KR100294645B1 - Ferroelectric Memory - Google Patents
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Abstract
본 발명은 안정된 데이터 센싱 마진을 갖는 강유전체기억소자 및 데이터 센싱 방법을 제공하고자하는 것으로, 이를 위한 본 발명은, 데이터가 저장을 위한 스토리지노드와, 상기 스토리지노드와 데이터신호선 사이에 접속된 제1강유전체캐패시터와, 상기 데이터신호선에 자신의 일측노드가 접속된 제2강유전체커패시터를 포함하는 강유전체기억소자의 데이터 센싱 방법에 있어서, 상기 제2강유전체커패시터의 타측노드와, 상기 데이터신호선을 하프공급전압으로 프리차지하는 제1단계; 상기 제1단계 후, 상기 스토리지노드를 접지전압으로 구동하는 제2단계; 상기 제2단계 후, 상기 제2강유전체커패시터의 타측노드를 공급전압으로 구동하는 제3단계; 및 하프공급전압을 기준전압으로하여 상기 제3단계가 완료된 상기 데이터신호선으로부터 데이터를 감지증폭하는 제4단계를 포함하여 이루어진다.The present invention provides a ferroelectric memory device having a stable data sensing margin and a data sensing method. The present invention provides a storage node for storing data and a first ferroelectric connected between the storage node and the data signal line. A data sensing method of a ferroelectric memory device comprising a capacitor and a second ferroelectric capacitor having one side node connected to the data signal line, wherein the other node of the second ferroelectric capacitor and the data signal line are pre-supplied with a half supply voltage. Occupying the first step; A second step of driving the storage node to a ground voltage after the first step; A third step of driving the other node of the second ferroelectric capacitor to a supply voltage after the second step; And a fourth step of sensing and amplifying data from the data signal line having the third step completed using the half supply voltage as a reference voltage.
Description
본 발명은 강유전체기억소자(Ferroelectric Random Access Memory, FeRAM)에 관한 것으로, 특히 메모리 셀로부터 데이터를 감지증폭하기 위한 레퍼런스 전압을 더미셀이 아닌 하프 공급전압(Half Vcc)으로 직접 이용하는 강유전체기억소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric random access memory (FeRAM), and more particularly to a ferroelectric memory device using a reference voltage for sensing and amplifying data from a memory cell directly as a half supply voltage (Half Vcc) rather than a dummy cell. will be.
잘 알려진 바와 같이, 강유전체 물질을 사용하는 커패시터는 커패시터 양단의 전압과 유기된 전하량과의 관계가 히스테리시스 곡선의 관계를 갖는다. 도1a는 단자 a, b 사이에 형성된 강유전체커패시터의 심볼을 나타낸 것이고, 도면1b는 강유전체커패시터를 등가적으로 나타낸 것이며, 도1c는 커패시터의 양단자 a, b 사이의 전압에 따른 전하량의 관계를 도식화 한 것이다. 도1a, 도1b 및 도1c를 참조하면, 강유전체커패시터 a, b 양단의 전위차가 없을 때 분극에 의해 유지되는 전하량은 '가', '나' 두 가지 상태로 존재하게 되므로 전원의 공급이 없어도 2진 형태의 데이터를 저장할 수 있다. a, b 양 단자의 전위차가 없을 때의 저장된 '1'의 정보를 '가'의 상태로 하고, '0'의 정보를 '나'의 상태로 볼 때, 저장된 정보를 읽어내기 위해 단자 b에 일정 전압(V)을 인가하게 되면, '가'의 위치에 있던 분극은 '다'의 상태로 끌려 내려가 △Q1 만큼의 전하량을 발생하게 된다. 이때 스위칭을 일으킬 수 있는 전압(Vc)을 넘어 분극의 상태가 변하게 되므로, 도1b에 나타난 바와 같이 스위칭시의 비선형커패시턴스(Csw) 성분과 스위칭 하지 않을 때의 선형커패시턴스(Cln) 성분을 동시에 가지게 된다. 또한 '나'의 위치에 있던 분극은 역시 '다'의 상태로 끌려내려 가고, 이때는 스위칭이 일어나지 않으므로 선형커패시턴스(Cln)만 존재하며, △Q0 만큼의 전하량을 발생시키게 된다. 이 두 상태 변화에 의한 전하량의 차에 의해 강유전체커패시터는 비휘발성 메모리소자의 기억수단으로 사용되어진다.As is well known, capacitors using ferroelectric materials have a hysteresis curve in the relationship between the voltage across the capacitor and the amount of charged charge. FIG. 1A shows a symbol of a ferroelectric capacitor formed between terminals a and b, and FIG. 1B shows an equivalent of a ferroelectric capacitor, and FIG. 1C shows a relationship of charge amount according to voltage between both terminals a and b of a capacitor. It is. Referring to FIGS. 1A, 1B, and 1C, when there is no potential difference across the ferroelectric capacitors a and b, the amount of charge maintained by polarization exists in two states, 'a' and 'b', so that no power is supplied. It can store binary data. When the information of '1' is stored as 'A' when there is no potential difference between a and b terminals, and the information of '0' is displayed as 'I', the terminal b is read to read the stored information. When a certain voltage (V) is applied, the polarization at the 'ga' position is dragged to the 'da' state to generate the amount of charge as DELTA Q1. At this time, since the state of polarization changes beyond the voltage (Vc) that can cause switching, as shown in FIG. 1B, the nonlinear capacitance (Csw) component during switching and the linear capacitance (Cln) component when not switching are simultaneously present. . In addition, the polarization at the position of 'I' is also drawn to the state of 'C', and since no switching occurs, only the linear capacitance (Cln) exists and generates a quantity of charge as ΔQ0. Due to the difference in the amount of charge caused by these two state changes, the ferroelectric capacitor is used as a storage means for the nonvolatile memory device.
도2는 종래기술에 따른 강유전체기억소자의 코어(Core) 부분에 해당하는 회로도이다. 도2에는 정비트라인(bl0n)과 부비트라인(bl0bar)으로 이루어진 제1비트라인쌍과, 또 다른 정비트라인(bl1n)과 부비트라인(bl1bar)으로 이루어진 제2비트라인쌍에 각각 연결된 회로들을 보여주고 있다.2 is a circuit diagram corresponding to a core portion of a ferroelectric memory device according to the related art. In FIG. 2, a first bit line pair consisting of a right bit line bl0n and a sub bit line bl0bar, and a second bit line pair consisting of another right bit line bl1n and a sub bit line bl1bar are respectively connected. The circuits are shown.
도2를 참조하면, 하나의 앤모스트랜지스터와 하나의 강유전체커패시터로 이루어진 단위 셀이 어레이되어 셀 어레이부(130)를 구성하고 있다. 구체적으로, 단위 셀의 앤모스트랜지스터는 비트라인에 드레인이 접속되고 워드라인(wl0, wl1 ... wln-2, wln-1)에 게이트가 접속되며, 단위 셀의 강유전체커패시터는 플레이트라인(plate)과 상기 앤모스트랜지스터의 소스단 사이에 형성된다. 그리고, 각 비트라인에는 제어신호(pbl)에 의해 대기상태에서 비트라인을 접지전압으로 풀다운시키기 위하여 비트라인풀다운부(110)와, 제어신호에 의해 읽기(read) 구동시 정비트라인 및 부비트라인 간의 전압차를 감지증폭하기 위한 감지증폭부(120)가 접속 구성된다.Referring to FIG. 2, unit cells including one NMOS transistor and one ferroelectric capacitor are arrayed to form a cell array unit 130. Specifically, the NMOS transistor of the unit cell has a drain connected to the bit line and a gate connected to the word lines wl0, wl1 ... wln-2, wln-1, and the ferroelectric capacitor of the unit cell has a plate line. ) And the source terminal of the an-MOS transistor. Each bit line includes a bit line pull-down unit 110 for pulling down the bit line to the ground voltage in the standby state by the control signal pbl, and a positive bit line and a sub bit during read driving by the control signal. The sense amplifier 120 is configured to sense and amplify the voltage difference between the lines.
한편, 셀로부터 데이터를 읽기 위해서는 정비트라인 및 부비트라인 간의 데이터를 감지하게 되는데, 이때 정비트라인에 접속된 단위셀이 선택되었다라고 할 때, 선택되지 않은 셀에 접속된 부비트라인은 더미셀(150)로부터 기준전압을 전달받게 되어, 정비트라인 및 부비트라인의 전압차가 감지증폭부(120)에 의해 감지증폭되게 된다. 이때, 이 부비트라인에 기준전압을 전달하는 방식은 기준전압전달부(140)를 구동하여 생성된 기준전압을 제어신호(dtg_even, dtg_odd)에 의해 구동하여 구현된다.On the other hand, in order to read data from the cell, the data between the positive bit line and the sub bit line is sensed. In this case, when the unit cell connected to the positive bit line is selected, the sub bit line connected to the unselected cell is further selected. Since the reference voltage is received from the micelle 150, the voltage difference between the positive bit line and the sub bit line is sensed by the sense amplifier 120. In this case, the reference voltage is transmitted to the sub bit line by driving the reference voltage generated by driving the reference voltage transmitter 140 by the control signals dtg_even and dtg_odd.
더미셀부(150)는 더미정비트라인(RBL)이 제1비트라인쌍(bl0n, bl0bar)에 공통으로 접속되어 있고, 더미부비트라인(RBLB)이 제2비트라인쌍(bl1n, bl1bar)에 공통으로 접속되어 있으며, 상기 더미정비트라인(RBL)과 더미부비트라인(RBLB) 사이에 두 개의 더미셀(DCl, DC2)이 접속되어 있다. 또한, 더미정비트라인(RBL)과 더미부비트라인(RBLB)에는 제어신호(prl)에 의해 대기상태에서 더미비트라인쌍을 접지전압으로 풀다운시키기 위한 트랜지스터와, 제어신호(eq_rl)에 의해 더미비트라인 쌍을 이퀄라이즈시키는 트랜지스터가 접속되어 있다. 제1더미셀(DC1)에는 항상 데이터 "0"이 저장되어 있고, 제2더미셀(DC1)에는 항상 데이터 "1"이 저장되어 있어서, 더미워드라인(rwl)과 더미플레이트라인(rpl)을 액티브시키고, 더미비트라인쌍(RBL, RBLB)을 이퀄라이즈시키면, '0'과 '1'의 중간레벨에 해당하는 기준전압이 비트라인에 전달되게 된다.In the dummy cell unit 150, the dummy positive bit line RBL is commonly connected to the first bit line pair bl0n and bl0bar, and the dummy sub bit line RBLB is connected to the second bit line pair bl1n and bl1bar. Are connected in common to each other, and two dummy cells DC1 and DC2 are connected between the dummy positive bit line RBL and the dummy sub bit line RBLB. In addition, the dummy positive bit line RBL and the dummy sub bit line RBLB include a transistor for pulling down the pair of dummy bit lines to the ground voltage in the standby state by the control signal prl, and the dummy by the control signal eq_rl. Transistors that equalize the bit line pairs are connected. Data "0" is always stored in the first dummy cell DC1 and data "1" is always stored in the second dummy cell DC1, so that the dummy word line rwl and the dummy plate line rpl are stored. When enabled and equalizing the dummy bit line pairs RBL and RBLB, a reference voltage corresponding to an intermediate level between '0' and '1' is transferred to the bit line.
그런데, 강유전체커패시터는 사용 횟수가 많아짐에 따라 커패시터에 차지(charge)되는 전하량이 점차 감소하게 되는 특유의 노화(Fatigue) 현상을 가지고 있으므로, 사용 빈도 수에 따라 더미셀로부터 유기되는 기준전압이 불안정해지며, 이로 인해 센싱 마진이 떨어져 메모리의 신뢰성에 큰 문제가 된다. 도3은 강유전체커패시터이 노화 현상에 따라 히스테리시스 곡선이 변화하는 것을 보여준다. 즉, 종래의 방법과 같이 더미셀을 사용하여 레퍼런스 전압을 발생시킬 경우 '1'과 '0'을 저장한 더미셀을 읽으므로 두 셀중 한 개의 더미셀은 스위칭이 발생하여 도3과 같이 노화가 진행되므로 레퍼런스 전압의 변동을 유발한다. 특히, 메모리 셀이 다수 어레이된 비트라인에 더미 셀을 사용하므로 메모리 셀을 읽는 횟수보다 더미셀을 읽는 횟수가 훨씬 많다. 따라서 더미셀의 노화에 따라 소자의 수명이 결정되는 문제점을 갖고 있다.However, ferroelectric capacitors have a characteristic aging phenomenon in which the amount of charge charged to a capacitor gradually decreases as the number of uses increases, so that the reference voltage induced from the dummy cell becomes unstable according to the frequency of use. As a result, the sensing margin is reduced, which is a big problem for the reliability of the memory. 3 shows that the hysteresis curve of the ferroelectric capacitor changes with age. That is, when a reference voltage is generated using a dummy cell as in the conventional method, since a dummy cell storing '1' and '0' is read, one dummy cell of the two cells is switched to cause aging as shown in FIG. This causes a change in the reference voltage. In particular, since a dummy cell is used for a bit line in which a plurality of memory cells are arrayed, the number of dummy cells is read more than the number of reads of the memory cells. Therefore, there is a problem in that the life of the device is determined according to the aging of the dummy cell.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 안정된 데이터 센싱 마진을 갖는 강유전체기억소자를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a ferroelectric memory device having a stable data sensing margin.
또한 본 발명은 강유전체기억소자에서 안정된 데이터 센싱 마진을 얻기 위한 데이터 센싱방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a data sensing method for obtaining a stable data sensing margin in a ferroelectric memory device.
도1a는 강유전체커패시터의 심볼을 나타낸 도면,1A shows a symbol of a ferroelectric capacitor;
도1b는 강유전체커패시터의 등가 회로도,1B is an equivalent circuit diagram of a ferroelectric capacitor;
도1c는 강유전체커패시터의 특성을 보여주는 히스테리시스 곡선,Figure 1c is a hysteresis curve showing the characteristics of the ferroelectric capacitor,
도2는 종래기술에 따른 강유전체기억소자의 코어(Core) 부분에 해당하는 회로도,2 is a circuit diagram corresponding to a core portion of a ferroelectric memory device according to the prior art;
도3은 강유전체커패시터의 특성인 노화(Fatigue) 현상을 보여주는 도면,3 is a diagram illustrating a aging phenomenon, which is a characteristic of a ferroelectric capacitor;
도4 및 도5는 하프 공급전압(Vcc/2)을 레퍼런스 전압으로 사용하기 위한 본 발명의 기술적 원리를 설명하기 위한 도면,4 and 5 are views for explaining the technical principle of the present invention for using the half supply voltage (Vcc / 2) as a reference voltage,
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 강유전체기억소자의 코어 회로도,6 is a core circuit diagram of a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention;
도7은 하프 공급전압(Vcc/2)을 발생하는 기준전압발생회로부의 일예시도,7 is an exemplary view of a reference voltage generation circuit portion for generating a half supply voltage Vcc / 2;
도8은 도6의 실시예에서 읽기 동작을 위한 타이밍도,8 is a timing diagram for a read operation in the embodiment of FIG. 6;
도9는 도6의 회로에 대한 모의 실험 결과도,9 is a simulation result diagram for the circuit of FIG.
도10은 본 발명의 다른실시예에 따른 강유전체기억소자의 코어 회로도.10 is a core circuit diagram of a ferroelectric memory device according to another embodiment of the present invention.
상기 목적을 달성하기 위한 일특징적인 본 발명은, 강유전체기억소자에 있어서, 비트라인, 워드라인, 및 플레이트라인; 스토리지노드와, 상기 워드라인신호에 응답하여 상기 비트라인과 상기 스토리지노드 사이를 스위칭하는 스위치소자, 및 상기 스토리지노드와 상기 플레이트라인 사이에 접속된 제1강유전체커패시터를 포함하는 메모리 셀; 상기 플레이트라인에 그 일측노드가 접속된 제2강유전체커패시터; 상기 제2강유전체커패시터의 타측노드에 접속되어 상기 제2강유전체커패시터의 타측노드를 하프공급전압 또는 공급전압으로 선택적으로 구동하기 위한 구동수단; 하프공급전압을 발생하기 위한 기준전압발생수단; 및 상기 기준전압발생수단으로부터의 출력신호에 따라 상기 플레이트라인의 신호를 읽기 데이터신호로서 감지증폭하기 위한 감지증폭수단을 포함하여 이루어진다.One characteristic of the present invention for achieving the above object is a ferroelectric memory device, the bit line, word line, and plate line; A memory cell comprising a storage node, a switch element switching between the bit line and the storage node in response to the word line signal, and a first ferroelectric capacitor connected between the storage node and the plate line; A second ferroelectric capacitor having one node connected to the plate line; Driving means connected to the other node of the second ferroelectric capacitor to selectively drive the other node of the second ferroelectric capacitor to a half supply voltage or a supply voltage; Reference voltage generating means for generating a half supply voltage; And sensing amplifying means for sensing and amplifying the signal of the plate line as a read data signal according to the output signal from the reference voltage generating means.
바람직하게 상기 일특징적인 본 발명은, 상기 비트라인에 접속되어 상기 비트라인을 하프공급전압 또는 접지전압으로 선택적으로 구동하기 위한 비트라인구동수단; 및 상기 플레이트라인에 접속되어 상기 플레이트라인을 하프공급전압 또는 접지전압으로 선택적으로 구동하기 위한 플레이트라인구동수단을 더 포함하여 이루어진다.Preferably, the present invention is characterized in that: a bit line driving means connected to said bit line for selectively driving said bit line to a half supply voltage or a ground voltage; And plate line driving means connected to the plate line to selectively drive the plate line to a half supply voltage or a ground voltage.
더욱 바람직하게 상기 일특징적인 본 발명은, 읽기후 재저장을 위하여 상기 감지증폭수단의 출력신호를 상기 비트라인으로 피드백하는 수단을 더 포함하여 이루어지며, 상기 제2강유전체커패시터는 상기 제1강유전체커패시터에 대해 1.5배 내지 2.5배의 면적을 갖는 것을 특징으로 한다.More preferably, the present invention further comprises means for feeding back the output signal of the sense amplifying means to the bit line for re-storing after reading, wherein the second ferroelectric capacitor is the first ferroelectric capacitor. It is characterized by having an area of 1.5 times to 2.5 times.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 특징적인 본 발명은, 강유전체기억소자에 있어서, 제1비트라인, 워드라인, 및 플레이트라인; 스토리지노드와, 상기 워드라인신호에 응답하여 상기 제1비트라인과 상기 스토리지노드 사이를 스위칭하는 스위치소자, 및 상기 스토리지노드와 상기 플레이트라인 사이에 접속된 제1강유전체커패시터를 포함하는 메모리 셀; 상기 제1비트라인에 그 일측노드가 접속된 제2강유전체커패시터; 상기 제2강유전체커패시터의 타측노드에 접속되어 상기 제2강유전체커패시터의 타측노드를 하프공급전압 또는 공급전압으로 선택적으로 구동하기 위한 구동수단; 상기 제1비트라인과 이웃하는 제2비트라인을 하프공급전압으로 프리차지하기 위한 프리차지수단; 및 상기 하프공급전압으로 프리차지된 상기 제2비트라인의 신호에 따라 상기 제1비트라인의 신호를 읽기 데이터신호로서 감지증폭하기 위한 감지증폭수단을 포함하여 이루어진다.In addition, another characteristic of the present invention for achieving the above object, the ferroelectric memory device, the first bit line, word line, and plate line; A memory cell comprising a storage node, a switch element switching between the first bit line and the storage node in response to the word line signal, and a first ferroelectric capacitor connected between the storage node and the plate line; A second ferroelectric capacitor having one node connected to the first bit line; Driving means connected to the other node of the second ferroelectric capacitor to selectively drive the other node of the second ferroelectric capacitor to a half supply voltage or a supply voltage; Precharge means for precharging a second bit line adjacent to the first bit line with a half supply voltage; And sensing amplifying means for sensing and amplifying the signal of the first bit line as a read data signal according to the signal of the second bit line precharged with the half supply voltage.
바람직하게 상기 다른 특징적인 본 발명은, 읽기후 재저장을 위하여 상기 감지증폭수단의 출력신호를 상기 제1비트라인으로 피드백하는 수단을 더 포함하여 이루어지며, 상기 제2강유전체커패시터는 상기 제1강유전체커패시터에 대해 1.5배 내지 2.5배의 면적을 갖는 것을 특징으로 한다.Preferably, the present invention further includes means for feeding back an output signal of the sense amplifying means to the first bit line for re-storing after reading, wherein the second ferroelectric capacitor is configured to provide the first ferroelectric. It is characterized by having an area of 1.5 to 2.5 times the capacitor.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 데이터가 저장을 위한 스토리지노드와, 상기 스토리지노드와 데이터신호선 사이에 접속된 제1강유전체캐패시터와, 상기 데이터신호선에 자신의 일측노드가 접속된 제2강유전체커패시터를 포함하는 강유전체기억소자의 데이터 센싱방법에 있어서, 상기 제2강유전체커패시터의 타측노드와, 상기 데이터신호선을 하프공급전압으로 프리차지하는 제1단계; 상기 제1단계 후, 상기 스토리지노드를 접지전압으로 구동하는 제2단계; 상기 제2단계 후, 상기 제2강유전체커패시터의 타측노드를 공급전압으로 구동하는 제3단계; 및 하프공급전압을 기준전압으로하여 상기 제3단계가 완료된 상기 데이터신호선으로부터 데이터를 감지증폭하는 제4단계를 포함하여 이루어진다. 여기서, 바람직하게 상기 제2단계전에 상기 스토리지노드를 하프공급전압으로 구동하는 제5단계를 더 포함할 수 있다.The present invention also provides a storage node for storing data, a first ferroelectric capacitor connected between the storage node and a data signal line, and a second node having one side node connected to the data signal line. A data sensing method of a ferroelectric memory device including a ferroelectric capacitor, comprising: a first step of precharging the other node of the second ferroelectric capacitor and the data signal line with a half supply voltage; A second step of driving the storage node to a ground voltage after the first step; A third step of driving the other node of the second ferroelectric capacitor to a supply voltage after the second step; And a fourth step of sensing and amplifying data from the data signal line having the third step completed using the half supply voltage as a reference voltage. The method may further include a fifth step of driving the storage node to a half supply voltage before the second step.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도4 및 도5는 하프 공급전압(Vcc/2)을 레퍼런스 전압으로 사용하기 위한 본 발명의 기술적 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도4에 도시된 바와같이, 통상의 강유전체기억소자는 셀의 저장노드(a)(storage node, 스위치 트랜지스터와 강유전체커패시터가 연결된 노드)와 플레이트라인(platline) 사이에 접속된 1개의 강유전체커패시터(410)를 가지는데, 상기 플레이트라인(platline)에 별도의 구동 강유전체커패시터(420)를 연결하고 이의 구동노드(b)를 적절한 전압으로 구동하면, 플레이트라인으로부터 전압신호는 Vcc/2를 레퍼런스 전압으로하여 감지증폭할 수 있다.4 and 5 are views for explaining the technical principle of the present invention for using the half supply voltage (Vcc / 2) as a reference voltage. As shown in FIG. 4, a typical ferroelectric memory device includes one ferroelectric capacitor 410 connected between a storage node (a) of a cell (node connected to a switch transistor and a ferroelectric capacitor) and a plateline. When a separate drive ferroelectric capacitor 420 is connected to the plateline and the drive node b is driven at an appropriate voltage, the voltage signal from the plateline is set to Vcc / 2 as a reference voltage. Detection can be amplified.
즉, 도4에서 플레이트 라인이 Vcc/2로 프리차지 되어있고 스토리지노드(a) 또한 Vcc/2 라고 가정하면, 셀의 강유전체커패시터(410) 양단에 인가되는 전압은 0V이므로 강유전체커패시터(410)는 도5의 '가' 또는 '나' 상태로 존재한다(도4의 A 구간). 이어서, 스토리지노드(a)가 0V 전위로 고정되면, 강유전체커패시터(410)에 음의 전압이 걸리므로 강유전체커패시터(410)의 분극 상태는 변하게 되며 변화된 분극상태 만큼의 전하량이 플레이트라인 기생 커패시터(430)와 전하공유하여 플레이트라인 전압을 변화시킨다(도4의 B 구간). 이때 플레이트라인 기생 커패시터(430)는 선택되지 않은 워드라인에 연결된 강유전체커패시터와 접합 트랜지스터의 직렬 연결 커패시터가 주요 성분이고 플레이트라인과 워드라인사이, 플레이트라인과 기판 사이 등에 존재하는 기생 커패시터가 부성분이 된다. 셀의 강유전체커패시터(410)가 데이터 '0'인 도5의 '가' 상태에 존재하고 있었다면 스토리지노드(a)가 0V 일 때 강유전체커패시터(410)는 '다'상태로 변화하며 ΔQ0전하량 변화가 생겨 Vcc/2 이었던 플레이트라인 전위는 Vcc/2 보다 낮은 V1전압이 된다. 반면에 강유전체커패시터(410)가 데이터 '1'인 '나' 상태에 존재하고 있었다면 스토리지노드(a)가 0V 일 때 '라' 상태로 변화하며 ΔQ1전하량 변화가 생겨 플레이트 라인 전위는 상기 V1전압 보다 높으면서 Vcc/2보다 약간 낮은 V2전압이 된다. 계속해서, 구동 강유전체커패시터(420)의 구동노드(b)를 Vcc/2에서 Vcc로 구동시키면, 구동 강유전체커패시터(420)로부터 유기된 전하량이 플레이트라인 기생커패시터(430)와 셀의 강유전체커패시터(410)와 전하 공유되어, 데이터 '1'인 경우에 플레이트 라인은 Vcc/2 보다 높은 V3전압이 되고, 데이터 '0'인 경우에 플레이트 라인은 Vcc/2 보다 낮은 V4전압이 된다.That is, in FIG. 4, when the plate line is precharged to Vcc / 2 and the storage node a is also Vcc / 2, the voltage applied across the ferroelectric capacitor 410 of the cell is 0V, so the ferroelectric capacitor 410 is It exists in the state 'a' or 'b' of FIG. 5 (section A of FIG. 4). Subsequently, when the storage node (a) is fixed at a potential of 0 V, since the negative voltage is applied to the ferroelectric capacitor 410, the polarization state of the ferroelectric capacitor 410 is changed, and the amount of charge corresponding to the changed polarization state is the plate line parasitic capacitor 430. ) To change the plate line voltage (B section in FIG. 4). At this time, the plate line parasitic capacitor 430 is a main component of the ferroelectric capacitor connected to the unselected word line and the series connection capacitor of the junction transistor, and the parasitic capacitor existing between the plate line and the word line, and between the plate line and the substrate becomes a minor component. . The ferroelectric capacitor 410 has the ferroelectric capacitor 410. When you have been present in the "a" state in the Figure 5 data "0" storage node (a) is 0V and the shell, and changes to the "all" state ΔQ zero charge changes The plate line potential, which was Vcc / 2, becomes a V1 voltage lower than Vcc / 2. On the other hand, if the ferroelectric capacitor 410 was in the 'I' state of the data '1', the storage node (a) is changed to the 'LA' state when the storage node (a) is 0V, and the change in the ΔQ 1 charge amount occurs and the plate line potential is the V1 voltage. The higher V2 voltage is slightly lower than Vcc / 2. Subsequently, when the driving node b of the driving ferroelectric capacitor 420 is driven from Vcc / 2 to Vcc, the amount of charge induced from the driving ferroelectric capacitor 420 is reduced from the plate line parasitic capacitor 430 to the cell ferroelectric capacitor 410. ), The plate line becomes a V3 voltage higher than Vcc / 2 in the case of data '1', and the plate line becomes a V4 voltage lower than Vcc / 2 in the case of data '0'.
이와 같은 이유로 해서, 강유전체 메모리 셀로부터 데이터를 읽을 때, 스위치 트랜지스터를 통해 스토리지노드 a에 연결되는 비트라인을 Vcc/2로 프리차지 하였다가 접지전압(0V)으로 구동하고, 구동 강유전체커패시터(420)의 구동노드 b를 Vcc/2로 프리차지 하였다가 Vcc로 구동하면, Vcc/2 전압을 레퍼런스 전압으로하여 플레이트라인으로부터 데이터신호를 감지증폭할 수 있다. 만일 구동 강유전체커패시터(420) 면적이 셀의 강유전체커패시터(410) 면적의 1.5배 내지 2.5배가 되면, 플레이트라인에 실린 V3전압과 V4전압의 중간전압이 Vcc/2가 되도록 최적화 시킬 수 있다.For this reason, when reading data from the ferroelectric memory cell, the bit line connected to the storage node a through the switch transistor is precharged to Vcc / 2 and driven to the ground voltage (0V), and the driving ferroelectric capacitor 420 If the driving node b is precharged to Vcc / 2 and then driven to Vcc, the data signal can be sensed and amplified from the plate line using the Vcc / 2 voltage as a reference voltage. If the area of the driving ferroelectric capacitor 420 is 1.5 times to 2.5 times the area of the ferroelectric capacitor 410 of the cell, the intermediate voltage between the V3 voltage and the V4 voltage on the plate line may be optimized to be Vcc / 2.
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 강유전체기억소자의 코어 회로를 도시한 것이다.6 illustrates a core circuit of a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention.
도6을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 강유전체기억소자의 특징적 구성을 살펴본다. 도6에는 서로 인접한 두 개의 칼럼계 회로들을 도시하고 있으나, 도6의 구성을 설명함에 있어 이해의 편의를 돕기 위해 여기서는 비트라인(bl0) 및 플레이트라인(pl0)에 접속된 회로들을 중심으로 설명하겠다.Referring to Figure 6, looks at the characteristic configuration of the ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention. Although FIG. 6 shows two column-based circuits adjacent to each other, for convenience of understanding in describing the configuration of FIG. 6, the circuits connected to the bit line bl0 and the plate line pl0 will be described here. .
먼저, 게이트에 워드라인(wl1)이 접속되고 소스에 비트라인(bl0)이 접속된 엔모스트랜지스터(611)와, 상기 엔모스트랜지스터(611)의 드레인에 일측노드가 접속되고 타측노드에 플레이트라인(pl0)이 접속된 강유전체커패시터(612)가 단위셀을 구성하고 있으며, 이 단위셀들이 다수개 어레이되어 강유전체 메모리 셀 어레이부(610)를 구성하고 있다. 단위셀에서 엔모스트랜지스터(611)와 강유전체커패시터(612)가 연결된 노드가 스토리지노드(613)가 된다.First, an NMOS transistor 611 having a word line wl1 connected to a gate and a bit line bl0 connected to a source, one node connected to a drain of the NMOS transistor 611, and a plate line connected to the other node. The ferroelectric capacitor 612 to which (pl0) is connected forms a unit cell, and a plurality of unit cells are arrayed to form the ferroelectric memory cell array unit 610. In the unit cell, the node to which the NMOS transistor 611 and the ferroelectric capacitor 612 are connected is the storage node 613.
비트라인(bl0)에는 제어신호 blv0에 게이트 제어받아 접지전압으로 비트라인(bl0)을 구동하는 엔모스트랜지스터(621)와, 제어신호 blh0에 게이트 제어받아 Vcc/2 (halfvcc)로 비트라인(bl0)을 구동하는 엔모스트랜지스터(622)로 이루어진 비트라인구동부(620)가 연결되어 있다.The bit line bl0 includes an NMOS transistor 621 that is gated by the control signal blv0 and drives the bit line bl0 with a ground voltage, and a bit line bl0 by Vcc / 2 (halfvcc) under gate control by the control signal blh0. The bit line driver 620 is formed of an NMOS transistor 622 for driving ().
플레이트라인(pl0)에는 제어신호 plv0에 게이트 제어받아 접지전압으로 플레이트라인(pl0)을 구동하는 엔모스트랜지스터(631)와, 제어신호 plh0에 게이트 제어받아 Vcc/2(halfvcc)로 플레이트라인(pl0)을 구동하는 엔모스트랜지스터(632)로 이루어진 플레이트라인구동부(630)가 연결되어 있다.In the plate line pl0, the NMOS transistor 631 drives the plate line pl0 with the ground voltage under gate control by the control signal plv0, and the plate line pl0 with Vcc / 2 (halfvcc) under gate control by the control signal plh0. The plate line driver 630 is formed of an MOS transistor 632 for driving the s).
플레이트라인(pl0)에는 구동 강유전체커패시터(640)가 접속되는바, 구동강유전체커패시터(640)은 그 일측전극이 플레이트라인(pl0)에 접속되고, 타측전극이 상기 구동강유전체커패시터(640)를 접지전압과 Vcc/2로 구동하기 위한 구동회로(650)에 접속된다. 구동회로(650)는 제어신호 drvo에 게이트 제어받아 구동강유전체커패시터(640)의 타측전극을 접지전압으로 구동하는 엔모스트랜지스터(651)와, 제어신호 drho에 게이트 제어받아 구동강유전체커패시터(640)의 타측전극을 Vcc/2(halfvcc)로 구동하는 엔모스트랜지스터(652)로 구성되어 있다.The driving ferroelectric capacitor 640 is connected to the plate line pl0. In the driving ferroelectric capacitor 640, one electrode thereof is connected to the plate line pl0, and the other electrode connects the driving ferroelectric capacitor 640 to a ground voltage. And a driving circuit 650 for driving at Vcc / 2. The driving circuit 650 is gate-controlled by the control signal drvo to drive the other electrode of the driving ferroelectric capacitor 640 to ground voltage, and the gate-controlled by the control signal drho of the driving ferroelectric capacitor 640. It is composed of an enMOS transistor 652 which drives the other electrode at Vcc / 2 (halfvcc).
본 실시예에서는 감지증폭시 더미셀이 아닌 별도의 기준전압발생회로부(600)를 구비하여, 이 기준전압발생회로부(600)로부터 출력되는 Vcc/2 레벨의 전압을 기준전압(halfvcc)으로서 사용한다. 도7에는 통상 DRAM에서 사용되고 있는 Vcc/2 기준전압발생회로가 도시되어 있는바, 일예로 도7과 같은 회로구성을 갖는 기준전압발생회로를 기준전압발생회로부(600)로서 구성할 수 있다.In the present embodiment, a separate reference voltage generation circuit unit 600 is provided instead of the dummy cell in the sense amplification, and the voltage of the Vcc / 2 level output from the reference voltage generation circuit unit 600 is used as the reference voltage halfvcc. . 7 shows a Vcc / 2 reference voltage generator circuit commonly used in DRAM. For example, the reference voltage generator circuit having the circuit configuration as shown in FIG. 7 can be configured as the reference voltage generator circuit 600.
본 실시예에서 감지증폭부(670)는 플레이트라인(pl0)으로부터 신호를 입력받아 메모리셀의 데이터를 감지증폭하게 되는바, 이때 기준전압은 상기 기준전압발생회로부(600)로부터의 기준전압신호(halfvcc)가 된다. 감지증폭기는 제어신호 san에 의해 인에이블 및 디스에이블 된다. 플레이트라인(pl0)은 제어신호 psl0에 게이트 제어받는 엔모스트랜지스터(660)를 통해 데이터라인(PDL)에 접속되고, 이 데이터라인(PDL)이 감지증폭부(670)의 입력 트랜지스터 게이트에 접속된다.In this embodiment, the sensing amplifier 670 receives a signal from the plate line pl0 to sense and amplify the data of the memory cell. In this case, the reference voltage is a reference voltage signal from the reference voltage generation circuit 600. halfvcc). The sense amplifiers are enabled and disabled by the control signal san. The plate line pl0 is connected to the data line PDL through the NMOS transistor 660 gate-controlled by the control signal psl0, and the data line PDL is connected to the input transistor gate of the sensing amplifier 670. .
한편, 강유전체메모리소자는 데이터를 읽은 후에 재저장(restore)하지 않으면 저장된 데이터가 손실되므로 읽혀진 데이터는 반드시 재저장 되어야 한다. 그러므로 감지증폭부(670)의 출력은 데이터 출력버퍼(681)로 보내지는 동시에 비트라인(bl0)으로 피드백되어 재저장을 위한 수단이 되어야 한다. 이를 위해 비트라인(bl0)은 제어신호 bsl0에 게이트 제어받는 패스트랜지스터(690)를 통해 데이터라인(BDL)에 접속되고, 이 데이터라인(BDL)은 감지증폭부(670)의 출력단과 연결된다. 데이터라인(BDL)과 감지증폭부(670)의 출력단 사이에는 제어신호 lch에 제어받는 래치부(682)가 구비되며, 감지증폭부(670)의 출력단은 프리차지를 위해 제어신호 san에 게이트 제어받는 피모스트랜지스터(683)가 접속된다.On the other hand, since the stored data is lost if the ferroelectric memory device does not restore after reading the data, the read data must be restored. Therefore, the output of the sense amplifier 670 should be sent to the data output buffer 681 and at the same time fed back to the bit line (bl0) to be a means for restoring. For this purpose, the bit line bl0 is connected to the data line BDL through the fast transistor 690 gate-controlled by the control signal bsl0, and the data line BDL is connected to the output terminal of the sensing amplifier 670. A latch unit 682 controlled by the control signal lch is provided between the data line BDL and the output terminal of the sensing amplifier 670. The output terminal of the sensing amplifier 670 controls the gate of the control signal san for precharging. The receiving PMOS transistor 683 is connected.
도8은 도6의 실시예에서 읽기 동작을 위한 타이밍을 나타낸 것으로, 이를 통해 도6의 동작을 구체적으로 살펴본다. 메모리 셀의 강유전체커패시터 612에 저장된 값을 읽는 경우를 생각해 본다. 워드라인이 인에이블되기 전에 칼럼어드레스에 의해 plh0이 먼저 인에이블되어 선택된 플레이트라인 pl0은 접지전압 0V에서 Vcc/2레벨로 프리차지 된다. 선택되지 않은 플레이트라인(예컨대 pl1)은 제어신호 plv1은 Vcc, plh1은 0v가 되어 0V로 전위가 고정된다.FIG. 8 illustrates timing for a read operation in the embodiment of FIG. 6, through which the operation of FIG. 6 will be described in detail. Consider a case where a value stored in the ferroelectric capacitor 612 of a memory cell is read. Before the word line is enabled, plh0 is first enabled by the column address so that the selected plateline pl0 is precharged to the level Vcc / 2 at ground voltage 0V. The unselected plate line (e.g., pl1) has the control signal plv1 as Vcc and plh1 as 0v, so that the potential is fixed at 0V.
이때 선택된 셀의 스토리지노드 613의 전압을 Vs라고 하면 다음과 같은 수식1을 얻을 수 있다.If the voltage of the storage node 613 of the selected cell is Vs, Equation 1 can be obtained.
[
위 수학식1에서 일반적으로 강유전체 셀 커패시턴스 Cc는 큰 유전율 때문에 접합 커패시턴스 Cj에 비해 훨씬 크므로 스토리지노드 613의 전압 Vs는 대략 Vcc/2가 되어 강유전체커패시터 612의 분극상태는 거의 변화가 없게 된다.In the above Equation 1, since the ferroelectric cell capacitance Cc is much larger than the junction capacitance Cj due to the large dielectric constant, the voltage Vs of the storage node 613 is approximately Vcc / 2, so that the polarization state of the ferroelectric capacitor 612 is almost unchanged.
선택된 플레이트라인 pl0가 Vcc/2 레벨로 프리차지 완료된후 워드라인 wl0이 선택되는데 이때 선택된 비트라인 bl0와 선택되지 않은 비트라인 bl1은 모두 0V로 고정되어 있다. 워드라인 wl0이 인에이블될 때 선택된 셀의 스토리지노드 613은 Vcc/2에서 0V로 전위가 떨어지므로 강유전체 커패시터 612의 분극 상태는 변하고 전하량의 변화를 유발하여, 플레이트라인 pl0의 Vcc/2 전압은 데이터 '1'인 경우 Vcc/2 보다 약간 낮은 V2로, 데이터 '0'인 경우 V2보다 낮은 V1로 유기된다.After the selected plate line pl0 is precharged to the level Vcc / 2, the word line wl0 is selected. At this time, both the selected bit line bl0 and the unselected bit line bl1 are fixed to 0V. When the wordline wl0 is enabled, the storage node 613 of the selected cell drops in potential from Vcc / 2 to 0V, so the polarization state of the ferroelectric capacitor 612 changes and causes a change in charge, which causes the Vcc / 2 voltage of the plate line pl0 to In case of '1', V2 is slightly lower than Vcc / 2, and in case of data '0', V1 is lowered to V1.
이후, 제어신호 drv0를 '로우'로하여 구동강유전체커패시터 640에 연결된 노드를 Vcc/2에서 Vcc로 인가하면 플레이트라인은 데이터 '1'인 경우 V3, 데이터 '0' 인 경우 V4 전압으로 유기된다. 이러한 원리는 도4에서 구체적 설명하였으므로 생략하기로 한다. 유기된 전압 V3 혹은 V4는 제어신호 psl0가 '하이'가 되면서 엔모스트랜지스터 660이 턴온되어 데이터라인 PDL을 통해 감지증폭부 670로 전달되며, 데이터라인 PDL의 전압이 플레이트라인 pl0에 유기된 전압과 같아지면 제어신호 psl0를 '로우'로 내려 엔모스트랜지스터 660을 오프시킨다. 제어신호 psl0에 연결된 엔모스트랜지스터 660을 오프시키는 이유는 데이터센싱후 읽혀진 메모리 셀 커패시터를 원래의 상태로 재저장하기 위하여 플레이트라인 pl0의 전압을 Vcc/2로 고정시키기 위해서이며 고정된 Vcc/2 전압이 감지증폭기 증폭중에 영향을 미치지 않기 위해서이다. 이어서, 제어신호 san을 '하이'로하여 감지증폭부 670을 인에이블시킨다. 이때 감지증폭기의 기준전압은 Vcc/2 (halfvcc)가 된다. 감지증폭후 제어신호 lch를 '로우'에서 '하이'로 활성화시키면 읽혀진 값을 출력노드 output에서 얻을수 있다.Thereafter, when the node connected to the driving ferroelectric capacitor 640 is applied from Vcc / 2 to Vcc with the control signal drv0 set to 'low', the plate line is induced to the voltage V3 for the data '1' and V4 for the data '0'. Since this principle has been described in detail with reference to FIG. 4, it will be omitted. In the induced voltage V3 or V4, when the control signal psl0 becomes 'high', the NMOS transistor 660 is turned on and transferred to the sensing amplifier 670 through the data line PDL, and the voltage of the data line PDL is equal to the voltage induced in the plate line pl0. When the same, the control signal psl0 is set to 'low' to turn off the NMOS transistor 660. The reason for turning off the NMOS transistor 660 connected to the control signal psl0 is to fix the voltage of the plate line pl0 to Vcc / 2 to restore the memory cell capacitor read after the data sensing to its original state. This is to avoid affecting this sense amplifier amplification. Subsequently, the sensing amplifier 670 is enabled by setting the control signal san to high. At this time, the reference voltage of the sense amplifier is Vcc / 2 (halfvcc). After the sense amplification, activate the control signal lch from 'low' to 'high' to get the read value from the output node output.
읽혀진 셀은 재저장 되어야 하므로 감지증폭부 670의 출력은 비트라인 bl0으로 피드백되고 제어신호 bsl0는 '로우'가 되어 비트라인은 플로팅이 되어야 한다. 데이터 '1'인 경우 출력노드 output은 '하이'가 되나, 비트라인은 '로우'가 되어야 하고 데이터 '0'인 경우 출력노드 output는 '로우'이나 비트라인은 '하이'가 되어야 한다. 비트라인이 '하이'인 경우 셀의 스위치 트랜지스터가 엔모스트랜지스터이므로 스토리지노드 613으로 Vcc전압이 전달되기 위해서는 워드라인 wl0 전압은 Vcc + Vth 가 되어야 한다. Vth는 엔모스트랜지스터 611의 문턱전압이다. 데이터 '0' 인 경우 비트라인 bl0는 Vcc가되어 강유전체커패시터 612 양단에 인가되는 전압은 Vcc/2가 되므로 분극상태는 도1c의 '라' 상태로 이동하며 데이터 '1' 인 경우 비트라인 bl0는 접지전압이 되어 강유전체커패시터 612 양단에 인가되는 전압은 -Vcc/2가 되어 분극상태는 도1c의 '다' 상태로 이동된다. 그런 다음, 제어신호 bsl0를 '로우', blh0를 '하이'로 인가하면 비트라인 bl0 전압이 Vcc/2가 되므로 강유전체커패시터 612의 양단에 인가되는 전압은 0V가 되어 데이터 '1' 인 경우는 '가' 상태로, 데이터 '0'인 경우는 '나'상태로 이동하여 원래의 값을 재저장하게 된다.Since the read cell must be restored, the output of the sense amplifier 670 is fed back to the bit line bl0 and the control signal bsl0 is 'low' so that the bitline must be floated. If the data is '1', the output node output should be 'high', but if the bit line is 'low', if the data is '0', the output node output should be 'low' but the bit line should be 'high'. When the bit line is 'high', since the cell's switch transistor is an MOS transistor, the word line wl0 voltage must be Vcc + Vth to transfer the Vcc voltage to the storage node 613. Vth is the threshold voltage of NMOS transistor 611. In the case of data '0', the bit line bl0 becomes Vcc, and the voltage applied across the ferroelectric capacitor 612 becomes Vcc / 2. Thus, the polarization state moves to the 'la' state of FIG. 1c. In the case of data '1', the bitline bl0 becomes The voltage applied across the ferroelectric capacitor 612 at the ground voltage becomes -Vcc / 2, so that the polarization state is shifted to the "multi" state of FIG. Then, when the control signal bsl0 is applied as low and blh0 is applied as high, the voltage of the bit line bl0 becomes Vcc / 2. Therefore, the voltage applied across the ferroelectric capacitor 612 becomes 0V, and the data is '1'. In the case of '0', if the data is '0', it moves to the 'I' state and restores the original value.
재저장이 완료된 후, 워드라인 wl0 전압을 Vcc + Vth에서 '로우'로 내려 다음 사이클(cycle)을 준비하기 위해 대기상태를 유지하도록 한다. 이때 대기 상태에서 강유전체커패시터 612 양 노드의 전압이 Vcc/2가 되면 스토리지노드 613의 Vcc/2전압은 누설전류에 의해 전위가 계속 감소하여 결국 0V가 될것이므로 강유전체 커패시터 분극 상태의 변화를 유발하므로 강유전체 커패시터 양쪽 노드의 전압은 0V를 유지하여야 한다. 이를 위해 워드라인 wl0이 오프된후 플레이트라인 pl0 전압을 Vcc/2에서 0V로 구동시켜 강유전체커패시터 양단의 전압을 0V로 유지시킨다.After resave completes, the wordline wl0 voltage is pulled low from Vcc + Vth to maintain standby to prepare for the next cycle. At this time, when the voltages of both nodes of the ferroelectric capacitor 612 become Vcc / 2 in the standby state, the Vcc / 2 voltage of the storage node 613 will continue to decrease due to leakage current and eventually become 0 V. Therefore, the ferroelectric capacitor polarization state will be changed. The voltage at both nodes of the capacitor must remain at 0V. To do this, after the word line wl0 is turned off, the plateline voltage pl0 is driven from Vcc / 2 to 0V to maintain the voltage across the ferroelectric capacitor at 0V.
이상의 동작에서 살펴본 바와같이, 하나의 플레이트라인당 1개의 구동강유전체커패시터(640)가 부착되어 있고, 다수의 셀이 플레이트라인에 연결되어 있어 소자를 동작시킬 때 구동강유전체커패시터의 동작 횟수가 메모리 셀의 동작 횟수보다 훨씬 많으나 구동 커패시터 동작시 분극상태는 스위치가 발생하지 않으므로 구동강유전체커패시터 640은 노화되지 않는다. 도8에는 셀의 강유전체커패시터 612를 "Ferro Cap"으로 표시하였으며, 구동강유전체캐패시터 640을 "Driving Cap"으로 표시하였는데, 이들의 분극 상태를 참조하면 구동강유전체커패시터 640은 분극 상태가 스위칭되지 않음을 알수 있다.As described in the above operation, one driving ferroelectric capacitor 640 is attached to one plate line, and a plurality of cells are connected to the plate line so that the number of operation of the driving ferroelectric capacitor when the device is operated is determined in the memory cell. The driving ferroelectric capacitor 640 does not age since the polarization state does not occur when the driving capacitor is operated. In FIG. 8, the ferroelectric capacitor 612 of the cell is denoted as "Ferro Cap", and the driving ferroelectric capacitor 640 is denoted as "Driving Cap". Referring to the polarization state thereof, the driving ferroelectric capacitor 640 shows that the polarization state is not switched. have.
도9는 도6의 회로에 대한 모의 실험 결과이다. pl0는 데이터가 '1'이 저장되었을 때 플레이트라인 전압이며 pl1은 데이터가 '0'이 저장되었을 때 플레이트라인 전압이다. 워드라인 wl을 하이로 구동함과 동시에 구동회로 650가 구동강유전체커패시터 640을 Vcc/2에서 Vcc로 구동시킨 결과이다. pl0는 Vcc/2 + ΔⅤ1, Vcc/2 - ΔⅤ0가 됨을 알 수 있다(ΔⅤ1은 약 200mV, ΔⅤ0는 약 250mV). 감지증폭은 정상적으로 이루어져 출력노드 output0는 '하이' 데이터가, 출력노드 output1에는 '로우' 데이터가 출력됨을 알 수 있다.9 is a simulation result for the circuit of FIG. pl0 is the plateline voltage when data is stored with '1' and pl1 is the plateline voltage when data is stored with '0'. The driving circuit 650 drives the driving ferroelectric capacitor 640 from Vcc / 2 to Vcc while driving the word line wl high. It can be seen that pl0 is Vcc / 2 + ΔV1, Vcc / 2-ΔV0 (ΔV1 is about 200 mV, ΔV0 is about 250 mV). It can be seen that the detection amplification is normally performed, so that output node output0 has 'high' data and output node output1 has 'low' data.
도10은 본 발명의 다른실시예에 따른 강유전체기억소자의 코어 회로를 도시하고 있다. 도10을 참조하여 본 발명의 다른실시예에 따른 구성을 살펴본다. 본 발명의 다른실시예는 비선택되어 하프공급전압(Vcc/2)으로 프리차지되어 있는 비트라인의 신호를 기준전압신호로하여, 선택된 비트라인에 유기된 데이터신호를 감지증폭하는 방식을 갖는바, 이와 연관하여 그 구성을 살펴본다.10 shows a core circuit of a ferroelectric memory device according to another embodiment of the present invention. With reference to Figure 10 looks at the configuration according to another embodiment of the present invention. Another embodiment of the present invention has a method of detecting and amplifying a data signal induced in a selected bit line by using a signal of a bit line that is unselected and precharged with a half supply voltage (Vcc / 2) as a reference voltage signal. In this context, we look at its composition.
도10을 참조하면, 스토리지노드(913)와, 워드라인신호(wl0)에 응답하여 제1비트라인(BL0)과 상기 스토리지노드(913) 사이를 스위칭하는 스위치소자(911), 및 상기 스토리지노드(913)와 플레이트라인(PL0) 사이에 접속된 제1강유전체커패시터(912)가 메모리 셀(910)을 구성하고 있다. 제1비트라인(BL0)에는 제2강유전체커패시터(920)의 일측노드가 접속구성되어 있고, 상기 제2강유전체커패시터(920)의 타측노드에는 상기 제2강유전체커패시터(920)의 타측노드를 하프공급전압 또는 공급전압으로 선택적으로 구동하기 위한 구동회로부(930)이 접속 구성되어 있다. 구동회로(930)는 도6에 도시된 구동강유전체커패시터 구동회로부(650)과 동일한 구성을 갖는다. 한편, 상기 제1비트라인(BL0)과 이웃하는 제2비트라인(BL1)에는 상기 플레이트라인(PL0)을 공통 플레이트라인으로 하여 상기 제1비트라인에 연결된 회로들과 동일한 회로들이 접속 구성되어 있다. 또한, 상기 제1비트라인(BL0) 및 제2비트라인(BL1)에는 자신이 비선택되었을 때 자신을 하프공급전압으로 프리차지하기 위한 비트라인프리차지부(640)가 접속 구성되어 있다. 감지증폭부(650)는 제1비트라인(BL0)의 신호와 제2비트라인(BL1)의 신호를 입력받아 감지증폭한다. 한편, 도10에는 도시되어 있지 않지만, 읽기후 재저장을 위하여 상기 감지증폭부(650)의 출력신호를 선택된 비트라인으로 피드백하는 장치가 필요한데, 이는 당업라면 그 구성을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명의 다른실시예에서도 일실시예서와 마찬가지로 상기 제2강유전체커패시터는 상기 제1강유전체커패시터에 대해 1.5배 내지 2.5배의 면적을 갖게 하면, 읽기시 선택된 비트라인에 유기된 전압을 최적화 시킬수 있다.Referring to FIG. 10, a storage node 913, a switch element 911 that switches between a first bit line BL0 and the storage node 913 in response to a word line signal wl0, and the storage node. The first ferroelectric capacitor 912 connected between the 913 and the plate line PL0 constitutes a memory cell 910. One node of the second ferroelectric capacitor 920 is connected to the first bit line BL0, and the other node of the second ferroelectric capacitor 920 is half-supplied to the other node of the second ferroelectric capacitor 920. A driving circuit portion 930 for selectively driving at a voltage or a supply voltage is connected. The driving circuit 930 has the same configuration as the driving ferroelectric capacitor driving circuit portion 650 shown in FIG. On the other hand, the same circuits as the circuits connected to the first bit line are connected to the second bit line BL1 adjacent to the first bit line BL0 with the plate line PL0 as a common plate line. . In addition, a bit line precharge part 640 is connected to the first bit line BL0 and the second bit line BL1 for precharging itself to a half supply voltage when it is not selected. The sensing amplifier 650 senses and amplifies the signal of the first bit line BL0 and the signal of the second bit line BL1. Meanwhile, although not shown in FIG. 10, an apparatus for feeding back the output signal of the sensing amplifier 650 to the selected bit line is required for re-storing after reading, which may be easily implemented by those skilled in the art. . In another embodiment of the present invention, as in the exemplary embodiment, when the second ferroelectric capacitor has an area of 1.5 times to 2.5 times of the first ferroelectric capacitor, the voltage induced in the selected bit line may be optimized during reading.
이러한, 구성을 갖는 본 발명의 다른실시예는, 일실시예(도6)과는 달리 선택된 플레이트라인을 구동강유전체커패시터로 구동하는 것이 아니고 선택된 비트라인을 구동강유전체커패시터로 구동하면서, 이 선택된 비트라인으로부터 데이터를 감지증폭하는 방식이다. 그리고, 감지증폭시 기준전압신호는 비선택된 비트라인신호가 되며, 이 비선택된 비트라인신호는 프리차지된 상태의 Vcc/2 전위를 갖는다.This embodiment of the present invention having such a configuration, unlike the embodiment (Fig. 6), does not drive the selected plate line with the drive ferroelectric capacitor but drives the selected bit line with the drive ferroelectric capacitor. It's a way to sense and amplify data from In the sense amplification, the reference voltage signal becomes an unselected bit line signal, and the unselected bit line signal has a Vcc / 2 potential in a precharged state.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
본 발명은 강유전체를 메모리 셀로 사용한 메모리 소자에서 비트라인을 VCC/2로 프리차지하는 방식을 채택하였으며 레퍼런스 전압을 VCC/2로 하여 감지 증폭할수 있게 하였다. 이 방법을 사용하여 감지 증폭시 소모되는 전류를 줄이며 증폭 시간을 단축할 수 있어, 안정된 데이터 센싱이 가능하다. 또한 레퍼런스 전압 발생을 위한 더미셀이 사용되지 않으므로 소자의 신뢰성을 증가시킬 수 있다.The present invention adopts a method of precharging a bit line to VCC / 2 in a memory device using a ferroelectric as a memory cell, and makes it possible to sense and amplify the reference voltage as VCC / 2. This method reduces current consumption and shortens the amplification time during sensing amplification, enabling stable data sensing. In addition, since the dummy cell for generating the reference voltage is not used, the reliability of the device can be increased.
Claims (12)
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KR1019980058566A KR100294645B1 (en) | 1998-12-24 | 1998-12-24 | Ferroelectric Memory |
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Family Applications (1)
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1998
- 1998-12-24 KR KR1019980058566A patent/KR100294645B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
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