer to which a word line potential is applied, and the semiconductor layer provided on one side between the comb tooth-shaped portions of the first gate electrode and provided with a bit line potential. A first drain type diffusion layer of the second conductivity type and a second conductivity type first drain provided on the other side of the semiconductor layer between the comb-shaped portions of the first gate electrode. A source diffusion layer, a second diffusion type first diffusion layer which is connected to the first diffusion layer and is linearly formed on the semiconductor layer in parallel with the comb axis of the gate electrode; A second diffusion layer of a first conductivity type, which is connected to the first diffusion layer of a conductivity type and is linearly formed in parallel with the first diffusion layer on the semiconductor layer and to which a second common power source is applied; 1 conductivity type second
A second diffusion layer of the second conductivity type, which is connected to the diffusion layer and is linearly formed on the semiconductor layer in parallel with the second diffusion layer of the first conductivity type, and formed in the semiconductor layer. , A third diffusion layer of the first conductivity type, a second gate electrode formed in a comb shape on the third diffusion layer of the first conductivity type, to which a word line potential is applied, and comb teeth of the second gate electrode. Second drain diffusion layer of the second conductivity type, which is provided on the semiconductor layer on one side between the gate-shaped portions, and the semiconductor on the other side between the comb-shaped portions of the second gate electrode. Provided on a layer,
A semiconductor memory device having a second conductive type second source diffusion layer to which a first common power source is applied.

【0018】さらに本発明の別の特徴は、半導体基板
と、この半導体基板上に形成された絶縁層と、この絶縁
層上に形成され、第1共通電源が与えられる第2導電型
の第1の領域と、この第2導電型の第1の領域から離間
して形成され、ビット線として電位が与えられる第2導
電型の第2の領域と、前記第2導電型の第1の領域と前
記第2導電型の第2の領域の間の前記絶縁層上に形成さ
れた第1導電型の第1の領域と、この第1導電型の第1
の領域上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁
膜上に形成され、ワード線として電位を与えられるゲー
ト電極と、前記第1導電型の第1の領域に接し、第2共
通電源が与えられる第2導電型の第3の領域と、前記第
2導電型の第3の領域に接する第1導電型の第2の領域
とを有する半導体記憶装置である。
Another feature of the present invention is that a semiconductor substrate, an insulating layer formed on the semiconductor substrate, and a second conductivity type first electrode formed on the insulating layer and supplied with a first common power source. Region, a second region of the second conductivity type that is formed apart from the first region of the second conductivity type and is applied with a potential as a bit line, and a first region of the second conductivity type. A first region of the first conductivity type formed on the insulating layer between the second regions of the second conductivity type, and a first region of the first conductivity type.
In contact with the gate insulating film formed on the region, the gate electrode formed on the gate insulating film and given a potential as a word line, and the first region of the first conductivity type. A semiconductor memory device having a third region of the second conductivity type provided and a second region of the first conductivity type in contact with the third region of the second conductivity type.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)本実施の形
態では浮遊基板をもつトランジスタの基板電位変化をト
リガーとしたサイリスタのラッチ特性をメモリに利用し
ている。図1乃至図5を用いて本実施の形態を説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) In this embodiment, the latch characteristic of a thyristor triggered by a change in substrate potential of a transistor having a floating substrate is used in a memory. This embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

【0020】図2に示されるように、メモリセルはSO
I構造のNMOSトランジスタを用いて構成されてい
る。すなわち、シリコンからなる半導体基板1上に絶縁
膜としてシリコン酸化膜2が形成され、このシリコン酸
化膜2上にP型シリコン層3が形成されたSOI基板が
用いられている。
As shown in FIG. 2, the memory cell is SO
It is configured using an I-structured NMOS transistor. That is, an SOI substrate is used in which a silicon oxide film 2 is formed as an insulating film on a semiconductor substrate 1 made of silicon, and a P-type silicon layer 3 is formed on the silicon oxide film 2.

【0021】このSOI基板のシリコン層3にゲート酸
化膜4を介して、ゲート電極5が形成され、ゲート電極
5に自己整合されてN型ソース拡散層6、ドレイン拡散
層7が形成されている。このゲート電極5は例えば、下
層から上層へ向けてポリシリコン層、WSi層、SiN
層が順次積層されて、その周囲にはSiN層からなるゲ
ート側壁が形成されている。
A gate electrode 5 is formed on the silicon layer 3 of this SOI substrate via a gate oxide film 4, and an N-type source diffusion layer 6 and a drain diffusion layer 7 are formed in self alignment with the gate electrode 5. . The gate electrode 5 is formed, for example, from a lower layer to an upper layer by a polysilicon layer, a WSi layer, a SiN layer.
The layers are sequentially stacked, and a gate sidewall made of a SiN layer is formed around the layers.

【0022】ソース、ドレイン拡散層6,7は底部のシ
リコン酸化膜2に達する深さに形成されている。P型シ
リコン層3からなるバルク領域は、チャネル幅方向の分
離を酸化膜で行うと、底面及びチャネル幅方向の側面が
他から絶縁分離され、チャネル長方向は、PN接合分離
されたフローティング状態となる。
The source and drain diffusion layers 6 and 7 are formed to a depth reaching the silicon oxide film 2 at the bottom. In the bulk region made of the P-type silicon layer 3, when the isolation in the channel width direction is performed by the oxide film, the bottom surface and the side surface in the channel width direction are insulated and isolated from each other, and the channel length direction is in a floating state with the PN junction isolation. Become.

【0023】このメモリセルはゲート電極5をワード線
に接続し、ソース拡散層6はポリシリコンプラグ8を介
して第1の共通電源線9に接続され、ドレイン拡散層7
はポリシリコンプラグ8を介して、タングステンなどか
らなるビット線10に接続されている。ここで、ゲート
電極5やソース、ドレイン拡散層6,7はBPSGなど
からなる層間絶縁膜(図示せず)で被覆されている。
In this memory cell, the gate electrode 5 is connected to the word line, the source diffusion layer 6 is connected to the first common power supply line 9 via the polysilicon plug 8, and the drain diffusion layer 7 is connected.
Is connected to a bit line 10 made of tungsten or the like via a polysilicon plug 8. Here, the gate electrode 5, the source and drain diffusion layers 6 and 7 are covered with an interlayer insulating film (not shown) made of BPSG or the like.

【0024】ここで、ゲート長は例えば約0.175μ
m、ゲート材料はポリシリコンにWSiを堆積して形成
でき、ゲート絶縁膜は、酸化膜は60オングストロー
ム、コンタクト径は0.2μmで形成できる。
Here, the gate length is, for example, about 0.175 μm.
The gate material can be formed by depositing WSi on polysilicon, and the gate insulating film can be formed with an oxide film of 60 Å and a contact diameter of 0.2 μm.

【0025】このNMOSトランジスタのメモリセル
は、MOSトランジスタのバルク領域3(他から絶縁分
離されたP型シリコン層)の多数キャリアであるホール
の蓄積を利用する。
This memory cell of the NMOS transistor utilizes accumulation of holes which are majority carriers in the bulk region 3 (P-type silicon layer which is insulated and isolated from others) of the MOS transistor.

【0026】次に、このメモリセルのバルク領域3の電
位を制御するサイリスタを構成するPNPバイポーラト
ランジスタについて図1を用いて説明する。
Next, a PNP bipolar transistor forming a thyristor for controlling the potential of the bulk region 3 of this memory cell will be described with reference to FIG.

【0027】図1において、バルク領域3は図の左右に
2箇所設けられている。これは、2つのメモリセルのバ
ルク電位を同時に制御するためである。図1に示される
サイリスタ部分では、中心部から左右に別々のサイリス
タが形成されている。すなわち、共通電源線であるPプ
ラス拡散層12が左右の素子で共通に使用されている。
In FIG. 1, two bulk regions 3 are provided on the left and right sides of the drawing. This is because the bulk potentials of the two memory cells are controlled simultaneously. In the thyristor portion shown in FIG. 1, separate thyristors are formed on the left and right sides of the central portion. That is, the P plus diffusion layer 12, which is a common power supply line, is commonly used by the left and right elements.

【0028】シリコン酸化膜2の上のバルク領域3の上
には、ゲート電極5が設けられている。このバルク領域
3に隣接して、Nプラス拡散層11がシリコン酸化膜2
の上に設けられている。さらにこのNプラス拡散層11
に隣接して、Pプラス拡散層12がシリコン酸化膜2の
上に設けられている。このPプラス拡散層12はポリシ
リコンプラグ8を介して、第2の共通電源線13に接続
されている。
A gate electrode 5 is provided on the bulk region 3 on the silicon oxide film 2. Adjacent to the bulk region 3, the N-plus diffusion layer 11 is formed on the silicon oxide film 2.
Is provided above. Furthermore, this N-plus diffusion layer 11
A P plus diffusion layer 12 is provided on the silicon oxide film 2 adjacent to. The P-plus diffusion layer 12 is connected to the second common power supply line 13 via the polysilicon plug 8.

【0029】ここで、ホットキャリアの上げ下げでサイ
リスタのスイッチング動作を行う。サイリスタにおいて
は、3つのpn接合を持っていて、アノード・カソード
間に与えられえた電位が臨界条件を越えない限り、その
状態が保持される。
Here, the switching operation of the thyristor is performed by raising and lowering the hot carrier. The thyristor has three pn junctions, and the state is maintained unless the potential applied between the anode and the cathode exceeds the critical condition.

【0030】次に、図3に本実施例の上面図を示す。図
3に示されるようにゲート電極5は櫛状の形状となって
いる。ゲート電極5の櫛状の軸状部分の長手方向に沿っ
て、Nプラス拡散層11が直線状に形成されている。こ
のNプラス拡散層11に沿って、Pプラス拡散層12が
直線状に形成されている。
Next, FIG. 3 shows a top view of this embodiment. As shown in FIG. 3, the gate electrode 5 has a comb shape. The N-plus diffusion layer 11 is linearly formed along the longitudinal direction of the comb-shaped shaft-shaped portion of the gate electrode 5. Along the N-plus diffusion layer 11, the P-plus diffusion layer 12 is linearly formed.

【0031】櫛状のゲート電極5の櫛の歯状部分の間に
は、Nプラス拡散層が形成され、交互にソース拡散層
6、ドレイン拡散層7となっている。このソース拡散層
7上にはソース線9が、櫛の歯状部分のゲート電極5の
長手方向に平行して直線状に形成されている。
N-plus diffusion layers are formed between the comb tooth-shaped portions of the comb-shaped gate electrode 5 to alternately serve as the source diffusion layers 6 and the drain diffusion layers 7. A source line 9 is linearly formed on the source diffusion layer 7 in parallel with the longitudinal direction of the gate electrode 5 in the comb tooth-shaped portion.

【0032】また、ドレイン拡散層7上には、ビット線
10が、櫛の歯状部分のゲート電極5の長手方向に平行
して直線状に形成されている。
Further, on the drain diffusion layer 7, the bit line 10 is formed in a straight line in parallel with the longitudinal direction of the gate electrode 5 in the comb tooth-shaped portion.

【0033】P型シリコン層3は櫛状に形成されたゲー
ト電極5の2つ分をそれらの存在部分の大部分の下方に
形成されている。ここで、ゲート電極5の軸状部分の長
手方向に沿って、半分ほどの下方には、P型拡散層3は
形成されていない。
The P-type silicon layer 3 is formed so that two gate electrodes 5 formed in a comb shape are formed below most of their existing portions. Here, the P-type diffusion layer 3 is not formed about halfway down along the longitudinal direction of the axial portion of the gate electrode 5.

【0034】同一のP型シリコン層3の上方には2つの
ゲート電極5が互いに櫛の歯部分を対向させて形成され
ている。
Two gate electrodes 5 are formed above the same P-type silicon layer 3 with their comb teeth facing each other.

【0035】P型シリコン層3は一定間隔を置いて複数
個形成されている。このP型シリコン層3同士の間に
は、2本のNプラス拡散層11が形成されている。さら
に、この2本のNプラス拡散層11の間に形成された第
2の共通電源線13及びPプラス拡散層12が形成され
ている。
A plurality of P-type silicon layers 3 are formed at regular intervals. Two N-plus diffusion layers 11 are formed between the P-type silicon layers 3. Further, a second common power supply line 13 and a P plus diffusion layer 12 formed between the two N plus diffusion layers 11 are formed.

【0036】複数のそれぞれのP型シリコン3上には、
それぞれ同一形状のゲート電極5、ソース拡散層6、ド
レイン拡散層7が形成されている。
On each of the plurality of P-type silicons 3,
A gate electrode 5, a source diffusion layer 6 and a drain diffusion layer 7 having the same shape are formed.

【0037】ここで、図2は線A−B間での断面図、図
1は線C−D間での断面図である。
Here, FIG. 2 is a sectional view taken along the line AB, and FIG. 1 is a sectional view taken along the line CD.

【0038】図4は、図3において、線E−F間での断
面図である。この図4において、左側には、ソース領域
が形成されている。すなわち、半導体基板1上にシリコ
ン酸化膜2が形成されていて、その上にN型のソース拡
散層6が形成されている。このソース拡散層6に隣接し
て、P型シリコン層3がシリコン酸化膜2上に形成され
ている。このP型シリコン層3上からソース拡散層6に
かけて、その上にゲート絶縁膜4を介してゲート電極5
が形成されている。
FIG. 4 is a sectional view taken along the line E--F in FIG. In FIG. 4, a source region is formed on the left side. That is, the silicon oxide film 2 is formed on the semiconductor substrate 1, and the N-type source diffusion layer 6 is formed thereon. A P-type silicon layer 3 is formed on the silicon oxide film 2 adjacent to the source diffusion layer 6. From the P-type silicon layer 3 to the source diffusion layer 6, the gate electrode 5 is formed on the source diffusion layer 6 with the gate insulating film 4 interposed therebetween.
Are formed.

【0039】P型シリコン層3に隣接して、シリコン酸
化膜2上にNプラス拡散層11が形成されている。この
Nプラス拡散層11に隣接して、シリコン酸化膜2上に
Pプラス拡散層12が形成されている。このPプラス拡
散層12の他方側には、Nプラス拡散層11がシリコン
酸化膜2上に形成されている。
An N plus diffusion layer 11 is formed on the silicon oxide film 2 adjacent to the P type silicon layer 3. A P plus diffusion layer 12 is formed on the silicon oxide film 2 adjacent to the N plus diffusion layer 11. On the other side of the P plus diffusion layer 12, an N plus diffusion layer 11 is formed on the silicon oxide film 2.

【0040】ここで、この図4における断面では、ゲー
ト電極下のP型シリコン層3へサイリスタ動作により、
その電位が設定される。
Here, in the cross section in FIG. 4, the thyristor operation is performed on the P-type silicon layer 3 below the gate electrode.
That potential is set.

【0041】ここで、ドレイン拡散層7とP型シリコン
層3との間で、ドレインアバランシェを起して、P型シ
リコン層3にホールを注入し、そのホール蓄積状態(熱
平衡状態より電位が高い状態)を例えばデータ1とす
る。
Here, a drain avalanche is generated between the drain diffusion layer 7 and the P-type silicon layer 3, holes are injected into the P-type silicon layer 3, and the hole accumulation state (the potential is higher than that in the thermal equilibrium state). The state) is, for example, data 1.

【0042】また、ドレイン拡散層7とP型シリコン層
3の間のPN接合を順方向にバイアスして、P型シリコ
ン層3のホールをドレイン拡散層7側に放出した状態を
データ0とする。
The state in which the PN junction between the drain diffusion layer 7 and the P-type silicon layer 3 is forward biased and the holes of the P-type silicon layer 3 are emitted to the drain diffusion layer 7 side is set as data 0. .

【0043】データ0、1は、バルク領域3の電位の差
であり、MOSトランジスタの閾値電圧の差として記憶
される。
Data 0 and 1 are differences in potential of the bulk region 3 and are stored as differences in threshold voltage of the MOS transistors.

【0044】ホール蓄積によりバルク領域3の電位が高
いデータ1の状態の閾値電圧Vth1は、データ0の状
態の閾値電圧Vth0よりも低い。
The threshold voltage Vth1 in the data 1 state in which the potential of the bulk region 3 is high due to hole accumulation is lower than the threshold voltage Vth0 in the data 0 state.

【0045】バルク領域3に多数キャリアであるホール
を蓄積したデータ1の状態を保持するためには、ワード
線には、負のバイアス電圧を印加することが必要であ
る。
In order to maintain the state of data 1 in which holes, which are majority carriers, are accumulated in the bulk region 3, it is necessary to apply a negative bias voltage to the word line.

【0046】このデータ保持状態は、逆データの書き込
み動作(消去)を行わない限り、読み出し動作を行って
も変化しない。このように、キャパシタの電荷蓄積を利
用する1トランジスタ/1キャパシタのDRAMとは異
なり、非破壊読出しが可能である。
The data holding state does not change even if the read operation is performed unless the reverse data write operation (erase) is performed. Thus, unlike a 1-transistor / 1-capacitor DRAM that utilizes charge storage of a capacitor, non-destructive read is possible.

【0047】データ読み出しにおいては、ワード線にデ
ータ0,1の閾値電圧Vth0,Vth1の中間の読み
出し電位を与えて、0データのメモリセルでは、電流が
流れず、1データのメモリセルでは、電流が流れること
を用いる。
In the data reading, a read potential in the middle of the threshold voltages Vth0 and Vth1 of the data 0 and 1 is applied to the word line so that no current flows in the memory cell of 0 data and the current flows in the memory cell of 1 data. Is used.

【0048】例えば、ビット線を所定電位にプリチャー
ジして、その後で、ワード線を駆動する。これにより、
0データの場合、ビット線プリチャージ電位の変化がな
く、1データの場合、プリチャージ電位が低下する。
For example, the bit line is precharged to a predetermined potential, and then the word line is driven. This allows
In the case of 0 data, there is no change in the bit line precharge potential, and in the case of 1 data, the precharge potential decreases.

【0049】次に、選択的に0データを書き込む、すな
わち、メモリセルアレイの中で選択されたワード線とビ
ット線の電位により選択されたメモリセルのバルク領域
のみからホールを放出させるには、ワード線とバルク領
域の間の容量結合が本質的になる。
Next, in order to selectively write 0 data, that is, to release holes only from the bulk region of the memory cell selected by the potentials of the selected word line and bit line in the memory cell array, the word There is essentially capacitive coupling between the line and the bulk region.

【0050】データ1で、バルク領域にホールが蓄積さ
れた状態は、ワード線を十分に負方向にバイアスして、
メモリセルのゲート・基板間容量がゲート酸化膜容量と
なる状態、すなわち、表面に空乏層が形成されていない
状態で保持することが必要である。
In the state where holes are accumulated in the bulk region in the data 1, the word line is biased sufficiently in the negative direction,
It is necessary to hold the memory cell in a state where the gate-substrate capacitance becomes a gate oxide film capacitance, that is, in a state where a depletion layer is not formed on the surface.

【0051】1データ、0データのリード/ライト動作
では、読み出し後、ワード線を高電位にして、同じ選択
セルに0データを書き込む場合に、同時にビット線に負
電位を与え、1データを書き込む場合、ビット線に正電
位を与える。こうして、0データが与えられたセルで
は、ドレイン接合が順方向バイアスになり、バルク領域
のホールが放出される。1データが与えられたセルで
は、ドレイン接合で、アバランシェ降伏が起こり、バル
ク領域3にホールが注入される。
In the read / write operation of 1 data and 0 data, when the word line is set to a high potential after reading and 0 data is written to the same selected cell, a negative potential is simultaneously applied to the bit line to write 1 data. In that case, a positive potential is applied to the bit line. Thus, in the cell to which 0 data is applied, the drain junction becomes forward biased, and holes in the bulk region are emitted. In the cell to which 1 data is given, avalanche breakdown occurs at the drain junction and holes are injected into the bulk region 3.

【0052】1データ又は0データのリード/リフレッ
シュ動作では、負電位に保持されていたワード線を正電
位に立ち上げ、ワード線電位をデータ0、1の閾値Vt
h0,Vth1のいずれからも高い電位又は、Vth
1、Vth0の間の電位に設定する。
In the read / refresh operation of 1 data or 0 data, the word line held at the negative potential is raised to the positive potential, and the word line potential is set to the threshold value Vt of data 0, 1.
High potential from both h0 and Vth1 or Vth
The potential is set between 1 and Vth0.

【0053】次に、ビット線に電位を供給し、データ1
の場合、メモリセルが深くオンして、ビット線の電位上
昇は少なく、データ0の場合、メモリセルの電流が小さ
く、ビット線電位は急速に上昇する。これによって、デ
ータ0,1が区別される。
Next, a potential is supplied to the bit line to set data 1
In the case of 1, the memory cell is deeply turned on and the potential of the bit line does not rise so much. When the data is 0, the current of the memory cell is small and the potential of the bit line rises rapidly. Thereby, the data 0 and 1 are distinguished.

【0054】次のタイミングで、読み出しデータが1の
場合には、ビット線に正の電位を与え、読み出しデータ
が0の場合には、ビット線に負の電位を与える。
At the next timing, when the read data is 1, a positive potential is applied to the bit line, and when the read data is 0, a negative potential is applied to the bit line.

【0055】こうして、選択メモリセルがデータ1の状
態の場合、ドレイン接合でアバランシェ降伏が起こり、
バルク領域3にホールが注入されて、再度データ1が書
き込まれる。選択メモリセルがデータ0の状態の場合、
ドレイン接合が順方向バイアスになり、バルク領域3の
ホールが放出されて、再度、0が書き込まれる。この
後、ワード線を負方向にバイアスして、リード/リフレ
ッシュ動作を終了する。
Thus, when the selected memory cell is in the data 1 state, avalanche breakdown occurs at the drain junction,
Holes are injected into the bulk region 3 and the data 1 is written again. When the selected memory cell is in the state of data 0,
The drain junction becomes forward biased, holes in the bulk region 3 are released, and 0 is written again. After that, the word line is biased in the negative direction to complete the read / refresh operation.

【0056】1データ保持時にソースと第2の共通電源
間のNPNPサイリスタがオンしている。1データ書き
こみは次のシーケンスによる。
When one data is held, the NPNP thyristor between the source and the second common power supply is on. 1 data writing is according to the following sequence.

【0057】図2のSOIトランジスタにおいてビット
線とワード線を高電位にしてホットキャリアを発生さ
せ、フローティングボディ3のポテンシャルを上昇させ
る。
In the SOI transistor of FIG. 2, the bit line and the word line are set to a high potential to generate hot carriers, and the potential of the floating body 3 is increased.

【0058】ホットホールがNプラス層からフローティ
ングボディであるP型シリコン層3に移動することで、
1書き込みの状態となる。
By moving the hot holes from the N plus layer to the P type silicon layer 3 which is a floating body,
1 is written.

【0059】ある電位以上になるとソース(N)6−フ
ローティングボディ(P)3−N層11−第2の共通電
源線(P)12のサイリスタがオンする。これによりS
OIトランジスタのフローティングボディ3は第1の共
通電源線の電位(ここでは0V)と第2の共通電源線の
電位(ここでは2V)のある間の電位に落ち着く。これ
は、サイリスタのアノードとカソードとに印加された電
位の間の電位にIRドロップにより設定されていること
による。
When the potential exceeds a certain level, the thyristor of the source (N) 6-floating body (P) 3-N layer 11-second common power supply line (P) 12 is turned on. This makes S
The floating body 3 of the OI transistor settles to a potential between the potential of the first common power supply line (here, 0 V) and the potential of the second common power supply line (here, 2 V). This is due to the IR drop setting the potential between the potentials applied to the anode and cathode of the thyristor.

【0060】このボディポテンシャルによって規定され
る電流をビット線が流すことで1データとする。MOS
FETは、外部から与えられるウエル電位によって、そ
の閾値が変化する。SOIを利用していても、フローテ
ィングゲートボディがとる電位によって、その閾値が規
定されて、所定電流が流れる。
One data is set by flowing a current defined by the body potential through the bit line. MOS
The threshold of the FET changes depending on the well potential given from the outside. Even if SOI is used, the threshold value is defined by the potential of the floating gate body, and a predetermined current flows.

【0061】0データはワード線をオンして、その際フ
ローティングボディが容量結合で持ち上がりビット線を
負電位にすることで、選択的にあるセルのみフローティ
ングボディとビット線間で順バイアス電流が流れるよう
にする。これにより、もしこの0データの書きこみサイ
クル以前に1データが記憶されていてもサイリスタがオ
フし、かつボディのポテンシャルが低く設定される。こ
れが0データ書きこみである。
For 0 data, the word line is turned on, and the floating body is lifted by capacitive coupling at that time to bring the bit line to a negative potential, so that a forward bias current flows selectively between the floating body and the bit line only in a certain cell. To do so. As a result, even if 1 data is stored before this 0 data writing cycle, the thyristor is turned off and the potential of the body is set low. This is writing 0 data.

【0062】データ0を書き込む場合には、ビット線電
位を負にして、ホールを抜き取る。ここで、PNジャン
クションリークによって、−0.6Vが0Vへ時間の経
過とともに上昇する。
When writing data 0, the bit line potential is made negative and holes are extracted. Here, -0.6V rises to 0V over time due to the PN junction leak.

【0063】データ1を書き込む場合には、フローティ
ングボディであるP層をサイリスタ動作により、1V程
度の高い電位に設定している。このため、0データとし
ての電位が0Vまで上昇したとしても、1Vの1データ
とは1Vの電位差があり、リーク電流の影響無しに、デ
ータ保持特性を維持することができる。
When writing data 1, the P layer, which is a floating body, is set to a high potential of about 1 V by the thyristor operation. Therefore, even if the potential of 0 data rises to 0 V, there is a potential difference of 1 V from 1 data of 1 V, and the data retention characteristic can be maintained without the influence of leak current.

【0064】フローティングボディであるP層へ隣接す
るNプラス層からホットホールが入り込むことや、流出
することで、データの1、0が決まる。
Data 1 and 0 are determined by hot holes entering and flowing out from the N plus layer adjacent to the P layer which is a floating body.

【0065】例えばデータ1の状態では、Nプラス層は
1V程度であり、データ0の状態では、Nプラス層は−
0.5V程度である。
For example, in the state of data 1, the N plus layer is about 1 V, and in the state of data 0, the N plus layer is -V.
It is about 0.5V.

【0066】ここで、データ1の状態のP層の電位を1
V程度と高電位に設定したことで、データ保持特性が向
上する。
Here, the potential of the P layer in the state of data 1 is set to 1
By setting the potential to about V and a high potential, the data retention characteristic is improved.

【0067】MOSトランジスタは半導体層に多数キャ
リアが注入された第1の閾値電圧を有する第1のデータ
状態と半導体層の多数キャリアがドレイン拡散層に放出
された第2の閾値電圧を有する第2のデータ状態とを有
している。
The MOS transistor has a first data state having a first threshold voltage in which majority carriers are injected into the semiconductor layer and a second data state having a second threshold voltage in which majority carriers in the semiconductor layer are released to the drain diffusion layer. And the data state of

【0068】この第1のデータ状態は、ゲート電極から
の容量結合により所定電位が与えられて、半導体層とド
レイン拡散層との間でアバランシェ降伏を起して、半導
体層に多数キャリアを注入することにより書き込まれ
る。
In the first data state, a predetermined potential is applied by capacitive coupling from the gate electrode, avalanche breakdown occurs between the semiconductor layer and the drain diffusion layer, and majority carriers are injected into the semiconductor layer. Written by

【0069】第2のデータ状態は、ゲート電極からの容
量結合により所定電位が与えられた半導体層とドレイン
拡散層との間に順方向バイアスを与えて、半導体層の多
数キャリアをドレイン拡散層に引き抜くことで、書き込
まれる。
In the second data state, a forward bias is applied between the drain diffusion layer and the semiconductor layer to which a predetermined potential is applied by capacitive coupling from the gate electrode, so that majority carriers in the semiconductor layer are transferred to the drain diffusion layer. It is written by pulling it out.

【0070】データの書き込み時には、固定電位線を基
準電位として、選択ワード線に基準電位よりも高い第1
の電位を与え、非選択ワード線に基準電位よりも低い第
2の電位を与え、ビット線には第1及び第2のデータ状
態に応じて、それぞれ基準電位より高い第3の電位及び
基準電位よりも低い第4の電位を与える。
At the time of writing data, the fixed potential line is used as the reference potential, and the selected word line has a first potential higher than the reference potential.
Is applied to the unselected word line, a second potential lower than the reference potential is applied to the non-selected word line, and a third potential and a reference potential higher than the reference potential are applied to the bit line according to the first and second data states. A lower fourth potential.

【0071】データの読み出し時には、固定電位線を基
準電位として、選択ワード線に第1の閾値電圧と第2の
閾値電圧の間にある基準電位よりも高い第5の電位を与
え、選択されたメモリセルの導通又は非導通を検出す
る。
At the time of reading data, a fixed potential line is used as a reference potential, and a selected word line is selected by applying a fifth potential higher than the reference potential between the first threshold voltage and the second threshold voltage. Conduction or non-conduction of the memory cell is detected.

【0072】また、別のデータの読み出し方法として、
固定電位線を基準電位として、選択ワード線に第1及び
第2の閾値電圧より高く且つ基準電位より高い第5の電
位を与え、選択されたメモリセルの導通度を検出する。
As another data reading method,
A fifth potential higher than the first and second threshold voltages and higher than the reference potential is applied to the selected word line with the fixed potential line as the reference potential, and the conductivity of the selected memory cell is detected.

【0073】図5に本実施の形態の等価回路を示す。M
OSトランジスタ20のバックゲートには、第1PNP
バイポーラトランジスタ21のベースが配線抵抗22を
介して接続されている。この第1PNPバイポーラトラ
ンジスタ21のエミッタはMOSトランジスタのソース
に接続され、コレクタは第2PNPトランジスタ23の
ベースに接続されている。この第2PNPトランジスタ
23のコレクタは第1PNPトランジスタ21のベース
に接続されている。さらに第2PNPトランジスタ23
のエミッタは第2の共通電源線13に接続されている。
FIG. 5 shows an equivalent circuit of this embodiment. M
The back gate of the OS transistor 20 has a first PNP
The base of the bipolar transistor 21 is connected via the wiring resistor 22. The emitter of the first PNP bipolar transistor 21 is connected to the source of the MOS transistor, and the collector is connected to the base of the second PNP transistor 23. The collector of the second PNP transistor 23 is connected to the base of the first PNP transistor 21. Further, the second PNP transistor 23
The emitter of is connected to the second common power supply line 13.

【0074】なお、第2PNPバイポーラトランジスタ
23のベースには独立に第3の共通電源線(図示せず)
を接続してもよい。
A third common power supply line (not shown) is independently provided at the base of the second PNP bipolar transistor 23.
May be connected.

【0075】ここで、N型ソース、ドレイン領域6,7
はすべての記憶状態において、P型シリコン基板3より
もその電位が高くなっている。
Here, N-type source / drain regions 6 and 7 are formed.
Has a higher potential than the P-type silicon substrate 3 in all memory states.

【0076】本実施の形態では、データ1はサイリスタ
のラッチ電流で保持されるためジャンクションリークに
よるデータ保持特性の劣化はない。
In this embodiment, since the data 1 is held by the latch current of the thyristor, there is no deterioration of the data holding characteristic due to the junction leak.

【0077】本実施の形態によれば、SRAM同様にリ
フレッシュ動作を必要としないデータ保持特性が無限大
の安定的な記憶動作を高密度で実現した半導体記憶装置
を提供できる。また、DRAMと比べて、リーク電流の
小さい半導体記憶装置を提供できる。
According to the present embodiment, it is possible to provide a semiconductor memory device which realizes a stable memory operation which does not require a refresh operation and has an infinite data retention characteristic at a high density, like the SRAM. Further, it is possible to provide a semiconductor memory device having a smaller leak current than a DRAM.

【0078】なお、本実施の形態におけるSOIをバル
クシリコン層として実施することも可能である。
It is also possible to implement the SOI in the present embodiment as a bulk silicon layer.

【0079】本実施の形態では、隣接するMOSトラン
ジスタ間の第2の共通電源線を共有させて、1本で形成
していることで、電源線の領域面積を縮小して、半導体
記憶装置の高集積化を図ることができる。
In the present embodiment, the second common power supply line between adjacent MOS transistors is shared and formed by one line, so that the area of the power supply line is reduced and the semiconductor memory device High integration can be achieved.

【0080】(第1の実施の形態の第1の変形例)本変
形例では、図6に示されるように第2の共通電源線を隣
りあうゲート電極5ごとに分けて別々に2本設けてい
る。このように形成することで、第1の実施の形態同様
の効果を得た上で、隣接するゲート電極ごとに独立して
電源を与えることができ、相互の電位変化の影響を緩和
でき、電源電位を安定化できる。
(First Modification of First Embodiment) In this modification, as shown in FIG. 6, two second common power supply lines are provided separately for each adjacent gate electrode 5. ing. By forming in this way, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment, and to independently supply power to each adjacent gate electrode, reduce the influence of mutual potential change, and reduce power supply. The potential can be stabilized.

【0081】(第1の実施の形態の第2の変形例)本変
形例では、図3におけるC−D線上での断面図である図
1に替えて、図7に示されるような構造を採用してい
る。ここでは、第2共通電源線30をシリコン酸化膜2
下の半導体基板1中にN型拡散層として配置し、N型拡
散層を隣接する素子で共有して1つ設けて、図7におけ
る左右方向の長さを短縮して、さらに高集積化を図るこ
とができる。
(Second Modification of First Embodiment) In this modification, a structure as shown in FIG. 7 is used instead of FIG. 1 which is a sectional view taken along the line CD in FIG. It is adopted. Here, the second common power supply line 30 is connected to the silicon oxide film 2
It is arranged in the lower semiconductor substrate 1 as an N-type diffusion layer, and one N-type diffusion layer is provided so as to be shared by adjacent elements, thereby shortening the length in the left-right direction in FIG. 7 and further increasing integration. Can be planned.

【0082】このN型拡散層30に接続して、N型導電
層31がシリコン酸化膜2及びP型シリコン基板3中に
設けられている。ここで、N型導電層31はポリシリコ
ンなどで形成できる。このN型導電層31はシリコン酸
化膜2中を貫いてP型の半導体基板1中に形成されたN
型拡散層30に電気的に接続されている。
An N-type conductive layer 31 is provided in the silicon oxide film 2 and the P-type silicon substrate 3 so as to be connected to the N-type diffusion layer 30. Here, the N-type conductive layer 31 can be formed of polysilicon or the like. The N-type conductive layer 31 penetrates the silicon oxide film 2 and is formed in the P-type semiconductor substrate 1.
It is electrically connected to the mold diffusion layer 30.

【0083】なお、SOIをバルクシリコン層に置き換
えても実現できる。
It can be realized by replacing the SOI with a bulk silicon layer.

【0084】[0084]

【発明の効果】本発明によれば、データ保持特性を向上
した高集積化された半導体記憶装置を提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide a highly integrated semiconductor memory device having improved data retention characteristics.

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

【図1】 本発明の第1の実施の形態に係る半導体記憶
装置を表す図3におけるC−D線上での断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line C-D in FIG. 3 showing a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第1の実施の形態に係る半導体記憶
装置を表す図3におけるA−B線上での断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AB in FIG. 3 showing the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第1の実施の形態に係る半導体記憶
装置を表す上面図。
FIG. 3 is a top view showing the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第1の実施の形態に係る半導体記憶
装置を表す図3におけるE−F線上での断面図。
FIG. 4 is a sectional view taken along the line EF in FIG. 3 showing the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第1の実施の形態に係る半導体記憶
装置の等価回路図。
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第1の実施の形態の第1の変形例に
係る半導体記憶装置を表す上面図。
FIG. 6 is a top view showing a semiconductor memory device according to a first modification of the first embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の第1の実施の形態の第2の変形例に
係る半導体記憶装置を表す図3におけるC−D線上での
断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line C-D in FIG. 3 showing a semiconductor memory device according to a second modification of the first embodiment of the present invention.

【図8】 従来のDRAMセルの等価回路図。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of a conventional DRAM cell.

【図9】 従来のトレンチ型DRANセルの断面図。FIG. 9 is a sectional view of a conventional trench type DRAN cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 シリコン酸化膜 3 P型シリコン層(バルク領域、フローティングボデ
ィ) 4 ゲート絶縁膜 5 ゲート電極 6 Nプラスソース拡散層 7 Nプラスドレイン拡散層 8 ポリシリコンプラグ 9 第1の共通電源線 10 ビット線 11 Nプラス拡散層 12 Pプラス拡散層 13 第2の共通電源線 20 MOSトランジスタ 21 第1PNPバイポーラトランジスタ 22 配線抵抗 23 第2PNPバイポーラトランジスタ 30 N型拡散層 31 N型導電層
1 semiconductor substrate 2 silicon oxide film 3 P type silicon layer (bulk region, floating body) 4 gate insulating film 5 gate electrode 6 N plus source diffusion layer 7 N plus drain diffusion layer 8 polysilicon plug 9 first common power supply line 10 Bit line 11 N plus diffusion layer 12 P plus diffusion layer 13 Second common power supply line 20 MOS transistor 21 First PNP bipolar transistor 22 Wiring resistor 23 Second PNP bipolar transistor 30 N type diffusion layer 31 N type conductive layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大澤 隆 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 Fターム(参考) 5B015 HH04 JJ31 JJ44 KA13 QQ04 5F005 AE09 AF00 AH04 CA02 5F083 AD02 AD70 HA02 JA35 JA39 LA11 LA12 LA16 LA21 MA06 MA19 MA20    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Takashi Osawa             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen             Inside F term (reference) 5B015 HH04 JJ31 JJ44 KA13 QQ04                 5F005 AE09 AF00 AH04 CA02                 5F083 AD02 AD70 HA02 JA35 JA39                       LA11 LA12 LA16 LA21 MA06                       MA19 MA20

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板と、 この半導体基板上に形成された絶縁層と、 この絶縁層上に形成され、フローティング電位状態の半
導体層と、 この半導体層中に互いに離間して形成されたドレイン及
びソース拡散層と、 これらドレイン及びソース拡散層の間の前記半導体層上
に形成されたゲート絶縁膜と、 このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、
前記ゲート電極はワード線に接続され、ドレイン拡散層
はビット線に接続され、ソース拡散層は固定電位線にそ
れぞれ接続され、前記半導体層に多数キャリアが注入さ
れた第1の閾値電圧を有する第1データ状態と、前記半
導体層の多数キャリアがドレイン拡散層に放出された第
2の閾値電圧を有する第2データ状態とを記憶するMO
Sトランジスタと、 前記半導体層中に形成され、前記ゲート電極下の半導体
層に接し、前記ソース拡散層と反対導電型の第1拡散層
と、 前記半導体層中に形成され、前記第1拡散層に接し、こ
の第1拡散層と反対導電型の第2拡散層とを具備するこ
とを特徴とする半導体記憶装置。
1. A semiconductor substrate, an insulating layer formed on the semiconductor substrate, a semiconductor layer formed on the insulating layer and in a floating potential state, and a drain formed in the semiconductor layer and separated from each other. And a source diffusion layer, a gate insulating film formed on the semiconductor layer between the drain and source diffusion layers, and a gate electrode formed on the gate insulating film,
The gate electrode is connected to a word line, the drain diffusion layer is connected to a bit line, the source diffusion layer is connected to a fixed potential line, respectively, and the semiconductor layer has a first threshold voltage in which majority carriers are injected. MO storing one data state and a second data state having a second threshold voltage at which majority carriers of the semiconductor layer are released to the drain diffusion layer.
An S transistor, a first diffusion layer formed in the semiconductor layer, in contact with the semiconductor layer below the gate electrode, and having a conductivity type opposite to that of the source diffusion layer; and a first diffusion layer formed in the semiconductor layer. And a second diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the first diffusion layer.
【請求項2】半導体基板と、 この半導体基板上に形成された絶縁層と、 この絶縁層上に形成された半導体層と、 この半導体層中に形成され、第1導電型の第1拡散層
と、 この第1拡散層上に櫛状に形成され、ワード線電位が与
えられるゲート電極と、 このゲート電極の櫛歯状部分間の一方側の前記半導体層
上に設けられ、ビット線電位が与えられる第2導電型の
ドレイン拡散層と、 前記ゲート電極の櫛歯状部分間の他方側の前記半導体層
上に設けられ、第1共通電源が与えられる第2導電型の
ソース拡散層と、 前記第1拡散層に接続され、前記半導体層上に形成され
た第2導電型の第1拡散層と、 この第2導電型の第1拡散層に接続され、前記半導体層
上に形成され、第2共通電源が与えられる第1導電型の
第2拡散層とを有することを特徴とする半導体記憶装
置。
2. A semiconductor substrate, an insulating layer formed on the semiconductor substrate, a semiconductor layer formed on the insulating layer, and a first diffusion layer of the first conductivity type formed in the semiconductor layer. And a gate electrode formed in a comb shape on the first diffusion layer to which a word line potential is applied, and the semiconductor layer provided on one side between the comb-teeth shaped portions of the gate electrode, A second conductivity type drain diffusion layer provided, and a second conductivity type source diffusion layer provided on the semiconductor layer on the other side between the comb-shaped portions of the gate electrode and supplied with a first common power source; A second diffusion type first diffusion layer connected to the first diffusion layer and formed on the semiconductor layer; and a second conduction type first diffusion layer formed on the semiconductor layer, Having a second diffusion layer of the first conductivity type to which a second common power source is applied The semiconductor memory device according to claim.
【請求項3】前記第2導電型の第1拡散層及び第1導電
型の第2拡散層は前記前記ゲート電極の櫛軸に平行に直
線状に設けられていることを特徴とする請求項2記載の
半導体記憶装置。
3. The first diffusion layer of the second conductivity type and the second diffusion layer of the first conductivity type are linearly provided in parallel to a comb axis of the gate electrode. 2. The semiconductor storage device according to 2.
【請求項4】前記第1導電型の第2拡散層を線対称の中
心軸として、折り返しの平面形状を有する請求項3記載
の半導体記憶装置。
4. The semiconductor memory device according to claim 3, wherein the second diffusion layer of the first conductivity type has a folded planar shape with a central axis of line symmetry.
【請求項5】半導体基板と、 この半導体基板上に形成された絶縁層と、 この絶縁層上に形成された半導体層と、 この半導体層中に形成され、第1導電型の第1拡散層
と、 この第1拡散層上に櫛状に形成され、ワード線電位が与
えられるゲート電極と、 このゲート電極の櫛歯状部分間の一方側の前記半導体層
上に設けられ、ビット線電位が与えられる第2導電型の
ドレイン拡散層と、 前記ゲート電極の櫛歯状部分間の他方側の前記半導体層
上に設けられ、第1共通電源が与えられる第2導電型の
ソース拡散層と、 前記第1拡散層に接続され、前記半導体基板上から前記
半導体層中を貫いて形成され第2導電型の第1導電層
と、 この第2導電型の第1導電層に接続され、前記半導体基
板中に形成され、第2共通電源が与えられる第2導電型
の第1拡散層とを有することを特徴とする半導体記憶装
置。
5. A semiconductor substrate, an insulating layer formed on the semiconductor substrate, a semiconductor layer formed on the insulating layer, and a first diffusion layer of the first conductivity type formed in the semiconductor layer. And a gate electrode formed in a comb shape on the first diffusion layer to which a word line potential is applied, and the semiconductor layer provided on one side between the comb-teeth shaped portions of the gate electrode, A second conductivity type drain diffusion layer provided, and a second conductivity type source diffusion layer provided on the semiconductor layer on the other side between the comb-shaped portions of the gate electrode and supplied with a first common power source; A second conductive type first conductive layer connected to the first diffusion layer and penetrating through the semiconductor layer from above the semiconductor substrate; and a semiconductor connected to the second conductive type first conductive layer, A second conductivity type formed in the substrate and supplied with a second common power source The semiconductor memory device characterized by having a first diffusion layer.
【請求項6】半導体基板と、 この半導体基板上に形成された絶縁層と、 この絶縁層上に形成された半導体層と、 この半導体層中に形成され、第1導電型の第1拡散層
と、 この第1導電型の第1拡散層上に櫛状に形成され、ワー
ド線電位が与えられる第1ゲート電極と、 この第1ゲート電極の櫛歯状部分間の一方側の前記半導
体層上に設けられ、ビット線電位が与えられる第2導電
型の第1ドレイン拡散層と、 前記第1ゲート電極の櫛歯状部分間の他方側の前記半導
体層上に設けられ、第1共通電源が与えられる第2導電
型の第1ソース拡散層と、 前記第1拡散層に接続され、前記ゲート電極の櫛軸に平
行して、前記半導体層上に直線状に形成された第2導電
型の第1拡散層と、 この第2導電型の第1拡散層に接続され、前記第1拡散
層に平行に直線状に前記半導体層上に形成され、第2共
通電源が与えられる第1導電型の第2拡散層と、 この第1導電型の第2拡散層に接続され、この第1導電
型の第2拡散層に平行して、前記半導体層上に直線状に
形成された第2導電型の第2拡散層と、 前記半導体層中に形成され、第1導電型の第3拡散層
と、 この第1導電型の第3拡散層上に櫛状に形成され、ワー
ド線電位が与えられる第2ゲート電極と、 この第2ゲート電極の櫛歯状部分間の一方側の前記半導
体層上に設けられ、ビット線電位が与えられる第2導電
型の第2ドレイン拡散層と、 前記第2ゲート電極の櫛歯状部分間の他方側の前記半導
体層上に設けられ、第1共通電源が与えられる第2導電
型の第2ソース拡散層とを有することを特徴とする半導
体記憶装置。
6. A semiconductor substrate, an insulating layer formed on the semiconductor substrate, a semiconductor layer formed on the insulating layer, and a first diffusion layer of the first conductivity type formed in the semiconductor layer. And a first gate electrode formed in a comb shape on the first diffusion layer of the first conductivity type and to which a word line potential is applied, and the semiconductor layer on one side between comb-shaped portions of the first gate electrode. A first drain diffusion layer of a second conductivity type, which is provided above and to which a bit line potential is applied; and a semiconductor layer on the other side between the comb-shaped portions of the first gate electrode, the first common power source A first source diffusion layer of a second conductivity type that is provided with a second conductivity type that is linearly formed on the semiconductor layer, is connected to the first diffusion layer, and is parallel to the comb axis of the gate electrode. And a first diffusion layer connected to the first diffusion layer of the second conductivity type, A second diffusion layer of a first conductivity type which is formed in parallel linearly on the semiconductor layer and is supplied with a second common power source; and a second diffusion layer of the first conductivity type which is connected to the second diffusion layer of the first conductivity type. A second diffusion layer of the second conductivity type linearly formed on the semiconductor layer in parallel with the second diffusion layer of the second diffusion layer, and a third diffusion layer of the first conductivity type formed in the semiconductor layer. A second gate electrode formed in a comb shape on the third diffusion layer of the first conductivity type and to which a word line potential is applied, and on the semiconductor layer on one side between comb-shaped portions of the second gate electrode And a second drain diffusion layer of the second conductivity type to which a bit line potential is applied, and the semiconductor layer on the other side between the comb-shaped portions of the second gate electrode. And a second source diffusion layer of the second conductivity type provided.
【請求項7】半導体基板と、 この半導体基板上に形成された絶縁層と、 この絶縁層上に形成され、第1共通電源が与えられる第
2導電型の第1の領域と、 この第2導電型の第1の領域から離間して形成され、ビ
ット線として電位が与えられる第2導電型の第2の領域
と、 前記第2導電型の第1の領域と前記第2導電型の第2の
領域の間の前記絶縁層上に形成された第1導電型の第1
の領域と、 この第1導電型の第1の領域上に形成されたゲート絶縁
膜と、 このゲート絶縁膜上に形成され、ワード線として電位を
与えられるゲート電極と、 前記第1導電型の第1の領域に接し、第2共通電源が与
えられる第2導電型の第3の領域と、 前記第2導電型の第3の領域に接する第1導電型の第2
の領域とを有することを特徴とする半導体記憶装置。
7. A semiconductor substrate, an insulating layer formed on the semiconductor substrate, a second region of the second conductivity type formed on the insulating layer and supplied with a first common power source, and a second region of the second region. A second region of the second conductivity type, which is formed apart from the first region of the conductivity type and is supplied with a potential as a bit line; a first region of the second conductivity type; and a second region of the second conductivity type. A first conductivity type first layer formed on the insulating layer between the two regions.
Region, a gate insulating film formed on the first region of the first conductivity type, a gate electrode formed on the gate insulating film and given a potential as a word line, and a gate electrode of the first conductivity type. A third region of the second conductivity type that is in contact with the first region and is supplied with the second common power source, and a second region of the first conductivity type that is in contact with the third region of the second conductivity type.
And a semiconductor memory device.
【請求項8】前記第2導電型の第2の領域と、前記第1
導電型の第1の領域と、前記第2導電型の第3の領域、
前記第1導電型の第2の領域とがサイリスタとして働
き、前記第1導電型の第1の領域のポテンシャル変動が
トリガーとして働くことを特徴とする請求項7記載の半
導体記憶装置。
8. A second region of the second conductivity type and the first region.
A first region of conductivity type and a third region of the second conductivity type,
8. The semiconductor memory device according to claim 7, wherein the second region of the first conductivity type functions as a thyristor, and the potential fluctuation of the first region of the first conductivity type functions as a trigger.
【請求項9】前記第2導電型の第1の領域と、前記第2
導電型の第2の領域と、前記ゲート絶縁膜と、前記ゲー
ト電極とがMOSトランジスタを形成し、このMOSト
ランジスタのチャネルホットキャリアの発生によって前
記第1導電型の第1の領域のポテンシャル変動が起こる
ことを特徴とする請求項7記載の半導体記憶装置。
9. The first region of the second conductivity type and the second region
The second region of conductivity type, the gate insulating film, and the gate electrode form a MOS transistor, and the potential variation of the first region of the first conductivity type is caused by the generation of channel hot carriers in the MOS transistor. The semiconductor memory device according to claim 7, wherein the semiconductor memory device occurs.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007266569A (en) * 2006-02-28 2007-10-11 Toshiba Corp Semiconductor memory device and manufacturing method thereof
US7696558B2 (en) 2004-02-02 2010-04-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor memory device for storing data as state of majority carriers accumulated in channel body and method of manufacturing the same

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