專利名稱：半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有鐵電體電容器的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法。
該第1已有實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置是在數(shù)據(jù)讀出時(shí)記錄的數(shù)據(jù)消失的破壞讀出方式。因此，在數(shù)據(jù)讀出之后必須再次進(jìn)行寫(xiě)入動(dòng)作，所以，每次數(shù)據(jù)的讀出動(dòng)作都必須進(jìn)行改變鐵電體膜的極化的方向的動(dòng)作(極化反相動(dòng)作)。
然而，在鐵電體膜中，會(huì)發(fā)生極化疲勞劣化的現(xiàn)象，所以，反復(fù)進(jìn)行極化反相動(dòng)作時(shí)，鐵電體膜的極化特性將顯著地劣化。
因此，提案了圖7所示的第2已有實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置。即，第2已有實(shí)施例是將鐵電體電容器2的下電極1b與FET1的柵極1c連接而將鐵電體電容器2用于控制FET1的柵極電位的非破壞讀出方式。在圖7中，3表示襯底。
將數(shù)據(jù)寫(xiě)入該第2已有實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置時(shí)，寫(xiě)入電壓加到成為控制電極的鐵電體電容器2的上電極2a與襯底3之問(wèn)。
例如，將相對(duì)于襯底3為正的電壓(控制電壓)加到上電極2a上來(lái)寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，在鐵電體電容器2的鐵電體膜2c上發(fā)生向下的極化。然后，即使將上電極2a接地，在FET1的柵極1c上也殘留有正的電荷，所以，柵極1c的電位為正。
如果柵極1c的電位超過(guò)FET1的閾值電壓，F(xiàn)ET1就成為導(dǎo)通狀態(tài)，所以，向漏極區(qū)域1a與源極區(qū)域1b之間供給電位差時(shí)，就會(huì)在漏極區(qū)域1a與源極區(qū)域1b之間流過(guò)電流。將這樣的鐵電體存儲(chǔ)器的邏輯狀態(tài)定義為例如“1”。
另一方面，將相對(duì)于襯底3為負(fù)的電壓加到鐵電體電容器2的上電極2a上時(shí)，在鐵電體電容器2的鐵電體膜2c上將發(fā)生向上的極化。然后，即使將上電極2a接地，在FET1的柵極1c上也殘留有負(fù)的電荷，所以，柵極1c的電位為負(fù)。這時(shí)，柵極1c的電位總是小于FET1的閾值電壓，所以，F(xiàn)ET1是截止?fàn)顟B(tài)，即使向漏極區(qū)域1a與源極區(qū)域1b之間供給電位差，在漏極區(qū)域1a與源極區(qū)域1b之間也不會(huì)有電流流過(guò)。將這樣的鐵電體存儲(chǔ)器的邏輯狀態(tài)定義為例如“0”。
即使切斷向鐵電體電容器2的供給電源，即不將電壓加到鐵電體電容器2的上電極2a上，上述各邏輯狀態(tài)也仍然保持，所以，這就實(shí)現(xiàn)了非易失性的存儲(chǔ)裝置。即，在某一期間切斷供給電源之后，再次供給電源而就電壓加到漏極區(qū)域1a與源極區(qū)域1b之間時(shí)，邏輯狀態(tài)為“1”時(shí)，在漏極區(qū)域1a與源極區(qū)域1b之間流過(guò)電流，所以，可以讀出數(shù)據(jù)“1”，另一方面，在邏輯狀態(tài)為“0”時(shí)，在漏極區(qū)域1a與源極區(qū)域1b之間就沒(méi)有電流流過(guò)，所以，可以讀出數(shù)據(jù)“0”。
然而在電源切斷期間中，鐵電體電容器2的上電極2a和襯底3成為接地電位，所以，柵極1c上的電位成為孤立狀態(tài)。因此，理想的情況是，如圖8所示的那樣，向鐵電體電容器2寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)的滯后回線4與偏置電壓為0時(shí)的FET1的柵極電容負(fù)載線7的第1交點(diǎn)d成為與數(shù)據(jù)“1”對(duì)應(yīng)的柵極1c的電位，同時(shí)，滯后回線4與柵極電容負(fù)載線8的第2交點(diǎn)c成為與數(shù)據(jù)“0”對(duì)應(yīng)的柵極1c的電位。在圖8中，縱軸表示在上電極2a(或柵極1c)上出現(xiàn)的電荷Q，橫軸表示電壓V。
實(shí)際上，鐵電體電容器2并不是理想的絕緣體，具有電阻成分，所以，涉及柵極1c的電位通過(guò)該電阻成分而降低。該電位降低是指數(shù)函數(shù)，具有將FET1的柵極電容和鐵電體電容器2的電容的并聯(lián)合成電容與鐵電體電容器2的電阻成分相乘而達(dá)到的時(shí)間常數(shù)，該時(shí)間常數(shù)高達(dá)約104秒。因此，柵極1c的電位經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)后而衰減一半。
如圖8所示，涉及柵極1c的電位在第2交點(diǎn)c約為1V，所以，該電位減小一半時(shí)，涉及柵極1c的電位成為約0.5V，低于FET1的閾值電壓(通常，約為0.7V)，所以，應(yīng)是導(dǎo)通狀態(tài)的FET1在短時(shí)間內(nèi)成為截止?fàn)顟B(tài)。
這樣，在將鐵電體電容器應(yīng)用于FET的柵極電位控制方式的鐵電體存儲(chǔ)器中，在數(shù)據(jù)讀出之后，雖然具有不需要再次進(jìn)行寫(xiě)入動(dòng)作的優(yōu)點(diǎn)，但是，存在以下的問(wèn)題。即，在寫(xiě)入數(shù)據(jù)之后，在FET的柵極上產(chǎn)生電位，保持該柵極電位的能力決定記憶特性，但是，由于鐵電體電容器的電阻成分的影響，鐵電體電容器放電的時(shí)間常數(shù)短，所以，數(shù)據(jù)保持能力弱，即記憶特性差。
因此，我們考慮了圖9所示的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置。下面，將圖9所示的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置稱為作為本發(fā)明的前提的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置。
在構(gòu)成成為本發(fā)明的前提的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的第1列的存儲(chǔ)單元塊中，多個(gè)例如4個(gè)鐵電體電容器CF11、CF21、CF31、CF41在位線方向串聯(lián)連接，同時(shí)，選擇場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下，簡(jiǎn)單地稱為選擇晶體管)Q11、Q21、Q31、Q41與各鐵電體電容器CF11、CF21、CF31、CF41并聯(lián)連接，由各鐵電體電容器和各選擇晶體管構(gòu)成存儲(chǔ)單元。通過(guò)檢測(cè)從多個(gè)鐵電體電容器CF11、CF21、CF31、CF41中選擇的鐵電體電容器的鐵電體膜的極化的偏移而讀出數(shù)據(jù)的第1讀出場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下，簡(jiǎn)單地稱為讀出晶體管)Q51與多個(gè)鐵電體電容器CF11、CF21、CF31、CF41串聯(lián)連接的第1列的串聯(lián)電路的下端側(cè)連接。
另外，在第2存儲(chǔ)單元塊中，和第1存儲(chǔ)單元塊一樣，多個(gè)鐵電體電容器CF12、CF22、CF32、CF42在位線方向串聯(lián)連接，同時(shí)，選擇晶體管Q12、Q22、Q32、Q42與各鐵電體電容器CF12、CF22、CF32、CF42并聯(lián)連接，通過(guò)檢測(cè)選擇的鐵電體電容器的鐵電體膜的極化的偏移而讀出數(shù)據(jù)的第2讀出晶體管Q52與多個(gè)鐵電體電容器CF12、CF22、CF32、CF42串聯(lián)連接的第2列的串聯(lián)電路的下端側(cè)連接。
構(gòu)成第1行的存儲(chǔ)單元的選擇晶體管Q11、Q12的柵極共同與第1字線WL1連接，構(gòu)成第2行的存儲(chǔ)單元的選擇晶體管Q21、Q22共同與第2字線WL2連接，構(gòu)成第3行的存儲(chǔ)單元的選擇晶體管Q31、Q32的柵極共同與第3字線WL3連接，構(gòu)成第4行的存儲(chǔ)單元的選擇晶體管Q41、Q42的柵極共同與第4字線WL4連接。
第1列的串聯(lián)電路的上端部，即第1行的鐵電體電容器CF11的上電極與第1控制線(第1置位線)BS1連接，同時(shí)，第1列的串聯(lián)電路的下端部即第4行的鐵電體電容器CF41的下電極與第1讀出晶體管Q51的柵極連接，第1讀出晶體管Q51的漏極區(qū)域與第1位線BL1連接。
第2列的串聯(lián)電路的上端部，即第1行的鐵電體電容器CF12的上電極與第2控制線(第2置位線)BS2連接，同時(shí)，第2列的串聯(lián)電路的下端部，即第4行的鐵電體電容器CF42的下電極與第1讀出晶體管Q52柵極連接，第2讀出晶體管Q52的漏極區(qū)域與第2位線BL2連接。
第1讀出晶體管Q51的源極區(qū)域和第2讀出晶體管Q52的源極區(qū)域共同與陽(yáng)極線(復(fù)位線)CP連接。
成為本發(fā)明的前提的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的寫(xiě)入動(dòng)作如下所述。下面，說(shuō)明向構(gòu)成第1列第2行的存儲(chǔ)單元的鐵電體電容器CF21寫(xiě)入數(shù)據(jù)的情況。
首先，將高電壓加到字線WL1、WL3、WL4上，使選擇晶體管Q11、Q21、Q41成為導(dǎo)通狀態(tài)，另一方面，將接地電壓加到字線WL2上，使選擇晶體管Q31成為截止?fàn)顟B(tài)。這樣，就選擇了鐵電體電容器CF21，同時(shí)鐵電體電容器CF21的電容與第1讀出晶體管Q51的柵極電容就成為串聯(lián)連接，而串聯(lián)電容電路的一端成為第1讀出晶體管Q51的陷阱區(qū)域，同時(shí)串聯(lián)電容電路的另一端成為第1控制線BS1。
其次，將第1讀出晶體管Q51的陷阱區(qū)域接地，同時(shí)將寫(xiě)入電壓加到第1控制線BS1上時(shí)，鐵電體電容器CF21的極化方向根據(jù)該寫(xiě)入電壓的極性而變化。然后，將高電壓加到字線WL2上而使選擇晶體管Q21成為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，鐵電體電容器CF21的上電極與下電極短路，所以，鐵電體電容器CF21成為復(fù)位狀態(tài)。
從構(gòu)成第1行第2列的存儲(chǔ)單元的鐵電體電容器CF21讀出數(shù)據(jù)的動(dòng)作如下。
首先，和寫(xiě)入動(dòng)作時(shí)一樣，將高電壓加到字線WL1、WL3、WL4上，使選擇晶體管Q11、Q21、Q41成為導(dǎo)通狀態(tài)，另一方面，將接地電壓加到字線WL2上，使選擇晶體管Q31成為截止?fàn)顟B(tài)。這樣，就選擇了鐵電體電容器CF21，同時(shí)鐵電體電容器CF21的電容與第1讀出晶體管Q51的柵極電容就成為串聯(lián)連接，串聯(lián)電容電路的一端成為第1讀出晶體管Q51的陷阱區(qū)域，同時(shí)，另一端成為第1控制線BS1。
其次，將第1讀出晶體管Q51的陷阱區(qū)域接地、同時(shí)將讀出電壓加到第1控制線BS1上時(shí)，該讀出電壓根據(jù)鐵電體電容器CF21的電容值和第1讀出晶體管Q51的柵極電容值而分割的電壓加到第1讀出晶體管Q51的柵極上，與該柵極電位相應(yīng)地，在第1讀出晶體管Q51的源極區(qū)域和漏極區(qū)域之間流過(guò)電流，該電流在陽(yáng)極線CP與第1位線BL1之間流動(dòng)。
在成為本發(fā)明的前提的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置中，鐵電體膜的極化值根據(jù)寫(xiě)入鐵電體電容器的數(shù)據(jù)而不同，所以，施加讀出電壓時(shí)的鐵電體膜的極化值的變化也不同。極化值的變化與電壓的變化之比就是電容值，所以，鐵電體電容器的電容值隨與寫(xiě)入的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的鐵電體膜的極化值而不同。即，選擇的鐵電體電容器CF21的電容值具有隨該鐵電體電容器CF21的鐵電體膜的極化值而不同的值。
然而，第1讀出晶體管Q51的柵極電壓由鐵電體電容器CF21的電容值與第1讀出晶體管Q51的柵極電容值的電容比決定，所以，第1讀出晶體管Q51的柵極電容值根據(jù)鐵電體電容器CF21的鐵電體膜的極化值而變化。
因此，在第1讀出晶體管Q51的源極區(qū)域和漏極區(qū)域之間流動(dòng)的電流值根據(jù)寫(xiě)入鐵電體電容器CF21的數(shù)據(jù)而變化，通過(guò)檢測(cè)該電流值的變化，便可讀出寫(xiě)入鐵電體電容器CF21的數(shù)據(jù)。
如前所述，在成為本發(fā)明的前提的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置中，在數(shù)據(jù)寫(xiě)入之后，使鐵電體電容器成為復(fù)位狀態(tài)，在數(shù)據(jù)保持期間中，不將電壓加到鐵電體電容器上，所以，記憶特性優(yōu)異。即，不保持鐵電體電容器的電位差，而保持鐵電體膜的極化狀態(tài)，所以，記憶特性優(yōu)異。
但是，在成為本發(fā)明的前提的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置中，在鐵電體電容器與讀出晶體管之間存在的寄生電容值隨各地址而不同。例如，設(shè)第4列的鐵電體電容器CF41與第1讀出晶體管Q51之間的寄生電容值為q1、與選擇晶體管Q11、Q21、Q31、Q41之間的寄生電容值各為q2時(shí)，則讀出寫(xiě)入第4列的鐵電體電容器CF41的數(shù)據(jù)時(shí)的寄生電容值為q1，與此相反，讀出寫(xiě)入第1列的鐵電體電容器CF11的數(shù)據(jù)時(shí)的寄生電容值卻為q1+3×q2。
這樣，由于在鐵電體電容器與讀出晶體管之間存在的寄生電容值隨各地址而不同，所以，在讀出動(dòng)作時(shí)讀出晶體管的柵極電壓隨各地址而不同，從而讀出晶體管的動(dòng)作將不穩(wěn)定。
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的旨在提高半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的記憶特性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)讀出晶體管的動(dòng)作的穩(wěn)定性。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法是具有利用鐵電體膜的極化的偏移存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的鐵電體電容器、具有與該鐵電體電容器串聯(lián)連接的單元選擇晶體管的多個(gè)存儲(chǔ)單元相互并聯(lián)連接的存儲(chǔ)單元塊、與構(gòu)成存儲(chǔ)單元塊的2個(gè)共同節(jié)點(diǎn)中的第1共同節(jié)點(diǎn)連接的施加讀出電壓的置位線和與2個(gè)共同節(jié)點(diǎn)中的第2共同節(jié)點(diǎn)連接的檢測(cè)鐵電體電容器的鐵電體膜的極化的偏移的電容性負(fù)載的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于包括第1步驟、第2步驟和第3步驟，所述第1步驟使與多個(gè)鐵電體電容器中要讀出數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)讀出鐵電體電容器串聯(lián)連接的單元選擇晶體管成為導(dǎo)通狀態(tài)，另一方面，使與多個(gè)鐵電體電容器中不讀出數(shù)據(jù)的鐵電體電容器串聯(lián)連接的單元選擇晶體管成為截止?fàn)顟B(tài)，將數(shù)據(jù)讀出鐵電體電容器的一邊的電極通過(guò)第1共同節(jié)點(diǎn)與位線連接，同時(shí)將數(shù)據(jù)讀出鐵電體電容器的另一邊的電極通過(guò)第2共同節(jié)點(diǎn)與電容性負(fù)載連接；所述第2步驟將讀出電壓加到位線上；所述第3步驟除去加到位線上的讀出電壓，在第2步驟中加上去的讀出電壓的大小設(shè)定為在第3步驟中除去該讀出電壓時(shí)使數(shù)據(jù)讀出鐵電電容器的鐵電體膜的極化的偏移恢復(fù)到讀出數(shù)據(jù)之前的偏移。
按照本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法，由于在第2步驟中施加的讀出電壓的大小設(shè)定為在第3步驟中除去該讀出電壓時(shí)使數(shù)據(jù)讀出鐵電電容器的鐵電體膜的極化的偏移恢復(fù)到讀出數(shù)據(jù)之前的偏移，所以，在讀出鐵電體電容器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)時(shí)，讀出的數(shù)據(jù)不會(huì)被破壞，從而不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的再次寫(xiě)入動(dòng)作。因此，每次的數(shù)據(jù)讀出動(dòng)作不需要改變鐵電體膜的極化的方向的動(dòng)作(極化反相動(dòng)作)，從而鐵電體電容器的鐵電體膜不易發(fā)生極化疲勞劣化現(xiàn)象，所以，可以大大提高半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置可以讀出的次數(shù)。
另外，在使電荷從數(shù)據(jù)讀出鐵電體電容器向電容性負(fù)載移動(dòng)而讀出數(shù)據(jù)時(shí)，未選擇的鐵電體電容器由截止?fàn)顟B(tài)的單元選擇晶體管將其與電容性負(fù)載分離，從而未選擇的鐵電體電容器就不會(huì)起寄生電容的作用，所以，在數(shù)據(jù)讀出時(shí)加到電容性負(fù)載上的電壓就不會(huì)發(fā)生偏差。
本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法的特征在于在第3步驟之后，進(jìn)而具有使數(shù)據(jù)讀出鐵電體電容器的一邊的電極與另一邊的電極間的電位差成為零的第4步驟。
這樣，在第3步驟之后，使鐵電體電容器的一邊的電極與另一邊的電極間的電位差成為零時(shí)，便可抑制鐵電體電容器的電阻成分引起的電位降低，所以，可以提高記憶特性。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法中，將在第2步驟中施加的讀出電壓的大小設(shè)定為使在施加該讀出電壓時(shí)在鐵電體電容器的一邊的電極與另一邊的電極間發(fā)生的電位差小于鐵電體電容器的矯頑電壓。
這樣，在除去在第2步驟中施加的讀出電壓時(shí)便可使數(shù)據(jù)讀出鐵電體電容器的鐵電體膜的極化的偏移可靠地恢復(fù)到數(shù)據(jù)讀出之前的偏移。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法中，鐵電體電容器偏置在第1共同節(jié)點(diǎn)側(cè)，同時(shí)單元選擇晶體管偏置在第2共同節(jié)點(diǎn)側(cè)。
這樣，與單元選擇晶體管位于第1共同節(jié)點(diǎn)與鐵電體電容器之間的情況相比，可以減小與第2共同節(jié)點(diǎn)連接的寄生電容，所以，可以進(jìn)行更穩(wěn)定的讀出動(dòng)作。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法中，電容性負(fù)載是柵極與第2共同節(jié)點(diǎn)連接的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
這樣，可以根據(jù)鐵電體電容器的電容值與場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電容值的電容比分割在第2步驟中施加的電壓，所以，容易將加到鐵電體電容器上的電壓的大小設(shè)定為在除去該讀出電壓時(shí)使鐵電體膜的極化的偏移恢復(fù)到數(shù)據(jù)讀出之前的偏移，同時(shí)，通過(guò)檢測(cè)在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極區(qū)域與源極區(qū)域之間流動(dòng)的電流，可以可靠地檢測(cè)鐵電體膜的極化的偏移。


圖1是構(gòu)成實(shí)施例1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的第1和第2存儲(chǔ)單元塊的等效電路圖。
圖2是說(shuō)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的讀出動(dòng)作時(shí)的電荷和電壓的變化的圖。
圖3是構(gòu)成實(shí)施例2的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的第1存儲(chǔ)單元塊的等效電路圖。
圖4是構(gòu)成實(shí)施例3的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的第1存儲(chǔ)單元塊的等效電路圖。
圖5是構(gòu)成實(shí)施例4的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的第1存儲(chǔ)單元塊的等效電路圖。
圖6是構(gòu)成第1已有實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)單元的等效電路圖。
圖7是構(gòu)成第2已有實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)單元的等效電路圖。
圖8是說(shuō)明第2已有實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的讀出動(dòng)作時(shí)的電荷和電壓的變化的圖。
圖9是成為本發(fā)明的前提的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的等效電路圖。
符號(hào)說(shuō)明如下CF11、CF12、CF13、CF14—第1存儲(chǔ)單元塊的鐵電體電容器；CF21、CF22、CF23、CF24—第2存儲(chǔ)單元塊的鐵電體電容器；Q11、Q12、Q13、Q14—第1存儲(chǔ)單元塊的單元選擇晶體管；Q21、Q22、Q23、Q24—第2存儲(chǔ)單元塊的單元選擇晶體管；Q11A、Q12A、Q13A、Q14A—第1存儲(chǔ)單元塊的第1單元選擇晶體管；Q11B、Q12B、Q13B、Q14B—第1存儲(chǔ)單元塊的第2單元選擇晶體管；Q10—第1塊選擇晶體管；Q20—第2塊選擇晶體管；Q15—第1寫(xiě)入晶體管；Q25—第2寫(xiě)入晶體管；Q16—第1讀出晶體管；Q26—第2讀出晶體管；Q17—復(fù)位晶體管；WL11、WL12、WL13、WL14—第1存儲(chǔ)單元塊的字線；WL21、WL22、WL23、WL24—第2存儲(chǔ)單元塊的字線；WL11A、WL12A、WL13A、WL14A—第1存儲(chǔ)單元塊的第1字線；WL11B、WL12B、WL13B、WL14B—第1存儲(chǔ)單元塊的第2字線；N11—第1存儲(chǔ)單元塊的第1共同節(jié)點(diǎn)；N12—第1存儲(chǔ)單元塊的第2共同節(jié)點(diǎn)；N21—第2存儲(chǔ)單元塊的第1共同節(jié)點(diǎn)；N22—第2存儲(chǔ)單元塊的第2共同節(jié)點(diǎn)；BS—塊選擇線；BL—位線；SET1—第1置位線；SET2—第2置位線；RST1—第1復(fù)位線；RST2—第2復(fù)位線；RE1—第1寫(xiě)入晶體管控制線；RE2—第2寫(xiě)入晶體管控制線；SE—復(fù)位控制線。
圖1表示構(gòu)成實(shí)施例1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的第1和第2存儲(chǔ)單元塊的等效電路圖。
如圖1所示，在第1存儲(chǔ)單元塊中，由利用鐵電體膜的極化的偏移存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多個(gè)鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14和與該多個(gè)鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14分別串聯(lián)連接的多個(gè)單元選擇場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下，簡(jiǎn)單地稱為單元選擇晶體管)Q11、Q12、Q13、Q14構(gòu)成的多個(gè)存儲(chǔ)單元相互并聯(lián)連接。
第1存儲(chǔ)單元塊的第1共同節(jié)點(diǎn)N11通過(guò)選擇第1存儲(chǔ)單元塊的第1存儲(chǔ)單元塊選擇場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下，簡(jiǎn)單地稱為第1塊選擇晶體管)Q10與施加了讀出電壓的第1置位線SET1連接。第1塊選擇晶體管Q10的柵極與塊選擇線BS連接。第2共同節(jié)點(diǎn)N12通過(guò)第1寫(xiě)入場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下，簡(jiǎn)單地稱為第1寫(xiě)入晶體管)Q15與第1復(fù)位線RST1連接，同時(shí)，與作為電容性負(fù)載的第1讀出場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下，簡(jiǎn)單地稱為第1讀出晶體管)Q16的柵極連接。第1寫(xiě)入晶體管Q15的柵極與第1寫(xiě)入晶體管控制線RE1連接，第1讀出晶體管Q16的漏極區(qū)域與位線BL連接，第1讀出晶體管Q16的源極區(qū)域與第1復(fù)位線RST1連接。
另外，字線WL11、WL12、WL13、WL14分別與單元選擇晶體管Q11、Q12、Q13、Q14的各柵極連接。
另外，在第2存儲(chǔ)單元塊中，同樣由利用鐵電體膜的極化的偏移存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多個(gè)鐵電體電容器CF21、CF22、CF23、CF24和分別與該多個(gè)鐵電體電容器CF21、CF22、CF23、CF24串聯(lián)連接的多個(gè)單元選擇晶體管Q21、Q22、Q23、Q24構(gòu)成的多個(gè)存儲(chǔ)單元也相互并聯(lián)連接。
第2存儲(chǔ)單元塊的第1共同節(jié)點(diǎn)N21通過(guò)選擇第2存儲(chǔ)單元塊的第2存儲(chǔ)單元塊選擇場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下，簡(jiǎn)單地稱為第2塊選擇晶體管)Q20與施加了讀出電壓的第2置位線SET2連接。第2塊選擇晶體管Q20的柵極與塊選擇線BS連接。第2共同節(jié)點(diǎn)N22通過(guò)第2寫(xiě)入場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下，簡(jiǎn)單地稱為第2寫(xiě)入晶體管)Q25與第2復(fù)位線RST2連接，同時(shí)，與作為電容性負(fù)載的第2讀出場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下，簡(jiǎn)單地稱為第2讀出晶體管)Q26的柵極連接。第2寫(xiě)入晶體管Q25的柵極與第2寫(xiě)入晶體管控制線RE2連接，第2讀出晶體管Q26的漏極區(qū)域與位線BL連接，第2讀出晶體管Q26的源極區(qū)域與第2復(fù)位線RST2連接。
另外，字線WL21、WL22、WL23、WL24分別與單元選擇晶體管Q21、Q22、Q23、Q24的各柵極連接。
實(shí)施例1的特征在于構(gòu)成第1存儲(chǔ)單元塊的鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14偏置在第1共同節(jié)點(diǎn)N11側(cè)，并且單元選擇晶體管Q11、Q12、Q13、Q14偏置在第2共同節(jié)點(diǎn)N12側(cè)，同時(shí)，構(gòu)成第2存儲(chǔ)單元塊的鐵電體電容器CF21、CF22、CF23、CF24偏置在第1共同節(jié)點(diǎn)N21側(cè)，并且單元選擇晶體管Q21、Q22、Q23、Q24偏置在第2共同節(jié)點(diǎn)N22側(cè)。
構(gòu)成第1存儲(chǔ)單元塊和第2存儲(chǔ)單元塊的多個(gè)鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14、CF21、CF22、CF23、CF24的電容值相互相等，同時(shí)，多個(gè)單元選擇晶體管Q11、Q12、Q13、Q14、Q21、Q22、Q23、Q24的尺寸相互相等。
在圖1中雖然未示出，但是，位線BL與輸入?yún)⒄针妷篤REF的讀出放大器SA連接，通過(guò)由讀出放大器SA將在位線BL上出現(xiàn)的電壓變化與參照電壓VREF進(jìn)行比較，可以讀出所選擇的鐵電體電容器保存的數(shù)據(jù)。
(數(shù)據(jù)的寫(xiě)入動(dòng)作)下面，說(shuō)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的數(shù)據(jù)寫(xiě)入動(dòng)作。這里，說(shuō)明向構(gòu)成第1存儲(chǔ)單元塊的第2列的存儲(chǔ)單元塊的鐵電體電容器CF12寫(xiě)入數(shù)據(jù)的情況。
首先，將高電平信號(hào)加到塊選擇線BS、第1寫(xiě)入晶體管控制線RE1和字線WL12上，使第1塊選擇晶體管Q10、第1寫(xiě)入晶體管Q15和單元選擇晶體管Q12成為導(dǎo)通狀態(tài)，另一方面，將低電平信號(hào)加到第2寫(xiě)入晶體管控制線RE2和字線WL11、WL13、WL14、WL21、WL22、WL23、WL24上，使第2寫(xiě)入晶體管Q25、單元選擇晶體管Q11、Q13、Q14、Q21、Q22、Q23、Q24成為截止?fàn)顟B(tài)。
這樣，就選擇了第1存儲(chǔ)單元塊的第2列的存儲(chǔ)單元塊。
其次，在寫(xiě)入數(shù)據(jù)“1”時(shí)，將高電平信號(hào)加到第1置位線SET1上，并且將低電平信號(hào)加到第1復(fù)位線RST1上，同時(shí)，在寫(xiě)入數(shù)據(jù)“0”時(shí)，將低電平信號(hào)加到第1置位線SET1上，并且將高電平信號(hào)加到第1復(fù)位線RST1上。
這樣，置位電壓就加到了構(gòu)成第1存儲(chǔ)單元塊的第2列的存儲(chǔ)單元塊的鐵電體電容器CF12的上電極上，同時(shí)，復(fù)位電壓就加到了鐵電體電容器CF12的下電極上，所以，在寫(xiě)入數(shù)據(jù)“1”時(shí)，鐵電體電容器CF12的鐵電體膜的極化就向下，另一方面，在寫(xiě)入數(shù)據(jù)“0”時(shí)，鐵電體電容器CF12的鐵電體膜的極化就向上。
然后，在數(shù)據(jù)的寫(xiě)入動(dòng)作結(jié)束時(shí)，使第1置位線SET1和第1復(fù)位線RST1成為同電位后，將低電平信號(hào)加到塊選擇線BS、第1寫(xiě)入晶體管控制線RE1和字線WL12上，使第1塊選擇晶體管Q10、第1寫(xiě)入晶體管Q15和單元選擇晶體管Q12成為截止?fàn)顟B(tài)。
這樣，由于加到鐵電體電容器CF12的上電極與下電極間的電位差成為零，所以，在該狀態(tài)下即使切斷電源，也維持鐵電體電容器CF12的鐵電體膜的極化狀態(tài)，所以，將保存寫(xiě)入鐵電體電容器CF12的數(shù)據(jù)。這樣，半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置就發(fā)揮了非易失性存儲(chǔ)器的功能。
(數(shù)據(jù)的讀出動(dòng)作)下面，說(shuō)明從構(gòu)成第1存儲(chǔ)單元塊的第2列的存儲(chǔ)單元塊的鐵電體電容器CF12讀出數(shù)據(jù)的動(dòng)作。
首先，將高電平信號(hào)加到塊選擇線BS和字線WL12上，使第1塊選擇晶體管Q10和單元選擇晶體管Q12成為導(dǎo)通狀態(tài)，另一方面，將低電平信號(hào)加到第1寫(xiě)入晶體管控制線RE1和字線WL11、WL13、WL14、WL21、WL22、WL23、WL24上，使第1寫(xiě)入晶體管Q15和單元選擇晶體管Q11、Q13、Q14、Q21、Q22、Q23、Q24成為截止?fàn)顟B(tài)。另外，將高電平信號(hào)加到第2寫(xiě)入晶體管控制線RE2上，使第2寫(xiě)入晶體管Q25成為導(dǎo)通狀態(tài)。
這樣，第1置位線SET1就與鐵電體電容器CF12的上電極連接，同時(shí)，鐵電體電容器CF12的下電極就與第1讀出晶體管Q16的柵極連接。第1存儲(chǔ)單元塊的其他鐵電體電容器CF11、CF13、CF14就與第1讀出晶體管Q16斷開(kāi)，同時(shí)，第2存儲(chǔ)單元塊的CF21、CF22、CF23、CF24就與第2讀出晶體管Q26斷開(kāi)。
在該狀態(tài)下，將讀出電壓(例如1.5V)加到第1置位線SET1上時(shí)，該讀出電壓按鐵電體電容器CF12的電容值與第1讀出晶體管Q16的柵極電容值的電容比而分割的電壓就加到第1讀出晶體管Q16的柵極上。
在鐵電體電容器CF12保存數(shù)據(jù)“1”和保存數(shù)據(jù)“0”時(shí)，鐵電體電容器CF12的鐵電體膜的極化的方向不同，所以，滯后回線的形狀也不同，從而加到第1讀出晶體管Q16的柵極上的電壓的大小也不同。因此，第1讀出晶體管Q16的柵極電位隨保存的數(shù)據(jù)而不同。下面，參照?qǐng)D2說(shuō)明這種情況。
將1.5V的讀出電壓加到第1置位線SET1上的狀態(tài)，與將保持極化的點(diǎn)置換為原點(diǎn)同時(shí)將柵極電容作為負(fù)載線時(shí)，該負(fù)載線在1.5V的點(diǎn)與電壓軸(橫軸)相交的情況等價(jià)。如圖2所示，這和對(duì)于數(shù)據(jù)“1”提供第1柵極電容負(fù)載線8的情況相等，也和對(duì)于數(shù)據(jù)“0”提供第2柵極電容負(fù)載線9的情況相等。
在電壓加到第1置位線SET1上時(shí)，電壓也加到鐵電體電容器CF12上。因此，在第1置位線SET1的電位為1.5V時(shí)，對(duì)于數(shù)據(jù)“1”，極化就沿著第1曲線A而變化，在第1曲線A與第1柵極電容負(fù)載線8的交點(diǎn)g達(dá)到平衡，同時(shí)，對(duì)于數(shù)據(jù)“0”，極化沿著第2曲線B而變化，在第2曲線B與第2柵極電容負(fù)載線9的交點(diǎn)h達(dá)到平衡。
交點(diǎn)i、交點(diǎn)j和k決定各極化狀態(tài)時(shí)的電位的分配，對(duì)于數(shù)據(jù)“1”，交點(diǎn)i與交點(diǎn)j間的約0.7V分配為第1讀出晶體管Q16的柵極電位，同時(shí)，對(duì)于數(shù)據(jù)“0”，交點(diǎn)i與交點(diǎn)k間的約0.9V分配為第1讀出晶體管Q16的柵極電位。
因此，如果將第1讀出晶體管Q16的閾值電壓設(shè)定為作為0.7V與0.9V的中間值的0.8V，在讀出數(shù)據(jù)“1”時(shí)，第1讀出晶體管Q16就成為截止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)，在讀出數(shù)據(jù)“0”時(shí)，第1讀出晶體管Q16就成為導(dǎo)通狀態(tài)。
因此，在向圖1所示的位線BL與第1復(fù)位線RST1之間提供電位差時(shí)，存儲(chǔ)著數(shù)據(jù)“1”時(shí)，電流就不流過(guò)第1讀出晶體管Q16，另一方面，存儲(chǔ)著數(shù)據(jù)“0”時(shí)，電流就流過(guò)第1讀出晶體管Q16，所以，通過(guò)由讀出放大器SA檢測(cè)流過(guò)第1讀出晶體管Q16的電流，便可判斷存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是“1”還是“0”。
在該讀出動(dòng)作中，讀出電壓加到第1置位線SET1上，對(duì)于數(shù)據(jù)“1”，作用于增強(qiáng)極化的方向，而對(duì)于數(shù)據(jù)“0”，則作用于極化反相的方向。因此，在加到鐵電體電容器CF12上的電壓超過(guò)其矯頑電壓時(shí)，極化將發(fā)生反相，在實(shí)施例1中，在數(shù)據(jù)為“0”時(shí)，加到鐵電體電容器CF12上的電壓是0.6V，小于矯頑電壓的點(diǎn)m，所以，極化不發(fā)生反相，從而存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就不會(huì)發(fā)生變化。
這里，通過(guò)調(diào)整鐵電體電容器CF12的電容值和第1讀出晶體管Q16的柵極電容值，將加到第1置位線SET1與第1讀出晶體管Q16的基極之間的電壓分配為加到鐵電體電容器CF12的上電極與下電極之間的電壓和加到第1讀出晶體管Q16的柵極與基極之間的電壓，加到鐵電體電容器CF12上的電壓設(shè)定為不超過(guò)該鐵電體電容器CF12的矯頑電壓即極化不發(fā)生反相的值。
在實(shí)施例1中，在進(jìn)行讀出動(dòng)作時(shí)，加到鐵電體電容器CF12上的電壓設(shè)定為不超過(guò)該鐵電體電容器CF12的矯頑電壓，但是，不限于此種情況，也可以將其大小設(shè)定為在除去加到該鐵電體電容器CF12上的讀出電壓時(shí)該鐵電體電容器CF12的鐵電體膜的極化的偏移恢復(fù)到讀出數(shù)據(jù)之前的偏移。
這樣，按照實(shí)施例1，在進(jìn)行了讀出動(dòng)作時(shí)，鐵電體電容器CF12的鐵電體膜的極化不發(fā)生反相，所以，在每次數(shù)據(jù)的讀出動(dòng)作時(shí)就不需改變鐵電體膜的極化的方向的動(dòng)作(極化反相動(dòng)作)。因此，鐵電體電容器CF12的鐵電體膜就不易發(fā)生極化疲勞劣化，所以，可以大大提高半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的記憶特性。
在數(shù)據(jù)的讀出動(dòng)作結(jié)束時(shí)，低電平信號(hào)加到第1置位線SET1和第1復(fù)位線RST1上，使鐵電體電容器CF12的上電極與下電極間的電位差成為零。
其次，將高電平信號(hào)加到第1寫(xiě)入晶體管控制線RE1上，使第1寫(xiě)入晶體管Q15成為導(dǎo)通狀態(tài)。然后，將低電平信號(hào)加到塊選擇線BS和字線WL2上，使第1塊選擇晶體管Q10和單元選擇晶體管Q12成為截止?fàn)顟B(tài)。
在讀出動(dòng)作中，由于鐵電體電容器CF12和單元選擇晶體管Q12的漏電流的影響，作為懸浮節(jié)點(diǎn)的第1讀出晶體管Q16的柵極電位發(fā)生變化，但是，由該動(dòng)作使懸浮節(jié)點(diǎn)復(fù)位。
按照實(shí)施例1，鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14的電容值相互相等，同時(shí)，單元選擇晶體管Q11、Q12、Q13、Q14的尺寸相互相等，所以，在各鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14與第1讀出晶體管Q16之間存在的寄生電容值相互相等，所以，根據(jù)成為讀出的對(duì)象的鐵電體電容器的地址，不會(huì)發(fā)生第1讀出晶體管Q16的柵極電位出現(xiàn)偏差的問(wèn)題。
即，在第1存儲(chǔ)單元塊中，由于單元選擇晶體管Q11、Q12、Q13、Q14連接在鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14與第1讀出晶體管Q16之間，所以，在使電荷從所選擇的存儲(chǔ)單元的鐵電體電容器CF12向第1讀出晶體管Q16的柵極移動(dòng)而讀出數(shù)據(jù)時(shí)，未選擇的存儲(chǔ)單元的鐵電體電容器CF11、CF13、CF14就由截止?fàn)顟B(tài)的單元選擇晶體管Q11、Q13、Q14而與第1讀出晶體管Q16斷開(kāi)。因此，構(gòu)成未選擇的存儲(chǔ)單元的具有大的電容值的鐵電體電容器CF11、CF13、CF14就不起寄生電容的作用，所以，第1讀出晶體管Q16的動(dòng)作電壓不會(huì)發(fā)生偏差。
在讀出動(dòng)作中，第2讀出晶體管Q26的柵極通過(guò)第2寫(xiě)入晶體管Q25與第2復(fù)位線RST2連接，通過(guò)將該第2復(fù)位線RST2接地，便可使第2讀出晶體管Q26可靠地成為截止?fàn)顟B(tài)。這樣，便可從第1存儲(chǔ)單元塊穩(wěn)定地進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出動(dòng)作。
實(shí)施例2下面，參照?qǐng)D3說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例2的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置及其驅(qū)動(dòng)方法。
圖3表示構(gòu)成實(shí)施例2的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的第1存儲(chǔ)單元塊的等效電路。在第2存儲(chǔ)單元塊中，也設(shè)置了和第1存儲(chǔ)單元塊相同的等效電路，但是，省略了圖示。
如圖3所示，由利用鐵電體膜的極化的偏移存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多個(gè)鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14和分別與該多個(gè)鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14串聯(lián)連接的多個(gè)單元選擇晶體管Q11、Q12、Q13、Q14構(gòu)成的多個(gè)存儲(chǔ)單元相互并聯(lián)連接。
第1共同節(jié)點(diǎn)N11通過(guò)第1塊選擇晶體管Q10與施加讀出電壓的第1置位線SET1連接，第1塊選擇晶體管Q10的柵極與塊選擇線BS連接。第2共同節(jié)點(diǎn)N12通過(guò)第1寫(xiě)入晶體管Q15與第1復(fù)位線RST1連接，同時(shí)與作為電容性負(fù)載的第1讀出晶體管Q16的柵極連接。第1寫(xiě)入晶體管Q15的柵極與第1寫(xiě)入晶體管控制線RE1連接，第1讀出晶體管Q16的漏極區(qū)域與位線BL連接，第1讀出晶體管Q16的源極區(qū)域與第1復(fù)位線RST1連接。
另外，字線WL11、WL12、WL13、WL14分別與單元選擇晶體管Q11、Q12、Q13、Q14的各柵極連接。
實(shí)施例2的特征在于單元選擇晶體管Q11、Q12、Q13、Q14配置在第1共同節(jié)點(diǎn)N11側(cè)，同時(shí)，鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14配置在第2共同節(jié)點(diǎn)N12側(cè)。
在實(shí)施例2中，多個(gè)鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14的電容值相互相等，同時(shí)多個(gè)單元選擇晶體管Q11、Q12、Q13、Q14的尺寸相互相等。
實(shí)施例2的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法和實(shí)施例1一樣，所以，省略其說(shuō)明。
按照實(shí)施例2的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法，和實(shí)施例1一樣，在進(jìn)行了讀出動(dòng)作時(shí)，鐵電體電容器CF12的鐵電體膜的極化不發(fā)生反相，所以，鐵電體電容器CF12的鐵電體膜不易發(fā)生極化疲勞劣化，從而可以大大提高半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的記憶特性。
下面，說(shuō)明實(shí)施例1與實(shí)施例2的對(duì)比。在實(shí)施例1中，鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14配置在第1共同節(jié)點(diǎn)N11側(cè)，同時(shí)，單元選擇晶體管Q11、Q12、Q13、Q14配置在第2共同節(jié)點(diǎn)N12側(cè)，所以，與實(shí)施例2那樣單元選擇晶體管Q11、Q12、Q13、Q14位于第1共同節(jié)點(diǎn)N11與鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14之間的情況相比，可以縮短驅(qū)動(dòng)所需要的時(shí)間。即，在實(shí)施例1中，與未選擇的鐵電體電容器CF11、CF13、CF14串聯(lián)連接的單元選擇晶體管Q11、Q13、Q14的柵極—源極間的電容就起寄生電容的作用，但是，由于該寄生電容小，不會(huì)成為特別的問(wèn)題，所以，可以進(jìn)行高速動(dòng)作。與此相反，在實(shí)施例2中，未選擇的鐵電體電容器CF11、CF13、CF14具有的大的電容起寄生電容的作用，所以，驅(qū)動(dòng)所需要的時(shí)間將延長(zhǎng)。
實(shí)施例3下面，參照?qǐng)D4說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例3的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置及其驅(qū)動(dòng)方法。
圖4表示構(gòu)成實(shí)施例3的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的第1存儲(chǔ)單元塊的等效電路。在第2存儲(chǔ)單元塊中，也設(shè)置了和第1存儲(chǔ)單元塊相同的等效電路，但是，省略了圖示。
如圖4所示，在第1存儲(chǔ)單元塊中，由利用鐵電體膜的極化的偏移存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多個(gè)鐵電體電容器CF11、CF12、CF13及CF14、與多個(gè)鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14的上電極連接的多個(gè)第1單元選擇晶體管Q11A、Q12A、Q13A、Q14A和與多個(gè)鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14的下電極連接的多個(gè)第2單元選擇晶體管Q11B、Q12B、Q13B、Q14B構(gòu)成的多個(gè)存儲(chǔ)單元相互并聯(lián)連接。
第1共同節(jié)點(diǎn)N11通過(guò)第1塊選擇晶體管Q10與施加讀出電壓的第1置位線SET1連接，第1塊選擇晶體管Q10的柵極與塊選擇線BS連接。第2共同節(jié)點(diǎn)N12通過(guò)第1寫(xiě)入晶體管Q15與第1復(fù)位線RST1連接，同時(shí)與作為電容性負(fù)載的第1讀出晶體管Q16的柵極連接。第1寫(xiě)入晶體管Q15的柵極與第1寫(xiě)入晶體管控制線RE1連接，第1讀出晶體管Q16的漏極區(qū)域與位線BL連接，第1讀出晶體管Q16的源極區(qū)域與第1復(fù)位線RST1連接。
另外，第1字線WL11A、WL12A、WL13A、WL14A分別與第1單元選擇晶體管Q11A、Q12A、Q13A、Q14A的各柵極連接，同時(shí)第2字線WL11B、WL12B、WL13B、WL14B分別與第2單元選擇晶體管Q11B、Q12B、Q13B、Q14B的各柵極連接。
實(shí)施例3的特征在于第1單元選擇晶體管Q11A、Q12A、Q13A、Q14A分別位于鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14與第1共同節(jié)點(diǎn)N11之間，同時(shí)，第2單元選擇晶體管Q11B、Q12B、Q13B、Q14B分別位于鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14與第2共同節(jié)點(diǎn)N12之間。
在實(shí)施例3中，多個(gè)鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14的電容值相互相等，多個(gè)第1單元選擇晶體管Q11A、Q12A、Q13A、Q14A的尺寸相互相等，多個(gè)第2單元選擇晶體管Q11B、Q12B、Q13B、Q14B的尺寸相互相等。
對(duì)實(shí)施例3的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)單元塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫(xiě)入動(dòng)作或讀出動(dòng)作時(shí)，使與選擇的存儲(chǔ)單元的鐵電體電容器CF12串聯(lián)連接的第1單元選擇晶體管Q12A和第2單元選擇晶體管Q12B成為導(dǎo)通狀態(tài)，使選擇的鐵電體電容器CF12的上電極通過(guò)第1選擇晶體管Q12A與第1置位線SET1連接，同時(shí)使選擇的鐵電體電容器CF12的下電極通過(guò)第2單元選擇晶體管Q12B與第1復(fù)位線RST1連接。另外，使與未選擇的存儲(chǔ)單元的鐵電體電容器CF11、CF13、CF14串聯(lián)連接的第1單元選擇晶體管Q11A、Q13A、Q14A和第2單元選擇晶體管Q11B、Q13B、Q14B成為截止?fàn)顟B(tài)。
按照實(shí)施例1或?qū)嵤├?，在未選擇的鐵電體電容器CF11、CF13、CF14的上電極與下電極之間也加了一些電壓，但是，按照實(shí)施例3，由于未選擇的鐵電體電容器CF11、CF13、CF14與第1置位線SET1和第1復(fù)位線RST1可靠地?cái)嚅_(kāi)，所以，在未選擇的鐵電體電容器CF11、CF13、CF14的上電極與下電極之間完全沒(méi)有加電壓。
實(shí)施例4下面，參照?qǐng)D5說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例4的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置及其驅(qū)動(dòng)方法。
圖5表示構(gòu)成實(shí)施例4的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的第1存儲(chǔ)單元塊的等效電路。在第2存儲(chǔ)單元塊中，也設(shè)置了和第1存儲(chǔ)單元塊相同的等效電路，但是，省略了圖示。
如圖5所示，在第1存儲(chǔ)單元塊中，由利用鐵電體膜的極化的偏移存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多個(gè)鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14和與該多個(gè)鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14分別串聯(lián)連接的多個(gè)單元選擇晶體管Q11、Q12、Q13、Q14構(gòu)成的多個(gè)存儲(chǔ)單元相互并聯(lián)連接。
第1共同節(jié)點(diǎn)N11通過(guò)第1塊選擇晶體管Q10與施加讀出電壓的第1置位線SET1連接，第1塊選擇晶體管Q10的柵極與塊選擇線BS連接。第2共同節(jié)點(diǎn)N12通過(guò)第1寫(xiě)入晶體管Q15與第1復(fù)位線RST1連接，同時(shí)與作為電容性負(fù)載的第1讀出晶體管Q16的柵極連接。第1寫(xiě)入晶體管Q15的柵極與第1寫(xiě)入晶體管控制線RE1連接，第1讀出晶體管Q16的漏極區(qū)域與位線BL連接，第1讀出晶體管Q16的源極區(qū)域與第1復(fù)位線RST1連接。
另外，字線WL11、WL12、WL13、WL14分別與單元選擇晶體管Q11、Q12、Q13、Q14的各柵極連接。
在實(shí)施例4中，多個(gè)鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14的電容值也相互相等，多個(gè)單元選擇晶體管Q11、Q12、Q13、Q14的尺寸也相互相等。
實(shí)施例4的特征在于復(fù)位晶體管Q17連接在第1共同節(jié)點(diǎn)N11與第2共同節(jié)點(diǎn)N12之間，該復(fù)位晶體管Q17的柵極與復(fù)位控制線SE連接。
在實(shí)施例4中，在數(shù)據(jù)的寫(xiě)入動(dòng)作和讀出動(dòng)作之后，將高電平信號(hào)加到復(fù)位控制線SE上，使復(fù)位晶體管Q17成為導(dǎo)通狀態(tài)。
因此，可以在短時(shí)間內(nèi)使在數(shù)據(jù)的寫(xiě)入動(dòng)作和讀出動(dòng)作結(jié)束的鐵電體電容器的上電極與下電極之間發(fā)生的電位差可靠地成為零。
在實(shí)施例1～4中，使用作為電容性負(fù)載的第1讀出晶體管Q16，讀出電壓根據(jù)鐵電體電容器的電容值和第1讀出晶體管Q16的柵極電容值而分割的電壓加到第1讀出晶體管Q16的柵極上，通過(guò)根據(jù)該柵極的電位檢測(cè)在第1讀出晶體管Q16的漏極區(qū)域與源極區(qū)域之間流動(dòng)的電流的差異，來(lái)讀出鐵電體電容器保存的數(shù)據(jù)，但是，也可以使用其他電容性負(fù)載來(lái)取代第1讀出晶體管Q16。例如，可以使用配線來(lái)取代第1讀出晶體管Q16，而由讀出放大器檢測(cè)讀出電壓根據(jù)鐵電體電容器的電容值和配線具有的配線電容值而分割的電壓加到配線上時(shí)的電壓值。
按照本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法，讀出電壓的大小設(shè)定為在除去該讀出電壓時(shí)，鐵電體膜的極化的偏移恢復(fù)到讀出多值數(shù)據(jù)之前的偏移，在讀出鐵電體電容器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)時(shí)，讀出的數(shù)據(jù)不會(huì)被破壞，所以，不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的再次寫(xiě)入動(dòng)作。因此，鐵電體電容器的鐵電體膜不易發(fā)生極化疲勞劣化，所以，可以大大提高半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的記憶特性。
另外，在使電荷從數(shù)據(jù)讀出鐵電體電容器向電容性負(fù)載移動(dòng)而讀出數(shù)據(jù)時(shí)，未選擇的鐵電體電容器由截止?fàn)顟B(tài)的單元選擇晶體管與電容性負(fù)載斷開(kāi)，所以，未選擇的鐵電體電容器不起寄生電容的作用，從而數(shù)據(jù)讀出時(shí)加到電容性負(fù)載上的電壓不發(fā)生偏差。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法，是具有利用鐵電體膜的極化的偏移存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的鐵電體電容器、具有與該鐵電體電容器串聯(lián)連接的單元選擇晶體管的多個(gè)存儲(chǔ)單元相互并聯(lián)連接的存儲(chǔ)單元塊、與構(gòu)成所述存儲(chǔ)單元塊的2個(gè)共同節(jié)點(diǎn)中的第1共同節(jié)點(diǎn)連接的施加讀出電壓的置位線和與2個(gè)共同節(jié)點(diǎn)中的第2共同節(jié)點(diǎn)連接的檢測(cè)所述鐵電體電容器的鐵電體膜的極化的偏移的電容性負(fù)載的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于該驅(qū)動(dòng)方法包括第1步驟、第2步驟和第3步驟；所述第1步驟使與所述多個(gè)鐵電體電容器中要讀出數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)讀出鐵電體電容器串聯(lián)連接的所述單元選擇晶體管成為導(dǎo)通狀態(tài)，另一方面，使與所述多個(gè)鐵電體電容器中不讀出數(shù)據(jù)的鐵電體電容器串聯(lián)連接的所述單元選擇晶體管成為截止?fàn)顟B(tài)，將所述數(shù)據(jù)讀出鐵電體電容器的一邊的電極通過(guò)所述第1共同節(jié)點(diǎn)與所述位線連接，同時(shí)將所述數(shù)據(jù)讀出鐵電體電容器的另一邊的電極通過(guò)第2共同節(jié)點(diǎn)與所述電容性負(fù)載連接；所述第2步驟將讀出電壓加到所述位線上；所述第3步驟除去加到所述位線上的所述讀出電壓，在所述第2步驟中加上去的所述讀出電壓的大小設(shè)定為，在所述第3步驟中除去該讀出電壓時(shí)，使所述數(shù)據(jù)讀出鐵電體電容器的鐵電體膜的極化的偏移恢復(fù)到讀出所述數(shù)據(jù)之前的偏移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于在所述第3步驟之后，進(jìn)而具有使所述數(shù)據(jù)讀出鐵電體電容器的所述一邊的電極與所述另一邊的電極間的電位差成為零的第4步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于在所述第2步驟中施加的所述讀出電壓的大小設(shè)定為，在施加該讀出電壓時(shí)，在所述鐵電體電容器的所述一邊的電極與所述另一邊的電極間產(chǎn)生的電位差小于所述鐵電體電容器的矯頑電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于所述鐵電體電容器配置在所述第1共同節(jié)點(diǎn)側(cè)，同時(shí)，所述單元選擇晶體管配置在所述第2共同節(jié)點(diǎn)側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于所述電容性負(fù)載是柵極與所述第2共同節(jié)點(diǎn)連接的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
全文摘要
本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)方法,其裝置是由串聯(lián)連接的鐵電體電容器CF11、CF12、CF13、CF14和單元選擇晶體管Q11、Q12、Q13、Q14構(gòu)成的多個(gè)存儲(chǔ)單元相互并聯(lián)連接。第1共同節(jié)點(diǎn)N11與施加讀出電壓的第1置位線SET1連接,第2共同節(jié)點(diǎn)N12與第1復(fù)位線RST1和第1讀出晶體管Q16的柵極連接。加到第1置位線SET1上的讀出電壓的大小設(shè)定為,在除去該讀出電壓時(shí),讀出數(shù)據(jù)的鐵電體電容器的鐵電體膜的極化偏移恢復(fù)到讀出數(shù)據(jù)之前的偏移。在提高半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的記憶特性的同時(shí),謀求讀出晶體管的動(dòng)作的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G11C11/22GK1343008SQ01131028
公開(kāi)日2002年4月3日 申請(qǐng)日期2001年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月5日
發(fā)明者加藤剛久, 嶋田恭博 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社