JP2005108429A - Semiconductor storage device and its driving method - Google Patents

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Yasuhiro Shimada
恭博 嶋田
Takehisa Kato
剛久 加藤
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance retention characteristics of a semiconductor storage device having ferroelectric capacitors storing data by bias of polarization of a ferroelectric films. <P>SOLUTION: Memory cells are constituted of: the ferroelectric capacitors 30 storing data by bias of polarization of the ferroelectric films; and selection transistors 20 connected in parallel to the ferroelectric capacitors 30. A read-out transistor 10 reading out data by detecting bias of polarization of the ferroelectric film of the selected ferroelectric capacitor 30 is connected to one end of a serial circuit, wherein the plurality of ferroelectric capacitors 30 are continuously connected in a bit line direction and a memory cell block is constituted of the plurality of ferroelectric capacitors 30, the plurality of selection transistors 20 and the one read-out transistor 10. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、強誘電体キャパシタを有する半導体記憶装置及びその駆動方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor memory device having a ferroelectric capacitor and a driving method thereof.

強誘電体キャパシタを有する半導体記憶装置としては、図6に示すように、ドレイン領域1a、ソース領域1b及びゲート電極1cを有する電界効果型トランジスタ(以下、FETという)1と、上電極2a、下電極2b及び強誘電体膜2cを有する強誘電体キャパシタ2とを備え、FET1のゲート電極1cに強誘電体キャパシタ2の下電極2bを接続して、強誘電体キャパシタ2をFET1のゲート電位の制御に用いる非破壊読み出し方式のものが知られている。尚、図6において、3は基板を示している。   As shown in FIG. 6, a semiconductor memory device having a ferroelectric capacitor includes a field effect transistor (hereinafter referred to as FET) 1 having a drain region 1a, a source region 1b and a gate electrode 1c, an upper electrode 2a, A ferroelectric capacitor 2 having an electrode 2b and a ferroelectric film 2c, the lower electrode 2b of the ferroelectric capacitor 2 is connected to the gate electrode 1c of the FET 1, and the ferroelectric capacitor 2 is connected to the gate potential of the FET 1. A nondestructive readout method used for control is known. In FIG. 6, reference numeral 3 denotes a substrate.

この半導体記憶装置にデータを書き込む際には、制御電極となる強誘電体キャパシタ2の上電極2aと、基板3との間に書き込み電圧を印加する。   When writing data in this semiconductor memory device, a write voltage is applied between the upper electrode 2a of the ferroelectric capacitor 2 serving as a control electrode and the substrate 3.

例えば、上電極2aに、基板3に対して正となる電圧(制御電圧)を印加してデータを書き込むと、強誘電体キャパシタ2の強誘電体膜2cには下向きの分極が発生する。その後、上電極2aを接地しても、FET1のゲート電極1cには正の電荷が残るので、ゲート電極1cの電位は正となる。   For example, when data is written by applying a positive voltage (control voltage) with respect to the substrate 3 to the upper electrode 2 a, downward polarization occurs in the ferroelectric film 2 c of the ferroelectric capacitor 2. Thereafter, even if the upper electrode 2a is grounded, the positive charge remains in the gate electrode 1c of the FET 1, so that the potential of the gate electrode 1c becomes positive.

ゲート電極1cの電位がFET1のしきい値電圧を超えていれば、FET1はオン状態であるから、ドレイン領域1aとソース領域1bとの間に電位差を与えると、ドレイン領域1aとソース領域1bとの間に電流が流れる。このように、ドレイン領域1aとソース領域1bとの間に電流が流れるような強誘電体メモリの論理状態を例えば”1”と定義する。   If the potential of the gate electrode 1c exceeds the threshold voltage of the FET 1, the FET 1 is in an on state. Therefore, if a potential difference is applied between the drain region 1a and the source region 1b, the drain region 1a and the source region 1b Current flows between the two. Thus, for example, the logical state of the ferroelectric memory in which a current flows between the drain region 1a and the source region 1b is defined as “1”.

一方、強誘電体キャパシタ2の上電極2aに、基板3に対して負となる電圧を印加すると、強誘電体キャパシタ2の強誘電体膜2cには上向きの分極が発生する。その後、上電極2aを接地しても、FET1のゲート電極1cには負の電荷が残るので、ゲート電極1cの電位は負となる。この場合、ゲート電極1cの電位は常にFET1のしきい値電圧よりも小さいので、FET1はオフ状態であるから、ドレイン領域1aとソース領域1bとの間に電位差を与えても、ドレイン領域1aとソース領域1bとの間に電流は流れない。このように、ドレイン領域1aとソース領域1bとの間に電流は流れないような強誘電体メモリの論理状態を例えば”0”と定義する。   On the other hand, when a voltage that is negative with respect to the substrate 3 is applied to the upper electrode 2 a of the ferroelectric capacitor 2, upward polarization occurs in the ferroelectric film 2 c of the ferroelectric capacitor 2. After that, even if the upper electrode 2a is grounded, since the negative charge remains in the gate electrode 1c of the FET 1, the potential of the gate electrode 1c becomes negative. In this case, since the potential of the gate electrode 1c is always smaller than the threshold voltage of the FET 1, the FET 1 is in an off state. Therefore, even if a potential difference is applied between the drain region 1a and the source region 1b, No current flows between the source region 1b. Thus, for example, the logical state of the ferroelectric memory in which no current flows between the drain region 1a and the source region 1b is defined as “0”.

強誘電体キャパシタ2への供給電源が切断されても、つまり、強誘電体キャパシタ2の上電極2aに電圧が印加されなくなっても、前述の各論理状態は保存されるので、不揮発性の記憶装置が実現される。すなわち、ある期間供給電源を切断した後、再び電源を供給してドレイン領域1aとソース領域1bとの間に電圧を印加すると、強誘電体メモリの論理状態が”1”のときにはドレイン領域1aとソース領域1bとの間に電流が流れるので、データ”1”を読み出すことができる一方、強誘電体メモリの論理状態が”0”のときにはドレイン領域1aとソース領域1bとの間に電流が流れないので、データ”0”を読み出すことができる。   Even if the power supply to the ferroelectric capacitor 2 is cut off, that is, even if a voltage is not applied to the upper electrode 2a of the ferroelectric capacitor 2, the above-described respective logical states are preserved, so that the nonvolatile memory is stored. A device is realized. That is, when the power supply is turned off for a certain period and then supplied again to apply a voltage between the drain region 1a and the source region 1b, when the logic state of the ferroelectric memory is "1", the drain region 1a Since a current flows between the source region 1b, data "1" can be read. On the other hand, when the logic state of the ferroelectric memory is "0", a current flows between the drain region 1a and the source region 1b. Therefore, data “0” can be read out.

電源切断期間中においてもデータを正しく保持しておく(このようにデータを保持しておく特性をリテンションという)ためには、電源切断期間中においても、データ”1”のときにはFET1のゲート電極1cの電位が常にFET1のしきい値電圧よりも高く維持されていると共に、データ”0”のときにはFET1のゲート電極1cの電位が常に負電圧になるように維持されていることが必要になる。   In order to correctly retain data even during the power-off period (the characteristic of retaining data in this way is called retention), even during the power-off period, when the data is “1”, the gate electrode 1c of the FET 1 Is always maintained higher than the threshold voltage of the FET 1, and when the data is “0”, the potential of the gate electrode 1 c of the FET 1 must always be maintained at a negative voltage.

ところで、電源切断期間中においては、強誘電体キャパシタ2の上電極2a及び基板3は接地電位となるので、ゲート電極1cの電位は孤立している。このため、理想的には図7に示すように、強誘電体キャパシタ2へのデータの書き込み時のヒステリシスループ4と、バイアス電圧が0VであるときのFET1のゲート容量負荷線5との第1の交点cが、データ”1”に対するゲート電極1cの電位になると共に、ヒステリシスループ4とゲート容量負荷線5との第2の交点dが、データ”0”に対するゲート電極1cの電位になる。尚、図7において、縦軸は上電極2a(又はゲート電極1c)に現われる電荷Qを示し、横軸は電圧Vを示している。   Incidentally, during the power-off period, the upper electrode 2a and the substrate 3 of the ferroelectric capacitor 2 are at the ground potential, so that the potential of the gate electrode 1c is isolated. Therefore, ideally, as shown in FIG. 7, the hysteresis loop 4 at the time of writing data to the ferroelectric capacitor 2 and the first of the gate capacitance load line 5 of the FET 1 when the bias voltage is 0V. Is the potential of the gate electrode 1c for the data "1", and the second intersection d of the hysteresis loop 4 and the gate capacitance load line 5 is the potential of the gate electrode 1c for the data "0". In FIG. 7, the vertical axis represents the charge Q appearing on the upper electrode 2 a (or the gate electrode 1 c), and the horizontal axis represents the voltage V.

ところが、実際には、強誘電体キャパシタ2は理想的な絶縁体ではなくて抵抗成分を持っているので、この抵抗成分を通してゲート電極1cの電位は降下していく。この電位降下は、指数関数的であって、FET1のゲート容量と強誘電体キャパシタ2の容量との並列合成容量と、強誘電体キャパシタ2の抵抗成分とを掛け合わせて得られる時定数を持ち、この時定数は高々104 秒程度である。従って、ゲート電極1cの電位は数時間で半減することになる。 However, in reality, the ferroelectric capacitor 2 is not an ideal insulator but has a resistance component, so that the potential of the gate electrode 1c drops through this resistance component. This potential drop is exponential and has a time constant obtained by multiplying the parallel combined capacitance of the gate capacitance of the FET 1 and the capacitance of the ferroelectric capacitor 2 and the resistance component of the ferroelectric capacitor 2. This time constant is about 10 4 seconds at most. Therefore, the potential of the gate electrode 1c is halved in a few hours.

図7に示すように、ゲート電極1cの電位は第1の交点cで1V程度であるから、この電位が半減すると、ゲート電極1cの電位は、0.5V程度になってFET1のしきい値電圧(一般的には、0.7V程度である。)よりも低くなるので、オン状態であるべきFET1は短時間でオフ状態になる。   As shown in FIG. 7, since the potential of the gate electrode 1c is about 1V at the first intersection c, when this potential is halved, the potential of the gate electrode 1c becomes about 0.5V and the threshold value of the FET 1 is reached. Since the voltage is lower than the voltage (generally about 0.7 V), the FET 1 that should be in the on state is turned off in a short time.

このように、強誘電体キャパシタ2をFET1のゲート電位の制御に用いる方式の強誘電体メモリにおいては、データの読み出し後に再書き込み動作が不要であるという利点を有しているが、以下のような問題点を有している。すなわち、データの書き込み後にFET1のゲート電極1cに電位が発生しており、該ゲート電位を保持する能力がリテンション特性を決定するが、強誘電体キャパシタ2の抵抗成分により、強誘電体キャパシタ2が放電するまでの時定数が短いため、データ保持能力が短いつまりリテンション特性が良くないという問題を有している。   As described above, the ferroelectric memory using the ferroelectric capacitor 2 for controlling the gate potential of the FET 1 has an advantage that a rewrite operation is not necessary after the data is read. Has the following problems. That is, a potential is generated in the gate electrode 1c of the FET 1 after the data is written, and the ability to hold the gate potential determines the retention characteristic. However, the ferroelectric capacitor 2 has a resistance component due to the resistance component of the ferroelectric capacitor 2. Since the time constant until discharge is short, there is a problem that the data retention capability is short, that is, the retention characteristic is not good.

また、半導体集積回路装置の高集積化及び微細化に伴って、半導体集積回路装置に搭載される半導体記憶装置の面積の低減が求められるが、従来の半導体記憶装置においては、各メモリセルが強誘電体キャパシタ2と該強誘電体キャパシタ2に記憶されているデータを読み出すためのFET1とを有しているため、各メモリセルひいては半導体記憶装置の面積を充分に低減できないという問題もある。   Further, as the semiconductor integrated circuit device is highly integrated and miniaturized, it is required to reduce the area of the semiconductor memory device mounted on the semiconductor integrated circuit device. However, in the conventional semiconductor memory device, each memory cell has a strong strength. Since the dielectric capacitor 2 and the FET 1 for reading data stored in the ferroelectric capacitor 2 are provided, there is a problem that the area of each memory cell and thus the semiconductor memory device cannot be sufficiently reduced.

前記に鑑み、本発明は、強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する強誘電体キャパシタを有する半導体記憶装置のリテンション特性を向上させることを第1の目的とし、前記構成の半導体記憶装置の面積の低減を図ることを第2の目的とする。   In view of the foregoing, a first object of the present invention is to improve the retention characteristics of a semiconductor memory device having a ferroelectric capacitor for storing data by polarization deviation of the ferroelectric film. A second object is to reduce the area of the apparatus.

本発明に係る半導体記憶装置は、それぞれが強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタと、ゲートが、連続に接続された複数の強誘電体キャパシタの一端側に接続され、複数の強誘電体キャパシタのうち選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知することによりデータを読み出す読み出しトランジスタとを有するメモリセルブロックと、連続に接続された複数の強誘電体キャパシタの他端側に接続されたセット線と、一端側が読み出しトランジスタのドレインに接続されたビット線と、一端側が読み出しトランジスタのソースに接続されたリセット線と、複数の強誘電体キャパシタのそれぞれに対応すると共にビット線と直交するように設けられ、複数の強誘電体キャパシタからデータの書き込み又は読み出しを行なう強誘電体キャパシタを選択する複数のワード線とを備えている。   A semiconductor memory device according to the present invention includes a plurality of ferroelectric capacitors each storing data by polarization deviation of a ferroelectric film, and one end side of a plurality of ferroelectric capacitors whose gates are connected in series. Connected continuously to a memory cell block having a read transistor for reading data by detecting a polarization deviation of a ferroelectric film of a selected ferroelectric capacitor among a plurality of ferroelectric capacitors A set line connected to the other end of the plurality of ferroelectric capacitors, a bit line connected at one end to the drain of the read transistor, a reset line connected at one end to the source of the read transistor, and a plurality of Corresponding to each of the ferroelectric capacitors and provided to be orthogonal to the bit line, a plurality of ferroelectric capacitors are connected to the data. And a plurality of word lines for selecting the ferroelectric capacitors for performing writing or reading.

本発明に係る半導体記憶装置によると、選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知する読み出しトランジスタのゲートは、複数の強誘電体キャパシタの一端側に接続されているため、各メモリセル毎に読み出しトランジスタを配置する必要がないので、メモリセルひいては半導体記憶装置の面積を低減することができる。   According to the semiconductor memory device of the present invention, the gate of the read transistor that detects the polarization deviation of the ferroelectric film of the selected ferroelectric capacitor is connected to one end side of the plurality of ferroelectric capacitors. Therefore, there is no need to arrange a read transistor for each memory cell, so that the area of the memory cell and thus the semiconductor memory device can be reduced.

また、ビット線と直交するように設けられた複数のワード線が複数の強誘電体キャパシタからデータの書き込み又は読み出しを行なう強誘電体キャパシタを選択するため、複数の強誘電体キャパシタに対して1つの読み出しトランジスタが接続されていても、選択された強誘電体キャパシタに対してデータの書き込み又は読み出しを確実に行なうことができる。   In addition, since a plurality of word lines provided so as to be orthogonal to the bit lines select a ferroelectric capacitor for writing or reading data from a plurality of ferroelectric capacitors, 1 is provided for each of the plurality of ferroelectric capacitors. Even if two read transistors are connected, data can be reliably written to or read from the selected ferroelectric capacitor.

さらに、データを読み出す際に、読み出しトランジスタが有する増幅機能を利用できるので、選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知する感度が向上する。   Furthermore, since the amplification function of the read transistor can be used when reading data, the sensitivity for detecting the polarization deviation of the ferroelectric film of the selected ferroelectric capacitor is improved.

本発明に係る半導体記憶装置は、複数の強誘電体キャパシタのそれぞれに並列に接続されていると共に、各ゲートが複数のワード線のそれぞれに接続された複数の選択トランジスタを備えていることが好ましい。   The semiconductor memory device according to the present invention preferably includes a plurality of selection transistors that are connected in parallel to each of the plurality of ferroelectric capacitors and each gate is connected to each of the plurality of word lines. .

このようにすると、ワード線に印加する電圧を制御して選択トランジスタをオン・オフすることにより、データの書き込み及び読み出しをする強誘電体キャパシタを選択することができる。また、選択トランジスタをオン状態にして、強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に誘起されている電位差を取り除くことができるため、強誘電体キャパシタの抵抗成分に起因する電位の低下が抑制されるので、リテンション特性が向上する。   In this way, the ferroelectric capacitor for writing and reading data can be selected by controlling the voltage applied to the word line to turn on / off the selection transistor. In addition, since the potential difference induced between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor can be removed by turning on the selection transistor, the potential is reduced due to the resistance component of the ferroelectric capacitor. Since it is suppressed, the retention characteristic is improved.

本発明に係る半導体記憶装置において、読み出しトランジスタのゲートには、セット線に印加される読み出し電圧が強誘電体キャパシタの容量値と読み出しトランジスタのゲート容量値との比に基づき分割された第1の分割電圧が誘起され、読み出し電圧は、VR>VT>VS(但し、VTは読み出しトランジスタのしきい値電圧であり、VSは選択された強誘電体キャパシタにデータが書き込まれている場合に読み出しトランジスタのゲートに誘起される第1の分割電圧であり、VRは選択された強誘電体キャパシタにデータが書き込まれていない場合に読み出しトランジスタのゲートに誘起される第1の分割電圧である。)の関係が成り立つような大きさに設定されていることが好ましい。   In the semiconductor memory device according to the present invention, the first voltage obtained by dividing the read voltage applied to the set line based on the ratio between the capacitance value of the ferroelectric capacitor and the gate capacitance value of the read transistor is provided at the gate of the read transistor. The division voltage is induced, and the read voltage is VR> VT> VS (where VT is the threshold voltage of the read transistor, and VS is the read transistor when data is written to the selected ferroelectric capacitor. VR is a first divided voltage induced at the gate of the read transistor when data is not written in the selected ferroelectric capacitor. The size is preferably set so that the relationship is established.

このように、読み出し電圧をVR>VT>VSの関係が成り立つ大きさに設定すると、強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に誘起されている電位差が取り除かれていても、強誘電体キャパシタに保持されているデータを支障無く読み出すことができる。   As described above, when the read voltage is set to a magnitude that satisfies the relationship of VR> VT> VS, even if the potential difference induced between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor is removed, the ferroelectric is Data held in the body capacitor can be read without any trouble.

本発明に係る半導体記憶装置において、強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間には、セット線に印加される読み出し電圧が、強誘電体キャパシタの容量値と読み出しトランジスタのゲート容量値との比に基づき分割された第2の分割電圧が誘起され、読み出し電圧は、第2の分割電圧が強誘電体キャパシタの抗電圧を超えない大きさに設定されていることが好ましい。   In the semiconductor memory device according to the present invention, between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor, the read voltage applied to the set line includes the capacitance value of the ferroelectric capacitor and the gate capacitance value of the read transistor. It is preferable that the second divided voltage divided based on the ratio is induced, and the read voltage is set to a magnitude such that the second divided voltage does not exceed the coercive voltage of the ferroelectric capacitor.

このように、読み出し電圧を、強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加される第2の分割電圧が強誘電体キャパシタの抗電圧を超えない大きさに設定すると、セット線に印加される読み出し電圧を除去したときに、強誘電体膜の分極の偏位をデータの読み出し前の偏位に確実に戻すことができる。   As described above, when the read voltage is set to a value that does not exceed the coercive voltage of the ferroelectric capacitor, the second divided voltage applied between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor is set to the set line. When the applied read voltage is removed, the polarization deviation of the ferroelectric film can be reliably returned to the deviation before data reading.

本発明に係る半導体記憶装置は、一端側がビット線の他端側に接続された抵抗性負荷を備えていることが好ましい。   The semiconductor memory device according to the present invention preferably includes a resistive load having one end connected to the other end of the bit line.

このようにすると、セット線に読み出し電圧を印加したときに、読み出しトランジスタのドレインとソースとの間に流れる電流つまりビット線に流れる電流により抵抗性負荷の両端に生じる電圧変化を検知できるので、選択された強誘電体キャパシタに書き込まれているデータを検知することができる。また、抵抗性負荷による電圧変化は、容量性負荷による電圧変化とは異なり、読み出し電圧を印加している間はいつでも検知できるので、電圧変化の検知が容易になる。   In this way, when a read voltage is applied to the set line, it is possible to detect the voltage change that occurs across the resistive load due to the current flowing between the drain and source of the read transistor, that is, the current flowing through the bit line. It is possible to detect data written in the ferroelectric capacitor. Further, unlike a voltage change due to a capacitive load, a voltage change due to a resistive load can be detected at any time while a read voltage is being applied, so that the voltage change can be easily detected.

本発明に係る半導体記憶装置が抵抗性負荷を備えている場合、該抵抗性負荷はMOS型トランジスタであることが好ましい。   When the semiconductor memory device according to the present invention includes a resistive load, the resistive load is preferably a MOS transistor.

このようにすると、抵抗性負荷をアクティブに駆動することができる。   In this way, the resistive load can be actively driven.

本発明に係る半導体記憶装置が抵抗性負荷を備えている場合、該抵抗性負荷の他端には電源電圧が印加され、選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位に応じて異なる読み出しトランジスタのドレインとソースとの間に流れる電流により抵抗性負荷の両端に生じる電圧変化と基準電圧とを比較する比較手段を備えていることが好ましい。   When the semiconductor memory device according to the present invention includes a resistive load, a power supply voltage is applied to the other end of the resistive load, and the polarization deviation of the ferroelectric film of the selected ferroelectric capacitor is affected. Accordingly, it is preferable to provide comparison means for comparing a reference voltage with a voltage change that occurs across the resistive load due to a current flowing between the drain and source of the different read transistors.

このようにすると、セット線に読み出し電圧を印加したときに、読み出しトランジスタのドレインとソースとの間に流れる電流つまりビット線に流れる電流により抵抗性負荷の両端に生じる電圧変化と、基準電圧とを比較することにより、選択された強誘電体キャパシタに書き込まれているデータを簡易且つ確実に検知することができる。   In this way, when a read voltage is applied to the set line, the voltage change generated at both ends of the resistive load due to the current flowing between the drain and source of the read transistor, that is, the current flowing through the bit line, and the reference voltage are By comparing, the data written in the selected ferroelectric capacitor can be detected easily and reliably.

本発明に係る半導体記憶装置は、メモリセルブロックと同様の構成を有し且つメモリセルブロックのワード線方向に配置された他のメモリセルブロックと、一端側が、他のメモリセルブロックを構成する他の読み出しトランジスタのドレインに接続された他のビット線と、一端側がビット線の他端側に接続され且つ他端側が電源電圧に接続された一の抵抗性負荷と、一端側が他のビット線の他端側に接続され且つ他端側が電源電圧に接続された他の抵抗性負荷とを備え、セット線は、他のメモリセルブロックを構成する複数の強誘電体キャパシタの他端側にも接続されており、リセット線は、他のメモリセルブロックを構成する他の読み出しトランジスタのソースにも接続されており、セット線に読み出し電圧を印加したときに、読み出しトランジスタのドレインとソースとの間に流れる電流により一の抵抗性負荷の両端に生じる第1の電圧変化と、他の読み出しトランジスタのドレインとソースとの間に流れる電流により他の抵抗性負荷の両端に生じる第2の電圧変化とを比較する比較手段とを備えていることが好ましい。   The semiconductor memory device according to the present invention has the same configuration as that of the memory cell block, and other memory cell blocks arranged in the word line direction of the memory cell block, and one end side constitutes another memory cell block. Another bit line connected to the drain of the read transistor, one resistive load having one end connected to the other end of the bit line and the other end connected to the power supply voltage, and one end connected to the other bit line. Other resistive load connected to the other end side and the other end side connected to the power supply voltage, and the set line is also connected to the other end side of a plurality of ferroelectric capacitors constituting another memory cell block The reset line is also connected to the sources of other read transistors constituting other memory cell blocks, and when the read voltage is applied to the set line, the read line is The first voltage change that occurs across one resistive load due to the current flowing between the drain and source of the transistor and the other resistive load across the other read load due to the current flowing between the drain and source of the other read transistor It is preferable to provide a comparison means for comparing the second voltage change occurring in

このようにすると、データを読み出すメモリセルブロックを構成する読み出しトランジスタのドレインとソースとの間に流れる電流により一の抵抗性負荷の両端に生じる第1の電圧変化と、データを読み出さない他のメモリセルブロックを構成する他の読み出しトランジスタのドレインとソースとの間に流れる電流により他の抵抗性負荷の両端に生じる第2の電圧変化とを比較することによって、データを読み出すメモリセルブロックを構成する選択された強誘電体キャパシタに書き込まれているデータを確実に検知することができる。   In this way, the first voltage change that occurs at both ends of one resistive load due to the current flowing between the drain and source of the read transistor that constitutes the memory cell block that reads data, and another memory that does not read data A memory cell block for reading data is formed by comparing a second voltage change generated across the other resistive load due to a current flowing between the drain and source of another read transistor constituting the cell block. Data written in the selected ferroelectric capacitor can be reliably detected.

本発明に係る第1の半導体記憶装置の駆動方法は、それぞれが強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタと、ゲートが、連続に接続された複数の強誘電体キャパシタの一端側に接続され、複数の強誘電体キャパシタのうち選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知することによりデータを読み出す読み出しトランジスタとを有するメモリセルブロックと、連続に接続された複数の強誘電体キャパシタの他端側に接続されたセット線と、一端側が読み出しトランジスタのドレインに接続されたビット線と、一端側が読み出しトランジスタのソースに接続されたリセット線と、複数の強誘電体キャパシタのそれぞれに対応すると共にビット線と直交するように設けられ、選択された強誘電体キャパシタを選択する複数のワード線とを備えている半導体記憶装置の駆動方法を対象とし、選択された強誘電体キャパシタを選択する際又は選択された強誘電体キャパシタにデータを書き込む際に、セット線、リセット線及びワード線に印加する電圧は、電源電圧及び接地電圧のうちのいずれか1つの電圧である。   A first semiconductor memory device driving method according to the present invention includes a plurality of ferroelectric capacitors each storing data by a polarization deviation of a ferroelectric film, and a plurality of ferroelectric capacitors in which a gate is connected in series. A memory cell having a read transistor connected to one end of the dielectric capacitor and for reading data by detecting a polarization deviation of the ferroelectric film of the selected ferroelectric capacitor among the plurality of ferroelectric capacitors A block, a set line connected to the other end of a plurality of ferroelectric capacitors connected in series, a bit line connected at one end to the drain of the read transistor, and an end connected to the source of the read transistor A selected ferroelectric that corresponds to each of the reset line and each of the plurality of ferroelectric capacitors and is orthogonal to the bit line. A method for driving a semiconductor memory device including a plurality of word lines for selecting capacitors, and is used when selecting a selected ferroelectric capacitor or writing data to a selected ferroelectric capacitor. The voltage applied to the line, the reset line, and the word line is one of a power supply voltage and a ground voltage.

第1の半導体記憶装置の駆動方法によると、強誘電体キャパシタを選択する際又は選択された強誘電体キャパシタにデータを書き込む際に、セット線、リセット線及びワード線に印加する電圧は、電源電圧及び接地電圧のうちのいずれか1つの電圧であるため、強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を反転させるための負電圧発生回路が不要になる。また、強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に逆バイアスの電圧を印加する際に読み出しトランジスタの第1のウェル領域に印加された電位を、読み出しトランジスタの第1のウェル領域と異なる第2のウェル領域に印加されている電位とを異ならせる必要がないので、第1のウェル領域と第2のウェル領域と分離する必要がなくなる。   According to the first method for driving a semiconductor memory device, when a ferroelectric capacitor is selected or when data is written to the selected ferroelectric capacitor, the voltage applied to the set line, the reset line, and the word line is the power supply Since the voltage is one of the voltage and the ground voltage, a negative voltage generation circuit for inverting the polarization deviation of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor becomes unnecessary. Further, the potential applied to the first well region of the read transistor when a reverse bias voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor is different from that of the first well region of the read transistor. Since there is no need to make the potential applied to the second well region different, there is no need to separate the first well region from the second well region.

従って、半導体記憶装置の面積を低減することができる。   Therefore, the area of the semiconductor memory device can be reduced.

本発明に係る第2の半導体記憶装置の駆動方法は、それぞれが強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタと、ゲートが、連続に接続された複数の強誘電体キャパシタの一端側に接続され、複数の強誘電体キャパシタのうち選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知することによりデータを読み出す読み出しトランジスタとを有するメモリセルブロックと、連続に接続された複数の強誘電体キャパシタの他端側に接続されたセット線と、一端側が読み出しトランジスタのドレインに接続されたビット線と、一端側が読み出しトランジスタのソースに接続されたリセット線と、複数の強誘電体キャパシタのそれぞれに対応すると共にビット線と直交するように設けられ、選択された強誘電体キャパシタを選択する複数のワード線とを備えている半導体記憶装置の駆動方法を対象とし、データを読み出す際に、メモリセルブロックを構成する複数の強誘電体キャパシタのいずれもが選択されていないときには、メモリセルブロックを構成する読み出しトランジスタをオフ状態にしておく。   A second semiconductor memory device driving method according to the present invention includes a plurality of ferroelectric capacitors each storing data by polarization deviation of a ferroelectric film, and a plurality of ferroelectric capacitors in which a gate is continuously connected. A memory cell having a read transistor connected to one end of the dielectric capacitor and for reading data by detecting a polarization deviation of the ferroelectric film of the selected ferroelectric capacitor among the plurality of ferroelectric capacitors A block, a set line connected to the other end of a plurality of ferroelectric capacitors connected in series, a bit line connected at one end to the drain of the read transistor, and an end connected to the source of the read transistor A selected ferroelectric that corresponds to each of the reset line and each of the plurality of ferroelectric capacitors and is orthogonal to the bit line. Targeting a method for driving a semiconductor memory device having a plurality of word lines for selecting capacitors, when none of a plurality of ferroelectric capacitors constituting a memory cell block is selected when reading data Then, the read transistor constituting the memory cell block is turned off.

第2の半導体記憶装置の駆動方法によると、データを読み出す際に、当該メモリセルブロックを構成する複数の強誘電体キャパシタのいずれもが選択されていないときに、当該メモリセルブロックを構成する読み出しトランジスタをオフ状態にしておくため、ビット線とリセット線との間に電流が流れない。このため、他のメモリセルブロックを構成する他の強誘電体キャパシタのデータを読み出す際に、当該メモリセルブロックを構成する強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に電圧が印加されても、他のメモリセルブロックを構成する強誘電体キャパシタのデータを読み出す際の妨げにはならない。   According to the second method for driving a semiconductor memory device, when data is read, if none of the plurality of ferroelectric capacitors that constitute the memory cell block is selected, the read that constitutes the memory cell block Since the transistor is kept off, no current flows between the bit line and the reset line. For this reason, when data is read from another ferroelectric capacitor constituting another memory cell block, a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor constituting the memory cell block. However, this does not hinder the reading of the data of the ferroelectric capacitors constituting the other memory cell blocks.

従って、データを読み出す際の動作マージンが大きくなるので、安定した動作を実現することができる。   Therefore, an operation margin when reading data is increased, and a stable operation can be realized.

本発明に係る第3の半導体記憶装置の駆動方法は、それぞれが強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタと、ゲートが、連続に接続された複数の強誘電体キャパシタの一端側に接続され、複数の強誘電体キャパシタのうち選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知することによりデータを読み出す読み出しトランジスタとを有するメモリセルブロックと、連続に接続された複数の強誘電体キャパシタの他端側に接続されたセット線と、一端側が読み出しトランジスタのドレインに接続されたビット線と、一端側が読み出しトランジスタのソースに接続されたリセット線と、複数の強誘電体キャパシタのそれぞれに対応すると共にビット線と直交するように設けられ、選択された強誘電体キャパシタを選択する複数のワード線とを備えている半導体記憶装置の駆動方法を対象とし、選択された強誘電体キャパシタにデータを書き込む工程は、セット線に電源電圧を印加すると共にリセット線に接地電圧を印加して、選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に、電源電圧から接地電圧を減じた電位差を与えることにより、選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の向きを電位差の電位勾配の方向に向ける工程と、その後、セット線に接地電圧を印加することにより、選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加されている電位差を取り除く工程とを備えている。   A third semiconductor memory device driving method according to the present invention includes a plurality of ferroelectric capacitors each storing data by polarization deviation of a ferroelectric film, and a plurality of ferroelectric capacitors in which a gate is continuously connected. A memory cell having a read transistor connected to one end of the dielectric capacitor and for reading data by detecting a polarization deviation of the ferroelectric film of the selected ferroelectric capacitor among the plurality of ferroelectric capacitors A block, a set line connected to the other end of a plurality of ferroelectric capacitors connected in series, a bit line connected at one end to the drain of the read transistor, and an end connected to the source of the read transistor A selected ferroelectric that corresponds to each of the reset line and each of the plurality of ferroelectric capacitors and is orthogonal to the bit line. In a method for driving a semiconductor memory device including a plurality of word lines for selecting capacitors, the process of writing data to a selected ferroelectric capacitor applies a power supply voltage to a set line and grounds a reset line. A ferroelectric film of the selected ferroelectric capacitor is applied by applying a voltage and applying a potential difference obtained by subtracting the ground voltage from the power supply voltage between the upper electrode and the lower electrode of the selected ferroelectric capacitor. Is applied between the upper electrode and the lower electrode of the selected ferroelectric capacitor by applying a ground voltage to the set line, and then a step of directing the direction of polarization in the direction of the potential gradient of the potential difference And a step of removing a potential difference.

第3の半導体記憶装置の駆動方法によると、選択された強誘電体キャパシタにデータを書き込む際に、選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に電位差を与えてデータを書き込んだ後、選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加されている電位差を取り除くため、強誘電体キャパシタの抵抗成分に起因する電位の低下が抑制されるので、リテンション特性が向上する。   According to the third method for driving a semiconductor memory device, when data is written to the selected ferroelectric capacitor, data is written by applying a potential difference between the upper electrode and the lower electrode of the selected ferroelectric capacitor. After that, since the potential difference applied between the upper and lower electrodes of the selected ferroelectric capacitor is removed, the potential drop due to the resistance component of the ferroelectric capacitor is suppressed, so that the retention characteristic Will improve.

本発明に係る第4の半導体記憶装置の駆動方法は、それぞれが強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタと、ゲートが、連続に接続された複数の強誘電体キャパシタの一端側に接続され、複数の強誘電体キャパシタのうち選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知することによりデータを読み出す読み出しトランジスタとを有するメモリセルブロックと、連続に接続された複数の強誘電体キャパシタの他端側に接続されたセット線と、一端側が読み出しトランジスタのドレインに接続されたビット線と、一端側が読み出しトランジスタのソースに接続されたリセット線と、複数の強誘電体キャパシタのそれぞれに対応すると共にビット線と直交するように設けられ、選択された強誘電体キャパシタを選択する複数のワード線とを備えている半導体記憶装置の駆動方法を対象とし、選択された強誘電体キャパシタに書き込まれているデータを消去する工程は、セット線に接地電圧を印加すると共にリセット線に電源電圧を印加して、選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に、接地電圧から電源電圧を減じた電位差を与えることにより、選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の向きを電位差の電位勾配の方向に向ける工程と、その後、リセット線に接地電圧を印加することにより、選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加されている電位差を取り除く工程とを備えている。   According to a fourth method of driving a semiconductor memory device of the present invention, a plurality of ferroelectric capacitors each storing data by polarization deviation of a ferroelectric film and a plurality of strong capacitors in which a gate is connected in series. A memory cell having a read transistor connected to one end of the dielectric capacitor and for reading data by detecting a polarization deviation of the ferroelectric film of the selected ferroelectric capacitor among the plurality of ferroelectric capacitors A block, a set line connected to the other end of a plurality of ferroelectric capacitors connected in series, a bit line connected at one end to the drain of the read transistor, and an end connected to the source of the read transistor A selected ferroelectric that corresponds to each of the reset line and each of the plurality of ferroelectric capacitors and is orthogonal to the bit line. In a method for driving a semiconductor memory device including a plurality of word lines for selecting capacitors, the step of erasing data written in the selected ferroelectric capacitors applies a ground voltage to the set lines. And selecting a ferroelectric capacitor by applying a power supply voltage to the reset line and applying a potential difference obtained by subtracting the power supply voltage from the ground voltage between the upper electrode and the lower electrode of the selected ferroelectric capacitor. The step of directing the polarization direction of the ferroelectric film in the direction of the potential gradient of the potential difference, and then applying a ground voltage to the reset line between the upper electrode and the lower electrode of the selected ferroelectric capacitor Removing a potential difference applied to the.

第4の半導体記憶装置の駆動方法によると、選択された強誘電体キャパシタに書き込まれているデータを消去する際に、選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に、データを書き込んだときと逆の電位差を与えてデータを消去した後、選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加されている電位差を取り除くため、強誘電体キャパシタの抵抗成分に起因する電位の低下が抑制されるので、リテンション特性が向上する。   According to the fourth method for driving a semiconductor memory device, when erasing data written in the selected ferroelectric capacitor, data is transferred between the upper electrode and the lower electrode of the selected ferroelectric capacitor. In order to remove the potential difference applied between the upper and lower electrodes of the selected ferroelectric capacitor after erasing the data by applying a potential difference opposite to that written, the resistance component of the ferroelectric capacitor Since the potential drop due to the is suppressed, the retention characteristics are improved.

本発明に係る第5の半導体記憶装置の駆動方法は、それぞれが強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタと、ゲートが、連続に接続された複数の強誘電体キャパシタの一端側に接続され、複数の強誘電体キャパシタのうち選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知することによりデータを読み出す読み出しトランジスタとを有するメモリセルブロックと、連続に接続された複数の強誘電体キャパシタの他端側に接続されたセット線と、一端側が読み出しトランジスタのドレインに接続されたビット線と、一端側が読み出しトランジスタのソースに接続されたリセット線と、複数の強誘電体キャパシタのそれぞれに対応すると共にビット線と直交するように設けられ、選択された強誘電体キャパシタを選択する複数のワード線とを備えている半導体記憶装置の駆動方法を対象とし、選択された強誘電体キャパシタからデータを読み出す工程は、ビット線に電源電圧を印加し且つリセット線に接地電位を印加するか又はビット線に接地電圧を印加し且つリセット線に電源電位を印加すると共に、セット線に読み出し電圧を印加したときに、ビット線に生じる電圧の変化を検知する工程と、その後、セット線に接地電圧を印加することにより、選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加されている電位差を取り除く工程とを備えている。   A fifth semiconductor memory device driving method according to the present invention includes a plurality of ferroelectric capacitors each storing data by polarization deviation of a ferroelectric film, and a plurality of ferroelectric capacitors in which a gate is connected in series. A memory cell having a read transistor connected to one end of the dielectric capacitor and for reading data by detecting a polarization deviation of the ferroelectric film of the selected ferroelectric capacitor among the plurality of ferroelectric capacitors A block, a set line connected to the other end of a plurality of ferroelectric capacitors connected in series, a bit line connected at one end to the drain of the read transistor, and an end connected to the source of the read transistor A selected ferroelectric that corresponds to each of the reset line and each of the plurality of ferroelectric capacitors and is orthogonal to the bit line. A method of reading data from a selected ferroelectric capacitor is intended for a method of driving a semiconductor memory device having a plurality of word lines for selecting capacitors, and a power supply voltage is applied to a bit line and a reset line is grounded Applying a potential or applying a ground voltage to the bit line and applying a power supply potential to the reset line and applying a read voltage to the set line; And a step of removing a potential difference applied between the upper electrode and the lower electrode of the selected ferroelectric capacitor by applying a ground voltage to the set line.

第5の半導体記憶装置の駆動方法によると、選択された強誘電体キャパシタからデータを読み出す際に、セット線に読み出し電圧を印加してデータを読み出した後、選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加されている電位差を取り除くため、強誘電体キャパシタの抵抗成分に起因する電位の低下が抑制されるので、リテンション特性が向上する。   According to the fifth method for driving a semiconductor memory device, when data is read from the selected ferroelectric capacitor, the read voltage is applied to the set line, the data is read, and then the selected ferroelectric capacitor is read. Since the potential difference applied between the electrode and the lower electrode is removed, a decrease in potential due to the resistance component of the ferroelectric capacitor is suppressed, so that the retention characteristics are improved.

本発明に係る第5の半導体記憶装置の駆動方法は、電位差を取り除く工程の後に、読み出しトランジスタをオフ状態にする工程をさらに備えていることが好ましい。   The fifth method for driving a semiconductor memory device according to the present invention preferably further includes a step of turning off the read transistor after the step of removing the potential difference.

このように、データを読み出した後に、読み出しトランジスタをオフ状態にすると、ビット線とリセット線との間に電流が流れないため、第2の半導体記憶装置の駆動方法と同様、他のメモリセルブロックを構成する強誘電体キャパシタのデータを読み出す動作が影響を受けないので、データを読み出す際の動作マージンが大きくなり、安定した動作を実現することができる。   As described above, when the read transistor is turned off after the data is read, no current flows between the bit line and the reset line. Therefore, as in the second method for driving the semiconductor memory device, other memory cell blocks Since the operation of reading data of the ferroelectric capacitors constituting the circuit is not affected, the operation margin when reading data is increased, and a stable operation can be realized.

本発明に係る第6の半導体記憶装置の駆動方法は、それぞれが強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタと、ゲートが、連続に接続された複数の強誘電体キャパシタの一端側に接続され、複数の強誘電体キャパシタのうち選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知することによりデータを読み出す読み出しトランジスタとを有するメモリセルブロックと、連続に接続された複数の強誘電体キャパシタの他端側に接続されたセット線と、一端側が読み出しトランジスタのドレインに接続され且つ他端側が抵抗性負荷の一端側に接続されたビット線と、一端側が読み出しトランジスタのソースに接続されたリセット線と、複数の強誘電体キャパシタのそれぞれに対応すると共にビット線と直交するように設けられ、選択された強誘電体キャパシタを選択する複数のワード線とを備えている半導体記憶装置の駆動方法を対象とし、選択された強誘電体キャパシタからデータを読み出す工程は、抵抗性負荷の他端に電源電圧を印加し且つリセット線に接地電圧を印加するか、又は抵抗性負荷の他端に接地電圧を印加し且つリセット線に接地電圧を印加すると共に、セット線に読み出し電圧を印加したときに、読み出しトランジスタのドレインとソースとの間に流れる電流により抵抗性負荷の両端に生じる電圧変化と基準電圧とを比較する工程と、その後、セット線に接地電圧を印加することにより、選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加されている電位差を取り除く工程とを備えている。   A sixth method for driving a semiconductor memory device according to the present invention includes a plurality of ferroelectric capacitors each storing data by polarization deviation of a ferroelectric film, and a plurality of ferroelectric capacitors in which a gate is connected in series. A memory cell having a read transistor connected to one end of the dielectric capacitor and for reading data by detecting a polarization deviation of the ferroelectric film of the selected ferroelectric capacitor among the plurality of ferroelectric capacitors A block, a set line connected to the other end of a plurality of continuously connected ferroelectric capacitors, and a bit having one end connected to the drain of the read transistor and the other end connected to one end of the resistive load A line, a reset line having one end connected to the source of the read transistor, a bit line corresponding to each of the plurality of ferroelectric capacitors, A step of reading data from a selected ferroelectric capacitor, which is directed to a method for driving a semiconductor memory device provided with a plurality of word lines for selecting a selected ferroelectric capacitor, Apply power supply voltage to the other end of the resistive load and apply ground voltage to the reset line, or apply ground voltage to the other end of the resistive load and apply ground voltage to the reset line, and When a read voltage is applied, a step of comparing a reference voltage with a voltage change that occurs across the resistive load due to a current flowing between the drain and source of the read transistor, and then applying a ground voltage to the set line And a step of removing a potential difference applied between the upper electrode and the lower electrode of the selected ferroelectric capacitor.

第6の半導体記憶装置の駆動方法によると、選択された強誘電体キャパシタからデータを読み出す際に、セット線に読み出し電圧を印加したときにビット線に接続された抵抗性負荷の両端に生じる電圧変化と基準電圧とを比較するため、選択された強誘電体キャパシタに書き込まれているデータを確実に読み出すことができる。また、選択された強誘電体キャパシタからデータを読み出した後に、選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加されている電位差を取り除くため、強誘電体キャパシタの抵抗成分に起因する電位の低下が抑制されるので、リテンション特性が向上する。   According to the sixth method for driving a semiconductor memory device, when data is read from the selected ferroelectric capacitor, the voltage generated across the resistive load connected to the bit line when a read voltage is applied to the set line Since the change is compared with the reference voltage, the data written in the selected ferroelectric capacitor can be reliably read out. In addition, in order to remove the potential difference applied between the upper electrode and the lower electrode of the selected ferroelectric capacitor after reading the data from the selected ferroelectric capacitor, the resistance component of the ferroelectric capacitor is used. Since the potential decrease due to the suppression is suppressed, the retention characteristics are improved.

第6の半導体記憶装置の駆動方法は、電位差を取り除く工程の後に、読み出しトランジスタをオフにする工程をさらに備えていることが好ましい。   The sixth method for driving a semiconductor memory device preferably further includes a step of turning off the reading transistor after the step of removing the potential difference.

このように、データを読み出した後に、読み出しトランジスタをオフ状態にすると、ビット線とリセット線との間に電流が流れないため、第2の半導体記憶装置の駆動方法と同様、他のメモリセルブロックを構成する強誘電体キャパシタのデータを読み出す動作が影響を受けないので、データを読み出す際の動作マージンが大きくなり、安定した動作を実現することができる。   As described above, when the read transistor is turned off after the data is read, no current flows between the bit line and the reset line. Therefore, as in the second method for driving the semiconductor memory device, other memory cell blocks Since the operation of reading data of the ferroelectric capacitors constituting the circuit is not affected, the operation margin when reading data is increased, and a stable operation can be realized.

本発明に係る第6の半導体記憶装置の駆動方法において、半導体記憶装置は、メモリセルブロックと同様の構成を有し且つメモリセルブロックのワード線方向に配置された他のメモリセルブロックと、一端側が他のメモリセルブロックを構成する他の読み出しトランジスタのドレインに接続され且つ他端側が他の抵抗性負荷の一端側に接続された他のビット線とを備え、セット線は他のメモリセルブロックを構成する複数の強誘電体キャパシタの他端側にも接続されていると共に、リセット線は、他のメモリセルブロックを構成する他の読み出しトランジスタのソースにも接続されており、基準電圧は、他の抵抗性負荷の他端側に電源電圧を印加し且つリセット線に接地電圧を印加するか、又は他の抵抗性負荷の他端側に接地電圧を印加し且つリセット線に接地電圧を印加すると共に、セット線に読み出し電圧を印加したときに、他の読み出しトランジスタのドレインとソースとの間に流れる電流により他の抵抗性負荷の両端に生じる電圧変化であることが好ましい。   In the sixth method for driving a semiconductor memory device according to the present invention, the semiconductor memory device has a configuration similar to that of the memory cell block and one end of the other memory cell block arranged in the word line direction of the memory cell block. The other side is connected to the drain of another read transistor constituting another memory cell block and the other side is connected to one end side of another resistive load, and the set line is another memory cell block Is connected to the other end side of the plurality of ferroelectric capacitors constituting the memory cell, and the reset line is also connected to the sources of other read transistors constituting the other memory cell block. Apply a power supply voltage to the other end of the other resistive load and a ground voltage to the reset line, or apply a ground voltage to the other end of the other resistive load and When a ground voltage is applied to the reset line and a read voltage is applied to the set line, the voltage change occurs across the other resistive load due to the current flowing between the drain and source of the other read transistor. Is preferred.

このようにすると、データを読み出すメモリセルブロックを構成する読み出しトランジスタのドレインとソースとの間に流れる電流により一の抵抗性負荷の両端に生じる第1の電圧変化と、データを読み出さない他のメモリセルブロックを構成する他の読み出しトランジスタのドレインとソースとの間に流れる電流により他の抵抗性負荷の両端に生じる第2の電圧変化とを比較することによって、データを読み出すメモリセルブロックを構成する選択された強誘電体キャパシタに書き込まれているデータを確実に検知することができる。   In this way, the first voltage change that occurs at both ends of one resistive load due to the current flowing between the drain and source of the read transistor that constitutes the memory cell block that reads data, and another memory that does not read data A memory cell block for reading data is formed by comparing a second voltage change generated across the other resistive load due to a current flowing between the drain and source of another read transistor constituting the cell block. Data written in the selected ferroelectric capacitor can be reliably detected.

本発明に係る半導体記憶装置によると、各メモリセル毎に読み出しトランジスタを配置する必要がないので、メモリセルひいては半導体記憶装置の面積を低減することができると共に、選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知する感度が向上する。   According to the semiconductor memory device of the present invention, since it is not necessary to arrange a read transistor for each memory cell, the area of the memory cell and thus the semiconductor memory device can be reduced, and the strength of the selected ferroelectric capacitor can be reduced. Sensitivity for detecting the polarization deviation of the dielectric film is improved.

本発明に係る第1の半導体記憶装置の駆動方法によると、半導体記憶装置の面積を低減することができる。   According to the first method for driving a semiconductor memory device of the present invention, the area of the semiconductor memory device can be reduced.

本発明に係る第2の半導体記憶装置の駆動方法によると、データを読み出す際の動作マージンが大きくなるので、安定した動作を実現することができる。   According to the second method for driving a semiconductor memory device of the present invention, the operation margin for reading data is increased, and thus stable operation can be realized.

本発明に係る第3、第4、第5又は第6の半導体記憶装置の駆動方法によると、強誘電体キャパシタの抵抗成分に起因する電位の低下が抑制されるので、リテンション特性が向上する。   According to the third, fourth, fifth, or sixth method for driving a semiconductor memory device according to the present invention, since the potential decrease due to the resistance component of the ferroelectric capacitor is suppressed, the retention characteristic is improved.

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置及びその駆動方法について、図1(a)及び(b)を参照しながら説明する。
(First embodiment)
The semiconductor memory device and the driving method thereof according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b).

図1(a)は、第1の実施形態に係る半導体記憶装置の等価回路を示しており、強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する強誘電体キャパシタ30と、該強誘電体キャパシタ30に並列に接続された選択電界効果型トランジスタ(以下、単に選択トランジスタと称する。)20とによってメモリセルが構成されている。   FIG. 1A shows an equivalent circuit of the semiconductor memory device according to the first embodiment. The ferroelectric capacitor 30 stores data by the polarization deviation of the ferroelectric film, and the ferroelectric body. A memory cell is constituted by a selection field effect transistor (hereinafter simply referred to as a selection transistor) 20 connected in parallel to the capacitor 30.

複数個の強誘電体キャパシタ30がビット線方向に直列に接続されてなる直列回路の下端側には、複数個の強誘電体キャパシタ30うち選択された強誘電体キャパシタ30の強誘電体膜の分極の偏位を検知することによりデータを読み出す読み出し電界効果型トランジスタ(以下、単に読み出しトランジスタと称する。)10が接続されており、複数個の強誘電体キャパシタ30、複数個の選択トランジスタ20及び1個の読み出しトランジスタ10によってメモリセルブロックが構成されており、同様の構成を有する複数個のメモリセルブロックがビット線方向と直交する方向(ワード線方向)に配置されることにより、メモリセルアレイが構成されている。   A ferroelectric film of the ferroelectric capacitor 30 selected from among the plurality of ferroelectric capacitors 30 is disposed on the lower end side of the series circuit in which the plurality of ferroelectric capacitors 30 are connected in series in the bit line direction. A read field effect transistor (hereinafter simply referred to as a read transistor) 10 for reading data by detecting polarization deviation is connected to a plurality of ferroelectric capacitors 30, a plurality of select transistors 20, and A memory cell block is configured by one read transistor 10, and a plurality of memory cell blocks having the same configuration are arranged in a direction (word line direction) perpendicular to the bit line direction. It is configured.

図1(b)は、最下段のメモリセル及び読み出しトランジスタ10の構成を示しており、読み出しトランジスタ10はドレイン領域11、ソース領域12及びゲート電極13を有し、選択トランジスタ20はドレイン領域21、ソース領域22及びゲート電極23を有し、強誘電体キャパシタ30は上電極31、下電極32及び強誘電体膜33を有している。尚、図1(b)において、14は読み出しトランジスタ10が形成されている基板を示している。   FIG. 1B shows a configuration of the lowermost memory cell and the read transistor 10. The read transistor 10 includes a drain region 11, a source region 12, and a gate electrode 13, and the select transistor 20 includes a drain region 21, The ferroelectric capacitor 30 has an upper electrode 31, a lower electrode 32, and a ferroelectric film 33. The ferroelectric capacitor 30 has a source region 22 and a gate electrode 23. In FIG. 1B, reference numeral 14 denotes a substrate on which the read transistor 10 is formed.

図1(a)、(b)に示すように、第1行のメモリセルを構成する選択トランジスタ20のゲート電極23は第1のワード線WL1に共通に接続され、第2行のメモリセルを構成する選択トランジスタ20のゲート電極23は第2のワード線WL2に共通に接続され、第3行のメモリセルを構成する選択トランジスタ20のゲート電極23は第3のワード線WL3に共通に接続され、第4行のメモリセルを構成する選択トランジスタ20のゲート電極23は第4のワード線WL4に共通に接続されている。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the gate electrode 23 of the selection transistor 20 constituting the memory cell in the first row is connected in common to the first word line WL1, and the memory cell in the second row is connected to the memory cell in the second row. The gate electrode 23 of the selection transistor 20 constituting the memory cell is commonly connected to the second word line WL2, and the gate electrode 23 of the selection transistor 20 constituting the memory cell of the third row is commonly connected to the third word line WL3. The gate electrodes 23 of the select transistors 20 constituting the memory cells in the fourth row are commonly connected to the fourth word line WL4.

第1列のメモリセルブロックにおいては、第1列の複数個の強誘電体キャパシタ30がビット線方向に直列に接続されてなる直列回路の上端部、つまり第1行の強誘電体キャパシタ30の上電極31が第1の制御線(第1のセット線)BS1に接続され、第1列の複数個の強誘電体キャパシタ30がビット線方向に直列に接続されてなる直列回路の下端部、つまり第4行の強誘電体キャパシタ30の下電極32が読み出しトランジスタ10のゲート電極13に接続され、読み出しトランジスタ10のドレイン領域11は第1のビット線BL1に接続されている。   In the memory cell block in the first column, a plurality of ferroelectric capacitors 30 in the first column are connected to the upper end portion of the series circuit connected in series in the bit line direction, that is, the ferroelectric capacitors 30 in the first row. A lower end portion of a series circuit in which an upper electrode 31 is connected to a first control line (first set line) BS1 and a plurality of ferroelectric capacitors 30 in the first column are connected in series in the bit line direction; That is, the lower electrode 32 of the ferroelectric capacitor 30 in the fourth row is connected to the gate electrode 13 of the read transistor 10, and the drain region 11 of the read transistor 10 is connected to the first bit line BL1.

第2列のメモリセルブロックにおいては、第2列の複数個の強誘電体キャパシタ30がビット線方向に直列に接続されてなる直列回路の上端部、つまり第1行の強誘電体キャパシタ30の上電極31が第2の制御線(第2のセット線)BS2に接続され、第2列の複数個の強誘電体キャパシタ30がビット線方向に直列に接続されてなる直列回路の下端部、つまり第4行の強誘電体キャパシタ30の下電極32が読み出しトランジスタ10のゲート電極13に接続され、読み出しトランジスタ10のドレイン領域11は第2のビット線BL2に接続されている。   In the memory cell block in the second column, the upper end portion of the series circuit in which the plurality of ferroelectric capacitors 30 in the second column are connected in series in the bit line direction, that is, the ferroelectric capacitors 30 in the first row. A lower end portion of a series circuit in which the upper electrode 31 is connected to a second control line (second set line) BS2, and a plurality of ferroelectric capacitors 30 in the second column are connected in series in the bit line direction; That is, the lower electrode 32 of the ferroelectric capacitors 30 in the fourth row is connected to the gate electrode 13 of the read transistor 10, and the drain region 11 of the read transistor 10 is connected to the second bit line BL2.

第1列の読み出しトランジスタ10のソース領域12及び第2列の読み出しトランジスタ20のソース領域12はリセット線RSTに共通に接続されている。   The source region 12 of the read transistor 10 in the first column and the source region 12 of the read transistor 20 in the second column are commonly connected to the reset line RST.

(データの書き込み動作)
第1の実施形態に係る半導体記憶装置における書き込み動作は以下の通りである。ここでは、第1列の第4行のメモリセルを構成する強誘電体キャパシタ30にデータを書き込む場合について説明する。
(Data write operation)
The write operation in the semiconductor memory device according to the first embodiment is as follows. Here, a case where data is written to the ferroelectric capacitor 30 constituting the memory cell in the fourth row of the first column will be described.

まず、すべての読み出しトランジスタ10の基板電位を接地電圧VSS(0V)にすると共に、第1、第2の制御線BS1、BS2及び第1〜第4のワード線WL1〜WL4の電位もすべて接地電位VSSに設定しておいてから、第1の制御線BS1の電位を電源電位VDD(5V)に上げる。   First, the substrate potentials of all the read transistors 10 are set to the ground voltage VSS (0 V), and the potentials of the first and second control lines BS1 and BS2 and the first to fourth word lines WL1 to WL4 are all grounded. After setting to VSS, the potential of the first control line BS1 is raised to the power supply potential VDD (5V).

次に、第1〜第3のワード線WL1〜WL3の電位を電源電圧に上げる一方、第4のワード線WL4の電位を接地電位のままにしておく。   Next, the potential of the first to third word lines WL1 to WL3 is raised to the power supply voltage, while the potential of the fourth word line WL4 is kept at the ground potential.

このようにすると、ゲートが第1〜第3のワード線WL1〜WL3に接続されている第1〜第3行の選択トランジスタ10がオン状態になる一方、ゲートが第4のワード線WL4に接続されている第4行の選択トランジスタ10はオフ状態のままであるから、第1列の第4行のメモリセルを構成する強誘電体キャパシタ30が選択される。   Thus, the selection transistors 10 in the first to third rows whose gates are connected to the first to third word lines WL1 to WL3 are turned on, while the gates are connected to the fourth word line WL4. Since the selection transistors 10 in the fourth row that have been turned off remain in the OFF state, the ferroelectric capacitors 30 that constitute the memory cells in the fourth row in the first column are selected.

また、第1列の第4行のメモリセルを構成する強誘電体キャパシタ30の上電極31と下電極32との間に、電源電圧VDDと接地電圧VSSとの電位差が印加されるため、該強誘電体キャパシタ30の強誘電体膜33に下向きの分極が発生して、データ”1”が書き込まれる。尚、第1の制御線BS1の電位を接地電圧から負の電位(−5V)に下げると、第1列の第4行のメモリセルを構成する強誘電体膜30に書き込まれていたデータ”1”が消去され、強誘電体キャパシタ30の論理状態はデータ”0”になる。   Further, since a potential difference between the power supply voltage VDD and the ground voltage VSS is applied between the upper electrode 31 and the lower electrode 32 of the ferroelectric capacitor 30 constituting the memory cell in the fourth row of the first column, Downward polarization occurs in the ferroelectric film 33 of the ferroelectric capacitor 30 and data “1” is written. When the potential of the first control line BS1 is lowered from the ground voltage to a negative potential (−5V), the data written in the ferroelectric film 30 constituting the memory cell in the fourth row of the first column ” 1 ”is erased, and the logical state of the ferroelectric capacitor 30 becomes data“ 0 ”.

(データの読み出し動作)
第1の実施形態に係る半導体記憶装置における読み出し動作は以下の通りである。ここでは、第1列の第4行のメモリセルを構成する強誘電体キャパシタ30に書き込まれているデータを読み出す場合について説明する。
(Data read operation)
The read operation in the semiconductor memory device according to the first embodiment is as follows. Here, a case where data written in the ferroelectric capacitor 30 constituting the memory cell of the fourth row in the first column is read will be described.

まず、すべての読み出しトランジスタ10の基板電位を接地電圧VSS(0V)にすると共に、第1、第2の制御線BS1、BS2及び第1〜第4のワード線WL1〜WL4の電位もすべて接地電位VSSに設定しておいてから、第1の制御線BS1の電位を電源電位VDD(5V)に上げる。   First, the substrate potentials of all the read transistors 10 are set to the ground voltage VSS (0 V), and the potentials of the first and second control lines BS1 and BS2 and the first to fourth word lines WL1 to WL4 are all grounded. After setting to VSS, the potential of the first control line BS1 is raised to the power supply potential VDD (5V).

次に、第1〜第3のワード線WL1〜WL3の電位を電源電圧に上げる一方、第4のワード線WL4の電位を接地電位のままにしておく。   Next, the potential of the first to third word lines WL1 to WL3 is raised to the power supply voltage, while the potential of the fourth word line WL4 is kept at the ground potential.

このようにすると、ゲートが第1〜第3のワード線WL1〜WL3に接続されている第1〜第3行の選択トランジスタ10がオン状態になる一方、ゲートが第4のワード線WL4に接続されている第4行の選択トランジスタ10はオフ状態のままであるから、第1列の第4行のメモリセルを構成する強誘電体キャパシタ30が選択される。   Thus, the selection transistors 10 in the first to third rows whose gates are connected to the first to third word lines WL1 to WL3 are turned on, while the gates are connected to the fourth word line WL4. Since the selection transistors 10 in the fourth row that have been turned off remain in the OFF state, the ferroelectric capacitors 30 that constitute the memory cells in the fourth row in the first column are selected.

この状態で、第1のビット線BL1の電位を電源電圧VDDに設定すると共に、リセット線RSTの電位を接地電位VSSに設定すると、データ”1”が保持されているときには読み出しトランジスタ10のドレイン領域11とソース領域12との間に電流が流れる一方、データ”0”が保持されているときには読み出しトランジスタ10のドレイン領域11とソース領域12との間には電流が流れない。このようにして、第1列の第4行のメモリセルを構成する強誘電体キャパシタ30に書き込まれているデータを読み出すことができる。   In this state, when the potential of the first bit line BL1 is set to the power supply voltage VDD and the potential of the reset line RST is set to the ground potential VSS, when the data “1” is held, the drain region of the read transistor 10 On the other hand, a current flows between the source region 12 and the source region 12, while no current flows between the drain region 11 and the source region 12 of the read transistor 10 when data “0” is held. In this manner, data written in the ferroelectric capacitor 30 constituting the memory cell in the fourth row of the first column can be read out.

データの読み出しが完了すると、第4のワード線WL4の電位を電源電圧に上げて、ゲートが第4のワード線WL4に接続されている第4行の選択トランジスタ10をオン状態にする。このようにすると、データが読み出された強誘電体キャパシタ30の上電極31と下電極32とが導通するため、上電極31と下電極32との間に生じている電位差は取り除かれる。   When data reading is completed, the potential of the fourth word line WL4 is raised to the power supply voltage, and the selection transistors 10 in the fourth row whose gates are connected to the fourth word line WL4 are turned on. By doing so, the upper electrode 31 and the lower electrode 32 of the ferroelectric capacitor 30 from which the data has been read are brought into conduction, so that the potential difference generated between the upper electrode 31 and the lower electrode 32 is removed.

第1の実施形態によると、選択された強誘電体キャパシタ30の強誘電体膜33の分極の偏位を検知する読み出しトランジスタ10のゲート電極13は、ビット線方向に直列に接続された複数の強誘電体キャパシタ30の一端側に接続されているため、各メモリセル毎に読み出しトランジスタを配置する必要がないので、メモリセルひいては半導体記憶装置の面積を低減することができる。   According to the first embodiment, the gate electrode 13 of the read transistor 10 that detects the polarization deviation of the ferroelectric film 33 of the selected ferroelectric capacitor 30 includes a plurality of gate electrodes 13 connected in series in the bit line direction. Since it is connected to one end side of the ferroelectric capacitor 30, it is not necessary to arrange a read transistor for each memory cell, so that the area of the memory cell and thus the semiconductor memory device can be reduced.

また、ビット線と直交するように設けられた第1〜第4のワード線WL1〜WL4がデータの書き込み又は読み出しをする強誘電体キャパシタ30を選択するため、直列に接続された複数の強誘電体キャパシタ30に対して1つの読み出しトランジスタ10が接続されていても、選択された強誘電体キャパシタ30に対してデータの書き込み又は読み出しを確実に行なうことができる。   In addition, a plurality of ferroelectric capacitors connected in series are selected in order to select the ferroelectric capacitor 30 on which data is written or read by the first to fourth word lines WL1 to WL4 provided so as to be orthogonal to the bit lines. Even if one read transistor 10 is connected to the body capacitor 30, data can be written to or read from the selected ferroelectric capacitor 30 with certainty.

また、データを読み出す際に、読み出しトランジスタ10が有する増幅機能を利用できるので、選択された強誘電体キャパシタ30の強誘電体膜33の分極の偏位を検知する感度が向上する。   Further, since the amplification function of the read transistor 10 can be used when reading data, the sensitivity for detecting the polarization deviation of the ferroelectric film 33 of the selected ferroelectric capacitor 30 is improved.

また、データの読み出し後に、強誘電体キャパシタ30上電極31と下電極32との間に生じている電位差が取り除かれるため、強誘電体キャパシタ30の抵抗成分に起因する電位の低下が抑制されるので、リテンション特性が向上する。   In addition, since the potential difference generated between the upper electrode 31 and the lower electrode 32 of the ferroelectric capacitor 30 is removed after the data is read out, a decrease in potential due to the resistance component of the ferroelectric capacitor 30 is suppressed. Therefore, the retention characteristics are improved.

(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置及びその駆動方法について、図2〜図4を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
A semiconductor memory device and a driving method thereof according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

ところで、第1の実施形態に係る半導体記憶装置においては、選択されたメモリセルの強誘電体キャパシタ30にデータ”1”を書き込んだ後、データ”1”を消去してデータ”0”を保持させるためには、読み出しトランジスタ10の基板14に対して負となる電圧を第1の制御線BS1に印加するか、又は第1の制御線BS1に対して正となる電圧を読み出しトランジスタ10の基板14に印加する必要がある。   By the way, in the semiconductor memory device according to the first embodiment, after data “1” is written in the ferroelectric capacitor 30 of the selected memory cell, the data “1” is erased and the data “0” is retained. In order to achieve this, a negative voltage with respect to the substrate 14 of the read transistor 10 is applied to the first control line BS1, or a positive voltage with respect to the first control line BS1 is applied to the substrate of the read transistor 10. 14 need to be applied.

従って、前者の方法によると、負電圧発生回路を設ける必要があり、また、後者の方法によると、特定にメモリセルの基板の電位を制御できるように、ウェル領域を細かく分割する必要があるという問題がある。   Therefore, according to the former method, it is necessary to provide a negative voltage generating circuit, and according to the latter method, it is necessary to divide the well region finely so that the potential of the substrate of the memory cell can be specifically controlled. There's a problem.

また、第1の実施形態に係る半導体記憶装置によると、データを読み出す際に、読み出しトランジスタ10のゲート電極13に例えば正の電圧を印加した場合において、強誘電体キャパシタ30がデータ”1”を保持しているときには正の電圧は強誘電体膜33の分極を強調する方向に働くが、強誘電体キャパシタ30がデータ”0”を保持しているときには正の電圧は強誘電体膜33の分極を反転させる方向に働くので、読み出し動作を繰り返し行なううちにデータが消失してしまうという問題がある。   In the semiconductor memory device according to the first embodiment, when reading data, for example, when a positive voltage is applied to the gate electrode 13 of the read transistor 10, the ferroelectric capacitor 30 stores the data “1”. When held, the positive voltage works in a direction to emphasize the polarization of the ferroelectric film 33, but when the ferroelectric capacitor 30 holds data “0”, the positive voltage is applied to the ferroelectric film 33. Since it works in the direction of reversing the polarization, there is a problem that data is lost while the read operation is repeated.

さらに、強誘電体キャパシタ30の強誘電体膜33の分極の方向に応じて、読み出しトランジスタ10のドレイン領域11とソース領域12との間に電流が流れるか又は流れないかによりデータを検知するが、この際、ドレイン領域11とソース領域12との間の電流による電圧変化をどのようにして基準電圧を比較するかという問題、及びこの基準電圧をどのようにして発生させるかという問題が新たに発生する。   Further, data is detected depending on whether or not a current flows between the drain region 11 and the source region 12 of the read transistor 10 according to the polarization direction of the ferroelectric film 33 of the ferroelectric capacitor 30. At this time, the problem of how to compare the reference voltage with the voltage change due to the current between the drain region 11 and the source region 12 and the problem of how to generate this reference voltage are newly introduced. Occur.

第2の実施形態は、第1の実施形態が有する前述の問題を解決するためになされたものである。   The second embodiment has been made in order to solve the above-described problems of the first embodiment.

図2は、第2の実施形態に係る半導体記憶装置の等価回路を示しており、メモリセルブロックは、直列に接続された複数個の強誘電体キャパシタCF1、CF2、CF3、CF4と、各強誘電体キャパシタに並列に接続されていると共に互いに直列に接続された複数個のセル選択電界効果型トランジスタ(以下、単にセル選択トランジスタと称する。)Q1、Q2、Q3、Q4と、ゲートが、直列に接続された複数個の強誘電体キャパシタの一端に接続された読み出し電界効果型トランジスタ(以下、単に読み出しトランジスタと称する。)Q7とを有している。   FIG. 2 shows an equivalent circuit of the semiconductor memory device according to the second embodiment. The memory cell block includes a plurality of ferroelectric capacitors CF1, CF2, CF3, and CF4 connected in series and each of the strong capacitors. A plurality of cell selection field effect transistors (hereinafter simply referred to as cell selection transistors) Q1, Q2, Q3, and Q4 that are connected in parallel to the dielectric capacitor and connected in series to each other, and the gates are connected in series. A plurality of ferroelectric capacitors connected to one end of a readout field effect transistor (hereinafter simply referred to as a readout transistor) Q7.

第1の強誘電体キャパシタCF1及び第1のセル選択トランジスタQ1により第1のメモリセルが構成され、第2の強誘電体キャパシタCF2及び第2のセル選択トランジスタQ2により第2のメモリセルが構成され、第3の強誘電体キャパシタCF3及び第3のセル選択トランジスタQ3により第3のメモリセルが構成され、第4の強誘電体キャパシタCF4及び第4のセル選択トランジスタQ4により第4のメモリセルが構成されている。   The first ferroelectric capacitor CF1 and the first cell selection transistor Q1 constitute a first memory cell, and the second ferroelectric capacitor CF2 and the second cell selection transistor Q2 constitute a second memory cell. A third memory cell is formed by the third ferroelectric capacitor CF3 and the third cell selection transistor Q3, and a fourth memory cell is formed by the fourth ferroelectric capacitor CF4 and the fourth cell selection transistor Q4. Is configured.

直列に接続された複数個のセル選択トランジスタの下端側は、読み出し選択電界効果型トランジスタ(以下、単に読み出し選択トランジスタと称する。)Q6を介してリセット線RSTに接続されていると共に、直列に接続された複数個の強誘電体キャパシタの上端側及び直列に接続された複数個のセル選択トランジスタの上端側は、ブロック選択電界効果型トランジスタ(以下、単にブロック選択トランジスタと称する。)Q5を介してセット線SRDに接続されている。尚、セル選択トランジスタQ1〜Q4、ブロック選択トランジスタQ5、読み出し選択トランジスタQ6及び読み出しトランジスタQ7は、いずれもNチャネル型トランジスタである。   The lower ends of the plurality of cell selection transistors connected in series are connected to a reset line RST via a read selection field effect transistor (hereinafter simply referred to as a read selection transistor) Q6 and connected in series. The upper ends of the plurality of ferroelectric capacitors and the upper ends of the plurality of cell selection transistors connected in series are connected via a block selection field effect transistor (hereinafter simply referred to as a block selection transistor) Q5. It is connected to the set line SRD. The cell selection transistors Q1 to Q4, the block selection transistor Q5, the read selection transistor Q6, and the read transistor Q7 are all N-channel transistors.

第1のセル選択トランジスタQ1のゲートには第1のワード線WL1が接続され、第2のセル選択トランジスタQ2のゲートには第2のワード線WL2が接続され、第3のセル選択トランジスタQ3のゲートには第3のワード線WL3が接続され、第4のセル選択トランジスタQ4のゲートには第4のワード線WL4が接続されている。   The first word line WL1 is connected to the gate of the first cell selection transistor Q1, the second word line WL2 is connected to the gate of the second cell selection transistor Q2, and the third cell selection transistor Q3 The third word line WL3 is connected to the gate, and the fourth word line WL4 is connected to the gate of the fourth cell selection transistor Q4.

読み出しトランジスタQ7のゲートは、読み出し選択トランジスタQ6を介してリセット線RSTに接続され、読み出しトランジスタQ7のドレインはビット線BLの下端側に接続され、読み出しトランジスタQ7のソースはリセット線RSTに接続されている。   The gate of the read transistor Q7 is connected to the reset line RST via the read selection transistor Q6, the drain of the read transistor Q7 is connected to the lower end side of the bit line BL, and the source of the read transistor Q7 is connected to the reset line RST. Yes.

ブロック選択トランジスタQ5のゲートはブロック選択線BSに接続され、読み出し選択トランジスタQ6のゲートは読み出し選択線/RSに接続されている。尚、ビット線BLの下端側の先端には、図示は省略しているが、センスアンプよりなる作動増幅回路が接続されている。   The gate of the block selection transistor Q5 is connected to the block selection line BS, and the gate of the read selection transistor Q6 is connected to the read selection line / RS. Note that, although not shown in the figure, an operation amplifier circuit composed of a sense amplifier is connected to the tip of the lower end side of the bit line BL.

ビット線BLの上端側には、抵抗性負荷としてのPチャネル型電界効果型トランジスタ(以下、負荷トランジスタと称する。)Q8のドレインが接続され、負荷トランジスタQ8のソースは第1の制御線LSに接続され、負荷トランジスタQ8のゲートは第2の制御線LGに接続されている。   A drain of a P-channel field effect transistor (hereinafter referred to as a load transistor) Q8 as a resistive load is connected to the upper end side of the bit line BL, and the source of the load transistor Q8 is connected to the first control line LS. The gate of the load transistor Q8 is connected to the second control line LG.

第2の実施形態においては、第1〜第4の強誘電体キャパシタCF1〜CF4のうちデータの書き込み又は読み出しをする強誘電体キャパシタを選択する際に第1〜第4のワード線WL1〜WL4に印加される電圧、及び、選択された強誘電体キャパシタにデータを書き込む際にセット線SRD又はリセット線RSTに印加される電圧は、常に電源電圧VDD(例えば5V)又は接地電圧VSS(例えば0V)である。   In the second embodiment, the first to fourth word lines WL1 to WL4 are selected when a ferroelectric capacitor for writing or reading data is selected from the first to fourth ferroelectric capacitors CF1 to CF4. The voltage applied to the set line SRD or the reset line RST when data is written to the selected ferroelectric capacitor is always the power supply voltage VDD (for example, 5V) or the ground voltage VSS (for example, 0V). ).

また、第2の実施形態においては、読み出し選択線/REの電位は、読み出し動作時には接地電圧VSSに設定され、読み出し動作時以外は電源電圧VDDに設定されている。従って、読み出し選択トランジスタQ6は、読み出し動作時のみオフ状態になって、選択された強誘電体キャパシタから読み出しトランジスタQ7のゲートに電流が流れる一方、読み出し動作時以外は常にオン状態になって、セット線SRDとリセット線RSTとを選択された強誘電体キャパシタを介して接続して、データの書き込み動作及び消去動作に備えている。   In the second embodiment, the potential of the read selection line / RE is set to the ground voltage VSS during the read operation, and is set to the power supply voltage VDD except during the read operation. Therefore, the read selection transistor Q6 is turned off only during the read operation, and a current flows from the selected ferroelectric capacitor to the gate of the read transistor Q7. The line SRD and the reset line RST are connected via a selected ferroelectric capacitor to prepare for a data write operation and an erase operation.

このため、データの読み出し動作をする際に、当該メモリセルブロックを構成するいずれの強誘電体キャパシタも選択されていないときには、読み出しトランジスタQ7のゲートには電圧が印加されず、該読み出しトランジスタQ7はオフ状態である。従って、当該メモリセルブロックに接続されているビット線BLと、リセット線RSTとの間に電流が流れないため、他のメモリセルブロックを構成する他の強誘電体キャパシタのデータを読み出す際に、当該メモリセルブロックを構成する強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に電圧が印加されても、他のメモリセルブロックを構成する強誘電体キャパシタのデータを読み出す際の妨げにはならない。   Therefore, when any of the ferroelectric capacitors constituting the memory cell block is not selected during the data read operation, no voltage is applied to the gate of the read transistor Q7, and the read transistor Q7 Off state. Therefore, since no current flows between the bit line BL connected to the memory cell block and the reset line RST, when reading data of other ferroelectric capacitors constituting another memory cell block, Even if a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor constituting the memory cell block, it does not hinder reading data of the ferroelectric capacitor constituting another memory cell block. .

(データの書き込み動作)
以下、第4行の強誘電体キャパシタCF4にデータ”1”を書き込む動作について説明する。
(Data write operation)
Hereinafter, an operation of writing data “1” to the ferroelectric capacitor CF4 in the fourth row will be described.

まず、ブロック選択線BSの電位を電源電圧VDDに設定して、ブロック選択トランジスタQ5をオン状態にする。   First, the potential of the block selection line BS is set to the power supply voltage VDD, and the block selection transistor Q5 is turned on.

次に、データを書き込まない第1〜第3のメモリセルを構成する第1〜第3のセル選択トランジスタQ1〜Q3の各ゲートに接続されている第1〜第3のワード線WL1〜WL3の電位を電源電圧VDDに設定して、第1〜第3のセル選択トランジスタQ1〜Q3をオン状態にする一方、第4のセル選択トランジスタQ4のゲートに接続されている第4のワード線WL4の電位を接地電圧VSSに設定して、第4のセル選択トランジスタQ1〜Q3をオフ状態にする。   Next, the first to third word lines WL1 to WL3 connected to the respective gates of the first to third cell selection transistors Q1 to Q3 constituting the first to third memory cells in which no data is written. The potential is set to the power supply voltage VDD to turn on the first to third cell selection transistors Q1 to Q3, while the fourth word line WL4 connected to the gate of the fourth cell selection transistor Q4 The potential is set to the ground voltage VSS, and the fourth cell selection transistors Q1 to Q3 are turned off.

このようにすると、選択された第4の強誘電体キャパシタCF4の上電極はセット線SRDに接続されると共に下電極はリセット線RSTに接続される。   Thus, the upper electrode of the selected fourth ferroelectric capacitor CF4 is connected to the set line SRD and the lower electrode is connected to the reset line RST.

次に、リセット線RSTの電位は接地電圧VSSのままで、セット線SRDの電位を電源電圧VDDに上げる。   Next, the potential of the reset line RST remains at the ground voltage VSS, and the potential of the set line SRD is raised to the power supply voltage VDD.

このようにすると、第4の強誘電体キャパシタCF4の上電極と下電極との間に、+(VDD−VSS)の電位差が与えられるので、第4の強誘電体キャパシタCF4の強誘電体膜の分極は下向きになり、第4の強誘電体キャパシタCF4にデータ”1”が書き込まれる。   In this way, a potential difference of + (VDD−VSS) is given between the upper electrode and the lower electrode of the fourth ferroelectric capacitor CF4, so that the ferroelectric film of the fourth ferroelectric capacitor CF4 Is directed downward, and data “1” is written to the fourth ferroelectric capacitor CF4.

その後、セット線SRDの電位を接地電圧VSSに設定して、第4の強誘電体キャパシタCF4の上電極と下電極との間に印加されている+(VDD−VSS)の電位差を取り除く。   Thereafter, the potential of the set line SRD is set to the ground voltage VSS, and the potential difference of + (VDD−VSS) applied between the upper electrode and the lower electrode of the fourth ferroelectric capacitor CF4 is removed.

以下、図3を参照しながら、前述のようにしてデータ”1”を書き込んだ後、強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加されている電位差を取り除いたときの強誘電体キャパシタの振る舞いについて説明する。   Hereinafter, referring to FIG. 3, the ferroelectric substance is obtained when the potential difference applied between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor is removed after the data “1” is written as described above. The behavior of the capacitor will be described.

図3において、縦軸は、強誘電体キャパシタの強誘電体膜に出し入れされる共に保持される電荷Qを示し、横軸は、強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加される電圧である。また、図3において、点aは強誘電体キャパシタに+(VDD−VSS)の電圧を印加したときの分極電荷を示し、点bは強誘電体キャパシタに−(VDD−VSS)の電圧を印加したときの分極電荷を示し、点cは、強誘電体キャパシタに+(VDD−VSS)の電圧を印加した後、該電圧を取り除いた直後の分極電荷を示し、点dは、強誘電体キャパシタに−(VDD−VSS)の電圧を印加した後、該電圧を取り除いた直後の分極電荷を示しており、いずれもデータ”1”が書き込まれた場合である。   In FIG. 3, the vertical axis indicates the charge Q that is stored in and out of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor, and the horizontal axis is applied between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor. Voltage. In FIG. 3, point a indicates the polarization charge when a voltage of + (VDD−VSS) is applied to the ferroelectric capacitor, and point b applies a voltage of − (VDD−VSS) to the ferroelectric capacitor. The point c indicates the polarization charge immediately after the voltage of + (VDD−VSS) is applied to the ferroelectric capacitor and then the voltage is removed, and the point d indicates the ferroelectric capacitor. 2 shows the polarization charge immediately after the voltage of-(VDD-VSS) is applied and then the voltage is removed, both of which are data “1” written.

書き込み動作の開始前においては、強誘電体キャパシタの両電極間の電位差は零であるから、選択された強誘電体キャパシタの分極は点cと点dとの間にある。例えば強誘電体キャパシタの分極が点eにある場合、書き込み動作によって、分極は点eから点aに移動した後、点cに達する。また、例えば強誘電体キャパシタの分極が点fにある場合、書き込み動作によって、分極は点fから点aに移動した後、点cに達する。このように、強誘電体キャパシタにデータ”1”が書き込まれると、分極の位置は、書き込み前の分極の位置とは無関係に点cに移動する。   Before the start of the write operation, the potential difference between both electrodes of the ferroelectric capacitor is zero, so the polarization of the selected ferroelectric capacitor is between point c and point d. For example, when the polarization of the ferroelectric capacitor is at the point e, the polarization reaches the point c after moving from the point e to the point a by the write operation. For example, when the polarization of the ferroelectric capacitor is at the point f, the polarization moves from the point f to the point a by the write operation, and then reaches the point c. As described above, when data “1” is written in the ferroelectric capacitor, the polarization position moves to the point c regardless of the polarization position before writing.

(データの消去動作)
以下、第4行の強誘電体キャパシタCF4に書き込まれているデータ”1”を消去する動作、つまりデータ”1”をデータ”0”を書き換える動作について説明する。
(Data erase operation)
Hereinafter, an operation of erasing data “1” written in the ferroelectric capacitor CF4 in the fourth row, that is, an operation of rewriting data “1” to data “0” will be described.

まず、ブロック選択線BSの電位を電源電圧VDDに設定して、ブロック選択トランジスタQ5をオン状態にする。   First, the potential of the block selection line BS is set to the power supply voltage VDD, and the block selection transistor Q5 is turned on.

次に、データを書き込まない第1〜第3のメモリセルを構成する第1〜第3のセル選択トランジスタQ1〜Q3の各ゲートに接続されている第1〜第3のワード線WL1〜WL3の電位を電源電圧VDDに設定して、第1〜第3のセル選択トランジスタQ1〜Q3をオン状態にする一方、第4のセル選択トランジスタQ4のゲートに接続されている第4のワード線WL4の電位を接地電圧VSSに設定して、第4のセル選択トランジスタQ1〜Q3をオフ状態にする。   Next, the first to third word lines WL1 to WL3 connected to the respective gates of the first to third cell selection transistors Q1 to Q3 constituting the first to third memory cells in which no data is written. The potential is set to the power supply voltage VDD to turn on the first to third cell selection transistors Q1 to Q3, while the fourth word line WL4 connected to the gate of the fourth cell selection transistor Q4 The potential is set to the ground voltage VSS, and the fourth cell selection transistors Q1 to Q3 are turned off.

このようにすると、選択された第4のメモリセルを構成する第4の強誘電体キャパシタCF4の上電極はセット線SRDに接続されると共に下電極はリセット線RSTに接続される。   Thus, the upper electrode of the fourth ferroelectric capacitor CF4 constituting the selected fourth memory cell is connected to the set line SRD and the lower electrode is connected to the reset line RST.

次に、セット線SRD線の電位は接地電圧VSSのままで、リセット線RSTの電位を電源電圧VDDに上げる。   Next, the potential of the reset line RST is raised to the power supply voltage VDD while the potential of the set line SRD line remains at the ground voltage VSS.

このようにすると、第4の強誘電体キャパシタCF4の上電極と下電極との間に−(VDD−VSS)の電位差が与えられるので、第4の強誘電体キャパシタCF4の強誘電体膜の分極は上向きになり、第4の強誘電体キャパシタCF4にデータ”0”が書き込まれる。   In this way, a potential difference of − (VDD−VSS) is given between the upper electrode and the lower electrode of the fourth ferroelectric capacitor CF4, so that the ferroelectric film of the fourth ferroelectric capacitor CF4 The polarization becomes upward, and data “0” is written in the fourth ferroelectric capacitor CF4.

その後、リセット線RSTの電位を接地電圧VSSに設定して、第4の強誘電体キャパシタCF4の上電極と下電極との間に印加されている−(VDD−VSS)の電位差を取り除く。   Thereafter, the potential of the reset line RST is set to the ground voltage VSS, and the potential difference of − (VDD−VSS) applied between the upper electrode and the lower electrode of the fourth ferroelectric capacitor CF4 is removed.

以下、図3を参照しながら、前述のようにしてデータ”0”を書き込んだ後、強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加されている電位差を取り除いたときの強誘電体キャパシタの振る舞いについて説明する。   Hereinafter, referring to FIG. 3, the ferroelectric substance is obtained when the potential difference applied between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor is removed after the data “0” is written as described above. The behavior of the capacitor will be described.

データ”0”を書き込む前、つまりデータ”1”を消去する前においては、強誘電体キャパシタの両電極間の電位差は零であるから、選択された強誘電体キャパシタの分極は点cと点dとの間にある。例えば、強誘電体キャパシタの分極が点gにある場合、消去動作によって、分極は点gから点bに移動した後、点dに達する。また、例えば、強誘電体キャパシタの分極が点hにある場合、消去動作によって、分極は点hから点bに移動した後、点dに達する。このように、強誘電体キャパシタに書き込まれているデータ”1”が消去されると、分極の位置は、消去前の分極の位置とは無関係に点dに移動する。   Before the data “0” is written, that is, before the data “1” is erased, the potential difference between both electrodes of the ferroelectric capacitor is zero, so that the polarization of the selected ferroelectric capacitor is point c and point d. For example, when the polarization of the ferroelectric capacitor is at point g, the polarization reaches point d after moving from point g to point b by the erase operation. For example, when the polarization of the ferroelectric capacitor is at the point h, the polarization moves from the point h to the point b by the erase operation, and then reaches the point d. As described above, when the data “1” written in the ferroelectric capacitor is erased, the position of the polarization moves to the point d regardless of the position of the polarization before erasure.

(データの読み出し動作)
以下、第4行の強誘電体キャパシタCF4に書き込まれているデータを読み出す動作について説明する。
(Data read operation)
Hereinafter, an operation of reading data written in the ferroelectric capacitor CF4 in the fourth row will be described.

まず、ブロック選択線BSの電位を電源電圧VDDに設定して、ブロック選択トランジスタQ5をオン状態にする。   First, the potential of the block selection line BS is set to the power supply voltage VDD, and the block selection transistor Q5 is turned on.

次に、データを読み出さない第1〜第3のメモリセルを構成する第1〜第3のセル選択トランジスタQ1〜Q3の各ゲートに接続されている第1〜第3のワード線WL1〜WL3の電位を電源電圧VDDに設定して、第1〜第3のセル選択トランジスタQ1〜Q3をオン状態にする一方、第4のセル選択トランジスタQ4のゲートに接続されている第4のワード線WL4の電位を接地電圧VSSに設定して、第4のセル選択トランジスタQ1〜Q3をオフ状態にする。   Next, the first to third word lines WL1 to WL3 connected to the gates of the first to third cell selection transistors Q1 to Q3 constituting the first to third memory cells from which data is not read. The potential is set to the power supply voltage VDD to turn on the first to third cell selection transistors Q1 to Q3, while the fourth word line WL4 connected to the gate of the fourth cell selection transistor Q4 The potential is set to the ground voltage VSS, and the fourth cell selection transistors Q1 to Q3 are turned off.

このようにすると、選択された第4のメモリセルを構成する第4の強誘電体キャパシタCF4の上電極はセット線SRDに接続されると共に下電極はリセット線RSTに接続される。   Thus, the upper electrode of the fourth ferroelectric capacitor CF4 constituting the selected fourth memory cell is connected to the set line SRD and the lower electrode is connected to the reset line RST.

次に、読み出し選択線/RSの電位を接地電位VSSにして、読み出しトランジスタQ6をオフ状態にした後、負荷トランジスタQ8のソースに接続されている第1の制御線LSの電位を電源電圧VDDに設定すると共に負荷トランジスタQ8のゲートに接続されている第2の制御線LGの電位を接地電圧VSSに設定して、負荷トランジスタQ8をオン状態にする。   Next, the potential of the read selection line / RS is set to the ground potential VSS, the read transistor Q6 is turned off, and then the potential of the first control line LS connected to the source of the load transistor Q8 is set to the power supply voltage VDD. In addition, the potential of the second control line LG connected to the gate of the load transistor Q8 is set to the ground voltage VSS, and the load transistor Q8 is turned on.

次に、リセット線RSTの電位を接地電圧VSSにしたまま、セット線SRDの電位を読み出し電圧VRDに設定して、ビット線BLにおける読み出しトランジスタQ7に流れる電流による電圧変化と、基準電圧VREFとの差をセンスアンプにより検知して出力する。   Next, with the potential of the reset line RST being the ground voltage VSS, the potential of the set line SRD is set to the read voltage VRD, and the voltage change caused by the current flowing through the read transistor Q7 in the bit line BL and the reference voltage VREF The difference is detected by the sense amplifier and output.

次に、セット線SRDの電位を接地電圧VSSに下げた後、読み出し選択線/RSの電位を電源電圧VDDに設定して読み出し選択トランジスタQ6をオン状態にする。   Next, after the potential of the set line SRD is lowered to the ground voltage VSS, the potential of the read selection line / RS is set to the power supply voltage VDD to turn on the read selection transistor Q6.

以下、読み出し電圧VRDの大きさについて検討する。   Hereinafter, the magnitude of the read voltage VRD will be considered.

セット線SRDの電位を読み出し電圧VRDに設定すると、読み出し電圧VRDは、第4の強誘電体キャパシタCF4の容量値と、読み出しトランジスタQ7のゲート容量値との比に基づいて、第1の分割電圧と第2の分割電圧とに分割され、読み出しトランジスタQ7のゲートには第1の分割電圧が誘起されると共に第4の強誘電体キャパシタCF4の上電極と下電極との間には第2の分割電圧が誘起される。   When the potential of the set line SRD is set to the read voltage VRD, the read voltage VRD is determined based on the ratio between the capacitance value of the fourth ferroelectric capacitor CF4 and the gate capacitance value of the read transistor Q7. And the second divided voltage, the first divided voltage is induced at the gate of the read transistor Q7, and the second ferroelectric capacitor CF4 has a second electrode between the upper electrode and the lower electrode. A division voltage is induced.

ここで、読み出しトランジスタQ7のしきい値電圧をVTとし、第4の強誘電体キャパシタCF4がデータ”1”を保持しているときに読み出しトランジスタQ7のゲートに誘起される第1の分割電圧をVSとし、第4の強誘電体キャパシタCF4がデータ”0”を保持しているときに読み出しトランジスタQ7のゲートに誘起される第1の分割電圧をVRとしたときに、読み出し電圧VRDは、VR>VT>VSの関係が成り立つような大きさに設定する。   Here, the threshold voltage of the read transistor Q7 is VT, and the first divided voltage induced at the gate of the read transistor Q7 when the fourth ferroelectric capacitor CF4 holds the data “1”. When the first divided voltage induced at the gate of the read transistor Q7 when the fourth ferroelectric capacitor CF4 holds data “0” is VR, the read voltage VRD is VR. The size is set such that the relationship> VT> VS is established.

このようにすると、読み出しトランジスタQ7により、第4の強誘電体キャパシタCF4に保持されているデータ”1”又はデータ”0”を読み出す際に、読み出しトランジスタQ7のドレインとソースとの間に流れる電流値の比を大きくすることができるので好ましい。   Thus, when the data “1” or the data “0” held in the fourth ferroelectric capacitor CF4 is read by the read transistor Q7, the current flowing between the drain and the source of the read transistor Q7. This is preferable because the ratio of the values can be increased.

以下、図4を参照しながら、前述の読み出し動作を、データ”1”が保持されている場合とデータ”0”が保持されている場合とに分けて説明する。図4において、縦軸は、強誘電体キャパシタCF4の強誘電体膜に出し入れされる共に保持される電荷Qを示し、横軸は、強誘電体キャパシタCF4の容量と読み出しトランジスタQ7のゲート容量との直列回路に印加される電圧である。 <データ”1”が保持されているときの読み出し動作>
まず、読み出しトランジスタQ7が形成されている基板の電位を接地電圧VSSに設定する。
Hereinafter, with reference to FIG. 4, the above-described read operation will be described separately for the case where data “1” is held and the case where data “0” is held. In FIG. 4, the vertical axis indicates the charge Q that is stored in and out of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor CF4 and the horizontal axis indicates the capacitance of the ferroelectric capacitor CF4 and the gate capacitance of the read transistor Q7. The voltage applied to the series circuit. <Read operation when data “1” is held>
First, the potential of the substrate on which the read transistor Q7 is formed is set to the ground voltage VSS.

第4の強誘電体キャパシタCF4にデータ”1”が保持されているときには、第4の強誘電体キャパシタCF4の分極電荷は点pの位置にある。   When data “1” is held in the fourth ferroelectric capacitor CF4, the polarization charge of the fourth ferroelectric capacitor CF4 is at the position of the point p.

次に、前述のメモリセル(強誘電体キャパシタ)の選択動作により、第4の強誘電体キャパシタCF4の上電極をセット線SRDに接続すると共に下電極をリセット線RSTに接続した後、読み出し選択線/REの電位を接地電位VSSに設定して読み出し選択トランジスタQ6をオフ状態にすると共に、第1の制御線LSの電位を電源電圧VDDに設定する。   Next, by selecting the memory cell (ferroelectric capacitor), the upper electrode of the fourth ferroelectric capacitor CF4 is connected to the set line SRD and the lower electrode is connected to the reset line RST. The potential of the line / RE is set to the ground potential VSS to turn off the read selection transistor Q6, and the potential of the first control line LS is set to the power supply voltage VDD.

この状態で、リセット線RSTの電位を接地電圧VSSにしたまま、セット線SRDの電位を読み出し電圧VRDに設定すると、セット線SRDと読み出しトランジスタQ7の基板との間に、つまり第4の強誘電体キャパシタCF4の容量と読み出しトランジスタQ7のゲート容量とが直列に接続された直列回路に(VRD−VSS)の電圧が印加される。   In this state, if the potential of the set line SRD is set to the read voltage VRD while the potential of the reset line RST is kept at the ground voltage VSS, the fourth ferroelectric is between the set line SRD and the substrate of the read transistor Q7. A voltage of (VRD−VSS) is applied to a series circuit in which the capacitance of the body capacitor CF4 and the gate capacitance of the read transistor Q7 are connected in series.

以下、この動作について図4を参照しながら説明する。   Hereinafter, this operation will be described with reference to FIG.

第4の強誘電体キャパシタCF4の容量と読み出しトランジスタQ7のゲート容量との直列回路に(VRD−VSS)の電圧が印加されると、該電圧(VRD−VSS)は、読み出しトランジスタQ7のゲートと基板との間に発生する、点rから点sまでの第1の分割電圧VSと、第4の強誘電体キャパシタCF4の上電極と下電極との間に発生する、点pから点sまでの第2の分割電圧(VRD−VSS−VS)とに分割される。   When a voltage (VRD−VSS) is applied to the series circuit of the capacitance of the fourth ferroelectric capacitor CF4 and the gate capacitance of the read transistor Q7, the voltage (VRD−VSS) is applied to the gate of the read transistor Q7. From the point p to the point s, generated between the first divided voltage VS from the point r to the point s and generated between the substrate and the upper electrode and the lower electrode of the fourth ferroelectric capacitor CF4. To the second divided voltage (VRD-VSS-VS).

図4において、8はデータ”1”の読み出し動作時における読み出しトランジスタQ7のゲート容量負荷線であって、点sの位置つまり第1の分割電圧VSの大きさは、読み出し動作における読み出しトランジスタQ7のゲート容量の大きさに依存する。また、第1の分割電圧VSにより、データ”1”を読み出したときの読み出しトランジスタQ7のチャネルコンダクタンスが決まる。   In FIG. 4, 8 is a gate capacitance load line of the read transistor Q7 during the read operation of data “1”, and the position of the point s, that is, the magnitude of the first divided voltage VS, is the value of the read transistor Q7 in the read operation. Depends on the gate capacitance. Further, the channel conductance of the read transistor Q7 when data “1” is read is determined by the first divided voltage VS.

読み出しトランジスタQ7のしきい値電圧VTと、データ”1”が保持されているときの第1の分割電圧VSとの間に、VT>VSの関係が成り立つように、第4の強誘電体キャパシタCF4の容量値と読み出しトランジスタQ7のゲート容量値との容量比を設定しておくと、リセット線RSTから、負荷トランジスタQ8、ビット線BL及び読み出しトランジスタQ7のチャネルを通じて、リセット線RSTに流れる電流値は比較的小さくなるので、ビット線BLの電圧変化を小さくすることができる。そして、この電圧変化をビット線BLに接続されているセンスアンプによって検知し、検知した電圧変化と予め設定した基準電圧と比較し、検知した電圧変化が基準電圧を超えなければ、データ”1”が保持されていると判定する。   The fourth ferroelectric capacitor is set such that a relationship of VT> VS is established between the threshold voltage VT of the read transistor Q7 and the first divided voltage VS when the data “1” is held. If the capacitance ratio between the capacitance value of CF4 and the gate capacitance value of the read transistor Q7 is set, the current value that flows from the reset line RST to the reset line RST through the channel of the load transistor Q8, the bit line BL, and the read transistor Q7. Is relatively small, the voltage change of the bit line BL can be reduced. This voltage change is detected by a sense amplifier connected to the bit line BL, and the detected voltage change is compared with a preset reference voltage. If the detected voltage change does not exceed the reference voltage, data “1” is detected. Is determined to be held.

次に、セット線SRDの電位を接地電圧VSSに戻すと、第4の強誘電体キャパシタCF4の分極電荷は、ヒステリシスループのほぼ最外周に沿って移動して点pに戻り、読み出しトランジスタQ7のゲート容量負荷線7は点pで縦軸と交差する。   Next, when the potential of the set line SRD is returned to the ground voltage VSS, the polarization charge of the fourth ferroelectric capacitor CF4 moves almost along the outermost periphery of the hysteresis loop and returns to the point p, and the read transistor Q7 The gate capacitance load line 7 intersects the vertical axis at point p.

その後、読み出し選択線/REの電位を電源電圧VDDに設定して読み出し選択トランジスタQ6をON状態にしても、第4の強誘電体キャパシタCF4に印加される電圧は零であるから、データ”1”を読み出した後に第4の強誘電体キャパシタCF4に保持されている分極電荷の大きさは、データ”1”を読み出す前の分極電荷の大きさと殆ど変わらない。   Thereafter, even if the potential of the read selection line / RE is set to the power supply voltage VDD and the read selection transistor Q6 is turned on, the voltage applied to the fourth ferroelectric capacitor CF4 is zero, so that the data “1” The magnitude of the polarization charge held in the fourth ferroelectric capacitor CF4 after "" is read is almost the same as the magnitude of polarization charge before the data "1" is read.

<データ”0”が保持されているときの読み出し動作>
第4の強誘電体キャパシタCF4にデータ”0”が保持されているときには、第4の強誘電体キャパシタCF4の分極電荷は点qの位置にある。
<Read operation when data “0” is held>
When data “0” is held in the fourth ferroelectric capacitor CF4, the polarization charge of the fourth ferroelectric capacitor CF4 is at the position of the point q.

次に、前述のメモリセル(強誘電体キャパシタ)の選択動作により、第4の強誘電体キャパシタCF4の上電極をセット線SRDに接続すると共に下電極をリセット線RSTに接続した後、読み出し選択線/REの電位を接地電位VSSに設定して読み出し選択トランジスタQ6をオフ状態にすると共に、第1の制御線LSの電位を電源電圧VDDに設定する。   Next, by selecting the memory cell (ferroelectric capacitor), the upper electrode of the fourth ferroelectric capacitor CF4 is connected to the set line SRD and the lower electrode is connected to the reset line RST. The potential of the line / RE is set to the ground potential VSS to turn off the read selection transistor Q6, and the potential of the first control line LS is set to the power supply voltage VDD.

この状態で、リセット線RSTの電位を接地電圧VSSにしたまま、セット線SRDの電位を読み出し電圧VRDに設定すると、セット線SRDと読み出しトランジスタQ7の基板との間に、つまり第4の強誘電体キャパシタCF4の容量と読み出しトランジスタQ7のゲート容量とが直列に接続された直列回路に(VRD−VSS)の電圧が印加される。   In this state, if the potential of the set line SRD is set to the read voltage VRD while the potential of the reset line RST is kept at the ground voltage VSS, the fourth ferroelectric is between the set line SRD and the substrate of the read transistor Q7. A voltage of (VRD−VSS) is applied to a series circuit in which the capacitance of the body capacitor CF4 and the gate capacitance of the read transistor Q7 are connected in series.

第4の強誘電体キャパシタCF4の容量と読み出しトランジスタQ7のゲート容量との直列回路に(VRD−VSS)の電圧が印加されると、該電圧(VRD−VSS)は読み出しトランジスタQ7のゲートと基板との間に発生する、点uから点vまでの第1の分割電圧VRと、第4の強誘電体キャパシタCF4の上電極と下電極との間に発生する、点qから点vまでの第2の分割電圧(VRD−VSS−VR)とに分割される。   When the voltage (VRD-VSS) is applied to the series circuit of the capacitance of the fourth ferroelectric capacitor CF4 and the gate capacitance of the read transistor Q7, the voltage (VRD-VSS) is applied to the gate of the read transistor Q7 and the substrate. Between the first divided voltage VR from the point u to the point v and between the upper electrode and the lower electrode of the fourth ferroelectric capacitor CF4. Divided into a second divided voltage (VRD-VSS-VR).

図4において、7はデータ”0”の読み出し動作点における読み出しトランジスタQ7のゲート容量負荷線であって、点vの位置つまり第1の分割電圧VSの大きさは、読み出し動作における読み出しトランジスタQ7のゲート容量の大きさに依存する。また、第1の分割電圧VRにより、データ”0”を読み出したときの読み出しトランジスタQ7のチャネルコンダクタンスが決まる。   In FIG. 4, reference numeral 7 denotes a gate capacitance load line of the read transistor Q7 at the read operation point of data “0”. The position of the point v, that is, the magnitude of the first divided voltage VS is determined by the read transistor Q7 in the read operation. Depends on the gate capacitance. Further, the channel conductance of the read transistor Q7 when data “0” is read is determined by the first divided voltage VR.

読み出しトランジスタQ7のしきい値電圧VTと、データ”0”が保持されているときの第1の分割電圧VRとの間に、VR>VTの関係が成り立つように、第4の強誘電体キャパシタCF4の容量値と読み出しトランジスタQ7のゲート容量値との容量比を設定しておくと、リセット線RSTから、負荷トランジスタQ8、ビット線BL及び読み出しトランジスタQ7のチャネルを通じて、リセット線RSTに流れる電流値は比較的大きくなるので、ビット線BLの電圧変化を大きくすることができる。そして、この電圧変化をビット線BLに接続されているセンスアンプによって検知し、検知した電圧変化と予め設定した基準電圧と比較し、検知した電圧変化が基準電圧を超えると、データ”0”が保持されていると判定する。   The fourth ferroelectric capacitor is set such that a relationship of VR> VT is established between the threshold voltage VT of the read transistor Q7 and the first divided voltage VR when data “0” is held. If the capacitance ratio between the capacitance value of CF4 and the gate capacitance value of the read transistor Q7 is set, the current value that flows from the reset line RST to the reset line RST through the channel of the load transistor Q8, the bit line BL, and the read transistor Q7. Becomes relatively large, so that the voltage change of the bit line BL can be increased. This voltage change is detected by a sense amplifier connected to the bit line BL, and the detected voltage change is compared with a preset reference voltage. When the detected voltage change exceeds the reference voltage, data “0” is stored. It is determined that it is held.

その後、読み出し選択線/REの電位を電源電圧VDDに設定して読み出し選択トランジスタQ6をON状態にして、第4の強誘電体キャパシタCF4に印加される電圧を零にすると、強誘電体キャパシタCF4の分極電荷はヒステリシスループの内側の領域を辿って点wの位置に到達する。データ”0”を読み出した後に第4の強誘電体キャパシタCF4に保持されている分極電荷の大きさは、データ”0”を読み出す前の分極電荷よりも明らかに小さくなる。   Thereafter, when the potential of the read selection line / RE is set to the power supply voltage VDD, the read selection transistor Q6 is turned on, and the voltage applied to the fourth ferroelectric capacitor CF4 is set to zero, the ferroelectric capacitor CF4. The polarization charge of the following traces the region inside the hysteresis loop and reaches the position of the point w. The magnitude of the polarization charge held in the fourth ferroelectric capacitor CF4 after reading the data “0” is clearly smaller than the polarization charge before reading the data “0”.

そこで、読み出し選択トランジスタQ6をON状態にして第4の強誘電体キャパシタCF4に印加される電圧を零にするよりも前に、セット線SRDの電圧を強制的に接地電圧VSSに戻す。このようにすると、第4の強誘電体キャパシタCF4の分極電荷はヒステリシスループの内側の領域を辿るものの、読み出しトランジスタQ7のゲート容量負荷線8は、点qで縦軸と交差するように第4の強誘電体キャパシタCF4に作用するので、分極電荷は点vから点xに速やかに移動する。   Therefore, the voltage of the set line SRD is forcibly returned to the ground voltage VSS before the read selection transistor Q6 is turned on and the voltage applied to the fourth ferroelectric capacitor CF4 is made zero. In this way, although the polarization charge of the fourth ferroelectric capacitor CF4 follows the region inside the hysteresis loop, the gate capacitance load line 8 of the read transistor Q7 has the fourth axis so as to intersect the vertical axis at the point q. Therefore, the polarization charge moves quickly from the point v to the point x.

ここで、読み出しトランジスタQ7のゲート容量負荷線の傾きは十分に小さく設定されているので、点xの分極電荷は点qの分極電荷よりも僅かに小さいものの、点xの分極電荷と点qの分極電荷とは大きさがほぼ等しい。従って、その後、読み出し選択線/REの電位を電源電圧VDDに設定して、読み出し選択トランジスタをON状態にして、第4の強誘電体キャパシタCF4に印加される電圧を零にしても、データ”0”を読み出した後に保持されている第4の強誘電体キャパシタCF4の分極電荷の大きさは、データ”0”を読み出す前の分極の大きさと殆ど変わらない。   Here, since the slope of the gate capacitance load line of the read transistor Q7 is set to be sufficiently small, the polarization charge at the point x is slightly smaller than the polarization charge at the point q, but the polarization charge at the point x and the point q The magnitude is almost equal to the polarization charge. Therefore, after that, even if the potential of the read selection line / RE is set to the power supply voltage VDD, the read selection transistor is turned on, and the voltage applied to the fourth ferroelectric capacitor CF4 is zero, the data “ The magnitude of the polarization charge of the fourth ferroelectric capacitor CF4 held after reading “0” is almost the same as the magnitude of polarization before reading the data “0”.

もっとも、データ”0”の1回の読み出し動作による分極電荷の減少は僅かであっても、読み出し動作を多数回繰り返すと、点qにある分極電荷は点pの方に移動する恐れはあるが、データ”0”の読み出し動作時において、第4の強誘電体キャパシタCF4に印加される電圧(VRD−VSS−VR)、つまり点qから点vまでの電圧の大きさが、第4の強誘電体キャパシタCF4の抗電圧VCを超えないように設定してあるので、データ”0”を多数回繰り返して読み出しても、点qにある分極電荷が原点Oよりも上に移動することはない。   However, even if the decrease in polarization charge due to one read operation of data “0” is slight, if the read operation is repeated many times, the polarization charge at the point q may move toward the point p. In the read operation of data “0”, the voltage (VRD−VSS−VR) applied to the fourth ferroelectric capacitor CF4, that is, the voltage from the point q to the point v is the fourth strong voltage. Since it is set so as not to exceed the coercive voltage VC of the dielectric capacitor CF4, the polarization charge at the point q does not move above the origin O even if the data “0” is repeatedly read out. .

第4の強誘電体キャパシタCF4に印加される電圧(VRD−VSS−VR)が第4の強誘電体キャパシタCF4の抗電圧VCを超えない条件で、VR>VT>VSの関係が成り立つように、第4の強誘電体キャパシタCF4の容量値と読み出しトランジスタQ7のゲート容量値との容量比を設定しておくことは可能である。   The relationship of VR> VT> VS is established under the condition that the voltage (VRD−VSS−VR) applied to the fourth ferroelectric capacitor CF4 does not exceed the coercive voltage VC of the fourth ferroelectric capacitor CF4. It is possible to set the capacitance ratio between the capacitance value of the fourth ferroelectric capacitor CF4 and the gate capacitance value of the read transistor Q7.

尚、以上の説明は、第4の強誘電体キャパシタCF4に限らず、いずれの強誘電体キャパシタにおいても成り立つものである。   The above description is valid not only for the fourth ferroelectric capacitor CF4 but also for any ferroelectric capacitor.

また、本実施形態においては、4つのメモリセルで1つのメモリセルブロックを構成したが、メモリセルブロック内のメモリセルの数は任意に設定できる。   In the present embodiment, one memory cell block is configured by four memory cells, but the number of memory cells in the memory cell block can be arbitrarily set.

以下、ビット線BLの電圧変化と基準電圧とを比較することにより、データ”1”が保持されているか又はデータ”0”が保持されているかを判定する際に用いられる基準電圧を発生させる回路について、図5を参照しながら説明する。   Hereinafter, a circuit for generating a reference voltage used for determining whether data “1” is held or data “0” is held by comparing the voltage change of the bit line BL with the reference voltage. Will be described with reference to FIG.

図5は、図2に示すメモリセルブロックと、リファレンスブロック0及びリファレンスブロック1よりなる基準電圧発生回路とを示しており、リファレンスブロック0及びリファレンスブロック1は、図2に示すメモリセルブロックと同じ回路構成である。   FIG. 5 shows the memory cell block shown in FIG. 2 and a reference voltage generation circuit composed of the reference block 0 and the reference block 1. The reference block 0 and the reference block 1 are the same as the memory cell block shown in FIG. Circuit configuration.

尚、セット線SRDは、メモリセルブロックのブロック選択トランジスタQ5、リファレンスブロック0のブロック選択トランジスタQ50及びリファレンスブロック1のブロック選択トランジスタQ51に共通に接続され、リセット線RSTは、メモリセルブロックの読み出し選択トランジスタQ6、リファレンスブロック0の読み出し選択トランジスタQ60及びリファレンスブロック1の読み出し選択トランジスタQ61に共通に接続され、読み出し選択線/REは、メモリセルブロックの読み出し選択トランジスタQ6、リファレンスブロック0の読み出し選択トランジスタQ60及びリファレンスブロック1の読み出し選択トランジスタQ61の各ゲートに共通に接続されている。さらに、メモリセルブロックのビット線BLの一端側の先端部と、リファレンスブロック0のビット線BL0及びリファレンスブロック1のビット線BL1の各一端側の先端部とはセンスアンプSAに接続されている。   The set line SRD is commonly connected to the block selection transistor Q5 of the memory cell block, the block selection transistor Q50 of the reference block 0, and the block selection transistor Q51 of the reference block 1, and the reset line RST is a read selection of the memory cell block. The transistor Q6, the read selection transistor Q60 of the reference block 0, and the read selection transistor Q61 of the reference block 1 are connected in common, and the read selection line / RE is connected to the read selection transistor Q6 of the memory cell block and the read selection transistor Q60 of the reference block 0. The gates of the read selection transistors Q61 of the reference block 1 are connected in common. Further, the tip of one end of the bit line BL of the memory cell block and the tip of each one end of the bit line BL0 of the reference block 0 and the bit line BL1 of the reference block 1 are connected to the sense amplifier SA.

リファレンスブロック0には、前述のデータ”0”の書き込み方法により予めデータ”0”が格納されていると共に、リファレンスブロック1には、前述のデータ”1”の書き込み方法により予めデータ”1”が格納されている。   The reference block 0 stores data “0” in advance by the above-described data “0” writing method, and the reference block 1 stores data “1” in advance by the above-described data “1” writing method. Stored.

読み出し動作時においては、リファレンスブロック0及びリファレンスブロック1に対しては、前述の読み出し方法によりデータを読み出す。データ”0”の読み出し動作で発生するビット線電位をVBL0とし、データ”1”の読み出し動作で発生するビット線電位をVBL1とすると、リファレンスブロック0のビット線BL0及びリファレンスブロック1のビット線BL1には、(VBL0+VBL1)×1/2である基準電位が発生する。この基準電位と、読み出し動作を行なうメモリセルブロックで発生するビット線電位とをセンスアンプSAで比較して、ビット線電位が基準電位を超えなければ、データ”1”が保持されていると判定し、ビット線電位が基準電位を超えていれば、データ”0”が保持されていると判定する。   During the read operation, data is read from the reference block 0 and the reference block 1 by the read method described above. When the bit line potential generated in the read operation of data “0” is VBL0 and the bit line potential generated in the read operation of data “1” is VBL1, the bit line BL0 of the reference block 0 and the bit line BL1 of the reference block 1 Generates a reference potential of (VBL0 + VBL1) × ½. The reference potential and the bit line potential generated in the memory cell block that performs the read operation are compared by the sense amplifier SA, and if the bit line potential does not exceed the reference potential, it is determined that the data “1” is held. If the bit line potential exceeds the reference potential, it is determined that the data “0” is held.

この場合、基準電位が、データ”0”が保持されているときのビット線電位VBL0とデータ”1”が保持されているときのビット線電位VBL1との中間の電位に設定されているため、動作範囲が広くなる。   In this case, the reference potential is set to an intermediate potential between the bit line potential VBL0 when the data “0” is held and the bit line potential VBL1 when the data “1” is held. The operating range is widened.

尚、メモリセルブロックにおけるデータを読み出す強誘電体キャパシタと同じ行に位置する、リファレンスブロック0の強誘電体キャパシタ及びリファレンスブロック1の強誘電体キャパシタから、ビット線電位VBL0及びビット線電位VBL1を発生させると、寄生容量等の影響を等しくできるので好ましい。具体的には、例えばメモリセルブロック内の第3の強誘電体キャパシタCF3に保持されているデータを読み出す際には、リファレンスブロック0の第3の強誘電体キャパシタCF30及びリファレンスブロック1の第3の強誘電体キャパシタCF31に保持されているデータからビット線電位VBL0、VBL1を発生させることが好ましい。   The bit line potential VBL0 and the bit line potential VBL1 are generated from the ferroelectric capacitor of the reference block 0 and the ferroelectric capacitor of the reference block 1, which are located in the same row as the ferroelectric capacitor that reads data in the memory cell block. This is preferable because the influence of parasitic capacitance and the like can be made equal. Specifically, for example, when reading data held in the third ferroelectric capacitor CF3 in the memory cell block, the third ferroelectric capacitor CF30 in the reference block 0 and the third ferroelectric capacitor CF3 in the reference block 1 are read. The bit line potentials VBL0 and VBL1 are preferably generated from the data held in the ferroelectric capacitor CF31.

また、リファレンスブロック0,1のメモリセルブロックの数は、メモリセルアレイのメモリセルブロックの数と同じであることが好ましい。すなわち、図5に示す回路構成においては、ビット線BL、ビット線BL0及びビット線BL1には1つのメモリセルブロックしか接続されていないが、例えばビット線BLに10個のメモリセルブロックが接続されている場合には、ビット線BL0及びビット線BL1にも各10個のメモリセルブロックを接続することが好ましい。このようにすると、安定した動作が可能になる。   The number of memory cell blocks in the reference blocks 0 and 1 is preferably the same as the number of memory cell blocks in the memory cell array. That is, in the circuit configuration shown in FIG. 5, only one memory cell block is connected to the bit line BL, bit line BL0, and bit line BL1, but for example, 10 memory cell blocks are connected to the bit line BL. In this case, it is preferable to connect 10 memory cell blocks to the bit line BL0 and the bit line BL1, respectively. In this way, stable operation is possible.

本発明に係る半導体記憶装置によると、メモリセルひいては半導体記憶装置の面積を低減することができると共に、選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知する感度が向上する。   According to the semiconductor memory device of the present invention, the area of the memory cell and thus the semiconductor memory device can be reduced, and the sensitivity for detecting the polarization deviation of the ferroelectric film of the selected ferroelectric capacitor is improved. .

本発明に係る第1の半導体記憶装置の駆動方法によると、半導体記憶装置の面積を低減することができる。   According to the first method for driving a semiconductor memory device of the present invention, the area of the semiconductor memory device can be reduced.

本発明に係る第2の半導体記憶装置の駆動方法によると、半導体記憶装置の安定した動作を実現することができる。   According to the second semiconductor memory device driving method of the present invention, a stable operation of the semiconductor memory device can be realized.

本発明に係る第3、第4、第5又は第6の半導体記憶装置の駆動方法によると、半導体記憶装置のリテンション特性が向上する。   According to the third, fourth, fifth, or sixth method for driving a semiconductor memory device according to the present invention, the retention characteristics of the semiconductor memory device are improved.

(a)は第1の実施形態に係る半導体記憶装置の等価回路図であり、(b)は第1の実施形態に係る半導体記憶装置の最下段のメモリセル及び読み出しトランジスタの構成を示す等価回路図である。(A) is an equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device according to the first embodiment, and (b) is an equivalent circuit showing the configuration of the lowermost memory cell and read transistor of the semiconductor memory device according to the first embodiment. FIG. 第2の実施形態に係る半導体記憶装置の等価回路図である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor memory device according to a second embodiment. 第2の実施形態に係る半導体記憶装置にデータを書き込んだ後、強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加されている電位差を取り除いたときの強誘電体キャパシタの振る舞いを説明する図である。The behavior of the ferroelectric capacitor when the potential difference applied between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor is removed after data is written in the semiconductor memory device according to the second embodiment will be described. FIG. 第2の実施形態に係る半導体記憶装置からデータを読み出したときの強誘電体キャパシタの振る舞いを説明する図である。It is a figure explaining the behavior of a ferroelectric capacitor when data is read from the semiconductor memory device according to the second embodiment. 第2の実施形態に係る半導体記憶装置において、基準電位を発生させる回路を説明する等価回路図である。FIG. 6 is an equivalent circuit diagram for explaining a circuit for generating a reference potential in the semiconductor memory device according to the second embodiment. 従来の半導体記憶装置の回路図である。It is a circuit diagram of a conventional semiconductor memory device. 従来の半導体記憶装置にデータを書き込むときの強誘電体キャパシタの振る舞いを説明する図である。It is a figure explaining the behavior of a ferroelectric capacitor when writing data in a conventional semiconductor memory device.

符号の説明Explanation of symbols

6 ゲート容量負荷線
7 ゲート容量負荷線
8 ゲート容量負荷線
10 読み出しトランジスタ
11 ドレイン領域
12 ソース領域
13 ゲート電極
14 基板
20 選択トランジスタ
21 ドレイン領域
22 ソース領域
23 ゲート電極
30 強誘電体キャパシタ
31 上電極
32 下電極
33 強誘電体キャパシタ
WL1 第1のワード線
WL2 第2のワード線
WL3 第3のワード線
WL4 第4のワード線
BS1 第1の制御線(第1のセット線)
BS2 第2の制御線(第2のセット線)
RST リセット線
BL1 第1のビット線
BL2 第2のビット線
Q1 第1のセル選択トランジスタ
Q2 第2のセル選択トランジスタ
Q3 第3のセル選択トランジスタ
Q4 第4のセル選択トランジスタ
Q5 ブロック選択トランジスタ
Q50 ブロック選択トランジスタ
Q51 ブロック選択トランジスタ
Q6 読み出し選択トランジスタ
Q60 読み出し選択トランジスタ
Q61 読み出し選択トランジスタ
Q7 読み出しトランジスタ
Q70 読み出しトランジスタ
Q71 読み出しトランジスタ
Q8 負荷トランジスタ
Q80 負荷トランジスタ
Q81 負荷トランジスタ
CF1 第1の強誘電体キャパシタ
CF2 第2の強誘電体キャパシタ
CF3 第3の強誘電体キャパシタ
CF4 第4の強誘電体キャパシタ
WL1 第1のワード線
WL2 第2のワード線
WL3 第3のワード線
WL4 第4のワード線
SRD セット線
RST リセット線
BS ブロック選択線
/BS 読み出し選択線
BL ビット線
BL0 ビット線
BL1 ビット線
LS 第1の制御線
LG 第2の制御線
SA センスアンプ
VDD 電源電圧
VSS 接地電圧
VRD 読み出し電圧
6 Gate capacitive load line 7 Gate capacitive load line 8 Gate capacitive load line 10 Read transistor 11 Drain region 12 Source region 13 Gate electrode 14 Substrate 20 Select transistor 21 Drain region 22 Source region 23 Gate electrode 30 Ferroelectric capacitor 31 Upper electrode 32 Lower electrode 33 Ferroelectric capacitor WL1 First word line WL2 Second word line WL3 Third word line WL4 Fourth word line BS1 First control line (first set line)
BS2 Second control line (second set line)
RST reset line BL1 first bit line BL2 second bit line Q1 first cell selection transistor Q2 second cell selection transistor Q3 third cell selection transistor Q4 fourth cell selection transistor Q5 block selection transistor Q50 block selection Transistor Q51 Block selection transistor Q6 Read selection transistor Q60 Read selection transistor Q61 Read selection transistor Q7 Read transistor Q70 Read transistor Q71 Read transistor Q8 Load transistor Q80 Load transistor Q81 Load transistor CF1 First ferroelectric capacitor CF2 Second ferroelectric Capacitor CF3 Third ferroelectric capacitor CF4 Fourth ferroelectric capacitor WL1 First word line W 2nd word line WL3 3rd word line WL4 4th word line SRD set line RST reset line BS block selection line / BS read selection line BL bit line BL0 bit line BL1 bit line LS 1st control line LG 1st 2 control lines SA sense amplifier VDD power supply voltage VSS ground voltage VRD read voltage

Claims (17)

強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタと、ゲートが、前記複数の強誘電体キャパシタの一端側に接続され、前記複数の強誘電体キャパシタのうち選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知することによりデータを読み出す読み出しトランジスタとを有するメモリセルブロックと、
前記複数の強誘電体キャパシタの他端側に接続されたセット線と、
一端側が前記読み出しトランジスタのドレインに接続され、他端側が制御線に接続されたビット線と、
一端側が前記読み出しトランジスタのソースに接続され、書き込み時には書き込み電圧が印加される一方、読出し時には接地電位が印加されるリセット線と、
前記複数の強誘電体キャパシタのそれぞれに対応するように設けられ、前記複数の強誘電体キャパシタからデータの書き込み又は読み出しを行なう強誘電体キャパシタを選択する複数のワード線とを備えていることを特徴とする半導体記憶装置。
A plurality of ferroelectric capacitors for storing data by deviation of polarization of the ferroelectric film, and a gate are connected to one end side of the plurality of ferroelectric capacitors, and selected from the plurality of ferroelectric capacitors. A memory cell block having a read transistor for reading data by detecting a polarization deviation of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor;
A set line connected to the other end of the plurality of ferroelectric capacitors;
A bit line having one end connected to the drain of the read transistor and the other end connected to a control line;
One end side is connected to the source of the read transistor, a write voltage is applied at the time of writing, and a reset line to which a ground potential is applied at the time of reading;
A plurality of word lines provided to correspond to each of the plurality of ferroelectric capacitors and selecting a ferroelectric capacitor for writing or reading data from the plurality of ferroelectric capacitors. A semiconductor memory device.
強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタと、ゲートが、前記複数の強誘電体キャパシタの一端側に接続され、前記複数の強誘電体キャパシタのうち選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知することによりデータを読み出す読み出しトランジスタとを有するメモリセルブロックと、
前記複数の強誘電体キャパシタの他端側に接続されたセット線と、
一端側が前記読み出しトランジスタのドレインに接続され、他端側が制御線に接続されたビット線と、
一端側が前記読み出しトランジスタのソースに接続され、書き込み時には書き込み電圧が印加される一方、読出し時には接地電位が印加されるリセット線と、
前記複数の強誘電体キャパシタのそれぞれに対応するように設けられ、前記複数の強誘電体キャパシタからデータの書き込み又は読み出しを行なう強誘電体キャパシタを選択する複数のワード線とを備え、
前記読み出しトランジスタのゲートには、前記セット線に印加される読み出し電圧が前記強誘電体キャパシタの容量値と前記読み出しトランジスタのゲート容量値との比に基づき分割された第1の分割電圧が誘起され、
前記読み出し電圧は、VR>VT>VS(但し、VTは前記読み出しトランジスタのしきい値電圧であり、VSは前記選択された強誘電体キャパシタにデータが書き込まれている場合に前記読み出しトランジスタのゲートに誘起される第1の分割電圧であり、VRは前記選択された強誘電体キャパシタにデータが書き込まれていない場合に前記読み出しトランジスタのゲートに誘起される第1の分割電圧である。)の関係が成り立つような大きさに設定されていることを特徴とする半導体記憶装置。
A plurality of ferroelectric capacitors for storing data by deviation of polarization of the ferroelectric film, and a gate are connected to one end side of the plurality of ferroelectric capacitors, and selected from the plurality of ferroelectric capacitors. A memory cell block having a read transistor for reading data by detecting a polarization deviation of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor;
A set line connected to the other end of the plurality of ferroelectric capacitors;
A bit line having one end connected to the drain of the read transistor and the other end connected to a control line;
One end side is connected to the source of the read transistor, a write voltage is applied at the time of writing, and a reset line to which a ground potential is applied at the time of reading;
A plurality of word lines provided corresponding to each of the plurality of ferroelectric capacitors and selecting a ferroelectric capacitor for writing or reading data from the plurality of ferroelectric capacitors;
A first divided voltage obtained by dividing the read voltage applied to the set line based on the ratio of the capacitance value of the ferroelectric capacitor and the gate capacitance value of the read transistor is induced at the gate of the read transistor. ,
The read voltage is VR>VT> VS (where VT is the threshold voltage of the read transistor, and VS is the gate of the read transistor when data is written to the selected ferroelectric capacitor. VR is a first divided voltage induced at the gate of the read transistor when data is not written in the selected ferroelectric capacitor. A semiconductor memory device characterized in that it is set to such a size that the relationship holds.
前記複数の強誘電体キャパシタのそれぞれに並列に接続されていると共に、各ゲートが前記複数のワード線のそれぞれに接続された複数の選択トランジスタをさらに備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a plurality of selection transistors connected in parallel to each of the plurality of ferroelectric capacitors and each gate connected to each of the plurality of word lines. 2. The semiconductor memory device according to 2. 前記強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間には、前記セット線に印加される読み出し電圧が、前記強誘電体キャパシタの容量値と前記読み出しトランジスタのゲート容量値との比に基づき分割された第2の分割電圧が誘起され、
前記読み出し電圧は、前記第2の分割電圧が前記強誘電体キャパシタの抗電圧を超えない大きさに設定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。
Between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor, a read voltage applied to the set line is divided based on a ratio between a capacitance value of the ferroelectric capacitor and a gate capacitance value of the read transistor. A second divided voltage is induced,
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the read voltage is set such that the second divided voltage does not exceed a coercive voltage of the ferroelectric capacitor.
一端側が前記ビット線の他端側に接続された抵抗性負荷をさらに備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。 3. The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a resistive load having one end connected to the other end of the bit line. 前記抵抗性負荷はMOS型トランジスタであることを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 6. The semiconductor memory device according to claim 5, wherein the resistive load is a MOS transistor. 前記抵抗性負荷の他端には電源電圧が印加され、
前記選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位に応じて異なる前記読み出しトランジスタのドレインとソースとの間に流れる電流により前記抵抗性負荷の両端に生じる電圧変化と基準電圧とを比較する比較手段をさらに備えていることを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。
A power supply voltage is applied to the other end of the resistive load,
A voltage change generated at both ends of the resistive load and a reference voltage due to a current flowing between the drain and the source of the read transistor which varies depending on the polarization deviation of the ferroelectric film of the selected ferroelectric capacitor 6. The semiconductor memory device according to claim 5, further comprising comparison means for comparing the two.
前記メモリセルブロックと同様の構成を有し且つ前記メモリセルブロックのワード線方向に配置された他のメモリセルブロックと、
一端側が、前記他のメモリセルブロックを構成する他の読み出しトランジスタのドレインに接続された他のビット線とを備え、
前記セット線は、前記他のメモリセルブロックを構成する前記複数の強誘電体キャパシタの他端側にも接続されており、
前記リセット線は、前記他のメモリセルブロックを構成する前記他の読み出しトランジスタのソースにも接続されており、
前記セット線に読み出し電圧を印加したときに、前記読み出しトランジスタのドレインとソースとの間に流れる電流により前記一の抵抗性負荷の両端に生じる第1の電圧変化と、前記他の読み出しトランジスタのドレインとソースとの間に流れる電流により前記他の抵抗性負荷の両端に生じる第2の電圧変化とを比較する比較手段を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。
Another memory cell block having the same configuration as the memory cell block and arranged in the word line direction of the memory cell block;
One end side includes another bit line connected to the drain of another read transistor constituting the other memory cell block,
The set line is also connected to the other end side of the plurality of ferroelectric capacitors constituting the other memory cell block,
The reset line is also connected to the source of the other read transistor constituting the other memory cell block,
When a read voltage is applied to the set line, a first voltage change generated at both ends of the one resistive load due to a current flowing between the drain and source of the read transistor, and a drain of the other read transistor 3. The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a comparison unit that compares a second voltage change generated across the other resistive load due to a current flowing between the first and second sources. .
強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタと、ゲートが、前記複数の強誘電体キャパシタの一端側に接続され、前記複数の強誘電体キャパシタのうち選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知することによりデータを読み出す読み出しトランジスタとを有するメモリセルブロックと、前記複数の強誘電体キャパシタの他端側に接続されたセット線と、一端側が前記読み出しトランジスタのドレインに接続され、他端側が制御線に接続されたビット線と、一端側が前記読み出しトランジスタのソースに接続されたリセット線と、前記複数の強誘電体キャパシタのそれぞれに対応するように設けられ、前記選択された強誘電体キャパシタを選択する複数のワード線とを備えている半導体記憶装置の駆動方法であって、
前記選択された強誘電体キャパシタにデータを書き込む際に、前記セット線及び前記リセット線に印加する電圧は、電源電圧及び接地電圧のいずれか1つの電圧がそれぞれ印加されることにより書き込む書き込み工程を備えていることを特徴とする半導体記憶装置の駆動方法。
A plurality of ferroelectric capacitors for storing data by deviation of polarization of the ferroelectric film, and a gate are connected to one end side of the plurality of ferroelectric capacitors, and selected from the plurality of ferroelectric capacitors. A memory cell block having a read transistor for reading data by detecting a polarization deviation of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor, and a set line connected to the other end of the plurality of ferroelectric capacitors A bit line having one end connected to the drain of the read transistor and the other end connected to the control line, a reset line having one end connected to the source of the read transistor, and each of the plurality of ferroelectric capacitors And a plurality of word lines for selecting the selected ferroelectric capacitor. A method of driving a device,
When writing data to the selected ferroelectric capacitor, the voltage applied to the set line and the reset line is a writing process in which any one of a power supply voltage and a ground voltage is applied. A method for driving a semiconductor memory device, comprising:
前記書き込み工程の後に、前記セット線に接地電圧を印加することにより、前記選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加されている前記電位差を取り除く工程をさらに備えていることを特徴とする請求項9に記載の半導体記憶装置の駆動方法。 After the writing step, the method further includes a step of removing the potential difference applied between the upper electrode and the lower electrode of the selected ferroelectric capacitor by applying a ground voltage to the set line. The method of driving a semiconductor memory device according to claim 9. 強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタと、ゲートが、前記複数の強誘電体キャパシタの一端側に接続され、前記複数の強誘電体キャパシタのうち選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知することによりデータを読み出す読み出しトランジスタとを有するメモリセルブロックと、前記複数の強誘電体キャパシタの他端側に接続されたセット線と、一端側が前記読み出しトランジスタのドレインに接続され、他端側が制御線に接続されたビット線と、一端側が前記読み出しトランジスタのソースに接続され、書き込み時には書き込み電圧が印加される一方、読出し時には接地電位が印加されるリセット線と、前記複数の強誘電体キャパシタのそれぞれに対応するように設けられ、前記選択された強誘電体キャパシタを選択する複数のワード線とを備えている半導体記憶装置の駆動方法であって、
前記選択された強誘電体キャパシタに書き込まれているデータを消去する工程は、
前記セット線に接地電圧を印加すると共に前記リセット線に電源電圧を印加して、前記選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に、前記接地電圧から前記電源電圧を減じた電位差を与えることにより、前記選択された強誘電体キャパシタの前記強誘電体膜の分極の向きを前記電位差の電位勾配の方向に向ける工程と、
その後、前記リセット線に接地電圧を印加することにより、前記選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加されている前記電位差を取り除く工程とを備えていることを特徴とする半導体記憶装置の駆動方法。
A plurality of ferroelectric capacitors for storing data by deviation of polarization of the ferroelectric film, and a gate are connected to one end side of the plurality of ferroelectric capacitors, and selected from the plurality of ferroelectric capacitors. A memory cell block having a read transistor for reading data by detecting a polarization deviation of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor, and a set line connected to the other end of the plurality of ferroelectric capacitors One end side is connected to the drain of the read transistor, the other end side is connected to the control line, and one end side is connected to the source of the read transistor. A reset line to which a potential is applied and a plurality of the ferroelectric capacitors are provided so as to correspond to each other. A method of driving a semiconductor memory device and a plurality of word lines for selecting the ferroelectric capacitor selected,
Erasing data written in the selected ferroelectric capacitor,
A ground voltage is applied to the set line and a power supply voltage is applied to the reset line, and the power supply voltage is subtracted from the ground voltage between the upper electrode and the lower electrode of the selected ferroelectric capacitor. Directing a direction of polarization of the ferroelectric film of the selected ferroelectric capacitor in a direction of a potential gradient of the potential difference by applying a potential difference; and
And thereafter removing the potential difference applied between the upper electrode and the lower electrode of the selected ferroelectric capacitor by applying a ground voltage to the reset line. For driving a semiconductor memory device.
強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタと、ゲートが、前記複数の強誘電体キャパシタの一端側に接続され、前記複数の強誘電体キャパシタのうち選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知することによりデータを読み出す読み出しトランジスタとを有するメモリセルブロックと、前記複数の強誘電体キャパシタの他端側に接続されたセット線と、一端側が前記読み出しトランジスタのドレインに接続され、他端側が制御線に接続されたビット線と、一端側が前記読み出しトランジスタのソースに接続され、かつ書き込み時に書き込み電圧を印加するリセット線と、前記複数の強誘電体キャパシタのそれぞれに対応するように設けられ、前記選択された強誘電体キャパシタを選択する複数のワード線とを備えている半導体記憶装置の駆動方法であって、
前記選択された強誘電体キャパシタからデータを読み出す工程は、
前記ビット線に電源電圧を印加し且つ前記リセット線に接地電位を印加するか又は前記ビット線に接地電圧を印加し且つ前記リセット線に電源電位を印加すると共に、前記セット線に読み出し電圧を印加したときに、前記ビット線に生じる電圧の変化を検知する工程と、
その後、前記セット線に接地電圧を印加することにより、前記選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加されている電位差を取り除く工程とを備えており、
前記読み出し電圧は、該読み出し電圧が除去されたときに前記強誘電体膜の分極が反転せずに、読み出したデータが破壊されない大きさであることを特徴とする半導体記憶装置の駆動方法。
A plurality of ferroelectric capacitors for storing data by deviation of polarization of the ferroelectric film, and a gate are connected to one end side of the plurality of ferroelectric capacitors, and selected from the plurality of ferroelectric capacitors. A memory cell block having a read transistor for reading data by detecting a polarization deviation of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor, and a set line connected to the other end of the plurality of ferroelectric capacitors A bit line having one end connected to the drain of the read transistor and the other end connected to the control line, a reset line connected to the source of the read transistor at one end and a write voltage at the time of writing, A plurality of ferroelectric capacitors are provided corresponding to each of the plurality of ferroelectric capacitors, and the selected ferroelectric capacitor is selected. A method of driving a semiconductor memory device and a plurality of word lines,
Reading data from the selected ferroelectric capacitor comprises:
A power supply voltage is applied to the bit line and a ground potential is applied to the reset line, or a ground voltage is applied to the bit line and a power supply potential is applied to the reset line, and a read voltage is applied to the set line. Detecting a change in voltage generated in the bit line,
Thereafter, a step of removing a potential difference applied between the upper electrode and the lower electrode of the selected ferroelectric capacitor by applying a ground voltage to the set line,
2. The method of driving a semiconductor memory device according to claim 1, wherein the read voltage has such a magnitude that when the read voltage is removed, the polarization of the ferroelectric film is not reversed and the read data is not destroyed.
前記電位差を取り除く工程の後に、前記読み出しトランジスタをオフ状態にする工程をさらに備えていることを特徴とする請求項12に記載の半導体記憶装置の駆動方法。 The method of driving a semiconductor memory device according to claim 12, further comprising a step of turning off the read transistor after the step of removing the potential difference. 強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタと、ゲートが、前記複数の強誘電体キャパシタの一端側に接続され、前記複数の強誘電体キャパシタのうち選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知することによりデータを読み出す読み出しトランジスタとを有するメモリセルブロックと、前記複数の強誘電体キャパシタの他端側に接続されたセット線と、一端側が前記読み出しトランジスタのドレインに接続され、他端側が制御線に接続されたビット線と、一端側が前記読み出しトランジスタのソースに接続され、かつ書き込み時に書き込み電圧を印加するリセット線と、前記複数の強誘電体キャパシタのそれぞれに対応するように設けられ、前記選択された強誘電体キャパシタを選択する複数のワード線とを備えている半導体記憶装置の駆動方法であって、
前記選択された強誘電体キャパシタからデータを読み出す工程は、前記抵抗性負荷の他端に電源電圧を印加し且つ前記リセット線に接地電圧を印加するか、又は前記抵抗性負荷の他端に接地電圧を印加し且つ前記リセット線に接地電圧を印加すると共に、前記セット線に読み出し電圧を印加したときに、前記読み出しトランジスタのドレインとソースとの間に流れる電流により前記抵抗性負荷の両端に生じる電圧変化と基準電圧とを比較する工程と、
その後、前記セット線に接地電圧を印加することにより、前記選択された強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に印加されている電位差を取り除く工程とを備え、
前記読み出し電圧は、該読み出し電圧が除去されたときに前記強誘電体膜の分極が反転せずに、読み出したデータが破壊されない大きさであることを特徴とする半導体記憶装置の駆動方法。
A plurality of ferroelectric capacitors for storing data by deviation of polarization of the ferroelectric film, and a gate are connected to one end side of the plurality of ferroelectric capacitors, and selected from the plurality of ferroelectric capacitors. A memory cell block having a read transistor for reading data by detecting a polarization deviation of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor, and a set line connected to the other end of the plurality of ferroelectric capacitors A bit line having one end connected to the drain of the read transistor and the other end connected to the control line, a reset line connected to the source of the read transistor at one end and a write voltage at the time of writing, A plurality of ferroelectric capacitors are provided corresponding to each of the plurality of ferroelectric capacitors, and the selected ferroelectric capacitor is selected. A method of driving a semiconductor memory device and a plurality of word lines,
In the step of reading data from the selected ferroelectric capacitor, a power supply voltage is applied to the other end of the resistive load and a ground voltage is applied to the reset line, or a ground is connected to the other end of the resistive load. When a voltage is applied and a ground voltage is applied to the reset line and a read voltage is applied to the set line, a current flowing between the drain and source of the read transistor is generated at both ends of the resistive load. Comparing the voltage change with a reference voltage;
And removing a potential difference applied between the upper electrode and the lower electrode of the selected ferroelectric capacitor by applying a ground voltage to the set line,
2. The method of driving a semiconductor memory device according to claim 1, wherein the read voltage has such a magnitude that when the read voltage is removed, the polarization of the ferroelectric film is not reversed and the read data is not destroyed.
前記電位差を取り除く工程の後に、前記読み出しトランジスタをオフ状態にする工程をさらに備えていることを特徴とする請求項14に記載の半導体記憶装置の駆動方法。 15. The method of driving a semiconductor memory device according to claim 14, further comprising a step of turning off the read transistor after the step of removing the potential difference. 前記半導体記憶装置は、前記メモリセルブロックと同様の構成を有し且つ前記メモリセルブロックのワード線方向に配置された他のメモリセルブロックと、一端側が前記他のメモリセルブロックを構成する他の読み出しトランジスタのドレインに接続され且つ他端側が他の抵抗性負荷の一端側に接続された他のビット線とを備え、前記セット線は前記他のメモリセルブロックを構成する前記複数の強誘電体キャパシタの他端側にも接続されていると共に、前記リセット線は、前記他のメモリセルブロックを構成する前記他の読み出しトランジスタのソースにも接続されており、
前記基準電圧は、前記他の抵抗性負荷の他端側に電源電圧を印加し且つ前記リセット線に接地電圧を印加するか、又は前記他の抵抗性負荷の他端側に接地電圧を印加し且つ前記リセット線に接地電圧を印加すると共に、前記セット線に読み出し電圧を印加したときに、前記他の読み出しトランジスタのドレインとソースとの間に流れる電流により前記他の抵抗性負荷の両端に生じる電圧変化であることを特徴とする請求項14に記載の半導体記憶装置の駆動方法。
The semiconductor memory device has a configuration similar to that of the memory cell block, and other memory cell blocks arranged in the word line direction of the memory cell block, and other one of which one end side configures the other memory cell block A plurality of ferroelectrics that are connected to the drain of the read transistor and have the other end connected to one end of another resistive load, and the set line constitutes the other memory cell block In addition to being connected to the other end side of the capacitor, the reset line is also connected to the source of the other read transistor constituting the other memory cell block,
The reference voltage may be a power supply voltage applied to the other end of the other resistive load and a ground voltage applied to the reset line, or a ground voltage applied to the other end of the other resistive load. Further, when a ground voltage is applied to the reset line and a read voltage is applied to the set line, a current flowing between the drain and source of the other read transistor is generated at both ends of the other resistive load. The method of driving a semiconductor memory device according to claim 14, wherein the voltage change is a change in voltage.
前記データを読み出す工程は、データを読み出す際に、前記メモリセルブロックを構成する前記複数の強誘電体キャパシタのいずれもが選択されていないときには、前記メモリセルブロックを構成する前記読み出しトランジスタをオフ状態にしておくことを特徴とする請求項12又は14に記載の半導体記憶装置の駆動方法。 In the step of reading data, when none of the plurality of ferroelectric capacitors constituting the memory cell block is selected when reading data, the read transistor constituting the memory cell block is turned off. 15. The method of driving a semiconductor memory device according to claim 12, wherein:
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