JP3003628B2 - 強誘電体メモリとその書き込み方法 - Google Patents

強誘電体メモリとその書き込み方法

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    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/22Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using ferroelectric elements

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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Dram (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は強誘電体メモリに関
し、特に半導体基板上に形成された記憶を保持するため
の強誘電体容量素子とスイッチングトランジスタとでメ
モリセルが構成される強誘電体メモリとその書き込み方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、強誘電体メモリでは、たとえば特
開昭64−66897に示されるように、直列に接続さ
れた2個の強誘電体容量を利用して、データを蓄積する
方法が用いられている。図3は、特開昭64−6689
に示されている、直列に接続された2個の強誘電体容量
を利用した強誘電体メモリの配置を示す図である。記憶
素子120、122、124、126は、それぞれ直列
に接続された2個の強誘電体容量を利用する記憶素子で
ある。第1のワード線130は記憶素子120および1
22のトランジスタのゲート電極に結合されている。第
2のワード線132は記憶素子124および126のト
ランジスタのゲート電極に結合されている。第1のビッ
ト線134および第2のビット線136はワード線13
0および132と直交している。共通線138および1
40の第1の対が、記憶素子120および122内の2
個の強誘電体容量のそれぞれのドレイン電極に結合され
ている。共通線142および144の第2の対は、記憶
素子124および126内の2個の強誘電体容量のそれ
ぞれのドレイン電極に結合されている。
【0003】図4は、図3に示したメモリの配置の使用
法を説明するためのタイミング図である。記憶素子12
0および122に蓄積されたデータを読み出し、データ
を再書き込みする方法について説明する。時刻T0にお
いて、各ビット線134、136を2.5Vに予備充電
する。時刻T1に共通線138の電位を5Vに上昇さ
せ、その少し後の時刻T2にワード線130を5Vに上
昇させることにより、T2より更に少し後の時刻T3にお
いて、記憶素子120および122に蓄積されたデータ
に従って、ビット線134および136の電位がそれぞ
れ上昇あるいは下降する。その後、時刻T4にビット線
134および136にそれぞれ結合されて差動モードで
動作するセンス増幅器146および148を用いて、ビ
ット線134および136に発生する信号をそれぞれ5
Vまたは0Vのいずれかに拘束する。
【0004】その後、記憶素子120および122にデ
ータを再書き込みするために、時刻T5においてワード
線130の電位を7Vに上昇させ、共通線138の電位
を0Vにする。次に時刻T6において、共通線138お
よび140の電位を5Vにし、時刻T7に共通線138
および140の電位を0Vにする。時刻T8において、
ワード線130の電位を0Vにし、時刻T9にビット線
134および136の電位を2.5Vに再充電する。こ
れで次の書き込みに対応する態勢ができたことになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
技術には以下に示すような問題点がある。共通線138
と140とは独立しているため、時刻T6あるいはT7
おいて、両方の電位を変化させるときに、変化のタイミ
ングが微妙にずれる可能性がある。その場合、共通線1
38と140との間に電位差が生じ、強誘電体容量の分
極が反転し、データが書き換えられてしまう。本発明の
目的は、2本の共通線を同時に電位変化させるときに、
電位変化時刻のずれによるデータの反転が生じないよう
にすることにより、信頼性の高い強誘電体メモリを提供
することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の強誘電体メモリ
は、1つのメモリセルトランジスタと、該メモリセルト
ランジスタのゲート電極に接続されたワード線と、ソー
ス電極とドレイン電極のいずれか一方の電極に接続され
たビット線と、他方の電極に一方の端子を共通にして直
列に接続された2つの強誘電体容量と、前記2つの強誘
電体容量の互いに接続されている側とは異なる側の端子
にそれぞれ接続された2つの共通線とによって構成され
る強誘電体メモリで、 電圧制御可能なゲート電極を有
し、前記2つの共通線のそれぞれがドレイン電極とソー
ス電極に接続された共通線結合用のトランジスタと、読
み出し後のデータ書き込み時に、前記2つの共通線を接
続する前記結合用のトランジスタを導通状態にする手段
を有し、同一記憶素子1または2に接続されている2本
の共通線31と32相互を短絡させるので、そのトラン
ジスタ43を用いて、データ再書き込み時に、同一記憶
素子に接続されている2本の共通線を同一電位とするこ
とにより、共通線間に生じる電位差によってデータが反
転させられることがなくなる。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
面を参照して説明する。図1は本発明の強誘電体記憶メ
モリの実施の形態の一例の説明図である。この強誘電体
メモリは記憶素子1、2、3および4と、それら記憶素
子にそれぞれ直列に接続された2個の強誘電体容量を有
し、第1のワード線11が記憶素子1および2のトラン
ジスタのゲート電極に結合され、第2のワード線12は
記憶素子3および4のトランジスタのゲート電極に結合
されており、第1のビット線21および第2のビット線
22はそれぞれ差動型センス増幅器(以下SAと略称す
る)51、52に接続されている。共通線31および3
2の第1の対が、記憶素子1および2内の2個の強誘電
体容量の相当する電極に結合されており、共通線33お
よび34の第2の対は、記憶素子3および4内の2個の
強誘電体容量の相当する電極に結合されている。また、
トランジスタ43を介して共通線31と32とが接続さ
れ、トランジスタ44を介して共通線33と34とが接
続されている。
【0008】次に、図2を参照して、本発明の実施の形
態の動作方法について説明する。記憶素子1および2に
蓄積されたデータを読み出し、データを再書き込みする
方法について説明する。時刻T0において、各ビット線
をVcc/2に予備充電する(ステップ1)。時刻T1
に共通線31の電位をVccに上昇させ(ステップ
2)、この少し後の時刻T2にワード線11をVccに
上昇させることにより(ステップ3)、T2より更に少
し後の時刻T3において、記憶素子1および2に蓄積さ
れたデータに従って、ビット線21および22の電位が
それぞれ上昇あるいは下降する。その後、時刻T4にビ
ット線21および22にそれぞれ結合されて差動モード
で動作するSA51および52を用いて、ビット線31
および32に発生する信号をそれぞれVccまたは接地
のいずれかに拘束する(ステップ4)。
【0009】その後、記憶素子1および2にデータを再
書き込みするために、時刻T5においてワード線11の
電位を(Vcc+トランジスタのしきい値電圧よりも高
い電位(以下高電位と称す))高電位に上昇させ(ステ
ップ5)、共通線31の電位を接地する(ステップ
6)。ここまでの間、共通線32は接地されている。次
に、時刻T6において、ゲート電極41の電位を(Vc
c+トランジスタのしきい値電圧)よりも高い電位に上
昇させる(ステップ7)。時刻T7において、共通線3
1および32の電位をVccにし(ステップ8)、時刻
8に共通線31および32の電位を接地する(ステッ
プ9)。ここで、ゲート電極41を持つトランジスタに
よって、共通線31と32とはトランジスタ43によっ
て短絡されているので、同電位となる。時刻T9におい
て、ワード線11の電位を接地し(ステップ10)、時
刻T10にゲート電極の電位を接地し(ステップ11)、
時刻T 11にビット線21および22の電位をVcc/2
に再充電する(ステップ12)。ここで、T10とT11
時間順序は入れ替わっても良い。これで再書き込みの態
勢が整ったことになる。
【0010】本発明の実施の形態は、データ再書き込み
時に共通線31と32とを短絡しているので、共通線の
電位変化時刻のずれによる、データ書き換えが生じない
という効果を有する。
【0011】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の強誘電体
メモリは再書き込み時に反転して誤ったデータに書き換
わらないという効果を有する。その理由は、データ書き
込み時に、同一記憶素子に接続されている2本の共通線
相互間を短絡しているため、共通線間の電位差によって
強誘電体容量の分極が反転することがないからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の強誘電体メモリの実施の形態の一例を
示す説明図である。
【図2】図1に示す強誘電体メモリの動作方法を説明す
るためのタイミング図である。
【図3】従来の強誘電体メモリの一例の説明図である。
【図4】図3に示す強誘電体メモリの動作方法を説明す
るためのタイミング図である。
【図5】図1に示す強誘電体メモリの動作のフローチャ
ートである。
【符号の説明】
1〜4 記憶素子 11、12 ワード線 21、22 ビット線 31〜34 共通線 41、42 ゲート電極 43、44 トランジスタ 51、52 差動型センス増幅器 120〜126 記憶素子 130〜132 ワード線 134〜136 ビット線 138〜144 共通線 146〜148 差動型センス増幅器

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1つのメモリセルトランジスタと、該メ
    モリセルトランジスタのゲート電極に接続されたワード
    線と、ソース電極とドレイン電極のいずれか一方の電極
    に接続されたビット線と、他方の電極に一方の端子を共
    通にして直列に接続された2つの強誘電体容量と、前記
    2つの強誘電体容量の互いに接続されている側とは異な
    る側の端子にそれぞれ接続された2つの共通線とによっ
    て構成される強誘電体メモリにおいて、 電圧制御可能なゲート電極を有し、前記2つの共通線の
    それぞれがドレイン電極とソース電極に接続された共通
    線結合用のトランジスタと、 読み出し後のデータ書き込み時に、前記2つの共通線を
    接続する前記結合用のトランジスタを導通状態にする手
    段を有することを特徴とする強誘電体メモリ。
  2. 【請求項2】 1つのメモリセルトランジスタと、該メ
    モリセルトランジスタのゲート電極に接続されたワード
    線と、ソース電極とドレイン電極のいずれか一方の電極
    に接続されたビット線と、他方の電極に一方の端子を共
    通にして直列に接続された2つの強誘電体容量と、前記
    2つの強誘電体容量の互いに接続されている側とは異な
    る側の端子にそれぞれ接続された2つの共通線とによっ
    て構成され、ビット線の電位を予め決められた値に上げ
    る手段と、一方の共通線の電位をVccとする手段と、
    ワード線の電位をVccとする手段とによってメモリデ
    ータを読み出し、その後ワード線の電位電圧を、さらに
    しきい値分以上上昇させる手段と、両共通線を0ボルト
    とし、続いて両共通線をVccに上昇後0ボルトに降下
    させる手段と、ワード線の電位を0ボルトとする手段と
    により、次に行われる再書き込みに対応する態勢を整え
    る強誘電体メモリにおいて、 前記両共通線を0ボルトとし、続いて両共通線をVcc
    に上昇後0ボルトに降下させる手段が両共通線を電気的
    に短絡接続する手段を含むことを特徴とする強誘電体メ
    モリ。
  3. 【請求項3】 1つのメモリセルトランジスタと、該メ
    モリセルトランジスタのゲート電極に接続されたワード
    線と、ソース電極とドレイン電極のいずれか一方の電極
    に接続されたビット線と、他方の電極に一方の端子を共
    通にして直列に接続された2つの強誘電体容量と、前記
    2つの強誘電体容量の互いに接続されている側とは異な
    る側の端子にそれぞれ接続された2つの共通線とによっ
    て構成される強誘電体メモリの、ビット線の電位を上げ
    るステップと、一方の共通線の電位をVccとするステ
    ップと、ワード線の電位をVccとするステップとによ
    ってメモリデータを読み出し、その後ワード線の電位電
    圧を、さらにしきい値分以上上昇させるステップと、両
    共通線の電位を0ボルトとし、続いて両共通線の電位を
    Vccに上昇後0ボルトに降下させるステップと、ワー
    ド線の電位を0ボルトとするステップとにより、次に行
    われる再書き込みに対応する態勢を整える強誘電体メモ
    リの書き込み方法において、 前記両共通線を0ボルトとし、続いて両共通線の電位を
    Vccに上昇後0ボルトに降下させるステップが両共通
    線を電気的に短絡接続するステップを含むことを特徴と
    する強誘電体メモリの書き込み方法。
  4. 【請求項4】 前記両共通線を電気的に短絡接続するス
    テップが、前記両共通線のそれぞれをトランジスタのソ
    ース電極とドレイン電極に接続し、該トランジスタのゲ
    ート電極の電位を上げることによる請求項3記載の強誘
    電体メモリの書き込み方法。
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