JP2023094903A - Ferroelectric memory reading circuit, ferroelectric memory, and ferroelectric memory reading method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、強誘電体メモリの読み出し回路、強誘電体メモリ及び強誘電体メモリの読み出し方法に関する。 The present invention relates to a ferroelectric memory readout circuit, a ferroelectric memory, and a ferroelectric memory readout method.
強誘電体メモリにおいて、強誘電体キャパシタを含むメモリセルは、強誘電体の分極状態によって“0”または“1”のデータを記憶する。
読み出し時には、たとえば、強誘電体キャパシタの一方の端子に接続されるプレート線の電位(以下プレート線電位という)が上げられる。このとき、強誘電体キャパシタの他方の端子に電気的に接続されるビット線の電位(以下ビット線電位という)は、メモリセルに“0”が記憶されているか“1”が記憶されているかによって異なる。このようなビット線電位の相違は、強誘電体の分極反転の有無によって生じる。
In a ferroelectric memory, a memory cell including a ferroelectric capacitor stores data "0" or "1" depending on the polarization state of the ferroelectric material.
At the time of reading, for example, the potential of the plate line connected to one terminal of the ferroelectric capacitor (hereinafter referred to as plate line potential) is increased. At this time, the potential of the bit line electrically connected to the other terminal of the ferroelectric capacitor (hereinafter referred to as bit line potential) is determined whether "0" or "1" is stored in the memory cell. Varies depending on Such a difference in bit line potential is caused by the presence or absence of polarization reversal of the ferroelectric.
たとえば、上記のようにプレート線電位を上げた場合、メモリセルに“1”が記憶されているときには、強誘電体の分極反転が生じ、ビット線に大きな電流が流れる。これに対して、メモリセルに“0”が記憶されているとき、プレート線電位を上げても分極反転が生じず、ビット線にあまり電流が流れない。ビット線に接続されるセンスアンプは、ビット線電位と参照電位との比較結果に応じて、データを判定する。 For example, when the plate line potential is raised as described above, when "1" is stored in the memory cell, the ferroelectric polarization reversal occurs and a large current flows through the bit line. On the other hand, when "0" is stored in the memory cell, polarization reversal does not occur even if the plate line potential is increased, and little current flows through the bit line. A sense amplifier connected to the bit line determines data according to the comparison result between the bit line potential and the reference potential.
なお、上記のような強誘電体の分極の反転を伴う読み出しは、破壊読出しと呼ばれる。
また、強誘電体メモリでは、読み出し後にも同じデータを同じメモリセルに保持させるために、再書き込みが行われる。
The readout accompanied by the reversal of the polarization of the ferroelectric as described above is called destructive readout.
Further, in a ferroelectric memory, rewriting is performed in order to retain the same data in the same memory cell even after reading.
ところで、従来、プレート線電位を上げたときのビット線電位と参照電位との比較結果に応じ、ビット線電位が変化しないようにビット線に対し電荷の供給を行うとともに、供給した電荷量に基づいてデータを判別する技術があった(たとえば、特許文献1参照)。 By the way, conventionally, according to the result of comparison between the bit line potential and the reference potential when the plate line potential is raised, charge is supplied to the bit line so that the bit line potential does not change, and based on the amount of the supplied charge, There has been a technique of discriminating data by means of data (for example, see Patent Document 1).
また、従来、参照電位を生成するためのメモリセルの劣化による参照電位の不安定化を防ぐため、分極反転が生じない“0”を記憶したメモリセルからの読み出し電位を上昇させて参照電位を得る技術があった(たとえば、特許文献2参照)。 Conventionally, in order to prevent destabilization of the reference potential due to deterioration of the memory cell for generating the reference potential, the read potential from the memory cell storing "0" in which polarization inversion does not occur is raised to increase the reference potential. There was a technique to obtain (for example, see Patent Document 2).
さらに、従来、抵抗体を介してビット線を充電し、メモリセルにおける分極反転の有無によりビット線電位の上昇速度を顕著に異ならせ、十分な読み出しマージンが得られるタイミングでデータ判別を行う技術があった(たとえば、特許文献3参照)。 Furthermore, conventionally, there is a technique of charging a bit line via a resistor, significantly changing the rate of rise of the bit line potential depending on the presence or absence of polarization reversal in a memory cell, and discriminating data at the timing when a sufficient read margin is obtained. There was (for example, see Patent Document 3).
強誘電体メモリにおいて、メモリセルの疲労劣化などにより、“0”と“1”の読み出しマージンが小さくなった場合、ノイズの影響を受けやすくなり、動作不良が発生する可能性がある。 In a ferroelectric memory, when the read margin of "0" and "1" becomes small due to fatigue deterioration of memory cells, etc., it becomes susceptible to noise, and malfunction may occur.
1つの側面では、本発明は、ノイズの影響を受けにくい読み出し回路、そのような読み出し回路を有する強誘電体メモリ及び強誘電体メモリの読み出し方法を提供することを目的とする。 In one aspect, the present invention aims to provide a readout circuit that is less susceptible to noise, a ferroelectric memory having such a readout circuit, and a readout method for the ferroelectric memory.
1つの実施態様では、強誘電体キャパシタを含むメモリセルを備えた強誘電体メモリの読み出し回路において、前記メモリセルからのデータの読み出し時に、前記強誘電体キャパシタの一方の端子に電気的に接続されるビット線の電位であるビット線電位と、第1の参照電位との比較結果に基づいて、前記強誘電体キャパシタの他方の端子に電気的に接続されるプレート線と、前記ビット線との間の電圧である前記メモリセルの入力電圧が固定されるように前記入力電圧を制御する制御回路と、前記入力電圧が固定されたときの、前記ビット線電位または前記プレート線の電位であるプレート線電位と、第2の参照電位との比較結果に基づいて、前記データの値を判定するセンスアンプと、を有する強誘電体メモリの読み出し回路が提供される。 In one embodiment, in a read circuit of a ferroelectric memory including a memory cell including a ferroelectric capacitor, when data is read from the memory cell, the terminal is electrically connected to one terminal of the ferroelectric capacitor. A plate line electrically connected to the other terminal of the ferroelectric capacitor and the bit line, based on a comparison result between the bit line potential, which is the potential of the bit line to be applied, and a first reference potential. a control circuit for controlling the input voltage so that the input voltage of the memory cell, which is a voltage between A ferroelectric memory read circuit is provided, comprising a sense amplifier for determining the value of the data based on a result of comparison between the plate line potential and a second reference potential.
また、1つの実施態様では、強誘電体メモリが提供される。
また、1つの実施態様では、強誘電体メモリの読み出し方法が提供される。
Also provided in one embodiment is a ferroelectric memory.
Also, in one embodiment, a method of reading a ferroelectric memory is provided.
1つの側面では、本発明によれば、強誘電体メモリのメモリセルからのデータの読み出し時に、ノイズの影響を受けにくくなる。 In one aspect, according to the present invention, it becomes less susceptible to noise when reading data from a memory cell of a ferroelectric memory.
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の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路の一例を示す図である。なお、図1においてWLはワード線、BLはビット線、PLはプレート線を表す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an example of a readout circuit of a ferroelectric memory according to the first embodiment. In FIG. 1, WL represents a word line, BL a bit line, and PL a plate line.
第1の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路10は、WL、PL及びBLに接続されたメモリセル13に記憶されているデータを読み出す回路である。
メモリセル13は、強誘電体キャパシタ13aと、nチャネル型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)(以下nMOSと略す)13bとを有する。強誘電体キャパシタ13aの一端はPLに接続されており、他端はnMOS13bのドレインに接続されている。nMOS13bのソースはBLに接続されており、nMOS13bのゲートはWLに接続されている。
A
The
このようなメモリセル13では、読み出し時や書き込み時に、WLの電位が引き上げられると、nMOS13bがオン状態となり、強誘電体キャパシタ13aの上記他端とBLとが電気的に接続される。なお、nMOS13bは、アクセストランジスタ、またはアクセスゲートなどと呼ばれる場合もある。
In such a
読み出し回路10は、制御回路11とセンスアンプ(図1では“SA”と表記されている)12を有する。
制御回路11は、BLの電位であるビット線電位と、参照電位(VREF1)との比較結果に基づいて、PLとBLとの間の電圧であるメモリセル13の入力電圧が固定されるように入力電圧を制御する。
The
Based on the result of comparison between the bit line potential, which is the potential of BL, and the reference potential (V REF1 ), the
第1の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路10では、制御回路11は、差動増幅器11aを有する。差動増幅器11aは反転入力端子(図1では“-”と表記されている)と非反転入力端子(図1では“+”と表記されている)とを有し、反転入力端子はBLに接続されており、非反転入力端子の電位は、VREF1となっている。また、差動増幅器11aの出力端子は、PLに接続されている。ここで、VREF1は一定の電位であり、後述の参照電位生成回路24(図7参照)によって差動増幅器11aの非反転入力端子に印加される。VREF1は読み出しマージンが適切な大きさになるように、適宜設定される。
In the ferroelectric
差動増幅器11aは、メモリセル13からデータを読み出す際に有効となり、ビット線電位とVREF1との差を増幅した信号を出力してプレート線電位を上昇させる。増幅率は、たとえば、100倍、1000倍などである。
The
このような差動増幅器11aは、ビット線電位がVREF1に達したときに、プレート線電位の上昇を止めることで、メモリセル13の入力電圧を固定する。
センスアンプ12は、PLに接続されている。センスアンプ12は、入力電圧が固定されたときの、プレート線電位と、参照電位(VREF2)との比較結果に基づいて、メモリセル13に記憶されているデータの値を判定し、判定結果であるDATAを出力する。ここで、VREF2は一定の電位であり、後述の参照電位生成回路24(図7参照)によってセンスアンプ12に印加される。VREF2は、たとえば、メモリセル13から“0”が読み出される場合のプレート線電位と、メモリセル13から“1”が読み出される場合のプレート線電位との、中間電位になるように設定されている。
Such a
A
なお、図1には、さらに、nMOS14が示されている。nMOS14のドレインはBLに接続されており、ソースは接地されている。また、nMOS14のゲートにはプリチャージ信号であるPRECHGが入力される。PRECHGは、後述のコントローラ23(図7参照)によって供給される。さらに、図1には、ビット線容量(BLの寄生容量)15が示されている。
Note that FIG. 1 also shows an nMOS 14 . The nMOS 14 has a drain connected to BL and a source grounded. A precharge signal PRECHG is input to the gate of the
このような読み出し回路10では、矢印で示されているように、PLから強誘電体キャパシタ13aに電荷が供給される。
図2は、強誘電体キャパシタのヒステリシス・ループ特性を示す図である。横軸はPLとBL間の電位差(VPL-VBL)(上記のメモリセル13の入力電圧に相当する)、縦軸は分極量Qを表す。
In such a
FIG. 2 is a diagram showing hysteresis loop characteristics of a ferroelectric capacitor. The horizontal axis represents the potential difference (V PL -V BL ) between PL and BL (corresponding to the input voltage of the
図2に示すように、強誘電体キャパシタ13aは、VPL-VBLが0Vのときに分極量Qが異なる2つの安定点をもち、正側の安定点が“0”、負側の安定点が“1”に対応する。なお、正側の安定点を“1”、負側の安定点を“0”としてもよい。
As shown in FIG. 2, the
VPL-VBLが上昇すると、分極量Qがヒステリシス・ループ特性に沿って矢印方向に変化する。このときの分極量Qの変化量ΔQは、正側の安定点から変化する場合よりも、負側の安定点から変化する場合の方が大きい。負側の安定点から変化する場合には、強誘電体の分極反転が生じるためである。 As V PL -V BL increases, the polarization quantity Q changes in the direction of the arrow along the hysteresis loop characteristics. At this time, the amount of change ΔQ in the polarization amount Q is larger when it changes from the stable point on the negative side than when it changes from the stable point on the positive side. This is because polarization reversal occurs in the ferroelectric when changing from the stable point on the negative side.
したがって、たとえば、メモリセル13に“1”が記憶されていた場合、BLに大きな電流が流れ、メモリセル13に“0”が記憶されていた場合、分極反転が生じず、BLにあまり電流が流れない。
Therefore, for example, when "1" is stored in the
図3は、第1の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。図3には、PRECHG、差動増幅器11aのイネーブル信号であるOAEN及びセンスアンプ12のイネーブル信号であるSAENの電位(V)の時間変化が示されている。さらに、図3には、WLの電位であるVWL、PLの電位であるVPL、BLの電位であるVBL及びセンスアンプ12の出力であるDATAの電位(V)の時間変化が示されている。
FIG. 3 is a timing chart showing an example of the operation of the readout circuit of the ferroelectric memory according to the first embodiment. FIG. 3 shows temporal changes in potential (V) of PRECHG, OAEN which is an enable signal for the
PRECHGの電位が、たとえば、電源電位から接地電位(たとえば0V)に立ち下がると(タイミングt1)、nMOS14がオフ状態となり、BLはフローティング状態となる。
When the potential of PRECHG, for example, falls from the power supply potential to the ground potential (for example, 0 V) (timing t1),
VWLが立ち上がり(タイミングt2)、OAENの電位が立ち上がると、差動増幅器11aが動作を開始し、VPLとVBLが上昇を開始する。これによりnMOS13bがオン状態となり、メモリセル13からのデータの読み出しが始まる。このとき、前述の分極反転の有無により、メモリセル13に“1”が記憶されている場合よりも、“0”が記憶されている場合の方が、単位時間当たりの上昇幅が小さい(つまり、上昇速度が遅い)。
When VWL rises (timing t2) and the potential of OAEN rises, the
このため、VBLは、メモリセル13に“1”が記憶されている場合、メモリセル13に“0”が記憶されている場合より早くVREF1に達し(タイミングt3)、差動増幅器11aは、VPLの上昇を止める。これによりVBLの上昇も止まり、メモリセル13の入力電圧(VPL-VBL)が固定される。
Therefore, when "1" is stored in the
一方、VBLは、メモリセル13に“0”が記憶されている場合、メモリセル13に“1”が記憶されている場合より遅くVREF1に達し(タイミングt4)、差動増幅器11aは、VPLの上昇を止める。これによりVBLの上昇も止まり、メモリセル13の入力電圧(VPL-VBL)が固定される。
On the other hand, when "0" is stored in the
その後、OAENの電位が立ち下がることで差動増幅器11aが動作を停止し(タイミングt5)、SAENの電位が立ち上がると、センスアンプ12は、VPLと、VREF2との比較結果に基づいて、メモリセル13に記憶されているデータの値を判定し、判定結果であるDATAを出力する。VPL≧VREF2の場合、DATA=“0”(たとえば、接地電位)となり、VPL<VREF2の場合、DATA=“1”(たとえば、電源電位)となる。
After that, when the potential of OAEN falls, the
その後、判定結果に基づいて、VPLとVBLが設定され(タイミングt6)、VWLがさらに上昇され、メモリセル13への再書き込みが行われる。“0”が再書き込みされる場合、VPLはさらに引き上げられ、VBLは、接地電位に引き下げられる。“1”が再書き込みされる場合、VPLは、接地電位に引き下げられ、VBLはさらに引き上げられる。
After that, VPL and VBL are set based on the determination result (timing t6), VWL is further increased, and rewriting to the
同じWLにメモリセル13が複数接続されている場合(図8参照)、上記の読み出し方法によれば、VPLが各メモリセルについて制御される。このため、同じWLに接続される複数のメモリセルに対する再書き込み時には、“0”を書き込む処理と“1”を書き込む処理を、後述の比較例(図6参照)のように別々のタイミングで行わなくてよい。
When a plurality of
PRECHGの電位が、電源電位に立ち上がると(タイミングt7)、nMOS14がオン状態となり、VBLは接地電位で固定される。
図4は、VPLとBLに供給される電荷量との関係を示す図である。横軸はVPLを表し、縦軸はBLに供給される電荷量(Q)を表す。
When the potential of PRECHG rises to the power supply potential (timing t7), the
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between VPL and the amount of charge supplied to BL. The horizontal axis represents VPL , and the vertical axis represents the amount of charge (Q) supplied to BL.
図4には、メモリセル13に“0”が記憶されている場合と、メモリセル13に“1”が記憶されている場合のVPLとBLに供給される電荷量との関係が示されている。QVREF1は、VBL=VREF1の場合にBLに供給される電荷量を表している。また、VPL1は、メモリセル13に“1”が記憶されている場合において、Q=QVREF1となるときの、VPLである。VPL0は、メモリセル13に“0”が記憶されている場合において、Q=QVREF1となるときの、VPLである。
FIG. 4 shows the relationship between VPL and the amount of charge supplied to BL when "0" is stored in the
したがって、第1の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路10において、読み出しマージンは、VPL0-VPL1である。読み出しマージンは、QVREF1の値によって決まるため、ビット線容量15の影響を受ける。ビット線容量15の大きさと読み出しマージンの大きさとの関係については後述する(図16参照)。
Therefore, in the ferroelectric memory read
上記のような第1の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路10では、制御回路11が、VBLとVREF1との比較結果に基づいて、メモリセル13の入力電圧が固定されるように入力電圧を制御する。
In the ferroelectric
たとえば、VPLが上昇する過程でノイズによりVBLが一時的にVREF1を超え、VPLの上昇が止まっても、VBLが元に戻ると再びVPLは上昇を続け、VBLがVREF1に達したときに、VPLの上昇が止まりメモリセル13の入力電圧が固定される。
For example, even if VBL temporarily exceeds VREF1 due to noise in the process of VPL rising and VPL stops rising, when VBL returns to normal, VPL continues to rise and VBL drops to V When it reaches REF1 , VPL stops rising and the input voltage of
そして、センスアンプ12が、入力電圧が固定されたときの、VPLとVREF2との比較結果に基づいて、メモリセル13に記憶されているデータの値を判定するため、ノイズの影響を受けにくい。
Since the
また、読み出し回路10は、制御回路11が差動増幅器11aを含んでおり、差動増幅器11aにより、VBLとVREF1の差が検出されている。差動増幅器11aのゲインは大きくすることが容易であり、ゲインが大きければ差動増幅器11aの入力オフセットやVREF1のばらつきがあっても正しく動作させることが可能である。
In the
(比較例)
図5は、比較例の強誘電体メモリの一部を示す図である。図1に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。
(Comparative example)
FIG. 5 is a diagram showing part of a ferroelectric memory of a comparative example. Elements that are the same as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals.
図5では、センスアンプ12は、BLに接続されており、VBLとVREFとの比較結果に基づいて、メモリセル13に記憶されているデータの値を判定し、判定結果であるDATAを出力する。
In FIG. 5, the
図6は、比較例の強誘電体メモリの読み出し動作の一例を示すタイミングチャートである。図6には、PRECHG、センスアンプ12のイネーブル信号であるSAENの電位(V)の時間変化が示されている。さらに、図6には、WLの電位であるVWL、PLの電位であるVPL、BLの電位であるVBL及びセンスアンプ12の出力であるDATAの電位(V)の時間変化が示されている。
FIG. 6 is a timing chart showing an example of the read operation of the ferroelectric memory of the comparative example. FIG. 6 shows changes over time in the potential (V) of PRECHG and SAEN, which is an enable signal for the
PRECHGの電位が、たとえば、電源電位から接地電位(たとえば0V)に立ち下がると(タイミングt10)、nMOS14がオフ状態となり、BLはフローティング状態となる。
When the potential of PRECHG, for example, falls from the power supply potential to the ground potential (for example, 0V) (timing t10),
VWLが立ち上がり(タイミングt11)、PLに所定のVPLが印加されると、VBLも上昇を開始する。これによりメモリセル13からのデータの読み出しが始まる。このとき、前述の分極反転の有無により、メモリセル13に“1”が記憶されている場合よりも、“0”が記憶されている場合の方が、VBLの単位時間当たりの上昇幅が小さい(つまり、上昇速度が遅い)。
When VWL rises (timing t11) and a predetermined VPL is applied to PL, VBL also starts to rise. As a result, reading of data from the
SAENの電位が立ち上がると(タイミングt12)、センスアンプ12は、VBLと、VREFとの比較結果に基づいて、メモリセル13に記憶されているデータの値を判定し、判定結果であるDATAを出力する。VBL≧VREFの場合、DATA=“1”(たとえば、電源電位)となり、VBL<VREFの場合、DATA=“0”(たとえば、接地電位)となる。
When the potential of SAEN rises (timing t12), the
その後、“0”の再書き込みを行うために、VPLがそのまま維持された状態でVBLが、接地電位に引き下げられる(タイミングt13)。次に、“1”の再書き込みを行うために、VBLがそのまま維持された状態でVPLが、接地電位に引き下げられる(タイミングt14)。 After that, in order to rewrite "0", VBL is lowered to the ground potential while VPL is maintained as it is (timing t13). Next, in order to rewrite "1", VPL is pulled down to the ground potential while VBL is maintained as it is (timing t14).
PRECHGの電位が、電源電位に立ち上がると(タイミングt15)、nMOS14がオン状態となり、VBLは接地電位で固定される。
このような、比較例の強誘電体メモリでは、強誘電体キャパシタ13aの劣化などにより、読み出しマージンが小さくなると、ノイズの影響を受けやすくなる。
When the potential of PRECHG rises to the power supply potential (timing t15), the
Such a ferroelectric memory of the comparative example becomes susceptible to noise when the read margin becomes small due to deterioration of the
これに対して、第1の実施の形態の強誘電体メモリでは、読み出し回路10を有することで、前述の理由からノイズの影響を受けにくい。
(読み出し回路10が適用される強誘電体メモリの例)
図7は、強誘電体メモリの一例を示す図である。
On the other hand, the ferroelectric memory according to the first embodiment has the
(Example of ferroelectric memory to which
FIG. 7 is a diagram showing an example of a ferroelectric memory.
強誘電体メモリ20は、メモリセルアレイ21、アドレスバッファ22、コントローラ23、参照電位生成回路24、ロウ関連回路部25、コラム関連回路部26を有する。
メモリセルアレイ21は、マトリクス状に配置された複数のメモリセルと、複数のビット線、複数のワード線及び複数のプレート線を有する(後述の図8参照)。
The
The
アドレスバッファ22は、強誘電体メモリ20の外部からアドレスを受信し、受信したアドレスを、ロウ関連回路部25とコラム関連回路部26に供給する。
コントローラ23は、強誘電体メモリ20の外部からコマンド(チップセレクト信号、ライトイネーブル信号、出力イネーブル信号など)を受信する。そして、コントローラ23は、受信したコマンドに基づいて、ロウ関連回路部25やコラム関連回路部26に各種の制御信号(前述のPRECHG、SAENなど)を供給する。
The
The
参照電位生成回路24は、前述の参照電位(VREF1やVREF2)を生成する。
ロウ関連回路部25は、図示を省略しているが、たとえば、ロウデコーダやドライバ回路を含む。ロウデコーダは、アドレスに含まれるロウアドレス(たとえば、アドレス信号の上位側のビット)をデコードすることでロウデコード信号を生成し、生成したロウデコード信号をドライバ回路に供給する。ドライバ回路は、複数のワード線のうち、ロウデコード信号により指定されるワード線に、コントローラ23から供給される制御信号に応じて、所定期間、所定の電圧を印加する。
The reference
The row-related
コラム関連回路部26は、図示を省略しているが、コラムデコーダやライトアンプ、入出力回路の他、図1に示したような読み出し回路10を含む。
図8は、メモリセルアレイの一部とコラム関連回路部の一部の一例を示す図である。
Although not shown, the column-related
FIG. 8 is a diagram showing an example of part of the memory cell array and part of the column-related circuitry.
図8に示すように、メモリセルアレイ21は、図1に示したメモリセル13を含む。読み出し回路10が用いられる場合、同一WLに接続される複数のメモリセルは、それぞれVPLが異なるため、PLはWLに対して直交に配置されている。
As shown in FIG. 8,
また、コラム関連回路部26は、図1に示したnMOS14や、読み出し回路10を含む。さらに、コラム関連回路部26は、コラムデコーダ・ライトアンプ部26a、入出力回路26bを含む。nMOS14や読み出し回路10と同様の構成は、BLとPLによるペアごとに設けられている。
Also, the column-related
コラムデコーダ・ライトアンプ部26aは、たとえば、コラムデコーダ、ライトアンプ、コラムスイッチを含む。コラムデコーダはアドレスに含まれるコラムアドレス(たとえば、アドレス信号の下位側のビット)をデコードすることでコラムデコード信号を生成する。生成されたコラムデコード信号はコラムスイッチに供給され、コラムスイッチは、コラムデコード信号に基づいて、複数のBLや複数のPLのうち、ライトアンプや入出力回路26bに接続するものを選択する。
Column decoder/
入出力回路26bは、たとえば、強誘電体メモリ20の外部から供給されるライトデータを保持するライトバッファを含む。ライトバッファは、書き戻しのため、センスアンプ12が読み出したデータを保持する機能を有していてもよい。
The input/
また、入出力回路26bは、センスアンプ12により判定されたデータの値を保持し、出力する。
読み出し回路10は、以上のような強誘電体メモリ20に適用可能である。
The input/
The
(第2の実施の形態)
図9は、第2の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路の一例を示す図である。図9において、図1に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。なお、図1においてWLはワード線、BLはビット線、PLはプレート線、RWLは参照ワード線、RBLは参照ビット線を表す。
(Second embodiment)
FIG. 9 is a diagram showing an example of a readout circuit of the ferroelectric memory according to the second embodiment. In FIG. 9, the same reference numerals are assigned to the same elements as those shown in FIG. In FIG. 1, WL is a word line, BL is a bit line, PL is a plate line, RWL is a reference word line, and RBL is a reference bit line.
第2の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路30は、第1の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路10と同様に、センスアンプ12と制御回路31とを有する。さらに、読み出し回路30は、キャパシタ32と、nMOS33とを有する。
The ferroelectric
キャパシタ32は、一端がPLに電気的に接続され、他端はnMOS33のドレインに接続されている。nMOS33のソースはRBLに接続されており、nMOS33のゲートはRWLに接続されている。なお、キャパシタ32は、強誘電体キャパシタではなく、印加電圧の増加に比例して保持電荷量が上昇する線形キャパシタである。メモリセル13の読み出し時には、RWLの電位が引き上げられ、nMOS33がオン状態となり、キャパシタ32の上記他端とBLとが電気的に接続される。
The
読み出し回路30の制御回路31は、BLの電位であるVBLとRBLの電位であるVRBLとの比較結果に基づいて、PLとBLとの間の電圧であるメモリセル13の入力電圧が固定されるように入力電圧を制御する。
The
制御回路31は、読み出し回路10の制御回路11と同様に、差動増幅器31aを有しており、差動増幅器31aの反転入力端子はBLに接続されている。一方、差動増幅器31aの非反転入力端子はRBLに接続されている。差動増幅器31aの出力端子は、PLに接続されている。
Like the
差動増幅器31aは、メモリセル13からデータを読み出す際に有効となり、VBLとVRBLとの差を増幅した信号を出力してPLの電位であるVPLを上昇させる。差動増幅器31aは、VBLがVRBLに達したときは、VPLの上昇を止めることで、メモリセル13の入力電圧を固定する。
The differential amplifier 31a becomes effective when reading data from the
センスアンプ12は、PLに接続されている。センスアンプ12は、入力電圧が固定されたときの、VPLと、VREFとの比較結果に基づいて、メモリセル13に記憶されているデータの値を判定し、判定結果であるDATAを出力する。ここで、VREFは一定の電位であり、図7に示した参照電位生成回路24によってセンスアンプ12に印加される。VREFは、たとえば、図1のVREF2と同様に設定される。
A
なお、図9には、さらに、nMOS34が示されている。nMOS34のドレインはRBLに接続されており、ソースは接地されている。また、nMOS34のゲートにはPRECHGが入力される。さらに、図9は、RBLのビット線容量35が示されている。
Note that FIG. 9 also shows an
このような読み出し回路30では、2つの矢印で示されているように、PLから強誘電体キャパシタ13aとキャパシタ32に電荷が供給される。
図10は、第2の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。図10には、PRECHG、差動増幅器31aのイネーブル信号であるOAEN及びセンスアンプ12のイネーブル信号であるSAENの電位(V)の時間変化が示されている。さらに、図10には、WLの電位であるVWL、PLの電位であるVPL、BLの電位であるVBL、RBLの電位であるVRBL及びセンスアンプ12の出力であるDATAの電位(V)の時間変化が示されている。
In such a
FIG. 10 is a timing chart showing an example of the operation of the readout circuit of the ferroelectric memory according to the second embodiment. FIG. 10 shows temporal changes in potential (V) of PRECHG, OAEN which is an enable signal for the differential amplifier 31a, and SAEN which is an enable signal for the
PRECHGの電位が、たとえば、電源電位から接地電位(たとえば0V)に立ち下がると(タイミングt20)、nMOS14,34がオフ状態となり、BLとRBLはフローティング状態となる。
When the potential of PRECHG, for example, falls from the power supply potential to the ground potential (for example, 0V) (timing t20),
VWLが立ち上がり(タイミングt21)、OAENの電位が立ち上がると、差動増幅器31aが動作を開始し、VPLとVBLとが上昇を開始する。これにより、nMOS13bがオン状態となり、メモリセル13からのデータの読み出しが始まる。このとき、前述の分極反転の有無により、メモリセル13に“1”が記憶されている場合よりも、“0”が記憶されている場合の方が、VBLの単位時間当たりの上昇幅が小さい(つまり、上昇速度が遅い)。一方、図示が省略されているが、タイミングt21において、RWLの電位も立ち上がり、nMOS33がオン状態となる。これにより、VRBLは、時間に比例して上昇する。
When VWL rises (timing t21) and the potential of OAEN rises, the differential amplifier 31a starts operating, and VPL and VBL start rising. As a result, the
図10には、VBLとVRBLの立ち上がり部分の拡大図が示されている。メモリセル13に“0”が記憶されている場合と、“1”が記憶されている場合のそれぞれについてのVBLが実線で示されている。一方、VRBLは、拡大図では破線で示されているが、タイミングt22以降は、メモリセル13に“0”が記憶されている場合について示されている。VRBLは、タイミングt22までは、メモリセル13に“0”が記憶されている場合も、“1”が記憶されている場合も同様に変化する。
FIG. 10 shows an enlarged view of the rising portions of V BL and V RBL . A solid line indicates VBL when "0" is stored in the
図10の拡大図に示されているように、メモリセル13に“1”が記憶されている場合、VBLは、タイミングt22においてVRBLに達する。このため、差動増幅器31aは、VPLの上昇を止める。これによりVBLとVRBLも上昇が止まり、メモリセル13の入力電圧(VPL-VBL)が固定される。
As shown in the enlarged view of FIG. 10, when "1" is stored in
一方、メモリセル13に“0”が記憶されている場合、VBLは、VRBLに達しない。このため、VPLは最大値(たとえば、電源電位)になるため上昇を続ける。VPLが最大値に到達すると(タイミングt23)、VBLとVRBLも上昇が止まり、メモリセル13の入力電圧(VPL-VBL)が固定される。
On the other hand, when "0" is stored in
その後、OAENの電位が立ち下がることで差動増幅器31aが動作を停止し(タイミングt24)、SAENの電位が立ち上がると、センスアンプ12は、VPLと、VREFとの比較結果に基づいて、メモリセル13に記憶されているデータの値を判定し、判定結果であるDATAを出力する。VPL≧VREFの場合、DATA=“0”(たとえば、接地電位)となり、VPL<VREFの場合、DATA=“1”(たとえば、電源電位)となる。
After that, when the potential of OAEN falls, the differential amplifier 31a stops operating ( timing t24), and the potential of SAEN rises. It determines the value of the data stored in the
その後、判定結果に基づいて、VPLとVBLが設定され(タイミングt25)、VWLがさらに上昇され、メモリセル13への再書き込みが行われる。“0”が再書き込みされる場合、VPLが維持された状態で、VBLは、接地電位に引き下げられる。“1”が再書き込みされる場合、VPLは、接地電位に引き下げられ、VBLはさらに引き上げられる。
After that, VPL and VBL are set based on the determination result (timing t25), VWL is further increased, and rewriting to the
同じWLにメモリセル13が複数接続されている場合(図8参照)、上記の読み出し方法によれば、VPLが各メモリセルについて制御される。このため、同じWLに接続される複数のメモリセルに対する再書き込み時には、“0”を書き込む場合と“1”を書き込む場合とで、前述の比較例(図6参照)のように別々のタイミングで行わなくてよい。
When a plurality of
PRECHGの電位が、電源電位に立ち上がると(タイミングt26)、nMOS14,34がオン状態となり、VBLとVRBLは接地電位で固定される。
図11は、VPLとBLに供給される電荷量との関係を示す図である。横軸はVPLを表し、縦軸はBLに供給される電荷量(Q)を表す。
When the potential of PRECHG rises to the power supply potential (timing t26), the
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between VPL and the amount of charge supplied to BL. The horizontal axis represents VPL , and the vertical axis represents the amount of charge (Q) supplied to BL.
図11には、メモリセル13に“0”が記憶されている場合と、メモリセル13に“1”が記憶されている場合のVPLとBLに供給される電荷量との関係が示されている。なお、図11には、VPLとRBLに供給される電荷量との関係が破線で示されている。破線の傾きは、キャパシタ32の大きさ(CREF)によって決まる。
FIG. 11 shows the relationship between VPL and the amount of charge supplied to BL when "0" is stored in the
VPL0は、メモリセル13に“0”が記憶されている場合に得られる、VPLの最大値である。VPL1は、メモリセル13に“1”が記憶されている場合において、VBL=VRBLとなるときの、VPLである。
VPL0 is the maximum value of VPL obtained when "0" is stored in the
したがって、第2の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路30において、読み出しマージンは、VPL0-VPL1である。
上記のような第2の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路30では、制御回路31が、VBLとVRBLとの比較結果に基づいて、メモリセル13の入力電圧が固定されるように入力電圧を制御する。
Therefore, in the ferroelectric memory read
In the
たとえば、VPLが上昇する過程でノイズによりVBLが一時的にVRBLを超え、VPLの上昇が止まっても、VBLが元に戻ると再びVPLは上昇を続け、VBLがVRBLに達したときに、VPLの上昇が止まりメモリセル13の入力電圧が固定される。
For example, even if VBL temporarily exceeds V RBL due to noise in the process of VPL rising and VPL stops rising, when VBL returns to normal, VPL continues to rise and VBL drops to V When it reaches RBL , VPL stops rising and the input voltage of
そして、センスアンプ12が、入力電圧が固定されたときの、VPLとVREFとの比較結果に基づいて、メモリセル13に記憶されているデータの値を判定するため、ノイズの影響を受けにくい。
Since the
また、読み出し回路30は、制御回路31が差動増幅器31aを含んでおり、差動増幅器31aにより、VBLとVRBLの差が検出されている。差動増幅器31aのゲインは大きくすることが容易であり、ゲインが大きければ差動増幅器31aの入力オフセットやVRBLのばらつきがあっても正しく動作させることが可能である。
In the
さらに、読み出し回路30は、メモリセル13に“0”が記憶されている場合、VPLは、最大値に到達するまで上昇し、最大値に到達したときに、VBLが固定される。これにより、読み出しマージンを比較的大きくとることができ、さらにノイズの影響を受けにくくすることができる。
Further, the
上記のような読み出し回路30も、図7に示したような強誘電体メモリ20に適用可能である。図8に示したようなコラム関連回路部26の構成を、読み出し回路30の回路構成に合わせて変更すればよい。読み出し回路30が用いられる場合、同一WLに接続される複数のメモリセルは、それぞれVPLが異なるため、PLはWLに対して直交に配置される。
The
(第3の実施の形態)
図12は、第3の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路の一例を示す図である。図12において図1に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。なお、図12においてWLはワード線、BLはビット線、PLはプレート線、RWLは参照ワード線、RBLは参照ビット線を表す。
(Third Embodiment)
FIG. 12 is a diagram showing an example of a readout circuit of the ferroelectric memory according to the third embodiment. Elements in FIG. 12 that are the same as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 12, WL is a word line, BL is a bit line, PL is a plate line, RWL is a reference word line, and RBL is a reference bit line.
第3の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路40は、第1の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路10と同様に、センスアンプ12と制御回路41とを有する。さらに、読み出し回路40は、キャパシタ42と、nMOS43とを有する。
The ferroelectric
キャパシタ42は、一端が接地され、他端はnMOS43のソースに接続されている。nMOS43のドレインはRBLに接続されており、nMOS43のゲートはRWLに接続されている。なお、キャパシタ42は、強誘電体キャパシタではなく、印加電圧の増加に比例して保持電荷量が上昇する線形キャパシタである。メモリセル13の読み出し時には、RWLの電位が引き上げられ、nMOS43がオン状態となり、キャパシタ42の上記他端とBLとが電気的に接続される。
The
読み出し回路40の制御回路41は、BLの電位であるVBLとRBLの電位であるVRBLとの比較結果に基づいて、PLとBLとの間の電圧であるメモリセル13の入力電圧が固定されるように入力電圧を制御する。
The
制御回路41は、読み出し回路10の制御回路11と同様に、差動増幅器41aを有している。さらに、制御回路41は、pチャネル型MOSFET(以下pMOSと略す)41b,41cとを含む。
The
差動増幅器41aにおいて、反転入力端子はBLに接続されており、非反転入力端子はRBLに接続されている。また、差動増幅器41aの出力端子は、pMOS41b,41cのゲートに接続されている。pMOS41bのドレインには、RBLが接続されており、pMOS41cのドレインには、BLが接続されている。pMOS41b,41cのソースには、電源電圧(VDD)が印加される。
In the
差動増幅器41aは、メモリセル13からデータを読み出す際に有効となり、出力信号により、BLとRBLの電流量を制御するような機能を有する。差動増幅器41aは、後述のようにVBLがVRBLを下回ったときに、pMOS41b,41cをオフ状態とする出力信号を出力する。これによりVBLの上昇が止まり、VBLは固定される。
The
第3の実施の形態の強誘電体メモリにおいて、メモリセル13の読み出し時には、VPLは接地電位(たとえば、0V)で固定される。このため、VBLの上昇が止まり、VBLが固定されると、メモリセル13の入力電圧も固定される。
In the ferroelectric memory according to the third embodiment, VPL is fixed at the ground potential (0 V, for example) when the
読み出し回路40において、センスアンプ12は、BLに接続されている。センスアンプ12は、入力電圧が固定されたときの、VBLと、VREFとの比較結果に基づいて、メモリセル13に記憶されているデータの値を判定し、判定結果であるDATAを出力する。ここで、VREFは一定の電位であり、図7に示した参照電位生成回路24によってセンスアンプ12に印加される。VREFは、たとえば、図1のVREF2と同様に設定される。
In the
なお、図12には、さらに、nMOS44が示されている。nMOS44のドレインはRBLに接続されており、ソースは接地されている。また、nMOS34のゲートにはPRECHGが入力される。さらに、図12は、RBLのビット線容量45が示されている。
Note that FIG. 12 also shows an
このような読み出し回路40では、2つの矢印で示されているように、RBLからキャパシタ42に電荷が供給され、BLから強誘電体キャパシタ13aに電荷が供給される。
図13は、第3の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。
In such a
FIG. 13 is a timing chart showing an example of the operation of the readout circuit of the ferroelectric memory according to the third embodiment.
図13には、PRECHG、差動増幅器41aのイネーブル信号であるOAEN、センスアンプ12のイネーブル信号であるSAEN、及び差動増幅器41aの出力信号であるAMPOUTの電位(V)の時間変化が示されている。さらに、図13には、WLの電位であるVWL、PLの電位であるVPL、BLの電位であるVBL、RBLの電位であるVRBL及びセンスアンプ12の出力であるDATAの電位(V)の時間変化が示されている。なお、VRBLの時間変化は、破線で示されている。
FIG. 13 shows changes over time in the potential (V) of PRECHG, OAEN which is the enable signal of the
OAENの電位が接地電位の場合、差動増幅器41aは動作せず、差動増幅器41aの出力信号であるAMPOUTは、電源電位となっている。つまり、AMPOUTの初期電位は、電源電位である。このため、pMOS41b,41cはオフ状態である。
When the potential of OAEN is the ground potential, the
PRECHGの電位が、たとえば、電源電位から接地電位(たとえば0V)に立ち下がると(タイミングt30)、nMOS14,44はオフ状態となり、BLとRBLはフローティング状態となる。
When the potential of PRECHG, for example, falls from the power supply potential to the ground potential (for example, 0 V) (timing t30),
VWLが立ち上がり(タイミングt31)、OAENの電位が立ち上がると、nMOS13bがオン状態となり、差動増幅器41aが動作を開始し、VBLが上昇を開始する。これに伴い、AMPOUTの電位も下降を始め、pMOS41b,41cがオン状態となり、VDDにより、BLとRBLが充電される。なお、VPLは、接地電位のままである。
When VWL rises (timing t31) and the potential of OAEN rises, the
これにより、メモリセル13からのデータの読み出しが始まる。第3の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路40を用いた場合、図2に示した場合と異なり、メモリセル13に“0”が記憶されている場合に、分極反転が生じる。このため、メモリセル13に“1”が記憶されている場合よりも、BLから図12の強誘電体キャパシタ13aに引き抜かれる電荷量が増え、VBLの単位時間当たりの上昇幅が小さい(つまり、上昇速度が遅い)。
As a result, reading of data from the
一方、図示が省略されているが、タイミングt31において、RWLの電位も立ち上がり、nMOS43がオン状態となる。これにより、VRBLは、時間に比例して上昇する。
On the other hand, although not shown, at timing t31, the potential of RWL also rises and the
図13には、VBLとVRBLの立ち上がり部分の拡大図が示されている。メモリセル13に“0”が記憶されている場合と、“1”が記憶されている場合のそれぞれについてのVBLが実線で示されている。一方、VRBLは、拡大図では破線で示されている。VRBLは、タイミングt32までは、メモリセル13に“0”が記憶されている場合も、“1”が記憶されている場合も同様に変化する。
FIG. 13 shows an enlarged view of the rising portions of V BL and V RBL . A solid line indicates VBL when "0" is stored in the
図13の拡大図に示されているように、VBLは、メモリセル13に“0”が記憶されている場合も、メモリセル13に“1”が記憶されている場合も、VRBLの上昇速度より速い。ただ、メモリセル13に“0”が記憶されている場合、しだいに上昇速度が遅くなり、タイミングt32において、VBLはVRBLを下回る。このとき、AMPOUTの電位は上昇に転じ、pMOS41b,41cがオフ状態となり、VBLとVRBLが固定される。
As shown in the enlarged view of FIG. 13, VBL is equal to V RBL when "0" is stored in
一方、メモリセル13に“1”が記憶されている場合、VBLは電源電位(たとえば、VDD)に達し固定され、その後、VRBLも電源電位に達し固定される。
VPLは接地電位で固定されているため、上記のようにVBLが固定されることで、メモリセル13の入力電圧(VPL-VBL)が固定される。
On the other hand, when "1" is stored in the
Since V PL is fixed at the ground potential, the input voltage (V PL −V BL ) of
その後、信号OAENの電位が立ち下がることで差動増幅器41aが動作を停止し(タイミングt33)、信号SAENの電位が立ち上がる(タイミングt34)。これにより、センスアンプ12は、VBLと、VREFとの比較結果に基づいて、メモリセル13に記憶されているデータの値を判定し、判定結果であるDATAを出力する。VBL≧VREFの場合、DATA=“1”(たとえば、電源電位)となり、VBL<VREFの場合、DATA=“0”(たとえば、接地電位)となる。
After that, the potential of the signal OAEN falls to stop the operation of the
その後、VWLがさらに上昇され、メモリセル13への再書き込みが行われる(タイミングt35)。まずは、VBLとVPLがそのまま維持された状態で、“1”の再書き込みが行われ、次に、“1”の再書き込みを行うために、VBLがそのまま維持された状態でVPLが、所定の電位に引き上げられる(タイミングt36)。
After that, VWL is further increased, and rewriting to the
信号PRECHGの電位が、電源電位に立ち上がると(タイミングt37)、nMOS14,44がオン状態となり、VBLとVRBLは接地電位で固定される。
図14は、VBL及びVRBLと強誘電体キャパシタに供給される電荷量との関係を示す図である。横軸はVPLを表し、縦軸は強誘電体キャパシタ13aに供給される電荷量(Q)を表す。
When the potential of the signal PRECHG rises to the power supply potential (timing t37), the
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between V BL and V RBL and the amount of charge supplied to the ferroelectric capacitor. The horizontal axis represents VPL , and the vertical axis represents the amount of charge (Q) supplied to the
図14には、メモリセル13に“0”が記憶されている場合と、メモリセル13に“1”が記憶されている場合のVBL及びVRBLとBLに供給される電荷量との関係が示されている。なお、図14には、VBLと電荷量との関係が実線で示され、VRBLと電荷量との関係が破線で示されている。破線の傾きは、キャパシタ32の大きさ(CREF)によって決まる。
FIG. 14 shows the relationship between V BL and V RBL when "0" is stored in the
VBL0は、メモリセル13に“0”が記憶されている場合において、VBL=VRBLとなるときの、VBLである。VBL1は、メモリセル13に“1”が記憶されている場合に得られる、VBLの最大値である。
V BL0 is V BL when V BL =V RBL when "0" is stored in the
したがって、第3の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路40において、読み出しマージンは、VBL1-VBL0である。
上記のような第3の実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路40では、制御回路41が、VBLとVRBLの比較結果に基づいて、メモリセル13の入力電圧が固定されるように入力電圧を制御する。
Therefore, in the ferroelectric memory read
In the ferroelectric
そして、センスアンプ12が、入力電圧が固定されたときの、VBLとVREFとの比較結果に基づいて、メモリセル13に記憶されているデータの値を判定するため、ノイズの影響を受けにくい。
Since the
また、読み出し回路40は、制御回路41が差動増幅器41aを含んでおり、差動増幅器41aにより、VBLとVRBLの差が検出されている。差動増幅器41aのゲインは大きくすることが容易であり、ゲインが大きければ差動増幅器41aの入力オフセットやVRBLのばらつきがあっても正しく動作させることが可能である。
Further, in the
上記のような読み出し回路40も、図7に示したような強誘電体メモリ20に適用可能である。図8に示したようなコラム関連回路部26の構成を、読み出し回路40の回路構成に合わせて変更すればよい。
The
なお、読み出し回路40が用いられる場合、同一WLに接続される複数のメモリセルは、それぞれVPLが同じでよいため、PLは、WLに対して平行に配置されていてもよいし、直交に配置されていてもよい。
Note that when the
(ビット線容量の大きさと読み出しマージンの大きさとの関係)
以下、上記各実施の形態の強誘電体メモリの読み出し回路10,30,40を用いた場合の、ビット線容量15の大きさと読み出しマージンの大きさとの関係を説明する。まず、図5に示した比較例の強誘電体メモリにおけるビット線容量15の大きさと読み出しマージンの大きさとの関係について説明する。
(Relationship Between Bit Line Capacitance and Read Margin)
The relationship between the magnitude of the
図15は、比較例の強誘電体メモリについてのビット線容量の大きさと読み出しマージンの大きさとの関係を示す図である。図15には、横軸がVPL、縦軸がΔQ(BLに供給される電荷の変化量)を表すVPL-ΔQ特性のグラフと、横軸がビット線容量15の大きさ(CBL)を表し、縦軸がVBLを表すCBL-VBL特性を示すグラフが示されている。 FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the magnitude of the bit line capacitance and the magnitude of the read margin for the ferroelectric memory of the comparative example. FIG. 15 shows a V PL -ΔQ characteristic graph in which the horizontal axis represents V PL , the vertical axis represents ΔQ (the amount of change in charge supplied to BL), and the horizontal axis represents the magnitude of bit line capacitance 15 (C BL ) with the vertical axis representing V BL .
VPL-ΔQ特性を示すグラフにおいて、傾きがCBLであり、ΔQ=CBL×VBLという式で表される直線が示されている。VBLは、強誘電体キャパシタ13aとビット線容量15との容量分割により決まる。
In the graph showing the V PL -ΔQ characteristic, a straight line having a slope of C BL and represented by the formula ΔQ=C BL ×V BL is shown. VBL is determined by capacitance division between the
上記式で表される直線と、メモリセル13に“0”が記憶されている場合及び“1”が記憶されている場合のそれぞれのVPL-ΔQ特性の線との交点間の電位差が、読み出しマージン(比較例ではΔVBL)に相当する。
The potential difference between the intersections of the straight line represented by the above formula and the V PL -ΔQ characteristic lines when "0" and "1" are stored in the
比較例の強誘電体メモリでは、CBL-VBL特性を示すグラフに示されているように、ΔVBLは、CBL=CBL1では小さく、CBL=CBL2に増加すると大きくなるが、CBL=CBL3にさらに増加すると小さくなる。 In the ferroelectric memory of the comparative example, as shown in the graph showing the C BL -V BL characteristics, ΔV BL is small when C BL =C BL1 and increases when C BL =C BL2 is increased. A further increase to C BL =C BL3 reduces it.
図16は、第1の実施の形態の強誘電体メモリについてのビット線容量の大きさと読み出しマージンの大きさとの関係を示す図である。図16には、横軸がVPL、縦軸がΔQ(BLに供給される電荷の変化量)を表すVPL-ΔQ特性のグラフと、横軸がビット線容量15の大きさ(CBL)を表し、縦軸がVPLを表すCBL-VPL特性を示すグラフが示されている。 FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the magnitude of the bit line capacitance and the magnitude of the read margin for the ferroelectric memory of the first embodiment. FIG. 16 shows a V PL -ΔQ characteristic graph in which the horizontal axis represents V PL , the vertical axis represents ΔQ (amount of change in charge supplied to BL), and the horizontal axis represents the magnitude of bit line capacitance 15 (C BL ) with the vertical axis representing V PL .
VPL-ΔQ特性を示すグラフにおいて、VBL=ΔQ/CBL=VREF1となるときのVPLが、メモリセル13に“0”が記憶されている場合及び“1”が記憶されている場合のそれぞれについて決まる。
In the graph showing the V PL -ΔQ characteristic, the V PL when V BL =ΔQ/C BL =V REF1 is stored in the
図16では、メモリセル13に“0”が記憶されている場合に、VBL0=ΔQ/CBL2=VREF1となるときのVPL0と、メモリセル13に“1”が記憶されている場合に、VBL1=ΔQ/CBL2=VREF1となるときのVPL1とが示されている。VPL0とVPL1との差(ΔVPL)が、CBL=CBL2のときの読み出しマージンに相当する。
In FIG. 16, V PL0 when V BL0 =ΔQ/C BL2 =V REF1 when "0" is stored in the
第1の実施の形態の強誘電体メモリでは、CBL-VPL特性を示すグラフに示されているように、ΔVPLは、CBL=CBL1では小さく、CBL=CBL2に増加すると大きくなるが、CBL=CBL3にさらに増加すると小さくなる。 In the ferroelectric memory of the first embodiment, ΔV PL is small at C BL =C BL1 and increases to C BL =C BL2 , as shown in the graph showing the C BL -V PL characteristics. Larger, but smaller with further increase to C BL =C BL3 .
このように、比較例と第1の実施の形態の強誘電体メモリでは、読み出しマージンを大きくするためには、ビット線容量15のCBLを適切な値にすることが望ましい。
図17は、第2の実施の形態の強誘電体メモリについてのビット線容量の大きさと読み出しマージンの大きさとの関係を示す図である。図17には、横軸がVPL、縦軸がΔQ(BLに供給される電荷の変化量)を表すVPL-ΔQ特性のグラフと、横軸がビット線容量15の大きさ(CBL)を表し、縦軸がVPLを表すCBL-VPL特性を示すグラフが示されている。
Thus, in the ferroelectric memories of the comparative example and the first embodiment, it is desirable to set CBL of the
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the magnitude of the bit line capacitance and the magnitude of the read margin for the ferroelectric memory of the second embodiment. FIG. 17 shows a V PL -ΔQ characteristic graph in which the horizontal axis represents V PL , the vertical axis represents ΔQ (the amount of change in charge supplied to BL), and the horizontal axis represents the magnitude of bit line capacitance 15 (C BL ) with the vertical axis representing V PL .
なお、VPL-ΔQ特性のグラフにおいて、VPLとRBLに供給される電荷の変化量との関係が破線で示されている。破線の傾きは、キャパシタ32の大きさ(CREF)によって決まる。 In the V PL -ΔQ characteristic graph, the relationship between V PL and the amount of change in charge supplied to RBL is indicated by a broken line. The slope of the dashed line is determined by the size of capacitor 32 (C REF ).
第2の実施の形態の強誘電体メモリでは、前述のように、メモリセル13に“0”が記憶されている場合の読み出し時には、VPLは最大値(VPL0)に固定される。一方、メモリセル13に“1”が記憶されている場合の読み出し時のΔQは、図17の破線と、VPL-ΔQ特性の線との交点であり、CBLによらず一定である。
In the ferroelectric memory of the second embodiment, V PL is fixed to the maximum value (V PL0 ) during reading when "0" is stored in the
図17では、メモリセル13に“1”が記憶されている場合に、CBL=CBL2のときのVPL1が示されている。このVPL0とVPL1との差(ΔVPL)が、CBL=CBL2のときの読み出しマージンに相当する。
FIG. 17 shows V PL1 when C BL =C BL2 when "1" is stored in
第2の実施の形態の強誘電体メモリでは、CBL-VPL特性を示すグラフに示されているように、ΔVPLは、CBLが増加するほど大きくなる。
このように、第2の実施の形態の強誘電体メモリでは、CBLを大きくすれば、読み出しマージンを大きくすることができる。ただ、CBLが大きくなると、差動増幅器31aの入力信号が小さくなるため、どれだけCBLを大きくできるかについては、差動増幅器31aの能力による。
In the ferroelectric memory of the second embodiment, ΔV PL increases as C BL increases, as shown in the graph showing the C BL -V PL characteristics.
Thus, in the ferroelectric memory of the second embodiment, the read margin can be increased by increasing CBL . However, when CBL increases, the input signal to the differential amplifier 31a decreases, so how much CBL can be increased depends on the capability of the differential amplifier 31a.
図18は、第3の実施の形態の強誘電体メモリについてのビット線容量の大きさと読み出しマージンの大きさとの関係を示す図である。図18には、横軸がVBL、縦軸がΔQ(強誘電体キャパシタ13aに供給される電荷の変化量)を表すVBL-ΔQ特性のグラフと、横軸がビット線容量15の大きさ(CBL)を表し、縦軸がVBLを表すCBL-VBL特性を示すグラフが示されている。
FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the magnitude of the bit line capacitance and the magnitude of the read margin for the ferroelectric memory of the third embodiment. FIG. 18 shows a V BL -ΔQ characteristic graph in which the horizontal axis represents V BL , the vertical axis represents ΔQ (the amount of change in charge supplied to the
なお、VBL-ΔQ特性のグラフにおいて、VRBLとRBLに供給される電荷の変化量との関係が破線で示されている。破線の傾きは、キャパシタ42の大きさ(CREF)によって決まる。 In the V BL -ΔQ characteristic graph, the broken line indicates the relationship between V RBL and the amount of change in charge supplied to RBL. The slope of the dashed line is determined by the size of capacitor 42 (C REF ).
第3の実施の形態の強誘電体メモリでは、前述のように、メモリセル13に“1”が記憶されている場合の読み出し時には、VBLは最大値(VBL1)に固定される。一方、メモリセル13に“1”が記憶されている場合の読み出し時のΔQは、図18の破線と、VBL-ΔQ特性の線との交点であり、CBLによらず一定である。この交点におけるVBL1と、VBL0との差、すなわち、VBL0-VBL1が、読み出しマージンに相当する。
In the ferroelectric memory of the third embodiment, as described above, V BL is fixed to the maximum value (V BL1 ) during reading when "1" is stored in the
第3の実施の形態の強誘電体メモリでは、CBL-VBL特性を示すグラフに示されているように、ΔVBLは、CBLにかかわらず、一定である。
このように、第3の実施の形態の強誘電体メモリでは、CBLによらず、読み出しマージンを一定の大きさとすることができる。ただ、CBLが大きくなると、差動増幅器41aの入力信号が小さくなるため、どれだけCBLを大きくできるかについては、差動増幅器41aの能力による。
In the ferroelectric memory of the third embodiment, ΔV BL is constant regardless of C BL , as shown in the graph showing the C BL -V BL characteristics.
Thus, in the ferroelectric memory according to the third embodiment, the read margin can be made constant regardless of the CBL . However, when CBL increases, the input signal to the
以上、実施の形態に基づき、本発明の強誘電体メモリの読み出し回路、強誘電体メモリ及び強誘電体メモリの読み出し方法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。 As described above, one aspect of the reading circuit of the ferroelectric memory, the ferroelectric memory, and the reading method of the ferroelectric memory of the present invention has been described based on the embodiments, but these are only examples, and the above description is not limited to
たとえば、nMOSの代わりにpMOSを用いるなど、適宜回路構成を変更可能である。 For example, the circuit configuration can be changed as appropriate, such as using pMOS instead of nMOS.
10 読み出し回路
11 制御回路
11a 差動増幅器
12 センスアンプ
13 メモリセル
13a 強誘電体キャパシタ
13b,14 nMOS
15 ビット線容量
REFERENCE SIGNS
15 bit line capacity
Claims (9)
前記メモリセルからのデータの読み出し時に、前記強誘電体キャパシタの一方の端子に電気的に接続されるビット線の電位であるビット線電位と、第1の参照電位との比較結果に基づいて、前記強誘電体キャパシタの他方の端子に電気的に接続されるプレート線と、前記ビット線との間の電圧である前記メモリセルの入力電圧が固定されるように前記入力電圧を制御する制御回路と、
前記入力電圧が固定されたときの、前記ビット線電位または前記プレート線の電位であるプレート線電位と、第2の参照電位との比較結果に基づいて、前記データの値を判定するセンスアンプと、
を有する強誘電体メモリの読み出し回路。 In a ferroelectric memory readout circuit comprising memory cells including ferroelectric capacitors,
When reading data from the memory cell, based on a comparison result between a bit line potential, which is the potential of the bit line electrically connected to one terminal of the ferroelectric capacitor, and a first reference potential, A control circuit for controlling the input voltage between the plate line electrically connected to the other terminal of the ferroelectric capacitor and the bit line so that the input voltage of the memory cell is fixed. and,
a sense amplifier that determines the value of the data based on a comparison result between the bit line potential or the plate line potential, which is the potential of the plate line when the input voltage is fixed, and a second reference potential; ,
A readout circuit of a ferroelectric memory having
前記制御回路は、前記ビット線電位が前記第1の参照電位に達したときに、前記プレート線電位の上昇を止めることで、前記入力電圧を固定する、請求項1または2に記載の強誘電体メモリの読み出し回路。 the first reference potential is a constant potential;
3. The ferroelectric according to claim 1, wherein said control circuit fixes said input voltage by stopping said plate line potential from increasing when said bit line potential reaches said first reference potential. body memory readout circuit.
前記第1の参照電位は、前記参照ビット線の電位である、
請求項1または2に記載の強誘電体メモリの読み出し回路。 a capacitor having one end electrically connected to the plate line and the other end electrically connected to a reference bit line;
the first reference potential is the potential of the reference bit line;
3. A reading circuit for a ferroelectric memory according to claim 1 or 2.
前記メモリセルに前記第1の値とは異なる第2の値が記憶されている場合、前記プレート線電位は、最大値に到達するまで上昇し、前記最大値に到達したときに、前記ビット線電位が固定される、
請求項4に記載の強誘電体メモリの読み出し回路。 the control circuit fixes the plate line potential when the bit line potential reaches the potential of the reference bit line when a first value is stored in the memory cell;
If the memory cell stores a second value different from the first value, the plate line potential rises until reaching a maximum value, and when the maximum value is reached, the bit line potential the potential is fixed,
5. A reading circuit for a ferroelectric memory according to claim 4.
前記第1の参照電位は、前記参照ビット線の電位である、
請求項1または2に記載の強誘電体メモリの読み出し回路。 a capacitor having one end grounded and the other end electrically connected to a reference bit line;
the first reference potential is the potential of the reference bit line;
3. A reading circuit for a ferroelectric memory according to claim 1 or 2.
前記メモリセルからのデータの読み出し時に、前記強誘電体キャパシタの一方の端子に電気的に接続されるビット線の電位であるビット線電位と、第1の参照電位との比較結果に基づいて、前記強誘電体キャパシタの他方の端子に電気的に接続されるプレート線と、前記ビット線との間の電圧である前記メモリセルの入力電圧が固定されるように前記入力電圧を制御する制御回路と、前記入力電圧が固定されたときの、前記ビット線電位または前記プレート線の電位であるプレート線電位と、第2の参照電位との比較結果に基づいて、前記データの値を判定するセンスアンプと、を備えた読み出し回路と、
を有する強誘電体メモリ。 a memory cell including a ferroelectric capacitor;
When reading data from the memory cell, based on a comparison result between a bit line potential, which is the potential of the bit line electrically connected to one terminal of the ferroelectric capacitor, and a first reference potential, A control circuit for controlling the input voltage between the plate line electrically connected to the other terminal of the ferroelectric capacitor and the bit line so that the input voltage of the memory cell is fixed. and a sense for determining the value of the data based on the result of comparison between the bit line potential or the plate line potential, which is the potential of the plate line when the input voltage is fixed, and a second reference potential. a readout circuit comprising an amplifier; and
ferroelectric memory with
制御回路が、前記メモリセルからのデータの読み出し時に、前記強誘電体キャパシタの一方の端子に電気的に接続されるビット線の電位であるビット線電位と、第1の参照電位との比較結果に基づいて、前記強誘電体キャパシタの他方の端子に電気的に接続されるプレート線と、前記ビット線との間の電圧である前記メモリセルの入力電圧が固定されるように前記入力電圧を制御し、
センスアンプが、前記入力電圧が固定されたときの、前記ビット線電位または前記プレート線の電位であるプレート線電位と、第2の参照電位との比較結果に基づいて、前記データの値を判定する、
強誘電体メモリの読み出し方法。 In a reading method of a ferroelectric memory having memory cells including ferroelectric capacitors,
A control circuit compares a bit line potential, which is a potential of a bit line electrically connected to one terminal of the ferroelectric capacitor, with a first reference potential when data is read from the memory cell. , the input voltage is fixed such that the input voltage of the memory cell, which is the voltage between the plate line electrically connected to the other terminal of the ferroelectric capacitor and the bit line, is fixed. control and
A sense amplifier determines the value of the data based on a comparison result between the bit line potential or the plate line potential, which is the potential of the plate line when the input voltage is fixed, and a second reference potential. do,
A reading method of a ferroelectric memory.
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