JP2001057073A - 不揮発性強誘電体メモリ装置 - Google Patents
不揮発性強誘電体メモリ装置Info
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Abstract
するメモリ装置において、レイアウトを効率的に低減さ
せ、安定な増幅を行える不揮発性強誘電体メモリ装置を
提供する。 【解決手段】 上下のセルアレイの間に配置されるセン
シングアンプをプルダウンセンシングアンプ部とプルア
ップセンシングアンプ部とに区分して、セルアレイの間
に配置されるセンシングアンプにはプルダウンセンシン
グアンプ部を二つ用意し、一方を一方のセルアレイ用と
し、他方をそのセルアレイと反対側に配置されたセルア
レイ用とすると共に、プルアップセンシングアンプ部を
双方のセルアレイ部が共有できるようにした。
Description
係り、特に、センシングアンプを共有することでレイア
ウトを効率的に減少させることができる不揮発性強誘電
体メモリ装置に関する。
りFRAM(Ferroelectric Random Access Memory)は
DRAM程度のデータ処理速度を有し、電源のオフ時に
もデータが保存される特性のため次世代記憶素子として
注目を浴びている。FRAMは、DRAMとほぼ同一構
造を有する記憶素子であって、キャパシタの材料として
強誘電体を使用して強誘電体の特性である高い残留分極
を用いたものである。このような残留分極の特性のため
電界を除去してもデータは保存される。
ープを示す特性図である。図1に示すように、電界によ
り誘起された分極が電界を除去しても残留分極(又は自
発分極)の存在によって消滅されることなく、一定量
(d,a状態)を維持していることが分かる。不揮発性
強誘電体メモリセルはd,a状態をそれぞれ1,0に対
応させ記憶素子として応用したものである。
モリ装置を添付の図面に基づいて説明する。図2は従来
の不揮発性強誘電体メモリの単位セルを示したものであ
る。図2に示すように、一方向に形成されるビットライ
ンB/Lと、そのビットラインと交差する方向に形成さ
れるワードラインW/Lと、ワードラインに一定の間隔
をおいてワードラインと同一の方向に形成されるプレー
トラインP/Lと、ゲートがワードラインに連結され、
ソースはビットラインに連結されるトランジスタT1
と、二端子のうち第1端子はトランジスタT1のドレイ
ンに連結され、第2端子はプレートラインP/Lに連結
される強誘電体キャパシタFC1とで構成されている。
電体メモリ装置のデータ入出力動作を以下に説明する。
図3aは従来の不揮発性強誘電体メモリ装置の書込みモ
ードの動作を示すタイミング図であり、図3bは読み出
しモードの動作を示すタイミング図である。まず、書込
みモードの場合、外部から印加されるチップイネーブル
信号(CSBpad)が「ハイ」から「ロー」に活性化
され、且つ書込みイネーブル信号(WEBpad)が
「ハイ」から「ロー」に遷移すると、書込みモードが始
まる。次いで、書込みモードでのアドレスデコードが始
まると、ワードラインに印加されるパルスは「ロー」か
ら「ハイ」に遷移し、セルが選択される。
を維持している間にプレートラインには順に所定幅の
「ハイ」信号と所定幅の「ロー」信号が印加される。そ
して、選択されたセルにロジック値「1」又は「0」を
書くために、ビットラインに書込みイネーブル信号(W
EBpad)に同期した「ハイ」又は「ロー」信号を印
加する。すなわち、ビットラインに「ハイ」信号を印加
し、ワードラインに印加される信号が「ハイ」状態であ
る期間でプレートラインに印加される信号が「ロー」で
あれば、強誘電体キャパシタにはロジック値「1」が記
録される。そして、ビットラインに「ロー」信号を印加
し、プレートラインに印加される信号が「ハイ」信号で
あれば、強誘電体キャパシタにはロジック値「0」が記
録される。
に格納されたデータを読み出すための動作は以下の通り
である。まず、外部からチップイネーブル信号(CSB
pad)が「ハイ」から「ロー」に活性化されると、ワ
ードラインが選択される前に全てのビットラインは等化
器信号によって「ロー」電圧に等電位にさせられる。
後アドレスをデコードし、デコードされたアドレスによ
って選択されたワードラインの「ロー」信号が「ハイ」
信号に遷移する。同時に選択されたセルのプレートライ
ンに「ハイ」信号を印加してデータを読み出す。その
際、強誘電体メモリに格納されたロジック値「1」に相
応するデータは破壊され、強誘電体メモリにロジック値
「0」が格納されていれば、それに相応するデータは破
壊されない。
てないデータは前述したヒステリシスループの原理によ
って異なる値を出力し、センスアンプはロジック値
「1」又は「0」をセンシングする。すなわち、データ
が破壊された場合は、図1のヒシテリシスループのdか
らfに変更される場合であり、データが破壊されてない
場合は、aからfに変更される場合である。一定の時間
が経過した後センスアンプがイネーブルすると、データ
が破壊された場合は増幅されロジック値「1」を出力
し、データが破壊されてない場合はロジック値「0」を
出力する。
力した後、破壊されたデータは元のデータに戻らなけれ
ばならない。そのため、ワードラインに「ハイ」信号を
印加した状態でプレートラインを「ハイ」から「ロー」
に不活性化させる。
る不揮発性強誘電体メモリ装置の構成図である。図4に
示すように、単位セルのアレイからなり、ほぼ矩形の領
域に配置されたメインセルアレイ部41の図面上下側の
一部を参照セルアレイ部42に割り当ててている。その
矩形の領域のメインセルアレイ部41の一方の辺、図面
では左側に沿って、メインセルアレイ部41と参照セル
アレイ部42に駆動信号を印加するワードライン駆動部
43が配置されている。さらにメインセルアレイ部41
の参照セルアレイ部42に沿ってセンシングアンプ部4
4が配置されている。ワードライン駆動部43はメイン
セルアレイ部41のメインワードライン及び参照セルア
レイ部42の参照ワードラインに駆動信号を印加する回
路である。センシングアンプ部44は複数のセンシング
アンプにより構成され、ビットライン及びビットバーラ
インの信号を増幅する。
装置の動作を図5に基づいて以下に説明する。図5は図
4の部分的詳細図であって、図面で分かるように、メイ
ンセルアレイはDRAMのように折り返しビットライン
構造を有する。そして、参照セルアレイ部42もまた折
り返しビットライン構造を有し、参照セルワードライン
と参照セルプレートラインを対とした二対により構成さ
れる。この際、二対の参照セルワードラインと参照セル
プレートラインをそれぞれRWL_1,RPL_1及びR
WL_2,RPL_2とする。
インセルプレートラインPL_N−1が活性化される
と、同時に参照セルワードラインRWL_1と参照セル
プレートラインRPL_1も活性化される。したがっ
て、ビットラインB/Lにはメインセルのデータが載せ
られ、ビットバーラインBB/Lには参照セルのデータ
が載せられる。
とメインセルプレートラインMPL_Nが活性化される
と、同時に参照セルワードラインRWL_2と参照セル
プレートラインRPL_2も活性化される。したがっ
て、ビットバーラインBB/Lにはメインセルのデータ
が載せられ、ビットラインB/Lには参照セルデータが
載せられる。
シングアンプ部を構成する複数のセンシングアンプのう
ち任意の一つのみを示している。図6に示すように、従
来技術によるセンシングアンプはラッチ型センシングア
ンプの構造を有する。すなわち、二つのPMOSトラン
ジスタと二つのNMOSトランジスタで構成され、その
トランジスタはラッチ形態のインバータ構造を成してい
る。
スタMP1と第2PMOSトランジスタMP2とが向き
合って形成され、第1PMOSトランジスタMP1の出
力端は第2PMOSトランジスタMP2のゲートに連結
され、第2PMOSトランジスタMP2の出力端は第1
PMOSトランジスタMP1のゲートに連結される。そ
して、第1,第2PMOSトランジスタMP1,MP2
の入力端には共通にSAP信号が印加される。
スタMP1,MP2を活性化させるための活性化信号で
ある。第1PMOSトランジスタMP1の出力端には第
1NMOSトランジスタMN1が直列に連結され、第2
PMOSトランジスタMP2の出力端には第2NMOS
トランジスタMN2が直列に連結される。この際、第2
NMOSトランジスタMN2の出力端は第1NMOSト
ランジスタMN1のゲートに連結され、第1NMOSト
ランジスタMN1の出力端は第2NMOSトランジスタ
MN2のゲートに連結される。そして、第1,第2NM
OSトランジスタMN1,MN2の入力端には共通にS
AN信号が印加される。SAN信号は第1,第2NMO
SトランジスタMN1,MN2を活性化させるための活
性化信号である。
MOSトランジスタMN1の出力端はビットラインB/
Lに共通に連結され、第2PMOSトランジスタMP2
と第2NMOSトランジスタMN2の出力端は次のビッ
トバーラインBB/Lに連結される。このようなセンシ
ングアンプはその出力がそれぞれビットラインB/L,
ビットバーラインBB/Lに連結され、メインセル及び
参照セルへの入出力を可能とする。センシングアンプ不
活性化時のプリチャージの間はSAP,SAN,B/
L,BB/Lの信号が全て1/2Vccの状態を維持す
る。反面、活性化時にはSAPが「ハイ」レベルにプル
アップし、SANは接地レベルにプルダウンする。
置されたセルアレイの双方へ共通に一つのセンシングア
ンプを配置して、その一つのセンシングアンプを用いて
上部のセルアレイ部と下部のセルアレイ部とのデータを
センシングできるように構成したものである。
部を表し、「41b」は下部のセルアレイ部を表す。上
部のセルアレイ部41aのデータをセンシングするため
には、コントロール信号のTSEL信号を「ハイ」レベ
ルとし、BSEL信号は「ロー」レベルとする。従っ
て、下部のセルアレイ部とセンシングアンプとの経路は
遮断され、上部のセルアレイ部とセンシングアンプの経
路が形成される。これにより、上部セルアレイ部のビッ
トラインとビットバーラインに載せられた信号をセンシ
ングアンプがセンシングする。
ングするためには、コントロール信号のTSEL信号は
「ロー」レベルに遷移させ、BSEL信号は「ハイ」レ
ベルに遷移させる。従って、上部のセルアレイ部とセン
シングアンプとの経路は遮断され、下部のセルアレイ部
とセンシングアンプの経路が形成される。これによっ
て、下部セルアレイ部のビットライン及びビットバーラ
インに載せられた信号をセンシングアンプがセンシング
する。このように、上下のセルアレイに共通にセンシン
グアンプを配置するとセンシングアンプをそれぞれのセ
ルアレイ毎に配置した場合に比してスペースを節約する
ことができる。すなわち、レイアウトを効率的に低減す
ることができる。
従来不揮発性強誘電体メモリ装置は次のような問題点が
あった。センシングアンプの入力端が上部及び下部のビ
ットラインにスイッチング素子を通じて直接連結されて
いるので、ビットラインとビットバーラインの負荷が異
なることがある。従って、負荷が異なった状態で増幅が
行われるので、増幅が不安定となる。
するために成されたもので、垂直方向に複数並べて形成
されたセルアレイ部を有するメモリ装置において、レイ
アウトを効率的に低減させることができるように隣接し
たセルアレイ部の間にセンシングアンプの構成を形成さ
せた際に、ビットラインとビットバーラインとの負荷が
異なった場合でも、増幅が安定的に行える不揮発性強誘
電体メモリ装置を提供することが目的である。
レイの間に配置されるセンシングアンプをプルダウンセ
ンシングアンプ部とプルアップセンシングアンプ部とに
区分して、セルアレイの間に配置されるセンシングアン
プにはプルダウンセンシングアンプ部を二つ用意し、一
方を一方のセルアレイ用とし、他方をそのセルアレイと
反対側に配置されたセルアレイ用とすると共に、プルア
ップセンシングアンプ部を双方のセルアレイ部が共有で
きるようにしたことを特徴とするものである。
電体メモリ装置を実施形態に基づいて説明する。図8は
本発明の不揮発性強誘電体メモリ装置の一実施形態の単
位セルを示すものである。図8に示すように、行方向に
形成され、互いに一定の間隔をもつ第1スプリットワー
ドラインSWL1と第2スプリットワードラインSWL
2、これらの第1、第2スプリットワードラインSWL
1、SWL2を横切る方向に形成された第1ビットライ
ンB/L1と第2ビットラインB/L2、ゲートが第1
スプリットワードラインSWL1に連結され、ドレイン
が第1ビットラインB/Lに連結される第1トランジス
タT1と、第1トランジスタT1のソースと第2スプリ
ットワードラインSWL2との間に連結された第1強誘
電体キャパシタFC1と、ゲートが第2スプリットワー
ドラインSWL2に連結され、ドレインが第2ビットラ
インB2に連結される第2トランジスタT2と、第2ト
ランジスタT2のソースと第1スプリットワードライン
SWL1との間に連結された第2強誘電体キャパシタF
C2とで構成される。
レイ部が構成されるが、データの格納単位としては、一
対のスプリットワードラインと一つのビットライン、一
つのトランジスタと一つの強誘電体キャパシタが単位セ
ルとなるが、構造的には、一対のスプリットワードライ
ンと二つのビットライン、二つのトランジスタと二つの
強誘電体キャパシタとで単位セルとなる。
作原理をより詳細に説明する。図9は本不揮発性強誘電
体メモリ装置の回路的構成を簡略化したものである。図
9に示すように、第1,第2スプリットワードラインS
WL1,SWL2を一対とする複数のスプリットワード
ライン対が行方向に形成され、スプリットワードライン
対を横切る方向に複数のビットラインB/Ln,B/L
n+1が形成されている。それぞれのビットラインとビ
ットラインとの間にはその双方のビットラインを介して
伝達されたデータをセンシングして、データラインDL
又はデータバーライン/DLへ伝達するセンシングアン
プSAが形成されている。センシングアンプSAをイネ
ーブルさせるためのイネーブル信号SENを出力するセ
ンシングアンプイネーブル部(図示せず)が別に備えら
れ、ビットラインとデータラインを選択的にスイッチン
グする選択スイッチング部CSがさらに備えられる。
リ装置の動作を図10に示すタイミング図を参照して説
明する。図10のT0区間は第1、第2スプリットワー
ドラインSWL1,SWL2が「ハイ」に活性化される
前の区間であって、全てのビットラインをNMOSトラ
ンジスタのしきい電圧レベルにプリチャージさせる。T
1区間は第1,第2スプリットワードラインSWL1,
SWL2が共に「ハイ」となる区間であって、メインセ
ルの強誘電体キャパシタのデータがメインビットライン
へ伝達され、ビットラインのレベルが変化する。このと
き、ロジック「ハイ」を格納していた強誘電体キャパシ
タはビットライン側とスプリットワードライン側とは互
いに反対極性であるので、強誘電体の極性が破壊されて
多量の電流がビットラインに流れ、ビットラインに高電
圧が誘起される。
強誘電体キャパシタはビットライン側とスプリットワー
ドライン側とが同一極性であるので、強誘電体の極性が
破壊されず、少量の電流が流れるので、ビットラインに
多少低い電圧が誘起される。ビットラインにセルデータ
が十分載せられると、センシングアンプを活性化させる
ために、センシングアンプイネーブル信号SENを「ハ
イ」に遷移させ、ビットラインのレベルを増幅する。
データは第1、第2スプリットワードラインSWL1、
SWL2が共に「ハイ」の状態では復せず、次のT2,
T3区間で復される。T2区間は、第1スプリットワー
ドラインSWL1は「ロー」に遷移し、第2スプリット
ワードラインSWL2は「ハイ」を維持し続ける区間で
あって、第2トランジスタT2はオンの状態となる。こ
の際、ビットラインが「ハイ」の状態であれば、「ハ
イ」データが第2強誘電体キャパシタFC2の一方の電
極へ伝達され、ロジック「1」の状態に復す。
WL1が再び「ハイ」に遷移し、第2スプリットワード
ラインSWL2は「ロー」に遷移する区間であって、第
1トランジスタT1がオンの状態となる。この際、ビッ
トラインが「ハイ」の状態であれば、「ハイ」データが
第1強誘電体キャパシタFC1の一方の電極へ伝達さ
れ、ロジック「1」の状態に復す。
装置の実施例を説明するための構成ブロック図である。
図11に示すように、矩形の領域を占めるセルアレイ部
11_1, 11_2,..., 11_Nが多数垂直及び水平方
向にマトリックス形態に配置されている。本実施形態
は、垂直方向のセルアレイ部の間にそれぞれ三つのアン
プ部が配置されている。そのアンプ部は、上側のセルア
レイ部のビットラインレベルをプルダウン増幅する第1
プルダウンセンシングアンプ部12_1〜12_Nと、
下側のセルアレイ部のビットラインレベルをプルダウン
増幅する第2プルダウンセンシングアンプ部14_1〜
14_Nと、これらの間に配置され、第1プルダウンセ
ンシングアンプ部12_1〜12_Nの出力又は第2プ
ルダウンセンシングアンプ部14_1〜14_Nの出力
をプルアップ増幅するプルアップセンシングアンプ部1
3_1〜13_Nで構成されている。
両外側にはセルアレイ部のデータをセンシングするため
のセンシングアンプ部15_1,15_2が配置されて
いるが、これは第1プルダウンセンシングアンプ部及び
第2プルダウンセンシングアンプ部のいずれか一つとプ
ルアップセンシングアンプ部とが組み合わされた構造で
ある。すなわち、一つのプルダウンセンシングアンプ部
とプルアップセンシングアンプ部とが連結され、最外側
に配置したセルアレイ部のデータをセンシングするため
のセンシングアンプ部15_1,15_2が垂直方向の
並びのそれぞれの外側に配置されている。
1〜12_Nと第2プルダウンセンシングアンプ部14
_1〜14_Nの構成は同一である。ただ、第1プルダ
ウンセンシングアンプ部12_1〜12_Nの入力端
は、上側に位置したセルアレイ部のビットラインと連結
され、第2プルダウンセンシングアンプ部14_1〜1
4_Nの入力端は下側に位置したセルアレイ部のビット
ラインに連結される。そして、第1、第2プルダウンセ
ンシングアンプ部のそれぞれの出力端はプルアップセン
シングアンプ部13_1〜13_Nの入力端に共通に連
結される。
12_1〜12_Nとプルアップセンシングアンプ部1
3_1〜13_Nは同時に活性化され、第2プルダウン
センシングアンプ部14_1〜14_Nとプルアップセ
ンシングアンプ部13_1〜13_Nも同時に活性化さ
れる。しかし、第1プルダウンセンシングアンプ部とプ
ルアップセンシングアンプ部が活性化状態であれば、第
2プルダウンセンシング部は不活性化状態を維持し、逆
に第2プルダウンセンシングアンプ部とプルアップセン
シングアンプ部が活性化状態であれば、第1プルダウン
センシングアンプ部は不活性化状態を維持する。
装置による第1、第2プルダウンセンシングアンプ部と
プルアップセンシングアンプ部を中心に示す構成ブロッ
ク図である。図12に示すように、第1プルダウンセン
シングアンプ部12_1とプルアップセンシングアンプ
部13_1とが組み合わされた完全な一つのセンシング
アンプ部12aが構成され、第2プルダウンセンシング
アンプ部14_1とプルアップセンシングアンプ部13
_1とが組み合われて完全なまた一つのセンシングアン
プ部14aが構成される。ここで、プルアップセンシン
グアンプ部13_1は共通に使用されることが分かる。
誘電体メモリ装置において、上側に位置したセルアレイ
部11_1のデータをセンシング及び増幅するために
は、第1プルダウンセンシングアンプ部12_1とプル
アップセンシングアンプ部13_1を活性化させ、第2
プルダウンセンシングアンプ部14_1を不活性化させ
る。
1とプルアップセンシングアンプ部13_1が活性化状
態で、上側に位置したセルアレイ部11_1のビットラ
インレベルが参照レベルより低ければ、第1プルダウン
センシングアンプ部12_1がプルダウン増幅を行い、
参照レベル以上であれば、第1プルダウンセンシングア
ンプ部12_1の出力をプルアップセンシングアンプ部
13_1がプルアップ増幅する。
2のデータをセンシング及び増幅するためには、第2プ
ルダウンセンシングアンプ部14_1とプルアップセン
シングアンプ部13_1を活性化させ、第1プルダウン
センシングアンプ部12_1は不活性化させる。
1とプルアップセンシングアンプ部13_1が活性化状
態で、下側に位置したセルアレイ部11_2のビットラ
インレベルが参照レベルより低ければ、第2プルダウン
センシングアンプ部14_1がプルダウン増幅を行い、
参照レベル以上であれば、第2プルダウンセンシングア
ンプ部14_1の出力をプルアップセンシングアンプ部
13_1がプルアップ増幅する。
ンプ部の一つとプルアップセンシングアンプ部とが組み
合わされて構成される外側に位置したセンシングアンプ
部をより詳細に説明する。
よるセンシングアンプ部の構成図であって、アレイの並
びの外側に位置したセルアレイ部のデータをセンシング
するためのセンシングアンプを示すものである。図13
に示すように、ビットラインに載せられた信号をスイッ
チングする第1トランジスタT1と、参照信号発生回路
部(図示せず)から出力される参照信号をスイッチング
する第2トランジスタT2と、第1トランジスタT1を
介して伝達されるビットラインの信号をスイッチングす
る第3トランジスタT3と、第2トランジスタT2を介
して伝達される参照信号をスイッチングする第4トラン
ジスタT4と、ゲートが第4トランジスタT4の入力端
と連結され、ドレインは第3トランジスタT3の出力端
に連結される第5トランジスタT5と、ゲートが第3ト
ランジスタT3の入力端に連結され、ドレインは第4ト
ランジスタT4の出力端に連結される第6トランジスタ
T6と、カラム選択信号CSにより制御され、第5トラ
ンジスタT5の出力端とデータラインD/Lとの間に連
結される第7トランジスタT7と、カラム選択信号CS
により制御され、第6トランジスタT6の出力端とデー
タバーラインDB/Lとの間に連結される第8トランジ
スタT8と、ドレインが第5トランジスタT5及び第6
トランジスタT6のドレインに共通に連結され、ソース
は接地端GNDに連結される第9トランジスタと、ソー
スが電源電圧端Vccに連結され、ドレインは第2トラン
ジスタT2の出力端と連結される第10トランジスタT
10と、ソースが電源電圧端に連結され、ドレインは第
3トランジスタT3の出力端と第10トランジスタT3
のゲートに共通に連結される第11トランジスタT11
と、第10トランジスタT10のドレインと第11トラ
ンジスタT11のドレインとを等電位化させる第12ト
ランジスタT12とで構成される。
トは第10トランジスタT10のドレインと連結され
る。第1トランジスタT1はビットラインコントロール
信号BLCにより制御され、第2トランジスタT2は参
照ビットラインコントロール信号RLCにより制御され
る。第3、第4トランジスタT3、T4はラッチイネー
ブルコントロール信号LECにより制御される。第9ト
ランジスタT9はセンシングアンプ活性化信号SENに
より制御される。第12トランジスタT12はセンシン
グアンプ等電位化信号SEQにより制御される。
のノードSN3及びSN4における出力波形の変化を示
す。ここで、区間Aはプリチャージ区間であり、区間B
は増幅区間である。そして、区間Cは疑似ラッチ区間で
あり、区間Dは実際のラッチ区間であり、区間Eは出力
区間を表す。
装置のプルダウンセンシングアンプの詳細構成図であ
る。図15に示すプルダウンセンシングアンプは図13
に図示のセンシングアンプ部の一部であることが分か
る。その構成を見ると、メインビットラインの信号をス
イッチングする第1トランジスタT1と、参照信号をス
イッチングする第2トランジスタT2と、第1トランジ
スタT1を介して伝達されるメインビットラインの信号
をスイッチングする第3トランジスタT3と、第2トラ
ンジスタT2を介して伝達される参照信号をスイッチン
グする第4トランジスタT4と、ゲートが第4トランジ
スタT4の入力端に連結され、ドレインは第3トランジ
スタT3の出力端と連結される第5トランジスタT5
と、ゲートが第3トランジスタT3の入力端と連結さ
れ、ドレインは第4トランジスタT4の出力端と連結さ
れる第6トランジスタT6と、ソースが接地端GNDに
連結され、ドレインは第5、第6トランジスタT5、T
6のドレインと共通に連結される第9トランジスタT9
とで構成される。
は、第9トランジスタT9のゲートに印加されるセンシ
ングアンプ活性化信号が「ハイ」レベルに遷移すると、
ゲートに参照信号が印加される第5トランジスタT5
と、ゲートにビットラインの信号が印加される第6トラ
ンジスタT6とにより増幅作用が起こる。そして、その
出力信号はノードSN3及びSN4へ伝達され、その出
力はラッチイネーブルコントロール信号LECにより再
びノードSN1及びSN2へ伝達される。従って、その
出力信号はビットラインコントロール信号BLCにより
第1トランジスタT1及び第2トランジスタT2を介し
てセルのビットラインへ伝達される。
よるプルアップセンシングアンプ部を詳細に示すもので
ある。図16に示すのプルアップセンシングアンプ部は
図13に図示のセンシングアンプ部の一部であることが
分かる。すなわち、プルアップセンシングアンプ部は図
13に図示のセンシングアンプ部の構成のうち、図15
に図示のプルダウンセンシングアンプの構成部分を除い
た部分より構成される。
はノードSN3及びSN4を介して入力されるビットラ
インの信号をプルアップ増幅する。ここで、ノードSN
3は前述した第3トランジスタT3の出力端であり、同
様にSN4は第4トランジスタT4の出力端である。第
3、第4トランジスタT3、T4はプルダウンセンシン
グアンプ部を構成する素子であるので、結局プルアップ
センシングアンプ部はプルダウンセンシングアンプ部を
介して入力されるビットラインの信号をプルアップ増幅
するということができる。
部の構成を見ると、プルダウンセンシングアンプ部から
ビットラインの信号が伝達されるノードSN3及びSN
4にそれぞれドレインが連結され、電源電圧端Vccに
ソースが連結される二つのPMOSトランジスタT1
0、T11と、PMOSトランジスタT10、T11の
ドレインを互いに等電位化させるPMOSトランジスタ
T12と、プルアップ増幅された信号をデータライン及
びデータバーラインに選択的に伝達する二つのNMOS
トランジスタT7、T8とで構成されている。
タが参照信号のレベル以上であれば、プルダウンセンシ
ングアンプ部を構成する第3、第4トランジスタT3、
T4を介して伝達されたビットライン信号を、プルアッ
プセンシングアンプ部がプルアップ増幅する。
ある。一方、書き込みモードでは、データライン及びデ
ータバーラインに載せられたデータが、参照信号のレベ
ル以上であれば、プルアップセンシングアンプ部でプル
アップ増幅され、ノードSN3及びSN4を経てプルダ
ウンセンシングアンプを構成する第3、第4トランジス
タT3、T4及び第1、第2トランジスタT1、T2を
介してビットラインへ伝達される。
において、第12トランジスタT12はノードSN3と
SN4とを等電位化させる機能を行うだけでなく、ノー
ドSN3及びSN4に誘起された信号がプルダウンセン
シングアンプ部により増幅されても、ラッチモードとな
ることを防止する機能を果たす。これにより、入力が変
わってもその変更した入力に対して再び増幅が行われる
ようにすることができる。従って、第12トランジスタ
T12はプリチャージ区間と初期のセンシングアンプの
増幅区間にわたってオンの状態を維持する。
強誘電体メモリ装置は、センシングアンプを垂直方向に
並べられたセルアレイ部の隣接する二つのアレイ部の間
に配置され、双方のアレイが共用できるようにしている
ので、センシングアンプが占める面積を最小化すること
により、レイアウトを効率的に低減させることができ
る。しかも、その際、センシングアンプをプルダウンセ
ンシングアンプ部とプルアップセンシングアンプ部とに
区分し、プルダウンセンシングアンプ部を上側と下側と
のアレイで別々のものとしてプルアップセンシングアン
プ部を共用するようにしたので、負荷の変化に対しても
安定に動作し、増幅の安定性を確保することができる。
す特性図。
位セルの構成図。
モードの動作を示すタイミング図。
図。
性強誘電体メモリ装置の構成図。
ルアレイ部とセンシングアンプ間の構成図。
単位セル構成図。
的構成図。
作タイミング図。
成ブロック図。
るセンシングアンプの構成図。
ードにおける波形の変化を示す図面。
るプルダウンセンシングアンプの構成図。
るプルアップセンシングアンプの構成図。
部 13_1〜13_N:プルアップセンシングアンプ部 14_1〜14_N:第2プルダウンセンシングアンプ
部
Claims (17)
- 【請求項1】 垂直及び水平方向に多数マトリックス形
態に形成された複数のセルアレイ部を有する不揮発性強
誘電体メモリ装置において、 垂直方向のセルアレイ部の間に配置され、各セルアレイ
部毎に対応されるように形成され、その対応したセルア
レイ部のデータをプルダウン増幅するプルダウンセンシ
ングアンプ部;上側のセルアレイ部と下側のセルアレイ
部が共有し、上側のセルアレイ部のデータ又は下側のセ
ルアレイ部のデータを選択的にプルアップ増幅するプル
アップセンシングアンプ部を含むことを特徴とする不揮
発性強誘電体メモリ装置。 - 【請求項2】 前記垂直方向に並べられた複数のセルア
レイ部の両外側に位置したセルアレイ部のデータをセン
シングするセンシングアンプ部は、一つのプルダウンセ
ンシングアンプ部とプルアップセンシングアンプ部とが
組み合わされた構成とされたことを特徴とする請求項1
記載の不揮発性強誘電体メモリ装置。 - 【請求項3】 各セルアレイ部に対応されるように形成
されたプルダウンセンシングアンプ部のうち、上側のセ
ルアレイ部に対応されるプルダウンセンシングアンプ部
とプルアップセンシングアンプ部とが同時に活性化され
るか、又は下側のセルアレイ部に対応されるプルダウン
センシングアンプ部とプルアップセンシングアンプ部と
が同時に活性化されることを特徴とする請求項1記載の
不揮発性強誘電体メモリ装置。 - 【請求項4】 垂直方向に並んで配置された第1セルア
レイ部と第2セルアレイ部;そのセルアレイ部に駆動信
号を出力する第1,第2スプリットワードラインドライ
バ部;前記第1セルアレイ部のデータを選択的にプルダ
ウンさせる第1プルダウンセンシングアンプ部;前記第
2セルアレイ部のデータを選択的にプルダウンさせる第
2プルダウンセンシングアンプ部;前記第1セルアレイ
部と前記第2セルアレイ部が共有し、各セルアレイ部の
データを選択的にプルアップさせるプルアップセンシン
グアンプ部を含むことを特徴とする不揮発性強誘電体メ
モリ装置。 - 【請求項5】 前記第1プルダウンセンシングアンプ部
と第2プルダウンセンシングアンプ部は同時に活性化さ
れることはなく、いずれも活性化されるときはプルアッ
プセンシングアンプ部と同時に活性化されることを特徴
とする請求項4記載の不揮発性強誘電体メモリ装置。 - 【請求項6】 前記第1プルダウンセンシングアンプ部
と前記プルアップセンシングアンプ部とが活性化された
とき、前記第1セルアレイ部のビットラインレベルが参
照レベル以上であれば、前記プルアップセンシングアン
プ部がプルアップ増幅し、参照レベル以下であれば、前
記第1プルダウンセンシングアンプ部がプルダウン増幅
することを特徴とする請求項4記載の不揮発性強誘電体
メモリ装置。 - 【請求項7】 前記第2プルダウンセンシングアンプ部
と前記プルアップセンシングアンプ部が活性化されたと
き、前記第2セルアレイ部のビットラインレベルが参照
レベル以上であれば、前記プルアップセンシングアンプ
部がプルアップ増幅し、参照レベル以下であれば、前記
第2プルダウンセンシングアンプ部がプルダウン増幅す
ることを特徴とする請求項4記載の不揮発性強誘電体メ
モリ装置。 - 【請求項8】 前記プルアップセンシングアンプ部は前
記プルダウンセンシングアンプ部を介して伝達されたビ
ットラインの信号をプルアップ増幅することを特徴とす
る請求項6又は7記載の不揮発性強誘電体メモリ装置。 - 【請求項9】 前記第1、第2セルアレイ部のそれぞれ
が垂直と水平方向にマトリックス形態に多数配置される
ことを特徴とする請求項4記載の不揮発性強誘電体メモ
リ装置。 - 【請求項10】 前記第1、第2セルアレイ部が多数垂
直方向に並べられた列の外側に位置したセルアレイ部の
データをセンシングするためのセンシングアンプ部は、
前記第1プルダウンセンシングアンプ部と組み合わされ
た構造を有することを特徴とする請求項9記載の不揮発
性強誘電体メモリ装置。 - 【請求項11】 前記第1プルダウンセンシングアンプ
部と前記第2プルダウンセンシングアンプ部は同一の構
造を有することを特徴とする請求項4記載の不揮発性強
誘電体メモリ装置。 - 【請求項12】 前記第1、第2セルアレイ部の並びの
外側に位置したセルアレイ部のデータをセンシングする
ためのセンシングアンプ部はメインビットラインの信号
をスイッチングする第1トランジスタと、 参照信号をスイッチングする第2トランジスタと、 ラッチイネーブル信号により制御され、前記第1トラン
ジスタの出力信号をスイッチングする第3トランジスタ
と、前記ラッチイネーブル信号により制御され、前記第
2トランジスタの出力信号をスイッチングする第4トラ
ンジスタと、 ゲートが前記第4トランジスタの入力端に連結され、ド
レインは前記第3トランジスタの出力端に連結される第
5トランジスタと、 ゲートが前記第3トランジスタの入力端に連結され、ド
レインは前記第4トランジスタの出力端に連結される第
6トランジスタと、 前記第5トランジスタの出力端とデータラインとの間に
形成され、カラム選択信号により制御される第7トラン
ジスタと、 前記第6トランジスタの出力端とデータバーラインとの
間に形成され、カラム選択信号により制御される第8ト
ランジスタと、 前記ドレインが前記第5トランジスタ及び第6トランジ
スタのソースと共通に連結され、ソースは接地端に連結
され、センシングアンプ活性化信号により動作する第9
トランジスタと、 ソースが電源電圧端に連結され、ドレインは前記第3ト
ランジスタの出力端に連結される第10トランジスタ
と、 ソースが電源電圧端に連結され、ドレインは前記第4ト
ランジスタの出力端と第10トランジスタのゲートと共
通に連結される第11トランジスタと、 前記第10トランジスタのドレインと第11トランジス
タのドレインとを等電位化させる第12トランジスタと
を含むことを特徴とする請求項10記載の不揮発性強誘
電体メモリ装置。 - 【請求項13】 前記第10、第11トランジスタ及び
第12トランジスタはPMOSトランジスタより構成さ
れ、その他はNMOSトランジスタより構成されること
を特徴とする請求項12記載の不揮発性強誘電体メモリ
装置。 - 【請求項14】 前記プルアップセンシングアンプ部
は、前記外側に位置したセンシングアンプ部のうち前記
第5トランジスタの出力端とデータラインとの間に形成
され、カラム選択信号により制御される第7トランジス
タと、 前記第6トランジスタの出力端とデータバーラインとの
間に形成され、カラム選択信号により制御される第8ト
ランジスタと、 ソースが電源電圧端に連結され、ドレインは前記第3ト
ランジスタの出力端に連結される第10トランジスタ
と、 ソースが電源電圧端に連結され、ドレインは前記第4ト
ランジスタの出力端と第10トランジスタのゲートと共
通に連結される第11トランジスタと、 前記第10トランジスタのドレインと第11トランジス
タのドレインとを等電位化させる第12トランジスタと
で構成されることを特徴とする請求項10記載の不揮発
性強誘電体メモリ装置。 - 【請求項15】 前記第1プルダウンセンシングアンプ
部は前記第1、第2セルアレイ部のうち、第1セルアレ
イ部のメインビットラインの信号をスイッチングする第
1トランジスタと、 参照信号をスイッチングする第2トランジスタと、 ラッチイネーブルコントロール信号により制御され、前
記第1トランジスタの出力信号をスイッチングする第3
トランジスタと、 前記ラッチイネーブルコントロール信号により制御さ
れ、前記第2トランジスタの出力信号をスイッチングす
る第4トランジスタと、 ゲートが前記第4トランジスタの入力端に連結され、ド
レインは前記第3トランジスタの出力端に連結される第
5トランジスタと、 ゲートが前記第3トランジスタの入力端に連結され、ド
レインは前記第4トランジスタの出力端に連結される第
6トランジスタと、 ソースが接地端に連結され、ドレインは前記第5、第6
トランジスタのドレインと共通に連結される第9トラン
ジスタとで構成されることを特徴とする請求項10記載
の不揮発性強誘電体メモリ装置。 - 【請求項16】 前記第5トランジスタのドレインは前
記プルアップセンシングアンプ部を構成する第10トラ
ンジスタのドレインと連結され、第6トランジスタのド
レインは第11トランジスタのドレインと連結されるこ
とを特徴とする請求項15記載の不揮発性強誘電体メモ
リ装置。 - 【請求項17】 前記第2プルダウンセンシングアンプ
部は前記第1プルダウンセンシングアンプ部と同一の構
造を有し、その内前記第1トランジスタは前記第1、第
2セルアレイ部のうち第2セルアレイ部のメインビット
ラインの信号をスイッチングすることを特徴とする請求
項10記載の不揮発性強誘電体メモリ装置。
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