JP2006228291A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不揮発性半導体記憶装置に係わり、特に強誘電体キャパシタを用いた不揮発性メモリに関するものである。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a nonvolatile memory using a ferroelectric capacitor.
近年、フラッシュメモリやEEPROMといった従来からの書換え可能な不揮発性半導体記憶装置と比較して書換え回数やアクセススピード、消費電力などの特性に優れた不揮発性半導体メモリの一つとして記憶素子に強誘電体キャパシタを採用した強誘電体メモリ(FeRAM)が近年各社で開発されてきたが、ここ数年で微細化技術や信頼性技術が急速に進歩し、ICカードやタグといったビット容量の小規模な分野からではあるがその市場規模を広げつつある。その優れた特性から今後も携帯情報機器などを中心に強誘電体メモリへのニーズが増して来るものと考えられる。 In recent years, ferroelectrics have been used as storage elements as one of the nonvolatile semiconductor memories that are superior in characteristics such as the number of rewrites, access speed, and power consumption compared to conventional rewritable nonvolatile semiconductor memory devices such as flash memory and EEPROM. Ferroelectric memories (FeRAM) using capacitors have been developed by various companies in recent years, but in recent years, miniaturization technology and reliability technology have advanced rapidly, and small fields such as IC cards and tags have small bit capacities. However, the market is expanding. Due to its excellent characteristics, it is expected that the need for ferroelectric memories will continue to increase, especially in portable information devices.
しかしながら現状では、将来において市場の求めるすべての特性に十分満足のいくレベルに達しているかと言えば決してそうではない。特に書換え、あるいは読み出し回数においては、現状1E12回程度の保証であり、その値は、DRAMやSRAMといった、事実上無限回アクセスを実現している半導体メモリには遠くおよばない。 However, in the present situation, it is never the case that the level has been sufficiently satisfied in the future for all the characteristics demanded by the market. In particular, the number of times of rewriting or reading is currently guaranteed to be about 1E12 times, and the value is not far from that of a semiconductor memory such as a DRAM or an SRAM that achieves an infinite number of accesses.
かかる強誘電体メモリにおいては、データの記録は、強誘電体キャパシタの両電極に印加される電界の向きに応じて2つの異なる極性に分極する特性を利用して行う。また、そのデータの書き換え動作は、前記強誘電体キャパシタの両電極間に新たな電界を印加することにより行うが、この際には、必ず分極反転を行い、実力以上にこのデータ書換え回数が増えると、強誘電体キャパシタの特性劣化を生じてしまうこととなる。 In such a ferroelectric memory, data recording is performed by utilizing the property of being polarized in two different polarities depending on the direction of the electric field applied to both electrodes of the ferroelectric capacitor. In addition, the data rewrite operation is performed by applying a new electric field between both electrodes of the ferroelectric capacitor. In this case, polarization inversion is always performed, and the number of data rewrites increases beyond the capability. As a result, the characteristics of the ferroelectric capacitor deteriorate.
また、データの読み出し動作においても、該データ読み出し動作は破壊読出しであることから、同一データの再書き込み動作が必要となり、該再書き込みを伴う“1”(ハイ)データの読み出しを行う場合には、データの書換え動作と同様に、強誘電体キャパシタの特性劣化の問題を生じる。 In the data read operation, since the data read operation is destructive read, it is necessary to rewrite the same data. When reading “1” (high) data accompanied by the rewrite, Similar to the data rewrite operation, there arises a problem of deterioration of characteristics of the ferroelectric capacitor.
なお、同様の問題に関しては、記憶データを保証する手段として、リフレッシュ動作を搭載した強誘電体メモリにおいて、リフレッシュ動作に伴うキャパシタ劣化を抑制する手段が提案されている(例えば、特許文献1参照)。ここで、強誘電体メモリの今後の市場においては、データ書換え回数はもちろん、読み出し回数をも含めたメモリセルへのアクセス可能回数の増大が、ますます強く求められることは必至である。 Regarding a similar problem, as a means for guaranteeing stored data, a means for suppressing capacitor deterioration associated with a refresh operation in a ferroelectric memory equipped with a refresh operation has been proposed (for example, see Patent Document 1). . Here, in the future market of ferroelectric memories, it is inevitable that an increase in the number of times of access to memory cells including the number of times of data rewriting as well as the number of times of data rewriting is increasingly required.
従来の強誘電体メモリにおけるデータ読み出しについて、以下に詳細に説明する。
強誘電体メモリにおけるメモリアレイ部の回路構成図を、図9に示す。図9において、1はメモリアレイを構成する1T1C(1トランジスタ1キャパシタ)型のメモリセルであり、1トランジスタ11と、1キャパシタ12とからなるものである。
Data reading in a conventional ferroelectric memory will be described in detail below.
FIG. 9 shows a circuit configuration diagram of the memory array section in the ferroelectric memory. In FIG. 9,
BL0,BL1,BL2はビット線、/BL0,/BL1,/BL2は反転ビット線であり、これらは行方向に配列される複数の上記メモリセル1を、図示上下方向から挟むように配置されており、該ビット線と反転ビット線とでビット線対を構成している。
BL0, BL1, and BL2 are bit lines, and / BL0, / BL1, and / BL2 are inverted bit lines. These are arranged so as to sandwich the plurality of
WL0,WL1,WL2はワード線、CP0,CP1,CP2はセルプレート線であり、これらは列方向に配列される複数の上記メモリセル1を、図示左右方向からはさむように配置されており、ワード線WL0は上記メモリセル1のトランジスタ11のゲートに接続され、セルプレート線CP0は、直列接続されたトランジスタ11とキャパシタ12のキャパシタ側端であるキャパシタ12の他端に接続されており、その直列接続体のトランジスタ側端であるトランジスタ11のドレインは、上記ビット線BL0に接続されている。
WL0, WL1, and WL2 are word lines, and CP0, CP1, and CP2 are cell plate lines. These are arranged so as to sandwich the plurality of
そして、該メモリセル1に行方向において隣接する、ワード線WL1とセルプレート線CP1にはさまれるメモリセル1’は、上記メモリセル1と同様に、そのトランジスタ11のゲートはワード線WL1に接続され、そのキャパシタ12の他端はセルプレート線CP1に接続されているが、トランジスタ11とキャパシタ12の直列接続体のトランジスタ側端であるトランジスタ11のドレインは、反転ビット線/BL1に接続されている。
The
また、2はセンスアンプであり、これは、上記行方向に配列された複数のメモリセルを、図示上下方向から挟むように配置された、ビット線と反転ビット線からなるビット線対BL0,/BL0間の電圧差を検出増幅するものである。さらに、3はビット線プリチャージ回路であり、上記ビット線対BL0,/BL0間にあらかじめ電圧をプリチャージするものである。
次に、読み出し動作時の主要信号のタイミング図を図10に示す。また、強誘電体キャパシタのヒステリシス曲線を用いた動作説明図を図11に示す。 Next, FIG. 10 shows a timing chart of main signals during the read operation. FIG. 11 shows an operation explanatory diagram using a hysteresis curve of the ferroelectric capacitor.
読み出し動作前にメモリセル1に記録されたデータが“1”の場合、選択ワード線WL0、選択プレート線CP0が“L”から“H”になる以前の、図10のタイミング図におけるTaの期間は、図11のヒステリシス曲線での分極状態は、A点にある。
When the data recorded in the
次に、ビット線プリチャージ制御信号BPEが“H”から“L”になり、選択ワード線WL0、選択プレート線CP0が“L”から“H”になると、選択されたメモリセル1から記憶データがビット線BL0へ読み出される。この期間Tbにおいて、図11のヒステリシス曲線での分極状態はA点からB点へと移行する。この時のB点は、ヒステリシス曲線の分極反転曲線とビット線容量負荷線との交点となる。また同時にビット線/BL0には電位比較用のリファレンス電位が供給される。
Next, when the bit line precharge control signal BPE is changed from “H” to “L” and the selected word line WL0 and the selected plate line CP0 are changed from “L” to “H”, the storage data from the
次に、センスアンプ制御信号SAEが“L”から“H”になると、各ビット線BL0、/BL0の電位は、センスアンプ回路の電源電圧差まで増幅される。この期間Tcにおいて、図11のヒステリシス曲線での分極状態は、B点からC点へと移行する。また、この各ビット線BL0、/BL0の電位差がセンスアンプ回路の電源電圧差まで増幅された時点で、メモリセル1のデータは読み出しデータとして正常に取り出されたことになり、その後データバス線へと伝送され、最終的にメモリ装置の外部へと正常にデータ出力することが可能である。図11のヒステリシス曲線での分極状態がA点からC点になったことは、初期からの分極電荷量が減少し破壊読み出しがなされたことを意味する。
Next, when the sense amplifier control signal SAE changes from “L” to “H”, the potentials of the bit lines BL0 and / BL0 are amplified to the power supply voltage difference of the sense amplifier circuit. In this period Tc, the polarization state in the hysteresis curve of FIG. 11 shifts from the B point to the C point. Further, when the potential difference between the bit lines BL0 and / BL0 is amplified to the power supply voltage difference of the sense amplifier circuit, the data in the
通常の読み出し動作においては、初期の分極状態を再現するために、以降に述べる再書き込み動作を行う。
すなわち、選択プレート線CP0が“H”から“L”になり、図10の期間Tdに入ると、図11のヒステリシス曲線での分極状態は、C点からD点へと移行する。
In a normal read operation, a rewrite operation described below is performed in order to reproduce the initial polarization state.
That is, when the selected plate line CP0 changes from “H” to “L” and enters the period Td in FIG. 10, the polarization state in the hysteresis curve in FIG. 11 shifts from the point C to the point D.
次に、センスアンプ制御信号SAEを“H”から“L”にした後、ビット線プリチャージ制御信号BPEを“L”から“H”にすることで、選択ビット線BL0は“L”にプリチャージされ、図11のヒステリシス曲線での分極状態は、D点から初期のA点へと戻る。
これは、再書き込み動作が行われたことを意味する。
Next, after the sense amplifier control signal SAE is changed from “H” to “L”, the bit line precharge control signal BPE is changed from “L” to “H”, so that the selected bit line BL0 is set to “L”. The state of polarization in the hysteresis curve of FIG. 11 returns from the point D to the initial point A.
This means that a rewrite operation has been performed.
一方、読み出し動作前にメモリセル1に記録されたデータが“0”の場合、初期のヒステリシス曲線での分極状態は点A’にあり、同じ動作タイミングが実行されるとその分極状態は、B’、C’、D’(=A’)へと順次移行する。この場合は“1”データの場合と異なり、初期からの分極電荷量の減少がなく破壊読出しとはならない。
上記のような従来の強誘電体メモリにおいては、上記で説明したように、その動作において“1”データを読み出す場合は、分極電荷量が減少する破壊読出しを伴い、その後、初期の分極状態を再現するために、再書き込み動作を実行している。この場合、完全な分極反転を伴う“0”から“1”、または“1”から“0”へのデータ書換え時と比較すれば、その程度は小さいが、この再書き込み動作によっても、データの書き換え時と同様に、キャパシタに負荷がかかり、その特性が劣化していくことになる。 In the conventional ferroelectric memory as described above, when “1” data is read in the operation as described above, destructive reading in which the polarization charge amount decreases is performed, and then the initial polarization state is changed. A rewrite operation is being performed to reproduce. In this case, the degree is small compared with data rewriting from “0” to “1” or “1” to “0” with complete polarization reversal. As in the case of rewriting, the capacitor is loaded and its characteristics deteriorate.
一般に、かかる強誘電体メモリにおいては、誘電体メモリを採用するシステム仕様にもよるが、データ書換え動作の回数に比べると、データ読み出し回数の方が多いのが通常であり、この読み出し動作におけるキャパシタ特性劣化は決して無視することのできないものであった。また、この読み出し動作における再書き込みは、リフレッシュ動作に伴う付加的な読み出し動作と異なるもので、上記再書き込みを含む読み出し動作におけるメモリの特性劣化は、簡単には解決できないものであり、その結果、メモリセルへのアクセス回数を増大できないという課題があった。 In general, in such a ferroelectric memory, although it depends on the system specification that employs the dielectric memory, the number of times of data reading is usually larger than the number of times of data rewriting operation. Characteristic degradation was never negligible. In addition, the rewriting in this read operation is different from the additional read operation accompanying the refresh operation, and the memory characteristic deterioration in the read operation including the rewrite cannot be easily solved. There was a problem that the number of accesses to the memory cell could not be increased.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、破壊読出しを行う不揮発性メモリにおいて、破壊読出しによる不揮発性メモリの特性劣化を抑え、メモリセルへのアクセス回数を増大することを可能とする不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in a non-volatile memory that performs destructive reading, it is possible to suppress deterioration in characteristics of the non-volatile memory due to destructive reading and increase the number of accesses to the memory cell. It is an object to provide a conductive semiconductor memory device.
上記課題を解決するため、本発明の請求項1にかかる不揮発性半導体記憶装置は、破壊読出し動作とその後の再書き込み動作を行う不揮発性メモリセルを有する不揮発性半導体記憶装置において、前記不揮発性メモリセルに対して、前記再書き込み動作を伴わない前記破壊読出し動作を複数回繰り返した後、前記再書き込み動作を行うようにした、ものである。
In order to solve the above problems, a nonvolatile semiconductor memory device according to
これにより、メモリセルに対する読み出し動作における再書き込み動作の回数を低減することができ、強誘電体キャパシタへの負荷による該キャパシタの劣化を抑え、結果的にメモリセルへのアクセス回数を増大することが可能となる。 As a result, the number of rewrite operations in the read operation for the memory cell can be reduced, deterioration of the capacitor due to the load on the ferroelectric capacitor can be suppressed, and the number of accesses to the memory cell can be increased as a result. It becomes possible.
また、本発明の請求項2にかかる不揮発性半導体記憶装置は、前記不揮発性メモリセルは、スイッチング素子によって選択的にビット線と接続可能なものであり、前記不揮発性メモリセルに対して、前記再書き込み動作を伴う破壊読出し動作を行う前に、外部信号によって前記スイッチング素子が前記不揮発性メモリセルと前記ビット線とを電気的に分離させた状態で、前記再書き込み動作を伴わない破壊読出し動作を複数回繰り返すようにしたものである。
In the nonvolatile semiconductor memory device according to
これにより、再書き込み動作を伴わない破壊読出し動作を、スイッチング素子の制御により不揮発性メモリとビット線とを電気的に分離させて、簡易に行うことができる。 Thereby, a destructive read operation without a rewrite operation can be easily performed by electrically separating the nonvolatile memory and the bit line by controlling the switching element.
また、本発明の請求項3にかかる不揮発性半導体記憶装置は、前記外部信号は、ワード線信号である、ものとしたものである。
In the nonvolatile semiconductor memory device according to
これにより、ワード線信号のタイミング制御により、再書き込み動作を伴わない破壊読出し動作を行うことができる。 Thus, a destructive read operation without a rewrite operation can be performed by controlling the timing of the word line signal.
また、本発明の請求項4にかかる不揮発性半導体記憶装置は、前記再書き込み動作を伴わない破壊読出し動作を繰り返す回数を、予め既定の回数に設定した、ものとしたものである。 In the nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4 of the present invention, the predetermined number of times of repeating the destructive read operation without the rewrite operation is set in advance.
これにより、再書き込み動作を伴わない破壊読出し動作の回数を制限して、記憶データの保証を確実なものとできる。 As a result, the number of destructive read operations that do not involve a rewrite operation is limited, and the guarantee of stored data can be ensured.
また、本発明の請求項5にかかる不揮発性半導体記憶装置は、前記再書き込み動作を伴わない破壊読出し動作が繰り返される回数を計測するカウント回路と、前記計数した回数を記憶する記憶回路と、前記記憶回路に記憶されている前記再書き込み動作を伴わない破壊読み出し動作が繰り返される回数と、前記予め設定された既定回数とを比較する比較器とを備えた、ものとしたものである。 In addition, a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5 of the present invention is a count circuit that measures the number of times the destructive read operation without the rewrite operation is repeated, a memory circuit that stores the counted number, A comparator is provided that compares the number of times the destructive read operation without the rewrite operation stored in the storage circuit is repeated with the preset number of times set in advance.
これにより、再書き込み動作を伴わない破壊読出し動作の回数を制限する回路構成を、カウンタ、記憶回路、比較器といった既存の回路を用いて簡易に実現できる。 As a result, a circuit configuration that limits the number of destructive read operations that do not involve a rewrite operation can be easily realized using existing circuits such as a counter, a storage circuit, and a comparator.
また、本発明の請求項6に係る不揮発性半導体記憶装置は、前記カウント回路、および前記記憶回路を、ワード毎に有する、ものとしたものである。 A nonvolatile semiconductor memory device according to a sixth aspect of the present invention includes the count circuit and the memory circuit for each word.
これにより、各メモリセルに対する読み出し動作の回数を、ワード線による読み出しアクセスの回数でもってカウントすることができ、本来的には各メモリセルごとに必要とされるカウンタ及び記憶回路の個数を大きく削減することができる。 As a result, the number of read operations for each memory cell can be counted by the number of read accesses by the word line, and the number of counters and storage circuits that are essentially required for each memory cell is greatly reduced. can do.
また、本発明の請求項7にかかる不揮発性半導体記憶装置は、前記不揮発性メモリセルに対する読み出し動作における読み出しエラービットを検出するECC回路を備え、前記再書き込み動作を伴わない破壊読出し動作を繰り返す回数を、ECC回路のビットエラー検出信号により決定する、ものとしたものである。 According to a seventh aspect of the present invention, the nonvolatile semiconductor memory device includes an ECC circuit that detects a read error bit in a read operation with respect to the nonvolatile memory cell, and repeats the destructive read operation without the rewrite operation. Is determined by the bit error detection signal of the ECC circuit.
これにより、前記再書き込み動作を伴わない破壊読出し動作が繰り返される回数を、既存のECC回路により決定することができ、この回数を決定する専用回路を設けることによる回路面積の増大を回避することができる。 Thus, the number of times that the destructive read operation without the rewrite operation is repeated can be determined by an existing ECC circuit, and an increase in circuit area due to the provision of a dedicated circuit for determining the number of times can be avoided. it can.
また、本発明の請求項8に係る不揮発性半導体記憶装置は、前記不揮発性メモリセルは、強誘電体キャパシタにより構成される、ものとしたものである。
In the nonvolatile semiconductor memory device according to
これにより、強誘電体メモリにおけるメモリキャパシタ破壊読出しに伴う特性劣化を抑えることができ、強誘電体メモリのアクセス回数の増大、消費電力の低減を図ることができる。 As a result, it is possible to suppress deterioration of characteristics associated with memory capacitor destructive reading in the ferroelectric memory, and to increase the number of accesses to the ferroelectric memory and reduce power consumption.
本発明の不揮発性半導体記憶装置によれば、破壊読出し動作とその後の再書き込み動作を行う不揮発性メモリセルを有する不揮発性半導体記憶装置において、不揮発性メモリセルに対して、再書き込み動作を伴わない破壊読出し動作を複数回繰り返した後、再書き込み動作を行うようにしたので、読み出し動作において、記憶データを保証しつつ不揮発性メモリへの負荷を軽減することが可能となり、強誘電体メモリへの読み出し回数、ひいてはアクセス回数を増大でき、同時に消費電力の低減も可能となる。 According to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory device having the nonvolatile memory cell that performs the destructive read operation and the subsequent rewrite operation, the nonvolatile memory cell is not accompanied by the rewrite operation. Since the rewrite operation is performed after the destructive read operation is repeated a plurality of times, it is possible to reduce the load on the nonvolatile memory while guaranteeing the storage data in the read operation. It is possible to increase the number of readings and hence the number of accesses, and at the same time, it is possible to reduce power consumption.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1による不揮発性半導体記憶装置について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(a)は本発明の実施の形態1による強誘電体メモリにおけるメモリアレイ部およびワード系制御部の回路構成図を示す。図1(a)において、1はメモリアレイを構成する1T1C(1トランジスタ1キャパシタ)型のメモリセルであり、BL0,BL1,BL2はビット線、/BL0,/BL1,/BL2は反転ビット線で、両者でビット線対を構成するものであり、WL0,WL1,WL2はワード線、CP0,CP1,CP2はセルプレート線であり、2はセンスアンプ、3はビット線プリチャージ回路であり、これらは、図9に示す従来回路におけるものと同一のものである。 FIG. 1A shows a circuit configuration diagram of a memory array unit and a word system control unit in the ferroelectric memory according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1A, 1 is a 1T1C (1-transistor 1-capacitor) type memory cell constituting a memory array, BL0, BL1, and BL2 are bit lines, and / BL0, / BL1, and / BL2 are inverted bit lines. Both constitute a bit line pair, WL0, WL1, WL2 are word lines, CP0, CP1, CP2 are cell plate lines, 2 is a sense amplifier, 3 is a bit line precharge circuit, These are the same as those in the conventional circuit shown in FIG.
また、5は、ワード系制御回路であり、これは、各ワード線毎に設けられ、各ワード線およびプレート線を駆動する駆動ドライバ、およびワード線およびプレート線が選択された回数をカウント記憶する回路を含むカウント記憶/ドライバ53、および、上記ワード線およびプレート線が選択された回数をカウントしたカウント数と予め決められた所定回数とを比較し、ワード線の制御を行う比較/ワード制御回路57、を含むものである。
Reference numeral 5 denotes a word-related control circuit, which is provided for each word line, and counts and stores the number of times the word line and the plate line are selected, and the drive driver that drives each word line and the plate line. Count memory /
図2は、本実施の形態1による強誘電体メモリにおける、読み出し動作時の主要信号のタイミング図を示し、図3は、強誘電体キャパシタのヒステリシス曲線を用いた基本動作説明図を示す。 FIG. 2 shows a timing chart of main signals during a read operation in the ferroelectric memory according to the first embodiment, and FIG. 3 shows a basic operation explanatory diagram using a hysteresis curve of the ferroelectric capacitor.
また、図4は、本実施の形態1による強誘電体メモリの、ある任意のメモリセルの読み出し動作および再書き込み動作を説明する動作説明図であり、図5は、本実施の形態1による強誘電体メモリの概略ブロック構成図であり、図6は、本実施の形態1による強誘電体メモリにおける、読み出し動作の制御フロー図である。 FIG. 4 is an operation explanatory diagram for explaining a read operation and a rewrite operation of an arbitrary memory cell in the ferroelectric memory according to the first embodiment. FIG. 5 is a diagram for explaining the strong operation according to the first embodiment. FIG. 6 is a schematic block diagram of a dielectric memory, and FIG. 6 is a control flow diagram of a read operation in the ferroelectric memory according to the first embodiment.
本強誘電体メモリの概略ブロック構成図を示す図5において、58は、メモリへの読み出し、書き込みデータの入出力を行う入出力回路、56は、ビット線を選択するロウデコーダを含む制御回路である制御回路デコーダ、54は、上述したワード線およびプレート線が選択された回数をカウントしたカウント数と予め決められた所定回数とを比較する比較器、20は、複数のセンスアンプ2よりなるセンスアンプ群、10は、複数のメモリセル1の各々が、複数のワード線と複数のビット線の各交点にマトリクス状に配置されてなるセルアレイ、53は、上述した、ワード線およびプレート線の各駆動ドライバ、およびワード線およびプレート線が選択された回数をカウント記憶する回路を含む、カウント記憶/ワードドライバである。
In FIG. 5 showing a schematic block configuration diagram of the ferroelectric memory, 58 is an input / output circuit for inputting / outputting read / write data to / from the memory, and 56 is a control circuit including a row decoder for selecting a bit line. A certain
また、本強誘電体メモリにおける、読み出し動作の制御フロー図を示す図6において、S61は、カウント記憶回路からの読み出しのステップ、S62は、該カウント記憶回路からの読み出しの回数を、読み出し制限数と比較する判定ステップ、S63は、上記ステップS62での比較判定において、読み出し回数が制限値より小さい、即ち、読み出し回数<制限値、である場合に、読み出し(再書き込みなし)を行うステップ、S64は、上記ステップS63の後に、カウンタのカウントアップを行うステップ、S65は、上記ステップS62での比較判定において、読み出し回数と制限値とが等しい、即ち、読み出し回数=制限値、である場合に、読み出し(再書き込み有り)を行うステップ、S66は、上記ステップS65の後に、カウンタのリセットを行うステップである。 Further, in FIG. 6 showing a control flowchart of the read operation in the ferroelectric memory, S61 is a step of reading from the count storage circuit, and S62 is the number of read operations from the count storage circuit. S63 is a step for performing reading (no rewriting) when the number of readings is smaller than the limit value, that is, when the number of readings is less than the limit value, in the comparison determination in step S62, S64. Is a step of counting up the counter after step S63, and S65 is a case where the number of readings is equal to the limit value in the comparison determination in step S62, that is, the number of readings is equal to the limit value. The step of performing reading (with rewriting), S66, is performed after step S65. A step of performing pointer reset.
まず、本実施の形態1における再書き込み動作を伴わない読み出しの基本動作について、図1ないし図3を用いて説明する。 First, a basic read operation without rewriting operation in the first embodiment will be described with reference to FIGS.
A.メモリセル1の記録データが“1”の場合
読み出し動作前にメモリセル1に記録されたデータが“1”の場合、選択ワード線WL0、選択プレート線CP0が、“L”から“H”になる以前の、図2のタイミング図におけるTaの期間では、ヒステリシス曲線での分極状態は、A点にある。
A. When the recorded data in the
次に、ビット線プリチャージ制御信号BPEが、“H”から“L”になり、選択ワード線WL0、選択プレート線CP0が、“L”から“H”になると、選択されたメモリセル1から記憶データがビット線BL0へ読み出される。この期間Tbにおいて、図3のヒステリシス曲線での分極状態は、A点からB点へと移行する。この時のB点は、ヒステリシス曲線の分極反転曲線とビット線容量負荷線との交点となる。また同時に、ビット線/BL0には電位比較用のリファレンス電位が供給される。
Next, when the bit line precharge control signal BPE changes from “H” to “L” and the selected word line WL0 and the selected plate line CP0 change from “L” to “H”, the selected
次に、センスアンプ制御信号SAEが、“L”から“H”になると、各ビット線BL0、/BL0の電位は、センスアンプ回路の電源電圧差まで増幅される。この期間Tcにおいて、図3のヒステリシス曲線での分極状態は、B点からC点へと移行する。またこの各ビット線BL0、/BL0の電位差がセンスアンプ回路の電源電圧差まで増幅された時点で、メモリセル1のデータは読み出しデータとして正常に取り出されたことになり、その後データバス線へと伝送され、最終的にメモリ装置外部へと正常にデータ出力することが可能である。ここで、図3のヒステリシス曲線での分極状態がA点からC点になったことは、初期からの分極電荷量が減少し、破壊読み出しがなされたことを意味する。
Next, when the sense amplifier control signal SAE changes from “L” to “H”, the potentials of the bit lines BL0 and / BL0 are amplified to the power supply voltage difference of the sense amplifier circuit. In this period Tc, the polarization state in the hysteresis curve of FIG. 3 shifts from the B point to the C point. When the potential difference between the bit lines BL0 and / BL0 is amplified to the power supply voltage difference of the sense amplifier circuit, the data in the
通常の読み出し動作においては、初期の分極状態を再現するために、以降に述べる再書き込み動作を必ず行うが、本発明における“再書き込み動作を伴わない読み出し動作”においてはこれを実施しない。具体的な動作としては、選択プレート線CP0が“H”から“L”になるT3より前のタイミングT2において、スイッチング素子であるトランジスタ(図示しない)を用いて選択ワード線WL0を“H”から“L”にし、メモリセルキャパシタとビット線とを分離する。その後、選択プレート線CP0がタイミングT3において“H”から“L”になるが、これより先に、メモリセルキャパシタとビット線とが分離されているため、図2の期間Tdにおける図3のヒステリシス曲線での分極状態D点は、C点と同一である。 In a normal read operation, a rewrite operation described below is always performed in order to reproduce the initial polarization state, but this is not performed in the “read operation without rewrite operation” in the present invention. Specifically, at timing T2 before T3 when the selected plate line CP0 changes from “H” to “L”, the selected word line WL0 is changed from “H” using a transistor (not shown) as a switching element. It is set to “L” to separate the memory cell capacitor and the bit line. Thereafter, the selected plate line CP0 changes from “H” to “L” at the timing T3. Since the memory cell capacitor and the bit line are separated before this, the hysteresis of FIG. 3 in the period Td of FIG. The polarization state D point in the curve is the same as the C point.
次に、センスアンプ制御信号SAEを“H”から“L”にした後、ビット線プリチャージ制御信号BPEを“L”から“H”にすることで、選択ビット線BL0は“L”にプリチャージされるが、メモリセルキャパシタとビット線とは既に分離されているので、分極状態の変化はない(図示右端の期間Ta)。 Next, after the sense amplifier control signal SAE is changed from “H” to “L”, the bit line precharge control signal BPE is changed from “L” to “H”, so that the selected bit line BL0 is set to “L”. Although charged, since the memory cell capacitor and the bit line are already separated, there is no change in the polarization state (period Ta on the right in the figure).
したがって、この一連の読み出し動作を行った場合には、読み出し動作の後、データ“1”の初期の分極状態が再現されることはなく、分極電荷量は減少した状態になる。 Therefore, when this series of read operations is performed, the initial polarization state of data “1” is not reproduced after the read operation, and the polarization charge amount is reduced.
B.メモリセル1に記録されたデータが“0”の場合
一方、読み出し動作前にメモリセル1に記録されたデータが“0”の場合、初期のヒステリシス曲線での分極状態は、点A’にあり、同じ動作タイミングが実行されると、その分極状態はB’、C’、D’(=A’)へと順次移行する。このように、“0”データの場合は、従来の読み出し動作と同じであり、初期からの分極電荷量の減少がなく、破壊読出しとはならない。
B. When the data recorded in the
続いて、本実施の形態1による強誘電体メモリにおける任意のメモリセルに対する複数回の読み出し動作について、図4を用いて説明する。 Next, a plurality of read operations for an arbitrary memory cell in the ferroelectric memory according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
上記した再書き込み動作を伴わない読み出し動作を1回行った後の強誘電体キャパシタの分極状態は、図4に示す点Dにある。 The polarization state of the ferroelectric capacitor after performing the read operation without the rewrite operation described above is at a point D shown in FIG.
このメモリセルへの2回目の読み出しアクセスが行われた場合、分極状態は、点Dをスタート点として1回目と同様の読み出し動作が行われ(図6では、ステップS61,S62,S63,S64を経る動作が行われ)、ビット線容量負荷線との交点B1を経由して、最終的に点D1になる。 When the second read access to the memory cell is performed, the polarization state is the same as the first read operation starting from the point D (in FIG. 6, steps S61, S62, S63, and S64 are performed). After that, a point D1 is finally reached via the intersection B1 with the bit line capacitive load line.
この2回目の読み出し動作における、図2のタイミング図のTbの期間において、センスアンプが正常増幅可能な読み出し電位差を、選択ビット線BL0および/BL0間に確保できたとすれば、読み出しデータが正常に取り出され、その後データバス線へと伝送され、最終的にメモリ装置外部へと正常にデータ出力することが可能である。 In the second read operation, if the read potential difference that can be normally amplified by the sense amplifier can be secured between the selected bit lines BL0 and / BL0 in the period Tb in the timing chart of FIG. The data is taken out and then transmitted to the data bus line, and finally data can be normally output to the outside of the memory device.
さらに、このメモリセルへの3回目の読み出しアクセスが行われた場合、分極状態は、点D1をスタート点として1回目および2回目と同様の読み出し動作が行われ(図6では、ステップS61,S62,S63,S64を経る動作が行われ)、ビット線容量負荷線との交点B2を経由して、最終的に点D2になる。 Further, when the third read access to the memory cell is performed, the polarization state is the same as the first and second read operations starting from the point D1 (in FIG. 6, steps S61 and S62). , S63, and S64), and finally reaches the point D2 via the intersection B2 with the bit line capacitive load line.
このように、この読み出し動作が複数回繰り返されると、初期の分極状態Aから除々に分極電荷量が減少する(このことは、本発明者が特許公報第3191549号において説明している)が、本実施の形態1では、事前評価などにより正常読み出し可能な回数を予め決定しておき、その回数までは該読み出し動作の繰り返しが可能であると判断する。 Thus, when this read operation is repeated a plurality of times, the amount of polarization charge gradually decreases from the initial polarization state A (this is explained by the inventor in Japanese Patent No. 3191549). In the first embodiment, the number of times of normal reading is determined in advance by prior evaluation or the like, and it is determined that the reading operation can be repeated up to that number.
このようにして、読み出し回数が予め決定された回数に達したときには、(図6では、ステップS61,S62,S65,S66を経る動作が行われ)、読み出し動作サイクルにおいて選択ワード線WL0が“H”から“L”へ変化するタイミングであるT1には、分極状態は点Cn、Dnを経由して、最終的に初期の状態点Aに戻る(図2の右端の期間Ta)。
これは、再書き込みが行われたことを意味する。
Thus, when the number of times of reading reaches a predetermined number of times (in FIG. 6, operations through steps S61, S62, S65, and S66 are performed), the selected word line WL0 is set to “H” in the read operation cycle. At T1, which is the timing of changing from “L” to “L”, the polarization state finally returns to the initial state point A via the points Cn and Dn (period Ta at the right end in FIG. 2).
This means that rewriting has been performed.
メモリセル1に記録されたデータが“0”の場合は、説明するまでもなく、繰り返し読み出し動作を行った場合の影響はない。
When the data recorded in the
以上に説明したように、本実施の形態1の特徴は、データの書き込みが行われた任意のメモリセルに対して同一メモリセルへの次回のデータ書き込みがなされる以前に、再書き込み動作を伴わない読み出し動作を予め決定した回数を最大限として実行可能とし、同一データの読み出し回数がこの予め決定した回数に達した時点で、再書き込み動作を伴う読み出し動作を実行するようにしたことである。 As described above, the feature of the first embodiment is that a rewrite operation is performed before the next data write to the same memory cell is performed on an arbitrary memory cell to which data has been written. This means that a predetermined number of read operations can be executed at the maximum, and the read operation involving the rewrite operation is executed when the number of times the same data is read reaches the predetermined number.
また、再書き込み動作を通常のリフレッシュ動作と同様に別動作サイクルとして実行することも、あるいは、同一ワード線上の全セルに対して再書き込み動作を実行するようにすることも可能である。 Further, the rewrite operation can be executed as a separate operation cycle as in the normal refresh operation, or the rewrite operation can be executed for all cells on the same word line.
上記のように、記憶データ“1”の読み出し動作において、従前では再書き込み動作を伴っていた読み出し動作において、複数回、該再書き込み動作を行わないことは、その分強誘電体キャパシタへの負荷を軽減することになり、読み出し回数、ひいてはアクセス回数を増大することが可能である。 As described above, in the read operation of the stored data “1”, in the read operation that was previously accompanied by the rewrite operation, the rewrite operation is not performed a plurality of times. Therefore, it is possible to increase the number of times of reading and hence the number of times of access.
ここで、初期の分極電荷量が大きいほど、再書き込み無しの読み出し回数の設定を大きくすることができ、破壊読出しによる不揮発性メモリへの負荷を減少できて有利であり、上記実施の形態1では、1T1C型セルの構成で説明したが、2T2C型セルにおいても、同様の構成および動作が可能であるとともに、初期の分極電荷量をさらに大きくできる場合には、さらに再書き込みなしの読み出し回数を増大することが可能である。 Here, as the initial polarization charge amount is larger, the setting of the number of readings without rewriting can be increased, and the load on the nonvolatile memory due to destructive reading can be reduced, which is advantageous in the first embodiment. Although described in the configuration of the 1T1C type cell, the same configuration and operation are possible in the 2T2C type cell, and when the initial polarization charge amount can be further increased, the number of reading without rewriting is further increased. Is possible.
次に、本実施の形態1における、カウンタ回路等の構成と、読み出し動作の制御フローについて、図1、図5および図6を用いて説明する。 Next, the configuration of the counter circuit and the control flow of the reading operation in the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 5, and 6. FIG.
図1に示すカウント記憶/ドライバ53内に含まれる、図1(b)に示す、読み出し回数をカウントするカウント回路51aと、該カウント回数を記憶する記憶回路51bとを含むカウント記憶回路51を、ワード毎に設置する。これは、カウント回路をメモリセル毎に設けることは、かえって本不揮発性メモリの面積の増大に繋がり、このようにワード毎に設ける構成にすることが最も望ましいと考えられるためである。
A
なお、図1(b)において、Asは、ワード線、及びセルプレート線を駆動するドライバ52より出力されるドライブ信号であり、これをカウント回路51aはカウントする。Rsは、上記ドライバ52からの該カウント回路51aをリセットするリセット信号である。
In FIG. 1B, As is a drive signal output from the
また、図1(c)において、54,56は、上記比較/ワード制御回路57を構成する比較器、およびドライバ制御回路であり、Rcは、上記カウント記憶回路51よりのカウント値であり、Crは、ローデコーダ(図示せず)からの行選択信号出力Sd、および上記比較器54からのカウント回数の比較出力Scに基づいて、ドライバ制御回路56が、出力する、ワード線、およびセルプレート線を駆動制御するための制御信号である。
In FIG. 1C, 54 and 56 are comparators and driver control circuits constituting the comparison /
図5は、上述したように、本実施の形態1の強誘電体メモリの概略ブロック構成図であり、図6は、図5のブロック構成における読み出し動作の制御フローを示すものであり、ここでは、選択された同一ワード上の全てのメモリセルが同時にアクセスされる場合について説明する。 FIG. 5 is a schematic block configuration diagram of the ferroelectric memory according to the first embodiment as described above, and FIG. 6 shows a control flow of a read operation in the block configuration of FIG. A case will be described in which all the memory cells on the same selected word are accessed simultaneously.
まず、図6のステップS61において、カウント記憶/ドライバ53に含まれるカウント記憶回路51から、現在までの選択ワードへの読み出しアクセス回数を、読み出す。ここで言う、読み出しアクセス回数とは、データの書き込み後、同一メモリセルへの次回のデータ書き込みがなされる以前に、再書き込み動作を伴わない読み出し動作を行った回数を意味する。
First, in step S61 of FIG. 6, the number of read accesses to the selected word so far is read from the
次に、読み出された回数と、予め比較器54に設定された制限回数とを比較器54で比較し(ステップS62)、上記のアクセス回数の方が少ない場合は、さらに再書き込み動作を伴わない読み出し動作を実行する(ステップS63)。
その後、カウント記憶回路51内のカウンタのカウントアップがなされる(ステップS64)。
Next, the number of read times is compared with the limit number set in the
Thereafter, the counter in the
そして、アドレス変更を行いながらこの読み出し動作フローが繰り返され、読み出し回数が制限回数に達した時点で、比較器54での比較結果に基づいて再書き込み動作を伴う読み出し動作が実行され(ステップS65)、記憶データ“1”は、この時点で、初期の分極状態に戻る。
その後、カウント記憶回路51内のカウント数はリセットされる(ステップS66)。
Then, this read operation flow is repeated while changing the address, and when the read count reaches the limit count, a read operation involving a rewrite operation is executed based on the comparison result in the comparator 54 (step S65). The stored data “1” returns to the initial polarization state at this time.
Thereafter, the count number in the
また、図6には図示していないが、書き込み動作が実施された場合も同様に、カウント記憶回路51内のカウント数はリセットされる。
Although not shown in FIG. 6, the count number in the
なお、同一ワード線上に複数のカラムを備えてメモリアレイが構成される場合には、読み出し動作フローはやや複雑になるが、カウント回路をリセットするタイミングを、各カラム毎に制御することにより、データ保証を可能にしつつ、同様の効果を実現することができる。 When a memory array is configured with a plurality of columns on the same word line, the read operation flow is somewhat complicated. However, by controlling the timing for resetting the count circuit for each column, The same effect can be realized while enabling the guarantee.
なお、カウント回路、および回数記憶回路の構成はあえて列挙はしないが、既存の技術から容易に考えうるあらゆる構成を採用できるものである。 Although the configurations of the count circuit and the count memory circuit are not enumerated, any configuration that can be easily conceived from existing technology can be adopted.
また、本実施の形態1では、センスアンプを起動する時点でのセルプレート線を“H”とした場合について説明したが、この限りでなく、図7に示すように、セルプレート線を先に、即ちセンスアンプを起動する前に、“H”から“L”とするプレート駆動方式においても、上記と同様の構成が可能であり、同様の効果を得ることができる。 In the first embodiment, the case where the cell plate line is set to “H” when the sense amplifier is activated has been described. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. That is, even in the plate driving method from “H” to “L” before starting the sense amplifier, the same configuration as described above is possible, and the same effect can be obtained.
図7は、本実施の形態1における、強誘電体メモリのセルプレート駆動方式における読み出し動作時の主要信号のタイミング図である。この方式の読み出し動作では、セルプレート線は、ワード線が“H”から“L”になる前に、“H”から“L”になり、センスアンプ制御信号SAEは、ワード線が“H”から“L”になった後に、“L”から“H”になる。 FIG. 7 is a timing diagram of main signals during a read operation in the cell plate driving method of the ferroelectric memory according to the first embodiment. In this type of read operation, the cell plate line changes from “H” to “L” before the word line changes from “H” to “L”, and the sense amplifier control signal SAE indicates that the word line is “H”. After going from “L” to “L”, it goes from “L” to “H”.
この場合も、センスアンプ制御信号SAEが、“L”から“H”になると(タイミングT4)、一対のビット線の電位差が増幅され、データが読み出されるが、このタイミングT4では、ワード線がすでにT2の時点で“L”になっているため、上記図2に示される動作と同様に、強誘電体メモリに対する書き込みは行われない。 Also in this case, when the sense amplifier control signal SAE changes from “L” to “H” (timing T4), the potential difference between the pair of bit lines is amplified and data is read. At this timing T4, the word line has already been transferred. Since it is “L” at the time of T2, writing to the ferroelectric memory is not performed as in the operation shown in FIG.
このように、本実施の形態1によれば、データの書き込みが行われた任意のメモリセルに対して、同一メモリセルへの次回のデータ書き込みがなされる以前に、再書き込み動作を伴わない読み出し動作を、予め決定した回数を最大限として実行可能とし、同一データの読み出し回数がこの予め決定した回数に達した時点で、再書き込み動作を伴う読み出し動作を実行することにより、記憶データを保証しつつ、強誘電体キャパシタへの負荷を軽減することが可能となり、強誘電体メモリへの読み出し回数、ひいてはアクセス回数を増大することが可能となり、同時に消費電力をも低減できる効果が得られる。 Thus, according to the first embodiment, before any data is written to the same memory cell before the next data is written to the same memory cell, the read without the rewrite operation is performed. The operation can be performed with a predetermined number of times as much as possible, and when the same data read count reaches this predetermined number of times, the stored data is guaranteed by executing the read operation with the rewrite operation. On the other hand, the load on the ferroelectric capacitor can be reduced, the number of readings to the ferroelectric memory, and hence the number of accesses can be increased, and at the same time, the effect of reducing power consumption can be obtained.
また、再書き込み動作を伴わない破壊読出し動作を、ワード線信号によりスイッチング素子を制御して不揮発性メモリとビット線とを電気的に分離させて行うようにしたので、回路構成を複雑化することなく、簡易に、再書き込み動作を伴わない破壊読出し動作を行うことができる。 In addition, since the destructive read operation without rewrite operation is performed by controlling the switching element with the word line signal and electrically separating the nonvolatile memory and the bit line, the circuit configuration is complicated. Therefore, a destructive read operation without a rewrite operation can be easily performed.
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2による不揮発性半導体記憶装置について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の実施の形態2による強誘電体メモリは、メモリセルアレイ構成において、ECC(誤り訂正)ビットを有し、かつ誤り訂正のためのデータ演算を実行するECC回路を有する構成を前提としたものである。
本実施の形態2による強誘電体メモリにおけるメモリアレイ部の回路構成図は、従来例の図9と同じである。
The ferroelectric memory according to the second embodiment of the present invention is premised on a configuration having an ECC (error correction) bit and an ECC circuit for performing data operation for error correction in a memory cell array configuration. It is.
The circuit configuration diagram of the memory array portion in the ferroelectric memory according to the second embodiment is the same as FIG. 9 of the conventional example.
また、本実施の形態2の強誘電体メモリにおける読み出し動作時の主要信号のタイミング図は、図2と、強誘電体キャパシタのヒステリシス曲線を用いた基本動作説明図は、図3と、ある任意のメモリセルの読み出し動作および再書き込み動作の動作説明図は、図4と、それぞれ同じである。 Also, FIG. 2 shows a timing diagram of main signals during a read operation in the ferroelectric memory of the second embodiment, and FIG. 3 shows a basic operation explanatory diagram using a hysteresis curve of the ferroelectric capacitor. The operation explanatory diagrams of the memory cell read operation and rewrite operation are the same as those in FIG.
図8(a)は、本実施の形態2における強誘電体メモリのブロック概略図を、図8(b)は、本強誘電体メモリの読み出し動作フロー図を、それぞれ示す。 FIG. 8A shows a schematic block diagram of the ferroelectric memory according to the second embodiment, and FIG. 8B shows a read operation flow chart of the ferroelectric memory.
本強誘電体メモリの概略ブロック構成図を示す図8(a)において、78は、メモリへの読み出し、書き込みデータの入出力を行う入出力回路、77は、ECC(誤り訂正)ビットを有する本メモリセルアレイの構成において、データ演算を実行し誤り訂正を行うECC回路、76は、ビット線を選択するロウデコーダを含む制御回路である制御回路デコーダ、73は、ワード線およびプレート線の各駆動ドライバであるワード系ドライバである。
In FIG. 8A showing a schematic block diagram of the ferroelectric memory,
また、本強誘電体メモリの読み出し動作の制御フロー図を示す図8(b)において、S81は、データの読み出し動作を行うステップ、S82は、読み出したデータのECC判定を行う判定ステップ、S83は、ステップS82での判定結果が“判定フラグ=0”であるとき、再書き込みを行なわないで、アドレスを変更して次の読み出し動作に移るための、再書き込みなし、のステップ、S84は、ステップS82での判定結果が“判定フラグ=1”であるとき、再書き込みを行った後に、アドレスを変更して次の読み出し動作に移るようにする、再書き込み有り、のステップ、である。 Further, in FIG. 8B showing a control flow chart of the read operation of the ferroelectric memory, S81 is a step of performing a data read operation, S82 is a determination step of performing ECC determination of the read data, and S83 is When the determination result in step S82 is “determination flag = 0”, the step of no rewriting for changing the address and moving to the next reading operation without performing rewriting is performed, and step S84 is performed. When the determination result in S82 is “determination flag = 1”, after rewriting, the address is changed to move to the next reading operation, and there is a step of rewriting.
本実施の形態2における再書き込み動作を伴わない読み出しの基本動作については、図1ないし図3に示され、その動作説明に関しては、上記実施の形態1と同一であり、説明は省略する。 The basic read operation without the rewrite operation in the second embodiment is shown in FIGS. 1 to 3, and the description of the operation is the same as in the first embodiment, and the description is omitted.
まず、本実施の形態2における強誘電体メモリの任意のメモリセルに対する複数回の読み出し動作について、図4を用いて説明する。 First, a plurality of read operations for an arbitrary memory cell of the ferroelectric memory according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
上記実施の形態1の場合と同様に、再書き込み動作を伴わない読み出し動作を、1回行った後の強誘電体キャパシタの分極状態は、図4の点Dにある。 As in the case of the first embodiment, the polarization state of the ferroelectric capacitor after performing the read operation without the rewrite operation once is at a point D in FIG.
このメモリセルへの2回目の読み出しアクセスが行われた場合、図4における分極状態は、点Dをスタート点として1回目と同様の読み出し動作が行われ、ビット線容量負荷線との交点を経由して、最終的に点D1になる。 When the second read access to the memory cell is performed, the polarization state in FIG. 4 is the same as the first read operation starting from the point D, and passes through the intersection with the bit line capacitive load line. Finally, the point becomes D1.
この2回目の読み出し動作における図2のタイミング図のTbの期間において、センスアンプが正常増幅可能な読み出し電位差を、選択ビット線BL0および/BL0間に確保することができれば、読み出しデータが正常に取り出され、その後データバス線へと伝送され、最終的にメモリ装置外部へと正常にデータ出力することが可能である。 If the read potential difference that can be normally amplified by the sense amplifier can be secured between the selected bit lines BL0 and / BL0 in the period Tb in the timing diagram of FIG. 2 in the second read operation, the read data is normally extracted. Then, the data is transmitted to the data bus line, and finally, data can be normally output to the outside of the memory device.
さらに、このメモリセルへの3回目の読み出しアクセスが行われた場合、図4における分極状態は、点D1をスタート点として、1回目および2回目と同様の読み出し動作が行われ、ビット線容量負荷線との交点を経由して、最終的に点D2になる。 Further, when the third read access to the memory cell is performed, the polarization state in FIG. 4 starts from the point D1 and the same read operation as the first and second times is performed. It finally becomes point D2 via the intersection with the line.
このように、この読み出し動作が複数回繰り返されると、図4において、初期の分極状態Aから点D2に至るまで、分極電荷量は徐々に減少する(このことは、本発明者が特許公報第3191549号において説明している)が、本実施の形態2では、ECC回路において読み出しエラービットを検出するまでは、読み出し動作の繰り返しが可能であると判断するものとする。 As described above, when this reading operation is repeated a plurality of times, the polarization charge amount gradually decreases from the initial polarization state A to the point D2 in FIG. In the second embodiment, it is determined that the read operation can be repeated until the read error bit is detected in the ECC circuit.
このようにして、ECC回路において、読み出しエラービットを検出した場合に、同一読み出し動作サイクルにおける選択ワード線WL0の“H”から“L”へのタイミングをT1とすれば、エラービット以外のメモリセルの分極状態は、点Cn、Dnを経由して、最終的に初期の状態点Aに戻る。 In this way, when a read error bit is detected in the ECC circuit, if the timing from “H” to “L” of the selected word line WL0 in the same read operation cycle is T1, memory cells other than the error bit Is finally returned to the initial state point A via the points Cn and Dn.
ここで、エラービットについては記憶データが既に破壊されており、初期のデータを再現することは出来ない。
メモリセル1に記録されたデータが“0”の場合は説明するまでもなく、繰り返し読み出し動作を行った場合の影響はない。
Here, for the error bit, the stored data has already been destroyed, and the initial data cannot be reproduced.
The case where the data recorded in the
以上に説明したように、本実施の形態2の特徴は、データの書き込みが行われた任意のメモリセルに対して同一メモリセルへの次回のデータ書き込みがなされる以前に、再書き込み動作を伴わない読み出し動作を、ECC回路においてエラービットを検出するまで実行可能とし、エラービットを検出した時点で再書き込み動作を伴う読み出し動作を実行し、データ書換えによりエラー検出が無くなるまでは、再書き込み動作を伴う読み出し動作を実行する、ようにしたことである。 As described above, the feature of the second embodiment is that a rewrite operation is performed before the next data write to the same memory cell is performed on an arbitrary memory cell to which data has been written. Can be executed until an error bit is detected in the ECC circuit, and when the error bit is detected, a read operation with a rewrite operation is executed, and the rewrite operation is performed until no error is detected by data rewriting. The accompanying read operation is executed.
そして、このような構成により、記憶データ“1”の読み出し動作において、複数回再書き込み動作を行わないことは、その分、強誘電体キャパシタへの負荷を軽減することになり、読み出し回数、ひいてはアクセス回数を増大することが可能である。 With such a configuration, in the read operation of the stored data “1”, if the rewrite operation is not performed a plurality of times, the load on the ferroelectric capacitor is reduced correspondingly, so that the number of read operations, and consequently It is possible to increase the number of accesses.
このことは、初期の分極電荷量が大きいほど、再書き込み無しの読み出し回数の設定を大きくできるので有利である。上記本実施の形態2では1T1C型セルの構成の場合について説明したが、2T2C型セルにおいても同様の構成および動作が可能であり、この場合、さらに再書き込み無しの読み出し回数を増大することが可能である。 This is more advantageous as the initial polarization charge amount is larger because the number of readings without rewriting can be set larger. In the second embodiment, the case of the configuration of the 1T1C type cell has been described. However, the same configuration and operation can be performed in the 2T2C type cell, and in this case, the number of reading without rewriting can be further increased. It is.
次に、本実施の形態2の読み出し動作の制御フローについて、図8(a)及び図8(b)を用いて説明する。
本実施の形態2では、上記実施の形態1におけるような読み出し回数のカウント回路を必要とせず、図8(a)に示す、既存のECC回路によるエラー検出機能を利用することができ、これにより、面積の増加を生じない、というメリットを得られるものである。
Next, the control flow of the read operation according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 8 (a) and 8 (b).
In the second embodiment, the count circuit for the number of reading times as in the first embodiment is not required, and the error detection function by the existing ECC circuit shown in FIG. 8A can be used. It is possible to obtain the merit that the area does not increase.
図8(b)は、本実施の形態2における、読み出し動作制御フローを示すが、ここでは、選択された同一ワード上の全てのメモリセルが同時にアクセスされ、エラー訂正可能なビット数が1ビットの場合について説明する。 FIG. 8B shows a read operation control flow in the second embodiment. Here, all the memory cells on the same selected word are accessed simultaneously, and the number of bits that can be error-corrected is 1 bit. The case will be described.
まず、通常の読み出し動作を行い(ステップS81)、ECC回路でのエラー検出がない場合(判定フラグ=0)は、再書き込み動作を伴わない読み出し動作を実行する(ステップS83)。ここで、エラー検出があった場合(判定フラグ=1)は、再書き込み動作を伴う読み出し動作が実行され(ステップS84)、エラービット以外においては、記憶データ“1”は、この時点で図4に示す初期の分極状態Aに戻る。エラービットについては、記憶データが既に破壊されており、再書き込み動作を伴う読み出し動作が実行されても、初期のデータを再現することは出来ない。 First, a normal read operation is performed (step S81), and if no error is detected in the ECC circuit (determination flag = 0), a read operation that does not involve a rewrite operation is executed (step S83). Here, when an error is detected (determination flag = 1), a read operation accompanied by a rewrite operation is executed (step S84), and other than the error bit, the stored data “1” is stored in FIG. The initial polarization state A shown in FIG. Regarding the error bit, the stored data has already been destroyed, and the initial data cannot be reproduced even if a read operation involving a rewrite operation is executed.
読み出し動作において、同一ワードが再度アクセスされた場合は、残存するエラービットにより、ECC回路77でのエラー検出は継続されるので、図8のステップS81,S82,S84を経る、再書き込み動作を伴う読み出し動作が繰り返されることになる。
In the read operation, when the same word is accessed again, the error detection in the
ECC回路77によりエラービットの書換えが行われた場合は、ECC回路でのエラー検出が消滅するので、図8のステップS81,S82,S83を経る、書き込み動作を伴わない読み出し動作が実行され、再度エラー検出されるまではこれを繰り返す。
When the error bit is rewritten by the
同一ワード上に複数のカラムでメモリアレイが構成される場合には、ECC判定されないカラムでのビット不良が検出されないため、エラー訂正可能なビット数が複数ビットの場合にのみ、有効と考えられる。 When a memory array is configured with a plurality of columns on the same word, a bit failure is not detected in a column that is not ECC-determined. Therefore, it is considered effective only when the number of bits that can be error-corrected is a plurality of bits.
なお、本実施の形態2では、センスアンプを起動する時点でのプレート線を“H”とした場合について説明したが、この限りでなく、図7に示すように、プレート線を先に、即ちセンスアンプを起動する前に、“H”から“L”とするプレート駆動方式においても、上記と同様の構成が実現可能であり、同様の効果が得られる。 In the second embodiment, the case where the plate line at the time of starting the sense amplifier is set to “H” has been described. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. Even in the plate driving method from “H” to “L” before starting the sense amplifier, the same configuration as described above can be realized, and the same effect can be obtained.
このように、本実施の形態2によれば、データの書き込みが行われた任意のメモリセルに対して、同一メモリセルへの次回のデータ書き込みがなされる以前に、再書き込み動作を伴わない読み出し動作をECC回路においてエラービットを検出するまで実行可能とし、エラービットを検出した時点で再書き込み動作を伴う読み出し動作を実行し、データ書換えによりエラー検出が無くなるまでは、再書き込み動作を伴う読み出し動作を実行することで、記憶データを保証しつつ、強誘電体キャパシタへの負荷を軽減することが可能となり、読み出し回数、ひいてはアクセス回数を増大することが可能となり、同時に消費電力の低減をも達成することが可能となる。 As described above, according to the second embodiment, before any data is written to the same memory cell before the next data is written to the same memory cell, reading without rewriting operation is performed. The operation can be executed until an error bit is detected in the ECC circuit. When the error bit is detected, a read operation with a rewrite operation is executed. Until there is no error detection by data rewriting, a read operation with a rewrite operation is performed. By executing, it is possible to reduce the load on the ferroelectric capacitor while guaranteeing the stored data, and it is possible to increase the number of reads and therefore the number of accesses, and at the same time achieve a reduction in power consumption. It becomes possible to do.
さらに、本実施の形態2では、既存のECC回路によるエラー検出機能を利用するので、面積の増加がないというメリットが得られる。 Further, in the second embodiment, since the error detection function by the existing ECC circuit is used, there is an advantage that the area is not increased.
本発明の不揮発性半導体記憶装置は、不揮発性メモリへの負荷による劣化を抑えることができるものであり、メモリセルへの高アクセス回数や、低消費電力を要求される不揮発メモリとして有用である。 The nonvolatile semiconductor memory device of the present invention can suppress deterioration due to a load on the nonvolatile memory, and is useful as a nonvolatile memory that requires a high number of accesses to a memory cell and low power consumption.
MC メモリセル
S.A センスアンプ
B.P ビット線プリチャージ回路
1 メモリアレイを構成する1T1C型のメモリセル
2 センスアンプ
3 ビット線プリチャージ回路
5 ワード系制御回路
58 入出力回路
56 制御回路デコーダ
54 比較器
20 センスアンプ群
10 セルアレイ
57 カウント記憶/ワードドライバ
S61 カウントとからの読み出しのステップ
S62 読み出し制限数と比較する判定ステップ
S63 読み出し(再書き込みなし)のステップ
S64 カウンタのカウントアップのステップ
S65 読み出し(再書き込み有り)のステップ
S66 カウンタのリセットのステップ
78 入出力回路
77 ECC回路
76 制御回路デコーダ
73 ワードドライバ
S81 読み出し動作のステップ
S82 ECC判定ステップ
S83 再書き込み無し、のステップ
S84 再書き込み有り、のステップ
MC memory cell S.M. A. Sense amplifier B. P bit line
Claims (8)
前記不揮発性メモリセルに対して、前記再書き込み動作を伴わない破壊読出し動作を複数回繰り返した後、前記再書き込み動作を行うようにした、
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 In a nonvolatile semiconductor memory device having a nonvolatile memory cell that performs a destructive read operation and a subsequent rewrite operation,
For the nonvolatile memory cell, after repeating the destructive read operation without the rewrite operation a plurality of times, the rewrite operation is performed.
A non-volatile semiconductor memory device.
前記不揮発性メモリセルは、スイッチング素子によって選択的にビット線と接続可能なものであり、
前記不揮発性メモリセルに対して、前記再書き込み動作を伴う破壊読出し動作を行う前に、外部信号によって前記スイッチング素子が前記不揮発性メモリセルと前記ビット線とを電気的に分離させた状態で、前記再書き込み動作を伴わない破壊読出し動作を、複数回繰り返すようにした、
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1,
The nonvolatile memory cell can be selectively connected to a bit line by a switching element,
Before the destructive read operation involving the rewrite operation is performed on the nonvolatile memory cell, the switching element is electrically separated from the nonvolatile memory cell and the bit line by an external signal. The destructive read operation without the rewrite operation was repeated a plurality of times.
A non-volatile semiconductor memory device.
前記外部信号は、ワード線信号である、
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2,
The external signal is a word line signal.
A non-volatile semiconductor memory device.
前記再書き込み動作を伴わない壊読出し動作を繰り返す回数を、予め既定の回数に設定した、
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 The nonvolatile semiconductor device according to claim 1 or 2,
The number of times of repeating the broken read operation without the rewrite operation is set to a predetermined number in advance.
A non-volatile semiconductor memory device.
前記再書き込み動作を伴わない破壊読出し動作が繰り返される回数を計測するカウント回路と、
前記計測した回数を記憶する記憶回路と、
前記記憶回路に記憶されている、前記再書き込み動作を伴わない破壊読み出し動作が繰り返される回数と、前記予め設定された既定回数とを比較する比較器とを備えた、
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4,
A count circuit for measuring the number of times the destructive read operation without the rewrite operation is repeated;
A storage circuit for storing the measured number of times;
A comparator that compares the number of times the destructive read operation without the rewrite operation is repeated and the preset number of times stored in the memory circuit;
A non-volatile semiconductor memory device.
前記カウント回路、および前記記憶回路を、ワード毎に有する、
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5,
The count circuit and the storage circuit are provided for each word.
A non-volatile semiconductor memory device.
前記不揮発性メモリセルに対する読み出し動作における読み出しエラービットを検出するECC回路を備え、
前記再書き込み動作を伴わない破壊読出し動作を繰り返す回数を、ECC回路のビットエラー検出信号により決定する、
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1 or 2,
An ECC circuit for detecting a read error bit in a read operation for the nonvolatile memory cell;
The number of times to repeat the destructive read operation without the rewrite operation is determined by a bit error detection signal of the ECC circuit.
A non-volatile semiconductor memory device.
前記不揮発性メモリセルは、強誘電体キャパシタにより構成される、
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1 or 2,
The nonvolatile memory cell is composed of a ferroelectric capacitor.
A non-volatile semiconductor memory device.
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