JP2000040377A - Non-volatile semiconductor memory - Google Patents

Non-volatile semiconductor memory

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JP2000040377A
JP2000040377A JP10207546A JP20754698A JP2000040377A JP 2000040377 A JP2000040377 A JP 2000040377A JP 10207546 A JP10207546 A JP 10207546A JP 20754698 A JP20754698 A JP 20754698A JP 2000040377 A JP2000040377 A JP 2000040377A
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Japan
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voltage
line
bit line
plate line
semiconductor memory
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JP10207546A
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Japanese (ja)
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Tatsu Miwa
達 三輪
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable securing read-out signal voltage being more large by applying voltage as higher as possible to a ferroelectric capacitor and increasing residual polarization in a ferroelectric memory. SOLUTION: Voltage Vpl of a selection plate line PL is set higher than a power source voltage Vcc to obtain higher read signal voltage. In such a case, Vcc is applied to a ferroelectric capacitor fro which inverting write is performed and -Vpl is applied to a ferroelectric capacitor for which non- inverting write is performed. In order to realize such operation, a plate line driving circuit PLD and a VPl generating circuit VPLG which drive the plate line PL with higher voltage than power source voltage are provided. This VPl can be generated by an internal boosting power source circuit of a charge pumping circuit and the like or a self-boosting circuit.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は強誘電体薄膜を用い
た不揮発性半導体記憶装置に関し、特に誘電体の分極反
転を利用した強誘電体記憶装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device using a ferroelectric thin film, and more particularly to a ferroelectric memory device utilizing dielectric polarization inversion.

【0002】[0002]

【従来の技術】強誘電体を用いた不揮発性記憶装置(フ
ェロエレクトリック・ランダム・アクセス・メモリ、F
eRAM、以下強誘電体メモリと記す)は、強誘電体容
量の残留分極の方向で不揮発性の記憶を行うものであ
る。特に、2T/2C型強誘電体メモリでは、1つのメ
モリセルを2つの強誘電体容量と2つのMOSトランジ
スタとにより構成し、その2つの強誘電体容量を互いに
反対の方向に分極させることにより1ビットの情報を記
憶するようになっている。
2. Description of the Related Art A nonvolatile memory device using a ferroelectric (ferroelectric random access memory, F
An eRAM (hereinafter referred to as a ferroelectric memory) performs non-volatile storage in the direction of remanent polarization of a ferroelectric capacitor. In particular, in a 2T / 2C ferroelectric memory, one memory cell is composed of two ferroelectric capacitors and two MOS transistors, and the two ferroelectric capacitors are polarized in directions opposite to each other. One-bit information is stored.

【0003】例えば、特開昭63−201998号公報
に記載されている2T/2C型強誘電体メモリの構成
は、図5に示すような構成である。正負のビット線対
(BLT及びBLN)とワード線WLとの各交点にアレ
イ状に配置されるメモリセルMCは、2つの強誘電体容
量FC1及びFC2と2つのMOSトランジスタT1及
びT2とにより夫々構成される。記憶データの読み出し
及び書き込みアクセスの単位である1ワードを構成する
メモリセルMCは、同一のワード線(WL)上に配置さ
れる。また、各ビット線対はワードの特定のビットと関
係付けられる。
For example, the configuration of a 2T / 2C type ferroelectric memory described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-201998 is as shown in FIG. The memory cells MC arranged in an array at each intersection of the positive / negative bit line pair (BLT and BLN) and the word line WL are formed by two ferroelectric capacitors FC1 and FC2 and two MOS transistors T1 and T2, respectively. Be composed. Memory cells MC forming one word, which is a unit of read and write access of storage data, are arranged on the same word line (WL). Also, each bit line pair is associated with a particular bit of the word.

【0004】メモリセルの2つの強誘電体FC1及びF
C2の各々の一方の電極は、トランジスタT1及びT2
を夫々介して、対をなす正ビット線(BLT)および負
ビット線(BLN)に接続されている。他方の電極はプ
レート線(PL)に共通に接続される。また、2つのト
ランジスタT1及びT2のゲートは1本のワード線(W
L)に共通に接続される。当該ワード線は通常0Vであ
り、動作時には選択的にVwlが印加される。プレート線
も通常0Vであり、動作時には電源電圧Vccのパルスが
印加される。
The two ferroelectrics FC1 and F of the memory cell
One electrode of each of C2 is connected to transistors T1 and T2.
Are connected to a pair of a positive bit line (BLT) and a negative bit line (BLN). The other electrode is commonly connected to a plate line (PL). The gates of the two transistors T1 and T2 are connected to one word line (W
L). The word line is normally at 0 V, and Vwl is selectively applied during operation. The plate line is also usually at 0 V, and a pulse of the power supply voltage Vcc is applied during operation.

【0005】正負ビット線BLT及びBLNは、待機時
に、ビット線プリチャージ信号PBLを電源電圧Vccと
することにより、MOSトランジスタT3及びT4を介
して0Vにプリチャージされる。ラッチ型センスアンプ
SAは、センスアンプ活性化信号SAPを0VからVc
cに引き上げることにより、正負ビット線対BLT及び
BLNの微少な電位差を増幅し、より低い電位を示した
側を0V、より高い電位を示した側をVccとするよう動
作するものである。
During standby, the positive and negative bit lines BLT and BLN are precharged to 0 V via the MOS transistors T3 and T4 by setting the bit line precharge signal PBL to the power supply voltage Vcc. The latch type sense amplifier SA changes the sense amplifier activation signal SAP from 0V to Vc.
By raising the potential to c, the small potential difference between the pair of positive and negative bit lines BLT and BLN is amplified, and the operation is performed such that the side showing the lower potential is set to 0 V and the side showing the higher potential is set to Vcc.

【0006】1つのワードを構成するビット線対は、Y
スイッチ回路YSWを介して、ワードを構成するビット
と一対一に対応付けられる正負のデータ線対DLT及び
DLNに選択的に接続される。Yスイッチ回路YSW
は、Yスイッチ活性化信号YSWEがVccの期間だけ、
指定されたビット線対とデータ線対とを直接接続する。
各データ線対には、データアンプDAの相補入力とライ
トバッファWBの相補出力とが接続される。データアン
プDAはデータ線対に現れたデータを増幅し外部に出力
DOとして導出する。
A bit line pair constituting one word is represented by Y
Via a switch circuit YSW, it is selectively connected to a positive / negative data line pair DLT and DLN which are associated one-to-one with bits constituting a word. Y switch circuit YSW
Means that only when the Y switch activation signal YSWE is at Vcc,
A specified bit line pair and a data line pair are directly connected.
A complementary input of the data amplifier DA and a complementary output of the write buffer WB are connected to each data line pair. The data amplifier DA amplifies the data appearing on the data line pair and outputs the amplified data to the outside as an output DO.

【0007】また、ライトバッファWBは、書き込み活
性化信号WEがVccのときに、外から与えられたデータ
DIをデータ線対DLT及びDLNに導く。特に、Yス
イッチ回路YSWが活性でかつセンスアンプSAが活性
の場合には、Yスイッチ回路YSWを介しデータ線対に
接続されたラッチ型センスアンプSAに外から与えられ
たデータDIをラッチする。
The write buffer WB guides externally applied data DI to the data line pair DLT and DLN when the write activation signal WE is at Vcc. In particular, when the Y switch circuit YSW is active and the sense amplifier SA is active, the data DI externally applied is latched to the latch type sense amplifier SA connected to the data line pair via the Y switch circuit YSW.

【0008】かかる構成の強誘電体メモリでは、読み出
し動作を次のように行う。まず、ビット線プリチャージ
信号PBLをVccから0Vに下げ、ビット線BLT及び
BLNを0Vでフローティングとする。次に、所望のワ
ードを選択するワード線WLを1本だけVwlとする。さ
らに、プレート線PLを0VからVccに立ち上げると、
選択されたワード線WL上の全てのセルMCの強誘電体
容量FC1及びFC2に電圧がかかる。この電圧によっ
て、一方の強誘電体容量は分極反転し、多くの電荷が容
量から供給されてビット線の電圧は高くなり、他方の容
量は分極反転せず、ビット線の電圧はそれに比べ低くな
る。
In the ferroelectric memory having such a configuration, the read operation is performed as follows. First, the bit line precharge signal PBL is lowered from Vcc to 0V, and the bit lines BLT and BLN are floated at 0V. Next, only one word line WL for selecting a desired word is set to Vwl. Further, when the plate line PL is raised from 0V to Vcc,
A voltage is applied to the ferroelectric capacitors FC1 and FC2 of all the cells MC on the selected word line WL. Due to this voltage, one ferroelectric capacitor undergoes polarization inversion, a large amount of charge is supplied from the capacitor, and the voltage on the bit line increases, while the other capacitor does not undergo polarization inversion, and the voltage on the bit line decreases compared to that. .

【0009】ここでは理解しやすいように、正ビット線
BLTが負ビット線BLNに比べて高い電圧を示したと
する。このようにして現れる正負ビット線電圧の差を、
センスアンプSAをセンスアンプ活性化信号SAPによ
り活性化して増幅する。増幅後は、高い電圧を示した正
ビット線BLTがVccとなり、一方、低い電圧を示した
負ビット線BLNは0Vとなる。
Here, it is assumed that the positive bit line BLT has a higher voltage than the negative bit line BLN for easy understanding. The difference between the positive and negative bit line voltages that appear in this way is
The sense amplifier SA is activated and amplified by the sense amplifier activation signal SAP. After the amplification, the positive bit line BLT showing a high voltage becomes Vcc, while the negative bit line BLN showing a low voltage becomes 0V.

【0010】センスアンプSAで増幅した後に、Yスイ
ッチ活性化信号YSWEを活性とするタイミングで、Y
スイッチ回路YSWを介して所望のビット線対(BL
T,BLN)をデータ線対(DLT,DLN)に接続す
る。最後に、データ線対に現れる信号をデータアンプ
(DA)で増幅し、データ(DO)を出力する。ここで
は正データ線の方が高い電圧となるため、出力データは
“1”となる。
After amplification by the sense amplifier SA, the Y switch activation signal YSWE is activated,
A desired bit line pair (BL) is connected via a switch circuit YSW.
T, BLN) to the data line pair (DLT, DLN). Finally, the signal appearing on the data line pair is amplified by the data amplifier (DA) and data (DO) is output. Here, since the positive data line has a higher voltage, the output data is “1”.

【0011】データを読み出した後は、2つの強誘電体
容量の両方でプレート線PL側が高電圧となるため、こ
のまま容量両端の電圧を0Vとすると、残留分極の方向
が揃ってしまう。次のアクセスでも同じデータを読み出
すために、再度データを書き戻す(ライトバック)必要
がある。この従来の強誘電体メモリでは、ライトバック
を以下のようにして行う。
After reading the data, the voltage on the plate line PL becomes high in both of the two ferroelectric capacitors, and if the voltage at both ends of the capacitors is kept at 0 V, the directions of the remanent polarization are aligned. In order to read the same data in the next access, it is necessary to write back the data again (write back). In this conventional ferroelectric memory, write-back is performed as follows.

【0012】まず、センスアンプSAを活性化したま
ま、プレート線をVccから0Vに下げ、次にセンスアン
プを非活性とし、ビット線プリチャージ信号PBLを0
VからVccに上げて、両ビット線を0Vとする。最後
に、ワード線を0Vとして強誘電体容量をビット線から
切り離す。読み出し時に分極反転しなかった強誘電体容
量は、プレート線を引き下げる前に、ビット線側に0
V、プレート線側にVccが印加される。一方、読み出し
時に分極反転した強誘電体容量は、プレート線を引き下
げると、ビット線側にVcc、プレート線側に0Vが印加
される。このライトバックの操作により、次の読み出し
でも同じデータを読み出すことが保証される。
First, while the sense amplifier SA is being activated, the plate line is lowered from Vcc to 0 V, then the sense amplifier is deactivated, and the bit line precharge signal PBL is set to 0.
From V to Vcc, both bit lines are set to 0V. Finally, the word line is set to 0 V to disconnect the ferroelectric capacitor from the bit line. Before the plate line is pulled down, the ferroelectric capacitor that did not undergo polarization inversion at the time of reading is set to 0 on the bit line side.
V, Vcc is applied to the plate line side. On the other hand, when the plate line is pulled down, Vcc is applied to the bit line side and 0 V is applied to the plate line side for the ferroelectric capacitor whose polarization has been inverted at the time of reading. This write-back operation guarantees that the same data is read in the next read.

【0013】かかる強誘電体メモリでは、書き込み動作
時に次のようにして任意のワードに外から与えられた入
力データ(DI)を書き込む。まず、強誘電体メモリは
破壊読み出しであるため、所望のワードとワード線を共
有するセルの記憶データを保護するために、先に示した
読み出し動作と同じ手順でワード線上のセルの記憶デー
タをセンスアンプにて増幅/ラッチする。
In such a ferroelectric memory, externally applied input data (DI) is written to an arbitrary word during a write operation as follows. First, since the ferroelectric memory is a destructive read, in order to protect the storage data of the cell sharing the word line with the desired word, the storage data of the cell on the word line is written in the same procedure as the read operation described above. Amplify / latch by sense amplifier.

【0014】次に、入力データをライトバッファにより
データ線対に導いた状態で、Yスイッチ回路を活性化す
る。このときYスイッチ回路により当該ビット線対を選
択的にデータ線対に接続することにより、その他のセン
スアンプのデータを乱すことなく、書き込み対象ワード
に対応するセンスアンプに入力データをラッチする。そ
の後、先に示したライトバックと同じ手順にて、プレー
ト線の立ち下げ、ビット線の0Vプリチャージ、ワード
線の立ち下げを行う。
Next, the Y switch circuit is activated with the input data being guided to the data line pair by the write buffer. At this time, by selectively connecting the bit line pair to the data line pair by the Y switch circuit, the input data is latched in the sense amplifier corresponding to the write target word without disturbing the data of the other sense amplifiers. After that, the plate line is turned off, the bit line is precharged to 0 V, and the word line is turned off in the same procedure as the write-back described above.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】強誘電体メモリの大容
量化を図るには、強誘電体容量の微細化とそれにともな
う電源電圧の低電圧化が必須である。このとき読み出し
時にビット線対に現れる信号電圧が小さくなり、十分な
動作マージンを確保することが困難となる。
In order to increase the capacity of a ferroelectric memory, it is essential to make the ferroelectric capacity finer and to lower the power supply voltage accordingly. At this time, the signal voltage appearing on the bit line pair at the time of reading becomes small, and it becomes difficult to secure a sufficient operation margin.

【0016】本発明の目的は、プレート線の選択電圧を
電源電圧より高く設定することにより、より大きな読み
出し信号電圧を確保することが可能な不揮発性半導体記
憶装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device capable of securing a larger read signal voltage by setting a selection voltage of a plate line higher than a power supply voltage.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、2つの
強誘電体容量の一方の端子の各々を2つのトランジスタ
を介して正負のビット線に接続し、他方の端子を共通の
プレート線に接続し、2つのトランジスタのゲート端子
を共通のワード線に接続して構成されるメモリセルを正
負ビット線とワード線との各交点にマトリックス状に配
置し、センスアンプで増幅したビット線電圧が接地電位
あるいは接地電位より高い第一の電圧となる不揮発性半
導体記憶装置であって、読み出しおよび書き込み動作時
に、前記プレート線を前記第一の電圧より高い第二の電
圧でパルス駆動することを特徴とする不揮発性半導体記
憶装置がえられる。
According to the present invention, one terminal of each of two ferroelectric capacitors is connected to positive and negative bit lines via two transistors, and the other terminal is connected to a common plate line. , And a memory cell configured by connecting the gate terminals of two transistors to a common word line is arranged in a matrix at each intersection of the positive and negative bit lines and the word line, and the bit line voltage amplified by the sense amplifier Is a non-volatile semiconductor memory device having a first voltage higher than a ground potential or a ground potential, and performing a pulse drive of the plate line with a second voltage higher than the first voltage during a read and a write operation. As a result, a nonvolatile semiconductor memory device having the feature is obtained.

【0018】また、本発明によれば、1つの強誘電体容
量の一方の端子を1つのトランジスタを介してビット線
に接続し、他方の端子をプレート線に接続し、トランジ
スタのゲート端子をワード線に接続して構成されるメモ
リセルをビット線とワード線との各交点にマトリックス
状に配置し、センスアンプで増幅したビット線電圧が接
地電位あるいは接地電位より高い第一の電圧となる不揮
発性半導体記憶装置であって、読み出しおよび書き込み
動作時に、前記プレート線を前記第一の電圧より高い第
二の電圧でパルス駆動することを特徴とする不揮発性半
導体記憶装置が得られる。
According to the present invention, one terminal of one ferroelectric capacitor is connected to a bit line via one transistor, the other terminal is connected to a plate line, and the gate terminal of the transistor is connected to a word line. The memory cells connected to the lines are arranged in a matrix at each intersection of the bit lines and the word lines, and the bit line voltage amplified by the sense amplifier becomes the ground potential or the first voltage higher than the ground potential. A nonvolatile semiconductor memory device, wherein the plate line is pulse-driven at a second voltage higher than the first voltage at the time of read and write operations.

【0019】そして、前記第二の電圧を有する内部電源
を、前記第一の電圧を有する電源から昇圧電源回路を用
いて発生することを特徴とし、またセルフブート回路を
用いて前記第二の電圧でプレート線を駆動することを特
徴とする。
The internal power supply having the second voltage is generated from the power supply having the first voltage by using a booster power supply circuit, and the internal power supply having the second voltage is generated by using a self-boot circuit. The plate line is driven by the.

【0020】更に、読み出し動作におけるライトバック
動作時、前記プレート線の電位を前記ビット線の電位よ
りも高く維持することを特徴とし、また前記ライトバッ
ク動作時、前記プレート線を前記第二の電圧で駆動する
ことを特徴とする。
Further, during a write-back operation in a read operation, the potential of the plate line is maintained higher than the potential of the bit line. In the write-back operation, the potential of the plate line is maintained at the second voltage. It is characterized by being driven by.

【0021】本発明の作用を述べる。本発明では、より
高い読み出し信号電圧を得るため、選択プレート線の電
圧を電源電圧より高く設定する。ここで、プレート線電
圧をVpl(>Vcc)とする。この場合、反転書き込みさ
れる強誘電体容量では、電源電圧Vccが印加され、非反
転書き込みされる強誘電体容量では−Vplが印加され
る。この様な動作を実現するために、電源電圧より高い
電圧(Vpl)でプレート線を駆動するプレート線駆動回
路を備える。Vplはチャージポンピング回路等の内部昇
圧電源回路か、セルフブート回路で発生することができ
る。
The operation of the present invention will be described. In the present invention, in order to obtain a higher read signal voltage, the voltage of the selected plate line is set higher than the power supply voltage. Here, the plate line voltage is Vpl (> Vcc). In this case, the power supply voltage Vcc is applied to the ferroelectric capacitor subjected to inversion writing, and -Vpl is applied to the ferroelectric capacitor subjected to non-inversion writing. In order to realize such an operation, a plate line driving circuit that drives the plate line at a voltage (Vpl) higher than the power supply voltage is provided. Vpl can be generated by an internal boosting power supply circuit such as a charge pumping circuit or a self-boot circuit.

【0022】本発明の強誘電体メモリにおいては、プレ
ート線をビット線と同じ電源電圧Vccで駆動する従来の
強誘電体メモリと比較して、より高い電圧Vplでプレー
ト線を駆動する。このため、書き込み時に強誘電体容量
に印加される電圧が従来のVcc/−Vccに比べ、Vcc/
−Vplとより大きくなる。これに伴いデータを保持する
残留分極も大きくなり、読み出し時にビット線に現れる
信号電圧が高くなるため、読み出し書き込み動作の高信
頼性、特に電源電圧が低いときの動作マージンの確保に
効果がある。
In the ferroelectric memory of the present invention, the plate line is driven at a higher voltage Vpl than in the conventional ferroelectric memory in which the plate line is driven at the same power supply voltage Vcc as the bit line. For this reason, the voltage applied to the ferroelectric capacitor at the time of writing is lower than the conventional Vcc / −Vcc by Vcc / −Vcc.
−Vpl and larger. Accordingly, remnant polarization for retaining data also increases, and the signal voltage appearing on the bit line at the time of reading increases, which is effective in ensuring high reliability of the reading / writing operation, particularly in securing an operation margin when the power supply voltage is low.

【0023】また、本発明においては、従来の強誘電体
メモリに比べて回路規模、消費電力の点においてオーバ
ーヘッドが生じるが、信頼性が改善するメリットの方が
はるかに大きいと考えられる。さらにVcc自身を外部電
源電圧より高い内部昇圧電源とすることも考えられる
が、この場合は、センスアンプ等の電力も内部昇圧回路
で供給する必要があるため現実的ではない。
Further, in the present invention, overhead occurs in terms of circuit scale and power consumption as compared with the conventional ferroelectric memory, but the merit of improving the reliability is considered to be much greater. Further, it is conceivable to use Vcc itself as an internal boosted power supply higher than the external power supply voltage. However, in this case, it is not practical because the power of the sense amplifier and the like must be supplied by the internal boosted circuit.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】本発明の実施例につき図面を参照
しつつ以下に説明する。図1は本発明における2T/2
C型強誘電体メモリの実施例を示す図であり、図5と同
等部分は同一符号にて示している。本実施例の構成にお
いて、図5の従来技術の2T/2C型強誘電体メモリと
異なる点は、電源電圧Vccから高電圧のプレート線選択
電位Vplを発生するVpl発生回路VPLGを設けてこの
Vplを用いてプレート線駆動回路PLDがプレート線P
Lを駆動する点である。他の構成は図5のそれと同一で
あるから、その説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows 2T / 2 according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of a C-type ferroelectric memory, and portions equivalent to those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. The configuration of the present embodiment is different from the conventional 2T / 2C type ferroelectric memory of FIG. 5 in that a Vpl generating circuit VPLG for generating a high plate line selection potential Vpl from a power supply voltage Vcc is provided. And the plate line driving circuit PLD uses the plate line P
L is driven. The other configuration is the same as that of FIG. 5, and the description thereof will be omitted.

【0025】図2〜図4は本発明の実施例の動作を示す
図であり、これ等各図を参照して動作を説明する。図2
は図1の回路の各部信号波形例を示しており、図3は強
誘電体容量の(Q−V平面での)分極特性を示す図であ
る。また、図4は本発明の実施例における強誘電体メモ
リを構成する強誘電体容量が読出し時にたどる軌跡をQ
−V平面上に示したものであり、(A)はビット線対の
うちより高い電圧を示した側のビット線に接続される強
誘電体容量の軌跡であり、(B)はビット線対のうちよ
り低い電圧を示した側のビット線に接続される強誘電体
容量の軌跡である。
FIGS. 2 to 4 show the operation of the embodiment of the present invention. The operation will be described with reference to these drawings. FIG.
3 shows an example of a signal waveform of each part of the circuit of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing polarization characteristics (on the QV plane) of the ferroelectric capacitor. FIG. 4 shows the locus of the ferroelectric capacitor constituting the ferroelectric memory according to the embodiment of the present invention traced at the time of reading.
(A) is a locus of a ferroelectric capacitor connected to the bit line on the side showing a higher voltage in the bit line pair, and (B) is a plot of the bit line pair. 5 shows the locus of the ferroelectric capacitor connected to the bit line on the side showing the lower voltage.

【0026】この強誘電体メモリでは、読み出し動作を
次のように行う。まず、ビット線プリチャージ信号PB
Lを電源電圧Vccから0Vに下げ、ビット線を全て0V
でフローティングとする。次に、所望のワードを選択す
るワード線を1本だけVwlとする。更に、プレート線P
Lを0VからVplに立ち上げると、選択されたワード線
上の全てのセルの強誘電体容量に電圧がかかる。
In this ferroelectric memory, the read operation is performed as follows. First, the bit line precharge signal PB
L is reduced from the power supply voltage Vcc to 0V, and all bit lines are set to 0V.
And floating. Next, only one word line for selecting a desired word is set to Vwl. Further, the plate line P
When L rises from 0 V to Vpl, a voltage is applied to the ferroelectric capacitors of all cells on the selected word line.

【0027】この電圧によって、一方の強誘電体容量は
分極反転し、多くの電荷が容量から供給されてビット線
及びこれに接続されるセンスアンプSAの端子の電圧は
高くなり、他方の容量は分極反転せず、ビット線はそれ
に比べ低くなる(図2のタイミングa)。ここでは理解
しやすいように、ビット線対のうち一方のビット線BL
Tが他方のビット線BLNに比べて高い電圧を示したと
する。
With this voltage, one of the ferroelectric capacitors undergoes polarization reversal, a large amount of charge is supplied from the capacitors, and the voltage of the bit line and the terminal of the sense amplifier SA connected thereto increases, while the other capacitor is There is no polarization inversion, and the bit line is lower than that (timing a in FIG. 2). Here, for ease of understanding, one bit line BL of the bit line pair
Assume that T indicates a higher voltage than the other bit line BLN.

【0028】このようにして現れるビット線の電圧の差
を、センスアンプSAを活性化し増幅する(図2のタイ
ミングb)。増幅後は、高い電圧を示したBLTがVcc
となり、一方、低い電圧を示したBLNは0Vとなる。
センスアンプSAで増幅した後に、Yスイッチ活性化信
号YSWEを活性とするタイミングで、Yスイッチ回路
YSWを介し所望のビット線対(BLT,BLN)をデ
ータ線対(DLT,DLN)に接続する(図2のタイミ
ングc)。最後に、このデータ線対に現れる信号をデー
タアンプDAで増幅する。
The bit line voltage difference appearing in this manner is activated and amplified by the sense amplifier SA (timing b in FIG. 2). After amplification, the BLT showing the high voltage is Vcc
On the other hand, BLN indicating a low voltage becomes 0V.
After amplification by the sense amplifier SA, the desired bit line pair (BLT, BLN) is connected to the data line pair (DLT, DLN) via the Y switch circuit YSW at the timing when the Y switch activation signal YSWE is activated ( Timing c) in FIG. Finally, the signal appearing on the data line pair is amplified by the data amplifier DA.

【0029】データを読み出した後は、ライトバックを
行う。センスアンプを活性化したまま、プレート線PL
をVplから0Vに下げ(図2のタイミングd)、次にセ
ンスアンプを非活性とし、ビット線プリチャージ信号P
BLを0VからVccに上げて、両ビット線を0Vとする
(図2のタイミングe)。最後にワード線を0Vとし
て、強誘電体容量をビット線から切り離す(図2のタイ
ミングf)。読み出し時に分極反転した強誘電体容量
は、プレート線PLを引き下げる前に、ビット線側に0
V、プレート線側にVplが夫々印加される。この容量
は、プレート線を0Vに下げると両端が0Vになり、図
3に示すQ−V平面上のB点で残留分極を保持する。
After reading the data, write back is performed. With the sense amplifier activated, the plate line PL
Is lowered from Vpl to 0 V (timing d in FIG. 2), then the sense amplifier is deactivated, and the bit line precharge signal P
BL is raised from 0 V to Vcc, and both bit lines are set to 0 V (timing e in FIG. 2). Finally, the word line is set to 0 V to disconnect the ferroelectric capacitor from the bit line (timing f in FIG. 2). Before the plate line PL is pulled down, the ferroelectric capacitor whose polarization has been inverted at the time of reading
Vpl and Vpl are applied to the plate line side, respectively. This capacitance becomes 0 V at both ends when the plate line is lowered to 0 V, and maintains the remanent polarization at the point B on the QV plane shown in FIG.

【0030】一方、読み出し時に分極反転しなかった強
誘電体容量は、プレート線を引き下げると、ビット線側
にVcc、プレート線PL側に0Vが印加される。この容
量は、ビット線を0Vに下げると両端が0Vになり、図
3に示すQ−V平面上のA点で残留分極を保持する。図
4に読み出し動作時の各タイイミングa〜fでの強誘電
体容量のQ−V平面上での軌跡を示す。
On the other hand, when the plate line is pulled down, Vcc is applied to the bit line side, and 0 V is applied to the plate line PL side, for the ferroelectric capacitor whose polarization was not inverted at the time of reading. This capacitance becomes 0 V at both ends when the bit line is lowered to 0 V, and maintains the residual polarization at the point A on the QV plane shown in FIG. FIG. 4 shows the locus on the QV plane of the ferroelectric capacitor at each of the timings a to f during the read operation.

【0031】読み出しで分極反転する容量はプレート線
を立ち上げるとビット線にビット線電圧Vbl1 を示し、
ライトバック時にVccが印加される。一方、読み出しで
分極反転しない容量は、Vbl1 より低いビット線電圧V
bl0 を示し、ライトバック時に−Vplが印加される。
When the plate line rises, the capacitance which causes the polarization inversion in reading shows the bit line voltage Vbl1 on the bit line,
Vcc is applied during write back. On the other hand, the capacitance that does not cause polarization inversion in reading is the bit line voltage V lower than Vbl1.
bl0, and -Vpl is applied during write-back.

【0032】この強誘電体メモリでは、書き込み動作時
に次のようにして、任意のワードに外から与えられた入
力データDIを書き込む。まず、強誘電体メモリは破壊
読み出しであるため、所望のワードとワード線を共有す
るセルの記憶データを保護する必要がある。このため
に、このとき、先に示した読み出し動作と同じ手順で、
ワード線上のセルの記憶データをセンスアンプSAにて
増幅/ラッチする。
In this ferroelectric memory, externally applied input data DI is written to an arbitrary word during a write operation as follows. First, since the ferroelectric memory is a destructive read, it is necessary to protect data stored in a cell sharing a word line with a desired word. Therefore, at this time, in the same procedure as the read operation described above,
The storage data of the cell on the word line is amplified / latched by the sense amplifier SA.

【0033】次に入力データをライトバッファWBによ
りデータ線対に導いた状態で、Yスイッチ回路YSWを
活性化する。このYスイッチ回路により当該ワードのセ
ンスアンプを選択的にデータ線対に接続することによ
り、その他のセンスアンプのデータを乱すことなく、書
き込み対象ワードに対応するセンスアンプに入力データ
をラッチする。その後、先に示したライトバックと同じ
手順にて、プレート線の立ち下げ、ビット線の0Vプリ
チャージ、ワード線の立ち下げを行う。
Next, the Y switch circuit YSW is activated with the input data being guided to the data line pair by the write buffer WB. By selectively connecting the sense amplifier of the word to the data line pair by the Y switch circuit, the input data is latched in the sense amplifier corresponding to the word to be written without disturbing the data of the other sense amplifiers. After that, the plate line is turned off, the bit line is precharged to 0 V, and the word line is turned off in the same procedure as the write-back described above.

【0034】以上示した動作によって、本発明の2T/
2C型強誘電体メモリにおいては、読み出し後のライト
バック、あるいはデータの書き込み時に強誘電体容量に
Vccあるいは−Vplを印加する。本実施例ではVplをV
ccから昇圧電源回路で発生した内部電源として説明した
が、昇圧内部電源を用いずに、セルフブート回路によっ
てプレート線PLを電源電圧より高い電圧で駆動するこ
とにより、同等の効果が得られることはいうまでもな
い。
By the operation described above, 2T /
In the 2C ferroelectric memory, Vcc or -Vpl is applied to the ferroelectric capacitor at the time of write-back after reading or at the time of writing data. In this embodiment, Vpl is V
Although described as an internal power supply generated by the boost power supply circuit from cc, the same effect can be obtained by driving the plate line PL at a voltage higher than the power supply voltage by the self-boot circuit without using the boost internal power supply. Needless to say.

【0035】また本実施例では、メモリセルの構成を2
T/2C型として説明したが、これは1T/1C型のメ
モリセルを用いた場合も、本発明のプレート線駆動方式
で同等の効果が得られることは言うまでもない。
In this embodiment, the configuration of the memory cell is 2
Although described as a T / 2C type, it goes without saying that the same effect can be obtained by the plate line driving method of the present invention even when a 1T / 1C type memory cell is used.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
2T/2C型あるいは1T/1C型強誘電体メモリにお
いて、ライトバックあるいは書き込みの際に強誘電体容
量に電源電圧より高い電圧を印加することにより、デー
タ保持時の残留分極を大きくし、結果としてより低い電
源電圧での動作が可能になるという効果がある。
As described above, according to the present invention,
In a 2T / 2C-type or 1T / 1C-type ferroelectric memory, by applying a voltage higher than a power supply voltage to a ferroelectric capacitor at the time of write-back or writing, remnant polarization during data retention is increased. There is an effect that operation at a lower power supply voltage becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】読み出し及びライトバック動作時における本発
明の実施例の動作を示す各部波形例を示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing waveform examples of respective parts showing the operation of the embodiment of the present invention at the time of read and write back operations.

【図3】強誘電体容量の分極特性を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing polarization characteristics of a ferroelectric capacitor.

【図4】本発明の強誘電体メモリを構成する強誘電体容
量が読み出し時にたどる軌跡をQ−V平面上に示した図
である。
FIG. 4 is a diagram showing, on a QV plane, a locus that a ferroelectric capacitor constituting the ferroelectric memory of the present invention traces at the time of reading.

【図5】従来の2T/2C型強誘電体メモリを示す回路
図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional 2T / 2C ferroelectric memory.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

BLT,BLN ビット線対 DA データアンプ DLT,DLN データ線対 DO,DI データ FC1,FC2 強誘電体容量 MC メモリセル PBL ビット線プリチャージ信号 PL プレート線 PLD プレート線駆動回路 PLE プレート線活性化信号 SA センスアンプ SAP センスアンプ活性化信号 T1,T2 メモリセルトランジスタ T3,T4 ビット線プリチャージトランジスタ VPLG Vpl発生回路 WB ライトバッファ WE 書き込み活性化信号 WL ワード線 YSW Yスイッチ回路 YSWE Yスイッチ活性化信号 BLT, BLN bit line pair DA data amplifier DLT, DLN data line pair DO, DI data FC1, FC2 ferroelectric capacitor MC memory cell PBL bit line precharge signal PL plate line PLD plate line drive circuit PLE plate line activation signal SA Sense amplifier SAP Sense amplifier activation signal T1, T2 Memory cell transistor T3, T4 Bit line precharge transistor VPLG Vpl generation circuit WB Write buffer WE Write activation signal WL Word line YSW Y switch circuit YSWE Y switch activation signal

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2つの強誘電体容量の一方の端子の各々
を2つのトランジスタを介して正負のビット線に接続
し、他方の端子を共通のプレート線に接続し、2つのト
ランジスタのゲート端子を共通のワード線に接続して構
成されるメモリセルを正負ビット線とワード線との各交
点にマトリックス状に配置し、センスアンプで増幅した
ビット線電圧が接地電位あるいは接地電位より高い第一
の電圧となる不揮発性半導体記憶装置であって、読み出
しおよび書き込み動作時に、前記プレート線を前記第一
の電圧より高い第二の電圧でパルス駆動することを特徴
とする不揮発性半導体記憶装置。
1. One terminal of each of two ferroelectric capacitors is connected to a positive / negative bit line via two transistors, the other terminal is connected to a common plate line, and the gate terminals of the two transistors are connected. Are arranged in a matrix at each intersection of the positive and negative bit lines and the word line, and the bit line voltage amplified by the sense amplifier is ground potential or higher than the ground potential. A non-volatile semiconductor memory device, wherein the plate line is pulse-driven at a second voltage higher than the first voltage during read and write operations.
【請求項2】 1つの強誘電体容量の一方の端子を1つ
のトランジスタを介してビット線に接続し、他方の端子
をプレート線に接続し、トランジスタのゲート端子をワ
ード線に接続して構成されるメモリセルをビット線とワ
ード線との各交点にマトリックス状に配置し、センスア
ンプで増幅したビット線電圧が接地電位あるいは接地電
位より高い第一の電圧となる不揮発性半導体記憶装置で
あって、読み出しおよび書き込み動作時に、前記プレー
ト線を前記第一の電圧より高い第二の電圧でパルス駆動
することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
2. A structure in which one terminal of one ferroelectric capacitor is connected to a bit line via one transistor, the other terminal is connected to a plate line, and the gate terminal of the transistor is connected to a word line. Memory cells are arranged in a matrix at each intersection of a bit line and a word line, and the bit line voltage amplified by the sense amplifier becomes a ground potential or a first voltage higher than the ground potential. A nonvolatile semiconductor memory device for performing pulse driving of the plate line at a second voltage higher than the first voltage during read and write operations.
【請求項3】 前記第二の電圧を有する内部電源を、前
記第一の電圧を有する電源から昇圧電源回路を用いて発
生することを特徴とする請求項1あるいは2記載の不揮
発性半導体記憶装置。
3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the internal power supply having the second voltage is generated from the power supply having the first voltage by using a boost power supply circuit. .
【請求項4】 セルフブート回路を用いて前記第二の電
圧でプレート線を駆動することを特徴とする請求項1ま
たは2記載の不揮発性半導体記憶装置。
4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the plate line is driven by the second voltage using a self-boot circuit.
【請求項5】 読み出し動作におけるライトバック動作
時、前記プレート線の電位を前記ビット線の電位よりも
高く維持することを特徴とする請求項1〜4いずれか記
載の不揮発性半導体記憶装置。
5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a potential of said plate line is maintained higher than a potential of said bit line during a write-back operation in a read operation.
【請求項6】 前記ライトバック動作時、前記プレート
線を前記第二の電圧で駆動することを特徴とする請求項
5記載の不揮発性半導体記憶装置。
6. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5, wherein said plate line is driven by said second voltage during said write-back operation.
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