JP2008059724A - 正電位変換回路、強誘電体記憶装置および電子機器 - Google Patents

正電位変換回路、強誘電体記憶装置および電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】強誘電体記憶装置のデータの読み出しに必要な種々の回路(例えば、センスアンプ回路、イコライズ回路もしくは正電位変換回路等)を提供する。
【解決手段】ビット線(BL-L)と第1ノード(ML-L)との間に接続されたpチャネル型MISFET(P1-L)と、ビット線(BL-R)と第2ノード(ML-R)との間に接続されたpチャネル型MISFET(P1-R)と、第1ノードに接続された負電位発生回路(ct-L)と、第2ノードに接続された負電位発生回路(Ct-R)と、を有する強誘電体記憶装置(センスアンプ回路)のpチャネル型MISFET(P1-L)のゲート端子と第2ノード(ML-R)とを接続し、pチャネル型MISFET(P1-R)のゲート端子と第1ノード(ML-L)とを接続する。また、第1、第2ノード間にイコライズ回路EQ1を設ける。また、第1、第2ノードの電位を正電位変換回路TPにより正電位の出力OUTとして取り出す。
【選択図】図2

Description

本発明は、強誘電体記憶装置、特に、強誘電体記憶装置の読み出しに関する、センスアンプ回路、イコライズ回路および正電位変換回路などに関する。
強誘電体記憶装置(FeRAM: Ferroelectric Random Access Memory)の読み出しには、ラッチ型のセンスアンプ回路を用いる方法が一般的である(例えば、下記特許文献1参照)。
しかしながら、この場合、プレート線に印加された電圧が、強誘電体キャパシタ容量(Cs)とビット線容量(Cbl)に分圧される。従って、ビット線容量(Cbl)により強誘電体キャパシタに十分な電位が印加されない。また、ビット線電圧の差分をセンスアンプにより増幅し読み出しを行なうため、ビット線容量(Cbl)が増加するほど、ビット線電圧は小さくなり、センスマージンが小さくなってしまう。
そこで、ビット線を仮想的に接地電位に固定できる読み出し回路が検討されている(例えば、下記特許文献2および下記非特許文献1参照)。
特開2000−187990号公報(US6233170(B1)) 特開2002−133857号公報(US6487103(B2)) IEEE JOURNAL OF SOLID STATE CIRCUITS VOL.37.No.5,MAY 2003 "Bitline GND SensingTechnique for Low-Voltage Operation FeRAM"
(1)しかしながら、上記特許文献2等に記載の回路を用いても、追って詳細に説明するように、(a)強誘電体特性に応じて回路を構成する各素子の細かいフィッテイングが必要である、(b)センスマージンが最大になるタイミングが変動する恐れがある、(c)読出し動作中にインバータ中に貫通電流が流れる、(d)面積が大きい、等の問題を有する。
(2)また、上記特許文献2に記載の回路においては、メモリセルから読み出した電荷を、負電位にチャージした容量へ転送して読み出し動作を行なっている。よって、負電位ノード[例えば、図3のVMNやVTHなど]が生じる。しかしながら、これらのノードは、スタンバイ時にフローティング状態となるため、初期電位が不安定となる。初期電位が変化すると読み出し時の出力電位も変動し、センスマージンが減少してしまう。
(3)さらに、上記特許文献2に記載の回路においては、メモリセルから読み出した電荷が”0”データの場合のノードVMNと”1”データの場合のノードVMNの電位差を増幅することにより読み出しを行なう。しかし、センスアンプにより電位差を増幅するためには、負電位を正電位に変換した後、増幅する必要がある。このため、上記特許文献2に記載の回路においては、電圧シフト回路[7]を用いて負電位を正電位に変換した後、センスアンプ[5]により読み出しを行なっている。しかしながら、特許文献2に記載の電圧シフト回路[7]では、変換ロスが大きく、ノードVMNの電位差が変換後には小さくなるという問題がある。[かっこ]内は、文献中の符号である。
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記憶装置を提供することを目的とする。より詳しくは、上記課題を解決することができる強誘電体記憶装置のデータの読み出しに必要な種々の回路(例えば、センスアンプ回路、イコライズ回路もしくは正電位変換回路等)を提供することを目的とする。
(1)本発明の正電位変換回路は、第1ノードと第2ノードの電位差に応じた出力を第1および第2インバータの出力部からそれぞれ出力する正電位変換回路であって、電源電位と第3ノードとの間に直列に接続された第1pチャネル型MISFETおよび第1nチャネル型MISFETよりなる第1インバータと、電源電位と第4ノードとの間に直列に接続された第2pチャネル型MISFETおよび第2nチャネル型MISFETよりなり、入出力が前記第1インバータと交差接続された第2インバータと、前記第3ノードと接地電位との間に接続され、そのゲート端子が前記第1ノードに接続され、その基板電位が接地電位に接続された第3pチャネル型MISFETと、前記第4ノードと接地電位との間に接続され、そのゲート端子が前記第2ノードに接続され、その基板電位が接地電位に接続された第4pチャネル型MISFETと、を有する。
かかる構成によれば、前記第1ノードの電位が前記第2ノードの電位より高い場合に、前記第1ノードの電位を正電位である第1電位に変換し、前記第2ノードを前記第1電位より低い第2電位に変換し、前記第2ノードの電位が前記第1ノードの電位より高い場合に、前記第2ノードの電位を前記第1電位に変換し、前記第1ノードを前記第2電位に変換することができる。このように、第1および第2ノードの電位差に応じた出力を第1電位および第2電位として出力することができる。また、第1および第2ノードの電位が負電位(0V以下)であっても、これらの電位差を正電位(0V以上)の電位として取り出すことができる。
例えば、前記第3ノードと前記第3pチャネル型MISFETとの間に、第1スイッチングトランジスタが接続され、前記第4ノードと前記第4pチャネル型MISFETとの間に、第2スイッチングトランジスタが接続されている。かかる構成によれば、これらのスイッチングトランジスタの制御により、第1および第2ノードの電位が確定した後、正電位への変換を図ることができ、電位の変換特性を向上させることができる。
例えば、前記第1および第2インバータの出力部に接続されたプリチャージ回路を有し、前記プリチャージ回路は、電源電位と第1インバータの出力部に接続された第3スイッチングトランジスタと、電源電位と第2インバータの出力部に接続された第4スイッチングトランジスタとを有する。かかる構成によれば、上記出力部の電位を予め所定の電位に設定(プリチャージ)することができる。
例えば、前記電源電位と、前記第1pチャネル型MISFETおよび前記第2pチャネル型MISFETの接続ノードとの間に、第1スイッチングトランジスタが接続されている。かかる構成によれば、第1スイッチングトランジスタの制御により、第1および第2ノードの電位が確定した後、正電位への変換を図ることができ、電位の変換特性を向上させることができる。
例えば、前記第1および第2インバータの出力部に接続されたディスチャージ回路を有し、前記ディスチャージ回路は、接地電位と第1インバータの出力に接続された第2スイッチングトランジスタと、電源電位と第2インバータの出力に接続された第3スイッチングトランジスタとを有する。かかる構成によれば、上記出力部の電位を予め所定の電位に設定(ディスチャージ)することができる。
(2)本発明の正電位変換回路は、第1ノードと第2ノードの電位差に応じた出力を第1および第2出力部からそれぞれ出力する正電位変換回路であって、前記第1出力部と第3ノードとの間に接続され、そのゲート端子が前記第2出力部に接続された第1nチャネル型MISFETと、前記第2出力部と第4ノードとの間に接続され、そのゲート端子が前記第1出力部に接続された第2nチャネル型MISFETと、前記第3ノードと接地電位との間に接続され、そのゲート端子が前記第1ノードに接続され、その基板電位が接地電位に接続された第1pチャネル型MISFETと、前記第4ノードと接地電位との間に接続され、そのゲート端子が前記第2ノードに接続され、その基板電位が接地電位に接続された第2pチャネル型MISFETと、を有する。
かかる構成によれば、前記第1ノードの電位が前記第2ノードの電位より高い場合に、前記第1ノードの電位を正電位である第1電位に変換し、前記第2ノードを前記第1電位より低い第2電位に変換し、前記第2ノードの電位が前記第1ノードの電位より高い場合に、前記第2ノードの電位を前記第1電位に変換し、前記第1ノードを前記第2電位に変換することができる。このように、第1および第2ノードの電位差に応じた出力を第1電位および第2電位として出力することができる。また、第1および第2ノードの電位が負電位(0V以下)であっても、これらの電位差を正電位(0V以上)の電位として取り出すことができる。
例えば、前記第3ノードと前記第3pチャネル型MISFETとの間に、第1スイッチングトランジスタが接続され、前記第4ノードと前記第4pチャネル型MISFETとの間に、第2スイッチングトランジスタが接続されている。かかる構成によれば、これらのスイッチングトランジスタの制御により、第1および第2ノードの電位が確定した後、正電位への変換を図ることができ、電位の変換特性を向上させることができる。
例えば、前記第1および第2出力部に接続されたプリチャージ回路を有し、前記プリチャージ回路は、電源電位と第1出力部に接続された第3スイッチングトランジスタと、電源電位と第2出力部に接続された第4スイッチングトランジスタとを有する。かかる構成によれば、第1および第2出力部を電源電位にプリチャージすることができる。
例えば、前記第1出力部と前記第1ノードとの間に接続された第1キャパシタと、前記第2出力部と前記第2ノードとの間に接続された第2キャパシタと、を有する。かかる構成によれば、出力部の電位の低下を利用して、第1および第2ノードの電位を低下させることができる。よって、これらのノードの電位がpチャネル型MISFETの閾値以上であり、pチャネル型MISFETが当初オフ状態であっても、第1および第2ノードの電位を低下させ、電位の変換動作をさせることができる。
例えば、前記第1ノードと接地電位との間に接続され、そのゲート端子が前記第2ノードに接続され、その基板電位が接地電位に接続された第5pチャネル型MISFETと、前記第2ノードと接地電位との間に接続され、そのゲート端子が前記第1ノードに接続され、その基板電位が接地電位に接続された第6pチャネル型MISFETと、を有する。かかる構成によれば、2つの入力電位がpチャネル型MISFETの閾値より低くなることを防止することができる。また、第1および第2ノードのうち、電位の高い方のノードを接地電位まで上昇させることができる。
例えば、その動作時において、前記第1ノードおよび前記第2ノードの電位は、0もしくは負電位である。このように、第1および第2ノードの電位が負電位(0V以下)であっても、上記構成によれば、これらの電位差を正電位(0V以上)の電位として取り出すことができる。
(3)本発明の強誘電体記憶装置は、請求項1乃至11のいずれか一項記載の正電位変換回路と、前記第1ノードと第1ビット線との間に接続された第7pチャネル型MISFETと、前記第2ノードと第2ビット線との間に接続された第8pチャネル型MISFETと、前記第1ノードに接続された第1負電位発生回路と、前記第2ノードに接続された第2負電位発生回路と、を有する。かかる構成によれば、負電位を第7、第8pチャネル型MISFETを介してビット線に転送することができるため、読み出し時のビット線の電位の上昇を抑制することができる。よって、メモリセルを構成する強誘電体キャパシタに印加される電圧を大きくすることができる。強誘電体記憶装置の読み出し特性を向上させることができる。
(4)本発明の強誘電体記憶装置は、上記正電位変換回路と、前記第1ノードと接続される第1ビット線と、前記第2ノードと接続される第2ビット線と、を有し、前記第1および第2ビット線には、それぞれ強誘電体メモリが接続されている。かかる構成によれば、いわゆる2T2Cの強誘電体メモリセルに上記正電位変換回路を適用することができる。
(5)本発明の強誘電体記憶装置は、上記正電位変換回路と、前記第1ノードと接続される第1ビット線と、前記第2ノードと接続される第2ビット線と、を有し、前記第1ビット線には、強誘電体メモリが接続され、前記第2ビット線には、参照電位が印加される。かかる構成によれば、いわゆる1T1Cの強誘電体メモリセルに上記正電位変換回路を適用することができる。
(6)本発明の電子機器は、上記強誘電体記憶装置を有する。電子機器とは、本発明にかかる強誘電体記憶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はないが、例えば、上記強誘電体記憶装置を備えたコンピュータ装置一般、携帯電話、PHS、PDA、電子手帳、ICカードなど、記憶装置を必要とするあらゆる装置が含まれる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の機能を有するものには同一もしくは関連の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
図1は、強誘電体記憶装置の構成を示すブロック図である。図示するように、強誘電体記憶装置100は、メモリセルアレイ110と、周辺回路部(120、130、140等)を有する。メモリセルアレイ110は、アレイ状に配置された複数のメモリセルよりなり、各メモリセルは、ワード線WLおよびビット線BL−L、BL−Rの交点に配置される。なお、ここでは、2T2Cセルを例に説明する。よって、ビット線BL−LおよびBL−Rにそれぞれ接続された2つのトランジスタと2つの強誘電体キャパシタによって1つのデータが記憶される。また、周辺回路を構成するワード線制御部120及びプレート線制御部130は、複数のワード線WL及び複数のプレート線PLの電圧を制御する。これらの制御によって、メモリセルMCに記憶されたデータを複数のビット線BLに読み出し、また、外部から供給されたデータをビット線BLを介してメモリセルMCに書き込む。このような読み出し、書き込みは、ビット線制御部140においてなされる。
以下、本発明の実施の形態をセンスアンプ回路、イコライズ回路および正電位変換回路の順に説明する。
1)センスアンプ回路
(第1センスアンプ回路)
図2は、本発明の一実施の形態である第1センスアンプ回路の構成を示す回路図である。図示するように、ビット線BL−LおよびBL−Rは、それぞれ、pチャネル型MISFETP1−LおよびP1−Rを介して第1ノードML−Lおよび第2ノードML−Rに接続されている。一方、pチャネル型MISFETP1−Lのゲート端子は、第2ノードML−Rに接続され、pチャネル型MISFETP1−Rのゲート端子は、第1ノードML−Lに接続されている。このように、2つのpチャネル型MISFETP1−LとP1−Rの一端とゲート端子は、交差接続されている。pチャネル型MISFETP1−L、P1−Rの基板電位(バックゲート電位)は接地電位とする。より好ましくはビット線側の端子(第1端)と同電位とする。基板電位が高い方がオンしやすくなるためである。なお、本明細書においては、MISFETのソース、ドレイン領域をMISFETの第1端、第2端もしくは一端、他端と言うことがある。
また、第1ノードML−Lおよび第2ノードには、負電位発生回路MGが接続されている。この負電位発生回路MGは、第1ノードML−Lに接続された強誘電体キャパシタCt−Lおよび第2ノードML−Rに接続された強誘電体キャパシタCt−Rよりなり、これらの他端は、MGEN信号線に共通接続されている。なお、以降、信号と信号線とを同じ符号で示す場合がある。
この負電位発生回路MGと交差接続した2つのpチャネル型MISFETP1−L、P1−RとでセンスアンプSAを構成している(図5参照)。
また、第1ノードML−Lおよび第2ノードML−R間には、電荷転送回路(電荷供給回路)CTが接続されている。当該回路は、第1ノードML−Lおよび第2ノードML−R間に直列に接続されたpチャネル型MISFETP2−L、P2−Rよりなる。pチャネル型MISFETP2−LとP2−Rの接続ノードは、接地電位(グランド、GND)に接続され、pチャネル型MISFETP2−Lのゲート端子は、第2ノードML−Rと接続され、pチャネル型MISFETP2−Rのゲート端子は、第1ノードML−Lと接続されている。pチャネル型MISFETP2−L、P2−Rの基板電位(バックゲート電位)は接地電位とする。より好ましくはpチャネル型MISFETP1−L、P1−Rのビット線側の端子(第1端)と同電位とする。基板電位が高い方がオンしやすくなるためである。
なお、ビット線BL−L、BL−Rには、各ビット線を接地電位にディスチャージする回路が接続されている。当該回路は、ビット線BL−Lと接地電位(第1電位)との間に接続されたnチャネル型MISFETN1−Lと、ビット線BL−Rと接地電位(第1電位)との間に接続されたnチャネル型MISFETN1−Rとからなる。これらのゲート端子は、BLGND線と接続されている。
また、ビット線BL−L、BL−Rとセンスアンプ回路SAとの間には、スイッチングトランジスタ(N2−L、N2−R)が接続されている。即ち、ビット線BL−Lとpチャネル型MISFETP1−Lとの間に、スイッチングトランジスタN2−Lが接続され、ビット線BL−Rとpチャネル型MISFETP1−Rとの間に、スイッチングトランジスタN2−Rが接続されている。これらのスイッチングトランジスタのゲート端子は、BLSW線に接続されている。これらのスイッチングトランジスタはnチャネル型MISFETよりなる。
また、第1ノードML−Lおよび第2ノードML−R間には、イコライズ回路EQ1が接続されている。このイコライズ回路EQ1は、負電位ノードとなった第1ノードML−Lおよび第2ノードML−Rの電位を同電位(例えば、接地電位)とする回路である。このイコライズ回路EQ1は、MEQ線と接続され、MEQ信号によって制御される。このイコライズ回路の詳細な説明は、「2)イコライズ回路」の欄で詳細に説明する。
また、第1ノードML−Lおよび第2ノードML−Rには、正電位変換回路TPが接続されている。この正電位変換回路TPの入力部は第1、第2ノードML−L、ML−Rにそれぞれ接続され、第1、第2ノードの電位差に応じた出力を出力部OUTから出力する。例えば、負電位ノードである第1、第2ノードの電位差に応じた正電位の出力を出力部OUT−R、OUT−Lから出力する(図4、図14等参照)。この正電位変換回路TPは、MTP線と接続され、MTP信号によって制御される。この正電位変換回路の詳細な説明は、「3)正電位変換回路」の欄で詳細に説明する。
図3に、強誘電体記憶装置の読み出し時のタイミングチャートを示す。図示するように、BLSW線をHレベルとし、センスアンプ回路SAとビット線BL−L、BL−Rとを接続する(図3(D))。次いで、ワード線WLをHレベルとする(図3(A))。次いで、BLGND線をLレベルとし、接地電位にディスチャージしていたビット線BL−L、BL−Rをフローティング状態とする(図3(C))。次いで、MEQ線をLレベルとし、イコライズ回路をオフする(図3(F))。
次いで、プレート線PLをHレベルとし(図3(B))、メモリセルからビット線BL−L、BL−Rに電荷を転送する。次いで、MGEN線(第1線)をHレベルからLレベルに変化させ、負電位発生回路MGを動作させる(図3(E))。
上記読み出しの際のビット線BL−L、BL−Rと第1、第2ノードML−L、MLR等の電位のシミュレーション結果を図4に示す。図4(A)に示すように、ビット線BL−L、BL−Rの電位は、メモリセル(強誘電体キャパシタ)からの電荷の転送により徐々に上昇する。この際、”1”データ側のビット線(図4においては、BL−L)の電位がより早く上昇する。一方、MGEN線のLレベルへの変化により、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が急激に低下し、pチャネル型MISFETの閾値Vth(ここでは、−0.8V)以下の負電位となる。その結果、pチャネル型MISFETP1−L、P1−Rがオン状態となる。この後、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位は、ビット線からの電荷転送により上昇する。この際、”1”データ側のビット線(図4においては、BL−L)に接続するノード(図4においては、ML−L)の電位がより早く上昇する。よって、当該ノード(ML−L)の電位が、閾値Vth以上となると、pチャネル型MISFETP1−Rがオフし、他方のノード(ML−R)の電位の上昇が停止する。よって、この時点で、読み出しデータが確定する。
次いで、図4(B)に示すように、MTP線をLレベルからHレベルに変化させ、正電位変換回路TPをオンさせる。その結果、図4(C)に示すように、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位差を出力データOUT−L、OUT−Rとして取り出すことができる。図4においては、出力データOUT−Lは、”1”、OUT−Rは、”0”である。
このように、第1センスアンプ回路によれば、負電位ノード(ML−L、ML−R)に接続されたpチャネル型MISFETP1−L、P1−Rのゲート端子を、交差接続させたので、これらのうち”1”データ側のノードからの電位の上昇を利用し、”0”データ側のノードに接続されたpチャネル型MISFETをオフさせることができる(図5参照)。よって、この時点もしくはこれ以降の負電位ノードの電位差を出力データとして取り出すことができる。図5は、第1センスアンプ回路の主要部の構成を示す回路図である。図2と同じ部位には同符号を付してある。
特に、第1のセンスアンプ回路の構成およびその駆動方法(データの読み出し方法)によれば、次の(1)〜(5)の利点がある。
(1)例えば、前述の特許文献1に記載の回路と比較し、ビット線BL−L、BL−Rの電位が接地電位近傍まで下がるため、強誘電体キャパシタに印加される電圧を大きくすることができる。よって、強誘電体キャパシタに蓄積された電荷をより多く読み出すことができる。また、読み出し速度を向上させることができる。
(2)また、ビット線容量の影響を低減できるため、メモリの大容量化にも対応することができる。即ち、メモリ数が多くなりビット線が長くなっても読み出し精度を維持することができる。
(3)また、第1、第2ノード(ML−L、ML−R)の電位のうち、一方が、閾値Vthより上、他方が閾値Vthより下で固定されるため、後段の回路(例えば、正電位変換回路)の設計が容易になる。
(4)また、図6に示す回路と比較すると、インバータを用いていないため、貫通電流を低減できる。また、回路を構成する素子数が低減され、本発明者の検討によるとレイアウト面積を約30%に縮小することができる。また、第1のセンスアンプ回路によれば、回路フィッテイングが容易となる。例えば、図6の回路では、各構成素子の特性(例えば、閾値や容量)の細かな設定が必要であり、その形成が困難となる。これに対し、第1センスアンプ回路では、かかる設定が少なくてすむ。図6は、第1センスアンプ回路の効果を説明するための比較回路である。FBAおよびFBBは、フィードバック回路、PTAおとびPTBはpチャネル型MISFET、C1A、C1Bは、キャパシタ、NA、NBは、ノード、C2A、C2Bは、キャパシタ、GSAは、一般的なセンスアンプ回路を示す。
(5)さらに、電荷転送回路CTにより、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位の上昇が促進され、いずれか一方のノードが閾値Vthを越えるまでの時間が短縮される。よって、読み出し速度を向上させることができる。また、イコライズ回路EQ1により、第1、第2ノードML−L、ML−Rの初期電位が固定されるため、読み出し動作を安定化させることができる。特に、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が双方もと閾値Vthより大きい電位までしか下がらないという現象を低減することができる。また、正電位変換回路TPにより、負電位ノードである第1、第2ノードの電位差を正電位の出力OUT−L、OUT−Rとして効率的に取り出すことができる。
(第2センスアンプ回路)
図7は、本発明の一実施の形態である第2センスアンプ回路の構成を示す回路図である。第1センスアンプ回路との違いは、pチャネル型MISFETP2−Rのゲート端子(ノードPG−R)と第1ノードML−Lとの間に強誘電体キャパシタCt2−Lよりなる電位転送回路を接続し、pチャネル型MISFETP2−Lのゲート端子(ノードPG−L)と第2ノードML−Rとの間に強誘電体キャパシタCt2−Rよりなる電位転送回路を接続した点にある。さらに、pチャネル型MISFETP1−LおよびP2−Lのゲート端子(ノードPG−L)とpチャネル型MISFETP1−RおよびP2−Rのゲート端子(ノードPG−R)との間にイコライズ回路EQ2を接続した点にある。このイコライズ回路EQ2も、MEQ線と接続され、MEQ信号によって制御される。
かかる構成によれば、第1もしくは第2ノードの電位の変化を即座にpチャネル型MISFETのゲート端子に転送することができ、”0”データ側のノード(図8においてはML−R)に接続されるpチャネル型MISFET(P2−R)を素早くオフさせ、”0”データ側のノード(ML−R)の電位の上昇をより早く停止させることができる。
第2センスアンプ回路の読み出し時のタイミングチャートは、図3と同じである。読み出しの際のノードPG−L、PG−R等の電位のシミュレーション結果を図8に示す。ビット線BL−L、BL−Rと第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位の変化は図4と同様である。図8(A)に示すように、MGEN線のLレベルへの変化により、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が急激に低下した後、pチャネル型MISFETP2−L、P2−Rがオン状態となるため、接地電位からもこれらのMISFETを介して第1および第2ノードML−L、ML−Rに電荷が注入される。よって、これらのノードの電位上昇が促進される。ここで、”0”データ側のノードPG−Rの電位は、第1ノードML−Lより早く電位が上昇する。その結果、前述した通り、”0”データ側のビット線(図8においてはBL−R)に接続されるpチャネル型MISFETを素早くオフさせ、”0”データ側のノード(ML−R)の電位の上昇をより早く停止させることができる。このように、第2センスアンプ回路においては、第1センスアンプ回路の効果に加え、上記効果を奏する。
ここで、ノードPG−L、PG−Rも負電位となるため、これらのノード間にイコライズ回路EQ2を設け、初期電位を固定することで、読み出し動作を安定化させることができる。このイコライズ回路EQ2としても、後述する第1、第2もしくは第3イコライズ回路を用いることができる。
なお、第1、第2センスアンプ回路においては、負電位発生回路として強誘電体キャパシタを用いたが、常誘電体キャパシタやゲートキャパシタ等を用いてもよい。また、全く異なる回路方式によって、第1、第2ノードML−L、ML−Rに負電位を印加してもよい。
また、第2センスアンプ回路において、電位転送回路として強誘電体キャパシタを用いたが、常誘電体キャパシタやゲートキャパシタ等を用いてもよい。
また、本発明のセンスアンプ回路は、2T2Cの強誘電体メモリのみならず、一方のビット線に参照電位が印加される1T1Cの強誘電体メモリにも適用可能である。
2)イコライズ回路
次いで、第1、第2センスアンプ回路に用いたイコライズ回路の構成について詳細に説明する。
(第1イコライズ回路)
図9は、本発明の一実施の形態である第1イコライズ回路の構成を示す回路図である。図示するように、第1、第2ノードML−L、ML−Rの間にpチャネル型MISFETP4が接続されている。また、第1ノードML−Lと接地電位との間には、pチャネル型MISFETP3−Lが接続され、第2ノードML−Rと接地電位との間には、pチャネル型MISFETP3−Rが接続されている。これらのpチャネル型MISFETのゲート端子は、強誘電体キャパシタC1(負電位発生回路)の一端と接続され、基板電位は、接地電位である。負電位発生回路は、MEQ線とノードvrstとの間に接続された強誘電体キャパシタC1よりなる。また、ノードvrstには安全装置(クランプ回路)Sが接続されている。この安全装置Sにより第1イコライズ回路のスタンバイ時において、フローティング状態となるノードvrstの電位が所定の電位範囲に位置するよう制御される。なお、第1ノードML−Lと第2ノードML−Rには前述したセンスアンプ回路SA等を介してビット線が接続される。
図10に、第1イコライズ回路の動作時のタイミングチャートを示す。図10(A)に示すように、MEQ線がHレベルからLレベルに変化し、イコライズ動作が開始する。よって、図10(C)に示すように、それまで異なる電位であった第1ノードML−Lおよび第2ノードML−Rが、接地電位にイコライズされる。その後、MEQ線がHレベルとなると、第1イコライズ回路はオフする。さらに、MGENb線がHレベルからLレベルに変化すると、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位は、急激に低下し、この後、ビット線電位の上昇の影響を受け上昇する。これらの変化は、「1)センスアンプ回路」の欄において、図4等を参照しながら説明した通りである。なお、MGENbは、MGENの反転信号(信号線)を示す。また、図中にはノードvrstの電位変化も示してある。
このように、当該イコライズ回路においては、pチャネル型MISFETを用いたので、第1、第2ノードML−L、ML−Rが負電位ノードとなっても、これらのノードを同電位とすることができる。例えば、nチャネル型MISFETを用いた場合には、PN接合電流によりソース、ドレイン領域の電位が上昇してしまうため、第1、第2ノードの電位が上昇してしまう。また、pチャネル型MISFETの基板電位を接地電位としたので、ゲート電位を接地電位とするだけでイコライズ回路をオフすることができる。
このように、当該イコライズ回路においては、簡易な構成で、負電位ノードのイコライズが可能となる。
なお、pチャネル型MISFETP4のみでイコライズ回路を構成してもよい。但し、pチャネル型MISFETP3−L、P3−Rを用いることで、各ノードを接地電位にイコライズすることができる。よって、後段の回路動作、例えば、センスアンプ回路動作の安定化を図ることができる。
(第2イコライズ回路)
図11は、本発明の一実施の形態である第2イコライズ回路の構成を示す回路図である。第1イコライズ回路との違いは、pチャネル型MISFETP4を省略した点にある。この場合も、第1、第2ノードML−L、ML−Rを接地電位にイコライズすることができる。第2イコライズ回路の動作時のタイミングチャートは、図10と同じである。
(第3イコライズ回路)
図12は、本発明の一実施の形態である第3イコライズ回路の構成を示す回路図である。図示するように、安全装置Sとして抵抗Rを用いてもよい。この抵抗Rとしては、ウエル抵抗、多結晶シリコン抵抗(Poly抵抗)やトランジスタ抵抗などを用いることができる。
第3イコライズ回路の動作時のタイミングチャートを図13に示す。図13(A)に示すように、MEQ線がHレベルからLレベルに変化し、イコライズ動作が開始する。よって、図13(C)に示すように、それまで異なる電位であった第1、第2ノードML−L、ML−Rが、接地電位にイコライズされる。さらに、MGENb線がHレベルからLレベルに変化すると、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が急激に低下し、この後、ビット線電位の上昇の影響を受け上昇する。これらの変化は、「1)センスアンプ回路」の欄において、図4等を参照しながら説明した通りである。なお、図中にはノードvrstの電位変化も示してある。この場合、MEQ線の変化から所定の時間経過すると、ノードvrstが接地電位となり安定する。よって、MEQ線をLレベルからHレベルに変化させる必要はない。
以上詳細に説明したように、第1〜第3のイコライズ回路においては、簡易な構成で、負電位ノードをイコライズすることができる。よって、第1、第2ノードの初期電位を安定させることができ、後段の回路動作、例えばセンスアンプ回路動作の安定化を図ることができる。特に、本発明のイコライズ回路を前述の第1、第2のセンスアンプ回路に適用した場合には、より効果的である。即ち、第1、第2のセンスアンプ回路においては、第1、第2ノードの電位のいずれかが閾値Vthを越えて変化することが必要である。よって、第1、第2ノードの初期電位を安定化することで、上記ノードの電位の変化を確実にすることができる。
また、第1、第2イコライズ回路においては、MEQ線がLレベルである期間がイコライズ期間となり、入力パルス(MEQ信号の変化)によってイコライズ期間を正確に確保することができる。これに対し、第3イコライズ回路は、簡易な回路構成および簡易な入力(MEQ線をLレベルとするだけ)で、イコライズを行なうことができる。
なお、本発明のイコライズ回路は、第1および第2センスアンプ回路のみならず、図6や後述する図23に示す回路にも適用可能である。即ち、ノードNA、NB間に、本発明のイコライズ回路を接続することにより、これらのノードが負電位ノードとなっても、これらのノードを同電位とすることができる。
また、本発明のイコライズ回路は、2T2Cの強誘電体メモリのみならず、一方のビット線に参照電位が印加される1T1Cの強誘電体メモリにも適用可能である。
また、第1〜第3のイコライズ回路においては、負電位発生回路として強誘電体キャパシタを用いたが、常誘電体キャパシタやゲートキャパシタ等を用いてもよい。また、全く異なる回路方式によって、負電位をノードvrstに印加してもよい。
3)正電位変換回路
次いで、第1、第2センスアンプ回路に用いた正電位変換回路の構成について詳細に説明する。
(第1正電位変換回路1)
図14は、本発明の一実施の形態である第1正電位変換回路の構成を示す回路図である。図示するように、第1、第2ノードの電位差を交差接続されたインバータの出力として取り出す。詳細には、当該回路は、電源電位とノードNLとの間に接続されたpチャネル型MISFETP12−Lとnチャネル型MISFETN12−LよりなるインバータIN1と、電源電位とノードNLとの間に接続されたpチャネル型MISFETP12−Rとnチャネル型MISFETN12−RよりなるインバータIN2とを有する。pチャネル型MISFETP12−Lとnチャネル型MISFETN12−Lの接続ノードは出力部OUT−Lとなり、この出力部OUT−Lはpチャネル型MISFETP12−Rのゲート端子およびnチャネル型MISFETN12−Rのゲート端子に接続されている。pチャネル型MISFETP12−Rとnチャネル型MISFETN12−Rの接続ノードは出力部OUT−Rとなり、この出力部OUT−Rは、pチャネル型MISFETP12−Lのゲート端子およびnチャネル型MISFETN12−Lのゲート端子に接続されている。
ノードNLと接地電位との間には、pチャネル型MISFETP11−Lが接続され、そのゲート端子は第1ノードML−Lと接続される。ノードNRと接地電位との間には、pチャネル型MISFETP11−Rが接続され、そのゲート端子は第2ノードML−Rと接続される。pチャネル型MISFETP11−L、11−Rの基板電位は、接地電位である。
ここでは、第1、第2ノードの電位が確定した後、当該正電位変換回路をオンさせるため、nチャネル型MISFETN12−Lの第1端とノードNLとの間にスイッチングトランジスタN11−Lが接続され、nチャネル型MISFETN12−Rの第1端とノードNRとの間にスイッチングトランジスタN11−Rが接続されている。これらのスイッチングトランジスタは、nチャネル型MISFEよりなり、これらのスイッチングトランジスタのゲート端子は、MTP線に接続されている。
また、出力部を予め所定電位に固定するため、電源電位と出力部OUT−Lとの間にスイッチングトランジスタP13−Lが接続され、電源電位と出力部OUT−Rとの間にスイッチングトランジスタP13−Rが接続されている。これらのスイッチングトランジスタは、pチャネル型MISFEよりなり、これらのスイッチングトランジスタのゲート端子は、MTP線に接続されている。
図15に、第1正電位変換回路の動作時のタイミングチャートを示す。図15(A)に示すように、MTP線がLレベルの間は、出力部OUT−L、OUT−Rは、電源電位(Hレベル)にプリチャージされている。このようにスタンバイ時に、プリチャージを行なうことで、インバータIN1、IN2の不所望な動作を防止することができる。この後、図15(B)に示すMGENb線がHレベルからLレベルとなると、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が急激に低下し、この後、ビット線電位の上昇の影響を受け、それぞれ上昇する(図15(C))。これらの変化は、「1)センスアンプ回路」の欄において、図4等を参照しながら説明した通りである。この際、一方の電位は、閾値Vth以上となり、他方の電位は閾値Vth以下となる。次いで、MTP線が、Hレベルとなると正電位変換回路が動作する。即ち、”1”データ側のノード(図15においては、ML−L)は、閾値Vth以上であるため、pチャネル型MISFETP11−Rは、オン状態となる。よって、出力部OUT−Rは、Lレベル(接地電位)となる。一方、出力部OUT−Lは、Hレベル(電源電位)を維持する(図15(C))。
このように、第1正電位変換回路においては、負電位ノードである第1、第2ノードの電位差に対応した出力を正電位であるHレベル、Lレベルとして取り出すことができる。ここでは、負電位とは、0以下の電位をいい、正電位とは、0以上の電位をいう。また、動作タイミングによっては、第1もしくは第2ノードの電位が、わずかに0を超えることもある。
(第2正電位変換回路)
図16は、本発明の一実施の形態である第2正電位変換回路の構成を示す回路図である。この場合も、第1、第2ノードの電位差を交差接続されたインバータの出力として取り出す。詳細には、当該回路は、ノードNCとノードNLとの間に接続されたpチャネル型MISFETP12−Lとnチャネル型MISFETN12−LよりなるインバータIN1と、ノードNCとノードNLとの間に接続されたpチャネル型MISFETP12−Rとnチャネル型MISFETN12−RよりなるインバータIN2とを有する。pチャネル型MISFETP12−Lとnチャネル型MISFETN12−Lの接続ノードは出力部OUT−Lとなり、この出力部OUT−Lは、pチャネル型MISFETP12−Rのゲート端子およびnチャネル型MISFETN12−Rのゲート端子に接続されている。pチャネル型MISFETP12−Rとnチャネル型MISFETN12−Rの接続ノードは出力部OUT−Rとなり、この出力部OUT−Rは、pチャネル型MISFETP12−Lのゲート端子およびnチャネル型MISFETN12−Lのゲート端子に接続されている。
ノードNLと接地電位との間には、pチャネル型MISFETP11−Lが接続され、そのゲート端子は第1ノードML−Lと接続される。ノードNRと接地電位との間には、pチャネル型MISFETP11−Rが接続され、そのゲート端子は第2ノードML−Rと接続される。pチャネル型MISFETP11−L、11−Rの基板電位は、接地電位である。
ここでは、第1、第2ノードの電位が確定した後、当該正電位変換回路をオンさせるため、電源電位とノードNCとの間にスイッチングトランジスタP15が接続されている。このスイッチングトランジスタP15は、pチャネル型MISFEよりなり、このスイッチングトランジスタP15のゲート端子は、MTPb線に接続されている。なお、MTPbは、MTPの反転信号(信号線)を示す。
また、出力部を予め所定電位に固定するため、接地電位と出力部OUT−Lとの間にスイッチングトランジスタN12−Lが接続され、接地電位と出力部OUT−Rとの間にスイッチングトランジスタN12−Rが接続されている。これらのスイッチングトランジスタは、nチャネル型MISFEよりなり、これらのスイッチングトランジスタのゲート端子は、MTPb線に接続されている。
図17に、第2正電位変換回路の動作時のタイミングチャートを示す。図17(A)に示すように、MTPb線がHレベルの間は、出力部OUT−L、OUT−Rは、接地電位(Lレベル)にディスチャージされている。このようにスタンバイ時に、ディスチャージを行なうことで、インバータIN1、IN2の不所望な動作を防止することができる。この後、図17(B)に示すMGENb線がHレベルからLレベルとなると、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が急激に低下し、この後、ビット線電位の上昇の影響を受け、それぞれ上昇する(図17(C))。これらの変化は、「1)センスアンプ回路」の欄において、図4等を参照しながら説明した通りである。この際、一方の電位は、閾値Vth以上となり、他方の電位は閾値Vth以下となる。次いで、MTPb線が、Lレベルとなると正電位変換回路が動作する。即ち、”1”データ側のノード(図17においては、ML−L)は、閾値Vth以上であるため、pチャネル型MISFETP11−Rは、オン状態となる。よって、出力部OUT−Rは、Lレベル(接地電位)となる。一方、出力部OUT−RがLレベルとなると、pチャネル型MISFETP12−Lがオンするため、出力部OUT−Lは、Hレベル(電源電位)となる(図17(C))。
このように、第2正電位変換回路においても、負電位ノードである第1、第2ノードの電位差に対応した出力をHレベル、Lレベルとして取り出すことができる。
(第3正電位変換回路)
図18は、本発明の一実施の形態である第3正電位変換回路の構成を示す回路図である。図示するように、当該回路は、ノードNLにその第1端子が接続されたnチャネル型MISFETN12−Lと、ノードNRにその第1端子が接続されたnチャネル型MISFETN12−Rを有する。nチャネル型MISFETN12−Lの第2端子は、出力部OUT−Lとなり、nチャネル型MISFETN12−Rのゲート端子に接続されている。nチャネル型MISFETN12−Rの第2端子は、出力部OUT−Rとなり、nチャネル型MISFETN12−Lのゲート端子に接続されている。
ノードNLと接地電位との間には、pチャネル型MISFETP11−Lが接続され、そのゲート端子は第1ノードML−Lと接続される。ノードNRと接地電位との間には、pチャネル型MISFETP11−Rが接続され、そのゲート端子は第2ノードML−Rと接続される。pチャネル型MISFETP11−L、11−Rの基板電位は、接地電位である。
ここでは、第1、第2ノードの電位が確定した後、当該正電位変換回路をオンさせるため、nチャネル型MISFETN12−LとノードNLとの間にスイッチングトランジスタN11−Lが接続され、nチャネル型MISFETN12−RとノードNRとの間にスイッチングトランジスタN11−Rが接続されている。これらのスイッチングトランジスタは、nチャネル型MISFEよりなり、これらのスイッチングトランジスタのゲート端子は、MTP線に接続されている。
また、出力部を予め所定電位に固定するため、電源電位と出力部OUT−Lとの間にスイッチングトランジスタP13−Lが接続され、電源電位と出力部OUT−Rとの間にスイッチングトランジスタP13−Rが接続されている。これらのスイッチングトランジスタは、pチャネル型MISFEよりなり、これらのスイッチングトランジスタのゲート端子は、MTP線に接続されている。
図19に、第3正電位変換回路の動作時のタイミングチャートを示す。図19(B)に示すように、MTP線がLレベルの間は、出力部OUT−L、OUT−Rは、電源電位(Hレベル)にプリチャージされている。この後、図19(C)に示すMGENb線がHレベルからLレベルとなると、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が急激に低下し、この後、ビット線電位の上昇の影響を受け、それぞれ上昇する(図19(D))。これらの変化は、「1)センスアンプ回路」の欄において、図4等を参照しながら説明した通りである。次いで、図19(B)に示すMTP線が、Hレベルとなると第3正電位変換回路が動作する。
図19においては、上記電位の低下により第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が閾値Vth以下となっているため、pチャネル型MISFETP11−LおよびP11−Rはオン状態となる。よって、出力部OUT−LおよびOUT−Rの電位は低下する。一方、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位の上昇により、いずれかの電位(図19においてはML−L)が閾値Vthを超えると、pチャネルトランジスタP11−Rがオフ状態となる。よって、出力部OUT−Lは、その時点での電位を維持する。一方、出力部OUT−Rは接地電位まで低下する。よって、その後、図19(A)に示すSAE信号をLレベルからHレベルに変化させ、出力部OUT−L、OUT−Rの電位差を一般的なセンスアンプで増幅することにより、HレベルのLAT−L信号、LレベルのLAT−R信号を出力信号として取り出すことができる(図19(D))。
なお、図19(D)においては、出力部OUT−Lの電位が、nチャネル型MISFETNの閾値Vthn以下となった時点でnチャネル型MISFETN12−Rがオフし、出力部OUT−Lの電位の低下が停止している。nチャネル型MISFETN(12−L、N12−R)のオフのタイミングと、pチャネル型MISFET(P11−L、P11−R)のオンのタイミングはどちらが先でもよい。いずれにせよ、第1、第2ノードML−L、ML−Rのいずれかの電位が閾値Vthを超えた以降に、SAE線を活性化することにより、より確実な読み出しが可能となる。
また、nチャネル型MISFETN(12−L、N12−R)等のゲートのL(長さ)、W(幅)を調整する、又は、それにより閾値電位を調整することで、出力部OUT−L、OUT−Rの電位差を大きく確保することができる。
このように、第3正電位変換回路においても、負電位ノードである第1、第2ノードの電位差に対応した出力を正電位の出力(OUT−L、OUT−R)として取り出すことができる。但し、この場合、第1、第2正電位変換回路と異なり、出力部OUT−L、OUT−Rの信号をさらにセンスする必要がある。
(第4正電位変換回路)
図20は、本発明の一実施の形態である第4正電位変換回路の構成を示す回路図である。当該回路は、第3正電位変換回路(図18)に、さらに、強誘電体キャパシタC3−L、C3−Rを追加した点に特徴がある。図示するように、第1ノードML−Lと出力部OUT−Lとの間に強誘電体キャパシタC3−Lが接続され、第1ノードML−Lと出力部OUT−Lとの間に強誘電体キャパシタC3−Lが接続されている。他の構成は、第3正電位変換回路と同様である。
第3正電位変換回路においては、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が双方とも閾値Vthより大きい場合には、pチャネル型MIFETP11−L、P11−Rがオンせず、当該回路が動作しない状況となる。よって、第1、第2ノードML−L、ML−Rが閾値Vthより低くなるよう回路設計(回路制御)を行なう必要がある。
これに対し、第4正電位変換回路においては、出力部OUT−L、OUT−Rの電位の低下を強誘電体キャパシタC3−L、C3−Rを利用して第1、第2ノードML−L、ML−Rに伝達することができる。よって、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が低下することとなり、いずれかのノードを閾値Vth以下とすることができる。
図21に、第4正電位変換回路の動作時のタイミングチャートを示す。図21(B)に示すように、MTP線がLレベルの間は、出力部OUT−L、OUT−Rは、電源電位(Hレベル)にプリチャージされている。この後、図21(C)に示すMGENb線がHレベルからLレベルとなると、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が急激に低下し、この後、ビット線からの電荷注入を受け、それぞれ上昇する(図21(D))。これらの変化は、「1)センスアンプ回路」の欄において、図4等を参照しながら説明した通りである。
次いで、図21(B)に示すMTP線が、Hレベルとなると正電位変換回路が動作する。図21においては、当初、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が閾値Vth以上であるため、pチャネル型MISFETP11−LおよびP11−Rはオフ状態である。しかしながら、pチャネル型MISFETP11−LおよびP11−Rの基板電位が接地電位であるため、出力部OUT−Rからnチャネル型トランジスタN12−RおよびスイッチングトランジスタN11−Rを介してpチャネル型MISFEP11−Rの基板に電流が流れ込む。同様に、出力部OUT−Lからpチャネル型MISFEP11−Lの基板に電流が流れ込む。よって、出力部OUT−L、OUT−Rの電位は低下する。
この出力部OUT−L、OUT−Rの電位の低下が、強誘電体キャパシタC3−L、C3−Rを介して伝達され、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が低下する。
ここで、より低い電位から電位の低下が起こる”0”データ側のノード(図21ではML−R)の電位が閾値Vthを超えると、pチャネルトランジスタP11−Rがオン状態となる。よって、出力部OUT−Rが接地電位まで低下する。一方、出力部OUT−Lは、nチャネル型MISFETN12−Lがオフするため、その時点での電位を維持する。よって、その後、図21(A)に示すSAE信号をLレベルからHレベルに変化させ、出力部OUT−L、OUT−Rの電位差を一般的なセンスアンプで増幅することにより、HレベルのLAT−L信号、LレベルのLAT−R信号を取り出すことができる(図21(D))。
このように、第4正電位変換回路においても、負電位ノードである第1、第2ノードの電位差に対応した出力を正電位の出力(OUT−L、OUT−R)として取り出すことができる。但し、この場合、第1、第2正電位変換回路と異なり、出力部OUT−L、OUT−Rの信号をさらにセンスする必要がある。
以上詳細に説明したように、第1〜第4の正電位変換回路においては、負電位ノードの電位差を正電位の電位差に変換することができる。ここで、図6の比較回路においては、キャパシタC2A、C2Bにより負電位ノードNA、NBを正電位に変換し、この電位差を一般的なセンスアンプGSAで増幅している。しかしながら、キャパシタC2A、C2Bによる変換は、ロスが大きい。よって、ノードNAおよびNBにおいて電位差を大きく確保していても、正電位に変換した後の電位差が減少してしまう。これに対し、上記第1〜第4の正電位変換回路においては、変換ロスを小さくできる。従って、正電位に変換した後も、電位差(出力部OUT−LとOUT−Rの電位差)を大きく確保できる。言い換えれば、センスマージンを大きくすることができる。
さらに、第1、第2正電位変換回路においては、出力部OUT−L、OUT−Rの電位をHレベルおよびLレベルとして取り出すことができる。また、その電位をラッチ(維持)することができる。
なお、図22に示すように、第1〜第4正電位変換回路の入力である第1、第2ノードML−L、ML−Rと接地電位との間に、それぞれpチャネル型MISFETP17−LおよびP17−Rよりなるオプション回路OPを設けてもよい。図21は、正電位変換回路のオプション回路の構成を示す回路図である。TPは、第1〜第4のいずれかの正電位変換回路を示す。
図示するように、pチャネル型MISFETP17−Lのゲート端子は、第2ノードML−Rと接続され、pチャネル型MISFETP17−Rのゲート端子は、第1ノードML−Lに接続されている。また、これらのpチャネル型MISFETP17−L、P17−Rの基板電位は、接地電位である。
このようなオプション回路OPを設けることにより、第1、第2ノードの双方の電位が閾値Vthより低くなることを防止できる。よって、第1〜第4正電位変換回路が正常に動作し易くなる。
また、この場合、第1、第2ノードML−L、ML−Rのうち、”1”データ側のノードが接地電位まで上昇する。また、これにより、出力部OUT−L、OUT−Rのうち、”0”データ側の出力部の電位が接地電位まで下降する。よって、後段の回路設計が容易となる。
以上、詳細に説明したように、本発明の正電位変換回路においては、負電位ノードである第1、第2ノードの電位差に対応した出力を正電位の出力(OUT−L、OUT−R)として取り出すことができる。
なお、本発明のイコライズ回路は、第1および第2センスアンプ回路のみならず、図6に示す回路にも適用可能である。即ち、図23に示すように、キャパシタC2A、C2Bの代わりに、上記正電位変換回路TPを用いる。図23は、正電位変換回路の他の適用例を示す回路図である。
この場合、ノードNA、NBが入力部と接続され、上記動作によって、負電位ノードであるノードNA、NBの電位差に対応した出力を正電位の出力(OUT−L、OUT−R)として取り出すことができる。但し、この場合、TP部には、第3、第4正電位変換回路を用いる方がより好ましい。この場合、ノードNA、NBの電位を、閾値Vthと無関係に設定できるからである。よって、出力部OUT−L、OUT−Rの信号をさらに一般的なセンスアンプ回路GSAによりセンスし、出力信号LAT−L、LAT−Rを取り出す。
なお、ノードNA、NBの電位と閾値Vthの関係によっては、第1、第2正電位変換回路を使用可能である。言い換えれば、一般的なセンスアンプ回路GSAの省略が可能となる。また、前述のオプション回路OPの追加により第1、第2正電位変換回路を使用可能となる。
また、本発明の正電位変換回路は、2T2Cの強誘電体メモリのみならず、一方のビット線に参照電位が印加される1T1Cの強誘電体メモリにも適用可能である。
また、第3の正電位変換回路においては、電位の転送用に強誘電体キャパシタを用いたが、常誘電体キャパシタやゲートキャパシタ等を用いてもよい。
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。
強誘電体記憶装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態である第1センスアンプ回路の構成を示す回路図である。 強誘電体記憶装置の読み出し時のタイミングチャートである。 読み出しの際のビット線BL−L、BL−Rと第1、第2ノードML−L、MLR等の電位のシミュレーション結果を示す図である。 第1センスアンプ回路の主要部の構成を示す回路図である。 第1センスアンプ回路の効果を説明するための比較回路である。 本発明の一実施の形態である第2センスアンプ回路の構成を示す回路図である。 読み出しの際のノードPG−L、PG−R等の電位のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の一実施の形態である第1イコライズ回路の構成を示す回路図である。 第1イコライズ回路の動作時のタイミングチャートである。 本発明の一実施の形態である第2イコライズ回路の構成を示す回路図である。 本発明の一実施の形態である第3イコライズ回路の構成を示す回路図である。 第3イコライズ回路の動作時のタイミングチャートである。 本発明の一実施の形態である第1正電位変換回路の構成を示す回路図である。 第1正電位変換回路の動作時のタイミングチャートである。 本発明の一実施の形態である第2正電位変換回路の構成を示す回路図である。 第2正電位変換回路の動作時のタイミングチャートである。 本発明の一実施の形態である第3正電位変換回路の構成を示す回路図である。 第3正電位変換回路の動作時のタイミングチャートである。 本発明の一実施の形態である第4正電位変換回路の構成を示す回路図である。 第4正電位変換回路の動作時のタイミングチャートである。 正電位変換回路のオプション回路の構成を示す回路図である。 正電位変換回路の他の適用例を示す回路図である。
符号の説明
100…強誘電体メモリ装置、110…メモリセルアレイ、120…ワード線制御部、130…プレート線制御部、140…ビット線制御部、BL、BL−L、BL−R…ビット線、Ct−L、Ct−R、Ct2−L、Ct2−R…強誘電体キャパシタ、C3−L、C3−R…強誘電体キャパシタ、C1A、C1B、C2A、C2B…キャパシタ、C1…強誘電体キャパシタ、EQ1、EQ2…イコライズ回路、FBA、FBB…フィードバック回路、GSA…センスアンプ回路、ML−L、ML−R…ノード、N1−L、N1−R、N2−L、N2−R…スイッチングトランジスタ、N11−L、N11−R、N12−L、N12−R…スイッチングトランジスタ、NL、NR、NA、NB…ノード、OP…オプション回路、OUT−L、OUT−R…出力部、P1−L、P1−R、P2−L、P2−R…pチャネル型MISFET、P3−L、P3−R、P4…pチャネル型MISFET、P11−L、P11−R、P12−L、P12−R、P17−L、P17−R…pチャネル型MISFET、P13−L、P13−R、P15…スイッチングトランジスタ、PG−R、PG−L…ノード、PL…プレート線、PTA、PTB…pチャネル型MISFET、R…抵抗、SA…センスアンプ回路、TP…正電位変換回路、vrst…ノード、WL…ワード線、BLGND、BLSW、MGEN、MGENb、MEQ、MTP、MTPb…信号(信号線)

Claims (15)

  1. 第1ノードと第2ノードの電位差に応じた出力を第1および第2インバータの出力部からそれぞれ出力する正電位変換回路であって、
    電源電位と第3ノードとの間に直列に接続された第1pチャネル型MISFETおよび第1nチャネル型MISFETよりなる第1インバータと、
    電源電位と第4ノードとの間に直列に接続された第2pチャネル型MISFETおよび第2nチャネル型MISFETよりなり、入出力が前記第1インバータと交差接続された第2インバータと、
    前記第3ノードと接地電位との間に接続され、そのゲート端子が前記第1ノードに接続され、その基板電位が接地電位に接続された第3pチャネル型MISFETと、
    前記第4ノードと接地電位との間に接続され、そのゲート端子が前記第2ノードに接続され、その基板電位が接地電位に接続された第4pチャネル型MISFETと、を有することを特徴とする正電位変換回路。
  2. 前記第3ノードと前記第3pチャネル型MISFETとの間に、第1スイッチングトランジスタが接続され、
    前記第4ノードと前記第4pチャネル型MISFETとの間に、第2スイッチングトランジスタが接続されていることを特徴とする請求項1記載の正電位変換回路。
  3. 前記第1および第2インバータの出力部に接続されたプリチャージ回路を有し、
    前記プリチャージ回路は、電源電位と第1インバータの出力部に接続された第3スイッチングトランジスタと、電源電位と第2インバータの出力部に接続された第4スイッチングトランジスタとを有することを特徴とする請求項2記載の正電位変換回路。
  4. 前記電源電位と、前記第1pチャネル型MISFETおよび前記第2pチャネル型MISFETの接続ノードとの間に、第1スイッチングトランジスタが接続されていることを特徴とする請求項1記載の正電位変換回路。
  5. 前記第1および第2インバータの出力部に接続されたディスチャージ回路を有し、
    前記ディスチャージ回路は、接地電位と第1インバータの出力に接続された第2スイッチングトランジスタと、電源電位と第2インバータの出力に接続された第3スイッチングトランジスタとを有することを特徴とする請求項4記載の正電位変換回路。
  6. 第1ノードと第2ノードの電位差に応じた出力を第1および第2出力部からそれぞれ出力する正電位変換回路であって、
    前記第1出力部と第3ノードとの間に接続され、そのゲート端子が前記第2出力部に接続された第1nチャネル型MISFETと、
    前記第2出力部と第4ノードとの間に接続され、そのゲート端子が前記第1出力部に接続された第2nチャネル型MISFETと、
    前記第3ノードと接地電位との間に接続され、そのゲート端子が前記第1ノードに接続され、その基板電位が接地電位に接続された第1pチャネル型MISFETと、
    前記第4ノードと接地電位との間に接続され、そのゲート端子が前記第2ノードに接続され、その基板電位が接地電位に接続された第2pチャネル型MISFETと、を有することを特徴とする正電位変換回路。
  7. 前記第3ノードと前記第3pチャネル型MISFETとの間に、第1スイッチングトランジスタが接続され、
    前記第4ノードと前記第4pチャネル型MISFETとの間に、第2スイッチングトランジスタが接続されていることを特徴とする請求項6記載の正電位変換回路。
  8. 前記第1および第2出力部に接続されたプリチャージ回路を有し、
    前記プリチャージ回路は、電源電位と第1出力部に接続された第3スイッチングトランジスタと、電源電位と第2出力部に接続された第4スイッチングトランジスタとを有することを特徴とする請求項7記載の正電位変換回路。
  9. 前記第1出力部と前記第1ノードとの間に接続された第1キャパシタと、
    前記第2出力部と前記第2ノードとの間に接続された第2キャパシタと、
    を有することを特徴とする請求項6乃至8のいずれか一項に記載の正電位変換回路。
  10. 前記第1ノードと接地電位との間に接続され、そのゲート端子が前記第2ノードに接続され、その基板電位が接地電位に接続された第5pチャネル型MISFETと、
    前記第2ノードと接地電位との間に接続され、そのゲート端子が前記第1ノードに接続され、その基板電位が接地電位に接続された第6pチャネル型MISFETと、
    を有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の正電位変換回路。
  11. その動作時において、前記第1ノードおよび前記第2ノードの電位は、0もしくは負電位であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項記載の正電位変換回路。
  12. 請求項1乃至11のいずれか一項記載の正電位変換回路と、
    前記第1ノードと第1ビット線との間に接続された第7pチャネル型MISFETと、
    前記第2ノードと第2ビット線との間に接続された第8pチャネル型MISFETと、
    前記第1ノードに接続された第1負電位発生回路と、
    前記第2ノードに接続された第2負電位発生回路と、を有することを特徴とする強誘電体記憶装置。
  13. 請求項1乃至11のいずれか一項記載の正電位変換回路と、
    前記第1ノードと接続される第1ビット線と、
    前記第2ノードと接続される第2ビット線と、を有し、
    前記第1および第2ビット線には、それぞれ強誘電体メモリが接続されていることを特徴とする強誘電体記憶装置。
  14. 請求項1乃至11のいずれか一項記載の正電位変換回路と、
    前記第1ノードと接続される第1ビット線と、
    前記第2ノードと接続される第2ビット線と、を有し、
    前記第1ビット線には、強誘電体メモリが接続され、前記第2ビット線には、参照電位が印加されることを特徴とする強誘電体記憶装置。
  15. 請求項12乃至14のいずれか一項に記載の強誘電体記憶装置を有することを特徴とする電子機器。
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