JP2004220715A - Ferroelectric storage device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強誘電体記憶装置に関する。
【0002】
【背景技術】
強誘電体記憶装置として、各セルにトランジスタおよびキャパシタ(強誘電体を一つずつ配置した1T/1Cセル、あるいは、その各セル毎にさらにリファレンスセルを配置した2T/2Cセルを有するアクティブ型強誘電体メモリが知られている。
【0003】
しかし、このアクティブ型強誘電体記憶装置は、メモリセルが1個の素子から構成される他の不揮発性記憶装置として知られるフラッシュメモリ、EEPROMなどと比較して、メモリ面積が大きくなり、大容量化できない。
【0004】
大容量化に適した不揮発性記憶装置として、各メモリセルを1個の強誘電体キャパシタとした強誘電体記憶装置がある。(特許文献1参照)
【0005】
【特許文献1】
特開平9−116107号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
各メモリセルを1個の強誘電体キャパシタとした強誘電体記憶装置では、各セルにスイッチが存在しないことから、特に非選択メモリセルに記憶されているデータが劣化し易いという、実用化する上で解決すべき課題が残っており、本発明はそれを解決することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る強誘電体記憶装置は、
互いに平行に配設された複数のワード線と、
前記複数のワード線と交差して、互いに平行に配設された複数のビット線と、前記複数のワード線および前記複数のビット線の各交点に配置された複数の強誘電体メモリセルと、
前記複数のワード線を駆動するワード線駆動部と、
前記複数のビット線を駆動するビット線駆動部と、
前記ワード線駆動部に接続された選択ワード電圧供給線及び非選択ワード電圧供給線と、
前記ビット線駆動部に接続された選択ビット電圧供給線及び非選択ビット電圧供給線と、
前記選択ワード電圧供給線での電位変化勾配と前記非選択ビット電圧供給線での電位変化勾配との差、及び、前記選択ビット電圧供給線での電位変化勾配と前記非選択ワード電圧供給線での電位変化勾配との差、の少なくとも一方を少なくする電位変化勾配補正部と、を有することを特徴とする。
【0008】
本発明では、前記電位変化勾配補正部の働きで、選択ワード電圧、非選択ワード電圧、選択ビット電圧または非選択ビット電圧を切り換える過渡期にあっても、非選択メモリセルには過度の電圧が印加されないようにすることができる。これにより、非選択メモリセルに不測の過電圧が印加されることを防止でき、非選択メモリに記憶されているデータを保護することができる。
【0009】
本発明の強誘電体記憶装置では、前記ワード線駆動部及び前記ビット線駆動部は、前記複数の強誘電体メモリセルのうちの選択メモリセルには選択電圧を、残りの非選択メモリセルには非選択電圧を印加できる。この場合、前記電位変化勾配補正部は、前記選択ワード電圧供給線と前記非選択ビット電圧供給線との間の電位差と、前記選択ワード電圧供給線と前記非選択ビット電圧供給線との間の電位差とを、前記非選択電圧以下に設定できる。よって、各種電圧を切り換える過渡期にあっても、各種電圧が所定値に達した安定時の非選択電圧以下の電圧を非選択メモリセルに印加することができ、それに保持されているデータの劣化を防ぐことができる。
【0010】
本発明の強誘電体記憶装置には、複数種の電圧を発生する電源回路と、前記複数種の電圧を前記ワード線駆動部および前記ビット線駆動部に選択出力する電圧選択回路とをさらに設けることができる。この複数種の電圧を前記選択ワード電圧供給線、非選択ワード電圧供給線、選択ビット電圧供給線及び非選択ビット電圧供給線に切り換え出力するタイミング信号を、前記電圧選択回路に出力する制御回路をさらに設けることができる。
【0011】
ここで、前記制御回路は、前記選択ワード電圧供給線に選択ワード電圧を供給するタイミングとほぼ同時に、前記選択ビット電圧供給線及び非選択ビット電圧供給線の電位を切り換える信号を出力することができる。この場合、前記電圧選択回路は、前記選択ワード電圧供給線に選択ワード電圧を供給するタイミングとほぼ同時に前記非選択ビット電圧供給線に非選択ビット電圧を供給することができる。この効果としてアクセスタイムの短縮があげられる。
【0012】
同様に、前記制御回路は、前記選択ビット電圧供給線に選択ビット電圧を供給するタイミングとほぼ同時に、前記選択ワード電圧供給線及び非選択ワード電圧供給線の電位を切り換える信号を出力することができる。この場合、前記電圧選択回路は、前記選択ビット電圧供給線に選択ビット電圧を供給するタイミングとほぼ同時に前記非選択ワード電圧供給線に非選択ワード電圧を供給することができる。この効果としてもアクセスタイムの短縮があげられる。
【0013】
本発明の強誘電体記憶装置では、前記電位変化勾配補正部は、前記選択ワード電圧供給線及び前記選択ビット電圧供給線での電位変化勾配をそれぞれ緩やかにさせることができる。一例として、前記電位変化勾配補正部は、前記選択ワード電圧供給線及び前記選択ビット電圧供給線の配線負荷を増大させることができる。この場合、前記電位変化勾配補正部を、たとえば、抵抗(R)とコンデンサ(C)によって構成し、それにより増大する配線負荷により、上記の電位変化勾配を緩やかにすることができる。
【0014】
他の一例として、前記電位変化勾配補正部は、前記選択ワード電圧供給線及び前記選択ビット電圧供給線に流れる単位時間あたりの電流量を、前記非選択ワード電圧供給線及び前記非選択ビット電圧供給線に流れる単位時間あたりの電流量に近づくように減少させることができる。この場合、前記電位変化勾配補正部は、たとえば、トランジスタの小さな電流駆動能力を利用することができる。前記電位変化勾配補正部を例えば、そのトランジスタをダイオード接続することによって構成することができる。
【0015】
なお、前記電位変化勾配補正部によって、非選択ワード電圧供給線および非選択ビット電圧供給線の電位変化勾配を急にさせるものでもよい。この場合、前記非選択ワード電圧供給線および前記非選択ビット電圧供給線に流れる単位時間あたりの電流量を、前記選択ワード電圧供給線及び前記選択ビット電圧供給線に流れる単位時間あたりの電流量に近づくように増大させればよい。この場合、上記とは逆に、トランジスタの小さな電流駆動能力を利用することができる。こうすると、アクセスタイムをより短縮させることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【0017】
(強誘電体記憶装置の基本構成)
まず、強誘電体記憶装置の基本構成について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る強誘電体記憶装置の全体図である。
【0018】
図1に示す強誘電体記憶装置は、マトリックス状に配設された複数のワード線40および複数のビット線50の交点に、強誘電体キャパシタ(メモリセル)30が複数配置される構造となっている。複数のメモリセル30の中から特定のメモリセル30を選択するためには、ワード線40およびビット線50を選択すればよい。
【0019】
コンピューターにおいて1ビットは、2通りの状態を表現できる量と考えることができ、強誘電体記憶装置は、強誘電体キャパシタ30のヒステリシス現象に現れる2通りの分極状態を1ビットとして利用した記憶装置である。
【0020】
ヒステリシス現象について、強誘電体に印加される電圧と強誘電体の分極値との相関を図4に示した。図4の縦軸P(Q)は、強誘電体の分極値(電荷量)を示し、横軸Vは、強誘電体に印加される電圧を表す。図4の曲線は、強誘電体キャパシタ30に印加される電圧の変化に応じて、強誘電体キャパシタ30の分極状態が循環する特性を示す。例えば、今B点の状態にある強誘電体キャパシタ30に選択電圧Vsを印加したとする。すると状態はA点に移り、印加される電圧が0になると、再びB点に戻る。さらに強誘電体キャパシタ30に選択電圧−Vsを印加したとする。すると状態はC点に移り、印加される電圧が0になると、今度は、D点に状態が移る。
【0021】
ここで、強誘電体キャパシタ30に電圧(Vs/3)を印加したとする。その後印加される電圧が0になると、状態は、D点に戻るのである。これは、強誘電体キャパシタ30の分極が反転しないことを示す。その後さらに、強誘電体キャパシタ30に電圧Vsを印加すると、今度はA点に状態が移るのである。
【0022】
つまり強誘電体キャパシタ30に電圧を印加するとき、印加電圧の値によって、印加終了後の強誘電体キャパシタ30の分極方向は異なる。
【0023】
強誘電体キャパシタ30の分極を反転させるには、一定の印加電圧が必要であり、用いる強誘電体の素材によって必要な印加電圧の値は異なる。ここでは、強誘電体キャパシタ30に印加する電圧において、抗電圧の絶対値より小さい値、つまり、強誘電体キャパシタ30の分極が反転を確実に起こさない範囲で設定された電圧の絶対値を、非選択電圧と定義する。図4の電圧(Vs/3)は、本実施形態の非選択電圧である。ちなみに、図4のE点、F点は一般に抗電圧と呼ばれ、この抗電圧は、強誘電体に印加される電圧のうち、分極値が0となる時の印加電圧を言う。つまり、抗電圧は分極反転の目安となる値である。
【0024】
以上の性質によると、強誘電体キャパシタ30の分極方向(正の電位と負の電位)をそれぞれ“0”、“1”とみなすことができる。また、“0”を記憶させたいときは強誘電体キャパシタ30に電圧Vsを、“1”を記憶させたいときは強誘電体キャパシタ30に電圧(−Vs)をそれぞれ印加すればよい。さらに、外部からの力を受けなくても分極状態が保存される特性を、記憶装置の不揮発性に結びつけることができる。
【0025】
次に、強誘電体記憶装置のデータの読み書きを説明する。まず、データ書き込み時には、“0”データ書き込み及び“1”データ書き込みを要する。強誘電体キャパシタ30の特性上、“0”データを書き込むときと“1”データを書き込む時とでは、電圧の印加方向の反転が必要であるので、“0”データ書き込み及び“1”データ書き込みの2工程を要する。
【0026】
また、この強誘電体記憶装置は、破壊読み出し方式なので、読み出し後に再書き込み作業が必要である。よって、データ読み出し時は、読み出し・再書き込みの2工程を要する。最初の読み出し工程は、“0”データ書き込みと同じ印加方向に電圧を印加することで、強誘電体キャパシタ30内の移動電荷量から保持されている状態を読み出す。その後の再書込みは、元々“1”データを記憶していたセルにのみ、“1”データを再書込みしている。
【0027】
以上のことから、データの読み出しとデータの書き込みのそれぞれにおいて、“0”データ書き込みと、“1”データ書き込みとが必要である。
【0028】
本明細書において、“0”データ書き込みを「リード」、“1”データ書き込みを「ライト」と定義する。
【0029】
このように、強誘電体キャパシタを用いたメモリセル30に対して、印加電圧、印加方向を適切に制御してリード、ライトを実施することで、強誘電体記憶装置は記憶装置として動作する。
【0030】
(メモリセルアレイの周辺回路の構成)
図1の電源回路400は、4種類の電圧(Vs、2Vs/3、Vs/3、0)を発生できる。また、電源回路400には、電圧選択回路300へ複数の電圧を出力するための電圧出力線を複数備えている。複数の電圧出力線とは、電圧Vsを出力する電圧出力線410、電圧(2Vs/3)を出力する電圧出力線420、電圧(Vs/3)を出力する電圧出力線430および電圧0を出力する電圧出力線440である。
【0031】
電源回路400から出力された複数の電圧を、電圧選択回路300は、選択ビット電圧供給線210、非選択ビット電圧供給線220、選択ワード電圧供給線230および非選択ワード電圧供給線240のそれぞれへ選択出力する。
【0032】
電圧選択回路300は、制御回路510からの信号に基づいて、複数の電圧を各電圧供給線210〜240にほぼ同時に切り換え出力する複数、例えば4つの電源スイッチ回路310〜340(図11〜図14参照)を有するが、これらについては後述する。
【0033】
さらに、選択ワード電圧供給線230および選択ビット電圧供給線210には、それぞれ電位変化勾配補正部100が設置されている。この電位変化勾配補正部100は、選択ワード電圧供給線230での電位変化勾配と、非選択ビット電圧供給線220での電位変化勾配との差を少なくし、かつ、選択ビット電圧供給線210での電位変化勾配と、非選択ワード電圧供給線240での電位変化勾配との差を少なくする。
【0034】
本実施形態では、電位変化勾配補正部100は、選択ワード電圧供給線230および選択ビット電圧供給線210の電位変化勾配、つまり電位の立ち上がり及び立ち下り勾配を緩やかにして出力している。例えば、図2に示すように電位変化勾配補正部100にて、容量(C)と抵抗(R)を用いて配線負荷を意図的に増やすことで、電位の立ち上がり及び立ち下り勾配を緩やかにする。あるいは、図3に示すように電位変化勾配補正部100は、トランジスタTRの小さな電流供給能力を利用して、印加電圧に基づく時間あたりの電流量を少なくし、選択ワード電圧供給線230および選択ビット電圧供給線210の充電時の電流変化の勾配を緩やかにすることも可能である。
【0035】
複数のワード線40の各々は、ワード線駆動部10によって制御されるゲートスイッチ11,12により、選択ワード電圧供給線230または非選択ワード電圧供給線240へ切換え接続される。また、複数のビット線50の各々は、ビット線駆動部20によって制御されるゲートスイッチ21,22により、選択ビット電圧供給線210または非選択ビット供給線220に切換え接続される。
【0036】
複数のビット線50の各々には、ビット線スイッチ51と、ビット線スイッチ52とが接続されている。ビット線スイッチ51の他端には、ビット線駆動部20によって制御されるゲートスイッチ21,22のいずれか一方を介して、選択ビット電圧供給線210または非選択ビット供給線220の電圧が供給される。
第2のビット線スイッチ52の他端は、センスアンプ80に接続されている。ビット線スイッチ51は、ライト選択線60により制御され、ビット線スイッチ52は、リード選択線70により制御される。
【0037】
(リードとライト)
次に、リード(0書き込み)およびライト(1書き込み)の動作を説明する。
【0038】
図5にリード時のメモリセル30に印加される電圧を示した。図5の選択メモリセル30aはリードの対象となるメモリセル30である。図5の符号SBLは選択ビット線を、符号USBLは非選択ビット線を、符号SWLは選択ワード線を、符号USWLは非選択ワード線を、それぞれ表す。選択メモリセル30aには、選択ワード電圧供給線230および選択ビット電圧供給線210から電圧が供給される。
【0039】
図5の非選択メモリセル30bはリードの対象とならない残りの複数のメモリセル30を表す。非選択メモリセル30bは、非選択ワード電圧供給線240および非選択ビット電圧供給線220からの電圧、選択ワード電圧供給線230および非選択ビット電圧供給線220からの電圧、または、非選択ワード電圧供給線240および選択ビット電圧供給線210からの電圧のいずれかが供給される。
【0040】
電源回路400が発生する複数の電圧(VS、2Vs/3、Vs/3、0)を電圧選択回路300が複数の電圧供給線に選択出力するわけだが、電圧選択回路300は、ワード線駆動部10へ電圧Vsと電圧(Vs/3)とを出力し、ビット線駆動部20へ電圧0と電圧(2Vs/3)とを出力する。
【0041】
具体的には、このとき、電圧選択回路300は、電圧Vsの出力に選択ワード電圧供給線230を用い、電圧2Vs/3の出力に非選択ビット電圧供給線220を用い、電圧Vs/3の出力に非選択ワード電圧供給線240を用い、電圧0の出力には、選択ビット電圧供給線210を用いる。
【0042】
選択メモリセル30aからリードするために、選択ワード線SWLには、選択ワード電圧供給線230から電圧Vsが出力され、選択ビット線SBLには、選択ビット電圧供給線210から電圧0が出力される。よって、選択メモリセル30aには、電圧Vsが印加され図4のB点またはD点からA点に移動して、“0”書き込みされる。
【0043】
図6にライト時のメモリセル30に印加される電圧を示した。図6の選択メモリセル30aはライトの対象となるメモリセル30である。選択メモリセル30aには、選択ワード電圧供給線230および選択ビット電圧供給線210から電圧が供給される。
【0044】
図6の非選択メモリセル30bはライトの対象とならない残りの複数のメモリセル30を表す。非選択メモリセル30bは、非選択ワード電圧供給線240および非選択ビット電圧供給線220からの電圧、選択ワード電圧供給線230および非選択ビット電圧供給線220からの電圧、または、非選択ワード電圧供給線240および選択ビット電圧供給線210からの電圧のいずれかが供給される。
【0045】
ライトがリードと異なる点は、電圧選択回路300によって選択出力される電圧が、ワード線駆動部10とビット線駆動部20とで入れ替わるという点である。
【0046】
具体的には、このとき、電圧選択回路300は、Vs電圧の出力に選択ビット電圧供給線210を用い、電圧2Vs/3の出力に非選択ワード電圧供給線240を用い、電圧Vs/3の出力に非選択ビット電圧供給線220を用い、0電圧の出力には、選択ワード電圧供給線230を用いる。
【0047】
選択メモリセル30aにライトするために、選択ワード線SWLには、選択ワード電圧供給線230から0の電圧が出力され、選択ビット線SBLには、選択ビット電圧供給線210から電圧Vsが出力される。よって、選択メモリセル30aには、電圧−Vsが印加され図4のB点またはD点からC点に移動して、“1”書き込みされる。
【0048】
(電位変化勾配補正部の動作)
本実施形態にて、電位変化勾配補正部100を設けた理由は下記の通りである。選択ビット電圧供給線210及び選択ワード電圧供給線230に接続される負荷は、非選択ビット電圧供給線220及び非選択ワード電圧供給線230に接続される負荷よりも格段に小さい。そのため、選択ビット電圧供給線210及び選択ワード電圧供給線230での電位変化勾配は、非選択ビット電圧供給線220及び非選択ワード電圧供給線230での電位変化勾配よりも急となる。このような各電圧供給線210〜240での電位変化勾配の相違を少なくするために、電位変化勾配補正部100が設けられている。
【0049】
より詳しくは、選択ビット電圧供給線210及び選択ワード電圧供給線に接続される選択ワード線SWL及び選択ビット線SBLの数と、それらに接続される選択メモリセル30aの数とは比較的少数である。これに対して、非選択ビット電圧供給線220及び非選択ワード電圧供給線230に接続される非選択ワード線USWL及び非選択ビット線USBLの数と、それらに接続される非選択メモリセル30bの数とは、圧倒的に多数である。よって、非選択ビット電圧供給線210及び非選択ワード電圧供給線230に接続される負荷が大きく、非選択ワード線USWL及び非選択ビット線USBLでの電位の立ち上がり及び立下り勾配が緩やかになるのである。
【0050】
電位変化勾配補正部100が設けられない比較例にて生ずる問題を、図7及び図8を参照して説明する。たとえば、リード期間中において、選択ワード線SWLおよび非選択ビット線USBLに電圧を同じタイミングで印加したのが図7である。図7によると、選択ワード線SWLと非選択ビット線USBLとの電圧差Vdef1が、非選択電圧(Vs/3)を一時的に越えてしまう。同様に、ライト期間中において、選択ビット線SWLおよび非選択ワード線USWLに電圧を同じタイミングで印加したのが図8である。図8によると、選択ビット線SBLおよび非選択ワード線USWLの電圧差Vdef2は一時的に非選択電圧(Vs/3)を超えてしまう。
【0051】
図7及び図8において、電位変化過程において非選択電圧を越えた電圧は、非選択メモリセルに印加されてしまう。この非選択メモリセルへの過電圧の印加は、記憶データのディスターブを助長し、好ましくない。
【0052】
本実施形態では、電位変化勾配補正部100が設けられているので、上記のような比較例において生ずる問題を回避できる。つまり、本実施形態では、同じタイミングで、例えば選択ワード線SWLおよび非選択ビット線USBLに電圧を印加しても、選択ワード線SWLと非選択ビット線USBLとの電圧差が非選択電圧(Vs/3)を越えてしまうことがない。
【0053】
次に、リード時およびライト時の電位変化勾配補正部100の働きを説明する。図9は本実施形態におけるリード時の選択ワード線SWLと非選択ビット線USBLの電圧変化を表した波形図である。図9によると、選択ワード線SWLと非選択ビット線USBLとの電圧差Vdef3は非選択電圧(Vs/3)を越えることがない。これは、本来配線負荷の小さかった選択ワード線SWLに対して電位変化勾配補正部100が働き、選択ワード線SWLの電圧の立ち上がりを緩やかにしたためである。図10は、本実施形態におけるライト時の選択ビット線SBLと非選択ワード線USWLの電圧変化を表した波形図である。ライト時も、電位変化勾配補正部100はリード時と同様な効果を発揮する。選択ビット線SBLの電圧の立ち上がりを緩やかにするように電位変化勾配補正部100は動作する。その結果、選択ビット線SBLと非選択ワード線USWLとの電圧差Vdef4は非選択電圧(Vs/3)を越えることがない。
【0054】
(電圧選択回路及び制御回路)
次に、電圧選択回路300について説明する。
【0055】
電源選択回路300に設けられている電源スイッチ回路310〜340を図11〜図14に示した。図11の電源スイッチ回路310の出力は、選択ワード電圧供給線230に接続され、図12の電源スイッチ回路320の出力は、非選択ワード電圧供給線240に接続されている。また、図13の電源スイッチ回路330の出力は、選択ビット電圧供給線210に接続され、図14の電源スイッチ回路340の出力は、非選択ビット電圧供給線220に接続されている。また、図11〜図14の入力1〜6は制御回路510に接続されている。
【0056】
図11の入力1に制御回路510からの駆動信号が入力されると、選択ワード電圧供給線230には、電圧Vsが出力される。また、図11の入力2に制御回路510からの駆動信号が入力されると、選択ワード電圧供給線230には、電圧0が出力される。さらに、図11の入力1および入力2に駆動信号が入力されないときは、選択ワード電圧供給線230には、電圧Vs/3が出力される。
【0057】
図12の入力3に制御回路510からの駆動信号が入力されると、非選択ワード電圧供給線240には、電圧2Vs/3が出力される。また、図12の入力3に駆動信号が入力されないときは、非選択ワード電圧供給線240に電圧Vs/3が出力される。
【0058】
図13の入力4に制御回路510からの駆動信号が入力されると、選択ビット電圧供給線210には、電圧Vsが出力される。また、図13の入力5に制御回路510からの駆動信号が入力されると、図13のパルス回路331によって、選択ビット電圧供給線210には一時的に電圧0が出力される。さらに、図13の入力4および入力5に駆動信号が入力されないときは、選択ビット電圧供給線210には、電圧Vs/3が出力される。また、図15にパルス回路331の等価回路を示した。
【0059】
図14の入力6に制御回路510からの駆動信号が入力されると非選択ビット電圧供給線220には、電圧2Vs/3が出力される。また、図13の入力6に駆動信号が入力されないときは、非選択ビット電圧供給線220には、電圧Vs/3が出力される。
【0060】
つまり、制御回路510から出力される駆動信号によって、各電源スイッチ回路310〜340は各電圧供給線210〜240へ電圧を選択出力する。制御回路510は、各電圧供給線210〜240の電圧を時間的に制御する回路である。
【0061】
次に制御回路510について、図16を参照しながら説明する。
【0062】
図16の制御回路510は、各遅延回路511〜513から構成される。図17に各遅延回路511〜513を構成する複数個のインバータINVを示した。
図16のtrigは選択メモリセルにアクセスしたときに出力される信号である。このtrig信号が図16の制御回路510に入力されると、各遅延回路511〜513の働きにより、各電圧供給線210〜240の出力電圧を制御する信号(SW0、SW2、UW2、SB0、SB3、UB2)が、電圧選択回路300へ順次送られる。電圧選択回路300は、受け取った信号をもとに、各電圧供給線210〜240に出力する電圧を決定する。
【0063】
図18に、図16の制御回路510から出力される各信号のタイミングチャートを示した。同時に図18に選択ワード線SWL、非選択ワード線USWL、選択ビット線SBLおよび非選択ビット線USBLのそれぞれに印加される電圧の波形図を前述のタイミングチャートと同時系列に示した。図18の符号t0〜3は時間のタイミングを表している。また、符号T1〜3は時間間隔を表している。時間間隔T1がリード期間に、時間間隔T3がライト期間にそれぞれ相当する。図18によると、タイミングt0の時に図16の制御回路510にtrig信号が入力されると、まず、信号SW3が電源スイッチ回路310へ、信号SB0が電源スイッチ回路330へ、信号UB2が電源スイッチ回路340へ出力される。このとき、選択ワード電圧供給線230には電圧Vsが供給される。同時に、選択ビット電圧供給線210には電圧0が供給され、非選択ビット電圧供給線220には電圧2Vs/3が供給される。つまり、選択ワード線および非選択ビット線へタイミングt0の時に同時に電圧が印加されるのである。また、図18の選択ワード線SWLおよび非選択ビット線USBLの波形図を見ると明らかだが、選択ワード線SWLが電圧Vsに立ち上がるまでに要する時間と非選択ビット線USBLが電圧2Vs/3に立ち上がるのに要する時間とがほぼ一緒である。これは、電位変化勾配補正部100の働きによるものである。次に、タイミングt1の時に信号SW3、信号SB0および信号UB2が立ち下がり、選択ワード電圧供給線230、選択ビット電圧供給線210および非選択ビット電圧供給線220にはVs/3が供給される。trig信号が制御回路510に入力されたタイミングt0からタイミングt1までの期間が、リード動作期間である。
【0064】
今度は、タイミングt2の時に信号SW0が電源スイッチ回路310へ、信号UW2が電源スイッチ回路320へ、信号SB0が電源スイッチ回路330へ出力される。このとき、選択ワード電圧供給線230には電圧0が供給される。同時に、非選択ワード電圧供給線240には電圧2Vs/3が供給され、選択ビット電圧供給線210には電圧Vsが供給される。つまり、非選択ワード線および選択ビット線へタイミングt2の時に同時に電圧が印加されるのである。また、リード時と同様に、選択ビット線SBLが電圧Vsまで立ち上がるのに要する時間と、非選択ワード線USWLが電圧2Vs/3まで立ち上がるのに要する時間がほぼ一緒である。これも、電位変化勾配補正部100の働きによるものである。次に、タイミングt3の時に信号SW0、信号UW2および信号SB0が立ち下がり、選択ワード電圧供給線230、非選択ワード電圧供給線240および選択ビット電圧供給線210にはVs/3が供給される。リード後のタイミングt2からタイミングt3までの期間がライト動作期間である。このようにして、図16の制御回路510および各電源スイッチ回路310〜340の動作で、図18のような電圧印加波形図を得ることができる。
【0065】
(実施形態と比較例との対比)
本実施形態の効果を説明するために、比較例を説明する。
【0066】
図19に、図20のような電圧印加タイミングを設定する比較例の制御回路500を示した。図19中の遅延回路501〜507は、図17で示されている偶数個のインバータINVを有している。
【0067】
図19のトリガ信号trig、符号SW3、符号SB0、符号UB2、符号SB3、符号SW0、符号UW2はそれぞれ、図16の同符号のものと同等の意味をなす。
【0068】
図19のトリガ信号trigが制御回路500に入力されると、遅延回路501〜507の働きにより各電圧供給線210〜240の出力電圧を制御する信号(信号SW3、SB0、UB2、SB3、SW0、UW2)が電圧選択回路300へ順次送られる。電圧選択回路300は、受け取った信号をもとに、各電圧供給線210〜240に出力する電圧を決定する。なお、電圧選択回路300は、受け取った信号を処理するための各スイッチ回路310〜340が各電圧供給線210〜240に設けられている。
【0069】
図20に比較例の選択ワード線SWL、非選択ワード線USWL、選択ビット線SBLおよび非選択ビット線USBLへの電圧印加波形図を示した。また、図19の制御回路500から出力される各信号のタイミングチャートを前述の電圧印加波形図と同時系列に図20に示した。
【0070】
図20の時間間隔T1〜7はそれぞれ、図19の遅延回路501〜507によって作り出される時間間隔である。また、図20のリード期間は、選択メモリセルにリード(“0”書き込み)を行っている間の期間を表し、同様に図20のライト期間は、選択メモリセルにライト(“1”書き込み)を行っている間の期間を表す。
【0071】
制御回路500は、trig信号を受けると、遅延回路501〜507の働きによって、図20のタイミングチャートに示されているようなタイミングで各信号(SW3、SB0、UB2、SB3、SW0、UW2)を電圧選択回路300に出力する。これらの信号を受けた電圧選択回路300は、図20の電圧波形図のように選択ワード線SWL、非選択ワード線USWL、選択ビット線SBLおよび非選択ビット線USBLへ電圧を出力する。
【0072】
図20によると、リード期間中、選択ビット線SBLおよび非選択ビット線USBLに電圧が印加されるタイミングt0と、選択ワード線SWLに電圧Vsが供給され始めるタイミングt1には、時間的ずれがある。同様に、ライト期間中にも、選択ワード線SWLおよび非選択ワード線USWLに電圧が印加されるタイミングt4と、選択ビット線に電圧Vsが供給され始めるタイミングt5に、時間的ずれがある。これは、下記の通り、電圧の立ち上がり勾配の違いを考慮しているからである。
【0073】
本実施形態のような電位変化勾配補正部100を設けずに、たとえば、リード期間中において、選択ワード線SWLおよび非選択ビット線USBLに電圧を同じタイミングで印加すると、図7のような弊害が生ずることは既に説明した。
【0074】
このようなことから、図20に示す比較例では、非選択メモリセルに対して非選択電圧(Vs/3)を越える電圧が印加されてしまうことがないようにするために、図20に示す2つの電圧印加タイミング対(t0−t1),(t2−t3),(t4−t5)及び(t6−t7)に、それぞれタイムラグが設けられているのである。
【0075】
しかし、この比較例には、メモリアクセススピードが遅くなってしまう欠点がある。そこで、本実施形態は、前述した選択ワード線および複数のビット線50または、選択ビット線および複数のワード線40に設けられていた電圧印加タイミングのタイムラグを排除した。そうすると、タイムラグの分だけ時間短縮が可能になる。比較例では、電圧の立ち上がり勾配の差によって、印加電圧の電圧差の絶対値をVs/3以下に抑えられなくなるためにタイムラグが必要だった。しかし、本実施形態では、電位変化勾配補正部100を用いることで、電圧の立ち上がり勾配の差を小さくした。その結果、確実に印加電圧の電圧差の絶対値をVs/3以下に抑えられるのである。
【0076】
(本実施形態における変形例)
本実施形態における変形例として、選択ワード電圧供給線230及び選択ビット電圧供給線210のどちらか一方にだけ、電位変化勾配補正部100を設置することも可能である。この場合、電位変化勾配補正部100が設置された電圧供給線(選択ワード電圧供給線230または選択ビット電圧供給線210)には、比較例で示されているような電圧印加タイミングのタイムラグを設ける必要が無くなり、そのタイムラグの分だけアクセス時間の短縮が可能となる。
【0077】
以上のようにして、強誘電体記憶装置に係る本実施形態は、メモリアクセス時間の短縮を実現するのである。
【0078】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る強誘電体記憶装置のブロック図である。
【図2】電位変化勾配補正部の一例を示す回路図である。
【図3】電位変化勾配補正部の一例を示す回路図である。
【図4】強誘電体のヒステリシス現象を示す図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る強誘電体記憶装置のリード動作時の電圧印加状態を示す図である。
【図6】本発明の一実施形態に係る強誘電体記憶装置のライト動作時の電圧印加状態を示す図である。
【図7】選択ワード線および非選択ビット線の電圧立ち上がり勾配を比較した図である。
【図8】非選択ワード線および選択ビット線の電圧立ち上がり勾配を比較した図である。
【図9】選択ワード線および非選択ビット線の電圧立ち上がり勾配を比較した図である。
【図10】非選択ワード線および選択ビット線の電圧立ち上がり勾配を比較した図である。
【図11】図1に示す電圧選択回路に設けられる電源スイッチ回路を示す図である。
【図12】図1に示す電圧選択回路に設けられる他の電源スイッチ回路を示す図である。
【図13】図1に示す電圧選択回路に設けられるさらに他の電源スイッチ回路を示す図である。
【図14】図1に示す電圧選択回路に設けられるさらに他の電源スイッチ回路を示す図である。
【図15】図13に示す電源スイッチ回路に用いられるパルス回路331を表す図である。
【図16】図1に示す制御回路を示す図である。
【図17】図16に示す遅延回路の構成を表す図である。
【図18】本発明一実施形態における動作を説明するためのタイミングチャートを示した図である。
【図19】比較例の制御回路を示す図である。
【図20】比較例の動作を説明するためのタイミングチャートを示した図である。
【符号の説明】
10 ワード線駆動部、 11 ゲートスイッチ、 12 ゲートスイッチ、20 ビット線駆動部、 21 ゲートスイッチ、 22 ゲートスイッチ、 30 強誘電体キャパシタ、 40 ワード線、 50 ビット線、 51 ビット線スイッチ、 52 ビット線スイッチ、 60 ライト選択線、 70 リード選択線、 80 センスアンプ、 90 メモリセルアレイ、 100 電位変化勾配補正部、 210 選択ビット電圧供給線、 220 非選択ビット電圧供給線、 230 選択ワード電圧供給線、 240 非選択ワード電圧供給線、 300 電圧選択回路、 400 電源回路、 410 第1の電圧出力線、 420 第2の電圧出力線、 430 第3の電圧出力線、 440
第4の電圧出力線、 510 制御回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a ferroelectric memory device.
[0002]
[Background Art]
As a ferroelectric memory device, an active ferroelectric memory having a transistor and a capacitor in each cell (1T / 1C cell in which one ferroelectric is arranged, or 2T / 2C cell in which a reference cell is further arranged for each cell) Dielectric memories are known.
[0003]
However, this active type ferroelectric memory device has a larger memory area and a larger capacity as compared with other non-volatile memory devices such as flash memories and EEPROMs in which a memory cell is composed of one element. Can not be converted.
[0004]
As a nonvolatile memory device suitable for increasing the capacity, there is a ferroelectric memory device in which each memory cell is a single ferroelectric capacitor. (See Patent Document 1)
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-116107
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In a ferroelectric memory device in which each memory cell is a single ferroelectric capacitor, since there is no switch in each cell, the data stored in the non-selected memory cells is particularly likely to be deteriorated. The problem to be solved remains, and the present invention aims to solve it.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The ferroelectric memory device according to the present invention,
A plurality of word lines arranged in parallel with each other;
Intersecting with the plurality of word lines, a plurality of bit lines arranged in parallel with each other, a plurality of ferroelectric memory cells arranged at each intersection of the plurality of word lines and the plurality of bit lines,
A word line drive unit that drives the plurality of word lines;
A bit line driving unit that drives the plurality of bit lines;
A selected word voltage supply line and an unselected word voltage supply line connected to the word line driving unit;
A selected bit voltage supply line and an unselected bit voltage supply line connected to the bit line driving unit,
The difference between the potential change gradient at the selected word voltage supply line and the potential change gradient at the unselected bit voltage supply line, and the potential change gradient at the selected bit voltage supply line and the potential change gradient at the unselected word voltage supply line. And a potential change gradient correction unit that reduces at least one of the difference from the potential change gradient.
[0008]
In the present invention, an excessive voltage is applied to the non-selected memory cells even in the transition period in which the selected word voltage, the non-selected word voltage, the selected bit voltage, or the non-selected bit voltage is switched by the operation of the potential change gradient correction unit. It can be prevented from being applied. This prevents an unexpected overvoltage from being applied to the unselected memory cells, and protects data stored in the unselected memory.
[0009]
In the ferroelectric memory device according to the present invention, the word line drive unit and the bit line drive unit apply a selection voltage to a selected memory cell among the plurality of ferroelectric memory cells, and apply a selection voltage to the remaining unselected memory cells. Can apply a non-selection voltage. In this case, the potential change gradient correction unit includes a potential difference between the selected word voltage supply line and the unselected bit voltage supply line, and a potential difference between the selected word voltage supply line and the unselected bit voltage supply line. The potential difference can be set to be equal to or less than the non-selection voltage. Therefore, even in the transition period in which the various voltages are switched, a voltage equal to or lower than the non-selection voltage at the time when the various voltages reach a predetermined value and stable can be applied to the non-selected memory cells, and the data stored therein can be degraded. Can be prevented.
[0010]
The ferroelectric memory device according to the present invention further includes a power supply circuit for generating a plurality of types of voltages and a voltage selection circuit for selectively outputting the plurality of types of voltages to the word line driving unit and the bit line driving unit. be able to. A control circuit for outputting to the voltage selection circuit a timing signal for switching and outputting the plurality of voltages to the selected word voltage supply line, the unselected word voltage supply line, the selected bit voltage supply line, and the unselected bit voltage supply line. Further, it can be provided.
[0011]
Here, the control circuit can output a signal for switching the potentials of the selected bit voltage supply line and the non-selected bit voltage supply line almost simultaneously with the timing of supplying the selected word voltage supply line to the selected word voltage supply line. . In this case, the voltage selection circuit can supply the non-selected bit voltage to the non-selected bit voltage supply line almost simultaneously with the timing of supplying the selected word voltage to the selected word voltage supply line. The effect of this is a reduction in access time.
[0012]
Similarly, the control circuit can output a signal for switching the potentials of the selected word voltage supply line and the non-selected word voltage supply line almost simultaneously with the timing of supplying the selected bit voltage to the selected bit voltage supply line. . In this case, the voltage selection circuit can supply the unselected word voltage to the unselected word voltage supply line almost simultaneously with the timing of supplying the selected bit voltage to the selected bit voltage supply line. This effect also reduces access time.
[0013]
In the ferroelectric memory device according to the present invention, the potential change gradient correction unit can make the potential change gradients of the selected word voltage supply line and the selected bit voltage supply line gentle, respectively. As an example, the potential change gradient correction unit can increase a wiring load of the selected word voltage supply line and the selected bit voltage supply line. In this case, the potential change gradient correction unit is constituted by, for example, a resistor (R) and a capacitor (C), and the above-described potential change gradient can be moderated by an increased wiring load.
[0014]
As another example, the potential change gradient correction unit may supply a current per unit time flowing through the selected word voltage supply line and the selected bit voltage supply line to the unselected word voltage supply line and the unselected bit voltage supply line. The current can be reduced so as to approach the amount of current per unit time flowing through the line. In this case, the potential change gradient correction unit can use, for example, a small current driving capability of the transistor. The potential change gradient correction unit can be configured by, for example, connecting the transistor with a diode.
[0015]
The potential change gradient correction unit may make the potential change gradient of the non-selected word voltage supply line and the non-selected bit voltage supply line steep. In this case, the amount of current per unit time flowing through the unselected word voltage supply line and the unselected bit voltage supply line is converted into the amount of current per unit time flowing through the selected word voltage supply line and the selected bit voltage supply line. What is necessary is just to increase so that it may approach. In this case, on the contrary, the small current driving capability of the transistor can be used. In this case, the access time can be further reduced.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
(Basic configuration of ferroelectric memory device)
First, the basic configuration of the ferroelectric memory device will be described. FIG. 1 is an overall view of a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention.
[0018]
The ferroelectric memory device shown in FIG. 1 has a structure in which a plurality of ferroelectric capacitors (memory cells) 30 are arranged at intersections of a plurality of
[0019]
In a computer, one bit can be considered as an amount capable of expressing two states, and a ferroelectric memory device uses two types of polarization states appearing in the hysteresis phenomenon of the ferroelectric capacitor 30 as one bit. It is.
[0020]
FIG. 4 shows the correlation between the voltage applied to the ferroelectric and the polarization value of the ferroelectric for the hysteresis phenomenon. The vertical axis P (Q) in FIG. 4 indicates the polarization value (charge amount) of the ferroelectric, and the horizontal axis V indicates the voltage applied to the ferroelectric. The curve in FIG. 4 shows a characteristic in which the polarization state of the ferroelectric capacitor 30 circulates according to the change in the voltage applied to the ferroelectric capacitor 30. For example, it is assumed that the selection voltage Vs is applied to the ferroelectric capacitor 30 at the point B. Then, the state shifts to the point A, and when the applied voltage becomes 0, the state returns to the point B again. Further, it is assumed that the selection voltage -Vs is applied to the ferroelectric capacitor 30. Then, the state shifts to point C, and when the applied voltage becomes 0, the state shifts to point D.
[0021]
Here, it is assumed that a voltage (Vs / 3) is applied to the ferroelectric capacitor 30. After that, when the applied voltage becomes 0, the state returns to the point D. This indicates that the polarization of the ferroelectric capacitor 30 does not reverse. Thereafter, when the voltage Vs is further applied to the ferroelectric capacitor 30, the state shifts to point A.
[0022]
In other words, when a voltage is applied to the ferroelectric capacitor 30, the polarization direction of the ferroelectric capacitor 30 after the application is different depending on the value of the applied voltage.
[0023]
To reverse the polarization of the ferroelectric capacitor 30, a constant applied voltage is required, and the required applied voltage value differs depending on the ferroelectric material used. Here, in the voltage applied to the ferroelectric capacitor 30, a value smaller than the absolute value of the coercive voltage, that is, the absolute value of the voltage set within a range in which the polarization of the ferroelectric capacitor 30 does not reliably invert, Defined as non-selection voltage. The voltage (Vs / 3) in FIG. 4 is a non-selection voltage according to the present embodiment. Incidentally, points E and F in FIG. 4 are generally called coercive voltages, and the coercive voltage refers to a voltage applied to the ferroelectric when the polarization value becomes zero. That is, the coercive voltage is a value that is a measure of the polarization reversal.
[0024]
According to the above properties, the polarization directions (positive potential and negative potential) of the ferroelectric capacitor 30 can be regarded as “0” and “1”, respectively. When storing “0”, the voltage Vs is applied to the ferroelectric capacitor 30, and when storing “1”, the voltage (−Vs) is applied to the ferroelectric capacitor 30. Further, the characteristic that the polarization state is preserved without receiving an external force can be linked to the non-volatility of the storage device.
[0025]
Next, reading and writing of data in the ferroelectric storage device will be described. First, at the time of data writing, "0" data writing and "1" data writing are required. Due to the characteristics of the ferroelectric capacitor 30, it is necessary to invert the direction of voltage application when writing "0" data and when writing "1" data. Therefore, "0" data writing and "1" data writing 2 steps are required.
[0026]
Further, since this ferroelectric memory device is a destructive read method, a rewrite operation is required after reading. Therefore, data reading requires two steps of reading and rewriting. In the first reading step, a state held from the amount of mobile charges in the ferroelectric capacitor 30 is read by applying a voltage in the same application direction as the “0” data writing. In the subsequent rewriting, the "1" data is rewritten only in the cell that originally stored the "1" data.
[0027]
From the above, “0” data writing and “1” data writing are required in each of data reading and data writing.
[0028]
In this specification, “0” data writing is defined as “read”, and “1” data writing is defined as “write”.
[0029]
As described above, the ferroelectric memory device operates as a memory device by performing read and write operations on the memory cell 30 using the ferroelectric capacitor while appropriately controlling the applied voltage and the application direction.
[0030]
(Configuration of peripheral circuit of memory cell array)
The
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
Further, a potential change gradient correction unit 100 is provided on each of the selected word
[0034]
In the present embodiment, the potential change gradient correction unit 100 outputs the potential change gradients of the selected word
[0035]
Each of the plurality of word lines 40 is selectively connected to a selected word
[0036]
A
The other end of the second
[0037]
(Read and write)
Next, the read (0 write) and write (1 write) operations will be described.
[0038]
FIG. 5 shows a voltage applied to the memory cell 30 at the time of reading. The selected
[0039]
The
[0040]
The
[0041]
Specifically, at this time, the
[0042]
To read data from the selected
[0043]
FIG. 6 shows a voltage applied to the memory cell 30 at the time of writing. The selected
[0044]
The
[0045]
The difference between the write and the read is that the voltage selected and output by the
[0046]
Specifically, at this time, the
[0047]
To write to the selected
[0048]
(Operation of the potential change gradient correction unit)
The reason for providing the potential change gradient correction unit 100 in the present embodiment is as follows. The load connected to the selected bit
[0049]
More specifically, the number of selected word lines SWL and selected bit lines SBL connected to the selected bit
[0050]
A problem that occurs in the comparative example in which the potential change gradient correction unit 100 is not provided will be described with reference to FIGS. For example, FIG. 7 shows that voltages are applied to the selected word line SWL and the unselected bit line USBL at the same timing during the read period. According to FIG. 7, the voltage difference Vdef1 between the selected word line SWL and the unselected bit line USBL temporarily exceeds the non-selection voltage (Vs / 3). Similarly, FIG. 8 shows that a voltage is applied to the selected bit line SWL and the unselected word line USWL at the same timing during the write period. According to FIG. 8, the voltage difference Vdef2 between the selected bit line SBL and the unselected word line USWL temporarily exceeds the non-selection voltage (Vs / 3).
[0051]
7 and 8, a voltage exceeding a non-selection voltage in a potential change process is applied to a non-selected memory cell. The application of the overvoltage to the unselected memory cells promotes disturbance of the stored data, and is not preferable.
[0052]
In the present embodiment, since the potential change gradient correction unit 100 is provided, it is possible to avoid the problems that occur in the above comparative example. That is, in the present embodiment, even if, for example, a voltage is applied to the selected word line SWL and the unselected bit line USBL at the same timing, the voltage difference between the selected word line SWL and the unselected bit line USBL becomes the non-selection voltage (Vs / 3) will not be exceeded.
[0053]
Next, the operation of the potential change gradient correction unit 100 during reading and writing will be described. FIG. 9 is a waveform diagram showing a voltage change of the selected word line SWL and the unselected bit line USBL at the time of reading in the present embodiment. According to FIG. 9, the voltage difference Vdef3 between the selected word line SWL and the non-selected bit line USBL does not exceed the non-selection voltage (Vs / 3). This is because the potential change gradient correction unit 100 operates on the selected word line SWL which originally has a small wiring load, and the rise of the voltage of the selected word line SWL is moderated. FIG. 10 is a waveform diagram showing a voltage change of the selected bit line SBL and the unselected word line USWL at the time of writing in the present embodiment. At the time of writing, the potential change gradient correction unit 100 exhibits the same effect as at the time of reading. The potential change gradient correction unit 100 operates so as to make the rising of the voltage of the selected bit line SBL gentle. As a result, the voltage difference Vdef4 between the selected bit line SBL and the unselected word line USWL does not exceed the non-selection voltage (Vs / 3).
[0054]
(Voltage selection circuit and control circuit)
Next, the
[0055]
The
[0056]
When the drive signal from the
[0057]
When a drive signal from the
[0058]
When the drive signal from the
[0059]
When a drive signal from the
[0060]
That is, each of the
[0061]
Next, the
[0062]
The
Trig in FIG. 16 is a signal output when the selected memory cell is accessed. When this trig signal is input to the
[0063]
FIG. 18 shows a timing chart of each signal output from
[0064]
This time, at the timing t2, the signal SW0 is output to the
[0065]
(Comparison between embodiment and comparative example)
In order to explain the effects of the present embodiment, a comparative example will be described.
[0066]
FIG. 19 shows a
[0067]
The trigger signal trig, the sign SW3, the sign SB0, the sign UB2, the sign SB3, the sign SW0, and the sign UW2 in FIG. 19 have the same meanings as those in FIG.
[0068]
When the trigger signal trig in FIG. 19 is input to the
[0069]
FIG. 20 shows a waveform diagram of voltage application to the selected word line SWL, unselected word line USWL, selected bit line SBL, and unselected bit line USBL in the comparative example. FIG. 20 shows a timing chart of each signal output from the
[0070]
Time intervals T1 to T7 in FIG. 20 are time intervals created by the
[0071]
Upon receiving the trig signal, the
[0072]
According to FIG. 20, during the read period, there is a time lag between the timing t0 at which the voltage is applied to the selected bit line SBL and the unselected bit line USBL and the timing t1 at which the voltage Vs starts to be supplied to the selected word line SWL. . Similarly, even during the write period, there is a time lag between a timing t4 at which a voltage is applied to the selected word line SWL and the unselected word line USWL and a timing t5 at which the voltage Vs starts to be supplied to the selected bit line. This is because the difference in the voltage rising gradient is considered as described below.
[0073]
For example, if the voltage is applied to the selected word line SWL and the non-selected bit line USBL at the same timing during the read period without providing the potential change gradient correction unit 100 as in the present embodiment, the problem shown in FIG. The consequences have already been explained.
[0074]
For this reason, in the comparative example shown in FIG. 20, in order to prevent a voltage exceeding the non-selection voltage (Vs / 3) from being applied to the non-selected memory cells, it is shown in FIG. A time lag is provided for each of the two voltage application timing pairs (t0-t1), (t2-t3), (t4-t5), and (t6-t7).
[0075]
However, this comparative example has a disadvantage that the memory access speed is reduced. Therefore, in the present embodiment, the time lag of the voltage application timing provided for the selected word line and the plurality of
[0076]
(Modification of this embodiment)
As a modification of the present embodiment, the potential change gradient correction unit 100 can be provided only on one of the selected word
[0077]
As described above, the embodiment according to the ferroelectric storage device realizes a reduction in the memory access time.
[0078]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a potential change gradient correction unit.
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of a potential change gradient correction unit.
FIG. 4 is a diagram showing a hysteresis phenomenon of a ferroelectric substance.
FIG. 5 is a diagram showing a voltage application state during a read operation of the ferroelectric memory device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a voltage application state during a write operation of the ferroelectric memory device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram comparing the voltage rising gradients of a selected word line and a non-selected bit line.
FIG. 8 is a diagram comparing the voltage rising gradients of an unselected word line and a selected bit line.
FIG. 9 is a diagram comparing the voltage rising gradients of a selected word line and a non-selected bit line.
FIG. 10 is a diagram comparing the voltage rising gradients of an unselected word line and a selected bit line.
11 is a diagram showing a power switch circuit provided in the voltage selection circuit shown in FIG.
12 is a diagram showing another power switch circuit provided in the voltage selection circuit shown in FIG.
FIG. 13 is a diagram showing still another power switch circuit provided in the voltage selection circuit shown in FIG. 1;
FIG. 14 is a diagram showing still another power switch circuit provided in the voltage selection circuit shown in FIG. 1;
15 is a diagram illustrating a
FIG. 16 is a diagram showing a control circuit shown in FIG. 1;
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of a delay circuit illustrated in FIG. 16;
FIG. 18 is a diagram showing a timing chart for explaining an operation in one embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram illustrating a control circuit of a comparative example.
FIG. 20 is a timing chart illustrating the operation of the comparative example.
[Explanation of symbols]
Fourth voltage output line, 510 control circuit
Claims (10)
前記複数のワード線と交差して、互いに平行に配設された複数のビット線と、前記複数のワード線および前記複数のビット線の各交点に配置された複数の強誘電体メモリセルと、
前記複数のワード線を駆動するワード線駆動部と、
前記複数のビット線を駆動するビット線駆動部と、
前記ワード線駆動部に接続された選択ワード電圧供給線及び非選択ワード電圧供給線と、
前記ビット線駆動部に接続された選択ビット電圧供給線及び非選択ビット電圧供給線と、
前記選択ワード電圧供給線での電位変化勾配と前記非選択ビット電圧供給線での電位変化勾配との差、及び、前記選択ビット電圧供給線での電位変化勾配と前記非選択ワード電圧供給線での電位変化勾配との差、の少なくとも一方を少なくする電位変化勾配補正部と、を有することを特徴とする強誘電体記憶装置。A plurality of word lines arranged in parallel with each other;
Intersecting with the plurality of word lines, a plurality of bit lines arranged in parallel with each other, a plurality of ferroelectric memory cells arranged at each intersection of the plurality of word lines and the plurality of bit lines,
A word line drive unit that drives the plurality of word lines;
A bit line driving unit that drives the plurality of bit lines;
A selected word voltage supply line and an unselected word voltage supply line connected to the word line driving unit;
A selected bit voltage supply line and an unselected bit voltage supply line connected to the bit line driving unit,
The difference between the potential change gradient at the selected word voltage supply line and the potential change gradient at the unselected bit voltage supply line, and the potential change gradient at the selected bit voltage supply line and the potential change gradient at the unselected word voltage supply line. A potential change gradient correction unit that reduces at least one of the difference from the potential change gradient of the ferroelectric memory device.
前記ワード線駆動部及び前記ビット線駆動部は、前記複数の強誘電体メモリセルのうちの選択メモリセルには選択電圧を、残りの非選択メモリセルには非選択電圧を印加し、
前記電位変化勾配補正部は、前記選択ワード電圧供給線と前記非選択ビット電圧供給線との間の電位差と、前記選択ワード電圧供給線と前記非選択ビット電圧供給線との間の電位差とを、前記非選択電圧以下に設定することを特徴とする強誘電体記憶装置。In claim 1,
The word line driving unit and the bit line driving unit apply a selection voltage to a selected memory cell of the plurality of ferroelectric memory cells, and apply a non-selection voltage to the remaining non-selected memory cells.
The potential change gradient correction unit is configured to calculate a potential difference between the selected word voltage supply line and the unselected bit voltage supply line, and a potential difference between the selected word voltage supply line and the unselected bit voltage supply line. The ferroelectric memory device is set at a voltage lower than the non-selection voltage.
複数種の電圧を発生する電源回路と、
前記複数種の電圧を前記ワード線駆動部および前記ビット線駆動部に選択出力する電圧選択回路と、
前記複数種の電圧を、前記選択ワード電圧供給線、非選択ワード電圧供給線、選択ビット電圧供給線及び非選択ビット電圧供給線に切り換え出力するタイミング信号を、前記電圧選択回路に出力する制御回路と、をさらに有することを特徴とする強誘電体記憶装置。In claim 1 or 2,
A power supply circuit for generating a plurality of types of voltages,
A voltage selection circuit for selectively outputting the plurality of voltages to the word line drive unit and the bit line drive unit;
A control circuit for outputting to the voltage selection circuit a timing signal for switching and outputting the plurality of voltages to the selected word voltage supply line, the unselected word voltage supply line, the selected bit voltage supply line, and the unselected bit voltage supply line. And a ferroelectric memory device further comprising:
前記制御回路は、前記選択ワード電圧供給線に選択ワード電圧を供給するタイミングとほぼ同時に、前記選択ビット電圧供給線及び非選択ビット電圧供給線の電位を切り換える信号を出力することを特徴とする強誘電体記憶装置。In claim 3,
The control circuit outputs a signal for switching the potentials of the selected bit voltage supply line and the non-selected bit voltage supply line almost simultaneously with the timing of supplying the selected word voltage to the selected word voltage supply line. Dielectric storage device.
前記制御回路は、前記選択ビット電圧供給線に選択ビット電圧を供給するタイミングとほぼ同時に、前記選択ワード電圧供給線及び非選択ワード電圧供給線の電位を切り換える信号を出力することを特徴とする強誘電体記憶装置。In claim 3,
The control circuit outputs a signal for switching the potentials of the selected word voltage supply line and the unselected word voltage supply line almost simultaneously with the timing of supplying the selected bit voltage supply line to the selected bit voltage supply line. Dielectric storage device.
前記電位変化勾配補正部は、前記選択ワード電圧供給線及び前記選択ビット電圧供給線での電位変化勾配をそれぞれ緩やかにさせることを特徴とする強誘電体記憶装置。In any one of claims 1 to 5,
The ferroelectric memory device, wherein the potential change gradient correction unit makes the potential change gradients of the selected word voltage supply line and the selected bit voltage supply line gentle, respectively.
前記電位変化勾配補正部は、前記選択ワード電圧供給線及び前記選択ビット電圧供給線の配線負荷を増大させることを特徴とする強誘電体記憶装置。In claim 6,
The ferroelectric memory device, wherein the potential change gradient correction unit increases a wiring load on the selected word voltage supply line and the selected bit voltage supply line.
前記電位変化勾配補正部は、前記選択ワード電圧供給線及び前記選択ビット電圧供給線に流れる単位時間あたりの電流量を、前記非選択ワード電圧供給線及び前記非選択ビット電圧供給線に流れる単位時間あたりの電流量と近づくように減少させることを特徴とする強誘電体記憶装置。In claim 6,
The potential change gradient correction unit is configured to calculate the amount of current per unit time flowing through the selected word voltage supply line and the selected bit voltage supply line by a unit time flowing through the unselected word voltage supply line and the unselected bit voltage supply line. A ferroelectric memory device characterized in that the current is reduced so as to approach the current amount per unit area.
前記電位変化勾配補正部は、前記非選択ワード電圧供給線及び前記非選択ビット電圧供給線での電位変化勾配をそれぞれ急にさせることを特徴とする強誘電体記憶装置。In any one of claims 1 to 5,
The ferroelectric memory device, wherein the potential change gradient correction unit makes the potential change gradients of the unselected word voltage supply line and the unselected bit voltage supply line steep, respectively.
前記電位変化勾配補正部は、前記非選択ワード電圧供給線及び前記非選択ビット電圧供給線に流れる単位時間あたりの電流量を、前記非選択ワード電圧供給線及び前記非選択ビット電圧供給線に流れる単位時間あたりの電流量に近づくように増大させることを特徴とする強誘電体記憶装置。In claim 9,
The potential change gradient correction unit is configured to supply a current amount per unit time flowing through the unselected word voltage supply line and the unselected bit voltage supply line to the unselected word voltage supply line and the unselected bit voltage supply line. A ferroelectric memory device characterized by increasing the current amount so as to approach a current amount per unit time.
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