JP2004199804A - Reference potential generating circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ferroelectric memory of an 1T1C constitution in which the operation margin of a reference circuit can be expanded and which demonstrates a high yield and high reliability. <P>SOLUTION: A reference potential generating circuit of a ferroelectric memory is provided with memory cells CR00 to CR02, CR10 to CR12 storing m pieces of high level data and memory cells CR03 to CR13 storing n pieces of low level data. Here, m and n are set to an arbitrary number being not identical. A reference potential is generated by averaging these memory cells. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強誘電体メモリのリファレンス電位発生回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、メモリセルのキャパシタに強誘電体材料を用いることにより記憶データの不揮発性を実現した強誘電体メモリ装置が考案されている。強誘電体キャパシタはヒステリシス特性を有し、電界が零のときでも履歴に応じた異なる極性の残留分極が残る。記憶データを強誘電体キャパシタの残留分極で表わすことにより不揮発性メモリ装置を実現するものである。
【0003】
アメリカ特許第4873664号明細書には、二つのタイプの強誘電体メモリ装置が開示されている。第1のタイプは、メモリセルを1ビットあたり、1個のトランジスタおよび1個のキャパシタ(1T1C)により構成したものであり、たとえば256個の本体メモリセル用強誘電体キャパシタ(ノーマルセル)毎に1個のリファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタが設けられる。
【0004】
第2のタイプは、リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタを設けずに、メモリセルが1ビットあたり、2個のトランジスタおよび2個のキャパシタ(2T2C)で構成したものであり、1対の相補データが1対の本体メモリセル用強誘電体キャパシタに記憶される。
【0005】
メモリの大容量化においては1T1C型が有利であり、このとき、低電圧動作や長寿命動作などのためには本体メモリセル用強誘電体キャパシタに対してリファレンスセル用強誘電体キャパシタの設計が重要となる。
【0006】
また、キャパシタを構成する強誘電体材料としては、KNO3、PbLa23−ZrO2−TiO2、およびPbTiO3−PbZrO3などが知られている。PCT国際公開第WO93/12542公報によれば、強誘電体メモリ装置に適した、PbTiO3−PbZrO3に比べて極端に疲労の小さい強誘電体材料も知られている。
【0007】
以下に従来の強誘電体メモリのリファレンス電位発生回路について、図10を参照しながら簡単に説明する(例えば、特許文献1)。
【0008】
従来例の構成については、C00〜C37は本体メモリセル用強誘電体キャパシタ、CD00〜CD31はリファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタである。CPDはセルプレートドライバ、REW0〜REW1はリファレンスメモリセルリライト信号線である。尚、リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタCD00、CD20には、“H”(ハイ)のデータが、又、リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタCD10、CD30には、“L”(ロー)のデータが記録されているものとする。又、リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタCD01、CD21には、“H”(ハイ)のデータが、又、リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタCD11、CD31には、“L”(ロー)のデータが記録されているものとする。又、EQ0〜EQ1はリファレンス電位信号線、SA0〜SA3はセンスアンプ、CPはセルプレート信号線である。又、WL0〜WL7がワード線、RWL0〜RWL1がリファレンスワード線であり、BL0〜BL3、/BL0〜/BL3がビット線である。又、BPがビット線プリチャージ信号、/SAP、SANがセンスアンプ制御信号である。又、VSSが接地電圧、VDDが電源電圧である。尚、リファレンス電位信号線EQ0〜EQ1は、それぞれ、リファレンスワード線RWL0〜RWL1が選択された時に、リファレンス電位が発生する信号線である。又、同図に示すとおり、本体メモリセル用強誘電体キャパシタを選択する上記各ワード線と、電位の読み出しに用いる上記各ビット線とが、マトリックス状に配列されている。又、本体メモリセル用強誘電体キャパシタ等により後述するメモリセルアレイが構成されている。
【0009】
メモリセルアレイ構成は、センスアンプSA0〜SA3にビット線BL0〜BL3と/BL0〜/BL3が接続されている。そして、ビット線BL0〜BL3にはワード線WL0をゲートとするNチャネル型MOSトランジスタを介して本体メモリセル用強誘電体キャパシタC00、C10、C20、C30が接続されている。又、ビット線/BL0、/BL1、/BL2、/BL3には、リファレンスワード線RWL0をゲートとするNチャネル型MOSトランジスタTr2、Tr4、Tr7、Tr9を介して、リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタCD00、CD10、CD20、CD30がそれぞれ接続されている。又、イコライズ回路は、Nチャネル型MOSトランジスタTr0、Tr3、Tr6、Tr8等から構成された回路である。即ち、イコライズ回路は、リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタCD00、CD10、CD20、CD30のそれぞれに記憶された上記各種データが、ビット線/BL0、/BL1、/BL2、/BL3から各種電位として読み出される際、それら電位を平均化する回路である。イコライズ回路により平均化された電位は、本体メモリセル用強誘電キャパシタから読み出されたデータをセンスアンプにより増幅するために用いる基準電位である。又、強誘電体キャパシタC00〜C37、CD00〜CD31は、セルプレートドライバCPDで駆動されるセルプレート信号線CPに接続されている。又、ビット線BL0とリファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタCD00とは、リファレンスメモリセルリライト信号線REW0をゲートとするNチャネル型MOSトランジスタTr5を介して接続されている。他のビット線/BL0、BL2、/BL2についても、ビット線BL0と同様に各Nチャネル型MOSトランジスタを介して、それぞれ、リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタCD10、CD20、CD30に接続されている。又、センスアンプSA0は、センスアンプ制御信号/SAP、SANで制御され、ビット線プリチャージ信号BPによってビット線BL0〜BL3と/BL0〜/BL3のプリチャージが制御される回路構成である。
【0010】
本体メモリセル用強誘電体キャパシタとほぼ同じサイズの強誘電体キャパシタを4個用い、その内の2個から“H”のデータを、又、残りの2個から“L”のデータをそれぞれ読み出し、これらデータを平均化するという方法である。この従来例では、複数個のHデータとこれと同数の複数個のLデータを平均化することにより基準電位を得る構成である。
【0011】
4個のリファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタ(CD00〜CD30)においてHデータの個数とLデータの個数が同じ個数を平均化する回路構成であり、リファレンス電位は、HレベルとLレベルの中間の値に設定される。また、従来例では、多くのリファレンスキャパシタの電荷を平均化するため、ばらつきは低減できるものである。
【0012】
【特許文献1】
特開平9−836300号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のリファレンス電位発生回路では、リファレンス電位は、HレベルとLレベルの中間の値に設定されるが、HレベルとLレベルとの中央値に設定されないことがある。読み出し電位は、ビット線容量と強誘電体キャパシタの容量比によって決定される。ここで注意しなければいけないのがビット線容量で、ビット線容量の一部は拡散容量で構成されている。拡散容量は電圧がかかるほど容量値が小さくなる。このため、Hレベルの電位はビット線の電位が高くなるとビット線容量が小さくなるため、ビット線の電位はより高い電位となる。Lレベルの電位はビット線の電位が高くならないためビット線容量もさほど小さくならず、ビット線の電位はさほど高くならない。
【0014】
このため、同数のHレベルとLレベルのビット線を平均化した場合、そのリファレンス電位として使用する電位は、上記Hレベルの電位とLレベルの電位を単純に平均化した電位より低い値となる。このため、リファレンス電位と本体メモリセルからの電位をセンスアンプで比較するとき、Lレベルの判定がきびしくなることがあるという課題があった。このため、低電圧動作等の読み出し電荷が少なくなるとより動作がきびしくなるという課題があった。
【0015】
また、逆に、個々の強誘電体キャパシタのHレベルとLレベルのばらつきについては、例えば分極反転をともなうHレベルの方がばらつきが大きいという課題がある。リファレンス電位は、個々の強誘電体キャパシタのばらつきの最悪値に対してマージンのあるように設定する必要があるため、単純にHレベルとLレベルを平均化した場合、Hレベルに対して厳しくなるという課題があった。
【0016】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、リファレンス回路の動作マージンが拡大でき、高歩留まり、高信頼性の強誘電体メモリを提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記の課題を解決するために、下記のようなリファレンス電位発生回路とする。
【0018】
第1の手段として、複数m個のハイレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタと複数n個のローレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタの平均化を行う強誘電体メモリのリファレンス電位発生回路で、mとnの個数が同じでない任意の個数に設定されたリファレンス電位発生回路とする。
【0019】
第2の手段として、第1の手段において、前記複数m個のハイレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタと複数n個のローレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタのmがnより小さいリファレンス電位発生回路とする。
【0020】
第3の手段として、第1の手段において、前記複数m個のハイレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタと複数n個のローレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタのnがmより小さいリファレンス電位発生回路とする。
【0021】
第4の手段として、第1の手段において、前記mとnの個数が同数以外の任意に可変設定可能であるリファレンス電位発生回路とする。
【0022】
第5の手段として、第4の手段において、前記mとnの個数の可変設定が、半導体製造工程における配線層数の変更によって設定がなされるリファレンス電位発生回路とする。
【0023】
第6の手段として、第4の手段において、レジスタを有し、前記mとnの個数の可変設定が、前記レジスタに記憶されたデータによってなされるリファレンス電位発生回路とする。
【0024】
第7の手段として、第4の手段において、不揮発性メモリを有し、前記mとnの個数の可変設定が、前記不揮発性メモリに記憶されたデータによってなされるリファレンス電位発生回路とする。
【0025】
第8の手段として、第4の手段において、前記mとnの個数を任意に可変設定する制御回路を有し、前記制御回路は最適なリファレンス電位を検出する機能を備え、前記制御回路が検出した最適なリファレンス電位となるように前記mとnの個数を設定するリファレンス電位発生回路とする。
【0026】
第9の手段として、第1の手段において、本体メモリセル用の強誘電体キャパシタの一方の電極が本体ワード線でゲートが制御されるトランジスタを介してビット線に接続され、前記本体メモリセル用の強誘電体キャパシタの他方の電極が本体プレート線に接続され、前記リファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタの一方の電極がリファレンスワード線でゲートが制御されるトランジスタを介してビット線に接続され、前記リファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタの他方の電極がリファレンスプレート線に接続され、前記本体プレート線および前記リファレンスプレート線を第1の電位から第2の電位に電位を変化させ、前記本体メモリセル用およびリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタに電界が印加されたときに、複数m個のハイレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタと複数n個のローレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタの平均化によって発生されるリファレンス電位が、前記本体メモリセルのハイレベルの電位とローレベルの電位のほぼ中間になるようにmとnの値が設定されたリファレンス電位発生回路とする。
【0027】
第10の手段として、第1の手段において、本体メモリセル用の強誘電体キャパシタの一方の電極が本体ワード線でゲートが制御されるトランジスタを介してビット線に接続され、前記本体メモリセル用の強誘電体キャパシタの他方の電極が本体プレート線に接続され、前記リファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタの一方の電極がリファレンスワード線でゲートが制御されるトランジスタを介してビット線に接続され、前記リファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタの他方の電極がリファレンスプレート線に接続され、前記本体プレート線および前記リファレンスプレート線を第1の電位から第2の電位に電位を変化させた後第1の電位に変化させ、前記本体メモリセル用およびリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタに電界が印加された後の、複数m個のハイレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタと複数n個のローレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタの平均化によって発生されるリファレンス電位が、前記本体メモリセルのハイレベルの電位とローレベルの電位のほぼ中間になるようにmとnの値が設定されたリファレンス電位発生回路とする。
【0028】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について、図1、図2を用いて説明する。
【0029】
回路構成については、従来例とほぼ同じであるが、本実施形態では、1本のワード線に接続される強誘電体キャパシタに対して1本のセルプレート線を対応させた構成である。特に従来の様に隣接するワード線に対して共通のセルプレート線の構造においても、本発明は実施可能である。本発明のポイントは、従来は同数のHレベルとLレベルのビット線を平均化していたが、本発明では、平均化されたリファレンス電位がHレベルとLレベルのほぼ中間にくるようにHレベルを書き込んだリファレンスメモリセルの個数とLレベルを書き込んだリファレンスメモリセルの個数を異なる個数で設定した構成である。実際に同数のHレベルとLレベルのビット線を平均化した場合、そのリファレンス電位として使用する電位は、上記Hレベルの電位とLレベルの電位を単純に平均化した電位より低い値となるため、ほぼ中間の電位になるようにするためには、Hレベルを書き込んだリファレンスメモリセルの個数をLレベルを書き込んだリファレンスメモリセルの個数より多く設定することとなる。
【0030】
本実施形態では、3個のHレベルと1個のLレベルの平均化を行う構成としている。C00〜C73は本体メモリセル用強誘電体キャパシタ、CR00〜CR13はリファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタ、WL0〜WL7はワード線、CPはセルプレート信号線、RWL0〜RWL1はリファレンスワード線、RCPはリファレンスセルプレート信号線、BL0〜BL3、/BL0〜/BL3はビット線、SA0〜SA3はセンスアンプ、EQ0〜EQ1はイコライズ制御信号線、BP0はビット線プリチャージ信号線、VSSは接地電圧、VDDは電源電圧である。
【0031】
動作については、図2に簡単に示したように、ワード線WL0およびリファレンスワード線RWL0を選択し、セルプレート信号線CP0およびリファレンスセルプレート信号線RCP0を動作させ、本体メモリセル用強誘電体キャパシタおよびリファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタの情報を読み出す。このとき、リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタのうち3個のCR10、CR11、CR12については“H”データ、CR13については“L”データが読み出される。これら4個のデータを平均化するものである。
【0032】
同数のHレベルとLレベルのビット線を平均化した場合、そのリファレンス電位として使用する電位は、上記Hレベルの電位とLレベルの電位を単純に平均化した電位より低い値となるが、本実施形態では、“H”データの方が多いため、ちょうど“H”データと“L”データの中間の値となる。本実施形態では、3個の“H”データと1個の“L”データの平均でちょうど中間の値となっているが、ビット線の容量やビット線の電位に応じて最適な値を設定すればよい。平均化する個数は多いほどばらつきが小さくなるため、別の実施形態では、20個の“H”データと12個の“L”データの平均としている。また、本実施形態では、リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタにはビット線を通してデータを書き込む方式である。
【0033】
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態について、図3を用いて説明する。
【0034】
回路構成については、第1の実施形態とほぼ同じであるが、本実施形態では、リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタへのデータ書き込みをビット線からではなく、リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタにスイッチングトランジスタを介して、Hレベルを書き込むための電源電圧VDD、Lレベルを書き込むための接地電圧VSSに接続された構成である。
【0035】
本発明のポイントは、第1の実施形態と同様で、従来は同数のHレベルとLレベルのビット線を平均化していたが、本発明では、平均化されたリファレンス電位がHレベルとLレベルのほぼ中間にくるようにHレベルを書き込んだリファレンスメモリセルの個数とLレベルを書き込んだリファレンスメモリセルの個数を異なる個数で設定した構成である。
【0036】
本実施形態の実際の設定としては、個々の強誘電体キャパシタのHレベルとLレベルのばらつきが分極反転をともなうHレベルの方がばらつきが大きいということを考慮して、単純にHレベルとLレベルを平均化した場合より、Lレベル側に設定するために、Lレベルを書き込んだリファレンスメモリセルの個数をHレベルを書き込んだリファレンスメモリセルの個数より多く設定している。
【0037】
本実施形態では、3個のLレベルと1個のHレベルの平均化を行う構成としている。C00〜C73は本体メモリセル用強誘電体キャパシタ、CR00〜CR13はリファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタ、WL0〜WL7はワード線、CPはセルプレート信号線、RWL0〜RWL1はリファレンスワード線、RCPはリファレンスセルプレート信号線、BL0〜BL3、/BL0〜/BL3はビット線、SA0〜SA3はセンスアンプ、EQ0〜EQ1はイコライズ制御信号線、BP0はビット線プリチャージ信号線、VSSは接地電圧、VDDは電源電圧である。
【0038】
動作については、第1の実施形態と同様、図2に簡単に示したように、ワード線WL0およびリファレンスワード線RWL0を選択し、セルプレート信号線CP0およびリファレンスセルプレート信号線RCP0を動作させ、本体メモリセル用強誘電体キャパシタおよびリファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタの情報を読み出す。また、対となるビット線は、できるだけHレベルとLレベルとなるようにし、必要な個数のみLレベルを多くなるように配置し、書き込み時のバランスも良くするように考慮している。もちろん、平均化する個数は多いほどばらつきが小さくなるため、別の実施形態では、20個の“L”データと12個の“H”データの平均としている。また、本実施形態では、リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタにはビット線を通してデータを書き込む方式である。
【0039】
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態について、図4を用いて説明する。
【0040】
メモリセルアレイの構成は、第1の実施形態とほぼ同じであるが、本実施形態の特徴は、リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタへの書き込みデータがビット線に接続されたラッチ回路に記憶されている構成であることである。本実施形態では、ラッチ回路に設定されたデータをリファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタに書き込み、それら書き込まれたHレベルとLレベルのデータの平均化したものをリファレンス電位とするものである。
【0041】
本実施形態の特徴は、所望とするリファレンス電位を得るために相当するデータをラッチ回路に記憶することによって任意に設定できることである。ちなみに本実施形態の図4のラッチ回路であるレジスタ1から、ビット線BL0および/BL0それぞれに任意のデータを設定できるものである。また、レジスタには、不揮発性メモリに記憶されたデータを電源投入時に自動的に転送してくる構成等とすることができる。本実施形態では、各デバイスごとまたはメモリセルアレイごとに最適なリファレンス電位を設定することが可能である。
【0042】
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態について、図5を用いて説明する。
【0043】
メモリセルアレイの構成は、第1の実施形態とほぼ同じであるが、第3の実施形態のラッチ回路であるレジスタを不揮発性メモリで構成したものである。本実施形態の特徴は、第3の実施形態と同様にリファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタへの書き込みデータがビット線に接続されたラッチ回路に記憶されている構成であることである。本実施形態では、不揮発性メモリで構成されたラッチ回路に設定されたデータをリファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタに書き込み、それら書き込まれたHレベルとLレベルのデータの平均化したものをリファレンス電位とするものである。
【0044】
本実施形態の特徴は、所望とするリファレンス電位を得るために相当するデータをラッチ回路に記憶することによって任意に設定できることである。本実施形態の図5の不揮発性メモリから、ビット線BL0および/BL0それぞれに任意のデータを設定できるものである。リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタに書き込むデータを不揮発性メモリに記憶することによって、例えばこの不揮発性メモリに記憶されたデータを電源投入時に自動的にリファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタに書き込む構成とすることができる。
【0045】
(第5の実施形態)
本発明の第5の実施形態について、図6を用いて説明する。
【0046】
回路構成については、第1の実施形態とほぼ同じであるが、本実施形態では、リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタへのデータ書き込みをビット線からではなく、リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタにスイッチングトランジスタを介して、HレベルまたはLレベルを書き込むためのラッチ回路を有した構成である。このラッチ回路は不揮発性メモリで構成することも可能である。また、このラッチ回路へのデータ書き込みは、本実施形態の図面ではビット線を介して書き込むものであるが、別の書き込み回路を設けても良い。
【0047】
本発明のポイントは、第1の実施形態と同様で、従来は同数のHレベルとLレベルのビット線を平均化していたが、本発明では、平均化されたリファレンス電位がHレベルとLレベルのばらつきも含めてほぼ中間にくるようにHレベルを書き込んだリファレンスメモリセルの個数とLレベルを書き込んだリファレンスメモリセルの個数を異なる個数で設定した構成であり、そのHレベルとLレベルの設定個数を上記ラッチ回路に設定するものである。
【0048】
本実施形態の実際の設定としては、個々の強誘電体キャパシタのHレベルとLレベルのばらつきが分極反転をともなうHレベルの方がばらつきが大きいということを考慮して、単純にHレベルとLレベルを平均化した場合より、Lレベル側に設定するために、Lレベルを書き込んだリファレンスメモリセルの個数をHレベルを書き込んだリファレンスメモリセルの個数より多く設定している。
【0049】
本実施形態では、3個のLレベルと1個のHレベルの平均化を行う構成としている。C00〜C73は本体メモリセル用強誘電体キャパシタ、CR00〜CR13はリファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタ、WL0〜WL7はワード線、CPはセルプレート信号線、RWL0〜RWL1はリファレンスワード線、RCPはリファレンスセルプレート信号線、BL0〜BL3、/BL0〜/BL3はビット線、SA0〜SA3はセンスアンプ、EQ0〜EQ1はイコライズ制御信号線、BP0はビット線プリチャージ信号線、VSSは接地電圧、VDDは電源電圧である。
【0050】
動作については、第1の実施形態同様、図2に簡単に示したように、ワード線WL0およびリファレンスワード線RWL0を選択し、セルプレート信号線CP0およびリファレンスセルプレート信号線RCP0を動作させ、本体メモリセル用強誘電体キャパシタおよびリファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタの情報を読み出す。また、対となるビット線は、できるだけHレベルとLレベルとなるようにし、必要な個数のみLレベルを多くなるように配置し、書き込み時のバランスも良くするように考慮している。もちろん、平均化する個数は多いほどばらつきが小さくなるため、別の実施形態では、20個の“L”データと12個の“H”データの平均としている。
【0051】
(第6の実施形態)
本発明の第6の実施形態について、図7を用いて説明する。
【0052】
本実施形態は、リファレンスセル設定回路に関するものである。まず、リファレンスセル設定回路は、ある割合のHレベルとLレベルのデータをリファレンスセルに書き込む。次にこのデータを読み出し生成されたリファレンス電位と別途書き込みされた本体メモリセルのデータの比較を行い、その結果の判定を行う。判定に誤りがあれば、再度リファレンスセルに書き込むHレベルとLレベルのデータの割合を変更して、同様の読み出し判定を行う。これにより、正常に動作するリファレンス電位を得ることができるためのリファレンスセルに書き込むHレベルとLレベルのデータの割合を決定することができる。実際の設定ついては、読み出し判定が正常と判断される設定値の範囲の中で真中の設定値に設定しておくとマージンが多くなる。また、ここで判定する本体メモリセルは、全てのメモリセルについて行っても良いが、既に不揮発性データとして使用している場合は、本動作のための判定専用本体メモリセルを準備し、動作させることも可能である。
【0053】
本実施形態では、実際設定されたリファレンス電位と本体メモリセルとの動作を行い判定を行ない、最適なリファレンス電位を設定できるものであり、安定した動作が期待できるものである。
【0054】
(第7の実施形態)
本発明の第7の実施形態について、図8を用いて説明する。
【0055】
本実施形態は、第1の実施形態と同様であるが、メモリセルキャパシタの動作について説明したものである。本実施形態は、ワード線、リファレンスワード線を選択し、それぞれのセルプレート線、リファレンスセルプレート線をLレベルからHレベルにし、このとき、Lレベルにプリチャージされたビット線に読み出された電位をセンスアンプで増幅するものである。
【0056】
第1の実施形態でも記載したように、同数のHレベルとLレベルのビット線を平均化した場合、そのリファレンス電位として使用する電位は、上記Hレベルの電位とLレベルの電位を単純に平均化した電位より低い値となるため、“H”データの方を多く設定したものである。実際の設定は、動作方法とそのばらつきを含め最適に電位となるように設定するものである。
【0057】
(第8の実施形態)
本発明の第8の実施形態について、図9を用いて説明する。
【0058】
本実施形態は、第1〜6の実施形態での組み合わせとして実施できるメモリセルキャパシタの動作方法である。本実施形態は、ワード線、リファレンスワード線を選択し、それぞれのセルプレート線、リファレンスセルプレート線をLレベルからHレベルにし、その後、HレベルからLレベルにし、このとき、Lレベルにプリチャージされたビット線に読み出された電位をセンスアンプで増幅するものである。
【0059】
第7の実施形態の動作方法よりも、本実施形態の読み出し方法の方が初期の分極量のばらつきが読み出し電位に現れにくいため、ばらつきの少ない読み出し方法であることがある。よって、この読み出し方法を用い、それに適切なリファレンス電位を設定することにより、より動作マージンの大きな強誘電体メモリを提供することが可能である。
【0060】
また、上記実施形態1〜8について示したが、本発明はこれらに限ったものではなく、それぞれの実施形態の組み合わせなども可能であり、それらは本願発明に含まれるものである。
【0061】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のリファレンス電位発生回路のように、HレベルとLレベルのリファレンスセルを任意の個数で平均化し、最適なリファレンス電位を発生させることにより、動作マージンが拡大でき、高歩留まり、高信頼性の強誘電体メモリを提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態のリファレンス電位発生回路を示す図
【図2】本発明の第1の実施形態のリファレンス電位信号図
【図3】本発明の第2の実施形態のリファレンス電位発生回路を示す図
【図4】本発明の第3の実施形態のリファレンス電位発生回路のリファレンスセル設定回路を示す図
【図5】本発明の第4の実施形態のリファレンス電位発生回路のリファレンスセル設定回路を示す図
【図6】本発明の第5の実施形態のリファレンス電位発生回路のリファレンスセル設定回路を示す図
【図7】本発明の第6の実施形態のリファレンス電位発生回路のリファレンスセル設定回路を示す図
【図8】本発明の第7の実施形態のリファレンス電位発生回路の制御信号図
【図9】本発明の第8の実施形態のリファレンス電位発生回路の制御信号図
【図10】従来のリファレンス電位発生回路を示す図
【符号の説明】
C00〜C73 本体メモリセル用強誘電体キャパシタ
CR00〜CR13 リファレンスメモリセル用強誘電体キャパシタ
WL0〜WL7 ワード線
CP セルプレート信号線
RWL0〜RWL1 リファレンスワード線
RCP リファレンスセルプレート信号線
BL0〜BL3、/BL0〜/BL3 ビット線
SA0〜SA3 センスアンプ
EQ0〜EQ1 イコライズ制御信号線
BP0 ビット線プリチャージ信号線
VSS 接地電圧
VDD 電源電圧
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a reference potential generation circuit for a ferroelectric memory.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a ferroelectric memory device that realizes non-volatility of stored data by using a ferroelectric material for a capacitor of a memory cell has been devised. The ferroelectric capacitor has a hysteresis characteristic, and even when the electric field is zero, remnant polarization having different polarities according to the history remains. A nonvolatile memory device is realized by expressing stored data by remanent polarization of a ferroelectric capacitor.
[0003]
U.S. Pat. No. 4,873,664 discloses two types of ferroelectric memory devices. The first type is one in which a memory cell is constituted by one transistor and one capacitor (1T1C) per bit. For example, every 256 ferroelectric capacitors for a main body memory cell (normal cells) One ferroelectric capacitor for reference memory cells is provided.
[0004]
In the second type, a memory cell is constituted by two transistors and two capacitors (2T2C) per bit without providing a ferroelectric capacitor for a reference memory cell. Is stored in the pair of ferroelectric capacitors for the main body memory cell.
[0005]
The 1T1C type is advantageous in increasing the capacity of the memory. At this time, the ferroelectric capacitor for the reference cell should be designed with respect to the ferroelectric capacitor for the main memory cell for low-voltage operation and long-life operation. It becomes important.
[0006]
As a ferroelectric material constituting a capacitor, KNO Three , PbLa Two O Three -ZrO Two -TiO Two And PbTiO Three -PbZrO Three Etc. are known. According to PCT International Publication WO 93/12542, PbTiO suitable for a ferroelectric memory device is used. Three -PbZrO Three Ferroelectric materials with extremely low fatigue as compared with are also known.
[0007]
Hereinafter, a conventional reference potential generating circuit of a ferroelectric memory will be briefly described with reference to FIG. 10 (for example, Patent Document 1).
[0008]
In the configuration of the conventional example, C00 to C37 are ferroelectric capacitors for main body memory cells, and CD00 to CD31 are ferroelectric capacitors for reference memory cells. CPD is a cell plate driver, and REW0 to REW1 are reference memory cell rewrite signal lines. The reference memory cell ferroelectric capacitors CD00 and CD20 store "H" (high) data, and the reference memory cell ferroelectric capacitors CD10 and CD30 store "L" (low) data. Shall be recorded. "H" (high) data is stored in the ferroelectric capacitors CD01 and CD21 for reference memory cells, and "L" (low) data is stored in the ferroelectric capacitors CD11 and CD31 for reference memory cells. Shall be recorded. Also, EQ0 to EQ1 are reference potential signal lines, SA0 to SA3 are sense amplifiers, and CP is a cell plate signal line. WL0 to WL7 are word lines, RWL0 to RWL1 are reference word lines, and BL0 to BL3 and / BL0 to / BL3 are bit lines. BP is a bit line precharge signal, and / SAP and SAN are sense amplifier control signals. VSS is a ground voltage, and VDD is a power supply voltage. The reference potential signal lines EQ0 to EQ1 are signal lines that generate a reference potential when the reference word lines RWL0 to RWL1 are selected, respectively. Further, as shown in the figure, the word lines for selecting the ferroelectric capacitor for the main memory cell and the bit lines for reading the potential are arranged in a matrix. Further, a memory cell array to be described later is constituted by the ferroelectric capacitors for the main body memory cells and the like.
[0009]
In the memory cell array configuration, bit lines BL0 to BL3 and / BL0 to / BL3 are connected to sense amplifiers SA0 to SA3. The ferroelectric capacitors C00, C10, C20, and C30 for the main memory cell are connected to the bit lines BL0 to BL3 via N-channel MOS transistors having the word line WL0 as a gate. The ferroelectric capacitors for reference memory cells are connected to the bit lines / BL0, / BL1, / BL2, / BL3 via N-channel MOS transistors Tr2, Tr4, Tr7, Tr9 having the reference word line RWL0 as a gate. CD00, CD10, CD20, and CD30 are respectively connected. The equalizing circuit is a circuit composed of N-channel MOS transistors Tr0, Tr3, Tr6, Tr8 and the like. That is, the equalizing circuit reads the various data stored in the ferroelectric capacitors for reference memory cell CD00, CD10, CD20, and CD30 as various potentials from the bit lines / BL0, / BL1, / BL2, / BL3. When averaging, these circuits average those potentials. The potential averaged by the equalizing circuit is a reference potential used for amplifying data read from the main memory cell ferroelectric capacitor by the sense amplifier. The ferroelectric capacitors C00 to C37 and CD00 to CD31 are connected to a cell plate signal line CP driven by a cell plate driver CPD. The bit line BL0 and the ferroelectric capacitor for reference memory cell CD00 are connected via an N-channel MOS transistor Tr5 having the gate of the reference memory cell rewrite signal line REW0. The other bit lines / BL0, BL2, / BL2 are also connected to the reference memory cell ferroelectric capacitors CD10, CD20, CD30 via the respective N-channel MOS transistors, similarly to the bit line BL0. . The sense amplifier SA0 is controlled by sense amplifier control signals / SAP and SAN, and has a circuit configuration in which bit lines BL0 to BL3 and / BL0 to / BL3 are precharged by a bit line precharge signal BP.
[0010]
Four ferroelectric capacitors of approximately the same size as the main memory cell ferroelectric capacitor are used, and two of them read "H" data and the remaining two read "L" data. And averaging these data. In this conventional example, a plurality of H data and the same number of L data are averaged to obtain a reference potential.
[0011]
In the four ferroelectric capacitors for reference memory cells (CD00 to CD30), the number of H data and the number of L data are equalized, and the reference potential is intermediate between H level and L level. Set to value. Further, in the conventional example, since the charges of many reference capacitors are averaged, the variation can be reduced.
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-9-836300
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional reference potential generation circuit, the reference potential is set to an intermediate value between the H level and the L level, but may not be set to the median value between the H level and the L level. The read potential is determined by the capacitance ratio between the bit line capacitance and the ferroelectric capacitor. It should be noted here that the bit line capacitance is a part of the diffusion capacitance. The diffusion capacitance decreases as the voltage is applied. Therefore, as the potential of the H level increases as the potential of the bit line increases, the bit line capacitance decreases, and the potential of the bit line becomes higher. Since the potential of the L level does not increase the potential of the bit line, the bit line capacitance does not decrease so much and the potential of the bit line does not increase so much.
[0014]
Therefore, when the same number of H-level and L-level bit lines are averaged, the potential used as the reference potential is lower than the potential obtained by simply averaging the H-level potential and the L-level potential. . For this reason, when the reference potential and the potential from the main body memory cell are compared by the sense amplifier, there is a problem that the determination of the L level may become severe. For this reason, there has been a problem that the operation becomes more severe when the readout charge in the low-voltage operation or the like is reduced.
[0015]
Conversely, with respect to the variation between the H level and the L level of each ferroelectric capacitor, there is a problem that, for example, the variation is larger at the H level with polarization inversion. Since the reference potential needs to be set so as to have a margin for the worst value of the variation of each ferroelectric capacitor, when the H level and the L level are simply averaged, the H level becomes severe. There was a problem.
[0016]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a ferroelectric memory in which the operation margin of a reference circuit can be increased, the yield is high, and the reliability is high.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, a reference potential generating circuit as described below is provided.
[0018]
As a first means, a ferroelectric capacitor for averaging a plurality of m high-level reference potential generating ferroelectric capacitors and a plurality of n low-level reference potential generating ferroelectric capacitors is stored. It is assumed that the reference potential generating circuit of the body memory is set to an arbitrary number where m and n are not the same.
[0019]
As a second means, in the first means, the ferroelectric capacitor for generating a reference potential in which the plurality of m high levels are stored and the ferroelectric capacitor for generating a reference potential in which a plurality of n low levels are stored M is smaller than n.
[0020]
As a third means, in the first means, the ferroelectric capacitor for generating a reference potential storing the plurality of m high levels and the ferroelectric capacitor for generating a reference potential storing a plurality of n low levels is provided. Is a reference potential generating circuit in which n is smaller than m.
[0021]
As a fourth means, in the first means, the reference potential generating circuit is such that the number of m and n can be arbitrarily variably set other than the same number.
[0022]
As a fifth means, in the fourth means, the variable setting of the number of m and n is a reference potential generating circuit which is set by changing the number of wiring layers in a semiconductor manufacturing process.
[0023]
According to a sixth aspect, in the fourth aspect, the reference potential generating circuit includes a register, and the number of m and n is variably set by data stored in the register.
[0024]
According to a seventh aspect, in the fourth aspect, the reference potential generating circuit includes a non-volatile memory, and the variable setting of the number of m and n is performed by data stored in the non-volatile memory.
[0025]
As an eighth means, in the fourth means, a control circuit for arbitrarily setting the number of m and n variably is provided, wherein the control circuit has a function of detecting an optimum reference potential, and the control circuit A reference potential generating circuit for setting the number of m and n so as to obtain the optimum reference potential.
[0026]
As a ninth means, in the first means, one electrode of the ferroelectric capacitor for the main body memory cell is connected to a bit line via a transistor whose gate is controlled by a main body word line, The other electrode of the ferroelectric capacitor is connected to the body plate line, and one electrode of the ferroelectric capacitor for generating the reference potential is connected to a bit line via a transistor whose gate is controlled by a reference word line. The other electrode of the ferroelectric capacitor for generating the reference potential is connected to a reference plate line, and changes the potential of the main body plate line and the reference plate line from a first potential to a second potential; When an electric field is applied to the ferroelectric capacitors for the memory cells and for generating the reference potential, The reference potential generated by averaging the reference potential generating ferroelectric capacitors storing n high levels and the reference potential generating ferroelectric capacitors storing a plurality of n low levels is the main memory cell. And a reference potential generating circuit in which the values of m and n are set to be substantially intermediate between the high level potential and the low level potential.
[0027]
As a tenth means, in the first means, one electrode of a ferroelectric capacitor for the main body memory cell is connected to a bit line via a transistor whose gate is controlled by a main body word line, The other electrode of the ferroelectric capacitor is connected to the body plate line, and one electrode of the ferroelectric capacitor for generating the reference potential is connected to a bit line via a transistor whose gate is controlled by a reference word line. The other electrode of the ferroelectric capacitor for generating the reference potential is connected to a reference plate line, and the main plate line and the reference plate line are changed from a first potential to a second potential after the potential is changed. 1 to the ferroelectric capacitor for the main body memory cell and for generating the reference potential. Is applied, and a plurality of m high-level reference potential generating ferroelectric capacitors and a plurality of n low-level reference potential generating ferroelectric capacitors are stored. A reference potential generating circuit in which the values of m and n are set such that the reference potential of the main memory cell is substantially intermediate between the high level potential and the low level potential of the main memory cell.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0029]
The circuit configuration is almost the same as that of the conventional example. However, in this embodiment, one cell plate line corresponds to a ferroelectric capacitor connected to one word line. In particular, the present invention can be implemented even in a conventional structure of a cell plate line common to adjacent word lines. The point of the present invention is that the same number of H-level and L-level bit lines are conventionally averaged, but in the present invention, the H-level is set so that the averaged reference potential is substantially intermediate between the H-level and L-level. And the number of reference memory cells in which the L level is written is set to different numbers. When the same number of H level and L level bit lines are actually averaged, the potential used as the reference potential is lower than the potential obtained by simply averaging the H level potential and the L level potential. In order to make the potential approximately intermediate, the number of reference memory cells to which the H level is written is set to be larger than the number of reference memory cells to which the L level is written.
[0030]
In the present embodiment, three H levels and one L level are averaged. C00 to C73 are ferroelectric capacitors for main body memory cells, CR00 to CR13 are ferroelectric capacitors for reference memory cells, WL0 to WL7 are word lines, CP is a cell plate signal line, RWL0 to RWL1 are reference word lines, and RCP is Reference cell plate signal lines, BL0 to BL3, / BL0 to / BL3 are bit lines, SA0 to SA3 are sense amplifiers, EQ0 to EQ1 are equalization control signal lines, BP0 is a bit line precharge signal line, VSS is a ground voltage, VDD Is the power supply voltage.
[0031]
As for the operation, the word line WL0 and the reference word line RWL0 are selected, the cell plate signal line CP0 and the reference cell plate signal line RCP0 are operated, and the ferroelectric capacitor And the information of the ferroelectric capacitor for the reference memory cell is read. At this time, "H" data is read from three CR10, CR11, and CR12 of the ferroelectric capacitors for reference memory cells, and "L" data is read from CR13. These four data are averaged.
[0032]
When the same number of H level and L level bit lines are averaged, the potential used as the reference potential is lower than the potential obtained by simply averaging the H level potential and the L level potential. In the embodiment, since there is more “H” data, the value is just an intermediate value between “H” data and “L” data. In this embodiment, the average value of the three “H” data and one “L” data is a just intermediate value, but an optimal value is set according to the bit line capacity and the bit line potential. do it. Since the larger the number to be averaged, the smaller the variation, the average of 20 “H” data and 12 “L” data is set in another embodiment. In the present embodiment, data is written to the ferroelectric capacitor for the reference memory cell through a bit line.
[0033]
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0034]
The circuit configuration is almost the same as that of the first embodiment. However, in this embodiment, data writing to the ferroelectric capacitor for the reference memory cell is performed not to the bit line but to the ferroelectric capacitor for the reference memory cell. In this configuration, the power supply voltage VDD for writing the H level and the ground voltage VSS for writing the L level are connected via a switching transistor.
[0035]
The point of the present invention is the same as that of the first embodiment. Conventionally, the same number of H level and L level bit lines were averaged. However, in the present invention, the averaged reference potential is H level and L level. In this configuration, the number of reference memory cells to which the H level is written and the number of reference memory cells to which the L level is written are set to different numbers so as to be approximately halfway between the two.
[0036]
As the actual setting of the present embodiment, the H level and the L level of the individual ferroelectric capacitors are simply considered in consideration of the fact that the H level with polarization inversion has a larger variation than the H level and the L level of the individual ferroelectric capacitors. The number of reference memory cells to which the L level has been written is set to be larger than the number of reference memory cells to which the H level has been written in order to set the level to the L level side when the levels are averaged.
[0037]
In the present embodiment, three L levels and one H level are averaged. C00 to C73 are ferroelectric capacitors for main body memory cells, CR00 to CR13 are ferroelectric capacitors for reference memory cells, WL0 to WL7 are word lines, CP is a cell plate signal line, RWL0 to RWL1 are reference word lines, and RCP is Reference cell plate signal lines, BL0 to BL3, / BL0 to / BL3 are bit lines, SA0 to SA3 are sense amplifiers, EQ0 to EQ1 are equalization control signal lines, BP0 is a bit line precharge signal line, VSS is a ground voltage, VDD Is the power supply voltage.
[0038]
As for the operation, as in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the word line WL0 and the reference word line RWL0 are selected, and the cell plate signal line CP0 and the reference cell plate signal line RCP0 are operated. The information of the ferroelectric capacitor for the main body memory cell and the ferroelectric capacitor for the reference memory cell is read. In addition, the bit lines forming a pair are set to have the H level and the L level as much as possible, and the necessary number of the bit lines is arranged so as to increase the L level, so that the balance at the time of writing is improved. Of course, the larger the number to be averaged, the smaller the variation. Therefore, in another embodiment, the average of 20 “L” data and 12 “H” data is used. In the present embodiment, data is written to the ferroelectric capacitor for the reference memory cell through a bit line.
[0039]
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0040]
The configuration of the memory cell array is almost the same as that of the first embodiment, but the feature of this embodiment is that data written to the ferroelectric capacitor for the reference memory cell is stored in the latch circuit connected to the bit line. Configuration. In this embodiment, the data set in the latch circuit is written into the ferroelectric capacitor for the reference memory cell, and the average of the written H-level and L-level data is used as the reference potential.
[0041]
A feature of this embodiment is that data corresponding to obtaining a desired reference potential can be arbitrarily set by storing the data in a latch circuit. Incidentally, any data can be set to each of the bit lines BL0 and / BL0 from the register 1 which is the latch circuit of FIG. 4 of the present embodiment. The register may have a configuration in which data stored in the nonvolatile memory is automatically transferred when the power is turned on. In the present embodiment, it is possible to set an optimal reference potential for each device or each memory cell array.
[0042]
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0043]
The configuration of the memory cell array is almost the same as that of the first embodiment, except that the register, which is the latch circuit of the third embodiment, is constituted by a nonvolatile memory. The feature of the present embodiment is that, similarly to the third embodiment, data to be written to the ferroelectric capacitor for the reference memory cell is stored in the latch circuit connected to the bit line. In the present embodiment, data set in a latch circuit composed of a nonvolatile memory is written into a ferroelectric capacitor for a reference memory cell, and an average of the written H-level and L-level data is used as a reference potential. It is to be.
[0044]
A feature of this embodiment is that data corresponding to obtaining a desired reference potential can be arbitrarily set by storing the data in a latch circuit. Any data can be set to each of the bit lines BL0 and / BL0 from the nonvolatile memory of FIG. 5 of the present embodiment. By storing data to be written to the reference memory cell ferroelectric capacitor in the nonvolatile memory, for example, the data stored in the nonvolatile memory is automatically written to the reference memory cell ferroelectric capacitor when power is turned on. can do.
[0045]
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0046]
The circuit configuration is almost the same as that of the first embodiment. However, in this embodiment, data writing to the ferroelectric capacitor for the reference memory cell is performed not to the bit line but to the ferroelectric capacitor for the reference memory cell. This configuration has a latch circuit for writing H level or L level via a switching transistor. This latch circuit can be constituted by a nonvolatile memory. The data writing to the latch circuit is performed via a bit line in the drawings of this embodiment, but another writing circuit may be provided.
[0047]
The point of the present invention is the same as that of the first embodiment. Conventionally, the same number of H level and L level bit lines were averaged. However, in the present invention, the averaged reference potential is H level and L level. In this configuration, the number of reference memory cells in which the H level is written and the number of reference memory cells in which the L level is written are set to different numbers so as to be almost in the middle including the variation in the H level and the L level. The number is set in the latch circuit.
[0048]
As the actual setting of the present embodiment, the H level and the L level of the individual ferroelectric capacitors are simply considered in consideration of the fact that the H level with polarization inversion has a larger variation than the H level and the L level of the individual ferroelectric capacitors. The number of reference memory cells to which the L level has been written is set to be larger than the number of reference memory cells to which the H level has been written in order to set the level to the L level side when the levels are averaged.
[0049]
In the present embodiment, three L levels and one H level are averaged. C00 to C73 are ferroelectric capacitors for main body memory cells, CR00 to CR13 are ferroelectric capacitors for reference memory cells, WL0 to WL7 are word lines, CP is a cell plate signal line, RWL0 to RWL1 are reference word lines, and RCP is Reference cell plate signal lines, BL0 to BL3, / BL0 to / BL3 are bit lines, SA0 to SA3 are sense amplifiers, EQ0 to EQ1 are equalization control signal lines, BP0 is a bit line precharge signal line, VSS is a ground voltage, VDD Is the power supply voltage.
[0050]
As in the first embodiment, the operation is performed by selecting the word line WL0 and the reference word line RWL0 and operating the cell plate signal line CP0 and the reference cell plate signal line RCP0 as in the first embodiment. The information of the ferroelectric capacitor for the memory cell and the ferroelectric capacitor for the reference memory cell is read. In addition, the bit lines forming a pair are set to have the H level and the L level as much as possible, and the necessary number of the bit lines is arranged so as to increase the L level, so that the balance at the time of writing is improved. Of course, the larger the number to be averaged, the smaller the variation. Therefore, in another embodiment, the average of 20 “L” data and 12 “H” data is used.
[0051]
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0052]
The present embodiment relates to a reference cell setting circuit. First, the reference cell setting circuit writes a certain ratio of H level and L level data to the reference cell. Next, this data is read and the generated reference potential is compared with the separately written data of the main body memory cell, and the result is determined. If there is an error in the determination, the ratio of the H level data and the L level data to be written to the reference cell is changed again, and the same read determination is performed. This makes it possible to determine the ratio of H-level and L-level data to be written to the reference cell so that a normally operating reference potential can be obtained. As for the actual setting, setting the middle setting value within the range of the setting value in which the reading determination is determined to be normal increases the margin. The main memory cell to be determined here may be performed for all the memory cells. However, when the main memory cell has already been used as the non-volatile data, the main memory cell dedicated to the determination for this operation is prepared and operated. It is also possible.
[0053]
In the present embodiment, an operation is performed between the actually set reference potential and the main body memory cell to make a determination, and an optimum reference potential can be set, and a stable operation can be expected.
[0054]
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0055]
This embodiment is the same as the first embodiment, but describes the operation of the memory cell capacitor. In the present embodiment, a word line and a reference word line are selected, and the respective cell plate lines and reference cell plate lines are changed from L level to H level. At this time, data is read out to bit lines precharged to L level. The potential is amplified by a sense amplifier.
[0056]
As described in the first embodiment, when the same number of H level and L level bit lines are averaged, the potential used as the reference potential is simply the average of the H level potential and the L level potential. Since the potential is lower than the converted potential, more “H” data is set. The actual setting is to set the potential to be optimal including the operation method and its variation.
[0057]
(Eighth embodiment)
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0058]
This embodiment is a method of operating a memory cell capacitor that can be implemented as a combination of the first to sixth embodiments. In the present embodiment, a word line and a reference word line are selected, and the respective cell plate lines and reference cell plate lines are changed from L level to H level, and then changed from H level to L level. The potential read to the read bit line is amplified by a sense amplifier.
[0059]
Since the variation in the initial polarization amount is less likely to appear in the read potential in the read method of the present embodiment than in the operation method of the seventh embodiment, the read method may have less variation. Therefore, by using this reading method and setting an appropriate reference potential, a ferroelectric memory with a larger operation margin can be provided.
[0060]
Although the first to eighth embodiments have been described, the present invention is not limited to these, and combinations of the respective embodiments are also possible, and these are included in the present invention.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, as in the reference potential generation circuit of the present invention, the operation margin can be expanded by averaging the H level and L level reference cells by an arbitrary number and generating an optimal reference potential, There is an effect that a ferroelectric memory with high yield and high reliability can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a reference potential generation circuit according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a reference potential signal diagram according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a reference potential generating circuit according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a diagram showing a reference cell setting circuit of a reference potential generation circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a reference cell setting circuit of a reference potential generation circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a reference cell setting circuit of a reference potential generation circuit according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a reference cell setting circuit of a reference potential generation circuit according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a control signal diagram of a reference potential generation circuit according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a control signal diagram of a reference potential generation circuit according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a conventional reference potential generation circuit.
[Explanation of symbols]
C00-C73 Ferroelectric capacitor for main body memory cell
CR00-CR13 Ferroelectric capacitor for reference memory cell
WL0-WL7 Word line
CP cell plate signal line
RWL0-RWL1 Reference word line
RCP reference cell plate signal line
BL0 to BL3, / BL0 to / BL3 bit lines
SA0-SA3 sense amplifier
EQ0 to EQ1 Equalization control signal line
BP0 bit line precharge signal line
VSS ground voltage
VDD power supply voltage

Claims (10)

複数m個のハイレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタと複数n個のローレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタの平均化を行う強誘電体メモリのリファレンス電位発生回路で、mとnの個数が同じでない任意の個数に設定されたことを特徴とするリファレンス電位発生回路。Reference potential generation of a ferroelectric memory for averaging ferroelectric capacitors for generating reference potentials storing a plurality of m high levels and ferroelectric capacitors for generating reference potentials storing a plurality of n low levels A reference potential generation circuit, wherein the number of m and n is set to an arbitrary number that is not the same in the circuit. 前記複数m個のハイレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタと複数n個のローレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタのmがnより小さいことを特徴とする請求項1記載のリファレンス電位発生回路。The m of the reference potential generating ferroelectric capacitors storing the plurality of m high levels and the reference potential generating ferroelectric capacitors storing the plurality of n low levels are smaller than n. Item 2. The reference potential generation circuit according to Item 1. 前記複数m個のハイレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタと複数n個のローレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタのnがmより小さいことを特徴とする請求項1記載のリファレンス電位発生回路。The n of the reference potential generating ferroelectric capacitors storing a plurality of m high levels and the reference potential generating ferroelectric capacitors storing a plurality of n low levels is smaller than m. Item 2. The reference potential generation circuit according to Item 1. 前記mとnの個数が同数以外の任意個数に可変設定可能であることを特徴とする請求項1記載のリファレンス電位発生回路。2. The reference potential generating circuit according to claim 1, wherein the number of m and n can be variably set to any number other than the same number. 前記mとnの個数の可変設定が、半導体製造工程における配線層数の変更によって設定変更がなされることを特徴とする請求項4記載のリファレンス電位発生回路。5. The reference potential generating circuit according to claim 4, wherein the variable setting of the number of m and n is changed by changing the number of wiring layers in a semiconductor manufacturing process. レジスタを有し、前記mとnの個数の可変設定が、前記レジスタに記憶されたデータによってなされることを特徴とする請求項4記載のリファレンス電位発生回路。5. The reference potential generating circuit according to claim 4, further comprising a register, wherein the variable setting of the number of m and n is made by data stored in the register. 不揮発性メモリを有し、前記mとnの個数の可変設定が、前記不揮発性メモリに記憶されたデータによってなされることを特徴とする請求項4記載のリファレンス電位発生回路。5. The reference potential generating circuit according to claim 4, further comprising a nonvolatile memory, wherein the variable setting of the number of m and n is performed by data stored in the nonvolatile memory. 前記mとnの個数を任意に可変設定する制御回路を有し、前記制御回路は最適なリファレンス電位を検出する機能を備え、前記制御回路が検出した最適なリファレンス電位となるように前記mとnの個数を設定することを特徴とする請求項4記載のリファレンス電位発生回路。A control circuit for arbitrarily setting the number of m and n, wherein the control circuit has a function of detecting an optimal reference potential, and the m and n are set so that the optimal reference potential detected by the control circuit is obtained. 5. The reference potential generation circuit according to claim 4, wherein the number of n is set. 本体メモリセル用の強誘電体キャパシタの一方の電極が本体ワード線でゲートが制御されるトランジスタを介してビット線に接続され、前記本体メモリセル用の強誘電体キャパシタの他方の電極が本体プレート線に接続され、
前記リファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタの一方の電極がリファレンスワード線でゲートが制御されるトランジスタを介してビット線に接続され、前記リファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタの他方の電極がリファレンスプレート線に接続され、
前記本体プレート線および前記リファレンスプレート線を第1の電位から第2の電位に電位を変化させ、前記本体メモリセル用およびリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタに電界が印加されたときに、複数m個のハイレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタと複数n個のローレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタの平均化によって発生されるリファレンス電位が、前記本体メモリセルのハイレベルの電位とローレベルの電位のほぼ中間になるようにmとnの値が設定されたことを特徴とする請求項1記載のリファレンス電位発生回路。
One electrode of the ferroelectric capacitor for the main body memory cell is connected to the bit line via a transistor whose gate is controlled by the main body word line, and the other electrode of the ferroelectric capacitor for the main body memory cell is connected to the main body plate. Connected to the wire,
One electrode of the ferroelectric capacitor for generating a reference potential is connected to a bit line via a transistor whose gate is controlled by a reference word line, and the other electrode of the ferroelectric capacitor for generating a reference potential is connected to a reference electrode. Connected to the plate wire,
The potential of the main body plate line and the reference plate line is changed from a first potential to a second potential, and when an electric field is applied to the ferroelectric capacitors for the main body memory cell and the reference potential generation, a plurality of The reference potential generated by averaging the reference potential generating ferroelectric capacitors storing m high levels and the reference potential generating ferroelectric capacitors storing a plurality of n low levels is stored in the main memory. 2. The reference potential generating circuit according to claim 1, wherein the values of m and n are set to be substantially intermediate between the high-level potential and the low-level potential of the cell.
本体メモリセル用の強誘電体キャパシタの一方の電極が本体ワード線でゲートが制御されるトランジスタを介してビット線に接続され、前記本体メモリセル用の強誘電体キャパシタの他方の電極が本体プレート線に接続され、
前記リファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタの一方の電極がリファレンスワード線でゲートが制御されるトランジスタを介してビット線に接続され、前記リファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタの他方の電極がリファレンスプレート線に接続され、
前記本体プレート線および前記リファレンスプレート線を第1の電位から第2の電位に電位を変化させた後、再度第1の電位に変化させ、前記本体メモリセル用およびリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタに電界が印加された後の、複数m個のハイレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタと複数n個のローレベルを記憶したリファレンス電位発生用の強誘電体キャパシタの平均化によって発生されるリファレンス電位が、前記本体メモリセルのハイレベルの電位とローレベルの電位のほぼ中間になるようにmとnの値が設定されたことを特徴とする請求項1記載のリファレンス電位発生回路。
One electrode of the ferroelectric capacitor for the main body memory cell is connected to the bit line via a transistor whose gate is controlled by the main body word line, and the other electrode of the ferroelectric capacitor for the main body memory cell is connected to the main body plate. Connected to the wire,
One electrode of the ferroelectric capacitor for generating a reference potential is connected to a bit line via a transistor whose gate is controlled by a reference word line, and the other electrode of the ferroelectric capacitor for generating a reference potential is connected to a reference electrode. Connected to the plate wire,
After changing the potential of the main body plate line and the reference plate line from the first potential to the second potential, the potential is changed again to the first potential, and the ferroelectric material for the main body memory cell and for generating the reference potential is used. Averaging of a plurality of m high-level reference potential generating ferroelectric capacitors and a plurality of n low-level reference potential generating ferroelectric capacitors after the application of an electric field to the capacitor 2. The reference potential according to claim 1, wherein the values of m and n are set such that the reference potential generated by the threshold voltage is approximately intermediate between the high-level potential and the low-level potential of the main memory cell. Generator circuit.
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