JP2005259250A - Ferroelectric memory device and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、強誘電体メモリ装置及び電子機器に関する。特に本発明は、差動増幅型のセンスアンプを用いた強誘電体メモリ装置及びそれを備えた電子機器に関する。 The present invention relates to a ferroelectric memory device and an electronic apparatus. In particular, the present invention relates to a ferroelectric memory device using a differential amplification type sense amplifier and an electronic apparatus including the same.
従来のFeRAMとして、特開2000−40376号公報(特許文献1)に開示されたものがある。上記特許文献1に開示された従来のFeRAMは、強誘電体キャパシタからビット線へデータを読み出す際に、差動増幅器がビット線に保たれているプリチャージ電圧をリファレンス電圧として増幅している。
しかしながら、上記特許文献1に開示された従来のFeRAMでは、強誘電体キャパシタからビット線へデータを読み出す際に、強誘電体キャパシタから取り出される電荷量が少ないと、読み出し速度が遅くなるという問題が生じていた。
However, in the conventional FeRAM disclosed in
よって、本発明は、上記の課題を解決することのできる強誘電体メモリ装置及び電子機器を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a ferroelectric memory device and an electronic apparatus that can solve the above-described problems. This object is achieved by a combination of features described in the independent claims. The dependent claims define further advantageous specific examples of the present invention.
上記課題を解決するため、本発明の第1の形態によれば、複数のビット線と、複数のビット線にトランジスタを介してそれぞれ接続され、所定のデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタと、複数のビット線にそれぞれ接続され、複数のビット線の電位レベルを変換して出力する複数のレベルシフタと、レベルシフタの出力を伝搬するセンスアンプ線と、複数のレベルシフタのうちのいずれかを選択し、選択されたレベルシフタの出力をセンスアンプ線に伝搬させるレベルシフタ選択部と、センスアンプ線の電位に基づいて、強誘電体キャパシタに記憶された所定のデータを判定するカレントミラー型センスアンプとを備えたことを特徴とする強誘電体メモリ装置を提供する。 In order to solve the above-described problem, according to a first aspect of the present invention, a plurality of bit lines, a plurality of ferroelectric capacitors connected to the plurality of bit lines via transistors and storing predetermined data, Select one of a plurality of level shifters that are connected to a plurality of bit lines and that convert and output the potential levels of the plurality of bit lines, a sense amplifier line that propagates the output of the level shifter, and a plurality of level shifters, respectively. A level shifter selection unit that propagates the output of the selected level shifter to the sense amplifier line, and a current mirror type sense amplifier that determines predetermined data stored in the ferroelectric capacitor based on the potential of the sense amplifier line A ferroelectric memory device is provided.
上記構成によれば、各ビット線ごとにレベルシフタが配置され、カレントミラー型センスアンプは、複数のレベルシフタに対応して配置されることとなる。したがって、上記構成によれば、例えば、当該強誘電体メモリ装置が1T1C型等のピッチの狭い構成を有する場合であっても、カレントミラー型センスアンプを用いることができる。したがって、上記構成によれば、回路の配置面積が少なく、かつ、高速に読み出し動作が可能な強誘電体メモリ装置を提供することができる。 According to the above configuration, the level shifter is arranged for each bit line, and the current mirror type sense amplifier is arranged corresponding to the plurality of level shifters. Therefore, according to the above configuration, for example, even when the ferroelectric memory device has a narrow pitch configuration such as 1T1C type, a current mirror type sense amplifier can be used. Therefore, according to the above configuration, it is possible to provide a ferroelectric memory device having a small circuit arrangement area and capable of performing a read operation at high speed.
例えば、カレントミラー型センスアンプは、複数の強誘電体キャパシタが構成する複数のメモリセルブロックに対して1つずつ配置される。これにより、カレントミラー型センスアンプの配置面積を低減させることができるため、さらに面積の少ない強誘電体メモリ装置を提供できる。 For example, one current mirror type sense amplifier is arranged for each of a plurality of memory cell blocks formed by a plurality of ferroelectric capacitors. Thereby, the arrangement area of the current mirror type sense amplifier can be reduced, so that a ferroelectric memory device with a smaller area can be provided.
例えば、当該強誘電体メモリ装置は、複数の強誘電体キャパシタにそれぞれ接続された複数のプレート線と、複数のプレート線のうちのいずれを選択するかを示すプレート線選択信号に基づいてプレート線を選択するプレート線制御部とをさらに備え、レベルシフタ選択部は、プレート線選択信号に基づいて、レベルシフタを選択する。 For example, the ferroelectric memory device includes a plurality of plate lines connected to a plurality of ferroelectric capacitors and a plate line based on a plate line selection signal indicating which of the plurality of plate lines is selected. And a level shifter selection unit selects the level shifter based on the plate line selection signal.
当該強誘電体メモリ装置において、各レベルシフタは、ドレインがセンスアンプ線に接続され、ゲートがビット線に接続されたn型MOSトランジスタを有すること好ましい。 In the ferroelectric memory device, each level shifter preferably includes an n-type MOS transistor having a drain connected to a sense amplifier line and a gate connected to a bit line.
上記構成によれば、n型MOSトランジスタのゲートに供給されるビット線の電位に応じて、当該n型MOSトランジスタを所定の電流が流れることとなる。すなわち、n型MOSトランジスタを流れる電流に基づいて、センスアンプ線の電位が制御されることとなる。したがって、上記構成によれば、きわめて簡易な構成で、ビット線の電位レベルを変換することができるため、レベルシフタを、ビット線の配置間隔に合わせて配置することができる。 According to the above configuration, a predetermined current flows through the n-type MOS transistor according to the potential of the bit line supplied to the gate of the n-type MOS transistor. That is, the potential of the sense amplifier line is controlled based on the current flowing through the n-type MOS transistor. Therefore, according to the above configuration, since the potential level of the bit line can be converted with a very simple configuration, the level shifter can be arranged in accordance with the arrangement interval of the bit lines.
当該強誘電体メモリ装置において、レベルシフタ選択部は、複数のレベルシフタにおける複数のn型MOSトランジスタのうちのいずれかのソースを接地することにより、当該接地されたn型MOSトランジスタを含むレベルシフタを選択することが好ましい。 In the ferroelectric memory device, the level shifter selection unit selects a level shifter including the grounded n-type MOS transistor by grounding one of the plurality of n-type MOS transistors in the plurality of level shifters. It is preferable.
上記構成によれば、選択されたレベルシフタの出力はセンスアンプ線に供給されるが、選択されていないレベルシフタのn型MOSトランジスタには電流が流れない。したがって、上記構成によれば、強誘電体メモリ装置の消費電力を低減させることができる。 According to the above configuration, the output of the selected level shifter is supplied to the sense amplifier line, but no current flows through the n-type MOS transistor of the unselected level shifter. Therefore, according to the above configuration, the power consumption of the ferroelectric memory device can be reduced.
当該強誘電体メモリ装置において、レベルシフタ選択部は、カレントミラー型センスアンプを動作させるか否かを示すセンスアンプ制御信号にさらに基づいて、レベルシフタを選択することが好ましい。 In the ferroelectric memory device, the level shifter selection unit preferably selects the level shifter based further on a sense amplifier control signal indicating whether or not to operate the current mirror type sense amplifier.
上記構成によれば、カレントミラー型センスアンプの非動作時に、レベルシフタのn型MOSトランジスタを非導通とすることができる。したがって、上記構成によれば、カレントミラー型センスアンプの非動作時等の、レベルシフタがセンスアンプ線に出力を供給する必要がないときに、レベルシフタに電流が流れることを防止することができるため、消費電力の少ない強誘電体メモリ装置を提供できる。 According to the above configuration, the n-type MOS transistor of the level shifter can be made non-conductive when the current mirror type sense amplifier is not operating. Therefore, according to the above configuration, it is possible to prevent a current from flowing through the level shifter when the level shifter does not need to supply an output to the sense amplifier line, such as when the current mirror type sense amplifier is not operating. A ferroelectric memory device with low power consumption can be provided.
当該強誘電体メモリ装置は、強誘電体キャパシタに所定のデータを書き込む書き込み制御部をさらに備え、書き込み制御部は、当該書き込み制御部の書き込み動作を許可するか否かを示す書き込み制御信号に基づいて所定のデータを書き込み、レベルシフタ選択部は、書き込み制御信号にさらに基づいて、レベルシフタを選択することが好ましい。 The ferroelectric memory device further includes a write control unit that writes predetermined data to the ferroelectric capacitor, and the write control unit is based on a write control signal that indicates whether or not the write operation of the write control unit is permitted. It is preferable that the predetermined data is written, and the level shifter selection unit further selects the level shifter based on the write control signal.
上記構成によれば、強誘電体キャパシタにデータを書き込むときに、レベルシフタのn型MOSトランジスタを非導通とすることができる。したがって、上記構成によれば、データ書き込み時等のレベルシフタがセンスアンプ線に出力を供給する必要がないときに、レベルシフタに電流が流れることを防止することができるため、消費電力の少ない強誘電体メモリ装置を提供できる。 According to the above configuration, the n-type MOS transistor of the level shifter can be turned off when data is written to the ferroelectric capacitor. Therefore, according to the above configuration, it is possible to prevent a current from flowing through the level shifter when the level shifter does not need to supply an output to the sense amplifier line at the time of data writing or the like. A memory device can be provided.
当該強誘電体メモリ装置において、レベルシフタ選択部は、選択されたレベルシフタに含まれるn型MOSトランジスタのソースを接地しているときに、選択されないレベルシフタに接続されたビット線を接地することが好ましい。 In the ferroelectric memory device, the level shifter selection unit preferably grounds the bit line connected to the unselected level shifter when the source of the n-type MOS transistor included in the selected level shifter is grounded.
上記構成によれば、選択されていないレベルシフタに接続されたビット線は、接地されることとなる。したがって、上記構成によれば、選択されていないビット線の電位を安定させることができるため、強誘電体メモリ装置の誤動作を防ぐこととができる。 According to the above configuration, the bit line connected to the unselected level shifter is grounded. Therefore, according to the above configuration, the potential of the unselected bit line can be stabilized, so that the malfunction of the ferroelectric memory device can be prevented.
当該強誘電体メモリ装置は、ソースに所定の電圧が供給され、ゲート及びドレインがセンスアンプ線に接続されたp型MOSトランジスタをさらに備えたことが好ましい。 The ferroelectric memory device preferably further includes a p-type MOS transistor in which a predetermined voltage is supplied to the source and the gate and drain are connected to the sense amplifier line.
上記構成によれば、各レベル変換回路には、p型MOSトランジスタを負荷として電流が供給されることとなる。したがって、上記構成によれば、強誘電体キャパシタに蓄積された電荷がビット線に放出されたとき、すなわち、強誘電体キャパシタに記憶されたデータを読み出すときに、初期の読み出しデータと異なる読み出しデータがビット線に現れた場合であっても、レベルシフタがビット線の電位に応じた出力をセンスアンプ線に供給することができる。 According to the above configuration, a current is supplied to each level conversion circuit using the p-type MOS transistor as a load. Therefore, according to the above configuration, when the charge accumulated in the ferroelectric capacitor is discharged to the bit line, that is, when reading the data stored in the ferroelectric capacitor, the read data different from the initial read data Can appear on the bit line, the level shifter can supply an output corresponding to the potential of the bit line to the sense amplifier line.
また、当該p型MOSトランジスタは、複数のレベルシフタにより共有されるのが好ましい。すなわち、当該p型MOSトランジスタは、1本のセンスアンプ線に対して、当該センスアンプ線に接続されるレベルシフタの数よりも少ない数接続されてもよい。例えば、当該p型MOSトランジスタは、1本のセンスアンプ線に対して1つ接続される。 The p-type MOS transistor is preferably shared by a plurality of level shifters. That is, the p-type MOS transistor may be connected to one sense amplifier line in a number smaller than the number of level shifters connected to the sense amplifier line. For example, one p-type MOS transistor is connected to one sense amplifier line.
本発明の第2の形態によれば、上記強誘電体メモリ装置を備えたことを特徴とする電子機器を提供する。ここで、電子機器とは、本発明に係る強誘電体メモリ装置を備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、その構成に特に限定が無いが、例えば、上記強誘電体メモリ装置を備えるコンピュータ装置一般、携帯電話、PHS、PDA、電子手帳、ICカード等、記憶装置を必要とするあらゆる装置が含まれる。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an electronic apparatus comprising the ferroelectric memory device. Here, the electronic device refers to a general device having a certain function provided with the ferroelectric memory device according to the present invention, and its configuration is not particularly limited. For example, a computer including the above ferroelectric memory device is used. General devices, mobile phones, PHS, PDAs, electronic notebooks, IC cards, and other devices that require storage devices are included.
以下、図面を参照しつつ、発明の実施形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention with reference to the drawings. However, the following embodiments do not limit the invention according to the claims, and are described in the embodiments. Not all combinations of features are essential to the solution of the invention.
図1は、本発明の一実施形態に係る強誘電体メモリ装置100の構成を示す図である。強誘電体メモリ装置100は、複数のメモリセルブロック110−j(jは正の整数)と、ワード線制御部120と、プレート線制御部130と、書き込み回路140と、複数のレベルシフタ150と、複数のセンスアンプ160と、複数のp型MOSトランジスタ170とを備えて構成される。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
複数のメモリセルブロック110−jは、それぞれ、アレイ状に配置された複数の強誘電体キャパシタCと、当該複数の強誘電体キャパシタCに接続された複数のn型MOSトランジスタTRとを有して構成される。また、複数のメモリセルブロック110−jには、複数のビット線BLn(nは正の整数)、複数のワード線WLij(iは正の整数)、及び複数のプレート線PLijが配置されている。 Each of the plurality of memory cell blocks 110-j includes a plurality of ferroelectric capacitors C arranged in an array, and a plurality of n-type MOS transistors TR connected to the plurality of ferroelectric capacitors C. Configured. A plurality of bit lines BLn (n is a positive integer), a plurality of word lines WLij (i is a positive integer), and a plurality of plate lines PLij are arranged in the plurality of memory cell blocks 110-j. .
強誘電体キャパシタCは、一端がn型MOSトランジスタTRのソース及びドレインの一方に接続されており、他端がプレート線PLijに接続されている。n型MOSトランジスタTRは、ソース及びドレインの他方がビット線BLnに接続され、ゲートがワード線WLijに接続されており、ワード線WLijの電位に基づいて、強誘電体キャパシタCとビット線BLnとを接続するか否かを切り換える。 One end of the ferroelectric capacitor C is connected to one of the source and the drain of the n-type MOS transistor TR, and the other end is connected to the plate line PLij. In the n-type MOS transistor TR, the other of the source and the drain is connected to the bit line BLn and the gate is connected to the word line WLij. Based on the potential of the word line WLij, the ferroelectric capacitor C and the bit line BLn Switch whether or not to connect.
ワード線制御部120は、ワード線選択信号に基づいて、ワード線WLijの電位を制御することにより、特定のワード線WLijを選択する。また、プレート線制御部130は、選択するメモリセルブロック110−nを示すブロック選択信号BLK及び選択するプレート線PLijを示すプレート線選択信号PLSに基づいて、プレート線PLijの電位を制御することにより、特定のプレート線PLijを選択する。本実施形態において、ワード線制御部120及びプレート線制御部130は、各メモリセルブロックごとに設けられており、各ワード線制御部120及びプレート線制御部130は、対応するメモリセルブロック110に配置されたワード線WLij及びプレート線PLijを制御するよう構成されている。
The
書き込み回路140は、各メモリセルブロック110に配置された強誘電体キャパシタCに所定のデータを書き込む。書き込み回路140は、データ線DATA0及びDATA1に接続されており、データ線DATA0及びDATA1を介してビット線BLnの電位を制御することにより、強誘電体キャパシタCにデータを書き込む。書き込み回路140は、当該書き込み回路140の書き込み動作を許可するか否かを示す書き込み制御信号WE及び後述するセンスアンプ出力信号SAOUTが供給されており、WEの電位の変化に基づいてデータ線DATA0及びDATA1の電位を変化させるタイミングを制御するとともに、SAOUTの電位に基づいてデータ線DATA0及びDATA1の電位を制御する。
The
レベルシフタ150−nは、ビット線BLnごとに設けられており、当該ビット線BLnの電位レベルを変換してセンスアンプ線SLに出力する。センスアンプ線SLには、複数のレベルシフタ150−nが接続されており、後述するレベルシフタ選択部(図2参照)が選択したレベルシフタ150−nが、当該レベルシフタ150−nに接続されたビット線BLnの電位レベルをシフトさせてセンスアンプ線SLに出力する。 The level shifter 150-n is provided for each bit line BLn, converts the potential level of the bit line BLn, and outputs it to the sense amplifier line SL. A plurality of level shifters 150-n are connected to the sense amplifier line SL, and a level shifter 150-n selected by a later-described level shifter selection unit (see FIG. 2) is a bit line BLn connected to the level shifter 150-n. Are shifted to the sense amplifier line SL.
レベルシフタ150−nは、n型MOSトランジスタ220、230、240、及び250を有して構成される。n型MOSトランジスタ220は、ドレインがセンスアンプ線SLに接続され、ソースがn型MOSトランジスタ230のドレインに接続され、ゲートがビット線BLnに接続されている。そして、n型MOSトランジスタ220は、ビット線BLnの電位レベルに基づいて、当該n型MOSトランジスタ220のドレインとソースとの間を流れる電流を制御することにより、センスアンプ線SLの電位を制御する。すなわち、n型MOSトランジスタ220は、ビット線BLnの電位レベルを変換した電位をセンスアンプ線SLに出力する。
The level shifter 150-n includes n-
n型MOSトランジスタ230は、ソースが接地されており、ゲートに供給される制御信号Yn(R)の電位に基づいて、n型MOSトランジスタ220のソースを接地するか否かを切り換える。
The source of the n-type MOS transistor 230 is grounded, and switches whether to ground the source of the n-
n型MOSトランジスタ240は、ドレインがデータ線DATA0又はDATA1に接続されており、ソースがn型MOSトランジスタ250のドレイン及びビット線BLnに接続されている。n型MOSトランジスタ240のゲートには、制御信号Yn(W)が供給されており、当該制御信号の電位に基づいて、ビット線BLnとデータ線DATA0又はDATA1とを接続するか否かを切り換える。n型MOSトランジスタ250は、ソースが接地されており、ゲートに供給される選択信号/Ynの電位に基づいて、ビット線BLnを接地するか否かを切り換える。
The n-
p型MOSトランジスタ170は、ソースに所定の電圧が供給され、ゲート及びドレインがセンスアンプ線SL及びn型MOSトランジスタ220のドレインに接続されている。すなわち、p型MOSトランジスタ170は、レベルシフタ150−nの負荷回路として機能する。また、本実施形態において、p型MOSトランジスタ170は、複数のレベルシフタ150−nにより共有される。
In the p-
センスアンプ160は、センスアンプ線SLが伝搬したレベルシフタ150−nの出力、すなわち、センスアンプ線SLの電位に基づいて、当該レベルシフタ150−nに対応する強誘電体キャパシタCに記憶されたデータを判定する。本実施形態において、センスアンプ160は、センスアンプ線SLと参照電圧とを比較することにより、強誘電体キャパシタCに記憶されたデータを判定する。
The
本実施形態において、センスアンプ160は、カレントミラー型センスアンプであって、p型MOSトランジスタ162及び164と、n型MOSトランジスタ166、168、及び170とを有して構成される。
In this embodiment, the
p型MOSトランジスタ162及び164は、ソースに所定の電流が供給されており、ドレインがそれぞれn型MOSトランジスタ166及び168のドレインに接続されている。また、p型MOSトランジスタ162及び164は、ゲートがp型MOSトランジスタ164のソースに接続されている。
In the p-
n型MOSトランジスタ180は、ドレインがn型MOSトランジスタ166及び168のソースに接続されており、ゲートに、センスアンプ160を動作させるか否かを示すセンスアンプ制御信号SAEが供給されている。n型MOSトランジスタ180は、センスアンプ制御信号SAEの電位に基づいて、p型MOSトランジスタ162及び164、並びにn型MOSトランジスタ166及び168に電流を流すか否かを切り換えることにより、センスアンプ160を動作させるか否かを切り換える。
The n-
n型MOSトランジスタ166及び168は、それぞれゲートにセンスアンプ線SL、及び参照電圧が供給されたダミーセンスアンプ線DSLが接続されており、センスアンプ線SL及びダミーセンスアンプ線DSLの電位に基づいて、当該n型MOSトランジスタ166及び168を流れる電流を制御する。これにより、n型MOSトランジスタ166のドレインの電位が変化し、強誘電体キャパシタCに記憶されたデータを判定した判定結果であるセンスアンプ出力SAOUTとして出力される。
Each of the n-
本実施形態において、強誘電体メモリ装置100は、ダミーセンスアンプ線DSLに供給された参照電圧を生成する回路として、ダミーメモリセルブロック112と、ダミーワード線制御部122と、ダミープレート線制御部132と、レベルシフタ152と、p型MOSトランジスタ162とをさらに備えて構成される。
In the present embodiment, the
ダミーメモリセルブロック112、ダミーワード線制御部122、ダミープレート線制御部132、レベルシフタ152、p型MOSトランジスタ172、ダミーワード線DWL、ダミービット線DBL、及びダミープレート線DPLは、それぞれ、メモリセルブロック110、ワード線制御部120、プレート線制御部130、レベルシフタ150、p型MOSトランジスタ170、ワード線WL、ビット線BL、及びプレート線PLと略同じ構成を有しており、レベルシフタ152が、ダミー強誘電体キャパシタDCに記憶されたデータに基づいて、ダミーセンスアンプ線DSLに参照電圧を出力するよう構成されている。
The dummy
また、レベルシフタ152を構成するn型MOSトランジスタ222、232、242、及び252は、それぞれ、レベルシフタ150−nを構成するn型MOSトランジスタ220、230、240、及び250と略同じ構成を有する。なお、本実施形態において、ゲートにダミービット線DBLが接続されたn型MOSトランジスタ222は、n型MOSトランジスタ220よりもサイズが小さくなるよう構成されている。すなわち、n型MOSトランジスタ220及び222は、強誘電体キャパシタCから読み出されたデータが“1”であるときのセンスアンプ線SLの電位が、ダミーセンスアンプ線DSLの電位より高くなるように構成されており、ダミーセンスアンプDLSの当該電位が参照電位として用いられる。他の例において、強誘電体メモリ装置100は、低電圧回路等を用いて参照電圧を生成してもよい。
The n-
図2は、複数のレベルシフタ150−nのうちのいずれを選択するかを決定するレベルシフタ選択部300の構成の一例を示す図である。レベルシフタ選択部300は、選択回路310と、インバータ320、340、350、及び370と、NAND回路330及び360とを有して構成される。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the level
選択回路310は、入力としてブロック選択信号BLK及びプレート線選択信号PLSを受け取り、BLK及びPLSの論理をとることにより、いずれのレベルシフタ150−nを選択するかを示す選択信号Ynを生成する。インバータ320は、選択信号Ynの論理値を反転した反転選択信号/Ynを生成し、レベルシフタ150−nを構成する各n型MOSトランジスタ250のゲートに供給する。
The
NAND回路330は、入力として選択信号Yn及び書き込み制御信号WEを受け取り、Yn及びWEの否定論理積を出力信号としてインバータ340に供給する。インバータ340は、当該出力信号を反転した信号を、選択されたレベルシフタ150−nに接続されたビット線BLnに接続された強誘電体キャパシタCにデータを書き込むか否かを示す制御信号Yn(W)を生成し、レベルシフタ150−nを構成するn型MOSトランジスタ240のゲートに供給する。
The
NAND回路360は、入力として選択信号Yn、書き込み制御信号WEを反転した反転信号、及びセンスアンプ制御信号SAEを受け取り、Yn、WE、及びSAEの否定論理積を出力信号としてインバータ370に供給する。インバータ370は、当該出力信号を反転した信号を、選択されたレベルシフタ150−nに接続されたビット線BLnに接続された強誘電体キャパシタCに記憶されたデータを読み出すか否かを示す制御信号Yn(R)を生成し、レベルシフタ150−nを構成するn型MOSトランジスタ230のゲートに供給する。
The
図3は、本実施形態に係る強誘電体メモリ装置100の動作を示すタイミングチャートである。図1から図3を参照して、ワード線WL11、ビット線BL1、及びプレート線PL11により制御される強誘電体キャパシタCに記憶されたデータを読み出す場合を例に、強誘電体メモリ装置100の動作について説明する。また、以下の例において各制御信号は、H論理又はL論理を示すディジタル信号である。各制御信号がH論理を示すときの当該制御信号の電位は強誘電体メモリ装置100の駆動電圧VCCと略同電位である。また、各制御信号がL論理を示すときの当該制御信号の電位は接地電位である。
FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the
まず、サイクルI(初期状態)において、書き込み制御信号WE及びセンスアンプ制御信号SAEはL論理を示しており、また、いずれのメモリセルブロック110−j及びプレート線PLijも選択されていないため、ブロック選択信号BLK及びプレート線選択信号PLSもL論理を示す。したがって、サイクルIにおいて、すべての選択信号YnはL論理を示すため、すべての選択信号/YnはH論理を示す。したがって、レベルシフタ150−nを構成するn型MOSトランジスタ250は導通するため、ビット線BLnは0Vにプリチャージされる。
First, in cycle I (initial state), the write control signal WE and the sense amplifier control signal SAE indicate L logic, and neither the memory cell block 110-j nor the plate line PLij is selected. The selection signal BLK and the plate line selection signal PLS also indicate L logic. Accordingly, in cycle I, all selection signals Yn indicate L logic, and therefore all selection signals / Yn indicate H logic. Therefore, the n-
ワード線制御部120は、供給されたワード線選択信号に基づいて、ワード線WL11の電位を0VからVCCに変化させることにより、n型MOSトランジスタTRを介して強誘電体キャパシタCとビット線BL11とを接続する。
The word
次に、サイクルIIにおいて、強誘電体キャパシタCに記憶されたデータを読み出す。まず、ブロック選択信号BLK及びプレート線選択信号PLSがプレート線PL11を選択すべき論理値となり、プレート線制御部130は、当該論理値に基づいて、プレート線PL11の電位を0VからVCCに変化させることによりプレート線PL11を選択する。
Next, in cycle II, data stored in the ferroelectric capacitor C is read. First, the block selection signal BLK and the plate line selection signal PLS become logical values for selecting the plate line PL11, and the plate
ブロック選択信号BLK及びプレート線選択信号PLSがプレート線PL11を選択すべき論理値に変化すると、図2を参照して、選択回路310は、ビット線BL1に接続されたレベルシフタ150−1を選択すべく、Y1の論理値をH論理とし、他のYn(n≠1)の論理値をL論理とする。したがって、/Y1の論理値はL論理となり、/Yn(n≠1)の論理値はH論理となり、また、WEはL論理であるため、Yn(W)の論理値はすべてL論理となる。したがって、ビット線BL1は浮遊状態となり、他のビット線BLn(n≠1)は接地されたままとなる。
When the block selection signal BLK and the plate line selection signal PLS change to a logical value for selecting the plate line PL11, referring to FIG. 2, the
また、特定のプレート線PLが選択されるタイミングに同期して、SAEの論理値はH論理となるため、Y1(R)の論理値はH論理となり、他のYn(R)(n≠1)の論理値はL論理となる。したがって、レベルシフタ150−1を構成するn型MOSトランジスタ230は導通し、他のレベルシフタ150−n(n≠1)を構成する当該n型MOSトランジスタは非導通となり、レベルシフタ150−1が選択される。すなわち、センスアンプ線SLに、レベルシフタ150−1の出力が供給される。 Further, in synchronization with the timing at which a specific plate line PL is selected, the logic value of SAE becomes H logic, so the logic value of Y1 (R) becomes H logic, and other Yn (R) (n ≠ 1 ) Is L logic. Therefore, the n-type MOS transistor 230 constituting the level shifter 150-1 is turned on, and the n-type MOS transistor constituting the other level shifter 150-n (n ≠ 1) is turned off, and the level shifter 150-1 is selected. . That is, the output of the level shifter 150-1 is supplied to the sense amplifier line SL.
プレート線PL11の電位が0VからVCCに変化すると、“1”を記憶している強誘電体キャパシタCには、プレート線PL11を基準として−VCCの電圧がかかり、その分極が反転する。これにより、当該強誘電体キャパシタCに蓄積された電荷がビット線BL11に放出され、ビット線BL11の電位が上昇する。一方、強誘電体キャパシタCが“0”を記憶している場合、当該強誘電体キャパシタCの分極は反転しないため、ビット線BL11の電位はほとんど上昇しない(図3の点線参照)。 When the potential of the plate line PL11 changes from 0 V to VCC, the ferroelectric capacitor C storing “1” is applied with a voltage of −VCC with respect to the plate line PL11, and its polarization is inverted. As a result, charges accumulated in the ferroelectric capacitor C are released to the bit line BL11, and the potential of the bit line BL11 rises. On the other hand, when the ferroelectric capacitor C stores “0”, since the polarization of the ferroelectric capacitor C is not reversed, the potential of the bit line BL11 hardly increases (see the dotted line in FIG. 3).
ビット線BL11の電位が上昇すると、n型MOSトランジスタ220のゲートの電位も上昇し、これに伴いn型MOSトランジスタ220が導通する。したがって、n型MOSトランジスタ220により電流が消費されるため、レベルシフタ150−1の出力、すなわち、センスアンプ線SLの電位は参照電圧より低い電位となる。
When the potential of the bit line BL11 rises, the potential of the gate of the n-
一方、強誘電体キャパシタCが“0”を記憶している場合、ビット線BL11の電位はほとんど上昇しないため、n型MOSトランジスタ220は導通しない。したがって、n型MOSトランジスタ220により電流はほとんど消費されないため、レベルシフタ150−1の出力の電位は略VCCとなる(図3の点線参照)。
On the other hand, when the ferroelectric capacitor C stores “0”, the potential of the bit line BL11 hardly rises, so that the n-
本実施形態では、p型MOSトランジスタ170のゲートをセンスアンプ線SLに接続させることにより、p型MOSトランジスタ170を負荷回路として機能させているが、他の例では、当該ゲートにプレート線選択信号PLSの電位の変化に応じてパルス信号を供給するよう構成してもよい。これにより、強誘電体キャパシタCが“1”を記憶している場合でも、レベルシフタ150−1を貫通する電流がほとんど発生しないため、消費電力を抑えることができる。
In this embodiment, the gate of the p-
センスアンプ160にはイコライズ信号SAEQbが供給されており、SAEQbは、SAEがH論理に変化するとともにL論理に変化し、所定の時間が経過した後にH論理に変化する。したがって、センスアンプ160は、SAEがH論理に変化するとともにイコライズされ、当該所定の時間が経過したときに、イコライズが解除され、動作を開始する。これにより、センスアンプ160が誤データを出力することによる読み出し遅れを防止することができる。当該所定の時間は、例えば、強誘電体キャパシタCが“1”を読み出した場合において、レベルシフタ150−nの出力が参照電圧より低くなる時間より長い時間である。
The equalize signal SAEQb is supplied to the
したがって、SAEの論理値がH論理に変化すると、センスアンプ160の出力であるSAOUTの電位は徐々に減少する。そして、SAEQbの論理値がH論理に変化すると、センスアンプ160が動作するが、このとき、センスアンプ線SLの電位は参照電位より低くなっているため、SAOUTの電位は0Vとなる。一方、強誘電体キャパシタCが“0”を記憶している場合、センスアンプ線SLの電位は略VCCであるため、SAOUTの電位は、VCCに近い電位まで上昇する(図3の点線参照)。
Therefore, when the SAE logic value changes to H logic, the potential of SAOUT, which is the output of the
次に、サイクルIII及びIVにおいて、強誘電体キャパシタCから読み出されたデータを再書き込みする。まず、サイクルIIIにおいて、WEの論理値をH論理に変化させ、これにより、図2を参照して、レベルシフタ選択部300が、Y1n(W)の論理値をH論理とし、他のYn(W)(n≠1)の論理値はL論理とする。また、レベルシフタ選択部300は、Y1(R)の論理値をL論理とし、他のYn(R)(n≠1)の論理値をL論理とする。これにより、データ線DATA0とビット線BL1とが接続されるとともに、レベルシフタ150−1はセンスアンプ線SLへの出力の供給を停止する。
Next, in cycles III and IV, the data read from the ferroelectric capacitor C is rewritten. First, in cycle III, the logic value of WE is changed to logic H, and as a result, referring to FIG. 2, the level
また、書き込み回路140は、WEの論理値がH論理、すなわち、書き込み回路140の書き込み動作が許可されると、供給されたSAOUTの論理値に基づいて、データ線DATA0及びDATA1の電位を制御する。本実施形態において、強誘電体キャパシタCから読み出されたデータは“1”であり、書き込み回路140は、当該ビット線BL1が接続されたデータ線DATA0の電位をVCCとすることにより、ビット線BL1の電位をVCCに上昇させる。なお、本実施形態において、サイクルIIIは、強誘電体キャパシタCに“0”データを再書き込みするサイクルであり、強誘電体キャパシタCから読み出されたデータが“1”である場合、プレート線PL11及びビット線BL1の電位は双方ともVCCとなるため、強誘電体キャパシタCにかかる電圧は略ゼロであるため、データの書き込みは行われない。
The
一方、強誘電体キャパシタCから読み出されたデータが“0”である場合、書き込み回路140は、データ線DATA0の電位を0Vとすることにより、ビット線BL1の電位を0Vとする。これにより、ビット線BL1に接続された強誘電体キャパシタCにはプレート線PL11を基準として−VCCがかかるため、当該強誘電体キャパシタCにデータ“0”が再書き込みされる。
On the other hand, when the data read from the ferroelectric capacitor C is “0”, the
次に、サイクルIVにおいて、プレート線PL11の電位を0Vに変化させる。これにより、プレート線PL11を基準として強誘電体キャパシタCには+VCCの電圧がかかるため、当該強誘電体キャパシタCに“1”データが再書き込みされる。 Next, in cycle IV, the potential of the plate line PL11 is changed to 0V. As a result, a voltage of + VCC is applied to the ferroelectric capacitor C with reference to the plate line PL11, so that “1” data is rewritten to the ferroelectric capacitor C.
一方、強誘電体キャパシタCから読み出されたデータが“0”である場合、当該強誘電体キャパシタCにかかる電圧は略ゼロとなるため、サイクルIIIにおいて書き込まれたデータ“0”が保持される。 On the other hand, when the data read from the ferroelectric capacitor C is “0”, the voltage applied to the ferroelectric capacitor C is substantially zero, so that the data “0” written in the cycle III is retained. The
次に、サイクルVにおいて、SAE及びWEの論理値をL論理に変化させる。これにより、レベルシフタ選択部300は、Y1(W)の論理値をL論理とし、他のYn(W)(n≠1)の論理値もL論理とする。これにより、データ線DATA0とビット線BL1とは電気的に切り離される。また、ビット線BL1の電位は0Vまで下降する。そして、ワード線WL11の電位をVCCから0Vに変化させることにより、強誘電体キャパシタCに記憶されたデータを読み出す読み出し動作、及び当該データを再書き込みする再書き込み動作を終了する。
Next, in cycle V, the logic values of SAE and WE are changed to L logic. As a result, the level
本実施形態によれば、各ビット線BLnごとにレベルシフタ150−nが配置され、センスアンプ160は、複数のレベルシフタ150−nに対応して配置されることとなる。したがって、本実施形態によれば、例えば、強誘電体メモリ装置100が1T1C型等のピッチの狭い構成を有する場合であっても、センスアンプ160としてカレントミラー型センスアンプを用いることができる。したがって、本実施形態によれば、回路の配置面積が少なく、かつ、高速に読み出し動作が可能な強誘電体メモリ装置100を提供することができる。
According to the present embodiment, the level shifter 150-n is arranged for each bit line BLn, and the
図4は、本発明の電子機器の一例であるパーソナルコンピュータ1000の構成を示す斜視図である。図4において、パーソナルコンピュータ1000は、表示パネル1002と、キーボード1004を有する本体部1006とを備えて構成されている。当該パーソナルコンピュータ1000の本体部1004の記憶媒体、特に不揮発性メモリとして、本発明の記憶回路を備えた半導体装置が利用されている。
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a
上記発明の実施形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 The examples and application examples described through the embodiments of the present invention can be used in combination as appropriate according to the application, or can be used with modifications or improvements, and the present invention is limited to the description of the above-described embodiments. It is not a thing. It is apparent from the description of the scope of claims that the embodiments added with such combinations or changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
100・・・強誘電体メモリ装置、110・・・メモリセルブロック、112・・・ダミーメモリセルブロック、120・・・ワード線制御部、122・・・ダミーワード線制御部、130・・・プレート線制御部、132・・・ダミープレート線制御部、140・・・書き込み回路、150・・・レベルシフタ、160・・・センスアンプ、170・・・p型MOSトランジスタ、300・・・レベルシフタ選択部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記複数のビット線にトランジスタを介してそれぞれ接続され、所定のデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタと、
前記複数のビット線にそれぞれ接続され、前記複数のビット線の電位レベルを変換して出力する複数のレベルシフタと、
前記レベルシフタの出力を伝搬するセンスアンプ線と、
前記複数のレベルシフタのうちのいずれかを選択し、選択された前記レベルシフタの出力を前記センスアンプ線に伝搬させるレベルシフタ選択部と、
前記センスアンプ線の電位に基づいて、前記強誘電体キャパシタに記憶された前記所定のデータを判定するカレントミラー型センスアンプと
を備えたことを特徴とする強誘電体メモリ装置。 Multiple bit lines,
A plurality of ferroelectric capacitors respectively connected to the plurality of bit lines via transistors and storing predetermined data;
A plurality of level shifters connected to the plurality of bit lines, respectively, for converting and outputting potential levels of the plurality of bit lines;
A sense amplifier line for propagating the output of the level shifter;
A level shifter selection unit that selects any one of the plurality of level shifters and propagates the output of the selected level shifter to the sense amplifier line;
A ferroelectric memory device comprising: a current mirror type sense amplifier that determines the predetermined data stored in the ferroelectric capacitor based on a potential of the sense amplifier line.
前記複数のプレート線のうちのいずれを選択するかを示すプレート線選択信号に基づいて前記プレート線を選択するプレート線制御部と
をさらに備え、
前記レベルシフタ選択部は、前記プレート線選択信号に基づいて、前記レベルシフタを選択することを特徴とする請求項1に記載の強誘電体メモリ装置。 A plurality of plate lines respectively connected to the plurality of ferroelectric capacitors;
A plate line control unit that selects the plate line based on a plate line selection signal indicating which of the plurality of plate lines is selected;
2. The ferroelectric memory device according to claim 1, wherein the level shifter selection unit selects the level shifter based on the plate line selection signal.
前記書き込み制御部は、当該書き込み制御部の書き込み動作を許可するか否かを示す書き込み制御信号に基づいて前記所定のデータを書き込み、
前記レベルシフタ選択部は、前記書き込み制御信号にさらに基づいて、前記レベルシフタを選択することを特徴とする請求項4又は5に記載の強誘電体メモリ装置。 A write controller for writing predetermined data in the ferroelectric capacitor;
The write control unit writes the predetermined data based on a write control signal indicating whether or not to permit the write operation of the write control unit;
6. The ferroelectric memory device according to claim 4, wherein the level shifter selecting unit selects the level shifter further based on the write control signal.
9. An electronic apparatus comprising the ferroelectric memory device according to claim 1.
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