JP2003123465A - Ferroelectric storage device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、データ記憶用の強
誘電体キャパシタを多数備えた強誘電体記憶装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric memory device having a large number of ferroelectric capacitors for data storage.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体記憶装置として特に強誘電体を用
いたFeRAM(Ferroelectric Random Access Memor
y) は、高速なアクセスと不揮発性の記憶を併せ持つ使
い勝手のよいデバイスとして注目されており、その大容
量化が期待されている。FeRAMは、小型で低消費電
力であると共に衝撃にも強く、大容量化に伴うビット単
価の低下が進めば音声や画像の記録メディアとしても有
望である。2. Description of the Related Art FeRAM (Ferroelectric Random Access Memor) using a ferroelectric material as a semiconductor memory device
y) is attracting attention as a user-friendly device that has both high-speed access and non-volatile memory, and its capacity is expected to increase. FeRAM is small in size, low in power consumption, and resistant to shocks, and is promising as a recording medium for audio and images if the bit unit price is reduced due to the increase in capacity.
【0003】現在主流となっている強誘電体記憶装置の
セル構造と動作は、US4873664においてS.S
heffeieldらが提案したものである。この提案
に基づき実現された強誘電体記憶装置の回路構成の一例
を図8に示す。The cell structure and operation of a ferroelectric memory device, which is currently the mainstream, is described in US Pat. S
It was proposed by Hefffield and others. FIG. 8 shows an example of the circuit configuration of a ferroelectric memory device realized based on this proposal.
【0004】この強誘電体記憶装置は、対となった2つ
の強誘電体のキャパシタにトランジスタを介して相補的
にデータを書き込むことにより1 ビットのデータを記憶
するものであり、一対のワード線W1,W2が接続され
たワード線用デコーダ・ドライバ10と、各ワード線W
1,W2に平行配置関係にある一対のプレート線P1,
P2が接続されたプレート線用デコーダ・ドライバ12
と、各ワード線W1,W2および各プレート線P1,P
2に直交配置関係にある一対のビット線B1,B2が接
続された差動センスアンプ14と、各ワード線W1,W
2および各プレート線P1,P2に直交配置関係にある
一対のビット線B3,B4が接続された差動センスアン
プ16とを備え、更に各々一対の強誘電体のキャパシタ
C1,C2、C3,C4、C5,C6、C7,C8と、
これらキャパシタC1〜C8へのデータ書き込み時のス
イッチング制御を行うトランジスタT1〜T8とを備え
て構成されている。This ferroelectric memory device stores data of 1 bit by complementary writing of data to two ferroelectric capacitors forming a pair through a transistor, and a pair of word lines. Word line decoder / driver 10 to which W1 and W2 are connected, and each word line W
1, W2, a pair of plate lines P1, which are arranged in parallel with each other.
Plate line decoder / driver 12 to which P2 is connected
And each word line W1, W2 and each plate line P1, P
2 is connected to a pair of bit lines B1 and B2 having an orthogonal arrangement relationship with each other, and the word lines W1 and W.
2 and a differential sense amplifier 16 in which a pair of bit lines B3 and B4 in an orthogonal arrangement relation are connected to each plate line P1 and P2, and further, a pair of ferroelectric capacitors C1, C2, C3 and C4, respectively. , C5, C6, C7, C8,
It is configured to include transistors T1 to T8 that perform switching control when writing data to these capacitors C1 to C8.
【0005】各キャパシタC1〜C8とトランジスタT
1〜T8との接続関係は以下のようになっている。すな
わち、キャパシタC1は、その一端がプレート線P1に
接続され、他端が、ゲート端がワード線W1に接続され
たトランジスタT1のソース−ドレイン間を介してビッ
ト線B1に接続されている。キャパシタC2は、その一
端がプレート線P1に接続され、他端が、ゲート端がワ
ード線W1に接続されたトランジスタT2のソース−ド
レイン間を介してビット線B2に接続されている。同様
に、他の一対のキャパシタC3,C4も、一端がプレー
ト線P2に、他端がトランジスタT3,T4を介してビ
ット線B1,B2に接続され、一対のキャパシタC5,
C6も、一端がプレート線P1に、他端がトランジスタ
T5,T6を介してビット線B3,B4に接続され、一
対のキャパシタC7,C8も、一端がプレート線P2
に、他端がトランジスタT7,T8を介してビット線B
3,B4に接続されている。Each capacitor C1 to C8 and transistor T
The connection relationship with 1 to T8 is as follows. That is, one end of the capacitor C1 is connected to the plate line P1 and the other end thereof is connected to the bit line B1 via the source-drain of the transistor T1 whose gate end is connected to the word line W1. The capacitor C2 has one end connected to the plate line P1 and the other end connected to the bit line B2 via the source-drain of the transistor T2 whose gate end is connected to the word line W1. Similarly, the other pair of capacitors C3 and C4 has one end connected to the plate line P2 and the other end connected to the bit lines B1 and B2 through the transistors T3 and T4.
C6 has one end connected to the plate line P1 and the other end connected to the bit lines B3 and B4 through the transistors T5 and T6. The pair of capacitors C7 and C8 also has one end connected to the plate line P2.
The other end through the transistors T7 and T8 to the bit line B
3 and B4.
【0006】このような構成において、例えば一対のキ
ャパシタC1,C2に着目してその動作を説明する。ワ
ード線用デコーダ・ドライバ10の制御によりワード線
W1にトランジスタ作動電圧を印加し、更にプレート線
用デコーダ・ドライバ12の制御によりプレート線P1
にパルス電圧を供給する。この制御によって一対のキャ
パシタC1,C2から相補的なデータが、トランジスタ
T1,T2を介して一対のビット線B1,B2へそれぞ
れ読み出されるので、それを差動センスアンプ14でセ
ンスすることによってデータが得られる。In such a structure, the operation will be described focusing on, for example, the pair of capacitors C1 and C2. A transistor operating voltage is applied to the word line W1 under the control of the word line decoder / driver 10, and the plate line P1 is under control of the plate line decoder / driver 12.
Supply pulse voltage to. By this control, complementary data is read out from the pair of capacitors C1 and C2 to the pair of bit lines B1 and B2 via the transistors T1 and T2, respectively, and thus the data is sensed by the differential sense amplifier 14. can get.
【0007】即ち両キャパシタC1,C2は、記憶して
いるデータによって異なる方向に分極しており、「1」
のデータを記憶したキャパシタの分極は、プレート線P
1のプレートパルスで反転される。一方、「0」のデー
タを記憶したキャパシタの分極状態は変わらない。これ
によって、「1」側の方が、大きな電荷が放出され、ビ
ット線電位が高くなる。That is, both capacitors C1 and C2 are polarized in different directions depending on the stored data, and are "1".
The polarization of the capacitor storing the data of
It is inverted by a plate pulse of 1. On the other hand, the polarization state of the capacitor storing the data of "0" does not change. As a result, larger charges are discharged on the "1" side, and the bit line potential becomes higher.
【0008】さらにメモリセルを微細化し、大容量化を
促進する手法として特開平09−121032号公報に
クロスポイント型記憶装置(強誘電体記憶装置)が提案
されている。図9はこのクロスポイント型記憶装置の回
路構成例を表すものである。As a technique for further miniaturizing memory cells and promoting large capacity, Japanese Patent Laid-Open No. 09-121032 proposes a cross-point type memory device (ferroelectric memory device). FIG. 9 shows an example of the circuit configuration of this cross point type memory device.
【0009】このクロスポイント型記憶装置は、ワード
線W11が接続されたワード線用デコーダ・ドライバ2
0と、ワード線W11に平行配置関係にある複数のプレ
ート線P11〜P14が接続されたプレート線用デコー
ダ・ドライバ22と、ワード線W11および各プレート
線P11〜P14に直交配置関係にある一対のビット線
B11,B12が接続された差動センスアンプ24とを
備え、更に各プレート線P11〜P14と共通ノード電
極E11との間に接続された複数の強誘電体のキャパシ
タC11〜C14から成るメモリユニット26と、各プ
レート線P11〜P14と共通ノード電極E12との間
に接続された複数の強誘電体のキャパシタC15〜C1
8から成るメモリユニット28と、共通ノード電極E1
1とビット線B11との間にソース−ドレイン端が接続
され、ゲート端がワード線W11に接続されたトランジ
スタ(FET)T11と、共通ノード電極E12とビッ
ト線B12との間にソース−ドレイン端が接続され、ゲ
ート端がワード線W11に接続されたトランジスタ(F
ET)T12とを備えて構成されている。This cross-point type memory device includes a word line decoder / driver 2 to which a word line W11 is connected.
0, a plate line decoder / driver 22 to which a plurality of plate lines P11 to P14 having a parallel arrangement relation with the word line W11 are connected, and a pair of orthogonal arrangement relations to the word line W11 and each plate line P11 to P14. A memory including a differential sense amplifier 24 to which bit lines B11 and B12 are connected, and a plurality of ferroelectric capacitors C11 to C14 connected between the plate lines P11 to P14 and the common node electrode E11. A plurality of ferroelectric capacitors C15 to C1 connected between the unit 26, the plate lines P11 to P14 and the common node electrode E12.
8 and a common node electrode E1
1 and the bit line B11, the source-drain end is connected and the gate end is connected to the word line W11. The transistor (FET) T11 is connected between the common node electrode E12 and the bit line B12. Of the transistor (F
ET) T12.
【0010】このような構成において、各メモリユニッ
ト26,28における各々のキャパシタC11〜C18
はそれぞれ別個のデータを記憶し、独立したプレート線
P11〜P14を介してプレート線用デコーダ・ドライ
バ22で制御される。例えばワード線用デコーダ・ドラ
イバ20の制御によってワード線W11にトランジスタ
作動電圧を印加し、プレート線用デコーダ・ドライバ2
2の制御によってプレート線P12〜P14の電位を0
Vに固定した状態でプレート線P11にパルス電圧を印
加すると、一対のキャパシタC11,C15から共通ノ
ード電極E11,E12およびトランジスタT11,T
12を介して一対のビット線B11,B12に電荷が放
出される。これによって生じた電位差を差動センスアン
プ24でセンスすることでデータを読み出すことができ
る。このようなクロスポイント型記憶装置は、1つのト
ランジスタT11を複数のキャパシタC11〜C14が
共有するため、実効的にビット当たりの素子数が減少
し、コスト低減に有効である。In such a structure, the capacitors C11 to C18 in the memory units 26 and 28 are provided.
Respectively store separate data and are controlled by the plate line decoder / driver 22 via independent plate lines P11 to P14. For example, a transistor operating voltage is applied to the word line W11 under the control of the word line decoder / driver 20, and the plate line decoder / driver 2
The potential of the plate lines P12 to P14 is set to 0 by the control of 2.
When a pulse voltage is applied to the plate line P11 in a state of being fixed to V, the pair of capacitors C11 and C15 causes the common node electrodes E11 and E12 and the transistors T11 and T11.
The electric charges are discharged to the pair of bit lines B11 and B12 via 12. Data can be read by sensing the potential difference caused by this with the differential sense amplifier 24. In such a cross-point type storage device, since one transistor T11 is shared by the plurality of capacitors C11 to C14, the number of elements per bit is effectively reduced, which is effective in cost reduction.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の強誘
電体記憶装置においては、チップコストを勘案した場
合、単にセル面積を小さくするだけではなく、より多く
のセルまたはメモリユニットをビット線に接続して、セ
ンスアンプやデコーダ等の周辺回路の数を減らす方が有
利である。しかしこの場合、ビット線容量が大きくなっ
てしまい、センス信号が小さくなる。即ちデータを読み
出すための十分な電位の信号を取り出すことができなく
なるという問題がある。By the way, in the conventional ferroelectric memory device, when the chip cost is taken into consideration, not only the cell area is simply reduced but also more cells or memory units are connected to the bit lines. Then, it is advantageous to reduce the number of peripheral circuits such as sense amplifiers and decoders. However, in this case, the bit line capacitance becomes large and the sense signal becomes small. That is, there is a problem that a signal having a sufficient potential for reading data cannot be taken out.
【0012】特に、強誘電体記憶装置では、例えばDR
AM(Dynamic Random Access Memory)における絶縁膜
の如く強誘電体膜厚を薄くしても信号電荷は大きくなら
ない。従って、セルの微細化が進むほど信号電荷は小さ
くなり、ビット線への接続セル数はむしろ下げて行く必
要がある。この理由からセル数を増やす場合、ビット線
数を増やさなければならず、これに伴ってセンスアンプ
やデコーダ等の周辺回路も増加するので、結果的に周辺
回路の面積が増大し、チップ面積が大きくなってしまう
という問題がある。Particularly, in a ferroelectric memory device, for example, DR
Even if the ferroelectric film is made thin like an insulating film in AM (Dynamic Random Access Memory), the signal charge does not increase. Therefore, as the cell becomes finer, the signal charge becomes smaller, and the number of cells connected to the bit line needs to be reduced. For this reason, when the number of cells is increased, the number of bit lines must be increased, and the peripheral circuits such as sense amplifiers and decoders are also increased accordingly. As a result, the area of the peripheral circuits is increased and the chip area is increased. There is a problem that it gets bigger.
【0013】更に、強誘電体記憶装置にデータを書き込
む場合、ビット線の電位をフル振幅させなければならな
いが、ビット線容量が大きいと消費電力が大きくなると
いう問題がある。強誘電体記憶装置は読み出し後必ず再
書き込みするようになっているので、ビット線の充放電
に要する消費電流は動作電流に直結する。従ってこの点
でもビット線容量が大きくならないようにするため、ビ
ット線へのセル接続数を増やすことができない。Further, when writing data in the ferroelectric memory device, the potential of the bit line must be made to have a full amplitude, but there is a problem that the power consumption becomes large if the bit line capacitance is large. Since the ferroelectric memory device is designed to always rewrite after reading, the current consumption required for charging / discharging the bit line is directly connected to the operating current. Therefore, also in this respect, the number of cells connected to the bit line cannot be increased in order to prevent the bit line capacitance from increasing.
【0014】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、微細化されたキャパシタ(メモリセ
ル)からデータを読み出すための十分な電位の信号を取
り出すことができ、データ書き込み時の消費電力を小さ
くすることができ、更にチップ全体の面積を小さくする
ことができる強誘電体記憶装置を提供することにある。The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to be able to take out a signal having a sufficient potential for reading data from a miniaturized capacitor (memory cell), and at the time of writing data. Another object of the present invention is to provide a ferroelectric memory device capable of reducing the power consumption of the device and further reducing the area of the entire chip.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明の強誘電体記憶装
置は、各々独立した複数のプレート線と共通ノード電極
との間に接続され、プレート線への電圧印加に応じて個
々に独立したデータの記憶制御が行われる複数の強誘電
体のキャパシタを有するメモリユニットと、メモリユニ
ットとビット線との間に接続され、キャパシタからのデ
ータ読み出し時に共通ノード電極のデータ信号を増幅し
てビット線に伝達し、キャパシタへのデータ書き込み時
にビット線から受ける信号に応じて共通ノード電極を充
放電する増幅回路ユニットとを備えた構成を有してい
る。A ferroelectric memory device of the present invention is connected between a plurality of independent plate lines and a common node electrode, and is independently connected according to voltage application to the plate lines. A bit line is connected between a memory unit having a plurality of ferroelectric capacitors for controlling data storage and a bit line, and amplifies a data signal of a common node electrode when reading data from the capacitor. And an amplifier circuit unit that charges and discharges the common node electrode in accordance with a signal transmitted from the bit line when writing data to the capacitor.
【0016】この強誘電体記憶装置では、キャパシタか
らのデータ読み出し時に共通ノード電極のデータ信号が
増幅されてビット線に伝達されるので、キャパシタから
共通ノード電極へ伝達されるデータ信号が微小信号であ
っても、十分にデータの”1”または”0”を判定する
ことが可能な信号がビット線に伝達される。また、キャ
パシタへのデータ書き込み時にビット線から受ける信号
に応じて共通ノード電極が増幅回路ユニットで充放電さ
れるので、共通ノード電極の充放電が増幅回路ユニット
内でのみ行われ、ビット線自体を共通ノード電極同様に
充放電しなくてもよくなる。In this ferroelectric memory device, since the data signal of the common node electrode is amplified and transmitted to the bit line when the data is read from the capacitor, the data signal transmitted from the capacitor to the common node electrode is a minute signal. Even if there is, a signal capable of sufficiently determining "1" or "0" of data is transmitted to the bit line. Also, since the common node electrode is charged / discharged in the amplifier circuit unit according to the signal received from the bit line when writing data to the capacitor, the common node electrode is charged / discharged only in the amplifier circuit unit, and the bit line itself is As with the common node electrode, it is not necessary to charge and discharge.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0018】(第1の実施の形態)図1は本発明の第1
の実施の形態に係るクロスポイント型記憶装置の回路構
成を表すものである。(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
2 shows a circuit configuration of a cross-point type memory device according to the embodiment of FIG.
【0019】このクロスポイント型記憶装置は、ワード
線W101が接続されたワード線用デコーダ・ドライバ
100と、ワード線W101と平行配置関係にある複数
のプレート線P101〜P104が接続されたプレート
線用デコーダ・ドライバ102と、ワード線W101お
よび各プレート線P101〜P104と直交配置関係に
あるビット線B101が接続されたセンスアンプ104
と、各プレート線P101〜P104と共通ノード電極
E101との間に接続された複数の強誘電体のキャパシ
タC101〜C104から成るメモリユニット106と
を備え、更にビット線B101およびワード線W101
に接続されたNMOS型トランジスタTN0とメモリユ
ニット106が接続された共通ノード電極E101との
間に、本発明の特徴要素である増幅回路ユニット110
を接続することにより構成したものである。This cross-point type memory device is for a word line decoder driver 100 to which a word line W101 is connected, and a plate line to which a plurality of plate lines P101 to P104 in parallel arrangement with the word line W101 are connected. A decoder / driver 102 and a sense amplifier 104 to which a word line W101 and a bit line B101 in an orthogonal arrangement relationship with the plate lines P101 to P104 are connected.
And a memory unit 106 including a plurality of ferroelectric capacitors C101 to C104 connected between the plate lines P101 to P104 and the common node electrode E101, and further includes a bit line B101 and a word line W101.
Between the NMOS-type transistor TN0 connected to the common node electrode E101 and the common node electrode E101 connected to the memory unit 106, which is a characteristic element of the present invention.
It is configured by connecting.
【0020】増幅回路ユニット110は、3つのNMO
S型トランジスタTN1〜TN3と3つのPMOS型ト
ランジスタTP1〜TP3とを備えて構成されている。
NMOS型トランジスタTN2とPMOS型トランジス
タTP1とは、対となってインバータ回路112を構成
し、このインバータ回路112の出力端に接続された共
通ノード電極E101を充放電する。なお、NMOS型
トランジスタおよびPMOS型トランジスタは以下の説
明で単にトランジスタと略す場合もある。The amplifier circuit unit 110 includes three NMOs.
It comprises S-type transistors TN1 to TN3 and three PMOS type transistors TP1 to TP3.
The NMOS transistor TN2 and the PMOS transistor TP1 form a pair to form an inverter circuit 112, and charge and discharge the common node electrode E101 connected to the output terminal of the inverter circuit 112. The NMOS type transistor and the PMOS type transistor may be simply abbreviated as transistors in the following description.
【0021】更に、そのインバータ回路112を構成す
る一方のトランジスタTN2とアース間にはNMOS型
トランジスタTN1が接続され、他方のトランジスタT
P1とVcc電源との間にはPMOS型トランジスタT
P3が接続されている。トランジスタTN1のゲート端
には書き込み制御線WCが接続され、トランジスタTP
3のゲート端には、インバータ回路114を介して書き
込み制御線WCが接続され、双方のトランジスタTN
1,TP3でインバータ回路112を活性状態または不
活性状態とするスイッチの役割を果たす。Further, an NMOS type transistor TN1 is connected between one transistor TN2 constituting the inverter circuit 112 and the ground, and the other transistor Tn.
A PMOS transistor T is connected between P1 and the Vcc power supply.
P3 is connected. A write control line WC is connected to the gate terminal of the transistor TN1 and the transistor TP
The write control line WC is connected to the gate end of the transistor 3 through the inverter circuit 114, and both the transistors TN are connected.
1, TP3 plays a role of a switch for activating or inactivating the inverter circuit 112.
【0022】即ち、書き込み制御線WCはワード線用デ
コーダ・ドライバ100に接続されており、そのドライ
バ100から書き込み制御線WCを介して双方のトラン
ジスタTN1,TP3のゲート端に相補的に信号が供給
され、この信号レベルが「H」であればインバータ回路
112は活性状態に、「L」であれば不活性状態にな
る。That is, the write control line WC is connected to the word line decoder / driver 100, and signals are supplied from the driver 100 via the write control line WC to the gate ends of both transistors TN1 and TP3 complementarily. If the signal level is "H", the inverter circuit 112 is in the active state, and if the signal level is "L", it is in the inactive state.
【0023】メモリユニット106とアースとの間に接
続されたトランジスタTN3は、リセット用スイッチの
役割を果たし、そのゲート端に接続されたリセット線R
の信号レベルを「H」とすることで共通ノード電極E1
01の電位を0Vに落とす。リセット線Rはワード線用
デコーダ・ドライバ100に接続されており、そのドラ
イバ100でリセット線Rの信号レベルが制御される。The transistor TN3 connected between the memory unit 106 and the ground serves as a reset switch, and the reset line R connected to the gate terminal thereof.
By setting the signal level of the common node electrode E1 to "H"
The potential of 01 is dropped to 0V. The reset line R is connected to the word line decoder / driver 100, and the signal level of the reset line R is controlled by the driver 100.
【0024】Vcc電源とトランジスタTN0との間に
接続されたトランジスタTP2は、センス用トランジス
タであり、共通ノード電極E101の電位をゲート端で
受けることによりトランジスタTN0を介してビット線
B101にセンス信号を伝達する。また、トランジスタ
TP2とTN0との間にはインバータ回路112を構成
するトランジスタTN2,TP1の各ゲート端(入力
端)116が接続されている。The transistor TP2 connected between the Vcc power supply and the transistor TN0 is a sense transistor, and receives the potential of the common node electrode E101 at the gate end thereof, so that a sense signal is transmitted to the bit line B101 via the transistor TN0. introduce. Further, the gate ends (input ends) 116 of the transistors TN2 and TP1 forming the inverter circuit 112 are connected between the transistors TP2 and TN0.
【0025】このような構成のクロスポイント型記憶装
置におけるデータ読み出しおよびデータ再書き込みの動
作を、図2に示したタイミングチャートを参照して説明
する。The data read and data rewrite operations in the cross-point type memory device having such a configuration will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
【0026】最初にデータ読み出し動作を説明する。時
刻t1の初期状態では、書き込み制御線WCの信号レベ
ルは「L」で、この「L」がトランジスタTN1のゲー
ト端およびインバータ回路114を介してトランジスタ
TP3のゲート端に供給されることによって双方のトラ
ンジスタTN1,TP3がオフとなり、そのトランジス
タTN1,TP3間に接続されたインバータ回路112
が不活性状態となる。First, the data read operation will be described. In the initial state at time t1, the signal level of the write control line WC is “L”, and this “L” is supplied to the gate end of the transistor TN1 and the gate end of the transistor TP3 via the inverter circuit 114, so that both The transistors TN1 and TP3 are turned off, and the inverter circuit 112 connected between the transistors TN1 and TP3.
Becomes inactive.
【0027】更に、同時刻t1では、リセット線Rの信
号レベルは「H」で、この「H」がトランジスタTN3
のゲート端に供給されることによりトランジスタTN3
がオンとなっているので、共通ノード電極E101が0
Vにイコライズされている。また、ワード線W101の
信号レベルは「L」で、この「L」がトランジスタTN
0のゲート端に供給されることによりトランジスタTN
0がオフとなっているので、ビット線B101と増幅回
路ユニット110とは切り離された状態となっている。
更にプレート線P101〜P104の信号レベルは全て
0Vとなされている。Further, at the same time t1, the signal level of the reset line R is "H", and this "H" is the transistor TN3.
Is supplied to the gate end of the transistor TN3
Is on, the common node electrode E101 is 0
Equalized to V. The signal level of the word line W101 is "L", and this "L" is the transistor TN.
0 is supplied to the gate end of the transistor TN
Since 0 is off, the bit line B101 and the amplifier circuit unit 110 are separated from each other.
Further, the signal levels of the plate lines P101 to P104 are all set to 0V.
【0028】時刻t2になると、リセット線Rの信号レ
ベルが「L」とされることによりトランジスタTN3が
オフとされ、これによって共通ノード電極E101が浮
遊状態となる。At time t2, the signal level of the reset line R is set to "L" to turn off the transistor TN3, which brings the common node electrode E101 into a floating state.
【0029】時刻t3では、例えばプレート線P101
が選択され、このプレート線P101に時刻t3〜t9
間で「H」となる電源電圧Vccのパルスが与えられる
と、強誘電体のキャパシタC101に電圧が印加され、
図2に示したように共通ノード電極E101の電位が上
昇する。この上昇の度合いは、キャパシタC101が分
極反転を伴えば大きくなり(データ”1”となり)、反
転を伴わなければ小さくなる(データ”0”となる)。At time t3, for example, the plate line P101
Is selected, and time t3 to t9 is added to the plate line P101.
When a pulse of the power supply voltage Vcc which becomes "H" between is given, the voltage is applied to the ferroelectric capacitor C101,
As shown in FIG. 2, the potential of the common node electrode E101 rises. The degree of this increase becomes large (data becomes “1”) when the capacitor C101 is accompanied by polarization reversal, and becomes small (data becomes “0”) when the capacitor C101 is not reversed.
【0030】時刻t4になると、ワード線W101の信
号レベルが「H」となることによりトランジスタTN0
がオンし、ビット線B101と増幅回路ユニット110
とを接続する。この際、トランジスタTP2のゲート端
には共通ノード電極E101の電圧が供給されているの
で、オン状態のトランジスタTP2を流れる電流に従っ
てビット線B101が充電され、図2に示したようにそ
の電位が上昇を始める。ここでその上昇度合いは”1”
を読み出す場合に小さくなり、”0”を読み出す場合に
大きくなる。At time t4, the signal level of the word line W101 becomes "H", so that the transistor TN0
Is turned on, and the bit line B101 and the amplifier circuit unit 110 are turned on.
And connect. At this time, since the voltage of the common node electrode E101 is supplied to the gate end of the transistor TP2, the bit line B101 is charged according to the current flowing through the transistor TP2 in the ON state, and its potential rises as shown in FIG. To start. Here, the degree of increase is "1"
Becomes smaller when reading "0" and becomes larger when reading "0".
【0031】時刻t5においては、ビット線B101に
接続されたセンスアンプ104を活性化し、データ”
1”または”0”の判定を行う。この判定を行う場合、
センスアンプ104は、ビット線B101の電位と参照
電位とを比較することによって行う。これによってキャ
パシタC101からのデータ読み出し動作が完了する。At time t5, the sense amplifier 104 connected to the bit line B101 is activated and data "
1 "or" 0 "is judged. When making this judgment,
The sense amplifier 104 performs by comparing the potential of the bit line B101 and the reference potential. This completes the data read operation from the capacitor C101.
【0032】続いて、データ再書き込み動作の説明を行
う。時刻t6になると、ビット線B101がデータ”
1”に相当する電位である場合は、センスアンプ104
によって放電され、0Vとなっている。一方、ビット線
B101がデータ”0”に相当する電位である場合は、
センス用のトランジスタTP2またはセンスアンプ10
4で1V程度まで充電されている。但し、Vcc=3V
とする。また、ビット線B101の電圧は、ワード線W
101の信号レベルが「H」でトランジスタTN0がオ
ン状態となっているので、インバータ回路112の入力
端116に供給されている。Next, the data rewriting operation will be described. At time t6, the bit line B101 changes to data "
If the potential corresponds to 1 ″, the sense amplifier 104
Is discharged to 0V. On the other hand, when the bit line B101 has the potential corresponding to the data “0”,
Sense transistor TP2 or sense amplifier 10
4 is charged to about 1V. However, Vcc = 3V
And The voltage of the bit line B101 is the same as that of the word line W.
Since the signal level of 101 is "H" and the transistor TN0 is in the ON state, it is supplied to the input terminal 116 of the inverter circuit 112.
【0033】時刻t7において、非選択のプレート線P
102〜P104の電位をVcc/2(=1.5V)と
する。この時、選択されているプレート線P101の電
位はVcc(=3V)である。At time t7, the non-selected plate line P
The potential of 102 to P104 is set to Vcc / 2 (= 1.5V). At this time, the potential of the selected plate line P101 is Vcc (= 3V).
【0034】時刻t8において、書き込み制御線WCの
信号レベルを「H」にすることによってインバータ回路
112を活性状態とする。このインバータ回路112の
閾値は、ここでは0.5V程度に設定されており、ビッ
ト線B101を0Vとすることによってデータ”1”を
書き込む時は共通ノード電極E101がVccの電位と
なり、ビット線B101を1Vとすることによってデー
タ”0”を書き込む時は共通ノード電極E101が0V
の電位となる。これによってキャパシタC101に”
0”が書き込まれる場合、共通ノード電極E101の電
位が0VとなるのでキャパシタC101の両極間には−
Vccが印加され、”0”が書き込まれる。この時、非
選択キャパシタc12〜C14に印加される電圧は−
(Vcc/2)であり、抗電界がそれ以下に設定してあ
れば分極方向は保持される。At time t8, the signal level of the write control line WC is set to "H" to activate the inverter circuit 112. The threshold value of the inverter circuit 112 is set to about 0.5V here, and when the data "1" is written by setting the bit line B101 to 0V, the common node electrode E101 becomes the potential of Vcc and the bit line B101. Is set to 1V, the common node electrode E101 is 0V when writing data "0".
It becomes the electric potential of. This allows the capacitor C101 to
When "0" is written, the potential of the common node electrode E101 becomes 0 V, so that there is a negative voltage between both electrodes of the capacitor C101.
Vcc is applied and "0" is written. At this time, the voltage applied to the non-selected capacitors c12 to C14 is −
(Vcc / 2), and the polarization direction is maintained if the coercive electric field is set lower than that.
【0035】時刻t9では、選択プレート線P101の
信号レベルを「L」、即ち電位を0Vとする。これによ
って例えばビット線B101を0Vとすることによって
共通ノード電極E101がVccの電位となり、選択キ
ャパシタC101にVccの電圧が印加され、”1”が
書き込まれる。この時、非選択キャパシタC12〜C1
4に印加される電圧はVcc/2であり、抗電界がそれ
以下に設定してあれば分極方向は保持される。At time t9, the signal level of the selected plate line P101 is set to "L", that is, the potential is set to 0V. As a result, for example, by setting the bit line B101 to 0 V, the common node electrode E101 becomes the potential of Vcc, the voltage of Vcc is applied to the selection capacitor C101, and "1" is written. At this time, the non-selected capacitors C12 to C1
The voltage applied to 4 is Vcc / 2, and the polarization direction is maintained if the coercive electric field is set lower than that.
【0036】時刻t10において、ワード線W101の
信号レベルが「L」となるとトランジスタTN0がオフ
となり、ビット線B101と増幅回路ユニット110と
が切り離される。更に書き込み制御線WCの信号レベル
が「L」とされることによってインバータ回路112が
不活性状態となる。At time t10, when the signal level of the word line W101 becomes "L", the transistor TN0 is turned off, and the bit line B101 and the amplifier circuit unit 110 are separated. Further, the signal level of the write control line WC is set to "L", so that the inverter circuit 112 becomes inactive.
【0037】最後に、時刻t11において、リセット線
Rの信号レベルを「H」とすることによって共通ノード
電極E101の電位を0Vに戻す。更に、非選択プレー
ト線P102〜P104の電位を0Vに戻し、ビット線
B101も0Vにイコライズしてデータ再書き込み動作
を終了する。Finally, at time t11, the signal level of the reset line R is set to "H" to return the potential of the common node electrode E101 to 0V. Further, the potentials of the non-selected plate lines P102 to P104 are returned to 0V, the bit line B101 is also equalized to 0V, and the data rewriting operation is completed.
【0038】更に、データの書き込みを行う場合は、上
記のデータ読み出し動作を行った後、センスアンプ10
4に接続された複数のビット線の内、所望のビット線の
みを”1”または”0”に反転させて上記のデータ再書
き込み動作を行えば良い。Further, in the case of writing data, after performing the above-mentioned data reading operation, the sense amplifier 10
Of the plurality of bit lines connected to No. 4, only the desired bit line may be inverted to "1" or "0" and the above data rewriting operation may be performed.
【0039】なお、ビット線B101に接続されたセン
スアンプ104の構成やデータ”1”または”0”の判
定方法に制限は無いが、例えば差動センスアンプを使用
し、対となるビット線に図3に示すようなダミーの増幅
回路ユニット120を取りつけても良い。図3に示すダ
ミーの増幅回路ユニット120では、ダミーワード線W
101aがゲート端に接続されたNMOS型のトランジ
スタTN0aが図1のトランジスタTN0と、PMOS
型トランジスタTP2aが図1のPMOS型トランジス
タTP2と同サイズであり、トランジスタTP2aのゲ
ート端に、図1に示すトランジスタTP2のゲート端に
供給されるメモリユニット106からの”1”または”
0”のセンス信号の中間電位Vrefを供給する。この
ダミーの増幅回路ユニット110がビット線B101a
に接続されると、ビット線B101aの立ち上がり速度
が”1”と”0”の中間値となり、選択ビット線B10
1との電位差を検出して増幅することが可能になる。There is no limitation on the structure of the sense amplifier 104 connected to the bit line B101 and the method of judging data "1" or "0". For example, a differential sense amplifier is used and the pair of bit lines is used. A dummy amplifier circuit unit 120 as shown in FIG. 3 may be attached. In the dummy amplifier circuit unit 120 shown in FIG. 3, the dummy word line W
The NMOS-type transistor TN0a having the gate terminal 101a connected to the transistor TN0 of FIG.
The type transistor TP2a has the same size as the PMOS type transistor TP2 of FIG. 1, and "1" or "" from the memory unit 106 supplied to the gate end of the transistor TP2a shown in FIG.
The intermediate potential Vref of the sense signal of 0 "is supplied. This dummy amplifier circuit unit 110 is a bit line B101a.
When connected to the selected bit line B10a, the rising speed of the bit line B101a becomes an intermediate value between "1" and "0".
It becomes possible to detect and amplify the potential difference with respect to 1.
【0040】このように、第1の実施の形態のクロスポ
イント型記憶装置によれば、各々独立した複数のプレー
ト線P101〜P104と共通ノード電極E101との
間に接続された複数の強誘電体キャパシタC101〜C
104を有するメモリユニット106とビット線B10
1との間に増幅回路ユニット110を接続し、この増幅
回路ユニット110で、各キャパシタC101〜C10
4からのデータ読み出し時に共通ノード電極E101の
データ信号(センス信号)を増幅してビット線B101
に伝達し、各キャパシタC101〜C104へのデータ
書き込み時にビット線B101から受ける信号に応じて
電源電圧Vccで共通ノード電極E101を充放電する
ように構成した。As described above, according to the cross-point type memory device of the first embodiment, a plurality of ferroelectric substances connected between the plurality of independent plate lines P101 to P104 and the common node electrode E101 are provided. Capacitors C101 to C
Memory unit 106 having 104 and bit line B10
The amplifier circuit unit 110 is connected between the capacitors C1 and C1.
The data signal (sense signal) of the common node electrode E101 is amplified when the data is read from the bit line B101.
And the common node electrode E101 is charged and discharged with the power supply voltage Vcc in accordance with the signal received from the bit line B101 when writing data to the capacitors C101 to C104.
【0041】この構成によれば、キャパシタC101〜
C104から共通ノード電極E101へ伝達されるデー
タ信号が微小信号であっても、十分にデータの”1”ま
たは”0”を判定することが可能な信号がビット線B1
01に伝達される。従って、ビット線容量が大きくなる
ことによりデータ信号が小さくなっても、データを読み
出すための十分な電位の信号をビット線B101に取り
出すことができる。According to this structure, the capacitors C101 to C101.
Even if the data signal transmitted from the C104 to the common node electrode E101 is a very small signal, a signal that can sufficiently determine "1" or "0" of the data is the bit line B1.
01 is transmitted. Therefore, even if the data signal becomes small due to the increase in the bit line capacitance, a signal having a sufficient potential for reading data can be taken out to the bit line B101.
【0042】このことから、1本のビット線B101
に、より多くのキャパシタを接続して、センスアンプや
デコーダ等の周辺回路の数を減らすことができるので、
チップ全体の面積(クロスポイント型記憶装置全体の面
積)を小さくすることができる。From this, one bit line B101
Since more capacitors can be connected to and the number of peripheral circuits such as sense amplifiers and decoders can be reduced,
The area of the entire chip (the area of the entire crosspoint type memory device) can be reduced.
【0043】また、キャパシタC101〜C104への
データ書き込み時にビット線B101から受ける信号に
応じて電源電圧Vccで共通ノード電極E101が充放
電されるので、共通ノード電極E101の充放電が増幅
回路ユニット110内でのみ行われ、ビット線B101
自体を共通ノード電極E101と同様に充放電しなくて
もよくなる。更に、共通ノード電極E101を充放電す
るためにビット線B101から増幅回路ユニット110
へ供給される信号の電圧は電源電圧よりも低くて済む。
これらのことから、データ書き込み時の消費電力を小さ
くすることができる。Further, since the common node electrode E101 is charged / discharged by the power supply voltage Vcc according to the signal received from the bit line B101 when writing data to the capacitors C101 to C104, the common circuit electrode E101 is charged / discharged. Bit line B101
As with the common node electrode E101, it does not have to be charged and discharged. Further, in order to charge / discharge the common node electrode E101, the amplifier circuit unit 110 is removed from the bit line B101.
The voltage of the signal supplied to is required to be lower than the power supply voltage.
For these reasons, it is possible to reduce power consumption when writing data.
【0044】(第2の実施の形態)図4は、本発明の第
2の実施の形態に係るクロスポイント型記憶装置の回路
構成を表すものである。ここでは、図1の第1の実施の
形態の各部に対応する部分には同一符号を付し、その説
明を省略する。(Second Embodiment) FIG. 4 shows a circuit configuration of a cross-point type memory device according to a second embodiment of the present invention. Here, parts corresponding to the respective parts of the first embodiment of FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【0045】本実施の形態のクロスポイント型記憶装置
が、第1の実施の形態のクロスポイント型記憶装置と異
なる点は、増幅回路ユニット110を2つのメモリユニ
ット106および130で共有させたことにある。即
ち、上記のメモリユニット106と増幅回路ユニット1
10との間にNMOS型トランジスタTN4を接続し、
更に、共通ノード電極E101と各プレート線P10
1,P102,…との間に両端の電極が接続された複数
のキャパシタC111,C112,…から成るメモリユ
ニット130を、NMOS型トランジスタTN5を介し
て増幅回路ユニット110に接続した。各トランジスタ
TN4とTN5のゲート端はワード線用デコーダ・ドラ
イバ100にユニット選択ワード線W102とW103
で接続されており、そのスイッチング動作がドライバ1
00によって制御されるようになっている。The cross point type memory device of this embodiment is different from the cross point type memory device of the first embodiment in that the amplifier circuit unit 110 is shared by the two memory units 106 and 130. is there. That is, the memory unit 106 and the amplifier circuit unit 1 described above.
An NMOS transistor TN4 is connected between 10 and
Further, the common node electrode E101 and each plate line P10
A memory unit 130 including a plurality of capacitors C111, C112, ... Between electrodes 1, P102, ... Connected to the amplifier circuit unit 110 via an NMOS transistor TN5. The gate ends of the transistors TN4 and TN5 are connected to the word line decoder / driver 100 by the unit selection word lines W102 and W103.
Connected by the driver 1
It is controlled by 00.
【0046】このような構成において、例えばキャパシ
タC101からデータを読み出す場合は、ドライバ10
0の制御によりユニット選択ワード線W102の信号レ
ベルを「H」、ユニット選択ワード線W103の信号レ
ベルを「L」とすることによってトランジスタTN4の
みをオンとする。更に上記第1の実施の形態で説明した
と同様にプレート線P101に「H」のパルスを与え
て、増幅回路ユニット110にデータ信号を伝達する。
このデータ信号をセンス用のトランジスタTP2で増幅
し、トランジスタTN0を介してビット線B101に伝
達する。With such a configuration, for example, when data is read from the capacitor C101, the driver 10
By controlling 0, the signal level of the unit selection word line W102 is set to "H" and the signal level of the unit selection word line W103 is set to "L", so that only the transistor TN4 is turned on. Further, as in the case of the first embodiment described above, a “H” pulse is applied to the plate line P101 to transmit the data signal to the amplifier circuit unit 110.
This data signal is amplified by the sensing transistor TP2 and transmitted to the bit line B101 via the transistor TN0.
【0047】キャパシタC111からデータを読み出す
場合は、ドライバ100の制御によりユニット選択ワー
ド線W102の信号レベルを「L」、ユニット選択ワー
ド線W103の信号レベルを「H」とすることによって
トランジスタTN5のみをオンとする。更にプレート線
P101に「H」のパルスを与えて、増幅回路ユニット
110にデータ信号を伝達したのちトランジスタTP2
で増幅し、トランジスタTN0を介してビット線B10
1に伝達する。When reading data from the capacitor C111, the signal level of the unit selection word line W102 is set to "L" and the signal level of the unit selection word line W103 is set to "H" under the control of the driver 100, so that only the transistor TN5 is turned on. Turn on. Further, a “H” pulse is applied to the plate line P101 to transmit a data signal to the amplifier circuit unit 110, and then the transistor TP2.
Is amplified by the bit line B10 via the transistor TN0.
Propagate to 1.
【0048】データを書き込む場合にも、同様に書き込
み対象となるメモリユニット106または130に接続
されたトランジスタTN4またはトランジスタTN5を
オンとさせ、上記第1の実施の形態と同様に書き込み動
作を行う。Also when writing data, the transistor TN4 or transistor TN5 connected to the memory unit 106 or 130 to be written is turned on, and the writing operation is performed as in the first embodiment.
【0049】このように、本実施の形態のクロスポイン
ト型記憶装置では、複数のメモリユニット106,13
0をトランジスタTN4,TN5を介して増幅回路ユニ
ット110に接続し、メモリユニット106,130の
何れかが増幅回路ユニット110に接続されるように構
成した。この構成によって、ビット線B101に増幅回
路ユニット110を介して、更に多くのメモリユニット
106,130を接続することができるので、チップ全
体の面積(クロスポイント型記憶装置全体の面積)を更
に小さくすることができる。As described above, in the cross point type storage device of this embodiment, the plurality of memory units 106 and 13 are provided.
0 is connected to the amplifier circuit unit 110 via the transistors TN4 and TN5, and one of the memory units 106 and 130 is connected to the amplifier circuit unit 110. With this configuration, more memory units 106 and 130 can be connected to the bit line B101 via the amplifier circuit unit 110, so that the area of the entire chip (the area of the entire cross-point type storage device) is further reduced. be able to.
【0050】(第3の実施の形態)図5は、本発明の第
3の実施の形態に係るクロスポイント型記憶装置の回路
構成を表すものである。ここでも、同様に、図1の第1
の実施の形態の各部に対応する部分には同一符号を付
し、その説明を省略する。(Third Embodiment) FIG. 5 shows a circuit configuration of a cross-point type memory device according to a third embodiment of the present invention. Again, similarly, the first of FIG.
The same reference numerals are given to the portions corresponding to the respective portions of the embodiment, and the description thereof will be omitted.
【0051】本実施の形態のクロスポイント型記憶装置
が、第1の実施の形態のクロスポイント型記憶装置と異
なる点は、増幅回路ユニット110に代え、他の構成の
増幅回路ユニット140を備えたことにある。The cross-point type memory device of the present embodiment is different from the cross-point type memory device of the first embodiment in that the amplifier circuit unit 110 is replaced by an amplifier circuit unit 140 of another configuration. Especially.
【0052】増幅回路ユニット140は、上記の増幅回
路ユニット110からプルダウン用のトランジスタTN
1とTN2を省略して構成したものである。更にトラン
ジスタTP3のゲート端には、図1に示すようにインバ
ータ回路114を接続せず、図5に示すように書き込み
制御線WCが直接接続してある。The amplifier circuit unit 140 includes a pull-down transistor TN from the above amplifier circuit unit 110.
1 and TN2 are omitted. Further, the gate end of the transistor TP3 is not connected to the inverter circuit 114 as shown in FIG. 1, but is directly connected to the write control line WC as shown in FIG.
【0053】このような構成のクロスポイント型記憶装
置におけるデータ読み出しおよびデータ再書き込みの動
作を、図6に示したタイミングチャートを参照して説明
する。The data read and data rewrite operations in the cross-point type memory device having such a configuration will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
【0054】最初にデータ読み出し動作を説明する。時
刻t21の初期状態では、書き込み制御線WCの信号レ
ベルは「H」で、この「H」がトランジスタTP3のゲ
ート端に供給されることによってトランジスタTP3が
オフとなっている。更に、リセット線Rの信号レベルは
「H」で、この「H」がトランジスタTN3のゲート端
に供給されることによりトランジスタTN3がオンとな
っているので、共通ノード電極E101が0Vにイコラ
イズされている。また、ワード線W101の信号レベル
は「L」で、この「L」がトランジスタTN0のゲート
端に供給されることによりトランジスタTN0がオフと
なっているので、ビット線B101と増幅回路ユニット
140とは切り離された状態となっている。更にプレー
ト線P101〜P104の信号レベルは全て0Vとなさ
れている。First, the data read operation will be described. In the initial state at time t21, the signal level of the write control line WC is “H”, and the transistor TP3 is turned off by supplying “H” to the gate terminal of the transistor TP3. Further, the signal level of the reset line R is “H”, and the transistor TN3 is turned on by supplying this “H” to the gate end of the transistor TN3, so that the common node electrode E101 is equalized to 0V. There is. Further, the signal level of the word line W101 is “L”, and the transistor TN0 is turned off by supplying this “L” to the gate end of the transistor TN0. Therefore, the bit line B101 and the amplifier circuit unit 140 are separated from each other. It is in a separated state. Further, the signal levels of the plate lines P101 to P104 are all set to 0V.
【0055】時刻t22においては、リセット線Rの信
号レベルが「L」とされることによりトランジスタTN
3がオフとされ、これによって共通ノード電極E101
が浮遊状態となる。At time t22, the signal level of the reset line R is set to "L", so that the transistor TN is turned on.
3 is turned off, which causes the common node electrode E101.
Becomes a floating state.
【0056】時刻t23になると、例えばプレート線P
101を選択し、このプレート線P101に時刻t23
〜t29間で「H」となる電源電圧Vccのパルスを与
えると、強誘電体のキャパシタC101に電圧が印加さ
れ、図6に示したように共通ノード電極E101の電位
が上昇する。この上昇の度合いは、キャパシタC101
が分極反転を伴えば大きくなり(データ”1”とな
り)、反転を伴わなければ小さくなる(データ”0”と
なる)。At time t23, for example, the plate line P
101 is selected and the time t23 is displayed on the plate line P101.
When a pulse of the power supply voltage Vcc which becomes “H” is given between to t29, the voltage is applied to the ferroelectric capacitor C101, and the potential of the common node electrode E101 rises as shown in FIG. The degree of this increase depends on the capacitor C101.
Becomes large (data becomes "1") with polarization inversion, and becomes small (data becomes "0") without inversion.
【0057】時刻t24では、ワード線W101の信号
レベルが「H」となることによりトランジスタTN0を
オンとし、ビット線B101と増幅回路ユニット140
とを接続する。この際、トランジスタTP2のゲート端
には共通ノード電極E101の電圧が供給されているの
で、オン状態のトランジスタTP2を流れる電流に従っ
てビット線B101が充電され、図6に示すようにその
電位が上昇を始める。ここでその上昇度合いは”1”を
読み出す場合に小さくなり、”0”を読み出す場合に大
きくなる。At time t24, the signal level of the word line W101 becomes "H", so that the transistor TN0 is turned on, and the bit line B101 and the amplifier circuit unit 140 are turned on.
And connect. At this time, since the voltage of the common node electrode E101 is supplied to the gate end of the transistor TP2, the bit line B101 is charged according to the current flowing through the transistor TP2 in the ON state, and its potential rises as shown in FIG. start. Here, the degree of increase becomes small when reading "1" and becomes large when reading "0".
【0058】時刻t25になると、ビット線B101に
接続されたセンスアンプ104が活性化され、データ”
1”または”0”の判定を行われる。この判定を行う場
合センスアンプ104は、ビット線B101の電位と参
照電位とを比較することによって行う。これによってキ
ャパシタC101からのデータ読み出し動作が完了す
る。At time t25, the sense amplifier 104 connected to the bit line B101 is activated and data "
1 "or" 0 "is determined. When this determination is performed, the sense amplifier 104 compares the potential of the bit line B101 with the reference potential, thereby completing the data read operation from the capacitor C101. .
【0059】続いて、データ再書き込み動作の説明を行
う。時刻t26では、ビット線B101がデータ”1”
に相当する電位である場合は、センスアンプ104によ
って放電され、0Vとなっている。一方、ビット線B1
01がデータ”0”に相当する電位である場合は、セン
ス用のトランジスタTP2またはセンスアンプ104で
1V程度まで充電されている。但し、Vcc=3Vとす
る。また、ビット線B101の電圧は、ワード線W10
1の信号レベルが「H」でトランジスタTN0がオン状
態となっているので、トランジスタTP1のゲート端に
供給されている。Next, the data rewriting operation will be described. At time t26, the bit line B101 has data “1”.
When the potential is equivalent to, the voltage is discharged by the sense amplifier 104 and becomes 0V. On the other hand, the bit line B1
When 01 is the potential corresponding to the data “0”, the sense transistor TP2 or the sense amplifier 104 is charged to about 1V. However, Vcc = 3V. The voltage of the bit line B101 is the same as that of the word line W10.
Since the signal level of 1 is "H" and the transistor TN0 is in the ON state, it is supplied to the gate terminal of the transistor TP1.
【0060】時刻t27になると、非選択のプレート線
P102〜P104の電位がVcc/2(=1.5V)
となる。このとき、選択されているプレート線P101
の電位はVcc(=3V)である。At time t27, the potentials of the non-selected plate lines P102 to P104 are Vcc / 2 (= 1.5V).
Becomes At this time, the selected plate line P101
Has a potential of Vcc (= 3V).
【0061】時刻t28において、リセット線Rの信号
レベルを「H」にすることによってトランジスタTN3
をオンとし、共通ノード電極E101の電位を0Vに落
とす。これによってキャパシタC101に−Vccが印
加され、まず”0”が書き込まれる。一方、非選択キャ
パシタc12〜C14に印加される電圧は−(Vcc/
2)であり、抗電界がそれ以下に設定してあれば分極方
向は保持される。At time t28, the signal level of the reset line R is set to "H", so that the transistor TN3
Is turned on, and the potential of the common node electrode E101 is dropped to 0V. As a result, -Vcc is applied to the capacitor C101, and "0" is written first. On the other hand, the voltage applied to the non-selected capacitors c12 to C14 is-(Vcc /
2), and if the coercive electric field is set lower than that, the polarization direction is maintained.
【0062】時刻t29では、選択プレート線P101
の電位を0Vに落としてリセット線Rの電位を「L」と
する。時刻t30になると、書き込み制御線WCの信号
レベルを「L」にすることによりトランジスタTP3を
オンにすると、共通ノード電極E101の電位が、トラ
ンジスタTN0を介してトランジスタTP1のゲート端
に印加されるビット線B101の電圧(データ)に依存
した速度で上昇を始める。ここでトランジスタTP1の
電流能力は(Vg−Vth)の2乗に比例する。但し、
Vthは閾値、Vgはソース(ここではVcc)を基準
としたゲート端の印加電圧とする。例えばVthを−
1.5Vとすると、”1”書き込み時の電流能力は、”
0”書き込み時の9倍になる。At time t29, the selected plate line P101
And the potential of the reset line R is set to "L". At time t30, when the transistor TP3 is turned on by setting the signal level of the write control line WC to “L”, the potential of the common node electrode E101 is applied to the gate end of the transistor TP1 via the transistor TN0. The rise starts at a speed depending on the voltage (data) on the line B101. Here, the current capability of the transistor TP1 is proportional to the square of (Vg-Vth). However,
Vth is a threshold value, and Vg is a voltage applied to the gate end with the source (here, Vcc) as a reference. For example, Vth-
If it is 1.5V, the current capacity when writing "1" is "
It is 9 times as much as when writing 0 ".
【0063】時刻t31において、”1”書き込み時の
共通ノード電極E101の電位がVccに達したタイミ
ングで、ワード線W101の信号レベルを「L」とし、
トランジスタTN0をオフとする。この時”1”書き込
みおよび”0”書き込みにおける共通ノード電極E10
1の電位は次のようになる。まず、”1”書き込み時の
共通ノード電極E101の電位はVccでラッチされ
る。一方、”0”書き込み時の共通ノード電極E101
の電位はまだ1V以下であり、センス用のトランジスタ
TP2はオン状態のままである。At time t31, the signal level of the word line W101 is set to "L" at the timing when the potential of the common node electrode E101 at the time of writing "1" reaches Vcc.
The transistor TN0 is turned off. At this time, the common node electrode E10 in "1" write and "0" write
The potential of 1 is as follows. First, the potential of the common node electrode E101 at the time of writing "1" is latched at Vcc. On the other hand, the common node electrode E101 at the time of writing "0"
Is still 1 V or less, and the sensing transistor TP2 remains on.
【0064】この結果、ノード116の電位が急速にV
ccまで充電され、トランジスタTP1のゲート端に供
給されるので、トランジスタTP1の電流供給が停止す
る。即ち、”0”書き込み時の共通ノード電極E101
の電位は1V以下の浮遊状態で保持される。As a result, the potential of the node 116 rapidly rises to V.
Since it is charged up to cc and is supplied to the gate terminal of the transistor TP1, the current supply of the transistor TP1 is stopped. That is, the common node electrode E101 at the time of writing "0"
Is maintained in a floating state of 1 V or less.
【0065】このようなプロセスを経て、”1”書き込
みの場合、選択キャパシタC101にVccの電圧が印
加され、”1”の書き込みが行われる。一方、”0”書
き込み時の選択キャパシタC101には1V以下の電位
しか印加されない。また、非選択キャパシタC102〜
C104に印加される電圧はVcc/2であり、抗電界
がそれ以下に設定してあれば分極方向は保持される。Through the above process, in the case of writing "1", the voltage of Vcc is applied to the selection capacitor C101, and the writing of "1" is performed. On the other hand, at the time of writing "0", only the potential of 1 V or less is applied to the selection capacitor C101. Further, the non-selected capacitors C102 to
The voltage applied to C104 is Vcc / 2, and the polarization direction is maintained if the coercive electric field is set lower than that.
【0066】時刻t32において、書き込み制御線WC
を「H」としてトランジスタTP3をオフとする。時刻
t33では、リセット線Rの信号レベルを「H」とする
ことによって共通ノード電極E101の電位を0Vに戻
す。更に、非選択プレート線P102〜P104の電位
を0Vに戻し、ビット線B101も0Vにイコライズし
てデータ再書き込み動作を終了する。At time t32, the write control line WC
Is set to "H" to turn off the transistor TP3. At time t33, the signal level of the reset line R is set to “H” to return the potential of the common node electrode E101 to 0V. Further, the potentials of the non-selected plate lines P102 to P104 are returned to 0V, the bit line B101 is also equalized to 0V, and the data rewriting operation is completed.
【0067】このように、本実施の形態のクロスポイン
ト型記憶装置によれば、増幅回路ユニット140を第1
の実施の形態の増幅回路ユニット110よりも少ないト
ランジスタ数で構成したので、その分、チップ全体の面
積(クロスポイント型記憶装置全体の面積)を更に小さ
くすることができる。As described above, according to the cross-point type memory device of this embodiment, the amplifier circuit unit 140 is not
Since the number of transistors is smaller than that of the amplifier circuit unit 110 of the embodiment, the area of the entire chip (the area of the entire cross-point type storage device) can be further reduced.
【0068】なお、第1〜第3の実施の形態で説明した
増幅回路ユニット110,140は、従来のクロスポイ
ント型記憶装置での未使用シリコン領域に形成すれば、
チップ全体の面積(クロスポイント型記憶装置全体の面
積)を更に小さくすることができる。これを図1に示し
たクロスポイント型記憶装置の断面図である図7を参照
して説明する。If the amplifier circuit units 110 and 140 described in the first to third embodiments are formed in the unused silicon region in the conventional cross point type memory device,
The area of the entire chip (the area of the entire cross-point type storage device) can be further reduced. This will be described with reference to FIG. 7, which is a cross-sectional view of the cross-point type memory device shown in FIG.
【0069】すなわち、各キャパシタC101〜C10
4は、強誘電体膜150を、プレート線(プレート電
極)P101〜P104と共通ノード電極E101で挟
んで形成されている。共通ノード電極E101は層間絶
縁膜153内に形成されたプラグ153を介してトラン
ジスタTN0の拡散層154に接続されている。またビ
ット線B101およびワード線W101は、共通ノード
電極E101とトランジスタTN0との間の層に形成さ
れている。このセルの構成素子は、その殆どがキャパシ
タであるため、その占有面積もトランジスタTN0では
無く、キャパシタ群を構成するプレート線P101〜P
104によって決まる。すなわち、セル内のシリコン半
導体基板151上には大きな未使用領域152が存在す
る。この未使用領域152に増幅回路ユニット110を
形成すれば、よりチップ全体の面積を小さくすることが
できる。That is, each of the capacitors C101 to C10
4 is formed by sandwiching the ferroelectric film 150 between the plate lines (plate electrodes) P101 to P104 and the common node electrode E101. The common node electrode E101 is connected to the diffusion layer 154 of the transistor TN0 via the plug 153 formed in the interlayer insulating film 153. The bit line B101 and the word line W101 are formed in a layer between the common node electrode E101 and the transistor TN0. Since most of the constituent elements of this cell are capacitors, the area occupied by them is not that of the transistor TN0 but the plate lines P101 to P101 forming the capacitor group.
It depends on 104. That is, there is a large unused region 152 on the silicon semiconductor substrate 151 in the cell. If the amplifier circuit unit 110 is formed in the unused area 152, the area of the entire chip can be further reduced.
【0070】[0070]
【発明の効果】以上説明したように本発明の強誘電体記
憶装置によれば、各々独立した複数のプレート線と共通
ノード電極との間に接続された複数の強誘電体のキャパ
シタを有するメモリユニットとビット線との間に増幅回
路ユニットを接続し、この増幅回路ユニットで、キャパ
シタからのデータ読み出し時に共通ノード電極のデータ
信号を増幅してビット線に伝達し、キャパシタへのデー
タ書き込み時にビット線から受ける信号に応じて共通ノ
ード電極を充放電するようにした。これによって、微細
化されたキャパシタ(メモリセル)からデータを読み出
すための十分な電位の信号を取り出すことができ、デー
タ書き込み時の消費電力を小さくすることができ、更に
チップ全体の面積を小さくすることができる。As described above, according to the ferroelectric memory device of the present invention, a memory having a plurality of ferroelectric capacitors connected between a plurality of independent plate lines and a common node electrode, respectively. An amplifier circuit unit is connected between the unit and the bit line, and this amplifier circuit unit amplifies the data signal of the common node electrode when reading data from the capacitor and transmits it to the bit line, and when writing data to the capacitor The common node electrode is charged and discharged according to the signal received from the line. As a result, a signal having a sufficient potential for reading data can be taken out from a miniaturized capacitor (memory cell), power consumption at the time of writing data can be reduced, and the area of the entire chip can be further reduced. be able to.
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るクロスポイン
ト型記憶装置の回路構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a cross-point type memory device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1に示したクロスポイント型記憶装置におけ
るデータ読み出しおよびデータ再書き込みの動作を説明
するためのタイミングチャートである。FIG. 2 is a timing chart for explaining data read and data rewrite operations in the cross point type memory device shown in FIG.
【図3】ダミーの増幅回路ユニットの回路構成を示す図
である。FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of a dummy amplifier circuit unit.
【図4】本発明の第2の実施の形態に係るクロスポイン
ト型記憶装置の回路構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of a cross point type memory device according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第3の実施の形態に係るクロスポイン
ト型記憶装置の回路構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of a cross point type memory device according to a third embodiment of the present invention.
【図6】図5に示すクロスポイント型記憶装置における
データ読み出しおよびデータ再書き込みの動作を説明す
るためのタイミングチャートである。6 is a timing chart for explaining a data read operation and a data rewrite operation in the cross point type memory device shown in FIG.
【図7】クロスポイント型記憶装置の断面を示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing a cross section of a cross-point type storage device.
【図8】従来の強誘電体記憶装置の回路構成を示す図で
ある。FIG. 8 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional ferroelectric memory device.
【図9】従来のクロスポイント型記憶装置の回路構成を
示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional cross-point type memory device.
100…ワード線用デコーダ・ドライバ、102…プレ
ート線用デコーダ・ドライバ、104…センスアンプ、
106,130…メモリユニット
110,140…増幅回路ユニット
112,114…インバータ回路
116…トランジスタTP1,TN2のゲート端接続ノ
ード
120…ダミーの増幅回路ユニット
TN0〜TN5…NMOS型トランジスタ
TP1〜TP3…PMOS型トランジスタ
Vcc…電源電圧
R…リセット線
WC…書き込み制御線
W101…ワード線
W102,W103…ユニット選択ワード線
B101…ビット線
P101〜P104…プレート線
C101〜C104,C111,C112…キャパシタ
E101…共通ノード電極
150…強誘電体膜
151…シリコン半導体基板
152…未使用領域100 ... Word line decoder driver, 102 ... Plate line decoder driver, 104 ... Sense amplifier,
106, 130 ... Memory units 110, 140 ... Amplifier circuit units 112, 114 ... Inverter circuit 116 ... Gate end connection node 120 of transistors TP1 and TN2 ... Dummy amplifier circuit units TN0 to TN5 ... NMOS type transistors TP1 to TP3 ... PMOS type Transistor Vcc ... Power supply voltage R ... Reset line WC ... Write control line W101 ... Word lines W102, W103 ... Unit selection word line B101 ... Bit lines P101 to P104 ... Plate lines C101 to C104, C111, C112 ... Capacitor E101 ... Common node electrode 150 ... Ferroelectric film 151 ... Silicon semiconductor substrate 152 ... Unused region
Claims (4)
ード電極との間に接続され、前記プレート線への電圧印
加に応じて個々に独立したデータの記憶制御が行われる
複数の強誘電体のキャパシタを有するメモリユニット
と、 前記メモリユニットとビット線との間に接続され、前記
キャパシタからのデータ読み出し時に前記共通ノード電
極のデータ信号を増幅して前記ビット線に伝達し、前記
キャパシタへのデータ書き込み時にビット線から受ける
信号に応じて前記共通ノード電極を充放電する増幅回路
ユニットとを備えたことを特徴とする強誘電体記憶装
置。1. A plurality of ferroelectrics, each of which is connected between a plurality of independent plate lines and a common node electrode, and in which storage control of data is performed independently in response to voltage application to the plate lines. A memory unit having a capacitor, which is connected between the memory unit and a bit line, amplifies a data signal of the common node electrode when reading data from the capacitor, transmits the amplified signal signal to the bit line, and outputs data to the capacitor. A ferroelectric memory device, comprising: an amplifier circuit unit that charges and discharges the common node electrode according to a signal received from a bit line during writing.
に、この複数のメモリユニットの何れかを前記増幅回路
ユニットに接続するスイッチ手段を有することを特徴と
する請求項1記載の強誘電体記憶装置。2. The ferroelectric memory device according to claim 1, further comprising a plurality of the memory units, and a switch means for connecting any one of the plurality of memory units to the amplifier circuit unit.
前記ビット線から前記増幅回路ユニットへ供給される信
号の電圧は、電源電圧よりも低いことを特徴とする請求
項1または2記載の強誘電体記憶装置。3. A strong signal according to claim 1, wherein a voltage of a signal supplied from the bit line to the amplifier circuit unit for charging and discharging the common node electrode is lower than a power supply voltage. Dielectric storage device.
層間絶縁膜上に形成され、かつ、前記増幅回路ユニット
は、前記半導体基板の前記メモリユニットの形成領域に
対応する領域を利用して形成されていることを特徴とす
る請求項1乃至3のいずれか1に記載の強誘電体記憶装
置。4. The memory unit is formed on an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, and the amplifier circuit unit is formed using a region corresponding to a formation region of the memory unit on the semiconductor substrate. The ferroelectric memory device according to any one of claims 1 to 3, wherein
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