JP2828530B2 - Non-volatile storage device - Google Patents

Non-volatile storage device

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JP2828530B2
JP2828530B2 JP27433391A JP27433391A JP2828530B2 JP 2828530 B2 JP2828530 B2 JP 2828530B2 JP 27433391 A JP27433391 A JP 27433391A JP 27433391 A JP27433391 A JP 27433391A JP 2828530 B2 JP2828530 B2 JP 2828530B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電体膜を用いたコ
ンデンサ1個とMOSトランジスタ1個とで構成される
メモリセルが複数接続されたビット線と、該ビット線2
本と接続されるセンス増幅器とを半導体基板上に複数配
列し、該コンデンサの強誘電体膜の分極方向を2情報に
対応させて記憶する不揮発性記憶装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bit line to which a plurality of memory cells each comprising one capacitor using a ferroelectric film and one MOS transistor are connected.
The present invention relates to a nonvolatile memory device in which a plurality of sense amplifiers connected to a book are arranged on a semiconductor substrate, and a polarization direction of a ferroelectric film of the capacitor is stored in correspondence with two pieces of information.

【0002】[0002]

【従来の技術】強誘電体膜を用いたコンデンサ1個とM
OSトランジスタ1個とで構成されるメモリセルにおけ
る2値データ”1”、”0”の書き込みおよび読み出し
は図4ないし図11に示す動作原理で行われる。以下に
この動作原理をコンデンサ1とMOSトランジスタ2で
構成され、ビット線BLおよびワード線X0に接続され
たメモリセル3を例にとって説明する。
2. Description of the Related Art One capacitor using a ferroelectric film and M
Writing and reading of binary data "1" and "0" in a memory cell composed of one OS transistor are performed according to the operation principle shown in FIGS. Hereinafter this operating principle consists of a capacitor 1 and MOS transistor 2, illustrating the memory cell 3 connected to the bit lines BL and word lines X 0 as an example.

【0003】まず、データ”1”の書き込みは、図4に
示すように、ビット線BLに電源電圧VCCを供給すると
ともにワード線X0を”H”レベルにしてMOSトラン
ジスタ2をオンし、これによりコンデンサ1の一端に電
源電圧VCCを供給する。コンデンサ1の他端には1/2
CCの電圧が供給されるようになっている。従って、こ
の場合には、コンデンサ1の両電極間には1/2VCC
電圧が印加されることになり、図5に示すようにこれに
対応した電界EVCCが現れ、コンデンサ1に電荷PSが蓄
積される。
First, when writing data "1", as shown in FIG. 4, the power supply voltage V CC is supplied to the bit line BL, the word line X0 is set to "H" level, and the MOS transistor 2 is turned on. Supplies the power supply voltage V CC to one end of the capacitor 1. 1/2 on the other end of the capacitor 1
A voltage of V CC is supplied. Therefore, in this case, a voltage of 1/2 V CC is applied between both electrodes of the capacitor 1, and an electric field E VCC corresponding thereto appears as shown in FIG. S is accumulated.

【0004】その後、ワード線X0を”L”レベルにし
てMOSトランジスタ2をオフすると、外部電界がなく
なるが、コンデンサ1を構成する強誘電体膜の分極のた
めにコンデンサ1には電荷Prが残留する。この残留電
荷Prは、本不揮発性記憶装置への電源電圧VCCの供給
がストップし、コンデンサ1の他端に1/2VCCの電圧
が供給されなくなっても保持される。従って、本不揮発
性記憶装置によれば、不揮発に情報を保持できる。
[0004] After that, when turned off MOS transistors 2 in the "L" level to the word line X0, but external electric field is eliminated, charge P r is the capacitor 1 due to the polarization of the ferroelectric film constituting the capacitor 1 Remains. This residual charge Pr is retained even when the supply of the power supply voltage V CC to the nonvolatile memory device is stopped and the voltage of 1/2 V CC is not supplied to the other end of the capacitor 1. Therefore, according to the present nonvolatile memory device, information can be held in a nonvolatile manner.

【0005】データ”1”の読み出しは、図6に示すよ
うに、読み出し動作に先立ってビット線BLをVCCレベ
ルにプリチャージして行われる。続いて、この状態から
ワード線X0を”H”レベルにしてMOSトランジスタ
2をオンする。これにより、電源電圧VCCにプリチャー
ジされたビット線BLの電荷がコンデンサ1に供給さ
れ、チャージシェアーを起こす。
As shown in FIG. 6, the reading of data "1" is performed by precharging the bit line BL to the Vcc level prior to the reading operation. Subsequently, from this state, the word line X0 is set at "H" level to turn on the MOS transistor 2. As a result, the electric charge of the bit line BL precharged to the power supply voltage V CC is supplied to the capacitor 1 to cause charge sharing.

【0006】ここで、ビット線BLの容量はメモリセル
3のコンデンサ1の容量に比べて通常の場合10倍以上
大きいと考えられるので、コンデンサ1の一端には電源
電圧VCCレベルに近い電圧が供給されることになる。従
って、データ”1”の読み出し時には、コンデンサ1の
両電極間には1/2VCCに近い電圧が印加されるので、
図7に示すようにこれに対応した電界EVCCが現れ、コ
ンデンサ1には電荷Psが蓄積される。この時、ビット
線BLからコンデンサ1に移動する電荷量はPs−Pr
なる。
Here, since the capacity of the bit line BL is generally considered to be ten times or more larger than the capacity of the capacitor 1 of the memory cell 3, a voltage close to the power supply voltage V CC level is applied to one end of the capacitor 1. Will be supplied. Therefore, when data "1" is read, a voltage close to 1/2 V CC is applied between both electrodes of the capacitor 1, so that
As shown in FIG. 7, an electric field E VCC corresponding to this appears, and the electric charge P s is accumulated in the capacitor 1. At this time, the amount of charge transferred from bit line BL to the capacitor 1 becomes P s -P r.

【0007】今、ビット線BLの容量をCB、コンデン
サ1の容量をCSとすると、データ”1”を読み出した
場合のビット線BLの電圧レベルVBIT1は下記(1)式
で与えられる。
Assuming that the capacity of the bit line BL is C B and the capacity of the capacitor 1 is C S , the voltage level V BIT1 of the bit line BL when data “1” is read is given by the following equation (1). .

【0008】すなわち、 VCC・CB−(PS−Pr)=VBIT1・(CB+CS)の関
係が成立するので、これを展開すると、 VBIT1=(VCC・CB−(PS−Pr))/(CB+CS) ・・・(1) となる。
That is, since the relationship of V cc · C B- (P S -P r ) = V BIT1 · (C B + C S ) is established, if this is expanded, V BIT1 = (V CC · C B- to become (P S -P r)) / (C B + C S) ··· (1).

【0009】一方、データ”0”の書き込みは、図8に
示すように、ビット線BLにGNDレベル(0V)を供
給すると共に、ワード線X0を”H”レベルにしてMO
Sトランジスタ2をオンし、これによりGNDレベルを
コンデンサ1の他端に供給する。この時、コンデンサ1
の両電極間には−1/2VCCの電圧が印加されるので、
図9に示すようにこれに対応した電界EGNDが現れ、コ
ンデンサ1に電荷−Psが蓄積される。
On the other hand, the writing of data "0", as shown in FIG. 8, supplies a GND level (0V) to the bit lines BL, word lines X 0 in the "H" level MO
The S transistor 2 is turned on, thereby supplying the GND level to the other end of the capacitor 1. At this time, the capacitor 1
Since a voltage of -1 / 2V CC is applied between both electrodes,
It appears an electric field E GND corresponding thereto as shown in FIG. 9, the charge -P s is stored in the capacitor 1.

【0010】その後、ワード線X0を”L”レベルにし
てMOSトランジスタ2をオフすると、外部電界がなく
なるが、強誘電体膜の分極のために電荷−Prが残留す
る。この残留電荷−Prは本不揮発性記憶装置への電源
電圧VCCの供給がストップし、コンデンサの他端に1/
2VCCの電圧が供給されなくなっても保持されるので、
不揮発に情報を保持できる。
[0010] After that, when turned off MOS transistors 2 in the "L" level of the word line X 0, but external electric field is eliminated, charges -P r for polarization of the ferroelectric film remains. The supply of the power supply voltage V CC to the nonvolatile memory device is stopped, and the residual charge −P r is 1 /
Even if the voltage of 2V CC is not supplied, it is maintained
Information can be held in a nonvolatile manner.

【0011】データ”0”の読み出しは、図10に示す
ように、読み出し動作に先立ってビット線BLをVCC
ベルにプリチャージする。続いて、ワード線X0を”
H”レベルにしてMOSトランジスタ2をオンする。こ
れにより電源電圧VCCにプリチャージされたビット線B
Lの電荷がコンデンサ1に供給され、チャージシェアー
を起こす。ビット線BLの容量は上記のように、メモリ
セル3のコンデンサ1の容量に比べて通常の場合10倍
以上大きいと考えられるので、コンデンサ1の一端には
電源電圧VCCに近い電源が供給されることになる。
For reading data "0", as shown in FIG. 10, the bit line BL is precharged to the Vcc level prior to the read operation. Subsequently, the word line X 0 is set to “
H level to turn on the MOS transistor 2. Thereby, the bit line B precharged to the power supply voltage V CC
The charge of L is supplied to the capacitor 1 to cause charge sharing. As described above, since the capacity of the bit line BL is generally considered to be ten times or more larger than the capacity of the capacitor 1 of the memory cell 3, power close to the power supply voltage V CC is supplied to one end of the capacitor 1. Will be.

【0012】コンデンサ1の両電極間には1/2VCC
近い電圧が印加されるので、図11に示すようにこれに
対応した電界EVCCが現れ、コンデンサ1に電荷PSが蓄
積される。この時、ビット線BLからコンデンサ1に移
動する電荷量はPs+Prとなる。上記同様に、ビット線
BLの容量をCB、コンデンサ1の容量をCSとすると、
データ”1”を読み出した場合のビット線BLの電圧レ
ベルVBIT0は下記(2)式で与えられる。
Since a voltage close to 1/2 V CC is applied between both electrodes of the capacitor 1, an electric field E VCC corresponding thereto appears as shown in FIG. 11, and the charge P S is accumulated in the capacitor 1. . At this time, the amount of charge transferred from bit line BL to the capacitor 1 becomes P s + P r. Similarly to the above, if the capacity of the bit line BL is C B and the capacity of the capacitor 1 is C S ,
The voltage level V BIT0 of the bit line BL when data “1” is read is given by the following equation (2).

【0013】すなわち、 VCC・CB−(PS+Pr)=VBIT0・(CB+CS)の関
係が成立するので、 VBIT0=(VCC・CB−(PS+Pr)/(CB+CS) ・・・(2) となる。
That is, since the relationship of V CC · C B- (P S + P r ) = V BIT0 · (C B + C S ) is established, V BIT0 = (V CC · C B- (P S + P r ). / (C B + C S ) (2)

【0014】強誘電体膜を用いたコンデンサ1個とMO
Sトランジスタ1個で構成され、上記のような動作原理
で2値データ”1”、”0”の書き込み・読み出しが行
われるメモリセルを用いた不揮発性記憶装置の一従来例
として、本願出願人が特願平3-252038号で提案した不揮
発性記憶装置がある。図12はこの不揮発性記憶装置の
回路構成の一部、すなわち列方向に複数本配線されるビ
ット線の内の2本およびこれの周辺構成を示す。
One capacitor using a ferroelectric film and an MO
As a conventional example of a nonvolatile memory device using a memory cell constituted by one S-transistor and in which binary data “1” and “0” are written / read based on the above-mentioned operation principle, There is a nonvolatile memory device proposed in Japanese Patent Application No. 3-252038. FIG. 12 shows a part of the circuit configuration of this nonvolatile memory device, that is, two of a plurality of bit lines wired in the column direction and the peripheral configuration thereof.

【0015】隣接する2本のビット線BL、バーBLの
一端末には両ビット線BL、バーBL間の電位差を増幅
して検出するセンス増幅器30が接続される。また、ビ
ット線BL、バーBLと直交する行方向には複数本のワ
ード線XiおよびYi(i=0〜n)が配線される。な
お、ワード線Xiは一方のビット線BLに接続されたメ
モリセル3のゲートに接続されるワード線を示し、ワー
ド線Yiは他方のビット線バーBLに接続されたメモリ
セル3のゲートに接続されるワード線を示している。
One end of two adjacent bit lines BL and / BL is connected to a sense amplifier 30 for amplifying and detecting a potential difference between the two bit lines BL and / BL. A plurality of word lines Xi and Yi (i = 0 to n) are arranged in a row direction orthogonal to the bit lines BL and the bar BL. The word line Xi indicates a word line connected to the gate of the memory cell 3 connected to one bit line BL, and the word line Yi connects to the gate of the memory cell 3 connected to the other bit line BL. FIG.

【0016】メモリセル3、3はビット線BL、バーB
Lとワード線Xi、Yiで囲まれる領域に配設され、強
誘電体膜を用いたコンデンサ1およびNチャネルMOS
トランジスタ2で構成される。メモリセル3、3とワー
ド線Xi、Yiおよびビット線BL、バーBLとの具体
的な接続態様は以下の通り。
The memory cells 3 and 3 have bit lines BL and bar B
A capacitor 1 using a ferroelectric film and an N-channel MOS disposed in a region surrounded by L and word lines Xi and Yi.
It is composed of a transistor 2. Specific connection modes between the memory cells 3 and 3 and the word lines Xi and Yi and the bit lines BL and / BL are as follows.

【0017】すなわち、ワード線Xi、Yiとして、X
0、Y0を例にとって説明すると、一方のメモリセル3
は、MOSトランジスタ2のドレインをビット線BLに
接続し、且つソースをコンデンサ1の一端に、ゲートを
ワード線X0にそれぞれ接続してある。また、他方のメ
モリセル3は、MOSトランジスタ2のドレインをビッ
ト線バーBLに接続し、且つソースをコンデンサ1の一
端に、ゲートをワード線Y0にそれぞれ接続してある。
コンデンサ1、1の他端には、電源電圧VCCの1/2の
電圧、即ち1/2VCCの電圧が外部から供給されるよう
になっている。
That is, as word lines Xi and Yi, X
0, Y0 as an example, one memory cell 3
Has a drain connected to the bit line BL, a source connected to one end of the capacitor 1, and a gate connected to the word line X0. In the other memory cell 3, the drain of the MOS transistor 2 is connected to the bit line bar BL, the source is connected to one end of the capacitor 1, and the gate is connected to the word line Y0.
The other end of the capacitor 1,1, 1/2 of the voltage of the power supply voltage V CC, that is, the voltage of 1 / 2V CC is adapted to be supplied from the outside.

【0018】上記構成に加えて、各ビット線BL、バー
BLにはダミーセルが2個ずつ接続される。すなわち、
ビット線BLにはダミーセル17a、17bが接続さ
れ、ビット線バーBLにダミーセル17c、17dが接
続されている。これらダミーセル17a、17b、17
c、17dは強誘電体膜を用いたダミーコンデンサ17
0と、MOSトランジスタ171で構成される。ダミー
コンデンサ170の容量はメモリセル3のコンデンサ1
の容量の1/2、即ち、図中に示すように、CD=1/
2CSになっている。MOSトランジスタ171は全て
NチャネルのMOSトランジスタである。
In addition to the above configuration, two dummy cells are connected to each bit line BL and bar BL. That is,
Dummy cells 17a and 17b are connected to the bit line BL, and dummy cells 17c and 17d are connected to the bit line bar BL. These dummy cells 17a, 17b, 17
c and 17d are dummy capacitors 17 using a ferroelectric film.
0 and a MOS transistor 171. The capacity of the dummy capacitor 170 is the capacitor 1 of the memory cell 3.
, That is, as shown in the figure, C D = 1 /
It has become 2C S. The MOS transistors 171 are all N-channel MOS transistors.

【0019】これらのダミーセル17a、17b、17
c、17dは、またダミーセルワード線DXi、DYi
(i=0、1)に接続される。ダミーセル17a、17
b、17c、17dとビット線BL、バーBLおよびダ
ミーセルワード線DXi、DYiとの具体的な接続態様
は以下の通り。
These dummy cells 17a, 17b, 17
c and 17d are also dummy cell word lines DXi and DYi
(I = 0, 1). Dummy cells 17a, 17
Specific connection modes of b, 17c, 17d and bit lines BL, bar BL and dummy cell word lines DXi, DYi are as follows.

【0020】すなわち、ダミーセル17aは、MOSト
ランジスタ171のドレインをビット線BLに、ソース
をダミーコンデンサ170の一端に、ゲートをダミーセ
ルワード線DX0にそれぞれ接続してある。これに対し
て、ダミーセル17bは、MOSトランジスタ171の
ドレインをビット線BLに、ソースをダミーコンデンサ
170の一端に、ゲートをダミーセルワード線DX1に
それぞれ接続してある。また、ダミーセル17cは、M
OSトランジスタ171のドレインをビット線バーBL
に、ソースをダミーコンデンサ170の一端に、ゲート
をダミーセルワード線DY0にそれぞれ接続してある。
これに対して、ダミーセル17dは、MOSトランジス
タ171のドレインをビット線バーBLに、ソースをダ
ミーコンデンサ170の一端に、ゲートをダミーセルワ
ード線DY1にそれぞれ接続してある。上記した4個の
ダミーコンデンサ170、170、170、170の他
端には外部から1/2VCCの電圧が供給されるようにな
っている。
That is, in the dummy cell 17a, the drain of the MOS transistor 171 is connected to the bit line BL, the source is connected to one end of the dummy capacitor 170, and the gate is connected to the dummy cell word line DX0. On the other hand, in the dummy cell 17b, the drain of the MOS transistor 171 is connected to the bit line BL, the source is connected to one end of the dummy capacitor 170, and the gate is connected to the dummy cell word line DX1. Also, the dummy cell 17c
The drain of the OS transistor 171 is connected to the bit line bar BL.
The source is connected to one end of the dummy capacitor 170, and the gate is connected to the dummy cell word line DY0.
On the other hand, in the dummy cell 17d, the drain of the MOS transistor 171 is connected to the bit line bar BL, the source is connected to one end of the dummy capacitor 170, and the gate is connected to the dummy cell word line DY1. The other ends of the four dummy capacitors 170, 170, 170, 170 are supplied with a voltage of 1/2 V CC from outside.

【0021】更に、ビット線BL、バーBL間のセンス
増幅器30と、これに隣接するメモリセル3との間に
は、ビット線イコライズ回路13が配設される。ビット
線イコライズ回路13は、3個のPチャンネルMOSト
ランジスタ10、11および12で構成され、これらの
MOSトランジスタ10、11、12のゲートは全てセ
ンス増幅器30とこれに隣接するワード線X0との間に
配線されたバーΦBEQ信号線21に接続される。また、
MOSトランジスタ10および12のソースはVCCに接
続され、ドレインはそれぞれビット線BLおよびバーB
Lに接続される。一方、MOSトランジスタ11のドレ
インはビット線BLに接続され、ソースはビット線バー
BLに接続されている。
Further, a bit line equalizing circuit 13 is provided between the sense amplifier 30 between the bit lines BL and / BL and the memory cell 3 adjacent thereto. The bit line equalizing circuit 13 is composed of three P-channel MOS transistors 10, 11 and 12, and the gates of these MOS transistors 10, 11 and 12 are all connected between the sense amplifier 30 and the adjacent word line X0. Is connected to the bar Φ BEQ signal line 21. Also,
The sources of MOS transistors 10 and 12 are connected to V CC , and the drains are connected to bit line BL and bar B, respectively.
L. On the other hand, the drain of the MOS transistor 11 is connected to the bit line BL, and the source is connected to the bit line bar BL.

【0022】センス増幅器30は上記のようにビット線
BL、バーBLに接続され、ビット線BL、バーBL間
に現れる微小電位差を増幅して検出する回路であり、増
幅開始を指令するΦs信号、つまり”H”レベルのΦs
号が入力されると増幅動作を開始する。
[0022] Sense amplifier 30 is the bit line BL as described above, is connected to the bar BL, a circuit for detecting and amplifying a small potential difference appearing bit lines BL, between bars BL, [Phi s signal instructing the start amplification That is, when the "H" level Φ s signal is input, the amplification operation starts.

【0023】次に、本不揮発性記憶装置におけるデータ
の読み出し手順を図13に従い説明する。まず、図13
(b)、(e)に示すタイミングでダミーセルワード線
DX0、DY1を”H”レベル(=VCC+△Vレベル)に
設定し、各ビット線BL、バーBLにそれぞれ2個ずつ
接続されたダミーセル17a、17b、17c、17d
の内の一方17a、17dにビット線BL、バーBLか
らの書き込みを行い、ダミーセル17a、17dのダミ
ーコンデンサ170、170の強誘電体膜を分極する。
Next, a data reading procedure in the nonvolatile memory device will be described with reference to FIG. First, FIG.
(B), which is connected to the dummy cell word line DX0, DY1 at the timing shown in (e) is set to "H" level (= V CC + △ V level), each bit line BL, the bar BL two each Dummy cells 17a, 17b, 17c, 17d
Of the dummy cells 17a and 17d are polarized to ferroelectric films of the dummy capacitors 170 and 170 of the dummy cells 17a and 17d.

【0024】続いて、ビット線BL、バーBLの電位を
反転し、図13(c)、(d)に示すタイミングでダミ
ーセルワード線DX1、DY0を”H”レベル(=VCC
△Vレベル)に設定し、ビット線BL、バーBLに接続
された他方のダミーセル17b、17cにビット線B
L、バーBLからの書き込みを行い、ダミーセル17
b、17cのダミーコンデンサ170、170の強誘電
体膜を分極する。ビット線BL、バーBLの電位が反転
された状態で書き込みが行われるため、データ読み出し
前のこのような書き込みにより、ダミーセル17aと1
7bのダミーコンデンサ170、170の強誘電体膜の
分極方向は相互に逆方向になる。また、同様に、ダミー
セル17cと17dのダミーコンデンサ170、170
の強誘電体膜の分極方向も相互に逆方向になる。
Subsequently, the potentials of the bit lines BL and / BL are inverted, and the dummy cell word lines DX1 and DY0 are set to the "H" level (= V CC +) at the timings shown in FIGS.
ΔV level) and the other dummy cells 17b and 17c connected to the bit line BL and bar BL
L, writing is performed from the bar BL, and the dummy cell 17 is written.
Polarize the ferroelectric films of the dummy capacitors 170, 170 of b, 17c. Since writing is performed in a state where the potentials of the bit lines BL and / BL are inverted, such writing before data reading causes the dummy cells 17a and 1
The polarization directions of the ferroelectric films of the dummy capacitors 170 and 170 of 7b are opposite to each other. Similarly, the dummy capacitors 170, 170 of the dummy cells 17c and 17d are also provided.
The polarization directions of the ferroelectric films are also opposite to each other.

【0025】続いて、図13(a)に示すように、ビッ
ト線イコライズ回路13にバーΦBEQ信号線21より”
L”レベル(=GNDレベル)のバーΦBEQ信号を入力
し、ビット線イコライズ回路13を動作させる。即ち、
MOSトランジスタ10、11、12をオンし、ビット
線BL、バーBLをVCCレベルにプリチャージする。
Subsequently, as shown in FIG. 13A, the bit line equalizing circuit 13 applies a signal from the bar Φ BEQ signal line 21 to the bit line equalizing circuit 13.
An L ″ level (= GND level) bar Φ BEQ signal is input, and the bit line equalizing circuit 13 is operated.
The MOS transistors 10, 11, and 12 are turned on, and the bit lines BL and / BL are precharged to the Vcc level.

【0026】続いて、図13(f)に示すタイミングで
ワード線Xi(又はワード線Yi)が”H”レベル(=
CC+△Vレベル)になると、図13(d)、(e)に
示すように、これと同時にダミーセルワード線DY0、
DY1(又はDX0、DX1)が”H”レベルになる。こ
れにより、センス増幅器30に接続された2本のビット
線BL、バーBLの内、一方のビット線BL(又はバー
BL)には選択されたメモリセル3からの分極電荷が読
み出され、他方のビット線バーBL(又はBL)には相
互にダミーコンデンサ170の強誘電体膜の分極方向が
逆になった2個のダミーセル17c、17d(又は17
a、17b)からの電荷が読み出されることになる。
Subsequently, at the timing shown in FIG. 13 (f), the word line Xi (or the word line Yi) goes high (= high).
When becomes V CC + △ V level), as shown in FIG. 13 (d), (e), at the same time a dummy cell word line DY0,
DY1 (or DX0, DX1) becomes "H" level. As a result, the polarization charge from the selected memory cell 3 is read out to one bit line BL (or bar BL) of the two bit lines BL and / BL connected to the sense amplifier 30, and the other bit line BL (or / BL). Bit line bar BL (or BL) has two dummy cells 17c, 17d (or 17) in which the polarization directions of the ferroelectric films of the dummy capacitors 170 are opposite to each other.
a, 17b).

【0027】図13(h)はデータ”1”を読み出した
場合にビット線BL、バーBLに現れる電圧レベルの変
化を示し、図13(i)はデータ”0”を読み出した場
合にビット線BL、バーBLに現れる電圧レベルの変化
を示している。この読み出し動作は、本願出願人が先に
提案した不揮発性記憶装置同様に行われる。従って、メ
モリセル3からの分極電荷が読み出されたビット線BL
(又はバーBL)には、データ”1”の読み出しの場合
は、上記(1)式で示される電圧レベルVBIT1が現れ、
データ”0”の読み出しの場合は上記(2)式で示され
る電圧レベルVBIT0が現れる。一方、ダミーセル17
c、17d(又は17a、17b)からの分極電荷が読
み出されるビット線バーBL(又はBL)には、下記
(3)式で示される電圧レベルVBITDが現れる。
FIG. 13H shows a change in voltage level appearing on the bit lines BL and / BL when data "1" is read, and FIG. 13I shows a bit line when data "0" is read. Changes in voltage levels appearing on BL and bar BL are shown. This read operation is performed in the same manner as the nonvolatile memory device previously proposed by the present applicant. Therefore, the bit line BL from which the polarization charge has been read from the memory cell 3
(Or bar BL), when data “1” is read, a voltage level V BIT1 expressed by the above equation (1) appears.
In the case of reading data “0”, a voltage level V BIT0 expressed by the above equation (2) appears. On the other hand, the dummy cell 17
A voltage level V BITD expressed by the following equation (3) appears on the bit line BL (or BL) from which the polarization charges from c and 17d (or 17a and 17b) are read.

【0028】すなわち、 VCC・CB−(PS−Pr)/2−(PS+Pr)/2=V
BITD・(CB+CS)の関係が成立するので、 VVITD=(VCC・CB−PS)/(CB+CS) ・・・(3) となる。
[0028] That is, V CC · C B - ( P S -P r) / 2- (P S + P r) / 2 = V
Since the relationship between the BITD · (C B + C S ) is satisfied, V VITD = (V CC · C B -P S) / (C B + C S) ··· (3) to become.

【0029】以上の結果により、データ”1”の読み出
しの場合は、ΔV1=VBIT1−VBITDの電位差がセンス
増幅器30の入力となり、ΦS信号が入力されるとセン
ス増幅器30がこの電位差ΔV1を増幅して検出する。
From the above results, when data "1" is read, the potential difference of ΔV 1 = V BIT1 −V BITD becomes the input of the sense amplifier 30, and when the Φ S signal is inputted, the sense amplifier 30 makes this potential difference. ΔV 1 is amplified and detected.

【0030】同様にデータ”0”の読み出しの場合に
は、ΔV0=VBITD−VBIT0の電位差がセンス増幅器3
0の入力となり、ΦS信号が入力されるとセンス増幅器
30がこの電位差ΔV0を増幅して検出する。上記
(1)、(2)、(3)式より電位差ΔV1、ΔV0はそ
れぞれ下記(4)式および(5)式で示される。
Similarly, when data "0" is read, the potential difference of ΔV 0 = V BITD −V BIT0 is applied to the sense amplifier 3.
When the Φ S signal is input, the sense amplifier 30 amplifies and detects the potential difference ΔV 0 . From the above equations (1), (2) and (3), the potential differences ΔV 1 and ΔV 0 are expressed by the following equations (4) and (5), respectively.

【0031】 ΔV1=(VCC・CB−(PS−Pr))/(CB+CS) −(VCC・CB−PS)/(CB+CS)=Pr/(CB+CS)・・・(4) ΔV0=(VCC・CB−(PS+Pr))/(CB+CS) =(CB+CS) ・・・(5) 以上の不揮発性記憶装置によれば、データ”1”とデー
タ”0”の読み出し時において、極性が反対であって絶
対値が等しい検出信号を得ることができるので、デー
タ”1”と”0”の識別、すなわち精度のよい読み出し
が可能になる。
[0031] ΔV 1 = (V CC · C B - (P S -P r)) / (C B + C S) - (V CC · C B -P S) / (C B + C S) = P r / (C B + C S ) (4) ΔV 0 = (V CC · C B- (P S + P r )) / (C B + C S ) = (C B + C S ) (5) According to the non-volatile memory device described above, at the time of reading data "1" and data "0", it is possible to obtain a detection signal having opposite polarities and equal absolute values, so that data "1" and data "0" are obtained. , That is, accurate reading can be performed.

【0032】[0032]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の不揮
発性記憶装置によれば、メモリーセル3がそれぞれ1個
のコンデンサ1とMOSトランジスタ1の合計2素子で
構成されるため、従前の不揮発性記憶装置に比べて効率
的なレイアウトが可能である。しかしながら、1つのビ
ット線に対してダミーセルを2個ずつ接続しなければな
らないため、1ビット線に対して合計4素子(コンデン
サ2個とMOSトランジスタ2個)必要となり、チップ
面積の縮小化を図る上でまだまだ改善の余地があったの
が現状である。
According to the above-described nonvolatile memory device, the memory cell 3 is composed of one capacitor 1 and two MOS transistors 1 in total. An efficient layout is possible as compared with the device. However, since two dummy cells must be connected to one bit line, a total of four elements (two capacitors and two MOS transistors) are required for one bit line, and the chip area is reduced. At present, there is still room for improvement.

【0033】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
ものであり、不揮発性記憶装置の装置構成を更に簡潔化
でき、チップ面積の一層の縮小化が図れる不揮発性記憶
装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a nonvolatile memory device which can further simplify the device configuration of the nonvolatile memory device and can further reduce the chip area. Aim.

【0034】[0034]

【課題を解決するための手段】本発明の不揮発性記憶装
置は、強誘電体膜を用いたコンデンサ1個とMOSトラ
ンジスタ1個とで構成されるメモリセルが複数接続され
たビット線と、該ビット線2本と接続されるセンス増幅
器とを半導体基板上に複数配列し、該コンデンサの強誘
電体膜の分極方向を2情報に対応させて記憶する不揮発
性記憶装置であって、誘電体膜を用いたダミーコンデン
サを該2本のビット線それぞれに1個ずつ接続し、該コ
ンデンサから該ビット線への分極電荷を読み出す前に該
2本のビット線を予め設定した電圧レベルにプリチャー
ジしておき、該センス増幅器に接続された一方のビット
線に該コンデンサからの分極電荷を読み出すと同時に、
該一方のビット線に接続された該ダミーコンデンサによ
り該一方のビット線の電圧レベルを、該コンデンサの該
強誘電体膜の分極方向が一方の方向の場合には該プリチ
ャージレベル以上に昇圧する一方、該強誘電体膜の分極
方向が他方の場合には該プリチャージレベルまでは昇圧
せず、該一方のビット線と、該プリチャージレベルがそ
のまま維持される他方のビット線との間に現れる電位差
を該センス増幅器により増幅してデータの読み出しを行
うようにしてなり、そのことにより上記目的が達成され
る。
According to the present invention, there is provided a nonvolatile memory device comprising: a bit line to which a plurality of memory cells each including one capacitor using a ferroelectric film and one MOS transistor are connected; What is claimed is: 1. A nonvolatile memory device, comprising: a plurality of sense amplifiers connected to two bit lines arranged on a semiconductor substrate; and storing a polarization direction of a ferroelectric film of the capacitor in correspondence with two pieces of information. Is connected to each of the two bit lines, and the two bit lines are precharged to a predetermined voltage level before the polarization charge from the capacitor to the bit line is read out. In addition, at the same time as reading out the polarization charge from the capacitor to one of the bit lines connected to the sense amplifier,
The voltage level of the one bit line is boosted by the dummy capacitor connected to the one bit line to the precharge level or more when the polarization direction of the ferroelectric film of the capacitor is one direction. On the other hand, when the polarization direction of the ferroelectric film is on the other side, the voltage is not boosted to the precharge level, and between the one bit line and the other bit line where the precharge level is maintained as it is. The sense amplifier amplifies the appearing potential difference to read data, thereby achieving the above object.

【0035】また、本発明の不揮発性記憶装置は、強誘
電体膜を用いたコンデンサ1個とMOSトランジスタ1
個とで構成されるメモリセルが複数接続されたビット線
と、該ビット線2本と接続されるセンス増幅器とを半導
体基板上に複数配列し、該コンデンサの強誘電体膜の分
極方向を2情報に対応させて記憶する不揮発性記憶装置
であって、誘電体膜を用いたダミーコンデンサを該2本
のビット線それぞれに1個ずつ接続し、該コンデンサか
ら該ビット線への分極電荷を読み出す前に該2本のビッ
ト線を予め設定した電圧レベルにプリチャージしてお
き、該センス増幅器に接続された一方のビット線に該コ
ンデンサからの分極電荷を読み出すと同時に、他方のビ
ット線に接続された該ダミーコンデンサにより該他方の
ビット線の電圧レベルを、該コンデンサの該強誘電体膜
の分極方向が一方の方向の場合には該一方のビット線よ
りも低い電圧レベルになるように降圧する一方、該強誘
電体膜の分極方向が他方の場合には該一方のビット線よ
りも低い電圧レベルまでは降圧せず、両ビット線間に現
れる電位差を該センス増幅器で増幅してデータの読み出
しを行うようにしてなり、そのことにより上記目的が達
成される。
Further, the nonvolatile memory device according to the present invention includes one capacitor using a ferroelectric film and one MOS transistor.
A plurality of bit lines each having a plurality of memory cells connected thereto and a plurality of sense amplifiers connected to the two bit lines are arranged on a semiconductor substrate, and the polarization direction of the ferroelectric film of the capacitor is set to two. A non-volatile memory device for storing information corresponding to information, wherein one dummy capacitor using a dielectric film is connected to each of the two bit lines, and a polarization charge to the bit line is read from the capacitor. Before the two bit lines are precharged to a preset voltage level, the polarization charge from the capacitor is read out to one of the bit lines connected to the sense amplifier while the other bit line is connected to the other bit line. When the polarization direction of the ferroelectric film of the capacitor is one direction, the voltage level of the other bit line is lower than that of the one bit line by the dummy capacitor. When the polarization direction of the ferroelectric film is the other, the voltage is not lowered to a voltage level lower than that of the one bit line, and the potential difference appearing between the two bit lines is amplified by the sense amplifier. Then, data is read out, thereby achieving the above object.

【0036】[0036]

【作用】上記のように、本発明ではダミーセルとして強
誘電体膜を用いたコンデンサを使用せず、通常の強誘電
体膜を用いたコンデンサを各ビット線に1個ずつ接続す
る。そして、該ダミーセルが接続されたビット線を昇圧
(又は降圧)することにより、従来の4素子で構成され
るダミーセルと同様の機能(その詳細については実施例
で詳述する)を発揮させることができる。
As described above, in the present invention, a capacitor using a ferroelectric film is not used as a dummy cell, but one capacitor using a normal ferroelectric film is connected to each bit line. By boosting (or stepping down) the bit line connected to the dummy cell, the same function as that of the conventional dummy cell including four elements (the details of which will be described in detail in Examples) can be exhibited. it can.

【0037】このことは、従来1個のビット線に対して
4素子必要であったものを、1素子で置換できることを
意味する。従って、本発明によれば、素子数の大幅な低
減が図れる。
This means that one element that has conventionally required four elements for one bit line can be replaced with one element. Therefore, according to the present invention, the number of elements can be significantly reduced.

【0038】[0038]

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0039】図1は本発明不揮発性記憶装置の回路構成
の一部、すなわち列方向に複数本配線されるビット線の
内の2本およびその周辺構成を示す。隣接する2本のビ
ット線BL、バーBLの一端末には両ビット線BL、バ
ーBL間の電位差を増幅して検出するセンス増幅器30
が接続される。また、ビット線BL、バーBLと直交す
る行方向には複数本のワード線XiおよびYi(i=0
〜n)が配線される。なお、ワード線Xiは一方のビッ
ト線BLに接続されたメモリセル3のゲートに接続され
るワード線を示し、ワード線Yiは他方のビット線バー
BLに接続されたメモリセル3のゲートに接続されるワ
ード線を示している。
FIG. 1 shows a part of the circuit configuration of the nonvolatile memory device according to the present invention, that is, two of the bit lines wired in the column direction and the peripheral configuration thereof. One end of two adjacent bit lines BL and / BL has a sense amplifier 30 for amplifying and detecting a potential difference between the two bit lines BL and / BL.
Is connected. A plurality of word lines Xi and Yi (i = 0) are arranged in a row direction orthogonal to the bit lines BL and / BL.
To n) are wired. The word line Xi indicates a word line connected to the gate of the memory cell 3 connected to one bit line BL, and the word line Yi connects to the gate of the memory cell 3 connected to the other bit line BL. FIG.

【0040】メモリセル3、3はビット線BL、バーB
Lとワード線Xi、Yiで囲まれる領域に配設され、強
誘電体膜を用いたコンデンサ1およびNチャネルMOS
トランジスタ2で構成される。メモリセル3、3とワー
ド線Xi、Yiおよびビット線BL、バーBLとの具体
的な接続態様は以下の通り。
The memory cells 3 and 3 have bit lines BL and bar B
A capacitor 1 using a ferroelectric film and an N-channel MOS disposed in a region surrounded by L and word lines Xi and Yi.
It is composed of a transistor 2. Specific connection modes between the memory cells 3 and 3 and the word lines Xi and Yi and the bit lines BL and / BL are as follows.

【0041】すなわち、ワード線Xi、Yiとして、X
0、Y0を例にとって説明すると、一方のメモリセル3
は、MOSトランジスタ2のドレインをビット線BLに
接続し、且つソースをコンデンサ1の一端に、ゲートを
ワード線X0にそれぞれ接続してある。また、他方のメ
モリセル3は、MOSトランジスタ2のドレインをビッ
ト線バーBLに接続し、且つソースをコンデンサ1の一
端に、ゲートをワード線Y0にそれぞれ接続してある。
コンデンサ1、1の他端には、電源電圧VCCの1/2の
電圧、即ち1/2VCCの電圧が外部から供給されるよう
になっている。
That is, as word lines Xi and Yi, X
0, Y0 as an example, one memory cell 3
Has a drain connected to the bit line BL, a source connected to one end of the capacitor 1, and a gate connected to the word line X0. In the other memory cell 3, the drain of the MOS transistor 2 is connected to the bit line bar BL, the source is connected to one end of the capacitor 1, and the gate is connected to the word line Y0.
The other end of the capacitor 1,1, 1/2 of the voltage of the power supply voltage V CC, that is, the voltage of 1 / 2V CC is adapted to be supplied from the outside.

【0042】更に、ビット線BL、バーBL間のセンス
増幅器30と、これに隣接するメモリセル3との間に
は、ビット線イコライズ回路13が配設される。ビット
線イコライズ回路13は、3個のPチャンネルMOSト
ランジスタ10、11および12で構成され、これらの
MOSトランジスタ10、11、12のゲートは全てセ
ンス増幅器30とこれに隣接するワード線X0との間に
配線されたバーΦBEQ信号線21に接続される。また、
MOSトランジスタ10および12のソースはVCCに接
続され、ドレインはそれぞれビット線BLおよびバーB
Lに接続される。一方、MOSトランジスタ11のドレ
インはビット線BLに接続され、ソースはビット線バー
BLに接続されている。
Further, a bit line equalizing circuit 13 is provided between the sense amplifier 30 between the bit lines BL and / BL and the memory cell 3 adjacent thereto. The bit line equalizing circuit 13 is composed of three P-channel MOS transistors 10, 11 and 12, and the gates of these MOS transistors 10, 11 and 12 are all connected between the sense amplifier 30 and the adjacent word line X0. Is connected to the bar Φ BEQ signal line 21. Also,
The sources of MOS transistors 10 and 12 are connected to V CC , and the drains are connected to bit line BL and bar B, respectively.
L. On the other hand, the drain of the MOS transistor 11 is connected to the bit line BL, and the source is connected to the bit line bar BL.

【0043】センス増幅器30は上記のようにビット線
BL、バーBLに接続され、ビット線BL、バーBL間
に現れる微小電位差を増幅して検出する回路であり、増
幅開始を指令するΦs信号、つまり”H”レベルのΦs
号が入力されると増幅動作を開始する。
The sense amplifier 30 is the bit line BL as described above, is connected to the bar BL, a circuit for detecting and amplifying a small potential difference appearing bit lines BL, between bars BL, [Phi s signal instructing the start amplification That is, when the "H" level Φ s signal is input, the amplification operation starts.

【0044】以上の構成は本願出願人が先に特願平3-25
2038号で提案した不揮発性記憶装置の構成と同様であ
り、この不揮発性記憶装置とは以下に示すダミーセル5
の構成が異なる。
The above configuration is described in Japanese Patent Application No. Hei.
The configuration of the nonvolatile memory device is the same as that of the nonvolatile memory device proposed in Japanese Patent No. 2038.
Is different.

【0045】すなわち、本発明不揮発性記憶装置のダミ
ーセル5は、通常の誘電体膜を用いた1個のダミーコン
デンサ4で構成され、該ダミーセル5をビット線BL、
バーBLにそれぞれ接続した回路構成をとる。具体的な
接続態様は以下の通り。
That is, the dummy cell 5 of the nonvolatile memory device of the present invention is composed of one dummy capacitor 4 using a normal dielectric film, and the dummy cell 5 is connected to the bit line BL,
The circuit configuration is connected to the bar BL. The specific connection mode is as follows.

【0046】一方のダミーコンデンサ4は一端がダミー
セルワード線DXに接続され、他端がビット線BLに接
続されている。他方のダミーコンデンサ4は、一端がダ
ミーセルワード線DYに接続され、他端がビット線バー
BLに接続されている。
One dummy capacitor 4 has one end connected to the dummy cell word line DX and the other end connected to the bit line BL. One end of the other dummy capacitor 4 is connected to the dummy cell word line DY, and the other end is connected to the bit line bar BL.

【0047】上記構成の本発明不揮発性記憶装置におい
て、2値データ”1”、”0”の書き込みは、ワード線
Xi、Yiを”H”レベルにして選択されたメモリセル
3のMOSトランジスタ2をオンすると共に、ビット線
BL、バーBLを所定のレベル(VCCレベルまたはGN
Dレベル)にして、コンデンサ1の両電極間に1/2V
CC又は−1/2VCCの電圧を印加し、強誘電体膜の分極
方向を2値情報に対応させて行う。
In the nonvolatile memory device of the present invention having the above structure, writing of the binary data "1" and "0" is performed by setting the word lines Xi and Yi to the "H" level and selecting the MOS transistor 2 of the selected memory cell 3. Is turned on, and the bit lines BL and / BL are set to a predetermined level (V CC level or GN level).
D level) and apply 1 / 2V between both electrodes of the capacitor 1.
A voltage of CC or -1 / 2V CC is applied to make the polarization direction of the ferroelectric film correspond to the binary information.

【0048】次に、図2に従いデータ読み出し動作を具
体的に説明する。まず、読み出しに先立って、ΦBEQ
号線21からビット線イコライズ回路13に与えられる
ΦBEQ信号を”L”レベル(GNDレベル)に設定し、
MOSトランジスタ8、9及び10をオンし、ビット線
BL、バーBLをVCCレベルにプリチャージする(図2
(a)、(g)参照)。
Next, the data read operation will be specifically described with reference to FIG. Prior to reading, the [Phi BEQ signal given from [Phi BEQ signal line 21 to the bit line equalizing circuit 13 is set to "L" level (GND level),
The MOS transistors 8, 9 and 10 are turned on to precharge the bit lines BL and / BL to the Vcc level (FIG. 2).
(See (a) and (g)).

【0049】続いて、図2(b)に示すタイミングでワ
ード線Xiが”L”レベル(GNDレベル)から”H”
レベル(VCC+△Vレベル)に立ち上げられると、ワー
ド線Xiおよびビット線BLに接続されたメモリセル3
の選択が行われ、センス増幅器30に接続された2本の
ビット線BL、バーBLの内のビット線BLに選択され
たメモリセル3からの分極電荷が読み出される。これに
対して、ワード線Yiおよびビット線バーBLに接続さ
れたメモリセル3の選択は、図2(c)に示すタイミン
グで行われ、このとき、ビット線バーBLに選択された
メモリセル3からの分極電荷が読み出される。
Subsequently, at the timing shown in FIG. 2B, the word line Xi changes from "L" level (GND level) to "H".
Level ( Vcc + △ V level), the memory cell 3 connected to the word line Xi and the bit line BL
Is selected, and the polarization charges from the selected memory cell 3 are read out to the bit line BL of the two bit lines BL and / BL connected to the sense amplifier 30. On the other hand, the selection of the memory cell 3 connected to the word line Yi and the bit line bar BL is performed at the timing shown in FIG. 2C. At this time, the memory cell 3 selected by the bit line bar BL is selected. The polarization charge from is read out.

【0050】メモリセル3からの分極電荷が読み出され
たビット線BL(又はバーBL)には、読み出し”1”
の場合上記(1)式で表される電圧VBIT1が現れる。ま
た、読み出し”0”の場合は上記(2)式で表される電
圧VBIT0が現れる。
The bit line BL (or bar BL) from which the polarization charge has been read from the memory cell 3 is read "1".
In this case, the voltage V BIT1 expressed by the above equation (1) appears. In the case of reading “0”, the voltage V BIT0 expressed by the above equation (2) appears.

【0051】続いて、ダミーセルワード線DXが図2
(d)に示すタイミングで”L”レベル(GNDレベ
ル)から”H”レベル(VCCレベル)に立ち上げられる
と、ダミーセル5のダミーコンデンサ4に蓄積された電
荷を利用して、ビット線BLの電圧レベルを昇圧する。
図2(g)中の矢印Aはこの状態を示しており、ビット
線BLに現れる図中実線で示す電圧レベルが上記タイミ
ングでプリチャージレベル(=VCCレベル)よりも高く
設定、すなわち昇圧されていることがわかる。このと
き、図中破線で示すように、センス増幅器30に接続さ
れる他方のビット線バーBLの電圧レベルはプリチャー
ジレベルがそのまま維持されている。そして、このと
き、センス増幅器30が図2(f)中に矢印Cで示すタ
イミングで両ビット線BL、バーBL間に現れる電位差
を増幅して検出する。
Subsequently, the dummy cell word line DX is
When the potential is raised from the “L” level (GND level) to the “H” level (V CC level) at the timing shown in FIG. 4D, the bit line BL is utilized by utilizing the charge accumulated in the dummy capacitor 4 of the dummy cell 5. Voltage level is increased.
The arrow A in FIG. 2G indicates this state, and the voltage level indicated by the solid line in the figure, which appears on the bit line BL, is set higher than the precharge level (= V CC level) at the above timing, that is, the voltage is boosted. You can see that it is. At this time, as indicated by a broken line in the figure, the voltage level of the other bit line / BL connected to the sense amplifier 30 is maintained at the precharge level. At this time, the sense amplifier 30 amplifies and detects the potential difference appearing between the bit lines BL and / BL at the timing indicated by the arrow C in FIG.

【0052】一方、図2(e)で示すタイミングでダミ
ーセルワード線DYが立ち上げられると、図2(g)中
に矢印Bで示すように、上記タイミングでビット線BL
の電圧レベルがプリチャージレベルより少し低いレベル
まで昇圧されるようになっている。このとき、上記とは
逆にビット線BLの電圧レベルはプリチャージレベルが
そのまま維持されている。そして、このとき、センス増
幅器30が図2(f)中に矢印Dで示すタイミングで両
ビット線BL、バーBL間に現れる電位差を増幅して検
出する。
On the other hand, when the dummy cell word line DY rises at the timing shown in FIG. 2E, the bit line BL at the above timing as shown by the arrow B in FIG.
Is boosted to a level slightly lower than the precharge level. At this time, on the contrary, the voltage level of the bit line BL is maintained at the precharge level. At this time, the sense amplifier 30 amplifies and detects the potential difference appearing between the bit lines BL and / BL at the timing indicated by the arrow D in FIG.

【0053】ビット線BLにデータ”1”を読み出す場
合における該ビット線BLの昇圧後の電圧レベルV
BIT1Bは下記(6)式で、また、ビット線バーBLにデ
ータ”0”を読み出す場合における該ビット線バーBL
の昇圧後の電圧レベルVBIT0Bは下記(7)式でそれぞ
れ表される。
When data "1" is read out to the bit line BL, the voltage level V of the bit line BL after being boosted.
BIT1B is expressed by the following equation (6). When data "0" is read out to the bit line bar BL, the bit line bar BL
The voltage level V BIT0B after the boosting is expressed by the following equation (7).

【0054】すなわち、 (CB+CS+CD)・VBIT1=(CB+CS)・VBIT1B
(VBIT1B−VCC)・CDの関係が成立するので、 VBIT1B=VBIT1+VCC・CD/(CB+CS+CD) =(VCC・CB−(PS+Pr))/(CB+CS) +VCC・CD/(CB+CS+CD) ・・・(6) となる。
That is, (C B + C S + C D ) · V BIT1 = (C B + C S ) · V BIT1B +
The relation of (V BIT1B -V CC) · C D is established, V BIT1B = V BIT1 + V CC · C D / (C B + C S + C D) = (V CC · C B - (P S + P r) ) / (C B + C S ) + V CC · C D / (C B + C S + C D ) (6)

【0055】また、(CB+CS+CD)・VBIT0=(CB
+CS)・VBIT0B+(VBIT0B−VCC)・CDの関係が成
立するので、 VBIT0B=VBIT0+VCC・CD/(CB+CS+CD) =(VCC・CB−(PS+Pr))/(CB+CS) +VCC・CD/(CB+CS+CD) ・・・(7) となる。
Also, (C B + C S + C D ) · V BIT0 = (C B
+ C S ) · V BIT0B + (V BIT0B −V CC ) · C D holds, so V BIT0B = V BIT0 + V CC · C D / (C B + C S + C D ) = (V CC · C B) - the (P S + P r)) / (C B + C S) + V CC · C D / (C B + C S + C D) ··· (7).

【0056】但し、CDはダミーコンデンサ4の容量で
ある。
[0056] However, C D is the capacitance of the dummy capacitor 4.

【0057】上記のように、このとき、センス増幅器に
接続される他方のビット線バーBL(又はビット線B
L)はVCCレベルを維持しているので、データ”1”の
読み出しの場合には、ΔV1B=VBIT1B−VCCの電位差
がセンス増幅器30の入力となり、図2(f)に示すタ
イミングで”H”レベルのΦS信号が入力されると、セ
ンス増幅器30はこの電位差ΔV1Bを増幅して検出す
る。
As described above, at this time, the other bit line BL (or bit line B) connected to the sense amplifier is connected.
L) maintains the V CC level, so that in the case of reading data “1”, the potential difference of ΔV 1B = V BIT1B −V CC becomes the input of the sense amplifier 30, and the timing shown in FIG. in the "H" level of the [Phi S signal is inputted, the sense amplifier 30 detects and amplifies the potential difference [Delta] V 1B.

【0058】同様にデータ”0”の読み出しの場合に
は、ΔV0B=VCC−VBIT0Bの電位差がセンス増幅器3
0の入力となり、図2(f)に示されるタイミングで”
H”レベルのΦS信号が入力されると、センス増幅器3
0がこの電位差ΔV0Bを増幅して検出する。下記(8)
式および(9)式に電位差ΔV1B、ΔV0Bの具体的な値
を示す。
[0058] Similarly, in the case of a read of data "0", ΔV 0B = V CC -V BIT0B potential of the sense amplifier 3
0 at the timing shown in FIG.
When the H level Φ S signal is input, the sense amplifier 3
0 amplifies and detects this potential difference ΔV 0B . The following (8)
Equations (9) and (9) show specific values of the potential differences ΔV 1B and ΔV 0B .

【0059】 ΔV1B=−VCC+(VCC・CB−(PS−Pr))/(CB+CS) +VCC・CD/(CB+CS+CD) ・・・(8) ΔVOB=VCC−(VCC・CB−(PS+Pr))/(CB+CS) −VCC・CD/(CB+CS+CD) ・・・(9) 上記(8)式、(9)式からわかるように、本発明不揮
発性記憶装置による場合も、上記不揮発性記憶装置同様
に、データ”1”とデータ”0”の読み出し時におい
て、極性が反対であって絶対値が等しい検出信号を得る
ことができるので、データ”1”と”0”の識別、すな
わち精度のよい読み出しが可能になる。
[0059] ΔV 1B = -V CC + (V CC · C B - (P S -P r)) / (C B + C S) + V CC · C D / (C B + C S + C D) ··· ( 8) ΔV OB = V CC - (V CC · C B - (P S + P r)) / (C B + C S) -V CC · C D / (C B + C S + C D) ··· (9) As can be seen from the above equations (8) and (9), the polarity is opposite when reading data "1" and data "0" in the nonvolatile memory device of the present invention, as in the nonvolatile memory device. As a result, a detection signal having the same absolute value can be obtained, so that data "1" and "0" can be identified, that is, accurate reading can be performed.

【0060】ここで、ΔV1B=ΔVOBとなるようにダミ
ーコンデンサ4の容量CDを設定すれば、データ”1”
およびデータ”0”の両方の読み出し時においてマージ
ンを確保することができる。このときのCDの値は、下
記(10)式で表わされる。
[0060] Here, by setting the capacitance C D of the dummy capacitors 4 so that ΔV 1B = ΔV OB, data "1"
A margin can be secured when reading both data and data “0”. The value of C D at this time is expressed by the following equation (10).

【0061】 CD=(VCC・CS+PS)・(CB+CS)/(VCC・CB−PS) ・・・(10) 図3は本発明の他の実施例を示す。この実施例では、上
記実施例とは異なり、データ”1”、”0”の読み出し
時において、他方のビット線BL(又はビット線バーB
L)の電圧レベルをダミーコンデンサ4の電荷を利用し
て降圧する読み出し方式を採用する。以下にその詳細を
説明する。但し、図3に示すタイミングチャート中の
(a)、(b)、(c)については図2の(a)、
(b)、(c)と同様であるので具体的な説明は省略す
る。
C D = (V CC · C S + P S ) · (C B + C S ) / (V CC · C B -P S ) (10) FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. Show. In this embodiment, unlike the above embodiment, when reading data "1" and "0", the other bit line BL (or bit line bar B) is read.
A reading method in which the voltage level of L) is stepped down using the charge of the dummy capacitor 4 is adopted. The details will be described below. However, (a), (b) and (c) in the timing chart shown in FIG.
Since they are the same as (b) and (c), a specific description is omitted.

【0062】上記実施例同様にして、メモリセル3から
の分極電荷が読み出されるビット線BL(又はバーB
L)には、読み出し”1”の場合上記(1)式で表され
る電圧VBIT1が現れる。また、読み出し”0”の場合は
上記(2)式で表される電圧VBIT0が現れる。
In the same manner as in the above embodiment, the bit line BL (or bar B) from which the polarization charge is read from the memory cell 3 is read.
L), the voltage V BIT1 expressed by the above equation (1) appears in the case of reading “1”. In the case of reading “0”, the voltage V BIT0 expressed by the above equation (2) appears.

【0063】続いて、ダミーセルワード線DYが図3
(e)に示すタイミングで”H”レベルから”L”レベ
ルに立ち下げられると、他方のビット線バーBLの電圧
レベルをダミーコンデンサ4に蓄積された電荷を利用し
て降圧する。図3(g)中の矢印Aはこの状態を示して
おり、ビット線バーBLに現れる図中破線で示す電圧レ
ベルがビット線BLに現れる図中実線で示す電圧レベル
(プリチャージレベルよりも少し低い値)よりも降圧さ
れていることがわかる。そして、このとき、センス増幅
器30が図3(f)中に矢印Cで示すタイミングで両ビ
ット線BL、バーBL間に現れる電位差を増幅して検出
する。
Subsequently, the dummy cell word line DY is
When the voltage falls from the “H” level to the “L” level at the timing shown in (e), the voltage level of the other bit line BL is reduced using the charge accumulated in the dummy capacitor 4. The arrow A in FIG. 3G indicates this state, and the voltage level indicated by the broken line in the figure appearing on the bit line bar BL is slightly lower than the precharge level indicated by the solid line in the figure appearing on the bit line BL. It can be seen that the voltage is lower than (low value). At this time, the sense amplifier 30 amplifies and detects the potential difference appearing between the bit lines BL and / BL at the timing indicated by the arrow C in FIG.

【0064】一方、図3(d)で示すタイミングでダミ
ーセルワード線DXが立ち下げられると、図3(g)中
に矢印Bで示すように、この場合はビット線BLの電圧
レベルは降圧されるが、他方のビット線バーBLの電圧
レベルよりも降圧されることはない。そして、このと
き、センス増幅器30が図3(f)中に矢印Dで示すタ
イミングでビット線BL、バーBL間に現れる電位差を
増幅して検出する。
On the other hand, when the dummy cell word line DX falls at the timing shown in FIG. 3D, the voltage level of the bit line BL is lowered in this case, as shown by the arrow B in FIG. However, the voltage is not reduced below the voltage level of the other bit line bar BL. At this time, the sense amplifier 30 amplifies and detects the potential difference appearing between the bit line BL and the bar BL at the timing indicated by the arrow D in FIG.

【0065】このように、本実施例ではメモリセル3の
コンデンサ1の分極方向に対応して該当するビット線B
L(又はバーBL)の電圧レベルを降圧してデータ”
1”、”0”の読み出しを行う構成をとる。
As described above, in this embodiment, the bit line B corresponding to the polarization direction of the capacitor 1 of the memory cell 3 is set.
The voltage level of L (or bar BL) is lowered and data
It is configured to read 1 ”and“ 0 ”.

【0066】このときの降圧されたビット線BL(又は
バーBL)の電位VBITDMは下記(11)式で表され
る。
At this time, the potential V BITDM of the stepped down bit line BL (or bar BL) is expressed by the following equation (11).

【0067】すなわち、 VCC・(CB+CS)=VBITDM・(CB+CS+CD)の関
係が成立するので、 VBITDM=VCC・(CB+CS)/(CB+CS+CD) ・・・(11) となる。
That is, since the relationship of V CC · (C B + C S ) = V BITDM · (C B + C S + C D ) is satisfied, V BITDM = V CC · (C B + C S ) / (C B + C). S + C D ) (11)

【0068】データ”1”の読み出しの場合には、ΔV
1D=VBIT1−VBITDMの電位差がセンス増幅器30の入
力となり、図3(f)に示されるタイミングで”H”レ
ベルのΦS信号が入力される、センス増幅器30がこの
電位差ΔV1Dを増幅して検出する。同様にデータ”0”
の読み出しの場合には、センス増幅器30がΔV0D=V
BITDM−VBIT0の電位差を増幅して検出する。
In the case of reading data “1”, ΔV
The potential difference of 1D = V BIT1 -V BITDM is input to the sense amplifier 30, and the "H" level Φ S signal is input at the timing shown in FIG. 3 (f). The sense amplifier 30 amplifies this potential difference ΔV 1D . To detect. Similarly, data "0"
, The sense amplifier 30 outputs ΔV 0D = V
BITDM- V Amplifies and detects the potential difference of BIT0 .

【0069】電位差ΔV1D、ΔV0Dの具体的な値は下記
(12)式、(13)式でそれぞれ表わされる。
The specific values of the potential differences ΔV 1D and ΔV 0D are expressed by the following equations (12) and (13), respectively.

【0070】 ΔV1D=(VCC・CB−(PS−Pr))/(CB+CS) −VCC・(CB+CS)/(CB+CS+CD) ・・・(12) ΔV0D=VCC・(CB+CS)/(CB+CS+CD) −(VCC・CB−(PS+Pr))/(CB+CS) ・・・(13) 上記(12)式、(13)式からわかるように、本実施
例の不揮発性記憶装置による場合も、上記不揮発性記憶
装置同様に、データ”1”とデータ”0”の読み出し時
において、極性が反対であって絶対値が等しい検出信号
を得ることができるので、データ”1”と”0”の識
別、すなわち精度のよい読み出しが可能になる。
[0070] ΔV 1D = (V CC · C B - (P S -P r)) / (C B + C S) -V CC · (C B + C S) / (C B + C S + C D) ··· (12) ΔV 0D = V CC · (C B + C S ) / (C B + C S + C D )-(V CC · C B- (P S + P r )) / (C B + C S ) 13) As can be seen from the above equations (12) and (13), in the case of the nonvolatile memory device of the present embodiment, similarly to the nonvolatile memory device, when reading data “1” and data “0”, , A detection signal having the opposite polarity and the same absolute value can be obtained, so that the data "1" and "0" can be identified, that is, accurate reading can be performed.

【0071】本実施例においても、ΔV1D=ΔV0Dとな
るようにCDを設定すれば、データ”1”及び”0”の
両方の読み出しの場合においてマージンを確保できる。
このときのCDの値は、下記(14)式で表される。
[0071] Also in this embodiment, by setting the C D such that [Delta] V 1D = [Delta] V 0D, can secure a margin in the case of both the read data "1" and "0".
The value of C D at this time is expressed by the following equation (14).

【0072】 CD=(VCC・CS+PS)・(CB+CS)/(VCC・CB+PS) ・・・(14)C D = (V CC · C S + P S ) · (C B + C S ) / (V CC · C B + P S ) (14)

【0073】[0073]

【発明の効果】以上の本発明不揮発性記憶装置によれ
ば、通常の誘電体膜で形成された1個のダミーコンデン
サを2本のビット線にそれぞれに接続する回路構成で、
MOSトランジスタ2個と強誘電体膜を用いたダミーコ
ンデンサ2個で構成される合計4素子の回路構成からな
る従来のダミーセル同様の機能を発揮させることができ
る。従って、データ”1”、”0”の識別を確実に行
え、精度のよい読み出しが行えることはもちろんのこ
と、素子数を大幅に削減できるので、装置構成の簡潔化
が図れ、チップ面積を更に一層縮小化できる利点があ
る。
According to the nonvolatile memory device of the present invention described above, one dummy capacitor formed of an ordinary dielectric film is connected to two bit lines, respectively.
The same function as a conventional dummy cell having a circuit configuration of a total of four elements composed of two MOS transistors and two dummy capacitors using a ferroelectric film can be exhibited. Therefore, the data "1" and "0" can be reliably identified and accurate reading can be performed, and the number of elements can be greatly reduced. Therefore, the device configuration can be simplified and the chip area can be further increased. There is an advantage that the size can be further reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明不揮発性記憶装置の回路図。FIG. 1 is a circuit diagram of a nonvolatile memory device of the present invention.

【図2】本発明不揮発性記憶装置の一実施例に係るデー
タ読み出しタイミングを示すタイミングチャート。
FIG. 2 is a timing chart showing data read timing according to one embodiment of the nonvolatile memory device of the present invention.

【図3】本発明不揮発性記憶装置の他の実施例に係るデ
ータ読み出しタイミングを示すタイミングチャート。
FIG. 3 is a timing chart showing data read timing according to another embodiment of the nonvolatile memory device of the present invention.

【図4】強誘電体膜を用いたコンデンサ1個とMOSト
ランジスタ1個とで構成されるメモリセルのデータ”
1”書き込み時における動作を説明するための図面。
FIG. 4 shows data of a memory cell composed of one capacitor using a ferroelectric film and one MOS transistor.
Drawing for explaining operation at the time of 1 "writing.

【図5】データ”1”書き込み時におけるメモリセルの
蓄積電荷の変化を示す図面。
FIG. 5 is a diagram showing a change in stored charge of a memory cell when data “1” is written.

【図6】メモリセルのデータ”1”読み出し時における
動作を説明するための図面。
FIG. 6 is a diagram for explaining an operation when data “1” is read from a memory cell.

【図7】データ”1”読み出し時におけるメモリセルの
蓄積電荷の変化を示す図面。
FIG. 7 is a diagram showing a change in stored charge of a memory cell when data “1” is read.

【図8】メモリセルのデータ”0”書き込み時における
動作を説明するための図面。
FIG. 8 is a diagram for explaining an operation at the time of writing data “0” of a memory cell.

【図9】データ”0”書き込み時におけるメモリセルの
蓄積電荷を変化を示す図面。
FIG. 9 is a diagram showing a change in stored charge of a memory cell when data “0” is written.

【図10】メモリセルのデータ”0”読み出し時におけ
る動作を説明するための図面。
FIG. 10 is a diagram for explaining an operation when data “0” is read from a memory cell;

【図11】データ”0”読み出し時におけるメモリセル
の蓄積電荷の変化を示す図面。
FIG. 11 is a diagram showing a change in stored charge of a memory cell when data “0” is read.

【図12】本願出願人が先に提案した不揮発性記憶装置
を示す回路図。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a nonvolatile memory device previously proposed by the present applicant.

【図13】図12に示す不揮発性記憶装置におけるデー
タの読み出しタイミングを示すタイミングチャート。
13 is a timing chart showing data read timings in the nonvolatile memory device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 強誘電体膜を用いたコンデンサ 2 MOSトランジスタ 3 メモリセル 4 通常の誘電体膜を用いたコンデンサ 5 ダミーセル 13 ビット線イコライズ回路 30 センス増幅器 BL、バーBL ビット線 Xi、Yi(i=0〜n) ワード線 DX、DY ダミーセルワード線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Capacitor using ferroelectric film 2 MOS transistor 3 Memory cell 4 Capacitor using normal dielectric film 5 Dummy cell 13 Bit line equalizing circuit 30 Sense amplifier BL, bar BL Bit line Xi, Yi (i = 0 to n) ) Word line DX, DY Dummy cell word line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/822 H01L 27/10 681G 21/8242 27/04 C 27/04 G11C 11/34 352A 27/10 451 352E 27/108 29/788 29/792 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/8247 G11C 11/22 G11C 11/401 G11C 14/00 G11C 17/04 H01L 21/822 H01L 21/8242 H01L 27/04 H01L 27/10 H01L 27/108 H01L 29/788 H01L 29/792──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 21/822 H01L 27/10 681G 21/8242 27/04 C 27/04 G11C 11/34 352A 27/10 451 352E 27/108 29/788 29/792 (58) Fields investigated (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/8247 G11C 11/22 G11C 11/401 G11C 14/00 G11C 17/04 H01L 21/822 H01L 21/8242 H01L 27/04 H01L 27/10 H01L 27/108 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】強誘電体膜を用いたコンデンサ1個とMO
Sトランジスタ1個とで構成されるメモリセルが複数接
続されたビット線と、該ビット線2本と接続されるセン
ス増幅器とを半導体基板上に複数配列し、該コンデンサ
の強誘電体膜の分極方向を2情報に対応させて記憶する
不揮発性記憶装置であって、 誘電体膜を用いたダミーコンデンサを該2本のビット線
それぞれに1個ずつ接続し、該コンデンサから該ビット
線への分極電荷を読み出す前に該2本のビット線を予め
設定した電圧レベルにプリチャージしておき、該センス
増幅器に接続された一方のビット線に該コンデンサから
の分極電荷を読み出すと同時に、該一方のビット線に接
続された該ダミーコンデンサにより該一方のビット線の
電圧レベルを、該コンデンサの該強誘電体膜の分極方向
が一方の方向の場合には該プリチャージレベル以上に昇
圧する一方、該強誘電体膜の分極方向が他方の場合には
該プリチャージレベルまでは昇圧せず、該一方のビット
線と、該プリチャージレベルがそのまま維持される他方
のビット線との間に現れる電位差を該センス増幅器によ
り増幅してデータの読み出しを行うようにした不揮発性
記憶装置。
A capacitor using a ferroelectric film and an MO
A plurality of bit lines connected to a plurality of memory cells each including one S transistor, and a plurality of sense amplifiers connected to the two bit lines are arranged on a semiconductor substrate, and polarization of a ferroelectric film of the capacitor is arranged. What is claimed is: 1. A non-volatile memory device for storing directions in correspondence with two pieces of information, comprising: connecting a dummy capacitor using a dielectric film to each of said two bit lines; Before reading the charge, the two bit lines are precharged to a preset voltage level, and while the polarization charge from the capacitor is read to one bit line connected to the sense amplifier, one of the bit lines is simultaneously read. The voltage level of the one bit line is adjusted by the dummy capacitor connected to the bit line, and the precharge level is set when the polarization direction of the ferroelectric film of the capacitor is one direction. When the polarization direction of the ferroelectric film is the other, the voltage is not increased to the precharge level, and the one bit line and the other bit that maintains the precharge level are not changed. A non-volatile memory device in which data is read out by amplifying a potential difference appearing between the line and the sense amplifier by the sense amplifier.
【請求項2】強誘電体膜を用いたコンデンサ1個とMO
Sトランジスタ1個とで構成されるメモリセルが複数接
続されたビット線と、該ビット線2本と接続されるセン
ス増幅器とを半導体基板上に複数配列し、該コンデンサ
の強誘電体膜の分極方向を2情報に対応させて記憶する
不揮発性記憶装置であって、 誘電体膜を用いたダミーコンデンサを該2本のビット線
それぞれに1個ずつ接続し、該コンデンサから該ビット
線への分極電荷を読み出す前に該2本のビット線を予め
設定した電圧レベルにプリチャージしておき、該センス
増幅器に接続された一方のビット線に該コンデンサから
の分極電荷を読み出すと同時に、他方のビット線に接続
された該ダミーコンデンサにより該他方のビット線の電
圧レベルを、該コンデンサの該強誘電体膜の分極方向が
一方の方向の場合には該一方のビット線よりも低い電圧
レベルになるように降圧する一方、該強誘電体膜の分極
方向が他方の場合には該一方のビット線よりも低い電圧
レベルまでは降圧せず、両ビット線間に現れる電位差を
該センス増幅器で増幅してデータの読み出しを行うよう
にした不揮発性記憶装置。
2. A single capacitor using a ferroelectric film and an MO
A plurality of bit lines connected to a plurality of memory cells each including one S transistor, and a plurality of sense amplifiers connected to the two bit lines are arranged on a semiconductor substrate, and polarization of a ferroelectric film of the capacitor is arranged. What is claimed is: 1. A non-volatile memory device for storing directions in correspondence with two pieces of information, comprising: connecting a dummy capacitor using a dielectric film to each of said two bit lines; Before reading the charge, the two bit lines are precharged to a preset voltage level, and the polarization charge from the capacitor is read to one bit line connected to the sense amplifier while the other bit line is read. The voltage level of the other bit line is changed by the dummy capacitor connected to the one bit line when the polarization direction of the ferroelectric film of the capacitor is one direction. In addition, when the polarization direction of the ferroelectric film is the other, the voltage is not lowered to a voltage level lower than that of the one bit line, and the potential difference appearing between the two bit lines is reduced. A nonvolatile memory device configured to read data by amplifying the data with the sense amplifier.
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