JP2001229679A - Ferroelectric storage device - Google Patents

Ferroelectric storage device

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JP2001229679A
JP2001229679A JP2000033006A JP2000033006A JP2001229679A JP 2001229679 A JP2001229679 A JP 2001229679A JP 2000033006 A JP2000033006 A JP 2000033006A JP 2000033006 A JP2000033006 A JP 2000033006A JP 2001229679 A JP2001229679 A JP 2001229679A
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Japan
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capacitor
reference potential
potential
data
bit line
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JP2000033006A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Igarashi
泰史 五十嵐
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ferroelectric memory of a 1T/1C type in which a ferroelectric capacitor of a memory for reference potential hardly deteriorates. SOLUTION: A capacitor 112 for data is saturation-polarized in accordance with '0' or '1' of data, and a capacitor 112 for reference potential is partially polarized. Potentials in accordance with polarization are read out at bit lines BL1, BL2 by turning on transistors 111, 121 and turning a plate line voltage to Vcc. A sense amplifier 140 compares a potential of the bit line BL1 with a potential of the BL2, amplifies the higher potential to Vcc and amplifies the lower potential to zero volt. Data of the capacitor 112 is rewritten in the bit line BL1 after amplification, data of the capacitor 122 is rewritten in a reference potential setting circuit 150. Deterioration of this capacitor 122 can be suppressed by partially polarizing the capacitor 122 for reference potential, that is, by not saturation-polarizing it.

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】強誘電体キャパシタの分極の
極性によって二値データを記憶する強誘電体記憶装置に
関し、特に、1T/1C(1トランジスタ/1キャパシ
タ)タイプの強誘電体記憶装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric memory device for storing binary data according to the polarity of polarization of a ferroelectric capacitor, and more particularly to a 1T / 1C (1 transistor / 1 capacitor) type ferroelectric memory device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の強誘電体メモリは、メモリセルに
設けられた強誘電体キャパシタを正または負に飽和分極
させることによって、二値データを記憶していた。強誘
電体メモリを開示する文献としては、例えば、以下の文
献がある。
2. Description of the Related Art A conventional ferroelectric memory stores binary data by causing a ferroelectric capacitor provided in a memory cell to be positively or negatively saturated and polarized. The following documents disclose ferroelectric memories, for example.

【0003】「FRAMICカード技術 高須秀視、詫
間俊則 1999年 サイエンスフォーラム社発行 第
35頁〜第40頁」 強誘電体メモリとしては、1T/1Cタイプのものと、
2T/2Cタイプのものとが知られている。
"FRAMIC Card Technology Hidemi Takasu, Toshinori Takuma 1999 Science Forum Company, pp. 35-40" Ferroelectric memories include 1T / 1C type ferroelectric memories.
A 2T / 2C type is known.

【0004】1T/1Cタイプの強誘電体メモリでは、
1ビットのデータに対して1個のトランジスタと1個の
強誘電体キャパシタとが使用される。このタイプの強誘
電体メモリでは、1本のビット線ごとに1個の参照電位
用メモリセルが設けられる。参照電位用メモリセルに
は、参照用のデータとして「1」または「0」が格納さ
れる。そして、データ用メモリセルから読み出された電
位と参照電位用メモリセルから読み出された電位との一
致/不一致を検出することによって、データ用メモリセ
ルの記憶値が判断される。
In a 1T / 1C type ferroelectric memory,
One transistor and one ferroelectric capacitor are used for one bit of data. In this type of ferroelectric memory, one reference potential memory cell is provided for each bit line. "1" or "0" is stored in the reference potential memory cell as reference data. The storage value of the data memory cell is determined by detecting whether the potential read from the data memory cell matches the potential read from the reference potential memory cell.

【0005】一方、2T/2Cタイプの強誘電体メモリ
では、1ビットのデータに対して、2個のトランジスタ
と2個の強誘電体キャパシタとが使用される。すなわ
ち、このタイプの強誘電体メモリは、一対の強誘電体キ
ャパシタに記憶された相補データを用いて、記憶値が判
断される。
On the other hand, in a 2T / 2C type ferroelectric memory, two transistors and two ferroelectric capacitors are used for 1-bit data. That is, in this type of ferroelectric memory, the stored value is determined using complementary data stored in a pair of ferroelectric capacitors.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】1T/1Cタイプの強
誘電体メモリには、参照電位用メモリセルへのアクセス
頻度が、データ用メモリセルへのアクセス頻度と比較し
て、非常に高くなるという欠点がある。
In a 1T / 1C type ferroelectric memory, the frequency of access to a memory cell for reference potential is much higher than the frequency of access to a memory cell for data. There are drawbacks.

【0007】例えば、1本のビット線に256個のデー
タ用メモリセルが接続されており、各データ用メモリセ
ルの記憶データを読み出す場合を考える。この場合、各
データ用メモリセルは1回ずつアクセスされるのに対
し、参照電位用メモリセルは256回アクセスされる。
For example, consider a case where 256 data memory cells are connected to one bit line and data stored in each data memory cell is read. In this case, each data memory cell is accessed once, whereas the reference potential memory cell is accessed 256 times.

【0008】参照電位用メモリセルへのアクセス頻度の
高さは、この参照電位用メモリセル内に設けられた強誘
電体キャパシタの劣化を進行させる原因になる。そし
て、この劣化によって、強誘電体キャパシタの分極量が
低下するので、ビット線に印加される参照電位が低下
し、したがって、読み出しデータの信頼性が低下する。
The high access frequency to the reference potential memory cell causes deterioration of the ferroelectric capacitor provided in the reference potential memory cell. Then, due to this deterioration, the amount of polarization of the ferroelectric capacitor is reduced, so that the reference potential applied to the bit line is reduced, and therefore, the reliability of read data is reduced.

【0009】これに対して、2T/2Cタイプの強誘電
体メモリは、相補データを使用して記憶値を判断するの
で、特定のメモリセルへのアクセス頻度が極端に高くな
ることはなく、したがって、1T/1Cタイプの場合の
ような欠点は生じない。しかしながら、2T/2Cタイ
プの強誘電体メモリには、メモリセルアレイの面積が大
きくなるという欠点がある。
On the other hand, in the 2T / 2C type ferroelectric memory, the storage value is determined by using the complementary data, so that the frequency of accessing a specific memory cell does not become extremely high. There is no disadvantage as in the case of the 1T / 1C type. However, the 2T / 2C type ferroelectric memory has a disadvantage that the area of the memory cell array is large.

【0010】このような理由から、参照電位用メモリセ
ルの強誘電体キャパシタが劣化し難い、1T/1Cタイ
プの強誘電体メモリが嘱望されていた。
For these reasons, there has been a demand for a 1T / 1C type ferroelectric memory in which the ferroelectric capacitor of the reference potential memory cell hardly deteriorates.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この発明は、データ用強
誘電体キャパシタを有し、このデータ用強誘電体キャパ
シタの分極に応じた電位をデータ用ビット線に出力する
データ用メモリセルと、参照電位用強誘電体キャパシタ
を有し、この参照電位用強誘電体キャパシタの分極に応
じた電位を参照電位用ビット線に出力する参照電位用メ
モリセルと、データ用強誘電体キャパシタを正または負
に飽和分極させる、データ書込手段と、参照電位用強誘
電体キャパシタを正または負に部分分極させる、参照電
位設定手段と、データ用ビット線の電位と参照電位用ビ
ット線の電位の大小関係を検出することによって、デー
タ用メモリセルの記憶データを判断するセンスアンプと
を備える。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a data memory cell having a data ferroelectric capacitor and outputting a potential corresponding to the polarization of the data ferroelectric capacitor to a data bit line; A reference potential memory cell having a ferroelectric capacitor for reference potential and outputting a potential corresponding to the polarization of the ferroelectric capacitor for reference potential to a bit line for reference potential; A data writing means for negatively polarizing the polarization, a reference potential setting means for partially or positively polarizing the ferroelectric capacitor for reference potential to positive or negative, and a magnitude of the potential of the data bit line and the potential of the reference potential bit line. A sense amplifier that determines the storage data of the data memory cell by detecting the relationship.

【0012】この発明に係る強誘電体記憶装置は、参照
電位用強誘電体キャパシタを飽和分極させるのではな
く、部分分極させて使用する。すなわち、この発明で
は、参照電位用強誘電体キャパシタの分極量の絶対値
を、データ用強誘電体キャパシタの分極量の絶対値より
も、小さくする。これにより、参照電位用強誘電体キャ
パシタの劣化の影響を抑制することができる。
In the ferroelectric memory device according to the present invention, the ferroelectric capacitor for reference potential is not polarized in saturation but is partially polarized. That is, in the present invention, the absolute value of the polarization amount of the ferroelectric capacitor for reference potential is made smaller than the absolute value of the polarization amount of the ferroelectric capacitor for data. Thereby, the influence of the deterioration of the ferroelectric capacitor for reference potential can be suppressed.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分
の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解でき
る程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説
明する数値的条件は単なる例示にすぎない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the size, shape, and arrangement of each component are only schematically shown to an extent that the present invention can be understood, and numerical conditions described below are merely examples. .

【0014】第1の実施の形態 以下、この発明の第1の実施の形態に係る強誘電体メモ
リについて、図1〜図4を用いて説明する。
First Embodiment A ferroelectric memory according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0015】図1は、この実施の形態に係る強誘電体メ
モリの構造を概略的に示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing a structure of a ferroelectric memory according to this embodiment.

【0016】図1に示したように、この強誘電体メモリ
は、データ用メモリセル110、参照電位用メモリセル
120、イコライズ回路130、センスアンプ140、
参照電位設定回路150、データ用のビット線BL1、
参照電位用のビット線BL2、データ用のワード線WL
1、参照電位用のワード線WL2、および、プレート線
PLを備える。
As shown in FIG. 1, this ferroelectric memory includes a data memory cell 110, a reference potential memory cell 120, an equalizing circuit 130, a sense amplifier 140,
The reference potential setting circuit 150, the data bit line BL1,
Bit line BL2 for reference potential, word line WL for data
1, a word line WL2 for a reference potential and a plate line PL.

【0017】ビット線BL1,BL2、ワード線WL
1,WL2およびプレート線PLは、それぞれ、1個の
強誘電体メモリに複数本ずつ形成される。但し、図1で
は、簡単化のために、それぞれ1本ずつ示している。
Bit lines BL1 and BL2, word lines WL
A plurality of 1, 1 and WL2 and plate lines PL are respectively formed in one ferroelectric memory. However, in FIG. 1, for simplicity, one each is shown.

【0018】データ用メモリセル110は、1個のトラ
ンジスタ111と、1個の強誘電体キャパシタ112と
を備える。トランジスタ111は、ゲートがデータ用ワ
ード線WL1に接続され、ソースが強誘電体キャパシタ
112の一端に接続され、且つ、ドレインがデータ用ビ
ット線BL1に接続される。強誘電体キャパシタ112
の他端は、プレート線PLに接続される。データ用メモ
リセル110は、通常は、1本のデータ用ビット線BL
1に対して多数個接続されるが、図1では1個のみ示し
ている。
The data memory cell 110 includes one transistor 111 and one ferroelectric capacitor 112. The transistor 111 has a gate connected to the data word line WL1, a source connected to one end of the ferroelectric capacitor 112, and a drain connected to the data bit line BL1. Ferroelectric capacitor 112
Is connected to the plate line PL. The data memory cell 110 usually has one data bit line BL.
Many are connected to one, but only one is shown in FIG.

【0019】参照電位用メモリセル120は、1個のト
ランジスタ121と、1個の強誘電体キャパシタ122
とを備える。トランジスタ121は、ゲートが参照電位
用ワード線WL2に接続され、ソースが強誘電体キャパ
シタ122の一端に接続され、且つ、ドレインが参照電
位用ビット線BL2に接続される。強誘電体キャパシタ
112の他端は、プレート線PLに接続される。この実
施の形態としては、強誘電体キャパシタ122として、
データ用メモリセル110の強誘電体キャパシタ111
と同一構造且つ同一サイズのものを使用することができ
る。参照電位用メモリセル120は、1本の参照電位用
ビット線BL2に1個のみ接続される。
The reference potential memory cell 120 includes one transistor 121 and one ferroelectric capacitor 122.
And The transistor 121 has a gate connected to the reference potential word line WL2, a source connected to one end of the ferroelectric capacitor 122, and a drain connected to the reference potential bit line BL2. The other end of ferroelectric capacitor 112 is connected to plate line PL. In this embodiment, as the ferroelectric capacitor 122,
Ferroelectric capacitor 111 of data memory cell 110
The same structure and the same size can be used. Only one reference potential memory cell 120 is connected to one reference potential bit line BL2.

【0020】イコライズ回路130は、2個のトランジ
スタ131,132を備える。トランジスタ131は、
ゲートからイコライズ信号EQを入力し、ソースがデー
タ用ビット線BL1に接続され、且つ、ドレインが接地
されている。また、トランジスタ132は、ゲートから
イコライズ信号EQを入力し、ソースが参照電位用ビッ
ト線BL2に接続され、且つ、ドレインが接地されてい
る。
The equalizing circuit 130 includes two transistors 131 and 132. The transistor 131 is
The equalizing signal EQ is input from the gate, the source is connected to the data bit line BL1, and the drain is grounded. The transistor 132 receives the equalizing signal EQ from the gate, the source is connected to the reference potential bit line BL2, and the drain is grounded.

【0021】センスアンプ140は、信号SAがハイレ
ベルのときに、ビット線BL1,BL2の電位を比較す
る。そして、高い方のビット線電位を電源電位Vccに増
幅し、低い方のビット線電位を零ボルトに増幅する。
When the signal SA is at a high level, the sense amplifier 140 compares the potentials of the bit lines BL1 and BL2. Then, the higher bit line potential is amplified to the power supply potential Vcc, and the lower bit line potential is amplified to zero volt.

【0022】参照電位設定回路150は、参照電位生成
用の強誘電体キャパシタ122を、部分分極させるため
に使用される。参照電位設定回路150は、制御信号R
Vがハイレベルのときに、所定の設定電位を出力する。
この設定電位とプレート線PLの電位との電位差によ
り、強誘電体キャパシタ122が部分分極する。後述す
るように、強誘電体キャパシタ122の分極量は、飽和
分極の半分程度にすることが望ましい。
The reference potential setting circuit 150 is used to partially polarize the ferroelectric capacitor 122 for generating a reference potential. The reference potential setting circuit 150 controls the control signal R
When V is at a high level, a predetermined set potential is output.
Due to the potential difference between the set potential and the potential of the plate line PL, the ferroelectric capacitor 122 is partially polarized. As will be described later, it is desirable that the polarization amount of the ferroelectric capacitor 122 be about half of the saturation polarization.

【0023】次に、図1に示した強誘電体メモリの動作
原理を説明する。
Next, the operation principle of the ferroelectric memory shown in FIG. 1 will be described.

【0024】まず、データ用メモリセル110の動作原
理を説明する。
First, the operation principle of the data memory cell 110 will be described.

【0025】図2は、強誘電体キャパシタ112の状態
偏移を説明するための特性図であり、横軸は電圧V[ボ
ルト]、縦軸は分極Q[C]である。図2に示したよう
に、電圧Vと分極Qとの関係は、ヒステリシス曲線Hを
描く。ヒステリシス曲線Hの傾きは、強誘電体キャパシ
タ112のキャパシタンス[q/V]を示す。
FIG. 2 is a characteristic diagram for explaining the state shift of the ferroelectric capacitor 112. The horizontal axis represents the voltage V [volt], and the vertical axis represents the polarization Q [C]. As shown in FIG. 2, the relationship between the voltage V and the polarization Q draws a hysteresis curve H. The slope of the hysteresis curve H indicates the capacitance [q / V] of the ferroelectric capacitor 112.

【0026】データ用キャパシタ112の端子間に電圧
が印加されていないとき、このキャパシタ112の分極
(飽和分極)は、P0 またはP1 となる。この実施の形
態では、P0 を記憶値「0」とし、P1 を記憶値「1」
とする。また、参照電位用キャパシタ122は部分分極
するので、端子間に電圧が印加されていないときのキャ
パシタ122の分極は、例えばPr となる。
When no voltage is applied between the terminals of the data capacitor 112, the polarization (saturation polarization) of the capacitor 112 is P0 or P1. In this embodiment, P0 is a stored value "0", and P1 is a stored value "1".
And Further, since the reference potential capacitor 122 is partially polarized, the polarization of the capacitor 122 when no voltage is applied between the terminals is, for example, Pr.

【0027】トランジスタ111,121をオンした状
態でプレート線PLに電圧Vccが印加されると、ビット
線BL1,BL2に電位が出力される。このときのビッ
ト線BL1の電位は、分極がP0 の場合には、直線Cb0
とヒステリシス曲線P0 −P2 との交点のV座標V0 に
一致し、また、分極がP1 の場合には、直線Cb1とヒス
テリシス曲線P1 −P2 との交点のV座標V1 に一致す
る。ここで、直線Cb0は、点(−Vcc,P0 )を通り且
つ傾きがθとなる直線であり、直線Cb1は、点(Vcc,
P1 )を通り且つ傾きがθとなる直線である。θは、ビ
ット線BL1のキャパシタンスに応じて決定される。ま
た、プレート線PLに電圧Vccが印加されたときのビッ
ト線BL2の電位は、直線Cbrとヒステリシス曲線Pr
−P2 との交点のV座標Vr に一致する。直線Cbrは、
点(−Vcc,Pr )を通り且つV軸との傾きがθとなる
直線である。この実施の形態では、ビット線BL1,B
L2のキャパシタンスは同一とする。したがって、直線
Cbrの傾きは直線Cb0,Cb1の傾きθと同一になる。す
なわち、この実施の形態に係る強誘電体メモリでは、参
照電位用キャパシタ122を部分分極させるので、ビッ
ト線BL2の電位Vr は、常にV0 <Vr <V1 とな
る。
When the voltage Vcc is applied to the plate line PL with the transistors 111 and 121 turned on, a potential is output to the bit lines BL1 and BL2. At this time, when the polarization is P0, the potential of the bit line BL1 becomes a straight line Cb0.
When the polarization is P1, it coincides with the V coordinate V1 at the intersection between the straight line Cb1 and the hysteresis curve P1 -P2. Here, the straight line Cb0 is a straight line that passes through the point (−Vcc, P0) and has an inclination θ, and the straight line Cb1 is a point (Vcc,
P1) and has a slope of θ. θ is determined according to the capacitance of bit line BL1. When the voltage Vcc is applied to the plate line PL, the potential of the bit line BL2 is represented by a straight line Cbr and a hysteresis curve Pr.
It coincides with the V coordinate Vr at the intersection with -P2. The straight line Cbr is
It is a straight line passing through the point (-Vcc, Pr) and having an inclination of θ with respect to the V axis. In this embodiment, bit lines BL1, B
The capacitance of L2 is the same. Therefore, the slope of the straight line Cbr is the same as the slope θ of the straight lines Cb0 and Cb1. That is, in the ferroelectric memory according to this embodiment, since the reference potential capacitor 122 is partially polarized, the potential Vr of the bit line BL2 always becomes V0 <Vr <V1.

【0028】次に、図1に示した強誘電体メモリの読み
出し動作および再書き込み動作について、図3のタイミ
ングチャートを用いて説明する。
Next, a read operation and a rewrite operation of the ferroelectric memory shown in FIG. 1 will be described with reference to a timing chart of FIG.

【0029】まず、時刻t0 に、イコライズ信号EQを
ハイレベルにして、トランジスタ131,132をオン
させる。これにより、ビット線BL1,BL2の電位を
零ボルトに充電する。
First, at time t0, the equalizing signal EQ is set to the high level to turn on the transistors 131 and 132. Thereby, the potentials of the bit lines BL1 and BL2 are charged to zero volt.

【0030】時刻t1 に、イコライズ信号EQをローレ
ベルにしてビット線BL1,BL2をフローティング状
態にするとともに、所望のワード線WL1,WL2の電
位をハイレベルにしてメモリセル110,120のトラ
ンジスタ111,121をオンさせる。これにより、キ
ャパシタ112,122がビット線BL1,BL2に接
続される。
At time t1, the equalizing signal EQ is set to a low level to set the bit lines BL1 and BL2 in a floating state, and the potentials of desired word lines WL1 and WL2 are set to a high level to set the transistors 111 and Turn on 121. Thereby, capacitors 112 and 122 are connected to bit lines BL1 and BL2.

【0031】時刻t2 に、プレート線PLに、電源電圧
Vccを印加する。これにより、ビット線BL1,BL2
に、読み出し電位が出力される。上述したように、ビッ
ト線BL1には電位V0 または電位V1 が読み出され、
ビット線BL2には電位Vrが読み出される(図2参
照)。
At time t2, the power supply voltage Vcc is applied to the plate line PL. Thereby, the bit lines BL1, BL2
, A read potential is output. As described above, the potential V0 or the potential V1 is read out to the bit line BL1,
The potential Vr is read to the bit line BL2 (see FIG. 2).

【0032】時刻t3 に、信号SAの電位をハイレベル
にすると、センスアンプ140が活性化される。上述し
たように、センスアンプ140は、高い方のビット線電
位を電源電位Vccに増幅し、低い方のビット線電位を零
ボルトに増幅する。したがって、時刻t2 におけるビッ
ト線BL1の電位がV0 の場合は、ビット線BL1の電
位は零ボルトに増幅され、且つ、ビット線BL2はVcc
に増幅される。一方、時刻t2 におけるビット線BL1
の電位がV1 の場合は、ビット線BL1の電位はVccに
増幅され、且つ、ビット線BL2は0ボルトに増幅され
る。
At time t3, when the potential of the signal SA is changed to a high level, the sense amplifier 140 is activated. As described above, sense amplifier 140 amplifies the higher bit line potential to power supply potential Vcc and the lower bit line potential to zero volts. Therefore, when the potential of bit line BL1 at time t2 is V0, the potential of bit line BL1 is amplified to zero volts, and bit line BL2 is set to Vcc.
Is amplified. On the other hand, bit line BL1 at time t2
, The potential of bit line BL1 is amplified to Vcc, and the potential of bit line BL2 is amplified to 0 volt.

【0033】時刻t4に、ワード線WL2をローレベル
にするとともに、信号RVをハイレベルにする。これに
より、参照電位用キャパシタ122は、ビット線BL2
から切り離され、参照電位設定回路150の出力電位が
印加される。そして、参照電位用キャパシタ122に対
する再書き込みが実行される。上述したように、参照電
位設定回路150の出力電位は、参照電位用キャパシタ
122が部分分極するような電位に設定される。
At time t4, the word line WL2 is set to low level, and the signal RV is set to high level. As a result, the reference potential capacitor 122 is connected to the bit line BL2
And the output potential of the reference potential setting circuit 150 is applied. Then, rewriting to the reference potential capacitor 122 is performed. As described above, the output potential of reference potential setting circuit 150 is set to a potential at which reference potential capacitor 122 is partially polarized.

【0034】また、データ用キャパシタ112の記憶値
が「0」の場合には、このキャパシタ112の再書き込
みも、参照電位用キャパシタ122の再書き込みと並行
して実行される。データ用キャパシタ112の記憶値が
「0」の場合、時刻t3 にビット線BL1の電位が零ボ
ルトになる。したがって、データ用キャパシタ112の
端子間電圧は−Vccになり、このキャパシタ112に
「0」が再書き込みされる(図2の点P2 参照)。な
お、データ用キャパシタ112の記憶値が「1」の場合
は、端子間電圧が零ボルトになるので、再書き込みは行
われない。
When the stored value of the data capacitor 112 is “0”, the rewriting of the capacitor 112 is executed in parallel with the rewriting of the reference potential capacitor 122. When the stored value of the data capacitor 112 is "0", the potential of the bit line BL1 becomes zero volt at time t3. Therefore, the voltage between the terminals of the data capacitor 112 becomes -Vcc, and "0" is rewritten to this capacitor 112 (see point P2 in FIG. 2). When the stored value of the data capacitor 112 is “1”, the voltage between terminals becomes zero volt, so that rewriting is not performed.

【0035】続いて、時刻t5 に、プレート線PLの電
位をローレベルに戻す。データ用キャパシタ112の記
憶値が「1」の場合には、プレート線PLをローレベル
に戻すことによって、再書き込みが実行される。データ
用キャパシタ112の記憶値が「1」の場合、プレート
線PLの電位がローレベル(すなわち零ボルト)になる
と、データ用キャパシタ112の端子間電圧は+Vccに
なるので、このキャパシタ112に「1」が再書き込み
される(図2の点P3 参照)。
Subsequently, at time t5, the potential of the plate line PL is returned to the low level. When the storage value of the data capacitor 112 is “1”, the plate line PL is returned to a low level, thereby executing rewriting. When the stored value of the data capacitor 112 is “1”, the voltage between the terminals of the data capacitor 112 becomes + Vcc when the potential of the plate line PL becomes low level (that is, zero volt). Is rewritten (see point P3 in FIG. 2).

【0036】時刻t6 に、信号SAをローレベルにした
後、時刻t7 でイコライズ信号EQをハイレベルにす
る。これにより、ビット線BL1,BL2がローレベル
になる。したがって、端子間電圧が零ボルトになるの
で、データ用キャパシタ112の分極はP0 またはP1
に戻る(図2参照)。
At time t6, the signal SA goes low, and at time t7, the equalization signal EQ goes high. As a result, the bit lines BL1 and BL2 become low level. Therefore, the voltage between the terminals becomes zero volt, and the polarization of the data capacitor 112 becomes P0 or P1.
(See FIG. 2).

【0037】時刻t8 に、イコライズ信号EQをローレ
ベルにし、さらに、時刻t9 に、ワード線WL1の電位
および信号RVの電位をローレベルにして、動作を終了
する。
At time t8, the equalizing signal EQ is set to the low level, and at time t9, the potential of the word line WL1 and the potential of the signal RV are set to the low level, and the operation is completed.

【0038】上述したように、この実施の形態の強誘電
体メモリでは、参照電位用キャパシタ122を部分分極
させる。この部分分極は、ビット線BL1の電位とビッ
ト線BL2の電位との差がセンスアンプ140の感度よ
りも大きくなるように設定されなければならない。すな
わち、部分分極の許容範囲をPi <Pr <Pj とする
と、Pi ,Pj は、以下のように定められる。
As described above, in the ferroelectric memory of this embodiment, the reference potential capacitor 122 is partially polarized. This partial polarization must be set so that the difference between the potential of the bit line BL1 and the potential of the bit line BL2 is larger than the sensitivity of the sense amplifier 140. That is, assuming that the allowable range of the partial polarization is Pi <Pr <Pj, Pi and Pj are determined as follows.

【0039】図4に示したように、参照電位用キャパシ
タ122の分極がPi のときのビット線BL2の電位を
Vi とし、参照電位用キャパシタ122の分極がPj の
ときのビット線BL2の電位をVj とし、さらに、セン
スアンプ140の最低検出電位差をVmin とする。この
とき、Vi ,Vj は、以下の二式を満たさなければなら
ない。
As shown in FIG. 4, the potential of the bit line BL2 when the polarization of the reference potential capacitor 122 is Pi is Vi, and the potential of the bit line BL2 when the polarization of the reference potential capacitor 122 is Pj. Vj, and the minimum detection potential difference of the sense amplifier 140 is Vmin. At this time, Vi and Vj must satisfy the following two equations.

【0040】|Vi |−|V1 |>Vmin |V0 |−|Vj |>Vmin すなわち、部分分極Pr がこれらの式を満たす範囲で変
動しても、強誘電体メモリは正常に動作する。但し、セ
ンスアンプ140として感度の低いものを使用するため
には、部分分極Pr は飽和分極の半分程度にすることが
望ましい。
| Vi |-| V1 |> Vmin | V0 |-| Vj |> Vmin That is, even if the partial polarization Pr varies within a range satisfying these equations, the ferroelectric memory operates normally. However, in order to use a low-sensitivity sense amplifier 140, it is desirable that the partial polarization Pr be about half of the saturation polarization.

【0041】部分分極の状態は不安定なので、参照電位
用キャパシタ122の分極量は経時的に零(Q=0)の
方向に変化する。この実施の形態に係る強誘電体メモリ
は、V0 <Vr <V1 であり且つ上述の二式が満たされ
ていれば正常動作するので、分極量が減少しても不都合
は生じない。
Since the state of partial polarization is unstable, the amount of polarization of the reference potential capacitor 122 changes to zero (Q = 0) with time. The ferroelectric memory according to this embodiment operates normally if V0 <Vr <V1 and the above two equations are satisfied, so that no problem occurs even if the polarization amount is reduced.

【0042】また、参照電位用キャパシタ122には、
ビット線BL2の電位の変動(電源電位Vccまたは零ボ
ルトへの増幅)と再書き込み動作とによって分極反転が
繰り返されるために、ファーティーグ(すなわちキャパ
シタの分極量が減る現象)が発生する。しかし、この実
施の形態に係る強誘電体メモリでは、V0 <Vr <V1
であり且つ上述の二式が満たされていれば正常動作する
ので、分極量が減少しても支障は生じない。
The reference potential capacitor 122 includes:
Since the polarization inversion is repeated due to the fluctuation of the potential of the bit line BL2 (amplification to the power supply potential Vcc or zero volt) and the rewriting operation, a fating (that is, a phenomenon in which the polarization of the capacitor is reduced) occurs. However, in the ferroelectric memory according to this embodiment, V0 <Vr <V1
If the above two equations are satisfied, the operation is normal, so that no problem occurs even if the amount of polarization is reduced.

【0043】加えて、参照電位用キャパシタ122を部
分分極させるので、インプリント(すなわち保持分極方
向にヒステリシス特性がシフトする不良モード)の影響
を小さくすることができる。
In addition, since the reference potential capacitor 122 is partially polarized, the influence of imprint (that is, a failure mode in which the hysteresis characteristic shifts in the holding polarization direction) can be reduced.

【0044】さらに、この実施の形態に係る強誘電体メ
モリは、参照電位用セル120を低電圧で駆動する。こ
のことによって、メモリの信頼性を高めることができ
る。これは、アクセス回数の多い参照電位用セルにおい
ては、非常に重要である。
Further, the ferroelectric memory according to this embodiment drives the reference potential cell 120 at a low voltage. As a result, the reliability of the memory can be improved. This is very important in a reference potential cell that is frequently accessed.

【0045】参照電位用セルは、各メモリセルブロック
に1個ずつ設ければよい。また、参照電位用のビット線
BL2のキャパシタンスをデータ用のビット線BL1と
同じにするためには、例えば、ダミーセルを使用すれば
よい。この場合、ダミーセルの大きさや個数を調整する
ことによって、参照電位用ビット線BL2のキャパシタ
ンスを調整することができる。
The reference potential cell may be provided for each memory cell block. In order to make the capacitance of the reference potential bit line BL2 the same as that of the data bit line BL1, for example, a dummy cell may be used. In this case, the capacitance of the reference potential bit line BL2 can be adjusted by adjusting the size and the number of the dummy cells.

【0046】第2の実施の形態 次に、この発明の第2の実施の形態に係る強誘電体メモ
リについて、図5〜図9を用いて説明する。
Second Embodiment Next, a ferroelectric memory according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0047】図5は、この実施の形態に係る強誘電体メ
モリの構造を概略的に示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram schematically showing the structure of the ferroelectric memory according to this embodiment.

【0048】図5において、図1と同じ符号を付した構
成要素は、それぞれ、図1の場合と同じものを示してい
る。図5の強誘電体メモリは、参照電位書き込み用のト
ランジスタ201を備えている。このトランジスタ20
1は、ゲートにワード線が接続され、ソースにビット線
BL3が接続され、且つ、ドレインが強誘電体キャパシ
タ122の一端に接続される。
In FIG. 5, the components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same components as those in FIG. The ferroelectric memory of FIG. 5 includes a transistor 201 for writing a reference potential. This transistor 20
In No. 1, a gate is connected to a word line, a source is connected to a bit line BL3, and a drain is connected to one end of the ferroelectric capacitor 122.

【0049】以下、図5に示した強誘電体メモリの読み
出し動作および再書き込み動作について、図6および図
7を用いて説明する。図6は、強誘電体メモリの動作を
示すタイミングチャートである。図7は、参照電位用キ
ャパシタ122の状態偏移図であり、(A)はデータ用
キャパシタ112の記憶値が「0」の場合、(B)はデ
ータ用キャパシタ112の記憶値が「1」の場合を示し
ている。
Hereinafter, a read operation and a rewrite operation of the ferroelectric memory shown in FIG. 5 will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the ferroelectric memory. FIGS. 7A and 7B are state shift diagrams of the reference potential capacitor 122. FIG. 7A shows a case where the stored value of the data capacitor 112 is “0”, and FIG. 7B shows a state where the stored value of the data capacitor 112 is “1”. Is shown.

【0050】まず、時刻t0 に、イコライズ信号EQを
ハイレベルにして、トランジスタ131,132をオン
させことにより、ビット線BL1,BL2の電位を零ボ
ルトに充電する。このとき、キャパシタ112,122
の端子間電圧は零ボルトなので、参照電位用キャパシタ
122の分極は、図7(A),(B)に点0で示された
状態になる。
First, at time t0, the equalizing signal EQ is set to the high level to turn on the transistors 131 and 132, thereby charging the bit lines BL1 and BL2 to zero volts. At this time, capacitors 112 and 122
Is zero volt, the polarization of the reference potential capacitor 122 is in the state shown by the point 0 in FIGS. 7A and 7B.

【0051】時刻t1 に、イコライズ信号EQをローレ
ベルにしてビット線BL1,BL2をフローティング状
態にするとともに、ワード線WL1,WL2の電位をハ
イレベルにしてメモリセル110,120のトランジス
タ111,121をオンさせる。これにより、キャパシ
タ112,122がビット線BL1,BL2に接続され
る。
At time t 1, the equalizing signal EQ is set to the low level to set the bit lines BL 1 and BL 2 in the floating state, and the potentials of the word lines WL 1 and WL 2 are set to the high level to turn on the transistors 111 and 121 of the memory cells 110 and 120. Turn on. Thereby, capacitors 112 and 122 are connected to bit lines BL1 and BL2.

【0052】時刻t2 に、プレート線PLに対して、電
源電圧Vccを印加する。これにより、ビット線BL1,
BL2に読み出し電位が出力される。このとき、キャパ
シタ112,122には、端子間電圧が発生する。デー
タ用ビット線BL1の読み出し電圧とデータ用キャパシ
タ112の端子間電圧との比は、ビット線BL1とキャ
パシタ112とのキャパシタンスの比によって決定され
る。同様に、参照電位用ビット線BL2の読み出し電圧
と参照電位用キャパシタ122の端子間電圧との比は、
両者のキャパシタンスの比によって決定される。第1の
実施の形態と同様、ビット線BL1の読み出し電位は、
データ用キャパシタ112に書き込まれたデータ(図2
のP0 ,P1 参照)に応じて決定され、V0 または電位
V1 になる。ビット線BL2の読み出し電位は、第1の
実施の形態と同様、Vr になる。端子間電圧が発生する
ことにより、参照電位用キャパシタ122の分極は、図
7(A),(B)に点2で示された状態になる。
At time t2, the power supply voltage Vcc is applied to the plate line PL. Thereby, the bit lines BL1,
The read potential is output to BL2. At this time, a voltage between terminals is generated in the capacitors 112 and 122. The ratio between the read voltage of the data bit line BL1 and the voltage between the terminals of the data capacitor 112 is determined by the capacitance ratio between the bit line BL1 and the capacitor 112. Similarly, the ratio of the read voltage of the reference potential bit line BL2 to the inter-terminal voltage of the reference potential capacitor 122 is:
It is determined by the ratio of the two capacitances. As in the first embodiment, the read potential of the bit line BL1 is
The data written to the data capacitor 112 (FIG. 2)
(See P0 and P1 of FIG. 2), and becomes V0 or the potential V1. The read potential of the bit line BL2 becomes Vr, as in the first embodiment. The generation of the inter-terminal voltage causes the polarization of the reference potential capacitor 122 to be in the state shown by the point 2 in FIGS. 7A and 7B.

【0053】時刻t3 に、信号SAの電位をハイレベル
にすると、センスアンプ140が活性化される。上述し
たように、センスアンプ140は、高い方のビット線電
位を電源電位Vccに増幅し、低い方のビット線電位を零
ボルトに増幅する。
At time t3, when the potential of the signal SA is changed to the high level, the sense amplifier 140 is activated. As described above, sense amplifier 140 amplifies the higher bit line potential to power supply potential Vcc and the lower bit line potential to zero volts.

【0054】すなわち、時刻t2 におけるビット線BL
1の電位がV0 の場合(すなわちデータ用キャパシタ1
12の記憶値が「0」の場合)は、ビット線BL1の電
位は零ボルトに増幅され、且つ、ビット線BL2はVcc
に増幅される。したがって、参照電位用キャパシタ12
2の端子間電圧は零ボルトになるので、このキャパシタ
122の分極は、図7(A)に点3で示された状態にな
る。
That is, the bit line BL at time t2
1 is V0 (that is, the data capacitor 1
12 is "0"), the potential of the bit line BL1 is amplified to zero volts, and the bit line BL2 is set to Vcc.
Is amplified. Therefore, the reference potential capacitor 12
Since the voltage between the terminals 2 becomes zero volt, the polarization of the capacitor 122 is in the state shown by the point 3 in FIG.

【0055】一方、時刻t2 におけるビット線BL1の
電位がV1 の場合(すなわちデータ用キャパシタ112
の記憶値が「1」の場合)は、ビット線BL1の電位は
Vccに増幅され、且つ、ビット線BL2は0ボルトに増
幅される。したがって、参照用キャパシタ122の端子
間電圧は−Vccになるので、このキャパシタ122の分
極は、図7(B)に点3で示された状態になる。
On the other hand, when the potential of bit line BL1 at time t2 is V1 (ie, data capacitor 112).
Is "1"), the potential of the bit line BL1 is amplified to Vcc and the bit line BL2 is amplified to 0 volt. Therefore, since the voltage between the terminals of the reference capacitor 122 becomes -Vcc, the polarization of the capacitor 122 becomes a state shown by a point 3 in FIG. 7B.

【0056】時刻t4 に、ワード線WL2をローレベル
にし、且つ、ワード線WL3をハイレベルにする。これ
により、参照電位用キャパシタ122は、ビット線BL
2から切り離され、ビット線BL3に接続される。さら
に、時刻t4 には、ビット線BL3に、設定電位(ここ
ではVcc/2とする)が供給される。これにより、参照
電位用キャパシタ122に対する再書き込みが実行され
る。
At time t4, the word line WL2 is set to low level, and the word line WL3 is set to high level. Thereby, the reference potential capacitor 122 is connected to the bit line BL.
2 and connected to the bit line BL3. Further, at time t4, a set potential (here, Vcc / 2) is supplied to the bit line BL3. As a result, rewriting to the reference potential capacitor 122 is performed.

【0057】参照電位用キャパシタ122の端子間電圧
は、−Vcc/2になる。したがって、データ用キャパシ
タ112の記憶値が「0」の場合、キャパシタ122の
分極は、図7(A)に点4で示された状態になる。一
方、データ用キャパシタ112の記憶値が「1」の場
合、参照電位用キャパシタ122のキャパシタ122の
分極は、図7(B)に点4 で示された状態になる。
The voltage between the terminals of the reference potential capacitor 122 is -Vcc / 2. Therefore, when the stored value of the data capacitor 112 is “0”, the polarization of the capacitor 122 is in the state shown by the point 4 in FIG. On the other hand, when the storage value of the data capacitor 112 is “1”, the polarization of the capacitor 122 of the reference potential capacitor 122 is in a state shown by a point 4 in FIG. 7B.

【0058】また、第1の実施の形態と同様、データ用
キャパシタ112の記憶値が「0」の場合には、このキ
ャパシタ112の再書き込みも、参照電位用キャパシタ
122の再書き込みと並行して実行される。
As in the first embodiment, when the stored value of the data capacitor 112 is “0”, rewriting of the capacitor 112 is performed in parallel with rewriting of the reference potential capacitor 122. Be executed.

【0059】続いて、時刻t5 に、プレート線PLの電
位をローレベルに戻す。第1の実施の形態と同様、デー
タ用キャパシタ112の記憶値が「1」の場合には、プ
レート線PLをローレベルに戻すことによって、再書き
込みが実行される。
Subsequently, at time t5, the potential of the plate line PL is returned to the low level. As in the first embodiment, when the stored value of the data capacitor 112 is “1”, the plate line PL is returned to a low level, thereby executing rewriting.

【0060】プレート線PLの電位をローレベルに戻す
ことにより、参照電位用キャパシタ122の端子間電圧
は、+Vcc/2になる。したがって、参照電位用キャパ
シタ122の分極は、図7(A)、(B)に点5で示さ
れた状態になる。すなわち、時刻t5 における分極の状
態は、データ用キャパシタ112の記憶値に拘わらず、
同じになる。
By returning the potential of the plate line PL to the low level, the voltage between the terminals of the reference potential capacitor 122 becomes + Vcc / 2. Therefore, the polarization of the reference potential capacitor 122 is in a state shown by a point 5 in FIGS. 7A and 7B. That is, the state of polarization at time t5 is independent of the stored value of the data capacitor 112.
Will be the same.

【0061】時刻t6 に、信号SAをローレベルにす
る。これにより、ビット線BL1,BL2の電位は零ボ
ルトになる。
At time t6, the signal SA is set to low level. Thereby, the potentials of the bit lines BL1 and BL2 become zero volt.

【0062】さらに、時刻t7 に、ワード線WL1をロ
ーレベルにし、その直後に、プレート線PLをハイレベ
ルにする。これにより、データ用キャパシタ112は端
子間電圧が零ボルトの状態でワード線WL1から切り離
され、また、参照電位用キャパシタ122の端子間電圧
は−Vcc/2になる。データ用キャパシタ112は、端
子間電圧が零ボルトなので、図2のP0 またはP1 に示
した状態に保持される。一方、参照電位用キャパシタ1
22は、端子間電圧が−Vcc/2なので、図7(A)、
(B)に点7で示された状態になる。
Further, at time t7, the word line WL1 is set to the low level, and immediately thereafter, the plate line PL is set to the high level. As a result, the data capacitor 112 is disconnected from the word line WL1 with the terminal voltage being zero volts, and the terminal voltage of the reference potential capacitor 122 becomes -Vcc / 2. Since the voltage between the terminals of the data capacitor 112 is zero volt, it is maintained in the state indicated by P0 or P1 in FIG. On the other hand, the reference potential capacitor 1
Reference numeral 22 in FIG. 7A indicates that the terminal voltage is -Vcc / 2,
The state shown by the point 7 in FIG.

【0063】時刻t8 に、プレート線PLの電位を、V
cc/2にする。これにより、参照電位用キャパシタ12
2は、端子間電圧が零ボルトになるので、図7(A)、
(B)に点8で示された状態になる。
At time t8, the potential of the plate line PL is changed to V
cc / 2. Thereby, the reference potential capacitor 12
FIG. 7A shows that the voltage between terminals becomes zero volt,
The state shown by the point 8 in FIG.

【0064】時刻t9 に、ワード線WL3をローレベル
にする。これにより、参照電位用キャパシタ122は、
端子間電圧が零ボルトの状態でビット線BL3から切り
離される。
At time t9, the word line WL3 is set to low level. Thus, the reference potential capacitor 122
It is disconnected from the bit line BL3 when the terminal voltage is zero volt.

【0065】その後、時刻t10に、プレート線PLおよ
びビット線BL3をローレベルにして、動作を終了す
る。
Thereafter, at time t10, the plate line PL and the bit line BL3 are set to low level, and the operation is completed.

【0066】以上説明したように、この実施の形態に係
る強誘電体メモリは、参照電位用キャパシタ122を部
分分極させて使用する。部分分極状態は分極の保持特性
が悪いので、参照電位用キャパシタ122の分極量は、
書き込みから読み出しまでの経過時間が長いほど小さく
なる。この実施の形態に係る強誘電体メモリは、図8に
示したように、分極量が零(Q=0)になっても読み出
しマージンが確保され、したがって分極量の減少による
不都合は生じない。
As described above, the ferroelectric memory according to the present embodiment uses the reference potential capacitor 122 with partial polarization. Since the partial polarization state has poor polarization retention characteristics, the polarization amount of the reference potential capacitor 122 is
It becomes smaller as the elapsed time from writing to reading is longer. In the ferroelectric memory according to this embodiment, as shown in FIG. 8, a read margin is ensured even when the polarization amount becomes zero (Q = 0), and therefore, no inconvenience occurs due to a decrease in the polarization amount.

【0067】また、参照電位用キャパシタ122によれ
ば、ファーティーグの影響を小さくすることができる。
ファーティーグによってメモリセルが劣化した場合、非
反転方向の読み出し電位V0 は変化し難いが、反転方向
の読み出し電位V1 はV0 に近づく方向に変化する。こ
れに対して、この実施の形態に係る強誘電体メモリによ
れば、参照電位Vr の大きさを、V0 とV1 との中間よ
りもV0 寄りに設定することで、ファーティーグの影響
を小さくすることが可能である。
Further, according to the reference potential capacitor 122, the influence of the fertig can be reduced.
When the memory cell is deteriorated due to the fertility, the read potential V0 in the non-inversion direction hardly changes, but the read potential V1 in the inversion direction changes in a direction approaching V0. On the other hand, according to the ferroelectric memory according to the present embodiment, by setting the magnitude of the reference potential Vr closer to V0 than the middle between V0 and V1, the influence of the fertig is reduced. It is possible.

【0068】加えて、この実施の形態によれば、参照電
位用キャパシタ122を部分分極させるので、参照電位
用キャパシタ122を飽和分極させる場合(すなわち図
2のP0 またはP1 の状態に分極させる場合)と比較し
て、インプリントの影響を小さくすることができる。
In addition, according to this embodiment, since the reference potential capacitor 122 is partially polarized, the reference potential capacitor 122 is saturated (ie, is polarized to the state of P0 or P1 in FIG. 2). The influence of imprint can be reduced as compared with the case of FIG.

【0069】さらに、この実施の形態に係る強誘電体メ
モリは、参照電位用セル120を定電圧で駆動すること
によっても、メモリの信頼性を高めることができる。こ
れは、アクセス回数の多い参照電位用セルにおいては、
非常に重要である。
Further, in the ferroelectric memory according to this embodiment, the reliability of the memory can be improved by driving the reference potential cell 120 at a constant voltage. This is because in a reference potential cell having a large number of accesses,
Very important.

【0070】参照電位用セルは、各メモリセルブロック
に1個ずつ設ければよい。また、参照電位用のビット線
BL2のキャパシタンスをデータ用のビット線BL1と
同じにするためには、例えば、ダミーセルを使用すれば
よい。ダミーセルの大きさや個数を調整することによっ
て、参照電位用ビット線BL2のキャパシタンスを調整
することができる。図9に示したように、参照電位用ビ
ット線BL2のキャパシタンスを大きくすることによ
り、直線Cbrの傾きを大きくして、参照電位Vrの大き
さをV0 寄りにすることができる。これにより、上述し
たように、ファーティーグの影響を小さくすることがで
きる。
The reference potential cell may be provided one for each memory cell block. In order to make the capacitance of the reference potential bit line BL2 the same as that of the data bit line BL1, for example, a dummy cell may be used. By adjusting the size and number of the dummy cells, the capacitance of the reference potential bit line BL2 can be adjusted. As shown in FIG. 9, by increasing the capacitance of the reference potential bit line BL2, the slope of the straight line Cbr can be increased and the magnitude of the reference potential Vr can be closer to V0. Thereby, as described above, the influence of the fertig can be reduced.

【0071】第3の実施の形態 次に、この発明の第3の実施の形態に係る強誘電体メモ
リについて、図5、図10および図11を用いて説明す
る。
Third Embodiment Next, a ferroelectric memory according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5, 10, and 11. FIG.

【0072】この実施の形態に係る強誘電体メモリの構
造は、第2の実施の形態に係る強誘電体メモリと同じで
あるので、説明を省略する。
The structure of the ferroelectric memory according to this embodiment is the same as that of the ferroelectric memory according to the second embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0073】この実施の形態に係る強誘電体メモリは、
読み出しおよび再書き込みの動作が、上述の第2の実施
の形態に係る強誘電体メモリと異なる。
The ferroelectric memory according to the present embodiment
Read and rewrite operations are different from those of the ferroelectric memory according to the above-described second embodiment.

【0074】以下、この実施の形態に係る強誘電体メモ
リの読み出し動作および再書き込み動作について、図1
0および図11を用いて説明する。図10は、強誘電体
メモリの動作を示すタイミングチャートである。また、
図11は、参照電位用キャパシタ122の状態偏移図で
あり、(A)はデータ用キャパシタ112の記憶値が
「0」の場合、(B)はデータ用キャパシタ112の記
憶値が「1」の場合を示している。
The read operation and the rewrite operation of the ferroelectric memory according to this embodiment will now be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a timing chart showing the operation of the ferroelectric memory. Also,
FIGS. 11A and 11B are state shift diagrams of the reference potential capacitor 122. FIG. 11A illustrates a case where the stored value of the data capacitor 112 is “0”, and FIG. 11B illustrates a case where the stored value of the data capacitor 112 is “1”. Is shown.

【0075】まず、時刻t0 に、イコライズ信号EQを
ハイレベルにして、トランジスタ131,132をオン
させことにより、ビット線BL1,BL2の電位を零ボ
ルトに充電する。このとき、キャパシタ112,122
の端子間電圧は零ボルトなので、参照電位用キャパシタ
122の分極は、図11(A),(B)に点0で示され
た状態になる。
First, at time t0, the equalizing signal EQ is set to a high level to turn on the transistors 131 and 132, thereby charging the bit lines BL1 and BL2 to zero volts. At this time, capacitors 112 and 122
Is zero volt, the polarization of the reference potential capacitor 122 is in the state shown by the point 0 in FIGS. 11A and 11B.

【0076】時刻t1 に、イコライズ信号EQをローレ
ベルにしてビット線BL1,BL2をフローティング状
態にするとともに、ワード線WL1,WL2の電位をハ
イレベルにしてメモリセル110,120のトランジス
タ111,121をオンさせる。これにより、キャパシ
タ112,122がビット線BL1,BL2に接続され
る。
At time t 1, the equalizing signal EQ is set to the low level to set the bit lines BL 1 and BL 2 in the floating state, and the potentials of the word lines WL 1 and WL 2 are set to the high level to turn on the transistors 111 and 121 of the memory cells 110 and 120. Turn on. Thereby, capacitors 112 and 122 are connected to bit lines BL1 and BL2.

【0077】時刻t2 に、プレート線PLに対して、電
源電圧Vccを印加する。これにより、ビット線BL1,
BL2に読み出し電位が出力される。ビット線BL1,
BL2に出力される読み出し電位は、上述の第1、第2
の実施の形態と同様にして決定される。このとき、参照
電位用キャパシタ122の分極は、図11(A),
(B)に点2で示された状態になる。
At time t2, power supply voltage Vcc is applied to plate line PL. Thereby, the bit lines BL1,
The read potential is output to BL2. Bit lines BL1,
The read potential output to BL2 is the first and second potentials described above.
Is determined in the same manner as in the embodiment. At this time, the polarization of the reference potential capacitor 122 changes as shown in FIG.
The state shown by the point 2 in FIG.

【0078】時刻t3 に、信号SAの電位をハイレベル
にすると、センスアンプ140が活性化される。上述し
たように、センスアンプ140は、高い方のビット線電
位を電源電位Vccに増幅し、低い方のビット線電位を零
ボルトに増幅する。
At time t3, when the potential of the signal SA is changed to the high level, the sense amplifier 140 is activated. As described above, sense amplifier 140 amplifies the higher bit line potential to power supply potential Vcc and the lower bit line potential to zero volts.

【0079】すなわち、時刻t2 におけるビット線BL
1の電位がV0 の場合(すなわちデータ用キャパシタ1
12の記憶値が「0」の場合)は、ビット線BL1の電
位は零ボルトに増幅され、且つ、ビット線BL2はVcc
に増幅される。したがって、参照電位用キャパシタ12
2の端子間電圧は零ボルトになるので、このキャパシタ
122の分極は、図11(A)に点3で示された状態に
なる。
That is, the bit line BL at time t2
1 is V0 (that is, the data capacitor 1
12 is "0"), the potential of the bit line BL1 is amplified to zero volts, and the bit line BL2 is set to Vcc.
Is amplified. Therefore, the reference potential capacitor 12
Since the voltage between the terminals 2 becomes zero volts, the polarization of the capacitor 122 is in the state shown by the point 3 in FIG.

【0080】一方、時刻t2 におけるビット線BL1の
電位がV1 の場合(すなわちデータ用キャパシタ112
の記憶値が「1」の場合)は、ビット線BL1の電位は
Vccに増幅され、且つ、ビット線BL2は0ボルトに増
幅される。したがって、参照用キャパシタ122の端子
間電圧は−Vccになるので、このキャパシタ122の分
極は、図11(B)に点3で示された状態になる。
On the other hand, when the potential of bit line BL1 at time t2 is V1 (ie, data capacitor 112).
Is "1"), the potential of the bit line BL1 is amplified to Vcc and the bit line BL2 is amplified to 0 volt. Therefore, since the voltage between the terminals of the reference capacitor 122 becomes -Vcc, the polarization of the capacitor 122 becomes a state shown by a point 3 in FIG. 11B.

【0081】時刻t4 に、ワード線WL2をローレベル
にするとともに、ビット線BL3に設定電位(ここでは
Vcc/2とする)を供給し、その直後に、ワード線WL
3をハイレベルにする。これにより、参照電位用キャパ
シタ122に対する再書き込みが実行される。
At time t4, the word line WL2 is set to low level, and a set potential (here, Vcc / 2) is supplied to the bit line BL3.
Set 3 to high level. As a result, rewriting to the reference potential capacitor 122 is performed.

【0082】参照電位用キャパシタ122の端子間電圧
は、−Vcc/2になる。したがって、データ用キャパシ
タ112の記憶値が「0」の場合、キャパシタ122の
分極は、図11(A)に点4で示された状態になる。一
方、データ用キャパシタ112の記憶値が「1」の場
合、参照電位用キャパシタ122のキャパシタ122の
分極は、図11(B)に点4で示された状態になる。
The voltage between the terminals of the reference potential capacitor 122 is -Vcc / 2. Therefore, when the stored value of the data capacitor 112 is “0”, the polarization of the capacitor 122 is in the state shown by the point 4 in FIG. On the other hand, when the storage value of the data capacitor 112 is “1”, the polarization of the capacitor 122 of the reference potential capacitor 122 is in a state indicated by a point 4 in FIG.

【0083】また、第1の実施の形態と同様、データ用
キャパシタ112の記憶値が「0」の場合には、このキ
ャパシタ112の再書き込みも、参照電位用キャパシタ
122の再書き込みと並行して実行される。
As in the first embodiment, when the stored value of the data capacitor 112 is “0”, the rewriting of the capacitor 112 is performed in parallel with the rewriting of the reference potential capacitor 122. Be executed.

【0084】続いて、時刻t5 に、プレート線PLの電
位をローレベルに戻す。第1、第2の実施の形態と同
様、データ用キャパシタ112の記憶値が「1」の場合
には、プレート線PLをローレベルに戻すことによっ
て、再書き込みが実行される。
Subsequently, at time t5, the potential of the plate line PL is returned to the low level. As in the first and second embodiments, when the stored value of the data capacitor 112 is “1”, the plate line PL is returned to a low level, thereby performing rewriting.

【0085】プレート線PLの電位をローレベルに戻す
ことにより、参照電位用キャパシタ122の端子間電圧
は、+Vcc/2になる。したがって、参照電位用キャパ
シタ122の分極は、図11(A)、(B)に点5で示
された状態になる。
By returning the potential of the plate line PL to the low level, the voltage between the terminals of the reference potential capacitor 122 becomes + Vcc / 2. Therefore, the polarization of the reference potential capacitor 122 is in a state shown by a point 5 in FIGS. 11A and 11B.

【0086】続いて、時刻t6 に、信号SAをローレベ
ルにし、さらに、時刻t7 に、信号EQをハイレベルに
するとともにビット線BL3をローレベルにする。これ
により、ビット線BL1,BL2,BL3が零ボルトに
なる。このとき、データ用キャパシタ112は、端子間
電圧が零ボルトなので、図2のP0 またはP1 に示した
状態に保持される。一方、参照電位用キャパシタ122
は、端子間電圧が−Vcc/2なので、図11(A)、
(B)に点6で示された状態になる。
Subsequently, at time t6, the signal SA is set to low level, and at time t7, the signal EQ is set to high level and the bit line BL3 is set to low level. As a result, the bit lines BL1, BL2, BL3 become zero volt. At this time, since the voltage between the terminals of the data capacitor 112 is zero volt, it is maintained in the state shown in P0 or P1 in FIG. On the other hand, the reference potential capacitor 122
In FIG. 11A, since the voltage between terminals is -Vcc / 2,
The state shown by the point 6 in FIG.

【0087】次に、時刻t8 に、イコライズ信号EQを
ローレベルに戻し、さらに、時刻t9 に、ワード線WL
1,WL3をローレベルにして、動作を終了する。
Next, at time t8, the equalizing signal EQ is returned to the low level, and at time t9, the word line WL is turned off.
1, WL3 is set to low level, and the operation is completed.

【0088】以上説明したように、この実施の形態に係
る強誘電体メモリは、参照電位用キャパシタ122を部
分分極させて使用する。部分分極状態は分極の保持特性
が悪いので、参照電位用キャパシタ122の分極量は、
書き込みから読み出しまでの経過時間が長いほど小さく
なる。この実施の形態に係る強誘電体メモリは、図8に
示したように、分極量が零(Q=0)になっても読み出
しマージンが確保され、したがって分極量の減少による
不都合は生じない。
As described above, the ferroelectric memory according to this embodiment uses the reference potential capacitor 122 with partial polarization. Since the partial polarization state has poor polarization retention characteristics, the polarization amount of the reference potential capacitor 122 is
It becomes smaller as the elapsed time from writing to reading is longer. In the ferroelectric memory according to this embodiment, as shown in FIG. 8, a read margin is ensured even when the polarization amount becomes zero (Q = 0), and therefore, no inconvenience occurs due to a decrease in the polarization amount.

【0089】また、参照電位用キャパシタ122によれ
ば、参照電位用キャパシタ122を部分分極させるの
で、参照電位用キャパシタ122を飽和分極させる場合
(すなわち図2のP0 またはP1 の状態に分極させる場
合)と比較して、インプリントの影響を小さくすること
ができる。加えて、参照電位用キャパシタ122の分極
は、正方向に振られた場合は部分分極の範囲内でしか変
化しないが(図11(A)、(B)の点5参照)、負方
向に振られた場合は一時的に飽和分極になるので(図1
1(B)の点3参照)、通常動作によって自動的にイン
プリントから回復させることができる。
Further, according to the reference potential capacitor 122, the reference potential capacitor 122 is partially polarized, so that the reference potential capacitor 122 is saturated (ie, is polarized to the state of P0 or P1 in FIG. 2). The influence of imprint can be reduced as compared with the case of FIG. In addition, the polarization of the reference potential capacitor 122 changes only within the range of the partial polarization when it is swung in the positive direction (see point 5 in FIGS. 11A and 11B), but swings in the negative direction. In this case, saturation polarization occurs temporarily (Fig. 1
1 (B), point 3), it is possible to automatically recover from imprint by a normal operation.

【0090】さらに、この実施の形態に係る強誘電体メ
モリは、参照電位用セル120を定電圧で駆動すること
によっても、メモリの信頼性を高めることができる。こ
れは、アクセス回数の多い参照電位用セルにおいては、
非常に重要である。
Further, in the ferroelectric memory according to this embodiment, the reliability of the memory can be improved by driving the reference potential cell 120 at a constant voltage. This is because in a reference potential cell having a large number of accesses,
Very important.

【0091】参照電位用セルは、各メモリセルブロック
に1個ずつ設ければよい。また、参照電位用のビット線
BL2のキャパシタンスをデータ用のビット線BL1と
同じにするためには、例えば、ダミーセルを使用すれば
よい。ダミーセルの大きさや個数を調整することによっ
て、参照電位用ビット線BL2のキャパシタンスを調整
することができる。
The reference potential cell may be provided for each memory cell block. In order to make the capacitance of the reference potential bit line BL2 the same as that of the data bit line BL1, for example, a dummy cell may be used. By adjusting the size and number of the dummy cells, the capacitance of the reference potential bit line BL2 can be adjusted.

【0092】[0092]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
よれば、参照電位用メモリセルの強誘電体キャパシタが
劣化し難い強誘電体記憶装置を提供することができる。
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a ferroelectric memory device in which the ferroelectric capacitor of the reference potential memory cell is hardly deteriorated.

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

【図1】第1の実施の形態に係る強誘電体記憶装置の構
造を概略的に示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing a structure of a ferroelectric memory device according to a first embodiment.

【図2】第1の実施の形態に係る強誘電体記憶装置の動
作を説明するための状態図である。
FIG. 2 is a state diagram for explaining an operation of the ferroelectric memory device according to the first embodiment.

【図3】第1の実施の形態に係る強誘電体記憶装置の動
作を説明するためのタイミングチャートである。
FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the ferroelectric memory device according to the first embodiment.

【図4】第1の実施の形態に係る強誘電体記憶装置の動
作を説明するための状態図である。
FIG. 4 is a state diagram for explaining an operation of the ferroelectric memory device according to the first embodiment.

【図5】第2の実施の形態に係る強誘電体記憶装置の構
造を概略的に示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram schematically showing a structure of a ferroelectric memory device according to a second embodiment.

【図6】第2の実施の形態に係る強誘電体記憶装置の動
作を説明するためのタイミングチャートである。
FIG. 6 is a timing chart for explaining an operation of the ferroelectric memory device according to the second embodiment.

【図7】第2の実施の形態に係る強誘電体記憶装置の動
作を説明するための状態図である。
FIG. 7 is a state diagram for explaining an operation of the ferroelectric memory device according to the second embodiment.

【図8】第2の実施の形態に係る強誘電体記憶装置の動
作を説明するための状態図である。
FIG. 8 is a state diagram for explaining an operation of the ferroelectric memory device according to the second embodiment.

【図9】第2の実施の形態に係る強誘電体記憶装置の動
作を説明するための状態図である。
FIG. 9 is a state diagram for explaining the operation of the ferroelectric memory device according to the second embodiment.

【図10】第3の実施の形態に係る強誘電体記憶装置の
動作を説明するためのタイミングチャートである。
FIG. 10 is a timing chart for explaining an operation of the ferroelectric memory device according to the third embodiment.

【図11】第3の実施の形態に係る強誘電体記憶装置の
動作を説明するための状態図である。
FIG. 11 is a state diagram for explaining an operation of the ferroelectric memory device according to the third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

110 データ用メモリセル 111 データ用トランジスタ 112 データ用キャパシタ 120 参照電位用メモリセル 121 参照電位用トランジスタ 122 参照電位用キャパシタ 130 イコライズ回路 131,132 トランジスタ 140 センスアンプ 150 参照電位設定回路 201 参照電位書込用トランジスタ WL1,WL2,WL3 ワード線 BL1,BL2,BL3 ビット線 PL プレート線 Reference Signs List 110 data memory cell 111 data transistor 112 data capacitor 120 reference potential memory cell 121 reference potential transistor 122 reference potential capacitor 130 equalizing circuit 131, 132 transistor 140 sense amplifier 150 reference potential setting circuit 201 reference potential writing Transistor WL1, WL2, WL3 Word line BL1, BL2, BL3 Bit line PL Plate line

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 データ用強誘電体キャパシタを有し、こ
のデータ用強誘電体キャパシタの分極に応じた電位をデ
ータ用ビット線に出力するデータ用メモリセルと、 参照電位用強誘電体キャパシタを有し、この参照電位用
強誘電体キャパシタの分極に応じた電位を参照電位用ビ
ット線に出力する参照電位用メモリセルと、 前記データ用強誘電体キャパシタを正または負に飽和分
極させる、データ書込手段と、 前記参照電位用強誘電体キャパシタを正または負に部分
分極させる、参照電位設定手段と、 前記データ用ビット線の電位と前記参照電位用ビット線
の電位の大小関係を検出することによって、前記データ
用メモリセルの記憶データを判断するセンスアンプと、 を備えることを特徴とする強誘電体記憶装置。
1. A data memory cell having a data ferroelectric capacitor and outputting a potential corresponding to the polarization of the data ferroelectric capacitor to a data bit line, and a reference potential ferroelectric capacitor. A reference potential memory cell for outputting a potential corresponding to the polarization of the reference potential ferroelectric capacitor to the reference potential bit line; and a data for positively or negatively saturation-polarizing the data ferroelectric capacitor. Writing means; reference potential setting means for partially or positively polarizing the reference potential ferroelectric capacitor; and detecting a magnitude relationship between the potential of the data bit line and the potential of the reference potential bit line. And a sense amplifier for determining storage data of the data memory cell.
【請求項2】 前記参照電位設定手段が、前記参照電位
用強誘電体キャパシタに所定電圧を印加する電圧印加手
段と、この電圧印加手段と前記参照電位用強誘電体キャ
パシタの端子との間に設けられたスイッチトランジスタ
とを備えることを特徴とする請求項1に記載の強誘電体
記憶装置。
2. The method according to claim 1, wherein the reference potential setting means applies a predetermined voltage to the reference potential ferroelectric capacitor, and a voltage is applied between the voltage applying means and a terminal of the reference potential ferroelectric capacitor. The ferroelectric memory device according to claim 1, further comprising a switch transistor provided.
【請求項3】 前記参照電位用ビット線のキャパシタン
スを調整するためのダミーセルを備えることを特徴とす
る請求項1または2に記載の強誘電体記憶装置。
3. The ferroelectric memory device according to claim 1, further comprising a dummy cell for adjusting a capacitance of the reference potential bit line.
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