JP4659571B2 - Ferroelectric memory - Google Patents
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Description
この発明は、強誘電体キャパシタの分極の極性によって二値データを記憶する強誘電体メモリに関し、特に、1T/1C(1トランジスタ/1キャパシタ)型の強誘電体メモリに関する。 The present invention relates to a ferroelectric memory that stores binary data according to the polarity of polarization of a ferroelectric capacitor, and more particularly to a 1T / 1C (1 transistor / 1 capacitor) type ferroelectric memory.
強誘電体メモリは、データ用メモリセルに設けられた強誘電体キャパシタを正または負に飽和分極させることによって、二値データを記憶する。かかる強誘電体メモリとしては、1T/1C型のものと、2T/2C型のものとが知られている。 A ferroelectric memory stores binary data by saturation polarization of a ferroelectric capacitor provided in a data memory cell, positively or negatively. As such a ferroelectric memory, a 1T / 1C type and a 2T / 2C type are known.
1T/1C型強誘電体メモリでは、1個のデータ用メモリセルに、1個のトランジスタと1個の強誘電体キャパシタとが設けられる。さらに、この型の強誘電体メモリでは、1本のビット線毎に1個の1T/1C型参照用メモリセルが設けられる。そして、データ用メモリセルから読み出した電位(読み出し電位)と参照用メモリセルから読み出した電位(参照電位)とを比較することにより、かかるデータ用メモリセルの記憶値が判定される。 In the 1T / 1C type ferroelectric memory, one data memory cell is provided with one transistor and one ferroelectric capacitor. Further, in this type of ferroelectric memory, one 1T / 1C type reference memory cell is provided for each bit line. Then, the stored value of the data memory cell is determined by comparing the potential read from the data memory cell (read potential) with the potential read from the reference memory cell (reference potential).
一方、2T/2C型強誘電体メモリでは、1個のデータ用メモリセルに、2個のトランジスタと2個の強誘電体キャパシタとが設けられる。この型の強誘電体メモリでは、強誘電体キャパシタ対に、相補データが書き込まれる。そして、かかる強誘電体キャパシタ対から読み出した電位を比較することにより、記憶値が判定される。 On the other hand, in the 2T / 2C type ferroelectric memory, two transistors and two ferroelectric capacitors are provided in one data memory cell. In this type of ferroelectric memory, complementary data is written into a ferroelectric capacitor pair. The stored value is determined by comparing the potentials read from the ferroelectric capacitor pair.
1T/1C型強誘電体メモリは、回路規模が小さく、高集積化が容易であるという利点を有している。その反面、1T/1C型強誘電体メモリには、参照用メモリセル内の強誘電体キャパシタが劣化し易いという欠点がある。これは、参照用メモリセルに対するアクセス頻度が、データ用メモリセルに対するアクセス頻度と比較して非常に多くなるためである。例えば、1本のビット線に256個のデータ用メモリセルが接続されている場合、これらのデータ用メモリセルの記憶データを1回ずつ読み出そうとすると、参照用メモリセルへのアクセスは256回になる。この劣化は、参照用メモリセルから読み出される参照電位の低下を招き、読み出しデータの信頼性や素子寿命を低下させる原因になる。 The 1T / 1C type ferroelectric memory has an advantage that the circuit scale is small and high integration is easy. On the other hand, the 1T / 1C type ferroelectric memory has a drawback that the ferroelectric capacitor in the reference memory cell is easily deteriorated. This is because the access frequency to the reference memory cell is much higher than the access frequency to the data memory cell. For example, when 256 data memory cells are connected to one bit line, if the stored data of these data memory cells is read one by one, access to the reference memory cell is 256. Times. This deterioration causes a decrease in the reference potential read from the reference memory cell, which causes a decrease in read data reliability and element lifetime.
強誘電体キャパシタの劣化を抑制するための技術としては、例えば下記特許文献1〜4で開示されたものが知られている。
As a technique for suppressing the deterioration of the ferroelectric capacitor, for example, those disclosed in the following
特許文献1の技術では、2個の強誘電体キャパシタの分極状態を交互に切り換えることによって、強誘電体キャパシタの劣化を抑制している(特許文献1の段落0011、0059等参照)。
In the technique of
特許文献2の技術では、強誘電体キャパシタと並列に常誘電キャパシタを設けることにより、強誘電体キャパシタの劣化を抑制している(特許文献2の段落0040、図1等参照)。 In the technique of Patent Document 2, deterioration of the ferroelectric capacitor is suppressed by providing a paraelectric capacitor in parallel with the ferroelectric capacitor (see Paragraph 0040 of FIG. 1, FIG. 1, etc.).
特許文献3の技術では、小ブロック毎に参照用メモリセルを設けることによって、該参照用メモリセルに対するアクセス頻度を減らし、これにより、参照用メモリセル内に設けられた強誘電体キャパシタの劣化を抑制している(特許文献3の段落0022〜0024参照)。 In the technique of Patent Document 3, by providing a reference memory cell for each small block, the access frequency to the reference memory cell is reduced, thereby reducing the deterioration of the ferroelectric capacitor provided in the reference memory cell. (Refer to paragraphs 0022 to 0024 of Patent Document 3).
特許文献4の技術では、読み出しサイクル毎に参照用メモリセルを切り替えることにより、該参照用メモリセルに対するアクセス頻度を減らし、これにより、参照用メモリセル内に設けられた強誘電体キャパシタの劣化を抑制している(特許文献4の段落0061参照)。
しかしながら、上述の特許文献1〜4の技術では、強誘電体キャパシタの劣化を多少は抑制できるものの、データ用メモリセルと同等の寿命を得ることはできない。このため、これらの技術では、読み出しデータの信頼性を十分に高めることはできなかった。
However, although the techniques of
また、特許文献3、4の技術では、参照用メモリセルの個数を多くすることにより、該参照用メモリセルに設けられた強誘電体キャパシタの劣化をさらに低減することができる。しかしながら、参照用メモリセルの個数を多くするほど、回路規模が大きくなるので、高集積化が可能であるという1T/1C型強誘電体メモリの利点が損なわれる。 In the techniques of Patent Documents 3 and 4, the deterioration of the ferroelectric capacitor provided in the reference memory cell can be further reduced by increasing the number of reference memory cells. However, as the number of reference memory cells is increased, the circuit scale increases, and the advantage of the 1T / 1C type ferroelectric memory that high integration is possible is impaired.
この発明の課題は、参照用メモリセル数を増大させること無しに、読み出しデータの信頼性が高く且つ素子寿命が長い1T/1C型強誘電体メモリを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a 1T / 1C type ferroelectric memory having high read data reliability and a long element life without increasing the number of reference memory cells.
(1)第1の発明に係る強誘電体メモリは、データ読み出し用の第1ビット線および参照電位読み出し用の第2ビット線を有するビット線対と、イコライズ信号が活性化されたときに第1ビット線と第2ビット線とを導通させるイコライズ回路と、第1ビット線の電位が第2ビット線の電位よりも高いときは所定の第1電位を第1ビット線に印加するとともに第1電位よりも低い所定の第2電位を第2ビット線に印加し且つ第1ビット線の電位が第2ビット線の電位よりも低いときは第2電位を第1ビット線に印加するとともに第1電位を第2ビット線に印加するセンスアンプと、第1ビット線に一方の主電極が接続され且つ対応するワード線に制御電極が接続されたトランジスタと該トランジスタの他方の主電極に一方の電極が接続され且つ他方の電極からプレート電圧を入力する強誘電体キャパシタとを有する複数のデータ用メモリセルと、第1参照用ワード線が活性化されたときに第2ビット線に第1電位を印加する第1SRAMセルと第2参照用ワード線が活性化されたときに第2ビット線に第2電位を印加する第2SRAMセルとを用いて第2ビット線を第1、第2電位の中間電位に設定する参照用メモリセルとを有する。 (1) The ferroelectric memory according to the first aspect of the present invention is the first when a bit line pair having a first bit line for reading data and a second bit line for reading reference potential is activated and when an equalize signal is activated. An equalizing circuit for conducting the 1 bit line and the second bit line; and when the potential of the first bit line is higher than the potential of the second bit line, a predetermined first potential is applied to the first bit line and When a predetermined second potential lower than the potential is applied to the second bit line and the potential of the first bit line is lower than the potential of the second bit line, the second potential is applied to the first bit line and the first A sense amplifier for applying a potential to the second bit line; a transistor having one main electrode connected to the first bit line and a control electrode connected to the corresponding word line; and one electrode to the other main electrode of the transistor Is connected and A plurality of data memory cells having a ferroelectric capacitor for inputting a plate voltage from the other electrode, and a first SRAM for applying a first potential to the second bit line when the first reference word line is activated The second bit line is set to an intermediate potential between the first and second potentials using the second SRAM cell that applies the second potential to the second bit line when the cell and the second reference word line are activated. And a reference memory cell.
(2)第2の発明に係る強誘電体メモリは、データ読み出し用の第1ビット線および参照電位読み出し用の第2ビット線を有するビット線対と、イコライズ信号が活性化されたときに第1ビット線と第2ビット線とを導通させるイコライズ回路と、第1ビット線の電位が第2ビット線の電位よりも高いときは所定の第1電位を第1ビット線に印加するとともに第1電位よりも低い所定の第2電位を第2ビット線に印加し且つ第1ビット線の電位が第2ビット線の電位よりも低いときは第2電位を第1ビット線に印加するとともに第1電位を第2ビット線に印加するセンスアンプと、第1ビット線に一方の主電極が接続され且つ対応するワード線に制御電極が接続されたトランジスタと該トランジスタの他方の主電極に一方の電極が接続され且つ他方の電極からプレート電圧を入力する強誘電体キャパシタとを有する複数のデータ用メモリセルと、参照用ワード線が活性化されたときに第2ビット線に第1電位を印加する第1EPROMセルと参照用ワード線が活性化されたときに第2ビット線に第2電位を印加する第2EPROMセルとを用いて第2ビット線を第1、第2電位の中間電位に設定する参照用メモリセルとを有する。 (2) The ferroelectric memory according to the second aspect of the present invention is the first when a bit line pair having a first bit line for reading data and a second bit line for reading reference potential is activated and an equalize signal is activated. An equalizing circuit for conducting the 1 bit line and the second bit line; and when the potential of the first bit line is higher than the potential of the second bit line, a predetermined first potential is applied to the first bit line and When a predetermined second potential lower than the potential is applied to the second bit line and the potential of the first bit line is lower than the potential of the second bit line, the second potential is applied to the first bit line and the first A sense amplifier for applying a potential to the second bit line; a transistor having one main electrode connected to the first bit line and a control electrode connected to the corresponding word line; and one electrode to the other main electrode of the transistor Is connected and A plurality of data memory cells having a ferroelectric capacitor for inputting a plate voltage from the other electrode; a first EPROM cell for applying a first potential to the second bit line when the reference word line is activated; A reference memory cell that sets the second bit line to an intermediate potential between the first and second potentials using a second EPROM cell that applies a second potential to the second bit line when the reference word line is activated. And have.
(3)第3の発明に係る強誘電体メモリは、データ読み出し用の第1ビット線および参照電位読み出し用の第2ビット線を有するビット線対と、イコライズ信号が活性化されたときに第1ビット線と第2ビット線とを導通させるイコライズ回路と、第1ビット線の電位が第2ビット線の電位よりも高いときは所定の第1電位を第1ビット線に印加するとともに第1電位よりも低い所定の第2電位を第2ビット線に印加し且つ第1ビット線の電位が第2ビット線の電位よりも低いときは第2電位を第1ビット線に印加するとともに第1電位を第2ビット線に印加するセンスアンプと、第1ビット線に一方の主電極が接続され且つ対応するワード線に制御電極が接続されたトランジスタと該トランジスタの他方の主電極に一方の電極が接続され且つ他方の電極からプレート電圧を入力する強誘電体キャパシタとを有する複数のデータ用メモリセルと、参照用ワード線が活性化されたときに第2ビット線に第1電位を印加する第1DRAMセルと参照用ワード線が活性化されたときに第2ビット線に第2電位を印加する第2DRAMセルとを用いて第2ビット線を第1、第2電位の中間電位に設定する参照用メモリセルとを有し、第1、第2DRAMセルに対する第1、第2電位の書き込みと当該書き込み後のリフレッシュ動作とを行うDRAM制御回路をさらに有する。 (3) A ferroelectric memory according to a third aspect of the present invention includes a bit line pair having a first bit line for reading data and a second bit line for reading reference potential, and when the equalize signal is activated. An equalizing circuit for conducting the 1 bit line and the second bit line; and when the potential of the first bit line is higher than the potential of the second bit line, a predetermined first potential is applied to the first bit line and When a predetermined second potential lower than the potential is applied to the second bit line and the potential of the first bit line is lower than the potential of the second bit line, the second potential is applied to the first bit line and the first A sense amplifier for applying a potential to the second bit line; a transistor having one main electrode connected to the first bit line and a control electrode connected to the corresponding word line; and one electrode to the other main electrode of the transistor Is connected and A plurality of data memory cells having a ferroelectric capacitor for inputting a plate voltage from the other electrode; a first DRAM cell for applying a first potential to the second bit line when the reference word line is activated; A reference memory cell for setting the second bit line to an intermediate potential between the first and second potentials using a second DRAM cell that applies a second potential to the second bit line when the reference word line is activated. It possesses the door, further comprising a first, first, DRAM control circuit for performing a refresh operation after the writing and the writing of the second potential to the first 2DRAM cell.
第1〜第3の発明によれば、非強誘電体キャパシタを用いないメモリセルを1本の第2ビット線に2個ずつ接続することによって、該第2ビット線を第1電位と第2電位との中間電位に設定することとした。これにより、強誘電体メモリの、読み出しデータの信頼性および素子寿命を向上させることができる。 According to the first to third aspects of the present invention, two memory cells not using a non-ferroelectric capacitor are connected to one second bit line, thereby connecting the second bit line to the first potential and the second potential. The intermediate potential was set to the potential. Thereby, the reliability of read data and the element life of the ferroelectric memory can be improved.
以下、この発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the size, shape, and arrangement relationship of each component are shown only schematically to the extent that the present invention can be understood, and the numerical conditions described below are merely examples. .
第1の実施の形態
この発明の第1実施形態に係る強誘電体メモリについて、図1の回路図を用いて説明する。
First Embodiment A ferroelectric memory according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the circuit diagram of FIG.
図1に示したように、この実施形態に係る強誘電体メモリ100は、ビット線対BP1〜BPmと、イコライズ用制御線EQLと、イコライズ用トランジスタEQ1〜EQmと、センスアンプ101と、データ用メモリセル102−11〜102−mnと、参照用メモリセル103−11〜103−m2と、データ用ワード線WL1〜WLnと、参照用ワード線WLref1,WLref2とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
ビット線対BP1〜BPmは、データ読み出し用の第1ビット線BL1〜BLmと、参照電位読み出し用の第2ビット線/BL1〜/BLmとを有する。これらのビット線対BP1〜BPmは、データ用メモリセル102−11〜102−mnの各行に対応させて、配置される。 The bit line pairs BP1 to BPm have first bit lines BL1 to BLm for reading data and second bit lines / BL1 to / BLm for reading reference potential. These bit line pairs BP1 to BPm are arranged corresponding to the respective rows of data memory cells 102-11 to 102-mn.
イコライズ用トランジスタEQ1〜EQmは、イコライズ用制御線EQLがハイレベル(ここではVCCとする)に設定されたときにオンし、ビット線対BP1〜BPm内の第1、第2ビット線BL1〜BLm,/BL1〜/BLmを相互に導通させる。これにより、各ビット線対の電位が、同一になる。一方、イコライズ用制御線EQLがローレベル(ここでは零ボルトとする)に設定されたとき、イコライズ用トランジスタEQ1〜EQmはオフして、ビット線対BP1〜BPm内の第1、第2ビット線BL1〜BLm,/BL1〜/BLmが電気的に絶縁される。 The equalizing transistors EQ1 to EQm are turned on when the equalizing control line EQL is set to a high level (here, VCC), and the first and second bit lines BL1 to BLm in the bit line pairs BP1 to BPm are set. , / BL1 to / BLm are mutually conducted. As a result, the potential of each bit line pair becomes the same. On the other hand, when the equalizing control line EQL is set to a low level (here, zero volts), the equalizing transistors EQ1 to EQm are turned off, and the first and second bit lines in the bit line pairs BP1 to BPm are turned off. BL1 to BLm, / BL1 to / BLm are electrically insulated.
センスアンプ101は、各ビット線対BP1〜BPm毎に、第1ビット線BL1〜BLnの電位と第2ビット線/BL1〜/BLmの電位とを比較する。そして、センスアンプ101は、第1ビット線の電位が第2ビット線の電位よりも高いときはハイレベル電位(VCC)を第1ビット線に印加するとともにローレベル電位(零ボルト)を第2ビット線に印加し、また、第1ビット線の電位が第2ビット線の電位よりも低いときはローレベル電位を第1ビット線に印加するとともにハイレベル電位を第2ビット線に印加する。加えて、センスアンプ101は、後述のようにして、データ用メモリセル102−11〜102−mnや参照用メモリセル103−11〜103−m2に対してデータおよび参照値の書き込み/読み出しを行う。
The
データ用メモリセル102−11〜102−mnは、行列状に配置される。各データ用メモリセル102−11〜102−mnは、それぞれ、1個のトランジスタTdと、1個のキャパシタCdとを備えている。すなわち、この実施形態に係る強誘電体メモリは、1T/1C型の強誘電体メモリである。トランジスタTdは、対応する第1ビット線にソースが接続され且つ対応するワード線にゲートが接続されている。キャパシタCdは、対応するトランジスタTdのドレインに一方の電極が接続され且つ他方の電極からプレート電圧Vpを入力する。 Data memory cells 102-11 to 102-mn are arranged in a matrix. Each of the data memory cells 102-11 to 102-mn includes one transistor Td and one capacitor Cd. That is, the ferroelectric memory according to this embodiment is a 1T / 1C type ferroelectric memory. The transistor Td has a source connected to the corresponding first bit line and a gate connected to the corresponding word line. The capacitor Cd has one electrode connected to the drain of the corresponding transistor Td and receives the plate voltage Vp from the other electrode.
参照用メモリセル103−11〜103−m2は、各ビット線対BP1〜BPm毎に、2個ずつ設けられている。この実施形態では、これらの参照用メモリセル103−11〜103−m2を、SRAM(Static Random Access Memory) セルで構成する。すなわち、各参照用メモリセル103−11〜103−m2は、pMOSトランジスタT1およびnMOSトランジスタT2が構成する反転回路(以下、反転回路T1,T2)と、pMOSトランジスタT3およびnMOSトランジスタT4が構成する反転回路(以下、反転回路T3,T4)と、これら反転回路と第1、第2ビット線との間に設けられたゲート用のnMOSトランジスタT5,T6とを有する。反転回路T1,T2および反転回路T3,T4の出力電位は、他方の反転回路の入力電位となる。また、トランジスタT5,T6のゲートは、参照用ワード線WLref1,WLref2のうち、対応するものに接続されている。各ビット線対BP1〜BPmに設けられた参照用メモリセル対のうち、一方の参照用メモリセル(この実施形態では左列の参照用メモリセル103−11,103−21,・・・,103−m1とする)は、第1参照用ワード線WLref1がハイレベルになったときに、第1ビット線BL1〜BLmにローレベル電位を印加するとともに第2ビット線/BL1〜/BLmにハイレベル電位を印加する。また、他方の参照用メモリセル(この実施形態では右列の参照用メモリセル103−12,103−22,・・・,103−m2とする)は、第2参照用ワード線WLref2がハイレベルになったときに、第1ビット線BL1〜BLmにハイレベル電位を印加するとともに第2ビット線/BL1〜/BLmにローレベル電位を印加する。このように、この実施形態では、参照用メモリセル対に互いに逆の電位を出力させることによって、ビット線BL1〜BLm,/BL1〜/BLmの電位をローレベルとハイレベルとの中間電位(すなわちVCC/2)に設定する(後述)。 Two reference memory cells 103-11 to 103-m2 are provided for each of the bit line pairs BP1 to BPm. In this embodiment, these reference memory cells 103-11 to 103-m2 are constituted by SRAM (Static Random Access Memory) cells. That is, each of the reference memory cells 103-11 to 103-m2 includes an inversion circuit (hereinafter, inversion circuits T1 and T2) formed by the pMOS transistor T1 and the nMOS transistor T2, and an inversion formed by the pMOS transistor T3 and the nMOS transistor T4. A circuit (hereinafter referred to as inverting circuits T3 and T4) and gate nMOS transistors T5 and T6 provided between the inverting circuit and the first and second bit lines. The output potentials of the inverting circuits T1 and T2 and the inverting circuits T3 and T4 become the input potential of the other inverting circuit. The gates of the transistors T5 and T6 are connected to corresponding ones of the reference word lines WLref1 and WLref2. Of the reference memory cell pairs provided in each of the bit line pairs BP1 to BPm, one reference memory cell (in this embodiment, the reference memory cells 103-11, 103-21,. −m1) applies a low level potential to the first bit lines BL1 to BLm and sets the second bit lines / BL1 to / BLm to a high level when the first reference word line WLref1 becomes a high level. Apply potential. The other reference memory cell (in this embodiment, reference memory cells 103-12, 103-22,..., 103-m2 in the right column) has the second reference word line WLref2 at the high level. Then, a high level potential is applied to the first bit lines BL1 to BLm and a low level potential is applied to the second bit lines / BL1 to / BLm. As described above, in this embodiment, the potentials of the bit lines BL1 to BLm, / BL1 to / BLm are set to the intermediate potential between the low level and the high level (that is, by causing the reference memory cell pair to output opposite potentials to each other). VCC / 2) (described later).
以下、図1に示した強誘電体メモリ100の動作について説明する。
The operation of the
まず、参照用メモリセル103−11〜103−m1に参照値を書き込む動作を説明する。 First, an operation of writing a reference value to the reference memory cells 103-11 to 103-m1 will be described.
最初に、参照用ワード線WLref1がハイレベルに設定される。これにより、参照用メモリセル103−11〜103−m2内のゲート用MOSトランジスタT5,T6が、それぞれオンする。 First, the reference word line WLref1 is set to a high level. As a result, the gate MOS transistors T5 and T6 in the reference memory cells 103-11 to 103-m2 are turned on.
次に、センスアンプ101が、第1ビット線BL1〜BLmにローレベルを印加し、且つ、第2ビット線/BL1〜/BLmにハイレベルを印加する。これにより、反転回路T1,T2にはハイレベルが入力され、且つ、反転回路T3,T4にはローレベルが入力される。反転回路T1,T2にハイレベルが入力されると、pMOSトランジスタT1はオフし且つnMOSトランジスタT2はオンする。一方、反転回路T3,T4にローレベルが入力されると、pMOSトランジスタT3はオンし且つnMOSトランジスタT4はオフする。これにより、反転回路T1,T2の出力はローレベルに固定され且つ反転回路T3,T4の出力はハイレベルに固定される。
Next, the
続いて、参照用ワード線WLref1がローレベルに設定される。これにより、ゲート用MOSトランジスタT5,T6がオフして、参照用メモリセル103−11〜103−mnとビット線BL1〜BLm,/BL1〜/BLmとが電気的に絶縁される。ここで、上述のように、反転回路T1,T2および反転回路T3,T4の出力電位は、他方の反転回路の入力電位となっている。このため、参照用メモリセル103−11〜103−mnとビット線BL1〜BLm,/BL1〜/BLmとが電気的に絶縁された後も、反転回路T1,T2の出力はローレベルに維持され且つ反転回路T3,T4の出力はハイレベルに維持される。 Subsequently, the reference word line WLref1 is set to a low level. As a result, the gate MOS transistors T5 and T6 are turned off, and the reference memory cells 103-11 to 103-mn and the bit lines BL1 to BLm, / BL1 to / BLm are electrically insulated. Here, as described above, the output potentials of the inverting circuits T1 and T2 and the inverting circuits T3 and T4 are the input potential of the other inverting circuit. Therefore, even after the reference memory cells 103-11 to 103-mn and the bit lines BL1 to BLm, / BL1 to / BLm are electrically insulated, the outputs of the inverting circuits T1 and T2 are maintained at a low level. The outputs of the inverting circuits T3 and T4 are maintained at a high level.
その後、センスアンプ101が、ビット線BL1〜BLm,/BL1〜/BLmへの出力をハイインピーダンスにする。
Thereafter, the
参照用メモリセル103−12〜103−m2に参照値を書き込む動作も、参照用メモリセル103−11〜103−m1と同様である。但し、この実施形態では、参照用メモリセル103−12〜103−m2では、反転回路T1,T2の出力はハイレベルに固定され且つ反転回路T3,T4の出力はローレベルに固定される。 The operation of writing the reference value to the reference memory cells 103-12 to 103-m2 is the same as that of the reference memory cells 103-11 to 103-m1. However, in this embodiment, in the reference memory cells 103-12 to 103-m2, the outputs of the inverting circuits T1 and T2 are fixed at a high level and the outputs of the inverting circuits T3 and T4 are fixed at a low level.
次に、強誘電体メモリ100のデータ読み出し動作について、データ用メモリセル102−11〜102−m1からなる列より同時にデータ読み出しを行う場合を例に採って説明する。
Next, a data read operation of the
最初に、イコライズ用制御線EQLがハイレベルに設定される。これにより、イコライズ用トランジスタEQ1〜EQmがオンして、各ビット線対BP1〜BPm内の第1ビット線BL1〜BLmと第2ビット線/BL1〜/BLmとが接続され、これらビット線の電位が同一になる。その後、イコライズ用制御線EQLをローレベルに設定して、ビット線対BP1〜BPmを電気的に絶縁する。 First, the equalization control line EQL is set to a high level. As a result, the equalizing transistors EQ1 to EQm are turned on to connect the first bit lines BL1 to BLm and the second bit lines / BL1 to / BLm in each of the bit line pairs BP1 to BPm. Are the same. Thereafter, the equalizing control line EQL is set to a low level to electrically insulate the bit line pairs BP1 to BPm.
次に、参照用ワード線WLref1,WLref2を、ハイレベルに設定する。参照用ワード線WLref1がハイレベルに設定されることにより、参照用メモリセル103−11〜103−m1内のMOSトランジスタT5,T6がそれぞれオンして、反転回路T1,T2と第1ビット線BL1〜BLmとが導通し、且つ、反転回路T3,T4と第2ビット線/BL1〜/BLmとが導通する。上述のように、参照用メモリセル103−11では、反転回路T1,T2の出力はローレベルに固定され且つ反転回路T3,T4の出力はハイレベルに固定されているので、第1ビット線BL1〜BLmにはローレベルが出力され且つ第2ビット線/BL1〜/BLmにはハイレベルが出力される。一方、参照用メモリセル103−12では、反転回路T1,T2の出力はハイレベルに固定され且つ反転回路T3,T4の出力はローレベルに固定されているので、第1ビット線BL1〜BLmにはハイレベルが出力され且つ第2ビット線/BL1〜/BLmにはローレベルが出力される。したがって、ビット線BL1〜BLm,/BL1〜/BLmの電位は、それぞれ、ローレベルとハイレベルとの中間電位(VCC/2)となる。その後、参照用ワード線WLref1,WLref2がローレベルに設定されて、参照用メモリセル103−11〜103−m2と、各ビット線対BP1〜BPmとが、電気的に絶縁される。 Next, the reference word lines WLref1 and WLref2 are set to a high level. By setting the reference word line WLref1 to the high level, the MOS transistors T5 and T6 in the reference memory cells 103-11 to 103-m1 are turned on, respectively, and the inverting circuits T1 and T2 and the first bit line BL1 are turned on. To BLm, and the inverting circuits T3 and T4 and the second bit lines / BL1 to / BLm are conducted. As described above, in the reference memory cell 103-11, the outputs of the inverting circuits T1 and T2 are fixed at a low level and the outputs of the inverting circuits T3 and T4 are fixed at a high level. A low level is outputted to .about.BLm and a high level is outputted to the second bit lines / BL1 to / BLm. On the other hand, in the reference memory cell 103-12, since the outputs of the inverting circuits T1 and T2 are fixed at a high level and the outputs of the inverting circuits T3 and T4 are fixed at a low level, the first bit lines BL1 to BLm Is output at a high level, and a low level is output to the second bit lines / BL1 to / BLm. Therefore, the potentials of the bit lines BL1 to BLm, / BL1 to / BLm are respectively an intermediate potential (VCC / 2) between the low level and the high level. Thereafter, the reference word lines WLref1 and WLref2 are set to a low level, and the reference memory cells 103-11 to 103-m2 and the bit line pairs BP1 to BPm are electrically insulated.
続いて、データ用ワード線WL1がハイレベルに設定される。これにより、データ用メモリセル102−11〜102−m1のトランジスタTdがオンして、強誘電体キャパシタCdの分極状態に応じた電位(ハイレベルまたはローレベル)が第1ビット線BL1〜BLmに出力される。例えば、データ用メモリセル102−11において、ハイレベルが出力された場合には、第1ビット線BL1の電位は、上述の中間電位(VCC/2)から上昇する。すなわち、第1ビット線BL1の電位が第2ビット線/BL1の電位よりも高くなるので、センスアンプ101は、第1ビット線BL1をハイレベル(VCC)に設定し且つ第2ビット線/BL1をローレベル(零ボルト)に設定する。一方、データ用メモリセル102−11がローレベルを出力した場合、第1ビット線BL1の電位は、中間電位から下降する。すなわち、第1ビット線BL1の電位が第2ビット線/BL1の電位よりも低くなるので、センスアンプ101は、第1ビット線BL1をローレベルに設定し且つ第2ビット線/BL1をハイレベルに設定する。他のデータ用メモリセル102−21〜102−m1の動作も、これと同様である。第1、第2ビット線BL1〜BLm,/BL1〜/BLmの電位は、読み出し電位として、強誘電体メモリ100から出力される。また、データ用メモリセル102−11内の強誘電体キャパシタCdに、第1ビット線BL1の電位が、上書きされる。
Subsequently, the data word line WL1 is set to a high level. As a result, the transistors Td of the data memory cells 102-11 to 102-m1 are turned on, and the potential (high level or low level) corresponding to the polarization state of the ferroelectric capacitor Cd is applied to the first bit lines BL1 to BLm. Is output. For example, in the data memory cell 102-11, when the high level is output, the potential of the first bit line BL1 rises from the above-described intermediate potential (VCC / 2). That is, since the potential of the first bit line BL1 becomes higher than the potential of the second bit line / BL1, the
その後、データ用ワード線WL1の電位がローレベルに設定されて、読み出し処理が終了する。 Thereafter, the potential of the data word line WL1 is set to a low level, and the reading process is completed.
以上説明したように、この実施形態に係る強誘電体メモリ100は、参照用メモリセル103−11〜103−m2として、SRAMセルを使用した。このため、この実施形態の参照用メモリセルは、参照電位を読み出すことによる疲労が、実質的に発生しない。したがって、素子疲労の原因となるのはデータ用メモリセル102−11〜102−mnのみであるので、読み出し時の信頼性や強誘電体メモリ素子の寿命を、2T/2C型強誘電体メモリと同等にまで向上させることができる。
As described above, the
さらに、この実施形態では、参照用メモリセル103−11〜103−m2としてSRAMセルを用いたので、参照電位をビット線対BP1〜BPmに読み出す際の動作を高速化することができる。 Further, in this embodiment, since the SRAM cells are used as the reference memory cells 103-11 to 103-m2, the operation when reading the reference potentials to the bit line pairs BP1 to BPm can be speeded up.
加えて、この実施形態では、ビット線対BP1〜BPmの初期電位を中間電位(VCC/2)に設定するので、データ用メモリセル102−11〜102−mnからのデータ読み出しを開始してからセンスアンプ101が電圧印加を開始するまでの所要時間を短縮することができ、したがって、データ読み出し動作を高速化することができる。
In addition, in this embodiment, since the initial potential of the bit line pairs BP1 to BPm is set to the intermediate potential (VCC / 2), data read from the data memory cells 102-11 to 102-mn is started. The time required until the
また、この実施形態では、ビット線対BP1〜BPm毎に2個のSRAMセルを設けるだけでよいので、強誘電体メモリの高集積化が容易である。 Further, in this embodiment, since only two SRAM cells need be provided for each of the bit line pairs BP1 to BPm, the ferroelectric memory can be easily highly integrated.
なお、この実施形態では、参照用メモリセル103−12〜103−m2で第1ビット線BL1〜BLmにも参照電位を印加することとしたが、第2ビット線/BL1〜/BLmのみに参照電位を印加することとしてもよい。 In this embodiment, the reference potential is also applied to the first bit lines BL1 to BLm in the reference memory cells 103-12 to 103-m2, but only the second bit lines / BL1 to / BLm are referred to. An electric potential may be applied.
第2の実施の形態
次に、この発明の第2の実施形態に係る強誘電体メモリについて、図2の回路図を用いて説明する。図2において、図1と同じ符号を付した構成要素は、それぞれ、図1の場合と同じものを示している。
Second Embodiment Next, a ferroelectric memory according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the circuit diagram of FIG. 2, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components as those in FIG.
図2に示したように、この実施形態に係る強誘電体メモリ200は、参照用メモリセル201−11〜201−m2を備えている。
As shown in FIG. 2, the
参照用メモリセル201−11〜201−m2は、第2ビット線/BL1〜/BLm毎に、2個ずつ設けられている。この実施形態では、これらの参照用メモリセル201−11〜201−m2を、それぞれ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)セルで構成する。 Two reference memory cells 201-11 to 201-m2 are provided for each of the second bit lines / BL1 to / BLm. In this embodiment, each of these reference memory cells 201-11 to 201-m2 is composed of an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) cell.
これらのEPROMセル201−11〜201−m2は、対応する第2ビット線/BL1〜/BLmにソースが接続され、ドレインが電源(例えばVCC)に接続され、且つ、ゲートがデータ用ワード線WLnに接続されている。すなわち、この実施形態では、参照用ワード線が、データ用ワード線WLnと共通化されている。但し、データ用ワード線WL1〜WLnとは別個独立に参照用ワード線を設けてもよい。また、左列のEPROMセル201−11〜201−m1と右列のEPROMセル201−12〜201−m2とで、別個の参照用ワード線を設けてもよい。 Each of these EPROM cells 201-11 to 201-m2 has a source connected to the corresponding second bit line / BL1 to / BLm, a drain connected to a power source (for example, VCC), and a gate connected to a data word line WLn. It is connected to the. That is, in this embodiment, the reference word line is shared with the data word line WLn. However, a reference word line may be provided independently of the data word lines WL1 to WLn. In addition, separate reference word lines may be provided for the EPROM cells 201-11 to 201-m1 in the left column and the EPROM cells 201-12 to 201-m2 in the right column.
EPROMセル201−11〜201−m2のうち、一方のEPROMセル(この実施形態では左列のEPROMセル201−11〜201−m1とする)は、ワード線WLnがハイレベルになったときに、第2ビット線/BL1〜/BLmにハイレベル電位を印加する。また、他方のEPROMセル(この実施形態では右列のEPROMセル201−12〜201−m2とする)は、ワード線WLnがハイレベルになったときに、第2ビット線/BL1〜/BLmにローレベル電位を印加する。このように、この実施形態でも、上述の第1の実施形態と同様、参照用メモリセル対に互いに逆の電位を出力させことによって、ビット線BL1〜BLm,/BL1〜/BLmの電位をローレベルとハイレベルとの中間電位(すなわちVCC/2)に設定している。 Among the EPROM cells 201-11 to 201-m2, one of the EPROM cells (in this embodiment, the left column EPROM cells 201-11 to 201-m1) is set when the word line WLn becomes high level. A high level potential is applied to the second bit lines / BL1 to / BLm. The other EPROM cell (in this embodiment, the right column EPROM cells 201-12 to 201-m2) is connected to the second bit lines / BL1 to / BLm when the word line WLn becomes high level. Apply a low level potential. As described above, in this embodiment as well, the potentials of the bit lines BL1 to BLm, / BL1 to / BLm are lowered by causing the reference memory cell pairs to output opposite potentials as in the first embodiment. An intermediate potential between the level and the high level (that is, VCC / 2) is set.
周知のように、EPROMセルは不揮発性メモリである。このため、EPROMセル201−11〜201−m2への参照値の書き込みは、電源立ち上げ毎に行う必要はない。したがって、例えば強誘電体メモリ200の出荷時などに公知の方法で、EPROMセル201−11〜201−m2に参照値を書き込めばよく、このため、参照用メモリセル対への書き込みができるようにセンスアンプ101を構成する必要はない。
As is well known, an EPROM cell is a non-volatile memory. Therefore, it is not necessary to write the reference value to the EPROM cells 201-11 to 201-m2 every time the power is turned on. Therefore, for example, a reference value may be written into the EPROM cells 201-11 to 201-m2 by a known method at the time of shipment of the
以下、図2に示した強誘電体メモリ200の読み出し動作について、データ用メモリセル102−1n〜102−mnからなる列より同時にデータ読み出しを行う場合を例に採って説明する。
Hereinafter, the read operation of the
最初に、イコライズ用制御線EQLがハイレベルに設定される。これにより、イコライズ用トランジスタEQ1〜EQmがオンして、各ビット線対BP1〜BPm内の第1ビット線BL1〜BLmと第2ビット線/BL1〜/BLmとが導通し、これらビット線の電位が同一になる。その後、イコライズ用制御線EQLをローレベルに設定して、ビット線対BP1〜BPmを電気的に絶縁する。 First, the equalization control line EQL is set to a high level. As a result, the equalizing transistors EQ1 to EQm are turned on, and the first bit lines BL1 to BLm and the second bit lines / BL1 to / BLm in each of the bit line pairs BP1 to BPm become conductive, and the potentials of these bit lines Are the same. Thereafter, the equalizing control line EQL is set to a low level to electrically insulate the bit line pairs BP1 to BPm.
次に、ワード線WLnを、ハイレベルに設定する。ワード線WLnがハイレベルに設定されると、参照用メモリセル201−11〜201−m2がオンする。上述のように、この実施形態では、左列のEPROMセル201−11〜201−m1からはハイレベル電位が出力され且つ右列のEPROMセル201−12〜201−m2からはローレベル電位が出力される。このため、第2ビット線/BL1〜/BLmの電位は、それぞれ、ローレベルとハイレベルとの中間電位(VCC/2)となる。また、ワード線WLnがハイレベルに設定されると、データ用メモリセル102−1n〜102−mn内のMOSトランジスタTdがそれぞれオンして、強誘電体キャパシタCdの分極状態に応じた電位(ハイレベルまたはローレベル)が、第1ビット線BL1〜BLmに出力される。例えば、データ用メモリセル102−1nにおいて、ハイレベルが出力された場合、第1ビット線BL1の電位は上昇する。これにより、第1ビット線BL1の電位が第2ビット線/BL1の電位よりも高くなるので、センスアンプ101は、第1ビット線BL1をハイレベル(VCC)に設定し、且つ、第2ビット線/BL1をローレベルに設定する。このとき、第2ビット線/BL1の電位は、VCC/2に維持される。一方、データ用メモリセル102−1nがローレベルを出力した場合、第1ビット線BL1の電位は下降する。すなわち、第1ビット線BL1の電位が第2ビット線/BL1の電位よりも低くなるので、センスアンプ101は、第1ビット線BL1をローレベルに設定し、且つ、第2ビット線/BL1をハイレベルに設定する。他のデータ用メモリセルの動作も、これと同様である。第1、第2ビット線BL1〜BLm,/BL1〜/BLmの電位は、読み出し電位として、強誘電体メモリ200から出力される。また、データ用メモリセル102−11内の強誘電体キャパシタCdに、第1ビット線BL1の電位が、上書きされる。
Next, the word line WLn is set to a high level. When the word line WLn is set to the high level, the reference memory cells 201-11 to 201-m2 are turned on. As described above, in this embodiment, a high level potential is output from the left column EPROM cells 201-11 to 201-m1, and a low level potential is output from the right column EPROM cells 201-12 to 201-m2. Is done. For this reason, the potentials of the second bit lines / BL1 to / BLm are respectively an intermediate potential (VCC / 2) between the low level and the high level. When the word line WLn is set to the high level, the MOS transistors Td in the data memory cells 102-1n to 102-mn are turned on, and the potential (high) corresponding to the polarization state of the ferroelectric capacitor Cd is set. Level or low level) is output to the first bit lines BL1 to BLm. For example, when a high level is output in the data memory cell 102-1n, the potential of the first bit line BL1 rises. As a result, the potential of the first bit line BL1 becomes higher than the potential of the second bit line / BL1, so that the
続いて、データ用ワード線WLnの電位がローレベルに設定されて、読み出し処理が終了する。 Subsequently, the potential of the data word line WLn is set to a low level, and the reading process is completed.
その後、ワード線WLn−1,WLn−2,・・・,WL1の電位をハイレベルに設定することにより、他の列のデータ用メモリセルの記憶値も、順次読み出される。このとき、第2ビット線/BL1〜/BLmの電位はVCC/2に維持されているので、各データ用メモリセルの分極に応じた電位を第1ビット線BL1〜BLmに出力するだけで、データ読み出しが行われる。 Thereafter, by setting the potentials of the word lines WLn−1, WLn−2,..., WL1 to a high level, the stored values of the data memory cells in other columns are sequentially read out. At this time, since the potentials of the second bit lines / BL1 to / BLm are maintained at VCC / 2, the potential corresponding to the polarization of each data memory cell is simply output to the first bit lines BL1 to BLm. Data reading is performed.
以上説明したように、この実施形態に係る強誘電体メモリ200は、参照用メモリセル201−11〜201−m2として、2個ずつのEPROMセルを使用した。このため、この実施形態の参照用メモリセルは、参照電位を読み出すことによる疲労が、実質的に発生しない。したがって、素子疲労の原因となるのはデータ用メモリセル102−11〜102−mnのみであるので、読み出し時の信頼性や強誘電体メモリ素子の寿命を、2T/2C型強誘電体メモリと同等にまで向上させることができる。
As described above, the
さらに、この実施形態では、参照用メモリセル201−11〜201−m2としてEPROMセルを用いたので、参照電位をビット線対BP1〜BPmに読み出す際の動作を高速化することができる。 Furthermore, in this embodiment, since EPROM cells are used as the reference memory cells 201-11 to 201-m2, the operation when reading the reference potential to the bit line pairs BP1 to BPm can be speeded up.
また、この実施形態では、ビット線対BP1〜BPm毎に2個のEPROMセルを設けるだけでよいので、強誘電体メモリの高集積化が容易である。 Further, in this embodiment, since only two EPROM cells need be provided for each of the bit line pairs BP1 to BPm, high integration of the ferroelectric memory is easy.
第3の実施形態
次に、この発明の第3実施形態に係る強誘電体メモリについて、図3の回路図を用いて説明する。図3において、図1と同じ符号を付した構成要素は、それぞれ、図1の場合と同じものを示している。
Third Embodiment Next, a ferroelectric memory according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the circuit diagram of FIG. In FIG. 3, the components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same as those in FIG. 1.
図3に示したように、この実施形態に係る強誘電体メモリ300は、参照用メモリセル301−11〜301−m2を備えている。
As shown in FIG. 3, the
参照用メモリセル301−11〜301−m2は、第2ビット線/BL1〜/BLm毎に、2個ずつ設けられている。この実施形態では、これらの参照用メモリセル301−11〜301−m2を、それぞれ、DRAM(Dynamic Random Access Memory)セルで構成する。 Two reference memory cells 301-11 to 301-m2 are provided for each of the second bit lines / BL1 to / BLm. In this embodiment, each of these reference memory cells 301-11 to 301-m2 is constituted by a DRAM (Dynamic Random Access Memory) cell.
DRAMセル301−11〜301−m2は、対応する第2ビット線/BL1〜/BLmにソースが接続され且つゲートがデータ用ワード線WLnに接続されたトランジスタTrと、一端が該トランジスタTrのドレインに接続され且つ他端からプレート電位を入力するキャパシタCrとを備えている。このように、この実施形態では、参照用ワード線が、データ用ワード線WLnと共通化されている。但し、データ用ワード線WL1〜WLnとは別個独立に参照用ワード線を設けてもよい。また、左列のDRAM301−11〜301−m1と右列のDRAM301−12〜301−m2とで、別個の参照用ワード線を設けてもよい。 The DRAM cells 301-11 to 301-m2 include a transistor Tr whose source is connected to the corresponding second bit line / BL1 to / BLm and whose gate is connected to the data word line WLn, and one end of which is the drain of the transistor Tr. And a capacitor Cr for inputting a plate potential from the other end. Thus, in this embodiment, the reference word line is shared with the data word line WLn. However, a reference word line may be provided independently of the data word lines WL1 to WLn. In addition, separate reference word lines may be provided in the DRAMs 301-11 to 301-m1 in the left column and the DRAMs 301-12 to 301-m2 in the right column.
DRAMセル301−11〜301−m2のうち、左列のDRAMセル301−11〜301−m1は、ワード線WLnがハイレベルになったときに、第2ビット線/BL1〜/BLmにハイレベル電位を印加する。また、右列のDRAMセル301−12〜301−m2は、ワード線WLnがハイレベルになったときに、第2ビット線/BL1〜/BLmにローレベル電位を印加する。このように、この実施形態でも、上述の第1、第2の実施形態と同様、参照用メモリセル対に互いに逆の電位を出力させことによって、ビット線BL1〜BLm,/BL1〜/BLmの電位をローレベルとハイレベルとの中間電位(すなわちVCC/2)に設定している。
Of the DRAM cells 301-11 to 301-m 2, the DRAM cells 301-11 to 301-
DRAMセル301−11〜301−m2には、図示しないDRAM制御回路を用いて、参照値の書き込みが行われる。このDRAM制御回路は、DRAMセル301−11〜301−m2のうち、左列のDRAMセル301−11〜301−m1にハイレベルを書き込み、且つ、右列のDRAMセル301−12〜301−m2にローレベルを書き込む。加えて、DRAM制御回路は、DRAMセル301−11〜301−m2のリフレッシュを行う。この実施形態では、DRAMセル301−11〜301−m2に書き込まれる値は参照値であり、DRAMセル対の左側がハイレベルで右側がローレベルに固定されている。したがって、単に同じ値を周期的に書き込むだけで、DRAMセル301−11〜301−m2に対するリフレッシュを行うことができる。但し、通常のDRAMと同様、各DRAMセル301−11〜301−m2から読み出した電位をDRAM制御回路内のセンスアンプで増幅して再書き込みすることとしてもよい。 Reference values are written into the DRAM cells 301-11 to 301-m2 using a DRAM control circuit (not shown). The DRAM control circuit writes a high level to the DRAM cells 301-11 to 301-m1 in the left column among the DRAM cells 301-11 to 301-m2, and the DRAM cells 301-12 to 301-m2 in the right column. Write a low level to. In addition, the DRAM control circuit refreshes the DRAM cells 301-11 to 301-m2. In this embodiment, the values written in the DRAM cells 301-11 to 301-m2 are reference values, and the left side of the DRAM cell pair is fixed at the high level and the right side is fixed at the low level. Therefore, the DRAM cells 301-11 to 301-m2 can be refreshed simply by periodically writing the same value. However, as in a normal DRAM, the potential read from each DRAM cell 301-11 to 301-m2 may be amplified by a sense amplifier in the DRAM control circuit and rewritten.
以下、図3に示した強誘電体メモリ300の動作について、データ用メモリセル102−1n〜102−mnからなる列より同時にデータ読み出しを行う場合を例に採って説明する。
Hereinafter, the operation of the
最初に、イコライズ用制御線EQLがハイレベルに設定される。これにより、イコライズ用トランジスタEQ1〜EQmがオンして、各ビット線対BP1〜BPm内の第1ビット線BL1〜BLmと第2ビット線/BL1〜/BLmとが導通し、これらビット線の電位が同一になる。その後、イコライズ用制御線EQLをローレベルに設定して、ビット線対BP1〜BPmを電気的に絶縁する。 First, the equalization control line EQL is set to a high level. As a result, the equalizing transistors EQ1 to EQm are turned on, and the first bit lines BL1 to BLm and the second bit lines / BL1 to / BLm in each of the bit line pairs BP1 to BPm become conductive, and the potentials of these bit lines Are the same. Thereafter, the equalizing control line EQL is set to a low level to electrically insulate the bit line pairs BP1 to BPm.
次に、ワード線WLnを、ハイレベルに設定する。ワード線WLnがハイレベルに設定されると、参照用メモリセル301−11〜301−m2がオンする。上述のように、この実施形態では、左列のDRAMセル301−11〜301−m1からはハイレベル電位が出力され且つ右列のDRAMセル301−12〜301−m2からはローレベル電位が出力される。このため、第2ビット線/BL1〜/BLmの電位は、それぞれ、ローレベルとハイレベルとの中間電位(VCC/2)となる。また、ワード線WLnがハイレベルに設定されると、データ用メモリセル102−1n〜102−mn内のMOSトランジスタTdがそれぞれオンして、強誘電体キャパシタCdの分極状態に応じた電位(ハイレベルまたはローレベル)が、第1ビット線BL1〜BLmに出力される。例えば、データ用メモリセル102−1nにおいて、ハイレベルが出力された場合、第1ビット線BL1の電位は上昇する。これにより、第1ビット線BL1の電位が第2ビット線/BL1の電位よりも高くなるので、センスアンプ101は、第1ビット線BL1をハイレベル(VCC)に設定し、且つ、第2ビット線/BL1をローレベルに設定する。一方、データ用メモリセル102−1nがローレベルを出力した場合、第1ビット線BL1の電位は下降する。すなわち、第1ビット線BL1の電位が第2ビット線/BL1の電位よりも低くなるので、センスアンプ101は、第1ビット線BL1をローレベルに設定し、且つ、第2ビット線/BL1をハイレベルに設定する。他のデータ用メモリセルの動作も、これと同様である。第1、第2ビット線BL1〜BLm,/BL1〜/BLmの電位は、読み出し電位として、強誘電体メモリ300から出力される。また、データ用メモリセル102−1n内の強誘電体キャパシタCdに、第1ビット線BL1の電位が、上書きされる。
Next, the word line WLn is set to a high level. When the word line WLn is set to the high level, the reference memory cells 301-11 to 301-m2 are turned on. As described above, in this embodiment, a high level potential is output from the DRAM cells 301-11 to 301-m1 in the left column and a low level potential is output from the DRAM cells 301-12 to 301-m2 in the right column. Is done. For this reason, the potentials of the second bit lines / BL1 to / BLm are respectively an intermediate potential (VCC / 2) between the low level and the high level. When the word line WLn is set to the high level, the MOS transistors Td in the data memory cells 102-1n to 102-mn are turned on, and the potential (high) corresponding to the polarization state of the ferroelectric capacitor Cd is set. Level or low level) is output to the first bit lines BL1 to BLm. For example, when a high level is output in the data memory cell 102-1n, the potential of the first bit line BL1 rises. As a result, the potential of the first bit line BL1 becomes higher than the potential of the second bit line / BL1, so that the
続いて、データ用ワード線WLnの電位がローレベルに設定されて、読み出し処理が終了する。 Subsequently, the potential of the data word line WLn is set to a low level, and the reading process is completed.
その後、ワード線WLn−1,WLn−2,・・・,WL1の電位をハイレベルに設定することにより、他の列のデータ用メモリセルの記憶値も、順次読み出される。このとき、第2ビット線/BL1〜/BLmの電位はVCC/2に維持されているので、各データ用メモリセルの分極に応じた電位を第1ビット線BL1〜BLmに出力するだけで、データ読み出しが行われる。 Thereafter, by setting the potentials of the word lines WLn−1, WLn−2,..., WL1 to a high level, the stored values of the data memory cells in other columns are sequentially read out. At this time, since the potentials of the second bit lines / BL1 to / BLm are maintained at VCC / 2, the potential corresponding to the polarization of each data memory cell is simply output to the first bit lines BL1 to BLm. Data reading is performed.
以上説明したように、この実施形態に係る強誘電体メモリ300は、参照用メモリセル301−11〜301−m2として、DRAMセルを使用した。このため、この実施形態の参照用メモリセルは、参照電位を読み出すことによる疲労が、実質的に発生しない。したがって、素子疲労の原因となるのはデータ用メモリセル102−11〜102−mnのみであるので、読み出し時の信頼性や強誘電体メモリ素子の寿命を、2T/2C型強誘電体メモリと同等にまで向上させることができる。
As described above, the
さらに、この実施形態では、参照用メモリセル301−11〜301−m2としてDRAMセルセルを用いたので、参照電位をビット線対BP1〜BPmに読み出す際の動作を高速化することができる。 Furthermore, in this embodiment, since DRAM cell cells are used as the reference memory cells 301-11 to 301-m2, the operation when reading the reference potential to the bit line pairs BP1 to BPm can be speeded up.
また、この実施形態では、ビット線対BP1〜BPm毎に2個のDRAMセルを設けるだけでよいので、強誘電体メモリの高集積化が容易である。 In this embodiment, since only two DRAM cells need be provided for each of the bit line pairs BP1 to BPm, high integration of the ferroelectric memory is easy.
101 センスアンプ
102−11〜102−mn データ用メモリセル
103−11〜103−m2 参照用メモリセル
BP1〜BPm ビット線対
BL1〜BLm 第1ビット線
/BL1〜/BLm 第2ビット線
EQL イコライズ用制御線
EQ1〜EQm イコライズ用トランジスタ
WL1〜WLn データ用ワード線
WLref1,WLref2 参照用ワード線
T1〜T6 MOSトランジスタ
101 sense amplifiers 102-11 to 102-mn data memory cells 103-11 to 103-m2 reference memory cells BP1 to BPm bit line pairs BL1 to BLm first bit lines / BL1 to / BLm second bit lines EQL for equalization Control lines EQ1 to EQm Equalizing transistors WL1 to WLn Data word lines WLref1 and WLref2 Reference word lines T1 to T6 MOS transistors
Claims (5)
イコライズ信号が活性化されたときに、前記第1ビット線と前記第2ビット線とを導通させるイコライズ回路と、
前記第1ビット線の電位が前記第2ビット線の電位よりも高いときは所定の第1電位を前記第1ビット線に印加するとともに該第1電位よりも低い所定の第2電位を前記第2ビット線に印加し、且つ、該第1ビット線の電位が該第2ビット線の電位よりも低いときは前記第2電位を該第1ビット線に印加するとともに前記第1電位を該第2ビット線に印加するセンスアンプと、
前記第1ビット線に一方の主電極が接続され且つ対応するワード線に制御電極が接続されたトランジスタと、該トランジスタの他方の主電極に一方の電極が接続され且つ他方の電極からプレート電圧を入力する強誘電体キャパシタとを有する、複数のデータ用メモリセルと、
第1参照用ワード線が活性化されたときに前記第2ビット線に前記第1電位を印加する第1SRAMセルと、第2参照用ワード線が活性化されたときに前記第2ビット線に前記第2電位を印加する第2SRAMセルとを用いて、該第2ビット線を前記第1、第2電位の中間電位に設定する参照用メモリセルと、
を有することを特徴とする強誘電体メモリ。 A bit line pair having a first bit line for reading data and a second bit line for reading reference potential;
An equalize circuit for conducting the first bit line and the second bit line when an equalize signal is activated;
When the potential of the first bit line is higher than the potential of the second bit line, a predetermined first potential is applied to the first bit line and a predetermined second potential lower than the first potential is applied to the first bit line. And when the potential of the first bit line is lower than the potential of the second bit line, the second potential is applied to the first bit line and the first potential is applied to the first bit line. A sense amplifier applied to a 2-bit line;
A transistor having one main electrode connected to the first bit line and a control electrode connected to the corresponding word line, and one electrode connected to the other main electrode of the transistor and receiving a plate voltage from the other electrode A plurality of data memory cells having a ferroelectric capacitor for input; and
A first SRAM cell that applies the first potential to the second bit line when the first reference word line is activated; and a second SRAM that is activated when the second reference word line is activated. A reference memory cell for setting the second bit line to an intermediate potential between the first and second potentials using a second SRAM cell to which the second potential is applied;
A ferroelectric memory characterized by comprising:
前記センスアンプが前記第1ビット線に前記第1電位を印加し且つ前記第2ビット線に前記第2電位を印加した状態で前記第2参照用ワード線を活性化することにより前記第2SRAMセルへの参照値書き込みが行われる、
ことを特徴とする請求項2に記載の強誘電体メモリ。 The first SRAM cell is activated by activating the first reference word line with the sense amplifier applying the second potential to the first bit line and applying the first potential to the second bit line. A reference value is written to
The second SRAM cell is activated by activating the second reference word line with the sense amplifier applying the first potential to the first bit line and applying the second potential to the second bit line. A reference value is written to
The ferroelectric memory according to claim 2, wherein:
イコライズ信号が活性化されたときに、前記第1ビット線と前記第2ビット線とを導通させるイコライズ回路と、
前記第1ビット線の電位が前記第2ビット線の電位よりも高いときは所定の第1電位を前記第1ビット線に印加するとともに該第1電位よりも低い所定の第2電位を前記第2ビット線に印加し、且つ、該第1ビット線の電位が該第2ビット線の電位よりも低いときは前記第2電位を該第1ビット線に印加するとともに前記第1電位を該第2ビット線に印加するセンスアンプと、
前記第1ビット線に一方の主電極が接続され且つ対応するワード線に制御電極が接続されたトランジスタと、該トランジスタの他方の主電極に一方の電極が接続され且つ他方の電極からプレート電圧を入力する強誘電体キャパシタとを有する、複数のデータ用メモリセルと、
参照用ワード線が活性化されたときに前記第2ビット線に前記第1電位を印加する第1EPROMセルと、前記参照用ワード線が活性化されたときに前記第2ビット線に前記第2電位を印加する第2EPROMセルとを用いて、該第2ビット線を前記第1、第2電位の中間電位に設定する参照用メモリセルと、
を有することを特徴とする強誘電体メモリ。 A bit line pair having a first bit line for reading data and a second bit line for reading reference potential;
An equalize circuit for conducting the first bit line and the second bit line when an equalize signal is activated;
When the potential of the first bit line is higher than the potential of the second bit line, a predetermined first potential is applied to the first bit line and a predetermined second potential lower than the first potential is applied to the first bit line. And when the potential of the first bit line is lower than the potential of the second bit line, the second potential is applied to the first bit line and the first potential is applied to the first bit line. A sense amplifier applied to a 2-bit line;
A transistor having one main electrode connected to the first bit line and a control electrode connected to the corresponding word line, and one electrode connected to the other main electrode of the transistor and receiving a plate voltage from the other electrode A plurality of data memory cells having a ferroelectric capacitor for input; and
A first EPROM cell that applies the first potential to the second bit line when a reference word line is activated; and a second EPROM cell that applies the second potential to the second bit line when the reference word line is activated. A reference memory cell for setting the second bit line to an intermediate potential between the first and second potentials using a second EPROM cell to which a potential is applied;
A ferroelectric memory characterized by comprising:
イコライズ信号が活性化されたときに、前記第1ビット線と前記第2ビット線とを導通させるイコライズ回路と、
前記第1ビット線の電位が前記第2ビット線の電位よりも高いときは所定の第1電位を前記第1ビット線に印加するとともに該第1電位よりも低い所定の第2電位を前記第2ビット線に印加し、且つ、該第1ビット線の電位が該第2ビット線の電位よりも低いときは前記第2電位を該第1ビット線に印加するとともに前記第1電位を該第2ビット線に印加するセンスアンプと、
前記第1ビット線に一方の主電極が接続され且つ対応するワード線に制御電極が接続されたトランジスタと、該トランジスタの他方の主電極に一方の電極が接続され且つ他方の電極からプレート電圧を入力する強誘電体キャパシタとを有する、複数のデータ用メモリセルと、
参照用ワード線が活性化されたときに前記第2ビット線に前記第1電位を印加する第1DRAMセルと、前記参照用ワード線が活性化されたときに前記第2ビット線に前記第2電位を印加する第2DRAMセルとを用いて、該第2ビット線を前記第1、第2電位の中間電位に設定する参照用メモリセルと、
を有し、
前記第1、第2DRAMセルに対する前記第1、第2電位の書き込みと当該書き込み後のリフレッシュ動作とを行うDRAM制御回路をさらに有することを特徴とする強誘電体メモリ。 A bit line pair having a first bit line for reading data and a second bit line for reading reference potential;
An equalize circuit for conducting the first bit line and the second bit line when an equalize signal is activated;
When the potential of the first bit line is higher than the potential of the second bit line, a predetermined first potential is applied to the first bit line and a predetermined second potential lower than the first potential is applied to the first bit line. And when the potential of the first bit line is lower than the potential of the second bit line, the second potential is applied to the first bit line and the first potential is applied to the first bit line. A sense amplifier applied to a 2-bit line;
A transistor having one main electrode connected to the first bit line and a control electrode connected to the corresponding word line, and one electrode connected to the other main electrode of the transistor and receiving a plate voltage from the other electrode A plurality of data memory cells having a ferroelectric capacitor for input; and
A first DRAM cell that applies the first potential to the second bit line when a reference word line is activated; and a second DRAM cell that applies the second potential to the second bit line when the reference word line is activated. A reference memory cell for setting the second bit line to an intermediate potential between the first and second potentials using a second DRAM cell to which a potential is applied;
I have a,
A ferroelectric memory , further comprising: a DRAM control circuit for performing writing of the first and second potentials to the first and second DRAM cells and a refresh operation after the writing .
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