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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine ferroelektrische Speichervorrichtung.
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Unlängst wurde
unter Verwendung eines ferroelektrischen Materials in dem Kondensator
einer Speicherzelle eine ferroelektrische Speichervorrichtung erfunden,
die Nichtflüchtigkeit
von gespeicherten Daten verwirklicht. Der ferroelektrische Kondensator
besitzt eine Hysterese-Charakteristik, und wenn das elektrische
Feld null ist, bleibt abhängig von
der Hysterese eine Restpolarisation unterschiedlicher Polarität zurück. Indem
die gespeicherten Daten durch die Restpolarisation des ferroelektrischen Kondensators
ausgedrückt
werden, wird eine nichtflüchtige
Speichervorrichtung verwirklicht.
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Die
Beschreibung von US-Patent Nr. 4,873,664 offenbart zwei Typen von
ferroelektrischen Speichervorrichtungen.
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In
einem ersten Typ besteht eine Speicherzelle aus einem Transistor
und einem Kondensator pro Bit (1T1C), und ein ferroelektrischer
Kondensator für
eine Bezugsspeicherzelle wird z.B. in allen 256 ferroelektrischen
Kondensatoren für
Hauptkörper-Speicherzellen
(normale Zellen) bereitgestellt.
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In
einem zweiten Typ, der keinen ferroelektrischen Kondensator für eine Bezugsspeicherzel-le verwendet,
besteht eine Speicherzelle aus zwei Transistoren und zwei Kondensatoren
pro Bit (2T2C), wobei ein Paar komplementärer Daten in einem Paar ferroelektrischer
Kondensatoren für
die Hauptkörper-Speicherzelle
gespeichert wird.
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Für eine größere Speicherkapazität ist der 1T1C-Typ
vorteilhaft, und gegenwärtig
ist für
Niederspannungsbetrieb und Betrieb für längere Lebensdauer die Konstruktion
mit ferroelektrischem Kondensator für die Bezugszelle in dem ferroelektrischen Zellenkondensator
für die
Hauptkörper-Speicherzelle wichtig.
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Als
ferroelektrisches Material zum Bilden des Kondensators sind KNO3, PbLa2O3-ZrO2-TiO2 und PbTiO3-PbZrO3 neben anderen bekannt. Nach PCT International
Disclosure Nr. W093/ 12542 Veröffentlichung
sind ferroelektrische Materialien mit im Vergleich zu PbTiO3-PbZrO3 extrem kleiner
Ermüdung, die
für ferroelektrische
Speichervorrichtungen geeignet sind, ebenfalls bekannt.
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Die
Zusammensetzung der herkömmlichen ferroelektrischen
Speichervorrichtung des 1T1C-Typs
wird unten kurz beschrieben.
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7 ist
ein Speicherzellen-Blockschaltbild, 8 ist ein
Leseverstärker-Schaltbild
und 9 ist ein Betriebs-Timing-Diagramm.
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In 7 betreffen
C00 bis C37 ferroelektrische Kondensatoren für Hauptkörper-Speicherzellen, CD00 bis
CD31 sind ferroelektrische Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen, CPD
ist ein Zellenplattentreiber und REW0 und REW1 sind Bezugsspeicherzellen-Rückschreibsignalleitungen.
Des Weiteren sind SA0 bis SA3 Leseverstärker, und CP ist ein Zellenplattensignal.
WL0 bis WL7 sind Wortleitungen, RWL0 und RWL1 sind Bezugswortleitungen, und
BL0 bis BL3, /BL0 bis /BL3 sind Bitleitungen. In 8 und 9 ist
BP ein Bitleitungs-Vorladesignal, und /SAP und SAN sind Leseverstärker-Steuersignale.
Des Weiteren ist VSS ein Erdungssignal, und VDD ist eine Versorgungsspannung.
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In
der Speicherzellen-Zusammensetzung, wie z.B. in den Zeichnungen
gezeigt, sind Bitleileitungen BL0 und /BL0 mit dem Leseverstärker SA0
verbunden. Außerdem
ist ein ferroelektrischer Kondensator für die Hauptkörper-Speicherzelle
C00 mit der Bitleitung BL0 über
einen N-Kanal-MOS-Transistor Tr1, an dessen Gate die Wortleitung
WL0 liegt, verbunden. Mit der Bitleitung /BL0 ist außerdem ein
ferroelektrischer Kondensator für
die Bezugsspeicherzelle CD00 über
einen N-Kanal-MOS-Transistor Tr2, an dessen Gate die Bezugswortleitung
RWL0 liegt, verbunden. Die ferroelektrischen Kondensatoren C00,
CD00 sind mit der Zellenplatten-Signalleitung CP verbunden, die
durch den Zellenplattentreiber CPD getrieben wird.
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Die
Bitleitungen /BL0 und /BL1 sind über
einen N-Kanal-MOS-Transistor Tr3, an dessen Gate die Bezugswortleitung
RWL0 liegt, verbunden. Die Bitleitung BL0 und der ferroelektrische
Kondensator für
die Bezugsspeicherzelle CD00 sind über einen N-Kanal-MOS-Transistor
Tr5, an dessen Gate die Bezugsspeicherzellen-Rückschreibsignalleitung REW0
liegt, verbunden.
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Wie
in 8 gezeigt, wird der Leseverstärker SA0 durch Leseverstärker-Steuersignale
/SAP, SAN gesteuert, und die Schaltung ist daher so aufgebaut, dass
das Vorladen der Bitleitungen BL0 und /BL0 durch das Bitleitungs-Vorladesignal
BP gesteuert wird.
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Diese
herkömmliche
ferroelektrische Speichervorrichtung mit 1T1C-Zusammensetzung basiert auf
einem Verfahren des Verwendens von zwei ferroelektrischen Kondensatoren
fast gleicher Größe als den
ferroelektrischen Kondensator für
die Hauptkörper-Speicherzelle,
des Auslesens einer H (hohen) Date und einer L (tiefen) Date und
des Mittelns dieser zwei Daten (s. Japanische Offenlegungs-Patent
Nr. 7-262768).
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Die
Arbeitsweise dieser herkömmlichen
ferroelektrischen Speichervorrichtung mit 1T1C-Zusammensetzung wird
mit Verweis auf 9 beschrieben, die hauptsächlich das
Auswählen
der Wortleitung WL0 betrifft.
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Zuerst
werden die Bitleitungen BL0 und /BL0 auf eine logische Spannung
L vorgeladen, wenn das Bitleitungs-Vorladesignal BP H ist. Desgleichen
werden die Bitleitungen BL1 und /BL1 auf die logische Spannung L
vorgeladen.
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Wenn
das Bitleitungs-Vorladesignal BP auf die logische Spannung L gesetzt
wird, werden folglich die Bitleitungen BL0 und /BL0 und die Bitleitungen
BL1 und /BL1 in einen schwebenden Zustand gesetzt.
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Als
Nächstes
werden die Wortleitung WL0 und die Bezugswortleitung RWL0 auf die
logische Spannung H gesetzt, und die Zellenplatten-Signalleitung
CP wird auf die logische Spannung H gesetzt. Der Potenzialpegel
der logischen Spannung H der Wortleitung WL0 ist hierin eine Spannung,
die über die
Versorgungsspannung VDD angehoben wird. Da die Bezugswortleitung
RWL0 auf die logische Spannung H gesetzt ist, werden die N-Kanal-MOS-Transistoren
Tr2 bis Tr4 eingeschaltet. In dieser Beschreibung bedeutet, wenn,
wie oben erwähnt,
z.B. die Wortleitung WL0 auf die logische Spannung H gesetzt wird,
dass das Potenzial der Wortleitung WL0 auf die logische Spannung
H gesetzt wird.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird ein elektrisches Feld an beide Elektroden
der ferroelektrischen Kondensatoren C00, CD00, C10, CD10 einzeln
angelegt, und jedes Potenzial wird durch das Kapazitätsverhältnis des
ferroelektrischen Kondensators und der Bitleitungskapazität be stimmt.
Ihre Potenziale werden aus den einzelnen Bitleitungen BL0, /BL0,
BL1, /BL1 ausgelesen.
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Zu
diesem Zeitpunkt sind die Daten, die aus dem ferroelektrischen Kondensator
für die
Bezugsspeicherzellen CD00 und CD10 ausgelesen werden, gemittelte
Daten (Potenzial) der zwei Daten, weil die N-Kanal-MOS-Transistoren
Tr2 bis Tr4 eingeschaltet sind und folglich die Bitleitungen /BL0
und /BL1 elektrisch verbunden sind. Hierin werden H (hohe) Daten in
dem ferroelektrischen Kondensator für die Bezugsspeicherzellen
CD00 und CD01 und L (tiefe) Daten in dem ferroelektrischen Kondensator
für die
Bezugsspeicherzellen CD10 und CD11 aufgezeichnet.
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Dann
werden durch Setzen der Bezugswortleitung RWL0 auf logische Spannung
L und Ausschalten der N-Kanal-MOS-Transistoren Tr2 bis Tr4 die Bitleitung
/BL0 und die Bitleitung /BL1 elektrisch getrennt.
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Folglich
werden das Leseverstärker-Steuersignal
/SAP auf logische Spannung L und des SAN auf logische Spannung H
gesetzt, und der Lesenverstärker
wird betätigt.
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Die
Folge ist, dass das in die Bitleitung ausgelesene Potenzial auf
die Versorgungsspannung VDD und die Erdungsspannung VSS verstärkt wird.
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Die
Bezugsspeicherzellen-Rückschreibsignalleitung
REW0 wird auf logische Spannung H gesetzt, sodass sie jetzt bereit
ist, die Potenziale von H (hoch) und L (tief) für die nächste Leseoperation in die
ferroelektrischen Kondensatoren für die Bezugsspeicherzellen
CD00 und CD10 zu schreiben.
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Zum
Rückschreiben
wird folglich das Zellenplattensignal CP auf logische Spannung L
gesetzt. Danach wird das Bitleitungs-Vorladesignal BP auf logische
Spannung H gesetzt, und die Bitleitungen BL0 und /BL0 werden auf
logische Spannung L vorgeladen, und die Wortleitung WL0 und die
Bezugswortleitung RWL0 werden auf logische Spannung L gesetzt, um
in den Ausgangszustand gesetzt zu werden.
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Auf
diese Weise ist in der herkömmlichen
ferroelektrischen Speichervorrichtung des 1T1C-Typs, wenn die Wortleitung WL0 ausgewählt wird,
das beim Auslesen der Potenziale der Bitleitungen BL0 und Bl1 benutzte
Bezugspotenzial das Mittel des ferroelektrischen Konden sators für die Bezugsspeicherzellen CD00
und CD10. Der Mittelwert wird aus den Bitleitungen (BL0 und /BL1
ausgelesen. Das beim Auslesen der Potenziale der Bitleitungen BL2
und BL3 benutzte Bezugspotenzial ist der Mittelwert des ferroelektrischen
Kondensators für
die Bezugsspeicherzellen CD20 und CD30. Der Mittelwert wird aus
den Bitleitungen /BL0 und /BL1 ausgelesen.
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Im Übrigen wird,
wenn die Wortleitung WL1 ausgewählt
wird, die Rolle des Bitleitungspaares umgekehrt, und die ferroelektrischen
Kondensatoren für die
Bezugsspeicherzellen sind auch verschieden.
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Das
heißt,
das beim Auslesen der Potenziale der Bitleitungen /BL0 und /BL1
benutzte Bezugspotenzial ist der Mittelwert des ferroelektrischen
Kondensators für
die Bezugsspeicherzellen CD01 und CD11. Der Mittelwert wird aus
den Bitleitungen BL0 und BL1 ausgelesen. Das beim Auslesen der Potenziale
der Bitleitungen /BL2 und /BL3 benutzte Bezugspotenzial ist der
Mittelwert des ferroelektrischen Kondensators für die Bezugsspeicherzellen
CD21 und CD31. Der Mittelwert wird aus den Bitleitungen BL0 und
BL1 ausgelesen.
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Bie
dem in 7 gezeigten Aufbau für acht Wortleitungen WL0 bis
WL7 gibt es daher vier Arten von Bezugspotenzialen.
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Das
Bezugsspeicherzellensystem der herkömmlichen ferroelektrischen
Speicherzellenvorrichtung des 1T1C-Typs hatte jedoch die folgenden
Probleme.
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Das
heißt,
bisher waren zwei ferroelektrische Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen,
in die H (hohe) und L (tiefe) Daten geschrieben werden (z.B. ferroelektrische
Kondensatoren für
die Bezugsspeicherzellen DC00 und CD10), elektrisch verbunden, beide
Potenziale wurden gemittelt, und der Mittelwert wurde als das Bezugspotenzial
zum Auslesen der Daten benutzt. Die Folge war, dass infolge von Schwankungen
dieser ferroelektrischen Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen die
Bezugspotenziale verändert
wurden. Demnach wurde das ideale Bezugspotenzial, das immer den
gleichen Wert haben sollte, nicht immer erhalten, und die Ausbeute
der ferroelektrischen Speichervorrichtung wurde gesenkt.
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Insbesondere
standen solche Schwankungen der ferroelektrischen Kondensatoren
für Bezugsspeicherzellen
in enger Verbindung mit der Layout-Konfiguration, und wenn die Konfiguration
der ferroelektrischen Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen und
die ferroelek trischen Kondensatoren für Hauptkörper-Speicherzellen voneinander
entfernt war, konnte ein ideales Bezugspotenzial nicht erhalten
werden.
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Außerdem waren
in dem Bezugsspeicherzellensystem der herkömmlichen ferroelektrischen Speicherzellenvorrichtung
des 1T1C-Typs die N-Kanal-MOS-Transistoren und ferroelektrischen
Kondensatoren für
Bezugsspeicherzellen als Steuersignale und Steuerschalterlemente
in jeder Bitleitung erforderlich, die eine größe Fläche im Layout belegten.
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EP-A-0
702 372 offenbart eine Spannungsreferenz für einen 1T-1C-basierten ferroelektrischen Speicher.
In einer Bezugszelle wird eine elektrische Ladung über zwei
ferroelektrische Kondensatoren verteilt und die Kondensatoren sind
an einen ersten und zweiten Spannungsreferenzausgang gekoppelt, um
an beiden Spannungsreferenzausgängen
eine im Wesentliche gleiche Referenzspannung zu erzeugen.
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In
Hinblick auf die Probleme, die der Stand der Technik aufweist, ist
das Ziel der vorliegenden Erfindung eine ferroelektrische Speichervorrichtung
bereitzustellen, in der die zum Herstellen einer Referenzspeicherzelle
erforderliche Layout-Fläche
reduziert ist.
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Dieses
Ziel wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erreicht.
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Bevorzugte
Ausführungen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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1 ist
ein erstes Beispiel eines Speicherzellen-Blockschaltbildes.
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2 ist
ein zweites Beispiel eines Speicherzellen-Blockschaltbildes.
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3 ist
ein drittes Beispiel eines Speicherzellen-Blockschaltbildes.
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4 ist
eine Variante des dritten Beispiels eines Speicherzellen-Blockschaltbildes.
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5 ist
ein Speicherzellen-Blockschaltbild einer Ausführung der Erfindung.
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6 ist
ein Speicherzellen-Blockschaltbild eines weiteren Beispiels der
Ausführung
der Erfindung.
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7 ist
ein Speicherzellen-Blockschaltbild nach einer früheren Technik.
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8 ist
ein Leseverstärker-Schaltbild
nach einer früheren
Technik.
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9 ist
ein Betriebs-Timing-Diagramm nach einer früheren Technik.
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1 zeigt
einen Aufbau einer ersten ferroelektrischen Speichervorrichtung.
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Die
Leseverstärkerschaltung
und das Betriebs-Timing-Diagramm sind dieselben wie in 8 und 9,
die sich auf den Stand der Technik beziehen.
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Wie
in 1 gezeigt, sind C00 bis C37 ferroelektrische Kondensatoren
für Hauptkörper-Speicherzellen, und
CD00 bis CD31 sind ferroelektrische Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen.
Des Weiteren ist CPD einen Zellenplattentreiber, und REW0 und REW1
sind Bezugsspeicherzellen-Rückschreibsignalleitungen.
Es sei angenommen, dass in den ferroelektrischen Kondensatoren für die Bezugsspeicherzellen
CD00, CD20 H (hohe) Daten und in den ferroelektrischen Kondensatoren
für die
Bezugsspeicherzellen CD10, CD30 L (tiefe) Daten aufgezeichnet werden.
Weiter sei angenommen, dass in den ferroelektrischen Kondensatoren
für die
Bezugsspeicherzellen CD01, CD21 H (hohe) Daten und in den ferroelektrischen
Kondensatoren für
die Bezugsspeicherzellen CD11, CD31 L (tiefe) Daten aufgezeichnet werden.
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Des
Weiteren sind EQ0 und EQ1 Bezugspotenzial-Signalleitungen, SA0 bis
SA3 sind Leseverstärker,
und CP ist eine Zellenplatten-Signalleitung. WL0 bis WL7 sind Wortleitungen,
RWL0 und RWL1 sind Bezugswortleitungen, und BL0 bis BL3, /BL0 bis /BL3
sind Bitleitungen. Außerdem
ist BP ein Bitleitungs-Vorladesignal, und /SAP, SAN sind Leseverstärker-Steuersignale. Daneben
ist VSS eine Erdungsspannung, und VDD ist eine Versorgungsspannung.
Die Bezugspotenzial-Signalleitungen EQ0 und EQ1 sind Signalleitungen
zum Erzeugen des Bezugspotenzials, wenn die Bezugswortleitungen RWL0,
RWL1 ausgewählt
werden.
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Wie
in der Zeichnung gezeigt, sind die Wortleitungen zum Auswählen der
ferroelektrischen Kondensatoren für Hauptkörper-Speicherzellen und die beim
Lesen der Potenziale benutz-ten Bitleitungen in einer Matrixform
angeordnet. Eine später
beschriebene Speicherzellenanordnung besteht aus den ferroelektrischen
Kondensatoren für
Hauptspeicherzellen und an deren.
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In
der in 1 gezeigten Zusammensetzung der Speicherzellenanordnung
sind die Bitleitungen BL0 bis BL3 und /BL0 bis /BL3 mit den Leseverstärkern SA0
bis SA3 verbunden. Mit den Bitleitungen BL0 bis BL3 sind ferroelektrische
Kondensatoren für Hauptkörper-Speicherzellen
C00, C10, C20, C30 über
einen N-Kanal-MOS-Transistor, an dessen Gate die Wortleitung WL0
liegt, verbunden. Mit den Bitleitungen /BL0, /BL1, /BL2, /BL3 sind
ferroelektrische Kondensatoren für
Bezugsspeicherzellen CD00, CD10, CD20, CD30 jeweils über N-Kanal-MOS-Transistoren
Tr2, Tr4, Tr7, Tr9, an deren Gates die Bezugswortleitung RWL0 liegt,
verbunden.
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Die
Ausgleichsschaltung ist eine Schaltung, die aus N-Kanal-MOS-Transistoren
Tr0, Tr3, Tr6, Tr8 usw. besteht. Das heißt, die Ausgleichsschaltung
ist eine Schaltung zum Mitteln der Potenziale, wenn die in den ferroelektrischen
Kondensatoren für
die Bezugsspeicherzellen CD00, CD10, CD20, CD30 gespeicherten Daten
als Potenziale aus den Bitleitungen /BL0, /BL1, /BL2, /BL3 ausgelesen
werden. Das durch die Ausgleichsschaltung gemittelte Potenzial ist
ein Bezugspotenzial, das zum Verstärken der Daten benutzt wird,
die durch den Leseverstärker
aus dem ferroelektrischen Kondensator für die Hauptkörper-Speicherzelle
ausgelesen werden.
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Die
ferroelektrischen Kondensatoren C00 bis C37, CD00 bis CD31 sind
mit einer Zellenplattenleitung CP verbunden, die von einem Zellenplattentreiber
CPD getrieben wird.
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Die
Bitleitung BL0 und der ferroelektrische Kondensator für die Bezugsspeicherzelle
CD00 sind über
den N-Kanal-MOS-Transistor Tr5, an dessen Gate die Bezugsspeicherzellen-Rückschreibsignalleitung REW0
liegt, verbunden. Die anderen Bitleitungen /BL0, BL2, /BL2 sind,
wie die Bitleitung BL0, mit den ferroelektrischen Kondensatoren
für die
Bezugsspeicherzellen CD10, CD20, CD30 über jeweilige N-Kanal-MOS-Transistoren
verbunden.
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Der
Leseverstärker
SA0 wird durch die Leseverstärker-Steuersignale
/SAP, SAN gesteuert, und ist so aufgebaut, dass das Vorladen der
Bitleitungen BL0 bis BL3 und /BL0 bis /BL3 durch das Bitleitungs-Vorladesignal
BP gesteuert wird. Die Leseeinrichtung entspricht dem Leseverstärker SA0
usw.
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In
dieser ersten ferroelektrischen Speichervorrichtung, die vier ferroelektrische
Kondensatoren fast gleicher Größe als die
ferroelektrischen Kondensatoren für Hauptkörper-Speicherzellen verwendet, werden
H-Daten aus zweien davon und L-Daten aus den anderen zwei ausgelesen,
und diese Daten werden gemittelt.
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Die
Arbeitsweise der ferroelektrischen Speichervorrichtung wird unten
beschrieben.
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Das
Betriebs-Timing der Vorrichtung ist dasselbe wie in dem in 9 gezeigten
Stand der Technik.
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Hierin
werden hauptsächlich
Punkte beschrieben, die sich vom Stand der Technik von 7 unterscheiden.
Das heißt,
beim Stand der Technik, wie oben beschrieben, der eine H-Date und
eine L-Date benutzt, wurden diese gemittelt, um ein Bezugspotenzial
zu gewinnen. In der ferroelelktrischen Speichervorrichtung, die
eine Vielzahl von H-Daten und eine Vielzahl von L-Daten benutzt,
werden sie hingegen gemittelt, um ein Bezugspotenzial zu erlangen,
das sich wesentlich vom Stand der Technik unterscheidet.
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Auf
diese Weise ist in der ersten ferroelektrischen Vorrichtung, wenn
die Wortleitung WL0 ausgewählt
wird, das beim Auslesen der Potenziale der Bitleitungen BL0, BL1,
BL2, BL3 benutzte Bezugspotenzial der Mittelwert der ferroelektrischen
Kondensatoren für
die Bezugsspeicherzellen CD00, CD10, CD20, CD30. Der Mittelwert
wird aus den Bitleitungen /BL0, /BL1, /BL2,/BL3 ausgelesen.
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Wenn
die Wortleitung WL1 ausgewählt
wird, ist andererseits die Rolle des Bitleitungspaares umgekehrt
zu dem obigen Fall, und die ferroelektrischen Kondensatoren für die Bezugsspeicherzellen
sind ebenfalls verschieden.
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Das
heißt,
das beim Auslesen der Potenziale der Bitleitungen /BL0, /BL1, /BL2,
/BL3 benutzte Bezugspotenzial ist der Mittelwert der ferroelektrischen Kondensatoren
für die
Bezugsspeicherzellen CD01, CD11, CD21 und CD31. Dieser Mittelwert
wird aus den Bitleitungen BL0, BL1, BL2 und BL3 ausgelesen.
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In
der in 1 gezeigten Zusammensetzung für acht Wortleitungen WL0 bis
WL7 gibt es daher zwei Arten von Bezugspotenzialen. Die erste ferroelektrische
Speicherzelle der Erfindung entspricht z.B. den ferroelektrischen
Kondensatoren für
die Bezugsspeicherzellen CD00, CD20, und die zweite ferroelektrische
Speicherzelle entspricht den ferroelektrischen Kondensatoren für die Bezugsspeicherzellen CD10,
CD30.
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Es
ist ein Merkmal der ersten ferroelektrischen Speichervorrichtung,
dass ein fast ideales Bezugspotenzial erhalten wird, wenn es eine
Schwankung in den ferroelektrischen Kondensatoren für die Bezugsspeicherzellen
gibt, weil eine Mehrzahl von H (hohen) Daten und eine Mehrzahl von
L (tiefen) Daten gemittelt werden, sodass die Auswirkung klein ist.
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Hierin
werden vier ferroelektrische Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen (CD00
bis CD30) gemittelt, aber nicht darauf begrenzt kann die Zahl zu mittelnder
ferroelektrischer Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen frei
erhöht
werden.
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Es
ist somit einleuchtend, dass die Auswirkung von Schwankungen der
ferroelektrischen Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen kleiner
sein wird, wenn die Zahl zu mittelnder ferroelektrischer Kondensatoren
für Bezugsspeicherzellen
erhöht wird.
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Vergleicht
man z.B. den Mittelwert von 16 Stücken und den Mittelwert von
2 Stücken
kann unter der Annahme, dass ein ferroelektrischer Kondensator,
der H (hohe) Daten ausgeben soll, tatsächlich L (tiefe) Daten liefert,
die Abweichung von dem idealen Bezugspotenzial auf 1/8 unterdrückt werden.
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Auf
diese Weise kann die Abweichung von dem idealen Bezugspotenzial
auf einen kleinen Wert unterdrückt
werden, und wenn ein bestimmter Betriebsspielraum in dem Leseverstärker bereitgestellt wird,
wird daher eine ferroelektrische Speichervorrichtung, die normal
sicherer arbeitet, erhalten werden.
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2 ist
ein Speicherzellen-Blockschaltbild einer zweiten ferroelektrischen
Speichervorrichtung und der Aufbau und die Wirkungsweise werden
unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Die
Zusammensetzung der zweiten ferroelektrischen Speichervorrichtung
ist im Grunde dieselbe wie die der ersten ferroelektrischen Speichervorrichtung,
einschließlich
der elektrischen Verbindung, mit Ausnahme der folgenden Punkte.
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Das
heißt,
es ist ein Merkmal der zweiten ferroelektrischen Speichervorrichtung,
dass die ferroelektrischen Kondensatoren für die Bezugsspeicherzellen
CD00 bis CD31, die Bezugspotenzial-Erzeugungsschaltung, einschließlich der
Ausgleichsschaltungen, und der Zellenplattentreiber CPD nahe der Mitte
der Längsrichtung
der Bitleitungen angeordnet sind, wie in 2 gezeigt.
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Die
Ausgleichsschaltung besteht aus einer ersten Ausgleichsschaltung
A und einer zweiten Ausgleichsschaltung B, wie in 2 gezeigt.
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Das
heißt,
die erste Ausgleichsschaltung A ist eine Schaltung, die aus N-Kanal-MOS-Transistoren
Tr0, Tr3, Tr6, Tr8 usw. besteht. Genauer, die Ausgleichsschaltung
ist eine Schaltung zum Mitteln der Potenziale, wenn verschiedene
Daten, die in den ferroelektrischen Kondensatoren für die Bezugsspeicherzellen
CD00, CD10, CD20, CD30 gespeichert sind, als Potenziale aus den
Bitleitungen /BL0, /BL1, /BL2, /BL3 ausgelesen werden. Das gemittelte
Potenzial wird in der Signalleitung EQ0 erzeugt.
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So
wie die erste Ausgleichsschaltung A wird die zweite Ausgleichsschaltung
B bereitgestellt. Das heißt,
die zweite Ausgleichsschaltung ist eine Schaltung zum Mitteln der
Potenziale, wenn verschiedene Daten, die in den ferroelektrischen
Kondensatoren für
die Bezugsspeicherzellen CD01, CD11, CD21, CD31 gespeichert sind,
als Potenziale aus den Bitleitungen BL0, BL1, BL2, BL3 ausgelesen
werden. Das gemittelte Potenzial wird in der Signalleitung EQ1 erzeugt.
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Durch
Anordnen der Bezugspotenzial-Erzeugungsschaltung nahezu in der Mitte
der Längsrichtung
der Bitleitungen, wie in der Zeichnung gezeigt, werden die folgenden
Wirkungen hervorgebracht.
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Das
heißt,
wenn es eine Abweichung in den Eigenschaften gibt, die vom Ort der
ferroelektrischen Kondensatoren abhängt, können, da sich die ferroelektrischen
Kondensatoren für
die Bezugsspeicherzellen nahe der Mitte der ferroelektrischen Kondensatorgruppe
für die
Hauptkörper-Speicherzellen
befinden, die Auswirkungen minimiert werden.
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Desgleichen
werden durch Anordnen des Zellenplattentreibers CPD auf der rechten
Seite der Bitleitung /BL3 und nahe der Mitte der Längsrichtung der
Bitleitungen, wie in der Zeich nung gezeigt, die folgenden Wirkungen
hervorgebracht.
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Das
heißt,
die Wirkung von Verzögerungsunterschieden
im Antriebs-Timing durch den Zellenplattentreiber CPD wird vermindert,
und ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb wird ermöglicht. Zum Beispiel kann zwischen
dem Zeitpunkt des Auswählens
des ferroelektrischen Kondensators für die Hauptkörper-Speicherzelle
C00 und dem Zeitpunkt des Auswählens
des ferroelektrischen Kondensators für die Hauptkörper-Speicherzelle
C06 der Verzögerungsunterschied
im Timing des Zellenplattensignals verringert werden. Genauer, in 2 ist
der Timing-Verzögerungsunterschied
etwa halb so groß wie
der der in 1 gezeigten Struktur.
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3 ist
ein Speicherzellen-Blockschaltbild einer dritten ferroelektrischen
Speichervorrichtung und der Aufbau und die Wirkungsweise werden
mit Verweis auf die Zeichnung beschrieben.
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Die
Zusammensetzung der dritten ferroelektrischen Speichervorrichtung
ist im Grunde dieselbe wie in der ersten Ausführung, mit Ausnahme der folgenden
Punkte.
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Das
heißt,
es ist ein erstes Merkmal der dritten ferroelektrischen Speichervorrichtung,
dass ferroelektrische Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen in einer
Mehrzahl von Stellen in der Längsrichtung
der Bitleitungen verstreut sind.
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Genauer,
die ferroelektrischen Kondensatoren für die Bezugsspeicherzellen
CD00, CD01, CD10, CD11 befinden sich nahe den Leseverstärkern SA0,
SA1, und die ferroelektrischen Kondensatoren für die Bezugsspeicherzellen
CD20, CD21, CD30, CD31 befinden sich weg von den Leseverstärkern SA2,
SA3.
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Es
ist ein zweites Merkmal, dass, wie in 3 gezeigt,
eine Ausgleichsschaltung D nahe der Mitte der Längsrichtung der Bitleitungen
angeordnet ist.
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Durch
solches Versteuen der ferroelektrischen Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen kann
die Wirkung der Abweichung von Eigenschaften der ferroelektrischen
Kondensatoren im Layout verringert werden, und wenn die H (hohen)
Daten und die L (tiefen) Daten gemittelt werden, kann die Wirkung
infolge des Unterschieds im Zeitunterschied in der Längsrichtung
der Bitleitungen des gemittelten Potenzials verrindert werden, und
ist auch für
Hochgeschwindigkeitsbetrieb wirkungsvoll.
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Das
heißt,
wie in 3 gezeigt, die mit den ferroelektrischen Kondensatoren
für die
Bezugsspeicherzellen CD00, CD10 verbundene Zellenplatten-Signallleitung
befindet sich dicht an der Zellenplatten-Treiberschaltung CPD, und
das Potenzial erscheint folglich früh. Andererseits ist die mit
den ferroelektrischen Kondensatoren für die Bezugsspeicherzellen
CD20, CD30 verbundene Zellenplatten-Signalleitung entfernt von der
Zellenplatten-Treiberschaltung CPD, und das Potenzial erscheint
folglich spät.
Durch Mitteln dieser ferroelektrischen Kondensatoren für die Bezugsspeicherzellen
CD10, CD20, CD30 wird die Erscheinungsgeschwindigkeit der Bezugspotenziale
gemittelt. Die Wirkungen des Unterschieds in den Bezugspotenzialen
infolge des Zeitunterschieds in der Längsrichtung der Bitleitungen
können
daher vermindert werden.
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Hierin
befinden sich die Bitleitungs-Ausgleichsschaltungen zum Erzeugen
der Bezugspotenziale an einer Stelle nahe der Mitte der Längsrichtung der
Bitleitungen, aber sie können
sich auch auf der nahen Seite und der entfernten Seite der Leseverstärker befinden.
Es ist ebenfalls möglich,
die ferroelektrischen Kondensatoren für die Bezugsspeicherzellen
nahe der Mitte der Längsrichtung
der Bitleitungen anzubringen.
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Ein
anderes, in 4 gezeigtes, Beispiel wird kurz
beschrieben.
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Was
sich in diesem Beispiel, wie in der Zeichnung gezeigt, von der in 3 erklärten Struktur
unterscheidet ist, dass der Zellenplattentreiber CPD sich im Wesentlichen
in der Mitte der Anordnung einer Vielzahl von Bitleitungen und längs der Anordnung
befindet. Der restliche Aufbau ist derselbe wie in 3 gezeigt,
und seine Erklärung
wird weggelassen.
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Die
Folge ist, dass die Länge
von der Zellenplatten-Signalleitung CP zu jedem ferroelektrischen Kondensator
für die
Bezugsspeicherzelle gleichmäßig ist.
Die Ortsabhängigkeit
der Verzögerungszeit beim
Treiben der Zellenplatten-Treiberschaltung CPD ist folglich klein,
und der Zeitunterschied ist klein.
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5 ist
ein Speicherzellen-Blockschaltbild einer ferroelektrischen Speichervorrichtung
einer Ausführung
der Erfindung und der Aufbau und die Wirkungsweise derselben werden
mit Verweis auf die Zeichnung beschrieben.
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Es
ist ein Merkmal der vierten Ausführung, dass
ein ferroelektrischer Kondensator für eine Bezugsspeicherzelle
selektiv mit einer Mehrzahl von Bitleitungen verbunden wird, sodass
die Layout-Fläche
der ferroelektrischen Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen zum
Erzeugen von Bezugspotenzialen gespart werden kann.
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In
der Speicherzellen-Zusammensetzung, wie in 5 gezeigt,
sind die Bitleitungen BL0 bis BL3 und /BL0 bis /BL3 mit Leseverstärkern SA0
bis SA3 verbunden. Mit den Bitleitungen BL0 bis BL3 sind ferroelektrische
Kondensatoren für
die Hauptkörper-Speicherzellen
C00, C10, C20, C30 über
einen N-Kanal-MOS-Transistor, dessen Gate die Wortleitung WL0 ist,
verbunden. Mit den Bitleitungen /BL0 bis /BL3 sind ferroelektrische
Kondensatoren für
die Bezugsspeicherzellen CD00, CD10, CD20, CD30 über einen N-Kanal-MOS-Transistor,
dessen Gate die Bezugswortleitung RWL0 ist, verbunden. Des Weiteren
sind mit den Bitleitungen BL0 bis BL3 die ferroelektrischen Kondensatoren
für die
Bezugsspeicherzellen
CD00, CD10, CD20, CD30 über einen
N-Kanal-MOS-Transistor, dessen Gate die Bezugswortleitung RWL1 ist,
verbunden. Das heißt,
die ferroelektrischen Kondensatoren für die Bezugsspeicherzellen CD00,
CD10, CD20, CD30 können
mit sowohl den Bitleitungen BL0 bis BL3 auch den Bitleitungen /Bl0 bis
/BL3 verbunden werden.
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Die
ferroelektrischen Kondensatoren C00 bis C37, CD00 bis CD31 sind
mit einer Zellenplatten-Signalleitung CP verbunden, die von einem
Zellenplattentreiber CPD getrieben wird. Die Bitleitungen /BL0 bis
/BL3 sind über
einen N-Kanal-MOS-Transistor, dessen Gate die Bezugswortleitung
RWL0 ist, verbunden. Die Bitleitungen BL0 bis BL3 und die ferroelektrischen
Kondensatoren für
die Bezugsspeicherzellen CD00, CD10, CD20, CD30 sind über einen N-Kanal-MOS-Transistor,
dessen Gate die Bezugsspeicherzellen-Rückschreibsignalleitung REW0
ist, verbunden.
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Der
Leseverstärker
SA0 wird durch die Leseverstärker-Steuersignale
/SAP, SAN gesteuert, und die Schaltung ist so aufgebaut, dass das
Vorladen der Bitleitungen BL0 bis BL3 und /BL0 bis /BL3 durch das
Bitleitungs-Vorladesignal BP gesteuert wird.
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Auch
in der Ausführung
werden, wie bei der ersten ferroelektrischen Speichervorrichtung,
unter Verwendung von vier ferroelektrischen Kondensatoren fast gleicher
Größe als die
ferroelektrischen Kondensatoren für Hauptkörper-Speicherzellen H (hohe) Daten
aus zweien davon und L (tiefe) Daten aus den anderen zwei ausgelesen,
und diese Daten werden gemittelt.
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In
der ferroelektrischen Speichervorrichtung der Ausführung ist
somit, wenn die Wortleitung WL0 ausgewählt wird, das beim Auslesen
der Potenziale der Bitleitungen BL0, BL1, BL2, BL3 benutzte Bezugspotenzial
der Mittelwert der ferroelektrischen Kondensatoren für die Bezugsspeicherzellen
CD00, CD10, CD20, CD30. Dieser Mittelwert wird aus den Bitleitungen
/BL0, /BL1, /BL2, /BL3 ausgelesen.
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Wenn
die Wortleitung WL1 ausgewählt
wird, wird die Rolle des Bitleitungspaares umgekehrt, aber es werden
die gleichen ferroelektrischen Kondensatoren für die Bezugsspeicherzellen
wie oben verwendet.
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In
der in 5 gezeigten Zusammensetzung mit acht Wortleitungen
WL0 bis WL7 gibt es daher eine Art von Bezugspotenzial. Die erste
ferroelektrische Speicherzelle der Erfindung entspricht z.B. den ferroelektrischen
Kondensatoren für
die Bezugsspeicherzellen CD00, CD20, und die zweite ferroelektrische
Speicherzelle entspricht den ferroelektrischen Kondensatoren für die Bezugsspeicherzellen
CD10, CD30.
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Hierin
wird ein ferroelektrischer Kondensator für die Bezugsspeicherzelle von
einem Paar aus zwei Bitleitungen geteilt, aber er kann auch von
mehr Bitleitungen geteilt werden. Das Layout des Teilens durch ein
Paar von zwei Bitleitungen ist in der Anzahl von Schichten klein
und ist relativ einfach. Die Layout-Fläche beträgt, verglichen mit der ersten
ferroelektrischen Speichervorrichtung, die Hälfte in der Anzahl von ferroelektrischen
Kondensatoren für
Bezugsspeicherzellen.
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Im Übrigen können die
Bezugspotenzial-Erzeugungsschaltung und die Bitleitungs-Ausgleichsschaltung
zum Erzeugen des Bezugspotenzials auch nahe der Mitte der Längsrichtung
der Bitleitungen angebracht werden.
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Ein
anderes, in 6 gezeigtes, Beispiel wird kurz
beschrieben.
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Wie
in der Zeichnung gezeigt, ist dieses Beispiel ein anderes Beispiel
der in der Ausführung
in 5 gezeigten Vorrichtung.
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Das
heißt,
in 5 wird z.B. der ferroelektrische Kondensator für die Bezugsspeicherzelle
CD00 von einem Paar von Bitleitungen geteilt (z.B. ein Paar von
Bitleitungen BL0 und /BL0, das mit einem bestimmten Leseverstärker SA0
verbunden ist). Im Gegensatz dazu wird er in 6 zwischen
verschiedenen Paaren von Bitleitungen geteilt. Zum Beispiel wird,
wie in 6 gezeigt, der ferroelektrische Kondensator für die Bezugsspeicherzelle
CD00 zwischen der Bitleitung /BL0 und der Bitleitung BL1 geteilt.
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Nach 6 kann
somit, da der ferroelektrische Kondensator für Bezugsspeicherzellen von
verschiedenen Wortleitungen geteilt wird, die Anzahl der ferroelektrischen
Kondensatoren für
Bezugsspeicherzellen wie in der Ausführung oben eingespart werden.
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Deshalb
kann in der Ausführung,
wenn es Schwankungen in den ferroelektrischen Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen
gibt, ein fast ideales Bezugspotenzial erhalten werden.
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Des
Weiteren kann durch das Layout des ferroelektrischen Kondensators
für die
Bezugsspeicherzelle oder Ausgleichsschaltung ein idealeres Bezugspotenzial
erhalten werden, und es ist wirksam, um eine ferroelektrische Speichervorrichtung
für den Betrieb
mit hoher Geschwindigkeit zu verwirklichen.
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Außerdem kann
die Layout-Fläche
von ferroelektrischen Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen zum
Erzeugen von Bezugspotenzialen reduziert werden.
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Wie
aus der Beschreibung bis jetzt eindeutig hervorgeht, sind die Auswirkungen
klein, wenn die Potenziale, die z.B. aus einer Vielzahl von ferroelektrischen
Kondensatoren für
Bezugsspeicherzellen zum Speichern von Daten mit hohem Pegel und
einer Vielzahl von ferroelektrischen Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen
zum Speichern von Daten mit tiefem Pegel ausgelesen werden, gemittelt
werden, wenn es Schwankungen in den ferroelektrischen Kondensatoren
für Bezugsspeicherzellen
gibt, und ein Bezugspotenzial mit einer kleineren Schwankung als
beim Stand der Technik kann erhalten werden. Da außerdem die
Ausgleichsschaltung zwischen mehrere Bitleitungen geschaltet ist,
ist es wirksam, um die Layout-Fläche
von ferroelektrischen Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen zum
Erzeugen von Bezugspotenzialen einzusparen.
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Durch
Schalten der Ausgleichsschaltung zwischen mehrere Bitleitungen und
Anordnen nahe der Mitte der Längsrichtung
der Bitleitungen können Auswirkungen
durch die Lage des Ausgleichszustands der Bitleitungen verringert
werden, und an jeder Stelle der Bitleitungen kann ein fast ideales
Bezugspotenzial erhalten werden.
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Durch
Verbinden des ferroelektrischen Kondensators für eine Bezugsspeicherzelle
mit einer Mehrzahl von Bitleitungen und Anordnen nahe der Mitte
der Längsrichtung
der Bitleitungen werden Auswirkungen infolge der Stellen der ferroelektrischen Kondensatoren
für Bezugsspeicherzellen
und der ferroelektrischen Kondensatoren für Hauptkörper-Speicherzellen vermindert,
und wenn es Schwankungen zwischen den ferroelektrischen Kondensatoren
für Bezugsspeicherzellen
gibt, sind die Auswirkungen klein, und ein fast ideales Bezugspotenzial
kann erhalten werden.
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Durch
Verbinden des ferroelektrischen Kondensators für eine Bezugsspeicherzelle
mit einer Mehrzahl von Bitleitungen und Anordnen nahe der Mitte
der Längsrichtung
der Bitleitungen werden Auswirkungen infolge der Stellen der ferroelektrischen Kondensatoren
für Bezugsspeicherzellen
und der ferroelektrischen Kondensatoren für Hauptkörper-Speicherzellen verringert,
und wenn es Schwankungen zwischen den ferroelektrischen Kondensatoren
für Bezugsspeicherzellen
gibt, sind die Auswirkungen klein, und ein nahezu ideales Bezugspotenzial
kann erhalten werden.
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Nach
der in der 4 gezeigten dritten ferroelektrischen
Speichervorrichtung können
beispielsweise Auswirkungen des Verzögerungsunterschieds im Antriebs-Timing
durch den Zellenplattentreiber nahezu gleichartig wie bei der in
der 3 gezeigten dritten ferroelektrischen Speichervorrichtung
verringert werden, und es wird ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb verwirklicht.
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Nach
jeder ersten, zweiten oder dritten ferroelektrischen Speichervorrichtung
kann ein fast ideales Bezugspotenzial erhalten werden, sodass es
zum Verwirklichen einer ferroelektrischen Speichervorrichtung wirksam
ist, die imstande ist, bei hoher Geschwindigkeit zu arbeiten.
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Nach
der Erfindung wird, wie in Anspruch 1 dargelegt, z.B. durch Verbinden
eines bestimmten ferroelektrischen Kondensators für eine Bezugsspeicherzelle
mit einer Mehrzahl von Bitleitungen durch ein Schalterelement, die
Layout-Fläche
der ferroelektrischen Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen zum
Erzeugen von Bezugspotenzialen kleiner als beim Stand der Technik.
Auch beim Kombinieren mit dem Aufbau der ersten ferroelektrischen
Speichervorrichtung sind Auswirkungen von Schwankungen von ferroelektrischen
Kondensatoren für
Bezugsspeicherzellen klein, und ein fast ideales Bezugspotenzial
wird erhalten, während
die Layout-Fläche
eingespart wird.
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Nach
der Erfindung ist, wie in den Ansprüche 2 und 3 dargelegt, z.B.
durch Verbinden eines ferroelektrischen Kondensators für eine Bezugsspeicherzelle
mit einem Paar von zwei Bitleitungen, das durch Schalterelemente
mit Leseverstärkern
verbunden ist, die Layout-Fläche
der ferroelektrischen Kondensatoren für Bezugsspeicherzellen zum
Erzeugen von Bezugspotenzialen kleiner als beim Stand der Technik. In
diesem Fall ist verglichen mit dem obigen Beispiel, da nur der ferroelektrische
Kondensator für
die Bezugsspeicherzelle von einem Paar von zwei Bitleitungen geteilt
wird, die Benutzungshäufigkeit
des ferroelektrischen Kondensators für die Bezugsspeicherzelle niedrig,
was für
die Lebensdauer von Vorteil ist. Es ist nur erforderlich, Schalterelemente
zwischen einem Paar von gegenüberliegenden
Bitleitungen anzubringen, und die Layout-Fläche ist folglich klein.
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Wie
hierin beschrieben, umfasst die ferroelektrische Speichervorrichtung
z.B. eine Vielzahl erster ferroelektrischer Speicherzellen, die
im Wesentlichen Daten mit hohem Pegel speichern, eine Vielzahl zweiter
ferroelektrischer Speicherzellen, die im Wesentlichen Daten mit
tiefem Pegel speichern, eine Ausgleichsschaltungseinrichtung zum
Mitteln der Potenziale, die aus den ersten und zweiten ferroelektrischen
Speicherzellen ausgelesen werden, und eine Leseeinrichtung zum Auslesen
der in den ferroelektrischen Kondensatoren für Hauptkörper-Speicherzellen gespeicherten
Daten unter Verwendung des gemittelten Potenzials als ein Bezugspotenzial,
und Schwankungen des Bezugspotenzials können daher verglichen mit dem
Stand der Technik weiter unterdrückt
werden.