JP3243939B2 - Semiconductor memory device and method of determining capacitance value thereof - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体メモリ装置およ
びそれに用いられるキャパシタの容量値決定方法に関す
るものである。The present invention relates to a semiconductor memory device and a semiconductor memory device.
And a method of determining a capacitance value of a capacitor used in the method .
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体メモリ装置では、半導体装置内に
形成されたキャパシタに電荷を蓄積し、その電荷の有無
によりデータを記憶する方式が主に用いられており(一
般にダイナミック方式メモリという。以下この方式のメ
モリをDRAMと称す)、そのキャパシタには、従来、
シリコン酸化膜を絶縁膜として用いている。2. Description of the Related Art In a semiconductor memory device, a method of accumulating charges in a capacitor formed in the semiconductor device and storing data depending on the presence or absence of the charges is mainly used (generally, a dynamic memory). Memory is called DRAM), and its capacitor is
A silicon oxide film is used as an insulating film.
【0003】近年、強誘電体材料をキャパシタの絶縁膜
に用いることにより、記憶データの不揮発性を実現しよ
うとする半導体メモリ装置が考案されている。In recent years, a semiconductor memory device has been devised to realize non-volatility of stored data by using a ferroelectric material for an insulating film of a capacitor.
【0004】以下、強誘電体材料を用いた従来の半導体
メモリ装置について説明する(米国特許第4,873,6
64号明細書参照)。A conventional semiconductor memory device using a ferroelectric material will be described below (US Pat. No. 4,873,6).
No. 64).
【0005】図13は従来の半導体メモリ装置の回路構
成図、図14は従来の半導体メモリ装置の回路構成を示
す図13のセンスアンプ部90,96を示す図、図15
は従来の半導体メモリ装置の動作タイミングを示す図、
図16は従来の半導体メモリ装置のメモリセルキャパシ
タにおける強誘電体のヒステリシス特性とメモリセルの
データ読み出しを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional semiconductor memory device, FIG. 14 is a diagram showing the sense amplifier units 90 and 96 of FIG. 13 showing a circuit configuration of a conventional semiconductor memory device, and FIG.
Is a diagram showing the operation timing of the conventional semiconductor memory device,
FIG. 16 is a diagram showing a hysteresis characteristic of a ferroelectric in a memory cell capacitor of a conventional semiconductor memory device and data reading of a memory cell.
【0006】図において、Vr16はメモリセルのデー
タ読み出し電位差、l1,l2はビット線の寄生容量の
特性を示す線、A,B,D,E,M16,N16,O1
6,P16,Q16はメモリセルのデータ読み出しを示
す図中の点、80a〜80dはメモリセル、81a〜8
1dはメモリセルトランジスタ、82,84はワード線
(WORD)、83a〜83dは強誘電体膜を用いたメ
モリセルキャパシタ、86,88,92,94はビット
線、90,96はセンスアンプ、98,100はセルプ
レート電極(PLATE)、102,104,106,
108はビット線プリチャージ用トランジスタ、φPR
ECHARGEはビット線プリチャージ制御信号、φS
ENSEはセンスアンプ制御信号、110,112はP
チャネル型MOSトランジスタ、118,120はNチ
ャネル型MOSトランジスタ、114,116は信号ノ
ードである。In the figure, Vr16 is a data read potential difference of a memory cell, l1 and l2 are lines showing characteristics of a parasitic capacitance of a bit line, A, B, D, E, M16, N16, O1.
6, P16 and Q16 are points in the figure showing data reading of the memory cells, 80a to 80d are memory cells, and 81a to 8
1d is a memory cell transistor, 82 and 84 are word lines (WORD), 83a to 83d are memory cell capacitors using a ferroelectric film, 86, 88, 92 and 94 are bit lines, 90 and 96 are sense amplifiers, 98 , 100 are cell plate electrodes (PLATE), 102, 104, 106,
108 is a bit line precharge transistor, φPR
ECHARGE is a bit line precharge control signal, φS
ENSE is a sense amplifier control signal, 110 and 112 are P
Channel type MOS transistors, 118 and 120 are N-channel type MOS transistors, and 114 and 116 are signal nodes.
【0007】図13の従来の半導体メモリ装置の回路構
成は、センスアンプ90にビット線86,88が接続さ
れている。このビット線86,88に本体メモリセル8
0a,80bが接続されている。本体メモリセル80a
は、第1の本体メモリセルキャパシタ83aが第1のM
OSトランジスタ81aを介してビット線86に接続さ
れている。第2の本体メモリセルキャパシタ83aが第
2のMOSトランジスタ81aを介してビット線88に
接続されている。第1および第2のMOSトランジスタ
81aのゲートはワード線82に接続され、第1および
第2の本体メモリセルキャパシタ83aの第1および第
2のMOSトランジスタ81aのソースに接続された第
1の電極とは反対の第2の電極はセルプレート電極98
に接続されている。本体メモリセル80b〜80dにつ
いても同様である。また、ビット線86,88は、ゲー
トがビット線プリチャージ制御信号φPRECHARG
EであるMOSトランジスタ106,108を介して接
地電圧に接続されている。また、センスアンプ90は、
図14に示すように、Nチャネル型MOSトランジスタ
118のソースが接地電圧に、ゲートが信号ノード11
6に、ドレインが信号ノード114にそれぞれ接続さ
れ、Pチャネル型MOSトランジスタ110のソースが
φPRECHARGEに接続されている。また、ゲート
が信号ノード116に、ドレインが信号ノード114に
それぞれ接続され、Nチャネル型MOSトランジスタ1
20のソースが接地電圧に、ゲートが信号ノード114
に、ドレインが信号ノード116にそれぞれ接続され、
Pチャネル型MOSトランジスタ112のソースはφP
RECHARGEに、ゲートが信号ノード114に、ド
レインが信号ノード116にそれぞれ接続されている。
この図13の従来の半導体メモリ装置では、一つのメモ
リセルが二つのメモリセルキャパシタと二つのMOSト
ランジスタとで構成されている。この二つのメモリセル
キャパシタには逆論理電圧を書き込み、読み出し時には
この二つのメモリセルキャパシタのそれぞれから読み出
された電位差をセンスアンプで増幅してデータを読み出
す。[0007] In the circuit configuration of the conventional semiconductor memory device shown in FIG. 13, bit lines 86 and 88 are connected to a sense amplifier 90. The main memory cells 8 are connected to the bit lines 86 and 88.
0a and 80b are connected. Main body memory cell 80a
Means that the first main body memory cell capacitor 83a has the first M
It is connected to the bit line 86 via the OS transistor 81a. Second main body memory cell capacitor 83a is connected to bit line 88 via second MOS transistor 81a. The gates of the first and second MOS transistors 81a are connected to a word line 82, and the first electrodes connected to the sources of the first and second MOS transistors 81a of the first and second main body memory cell capacitors 83a. The second electrode opposite to the above is a cell plate electrode 98.
It is connected to the. The same applies to the main body memory cells 80b to 80d. The bit lines 86 and 88 have their gates connected to the bit line precharge control signal φPRECCHARG.
It is connected to the ground voltage via MOS transistors 106 and 108 which are E. Also, the sense amplifier 90
As shown in FIG. 14, the source of N-channel MOS transistor 118 is at the ground voltage, and the gate is at signal node 11.
6, the drain is connected to the signal node 114, and the source of the P-channel type MOS transistor 110 is connected to φPRECHARGE. The gate is connected to the signal node 116 and the drain is connected to the signal node 114, respectively.
20 have a source at ground voltage and a gate at signal node 114.
The drains are respectively connected to the signal nodes 116,
The source of the P-channel MOS transistor 112 is φP
RECHARGE has a gate connected to the signal node 114 and a drain connected to the signal node 116.
In the conventional semiconductor memory device of FIG. 13, one memory cell is composed of two memory cell capacitors and two MOS transistors. Reverse logic voltages are written to the two memory cell capacitors, and at the time of reading, data is read by amplifying the potential difference read from each of the two memory cell capacitors by a sense amplifier.
【0008】この従来の半導体メモリ装置の回路の動作
について、図15の動作タイミング図と、図16のメモ
リセルキャパシタの強誘電体のヒステリシス特性とメモ
リセルのデータ読み出しを示す図を参照しながら説明す
る。The operation of the circuit of the conventional semiconductor memory device will be described with reference to the operation timing chart of FIG. 15 and the diagram showing the hysteresis characteristic of the ferroelectric of the memory cell capacitor and the data reading of the memory cell of FIG. I do.
【0009】図16の強誘電体のヒステリシス特性図
で、横軸がメモリセルキャパシタにかかる電界で縦軸が
そのときの電荷を示している。強誘電体のキャパシタで
は電界が0のときでも点B、点Eのように残留分極が残
る。このように、電源がオフした後にも強誘電体のキャ
パシタに残った残留分極を不揮発性のデータとして利用
し、不揮発性半導体メモリ装置を実現している。メモリ
セルのデータが“1”の場合、第1の本体メモリセルキ
ャパシタは図16の点Bの状態であり、第2の本体メモ
リセルキャパシタは図16の点Eの状態である。メモリ
セルのデータが“0”である場合には、第1の本体メモ
リセルキャパシタは図16の点Eの状態で、第2の本体
メモリセルキャパシタは図16の点Bの状態である。In the hysteresis characteristic diagram of the ferroelectric shown in FIG. 16, the horizontal axis indicates the electric field applied to the memory cell capacitor, and the vertical axis indicates the electric charge at that time. In a ferroelectric capacitor, residual polarization remains as shown at points B and E even when the electric field is zero. As described above, the nonvolatile semiconductor memory device is realized by utilizing the residual polarization remaining in the ferroelectric capacitor even after the power is turned off as nonvolatile data. When the data of the memory cell is “1”, the first main body memory cell capacitor is in the state of point B in FIG. 16, and the second main body memory cell capacitor is in the state of point E in FIG. When the data of the memory cell is "0", the first main body memory cell capacitor is in the state of point E in FIG. 16, and the second main body memory cell capacitor is in the state of point B in FIG.
【0010】ここで本体メモリセルのデータを読み出す
ために、初期状態として、ビット線86,88、ワード
線82,84、セルプレート電極98、および、センス
アンプ制御信号φSENSEは全て論理電圧“L”であ
り、ビット線プリチャージ制御信号φPRECHARG
Eは論理電圧“H”である。その後、ビット線プリチャ
ージ制御信号φPRECHARGEを論理電圧“L”と
し、ビット線86,88をフローティング状態とする。
次に、図15のように、ワード線82とセルプレート電
極98を論理電圧“H”とする。ここで、MOSトラン
ジスタ81aがオンする。このため、本体メモリセルキ
ャパシタ83aには電界がかかり、本体メモリセルから
ビット線86,88にデータが読み出される。Here, in order to read the data of the main memory cell, the bit lines 86 and 88, the word lines 82 and 84, the cell plate electrode 98, and the sense amplifier control signal φSENSE are all set to the logic voltage “L” in the initial state. And the bit line precharge control signal φPRECHARG
E is the logic voltage “H”. Thereafter, the bit line precharge control signal φPRECHARGE is set to the logic voltage “L”, and the bit lines 86 and 88 are set in a floating state.
Next, as shown in FIG. 15, the word line 82 and the cell plate electrode 98 are set to the logic voltage “H”. Here, the MOS transistor 81a is turned on. Therefore, an electric field is applied to the main body memory cell capacitor 83a, and data is read from the main body memory cell to the bit lines 86 and 88.
【0011】このときのビット線に読み出される電位差
について図16を参照しながら説明する。図16に示さ
れている線l1,l2はビット線86,88の寄生容量
値で決まる傾きを持つ線である。容量値が小さくなると
傾きの絶対値は小さくなる。読み出されるデータが
“1”のとき、ビット線86には第1の本体メモリセル
キャパシタからデータが読み出され、図16の点Bの状
態から点O16の状態となる。点O16はメモリセルキ
ャパシタに電界をかけたとき、点Bから点Dへ向かうヒ
ステリシス曲線と、ワード線82とセルプレート電極9
8との論理電圧を“H”としたときに生じる電界の分だ
け、点Bから横軸方向へ移動した点M16を通る線l1
との交点である。同様に、ビット線88には第2の本体
メモリセルキャパシタからデータが読み出され、図16
の点Eの状態から点P16の状態となる。点P16はメ
モリセルキャパシタに電界がかかったとき、点Eから点
Dへ向かうヒステリシス曲線と、ワード線82とセルプ
レート電極98との論理電圧を“H”としたときに生じ
る電界の分だけ、点Eから横軸方向へ移動した点N16
を通る線l2との交点である。ここで、ビット線86と
ビット線88に読み出される電位差は、図16の点O1
6と点P16との電界差であるVr16となる。読み出
されるデータが“0”のときも同様で、ビット線86と
ビット線88の状態が逆になるだけで、読み出される電
位差はVr16である。次に、センスアンプ制御信号φ
SENSEを論理電圧“H”とし、ビット線86とビッ
ト線88に読み出されたデータをセンスアンプ90で増
幅しデータを読み出す。このセンスアンプ90で増幅す
ると、ビット線86の状態は点O16から点Q16にな
り、ビット線88の状態は点P16から点Dになる。次
に、データの再書き込み状態としてセルプレート電極9
8を論理電圧“L”とする。このとき、図16におい
て、ビット線86の状態は点Q16から点Aとなり、ビ
ット線88の状態は点Dから点Eとなる。次に、ワード
線82とセンスアンプ制御信号φSENSEとを論理電
圧“L”にする。その後、ビット線プリチャージ制御信
号φPRECHARGEを論理電圧“H”とし、ビット
線86,88を論理電圧“L”として初期状態とする。The potential difference read to the bit line at this time will be described with reference to FIG. Lines l1 and l2 shown in FIG. 16 are lines having inclinations determined by the parasitic capacitance values of the bit lines 86 and 88. As the capacitance value decreases, the absolute value of the gradient decreases. When the data to be read is "1", data is read from the first main body memory cell capacitor to the bit line 86, and the state changes from the state at the point B to the state at the point O16 in FIG. Point O16 is a hysteresis curve from point B to point D when an electric field is applied to the memory cell capacitor, word line 82 and cell plate electrode 9
A line 11 passing through a point M16 shifted in the horizontal axis direction from the point B by an electric field generated when the logic voltage with the logic 8 is set to "H"
Is the intersection with Similarly, data is read from the second main body memory cell capacitor to the bit line 88, and FIG.
From the state of point E to the state of point P16. Point P16 corresponds to a hysteresis curve from point E to point D when an electric field is applied to the memory cell capacitor, and an electric field generated when the logic voltage between word line 82 and cell plate electrode 98 is set to "H". Point N16 moved in the horizontal axis direction from point E
Are the intersections with the line l2 passing through. Here, the potential difference read to the bit line 86 and the bit line 88 is the point O1 in FIG.
Vr16, which is the electric field difference between 6 and the point P16. The same applies to the case where the data to be read is “0”. Only the states of the bit lines 86 and 88 are reversed, and the potential difference to be read is Vr16. Next, the sense amplifier control signal φ
SENSE is set to the logic voltage “H”, and the data read to the bit lines 86 and 88 are amplified by the sense amplifier 90 to read the data. When amplified by the sense amplifier 90, the state of the bit line 86 changes from point O16 to point Q16, and the state of the bit line 88 changes from point P16 to point D. Next, the cell plate electrode 9 is set as a data rewrite state.
8 is a logic voltage “L”. At this time, in FIG. 16, the state of the bit line 86 changes from the point Q16 to the point A, and the state of the bit line 88 changes from the point D to the point E. Next, the word line 82 and the sense amplifier control signal φSENSE are set to the logic voltage “L”. After that, the bit line precharge control signal φPRECHARGE is set to the logic voltage “H”, and the bit lines 86 and 88 are set to the logic voltage “L” to be in an initial state.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の構
成の半導体メモリ装置では、図16において、ビット線
の寄生容量値が小さくなると線l1,l2の傾きの絶対
値が小さくなる。たとえばビット線の寄生容量値がほと
んど0になると、点O16の位置は点Bに近づき、点P
16の位置は点Eに近づく。ビット線86とビット線8
8とに生じる読み出し電位差Vr16は0に近づく。こ
のためこの電位差をセンスアンプ90で正確に増幅する
ことができなくなるという課題があった。また、同様に
ビット線寄生容量値がある一定の値であるとき強誘電体
キャパシタの容量が小さすぎても大きすぎてもビット線
86とビット線88とに生じる読み出し電位差Vr16
は小さくなり、この電位差をセンスアンプ90で正確に
増幅することができなくなるという課題があった。In the semiconductor memory device having the conventional configuration as described above, in FIG. 16, when the parasitic capacitance value of the bit line decreases, the absolute value of the inclination of the lines l1 and l2 decreases. For example, when the parasitic capacitance value of the bit line becomes almost 0, the position of the point O16 approaches the point B,
The position of 16 approaches the point E. Bit line 86 and bit line 8
8 and the read potential difference Vr16 approaching 0. For this reason, there has been a problem that the sense amplifier 90 cannot accurately amplify this potential difference. Similarly, when the bit line parasitic capacitance value is a certain value, the read potential difference Vr16 generated between the bit line 86 and the bit line 88 regardless of whether the capacitance of the ferroelectric capacitor is too small or too large.
And the potential difference cannot be accurately amplified by the sense amplifier 90.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の半導体メモリ装置の容量値決定方法は、増
幅器に第1のビット線と第1のビット線と対になった第
2のビット線が接続され、第1のMOSトランジスタに
第1のワード線と第1の強誘電体キャパシタと第1のビ
ット線とが接続され、第1の強誘電体キャパシタが第1
のプレート電極に接続された半導体メモリ装置におい
て、第1のビット線と第2のビット線との間に生じる電
位差と第1の強誘電体キャパシタの容量値との関係を求
め、電位差が増幅器によって正確に増幅できる電位差以
上になる範囲に第1の強誘電体キャパシタの容量値を設
定する。 In order to solve this problem, a method of determining a capacitance value of a semiconductor memory device according to the present invention comprises the steps of: providing an amplifier with a first bit line and a second bit line paired with a first bit line; Are connected to the first MOS transistor, the first word line, the first ferroelectric capacitor and the first bit line are connected to the first MOS transistor, and the first ferroelectric capacitor is connected to the first MOS transistor.
Semiconductor memory device connected to the plate electrode of
And a voltage generated between the first bit line and the second bit line.
Find the relationship between the potential difference and the capacitance value of the first ferroelectric capacitor.
Therefore, the potential difference is less than the potential difference that can be accurately amplified by the amplifier.
Set the capacitance value of the first ferroelectric capacitor in the range above
Set.
【0014】また、第1の強誘電体キャパシタの容量値
を、上記範囲内において小さく設定する。 The capacitance value of the first ferroelectric capacitor
And it is set to be smaller in the above range.
【0015】また、本発明の他の半導体メモリ装置の容
量値決定方法は、増幅器に第1のビット線と第1のビッ
ト線と対になった第2のビット線が接続され、第1のM
OSトランジスタに第1のワード線と第1の強誘電体キ
ャパシタと第1のビット線とが接続され、第1の強誘電
体キャパシタが第1のプレート電極に接続され、第2の
MOSトランジスタが第2のワード線と第1のキャパシ
タと第2のビット線とに接続され、第1のキャパシタが
第2のプレート電極に接続された半導体メモリ装置にお
いて、第1の強誘電体キャパシタから論理電圧“H”の
データを第1のビット線へ読み出す時の第1のビット線
電位と、第1の強誘電体キャパシタから論理電圧“L”
のデータを第1のビット線へ読み出す時の第2のビット
線電位との電位差が、増幅器によって正確に増幅できる
電位差の2倍以上の値になるように第1の強誘電体キャ
パシタの容量値を決定し、第1のキャパシタからのデー
タを第2のビット線へ読み出す時の第3のビット線電位
が、第1のビット線電位と第2のビット線電位との中間
の電位で、かつ第1のビット線電位と第3のビット線電
位との電位差および第2のビット線電位と第3のビット
線電位との電位差が、ともに増幅器によって正確に増幅
できる電位差以上になるように第1のキャパシタの容量
値を決定する。In addition, the content of another semiconductor memory device of the present invention.
In the method of determining the quantity value, a first bit line and a second bit line paired with the first bit line are connected to the amplifier, and the first M
The first word line, the first ferroelectric capacitor, and the first bit line are connected to the OS transistor, the first ferroelectric capacitor is connected to the first plate electrode, and the second MOS transistor is connected to the OS transistor. In a semiconductor memory device connected to a second word line, a first capacitor, and a second bit line, and the first capacitor is connected to a second plate electrode .
The logic voltage "H" from the first ferroelectric capacitor .
First bit line voltage, the logic voltage of the first ferroelectric capacitor when to exit read data to the first bit line "L"
Potential difference can be accurately amplified by the amplifier and the second bit line potential when to exit read the data into the first bit line
The capacitance value of the first ferroelectric capacitor determined as a value at least twice the potential difference, data from the first capacitor
Third bit line potential when to exit read the data to the second bit line is intermediate the first bit line potential and the second bit line potential
And the first bit line potential and the third bit line potential.
Potential difference, second bit line potential and third bit
Both the potential difference from the line potential is accurately amplified by the amplifier
Capacity of the first capacitor so that the potential difference becomes greater than
Determine the value .
【0016】また、第1のキャパシタが強誘電体キャパ
シタである。また、第1のキャパシタが第1の強誘電体
キャパシタと同程度の形状である強誘電体キャパシタで
ある。Further, the first capacitor is a ferroelectric capacitor. Further, the first capacitor is a ferroelectric capacitor having a shape similar to that of the first ferroelectric capacitor.
【0017】また、本発明の半導体メモリ装置は、増幅
器に第1のビット線と第1のビット線と対になった第2
のビット線が接続され、第1のMOSトランジスタに第
1のワード線と第1の強誘電体キャパシタと第1のビッ
ト線とが接続され、第1の強誘電体キャパシタが第1の
プレート電極に接続され、第2のMOSトランジスタが
第2のワード線と第1のキャパシタと第2のビット線と
に接続され、第1のキャパシタが第2のプレート電極に
接続され、第1のキャパシタの第2のビット線へのデー
タ読み出し時に第2のビット線の容量に第1のビット線
容量調整用容量が接続され第1のビット線の容量より大
きくなり、第1の強誘電体キャパシタの論理電圧“H”
で、かつ第1のビット線へのデータ読み出し時の第1の
ビット線電位と第1の強誘電体キャパシタの論理電圧
“L”で、かつ第1のビット線へのデータ読み出し時の
第2のビット線電位との電位差が第1の所望の値になる
ように第1の強誘電体キャパシタの容量が決定され、第
1のキャパシタの第2のビット線へのデータ読み出し時
の第3のビット線電位が第1のビット線電位と第2のビ
ット線電位との中間の第2の所望の値の電位になるよう
に第1のキャパシタの容量が決定される。また、第1の
ビット線容量調整用容量が強誘電体キャパシタである。 Further, the semiconductor memory device of the present invention has an amplification
A first bit line and a second bit line paired with the first bit line
Are connected to the first MOS transistor,
1 word line, 1st ferroelectric capacitor and 1st bit.
And the first ferroelectric capacitor is connected to the first
Connected to the plate electrode and the second MOS transistor
A second word line, a first capacitor, a second bit line,
And the first capacitor is connected to the second plate electrode
Connected to the second bit line of the first capacitor.
When reading data, the capacity of the second bit line
A capacitance adjusting capacitance is connected and is larger than the capacitance of the first bit line.
The logic voltage "H" of the first ferroelectric capacitor
At the time of reading data to the first bit line.
Bit line potential and logic voltage of first ferroelectric capacitor
"L" and when reading data to the first bit line
The potential difference from the second bit line potential becomes a first desired value
The capacitance of the first ferroelectric capacitor is determined as
When reading data from the first capacitor to the second bit line
Of the first bit line and the second bit line
To a potential of a second desired value intermediate to the potential of the cut line.
, The capacitance of the first capacitor is determined . Also, the first
The bit line capacitance adjusting capacitance is a ferroelectric capacitor.
【0018】また、本発明の他の半導体メモリ装置は、
増幅器に第1のビット線と第1のビット線と対になった
第2のビット線が接続され、第1のMOSトランジスタ
に第1のワード線と第1の強誘電体キャパシタと第1の
ビット線とが接続され、第1の強誘電体キャパシタが第
1のプレート電極に接続され、第2のMOSトランジス
タが第2のワード線と第1のキャパシタと第2のビット
線とに接続され、第1のキャパシタが第2のプレート電
極に接続され、第1のキャパシタの第2のビット線への
データ読み出し時に第2のビット線の容量から第1のビ
ット線容量調整用容量が切断され第1のビット線の容量
より小さくなり、第1の強誘電体キャパシタの論理電圧
“H”で、かつ第1のビット線へのデータ読み出し時の
第1のビット線電位と第1の強誘電体キャパシタの論理
電圧“L”で、かつ第1のビット線へのデータ読み出し
時の第2のビット線電位との電位差が第1の所望の値に
なるように第1の強誘電体キャパシタの容量が決定さ
れ、第1のキャパシタの第2 のビット線へのデータ読み
出し時の第3のビット線電位が第1のビット線電位と第
2のビット線電位との中間の第2の所望の値の電位にな
るように第1のキャパシタの容量が決定される。 Further , another semiconductor memory device of the present invention comprises:
Amplifier paired with first bit line and first bit line
A second MOS transistor connected to a second bit line;
The first word line, the first ferroelectric capacitor and the first
And the first ferroelectric capacitor is connected to the bit line.
The second MOS transistor connected to the first plate electrode
A second word line, a first capacitor and a second bit
And the first capacitor is connected to the second plate
Pole to the first capacitor to the second bit line.
At the time of data reading, the first bit
And the capacitance of the first bit line is cut off.
The smaller the logic voltage of the first ferroelectric capacitor
"H" and when reading data to the first bit line
Logic of first bit line potential and first ferroelectric capacitor
Read data to the first bit line at voltage "L"
The potential difference from the second bit line potential at the time to the first desired value
The capacitance of the first ferroelectric capacitor is determined so that
Read data from the first capacitor to the second bit line.
The third bit line potential at the time of output is the same as the first bit line potential.
2 bit line potential and a potential of a second desired value intermediate between the bit line potentials.
Thus, the capacitance of the first capacitor is determined.
【0019】さらに、第1のビット線容量調整用容量が
強誘電体キャパシタである。Further, the first bit line capacitance adjusting capacitance is a ferroelectric capacitor.
【0020】[0020]
【作用】上記のような構成および動作の半導体メモリ装
置およびその容量値決定方法により、メモリセルのデー
タ読み出し電位差を大きくすることができ、読み出し時
の誤動作がない半導体メモリ装置とすることができる。According to the semiconductor memory device having the above configuration and operation and the method of determining the capacitance value thereof , the data read potential difference between the memory cells can be increased, and a semiconductor memory device free from malfunction during reading can be provided.
【0021】[0021]
【実施例】本発明の半導体メモリ装置の容量値決定方法
を示す第1の実施例について、図面を参照しながら説明
する。図1は本発明の半導体メモリ装置の回路構成を示
す図、図2は本発明の半導体メモリ装置の動作タイミン
グを示す図、図3〜図5は本発明の半導体メモリ装置の
容量値決定方法の第1の実施例における第1〜第3の容
量値のメモリセルキャパシタの強誘電体のヒステリシス
特性とメモリセルのデータ読み出しを示す図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for determining a capacitance value of a semiconductor memory device according to the present invention.
A first embodiment showing a will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a semiconductor memory device of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing operation timing of the semiconductor memory device of the present invention, and FIGS.
FIG. 6 is a diagram showing hysteresis characteristics of ferroelectrics of memory cell capacitors having first to third capacitance values and data reading of memory cells in the first embodiment of the capacitance value determining method .
【0022】まず、図1の回路構成図について説明す
る。WL0〜WL7はワード線、BL0,/BL0,B
L1,/BL1はビット線、CP0〜CP7はセルプレ
ート電極、EQ101はビット線イコライズおよびプリ
チャージ制御信号、SAE100はセンスアンプ制御信
号、VSSは接地電圧、SA0,SA1はセンスアン
プ、Cs00〜Cs17,Cs00B〜Cs17Bは本
体メモリセルキャパシタ、QnはNチャネル型MOSト
ランジスタである。First, the circuit diagram of FIG. 1 will be described. WL0 to WL7 are word lines, BL0, / BL0, B
L1 and / BL1 are bit lines, CP0 to CP7 are cell plate electrodes, EQ101 is a bit line equalize and precharge control signal, SAE100 is a sense amplifier control signal, VSS is a ground voltage, SA0 and SA1 are sense amplifiers, Cs00 to Cs17, Cs00B to Cs17B are main body memory cell capacitors, and Qn is an N-channel MOS transistor.
【0023】センスアンプSA0にビット線BL0,/
BL0が、センスアンプSA1にビット線BL1,/B
L1がそれぞれ接続されている。センスアンプSA0,
SA1の動作はセンスアンプ制御信号SAE100によ
って制御される。本体メモリセルキャパシタCs00の
第1の電極はNチャネル型MOSトランジスタQnを介
してビット線BL0に接続されている。本体メモリセル
キャパシタCs00の第2の電極はセルプレート電極C
P0に接続されている。本体メモリセルキャパシタCs
00Bの第1の電極はNチャネル型MOSトランジスタ
Qnを介してビット線/BL0に接続されており、本体
メモリセルキャパシタCs00Bの第2の電極はセルプ
レート電極CP0に接続されている。同様に、本体メモ
リセルキャパシタCs01〜Cs07のそれぞれの第1
の電極はNチャネル型MOSトランジスタQnを介して
ビット線BL0に接続され、本体メモリセルキャパシタ
Cs01〜Cs07のそれぞれの第2の電極はそれぞれ
セルプレート電極CP1〜CP7に接続され、本体メモ
リセルキャパシタCs01B〜Cs07Bのそれぞれの
第1の電極はNチャネル型MOSトランジスタQnを介
してビット線/BL0に接続され、本体メモリセルキャ
パシタCs01B〜Cs07Bのそれぞれの第2の電極
はそれぞれセルプレート電極CP1〜CP7に接続され
ている。本体メモリセルキャパシタCs10〜Cs1
7,Cs10B〜Cs17Bについても同様に、ビット
線BL1,/BL1にデータが読み出されるように接続
されている。また、ビット線BL0,/BL0、および
ビット線BL1,/BL1はビット線イコライズおよび
プリチャージ制御信号EQ101によってイコライズお
よびプリチャージされるように構成されている。ここで
は、プリチャージ電位は接地電圧としている。The bit lines BL0, / 0 are connected to the sense amplifier SA0.
BL0 connects the bit lines BL1, / B to the sense amplifier SA1.
L1 are respectively connected. The sense amplifiers SA0,
The operation of SA1 is controlled by the sense amplifier control signal SAE100. The first electrode of the main body memory cell capacitor Cs00 is connected to the bit line BL0 via the N-channel MOS transistor Qn. The second electrode of the main body memory cell capacitor Cs00 is a cell plate electrode C
Connected to P0. Body memory cell capacitor Cs
The first electrode of 00B is connected to the bit line / BL0 via an N-channel MOS transistor Qn, and the second electrode of the main memory cell capacitor Cs00B is connected to the cell plate electrode CP0. Similarly, the first of each of the main body memory cell capacitors Cs01 to Cs07
Are connected to the bit line BL0 via an N-channel MOS transistor Qn, the second electrodes of the main body memory cell capacitors Cs01 to Cs07 are respectively connected to the cell plate electrodes CP1 to CP7, and the main body memory cell capacitor Cs01B To Cs07B are connected to bit line / BL0 via an N-channel MOS transistor Qn, and second electrodes of main body memory cell capacitors Cs01B to Cs07B are connected to cell plate electrodes CP1 to CP7, respectively. It is connected. Main body memory cell capacitors Cs10 to Cs1
7, Cs10B to Cs17B are similarly connected so that data is read to bit lines BL1 and / BL1. The bit lines BL0 and / BL0 and the bit lines BL1 and / BL1 are configured to be equalized and precharged by a bit line equalize and precharge control signal EQ101. Here, the precharge potential is a ground voltage.
【0024】図3においてVr3はメモリセルのデータ
読み出し電位差、l1,l2はビット線容量の特性を示
す線、A,B,D,E,M3,N3,O3,P3,Q3
はメモリセルのデータ読み出しを示す図における点であ
る。図3は従来と同様に強誘電体のヒステリシス特性図
で、横軸がメモリセルキャパシタにかかる電界で縦軸が
そのときの電荷を示している。強誘電体のキャパシタで
は電界が0のときでも点B、点Eのように残留分極が残
る。電源をオフしても強誘電体のキャパシタに残った残
留分極を不揮発性のデータとして利用して、不揮発性半
導体メモリ装置を実現している。メモリセルのデータが
“1”の場合、第1の本体メモリセルキャパシタは図3
の点Bの状態で、第2の本体メモリセルキャパシタは点
Eの状態である。メモリセルのデータが“0”の場合、
第1の本体メモリセルキャパシタは点Eの状態で、第2
の本体メモリセルキャパシタは点Bの状態である。In FIG. 3, Vr3 is a data read potential difference of a memory cell, l1 and l2 are lines showing characteristics of bit line capacitance, A, B, D, E, M3, N3, O3, P3 and Q3.
Is a point in the diagram showing data reading of a memory cell. FIG. 3 is a hysteresis characteristic diagram of the ferroelectric, as in the conventional case, in which the horizontal axis indicates the electric field applied to the memory cell capacitor and the vertical axis indicates the electric charge at that time. In a ferroelectric capacitor, residual polarization remains as shown at points B and E even when the electric field is zero. A non-volatile semiconductor memory device is realized by using residual polarization remaining in a ferroelectric capacitor even as power is turned off, as non-volatile data. When the data of the memory cell is "1", the first main body memory cell capacitor is shown in FIG.
In the state of point B, the second main body memory cell capacitor is in the state of point E. When the data of the memory cell is “0”,
The first main body memory cell capacitor is at the point E,
Is in the state of point B.
【0025】図4および図5も図3と同様で、Vr4〜
Vr5はメモリセルのデータ読み出し電位差、A,B,
D,E,M4,N4,O4,P4,Q4,M5,N5,
O5,P5,Q5はメモリセルのデータ読み出しを示す
図における点である。本体メモリセルキャパシタの容量
は図3の場合が三つのうちではもっとも大きく、図4の
場合が次に大きく、図5の場合が三つのうちではもっと
も小さい。FIGS. 4 and 5 are also similar to FIG.
Vr5 is the data read potential difference of the memory cell, A, B,
D, E, M4, N4, O4, P4, Q4, M5, N5
O5, P5, and Q5 are points in the diagram showing data reading from the memory cells. The capacity of the main body memory cell capacitor is the largest in the case of FIG. 3 among the three, the case of FIG. 4 is the next largest, and the case of FIG. 5 is the smallest of the three.
【0026】ここでは、図3の場合について、本体メモ
リセルキャパシタCs00,Cs00Bのデータを読み
出す方法について説明する。まず本体メモリセルのデー
タを読み出すために、初期状態として、ビット線BL
0,/BL0、ワード線WL0〜WL7、セルプレート
電極CP0〜CP7、および、センスアンプ制御信号S
AE100を論理電圧“L”とし、ビット線プリチャー
ジ制御信号EQ101は論理電圧“H”とする。その
後、ビット線プリチャージ制御信号EQ101を論理電
圧“L”とすると、ビット線BL0,/BL0をフロー
ティング状態となる。次に、ワード線WL0とセルプレ
ート電極CP0を論理電圧“H”とする。このとき、本
体メモリセルキャパシタCs00,Cs00Bに電界が
かかる。このようにして本体メモリセルからBL0,/
BL0ビット線にデータが読み出される。このときのビ
ット線に読み出される電位差について、図3を参照しな
がら説明する。線l1,l2はビット線BL0,/BL
0の寄生容量の値に依存した傾きを持つ。容量値が小さ
くなると傾きの絶対値は小さくなる。読み出されるデー
タが“1”のとき、ビット線BL0には本体メモリセル
キャパシタCs00からデータが読み出され、図3の点
Bの状態から点O3の状態となる。点O3はメモリセル
キャパシタに電界がかかったとき、点Bから点Dへ向か
う強誘電体メモリセルキャパシタのヒステリシス曲線
と、ワード線WL0とセルプレート電極CP0とを論理
電圧“H”としたときに生じる電界の分だけ点Bから横
軸方向へ移動した点M3を通る線l1との交点である。
同様に、ビット線/BL0には本体メモリセルキャパシ
タCs00Bからデータが読み出され、点Eの状態から
点P3の状態となる。点P3はメモリセルキャパシタに
電界がかかったとき、点Eから点Dへ向かうヒステリシ
ス曲線と、ワード線WL0とセルプレート電極CP0と
を論理電圧“H”としたときに生じる電界の分だけ点E
から横軸方向へ移動した点N3を通る線l2との交点で
ある。ここで、ビット線BL0,/BL0間に読み出さ
れる電位差は点O3と点P3の電界差であるVr3とな
る。読み出されるデータが“0”のときも同様に、ビッ
ト線BL0と同/BL0の状態が逆になるだけで、読み
出される電位差はVr3である。次に、センスアンプ制
御信号SAE100を論理電圧“H”とすると、ビット
線BL0,/BL0に読み出されたデータはセンスアン
プSA0で増幅されて読み出される。センスアンプSA
0で増幅したとき、ビット線BL0の状態は点O3から
点Q3になり、ビット線/BL0の状態は点P3から点
Dになる。次に、データの再書き込み状態としてセルプ
レート電極CP0を論理電圧“L”とする。このとき、
ビット線BL0の状態は点Q3から点Aとし、ビット線
/BL0の状態は点Dから点Eとなる。その後、ワード
線WL0とセンスアンプ制御信号SAE100とを論理
電圧“L”とする。その後、ビット線プリチャージ制御
信号EQ101を論理電圧“H”とし、ビット線BL
0,/BL0を論理電圧“L”として、初期状態にす
る。この動作でビット線BL0,/BL0に読み出され
た電位差Vr3はセンスアンプSA0で正確に増幅でき
るだけの電位差でなければならない。これを満たすよう
に本体メモリセルキャパシタ容量値(曲線ABDEA)
を決定する。電位差Vr3ができるだけ大きくなるよう
に本体メモリセルキャパシタ容量値を決定することによ
り、センスアンプによるより正確で高速な増幅が可能と
なる。Here, a method of reading data from the main body memory cell capacitors Cs00 and Cs00B in the case of FIG. 3 will be described. First, in order to read data from the main body memory cell, the bit line BL
0, / BL0, word lines WL0-WL7, cell plate electrodes CP0-CP7, and sense amplifier control signal S
The AE100 is set to the logic voltage “L”, and the bit line precharge control signal EQ101 is set to the logic voltage “H”. Thereafter, when the bit line precharge control signal EQ101 is set to the logic voltage “L”, the bit lines BL0 and / BL0 are in a floating state. Next, the word line WL0 and the cell plate electrode CP0 are set to the logic voltage “H”. At this time, an electric field is applied to the main body memory cell capacitors Cs00 and Cs00B. In this way, BL0, //
Data is read to the BL0 bit line. The potential difference read to the bit line at this time will be described with reference to FIG. Lines l1 and l2 are bit lines BL0 and / BL
It has a slope depending on the value of the parasitic capacitance of 0. As the capacitance value decreases, the absolute value of the gradient decreases. When the data to be read is "1", the data is read from the main body memory cell capacitor Cs00 to the bit line BL0, and the state changes from the point B to the point O3 in FIG. Point O3 is when the electric field is applied to the memory cell capacitor, when the hysteresis curve of the ferroelectric memory cell capacitor from point B to point D, and when the word line WL0 and the cell plate electrode CP0 are set to the logic voltage “H”. This is an intersection with a line 11 passing through a point M3 moved in the horizontal axis direction from the point B by the amount of the generated electric field.
Similarly, data is read from the main body memory cell capacitor Cs00B to the bit line / BL0, and the state changes from the point E to the point P3. The point P3 corresponds to the hysteresis curve from the point E to the point D when an electric field is applied to the memory cell capacitor and the point E3 corresponding to the electric field generated when the word line WL0 and the cell plate electrode CP0 are set to the logic voltage "H".
Is an intersection with a line l2 passing through a point N3 moved in the horizontal axis direction from. Here, the potential difference read between the bit lines BL0 and / BL0 is Vr3 which is the electric field difference between the point O3 and the point P3. Similarly, when the data to be read is "0", the bit line BL0 and the state of / BL0 are only reversed, and the potential difference to be read is Vr3. Next, when the sense amplifier control signal SAE100 is set to the logic voltage “H”, the data read to the bit lines BL0 and / BL0 is amplified and read by the sense amplifier SA0. Sense amplifier SA
When the signal is amplified by 0, the state of the bit line BL0 changes from the point O3 to the point Q3, and the state of the bit line / BL0 changes from the point P3 to the point D. Next, the cell plate electrode CP0 is set to the logic voltage “L” in a data rewriting state. At this time,
The state of bit line BL0 is from point Q3 to point A, and the state of bit line / BL0 is from point D to point E. After that, the word line WL0 and the sense amplifier control signal SAE100 are set to the logic voltage “L”. Thereafter, the bit line precharge control signal EQ101 is set to the logic voltage “H”, and the bit line BL
0 and / BL0 are set to the logic voltage "L" to bring them to the initial state. The potential difference Vr3 read to the bit lines BL0 and / BL0 by this operation must be a potential difference that can be accurately amplified by the sense amplifier SA0. In order to satisfy this, the capacitance value of the main body memory cell capacitor (curve ABDEA)
To determine. By determining the capacitance value of the main body memory cell capacitor so that the potential difference Vr3 becomes as large as possible, more accurate and high-speed amplification by the sense amplifier becomes possible.
【0027】図3〜図5の本体メモリセルキャパシタ容
量値の場合、Vr3〜Vr5のメモリセルのデータ読み
出し電位差はVr4が大きく、Vr3とVr5はVr4
より小さくなる。本体メモリセルキャパシタ容量値Cs
とビット線BL0,/BL0間に読み出された電位差V
rとの関係を示したものが図6である。この図6からわ
かるように、電位差Vrは本体メモリセルキャパシタ容
量値Csに対して最大値をもつ曲線で表される。図6で
Vrmはセンスアンプで正確に増幅できる読み出し可能
最低電位差値を示している。このVrmと図の曲線の交
点のうち本体メモリセルキャパシタ容量値の小さい方を
Csl、本体メモリセルキャパシタ容量値の大きい方を
Cshとする。この図より本体メモリセルキャパシタ容
量の値CsはCslとCshとの間にあることが必要で
ある。本体メモリセルキャパシタ容量の値CsがCs
l,Csh間であれば、より小さな値を用いる方が本体
メモリセルキャパシタを構成する強誘電体膜の劣化が少
ない。また、本体メモリセルキャパシタの面積も小さく
なり、高集積化される。In the case of the capacitance values of the main body memory cell capacitors shown in FIGS. 3 to 5, the data read potential difference between the memory cells of Vr3 to Vr5 is Vr4, and Vr3 and Vr5 are Vr4.
Smaller. Body memory cell capacitor capacitance Cs
Potential difference V read between bit lines BL0 and / BL0
FIG. 6 shows the relationship with r. As can be seen from FIG. 6, the potential difference Vr is represented by a curve having the maximum value with respect to the capacitance value Cs of the main body memory cell capacitor. In FIG. 6, Vrm indicates the lowest potential difference value at which data can be read by the sense amplifier accurately. Of the intersections of Vrm and the curves in the figure, the smaller one of the capacitance values of the main body memory cell capacitor is Csl, and the larger one of the capacitance values of the main body memory cell capacitor is Csh. As shown in this figure, the value Cs of the capacitance of the main body memory cell capacitor needs to be between Csl and Csh. The value of the capacitance Cs of the main body memory cell capacitor is Cs
Between l and Csh, the smaller the value, the less the deterioration of the ferroelectric film forming the main memory cell capacitor. In addition, the area of the main body memory cell capacitor is reduced, and high integration is achieved.
【0028】本発明の半導体メモリ装置の容量値決定方
法を示す第2の実施例について、図7の回路構成図と図
8の動作タイミング図、図9のメモリセルキャパシタの
強誘電体のヒステリシス特性とメモリセルのデータ読み
出しを示す図を参照しながら説明する。 Method of Determining Capacitance of Semiconductor Memory Device of the Present Invention
The second embodiment showing the method will be described with reference to the circuit configuration diagram of FIG. 7, the operation timing diagram of FIG. 8, and the diagram showing the hysteresis characteristic of the ferroelectric of the memory cell capacitor and the data reading of the memory cell of FIG. explain.
【0029】第1の実施例が一つのメモリセルが二つの
メモリセルキャパシタと二つのMOSトランジスタで構
成されているのに対して、第2の実施例が一つのメモリ
セルが一つのメモリセルキャパシタと一つのMOSトラ
ンジスタで構成されている点で異なる。In the first embodiment, one memory cell is composed of two memory cell capacitors and two MOS transistors, whereas in the second embodiment, one memory cell is composed of one memory cell capacitor. And that it is composed of one MOS transistor.
【0030】まず、図7に示した回路構成について説明
する。WL0〜WL3はワード線、DWL0〜DWL1
はダミーワード線、BL0,/BL0,BL1,/BL
1はビット線、CP0,CP1はセルプレート電極、D
CP0,DCP1はダミーセルプレート電極、EQ11
はビット線イコライズおよびプリチャージ制御信号、S
AE0,SAE1はセンスアンプ制御信号、VSSは接
地電圧、SA0,SA1はセンスアンプ、Cs1〜Cs
8は本体メモリセル強誘電体キャパシタ、Cd1〜Cd
4はダミーメモリセル強誘電体キャパシタ、QnはNチ
ャネル型MOSトランジスタである。本体メモリセルは
本体メモリセル強誘電体キャパシタCs1〜Cs8とワ
ード線WL0〜WL3がゲートに接続されたNチャネル
型MOSトランジスタQnで構成されている。本体メモ
リセル強誘電体キャパシタCs1〜Cs8の第1の電極
がNチャネル型MOSトランジスタQnのソースに接続
され、本体メモリセル強誘電体キャパシタCs1〜Cs
8の第2の電極がセルプレート電極CP0,CP1に接
続されている。また、本体メモリセルを構成するNチャ
ネル型MOSトランジスタQnのドレインはビット線B
L0,/BL0,BL1,/BL1に接続されている。
ダミーメモリセルも同様に、ダミーメモリセル強誘電体
キャパシタCd1〜Cd4とダミーワード線DWL0〜
DWL1がゲートに接続されたNチャネル型MOSトラ
ンジスタQnとで構成されている。また、ダミーメモリ
セル強誘電体キャパシタCd1〜Cd4の第1の電極が
Nチャネル型MOSトランジスタQnのソースに接続さ
れ、ダミーメモリセル強誘電体キャパシタCd1〜Cd
4の第2の電極がダミーセルプレート電極DCP0,D
CP1に接続されている。また、ダミーメモリセルを構
成するNチャネル型MOSトランジスタQnのドレイン
は、ビット線BL0,/BL0,BL1,/BL1に接
続されている。また、ビット線BL0,/BL0、およ
び同BL1,/BL1は、それぞれセンスアンプSA
0,SA1に接続されている。センスアンプSA0,S
A1は、それぞれセンスアンプ制御信号SAE0,SA
E1で制御され、センスアンプ制御信号SAE0,SA
E1が全て論理電圧“H”のとき動作する。また、ビッ
ト線BL0,/BL0、および同BL1,/BL1は、
ゲートがビット線イコライズおよびプリチャージ制御信
号EQ11であるNチャネル型MOSトランジスタQn
を介して接続される。ビット線BL0,/BL0,BL
1,/BL1のそれぞれは、ゲートがビット線イコライ
ズおよびプリチャージ制御信号EQ11であるNチャネ
ル型MOSトランジスタQnを介して接地電圧VSSに
接続されている。First, the circuit configuration shown in FIG. 7 will be described. WL0 to WL3 are word lines, DWL0 to DWL1
Is a dummy word line, BL0, / BL0, BL1, / BL
1 is a bit line, CP0 and CP1 are cell plate electrodes, D
CP0 and DCP1 are dummy cell plate electrodes, EQ11
Is a bit line equalize and precharge control signal, S
AE0 and SAE1 are sense amplifier control signals, VSS is a ground voltage, SA0 and SA1 are sense amplifiers, and Cs1 to Cs.
8 is a main memory cell ferroelectric capacitor, Cd1 to Cd
Reference numeral 4 denotes a dummy memory cell ferroelectric capacitor, and Qn denotes an N-channel MOS transistor. The main body memory cell is composed of a main body memory cell ferroelectric capacitor Cs1 to Cs8 and an N-channel MOS transistor Qn in which word lines WL0 to WL3 are connected to gates. The first electrodes of the main body memory cell ferroelectric capacitors Cs1 to Cs8 are connected to the source of the N-channel MOS transistor Qn, and the main body memory cell ferroelectric capacitors Cs1 to Cs
Eight second electrodes are connected to the cell plate electrodes CP0 and CP1. The drain of the N-channel MOS transistor Qn constituting the main body memory cell is connected to the bit line B
L0, / BL0, BL1, / BL1.
Similarly, the dummy memory cells also include the dummy memory cell ferroelectric capacitors Cd1 to Cd4 and the dummy word lines DWL0 to DWL0.
DWL1 comprises an N-channel MOS transistor Qn connected to the gate. The first electrodes of the dummy memory cell ferroelectric capacitors Cd1 to Cd4 are connected to the source of the N-channel MOS transistor Qn, and the dummy memory cell ferroelectric capacitors Cd1 to Cd4 are connected.
4 is a dummy cell plate electrode DCP0, D
Connected to CP1. The drains of the N-channel MOS transistors Qn forming the dummy memory cells are connected to the bit lines BL0, / BL0, BL1, / BL1. The bit lines BL0 and / BL0 and the bit lines BL1 and / BL1 are connected to sense amplifiers SA, respectively.
0, SA1. Sense amplifier SA0, S
A1 is the sense amplifier control signal SAE0, SA
The sense amplifier control signals SAE0 and SAE are controlled by E1.
It operates when all the E1s are at the logic voltage “H”. The bit lines BL0 and / BL0 and the bit lines BL1 and / BL1 are
N-channel MOS transistor Qn whose gate is bit line equalize and precharge control signal EQ11
Connected via Bit lines BL0, / BL0, BL
Each of the gates 1 and / BL1 is connected to the ground voltage VSS via an N-channel MOS transistor Qn which is a bit line equalize and precharge control signal EQ11.
【0031】次に、図8と図9において、本体メモリセ
ルのデータを読み出すために、初期状態として、ワード
線WL0〜WL3、ダミーワード線DWL0,DWL
1、セルプレート電極CP0,CP1、ダミーセルプレ
ート電極DCP0,DCP1、センスアンプ制御信号S
AE0,SAE1を論理電圧“L”とし、ビット線イコ
ライズおよびプリチャージ制御信号EQ11を論理電圧
“H”とし、ビット線を論理電圧“L”とする。その
後、ビット線イコライズおよびプリチャージ制御信号E
Q11を論理電圧“L”とし、ビット線をフローティン
グ状態とする。次に、本体メモリセルキャパシタCs2
のデータを読み出すために、ワード線WL1、ダミーワ
ード線DWL1、セルプレート電極CP0、およびダミ
ーセルプレート電極DCP0の全てを論理電圧“H”と
すると、ビット線BL0にダミーメモリセルのデータが
読み出され、ビット線/BL0に本体メモリセルのデー
タが読み出される。このとき、本体メモリセルのデータ
が“1”の場合、図9の点Bの状態から点O9の状態に
なる。本体メモリセルのデータが“0”の場合、点Eの
状態から点P9の状態になり、ダミーメモリセルは点T
9の状態から点S9の状態になる。その後、センスアン
プ制御信号SAE0を論理電圧“H”として、センスア
ンプSA0を動作させると、ビット線BL0,/BL0
に読み出されたデータが増幅される。センスアンプを動
作させ、データが増幅された状態で、本体メモリセルの
データが“1”であれば、本体メモリセルは点O9の状
態から点Q9の状態に、ダミーメモリセルは点S9の状
態から点Dの状態になる。このとき、本体メモリセルの
データが“0”であれば、本体メモリセルは点P9の状
態から点Dの状態に、ダミーメモリセルは点S9の状態
から点T9の状態になる。Next, in FIG. 8 and FIG. 9, in order to read the data of the main memory cell, the word lines WL0 to WL3 and the dummy word lines DWL0 and DWL are initially set.
1, cell plate electrodes CP0 and CP1, dummy cell plate electrodes DCP0 and DCP1, sense amplifier control signal S
AE0 and SAE1 are set to the logic voltage "L", the bit line equalize and precharge control signal EQ11 is set to the logic voltage "H", and the bit line is set to the logic voltage "L". Thereafter, the bit line equalize and precharge control signal E
Q11 is set to the logic voltage "L", and the bit line is set in a floating state. Next, the main body memory cell capacitor Cs2
When all of the word line WL1, the dummy word line DWL1, the cell plate electrode CP0, and the dummy cell plate electrode DCP0 are set to the logical voltage “H” to read the data of the dummy memory cell, the data of the dummy memory cell is read to the bit line BL0. , Data of the main memory cell is read to bit line / BL0. At this time, when the data of the main body memory cell is “1”, the state changes from the point B in FIG. 9 to the point O9. When the data of the main body memory cell is "0", the state changes from the point E to the point P9, and the dummy memory cell
The state changes from point 9 to point S9. Thereafter, when the sense amplifier control signal SAE0 is set to the logic voltage “H” to operate the sense amplifier SA0, the bit lines BL0, / BL0
The data read out is amplified. If the data of the main memory cell is "1" in a state where the sense amplifier is operated and the data is amplified, the main memory cell changes from the state of the point O9 to the state of the point Q9, and the dummy memory cell changes to the state of the point S9. From the point D. At this time, if the data of the main memory cell is "0", the main memory cell changes from the state of point P9 to the state of point D, and the dummy memory cell changes from the state of point S9 to the state of point T9.
【0032】次に、セルプレート電極CP0を論理電圧
“L”とする。このとき、本体メモリセルのデータが
“1”であれば、本体メモリセルは点Q9の状態から点
Aの状態に、ダミーメモリセルは点Dの状態を維持す
る。本体メモリセルのデータが“0”であれば、本体メ
モリセルは点Dの状態から点Eの状態に、ダミーメモリ
セルは点T9の状態を維持する。ワード線WL1、ダミ
ーワード線DWL1を論理電圧“L”とする。このと
き、本体メモリセルのデータが“1”であれば、本体メ
モリセルは点Aの状態から点Aと点Bの間の状態に、ダ
ミーメモリセルは点Dの状態から点Dと点T9の間の状
態となる。その後ダミーメモリセルは点T9の状態とす
る。本体メモリセルのデータが“0”であれば、本体メ
モリセルは点Eの状態を維持し、ダミーメモリセルは点
T9を維持する。次に、ダミーセルプレート電極DCP
0を論理電圧“L”とし、センスアンプ制御信号SAE
0を論理電圧“L”とし、ビット線イコライズおよびプ
リチャージ制御信号EQ11を論理電圧“H”とし、ビ
ット線を論理電圧“L”とする。Next, the cell plate electrode CP0 is set to the logic voltage "L". At this time, if the data of the main memory cell is "1", the main memory cell maintains the state of point A from the state of point Q9 and the dummy memory cell maintains the state of point D. If the data of the main memory cell is "0", the main memory cell maintains the state of point E from the state of point D, and the dummy memory cell maintains the state of point T9. The word line WL1 and the dummy word line DWL1 are set to the logic voltage “L”. At this time, if the data of the main memory cell is “1”, the main memory cell changes from the state of point A to a state between points A and B, and the dummy memory cell changes from the state of point D to points D and T9. The state is between. Thereafter, the dummy memory cell is brought to the state of point T9. If the data of the main memory cell is "0", the main memory cell maintains the state at point E, and the dummy memory cell maintains point T9. Next, the dummy cell plate electrode DCP
0 is a logic voltage “L” and the sense amplifier control signal SAE
0 is a logic voltage “L”, the bit line equalize and precharge control signal EQ11 is a logic voltage “H”, and the bit line is a logic voltage “L”.
【0033】この第2の実施例において、ビット線の寄
生容量値を傾きとしてもつ線l1,l2,l3におい
て、本体メモリセルのデータ“1”とデータ“0”の読
み出し電位差Vr9がセンスアンプで正確に増幅できる
電位差の少なくとも2倍以上となるように、本体メモリ
セルキャパシタ容量値を決める。次に、ダミーメモリセ
ルの容量値を決定するために、ダミーメモリセルの容量
を示す線すなわち点D,S9,T9を通る線と、ワード
線WL0とセルプレート電極CP0との論理電圧を
“H”とした直後に生じる電界の分だけ点T17から横
軸方向へ移動した点R17を通る線l3(線l1,l2
を平行移動した線)との交点を点S9とする。このと
き、点S9と点P9との電位差をVl9、点S9と点O
9との電位差をVh9とし、Vl9およびVh9がセン
スアンプで正確に増幅できるだけの電位差であるように
する。理想的にはVl9=Vh9=Vr9/2とする。
このようにして、本体メモリセルキャパシタ容量および
ダミーメモリセルキャパシタ容量を決定することによ
り、センスアンプによって正確で高速な増幅が可能とな
る。ここでは、ダミーメモリセルキャパシタに強誘電体
膜を用いているが、通常のキャパシタでもよい。In the second embodiment, in lines 11, 12, and 13 having the slope of the parasitic capacitance of the bit line as a gradient, the read potential difference Vr9 between the data "1" and the data "0" of the main memory cell is determined by the sense amplifier. The capacitance value of the main body memory cell capacitor is determined so as to be at least twice the potential difference that can be accurately amplified. Next, in order to determine the capacitance value of the dummy memory cell, the logical voltage between the line indicating the capacitance of the dummy memory cell, that is, the line passing through the points D, S9, and T9, and the word line WL0 and the cell plate electrode CP0 is set to "H". The line l3 (lines l1, l2) passing through the point R17 shifted in the horizontal axis direction from the point T17 by the electric field generated immediately after "
Is a point S9. At this time, the potential difference between the point S9 and the point P9 is V19, and the point S9 and the point O are
The potential difference from V9 is Vh9, and V19 and Vh9 are set so that the potential difference can be accurately amplified by the sense amplifier. Ideally, V19 = Vh9 = Vr9 / 2.
By determining the main memory cell capacitor capacitance and the dummy memory cell capacitor capacitance in this manner, accurate and high-speed amplification can be performed by the sense amplifier. Here, a ferroelectric film is used for the dummy memory cell capacitor, but a normal capacitor may be used.
【0034】本発明の半導体メモリ装置を示す第3の実
施例について、図10の回路構成図と図11の動作タイ
ミング図を参照しながら説明する。A third embodiment of the semiconductor memory device according to the present invention will be described with reference to the circuit diagram of FIG. 10 and the operation timing chart of FIG.
【0035】まず、図10の回路構成図について説明す
る。この回路は、第3の実施例の回路に対して、ビット
線にスイッチング機能を有するMOSトランジスタを介
して容量を接続した構成である。WL0〜WL3はワー
ド線、DWL0〜DWL1はダミーワード線、BL0,
/BL0,BL1,/BL1はビット線、CP0,CP
1はセルプレート電極、DCP0,DCP1はダミーセ
ルプレート電極、EQ11はビット線イコライズおよび
プリチャージ制御信号、S100,S101は制御信
号、V10は信号、SAE0,SAE1はセンスアンプ
制御信号、VSSは接地電圧、SA0,SA1はセンス
アンプ、Cs1〜Cs8は本体メモリセル強誘電体キャ
パシタ、Cd1〜Cd4はダミーメモリセル強誘電体キ
ャパシタ、Cb1〜Cb4はビット線容量調整用容量、
QnはNチャネル型MOSトランジスタである。本体メ
モリセルは本体メモリセル強誘電体キャパシタCs1〜
Cs8とワード線WL0〜WL3がゲートに接続された
Nチャネル型MOSトランジスタQnで構成されてい
る。本体メモリセル強誘電体キャパシタCs1〜Cs8
の第1の電極がNチャネル型MOSトランジスタQnの
ソースに接続され、本体メモリセル強誘電体キャパシタ
Cs1〜Cs8の第2の電極がセルプレート電極CP
0,CP1に接続されている。また、本体メモリセルを
構成するNチャネル型MOSトランジスタQnのドレイ
ンはビット線BL0,/BL0,BL1,/BL1に接
続されている。ダミーメモリセルも同様に、ダミーメモ
リセル強誘電体キャパシタCd1〜Cd4とダミーワー
ド線DWL0〜DWL1がゲートに接続されたNチャネ
ル型MOSトランジスタQnとで構成されている。ま
た、ダミーメモリセル強誘電体キャパシタCd1〜Cd
4の第1の電極がNチャネル型MOSトランジスタQn
のソースに接続され、ダミーメモリセル強誘電体キャパ
シタCd1〜Cd4の第2の電極がダミーセルプレート
電極DCP0,DCP1に接続されている。また、ダミ
ーメモリセルを構成するNチャネル型MOSトランジス
タQnのドレインは、ビット線BL0,/BL0,BL
1,/BL1に接続されている。また、ビット線BL
0,/BL0、および同BL1,/BL1はそれぞれセ
ンスアンプSA0,SA1に接続されている。センスア
ンプSA0,SA1は、それぞれセンスアンプ制御信号
SAE0,SAE1で制御され、センスアンプ制御信号
SAE0,SAE1が全て論理電圧“H”のとき動作す
る。また、ビット線BL0,/BL0、および同BL
1,/BL1は、ゲートがビット線イコライズおよびプ
リチャージ制御信号EQ11であるNチャネル型MOS
トランジスタQnを介して接続される。ビット線BL
0,/BL0,BL1,/BL1のそれぞれはゲートが
ビット線イコライズおよびプリチャージ制御信号EQ1
1であるNチャネル型MOSトランジスタQnを介して
接地電圧VSSに接続されている。ビット線BL0,/
BL0,BL1,/BL1にはゲートがそれぞれ信号S
101,S100,S101,S100であるNチャネ
ル型MOSトランジスタQnを介して容量Cb1,Cb
2,Cb3,Cb4が接続され、それぞれの容量Cb
1,Cb2,Cb3,Cb4のプレート電極が信号V1
0に接続されている。信号V10の電位は容量Cb1〜
Cb4が通常のキャパシタか、強誘電体膜を用いたキャ
パシタか、また強誘電体キャパシタの場合にはその使い
方(ヒステリシス曲線のどの曲線部分を使うか)によっ
て適当な電位を設定する。First, the circuit diagram of FIG. 10 will be described. This circuit has a configuration in which a capacitor is connected to the bit line via a MOS transistor having a switching function with respect to the circuit of the third embodiment. WL0 to WL3 are word lines, DWL0 to DWL1 are dummy word lines, BL0,
/ BL0, BL1, / BL1 are bit lines, CP0, CP
1 is a cell plate electrode, DCP0 and DCP1 are dummy cell plate electrodes, EQ11 is a bit line equalize and precharge control signal, S100 and S101 are control signals, V10 is a signal, SAE0 and SAE1 are sense amplifier control signals, VSS is a ground voltage, SA0 and SA1 are sense amplifiers, Cs1 to Cs8 are main memory cell ferroelectric capacitors, Cd1 to Cd4 are dummy memory cell ferroelectric capacitors, Cb1 to Cb4 are bit line capacitance adjusting capacitors,
Qn is an N-channel MOS transistor. The main body memory cell is composed of the main body memory cell ferroelectric capacitor Cs1.
Cs8 and word lines WL0 to WL3 are configured by N-channel MOS transistors Qn connected to the gates. Main body memory cell ferroelectric capacitor Cs1-Cs8
Is connected to the source of the N-channel MOS transistor Qn, and the second electrode of the main memory cell ferroelectric capacitors Cs1 to Cs8 is connected to the cell plate electrode CP.
0, CP1. The drains of the N-channel MOS transistors Qn constituting the main memory cell are connected to bit lines BL0, / BL0, BL1, / BL1. Similarly, the dummy memory cell is constituted by a dummy memory cell ferroelectric capacitor Cd1 to Cd4 and an N-channel MOS transistor Qn having a gate connected to dummy word lines DWL0 to DWL1. Further, the dummy memory cell ferroelectric capacitors Cd1 to Cd
4 is an N-channel MOS transistor Qn
, And the second electrodes of the dummy memory cell ferroelectric capacitors Cd1 to Cd4 are connected to the dummy cell plate electrodes DCP0 and DCP1. The drains of the N-channel MOS transistors Qn forming the dummy memory cells are connected to the bit lines BL0, / BL0, BL
1, / BL1. Also, the bit line BL
0, / BL0 and BL1, / BL1 are connected to sense amplifiers SA0, SA1, respectively. The sense amplifiers SA0 and SA1 are controlled by sense amplifier control signals SAE0 and SAE1, respectively, and operate when all of the sense amplifier control signals SAE0 and SAE1 are at the logic voltage “H”. Further, bit lines BL0, / BL0 and BL
1, / BL1 are N-channel MOS transistors whose gates are bit line equalize and precharge control signals EQ11.
Connected via transistor Qn. Bit line BL
0, / BL0, BL1, / BL1 each have a gate formed of a bit line equalize and precharge control signal EQ1.
It is connected to the ground voltage VSS via the N-channel MOS transistor Qn which is 1. Bit line BL0, /
The gates of BL0, BL1, and / BL1 are signals S, respectively.
Capacitors Cb1 and Cb via N-channel MOS transistors Qn 101, S100, S101 and S100.
2, Cb3, and Cb4 are connected, and the respective capacitances Cb
1, Cb2, Cb3, and Cb4 plate electrodes are signals V1
Connected to 0. The potential of the signal V10 is equal to the capacitance Cb1
An appropriate potential is set depending on whether Cb4 is a normal capacitor, a capacitor using a ferroelectric film, or, in the case of a ferroelectric capacitor, how to use it (which part of the hysteresis curve is used).
【0036】次に、本体メモリセルのデータを読み出す
ために、初期状態として、ワード線WL0〜WL3、ダ
ミーワード線DWL0,DWL1、セルプレート電極C
P0,CP1、ダミーセルプレート電極DCP0,DC
P1、センスアンプ制御信号SAE0,SAE1、制御
信号S100,S101を論理電圧“L”とし、ビット
線イコライズおよびプリチャージ制御信号EQ11を論
理電圧“H”とし、ビット線を論理電圧“L”とする。
その後、ビット線イコライズおよびプリチャージ制御信
号EQ11を論理電圧“L”とし、ビット線をフローテ
ィング状態とする。次に、本体メモリセルキャパシタC
s2のデータを読み出すために、ワード線WL1、ダミ
ーワード線DWL1、セルプレート電極CP0、ダミー
セルプレート電極DCP0、制御信号S101の全てを
論理電圧“H”とすると、ビット線BL0にダミーメモ
リセルのデータが読み出され、ビット線/BL0に本体
メモリセルのデータが読み出される。ここで、ダミーメ
モリセルのデータが読み出されたビット線にビット線容
量調整用容量をつけ加え容量を大きくしているのは、ダ
ミーメモリセルを本体メモリセルキャパシタと同程度の
ものを使用し、メモリセルのデータ“1”から読み出し
たときに、適正なリファレンス電圧を得るためである。
このビット線容量調整用容量は強誘電体膜を用いても通
常のキャパシタでもよい。Next, in order to read the data of the main memory cell, the word lines WL0 to WL3, the dummy word lines DWL0 and DWL1, the cell plate electrode C
P0, CP1, dummy cell plate electrodes DCP0, DC
P1, the sense amplifier control signals SAE0 and SAE1, the control signals S100 and S101 are set to a logic voltage "L", the bit line equalize and precharge control signal EQ11 is set to a logic voltage "H", and the bit line is set to a logic voltage "L". .
Thereafter, the bit line equalize and precharge control signal EQ11 is set to the logic voltage "L", and the bit line is set in a floating state. Next, the main memory cell capacitor C
If the word line WL1, the dummy word line DWL1, the cell plate electrode CP0, the dummy cell plate electrode DCP0, and the control signal S101 are all set to the logic voltage “H” in order to read the data of s2, the data of the dummy memory cell is connected to the bit line BL0. Is read, and the data of the main memory cell is read to the bit line / BL0. Here, the reason why the capacity is increased by adding a bit line capacity adjusting capacity to the bit line from which the data of the dummy memory cell has been read out is to use a dummy memory cell of the same size as the main body memory cell capacitor, This is to obtain an appropriate reference voltage when reading from data “1” of the memory cell.
The bit line capacitance adjusting capacitor may be a ferroelectric film or a normal capacitor.
【0037】本発明の半導体メモリ装置を示す第4の実
施例について、図10の回路構成図と図12の動作タイ
ミング図を参照しながら説明する。A fourth embodiment showing the semiconductor memory device of the present invention will be described with reference to the circuit configuration diagram of FIG. 10 and the operation timing diagram of FIG.
【0038】まず、図10の回路構成図については第3
の実施例と同様である。次に、本体メモリセルのデータ
を読み出すために、初期状態として、ワード線WL0〜
WL3、ダミーワード線DWL0,DWL1、セルプレ
ート電極CP0,CP1、ダミーセルプレート電極DC
P0,DCP1、センスアンプ制御信号SAE0,SA
E1を論理電圧“L”とし、ビット線イコライズおよび
プリチャージ制御信号EQ11、制御信号S100,S
101を論理電圧“H”とし、ビット線を論理電圧
“L”とする。その後、ビット線イコライズおよびプリ
チャージ制御信号EQ11を論理電圧“L”とし、ビッ
ト線をフローティング状態とする。次に、本体メモリセ
ルキャパシタCs2のデータを読み出すために、ワード
線WL1、ダミーワード線DWL1、セルプレート電極
CP0、ダミーセルプレート電極DCP0の全てを論理
電圧“H”、制御信号S101を論理電圧“L”とする
と、ビット線BL0にダミーメモリセルのデータが読み
出され、ビット線/BL0に本体メモリセルのデータが
読み出される。ここで、ダミーメモリセルのデータが読
み出されたビット線のビット線容量調整用容量を電気的
に切断し容量を小さくしているのは、ダミーメモリセル
を本体メモリセルキャパシタと同程度のものを使用し、
メモリセルのデータ“0”から読み出したときに適正な
リファレンス電圧を得るためである。このビット線容量
調整用容量は強誘電体膜を用いても通常のキャパシタで
もよい。First, the circuit configuration shown in FIG.
This is the same as the embodiment. Next, in order to read the data of the main body memory cells, the word lines WL0 to WL0 are initially set.
WL3, dummy word lines DWL0, DWL1, cell plate electrodes CP0, CP1, dummy cell plate electrode DC
P0, DCP1, sense amplifier control signals SAE0, SA
E1 is set to the logic voltage "L", and the bit line equalize and precharge control signal EQ11, control signals S100, S100
101 is set to the logic voltage “H”, and the bit line is set to the logic voltage “L”. Thereafter, the bit line equalize and precharge control signal EQ11 is set to the logic voltage "L", and the bit line is set in a floating state. Next, in order to read data from the main body memory cell capacitor Cs2, all of the word line WL1, the dummy word line DWL1, the cell plate electrode CP0, and the dummy cell plate electrode DCP0 are set to the logic voltage “H”, and the control signal S101 is set to the logic voltage “L”. ", The data of the dummy memory cell is read to the bit line BL0, and the data of the main memory cell is read to the bit line / BL0. Here, the reason why the capacity for adjusting the bit line capacity of the bit line from which the data of the dummy memory cell is read out is electrically cut off to reduce the capacity is that the dummy memory cell is equivalent to the main body memory cell capacitor. Use
This is to obtain an appropriate reference voltage when reading from data “0” of the memory cell. The bit line capacitance adjusting capacitor may be a ferroelectric film or a normal capacitor.
【0039】[0039]
【発明の効果】本発明のメモリセルキャパシタに強誘電
体膜を用いた半導体メモリ装置およびその容量値決定方
法によれば、ビット線の寄生容量値に応じて最適なメモ
リセル強誘電体キャパシタの容量値を設定することによ
り、メモリセルのデータ読み出し電位差を大きくするこ
とができ、読み出し時の誤動作がない半導体メモリ装置
とすることができる。According to the present invention, a semiconductor memory device using a ferroelectric film as a memory cell capacitor and a method of determining the capacitance value thereof are provided.
According to the method , by setting the optimum capacitance value of the memory cell ferroelectric capacitor in accordance with the parasitic capacitance value of the bit line, the data read potential difference of the memory cell can be increased, and there is no malfunction during reading. It can be a semiconductor memory device.
【図1】本発明の半導体メモリ装置の容量値決定方法を
示す第1の実施例の回路構成を示す図FIG. 1 illustrates a method of determining a capacitance value of a semiconductor memory device according to the present invention.
Diagram illustrating a circuit configuration of the first embodiment shown
【図2】本発明の半導体メモリ装置の容量値決定方法を
示す第1の実施例の動作タイミングを示す図FIG. 2 illustrates a method of determining a capacitance value of a semiconductor memory device according to the present invention;
Showing the operation timing of the first embodiment shown in FIG.
【図3】本発明の半導体メモリ装置の容量値決定方法を
示す第1の実施例の、第1の容量値のメモリセルキャパ
シタの、強誘電体のヒステリシス特性とメモリセルのデ
ータ読み出しを示す図FIG. 3 illustrates a method for determining a capacitance value of a semiconductor memory device according to the present invention;
Shows the first embodiment shown, the memory cell capacitor of the first capacitor value, the data reading of the hysteresis characteristic as the memory cell of the ferroelectric
【図4】本発明の半導体メモリ装置の容量値決定方法を
示す第1の実施例における、第2の容量値を有するメモ
リセルキャパシタの強誘電体のヒステリシス特性とメモ
リセルのデータ読み出しを示す図FIG. 4 illustrates a method of determining a capacitance value of a semiconductor memory device according to the present invention;
Shows in the first embodiment shown, the data read notes <br/> Riseru ferroelectric hysteresis characteristics and the memory cell capacitor having a second capacitance value
【図5】本発明の半導体メモリ装置の容量値決定方法を
示す第1の実施例における、第3の容量値を有するメモ
リセルキャパシタの強誘電体のヒステリシス特性とメモ
リセルのデータ読み出しを示す図FIG. 5 illustrates a method of determining a capacitance value of a semiconductor memory device according to the present invention;
Shows in the first embodiment shown, the data read notes <br/> Riseru ferroelectric hysteresis characteristics and the memory cell capacitor having a third capacitance value
【図6】本発明の半導体メモリ装置の容量値決定方法を
示す第1の実施例における、メモリセルキャパシタの容
量値とデータ読み出し電位差との関係図FIG. 6 illustrates a method of determining a capacitance value of a semiconductor memory device according to the present invention.
Between the capacitance value of the memory cell capacitor and the data read potential difference in the first embodiment shown in FIG.
【図7】本発明の半導体メモリ装置の容量値決定方法を
示す第2の実施例の回路構成を示す図FIG. 7 illustrates a method of determining a capacitance value of a semiconductor memory device according to the present invention.
Showing the circuit configuration of the second embodiment shown in FIG.
【図8】本発明の半導体メモリ装置の容量値決定方法を
示す第2の実施例の動作タイミングを示す図FIG. 8 illustrates a method of determining a capacitance value of a semiconductor memory device according to the present invention.
Showing operation timing of the second embodiment shown in FIG.
【図9】本発明の半導体メモリ装置の容量値決定方法を
示す第2の実施例における、強誘電体メモリセルキャパ
シタのヒステリシス特性とメモリセルのデータ読み出し
を示す図FIG. 9 illustrates a method of determining a capacitance value of a semiconductor memory device according to the present invention.
Figure in the second embodiment, showing a data reading hysteresis characteristic as the memory cell of the ferroelectric memory cell capacitor shown
【図10】本発明の半導体メモリ装置を示す第3および
第4の実施例の回路構成を示す図FIG. 10 is a diagram showing a circuit configuration of a third and a fourth embodiment showing the semiconductor memory device of the present invention;
【図11】本発明の半導体メモリ装置を示す第3の実施
例の動作タイミングを示す図FIG. 11 is a diagram showing the operation timing of the third embodiment showing the semiconductor memory device of the present invention;
【図12】本発明の半導体メモリ装置を示す第4の実施
例の動作タイミングを示す図FIG. 12 is a diagram showing operation timings of a fourth embodiment showing the semiconductor memory device of the present invention;
【図13】従来の半導体メモリ装置の回路構成を示す図FIG. 13 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional semiconductor memory device.
【図14】従来の半導体メモリ装置の回路構成のセンス
アンプ部を示す図FIG. 14 is a diagram showing a sense amplifier unit having a circuit configuration of a conventional semiconductor memory device;
【図15】従来の半導体メモリ装置の動作タイミングを
示す図FIG. 15 is a diagram showing operation timing of a conventional semiconductor memory device;
【図16】従来の半導体メモリ装置の強誘電体メモリセ
ルキャパシタのヒステリシス特性とメモリセルのデータ
読み出しを示す図Figure 16 is a diagram showing a data reading hysteresis characteristic as the memory cell of the ferroelectric memory cell capacitor of the conventional semiconductor memory device
【符号の説明】 l1〜l3 線 80a〜80d メモリセル 81a〜81d メモリセルトランジスタ 82 ワード線(WORD) 83a〜83d メモリセルキャパシタ 84 ワード線(WORD) 86,88 ビット線 90 センスアンプ 92,94 ビット線 96 センスアンプ 98,100 セルプレート電極(PLATE) 102,104,106,108 ビット線プリチャー
ジ用トランジスタ 110,112 Pチャネル型MOSトランジスタ 114,116 信号ノード 118,120 Nチャネル型MOSトランジスタ BL0,/BL0,BL1,/BL1 ビット線 Cb1〜Cb4 ビット線容量調整用容量 S100,S101、V10 制御信号 Csh、Csl 本体メモリセル容量値 Cd1〜Cd4 ダミーメモリセルキャパシタ CP0〜CP7 セルプレート電極 Cs00〜Cs17,Cs00B〜Cs17B,Cs1
〜Cs8 本体メモリセルキャパシタ DCP0,DCP1 ダミーセルプレート電極 DWL0〜DWL1 ダミーワード線 EQ11〜EQ101 ビット線イコライズおよびプリ
チャージ制御信号 Qn Nチャネル型MOSトランジスタ SA0,SA1 センスアンプ SAE100,SAE101 センスアンプ制御信号 Vl9,Vh9,Vr3〜Vr5,Vr16 電位差 Vrm 読み出し可能最低電位差値 VSS 接地電圧 WL0〜WL7 ワード線 φPRECHARGE ビット線プリチャージ制御信号 φSENSE センスアンプ制御信号DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 to 13 lines 80a to 80d Memory cells 81a to 81d Memory cell transistors 82 Word lines (WORD) 83a to 83d Memory cell capacitors 84 Word lines (WORD) 86,88 Bit lines 90 Sense amplifiers 92,94 bits Line 96 Sense amplifier 98, 100 Cell plate electrode (PLATE) 102, 104, 106, 108 Bit line precharge transistor 110, 112 P-channel type MOS transistor 114, 116 Signal node 118, 120 N-channel type MOS transistor BL0, / BL0, BL1, / BL1 Bit line Cb1 to Cb4 Bit line capacitance adjusting capacitor S100, S101, V10 Control signal Csh, Csl Body memory cell capacitance value Cd1 to Cd4 Dummy memory cell capacitor CP0 to CP7 Cell plate electrode Cs00 to Cs17, Cs00B to Cs17B, Cs1
To Cs8 Body memory cell capacitors DCP0, DCP1 Dummy cell plate electrodes DWL0 to DWL1 Dummy word lines EQ11 to EQ101 Bit line equalize and precharge control signals Qn N-channel MOS transistors SA0, SA1 Sense amplifier SAE100, SAE101 Sense amplifier control signals V19, Vh9 , Vr3 to Vr5, Vr16 Potential difference Vrm Readable minimum potential difference VSS Ground voltage WL0 to WL7 Word line φPRECHARGE Bit line precharge control signal φSENSE Sense amplifier control signal
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−301093(JP,A) 特開 平5−62469(JP,A) 特開 昭63−201998(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11C 11/40 - 11/409 G11C 11/22 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-2-301093 (JP, A) JP-A-5-62469 (JP, A) JP-A-63-201998 (JP, A) (58) Survey Field (Int.Cl. 7 , DB name) G11C 11/40-11/409 G11C 11/22
Claims (6)
ット線と対になった第2のビット線が接続され、第1の
MOSトランジスタに第1のワード線と第1の強誘電体
キャパシタと前記第1のビット線とが接続され、前記第
1の強誘電体キャパシタが第1のプレート電極に接続さ
れた半導体メモリ装置において、前記第1のビット線と
前記第2のビット線との間に生じる電位差と前記第1の
強誘電体キャパシタの容量値との関係を求め、前記電位
差が前記増幅器によって正確に増幅できる電位差以上に
なる範囲に前記第1の強誘電体キャパシタの容量値を設
定することを特徴とする半導体メモリ装置の容量値決定
方法。A first bit line and a second bit line paired with the first bit line are connected to an amplifier, and a first word line and a first ferroelectric are connected to a first MOS transistor. In a semiconductor memory device in which a body capacitor and the first bit line are connected and the first ferroelectric capacitor is connected to a first plate electrode, the first bit line and the second bit line Between the potential difference between the first ferroelectric capacitor and the capacitance value of the first ferroelectric capacitor. The capacitance of the first ferroelectric capacitor is set within a range where the potential difference is equal to or larger than the potential difference that can be accurately amplified by the amplifier. A method for determining a capacitance value of a semiconductor memory device, comprising setting a value.
を、前記範囲内において小さく設定することを特徴とす
る請求項1記載の半導体メモリ装置の容量値決定方法。2. The method according to claim 1, wherein a capacitance value of the first ferroelectric capacitor is set to be small within the range.
ット線と対になった第2のビット線が接続され、第1の
MOSトランジスタに第1のワード線と第1の強誘電体
キャパシタと前記第1のビット線とが接続され、前記第
1の強誘電体キャパシタが第1のプレート電極に接続さ
れ、第2のMOSトランジスタが第2のワード線と第1
のキャパシタと前記第2のビット線とに接続され、前記
第1のキャパシタが第2のプレート電極に接続され、前
記第1のキャパシタの前記第2のビット線へのデータ読
み出し時に前記第2のビット線の容量に第1のビット線
容量調整用容量が接続され前記第1のビット線の容量よ
り大きくなり、前記第1の強誘電体キャパシタの論理電
圧“H”で、かつ前記第1のビット線へのデータ読み出
し時の第1のビット線電位と前記第1の強誘電体キャパ
シタの論理電圧“L”で、かつ前記第1のビット線への
データ読み出し時の第2のビット線電位との電位差が第
1の所望の値になるように前記第1の強誘電体キャパシ
タの容量が決定され、前記第1のキャパシタの前記第2
のビット線へのデータ読み出し時の第3のビット線電位
が前記第1のビット線電位と前記第2のビット線電位と
の中間の第2の所望の値の電位になるように前記第1の
キャパシタの容量が決定されることを特徴とする半導体
メモリ装置。3. A first bit line and a second bit line paired with the first bit line are connected to the amplifier, and a first word line and a first ferroelectric are connected to the first MOS transistor. Body capacitor and the first bit line are connected, the first ferroelectric capacitor is connected to a first plate electrode, and a second MOS transistor is connected to a second word line and a first word line.
Are connected to the second bit line and the first capacitor is connected to the second plate electrode, and the second capacitor is connected to the second bit line when data is read from the first capacitor to the second bit line. The first bit line capacitance adjusting capacitance is connected to the bit line capacitance and becomes larger than the first bit line capacitance. When the logical voltage of the first ferroelectric capacitor is “H”, the first bit line capacitance is adjusted. The first bit line potential at the time of reading data to the bit line and the logic voltage "L" of the first ferroelectric capacitor, and the second bit line potential at the time of reading data to the first bit line And the capacitance of the first ferroelectric capacitor is determined such that the potential difference between the first ferroelectric capacitor and the second capacitor is equal to the first desired value.
The first bit line potential is set so that the third bit line potential at the time of reading data to the second bit line becomes a potential of a second desired value intermediate between the first bit line potential and the second bit line potential. Wherein the capacitance of the capacitor is determined.
誘電体キャパシタであることを特徴とする請求項3記載
の半導体メモリ装置。4. The semiconductor memory device according to claim 3, wherein said first bit line capacitance adjusting capacitor is a ferroelectric capacitor.
ット線と対になった第2のビット線が接続され、第1の
MOSトランジスタに第1のワード線と第1の強誘電体
キャパシタと前記第1のビット線とが接続され、前記第
1の強誘電体キャパシタが第1のプレート電極に接続さ
れ、第2のMOSトランジスタが第2のワード線と第1
のキャパシタと前記第2のビット線とに接続され、前記
第1のキャパシタが第2のプレート電極に接続され、前
記第1のキャパシタの前記第2のビット線へのデータ読
み出し時に前記第2のビット線の容量から第1のビット
線容量調整用容量が切断され前記第1のビット線の容量
より小さくなり、前記第1の強誘電体キャパシタの論理
電圧“H”で、かつ前記第1のビット線へのデータ読み
出し時の第1のビット線電位と前記第1の強誘電体キャ
パシタの論理電圧“L”で、かつ前記第1のビット線へ
のデータ読み出し時の第2のビット線電位との電位差が
第1の所望の値になるように前記第1の強誘電体キャパ
シタの容量が決定され、前記第1のキャパシタの前記第
2のビット線へのデータ読み出し時の第3のビット線電
位が前記第1のビット線電位と前記第2のビット線電位
との中間の第2の所望の値の電位になるように前記第1
のキャパシタの容量が決定されることを特徴とする半導
体メモリ装置。5. A first bit line and a second bit line paired with the first bit line are connected to an amplifier, and a first word line and a first ferroelectric are connected to a first MOS transistor. Body capacitor and the first bit line are connected, the first ferroelectric capacitor is connected to a first plate electrode, and a second MOS transistor is connected to a second word line and a first word line.
Are connected to the second bit line and the first capacitor is connected to the second plate electrode, and the second capacitor is connected to the second bit line when data is read from the first capacitor to the second bit line. The first bit line capacitance adjusting capacitance is cut off from the bit line capacitance and becomes smaller than the first bit line capacitance. When the logic voltage of the first ferroelectric capacitor is “H” and the first The first bit line potential at the time of reading data to the bit line and the logic voltage "L" of the first ferroelectric capacitor, and the second bit line potential at the time of reading data to the first bit line And the capacitance of the first ferroelectric capacitor is determined so that the potential difference between the first ferroelectric capacitor and the third bit at the time of reading data to the second bit line of the first capacitor is determined. The line potential is Said to be the second desired value of the intermediate potential between the the preparative line potential second bit line potential first
Wherein the capacitance of the capacitor is determined.
誘電体キャパシタであることを特徴とする請求項5記載
の半導体メモリ装置。6. The semiconductor memory device according to claim 5, wherein said first bit line capacitance adjusting capacitor is a ferroelectric capacitor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17084494A JP3243939B2 (en) | 1994-07-22 | 1994-07-22 | Semiconductor memory device and method of determining capacitance value thereof |
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JP2001172023A Division JP3671866B2 (en) | 2001-06-07 | 2001-06-07 | Method for determining capacitance value of semiconductor memory device |
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JPH0836888A JPH0836888A (en) | 1996-02-06 |
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