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JP3767702B2 - Ferroelectric memory device and memory method using ferroelectric capacitor - Google Patents

Ferroelectric memory device and memory method using ferroelectric capacitor Download PDF

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JP3767702B2
JP3767702B2 JP29849195A JP29849195A JP3767702B2 JP 3767702 B2 JP3767702 B2 JP 3767702B2 JP 29849195 A JP29849195 A JP 29849195A JP 29849195 A JP29849195 A JP 29849195A JP 3767702 B2 JP3767702 B2 JP 3767702B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、強誘電体記憶装置および強誘電体コンデンサを用いた記憶方法に関し、特に、強誘電体記憶装置の長寿命化に関する。
【0002】
【従来の技術】
不揮発性の半導体メモリとして、強誘電体コンデンサを用いた強誘電体メモリが知られている。図8に、従来の強誘電体メモリの回路構成の一部を示す。従来の強誘電体メモリは、強誘電体コンデンサ4と負荷用コンデンサ6とを備えている。図9に、強誘電体コンデンサ4に関する電圧(図8に示すプレートラインPLを基準電位とした場合のビットラインBLの電位)と分極状態(図においては、”分極状態”と等価な”電荷”で表わしている)との関係を表わす履歴曲線を示す。
【0003】
図9において、残留分極Z1を生じている状態を第1の分極状態P1(記憶内容”H”に該当)とし、残留分極Z2を生じている状態を第2の分極状態P2(記憶内容”L”に該当)とする。強誘電体コンデンサ4がいずれの分極状態にあるかを調べることにより、強誘電体コンデンサ4の記憶内容を読み出すことができる。
【0004】
強誘電体コンデンサ4がいずれの分極状態にあるかを調べるには、図8に示す負荷用コンデンサ6を放電させた後、ビットラインBLをフローティング状態とし、その後、プレートラインPLに読出用電圧Vpを与え、このとき強誘電体コンデンサ4の両端に生ずる電圧Vfを測定する。
【0005】
図9に示す図式解法によれば、負荷用コンデンサ6の静電容量を直線L1の傾きで表わした場合、強誘電体コンデンサ4が第1の分極状態P1であれば、強誘電体コンデンサ4の両端に生ずる電圧VfはV1となり、第2の分極状態P2であれば、電圧VfはV2となる。したがって、基準電圧Vrefを図9のように設定しておけば、読出時における誘電体コンデンサ4の両端に生ずる電圧Vfと基準電圧Vrefとを比較することにより、強誘電体コンデンサ4がいずれの分極状態にあるかを調べることができる。
【0006】
この場合、図9に示すように、強誘電体コンデンサ4が第2の分極状態P2にある場合には、読出時において一時的に分極状態P3を示すものの、印加電圧が零に戻ると、分極状態も第2の分極状態P2に戻るため、読み出しによる残留分極の変動は起こらない。
【0007】
しかし、強誘電体コンデンサ4が第1の分極状態P1にある場合には、読出時において一時的に分極状態P4を示し、印加電圧が零に戻ると、分極状態P5を示す。すなわち、読み出しによる残留分極の変動が起こる。このため、読出後に、再書込電圧Vrwを強誘電体コンデンサ4に印加し、分極状態P6を生じさせる。このようにすると、印加電圧が零に戻ったとき、強誘電体コンデンサ4は、再び第1の分極状態P1を示す。
【0008】
このように、強誘電体コンデンサ4が第1の分極状態P1にある場合は、読み出しの後、再書き込みを行なうことにより、残留分極をさらに変動させ、強制的に第1の分極状態に戻す。このように構成することで、読み出しにより、記憶内容が変動するのを防止している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の強誘電体メモリには、次のような問題点があった。強誘電体コンデンサ4の寿命は自発分極の反転(残留分極の変動)回数等に関連して定まり、ある種の強誘電体材料を用いた場合1012回程度とされる。したがって、毎回、記憶内容が”H”(第1の分極状態P1に対応)である同一のメモリセルを読み出す場合であっても、読出サイクルが長い場合、すなわち、再書き込み後、強誘電体コンデンサ4の自然放電により第一の分極状態P1に至った後、つぎの読み出しが行なわれるような場合には、使用可能年数としては十分長くなるため問題はない。
【0010】
しかし、読出サイクルが短い場合、すなわち、再書き込み後、強誘電体コンデンサ4の自然放電がほとんど行なわれない状態で、つぎの読み出しが行なわれるような場合には、使用可能年数からみて問題となる。
【0011】
すなわち、図9に示すように、誤読み出し防止のため基準電圧Vrefと電圧V1およびV2とのマージンを大きくとる必要性から、負荷用コンデンサ6の静電容量を比較的大きく(直線L1の傾きを比較的大きく)設定している。したがって、再書き込み後、強誘電体コンデンサ4の自然放電がほとんど行なわれない状態(分極状態P6)で、つぎの読み出しを行なうような場合であっても、残留分極はP1〜P8〜P1と変動する。このため、読出サイクルが長い場合同様、記憶内容が”H”である同一のメモリセルを読み出す回数が寿命に関連する。したがって、読出サイクルが短い分、使用可能年数が短くなるため問題となる。
【0012】
このような問題を解決するために、通常の書込/読出時には、残留分極を変化させないような状態(状態1)で強誘電体コンデンサ4を使用し、記憶内容を保存する場合には残留分極の変化を伴う状態(状態2)で強誘電体コンデンサ4を使用する方法が提案されている(A Ferroelectric DRAM Cell for High-Density NVRAM's(IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS,VOL.11,NO.10,OCTOBER 1990))。
【0013】
この方法を採用することにより、使用可能年数が短くなるという問題を解決することができる。しかし、この方法においては、状態1と状態2それぞれについて、処理アルゴリズムが必要になるため、処理内容が複雑化する。また、状態1にするか状態2にするかの判断回路等が必要になる。さらに、異常事態発生時における状態2への移行が速やかに行なわれないおそれがあり、記憶内容の保護の点から問題がある。
【0014】
この発明は、このような従来の強誘電体コンデンサを用いた強誘電体メモリなど強誘電体記憶装置の問題点を解決し、簡単な構成で、寿命が長く、記憶内容の保護に関する信頼性が高い強誘電体記憶装置および強誘電体コンデンサを用いた記憶方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
この発明の強誘電体記憶装置は、電圧と分極状態との関係を規定する履歴特性に基づいて、電圧を零としたとき第1の分極状態を呈する第1の記憶内容と第2の分極状態を呈する第2の記憶内容とのうちいずれか一方の記憶内容を保持する強誘電体コンデンサ、を備えた強誘電体記憶装置において、少なくとも記憶内容の読出時に、強誘電体コンデンサに対し直列に電気的に接続される負荷用コンデンサ、読出時に直列に電気的に接続された強誘電体コンデンサおよび負荷用コンデンサに対し、第1の分極状態を生じさせる電圧と異なる極性の読出用電圧を印加する読出用電圧印加手段、読出用電圧が印加された状態において、強誘電体コンデンサに発生する分圧に基づいて記憶内容を判定する記憶内容判定手段、記憶内容判定手段の判定した記憶内容に対応する分極状態を回復するための再書込電圧を強誘電体コンデンサに印加する再書込手段、を備えるとともに、第1の分極状態を回復するための第1の再書込電圧により強誘電体コンデンサが満充電された分極状態における読み出しの際、強誘電体コンデンサの両端に発生する電圧がほぼ零または第1の再書込電圧と同一の極性になるよう、読出用電圧、第1の再書込電圧、強誘電体コンデンサの履歴特性および負荷用コンデンサの特性を定めたことにより、再書込の直後に次の読み出しが行なわれる高速読み出しの場合に、強誘電体コンデンサの分極状態が第1の分極状態よりも第2の分極状態よりになることがないよう構成したこと、を特徴とする。
【0016】
この発明の強誘電体記憶装置は、第1の再書込電圧により強誘電体コンデンサが満充電された分極状態における読み出しの際、強誘電体コンデンサの両端に発生する電圧がほぼ零または第1の再書込電圧と同一の極性になるよう、読出用電圧、第1の再書込電圧、強誘電体コンデンサの履歴特性および負荷用コンデンサの静電容量を定めたこと、を特徴とする。この発明の強誘電体記憶装置は、強誘電体コンデンサの履歴特性を、履歴特性を有する強誘電体項と履歴特性を有しない常誘電体項との合成として表わした場合、第1の再書込電圧により満充電された状態における強誘電体項に基づく分極状態と、第1の分極状態における強誘電体項に基づく分極状態とが、ほぼ等しくなるよう、強誘電体コンデンサの履歴特性を定めたこと、を特徴とする。
【0017】
この発明の強誘電体記憶装置は、記憶内容判定手段が判定した記憶内容が第1の記憶内容である場合には、再書込手段が強誘電体コンデンサを第1の再書込電圧により満充電状態とした後に、強誘電体コンデンサをフローティング状態とし、記憶内容が第2の記憶内容である場合には、再書込手段が強誘電体コンデンサを第2の分極状態とした後に、強誘電体コンデンサをフローティング状態とするよう構成したこと、を特徴とする。
【0018】
この発明の強誘電体記憶装置は、読出時に記憶内容を判定する基準となるしきい値電圧を、第1の分極状態における読出時に強誘電体コンデンサの両端に発生する電圧と第2の分極状態における読出時に強誘電体コンデンサの両端に発生する電圧との間の値としたこと、を特徴とする。
【0019】
この発明の強誘電体コンデンサを用いた記憶方法は、電圧と分極状態との関係を規定する履歴特性に基づいて、電圧を零としたとき第1の分極状態を呈する第1の記憶内容と第2の分極状態を呈する第2の記憶内容とのうちいずれか一方の記憶内容を保持する強誘電体コンデンサを用いた記憶方法において、少なくとも記憶内容の読出時に、強誘電体コンデンサに対し負荷用コンデンサを直列に電気的に接続し、読出時に直列に電気的に接続された強誘電体コンデンサおよび負荷用コンデンサに対し、第1の分極状態を生じさせる電圧と異なる極性の読出用電圧を印加し、 読出用電圧が印加された状態において、強誘電体コンデンサに発生する分圧に基づいて記憶内容を判定し、判定した記憶内容に対応する分極状態を回復するための再書込電圧を強誘電体コンデンサに印加するよう構成するとともに、第1の分極状態を回復するための第1の再書込電圧により強誘電体コンデンサが満充電された分極状態における読み出しの際、強誘電体コンデンサの両端に発生する電圧がほぼ零または第1の再書込電圧と同一の極性になるよう、読出用電圧、第1の再書込電圧、強誘電体コンデンサの履歴特性および負荷用コンデンサの特性を定めたことにより、再書込の直後に次の読み出しが行なわれる高速読み出しの場合に、強誘電体コンデンサの分極状態が第1の分極状態よりも第2の分極状態よりになることがないよう構成したこと、を特徴とする。
【0020】
この発明の強誘電体コンデンサを用いた記憶方法は、負荷用コンデンサの静電容量を、強誘電体コンデンサの履歴特性を示す履歴曲線上で第1の再書込電圧に対応する分極状態を示す点を通る分極状態平行線が読出用電圧を示す電圧平行線と交わる点と該履歴曲線上で第1の分極状態を示す点とを結ぶ直線の傾きに対応する静電容量とほぼ同等かまたは該静電容量より小さくなるよう設定したこと、を特徴とする。
【0021】
【発明の効果】
この発明の強誘電体記憶装置および強誘電体コンデンサを用いた記憶方法は、第1の再書込電圧により強誘電体コンデンサが満充電された分極状態における読み出しの際、強誘電体コンデンサの両端に発生する電圧がほぼ零または第1の再書込電圧と同一の極性になるよう、読出用電圧、第1の再書込電圧、強誘電体コンデンサの履歴特性および負荷用コンデンサの特性を定めたことにより、再書込の直後に次の読み出しが行なわれる高速読み出しの場合に、強誘電体コンデンサの分極状態が第1の分極状態よりも第2の分極状態よりになることがないよう構成したこと、を特徴とする。
【0022】
したがって、再書込の直後に次の読み出しが行なわれる高速読み出しの場合には、強誘電体コンデンサの分極状態が第1の分極状態よりも第2の分極状態よりになることはない。このため、高速読み出しの場合には、残留分極の変動は起こらず、残留分極の変動(分極反転)にともなう寿命の低下はない。
【0023】
また、高速読み出し、低速読み出しの別を問わず、記憶内容は残留分極として保持されている。このため、電源の継断に伴う記憶内容の呼出/保存のための処理を別途行なう必要はない。また、電源の継断を検知する回路等を設ける必要もない。さらに、異常事態により電源がダウンした場合等においても記憶内容が失われることはない。
【0024】
すなわち、簡単な構成により、寿命が長く、記憶内容の保護に関する信頼性が高い強誘電体記憶装置および強誘電体コンデンサを用いた記憶方法を実現することができる。
【0025】
この発明の強誘電体記憶装置および強誘電体コンデンサを用いた記憶方法は、負荷用コンデンサの静電容量等を定めるという簡単な作業により、高速読み出しの場合に残留分極の変動が起こらない強誘電体記憶装置を得ることができる。すなわち、さらに簡単に、寿命が長く、記憶内容の保護に関する信頼性が高い強誘電体記憶装置等を実現することができる。
【0026】
この発明の強誘電体記憶装置は、第1の再書込電圧により満充電された状態における強誘電体項に基づく分極状態と、第1の分極状態における強誘電体項に基づく分極状態とが、ほぼ等しくなるよう、強誘電体コンデンサの履歴特性を定めたことを特徴とする。
【0027】
したがって、第1の再書込電圧により満充電された分極状態と第1の分極状態との間で、強誘電体項に基づく分極状態の変動がほとんどない。このため、高速読み出しの場合は、強誘電体項に基づく分極状態の変動にともなう寿命の低下はほとんどない。すなわち、さらに寿命の長い強誘電体記憶装置を実現することができる。
【0028】
この発明の強誘電体記憶装置は、記憶内容が第1の記憶内容である場合には、再書込手段が強誘電体コンデンサを第1の再書込電圧により満充電状態とした後に、強誘電体コンデンサをフローティング状態とし、記憶内容が第2の記憶内容である場合には、再書込手段が強誘電体コンデンサを第2の分極状態とした後に、強誘電体コンデンサをフローティング状態とするよう構成したことを特徴とする。
【0029】
したがって、記憶内容のいかんにかかわらず、再書込手段の動作と強誘電体コンデンサをフローティング状態とする動作との関係を一定にすることができる。すなわち、さらにより簡単な構成により、寿命が長く、記憶内容の保護に関する信頼性が高い強誘電体記憶装置等を実現することができる。
【0030】
この発明の強誘電体記憶装置は、読出時に記憶内容を判定する基準となるしきい値電圧を、第1の分極状態における読出時に強誘電体コンデンサの両端に発生する電圧と第2の分極状態における読出時に強誘電体コンデンサの両端に発生する電圧との間の値としたことを特徴とする。
【0031】
したがって、記憶内容を判定する際のマージンの小さい低速読み出しに合わせてしきい値電圧を設定することにより、マージンの大きい高速読み出しの場合にも同一のしきい値電圧を用いることができる。このため、低速読み出しであるか高速読み出しであるかにかかわらず、同一のしきい値電圧を用いることができる。すなわち、さらにより簡単な構成により、寿命が長く、記憶内容の保護に関する信頼性が高い強誘電体記憶装置等を実現することができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
図2に、この発明の一実施形態による強誘電体記憶装置である強誘電体コンデンサを用いた強誘電体メモリ10の回路図の一部を示す。強誘電体メモリ10は、複数のメモリセルM11、M21...Mmnを行列配置する構成を有している。なお、図2においては、メモリセルM11...M1nの並び(縦方向の並び)を行と呼び、メモリセルM11...Mm1の並び(横方向の並び)を列と呼ぶ。
【0033】
強誘電体メモリ10は、さらに、基準セル駆動回路12、センスアンプAMP1...を有するセンスアンプ部14、基準セルプリセット回路部16を備えている。基準セル駆動回路12は読出用電圧印加手段に対応する。センスアンプ部14および基準プリセット回路部16が記憶内容判定手段に対応する。また、基準セル駆動回路12およびセンスアンプ部14が再書込手段に対応する。
【0034】
なお、この実施形態においては、基準セル駆動回路12を読出用電圧印加手段と再書込手段とにおいて兼用し、センスアンプ部14を記憶内容判定手段と再書込手段とにおいて兼用するよう構成している。このように構成することにより、回路の簡略化を図ることができる。
【0035】
図3にメモリセルM11近傍の拡大回路図を示す。メモリセルM11は、強誘電体コンデンサC11と選択用トランジスタTR11とを備えている。強誘電体コンデンサC11の一端は、選択用トランジスタTR11、ビットライン/BL1を介して、負荷用コンデンサCbと直列に電気的に接続される。この実施形態では、負荷用コンデンサCbは、ビットライン/BL1とグランドとの寄生容量として与えられた常誘電体コンデンサである。強誘電体コンデンサC11の他端は、プレートラインPL1を介して基準セル駆動回路12(図2参照)に接続されている。
【0036】
選択用トランジスタTR11のゲートは、ワードラインWL1に接続されている。ビットライン/BL1には、センスアンプAMP1の一端が接続されており、センスアンプAMP1の他端はビットラインBL1を介して、基準セルプリセット回路部16(図2参照)に接続されている。
【0037】
図1に、強誘電体コンデンサC11に関する電圧(図3に示すプレートラインPL1を基準電位とした場合のビットライン/BL1の電位)と分極状態(図においては、”分極状態”と等価な”電荷”で表わしている)との関係を表わす履歴曲線を示す。図1において、残留分極Z1を生じている状態を第1の分極状態P1(第1の記憶内容である記憶内容”H”に対応)とし、残留分極Z2を生じている状態を第2の分極状態P2(第2の記憶内容である記憶内容”L”に対応)とする。
【0038】
図3に示す負荷用コンデンサCbの静電容量は、図1に基づいて以下のようにして決定する。すなわち、後述する第1の再書込電圧Vrw1に対応する分極状態P6を示す点を通る分極状態平行線が後述する読出用電圧Vpを示す電圧平行線と交わる点Q1と、該履歴曲線上で第1の分極状態P1を示す点とを結ぶ直線の傾きに対応する静電容量を負荷用コンデンサCbの静電容量とする。
【0039】
このような静電容量を持つ負荷用コンデンサCbを用いれば、後述するように、記憶内容”H”を高速で読み出す場合、残留分極の変動がほとんどなく、寿命の低下を防止することができる。
【0040】
図3に示す強誘電体コンデンサC11の履歴特性Hを図4に示す。強誘電体コンデンサC11の履歴特性Hは、履歴特性を有する強誘電体項Hfと履歴特性を有しない常誘電体項Hpとの合成として表わすことができると考えられている。第1の再書込電圧Vrw1により満充電された状態P6における強誘電体項Hfに基づく分極状態R6と、第1の分極状態P1における強誘電体項Hfに基づく分極状態R1とが、ほぼ等しくなるように、強誘電体コンデンサC11の履歴特性を定めている。つまり、受電感度の高い(強誘電体項Hfの立上がりの急峻な)強誘電体コンデンサC11を用いている。
【0041】
このような履歴特性を有する強誘電体コンデンサC11を用いれば、後述するように、記憶内容”H”を高速で読み出す場合、強誘電体項Hfに基づく分極状態の変動がほとんどなく、寿命の低下を防止することができる。
【0042】
なお、図5に示すような受電感度の低い強誘電体コンデンサを用いると、第1の再書込電圧Vrw1により満充電された状態P6における強誘電体項Hfに基づく分極状態R6と、第1の分極状態P1における強誘電体項Hfに基づく分極状態R1とが、大きく異なる(図中”d”で示す)。したがって、このような履歴特性を有する強誘電体コンデンサを用いれば、記憶内容”H”を高速で読み出す場合、強誘電体項Hfに基づく分極状態の変動が大きく、寿命の低下を招くこととなる。
【0043】
したがって、第1の分極状態P1における強誘電体項Hfに基づく分極状態R1が、第1の再書込電圧Vrw1により満充電された状態P6における強誘電体項Hfに基づく分極状態R6の少なくとも80%程度以上であることが好ましい。
【0044】
つぎに、強誘電体メモリ10の記憶内容を読み出す場合の動作について説明する。例えばメモリセルM11の記憶内容を読み出す場合には、図2に示すアドレスバッファ18に、該当アドレスを入力する。これにより、行を選択する行デコーダ20および列を選択する列デコーダ22を介してメモリセルM11が選択されることになる。
【0045】
図6に、記憶内容”H”を読出す場合の各信号線等の状態を表わすタイミングチャートを示す。図6、図2を参照しつつ、図1、図3に基づいて記憶内容”H”を読出す場合の動作を説明する。まず、強誘電体コンデンサC11が後述する第1の再書込電圧Vrw1により満充電された分極状態P6において読み出しを行なう場合(高速読み出し)について説明する。
【0046】
まず、図3に示すビットライン/BL1を”L”とすることにより、負荷用コンデンサCbを放電させ(図6(a)参照)、その後、ビットラインBL1をフローティング状態にする(図6(b)参照)。
【0047】
つぎに、ワードラインWL1を”H”とすることにより、選択トランジスタTR11をON状態とし(図6(c)参照)、その後、基準セル駆動回路12(図2参照)からの出力にしたがってプレートラインPL1を”H”にする(図6(d)参照)。
【0048】
プレートラインPL1を”H”にすることにより、直列に電気的に接続された強誘電体コンデンサC11および負荷用コンデンサCbの両端に、読出し用電圧Vpが印加されることになる。これにより、図1に示すように、強誘電体コンデンサC11の両端には、読出し用電圧Vpに基づく分圧V3が生ずる。図式解法によれば、分圧V3は第1の分極状態P1における強誘電体コンデンサC11の電圧として与えられる。すなわち、
V3=0
となる。したがって、グランドを基準としたビットライン/BL1の電位は図6(e)に示す値となる。
【0049】
つぎに、センスアンプAMP1を動作させる(図6(f)参照)。センスアンプAMP1は、ビットラインBL1を介して基準セルプリセット回路部16(図2参照)から与えられ、図1に示される基準電圧Vref(しきい値電圧)と強誘電体コンデンサC11の分圧V3とを比較し(実際には、図1に示す読出し用電圧Vpを基準としたときの、基準電圧Vrefの電位と分圧V3の電位を比較する)、分圧V3の方が高ければ、記憶内容は”H”であると判定し、ビットライン/BL1の電位を”H”にする(図6(g)参照)。このとき、強誘電体コンデンサC11の分極状態は、図1に示す第1の分極状態P1のままである。なお、基準電圧Vrefの値は、後述する分圧V1と分圧V2の中間の値となるように設定している。
【0050】
つぎに、基準セル駆動回路12(図2参照)からの出力にしたがってプレートラインPL1を”L”にする(図6(h)参照)。
【0051】
プレートラインPL1を”L”にすることにより、プレートラインPL1と”H”に維持されたビットライン/BL1との間には電位差が生ずることとなる。この電位差が、図1に示す第1の再書込電圧Vrw1であり、強誘電体コンデンサC11の両端に印加される。強誘電体コンデンサC11は、第1の再書込電圧Vrw1を印加され、図1に示す分極状態P6となる。この状態が満充電状態である。
【0052】
つぎに、強誘電体コンデンサC11が第1の再書込電圧Vrw1により満充電された状態で、ワードラインWL1を”L”に落とす(図6(i)参照)ことにより、選択トランジスタTR11をOFFとし、強誘電体コンデンサC11をフローティング状態とする。
【0053】
つぎに、列デコーダ22の出力線B1(図2参照)を立ち上げる(図6(j)参照)ことにより、ビットライン/BL1の電位”H”(図6(k)参照)を、出力バッファ24に取込む(図6(l)参照)。その後、センスアンプAMP1をOFFにする(図6(m)参照)ことにより、再びビットライン/BL1をフローティング状態とする(図6(n)参照)。最後に、列デコーダ22の出力線B1を”L”に戻し、読出処理を終了する。
【0054】
このように、高速読み出しの場合、すなわち、強誘電体コンデンサC11が第1の再書込電圧Vrw1により満充電されたあと放電される前に次の読み出しが行なわれるような短サイクルの読み出しの場合には、上述のように、一連の読み出し処理の過程において、強誘電体コンデンサC11の分極状態は、図1に示すように、P6〜P1〜P6と変化するのみである。
【0055】
このため、強誘電体コンデンサC11の残留分極は、第1の分極状態P1のまま変動することはない。したがって、この実施形態によれば、高速読出時における、残留分極の変動にともなう強誘電体コンデンサC11の寿命の低下はない。
【0056】
また、図4に示すように、強誘電体コンデンサC11の分極状態がP6〜P1〜P6と変化する過程で、強誘電体項Hfに基づく分極状態の変動は、ほとんどない。したがって、この実施形態によれば、高速読出時における、強誘電体項Hfに基づく分極状態の変動にともなう強誘電体コンデンサC11の寿命の低下も、ほとんどない。
【0057】
つぎに、長サイクルの読み出し、すなわち、強誘電体コンデンサC11の常誘電体項Hp(図4参照)が全て放電された状態、つまり図1における第1の分極状態P1において読み出しが行なわれる場合(低速読み出しの場合)の動作について説明する。
【0058】
この実施形態の強誘電体メモリ10は、高速読み出しか低速読み出しかを区別することなく、全く同一の処理手順で読み出しを行なう。したがって、低速読み出しの動作は、高速読み出しの動作と同様に行なわれる。ただし、図1に示すように、低速読み出しの場合は、読み出し時の分極状態が第1の分極状態P1である点で、読み出し時の分極状態がP6である高速読み出しの場合と異なる。
【0059】
したがって、低速読み出しの場合には、図1に示す読出用電圧Vpが印加された場合、強誘電体コンデンサC11は、分極状態P4を呈する。したがって、強誘電体コンデンサC11に生ずる分圧はV1を示す。なお、このとき、グランドを基準としたビットライン/BL1の電位は図6(e´)に示す値となる。
【0060】
しかし、前述のように、基準電圧VrefはV1より低い値に設定されているため、センスアンプAMP1は、高速読み出しの場合同様、記憶内容は”H”であると判定し、ビットライン/BL1の電位を”H”にする(図6(g)参照)。なお、このとき、強誘電体コンデンサC11は、図1に示すように、分極状態P5を呈する。
【0061】
この後、強誘電体コンデンサC11の両端に第1の再書込電圧Vrw1を印加する(図6(h)参照)ことにより再書き込みを行なう。再書き込みにより、強誘電体コンデンサC11は分極状態P6を呈する。読み出し処理の終了後、時間の経過とともに、強誘電体コンデンサC11の常誘電体項Hp(図4参照)に基づく電荷が全て放電され、図1における第1の分極状態P1に戻る。
【0062】
したがって、低速読み出し時においては、残留分極がP1〜P5〜P1と変動し、図4に示すように、強誘電体コンデンサC11の分極状態がP1〜P4と変化する過程で、強誘電体項Hfに基づく分極状態もR1〜R4と変動する。このため、記憶内容”H”を低速で読み出す場合には、強誘電体コンデンサC11の寿命の低下をきたす。
【0063】
しかしながら、低速で読み出す場合には、単位時間あたりの読出回数が少ないため、単位時間あたりの寿命の低下量が小さく、問題とならない。
【0064】
つぎに、記憶内容”L”を読み出す場合の動作を説明する。図7に、記憶内容”L”を読出す場合の各信号線等の状態を表わすタイミングチャートを示す。図6および図7に示すように、この実施形態の強誘電体メモリ10は、記憶内容”H”の読み出しか記憶内容”L”の読み出しかを区別することなく、全く同一の処理手順で読み出しを行なうよう構成されている。
【0065】
したがって、記憶内容”L”の読み出しの動作は、記憶内容”H”の読み出しの動作と同様に行なわれる。ただし、図1に示すように、記憶内容”L”の読み出しの場合は、読み出し時の分極状態が第2の分極状態P2である点で、記憶内容”H”の読み出しの場合と異なる。また、記憶内容”L”を読み出す場合は、高速読み出しであっても低速読み出しであっても、読み出し時の分極状態が常に第2の分極状態P2となるよう構成されている点で、上述の記憶内容”H”を読み出す場合と異なる。
【0066】
記憶内容”L”を読み出す場合においては、図1に示す読出用電圧Vpが印加された場合、強誘電体コンデンサC11は、分極状態P3を呈する。したがって、強誘電体コンデンサC11に生ずる分圧はV2を示す。なお、このとき、グランドを基準としたビットライン/BL1の電位は図7(a)に示す値となる。
【0067】
前述のように、基準電圧VrefはV2より高い値に設定されているため、センスアンプAMP1は、記憶内容は”L”であると判定し、ビットライン/BL1の電位を”L”にする(図7(b)参照)。
【0068】
ビットライン/BL1の電位を”L”にすることにより、ビットライン/BL1と”H”に維持されたプレートラインPL1との間には電位差が生ずることとなる。この電位差が、図1に示す第2の再書込電圧Vrw2(読出用電圧Vpに等しい)であり、強誘電体コンデンサC11の両端に印加される。強誘電体コンデンサC11は、第2の再書込電圧Vrw2を印加され、図1に示す分極状態P7となる。
【0069】
この後、プレートラインPL1を”L”にする(図7(c)参照)。ことにより、強誘電体コンデンサC11の両端にかかる電圧を強制的に0Vとする。これにより、強誘電体コンデンサC11の常誘電体項Hp(図4参照)に基づく電荷が全て強制的に放電され、図1における第2の分極状態P2に戻る。
【0070】
したがって、記憶内容”L”の読み出し時においては、一連の読み出し処理の過程において、強誘電体コンデンサC11の分極状態は、図1に示すように、P2〜P3〜P7〜P2と変化するのみである。
【0071】
このため、強誘電体コンデンサC11の残留分極は、第2の分極状態P2のまま変動することはない。したがって、この実施形態によれば、記憶内容”L”の読み出し時における、残留分極の変動にともなう強誘電体コンデンサC11の寿命の低下はない。
【0072】
また、図4に示すように、強誘電体コンデンサC11の分極状態がP2〜P3〜P7〜P2と変化する過程で、強誘電体項Hfに基づく分極状態の変動は、ほとんどない。したがって、この実施形態によれば、記憶内容”L”の読み出し時における、強誘電体項Hfに基づく分極状態の変動にともなう強誘電体コンデンサC11の寿命の低下も、ほとんどない。
【0073】
このように、この実施形態によれば、強誘電体コンデンサC11の寿命の低下が生ずるのは、記憶内容”H”を低速で読み出す場合のみである一方、上述のように、低速で読み出す場合には、単位時間あたりの寿命の低下量が少ないため、実用上問題となることはない。また、読出サイクルの長短、記憶内容のいかんを区別することなく、同一の処理手順により読み出しを行なうことができる。
【0074】
なお、上述の実施形態においては、負荷用コンデンサCbとしてビットラインの寄生容量を用いたが、負荷用コンデンサCbとして、別途コンデンサを設けることもできる。また、負荷用コンデンサCbとして常誘電体コンデンサを用いたが、負荷用コンデンサCbとして常誘電体コンデンサ以外のコンデンサを用いることもできる。
【0075】
また、第1の再書込電圧Vrw1により強誘電体コンデンサC11が満充電された分極状態における読み出しの際、強誘電体コンデンサC11の両端に発生する電圧がほぼ零になるよう、負荷用コンデンサCbの容量を定めたが、強誘電体コンデンサC11の両端に発生する電圧が第1の再書込電圧Vrw1と同一の極性になるよう、負荷用コンデンサCbの容量を定めることもできる。また、負荷用コンデンサCbの容量は従来通りのものを用い、読出用電圧Vp、第1の再書込電圧Vref、強誘電体コンデンサの履歴特性のうち1以上の要素を調整することもできる。さらに、負荷用コンデンサCbの容量とともに上記1以上の要素を調整することもできる。
【0076】
また、読出用電圧Vpと第2の再書込電圧Vrw2とを同一の値としたが、読出用電圧Vpと第2の再書込電圧Vrw2とは、必ずしも同一の値とする必要はない。
【0077】
また、第1の再書込電圧Vrw1により満充電された状態P6における強誘電体項Hfに基づく分極状態R6と、第1の分極状態P1における強誘電体項Hfに基づく分極状態R1とが、ほぼ等しくなるよう、強誘電体コンデンサC11の履歴特性を定めたが、強誘電体コンデンサC11の履歴特性は、必ずしもこのようなものである必要はない。
【0078】
また、強誘電体メモリ10の読出処理の手順は、図6および図7に示すタイミングチャートに限定されるものではない。さらに、この発明は図2に示す回路構成を有する強誘電体メモリ10に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態による強誘電体記憶装置である強誘電体メモリに用いられる強誘電体コンデンサの動作状態を説明するための図面である。
【図2】この発明の一実施形態による強誘電体メモリの回路構成の一部を示す図面である。
【図3】この発明の一実施形態による強誘電体メモリの回路構成のうち、メモリセル近傍を拡大した図面である。
【図4】この発明の一実施形態による強誘電体メモリに用いられる強誘電体コンデンサの履歴特性を示す図面である。
【図5】この発明の一実施形態による強誘電体メモリに用いられる強誘電体コンデンサの履歴特性を説明するための図面である。
【図6】この発明の一実施形態による強誘電体メモリにおける記憶内容”H”の読出手順を説明するためのタイミングチャートである。
【図7】この発明の一実施形態による強誘電体メモリにおける記憶内容”L”の読出手順を説明するためのタイミングチャートである。
【図8】従来の強誘電体メモリの回路構成の一部を示す図面である。
【図9】従来の強誘電体メモリに用いられる強誘電体コンデンサの動作状態を説明するための図面である。
【符号の説明】
C11・・・・・・・強誘電体コンデンサ
Cb・・・・・・・・負荷用コンデンサ
Vrw1・・・・・・・第1の再書込電圧
P6・・・・・・・・第1の再書込電圧に対応する分極状態
Vp・・・・・・・・読出用電圧
P1・・・・・・・・第1の分極状態
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ferroelectric memory device and a memory method using a ferroelectric capacitor, and more particularly to extending the life of a ferroelectric memory device.
[0002]
[Prior art]
As a nonvolatile semiconductor memory, a ferroelectric memory using a ferroelectric capacitor is known. FIG. 8 shows a part of the circuit configuration of a conventional ferroelectric memory. The conventional ferroelectric memory includes a ferroelectric capacitor 4 and a load capacitor 6. FIG. 9 shows the voltage related to the ferroelectric capacitor 4 (the potential of the bit line BL when the plate line PL shown in FIG. 8 is the reference potential) and the polarization state (in the figure, “charge” equivalent to the “polarization state”). The history curve showing the relationship with
[0003]
In FIG. 9, the state in which the remanent polarization Z1 is generated is the first polarization state P1 (corresponding to the memory content “H”), and the state in which the remanent polarization Z2 is occurring is the second polarization state P2 (memory content “L”). ”). By checking which polarization state the ferroelectric capacitor 4 is in, the stored contents of the ferroelectric capacitor 4 can be read out.
[0004]
In order to check which polarization state the ferroelectric capacitor 4 is in, the load capacitor 6 shown in FIG. 8 is discharged, the bit line BL is brought into a floating state, and then the read voltage Vp is applied to the plate line PL. At this time, the voltage Vf generated at both ends of the ferroelectric capacitor 4 is measured.
[0005]
According to the graphical solution shown in FIG. 9, when the capacitance of the load capacitor 6 is expressed by the slope of the straight line L1, if the ferroelectric capacitor 4 is in the first polarization state P1, the ferroelectric capacitor 4 The voltage Vf generated at both ends is V1, and in the second polarization state P2, the voltage Vf is V2. Therefore, if the reference voltage Vref is set as shown in FIG. 9, the ferroelectric capacitor 4 can determine which polarization is caused by comparing the voltage Vf generated at both ends of the dielectric capacitor 4 at the time of reading with the reference voltage Vref. You can check if it is in a state.
[0006]
In this case, as shown in FIG. 9, when the ferroelectric capacitor 4 is in the second polarization state P2, the polarization state P3 is temporarily shown at the time of reading, but when the applied voltage returns to zero, Since the state also returns to the second polarization state P2, the residual polarization does not fluctuate due to reading.
[0007]
However, when the ferroelectric capacitor 4 is in the first polarization state P1, the polarization state P4 is temporarily shown during reading, and when the applied voltage returns to zero, the polarization state P5 is shown. That is, the residual polarization varies due to reading. For this reason, after reading, the rewrite voltage Vrw is applied to the ferroelectric capacitor 4 to generate the polarization state P6. In this way, when the applied voltage returns to zero, the ferroelectric capacitor 4 again exhibits the first polarization state P1.
[0008]
As described above, when the ferroelectric capacitor 4 is in the first polarization state P1, by performing rewriting after reading, the residual polarization is further changed to forcibly return to the first polarization state. With this configuration, it is possible to prevent the stored contents from changing due to reading.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional ferroelectric memory as described above has the following problems. The lifetime of the ferroelectric capacitor 4 is determined in relation to the number of times of spontaneous polarization reversal (variation of remanent polarization), and the like when a certain kind of ferroelectric material is used. 12 About once. Therefore, even when the same memory cell whose stored content is “H” (corresponding to the first polarization state P1) is read each time, if the read cycle is long, that is, after rewriting, the ferroelectric capacitor In the case where the next reading is performed after reaching the first polarization state P1 by the natural discharge of No. 4, there is no problem because the usable years become sufficiently long.
[0010]
However, when the read cycle is short, that is, when the next read is performed in a state where the natural discharge of the ferroelectric capacitor 4 is hardly performed after rewriting, there is a problem in terms of the usable years. .
[0011]
That is, as shown in FIG. 9, since the margin between the reference voltage Vref and the voltages V1 and V2 needs to be large to prevent erroneous reading, the capacitance of the load capacitor 6 is relatively large (the slope of the straight line L1 is reduced). (Relatively large) is set. Therefore, after rewriting, even if the next reading is performed in a state where the natural discharge of the ferroelectric capacitor 4 is hardly performed (polarization state P6), the residual polarization varies as P1 to P8 to P1. To do. For this reason, as in the case where the read cycle is long, the number of times of reading the same memory cell whose stored content is “H” is related to the lifetime. Therefore, since the read cycle is short, the usable years are shortened.
[0012]
In order to solve such a problem, during normal writing / reading, the ferroelectric capacitor 4 is used in a state in which the remanent polarization is not changed (state 1). A method of using the ferroelectric capacitor 4 in a state involving a change in the state (state 2) has been proposed (A Ferroelectric DRAM Cell for High-Density NVRAM's (IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL.11, NO.10, OCTOBER 1990). )).
[0013]
By adopting this method, it is possible to solve the problem that the usable years are shortened. However, in this method, a processing algorithm is required for each of the state 1 and the state 2, so that the processing contents are complicated. In addition, a determination circuit for determining the state 1 or the state 2 is required. Furthermore, there is a possibility that the transition to the state 2 at the time of occurrence of an abnormal situation may not be performed promptly, and there is a problem in terms of protection of stored contents.
[0014]
The present invention solves the problems of ferroelectric memory devices such as a ferroelectric memory using such a conventional ferroelectric capacitor, has a simple structure, has a long life, and is reliable in protecting stored contents. It is an object of the present invention to provide a high ferroelectric memory device and a memory method using a ferroelectric capacitor.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
This invention This ferroelectric memory device exhibits the first storage content and the second polarization state that exhibit the first polarization state when the voltage is zero, based on the hysteresis characteristic that defines the relationship between the voltage and the polarization state. In a ferroelectric memory device comprising a ferroelectric capacitor that retains either one of the second stored contents or the stored contents, at least when the stored contents are read out, it is electrically connected in series with the ferroelectric capacitor. A read voltage for applying a read voltage having a polarity different from the voltage causing the first polarization state to the connected load capacitor, the ferroelectric capacitor electrically connected in series at the time of reading, and the load capacitor The memory content determining means for determining the memory content based on the partial pressure generated in the ferroelectric capacitor in a state where the reading voltage is applied, and the memory content determined by the memory content determining means Rewriting means for applying a rewriting voltage for recovering the polarization state corresponding to the ferroelectric capacitor to the ferroelectric capacitor, and stronger by the first rewriting voltage for recovering the first polarization state. When reading in a polarization state in which the dielectric capacitor is fully charged, the voltage for reading, the first voltage is set so that the voltage generated at both ends of the ferroelectric capacitor is almost zero or the same polarity as the first rewriting voltage. By defining the rewriting voltage, the hysteresis characteristics of the ferroelectric capacitor and the characteristics of the load capacitor, The ferroelectric capacitor is configured so that the polarization state of the ferroelectric capacitor is not lower than the second polarization state than the first polarization state in the case of high-speed reading in which the next reading is performed immediately after rewriting. It is characterized by this.
[0016]
This invention In the ferroelectric memory device, when reading is performed in a polarization state in which the ferroelectric capacitor is fully charged by the first rewriting voltage, the voltage generated at both ends of the ferroelectric capacitor is almost zero or the first rewriting voltage. The read voltage, the first rewrite voltage, the hysteresis characteristic of the ferroelectric capacitor, and the capacitance of the load capacitor are determined so as to have the same polarity as the write voltage. This invention When the hysteresis characteristic of the ferroelectric capacitor is expressed as a combination of a ferroelectric term having a hysteresis property and a paraelectric term having no hysteresis property, the first rewriting voltage is obtained. The hysteresis characteristics of the ferroelectric capacitor are determined so that the polarization state based on the ferroelectric term in the fully charged state is substantially equal to the polarization state based on the ferroelectric term in the first polarization state. It is characterized by.
[0017]
This invention In the ferroelectric memory device, when the storage content determined by the storage content determination means is the first storage content, the rewriting means causes the ferroelectric capacitor to be fully charged by the first rewriting voltage. After that, if the ferroelectric capacitor is set in a floating state and the stored content is the second stored content, the ferroelectric capacitor is set after the rewrite means sets the ferroelectric capacitor in the second polarization state. Is configured to be in a floating state.
[0018]
This invention This ferroelectric memory device uses a threshold voltage as a reference for determining the memory contents at the time of reading, the voltage generated at both ends of the ferroelectric capacitor at the time of reading in the first polarization state, and the reading in the second polarization state. It is characterized in that it is sometimes a value between the voltages generated at both ends of the ferroelectric capacitor.
[0019]
This invention In the storage method using the ferroelectric capacitor, the first storage content that exhibits the first polarization state when the voltage is zero and the second storage based on the hysteresis characteristic that defines the relationship between the voltage and the polarization state. In a storage method using a ferroelectric capacitor that retains one of the second stored contents exhibiting a polarization state, a load capacitor is connected in series with the ferroelectric capacitor at least when the stored contents are read. Is applied to the ferroelectric capacitor and the load capacitor electrically connected in series at the time of reading, and a reading voltage having a polarity different from the voltage causing the first polarization state is applied. In a state where a voltage is applied, the memory content is determined based on the partial pressure generated in the ferroelectric capacitor, and a rewrite voltage for recovering the polarization state corresponding to the determined memory content is increased. The ferroelectric capacitor is configured to be applied to the dielectric capacitor, and at the time of reading in the polarization state in which the ferroelectric capacitor is fully charged by the first rewriting voltage for recovering the first polarization state, The read voltage, the first rewrite voltage, the hysteresis characteristics of the ferroelectric capacitor, and the characteristics of the load capacitor are set so that the voltage generated at both ends is almost zero or the same polarity as the first rewrite voltage. By deciding The ferroelectric capacitor is configured so that the polarization state of the ferroelectric capacitor is not lower than the second polarization state than the first polarization state in the case of high-speed reading in which the next reading is performed immediately after rewriting. It is characterized by this.
[0020]
This invention In the storage method using the ferroelectric capacitor, the capacitance of the load capacitor indicates the polarization state corresponding to the first rewrite voltage on the hysteresis curve indicating the hysteresis characteristic of the ferroelectric capacitor. The capacitance parallel to the line corresponding to the slope of the straight line connecting the point where the parallel line of polarization state intersects the voltage parallel line indicating the voltage for reading and the point indicating the first polarization state on the hysteresis curve, or the static It is set to be smaller than the electric capacity.
[0021]
【The invention's effect】
This invention The ferroelectric memory device and the storage method using the ferroelectric capacitor are generated at both ends of the ferroelectric capacitor at the time of reading in the polarization state in which the ferroelectric capacitor is fully charged by the first rewriting voltage. The read voltage, the first rewrite voltage, the hysteresis characteristics of the ferroelectric capacitor, and the characteristics of the load capacitor are determined so that the voltage to be read is substantially zero or the same polarity as the first rewrite voltage. By The ferroelectric capacitor is configured so that the polarization state of the ferroelectric capacitor is not lower than the second polarization state than the first polarization state in the case of high-speed reading in which the next reading is performed immediately after rewriting. It is characterized by this.
[0022]
Therefore, in the case of high-speed reading in which the next reading is performed immediately after rewriting, the polarization state of the ferroelectric capacitor does not become the second polarization state rather than the first polarization state. For this reason, in the case of high-speed reading, there is no variation in remanent polarization, and there is no decrease in life due to remanent polarization variation (polarization reversal).
[0023]
In addition, the stored contents are retained as remanent polarization regardless of whether it is high-speed reading or low-speed reading. For this reason, it is not necessary to separately perform a process for recalling / saving the stored contents accompanying the power interruption. Further, there is no need to provide a circuit or the like for detecting power supply interruption. Furthermore, the stored contents are not lost even when the power is turned off due to an abnormal situation.
[0024]
That is, with a simple configuration, it is possible to realize a ferroelectric storage device and a storage method using a ferroelectric capacitor that have a long lifetime and high reliability with respect to protection of stored contents.
[0025]
This invention The ferroelectric storage device and the storage method using the ferroelectric capacitor are a ferroelectric memory in which the residual polarization does not fluctuate in the case of high-speed reading by a simple operation of determining the capacitance of the load capacitor. A device can be obtained. That is, it is possible to realize a ferroelectric memory device or the like that has a longer lifetime and higher reliability with respect to protection of stored contents.
[0026]
This invention In the ferroelectric memory device, the polarization state based on the ferroelectric term in the fully charged state by the first rewriting voltage and the polarization state based on the ferroelectric term in the first polarization state are approximately The hysteresis characteristic of the ferroelectric capacitor is determined so as to be equal.
[0027]
Therefore, there is almost no fluctuation in the polarization state based on the ferroelectric term between the polarization state fully charged by the first rewriting voltage and the first polarization state. For this reason, in the case of high-speed reading, there is almost no decrease in lifetime due to a change in polarization state based on the ferroelectric term. That is, it is possible to realize a ferroelectric memory device having a longer lifetime.
[0028]
This invention In the ferroelectric memory device, in the case where the memory content is the first memory content, after the rewrite means sets the ferroelectric capacitor to a fully charged state by the first rewrite voltage, the ferroelectric memory When the capacitor is in a floating state and the stored content is the second stored content, the rewrite means sets the ferroelectric capacitor to the floating state after setting the ferroelectric capacitor to the second polarization state. It is characterized by that.
[0029]
Therefore, regardless of the stored contents, the relationship between the operation of the rewriting means and the operation of bringing the ferroelectric capacitor into a floating state can be made constant. That is, it is possible to realize a ferroelectric memory device or the like that has a long lifetime and high reliability with respect to protection of stored contents by a simpler configuration.
[0030]
This invention This ferroelectric memory device uses a threshold voltage as a reference for determining the memory contents at the time of reading, the voltage generated at both ends of the ferroelectric capacitor at the time of reading in the first polarization state, and the reading in the second polarization state. It is sometimes characterized in that the value is between the voltages generated at both ends of the ferroelectric capacitor.
[0031]
Therefore, the same threshold voltage can be used even in the case of high-speed reading with a large margin by setting the threshold voltage in accordance with low-speed reading with a small margin when determining stored contents. For this reason, the same threshold voltage can be used regardless of whether the reading is performed at low speed or high speed. That is, it is possible to realize a ferroelectric memory device or the like that has a long lifetime and high reliability with respect to protection of stored contents by a simpler configuration.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 2 shows a part of a circuit diagram of a ferroelectric memory 10 using a ferroelectric capacitor which is a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention. The ferroelectric memory 10 has a configuration in which a plurality of memory cells M11, M21... Mmn are arranged in a matrix. In FIG. 2, the arrangement of memory cells M11... M1n (vertical arrangement) is called a row, and the arrangement of memory cells M11... Mm1 (horizontal arrangement) is called a column.
[0033]
The ferroelectric memory 10 further includes a reference cell driving circuit 12, a sense amplifier unit 14 having sense amplifiers AMP1 ..., and a reference cell preset circuit unit 16. The reference cell driving circuit 12 corresponds to a read voltage applying unit. The sense amplifier unit 14 and the reference preset circuit unit 16 correspond to the stored content determination unit. Further, the reference cell driving circuit 12 and the sense amplifier unit 14 correspond to a rewriting unit.
[0034]
In this embodiment, the reference cell driving circuit 12 is used as both the read voltage applying unit and the rewriting unit, and the sense amplifier unit 14 is used as the stored content determining unit and the rewriting unit. ing. With this configuration, the circuit can be simplified.
[0035]
FIG. 3 shows an enlarged circuit diagram in the vicinity of the memory cell M11. The memory cell M11 includes a ferroelectric capacitor C11 and a selection transistor TR11. One end of the ferroelectric capacitor C11 is electrically connected in series with the load capacitor Cb via the selection transistor TR11 and the bit line / BL1. In this embodiment, the load capacitor Cb is a paraelectric capacitor provided as a parasitic capacitance between the bit line / BL1 and the ground. The other end of the ferroelectric capacitor C11 is connected to the reference cell driving circuit 12 (see FIG. 2) via the plate line PL1.
[0036]
The gate of the selection transistor TR11 is connected to the word line WL1. One end of the sense amplifier AMP1 is connected to the bit line / BL1, and the other end of the sense amplifier AMP1 is connected to the reference cell preset circuit unit 16 (see FIG. 2) via the bit line BL1.
[0037]
FIG. 1 shows the voltage related to the ferroelectric capacitor C11 (the potential of the bit line / BL1 when the plate line PL1 shown in FIG. 3 is used as a reference potential) and the polarization state (in the figure, “charge equivalent to the“ polarization state ”). A history curve showing a relationship with “ In FIG. 1, the state in which the remanent polarization Z1 is generated is defined as a first polarization state P1 (corresponding to the memory content “H” which is the first memory content), and the state in which the remanent polarization Z2 is generated is the second polarization. The state is P2 (corresponding to the storage content “L” which is the second storage content).
[0038]
The capacitance of the load capacitor Cb shown in FIG. 3 is determined as follows based on FIG. That is, on the hysteresis curve, a point Q1 where a polarization state parallel line passing a point indicating a polarization state P6 corresponding to a first rewrite voltage Vrw1 described later intersects a voltage parallel line indicating a read voltage Vp described later, and the history curve. The capacitance corresponding to the slope of the straight line connecting the point indicating the first polarization state P1 is defined as the capacitance of the load capacitor Cb.
[0039]
By using the load capacitor Cb having such an electrostatic capacity, as will be described later, when the stored content “H” is read out at a high speed, there is almost no change in the remanent polarization, and a reduction in the life can be prevented.
[0040]
FIG. 4 shows the hysteresis characteristic H of the ferroelectric capacitor C11 shown in FIG. It is considered that the hysteresis characteristic H of the ferroelectric capacitor C11 can be expressed as a combination of a ferroelectric term Hf having a hysteresis property and a paraelectric term Hp having no hysteresis property. The polarization state R6 based on the ferroelectric term Hf in the state P6 fully charged by the first rewriting voltage Vrw1 is almost equal to the polarization state R1 based on the ferroelectric term Hf in the first polarization state P1. Thus, the hysteresis characteristic of the ferroelectric capacitor C11 is determined. That is, the ferroelectric capacitor C11 having high power receiving sensitivity (steep rise of the ferroelectric term Hf) is used.
[0041]
Using the ferroelectric capacitor C11 having such a hysteresis characteristic, when the stored content “H” is read at a high speed as will be described later, there is almost no change in the polarization state based on the ferroelectric term Hf, and the lifetime is reduced. Can be prevented.
[0042]
If a ferroelectric capacitor with low power reception sensitivity as shown in FIG. 5 is used, the polarization state R6 based on the ferroelectric term Hf in the state P6 fully charged with the first rewrite voltage Vrw1, and the first Is significantly different from the polarization state R1 based on the ferroelectric term Hf in the polarization state P1 (indicated by “d” in the figure). Therefore, when a ferroelectric capacitor having such a hysteresis characteristic is used, when the stored content “H” is read out at a high speed, the polarization state varies greatly based on the ferroelectric term Hf, leading to a reduction in life. .
[0043]
Accordingly, the polarization state R1 based on the ferroelectric term Hf in the first polarization state P1 is at least 80 of the polarization state R6 based on the ferroelectric term Hf in the state P6 fully charged by the first rewrite voltage Vrw1. It is preferable that it is about% or more.
[0044]
Next, the operation when reading the stored contents of the ferroelectric memory 10 will be described. For example, when reading the stored contents of the memory cell M11, the corresponding address is input to the address buffer 18 shown in FIG. As a result, the memory cell M11 is selected via the row decoder 20 for selecting a row and the column decoder 22 for selecting a column.
[0045]
FIG. 6 is a timing chart showing the state of each signal line and the like when reading the stored content “H”. With reference to FIGS. 6 and 2, the operation in the case of reading the stored content “H” will be described based on FIGS. First, a description will be given of a case where reading is performed in a polarization state P6 in which the ferroelectric capacitor C11 is fully charged by a first rewriting voltage Vrw1 described later (high-speed reading).
[0046]
First, by setting the bit line / BL1 shown in FIG. 3 to “L”, the load capacitor Cb is discharged (see FIG. 6A), and then the bit line BL1 is brought into a floating state (FIG. 6B). )reference).
[0047]
Next, the word line WL1 is set to “H” to turn on the selection transistor TR11 (see FIG. 6C), and then the plate line according to the output from the reference cell driving circuit 12 (see FIG. 2). PL1 is set to “H” (see FIG. 6D).
[0048]
By setting the plate line PL1 to “H”, the read voltage Vp is applied to both ends of the ferroelectric capacitor C11 and the load capacitor Cb electrically connected in series. As a result, as shown in FIG. 1, a divided voltage V3 based on the read voltage Vp is generated at both ends of the ferroelectric capacitor C11. According to the graphical solution, the divided voltage V3 is given as the voltage of the ferroelectric capacitor C11 in the first polarization state P1. That is,
V3 = 0
It becomes. Therefore, the potential of the bit line / BL1 with reference to the ground has the value shown in FIG.
[0049]
Next, the sense amplifier AMP1 is operated (see FIG. 6F). The sense amplifier AMP1 is supplied from the reference cell preset circuit unit 16 (see FIG. 2) via the bit line BL1, and the reference voltage Vref (threshold voltage) shown in FIG. 1 and the divided voltage V3 of the ferroelectric capacitor C11 are shown. (Actually, the potential of the reference voltage Vref is compared with the potential of the divided voltage V3 when the read voltage Vp shown in FIG. 1 is used as a reference), and if the divided voltage V3 is higher, the memory is stored. The content is determined to be “H”, and the potential of the bit line / BL1 is set to “H” (see FIG. 6G). At this time, the polarization state of the ferroelectric capacitor C11 remains the first polarization state P1 shown in FIG. Note that the value of the reference voltage Vref is set to be an intermediate value between a divided voltage V1 and a divided voltage V2, which will be described later.
[0050]
Next, the plate line PL1 is set to “L” in accordance with the output from the reference cell driving circuit 12 (see FIG. 2) (see FIG. 6H).
[0051]
By setting the plate line PL1 to “L”, a potential difference is generated between the plate line PL1 and the bit line / BL1 maintained at “H”. This potential difference is the first rewrite voltage Vrw1 shown in FIG. 1, and is applied to both ends of the ferroelectric capacitor C11. The ferroelectric capacitor C11 is applied with the first rewriting voltage Vrw1, and enters the polarization state P6 shown in FIG. This state is a fully charged state.
[0052]
Next, in a state where the ferroelectric capacitor C11 is fully charged by the first rewriting voltage Vrw1, the word line WL1 is dropped to “L” (see FIG. 6 (i)), thereby turning off the selection transistor TR11. And the ferroelectric capacitor C11 is in a floating state.
[0053]
Next, by raising the output line B1 (see FIG. 2) of the column decoder 22 (see FIG. 6 (j)), the potential “H” (see FIG. 6 (k)) of the bit line / BL1 is set to the output buffer. 24 (see FIG. 6 (l)). Thereafter, the sense amplifier AMP1 is turned off (see FIG. 6 (m)), so that the bit line / BL1 is brought into a floating state again (see FIG. 6 (n)). Finally, the output line B1 of the column decoder 22 is returned to "L", and the reading process is terminated.
[0054]
Thus, in the case of high-speed reading, that is, in the case of short-cycle reading in which the next reading is performed before the ferroelectric capacitor C11 is fully charged with the first rewriting voltage Vrw1 and then discharged. As described above, the polarization state of the ferroelectric capacitor C11 only changes from P6 to P1 to P6 as shown in FIG.
[0055]
For this reason, the remanent polarization of the ferroelectric capacitor C11 remains unchanged in the first polarization state P1. Therefore, according to this embodiment, there is no decrease in the lifetime of the ferroelectric capacitor C11 due to a change in remanent polarization during high-speed reading.
[0056]
Further, as shown in FIG. 4, there is almost no change in the polarization state based on the ferroelectric term Hf in the process in which the polarization state of the ferroelectric capacitor C11 changes from P6 to P1 to P6. Therefore, according to this embodiment, there is almost no decrease in the lifetime of the ferroelectric capacitor C11 due to the fluctuation of the polarization state based on the ferroelectric term Hf during high-speed reading.
[0057]
Next, when reading is performed in a long cycle, that is, when the paraelectric term Hp (see FIG. 4) of the ferroelectric capacitor C11 is completely discharged, that is, in the first polarization state P1 in FIG. The operation in the case of low speed reading will be described.
[0058]
The ferroelectric memory 10 of this embodiment performs reading in exactly the same processing procedure without distinguishing between high-speed reading and low-speed reading. Therefore, the low-speed read operation is performed in the same manner as the high-speed read operation. However, as shown in FIG. 1, the low-speed readout is different from the high-speed readout in which the polarization state at the time of readout is the first polarization state P1, and the polarization state at the time of readout is P6.
[0059]
Therefore, in the case of low-speed reading, when the reading voltage Vp shown in FIG. 1 is applied, the ferroelectric capacitor C11 exhibits the polarization state P4. Therefore, the partial pressure generated in the ferroelectric capacitor C11 indicates V1. At this time, the potential of the bit line / BL1 with reference to the ground has a value shown in FIG.
[0060]
However, as described above, since the reference voltage Vref is set to a value lower than V1, the sense amplifier AMP1 determines that the stored content is “H” as in the case of high-speed reading, and the bit line / BL1 The potential is set to “H” (see FIG. 6G). At this time, the ferroelectric capacitor C11 exhibits a polarization state P5 as shown in FIG.
[0061]
Thereafter, rewriting is performed by applying a first rewriting voltage Vrw1 to both ends of the ferroelectric capacitor C11 (see FIG. 6H). By rewriting, the ferroelectric capacitor C11 exhibits the polarization state P6. After the reading process is completed, with the passage of time, all charges based on the paraelectric term Hp (see FIG. 4) of the ferroelectric capacitor C11 are discharged, and the state returns to the first polarization state P1 in FIG.
[0062]
Accordingly, at the time of low-speed reading, the residual polarization fluctuates as P1 to P5 to P1, and as shown in FIG. 4, the ferroelectric term Hf changes in the process of changing the polarization state of the ferroelectric capacitor C11 to P1 to P4. The polarization state based on the above also varies from R1 to R4. For this reason, when the stored content “H” is read out at a low speed, the lifetime of the ferroelectric capacitor C11 is reduced.
[0063]
However, when reading at low speed, since the number of readings per unit time is small, the amount of decrease in the life per unit time is small, and there is no problem.
[0064]
Next, the operation for reading the stored content “L” will be described. FIG. 7 is a timing chart showing the state of each signal line and the like when reading the stored content “L”. As shown in FIGS. 6 and 7, the ferroelectric memory 10 of this embodiment reads out the stored contents “H” or the stored contents “L” in exactly the same processing procedure without distinguishing whether the stored contents “H” are read. Is configured to perform.
[0065]
Therefore, the read operation of the stored content “L” is performed in the same manner as the read operation of the stored content “H”. However, as shown in FIG. 1, the case of reading the memory content “L” is different from the case of reading the memory content “H” in that the polarization state at the time of reading is the second polarization state P2. In addition, when the stored content “L” is read, the polarization state at the time of reading is always the second polarization state P2, regardless of whether the reading is performed at high speed or low speed. This is different from the case of reading the stored content “H”.
[0066]
In the case of reading the stored content “L”, the ferroelectric capacitor C11 exhibits the polarization state P3 when the read voltage Vp shown in FIG. 1 is applied. Therefore, the partial pressure generated in the ferroelectric capacitor C11 indicates V2. At this time, the potential of the bit line / BL1 with reference to the ground has the value shown in FIG.
[0067]
As described above, since the reference voltage Vref is set to a value higher than V2, the sense amplifier AMP1 determines that the stored content is “L” and sets the potential of the bit line / BL1 to “L” ( (Refer FIG.7 (b)).
[0068]
By setting the potential of the bit line / BL1 to “L”, a potential difference is generated between the bit line / BL1 and the plate line PL1 maintained at “H”. This potential difference is the second rewrite voltage Vrw2 (equal to the read voltage Vp) shown in FIG. 1, and is applied across the ferroelectric capacitor C11. The ferroelectric capacitor C11 is applied with the second rewriting voltage Vrw2, and enters the polarization state P7 shown in FIG.
[0069]
Thereafter, the plate line PL1 is set to “L” (see FIG. 7C). As a result, the voltage applied to both ends of the ferroelectric capacitor C11 is forcibly set to 0V. As a result, all charges based on the paraelectric term Hp (see FIG. 4) of the ferroelectric capacitor C11 are forcibly discharged, and the state returns to the second polarization state P2 in FIG.
[0070]
Therefore, at the time of reading the stored content “L”, the polarization state of the ferroelectric capacitor C11 only changes from P2 to P3 to P7 to P2 as shown in FIG. is there.
[0071]
For this reason, the remanent polarization of the ferroelectric capacitor C11 remains unchanged in the second polarization state P2. Therefore, according to this embodiment, there is no decrease in the lifetime of the ferroelectric capacitor C11 due to the fluctuation of the remanent polarization when the stored content “L” is read.
[0072]
Further, as shown in FIG. 4, in the process in which the polarization state of the ferroelectric capacitor C11 changes from P2 to P3 to P7 to P2, there is almost no fluctuation of the polarization state based on the ferroelectric term Hf. Therefore, according to this embodiment, there is almost no decrease in the lifetime of the ferroelectric capacitor C11 due to the change of the polarization state based on the ferroelectric term Hf when the stored content “L” is read.
[0073]
As described above, according to this embodiment, the lifetime of the ferroelectric capacitor C11 is reduced only when the stored content “H” is read out at a low speed. Since there is little decrease in the lifetime per unit time, there is no practical problem. Further, reading can be performed by the same processing procedure without distinguishing the length of the read cycle and the stored contents.
[0074]
In the above-described embodiment, the parasitic capacitance of the bit line is used as the load capacitor Cb. However, a separate capacitor may be provided as the load capacitor Cb. Further, although the paraelectric capacitor is used as the load capacitor Cb, a capacitor other than the paraelectric capacitor can be used as the load capacitor Cb.
[0075]
Further, when reading in the polarization state in which the ferroelectric capacitor C11 is fully charged by the first rewriting voltage Vrw1, the load capacitor Cb is set so that the voltage generated at both ends of the ferroelectric capacitor C11 becomes almost zero. However, it is also possible to determine the capacitance of the load capacitor Cb so that the voltage generated at both ends of the ferroelectric capacitor C11 has the same polarity as the first rewrite voltage Vrw1. The capacitance of the load capacitor Cb is the same as that of the conventional one, and one or more elements can be adjusted among the read voltage Vp, the first rewrite voltage Vref, and the hysteresis characteristics of the ferroelectric capacitor. Further, the one or more elements can be adjusted together with the capacitance of the load capacitor Cb.
[0076]
Further, although the read voltage Vp and the second rewrite voltage Vrw2 have the same value, the read voltage Vp and the second rewrite voltage Vrw2 do not necessarily have the same value.
[0077]
Further, a polarization state R6 based on the ferroelectric term Hf in the state P6 fully charged with the first rewriting voltage Vrw1 and a polarization state R1 based on the ferroelectric term Hf in the first polarization state P1 are: Although the hysteresis characteristic of the ferroelectric capacitor C11 is determined so as to be substantially equal, the hysteresis characteristic of the ferroelectric capacitor C11 does not necessarily have to be such.
[0078]
Further, the procedure of reading processing of the ferroelectric memory 10 is not limited to the timing charts shown in FIGS. Further, the present invention is not limited to the ferroelectric memory 10 having the circuit configuration shown in FIG.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a drawing for explaining an operating state of a ferroelectric capacitor used in a ferroelectric memory that is a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a diagram showing a part of a circuit configuration of a ferroelectric memory according to an embodiment of the present invention;
FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of a memory cell in a circuit configuration of a ferroelectric memory according to an embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a drawing showing hysteresis characteristics of a ferroelectric capacitor used in a ferroelectric memory according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining hysteresis characteristics of a ferroelectric capacitor used in a ferroelectric memory according to an embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a timing chart for explaining a reading procedure of stored content “H” in the ferroelectric memory according to the embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a timing chart for explaining a reading procedure of stored content “L” in the ferroelectric memory according to the embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a diagram showing a part of a circuit configuration of a conventional ferroelectric memory.
FIG. 9 is a drawing for explaining an operating state of a ferroelectric capacitor used in a conventional ferroelectric memory.
[Explanation of symbols]
C11 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Ferroelectric capacitor
Cb: Load capacitor
Vrw1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ First rewrite voltage
P6... Polarization state corresponding to the first rewriting voltage
Vp ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Reading voltage
P1 ... The first polarization state

Claims (7)

電圧と分極状態との関係を規定する履歴特性に基づいて、電圧を零としたとき第1の分極状態を呈する第1の記憶内容と第2の分極状態を呈する第2の記憶内容とのうちいずれか一方の記憶内容を保持する強誘電体コンデンサ、
を備えた強誘電体記憶装置において、
少なくとも記憶内容の読出時に、強誘電体コンデンサに対し直列に電気的に接続される負荷用コンデンサ、
読出時に直列に電気的に接続された強誘電体コンデンサおよび負荷用コンデンサに対し、第1の分極状態を生じさせる電圧と異なる極性の読出用電圧を印加する読出用電圧印加手段、
読出用電圧が印加された状態において、強誘電体コンデンサに発生する分圧に基づいて記憶内容を判定する記憶内容判定手段、
記憶内容判定手段の判定した記憶内容に対応する分極状態を回復するための再書込電圧を強誘電体コンデンサに印加する再書込手段、
を備えるとともに、
第1の分極状態を回復するための第1の再書込電圧により強誘電体コンデンサが満充電された分極状態における読み出しの際、強誘電体コンデンサの両端に発生する電圧がほぼ零または第1の再書込電圧と同一の極性になるよう、読出用電圧、第1の再書込電圧、強誘電体コンデンサの履歴特性および負荷用コンデンサの特性を定めたことにより、再書込の直後に次の読み出しが行なわれる高速読み出しの場合に、強誘電体コンデンサの分極状態が第1の分極状態よりも第2の分極状態よりになることがないよう構成したこと、
を特徴とする強誘電体記憶装置。
Based on the history characteristic that defines the relationship between the voltage and the polarization state, the first storage content that exhibits the first polarization state and the second storage content that exhibits the second polarization state when the voltage is zero A ferroelectric capacitor that retains the stored content of either one,
In a ferroelectric memory device comprising:
A load capacitor that is electrically connected in series to the ferroelectric capacitor at least when reading the stored content;
Read voltage applying means for applying a read voltage having a polarity different from the voltage causing the first polarization state to the ferroelectric capacitor and the load capacitor electrically connected in series at the time of reading;
Stored content determination means for determining the stored content based on the partial pressure generated in the ferroelectric capacitor in a state where the read voltage is applied;
Rewriting means for applying to the ferroelectric capacitor a rewriting voltage for recovering the polarization state corresponding to the stored content determined by the stored content determining means;
With
When reading in the polarization state in which the ferroelectric capacitor is fully charged by the first rewriting voltage for recovering the first polarization state, the voltage generated at both ends of the ferroelectric capacitor is substantially zero or the first Immediately after rewriting, the reading voltage, the first rewriting voltage, the hysteresis characteristics of the ferroelectric capacitor and the characteristics of the load capacitor are determined so as to have the same polarity as the rewriting voltage of In the case of high-speed reading in which the next reading is performed, the ferroelectric capacitor is configured such that the polarization state of the ferroelectric capacitor is not lower than the second polarization state than the first polarization state ;
A ferroelectric memory device.
請求項1の強誘電体記憶装置において、
第1の再書込電圧により強誘電体コンデンサが満充電された分極状態における読み出しの際、強誘電体コンデンサの両端に発生する電圧がほぼ零または第1の再書込電圧と同一の極性になるよう、読出用電圧、第1の再書込電圧、強誘電体コンデンサの履歴特性および負荷用コンデンサの静電容量を定めたこと、
を特徴とする強誘電体記憶装置。
2. The ferroelectric memory device according to claim 1, wherein
At the time of reading in a polarization state in which the ferroelectric capacitor is fully charged by the first rewriting voltage, the voltage generated at both ends of the ferroelectric capacitor is substantially zero or the same polarity as the first rewriting voltage. The reading voltage, the first rewriting voltage, the hysteresis characteristics of the ferroelectric capacitor and the capacitance of the load capacitor are determined so that
A ferroelectric memory device.
請求項1または2の強誘電体記憶装置において、
強誘電体コンデンサの履歴特性を、履歴特性を有する強誘電体項と履歴特性を有しない常誘電体項との合成として表わした場合、第1の再書込電圧により満充電された状態における強誘電体項に基づく分極状態と、第1の分極状態における強誘電体項に基づく分極状態とが、ほぼ等しくなるよう、強誘電体コンデンサの履歴特性を定めたこと、
を特徴とする強誘電体記憶装置。
The ferroelectric memory device according to claim 1 or 2,
When the hysteresis characteristic of the ferroelectric capacitor is expressed as a combination of a ferroelectric term having a hysteresis property and a paraelectric term having no hysteresis property, the ferroelectric capacitor in a fully charged state by the first rewrite voltage is used. Determining the hysteresis characteristics of the ferroelectric capacitor so that the polarization state based on the dielectric term and the polarization state based on the ferroelectric term in the first polarization state are substantially equal;
A ferroelectric memory device.
請求項1、2または3の強誘電体記憶装置において、
記憶内容判定手段が判定した記憶内容が第1の記憶内容である場合には、再書込手段が強誘電体コンデンサを第1の再書込電圧により満充電状態とした後に、強誘電体コンデンサをフローティング状態とし、
記憶内容が第2の記憶内容である場合には、再書込手段が強誘電体コンデンサを第2の分極状態とした後に、強誘電体コンデンサをフローティング状態とするよう構成したこと、
を特徴とする強誘電体記憶装置。
The ferroelectric memory device according to claim 1, 2, or 3,
If the storage content determined by the storage content determination means is the first storage content, the ferroelectric capacitor is set after the rewriting means sets the ferroelectric capacitor to a fully charged state by the first rewriting voltage. In a floating state
In the case where the stored content is the second stored content, the rewrite means is configured to place the ferroelectric capacitor in a floating state after the ferroelectric capacitor is set to the second polarization state,
A ferroelectric memory device.
請求項1、2、3または4の強誘電体記憶装置において、
読出時に記憶内容を判定する基準となるしきい値電圧を、第1の分極状態における読出時に強誘電体コンデンサの両端に発生する電圧と第2の分極状態における読出時に強誘電体コンデンサの両端に発生する電圧との間の値としたこと、
を特徴とする強誘電体記憶装置。
The ferroelectric memory device according to claim 1, 2, 3, or 4,
The threshold voltage used as a reference for determining the memory contents at the time of reading is the voltage generated across the ferroelectric capacitor at the time of reading in the first polarization state and the voltage across the ferroelectric capacitor at the time of reading in the second polarization state. A value between the generated voltage and
A ferroelectric memory device.
電圧と分極状態との関係を規定する履歴特性に基づいて、電圧を零としたとき第1の分極状態を呈する第1の記憶内容と第2の分極状態を呈する第2の記憶内容とのうちいずれか一方の記憶内容を保持する強誘電体コンデンサを用いた記憶方法において、
少なくとも記憶内容の読出時に、強誘電体コンデンサに対し負荷用コンデンサを直列に電気的に接続し、
読出時に直列に電気的に接続された強誘電体コンデンサおよび負荷用コンデンサに対し、第1の分極状態を生じさせる電圧と異なる極性の読出用電圧を印加し、 読出用電圧が印加された状態において、強誘電体コンデンサに発生する分圧に基づいて記憶内容を判定し、
判定した記憶内容に対応する分極状態を回復するための再書込電圧を強誘電体コンデンサに印加するよう構成するとともに、
第1の分極状態を回復するための第1の再書込電圧により強誘電体コンデンサが満充電された分極状態における読み出しの際、強誘電体コンデンサの両端に発生する電圧がほぼ零または第1の再書込電圧と同一の極性になるよう、読出用電圧、第1の再書込電圧、強誘電体コンデンサの履歴特性および負荷用コンデンサの特性を定めたことにより、再書込の直後に次の読み出しが行なわれる高速読み出しの場合に、強誘電体コンデンサの分極状態が第1の分極状態よりも第2の分極状態よりになることがないよう構成したこと、
を特徴とする強誘電体コンデンサを用いた記憶方法。
Based on the history characteristic that defines the relationship between the voltage and the polarization state, the first storage content that exhibits the first polarization state and the second storage content that exhibits the second polarization state when the voltage is zero In a storage method using a ferroelectric capacitor that holds either one of the stored contents,
At least when reading the stored contents, electrically connect a load capacitor to the ferroelectric capacitor in series,
A read voltage having a polarity different from the voltage causing the first polarization state is applied to the ferroelectric capacitor and the load capacitor electrically connected in series at the time of reading, and in the state where the read voltage is applied The memory content is determined based on the partial pressure generated in the ferroelectric capacitor,
The rewriting voltage for recovering the polarization state corresponding to the determined stored content is applied to the ferroelectric capacitor, and
When reading in the polarization state in which the ferroelectric capacitor is fully charged by the first rewriting voltage for recovering the first polarization state, the voltage generated at both ends of the ferroelectric capacitor is substantially zero or the first Immediately after rewriting, the reading voltage, the first rewriting voltage, the hysteresis characteristics of the ferroelectric capacitor and the characteristics of the load capacitor are determined so as to have the same polarity as the rewriting voltage of In the case of high-speed reading in which the next reading is performed, the ferroelectric capacitor is configured such that the polarization state of the ferroelectric capacitor is not lower than the second polarization state than the first polarization state ;
And a storage method using a ferroelectric capacitor.
請求項6の強誘電体コンデンサを用いた記憶方法において、
負荷用コンデンサの静電容量を、強誘電体コンデンサの履歴特性を示す履歴曲線上で第1の再書込電圧に対応する分極状態を示す点を通る分極状態平行線が読出用電圧を示す電圧平行線と交わる点と該履歴曲線上で第1の分極状態を示す点とを結ぶ直線の傾きに対応する静電容量とほぼ同等かまたは該静電容量より小さくなるよう設定したこと、
を特徴とする強誘電体コンデンサを用いた記憶方法。
In the memory | storage method using the ferroelectric capacitor of Claim 6,
The voltage at which the parallel line of the polarization state passing through the point indicating the polarization state corresponding to the first rewrite voltage on the hysteresis curve indicating the hysteresis characteristic of the ferroelectric capacitor indicates the capacitance of the load capacitor. The capacitance is set to be substantially equal to or smaller than the capacitance corresponding to the slope of the straight line connecting the point intersecting the parallel line and the point indicating the first polarization state on the hysteresis curve;
And a storage method using a ferroelectric capacitor.
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