JP2015046209A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】初期化動作を高速化する。【解決手段】強誘電体セル2が内部回路部9に供給される第1の情報を格納し、センスアンプ4が、第1の情報を強誘電体セル2から読み出し、判定部8が第1の情報の修正の要否を判定する。ここで、判定部8は、強誘電体セル8aと、センスアンプ4よりもセンスマージンの狭いセンスアンプ8bとを備え、電源投入時に強誘電体セル8aに格納されている第2の情報を、センスアンプ8bを用いて読み出し、読み出された第2の情報が期待値と一致するときには、第1の情報の修正を不要と判定し、第1の情報による内部回路部9の設定を許可する。【選択図】図1
Description
本発明は、半導体記憶装置に関する。
電源を切っても情報を記憶することができる不揮発性の半導体記憶装置として、強誘電体メモリがある。
強誘電体メモリは、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)またはFRAM(登録商標)とも呼ばれ、強誘電体キャパシタが備える強誘電体膜のヒステリシス特性を利用して情報を記憶する。その強誘電体膜は、キャパシタの上部電極と下部電極の間に印加される電圧に応じて分極を生じ、その電圧を取り去っても自発分極が残留する。印加電圧の極性を反転すると、この自発分極も反転し、その自発分極の向きを“1”データと“0”データに対応させることで、強誘電体膜に情報が書き込まれる。FeRAMの書き込み電圧はフラッシュメモリの書き込み電圧よりも低い。また、FeRAMは、フラッシュメモリよりも高速で書き込みができる。
強誘電体メモリは、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)またはFRAM(登録商標)とも呼ばれ、強誘電体キャパシタが備える強誘電体膜のヒステリシス特性を利用して情報を記憶する。その強誘電体膜は、キャパシタの上部電極と下部電極の間に印加される電圧に応じて分極を生じ、その電圧を取り去っても自発分極が残留する。印加電圧の極性を反転すると、この自発分極も反転し、その自発分極の向きを“1”データと“0”データに対応させることで、強誘電体膜に情報が書き込まれる。FeRAMの書き込み電圧はフラッシュメモリの書き込み電圧よりも低い。また、FeRAMは、フラッシュメモリよりも高速で書き込みができる。
FeRAMでは、電源投入時の初期化時に、強誘電体セル(メモリセル)から内部のタイミング回路やアナログ回路などの設定情報が読み出され、それらの設定情報に対するエラー検出及び訂正が行われた後、設定が行われる。
しかし、初期化の際、強誘電体セルから、設定情報とともにエラー検出及び訂正を行うための情報(たとえば、ECC(Error Correcting Code))を読み出し、設定情報に対してエラー検出及び訂正を行うようにすると、初期化動作に時間がかかってしまう。
発明の一観点によれば、内部回路部に供給される第1の情報を格納する第1の強誘電体セルと、前記第1の情報を前記第1の強誘電体セルから読み出す第1のセンスアンプと、前記第1の情報の修正の要否を判定する判定部と、を有し、前記判定部は、第2の強誘電体セルと、前記第1のセンスアンプよりもセンスマージンの狭い第2のセンスアンプとを備え、電源投入時に前記第2の強誘電体セルに格納されている第2の情報を、前記第2のセンスアンプを用いて読み出し、読み出された前記第2の情報が期待値と一致するときには、前記第1の情報の修正を不要と判定し、前記第1の情報による前記内部回路部の設定を許可する半導体記憶装置が提供される。
開示の半導体記憶装置によれば、初期化動作を高速化できる。
以下、発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の半導体記憶装置の一例を示す図である。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の半導体記憶装置の一例を示す図である。
半導体記憶装置1は、FeRAMであり、強誘電体セル2,3、センスアンプ4,5、修正部6、選択部7、判定部8、内部回路部9を有している。なお、図1では、内部回路部9の設定情報とその修正用の情報以外のデータが格納される強誘電体セルアレイや、強誘電体セルを選択する回路部などについては図示を省略している。また、図1では、センスアンプ4,5,8bで検出した値が、“0”であるか“1”であるか確定する部分(後述のラッチ回路)についても図示を省略している。
強誘電体セル2は、内部回路部9に供給される設定情報を格納する。設定情報は、たとえば、内部回路部9の動作タイミングを指定する情報、冗長アドレスの情報、アナログ回路を調整する情報、各種動作モードの設定情報などである。
強誘電体セル3は、設定情報を修正するための情報(以下修正用情報と呼ぶ)を格納している。修正用情報は、たとえば、ECCであり、設定情報よりも多くの情報量となっている。
センスアンプ4は、設定情報を強誘電体セル2から読み出し、センスアンプ5は、修正用情報を強誘電体セル3から読み出す。
修正部6は、センスアンプ5が読み出した修正用情報を用いて、センスアンプ4が読み出した設定情報を修正する。
修正部6は、センスアンプ5が読み出した修正用情報を用いて、センスアンプ4が読み出した設定情報を修正する。
選択部7は、センスアンプ4が読み出した設定情報または、修正部6にて設定情報を修正することによって得られた修正後の設定情報の何れかを選択し、内部回路部9に供給する。
判定部8は、設定情報の修正の要否を判定する。また、判定部8は、判定結果に基づき、選択部7に、センスアンプ4が読み出した設定情報または修正部6から出力される修正後の設定情報の何れかを選択させる。
ここで、判定部8は、強誘電体セル8a、センスアンプ8b、比較部8c、期待値格納部8dを有している。
強誘電体セル8aは、“1”か“0”の値を保持している。以下、強誘電体セル8aをモニタセル8aと呼ぶ場合もある。
強誘電体セル8aは、“1”か“0”の値を保持している。以下、強誘電体セル8aをモニタセル8aと呼ぶ場合もある。
センスアンプ8bは、半導体記憶装置1の電源投入時に、モニタセル8aに格納されている値を読み出す。センスアンプ8bは、上記のセンスアンプ4,5よりもセンスマージンの狭いものである。
なお、センスマージンが狭いとは、センスアンプ8bが、センスアンプ4,5よりも、強誘電体セル8aから転送された電荷を蓄える容量が小さいことを意味する。電荷を蓄える容量が小さいと、“1”データ時と、“0”データ時に蓄えられる電荷量の差が小さくなり、熱減極などによる保持データの劣化を、より敏感に検出できるようになる。そのため、センスアンプ8bは、センスアンプ4,5よりも劣化の検出精度が高い。なお、以下、センスアンプ8bを、弱センスアンプ8bと呼ぶことにする。
比較部8cは、弱センスアンプ8bで読み出されたモニタセル8aの値(モニタセル値)と、期待値格納部8dに格納されている期待値とを比較する。そして、比較部8cは、モニタセル値が期待値と一致したときには、修正部6に設定情報の修正が不要である旨を通知し、選択部7に、センスアンプ4が読み出した設定情報による内部回路部9の設定を許可させる旨の選択信号を供給する。また、モニタセル値が期待値と異なっているときには、比較部8cは、修正部6に設定情報の修正を行わせる旨の信号を供給するとともに、選択部7に、修正部6から出力される修正後の設定情報を選択させる旨の選択信号を供給する。
期待値格納部8dは、モニタセル8aに格納されているべき期待値(“1”か“0”)を格納している。
このように、判定部8は、電源投入時に、モニタセル8aに格納されている値が期待値と一致したときには、設定情報の修正を不要と判定し、その設定情報による内部回路部9の設定を許可する機能をもつ。
このように、判定部8は、電源投入時に、モニタセル8aに格納されている値が期待値と一致したときには、設定情報の修正を不要と判定し、その設定情報による内部回路部9の設定を許可する機能をもつ。
内部回路部9は、たとえば、タイミング回路、アナログ回路、強誘電体セルアレイの冗長領域など、初期化時に設定が行われる様々な回路が適用できる。
以下、第1の実施の形態の半導体記憶装置1の動作例を説明する。
以下、第1の実施の形態の半導体記憶装置1の動作例を説明する。
図1に示されているように、まず、半導体記憶装置1に電源が投入されると(ステップS1)、設定情報及びモニタセル値の読み出しが行われる(ステップS2)。
ステップS2の処理では、センスアンプ4は、強誘電体セル2から設定情報を読み出す。一方、弱センスアンプ8bは、モニタセル8aからモニタセル値を読み出す。弱センスアンプ8bによる読み出しは、たとえば、センスアンプ4による読み出しより前、センスアンプ4による読み出しと同時、またはその直後に行われる。
ステップS2の処理では、センスアンプ4は、強誘電体セル2から設定情報を読み出す。一方、弱センスアンプ8bは、モニタセル8aからモニタセル値を読み出す。弱センスアンプ8bによる読み出しは、たとえば、センスアンプ4による読み出しより前、センスアンプ4による読み出しと同時、またはその直後に行われる。
その後、比較部8cにて、モニタセル値が期待値と一致しているか否かが判定される(ステップS3)。
モニタセル値が期待値と一致している場合には、判定部8は、センスアンプ4が読み出した設定情報による内部回路部の設定を許可する。これにより、選択部7は、センスアンプ4が読み出した設定情報を内部回路部9に供給し、初期設定を完了させる(ステップS4)。
モニタセル値が期待値と一致している場合には、判定部8は、センスアンプ4が読み出した設定情報による内部回路部の設定を許可する。これにより、選択部7は、センスアンプ4が読み出した設定情報を内部回路部9に供給し、初期設定を完了させる(ステップS4)。
一方、モニタセル値が期待値と異なっている場合には、判定部8の比較部8cは、修正部6に対して、設定情報の修正を行わせる旨の信号を供給するとともに、選択部7に、修正部6から出力される修正後の設定情報を選択させる旨の選択信号を供給する。これにより、修正部6は、センスアンプ5に、強誘電体セル3に格納されている修正用情報を読み出させ、その修正用情報により、センスアンプ4から読み出されている設定情報の修正を行う(ステップS5)。なお、修正部6は、修正した設定情報を強誘電体セル2に書き込むようにしてもよい。
設定情報の修正後、選択部7は、修正された設定情報を内部回路部9に供給し、初期設定を完了させる(ステップS6)。
第1の実施の形態の半導体記憶装置1によれば、モニタセル値が期待値と一致し、設定情報が内部回路部9に供給される時点(タイミングt1)に同期して、初期設定を完了させることができる。
第1の実施の形態の半導体記憶装置1によれば、モニタセル値が期待値と一致し、設定情報が内部回路部9に供給される時点(タイミングt1)に同期して、初期設定を完了させることができる。
モニタセル値が期待値と異なる場合には、修正した設定情報が内部回路部9に供給される時点(タイミングt2)まで、初期設定が完了されないが、このケースはまれである。半田処理を行うパッケージング工程後などの熱減極が発生している可能性がある特異な時点、または電源起動環境が不安定な状況では、モニタセル値と期待値とが異なる可能性がある。しかし、半導体記憶装置1が正しく使用されている動作環境下ではほぼ、タイミングt1にて初期設定が完了することになる。そのため、電源投入時に、毎回、設定情報とともに全ての修正用情報を読み出す場合よりも、初期化動作を高速化できる。
また、モニタセル値が期待値と異なるときには、設定値の修正が行われるので、設定値の信頼性を保つことができる。
(第2の実施の形態)
図2は、第2の実施の形態の半導体記憶装置の一例を示す図である。
(第2の実施の形態)
図2は、第2の実施の形態の半導体記憶装置の一例を示す図である。
なお、図2では、各配線の一部において、その配線で伝達される信号の信号名の一例が併記されているが、当該信号以外の信号が当該配線で伝達されていてもよい。以降の図についても適宜信号名が配線に併記されているが、同様である。
半導体記憶装置10は、強誘電体セルアレイ11、ロウデコーダ12、コラムデコーダ13、センスアンプ14、冗長領域15、アドレスラッチ回路16、入出力回路17、回路部18を有している。
強誘電体セルアレイ11には、図示しない複数の強誘電体セルがマトリクス状に配列されている。
ロウデコーダ12とコラムデコーダ13は、アドレスラッチ回路16から送られてくるアドレス信号に応じて、強誘電体セルアレイ11の強誘電体セルを選択する。
ロウデコーダ12とコラムデコーダ13は、アドレスラッチ回路16から送られてくるアドレス信号に応じて、強誘電体セルアレイ11の強誘電体セルを選択する。
センスアンプ14は、選択された強誘電体セルに保持されているデータの読み出しなどを行う。センスアンプ14は、コモンデータバスcdbzに接続されている。
冗長領域15は、強誘電体セルアレイ11内の強誘電体セルのエラー検出及び訂正を行う領域であり、図示を省略しているが、複数の強誘電体セル(冗長セル)や冗長セルを選択して読み出す回路部などを有している。冗長領域15は、コモンデータバスcdbzに接続されている。
冗長領域15は、強誘電体セルアレイ11内の強誘電体セルのエラー検出及び訂正を行う領域であり、図示を省略しているが、複数の強誘電体セル(冗長セル)や冗長セルを選択して読み出す回路部などを有している。冗長領域15は、コモンデータバスcdbzに接続されている。
アドレスラッチ回路16は、アドレス端子A1〜Anから入力されるアドレスを保持する。
入出力回路17は、入出力端子I/O1〜I/Onと、コモンデータバスcdbzの間に接続されている。そして、入出力回路17は、回路部18の制御のもと、センスアンプ14から読み出されたデータを、入出力端子I/O1〜I/Onから出力したり、入出力端子I/O1〜I/Onから入力される書き込みデータを、センスアンプ14に送信する。
入出力回路17は、入出力端子I/O1〜I/Onと、コモンデータバスcdbzの間に接続されている。そして、入出力回路17は、回路部18の制御のもと、センスアンプ14から読み出されたデータを、入出力端子I/O1〜I/Onから出力したり、入出力端子I/O1〜I/Onから入力される書き込みデータを、センスアンプ14に送信する。
回路部18は、チップイネーブル端子/CE1、ライトイネーブル端子/WE、出力イネーブル端子/OEなどの制御端子から入力される制御信号に基づき、入出力回路17などを制御する。
さらに、半導体記憶装置10は、起動検出部19、起動制御部20、強誘電体セル領域選択部21、データパス切り替え回路22、選択部23、判定部24、修正部25、強誘電体セル領域26、判定結果出力部27、回路部28を有している。
起動検出部19は、半導体記憶装置10の起動(電源の投入)を検出し、電源電圧が、半導体記憶装置10の内部が正常動作可能な電源電圧Vddとなると、たとえば、電位レベルがH(High)レベルとなる信号Penzを出力する。
起動制御部20は、信号PenzがHレベルとなると、半導体記憶装置10の起動時の動作を制御する。起動制御部20は、起動時に、たとえば、電位レベルがHレベルとなる信号SAAzと、信号ACTzを出力する。信号SAAzは、Hレベルのときに、強誘電体セル領域26を活性化させる信号である。信号ACTzは、Hレベルのときに、判定部24を活性化させる信号である。
また、起動制御部20は、判定部24での判定動作中に、電位レベルがHレベルとなる信号OEdzを入出力回路17に供給する。信号OEdzは、Hレベルのときに、判定部24での判定動作中に読み出された強誘電体セル領域26に格納されていた設定情報が、誤って出力されることを防止するために、入出力回路17を無効化する信号である。
また、起動制御部20は、判定部24での判定終了後に、電位レベルがHレベルとなる信号ACT1zを、判定結果出力部27に供給する。信号ACT1zは、Hレベルのときに、判定結果を半導体記憶装置10の外部に出力させるための信号である。
強誘電体セル領域選択部21は、信号SAAzがL(Low)レベルのときに、電位レベルがHレベルとなり、センスアンプ14を活性化する信号Aenzを出力する。また、強誘電体セル領域選択部21は、信号SAAzがHレベルのときに、電位レベルがHレベルとなる信号SAenzをデータパス切り替え回路22に供給する。信号SAenzは、Hレベルのとき、データパス切り替え回路22に、選択部23や強誘電体セル領域26を、コモンデータバスcdbzに接続させる信号である。
データパス切り替え回路22は、信号SAenzに基づき、選択部23や強誘電体セル領域26をコモンデータバスcdbzに接続したり、接続を切断する。
選択部23、判定部24、修正部25、強誘電体セル領域26については後述する。
選択部23、判定部24、修正部25、強誘電体セル領域26については後述する。
判定結果出力部27は、信号ACT1zがHレベルのときに、判定結果を、たとえば、入出力回路17を介して、半導体記憶装置10の外部に出力する。判定結果出力部27には、判定部24から出力される信号indz(後述する)が入力される。信号indzの状態で判定結果が分かるので、判定結果出力部27は、信頼性に問題ないと判定された場合には、たとえば、“0101”を出力し、信頼性に問題ありと判定された場合には、たとえば、“1010”を出力する。
コモンデータバスcdbzに接続されている回路部28は、たとえば、タイミング回路を有し、強誘電体セル領域26から読み出された設定情報が設定される。
以下、選択部23、判定部24、強誘電体セル領域26の一例を説明する。
以下、選択部23、判定部24、強誘電体セル領域26の一例を説明する。
(選択部23、判定部24、強誘電体セル領域26の一例)
図3は、強誘電体セル領域の一例を示す図である。
強誘電体セル領域26は、情報領域26aと、情報訂正領域26bを有している。
図3は、強誘電体セル領域の一例を示す図である。
強誘電体セル領域26は、情報領域26aと、情報訂正領域26bを有している。
情報領域26aは、初期化時に、冗長領域15や回路部28に設定する設定情報が格納される領域として、冗長アドレス情報領域、タイミング設定情報領域など、を有している。
また、情報訂正領域26bは、情報領域26aに格納されている設定情報を訂正するための情報を格納する領域として、冗長アドレス情報訂正領域、タイミング設定情報訂正領域などを有している。設定情報を訂正するための情報は、設定情報よりも情報量が多いため、情報訂正領域26bの大きさは、情報領域26aよりも大きい。
図4は、選択部、判定部、強誘電体セル領域の情報領域と情報訂正領域の回路の一例を示す図である。
情報領域26aは、強誘電体セル30、センスアンプ31、ラッチ回路32を有している。
情報領域26aは、強誘電体セル30、センスアンプ31、ラッチ回路32を有している。
強誘電体セル30には、たとえば、冗長領域15や回路部28などに設定する設定情報が格納される。強誘電体セル30は、トランジスタTrと強誘電体キャパシタCを有している。トランジスタTrは、nチャネル型のMOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であり、ドレインにビット線BLzが接続されており、ソースに強誘電体キャパシタCの一方の端子が接続されている。強誘電体キャパシタCの他方の端子にはプレート線PLが接続されている。また、トランジスタTrのゲートには、ワード線WLが接続されている。トランジスタTrのゲートにワード線WLを介してHレベルの制御信号が入力され、かつプレート線PLを介してHレベルの制御信号が入力されると、この強誘電体セル30が選択される。
なお、ワード線WLやプレート線PLは、図2に示した起動制御部20が駆動してもよいし、強誘電体セル領域26内に、起動制御部20から供給される信号SAAzに応じて、ワード線WLやプレート線PLを駆動する回路を設けてもよい。
センスアンプ31は、ビット線BLzに接続されており、強誘電体セル30に保持されているデータを読み出す。
ラッチ回路32は、センスアンプ31で読み出された強誘電体セル30のデータを保持するとともに、そのデータが“1”であるか“0”であるか確定する機能を有する。ラッチ回路32では、センスアンプ31で読み出された強誘電体セル30のデータが基準電圧と比較され、“1”であるか“0”であるかが確定される。
ラッチ回路32は、センスアンプ31で読み出された強誘電体セル30のデータを保持するとともに、そのデータが“1”であるか“0”であるか確定する機能を有する。ラッチ回路32では、センスアンプ31で読み出された強誘電体セル30のデータが基準電圧と比較され、“1”であるか“0”であるかが確定される。
基準電圧としては、たとえば、“1”データと“0”データを保持している2つの強誘電体セルから、各セルのビット線に接続された2つのセンスアンプにより読み出された2つの電圧値を使用することが可能である。
ラッチ回路32で“1”であるか“0”であるか確定されたデータdbzは、選択部23及び修正部25に供給される。
情報訂正領域26bは、強誘電体セル40−1〜40−n、センスアンプ41−1〜41−n、ラッチ回路42−1〜42−nを有している。
情報訂正領域26bは、強誘電体セル40−1〜40−n、センスアンプ41−1〜41−n、ラッチ回路42−1〜42−nを有している。
強誘電体セル40−1〜40−nには、設定情報の修正用情報が格納される。強誘電体セル40−1〜40−nは、ビット線BLrz1〜BLrznに接続されており、情報領域26aの強誘電体セル30と同様の回路となっている。
センスアンプ41−1〜41−n、ラッチ回路42−1〜42−nも、情報領域26aのセンスアンプ31、ラッチ回路32と同様の動作を行う。たとえば、ラッチ回路42−1〜42−nからは修正用情報としてデータrdbzが修正部25に供給される。ただし、ラッチ回路42−1〜42−nは、判定部24から出力される信号indzが“0”のとき動作が無効化され、信号indzが“1”のとき動作が有効化される。
判定部24は、モニタセル50、弱センスアンプ51、ラッチ回路52、レジスタ回路53、判定回路54を有している。
モニタセル50には、モニタセル値として、“0”データか“1”データが格納される。以下では、“1”データが予め格納されているものとする。モニタセル50は、ビット線BLszに接続されており、情報領域26aの強誘電体セル30と同様の回路となっている。
モニタセル50には、モニタセル値として、“0”データか“1”データが格納される。以下では、“1”データが予め格納されているものとする。モニタセル50は、ビット線BLszに接続されており、情報領域26aの強誘電体セル30と同様の回路となっている。
弱センスアンプ51は、情報領域26aのセンスアンプ31と同様の動作を行うが、センスアンプ31及び、情報訂正領域26bのセンスアンプ41−1〜41−nよりも、センスマージンが狭い。そのため、前述したように、弱センスアンプ51は、センスアンプ31,41−1〜41−nよりも劣化の検出精度が高い。
ラッチ回路52は、前述した情報領域26aのラッチ回路32と同様の動作を行う。ラッチ回路52からは、モニタセル50から弱センスアンプ51を用いて読み出されたデータdbszが出力され、判定回路54に供給される。なお、ラッチ回路52として、前述した基準電圧を出力する2つのセンスアンプを、弱センスアンプとすることで、モニタセル50の保持データの劣化の検出能力をより向上させるようにしてもよい。
レジスタ回路53は、期待値を格納している。たとえば、上記のように、モニタセル50に予め“1”が格納されている場合には、レジスタ回路53は、期待値として、“1”を格納する。なお、期待値は、レジスタ回路53からではなく、たとえば、図2に示した起動制御部20から供給されるようにしてもよい。
判定回路54は、たとえば、ExOR回路54aを有し、データdbszと期待値とを比較し、一致していれば“0”を信号indzとして出力し、異なっていれば“1”を信号indzとして出力する。レジスタ回路53に期待値として“1”が格納されている場合には、データdbszが“1”であれば、信号indzは“0”となり、データdbszが“0”であれば、信号indzは“1”となる。信号indzは、選択部23、データパス切り替え回路22、情報訂正領域26bのラッチ回路42−1〜42−n及び修正部25に供給される。
修正部25は、信号indzが“1”のとき、すなわち、データdbszが期待値と異なっているとき、ラッチ回路42−1〜42−nから出力される修正用情報であるデータrdbzを用いて、ラッチ回路32から出力されるデータdbzを修正する。修正されたデータdbzは、データdbnzとして選択部23に供給される。また、修正部25は、修正が完了したときに、電位レベルがLレベルとなる信号compxをデータパス切り替え回路22に供給する。
信号indzが“0”のとき、すなわち、データdbszが期待値と一致しているときは、修正部25の動作は無効化される。
なお、図4の例では、図示を簡略化するため、1つの強誘電体セル30に格納されている設定情報を修正する際に、n個の強誘電体セル40−1〜40−nに格納されている修正用情報を用いる場合を示している。設定情報を格納する強誘電体セルがm個ある場合には、たとえば、修正用情報を格納する強誘電体セルは、n×m個用いられる。
なお、図4の例では、図示を簡略化するため、1つの強誘電体セル30に格納されている設定情報を修正する際に、n個の強誘電体セル40−1〜40−nに格納されている修正用情報を用いる場合を示している。設定情報を格納する強誘電体セルがm個ある場合には、たとえば、修正用情報を格納する強誘電体セルは、n×m個用いられる。
選択部23は、トランジスタ60,61,62,63、インバータ64を有している。トランジスタ60,62は、nチャネル型MOSFETであり、トランジスタ61,63はpチャネル型MOSFETである。
トランジスタ60,61の一方の入出力端子(ドレインまたはソース)はラッチ回路32に接続されており、他方の入出力端子はデータパス切り替え回路22に接続されている。トランジスタ60のゲートには、インバータ64を介して信号indzの反転論理信号が入力され、トランジスタ61のゲートには、信号indzが入力される。
トランジスタ62,63の一方の入出力端子は、修正部25に接続されており、他方の入出力端子はデータパス切り替え回路22に接続されている。トランジスタ62のゲートには信号indzが入力され、トランジスタ63のゲートには、インバータ64を介して信号indzの反転論理信号が入力される。
このような選択部23によれば、信号indzが“0”のとき、すなわち、データdbszが、期待値と一致したときには、トランジスタ60,61がオンし、トランジスタ62,63がオフする。これにより、データdbzが選択され、データパス切り替え回路22に供給される。一方、信号indzが“1”のとき、すなわち、データdbszが、期待値と異なるときには、トランジスタ60,61がオフし、トランジスタ62,63がオンする。これにより、修正部25から出力されるデータdbnzが選択され、データパス切り替え回路22に供給される。
次に、コモンデータバスcdbzを介して設定情報が供給される回路部28の一例を説明する。
(回路部28の一例)
図5は、設定情報が供給される回路部の一例を示す図である。
(回路部28の一例)
図5は、設定情報が供給される回路部の一例を示す図である。
図5では、設定情報の一例であるタイミング設定情報(以下信号iTim0z,iTim1z,…などと表記する)が、供給される回路部28の例が示されている。
回路部28は、インバータ70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,83、NAND回路84,85,86、トランジスタ87,88,89,90、タイミング回路91を有している。
回路部28は、インバータ70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,83、NAND回路84,85,86、トランジスタ87,88,89,90、タイミング回路91を有している。
NAND回路84の一方の入力端子には、インバータ70で論理レベルが反転された、前述の信号indzが入力され、他方の入力端子には、インバータ70〜73で遅延された信号indzが入力される。
NAND回路85の一方の入力端子には、インバータ74で論理レベルが反転された、前述の信号compxが入力され、他方の入力端子には、インバータ74〜77で遅延された信号compxが入力される。
NAND回路86の一方の入力端子には、NAND回路84の出力信号(以下信号indpxと表記する)が入力され、他方の入力端子には、NAND回路85の出力信号(以下信号comppxと表記する)が入力される。NAND回路86の出力信号は、インバータ78,79を介してタイミング回路91に入力される。以下、タイミング回路91に入力されるインバータ79の出力信号を信号stpzと表記する。
図5の例では、トランジスタ87,90は、pチャネル型MOSFETであり、トランジスタ88,89は、nチャネル型MOSFETとなっている。
トランジスタ87,88の一方の入出力端子(ドレインまたはソース)はコモンデータバスcdbzに接続されており、コモンデータバスcdbzを経由して信号iTim0zが入力され、他方の入出力端子はタイミング回路91に接続されている。トランジスタ87のゲートには、インバータ78の出力信号が入力され、トランジスタ88のゲートには、NAND回路86の出力信号が入力される。トランジスタ87,88が両方オン状態のときには、信号iTim0zが、信号Tim0zとしてタイミング回路91に供給される。
トランジスタ87,88の一方の入出力端子(ドレインまたはソース)はコモンデータバスcdbzに接続されており、コモンデータバスcdbzを経由して信号iTim0zが入力され、他方の入出力端子はタイミング回路91に接続されている。トランジスタ87のゲートには、インバータ78の出力信号が入力され、トランジスタ88のゲートには、NAND回路86の出力信号が入力される。トランジスタ87,88が両方オン状態のときには、信号iTim0zが、信号Tim0zとしてタイミング回路91に供給される。
トランジスタ89,90の一方の入出力端子はコモンデータバスcdbzに接続されており、コモンデータバスcdbzを経由して信号iTim1zが入力され、他方の入出力端子はタイミング回路91に接続されている。トランジスタ89のゲートには、NAND回路86の出力信号が入力され、トランジスタ90のゲートには、インバータ78の出力信号が入力される。トランジスタ89,90が両方オン状態のときには、信号iTim1zが、信号Tim1zとしてタイミング回路91に供給される。
インバータ80の入力端子及びインバータ81の出力端子は、トランジスタ87,88の他方の入出力端子とタイミング回路91の間に接続されている。インバータ80の出力端子はインバータ81の入力端子に接続され、インバータ81の出力端子はインバータ80の入力端子に接続されており、このような接続のインバータ80,81によりラッチ回路が実現されている。
インバータ82,83についてもインバータ80,81と同様の接続で、トランジスタ89,90の他方の入出力端子とタイミング回路91の間に接続されており、ラッチ回路を実現している。
なお、設定情報のビット数に応じて、nチャネル型MOSFETとpチャネル型MOSFETの対による同様のスイッチと、インバータ対によるラッチ回路が、コモンデータバスcdbzとタイミング回路91との間にさらに設けられていてもよい。
次に、弱センスアンプの一例を説明する。
(弱センスアンプ51の一例)
図6は、弱センスアンプの一例を示す図である。
(弱センスアンプ51の一例)
図6は、弱センスアンプの一例を示す図である。
図6の例では、弱センスアンプ51は、ビット線グランドセンス回路であり、ビット線BLszの電位を接地電位(GND)に維持したままプレート線(図示せず)を立ち上げる読み出し方式に適用される。この読み出し方式では、ビット線BLszの電位をGND近傍で読み出すことにより、低い電源電圧でも効率的にモニタセル50内の図示しない強誘電体キャパシタへ電圧を印加できる。
弱センスアンプ51は、インバータ100、nチャネル型のMOSFETであるトランジスタ101,103、pチャネル型のMOSFETであるトランジスタ102,104、キャパシタC1,C2,C3,C4,C5を有している。
トランジスタ101のドレインはビット線BLszに接続されており、ソースは接地されている。トランジスタ101のゲートは、ノードBGNDに接続されている。ノードBGNDには、ビット線BLszの初期化時には、Hレベルの信号となる制御信号が供給される。
ビット線BLszには、キャパシタC1の一方の端子が接続されており、キャパシタC1の他方の端子はキャパシタC2の一方の端子に接続されている。また、キャパシタC2の他方の端子はノードMGENに接続されている。ノードMGENには、モニタセル50の読み出し時にLレベルとなる制御信号が供給される。
ノードBGND,MGENに供給される制御信号は、たとえば、起動制御部20または回路部18で生成される。
キャパシタC1,C2の間には、インバータ100の入力端子が接続されている。インバータ100の出力端子はキャパシタC3の一方の端子に接続されている。キャパシタC3の他方の端子は、トランジスタ102のゲートに接続されている。トランジスタ102のソースはビット線BLszに接続されており、ドレインはノードMINUSに接続されている。キャパシタC4,C5の一方の端子及びトランジスタ104のゲートは、ノードMINUSに接続されている。キャパシタC4の他方の端子は、ノードMGENに接続されている。キャパシタC5の他方の端子は、トランジスタ103のゲートに接続されている。トランジスタ103のドレインには電源電圧Vddが印加されており、ソースにはノードIdbz及びトランジスタ104のソースが接続されている。トランジスタ104のドレインは接地されている。ノードIdbzは、図4に示したラッチ回路52に接続されている。
キャパシタC1,C2の間には、インバータ100の入力端子が接続されている。インバータ100の出力端子はキャパシタC3の一方の端子に接続されている。キャパシタC3の他方の端子は、トランジスタ102のゲートに接続されている。トランジスタ102のソースはビット線BLszに接続されており、ドレインはノードMINUSに接続されている。キャパシタC4,C5の一方の端子及びトランジスタ104のゲートは、ノードMINUSに接続されている。キャパシタC4の他方の端子は、ノードMGENに接続されている。キャパシタC5の他方の端子は、トランジスタ103のゲートに接続されている。トランジスタ103のドレインには電源電圧Vddが印加されており、ソースにはノードIdbz及びトランジスタ104のソースが接続されている。トランジスタ104のドレインは接地されている。ノードIdbzは、図4に示したラッチ回路52に接続されている。
このような弱センスアンプ51において、キャパシタC2は、ビット線BLszへの電荷の注入を調整する機能を有している。キャパシタC4は、モニタセル50から読み出された電荷量に相当する電荷量を吸収する機能を有している。この機能により、ビット線BLszの状況によらず、“1”データの読み出し時にビット線BLszの電位が接地電位に維持できるようになっている。キャパシタC5は、モニタセル50から読み出された値に応じた負の電位を、正の電位へとシフトする機能を有する。
図4に示したセンスアンプ31,41−1〜41−nも同様の回路で実現できるが、弱センスアンプ51は、それらのセンスアンプ31,41−1〜41−nと以下の点で異なっている。
センスアンプ31,41−1〜41−n及び弱センスアンプ51では、たとえば、キャパシタC4は、強誘電体キャパシタで実現される。キャパシタC4の容量値は、最適値をもつ。しかし、弱センスアンプ51ではその最適値より小さい容量値のキャパシタC4が用いられる。たとえば、キャパシタC4は、センスアンプ31,41−1〜41−nに適用されるものでは、サイズ(電極面積)が2μm2であるところを、弱センスアンプ51に適用されるものでは1.5μm2とする。これにより、キャパシタC4の容量値は、弱センスアンプ51の方が、センスアンプ31,41−1〜41−nよりも小さくなる。
そのため、弱センスアンプ51では、センスアンプ31,41−1〜41−nよりも、モニタセル50から転送された電荷を蓄える容量が小さい。電荷を蓄える容量が小さいと、“1”データ時と、“0”データ時に検出される電荷量の差が小さくなり、熱減極などによる保持データの劣化を、より敏感に検出できるようになる。そのため、弱センスアンプ51は、センスアンプ31,41−1〜41−nよりも劣化の検出精度が相対的に高い。
以下、センスアンプ31,41−1〜41−nの動作波形と、弱センスアンプ51の動作波形の一例を説明する。なお、以下では、センスアンプ31,41−1〜41−nでも、図6に示したような回路を用いるものとして説明する(ただ上記のように、キャパシタC4のサイズが弱センスアンプ51のものと異なる)。
(センスアンプ31,41−1〜41−nと、弱センスアンプ51の動作波形の一例)
図7は、センスアンプと弱センスアンプの動作波形の一例を示す図である。
図7には、強誘電体セル(強誘電体セル30,40−1〜40−nまたはモニタセル50)のワード線WL及びプレート線PLの電位、図6に示したノードMGENの電位の例が示されている。さらに、センスアンプ(センスアンプ31,41−1〜41−n)と弱センスアンプ51における、図6のノードMINUS,Idbzの電位の例が示されている。
図7は、センスアンプと弱センスアンプの動作波形の一例を示す図である。
図7には、強誘電体セル(強誘電体セル30,40−1〜40−nまたはモニタセル50)のワード線WL及びプレート線PLの電位、図6に示したノードMGENの電位の例が示されている。さらに、センスアンプ(センスアンプ31,41−1〜41−n)と弱センスアンプ51における、図6のノードMINUS,Idbzの電位の例が示されている。
半導体記憶装置10に電源が投入され、前述の信号PenzがHレベルになると、起動制御部20は、ワード線WLの電位レベルをHレベルに立ち上げる(タイミングt5)。また、このとき、制御信号によってノードMGENの電位もLレベルに下がり、それによって、ノードMINUSの電位もLレベル(0V以下)に下がる。
タイミングt6において、プレート線PLの電位が上がり始めると、読み出しが開始される。このとき、ビット線BLsz(情報領域26aの場合はビット線BLz、情報訂正領域26bの場合は、ビット線BLrz1〜BLrzn)に、強誘電体セルに書き込まれているデータが読み出される。読み出されたデータは、トランジスタ102を介して、ノードMINUSへと転送される。この際、ビット線BLszの電圧はキャパシタC1、インバータ100、キャパシタC3により増幅されて、トランジスタ102のゲート電圧となる。
読み出されたデータが“1”のときには、ノードMINUSの電位は、0V(グランドレベル)となり、読み出されたデータが“0”のときには、マイナスの電位となる。読み出しデータが“1”と“0”のときのノードMINUSにおける電位差は、キャパシタC4の容量値に大きく依存する。キャパシタC4のサイズがセンスアンプ31,41−1〜41−nよりも小さい弱センスアンプ51では、図7のように、読み出しデータが“1”と“0”のときのノードMINUSにおける電位差は、センスアンプ31,41−1〜41−nのものより小さい。
ノードMINUSの電位は、キャパシタC5、トランジスタ103,104により、プラスにシフトされてノードIdbzから出力される。ラッチ回路32,42−1〜42−n,52では、このノードIdbzの電位と基準電圧との比較が行われ、“1”または“0”データとしてラッチされ、前述したデータdbz,rdbz,dbszとなる。
上記では、弱センスアンプ51において、キャパシタC4のサイズを、センスアンプ31,41−1〜41−nのものよりも小さくするとしたが、キャパシタC2,C5についてもセンスアンプ31,41−1〜41−nのものよりも小さくしてもよい。すなわち、弱センスアンプ51のキャパシタC2,C5の容量値についてもセンスアンプ31,41−1〜41−nのものよりも小さくしてもよい。
キャパシタC2の、サイズを小さくすることで、データの保持特性の劣化を精度よく検出できるようになる。キャパシタC5のサイズを小さくすることで、前述のマイナスの電位が小さいと、電位シフトが十分に行えなくなり、誤った値が得られることになるため、データの保持特性や熱減極による劣化を精度よく検出できるようになる。
キャパシタC2,C5は、たとえば、強誘電体キャパシタである。
弱センスアンプ51としてたとえば、以下のパターンが考えられる。
(パターン1)キャパシタC2のサイズが最適値(たとえば、2.0μm2)より小さく(たとえば、1.5μm2)、キャパシタC4,C5のサイズが最適値(たとえば、2.0μm2)であるパターン。
弱センスアンプ51としてたとえば、以下のパターンが考えられる。
(パターン1)キャパシタC2のサイズが最適値(たとえば、2.0μm2)より小さく(たとえば、1.5μm2)、キャパシタC4,C5のサイズが最適値(たとえば、2.0μm2)であるパターン。
(パターン2)キャパシタC4のサイズが最適値(たとえば、2.0μm2)より小さく(たとえば、1.5μm2)、キャパシタC2,C5のサイズが最適値(たとえば、2.0μm2)であるパターン。
(パターン3)キャパシタC2,C4,C5のサイズが最適値(たとえば、2.0μm2)より小さいサイズ(たとえば、1.5μm2)であるパターン。
他にも、上記キャパシタC2,C4,C5のうち、2つのサイズが最適値よりも小さいパターンや、キャパシタC5のサイズだけが最適値よりも小さいパターンも考えられる。
他にも、上記キャパシタC2,C4,C5のうち、2つのサイズが最適値よりも小さいパターンや、キャパシタC5のサイズだけが最適値よりも小さいパターンも考えられる。
また、キャパシタC2については、サイズを最適値よりも大幅に大きくすることで、キャパシタC1の負荷を増加させ、ゲインを故意に落とし、劣化を検出する能力を上げてもよい。
以下、第2の実施の形態の半導体記憶装置10の動作の一例を説明する。
(半導体記憶装置10の動作例)
図8は、半導体記憶装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。
(半導体記憶装置10の動作例)
図8は、半導体記憶装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。
図8には、情報領域26aの強誘電体セル30のワード線WLの電位、センスアンプ31を活性化させるための信号SAon(図4などでは図示を省略しているが、たとえば、図2の起動制御部20から供給される)の例が示されている。さらに、前述した各信号またはデータdbz,dbsz,indz,indpx,Timnz(たとえば、前述した信号Tim0zまたは信号Tim1z),stpz,rdbz,dbnz,compx,comppxの例が示されている。プレート線PLの電位などは図示が省略されている。
なお、実線で示されている波形は、モニタセル50から読み出された値が、期待値と一致したとき(正常時)の動作波形の例を示し、点線で示されている波形は、モニタセル50から読み出された値が、期待値と異なるとき(異常時)の動作波形の例を示している。なお、モニタセル50には、予め“1”が書き込まれているものとする。
図8では図示を省略しているが、半導体記憶装置10に電源が投入され、前述の信号PenzがHレベルになると、起動制御部20は、ワード線WLの電位レベルをHレベルに立ち上げ、強誘電体セル30を選択する(タイミングt10)。そして、信号SAonがHレベルになり、センスアンプ31が活性化される(タイミングt11)。これにより、強誘電体セル30に書き込まれている値がセンスアンプ31により読み出され、ラッチ回路32によりHレベル(“1”)またはLレベル(“0”)のデータdbzが出力される(タイミングt12)。
タイミングt10,t11では、判定部24のモニタセル50も選択され、弱センスアンプ51も活性化され、正常時には、タイミングt12で、ラッチ回路52から“1”のデータdbszが出力される。異常時(たとえば、熱減極などが発生したとき)には、データdbszは“0”のままとなる。
正常時には、データdbszは、期待値と一致するので、判定回路54の出力である信号indzはLレベルとなる(タイミングt13)。これにより、トランジスタ60,61がオンし、トランジスタ62,63がオフし、データdbzが選択部23で選択され、データパス切り替え回路22に供給される。データdbzは、たとえば、タイミング設定情報である信号iTimnz(図5に示した、信号iTim0zまたは信号iTim1z)として、回路部28に供給される。
図5に示したように信号indzも、回路部28に入力される。信号indzがLレベルのとき、NAND回路84の出力である信号indpxは、Lレベルとなる(タイミングt14)。
これにより、回路部28において、NAND回路86の出力信号がHレベルとなり、トランジスタ87〜90がオンする。そのため、信号iTimnzが、信号Timnzとして、インバータ80,81またはインバータ82,83によるラッチ回路でラッチされるとともに、タイミング回路91に供給される(タイミングt15)。また、タイミングt15では、一定期間、Hレベルとなる信号stpzがインバータ79から出力され、タイミング回路91に供給される。信号stpzは、タイミング回路91の動作を開始させるための信号である。
このように、正常時には、タイミングt15にて、設定情報である信号Timnzのタイミング回路91への設定が可能であり、タイミング回路91を動作開始させることができる。
一方、異常時には、タイミングt11以降もデータdbszは、Lレベルのままであるので、判定回路54から出力される信号indzは、Hレベルのままである。
これにより、情報訂正領域26bの強誘電体セル40−1〜40−nの読み出しが行われ、ラッチ回路42−1〜42−nからは修正用情報としてデータrdbzが修正部25に供給される(タイミングt16)。修正部25は、情報領域26aから読み出されたデータdbzを、データrdbzを用いて修正し、修正が完了したら、データdbnzを出力し(タイミングt17)、信号compxをHレベルからLレベルにする(タイミングt18)。
これにより、情報訂正領域26bの強誘電体セル40−1〜40−nの読み出しが行われ、ラッチ回路42−1〜42−nからは修正用情報としてデータrdbzが修正部25に供給される(タイミングt16)。修正部25は、情報領域26aから読み出されたデータdbzを、データrdbzを用いて修正し、修正が完了したら、データdbnzを出力し(タイミングt17)、信号compxをHレベルからLレベルにする(タイミングt18)。
信号indzはHレベルであるので、図4のトランジスタ60,61がオフし、トランジスタ62,63がオンし、データdbnzが選択部23で選択され、データパス切り替え回路22に供給される。データdbnzは、たとえば、タイミング設定情報である信号iTimnzとして、回路部28に供給される。
図5に示した回路部28では、信号indzが、Hレベルのままであるので、NAND回路86の一方の入力端子に入力される信号indpxはHレベルのままである。修正部25での修正が完了し、タイミングt18において、信号compxがLレベルとなると、NAND回路86の他方の入力端子に入力される信号comppxはLレベルとなる(タイミングt19)。これにより、NAND回路86の出力信号はHレベルとなり、トランジスタ87〜90はオンする。
そのため、信号iTimnzが、信号Timnzとして、インバータ80,81またはインバータ82,83によるラッチ回路でラッチされるとともに、タイミング回路91に供給される(タイミングt20)。また、タイミングt20では、一定期間、Hレベルとなる信号stpzがインバータ79から出力され、タイミング回路91に供給される。
このように、異常時には、タイミングt20にて、修正した設定情報であるデータdbnzに基づく信号Timnzをタイミング回路91に設定でき、タイミング回路91の動作が開始できる。
異常時には、信号Timnzがタイミング回路91に供給される時点(タイミングt20)まで、初期設定が完了されないが、このケースはまれである。半田処理を行うパッケージング工程後などで熱減極が発生している時点、または電源起動環境が不安定な状況などでは、モニタセル値と期待値とが異なる可能性がある。しかし、半導体記憶装置10が正しく使用されている動作環境下ではほぼ、タイミングt15にて強誘電体セル30に書き込まれている設定値に基づく、初期設定が完了できることになる。そのため、電源投入時に、毎回、設定情報とともに全ての修正用情報を読み出す場合よりも、初期化動作を高速化できる。
また、異常時には、設定値の修正が行われるので、設定値の信頼性を保つことができる。
なお、上記では、1つのモニタセル50に予め“1”が書き込まれており、電源投入時にモニタセル50の値を読み出してデータの信頼性を判定していたが、複数のモニタセル及び複数の弱センスアンプを用いてデータの信頼性を判定してもよい。以下、複数のモニタセル及び複数の弱センスアンプを有する判定部24の変形例を説明する。
なお、上記では、1つのモニタセル50に予め“1”が書き込まれており、電源投入時にモニタセル50の値を読み出してデータの信頼性を判定していたが、複数のモニタセル及び複数の弱センスアンプを用いてデータの信頼性を判定してもよい。以下、複数のモニタセル及び複数の弱センスアンプを有する判定部24の変形例を説明する。
(判定部24の変形例)
図9は、判定部の変形例を示す図である。
判定部24aは、モニタセル50−1,50−2、弱センスアンプ51−1,51−2、ラッチ回路52−1,52−2、レジスタ回路53−1,53−2、判定回路54−1,54−2、NOR回路55、インバータ56を有している。
図9は、判定部の変形例を示す図である。
判定部24aは、モニタセル50−1,50−2、弱センスアンプ51−1,51−2、ラッチ回路52−1,52−2、レジスタ回路53−1,53−2、判定回路54−1,54−2、NOR回路55、インバータ56を有している。
モニタセル50−1,50−2は、前述したモニタセル50と同様にトランジスタと強誘電体キャパシタを有する強誘電体セルである。図9の例では、モニタセル50−1には予め“0”が書き込まれており、モニタセル50−2には予め“1”が書き込まれているものとしている。
弱センスアンプ51−1,51−2は、図6に示した弱センスアンプ51と同様の回路となっており、キャパシタC2,C4,C5のサイズが、前述したような複数のパターンの何れかのパターンで最適値よりも小さくなっている。
ラッチ回路52−1,52−2は、前述したラッチ回路52と同様の機能を有する。
ラッチ回路52−1は、弱センスアンプ51−1で読み出されたモニタセル50−1の値を確定してラッチし、データdbs0zとして出力する。ラッチ回路52−2は、弱センスアンプ51−2で読み出されたモニタセル50−2の値を確定してラッチし、データdbs1zとして出力する。
ラッチ回路52−1は、弱センスアンプ51−1で読み出されたモニタセル50−1の値を確定してラッチし、データdbs0zとして出力する。ラッチ回路52−2は、弱センスアンプ51−2で読み出されたモニタセル50−2の値を確定してラッチし、データdbs1zとして出力する。
また、レジスタ回路53−1,53−2は期待値を格納している。図9の例では、レジスタ回路53−1は、期待値として“0”を格納しており、レジスタ回路53−2は、期待値として“1”を格納している。
判定回路54−1,54−2は、ExOR回路54a−1,54a−2を有している。
ExOR回路54a−1は、データdbs0zと期待値“0”とを比較し、一致していれば“0”を出力し、異なっていれば“1”を出力する。ExOR回路54a−2は、データdbs1zと期待値“1”とを比較し、一致していれば“0”を出力し、異なっていれば“1”を出力する。
ExOR回路54a−1は、データdbs0zと期待値“0”とを比較し、一致していれば“0”を出力し、異なっていれば“1”を出力する。ExOR回路54a−2は、データdbs1zと期待値“1”とを比較し、一致していれば“0”を出力し、異なっていれば“1”を出力する。
NOR回路55は、ExOR回路54a−1,54a−2の出力を受け、ExOR回路54a−1,54a−2の両方の出力が“0”である場合には、“1”を出力し、それ以外の場合には、“0”を出力する。
インバータ56は、NOR回路55の出力信号の論理レベルを反転し、前述した信号indzとして出力する。
このような判定部24aでは、データdbs0z,dbs1zの何れか1つでも期待値と異なるときには、信号indzはHレベルとなる。そのため、モニタセル50−1に格納されている“0”データが劣化したときも、弱センスアンプ51−1を用いることで、精度よく検出できるようになる。
このような判定部24aでは、データdbs0z,dbs1zの何れか1つでも期待値と異なるときには、信号indzはHレベルとなる。そのため、モニタセル50−1に格納されている“0”データが劣化したときも、弱センスアンプ51−1を用いることで、精度よく検出できるようになる。
また、たとえば、弱センスアンプ51−1と、弱センスアンプ51−2で、上記に示したキャパシタC2,C4,C5のサイズの複数のパターンのうちで、適用するパターンを変えてもよい。それにより、熱減極によるデータの劣化以外に、保持特性の劣化など、複数の要因によるデータの劣化を検出できるようになる。
なお、上記の判定部24aの例では、モニタセル50−1,50−2、弱センスアンプ51−1,51−2などは、それぞれ2つ設けられているが、3つ以上としてもよい。
以上、実施の形態に基づき、本発明の半導体記憶装置の一観点について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。
以上、実施の形態に基づき、本発明の半導体記憶装置の一観点について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。
1 半導体記憶装置
2 強誘電体セル(設定情報格納用)
3 強誘電体セル(修正用情報格納用)
4,5 センスアンプ
6 修正部
7 選択部
8 判定部
8a 強誘電体セル(モニタセル)
8b センスアンプ(弱センスアンプ)
8c 比較部
8d 期待値格納部
9 内部回路部
2 強誘電体セル(設定情報格納用)
3 強誘電体セル(修正用情報格納用)
4,5 センスアンプ
6 修正部
7 選択部
8 判定部
8a 強誘電体セル(モニタセル)
8b センスアンプ(弱センスアンプ)
8c 比較部
8d 期待値格納部
9 内部回路部
Claims (6)
- 内部回路部に供給される第1の情報を格納する第1の強誘電体セルと、
前記第1の情報を前記第1の強誘電体セルから読み出す第1のセンスアンプと、
前記第1の情報の修正の要否を判定する判定部と、を有し、
前記判定部は、第2の強誘電体セルと、前記第1のセンスアンプよりもセンスマージンの狭い第2のセンスアンプとを備え、電源投入時に前記第2の強誘電体セルに格納されている第2の情報を、前記第2のセンスアンプを用いて読み出し、読み出された前記第2の情報が期待値と一致するときには、前記第1の情報の修正を不要と判定し、前記第1の情報による前記内部回路部の設定を許可する、ことを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記第1の情報を修正するための第3の情報を格納する第3の強誘電体セルと、
前記第3の情報を前記第3の強誘電体セルから読み出す第3のセンスアンプと、
前記第3のセンスアンプが読み出した前記第3の情報を用いて、前記第1のセンスアンプが読み出した前記第1の情報を修正する修正部と、を有し、
前記判定部は、前記第2の強誘電体セルから読み出された前記第2の情報が前記期待値と異なっているときには、前記修正部に、前記第1の情報を修正させる、ことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1のセンスアンプ及び前記第2のセンスアンプは、ビット線の電位を接地電位に維持したままプレート線を立ち上げる読み出し方式に適用されるビット線グランドセンス回路であり、前記第1の強誘電体セルまたは前記第2の強誘電体セルから読み出された電荷量を吸収することで前記ビット線の電位を前記接地電位に維持する機能を有する第1のキャパシタを有し、
前記第1のセンスアンプ及び前記第2のセンスアンプが有する前記第1のキャパシタの容量値は、前記第2のセンスアンプの方が、前記第1のセンスアンプよりも小さい、ことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1のセンスアンプ及び前記第2のセンスアンプは、ビット線の電位を接地電位に維持したままプレート線を立ち上げる読み出し方式に適用されるビット線グランドセンス回路であり、前記ビット線への電荷の注入を調整する機能を有する第2のキャパシタを有し、
前記第1のセンスアンプ及び前記第2のセンスアンプが有する前記第2のキャパシタの容量値は、前記第2のセンスアンプの方が、前記第1のセンスアンプよりも小さい、ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1のセンスアンプ及び前記第2のセンスアンプは、ビット線の電位を接地電位に維持したままプレート線を立ち上げる読み出し方式に適用されるビット線グランドセンス回路であり、前記第1の強誘電体セルまたは前記第2の強誘電体セルから読み出された前記第1の情報または前記第2の情報に応じた負の電位を、正の電位にシフトする機能を有する第3のキャパシタを有し、
前記第1のセンスアンプ及び前記第2のセンスアンプが有する前記第3のキャパシタの容量値は、前記第2のセンスアンプの方が、前記第1のセンスアンプよりも小さい、ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の半導体記憶装置。 - 前記判定部は、前記第2の強誘電体セル及び前記第2のセンスアンプを複数有し、複数の前記第2の強誘電体セルのうち、少なくとも1つから読み出された値が前記期待値と異なっていたときには、前記修正部に、前記第1の情報の修正を実行させる、ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の半導体記憶装置。
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