JP2018181398A - Ferroelectric substance memory and control method thereof - Google Patents
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Abstract
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).
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
(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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
(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
図14は、昇圧回路51の回路図である。
FIG. 14 is a circuit diagram of the
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
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
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
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
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
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
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
(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
(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
(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
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
Claims (5)
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.
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.
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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