JP3669742B2 - Data holding circuit and method for writing and reading data - Google Patents

Data holding circuit and method for writing and reading data Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、データ保持回路に関し、特に、不揮発性メモリ素子を用いたデータ保持回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
データ保持回路として、CMOSを用いたDラッチ回路(スタティックタイプまたはダイナミックタイプ)が知られている。図5Aに、CMOSを用いたスタティックタイプのDラッチ回路の回路図を示す。
【0003】
このDラッチ回路は、入力端子IN、出力端子OUT、インバータW1、W2、W3およびW4、アナログスイッチS1、S2、S3およびS4を有している。アナログスイッチS1およびS4は、クロックφ1の”H”で閉じ、”L”で開く。アナログスイッチS2およびS3は、クロックφ2の”H”で閉じ、”L”で開く。ここで、クロックφ2はクロックφ1の反転信号である。
【0004】
したがって、図5Bのタイミング図に示すように、入力端子INから入力されたデータのクロックφ2の立ち上がり時(時刻t1)における値がDラッチ回路に書込まれる。書込まれたデータは、クロックφ2の次の立ち上がり時(時刻t2)まで保持され、保持された値が出力端子OUTから出力される。
【0005】
このようにして、Dラッチ回路は所定タイミングにおけるデータを所定期間保持することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなCMOSを用いたDラッチ回路には、次のような問題点があった。CMOSを用いたDラッチ回路においては、データを保持するために、回路に常に電圧を印加しておかなければならない。したがって、データの書込み、読み出しを行なわない場合であっても、データを保持しておくための電源が必要となる。このため、データ保持の際、無用の電力を消費していた。また、事故などにより電源がダウンした場合には、記憶したデータが消失してしまうという不都合があった。
【0007】
この問題を解決するために、記憶素子として不揮発性メモリ素子であるEEPROMを用いることも考えられる。しかし、EEPROMは書込みに長時間を要するため、高速応答が要求されるラッチ回路に適しない。さらに、EEPROMは、書込み、消去時に高電圧(たとえば、12V以上)を要するため、チップ内に昇圧回路を設けるか、通常電源の他に高圧電源を別途用意しなければならず、チップのコンパクト化、低コスト化に反する。
【0008】
この発明は、このような従来のCMOSを用いたDラッチ回路などデータ保持回路の問題点を解消し、データ保持のための電源が不要で、高速応答可能なデータ保持回路を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明のデータ保持回路は、
印加される電圧の大きさおよび極性に対応する少なくとも2つの分極状態を書き換え可能に保持する強誘電体層を有する不揮発性メモリ素子、
不揮発性メモリ素子に書込むべきデータを入力する入力端子、
不揮発性メモリ素子へのデータの書込みを許可するか否かの信号を入力する書込み許可端子、
書込み許可端子からの信号に従い、入力端子に入力されたデータに対応した電圧を強誘電体層に印加するか否かを切り換える第1スイッチング手段、
強誘電体層の分極状態に対応した不揮発性メモリ素子の状態を検出する検出手段、
検出手段の検出出力を出力する出力端子、
を備えたことを特徴とする。
【0010】
この発明のデータ保持回路は、
不揮発性メモリ素子を待機状態とするか否かの信号を入力する待機端子、
待機端子からの信号に従い、不揮発性メモリ素子に流れる電流を継断する第2スイッチング手段、
を設けたことを特徴とする。
【0011】
この発明のデータ保持回路は、
入力端子と待機端子とを兼用したこと、
を特徴とする。
【0012】
この発明のデータ保持回路は、
書込み許可端子および入力端子からの信号に従い、強誘電体層に印加する電圧を強制的に設定するカレントミラー回路を備えたこと、
を特徴とする。
【0013】
この発明のデータ保持回路は、
検出手段を、不揮発性メモリ素子に一定の基準電流を供給する定電流源としたこと、
を特徴とする。
【0014】
この発明のデータ保持回路は、
不揮発性メモリ素子が、
第1導電型のソース領域およびドレイン領域、
ソース領域とドレイン領域との間に形成された第2導電型のチャネル領域、
チャネル領域の上に、チャネル領域と絶縁して形成された導電体層であるフローティングゲート、
フローティングゲートの上に形成された強誘電体層、
強誘電体層の上に形成された導電体層であるコントロールゲート、
を備えていることを特徴とする。
【0015】
この発明のデータの書込みおよび読み出し方法は、
印加される電圧の大きさおよび極性に対応する少なくとも2つの分極状態を書き換え可能に保持する強誘電体層を有する不揮発性メモリ素子に対するデータの書込みおよび読み出し方法であって、
データの書込みを許可するか否かの信号を与え、
書込みを許可する信号が与えられた場合には、与えられたデータに対応した電圧を強誘電体層に印加し、
書込みを許可する信号が与えられない場合には、電圧を強誘電体層に印加せず、
強誘電体層の分極状態に対応した不揮発性メモリ素子の状態を検出して出力する、
ことを特徴とする。
【0016】
【作用】
この発明のデータ保持回路、ならびに、データの書込みおよび読み出し方法は、書込みを許可する信号が与えられた場合には、与えられたデータに対応した電圧を強誘電体層に瞬間的に印加して分極を起こさせ、書込みを許可する信号が与えられない場合には、強誘電体層の分極状態に対応した不揮発性メモリ素子の状態を検出して出力することができる。
【0017】
したがって、強誘電体に分極を起こさせるのに要する時間は、EEPROMにデータを書込む時間に比し、極めて小さい。また、いったん分極した強誘電体は、つぎに電圧が印加されるまでその分極状態を保持し、分極状態は電源を切っても失われない。このため、電源を再投入した後、その分極状態を検出することができる。
【0018】
この発明のデータ保持回路は、さらに、待機端子と、待機端子からの信号に従い、不揮発性メモリ素子に流れる電流を継断する第2スイッチング手段を設けたことを特徴とする。したがって、書込みを許可する信号が与えられない場合には、さらに、待機状態を選択することができる。待機状態においては、第2スイッチング手段により不揮発性メモリ素子に流れる電流を遮断することができる。
【0019】
この発明のデータ保持回路は、さらに、入力端子と待機端子とを兼用したことを特徴とする。したがって、待機端子を別途設ける必要がない。
【0020】
この発明のデータ保持回路は、書込み許可端子および入力端子からの信号に従い、強誘電体層に印加する電圧を強制的に設定するカレントミラー回路を備えたことを特徴とする。したがって、書込み動作の際、強誘電体層に印加する電圧を確実に設定することができる。
【0021】
この発明のデータ保持回路は、検出手段を、不揮発性メモリ素子に一定の基準電流を供給する定電流源としたことを特徴とする。したがって、読み出し動作の際、強誘電体の分極状態に対応して定電流源出力端に生ずる電圧の変化により、強誘電体の分極状態を検出することができる。
【0022】
【実施例】
図3Aに、この発明の一実施例による不揮発性メモリ素子Mの構造を示す。P型シリコン基板20に、N型ソース領域22とN型ドレイン領域24が形成されている。P型チャネル領域26の上には、酸化シリコン(SiO2)や窒化シリコン(SiN)等による絶縁層28が設けられている。絶縁層28の上には白金等による下部導電体層(フローティングゲート)30が設けられている。その上にはPZT等の強誘電体層32が設けられ、さらにその上には白金等による上部導電体層(コントロールゲート)34が設けられている。
【0023】
なお、下部導電体層30、上部導電体層34としては上記白金の他に、RuOx,IrOx,ITO等の酸化物導電体や、Pb,Au,Ag,Al,Ni等の金属を用いることができる。また、シリコン基板20をN型、ソース領域、ドレイン領域をP型としてもよい。
【0024】
図3Aの不揮発性メモリ素子Mを記号で表すと、図3Bのようになる。上部導電体層34にはコントロールゲート電極CGが接続され、下部導電体層30にはフローティングゲート電極FGが接続され、ソース領域22にはソース電極Sが接続され、ドレイン領域24にはドレイン電極Dが接続されている。
【0025】
この不揮発性メモリ素子Mに情報を記録する場合には、コントロールゲート電極CGとフローティングゲート電極FGとの間に、電圧を印加する。これにより、強誘電体層32が分極し、電圧を取り去った後も分極状態を維持する。印加する電圧の極性を変えることにより、極性の異なる2つの分極状態を得ることができる。
【0026】
たとえば、コントロールゲート電極CG側に対してフローティングゲート電極FGに低い電圧を与えると、強誘電体層32はコントロールゲート電極CG側を負極性として分極する(第2の状態に分極)。反対に、フローティングゲート電極FG側に高い電圧を与えると、強誘電体層32はコントロールゲート電極CG側を正極性として分極する(第1の状態に分極)。このようにして、2つの状態を不揮発的に記録することができる。
【0027】
コントロールゲート電極CG側を負極として分極している場合(第2の状態に分極している場合)には、チャネルを形成するために必要なコントロールゲート電極CGの電圧は小さくなる。また、コントロールゲート電極CG側を正極として分極している場合(第1の状態に分極している場合)には、チャネルを形成するために必要なコントロールゲート電極CGの電圧は大きくなる。したがって、ドレイン電極Dに一定電流を供給し、コントロールゲート電極CGに生ずる電圧を検出することにより、記録した情報の読み出しを行うことができる。
【0028】
上記の関係を、図4Bの回路によって測定した、図4Aの特性曲線によって説明する。図4Aにおいて、曲線βは、コントロールゲート電極CGとフローティングゲート電極FGを短絡した場合の、コントロールゲート電圧VCGとドレイン電流IDの特性を示すものである。コントロールゲート電圧VCGを上昇させていくと、ドレイン電流IDは増加する。さらにコントロールゲート電圧VCGを上昇させると、抵抗Rによって決定される設定最大ドレイン電流IOMAXにて、ドレイン電流の増加が止る。
【0029】
曲線αは、コントロールゲート電極CG側を負極として、強誘電体層32が分極している場合(第2の状態に分極している場合)の、特性を示すものである。曲線βの場合と同じような傾向を示すが、強誘電体層32の分極の影響により、小さなコントロールゲート電圧VCGにてドレイン電流が流れている。また、小さなコントロール電圧VCGにてドレイン電流が設定最大ドレイン電流IOMAXに達している。
【0030】
曲線γは、コントロールゲート電極CG側を正極として、強誘電体層32が分極している場合(第1の状態に分極している場合)の、特性を示すものである。曲線βの場合と同じような傾向を示すが、強誘電体層32の分極の影響により、大きなコントロールゲート電圧VCGにてドレイン電流が流れ始めている。また、大きなコントロール電圧VCGにてドレイン電流が設定最大ドレイン電流IOMAXに達し、増加が止っている。
【0031】
読み出しの際には、たとえば、設定最大ドレイン電流IOMAXの半分の電流ISを、定電流源により、ドレイン電極Dに供給する。この時コントロールゲート電極CGに生ずるコントロールゲート電圧VCGが、基準電圧Vrefよりも小さいか(点X)、大きいか(点Y)により、記憶されている情報を知ることができる。ここで基準電圧Vrefとは、曲線βにおいて、ドレイン電流として電流ISを流した場合にコントロールゲート電極CGに生ずる電圧をいう。
【0032】
つぎに、図3Bの不揮発性メモリ素子Mを用いたデータ保持回路であるラッチ回路2を、図1に示す。不揮発性メモリ素子Mのドレイン電極Dとコントロールゲート電極CGとは短絡され、定電流源4に接続されている。定電流源4は、定電圧源VCC(図示せず)に接続された電源端子6に接続され、設定最大ドレイン電流IOMAXの半分の電流IS(基準電流)を発生するよう構成されている。また、コントロールゲート電極CGは、出力端子Qに接続されている。
【0033】
不揮発性メモリ素子Mのソース電極Sは、第2スイッチング手段であるNチャンネルのトランジスタQN3を介して接地されている。トランジスタQN3のゲート電極は、待機端子SB(ローアクティブ)でもある入力端子DTに接続されている。
【0034】
不揮発性メモリ素子Mのフローティングゲート電極FGは、第1スイッチング手段であるPチャンネルのトランジスタQP3を介して、入力端子DTに接続されている。トランジスタQP3のゲート電極は、書込み許可端子WE(ローアクティブ)に接続されている。また、フローティングゲート電極FGは、NチャンネルのトランジスタQN2を介して接地されている。
【0035】
PチャンネルのトランジスタQP1およびQP2、ならびにNチャンネルのトランジスタQN1は、定電圧源VCCに接続された電源端子6とグランドGの間に直列に接続配置されている。トランジスタQP1のゲート電極は、書込み許可端子WEに接続され、トランジスタQP2のゲート電極は、入力端子DTに接続されている。
【0036】
トランジスタQN1のドレイン電極とゲート電極とは短絡されている。また、トランジスタQN1のゲート電極は、トランジスタQN2のゲート電極と接続されている。すなわち、トランジスタQN1とトランジスタQN2とによりカレントミラー回路8を構成している。
【0037】
つぎに、図2を参照しつつ図1に基づいて、ラッチ回路2に対する書込み、読み出しおよび待機動作を説明する。まず、書込み動作について説明する。書込みを行なう場合、書込み許可端子WEに、”L(接地電位)”を入力する。これにより、トランジスタQP1およびQP3が、”ON”となる。
【0038】
また、書込みたいデータを入力端子DTに入力する。入力端子DTの入力値が、”L”である場合、入力値”L”は、”ON”となっているトランジスタQP3を介して、不揮発性メモリ素子Mのフローティングゲート電極FGに印加される。
【0039】
このため、Nチャンネルの不揮発性メモリ素子Mは、”OFF”となり、不揮発性メモリ素子Mのドレイン電流は流れない。したがって、不揮発性メモリ素子Mのドレイン電極Dに接続されたコントロールゲート電極CGの電位は、定電流源4に吊り上げられて、”H”となる。このため、フローティングゲート電極FGとコントロールゲート電極CGとの間に電位差が生じ、強誘電体層32は、第2の状態(図4A参照)に分極する。
【0040】
なお、入力端子DTに”L”が入力されることにより、トランジスタQN3が”OFF”となる。したがって、より確実にドレイン電流を遮断することができ、不揮発性メモリ素子Mのコントロールゲート電極CGの電位を、確実に”H”にすることができる。
【0041】
また、入力端子DTに”L”が入力されることにより、トランジスタQP2が”ON”となる。このため、トランジスタQP1およびQP2を介してカレントミラー回路8を構成する一方のトランジスタQN1にドレイン電流が供給される。したがって、カレントミラー回路8を構成する他方のトランジスタQN2も、トランジスタQN1と同じ大きさのドレイン電流を流そうとする。このため、フローティングゲート電極FGの電位を、より確実に”L”に落とすことができる。
【0042】
一方、入力端子DTの入力値が、”H”である場合、入力値”H”は、”ON”となっているトランジスタQP3を介して、不揮発性メモリ素子Mのフローティングゲート電極FGに印加される。
【0043】
このため、Nチャンネルの不揮発性メモリ素子Mは、”ON”となる。また、入力端子DTが”H”であるため、不揮発性メモリ素子Mのソース電極に接続されたトランジスタQN3も”ON”となる。このため、不揮発性メモリ素子Mのドレイン電流は流れる。したがって、不揮発性メモリ素子Mのコントロールゲート電極CGの電位は、”L”となる。このため、フローティングゲート電極FGとコントロールゲート電極CGとの間には、上述の場合と逆方向の電位差が生じ、強誘電体層32は、第1の状態(図4A参照)に分極する。
【0044】
なお、入力端子DTに”H”が入力されることにより、トランジスタQP2が”OFF”となる。したがって、カレントミラー回路8が作動することはない。このため、不揮発性メモリ素子Mのフローティングゲート電極FGが”L”に落ちることはない。
【0045】
つぎに、読み出し動作について説明する。読み出しを行なう場合、書込み許可端子WEに、”H”を入力する。これにより、トランジスタQP1が、”OFF”となる。このため、カレントミラー回路8を構成するトランジスタQN1およびQN2が”OFF”となる。また、トランジスタQP3も”OFF”となる。したがって、不揮発性メモリ素子Mのフローティングゲート電極FGは、フローティング状態となる。このため、フローティングゲート電極FGとコントロールゲート電極CGとの間に電位差は生ぜず、強誘電体層32の分極状態は変化しない。
【0046】
また、待機端子SB(入力端子DT)に”H”を入力する。これにより、トランジスタQN3が”ON”となる。このため、不揮発性メモリ素子Mのドレイン電極Dには、定電流源4により一定電流ISが供給される。したがって、不揮発性メモリ素子Mのコントロールゲート電極CGには、強誘電体層32の分極状態に対応したコントロールゲート電圧VCGが生ずる。
【0047】
たとえば、強誘電体が第2の状態(図4A参照)に分極している場合、不揮発性メモリ素子Mのコントロールゲート電極CGには、図4Aに示すX点に相当するコントロールゲート電圧VCGが生ずる。このコントロールゲート電圧VCGは、基準電圧Vrefよりも小さい。このため、コントロールゲート電極CGの電位すなわち出力端子Qの電位は”L”となる。上述のように、第2の状態は、入力端子にデータ”L”を入力して書込み動作を行なった場合に生ずる。すなわち、読取り動作により、出力端子Qには、入力端子DTに入力されたデータ”L”と同じ値が出力されることになる。
【0048】
一方、強誘電体が第1の状態(図4A参照)に分極している場合、不揮発性メモリ素子Mのコントロールゲート電極CGには、図4Aに示すY点に相当するコントロールゲート電圧VCGが生ずる。このコントロールゲート電圧VCGは、基準電圧Vrefよりも大きい。このため、コントロールゲート電極CGの電位すなわち出力端子Qの電位は”H”となる。この場合も、出力端子Qには、入力端子DTに入力されたデータ”H”と同じ値が出力されることになる。
【0049】
つぎに、待機動作について説明する。待機動作を行なう場合、書込み許可端子WEに、”H”を入力する。これにより、トランジスタQP1およびQP3が、”OFF”となる。このため、読み出し動作時と同様に、不揮発性メモリ素子Mのフローティングゲート電極FGは、フローティング状態となり、フローティングゲート電極FGとコントロールゲート電極CGとの間に電位差は生ぜず、したがって、強誘電体層32の分極状態は変化しない。
【0050】
また、待機端子SB(入力端子DT)に”L”を入力する。これにより、トランジスタQN3が”OFF”となる。このため、不揮発性メモリ素子Mには、強誘電体層32の分極状態のいかんに拘らず、ドレイン電流は流れない。したがって、待機動作時における消費電力を極めて小さくすることができる。
【0051】
また、上述の実施例においては、定電流源4により供給される基準電流として、設定最大ドレイン電流IOMAXの半分の電流ISを用いたが、分極状態に応じ異なったコントロールゲート電圧VCGが得られるならば、基準電流として、設定最大ドレイン電流IOMAX以下のいかなる値の電流を用いてもよい。
【0052】
また、強誘電体層32に印加する電圧を強制的に設定するカレントミラー回路8を用いたが、カレントミラー回路8を用いることなく、ラッチ回路を構成することもできる。
【0053】
また、入力端子DTと待機端子SBとを兼用するよう構成したが、入力端子DTと待機端子SBとを別個に設けるよう構成することもできる。さらに、待機端子SBを設けないでラッチ回路を構成することもできる。
【0054】
また、検出手段として定電流源4を用い、ドレイン電流IDを一定とした場合のコントロールゲート電圧VCGを検出するよう構成したが、検出手段として定電圧源を用い、コントロールゲート電圧VCGを一定とした場合のドレイン電流IDを検出するよう構成してもよい。
【0055】
また、不揮発性メモリ素子として、図3Aに示す、ソース領域22、ドレイン領域24、チャネル領域26、絶縁層28、フローティングゲート30、強誘電体層32およびコントロールゲート34を備えた不揮発性メモリ素子Mを用いたが、この発明はこれに限定されるものではない。不揮発性メモリ素子として、たとえば、強誘電体層の両側を導電体層で挟み込んだ3層状の素子等を用いることもできる。
【0056】
また、上述の実施例においては、フローティングゲート電極FGとコントロールゲート電極CGとの間に印加する電圧の方向の正逆(極性)に対応した2つの分極状態を設定するよう構成したが、フローティングゲート電極FGとコントロールゲート電極CGとの間に印加する電圧の大きさに対応した2つの分極状態を設定するよう構成することもできる。
【0057】
また、フローティングゲート電極FGとコントロールゲート電極CGとの間に印加する電圧の極性および大きさに対応した2つの分極状態を設定するよう構成することもできる。
【0058】
さらに、2つの分極状態のみならず、3つ以上の分極状態を設定するよう構成することもできる。3つ以上の分極状態を設定するよう構成する場合には、1つの不揮発性メモリ素子に3以上の状態を有するデータ(多値データ)を記憶させることができる。
【0059】
なお、図1に示す回路は、この発明の1実施例を例示するものであり、この発明は同図に示す回路に限定されるものではない。また、上述の実施例においては、ラッチ回路にこの発明を適用した場合を例に説明したが、この発明は、ラッチ回路に限定されるものではなく、フリップフロップ、レジスタなど高速応答が要求されるデータ保持回路一般に適用される。
【0060】
【発明の効果】
この発明のデータ保持回路、ならびに、データの書込みおよび読み出し方法は、書込みを許可する信号が与えられた場合には、与えられたデータに対応した電圧を強誘電体層に瞬間的に印加して分極を起こさせ、書込みを許可する信号が与えられない場合には、強誘電体層の分極状態に対応した不揮発性メモリ素子の状態を検出して出力することができる。
【0061】
したがって、強誘電体に分極を起こさせるのに要する時間は、EEPROM等にデータを書込む時間に比し、極めて小さい。また、いったん分極した強誘電体は、つぎに電圧が印加されるまでその分極状態を保持し、分極状態は電源を切っても失われない。このため、電源を再投入した後、その分極状態を検出することができる。すなわち、データ保持のための電源が不要で、高速応答可能なデータ保持回路を得ることができる。
【0062】
この発明のデータ保持回路は、さらに、待機端子と、待機端子からの信号に従い、不揮発性メモリ素子に流れる電流を継断する第2スイッチング手段を設けたことを特徴とする。
【0063】
したがって、書込みを許可する信号が与えられない場合には、さらに、待機状態を選択することができる。待機状態においては、第2スイッチング手段により不揮発性メモリ素子に流れる電流を遮断することができる。すなわち、待機状態において、電力消費量のきわめて小さいデータ保持回路を得ることができる。
【0064】
この発明のデータ保持回路は、さらに、入力端子と待機端子とを兼用したことを特徴とする。したがって、待機端子を別途設ける必要がない。すなわち、待機状態において電力消費量がきわめて小さく、かつ、コンパクトなデータ保持回路を得ることができる。
【0065】
この発明のデータ保持回路は、書込み許可端子および入力端子からの信号に従い、強誘電体層に印加する電圧を強制的に設定するカレントミラー回路を備えたことを特徴とする。
【0066】
したがって、書込み動作の際、強誘電体層に印加する電圧を確実に設定することができる。すなわち、さらに信頼性の高いデータ保持回路を得ることができる。
【0067】
この発明のデータ保持回路は、検出手段を、不揮発性メモリ素子に一定の基準電流を供給する定電流源としたことを特徴とする。
【0068】
したがって、読み出し動作の際、強誘電体の分極状態に対応して定電流源出力端に生ずる電圧の変化により、強誘電体の分極状態を検出することができる。すなわち、より容易に強誘電体の分極状態を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例によるラッチ回路を示す図面である。
【図2】この発明の一実施例によるラッチ回路における書込み動作、読み出し動作、待機状態時の入出力の状態を示す図面である。
【図3】この発明の一実施例によるラッチ回路を構成する不揮発性メモリ素子の構成を示す図面、および不揮発性メモリ素子を記号により表した図面である。
【図4】この発明の一実施例によるラッチ回路を構成する不揮発性メモリ素子の強誘電体層の電気的性質を示す図面、および電気的性質を測定するための回路を示す図面である。
【図5】従来のCMOSを用いたスタティックタイプのDラッチ回路を示す図面、およびDラッチ回路の動作を示すタイミング図である。
【符号の説明】
32・・・・・・強誘電体層
CG・・・・・・コントロールゲート電極
D・・・・・・・ドレイン電極
DT・・・・・・入力端子
FG・・・・・・フローティングゲート電極
IS ・・・・・・基準電流
QN3・・・・・トランジスタ
QP3・・・・・トランジスタ
SB・・・・・・待機端子
VCG・・・・・・コントロールゲート電圧
WE・・・・・・書込み許可端子
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a data holding circuit, and more particularly to a data holding circuit using a nonvolatile memory element.
[0002]
[Prior art]
A D latch circuit (static type or dynamic type) using CMOS is known as a data holding circuit. FIG. 5A shows a circuit diagram of a static type D latch circuit using CMOS.
[0003]
This D latch circuit has an input terminal IN, an output terminal OUT, inverters W1, W2, W3 and W4, and analog switches S1, S2, S3 and S4. The analog switches S1 and S4 are closed by “H” of the clock φ1 and opened by “L”. The analog switches S2 and S3 are closed by “H” of the clock φ2 and opened by “L”. Here, the clock φ2 is an inverted signal of the clock φ1.
[0004]
Therefore, as shown in the timing diagram of FIG. 5B, the value of the data input from the input terminal IN at the rising edge of the clock φ2 (time t1) is written into the D latch circuit. The written data is held until the next rising edge of clock φ2 (time t2), and the held value is output from output terminal OUT.
[0005]
In this way, the D latch circuit can hold data at a predetermined timing for a predetermined period.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the D latch circuit using CMOS as described above has the following problems. In a D latch circuit using a CMOS, a voltage must always be applied to the circuit in order to retain data. Therefore, even when data is not written or read, a power source for holding the data is required. For this reason, unnecessary power is consumed when data is held. In addition, when the power is turned off due to an accident or the like, the stored data is lost.
[0007]
In order to solve this problem, it is also conceivable to use an EEPROM which is a nonvolatile memory element as a memory element. However, since an EEPROM requires a long time for writing, it is not suitable for a latch circuit that requires a high-speed response. Furthermore, since EEPROM requires a high voltage (for example, 12 V or more) at the time of writing and erasing, a booster circuit must be provided in the chip, or a high-voltage power supply must be prepared separately from the normal power supply, and the chip can be made compact. Contrary to cost reduction.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a data holding circuit capable of solving a problem of a data holding circuit such as a conventional D latch circuit using a CMOS and not requiring a power supply for data holding and capable of high-speed response. And
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The data holding circuit of the present invention is
A non-volatile memory device having a ferroelectric layer that rewriteably holds at least two polarization states corresponding to the magnitude and polarity of an applied voltage;
An input terminal for inputting data to be written to the nonvolatile memory element;
A write enable terminal for inputting a signal as to whether or not to allow writing of data to the nonvolatile memory element;
First switching means for switching whether to apply a voltage corresponding to data input to the input terminal to the ferroelectric layer in accordance with a signal from the write permission terminal;
Detecting means for detecting the state of the nonvolatile memory element corresponding to the polarization state of the ferroelectric layer;
An output terminal for outputting the detection output of the detection means;
It is provided with.
[0010]
The data holding circuit of the present invention is
A standby terminal for inputting a signal as to whether or not the nonvolatile memory element is in a standby state;
A second switching means for interrupting a current flowing through the nonvolatile memory element in accordance with a signal from the standby terminal;
Is provided.
[0011]
The data holding circuit of the present invention is
That both an input terminal and a standby terminal were used,
It is characterized by.
[0012]
The data holding circuit of the present invention is
A current mirror circuit for forcibly setting the voltage applied to the ferroelectric layer in accordance with the signals from the write enable terminal and the input terminal;
It is characterized by.
[0013]
The data holding circuit of the present invention is
The detection means is a constant current source for supplying a constant reference current to the nonvolatile memory element;
It is characterized by.
[0014]
The data holding circuit of the present invention is
Nonvolatile memory elements
A source region and a drain region of a first conductivity type;
A channel region of a second conductivity type formed between the source region and the drain region;
A floating gate which is a conductor layer formed on the channel region and insulated from the channel region;
A ferroelectric layer formed on the floating gate;
A control gate which is a conductor layer formed on the ferroelectric layer;
It is characterized by having.
[0015]
The data writing and reading method according to the present invention includes:
A method of writing and reading data to and from a nonvolatile memory element having a ferroelectric layer that rewriteably holds at least two polarization states corresponding to the magnitude and polarity of an applied voltage,
Give a signal whether to allow writing data,
When a signal permitting writing is given, a voltage corresponding to the given data is applied to the ferroelectric layer,
If no signal to allow writing is given, no voltage is applied to the ferroelectric layer,
Detect and output the state of the nonvolatile memory element corresponding to the polarization state of the ferroelectric layer,
It is characterized by that.
[0016]
[Action]
According to the data holding circuit and the data writing and reading method of the present invention , when a signal permitting writing is given, a voltage corresponding to the given data is instantaneously applied to the ferroelectric layer. When polarization is caused and a signal for permitting writing is not given, the state of the nonvolatile memory element corresponding to the polarization state of the ferroelectric layer can be detected and output.
[0017]
Therefore, the time required to cause polarization in the ferroelectric is extremely small compared to the time for writing data in the EEPROM. Moreover, the ferroelectric material once polarized maintains its polarization state until a voltage is next applied, and the polarization state is not lost even when the power is turned off. For this reason, after the power is turned on again, the polarization state can be detected.
[0018]
The data holding circuit of the present invention is further characterized in that a standby terminal and a second switching means for interrupting a current flowing through the nonvolatile memory element in accordance with a signal from the standby terminal are provided. Therefore, when a signal for permitting writing is not given, the standby state can be further selected. In the standby state, the current flowing through the nonvolatile memory element can be cut off by the second switching means.
[0019]
The data holding circuit according to the present invention is further characterized by using both an input terminal and a standby terminal. Therefore, it is not necessary to separately provide a standby terminal.
[0020]
The data holding circuit according to the present invention includes a current mirror circuit for forcibly setting a voltage to be applied to the ferroelectric layer in accordance with signals from a write permission terminal and an input terminal. Therefore, the voltage applied to the ferroelectric layer can be reliably set during the write operation.
[0021]
The data holding circuit of the present invention is characterized in that the detecting means is a constant current source for supplying a constant reference current to the nonvolatile memory element. Therefore, during the read operation, the polarization state of the ferroelectric substance can be detected by the change in the voltage generated at the output terminal of the constant current source corresponding to the polarization state of the ferroelectric substance.
[0022]
【Example】
FIG. 3A shows the structure of a nonvolatile memory device M according to one embodiment of the present invention. An N-type source region 22 and an N-type drain region 24 are formed on the P-type silicon substrate 20. An insulating layer 28 made of silicon oxide (SiO 2), silicon nitride (SiN), or the like is provided on the P-type channel region 26. A lower conductor layer (floating gate) 30 made of platinum or the like is provided on the insulating layer 28. A ferroelectric layer 32 such as PZT is provided thereon, and an upper conductor layer (control gate) 34 made of platinum or the like is further provided thereon.
[0023]
The lower conductor layer 30 and the upper conductor layer 34 are made of an oxide conductor such as RuOx, IrOx, or ITO, or a metal such as Pb, Au, Ag, Al, or Ni in addition to the above platinum. it can. Further, the silicon substrate 20 may be N-type, and the source region and drain region may be P-type.
[0024]
The nonvolatile memory element M of FIG. 3A is represented by a symbol as shown in FIG. 3B. A control gate electrode CG is connected to the upper conductor layer 34, a floating gate electrode FG is connected to the lower conductor layer 30, a source electrode S is connected to the source region 22, and a drain electrode D is connected to the drain region 24. Is connected.
[0025]
When recording information in the nonvolatile memory element M, a voltage is applied between the control gate electrode CG and the floating gate electrode FG. Thereby, the ferroelectric layer 32 is polarized, and the polarization state is maintained even after the voltage is removed. By changing the polarity of the applied voltage, two polarization states with different polarities can be obtained.
[0026]
For example, when a low voltage is applied to the floating gate electrode FG with respect to the control gate electrode CG side, the ferroelectric layer 32 is polarized with the control gate electrode CG side having a negative polarity (polarized to the second state). On the other hand, when a high voltage is applied to the floating gate electrode FG side, the ferroelectric layer 32 is polarized with the control gate electrode CG side being positive (polarized to the first state). In this way, the two states can be recorded in a nonvolatile manner.
[0027]
When the control gate electrode CG side is polarized with the negative electrode (when polarized to the second state), the voltage of the control gate electrode CG necessary for forming the channel is small. In addition, when the control gate electrode CG side is polarized with the positive electrode (when polarized to the first state), the voltage of the control gate electrode CG necessary for forming a channel increases. Therefore, the recorded information can be read by supplying a constant current to the drain electrode D and detecting the voltage generated in the control gate electrode CG.
[0028]
The above relationship will be described with reference to the characteristic curve of FIG. 4A measured by the circuit of FIG. 4B. In FIG. 4A, a curve β shows the characteristics of the control gate voltage VCG and the drain current ID when the control gate electrode CG and the floating gate electrode FG are short-circuited. As the control gate voltage VCG increases, the drain current ID increases. When the control gate voltage VCG is further increased, the drain current stops increasing at the set maximum drain current IOMAX determined by the resistor R.
[0029]
A curve α indicates a characteristic when the ferroelectric layer 32 is polarized (when polarized to the second state) with the control gate electrode CG side as a negative electrode. Although the same tendency as in the case of the curve β is shown, the drain current flows with a small control gate voltage VCG due to the influence of the polarization of the ferroelectric layer 32. Further, the drain current reaches the set maximum drain current IOMAX with a small control voltage VCG.
[0030]
A curve γ shows characteristics when the ferroelectric layer 32 is polarized (when polarized to the first state) with the control gate electrode CG side as the positive electrode. Although the same tendency as in the case of the curve β is shown, the drain current starts to flow at a large control gate voltage VCG due to the influence of the polarization of the ferroelectric layer 32. Also, the drain current reaches the set maximum drain current IOMAX at a large control voltage VCG, and the increase stops.
[0031]
At the time of reading, for example, a current Is that is half the set maximum drain current IOMAX is supplied to the drain electrode D by a constant current source. At this time, the stored information can be known based on whether the control gate voltage VCG generated in the control gate electrode CG is smaller (point X) or larger (point Y) than the reference voltage Vref. Here, the reference voltage Vref is a voltage generated in the control gate electrode CG when a current Is is supplied as a drain current in the curve β.
[0032]
Next, a latch circuit 2 which is a data holding circuit using the nonvolatile memory element M of FIG. 3B is shown in FIG. The drain electrode D and the control gate electrode CG of the nonvolatile memory element M are short-circuited and connected to the constant current source 4. The constant current source 4 is connected to a power supply terminal 6 connected to a constant voltage source VCC (not shown), and is configured to generate a current IS (reference current) that is half of the set maximum drain current IOMAX. The control gate electrode CG is connected to the output terminal Q.
[0033]
The source electrode S of the nonvolatile memory element M is grounded via an N-channel transistor QN3 which is a second switching means. The gate electrode of the transistor QN3 is connected to an input terminal DT that is also a standby terminal SB (low active).
[0034]
The floating gate electrode FG of the nonvolatile memory element M is connected to the input terminal DT via a P-channel transistor QP3 which is a first switching means. The gate electrode of the transistor QP3 is connected to the write permission terminal WE (low active). The floating gate electrode FG is grounded via an N-channel transistor QN2.
[0035]
The P-channel transistors QP1 and QP2 and the N-channel transistor QN1 are connected in series between the power supply terminal 6 connected to the constant voltage source VCC and the ground G. The gate electrode of the transistor QP1 is connected to the write enable terminal WE, and the gate electrode of the transistor QP2 is connected to the input terminal DT.
[0036]
The drain electrode and gate electrode of transistor QN1 are short-circuited. The gate electrode of transistor QN1 is connected to the gate electrode of transistor QN2. In other words, the transistor QN1 and the transistor QN2 constitute a current mirror circuit 8.
[0037]
Next, the write, read and standby operations for the latch circuit 2 will be described based on FIG. 1 with reference to FIG. First, the write operation will be described. When writing, “L (ground potential)” is input to the write enable terminal WE. As a result, the transistors QP1 and QP3 are turned “ON”.
[0038]
Further, data to be written is input to the input terminal DT. When the input value of the input terminal DT is “L”, the input value “L” is applied to the floating gate electrode FG of the nonvolatile memory element M through the transistor QP3 which is “ON”.
[0039]
For this reason, the N-channel nonvolatile memory element M is “OFF”, and the drain current of the nonvolatile memory element M does not flow. Therefore, the potential of the control gate electrode CG connected to the drain electrode D of the nonvolatile memory element M is lifted by the constant current source 4 and becomes “H”. For this reason, a potential difference is generated between the floating gate electrode FG and the control gate electrode CG, and the ferroelectric layer 32 is polarized to the second state (see FIG. 4A).
[0040]
Note that when “L” is input to the input terminal DT, the transistor QN3 is turned “OFF”. Therefore, the drain current can be cut off more reliably, and the potential of the control gate electrode CG of the nonvolatile memory element M can be reliably set to “H”.
[0041]
Further, when “L” is input to the input terminal DT, the transistor QP2 is turned “ON”. Therefore, a drain current is supplied to one transistor QN1 constituting current mirror circuit 8 via transistors QP1 and QP2. Therefore, the other transistor QN2 constituting the current mirror circuit 8 also tries to flow a drain current having the same magnitude as that of the transistor QN1. For this reason, the potential of the floating gate electrode FG can be more reliably dropped to “L”.
[0042]
On the other hand, when the input value of the input terminal DT is “H”, the input value “H” is applied to the floating gate electrode FG of the nonvolatile memory element M through the transistor QP3 which is “ON”. The
[0043]
For this reason, the N-channel nonvolatile memory element M is “ON”. Further, since the input terminal DT is “H”, the transistor QN3 connected to the source electrode of the nonvolatile memory element M is also “ON”. For this reason, the drain current of the nonvolatile memory element M flows. Therefore, the potential of the control gate electrode CG of the nonvolatile memory element M is “L”. For this reason, a potential difference in the opposite direction to that described above is generated between the floating gate electrode FG and the control gate electrode CG, and the ferroelectric layer 32 is polarized in the first state (see FIG. 4A).
[0044]
Note that when “H” is input to the input terminal DT, the transistor QP2 is turned “OFF”. Therefore, the current mirror circuit 8 does not operate. For this reason, the floating gate electrode FG of the nonvolatile memory element M does not fall to “L”.
[0045]
Next, the reading operation will be described. When reading, “H” is input to the write enable terminal WE. As a result, the transistor QP1 is turned “OFF”. Therefore, the transistors QN1 and QN2 constituting the current mirror circuit 8 are “OFF”. Further, the transistor QP3 is also “OFF”. Therefore, the floating gate electrode FG of the nonvolatile memory element M is in a floating state. For this reason, no potential difference is generated between the floating gate electrode FG and the control gate electrode CG, and the polarization state of the ferroelectric layer 32 does not change.
[0046]
Further, “H” is input to the standby terminal SB (input terminal DT). As a result, the transistor QN3 is turned “ON”. Therefore, a constant current Is is supplied from the constant current source 4 to the drain electrode D of the nonvolatile memory element M. Therefore, a control gate voltage VCG corresponding to the polarization state of the ferroelectric layer 32 is generated at the control gate electrode CG of the nonvolatile memory element M.
[0047]
For example, when the ferroelectric is polarized in the second state (see FIG. 4A), the control gate voltage VCG corresponding to the point X shown in FIG. 4A is generated in the control gate electrode CG of the nonvolatile memory element M. . This control gate voltage VCG is smaller than the reference voltage Vref. Therefore, the potential of the control gate electrode CG, that is, the potential of the output terminal Q is “L”. As described above, the second state occurs when data “L” is input to the input terminal and a write operation is performed. That is, by the reading operation, the same value as the data “L” input to the input terminal DT is output to the output terminal Q.
[0048]
On the other hand, when the ferroelectric is polarized in the first state (see FIG. 4A), the control gate voltage VCG corresponding to the Y point shown in FIG. 4A is generated in the control gate electrode CG of the nonvolatile memory element M. . This control gate voltage VCG is larger than the reference voltage Vref. Therefore, the potential of the control gate electrode CG, that is, the potential of the output terminal Q is “H”. Also in this case, the same value as the data “H” input to the input terminal DT is output to the output terminal Q.
[0049]
Next, the standby operation will be described. When the standby operation is performed, “H” is input to the write enable terminal WE. As a result, the transistors QP1 and QP3 are turned “OFF”. For this reason, as in the read operation, the floating gate electrode FG of the nonvolatile memory element M is in a floating state, and no potential difference is generated between the floating gate electrode FG and the control gate electrode CG. The polarization state of 32 does not change.
[0050]
Further, “L” is input to the standby terminal SB (input terminal DT). As a result, the transistor QN3 is turned “OFF”. Therefore, no drain current flows through the nonvolatile memory element M regardless of the polarization state of the ferroelectric layer 32. Therefore, the power consumption during the standby operation can be extremely reduced.
[0051]
In the above-described embodiment, the current IS which is half the set maximum drain current IOMAX is used as the reference current supplied from the constant current source 4. However, if a control gate voltage VCG different depending on the polarization state can be obtained. For example, a current having any value less than or equal to the set maximum drain current IOMAX may be used as the reference current.
[0052]
Further, although the current mirror circuit 8 forcibly setting the voltage applied to the ferroelectric layer 32 is used, a latch circuit can be configured without using the current mirror circuit 8.
[0053]
In addition, although the input terminal DT and the standby terminal SB are used in common, the input terminal DT and the standby terminal SB may be provided separately. Further, the latch circuit can be configured without providing the standby terminal SB.
[0054]
Further, the constant current source 4 is used as the detecting means and the control gate voltage VCG is detected when the drain current ID is constant. However, the constant voltage source is used as the detecting means and the control gate voltage VCG is constant. The drain current ID may be detected.
[0055]
As a nonvolatile memory element, a nonvolatile memory element M including a source region 22, a drain region 24, a channel region 26, an insulating layer 28, a floating gate 30, a ferroelectric layer 32, and a control gate 34 shown in FIG. 3A. However, the present invention is not limited to this. As the nonvolatile memory element, for example, a three-layered element in which both sides of the ferroelectric layer are sandwiched between conductor layers can be used.
[0056]
In the above embodiment, the two polarization states corresponding to the forward and reverse (polarity) of the direction of the voltage applied between the floating gate electrode FG and the control gate electrode CG are set. It can also be configured to set two polarization states corresponding to the magnitude of the voltage applied between the electrode FG and the control gate electrode CG.
[0057]
Further, two polarization states corresponding to the polarity and magnitude of the voltage applied between the floating gate electrode FG and the control gate electrode CG can be set.
[0058]
Furthermore, not only two polarization states but also three or more polarization states can be set. In a case where three or more polarization states are set, data (multi-value data) having three or more states can be stored in one nonvolatile memory element.
[0059]
The circuit shown in FIG. 1 exemplifies one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the circuit shown in FIG. In the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to the latch circuit has been described as an example. However, the present invention is not limited to the latch circuit, and a high-speed response such as a flip-flop and a register is required. Applicable to data holding circuit in general.
[0060]
【The invention's effect】
According to the data holding circuit and the data writing and reading method of the present invention , when a signal permitting writing is given, a voltage corresponding to the given data is instantaneously applied to the ferroelectric layer. When polarization is caused and a signal for permitting writing is not given, the state of the nonvolatile memory element corresponding to the polarization state of the ferroelectric layer can be detected and output.
[0061]
Therefore, the time required to cause polarization in the ferroelectric is extremely small compared to the time for writing data in the EEPROM or the like. Moreover, the ferroelectric material once polarized maintains its polarization state until a voltage is next applied, and the polarization state is not lost even when the power is turned off. For this reason, after the power is turned on again, the polarization state can be detected. That is, it is possible to obtain a data holding circuit that does not require a power supply for holding data and can respond at high speed.
[0062]
The data holding circuit of the present invention is further characterized in that a standby terminal and a second switching means for interrupting a current flowing through the nonvolatile memory element in accordance with a signal from the standby terminal are provided.
[0063]
Therefore, when a signal for permitting writing is not given, the standby state can be further selected. In the standby state, the current flowing through the nonvolatile memory element can be cut off by the second switching means. That is, in the standby state, a data holding circuit with extremely small power consumption can be obtained.
[0064]
The data holding circuit according to the present invention is further characterized by using both an input terminal and a standby terminal. Therefore, it is not necessary to separately provide a standby terminal. That is, it is possible to obtain a compact data holding circuit that consumes very little power in the standby state.
[0065]
The data holding circuit according to the present invention includes a current mirror circuit for forcibly setting a voltage to be applied to the ferroelectric layer in accordance with signals from a write permission terminal and an input terminal.
[0066]
Therefore, the voltage applied to the ferroelectric layer can be reliably set during the write operation. That is, a more reliable data holding circuit can be obtained.
[0067]
The data holding circuit of the present invention is characterized in that the detecting means is a constant current source for supplying a constant reference current to the nonvolatile memory element.
[0068]
Therefore, during the read operation, the polarization state of the ferroelectric substance can be detected by the change in the voltage generated at the output terminal of the constant current source corresponding to the polarization state of the ferroelectric substance. That is, the polarization state of the ferroelectric can be detected more easily.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a latch circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a write operation, a read operation, and an input / output state in a standby state in a latch circuit according to an embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a drawing showing a configuration of a nonvolatile memory element constituting a latch circuit according to one embodiment of the present invention, and a drawing showing the nonvolatile memory element by symbols.
FIG. 4 is a drawing showing electrical properties of a ferroelectric layer of a nonvolatile memory element constituting a latch circuit according to an embodiment of the present invention and a circuit for measuring electrical properties.
FIG. 5 is a drawing showing a static type D latch circuit using a conventional CMOS, and a timing diagram showing the operation of the D latch circuit.
[Explanation of symbols]
32... Ferroelectric layer CG ... Control gate electrode D ... Drain electrode DT ... Input terminal FG ... Floating gate electrode IS ··· Reference current QN3 ··· Transistor QP3 ··· Transistor SB ··· Standby terminal VCG ··· Control gate voltage WE ··· Write Permission terminal

Claims (11)

印加される電圧の大きさおよび極性に対応する少なくとも2つの分極状態を書き換え可能に保持する強誘電体層を有する不揮発性メモリ素子、
不揮発性メモリ素子に書込むべきデータを入力する入力端子、
不揮発性メモリ素子へのデータの書込みを許可するか否かの信号を入力する書込み許可端子、
書込み許可端子からの信号に従い、入力端子に入力されたデータに対応した電圧を強誘電体層に印加するか否かを切り換える第1スイッチング手段、
強誘電体層の分極状態に対応した不揮発性メモリ素子の状態を検出する検出手段、
検出手段の検出出力を出力する出力端子、
を備えたデータ保持回路において、
不揮発性メモリ素子のドレイン領域とコントロールゲートを短絡して検出手段に接続し、
不揮発性メモリ素子のフローティングゲートに入力端子を接続した、
ことを特徴とするデータ保持回路。
A non-volatile memory device having a ferroelectric layer that rewriteably holds at least two polarization states corresponding to the magnitude and polarity of an applied voltage;
An input terminal for inputting data to be written to the nonvolatile memory element;
A write enable terminal for inputting a signal as to whether or not to allow writing of data to the nonvolatile memory element;
First switching means for switching whether to apply a voltage corresponding to data input to the input terminal to the ferroelectric layer in accordance with a signal from the write permission terminal;
Detecting means for detecting the state of the nonvolatile memory element corresponding to the polarization state of the ferroelectric layer;
An output terminal for outputting the detection output of the detection means;
In a data holding circuit comprising
Short-circuit the drain region of the nonvolatile memory element and the control gate and connect to the detection means,
The input terminal is connected to the floating gate of the nonvolatile memory element.
A data holding circuit.
印加される電圧の大きさおよび極性に対応する少なくとも2つの分極状態を書き換え可能に保持する強誘電体層を有する不揮発性メモリ素子、
不揮発性メモリ素子に書込むべきデータを入力する入力端子、
不揮発性メモリ素子へのデータの書込みを許可するか否かの信号を入力する書込み許可端子、
書込み許可端子からの信号に従い、入力端子に入力されたデータに対応した電圧を強誘電体層に印加するか否かを切り換える第1スイッチング手段、
強誘電体層の分極状態に対応した不揮発性メモリ素子の状態を検出する検出手段、
検出手段の検出出力を出力する出力端子、
を備えたデータ保持回路において、
書込み許可端子から書込みを許可する信号が与えられない場合に不揮発性メモリ素子を待機状態とするか、読み出し状態とするかの信号を入力する待機端子、
待機端子からの信号に従い、不揮発性メモリ素子に流れる電流を継断する第2スイッチング手段、
を設けたことを特徴とするデータ保持回路。
A non-volatile memory device having a ferroelectric layer that rewriteably holds at least two polarization states corresponding to the magnitude and polarity of an applied voltage;
An input terminal for inputting data to be written to the nonvolatile memory element;
A write enable terminal for inputting a signal as to whether or not to allow writing of data to the nonvolatile memory element;
First switching means for switching whether to apply a voltage corresponding to data input to the input terminal to the ferroelectric layer in accordance with a signal from the write permission terminal;
Detecting means for detecting the state of the nonvolatile memory element corresponding to the polarization state of the ferroelectric layer;
An output terminal for outputting the detection output of the detection means;
In a data holding circuit comprising
A standby terminal for inputting a signal indicating whether the nonvolatile memory element is in a standby state or a read state when a signal for permitting writing is not provided from the write permission terminal;
A second switching means for interrupting a current flowing through the nonvolatile memory element in accordance with a signal from the standby terminal;
A data holding circuit comprising:
請求項2のデータ保持回路において、
入力端子と待機端子とを兼用したこと、
を特徴とするもの。
The data holding circuit according to claim 2,
That both an input terminal and a standby terminal were used,
It is characterized by.
請求項1から請求項3のいずれかの請求項に記載されたデータ保持回路において、
書込み許可端子および入力端子若しくは書込み許可端子および待機端子からの信号に従い、強誘電体層に印加する電圧を強制的に設定するカレントミラー回路を備えたこと、
を特徴とするもの。
In the data holding circuit according to any one of claims 1 to 3,
A current mirror circuit for forcibly setting the voltage applied to the ferroelectric layer in accordance with signals from the write permission terminal and the input terminal or the write permission terminal and the standby terminal ;
It is characterized by.
請求項1から請求項4のいずれかの請求項に記載されたデータ保持回路において、
検出手段を、不揮発性メモリ素子に一定の基準電流を供給する定電流源としたこと、
を特徴とするもの。
In the data holding circuit according to any one of claims 1 to 4,
The detection means is a constant current source for supplying a constant reference current to the nonvolatile memory element;
It is characterized by.
第1導電型のソース領域およびドレイン領域、  A source region and a drain region of a first conductivity type;
ソース領域とドレイン領域との間に形成された第2導電型のチャネル領域、  A channel region of a second conductivity type formed between the source region and the drain region;
チャネル領域の上に、チャネル領域と絶縁して形成された導電体層であるフローティングゲート、  A floating gate which is a conductor layer formed on the channel region and insulated from the channel region;
印加される電圧の大きさおよび極性に対応する少なくとも2つの分極状態を書き換え可能に保持する、フローティングゲートの上に形成された強誘電体層、  A ferroelectric layer formed on the floating gate, rewritably holding at least two polarization states corresponding to the magnitude and polarity of the applied voltage;
強誘電体層の上に形成された導電体層であるコントロールゲート、  A control gate which is a conductor layer formed on the ferroelectric layer;
を備えており、ドレイン領域とコントロールゲートを短絡して電流源に接続した不揮発性メモリ素子に対するデータの書込み方法であって、  A method for writing data to a nonvolatile memory element in which a drain region and a control gate are short-circuited and connected to a current source,
不揮発性メモリ素子にドレイン電流を流すことにより、電流源からコントロールゲートゲートに電圧が直接印加されないようにするとともに、不揮発性メモリ素子のフローティングゲートからフローティングゲートとコントロールゲートとの間に所望の電位差を生じる電圧を印可することにより、強誘電体層を第1の状態に分極させ、  By flowing a drain current through the nonvolatile memory element, a voltage is not directly applied from the current source to the control gate gate, and a desired potential difference is set between the floating gate and the control gate of the nonvolatile memory element. By applying the resulting voltage, the ferroelectric layer is polarized to the first state;
不揮発性メモリ素子にドレイン電流を流さないことにより、電流源からコントロールゲートに電圧が直接印加されるようにするとともに、不揮発性メモリ素子のフローティングゲートからフローティングゲートとコントロールゲートとの間に所望の電位差を生じる電圧を印可することにより、強誘電体層を第2の状態に分極させる、  By preventing drain current from flowing through the nonvolatile memory element, a voltage is directly applied from the current source to the control gate, and a desired potential difference is established between the floating gate and the floating gate of the nonvolatile memory element. Polarizing the ferroelectric layer to a second state by applying a voltage that produces
ことを特徴とするもの。  It is characterized by that.
印加される電圧の大きさおよび極性に対応する少なくとも2つの分極状態を書き換え可能に保持する強誘電体層を有する不揮発性メモリ素子、  A non-volatile memory device having a ferroelectric layer that rewriteably holds at least two polarization states corresponding to the magnitude and polarity of an applied voltage;
不揮発性メモリ素子に書込むべきデータを入力する入力端子、  An input terminal for inputting data to be written to the nonvolatile memory element;
不揮発性メモリ素子へのデータの書込みを許可するか否かの信号を入力する書込み許可端子、  A write enable terminal for inputting a signal as to whether or not to allow writing of data to the nonvolatile memory element;
書込み許可端子からの信号に従い、入力端子に入力されたデータに対応した電圧を強誘電体層に印加するか否かを切り換える第1スイッチング手段、  First switching means for switching whether to apply a voltage corresponding to data input to the input terminal to the ferroelectric layer in accordance with a signal from the write permission terminal;
強誘電体層の分極状態に対応した不揮発性メモリ素子の状態を検出する検出手段、  Detecting means for detecting the state of the nonvolatile memory element corresponding to the polarization state of the ferroelectric layer;
検出手段の検出出力を出力する出力端子、  An output terminal for outputting the detection output of the detection means;
を備えたデータ保持回路へのデータの書込みおよび読み出し方法であって、  A method for writing and reading data to and from a data holding circuit comprising:
書込み許可端子から書込みを許可する信号が与えられない場合に不揮発性メモリ素子を待機状態とするか、読み出し状態とするかの信号を待機端子から入力し、  When a signal to allow writing is not given from the write permission terminal, a signal indicating whether the nonvolatile memory element is in a standby state or a reading state is input from the standby terminal,
待機端子からの信号に従い、第2スイッチング手段が不揮発性メモリ素子に流れる電流を継断することを特徴とするもの。  The second switching means cuts off the current flowing through the nonvolatile memory element in accordance with a signal from the standby terminal.
印加される電圧の大きさおよび極性に対応する少なくとも2つの分極状態を書き換え可能に保持する強誘電体層を有する不揮発性メモリ素子、  A non-volatile memory device having a ferroelectric layer that rewriteably holds at least two polarization states corresponding to the magnitude and polarity of an applied voltage;
不揮発性メモリ素子に書込むべきデータを入力する入力端子、  An input terminal for inputting data to be written to the nonvolatile memory element;
不揮発性メモリ素子へのデータの書込みを許可するか否かの信号を入力する書込み許可端子、  A write enable terminal for inputting a signal as to whether or not to allow writing of data to the nonvolatile memory element;
書込み許可端子からの信号に従い、入力端子に入力されたデータに対応した電圧を強誘電体層に印加するか否かを切り換える第1スイッチング手段、  First switching means for switching whether to apply a voltage corresponding to data input to the input terminal to the ferroelectric layer in accordance with a signal from the write permission terminal;
不揮発性メモリ素子を待機状態とするか否かの信号を入力する待機端子、  A standby terminal for inputting a signal as to whether or not the nonvolatile memory element is in a standby state;
待機端子からの信号に従い、不揮発性メモリ素子に流れる電流を継断する第2スイッチング手段、  A second switching means for interrupting a current flowing through the nonvolatile memory element in accordance with a signal from the standby terminal;
強誘電体層の分極状態に対応した不揮発性メモリ素子の状態を検出する検出手段、  Detecting means for detecting the state of the nonvolatile memory element corresponding to the polarization state of the ferroelectric layer;
検出手段の検出出力を出力する出力端子、  An output terminal for outputting the detection output of the detection means;
を備えたことを特徴とするデータ保持回路において、  In a data holding circuit characterized by comprising:
入力端子と待機端子とを兼用したこと、  That both an input terminal and a standby terminal were used,
を特徴とするデータ保持回路。  A data holding circuit.
印加される電圧の大きさおよび極性に対応する少なくとも2つの分極状態を書き換え可能に保持する強誘電体層を有する不揮発性メモリ素子、  A non-volatile memory device having a ferroelectric layer that rewriteably holds at least two polarization states corresponding to the magnitude and polarity of an applied voltage;
不揮発性メモリ素子に書込むべきデータを入力する入力端子、  An input terminal for inputting data to be written to the nonvolatile memory element;
不揮発性メモリ素子へのデータの書込みを許可するか否かの信号を入力する書込み許可  Write permission to input a signal indicating whether to allow writing data to the non-volatile memory element 端子、Terminal,
書込み許可端子からの信号に従い、入力端子に入力されたデータに対応した電圧を強誘電体層に印加するか否かを切り換える第1スイッチング手段、  First switching means for switching whether to apply a voltage corresponding to data input to the input terminal to the ferroelectric layer in accordance with a signal from the write permission terminal;
強誘電体層の分極状態に対応した不揮発性メモリ素子の状態を検出する検出手段、  Detecting means for detecting the state of the nonvolatile memory element corresponding to the polarization state of the ferroelectric layer;
検出手段の検出出力を出力する出力端子、  An output terminal for outputting the detection output of the detection means;
を備えたデータ保持回路において、  In a data holding circuit comprising
書込み許可端子および入力端子からの信号に従い、強誘電体層に印加する電圧を強制的に設定するカレントミラー回路を備えたこと、  A current mirror circuit for forcibly setting the voltage applied to the ferroelectric layer in accordance with the signals from the write enable terminal and the input terminal;
を特徴とするデータ保持回路。  A data holding circuit.
印加される電圧の大きさおよび極性に対応する少なくとも2つの分極状態を書き換え可能に保持する強誘電体層を有する不揮発性メモリ素子、  A non-volatile memory device having a ferroelectric layer that rewriteably holds at least two polarization states corresponding to the magnitude and polarity of an applied voltage;
不揮発性メモリ素子に書込むべきデータを入力する入力端子、  An input terminal for inputting data to be written to the nonvolatile memory element;
不揮発性メモリ素子へのデータの書込みを許可するか否かの信号を入力する書込み許可端子、  A write enable terminal for inputting a signal as to whether or not data write to the nonvolatile memory element is permitted;
書込み許可端子からの信号に従い、入力端子に入力されたデータに対応した電圧を強誘電体層に印加するか否かを切り換える第1スイッチング手段、  First switching means for switching whether to apply a voltage corresponding to data input to the input terminal to the ferroelectric layer in accordance with a signal from the write permission terminal;
不揮発性メモリ素子を待機状態とするか否かの信号を入力する待機端子、  A standby terminal for inputting a signal as to whether or not the nonvolatile memory element is in a standby state;
待機端子からの信号に従い、不揮発性メモリ素子に流れる電流を継断する第2スイッチング手段、  A second switching means for interrupting a current flowing through the nonvolatile memory element in accordance with a signal from the standby terminal;
強誘電体層の分極状態に対応した不揮発性メモリ素子の状態を検出する検出手段、  Detecting means for detecting the state of the nonvolatile memory element corresponding to the polarization state of the ferroelectric layer;
検出手段の検出出力を出力する出力端子、  An output terminal for outputting the detection output of the detection means;
を備えたデータ保持回路において、  In a data holding circuit comprising
書込み許可端子および入力端子若しくは書込み許可端子および待機端子からの信号に従い、強誘電体層に印加する電圧を強制的に設定するカレントミラー回路を備えたこと、  A current mirror circuit for forcibly setting the voltage applied to the ferroelectric layer in accordance with signals from the write permission terminal and the input terminal or the write permission terminal and the standby terminal;
を特徴とするデータ保持回路。  A data holding circuit.
印加される電圧の大きさおよび極性に対応する少なくとも2つの分極状態を書き換え可能に保持する強誘電体層を有する不揮発性メモリ素子、  A non-volatile memory device having a ferroelectric layer that rewriteably holds at least two polarization states corresponding to the magnitude and polarity of an applied voltage;
不揮発性メモリ素子に書込むべきデータを入力する入力端子、  An input terminal for inputting data to be written to the nonvolatile memory element;
不揮発性メモリ素子へのデータの書込みを許可するか否かの信号を入力する書込み許可端子、  A write enable terminal for inputting a signal as to whether or not data write to the nonvolatile memory element is permitted;
書込み許可端子からの信号に従い、入力端子に入力されたデータに対応した電圧を強誘電体層に印加するか否かを切り換える第1スイッチング手段、  First switching means for switching whether to apply a voltage corresponding to data input to the input terminal to the ferroelectric layer in accordance with a signal from the write permission terminal;
不揮発性メモリ素子を待機状態とするか否かの信号を入力する待機端子、  A standby terminal for inputting a signal as to whether or not the nonvolatile memory element is in a standby state;
待機端子からの信号に従い、不揮発性メモリ素子に流れる電流を継断する第2スイッチング手段、  A second switching means for interrupting a current flowing through the nonvolatile memory element in accordance with a signal from the standby terminal;
強誘電体層の分極状態に対応した不揮発性メモリ素子の状態を検出する検出手段、  Detecting means for detecting the state of the nonvolatile memory element corresponding to the polarization state of the ferroelectric layer;
検出手段の検出出力を出力する出力端子、  An output terminal for outputting the detection output of the detection means;
を備え、入力端子と待機端子とを兼用したデータ保持回路において、   In a data holding circuit that serves both as an input terminal and a standby terminal,
書込み許可端子および入力端子若しくは書込み許可端子および待機端子からの信号に従い、強誘電体層に印加する電圧を強制的に設定するカレントミラー回路を備えたこと、  A current mirror circuit for forcibly setting the voltage applied to the ferroelectric layer in accordance with signals from the write permission terminal and the input terminal or the write permission terminal and the standby terminal;
を特徴とするデータ保持回路。  A data holding circuit.
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