JP3101296B2 - Semiconductor storage device - Google Patents

Semiconductor storage device

Info

Publication number
JP3101296B2
JP3101296B2 JP02081131A JP8113190A JP3101296B2 JP 3101296 B2 JP3101296 B2 JP 3101296B2 JP 02081131 A JP02081131 A JP 02081131A JP 8113190 A JP8113190 A JP 8113190A JP 3101296 B2 JP3101296 B2 JP 3101296B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ferroelectric capacitor
capacitor
voltage
bla
line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP02081131A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH03283079A (en
Inventor
基真 今井
和秀 阿部
晃司 山川
啓 豊田
光雄 原田
康司 作井
尚和 飯塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP02081131A priority Critical patent/JP3101296B2/en
Priority to US07/676,546 priority patent/US5297077A/en
Priority to DE4110407A priority patent/DE4110407A1/en
Priority to KR1019910005004A priority patent/KR950009387B1/en
Publication of JPH03283079A publication Critical patent/JPH03283079A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3101296B2 publication Critical patent/JP3101296B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は半導体記憶装置に係り、特に強誘電体コンデ
ンサを用いた半導体記憶装置に関する。
The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor memory device using a ferroelectric capacitor.

(従来の技術) 近年電気的に書込・消去が可能な不揮発性メモリに関
する技術が進歩し、様々なメモリ素子が開発されてい
る。その一つに強誘電体メモリがある。
(Prior Art) In recent years, technology relating to electrically writable and erasable nonvolatile memories has been advanced, and various memory elements have been developed. One of them is a ferroelectric memory.

強誘電体メモリは強誘電体を誘電体として用いた強誘
電体コンデンサの分極の向きにより、情報を記憶するも
のであり、たとえば、特開昭63−201998号など詳細が開
示されている。簡単に基本動作を説明する。強誘電体は
分極−電圧特性が第1図に示すようにヒステリシスを有
するものである。したがって一旦分極すると印加電圧を
除去しても分極が残留する(残留分極)。この分極方向
と逆方向で、一定値以上の電界(抗電界)が強誘電体に
印加されるように電圧を印加すると強誘電体の分極方向
は反転する。この強誘電体に分極方向と同方向の電圧を
印加したときは通常の誘電体と同様に容量に相当する電
荷が流入するだけであるが、分極方向と逆方向を印加す
ると強誘電体の分極反転を生じ、同方向の場合に比べ格
段に多い電荷が流入する。したがってこの電荷流入量の
大小をたとえば電圧降下量などで検出すれば強誘電体の
分極方向を判断することができる。すなわち、分極方向
の一方の方向を“1"他方を“0"に対応させることにより
情報を記憶し、読み出すことができる。この情報は前述
の如く強誘電体の印加電圧がなくなっても残留分極とし
て残るため不揮発性のメモリであることがわかる。この
様な強誘電体メモリは書き込み/読み出し共に数10nsec
以下と高速であり、今後の開発が期待されるメモリ素子
である。
A ferroelectric memory stores information according to the direction of polarization of a ferroelectric capacitor using a ferroelectric as a dielectric. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-201998 discloses details. The basic operation will be briefly described. The ferroelectric has a polarization-voltage characteristic having hysteresis as shown in FIG. Therefore, once polarized, the polarization remains even when the applied voltage is removed (remanent polarization). When a voltage is applied such that an electric field (coercive electric field) of a fixed value or more is applied to the ferroelectric in a direction opposite to the polarization direction, the polarization direction of the ferroelectric is reversed. When a voltage in the same direction as the polarization direction is applied to this ferroelectric, only a charge corresponding to the capacitance flows in, as in a normal dielectric. Inversion occurs, and much more charge flows in than in the same direction. Therefore, the direction of polarization of the ferroelectric can be determined by detecting the magnitude of the charge inflow by, for example, the amount of voltage drop. That is, information can be stored and read by associating one of the polarization directions with “1” and the other with “0”. As described above, this information remains as remanent polarization even when the applied voltage to the ferroelectric substance is lost, and thus it is understood that the memory is a nonvolatile memory. Such a ferroelectric memory has several tens of nanoseconds for both writing and reading.
It is a high speed memory device as shown below and is expected to be developed in the future.

(発明が解決しようとする課題) この強誘電体の分極方向で情報を記憶する場合、たと
えば“1"の状態の分極方向が読み出し時に印加する電圧
の方向だとすると、“1"情報を記憶していた場合は分極
反転は生じないが、“0"情報が記憶されていた場合は分
極の反転を伴なうことになる。したがって読み出し動作
後は記憶していた情報にかかわらず、強誘電体の分極方
向は同一方向に向いてしまうため、“0"情報を記憶して
いた場合は元の分極方向に戻してやる必要がある。逆の
状態でも同様である。この様に前述のメモリは基本的に
破壊読み出しであるため、分極反転頻度が多大である。
(Problem to be Solved by the Invention) When information is stored in the polarization direction of the ferroelectric substance, for example, if the polarization direction in the “1” state is the direction of the voltage applied at the time of reading, the “1” information is stored. In this case, polarization inversion does not occur, but when "0" information is stored, polarization inversion is accompanied. Therefore, regardless of the stored information after the read operation, the polarization direction of the ferroelectric is oriented in the same direction. Therefore, when the “0” information is stored, it is necessary to return to the original polarization direction. . The same applies to the opposite state. As described above, since the above-described memory is basically a destructive readout, the frequency of polarization reversal is large.

強誘電体の分極特性は分極反転の回数増加に伴い劣化
することが知られている(ウェア・アウト現象)。一般
には1012回以上の分極反転後にその劣化が顕著となると
いわれている。したがって素子として使用する場合の寿
命を決定する一つの大きな要因となり、できる限り分極
反転の回数は減らす必要がある。
It is known that the polarization characteristics of a ferroelectric material deteriorate as the number of polarization inversions increases (wear-out phenomenon). It is generally said that the degradation becomes significant after 10 12 or more polarization reversals. Therefore, this is one of the major factors that determine the lifetime when used as an element, and it is necessary to reduce the number of polarization inversions as much as possible.

一方従来の半導体メモリに前述の如くの強誘電体メモ
リを別途付属させることにより、メモリの不揮発化が必
要な時に、強誘電体メモリに情報を蓄えるという技術が
特開昭64−66899号に開示されている。この技術によれ
ば、最低限の頻度の分極反転で済むため、強誘電体のウ
ェア・アウト現象を気にせず、高寿命化が図れる。しか
しながらこれは従来のバックアップ用のメモリを備えた
場合と何等異なるところはなく、また同一素子中に組み
込むとなると極めてメモリセルが巨大となり、回路も複
雑となるため、高集積化には不適である。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-66899 discloses a technique of storing information in a ferroelectric memory when a non-volatile memory is required by separately attaching a ferroelectric memory as described above to a conventional semiconductor memory. Have been. According to this technique, a minimum frequency of polarization inversion is sufficient, so that the service life can be extended without concern for the wear-out phenomenon of the ferroelectric. However, this is no different from the case where a conventional backup memory is provided, and if incorporated in the same device, the memory cell becomes extremely large and the circuit becomes complicated, which is not suitable for high integration. .

以上の如く強誘電体メモリは期待されるメモリ素子で
あるが、ウェア・アウト現象から、寿命が限られるとい
う問題を有する。そこで本発明は強誘電体メモリの不揮
発性記憶という特徴を最大限に生かしつつ、簡単な構成
で、寿命の長い半導体記憶装置を提供することを目的と
する。
As described above, the ferroelectric memory is a promising memory element, but has a problem that its life is limited due to a wear-out phenomenon. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a semiconductor memory device having a simple configuration and a long life while making the most of the feature of the nonvolatile memory of the ferroelectric memory.

[発明の構成] (課題を解決するための手段及び作用) 本発明は、誘電体コンデンサの分極反転を伴わない蓄
積電荷量により記憶状態を判断する揮発性動作と、この
強誘電体コンデンサの分極方向により記憶状態を判断す
る不揮発性動作との2つの動作状態を選択することがで
きる半導体記憶装置である。すなわち通常動作において
は強誘電体コンデンサを単なるコンデンサとして使用
し、動作モードを切り替えることにより、強誘電体コン
デンサを分極反転を伴う状態で使用することを特徴とす
るものである。この切替えは適宜入力される外部信号に
より行なっても良いし、電源投入/切断により信号を得
てこれを基に自動的に切替えても良い。
[Constitution of the Invention] (Means and Action for Solving the Problems) The present invention provides a volatile operation of judging a storage state based on a stored charge amount without accompanying a polarization inversion of a dielectric capacitor, and a polarization operation of the ferroelectric capacitor. This is a semiconductor memory device that can select two operation states, namely, a nonvolatile operation in which a storage state is determined according to a direction. That is, in the normal operation, the ferroelectric capacitor is used as a simple capacitor, and the operation mode is switched so that the ferroelectric capacitor is used in a state accompanied by polarization reversal. This switching may be performed by an external signal that is appropriately input, or a signal may be obtained by turning on / off the power and the switching may be automatically performed based on the signal.

この様な本発明によれば、動作モードが分極反転を伴
う不揮発性メモリ動作の場合だけ強誘電体コンデンサは
分極反転が生じ、通常の揮発性動作状態では分極反転を
伴わないため、強誘電体の分極反転頻度を極端に減少せ
しめることができる。従って強誘電体のウェア・アウト
減少が生じるまでの期間を従来の強誘電体メモリに比べ
格段に長くすることができ、装置寿命の向上の効果を得
ることができる。また前述の特開昭64−66899号に開示
されているように不揮発動作用と揮発動作用として別個
のメモリとして設けるわけではなく、強誘電体コンデン
サは共通であり、素子構造が複雑になることもないし、
メモリセルが巨大化することもない。従って高集積化に
好適である。
According to the present invention as described above, the ferroelectric capacitor causes polarization inversion only when the operation mode is the nonvolatile memory operation involving polarization inversion, and does not accompany polarization inversion in a normal volatile operation state. Can be extremely reduced. Therefore, the period until the wear-out of the ferroelectric material is reduced can be made much longer than that of the conventional ferroelectric memory, and the effect of improving the device life can be obtained. Also, as disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-66899, separate ferroelectric capacitors are not provided for the non-volatile operation and the volatile operation, but the ferroelectric capacitor is common and the element structure becomes complicated. There is no
The memory cell does not become large. Therefore, it is suitable for high integration.

本発明の基本動作原理を第1図を基に説明する。 The basic operation principle of the present invention will be described with reference to FIG.

第1図は強誘電体コンデンサの印加電圧と分極のヒス
テリシスを示す特性曲線図である。駆動電圧をVdとし、
それに対応する最大分極をPm、残留分極をPrとする。た
だしVdは分極反転に必要な電界(抗電界)より大きい電
界を印加できる電圧とする。従って同図中4点、P1,P2,
P3,P4は夫々(電圧,分極)座標で表わすと、 P1=(Vd,Pm),P2=(0,Pr), P3=(−Vd,−Pm),P4=(0,−Pr) となる。
FIG. 1 is a characteristic curve diagram showing the applied voltage of a ferroelectric capacitor and the hysteresis of polarization. Drive voltage is Vd,
The corresponding maximum polarization is Pm, and the residual polarization is Pr. Note that Vd is a voltage at which an electric field larger than an electric field (coercive electric field) required for polarization inversion can be applied. Therefore, four points in the figure, P1, P2,
P3 and P4 can be represented by (voltage, polarization) coordinates, respectively: P1 = (Vd, Pm), P2 = (0, Pr), P3 = (-Vd, -Pm), P4 = (0, -Pr) Become.

本発明ではP1及びP2の状態を夫々“1"“0"に対応させ
る記憶方式(a)と、P2及びP4の状態を夫々“1"“0"に
対応させる記憶方式(b)とを選択することになる。
According to the present invention, a storage method (a) in which the states of P1 and P2 correspond to "1" and "0" respectively, and a storage method (b) in which the states of P2 and P4 correspond to "1" and "0" respectively are selected. Will do.

(a)記憶方式(揮発性モード) P1は強誘電体コンデンサが正方向に分極され、かつ、
両端短絡時に流れ得る電荷(Pm−Pr)が蓄積されている
状態である。P2は正方向に分極されてはいるが両端短絡
時に流れ得る電荷がない状態である。従って強誘電体コ
ンデンサの状態をP1,P2の2値とし、その状態の強誘電
体コンデンサに電圧Vdを印加すれば、P1状態では強誘電
体コンデンサに新たな電荷流入はないが、P2状態では
(Pm−Pr)の電荷が流入することになる。従ってこの電
荷量を検出することで、強誘電体コンデンサの状態を検
出することができる。
(A) Storage method (volatile mode) P1 indicates that the ferroelectric capacitor is polarized in the positive direction and
This is a state in which charges (Pm-Pr) that can flow when both ends are short-circuited are accumulated. Although P2 is polarized in the positive direction, there is no charge that can flow when both ends are short-circuited. Therefore, if the state of the ferroelectric capacitor is set to two values of P1 and P2 and a voltage Vd is applied to the ferroelectric capacitor in that state, no new charge flows into the ferroelectric capacitor in the P1 state, but in the P2 state. The charge of (Pm-Pr) flows in. Therefore, the state of the ferroelectric capacitor can be detected by detecting the charge amount.

なおこの記憶方式では電源が切断されると、リーク電
流等でP1状態の強誘電体コンデンサの電荷保存ができな
いので、揮発性動作となる。
In this storage method, when the power is cut off, the charge of the ferroelectric capacitor in the P1 state cannot be stored due to a leak current or the like, so that the volatile operation is performed.

(b)記憶方式(不揮発性モード) P2は強誘電体コンデンサが正方向に分極され、かつ、
両端短絡時に流れ得る電荷がない状態である。またP4は
強誘電体コンデンサが負方向に分極され、かつ、両端短
絡時に流れ得る電荷がない状態である。ここで強誘電体
コンデンサの状態をP2,P4の2値とし、その状態の強誘
電体コンデンサに電圧Vdを印加すれば、P2状態の強誘電
体コンデンサには(Pm−Pr)の電荷が流入することにな
る。またP4状態の強誘電体コンデンサにはPm−(−Pr)
=(Pm+Pr)の電荷が流入することになる。従ってこの
電荷量の差(2・Pr)を検出することで、強誘電体コン
デンサの状態を検出することができる。
(B) Storage method (non-volatile mode) P2 indicates that the ferroelectric capacitor is polarized in the positive direction and
There is no charge that can flow when both ends are short-circuited. P4 is a state where the ferroelectric capacitor is polarized in the negative direction and there is no charge that can flow when both ends are short-circuited. Here, the state of the ferroelectric capacitor is set to two values of P2 and P4, and if the voltage Vd is applied to the ferroelectric capacitor in that state, the charge of (Pm−Pr) flows into the ferroelectric capacitor in the P2 state. Will do. Pm-(-Pr) for a ferroelectric capacitor in the P4 state
= (Pm + Pr). Therefore, the state of the ferroelectric capacitor can be detected by detecting the difference (2 · Pr) in the charge amount.

なおこの記憶方式では電源が切断されても強誘電体コ
ンデンサの記憶状態は残留分極として保存されるので、
不揮発性動作となる。
In this storage method, the storage state of the ferroelectric capacitor is stored as remanent polarization even when the power is turned off.
It becomes a nonvolatile operation.

以上の如くの2つの動作モードを選択使用するわけで
あるが、検出精度を高めるためには前述の電荷量の差
(Pm−Pr)及び2・Prが大きい方が望ましい。そのため
には、ヒステリシス特性を表わす角型比(Pr/Pm)が0.2
〜0.7程度の範囲の強誘電体材料を選択することが好ま
しい。0.7より大きいと(Pm−Pr)があまり大きくなら
ず、0.2より小さいと2・Prを十分に大きくできない。
強誘電体コンデンサを構成する強誘電体の組成系は特に
限定しないが、例えばPb(Zr,Ti)O3系の強誘電体材
料、(Pb,La)(Zr,Ti)O3系の強誘電体材料を用い、組
成、成膜方法、印加電圧Vd等を適宜設定することで前述
の角型比(Pr/Pm)は調整できる。
The two operation modes are selectively used as described above. In order to enhance the detection accuracy, it is desirable that the difference between the charge amounts (Pm-Pr) and 2 · Pr be large. For this purpose, the squareness ratio (Pr / Pm) representing the hysteresis characteristic is 0.2
It is preferable to select a ferroelectric material in a range of about 0.7 to about 0.7. If it is larger than 0.7, (Pm-Pr) does not become too large, and if it is smaller than 0.2, 2.Pr cannot be made sufficiently large.
The composition system of the ferroelectric material constituting the ferroelectric capacitor is not particularly limited. For example, a ferroelectric material based on Pb (Zr, Ti) O 3 or a ferroelectric material based on (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 The squareness ratio (Pr / Pm) can be adjusted by appropriately setting the composition, the film forming method, the applied voltage Vd, and the like using a dielectric material.

次に本発明の基本動作を第2図を用いて説明する。 Next, the basic operation of the present invention will be described with reference to FIG.

基本構成は強誘電体コンデンサ(1−1)とその一方
の電極に接続されたスイッチング素子(1−2)と、参
照コンデンサ(2−1)とスイッチング素子(2−2)
である。スイッチング素子(1−2)は強誘電体コンデ
ンサ(1−1)をビット線(BL)に接続する。また強誘
電体コンデンサ(1−1)の他方の電極は電圧供給手段
(3)に接続される。参照コンデンサ(2−1)の一方
の電極はビット線(BL′)に接続され、他方の電極は参
照コンデンサ用電圧供給手段(4)に接続される。ビッ
ト線対はセンスアンプ(5)に接続されている。
The basic configuration is a ferroelectric capacitor (1-1), a switching element (1-2) connected to one electrode thereof, a reference capacitor (2-1) and a switching element (2-2).
It is. The switching element (1-2) connects the ferroelectric capacitor (1-1) to the bit line (BL). The other electrode of the ferroelectric capacitor (1-1) is connected to the voltage supply means (3). One electrode of the reference capacitor (2-1) is connected to the bit line (BL '), and the other electrode is connected to the reference capacitor voltage supply means (4). The bit line pair is connected to the sense amplifier (5).

基本的に本発明では、揮発性動作時には強誘電体コン
デンサ(1−1)を分極状態を変えず、単純に電荷蓄積
を行なうコンデンサとして使用し、不揮発性動作時には
強誘電体コンデンサ(1−1)の分極状態を変えること
で記憶を行なう。従ってその状態を判別できればどの様
な手法を採っても良い分けであるが、通常のDRAMで用い
られているような、ビット線対の電圧降下をセンスアン
プで確定する手法が簡単である。
Basically, in the present invention, during the volatile operation, the ferroelectric capacitor (1-1) does not change the polarization state and is simply used as a capacitor for accumulating electric charge, and during the non-volatile operation, the ferroelectric capacitor (1-1) is used. The memory is performed by changing the polarization state of ()). Therefore, any method may be used as long as the state can be determined. However, a method of determining the voltage drop of the bit line pair by a sense amplifier, which is used in a normal DRAM, is simple.

まず揮発性動作時であるが、ビット線対をVccレベル
にして接続したときに強誘電体コンデンサ(1−1)に
流入する電荷量をQ1とする。このとき参照コンデンサ
(2−1)に流入する電荷量をQ2とする。強誘電体コン
デンサ(1−1)に電荷が蓄積された状態を“1"、蓄積
がない状態を“0"とすれば、“0"状態では強誘電体コン
デンサ(1−2)の容量(Cm)に応じて多量のQ1が流入
する。一方“1"状態ではすでに電荷が蓄積されているた
め新たに流入する電荷はほとんどない。また参照コンデ
ンサ(2−1)に流入する電荷量はプリチャージ状態で
決まる。センスアンプはQ1及びQ2に伴う電位降下を比較
して、ビット線対の夫々を高レベル(例えばVcc)、低
レベル(例えばVss)に確定する。この参照コンデンサ
(2−1)に流入するQ2を、“0"状態でのQ1(>0)と
0の間に設定すれば、“1"状態のときはビット線(BL)
を高レベルに、“0"状態ではビット線(BL′)を高レベ
ルに確定することができる。この場合Q2が0とQ1の両方
の状態から離れていることが判断が確実であるため、Q2
はQ1と0との中間値となるように制御することが望まし
い。
First, during the volatile operation, the amount of charge flowing into the ferroelectric capacitor (1-1) when the bit line pair is connected to the Vcc level and is connected is Q1. At this time, the amount of charge flowing into the reference capacitor (2-1) is defined as Q2. Assuming that a state in which electric charges are accumulated in the ferroelectric capacitor (1-1) is “1” and a state in which no electric charge is accumulated is “0”, in the “0” state, the capacitance of the ferroelectric capacitor (1-2) ( A large amount of Q1 flows in according to Cm). On the other hand, in the "1" state, there is almost no newly flowing charge because the charge has already been stored. The amount of charge flowing into the reference capacitor (2-1) is determined by the precharge state. The sense amplifier compares the potential drops associated with Q1 and Q2 to determine each of the bit line pairs at a high level (for example, Vcc) and a low level (for example, Vss). If Q2 flowing into the reference capacitor (2-1) is set between Q1 (> 0) in the "0" state and 0, the bit line (BL) is in the "1" state.
At a high level and the bit line (BL ') at a high level in the "0" state. In this case, since it is certain that Q2 is out of both the states of 0 and Q1, Q2
Is desirably controlled to be an intermediate value between Q1 and 0.

なお実際にはビット線との接続の際はビット線容量相
当分とのバランスで決まる電荷が流入する。
Actually, at the time of connection with the bit line, electric charge determined by the balance with the bit line capacitance is introduced.

Q2は、参照コンデンサ(2−1)の容量及び印加する
電圧により設定できる。例えば参照コンデンサ(2−
1)の容量(Cm′)を、Cm′=1/2・Cmとし、プリチャ
ージ状態では参照コンデンサ用電圧供給手段(4)の電
位をVssレベルとし、他端にも図示しないスイッチング
素子を介してVssレベルを供給して参照コンデンサ(2
−1)に蓄積される電荷量を0とする。センスアンプで
判断するときは参照コンデンサ用電圧供給手段(4)の
電位はVssレベルのままで、他端をビット線レベル、す
なわちVccレベルとすればよい。一方強誘電体コンデン
サ(1−1)には電圧供給手段(3)によりVssレベル
の電位が供給されている。さてここでVccレベルのビッ
ト線対を接続すると、“1"状態では強誘電体コンデンサ
(1−1)にはVccの電圧が印加されるが、すでに電荷
が蓄積されているため、強誘電体コンデンサ(1−1)
に流入する電荷Q1はほぼ0であるが、参照コンデンサ
(2−1)に流入する電荷Q2は容量Cm′(=1/2・Cm)
及び印加電圧(Vcc)に相当する電荷となる。従って、Q
2>Q1であり、センスアンプ(5)を活性状態とするこ
とで、ビット線(BL)を高レベルに確定し、ビット線
(BL′)を低レベルに確定する。また“0"状態ではQ1は
容量Cm及び印加電圧Vccに相当する電荷となるが、Q2は
“1"と同様に容量Cm′(=1/2・Cm)及び印加電圧Vccに
相当する電荷量となる。従ってQ1>Q2であり、ビット線
(BL′)を高レベルにビット線(BL)を低レベルに確定
する。
Q2 can be set by the capacitance of the reference capacitor (2-1) and the applied voltage. For example, the reference capacitor (2-
The capacitance (Cm ') of (1) is set to Cm' = 1 / 2.Cm, and in the precharge state, the potential of the reference capacitor voltage supply means (4) is set to the Vss level. And supply the Vss level to the reference capacitor (2
The charge amount stored in -1) is set to 0. When the determination is made by the sense amplifier, the potential of the reference capacitor voltage supply means (4) may be kept at the Vss level and the other end may be set to the bit line level, that is, the Vcc level. On the other hand, a potential of Vss level is supplied to the ferroelectric capacitor (1-1) by the voltage supply means (3). Now, when a bit line pair of Vcc level is connected, in the "1" state, the voltage of Vcc is applied to the ferroelectric capacitor (1-1). Capacitor (1-1)
The charge Q1 flowing into the reference capacitor (2-1) is almost zero, whereas the charge Q2 flowing into the reference capacitor (2-1) is a capacitance Cm '(= 1 / 2.Cm).
And an electric charge corresponding to the applied voltage (Vcc). Therefore, Q
2> Q1, and the sense amplifier (5) is activated to determine the bit line (BL) at a high level and the bit line (BL ') at a low level. In the “0” state, Q1 is a charge corresponding to the capacitance Cm and the applied voltage Vcc, but Q2 is a charge amount corresponding to the capacitance Cm ′ (= 1/2 · Cm) and the applied voltage Vcc as in the case of “1”. Becomes Therefore, Q1> Q2, and the bit line (BL ') is determined to be high and the bit line (BL) is determined to be low.

また不揮発性動作時にビット線対をVccレベルにして
接続したときに強誘電体コンデンサ(1−1)に流入す
る電荷量をQ3とする。このとき参照コンデンサ(2−
1)に流入する電荷量をQ4とする。強誘電体コンデンサ
(1−1)の分極の向きがビット線(BL)の方向のとき
を“0"、逆方向を“1"とすれば、“0"状態では分極反転
に伴なう多量の電荷(Q3)が強誘電体コンデンサ(1−
1)に流入する。一方“1"状態では分極反転がないの
で、容量(Cm)に応じた電荷(Q1)が流入するに過ぎな
い。従って参照コンデンサ(2−1)に流入する電荷量
Q4を、Q1とQ3の間に設定すれば、“1"状態のときはQ1<
Q4であるのでビット線(BL)を高レベルに、“0"状態の
ときはQ4<Q3であるのでビット線(BL′)を高レベルに
確定することができる。この場合Q4がQ3とQ1の両方の状
態から離れていることが判断が確実であるため、Q4はQ1
とQ3との中間値となるように制御することが望ましい。
Also, let Q3 be the amount of charge flowing into the ferroelectric capacitor (1-1) when the bit line pair is connected to the Vcc level during the nonvolatile operation and connected. At this time, the reference capacitor (2-
Let Q4 be the amount of charge flowing into 1). If the direction of polarization of the ferroelectric capacitor (1-1) is the direction of the bit line (BL) and "1" is the reverse direction, a large amount of polarization inversion occurs in the "0" state. Charge (Q3) of the ferroelectric capacitor (1-
Flow into 1). On the other hand, in the "1" state, since there is no polarization inversion, only the charge (Q1) corresponding to the capacitance (Cm) flows. Therefore, the amount of charge flowing into the reference capacitor (2-1)
If Q4 is set between Q1 and Q3, Q1 <
Since it is Q4, the bit line (BL) can be determined to be at a high level, and in the "0" state, since Q4 <Q3, the bit line (BL ') can be determined to be at a high level. In this case, since it is certain that Q4 is out of the state of both Q3 and Q1, Q4
It is desirable to control so as to be an intermediate value between Q3 and Q3.

例えば参照コンデンサ(2−1)の容量(Cm′)を、
Cm′=2・Cmとし、プリチャージ状態では参照コンデン
サ用電圧供給手段(4)の電位をVssレベルとし、他端
にも図示しないスイッチング素子を介しVssレベルを供
給して参照コンデンサ(2−1)に蓄積される電荷量を
0とする。一方強誘電体コンデンサ(1−1)には電圧
供給手段(3)によりVssレベルの電位が供給されてい
る。さてここでVccレベルのビット線対を接続すると、
“1"状態では強誘電体コンデンサ(1−1)には分極方
向と同極性の電圧が印加されることになるため分極反転
は生じず、容量Cm相当程度の電荷量Q1しか流入しない
が、参照コンデンサ(2−1)には容量Cm′(=2・C
m)及び印加電圧(Vcc)に相当する電荷Q4が流入する。
従って、Q4>Q1であり、ビット線(BL)を高レベルにビ
ット線(BL′)を低レベルに確定する。また“0"状態で
は、強誘電体コンデンサ(1−1)には分極反転を生じ
る電圧が印加されることになるため、Q3は分極反転に必
要な電荷量相当の多大な電荷(例えば3・Cm相当程度)
となるが、Q4は“1"と同様でQ4>Q2であるから、ビット
線(BL′)を高レベルにビット線(BL)を低レベルに確
定する。
For example, the capacitance (Cm ') of the reference capacitor (2-1) is
In the precharge state, the potential of the reference capacitor voltage supply means (4) is set to the Vss level, and the other end is also supplied with the Vss level via a switching element (not shown) to supply the reference capacitor (2-1). ) Is 0. On the other hand, a potential of Vss level is supplied to the ferroelectric capacitor (1-1) by the voltage supply means (3). Now, if you connect a pair of Vcc-level bit lines,
In the “1” state, a voltage having the same polarity as the polarization direction is applied to the ferroelectric capacitor (1-1), so that no polarization inversion occurs, and only a charge amount Q1 equivalent to the capacitance Cm flows in. The reference capacitor (2-1) has a capacitance Cm '(= 2 · C
m) and the charge Q4 corresponding to the applied voltage (Vcc) flows.
Therefore, Q4> Q1, and the bit line (BL) is determined to be high and the bit line (BL ') is determined to be low. In the “0” state, a voltage that causes polarization inversion is applied to the ferroelectric capacitor (1-1). Therefore, Q3 has a large amount of electric charge (for example, 3 · Cm equivalent)
However, since Q4 is the same as "1" and Q4> Q2, the bit line (BL ') is determined to be high and the bit line (BL) is determined to be low.

なお書き込みはビット線対を強制的に“0"又は“1"状
態にしてスイッチング素子(1−2)(2−1)をONす
ることにより行なうことができる。
The writing can be performed by forcibly setting the bit line pair to "0" or "1" and turning on the switching elements (1-2) and (2-1).

この様に参照コンデンサを動作モードに応じて選択す
れな良い。第2図では1個の参照コンデンサしか図示し
ていないが、複数の参照コンデンサを用意し、これを切
替え、更に印加する電位を参照コンデンサ用電圧供給手
段で制御すれば良い。より具体的には 強誘電体コンデンサと; この強誘電体コンデンサの一方の電極に接続されたス
イッチング素子と; 前記強誘電体コンデンサの他方の電極に接続された、
前記強誘電体コンデンサに印加する電圧を制御し、記憶
情報によらず前記強誘電体コンデンサの分極方向の変化
しない電圧を印加する第1の電圧印加手段及び前記強誘
電体コンデンサの分極方向が変化し得る電圧を印加する
第2の電圧印加手段の一方を選択する電圧供給手段と; 前記第1の電圧印加手段が選択されたとき、前記強誘
電体コンデンサに流入する電荷量より少ない電荷が流入
するよう容量が設定された第1の参照コンデンサと; 前記第2の電圧印加手段が選択されたとき、前記強誘
電体コンデンサに分極反転が生じるときに流れる電荷量
よりは少なく、分極反転が生じないときに流れる電荷量
よりは多い電流が流入するように容量が設定された第2
の参照コンデンサと; 前記第1及び第2の参照コンデンサと前記強誘電体コ
ンデンサとに接続されるセンスアンプと; 前記電圧供給手段が前記第1の電圧印加手段を選択す
るときは前記第1の参照コンデンサを選択し、前記第2
の電圧印加手段を選択するときは前記第2の参照コンデ
ンサを選択して前記センスアンプに接続する参照コンデ
ンサ選択手段と を具備し、 強誘電体コンデンサ及び参照コンデンサはビット線対
を介してセンスアンプに接続され、強誘電体コンデンサ
及び参照コンデンサにビット線から電圧を印加した際に
流入する電荷によって生じる電圧降下の度合いをセンス
アンプにより増幅し、強誘電体コンデンサの記憶状態を
ビット線対の電位の高低で読み出すように構成すれば良
い。
Thus, the reference capacitor may be selected according to the operation mode. Although only one reference capacitor is shown in FIG. 2, a plurality of reference capacitors may be prepared, switched, and the applied potential may be controlled by the reference capacitor voltage supply means. More specifically, a ferroelectric capacitor; a switching element connected to one electrode of the ferroelectric capacitor; and a switching element connected to the other electrode of the ferroelectric capacitor.
A first voltage application unit for controlling a voltage applied to the ferroelectric capacitor to apply a voltage that does not change the polarization direction of the ferroelectric capacitor regardless of stored information; and a change in the polarization direction of the ferroelectric capacitor. Voltage supply means for selecting one of the second voltage application means for applying a voltage that can be applied; and when the first voltage application means is selected, a charge smaller than the charge quantity flowing into the ferroelectric capacitor flows. A first reference capacitor having a capacitance set to perform the above operation; and when the second voltage applying means is selected, the amount of charge flowing when the polarization inversion occurs in the ferroelectric capacitor is smaller, and the polarization inversion occurs. The second is a capacitor whose capacity is set so that a current larger than the amount of charge flowing when there is no
A reference capacitor; a sense amplifier connected to the first and second reference capacitors and the ferroelectric capacitor; and a first amplifier when the voltage supply unit selects the first voltage application unit. Select a reference capacitor and
And a reference capacitor selecting means for selecting the second reference capacitor and connecting to the sense amplifier when the voltage applying means is selected, wherein the ferroelectric capacitor and the reference capacitor are connected via a bit line pair to the sense amplifier. Connected to the ferroelectric capacitor and the reference capacitor, the sense amplifier amplifies the degree of voltage drop caused by the charge flowing when a voltage is applied from the bit line to the ferroelectric capacitor and the reference capacitor, and changes the storage state of the ferroelectric capacitor to the potential of the bit line pair. It may be configured so that reading is performed at a high or low level.

なお参照コンデンサに流入する電荷量は蓄積される電
荷量が0の状態を基準としても良いし、ある程度充電し
ておき、上積みして流入する電荷量を基準としても良
い。
The charge amount flowing into the reference capacitor may be based on the state where the accumulated charge amount is 0, or may be based on the charge amount that is charged to some extent and stacked and then flows.

以上では参照コンデンサを複数個とし、参照コンデン
サに印加する電圧を固定したが、1個の参照コンデン
サ,すなわちCm′を固定して参照コンデンサに印加する
電圧を変えても良い。例えば強誘電体コンデンサ(1−
1)と同一のVccの印加電圧とすると、Q3(分極反転
時)>Q4>Q3(分極非反転時)、Q1(“0")>Q2>Q1
(“1")を満たすように参照コンデンサ(2−1)に印
加する電圧を制御すれば良い。例えば分極反転時に強誘
電体コンデンサに流入する電荷量相当の容量をCm″=3
・Cm′程度とすると、参照コンデンサ容量(Cm′)を、
Cm′=2・Cmとし、不揮発性動作時には基準蓄積電荷量
を0とし、揮発性動作時には3/4・Vccでの充電電荷量を
基準とし、流入電荷量を比較対象とすれば良い。読み出
しは前述の例と同様である。具体的構成としては、例え
ば、 強誘電体コンデンサと; この強誘電体コンデンサの一方の電極に接続されたス
イッチング素子と; 前記強誘電体コンデンサの他方の電極に接続された、
前記強誘電体コンデンサに印加する電圧を制御し、記憶
情報によらず前記強誘電体コンデンサの分極方向の変化
しない電圧を印加する第1の電圧印加手段及び前記強誘
電体コンデンサの分極方向が変化し得る電圧を印加する
第2の電圧印加手段の一方を選択する電圧供給手段と; 参照コンデンサと; 前記強誘電体コンデンサと前記参照コンデンサとに接
続されるセンスアンプと; 前記第1の電圧印加手段が選択されたときには前記強
誘電体コンデンサに流入する電荷量より少ない電荷が前
記参照コンデンサに流入し、前記第2の電圧印加手段が
選択されたときには前記強誘電体コンデンサに分極反転
が生じるときに流れる電荷量よりは少なく、分極反転が
生じないときに流れる電荷量よりは多い電荷が前記参照
コンデンサに流入するように、前記参照コンデンサに充
電する電荷量を制御する参照コンデンサ選択手段と を具備し、 強誘電体コンデンサ及び参照コンデンサはビット線対
を介してセンスアンプに接続され、強誘電体コンデンサ
及び参照コンデンサに駆動電圧を印加した際に流入する
電荷によって生じる電圧降下の度合いをセンスアンプに
より増幅し、強誘電体コンデンサの記憶状態をビット線
対の電位の高低で読み出すように設定すれば良い。
In the above description, a plurality of reference capacitors are used and the voltage applied to the reference capacitor is fixed. However, the voltage applied to the reference capacitor may be changed by fixing one reference capacitor, that is, Cm '. For example, a ferroelectric capacitor (1-
Assuming the same Vcc applied voltage as in 1), Q3 (when the polarization is inverted)>Q4> Q3 (when the polarization is not inverted), Q1 ("0")>Q2> Q1
The voltage applied to the reference capacitor (2-1) may be controlled so as to satisfy (“1”). For example, the capacitance corresponding to the amount of charge flowing into the ferroelectric capacitor at the time of polarization inversion is Cm ″ = 3.
・ If it is about Cm ', the reference capacitor capacity (Cm') becomes
Cm ′ = 2 · Cm, the reference accumulated charge amount is set to 0 in the nonvolatile operation, and the charge amount at 3/4 · Vcc is set to the reference in the volatile operation, and the inflowing charge amount may be compared. Reading is the same as in the previous example. As a specific configuration, for example, a ferroelectric capacitor; a switching element connected to one electrode of the ferroelectric capacitor; and a switching element connected to the other electrode of the ferroelectric capacitor,
A first voltage application unit for controlling a voltage applied to the ferroelectric capacitor to apply a voltage that does not change the polarization direction of the ferroelectric capacitor regardless of stored information; and a change in the polarization direction of the ferroelectric capacitor. Voltage supply means for selecting one of second voltage application means for applying a voltage that can be applied; a reference capacitor; a sense amplifier connected to the ferroelectric capacitor and the reference capacitor; and the first voltage application. When the means is selected, an electric charge smaller than the electric charge flowing into the ferroelectric capacitor flows into the reference capacitor, and when the second voltage applying means is selected, the polarization inversion occurs in the ferroelectric capacitor. Less than the amount of charge flowing into the reference capacitor, and more than the amount of charge flowing when no polarization reversal occurs. Reference capacitor selecting means for controlling an amount of charge to be charged in the reference capacitor, wherein the ferroelectric capacitor and the reference capacitor are connected to a sense amplifier via a bit line pair, and a drive voltage is applied to the ferroelectric capacitor and the reference capacitor. It is sufficient to amplify the degree of the voltage drop caused by the electric charge flowing when the voltage is applied by the sense amplifier, and to read out the storage state of the ferroelectric capacitor depending on the level of the potential of the bit line pair.

以上参照コンデンサを揮発性動作用,不揮発性動作用
と2種類(駆動電圧を変化する場合を含めて)備えた場
合について説明したが、参照コンデンサを電荷量または
分極方向が相補的に変化するように構成された強誘電体
コンデンサから構成し、両者の比較から“0",“1"状態
を検出するようにしてもよい。すなわち、揮発性動作時
には、一方の強誘電体コンデンサに電荷が蓄積されると
きは他方の電荷の蓄積がない状態となるようにして夫々
をセンスアンプに接続すれば、電荷の蓄積がない状態の
強誘電体コンデンサ側のビット線の方が電位降下が大き
く、電荷蓄積状態の強誘電体コンデンサ側のビット線の
方が高レベルに確定する。また不揮発性動作時には強誘
電体コンデンサの分極方向を相補的に変化させれば前述
と同様にビット線対の電位固定ができる。すなわちビッ
ト線側に分極が向いている強誘電体コンデンサ側のビッ
ト線の電位降下の方が小さいため強誘電体コンデンサ側
のビット線の方が低レベルに確定する。
The case where two types of reference capacitors are used for volatile operation and non-volatile operation (including the case where the drive voltage is changed) has been described above. However, the reference capacitor is designed so that the charge amount or the polarization direction changes complementarily. May be configured to detect the "0" and "1" states by comparing the two. In other words, during volatile operation, when charge is stored in one of the ferroelectric capacitors, the other is in a state where no charge is stored. The potential drop is larger on the bit line on the ferroelectric capacitor side, and the bit line on the ferroelectric capacitor side in the charge storage state is determined to be at a higher level. In the nonvolatile operation, if the polarization direction of the ferroelectric capacitor is complementarily changed, the potential of the bit line pair can be fixed as described above. That is, since the potential drop of the bit line on the ferroelectric capacitor side whose polarization is directed to the bit line side is smaller, the bit line on the ferroelectric capacitor side is determined to be at a lower level.

以上説明したような本発明によれば、通常は強誘電体
コンデンサを分極反転を生じない状態で使用することに
より、書き込み/読み出しのサイクルタイムを短くで
き、またウェア・アウト現象を抑制できる。また同一の
強誘電体コンデンサを用いながら不揮発性動作に切替え
ることができるため、実質的に情報の不揮発化が実現で
きる。すなわち通電時は特に不揮発化をする必要がな
く、電源切断時にのみ不揮発化が必要であり、従来の如
くそれぞれ別個のメモリを設けるのに比べ、本発明は高
集積化を疎外するような構造の複雑化を生じることな
く、通常は揮発性動作で、特殊時に不揮発動作に変更で
きるため、非常に有効である。
According to the present invention as described above, the ferroelectric capacitor is usually used in a state where no polarization reversal occurs, whereby the write / read cycle time can be shortened and the wear-out phenomenon can be suppressed. Further, since the operation can be switched to the nonvolatile operation while using the same ferroelectric capacitor, the nonvolatile information can be substantially realized. That is, there is no need to perform non-volatization when power is supplied, but only when power is turned off. Compared with the conventional case where separate memories are provided, the present invention has a structure in which high integration is alienated. This is very effective because it is usually a volatile operation without any complication and can be changed to a non-volatile operation at a special time.

(実施例) 以下に本発明の実施例を説明する。(Example) An example of the present invention will be described below.

実施例1 第3図は本発明の一実施例を示す回路図である。Embodiment 1 FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.

1メモリセル(31)はスイッチング素子(311)に強
誘電体コンデンサ(312)からなる。スイッチング素子
(311)はワード線駆動部(32)に接続され、ワード線
(WL31)により選択的に駆動される。強誘電体コンデン
サ(312)の一方の電極はスイッチング素子(311)を介
してビット線(BLa)に接続され、他方の電極はプレー
ト線(PL31)を介してプレート線制御手段(33)(電圧
供給手段)に接続されている。このプレート線(PL31)
は、プレート線切替え駆動部(333)からのプレート線
切換え線(DC31)により駆動されるスイッチング素子
(331)を介してVssレベルに、プレート線切換え線(DC
32)により駆動されるスイッチング素子(332)を介し
てプレート線駆動部(334)に接続される。
One memory cell (31) includes a switching element (311) and a ferroelectric capacitor (312). The switching element (311) is connected to the word line driving section (32) and is selectively driven by the word line (WL31). One electrode of the ferroelectric capacitor (312) is connected to the bit line (BLa) via the switching element (311), and the other electrode is connected to the plate line control means (33) (voltage) via the plate line (PL31). Supply means). This plate line (PL31)
Is set to the Vss level via the switching element (331) driven by the plate line switching line (DC31) from the plate line switching drive unit (333).
It is connected to the plate line drive unit (334) via the switching element (332) driven by the unit (32).

また参照部(34)は基本的には、揮発性動作用の参照
コンデンサ(341)とスイッチング素子(343)(344)
からなる揮発性動作用セル(347)と、不揮発性動作用
の参照コンデンサ(342)とスイッチング素子(345)
(346)とからなる不揮発性動作用セル(348)とからな
る。参照コンデンサ(341)の一方の電極は駆動用のス
イッチング素子(343)を介してビット線(BLa′)に接
続される。このスイッチング素子(343)はダミーワー
ド線駆動部(39)(参照コンデンサ選択手段)に接続さ
れたダミーワード線(DWL31)により選択的に駆動され
る。また他方の電極はVssレベルに接続されている。参
照コンデンサ(341)の両電極はプリチャージ用のスイ
ッチング素子(344)を介して接続されている。プリチ
ャージ用のスイッチング素子(344)はプリチャージ駆
動部(35)により制御される。不揮発性動作用の参照コ
ンデンサ(342)の一方の電極はVssレベルに接続され、
他方の電極はスイッチング素子(345)を介しビット線
(BLa′)に接続される。スイッチング素子(345)はダ
ミーワード線駆動部(39)に接続されたダミーワード線
(DWL32)により選択的に駆動される。この不揮発性動
作用の参照コンデンサ(342)の両電極はプリチャージ
用のスイッチング素子(346)を介して電極と接続され
ている。なおプリチャージ用のスイッチング素子(34
6)はプリチャージ駆動部(35)により制御される。ビ
ット線対(BLa)(BLa′)の一端はセンスアンプ(36)
に接続され、他端はカラム手段選択(37)のスイッチン
グ素子(371)(372)を介してデータ入出力線(I/O)
(I/O′)に接続され、さらにデータ入出力部(38)に
接続される。カラム選択手段(37)は前記スイッチング
素子(371)(372)と、これを駆動するカラム選択線駆
動部(373)からなる。ビット線対(BLa)(BLa′)
は、プリチャージ駆動部(35)により駆動されるスイッ
チング素子(SW31)(SW32)を介してそれぞれVccレベ
ルに接続される。またプリチャージ時のビット線(BL
a)(BLa′)の電位バランスをとるために、ビット線対
はプリチャージ駆動部(35)により駆動されるスイッチ
ング素子(SW33)を介して接続される。
The reference part (34) is basically a reference capacitor (341) and a switching element (343) (344) for volatile operation.
Cell for volatile operation (347) consisting of: Reference capacitor (342) and switching element (345) for nonvolatile operation
(346) and a nonvolatile operation cell (348). One electrode of the reference capacitor (341) is connected to a bit line (BLa ') via a drive switching element (343). The switching element (343) is selectively driven by a dummy word line (DWL31) connected to a dummy word line driving section (39) (reference capacitor selecting means). The other electrode is connected to the Vss level. Both electrodes of the reference capacitor (341) are connected via a switching element (344) for precharging. The precharge switching element (344) is controlled by the precharge drive unit (35). One electrode of the reference capacitor (342) for nonvolatile operation is connected to the Vss level,
The other electrode is connected to the bit line (BLa ') via the switching element (345). The switching element (345) is selectively driven by a dummy word line (DWL32) connected to the dummy word line driving section (39). Both electrodes of the reference capacitor (342) for nonvolatile operation are connected to the electrodes via a switching element (346) for precharging. The switching element for precharge (34
6) is controlled by the precharge drive section (35). One end of the bit line pair (BLa) (BLa ') is a sense amplifier (36)
The other end is connected to the data input / output line (I / O) via the switching element (371) (372) of the column means selection (37).
(I / O '), and further connected to the data input / output unit (38). The column selecting means (37) includes the switching elements (371) and (372) and a column selection line driving section (373) for driving the switching elements. Bit line pair (BLa) (BLa ')
Are connected to the Vcc level via switching elements (SW31) and (SW32) driven by the precharge driving unit (35). In addition, the bit line (BL
a) In order to balance the potential of (BLa '), the bit line pair is connected via a switching element (SW33) driven by a precharge driver (35).

以上の構成を基本とし、1個のセンサアンプには1個
の参照部と多数のメモリセルが接続され、1個のカラム
(a)を構成する。なお、強誘電体コンデンサと参照コ
ンデンサの選択はDRAMと同様のフォールデッドと同動作
である。多数のカラムが半導体記憶装置の中には存在
し、カラム選択手段で各々で選択される。選択されたカ
ラムのメモリセルはワード線駆動部により選択される。
また参照コンデンサは揮発性動作、不揮発性動作に応じ
て選択される。これは基本回路構成であり、実質的に同
様の動作をする範囲内で追加・変更しても構わない。
Based on the above configuration, one sensor amplifier is connected to one reference unit and many memory cells to form one column (a). Note that the selection of the ferroelectric capacitor and the reference capacitor is the same as the operation of the folded same as the DRAM. A large number of columns exist in the semiconductor memory device, and each column is selected by column selecting means. The memory cell in the selected column is selected by the word line driving unit.
The reference capacitor is selected according to a volatile operation or a nonvolatile operation. This is a basic circuit configuration, and may be added or changed within a range in which substantially the same operation is performed.

次にタイミングチャート(第4図)を参照して本実施
例の動作を説明する。なおゲート線駆動は7.5V,ビット
線は5Vとする。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to a timing chart (FIG. 4). Note that the gate line drive is set at 7.5V and the bit line is set at 5V.

なお揮発性動作時の参照コンデンサ(341)は揮発性
動作時の強誘電体コンデンサ(312)の容量,すなわち
分極反転を伴わないときの容量(Cm)より小さい容量で
略1/2・Cmの容量を有するように設定されている。不揮
発性動作時に使用する参照コンデンサ(342)は、分極
反転時に強誘電体コンデンサ(312)に流入する電荷量
より少ない電荷を蓄積し、Cmより大きい容量で略2・Cm
の容量に設定される。
The reference capacitor (341) during volatile operation is smaller than the capacitance of the ferroelectric capacitor (312) during volatile operation, that is, smaller than the capacitance without polarization reversal (Cm). It is set to have a capacity. The reference capacitor (342) used in the non-volatile operation stores a charge smaller than the charge flowing into the ferroelectric capacitor (312) at the time of polarization reversal, and has a capacity larger than Cm and is approximately 2 · Cm.
Is set to

(1)揮発性動作モード 本モードでは強誘電体コンデンサ(312)に電荷が蓄
積されている状態を“1"とし、電荷の蓄積がない状態を
“0"とする。強誘電体コンデンサ(312)の電荷蓄積は
分極反転を伴わないように一方向の電圧印加で行なわれ
る。
(1) Volatile operation mode In this mode, the state where electric charge is accumulated in the ferroelectric capacitor (312) is “1”, and the state where electric charge is not accumulated is “0”. Charge storage in the ferroelectric capacitor (312) is performed by applying a voltage in one direction so as not to cause polarization inversion.

(a)書き込み動作 待機状態ではプリチャージ線(PC)は高レベル状態で
あり、ビット線対(BLa)(BLa′)はVccレベルに保た
れている。また参照用コンデンサ(341)は短絡されて
いることになる。プレート線(PL31)は、プレート線切
換え駆動部(333)が、プレート線切換え線(DC31)を
高レベルとする信号を出し、この信号でスイッチング素
子(331)がONとなりVssレベルに接続されるように設定
される。
(A) Write operation In the standby state, the precharge line (PC) is in the high level state, and the bit line pair (BLa) (BLa ') is kept at the Vcc level. Also, the reference capacitor (341) is short-circuited. As for the plate line (PL31), the plate line switching drive unit (333) outputs a signal for setting the plate line switching line (DC31) to a high level, and the switching element (331) is turned on by this signal to be connected to the Vss level. It is set as follows.

外部よりチップイネーブル信号(CE)が入力されるこ
とにより活性状態となり、プリチャージ線(PC)が低レ
ベル状態となることで、ビット線対(BLa)(BLa′)は
Vccレベルでフローティング状態となる。メモリセルの
アドレス信号の内容と動作モードの指定により、例えば
ワード線(WL31)およびダミーワード線(DWL31)が高
レベルとなり、スイッチング素子(311)(343)がON状
態となり、強誘電体コンデンサ(312)および参照コン
デンサ(341)がそれぞれビット線(BLa)(BLa′)に
接続される。強誘電体コンデンサ(312)及び参照コン
デンサ(341)の電荷蓄積状態に応じてビット線の電位
低下が生じる。引き続いてセンスアンプ(36)を活性化
することでビット線(BLa)(BLa′)の電位を高低レベ
ルに相補的に確定する。
When the chip enable signal (CE) is input from the outside, the chip is activated and the precharge line (PC) is at a low level, so that the bit line pair (BLa) (BLa ')
Floating state at Vcc level. According to the contents of the address signal of the memory cell and the designation of the operation mode, for example, the word line (WL31) and the dummy word line (DWL31) become high level, the switching elements (311) and (343) turn on, and the ferroelectric capacitor ( 312) and the reference capacitor (341) are connected to the bit lines (BLa) (BLa '), respectively. The potential of the bit line drops according to the charge storage state of the ferroelectric capacitor (312) and the reference capacitor (341). Subsequently, by activating the sense amplifier (36), the potentials of the bit lines (BLa) (BLa ') are complementarily determined to be high and low.

例えば“1"状態のときは強誘電体コンデンサ(312)
には電荷が蓄積されているので、ビット線(BLa)の電
位低下は少ない。これに対し参照コンデンサ(341)に
は電荷の蓄積がないため、参照コンデンサ(341)の容
量とビット線容量で決まる所定量の電位低下が生じる。
従って強誘電体コンデンサ(312)側のビット線(BLa)
の電位の方が参照コンデンサ(341)側のビット線(BL
a′)より高くなり、ビット線(BLa)を高レベル、ビッ
ト線(BLa′)を低レベルに確定する。
For example, in the "1" state, ferroelectric capacitor (312)
Since the electric charge is accumulated in the bit line (BLa), the potential drop of the bit line (BLa) is small. On the other hand, since the reference capacitor (341) does not accumulate charges, a predetermined amount of potential drop is determined by the capacitance of the reference capacitor (341) and the bit line capacitance.
Therefore, the bit line (BLa) on the ferroelectric capacitor (312) side
The potential of the bit line (BL) on the reference capacitor (341) side is
a ′), and the bit line (BLa) is determined to be at a high level and the bit line (BLa ′) is determined to be at a low level.

一方“0"状態のときは強誘電体コンデンサ(312)に
は電荷が蓄積されていないので、容量に応じて電荷の流
入が生じ、ビット線(BLa)の電位が低下する。参照コ
ンデンサ(341)の容量は強誘電体コンデンサ(312)の
容量より小さいため、電荷流入によるビット線(BL
a′)の電位低下は強誘電体コンデンサ(312)の場合に
比べ少ない。従って強誘電体コンデンサ(312)側のビ
ット線(BLa)の電位のほうが参照コンデンサ(341)側
のビット線(BLa′)より低くなり、ビット線(BLa′)
を高レベルに、ビット線(BLa)を低レベルに確定す
る。
On the other hand, in the "0" state, since no charge is stored in the ferroelectric capacitor (312), the charge flows in according to the capacitance, and the potential of the bit line (BLa) decreases. Since the capacitance of the reference capacitor (341) is smaller than the capacitance of the ferroelectric capacitor (312), the bit line (BL
The potential drop of a ') is smaller than that of the ferroelectric capacitor (312). Therefore, the potential of the bit line (BLa) on the ferroelectric capacitor (312) side is lower than the bit line (BLa ') on the reference capacitor (341) side, and the potential of the bit line (BLa') is lower.
At a high level and the bit line (BLa) at a low level.

その後カラム選択線駆動部(373)によりカラム選択
線(CSLa)が高レベルに駆動されて、スイッチング素子
(371)(372)がON状態となり、データ入出力線(I/
O)(I/O′)に接続される。ここでデータ入出力線(I/
O)(I/O′)の設定状態にビット線(BLa)(BLa′)が
強制的に書替えられる。従ってデータ入出力線(I/O)
が高レベルであれば強誘電体コンデンサ(312)に電荷
が蓄積されることになり、データ入出力線(I/O)が低
レベルであれば電荷の蓄積はなく、それぞれ“1"“0"状
態が記憶されることになる。
Thereafter, the column selection line (CSLa) is driven to a high level by the column selection line driving unit (373), the switching elements (371) and (372) are turned on, and the data input / output lines (I /
O) (I / O '). Here, the data input / output line (I /
The bit lines (BLa) and (BLa ') are forcibly rewritten to the setting states of O) and (I / O'). Therefore, data input / output lines (I / O)
Is high, charge is stored in the ferroelectric capacitor (312). If the data input / output line (I / O) is low, no charge is stored. "The state will be remembered.

プリチャージ状態への復帰はチップイネーブル信号
(CE)が高レベルに復帰することで起動され、ワード線
(WL31),ダミーワード線(DWL31),カラム選択線(C
SLa)を低レベルに設定するようにそれぞれの駆動部が
信号を出し、スイッチング素子(311)(343)(371)
(372)がOFF状態となり、その後プリチャージ線(PC)
が高レベルに設定するようにプリチャージ駆動部(35)
が信号を出して一連の書込み動作を終了する。
Return to the precharge state is started when the chip enable signal (CE) returns to the high level, and the word line (WL31), dummy word line (DWL31), and column select line (C
SLa) is set to a low level, and each drive unit issues a signal, and the switching elements (311) (343) (371)
(372) turns off and then the precharge line (PC)
Precharge driver (35) to set to high level
Outputs a signal to end a series of write operations.

なお異なるカラムで連続して動作を行なう場合は特に
プリチャージ状態への復帰動作を行なうことなく、動作
を続ければ良い。
When the operation is continuously performed in different columns, the operation may be continued without performing the operation of returning to the precharge state.

また以上の説明では一旦ビット線対の電位が確定して
から書込みを行なったが、確定を待つことなくデータ入
出力線からの書込みを行なっても良い。
In the above description, writing is performed after the potential of the bit line pair is once determined. However, writing from the data input / output line may be performed without waiting for the determination.

(b)読出し動作 ビット線対の電位確定までの動作は(a)書込み動作
と同様である。その後カラム選択線駆動部(373)より
高レベルの信号をカラム選択線(CSLa)に出し、スイッ
チング素子(371)(372)をON状態とし、センスアンプ
(36)により確定した情報をデータ入出力線(I/O)(I
/O′)に出力する。
(B) Read operation The operation up to the determination of the potential of the bit line pair is the same as (a) the write operation. After that, a high-level signal is output from the column selection line driver (373) to the column selection line (CSLa), the switching elements (371) and (372) are turned on, and the information determined by the sense amplifier (36) is input and output. Line (I / O) (I
/ O ').

プリチャージ状態への復帰は(a)書込み動作と同様
である。
The return to the precharge state is similar to (a) the write operation.

(2)不揮発性動作モード 本モードでは強誘電体コンデンサ(312)の分極方向
で記憶を行なう。プレート線(PL31)の方向に分極が向
いているときを“1"とし、ビット線(BLa′)に向いて
いるときを“0"とする。
(2) Nonvolatile operation mode In this mode, data is stored in the polarization direction of the ferroelectric capacitor (312). When the polarization is oriented in the direction of the plate line (PL31), it is set to "1", and when it is oriented to the bit line (BLa '), it is set to "0".

(a)書き込み動作 待機状態ではビット線対(BLa)(BLa′)はVccレベ
ルに保たれていることは揮発性動作時と同様である。プ
レート線(PL31)は、プレート線切替え駆動部(333)
が、プレート線切換え線(DC32)を高レベルとする信号
を出し、スイッチング素子(332)がONとなりプレート
線駆動部(334)に接続されるように設定される。当初
はプレート線(PL31)に低レベル(Vss)の信号を供給
している。
(A) Write operation In the standby state, the bit line pair (BLa) (BLa ') is kept at the Vcc level, as in the volatile operation. Plate line (PL31) is a plate line switching driver (333)
However, a signal for setting the plate line switching line (DC32) to a high level is output, and the switching element (332) is turned ON to be connected to the plate line driving unit (334). Initially, a low level (Vss) signal is supplied to the plate line (PL31).

外部よりチップイネーブル信号(CE)が入力されるこ
とにより活性状態となり、プリチャージ線(PC)が低レ
ベル状態となることで、ビット線対(BLa)(BLa′)は
Vccレベルでフローティング状態となる。メモリセルの
アドレス信号の内容と動作モードの指定により、例え
ば、ワード線(WL31)及びダミーワード線(DWL32)が
高レベルとなりスイッチング素子(311)(345)がON状
態となり、強誘電体コンデンサ(312)及び参照コンデ
ンサ(342)が、それぞれビット線(BLa)(BLa′)に
接続される。これに伴いビット線の電位低下が生じる。
引き続いてセンスアンプ(36)を活性化することでビッ
ト線(BLa)(BLa′)の電位を高低レベルに相補的に確
定する。
When the chip enable signal (CE) is input from the outside, the chip is activated and the precharge line (PC) is at a low level, so that the bit line pair (BLa) (BLa ')
Floating state at Vcc level. According to the contents of the address signal of the memory cell and the designation of the operation mode, for example, the word line (WL31) and the dummy word line (DWL32) become high level, the switching elements (311) and (345) are turned on, and the ferroelectric capacitor ( 312) and the reference capacitor (342) are connected to the bit lines (BLa) (BLa '), respectively. Accordingly, the potential of the bit line decreases.
Subsequently, by activating the sense amplifier (36), the potentials of the bit lines (BLa) (BLa ') are complementarily determined to be high and low.

例えば“1"状態のときは強誘電体コンデンサ(312)
はプレート線(PL31)方向に分極されている。すなわち
ビット線(BLa)が高電位状態に分極されている。従っ
てVccレベルのフローティング状態のビット線(BLa)が
接続されても分極極性と同極性であるため、単にコンデ
ンサとしての容量(Cm)分の電荷流入があるだけであ
る。これに対し参照コンデンサ(342)には容量(2Cm)
分の電荷が流入するため、参照コンデンサ(342)側の
ビット線(BLa′)の方の電位低下が大きく、センスア
ンプ(36)により、ビット線(BLa)を高レベル、ビッ
ト線(BLa′)を低レベルに確定する。
For example, in the "1" state, ferroelectric capacitor (312)
Are polarized in the direction of the plate line (PL31). That is, the bit line (BLa) is polarized to a high potential state. Therefore, even if the bit line (BLa) in the floating state at the Vcc level is connected, it has the same polarity as the polarization polarity, so that there is only charge inflow for the capacity (Cm) as a capacitor. In contrast, the reference capacitor (342) has a capacitance (2 cm)
Since the electric charge for the current flows into the bit line (BLa ′) on the side of the reference capacitor (342), the potential of the bit line (BLa) is increased to a high level by the sense amplifier (36). ) At a low level.

一方“0"状態のときは強誘電体コンデンサ(312)は
ビット線(BLa)方向に分極されている。従ってVccレベ
ルのフローティング状態のビット線(BLa)が接続され
ると分極極性が逆極性の電界が強誘電体コンデンサ(3
1)に印加されることになり、分極反転が生じる。その
ため多量の電荷が流入し、強誘電体コンデンサ(312)
側のビット線(BLa)の方の電位低下が大きく、センス
アンプ(36)により、ビット線(BLa′)を高レベル、
ビット線(BLa)を低レベルに確定する。
On the other hand, in the "0" state, the ferroelectric capacitor (312) is polarized in the direction of the bit line (BLa). Therefore, when the floating bit line (BLa) at the Vcc level is connected, an electric field having the opposite polarization polarity is generated in the ferroelectric capacitor (3).
This is applied to 1), and polarization inversion occurs. As a result, a large amount of charge flows into the ferroelectric capacitor (312).
The potential drop of the bit line (BLa) on the side is larger, and the sense amplifier (36) sets the bit line (BLa ') to a high level.
The bit line (BLa) is set to a low level.

その後カラム選択線駆動部(373)によりカラム選択
線(CSLa)が高レベルに駆動されて、スイッチング素子
(371)(372)がON状態となり、データ入出力線(I/
O)(I/O′)に接続される。ここでデータ入出力線(I/
O)(I/O′)の設定状態にビット線(BLa)(BLa′)が
強制的に書替えられる。前述の如くプレート線(BL31)
は当初低レベルに設定されているため、データ入出力線
(I/O)が高レベルのときに強誘電体コンデンサ(312)
は“1"状態の分極方向となる。
Thereafter, the column selection line (CSLa) is driven to a high level by the column selection line driving unit (373), the switching elements (371) and (372) are turned on, and the data input / output lines (I /
O) (I / O '). Here, the data input / output line (I /
The bit lines (BLa) and (BLa ') are forcibly rewritten to the setting states of O) and (I / O'). Plate wire (BL31) as described above
Is initially set to a low level, so when the data input / output line (I / O) is at a high level, the ferroelectric capacitor (312)
Is the polarization direction of the “1” state.

データ入出力線(I/O)が低レベルのときは強誘電体
コンデンサ(312)の両端が低レベルとなるため、分極
反転は生じない。このときプレート線駆動部(334)か
らVccレベルの電位を供給することにより、強誘電体コ
ンデンサ(312)の状態は“1"状態の分極方向であるた
め、分極と逆極性の電圧が印加されることになり、分極
反転が生じ、“0"状態の分極方向となる。
When the data input / output line (I / O) is at a low level, both ends of the ferroelectric capacitor (312) are at a low level, so that no polarization inversion occurs. At this time, the potential of the Vcc level is supplied from the plate line driving unit (334), so that the state of the ferroelectric capacitor (312) is in the polarization direction of the "1" state, so that a voltage having the opposite polarity to the polarization is applied. As a result, polarization inversion occurs, and the polarization direction becomes the “0” state.

プリチャージ状態への復帰はチップイネーブル信号
(CE)が高レベルに復帰することで起動され、ワード線
(WL31),ダミーワード線(DWL32),カラム選択線(C
SLa)を低レベルに設定するようにそれぞれの駆動部が
信号を出し、スイッチング素子(311)(343)(371)
(372)がOFF状態となり、その後プリチャージ線(PC)
を高レベルに設定するようにプリチャージ駆動部(35)
が信号を出し一連の書込み動作を終了する。
Return to the precharge state is started when the chip enable signal (CE) returns to the high level, and the word line (WL31), dummy word line (DWL32), and column select line (C
SLa) is set to a low level, and each drive unit issues a signal, and the switching elements (311) (343) (371)
(372) turns off and then the precharge line (PC)
Precharge drive unit (35) to set to high level
Outputs a signal to end a series of write operations.

なお連続して次の動作を行なう場合は特にプリチャー
ジ状態への復帰動作を行なうことなく、動作を続ければ
良い。
When the next operation is continuously performed, the operation may be continued without performing the operation of returning to the precharge state.

また以上の説明では一旦ビット線対の電位が確定して
から書込みを行なったが、確定を待つことなくデータ入
出力線からの書込みを行なっても良い。
In the above description, writing is performed after the potential of the bit line pair is once determined. However, writing from the data input / output line may be performed without waiting for the determination.

(b)読出し動作 ビット線対の電位確定までの動作は(a)書込み動作
と同様である。その後カラム選択線駆動部(373)より
高レベルの信号をカラム選択線(CSLa)に出し、スイッ
チング素子(371)(372)をON状態とし、センスアンプ
(36)により確定した情報をデータ入出力線(I/O)(I
/O′)に出力する。
(B) Read operation The operation up to the determination of the potential of the bit line pair is the same as (a) the write operation. After that, a high-level signal is output from the column selection line driver (373) to the column selection line (CSLa), the switching elements (371) and (372) are turned on, and the information determined by the sense amplifier (36) is input and output. Line (I / O) (I
/ O ').

プリチャージ状態への復帰は(a)書込み動作と同様
である。
The return to the precharge state is similar to (a) the write operation.

次に動作モードの切替えについて説明する。 Next, switching of the operation mode will be described.

(3)揮発性動作→不揮発性動作 前述の(1)揮発性動作モードの(b)読出し動作を
行ない、ビット線対(BLa)(BLa′)の電位レベルを確
定する。“1"状態であれば強誘電体コンデンサ(312)
側のビット線(BLa)が高電位に、“0"状態であれば参
照コンデンサ(341)側のビット線(BLa′)が高電位に
確定する。
(3) Volatile operation → Nonvolatile operation The above-mentioned (1) volatile operation mode (b) read operation is performed to determine the potential level of the bit line pair (BLa) (BLa ′). Ferroelectric capacitor (312) if "1"
The bit line (BLa) on the reference capacitor (341) side is determined to be at a high potential if the bit line (BLa) on the side is at a high potential and in the "0" state.

ついでプレート線切換え駆動部(333)からのプレー
ト切換え線(DC31)を低レベルに、プレート切換え線
(DC32)を高レベルにする信号を出しスイッチング素子
(331)をOFFとし、スイッチング素子(332)をONとす
ることでプレート線(PL31)をプレート線駆動部(34
4)に接続し、不揮発性動作モードに切替わる。このと
きビット線(BLa)の確定電位で不揮発性の記憶ができ
る。すなわち不揮発性動作ではプレート線(PL31)は当
初低レベルに設定されているため、“1"のときはビット
線(BLa)が高レベルであり、“1"状態の分極方向とな
る。引き続きプレート線駆動部からVccレベルの電位が
供給されても、強誘電体コンデンサ(312)の両端の電
位が等しくなるにすぎず分極状態は反転せず“1"状態を
保つ。逆に“0"のときはビット線(BLa)が低レベル
で、強誘電体コンデンサ(312)の両端が低レベルとな
るため、分極反転は生じない。このときプレート線駆動
部(334)からVccレベルの電位を供給することにより、
強誘電体コンデンサ(312)は分極と逆極性の電圧が印
加されることになり、分極反転が生じ、“0"状態の分極
方向となる。
Then, a signal for setting the plate switching line (DC31) to a low level and the plate switching line (DC32) to a high level from the plate line switching driving unit (333) is output, and the switching element (331) is turned off. Is turned ON, the plate line (PL31) is connected to the plate line drive (34
Connect to 4) and switch to nonvolatile operation mode. At this time, nonvolatile storage can be performed at the determined potential of the bit line (BLa). That is, since the plate line (PL31) is initially set to the low level in the non-volatile operation, when "1", the bit line (BLa) is at the high level, and the polarization direction is in the "1" state. Even if the Vcc level potential is continuously supplied from the plate line drive unit, the potentials at both ends of the ferroelectric capacitor (312) are merely equalized, and the polarization state is not inverted and is maintained at "1". Conversely, when it is "0", the bit line (BLa) is at a low level and both ends of the ferroelectric capacitor (312) are at a low level, so that no polarization inversion occurs. At this time, by supplying a Vcc level potential from the plate line driving unit (334),
The ferroelectric capacitor (312) is applied with a voltage having a polarity opposite to that of the polarization, so that a polarization inversion occurs and the polarization direction becomes the “0” state.

(3)不揮発性動作→揮発性動作 前述の(2)不揮発性動作モードの(b)読出し動作
を行ないビット線対(BLa)(BLa′)の電位レベルを確
定する。“1"状態であれば強誘電体コンデンサ(312)
側のビット線(BLa)が高電位に、“0"状態であれば参
照コンデンサ(341)側のビット線(BLa′)が高電位に
確定する。
(3) Non-volatile operation → volatile operation The (b) read operation of the above-mentioned (2) nonvolatile operation mode is performed to determine the potential level of the bit line pair (BLa) (BLa '). Ferroelectric capacitor (312) if "1"
The bit line (BLa) on the reference capacitor (341) side is determined to be at a high potential if the bit line (BLa) on the side is at a high potential and in the "0" state.

ついでプレート線切換え駆動部(333)からのプレー
ト切換え線(DC32)を低レベルに、プレート切換え線
(DC31)を高レベルにする信号を出しスイッチング素子
(332)をOFFとし、スイッチング素子(331)をONとす
ることでプレート線(PL31)をVssレベルに接続する。
これで揮発性動作モードに切替わる。従って前述の
(2)揮発性動作モードにおける(a)書込み動作と同
様にして書込みを行なうことができる。すなわちビット
線(BLa)が高レベルであれば強誘電体コンデンサ(31
2)に電荷の蓄積がおこり、低レベルであれば電荷の蓄
積はおこらない。従って不揮発性動作時の情報が揮発性
の記憶として書込まれる。
Next, a signal for setting the plate switching line (DC32) to a low level and the plate switching line (DC31) to a high level from the plate line switching drive unit (333) is output, and the switching element (332) is turned off. Is turned on to connect the plate line (PL31) to the Vss level.
This switches to the volatile operation mode. Therefore, writing can be performed in the same manner as (a) writing operation in the above-mentioned (2) volatile operation mode. That is, if the bit line (BLa) is at a high level, the ferroelectric capacitor (31
2) Charge accumulation occurs, and if the level is low, the charge accumulation does not occur. Therefore, information at the time of nonvolatile operation is written as volatile storage.

このように動作モードの切替えは、切替え前の情報を
切替え後のモードでの情報として書替えることにより行
なうことができる。
As described above, the switching of the operation mode can be performed by rewriting the information before the switching as the information in the mode after the switching.

上記説明ではプレート線駆動部(334)が高低2値レ
ベルの電位を供給することとしたが、高レベルのみの供
給とし、その代わりにプレート線切替え駆動部(333)
により、高レベルの電位を供給するときだけスイッチン
グ素子(332)をON状態とし、それ以外はスイッチング
素子(331)をON状態としてVccレベルの電位を供給する
ようにプレート線切換え線(DC31)(DC32)の電位状態
を制御するように構成しても良い。
In the above description, the plate line driving unit (334) supplies the high-level and low-level potentials. However, only the high level is supplied, and instead, the plate-line switching driving unit (333)
The switching element (332) is turned ON only when a high-level potential is supplied, and the switching element (331) is turned ON otherwise to supply a Vcc-level potential. The configuration may be such that the potential state of DC32) is controlled.

以上の説明は1メモリセルに関してのみであったが、
実際の素子では、ワード線駆動部(32)の制御でカラム
(a)中の多数のメモリを順次選択駆動し、またカラム
選択手段(37)の制御で多数のカラムを順次選択駆動
し、動作することになる。
Although the above description is only for one memory cell,
In an actual device, a large number of memories in the column (a) are sequentially selected and driven under the control of the word line driving section (32), and a large number of columns are sequentially selected and driven under the control of the column selection means (37). Will do.

実施例2 第5図は本発明の他の実施例を示す回路図である。Embodiment 2 FIG. 5 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.

1メモリセル(51)の構成は実施例1と同様である。
スイッチング素子(511)は、ワード線(WL51)に接続
され、ワード線駆動部(52)により駆動される。強誘電
体コンデンサ(512)の一方の電極はスイッチング素子
(511)を介してビット線(BLa)に接続され、他方の電
極はプレート線(PL51)を介してプレート線制御手段
(53)(電圧供給手段)に接続されている。プレート線
(PL51)は、プレート線切換え駆動部(533)からのプ
レート線切換え線(DC51)により駆動されるスイッチン
グ素子(531)を介してVssレベルに接続され、プレート
線切換え線(DC52)により駆動されるスイッチング素子
(532)を介してプレート線駆動部(534)に接続され
る。
The configuration of one memory cell (51) is the same as that of the first embodiment.
The switching element (511) is connected to the word line (WL51) and is driven by the word line driving section (52). One electrode of the ferroelectric capacitor (512) is connected to the bit line (BLa) via the switching element (511), and the other electrode is connected to the plate line control means (53) (voltage) via the plate line (PL51). Supply means). The plate line (PL51) is connected to the Vss level via the switching element (531) driven by the plate line switching line (DC51) from the plate line switching drive unit (533), and is connected to the plate line switching line (DC52). It is connected to the plate line drive section (534) via the driven switching element (532).

本実施例では参照部の参照用コンデンサが1個である
ことが実施例1と異なる点である。
This embodiment is different from the first embodiment in that the number of reference capacitors in the reference section is one.

参照部(54)は参照コンデンサ(541)とスイッチン
グ素子(542)(543)からなる。この参照コンデンサ
(541)の一方の電極は駆動用のスイッチング素子(54
2)を介してビット線(BLa′)に接続される。スイッチ
ング素子(542)はダミーワード線駆動部(59)に接続
されたダミーワード線(DWL51)により選択的に駆動さ
れる。参照コンデンサ(541)の他方の電極はVssレベル
に接続されている。また参照コンデンサ(541)のスイ
ッチング素子(542)の側の電極は、プリチャージ用の
スイッチング素子(543)を介してプリチャージ電位供
給線(DPC51)に接続されている。プリチャージ用のス
イッチング素子(543)はプリチャージ駆動部(55)に
より信号が供給されるプリチャージ線(PC)により駆動
される。またプリチャージ電位供給線(DPC51)はスイ
ッチング素子(PC51)(PC52)を介してVd1,Vd2の電位
が供給されるように構成されている。電位の切換えは、
電位切換え駆動部(PCS51)に接続される電位切換え線
(DC53)(DC54)の信号で行なわれる。これが参照コン
デンサ電荷制御手段を構成する。
The reference section (54) includes a reference capacitor (541) and switching elements (542) (543). One electrode of this reference capacitor (541) is a driving switching element (54
2) to the bit line (BLa '). The switching element (542) is selectively driven by a dummy word line (DWL51) connected to the dummy word line driving section (59). The other electrode of the reference capacitor (541) is connected to the Vss level. The electrode on the switching element (542) side of the reference capacitor (541) is connected to the precharge potential supply line (DPC51) via the precharge switching element (543). The precharge switching element (543) is driven by a precharge line (PC) to which a signal is supplied by a precharge driver (55). The precharge potential supply line (DPC51) is configured to be supplied with the potentials Vd1 and Vd2 via the switching elements (PC51) and (PC52). Switching of the potential
This is performed by a signal on a potential switching line (DC53) (DC54) connected to the potential switching drive unit (PCS51). This constitutes reference capacitor charge control means.

ビット線対(BLa)(BLa′)の一端はセンスアンプ
(56)に接続され、他端はカラム選択手段(57)のスイ
ッチング素子(571)(572)を介してデータ入出力線
(I/O)(I/O′)に接続され、さらにデータ入出力部
(58)に接続される。カラム選択手段(57)は前記スイ
ッチング素子(571)(572)とこれを駆動するカラム選
択線駆動部(573)からなる。またビット線対(BLa)
(BLa′)は、プリチャージ駆動部(55)により駆動さ
れるスイッチング素子(SW51)(SW52)を介してそれぞ
れVccレベルに接続される。またビット線対はプリチャ
ージ駆動部(55)により駆動されるスイッチング素子
(SW53)を介して接続されている。
One end of the bit line pair (BLa) (BLa ') is connected to the sense amplifier (56), and the other end is connected to the data input / output line (I / I / I) via the switching element (571) (572) of the column selection means (57). O) (I / O '), and further connected to the data input / output unit (58). The column selecting means (57) includes the switching elements (571) and (572) and a column selection line driving section (573) for driving the switching elements. Bit line pair (BLa)
(BLa ') is connected to the Vcc level via the switching elements (SW51) and (SW52) driven by the precharge driving unit (55). The bit line pair is connected via a switching element (SW53) driven by a precharge driving section (55).

以上の構成を基本とし、1個のセンスアンプには1個
の参照部と多数のメモリセルが接続され、1個のカラム
(a)を構成する。
Based on the above configuration, one reference section and many memory cells are connected to one sense amplifier to form one column (a).

なお本実施例ではプリチャージ時のチャージ電圧を切
替えることで参照コンデンサにあらかじめ蓄えられる電
荷量を制御して、ビット線に接続する時に流入する電荷
量をコントロールし、実施例1の様に複数の参照コンデ
ンサを備えた場合と同様の動作を行なう。本実施例では
強誘電体コンデンサの(512)の分極非反転時の容量(C
m)と分極反転時に流入する電荷量に相当する容量(C
m′)と、参照コンデンサ(541)の(Cf)が、略以下の
関係を満たすように設定した。
In this embodiment, the amount of charge previously stored in the reference capacitor is controlled by switching the charge voltage at the time of precharging, and the amount of charge flowing in when connecting to the bit line is controlled. The same operation as in the case where the reference capacitor is provided is performed. In this embodiment, the capacitance (C) of the ferroelectric capacitor (512) when the polarization is not inverted is shown.
m) and the capacitance (C
m ′) and (Cf) of the reference capacitor (541) were set so as to substantially satisfy the following relationship.

Cm′=3・Cm,Cf=2・Cm なお強誘電体コンデンサ(512)には基準電位Vssに対
しVccレベルの電圧が印加されるものとし、参照コンデ
ンサ(541)のプリチャージ電位(Vd1)を、揮発性動作
時には3/4・Vccとし、不揮発性動作時(Vd2)にはVss
(0V)とした。この様に設定すると、揮発性動作時も不
揮発性動作時も、強誘電体コンデンサ(512)に“0"
“1"の記憶状態に応じて流入する電荷量の中間値の電荷
量が参照コンデンサ(541)に流れることになる。従っ
て、センスアンプでの判断が偏ることなく、両者を正確
に判定できる。
Cm ′ = 3 · Cm, Cf = 2 · Cm A voltage of Vcc level with respect to the reference potential Vss is applied to the ferroelectric capacitor (512), and the precharge potential (Vd1) of the reference capacitor (541) is applied. Is set to 3/4 Vcc during volatile operation, and Vss during non-volatile operation (Vd2).
(0 V). With this setting, "0" is stored in the ferroelectric capacitor (512) in both volatile operation and non-volatile operation.
In accordance with the storage state of “1”, an electric charge of an intermediate value of the electric charges flowing in flows into the reference capacitor (541). Therefore, both can be accurately determined without biasing the determination by the sense amplifier.

次にタイミングチャート(第6図)を参照して本実施
例の動作を説明する。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to a timing chart (FIG. 6).

(1)揮発性動作モード 本モードでは強誘電体コンデンサ(512)に電荷が蓄
積されている状態を“1"とし、電荷の蓄積がない状態を
“0"とする。強誘電体コンデンサ(512)の電荷蓄積は
分極反転を伴わない一方向の電界印加で行なわれる。
(1) Volatile operation mode In this mode, the state where charge is stored in the ferroelectric capacitor (512) is set to “1”, and the state where no charge is stored is set to “0”. Charge storage in the ferroelectric capacitor (512) is performed by applying a unidirectional electric field without polarization inversion.

(a)書き込み動作 待機状態ではプリチャージ線(PC)は高レベル状態で
あり、ビット線対(BLa)(BLa′)はVccレベルに保た
れている。また参照用コンデンサ(541)は基準電位(V
ss)に対し、Vd1(=3/4・Vcc)の電位が印加されてい
る。プレート線(PL51)は、プレート線切換え駆動部
(533)が、プレート線切換え線(DC51)を高レベルと
する信号を出し、この信号でスイッチング素子(531)
がONとなりVssレベルに接続されるように設定される。
(A) Write operation In the standby state, the precharge line (PC) is in the high level state, and the bit line pair (BLa) (BLa ') is kept at the Vcc level. The reference capacitor (541) is connected to the reference potential (V
ss), a potential of Vd1 (= 3/4 · Vcc) is applied. For the plate line (PL51), the plate line switching drive unit (533) issues a signal that sets the plate line switching line (DC51) to a high level, and this signal is used to switch the switching element (531).
Is set to ON and connected to the Vss level.

外部よりチップイネーブル信号(CE)が入力されるこ
とにより活性状態となり、プリチャージ線(PC)が低レ
ベル状態となることで、ビット線対(BLa)(BLa′)は
Vccレベルでフローティング状態となる。メモリセルの
アドレス信号の内容と動作モードの指定により、例えば
ワード線(WL51)およびダミーワード線(DWL51)が高
レベルとなり、スイッチング素子(511)(542)がON状
態となり、強誘電体コンデンサ(312)および参照コン
デンサ(541)がそれぞれビット線(BLa)(BLa′)に
接続される。強誘電体コンデンサ(512)及び参照コン
デンサ(541)の電荷蓄積状態に応じてビット線の電位
低下が生じる。引き続いてセンスアンプ(36)を活性化
することでビット線(BLa)(BLa′)の電位を高低レベ
ルに相補的に確定する。
When the chip enable signal (CE) is input from the outside, the chip is activated and the precharge line (PC) is at a low level, so that the bit line pair (BLa) (BLa ')
Floating state at Vcc level. According to the contents of the address signal of the memory cell and the designation of the operation mode, for example, the word line (WL51) and the dummy word line (DWL51) become high level, the switching elements (511) and (542) are turned on, and the ferroelectric capacitor ( 312) and the reference capacitor (541) are connected to the bit lines (BLa) (BLa '), respectively. The potential of the bit line drops according to the charge storage state of the ferroelectric capacitor (512) and the reference capacitor (541). Subsequently, by activating the sense amplifier (36), the potentials of the bit lines (BLa) (BLa ') are complementarily determined to be high and low.

例えば“1"状態のときは強誘電体コンデンサ(512)
には電荷が蓄積されているので、ビット線(BLa)の電
位低下は少ない。これに対し、参照コンデンサ(341)
には、3/4・Vccの印加電圧で電荷が蓄積されているだけ
であり、Vccレベルが印加されることにより、残り1/4・
Vcc分に相当する印加電圧に対応した電荷が、強誘電体
コンデンサ(512)より多く参照コンデンサ(541)に流
入することになる。従って強誘電体コンデンサ(512)
側のビット線(BLa)の電位の方が参照コンデンサ(54
1)側のビット線(BLa′)より高くなるため、ビット線
(BLa)を高レベル、ビット線(BLa′)を低レベルに確
定する。
For example, when in the "1" state, ferroelectric capacitor (512)
Since the electric charge is accumulated in the bit line (BLa), the potential drop of the bit line (BLa) is small. In contrast, the reference capacitor (341)
Only accumulates the charge at the applied voltage of 3/4 Vcc, the remaining 1/4
Charges corresponding to the applied voltage corresponding to Vcc flow into the reference capacitor (541) more than the ferroelectric capacitor (512). Therefore ferroelectric capacitor (512)
The potential of the bit line (BLa) on the side is the reference capacitor (54
Since the bit line (BLa ') is higher than the bit line (BLa') on the 1) side, the bit line (BLa) is set to a high level and the bit line (BLa ') is set to a low level.

一方“0"状態のときは強誘電体コンデンサ(512)に
は電荷が蓄積されていないので、Vccレベルの電圧印加
に応じて電荷の流入が生じ、ビット線(BLa)の電位が
低下する。参照コンデンサ(541)には前述の如く1/4・
Vcc分に相当する電荷が流入することになる。従って、
強誘電体コンデンサ(512)側のビット線(BLa)の電位
の方が参照コンデンサ(541)側のビット線(BLa′)よ
り低くなるため、ビット線(BLa′)を高レベルに、ビ
ット線(BLa)を低レベルに確定する。
On the other hand, in the "0" state, since no charge is stored in the ferroelectric capacitor (512), the charge flows in according to the application of the Vcc level voltage, and the potential of the bit line (BLa) decreases. The reference capacitor (541) has a 1/4
Charges corresponding to Vcc will flow. Therefore,
Since the potential of the bit line (BLa) on the ferroelectric capacitor (512) side is lower than the bit line (BLa ') on the reference capacitor (541) side, the bit line (BLa') is set to a high level, (BLa) is fixed to a low level.

その後カラム選択線駆動部(573)によりカラム選択
線(CSLa)が高レベルに駆動されて、スイッチング素子
(571)(572)がON状態となり、データ入出力線(I/
O)(I/O′)に接続される。ここでデータ入出力線(I/
O) プリチャージ状態への復帰はチップイネーブル信号
(CE)が高レベルに復帰することで起動され、ワード線
(WL51),ダミーワード線(DWL51),カラム選択線(C
SLa)を低レベルに設定するようにそれぞれの駆動部が
信号を出し、スイッチング素子(511)(542)(571)
(572)がOFF状態となり、その後、プリチャージ線(P
C)を高レベルに設定するようにプリチャージ駆動部(5
5)が信号を出し一連の書込み動作を終了する。
Thereafter, the column selection line (CSLa) is driven to a high level by the column selection line driving section (573), the switching elements (571) and (572) are turned on, and the data input / output lines (I /
O) (I / O '). Here, the data input / output line (I /
O) Return to the precharge state is started when the chip enable signal (CE) returns to the high level, and the word line (WL51), dummy word line (DWL51), and column select line (C
SLa) is set to a low level, and each drive section issues a signal, and the switching elements (511) (542) (571)
(572) is turned off, and then the precharge line (P
C) to the high level so that the precharge driver (5
5) outputs a signal to end a series of write operations.

なお連続して次の動作を行なう場合は特にプリチャー
ジ状態への復帰動作を行なうことなく、動作を続ければ
良い。
When the next operation is continuously performed, the operation may be continued without performing the operation of returning to the precharge state.

また以上の説明では一旦ビット線対の電(I/O′)の
設定状態にビット線(BLa)(BLa′)が強制的に書替え
られる。従ってデータ入出力線(I/O)が高レベルであ
れば強誘電体コンデンサ(512)に電荷が蓄積されるこ
とになり、データ入出力線(I/O)が低レベルであれば
電荷の蓄積はなく、それぞれ“1"“0"状態が記憶される
ことになる。
In the above description, the bit lines (BLa) and (BLa ') are forcibly rewritten to the setting state of the power (I / O') of the bit line pair. Therefore, when the data input / output line (I / O) is at a high level, electric charges are accumulated in the ferroelectric capacitor (512), and when the data input / output line (I / O) is at a low level, electric charges are accumulated. There is no accumulation, and the "1" and "0" states are stored, respectively.

位が確定してから書込みを行なったが、確定を待つこ
となくデータ入出力線からの書込みを行なっても良い。
Although the writing is performed after the position is determined, the writing from the data input / output line may be performed without waiting for the determination.

(b)読出し動作 ビット線対の電位確定までの動作は(a)書込み動作
と同様である。その後カラム選択線駆動部(573)より
高レベルの信号をカラム選択線(CSLa)に出し、スイッ
チング素子(571)(572)をON状態とし、センスアンプ
(56)により確定した情報をデータ入出力線(I/O)(I
/O′)に出力する。
(B) Read operation The operation up to the determination of the potential of the bit line pair is the same as (a) the write operation. After that, a high-level signal is output from the column selection line driving unit (573) to the column selection line (CSLa), the switching elements (571) and (572) are turned on, and information determined by the sense amplifier (56) is input / output data. Line (I / O) (I
/ O ').

プリチャージ状態への復帰は(a)書込み動作と同様
である。
The return to the precharge state is similar to (a) the write operation.

(2)不揮発性動作モード 本モードでは強誘電体コンデンサ(512)の分極方向
で記憶を行なう。プレート線(PL51)の方向に分極が向
いているときを“1"とし、ビット線(BLa′)に向いて
いるときを“0"とする。
(2) Nonvolatile operation mode In this mode, data is stored in the polarization direction of the ferroelectric capacitor (512). When the polarization is oriented in the direction of the plate line (PL51), it is set to "1", and when it is oriented to the bit line (BLa '), it is set to "0".

(a)書き込み動作 待機状態ではビット線対(BLa)(BLa′)はVccレベ
ルに保たれていることは揮発性動作時と同様である。ま
た参照用コンデンサ(541)は基準電位(Vss)に対し、
Vd2(=Vss)の電位が印加され、結果的に短絡されてい
る。プレート線(PL51)は、プレート線切換え起動部
(533)が、プレート線切換え線(DC51)を低レベルと
し、(DC54)を高レベルとする信号を出し、この信号で
スイッチング素子(532)がONとなりプレート線駆動部
(534)に接続されるように設定される。
(A) Write operation In the standby state, the bit line pair (BLa) (BLa ') is kept at the Vcc level, as in the volatile operation. Also, the reference capacitor (541) is
A potential of Vd2 (= Vss) is applied, resulting in a short circuit. For the plate line (PL51), the plate line switching starter (533) issues a signal that sets the plate line switching line (DC51) to low level and (DC54) to high level, and the switching element (532) It is set to be ON and connected to the plate line drive unit (534).

外部よりチップイネーブル信号(CE)が入力されるこ
とにより活性状態となり、プリチャージ線(PC)が低レ
ベル状態となることで、ビット線対(BLa)(BLa′)は
Vccレベルでフローティング状態となる。メモリセルの
アドレス信号の内容と動作モードの指定により、例え
ば、ワード線(WL51)及びダミーワード線(DWL51)が
高レベルとなりスイッチング素子(511)(542)がON状
態となり、強誘電体コンデンサ(512)及び参照コンデ
ンサ(541)が、それぞれビット線(BLa)(BLa′)に
接続される。これに伴いビット線の電位低下が生じる。
引き続いてセンスアンプ(56)を活性化することでビッ
ト線(BLa)(BLa′)の電位を高低レベルに相補的に確
定する。
When the chip enable signal (CE) is input from the outside, the chip is activated and the precharge line (PC) is at a low level, so that the bit line pair (BLa) (BLa ')
Floating state at Vcc level. According to the contents of the address signal of the memory cell and the designation of the operation mode, for example, the word line (WL51) and the dummy word line (DWL51) become high level, the switching elements (511) and (542) are turned on, and the ferroelectric capacitor ( 512) and a reference capacitor (541) are connected to the bit lines (BLa) (BLa '), respectively. Accordingly, the potential of the bit line decreases.
Subsequently, by activating the sense amplifier (56), the potentials of the bit lines (BLa) (BLa ') are determined complementarily to high and low levels.

例えば“1"状態のときは強誘電体コンデンサ(512)
はプレート線(PL51)方向に分極されている。すなわち
ビット線(BLa)が高電位状態に分極されている。従っ
てVccレベルのフローティング状態のビット線(BLa)が
接続されても分極極性と同極性であるため、単にコンデ
ンサとしての容量(Cm)分の電荷流入があるだけであ
る。これに対し参照コンデンサ(541)には容量(2Cm)
分の電荷が流入するため、参照コンデンサ(541)側の
ビット線(BLa′)の方の電位低下が大きく、センスア
ンプ(56)により、ビット線(BLa)を高レベル、ビッ
ト線(BLa′)を低レベルに確定する。
For example, when in the "1" state, ferroelectric capacitor (512)
Are polarized in the direction of the plate line (PL51). That is, the bit line (BLa) is polarized to a high potential state. Therefore, even if the bit line (BLa) in the floating state at the Vcc level is connected, it has the same polarity as the polarization polarity, so that there is only charge inflow for the capacity (Cm) as a capacitor. On the other hand, the reference capacitor (541) has a capacitance (2 cm)
Since the electric charge for the current flows in, the potential of the bit line (BLa ') on the side of the reference capacitor (541) drops greatly, and the sense amplifier (56) sets the bit line (BLa) to a high level and the bit line (BLa'). ) At a low level.

一方“0"状態のときは強誘電体コンデンサ(512)は
ビット線(BLa)方向に分極されている。従ってVccレベ
ルのフローティング状態のビット線(BLa)が接続され
ると分極極性が逆極性の電界が強誘電体コンデンサ(51
2)に印加されることになり、分極反転が生じる。その
ため多量の電荷が流入する。これに対し参照コンデンサ
(541)には“1"状態と同様の電荷流入が生じる。従っ
て強誘電体コンデンサ(512)側のビット線(BLa)の方
の電位低下が大きく、センスアンプ(56)により、ビッ
ト線(BLa′)を高レベル、ビット線(BLa)を低レベル
に確定する。
On the other hand, in the "0" state, the ferroelectric capacitor (512) is polarized in the direction of the bit line (BLa). Therefore, when a bit line (BLa) in a floating state at the Vcc level is connected, an electric field having the opposite polarization polarity is applied to the ferroelectric capacitor (51
2), polarization inversion occurs. Therefore, a large amount of charge flows. On the other hand, the same charge inflow as in the “1” state occurs in the reference capacitor (541). Therefore, the potential drop of the bit line (BLa) on the ferroelectric capacitor (512) side is large, and the sense amplifier (56) determines the bit line (BLa ') at a high level and the bit line (BLa) at a low level. I do.

その後カラム選択線駆動部(573)によりカラム選択
線(CSLa)が高レベルに駆動されて、スイッチング素子
(571)(572)がON状態となり、データ入出力線(I/
O)(I/O′)に接続される。ここでデータ入出力線(I/
O)(I/O′)の設定状態にビット線(BLa)(BLa′)が
強制的に書替えられる。前述の如くプレート線(BL51)
は当初低レベルに設定されているため、データ入出力線
(I/O)が高レベルのときに強誘電体コンデンサ(512)
は、“1"状態の分極方向となる。データ入出力線(I/
O)が低レベルのときは強誘電体コンデンサ(512)の両
端が低レベルとなるため、分極反転は生じない。このと
きプレート線駆動部(534)からVccレベルの電位を供給
することにより、強誘電体コンデンサ(512)の状態は
“1"の分極方向であるので逆極性の電圧が印加されるこ
とになり、分極反転が生じ、“0"状態の分極方向とな
る。
Thereafter, the column selection line (CSLa) is driven to a high level by the column selection line driving section (573), the switching elements (571) and (572) are turned on, and the data input / output lines (I /
O) (I / O '). Here, the data input / output line (I /
The bit lines (BLa) and (BLa ') are forcibly rewritten to the setting states of O) and (I / O'). Plate wire (BL51) as described above
Is initially set to a low level, so when the data input / output line (I / O) is at a high level, the ferroelectric capacitor (512)
Is the polarization direction of the “1” state. Data input / output line (I /
When O) is at a low level, both ends of the ferroelectric capacitor (512) are at a low level, so that no polarization inversion occurs. At this time, by supplying a Vcc-level potential from the plate line driving section (534), the state of the ferroelectric capacitor (512) is in the polarization direction of "1", so that a voltage of the opposite polarity is applied. Then, polarization inversion occurs, and the polarization direction becomes the “0” state.

プリチャージ状態への復帰はチップイネーブル信号
(CE)が高レベルに復帰することで起動され、ワード線
(WL51),ダミーワード線(DWL52),カラム選択線(C
SLa)を低レベルに設定するようにそれぞれの駆動部が
信号を出し、スイッチング素子(511)(542)(571)
(572)がOFF状態となり、その後プリチャージ線(PC)
を高レベルに設定するようにプリチャージ駆動部(55)
が信号を出し一連の書込み動作を終了する。
Return to the precharge state is started when the chip enable signal (CE) returns to the high level, and the word line (WL51), dummy word line (DWL52), and column select line (C
SLa) is set to a low level, and each drive section issues a signal, and the switching elements (511) (542) (571)
(572) turns off and then the precharge line (PC)
Precharge driver (55) to set to high level
Outputs a signal to end a series of write operations.

なお連続して次の動作を行なう場合は特にプリチャー
ジ状態への復帰動作を行なうことなく、動作を続ければ
良い。
When the next operation is continuously performed, the operation may be continued without performing the operation of returning to the precharge state.

また以上の説明では一旦ビット線対の電位が確定して
から書込みを行なったが、確定を待つことなくデータ入
出力線からの書込みを行なっても良い。
In the above description, writing is performed after the potential of the bit line pair is once determined. However, writing from the data input / output line may be performed without waiting for the determination.

(b)読出し動作 ビット線対の電位確定までの動作は(a)書込み動作
と同様である。その後カラム選択線駆動部(573)より
高レベルの信号をカラム選択線(CSLa)に出し、スイッ
チング素子(571)(572)をON状態とし、センスアンプ
(56)により確定した情報をデータ入出力線(I/O)(I
/O′)に出力する。
(B) Read operation The operation up to the determination of the potential of the bit line pair is the same as (a) the write operation. After that, a high-level signal is output from the column selection line driving unit (573) to the column selection line (CSLa), the switching elements (571) and (572) are turned on, and information determined by the sense amplifier (56) is input / output data. Line (I / O) (I
/ O ').

プリチャージ状態への復帰は(a)書込み動作と同様
である。
The return to the precharge state is similar to (a) the write operation.

次に動作モードの切替えについて説明する。 Next, switching of the operation mode will be described.

(3)揮発性動作→不揮発性動作 前述の(1)揮発性動作モードの(b)読出し動作を
行ない、ビット線対(BLa)(BLa′)の電位レベルを確
定する。“1"状態であれば強誘電体コンデンサ(512)
側のビット線(BLa)が高電位に、“0"状態であれば参
照コンデンサ(541)側のビット線(BLa′)が高電位に
確定する。
(3) Volatile operation → Nonvolatile operation The above-mentioned (1) volatile operation mode (b) read operation is performed to determine the potential level of the bit line pair (BLa) (BLa ′). Ferroelectric capacitor (512) if "1"
The bit line (BLa ') on the reference capacitor (541) side is set to a high potential if the bit line (BLa) on the side is set to the high potential and in the "0" state.

ついでプレート線切換え駆動部(533)からのプレー
ト切換え線(DC51)を低レベルに、プレート切換え線
(DC52)を高レベルにする信号を出しスイッチング素子
(531)をOFFとし、スイッチング素子(532)をONとす
ることでプレート線(PL51)をプレート線駆動部(53
4)に接続する。これで不揮発性動作モードに切替わ
る。ビット線(BLa)の確定 (4)不揮発性動作→揮発性動作 前述の(2)不揮発性動作モードの(b)読出し動作
を行ないビット線対(BLa)(BLa′)電位により不揮発
性モードの記憶ができる。すなわち不揮発性動作モード
ではプレート線(PL51)は当初低レベルに設定されてい
るため、“1"のときは“1"状態の分極方向となる。引き
続きプレート線駆動部からVccレベルの電位が供給され
ても、強誘電体コンデンサ(312)の両端の電位が等し
くなるにすぎず、分極状態は変化せず、“1"状態を保
つ。逆に“0"のときはビット線(BLa)が低レベルであ
り、強誘電体コンデンサ(512)の両端が低レベルとな
るため、分極反転は生じない。このときプレート線駆動
部(534)からVccレベルの電位を供給されることにで強
誘電体コンデンサ(512)は分極と逆極性の電圧が印加
されることになり、分極反転が生じ、“0"状態の分極方
向となる。
Then, a signal for setting the plate switching line (DC51) to a low level and the plate switching line (DC52) to a high level from the plate line switching driving unit (533) is output, and the switching element (531) is turned off. Is turned on, the plate line (PL51) is connected to the plate line drive (53
4) Connect. This switches to the non-volatile operation mode. Determination of bit line (BLa) (4) Non-volatile operation → volatile operation The above-mentioned (2) Non-volatile operation mode (b) Performs the read operation and performs the non-volatile mode by the potential of the bit line pair (BLa) (BLa ′). I can remember. That is, in the non-volatile operation mode, the plate line (PL51) is initially set to the low level, so that when it is "1", the polarization direction is "1". Even if the potential at the Vcc level is subsequently supplied from the plate line driving section, the potentials at both ends of the ferroelectric capacitor (312) only become equal, the polarization state does not change, and the "1" state is maintained. Conversely, when it is "0", the bit line (BLa) is at a low level, and both ends of the ferroelectric capacitor (512) are at a low level, so that no polarization inversion occurs. At this time, when a potential of Vcc level is supplied from the plate line driving unit (534), a voltage having a polarity opposite to that of the polarization is applied to the ferroelectric capacitor (512). "It becomes the polarization direction of the state.

の電位レベルを確定する。“1"状態であれば強誘電体コ
ンデンサ(512)側のビット線(BLa)が高電位に、“0"
状態であれば参照コンデンサ(541)側のビット線(BL
a′)が高電位に確定する。
Is determined. In the “1” state, the bit line (BLa) on the ferroelectric capacitor (512) side is set to the high potential and “0”.
If it is in the state, the bit line (BL
a ′) is determined to be a high potential.

ついでプレート線切換え駆動部(533)からのプレー
ト切換え線(DC52)を低レベルに、プレート切換え線
(DC51)を高レベルにする信号を出しスイッチング素子
(532)をOFFとし、スイッチング素子(531)をONとす
ることでプレート線(PL51)をVssレベルに接続する。
これで揮発性動作モードに切替わる。従って前述の
(2)揮発性動作モードにおける(a)書込み動作と同
様にして書込みを行なうことができる。すなわちビット
線(BLa)が高レベルであれば強誘電体コンデンサ(51
2)に電荷の蓄積がおこり、低レベルであれば電荷の蓄
積はおこらない。従って不揮発性動作時の情報が揮発性
の記憶として書込まれる。
Next, a signal for setting the plate switching line (DC52) to a low level and the plate switching line (DC51) to a high level from the plate line switching driving unit (533) is output, and the switching element (532) is turned off. Is turned on to connect the plate line (PL51) to the Vss level.
This switches to the volatile operation mode. Therefore, writing can be performed in the same manner as (a) writing operation in the above-mentioned (2) volatile operation mode. That is, if the bit line (BLa) is at a high level, the ferroelectric capacitor (51
2) Charge accumulation occurs, and if the level is low, the charge accumulation does not occur. Therefore, information at the time of nonvolatile operation is written as volatile storage.

このように動作モードの切替えは、切替え前の情報を
切替え後のモードでの情報として書替えることにより行
なうことができる。
As described above, the switching of the operation mode can be performed by rewriting the information before the switching as the information in the mode after the switching.

上記説明ではプレート線駆動部(534)が高低2値レ
ベルの電位を供給することとしたが、高レベルのみの供
給とし、その代わりにプレート線切替え駆動部(533)
により、高レベルの電位を供給するときだけスイッチン
グ素子(532)をON状態とし、それ以外はスイッチング
素子(531)をON状態としてVssレベルの電位を供給する
ようにプレート線切換え線(DC51)(DC52)の電位状態
を制御するように構成しても良い。
In the above description, the plate line drive unit (534) supplies the high-low binary level potential, but only the high level supply, and instead, the plate line switching drive unit (533)
Therefore, the switching element (532) is turned ON only when a high-level potential is supplied, and otherwise the switching element (531) is turned ON to supply a Vss level potential so that the plate line switching line (DC51) ( The configuration may be such that the potential state of the DC 52) is controlled.

以上の説明は1メモリセルに関してのみであったが、
実際の素子では、ワード線駆動部(52)の制御でカラム
(a)中の多数のメモリを順次選択駆動し、またカラム
選択手段(57)の制御で多数のカラムを順次選択駆動
し、動作することになる。
Although the above description is only for one memory cell,
In an actual element, a large number of memories in the column (a) are sequentially selected and driven under the control of the word line driving section (52), and a large number of columns are sequentially selected and driven under the control of the column selection means (57). Will do.

実施例3 第7図は本発明の一実施例を示す回路図である。Embodiment 3 FIG. 7 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.

本実施例では実施例1,2とは異なり、参照部に設け
ず、その代わりにメモリセルのコンデンサを同一特性の
強誘電体コンデンサ2個で構成し、揮発性動作時は電荷
蓄積の有無を、不揮発性動作時は分極方向を相補的に変
化せしめる方式を採用する。
In the present embodiment, unlike the first and second embodiments, the ferroelectric capacitor is not provided in the reference portion, and instead, the capacitor of the memory cell is constituted by two ferroelectric capacitors having the same characteristics. In the non-volatile operation, a method of changing the polarization direction complementarily is adopted.

1メモリセル(71)は、基本的には強誘電体コンデン
サ(712)(714)及びそれぞれに接続されるスイッチン
グ素子(711)(713)からなる。強誘電体コンデンサ
(712)の一方の電極が、スイッチング素子(711)を介
してビット線(BLa)に接続され、この強誘電体コンデ
ンサ(712)と同一特性に設定された強誘電体コンデン
サ(714)が、スイッチング素子(713)を介してビット
線(BLa′)に接続されている。またスイッチング素子
(711)(713)は、ワード線(WL71)に接続され、ワー
ド線駆動部(72)により駆動される。強誘電体コンデン
サ(712)(714)の他方の電極はプレート線(PL71)を
介してプレート線制御手段(73)に接続されている。こ
のプレート線(PL71)は、プレート線切換え駆動部(73
3)から信号を供給するプレート線切換え線(DC71)に
より駆動されるスイッチング素子(731)を介してVssレ
ベルに、プレート線切換え線(DC72)により駆動される
スイッチング素子(732)を介してプレート線駆動部(7
34)に接続される。
One memory cell (71) basically includes ferroelectric capacitors (712) and (714) and switching elements (711) and (713) connected to each of them. One electrode of the ferroelectric capacitor (712) is connected to the bit line (BLa) via the switching element (711), and the ferroelectric capacitor (712) set to have the same characteristics as the ferroelectric capacitor (712). 714) is connected to the bit line (BLa ') via the switching element (713). The switching elements (711) and (713) are connected to the word line (WL71) and are driven by the word line driving section (72). The other electrodes of the ferroelectric capacitors (712) and (714) are connected to the plate line control means (73) via the plate line (PL71). This plate line (PL71) is connected to the plate line switching drive (73
3) The signal is supplied from the plate line switching line (DC71) to the Vss level through the switching element (731) driven by the plate line switching line (DC72), and the plate through the switching element (732) driven by the plate line switching line (DC72). Line drive (7
Connected to 34).

ビット線対(BLa)(BLa′)の一端はセンスアンプ
(76)に接続され、他端はカラム選択手段(77)のスイ
ッチング素子(771)(772)を介してデータ入出力線
(I/O)(I/O′)に接続され、さらにデータ入出力部
(78)に接続される。カラム選択手段(77)は前記スイ
ッチング素子(771)(772)とこれを駆動するカラム選
択線駆動部(773)からなる。またビット線対(BLa)
(BLa′)は、プリチャージ駆動部(75)からの信号を
供給するプリチャージ線(PC)により駆動されるスイッ
チング素子(SW71)(SW72)に介してそれぞれVccレベ
ルに接続される。またビット線対は、プリチャージ線
(PC)により駆動されるスイッチング素子(SW73)を介
して接続されている。
One end of the bit line pair (BLa) (BLa ') is connected to the sense amplifier (76), and the other end is connected to the data input / output lines (I / I / I) via the switching elements (771) and (772) of the column selection means (77). O) (I / O '), and further connected to a data input / output unit (78). The column selecting means (77) includes the switching elements (771) and (772) and a column selection line driving unit (773) for driving the switching elements. Bit line pair (BLa)
(BLa ′) are connected to the Vcc level via switching elements (SW71) and (SW72) driven by a precharge line (PC) that supplies a signal from the precharge drive unit (75). The bit line pair is connected via a switching element (SW73) driven by a precharge line (PC).

以上の構成を基本とし、1個のセンスアンプに多数の
メモリセルが接続されて1個のカラム(a)を構成す
る。
On the basis of the above configuration, one memory cell is connected to one sense amplifier to form one column (a).

次にタイミングチャート(第8図)を参照して本実施
例の動作を説明する。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to a timing chart (FIG. 8).

(1)揮発性動作モード 本モードでは強誘電体コンデンサ(712)に電荷が蓄
積されている状態を“1"とし、電荷の蓄積がない状態を
“0"とする。強誘電体コンデンサ(712)の電荷蓄積は
分極反転を伴わない一方向の電界印加で行なわれる。ま
た対をなす強誘電体コンデンサ(714)は相補的に電荷
蓄積状態が変化するように設定されている。
(1) Volatile operation mode In this mode, a state where electric charge is accumulated in the ferroelectric capacitor (712) is set to “1”, and a state where electric charge is not accumulated is set to “0”. Charge storage in the ferroelectric capacitor (712) is performed by applying a unidirectional electric field without polarization inversion. Further, the ferroelectric capacitors (714) forming a pair are set so that the charge storage state changes complementarily.

(a)書き込み動作 待機状態ではプリチャージ線(PC)は高レベル状態で
あり、ビット線対(BLa)(BLa′)はVccレベルに保た
れている。プレート線(PL71)は、プレート線切換え駆
動部(733)が、プレート線切換え線(DC71)を高レベ
ルとする信号を出し、この信号でスイッチング素子(73
1)がONとなりVssレベルに接続されるように設定され
る。
(A) Write operation In the standby state, the precharge line (PC) is in the high level state, and the bit line pair (BLa) (BLa ') is kept at the Vcc level. For the plate line (PL71), the plate line switching drive unit (733) outputs a signal for setting the plate line switching line (DC71) to a high level, and this signal is used to switch the switching element (73).
1) is set to ON and connected to the Vss level.

外部よりチップイネーブル信号(CE)が入力されるこ
とにより活性状態となり、プリチャージ線(PC)が低レ
ベル状態となることで、ビット線対(BLa)(BLa′)は
Vccレベルでフローティング状態となる。メモリセルの
アドレス信号の内容と動作モードの指定により、例えば
ワード線(WL71)が高レベルとなり、スイッチング素子
(711)(713)がON状態となり、強誘電体コンデンサ
(712)及び強誘電体コンデンサ(714)がそれぞれビッ
ト線(BLa)(BLa′)に接続される。強誘電体コンデン
サ(712)(714)の電荷蓄積状態に応じてビット線の電
位低下が生じる。引き続いてセンスアンプ(76)を活性
化することでビット線(BLa)(BLa′)の電位を高低レ
ベルに相補的に確定する。
When the chip enable signal (CE) is input from the outside, the chip is activated and the precharge line (PC) is at a low level, so that the bit line pair (BLa) (BLa ')
Floating state at Vcc level. According to the content of the address signal of the memory cell and the designation of the operation mode, for example, the word line (WL71) goes high, the switching elements (711) and (713) are turned on, and the ferroelectric capacitor (712) and the ferroelectric capacitor (714) are connected to the bit lines (BLa) (BLa '), respectively. The potential of the bit line drops according to the charge storage state of the ferroelectric capacitors (712) and (714). Subsequently, by activating the sense amplifier (76), the potentials of the bit lines (BLa) and (BLa ') are determined complementarily to high and low levels.

例えば“1"状態のときは強誘電体コンデンサ(712)
には電荷が蓄積されているので、ビット線(BLa)の電
位低下は少ない。これに対し強誘電体コンデンサ(71
4)は強誘電体コンデンサ(712)と電荷蓄積状態に関し
ては相補的に動作されているため電荷の蓄積がなく、強
誘電体コンデンサ(714)側のビット線(BLa′)の電位
の方が強誘電体コンデンサ(712)側のビット線(BLa)
より低くなり、ビット線(BLa)を高レベル、ビット線
(BLa′)を低レベルに確定する。
For example, in the "1" state, ferroelectric capacitor (712)
Since the electric charge is accumulated in the bit line (BLa), the potential drop of the bit line (BLa) is small. In contrast, ferroelectric capacitors (71
4) does not accumulate electric charge because it operates complementarily with the ferroelectric capacitor (712) with respect to the charge accumulation state, and the potential of the bit line (BLa ') on the ferroelectric capacitor (714) side is higher. Bit line (BLa) on ferroelectric capacitor (712) side
The bit line (BLa) is set to a high level and the bit line (BLa ') is set to a low level.

一方“0"状態のときは強誘電体コンデンサ(712)に
は電荷が蓄積されておらず、逆に強誘電体コンデンサ
(714)には電荷が蓄積されている。従って、電荷流入
によるビット線(BLa′)の電位低下の方が、ビット線
(BLa)の電位低下より少ない。よって、ビット線(BL
a′)を高レベルに、ビット線(BLa)を低レベルに確定
する。
On the other hand, in the "0" state, no electric charge is stored in the ferroelectric capacitor (712), and conversely, electric charge is stored in the ferroelectric capacitor (714). Therefore, the potential decrease of the bit line (BLa ') due to the charge inflow is smaller than the potential decrease of the bit line (BLa). Therefore, the bit line (BL
a ′) is set to a high level, and the bit line (BLa) is set to a low level.

その後カラム選択線駆動部(773)によりカラム選択
線(CSLa)が高レベルに駆動されて、スイッチング素子
(771)(772)がON状態となり、データ入出力線(I/
O)(I/O′)に接続される。ここでデータ入出力線(I/
O)(I/O′)の設定状態にビット線(BLa)(BLa′)が
強制的に書替えられる。従ってデータ入出力線(I/O)
が高レベルであれば強誘電体コンデンサ(712)に電荷
が蓄積されることになり、データ入出力線(I/O)が低
レベルであれば電荷の蓄積はなく、それぞれ“1"“0"状
態が記憶されることになる。
After that, the column selection line driver (773) drives the column selection line (CSLa) to a high level, the switching elements (771) and (772) are turned on, and the data input / output lines (I /
O) (I / O '). Here, the data input / output line (I /
The bit lines (BLa) and (BLa ') are forcibly rewritten to the setting states of O) and (I / O'). Therefore, data input / output lines (I / O)
Is high level, charges are stored in the ferroelectric capacitor (712). If the data input / output line (I / O) is low level, no charges are stored, and "1" and "0" respectively. "The state will be remembered.

プリチャージ状態への復帰はチップイネーブル信号
(CE)が高レベルに復帰することで起動され、ワード線
(WL71),カラム選択線(CSLa)を低レベルに設定する
ようにそれぞれの駆動部が信号を出し、スイッチング素
子(711)(713)(771)(772)がOFFとなり、その後
プリチャージ線(PC)が高レベルに設定するようにプリ
チャージ駆動部(75)が信号を出し一連の書込み動作を
終了する。
The return to the precharge state is started when the chip enable signal (CE) returns to the high level, and each drive unit sets the word line (WL71) and the column selection line (CSLa) to the low level. And the switching elements (711), (713), (771), and (772) are turned off, and then the precharge driver (75) issues a signal so that the precharge line (PC) is set to a high level. End the operation.

なお連続して次の動作を行なう場合は特にプリチャー
ジ状態への復帰動作を行なうことなく、動作を続ければ
良い。
When the next operation is continuously performed, the operation may be continued without performing the operation of returning to the precharge state.

また以上の説明では一旦ビット線対の電位が確定して
から書込みを行なったが、確定を待つことなくデータ入
出力線からの書込みを行なっても良い。
In the above description, writing is performed after the potential of the bit line pair is once determined. However, writing from the data input / output line may be performed without waiting for the determination.

(b)読出し動作 ビット線対の電位確定までの動作は(a)書込み動作
と同様である。その後カラム選択線駆動部(773)より
高レベルの信号をカラム選択線(CSLa)に出し、スイッ
チング素子(771)(772)をON状態とし、センスアンプ
(76)により確定した情報をデータ入出力線(I/O)(I
/O′)に出力する。
(B) Read operation The operation up to the determination of the potential of the bit line pair is the same as (a) the write operation. After that, a high level signal is output from the column selection line drive unit (773) to the column selection line (CSLa), the switching elements (771) and (772) are turned on, and the information determined by the sense amplifier (76) is input / output data. Line (I / O) (I
/ O ').

プリチャージ状態への復帰は(a)書込み動作と同様
である。
The return to the precharge state is similar to (a) the write operation.

(2)不揮発性動作モード 本モードでは強誘電体コンデンサ(712)の分極方向
で記憶を行なう。プレート線(PL31)の方向に分極が向
いているときを“1"とし、ビット線(BLa′)に向いて
いるときを“0"とする。
(2) Nonvolatile operation mode In this mode, data is stored in the polarization direction of the ferroelectric capacitor (712). When the polarization is oriented in the direction of the plate line (PL31), it is set to "1", and when it is oriented to the bit line (BLa '), it is set to "0".

(a)書き込み動作 待機状態ではビット線対(BLa)(BLa′)はVccレベ
ルに保たれていることは揮発性動作時と同様である。プ
レート線(PL71)は、プレート線切替え駆動部(733)
が、プレート線切換え線(DC72)を高レベルとする信号
を出し、スイッチング素子(732)がONとなりプレート
線駆動部(734)に接続されるように設定される。当初
はプレート線(PL31)に低レベル(Vss)の信号を供給
している。
(A) Write operation In the standby state, the bit line pair (BLa) (BLa ') is kept at the Vcc level, as in the volatile operation. Plate line (PL71) is a plate line switching driver (733)
However, a signal for setting the plate line switching line (DC72) to a high level is output, and the switching element (732) is turned on to be set so as to be connected to the plate line driving unit (734). Initially, a low level (Vss) signal is supplied to the plate line (PL31).

外部よりチップイネーブル信号(CE)が入力されるこ
とにより活性状態となり、プリチャージ線(PC)が低レ
ベル状態となることで、ビット線対(BLa)(BLa′)は
Vccレベルでフローティング状態となる。メモリセルの
アドレス信号の内容と動作モードの指定により、例え
ば、ワード線(WL71)が高レベルとなりスイッチング素
子(711)(713)がON状態となり、強誘電体コンデンサ
(712)(714)が、それぞれビット線(BLa)(BLa′)
に接続される。これに伴いビット線の電位低下が生じ
る。引き続いてセンスアンプ(36)を活性化することで
ビット線(BLa)(BLa′)の電位を高低レベルに相補的
に確定する。
When the chip enable signal (CE) is input from the outside, the chip is activated and the precharge line (PC) is at a low level, so that the bit line pair (BLa) (BLa ')
Floating state at Vcc level. According to the contents of the address signal of the memory cell and the designation of the operation mode, for example, the word line (WL71) becomes high level, the switching elements (711) and (713) are turned on, and the ferroelectric capacitors (712) and (714) Each bit line (BLa) (BLa ')
Connected to. Accordingly, the potential of the bit line decreases. Subsequently, by activating the sense amplifier (36), the potentials of the bit lines (BLa) (BLa ') are complementarily determined to be high and low.

例えば“1"状態のときは強誘電体コンデンサ(712)
はプレート線(PL71)方向に分極されている。すなわち
ビット線(BLa)が高電位状態に分極されている。従っ
てVccレベルのフローティング状態のビット線(BLa)が
接続されても分極極性と同極性であるため、単にコンデ
ンサとしての容量(Cm)分の電荷流入があるだけであ
る。これに対し強誘電体コンデンサ(714)は強誘電体
コンデンサ(712)とは逆極性に分極されているため、V
ccレベルのビット線容量(BLa′)に接続されることで
分極反転が生じ、それに伴い多量の電荷が流入する。従
って、強誘電体コンデンサ(714)側のビット線(BL
a′)の方の電位低下が大きく、センスアンプ(76)に
より、ビット線(BLa)を高レベル、ビット線(BLa′)
を低レベルに確定する。
For example, in the "1" state, ferroelectric capacitor (712)
Are polarized in the direction of the plate line (PL71). That is, the bit line (BLa) is polarized to a high potential state. Therefore, even if the bit line (BLa) in the floating state at the Vcc level is connected, it has the same polarity as the polarization polarity, so that there is only charge inflow for the capacity (Cm) as a capacitor. On the other hand, since the ferroelectric capacitor (714) is polarized in the opposite polarity to the ferroelectric capacitor (712), V
Polarization inversion is caused by being connected to the cc-level bit line capacitance (BLa '), and a large amount of charge flows in with this. Therefore, the bit line (BL) on the ferroelectric capacitor (714) side
The potential drop in a ′) is larger, and the sense amplifier (76) sets the bit line (BLa) to a high level and the bit line (BLa ′)
To a low level.

一方“0"状態のときは強誘電体コンデンサ(712)は
ビット線(BLa)方向に分極されている。従ってVccレベ
ルのフローティング状態のビット線(BLa)が接続され
ると分極極性が逆極性の電界が強誘電体コンデンサ(71
2)に印加されることになり、分極反転が生じる。その
ため多量の電荷が流入し、強誘電体コンデンサ(712)
側のビット線(BLa)の方の電位低下が大きく、センス
アンプ(76)により、ビット線(BLa′)を高レベル、
ビット線(BLa)を低レベルに確定する。
On the other hand, in the "0" state, the ferroelectric capacitor (712) is polarized in the direction of the bit line (BLa). Therefore, when the floating bit line (BLa) at the Vcc level is connected, an electric field having the opposite polarization polarity is generated in the ferroelectric capacitor (71).
2), polarization inversion occurs. As a result, a large amount of charge flows in, and a ferroelectric capacitor (712)
The potential drop of the bit line (BLa) on the side is larger, and the sense amplifier (76) sets the bit line (BLa ') to a high level.
The bit line (BLa) is set to a low level.

その後カラム選択線駆動部(773)によりカラム選択
線(CSLa)が高レベルに駆動されて、スイッチング素子
(771)(772)がON状態となり、データ入出力線(I/
O)(I/O′)に接続される。ここでデータ入出力線(I/
O)(I/O′)の設定状態にビット線(BLa)(BLa′)が
強制的に書替えられる。前述の如くプレート線(BL71)
は当初低レベルに設定されているため、データ入出力線
(I/O)が高レベルのときに強誘電体コンデンサ(712)
は“1"状態の分極方向となる。データ入出力線(I/O)
が低レベルのときは強誘電体コンデンサ(712)の両端
が低レベルとなるため、分極反転は生じない。このとき
プレート線駆動部(734)からVccレベルの電位を供給す
ることにより、強誘電体コンデンサ(712)の記憶状態
は“1"状態の分極方向であるため逆極性の電圧が印加さ
れることになり、分極反転が生じ、“0"状態の分極方向
となる。
After that, the column selection line driver (773) drives the column selection line (CSLa) to a high level, the switching elements (771) and (772) are turned on, and the data input / output lines (I /
O) (I / O '). Here, the data input / output line (I /
The bit lines (BLa) and (BLa ') are forcibly rewritten to the setting states of O) and (I / O'). Plate wire (BL71) as described above
Is initially set to a low level, so when the data input / output line (I / O) is at a high level, the ferroelectric capacitor (712)
Is the polarization direction of the “1” state. Data input / output line (I / O)
Is low, both ends of the ferroelectric capacitor (712) are at low level, so that no polarization inversion occurs. At this time, by supplying a potential of Vcc level from the plate line drive unit (734), the storage state of the ferroelectric capacitor (712) is the polarization direction of the "1" state, so that a voltage of the opposite polarity is applied. And the polarization inversion occurs, and the polarization direction becomes the “0” state.

プリチャージ状態への復帰はチップイネーブル信号
(CE)が高レベルに復帰することで起動され、ワード線
(WL731),カラム選択線(CSLa)を低レベルに設定す
るようにそれぞれの駆動部が信号を出し、スイッチング
素子(711)(713)(771)(772)がOFF状態となり、
その後プリチャージ線(PC)を高レベルに設定するよう
にプリチャージ駆動部(75)が信号を出し、一連の書込
み動作を終了する。
The return to the precharge state is started when the chip enable signal (CE) returns to the high level, and the respective driving units set the signal so that the word line (WL731) and the column selection line (CSLa) are set to the low level. And the switching elements (711) (713) (771) (772) are turned off.
Thereafter, the precharge driver (75) issues a signal so as to set the precharge line (PC) to a high level, and a series of write operations is completed.

なお連続して次の動作を行なう場合は特にプリチャー
ジ状態への復帰動作を行なうことなく、動作を続ければ
良い。
When the next operation is continuously performed, the operation may be continued without performing the operation of returning to the precharge state.

また以上の説明では一旦ビット線対の電位が確定して
から書込みを行なったが、確定を待つことなくデータ入
出力線からの書込みを行なっても良い。
In the above description, writing is performed after the potential of the bit line pair is once determined. However, writing from the data input / output line may be performed without waiting for the determination.

(b)読出し動作 ビット線対の電位確定までの動作は(a)書込み動作
と同様である。その後カラム選択線駆動部(773)より
高レベルの信号をカラム選択線(CSLa)に出し、スイッ
チング素子(771)(772)をON状態とし、センスアンプ
(76)により確定した情報をデータ入出力線(I/O)(I
/O′)に出力する。
(B) Read operation The operation up to the determination of the potential of the bit line pair is the same as (a) the write operation. After that, a high level signal is output from the column selection line drive unit (773) to the column selection line (CSLa), the switching elements (771) and (772) are turned on, and the information determined by the sense amplifier (76) is input / output data. Line (I / O) (I
/ O ').

プリチャージ状態への復帰は(a)書込み動作と同様
である。
The return to the precharge state is similar to (a) the write operation.

次に動作モードの切替えについて説明する。 Next, switching of the operation mode will be described.

(3)揮発性動作→不揮発性動作 前述の(1)揮発性動作モードの(b)読出し動作を
行ない、ビット線対(BLa)(BLa′)の電位レベルを確
定する。“1"状態であれば強誘電体コンデンサ(712)
側のビット線(BLa)が高電位に、“0"状態であれば参
照コンデンサ(741)側のビット線(BLa′)が高電位に
確定する。
(3) Volatile operation → Nonvolatile operation The above-mentioned (1) volatile operation mode (b) read operation is performed to determine the potential level of the bit line pair (BLa) (BLa ′). Ferroelectric capacitor (712) if "1"
The bit line (BLa) on the reference capacitor (741) side is determined to be at a high potential if the bit line (BLa) on the side is at a high potential and in the "0" state.

ついでプレート線切換え駆動部(733)からのプレー
ト切換え線(DC71)を低レベルに、プレート切換え線
(DC72)を高レベルにする信号を出しスイッチング素子
(731)をOFFとし、スイッチング素子(732)をONとす
ることでプレート線(PL71)をプレート線駆動部(73
4)に接続する。これで不揮発性動作モードに切替わ
る。このときビット線の確定電位により不揮発性の記憶
ができる。
Next, a signal for setting the plate switching line (DC71) to a low level and the plate switching line (DC72) to a high level from the plate line switching driving unit (733) is output, and the switching element (731) is turned off. Is turned ON, the plate line (PL71) is connected to the plate line drive (73
4) Connect. This switches to the non-volatile operation mode. At this time, nonvolatile storage can be performed by the determined potential of the bit line.

すなわち不揮発性動作モードではプレート線(PL71)
は当初低レベルに設定されているため、“1"のときはビ
ット線(BLa)が高レベルであり、“1"状態の分極方向
となる。引き続きプレート線駆動部からVccレベルの電
位が供給されても、強誘電体コンデンサの両端の電位が
等しくなるにすぎず分極状態は変化せず、“1"状態を保
つ。逆に“0"のときはビット線(BLa)が低レベルであ
り、強誘電体コンデンサ(712)の両端が低レベルとな
るため、分極反転は生じない。このときプレート線駆動
部(734)からVccレベルの電位を供給することにより、
強誘電体コンデンサ(712)は分極と逆極性の電圧が印
加されることになり、分極反転が生じ、“0"状態の分極
方向となる。
That is, in the non-volatile operation mode, the plate line (PL71)
Is initially set to a low level, and when "1", the bit line (BLa) is at a high level, and the polarization direction is in the "1" state. Even when the potential at the Vcc level is subsequently supplied from the plate line driving unit, the potential at both ends of the ferroelectric capacitor only becomes equal, the polarization state does not change, and the "1" state is maintained. Conversely, when it is "0", the bit line (BLa) is at a low level, and both ends of the ferroelectric capacitor (712) are at a low level, so that no polarization inversion occurs. At this time, by supplying a Vcc level potential from the plate line driving unit (734),
The ferroelectric capacitor (712) is applied with a voltage having a polarity opposite to that of the polarization, so that a polarization inversion occurs and the polarization direction becomes the “0” state.

(4)不揮発性動作→揮発性動作 前述の(2)不揮発性動作モードの(b)読出し動作
を行ないビット線対(BLa)(BLa′)の電位レベルを確
定する。“1"状態であれば強誘電体コンデンサ(712)
側のビット線(BLa)が高電位に、“0"状態であれば強
誘電体コンデンサ(714)側のビット線(BLa′)が高電
位に確定する。
(4) Non-volatile operation → volatile operation The above-mentioned (2) Non-volatile operation mode (b) Read operation is performed to determine the potential level of the bit line pair (BLa) (BLa '). Ferroelectric capacitor (712) if "1"
The bit line (BLa) on the side of the ferroelectric capacitor (714) is fixed at a high potential if the bit line (BLa) on the side is at a high potential and in the "0" state.

ついでプレート線切換え駆動部(733)からのプレー
ト切換え線(DC72)を低レベルに、プレート切換え線
(DC71)を高レベルにする信号を出しスイッチング素子
(732)をOFFとし、スイッチング素子(731)をONとす
ることでプレート線(PL71)をVssレベルに接続する。
これで揮発性動作モードに切替わる。従って前述の
(2)揮発性動作モードにおける(a)書込み動作と同
様にして書込みを行なうことができる。すなわちビット
線(BLa)が高レベルであれば強誘電体コンデンサ(71
2)に電荷の蓄積がおこり、低レベルであれば電荷の蓄
積はおこらない。従って不揮発性動作時の情報が揮発性
の記憶として書込まれる。
Next, a signal for setting the plate switching line (DC72) to a low level and the plate switching line (DC71) to a high level from the plate line switching driving unit (733) is output, and the switching element (732) is turned off. Is turned on to connect the plate line (PL71) to the Vss level.
This switches to the volatile operation mode. Therefore, writing can be performed in the same manner as (a) writing operation in the above-mentioned (2) volatile operation mode. That is, if the bit line (BLa) is at a high level, the ferroelectric capacitor (71
2) Charge accumulation occurs, and if the level is low, the charge accumulation does not occur. Therefore, information at the time of nonvolatile operation is written as volatile storage.

このように動作モードの切替えは、切替え前の情報を
切替え後のモードでの情報として書替えることにより行
なうことができる。
As described above, the switching of the operation mode can be performed by rewriting the information before the switching as the information in the mode after the switching.

上記説明ではプレート線駆動部(734)が高低2値レ
ベルの電位を供給することとしたが、高レベルのみの供
給とし、その代わりにプレート線切替え駆動部(733)
により、高レベルの電位を供給するときだけスイッチン
グ素子(732)をON状態とし、それ以外はスイッチング
素子(731)をON状態としてVssレベルの電位を供給する
ようにプレート線切換え線(DC71)(DC72)の電位状態
を制御するように構成しても良い。
In the above description, the plate line driving section (734) supplies the high-low binary level potential. However, it supplies only the high level, and instead, the plate line switching driving section (733).
Therefore, the switching element (732) is turned ON only when a high-level potential is supplied, and the switching element (731) is turned ON otherwise to supply a Vss level potential. The configuration may be such that the potential state of the DC 72) is controlled.

以上の説明は1メモリセルに関してのみであったが、
実際の素子では、ワード線駆動部(72)の制御でカラム
(a)中の多数のメモリを順次選択駆動し、またカラム
選択手段(77)の制御で多数のカラムを順次選択駆動
し、動作することになる。
Although the above description is only for one memory cell,
In an actual device, a large number of memories in the column (a) are sequentially selected and driven under the control of the word line driving section (72), and a large number of columns are sequentially selected and driven under the control of the column selection means (77). Will do.

以上の実施例で動作モードの切替えは適宜外部信号を
入力することで行なうことができる。またあらかじめCP
Uに切替信号を供給するように設定することもできる。
例えば不揮発性動作から揮発性動作への切替えは、電源
投入時にまず不揮発性動作からの立ち上げを行ない、そ
の後揮発性動作に変わるように設定すれば良い。また揮
発性動作から不揮発性動作への切替えが必要なのは電源
を落とすときまたは意図せず電源が落ちたとときであ
り、このとき動作モードが切替わるように設定すれば良
い。
In the above embodiment, the operation mode can be switched by appropriately inputting an external signal. In addition, CP
U can be set to supply a switching signal.
For example, the switching from the non-volatile operation to the volatile operation may be performed by first starting up from the non-volatile operation when the power is turned on, and then changing to the volatile operation. The switching from the volatile operation to the nonvolatile operation is required when the power is turned off or when the power is unintentionally turned off. At this time, the operation mode may be switched.

以下に切替信号を発生するための電源検出回路の一例
を第9図として示す。
FIG. 9 shows an example of a power supply detection circuit for generating a switching signal.

電源線(901)から供給される電圧は降圧用変成器(9
02)により降圧され、整流回路(903)により全波整流
され、抵抗(904)を介してダイオード(905)により定
電圧に波高整形され、抵抗(906)を介してコンデンサ
(907)を充電する。コンデンサ(907)はインバータ
(908)に接続され、コンデンサ(907)の端子電圧に応
じてインバータ(908)から信号が出力される。またイ
ンバータ(908)の出力信号応はさらにインバータ(90
9)に接続され、インバータ(908)と逆論理の信号を出
力する。インバータ電源端子(910)はインバータ(90
8)(909)に接続され、この電圧はコンデンサ(911)
によりバックアップされる。
The voltage supplied from the power line (901) is
02) is stepped down, full-wave rectified by a rectifier circuit (903), wave-shaped to a constant voltage by a diode (905) via a resistor (904), and charges a capacitor (907) via a resistor (906). . The capacitor (907) is connected to the inverter (908), and a signal is output from the inverter (908) according to the terminal voltage of the capacitor (907). In addition, the output signal of the inverter (908) is
9) and outputs a signal of the opposite logic to the inverter (908). The inverter power supply terminal (910) is connected to the inverter (90
8) Connected to (909), this voltage is the capacitor (911)
Backed up by

ここで電源線(901)の電圧が降下するとコンデンサ
(907)に蓄積された電荷は抵抗(912)を通して放電
し、結果的にコンデンサ(907)の端子電圧が低下す
る。従って、インバータ(908)からは電源切断信号が
正論理(I)として出力される。またインバータ(90
9)からは電源切断信号が負論理(I)として出力され
る。これらの出力信号は電源投入時の検出信号としても
使用できる。
Here, when the voltage of the power supply line (901) drops, the electric charge accumulated in the capacitor (907) is discharged through the resistor (912), and as a result, the terminal voltage of the capacitor (907) decreases. Therefore, a power-off signal is output from the inverter (908) as positive logic (I). The inverter (90
From 9), a power-off signal is output as negative logic (I). These output signals can also be used as detection signals at power-on.

また電源切断時の電源バックアップのためのバックア
ップ回路の一例を第10図に示す。
FIG. 10 shows an example of a backup circuit for backing up the power when the power is turned off.

直流電圧入力部(101)は整流素子(102)を介して半
導体記憶装置へつながる電圧供給端子(103)に接続さ
れる。バックアップ用電源(104)、例えば電池もしく
はコンデンサなどの整流素子(105)とこれに並列に接
続される抵抗(106)を介して直流電圧入力部(101)に
接続される。直流電圧供給部(101)より電圧供給が停
止した場合には、ただちにバックアップ用電源(104)
より電圧供給端子(103)に電圧が供給されることにな
る。
The DC voltage input section (101) is connected to a voltage supply terminal (103) connected to the semiconductor memory device via the rectifier (102). A backup power supply (104), for example, a rectifier (105) such as a battery or a capacitor, and a resistor (106) connected in parallel to the rectifier (105) are connected to the DC voltage input unit (101). When the voltage supply from the DC voltage supply unit (101) stops, the backup power supply (104)
Thus, a voltage is supplied to the voltage supply terminal (103).

本発明の半導体記憶装置においては例えば第9図、第
10図に示す回路を用い、電源投入時には第9図に示すよ
うな回路からの電源投入を示す信号を受け、不揮発性動
作で情報を読み出し、揮発性動作に移行する。また電源
切断時には電源切断を示す信号によりただちに揮発性動
作から不揮発性動作に移行し、バックアップ電源の下に
揮発性情報を不揮発性情報に書き込み、情報を不揮発状
態で保存する。従って通常は揮発性動作、電源切断時は
揮発性動作とし、DRAM的なメモリにもかかわらず、実質
的に不揮発性メモリとして使用することができる。
In the semiconductor memory device of the present invention, for example, FIG.
Using the circuit shown in FIG. 10, when power is turned on, a signal indicating power-on is received from the circuit as shown in FIG. 9, information is read out in a nonvolatile operation, and the operation shifts to a volatile operation. When the power is turned off, the operation immediately shifts from the volatile operation to the non-volatile operation in response to the signal indicating the power-off, writes the volatile information to the non-volatile information under the backup power supply, and stores the information in the non-volatile state. Therefore, the operation is normally a volatile operation, and the operation is a volatile operation when the power is turned off. Thus, the memory can be substantially used as a non-volatile memory in spite of a DRAM-like memory.

寿命の向上を確認するために以下の実験を行なった。
測定装置は第11図に示すように、強誘電体コンデンサ
(111)、電流検出用の抵抗(112)、パルスジェネレー
タ(113)、インピーダンス整合用の抵抗(114)からな
る。強誘電体コンデンサをPb(Zr,Ti)O3系の材料から
構成し、第12図に示すパルスパターンで分極反転を生じ
せしめた場合と、第13図に示すパルスパターンで分極反
転を生じせしめない場合(周期T,パルス幅Wは第12図と
同一)についてPrの変化を、電圧パルスを105回印加し
たときPr(105)を基準として、Pr/Pr(105)でしめし
たのが第14図である。残留分極(Pr)は、分極反転電荷
量(Qr)と分極非反転電荷量(Qn)から、Pr=(Qr−Q
n)/2の関係から求めた。第14図から明らかなように分
極反転を伴わない場合(A)は1013回のパルス印加後も
Prの低下はほとんどないが、分極反転を伴う場合(B)
は1012回のパルス印加でPrの低下が顕著であることが分
かる。
The following experiment was performed to confirm the improvement of the life.
As shown in FIG. 11, the measuring device includes a ferroelectric capacitor (111), a current detecting resistor (112), a pulse generator (113), and an impedance matching resistor (114). A ferroelectric capacitor is composed of a Pb (Zr, Ti) O 3 -based material and polarization inversion is generated by the pulse pattern shown in FIG. 12, and polarization inversion is generated by the pulse pattern shown in FIG. no case (period T, the pulse width W FIG. 12 and identical) to change for Pr, based on the Pr (105) upon application of a voltage pulse 10 5 times, shown by the Pr / Pr (10 5) FIG. 14 is a diagram. The remanent polarization (Pr) is calculated from the polarization inversion charge amount (Qr) and the polarization non-inversion charge amount (Qn) as follows: Pr = (Qr−Q
n) It was determined from the relationship of / 2. As is clear from FIG. 14, in the case without polarization reversal (A), even after the application of 10 13 pulses
When there is almost no decrease in Pr, but with polarization reversal (B)
It can be seen that the decrease in Pr is remarkable after 10 12 pulse applications.

本発明の揮発性動作は第14図(A)に相当し、不揮発
性動作は第14図(B)に相当する。従って通常は(A)
の動作とし、必要なときだけ不揮発性動作とすること
で、実質的には不揮発性の記憶装置で大幅に寿命を向上
することができる。
The volatile operation of the present invention corresponds to FIG. 14 (A), and the non-volatile operation corresponds to FIG. 14 (B). Therefore, usually (A)
By using the non-volatile operation only when necessary, the life of the non-volatile storage device can be substantially improved.

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば強誘電体コンデン
サを使用した半導体記憶装置の短寿命という問題点を解
消し、強誘電体コンデンサの不揮発記憶という利点を生
かしつつ長寿命でかつ書き込み/読み出しの速度も早
く、さらには高集積化も可能な半導体記憶装置を得るこ
とができる。よって工業上寄与するところ非常に大きい
ものである。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the problem of short life of a semiconductor memory device using a ferroelectric capacitor is solved, and a long life is obtained while taking advantage of the nonvolatile storage of a ferroelectric capacitor. In addition, it is possible to obtain a semiconductor memory device which has a high writing / reading speed and can be highly integrated. Therefore, it is very large to contribute industrially.

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

第1図は強誘電体コンデンサの特性曲線図、第2図は本
発明の基本動作を説明する回路図、第3図,第5図,第
7図,第9図及び第10図は本発明実施例を説明するため
の回路図、第4図,第6図及び第8図は本発明実施例を
説明するためのタイミングチャート図、第11図は回路
図、第12図及び第13図はパルス図、第14図は特性曲線
図。
FIG. 1 is a characteristic curve diagram of a ferroelectric capacitor, FIG. 2 is a circuit diagram illustrating the basic operation of the present invention, and FIGS. 3, 5, 7, 9, and 10 are diagrams of the present invention. FIG. 4, FIG. 6, FIG. 8 are timing charts for explaining the embodiment of the present invention, FIG. 11 is a circuit diagram, FIG. 12, and FIG. FIG. 14 is a pulse diagram, and FIG.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊田 啓 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会 社東芝柳町工場内 (72)発明者 原田 光雄 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会 社東芝柳町工場内 (72)発明者 作井 康司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 飯塚 尚和 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 平3−5996(JP,A) 特開 平3−16097(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11C 11/22 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hiroshi Toyoda 70 Yanagimachi, Yuki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Yanagicho Plant (72) Inventor Mitsuo Harada 70 Yanagimachi, Yuki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Corporation Inside the Yanagimachi Plant (72) Inventor Koji Sakui 1st Toshiba-cho, Komukai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Within Toshiba Research Institute, Inc. (56) References JP-A-3-5996 (JP, A) JP-A-3-16097 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G11C 11 /twenty two

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】強誘電体コンデンサと; この強誘電体コンデンサの一方の電極に接続されたスイ
ッチング素子と; 前記強誘電体コンデンサの他方の電極に接続された、前
記強誘電体コンデンサに印加する電圧を制御し、記憶情
報によらず前記強誘電体コンデンサの分極方向の変化し
ない電圧を印加する第1の電圧印加手段及び前記強誘電
体コンデンサの分極方向が変化し得る電圧を印加する第
2の電圧印加手段の一方を選択する電圧供給手段と; 前記第1の電圧印加手段が選択されたとき、前記強誘電
体コンデンサに流入する電荷量より少ない電荷が流入す
るよう容量が設定された第1の参照コンデンサと; 前記第2の電圧印加手段が選択されたとき、前記強誘電
体コンデンサに分極反転が生じるときに流入れる電荷量
よりは少なく、分極反転が生じないときに流れる電荷量
よりは多い電流が流入するよう容量が設定された第2の
参照コンデンサと; 前記第1及び第2の参照コンデンサと前記強誘電コンデ
ンサとに接続されるセンスアンプと; 前記電圧供給手段が前記第1の電圧印加手段を選択する
ときは前記第1の参照コンデンサを選択し、前記第2の
電圧印加手段を選択するときは前記第2の参照コンデン
サを選択して前記センスアンプに接続する参照コンデン
サ選択手段とを具備したことを特徴とする半導体記憶装
置。
1. A ferroelectric capacitor; a switching element connected to one electrode of the ferroelectric capacitor; and a voltage applied to the ferroelectric capacitor connected to the other electrode of the ferroelectric capacitor. A first voltage application unit for controlling a voltage and applying a voltage that does not change the polarization direction of the ferroelectric capacitor regardless of stored information, and a second voltage application unit that applies a voltage that can change the polarization direction of the ferroelectric capacitor. A voltage supply means for selecting one of the voltage application means; and a capacity set such that when the first voltage application means is selected, a smaller amount of charge flows than the charge flowing into the ferroelectric capacitor. (1) a reference capacitor; and (b) when the second voltage applying means is selected, the amount of charge is smaller than the amount of charge that flows when polarization inversion occurs in the ferroelectric capacitor. A second reference capacitor having a capacity set so that a current larger than the amount of charge flowing when no inversion occurs; a sense amplifier connected to the first and second reference capacitors and the ferroelectric capacitor When the voltage supply means selects the first voltage application means, selects the first reference capacitor; and when selecting the second voltage application means, selects the second reference capacitor. And a reference capacitor selecting means connected to the sense amplifier.
【請求項2】強誘電体コンデンサと; この強誘電体コンデンサの一方の電極に接続されたスイ
ッチング素子と; 前記強誘電体コンデンサの他方の電極に接続された、前
記強誘電体コンデンサに印加する電圧を制御し、記憶情
報によらず前記強誘電体コンデンサの分極方向の変化し
ない電圧を印加する第1の電圧印加手段及び前記強誘電
体コンデンサの分極方向が変化し得る電圧を印加する第
2の電圧印加手段の一方を選択する電圧供給手段と; 参照コンデンサと; 前記強誘電体コンデンサと前記参照コンデンサとに接続
されるセンスアンプと; 前記第1の電圧印加手段が選択されたときは前記強誘電
体コンデンサに流入する電荷量より少ない電荷が前記参
照コンデンサに流入し、前記第2の電圧印加手段が選択
されたときには前記強誘電体コンデンサに分極反転が生
じるときに流れる電荷量よりは少なく、分極反転が生じ
ないときに流れる電荷量よりは多い電荷が前記参照コン
デンサに流入するように、前記参照コンデンサに充電す
る電荷量を制御する参照コンデンサ選択手段とを具備し
たことを特徴とする半導体記憶装置。
2. A ferroelectric capacitor; a switching element connected to one electrode of the ferroelectric capacitor; and a voltage applied to the ferroelectric capacitor connected to the other electrode of the ferroelectric capacitor. A first voltage application unit for controlling a voltage and applying a voltage that does not change the polarization direction of the ferroelectric capacitor regardless of stored information, and a second voltage application unit that applies a voltage that can change the polarization direction of the ferroelectric capacitor. A voltage supply means for selecting one of the voltage application means; a reference capacitor; a sense amplifier connected to the ferroelectric capacitor and the reference capacitor; When a charge smaller than the charge amount flowing into the ferroelectric capacitor flows into the reference capacitor and the second voltage applying means is selected, the ferroelectric The amount of charge charged to the reference capacitor is controlled such that a smaller amount of charge flows when the polarization inversion occurs in the capacitor and a larger amount of charge flows than the amount of charge flowing when the polarization inversion does not occur. A semiconductor memory device comprising: a reference capacitor selecting unit.
【請求項3】前記強誘電体コンデンサ及び参照コンデン
サはビット線対を介して前記センスアンプに接続され、
前記強誘電体コンデンサ及び参照コンデンサに流入する
電荷によって生じる電圧降下の度合いを前記センスアン
プにより増幅し、前記強誘電体コンデンサの記憶状態を
前記ビット線対の電位の高低で読み出すことを特徴とす
る請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。
3. The ferroelectric capacitor and the reference capacitor are connected to the sense amplifier via a bit line pair.
The degree of voltage drop caused by the charge flowing into the ferroelectric capacitor and the reference capacitor is amplified by the sense amplifier, and the storage state of the ferroelectric capacitor is read based on the level of the potential of the bit line pair. The semiconductor memory device according to claim 1.
JP02081131A 1990-03-30 1990-03-30 Semiconductor storage device Expired - Fee Related JP3101296B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP02081131A JP3101296B2 (en) 1990-03-30 1990-03-30 Semiconductor storage device
US07/676,546 US5297077A (en) 1990-03-30 1991-03-28 Memory having ferroelectric capacitors polarized in nonvolatile mode
DE4110407A DE4110407A1 (en) 1990-03-30 1991-03-28 SEMICONDUCTOR MEMORY ARRANGEMENT
KR1019910005004A KR950009387B1 (en) 1990-03-30 1991-03-29 Semiconductor memory device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP02081131A JP3101296B2 (en) 1990-03-30 1990-03-30 Semiconductor storage device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03283079A JPH03283079A (en) 1991-12-13
JP3101296B2 true JP3101296B2 (en) 2000-10-23

Family

ID=13737843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP02081131A Expired - Fee Related JP3101296B2 (en) 1990-03-30 1990-03-30 Semiconductor storage device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3101296B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014025106A1 (en) * 2012-08-10 2014-02-13 Seo Choong-Sil Crutches having superb shock-absorbency

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4110407A1 (en) * 1990-03-30 1991-10-02 Toshiba Kawasaki Kk SEMICONDUCTOR MEMORY ARRANGEMENT
JPH04228191A (en) * 1990-06-21 1992-08-18 Seiko Instr Inc Semiconductor integrated circuit
JP3426693B2 (en) * 1994-03-07 2003-07-14 株式会社日立製作所 Semiconductor storage device
JPH1116377A (en) * 1997-06-25 1999-01-22 Nec Corp Ferroelectric memory device
JP4227491B2 (en) 2003-09-09 2009-02-18 株式会社リコー Power supply circuit for digital camera
US10153020B1 (en) * 2017-06-09 2018-12-11 Micron Technology, Inc. Dual mode ferroelectric memory cell operation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014025106A1 (en) * 2012-08-10 2014-02-13 Seo Choong-Sil Crutches having superb shock-absorbency

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03283079A (en) 1991-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR950009387B1 (en) Semiconductor memory device
US5835400A (en) Ferroelectric memory devices having nondestructive read capability and methods of operating same
TWI493550B (en) Semiconductor memory device and semiconductor device
US6657883B2 (en) Semiconductor memory device
US6198651B1 (en) Ferroelectric memory devices which utilize boosted plate line voltages to improve reading reliability and methods of operating same
KR100597629B1 (en) Ferroelectric Random Access memory device and driving method therefore
US5910911A (en) Semiconductor memory and process of operating the same
JPH06125056A (en) Driving method for ferroelectric memory
JP3226433B2 (en) Ferroelectric memory device
JPH0721784A (en) Ferroelectric substance memory
US20050180220A1 (en) Non-destructive readout of ferroelectric memories
US6088257A (en) Ferroelectric random access memory device and method for operating the same
JPH11260066A (en) Memory having ferroelectric memory cell and reading method of ferroelectric memory
US5898608A (en) Method for operating a ferroelectric memory
US6208550B1 (en) Ferroelectric memory device and method for operating thereof
JPH035996A (en) Nonvolatile semiconductor memory device
JP3101296B2 (en) Semiconductor storage device
JP2001338499A (en) Ferroelectric memory device and resting method therefor
JP3635716B2 (en) Non-volatile memory
US5940316A (en) Ferroelectric memory device using a ferroelectric material and method of reading data from the ferroelectric memory device
US7042754B2 (en) Ferroelectric memory device and electronic apparatus
JP4099349B2 (en) Ferroelectric memory
US6061266A (en) Ferroelectric random access memory device including active read/write circuit
JP3576271B2 (en) Ferroelectric memory
US6574134B1 (en) Non-volatile ferroelectric capacitor memory circuit having nondestructive read capability

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070818

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080818

Year of fee payment: 8

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees