JPH05205465A - 半導体メモリ装置 - Google Patents

半導体メモリ装置

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JPH05205465A
JPH05205465A JP4007379A JP737992A JPH05205465A JP H05205465 A JPH05205465 A JP H05205465A JP 4007379 A JP4007379 A JP 4007379A JP 737992 A JP737992 A JP 737992A JP H05205465 A JPH05205465 A JP H05205465A
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JP
Japan
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memory cell
potential
word line
cell
refresh
Prior art date
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JP4007379A
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English (en)
Inventor
Yasushi Kubota
靖 久保田
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 メモリセルを構成するキャパシタのリーク電
流とセル・トランジスタのオフ電流との両方をモニタし
て、より実際に近いリーク状況を把握する。これによ
り、リフレッシュ・タイミングの決定を適確に行うこと
ができる半導体メモリ装置を提供する。 【構成】 情報記憶用のメモリセル(図示せず)と同一の
チップ内に、上記メモリセルと同一構成からなり、互い
に接続されたビット線BLを通してセル・トランジスタ
T側に同一電位が印加される複数のモニタ用メモリセル
MCを備える。また、各モニタ用メモリセルMCを構成
するキャパシタCの共通電極PLの電位と所定の参照電
位Vrefとの電位差を検出する検出器AMPを備える。
リフレッシュ制御回路100は検出器AMPの出力に基
づいてリフレッシュ・タイミングを決定する。

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に関
し、より詳しくは、情報を蓄積電荷として保持するキャ
パシタと上記蓄積電荷の出し入れを制御するセル・トラ
ンジスタとからなるメモリセルを有し、かつリフレッシ
ュ回路を内蔵したダイナミック・ランダム・アクセス・
メモリ(疑似SRAM)に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、リフレッシュ回路を内蔵したダ
イナミック・ランダム・アクセス・メモリ(疑似SRA
M)のリフレッシュ・タイミングは、予め評価されたメ
モリセルのリーク電流に基づいて、ある固定された時間
間隔に設計段階で決められている。すなわち、チップ完
成後のリーク電流の温度依存性と作製プロセスの変動
(最悪条件)とを考慮して設定されている。このため、実
際に必要なリフレッシュ間隔よりも極めて短い時間間隔
が設定されており、この結果、スタンバイ電流を低減で
きないという問題があった。
【0003】そこで、最近、チップ毎のリーク電流の実
力値に応じてリフレッシュ・タイミングを与える方式が
提案されている(IEEE(米国電気電子学会)ISSC
C(インターナショナル・ソリッドステート・サーキッ
ト・コンファレンス)1991,p268)。この方式で
は、図3に示すように、1チップ内の1024個のメモ
リセルMCを並列接続し、各メモリセルMCとプリチャ
ージ用トランジスタTRPCとの接続点の電位を差動増
幅器AMPに入力している。そして、差動増幅器AMP
によって、参照電位Vrefとの差、すなわちリーク電流
による蓄積電極SEの電位変動を検出し、リフレッシュ
制御回路100によってリフレッシュ・タイミングを決
定する。これにより、プロセス変動によるリーク電流の
ばらつきに応じて、リフレッシュ制御回路100によっ
てチップ毎にリフレッシュ・タイミングを決めることが
でき、また、使用時の温度環境に応じてリフレッシュ・
タイミングを決めることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、メモリセル
のリーク電流の要因は種々存在するが、現世代の半導体
メモリ装置では、蓄積電極SEにつながるPN接合部の
逆方向リーク電流が主となっている。しかし、メモリ装
置の集積度が増すにつれてメモリセルを構成するトラン
ジスタ(セル・トランジスタ)の閾値電圧が下げられると
共に、ワード線間の容量が増加する。このため、非活性
化状態にあるワード線の電位が活性化された隣接ワード
線との容量結合によって上昇して、セル・トランジスタ
のオフ電流を増大させる。これらの理由により、今後
は、セル・トランジスタのオフ電流がメモリセルのリー
ク電流の大きな要因になると考えられている。
【0005】ここで、図3に示した例では、キャパシタ
Cのリーク電流(メモリセル蓄積電極PLにつながるP
N接合部の逆方向リーク電流とキャパシタ絶縁膜のリー
ク電流(影響は小さい)とを含む)だけしかモニタしてお
らず、セル・トランジスタのオフ電流をモニタしていな
い。このため、実際のリーク電流を十分に把握できず、
リフレッシュ・タイミングを精度良く設定することがで
きないという問題がある。
【0006】そこで、この発明の目的は、メモリセルを
構成するキャパシタのリーク電流とセル・トランジスタ
のオフ電流との両方をモニタして、より実際に近いリー
ク状況を把握でき、したがってリフレッシュ・タイミン
グの決定を適確に行うことができる半導体メモリ装置を
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、蓄積電極と共通電極とで情報を蓄積電
荷として保持するキャパシタと、上記キャパシタの蓄積
電極とビット線との間に接続され、ワード線の電位によ
ってオン,オフ制御されるセル・トランジスタとからな
るメモリセルをチップ内に有し、リフレッシュ制御回路
によって、所定のリフレッシュ・タイミングで上記メモ
リセルの情報をリフレッシュする半導体メモリ装置にお
いて、上記チップ内に設けられ、上記情報記憶用のメモ
リセルとそれぞれ同一構成からなり、互いに接続された
ビット線を通してセル・トランジスタ側に同一電位が印
加される複数のモニタ用メモリセルと、上記各モニタ用
メモリセルを構成するキャパシタの共通電極の電位と所
定の参照電位との電位差を検出する検出器を備え、上記
リフレッシュ制御回路は、上記検出器の出力に基づいて
リフレッシュ・タイミングを設定してリフレッシュを行
うことを特徴としている。
【0008】また、上記モニタ用メモリセルは一本のワ
ード線に接続され、上記モニタ用メモリセルとワード線
にそれぞれ隣接して設けられたダミーメモリセルおよび
ダミーワード線と、上記ダミーワード線を、書き込みま
たは読み出しの動作サイクル毎に活性化する制御手段と
を備えるのが望ましい。
【0009】
【作用】この発明の半導体メモリ装置では、モニタ用メ
モリセルを構成するセル・トランジスタのビット線側と
キャパシタの共通電極側との間の電位差変動が、上記共
通電極側で検出器によって検出される。すなわち、モニ
タ用メモリセルを構成するキャパシタのリーク電流とセ
ル・トランジスタのオフ電流との両方がモニタされる。
したがって、正確にメモリセルのリーク状況を把握でき
るようになり、この結果、リフレッシュ制御回路がリフ
レッシュ・タイミングを適確に決定できるようになる。
【0010】また、上記モニタ用メモリセルは一本のワ
ード線に接続され、上記モニタ用メモリセルとワード線
にそれぞれ隣接して設けられたダミーメモリセルおよび
ダミーワード線と、上記ダミーワード線を、書き込みま
たは読み出しの動作サイクル毎に活性化する制御手段と
を備える場合、上記ワード線とダミーワード線との容量
結合によって、動作サイクル毎に上記ワード線の電位が
変動する。したがって、この非活性化ワード線につなが
るモニタ用メモリセルによって、トランジスタのオフ電
流増加がモニタされる。したがって、メモリセルのリー
ク状況がさらに正確に把握され、リフレッシュ・タイミ
ングがさらに適確に決定される。
【0011】
【実施例】以下、この発明の半導体メモリ装置を図示の
実施例により詳細に説明する。
【0012】図1は、一実施例の半導体メモリ装置の回
路構成を示している。この半導体メモリ装置は、情報記
憶用のメモリセル(図示せず)と同一のチップ内に、同図
(a)に示すように複数のモニタ用メモリセルMCを備
えている。このモニタ用メモリセルMCは、情報記憶用
のメモリセルと同一構成、すなわち、蓄積電極SEと共
通電極PLとで情報を蓄積電荷として保持するキャパシ
タCと、上記キャパシタCの蓄積電極SEとビット線B
Lとの間に接続され、ワード線WL1の電位によってオ
ン,オフ制御されるトランジスタTからなっている。そ
して、モニタ用メモリセルMCが接続されているワード
線WL1の隣には複数のダミーメモリセルDCが配置さ
れ、各ダミーメモリセルDCはダミーワード線WL0に
接続されている。各モニタ用メモリセルMC,ダミーメ
モリセルDCにつながるビット線BLは全て互いに接続
され、トランジスタTRMまたはトランジスタTRHを
介して、メモリセル充電電位(電源電位)Vccまたはプ
リチャージ電位(電源電位の1/2)HVccに充電できる
ようにしてある。また、モニタ用のメモリセルMC,ダ
ミーメモリセルDCを構成する各キャパシタCの共通電
極(プレート電極)PLは、同図(b)に示すように、差動
増幅器(検出器)AMPの入力端子に接続されるととも
に、トランジスタTRPCを介してプリチャージ電位H
Vccに充電されるようになっている。差動増幅器AMP
の出力はリフレッシュ制御回路100へ送出される。
【0013】この回路は、図2に示す動作タイミングに
従って、次のように動作させる。 まず、制御信号φmを低(L)レベルにして図1(a)に
示したトランジスタTRMをオンし、同時にワード線W
L1を活性化する。これにより、各モニタ用メモリセル
MCの蓄積電極SEを電源電位Vccに充電する。 次に、制御信号φhを高(H)レベルにしてトランジス
タTRHをオンし、同時にダミーワード線WL0を活性
化する。これにより、ダミーメモリセルDCの蓄積電極
SEをプリチャージ電位HVccに充電する。なお、この
,の動作中、制御信号φpをHレベルにして各キャ
パシタCのプレート電極PLをプリチャージ電位HVcc
に充電する。 この後、制御信号φhをHレベルに保ち、トランジス
タTRHをオンしたまま(ビット線BLをプリチャージ
電位HVccに固定したまま)、トランジスタTRPCを
オフして、上記プレート電極PLを浮遊状態にする。こ
れにより、リーク電流監視状態となる。この状態で、メ
モリセルMCにリークが生じて蓄積電極SEの電位が下
降したとすると、キャパシタCの容量を介してプレート
電極PLの電位が変動(低下)する。この電位変動を差動
増幅器AMPによって検出する。このリーク電流監視状
態にある期間中に、この半導体メモリ装置が書き込み又
は読み出しの動作を行うときには、図2に示すように、
ダミーワード線WL0が動作サイクル毎に活性化し、一
時的にHレベルとなる。このとき、隣接するワード線W
L1の電位が容量結合により上昇してトランジスタTの
オフ電流が増加するが、このオフ電流増加による蓄積電
極SEの電位変動も、プレート電極PLの電位変動とし
て併せて検出する。プレート電極PLの電位がある一定
の電位(参照電位)Vref以下になったときに、差動増幅
器AMPに出力信号が生じる。リフレッシュ制御回路1
00は、この出力信号を受けてリフレッシュを開始す
る。 そして、情報記憶用の全メモリセルに対してリフレッ
シュ動作が完了した後、リフレッシュ制御回路100が
リセットされる。すなわち、モニタ用メモリセルMCに
電源電位Vcc、ダミーメモリセルDCにプリチャージ電
位HVccが書き込まれ、プレート電極PLがプリチャー
ジ電位HVccに充電され、その後、ビット線BLをプリ
チャージ電位HVccに固定したまま、プリチャージ電極
PLが浮遊状態にされ、再びモニタ用メモリセルMCの
リセット電流を監視する状態に戻る。
【0014】このように、この半導体メモリ装置では、
プレート電極PLの電位を監視してメモリセルMCのリ
ーク電流をモニタしている。すなわち、モニタ用メモリ
セルを構成するキャパシタCのリーク電流とセル・トラ
ンジスタTののオフ電流との両方をモニタしている。し
たがって、正確にメモリセルのリーク状況を把握でき、
この結果、リフレッシュ・タイミングを適確に決定する
ことができる。
【0015】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の半
導体メモリセル装置は上記モニタ用メモリセルのプレー
ト電極の電位変動を検出しているので、メモリセルを構
成するキャパシタのリーク電流とセル・トランジスタの
オフ電流との両方をモニタすることができる。したがっ
て、リフレッシュ・タイミングを適確に決定することが
できる。
【0016】また、上記モニタ用メモリセルは一本のワ
ード線に接続され、上記モニタ用メモリセルとワード線
にそれぞれ隣接して設けられたダミーメモリセルおよび
ダミーワード線と、上記ダミーワード線を、書き込みま
たは読み出しの動作サイクル毎に活性化する制御手段と
を備える場合、上記ワード線とダミーワード線との容量
結合によって上記トランジスタのオフ電流増加をもモニ
タできる。したがって、メモリセルのリーク状況をさら
に正確に把握でき、リフレッシュ・タイミングをさらに
適確に決定することができる。
【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要
部の回路構成を示す図である。
【図2】 上記半導体メモリ装置の動作タイミングを示
す図である。
【図3】 従来の半導体メモリ装置の回路構成を示す図
である。
【符号の説明】
MC モニタ用メモリセル DC ダミーメモリセル BL ビット線 WL1 ワード線 WL0 ダミーワード線 PL プレート電極 SE 蓄積電極 T セル・トランジスタ TRPC,TRM,TRH トランジスタ AMP 差動増幅器 Vcc 電源電位 HVcc プリチャージ電位 Vref 参照電位 φp,φm,φh 制御信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/108 8728−4M H01L 27/10 325 V

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蓄積電極と共通電極とで情報を蓄積電荷
    として保持するキャパシタと、上記キャパシタの蓄積電
    極とビット線との間に接続され、ワード線の電位によっ
    てオン,オフ制御されるセル・トランジスタとからなる
    メモリセルをチップ内に有し、リフレッシュ制御回路に
    よって、所定のリフレッシュ・タイミングで上記メモリ
    セルの情報をリフレッシュする半導体メモリ装置におい
    て、 上記チップ内に設けられ、上記情報記憶用のメモリセル
    とそれぞれ同一構成からなり、互いに接続されたビット
    線を通してセル・トランジスタ側に同一電位が印加され
    る複数のモニタ用メモリセルと、 上記各モニタ用メモリセルを構成するキャパシタの共通
    電極の電位と所定の参照電位との電位差を検出する検出
    器を備え、 上記リフレッシュ制御回路は、上記検出器の出力に基づ
    いてリフレッシュ・タイミングを設定してリフレッシュ
    を行うことを特徴とする半導体メモリ装置。
  2. 【請求項2】 上記モニタ用メモリセルは一本のワード
    線に接続され、 上記モニタ用メモリセルとワード線にそれぞれ隣接して
    設けられたダミーメモリセルおよびダミーワード線と、 上記ダミーワード線を、書き込みまたは読み出しの動作
    サイクル毎に活性化する制御手段とを備えることを特徴
    とする請求項1に記載の半導体メモリ装置。
JP4007379A 1992-01-20 1992-01-20 半導体メモリ装置 Pending JPH05205465A (ja)

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