JP3741231B2 - Nonvolatile storage device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は不揮発性記憶装置に関し、例えば、強誘電体メモリならびにその低消費電力化に利用して特に有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
強誘電体キャパシタ及びアドレス選択MOSFET(金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ。この明細書では、MOSFETをして絶縁ゲート型電界効果トランジスタの総称とする)を含む強誘電体メモリセルが格子状に配置されてなるメモリアレイをその基本構成要素とする強誘電体メモリ等の不揮発性記憶装置が、例えば、特開平6−243690号公報等に記載されている。これらの強誘電体メモリは、メモリアレイの各ビット線に対応して設けられ選択された強誘電体メモリセルから各ビット線に出力される微小読み出し信号を増幅し、再書き込みするための複数の単位増幅回路を含むセンスアンプを具備する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記に記載されるような従来の強誘電体メモリでは、選択された強誘電体メモリセルの保持情報を分極反転により読み出すいわゆる破壊読み出しが行われ、通常のダイナミック型RAM(ランダムアクセスメモリ)等と同様、読み出し情報の再書き込みを必要とする。また、強誘電体メモリでは、ワード線単位の選択動作が行われ、メモリアレイでは、指定されたワード線に結合される所定数の強誘電体メモリセルが一斉に選択状態とされる。このため、センスアンプの各単位増幅回路は、コモンソース線に電源電圧VCC及び接地電位VSSが供給されることで選択的にかつ一斉に動作状態とされ、対応するビット線上の微小読み出し信号を電源電圧VCCのようなハイレベル又は接地電位VSSのようなロウレベルの2値読み出し信号とする。これらの2値読み出し信号は、選択ワード線に結合される所定数の強誘電体メモリセルに再書き込みされるとともに、外部から入力されたYアドレス信号に従って選択的にメインアンプに伝達され、出力バッファからデータ出力端子を介して強誘電体メモリの外部に出力される。
【0004】
つまり、従来の強誘電体メモリでは、Yアドレス信号によって指定される1ないし数ビットの読み出し信号が選択的に出力されるだけであるにもかかわらず、メモリアレイを構成する強誘電体メモリセルがワード線単位で一斉に選択状態とされ、その保持情報が破壊・再書き込みされるとともに、センスアンプを構成する多数の単位増幅回路が一斉に動作状態とされ、しかもその都度メモリアレイの各ビット線のプリチャージ動作が繰り返される。この結果、センスアンプ及びビット線プリチャージ回路の所要動作電流が大きくなり、大規模化・大容量化が進みつつある強誘電体メモリの低消費電力化が阻害されている。
【0005】
この発明の目的は、大規模化・大容量化が進みつつある強誘電体メモリ等の不揮発性記憶装置の低消費電力化を図ることにある。
【0006】
この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、この明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。すなわち、強誘電体キャパシタ及びアドレス選択MOSFETからなる強誘電体メモリセルが格子状に配置されてなるメモリアレイと、メモリアレイの各ビット線に対応して設けられる複数の単位増幅回路を含むセンスアンプとを具備する強誘電体メモリ等の不揮発性記憶装置において、メモリアレイのビット線を強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタのプレートに供給されるプレート電圧と同電位にプリチャージする。また、このプレート電圧とは異なる電位にプリチャージされるダミー容量を設け、指定されたワード線の選択動作が終了した後、ダミー容量と指定されたビット線との間を接続するとともに、センスアンプの指定されたビット線に対応する単位増幅回路のみを選択的に動作状態とする。さらに、強誘電体メモリ等が選択的に活性状態とされる複数のメモリアレイを具備する場合、隣接するメモリアレイのビット線を異なる電位にプリチャージし、非活性状態にあるメモリアレイの各ビット線の容量を活性状態にあるメモリアレイの各ビット線に対する上記ダミー容量として利用する。
【0008】
上記した手段によれば、ダミー容量として特別な容量を追加することなく、また選択ワード線に結合される非選択メモリセルの保持情報を破壊することなく、センスアンプの単位増幅回路を選択的に動作状態とすることができるとともに、非選択メモリセルに対応するビット線のプリチャージ電位をディスチャージすることなくそのまま保持することができる。これらの結果、センスアンプ及びビット線プリチャージ回路の所要動作電流を削減し、大規模化・大容量化が進みつつある強誘電体メモリ等の低消費電力化を図ることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1には、この発明が適用された強誘電体メモリ(不揮発性記憶装置)の一実施例のブロック図が示されている。同図をもとに、まずこの実施例の強誘電体メモリの構成及び動作の概要を説明する。なお、図1の各ブロックを構成する回路素子は、特に制限されないが、公知のMOSFET集積回路の製造技術により、単結晶シリコンのような1個の半導体基板面上に形成される。
【0010】
図1において、この実施例の強誘電体メモリは、半導体基板面積の大半を占めて配置される一対のメモリアレイARYL及びARYRをその基本構成要素とする。メモリアレイARYL及びARYR、後述するように、図の垂直方向に平行して配置されるm+1本のワード線WL0〜WLmあるいはWR0〜WRmと、図の水平方向に平行して配置されるn+1組の相補ビット線BL0*〜BLn*あるいはBR0*〜BRn*(ここで、例えば非反転ビット線BL0T及び反転ビット線BL0Bを、合わせて相補ビット線BL0*のように*を付して表す。また、それが有効とされるとき選択的にハイレベルとされるいわゆる非反転ビット線等については、その名称の末尾にTを付して表し、それが有効とされるとき選択的にロウレベルとされる反転ビット線等については、Bを付して表す。以下同様)とをそれぞれ含む。これらのワード線及び相補ビット線の交点には、それぞれ強誘電体メモリセル及びアドレス選択MOSFETからなる(m+1)×(n+1)対の強誘電体メモリセルが格子状に配置される。
【0011】
なお、メモリアレイARYL及びARYRを構成するすべての強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタのプレートには、図示されない内部電圧発生回路から所定のプレート電圧VPL又はVPRが供給される。この実施例において、メモリアレイARYLに対するプレート電圧VPLは、電源電圧VCCの4分の1の電位つまりVCC/4なる絶対値の電位Vqとされ、メモリアレイARYRに対するプレート電圧VPRは、電源電圧VCCの4分の3の電位つまり3VCC/4なる絶対値の電位3Vqとされる。プレート電圧VPL及びVPRがこのような電位とされる理由については、後で明らかになろう。
【0012】
メモリアレイARYL及びARYRを構成するワード線WL0〜WLmならびにWR0〜WRmは、その下方において対応するXアドレスデコーダXDL又はXDRに結合され、それぞれ択一的に選択レベルとされる。XアドレスデコーダXDL及びXDRには、XアドレスバッファXBからi+1ビットの内部アドレス信号X0〜Xiが共通に供給され、クロック発生回路CGから内部制御信号XGが共通に供給される。また、XアドレスバッファXBには、Xアドレス入力端子AX0〜AXiを介してXアドレス信号AX0〜AXiが供給され、クロック発生回路CGから内部制御信号ALが供給される。
【0013】
XアドレスバッファXBは、強誘電体メモリが選択状態とされるとき、Xアドレス入力端子AX0〜AXiを介して入力されるXアドレス信号AX0〜AXiを内部制御信号ALに従って取り込み、保持するとともに、これらのXアドレス信号をもとに内部アドレス信号X0〜Xiを形成し、XアドレスデコーダXDに供給する。また、XアドレスデコーダXDは、内部制御信号XGがハイレベルとされかつ例えば最上位ビットの内部アドレス信号Xiがハイレベル又はロウレベルとされることでそれぞれ選択的に動作状態とされ、XアドレスバッファXBから供給される内部アドレス信号X0〜Xiをデコードして、メモリアレイARYL又はARYRの対応するワード線WL0〜WLmあるいはWR0〜WRmを択一的に高電圧VCHのような選択レベルとする。なお、最上位ビットの内部アドレス信号Xiは、YアドレスデコーダYDにも供給される。また、高電圧VCHは、電源電圧VCCより少なくとも強誘電体メモリセルのアドレス選択MOSFETのしきい値電圧分以上高い正電位とされる。
【0014】
次に、メモリアレイARYL及びARYRを構成する相補ビット線BL0*〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*は、ビット線プリチャージ回路PL又はPRを介してセンスアンプSAの対応する単位回路に結合される。センスアンプSAには、YアドレスデコーダYDから図示されないシェアド制御信号SHL0〜SHLnならびにSHR0〜SHRn,コモンソース線信号CSP0〜CSPnならびにCSN0〜CSNn,ビット線選択信号YS0〜YSnが供給される。また、ビット線プリチャージ回路PC及びPLには、クロック発生回路CGからプリチャージ制御信号PCが共通に供給されるとともに、内部電圧発生回路から所定のプリチャージ電圧VCL及びVCRがそれぞれ供給される。
【0015】
ビット線プリチャージ回路PL及びPRは、メモリアレイARYL又はARYRの相補ビット線BL0*〜BLn*あるいはBR0*〜BRn*に対応して設けられるn+1個の単位回路をそれぞれ含み、これらの単位回路のそれぞれは、直並列結合されるNチャンネル型の3個のプリチャージMOSFETを含む。ビット線プリチャージ回路PL及びPRの各単位回路を構成する3個のプリチャージMOSFETは、プリチャージ制御信号PCのハイレベルを受けて選択的にかつ一斉にオン状態となり、メモリアレイARYL又はARYRの対応する相補ビット線BL0*〜BLn*あるいはBR0*〜BRn*の非反転及び反転信号線をプリチャージ電圧VCL又はVCRにそれぞれプリチャージする。
【0016】
センスアンプSAは、メモリアレイARYL及びARYRの相補ビット線BL0*〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*に対応して設けられるn+1個の単位回路を含み、これらの単位回路のそれぞれは、一対のCMOS(相補型MOS)インバータが交差結合されてなる単位増幅回路を含む。各単位回路の単位増幅回路の相補入出力ノードは、その左側において対応する一対のNチャンネル型のシェアドMOSFETを介してメモリアレイARYLの対応する相補ビット線BL0*〜BLn*に結合され、その右側において対応する他の一対のNチャンネル型のシェアドMOSFETを介してメモリアレイARYRの対応する相補ビット線BR0*〜BRn*に結合される。また、対応する一対のNチャンネル型のスイッチMOSを介して相補共通データ線CD*に結合される。
【0017】
センスアンプSAの各単位回路の単位増幅回路を構成する2個のPチャンネルMOSFET及びNチャンネルMOSFETのソースはそれぞれ共通結合され、YアドレスデコーダYDから対応するコモンソース線信号CSP0〜CSPnあるいはCSN0〜CSNnがそれぞれ供給される。また、各単位回路の左側に設けられたシェアドMOSFET対のゲートには、対応するシェアド制御信号SHL0〜SHLnがそれぞれ供給され、右側に設けられたシェアドMOSFET対のゲートには、対応するシェアド制御信号SHR0〜SHRnがそれぞれ供給される。各単位回路のスイッチMOSFET対のゲートには、対応するビット線選択信号YS0〜YSnがそれぞれ供給される。
【0018】
これにより、センスアンプSAの各単位回路の左側に設けられたシェアドMOSFET対は、対応するシェアド制御信号SHL0〜SHLnのハイレベルを受けて択一的にオン状態となり、メモリアレイARYLの対応する相補ビット線と対応する単位増幅回路の相補入出力ノードとの間を選択的に接続状態とする。また、各単位回路の右側に設けられたシェアドMOSFET対は、対応するシェアド制御信号SHR0〜SHRnのハイレベルを受けて択一的にオン状態となり、メモリアレイARYRの対応する相補ビット線と対応する単位増幅回路の相補入出力ノードとの間を選択的に接続状態とする。
【0019】
一方、センスアンプSAの各単位回路を構成する単位増幅回路は、対応するコモンソース線信号CSP0〜CSPnあるいはCSN0〜CSNnがそれぞれ電位2Vq又は電源電圧VCCあるいは接地電位VSS又は電位2Vqのような有効レベルとされることで択一的に動作状態とされ、メモリアレイARYL又はARYRの選択ワード線に結合された強誘電体メモリセルから対応する相補ビット線を介して出力される微小読み出し信号を増幅して、電位2Vq又は電源電圧VCCのようなハイレベルあるいは接地電位VSS又は電位2Vqのようなロウレベルの2値読み出し信号とする。さらに、各単位回路を構成するスイッチMOSFET対は、対応するビット線選択信号YS0〜YSnのハイレベルを受けて択一的にオン状態となり、対応する単位回路つまり単位増幅回路の相補入出力ノードと相補共通データ線CD*との間を選択的に接続状態とする。
【0020】
なお、メモリアレイARYL及びARYRならびにその周辺部の具体的構成及び動作については、後で詳細に説明する。
【0021】
YアドレスデコーダYDには、YアドレスバッファYBからj+1ビットの内部アドレス信号Y0〜Yjが供給されるとともに、XアドレスバッファXBから最上位ビットの内部アドレス信号Xiが供給され、クロック発生回路CGから内部制御信号YG,SH1〜SH2,CSならびにYSが供給される。また、YアドレスバッファYBには、Yアドレス入力端子AY0〜AYjを介してYアドレス信号AY0〜AYjが供給され、クロック発生回路CGから内部制御信号ALが供給される。なお、内部制御信号SH1〜SH2は、上記シェアド制御信号SHL0〜SHLnあるいはSHR0〜SHRnを択一的にハイレベルとすべき所定のタイミングで選択的に電源電圧VCCのようなハイレベルとされる。また、内部制御信号CSは、コモンソース線信号CSP0〜CSPnならびにCSN0〜CSNnを択一的に有効レベルとすべき所定のタイミングで選択的にハイレベルとされ、内部制御信号YSは、ビット線選択信号YS0〜YSnを択一的にハイレベルとすべき所定のタイミングで選択的にハイレベルとされる。
【0022】
YアドレスバッファYBは、強誘電体メモリが選択状態とされるとき、Yアドレス入力端子AY0〜AYjを介して入力されるYアドレス信号AY0〜AYjを内部制御信号ALに従って取り込み、保持するとともに、これらのYアドレス信号をもとに内部アドレス信号Y0〜Yjを形成し、YアドレスデコーダYDに供給する。また、YアドレスデコーダYDは、内部制御信号YGのハイレベルを受けて選択的に動作状態とされ、YアドレスバッファYBから供給される内部アドレス信号Y0〜Yiをデコードする。そして、内部アドレス信号Xiに従ってメモリアレイARYL又はARYRのいずれが活性状態とされるかを判定するとともに、内部制御信号SH1及びSH2に従って前記シェアド制御信号SHL0〜SHLnならびにSHR0〜SHRnを選択的に高電圧VCHのようなハイレベルとし、内部制御信号CS及びYSに従ってコモンソース線信号CSP0〜CSPn,CSN0〜CSNnならびにビット線選択信号YS0〜YSnを択一的に所定の有効レベル又は電源電圧VCCのハイレベルとする。
【0023】
相補共通データ線CD*は、メインアンプMAに結合され、このメインアンプMAは、ライトアンプ及びリードアンプを含む。このうち、ライトアンプの入力端子は入力バッファIBの出力端子に結合され、その出力端子は相補共通データ線CD*に結合される。また、リードアンプの入力端子は相補共通データ線CD*に結合され、その出力端子は出力バッファOBの入力端子に結合される。入力バッファIBの入力端子はデータ入力端子Dinに結合され、出力バッファOBの出力端子はデータ出力端子Doutに結合される。メインアンプMAのライトアンプには、クロック発生回路CGから図示されない内部制御信号WCが供給され、出力バッファOBには内部制御信号OCが供給される。
【0024】
入力バッファIBは、強誘電体メモリが書き込みモードで選択状態とされるとき、データ入力端子Dinを介して入力される書き込みデータを取り込み、メインアンプMAのライトアンプに伝達する。このとき、メインアンプMAのライトアンプは、内部制御信号WCのハイレベルを受けて選択的に動作状態とされ、入力バッファIBから伝達される書き込みデータを所定の相補書き込み信号とした後、相補共通データ線CD*からセンスアンプSAを介してメモリアレイARYL又はARYRの選択された1対の強誘電体メモリセルに書き込む。
【0025】
一方、メインアンプMAのリードアンプは、強誘電体メモリが読み出しモードで選択状態とされるとき、メモリアレイARYL又はARYRの選択された1対の強誘電体メモリセルからセンスアンプSA及び相補共通データ線CD*を介して出力される読み出し信号を増幅し、出力バッファOBに伝達する。このとき、出力バッファOBは、内部制御信号OCのハイレベルを受けて選択的に動作状態とされ、メインアンプMAのリードアンプから伝達される読み出し信号をデータ出力端子Doutから強誘電体メモリの外部に出力する。
【0026】
クロック発生回路CGには、外部のアクセス装置から外部端子CE,WEならびにOEBを介して、起動制御信号となるチップイネーブル信号CEB,ライトイネーブル信号WEBならびに出力イネーブル信号OEBが供給される。クロック発生回路CGは、これらの起動制御信号をもとに上記各種内部制御信号等をそれぞれ選択的に形成して、強誘電体メモリの各部に供給する。
【0027】
図2には、図1の強誘電体メモリに含まれるメモリアレイ及びその周辺部の一実施例の部分的な回路図が示されている。同図をもとに、この実施例の強誘電体メモリのメモリアレイARYL及びARYRならびにその周辺部の具体的構成及び動作を説明する。なお、以下の回路図等において、そのチャンネル(バックゲート)部に矢印が付されるMOSFETはPチャンネル型であって、矢印の付されないNチャンネルMOSFETと区別して示される。
【0028】
図2において、メモリアレイARYL及びARYRは、いわゆる2セル・2トランジスタ型アレイとされ、図の垂直方向に平行して配置されるm+1本のワード線WL0〜WLmあるいはWR0〜WRmと、水平方向に平行して配置されるn+1組の相補ビット線BL0*〜BLn*あるいはBR0*〜BRn*とをそれぞれ含む。これらのワード線及び相補ビット線の交点には、強誘電体キャパシタCst及びアドレス選択MOSFETQstあるいは強誘電体キャパシタCsb及びアドレス選択MOSFETQsbからなるそれぞれ(m+1)×(n+1)対の強誘電体メモリセルが格子状に配置される。
【0029】
メモリアレイARYL及びARYRの同一列に配置されるm+1対のメモリセルの強誘電体キャパシタCst及びCsbの一方の電極は、対応するアドレス選択MOSFETQst又はQsbを介して対応する相補ビット線BL0*〜BLn*あるいはBR0*〜BRn*の非反転又は反転信号線にそれぞれ共通結合される。また、メモリアレイARYL及びARYRの同一行に配置されるn+1対のメモリセルのアドレス選択MOSFETQst及びQsbのゲートは、対応するワード線WL0〜WLmあるいはWR0〜WRmにそれぞれ共通結合される。メモリアレイARYL及びARYRを構成するすべてのメモリセルの強誘電体キャパシタCst及びCsbの他方の電極つまりプレートには、所定のプレート電圧VPL又はVPRがそれぞれ共通に供給される。
【0030】
メモリアレイARYL及びARYRを構成するワード線WL0〜WLmならびにWR0〜WRmは、強誘電体メモリが非選択状態とされるとき、接地電位VSSのような非選択レベルとされ、選択状態とされると、内部アドレス信号X0〜Xiに従って択一的に高電圧VCHのような選択レベルとされる。また、相補ビット線BL0*〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*の非反転及び反転信号線は、強誘電体メモリが非選択状態とされるとき、後述するビット線プリチャージ回路PL又はPRの対応する単位回路によってプリチャージ電圧VCL又はVCRつまり電位Vq又は3Vqにプリチャージされる。さらに、メモリアレイARYLの各強誘電体メモリセルに供給されるプレート電圧VPLは、電位VqつまりVCC/4とされ、メモリアレイARYRの各強誘電体メモリセルに供給されるプレート電圧VPRは、3Vqつまり3VCC/4とされる。
【0031】
これにより、メモリアレイARYL及びARYRの各強誘電体メモリセルを構成するアドレス選択MOSFETQst及びQsbは、対応するワード線WL0〜WLmあるいはWR0〜WRmが高電圧VCHの選択レベルとされることで選択的にオン状態となり、強誘電体キャパシタCst又はCsbの一方の電極と対応する相補ビット線BL0*〜BLn*あるいはBR0*〜BRn*の非反転又は反転信号線との間を選択的に接続状態とする。また、各強誘電体メモリセルを構成する強誘電体キャパシタCst及びCsbは、その両電極間に電界が印加されないとき、電極間材料たる強誘電体の分極状態に応じて選択的に論理“1”又は“0”のデータを半永久的に保持し、その両電極間に所定の電界が印加されることで、保持データに応じた微小読み出し信号を出力する。強誘電体メモリを構成する強誘電体メモリセルの情報保持特性ならびに強誘電体メモリの各動作モードにおける具体的動作については、後で詳細に説明する。
【0032】
次に、ビット線プリチャージ回路PL及びPRは、メモリアレイARYL及びARYRの相補ビット線BL0*〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*に対応して設けられるn+1個の単位回路をそれぞれ含み、これらの単位回路のそれぞれは、直並列結合されるNチャンネル型の3個のプリチャージMOSFETN9〜NBあるいはNC〜NEを含む。プリチャージMOSFETN9〜NBならびにNC〜NEのゲートには、クロック発生回路CGからプリチャージ制御信号PCが共通に供給され、プリチャージMOSFETNA及びNBならびにND及びNEの共通結合されたソースには、プリチャージ電圧VCL及びVCRがそれぞれ共通に供給される。なお、プリチャージ制御信号PCは、強誘電体メモリが非選択状態とされるとき、電源電圧VCCのようなハイレベルとされ、選択状態とされると、所定のタイミングで接地電位VSSのようなロウレベルとされる。また、プリチャージ電圧VCLは、電位VqつまりVCC/4とされ、プリチャージ電圧VCRは、電位3Vqつまり3VCC/4とされる。
【0033】
これにより、ビット線プリチャージ回路PL及びPRの各単位回路を構成するプリチャージMOSFETN9〜NBならびにNC〜NEは、強誘電体メモリが非選択状態とされるとき、プリチャージ制御信号PCのハイレベルを受けて一斉にオン状態とされ、メモリアレイARYL及びARYRの相補ビット線BL0*〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*の非反転及び反転信号線を電位Vq又は3Vqにそれぞれプリチャージする。
【0034】
一方、センスアンプSAは、メモリアレイARYL及びARYRの相補ビット線BL0*〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*に対応して設けられるn+1個の単位回路をそれぞれ含み、これらの単位回路のそれぞれは、PチャンネルMOSFETP1及びNチャンネルMOSFETN1ならびにPチャンネルMOSFETP2及びNチャンネルMOSFETN2からなる一対のCMOSインバータが交差結合されてなる単位増幅回路を含む。
【0035】
センスアンプSAの各単位回路の単位増幅回路を構成するPチャンネルMOSFETP1及びP2のソースはそれぞれ共通結合され、YアドレスデコーダYDから対応するコモンソース線信号CSP0〜CSPnがそれぞれ供給される。また、NチャンネルMOSFETN1及びN2のソースはそれぞれ共通結合され、YアドレスデコーダYDから対応するコモンソース線CSN0〜CSNnがそれぞれ供給される。MOSFETP1及びN1の共通結合されたドレインつまりMOSFETP2及びN2の共通結合されたゲートは、それぞれ各単位増幅回路の非反転入出力ノードBS0T〜BSnTとなり、MOSFETP1及びN1の共通結合されたゲートつまりMOSFETP2及びN2の共通結合されたドレインは、それぞれその反転入出力ノードBS0B〜BSnBとなる。
【0036】
センスアンプSAの各単位回路の単位増幅回路の相補入出力ノードBS0*〜BSn*は、その左側において、Nチャンネル型のシェアドMOSFETN5及びN6を介してメモリアレイARYLの対応する相補ビット線BL0*〜BLn*に結合されるとともに、その右方において、Nチャンネル型のシェアドMOSFETN7及びN8を介してメモリアレイARYRの対応する相補ビット線BR0*〜BRn*に結合される。シェアドMOSFETN5及びN6のゲートはそれぞれ共通結合され、YアドレスデコーダYDから対応するシェアド制御信号SHL0〜SHLnがそれぞれ供給される。また、シェアドMOSFETN7及びN8のゲートもそれぞれ共通結合され、YアドレスデコーダYDから対応するシェアド制御信号SHR0〜SHRnがそれぞれ供給される。
【0037】
センスアンプSAの各単位回路は、さらに単位増幅回路の相補入出力ノードBS0*〜BSn*と相補共通データ線CD*との間に設けられるNチャンネル型の一対のスイッチMOSFETN3及びN4をそれぞれ含む。これらのスイッチMOSFETN3及びN4のゲートはそれぞれ共通結合され、YアドレスデコーダYDから対応するビット線選択信号YS0〜YSnが供給される。
【0038】
この実施例において、センスアンプSAの各単位回路のシェアドMOSFETN5及びN6ならびにN7及びN8に供給されるシェアド制御信号SHL0〜SHLnならびにSHR0〜SHRnは、強誘電体メモリが非選択状態とされるとき、すべて接地電位VSSのようなロウレベルとされ、選択状態とされると、所定の条件で択一的に高電圧VCHのようなハイレベルとされる。
【0039】
これにより、センスアンプSAの各単位回路のシェアドMOSFETN5及びN6ならびにN7及びN8は、強誘電体メモリセルが選択状態とされ対応するシェアド制御信号SHL0〜SHLnあるいはSHR0〜SHRnがハイレベルとされることで択一的にオン状態となり、センスアンプSAの対応する単位増幅回路の相補入出力ノードBS0*〜BSn*とメモリアレイARYL又はARYRの対応する相補ビット線BL0*〜BLn*あるいはBR0*〜BRn*との間を選択的に接続状態とする。なお、シェアド制御信号SHL0〜SHLnならびにSHR0〜SHRnのハイレベルは、前述のように、高電圧VCHとされるため、相補ビット線BL0*〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*の非反転及び反転信号線におけるハイレベルがシェアドMOSFETN5及びN6ならびにN7及びN8のしきい値電圧により制限されることはない。
【0040】
次に、センスアンプSAの各単位回路の単位増幅回路に供給されるコモンソース線信号CSP0〜CSPnならびにCSN0〜CSNnは、強誘電体メモリが非選択状態とされるとき、それぞれ接地電位VSS又は電源電圧VCCのような無効レベルとされる。また、強誘電体メモリがメモリアレイARYLを活性状態とすべく選択状態とされるときには、所定のタイミングで択一的にそれぞれ電位2Vq又は接地電位VSSのような有効レベルとされ、メモリアレイARYRを活性状態とすべく選択状態とされるときには、所定のタイミングで択一的にそれぞれ電源電圧VCC又は電位2Vqのような有効レベルとされる。言うまでもなく、電位2Vqは電源電圧VCCの半分つまりVCC/2である。
【0041】
これにより、センスアンプSAの各単位回路の単位増幅回路は、対応するコモンソース線信号CSP0〜CSPnならびにCSN0〜CSNnがそれぞれ電位2Vq又は接地電位VSSあるいは電源電圧VCC又は電位2Vqのような有効レベルとされることで択一的に動作状態とされ、メモリアレイARYL又はARYRの選択ワード線と対応する相補ビット線との交点に配置される1個の強誘電体メモリセルから上記相補ビット線を介して出力される微小読み出し信号を増幅して、電源電圧VCC又は電位2Vqのようなハイレベルあるいは接地電位VSS又は電位2Vqのようなロウレベルの2値読み出し信号とする。
【0042】
一方、センスアンプSAの各単位回路のスイッチMOSFETN3及びN4に供給されるビット線選択信号YS0〜YSnは、強誘電体メモリが非選択状態とされるとき、すべて接地電位VSSのようなロウレベルとされ、強誘電体メモリが選択状態とされると、内部アドレス信号Y0〜Yjに従って所定のタイミングで択一的に電源電圧VCCのようなハイレベルとされる。
【0043】
これにより、センスアンプSAの各単位回路のスイッチMOSFETN3及びN4は、対応するビット線選択信号YS0〜YSnのハイレベルを受けて択一的にオン状態となり、対応する単位増幅回路の相補入出力ノードBS0*〜BSn*と相補共通データ線CD*との間を選択的に接続状態とする。
【0044】
図3には、図2のメモリアレイARYL及びARYRを構成する強誘電体メモリセルの一実施例の情報保持特性図が示されている。同図をもとに、強誘電体メモリのメモリアレイARYL及びARYRを構成する強誘電体メモリセルの情報保持特性とその動作の概要を説明する。
【0045】
図3において、メモリアレイARYL及びARYR構成する強誘電体メモリセルは、その強誘電体キャパシタCst又はCsbの電極間に印加される電界とこれらの強誘電体キャパシタの電極間材料として用いられる強誘電体の分極との関係において図示されるようなヒステリシスな情報保持特性を有する。すなわち、点Aの状態にある初期の強誘電体は、両電極間に例えば電位Vqの絶対値に相当する正方向の電界+Epが印加されることでその状態を点Bに移し、正方向の最大分極+Ppを生じる。この分極は、電界の絶対値が小さくなることで徐々に低下するが、電界がゼロとなる点Dにおいても所定の残留分極を残す。一方、強誘電体の分極状態は、逆方向の電界−Ecが印加される点Eを境に反転し、例えば電位Vqの絶対値に相当する逆方向の電界−Epが印加される点Gで逆方向の最大分極−Ppを生じる。この分極は、電界の絶対値が小さくなることで徐々に低下するが、電界がゼロとなる点Iにおいても残留分極を残す。そして、正方向の電界+Ecが印加される点Hを境に正転し、点Bに戻る。
【0046】
この実施例において、メモリアレイARYL及びARYRの相補ビット線BL0*〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*の非反転信号線側に結合される強誘電体メモリセルは、特に制限されないが、その強誘電体の分極状態が図3の+側にあるとき論理“1”のデータを保持するものとされ、−側にあるとき論理“0”のデータを保持するものとされる。また、相補ビット線BL0*〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*の反転信号線側に結合される強誘電体メモリセルは、その強誘電体の分極状態が図3の−側にあるとき論理“1”のデータを保持するものとされ、+側にあるとき論理“0”のデータを保持するものとされる。強誘電体メモリセルの強誘電体の分極状態の推移を示す各動作点については、後記する強誘電体メモリの具体的動作説明に際して再三引用する。
【0047】
図4には、図1の強誘電体メモリのメモリアレイARYLを活性状態とする読み出し動作の一実施例の信号波形図が示され、図5には、その動作原理を説明するための概念図が示されている。また、図6には、図1の強誘電体メモリのメモリアレイARYRを活性状態とする読み出し動作の一実施例の信号波形図が示され、図7には、その動作原理を説明するための概念図が示されている。これらの図をもとに、この実施例の強誘電体メモリの読み出しモードにおける具体的動作ならびにその特徴について説明する。なお、以下の信号波形図及び概念図では、メモリアレイARYLのワード線WL0及び相補ビット線BL0*の交点あるいはメモリアレイARYRのワード線WR0及び相補ビット線BR0*の交点に配置され論理“1”のデータを保持する強誘電体メモリセルが指定される場合を例示し、これを例に読み出し動作の具体的説明を進める。また、これらの説明は、まずメモリアレイARYLについて説明を進め、メモリアレイARYRについてはこれと異なる部分についてのみ説明を追加する。
【0048】
まず、図4において、チップイネーブル信号CEBが電源電圧VCCのようなハイレベルとされ、強誘電体メモリが非選択状態とされるとき、ビット線プリチャージ回路PL及びPRに対するプリチャージ制御信号PCは、電源電圧VCCのようなハイレベルとされ、プリチャージ電圧VCL及びVCRは、それぞれ定常的に電位Vq及び3Vqとされる。また、センスアンプSAに対するシェアド制御信号SHL0〜SHLnならびにSHR0〜SHRnは、すべて接地電位VSSのようなロウレベルとされ、コモンソース線CSP0〜CSPnならびにCSN0〜CSNnは、それぞれ接地電位VSS又は電源電圧VCCのような無効レベルとされる。さらに、メモリアレイARYL及びARYRのワード線WL0〜WLmならびにWR0〜WRmは、すべて接地電位VSSのような非選択レベルとされ、メモリアレイARYL及びARYRに対するプレート電圧VPL及びVPRは、それぞれ定常的に電位Vq及び3Vqとされる。
【0049】
これにより、メモリアレイARYL及びARYRでは、ワード線WL0〜WLmならびにWR0〜WRmの非選択レベルを受けて、すべての強誘電体メモリセルのアドレス選択MOSFETQst及びQsbがオフ状態となり、その強誘電体キャパシタCst及びCsbの両電極間には、実質的に電界が印加されない。また、メモリアレイARYL及びARYRの相補ビット線BL0*〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*の非反転及び反転信号線は、ビット線プリチャージ回路PL又はPRの対応するプリチャージMOSFETによりプリチャージされ、プリチャージ電圧VCL又はVCRつまりは電位Vq又は電位3Vqとされる。このとき、メモリアレイARYL及びARYRを構成する強誘電体メモリセルのそれぞれは、その強誘電体の分極状態が図3の点D又は点Iのいずれかにあり、選択的に論理“1”又は“0”のデータを保持する。
【0050】
センスアンプSAでは、各単位回路のシェアドMOSFETN5及びN6ならびにN7及びN8が、対応するシェアド制御信号SHL0〜SHLnならびにSHR0〜SHRnのロウレベルを受けてオフ状態とされ、各単位回路の単位増幅回路は、対応するコモンソース線信号CSP0〜CSPnならびにCSN0〜CSNnの無効レベルを受けて非動作状態とされる。各単位増幅回路の相補入出力ノードBS0*〜BSn*は、直前サイクルによるプリチャージ電位つまり例えば電位Vqを保持するが、この電位は、センスアンプSAがビット線プリチャージ回路に相当する回路を含まないため、実際には徐々に低下する。
【0051】
ところで、強誘電体メモリが非選択状態とされるとき、例えばメモリアレイARYLのワード線WL0及び相補ビット線BL0*の交点に配置され論理“1”のデータを保持する一対の強誘電体メモリセルのうち、非反転ビット線側の強誘電体キャパシタCstのプレートには、図5(a)の左側に示されるように、電位Vqなるプレート電圧VPLが供給され、その情報蓄積容量Cstには、等価的に図3の点Dの残留分極に相当する電荷+Qrが蓄積された形となる。
【0052】
このとき、アドレス選択MOSFETQstつまりスイッチSwtは、前記のように、オフ状態にあり、その強誘電体キャパシタCstと対応する非反転ビット線BL0Tのビット線容量Cdtとの間は切断状態にある。また、センスアンプSAのシェアドMOSFETN5〜N8つまりスイッチSstもオフ状態にあり、センスアンプSAの非反転入出力ノードBS0T及びメモリアレイARYRの非反転ビット線BR0Tの寄生容量からなるダミー容量Cytも、非反転ビット線BL0Tから分離される。メモリアレイARYLの非反転ビット線BL0Tのビット線容量Cdtは、ビット線プリチャージ回路PLの対応する単位回路により、プリチャージ電圧VCLつまりプレート電圧VPLと同じ電位Vqにプリチャージされ、ダミー容量Cytとなる非反転ビット線BR0Tのビット線容量は、ビット線プリチャージ回路PRの対応する単位回路により、プリチャージ電圧VCRつまり電位3Vqにプリチャージされる。
【0053】
一方、上記論理“1”のデータを保持する一対の強誘電体メモリセルのうち、反転ビット線側の強誘電体キャパシタCsbのプレートには、図5(a)の右側に示されるように、やはり電位Vqなるプレート電圧VPLが供給され、その情報蓄積容量Csbには、等価的に図3の点Iの残留分極に相当する電荷−Qrが蓄積された形となる。このとき、スイッチSwb及びSsbはやはりオフ状態にあり、メモリアレイARYLの非反転ビット線BL0Tのビット線容量Cdbとダミー容量CybとなるメモリアレイARYRの非反転ビット線BR0Tのビット線容量は、それぞれ電位Vq又は3Vqにプリチャージされる。
【0054】
強誘電体メモリは、図示されないライトイネーブル信号WEBがハイレベルとされたままチップイネーブル信号CEBがロウレベルとされることで、選択的に読み出しモードの選択状態とされ、記憶データの読み出し動作を開始する。このとき、Xアドレス入力端子AX0〜AXiには、チップイネーブル信号CEBの立ち下がりに同期して、Xアドレス信号AX0〜AXiがメモリアレイARYLのワード線WL0を指定する組み合わせで供給され、Yアドレス入力端子AY0〜AYjには、Yアドレス信号AY0〜AYjが相補ビット線BL0*つまりビット線選択信号YS0を指定する組み合わせで供給される。
【0055】
強誘電体メモリでは、まず、チップイネーブル信号CEBの立ち下がりを受けて、非活性状態とされるべきメモリアレイARYRの相補ビット線BR0*に対応するシェアド制御信号SHR0が択一的に高電圧VCHのようなハイレベルとされる。また、所定時間遅れてビット線プリチャージ回路PL及びPRに対するプリチャージ制御信号PCがロウレベルとされるとともに、活性状態とされるべきメモリアレイARYLの指定されたワード線WL0が択一的に高電圧VCHのような選択レベルとされる。そして、やや遅れてメモリアレイARYLの相補ビット線BL0*に対応するシェアド制御信号SHL0が択一的に高電圧VCHのようなハイレベルとされ、さらに所定時間経過後には、上記シェアド制御信号SHR0が接地電位VSSのようなロウレベルに戻されるとともに、メモリアレイARYLの相補ビット線BL0*に対応するコモンソース線CSP0及びCSN0が択一的に電位Vq又は接地電位VSSの有効レベルとされる。
【0056】
強誘電体メモリでは、シェアド制御信号SHR0のハイレベルを受けて、センスアンプSAの対応する一対のシェアドMOSFETN7及びN8が択一的にオン状態となり、相補入出力ノードBS0*とメモリアレイARYRの対応する相補ビット線BR0*との間を接続状態とする。このとき、プリチャージ制御信号PCは、前述のように、まだハイレベルのままとされるため、センスアンプSAの相補入出力ノードBS0*の非反転及び反転入出力ノードは、ビット線プリチャージ回路PRの対応する単位回路によりプリチャージ電圧VCRつまり電位3Vqにプリチャージされる。センスアンプSAでは、相補入出力ノードBS0*に対応するシェアドMOSFETN5及びN6がオフ状態のままとされるため、メモリアレイARYLの相補ビット線BL0*の電位は変化しない。
【0057】
所定時間後、プリチャージ制御信号PCがロウレベルとされると、ビット線プリチャージ回路PL及びPRのプリチャージMOSFETN9〜NBならびにNC〜NEがすべてオフ状態となり、メモリアレイARYL及びARYRの相補ビット線BL0*〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*さらにはセンスアンプSAの相補入出力ノードBS0*〜BSn*に対するプリチャージ動作が停止される。また、やや遅れてワード線WL0が択一的に選択レベルとされると、このワード線WL0に結合されたn+1対の強誘電体メモリセルのアドレス選択MOSFETQst及びQsbが一斉にオン状態となるが、相補ビット線BL0*〜BLn*の非反転及び反転信号線がプレート電圧VPLと同じ電位Vqにプリチャージされているため、各強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタCst及びCsbの両電極間には電界が印加されず、その分極状態は変化しない。
【0058】
ワード線WL0が選択レベルとされてから所定時間が経過し、シェアド制御信号SHL0が択一的に高電圧VCHのハイレベルとされると、メモリアレイARYLの相補ビット線BL0*とセンスアンプSAの相補入出力ノードBS0*ならびにメモリアレイARYRの相補ビット線BR0*との間が接続状態とされ、メモリアレイARYLの相補ビット線BL0*に結合された一対の強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタCst及びCsbの容量Cst又はCsbと、この相補ビット線BL0*の非反転及び反転信号線のビット線容量Cdt又はCdbと、センスアンプSAの相補入出力ノードBS0*の非反転及び反転入出力ノードならびにメモリアレイARYRの相補ビット線BR0*の非反転及び反転信号線の寄生容量つまりダミー容量Cyt又はCybとの間で、各容量に蓄積された電荷のチャージシェアが行われる。
【0059】
このため、例えばその残留分極が正方向であることで論理“1”のデータを保持する強誘電体メモリセルが結合される非反転ビット線BL0Tの電位が、プリチャージ電位Vqから比較的高い読み出し電位Vt1に上昇し、その残留分極が逆方向であることで論理“1”のデータを保持する強誘電体メモリセルが結合される反転ビット線BL0Bの電位は、プリチャージ電位Vqから比較的低い読み出し電位Vb1に上昇する。このとき、非反転入出力ノードBS0T及び非反転ビット線BR0Tの電位は、プリチャージ電位3Vqから上記読み出し電位Vt1に低下し、反転入出力ノードBS0B及び反転ビット線BR0Bの電位は、プリチャージ電位3Vqから上記読み出し電位Vb1に低下する。
【0060】
ここで、メモリアレイARYL及びARYRならびにセンスアンプSAにおける接続動作を、仮にメモリアレイARYLの相補ビット線BL0*とセンスアンプSAの相補入出力ノードBS0*つまりメモリアレイARYRの相補ビット線BR0*との間の接続が行われるアレイ接続時と、これらの相補ビット線及び相補入出力ノードと強誘電体キャパシタCst又はCsbとの間の接続が行われるワード線接続時とに分けて、チャージシェアによるメモリアレイARYL及びARYRならびにセンスアンプSAの各部のレベル変化を説明する。
【0061】
まず、図5(b)に示されるように、電位VqにプリチャージされたメモリアレイARYLの相補ビット線BL0*と電位3VqにプリチャージされたセンスアンプSAの相補入出力ノードBS0*及びメモリアレイARYRの相補ビット線BR0*との間の接続が行われるアレイ接続時、チャージシェアが終了したと仮定した場合の相補ビット線BL0*及びBR0*ならびに相補入出力ノードBS0*の電位Voは、相補ビット線BL0*の非反転及び反転信号線のビット線容量の値をそれぞれCdt及びCdbとし、相補入出力ノードBS0*の非反転及び反転入出力ノードならびに相補ビット線BR0*の非反転及び反転信号線の寄生容量からなるダミー容量の値をそれぞれCyt及びCybとするとき、
Vo=(VqCdt+3VqCyt)/(Cdt+Cyt)…………(1)
あるいは、
Vo=(VqCdb+3VqCyb)/(Cdb+Cyb)…………(2)
となる。
【0062】
また、ダミー容量の値Cyt及びCybは、センスアンプSAの相補入出力ノードBS0*の寄生容量が無視できる程度に小さいとき、
Cyt≒Cdt
Cyb≒Cdb
となり、センスアンプSAの相補入出力ノードBS0*の寄生容量と相補ビット線BR0*の寄生容量の値が同じと仮定するとき、
Cyt≒2Cdt
Cyb≒2Cdb
となる。したがって、上記(1)式及び(2)式は、センスアンプSAの相補入出力ノードBS0*の寄生容量が無視できる程度に小さいとき、
Vo≒2Vq
つまり電源電圧VCCの二分の一の電位となり、相補入出力ノードBS0*の寄生容量と相補ビット線BR0*の寄生容量の値が同じと仮定するとき、
Vo≒2.3Vq
のような値となり、いずれも2Vqに近い値となる。
【0063】
一方、図5(c)に示されるように、その電位が上記電位Voに変化した相補ビット線BL0*及びBR0*ならびに相補入出力ノードBS0*とメモリアレイARYLの選択された強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタCst又はCsbとの間の接続が行われるワード線接続時、チャージシェアが終了したと仮定した場合の強誘電体キャパシタCst及びCsbの分極状態に対応する電荷Qst及びQsbは、強誘電体キャパシタCst及びCsbの容量値をそれぞれCst及びCsbとし、図3の点D及び点Iの残留分極に対応する電荷量をそれぞれ+Qr及び−Qrとし、チャージシェア後の相補ビット線BL0*及びBR0*の非反転及び反転信号線ならびに相補入出力ノードBS0*の非反転及び反転入出力ノードの電位をそれぞれVt及びVbとするとき、
Qst+Vt(Cdt+Cyt)=+Qr+Vo(Cdt+Cyt)
Qsb+Vb(Cdb+Cyb)=−Qr+Vo(Cdb+Cyb)
つまり、
Qst=+Qr−(Vt−Vo)(Cdt+Cyt)…………………(3)
Qsb=−Qr−(Vb−Vo)(Cdb+Cyb)…………………(4)
なる関係にある。
【0064】
図3から明らかなように、上記(3)式は、電界がゼロつまり電位VtがVqとなる電荷軸との交点Lにおける電荷Qstpを、
Qstp=+Qr−(Vq−Vo)(Cdt+Cyt)………………(5)
とし、Qstがゼロとなる電界軸との交点Nに対応する電位Vpを、
Vp=Vo+Qr/(Cdt+Cyt)
とし、かつ、
Vt=Vo
なるとき、
Qst=+Qr
となる点Mを通過点とする直線1により表され、上記(4)式は、この直線1に平行しかつその絶対値が2Qr分だけ小さな直線2によって表される。なお、上記(5)式は、Vo>Vqであるため、
Qstp=+Qr+(Vo−Vq)(Cdt+Cyt)
となることは言うまでもない。
【0065】
以上のことから、ワード線WL0及び非反転ビット線BL0Tの交点に配置されその非選択時の分極状態が図3の点Dにあった強誘電体メモリセルは、上記チャージシェアが行われることでその分極状態を直線1とヒステリシス特性曲線との交点Cに移し、ワード線WL0及び反転ビット線BL0Bの交点に配置されその非選択時の分極状態が点Iにあった強誘電体メモリセルは、その分極状態を直線2とヒステリシス特性曲線との交点Kに移す。この結果、非反転ビット線BL0Tの電位は、点Cの電界に相当する電位Vt1に変化し、反転ビット線BL0Bの電位は、点Kの電界に相当する電位Vb1に変化して、これらの非反転及び反転ビット線には、いわゆる微小読み出し信号となる電位差が得られる。なお、この読み出し動作に際して、非反転ビット線BL0Tに結合された強誘電体メモリセルの分極状態は反転されないが、反転ビット線BL0Bに結合された強誘電体メモリセルの分極状態は、逆方向から正方向に反転される。
【0066】
チャージシェアを利用した読み出し動作により非反転ビット線BL0T及び反転ビット線BL0B間に得られた微小電位差は、対応するコモンソース線CSP0及びCSN0がそれぞれ電位2Vq又は接地電位VSSの有効レベルとされることでセンスアンプSAの対応する単位増幅回路によって増幅され、電位2Vqのようなハイレベル又は接地電位VSSのようなロウレベルの2値読み出し信号となる。そして、Yアドレス信号AY0〜AYjに対応するビット線選択信号YS0がハイレベルとされることで相補共通データ線CD*に択一的に伝達され、さらにメインアンプMAのリードアンプから出力バッファOBならびにデータ出力端子Doutを介して強誘電体メモリの外部に出力される。
【0067】
一方、相補ビット線BL0*の非反転及び反転信号線に確立された2値読み出し信号は、メモリアレイARYLの選択状態にある一対の強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタCst及びCsbの両電極間にも伝達される。このうち、非反転ビット線BL0Tに結合されその分極状態が図3の点Cにある強誘電体メモリセルでは、非反転ビット線BL0Tが電位2Vqのようなハイレベルとされることでその分極状態が点Bに移行し、分極反転をともなわない再書き込みが行われる。また、反転ビット線BL0Bに結合されその分極状態が点Kにある強誘電体メモリセルでは、反転ビット線BL0Bが接地電位VSSのようなロウレベルとされることでその分極状態が点Gに移行し、分極反転をともなう再書き込みが行われる。これらの強誘電体メモリセルは、読み出し動作が終了し、非選択ビット線BL0T及び反転ビット線BL0Bが再度プリチャージ電位VCLつまり電位Vqにプリチャージされることで、その分極状態をそれぞれ点D又は点Iに移行し、不揮発情報としてこの分極状態を保持する。
【0068】
ところで、メモリアレイARYLのワード線WL0及び相補ビット線BL0*の交点に配置された一対の強誘電体メモリセルに対する上記読み出し動作が行われる間、メモリアレイARYLのワード線WL0と他の相補ビット線BL1*〜BLn*との交点に配置された残りn対の強誘電体メモリセルでは、アドレス選択MOSFETQsがオン状態とはなるが、対応するシェアド制御信号SHL1〜SHLnがロウレベルとされ相補ビット線BL1*〜BLn*の非反転及び反転信号線の電位がプリチャージ電位Vqのままとされることから、その強誘電体メモリセルの両電極間には電界が印加されず、強誘電体の分極状態も破壊されることなく保持される。また、メモリアレイARYRに着目した場合、相補ビット線BR0*の非反転及び反転信号線の電位は上記電位Vt1又はVb1に変化されるが、他の相補ビット線BR1*〜BRn*については、対応するシェアド制御信号SHR1〜SHRnがロウレベルとされるため、その非反転及び反転信号線の電位はプリチャージ電位3Vqのままとされる。
【0069】
次に、図6において、メモリアレイARYRのワード線WR0及び相補ビット線BR0*の交点に配置される一対のメモリセルを指定して読み出し動作が行われる場合、強誘電体メモリでは、まず、チップイネーブル信号CEBの立ち下がりを受けて、非活性状態とされるべきメモリアレイARYLの相補ビット線BL0*に対応するシェアド制御信号SHL0が択一的に高電圧VCHのようなハイレベルとされる。また、所定時間遅れてビット線プリチャージ回路PL及びPRに対するプリチャージ制御信号PCがロウレベルとされるとともに、活性状態とされるべきメモリアレイARYRの指定されたワード線WR0が択一的に高電圧VCHのような選択レベルとされる。そして、やや遅れてメモリアレイARYRの相補ビット線BR0*に対応するシェアド制御信号SHR0が択一的に高電圧VCHのようなハイレベルとされるとともに、所定時間経過後、上記シェアド制御信号SHL0が接地電位VSSのようなロウレベルに戻され、メモリアレイARYRの相補ビット線BR0*に対応するコモンソース線CSP0及びCSN0が択一的に電源電圧VCC又は電位2Vqの有効レベルとされる。
【0070】
強誘電体メモリでは、シェアド制御信号SHL0のハイレベルを受けて、センスアンプSAの対応する一対のシェアドMOSFETN5及びN6が択一的にオン状態となり、相補入出力ノードBS0*とメモリアレイARYLの対応する相補ビット線BL0*との間が接続状態となる。このとき、プリチャージ制御信号PCは、前述のように、まだハイレベルのままとされるため、センスアンプSAの相補入出力ノードBS0*の非反転及び反転入出力ノードは、ビット線プリチャージ回路PLの対応する単位回路によりプリチャージ電圧VCLつまり電位Vqにプリチャージされる。センスアンプSAでは、相補入出力ノードBS0*に対応するシェアドMOSFETN7及びN8がオフ状態のままとされるため、メモリアレイARYRの相補ビット線BR0*の電位は変化しない。
【0071】
所定時間後、プリチャージ制御信号PCがロウレベルとされると、ビット線プリチャージ回路PL及びPRのプリチャージMOSFETN9〜NBならびにNC〜NEがすべてオフ状態となり、メモリアレイARYL及びARYRの相補ビット線BL0*〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*さらにはセンスアンプSAの相補入出力ノードBS0*〜BSn*に対するプリチャージ動作が停止される。また、やや遅れてワード線WR0が択一的に選択レベルとされると、このワード線WR0に結合されたn+1対の強誘電体メモリセルのアドレス選択MOSFETQst及びQsbが一斉にオン状態となるが、相補ビット線BR0*〜BRn*の非反転及び反転信号線がプレート電圧VPLと同じ電位3Vqにプリチャージされているため、各強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタCst及びCsbの両電極間には電界が印加されず、その分極状態は変化しない。
【0072】
ワード線WR0が選択レベルとされてから所定時間が経過し、シェアド制御信号SHR0が択一的に高電圧VCHのようなハイレベルとされると、メモリアレイARYRの相補ビット線BR0*とセンスアンプSAの相補入出力ノードBS0*ならびにメモリアレイARYLの相補ビット線BL0*との間が接続状態とされ、メモリアレイARYRの相補ビット線BR0*に結合された一対の強誘電体メモリセルの情報蓄積容量Cst又はCsbとこの相補ビット線BR0*のビット線容量Cdt又はCdbならびにセンスアンプSAの相補入出力ノードBS0*及びメモリアレイARYLの相補ビット線BL0*の寄生容量つまりダミー容量Cyt又はCybとの間で電荷のチャージシェアが行われる。
【0073】
このため、例えばその残留分極が正方向であることで論理“1”のデータを保持する強誘電体メモリセルが結合される非反転ビット線BR0Tの電位が、プリチャージ電位3Vqから比較的高い読み出し電位Vt2に低下し、その残留分極が逆方向であることで論理“1”のデータを保持する強誘電体メモリセルが結合される反転ビット線BR0Bの電位は、プリチャージ電位3Vqから比較的低い読み出し電位Vb2に低下する。このとき、非反転入出力ノードBS0T及び非反転ビット線BL0Tの電位は、プリチャージ電位Vqから上記読み出し電位Vt2に上昇し、反転入出力ノードBS0B及び反転ビット線BL0Bの電位は、プリチャージ電位Vqから上記読み出し電位Vb2に上昇する。
【0074】
図7(b)に示されるように、電位3VqにプリチャージされたメモリアレイARYRの相補ビット線BR0*と電位VqにプリチャージされたセンスアンプSAの相補入出力ノードBS0*及びメモリアレイARYLの相補ビット線BL0*との間の接続が行われるアレイ接続時、チャージシェアが終了したと仮定した場合の相補ビット線BL0*及びBR0*ならびに相補入出力ノードBS0*の電位Vo’は、
Vo’=(3VqCdt+VqCyt)/(Cdt+Cyt)………(6)
あるいは、
Vo’=(3VqCdb+VqCyb)/(Cdb+Cyb)………(7)
となる。
【0075】
また、上記(6)式及び(7)式は、センスアンプSAの相補入出力ノードBS0*の寄生容量が無視できる程度に小さいとき、
Vo’≒2Vq
つまり電源電圧VCCの二分の一の電位となり、相補入出力ノードBS0*の寄生容量と相補ビット線BR0*の寄生容量の値が同じと仮定するとき、
Vo’≒1.7Vq
のような値となり、前記図4及び図5のメモリアレイARYLが指定される場合の電位Voとは電界ゼロの直線を軸とする対称的値となる。
【0076】
一方、図7(c)に示されるように、その電位が上記電位Vo’に変化した相補ビット線BL0*及びBR0*ならびに相補入出力ノードBS0*とメモリアレイARYRの選択された強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタCst又はCsbとの間の接続が行われるワード線接続時、チャージシェアが終了したと仮定した場合の強誘電体キャパシタCst及びCsbの分極状態に対応する電荷Qst及びQsbは、
Qst+Vt(Cdt+Cyt)=+Qr+Vo’(Cdt+Cyt)
Qsb+Vb(Cdb+Cyb)=−Qr+Vo’(Cdb+Cyb)
つまり、
Qst=+Qr−(Vt−Vo’)(Cdt+Cyt)………………(7)
Qsb=−Qr−(Vb−Vo’)(Cdb+Cyb)………………(8)
なる関係にある。
【0077】
図3から明らかなように、上記(7)式は、電界がゼロつまり電位Vtが3Vqとなる電荷軸との交点Rにおける電荷Qstp’を、
Qstp’=+Qr−(3Vq−Vo’)(Cdt+Cyt)………(9)
とし、電荷Qstがゼロとなる電界軸との交点Pに相当する電位Vp’を、
Vp’=Vo’+Qr/(Cdt+Cyt)
とし、かつ、
Vt=Vo’
なるとき、
Qst=+Qr
となる点Qを通過点とする直線3により表され、上記(8)式は、この直線3に平行しかつその絶対値が2Qr分だけ小さな直線4によって表される。なお、上記(9)式は、3Vq>Vo’であるため、そのままの符号関係となる。
【0078】
以上のことから、ワード線WR0及び非反転ビット線BR0Tの交点に配置されその非選択時の分極状態が図3の点Dにあった強誘電体メモリセルは、上記チャージシェアが行われることでその分極状態を直線3とヒステリシス特性曲線との交点Fに移し、ワード線WR0及び反転ビット線BR0Bの交点に配置されその非選択時の分極状態が点Iにあった強誘電体メモリセルは、その分極状態を直線4とヒステリシス特性曲線との交点Hに移す。この結果、非反転ビット線BR0Tの電位は、点Fの電界に相当する電位Vt2に変化し、反転ビット線BR0Bの電位は、点Hの電界に相当する電位Vb2に変化して、これらの非反転及び反転ビット線には、微小読み出し信号となる電位差が得られる。なお、この読み出し動作に際して、非反転ビット線BR0Tに結合される強誘電体メモリセルの分極状態は、正方向から逆方向に反転されるが、反転ビット線BR0Bに結合される強誘電体メモリセルの分極状態は反転されない。
【0079】
チャージシェアを利用した読み出し動作により非反転ビット線BR0T及び反転ビット線BR0B間に得られた微小電位差は、対応するコモンソース線CSP0及びCSN0がそれぞれ電源電圧VCC又は電位2Vqの有効レベルとされることでセンスアンプSAの対応する単位増幅回路によって増幅され、電源電圧VCCのようなハイレベルあるいは電位2Vqのようなロウレベルの2値読み出し信号となる。そして、Yアドレス信号AY0〜AYjに対応するビット線選択信号YS0がハイレベルとされることで相補共通データ線CD*に択一的に伝達され、さらにメインアンプMAのリードアンプから出力バッファOBならびにデータ出力端子Doutを介して強誘電体メモリの外部に出力される。
【0080】
一方、相補ビット線BR0*に確立された2値読み出し信号は、メモリアレイARYRの選択状態にある一対の強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタCst及びCsbにそのまま伝達される。このうち、非反転ビット線BR0Tに結合されその分極状態が図3の点Fにある強誘電体メモリセルでは、非反転ビット線BR0Tが電源電圧VCCのようなハイレベルとされることでその分極状態が点Bに移行し、分極反転をともなう再書き込みが行われる。また、反転ビット線BR0Bに結合されその分極状態が点Hにある強誘電体メモリセルでは、反転ビット線BR0Bが電位2Vqのようなロウレベルとされることでその分極状態が点Gに移行し、分極反転をともなわない再書き込みが行われる。これらの強誘電体メモリセルは、読み出し動作が終了し、非選択ビット線BR0T及び反転ビット線BR0Bがプリチャージ電位VCRつまり電位3Vqに戻されることで、その分極状態をそれぞれ点D又は点Iに移行し、これを保持する。
【0081】
ところで、メモリアレイARYRのワード線WR0及び相補ビット線BR0*の交点に配置された一対の強誘電体メモリセルに対する上記読み出し動作が行われる間、メモリアレイARYRのワード線WR0と他の相補ビット線BR1*〜BRn*との交点に配置された残りn対の強誘電体メモリセルでは、アドレス選択MOSFETQsがオン状態となるが、対応するシェアド制御信号SHR1〜SRLnがロウレベルとされ相補ビット線BR1*〜BRn*の非反転及び反転信号線の電位がプリチャージ電位3Vqのままとされることから、その強誘電体メモリセルの両電極間には電界が印加されず、強誘電体の分極状態も破壊されることなく保持される。また、メモリアレイARYLに着目した場合、相補ビット線BL0*の非反転及び反転信号線の電位は、上記電位Vt2又はVb2に変化されるが、他の相補ビット線BL1*〜BLn*については、対応するシェアド制御信号SHR1〜SHRnがロウレベルとされるため、その非反転及び反転信号線の電位はプリチャージ電位Vqのままとされる。
【0082】
以上のように、この実施例では、メモリアレイARYL及びARYRの相補ビット線BL0*〜BLn*ならびにBR0*〜BRn*の非反転及び反転ビット線が、強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタのプレートに供給されるプレート電圧と同電位にプリチャージされる。また、非活性状態とされるメモリアレイの相補ビット線のビット線容量が、活性状態とされるメモリアレイのビット線に対するダミー容量として用いられ、これらのダミー容量が、活性状態とされるメモリアレイのプレート電圧とは異なる電位にプリチャージされる。そして、指定されたワード線の選択動作が終了した時点で、ダミー容量と指定されたビット線との間が択一的に接続されるとともに、センスアンプSAの指定されたビット線に対応する単位増幅回路のみが択一的に動作状態とされる。
【0083】
これにより、ダミー容量として特別な容量を追加することなく、また選択ワード線に結合される非選択メモリセルの保持情報を破壊することなく、センスアンプSAの単位増幅回路を択一的に動作状態とすることができるとともに、非選択メモリセルに対応するビット線のプリチャージ電位をディスチャージすることなくそのまま保持することができる。これらの結果、センスアンプ及びビット線プリチャージ回路の所要動作電流を大幅に削減し、大規模化・大容量化が進みつつある強誘電体メモリの低消費電力化を図ることができるものである。
【0084】
図8には、この発明が適用された強誘電体メモリの第2の実施例の部分的なブロック図が示され、図9には、そのメモリアレイARY0〜ARY2ならびに周辺部の一実施例の部分的な回路図が示されている。また、図10には、図8の強誘電体メモリのメモリアレイARY0を活性状態とする読み出し動作の一実施例の信号波形図が示され、図11には、そのメモリアレイARY1を活性状態とする読み出し動作の一実施例の信号波形図が示されている。なお、この実施例の強誘電体メモリは、前記図1ないし図7の実施例を基本的に踏襲するものであるため、これと異なる部分についてのみ説明を追加する。また、メモリアレイARY0〜ARY3,センスアンプSA0〜SA2ならびにビット線接続回路S0〜S1に関する以下の説明は、それぞれ代表例をもって進める。
【0085】
図8において、この実施例の強誘電体メモリは、4個のメモリアレイARY0〜ARY3を備える。このうち、メモリアレイARY1及びARY2は、センスアンプSA1を共有する形で対をなし、メモリアレイARY0及びARY3は、対応するセンスアンプSA0又はSA2をそれぞれ専有する。
【0086】
メモリアレイARY0〜ARY3には、図示されない内部電圧発生回路から対応するプレート電圧VP0〜VP3がそれぞれ供給される。また、センスアンプSA0〜SA2には、図示されないクロック生成回路CPGから対応するプリチャージ制御信号PC0〜PC2ならびにシェアド制御信号SHR0,SHL1及びSHR1,SHL2がそれぞれ供給されるとともに、内部電圧発生回路から対応するプリチャージ電圧VC0〜VC2がそれぞれ供給される。センスアンプSA0〜SA2には、さらに図示されないYアドレスデコーダYDからそれぞれn+1ビットのコモンソース線信号CSP00〜CSP0nならびにCSN00〜CSN0nないしCSP20〜CSP2nならびにCSN20〜CSN2nが供給される。なお、プレート電圧VP0及びVP3ならびにプリチャージ電圧VC0及びVC2は、前記電位Vqとされ、プレート電圧VP1及びVP2ならびにプリチャージ電圧VC1は、前記電位3Vqとされる。
【0087】
この実施例において、強誘電体メモリは、さらに、隣接するメモリアレイARY0及びARY1間ならびにメモリアレイARY2及びARY3間にそれぞれ設けられるビット線接続回路S0及びS1を備える。これらのビット線接続回路には、図示されないYアドレスデコーダYDからn+1ビットのビット線接続制御信号S00〜S0nならびにS10〜S1nがそれぞれ供給される。
【0088】
ここで、メモリアレイARY0〜ARY3は、図2のメモリアレイARY0に代表して示されるように、例えば、図の垂直方向に平行して配置されるm+1本のワード線W00〜W0mと、水平方向に平行して配置されるn+1組の相補ビット線B00*〜B0n*とを含む。これらのワード線及び相補ビット線の交点には、強誘電体キャパシタCst又はCsbならびにアドレス選択MOSFETQst又はQsbからなる(m+1)×(n+1)対の強誘電体メモリセルがそれぞれ格子状に配置される。メモリアレイARY0〜ARY3を構成する強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタCst及びCsbのプレートには、対応するプレート電圧VP0〜VP3がそれぞれ共通に供給される。
【0089】
センスアンプSA0〜SA2は、図2のセンスアンプSA0に代表して示されるように、例えばメモリアレイARY0の相補ビット線B00*〜B0n*に対応して設けられるn+1個の単位回路を含み、これらの単位回路のそれぞれは、一対のCMOSインバータが交差結合されてなる単位増幅回路UAと、Nチャンネル型の3個のプリチャージMOSFETNM〜NOからなるビット線プリチャージ回路と、各単位増幅回路UAの相補入出力ノードと相補共通データ線CD0*との間にそれぞれ設けられる図示されない2個のスイッチMOSFETとを含む。各単位増幅回路UAの相補入出力ノードと右側のメモリアレイARY0の対応する相補ビット線B00*〜B0n*との間には、Nチャンネル型の2個のシェアドMOSFETNG及びNHがそれぞれ設けられる。
【0090】
なお、センスアンプSA1の各単位回路は、単位増幅回路UAの相補入出力ノードと左側のメモリアレイARY1の相補ビット線B10*〜B1n*との間に設けられるもう一対のシェアドMOSFETNK及びNLをそれぞれ含み、センスアンプSA2の各単位回路は、単位増幅回路UAの相補入出力ノードと左側のメモリアレイARY3の相補ビット線B30*〜B3n*との間に設けられる図示されない一対だけのシェアドMOSFETをそれぞれ含む。また、センスアンプSA0〜SA2の各単位回路は、さらに単位増幅回路UAの相補入出力ノードと相補共通データ線CD0*〜CD2*との間に設けられるNチャンネル型の一対のスイッチMOSFETをそれぞれ含むが、図示されていない。
【0091】
センスアンプSA1の各単位回路を構成する単位増幅回路UAには、YアドレスデコーダYDから図示されないコモンソース線信号CSP10〜CSP1nならびにCSN10〜CSN1nがそれぞれ供給される。また、プリチャージMOSFETND〜NFのゲートには、プリチャージ制御信号PC0が共通に供給され、プリチャージMOSFETNE及びNFの共通結合されたソースには、プリチャージ電圧VC0が共通に供給される。シェアドMOSFETNG及びNHのゲートには、シェアド制御信号SHR0が共通に供給される。
【0092】
次に、ビット線接続回路S0〜S1のそれぞれは、図のビット線接続回路S0に代表されるように、例えば、メモリアレイARY0及びARY1の相補ビット線B00*〜B0n*ならびにB10*〜B1n*に対応して設けられるNチャンネル型のn+1対のスイッチMOSFETNI及びNJを含む。これらのスイッチMOSFET対のゲートはそれぞれ共通結合され、YアドレスデコーダYDから対応するビット線接続制御信号S00〜S0nが供給される。
【0093】
図10において、強誘電体メモリが非選択状態とされるとき、プリチャージ制御信号PC0及びPC1は、ともに電源電圧VCCのようなハイレベルとされ、シェアド制御信号SHL0ならびにSHR0〜SHR1は、ともに高電圧VCHのようなハイレベルとされる。また、ビット線接続制御信号S00〜S0nは、すべて接地電位VSSのようなロウレベルとされ、ワード線W00〜W0mならびにW10〜W1mも、すべて接地電位VSSのような非選択レベルとされる。さらに、コモンソース線信号線CSP00〜CSP0nは、すべて接地電位VSSの無効レベルとされ、コモンソース線信号線CSN00〜CSN0nも、すべて電源電圧VCCの無効レベルとされる。
【0094】
これにより、メモリアレイARY0の相補ビット線B00*〜B0n*は、センスアンプSA0のシェアドMOSFETNG及びNHを介して対応する単位回路に接続され、プリチャージMOSFETND〜NFを介してプリチャージ電圧VC0つまり電位Vqにプリチャージされる。また、メモリアレイARY1及びARY2の相補ビット線B10*〜B1n*ならびにB20*〜B2n*は、センスアンプSA1のシェアドMOSFETNK及びNLならびにNP及びNQを介して対応する単位回路に接続され、プリチャージMOSFETNM〜NOを介してプリチャージ電圧VC1つまり電位3Vqにプリチャージされる。
【0095】
チップイネーブル信号CEBがロウレベルとされ強誘電体メモリが選択状態とされると、まずプリチャージ制御信号PC0及びPC1が接地電位VSSのようなロウレベルとされるとともに、指定されたメモリアレイARY0に対応するシェアド制御信号SHL0をハイレベルとしたまま、ビット線接続回路S0をはさんで隣接するメモリアレイARY1に対応するシェアド制御信号SHL1が接地電位VSSのようなロウレベルとされる。また、やや遅れて指定されたメモリアレイARY0のワード線W00が択一的に高電圧VCHのような選択レベルとされるとともに、少し遅れてメモリアレイARY0及びARY1の相補ビット線B00*及びB10*に対応するビット線接続制御信号S00が択一的に電源電圧VCCのようなハイレベルとされ、さらに少し遅れて相補ビット線B00*に対応するコモンソース線信号線CSP00及びCSN00がそれぞれ択一的に電位2Vq又は接地電位VSSのような有効レベルとされる。
【0096】
これにより、まずシェアド制御信号SHL1のロウレベルを受けて、メモリアレイARY1の相補ビット線B10*〜B1n*とセンスアンプSA1の対応する単位回路との間の接続が断たれ、ワード線W00の選択レベルを受けて、メモリアレイARY0の対応するn+1個の強誘電体メモリセルのアドレス選択MOSFETQst及びQsbが一斉にオン状態とされる。このとき、メモリアレイARY0を構成するすべての強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタCst及びCsbのプレートには、前述のように、電位Vqなるプレート電圧VP0が共通に供給され、相補ビット線B00*〜B0n*の非反転及び反転信号線は、すべて電位Vqにプリチャージされている。このため、ワード線W00に結合されるn+1個の強誘電体メモリセルの分極状態は、そのアドレス選択MOSFETQst及びQsbがオン状態とされるにもかかわらず変化せず、相補ビット線B00*〜B0n*の非反転及び反転信号線のレベルも変化しない。
【0097】
ワード線W00の選択動作が終了し、ビット線接続制御信号S00が択一的にハイレベルとされると、メモリアレイARY0の相補ビット線B00*とメモリアレイARY1の対応する相補ビット線B10*との間が択一的に接続状態とされ、これらの相補ビット線ならびに選択された強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタCst及びCsbの間で電荷のチャージシェアが行われる。この結果、非反転ビット線B00Tの電位は、プリチャージ電位Vqから比較的高い電位Vt3に上昇し、反転ビット線B00Bの電位は、プリチャージ電位Vqから比較的低い電位Vb3に上昇する。このとき、非反転ビット線B10Tの電位は、プリチャージ電位3Vqから上記電位Vt3に低下し、反転ビット線B10Bの電位は、プリチャージ電位3Vqから電位Vb3に低下する。
【0098】
所定時間が経過し、ビット線接続制御信号S00がロウレベルに戻されると、メモリアレイARY1の相補ビット線B10*は、メモリアレイARY0の対応する相補ビット線B00*から分離される。また、非反転ビット線B00T及び反転ビット線B00Bにおける上記微小電位差は、コモンソース線信号CSP00及びCSN00が電位2Vq又は接地電位VSSのような有効レベルとされることで、センスアンプSA0の対応する単位増幅回路UAによってそれぞれ増幅され、電位2Vqをハイレベルとし接地電位VSSをロウレベルとする2値読み出し信号となる。そして、図示されないビット線選択信号のハイレベルを受けて相補共通データ線CD0*に伝達され、さらに対応するメインアンプ及び出力バッファを介して強誘電体メモリの外部に出力されるとともに、メモリアレイARY0の選択状態にある強誘電体メモリセルに再書き込みされる。
【0099】
一方、メモリアレイARY1が活性状態とされる場合、強誘電体メモリでは、チップイネーブル信号CEBの立ち下がりを受けてメモリアレイARY0及びARY2に対応するシェアド制御信号SHR0及びSHR1が接地電位VSSのようなロウレベルとされる。また、やや遅れて指定されたメモリアレイARY1のワード線W10が択一的に高電圧VCHのような選択レベルとされるとともに、少し遅れてメモリアレイARY0及びARY1の相補ビット線B00*及びB10*に対応するビット線接続制御信号S00が択一的に電源電圧VCCのようなハイレベルとされ、さらに少し遅れて相補ビット線B10*に対応するコモンソース線信号線CSP10及びCSN10がそれぞれ択一的に電源電圧VCC又は電位2Vqのような有効レベルとされる。
【0100】
これにより、まずシェアド制御信号SHR0及びSHR1のロウレベルを受けて、メモリアレイARY0の相補ビット線B00*〜B0n*とセンスアンプSA0の対応する単位回路との間ならびにメモリアレイARY2の相補ビット線B20*〜B2n*とセンスアンプSA1の対応する単位回路との間の接続が断たれる。また、ワード線W10の選択レベルを受けて、メモリアレイARY1の対応するn+1個の強誘電体メモリセルのアドレス選択MOSFETQst及びQsbが一斉にオン状態とされる。このとき、メモリアレイARY1を構成するすべての強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタCst及びCsbのプレートには、電位3Vqなるプレート電圧VP1が共通に供給され、相補ビット線B10*〜B1n*の非反転及び反転信号線は、すべて電位3Vqにプリチャージされている。このため、メモリアレイARY1のワード線W10に結合されるn+1個の強誘電体メモリセルの分極状態は変化せず、相補ビット線B10*〜B1n*の非反転及び反転信号線のレベルも変化しない。
【0101】
ワード線W10の選択動作が終了し、ビット線接続制御信号S00が択一的にハイレベルとされると、メモリアレイARY1の相補ビット線B10*とメモリアレイARY0の対応する相補ビット線B00*との間が択一的に接続状態とされ、これらの相補ビット線ならびにメモリアレイARY1の選択された強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタCst及びCsbの間でチャージシェアが行われる。この結果、メモリアレイARY1の非反転ビット線B10Tの電位は、プリチャージ電位3Vqから比較的高い電位Vt4に低下し、反転ビット線B10Bの電位は、プリチャージ電位3Vqから比較的低い電位Vb4に低下する。このとき、メモリアレイARY0の非反転ビット線B00Tの電位は、プリチャージ電位Vqから上記電位Vt4に上昇し、反転ビット線B10Bの電位は、プリチャージ電位Vqから電位Vb4に上昇する。
【0102】
所定時間が経過し、ビット線接続制御信号S00がロウレベルに戻されると、メモリアレイARY0の相補ビット線B00*は、メモリアレイARY1の対応する相補ビット線B10*から分離される。また、非反転ビット線B10T及び反転ビット線B10Bにおける上記微小電位差は、コモンソース線信号CSP10及びCSN10が電源電圧VCC又は電位2Vqのような有効レベルとされることで、センスアンプSA1の対応する単位増幅回路UAによってそれぞれ増幅され、電源電圧VCCをハイレベルとし電位2Vqをロウレベルとする2値読み出し信号となる。そして、図示されないビット線選択信号のハイレベルを受けて相補共通データ線CD1*に伝達され、さらに対応するメインアンプ及び出力バッファを介して強誘電体メモリの外部に出力されるとともに、メモリアレイARY1の選択状態にある強誘電体メモリセルに再書き込みされる。
【0103】
以上のように、この実施例の強誘電体メモリでは、隣接して配置されかつ実質的に対をなさないメモリアレイARY0及びARY1ならびにARY2及びARY3の間に、両メモリアレイの対応する相補ビット線間を選択的に接続状態とするためのビット線接続回路S0及びS1がそれぞれ設けられる。また、隣接するメモリアレイARY0及びARY1ならびにARY2及びARY3を構成する相補ビット線B00*〜B0n*とB10*〜B1n*ならびにB20*〜B2n*とB30*〜B3n*は、それぞれ異なる電位Vq又は3Vqにプリチャージされ、そのビット線容量は、互いに他方のメモリアレイが活性状態とされる場合の上記ダミー容量Cyt又はCybとして作用する。この結果、この実施例においても、前記図1〜図7の実施例と同様な効果を得ることができ、これによって強誘電体メモリの低消費電力化を図ることができるものである。
【0104】
なお、本実施例の場合、3個のNチャンネルMOSFETからなるビット線プリチャージ回路は、従来と同様に、例えばセンスアンプSA1を共有する一対のメモリアレイARY1及びARY2により共有され、これによって多数のメモリアレイ対を含む強誘電体メモリのチップサイズが縮小される。
【0105】
以上の実施例から得られる作用効果は、下記の通りである。すなわち、
(1)強誘電体キャパシタ及びアドレス選択MOSFETからなる強誘電体メモリセルが格子状に配置されてなるメモリアレイと、メモリアレイの各ビット線に対応して設けられる複数の単位増幅回路を含むセンスアンプとを具備する強誘電体メモリ等の不揮発性記憶装置において、メモリアレイのビット線を強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタのプレートに供給されるプレート電圧と同電位にプリチャージする。また、このプレート電圧とは異なる電位にプリチャージされるダミー容量を設け、指定されたワード線の選択動作が終了した後、ダミー容量と指定されたビット線との間を接続するとともに、センスアンプの指定されたビット線に対応する単位増幅回路のみを選択的に動作状態とする。これにより、選択ワード線に結合される他の非選択メモリセルの保持情報を破壊することなく、センスアンプの単位増幅回路を選択的に動作状態とすることができるとともに、非選択メモリセルに対応するビット線のプリチャージ電位をディスチャージすることなくそのまま保持することができるという効果が得られる。
【0106】
(2)上記(1)項により、センスアンプ及びビット線プリチャージ回路の所要動作電流を大幅に削減できるという効果が得られる。
(3)上記(2)項により、大規模化・大容量化が進みつつある強誘電体メモリ等の低消費電力化を図ることができるという効果が得られる。
(4)上記(1)項ないし(3)項において、強誘電体メモリ等に、選択的に活性状態とされる複数のメモリアレイを設け、隣接するメモリアレイのビット線を異なる電位にプリチャージし、非活性状態にあるメモリアレイの各ビット線の容量を活性状態にあるメモリアレイの各ビット線に対する上記ダミー容量として利用することで、ダミー容量として特別な容量を追加することなく、上記(1)項ないし(3)項の効果を得ることができるという効果が得られる。
【0107】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、図1において、強誘電体メモリは、シェアドセンス方式を採ることを必須条件としないし、各メモリアレイは、その周辺部を含めて複数のメモリマットに分割することができる。また、強誘電体メモリは、Xアドレス信号及びYアドレス信号が共通のアドレス入力端子を介して時分割的に供給されるいわゆるアドレスマルチプレクス方式を採ることができるし、各アドレス信号のビット数も任意である。強誘電体メモリは、×4ビット,×8ビット又は×16ビット等、任意のビット構成を採りうるし、そのブロック構成や起動制御信号及び内部制御信号の名称,組み合わせ及び有効レベルならびに電源電圧の極性等は、種々の実施形態を採りうる。
【0108】
図2において、強誘電体メモリのメモリアレイARYL及びARYRは、所定数の冗長素子を含むことができるし、いわゆる1セル・1トランジスタ型を含む各種のアレイ構成を採ることができる。また、ビット線プリチャージのための動作電流があまり問題とならない場合、シェアドMOSFETN5及びN6ならびにN7及びN8を一斉にオン状態又はオフ状態としてもよい。この実施例では、メモリアレイARYL又はARYRの指定された相補ビット線とセンスアンプSAの対応する単位回路との間を択一的に接続状態とし、センスアンプSAの単位増幅回路を択一的に動作状態としているが、例えば、メモリアレイARYL及びARYRの相補ビット線とセンスアンプSAの単位増幅回路を所定数ずつグループ分割し、これらのグループを単位として選択的に接続し、動作状態とすることもよい。メモリアレイARYL及びARYR,ビット線プリチャージ回路PL及びPRならびにセンスアンプSAの具体的構成及びMOSFETの導電型等は、種々の実施形態を採りうるし、プレート電圧VPL及びVPRならびにプリチャージ電圧VCL及びVCR等の具体的電位も、任意である。
【0109】
図3において、強誘電体メモリセルの情報保持特性は標準的な一例であって、この発明に制約を与えない。図4及び図6において、強誘電体メモリの起動制御信号,内部制御信号ならびにワード線ならびに相補ビット線の絶対的な時間関係及び有効レベル等は、この実施例の限りではない。図8において、強誘電体メモリは、任意数のメモリアレイ及びその周辺部を備えることができる。図9において、ビット線プリチャージのための動作電流があまり問題とならない場合、ビット線接続回路S0及びS1のスイッチMOSFETNI及びNJを一斉にオン状態又はオフ状態としてもよい。図10及び図11において、強誘電体メモリの起動制御信号,内部制御信号ならびにワード線ならびに相補ビット線の絶対的な時間関係及び有効レベル等については、任意に設定できる。
【0110】
さらに、以上の実施例では、読み出し動作のためのダミーセルとして、隣接するメモリアレイの対応する相補ビット線のビット線容量を利用しているが、これに代えて専用のダミーセルを設けることができる。この場合、専用のダミーセルを1個だけ設け、このダミーセルとメモリアレイの指定された相補ビット線との間を択一的に接続するようにしてもよい。
【0111】
以上の説明では、主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である強誘電体メモリに適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、例えば、不揮発モード及び揮発モードを有するシャドーRAMや強誘電体メモリを内蔵するシングルチップマイクロコンピュータ等のデジタル集積回路装置にも適用できる。この発明は、少なくとも強誘電体メモリセルが格子配置されてなるメモリアレイを具備する不揮発性記憶装置ならびに不揮発性記憶装置を含む装置又はシステムに広く適用できる。
【0112】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものにより得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、強誘電体キャパシタ及びアドレス選択MOSFETからなる強誘電体メモリセルが格子状に配置されてなるメモリアレイと、メモリアレイの各ビット線に対応して設けられる複数の単位増幅回路を含むセンスアンプとを具備する強誘電体メモリ等の不揮発性記憶装置において、メモリアレイのビット線を強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタのプレートに供給されるプレート電圧と同電位にプリチャージする。また、このプレート電圧とは異なる電位にプリチャージされるダミー容量を設け、指定されたワード線の選択動作が終了した後、ダミー容量と指定されたビット線との間を接続するとともに、センスアンプの指定されたビット線に対応する単位増幅回路のみを選択的に動作状態とする。さらに、強誘電体メモリ等が選択的に活性状態とされる複数のメモリアレイを具備する場合、隣接するメモリアレイのビット線を異なる電位にプリチャージし、非活性状態にあるメモリアレイの各ビット線の容量を活性状態にあるメモリアレイの各ビット線に対する上記ダミー容量として利用する。これにより、ダミー容量として特別な容量を追加することなく、また選択ワード線に結合される非選択メモリセルの保持情報を破壊することなく、センスアンプの単位増幅回路を選択的に動作状態とすることができるとともに、非選択メモリセルに対応するビット線のプリチャージ電位をディスチャージすることなくそのまま保持することができる。これらの結果、センスアンプ及びビット線プリチャージ回路の所要動作電流を大幅に削減し、大規模化・大容量化が進みつつある強誘電体メモリ等の低消費電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明が適用された強誘電体メモリの一実施例を示すブロック図である。
【図2】図1の強誘電体メモリに含まれるメモリアレイ及びその周辺部の一実施例を示す回路図である。
【図3】図2のメモリアレイを構成する強誘電体メモリセルの一実施例を示す情報保持特性図である。
【図4】図1の強誘電体メモリのメモリアレイARYLを活性状態とする読み出し動作の一実施例を示す信号波形図である。
【図5】図1の強誘電体メモリのメモリアレイARYLを活性状態とする読み出し動作の動作原理を説明するための概念図である。
【図6】図1の強誘電体メモリのメモリアレイARYRを活性状態とする読み出し動作の一実施例を示す信号波形図である。
【図7】図1の強誘電体メモリのメモリアレイARYRを活性状態とする読み出し動作の動作原理を説明するための概念図である。
【図8】この発明が適用された強誘電体メモリの第2の実施例を示す部分的なブロック図である。
【図9】図8の強誘電体メモリに含まれるメモリアレイ及びその周辺部の一実施例を示す部分的な回路図である。
【図10】図8の強誘電体メモリのメモリアレイARY0を活性状態とする読み出し動作の一実施例を示す信号波形図である。
【図11】図8の強誘電体メモリのメモリアレイARY1を活性状態とする読み出し動作の一実施例を示す信号波形図である。
【符号の説明】
ARYL,ARYR……メモリアレイ、XDL,XDR……Xアドレスデコーダ、XB……Xアドレスバッファ、PL,PR……ビット線プリチャージ回路、SA……センスアンプ、YD……Yアドレスデコーダ、YB……Yアドレスバッファ、MA……メインアンプ、IB……入力バッファ、OB……出力バッファ、CG……クロック発生回路。
Din……データ入力端子、Dout……データ出力端子、CEB……チップイネーブル信号入力端子、WEB……ライトイネーブル信号入力端子、OEB……出力イネーブル信号入力端子、AX0〜AXi……Xアドレス入力端子、AY0〜AYj……Yアドレス入力端子。
WL0〜WLm,WR0〜WRm……ワード線、BL0*〜BLn*,BR0*〜BRn*……相補ビット線、Cst,Csb……強誘電体キャパシタ、Qst,Qsb……アドレス選択MOSFET、VPL,VPR……プレート電圧、PC……プリチャージ制御信号、VCL,VCR……プリチャージ電圧、SHL0〜SHLn,SHR0〜SHRn……シェアド制御信号、BS0*〜BSn*……センスアンプ各単位増幅回路の相補入出力ノード、CSP0〜CSPn,CSN0〜CSNn……コモンソース線信号、YS0〜YSn……ビット線選択信号、CD*……相補共通データ線。
Cst,Csb……強誘電体キャパシタ容量、Cdt,Cdb……ビット線容量、Cyt,Cyb……ダミー容量、Swt,Swb,Sst,Ssb……スイッチ。
ARY0〜ARY3……メモリアレイ、VP0〜VP3……プレート電圧、XD0〜XD3……Xアドレスデコーダ、SA0〜SA2……センスアンプ、S0〜S1……ビット線接続回路、PC0〜PC2……プリチャージ制御信号、VC0〜VC2……プリチャージ電圧、SHL1〜SHL2,SHR0〜SHR1……シェアド制御信号、CD0*〜CD2*……相補共通データ線。
W00〜W0mないしW20〜W2m……ワード線、B00*〜B0n*ないしB20*〜B2n*……相補ビット線、UA……センスアンプ単位増幅回路、S00〜S0n……ビット線接続制御信号。
P1〜P2……PチャンネルMOSFET、N1〜NQ……NチャンネルMOSFET。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonvolatile memory device, for example, a ferroelectric memory and a technology that is particularly effective for its low power consumption.
[0002]
[Prior art]
Ferroelectric memory cells including ferroelectric capacitors and address selection MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors. In this specification, MOSFETs are collectively referred to as insulated gate field effect transistors) are arranged in a lattice pattern. A nonvolatile memory device such as a ferroelectric memory using the memory array as a basic component is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-243690. These ferroelectric memories are provided in correspondence with each bit line of the memory array, amplifying a minute read signal output from each selected ferroelectric memory cell to each bit line, and a plurality of them for rewriting. A sense amplifier including a unit amplifier circuit is provided.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional ferroelectric memory as described above, so-called destructive reading is performed by reading the retained information of the selected ferroelectric memory cell by polarization inversion, and a normal dynamic RAM (random access memory) or the like is used. Similarly, it is necessary to rewrite read information. In the ferroelectric memory, a selection operation is performed in units of word lines. In the memory array, a predetermined number of ferroelectric memory cells coupled to a designated word line are selected at the same time. For this reason, each unit amplifier circuit of the sense amplifier is selectively and simultaneously activated by supplying the power source voltage VCC and the ground potential VSS to the common source line, and supplies the minute read signal on the corresponding bit line to the power source. A binary read signal having a high level such as the voltage VCC or a low level such as the ground potential VSS is used. These binary read signals are rewritten to a predetermined number of ferroelectric memory cells coupled to the selected word line, and selectively transmitted to the main amplifier in accordance with a Y address signal input from the outside, so that an output buffer To the outside of the ferroelectric memory via the data output terminal.
[0004]
That is, in the conventional ferroelectric memory, the ferroelectric memory cells constituting the memory array are not limited to only selectively outputting a read signal of 1 to several bits specified by the Y address signal. The selected state is simultaneously selected in units of word lines, the stored information is destroyed and rewritten, and a large number of unit amplifier circuits constituting the sense amplifier are simultaneously activated, and each bit line of the memory array The precharge operation is repeated. As a result, the required operating currents of the sense amplifier and the bit line precharge circuit are increased, and the low power consumption of the ferroelectric memory, which is increasing in scale and capacity, is hindered.
[0005]
An object of the present invention is to reduce the power consumption of a nonvolatile memory device such as a ferroelectric memory whose scale and capacity are being increased.
[0006]
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, a sense amplifier including a memory array in which ferroelectric memory cells including ferroelectric capacitors and address selection MOSFETs are arranged in a lattice pattern, and a plurality of unit amplifier circuits provided corresponding to each bit line of the memory array Is precharged to the same potential as the plate voltage supplied to the plate of the ferroelectric capacitor of the ferroelectric memory cell. Also, a dummy capacitor precharged to a potential different from the plate voltage is provided, and after the designated word line selection operation is completed, the dummy capacitor and the designated bit line are connected, and the sense amplifier Only the unit amplifier circuit corresponding to the designated bit line is selectively activated. In addition, when a ferroelectric memory or the like has a plurality of memory arrays that are selectively activated, each bit of the memory array that is in an inactive state is precharged to different bit lines of adjacent memory arrays. The capacity of the line is used as the dummy capacity for each bit line of the active memory array.
[0008]
According to the above-described means, the unit amplifier circuit of the sense amplifier can be selectively selected without adding a special capacitor as a dummy capacitor and without destroying information held in the non-selected memory cell coupled to the selected word line. The operating state can be achieved, and the precharge potential of the bit line corresponding to the non-selected memory cell can be held as it is without being discharged. As a result, it is possible to reduce the required operating current of the sense amplifier and the bit line precharge circuit and to reduce the power consumption of a ferroelectric memory or the like that is increasing in scale and capacity.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a ferroelectric memory (nonvolatile memory device) to which the present invention is applied. First, the outline of the configuration and operation of the ferroelectric memory according to this embodiment will be described with reference to FIG. The circuit elements constituting each block in FIG. 1 are not particularly limited, but are formed on one semiconductor substrate surface such as single crystal silicon by a known MOSFET integrated circuit manufacturing technique.
[0010]
Referring to FIG. 1, the ferroelectric memory of this embodiment has a pair of memory arrays ARYL and ARYR, which are arranged so as to occupy most of the semiconductor substrate area. Memory arrays ARYL and ARYR, as will be described later, m + 1 word lines WL0 to WLm or WR0 to WRm arranged in parallel in the vertical direction in the figure, and n + 1 sets arranged in parallel in the horizontal direction in the figure. Complementary bit lines BL0 * to BLn * or BR0 * to BRn * (Here, for example, the non-inverted bit line BL0T and the inverted bit line BL0B are represented by adding * as a complementary bit line BL0 *. A so-called non-inverted bit line or the like that is selectively set to high level when it is enabled is indicated by adding a T to the end of the name, and is selectively set to low level when it is enabled. Inverted bit lines and the like are indicated with B. The same applies hereinafter. At the intersections of these word lines and complementary bit lines, (m + 1) × (n + 1) pairs of ferroelectric memory cells each consisting of a ferroelectric memory cell and an address selection MOSFET are arranged in a lattice pattern.
[0011]
A predetermined plate voltage VPL or VPR is supplied from an internal voltage generating circuit (not shown) to the ferroelectric capacitor plates of all the ferroelectric memory cells constituting the memory arrays ARYL and ARYR. In this embodiment, the plate voltage VPL for the memory array ARYL is set to a quarter potential of the power supply voltage VCC, that is, the absolute potential Vq of VCC / 4, and the plate voltage VPR for the memory array ARYR is equal to the power supply voltage VCC. The potential is 3/4, that is, the absolute potential 3Vq of 3VCC / 4. The reason why the plate voltages VPL and VPR are set to such a potential will become clear later.
[0012]
The word lines WL0 to WLm and WR0 to WRm constituting the memory arrays ARYL and ARYR are coupled to the corresponding X address decoder XDL or XDR below, and are alternatively set to a selection level. The X address decoders XDL and XDR are commonly supplied with i + 1-bit internal address signals X0 to Xi from the X address buffer XB, and are commonly supplied with the internal control signal XG from the clock generation circuit CG. The X address buffer XB is supplied with X address signals AX0 to AXi via X address input terminals AX0 to AXi, and is supplied with an internal control signal AL from the clock generation circuit CG.
[0013]
The X address buffer XB captures and holds the X address signals AX0 to AXi input via the X address input terminals AX0 to AXi according to the internal control signal AL when the ferroelectric memory is selected. Internal address signals X0 to Xi are formed on the basis of the X address signal and supplied to the X address decoder XD. The X address decoder XD is selectively activated by setting the internal control signal XG to a high level and, for example, the internal address signal Xi of the most significant bit to a high level or a low level. The internal address signals X0 to Xi supplied from are decoded, and the corresponding word lines WL0 to WLm or WR0 to WRm of the memory array ARYL or ARYR are alternatively set to a selection level such as the high voltage VCH. The most significant bit internal address signal Xi is also supplied to the Y address decoder YD. The high voltage VCH is set to a positive potential higher than the power supply voltage VCC by at least the threshold voltage of the address selection MOSFET of the ferroelectric memory cell.
[0014]
Next, complementary bit lines BL0 * to BLn * and BR0 * to BRn * constituting memory arrays ARYL and ARYR are coupled to corresponding unit circuits of sense amplifier SA via bit line precharge circuit PL or PR. . Shared sense signals SHL0 to SHLn and SHR0 to SHRn, common source line signals CSP0 to CSPn, CSN0 to CSNn, and bit line selection signals YS0 to YSn (not shown) are supplied from the Y address decoder YD to the sense amplifier SA. The bit line precharge circuits PC and PL are commonly supplied with a precharge control signal PC from the clock generation circuit CG and are supplied with predetermined precharge voltages VCL and VCR from the internal voltage generation circuit, respectively.
[0015]
Bit line precharge circuits PL and PR respectively include n + 1 unit circuits provided corresponding to complementary bit lines BL0 * to BLn * or BR0 * to BRn * of memory array ARYL or ARYR. Each includes three N-channel precharge MOSFETs connected in series-parallel. The three precharge MOSFETs constituting each unit circuit of the bit line precharge circuits PL and PR are selectively turned on in response to the high level of the precharge control signal PC, and the memory arrays ARYL or ARYR are turned on. The non-inverted and inverted signal lines of the corresponding complementary bit lines BL0 * to BLn * or BR0 * to BRn * are precharged to the precharge voltage VCL or VCR, respectively.
[0016]
Sense amplifier SA includes n + 1 unit circuits provided corresponding to complementary bit lines BL0 * to BLn * and BR0 * to BRn * of memory arrays ARYL and ARYR. Each of these unit circuits is a pair of CMOS. (Complementary MOS) A unit amplifier circuit in which inverters are cross-coupled is included. The complementary input / output nodes of the unit amplifier circuit of each unit circuit are coupled to the corresponding complementary bit lines BL0 * to BLn * of the memory array ARYL via a pair of corresponding N-channel shared MOSFETs on the left side thereof, and to the right side thereof. Are coupled to the corresponding complementary bit lines BR0 * to BRn * of the memory array ARYR via another pair of corresponding N-channel shared MOSFETs. Further, it is coupled to the complementary common data line CD * via a corresponding pair of N-channel type switch MOSs.
[0017]
The sources of the two P-channel MOSFETs and N-channel MOSFETs constituting the unit amplifier circuit of each unit circuit of the sense amplifier SA are commonly coupled, and the corresponding common source line signals CSP0 to CSPn or CSN0 to CSNn from the Y address decoder YD. Are supplied respectively. Also, corresponding shared control signals SHL0 to SHLn are respectively supplied to the gates of the shared MOSFET pairs provided on the left side of each unit circuit, and the corresponding shared control signals are supplied to the gates of the shared MOSFET pair provided on the right side. SHR0 to SHRn are respectively supplied. Corresponding bit line selection signals YS0 to YSn are respectively supplied to the gates of the pair of switch MOSFETs of each unit circuit.
[0018]
As a result, the shared MOSFET pair provided on the left side of each unit circuit of the sense amplifier SA is selectively turned on in response to the high level of the corresponding shared control signals SHL0 to SHLn, and the corresponding complementary of the memory array ARYL. The bit line and the complementary input / output node of the corresponding unit amplifier circuit are selectively connected. In addition, the shared MOSFET pair provided on the right side of each unit circuit is selectively turned on in response to the high level of the corresponding shared control signals SHR0 to SHRn, and corresponds to the corresponding complementary bit line of the memory array ARYR. The unit amplifier circuit is selectively connected to the complementary input / output node.
[0019]
On the other hand, in the unit amplifier circuit constituting each unit circuit of the sense amplifier SA, the corresponding common source line signals CSP0 to CSPn or CSN0 to CSNn are effective levels such as the potential 2Vq, the power supply voltage VCC, the ground potential VSS, or the potential 2Vq, respectively. As a result, a minute read signal output via a corresponding complementary bit line is amplified from a ferroelectric memory cell coupled to a selected word line of the memory array ARYL or ARYR. Thus, a binary read signal having a high level such as the potential 2Vq or the power supply voltage VCC or a low level such as the ground potential VSS or the potential 2Vq is used. Further, the pair of switch MOSFETs constituting each unit circuit is selectively turned on in response to the high level of the corresponding bit line selection signals YS0 to YSn, and the complementary input / output node of the corresponding unit circuit, that is, the unit amplifier circuit, The complementary common data line CD * is selectively connected.
[0020]
The specific configurations and operations of the memory arrays ARYL and ARYR and their peripheral parts will be described later in detail.
[0021]
The Y address decoder YD is supplied with j + 1-bit internal address signals Y0 to Yj from the Y address buffer YB, and is supplied with the most significant bit internal address signal Xi from the X address buffer XB. Control signals YG, SH1 to SH2, CS and YS are supplied. The Y address buffer YB is supplied with Y address signals AY0 to AYj via Y address input terminals AY0 to AYj, and is supplied with an internal control signal AL from the clock generation circuit CG. The internal control signals SH1 to SH2 are selectively set to a high level such as the power supply voltage VCC at a predetermined timing at which the shared control signals SHL0 to SHLn or SHR0 to SHRn should be alternatively set to a high level. Further, the internal control signal CS is selectively set to a high level at a predetermined timing at which the common source line signals CSP0 to CSPn and CSN0 to CSNn are alternatively set to effective levels, and the internal control signal YS is selected to select a bit line. The signals YS0 to YSn are selectively set to the high level at a predetermined timing at which the signals YS0 to YSn should be alternatively set to the high level.
[0022]
The Y address buffer YB captures and holds Y address signals AY0 to AYj input via the Y address input terminals AY0 to AYj in accordance with the internal control signal AL when the ferroelectric memory is selected. The internal address signals Y0 to Yj are formed based on the Y address signal of and supplied to the Y address decoder YD. The Y address decoder YD is selectively activated in response to the high level of the internal control signal YG, and decodes the internal address signals Y0 to Yi supplied from the Y address buffer YB. Then, it is determined which one of the memory arrays ARYL or ARYR is activated according to the internal address signal Xi, and the shared control signals SHL0 to SHLn and SHR0 to SHRn are selectively set to a high voltage according to the internal control signals SH1 and SH2. The common source line signals CSP0 to CSPn and CSN0 to CSNn and the bit line selection signals YS0 to YSn are alternatively set to a predetermined effective level or a high level of the power supply voltage VCC according to the internal control signals CS and YS. And
[0023]
Complementary common data line CD * is coupled to main amplifier MA, which includes a write amplifier and a read amplifier. Among these, the input terminal of the write amplifier is coupled to the output terminal of the input buffer IB, and the output terminal is coupled to the complementary common data line CD *. The input terminal of the read amplifier is coupled to the complementary common data line CD *, and its output terminal is coupled to the input terminal of the output buffer OB. The input terminal of input buffer IB is coupled to data input terminal Din, and the output terminal of output buffer OB is coupled to data output terminal Dout. An internal control signal WC (not shown) is supplied from the clock generation circuit CG to the write amplifier of the main amplifier MA, and an internal control signal OC is supplied to the output buffer OB.
[0024]
When the ferroelectric memory is selected in the write mode, the input buffer IB takes in write data input via the data input terminal Din and transmits it to the write amplifier of the main amplifier MA. At this time, the write amplifier of the main amplifier MA is selectively activated in response to the high level of the internal control signal WC, and the write data transmitted from the input buffer IB is set to a predetermined complementary write signal, and then complementary common. Data is written from the data line CD * to the selected pair of ferroelectric memory cells in the memory array ARYL or ARYR via the sense amplifier SA.
[0025]
On the other hand, the read amplifier of the main amplifier MA has a sense amplifier SA and complementary common data from the pair of ferroelectric memory cells selected in the memory array ARYL or ARYR when the ferroelectric memory is selected in the read mode. The read signal output via the line CD * is amplified and transmitted to the output buffer OB. At this time, the output buffer OB is selectively activated in response to the high level of the internal control signal OC, and a read signal transmitted from the read amplifier of the main amplifier MA is transmitted from the data output terminal Dout to the outside of the ferroelectric memory. Output to.
[0026]
The clock generation circuit CG is supplied with a chip enable signal CEB, a write enable signal WEB, and an output enable signal OEB as start control signals from external access devices via external terminals CE, WE, and OEB. The clock generation circuit CG selectively forms the various internal control signals and the like based on these activation control signals and supplies them to each part of the ferroelectric memory.
[0027]
FIG. 2 shows a partial circuit diagram of an embodiment of a memory array and its peripheral part included in the ferroelectric memory of FIG. Based on this figure, the specific configuration and operation of the memory arrays ARYL and ARYR and their peripheral parts of the ferroelectric memory of this embodiment will be described. In the following circuit diagrams and the like, MOSFETs with an arrow attached to the channel (back gate) portion are P-channel type, and are distinguished from N-channel MOSFETs without an arrow.
[0028]
In FIG. 2, the memory arrays ARYL and ARYR are so-called two-cell / two-transistor type arrays, and m + 1 word lines WL0 to WLm or WR0 to WRm arranged in parallel in the vertical direction in the figure, in the horizontal direction. Each includes n + 1 sets of complementary bit lines BL0 * to BLn * or BR0 * to BRn * arranged in parallel. At the intersection of these word lines and complementary bit lines, there are (m + 1) × (n + 1) pairs of ferroelectric memory cells each consisting of a ferroelectric capacitor Cst and an address selection MOSFET Qst or a ferroelectric capacitor Csb and an address selection MOSFET Qsb. Arranged in a grid.
[0029]
One electrode of the ferroelectric capacitors Cst and Csb of the m + 1 pairs of memory cells arranged in the same column of the memory arrays ARYL and ARYR is connected to the corresponding complementary bit lines BL0 * to BLn via the corresponding address selection MOSFETs Qst or Qsb. * Or BR0 * to BRn * are commonly coupled to non-inverted or inverted signal lines, respectively. The gates of the address selection MOSFETs Qst and Qsb of n + 1 pairs of memory cells arranged in the same row of the memory arrays ARYL and ARYR are commonly coupled to the corresponding word lines WL0 to WLm or WR0 to WRm, respectively. A predetermined plate voltage VPL or VPR is commonly supplied to the other electrode or plate of the ferroelectric capacitors Cst and Csb of all the memory cells constituting the memory arrays ARYL and ARYR.
[0030]
When word lines WL0 to WLm and WR0 to WRm constituting memory arrays ARYL and ARYR are set to a non-selection level such as ground potential VSS when the ferroelectric memory is set to a non-selection state, In accordance with internal address signals X0 to Xi, a selection level such as high voltage VCH is set alternatively. Further, the non-inverted and inverted signal lines of the complementary bit lines BL0 * to BLn * and BR0 * to BRn * correspond to the bit line precharge circuit PL or PR described later when the ferroelectric memory is in a non-selected state. Is precharged to the precharge voltage VCL or VCR, that is, the potential Vq or 3Vq. Further, the plate voltage VPL supplied to each ferroelectric memory cell in the memory array ARYL is set to the potential Vq, that is, VCC / 4, and the plate voltage VPR supplied to each ferroelectric memory cell in the memory array ARYR is 3Vq. That is, 3 VCC / 4.
[0031]
As a result, the address selection MOSFETs Qst and Qsb constituting the ferroelectric memory cells of the memory arrays ARYL and ARYR are selectively set when the corresponding word lines WL0 to WLm or WR0 to WRm are set to the selection level of the high voltage VCH. And is selectively connected between one electrode of the ferroelectric capacitor Cst or Csb and the non-inverted or inverted signal line of the corresponding complementary bit line BL0 * to BLn * or BR0 * to BRn *. To do. Further, the ferroelectric capacitors Cst and Csb constituting each ferroelectric memory cell are selectively logic “1” in accordance with the polarization state of the ferroelectric as the interelectrode material when no electric field is applied between the electrodes. The data “0” or “0” is held semipermanently, and a predetermined electric field is applied between both electrodes, thereby outputting a minute read signal corresponding to the held data. Information holding characteristics of the ferroelectric memory cells constituting the ferroelectric memory and specific operations in each operation mode of the ferroelectric memory will be described in detail later.
[0032]
Next, bit line precharge circuits PL and PR include n + 1 unit circuits provided corresponding to complementary bit lines BL0 * to BLn * and BR0 * to BRn * of memory arrays ARYL and ARYR, respectively. Each unit circuit includes three N-channel type precharge MOSFETs N9 to NB or NC to NE coupled in series and parallel. A precharge control signal PC is commonly supplied from the clock generation circuit CG to the gates of the precharge MOSFETs N9 to NB and NC to NE, and precharge MOSFETs NA and NB and ND and NE to the commonly coupled sources are precharged. The voltages VCL and VCR are supplied in common. Note that the precharge control signal PC is set to a high level such as the power supply voltage VCC when the ferroelectric memory is in a non-selected state. Low level. The precharge voltage VCL is set to the potential Vq, that is, VCC / 4, and the precharge voltage VCR is set to the potential 3Vq, that is, 3VCC / 4.
[0033]
Thereby, the precharge MOSFETs N9 to NB and NC to NE constituting the unit circuits of the bit line precharge circuits PL and PR are set to the high level of the precharge control signal PC when the ferroelectric memory is in a non-selected state. Are simultaneously turned on, and the non-inverted and inverted signal lines of the complementary bit lines BL0 * to BLn * and BR0 * to BRn * of the memory arrays ARYL and ARYR are precharged to the potential Vq or 3Vq, respectively.
[0034]
On the other hand, the sense amplifier SA includes n + 1 unit circuits provided corresponding to the complementary bit lines BL0 * to BLn * and BR0 * to BRn * of the memory arrays ARYL and ARYR, respectively. It includes a unit amplifier circuit in which a pair of CMOS inverters composed of a P channel MOSFET P1 and an N channel MOSFET N1, and a P channel MOSFET P2 and an N channel MOSFET N2 are cross-coupled.
[0035]
The sources of the P-channel MOSFETs P1 and P2 constituting the unit amplifier circuit of each unit circuit of the sense amplifier SA are commonly coupled, and the corresponding common source line signals CSP0 to CSPn are supplied from the Y address decoder YD, respectively. The sources of the N-channel MOSFETs N1 and N2 are commonly coupled, and corresponding common source lines CSN0 to CSNn are supplied from the Y address decoder YD, respectively. The commonly coupled drains of the MOSFETs P1 and N1, that is, the commonly coupled gates of the MOSFETs P2 and N2, are the non-inverting input / output nodes BS0T to BSnT of the respective unit amplifier circuits, respectively. Are connected to their inverted input / output nodes BS0B to BSnB, respectively.
[0036]
Complementary input / output nodes BS0 * to BSn * of the unit amplifier circuit of each unit circuit of the sense amplifier SA are on the left side thereof corresponding complementary bit lines BL0 * to BL0 * of the memory array ARYL via N-channel shared MOSFETs N5 and N6. It is coupled to BLn * and on the right side thereof is coupled to corresponding complementary bit lines BR0 * to BRn * of memory array ARYR via N-channel shared MOSFETs N7 and N8. The gates of shared MOSFETs N5 and N6 are commonly coupled, and corresponding shared control signals SHL0 to SHLn are supplied from Y address decoder YD, respectively. The gates of shared MOSFETs N7 and N8 are also commonly connected, and corresponding shared control signals SHR0 to SHRn are supplied from Y address decoder YD, respectively.
[0037]
Each unit circuit of the sense amplifier SA further includes a pair of N-channel type switch MOSFETs N3 and N4 provided between the complementary input / output nodes BS0 * to BSn * of the unit amplifier circuit and the complementary common data line CD *. The gates of these switch MOSFETs N3 and N4 are commonly coupled, and corresponding bit line selection signals YS0 to YSn are supplied from the Y address decoder YD.
[0038]
In this embodiment, the shared control signals SHL0 to SHLn and SHR0 to SHRn supplied to the shared MOSFETs N5 and N6 and N7 and N8 of each unit circuit of the sense amplifier SA are used when the ferroelectric memory is in a non-selected state. When all are at a low level such as the ground potential VSS and selected, they are alternatively set at a high level such as the high voltage VCH under predetermined conditions.
[0039]
As a result, the shared MOSFETs N5 and N6 and N7 and N8 of each unit circuit of the sense amplifier SA are in the selected state, and the corresponding shared control signals SHL0 to SHLn or SHR0 to SHRn are set to the high level. Are alternately turned on, and the complementary input / output nodes BS0 * to BSn * of the corresponding unit amplifier circuit of the sense amplifier SA and the corresponding complementary bit lines BL0 * to BLn * or BR0 * to BRn of the memory array ARYL or ARYR. * Selectively connect to the connection. Since the high levels of the shared control signals SHL0 to SHLn and SHR0 to SHRn are set to the high voltage VCH as described above, the non-inverted and inverted signals of the complementary bit lines BL0 * to BLn * and BR0 * to BRn * The high level in the line is not limited by the threshold voltages of shared MOSFETs N5 and N6 and N7 and N8.
[0040]
Next, the common source line signals CSP0 to CSPn and CSN0 to CSNn supplied to the unit amplifier circuit of each unit circuit of the sense amplifier SA are respectively connected to the ground potential VSS or the power source when the ferroelectric memory is not selected. An invalid level such as the voltage VCC is set. When the ferroelectric memory is selected to activate the memory array ARYL, it is alternatively set to an effective level such as the potential 2Vq or the ground potential VSS at a predetermined timing, and the memory array ARYR is When the active state is selected, the power supply voltage VCC or the potential 2Vq is set to an effective level alternatively at a predetermined timing. Needless to say, the potential 2Vq is half of the power supply voltage VCC, that is, VCC / 2.
[0041]
As a result, the unit amplifier circuit of each unit circuit of the sense amplifier SA has the corresponding common source line signals CSP0 to CSPn and CSN0 to CSNn set to effective levels such as the potential 2Vq, the ground potential VSS, the power supply voltage VCC, or the potential 2Vq, respectively. As a result, the operation state is set alternatively, and one ferroelectric memory cell arranged at the intersection of the selected word line of the memory array ARYL or ARYR and the corresponding complementary bit line passes through the complementary bit line. The minute readout signal outputted in this manner is amplified to be a binary readout signal having a high level such as the power supply voltage VCC or the potential 2Vq or a low level such as the ground potential VSS or the potential 2Vq.
[0042]
On the other hand, the bit line selection signals YS0 to YSn supplied to the switch MOSFETs N3 and N4 of each unit circuit of the sense amplifier SA are all set to a low level like the ground potential VSS when the ferroelectric memory is not selected. When the ferroelectric memory is selected, it is alternatively set to a high level like the power supply voltage VCC at a predetermined timing in accordance with the internal address signals Y0 to Yj.
[0043]
As a result, the switch MOSFETs N3 and N4 of each unit circuit of the sense amplifier SA are selectively turned on in response to the high level of the corresponding bit line selection signals YS0 to YSn, and the complementary input / output nodes of the corresponding unit amplifier circuit. A connection state is selectively established between BS0 * to BSn * and complementary common data line CD *.
[0044]
FIG. 3 shows an information retention characteristic diagram of one embodiment of the ferroelectric memory cells constituting the memory arrays ARYL and ARYR of FIG. Based on the figure, the information retention characteristics and operation outline of the ferroelectric memory cells constituting the memory arrays ARYL and ARYR of the ferroelectric memory will be described.
[0045]
In FIG. 3, the ferroelectric memory cells constituting the memory arrays ARYL and ARYR have an electric field applied between the electrodes of the ferroelectric capacitors Cst or Csb and ferroelectrics used as a material between these ferroelectric capacitors. It has a hysteresis information retention characteristic as illustrated in relation to body polarization. That is, the initial ferroelectric in the state of point A shifts its state to point B when a positive electric field + Ep corresponding to the absolute value of the potential Vq, for example, is applied between the two electrodes. It produces maximum polarization + Pp. This polarization gradually decreases as the absolute value of the electric field decreases, but a predetermined remanent polarization remains at point D where the electric field becomes zero. On the other hand, the polarization state of the ferroelectric substance is reversed at the point E where the electric field -Ec in the reverse direction is applied as a boundary. For example, the electric field -Ep in the reverse direction corresponding to the absolute value of the potential Vq is applied. This produces a maximum polarization -Pp in the reverse direction. This polarization gradually decreases as the absolute value of the electric field becomes smaller, but also remains at point I where the electric field becomes zero. Then, forward rotation is performed at the point H to which the electric field + Ec in the positive direction is applied, and the point B is returned.
[0046]
In this embodiment, the ferroelectric memory cells coupled to the non-inverted signal line side of the complementary bit lines BL0 * to BLn * and BR0 * to BRn * of the memory arrays ARYL and ARYR are not particularly limited. When the body polarization state is on the + side in FIG. 3, data of logic “1” is held, and when it is on the − side, data of logic “0” is held. In addition, the ferroelectric memory cell coupled to the inverted signal line side of the complementary bit lines BL0 * to BLn * and BR0 * to BRn * has a logic "when the polarization state of the ferroelectric is on the-side in FIG. It is assumed that 1 "data is held, and when it is on the + side, logic" 0 "data is held. Each operating point indicating the transition of the polarization state of the ferroelectric in the ferroelectric memory cell will be re-cited in the following description of the specific operation of the ferroelectric memory.
[0047]
FIG. 4 shows a signal waveform diagram of one embodiment of a read operation for activating the memory array ARYL of the ferroelectric memory of FIG. 1, and FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the operation principle. It is shown. FIG. 6 shows a signal waveform diagram of one embodiment of a read operation for activating the memory array ARYR of the ferroelectric memory of FIG. 1, and FIG. 7 is a diagram for explaining the operation principle. A conceptual diagram is shown. Based on these drawings, the specific operation and characteristics of the ferroelectric memory of this embodiment in the read mode will be described. In the following signal waveform diagrams and conceptual diagrams, logic “1” is arranged at the intersection of the word line WL0 and the complementary bit line BL0 * of the memory array ARYL or the intersection of the word line WR0 and the complementary bit line BR0 * of the memory array ARYR. A case where a ferroelectric memory cell that holds the data is designated will be illustrated, and a specific description of the read operation will be made by taking this as an example. In these explanations, the explanation is first made on the memory array ARYL, and only a different part of the memory array ARYR is explained.
[0048]
First, in FIG. 4, when the chip enable signal CEB is set to a high level such as the power supply voltage VCC and the ferroelectric memory is not selected, the precharge control signal PC for the bit line precharge circuits PL and PR is The power supply voltage VCC is set to a high level, and the precharge voltages VCL and VCR are constantly set to potentials Vq and 3Vq, respectively. Further, the shared control signals SHL0 to SHLn and SHR0 to SHRn for the sense amplifier SA are all set to a low level like the ground potential VSS, and the common source lines CSP0 to CSPn and CSN0 to CSNn are set to the ground potential VSS or the power supply voltage VCC, respectively. Such an invalid level. Further, the word lines WL0 to WLm and WR0 to WRm of the memory arrays ARYL and ARYR are all set to a non-selection level such as the ground potential VSS, and the plate voltages VPL and VPR for the memory arrays ARYL and ARYR are constantly at potentials, respectively. Vq and 3Vq.
[0049]
As a result, in the memory arrays ARYL and ARYR, the address selection MOSFETs Qst and Qsb of all the ferroelectric memory cells are turned off in response to the unselected levels of the word lines WL0 to WLm and WR0 to WRm, and the ferroelectric capacitors No electric field is substantially applied between the Cst and Csb electrodes. The non-inverted and inverted signal lines of the complementary bit lines BL0 * to BLn * and BR0 * to BRn * of the memory arrays ARYL and ARYR are precharged by the corresponding precharge MOSFETs of the bit line precharge circuit PL or PR, The precharge voltage VCL or VCR, that is, the potential Vq or the potential 3Vq. At this time, each of the ferroelectric memory cells constituting the memory arrays ARYL and ARYR has a ferroelectric polarization state at either point D or point I in FIG. Holds data of “0”.
[0050]
In the sense amplifier SA, the shared MOSFETs N5 and N6 and N7 and N8 of each unit circuit are turned off in response to the low levels of the corresponding shared control signals SHL0 to SHLn and SHR0 to SHRn, and the unit amplifier circuit of each unit circuit is In response to the invalid levels of the corresponding common source line signals CSP0 to CSPn and CSN0 to CSNn, they are rendered inoperative. Complementary input / output nodes BS0 * to BSn * of each unit amplifier circuit hold a precharge potential according to the immediately preceding cycle, for example, potential Vq. This potential includes a circuit in which sense amplifier SA corresponds to a bit line precharge circuit. In reality, it gradually decreases.
[0051]
By the way, when the ferroelectric memory is brought into a non-selected state, for example, a pair of ferroelectric memory cells arranged at the intersection of the word line WL0 and the complementary bit line BL0 * of the memory array ARYL and holding data of logic “1”. Among them, the plate of the ferroelectric capacitor Cst on the non-inverted bit line side is supplied with a plate voltage VPL having a potential Vq as shown on the left side of FIG. Equivalently, a charge + Qr corresponding to the remanent polarization at point D in FIG. 3 is accumulated.
[0052]
At this time, the address selection MOSFET Qst, that is, the switch Swt is in the off state as described above, and the ferroelectric capacitor Cst and the bit line capacitance Cdt of the corresponding non-inverted bit line BL0T are disconnected. In addition, the shared MOSFETs N5 to N8 of the sense amplifier SA, that is, the switch Sst are also in the OFF state, and the dummy capacitance Cyt including the parasitic capacitance of the non-inverting input / output node BS0T of the sense amplifier SA and the non-inverting bit line BR0T of the memory array ARYR Isolated from inverted bit line BL0T. The bit line capacitance Cdt of the non-inverted bit line BL0T of the memory array ARYL is precharged to the same potential Vq as the precharge voltage VCL, that is, the plate voltage VPL, by the corresponding unit circuit of the bit line precharge circuit PL, and the dummy capacitance Cyt The bit line capacitance of the non-inverted bit line BR0T is precharged to the precharge voltage VCR, that is, the potential 3Vq by the corresponding unit circuit of the bit line precharge circuit PR.
[0053]
On the other hand, of the pair of ferroelectric memory cells holding the data of logic “1”, the plate of the ferroelectric capacitor Csb on the inverted bit line side is as shown on the right side of FIG. The plate voltage VPL having the potential Vq is supplied, and the information storage capacitor Csb is equivalently stored with a charge −Qr corresponding to the residual polarization at the point I in FIG. At this time, the switches Swb and Ssb are still in the off state, and the bit line capacitance Cdb of the non-inverting bit line BL0T of the memory array ARYL and the bit line capacitance of the non-inverting bit line BR0T of the memory array ARYR serving as the dummy capacitor Cyb are respectively Precharged to potential Vq or 3Vq.
[0054]
In the ferroelectric memory, the chip enable signal CEB is set to the low level while the write enable signal WEB (not shown) is set to the high level, so that the read mode is selectively selected and the read operation of the stored data is started. . At this time, the X address input terminals AX0 to AXi are supplied with a combination of X address signals AX0 to AXi designating the word line WL0 of the memory array ARYL in synchronization with the falling edge of the chip enable signal CEB. The Y address signals AY0 to AYj are supplied to the terminals AY0 to AYj in a combination specifying the complementary bit line BL0 *, that is, the bit line selection signal YS0.
[0055]
In the ferroelectric memory, first, in response to the fall of the chip enable signal CEB, the shared control signal SHR0 corresponding to the complementary bit line BR0 * of the memory array ARYR to be inactivated is alternatively set to the high voltage VCH. It is considered as a high level. In addition, the precharge control signal PC for the bit line precharge circuits PL and PR is set to the low level with a predetermined time delay, and the designated word line WL0 of the memory array ARYL to be activated is alternatively set to the high voltage. A selection level such as VCH is used. The shared control signal SHL0 corresponding to the complementary bit line BL0 * of the memory array ARYL is alternatively set to a high level such as the high voltage VCH with a slight delay, and after the predetermined time has elapsed, the shared control signal SHR0 is While returning to the low level such as the ground potential VSS, the common source lines CSP0 and CSN0 corresponding to the complementary bit lines BL0 * of the memory array ARYL are alternatively set to the effective level of the potential Vq or the ground potential VSS.
[0056]
In the ferroelectric memory, in response to the high level of the shared control signal SHR0, the pair of shared MOSFETs N7 and N8 corresponding to the sense amplifier SA are alternately turned on, and the correspondence between the complementary input / output node BS0 * and the memory array ARYR The complementary bit line BR0 * is connected. At this time, since the precharge control signal PC is still kept at the high level as described above, the non-inverted and inverted input / output nodes of the complementary input / output node BS0 * of the sense amplifier SA are the bit line precharge circuit. Precharged to the precharge voltage VCR, that is, the potential 3Vq by the unit circuit corresponding to PR. In sense amplifier SA, shared MOSFETs N5 and N6 corresponding to complementary input / output node BS0 * are kept off, so that the potential of complementary bit line BL0 * of memory array ARYL does not change.
[0057]
After a predetermined time, when the precharge control signal PC is set to the low level, the precharge MOSFETs N9 to NB and NC to NE of the bit line precharge circuits PL and PR are all turned off, and the complementary bit lines BL0 of the memory arrays ARYL and ARYR * -BLn * and BR0 * -BRn * and the precharge operation for complementary input / output nodes BS0 * -BSn * of sense amplifier SA are stopped. Further, when the word line WL0 is alternatively set to the selection level with a slight delay, the address selection MOSFETs Qst and Qsb of the n + 1 pairs of ferroelectric memory cells coupled to the word line WL0 are simultaneously turned on. Since the non-inverted and inverted signal lines of the complementary bit lines BL0 * to BLn * are precharged to the same potential Vq as the plate voltage VPL, between the electrodes of the ferroelectric capacitors Cst and Csb of each ferroelectric memory cell An electric field is not applied to, and its polarization state does not change.
[0058]
When a predetermined time elapses after the word line WL0 is set to the selection level and the shared control signal SHL0 is alternatively set to the high level of the high voltage VCH, the complementary bit line BL0 * of the memory array ARYL and the sense amplifier SA A ferroelectric capacitor of a pair of ferroelectric memory cells coupled to complementary input / output node BS0 * and complementary bit line BR0 * of memory array ARYR and coupled to complementary bit line BL0 * of memory array ARYL Capacitance Cst or Csb of Cst and Csb, bit line capacitance Cdt or Cdb of the non-inverted and inverted signal line of the complementary bit line BL0 *, and non-inverted and inverted input / output node of the complementary input / output node BS0 * of the sense amplifier SA And the parasitic capacitance, i.e., duplication, of the non-inverted and inverted signal lines of the complementary bit line BR0 * of the memory array ARYR. Between the over capacity Cyt or Cyb, charge sharing charge accumulated in the capacitor is performed.
[0059]
For this reason, for example, when the remanent polarization is in the positive direction, the potential of the non-inverted bit line BL0T to which the ferroelectric memory cell holding data of logic “1” is coupled is read relatively high from the precharge potential Vq. The potential of the inverted bit line BL0B to which the ferroelectric memory cell holding the data of logic “1” is coupled is relatively low from the precharge potential Vq because the potential increases to the potential Vt1 and the remanent polarization is in the reverse direction. The reading potential rises to Vb1. At this time, the potentials of the non-inverting input / output node BS0T and the non-inverting bit line BR0T are decreased from the precharge potential 3Vq to the read potential Vt1, and the potentials of the inverting input / output node BS0B and the inverted bit line BR0B are precharge potential 3Vq. To the read potential Vb1.
[0060]
Here, the connection operation in the memory arrays ARYL and ARYR and the sense amplifier SA is assumed to be performed between the complementary bit line BL0 * of the memory array ARYL and the complementary input / output node BS0 * of the sense amplifier SA, that is, the complementary bit line BR0 * of the memory array ARYR. A memory by charge sharing is divided into an array connection in which connection is made between and a word line connection in which connection between these complementary bit lines and complementary input / output nodes and the ferroelectric capacitor Cst or Csb is made. The level change of each part of the arrays ARYL and ARYR and the sense amplifier SA will be described.
[0061]
First, as shown in FIG. 5B, the complementary bit line BL0 * of the memory array ARYL precharged to the potential Vq, the complementary input / output node BS0 * of the sense amplifier SA precharged to the potential 3Vq, and the memory array. In the array connection in which the connection between the complementary bit lines BR0 * of the ARYR is performed, the potential Vo of the complementary bit lines BL0 * and BR0 * and the complementary input / output node BS0 * when the charge sharing is assumed to be completed is complementary. The bit line capacitance values of the non-inverted and inverted signal lines of the bit line BL0 * are Cdt and Cdb, respectively, and the non-inverted and inverted input / output nodes of the complementary input / output node BS0 * and the non-inverted and inverted signals of the complementary bit line BR0 * When the values of the dummy capacitance composed of the parasitic capacitance of the line are respectively Cyt and Cyb,
Vo = (VqCdt + 3VqCyt) / (Cdt + Cyt) (1)
Or
Vo = (VqCdb + 3VqCyb) / (Cdb + Cyb) (2)
It becomes.
[0062]
Further, when the dummy capacitance values Cyt and Cyb are small enough to ignore the parasitic capacitance of the complementary input / output node BS0 * of the sense amplifier SA,
Cyt ≒ Cdt
Cyb≈Cdb
When the parasitic capacitance of the complementary input / output node BS0 * of the sense amplifier SA and the parasitic capacitance of the complementary bit line BR0 * are assumed to be the same,
Cyt ≒ 2Cdt
Cyb ≒ 2Cdb
It becomes. Therefore, when the above equations (1) and (2) are so small that the parasitic capacitance of the complementary input / output node BS0 * of the sense amplifier SA is negligible,
Vo≈2Vq
That is, when it is assumed that the potential of the power supply voltage VCC is ½, and the parasitic capacitance of the complementary input / output node BS0 * and the parasitic capacitance of the complementary bit line BR0 * are the same,
Vo≈2.3Vq
Both values are close to 2Vq.
[0063]
On the other hand, as shown in FIG. 5C, the complementary bit lines BL0 * and BR0 * whose potential has been changed to the potential Vo, and the selected ferroelectric memory cell of the complementary input / output node BS0 * and the memory array ARYL. When the word line is connected to the ferroelectric capacitor Cst or Csb, the charges Qst and Qsb corresponding to the polarization state of the ferroelectric capacitors Cst and Csb when the charge sharing is assumed to be The capacitance values of the ferroelectric capacitors Cst and Csb are Cst and Csb, respectively, the charge amounts corresponding to the remanent polarization at points D and I in FIG. 3 are + Qr and −Qr, respectively, and the complementary bit line BL0 * after charge sharing And the non-inverted and inverted signal lines of BR0 * and the non-inverted and inverted input / output nodes of complementary input / output node BS0 *. When the respective Vt and Vb,
Qst + Vt (Cdt + Cyt) = + Qr + Vo (Cdt + Cyt)
Qsb + Vb (Cdb + Cyb) = − Qr + Vo (Cdb + Cyb)
That means
Qst = + Qr− (Vt−Vo) (Cdt + Cyt) (3)
Qsb = −Qr− (Vb−Vo) (Cdb + Cyb) (4)
There is a relationship.
[0064]
As is apparent from FIG. 3, the above equation (3) indicates that the charge Qstp at the intersection L with the charge axis at which the electric field is zero, that is, the potential Vt is Vq,
Qstp = + Qr- (Vq-Vo) (Cdt + Cyt) (5)
And the potential Vp corresponding to the intersection N with the electric field axis at which Qst is zero,
Vp = Vo + Qr / (Cdt + Cyt)
And
Vt = Vo
When
Qst = + Qr
The above equation (4) is expressed by a straight line 2 that is parallel to the straight line 1 and whose absolute value is smaller by 2Qr. Since the above equation (5) is Vo> Vq,
Qstp = + Qr + (Vo−Vq) (Cdt + Cyt)
It goes without saying that.
[0065]
From the above, the ferroelectric memory cell which is arranged at the intersection of the word line WL0 and the non-inverted bit line BL0T and whose polarization state at the time of non-selection is at the point D in FIG. The ferroelectric memory cell, whose polarization state is moved to the intersection C between the straight line 1 and the hysteresis characteristic curve and arranged at the intersection of the word line WL0 and the inverted bit line BL0B and whose polarization state at the time of non-selection is at the point I, The polarization state is shifted to the intersection K between the straight line 2 and the hysteresis characteristic curve. As a result, the potential of the non-inverted bit line BL0T changes to the potential Vt1 corresponding to the electric field at the point C, and the potential of the inverted bit line BL0B changes to the potential Vb1 corresponding to the electric field at the point K. A potential difference serving as a so-called minute read signal is obtained in the inversion and inversion bit lines. In this read operation, the polarization state of the ferroelectric memory cell coupled to the non-inverted bit line BL0T is not inverted, but the polarization state of the ferroelectric memory cell coupled to the inverted bit line BL0B is reversed. Inverted in the positive direction.
[0066]
The minute potential difference obtained between the non-inverted bit line BL0T and the inverted bit line BL0B by the read operation using the charge share is that the corresponding common source lines CSP0 and CSN0 are set to the effective level of the potential 2Vq or the ground potential VSS, respectively. Thus, the signal is amplified by the corresponding unit amplifier circuit of the sense amplifier SA, and becomes a binary read signal having a high level such as the potential 2Vq or a low level such as the ground potential VSS. Then, the bit line selection signal YS0 corresponding to the Y address signals AY0 to AYj is set to the high level, so that it is alternatively transmitted to the complementary common data line CD *, and further from the read amplifier of the main amplifier MA to the output buffer OB and The data is output to the outside of the ferroelectric memory through the data output terminal Dout.
[0067]
On the other hand, the binary read signals established on the non-inverted and inverted signal lines of the complementary bit line BL0 * are the two electrodes of the ferroelectric capacitors Cst and Csb of the pair of ferroelectric memory cells in the selected state of the memory array ARYL. Also transmitted in between. Among these, in the ferroelectric memory cell coupled to the non-inverted bit line BL0T and having a polarization state at a point C in FIG. 3, the polarization state is obtained by setting the non-inverted bit line BL0T to a high level such as the potential 2Vq. Moves to point B, and rewriting is performed without polarization reversal. In a ferroelectric memory cell coupled to the inverted bit line BL0B and having a polarization state at the point K, the polarization state is shifted to the point G when the inverted bit line BL0B is set to a low level such as the ground potential VSS. Rewriting with polarization inversion is performed. In these ferroelectric memory cells, the read operation is completed, and the non-selected bit line BL0T and the inverted bit line BL0B are precharged again to the precharge potential VCL, that is, the potential Vq, so that the polarization state is changed to the point D or Moving to point I, this polarization state is maintained as nonvolatile information.
[0068]
Meanwhile, while the above read operation is performed on the pair of ferroelectric memory cells arranged at the intersection of the word line WL0 and the complementary bit line BL0 * of the memory array ARYL, the word line WL0 of the memory array ARYL and the other complementary bit lines. In the remaining n pairs of ferroelectric memory cells arranged at the intersections of BL1 * to BLn *, the address selection MOSFET Qs is turned on, but the corresponding shared control signals SHL1 to SHLn are set to the low level and the complementary bit line BL1. Since the potential of the non-inverted and inverted signal lines of * to BLn * is kept at the precharge potential Vq, no electric field is applied between both electrodes of the ferroelectric memory cell, and the ferroelectric polarization state Is retained without being destroyed. When attention is paid to the memory array ARYR, the non-inverted and inverted signal lines of the complementary bit line BR0 * are changed to the potential Vt1 or Vb1, but the other complementary bit lines BR1 * to BRn * are not compatible. Since the shared control signals SHR1 to SHRn to be set to the low level, the potentials of the non-inverted and inverted signal lines are kept at the precharge potential 3Vq.
[0069]
Next, in FIG. 6, when a read operation is performed by designating a pair of memory cells arranged at the intersection of the word line WR0 and the complementary bit line BR0 * of the memory array ARYR, in the ferroelectric memory, first, in the chip In response to the fall of enable signal CEB, shared control signal SHL0 corresponding to complementary bit line BL0 * of memory array ARYL to be inactivated is alternatively set to a high level such as high voltage VCH. In addition, the precharge control signal PC for the bit line precharge circuits PL and PR is set to the low level after a predetermined time delay, and the designated word line WR0 of the memory array ARYR to be activated is alternatively set to the high voltage. A selection level such as VCH is used. The shared control signal SHR0 corresponding to the complementary bit line BR0 * of the memory array ARYR is alternatively set to a high level such as the high voltage VCH with a slight delay, and after a predetermined time has elapsed, the shared control signal SHL0 is The common source lines CSP0 and CSN0 corresponding to the complementary bit lines BR0 * of the memory array ARYR are alternatively set to the effective level of the power supply voltage VCC or the potential 2Vq.
[0070]
In the ferroelectric memory, in response to the high level of the shared control signal SHL0, the pair of shared MOSFETs N5 and N6 corresponding to the sense amplifier SA are alternately turned on, and the correspondence between the complementary input / output node BS0 * and the memory array ARYL The complementary bit line BL0 * is connected. At this time, since the precharge control signal PC is still kept at the high level as described above, the non-inverted and inverted input / output nodes of the complementary input / output node BS0 * of the sense amplifier SA are the bit line precharge circuit. Precharge voltage VCL, that is, potential Vq is precharged by a corresponding unit circuit of PL. In sense amplifier SA, shared MOSFETs N7 and N8 corresponding to complementary input / output node BS0 * are kept off, so that the potential of complementary bit line BR0 * of memory array ARYR does not change.
[0071]
After a predetermined time, when the precharge control signal PC is set to the low level, the precharge MOSFETs N9 to NB and NC to NE of the bit line precharge circuits PL and PR are all turned off, and the complementary bit lines BL0 of the memory arrays ARYL and ARYR * -BLn * and BR0 * -BRn * and the precharge operation for complementary input / output nodes BS0 * -BSn * of sense amplifier SA are stopped. If the word line WR0 is alternatively set to the selection level with a slight delay, the address selection MOSFETs Qst and Qsb of the n + 1 pairs of ferroelectric memory cells coupled to the word line WR0 are turned on at the same time. Since the non-inverted and inverted signal lines of the complementary bit lines BR0 * to BRn * are precharged to the same potential 3Vq as the plate voltage VPL, between the electrodes of the ferroelectric capacitors Cst and Csb of each ferroelectric memory cell An electric field is not applied to, and its polarization state does not change.
[0072]
When a predetermined time elapses after the word line WR0 is set to the selection level and the shared control signal SHR0 is alternatively set to the high level such as the high voltage VCH, the complementary bit line BR0 * of the memory array ARYR and the sense amplifier Information storage of a pair of ferroelectric memory cells coupled to the complementary bit line BR0 * of the memory array ARYR is connected between the complementary input / output node BS0 * of the SA and the complementary bit line BL0 * of the memory array ARYL. The capacitance Cst or Csb and the bit line capacitance Cdt or Cdb of the complementary bit line BR0 * and the parasitic capacitance of the complementary input / output node BS0 * of the sense amplifier SA and the complementary bit line BL0 * of the memory array ARYL, that is, the dummy capacitance Cyt or Cyb. Charge sharing of charge is performed between them.
[0073]
For this reason, for example, when the remanent polarization is in the positive direction, the potential of the non-inverted bit line BR0T to which the ferroelectric memory cell holding data of logic “1” is coupled is read from the precharge potential 3Vq. The potential of the inversion bit line BR0B to which the ferroelectric memory cell holding the data of logic “1” is coupled is lowered from the precharge potential 3Vq because the potential decreases to the potential Vt2 and the remanent polarization is in the reverse direction. The read potential is lowered to Vb2. At this time, the potentials of the non-inverting input / output node BS0T and the non-inverting bit line BL0T rise from the precharge potential Vq to the read potential Vt2, and the potentials of the inverting input / output node BS0B and the inverted bit line BL0B are precharge potential Vq. To the read potential Vb2.
[0074]
As shown in FIG. 7B, the complementary bit line BR0 * of the memory array ARYR precharged to the potential 3Vq, the complementary input / output node BS0 * of the sense amplifier SA precharged to the potential Vq, and the memory array ARYL. When the array is connected to the complementary bit line BL0 *, the potential Vo ′ of the complementary bit lines BL0 * and BR0 * and the complementary input / output node BS0 * when the charge sharing is assumed to be finished is
Vo ′ = (3VqCdt + VqCyt) / (Cdt + Cyt) (6)
Or
Vo ′ = (3VqCdb + VqCyb) / (Cdb + Cyb) (7)
It becomes.
[0075]
Further, the above equations (6) and (7) are obtained when the parasitic capacitance of the complementary input / output node BS0 * of the sense amplifier SA is small enough to be ignored.
Vo '≒ 2Vq
That is, when it is assumed that the potential of the power supply voltage VCC is ½, and the parasitic capacitance of the complementary input / output node BS0 * and the parasitic capacitance of the complementary bit line BR0 * are the same,
Vo '≒ 1.7Vq
The potential Vo when the memory array ARYL in FIGS. 4 and 5 is designated is a symmetric value about a straight line with zero electric field.
[0076]
On the other hand, as shown in FIG. 7C, the complementary bit lines BL0 * and BR0 * whose potential has been changed to the potential Vo ′, and the selected ferroelectric memory of the complementary input / output nodes BS0 * and the memory array ARYR. Charges Qst and Qsb corresponding to the polarization state of the ferroelectric capacitors Cst and Csb when it is assumed that the charge sharing is completed when the word line is connected to the ferroelectric capacitor Cst or Csb of the cell. ,
Qst + Vt (Cdt + Cyt) = + Qr + Vo ′ (Cdt + Cyt)
Qsb + Vb (Cdb + Cyb) = − Qr + Vo ′ (Cdb + Cyb)
That means
Qst = + Qr− (Vt−Vo ′) (Cdt + Cyt) (7)
Qsb = −Qr− (Vb−Vo ′) (Cdb + Cyb) (8)
There is a relationship.
[0077]
As is apparent from FIG. 3, the above equation (7) expresses the charge Qstp ′ at the intersection R with the charge axis where the electric field is zero, that is, the potential Vt is 3 Vq
Qstp ′ = + Qr− (3Vq−Vo ′) (Cdt + Cyt) (9)
And a potential Vp ′ corresponding to the intersection point P with the electric field axis at which the charge Qst is zero,
Vp ′ = Vo ′ + Qr / (Cdt + Cyt)
And
Vt = Vo '
When
Qst = + Qr
The above equation (8) is expressed by a straight line 4 that is parallel to the straight line 3 and whose absolute value is smaller by 2Qr. In addition, since the above equation (9) satisfies 3Vq> Vo ′, the code relationship remains as it is.
[0078]
From the above, a ferroelectric memory cell that is arranged at the intersection of the word line WR0 and the non-inverted bit line BR0T and whose polarization state at the time of non-selection is at the point D in FIG. 3 is subjected to the charge sharing. The ferroelectric memory cell, whose polarization state is shifted to the intersection F between the straight line 3 and the hysteresis characteristic curve and is arranged at the intersection of the word line WR0 and the inverted bit line BR0B and whose polarization state at the time of non-selection is at the point I, The polarization state is shifted to the intersection H between the straight line 4 and the hysteresis characteristic curve. As a result, the potential of the non-inverted bit line BR0T changes to the potential Vt2 corresponding to the electric field at the point F, and the potential of the inverted bit line BR0B changes to the potential Vb2 corresponding to the electric field at the point H. A potential difference serving as a minute read signal is obtained for the inversion and the inversion bit line. In this read operation, the polarization state of the ferroelectric memory cell coupled to the non-inverted bit line BR0T is inverted from the positive direction to the reverse direction, but the ferroelectric memory cell coupled to the inverted bit line BR0B. The polarization state of is not reversed.
[0079]
The minute potential difference obtained between the non-inverted bit line BR0T and the inverted bit line BR0B by the read operation using the charge share is that the corresponding common source lines CSP0 and CSN0 are set to the effective level of the power supply voltage VCC or the potential 2Vq, respectively. Thus, the signal is amplified by the corresponding unit amplifier circuit of the sense amplifier SA, and becomes a binary read signal having a high level such as the power supply voltage VCC or a low level such as the potential 2Vq. Then, the bit line selection signal YS0 corresponding to the Y address signals AY0 to AYj is set to the high level, so that it is alternatively transmitted to the complementary common data line CD *, and further from the read amplifier of the main amplifier MA to the output buffer OB and The data is output to the outside of the ferroelectric memory through the data output terminal Dout.
[0080]
On the other hand, the binary read signal established on the complementary bit line BR0 * is directly transmitted to the ferroelectric capacitors Cst and Csb of the pair of ferroelectric memory cells in the selected state of the memory array ARYR. Among these, in the ferroelectric memory cell that is coupled to the non-inverted bit line BR0T and whose polarization state is at the point F in FIG. 3, the polarization of the non-inverted bit line BR0T is set to a high level such as the power supply voltage VCC. The state moves to point B, and rewriting is performed with polarization inversion. In the ferroelectric memory cell coupled to the inverted bit line BR0B and having the polarization state at the point H, the polarization state is shifted to the point G when the inverted bit line BR0B is set to a low level such as the potential 2Vq. Rewriting without polarization reversal is performed. In these ferroelectric memory cells, the read operation is completed, and the non-selected bit line BR0T and the inverted bit line BR0B are returned to the precharge potential VCR, that is, the potential 3Vq, so that the polarization state is set to point D or point I, respectively. Migrate and keep this.
[0081]
Incidentally, while the above read operation is performed on the pair of ferroelectric memory cells arranged at the intersection of the word line WR0 and the complementary bit line BR0 * of the memory array ARYR, the word line WR0 of the memory array ARYR and the other complementary bit lines. In the remaining n pairs of ferroelectric memory cells arranged at the intersections of BR1 * to BRn *, the address selection MOSFET Qs is turned on, but the corresponding shared control signals SHR1 to SRLn are set to the low level and the complementary bit line BR1 *. Since the potential of the non-inverted and inverted signal lines of .about.BRn * is kept at the precharge potential of 3 Vq, no electric field is applied between both electrodes of the ferroelectric memory cell, and the ferroelectric polarization state is also changed. Retained without being destroyed. Further, when attention is paid to the memory array ARYL, the non-inverted and inverted signal lines of the complementary bit line BL0 * are changed to the potential Vt2 or Vb2, but for the other complementary bit lines BL1 * to BLn *, Since the corresponding shared control signals SHR1 to SHRn are set to the low level, the non-inverted and inverted signal lines are kept at the precharge potential Vq.
[0082]
As described above, in this embodiment, the non-inverted and inverted bit lines of the complementary bit lines BL0 * to BLn * and BR0 * to BRn * of the memory arrays ARYL and ARYR are used as the ferroelectric capacitors of the ferroelectric memory cells. Precharged to the same potential as the plate voltage supplied to the plate. In addition, the bit line capacitance of the complementary bit line of the memory array that is deactivated is used as a dummy capacitance for the bit line of the memory array that is activated, and these dummy capacitors are the memory array that is activated. Is precharged to a potential different from the plate voltage. When the selected word line selection operation is completed, the dummy capacitor and the designated bit line are selectively connected, and the unit corresponding to the designated bit line of the sense amplifier SA. Only the amplifier circuit is alternatively activated.
[0083]
As a result, the unit amplifier circuit of the sense amplifier SA is selectively operated without adding a special capacitor as a dummy capacitor and without destroying information held in the non-selected memory cell coupled to the selected word line. In addition, the precharge potential of the bit line corresponding to the non-selected memory cell can be held as it is without being discharged. As a result, the required operating current of the sense amplifier and the bit line precharge circuit can be greatly reduced, and the power consumption of the ferroelectric memory, which is increasing in scale and capacity, can be achieved. .
[0084]
FIG. 8 shows a partial block diagram of a second embodiment of a ferroelectric memory to which the present invention is applied. FIG. 9 shows a memory array ARY0 to ARY2 and one embodiment of its peripheral portion. A partial circuit diagram is shown. FIG. 10 shows a signal waveform diagram of one embodiment of the read operation for activating the memory array ARY0 of the ferroelectric memory of FIG. 8, and FIG. 11 shows that the memory array ARY1 is activated. A signal waveform diagram of one embodiment of the read operation is shown. The ferroelectric memory according to this embodiment basically follows the embodiment shown in FIGS. 1 to 7, and therefore, only the portions different from this will be described. Further, the following description regarding the memory arrays ARY0 to ARY3, the sense amplifiers SA0 to SA2, and the bit line connection circuits S0 to S1 will be made with representative examples.
[0085]
In FIG. 8, the ferroelectric memory of this embodiment includes four memory arrays ARY0 to ARY3. Among these, the memory arrays ARY1 and ARY2 are paired so as to share the sense amplifier SA1, and the memory arrays ARY0 and ARY3 occupy the corresponding sense amplifiers SA0 or SA2, respectively.
[0086]
Corresponding plate voltages VP0 to VP3 are respectively supplied to the memory arrays ARY0 to ARY3 from an internal voltage generation circuit (not shown). The sense amplifiers SA0 to SA2 are supplied with corresponding precharge control signals PC0 to PC2 and shared control signals SHR0, SHL1 and SHR1 and SHL2 from a clock generation circuit CPG (not shown), and also from the internal voltage generation circuit. The precharge voltages VC0 to VC2 are supplied. Further, n + 1-bit common source line signals CSP00 to CSP0n, CSN00 to CSN0n to CSP20 to CSP2n, and CSN20 to CSN2n are supplied to the sense amplifiers SA0 to SA2 from a Y address decoder YD (not shown). The plate voltages VP0 and VP3 and the precharge voltages VC0 and VC2 are set to the potential Vq, and the plate voltages VP1 and VP2 and the precharge voltage VC1 are set to the potential 3Vq.
[0087]
In this embodiment, the ferroelectric memory further includes bit line connection circuits S0 and S1 provided between adjacent memory arrays ARY0 and ARY1, and between memory arrays ARY2 and ARY3, respectively. These bit line connection circuits are supplied with n + 1 bit bit line connection control signals S00 to S0n and S10 to S1n from a Y address decoder YD (not shown).
[0088]
Here, the memory arrays ARY0 to ARY3 are, for example, m + 1 word lines W00 to W0m arranged in parallel with the vertical direction in the figure, as represented by the memory array ARY0 in FIG. N + 1 sets of complementary bit lines B00 * to B0n * arranged in parallel with each other. At the intersections of these word lines and complementary bit lines, (m + 1) × (n + 1) pairs of ferroelectric memory cells each comprising a ferroelectric capacitor Cst or Csb and an address selection MOSFET Qst or Qsb are arranged in a lattice pattern. . Corresponding plate voltages VP0 to VP3 are commonly supplied to the plates of the ferroelectric capacitors Cst and Csb of the ferroelectric memory cells constituting the memory arrays ARY0 to ARY3.
[0089]
The sense amplifiers SA0 to SA2 include, for example, n + 1 unit circuits provided corresponding to the complementary bit lines B00 * to B0n * of the memory array ARY0, as represented by the sense amplifier SA0 of FIG. Each of the unit circuits includes a unit amplifier circuit UA in which a pair of CMOS inverters are cross-coupled, a bit line precharge circuit composed of three N-channel type precharge MOSFETs NM to NO, and each unit amplifier circuit UA. Two switch MOSFETs (not shown) provided between the complementary input / output nodes and the complementary common data line CD0 * are included. Two shared N-channel MOSFETs NG and NH are provided between the complementary input / output nodes of each unit amplifier circuit UA and the corresponding complementary bit lines B00 * to B0n * of the right memory array ARY0.
[0090]
Each unit circuit of the sense amplifier SA1 includes another pair of shared MOSFETs NK and NL provided between the complementary input / output node of the unit amplifier circuit UA and the complementary bit lines B10 * to B1n * of the left memory array ARY1. Each unit circuit of the sense amplifier SA2 includes a pair of shared MOSFETs (not shown) provided between the complementary input / output nodes of the unit amplifier circuit UA and the complementary bit lines B30 * to B3n * of the left memory array ARY3. Including. Each unit circuit of the sense amplifiers SA0 to SA2 further includes a pair of N-channel type switch MOSFETs provided between the complementary input / output nodes of the unit amplifier circuit UA and the complementary common data lines CD0 * to CD2 *. Is not shown.
[0091]
Common source line signals CSP10 to CSP1n and CSN10 to CSN1n (not shown) are supplied from the Y address decoder YD to the unit amplifier circuits UA constituting each unit circuit of the sense amplifier SA1. A precharge control signal PC0 is commonly supplied to the gates of the precharge MOSFETs ND to NF, and a precharge voltage VC0 is commonly supplied to the commonly coupled sources of the precharge MOSFETs NE and NF. A shared control signal SHR0 is commonly supplied to the gates of the shared MOSFETs NG and NH.
[0092]
Next, each of the bit line connection circuits S0 to S1 is, for example, the complementary bit lines B00 * to B0n * and B10 * to B1n * of the memory arrays ARY0 and ARY1, as represented by the bit line connection circuit S0 in the figure. N + 1-type n + 1 pairs of switch MOSFETs NI and NJ provided corresponding to the N channel type. The gates of these switch MOSFET pairs are commonly coupled, and corresponding bit line connection control signals S00 to S0n are supplied from the Y address decoder YD.
[0093]
In FIG. 10, when the ferroelectric memory is not selected, both the precharge control signals PC0 and PC1 are set to a high level such as the power supply voltage VCC, and the shared control signals SHL0 and SHR0 to SHR1 are both high. It is set to a high level like the voltage VCH. The bit line connection control signals S00 to S0n are all set to a low level such as the ground potential VSS, and the word lines W00 to W0m and W10 to W1m are all set to a non-selection level such as the ground potential VSS. Further, the common source line signal lines CSP00 to CSP0n are all set to the invalid level of the ground potential VSS, and the common source line signal lines CSN00 to CSN0n are all set to the invalid level of the power supply voltage VCC.
[0094]
Thereby, the complementary bit lines B00 * to B0n * of the memory array ARY0 are connected to the corresponding unit circuit via the shared MOSFETs NG and NH of the sense amplifier SA0, and the precharge voltage VC0, that is, the potential via the precharge MOSFETs ND to NF. Precharged to Vq. Also, the complementary bit lines B10 * to B1n * and B20 * to B2n * of the memory arrays ARY1 and ARY2 are connected to corresponding unit circuits via the shared MOSFETs NK and NL and NP and NQ of the sense amplifier SA1, and the precharge MOSFET NM. Is precharged to the precharge voltage VC1, that is, the potential 3Vq through .about.NO.
[0095]
When the chip enable signal CEB is set to the low level and the ferroelectric memory is selected, the precharge control signals PC0 and PC1 are first set to the low level such as the ground potential VSS, and correspond to the designated memory array ARY0. While the shared control signal SHL0 is kept at a high level, the shared control signal SHL1 corresponding to the adjacent memory array ARY1 across the bit line connection circuit S0 is set to a low level such as the ground potential VSS. Further, the word line W00 of the memory array ARY0 designated with a slight delay is alternatively set to the selection level such as the high voltage VCH, and the complementary bit lines B00 * and B10 * of the memory arrays ARY0 and ARY1 are slightly delayed. The bit line connection control signal S00 corresponding to 1 is alternatively set to a high level such as the power supply voltage VCC, and the common source line signal lines CSP00 and CSN00 corresponding to the complementary bit line B00 * are alternatively selected a little later. Is set to an effective level such as the potential 2Vq or the ground potential VSS.
[0096]
As a result, first, in response to the low level of the shared control signal SHL1, the connection between the complementary bit lines B10 * to B1n * of the memory array ARY1 and the corresponding unit circuit of the sense amplifier SA1 is cut off, and the selection level of the word line W00. In response, the address selection MOSFETs Qst and Qsb of the corresponding n + 1 ferroelectric memory cells in the memory array ARY0 are turned on simultaneously. At this time, as described above, the plate voltage VP0 having the potential Vq is commonly supplied to the plates of the ferroelectric capacitors Cst and Csb of all the ferroelectric memory cells constituting the memory array ARY0, and the complementary bit line B00. All the non-inverted and inverted signal lines of * to B0n * are precharged to the potential Vq. For this reason, the polarization state of the n + 1 ferroelectric memory cells coupled to the word line W00 does not change despite the address selection MOSFETs Qst and Qsb being turned on, and the complementary bit lines B00 * to B0n. The levels of non-inverted and inverted signal lines of * do not change.
[0097]
When the selection operation of the word line W00 is completed and the bit line connection control signal S00 is alternatively set to the high level, the complementary bit line B00 * of the memory array ARY0 and the corresponding complementary bit line B10 * of the memory array ARY1 Are alternately connected, and charge sharing is performed between these complementary bit lines and the ferroelectric capacitors Cst and Csb of the selected ferroelectric memory cell. As a result, the potential of the non-inverted bit line B00T rises from the precharge potential Vq to a relatively high potential Vt3, and the potential of the inverted bit line B00B rises from the precharge potential Vq to a relatively low potential Vb3. At this time, the potential of the non-inverted bit line B10T decreases from the precharge potential 3Vq to the potential Vt3, and the potential of the inverted bit line B10B decreases from the precharge potential 3Vq to the potential Vb3.
[0098]
When the predetermined time has elapsed and the bit line connection control signal S00 is returned to the low level, the complementary bit line B10 * of the memory array ARY1 is separated from the corresponding complementary bit line B00 * of the memory array ARY0. Further, the minute potential difference between the non-inverted bit line B00T and the inverted bit line B00B is obtained by causing the common source line signals CSP00 and CSN00 to have an effective level such as the potential 2Vq or the ground potential VSS, thereby corresponding units of the sense amplifier SA0. Each of the signals is amplified by the amplifier circuit UA, and becomes a binary read signal in which the potential 2Vq is at a high level and the ground potential VSS is at a low level. A high level of a bit line selection signal (not shown) is received and transmitted to the complementary common data line CD0 *, and further output to the outside of the ferroelectric memory via the corresponding main amplifier and output buffer, and at the same time, the memory array ARY0. The ferroelectric memory cell in the selected state is rewritten.
[0099]
On the other hand, when the memory array ARY1 is activated, in the ferroelectric memory, the shared control signals SHR0 and SHR1 corresponding to the memory arrays ARY0 and ARY2 receive the ground potential VSS in response to the fall of the chip enable signal CEB. Low level. Further, the word line W10 of the memory array ARY1 designated with a slight delay is alternatively set to the selection level such as the high voltage VCH, and the complementary bit lines B00 * and B10 * of the memory arrays ARY0 and ARY1 are slightly delayed. The bit line connection control signal S00 corresponding to 1 is alternatively set to a high level such as the power supply voltage VCC, and the common source line signal lines CSP10 and CSN10 corresponding to the complementary bit line B10 * are alternatively selected a little later. The power supply voltage VCC or the potential is 2Vq.
[0100]
As a result, the low level of the shared control signals SHR0 and SHR1 is first received, and between the complementary bit lines B00 * to B0n * of the memory array ARY0 and the corresponding unit circuit of the sense amplifier SA0 and the complementary bit line B20 * of the memory array ARY2. The connection between .about.B2n * and the corresponding unit circuit of the sense amplifier SA1 is broken. In response to the selection level of the word line W10, the address selection MOSFETs Qst and Qsb of the corresponding n + 1 ferroelectric memory cells in the memory array ARY1 are turned on simultaneously. At this time, the plate voltage VP1 having a potential of 3Vq is commonly supplied to the plates of the ferroelectric capacitors Cst and Csb of all the ferroelectric memory cells constituting the memory array ARY1, and the complementary bit lines B10 * to B1n * are supplied. All non-inverted and inverted signal lines are precharged to a potential of 3 Vq. For this reason, the polarization state of the n + 1 ferroelectric memory cells coupled to the word line W10 of the memory array ARY1 does not change, and the levels of the non-inverted and inverted signal lines of the complementary bit lines B10 * to B1n * do not change. .
[0101]
When the selection operation of the word line W10 is completed and the bit line connection control signal S00 is alternatively set to the high level, the complementary bit line B10 * of the memory array ARY1 and the corresponding complementary bit line B00 * of the memory array ARY0 Are connected to each other, and charge sharing is performed between the complementary bit lines and the ferroelectric capacitors Cst and Csb of the selected ferroelectric memory cell of the memory array ARY1. As a result, the potential of the non-inverted bit line B10T of the memory array ARY1 decreases from the precharge potential 3Vq to the relatively high potential Vt4, and the potential of the inverted bit line B10B decreases from the precharge potential 3Vq to the relatively low potential Vb4. To do. At this time, the potential of the non-inverted bit line B00T of the memory array ARY0 rises from the precharge potential Vq to the potential Vt4, and the potential of the inverted bit line B10B rises from the precharge potential Vq to the potential Vb4.
[0102]
When the predetermined time has elapsed and the bit line connection control signal S00 is returned to the low level, the complementary bit line B00 * of the memory array ARY0 is separated from the corresponding complementary bit line B10 * of the memory array ARY1. Further, the minute potential difference between the non-inverted bit line B10T and the inverted bit line B10B is obtained by causing the common source line signals CSP10 and CSN10 to have an effective level such as the power supply voltage VCC or the potential 2Vq, thereby corresponding units of the sense amplifier SA1. Each is amplified by the amplifier circuit UA to become a binary read signal having the power supply voltage VCC at a high level and the potential 2Vq at a low level. A high level of a bit line selection signal (not shown) is received and transmitted to the complementary common data line CD1 *, and further output to the outside of the ferroelectric memory via the corresponding main amplifier and output buffer, and the memory array ARY1. The ferroelectric memory cell in the selected state is rewritten.
[0103]
As described above, in the ferroelectric memory of this embodiment, the corresponding complementary bit lines of both memory arrays are arranged between the memory arrays ARY0 and ARY1 and ARY2 and ARY3 which are arranged adjacent to each other and which are not substantially paired. Bit line connection circuits S0 and S1 are provided for selectively connecting each other. The complementary bit lines B00 * to B0n * and B10 * to B1n * and B20 * to B2n * and B30 * to B3n * constituting the adjacent memory arrays ARY0 and ARY1 and ARY2 and ARY3 have different potentials Vq or 3Vq, respectively. And the bit line capacitance acts as the dummy capacitance Cyt or Cyb when the other memory array is activated. As a result, also in this embodiment, it is possible to obtain the same effects as those of the embodiment of FIGS. 1 to 7, thereby achieving low power consumption of the ferroelectric memory.
[0104]
In this embodiment, the bit line precharge circuit composed of three N-channel MOSFETs is shared by, for example, a pair of memory arrays ARY1 and ARY2 that share the sense amplifier SA1, as in the prior art. The chip size of the ferroelectric memory including the memory array pair is reduced.
[0105]
The effects obtained from the above embodiments are as follows. That is,
(1) Sense including a memory array in which ferroelectric memory cells including a ferroelectric capacitor and an address selection MOSFET are arranged in a lattice pattern, and a plurality of unit amplifier circuits provided corresponding to each bit line of the memory array In a nonvolatile memory device such as a ferroelectric memory having an amplifier, a bit line of a memory array is precharged to the same potential as a plate voltage supplied to a plate of a ferroelectric capacitor of a ferroelectric memory cell. Also, a dummy capacitor precharged to a potential different from the plate voltage is provided, and after the designated word line selection operation is completed, the dummy capacitor and the designated bit line are connected, and the sense amplifier Only the unit amplifier circuit corresponding to the designated bit line is selectively activated. As a result, the unit amplifier circuit of the sense amplifier can be selectively activated without destroying the information held in other non-selected memory cells coupled to the selected word line, and is compatible with non-selected memory cells. As a result, the precharge potential of the bit line can be held as it is without discharging.
[0106]
(2) According to the above item (1), the required operating current of the sense amplifier and the bit line precharge circuit can be greatly reduced.
(3) According to the above item (2), it is possible to achieve the effect of reducing the power consumption of a ferroelectric memory or the like that is being increased in scale and capacity.
(4) In the above items (1) to (3), a plurality of memory arrays that are selectively activated are provided in a ferroelectric memory or the like, and the bit lines of adjacent memory arrays are precharged to different potentials. Then, by using the capacity of each bit line of the memory array in the inactive state as the dummy capacity for each bit line of the memory array in the active state, the above-mentioned (( The effect that the effects of items 1) to (3) can be obtained is obtained.
[0107]
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. For example, in FIG. 1, the ferroelectric memory does not require the shared sense method to be used, and each memory array can be divided into a plurality of memory mats including its peripheral portion. In addition, the ferroelectric memory can adopt a so-called address multiplex system in which the X address signal and the Y address signal are supplied in a time-division manner through a common address input terminal, and the number of bits of each address signal is also set. Is optional. Ferroelectric memory can take any bit configuration such as x4 bit, x8 bit or x16 bit, its block configuration, names of start control signals and internal control signals, combinations and effective levels, and polarity of power supply voltage Can take various embodiments.
[0108]
In FIG. 2, the memory arrays ARYL and ARYR of the ferroelectric memory can include a predetermined number of redundant elements, and various array configurations including a so-called 1-cell 1-transistor type can be adopted. In addition, when the operating current for bit line precharging is not a problem, the shared MOSFETs N5 and N6 and N7 and N8 may be turned on or off simultaneously. In this embodiment, the designated bit line of the memory array ARYL or ARYR and the corresponding unit circuit of the sense amplifier SA are selectively connected, and the unit amplifier circuit of the sense amplifier SA is alternatively selected. For example, a predetermined number of the complementary bit lines of the memory arrays ARYL and ARYR and the unit amplifier circuit of the sense amplifier SA are group-divided into groups, and these groups are selectively connected as a unit to set the operation state. Also good. The memory arrays ARYL and ARYR, the bit line precharge circuits PL and PR, the specific configuration of the sense amplifier SA, the conductivity type of the MOSFET, etc. can take various embodiments, and the plate voltages VPL and VPR and the precharge voltages VCL and VCR. The specific potential such as is also arbitrary.
[0109]
In FIG. 3, the information retention characteristic of the ferroelectric memory cell is a standard example and does not limit the present invention. 4 and 6, the activation control signal, internal control signal, absolute time relationship and effective level of the word line and complementary bit line, etc. of the ferroelectric memory are not limited to this embodiment. In FIG. 8, the ferroelectric memory can include any number of memory arrays and their peripheral parts. In FIG. 9, when the operating current for bit line precharging does not matter so much, the switch MOSFETs NI and NJ of the bit line connection circuits S0 and S1 may be simultaneously turned on or off. 10 and 11, the activation control signal and internal control signal of the ferroelectric memory, and the absolute time relationship and effective level of the word line and complementary bit line can be arbitrarily set.
[0110]
Further, in the above embodiment, the bit line capacitance of the corresponding complementary bit line of the adjacent memory array is used as the dummy cell for the read operation, but a dedicated dummy cell can be provided instead. In this case, only one dedicated dummy cell may be provided, and this dummy cell and the designated complementary bit line of the memory array may be alternatively connected.
[0111]
In the above description, the case where the invention made mainly by the present inventor is applied to the ferroelectric memory, which is the field of use behind it, has been described. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to a digital integrated circuit device such as a single chip microcomputer incorporating a shadow RAM having a mode or a ferroelectric memory. The present invention can be widely applied to a nonvolatile memory device having a memory array in which at least ferroelectric memory cells are arranged in a lattice and a device or system including the nonvolatile memory device.
[0112]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, a sense amplifier including a memory array in which ferroelectric memory cells including ferroelectric capacitors and address selection MOSFETs are arranged in a lattice pattern, and a plurality of unit amplifier circuits provided corresponding to each bit line of the memory array Is precharged to the same potential as the plate voltage supplied to the plate of the ferroelectric capacitor of the ferroelectric memory cell. Also, a dummy capacitor precharged to a potential different from the plate voltage is provided, and after the designated word line selection operation is completed, the dummy capacitor and the designated bit line are connected, and the sense amplifier Only the unit amplifier circuit corresponding to the designated bit line is selectively activated. In addition, when a ferroelectric memory or the like has a plurality of memory arrays that are selectively activated, each bit of the memory array that is in an inactive state is precharged to different bit lines of adjacent memory arrays. The capacity of the line is used as the dummy capacity for each bit line of the active memory array. As a result, the unit amplifier circuit of the sense amplifier is selectively brought into an operating state without adding a special capacitor as a dummy capacitor and without destroying information held in an unselected memory cell coupled to the selected word line. In addition, the precharge potential of the bit line corresponding to the non-selected memory cell can be held as it is without being discharged. As a result, the required operating currents of the sense amplifier and the bit line precharge circuit can be greatly reduced, and the power consumption of a ferroelectric memory or the like that is being increased in scale and capacity can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a ferroelectric memory to which the present invention is applied.
2 is a circuit diagram showing one embodiment of a memory array and its peripheral part included in the ferroelectric memory of FIG. 1; FIG.
3 is an information retention characteristic diagram showing one embodiment of a ferroelectric memory cell constituting the memory array of FIG. 2. FIG.
4 is a signal waveform diagram showing one embodiment of a read operation for activating a memory array ARYL of the ferroelectric memory of FIG. 1; FIG.
5 is a conceptual diagram for explaining an operation principle of a read operation for activating a memory array ARYL of the ferroelectric memory in FIG. 1; FIG.
6 is a signal waveform diagram showing an example of a read operation for activating the memory array ARYR of the ferroelectric memory of FIG. 1; FIG.
7 is a conceptual diagram for explaining the operating principle of a read operation that activates the memory array ARYR of the ferroelectric memory of FIG. 1; FIG.
FIG. 8 is a partial block diagram showing a second embodiment of a ferroelectric memory to which the present invention is applied;
9 is a partial circuit diagram showing one embodiment of a memory array and its peripheral part included in the ferroelectric memory of FIG. 8; FIG.
10 is a signal waveform diagram showing one example of a read operation for activating the memory array ARY0 of the ferroelectric memory in FIG. 8; FIG.
11 is a signal waveform diagram showing an example of a read operation for activating the memory array ARY1 of the ferroelectric memory in FIG. 8; FIG.
[Explanation of symbols]
ARYL, ARYR: Memory array, XDL, XDR: X address decoder, XB: X address buffer, PL, PR: Bit line precharge circuit, SA: Sense amplifier, YD: Y address decoder, YB: ... Y address buffer, MA ... main amplifier, IB ... input buffer, OB ... output buffer, CG ... clock generation circuit.
Din: Data input terminal, Dout: Data output terminal, CEB: Chip enable signal input terminal, WEB: Write enable signal input terminal, OEB: Output enable signal input terminal, AX0 to AXi: X address input terminal , AY0 to AYj... Y address input terminal.
WL0 to WLm, WR0 to WRm... Word line, BL0 * to BLn *, BR0 * to BRn *... Complementary bit line, Cst, Csb... Ferroelectric capacitor, Qst, Qsb. VPR: Plate voltage, PC: Precharge control signal, VCL, VCR: Precharge voltage, SHL0 to SHLn, SHR0 to SHRn: Shared control signal, BS0 * to BSn *: Each of the sense amplifier unit amplifier circuits Complementary input / output nodes, CSP0 to CSPn, CSN0 to CSNn: common source line signal, YS0 to YSn: bit line selection signal, CD *: complementary common data line.
Cst, Csb: Ferroelectric capacitor capacity, Cdt, Cdb: Bit line capacity, Cyt, Cyb: Dummy capacity, Swt, Swb, Sst, Ssb: Switch.
ARY0 to ARY3 ... Memory array, VP0 to VP3 ... Plate voltage, XD0 to XD3 ... X address decoder, SA0 to SA2 ... Sense amplifier, S0 to S1 ... Bit line connection circuit, PC0 to PC2 ... Precharge Control signal, VC0 to VC2... Precharge voltage, SHL1 to SHL2, SHR0 to SHR1... Shared control signal, CD0 * to CD2 *.
W00 to W0m to W20 to W2m... Word line, B00 * to B0n * to B20 * to B2n *... Complementary bit line, UA... Sense amplifier unit amplifier circuit, S00 to S0n.
P1-P2 P channel MOSFET, N1-NQ N-channel MOSFET.

Claims (3)

選択的に活性状態とされる複数のメモリアレイを有し、
上記複数のメモリアレイのそれぞれは、
第1の電位にプリチャージされるビット線と、
その一方の電極に上記第1の電位とされるプレート電圧を受ける強誘電体キャパシタと、上記強誘電体キャパシタの他方の電極と対応する上記ビット線との間に設けられそのゲートが対応するワード線に共通結合されるアドレス選択MOSFETとを含む強誘電体メモリセルと、
上記第1の電位と異なる第2の電位にプリチャージされるダミー容量と、
上記ダミー容量と指定された上記ビット線との間を選択的に接続するスイッチ手段とを具備し、
上記強誘電体キャパシタの容量と、対応する上記ビット線の容量と、上記ダミー容量の容量との間のチャージシェアにより指定された上記強誘電体メモリセルの保持データを読み出し、
上記ダミー容量及び上記スイッチ手段は、上記ビット線に対応して設けられるものであり、
活性状態とされる上記メモリアレイに対する上記ダミー容量は、活性状態とされない他の上記メモリアレイの対応する上記ビット線の容量を用いてなるものであることを特徴とする不揮発性記憶装置。
Having a plurality of memory arrays selectively activated;
Each of the plurality of memory arrays is
A bit line precharged to a first potential;
A word is provided between a ferroelectric capacitor that receives the plate voltage, which is the first potential, on one electrode thereof, and the bit line corresponding to the other electrode of the ferroelectric capacitor, the gate of which corresponds to the corresponding word. A ferroelectric memory cell including an address select MOSFET commonly coupled to the line;
A dummy capacitor precharged to a second potential different from the first potential;
Switch means for selectively connecting between the dummy capacitor and the designated bit line;
And capacity of the ferroelectric capacitor, and read out and the capacitance of said corresponding bit line, the data held in the specified the ferroelectric memory cell by charge sharing between the capacitor of the dummy capacitance,
The dummy capacitor and the switch means are provided corresponding to the bit line,
The nonvolatile memory device according to claim 1, wherein the dummy capacitor for the memory array to be activated is formed by using the capacity of the corresponding bit line of another memory array that is not activated .
請求項1において、
上記不揮発性記憶装置は、上記ビット線に対応して設けられる複数の単位増幅回路を含むセンスアンプを具備するものであって、
上記単位増幅回路は、対応する上記強誘電体メモリセルの指定を受けて択一的に動作状態とされるものであることを特徴とする不揮発性記憶装置。
In claim 1,
The nonvolatile memory device includes a sense amplifier including a plurality of unit amplifier circuits provided corresponding to the bit lines,
The non-volatile storage device according to claim 1, wherein the unit amplifier circuit is selectively activated in response to designation of the corresponding ferroelectric memory cell.
請求項2において、
上記複数のメモリアレイは、第1及び第2のメモリアレイを含み、
上記第1のメモリアレイを構成する上記ビット線は、回路の電源電圧の4分の1の絶対値を有する第1の電位にプリチャージされ、
上記第2のメモリアレイを構成する上記ビット線は、回路の電源電圧の4分の3の絶対値を有する第2の電位にプリチャージされ、
上記単位増幅回路を選択的に動作状態とするための第1及び第2のコモンソース線信号は、
上記第1のメモリアレイが活性状態とされるとき、それぞれ回路の電源電圧の4分の2の絶対値を有する第3の電位又は回路の接地電位をその有効レベルとし、
上記第2のメモリアレイが活性状態とされるとき、それぞれ回路の電源電圧又は上記第3の電位をその有効レベルとするものであることを特徴とする不揮発性記憶装置。
In claim 2,
The plurality of memory arrays include first and second memory arrays;
The bit lines constituting the first memory array are precharged to a first potential having an absolute value of one-fourth of the power supply voltage of the circuit,
The bit lines constituting the second memory array are precharged to a second potential having an absolute value of three-fourths of the power supply voltage of the circuit,
The first and second common source line signals for selectively operating the unit amplifier circuit are:
When the first memory array is activated, a third potential having an absolute value of two-fourths of the power supply voltage of the circuit or a ground potential of the circuit is set to its effective level,
A nonvolatile memory device characterized in that, when the second memory array is activated, the power supply voltage of the circuit or the third potential is set to its effective level.
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