DE10309390A1 - Halbleiterspeichervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Ein Speicherzustand einer Speicherzelle (35) wird, basierend auf einer in einem Kondensator (32) gespeicherten Kapazität bestimmt, und die Speicherzelle enthält einen Transfergatetransistor (23), einen Kondensator (32) und einen ersten und zweiten Inverter (26) und (29), die miteinander kreuzgekoppelt sind. Der Kondensator (32) hat eine Elektrode, die mit einem Ausgangsknoten (37) des zweiten Inverters (29) elektrisch vrbunden ist, und die andere Elektrode ist mit einem Ausgangsknoten (34) des ersten Inverters (26) elektrisch verbunden. Dadurch kann eine Halbleiterspeichervorrichtung erhalten werden, die kein Auffrischen ("Refresh"-Operation) benötigt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Halbleiterspeichervorrichtung, und insbesondere eine Halbleiterspeichervorrichtung, bei der der Speicherzustand basierend auf einer Kapazität bestimmt wird, die in einem Kondensatorelement gespeichert ist, das eine Speicherzelle bildet.
  • Ein DRAM (Dynamic Random Access Memory), das als Beispiel einer Halbleiterspeichervorrichtung repräsentativ genannt sei, ist in verschiedenen elektronischen Einrichtungen als am geeignetsten zur Erreichung eines hohen Integrationsgrades und einer größeren Kapazität von Halbleitervorrichtungen verwendet worden, da die Struktur der Speicherzelle selbst einfach ist. Die Speicherzelle hat nämlich eine Ein-Elemententypstruktur (ein Transistor und ein Kondensator).
  • 30 zeigt schematisch einen Aufbau von Speicherzellen, die in einer Matrix mit Reihen und Spalten in einem Speicherzellenarray eines DRAMs angeordnet sind.
  • Wie in 30 gezeigt, enthält eine Speicherzelle 1000 einen n-Kanal MOS-Transistor (Metal Oxide Semiconductor)-Transistor 1002, und einen Kondensator 1004. Einer der Source/Drain-Anschlüsse des n-Kanal MOS-Transistors 1002 ist mit einer Bitleitung 1008 elektrisch verbunden, während der andere der Source/Drain-Anschlüsse elektrisch mit einer Elektrode des Kondensators 1004 verbunden ist. Das Gate des n-Kanal MOS-Transistors 1002 ist elektrisch mit einer Wortleitung 1006 verbunden. Die andere Elektrode des Kondensators 1004 ist mit einem Zellenplattenpotential 1010 elektrisch verbunden.
  • Der n-Kanal MOS-Transistor 1002 wird durch die Wortleitung 1006 angesteuert, die nur während des Datenschreibens und des Datenlesens aktiviert ist. Der Transistor wird nur während des Datenschreibens und des Datenlesens eingeschaltet, und bleibt im übrigen ausgeschaltet.
  • Der Kondensator 1004 speichert binäre Information "1" oder "0" in Abhängigkeit davon, ob Ladungen gespeichert sind oder nicht. Eine Spannung entsprechend der Binärinformation "1" oder "0" wird von der Bitleitung 1008 durch den n-Kanal MOS-Transistor 1002 an den Kondensator 1004 angelegt, wodurch der Kondensator 1004 geladen/entladen und ein Datenschreiben erreicht wird.
  • Wenn speziell Daten "1" geschrieben werden, wird die Bitleitung 1008 auf eine Leistungsversorgungsspannung Vcc vorgeladen, und die Wortleitung 1006 wird aktiviert, so daß der n-Kanal MOS-Transistor 1002 eingeschaltet, die Leistungsversorgungsspannung Vcc von der Bitleitung 1008 durch den n-Kanal MOS-Transistor 1002 an den Kondensator 1004 angelegt, und Ladungen in dem Kondensator 1004 gespeichert werden. Der Zustand, bei dem die Ladungen in dem Kondensator 1004 gespeichert werden, entspricht den Daten "1".
  • Wenn Daten "0" geschrieben werden, wird die Bitleitung 1008 auf die Massespannung GND vorgeladen, die Wortleitung 1006 aktiviert, so daß der n-Kanal MOS-Transistor 1002 eingeschaltet und Ladungen von dem Kondensator 1004 durch den n-Kanal MOS- Transistor 1002 an die Bitleitung 1008 entladen werden. Der Zustand, bei dem keine Ladungen in dem Kondensator 1004 gespeichert sind, entspricht den gespeicherten Daten "0".
  • Wenn Daten gelesen werden, wird die Bitleitung 1008 im voraus auf eine Spannung Vcc/2 vorgeladen und die Wortleitung 1006 wird aktiviert, so daß der n-Kanal MOS-Transistor 1002 eingeschaltet wird, und die Bitleitung 1008 und der Kondensator 1004 werden leitend. Folglich tritt eine geringe Spannungsänderung gemäß dem Speicherzustand des Kondensators 1004 auf der Bitleitung 1008 auf, und ein Leseverstärker (nicht gezeigt) verstärkt die geringe Spannungsänderung auf die Spannung Vcc oder auf die Massespannung GND. Der Spannungspegel der Bitleitung 1008 entspricht dem Zustand der gelesenen Daten.
  • Der oben beschriebene Datenlesebetrieb entspricht einem "zerstörenden" Lesen. Folglich wird die Wortleitung 1006 erneut aktiviert, während die Bitleitung 1008 auf die Spannung Vcc oder die Massespannung GND gemäß den Lesedaten verstärkt wird, und der Kondensator 1004 wird durch einen dem oben beschriebenen Datenschreibbetrieb ähnlichen Betrieb wieder geladen. Die einmal beim Datenlesen zerstörten Daten werden in den Originalzustand wieder hergestellt.
  • In einer Speicherzelle des DRAM entweichen jedoch Ladungen des Kondensators 1004, die den gespeicherten Daten entsprechen, und gehen allmählich verloren. Die gespeicherten Daten gehen also mit der Zeit verloren. Folglich wird in einem DRAM eine Auffrischoperation ("refresh"-Betrieb) durchgeführt, bevor es unmöglich wird, die Spannungsänderung der Bitleitung 1008, die den gespeicherten Daten beim Datenlesen entspricht, zu detektieren, bei der die Daten einmal gelesen und erneut geschrieben werden.
  • In dem DRAM ist es notwendig, regelmäßig und periodisch für jede Speicherzelle eine Auffrischoperation durchzuführen. Diesbezüglich hat das DRAM in Bezug auf eine höhere Betriebsgeschwindigkeit und einen geringen Leistungsverbrauch Nachteile. Gegenüber einem SRAM (Static Random Access Memory), das keine Auffrischoperation benötigt, hat das DRAM bezüglich einer größeren Betriebsgeschwindigkeit und eines geringeren Leistungsverbrauchs folglich Nachteile.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Halbleiterspeichervorrichtung, die keine Auffrischoperation benötigt.
  • Gemäß der Erfindung enthält die Halbleiterspeichervorrichtung eine Mehrzahl von Speicherzellen, die in einer Matrix aus Reihen und Spalten angeordnet sind, und jede der Mehrzahl der Speicherzellen hat einen Speicherzustand, der basierend auf der in einem Kondensatorelement gespeicherten Kapazität (Ladung) bestimmt wird. Jede der Mehrzahl der Speicherzellen enthält einen Transfergatetransistor, ein Kondensatorelement, einen ersten Inverter und einen zweiten Inverter. Der Transfergatetransistor hat ein Source/Drain-Anschlusspaar. Das Kondensatorelement hat eine erste und eine zweite Elektrode, die sich gegenüberliegen, und die die Speicherung einer Kapazität erlauben, wobei die erste Elektrode mit einem Anschluß des Source/Drain-Anschlusspaars verbunden ist. Der erste Inverter hat einen Eingangsknoten, der elektrisch mit einem Anschluss des Source/Drain-Anschlusspaars verbunden ist. Der zweite Inverter hat einen Eingangsknoten, der elektrisch mit einem Ausgangsknoten des ersten Inverters verbunden ist, und ein Ausgangsknoten ist mit einem Eingangsknoten des ersten Inverters elektrisch verbunden. Das Kondensatorelement hat eine erste Elektrode, die mit dem Ausgangsknoten des zweiten Inverters elektrisch verbunden ist, und die zweite Elektrode ist mit dem Ausgangsknoten des ersten Inverters elektrisch verbunden. Der Speicherzustand wird basierend auf der Kapazität bestimmt, die in dem Kondensatorelement gespeichert ist.
  • Gemäß der erfindungsgemäßen Halbleiterspeichervorrichtung sind in jeder der Mehrzahl der Speicherzellen, die in einer Matrix mit Reihen und Spalten angeordnet sind, der erste und der zweite Inverter kreuzgekoppelt. Ferner ist die erste Elektrode des Kondensatorelements, das die Kapazität speichert, mit den Ausgangsknoten des zweiten Inverters elektrisch verbunden, und die zweite Elektrode ist mit dem Ausgangsknoten des ersten Inverters elektrisch verbunden. Folglich wird ein Ladungsverlust des Kondensatorelements durch die kreuzgekoppelte Schaltung kompensiert. Im Ergebnis kann verhindert werden, daß der Speicherzustand aufgrund des Ladungsverlustes verlorengeht, ohne daß es notwendig ist, irgendeine Auffrischoperation ("refresh"-Betrieb) durchzuführen.
  • Die oben genannten und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erklärt. Es zeigen:
  • 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Gesamtaufbaus der Halbleiterspeichervorrichtung gemäß dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 ein Schaltungsdiagramm eines Aufbaus von Speicherzellen, die in einem Speicherzellenarray der Halbleiterspeichervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung angeordnet sind;
  • 3 eine schematische Draufsicht auf einen Bereich der Struktur des DRAM-Speicherzellenarrays gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 4 eine Draufsicht auf ein Entwicklerlayout von Einheitszellenbereichen A bis C gemäß 3;
  • 5 bis 9 Draufsichten auf erste bis fünfte Schichten vom Bodenbereich an des in 4 gezeigten Entwicklerlayouts;
  • 10 einen schematischen Querschnitt, geschnitten entlang der Linie X-X gemäß 4;
  • 11 ein Schaltungsdiagramm eines Aufbaus von Speicherzellen, die in einem Speicherzellenarray in der Halbleiterspeichervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung angeordnet sind;
  • 12 eine schematische Draufsicht auf einen Bereich der Struktur eines DRAM-Speicherzellenarrays gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 13 eine Draufsicht auf ein Entwicklerlayout von Einheitszellenbereichen A bis C gemäß 12;
  • 14 bis 18 Draufsichten, die erste bis fünfte Schichten des in 13 gezeigten Entwicklerlayouts vom Boden an zeigen;
  • 19 eine schematische Querschnittsansicht, geschnitten entlang der Linie XIX-XIX gemäß 18;
  • 20 ein Schaltungsdiagramm eines Aufbaus von Speicherzellen, die in einem Speicherzellenarray der Halbleiterspeichervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung angeordnet sind;
  • 21 eine schematische Draufsicht auf einen Bereich der Struktur des DRAM-Speicherzellenarrays gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 22 eine Draufsicht auf ein Entwicklerlayout von Einheitszellenbereichen A und C gemäß 21;
  • 23 bis 28 Draufsichten, die die erste bis sechste Schicht des in 21 gezeigten Entwicklerlayouts vom Boden an zeigen;
  • 29 eine schematische Querschnittsansicht, geschnitten entlang der Linie XXIX-XXIX gemäß 22; und
  • 30 ein Schaltungsdiagramm eines Aufbaus von Speicherzellen, die in einer Matrix mit Reihen und Spalten in einem Speicherzellenarray eines DRAMs angeordnet sind.
  • Unter Bezugnahme auf die Figuren werden im folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Wie in 1 gezeigt, enthält eine Halbleiterspeichervorrichtung 1 einen Steuersignalanschluß 2, einen Taktanschluß 3, einen Adressenanschluß 4, einen Dateneingabe/Datenausgabe-Anschluß 5, ein Steuersignalpuffer 6, ein Taktpuffer 7, ein Adressenpuffer 8, ein Eingangs/Ausgangs-Puffer 9, eine Steuerschaltung 10, eine Reihenadressendekoder 11, einen Spaltenadressendekoder 12, eine Leseverstärker/Eingabe-Ausgabe(IO)-Steuerschaltung 13 und ein Speicherzellenarray 14.
  • In 1 sind nur die Hauptbereiche der Halbleiterspeichervorrichtung 1 repräsentativ dargestellt, die die Dateneingabe und die Datenausgabe betreffen, und die übrigen Bereiche sind weggelassen.
  • Der Steuersignalanschluß 2 empfängt Befehlssteuersignale umfassend ein Chipauswahlsignal /CS, ein Reihenadressenstrobesignal /RAS, ein Spaltenadressenstrobesignal /CAS und ein Schreibfreigabesignal /WE. Der Taktanschluß 3 empfängt einen externen Takt CLK und ein Taktfreigabesignal CKE. Der Adressenanschluß 4 empfängt Adressensignale A1 bis An (n ist eine natürliche Zahl).
  • Das Taktpuffer 7 empfängt einen externen Takt CLK und erzeugt einen internen Takt, der an das Steuersignalpuffer 6, das Adressenpuffer 8, das Eingangs/Ausgangs-Puffer 9 und die Steuerschaltung 10 ausgegeben wird. Das Steuersignalpuffer 6 übernimmt das Chipauswahlsignal /CS, das Reihenadressenstrobesignal /RAS, das Spaltenadressenstrobesignal /CAS und das Schreibfreigabesignal /WE in Antwort auf den vom Taktpuffer 7 empfangenen internen Takt, hält diese Signale und gibt diese Signale an die Steuerschaltung 10 aus. Das Adressenpuffer 8 übernimmt die Adressensignale A1 bis An in Antwort auf den vom Taktpuffer 7 empfangenen internen Takt, hält diese Signale und erzeugt ein internes Adressensignal, das an den Reihenadressendekoder 11 und an den Spaltenadressendekoder 12 ausgegeben wird.
  • Der Dateneingabe/Datenausgabe-Anschluß 5 dient zum Austauschen von Daten, die von der Halbleiterspeichervorrichtung 1 von extern gelesen und in die Halbleiterspeichervorrichtung 1 von extern geschrieben werden, und er empfängt externe Eingangsdaten DQ1 bis DQi (ist eine natürliche Zahl) während des Datenschreibens, und gibt Daten DQl bis DQi beim Datenlesen nach außen aus.
  • Die Steuerschaltung 10 übernimmt Befehlssteuersignale von dem Steuersignalpuffer 6 in Antwort auf den vom Taktpuffer 7 empfangenen internen Takt, und steuert basierend auf den übernommenen Befehlssteuersignalen den Reihenadressendekoder 11, den Spaltenadressendekoder 12 und das Eingabe/Ausgabe-Puffer 9. Folglich werden die Daten DQ1 bis DQi in das Speicherzellenarray 14 geschrieben bzw. von diesem gelesen.
  • Das Eingabe/Ausgabe-Puffer 9 übernimmt die Daten DQ1 bis DQi in Antwort auf den vom Taktpuffer 7 gelieferten internen Takt und in Antwort auf eine Anweisung von der Steuerschaltung 10, hält diese, und gibt die internen Daten IDQ an die Leseverstärker /IO-Steuerschaltung 13 aus. Während des Datenlesens gibt das Eingabe/Ausgabe-Puffer 9 die internen IDQ, die von der Leseverstärker /IO-Steuerschaltung 13 geliefert werden, an den Dateneingabe/Datenausgabe-Anschluß 6, in Antwort auf den vom Taktpuffer 7 gelieferten internen Takt und in Antwort auf eine Anweisung von der Steuerschaltung 10.
  • Der Reihenadressendekoder 11 wählt eine Wortleitung in dem Speicherzellenarray 14 aus, die den Adressensignalen A1 bis An entspricht und aktiviert die ausgewählte Wortleitung durch einen Worttreiber (nicht gezeigt) gemäß einer Anweisung von der Steuerschaltung 10. Der Spaltenadressendekoder 12 wählt ein Bitleitungspaar in dem Speicherzellenarray 14 aus, das den Adressensignalen A1 bis An entspricht, basierend auf einer Anweisung von der Steuerschaltung 10.
  • Die Leseverstärker /IO-Steuerschaltung 13 lädt während des Datenschreibens das Bitleitungspaar, das durch den Spaltenadressendekoder 12 ausgewählt ist, auf die Leistungsversorgungsspannung Vcc oder die Massespannung GND, in Übereinstimmung mit dem Logikpegel der internen Daten IDQ, die von dem Eingabe/Ausgabe-Puffer 9 geliefert werden. Entsprechend werden interne Daten IDQ in diejenige Speicherzelle in dem Speicherzellenarray 14 geschrieben, die mit der Wortleitung elektrisch verbunden ist, die durch den Reihenadressendekoder 11 aktiviert ist, und mit demjenigen Bitleitungspaar, das durch den Spaltenadressendekoder 12 ausgewählt und durch die Leseverstärker /IO-Steuerschaltung 13 vorgeladen ist.
  • Die Leseverstärker /IO-Schaltung 13 lädt während des Datenlesens das Bitleitungspaar, das durch den Spaltenadressendekoder 12 ausgewählt ist, auf die Spannung Vcc/2, detektiert/verstärkt eine geringe Spannungsänderung, die entsprechend den gelesenen Daten des ausgewählten Bitleitungspaars erzeugt wird, um den Logikpegel der Lesedaten zu bestimmen, und gibt das Ergebnis an das Eingabe/Ausgabe-Puffer 9.
  • Das Speicherzellenarray 14 besteht aus einer Gruppe von Speicherelementen, die Speicherzellen aufweisen, wie später beschrieben wird, die in einer Matrix in Reihen und Spalten angeordnet sind, und ist mit dem Reihenadressendekoder 11 über Wortleitungen, die den jeweiligen Reihen entsprechen, elektrisch verbunden, und ist ferner elektrisch verbunden mit der Leseverstärker /IO-Steuerschaltung 13 durch die Bitleitungspaare, die den jeweiligen Spalten entsprechen.
  • Wie in 2 gezeigt, erstreckt sich in dem Speicherzellenarry die Mehrzahl der Wortleitungen 22 jeweils in Reihenrichtung (Seitenrichtung in der Figur), die Mehrzahl der Bitleitungen 21 erstreckt sich jeweils in Spaltenrichtung (Längsrichtung in der Figur), und jede der Mehrzahl der Wortleitungen 22 ist angeordnet, um jede der Mehrzahl der Bitleitungen 21 zu kreuzen (zu schneiden). An einem Schnittpunkt zwischen jeder der Mehrzahl von Wortleitungen 22 und jeder einer Mehrzahl von Bitleitungen 21 ist eine Speicherzelle 35 angeordnet, wodurch eine Mehrzahl von Speicherzellen 35 in einer Matrix in Reihen und Spalten angeordnet werden.
  • Jede der Mehrzahl der Speicherzellen 35 enthält einen n-Kanal MOS-Transistor (Transfergatetransistor) 23, einen Kondensator (kapazitives Element) 32, einen ersten Inverter 26 und einen zweiten Inverter 29. Die Speicherzelle 35 hat also speziell einen derartigen Aufbau, daß zusätzlich zu der Speicherzelle bestehend aus dem n-Kanal MOS-Transistor 23 und dem Kondensator 32 der erste und der zweite Inverter 26 und 29 angeordnet sind. Der erste Inverter 26 weist einen p-Kanal MOS-Transistor 24 und einen n-Kanal MOS-Transistor 25 auf, während der zweite Inverter 29 einen p-Kanal MOS-Transistor 27 und einen n-Kanal MOS-Transistor 28 aufweist.
  • Der n-Kanal MOS-Transistor 23 hat seinen Gateanschluß elektrisch mit der Wortleitung 22 verbunden, einer der Source/Drain-Anschlüsse ist elektrisch mit der Bitleitung 21 verbunden, und der andere der Source/Drain-Anschlüsse ist elektrisch mit dem Kondensator 32 verbunden. Der n-Kanal MOS-Transistor 23 wird durch die Wortleitung 22 angesteuert, die nur während des Datenschreibens und des Datenlesens aktiviert ist, und der Transistor wird nur während des Datenschreibens und des Datenlesens eingeschaltet, und bleibt sonst aus.
  • Der Kondensator 32 hat eine Elektrode und eine andere Elektrode, die sich gegenüberliegen, wobei ein Kondensatordielektrikum dazwischenliegend angeordnet ist. Die eine Elektrode ist elektrisch mit dem anderen der Source/Drain-Anschlüsse des n-Kanal MOS-Transistors 23 verbunden. Wenn eine Spannung, die der Binärinformation "1" oder "0" entspricht, von der Bitleitung 21 angelegt wird, wird der Kondensator 32 geladen/entladen, wodurch Daten geschrieben werden.
  • In dem ersten Inverter 26 sind der p-Kanal MOS-Transistor 24 und der n-Kanal MOS-Transistor 25 in Reihe zwischen einen Leistungsversorgungsknoten 30 und einen Masseknoten 31 geschaltet, wobei der Verbindungsbereich als ein Ausgabeknoten 34 des ersten Inverters 26 dient. Der p-Kanal MOS-Transistor 24 und der n-Kanal MOS-Transistor 25 haben ihre Gateanschlüsse elektrisch miteinander verbunden, wobei der Verbindungsbereich als ein Eingangsknoten 33 des ersten Inverters 26 dient.
  • In dem zweiten Inverter 29 sind der p-Kanal MOS-Transistor 27 und der n-Kanal MOS-Transistor 28 in Reihe zwischen einen Leistungsversorgungsknoten 30 und einen Masseknoten 31 geschaltet, wobei der Verbindungsbereich als ein Ausgabeknoten 37 des zweiten Inverters 29 dient. Der p-Kanal MOS-Transistor 27 und der n-Kanal MOS-Transistor 28 haben ihre Gateanschlüsse elektrisch miteinander verbunden, wobei der Verbindungsbereich als ein Eingangsknoten 36 des ersten Inverters 26 dient.
  • Der Eingangsknoten 33 des ersten Inverters 26 ist elektrisch mit dem Ausgangsknoten 37 des zweiten Inverters verbunden, und der Ausgangsknoten 34 des ersten Inverters 26 ist mit dem Eingangsknoten 36 des zweiten Inverters elektrisch verbunden. Dadurch sind diese zwei Inverter 26 und 29 miteinander kreuzgekoppelt.
  • Zu beachten ist, daß in der Speicherzelle 35 gemäß der Erfindung die eine Elektrode des Kondensators 32 elektrisch mit dem Ausgangsknoten 37 des zweiten Inverters 29 verbunden ist, und daß die andere Elektrode des Kondensators 32 elektrisch mit dem Ausgangsknoten 34 des ersten Inverters 26 verbunden ist.
  • Im folgenden werden der spezielle Aufbau des Speicherzellenarrays und eine Speicherzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
  • Wie in 3 gezeigt, sind in dem Speicherzellenarray eine Mehrzahl von Wortleitungen 303 und eine Mehrzahl von Bitleitungen 316 derart gebildet, daß jede Wortleitung jede Bitleitung senkrecht schneidet (kreuzt). In jedem Kreuzungsbereich zwischen einer Wortleitung 303 und einer Bitleitung 316 ist eine Speicherzelle angeordnet. Der schraffierte Bereich repräsentiert einen Einheitszellenbereich, in dem eine Speicherzelle gebildet ist. Das Planlayout des Einheitszellenbereichs A und das Planlayout des Einheitszellenbereichs C, die Seite an Seite entlang der Reihenrichtung (Querrichtung in der Figur) angeordnet sind, sind gleich. In 3 sind für eine einfachere Beschreibung nur die Bitleitungen und die Wortleitungen gezeigt.
  • In den 4 bis 9 repräsentiert ein Bereich 100, der durch gestrichelte Linien umschlossen ist, einen Speicherzellenbereich.
  • Wie in den 5 und 10 gezeigt, sind auf einem Siliziumsubstrat 320 eine p-Wannenregion 300 und eine n-Wannenregion 301 benachbart zueinander gebildet.
  • Auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 320 ist ein Feldoxidfilm 326 zur Elementenisolation gebildet. In einer aktiven Region 302 (302a bis 3021) auf der Oberfläche der p-Wannenregion 300, die durch den Feldoxidfilm 326 isoliert ist, sind n-Kanal MOS-Transistoren 23, 25 und 28 gebildet. Auf der Oberfläche der n-Wannenregion 301, die durch den Feldoxidfilm 326 isoliert ist, sind p-Kanal MOS-Transistoren 24 und 27 gebildet.
  • Der n-Kanal MOS-Transistor 23 hat ein Paar von Source/Drain-Anschlüssen 302a und 302b, die beide durch eine n-Typ Verunreinigungsdiffusionsregion jeweils gebildet sind, und einen Gateanschluß 305a, der auf einer Region gebildet ist, die sandwichartig zwischen dem Source/Drain-Anschlusspaar 302a, 302b eingeschlossen ist, wobei eine Gateisolationsschicht (nicht gezeigt) dazwischenliegend angeordnet ist.
  • Der n-Kanal MOS-Transistor 25 hat einen Sourceanschluß 302c (Source) und einen Drainanschluß 302b (Drain), die beide durch n-Typ Verunreinigungsdiffusionsregionen gebildet sind, und einen Gateanschluß 305b (Gate), der in der Region gebildet ist, die zwischen Source 302c und Drain 302b sandwichartig eingeschlossen ist, wobei ein Gateisolationsfilm (nicht gezeigt) dazwischenliegend angeordnet ist.
  • Der n-Kanal MOS-Transistor 28 hat einen Sourceanschluß 302d (Source) und einen Drainanschluß 302e (Drain), die beide durch n-Typ Verunreinigungsdiffusionsregionen gebildet sind, und einen Gateanschluß 305c (Gate), der auf der Region gebildet ist, die zwischen Source 302d und Drain 302e sandwichartig eingeschlossen ist, wobei ein Gateisolationsfilm (nicht gezeigt) dazwischenliegend angeordnet ist.
  • Der p-Kanal MOS-Transistor 24 hat einen Sourceanschluß 302f und einen Drainanschluß 302g, die beide durch p-Typ Verunreinigungsdiffusionsregionen gebildet sind, und einen Gateanschluß 306a, der auf der Region gebildet ist, die sandwichartig zwischen dem Sourceanschluß 302f und dem Drainanschluß 302g eingeschlossen ist, wobei eine Gateisolationsschicht (nicht gezeigt) dazwischenliegend angeordnet ist.
  • Der p-Kanal MOS-Transistor 27 hat einen Sourceanschluß 302h und einen Drainanschluß 302i, die beide durch p-Typ Verunreinigungsdiffusionsregionen gebildet sind, und einen Gateanschluß 306b, der auf der Region gebildet ist, die sandwichartig zwischen dem Sourceanschluß 302h und dem Drainanschluß 302e eingeschlossen ist, wobei eine Gateisolationsschicht (nicht gezeigt) dazwischenliegend angeordnet ist.
  • Der Gateanschluß 305a des n-Kanal MOS-Transistors 23 ist mit der Wortleitung 303 integriert und überquert den Einheitszellenbereich in Reihenrichtung (Querrichtung in 5). Einer der Source/Drain-Anschlüsse 302b des n-Kanal MOS-Transistors 23 und der Drainanschluß 302b des n-Kanal MOS-Transistors 25 sind durch eine gemeinsame Verunreinigungsdiffusionsregion gebildet. Das Gate 305b des n-Kanal MOS-Transistors 25 und das Gate 306a des p-Kanal M05- Transistors 24 sind als ein Invertergate 304a gebildet, das durch eine gemeinsam dotierte Polysiliziumschicht (polykristalline Siliziumschicht mit eingebrachter Verunreinigung) gebildet ist. Das Gate 305c des n-Kanal MOS-Transistors 28 und das Gate 306b des p-Kanal MOS-Transistors 27 sind als ein Invertergate 304b gebildet, das durch eine gemeinsam dotierte Polysiliziumschicht gebildet ist.
  • Eine Zwischenisolationsschicht 321 ist auf dem Siliziumsubstrat 320 gebildet, um diese n-Kanal MOS-Transistoren 23, 25, 28 und die p-Kanal MOS-Transistoren 24 und 27 zu bedecken.
  • Wie in 6 und in 10 gezeigt, sind auf der Zwischenschichtisolationsschicht 321 eine Anschlußstelle 310, eine GND-Leitung 311 und eine Vcc-Leitung 312 aus einer Metallschicht gebildet. Die GND-Leitung 312 und die Vcc-Leitung 312 queren den Einheitszellenbereich entlang der Reihenrichtung, parallel zueinander.
  • Die Anschlußstelle 310 ist elektrisch mit einem der Source/Drain-Anschlüsse 302a des n-Kanal MOS-Transistors 23 durch einen Kontakt 3071 verbunden. Die GND-Leitung 311 ist elektrisch mit dem Sourceanschluß 302c des n-Kanal MOS-Transistors 25 durch einen Kontakt 3027a verbunden und elektrisch mit dem Sourceanschluß 302d des n-Kanal MOS-Transistors 28 durch einen Kontakt 3072b. Die Vcc-Leitung 312 ist durch einen Kontakt 3073a mit dem Sourceanschluß 302f des p-Kanal MOS-Transistors 24 elektrisch verbunden, und durch einen Kontakt 3073b elektrisch mit dem Sourceanschluß 302h des p-Kanal MOS-Transistors 27.
  • Eine Zwischenschichtisolationsschicht 322 ist auf der Zwischenschichtisolationsschicht 321 gebildet, um die Anschlußstelle 310, die GND-Leitung 311 und die Vcc-Leitung 312 zu bedecken.
  • Wie in den 7 und 10 gezeigt, ist auf der Zwischenschichtisolationsschicht 322 eine Leitung 314 aus dotiertem Polysilizium gebildet. Die Leitung 314 hat die Form eines invertierten U (in einer Ebene), wie in 7 gezeigt, und bildet eine untere Elektrode des Kondensators 32.
  • Die Leitung 314 ist durch einen Kontakt 3091 elektrisch mit dem Invertergate 304a verbunden. Die Leitung 314 ist auch durch einen Kontakt 3080a elektrisch mit dem Drainanschluß 302e des n-Kanal MOS-Transistors 28 verbunden, sowie elektrisch durch einen Kontakt 3080b mit dem Drainanschluß 302e des p-Kanal MOS-Transistors 27.
  • Auf der Zwischenschichtisolationsschicht 322 ist eine Zwischenschichtisolationsschicht 323 gebildet, um die Leitung 314 abzudecken.
  • Wie in den 8 und 10 gezeigt, ist auf der Zwischenschichtisolationsschicht 323 eine Leitung 315 aus einer dotierten Polysiliziumschicht gebildet. Die Leitung 315 hat eine derartige rechteckige Ebenenform, daß sie den meisten Bereich des Einheitszellenbereichs besetzt. Die Leitung 315 bildet eine obere Elektrode des Kondensators 32.
  • Die Leitung 315 ist durch den Kontakt 3081a elektrisch mit dem anderen der Source/Drain-Anschlüsse 302b des n-Kanal MOS-Transistors 23 und dem Drainanschluß 302b des n-Kanal MOS-Transistors 25 verbunden, sowie elektrisch mit dem Drainanschluß 302g des p-Kanal MOS-Transistors 24 durch einen Kontakt 3081b. Die Leitung 315 ist ferner durch einen Kontakt 3090 elektrisch mit dem Invertergate 304b verbunden. Da die Leitungen 314 und 315 den Kondensator 32 bilden, wird die Dicke der Zwischenschichtisolationsschicht 323 an einem Bereich dünner als an anderen Bereichen, der zwischen den Leitungen 314 und 315 eingeschlossen ist.
  • Auf der Zwischenschichtisolationsschicht 323 ist eine Zwischenschichtisolationsschicht 324 gebildet, um die Leitung 315 abzudecken.
  • Wie in den 9 und 10 gezeigt, ist eine Bitleitung 316 aus einer Metallschicht auf der Zwischenschichtisolationsschicht 324 gebildet. Die Bitleitung 316 quert den Einheitszellenbereich in der Spaltenrichtung. Die Bitleitung 316 ist durch einen Kontakt 3092 elektrisch mit der Anschlußstelle 310 verbunden. Auf der Zwischenschichtisolationsschicht 324 ist eine Zwischenschichtisolationsschicht 325 gebildet, um die Bitleitung 315 abzudecken.
  • Im folgenden wird der Betrieb der Speicherzelle 35 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • (1) Schreiben von Daten "1"
  • Wenn Daten "1" in die Speicherzelle 35 zu schreiben sind, wird zuerst, wie in 2 gezeigt, der n-Kanal MOS-Transistor 23 eingeschaltet, so daß das Vcc-Potential der Bitleitung an den Eingangsknoten 33 des ersten Inverters 26 angelegt wird. In Antwort darauf schaltet sich in dem ersten Inverter 26 der n-Kanal MOS-Transistor 25 ein und der p-Kanal MOS-Transistor 24 aus. Folglich nimmt der Ausgangsknoten 34 des ersten Inverters 26 das Massepotential an. Das Massepotential des Ausgangsknotens 34 des ersten Inverters 26 wird an den Eingangsknoten 36 des zweiten Inverters 29 angelegt. In Antwort darauf schaltet sich in dem zweiten Inverter der n-Kanal MOS-Transistor 28 aus und der p-Kanal MOS-Transistor 27 ein. Folglich nimmt der Ausgangsknoten 37 des zweiten Inverters 29 das Vcc-Potential an.
  • Eine Elektrode des Kondensators 32 ist elektrisch mit dem Ausgangsknoten 37 des zweiten Inverters 29 verbunden, und die andere Elektrode ist elektrisch mit dem Ausgangsknoten 34 des ersten Inverters 26 verbunden. Folglich erreicht eine Elektrode des Kondensators 32 das Vcc-Potential, die andere Elektrode erreicht das Massepotential, und positive Ladungen werden an der einen Elektrode gespeichert. Dieser Zustand entspricht dem Zustand, bei dem Daten "1" gespeichert werden.
  • (2) Schreiben von Daten "0"
  • Wenn Daten "0" in die Speicherzelle 35 zu schreiben sind, wird zuerst der n-Kanal MOS-Transistor 23 eingeschaltet, wodurch das Massepotential der Bitleitung an den Eingangsknoten 33 des ersten Inverters 26 angelegt wird. In Antwort darauf schaltet sich in dem ersten Inverter 26 der n-Kanal MOS-Transistor 25 aus und der p-Kanal MOS-Transistor 24 schaltet sich ein. Folglich nimmt der Ausgangsknoten 34 des ersten Inverters 26 das Vcc-Potential an. Das Vcc-Potential des Ausgangsknotens 34 des ersten Inverters 26 wird an den Eingangsknoten 36 des zweiten Inverters 29 angelegt. In Antwort darauf schaltet sich in dem zweiten Inverter der n-Kanal MOS-Transistor 28 ein und der p-Kanal MOS-Transistor 27 aus. Der Ausgangsknoten 37 des zweiten Inverters 29 nimmt folglich das Massepotential an.
  • Eine Elektrode des Kondensators 32 ist elektrisch mit dem Ausgangsknoten 37 des zweiten Inverters 29 verbunden, und die andere Elektrode ist elektrisch mit dem Ausgangsknoten 34 des ersten Inverters 26 verbunden. Folglich erreicht eine Elektrode des Kondensators 32 das Massepotential, und die andere Elektrode nimmt das Vcc-Potential an, wodurch positive Ladungen auf der anderen Elektrode gespeichert werden. Dieser Zustand entspricht dem Zustand, bei dem Daten "0" gespeichert werden.
  • (3) Lesen von gespeicherten Daten
  • Das Lesen von Daten, die in der Speicherzelle 35 gespeichert sind, erfolgt ähnlich wie gemäß dem Betrieb in einem allgemein bekannten DRAM. Die Bitleitung 21 wird im voraus auf die Spannung Vcc/2 vorgeladen, und während des Datenlesens wird eine verstärkte Leistungsversorgungsspannung an die Wortleitung 22 angelegt, um die Wortleitung 22 zu aktivieren. Der n-Kanal MOS-Transistor 23 wird folglich eingeschaltet, wobei durch einen Leseverstärker (nicht gezeigt) eine geringe Spannungsänderung der Bitleitung 21 gemäß dem Potential des Knotens 33 (eine Elektrode des Kondensators 32) detektiert wird, und die Spannung der Bitleitung 21 wird auf die Spannung Vcc oder Massespannung GND verstärkt. Der Spannungspegel der Bitleitung 21 entspricht dem Zustand der gespeicherten Daten. Der Speicherzustand wird basierend auf der in dem Kondensator 32 gespeicherten Kapazität bestimmt .
  • Gemäß der Erfindung ist eine Elektrode des Kondensators 32 elektrisch mit dem Ausgangsknoten 37 des zweiten Inverters 29 verbunden, und die andere Elektrode ist elektrisch mit dem Ausgangsknoten 34 des ersten Inverters 26 verbunden. Selbst wenn Ladungen, die im Kondensator 32 gespeichert sind, aufgrund von Verlustströmen verlorengehen, können die Ladungen durch den ersten und zweiten Inverter 26, 29, die miteinander kreuzgekoppelt sind, kompensiert werden. Folglich wird in dem Kondensator 32 eine vorgeschriebene Ladungsmenge konstant gehalten, wodurch ein Auffrischbetrieb ("refresh"-Betrieb) unnötig wird.
  • Gemäß der Erfindung ist eine Elektrode des Kondensators 32 elektrisch mit dem Ausgangsknoten 37 des zweiten Inverters 29 verbunden, und die andere Elektrode ist elektrisch mit dem Ausgangsknoten 34 des ersten Inverters 26 verbunden. Folglich ist es nicht notwendig, die eine und die andere Elektrode des Kondensators 32 mit dem Zellenplattenpotential zu verbinden. Selbst wenn Ladungen, die durch einen Softfehler erzeugt werden, sich an einem der Ausgangsknoten 37 und 34 konzentrieren, folgt das Potential des anderen Knotens der Änderung aufgrund kapazitiver Kopplung, da der Kondensator 32 zwischen den Ausgangsknoten 37 und 34 angeordnet ist. Im Ergebnis kann die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsknoten 37 und 34 aufrechterhalten werden, und folglich kann eine Struktur realisiert werden, die gegenüber einer Zerstörung von gespeicherten Daten aufgrund von Softerror widerstandsfähig ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel können ferner die Inverter 26 und 29 durch eine einfache Struktur eines p-Typ Transistors und eines n-Typ Transistors gebildet werden. Da ferner ein Kondensator 32 über dem n-Kanal MOS-Transistor 23 gebildet ist, kann ein Kondensator 32 gebildet werden, der einen großen Oberflächenbereich aufweist.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Eine Speicherzelle 35a, wie in 11 gezeigt, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist anstelle der p-Kanal MOS-Transistoren 24 und 27 der Speicherzelle 35 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wie in 2 gezeigt, Widerstandselemente 24a und 27a auf. Das Widerstandselement 24a hat ein Ende mit einem Leistungsversorgungsknoten 30 und das andere Ende mit einem Knoten 34 verbunden. Das Widerstandselement 27a hat ein Ende mit dem Leistungsversorgungsknoten 30 und das andere Ende mit dem Knoten 37 verbunden. Mit Ausnahme der Widerstandselemente 24a und 27a ist der Aufbau der Speicherzelle 35a der gleiche wie der Aufbau der bereits beschriebenen Speicherzelle 35.
  • Im folgenden werden spezielle Strukturen des Speicherzellenarrays und der Speicherzelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
  • Wie in 12 gezeigt, sind in dem Speicherzellenarray eine Mehrzahl von Bitleitungen 409 und eine Mehrzahl von GND-Leitungen 408 gebildet, die jeweils jede der Mehrzahl der Wortleitungen 401 senkrecht kreuzen (schneiden). An jedem Kreuzungsbereich zwischen einer Wortleitung 401 und einer Bitleitung 409 ist eine Speicherzelle angeordnet. Der schraffierte Bereich repräsentiert einen Einheitszellenbereich A, in dem eine Speicherzelle gebildet ist. Die GND-Leitung 408 ist an einem Rand jeder Speicherzelle bereitgestellt, und benachbarte Speicherzellen teilen sich eine GND-Leitung 408. Das Planlayout des Einheitszellenbereichs A und das Planlayout des Einheitszellenbereichs B, die Seite an Seite entlang der Spaltenrichtung (Längsrichtung in der Figur) angeordnet sind, sind bezüglich der Grenzlinie zwischen den zwei Bereichen symmetrisch. Die Einheitszellenbereiche A und C, die Seite an Seite entlang der Reihenrichtung (Querrichtung in der Figur) angeordnet sind, haben das gleiche Planlayout. In 12 sind zur einfacheren Beschreibung lediglich die Bitleitungen, die Wortleitungen und die GND-Leitungen gezeigt.
  • In den 13 bis 18 stellt der Bereich 100, der durch gestrichelte Linien eingeschlossen ist, einen Speicherzellenbereich dar.
  • Wie in den 14 und 19 gezeigt, ist auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats 420 eine p-Wannenregion 426 gebildet.
  • Auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 420 ist ein Feldoxidfilm zur Elementenisolation gebildet. In einer aktiven Region 400 (400a bis 400e) auf der Oberfläche der p-Wannenregion 426, die durch den Feldoxidfilm isoliert ist, sind n-Kanal MOS-Transistoren 23, 25 und 28 gebildet.
  • Der n-Kanal MOS-Transistor 23 hat ein Source/Drain-Anschlusspaar 400a, 400b, die beide durch n-Typ Verunreinigungsdiffusionsregionen gebildet sind, und einen Gateanschluß 403a, der auf der Region gebildet ist, die sandwichartig zwischen den Source/Drain-Paar 400a, 400b mit einer Gateisolationsschicht 441 dazwischenliegend eingeschlossen ist.
  • Der n-Kanal MOS-Transistor 25 hat einen Sourceanschluß 400d (Source) und einen Drainanschluß 400e (Drain), die beide durch n-Typ Verunreinigungsdiffusionsregionen gebildet sind, und einen Gateanschluß 403b (Gate), der auf der Region gebildet ist, die sandwichartig zwischen dem Sourceanschluß 400d und dem Drainanschluß 400e eingeschlossen ist, wobei eine Gateisolationsschicht (nicht gezeigt) dazwischenliegend angeordnet ist.
  • Der n-Kanal MOS-Transistor 28 hat einen Sourceanschluß 400c (Source) und einen Drainanschluß 400b (Drain), die beide durch n-Typ Verunreinigungsdiffusionsregionen gebildet sind, und einen Gateanschluß 403c (Gate), der auf der Region gebildet ist, die sandwichartig zwischen dem Sourceanschluß 400c und dem Drainanschluß 400b eingeschlossen ist, wobei eine Gateisolationsschicht 442 dazwischenliegend angeordnet ist.
  • Der Gateanschluß 403a des n-Kanal MOS-Transistors 23 ist mit der Wortleitung 401 integriert ausgebildet, und quert den Einheitszellenbereich in Reihenrichtung (Seitenrichtung in der
  • 14). Einer der Source/Drain-Anschlüsse 400b des n-Kanal MOS-Transistors 23 und der Drainanschluß 400b des n-Kanal MOS-Transistors 28 sind durch eine gemeinsame Verunreinigungsdiffusionsregion gebildet.
  • Das Invertergate 402a, das mit dem Gateanschluß 403b des n-Kanal MOS-Transistors 25 integriert ausgebildet ist, ist mit einem der Source/Drain-Anschlüsse 400b des n-Kanal MOS-Transistors 23 elektrisch verbunden, sowie mit dem Drainanschluß 400b des n-Kanal MOS-Transistors 28, durch einen Kontakt 400a. Das Invertergate 402b, das mit dem Gateanschluß 403c des n-Kanal MOS-Transistors 28 integriert ausgebildet ist, ist mit dem Drainanschluß 400e des n-Kanal MOS-Transistors 25 durch einen Kontakt 404b elektrisch verbunden.
  • Auf dem Siliziumsubstrat 402 ist eine Zwischenschichtisolationsschicht 421 gebildet, um die n-Kanal MOS-Transistoren 23, 25 und 28 abzudecken.
  • Wie in den 15 und 19 gezeigt, sind auf der Zwischenschichtisolationsschicht 421 eine Bitleitung 409 und zwei GND-Leitungen 408a, 408b aus einer Metallschicht gebildet. Die Bitleitung 409 und die zwei GND-Leitungen 408a und 408b queren den Einheitszellenbereich in Spaltenrichtung, parallel zueinander.
  • Eine GND-Leitung 408a ist elektrisch mit dem Sourceanschluß 400d des n-Kanal MOS-Transistors 25 durch einen Kontakt 405a verbunden, und die andere GND-Leitung 408b ist durch einen Kontakt 405b mit dem Sourceanschluß 400c des n-Kanal MOS-Transistors 28 elektrisch verbunden. Die Bitleitung 409 ist durch einen Kontakt 415 mit einem der Source/Drain-Anschlüsse 400a des n-Kanal MOS-Transistors 23 elektrisch verbunden.
  • Auf der Zwischenschichtisolationsschicht 421 ist eine Zwischenschichtisolationsschicht 422 gebildet, um die Bitleitung 409 und die zwei GND-Leitungen 408a und 408b abzudecken.
  • Wie in den 16 und 19 gezeigt, ist auf einer Zwischenschichtisolationsschicht 422 eine Leitung 410 aus einer dotierten Polysiliziumschicht gebildet. Die Leitung 410 ist gebildet, um den größten planaren Bereich des Einheitszellenbereichs zu besetzen. Die Leitung 410 bildet die untere Elektrode des Kondensators 32 in der Speicherzellen 35a. Die Leitung 410 ist durch einen Kontakt 406 mit dem Invertergate 402a elektrisch verbunden.
  • Auf der Zwischenschichtisolationsschicht 422 ist eine Zwischenschichtisolationsschicht 423 gebildet, um die Leitung 410 abzudecken.
  • Wie in den 17 und 19 gezeigt, ist auf der Zwischenschichtisolationsschicht 423 eine Leitung 412 aus einer dotierten Polysiliziumschicht gebildet. Die Leitung 412 ist gebildet, um den größten planaren Bereich des Einheitszellenbereichs zu besetzen. Die Leitung 412 bildet die obere Elektrode des Kondensators 32.
  • Die Leitung 412 ist durch einen Kontakt 407 elektrisch mit dem Invertergate 402b, das das Gate 403c des n-Kanal MOS-Transistors 28 aufweist, verbunden. Da die Leitungen 410 und 412 den Kondensator 32 bilden müssen, ist die Dicke der Zwischenschichtisolationsschicht 423 an dem Bereich, der sandwichartig zwischen den Leitungen 410 und 412 eingeschlossen ist, dünner als an anderen Bereichen.
  • Auf der Zwischenschichtisolationsschicht 423 ist eine Zwischenschichtisolationsschicht 424 gebildet, um die Leitung 412 abzudecken.
  • Wie in den 18 und 19 gezeigt, ist auf der Zwischenschichtisolationsschicht 424 eine Vcc-Leitung 414 aus einer Polysiliziumschicht mit einem hohen Widerstand gebildet, und dieser Bereich bildet die Widerstandselemente 24a und 27a. Die Vcc-Leitung 414 quert den Einheitszellenbereich entlang der Spaltenrichtung, und zwei stangenförmige Bereiche 427a und 427b zweigen sich und erstrecken sich entlang der Reihenrichtung. Der Stangenbereich 427a ist durch einen Kontakt 411 elektrisch mit der Leitung 410 verbunden. Der Stangenbereich 427b ist durch einen Kontakt 413 mit der Leitung 412 elektrisch verbunden. Auf der Zwischenschichtisolationsschicht 424 ist eine Zwischenschichtisolationsschicht 425 gebildet, um die Vcc-Leitung 414 abzudecken.
  • Im folgenden wird der Betrieb der Speicherzelle 35a gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • (1) Schreiben von Daten "1"
  • sWenn Daten "1" in die Speicherzelle 35a zu schreiben sind, schaltet sich zuerst der n-Kanal MOS-Transistor 23 ein, und das Vcc-Potential der Bitleitung wird an den Eingangsknoten 33 des ersten Inverters 26 angelegt. In Antwort darauf schaltet sich der n-Kanal MOS-Transistor 25 in dem ersten Inverter 26 ein, und das Potential des Ausgangsknotens 34 des ersten Inverters 26 nimmt das Massepotential an. Das Massepotential des Ausgangsknotens 34 des ersten Inverters 26 wird an den Eingangsknoten 36 des zweiten Inverters 29 angelegt. In Antwort darauf schaltet sich der n-Kanal MOS-Transistor 28 in dem zweiten Inverter 29 aus, und der Ausgangsknoten 37 des zweiten Inverters 29 wird durch das Widerstandselement 27a durch den Leistungsversorgungsknoten 30 auf das Vcc-Potential geladen.
  • In diesem Fall ist eine Elektrode des Kondensators 32 mit dem Ausgangsknoten 37 des zweiten Inverters 29 elektrisch verbunden, und die andere Elektrode ist mit dem Ausgangsknoten 34 des ersten Inverters 26 elektrisch verbunden. Folglich erhält eine Elektrode des Kondensators 32 das Vcc-Potential, und die andere Elektrode erhält das Massepotential, wodurch positive Ladungen an der einen Elektrode gespeichert werden. Dieser Zustand entspricht dem Zustand, bei dem Daten "1" gespeichert sind.
  • (2) Schreiben von Daten "0"
  • Wenn Daten "0" in die Speicherzelle 35a zu schreiben sind, wird zuerst der n-Kanal MOS-Transistor 23 eingeschaltet, und das Massepotential der Bitleitung wird an den Eingangsknoten 33 des ersten Inverters 26 angelegt. In Antwort darauf schaltet sich der n-Kanal MOS-Transistor 25 in dem ersten Inverter 26 aus, wodurch der Ausgangsknoten 34 des ersten Inverters 26 durch das Widerstandselement 24a über den Leistungsversorgungsknoten 30 auf das Vcc-Potential geladen wird. Das Vcc-Potential des Ausgangsknotens 34 des ersten Inverters 26 wird an den Eingangsknoten 36 des zweiten Inverters 29 angelegt. In Antwort darauf schaltet sich der n-Kanal MOS-Transistor 28 in dem zweiten Inverter 29 ein, und das Potential des Ausgangsknotens 37 des zweiten Inverters 29 nimmt das Massepotential an.
  • In diesem Fall ist eine Elektrode des Kondensators 32 mit dem Ausgangsknoten 37 des zweiten Inverters 29 elektrisch verbunden, und die andere Elektrode ist mit dem Ausgangsknoten 34 des ersten Inverters 26 elektrisch verbunden. Folglich nimmt eine Elektrode des Kondensators 32 das Massepotential an, und die andere Elektrode das Vcc-Potential, wodurch positive Ladungen an der anderen Elektrode gespeichert werden. Dieser Zustand entspricht dem Zustand, bei dem Daten "0" gespeichert sind.
  • (3) Lesen von gespeicherten Daten
  • Die in der Speicherzelle 35a gespeicherten Daten können durch den gleichen bereits unter Bezugnahme auf das erste Ausführungsbeispiel beschriebenen Betrieb gelesen werden. Es erfolgt daher keine erneute Beschreibung.
  • Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel werden Widerstandselemente 24a und 27a anstelle der p-Kanal MOS-Transistoren 24 und 27 in den Konfigurationen der Inverter 26 und 29 verwendet. Wenn die Speicherzelle gebildet wird, muß folglich nur die p-Wannenregion an der Oberfläche des Siliziumsubstrats 420 gebildet werden. Folglich kann zusätzlich zu den Wirkungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Besetzungsbereich der Speicherzelle weiter reduziert werden. Da der Kondensator 32 zwischen den Widerstandselementen 24a und 27a und einem n-Kanal MOS-Transistor 23 gebildet ist, wird die Elektrode des Kondensators 32 direkt mit dem n-Kanal MOS-Transistor 23 elektrisch verbunden, und nicht über die Widerstandselemente 24a und 27a. Der Einfluß der Widerstandselemente 24a und 27a auf den Kondensator 32 kann folglich verhindert werden.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • In der in 20 gezeigten Speicherzelle 35b werden anstelle der p-Kanal MOS-Transistoren 24 und 27 der in 2 gezeigten Speicherzelle 35 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel p-Kanal Dünnfilmtransistoren 24b und 27b verwendet. Mit Ausnahme der p-Kanal Dünnfilmtransistoren 24b und 27b entspricht der Aufbau der Speicherzelle 35b dem der Speicherzelle 35, und entsprechende Bereiche sind folglich mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • Im folgenden wird der spezielle Aufbau des Speicherzellenarrays und der Speicherzelle gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Wie in 21 gezeigt, sind in dem Speicherzellenarray eine Mehrzahl von Bitleitungen 509 und eine Mehrzahl von GND-Leitungen 508 gebildet, die jede der Mehrzahl der Wortleitungen 501 senkrecht kreuzen (schneiden). An jedem Kreuzungsbereich zwischen einer Wortleitung 501 und einer Bitleitung 509 ist eine Speicherzelle angeordnet, und ein schraffierter Bereich der Figur repräsentiert einen Einheitszellenbereich, in dem eine Speicherzelle gebildet ist. Die GND-Leitung 508 ist am Rand jeder Speicherzelle angeordnet, und benachbarte Speicherzellen teilen sich eine GND-Leitung 508. Das Planlayout des Einheitszellenbereichs A und das Planlayout des Einheitszellenbereichs B, die Seite an Seite entlang der Spaltenrichtung (Längsrichtung in der Figur) angeordnet sind, sind bezüglich der Grenzlinie zwischen den Bereichen symmetrisch (Liniensymmetrie). Das Planlayout des Einheitszellenbereichs A und das Planlayout des Einheitszellenbereichs C, die Seite an Seite entlang der Reihenrichtung (Querrichtung in der Figur) angeordnet sind, sind gleich. In 22 sind für eine einfachere Beschreibung nur die Bitleitungen, Wortleitungen und GND-Leitungen gezeigt. In den 23 bis 28 stellt der Bereich 100, der durch gestrichelte Linien umschlossen ist, einen Speicherzellenbereich dar.
  • Wie in den 23 und 29 gezeigt, ist auf einer Oberfläche eines Siliziumsubstrats 520 eine p-Wannenregion 530 gebildet.
  • Auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 520 ist ein Feldoxidfilm zur Elementenisolation gebildet. In einer aktiven Region 500 (500a bis 500e) auf der Oberfläche der p-Wannenregion 530, die durch den Feldoxidfilm isoliert ist, sind n-Kanal MOS-Transistoren 23, 25 und 28 gebildet.
  • Der n-Kanal MOS-Transistor 23 hat ein Paar von Source/Drain-Anschlüssen 500a, 500b, die beide durch n-Typ Verunreinigungsdiffusionsregionen gebildet sind, und einen Gateanschluß 503a, der auf der Region gebildet ist, die zwischen dem Source/Drain-Paar 500a, 500b sandwichartig eingeschlossen ist, wobei eine Gateisolationsschicht 541 dazwischenliegend angeordnet ist.
  • Der n-Kanal MOS-Transistor 25 hat einen Sourceanschluß 500d (Source) und einen Drainanschluß 500e (Drain), die beide durch n-Typ Verunreinigungsdiffusionsregionen gebildet sind, und einen Gateanschluß 503b (Gate), der auf der Region gebildet ist, die zwischen dem Sourceanschluß 500d und dem Drainanschluß 500e sandwichartig eingeschlossen ist, wobei eine Gateisolationsschicht (nicht gezeigt) dazwischenliegend angeordnet ist.
  • Der n-Kanal MOS-Transistor 28 hat einen Sourceanschluß 500c (Source) und einen Drainanschluß 500b (Drain), der durch n-Typ Verunreinigungsdiffusionsregionen gebildet ist, und einen Gateanschluß 503c (Gate), der auf der Region gebildet ist, die sandwichartig zwischen dem Sourceanschluß 500c und dem Drainanschluß 500b eingeschlossen ist, wobei eine Gateisolationsschicht 542 dazwischenliegend angeordnet ist.
  • Der Gateanschluß 503a des n-Kanal MOS-Transistors 23 ist mit der Wortleitung 501 integriert ausgebildet, und quert den Einheitszellenbereich in Reihenrichtung (Querrichtung in der 23). Einer der Source/Drain-Anschlüsse 500b des n-Kanal MOS-Transistors 23 und der Drainanschluß 500b des n-Kanal MOS- Transistors 28 sind durch eine gemeinsame Verunreinigungsdiffusionsregion gebildet.
  • Das Invertergate 502a, das ein Gate 503b des n-Kanal MOS-Transistors 25 aufweist, ist mit einem der Source/Drain-Anschlüsse 400b des n-Kanal MOS-Transistors 23 elektrisch verbunden, sowie mit dem Drainanschluß 500b des n-Kanal MOS-Transistors 28, über einen Kontakt 504a. Das Invertergate 502b, das das Gate 503c des n-Kanal MOS-Transistors 28 aufweist, ist durch einen Kontakt 504b mit dem Drainanschluß 500e des n-Kanal MOS-Transistors 25 elektrisch verbunden.
  • Auf dem Siliziumsubstrat 520 ist eine Zwischenschichtisolationsschicht 521 gebildet, um diese n-Kanal MOS-Transistoren 23, 25 und 28 abzudecken.
  • Wie in den 24 und 29 gezeigt, sind eine Bitleitung 509 und zwei GND-Leitungen 508a und 508b aus Metall auf der Zwischenschichtisolationsschicht 521 gebildet. Die Bitleitung 509 und die zwei GND-Leitungen 508a und 508b queren den Einheitszellenbereich entlang der Spaltenrichtung, parallel zueinander.
  • Eine GND-Leitung 508a ist mit dem Sourceanschluß 500d des n-Kanal MOS-Transistors 25 durch einen Kontakt 505a elektrisch verbunden, und die andere GND-Leitung 508b ist durch einen Kontakt 505b elektrisch mit dem Sourceanschluß des n-Kanal MOS-Transistors 28 verbunden. Die Bitleitung 509 ist durch einen Kontakt 527 elektrisch mit einem der Source/Drain-Anschlüsse 500a des n-Kanal MOS-Transistors 23 verbunden.
  • Auf der Zwischenschichtisolationsschicht 521 ist eine Zwischenschichtisolationsschicht 522 gebildet, um die Bitleitung 509 und die zwei GND-Leitungen 508a und 508b abzudecken.
  • Wie in den 25 und 29 gezeigt, ist eine Leitung 510 aus einer dotierten Polysiliziumschicht auf der Zwischenschichtisolationsschicht 522 gebildet. Die Leitung 510 bildet die untere Elektrode des Kondensators 32 in der Speicherzelle 35b, zusammen mit einer Leitung 518, die später beschrieben wird. Von der Leitung 510 bildet ein stangenförmiger Vorsprungsbereich 528 ein Gate des p-Kanal Dünnfilmtransistors 24b.
  • Die Leitung 510 ist durch einen Kontakt 506 elektrisch mit dem Invertergate 502a verbunden, das einen Gateanschluß 503b des n-Kanal MOS-Transistors 25 aufweist.
  • Auf der Zwischenschichtisolationsschicht 522 ist eine Zwischenschichtisolationsschicht 523 gebildet, um die Leitung 510 abzudecken.
  • Wie in den 26 und 29 gezeigt, ist auf der Zwischenschichtisolationsschicht 523 eine Leitung 512 aus dotiertem Polysiliziumfilm gebildet. Die Leitung 512 bildet eine obere Elektrode des Kondensators 32 in der Speicherzelle 35b, zusammen mit einer Leitung 519, die später beschrieben wird. Von der Leitung 512 bildet ein stangenförmiger Bereich 515 einen Sourceanschluß des p-Kanal Dünnfilmtransistors 24b, und das Vcc-Potential wird an den Sourceanschluß 515 angelegt. Ein Bereich 514, der den stangenförmigen Bereich 515 mit einem rechteckigen großen Bereich verbindet, bildet eine Kanalregion des p-Kanal Dünnfilmtransistors 24b.
  • Die Leitung 512 ist durch einen Kontakt 507 mit dem Invertergate 502b elektrisch verbunden. Da die Leitungen 510 und 512 den Kondensator 32 bilden müssen, ist eine Dicke der Zwischenschichtisolationsschicht 523 bei einem Bereich dünner als bei anderen Bereich, der sandwichartig zwischen den Leitungen 510 und 512 eingeschlossen ist.
  • Auf der Zwischenschichtisolationsschicht 523 ist eine Zwischenschichtisolationsschicht 524 gebildet, um die Leitung 512 abzudecken.
  • Wie in den 27 und 29 gezeigt, ist eine Leitung 518 aus einem Polysiliziumfilm auf der Zwischenschichtisolationsschicht 524 gebildet. Die Leitung 518 bildet die untere Elektrode des Kondensators 32 in der Speicherzelle 35b zusammen mit der oben beschriebenen Leitung 512. Von der Leitung 518 ist ein stangenförmiger Bereich 516 der Sourceanschluß des p-Kanal Dünnfilmtransistors 27b, und das Potential Vcc wird an den Sourceanschluß 516 angelegt. Ein Bereich 517, der den stangenförmigen Anschluß 516 mit einem rechteckigen Bereich eines großen Bereichs verbindet, ist die Kanalregion des p-Kanal Dünnfilmtransistors 27b.
  • Die Leitung 518 ist durch einen Kontakt 511 elektrisch mit der Leitung 510 verbunden. Da die Leitungen 512 und 518 den Kondensator 32 bilden müssen, ist die Dicke der Zwischenschichtisolationsschicht 524 bei einem Bereich, der zwischen den Leitungen 512 und 518 eingeschlossen ist, dünner ausgebildet als bei anderen Bereichen.
  • Auf der Zwischenschichtisolationsschicht 524 ist eine Zwischenschichtisolationsschicht 525 gebildet, um die Leitung 518 abzudecken.
  • Wie in den 28 und 29 gezeigt, ist eine Leitung 519 aus einer Polysiliziumschicht gebildet. Die Leitung 519 bildet die obere Elektrode des Kondensators 32 in der Speicherzelle 35b zusammen mit der oben beschriebenen Leitung 512. Von der Leitung 519 bildet ein stangenförmiger vorstehender Bereich 529 den Gateanschluß des p-Kanal Dünnfilmtransistors 27b.
  • Die Leitung 519 ist durch einen Kontakt 513 mit der Leitung 512 elektrisch verbunden. Da die Leitungen 518 und 519 den Kondensator 32 bilden müssen, ist die Dicke der Zwischenschichtisolationsschicht 525 bei einem Bereich, der zwischen den Leitungen 518 und 519 sandwichartig eingeschlossen ist, dünner als bei anderen Bereichen. Auf der Zwischenschichtisolationsschicht 525 ist eine Zwischenschichtisolationsschicht 526 gebildet, um die Vcc-Leitung 512 abzudecken.
  • Der Betrieb der Speicherzelle 35b gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist gleich dem der Speicherzelle 35 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, so daß dieser nicht erneut beschrieben wird.
  • Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel werden p-Kanal Dünnfilmtransistoren 24b und 27b der mehrgestapelten Schichten anstelle der p-Kanal MOS-Transistoren 24 und 27 in den Konfigurationen der Inverter 26 und 29 verwendet. Durch die gestapelten Schichten der p-Kanal Dünnfilmtransistoren wird ein paralleler gestapelter Plattentypkondensator gebildet. Es ist folglich nicht mehr notwendig, das Kondensatorelement separat auszubilden, und der Planarbereich der Besetzung der Speicherzelle kann durch den Bereich des Kondensatorelements weiter reduziert werden.
  • Obwohl die in dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel genannten Transfertransistoren n-Kanal MOS-Transistoren sind, sind die Transistoren nicht auf derartige beschränkt, und andere Transistoren unterschiedlichen Typs können verwendet werden.
  • Obwohl das Widerstandselement gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel durch eine Polysiliziumschicht gebildet wird, ist dies nicht einschränkend, und andere Materialtypen können verwendet werden.
  • In der Halbleiterspeichervorrichtung gemäß der Erfindung wird jeder der ersten und zweiten Inverter durch einen ersten und zweiten Transistor gebildet, die zueinander entgegengesetzte Leitfähigkeitstypen sind, und ihr Kondensatorelement wird über den Transfergatetransistor gebildet. Folglich können die Transistoren in jedem Inverter durch einen p-Typ Transistor implementiert werden, der den Ladungsverlust von dem Kondensatorelement kompensiert, wenn Daten gehalten werden, und einen n-Typ Transistor, der den L-Pegel Speicherknoten auf GND-Pegel hält. Folglich können die Inverter in einem einfachen Aufbau mit Transistoren minimaler Größe gemäß Prozeßregeln gebildet werden, und der Planarbereich der Besetzung der Speicherzelle kann reduziert werden. Da das Kondensatorelement ferner über dem Transfergatetransistor gebildet wird, ist es möglich, die Elektroden des Kondensatorelements zu bilden, das einen großen Bereich aufweist.
  • In der Halbleiterspeichervorrichtung gemäß der Erfindung ist vorzugsweise der erste Transistor in jedem der ersten und zweiten Inverter ein Dünnfilmtransistor. Da der Dünnfilmtransistor auf einer oberen Schicht eines Bulk-Transistors gebildet werden kann, der auf der Oberfläche des Substrats gebildet ist, kann Platz in Querrichtung der Speicherzelle eingespart werden, verglichen mit einem Bulk-Transistor, der seitlich angeordnet ist, und folglich kann der Planbereich der Besetzung der Speicherzelle weiter reduziert werden. Wenn jeder erste Transistor als ein Dünnfilmtransistor gebildet wird, kann ferner eine von zwei leitfähigen Wannenregionen weggelassen werden, und nur eine einzelne Wannenregion ist in der Speicherzelle ausreichend. Folglich kann ein Planbereich der Besetzung der Speicherzelle weiter reduziert werden.
  • In der Halbleiterspeichervorrichtung gemäß der Erfindung wird das Kondensatorelement vorzugsweise gebildet, indem der erste Transistor des ersten Inverters und der erste Transistors des zweiten Inverters gestapelt werden. Mit dieser Struktur wird durch mehrere gestapelte Schichten von Dünnfilmtransistoren ein gestapelter paralleler Plattentypkondensator gebildet. Folglich ist es nicht notwendig das Kondensatorelement separat von den Dünnfilmtransistoren zu bilden.
  • In der Halbleiterspeichervorrichtung gemäß der Erfindung wird jeder der ersten und zweiten Inverter durch ein Widerstandselement und einen Transistor gebildet, und das Kondensatorelement wird zwischen dem Widerstandselement und einem Transfergatetransistor gebildet. Wenn ein Speicherzelle gebildet ist und der erste und zweite Transistor, die entgegengesetzte Leitfähigkeitstypen sind, auf dem Substrat gebildet werden, ist es notwendig zwei leitfähige Wannen in dem Substrat zu bilden. Da ein Widerstandselement anstelle des Transistors von einem Leitfähigkeitstyp verwendet wird, kann eine der zwei leitfähigen Wannenregionen weggelassen werden, und nur eine einzelne Wannenregion muß in der Speicherzelle gebildet werden. Folglich kann der Planarbereich der Besetzung der Speicherzelle weiter reduziert werden. Da das Kondensatorelement zwischen dem Widerstandselement und dem Transfergatetransistor gebildet ist, ist darüber hinaus die Elektrode, die den Kondensator bildet, nicht durch das Widerstandselement mit dem Transfergatetransistor elektrisch verbunden. Folglich kann ein Einfluß des Widerstandselements auf die Elektrode, die die Kapazität bildet, verhindert werden.
  • Obwohl die Erfindung im vorangegangenen im einzelnen beschrieben und dargestellt worden ist, ist es selbstverständlich, daß dies nur beispielhaft geschehen ist, und der Schutzbereich der Erfindung dadurch nicht eingeschränkt wird.

Claims (5)

  1. Halbleiterspeichervorrichtung (1) mit einer Mehrzahl von Speicherzellen, die in einer Matrix aus Reihen und Spalten angeordnet sind, wobei jede der Mehrzahl der Speicherzellen (35) aufweist: einen Transfergatetransistor (23) mit einem Source/Drain-Anschlusspaar, ein kapazitives Element (32), das eine erste und zweite Elektrode aufweist, die sich gegenüberliegen, um eine Kapazitätsspeicherung zu erlauben, wobei die erste Elektrode elektrisch mit einem Anschluss des Source/Drain-Anschlusspaars verbunden ist, einen ersten Inverter (26) mit einem Eingangsknoten (33), der elektrisch mit dem einen des Source/Drain-Anschlusspaars verbunden ist, und einen zweiten Inverter (29) mit einem Ausgangsknoten (37), der elektrisch mit dem Eingangsknoten (33) des ersten Inverters (26) verbunden ist, und mit einem Eingangsknoten (36), der elektrisch mit einem Ausgangsknoten (34) des ersten Inverters (26) verbunden ist; und wobei das kapazitive Element (32) die erste Elektrode elektrisch mit dem Ausgangsknoten (37) des zweiten Inverters (29) verbunden hat, die zweite Elektrode mit dem Ausgangsknoten (34) des ersten Inverters (26) elektrisch verbunden ist, und der Speicherzustand basierend auf einer Kapazität bestimmt wird, die in dem kapazitiven Element (32) gespeichert ist.
  2. Halbleiterspeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Inverter (26) und der zweite Inverter (29) jeweils durch einen ersten Transistor (24), (27) und einen zweiten Transistor (25), (28) gebildet sind, die entgegengesetzte Leitfähigkeitstypen sind, und das kapazitive Element (32) über dem Transfergatetransistor (23) gebildet ist.
  3. Halbleiterspeichervorrichtung nach Anspruch 2, bei der der erste Transistor des ersten Inverters (26) und der des zweiten Inverters (29) jeweils ein Dünnfilmtransistor (24b), (27b) sind.
  4. Halbleiterspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das kapazitive Element (32) durch Stapeln des ersten Transistors (24) des ersten Inverters (26) und des ersten Transistors (27) des zweiten Inverters in einer Mehrschicht gebildet ist.
  5. Halbleiterspeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Inverter (26) und der zweite Inverter (29) jeweils durch ein Widerstandselement (24a), (27a) und einen Transistor (25), (28) gebildet werden, und das kapazitive Element (32) zwischen dem Widerstandselement (24a), (27a) und den Transfergatetransistor (23) gebildet ist.
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