JP2008102982A - 強誘電体メモリ - Google Patents

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Abstract

【課題】セルトランジスタの抵抗値が不均一であっても、セルトランジスタの特性に応じてセルトランジスタの抵抗値が一定になるようにワード線電位を調整して、最適なワード線電圧を供給する機能を有する強誘電体メモリを提供する。
【解決手段】ロウデコーダ制御回路5は、主に、メモリセルMCに組み込まれたセルトランジスタTrの評価をするセルトランジスタ評価部51と、そのセルトランジスタの評価に基づきセルトランジスタへ供給する電源供給部51への電圧を調整する電圧調整部52と、電圧調整部52に基づきロウデコーダ回路4に電圧を供給する電圧供給部53とから構成されている。セルトランジスタ評価部51は、メモリセルMCを構成するセルトランジスタTrの抵抗値を測定するセルトランジスタ抵抗判定回路51Aと、セルトランジスタ抵抗判定回路51Aを制御するセルトランジスタ抵抗判定制御回路51Bとを備えている。
【選択図】図2

Description

この発明は、強誘電体キャパシタとトランジスタによりメモリセルが構成される強誘電体メモリに関する。
記憶媒体として強誘電体キャパシタを用いた記憶装置(強誘電体メモリ)が開発、及び実用化されている(特許文献1参照)。強誘電体メモリは不揮発性であり、電源をオフにした後も、記憶内容が失われない、膜厚が十分薄い場合には自発分極の反転速度が速いため高速の書き込み・読み出しが可能である、などの優れた特徴を有する。また、強誘電体メモリは1ビットのメモリセルを1つのトランジスタと1つの強誘電体キャパシタとで構成することが可能であるため、大容量化にも適している。
近年、この強誘電体メモリの中において、TC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリが注目されている。TC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリは、セルトランジスタのソースとドレインとの間に強誘電体キャパシタの下部電極と上部電極とをそれぞれ接続し、これをユニットセル(メモリセル)とし、このユニットセルが複数直列に接続された構成をもつ。
TC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリは、特定のメモリセル(選択メモリセル)の情報を読み出す場合、直列接続された非選択メモリセルのセルトランジスタを介して、選択メモリセルのキャパシタに電位を印加し、選択メモリセルのキャパシタの電圧をビット線に転送することにより、メモリセルの記憶状態を読み出す。
例えば、特許文献1図9のBLとPL間のメモリセル列について見ると、メモリセルは強誘電体キャパシタとセルトランジスタが並列に接続され、それらが直列に接続されている。メモリセルM0を選択している場合、選択セルであるメモリセルM0の強誘電体キャパシタに印加されるプレート線PLの電位は、非選択セルであるメモリセルMC1〜MC7のセルトランジスタを介して伝えられる。つまり、メモリセルMC0の両端にかかる電位差の立ち上がりは、非選択セルのセルトランジスタの抵抗値に影響されることとなる。
すると、セルトランジスタの抵抗値の違いにより、選択セルであるメモリセル両端にかかる電位差が所定のレベルに到達するまでの時間に違いが生じる。従来のFeRAMは、このセルトランジスタの抵抗値の相違により、所定レベルに到達する以前にセンス動作が開始され、誤動作を引き起こしていた。
しかしながら、各々のセルトランジスタは、製造時にその形状に乱れが生じ、それらの抵抗値も不均一となる。つまり、選択メモリセルのセルノードが所定のレベルに到達するまでの時間は、一定にはならない。したがって、上記のようなセルトランジスタの構成は、セルノードが所定のレベルに達する以前に、センス動作が実行され、誤動作を起す原因となる。また、このセルトランジスタの抵抗値の不均一は、TC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリ生産の歩留まりを低下させる原因となっている。
特開2001−250376号公報
本発明は、セルトランジスタの抵抗値が不均一であっても、セルトランジスタの特性に応じてセルトランジスタの抵抗値が一定になるようにワード線電圧を調整して、最適なワード線電圧を供給する機能を有する強誘電体メモリを提供する。
本発明の一態様に係る強誘電体メモリは、セルトランジスタと強誘電体キャパシタとを並列に接続したメモリセルを複数直列接続したメモリセルブロックと、前記セルトランジスタの抵抗値を測定するセルトランジスタ抵抗値測定回路と、前記測定したセルトランジスタの抵抗値に基づき前記セルトランジスタのゲートに印加するワード線電圧を制御するワード線電圧制御回路と、前記制御されたワード線電圧を発生させるワード線電圧発生回路とを備えることを特徴とする。
この発明によれば、セルトランジスタの抵抗値が不均一であっても、セルトランジスタの特性に応じてセルトランジスタの抵抗値が一定になるようにワード線電圧を調整して、最適なワード線電圧を供給する機能を有する強誘電体メモリを提供することができる。
先ず、図11を参照し、強誘電体メモリ(FeRAM)の原理を説明する。FeRAMは、読み出しのために電圧が強誘電体キャパシタに印加されたとき、データ”0”,”1”の必ず一方は、自発分極の反転を伴う。従って、読み出し後には、読み出しデータによって、反転した自発分極を再度反転させるという再書き込み動作が必要となる。図11に示すように、強誘電体キャパシタのヒステリシス特性の自発分極Pr1,Pr2が例えば、データ”1”,”0”の記憶状態である。この強誘電体キャパシタに図11の正方向の電圧(例えばプレート電圧)を印加することにより、”0”のデータについては、破線で示したように大きな信号電荷量を発生し、電圧を元に戻すと自発分極が反転した”1”データ状態となる。即ち、破壊読出しがなされる。”1”データは信号電荷量が小さく、分極反転も生じない。その後、強誘電体キャパシタに負方向の電圧を印加することによって、破線で示したように”0”データの再書き込みがなされる。
以下、図1〜図10を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るFeRAMのブロック構成図である。メモリセルアレイ1は、上述したように強誘電体キャパシタCとトランジスタTrとからなるメモリセルMCにより構成される。このメモリセルMCにおいて、強誘電体キャパシタCとセルトランジスタTrとは並列接続されている。この様なメモリセルMCが図の例では8個直列接続されて、セルブロックMCB0,MCB1が構成される。すなわち、各セルブロックMCB0,MCB1は、TC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリを構成している。図では、一対のビット線BL、BBLに接続される二つのセルブロックMCB0,MCB1を示している。
セルブロックMCB0,MCB1の一端N1は、ブロック選択トランジスタBST0,BST1を介してビット線BL,BBLに接続され、他端N2は、プレート線PL,BPLに接続されている。各セルブロックMCB0,MCB1のセルトランジスタTrのゲートは、ワード線WL0〜WL7に接続されている。ビット線BL,BBLには、読み出しデータを検知増幅するセンスアンプ回路2が接続され、プレート線PL,BPLには、プレート線駆動回路3が接続されている。
また、FeRAMは、このメモリセルアレイ1のワード線WL0〜WL7を選択駆動するロウデコーダ回路4と、ロウデコーダ回路4を制御するロウデコーダ制御回路5とを備えている。このロウデコーダ制御回路5は、セルトランジスタTrの抵抗値を測定し、その測定結果に従ってトランジスタTrに与えるワード線電圧を制御する。すなわち、ロウデコーダ制御回路5は、セルトランジスタTrの抵抗値が、大きくばらついてもセンスマージンを保つのに寄与するものである。
次に、図2を参照してロウデコーダ制御回路5について詳細に説明する。図2は、ロウデコーダ制御回路5の概略構成図である。図2に示すように、ロウデコーダ制御回路5は、主に、セルトランジスタ評価部51と、電圧調整部52と、電圧供給部53とから構成されている。
セルトランジスタ評価部51は、メモリセルMCに組み込まれたセルトランジスタTrの特性評価を行う。電圧調整部52は、そのセルトランジスタTrの特性評価に基づき電源供給部53よりセルトランジスタTrへ供給される電圧を調整する。電圧供給部53は、電圧調整部52に基づき調整された電圧を発生させ、ロウデコーダ4に供給する。
セルトランジスタ評価部51は、セルトランジスタ抵抗判定回路51Aと、セルトランジスタ抵抗判定制御回路51Bとを備える。
セルトランジスタ抵抗判定回路51Aは、メモリセルMCを構成するセルトランジスタTrの抵抗値を測定する。セルトランジスタ抵抗判定制御回路51Bは、セルトランジスタ抵抗判定回路51Aの判定開始を制御する。
電圧調整部52は、トリミングラッチ回路52Aと、トリミング制御回路52Bと、タイミング制御回路52Cとを備える。
トリミングラッチ回路52Aは、セルトランジスタ抵抗判定回路51Aにおける判定結果をラッチし、後述するワード線電圧制御回路53Bを制御する。トリミング制御回路52Bは、トリミングラッチ回路52Aを制御する。タイミング制御回路52Cは、セルトランジスタTrの抵抗測定を実行するタイミング及びトリミングを実行するタイミングを制御する。
電圧供給部53は、ワード線電圧発生回路53Aと、ワード線電圧制御回路53Bとを備える。
ワード線電圧発生回路53Aは、ワード線WL0〜WL7に印加する電圧を発生させる。ワード線電圧制御回路53Bは、測定したセルトランジスタTrの抵抗値に基づきワード線電圧発生回路53Aを制御する。
次に、図3を参照して、セルトランジスタ抵抗判定回路51Aの回路構成を説明する。
セルトランジスタ抵抗判定回路51Aは、図3に示すように、ダミーセルブロック501と、定電流源部502と、差動アンプ503と、基準電圧回路504と、ラッチ回路505とにより構成されている。
ダミーセルブロック501は、メモリセルアレイ1中のセルブロックMCB0,MCB1と同様の構成を有する。定電流源部502は、定電流を発生させる。差動アンプ503は、2つの入力信号間の電位差を増幅させる。基準電圧回路504は、基準電圧を発生する。
これら各要素501〜505間の接続は、以下記載のようになされている。すなわち、ダミーセルブロック501の一端M2に定電流源部502が接続される。そして、その一端M2の電位Vを一方の入力端子に与えるように差動アンプ503が設けられている。この差動アンプ503のもう一方の入力端子に、基準電圧回路504が出力する基準電圧Vaa+αが与えられる。また、差動アンプ503の出力端子には、ラッチ回路505が設けられている。
ダミーセルブロック501は、図1に示すセルブロックMCB0,MCB1と同一のTC並列ユニット直列接続型の構成を有しており、各メモリセルMCのセルトランジスタのゲートTrには、ワード線電圧発生回路53Aからワード線電圧VWLが印加されている。また、直列接続されたセルトランジスタTrの他端M1には、セルブロックMCB0,MCB1に供給されているプレート線電圧Vaaが印加されている。
定電流源部502は、定電流を発生させる定電流源502aを備えている。その定電流源502aの出力端子は、ダミーセルブロック501の直列接続されたセルトランジスタTrの一端M2に接続されている。一方、定電流源502aのダミーセルブロック501とは逆の端部には、p型MOSトランジスタ502bのドレインが接続されている。p型MOSトランジスタ502bの他端(ソース)には電源電圧Vccが与えられている。p型MOSトランジスタ502bのゲートには、インバータ502cを介してセルトランジスタ抵抗判定制御回路51Bからの信号HANが入力される。信号HANは、”H”に切り替わることにより、セルトランジスタ抵抗判定回路51AによるセルトランジスタTrの抵抗判定動作を開始させる信号である。定電流源部502において、信号HANが、”H”に切り替わることにより、p型MOSトランジスタ502bがオンとなり、定電流源502aに定電流が流れる。
差動アンプ503は、ソースに電源電圧Vccを与えられた2つのp型MOSトランジスタ503a,503bと、それら2つのp型MOSトランジスタ503a,503bのドレインに接続された2つのn型MOSトランジスタ503c,503dとを有している。2つのp型MOSトランジスタ503a,503bのゲートは互いに接続され、その接続点(ゲート)はノード503eを形成し、そのノード503eはp型MOSトランジスタ503aのドレインに接続されている。また、2つのn型MOSトランジスタ503c,503dのソースは互いに接続されており、そのうち一方のn型MOSトランジスタ503cのゲートは、ダミーセルブロック501と定電流源部502との間の電位Vを与えられている。他方のn型MOSトランジスタ503dのゲートは、後述する基準電圧回路504からの電位Vaa+αを与えられている。互いに接続されたn型MOSトランジスタ503c,503dのソースは、直列接続された2つのn型MOSトランジスタ503f,503gを介して接地されている。p型MOSトランジスタ503bとn型MOSトランジスタ503dとの間のノード503hには出力線503iが設けられている。この出力線503iには、p型MOSトランジスタ503jのドレインが接続されている。p型MOSトランジスタ503jのソースには、電源電圧Vccが与えられている。
また、この差動アンプ503において、n型MOSトランジスタ503fのゲートには、信号BIASが入力され、n型MOSトランジスタ503g、及びp型MOSトランジスタ503jのゲートには信号HANが入力される。なお、信号BIASは、外部回路より入力される信号であり、外部電圧VccとGND電位Vssの中間電位に設定し、差動アンプ503の動作電流を制御している。信号BIASが所定電圧であり、さらに信号HANが”H”となることにより、差動アンプ503は動作を開始する。差動アンプ503からの出力信号は、ノード503hの電位Vrefmとなる。
基準電圧回路504は、一端を接地し直列に接続された2つの抵抗504a,504bを有している。また、基準電圧回路504は、抵抗504aの一端にドレインを接続し、ソースを電源電圧Vccに接続したp型MOSトランジスタ504cと、そのp型MOSトランジスタ504cのゲートに接続されたインバータ504dとを有する。抵抗504aと抵抗504bとの間のノード504eは、n型MOSトランジスタ503dのゲートに接続されている。インバータ504dには、信号HANが入力される。信号HANが”H”となると、p型MOSトランジスタ504cがオンとなり、ノード504eの電位はVaa+αとなる。
ラッチ回路505は、2つのp型MOSトランジスタ505a,505bと、2つのn型MOSトランジスタ505c,505dとを直列に接続し、インバータ505eと、インバータ505eに対して並列であり反対方向に接続されたインバータ505fとにより構成されている。さらに、p型MOSトランジスタ505b及びn型MOSトランジスタ505cのゲートには、出力線503iに設けられたインバータ505gの出力端子が接続されている。n型MOSトランジスタ505dのゲートにはインバータ505hが設けられている。そのインバータ505hの入力端子とp型MOSトランジスタ505aのゲートには、入力線505iを介して信号HANLが入力される。信号HANLが“L”の時、差動アンプ503の出力信号を反転し、ノード503hの反転信号を信号TRIMとして伝える。信号HANLが“H”の時は、p型MOSトランジスタ505aと、n型MOSトランジスタ505dがOFFし、作動アンプ503の出力信号とTRIMが切り離され、ノード503hの信号が変化しても出力信号TRIMは変化せず、前の状態がラッチされる。信号TRIMは、トリミングラッチ回路52Aに入力される入力信号となる。
次に、このような構成を有するセルトランジスタ抵抗判定回路51Aにおいて、その基本動作を説明する。先ず、定電流源部502は、ダミーセルブロック501に電流を流し、ダミーセルブロック501の抵抗で決まる電位Vを生成する。次に、差動アンプ503は、電位Vと基準電圧回路504からの電位Vaa+αとを比較する。ここで、V>Vaa+αの場合、電位Vrefmは”H”となる。これに従い、ラッチ回路505を介して出力された信号TRIMは”L”となる。すなわち、メモリセルアレイ1のセルブロックMCB0,MCB1の抵抗値が所定値より高いと判断され、ワード線電圧が昇圧される。逆に、V<Vaa+αの場合、信号TRIMは、”H”となる。すなわち、メモリセルアレイ1のセルブロックMCB0,MCB1の抵抗値が所定値より低いと判断され、ワード線電圧が降圧される。
なお、ラッチ回路505は、トリミング制御回路52Bからの信号HANLが”L”の間に、Vrefmを信号TRIMに伝え、信号HANLが“H”になることにより信号TRIMをラッチしてVrefmが変化してもTRIMは固定される。
次に、図4を参照して、セルトランジスタ抵抗判定制御回路51Bを説明する。図4に示すように、セルトランジスタ抵抗判定制御回路51Bは、信号HANを生成する信号生成回路507と、信号HANをラッチするラッチ回路508とを有する。
信号生成回路507は、直列に接続された遅延回路507aと、インバータ507bと、NAND回路507cとから構成されている。遅延回路507aの入力端子には、信号RINTが入力される。なお、信号RINTは、内部電圧が安定したときに”H”となる、外部より入力される信号である。NAND回路507cには、インバータ507bの出力信号、及び信号RINTが入力される。
ラッチ回路508は、2つのNOR回路508a,508bから構成されている。NOR回路508aの一方の入力端子には、NAND回路507cからの出力信号、及びNOR回路508bからの出力信号が入力される。また、NOR回路508bの入力端子には、NOR回路508aの出力信号と、信号TRIE、及び信号PORが入力される。そして、ラッチ回路508は、信号HANを出力する。なお、信号TRIEは、タイミング制御回路52Cにおいて生成され、セルトランジスタTrの抵抗値判定及びその結果をもとにワード線電圧の調整を終了させる信号である。また、信号PORは、電源投入を検知するパワーオンリセット回路(図示略)より出力されたパワーオンリセット信号で、パワーオン時一定時間“H”になる信号である。
このように構成されたセルトランジスタ抵抗判定制御回路51Bは、信号RINTが”H”になった時に、”H”のパルスとなる信号HANをラッチすると共に、出力する。
次に、図5を参照してタイミング制御回路52Cの回路構成を説明する。図5に示すように、タイミング制御回路52Cは、オシレータ回路509と、カウンタ回路510と、リセット回路511と、パルス発生回路512とを備える。
オシレータ回路509は、入力される信号HANに基づき信号BCLKを出力する。ここで、信号BCLKはトリミング制御回路52Bを動作させる信号である。カウンタ回路510は、信号BCLKに基づき信号HAN0〜HAN3を出力する。リセット回路511は、カウンタ回路510のカウントをリセットする。パルス発生回路512は、信号HAN0〜HAN3に基づき信号TRIEを出力する。ここで、信号HAN0〜HAN3は、信号TRIE、信号HANL等の生成に用いられる信号である。
オシレータ回路509は、NAND回路509aと、遅延回路509bと、2つのインバータ509c,509dとが直列に接続された構成である。なお、NAND回路509aの入力端子には、信号HAN、及びインバータ509dの出力信号が入力される。
カウンタ回路510は、4つのJKフリップフロップ510a〜510dから構成されている。各JKフリップフロップ510a〜510dの入力端子J,Kは互いに接続され、同一信号が入力される。JKフリップフロップ510aの入力端子Cには、オシレータ回路509からの信号BCLKが入力され、JKフリップフロップ510b〜510dの入力端子Cには、JKフリップフロップ510a〜510cの出力端子Qからの信号HAN0〜HAN2が入力される。また、JKフリップフロップ510a〜510dの出力端子Qからの信号HAN0〜HAN3は、パルス発生回路512に出力される。
リセット回路511は、NOR回路511a、及びインバータ511bが直列に接続されたものである。NOR回路511aには、信号POR、及び信号TRIEが入力され、インバータ511bからの出力信号は、JKフリップフロップ510a〜510dのリセット端子Rに入力される。
パルス発生回路512には、信号HAN0〜HAN3が入力されるNAND回路512aが備えられている。信号HAN0及び信号HAN2が入力されるNAND回路512aへの各入力線にはインバータ512b,512cが設けられている。NAND回路512aの出力側にはインバータ512dを介してNAND回路512eが設けられている。また、NAND回路512eのもう一方の入力端子と、インバータ512dとの間には、直列接続された遅延回路512f及びインバータ512gが設けられている。NAND回路512eの出力側には、直列接続されたインバータ512h、及び遅延回路512iが設けられている。
このように構成されたタイミング制御回路52Cは、オシレータ回路509にて、信号HANに基づき、例えば、200ns周期のクロック信号BCLKを生成する。また、カウンタ回路510にて、クロックとなる信号HAN0〜HAN3を生成する。この信号HAN0〜HAN3に基づいて、パルス発生回路512にて、ワード線電圧の調整を終了させる信号TRIEを生成する。信号TRIEは、カウンタ回路510の出力信号HAN0〜HAN3が所定の条件を満たしたタイミングから所定時間後(例えば、25ns後)に所定時間(例えば、20ns)の間生成される。
次に、図6を参照して、トリミング制御回路52Bの回路構成を詳細に説明する。トリミング制御回路52Bは、図6に示すように、トリミング信号生成回路513と、ロジック回路514とを備える。
トリミング信号生成回路513は、信号HAN0〜HAN3の入力を受けて、トリミングラッチ回路52Aを制御する信号TRI0〜TRI3を出力する。ロジック回路514は、セルトランジスタ抵抗判定回路51Aでラッチ動作を行うタイミングで”H”になる信号HANLを生成する。
トリミング信号生成回路513は、4つのNAND回路513a〜513dと、インバータ513e〜513oと、NAND回路513p〜513sとを備える。
4つのNAND回路513a〜513dには、各々信号HAN0〜HAN3又はそれらの反転信号が入力される。インバータ513e〜513oは、各NAND回路513a〜513dの入力側に設けている。NAND回路513p〜513sには、各NAND回路513a〜513dからの出力信号、及びタイミング制御回路52Cからの出力信号BCLKが入力される。NAND回路513p〜513sは、信号TRI0〜TRI3を出力する。
ロジック回路514は、2つのNOR回路514a,514bと、NAND回路514cとを備える。
NOR回路514aには、NAND回路513p及びNAND回路513qの出力信号が入力される。NOR回路514bには、NAND回路513r及びNAND回路513sからの出力信号が入力される。NAND回路514cは、NOR回路514a及びNOR回路514bの出力信号が入力される。
このように構成されたトリミング制御回路52Bは、トリミング信号生成回路513にて、カウンタ回路510から出力された信号HAN0〜HAN3と、信号BCLKとに基づき、信号TRI0〜TRI3を生成する。また、ロジック回路514にて、この信号TRI0〜TRI3が出力されるタイミングで”H”となる信号HANLを、セルトランジスタ抵抗判定回路51Aへ出力し、信号TRIMをラッチする。
次に、図7を参照して、トリミングラッチ回路52Aの回路構成を詳細に説明する。図7に示すように、トリミングラッチ回路52Aは、信号TRIM及び信号TRI0〜TRI3が入力され、信号TRI0〜TRI3が”H”のときに信号TRIMを転送する転送回路515と、当該転送回路515より出力された信号をラッチするラッチ回路516とを備える。
転送回路515は、2つのn型MOSトランジスタ515a,515bと、インバータ515cと、2つのp型MOSトランジスタ515d,515eと、インバータ515fと、さらに2つのn型MOSトランジスタ515i,515jとを備える。
2つのn型MOSトランジスタ515a,515bのドレインには、信号TRI0〜TRI3が入力される。インバータ515cは、信号TRI0〜TRI3を反転した出力信号を2つのp型MOSトランジスタ515d,515eに入力する。n型MOSトランジスタ515a,515bと、p型MOSトランジスタ515d,515eとの各ドレイン及びソースは、互いに接続され転送ゲート515g,515hを構成している。
また、転送ゲート515g,515hを構成するn型MOSトランジスタ515a,515bのゲートには、信号TRIiが入力される。また、転送ゲート515g,515hを構成するp型MOSトランジスタ515d,515eのゲートには、インバータ515cを介した信号TRIi(i=0〜3)が入力される。
また、転送ゲート515gは、その一端から信号TRIMが入力され、転送ゲート515gの他端から出力される。また、転送ゲート515hは、その一端からインバータ515fを介した信号TRIMの反転信号/TRIMが入力され、転送ゲート515hの他端から出力される。
また、n型MOSトランジスタ515iは、ソースを接地し、ドレインを転送ゲート515gの出力に接続している。また、n型MOSトランジスタ515iのゲートには、インバータ515cからの出力信号が入力される。同様に、n型MOSトランジスタ515jは、ソースを接地し、ドレインを転送ゲート515hの出力に接続している。また、n型MOSトランジスタ515jのゲートには、インバータ515cからの出力信号が入力される。
ラッチ回路516は、4つのNOR回路516a〜516dと、インバータ516eとを備えている。NOR回路516aの入力端子には、転送回路515を通過した信号TRIMと、NOR回路516bからの出力信号が入力される。NOR回路516bの入力端子には、信号PORと、NOR回路516aからの出力信号が入力される。NOR回路516cの入力端子には、インバータ515fを介し転送回路515を通過した信号/TRIMと、NOR回路516dからの出力信号が入力される。NOR回路516dの入力端子には、信号PORと、NOR回路516cからの出力信号が入力される。
また、NOR回路516bは、信号TRIiD(i=0〜3)を出力する。また、NOR回路516dの出力側には、インバータ516eが設けられており、このインバータ516eを介して、信号TRIiU(i=0〜3)が出力される。
このように構成されたトリミングラッチ回路52Aは、ラッチ回路516にて、信号PORの入力と共にリセットし、初期状態として、信号TRIiD(i=0〜3)を”L”に、信号TRIiU(i=0〜3)を”H”に設定する。また、転送回路515にて、信号TRIiが”H”のときに、信号TRIMをラッチ回路516に転送する。また、転送回路515にて、信号TRIMが”L”のときは、信号TRIiDを”L”のまま保持し、信号TRIiUを”H”から”L”に変化させる。また、トリミングラッチ回路52Aは、信号TRIMが”H”のときは、信号TRIiDを”L”から”H”に変化させ、信号TRIiUを”H”に保持する。
次に、図8を参照して、ワード線電圧制御回路53Bの回路構成について詳細に説明する。ワード線電圧制御回路53Bは、複数の直列に接続された抵抗を有する抵抗列回路517と、差動アンプ518とを備える。
抵抗列回路517は、トランジスタ517a〜517hと、そのトランジスタ517a〜517hのソースとドレインとの間にそれぞれ接続した抵抗517i〜517pと、抵抗517iに直列接続された抵抗517qと、抵抗517pに直列接続された抵抗517r,517sとから構成されている。なお、抵抗517i〜517pは、8Rt,4Rt,2Rt,1Rtの4種類の抵抗値を有しており抵抗517q,517r,517sは、抵抗値R1,R2,R3を有している。トランジスタ517a〜517hのゲートには、信号TRI0D,TRI0U〜TRI3D,TRI3Uが入力される。抵抗517rと抵抗517sとの間の電位は、信号MONWLとして出力される。
差動アンプ518は、ソースに電源電圧Vccを与えられた2つのp型MOSトランジスタ518a,518bと、それら2つのp型MOSトランジスタ518a,518bのドレインに接続された2つのn型MOSトランジスタ518c,518dとを有している。2つのp型MOSトランジスタ518a,518bのゲートは互いに接続され、その接続点(ゲート)はノード518eを形成し、そのノード518eはp型MOSトランジスタ518aのドレインに接続されている。また、2つのn型MOSトランジスタ518c,518dのソースは互いに接続されており、そのうち一方のn型MOSトランジスタ518cのゲートには、信号MONWLが入力される。他方のn型MOSトランジスタ518dのゲートには、基準信号Vrefが入力される。互いに接続されたn型MOSトランジスタ518c,518dのソースは、直列接続された2つのn型MOSトランジスタ518f,518gを介して接地されている。p型MOSトランジスタ518bのドレインには出力線518hが設けられている。出力線518hには、p型MOSトランジスタ518iのドレイン、及びp型MOSトランジスタ518jのゲートが接続されている。p型MOSトランジスタ518jのドレインには、n型MOSトランジスタ518kのドレイン、及び直列に接続された2つのインバータ518l,518mが接続されている。
また、n型MOSトランジスタ518f,518g,518d,518i,518kのゲートには、信号BIAS,Enable,Vref,Enable,BIASが入力される。なお、信号Vref及び信号Enableは、外部より入力される信号である。信号Vrefは、信号MONWLの比較に用いられる基準電位である。また、信号Enableは、信号BIASと共に差動アンプ518の動作開始に用いられる信号である。
また、インバータ518mは、信号OSCEを出力する。信号OSCEは、ワード線電圧発生回路53Aにて出力する信号VWLの生成に用いられる信号である。
このような構成を有するワード線電圧制御回路53Bは、抵抗列回路517にて、信号VWLの電位を抵抗517i〜517sにより調整する信号MONWLを生成する。また、差動アンプ518にて、信号MONWLと内部基準電圧Vrefとを比較し、信号OSCEを出力する。信号OSCEが”H”のとき、ワード線電圧発生回路53Aは動作し、信号OSCEが”L”のとき、ワード線電圧発生回路53Aは停止する。
以下、上記ワード線電圧制御回路53Bの構成をより詳細に述べる。上述したように初期状態において、ラッチ回路516により、信号TRIiD(i=0〜3)は”L”に、信号TRIiU(i=0〜3)は、”H”に設定されている。したがって、抵抗列回路517にて、初期状態における信号MONWLの電位を決定づける合成抵抗値RUは、RU=R1+8Rt+2Rt+1Rt+R2となる。この合成抵抗値RUは、セルトランジスタ抵抗判定回路51Aの判定結果により変動する。すなわち、抵抗列回路517にて、信号TRIMが”L”の時は、信号TRIiD及びTRIiUは共に”L”となり、TRIiUが対応するn型MOSトランジスタ517b、517d、517f、517hは、OFF状態となり、合成抵抗値RUは上昇する。逆に、信号TRIMが”H”の時は、信号TRIiD及びTRIiUは共に”H”となり、TRIiDに対応するn型MOSトランジスタ517a、517c、517e、517gは、ON状態となり、合成抵抗値RUは減少する。このようにしてワード線電圧制御回路53Bは、ワード線電圧のトリミングを実行する。
次に、図9を参照して、ワード線電圧発生回路53Aの回路構成を詳細に説明する。図9に示すように、ワード線電圧発生回路53Aは、リングオシレータ519と、チャージポンプ回路520とを有する。
リングオシレータ519は、直列接続されたNAND回路519aと、4つのインバータ519b〜519eとから構成されている。NAND回路519aには、信号OSCE及びインバータ519eからの出力信号が入力される。
チャージポンプ回路520は、キャパシタ520aと、ダイオード接続されたn型MOSトランジスタ520bと、キャパシタ520aとn型MOSトランジスタ520bとの間にソースを接続したn型MOSトランジスタ520cとから構成されている。
このような構成を有するワード線電圧発生回路53Aは、リングオシレータ519にて、信号OSCEが”H”の場合、所定タイミングにおいて、信号を出力する。また、ワード線電圧発生回路53Aは、チャージポンプ回路520にて、昇圧電圧VWLを出力する。
次に、図10を参照して、主要信号の動作波形を説明する。
上述したように信号RINTは、電源投入後、回路内部が安定した状態になったことを示す信号である。内部回路の電圧が安定した後、セルトランジスタTrの抵抗値の判定、ワード線電圧の調整を開始するための信号HANが”H”になる。
本実施形態におけるセルトランジスタの抵抗値の判定、ワード線電圧の調整は、内部でクロック信号を生成し、基本クロックに応じてカウンタ回路510を駆動して、セルトランジスタTrの抵抗値判定とワード線電圧の調整をシーケンシャルに実行する。
上述したように信号BCLKは基本クロック信号であり、信号HAN0〜HAN3はカウンタ回路510にて生成される出力信号である。また、信号TRI0〜TRI3は、セルトランジスタ抵抗判定回路51Aの出力に応じてトリミングラッチ回路52Aのトリミングを実行するタイミングを決定する信号である。
図10に示すように、信号HANが”H”になってからセルトランジスタTrの抵抗値判定が開始され、信号TRIi(i=0〜3)が”H”の期間中にトリミング設定を行う。信号HANが立ち上がってから、TRI0が”H”になるまでの期間が第1回目のセルトランジスタTrの抵抗値を判定する期間(抵抗判定[1])となり、信号TRI0の”H”の期間が、第1回目のワード線電圧制御回路53Bによるトリミングを実行する期間となる(トリミング[1])。その後、信号TRI1が”H”になるまでの期間が、抵抗判定[2]となり、信号TRI1の”H”の期間がトリミング[2]となる。また、その後、同様に、信号TRI3が”H”になるまでの期間が、抵抗判定[3]となり、信号TRI3が”H”の期間がトリミング[3]となる。さらにまた、その後、同様に、信号TRI4が”H”になるまでの期間が、抵抗判定[4]となり、信号TRI4が”H”の期間がトリミング[4]となる。つまり、本発明の一実施形態に係るFeRAMは、4回繰り返してセルトランジスタTrの抵抗値測定と、その結果によるワード線電圧のトリミングを行う。
例えば、トリミングの幅は、1回目が±0.125V×8(ステップの回数)=±1V、2回目が±0.125V×4(ステップの回数)=±0.5V、3回目が±0.125V×2(ステップの回数)=±0.25V、4回目が±0.125V×1(ステップの回数)=±0.125Vで4回繰り返すことにより、電圧の微調整が可能である。
図10に示すように、1回目と3回目の抵抗判定[1],[3]において抵抗値が高いと判定され(V>VrefmでTRIM=L)、ワード線電圧を上昇させる調整を実行している。また、2回目と4回目の抵抗判定[2],[4]において抵抗値が低いと判定され(V<VrefmでTRIM=H)、ワード線電圧を降下させる調整を実行している。初期設定電圧を3.2Vとすると、この場合では、電位Vは、3.2V+0.1V−0.5V+0.25V−0.125V=3.2625Vというように調整し、初期電圧3.2Vから、0.0625V高めに調整されたことになる。
上記のように本発明の一実施形態に係るFeRAMは、セルトランジスタTrの抵抗値に応じてワード線電圧を調整する機能を備えている。回路内部の電源電圧が安定した後、セルトランジスタの抵抗値を測定する。その測定結果、セルトランジスタTrの抵抗値が高いと判定された場合、セルトランジスタTrのゲート電位であるワード線電圧を高めに調整し、セルトランジスタTrの抵抗値が下がるようにワード線電圧を調整する。また一方、セルトランジスタTrの抵抗値が低いと判定された場合、セルトランジスタTrのゲート電位であるワード線電圧を低めに調整し、セルトランジスタTrの抵抗値が上がるようにワード線電圧を調整する。
したがって、本発明の一実施形態に係るFeRAMは、セルトランジスタTrの抵抗値が、大きくばらついてもセンスマージンを保つことができる。また、本発明の一実施形態に係るFeRAMは、セルトランジスタTrの抵抗値のばらつきが小さい場合であっても、一定のセンスマージンが得られるまでワード線電位を変動させることができる。
すなわち、本発明の一実施形態に係るFeRAMはによれば、セルノードが所定のレベルに達する以前に、センス動作が実行され、誤動作を引き起こすことがない。また、ワード線電圧発生回路での消費電力を抑えることができる。
また、一実施形態に係るFeRAMは、セルトランジスタTrの抵抗値の測定とワード線電圧の調整は、電源投入後に内部電源が安定した状態で4回繰り返し実行する。例えば、ワード線電圧の調整範囲を、初期状態を3.2Vで、3.0125Vから3.3875Vまでとすると、0.375Vで30段階に調整することが可能である。すなわち、1回目の判定及び電圧上昇調整により8段階分、2回目の判定及び電圧上昇調整により4段階分、3回目の判定及び電圧上昇調整により2段階分、4回目の判定及び電圧上昇調整により1段階分調整することができる。したがって、上述した例のように、0.125Vのステップで電圧の微調整が可能である。
したがって、本発明の一実施形態によれば、セル抵抗を予め設定した値になるようにワード線電圧を調整することによって、センスマージン不足を解消し、チップの歩留まりを向上させることができる。また、従来のようにチップ毎に性能テストの結果でトリミングを行う方法では、テスト時間、トリミング時間が必要となり、チップ毎の対応は、コストと時間が掛かり過ぎで実際行うことは困難であった。しかしながら、本実施形態によれば、FeRAM自体が有する自己判断機能によってチップ自身が最適な電圧設定可能であるので、テスト時間、及びトリミング時間のコストをかける必要がない。
以上、発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。
例えば、上記一実施形態においては、セルトランジスタTrの抵抗値の判定基準は、1つの基準電位Vrefmであったが、2つの基準電位Vrefmu,Vrefmdを用いても良い。このような場合、セルトランジスタTrのモニタ電圧Vが1つの基準電位Vrefmuよりも高い場合は、ワード線電位を高く調整する。また、モニタ電位Vがもう一方の基準電位Vrefmdよりも低い場合は、ワード線電位を低く調整する。すなわち、モニタ電圧Vが基準電位Vrefm以下、基準電位Vrefmd以上の場合はワード線電圧をそのまま維持する。このような判定、調整を複数回、例えば4回繰り返してセルトランジスタTrの抵抗を考慮したワード線電圧の値に調整してもよい。
また、基準電位は2つに限られることもなく、さらに複数の基準電位を用いて判定してもよい。
本発明の一実施形態に係るFeRAMの構成図である。 本発明の一実施形態に係るFeRAMのロウデコーダ制御回路の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るFeRAMのセルトランジスタ抵抗判定回路51Aの回路図である。 本発明の一実施形態に係るFeRAMのセルトランジスタ抵抗判定制御回路51Bの回路図である。 本発明の一実施形態に係るFeRAMのタイミング制御回路52Cの回路図である。 本発明の一実施形態に係るFeRAMのトリミング制御回路52Bの回路図である。 本発明の一実施形態に係るFeRAMのトリミングラッチ回路52Aの回路図である。 本発明の一実施形態に係るFeRAMのワード線電圧制御回路53Bの回路図である。 本発明の一実施形態に係るFeRAMのワード線電圧発生回路53Aの回路図である。 本発明の一実施形態に係るFeRAMの動作を示すタイミングチャートである。 FeRAMの動作を示す特性図である。
符号の説明
1・・・メモリセルアレイ、2・・・センスアンプ回路、3・・・プレート線駆動回路、4・・・ロウデコーダ回路、5・・・ロウデコーダ制御回路、51・・・セルトランジスタ評価部、52・・・電圧調整部、53・・・電圧供給部、51A・・・セルトランジスタ抵抗判定回路、51B・・・セルトランジスタ抵抗判定制御回路、52A・・・トリミングラッチ回路、52B・・・トリミング制御回路、52C・・・タイミング制御回路、53A・・・ワード線電圧発生回路、53B・・・ワード線電圧制御回路。

Claims (5)

  1. セルトランジスタと強誘電体キャパシタとを並列に接続したメモリセルを複数直列接続したメモリセルブロックと、
    前記セルトランジスタの抵抗値を測定するセルトランジスタ抵抗値測定回路と、
    前記測定したセルトランジスタの抵抗値に基づき前記セルトランジスタのゲートに印加するワード線電圧を制御するワード線電圧制御回路と、
    前記制御されたワード線電圧を発生させるワード線電圧発生回路と
    を備えることを特徴とする強誘電体メモリ。
  2. 前記ワード線電圧制御回路は、第1の時間で前記セルトランジスタ抵抗値測定回路による前記セルトランジスタの抵抗値に関する信号を記憶し、前記第1の時間の後に第2の時間でワード線電圧を調整することを特徴とする請求項1記載の強誘電体メモリ。
  3. 前記セルトランジスタ抵抗値測定回路は、複数回繰り返して抵抗値を測定し、
    前記ワード線電圧制御回路は、複数回に繰り返して前記ワード線電圧の調整を行うことを特徴とする請求項1又は2記載の強誘電体メモリ。
  4. 前記セルトランジスタ抵抗値測定回路は、一つの基準電位に基づき、ワード線電圧を調整することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の強誘電体メモリ。
  5. 前記セルトランジスタ抵抗値測定回路は、
    前記メモリセルブロックと同一のダミーセルブロックを有し、当該ダミーセルブロックの前記セルトランジスタの抵抗値を測定することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の強誘電体メモリ。
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