JP2006190460A - 強誘電体メモリ装置及びその駆動方法 - Google Patents

強誘電体メモリ装置及びその駆動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】所定の動作を行うにあたって電源がオフされる場合にメモリセルのデータを保護するための強誘電体メモリ装置及びその駆動方法を提供することにある。
【解決手段】強誘電体メモリ装置において、前記メモリ装置に電源を供給するための電源供給部と、前記電源供給部の電源レベルを検出して前記電源がオフ状態の場合にこれに従う検出信号を発生させる電源検出回路と、前記内部チップイネーブル信号がイネーブルされた後に前記検出信号が第1時点で印加される場合には前記内部チップイネーブル信号をディスエーブルさせて前記メモリ装置の動作を中断させ、前記検出信号が第2時点で印加される場合には前記内部チップイネーブル信号がイネーブル状態を維持するようにして、前記内部チップイネーブル信号により発生が制御される前記メモリ装置の動作に必要な制御信号により前記メモリ装置の動作が継続されるようにするための内部チップイネーブル信号発生回路と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、強誘電体メモリ装置及びその駆動方法に係るもので、詳しくは、所定の動作を行うにあたって電源がオフされる場合にメモリセルのデータを保護するための強誘電体メモリ装置及びその駆動方法に関する。
最近、強誘電体薄膜をキャパシタの誘電膜に用いることにより、DRAM装置で必要なリフレッシュの限界を克服し、大容量メモリを利用可能な装置の開発が進んでいる。このような強誘電体薄膜を用いる強誘電体メモリは、不揮発性メモリ装置の一種であって、電源が切られた状態でも格納された情報を保持することができるほか、高速アクセスが可能であり、電力消費が低く、衝撃に対する強度が高いという様々な長所を有する。したがって、このような強誘電体メモリは、携帯用コンピューター、携帯電話、ゲーム機、ファイル保存及び検索機能を有する多様な電子機器及び装備における主記憶装置として、或いは音声及びイメージを記録するための記録媒体として使用されるだろう。
強誘電体メモリ装置において、強誘電体キャパシタとアクセストランジスタからなるメモリセルは、強誘電体キャパシタの電気的分極状態に応じた論理的状態を有するデータ”1”または”0”を保持する。強誘電体キャパシタの両端に電圧が印加されるとき、電界の方向に従って強誘電物質が分極する。この強誘電物質の分極状態が変化するスイッチングしきい電圧を強制電圧という。そして、メモリセルに保持されたデータをリードするために強誘電体キャパシタの両電極の間に電位差が発生するように電圧を印加して、ビットラインに現れる電荷量の変化によりメモリセルに保持されるデータの状態を感知する。
図7は、強誘電体キャパシタを構成する一般の強誘電物質のヒステリシスカーブ曲線を示す。図7に示すように、接地電圧(Vssまたは0V)が印加されてから強誘電物質に電界が印加されない場合には分極が発生しない。強誘電体キャパシタの両端の電圧が正の方向に増加するとき、分極度(または電荷量)は0から正の分極領域内の状態点Aまで増加する。状態点Aにおいて分極は一方向に発生し、状態点Aでの分極度は最大値に至るようになる。このとき、分極度、即ち、強誘電物質が保有する電荷の量は+Qsとして標記される。
以後、キャパシタの両端の電圧が再度接地電圧Vssまで落ちる場合であっても、分極度は0まで低くならず状態点Bに残留する。このような残留分極に従い強誘電物質が保有する電荷の量、即ち、残留分極度は+Qrとして標記される。次いで、キャパシタの両端の電圧が負の方向に増加すると、分極度は状態点Bから負の電荷分極領域内の状態点Cに変化する。状態点Cにおいて強誘電物質は状態点Aでの分極方向に反対となる方向に分極される。このときの分極度は−Qsとして標記される。以後、キャパシタの両端の電圧が再度接地電圧Vssまで落ちても、分極度は0までに落ちずに状態点Dに残留する。このときの残留分極度は−Qrとして標記される。キャパシタの両端に印加される電圧の大きさがもう一度正の方向に増加すると、強誘電物質の分極度は状態点Dから状態点Aに変化する。
図8は、従来の一般の強誘電体メモリ装置でのメモリセルアレイを構成するメモリセルを示す。図8に示すように、メモリセルは、1つのアクセストランジスタM1と1つの強誘電体キャパシタCFEとで構成される。アクセストランジスタM1は、強誘電体キャパシタCFEの1つの端子とビットライン(B/L)との間にそれぞれ連結された2つの端子、即ち、ソース端子とドレイン端子を有し、ワードライン(W/L)にゲートが連結される。1つの端子にアクセストランジスタM1が連結された強誘電体キャパシタCFEの他の端子はプレートライン(P/L)に連結される。
上述のように電界を発生するための電圧が2つの端子間に強誘電物質が挿入された強誘電体キャパシタに一度印加されると、以後に電極がフローティング状態と設定されても自発分極による分極方向は維持される。自発分極による強誘電物質の表面電荷は漏洩などにより自然的に損失されることがない。分極度が0になるように反対方向に電圧が印加されない限り、分極方向はそのまま維持される。
強誘電体キャパシタに正の方向に電圧が印加されてから除去されれば、強誘電体キャパシタを構成する強誘電物質の残留分極は+Qrの状態になる。また、強誘電体キャパシタに負の方向に電圧が印加されてから除去される場合には強誘電物質の残留分極は−Qr状態になる。ここで、残留分極が+Qrの状態、即ち、状態点Bにあるときの論理状態がデータ“0”を示すと仮定すると、残留分極が−Qrの状態、即ち、状態点Dにあるときの論理状態はデータ“1”を示す。したがって、状態点Aから状態点Bに変化するときの電荷量の差、即ち、非スイッチングキャパシタンス(Qnsw)程度に相当する電圧と、状態点Dから状態点Aに変化するときの電荷量の差、即ち、スイッチングキャパシタンス(Qsw)程度に相当する電圧とを区別してメモリセルに保持されたデータをリードすることができる。
一般に、非同期強誘電体メモリ装置は、電源が供給されると、外部から入力される外部チップ制御信号(外部イネーブル信号または外部チップセレクター信号)によって動作状態にされる。外部チップ制御信号がイネーブルされると、印加される外部アドレス遷移を検出し、それぞれのアドレス遷移検出信号を合成した合成パルス信号ATD_SUMを用いてサイクル動作を制御する。合成パルス信号により内部クロックが生成され、これを通じてメモリの該当アドレスにリード及びライト動作を行う。即ち、外部アドレスが変化する場合に合成パルス信号が発生し、この信号により前のサイクル動作が終了し、次のサイクルの準備動作を進行する。また、合成パルス信号により内部チップイネーブル信号ICEが発生し、内部チップイネーブル信号によりメモリ装置動作に必要な全ての内部制御信号が発生する。
このような強誘電体メモリ装置において、静電及び外部電源電圧の遮断などは致命的な結果を誘発する。特に、強誘電体メモリ装置のメモリセルに保持されたデータをリードする動作においては、データをセンシングしてからもとのデータを再格納する動作が必要であるが、このような再格納区間を十分に確保できなかった状態で電源が遮断されれば、既存のデータを保存できなくてデータ破壊が起こる。
図9は、従来の正常な場合における強誘電体メモリ装置のリード動作タイミング図である。
図9に示すように、一般の強誘電体メモリ装置におけるリード動作は、電源PONF_Lが正常に供給される状態で、外部チップ制御信号XCEBが論理”ハイ”から論理”ロー”に遷移してイネーブルされることにより開始される。
外部チップ制御信号XCEBのイネーブルにより外部アドレス信号XAが印加される。外部アドレスXAはアドレスバッファ回路(図示せず)に印加される。該アドレスバッファ回路では、印加された外部アドレス信号XAをバッファーリングして内部アドレス信号を発生する。内部アドレス信号が遷移すると、その遷移が検出されて各ビットのアドレス信号についてアドレス遷移検出信号が生成させる。これらのアドレス遷移検出信号は合成パルス信号発生回路により合成されて1つのアドレス遷移検出信号としての合成パルス信号ATD_SUMになる。合成パルス信号ATD_SUMは、一定時間だけイネーブルされてからディスエーブルされる短いパルス信号である。
合成パルス信号ATD_SUMに応答して内部チップイネーブル信号ICEが発生し、内部チップイネーブル信号ICEに応答してメモリ装置動作に必要な全ての内部制御信号が生成される。内部チップイネーブル信号ICEは、合成パルス信号ATD_SUMがイネーブル状態に遷移する時に生成されるのではなく、合成パルス信号ATD_SUMがディスエーブル状態に遷移する時に生成される。
内部チップイネーブル信号ICEが発生すると、ワードラインデコーダー及びドライバ回路(図示せず)によりワードラインW/Lがイネーブルされる。また、内部チップイネーブル信号ICEに応じて発生するプレート制御信号PPLSのイネーブルによりプレートラインP/Lがイネーブルされる。
プレートラインP/Lがイネーブルされると、チャージシェアリング区間t1が開始される。チャージシェアリング区間t1において、接地レベルの状態を維持するビットラインB/Lに対してメモリセルに保持されたデータに対応する電圧がディベロップされる。
次いで、プレート制御信号PPLSによるプレートラインP/Lのイネーブルに応じてセンスアンプイネーブル信号SAENが発生してセンスアンプをイネーブルさせる。センスアンプがイネーブルされると、チャージシェアリング区間t1が終了して、センシング区間t2が開始される。センシング区間t2では、ビットラインB/Lにディベロップされたデータをセンスアンプで感知及び増幅する。
センシング区間t2は、プレート制御信号PPLSによりプレートラインP/Lがディスエーブルされることにより終了し、再格納区間t3が開始される。
ここで、チャージシェアリング区間t1及びセンシング区間t2は内部回路により定められた値を有する。
再貯蔵区間t3は、一般的なリード動作のためにプレートラインがイネーブルされると、データが格納されたメモリセルのデータが逆転される現象が発生するので、この問題を解決するように、元のデータを再格納するたもの区間である。このような再格納区間t3は、メモリセルに格納されたデータの破壊を防ぐために十分な時間が保障されるべきである。
再格納区間t3は、プレートラインP/Lがディスエーブルされた後、一定時間の経過後にセンスアップがディスエーブルされる時点まで続く。センスアンプのディスエーブルは、プレートラインのディスエーブルに応じて発生する。
センスアンプがディスエーブルされると、内部チップイネーブル信号ICEはディスエーブルされ、これによって、ワードラインW/Lがディスエーブルされて、リード動作が終了される。以後、二つ目の合成パルス信号ATD_SUMのディスエーブルのための遷移時に再度内部チップイネーブル信号が発生され、これに従う次の動作が行われるようになる。
図10は、従来の強誘電体メモリ装置でのリード動作実行中に電源がオフされて非正常的に動作する場合の動作タイミング図である。
図10に示すように、非正常的な場合のリード動作においてセンシング区間t2までは図9で説明したようである。センシング区間t2が終了し、再格納区間t3が開始されて再格納動作が行われるためには十分な時間が確保されるべきである。ところが、正常的な再格納動作が行われるための時間よりも短い時間に電源がオフされると、内部チップイネーブル信号ICEがディスエーブルされる。したがって、ワードラインW/Lがディスエーブルされ、プレート制御信号PPLS及びセンスアンプイネーブル信号SAENがディスエーブルされる。従って、再格納動作が行われるための再格納区間t3が十分に確保されない状態でリード動作が終了することになる。その結果、メモリセルに格納されたデータの破壊が起こされるという問題が発生する。そこで、電源が非正常的にオフされた場合に、メモリセルに格納されたデータの破壊を防止することが求められてきた。
このような問題点を解決するための提案の1つが特許文献1に開示される。
特許文献1に開示された従来技術によると、電源供給部の電源がオン/オフされたかどうかを知らせる互いに異なった電圧レベルを有する第1及び第2検出信号を用いる。言い換えれば、電源がオフされると、外部チップ制御信号XCEがイネーブル状態か又はディスエーブル状態かを判断して、ディスエーブル状態であればチップをオフ状態として動作を防止し、イネーブル状態であれば現在の動作状態に必要な最小の時間を維持することにより、リード動作の完了後にチップオフ状態に進入するようにしている。上記のような動作は、電源供給部の電源がオフされるのに掛かる時間単位がミリ秒(ms)単位であり、半導体メモリ装置の正常的な動作が行われるのに掛かる最小時間単位がナノ秒(ns)であるために可能なことである。
然るに、このような従来の技術では、外部チップイネーブル信号がイネーブル状態であっても所定の動作のための制御信号が発生しない場合においては、リード動作時に再格納動作が正常電圧よりも低い電圧で行われるため、センシングマージンの低下及びリテンションなどの特性悪化を誘発しうる。
米国特許第5,943,257号明細書
そこで、本発明の目的は、上述のような従来の問題点を克服できる強誘電体メモリ装置及びその駆動方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、強誘電体メモリ装置のデータの破壊を防止または最小化できる強誘電体メモリ装置及びその駆動方法を提供することにある。
このような目的を達成するため本発明の実施形態による強誘電体メモリ装置は、前記メモリ装置に電源を供給する電源供給部と、前記電源供給部の電源レベルを検出して前記電源がオフ状態である場合にこれによる検出信号を発生する電源検出回路と、前記内部チップイネーブル信号がイネーブルされてから前記検出信号が第1時点で印加される場合には前記内部チップイネーブル信号をディスエーブルさせて前記メモリ装置の動作を中断させ、前記検出信号が第2時点で印加される場合には前記内部チップイネーブル信号がイネーブル状態を維持するようにして、前記内部チップイネーブル信号により発生が制御される前記メモリ装置の動作に必要な制御信号により前記メモリ装置の動作が継続されるようにするための内部チップイネーブル信号発生回路と、を備える。
前記第1時点は、例えば、前記内部チップイネーブル信号に応じて所定の動作を行うための制御信号が発生される前の時点であり、前記第2時点は、例えば、前記内部チップイネーブル信号に応じて所定の動作を行うための制御信号が発生された後の時点である。前記メモリ装置に対する所定の動作は、例えば、前記メモリ装置で選択されたメモリセルに貯蔵されたデータをリードするためのリード動作である。
前記強誘電体メモリ装置は、内部チップイネーブル信号に応じて前記メモリセルに連結されるプレートラインをイネーブルまたはディスエーブルさせるためのプレート制御信号を発生させるプレート制御信号発生回路と、前記プレート制御信号に応じてセンスアンプを駆動させるためのセンスアンプイネーブル信号をイネーブルまたはディスエーブルさせるセンスアンプイネーブル信号発生回路とをさらに備えることができ、前記第1時点は、例えば、前記プレート制御信号がイネーブルされる前の時点であり、前記第2時点は、例えば、前記プレート制御信号がイネーブルされた後の時点である。
前記内部チップイネーブル信号発生回路は、前記検出信号が印加されない場合には前記合成パルス信号に応じて前記内部チップイネーブル信号をイネーブルさせ、前記検出信号が前記第1時点に印加される場合にはディスエーブル状態の前記プレート制御信号とディスエーブル状態の前記センスアンプイネーブル信号と前記検出信号に応じて前記内部チップイネーブル信号をディスエーブルさせ、前記検出信号が前記第2時点に印加される場合には前記イネーブル状態の前記プレート制御信号と前記センスアンプイネーブル信号と前記検出信号に応じて前記内部チップイネーブル信号のイネーブル状態を維持するようにすることができる。
また、本発明の他の実施形態による強誘電体メモリ装置は、1つのアクセストランジスタと1つの強誘電体キャパシタを含んで構成される複数個のメモリセルと、前記メモリ装置に電源を供給するための電源供給部と、前記電源供給部の電源レベルを検出して前記電源がオフ状態である場合にこれに従う検出信号を発生する電源検出回路と、前記メモリ装置の所定動作のために前記メモリセルに連結されたそれぞれのワードライン及びそれぞれのプレートラインのイネーブルを制御する内部チップイネーブル信号のイネーブル及びディスエーブルを制御するにあたって、前記内部チップイネーブル信号がイネーブルされた後に前記検出信号の印加時点が第1時点である場合には前記内部チップイネーブル信号をディスエーブルさせて前記メモリ装置の動作を中断させ、前記検出信号の印加時点が第2時点である場合には前記内部チップイネーブル信号がイネーブル状態を維持するようにして、前記メモリ装置の動作が続くようにするための内部チップイネーブル信号発生回路と、を備えることができる。
前記第1時点は、例えば、前記内部チップイネーブル信号に応じて前記プレートラインをイネーブルのためのプレート制御信号がイネーブルされる前の時点であり、前記第2時点は、例えば、前記内部チップイネーブル信号に応じて前記プレート制御信号がイネーブルされた後の時点であり、前記メモリ装置に対する所定の動作は、例えば、前記メモリ装置で選択されたメモリセルに格納されたデータをリードするためのリード動作である。
前記強誘電体メモリ装置は、内部チップイネーブル信号に応じて前記メモリセルに連結されるプレートラインをイネーブルまたはディスエーブルさせるためのプレート制御信号を発生させるプレート制御信号発生回路と、前記プレート制御信号に応じてセンスアンプを駆動させるためのセンスアンプイネーブル信号をイネーブルまたはディスエーブルさせるセンスアンプイネーブル信号発生回路とをさらに備えることができ、前記内部チップイネーブル信号発生回路は、前記検出信号が印加されない場合には前記合成パルス信号に応じて前記内部チップイネーブル信号をイネーブルさせ、前記検出信号が前記第1時点に印加される場合にはディスエーブル状態の前記プレート制御信号とディスエーブル状態の前記センスアンプイネーブル信号と前記検出信号に応じて前記内部チップイネーブル信号をディスエーブルさせ、前記検出信号が前記第2時点に印加される場合には前記イネーブル状態の前記プレート制御信号と前記センスアンプイネーブル信号と前記検出信号に応じて前記内部チップイネーブル信号がイネーブル状態を維持するようにすることができる。
また、本発明による強誘電体メモリ装置の駆動方法は、前記メモリ装置に供給される電源のレベルを検出して電源がオフ状態である場合にこれに従う検出信号を発生する段階と、前記検出信号の未発生時には前記メモリ装置に対する所定の正常的な動作を行うための制御信号の発生を制御する内部チップイネーブル信号をイネーブルさせる段階と、前記検出信号の発生時点が第1時点である場合には前記メモリ装置に対する所定の動作を中断させるために前記内部チップイネーブル信号をディスエーブルさせ、前記検出信号の発生時点が第2時点である場合には前記メモリ装置に対する所定の動作が続くようにするために前記内部チップイネーブル信号がイネーブル状態を維持するようにする段階と、を備える。
前記メモリ装置に対する所定の動作は、例えば、前記メモリ装置のメモリセルに格納されたデータをリードするためのリード動作であり、前記第1時点は、例えば、前記メモリセルに連結されるプレートラインを制御し、前記内部チップイネーブル信号に応じてプレート制御信号がイネーブルされる前の時点であり、前記第2時点は、例えば、前記プレート制御信号がイネーブルされた後の時点である。
このような構成によると、前記強誘電体メモリ装置のデータの破壊を防止または最小化することができる。
本発明は、内部チップイネーブル信号がイネーブル状態を維持した状態で電源がオフされる場合、前記電源がオフされる時点に従い前記内部チップイネーブル信号の状態を異にして半導体メモリ装置のデータの破壊を防止または最小化することができる。
以下、本発明が属する技術分野で通常の知識を有したものに本発明の徹底した理解を提供する意図のほかに他の意図なしに、添付図を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態としての強誘電体メモリ装置の一部を示すブロック図である。
本発明の一実施形態の強誘電体メモリ装置は、図7に示したようなメモリセルを複数個配列されたセルアレイ部を備えるほか、一般に強誘電体メモリ装置の動作(例えば、リードまたはライト動作)に必要な全ての回路を備えることができる。本発明の一実施形態の強誘電体メモリ装置は、図1に示した回路を除いて本発明の技術分野で通常の知識を有したものによく知られているため、これに対する説明を省略し、図1に示した回路に対してのみ説明する。
図1に示すように、本発明の一実施形態の強誘電体メモリ装置は、電源供給部110、電源検出回路120、内部チップイネーブル信号発生回路130、センスアンプイネーブル信号発生回路140、及びプレート制御信号発生回路150を備える。
電源供給部110は、強誘電体メモリ装置の各部に必要な電源を供給する。電源検出回路120は、電源供給部110から供給される電源(電圧)のレベルを検出して、電源がオフ状態である場合には、これに従う検出信号PONF_Lを発生する。電源検出回路120は、例えば、電源のレベルが正常的にオン状態の場合には検出信号PONF_Lが論理”ハイ”レベルを維持するようにし、電源のレベルが一定レベル以下に低くなると、オフ状態として判断して論理”ロー”レベルに遷移させる。以下では、検出信号PONF_Lは、電源がオフ状態であるときに論理”ロー”レベルを有して出力される信号として説明される。
内部チップイネーブル信号発生回路130は、強誘電体メモリ装置の動作のための制御信号の発生を制御する内部チップイネーブル信号ICEの発生を制御する回路である。内部チップイネーブル信号発生回路130は、電源検出回路120から電源がオフであることを示す検出信号PONF_Lが印加されない場合、正常的な動作を行うために従来のように合成パルス信号ATD_SUMに応じて内部チップイネーブル信号ICEをイネーブルさせる。
電源供給部110の電源がオフされて、電源検出回路120がそれを示す検出信号PONF_Lが発生すると、内部チップイネーブル信号発生回路130は、検出信号PONF_Lの発生時点に応じて内部チップイネーブル信号ICEを制御する。
内部チップイネーブル信号ICEが正常的にイネーブルされてから検出信号PONF_Lが第1時点で印加される場合は、内部チップイネーブル信号発生回路130は、内部チップイネーブル信号ICEをディスエーブルさせる。この場合は、強誘電体メモリ装置の動作に必要な制御信号であるプレートライン制御信号PPLS及びワードラインイネーブル信号などは、ディスエーブル状態の内部チップイネーブル信号ICEに応じて発生が制限され、イネーブルされない。従って、強誘電体メモリ装置でのこれ以上の動作は進行しない。
ここで、前記第1時点は、強誘電体メモリ装置での所定の動作を行うための制御信号がイネーブルされる前を意味し、詳しくは、プレート制御信号発生回路150によりプレート制御信号PPLSがイネーブルされる前を意味する。前記第1時点は固定された特定の時点を意味するのでなく、内部チップイネーブル信号ICEがイネーブルされたときからプレート制御信号PPLSがイネーブルされる前までの時間区間内におけるある一時点を意味する。
そして、内部チップイネーブル信号ICEが正常的にイネーブルされてから検出信号PONF_Lが第2時点で印加される場合は、内部チップイネーブル信号発生回路130は、内部チップイネーブル信号ICEがイネーブル状態を維持するようにする。この場合は、内部チップイネーブル信号ICEに応じてプレート制御信号及びワードラインイネーブル信号などの強誘電体メモリ装置の動作を制御する制御信号がイネーブルされ、前記強誘電体メモリ装置の所定の動作が進行される。これは半導体メモリ装置の動作時に電源がオフされても既に進行中の動作が続くようにして、前記メモリ装置のメモリセルに格納されたデータを保護するためである。
ここで、前記第2時点は、強誘電体メモリ装置での所定の動作を行うための制御信号がイネーブルされた後を意味し、詳しくは、プレート制御信号発生回路150によりプレート制御信号PPLSがイネーブルされた後を意味する。前記第2時点は、特定の時点を意味するのでなく、内部チップイネーブル信号ICEがイネーブルされ、プレート制御信号PPLSがイネーブルされた後から強誘電体メモリ装置の所定の動作が終了されるまでの時間区間内におけるある一時点を意味する。前記時間区間は、強誘電体メモリ装置のリード動作のためにプレート制御信号PPLSのイネーブル時点からプレート制御信号PPLSのイネーブルに応じてイネーブルされるセンスアンプイネーブル信号SAENがディスエーブルされるまでの時間区間に設定されることができる。
プレート制御信号発生回路150は、内部チップイネーブル信号に応じてメモリセルに連結されるプレートラインをイネーブルまたはディスエーブルさせるためのプレート制御信号PPLSを発生する回路である。プレート制御信号発生回路150は、プレートラインドライバ回路ともいわれ、従来と同一の構成を有しうる。
センスアンプイネーブル信号発生回路140は、プレート制御信号PPLSに応じて、センスアンプを動作させるためのセンスアンプイネーブル信号SAENをイネーブルまたはディスエーブルさせる回路である。センスアンプイネーブル信号発生回路40は、従来の回路と同一に具現されうる。
図2は、図1の電源検出回路120の具現例を示す。電源検出回路120は、例えば、抵抗素子R1ないしR4、トランジスタN2,P2、及びインバーターI2,I4,I8を備え、図2に示すような結線構造を有する。電源検出回路120は、電源がオン状態であるときには検出信号PONF_Lが論理”ハイ”レベルを有し、電源がオフ状態であるときには検出信号PONF_Lが論理”ロー”レベルを有するように設定される。
電源検出回路120における電源のオン/オフ状態の判断は、抵抗素子R1−R4の抵抗値を変更することにより多様な方法により行われうる。例えば、抵抗素子R1−R4の抵抗地を変更して電源が所望のレベルの80%以下のレベルを有するときに、検出信号PONF_Lが論理”ロー”レベルを有して出力されるようにすることができる。
電源検出回路120は、図2に示した電源検出回路以外にも多様な方法により具現できるし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有したものにとってよく知られた電源検出回路が使用されることができる。
図3は、図1の内部チップイネーブル信号発生回路130の具現例を示す。図3に示すように、内部チップイネーブル信号発生回路130は、例えば、外部信号制御部132、第1入力部134、第2入力部136、及び出力部138を備える。
外部信号制御部132は、外部チップ制御信号XCEBが入力されるインバーター回路I12、インバーター回路I12の出力信号と電源検出信号PONF_Lを入力とする論理NAND回路NA12、及びNAND回路NA12の出力をバッファーリングして外部信号制御信号CEBを出力する直列連結された2つのインバーター回路I14、I16を備える。
外部制御信号部132は、外部チップ制御信号XCEBがイネーブルされ、電源検出信号PONF_Lが印加されない場合に、外部信号制御信号CEBをイネーブルして、外部から入力されるアドレス信号の遷移による合成パルス信号ATD_SUMなどの発生を制御する。例えば、外部チップ制御信号XCEBが論理”ロー”レベルにイネーブルされ、検出信号PONF_Lが論理”ハイ”レベルを有する場合、外部信号制御信号CEBは論理”ロー”レベルにイネーブルされて、外部から提供されるアドレス信号などが入力されるようにする。
外部チップ制御信号XCEBがディスエーブル状態の場合には、外部信号制御信号CEBはディスエーブル状態を維持し、また、外部チップ制御信号XCEBがイネーブル状態であっても電源検出信号PONF_Lが印加される場合には外部信号制御信号CEBはディスエーブルされて、外部から提供される動作信号の入力を遮断する。したがって、外部信号制御信号CEBがディスエーブルされる場合には、外部から提供されるアドレス信号が入力されず、合成パルス信号ATD_SUMなどは発生しない。
第1入力部134は、合成パルス信号ATD_SUMを入力とするインバーター回路I18と、該インバーター回路I18の出力信号を使って短パルスを発生させる第1短パルス発生器12とを備える。短パルス発生器12は、例えば、複数個のインバーター回路及び論理NAND回路を備えて構成されうる。短パルス発生器12は、合成パルス信号ATD_SUMに応じて所定幅を有する短パルスを発生する。第1入力部134は、内部チップイネーブル信号ICEのイネーブルを制御するためのもので、合成パルス信号ATD_SUMに応じて発生される短パルスを出力部138に印加することにより、内部チップイネーブル信号ICEがイネーブルされるようにする。
第2入力部136は、センスアンプイネーブル信号SAENを入力とするインバーター回路I20と、インバーター回路20の出力を使って短パルスを発生させて出力部138に印加する第2短パルス発生器14と、センスアンプイネーブル信号SAEN、プレート制御信号PPLS及び電源検出信号PONF_Lを入力とする論理NOR回路NO12と、論理NOR回路NO12の出力信号をインバーティングして出力部138に印加するインバーター回路I24と、を備える。
第2入力部136は、内部チップイネーブル信号ICEのディスエーブル時点を制御するためのものであり、電源検出信号PONF_Lが印加されない場合にはセンスアンプイネーブル信号SAENがディスエーブルされるに従いディスエーブルされる。電源検出信号PONF_Lが印加される場合には、電源検出信号PONF_Lの印加時点に従い前記内部チップイネーブル信号ICEのディスエーブル時点が異なってくる。即ち、内部チップイネーブル信号ICEがイネーブルされた状態(例えば論理”ハイ”レベル状態)で、プレート制御信号PPLSがディスエーブル状態(例えば、論理”ロー”レベル状態)の第1時点で電源検出信号PONF_Lが印加されると、第2入力部136は、第2入力部136から出力される信号を制御して内部チップイネーブル信号ICEがディスエーブルされるように制御する。また、内部チップイネーブル信号ICEがイネーブルされた状態(例えば、論理”ハイ”レベル状態)で、プレート制御信号PPLSがイネーブル状態(例えば、論理”ハイ”レベル状態)の第2時点で電源検出信号PONF_Lが印加されると、第2入力部136は、該第2入力部136で出力される信号を制御して内部チップイネーブル信号ICEがイネーブル状態を維持するように制御する。
出力部138は、第1入力部134と第2出力部136の出力信号を入力とするラッチ回路としての相互交差連結された2つの論理NAND回路NA14,NA16と、該ラッチ回路の出力をインバーティングして内部チップイネーブル信号ICEを出力するインバーター回路I22と、を備える。
図3の内部チップイネーブル信号発生回路は1つの具現例を示したものに過ぎないため、上述のような動作を行うように本発明が属する技術分野で通常の知識を有したものにより容易且つ多様な方法により具現できる。
図4及び図5は、本発明の一実施形態の強誘電体メモリ装置におけるリード動作時に電源がオフされる場合の動作タイミング図を示す。
以下、本発明の一実施形態の強誘電体メモリ装置におけるリード動作時に電源がオフされる場合の動作を図1、図4、図5を参照して説明する。
図4は、電源が第1時点でオフされる場合の動作タイミング図を示す。図4に示すように、初期に電源供給部110から電源が正常的に供給される状態において、外部チップ制御信号XCEBが論理”ハイ”レベルから論理”ロー”レベルに遷移されてイネーブルされることによりリード動作が開始される。
外部チップ制御信号XCEBのイネーブルにより外部アドレス信号XAが印加される。外部アドレスXAは、アドレスバッファ回路(図示せず)に印加され、アドレスバッファ回路では、印加される外部アドレス信号XAをバッファーリングして内部アドレス信号を発生する。内部アドレス信号が遷移すると、その遷移が検出されて各ビットのアドレス信号についてアドレス遷移検出信号が生成させる。これらのアドレス遷移検出信号は合成パルス信号発生回路により合成されて1つのアドレス遷移検出信号としての合成パルス信号ATD_SUMとなる。合成パルス信号ATD_SUMは、一定時間だけイネーブルされてからディスエーブルされる短いパルス信号である。
合成パルス信号ATD_SUMにより内部チップイネーブル信号ICEがイネーブルされる。内部チップイネーブル信号ICEがイネーブルされてからプレート制御信号PPLSがイネーブルされる前の前記第1時点で電源がオフされ、これに応じて電源検出回路120から論理”ロー”レベルの電源検出信号PONF_Lが出力される。この状態では、プレート制御信号PPLS及びセンスアンプイネーブル信号SAENはディスエーブル状態を維持する。ここで、ワードラインW/Lはイネーブル状態であるか、またはディスエーブル状態であることもできる。
電源検出信号PONF_Lが内部チップイネーブル信号発生回路130に印加されることにより、内部チップイネーブル信号発生回路130ではイネーブル状態の内部チップイネーブル信号ICEをディスエーブルさせる。従って、プレート制御信号PPLSはイネーブルされず、リード動作は中断されて、メモリセルに格納されたデータを保護することができる。
図5は、電源が第2時点でオフされる場合の動作タイミング図を示す。図5に示すように、初期に電源供給部110から電源が正常的に供給される状態において、外部チップ制御信号XCEBが論理”ハイ”レベルから論理”ロー”レベルに遷移されてイネーブルされることによりリード動作が開始される。
外部チップ制御信号XCEBのイネーブルにより外部アドレス信号XAが印加される。外部アドレスXAは、アドレスバッファ回路(図示せず)に印加され、アドレスバッファ回路では印加される外部アドレス信号XAをバッファーリングして内部アドレス信号を発生する。内部アドレス信号が遷移すると、その遷移が検出されて各ビットのアドレス信号についてアドレス遷移検出信号が生成させる。これらのアドレス遷移検出信号は合成パルス信号発生回路により合成されて1つのアドレス遷移検出信号としての合成パルス信号ATD_SUMとなる。合成パルス信号ATD_SUMは、一定時間だけイネーブルされてからディスエーブルされる短いパルス信号である。
合成パルス信号ATD_SUMにより内部チップイネーブル信号ICEがイネーブルされる。内部チップイネーブル信号は、合成パルス信号ATD_SUMがイネーブル状態に遷移する時に生成されるのではなく、合成パルス信号ATD_SUMがディスエーブル状態に遷移する時に発生されうる。
内部チップイネーブル信号ICEが発生すると、ワードラインデコーダー及びドライバ回路(図示せず)によりワードラインW/Lがイネーブルされる。また、内部チップイネーブル信号ICEに応じて発生されるプレート制御信号PPLSのイネーブルによりプレートラインP/Lがイネーブルされる。
プレート制御信号PPLSがイネーブルされた後に第2時点でメモリ装置の電源がオフされ、電源検出回路120では論理”ロー”レベルの電源検出信号PNOF_Lを出力する。
電源検出信号PONF_Lとイネーブル状態のプレート制御信号PPLSにより、内部チップイネーブル信号発生回路130は、内部チップイネーブル信号ICEがイネーブル状態を継続して維持するようにする。内部チップイネーブル信号ICEがイネーブル状態を継続して維持するに従い、正常的なリード動作のようにチャージシェアリング区間t1が開始される。チャージシェアリング区間t1で接地レベルの状態を維持したビットラインB/Lにメモリセルに格納されたデータに対応する電圧がディベロップされる。
次いで、プレート制御信号PPLSイネーブルに応センスアンプイネーブル信号SAENが発生してセンスアンプをイネーブルさせる。センスアンプイネーブル信号SAENによってセンスアンプがイネーブルされると、チャージシェアリング区間t1が終了してセンシング区間t2が開始される。センシング区間t2では、ビットラインB/Lにディベロップされたデータをセンスアンプで感知及び増幅する。
センシング区間t2は、プレート制御信号によりプレートラインP/Lがディスエーブルされることにより終了され、再格納区間t3が開始される。
ここで、チャージシェアリング区間t1及びセンシング区間t2は、内部回路により定められた値を有する。
再格納区間t3は、一般のリード動作のためにプレートラインがイネーブルされると、データが格納されたメモリセルのデータが逆転される現象が発生するので、この問題を解決するために元のデータを再格納するための区間である。再格納区間t3は、メモリセルに格納されたデータの破壊を防ぐために十分な時間が保障されるべきである。
再格納区間t3は、プレートラインP/Lがディスエーブルされた後、一定時間の経過後にセンスアンプがディスエーブルされる時点まで継続される。センスアンプのディスエーブルは、プレートラインP/Lのディスエーブルに応じて発生する。
センスアンプがディスエーブルされると、内部チップイネーブル信号はディスエーブルされ、よって、ワードラインW/Lがディスエーブルされてリード動作が終了する。
上述のように、強誘電体メモリ装置のリード動作中に前記第2時点で電源がオフされる場合にはリード動作が継続されるようにして、最小限の再格納区間を確保することができ、これにより、メモリセルに格納されたデータの破壊を防止または最小化することができる。
図6は本発明の一実施形態の強誘電体メモリ装置のメモリセルのデータ保護のための制御フローチャートである。
図6に示すように、本発明の一実施形態の強誘電体メモリ装置においてリード動作が開始され、内部チップイネーブル信号がイネーブルされる。以後、強誘電体メモリ装置では、外部電源がオン状態かどうかを感知する(S61)。電源がオン状態の場合には、強誘電体メモリ装置は、正常的なチップ動作、即ち、リード動作を行う。電源がオフ状態の場合には、強誘電体メモリ装置は、メモリセルに格納されたデータをリードするためのチャージシェアリングが開始されたかどうかを判断する(S62)。チャージシェアリングが開始される場合には、現在の動作状態に必要な最小限の時間を維持することにより、そのリード動作が継続されるようにする。チャージシェアリングが開始しない場合には、そのリード動作を中断し、チップをディスエーブルさせる。
上述のように本発明による強誘電体メモリ装置及びその制御方法は、内部チップイネーブル信号がイネーブルされた状態で外部電源がオフされる場合に前記外部電源がオフされる時点に従いその以後の動作を異にして制御することにより、メモリセルのデータ破壊を防止または最小化することができる。
このような実施形態の説明は本発明の徹底した理解を助けるために図面を参照して例を挙げたものに過ぎないため、本発明を限定する意味として解釈してはならない。また、本発明が属する技術分野で通常の知識を有したものにとって、本発明の基本的原理を外れない範囲内で多様な変化と変更が可能なのは明白なことである。例えば、思案の異なった場合に回路の内部構成を変更するか、または回路の内部構成素子を他の等価的素子に代替可能なのは明白なことである。
本発明の一実施形態の強誘電体メモリ装置の一部を示すブロック図である。 図1の電源検出回路の具現例である。 図1の内部チップイネーブル信号発生回路の具現例である。 本発明の一実施形態の強誘電体メモリ装置において動作中に電源がオフされる場合の動作タイミング図である。 本発明の一実施形態の強誘電体メモリ装置において動作中に電源がオフされる場合の動作タイミング図である。 本発明の一実施形態の強誘電体メモリ装置のメモリセルのデータ保護のための制御フローチャートである。 一般の強誘電物質のヒステリシスカーブ曲線である。 一般の強誘電体メモリセルアレイを構成するメモリセルを示す回路図である。 従来の強誘電体メモリでのリード動作時の動作タイミング図である。 従来のリード動作中に電源がオフされる場合の動作タイミング図である。
符号の説明
110:電源供給部
120:電源検出回路
130:内部チップイネーブル信号発生回路
140:センスアンプイネーブル信号発生回路
150:プレート制御信号発生回路
ATD_SUM:合成パルス信号
PONF_L:電源検出信号
SAEN:センスアンプイネーブル信号
PPLS:プレート制御信号
ICE:内部チップイネーブル信号

Claims (16)

  1. 強誘電体メモリ装置において、
    前記メモリ装置に電源を供給するための電源供給部と、
    前記電源供給部の電源レベルを検出して前記電源がオフ状態の場合にこれに従う検出信号を発生する電源検出回路と、
    内部チップイネーブル信号発生回路とを備え、
    前記内部チップイネーブル信号発生回路は、
    前記内部チップイネーブル信号がイネーブルされた後に前記検出信号が第1時点で印加される場合には前記内部チップイネーブル信号をディスエーブルさせて前記メモリ装置の動作を中断させ、
    前記検出信号が第2時点で印加される場合には前記内部チップイネーブル信号がイネーブル状態を維持するようにして、前記内部チップイネーブル信号により発生が制御される前記メモリ装置の動作に必要な制御信号により前記メモリ装置の動作が継続されるようにする、
    ことを特徴とする強誘電体メモリ装置。
  2. 前記第1時点は、前記内部チップイネーブル信号に応じて所定の動作を行うための制御信号が発生される前の時点であり、
    前記第2時点は、前記内部チップイネーブル信号に応じて所定の動作を行うための制御信号が発生された後の時点である、
    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。
  3. 前記メモリ装置に対する所定の動作は、前記メモリ装置で選択されたメモリセルに格納されたデータをリードするためのリード動作であることを特徴とする請求項2に記載の強誘電体メモリ装置。
  4. 前記強誘電体メモリ装置は、
    内部チップイネーブル信号に応じて前記メモリセルに連結されるプレートラインをイネーブルまたはディスエーブルさせるためのプレート制御信号を発生するプレート制御信号発生回路と、
    前記プレート制御信号に応じてセンスアンプを駆動させるためのセンスアンプイネーブル信号をイネーブルまたはディスエーブルさせるセンスアンプイネーブル信号発生回路と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の強誘電体メモリ装置。
  5. 前記第1時点は、前記プレート制御信号がイネーブルされる前の時点であり、
    前記第2時点は、前記プレート制御信号がイネーブルされた後の時点である、
    ことを特徴とする請求項4に記載の強誘電体メモリ装置。
  6. 前記内部チップイネーブル信号発生回路は、印加される外部アドレスの各ビットの遷移を検出してそれぞれのビットについてのアドレス遷移検出信号を合成した合成パルス信号、前記電源検出回路が発生する前記検出信号、前記プレート制御信号、及び前記センスアンプイネーブル信号にそれぞれ応じて前記内部チップイネーブル信号のイネーブル及びディスエーブルを制御することを特徴とする請求項5に記載の強誘電体メモリ装置。
  7. 前記内部チップイネーブル信号発生回路は、
    前記検出信号が印加されない場合には、前記合成パルス信号に応じて前記内部チップイネーブル信号をイネーブルさせ、
    前記検出信号が前記第1時点に印加される場合には、ディスエーブル状態の前記プレート制御信号とディスエーブル状態の前記センスアンプイネーブル信号と前記検出信号に応じて前記内部チップイネーブル信号をディスエーブルさせ、
    前記検出信号が前記第2時点に印加される場合には、前記イネーブル状態の前記プレート制御信号と前記センスアンプイネーブル信号と前記検出信号に応じて前記内部チップイネーブル信号のイネーブル状態を維持するようにする、
    ことを特徴とする請求項6に記載の強誘電体メモリ装置。
  8. 強誘電体メモリ装置において、
    1つのアクセストランジスタと1つの強誘電体キャパシタをそれぞれ含む複数個のメモリセルと、
    前記メモリ装置に電源を供給するための電源供給部と、
    前記電源供給部の電源レベルを検出して前記電源がオフ状態の場合にこれに従う検出信号を発生する電源検出回路と、
    内部チップイネーブル信号発生回路と、を備え、
    前記内部チップイネーブル信号発生回路は、
    前記メモリ装置の所定の動作のために前記メモリセルに連結されるそれぞれのワードライン及びそれぞれのプレートラインのイネーブルを制御する内部チップイネーブル信号のイネーブル及びディスエーブルを制御するにあたって、前記内部チップイネーブル信号がイネーブルされた後において、前記検出信号の印加時点が第1時点である場合には前記内部チップイネーブル信号をディスエーブルさせて前記メモリ装置の動作を中断させ、前記検出信号の印加時点が第2時点である場合には前記内部チップイネーブル信号がイネーブル状態を維持するようにして前記メモリ装置の動作が継続されるようにするためのることを特徴とする強誘電体メモリ装置。
  9. 前記第1時点は、前記内部チップイネーブル信号に応じて前記プレート制御信号がイネーブルされる前の時点であり、
    前記第2時点は、前記内部チップイネーブル信号に応じて前記プレート制御信号がイネーブルされた後の時点である、
    ことを特徴とする請求項8に記載の強誘電体メモリ装置。
  10. 前記メモリ装置に対する所定の動作は、前記メモリ装置で選択されたメモリセルに格納されたデータをリードするためのリード動作であることを特徴とする請求項9に記載の強誘電体メモリ装置。
  11. 前記強誘電体メモリ装置は、
    内部チップイネーブル信号に応じて前記メモリセルに連結されるプレートラインをイネーブルまたはディスエーブルさせるためのプレート制御信号を発生させるプレート制御信号発生回路と、
    前記プレート制御信号に応じてセンスアンプを駆動させるためのセンスアンプイネーブル信号をイネーブルまたはディスエーブルさせるセンスアンプイネーブル信号発生回路と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項10に記載の強誘電体メモリ装置。
  12. 前記内部チップイネーブル信号発生回路は、印加される外部アドレスの各ビットの遷移を検出してそれぞれのビットについてのアドレス遷移検出信号を合成した合成パルス信号、前記電源検出回路で発生される前記検出信号、前記プレート制御信号、及び前記センスアンプイネーブル信号にそれぞれ応じて前記内部チップイネーブル信号のイネーブル及びディスエーブルを制御することを特徴とする請求項11に記載の強誘電体メモリ装置。
  13. 前記内部チップイネーブル信号発生回路は、
    前記検出信号が印加されない場合には、前記合成パルス信号に応じて前記内部チップイネーブル信号をイネーブルさせ、
    前記検出信号が前記第1時点に印加される場合には、ディスエーブル状態の前記プレート制御信号とディスエーブル状態の前記センスアンプイネーブル信号と前記検出信号に応じて前記内部チップイネーブル信号をディスエーブルさせ、
    前記検出信号が前記第2時点に印加される場合には、前記イネーブル状態の前記プレート制御信号と前記センスアンプイネーブル信号と前記検出信号に応じて前記内部チップイネーブル信号がイネーブル状態を維持するようにする、
    ことを特徴とする請求項12に記載の強誘電体メモリ装置。
  14. 強誘電体メモリ装置の駆動方法において、
    前記メモリ装置に供給される電源のレベルを検出して電源がオフ状態の場合にこれに従う検出信号を発生する段階と、
    前記検出信号の未発生時には前記メモリ装置に対する所定の正常的な動作を行うために前記メモリ装置に対する所定の動作を行うための制御信号の発生を制御する内部チップイネーブル信号をイネーブルさせる段階と、
    前記検出信号の発生時点が第1時点の場合には前記メモリ装置に対する所定の動作を中断させるために前記内部チップイネーブル信号をディスエーブルさせ、前記検出信号の発生時点が第2時点の場合には前記メモリ装置に対する所定の動作が継続されるようにするために前記内部チップイネーブル信号がイネーブル状態を維持するようにする段階と、
    を備えることを特徴とする強誘電体メモリ装置の駆動方法。
  15. 前記メモリ装置に対する所定の動作は、前記メモリ装置のメモリセルに格納されたデータをリードするためのリード動作であることを特徴とする請求項14に記載の強誘電体メモリ装置の駆動方法。
  16. 前記第1時点は、前記メモリセルに連結されたプレートラインを制御し、前記内部チップイネーブル信号に応じてプレート制御信号がイネーブルされる前の時点であり、
    前記第2時点は、前記プレート制御信号がイネーブルされた後の時点である、
    ことを特徴とする請求項15に記載の強誘電体メモリ装置の駆動方法。
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