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JPS62107496A - Semiconductor memory cell - Google Patents

Semiconductor memory cell

Info

Publication number
JPS62107496A
JPS62107496A JP60246598A JP24659885A JPS62107496A JP S62107496 A JPS62107496 A JP S62107496A JP 60246598 A JP60246598 A JP 60246598A JP 24659885 A JP24659885 A JP 24659885A JP S62107496 A JPS62107496 A JP S62107496A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
channel
memory cell
read
exclusive
cell
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
JP60246598A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masabumi Kubota
正文 久保田
Seiji Yamaguchi
山口 聖司
Shiroji Shoren
城二 勝連
Masanori Fukumoto
正紀 福本
Kazuhiro Yamashita
一博 山下
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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 Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP60246598A priority Critical patent/JPS62107496A/en
Publication of JPS62107496A publication Critical patent/JPS62107496A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To decrease the area of a cell simultaneously read and write different in address and to obtain high density by constituting a memory cell of four pieces of MOSFET. CONSTITUTION:When a writing exclusive-use work line WW is turned on, an N channel MOSFETN1 is turned on. Next, a writing exclusive-use bit line WB is set to the signal level to be written, and an input capacity CM between an input electrode I of a CMOS inverter constituted by a P channel MOSFETP1 and an N channel MOSFETN2 and the channel is discharged or charged. At the time of reading exclusive-use wod line RW is turned on, the signal inverted and amplified to an inverter output O is read, and by turning on an N channel MOSFETN3, outputted to a reading exclusive exclusive-use bit line RB. By such constitution, the cell capacitor is made unnecessary and the high density can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高密度半導体メモリに適した半導体メモリセル
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to semiconductor memory cells suitable for high-density semiconductor memories.

従来の技術 半導体メモリはその高速性、高集積性、使用の容易性か
ら広範囲に用いられているが、さらに大容量化、高密度
化が求められている。ダイナミックランダムアクセスメ
モリ(dRAM)はスタティックランダムアクセスメモ
リ(sRAM)に比べて1セルあたりの素子数が少ない
ことから、同一プロセス基準では約4倍の記憶密度が得
られて2シ、大容量化の点で一歩先んじている。d R
AMのメモリセルとして今日段も良(用いられているの
は、1トランジスタ・1キヤパンタ構造のセルである。
BACKGROUND OF THE INVENTION Semiconductor memories are widely used because of their high speed, high integration, and ease of use, but there is a demand for larger capacities and higher densities. Dynamic random access memory (dRAM) has fewer elements per cell than static random access memory (sRAM), so with the same process standard, it can achieve approximately 4 times the storage density. We are one step ahead in this respect. dR
As an AM memory cell, it is still very popular today (the cell used is a one-transistor, one-capacitor structure).

従来の1トランジスタ・1キヤバンタ構造のメモリセル
について、第3図のメモリセルの等何回路を用いて説明
する。従来のメモリセルは第3図に示す様に1つのトラ
ンジスタTと1つのキャパンタC及びトランジスタT接
続されたビット線BL及びワード線WLから成る。信号
をセルに書き込む際は、まずビット線BLが書き込みた
い信号レベルに充電あるいは放電ざnるとともに、ワー
ド線WLがデコーダ回路(図示せず)によって選択され
、トランジスタでかオンする。Tがオンするとセルキャ
パシタCが信号レベルまで充電または放電される。書き
込みサイクルが終了するとTがオフとなり、セルキャパ
シタCに信号が蓄積される。
A conventional one-transistor/one-cavanter structure memory cell will be explained using circuits similar to the memory cell shown in FIG. As shown in FIG. 3, a conventional memory cell consists of one transistor T, one capantor C, and a bit line BL and word line WL connected to the transistor T. When writing a signal into a cell, first the bit line BL is charged or discharged to the signal level desired to be written, and the word line WL is selected by a decoder circuit (not shown) and a transistor is turned on. When T is turned on, cell capacitor C is charged or discharged to the signal level. When the write cycle is completed, T is turned off and a signal is stored in cell capacitor C.

読み出しサイクルでは、まずワード線WLが選択されて
トランジスタTがオンし、セルキャパシタCに蓄積され
た信号がビット線BLを充電または放電する。続いてゼ
ンスアンプ(図示せず)がビット線の電位変化を増幅し
信号が出力される。
In a read cycle, the word line WL is first selected, the transistor T is turned on, and the signal stored in the cell capacitor C charges or discharges the bit line BL. Subsequently, a sense amplifier (not shown) amplifies the potential change of the bit line and outputs a signal.

発明が解決しようとする問題点 通常セルキャパシタはシリコン基板を熱酸化して形成し
た50Aから数10OAのンリコン酸化膜とその直上に
形成された多結晶シリコン電極及びシリコン基板とから
形成される。高密度化が進むとともにセル面積の大半を
占めるキャパシタ面積を小さくする必要があるが、他方
、放射線によりピットの書き変え(ソフトエラー)が生
じないこと及び読み出し時にビット線容量を充電するの
に充分な電荷を保持しているためには、セルキャパシタ
には少なくとも30からtsofFの静電容量が必要で
ある。このため、セルキャパシタ面積を低減するために
酸化膜の薄膜化、または酸化膜を高誘電率材料の薄膜に
おき替える方法が検討されている。
Problems to be Solved by the Invention Normally, a cell capacitor is formed from a 50A to several tens of OA silicon oxide film formed by thermally oxidizing a silicon substrate, a polycrystalline silicon electrode formed directly above the silicon oxide film, and a silicon substrate. As density increases, it is necessary to reduce the area of the capacitor, which occupies most of the cell area, but on the other hand, it is necessary to ensure that pit rewriting (soft errors) does not occur due to radiation and that there is sufficient capacity to charge the bit line capacitance during readout. In order to hold a certain amount of charge, the cell capacitor must have a capacitance of at least 30 to tsofF. Therefore, in order to reduce the area of the cell capacitor, methods of thinning the oxide film or replacing the oxide film with a thin film of a high dielectric constant material are being considered.

しかしながら、酸化膜の薄膜化にはそれ自身の耐圧から
決まる限界があり、実用上はtsoX以下にすることは
困難と考えらnでいる。また、酸化膜に代わる高誘電率
材料についても、プロセス安定性まで含めて考慮すると
適当な材料が見出されていないのが現状である。本発明
の第1の目的はこの様な従来のメモリセル構造ではセル
キャパシタの占有面積を充分低減できないという問題点
に鑑みてなされたものである。
However, there is a limit to how thin an oxide film can be made, which is determined by its own withstand voltage, and it is considered difficult to reduce the thickness to below tsoX in practice. Furthermore, as for the high dielectric constant material to replace the oxide film, no suitable material has yet been found considering process stability as well. The first object of the present invention has been made in view of the problem that the area occupied by a cell capacitor cannot be sufficiently reduced in such a conventional memory cell structure.

また、従来のメモリセル構造ではアドレスが異っていて
も同時に読み出しと書き込みを行うことはできない。高
速動作が必要とされる応用分野では、このことは利用上
の大きな制約となっている。
Further, in the conventional memory cell structure, reading and writing cannot be performed at the same time even if the addresses are different. In application fields where high-speed operation is required, this is a major constraint on use.

本発明の第2の目的は、従来のメモリセルのこの様な点
を改善し、異なるアドレスであれば、読み出しと書き込
みを同時に行うことができる半導体メモリセルを提供す
ることにある。
A second object of the present invention is to improve the above-mentioned problems of conventional memory cells and to provide a semiconductor memory cell that can perform reading and writing at the same time if they are at different addresses.

問題点を解決するための手段 本発明は従来の1トランジスタ・1キヤパシタからなる
メモリセルではなく、3つのNチャネルトランジスタと
1つのPチャネルトランジスタと、書き込み専用ワード
線及び書き込み専用バス、読み出し専用ワード線及び読
み出し専用バスとを備えたセルとすることにより、先に
述べた問題点を解決しようとするものである。すなわち
、セルキャパシタの代わりにCMOSインバータの入力
電極・チャネル(シリコン基板)間の容fte用い、こ
のインバータ出力を読み出し専用バスに出力する構成と
なっている。
Means for Solving the Problems The present invention does not use a conventional memory cell consisting of one transistor and one capacitor, but instead has three N-channel transistors, one P-channel transistor, a write-only word line, a write-only bus, and a read-only word line. By providing a cell with a line and a read-only bus, the above-mentioned problems are attempted to be solved. That is, a capacitor between an input electrode and a channel (silicon substrate) of a CMOS inverter is used instead of a cell capacitor, and the inverter output is output to a read-only bus.

作用 容量が小さくても出力はCMOSインバータにより増幅
されて出てくることとなシ、確実な信号が出力される。
Even if the working capacitance is small, the output is amplified by the CMOS inverter and a reliable signal is output.

また、書き込みと読み出しのバスが別々であるため、あ
るメモリセルに書き込み中に異なるアドレスのメモリセ
ルの信号を読み出すことができる。さらに本発明のメモ
リセルではCMOSインバータのPチャンネルトランジ
スタのソースを読み出し専用ワード線にNチャンネルト
ランジスタのソースを書き込み専用ワード線に各々接続
しているため、メモリセルごとに接地線、電源線を配線
する必要がなく、高密度メモリに適した構成としている
Furthermore, since the write and read buses are separate, it is possible to read a signal from a memory cell at a different address while writing to a certain memory cell. Furthermore, in the memory cell of the present invention, the source of the P-channel transistor of the CMOS inverter is connected to the read-only word line, and the source of the N-channel transistor is connected to the write-only word line, so the ground line and power line are wired for each memory cell. The configuration is suitable for high-density memory.

実施例 以下に本発明の一実施例について第1図、第2図ととも
に説明する。
EXAMPLE An example of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

第1図は、ワード線RW 、WWをポリサイド配線とし
、バスWB、RBをムl配線とするメモリセルからなる
dRAMを示している。さらに詳しく構成を説明すると
、第1のNチャンネルMOSFETN1のゲートを書き
込み専用ワード線Ww−ソース全書き込み専用ビット線
WBに接続し、前記第1のNチャンネルM OS F 
]!: T N、のドレインと第2のNチャンネルM 
OS F E T N2のゲートと第1のPチャンネル
M OS F E T P、のゲートを共通接続し、前
記第2のNチャンネルM OS F E T N、のソ
ースを前記書き込み専用ワード線WWに接続し、前記第
1のPチャンネルM OS F X T Plのソース
を読み出し専用ワード線RWに接続し、前記第2のNチ
ャンネルMO3FXTN2のドレインと前記第1のPチ
ャンネルM OS F E T Plのドレインと第3
のNチャンネルMO8FXTN1のソースを共通接続し
、前記第3のNチャンネルMOSFETN3のゲートヲ
前記読み出し専用ワード線RWに接続し、ドレインを読
み出し専用ビット線RBに接続している。工は入力電極
、CMはCMOSインバータの入力電極・チャネル(シ
リコン基板)間の容量である。
FIG. 1 shows a dRAM consisting of memory cells in which word lines RW and WW are polycide wires and buses WB and RB are mullion wires. To explain the configuration in more detail, the gate of the first N-channel MOSFET N1 is connected to the write-only word line Ww and the source and all the write-only bit lines WB, and the first N-channel MOSFET
]! : the drain of T N, and the second N channel M
The gate of OS FET N2 and the gate of the first P-channel M OS F E T P are commonly connected, and the source of the second N-channel M OS F E T N is connected to the write-only word line WW. and connects the source of the first P-channel MOS FET Pl to a read-only word line RW, and connects the drain of the second N-channel MO3FXTN2 and the source of the first P-channel MOS FET Pl to the read-only word line RW. drain and third
The sources of the N-channel MOSFET N3 are connected in common, the gate of the third N-channel MOSFET N3 is connected to the read-only word line RW, and the drain is connected to the read-only bit line RB. CM is the input electrode, and CM is the capacitance between the input electrode and the channel (silicon substrate) of the CMOS inverter.

第2図は、このメモリの動作のタイミングチャートであ
る。まず、時刻t1で書き込み専用ワード線がONし、
メモリセルが書き込みサイクルに入る。つついて時刻t
2では書き込み専用ビット線WBが書き込みたい信号レ
ベル(図中では゛o′νレベル)にセットされ、インバ
ータ入力容量CMが放電または充電(図中は放電)する
。時刻t3でWWがオフとなり書き込みサイクルが終了
する。次に時刻t4で読み出し専用ワード線RWがオン
となり、インバータ出力0に反転した信号が読み出され
る。
FIG. 2 is a timing chart of the operation of this memory. First, at time t1, the write-only word line is turned on,
The memory cell enters a write cycle. Peck time t
In step 2, the write-only bit line WB is set to a signal level desired for writing (the o'v level in the figure), and the inverter input capacitor CM is discharged or charged (discharged in the figure). At time t3, WW is turned off and the write cycle ends. Next, at time t4, the read-only word line RW is turned on, and the inverted signal is read out to the inverter output 0.

時刻t5ではRWがオフとなり、読み出しサイクルは終
了する。
At time t5, RW is turned off and the read cycle ends.

発明の効果 本発明のメモリセルは、従来の1トランジスタ・1キヤ
パシタセルに比べて、素子数が2倍となっているが、キ
ャパンタセルに比べてトランジスタのサイズは数分の1
以下にできるため、微細化技術が進むにつれて本発明の
メモリセルの従来型メモリセルに対する優位性が高くな
る。さらにワード線、バス線をそれぞれ書き込み用と読
み出し用に分けたため、アドレスの異なるセルの一方に
信号を書き込みつつ、他方のセルから信号を読み出すこ
とが可能である。さらに、本発明のメモリセルは電源線
、接地線を配線する必要がないため、ワード線、バスの
配置の自由度が増し、高密度化に適した構造であると言
える。
Effects of the Invention The memory cell of the present invention has twice the number of elements compared to a conventional one-transistor/one-capacitor cell, but the size of the transistor is a fraction of that of a capanta cell.
As miniaturization technology progresses, the memory cell of the present invention becomes more superior to conventional memory cells. Furthermore, since the word lines and bus lines are divided into write and read lines, it is possible to write a signal into one cell with a different address while reading the signal from the other cell. Furthermore, since the memory cell of the present invention does not require wiring of power supply lines and ground lines, the degree of freedom in arranging word lines and buses is increased, and it can be said that the structure is suitable for high density.

なお、本発明のメモリセルの実施例としては、シリコン
基板上に形成した場合について述べたが、その一部また
は全部をシリコン・オン・インシュレータ(SOI)構
造上に形成しても良いことは明らかであろう。とりわけ
、Nチャンネルトランジスタ(またはPチャンネルトラ
ンジスタ)をシリコン基板上に形成し、Pチャンネルト
ランジスタ(またはNチャンネルトランジスタ)をその
上層に形成したSOI中に形成することによりメモリセ
ルの面積を低減することができる。
Although the memory cell of the present invention is formed on a silicon substrate in the embodiment, it is clear that part or all of it may be formed on a silicon-on-insulator (SOI) structure. Will. In particular, it is possible to reduce the area of a memory cell by forming an N-channel transistor (or P-channel transistor) on a silicon substrate and forming a P-channel transistor (or N-channel transistor) in an SOI layer above it. can.

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

第1図は本発明の一実施例におけるメモリセルを説明す
るための等価回路図、第2図は本発明のメモリセルの動
作を説明するためのタイミングチャート図、第3図は従
来のメモリセルを説明するための等価回路図である。 N、、Nつ、 N1.、・・N4−鳥太ルMnR++丹
ソ、・)フカP1・・・・・・PチャネルMOS トラ
ンジスタ、CM・・・・・・CMOSインバータの入力
容量、RW・・・・・・読み出し専用ワード線、WW・
・・・・・書き込み専用ワード線、WB・・・・・・書
き込み専用バス、RB・・・・・・読み出し専用バス。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第2図 tttz    ts  t4ts  fT74第3図 L
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram for explaining the memory cell in one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a timing chart diagram for explaining the operation of the memory cell of the present invention, and FIG. 3 is a conventional memory cell. FIG. 2 is an equivalent circuit diagram for explaining. N,, N, N1. ,...N4-Toritaru MnR++Tanso,...) Hook P1...P-channel MOS transistor, CM...Input capacitance of CMOS inverter, RW...Read-only word Line, WW・
...Write-only word line, WB...Write-only bus, RB...Read-only bus. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person No. 1
Figure 2 tttz ts t4ts fT74 Figure 3 L

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 第1のNチャンネルMOSFETのゲートを書き込み専
用ワード線、ソースを書き込み専用ビット線に接続し、
前記第1のNチャンネルMOSFETのドレインと第2
のNチャンネルMOSFETのゲートと第1のPチャン
ネルMOSFETのゲートを共通接続し、前記第2のN
チャンネルMOSFETのソースを前記書き込み専用ワ
ード線に接続し、前記第1のPチャンネルMOSFET
のソースを読み出し専用ワード線に接続し、前記第2の
NチャンネルMOSFETのドレインと前記第1のPチ
ャンネルMOSFETのドレインと第3のNチャンネル
MOSFETのソースを共通接続し、前記第3のNチャ
ンネルMOSFETのゲートを前記読み出し専用ワード
線に接続し、ドレインを読み出し専用ビット線に接続し
てなる半導体メモリセル。
The gate of the first N-channel MOSFET is connected to a write-only word line, the source is connected to a write-only bit line,
The drain of the first N-channel MOSFET and the second
The gate of the N-channel MOSFET and the gate of the first P-channel MOSFET are commonly connected, and the gate of the second N-channel MOSFET is connected in common.
a source of a channel MOSFET connected to the write-only word line, and a source of the first P-channel MOSFET connected to the write-only word line;
a source of the second N-channel MOSFET is connected to a read-only word line, a drain of the second N-channel MOSFET, a drain of the first P-channel MOSFET, and a source of a third N-channel MOSFET are commonly connected; A semiconductor memory cell comprising a MOSFET whose gate is connected to the read-only word line and whose drain is connected to the read-only bit line.
JP60246598A 1985-11-01 1985-11-01 Semiconductor memory cell Pending JPS62107496A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006338730A (en) * 2005-05-31 2006-12-14 Sony Corp Semiconductor memory device
WO2008090589A1 (en) * 2006-12-30 2008-07-31 Uragami Fukashi Device capable of moving while adhering to surface of object present in liquid
JP2012109002A (en) * 2010-10-25 2012-06-07 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor memory device and method for driving the same

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