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JP2018181398A - Ferroelectric substance memory and control method thereof - Google Patents

Ferroelectric substance memory and control method thereof Download PDF

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JP2018181398A
JP2018181398A JP2017084485A JP2017084485A JP2018181398A JP 2018181398 A JP2018181398 A JP 2018181398A JP 2017084485 A JP2017084485 A JP 2017084485A JP 2017084485 A JP2017084485 A JP 2017084485A JP 2018181398 A JP2018181398 A JP 2018181398A
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ferroelectric
memory
data
signal
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JP2017084485A
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Japanese (ja)
Inventor
康宏 藤井
Yasuhiro Fujii
康宏 藤井
将一郎 川嶋
Shoichiro Kawashima
将一郎 川嶋
心之介 鎌田
Shinnosuke Kamata
心之介 鎌田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Semiconductor Ltd
Original Assignee
Fujitsu Semiconductor Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ferroelectric substance memory and a control method thereof to prevent degradation of data readout accuracy of the ferroelectric memory, while preventing reliability of the ferroelectric memory.SOLUTION: A ferroelectric memory (1) includes a plurality of word lines (18), a plurality of bit lines (16, 17), a plurality of memory cells (10), a plate line (19), and a sense amplifier (40). The plurality of memory cells (10) include ferroelectric capacitors (12, 14) and cell transistors (11, 13) which connect a first electrode of the ferroelectric capacitors (12, 14) to a plurality of bit lines (16, 17). The sense amplifier (40) amplifies an electric quantity indicating the data read from the plurality of memory cells (10) with a first voltage (VII). When reading data stored in any of the plurality of memory cells (10), a second voltage (SVII) higher than the first voltage (VII) is applied in a pulse form to a plate line (19) connected to the second electrode of the memory cell (10) from which data is read.SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

本発明は、強誘電体メモリ及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a ferroelectric memory and a control method thereof.

強誘電体メモリ(Ferroelectric Random Access Memory、FRAM(登録商標)、FeRAM)では、強誘電体キャパシタを記憶素子として使用しており電源オフ時であっても情報を保持できるため、ICカードの記憶媒体等として使用されている。   In a ferroelectric memory (Ferroelectric Random Access Memory, FRAM (registered trademark), FeRAM), a ferroelectric capacitor is used as a storage element, and information can be held even when the power is off. Therefore, the storage medium of the IC card It is used as etc.

強誘電体メモリの構造を改良する種々の技術が知られている。例えば、強誘電体キャパシタに蓄積される電気量がリラクゼーションや分極疲労により減少した場合でもメモリセルデータの読み出しを正確に行うことが可能になる技術が知られている(例えば、特許文献1を参照)。また、強誘電体メモリがデータを保持する時間を長くする技術が知られている(例えば、特許文献2を参照)。また、強誘電体メモリの消費電力を低減すると共に、センス時のビット線間の電圧マージンを増大させる技術が知られている(例えば、特許文献3を参照)。   Various techniques are known to improve the structure of ferroelectric memories. For example, there is known a technology that enables accurate reading of memory cell data even when the amount of electricity stored in a ferroelectric capacitor decreases due to relaxation or polarization fatigue (see, for example, Patent Document 1). ). There is also known a technology for extending the time for which a ferroelectric memory holds data (see, for example, Patent Document 2). There is also known a technique of reducing the power consumption of a ferroelectric memory and increasing the voltage margin between bit lines at the time of sensing (see, for example, Patent Document 3).

特開平11−238387号公報JP-A-11-238387 特開平8−273375号公報JP-A-8-273375 特開平11−273361号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 11-273361 gazette

近年の強誘電体メモリの微細化の進展によって、強誘電体キャパシタの面積が減少して蓄電できる電気量が減少することにより強誘電体キャパシタからデータを読み出すときの電位差が小さくなってきている。強誘電体キャパシタからデータを読み出すときの電位差が小さくなると、強誘電体キャパシタからのデータの読み出し精度が低下するおそれがある。また、強誘電体メモリの微細化の進展によって、強誘電体メモリに供給される電源電圧が低下することで、データを読み出すときの電位差だけではなく、データを書き込むときの電圧が低くなる。データを書き込むときの電圧が低くなると、データの書き込み精度が低下するおそれがある。   With the recent progress of miniaturization of the ferroelectric memory, the area of the ferroelectric capacitor is reduced and the amount of chargeable electricity is reduced, so that the potential difference when reading data from the ferroelectric capacitor is reduced. If the potential difference when reading data from the ferroelectric capacitor becomes smaller, the accuracy of reading data from the ferroelectric capacitor may be lowered. Further, with the progress of miniaturization of the ferroelectric memory, the power supply voltage supplied to the ferroelectric memory is lowered, so that not only the potential difference at the time of reading the data but also the voltage at the time of writing the data becomes low. If the voltage at the time of writing data becomes low, there is a possibility that the writing accuracy of the data may be lowered.

強誘電体キャパシタに接続されるセルトランジスタのチャネル長の縮小化及びゲート酸化膜の薄膜化、並びに強誘電体キャパシタの薄膜化により、強誘電体メモリのデータの読み出し精度及び書き込み精度の低下が防止される。しかしながら、セルトランジスタのチャネル長の縮小化及びゲート酸化膜の薄膜化は、セルトランジスタの耐圧の低下及び酸化膜経時破壊(Time Dependent Dielectric Breakdown、TDDB)特性の劣化を招くおそれがある。また、強誘電体キャパシタの薄膜化は、強誘電体キャパシタの信頼性が低下するおそれがある。   Reduction in channel length of the cell transistor connected to the ferroelectric capacitor, reduction in thickness of the gate oxide film, and reduction in thickness of the ferroelectric capacitor prevent deterioration in data read accuracy and write accuracy of the ferroelectric memory Be done. However, the reduction of the channel length of the cell transistor and the reduction of the thickness of the gate oxide film may lead to a decrease in the withstand voltage of the cell transistor and a deterioration in Time Dependent Dielectric Breakdown (TDDB) characteristics. Further, thinning of the ferroelectric capacitor may lower the reliability of the ferroelectric capacitor.

一実施形態では、強誘電体メモリの信頼性を確保しつつ強誘電体メモリのデータの読み出し精度の低下を防止可能な技術を提供することを目的とする。   In one embodiment, it is an object of the present invention to provide a technology capable of preventing a decrease in data read accuracy of a ferroelectric memory while securing the reliability of the ferroelectric memory.

1つの実施形態では、強誘電体メモリは、複数のワード線と、複数のビット線と、複数のメモリセルと、プレート線と、センスアンプとを有する。複数のメモリセルは、強誘電体キャパシタ、及びワード線の選択に応じて強誘電体キャパシタの第1電極を複数のビット線に接続するセルトランジスタを有する。プレート線は、強誘電体キャパシタの第2電極に接続される。センスアンプは、複数のメモリセルから読み出されたデータを示す電気量を第1電圧で増幅する。複数のメモリセルの何れかに記憶されたデータを読み出すときに、データが読み出されるメモリセルの第2電極に接続されたプレート線は、第1電圧よりも高い第2電圧がパルス状に印加される。   In one embodiment, the ferroelectric memory has a plurality of word lines, a plurality of bit lines, a plurality of memory cells, a plate line, and a sense amplifier. The plurality of memory cells have ferroelectric capacitors and cell transistors connecting the first electrodes of the ferroelectric capacitors to the plurality of bit lines depending on the selection of the word line. The plate line is connected to the second electrode of the ferroelectric capacitor. The sense amplifier amplifies an electrical quantity indicating data read from the plurality of memory cells at a first voltage. When reading data stored in any of the plurality of memory cells, a second voltage higher than the first voltage is applied in a pulsed manner to the plate line connected to the second electrode of the memory cell from which the data is read Ru.

一実施形態では、強誘電体メモリの信頼性を確保しつつ強誘電体メモリのデータの読み出し精度の低下を防止することができる。   In one embodiment, it is possible to prevent the decrease in the data read accuracy of the ferroelectric memory while securing the reliability of the ferroelectric memory.

強誘電体メモリに搭載される2T2C型の強誘電体メモリセルの回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a 2T2C ferroelectric memory cell mounted in a ferroelectric memory. (a)は読み出し動作時の動作を示すタイミングチャートであり、(b)〜(e)は(a)に示す動作における印加電圧と分極量との関係を示す図である。(A) is a timing chart which shows the operation | movement at the time of read-out operation | movement, (b)-(e) is a figure which shows the relationship of the applied voltage and polarization amount in the operation | movement shown to (a). 実施形態に係る強誘電体メモリに関連する強誘電体メモリのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a ferroelectric memory associated with the ferroelectric memory according to the embodiment. 図3に示す強誘電体メモリの回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of the ferroelectric memory shown in FIG. 3; 図3に示す強誘電体メモリの動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of the ferroelectric memory shown in FIG. 第1実施形態に係る強誘電体メモリの機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of a ferroelectric memory according to the first embodiment. (a)は図6に示す第1電圧生成回路の一例を示す図であり、(b)は図6に示す第2電圧生成回路の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the 1st voltage generation circuit shown in FIG. 6, (b) is a figure which shows an example of the 2nd voltage generation circuit shown in FIG. (a)は基準電圧VBGR、第1電圧VII、第2電圧SVII及び第3電圧VPPと外部電圧VDDとの関係の一例を示す図であり、(b)は基準電圧VBGR、第1電圧VII、第2電圧SVII及び第3電圧VPPと外部電圧VDDとの関係の他の例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the relationship between reference voltage VBGR, 1st voltage VII, 2nd voltage SVII and 3rd voltage VPP, and the external voltage VDD, (b) is reference voltage VBGR, 1st voltage VII, It is a figure which shows the other example of the relationship between 2nd voltage SVII and 3rd voltage VPP, and the external voltage VDD. 図6に示す強誘電体メモリのブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of a ferroelectric memory shown in FIG. 図6に示す強誘電体メモリの回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of the ferroelectric memory shown in FIG. 図6に示す強誘電体メモリの動作を示すタイミングチャートである。7 is a timing chart showing the operation of the ferroelectric memory shown in FIG. 第2実施形態に係る強誘電体メモリのブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a ferroelectric memory according to a second embodiment. 図12に示す強誘電体メモリの回路図である。It is a circuit diagram of the ferroelectric memory shown in FIG. 図12に示す昇圧回路の回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram of a booster circuit shown in FIG. 12; 図12に示す強誘電体メモリの動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of the ferroelectric memory shown in FIG.

以下図面を参照して、本発明に係る強誘電体メモリ及びその制御方法について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明との均等物に及ぶ点に留意されたい。   The ferroelectric memory and its control method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, it should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to those embodiments, but extends to equivalents to the invention described in the claims.

(強誘電体メモリセルの動作)
実施形態に係る強誘電体メモリについて説明する前に、図1を参照して強誘電体メモリの動作について説明する。図1は、強誘電体メモリに搭載される2T2C型の強誘電体メモリセルの回路図である。
(Operation of ferroelectric memory cell)
Before describing the ferroelectric memory according to the embodiment, the operation of the ferroelectric memory will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a circuit diagram of a 2T2C ferroelectric memory cell mounted in a ferroelectric memory.

メモリセル10は、2T2C(2トランジスタ2キャパシタ)型の強誘電体メモリセルであり、第1セルトランジスタ11と、第1強誘電体キャパシタ12と、第2セルトランジスタ13と、第2強誘電体キャパシタ14とを有する。   The memory cell 10 is a 2T2C (two-transistor two-capacitor) type ferroelectric memory cell, and includes a first cell transistor 11, a first ferroelectric capacitor 12, a second cell transistor 13, and a second ferroelectric material. And a capacitor 14.

第1セルトランジスタ11及び第2セルトランジスタ13のそれぞれは、n型のMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)である。第1セルトランジスタ11のソースは第1ビット線16に接続され、第1セルトランジスタ11のゲートはワード線18に接続され、第1セルトランジスタ11のドレインは第1強誘電体キャパシタ12の第1電極に接続される。第2セルトランジスタ13のソースは第2ビット線17に接続され、第2セルトランジスタ13のゲートはワード線18に接続され、第2セルトランジスタ13のドレインは第2強誘電体キャパシタ14の第1電極に接続される。   Each of the first cell transistor 11 and the second cell transistor 13 is an n-type MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor). The source of the first cell transistor 11 is connected to the first bit line 16, the gate of the first cell transistor 11 is connected to the word line 18, and the drain of the first cell transistor 11 is the first of the first ferroelectric capacitor 12. Connected to the electrode. The source of the second cell transistor 13 is connected to the second bit line 17, the gate of the second cell transistor 13 is connected to the word line 18, and the drain of the second cell transistor 13 is the first of the second ferroelectric capacitor 14. Connected to the electrode.

第1強誘電体キャパシタ12及び第2強誘電体キャパシタ14のそれぞれは、IrOx膜である第1電極と、Pt膜である第2電極と、第1電極と第2電極との間に配置されるPZT(ジルコン酸チタン酸鉛)膜である強誘電体とを有する。第1強誘電体キャパシタ12及び第2強誘電体キャパシタ14の第2電極はプレート線19に接続される。   Each of the first ferroelectric capacitor 12 and the second ferroelectric capacitor 14 is disposed between the first electrode which is an IrOx film, the second electrode which is a Pt film, and the first electrode and the second electrode. And a ferroelectric which is a PZT (lead zirconate titanate) film. The second electrodes of the first ferroelectric capacitor 12 and the second ferroelectric capacitor 14 are connected to the plate line 19.

図2(a)は図1に示す強誘電体メモリの読み出し動作時の動作を示すタイミングチャートであり、図2(b)〜2(e)はそれぞれ図2(a)に示す動作における印加電圧と分極量との関係を示す図である。図2(b)〜2(e)において、黒丸は第1強誘電体キャパシタ12の動作を示し、白丸は第2強誘電体キャパシタ14の動作を示す。また、図2(b)〜2(e)において、横軸は第1強誘電体キャパシタ12及び第2強誘電体キャパシタ14に印加される電圧を示し、縦軸は分極量を示す。図2(a)〜2(e)では、第1強誘電体キャパシタ12には「1」が記憶され、第2強誘電体キャパシタ14には「0」が記憶される。すなわち、第1強誘電体キャパシタ12の残留分極は分極反転するPタームであり、第2強誘電体キャパシタ14の残留分極は分極反転しないUタームである。   2 (a) is a timing chart showing the read operation of the ferroelectric memory shown in FIG. 1, and FIGS. 2 (b) to 2 (e) are applied voltages in the operation shown in FIG. 2 (a). It is a figure which shows the relationship between and the polarization amount. In FIG. 2 (b) to 2 (e), black circles indicate the operation of the first ferroelectric capacitor 12, and white circles indicate the operation of the second ferroelectric capacitor 14. Moreover, in FIG.2 (b)-2 (e), a horizontal axis shows the voltage applied to the 1st ferroelectric capacitor 12 and the 2nd ferroelectric capacitor 14, and a vertical axis | shaft shows polarization amount. In FIGS. 2A to 2E, “1” is stored in the first ferroelectric capacitor 12, and “0” is stored in the second ferroelectric capacitor 14. That is, the remanent polarization of the first ferroelectric capacitor 12 is a P term that causes polarization inversion, and the remanent polarization of the second ferroelectric capacitor 14 is a U term that does not cause polarization inversion.

読み出し動作においては、まず、ワード線信号WL1を立上り遷移させてワード線18を選択状態にして、第1セルトランジスタ11及び第2セルトランジスタ13をオンする。このとき、第1強誘電体キャパシタ12及び第2強誘電体キャパシタ14には電荷が蓄積されていないので、図2(a)の(1)及び図2(b)に示すように、第1ビット線信号BL1及び第2ビット線信号/BL1の電位は変化しない。   In the read operation, first, the word line signal WL1 is transitioned to rise to make the word line 18 in a selected state, and the first cell transistor 11 and the second cell transistor 13 are turned on. At this time, since no charge is stored in the first ferroelectric capacitor 12 and the second ferroelectric capacitor 14, as shown in (1) and (b) of FIG. The potentials of the bit line signal BL1 and the second bit line signal / BL1 do not change.

次いで、図2(a)の(2)及び図2(c)に示すように、プレート線信号CP1を立上り遷移させて電源電圧VDDに設定する。このとき、第1ビット線信号BL1及び第2ビット線信号/BL1は略0Vに保たれており、第1強誘電体キャパシタ12及び第2強誘電体キャパシタ14には正電圧が印加される。   Next, as shown in (2) and (c) of FIG. 2A, the plate line signal CP1 is raised and transitioned to be set to the power supply voltage VDD. At this time, the first bit line signal BL1 and the second bit line signal / BL1 are maintained at approximately 0 V, and a positive voltage is applied to the first ferroelectric capacitor 12 and the second ferroelectric capacitor 14.

第1強誘電体キャパシタ12にはデータ値「1」が記憶されているので、第1強誘電体キャパシタ12に印加される電圧は書き込み時と反対極性であるために、分極の反転が起こり、大きな電気量の反転電荷が第1ビット線16に流れる。一方、第2強誘電体キャパシタ14にはデータ値「0」が記憶されているので、第2強誘電体キャパシタ14に印加される電圧は書き込み時と同一の極性であるために、分極の反転は起こらず、比較的小さな電気量の電荷が第2ビット線17に流れる。第1ビット線16及び第2ビット線17に流れる電気量は、不図示のセンスアンプによって電圧に変換され、第1ビット線16及び第2ビット線17のそれぞれに印加される電圧の差は、電源電圧VDDまで増幅される。   Since the data value “1” is stored in the first ferroelectric capacitor 12, the voltage applied to the first ferroelectric capacitor 12 has the opposite polarity to that at the time of writing, so that polarization inversion occurs, A large amount of inverted charge flows to the first bit line 16. On the other hand, since the data value "0" is stored in the second ferroelectric capacitor 14, the voltage applied to the second ferroelectric capacitor 14 has the same polarity as that at the time of writing, so the polarization inversion is reversed. Does not occur, and a relatively small amount of charge flows to the second bit line 17. The amount of electricity flowing through the first bit line 16 and the second bit line 17 is converted into a voltage by a sense amplifier (not shown), and the difference between the voltages applied to the first bit line 16 and the second bit line 17 is It is amplified to the power supply voltage VDD.

次いで、図2(a)の(3)及び図2(d)に示すように、プレート線CP1を0Vに設定する。プレート線CP1を0Vに設定すると、第1ビット線信号BL1の電圧は電源電圧VDDであるので、第1強誘電体キャパシタ12には、電源電圧VDDの反転電圧が印加される。一方、第2ビット線信号/BL1の電圧は0Vであるので、第2強誘電体キャパシタ14に印加される電圧は0Vになる。   Next, as shown in (3) of FIG. 2 (a) and FIG. 2 (d), the plate line CP1 is set to 0V. When the plate line CP1 is set to 0 V, since the voltage of the first bit line signal BL1 is the power supply voltage VDD, an inverted voltage of the power supply voltage VDD is applied to the first ferroelectric capacitor 12. On the other hand, since the voltage of the second bit line signal / BL1 is 0V, the voltage applied to the second ferroelectric capacitor 14 is 0V.

そして、図2(a)の(4)及び図2(e)に示すように、第1ビット線信号BL1の電圧を0Vに設定すると、第1強誘電体キャパシタ12に印加される電圧も0Vに戻る。   Then, when the voltage of the first bit line signal BL1 is set to 0 V as shown in (4) and (e) of FIG. 2A, the voltage applied to the first ferroelectric capacitor 12 is also 0 V. Return to

図2を参照して説明した例では、第1ビット線信号BL1、第2ビット線信号/BL1及びプレート線信号CP1が電源電圧VDDに設定されるが、データ値「1」を示す高電圧には、電源電圧VDDを降圧回路で降圧した降圧電圧が使用されてもよい。一方、データ値「0」を示す低電圧には0Vすなわちグランドレベルの電圧が使用されてもよい。メモリセル10において、データを読み出すときに十分な電気量の電荷を流すためには第1強誘電体キャパシタ12及び第2強誘電体キャパシタ14にデータを書き込みときに、電荷を蓄積するのに十分な程度の電位が印加されることが好ましい。例えば、メモリセル10が180nmの設計ルールで設計されたるとき、1.8〔V〕程度の電圧でデータを書き込むことが好ましい。すなわち、第1ビット線信号BL1、第2ビット線信号/BL1及びプレート線信号CP1のそれぞれは、0〔V〕及び1.8〔V〕の何れかに設定される。   In the example described with reference to FIG. 2, although the first bit line signal BL1, the second bit line signal / BL1 and the plate line signal CP1 are set to the power supply voltage VDD, they are set to a high voltage indicating a data value "1". A step-down voltage obtained by stepping down the power supply voltage VDD may be used. On the other hand, a voltage of 0 V, ie, a ground level may be used as the low voltage indicating the data value “0”. In the memory cell 10, in order to allow charges of sufficient electric quantity to flow when reading data, it is sufficient to store charges when writing data in the first ferroelectric capacitor 12 and the second ferroelectric capacitor 14. It is preferable that a certain degree of potential be applied. For example, when the memory cell 10 is designed according to a design rule of 180 nm, it is preferable to write data at a voltage of about 1.8 [V]. That is, each of the first bit line signal BL1, the second bit line signal / BL1 and the plate line signal CP1 is set to either 0 [V] or 1.8 [V].

一方、ワード線信号WL1は、第1強誘電体キャパシタ12及び第2強誘電体キャパシタ14の両端に十分な電圧を印加するために、第1セルトランジスタ11及び第2セルトランジスタ13の動作しきい値電圧よりも大きい電圧に設定されることが好ましい。例えば、ワード線信号WL1は、3〔V〕程度の電圧に設定される。   On the other hand, in order to apply a sufficient voltage to both ends of the first ferroelectric capacitor 12 and the second ferroelectric capacitor 14, the operation threshold of the first cell transistor 11 and the second cell transistor 13 is applied to the word line signal WL1. Preferably, the voltage is set to a voltage larger than the value voltage. For example, the word line signal WL1 is set to a voltage of about 3 [V].

(実施形態に係る強誘電体メモリに関連する強誘電体メモリの構成及び動作)
図3は実施形態に係る強誘電体メモリに関連する強誘電体メモリのブロック図であり、図4は図3に示す強誘電体メモリの回路図である。
(Configuration and Operation of Ferroelectric Memory Related to Ferroelectric Memory According to Embodiment)
FIG. 3 is a block diagram of a ferroelectric memory associated with the ferroelectric memory according to the embodiment, and FIG. 4 is a circuit diagram of the ferroelectric memory shown in FIG.

強誘電体メモリ900は、n行m列のアレイ状に配置されたメモリセル10と、n個のセンスアンプ20と、n対のプリチャージトランジスタ31及び32とを有する。メモリセル10の構成及び動作は、図1及び2を参照して説明したので、ここでは詳細な説明は省略する。   The ferroelectric memory 900 has memory cells 10 arranged in an array of n rows and m columns, n sense amplifiers 20, and n pairs of precharge transistors 31 and 32. The configuration and operation of the memory cell 10 have been described with reference to FIGS. 1 and 2, so detailed description will be omitted here.

センスアンプ20は、第1センストランジスタ21〜第6センストランジスタ26を有する。センスアンプ20は、データ値が「1」であるとき、第1ビット線16、及び第2ビット線17の電圧を第1電圧VIIに昇圧する。また、センスアンプ20は、データ値が「0」であるとき、第1ビット線16、及び第2ビット線17をグランド電圧VSSに降圧する。例えば、第1ビット線16のデータ値が「1」であるとき、第1ビット線16の電圧を第1電圧VIIに昇圧し、第2ビット線17のデータ値が「0」であるとき、第2ビット線17の電圧をグランド電圧VSSに降圧する。   The sense amplifier 20 has a first sense transistor 21 to a sixth sense transistor 26. When the data value is “1”, the sense amplifier 20 boosts the voltages of the first bit line 16 and the second bit line 17 to a first voltage VII. Further, when the data value is “0”, the sense amplifier 20 steps down the first bit line 16 and the second bit line 17 to the ground voltage VSS. For example, when the data value of the first bit line 16 is “1”, the voltage of the first bit line 16 is boosted to the first voltage VII, and the data value of the second bit line 17 is “0”. The voltage of the second bit line 17 is stepped down to the ground voltage VSS.

n対のプリチャージトランジスタ31及び32は、n型のMOSFETであり、ゲートにプリチャージ信号φPRnが入力され、ソースが接地され、ドレインが第1ビット線16及び第2ビット線17のそれぞれに接続される。n対のプリチャージトランジスタ31及び32は、オンしたときに第1ビット線16及び第2ビット線17のそれぞれを接地する。   The n pairs of precharge transistors 31 and 32 are n-type MOSFETs, and the precharge signal φPRn is input to the gate, the source is grounded, and the drain is connected to each of the first bit line 16 and the second bit line 17 Be done. The n pairs of precharge transistors 31 and 32 ground each of the first bit line 16 and the second bit line 17 when turned on.

図5は、強誘電体メモリ900の動作を示すタイミングチャートである。図5において、波形501はチップイネーブル信号CEBを示し、波形502はプリチャージ信号φPRnを示し、波形503は第1センスアンプ信号φ/SAを示し、波形504は第2センスアンプ信号φSAを示す。波形505はワード線信号WL1を示し、波形506はプレート線信号CP1を示し、波形507は第1ビット線信号BL1を示し、波形508は第2ビット線信号/BL1を示す。   FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the ferroelectric memory 900. In FIG. 5, a waveform 501 indicates a chip enable signal CEB, a waveform 502 indicates a precharge signal φPRn, a waveform 503 indicates a first sense amplifier signal φ / SA, and a waveform 504 indicates a second sense amplifier signal φSA. The waveform 505 shows the word line signal WL1, the waveform 506 shows the plate line signal CP1, the waveform 507 shows the first bit line signal BL1, and the waveform 508 shows the second bit line signal / BL1.

図5に示すタイミングチャートでは、第1強誘電体キャパシタ12に記憶されるデータ値「1」及び第2強誘電体キャパシタ14に記憶されるデータ値「0」が読み出される。次いで、第1強誘電体キャパシタ12にデータ値「0」が書き込まれると共に、第2強誘電体キャパシタ14にデータ値「1」が書き込まれる。   In the timing chart shown in FIG. 5, the data value “1” stored in the first ferroelectric capacitor 12 and the data value “0” stored in the second ferroelectric capacitor 14 are read out. Then, the data value “0” is written to the first ferroelectric capacitor 12, and the data value “1” is written to the second ferroelectric capacitor 14.

時間t0において、チップイネーブル信号CEBが立下り遷移することに応じて、強誘電体メモリ900は、活性化状態になる。次いで、時間t1において、プリチャージ信号φPRnが立下り遷移することに応じて、第1ビット線16及び第2ビット線17のグランド電圧VSSへのプリチャージが停止される。次いで、時間t2において、ワード線の選択に応じて、ワード線信号WL1が第1電圧VIIに昇圧され、時間t3において、ワード線信号WL1が昇圧電圧VPPに更に昇圧される。ワード線信号WL1が昇圧電圧VPPに更に昇圧されることに応じて、第1セルトランジスタ11及び第2セルトランジスタ13はオンする。   At time t0, in response to the falling transition of the chip enable signal CEB, the ferroelectric memory 900 is activated. Next, at time t1, in response to the falling transition of the precharge signal φPRn, the precharge of the first bit line 16 and the second bit line 17 to the ground voltage VSS is stopped. Next, at time t2, the word line signal WL1 is boosted to the first voltage VII according to the selection of the word line, and at time t3, the word line signal WL1 is further boosted to the boosted voltage VPP. In response to the word line signal WL1 being further boosted to the boosted voltage VPP, the first cell transistor 11 and the second cell transistor 13 are turned on.

次いで、時間t4において、プレート線信号CP1が第1電圧VIIに立上り遷移することに応じて、強誘電体メモリ900は読み出し動作を開始する。データ値「1」を示す第1ビット線信号BL1は、データ値「0」を示す第2ビット線信号/BL1よりも高電圧になる。次いで、時間t5において、第1センスアンプ信号φ/SAが立下り遷移すると共に第2センスアンプ信号φSAが立上り遷移することに応じて、第1ビット線信号BL1は第1電圧VIIに昇圧される。一方、第2ビット線信号/BL1はグランド電圧VSSに降圧される。   Then, at time t4, in response to the rising transition of the plate line signal CP1 to the first voltage VII, the ferroelectric memory 900 starts the read operation. The first bit line signal BL1 indicating the data value "1" is higher in voltage than the second bit line signal / BL1 indicating the data value "0". Next, at time t5, the first bit line signal BL1 is boosted to the first voltage VII in response to the falling transition of the first sense amplifier signal φ / SA and the rising transition of the second sense amplifier signal φSA. . On the other hand, the second bit line signal / BL1 is stepped down to the ground voltage VSS.

次いで、時間t6において、チップイネーブル信号CEBが立上り遷移することに応じて、強誘電体メモリ900は、活性化状態を終了する。次いで、時間t7において、第1ビット線信号BL1が立下り遷移すると共に、第2ビット線信号/BL1が立上り遷移する。第1ビット線信号BL1が立下がり遷移することで、第1強誘電体キャパシタ12にデータ値「0」が書き込まれる。次いで、時間t8において、プレート線信号CP1がグランド電圧VSSに立下がり遷移することに応じて、第2強誘電体キャパシタ14にデータ値「1」が書き込まれる。   Next, at time t6, in response to the rising transition of the chip enable signal CEB, the ferroelectric memory 900 ends the activation state. Next, at time t7, the first bit line signal BL1 makes a falling transition, and the second bit line signal / BL1 makes a rising transition. The falling transition of the first bit line signal BL 1 causes the data value “0” to be written to the first ferroelectric capacitor 12. Next, at time t8, the data value "1" is written to the second ferroelectric capacitor 14 in response to the falling transition of the plate line signal CP1 to the ground voltage VSS.

次いで、時間t9において、第1センスアンプ信号φ/SAが立上り遷移すると共に第2センスアンプ信号φSAが立下り遷移することに応じて、第2ビット線信号/BL1はグランド電圧VSSに降圧される。次いで、時間t10において、プリチャージ信号φPRnが立上り遷移することに応じて、第1ビット線16及び第2ビット線17のグランド電圧VSSへのプリチャージが再開される。そして、時間t11において、ワード線の選択が終了することに応じて、ワード線信号WL1が立下り遷移する。   Next, at time t9, the second bit line signal / BL1 is stepped down to the ground voltage VSS in response to the rising transition of the first sense amplifier signal φ / SA and the falling transition of the second sense amplifier signal φSA. . Next, at time t10, in response to the rising transition of the precharge signal φPRn, precharging of the first bit line 16 and the second bit line 17 to the ground voltage VSS is resumed. Then, at time t11, in response to the completion of the word line selection, the word line signal WL1 makes a falling transition.

(実施形態に係る強誘電体メモリに関連する強誘電体メモリの課題)
強誘電体メモリ900では、微細化の進展によって、強誘電体キャパシタの面積が減少して蓄電できる電気量が減少することによりデータを読み出すときの電位差が小さくなり、強誘電体キャパシタからのデータの読み出し精度が低下するおそれがある。また、強誘電体メモリ900では、強誘電体メモリ900に供給される電源電圧が低下することで、データを読み出すときの電位差だけではなく、データを書き込むときの電圧が低くなりデータの書き込み精度が低下するおそれがある。
(Problems of Ferroelectric Memory Related to Ferroelectric Memory According to Embodiment)
In the ferroelectric memory 900, with the progress of miniaturization, the area of the ferroelectric capacitor decreases and the amount of chargeable electricity decreases, so that the potential difference at the time of reading data becomes small, and the data from the ferroelectric capacitor There is a possibility that the reading accuracy may be reduced. Further, in the ferroelectric memory 900, the power supply voltage supplied to the ferroelectric memory 900 is lowered, so that not only the potential difference at the time of reading data but also the voltage at the time of writing data is lowered and the writing accuracy of the data is improved. It may decrease.

強誘電体メモリ900において、第1ビット線16、第2ビット線17、及びプレート線19に印加する電圧を高くすることで、読み出し精度及び書き込み精度の低下が防止される。しかしながら、第1ビット線16、第2ビット線17、及びプレート線19に印加する電圧を高くすると、第1、第2セルトランジスタ11と13及び第1、第2強誘電体キャパシタ12と14のメモリセルの構成素子の信頼性が低下するおそれがある。   In the ferroelectric memory 900, by raising the voltages applied to the first bit line 16, the second bit line 17, and the plate line 19, the lowering of the reading accuracy and the writing accuracy is prevented. However, when the voltages applied to the first bit line 16, the second bit line 17, and the plate line 19 are increased, the first and second cell transistors 11 and 13 and the first and second ferroelectric capacitors 12 and 14 are The reliability of the components of the memory cell may be reduced.

(実施形態に係る強誘電体メモリの概要)
実施形態に係る強誘電体メモリは、複数のメモリセルの何れかに記憶されたデータを読み出すときに、センスアンプに印加される第1電圧よりも高い第2電圧がプレート線にパルス状に印加される。実施形態に係る強誘電体メモリは、データを読み出すときにセンスアンプに印加される第1電圧よりも高い第2電圧がプレート線に印加されることで、データの読み出し精度が低下することを防止する。また、実施形態に係る強誘電体メモリは、データを読み出すときに高い第2電圧をプレート線にパルス状に印加することで、高電圧がメモリセルに印加される時間を最小化することで、メモリセルに含まれるセルトランジスタの信頼が低下することを防止する。
(Overview of Ferroelectric Memory According to Embodiment)
In the ferroelectric memory according to the embodiment, when reading data stored in any of the plurality of memory cells, a second voltage higher than the first voltage applied to the sense amplifier is applied in a pulsed manner to the plate line Be done. In the ferroelectric memory according to the embodiment, the second voltage higher than the first voltage applied to the sense amplifier when data is read is applied to the plate line to prevent the data reading accuracy from being lowered. Do. In the ferroelectric memory according to the embodiment, a high second voltage is applied to the plate line in a pulse shape when reading data, thereby minimizing the time during which the high voltage is applied to the memory cell. The reliability of the cell transistor included in the memory cell is prevented from being lowered.

(第1実施形態に係る強誘電体メモリの構成及び機能)
図6は、第1実施形態に係る強誘電体メモリの機能ブロック図である。
(Configuration and Function of Ferroelectric Memory According to First Embodiment)
FIG. 6 is a functional block diagram of the ferroelectric memory according to the first embodiment.

強誘電体メモリ1は、メモリセルアレイ100と、ロウデコーダ101と、コラムデコーダ102と、アドレスラッチ回路103と、コントロール回路104とを有するHi−z方式により書き込み動作及び読み出し動作するメモリである。強誘電体メモリは、基準電圧生成回路105と、第1電圧生成回路106と、第2電圧生成回路107と、第3電圧生成回路108と、マルチプレクサ109とを更に有する。コラムデコーダ102は、センスアンプ及びライトアンプを含む。   The ferroelectric memory 1 is a memory having a memory cell array 100, a row decoder 101, a column decoder 102, an address latch circuit 103, and a control circuit 104 and performing a write operation and a read operation according to a Hi-z system. The ferroelectric memory further includes a reference voltage generation circuit 105, a first voltage generation circuit 106, a second voltage generation circuit 107, a third voltage generation circuit 108, and a multiplexer 109. Column decoder 102 includes a sense amplifier and a write amplifier.

メモリセルアレイ100は、メモリセル10がn行m列のアレイ状に配置される。ロウデコーダ101は、アドレスラッチ回路103から入力される行選択信号RSに基づいてメモリセルアレイ100に配置されるメモリセルの行を選択する。コラムデコーダ102は、アドレスラッチ回路103から入力される列選択信号CSに基づいてメモリセルアレイ100に配置されるメモリセルの行を選択すると共に、書き込みデータDin及び読み出しデータDoutを増幅する。アドレスラッチ回路103は、外部から入力されるアドレス信号ADDをラッチして、ラッチしたアドレス信号ADDから生成した行選択信号RSをロウデコーダ101に出力すると共に、列選択信号CSをコラムデコーダ102に出力する。コントロール回路104は、チップイネーブル信号CEB、ライトイネーブル信号WEB、アウトプットイネーブル信号OEB、下位バイト選択信号LBB及び上位バイト選択信号UBBが入力され、入力される信号に応じてコラムデコーダ102を制御する。コントロール回路104は、例えば、ロジック回路である。   Memory cell array 100 has memory cells 10 arranged in an array of n rows and m columns. Row decoder 101 selects a row of memory cells arranged in memory cell array 100 based on a row selection signal RS input from address latch circuit 103. Column decoder 102 selects a row of memory cells arranged in memory cell array 100 based on a column selection signal CS input from address latch circuit 103, and amplifies write data Din and read data Dout. Address latch circuit 103 latches externally applied address signal ADD, and outputs row selection signal RS generated from the latched address signal ADD to row decoder 101, and outputs column selection signal CS to column decoder 102. Do. The control circuit 104 receives the chip enable signal CEB, the write enable signal WEB, the output enable signal OEB, the lower byte select signal LBB, and the upper byte select signal UBB, and controls the column decoder 102 according to the input signals. The control circuit 104 is, for example, a logic circuit.

メモリセルアレイ100、ロウデコーダ101、コラムデコーダ102及びアドレスラッチ回路103の回路構成は、広く知られているので、ここでは詳細な説明は省略する。   The circuit configurations of the memory cell array 100, the row decoder 101, the column decoder 102, and the address latch circuit 103 are widely known, so the detailed description thereof is omitted here.

基準電圧生成回路105は、例えば、バンドギャップ・リファレンスであり、外部電源VDDからVBGRを生成する。第1電圧生成回路106は、第1電圧VIIを外部電源VDDから、基準電圧生成回路105によって生成された基準VBGRを用いて一定電圧に降圧する回路である。第2電圧生成回路107は、第1電圧VIIよりも高い第2電圧SVIIを基準電位VBGRに用いて外部電源VDDを一定電圧に昇圧するポンピング回路である。第3電圧生成回路108は、第2電圧生成回路107から入力される第2電圧VIIを自己ブーストして第3電圧VPPを生成する。第1電圧VII、第2電圧SVII及び第3電圧VPPは、外部電源VDDの動作保障範囲での変動によらず一定となる。   The reference voltage generation circuit 105 is, for example, a band gap reference, and generates VBGR from the external power supply VDD. The first voltage generation circuit 106 is a circuit that steps down the first voltage VII from the external power supply VDD to a constant voltage using the reference VBGR generated by the reference voltage generation circuit 105. The second voltage generation circuit 107 is a pumping circuit that uses the second voltage SVII higher than the first voltage VII as the reference potential VBGR to boost the external power supply VDD to a constant voltage. The third voltage generation circuit 108 self-boosts the second voltage VII input from the second voltage generation circuit 107 to generate a third voltage VPP. The first voltage VII, the second voltage SVII, and the third voltage VPP are constant regardless of fluctuations in the operation guarantee range of the external power supply VDD.

マルチプレクサ109は、コントロール回路104から入力される制御信号に基づいて、第1電圧VII、第2電圧SVII、第3電圧VPPの何れかを選択して電源信号SVIImとしてロウデコーダ101及びコラムデコーダ102に出力する。マルチプレクサ109は、電圧が同一の電源信号SVIImをロウデコーダ101及びコラムデコーダ102に出力してもよく、電圧が異なる電源信号SVIImをロウデコーダ101及びコラムデコーダ102に出力してもよい。また、マルチプレクサ109は、電圧が異なる複数の電源信号SVIImをロウデコーダ101及びコラムデコーダ102のそれぞれに出力してもよい。   The multiplexer 109 selects one of the first voltage VII, the second voltage SVII, and the third voltage VPP based on the control signal input from the control circuit 104, and selects one of the row decoder 101 and the column decoder 102 as the power supply signal SVIIm. Output. The multiplexer 109 may output the power supply signal SVIIm having the same voltage to the row decoder 101 and the column decoder 102, and may output the power supply signal SVIIm having a different voltage to the row decoder 101 and the column decoder 102. Further, the multiplexer 109 may output a plurality of power supply signals SVIIm having different voltages to the row decoder 101 and the column decoder 102, respectively.

図7(a)は第1電圧生成回路106の一例を示す図であり、図7(b)は第2電圧生成回路107の一例を示す図である。   FIG. 7A is a view showing an example of the first voltage generation circuit 106, and FIG. 7B is a view showing an example of the second voltage generation circuit 107. As shown in FIG.

第1電圧生成回路106は、第1抵抗素子161と、第2抵抗素子162と、コンパレータ163と、トランジスタ164とを有し、外部電圧VDDを降圧して第1電圧VIIを生成する。第1電圧VIIは、第1抵抗素子161の抵抗値R1、第2抵抗素子162の抵抗値R2及び基準電圧VBGRから、
VII=(R1+R2)/R2×VBGR
で示される。
The first voltage generation circuit 106 includes a first resistance element 161, a second resistance element 162, a comparator 163, and a transistor 164. The first voltage generation circuit 106 steps down the external voltage VDD to generate a first voltage VII. The first voltage VII is obtained from the resistance value R1 of the first resistance element 161, the resistance value R2 of the second resistance element 162, and the reference voltage VBGR.
VII = (R1 + R2) / R2 x VBGR
It is indicated by.

第2電圧生成回路107は、第1抵抗素子171と、第2抵抗素子172と、コンパレータ173と、オシレータ回路174と、ポンプ回路175とを有し、外部電圧VDDを昇圧して第2電圧SVIIを生成する。第2電圧SVIIは、第1抵抗素子171の抵抗値R1´、第2抵抗素子172の抵抗値R2´及び基準電圧VBGRから、
SVII=(R1´+R2´)/R2´×VBGR
で示される。
The second voltage generation circuit 107 includes a first resistance element 171, a second resistance element 172, a comparator 173, an oscillator circuit 174, and a pump circuit 175, and boosts the external voltage VDD to obtain a second voltage SVII. Generate The second voltage SVII is obtained from the resistance value R1 ′ of the first resistance element 171, the resistance value R2 ′ of the second resistance element 172, and the reference voltage VBGR.
SVII = (R1 '+ R2') / R2 '× VBGR
It is indicated by.

図8(a)は、基準電圧VBGR、第1電圧VII、第2電圧SVII及び第3電圧VPPと外部電圧VDDとの関係の一例を示す図である。図8(b)は、基準電圧VBGR、第1電圧VII、第2電圧SVII及び第3電圧VPPと外部電圧VDDとの関係の他の例を示す図である。図8(a)及び8(b)において、横軸は外部電圧を示し、縦軸は基準電圧VBGR、第1電圧VII、第2電圧SVII及び第3電圧VPPを示す。図8(a)に示す図は180〔nm〕の設計ルールで周辺回路が形成される例を示し、図8(b)に示す図は110〜130〔nm〕の設計ルールで周辺回路が形成される例を示す。   FIG. 8A shows an example of the relationship between the reference voltage VBGR, the first voltage VII, the second voltage SVII, the third voltage VPP, and the external voltage VDD. FIG. 8B shows another example of the relationship between reference voltage VBGR, first voltage VII, second voltage SVII and third voltage VPP, and external voltage VDD. 8A and 8B, the horizontal axis indicates the external voltage, and the vertical axis indicates the reference voltage VBGR, the first voltage VII, the second voltage SVII, and the third voltage VPP. The figure shown in FIG. 8A shows an example in which the peripheral circuit is formed according to the design rule of 180 nm, and the figure shown in FIG. 8B forms the peripheral circuit according to the design rule of 110 to 130 nm An example is shown.

図8(a)に示す例では、外部電圧VDDが1.8〔V〕から3.6〔V〕までの範囲で基準電圧VBGR、第1電圧VII、第2電圧SVII及び第3電圧VPPが一定電圧になり、強誘電体メモリ1の動作が保障される。一方、図8(b)に示す例では、外部電圧VDDが1.5〔V〕から3.6〔V〕までの範囲で基準電圧VBGR、第1電圧VII、第2電圧SVII及び第3電圧VPPが一定電圧になり、強誘電体メモリ1の動作が保障される。なお、図8(b)に示す例では、高い信頼性が求められる製品では、外部電圧VDDが1.8〔V〕から3.6〔V〕までの範囲で強誘電体メモリ1の動作が保障される。   In the example shown in FIG. 8A, the reference voltage VBGR, the first voltage VII, the second voltage SVII, and the third voltage VPP are in the range where the external voltage VDD is in the range of 1.8 V to 3.6 V. The voltage becomes constant and the operation of the ferroelectric memory 1 is secured. On the other hand, in the example shown in FIG. 8B, the reference voltage VBGR, the first voltage VII, the second voltage SVII, and the third voltage in the range where the external voltage VDD is in the range of 1.5V to 3.6V. VPP becomes a constant voltage, and the operation of the ferroelectric memory 1 is secured. In the example shown in FIG. 8B, in a product requiring high reliability, the operation of the ferroelectric memory 1 is performed when the external voltage VDD is in the range of 1.8 V to 3.6 V. Guaranteed.

図9は強誘電体メモリ1のブロック図であり、図10は強誘電体メモリ1の回路図である。   FIG. 9 is a block diagram of the ferroelectric memory 1 and FIG. 10 is a circuit diagram of the ferroelectric memory 1.

メモリセルアレイ100は、n行m列のアレイ状に配置されたメモリセル10が配置され、n対のプリチャージトランジスタ31及び32と、n個のセンスアンプ40と、n対のトランスファトランジスタ41及び42に接続される。メモリセル10及びn対のプリチャージトランジスタ31及び32の構成及び動作は、図1及び4等を参照して既に説明したので、ここでは詳細な説明は省略する。   Memory cell array 100 includes memory cells 10 arranged in an array of n rows and m columns, and includes n pairs of precharge transistors 31 and 32, n sense amplifiers 40, and n pairs of transfer transistors 41 and 42. Connected to The configurations and operations of the memory cell 10 and the n pairs of precharge transistors 31 and 32 have already been described with reference to FIGS. 1 and 4 and the like, and thus the detailed description will be omitted here.

センスアンプ40は、第1センストランジスタ21〜第6センストランジスタ26を有し、マルチプレクサから入力される電圧信号SVIImに対応する電圧が電源電圧として供給される。センスアンプ40は、データ値が「1」であるとき、第1ビット線16、及び第2ビット線17の電圧を電圧信号SVIImに対応する電圧に昇圧する。また、センスアンプ20は、データ値が「0」であるとき、第1ビット線16、及び第2ビット線17をグランド電圧VSSに降圧する。例えば、第1ビット線16のデータ値が「1」であるとき、第1ビット線16の電圧を電圧信号SVIImに対応する電圧に昇圧し、第2ビット線17のデータ値が「0」であるとき、第2ビット線17の電圧をグランド電圧VSSに降圧する。   The sense amplifier 40 includes first to sixth sense transistors 21 to 26, and a voltage corresponding to the voltage signal SVIIm input from the multiplexer is supplied as a power supply voltage. When the data value is "1", the sense amplifier 40 boosts the voltages of the first bit line 16 and the second bit line 17 to a voltage corresponding to the voltage signal SVIIm. Further, when the data value is “0”, the sense amplifier 20 steps down the first bit line 16 and the second bit line 17 to the ground voltage VSS. For example, when the data value of the first bit line 16 is "1", the voltage of the first bit line 16 is boosted to a voltage corresponding to the voltage signal SVIIm, and the data value of the second bit line 17 is "0". At this time, the voltage of the second bit line 17 is stepped down to the ground voltage VSS.

n対のトランスファトランジスタ41及び42は、n型のMOSFETであり、ゲートにビットトランスファ信号φBTが入力され、ソースがセンスアンプ40に接続され、ドレインが第1ビット線16及び第2ビット線17のそれぞれに接続される。n対のトランスファトランジスタ41及び42は、オンしたときに第1ビット線16及び第2ビット線17とセンスアンプ40との間を接続し、オフしたときに第1ビット線16及び第2ビット線17とセンスアンプ40との間の接続を遮断する。   The n pairs of transfer transistors 41 and 42 are n-type MOSFETs, the bit transfer signal φBT is input to the gates, the source is connected to the sense amplifier 40, and the drains are of the first bit line 16 and the second bit line 17. Connected to each. The n pairs of transfer transistors 41 and 42 connect the first bit line 16 and the second bit line 17 to the sense amplifier 40 when turned on, and the first bit line 16 and the second bit line when turned off. Disconnect the connection between the sense amplifier 40 and the sense amplifier 40;

図11は、強誘電体メモリ1の動作を示すタイミングチャートである。図11において、波形1101はチップイネーブル信号CEBを示し、波形1102はプリチャージ信号φPRnを示し、波形1103はビットトランスファ信号φBTnを示す。波形1104は第1センスアンプ信号φ/SAを示し、波形1105は第2センスアンプ信号φSAを示し、波形1106はワード線信号WL1を示す。波形1107はプレート線信号CP1を示し、波形1108は第1ビット線信号BL1を示し、波形1109は第2ビット線信号/BL1を示す。波形1110は非選択ビット線信号BL´及び/BL´を示し、波形1111は第1センスアンプデータ信号SADを示し、波形1112は第2センスアンプデータ信号SA/Dを示し、波形1113は非選択キャパシタ信号nを示す。   FIG. 11 is a timing chart showing the operation of the ferroelectric memory 1. In FIG. 11, a waveform 1101 indicates a chip enable signal CEB, a waveform 1102 indicates a precharge signal φPRn, and a waveform 1103 indicates a bit transfer signal φBTn. A waveform 1104 indicates the first sense amplifier signal φ / SA, a waveform 1105 indicates the second sense amplifier signal φSA, and a waveform 1106 indicates the word line signal WL1. A waveform 1107 indicates a plate line signal CP1, a waveform 1108 indicates a first bit line signal BL1, and a waveform 1109 indicates a second bit line signal / BL1. A waveform 1110 indicates unselected bit line signals BL 'and / BL', a waveform 1111 indicates a first sense amplifier data signal SAD, a waveform 1112 indicates a second sense amplifier data signal SA / D, and a waveform 1113 is unselected The capacitor signal n is shown.

図11に示すタイミングチャートでは、第1強誘電体キャパシタ12に記憶されるデータ値「1」及び第2強誘電体キャパシタ14に記憶されるデータ値「0」が読み出される。次いで、第1強誘電体キャパシタ12にデータ値「0」が書き込まれると共に、第2強誘電体キャパシタ14にデータ値「1」が書き込まれる。   In the timing chart shown in FIG. 11, the data value “1” stored in the first ferroelectric capacitor 12 and the data value “0” stored in the second ferroelectric capacitor 14 are read out. Then, the data value “0” is written to the first ferroelectric capacitor 12, and the data value “1” is written to the second ferroelectric capacitor 14.

時間t0において、チップイネーブル信号CEBが立下り遷移することに応じて、強誘電体メモリ1は、活性化状態になる。次いで、時間t1において、プリチャージ信号φPRnが立下り遷移することに応じて、第1ビット線16及び第2ビット線17のグランド電圧VSSへのプリチャージが停止される。併せて、ビットトランスファ信号φBTnが第2電圧SVIIに立上り遷移することに応じて、n対のトランスファトランジスタ41及び42のそれぞれがオンして、第1ビット線16及び第2ビット線17に印加される電圧がセンスアンプ40に伝送可能になる。さらに、時間t1において、ビットトランスファ信号φBTnは、第2電圧SVIIに昇圧される。しかしながら、トランスファトランジスタ41及び42のしきい値電圧が第1電圧VIIよりも低い場合は、ビットトランスファ信号φBTnは、第1電圧VIIに維持されてもよい。   At time t0, in response to the falling transition of the chip enable signal CEB, the ferroelectric memory 1 is activated. Next, at time t1, in response to the falling transition of the precharge signal φPRn, the precharge of the first bit line 16 and the second bit line 17 to the ground voltage VSS is stopped. In addition, in response to the rising transition of bit transfer signal φBTn to the second voltage SVII, n pairs of transfer transistors 41 and 42 are turned on and applied to first bit line 16 and second bit line 17, respectively. Can be transmitted to the sense amplifier 40. Furthermore, at time t1, the bit transfer signal φBTn is boosted to the second voltage SVII. However, if the threshold voltage of transfer transistors 41 and 42 is lower than first voltage VII, bit transfer signal φBTn may be maintained at first voltage VII.

次いで、時間t2において、ワード線の選択に応じて、ワード線信号WL1が第2電圧SVIIに昇圧されると、第1セルトランジスタ11及び第2セルトランジスタ13はオンする。第1セルトランジスタ11及び第2セルトランジスタ13がオンすることで、第1ビット線16と第1強誘電体キャパシタ12との間、及び第2ビット線17と第2強誘電体キャパシタ14との間が電気的に接続される。   Next, at time t2, when the word line signal WL1 is boosted to the second voltage SVII according to the selection of the word line, the first cell transistor 11 and the second cell transistor 13 are turned on. When the first cell transistor 11 and the second cell transistor 13 are turned on, between the first bit line 16 and the first ferroelectric capacitor 12, and between the second bit line 17 and the second ferroelectric capacitor 14. There is an electrical connection between them.

次いで、時間t3において、プレート線信号CP1が第2電圧SVIIに立上り遷移することに応じて、強誘電体メモリ1は読み出し動作を開始する。データ値「1」を示す第1ビット線信号BL1は、大きな電気量の反転電荷がが流れて、データ値「0」を示す第2ビット線信号/BL1よりも高電圧になる。   Next, at time t3, in response to the rising transition of the plate line signal CP1 to the second voltage SVII, the ferroelectric memory 1 starts the read operation. The first bit line signal BL1 indicating the data value “1” has a large amount of inverted charges flowing therethrough, and has a voltage higher than that of the second bit line signal / BL1 indicating the data value “0”.

次いで、時間t4において、ビットトランスファ信号φBTnが立下り遷移することに応じて、n対のトランスファトランジスタ41及び42がオフして、第1ビット線16及び第2ビット線17とセンスアンプ40との間の電気的な接続が遮断される。   Then, at time t4, in response to the falling transition of bit transfer signal .phi.BTn, n pairs of transfer transistors 41 and 42 are turned off to couple first bit line 16 and second bit line 17 with sense amplifier 40. Electrical connection between them is cut off.

次いで、時間t5において、プリチャージ信号φPRnが立上り遷移することに応じて、第1ビット線16及び第2ビット線17のグランド電圧VSSへのプリチャージが再開されて、第1ビット線16及び第2ビット線17の電圧がグランド電圧になる。第1セルトランジスタ11及び第2セルトランジスタ13は、オンしているので、第1ビット線16及び第2ビット線17と第1強誘電体キャパシタ12及び第2強誘電体キャパシタ14の第1電極の電圧は、グランド電圧VSSになる。一方、第1強誘電体キャパシタ12及び第2強誘電体キャパシタ14の第2電極の電圧は、プレート線信号CP1が第2電圧SVIIであるので、第2電圧SVIIになる。第1強誘電体キャパシタ12及び第2強誘電体キャパシタ14は、第1電極にグランド電圧VSSに印加され且つ第2電極に第2電圧SVIIが印加されるので、データ値「0」が書き込まれる。   Next, at time t5, in response to rising transition of precharge signal φPRn, precharging to ground voltage VSS of first bit line 16 and second bit line 17 is resumed, and first bit line 16 and the The voltage of the 2 bit line 17 becomes the ground voltage. Since the first cell transistor 11 and the second cell transistor 13 are turned on, the first bit line 16 and the second bit line 17 and the first electrodes of the first ferroelectric capacitor 12 and the second ferroelectric capacitor 14 are used. Becomes the ground voltage VSS. On the other hand, the voltage of the second electrodes of the first ferroelectric capacitor 12 and the second ferroelectric capacitor 14 becomes the second voltage SVII because the plate line signal CP1 is the second voltage SVII. The first ferroelectric capacitor 12 and the second ferroelectric capacitor 14 have the ground voltage VSS applied to the first electrode and the second voltage SVII applied to the second electrode, so that the data value "0" is written. .

次いで、時間t6において、第1センスアンプ信号φ/SAが立下り遷移すると共に第2センスアンプ信号φSAが立上り遷移することに応じて、第1センスアンプデータ信号SADは、第1電圧VIIに昇圧される。一方、第2センスアンプデータ信号SA/Dは、グランド電圧VSSに降圧される。時間t4において、第1ビット線16及び第2ビット線17とセンスアンプ40との間の電気的な接続が遮断されているので、センスアンプ40で増幅された電圧は、第1強誘電体キャパシタ12及び第2強誘電体キャパシタ14に印加されることはない。   Next, at time t6, in response to the falling transition of the first sense amplifier signal φ / SA and the rising transition of the second sense amplifier signal φSA, the first sense amplifier data signal SAD is boosted to the first voltage VII. Be done. On the other hand, the second sense amplifier data signal SA / D is stepped down to the ground voltage VSS. At time t4, the electrical connection between first bit line 16 and second bit line 17 and sense amplifier 40 is cut off, so the voltage amplified by sense amplifier 40 is the first ferroelectric capacitor. It is not applied to the 12 and the second ferroelectric capacitors 14.

次いで、時間t7において、プレート線信号CP1がグランド電圧VSSに立下り遷移することに応じて、強誘電体メモリ1は読み出し動作を終了する。なお、プレート線信号CP1に第2電圧SVIIが印加される時間t3から時間t7までの期間において、非選択の強誘電体メモリの電圧は、強誘電体のカップリングにより昇圧される。第1強誘電体キャパシタ12及び第2強誘電体キャパシタ14の第1電極と第2電極との間に第2電圧SVIIが印加される期間は、20〔ns〕程度であることが好ましい。すなわち、プリチャージ信号φPRnが立上り遷移する時間t5とプレート線信号CP1立下り遷移する時間t7との間の期間は、20〔ns〕程度であることが好ましい。   Next, at time t7, in response to the falling transition of the plate line signal CP1 to the ground voltage VSS, the ferroelectric memory 1 ends the read operation. In the period from time t3 to time t7 in which the second voltage SVII is applied to the plate line signal CP1, the voltage of the non-selected ferroelectric memory is boosted by the coupling of the ferroelectrics. The period during which the second voltage SVII is applied between the first and second electrodes of the first and second ferroelectric capacitors 12 and 14 is preferably about 20 [ns]. That is, it is preferable that a period between the time t5 when the precharge signal φPRn makes a rising transition and the time t7 when the plate line signal CP1 makes a falling transition is about 20 [ns].

次いで、時間t8において、チップイネーブル信号CEBが立上り遷移することに応じて、強誘電体メモリ1は、活性化状態を終了する。時間t9において、プリチャージ信号φPRnが立下り遷移することに応じて、第1ビット線16及び第2ビット線17のグランド電圧VSSへのプリチャージが再度停止される。   Next, at time t8, in response to the rising transition of the chip enable signal CEB, the ferroelectric memory 1 ends the activation state. At time t9, in response to the falling transition of the precharge signal φPRn, precharging of the first bit line 16 and the second bit line 17 to the ground voltage VSS is stopped again.

次いで、時間t10において、センスアンプ40の第5センストランジスタ25のソースに第2電圧SVIIが印加させる。また、グランド電位VSSを示す第1センスアンプデータ信号SADが不図示の外部装置から入力されると共に、第2電位SVIIを示す第2センスアンプデータ信号SA/Dが不図示の外部装置から入力される。   Next, at time t10, the second voltage SVII is applied to the source of the fifth sense transistor 25 of the sense amplifier 40. Further, the first sense amplifier data signal SAD indicating the ground potential VSS is input from an external device (not shown), and the second sense amplifier data signal SA / D indicating the second potential SVII is input from an external device (not shown). Ru.

次いで、時間t11において、ビットトランスファ信号φBTnは、第3電圧VPPに昇圧されて、n対のトランスファトランジスタ41及び42がオンして、第1ビット線16及び第2ビット線17とセンスアンプ40との間が電気的に接続される。併せて、ワード線信号WL1は、第3電圧VPPに昇圧されて、第2セルトランジスタ13を介して第2強誘電体キャパシタ14にデータ値「1」が書き込まれる。   Next, at time t11, the bit transfer signal φBTn is boosted to the third voltage VPP, and the n pairs of transfer transistors 41 and 42 are turned on to make the first bit line 16, the second bit line 17, the sense amplifier 40 and so on. Are electrically connected. At the same time, the word line signal WL1 is boosted to the third voltage VPP, and the data value "1" is written to the second ferroelectric capacitor 14 through the second cell transistor 13.

次いで、時間t12において、第1センスアンプ信号φ/SAが立上り遷移すると共に第2センスアンプ信号φSAが立下り遷移する。次いで、時間t13において、プリチャージ信号φPRnが立下り遷移することに応じて、第1ビット線16及び第2ビット線17のグランド電圧VSSへのプリチャージが再開されて、第1ビット線16及び第2ビット線17の電圧がグランド電圧になる。そして、時間t14において、ワード線の選択が終了することに応じて、ワード線信号WL1が立下り遷移する。ワード線18に第3電圧VPPが印加される時間t11から時間t14までの期間は、プレート線19に第2電圧SVIIが印加される期間と同様に20〔ns〕程度であることが好ましい。   Next, at time t12, the first sense amplifier signal φ / SA makes a rising transition, and the second sense amplifier signal φSA makes a falling transition. Next, at time t13, in response to the falling transition of precharge signal φPRn, precharging to ground voltage VSS of first bit line 16 and second bit line 17 is resumed, and first bit line 16 and The voltage of the second bit line 17 becomes the ground voltage. Then, at time t14, in response to the completion of the selection of the word line, the word line signal WL1 makes a falling transition. The period from time t11 to time t14 when the third voltage VPP is applied to the word line 18 is preferably about 20 [ns] similarly to the period when the second voltage SVII is applied to the plate line 19.

(第1実施形態に係る強誘電体メモリの作用効果)
強誘電体メモリ1では、メモリセルに記憶されたデータを読み出すときに、データが読み出されるメモリセルの第2電極に接続されたプレート線は、ビット線の信号を増幅する第1電圧よりも高い第2電圧がパルス状に印加される。強誘電体メモリ1は、プレート線にビット線の信号を増幅する第1電圧よりも高い第2電圧をパルス状に印加してメモリセルに記憶されたデータを読み出すことで、強誘電体メモリの信頼性を確保しつつ強誘電体メモリのデータの読み出し精度の低下を防止する。
(Operation and Effect of Ferroelectric Memory According to First Embodiment)
In the ferroelectric memory 1, when reading data stored in the memory cell, the plate line connected to the second electrode of the memory cell from which the data is read is higher than the first voltage for amplifying the signal of the bit line A second voltage is applied in a pulsed manner. The ferroelectric memory 1 applies the second voltage higher than the first voltage for amplifying the signal of the bit line to the plate line in a pulse shape to read out the data stored in the memory cell. While maintaining the reliability, it is possible to prevent the decrease in the data read accuracy of the ferroelectric memory.

また、強誘電体メモリ1では、メモリセルにデータを書き込むときに、データが書き込まれるメモリセルは、ビット線の信号を増幅する第1電圧よりも高い第2電圧がパルス状に印加される。強誘電体メモリ1は、ビット線の信号を増幅する第1電圧よりも高い第2電圧をメモリセルにパルス状に印加してメモリセルにデータを書き込むことで、強誘電体メモリの信頼性を確保しつつ強誘電体メモリのデータの書き込み精度の低下を防止する。   Further, in the ferroelectric memory 1, when data is written to the memory cell, a second voltage higher than the first voltage for amplifying the signal of the bit line is applied in a pulse shape to the memory cell to which the data is written. The ferroelectric memory 1 applies the second voltage higher than the first voltage for amplifying the bit line signal to the memory cell in a pulsed manner to write data in the memory cell, thereby achieving the reliability of the ferroelectric memory. While ensuring, it prevents deterioration of data write accuracy of the ferroelectric memory.

また、強誘電体メモリ1では、メモリセルにデータ値「1」を書き込むときに、セルトランジスタ及び強誘電体キャパシタに高電圧が印加される期間は、20〔ns〕程度にすることができる。   Further, in the ferroelectric memory 1, the period in which the high voltage is applied to the cell transistor and the ferroelectric capacitor can be set to about 20 [ns] when the data value "1" is written to the memory cell.

強誘電体メモリ1は、プレート線に第2電圧に印加してデータを読み書きすることで、強誘電体キャパシタの読み書き動作の動作マージンを大きくできるので、低温時等の強誘電体キャパシタの抗電圧Vcが高いときに読み書き動作の精度が低下することを防止できる。   The ferroelectric memory 1 can increase the operation margin of the read / write operation of the ferroelectric capacitor by applying the second voltage to the plate line to read / write data, so the coercive voltage of the ferroelectric capacitor at low temperature etc. It is possible to prevent the accuracy of the read / write operation from being lowered when Vc is high.

また、強誘電体メモリ1では、プレート線及びビット線を介して強誘電体キャパシタに高電圧が印加される期間は、一例では20〔ns〕であるパルス状の所定の期間である。強誘電体キャパシタに高電圧が印加される期間は、外部電源電圧及び温度によるばらつきは少なく、強誘電体メモリ1の外部に配置される装置の制御タイミングの影響も受けない。強誘電体メモリ1では、強誘電体キャパシタに高電圧が印加される期間が一定であるので、強誘電体キャパシタ及びセルトランジスタのゲート酸化膜に与える電圧ストレスは一定である。   Further, in the ferroelectric memory 1, a period in which a high voltage is applied to the ferroelectric capacitor through the plate line and the bit line is a pulse-shaped predetermined period which is 20 ns in one example. During a period in which a high voltage is applied to the ferroelectric capacitor, there is little variation due to the external power supply voltage and temperature, and it is not influenced by the control timing of a device disposed outside the ferroelectric memory 1. In the ferroelectric memory 1, since a period in which a high voltage is applied to the ferroelectric capacitor is constant, voltage stress applied to the gate oxide film of the ferroelectric capacitor and the cell transistor is constant.

例えば、第2電圧SVIIが2〔V〕であり強誘電体キャパシタの膜厚が500〔Å〕であるとき、強誘電体キャパシタに印加される電界の電界強度は、従来と同様に0.4〔MeV/cm〕程度になる。また、セルトランジスタに用いられているMOSFETのゲート酸化膜厚が40〔Å〕であり、且つワード線信号に印加される第3電圧VPPが3.0〔V〕であるとき、ゲート酸化に印加される電界の電界強度は、7.5〔MeV/cm〕程度になる。   For example, when the second voltage SVII is 2 [V] and the film thickness of the ferroelectric capacitor is 500 [Å], the electric field strength of the electric field applied to the ferroelectric capacitor is 0.4 as in the conventional case. It will be about [MeV / cm]. In addition, when the gate oxide film thickness of the MOSFET used in the cell transistor is 40 Å and the third voltage VPP applied to the word line signal is 3.0 V, the gate oxidation is applied to the gate oxidation. The field strength of the applied electric field is about 7.5 [MeV / cm].

7.5〔MeV/cm〕程度の電界強度がデータの書き込みのときにセルトランジスタに印加されるが、第3電圧VPPがワード線信号に印加される時間は20〔ns〕程度に限定されているので、トランジスタの耐圧特性に余裕を持たせることができる。   An electric field strength of about 7.5 [MeV / cm] is applied to the cell transistor at the time of data writing, but the time for which the third voltage VPP is applied to the word line signal is limited to about 20 [ns]. Therefore, the withstand voltage characteristics of the transistor can have a margin.

また、強誘電体メモリ1では、メモリセルに記憶されたデータを読み出した後にトランスファトランジスタをオフし且つプリチャージトランジスタをオンすることで、データが読み出されたメモリセルは、データ値「0」を示すデータが書き込まれる。強誘電体メモリ1は、2T2C型のメモリセルにおいてデータを読み出したときに双方の強誘電体キャパシタにデータ値「0」を書き込むことで、強誘電体キャパシタにデータ値「0」を書き込むために第2電圧をプレート線に印加する処理を省略することができる。強誘電体メモリ1は、強誘電体キャパシタにデータ値「0」を書き込むために第2電圧をプレート線に印加する処理を省略することができるので、プレート線に第2電圧を印加する期間を短くすることができる。   Further, in the ferroelectric memory 1, after reading data stored in the memory cell, the transfer transistor is turned off and the precharge transistor is turned on, whereby the memory cell from which the data is read has the data value "0". Data is written. The ferroelectric memory 1 writes the data value "0" in the ferroelectric capacitor by writing the data value "0" in both ferroelectric capacitors when data is read in the 2T2C type memory cell. The process of applying the second voltage to the plate line can be omitted. Since the ferroelectric memory 1 can omit the process of applying the second voltage to the plate line in order to write the data value "0" in the ferroelectric capacitor, a period for applying the second voltage to the plate line is taken. It can be shortened.

図5に示すように、強誘電体メモリ900では、時間t4から時間t8までの期間に亘ってプレート線に高電圧が印加される。一方、図11に示すように、強誘電体メモリ1では、時間t3から時間t7までの期間に亘ってプレート線に高電圧が印加される。強誘電体メモリ900における読み出し・書き込みサイクルの1回あたりの時間が200〔ns〕であるとき、時間t4から時間t8までの期間は100〔ns〕程度になる。強誘電体メモリ1は、上述のようにプレート線に高電圧が印加できるので、強誘電体メモリ900に対してプレート線に高電圧を印加する時間を1/5程度にすることができる。強誘電体メモリ1は、強誘電体メモリ900に対してプレート線に高電圧を印加する時間を1/5程度にすることができるので、メモリセル等リーク電流等の耐圧許容値が1/5程度になり、電圧ストレスの累積時間を5倍程度にすることができる。   As shown in FIG. 5, in the ferroelectric memory 900, a high voltage is applied to the plate line over the period from time t4 to time t8. On the other hand, as shown in FIG. 11, in the ferroelectric memory 1, a high voltage is applied to the plate line over the period from time t3 to time t7. When the time per read / write cycle in the ferroelectric memory 900 is 200 ns, the period from time t4 to time t8 is approximately 100 ns. Since the ferroelectric memory 1 can apply a high voltage to the plate line as described above, the time for applying the high voltage to the plate line with respect to the ferroelectric memory 900 can be reduced to about 1⁄5. The ferroelectric memory 1 can reduce the time for applying a high voltage to the plate line to the ferroelectric memory 900 to about 1/5, and therefore the withstand voltage tolerance such as leak current of the memory cell is 1/5. The cumulative time of voltage stress can be reduced by about five times.

(第2実施形態に係る強誘電体メモリの構成及び機能)
図12は第2実施形態に係る強誘電体メモリのブロック図であり、図13は図12に示す強誘電体メモリの回路図である。
(Configuration and Function of Ferroelectric Memory According to Second Embodiment)
FIG. 12 is a block diagram of a ferroelectric memory according to the second embodiment, and FIG. 13 is a circuit diagram of the ferroelectric memory shown in FIG.

第2実施形態に係る強誘電体メモリ2は、n対のトランスファトランジスタ41及び42のそれぞれに並列に昇圧回路51及び52が配置されることが第1実施形態に係る強誘電体メモリと相違する。また、強誘電体メモリ2は、センスアンプ20がセンスアンプ40の代わりに配置されることが第1実施形態に係る強誘電体メモリと相違する。強誘電体メモリ2は、センスアンプ20、昇圧回路51及び52が配置される以外は、第1実施形態に係る強誘電体メモリと同様な構成及び機能を有するので、全体の機能ブロック図を省略する。   The ferroelectric memory 2 according to the second embodiment is different from the ferroelectric memory according to the first embodiment in that booster circuits 51 and 52 are arranged in parallel with n pairs of transfer transistors 41 and 42, respectively. . The ferroelectric memory 2 is different from the ferroelectric memory according to the first embodiment in that the sense amplifier 20 is disposed instead of the sense amplifier 40. The ferroelectric memory 2 has the same configuration and function as the ferroelectric memory according to the first embodiment except that the sense amplifier 20 and the booster circuits 51 and 52 are arranged, so the entire functional block diagram is omitted. Do.

図14は、昇圧回路51の回路図である。   FIG. 14 is a circuit diagram of the booster circuit 51. As shown in FIG.

昇圧回路51は、第1トランジスタ61〜第6トランジスタ66と、インバータ67とを有し、活性化信号/φWAnがグランド電圧になり第1トランジスタ61及び第2トランジスタ62がオンするときに供給電圧SVIImを第1ビット線16に供給する。昇圧回路52は、昇圧回路51と同様の回路構成を有し、活性化信号/φWAnがグランド電圧になり第1トランジスタ61及び第2トランジスタ62がオンするときに第2電圧SVIIを第2ビット線17に供給する。   The booster circuit 51 includes first to sixth transistors 61 to 66 and an inverter 67. The supply voltage SVIIm is generated when the activation signal / φ WAn becomes the ground voltage and the first transistor 61 and the second transistor 62 are turned on. Is supplied to the first bit line 16. Booster circuit 52 has a circuit configuration similar to that of booster circuit 51, and when the activation signal / φWAn becomes the ground voltage and the first transistor 61 and the second transistor 62 turn on the second voltage SVII as the second bit line Supply to 17.

図15は、強誘電体メモリ2の動作を示すタイミングチャートである。図15において、波形1501はチップイネーブル信号CEBを示し、波形1502はプリチャージ信号φPRnを示し、波形1503はビットトランスファ信号φBTnを示す。波形1504は第1センスアンプ信号φ/SAを示し、波形1505は第2センスアンプ信号φSAを示し、波形1506はワード線信号WL1を示す。波形1507はプレート線信号CP1を示し、波形1508は第1ビット線信号BL1を示し、波形1509は第2ビット線信号/BL1を示し、波形1510は活性化信号/φWAnを示す。波形1511は非選択ビット線信号BL´及び/BL´を示し、波形1512は第1センスアンプデータ信号SADを示し、波形1513は第2センスアンプデータ信号SA/Dを示し、波形1514は昇圧電源SVIImを示し、波形1515は非選択キャパシタ信号nを示す。   FIG. 15 is a timing chart showing the operation of the ferroelectric memory 2. In FIG. 15, a waveform 1501 indicates a chip enable signal CEB, a waveform 1502 indicates a precharge signal φPRn, and a waveform 1503 indicates a bit transfer signal φBTn. A waveform 1504 indicates the first sense amplifier signal φ / SA, a waveform 1505 indicates the second sense amplifier signal φSA, and a waveform 1506 indicates the word line signal WL1. A waveform 1507 shows a plate line signal CP1, a waveform 1508 shows a first bit line signal BL1, a waveform 1509 shows a second bit line signal / BL1, and a waveform 1510 shows an activation signal / φ WAn. A waveform 1511 indicates unselected bit line signals BL 'and / BL', a waveform 1512 indicates a first sense amplifier data signal SAD, a waveform 1513 indicates a second sense amplifier data signal SA / D, and a waveform 1514 indicates a boost power supply SVIIm is shown and waveform 1515 shows the non-selected capacitor signal n.

時間t0〜t7の動作は、t1においてビットトランスファ信号φBTnが第2電圧SVIIに立上り遷移せずに第1電圧VIIに維持すること以外は、図11を参照して説明した強誘電体メモリ1の動作と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。   The operation of time t0 to t7 is the same as that of ferroelectric memory 1 described with reference to FIG. 11 except that bit transfer signal .phi.BTn is maintained at first voltage VII without rising transition to second voltage SVII at t1. It is the same as the operation, so the detailed description is omitted here.

時間t8において、チップイネーブル信号CEBが立上り遷移することに応じて、強誘電体メモリ2は、活性化状態を終了する。時間t9において、ビットトランスファ信号φBTnは、第1電圧VIIに昇圧される。併せて、プリチャージ信号φPRnが立下り遷移することに応じて、第1ビット線16及び第2ビット線17のグランド電圧VSSへのプリチャージが再度停止される。   At time t8, in response to the rising transition of the chip enable signal CEB, the ferroelectric memory 2 ends the activation state. At time t9, bit transfer signal φBTn is boosted to first voltage VII. At the same time, in response to the falling transition of the precharge signal φPRn, precharging of the first bit line 16 and the second bit line 17 to the ground voltage VSS is stopped again.

次いで、時間t10において、昇圧回路52が第2ビット線17に供給する供給電圧SVIImを第1電圧VIIから第2電圧SVIIに昇圧する。次いで、時間t11において、活性化信号/φWAnがグランド電圧になり、昇圧回路52から第2ビット線17に第2電圧SVIIが供給される。   Next, at time t10, the booster circuit 52 boosts the supply voltage SVIIm supplied to the second bit line 17 from the first voltage VII to the second voltage SVII. Next, at time t11, the activation signal / φ WAn becomes the ground voltage, and the second voltage SVII is supplied from the booster circuit 52 to the second bit line 17.

次いで、時間t12において、ワード線信号WL1は、第3電圧VPPに昇圧されて、第2セルトランジスタ13を介して第2強誘電体キャパシタ14にデータ値「1」が書き込まれる。   Next, at time t12, the word line signal WL1 is boosted to the third voltage VPP, and the data value “1” is written to the second ferroelectric capacitor 14 via the second cell transistor 13.

次いで、時間t13において、第1センスアンプ信号φ/SAが立上り遷移すると共に第2センスアンプ信号φSAが立下り遷移する。次いで、時間t14において、プリチャージ信号φPRnが立上り遷移することに応じて、第1ビット線16及び第2ビット線17のグランド電圧VSSへのプリチャージが再開されて、第1ビット線16及び第2ビット線17の電圧がグランド電圧になる。そして、時間t15において、ワード線の選択が終了することに応じて、ワード線信号WL1が立下り遷移する。ワード線18に第3電圧VPPが印加される時間t12から時間t15までの期間は、プレート線19に第2電圧SVIIが印加される期間と同様に、20〔ns〕程度であることが好ましい。   Next, at time t13, the first sense amplifier signal φ / SA makes a rising transition, and the second sense amplifier signal φSA makes a falling transition. Next, at time t14, in response to rising transition of precharge signal φPRn, precharging to ground voltage VSS of first bit line 16 and second bit line 17 is resumed, and first bit line 16 and the first bit line 16 The voltage of the 2 bit line 17 becomes the ground voltage. Then, at time t15, in response to the completion of the word line selection, the word line signal WL1 makes a falling transition. The period from time t12 to time t15 when the third voltage VPP is applied to the word line 18 is preferably about 20 [ns] similarly to the period when the second voltage SVII is applied to the plate line 19.

(第2実施形態に係る強誘電体メモリの作用効果)
強誘電体メモリ2では、データ値「1」を書き込むときに、センスアンプ及びトランスファトランジスタを介さずに昇圧回路からビット線に高電圧である第2電圧を供給するため、高耐圧のトランジスタの数を減らすことができる。また、第1電圧よりも高い第2電圧及び第3電圧が供給される素子の数を減らすことで、高電圧が供給される素子への充放電経路が減少することで、消費電力が削減される。
(Operation and Effect of Ferroelectric Memory According to Second Embodiment)
In the ferroelectric memory 2, when writing the data value “1”, the second circuit, which is a high voltage, is supplied from the booster circuit to the bit line without passing through the sense amplifier and the transfer transistor. Can be reduced. In addition, by reducing the number of elements to which the second voltage and the third voltage are supplied that are higher than the first voltage, the charge / discharge path to the element to which the high voltage is supplied is reduced, thereby reducing power consumption. Ru.

(実施形態に係る強誘電体メモリの変形例)
強誘電体メモリ1及び2は、Hi−z方式により書き込み動作及び読み出し動作するメモリであるが、実施形態に係る強誘電体メモリは、ビット線GND センス方式(BGS方式)等の他の方式により書き込み動作及び読み出し動作するメモリであってもよい。
(Modification of Ferroelectric Memory According to Embodiment)
The ferroelectric memories 1 and 2 are memories that perform the write operation and the read operation according to the Hi-z method, but the ferroelectric memory according to the embodiment is based on another method such as the bit line GND sense method (BGS method) The memory may be a write operation and a read operation.

(実施形態に係る強誘電体メモリの変形例)
また、強誘電体メモリ1及び2は、ビット線は階層化されていないが、実施形態に係る強誘電体メモリは、ビット線は階層化されていてもよい。
(Modification of Ferroelectric Memory According to Embodiment)
Further, in the ferroelectric memories 1 and 2, the bit lines are not hierarchized, but in the ferroelectric memory according to the embodiment, the bit lines may be hierarchized.

1、2 強誘電体メモリ
10 メモリセル
11 第1セルトランジスタ
12 第1強誘電体キャパシタ
13 第2セルトランジスタ
14 第2強誘電体キャパシタ
16 第1ビット線
17 第2ビット線
18 ワード線
19 プレート線
20、40 センスアンプ
1, 2 Ferroelectric Memory 10 Memory Cell 11 First Cell Transistor 12 First Ferroelectric Capacitor 13 Second Cell Transistor 14 Second Ferroelectric Capacitor 16 First Bit Line 17 Second Bit Line 18 Word Line 19 Plate Line 20, 40 sense amplifiers

Claims (5)

複数のワード線と、
複数のビット線と、
強誘電体キャパシタ、及び前記ワード線の選択に応じて前記強誘電体キャパシタの第1電極を前記複数のビット線に接続するセルトランジスタをそれぞれが有する複数のメモリセルと、
前記強誘電体キャパシタの第2電極に接続されたプレート線と、
複数のメモリセルのそれぞれから読み出されたデータを示す電気量を第1電圧で増幅するセンスアンプと、を有し、
前記複数のメモリセルの何れかに記憶されたデータを読み出すときに、データが読み出されるメモリセルの前記第2電極に接続された前記プレート線は、前記第1電圧よりも高い第2電圧がパルス状に印加される、強誘電体メモリ。
With multiple word lines,
With multiple bit lines,
A plurality of memory cells each having a ferroelectric capacitor, and a cell transistor connecting a first electrode of the ferroelectric capacitor to the plurality of bit lines depending on selection of the word line;
A plate line connected to the second electrode of the ferroelectric capacitor;
A sense amplifier for amplifying, with a first voltage, an electrical quantity indicating data read from each of the plurality of memory cells;
When reading data stored in any of the plurality of memory cells, the plate line connected to the second electrode of the memory cell from which data is read is pulsed with a second voltage higher than the first voltage. -Like, ferroelectric memory.
前記複数のメモリセルの何れかにデータを書き込むときに、データが書き込まれるメモリセルは、前記セルトランジスタを介して接続された前記ビット線を介して前記第2電圧がパルス状に印加される、請求項1に記載の強誘電体メモリ。   When writing data in any of the plurality of memory cells, the memory cell to which data is written is applied with the second voltage in a pulse shape via the bit line connected via the cell transistor. The ferroelectric memory according to claim 1. オンしたときに前記複数のビット線と前記センスアンプとの間を接続し、オフしたときに前記複数のビット線と前記センスアンプとの間の接続を遮断する複数のトランスファトランジスタと、
オンしたときに前記複数のビット線のそれぞれを接地する複数のプリチャージトランジスタと、を更に有し、
前記複数のメモリセルの何れかに記憶されたデータを読み出した後に、前記複数のトランスファトランジスタをオフし且つ前記複数のプリチャージトランジスタをオンすることで、データが読み出されたメモリセルは、データ値「0」を示すデータが書き込まれる、請求項1又は2に記載の強誘電体メモリ。
A plurality of transfer transistors that connect between the plurality of bit lines and the sense amplifier when turned on, and cut off connections between the plurality of bit lines and the sense amplifier when turned off;
And a plurality of precharge transistors that ground each of the plurality of bit lines when turned on.
After the data stored in any of the plurality of memory cells is read, the plurality of transfer transistors are turned off and the plurality of precharge transistors are turned on. The ferroelectric memory according to claim 1, wherein data indicating a value “0” is written.
前記プレート線に前記第2電圧が印加される期間は、前記メモリセルからデータが読み出されてから前記メモリセルにデータ値「0」を示すデータが書き込まれるまでの期間である、請求項3に記載の強誘電体メモリ。   The period during which the second voltage is applied to the plate line is a period from when data is read from the memory cell to when data indicating a data value "0" is written to the memory cell. Ferroelectric memory as described in. 複数のワード線と、
複数のビット線と、
強誘電体キャパシタ、及び前記ワード線の選択に応じて前記強誘電体キャパシタの第1電極を前記複数のビット線に接続するセルトランジスタをそれぞれが有する複数のメモリセルと、
前記強誘電体キャパシタの第2電極に接続されたプレート線と、
複数のメモリセルのそれぞれから読み出されたデータを示す電気量を第1電圧で増幅するセンスアンプと、を有する強誘電体メモリの制御方法であって、
データが読み出されるメモリセルの前記第2電極に接続された前記プレート線に、前記第1電圧よりも高い第2電圧をパルス状に印加し、
前記セルトランジスタをオンして、前記強誘電体キャパシタからデータを示す電気量を前記複数のビット線の何れかを介して前記センスアンプに供給し、
供給された前記電気量に対応する電圧を前記第1電圧に前記センスアンプによって増幅し、
前記増幅された前記電圧を出力する、
ことを含む、強誘電体メモリの制御方法。
With multiple word lines,
With multiple bit lines,
A plurality of memory cells each having a ferroelectric capacitor, and a cell transistor connecting a first electrode of the ferroelectric capacitor to the plurality of bit lines depending on selection of the word line;
A plate line connected to the second electrode of the ferroelectric capacitor;
A control method of a ferroelectric memory including: a sense amplifier amplifying at a first voltage an electrical quantity indicating data read from each of a plurality of memory cells,
Applying a second voltage higher than the first voltage in a pulse shape to the plate line connected to the second electrode of the memory cell from which data is read;
Turning on the cell transistor to supply an electric quantity indicating data from the ferroelectric capacitor to the sense amplifier through any of the plurality of bit lines;
The sense amplifier amplifies the voltage corresponding to the supplied amount of electricity to the first voltage,
Outputting the amplified voltage;
Control methods for ferroelectric memories, including:
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