專利名稱：半導(dǎo)體存儲裝置及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有通過強介電體膜的極化偏位存儲2值數(shù)據(jù)的鐵電電容器和選擇讀寫數(shù)據(jù)的鐵電電容器的選擇晶體管的存儲器單元按矩陣狀配置的半導(dǎo)體存儲裝置及其驅(qū)動方法。
如圖9所示，例如4個存儲器單元MC00，MC01，MC10，MC11按2行2列的矩陣狀配置，存儲器單元M00具有2個鐵電電容器C0，C1和2個選擇晶體管Q0，Q1，該半導(dǎo)體存儲裝置是2T2C方式的。鐵電電容器C0，C1的一對電極中的一個電極連接選擇晶體管Q0，Q1的漏極。
位線BL0和位線XBL0、位線BL1和位線XBL1分別是位線對，各位線BL0，XBL0連接對應(yīng)的選擇晶體管Q0，Q1的源極。
字線WL0，WL1連接在字線方向上并排的存儲器單元的選擇晶體管的柵極。
單元板(cell plate)線CP0，CP1連接在字線方向上并排的存儲器單元的鐵電電容器的一對電極中的另一個電極。
檢測放大器SA0連接構(gòu)成位線對的位線BL0，XBL0的同時連接一對數(shù)據(jù)總線DL0，XDL0，檢測放大器SA1連接構(gòu)成位線對的位線BL1，XBL1的同時連接一對數(shù)據(jù)總線DL1，XDL1。
下面說明圖9所示的半導(dǎo)體存儲裝置中寫入數(shù)據(jù)動作和讀出數(shù)據(jù)動作。這里說明對存儲器單元MC00進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入動作和讀出動作的情況。
數(shù)據(jù)的寫入動作通過在構(gòu)成成為數(shù)據(jù)寫入對象的存儲器單元的2個鐵電電容器中寫入互補數(shù)據(jù)進(jìn)行。字線WL0上施加高電壓接通選擇晶體管Q0，Q1后，單元板線CP0和位線BL0之間以及單元板線CP0和位線BL1之間分別施加極性相反的電壓。例如寫入數(shù)據(jù)“1”時，對數(shù)據(jù)總線DL0施加高信號使得鐵電電容器C0的極化向下的同時對數(shù)據(jù)總線XDL0施加低信號使得鐵電電容器C1的極化向上。另一方面，寫入數(shù)據(jù)“0”時，對數(shù)據(jù)總線DL0施加低信號使得鐵電電容器C0的極化向上的同時對數(shù)據(jù)總線XDL0施加高信號使得鐵電電容器C1的極化向下。
接著說明數(shù)據(jù)的讀出動作。
首先，把位線BL0，XBL0，BL1，XBL1預(yù)充電到低電平。接著對字線WL0施加高電壓接通選擇晶體管Q0，Q1后，對單元板線CP0施加高電壓。此時，在位線對BL0，XBL0中產(chǎn)生的微小電壓差通過檢測放大器SA0放大后輸出到數(shù)據(jù)總線對DL0，XDL0中。
該讀出動作中，利用由于預(yù)先在鐵電電容器中存儲的極化值而使得電容值不同的情況。即，數(shù)據(jù)寫入步驟中寫入向下的極化時，向單元板線CP0施加電壓時隨著極化反轉(zhuǎn)產(chǎn)生電荷，因此電容值增大，另一方面，寫入向上極化時，向單元板線CP0施加電壓時隨著極化不反轉(zhuǎn)，因此電容值減小。
讀出動作的位線電壓由位線電容和鐵電電容器電容的電容比例決定，因此在鐵電電容器向下極化時，位線是高電壓，鐵電電容器向上極化時，位線是低電壓。位線對的電壓放大輸出的數(shù)據(jù)總線DL0的輸出是高電壓，并且數(shù)據(jù)總線XDL0的輸出是低電壓時，對應(yīng)鐵電電容器C0向下極化且鐵電電容器C1向上極化的情況，因此存儲的數(shù)據(jù)可判斷為“1”。數(shù)據(jù)總線DL0的輸出是低電壓，并且數(shù)據(jù)總線XDL0的輸出是高電壓時，存儲的數(shù)據(jù)可判斷為“0”。
但是，原來的半導(dǎo)體存儲裝置中，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出動作時，鐵電電容器的極化方向反轉(zhuǎn)，即數(shù)據(jù)被破壞，因此讀出動作后需要再次寫入數(shù)據(jù)。從而數(shù)據(jù)讀出動作在向數(shù)據(jù)總線輸出數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)再寫入才完成。
但是，反復(fù)對鐵電電容器的強介電體膜進(jìn)行極化的反轉(zhuǎn)動作時，由于強介電體膜疲勞惡化，極化值降低，因此進(jìn)行100億次左右的極化反轉(zhuǎn)動作后，鐵電電容器就到了壽命。
以來的半導(dǎo)體存儲裝置中，除數(shù)據(jù)寫入動作的極化反轉(zhuǎn)外，數(shù)據(jù)讀出動作中也產(chǎn)生極化反轉(zhuǎn)，因此數(shù)據(jù)改寫的次數(shù)和讀出動作次數(shù)限制于100億次左右，這是一個問題。
因此本人考慮可增加讀出次數(shù)的半導(dǎo)體存儲裝置，即即便進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出動作也不破壞數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體存儲裝置。
下面參考

圖10說明該方式的半導(dǎo)體存儲裝置。
如圖10所示，例如2個存儲器單元塊MC0，MC1在字線方向配置，存儲器單元塊MC0，MC1各自具有在位線方向上配置的例如4個存儲器單元，例如構(gòu)成存儲器單元塊MC0的各存儲器單元各自具有彼此串聯(lián)連接的鐵電電容器C0，C1，C2，C3和單元選擇晶體管Q0，Q1，Q2，Q3。存儲器單元塊MC0具有連接公共節(jié)點之一方的塊選擇晶體管Q4和連接公共節(jié)點的另一方的寫入晶體管Q5和讀出晶體管Q6，存儲器單元塊MC1具有連接公共節(jié)點之另一方的塊選擇晶體管XQ4和連接公共節(jié)點的另一方的寫入晶體管XQ5和讀出晶體管XQ6。
下面說明這樣構(gòu)成的半導(dǎo)體存儲裝置中寫入數(shù)據(jù)的動作。這里，說明對鐵電電容器C2，XC2寫入互補數(shù)據(jù)的動作和讀出數(shù)據(jù)的動作的情況。
首先，說明數(shù)據(jù)寫入動作。
塊選擇線BS、寫圖晶體管控制線RE和選擇的字線WL2上施加高信號，將塊選擇晶體管Q4和塊選擇晶體管XQ4、寫入晶體管Q5和寫入晶體管XQ5、以及單元選擇晶體管Q2，XQ2設(shè)為接通狀態(tài)，另一方面，對未選擇的字線WL0，WL1，WL3施加低信號將塊選擇晶體管Q0，XQ0，Q1，XQ1，Q3，XQ3設(shè)為斷開狀態(tài)。
接著寫入數(shù)據(jù)“1”時，對設(shè)置線SET施加高信號，對設(shè)置線XSET施加低信號、對復(fù)位線RST施加低信號、對復(fù)位線XRST施加高信號。另一方面，寫入數(shù)據(jù)“0”時，對設(shè)置線SET施加低信號，對設(shè)置線XSET施加高信號、對復(fù)位線RST施加高信號、對復(fù)位線XRST施加低信號。
這樣，設(shè)置線電壓施加在鐵電電容器C2的一個電極上，同時復(fù)位線電壓施加在鐵電電容器C2的另一個電極上。因此寫入數(shù)據(jù)“1”時，鐵電電容器C2的極化為向右，同時鐵電電容器XC2的極化為向左。寫入數(shù)據(jù)“0”時，鐵電電容器XC2的極化為向左，同時鐵電電容器XC2的極化為向右。
寫入動作結(jié)束時，設(shè)置線SET和復(fù)位線RST設(shè)定為相同電位后，塊選擇線BS、寫入晶體管控制線RE和向左的字線WL2上施加低信號，把塊選擇晶體管Q0、寫入晶體管Q5，XQ5和單元選擇晶體管Q2，XQ2設(shè)為斷開狀態(tài)。由于該動作，鐵電電容器C2，XC2的電極間電壓為零。該狀態(tài)下切斷電源，鐵電電容器C2，XC2的強介電體膜保持其極化狀態(tài)，因此可作為非易失性半導(dǎo)體存儲裝置動作。
接著說明數(shù)據(jù)的讀出動作。
對塊選擇線BS、選擇的字線WL2施加高信號，將塊選擇晶體管Q4，XQ4和單元晶體管Q2，XQ2設(shè)為接通狀態(tài)，另一方面，對未選擇的字線WL0，WL1，WL3施加低信號，將單元選擇晶體管Q0，XQ0，Q1，XQ1，Q3，XQ3設(shè)為斷開狀態(tài)。
這樣，連接設(shè)置線SET，XSET和鐵電電容器C2，XC2的一個電極的同時，連接鐵電電容器C2，XC2的另一電極和讀出晶體管Q6，XQ6的柵極，另一方面，鐵電電容器C0，XC0，C1，XC1，C3，XC3與讀出晶體管Q6，XQ6切離。
該狀態(tài)下，對設(shè)置線SET，XSET施加讀出電壓時，讀出晶體管Q6的柵極上施加讀出電壓被鐵電電容器C2的電容值和讀出晶體管Q6的MOS電容值進(jìn)行電容分配得到的電壓，同時讀出晶體管XQ6的柵極上施加讀出電壓被鐵電電容器XC2的電容值和讀出晶體管XQ6的MOS電容值進(jìn)行電容分配得到的電壓。
存儲數(shù)據(jù)“1”的情況和存儲數(shù)據(jù)“0”的情況下，由于強介電體膜的極化方向不同，鐵電電容器C2，XC2的電容值不同。因此，電容分配決定的讀出晶體管Q6，XQ6的柵極電位因存儲的數(shù)據(jù)而不同。讀出晶體管Q6，XQ6的柵極電位的差異由于具有源極漏極之間的導(dǎo)電率變化，因此該導(dǎo)電率變化作為位線BL0，XBL0的微小電壓差用檢測放大器SA0放大后，輸出到數(shù)據(jù)總線DL0，XDL0上時，可讀出存儲的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)讀出動作結(jié)束時，設(shè)置線SET，xSET和復(fù)位線RST，XRST設(shè)定在接地電位后，塊選擇線BS和選擇的字線WL2上施加低信號并將塊選擇晶體管Q4，XQ4和單元晶體管Q2，XQ2設(shè)為斷開狀態(tài)，同時向?qū)懭刖w管控制線RE施加高信號，將寫入晶體管Q5，XQ5設(shè)為接通狀態(tài)。
讀出動作中，鐵電電容器C2，XC2和單元選擇晶體管Q2，XQ2的泄漏電流變動作為浮動節(jié)點的讀出晶體管Q6，XQ6的柵極電位，但數(shù)據(jù)讀出后的動作使得浮動節(jié)點電位復(fù)位到RST電位。
讀出動作中，通過設(shè)定對設(shè)置線SET，XSET施加的讀出電壓使得對鐵電電容器C2，XC2施加的電壓在強介電體膜的反電壓以下，在讀出動作前后極化不反轉(zhuǎn)。因此不需要再寫入動作，從而可增加讀出次數(shù)。
然而，圖10所示的半導(dǎo)體存儲裝置可不破壞數(shù)據(jù)地來讀出數(shù)據(jù)，但是由于在2個存儲器單元塊的對應(yīng)的存儲器單元中存儲互補數(shù)據(jù)，即由于是2T2C結(jié)構(gòu)，因此出現(xiàn)存儲器單元面積增大的問題。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置中，在字線方向上配置的3個以上的存儲器單元塊，該存儲器單元塊具有在位線方向上配置的多個存儲器單元，該存儲器單元各自具有通過強介電體膜的極化的偏位存儲數(shù)據(jù)的鐵電電容器和連接鐵電電容器的一對電極中的一個電極的選擇晶體管，3個以上的存儲器單元塊各自具有按位線方向延伸的位線、子位線和源線以及柵極連接子位線的一端、源極連接源線、漏極連接位線一端的、通過檢測構(gòu)成多個存儲器單元中的讀出數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的鐵電電容器的強介電替膜的極化偏位讀出數(shù)據(jù)的讀出晶體管，3個以上的存儲器單元塊中的某2個存儲器單元塊中包含的子位線經(jīng)子位線耦合開關(guān)彼此連接。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置，由于3個以上的存儲器單元塊中的某2個存儲器單元塊中包含的子位線的另一端經(jīng)子位線耦合開關(guān)彼此連接，因此經(jīng)子位線耦合開關(guān)彼此連接的2個存儲器單元塊具有用作參考電位發(fā)生部的功能。從而，2個存儲器單元塊中的一個存儲器單元中寫入?yún)⒖紨?shù)據(jù)“1”的同時，另一存儲器單元中寫入?yún)⒖紨?shù)據(jù)“0”時，根據(jù)在這2個存儲器單元中寫入的參考數(shù)據(jù)可產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓(參考電壓)。比較構(gòu)成與產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的存儲器單元塊不同的存儲器單元塊的存儲器單元的鐵電電容器的一對電極之間的電壓和基準(zhǔn)電壓可讀出存儲在該鐵電電容器中的數(shù)據(jù)。因此，可實現(xiàn)1個鐵電電容器和1個選擇晶體管構(gòu)成的存儲器單元，即1T1C結(jié)構(gòu)的存儲器單元，從而與2T2C結(jié)構(gòu)的存儲器單元相比，可減少構(gòu)成存儲器單元的元件數(shù)，故可降低存儲器單元面積。
本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置中，更好是3個以上的存儲器單元塊各自具有在位線方向延伸的復(fù)位線，子位線經(jīng)復(fù)位開關(guān)連接復(fù)位線。
這樣，可從復(fù)位線向子位線施加希望的電壓。因此，在讀出數(shù)據(jù)的動作前后可復(fù)位子位線的電位。
但是在子位線的一端不經(jīng)復(fù)位開關(guān)連接復(fù)位線時，為在鐵電電容器中寫入數(shù)據(jù)，必須從讀出晶體管的晶片經(jīng)柵電容向鐵電電容器的電極上施加寫入電壓，因此需要大的寫入電壓。
然而，由于可從復(fù)位線向子位線施加希望的電壓，因此可從復(fù)位線向鐵電電容器的電極上施加寫入電壓，從而降低寫入電壓。
本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置具有復(fù)位線的情況下，更好是復(fù)位線和源線是同一線。
這樣可降低存儲器塊的面積。
本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置具有復(fù)位線的情況下，更好是3個以上的存儲器單元塊中在字線方向上相鄰的2個存儲器單元塊中包含的復(fù)位線共用設(shè)置。
這樣可降低存儲器塊的面積。
本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置中，更好是3個以上的存儲器單元塊中包含且并排在字線方向上的構(gòu)成多個存儲器單元的鐵電電容器的一對電極中的另一電極構(gòu)成在字線方向延伸的公共電極。
這樣不需要相鄰存儲器單元之間的電極分離區(qū)域，因此可降低存儲器單元塊的面積。
本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置的驅(qū)動方法是驅(qū)動上述半導(dǎo)體存儲裝置的驅(qū)動方法，包括如下步驟在3個以上存儲器單元塊中的子位線經(jīng)子位線耦合開關(guān)互相連接的2個存儲器單元塊中包含的且在字線方向上并排的2個存儲器單元中的一個存儲器單元中寫入?yún)⒖紨?shù)據(jù)“1”，同時在另一存儲器單元中寫入?yún)⒖紨?shù)據(jù)“0”；從構(gòu)成寫入?yún)⒖紨?shù)據(jù)“1”的存儲器單元的鐵電電容器的一對電極之間的電壓和構(gòu)成寫入?yún)⒖紨?shù)據(jù)“0”的存儲器單元的鐵電電容器的一對電極之間的電壓求出基準(zhǔn)電壓；通過比較3個以上存儲器單元塊中與2個存儲器單元塊不同的另一存儲器單元塊中包含的多個存儲器單元中的構(gòu)成數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的鐵電電容器的一對電極之間的電壓和基準(zhǔn)電壓讀出構(gòu)成數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的鐵電電容器中存儲的數(shù)據(jù)。
另外，寫入?yún)⒖紨?shù)據(jù)“0”和參考數(shù)據(jù)“1”的存儲器單元塊不限于2個，可以是更多個。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置的驅(qū)動方法，從存儲參考數(shù)據(jù)“0”的存儲器單元和存儲參考數(shù)據(jù)“1”的存儲器單元產(chǎn)生的電荷可根據(jù)這些存儲器單元所屬的存儲器單元塊中包含的子位線和讀出晶體管的電容性負(fù)載進(jìn)行電壓變換。即，連接存儲參考數(shù)據(jù)的存儲器單元的子位線的電位設(shè)定為根據(jù)數(shù)據(jù)“1”產(chǎn)生的子位線電位和根據(jù)數(shù)據(jù)“0”產(chǎn)生的子位線電位的中間值，從而可將該中間值用作參考電壓。因此，通過比較構(gòu)成存儲參考數(shù)據(jù)的存儲器單元不屬于的存儲器單元塊中包含的存儲器單元的鐵電電容器的一對電極之間的電壓與參考電壓可讀出存儲在該鐵電電容器中的數(shù)據(jù)。因此，可實現(xiàn)1個鐵電電容器和1個選擇晶體管構(gòu)成的存儲器單元，即1T1C結(jié)構(gòu)的存儲器單元，從而與2T2C結(jié)構(gòu)的存儲器單元相比，可減少構(gòu)成存儲器單元的元件數(shù)，故可降低存儲器單元面積。
尤其，屬于存儲數(shù)據(jù)的存儲器單元所屬的存儲器單元塊附近放置的存儲器單元塊的存儲器單元中存儲參考數(shù)據(jù)，則鐵電電容器在基板上的位置引起的特性偏差和晶體管在基板上的位置引起的特性偏差的影響減小，從而可進(jìn)行原來難以進(jìn)行的1T1C結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定動作。
本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置的驅(qū)動方法中，更好是3個以上存儲器單元塊各自具有在位線方向上延伸的復(fù)位線，同時子位線經(jīng)復(fù)位開關(guān)連接復(fù)位線，讀出數(shù)據(jù)的步驟包括如下步驟接通構(gòu)成數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的選擇晶體管，連接構(gòu)成數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的鐵電電容器的一對電極中的一個電極和子位線，同時在接通復(fù)位開關(guān)并連接子位線和復(fù)位線的狀態(tài)下，對復(fù)位線施加復(fù)位電壓；斷開復(fù)位開關(guān)來截斷子位線和復(fù)位線的連接；在截斷子位線和復(fù)位線的連接的狀態(tài)下，對構(gòu)成數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的鐵電電容器的一對電極中的另一個電極施加讀出電壓并讀出數(shù)據(jù)。
這樣，可在復(fù)位連接數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的子位線的電位后施加讀出電壓，從而可進(jìn)行穩(wěn)定的讀出動作。
本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置的驅(qū)動方法中，更好是3個以上存儲器單元塊各自具有在位線方向上延伸的復(fù)位線，同時子位線經(jīng)復(fù)位開關(guān)連接復(fù)位線，在讀出數(shù)據(jù)的步驟后還備有如下步驟接通構(gòu)成數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的選擇晶體管，連接構(gòu)成數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的鐵電電容器的一對電極中的一個電極和子位線，同時在接通復(fù)位開關(guān)并連接子位線和復(fù)位線的狀態(tài)下，對復(fù)位線施加復(fù)位電壓；斷開復(fù)位開關(guān)來截斷子位線和復(fù)位線的連接。
這樣由于在從數(shù)據(jù)讀出存儲器單元讀出數(shù)據(jù)后復(fù)位連接該數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的子位線的電位，因此由于不需要的電壓殘留在儲存節(jié)點引起數(shù)據(jù)消失的情況可避免，從而可穩(wěn)定的保持?jǐn)?shù)據(jù)。
本實施例的半導(dǎo)體存儲裝置的驅(qū)動方法中，更好是讀出數(shù)據(jù)的步驟具有對構(gòu)成數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的鐵電電容器的一對電極中的另一個電極施加讀出電壓并讀出數(shù)據(jù)；去除對構(gòu)成數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的鐵電電容器的一對電極中的另一個電極施加的讀出電壓，讀出電壓的大小設(shè)定為在去除讀出電壓時，構(gòu)成數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的鐵電電容器的強介電體膜的極化的偏位返回讀出數(shù)據(jù)前的偏位的值。
這樣由于不需要在讀出數(shù)據(jù)后進(jìn)行再寫入，因此可增加讀出數(shù)據(jù)的次數(shù)。
此時讀出電壓大小更好是設(shè)定為大于比較構(gòu)成數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的鐵電電容器的一對電極之間的電壓和基準(zhǔn)電壓的比較器的檢測極限且小于構(gòu)成數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的鐵電電容器的一對電極之間的反電場的值。
這樣，可把讀出電壓的大小確實設(shè)定為在去除讀出電壓時讀出構(gòu)成數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的鐵電電容器的強介電體膜的極化偏位返回讀出數(shù)據(jù)前的偏位的值。
本實施例的半導(dǎo)體存儲裝置的驅(qū)動方法中更好是3個以上存儲器單元塊各自具有在位線方向上延伸的復(fù)位線，同時子位線經(jīng)復(fù)位開關(guān)連接復(fù)位線，包括向構(gòu)成作為3個以上存儲器單元塊中包含的多個存儲器單元中的某一個存儲器單元的數(shù)據(jù)寫入存儲器單元的鐵電電容器寫入數(shù)據(jù)的步驟，寫入數(shù)據(jù)的步驟包含如下步驟接通構(gòu)成數(shù)據(jù)寫入存儲器單元的選擇晶體管，連接構(gòu)成數(shù)據(jù)寫入存儲器單元的鐵電電容器的一對電極中的一個電極和子位線，同時在接通復(fù)位開關(guān)并連接子位線和復(fù)位線的狀態(tài)下，在構(gòu)成數(shù)據(jù)寫入存儲器單元的鐵電電容器的一對電極中的另一個電極和復(fù)位線之間施加對應(yīng)2值數(shù)據(jù)的寫入電壓。
這樣，用低寫入電壓也可寫入數(shù)據(jù)。
此時更好是2值數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)“0”時的寫入電壓的絕對值和2值數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)“1”時的寫入電壓的絕對值互不相同。
這樣可提高半導(dǎo)體存儲裝置的可靠性。
如圖1所示，字線方向上配置例如6個存儲器單元塊MC0，MC1，MC2，MC3，MC4，MC5。第一列的存儲器單元塊MC0具有沿著位線延伸的位線BL0、子位線SBL0和復(fù)位線RST0，第二列的存儲器單元塊MC1具有沿著位線延伸的位線BL1、子位線SBL1和復(fù)位線RST1，第三列的存儲器單元塊MC2具有沿著位線延伸的位線BL2、子位線SBL2和復(fù)位線RST2，第四列的存儲器單元塊MC3具有沿著位線延伸的位線BL3、子位線SBL3和復(fù)位線RST3，第五列的存儲器單元塊MC4具有沿著位線延伸的位線BL4、子位線SBL4和復(fù)位線RST4，第六列的存儲器單元塊MC5具有沿著位線延伸的位線BL5、子位線SBL5和復(fù)位線RST5。
第一列的存儲器單元塊MC0具有具有鐵電電容器C00和選擇晶體管Q00的數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、具有鐵電電容器C02和選擇晶體管Q02的數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、具有鐵電電容器CREF0和選擇晶體管QREF0的參考數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、寫入晶體管QW0、讀出晶體管QR0。
選擇晶體管Q00串聯(lián)連接在子位線SBL0和鐵電電容器C00的一個電極之間，選擇晶體管Q00的柵極連接字線WL0，鐵電電容器C00的另一個電極與成為公共電極的板線CP0一體化。選擇晶體管Q02串聯(lián)連接在子位線SBL0和鐵電電容器C02的一個電極之間，選擇晶體管Q02的柵極連接字線WL2，鐵電電容器02的另一個電極與成為公共電極的板線CP1一體化。選擇晶體管QREF0串聯(lián)連接在子位線SBL0和鐵電電容器CREF0的一個電極之間，選擇晶體管QREF0的柵極連接字線WLA，鐵電電容器CREF0的另一個電極與成為公共電極的板線CPA一體化。
寫入晶體管QW0柵極連接寫入晶體管控制線RE，源極連接復(fù)位線RST0的一端，漏極連接子位線SBL0的一端。讀出晶體管QR0柵極連接子位線SBL0的一端，源極連接成為源線的復(fù)位線RST0的一端，漏極連接位線BL0的一端。
第二列的存儲器單元塊MC1具有具有鐵電電容器C11和選擇晶體管Q11的數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、具有鐵電電容器C13和選擇晶體管Q13的數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、具有鐵電電容器CREF1和選擇晶體管QREF1的參考數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、寫入晶體管QW1、讀出晶體管QR1。
選擇晶體管Q11串聯(lián)連接在子位線SBL1和鐵電電容器C11的一個電極之間，選擇晶體管Q11的柵極連接字線WL1，鐵電電容器C11的另一個電極與成為公共電極的板線CP1一體化。選擇晶體管Q13串聯(lián)連接在子位線SBL1和鐵電電容器C13的一個電極之間，選擇晶體管Q13的柵極連接字線WL3，鐵電電容器C13的另一個電極與成為公共電極的板線CP3一體化。選擇晶體管QREF1串聯(lián)連接在子位線SBL0和鐵電電容器CREF1的一個電極之間，選擇晶體管QREF1的柵極連接字線WLB，鐵電電容器CREF1的另一個電極與成為公共電極的板線CPB一體化。
寫入晶體管QW1柵極連接寫入晶體管控制線RE，源極連接復(fù)位線RST1的一端，漏極連接子位線SBL1的一端。讀出晶體管QR1柵極連接子位線SBL1一端，源極連接成為源線的復(fù)位線RST1的一端，漏極連接位線BL1的一端。
第三列的存儲器單元塊MC2具有具有鐵電電容器C21和選擇晶體管Q21的數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、具有鐵電電容器C23和選擇晶體管Q23的數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、具有鐵電電容器CREF2和選擇晶體管QREF2的參考數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、寫入晶體管QW2、讀出晶體管QR2。
選擇晶體管Q21串聯(lián)連接在子位線SBL2和鐵電電容器C21的一個電極之間，選擇晶體管Q21的柵極連接字線WL1，鐵電電容器C21的另一個電極與成為公共電極的板線CP1一體化。選擇晶體管Q23串聯(lián)連接在子位線SBL2和鐵電電容器C23的一個電極之間，選擇晶體管Q23的柵極連接字線WL3，鐵電電容器C23的另一個電極與成為公共電極的板線CP3一體化。選擇晶體管QREF2串聯(lián)連接在子位線SBL2和鐵電電容器CREF2的一個電極之間，選擇晶體管QREF2的柵極連接字線WLB，鐵電電容器CREF2的另一個電極與成為公共電極的板線CPB一體化。
寫入晶體管QW2柵極連接寫入晶體管控制線RE，源極連接復(fù)位線RST2的一端，漏極連接子位線SBL2的一端。讀出晶體管QR2柵極連接子位線SBL2一端，源極連接成為源線的復(fù)位線RST2的一端，漏極連接位線BL1的一端。
第四列的存儲器單元塊MC3具有具有鐵電電容器C30和選擇晶體管Q30的數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、具有鐵電電容器C32和選擇晶體管Q32的數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、具有鐵電電容器CREF3和選擇晶體管QREF3的參考數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、寫入晶體管QW3、讀出晶體管QR3。
選擇晶體管Q30串聯(lián)連接在子位線SBL3和鐵電電容器C30的一個電極之間，選擇晶體管Q30的柵極連接字線WL0，鐵電電容器C30的另一個電極與成為公共電極的板線CP0一體化。選擇晶體管Q32串聯(lián)連接在子位線SBL3和鐵電電容器C32的一個電極之間，選擇晶體管Q32的柵極連接字線WL2，鐵電電容器C32的另一個電極與成為公共電極的板線CP2一體化。選擇晶體管QREF3串聯(lián)連接在子位線SBL3和鐵電電容器CREF3的一個電極之間，選擇晶體管QREF3的柵極連接字線WLA，鐵電電容器CREF3的另一個電極與成為公共電極的板線CPA一體化。
寫入晶體管QW3柵極連接寫入晶體管控制線RE，源極連接復(fù)位線RST3的一端，漏極連接子位線SBL3的一端。讀出晶體管QR3柵極連接子位線SBL3一端，源極連接成為源線的復(fù)位線RST3的一端，漏極連接位線BL3的一端。
第五列的存儲器單元塊MC4具有具有鐵電電容器C40和選擇晶體管Q40的數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、具有鐵電電容器C42和選擇晶體管Q42的數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、具有鐵電電容器CREF4和選擇晶體管QREF4的參考數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、寫入晶體管QW4、讀出晶體管QR4。
選擇晶體管Q40串聯(lián)連接在子位線SBL4和鐵電電容器C40的一個電極之間，選擇晶體管Q40的柵極連接字線WL0，鐵電電容器C40的另一個電極與成為公共電極的板線CP0一體化。選擇晶體管Q42串聯(lián)連接在子位線SBL4和鐵電電容器C42的一個電極之間，選擇晶體管Q42的柵極連接字線WL2，鐵電電容器C42的另一個電極與成為公共電極的板線CP2一體化。選擇晶體管QREF4串聯(lián)連接在子位線SBL4和鐵電電容器CREF4的一個電極之間，選擇晶體管QREF4的柵極連接字線WLA，鐵電電容器CREF4的另一個電極與成為公共電極的板線CPA一體化。
寫入晶體管QW4柵極連接寫入晶體管控制線RE，源極連接復(fù)位線RST4的一端，漏極連接子位線SBL4的一端。讀出晶體管QR4柵極連接子位線SBL4一端，源極連接成為源線的復(fù)位線RST4的一端，漏極連接位線BL4的一端。
第六列的存儲器單元塊MC5具有具有鐵電電容器C51和選擇晶體管Q51的數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、具有鐵電電容器C53和選擇晶體管Q53的數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、具有鐵電電容器CREF5和選擇晶體管QREF5的參考數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、寫入晶體管QW5、讀出晶體管QR5。
選擇晶體管Q51串聯(lián)連接在子位線SBL5和鐵電電容器C51的一個電極之間，選擇晶體管Q51的柵極連接字線WL1，鐵電電容器C51的另一個電極與成為公共電極的板線CP1一體化。選擇晶體管Q53串聯(lián)連接在子位線SBL5和鐵電電容器C53的一個電極之間，選擇晶體管Q53的柵極連接字線WL3，鐵電電容器C53的另一個電極與成為公共電極的板線CP3一體化。選擇晶體管QREF5串聯(lián)連接在子位線SBL5和鐵電電容器CREF5的一個電極之間，選擇晶體管QREF5的柵極連接字線WLB，鐵電電容器CREF5的另一個電極與成為公共電極的板線CPB一體化。
寫入晶體管QW5柵極連接寫入晶體管控制線RE，源極連接復(fù)位線RST5的一端，漏極連接子位線SBL5的一端。讀出晶體管QR5柵極連接子位線SBL5一端，源極連接成為源線的復(fù)位線RST5的一端，漏極連接位線BL5的一端。
位線BL0和位線BL1的各另一端連接檢測放大器SA0，該檢測放大器SA0上連接數(shù)據(jù)總線DL0和數(shù)據(jù)總線XDL0。位線BL2和位線BL3的各另一端連接檢測放大器SA1，該檢測放大器SA1上連接數(shù)據(jù)總線DL1和數(shù)據(jù)總線XDL1。位線BL4和位線BL5的各另一端連接檢測放大器SA2，該檢測放大器SA2上連接數(shù)據(jù)總線DL2和數(shù)據(jù)總線XDL2。
檢測放大器SA0，SA1，SA2連接檢測放大器啟動控制線SAP，同時較交叉耦合反相器用作檢測放大器SA0，SA1，SA2。
子位線SBL1和子位線SBL2的各另一端連接成為子位線耦合開關(guān)的子位線耦合晶體管QS12的漏極、源極，該子位線耦合晶體管QS12的柵極連接子位線耦合控制線CSB。子位線SBL3和子位線SBL4的各另一端連接成為子位線耦合開關(guān)的子位線耦合晶體管QS34的漏極、源極，該子位線耦合晶體管QS34的柵極連接子位線耦合控制線CSA。由此，子位線SBL3的另一端和子位線SBL4的另一端通過子位線耦合晶體管連接或截斷。子位線SBL0和子位線SBL5的個另一端也同樣。
作為第1實施例的特征，上述的板線CP0，CP1，CPA，CPb沿著字線方向延伸。通過這種布局，在圖10所示的非破壞讀出方式的半導(dǎo)體存儲裝置中必要的塊選擇晶體管Q4，XQ4不再需要，因此可縮小存儲器塊的面積。
(數(shù)據(jù)的寫入動作)下面說明第1實施例的半導(dǎo)體存儲裝置中寫入數(shù)據(jù)的動作。這里，以說明將數(shù)據(jù)寫入第三列存儲器單元塊MC2的鐵電電容器C21中的情況。
數(shù)據(jù)寫入動作時，寫入晶體管控制線RE的電位設(shè)定為從電源電壓VDD上升的升壓電平電壓(VPP)，寫入晶體管QW2接通。
首先，如圖2的布線施加電壓的波形圖所示，在選擇的字線WL1上施加升壓電平電壓VPP的脈沖，接通選擇晶體管Q21的狀態(tài)下，將復(fù)位線RST2設(shè)定在低電平。寫入數(shù)據(jù)“1”時，板線CP1上施加VDD電平的寫入脈沖。這樣，鐵電電容器C21的強介電體膜的極化向上。寫入數(shù)據(jù)“0”時，板線CP1上施加VDD電平的寫入脈沖后，復(fù)位線RST2上施加VDD/2電平的寫入脈沖。這樣，鐵電電容器C21的強介電體膜的極化向下。
寫入動作中，鐵電電容器C21的電極之間施加的電壓的絕對值在數(shù)據(jù)“1”的情況下為VDD、在數(shù)據(jù)“0”的情況下為VDD/2。因此，數(shù)據(jù)“1”的情況下為向上的飽和極化狀態(tài)，在數(shù)據(jù)“0”的情況下為向下的非飽和極化狀態(tài)。
圖3表示寫入動作的強介電體膜的極化狀況，圖3的電壓軸(橫軸)上，與板線CP1一體化的下電極的電位為正。曲線a表示在-VDD～+VDD的范圍內(nèi)施加電壓時的極化值，是飽和滯后回線。曲線b是-VDD/2～+VDD的范圍內(nèi)施加電壓時的極化值，是在正側(cè)為飽和且負(fù)側(cè)為非飽和的回線。作為滯后回線的曲線a與極化軸相交的2個點中點A是寫入數(shù)據(jù)“0”時的極化值，點B是寫入數(shù)據(jù)“1”時的極化值。
但是，第1實施例中，數(shù)據(jù)的寫入動作中施加在鐵電電容器上的電壓的絕對值在寫入數(shù)據(jù)“0”時和寫入數(shù)據(jù)“1”時是不同的。通過本發(fā)明人的實驗可明確這樣在半導(dǎo)體存儲裝置中可提高可靠性。下面參考圖4說明這一點。
圖4是對鐵電電容器交互地改寫數(shù)據(jù)“0”和數(shù)據(jù)“1”時由于疲勞惡化極化值減半的改寫次數(shù)(縱軸)，是對最大施加電壓的倒數(shù)(橫軸)畫出的。圖4中，直線c表示使正的改寫電壓和負(fù)的改寫電壓相等進(jìn)行驅(qū)動的情況，直線d是使負(fù)的改寫電壓為正的改寫電壓的1/2的情況。從圖4可知負(fù)的改寫電壓小于正的改寫電壓可增加可改寫的次數(shù)。
本發(fā)明人對具有圖1所示電路的半導(dǎo)體存儲裝置進(jìn)行10億次的數(shù)據(jù)改寫后，將該半導(dǎo)體存儲裝置在100的溫度下保存的狀態(tài)下，進(jìn)行根據(jù)后述的數(shù)據(jù)讀出動作讀出數(shù)據(jù)的實驗。圖5是在該實驗中可讀出的讀出電壓(VRD)的下限電壓對100的溫度下的保存時間(橫軸)的變化(縱軸)。圖5中，直線e表示使正的改寫電壓和負(fù)的改寫電壓相等進(jìn)行驅(qū)動的情況，直線f是使負(fù)的改寫電壓為正的改寫電壓的1/2的情況。
從圖5可知負(fù)的改寫電壓小于正的改寫電壓可增加可使得高溫保存后的讀出下限電壓變化小，即可進(jìn)行能夠維持讀出動作范圍的穩(wěn)定動作。
從圖4和圖5所示的實驗結(jié)果可知采用寫入數(shù)據(jù)“0”時的電壓的絕對值小于寫入數(shù)據(jù)“1”時的電壓的絕對值的非對稱驅(qū)動方式時，可提高半導(dǎo)體存儲裝置的可靠性。
(數(shù)據(jù)的讀出動作)下面說明從第1實施例的半導(dǎo)體存儲裝置讀出數(shù)據(jù)的動作。這里，說明讀出第三列存儲器單元塊MC2的鐵電電容器C21中存儲的數(shù)據(jù)的情況。
首先，通過和上述數(shù)據(jù)寫入動作同樣的方法在第一、第三、第五存儲器單元塊MC0，MC2，MC4的參考數(shù)據(jù)存儲存儲器單元的鐵電電容器CREF0，CREF2，CREF4中寫入例如數(shù)據(jù)“0”，同時，在第二、第四、第六存儲器單元塊MC1，MC3，MC5的參考數(shù)據(jù)存儲存儲器單元的鐵電電容器CREF1，CREF3，CREF5中寫入例如數(shù)據(jù)“1”。
接著如圖6的布線施加電壓的波形圖所示，在選擇的字線WL1上施加升壓電平電壓VPP的脈沖，接通選擇晶體管Q21。向子位線耦合控制線CSB施加低信號，向子位線耦合控制線CSA施加高信號，向字線WLA施加高信號，向字線WLB施加低信號。
通過該動作，成為將讀出晶體管QR2連接存儲數(shù)據(jù)的鐵電電容器Q21的同時，把讀出晶體管QR3，QR4連接存儲參考數(shù)據(jù)的鐵電電容器CREF3，CREF4的狀態(tài)。即，作為存儲參考數(shù)據(jù)的存儲器單元，為存儲數(shù)據(jù)“1”的鐵電電容器CREF3和存儲數(shù)據(jù)“0”的鐵電電容器CREF4與成為負(fù)荷的2個讀出晶體管QR3，QR4連接的結(jié)構(gòu)。
該狀態(tài)下，寫入晶體管控制線RE是高電平，因此子位線、鐵電電容器的一個電極和讀出晶體管的柵極連接復(fù)位線，這些節(jié)點被復(fù)位到復(fù)位線電位。復(fù)位動作后，把寫入晶體管控制線RE設(shè)為低電平，斷開寫入晶體管QW2。
如以上說明，第1實施例中，構(gòu)成數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的選擇晶體管Q21接通，構(gòu)成數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的鐵電電容器C21的一對電極中的一個電極與子位線SBL2連接，同時接通寫入晶體管QR2，子位線SBL2的一端與復(fù)位線RST2連接，在這種狀態(tài)下，向復(fù)位線RST2上施加復(fù)位電壓后，斷開寫入晶體管QR2并截斷子位線SBL2的一端和復(fù)位線RST2的連接，該狀態(tài)下，構(gòu)成數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的鐵電電容器CF21的一對電極中的另一個電極上施加讀出電壓，讀出數(shù)據(jù)，即連接數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的子位線SBL2的電位被復(fù)位，因此可施加讀出電壓，從而可穩(wěn)定的進(jìn)行讀出動作。
接著向單元板線CP1，CPA施加讀出電壓VRD的脈沖。通過向單元板線CP1施加讀出電壓VRD，子位線SBL2為用鐵電電容器C21的電容值和子位線SBL2的布線電容值進(jìn)行電容分割的電位。
這里，子位線的布線電容(CSB)定義為包含讀出晶體管的柵極電容、連接的選擇晶體管的源極電容、布線間電容等。
鐵電電容器C21上寫入對應(yīng)數(shù)據(jù)“1”或數(shù)據(jù)“0”的極化，將與數(shù)據(jù)“1”的極化值對應(yīng)的電容值設(shè)為CF1、將與數(shù)據(jù)“0”的極化值對應(yīng)的電容值設(shè)為CF0時，數(shù)據(jù)“1”時的子位線SBL2的電位VSB1和數(shù)據(jù)“0”時的子位線SBL2的電位VSB0分別用式(1)、(2)表示。
VSB1＝CF1×VRD/(CF1+CSB)……………(1)VSB0＝CF0×VRD/(CF0+CSB)……………(2)
這里由于CF1＜CF0，則VSB1＜VSB0。
另一方面，通過對單元板線CPA的施加脈沖，子位線SBL3，SBL4的電位為用鐵電電容器CREF3，CREF4的電容和與子位線SBL3，SBL4的布線電容和進(jìn)行電容分割的電壓值。
由于存儲參考數(shù)據(jù)“1”的鐵電電容器CREF3的電容值為CF1，存儲參考數(shù)據(jù)“0”的鐵電電容器CREF4的電容值為CF0，因此子位線SBL3，SBL4的電位VSBR用式(3)表示。
VSBR＝(CF1+CF0)×VRD/(CF1+CF0+2·CSB)……………(3)這里，由于CF1＜CF0，有VSB1＜VSBR＜VSB0。
對應(yīng)子位線SBL2和子位線SBL3，SBL4的電位產(chǎn)生，讀出晶體管QR2和讀出晶體管QR3，QR4從斷開狀態(tài)變換為對應(yīng)子位線電位的導(dǎo)通狀態(tài)。預(yù)先把位線充電到高電平，則由于成為導(dǎo)通狀態(tài)的讀出晶體管QR2，QR3，位線BL2，BL3的各電位VBL2，VBL3降低。
如果鐵電電容器C21中存儲的數(shù)據(jù)為“1”，則由于VSB1＜VSBR，讀出晶體管QR2的導(dǎo)電率小于讀出晶體管QR3的導(dǎo)電率，有VBL2＞VBL3。另一方面，如果鐵電電容器C21中存儲的數(shù)據(jù)為“0”，則由于VSBR＜VSB1，讀出晶體管QR2的導(dǎo)電率大于讀出晶體管QR3的導(dǎo)電率，有VBL2＜VBL3。該階段中，VBL2和VBL3的電位差很小。
因此，為放大該微小電位差，向檢測放大器啟動控制線SAP上施加脈沖。檢測放大器啟動控制線SAP上施加的脈沖使得檢測放大器SA1放大位線BL2和BL3之間的微小電位差。即，檢測放大器SA1在鐵電電容器C21中存儲的數(shù)據(jù)為“1”時，使電位VBL2為高電平，同時使電位VBL3為低電平，或者在鐵電電容器C21中存儲的數(shù)據(jù)為“0”時，使電位VBL2為低電平，同時使電位VBL3為高電平。
檢測放大器SA1完成位線電位的放大后，斷開單元板線CP1，CPA。由此，停止流過檢測放大器位線讀出晶體管復(fù)位線的貫通電流，從而降低功耗。
之后，把位線BL2，BL3的邏輯電平輸出到數(shù)據(jù)總線DL1，XDL1。數(shù)據(jù)總線DL1的電位是高電平并且數(shù)據(jù)總線XDL1的電位是低電平，則來自鐵電電容器C21的讀出數(shù)據(jù)是“1”，如果是相反的邏輯值，則來自鐵電電容器C21的讀出數(shù)據(jù)是“0”。
接著斷開檢測放大器啟動控制線SAP，將位線充電到高電平，使寫入晶體管控制線RE為高電平，把子位線、鐵電電容器和讀出晶體管的柵極廉潔復(fù)位線，由此將這些節(jié)點復(fù)位到復(fù)位線電位。
這樣，從數(shù)據(jù)讀出存儲器單元讀出數(shù)據(jù)后，可復(fù)位連接該數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的子位線SBL2的電位，因此可避免不要的電壓殘留在存儲節(jié)點上引起的數(shù)據(jù)小時的狀況，從而可穩(wěn)定的保持?jǐn)?shù)據(jù)。
之后，斷開字線WL1，WLA和子位線耦合控制線CSA時，讀出動作完成。
在以上說明的數(shù)據(jù)讀出動作中，通過施加在單元板線上的讀出電壓VRD的設(shè)定可抑制讀出動作前后的極化變化，從而可進(jìn)行非破壞方式的讀出動作。
這里，說明以使用本發(fā)明人實驗的半導(dǎo)體存儲裝置進(jìn)行實驗的結(jié)果為基礎(chǔ)得到的讀出電壓VRD的設(shè)定范圍。
實驗中使用的試樣半導(dǎo)體存儲裝置中，鐵電電容器的面積是9平方微米，強介電體膜的厚度為200納米，強介電體膜的材料是鍶鉍鉭酸鹽，選擇晶體管和寫入晶體管中，柵極寬度為2微米，柵極長度為0.6微米，柵極絕緣膜的厚度為13.5納米，讀出晶體管中，柵極寬度為10.35微米，柵極長度為1.6微米，柵極絕緣膜的厚度為13.5納米，是子位線上連接比圖1所示的電路例子多的16個存儲器單元的結(jié)構(gòu)。
該試樣半導(dǎo)體存儲裝置在室溫下的非破壞方式的可讀出電壓VRD范圍為2.2～3.7V。用比該范圍小的讀出電壓VRD，則檢測放大器不能放大位線的微小電壓差，用比該范圍大的讀出電壓VRD，則讀出動作前后極化變化，因此不能進(jìn)行非破壞方式的讀出動作。
試樣半導(dǎo)體存儲裝置中，通過讀出電壓VRD的范圍設(shè)定在2.2～3.7V并連續(xù)進(jìn)行多次讀出動作，可對64K不同，調(diào)整可非破壞方式讀出數(shù)據(jù)的讀出電壓VRD的范圍變化。
圖7表示該實驗結(jié)果，圖7中，p表示可讀出數(shù)據(jù)的讀出電壓VRD的下限的平均值，q表示可讀出數(shù)據(jù)的讀出電壓VRD的上限的平均值，r表示可讀出數(shù)據(jù)的讀出電壓VRD的下限的最差值，s表示可讀出數(shù)據(jù)的讀出電壓VRD的上限的最差值。
圖10所示的半導(dǎo)體存儲裝置中，進(jìn)行100億次的讀出動作時，有動作電壓的范圍變窄的問題，但本發(fā)明的試樣半導(dǎo)體存儲裝置中，即便進(jìn)行100億次的讀出動作，也確認(rèn)動作范圍穩(wěn)定。
第1實施例中，說明了讀出動作前后極化方向不變化的驅(qū)動方法，但可替代其進(jìn)行向單元板線施加更大的讀出電壓的讀出動作，通過數(shù)據(jù)再寫入動作將變化的極化方向還原的驅(qū)動方法。此時，讀出次數(shù)限制為100億次，但可享受1T1C結(jié)構(gòu)的單元面積的縮小效果。
(第2實施例)下面參考圖8說明本發(fā)明的第2實施例的半導(dǎo)體存儲裝置。
第實施例中，僅說明與參考圖1說明的第1實施例不同的結(jié)構(gòu)，與第1實施例相同的結(jié)構(gòu)附加相同符號，其說明從略。
如圖8所示，第實施例中，相鄰的2個存儲器單元塊的復(fù)位線共用。具體說，第一存儲器單元塊MC0和第二存儲器單元塊MC1之間配置公共的復(fù)位線RST0、第三存儲器單元塊MC2和第四存儲器單元塊MC4之間配置公共的復(fù)位線RST2、第五存儲器單元塊MC4和第六存儲器單元塊MC5之間配置公共的復(fù)位線RST4。
另外，第實施例的半導(dǎo)體存儲裝置中，寫入動作時向各布線施加的電壓的波形與圖2同樣，讀出動作時向各布線施加的電壓的波形與圖6同樣。
根據(jù)第2實施例，由于相鄰的2個存儲器單元塊的復(fù)位線共用，因此可進(jìn)一步降低存儲器單元塊的面積。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置及其驅(qū)動方法，可實現(xiàn)1個鐵電電容器和1個選擇晶體管構(gòu)成的存儲器單元，即1T1C結(jié)構(gòu)的存儲器單元，從而與2T2C結(jié)構(gòu)的存儲器單元相比，可減少構(gòu)成存儲器單元的元件數(shù)，故可降低存儲器單元面積。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體存儲裝置，具有在字線方向上配置的3個以上的存儲器單元塊，其特征在于所述3個以上的存儲器單元塊分別具有在位線方向上配置的多個存儲器單元，所述多個存儲器單元分別具有通過強介電體膜的極化的偏位存儲數(shù)據(jù)的鐵電電容器、和連接所述鐵電電容器的一對電極中的一個電極的選擇晶體管，所述3個以上的存儲器單元塊分別具有沿位線方向延伸的位線、子位線及源線、和柵極連接所述子位線的一端、源極連接所述源線、漏極連接所述位線一端的讀出晶體管，所述讀出晶體管通過檢測所述多個存儲器單元中構(gòu)成讀出數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的所述鐵電電容器的強介電替膜的極化偏位而讀出數(shù)據(jù)，所述3個以上的存儲器單元塊中的任意2個存儲器單元塊中包含的所述子位線經(jīng)子位線耦合開關(guān)彼此連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲裝置，其特征在于所述3個以上的存儲器單元塊各自具有在位線方向延伸的復(fù)位線，所述子位線經(jīng)復(fù)位開關(guān)連接所述復(fù)位線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體存儲裝置，其特征在于所述復(fù)位線和所述源線是同一線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體存儲裝置，其特征在于所述3個以上的存儲器單元塊中在字線方向上相鄰的2個存儲器單元塊中包含的所述復(fù)位線共用設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲裝置，其特征在于包含在所述3個以上的存儲器單元塊中且構(gòu)成并排在字線方向上的多個存儲器單元的所述鐵電電容器的所述一對電極中的另一方電極，構(gòu)成在字線方向延伸的公共電極。
6.一種半導(dǎo)體存儲裝置的驅(qū)動方法，用于驅(qū)動權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲裝置，其特征在于包括如下步驟在所述3個以上存儲器單元塊中的所述子位線經(jīng)所述子位線耦合開關(guān)互相連接的所述2個存儲器單元塊中包含的且在字線方向上并排的2個存儲器單元中的一個存儲器單元中寫入?yún)⒖紨?shù)據(jù)“1”，同時在另一存儲器單元中寫入?yún)⒖紨?shù)據(jù)“0”；根據(jù)構(gòu)成寫入所述參考數(shù)據(jù)“1”的存儲器單元的所述鐵電電容器的一對電極之間的電壓、和構(gòu)成寫入所述參考數(shù)據(jù)“0”的存儲器單元的所述鐵電電容器的一對電極之間的電壓，求出基準(zhǔn)電壓；通過對所述3個以上存儲器單元塊中與所述2個存儲器單元塊不同的另一存儲器單元塊中包含的多個存儲器單元中的構(gòu)成所述數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的所述鐵電電容器的一對電極之間的電壓、與所述基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，讀出構(gòu)成所述數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的所述鐵電電容器中所存儲的數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體存儲裝置的驅(qū)動方法，其特征在于所述3個以上存儲器單元塊各自具有在位線方向上延伸的復(fù)位線，同時所述子位線經(jīng)復(fù)位開關(guān)連接所述復(fù)位線，讀出所述數(shù)據(jù)的步驟包括如下步驟接通構(gòu)成所述數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的所述選擇晶體管，連接構(gòu)成所述數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的所述鐵電電容器的一對電極中的一個電極和所述子位線，同時在接通所述復(fù)位開關(guān)并連接所述子位線和所述復(fù)位線的狀態(tài)下，對所述復(fù)位線施加復(fù)位電壓；斷開所述復(fù)位開關(guān)來截斷所述子位線和所述復(fù)位線的連接；在截斷所述子位線和所述復(fù)位線的連接的狀態(tài)下，對構(gòu)成所述數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的所述鐵電電容器的一對電極中的另一個電極施加讀出電壓、讀出數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體存儲裝置的驅(qū)動方法，其特征在于所述3個以上存儲器單元塊各自具有在位線方向上延伸的復(fù)位線，同時所述子位線經(jīng)復(fù)位開關(guān)連接所述復(fù)位線，在讀出所述數(shù)據(jù)的步驟后還備有如下步驟接通構(gòu)成所述數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的所述選擇晶體管，連接構(gòu)成所述數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的所述鐵電電容器的一對電極中的一個電極和所述子位線，同時在接通所述復(fù)位開關(guān)并連接所述子位線和所述復(fù)位線的狀態(tài)下，對所述復(fù)位線施加復(fù)位電壓；斷開所述復(fù)位開關(guān)來截斷所述子位線和所述復(fù)位線的連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體存儲裝置的驅(qū)動方法，其特征在于讀出所述數(shù)據(jù)的步驟具有對構(gòu)成所述數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的所述鐵電電容器的一對電極中的另一個電極施加讀出電壓并讀出數(shù)據(jù)；去除對構(gòu)成所述數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的所述鐵電電容器的一對電極中的另一個電極施加的所述讀出電壓，所述讀出電壓的大小設(shè)定為，在去除所述讀出電壓時，構(gòu)成所述數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的所述鐵電電容器的強介電體膜的極化的偏位能夠返回讀出所述數(shù)據(jù)前的偏位的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體存儲裝置的驅(qū)動方法，其特征在于所述讀出電壓的大小設(shè)定為，大于對構(gòu)成所述數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的所述鐵電電容器的一對電極之間的電壓與所述基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較的比較器的檢測極限且小于構(gòu)成所述數(shù)據(jù)讀出存儲器單元的所述鐵電電容器的一對電極之間的反電場的值。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體存儲裝置的驅(qū)動方法，其特征在于所述3個以上存儲器單元塊各自具有在位線方向上延伸的復(fù)位線，同時所述子位線經(jīng)復(fù)位開關(guān)連接所述復(fù)位線，具有向構(gòu)成作為所述3個以上存儲器單元塊中包含的多個存儲器單元中的某一個存儲器單元的數(shù)據(jù)寫入存儲器單元的鐵電電容器寫入數(shù)據(jù)的步驟，所述寫入數(shù)據(jù)的步驟包括接通構(gòu)成所述數(shù)據(jù)寫入存儲器單元的所述選擇晶體管，連接構(gòu)成所述數(shù)據(jù)寫入存儲器單元的所述鐵電電容器的一對電極中的一個電極與所述子位線，同時在接通所述復(fù)位開關(guān)并連接所述子位線和所述復(fù)位線的狀態(tài)下，在構(gòu)成所述數(shù)據(jù)寫入存儲器單元的所述鐵電電容器的一對電極中的另一個電極和所述復(fù)位線之間施加對應(yīng)2值數(shù)據(jù)的寫入電壓的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體存儲裝置的驅(qū)動方法，其特征在于所述2值數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)“0”時的所述寫入電壓的絕對值，與所述2值數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)“1”時的所述寫入電壓的絕對值互不相同。
全文摘要
一種半導(dǎo)體存儲裝置及其驅(qū)動方法，各存儲器單元塊(MC)具有選擇晶體管(Q)和鐵電電容器(C)構(gòu)成的多個存儲器單元、選擇晶體管(QREF)和鐵電電容器(CREF)構(gòu)成的參考數(shù)據(jù)存儲存儲器單元、讀出晶體管(QR)、位線(BL)、子位線(SBL)、復(fù)位線(RST)。讀出晶體管(QR)的柵極接子位線(SBL)的一端、漏極連接位線(BL)的一端、源極連接復(fù)位線RST的一端。相鄰的存儲器單元塊(MC)的子位線(SBL)的其他端之間經(jīng)子位線耦合晶體管(QS)互相連接。從而可以降低半導(dǎo)體存儲裝置的存儲器單元面積。
文檔編號G11C11/22GK1447433SQ0310728
公開日2003年10月8日 申請日期2003年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月26日
發(fā)明者加藤剛久, 嶋田恭博, 山田隆善 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社