JP2980463B2 - 半導体メモリ装置の駆動方法 - Google Patents

半導体メモリ装置の駆動方法

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JP2980463B2
JP2980463B2 JP4257951A JP25795192A JP2980463B2 JP 2980463 B2 JP2980463 B2 JP 2980463B2 JP 4257951 A JP4257951 A JP 4257951A JP 25795192 A JP25795192 A JP 25795192A JP 2980463 B2 JP2980463 B2 JP 2980463B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24TGEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00Geothermal collectors
    • F24T10/20Geothermal collectors using underground water as working fluid; using working fluid injected directly into the ground, e.g. using injection wells and recovery wells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10Geothermal energy

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体メモリ装置の駆
動方法に関する。より詳しくは、ダイナミック・ランダ
ム・アクセス・メモリ(DRAM)のメモリセルを構成す
る電極をバイアスする方法に関する。
【0002】
【従来の技術】最近のDRAMのメモリセルは、その殆
んどが、図2に示すように、1つのMOSトランジスタ
TRと1つのキャパシタCとで構成されている。これら
は半導体基板SUB上に設けられ、上記トランジスタT
RとキャパシタCとの接続点1は基板SUBとの間にP
N接合Jを形成する状態にある。また、キャパシタCを
構成する2つの電極のうち上記接続点1の反対側に相当
する電極2は、複数のメモリセルを覆う共通電極(プレ
ート)PEとなっている。
【0003】従来は、図3に示すように、上記共通電極
PE(点2)の電位V2は、動作時,待機時いずれの場合も
電源電位Vcc=3.3Vの1/2に相当する中間電位H
Vcc=1.65Vに制御されている。同様に、基板SU
Bの電位V3は、動作時,待機時いずれの場合も基板バイ
アス電位Vbb=−2Vに制御されている(P型基板上の
メモリセルの場合)。そして、動作時には、図2に示す
ワード線Wが活性化されてトランジスタTRがオンさ
れ、ビット線B側からキャパシタCの接続点1側の電極
SEにHレベルまたはLレベルのデータ(電位V1)が与
えられる(データ書き込み)。ここで、図3中に示すよう
に、Hレベルのデータとは電源電位Vcc=3.3V、L
レベルのデータとは接地電位GND=0Vが与えられた
ことをそれぞれ意味している。待機時には、トランジス
タTRがオフされ、キャパシタCに電源電位Vccまたは
接地電位GNDと中間電位HVccとの電位差が保持され
る。この状態では、主にPN接合Jのリーク電流によっ
てキャパシタCに蓄積された電荷が失われ、特に、キャ
パシタCにHレベルのデータが保持されているときは、
急速に電位差(V1−V2)=ΔVが小さくなる。このΔV
が所定値以下になると読み出しができなくなる。これを
避けるために、適当なタイミングでリフレッシュを行っ
て、上記キャパシタCに元のデータを書き込むようにし
ている。
【0004】なお、上記共通電極PEの電位V2を常に
中間電位HVccに制御している理由は、メモリセルの信
頼性を高めるためである。すなわち、書き込まれたデー
タがHレベル,Lレベルのいずれであっても、キャパシ
タC(を構成する絶縁膜)に対する印加電圧が電源電圧V
ccの1/2になるようにして、キャパシタCを保護する
ためである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体メモ
リ装置では、消費電力を低減することが一般的な課題と
なっている。上記DRAMにおいても、待機状態が長く
続くときは、リフレッシュ間隔を長くして消費電力を低
減することが望まれる。
【0006】しかしながら、上に述べたように、リフレ
ッシュ間隔はメモリセルのデータ保持特性、主に図2に
示したPN接合Jのリーク電流によって決まっているた
め、むやみに長くすることはできない。ここで、上記P
N接合Jのリーク電流は、接合Jに印加される電圧(逆
バイアス)や基板SUBの不純物濃度に依存する。基板
SUBの不純物濃度を変化させることは大幅なプロセス
変更になる可能性があるが、接合Jに印加される電圧
(点1と点3との間の電圧、すなわち(V1−V3))を小さ
くすることは効果が大きく、また製造プロセスを変更す
る必要もない。
【0007】そこで、この発明の目的は、待機時にPN
接合Jに印加される電圧を小さくでき、したがってリフ
レッシュ間隔を長くして消費電力を低減できる半導体メ
モリ装置の駆動方法を提供することにある。
【0008】なお、従来の駆動方法では、図3から分か
るように、キャパシタCにHレベルのデータが保持され
ているときに、最大5.3Vの逆バイアスが印加されて
いる。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、MOSトランジスタとキャパシタとを
直列接続してなるメモリセルを半導体基板上に有し、上
記トランジスタとキャパシタとの接続点と上記基板との
間にPN接合が形成されている半導体メモリ装置の駆動
方法であって、上記キャパシタを構成する2つの電極の
うち上記接続点の反対側に相当する電極(以下、「第2電
極」という。)に電源電位と接地電位との間の中間電位を
与えるとともに、上記基板に基板バイアス電位を与えた
状態で、動作時には上記トランジスタをオンして上記キ
ャパシタの上記接続点側に相当する電極(以下、「第1電
極」という。)にデータを表す電源電位または接地電位を
与える一方、待機時には上記トランジスタをオフして上
記キャパシタに上記電源電位または接地電位と上記中間
電位との電位差を保持させる半導体メモリ装置の駆動方
法において、リフレッシュ動作のみを繰り返す非アクセ
ス状態が一定時間以上続いたとき、待機時に、上記キャ
パシタの第2電極に、動作時の中間電位から上記基板バ
イアス電位側へ所定量だけシフトした電位を与えること
によって、上記キャパシタの第1電極の電位を上記所定
量だけシフトさせることを特徴としている。
【0010】
【作用】リフレッシュ動作のみを繰り返す非アクセス状
態が一定時間以上続いたとき、待機時に、キャパシタの
第2電極に、動作時の中間電位から上記基板バイアス電
位側へ所定量だけシフトした電位が与えられる。このと
き、上記キャパシタの第1電極の電位は浮遊状態にあ
り、また、キャパシタCの容量がPN接合Jの容量に較
べてはるかに大きい。したがって、上記キャパシタの第
2電極の電位シフトに伴って、上記キャパシタの第1電
極の電位は、基板バイアス電位側へほぼ同じ量だけシフ
トさせられる。この結果、PN接合に印加される電圧が
小さくなってリーク電流が低減される。したがって、メ
モリセルのデータ保持特性が大幅に向上し、この結果、
リフレッシュ間隔を長くして消費電力を低減することが
可能となる。
【0011】なお、上記第2電極の電位シフト量は基板
バイアス電位の大きさを超えない範囲に設定される。上
記第2電極の電位シフトに伴って第1電極の電位がシフ
トする結果、上記PN接合が順バイアスとならないよう
にするためである(書き込まれたデータがLレベル、す
なわち、上記第1の電極が接地電位にあるとき問題とな
る)。
【0012】
【実施例】以下、この発明の半導体メモリ装置の駆動方
法を実施例により詳細に説明する。ここでは、P基板
(又はPウェル)上のN型MOSトランジスタより構成さ
れるメモリセルを前提にして説明する。なお、図2に示
したメモリセルと同一構成のメモリセルを駆動するもの
とする。すなわち、メモリセルは、1つのMOSトラン
ジスタTRと1つのキャパシタCとを直列接続して構成
されている。これらは半導体基板SUB上に設けられ、
上記トランジスタTRとキャパシタCとの接続点1は基
板SUBとの間にPN接合Jを形成する状態にある。ま
た、キャパシタCを構成する2つの電極のうち上記接続
点1の反対側に相当する第2電極は、複数のメモリセル
を覆う共通電極(プレート)PEとなっている。
【0013】このメモリセルを次のようにして駆動す
る。
【0014】図1に示すように、動作時は、図2に示
した第2電極PE(点2)の電位V2を、電源電位Vcc=
3.3Vの1/2に相当する中間電位HVcc=1.65V
に制御する。同様に、基板SUBの電位V3を、基板バ
イアス電位Vbb=−2Vに制御する。そして、ワード線
Wを活性化してトランジスタTRをオンして、ビット線
B側からキャパシタCの接続点1側の第1電極SEにH
レベルまたはLレベルのデータ(電位V1)を与える(デー
タ書き込み)。ここで、図1中に示すように、Hレベル
のデータとは電源電位Vcc=3.3V、Lレベルのデー
タとは接地電位GND=0Vを与えることをそれぞれ意
味している。
【0015】待機時には、トランジスタTRをオフし
て、キャパシタCに電源電位Vccまたは接地電位GND
と中間電位HVccとの電位差を保持させる。ここで、リ
フレッシュ動作を繰り返す非アクセス状態が一定時間以
上続いたとき、データ保持モードとなり、キャパシタC
の第2電極PEに、動作時の中間電位HVccから基板バ
イアス電位Vbb(マイナス)側へ一定量だけシフトした電
位を与える。ここでシフト量は最大で基板バイアス分
(2V)である。このとき、キャパシタCの第1電極SE
の電位V1は、浮遊状態にあることから、第2電極PE
の電位シフトに伴って、基板バイアス電位側へ約2Vだ
けシフトする。この結果、接続点1と基板SUBとの間
のPN接合Jに印加される電圧(V1−V3)が小さくな
る。実際に64MビットDRAM相当の半導体メモリ装
置で、書き込まれたデータがHレベルのとき最大で(V1
−V3)=3.3Vとなる(従来は、5.3Vであった。)。
したがって、PN接合Jのリーク電流を減少させること
ができ、メモリセルのデータ保持特性を大幅に向上させ
ることができる。この結果、リフレッシュ間隔を長くし
て消費電力を低減することができる。
【0016】なお、上記第2電極PEの電位シフト量の
最大値は、基板バイアス電位Vbbの大きさと等しくして
いる。これは、書き込まれたデータがLレベル、すなわ
ち、第1電極SEが接地電位GND=0Vであっても、
PN接合Jが順バイアスとなるのを防いで、データが消
失しないようにするためである。また、この側で、シフ
ト量を2Vとすると第2電極PEの電位V2が−0.35
Vとなり、新たな内部電源回路が必要となる。これを避
けるために、第2電極PEの電位V2を接地電位として
もよい(この場合、PN接合Jに印加される電圧は最大
3.65Vとなる)。
【0017】なお、この実施例では、電源電位Vccを正
電位、基板バイアス電位Vbbを負電位としたが、これに
限られるものではなく、それぞれ逆極性としても良い
(N基板上のP型MOSトランジスタより構成されるメ
モリセルの場合)。
【0018】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の半
導体メモリ装置の駆動方法は、MOSトランジスタとキ
ャパシタとを直列接続してなるメモリセルを半導体基板
上に有し、上記トランジスタとキャパシタとの接続点と
上記基板との間にPN接合が形成されている半導体メモ
リ装置の駆動方法であって、リフレッシュ動作のみを繰
り返す非アクセス状態が一定時間以上続いたとき、待機
時に、キャパシタの第2電極(共通電極)に、動作時の中
間電位から基板バイアス電位側へ所定量だけシフトした
電位を与えることによって、上記キャパシタの第1電極
(蓄積電極)の電位を、基板バイアス電位側へほぼ同じ量
だけシフトさせている。したがって、上記PN接合に印
加される電圧を小さくしてリーク電流を低減でき、この
結果、メモリセルのデータ保持特性を大幅に向上させる
ことができる。したがって、リフレッシュ間隔を長くし
て消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例の半導体メモリ装置の駆
動方法を説明する図である。
【図2】 駆動すべき半導体メモリ装置のメモリセルを
示す図である。
【図3】 従来の半導体メモリ装置の駆動方法を説明す
る図である。
【符号の説明】
C キャパシタ J PN接合 PE 第2電極 SE 第1電極 TR MOSトランジスタ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MOSトランジスタとキャパシタとを直
    列接続してなるメモリセルを半導体基板上に有し、上記
    トランジスタとキャパシタとの接続点と上記基板との間
    にPN接合が形成されている半導体メモリ装置の駆動方
    法であって、上記キャパシタを構成する2つの電極のう
    ち上記接続点の反対側に相当する電極に電源電位と接地
    電位との間の中間電位を与えるとともに、上記基板に基
    板バイアス電位を与えた状態で、動作時には上記トラン
    ジスタをオンして上記キャパシタの上記接続点側に相当
    する電極にデータを表す電源電位または接地電位を与え
    る一方、待機時には上記トランジスタをオフして上記キ
    ャパシタに上記電源電位または接地電位と上記中間電位
    との電位差を保持させる半導体メモリ装置の駆動方法に
    おいて、 リフレッシュ動作のみを繰り返す非アクセス状態が一定
    時間以上続いたとき、待機時に、上記キャパシタの上記
    接続点の反対側に相当する電極に、動作時の中間電位か
    ら上記基板バイアス電位側へ所定量だけシフトした電位
    を与えることによって、上記キャパシタの上記接続点側
    に相当する電極の電位を上記所定量だけシフトさせるこ
    とを特徴とする半導体メモリ装置の駆動方法。
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