JP3727451B2 - Semiconductor memory device and semiconductor memory device access method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体記憶装置および半導体記憶装置のアクセス方法に関し、特にインプリント効果の発生の抑制に関するものである。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
近年、メモリセルのキャパシタに強誘電体材料を用いることによって、データの不揮発性を実現した強誘電体メモリ装置が提供されている。強誘電体キャパシタはヒステリシス特性を有しており、電界が「0」になっても履歴に応じた異なる極性の分極が残る。データを強誘電体キャパシタの分極で表わすことによって、不揮発性メモリ装置を実現するものである。
【0003】
図4に強誘電体コンデンサの回路図を示す。強誘電体コンデンサ61、62がそれぞれビットラインBL1、BL2に設けられている。また、図3に、強誘電体コンデンサに関する電圧(図4に示すプレートラインPLを基準電位とした場合のビットラインBL1、BL2の電位)と分極状態(図においては、”分極状態”と等価な”電荷”で表わしている)との関係を表わすヒステリシス特性を示す。
【0004】
図3において、分極Z1を生じている状態が記憶データ「1」に対応し、分極Z2を生じている状態が記憶データ「0」に対応すると仮定する。強誘電体コンデンサがいずれの分極状態にあるかを調べることにより、強誘電体コンデンサの記憶データを読み出すことができる。なお、図4に示す強誘電体コンデンサ61に記憶データ「1」が記憶されており(図3の分極Z1)、強誘電体コンデンサ62に記憶データ「0」が記憶されているとする(図3の分極Z2)。
【0005】
図5は記憶データの読み出しに際してのタイミングチャートである。強誘電体コンデンサの記憶データを読み出す場合、ワードラインWLにH信号を与え(タイミングT52)、図4のスイッチ63、64を閉じる。そして、プレートラインPLをHにする(タイミングT54〜T56)。
【0006】
プレートラインPLをHにしたことによって、強誘電体コンデンサ61、62からはビットラインBL1、BL2に向けて電荷が放出され、電流が流れる。この放出される電荷の量は、強誘電体コンデンサ61、62の分極状態に応じて相違する。
【0007】
すなわち、強誘電体コンデンサ61からは電荷が比較的多く放出され、強誘電体コンデンサ62からは電荷が比較的少ししか放出されない。図5のタイミングT58でセンスアンプをONし、放出された電荷にしたがってHとLとに振り分ける。この場合、図5に示すようにビットラインBL1がHになり、ビットラインBL2がLになるため、強誘電体コンデンサ61に記憶データ「1」が記憶されており、強誘電体コンデンサ62に記憶データ「0」が記憶されていたことが判る。
【0008】
読み出しに際して電荷が多く放出され、分極状態が反転した強誘電体コンデンサ61については、記憶データが破壊されてしまうことになる。このため、読み出し後に直ちに記憶データの再書き込み、すなわち、再度、分極状態を反転させ、もとの状態に復帰させる必要がある。
【0009】
図5のタイミングT58でセンスアンプがONした時点で、プレートラインPLはLになっているため、強誘電体コンデンサ61の分極状態は、ここで再度、反転し、もとの分極状態に復帰する(再書き込み)。その後、プレートラインPLはHになり(タイミングT60〜T62)、記憶データが破壊されていない(分極状態が反転しなかった)強誘電体コンデンサ62の分極状態を確実に保持させる。そして、タイミングT64でワードラインWをLにして図4のスイッチ63、64を開く。
【0010】
上に述べた強誘電体コンデンサ61、62についての読み出し、再書き込みを図3のヒステリシス特性に基づいて説明する。まず、強誘電体コンデンサ61については、タイミングT54からT56によって分極状態が図3のP1からP2に向って移行し、再書き込みが行なわれるタイミングT58で分極状態はP4に至る。そして、タイミングT64でP4からP1に復帰する。
【0011】
このように、読み出しによって記憶データが破壊されてしまう強誘電体コンデンサ61については、読み出し、再書き込みの際に分極状態が図3で示したヒステリシス特性に沿って一周することになる。
【0012】
これに対して、強誘電体コンデンサ62については、タイミングT54からT56によって分極状態が図3のP3から破線に沿ってP2に向けてやや移行し、タイミングT58で分極状態はP3に戻る。そして、タイミングT60でP3から破線に沿ってP2に移行し、タイミングT62でP3に復帰する。
【0013】
このように、読み出しによって記憶データが破壊されない強誘電体コンデンサ62については、読み出しの際に分極状態が図3で示したヒステリシス特性を一周せず、単にP3とP2との間を移行するのみである。
【0014】
ところで、強誘電体には、一定の分極状態が長時間保持されるとその分極状態が「くせ付け」され、ヒステリシス特性に歪を生ずるという性質(インプリント効果)がある。このため、一定の記憶データを記憶させたまま長時間経過すると、強誘電体コンデンサにインプリント効果が生じてしまう。インプリント効果が生ずると、読み出しの際に放出する電荷の量が変化してしまう。
【0015】
とくに、インプリント効果が生じたときの記憶データと反対の記憶データを新たに書き込んだ場合に、もとの記憶データのくせ付けの影響で新たな記憶データの分極状態の保持能力が低下し、この新たな記憶データを正確に読み出すことができなくなる。すなわち、時間の経過とともに、記憶装置としての機能が低下し、使用できなくなるおそれがある。
【0016】
上に述べたように、読み出しによって記憶データが破壊されてしまう強誘電体コンデンサ61については、記憶データの読み出し、再書き込みに際して分極状態が図3で示したヒステリシス特性に沿って一周するため、一定の分極状態が長時間保持されるわけではなく、インプリント効果は生じにくい。
【0017】
これに対して、読み出しによって記憶データが破壊されない強誘電体コンデンサ62については、読み出しの際に分極状態が図3で示したヒステリシス特性を一周せず、単にP3とP2との間を移行するのみである。このため、一定の分極状態が長時間保持され、その「くせ付け」によるインプリント効果が生じるおそれがある。
【0018】
インプリント効果の発生を抑制するための従来技術として、特開平8−264665号公報に開示されている不揮発性ランダムアクセスメモリがある。この従来技術に係る公報には、低電圧による読み出しを行ない、インプリントおよび膜疲労耐性の影響の少ないデバイスを得ることができる点が記載されている。
【0019】
しかし、この不揮発性ランダムアクセスメモリでは、強誘電体のインプリント効果の発生を抑制することができるのはダミーセルに限定されており、記憶用のメモリセルのインプリント効果の発生を抑制することはできない。すなわち、インプリント効果の発生を抑制することができる対象が限られており、半導体記憶装置におけるインプリント効果の発生を確実に抑制することはできない。
【0020】
また、インプリント効果の発生を抑制するための他の従来技術として、特開平8−147983号公報に開示されている強誘電体メモリ装置がある。この強誘電体メモリ装置は、1T1Cタイプのものにおいて容量特性に変化が生じなくなるまで記憶用のメモリセルキャパシタを繰り返し動作させ、そのときの容量特性に応じてダミーセルキャパシタの容量値を決定する。これによって、インプリント効果の影響を緩和しようとするものである。
【0021】
しかし、この強誘電体メモリ装置においては、容量特性に変化が生じなくなるまで記憶用のメモリセルキャパシタを繰り返し動作させた上、ダミーセルキャパシタの容量値を決定する必要があり、容易かつ確実にインプリント効果の発生を抑制することができない。
【0022】
そこで本発明は、容易かつ確実にインプリント効果の発生を抑制することができる半導体記憶装置および半導体記憶装置のアクセス方法を提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
(1)この発明の半導体装置のアクセス方法は、
第1分極状態、または第1分極状態とは逆方向の第2分極状態を保持することによって、それぞれの状態に対応する第1データまたは第2データを記憶する強誘電体コンデンサと、
前記強誘電体コンデンサの一端に接続される、第1データまたは第2データを書き込むためのプレートラインと、
前記強誘電体コンデンサの他端に接続される、第1データまたは第2データを読み出すためのビットラインと、
前記強誘電体コンデンサへの記憶処理または読み出し処理を制御するための制御部と、
ビットラインの電圧を増幅して振り分け保持する反転回路と、制御部からのセンスアンプ信号に基づいてビットラインの電圧を反転回路により増幅して振り分け保持し、制御部からの切り換え信号に基づいてビットラインの電圧を切り換えるアンド回路と、を有するセンスアンプと、
を備えた半導体装置のアクセス方法であって、
前記制御部は、センスアンプ信号をセンスアンプに出力し、
当該センスアンプは、前記センスアンプ信号を受けたアンド回路からの信号に基づいて反転回路を作動させ、強誘電体コンデンサからビットラインに向けて放出された電荷にしたがってビットラインの電圧を増幅して振り分け保持し、
前記制御部は、前記ビットラインから第1データまたは第2データを読み出し、
読み出しに際して分極状態が反転した第1データを記憶した強誘電体コンデンサについては、再度、分極状態を反転させて、もとの状態に復帰させ、
前記制御部が切り換え信号をセンスアンプに与えることにより、アンド回路は第1データを記憶した強誘電体コンデンサの分極状態を再び反転させるようにビットラインの電圧を切り換え、
前記制御部は、さらに、第2データを記憶した強誘電体コンデンサの分極状態を反転させるような電圧をプレートラインに与え、
前記制御部が切り換え信号をセンスアンプに与えることにより、アンド回路は第2データを記憶した強誘電体コンデンサの分極状態を再度、反転させるようにビットラインの電圧を切り換え、
前記制御部は、第1データを記憶した強誘電体コンデンサの分極状態を再び反転させるような電圧をプレートラインに与える、
ことを特徴とする。
【0024】
(2)この発明の半導体装置のアクセス方法は、
前記強誘電体コンデンサが2つ存在し、
1の強誘電体コンデンサが第1分極状態を保持することにより第1データを記憶し、他の1の強誘電体コンデンサが第2分極状態を保持することにより第2データを記憶した、
ことを特徴とする。
【0026】
請求項4に係る半導体記憶装置は、
分極可能領域を第1分極状態に分極させ、または第1分極状態とは逆方向の第2分極状態に分極させることによって、第1分極状態に対応する第1データ、または第2分極状態に対応する第2データを記憶し、
第2データの読み出し処理として、第2分極状態を第1分極状態に反転させて第2データを読み出し、第2データを読み出した後に、第1分極状態を第2分極状態に復帰させる半導体記憶装置において、
少なくとも第1データを記憶させまたは読み出す際、記憶処理または読み出し処理とは別に、付随的処理として第1状態を一旦、第2状態に反転させた後、第1状態に復帰させる、
ことを特徴としている。
【0027】
請求項5に係る半導体記憶装置は、
請求項3または請求項4に係る半導体記憶装置において、
分離可能領域は強誘電体である、
ことを特徴としている。
【0028】
請求項6に係る半導体記憶装置のアクセス方法は、
第1データに対応する第1状態、または第2データに対応する第2状態を保持することによって、第1データまたは第2データを記憶する半導体記憶装置のアクセス方法において、
第1データを記憶させまたは読み出す際、第1状態を一旦、第2状態に反転させた後、第1状態に復帰させ、
かつ、
第2データを記憶させまたは読み出す際、第2状態を一旦、第1状態に反転させた後、第2状態に復帰させる、
ことを特徴としている。
【0029】
請求項7に係る半導体記憶装置のアクセス方法は、
第1データに対応する第1状態、または第2データに対応する第2状態を保持することによって、第1データまたは第2データを記憶する半導体記憶装置のアクセス方法において、
少なくとも第1データを記憶させまたは読み出す際、記憶処理または読み出し処理とは別に、付随的処理として第1状態を一旦、第2状態に反転させた後、第1状態に復帰させる、
ことを特徴としている。
【0030】
【発明の効果】
(1)この発明の半導体装置のアクセス方法は、
第1分極状態、または第1分極状態とは逆方向の第2分極状態を保持することによって、それぞれの状態に対応する第1データまたは第2データを記憶する強誘電体コンデンサと、
前記強誘電体コンデンサの一端に接続される、第1データまたは第2データを書き込むためのプレートラインと、
前記強誘電体コンデンサの他端に接続される、第1データまたは第2データを読み出すためのビットラインと、
前記強誘電体コンデンサへの記憶処理または読み出し処理を制御するための制御部と、
ビットラインの電圧を増幅して振り分け保持する反転回路と、制御部からのセンスアンプ信号に基づいてビットラインの電圧を反転回路により増幅して振り分け保持し、制御部からの切り換え信号に基づいてビットラインの電圧を切り換えるアンド回路と、を有するセンスアンプと、
を備えた半導体装置のアクセス方法であって、
前記制御部は、センスアンプ信号をセンスアンプに出力し、
当該センスアンプは、前記センスアンプ信号を受けたアンド回路からの信号に基づいて反転回路を作動させ、強誘電体コンデンサからビットラインに向けて放出された電荷にしたがってビットラインの電圧を増幅して振り分け保持し、
前記制御部は、前記ビットラインから第1データまたは第2データを読み出し、
読み出しに際して分極状態が反転した第1データを記憶した強誘電体コンデンサについては、再度、分極状態を反転させて、もとの状態に復帰させ、
前記制御部が切り換え信号をセンスアンプに与えることにより、アンド回路は第1データを記憶した強誘電体コンデンサの分極状態を再び反転させるようにビットラインの電圧を切り換え、
前記制御部は、さらに、第2データを記憶した強誘電体コンデンサの分極状態を反転させるような電圧をプレートラインに与え、
前記制御部が切り換え信号をセンスアンプに与えることにより、アンド回路は第2データを記憶した強誘電体コンデンサの分極状態を再度、反転させるようにビットラインの電圧を切り換え、
前記制御部は、第1データを記憶した強誘電体コンデンサの分極状態を再び反転させるような電圧をプレートラインに与える、
ことを特徴とする。
【0032】
請求項2に係る半導体記憶装置においては、少なくとも第1データを記憶させまたは読み出す際、記憶処理または読み出し処理とは別に、付随的処理として第1状態を一旦、第2状態に反転させた後、第1状態に復帰させる。
【0033】
このため、第1状態が長時間保持される危険性を減少させることができ、第1状態のくせ付けによるインプリント効果の発生を確実に抑制することができる。また、第1状態を一旦、第2状態に反転させた後、第1状態に復帰させるだけでよいため、容易にインプリント効果の発生を抑制することができる。さらに、記憶処理または読み出し処理の際に併せて付随的処理を行ない、記憶処理または読み出し処理と切り離して無関係に付随的処理のみを行なうものではないため、処理の制御が容易で効率的である。
【0034】
請求項3に係る半導体記憶装置においては、第1状態は、分極可能領域が分極した第1分極状態であり、第2状態は、分極可能領域が、第1分極状態とは逆方向に分極した第2分極状態である。
【0035】
したがって、第1分極状態または第2分極状態が長時間保持される危険性を減少させることができ、第1分極状態または第2分極状態のくせ付けによるインプリント効果の発生を容易かつ確実に抑制することができる。
【0036】
請求項4に係る半導体記憶装置においては、少なくとも第1データを記憶させまたは読み出す際、記憶処理または読み出し処理とは別に、付随的処理として第1状態を一旦、第2状態に反転させた後、第1状態に復帰させる。
【0037】
このため、第1状態が長時間保持される危険性を減少させることができ、第1状態のくせ付けによるインプリント効果の発生を確実に抑制することができる。また、第1状態を一旦、第2状態に反転させた後、第1状態に復帰させるだけでよいため、容易にインプリント効果の発生を抑制することができる。さらに、記憶処理または読み出し処理の際に併せて付随的処理を行ない、記憶処理または読み出し処理と切り離して無関係に付随的処理のみを行なうものではないため、処理の制御が容易で効率的である。
【0038】
請求項5に係る半導体記憶装置においては、分離可能領域は強誘電体である。
【0039】
したがって、強誘電体における分離可能領域の第1分極状態または第2分極状態が長時間保持される危険性を減少させることができ、第1分極状態または第2分極状態のくせ付けによるインプリント効果の発生を容易かつ確実に抑制することができる。
【0040】
請求項6に係る半導体記憶装置のアクセス方法においては、第1データを記憶させまたは読み出す際、第1状態を一旦、第2状態に反転させた後、第1状態に復帰させ、かつ、第2データを記憶させまたは読み出す際、第2状態を一旦、第1状態に反転させた後、第2状態に復帰させる。
【0041】
すなわち、第1データまたは第2データを読み出す際、いずれも一旦、状態を反転させた後、もとの状態に復帰させる。このため、第1状態、第2状態が長時間保持される危険性を減少させることができ、第1状態または第2状態のくせ付けによるインプリント効果の発生を確実に抑制することができる。また、読み出しの際に一旦、状態を反転させた後、もとの状態に復帰させるだけでよいため、容易にインプリント効果の発生を抑制することができる。
【0042】
請求項7に係る半導体記憶装置のアクセス方法においては、少なくとも第1データを記憶させまたは読み出す際、記憶処理または読み出し処理とは別に、付随的処理として第1状態を一旦、第2状態に反転させた後、第1状態に復帰させる。
【0043】
このため、第1状態が長時間保持される危険性を減少させることができ、第1状態のくせ付けによるインプリント効果の発生を確実に抑制することができる。また、第1状態を一旦、第2状態に反転させた後、第1状態に復帰させるだけでよいため、容易にインプリント効果の発生を抑制することができる。さらに、記憶処理または読み出し処理の際に併せて付随的処理を行ない、記憶処理または読み出し処理と切り離して付随的処理のみを行なうものではないため、処理の制御が容易で効率的である。
【0044】
【発明の実施の形態】
本発明に係る半導体記憶装置および半導体記憶装置のアクセス方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、2トランジスタ2キャパシタタイプの強誘電体メモリを例に掲げる。
【0045】
図1はセンスアンプ2、強誘電体コンデンサ61、62等の回路図である。強誘電体コンデンサ61、62の強誘電体部分が本実施形態における分極可能領域である。図2は強誘電体コンデンサ61、62に記憶されている記憶データの読み出しの際のタイミングチャートである。さらに、図3は強誘電体コンデンサに関する電圧と分極状態との関係を表わすヒステリシス特性を示す図である。
【0046】
図3において、分極Z1を生じている状態が記憶データ「1」に対応し、分極Z2を生じている状態が記憶データ「0」に対応すると仮定する。本実施形態においては、分極Z1を生じている状態が第1分極状態または第1状態であり、記憶データ「1」が第1データである。また、本実施形態においては、分極Z2を生じている状態が第2分極状態または第2状態であり、記憶データ「0」が第2データである。
【0047】
強誘電体コンデンサがいずれの分極状態にあるかを調べることにより、強誘電体コンデンサの記憶データを読み出すことができる。なお、図1に示す強誘電体コンデンサ61に記憶データ「1」が記憶されており(図3の分極Z1)、強誘電体コンデンサ62に記憶データ「0」が記憶されているとする(図3の分極Z2)。
【0048】
強誘電体コンデンサ61、62のデータを読み出す場合、制御部(図示せず)はワードラインWLにH信号を与え(図2、タイミングT2)、図1のスイッチ63、64を開く。そして、制御部はプレートラインPLをHにする(タイミングT4〜T6)。
【0049】
プレートラインPLをHにしたことによって、強誘電体コンデンサ61、62からはビットラインBL1、BL2に向けて電荷が放出され、電流が流れる。この放出される電荷の量は、強誘電体コンデンサ61、62の分極状態に応じて相違する。すなわち、強誘電体コンデンサ61からは電荷が比較的多く放出され、強誘電体コンデンサ62からは電荷が比較的少ししか放出されない。
【0050】
図5のタイミングT8で制御部はセンスアンプ信号を出力する。このセンスアンプ信号に基づいて図1のアンド回路21からは信号が出力され、センスアンプ2内のスイッチ11、12が閉じる。これによって、反転回路23、24は、ビットラインBL1、BL2に向けて放出された電荷にしたがってビットラインBL1、BL2の電圧を増幅してHとLとに振り分け保持する。
【0051】
この場合、図2に示すようにビットラインBL1がHになり、ビットラインBL2がLになるため、強誘電体コンデンサ61に記憶データ「1」が記憶されており、強誘電体コンデンサ62に記憶データ「0」が記憶されていたことが判る。
【0052】
読み出しに際して分極状態が反転した強誘電体コンデンサ61については、記憶データが破壊されてしまうことになるので、読み出し後に直ちに記憶データの再書き込み、すなわち、再度、分極状態を反転させ、もとの状態に復帰させる必要がある。図2のタイミングT8でセンスアンプがONした時点で、プレートラインPLはLになっているため、強誘電体コンデンサ61の分極状態は、ここで再度、反転し、もとの分極状態に復帰する(再書き込み)。
【0053】
本実施形態では、強誘電体コンデンサ62のインプリント効果の発生を抑制するために、タイミングT12、T13、T14の処理を行なう。本実施形態におけるこのタイミングT12、T13、T14が付随的処理である。なお、本実施形態において、記憶データの読み出し、再書き込みを行なうためのタイミングT4、T6、T8が読み出し処理である。
【0054】
まず、タイミングT12でプレートラインPLをHとするとともに、制御部は切り換え信号をセンスアンプ2に与える。この切り換え信号によって、図1に示すスイッチ11、12は開き、スイッチ13、14が閉じる。これによって、図2に示すようにビットラインBL1がLになり、ビットラインBL2がHになる。この場合、プレートラインPLがHで、ビットラインBL1がLであるので、強誘電体コンデンサ61の分極状態は再び反転することになる。
【0055】
この後、タイミングT14で制御部はプレートラインPLをLにする。プレートラインPLがL、ビットラインBL2がHであるため、ここで強誘電体コンデンサ62の分極状態は反転する。そして、タイミングT16で切り換え信号をLにする。これによって、ビットラインBL1はHに、ビットラインBL2はLに戻る。
【0056】
また、タイミングT16でプレートラインPLをHにするため、ここで強誘電体コンデンサ62の分極状態は再度、反転することになる。続いて、タイミングT18でプレートラインPLをLにして強誘電体コンデンサ61の分極状態を再び反転させる。そして、タイミングT20でワードラインWをLにして図1のスイッチ63、64を閉じる。
【0057】
上に述べた強誘電体コンデンサ61、62についての読み出し、再書き込みを図3のヒステリシス特性に基づいて説明する。まず、強誘電体コンデンサ61については、タイミングT4からT6(図2)によって分極状態が図3のP1からP2に向って移行し、再書き込みが行なわれるタイミングT8で分極状態はP4に至る。
【0058】
そして、タイミングT12で強誘電体コンデンサ61の分極状態はP4からP1を経て再度、P2に達し、タイミングT14でP3に達する。その後、タイミングT18でP4に移行し、タイミングT20でP1に復帰する。
【0059】
次に、強誘電体コンデンサ62の分極状態を図3のヒステリシス特性に基づいて説明する。タイミングT4からT6(図2)によって分極状態が図3のP3から破線に沿ってP2に向けてやや移行し、タイミングT8(図2)で分極状態はP3に戻る。
【0060】
そして、タイミングT14で強誘電体コンデンサ62の分極状態はP3からP4に達し、タイミングT16でP1を経てP2に達する。その後、タイミングT18でP3に復帰する。
【0061】
以上のように、本実施形態においては、強誘電体コンデンサ61の分極状態はヒステリシス特性を少なくとも1周(本実施形態では2周)するとともに、強誘電体コンデンサ62の分極状態もヒステリシス特性を少なくとも1周(本実施形態では1周)している。
【0062】
このため、強誘電体コンデンサ62の分極状態が長時間保持される危険性を減少させることができ、強誘電体コンデンサ62の分極状態のくせ付けによるインプリント効果の発生を確実に抑制することができる。また、強誘電体コンデンサ62の分極状態を一旦、反転させた後、もとの分極状態に復帰させるだけでよいため、容易にインプリント効果の発生を抑制することができる。
【0063】
さらに、従来から行なわれていた記憶データの読み出し、再書き込みの際に併せて強誘電体コンデンサ62の分極状態の反転処理を行ない、読み出し、再書き込みと切り離して無関係に反転処理のみを行なうものではないため、処理の制御が容易で効率的である。
【0064】
本実施形態では、2トランジスタ2キャパシタタイプの強誘電体メモリを例示したが、他のタイプの半導体メモリ、たとえば1トランジスタ1キャパシタタイプの強誘電体メモリに本発明を適用することもできる。また、本実施形態では、強誘電体メモリを例示したが、たとえば強誘電体トランジスタに本発明を適用することもできる。さらに、強誘電体を用いない他の半導体メモリにも本発明を適用することは可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】強誘電体コンデンサ61、62、センスアンプ2等の回路図である。
【図2】強誘電体コンデンサ61、62に記憶されている記憶データの読み出しの際のタイミングチャートである。
【図3】強誘電体コンデンサに関する電圧と分極状態との関係を表わすヒステリシス特性を示す図である。
【図4】強誘電体コンデンサの回路図である。
【図5】強誘電体コンデンサ61、62に記憶されている記憶データの読み出しの際の従来のタイミングチャートである。
【符号の説明】
2・・・・・センスアンプ
11、12、13、14
・・・・・スイッチ
21、22・・・・・アンド回路
23、24・・・・・反転回路
61、62・・・・・強誘電体コンデンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device and a semiconductor memory device access method, and more particularly to suppression of occurrence of an imprint effect.
[0002]
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
2. Description of the Related Art In recent years, ferroelectric memory devices that provide data non-volatility by using a ferroelectric material for a memory cell capacitor have been provided. The ferroelectric capacitor has a hysteresis characteristic, and even when the electric field becomes “0”, polarizations having different polarities depending on the history remain. By expressing the data as the polarization of the ferroelectric capacitor, a nonvolatile memory device is realized.
[0003]
FIG. 4 shows a circuit diagram of the ferroelectric capacitor.
[0004]
In FIG. 3, it is assumed that the state in which the polarization Z1 occurs corresponds to the stored data “1”, and the state in which the polarization Z2 occurs corresponds to the stored data “0”. By examining which polarization state the ferroelectric capacitor is in, the stored data of the ferroelectric capacitor can be read out. It is assumed that the storage data “1” is stored in the
[0005]
FIG. 5 is a timing chart for reading stored data. When reading data stored in the ferroelectric capacitor, an H signal is applied to the word line WL (timing T52), and the
[0006]
By setting the plate line PL to H, charges are discharged from the
[0007]
That is, a relatively large amount of charge is released from the
[0008]
With respect to the
[0009]
When the sense amplifier is turned on at timing T58 in FIG. 5, since the plate line PL is at L, the polarization state of the
[0010]
Reading and rewriting of the
[0011]
As described above, with respect to the
[0012]
On the other hand, with respect to the
[0013]
As described above, with respect to the
[0014]
By the way, a ferroelectric has a property (imprint effect) that when a certain polarization state is maintained for a long time, the polarization state is “queried” and distortion occurs in hysteresis characteristics. For this reason, if a certain amount of data is stored for a long time, an imprint effect occurs in the ferroelectric capacitor. When the imprint effect occurs, the amount of electric charge discharged at the time of reading changes.
[0015]
In particular, when the storage data opposite to the storage data when the imprint effect occurs is newly written, the ability to retain the polarization state of the new storage data decreases due to the influence of the original storage data, This new stored data cannot be read accurately. That is, with the passage of time, the function as a storage device may be reduced and may not be used.
[0016]
As described above, with respect to the
[0017]
On the other hand, with respect to the
[0018]
As a prior art for suppressing the occurrence of an imprint effect, there is a nonvolatile random access memory disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-264665. This prior art publication describes that reading with a low voltage can be performed to obtain a device with less influence of imprint and film fatigue resistance.
[0019]
However, in this nonvolatile random access memory, the generation of the imprint effect of the ferroelectric substance can be suppressed only to the dummy cell, and the generation of the imprint effect of the memory cell for storage can be suppressed. Can not. In other words, the target that can suppress the occurrence of the imprint effect is limited, and the occurrence of the imprint effect in the semiconductor memory device cannot be reliably suppressed.
[0020]
As another conventional technique for suppressing the occurrence of the imprint effect, there is a ferroelectric memory device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-147983. In this ferroelectric memory device, the memory cell capacitor for storage is repeatedly operated until the capacitance characteristic no longer changes in the 1T1C type, and the capacitance value of the dummy cell capacitor is determined according to the capacitance characteristic at that time. This is intended to reduce the influence of the imprint effect.
[0021]
However, in this ferroelectric memory device, it is necessary to repeatedly operate the memory cell capacitor for storage until the capacitance characteristics no longer change, and to determine the capacitance value of the dummy cell capacitor. Generation of effects cannot be suppressed.
[0022]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device and a semiconductor memory device access method that can easily and reliably suppress the occurrence of an imprint effect.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
(1) A semiconductor device access method according to the present invention includes:
A ferroelectric capacitor that stores first data or second data corresponding to each state by holding a first polarization state or a second polarization state opposite to the first polarization state;
A plate line for writing first data or second data, connected to one end of the ferroelectric capacitor;
A bit line connected to the other end of the ferroelectric capacitor for reading out the first data or the second data;
A control unit for controlling storage processing or readout processing to the ferroelectric capacitor;
An inverting circuit that amplifies and distributes the bit line voltage, and amplifies and distributes the bit line voltage by the inverting circuit based on the sense amplifier signal from the control unit, and a bit based on the switching signal from the control unit A sense amplifier having an AND circuit for switching the voltage of the line;
A method for accessing a semiconductor device comprising:
The control unit outputs a sense amplifier signal to the sense amplifier,
The sense amplifier operates an inverting circuit based on the signal from the AND circuit that receives the sense amplifier signal, and amplifies the voltage of the bit line according to the electric charge discharged from the ferroelectric capacitor toward the bit line. Sort and hold
The control unit reads first data or second data from the bit line,
For the ferroelectric capacitor storing the first data in which the polarization state is reversed at the time of reading, the polarization state is reversed again to return to the original state,
When the control unit provides a switching signal to the sense amplifier, the AND circuit switches the voltage of the bit line so as to reverse the polarization state of the ferroelectric capacitor storing the first data,
The controller further applies a voltage to the plate line so as to reverse the polarization state of the ferroelectric capacitor storing the second data,
When the control unit gives a switching signal to the sense amplifier, the AND circuit switches the bit line voltage so as to invert the polarization state of the ferroelectric capacitor storing the second data again,
The control unit applies a voltage to the plate line to reverse the polarization state of the ferroelectric capacitor storing the first data again.
It is characterized by that.
[0024]
(2) A semiconductor device access method according to the present invention includes:
There are two ferroelectric capacitors,
One ferroelectric capacitor stores the first data by holding the first polarization state, and the other one ferroelectric capacitor stores the second data by holding the second polarization state.
It is characterized by that.
[0026]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor memory device.
Corresponding to the first data corresponding to the first polarization state or the second polarization state by polarizing the polarizable region to the first polarization state or by polarizing to the second polarization state opposite to the first polarization state Second data to be stored,
Semiconductor memory device that reverses the second polarization state to the first polarization state and reads the second data as the second data read processing, reads the second data, and then returns the first polarization state to the second polarization state In
When storing or reading at least the first data, separately from the storage process or the read process, the first state is once reversed to the second state as an incidental process, and then returned to the first state.
It is characterized by that.
[0027]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor memory device.
In the semiconductor memory device according to claim 3 or 4,
The separable region is a ferroelectric,
It is characterized by that.
[0028]
An access method of a semiconductor memory device according to claim 6 is:
In an access method of a semiconductor memory device that stores first data or second data by holding a first state corresponding to first data or a second state corresponding to second data,
When storing or reading the first data, the first state is once reversed to the second state, then returned to the first state,
And,
When storing or reading the second data, the second state is once reversed to the first state and then returned to the second state.
It is characterized by that.
[0029]
An access method for a semiconductor memory device according to claim 7 is:
In an access method of a semiconductor memory device that stores first data or second data by holding a first state corresponding to first data or a second state corresponding to second data,
When storing or reading at least the first data, separately from the storage process or the read process, the first state is once reversed to the second state as an incidental process, and then returned to the first state.
It is characterized by that.
[0030]
【The invention's effect】
(1) A semiconductor device access method according to the present invention includes:
A ferroelectric capacitor that stores first data or second data corresponding to each state by holding a first polarization state or a second polarization state opposite to the first polarization state;
A plate line for writing first data or second data, connected to one end of the ferroelectric capacitor;
A bit line connected to the other end of the ferroelectric capacitor for reading out the first data or the second data;
A control unit for controlling storage processing or readout processing to the ferroelectric capacitor;
An inverting circuit that amplifies and distributes the bit line voltage, and amplifies and distributes the bit line voltage by the inverting circuit based on the sense amplifier signal from the control unit, and a bit based on the switching signal from the control unit A sense amplifier having an AND circuit for switching the voltage of the line;
A method for accessing a semiconductor device comprising:
The control unit outputs a sense amplifier signal to the sense amplifier,
The sense amplifier operates an inverting circuit based on the signal from the AND circuit that receives the sense amplifier signal, and amplifies the voltage of the bit line according to the electric charge discharged from the ferroelectric capacitor toward the bit line. Sort and hold
The control unit reads first data or second data from the bit line,
For the ferroelectric capacitor storing the first data in which the polarization state is reversed at the time of reading, the polarization state is reversed again to return to the original state,
When the control unit provides a switching signal to the sense amplifier, the AND circuit switches the voltage of the bit line so as to reverse the polarization state of the ferroelectric capacitor storing the first data,
The controller further applies a voltage to the plate line so as to reverse the polarization state of the ferroelectric capacitor storing the second data,
When the control unit gives a switching signal to the sense amplifier, the AND circuit switches the bit line voltage so as to invert the polarization state of the ferroelectric capacitor storing the second data again,
The control unit applies a voltage to the plate line to reverse the polarization state of the ferroelectric capacitor storing the first data again.
It is characterized by that.
[0032]
In the semiconductor memory device according to
[0033]
For this reason, the danger that a 1st state is hold | maintained for a long time can be reduced, and generation | occurrence | production of the imprint effect by the cursing of a 1st state can be suppressed reliably. Moreover, since it is only necessary to reverse the first state to the second state and then return to the first state, it is possible to easily suppress the occurrence of the imprint effect. Further, since the incidental process is performed together with the storage process or the read process and only the incidental process is not performed independently of the storage process or the read process, the process control is easy and efficient.
[0034]
In the semiconductor memory device according to claim 3, the first state is a first polarization state in which the polarizable region is polarized, and the second state is that the polarizable region is polarized in a direction opposite to the first polarization state. The second polarization state.
[0035]
Therefore, the risk of maintaining the first polarization state or the second polarization state for a long time can be reduced, and the occurrence of the imprint effect due to the first polarization state or the second polarization state is easily and reliably suppressed. can do.
[0036]
In the semiconductor memory device according to claim 4, when at least the first data is stored or read, the first state is once reversed to the second state as an incidental process separately from the storage process or the read process. Return to the first state.
[0037]
For this reason, the danger that a 1st state is hold | maintained for a long time can be reduced, and generation | occurrence | production of the imprint effect by the cursing of a 1st state can be suppressed reliably. Moreover, since it is only necessary to reverse the first state to the second state and then return to the first state, it is possible to easily suppress the occurrence of the imprint effect. Further, since the incidental process is performed together with the storage process or the read process and only the incidental process is not performed independently of the storage process or the read process, the process control is easy and efficient.
[0038]
In the semiconductor memory device according to the fifth aspect, the separable region is a ferroelectric.
[0039]
Therefore, it is possible to reduce the risk that the first polarization state or the second polarization state of the separable region in the ferroelectric material is maintained for a long time, and the imprint effect due to the kinking of the first polarization state or the second polarization state Can be easily and reliably suppressed.
[0040]
In the semiconductor memory device access method according to claim 6, when storing or reading the first data, the first state is once reversed to the second state, then returned to the first state, and the second data When storing or reading data, the second state is once reversed to the first state and then returned to the second state.
[0041]
That is, when reading the first data or the second data, the state is once reversed and then returned to the original state. For this reason, the risk that the first state and the second state are maintained for a long time can be reduced, and the occurrence of the imprint effect due to the clinging of the first state or the second state can be reliably suppressed. Further, since it is only necessary to reverse the state once upon reading and then return to the original state, it is possible to easily suppress the occurrence of the imprint effect.
[0042]
In the semiconductor memory device access method according to claim 7, when storing or reading at least the first data, the first state is temporarily reversed to the second state as an incidental process separately from the storage process or the read process. After that, the first state is restored.
[0043]
For this reason, the danger that a 1st state is hold | maintained for a long time can be reduced, and generation | occurrence | production of the imprint effect by the cursing of a 1st state can be suppressed reliably. Moreover, since it is only necessary to reverse the first state to the second state and then return to the first state, it is possible to easily suppress the occurrence of the imprint effect. Furthermore, since the incidental process is performed together with the storage process or the read process and only the incidental process is not performed separately from the storage process or the read process, the process control is easy and efficient.
[0044]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of a semiconductor memory device and a semiconductor memory device access method according to the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a two-transistor two-capacitor type ferroelectric memory is taken as an example.
[0045]
FIG. 1 is a circuit diagram of the
[0046]
In FIG. 3, it is assumed that the state in which the polarization Z1 occurs corresponds to the stored data “1”, and the state in which the polarization Z2 occurs corresponds to the stored data “0”. In the present embodiment, the state in which the polarization Z1 is generated is the first polarization state or the first state, and the stored data “1” is the first data. In the present embodiment, the state in which the polarization Z2 is generated is the second polarization state or the second state, and the stored data “0” is the second data.
[0047]
By examining which polarization state the ferroelectric capacitor is in, the stored data of the ferroelectric capacitor can be read out. Note that storage data “1” is stored in the
[0048]
When reading data from the
[0049]
By setting the plate line PL to H, charges are discharged from the
[0050]
At timing T8 in FIG. 5, the control unit outputs a sense amplifier signal. Based on this sense amplifier signal, a signal is output from the AND
[0051]
In this case, as shown in FIG. 2, the
[0052]
For the
[0053]
In the present embodiment, processing at timings T12, T13, and T14 is performed in order to suppress the occurrence of the imprint effect of the
[0054]
First, the plate line PL is set to H at timing T12, and the control unit supplies a switching signal to the
[0055]
Thereafter, at timing T14, the control unit sets the plate line PL to L. Since the plate line PL is L and the bit line BL2 is H, the polarization state of the
[0056]
Further, since the plate line PL is set to H at timing T16, the polarization state of the
[0057]
Reading and rewriting of the
[0058]
Then, the polarization state of the
[0059]
Next, the polarization state of the
[0060]
Then, the polarization state of the
[0061]
As described above, in this embodiment, the polarization state of the
[0062]
For this reason, the risk that the polarization state of the
[0063]
Further, the polarization state of the
[0064]
In the present embodiment, a two-transistor two-capacitor type ferroelectric memory is exemplified, but the present invention can also be applied to other types of semiconductor memories, for example, a one-transistor one-capacitor type ferroelectric memory. In the present embodiment, the ferroelectric memory is exemplified, but the present invention can also be applied to, for example, a ferroelectric transistor. Furthermore, the present invention can be applied to other semiconductor memories that do not use a ferroelectric substance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of
FIG. 2 is a timing chart at the time of reading stored data stored in
FIG. 3 is a diagram showing hysteresis characteristics representing a relationship between a voltage and a polarization state related to a ferroelectric capacitor.
FIG. 4 is a circuit diagram of a ferroelectric capacitor.
FIG. 5 is a conventional timing chart at the time of reading stored data stored in
[Explanation of symbols]
2 Sense amplifier
11, 12, 13, 14
·····switch
21, 22 ... AND circuit
23, 24... Inversion circuit
61, 62 ... Ferroelectric capacitors
Claims (4)
前記強誘電体コンデンサの一端に接続される、第1データまたは第2データを書き込むためのプレートラインと、 A plate line for writing first data or second data, connected to one end of the ferroelectric capacitor;
前記強誘電体コンデンサの他端に接続される、第1データまたは第2データを読み出すためのビットラインと、 A bit line connected to the other end of the ferroelectric capacitor for reading out the first data or the second data;
前記強誘電体コンデンサへの記憶処理または読み出し処理を制御するための制御部と、 A control unit for controlling storage processing or readout processing to the ferroelectric capacitor;
ビットラインの電圧を増幅して振り分け保持する反転回路と、制御部からのセンスアンプ信号に基づいてビットラインの電圧を反転回路により増幅して振り分け保持し、制御部からの切り換え信号に基づいてビットラインの電圧を切り換えるアンド回路と、を有するセンスアンプと、 An inverting circuit that amplifies and distributes the bit line voltage, and amplifies and distributes the bit line voltage by the inverting circuit based on the sense amplifier signal from the control unit, and the bit based on the switching signal from the control unit A sense amplifier having an AND circuit for switching the voltage of the line;
を備えた半導体装置のアクセス方法であって、 A method for accessing a semiconductor device comprising:
前記制御部は、センスアンプ信号をセンスアンプに出力し、 The control unit outputs a sense amplifier signal to the sense amplifier,
当該センスアンプは、前記センスアンプ信号を受けたアンド回路からの信号に基づいて反転回路を作動させ、強誘電体コンデンサからビットラインに向けて放出された電荷にしたがってビットラインの電圧を増幅して振り分け保持し、 The sense amplifier operates an inverting circuit based on the signal from the AND circuit that receives the sense amplifier signal, and amplifies the voltage of the bit line according to the electric charge discharged from the ferroelectric capacitor toward the bit line. Sort and hold
前記制御部は、前記ビットラインから第1データまたは第2データを読み出し、 The control unit reads first data or second data from the bit line,
読み出しに際して分極状態が反転した第1データを記憶した強誘電体コンデンサについては、再度、分極状態を反転させて、もとの状態に復帰させ、 For the ferroelectric capacitor storing the first data in which the polarization state is reversed upon reading, the polarization state is reversed again to return to the original state,
前記制御部が切り換え信号をセンスアンプに与えることにより、アンド回路は第1データを記憶した強誘電体コンデンサの分極状態を再び反転させるようにビットラインの電圧を切り換え、 When the control unit provides a switching signal to the sense amplifier, the AND circuit switches the voltage of the bit line so as to reverse the polarization state of the ferroelectric capacitor storing the first data,
前記制御部は、さらに、第2データを記憶した強誘電体コンデンサの分極状態を反転させるような電圧をプレートラインに与え、 The controller further applies a voltage to the plate line so as to reverse the polarization state of the ferroelectric capacitor storing the second data,
前記制御部が切り換え信号をセンスアンプに与えることにより、アンド回路は第2データを記憶した強誘電体コンデンサの分極状態を再度、反転させるようにビットラインの電圧を切り換え、 When the control unit gives a switching signal to the sense amplifier, the AND circuit switches the bit line voltage so as to invert the polarization state of the ferroelectric capacitor storing the second data again,
前記制御部は、第1データを記憶した強誘電体コンデンサの分極状態を再び反転させるような電圧をプレートラインに与える、 The control unit applies a voltage to the plate line to reverse the polarization state of the ferroelectric capacitor storing the first data again.
ことを特徴とする半導体装置のアクセス方法。 A method for accessing a semiconductor device.
前記強誘電体コンデンサが2つ存在し、 There are two ferroelectric capacitors,
1の強誘電体コンデンサが第1分極状態を保持することにより第1データを記憶し、他の1の強誘電体コンデンサが第2分極状態を保持することにより第2データを記憶した、 One ferroelectric capacitor stores the first data by holding the first polarization state, and the other one ferroelectric capacitor stores the second data by holding the second polarization state.
ことを特徴とする半導体装置のアクセス方法。 A method for accessing a semiconductor device.
前記強誘電体コンデンサの一端に接続される、第1データまたは第2データを書き込むためのプレートラインと、 A plate line for writing first data or second data, connected to one end of the ferroelectric capacitor;
前記強誘電体コンデンサの他端に接続される、第1データまたは第2データを読み出すためのビットラインと、 A bit line connected to the other end of the ferroelectric capacitor for reading out the first data or the second data;
前記強誘電体コンデンサへの記憶処理または読み出し処理を制御するための制御部と、 A control unit for controlling storage processing or readout processing to the ferroelectric capacitor;
ビットラインの電圧を増幅して振り分け保持する反転回路と、制御部からのセンスアンプ信号に基づいてビットラインの電圧を反転回路により増幅して振り分け保持し、制御部 An inverting circuit that amplifies and distributes the bit line voltage and amplifies and holds the bit line voltage by the inverting circuit based on the sense amplifier signal from the control unit. からの切り換え信号に基づいてビットラインの電圧を切り換えるアンド回路と、を有するセンスアンプと、An AND circuit for switching the voltage of the bit line based on the switching signal from
を備えた半導体装置であって、 A semiconductor device comprising:
前記制御部は、センスアンプ信号をセンスアンプに出力し、 The control unit outputs a sense amplifier signal to the sense amplifier,
当該センスアンプは、前記センスアンプ信号を受けたアンド回路からの信号に基づいて反転回路を作動させ、強誘電体コンデンサからビットラインに向けて放出された電荷にしたがってビットラインの電圧を増幅して振り分け保持し、 The sense amplifier operates an inverting circuit based on the signal from the AND circuit that receives the sense amplifier signal, and amplifies the voltage of the bit line according to the electric charge discharged from the ferroelectric capacitor toward the bit line. Sort and hold
前記制御部は、前記ビットラインから第1データまたは第2データを読み出し、 The control unit reads first data or second data from the bit line,
読み出しに際して分極状態が反転した第1データを記憶した強誘電体コンデンサについては、再度、分極状態を反転させて、もとの状態に復帰させ、 For the ferroelectric capacitor storing the first data in which the polarization state is reversed at the time of reading, the polarization state is reversed again to return to the original state,
前記制御部が切り換え信号をセンスアンプに与えることにより、アンド回路は第1データを記憶した強誘電体コンデンサの分極状態を再び反転させるようにビットラインの電圧を切り換え、 When the control unit provides a switching signal to the sense amplifier, the AND circuit switches the voltage of the bit line so as to reverse the polarization state of the ferroelectric capacitor storing the first data,
前記制御部は、さらに、第2データを記憶した強誘電体コンデンサの分極状態を反転させるような電圧をプレートラインに与え、 The controller further applies a voltage to the plate line so as to reverse the polarization state of the ferroelectric capacitor storing the second data,
前記制御部が切り換え信号をセンスアンプに与えることにより、アンド回路は第2データを記憶した強誘電体コンデンサの分極状態を再度、反転させるようにビットラインの電圧を切り換え、 When the control unit provides a switching signal to the sense amplifier, the AND circuit switches the voltage of the bit line so as to reverse the polarization state of the ferroelectric capacitor storing the second data again.
前記制御部は、第1データを記憶した強誘電体コンデンサの分極状態を再び反転させるような電圧をプレートラインに与えるよう構成した、 The controller is configured to apply a voltage to the plate line so as to reverse the polarization state of the ferroelectric capacitor storing the first data again.
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device.
前記強誘電体コンデンサが2つ存在し、 There are two ferroelectric capacitors,
1の強誘電体コンデンサが第1分極状態を保持することにより第1データを記憶し、他の1の強誘電体コンデンサが第2分極状態を保持することにより第2データを記憶した、 One ferroelectric capacitor stores the first data by holding the first polarization state, and the other one ferroelectric capacitor stores the second data by holding the second polarization state.
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device.
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