JP3741852B2 - データ記憶装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、データ記憶装置に関し、特に、データ記憶装置の大容量化に関する。
【0002】
【従来の技術】
データ記憶装置として、強誘電体コンデンサを用いた強誘電体メモリ10が知られている。図9に、従来の強誘電体メモリの回路構成の一部を示す。
【0003】
従来の強誘電体メモリにおいては、一対のビットラインBL,BLBに複数のメモリセルMC0,MC1,MC2,・・・、および、ひとつのセンスアンプSAが接続されている。また、ビットラインBLBにはダミーセルDC0が接続され、ビットラインBLにはダミーセルDC1が接続されている。
【0004】
メモリセルMC0は、いわゆる1トランジスタ1キャパシタ型の記憶素子である。すなわち、メモリセルMC0は、強誘電体コンデンサ2を備えており、強誘電体コンデンサ2の一端はトランジスタ4を介してビットラインBLに接続されている。メモリセルMC0は、強誘電体コンデンサ2の分極状態に対応させてデータを記憶している。
【0005】
図10Aは、強誘電体コンデンサ2の分極状態とデータとの対応関係を例示した図面である。たとえば、強誘電体コンデンサ2の分極状態がP1である場合に記憶データが”1”であり、分極状態がP2である場合に記憶データが”0”であると定義する。
【0006】
他のメモリセルMC1,MC2,・・・も、同様の構成である。
【0007】
ダミーセルDC0は、強誘電体コンデンサ6を備えており、強誘電体コンデンサ6の一端はトランジスタ8を介してビットラインBLBに接続されている。強誘電体コンデンサ6は、メモリセルの強誘電体コンデンサ2よりも大きい面積を持つよう構成されている(図10A,図10B参照)。
【0008】
他のダミーセルDC1も、同様の構成である。
【0009】
図9に示すように、強誘電体メモリ10は、上述の構成を有する列要素12を、図中X方向に複数配置した構成(図示せず)を有している。
【0010】
たとえば、メモリセルMC0に記憶されているデータを読み出すには、まず、ラインEQを”H”にして、ビットラインBL,BLBを接地電位Gでプリチャージしておく。
【0011】
つぎに、ワードラインWL0を”H”にすることによりメモリセルMC0を選択するとともに、ダミーワードラインDWL0を”H”にすることによりダミーセルDC0を選択する。この状態で、プレートラインPLおよびダミープレートラインDPLに所定の読み出し電圧を印加し、ビットラインBL,BLBに現れる電圧をセンスアンプSAにより検出する。
【0012】
図10Aに示すように、メモリセルMC0に記憶されているデータが”1”であれば、強誘電体コンデンサ4からはΔQ1の電荷が放出され、メモリセルMC0に記憶されているデータが”0”であれば、強誘電体コンデンサ4からはΔQ0の電荷が放出される。したがって、ビットラインBLには、強誘電体コンデンサ4から放出された電荷量に対応した電圧が現れる。
【0013】
一方、図10Bに示すように、ダミーセルDC0の強誘電体コンデンサ6からはΔQsの電荷が放出される。ビットラインBLBには、強誘電体コンデンサ6から放出された電荷ΔQsに対応した電圧が現れる。なお、電荷ΔQsは、上述の電荷ΔQ0より大きく、かつ、電荷ΔQ1より小さくなるよう設定されている。
【0014】
センスアンプSAは、ビットラインBLに現れる電圧が、ビットラインBLBに現れる電圧(基準電圧)より高いか低いかを知ることにより、メモリセルMC0に記憶されているデータが”1”であるか、”0”であるかを知る。このようにして、メモリセルMC0に記憶されているデータを読み出すことができる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の強誘電体メモリには、次のような問題点があった。上述の強誘電体メモリ10の記憶容量を増やすためには、図9に示す列要素12の数を増やすことによってX方向のメモリセルの数を増やすと同時に、Y方向のメモリセルの数を増やす必要がある。
【0016】
しかし、ひとつの列要素12に接続されるメモリセルMC0,MC1,MC2,・・・の数をあまり多くすると、ビットラインBL、BLBの長さが長くなり、上述の読出し動作において、ビットラインBL、BLBに現れる信号電圧が低下したり、動作速度が遅くなったりする。
【0017】
そこで、強誘電体メモリ10を、図10に示す折返し線αで折返した構造の強誘電体メモリ(図示せず)が提案されている。このようにすれば、ひとつの列要素12に接続されるメモリセルMC0,MC1,MC2,・・・の数を増やすことなく、Y方向のメモリセルの数を倍増することができる。すなわち、ビットラインBL、BLBに現れる信号電圧が低下したり動作速度が遅くなったりすることなく、Y方向のメモリセルの数を倍増することができる。
【0018】
しかし、従来の強誘電体メモリ10を折返し線αで折返しただけでは、装置の大きさが、メモリセルの数にほぼ比例して大きくなる。
【0019】
この発明はこのような問題を解決し、装置の寸法の増加を抑制しつつ、記憶容量を増大させることができるデータ記憶装置を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
この発明のデータ記憶装置は、独立した一対のデータ線と、一対のデータ線のうち一方のデータ線に選択的に接続される1以上の記憶素子と、他方のデータ線に接続される基準用素子と、を有する素子ブロックを2つ備えるとともに、一対の検出端子に入力される入力値の大小関係を判定するとともに、判定結果に基づいて、相互に異なる一対の出力値を当該一対の検出端子に出力するセンスアンプを備え、前記センスアンプの一対の検出端子のうち一方の検出端子に、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する前記一方のデータ線を接続するとともに、他方の検出端子に、双方の素子ブロックにそれぞれ属する前記他方のデータ線をともに接続することにより、一対の前記基準用素子により生成される基準値を基準として前記選択された記憶素子に記憶されているデータの内容を判定するデータ記憶装置であって、前記センスアンプの前記一方の検出端子に、前記選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する前記一方のデータ線および選択された記憶素子の属しない素子ブロックに属する前記他方のデータ線を接続するとともに、前記他方の検出端子に、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する前記他方のデータ線を接続した状態で再書き込み動作を行うことにより、選択された記憶素子の属しない素子ブロックに属する基準用素子に記憶されるデータを選択された記憶素子と同一のデータとするとともに、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する基準用素子に記憶されるデータを選択された記憶素子と異なるデータとすること、を特徴とする。
【0025】
この発明のデータ記憶装置は、前記各素子ブロックに属する前記各記憶素子は、それぞれ、トランジスタを介して属する素子ブロックの前記一方のデータ線に接続されるコンデンサを備え、各素子ブロックに属する前記基準用素子は、それぞれ、トランジスタを介して属する素子ブロックの前記他方のデータ線に接続されるコンデンサを備え、前記各コンデンサは、実質的に同一の電圧・電荷特性を有するコンデンサであること、を特徴とする。
【0026】
この発明のデータ記憶装置は、前記各コンデンサは、強誘電体コンデンサであり、前記各記憶素子は、それぞれ、強誘電体コンデンサの2種類の分極状態に対応した2種類のデータのいずれかを記憶し、前記2つの基準用素子は、それぞれ、前記2種類の分極状態のうち相互に異なる分極状態を保持していること、を特徴とする。
【0042】
【発明の作用および効果】
この発明のデータ記憶装置においては、独立した一対のデータ線と、一対のデータ線のうち一方のデータ線に選択的に接続される1以上の記憶素子と、他方のデータ線に接続される基準用素子と、を有する素子ブロックを2つ備えることを特徴とする。
【0043】
したがって、独立した一対のデータ線を有する素子ブロックを2つ設けることにより、各データ線の長さを変えずに、記憶素子の数を増やすことができる。このため、アクセス速度の低下を抑制しつつ、記憶容量を増大させることができる。
【0044】
また、センスアンプの一対の検出端子のうち一方の検出端子に、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する前記一方のデータ線を接続することを特徴とする。
【0045】
したがって、ひとつのセンスアンプを、2つの素子ブロックで兼用することができる。このため、各素子ブロックにそれぞれ専用のセンスアンプを設ける必要がないので、装置を小型化することができる。
【0046】
また、センスアンプの他方の検出端子に、双方の素子ブロックにそれぞれ属する他方のデータ線をともに接続することにより、一対の基準用素子により生成される基準値を基準として選択された記憶素子に記憶されているデータの内容を判定することを特徴とする。
【0047】
したがって、一対の基準用素子を、2つの素子ブロックで兼用することができる。このため、各素子ブロックにそれぞれ専用の一対の基準用素子を設ける必要がないので、装置を小型化することができる。
【0048】
すなわち、アクセス速度の低下を抑制し、かつ、データ記憶装置の寸法の増加を抑制しつつ、記憶容量を増大させることができる。
【0049】
この発明のデータ記憶装置においては、各素子ブロックに属する各記憶素子は、それぞれ、トランジスタを介して属する素子ブロックの一方のデータ線に接続されるコンデンサを備え、各素子ブロックに属する基準用素子は、それぞれ、トランジスタを介して属する素子ブロックの他方のデータ線に接続されるコンデンサを備え、各コンデンサは、実質的に同一の電圧・電荷特性を有するコンデンサであることを特徴とする。
【0050】
したがって、記憶素子と基準用素子とを区別することなく、同一寸法のコンデンサおよびトランジスタを備えた素子として製造することができる。このため、素子をレイアウトする際に無駄スペースが生じにくい。すなわち、データ記憶装置の寸法の増加を、さらに抑制することができる。
【0051】
この発明のデータ記憶装置においては、各コンデンサは強誘電体コンデンサであり、各記憶素子は、それぞれ、強誘電体コンデンサの2種類の分極状態に対応した2種類のデータのいずれかを記憶することを特徴とする。
【0052】
したがって、強誘電体コンデンサを用いて記憶素子を構成することにより、いわゆる1キャパシタ1トランジスタ型の不揮発性のデータ記憶装置を容易に実現することができる。
【0053】
また、2つの基準用素子は、それぞれ、2種類の分極状態のうち相互に異なる分極状態を保持していることを特徴とする。
【0054】
したがって、2つの基準用素子により生成されるそれぞれの基準値の平均値を基準値とすることにより、容易に基準値を生成することができる。
【0055】
また、各基準用素子がとり得る2つの分極状態と、各記憶素子がとり得る2つの分極状態とはそれぞれ等しい。したがって、各基準用素子を分極させる際の回路や手順を、記憶素子へデータを書込む際のそれと兼用することが可能となる。このため、データ記憶装置の寸法の増加をいっそう抑制することができるとともに、書込み等アクセスに要する一連の時間を短縮することができる。
【0056】
この発明のデータ記憶装置においては、センスアンプの一方の検出端子に、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する一方のデータ線および選択された記憶素子の属しない素子ブロックに属する他方のデータ線を接続することにより、選択された記憶素子の属しない素子ブロックに属する基準用素子の分極状態を選択された記憶素子の分極状態と同一の分極状態とするようにしている。
【0057】
したがって、選択された記憶素子にデータを書込む際に、同時に、選択された記憶素子の属しない素子ブロックに属する基準用素子の分極状態を、選択された記憶素子と同じ分極状態にすることができる。
【0058】
また、センスアンプの他方の検出端子に、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する他方のデータ線を接続することにより、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する基準用素子の分極状態を選択された記憶素子の分極状態と異なる分極状態とするようにしている。
【0059】
したがって、選択された記憶素子にデータを書込む際に、同時に、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する基準用素子の分極状態を、選択された記憶素子と異なる分極状態にすることができる。
【0060】
このため、選択された記憶素子にデータを書込む際に、同時に、一対の基準用素子の分極状態を相互に異なる分極状態とすることができる。すなわち、書込み等アクセスに要する一連の時間を、容易に短縮することができる。
【0061】
さらに、異なる内容のデータを読み出したり書込んだりする度に、一対の基準用素子の分極状態が変化する。このため、基準用素子にくせ付け(インプリント効果)が生ずることを、容易に防止することができる。すなわち、長期にわたり、正確な基準値を生成することができる。
【0062】
【発明の実施の形態】
図1に、この発明の一実施形態によるデータ記憶装置である強誘電体メモリ20の回路構成の一部を示す。強誘電体メモリ20は、いわゆる1トランジスタ1キャパシタ型のメモリセルを、複数個、行列配置した構成を有している。したがって、実際の回路では、図中X方向に複数の列要素が配置されるが、ここでは説明の便宜上、一つの列要素22のみを描いている。
【0063】
強誘電体メモリ20の一つの列要素22は、一対の素子ブロックCB0,CB1と、判定部であるセンスアンプSAとを備えている。
【0064】
まず、第1の素子ブロックである素子ブロックCB0について説明する。素子ブロックCB0は、一対のデータ線である一対の上部ビットラインBLU,BLBU、複数の記憶素子であるメモリセルMC00,MC01,・・・、基準用素子であるダミーセルDC00,DC01を備えている。
【0065】
メモリセルMC00は、一つの強誘電体コンデンサMF00と一つのトランジスタMQ00とを備えている。強誘電体コンデンサMF00の一端は、トランジスタMQ00を介して、上部ビットラインBLUに接続されている。トランジスタMQ00のゲートは、ワードラインWL0に接続されている。強誘電体コンデンサMF00の他端は、プレートラインPLに接続されている。
【0066】
メモリセルMC00は、強誘電体コンデンサMF00の分極状態に対応させてデータを記憶している。図3は、メモリセルMC00,・・・を構成する強誘電体コンデンサMF00,・・・およびダミーセルDC00,・・・を構成する強誘電体コンデンサDF00,・・・の電圧・電荷特性を示す図面である。強誘電体コンデンサMF00の分極状態が図3に示すP1である場合に記憶データが”1”であり、分極状態がP2である場合に記憶データが”0”であると定義する。
【0067】
他のメモリセルMC01,・・・、およびダミーセルDC00,DC01も、メモリセルMC00と同様の構成である。すなわち、いずれのセルも同様の履歴特性(電圧・電荷特性)を有する同一構成の強誘電体コンデンサとトランジスタとを備えている。このように、メモリセルおよびダミーセルを同一の構成とすることで、セルをレイアウトする際に無駄スペースが生じにくい。
【0068】
一対の上部ビットラインBLU,BLBUは、それぞれ、トランジスタPQ00,PQ01を介して接地されるとともに、トランジスタEQQ0を介して相互に接続されるよう構成されている。
【0069】
上部ビットラインBLUはトランジスタIQ0を介してセンスアンプSAの一方の検出端子24に接続され、上部ビットラインBLBUはトランジスタIQ1を介してセンスアンプSAの他方の検出端子26に接続されるよう構成されている。
【0070】
第2の素子ブロックである素子ブロックCB1も、素子ブロックCB0と同様の構成である。すなわち、素子ブロックCB1は、素子ブロックCB0を折返し線βで折返した構成を有している。したがって、一対の素子ブロックCB0、CB1で、センスアンプSAを共有することになる。このため、一対の素子ブロックCB0、CB1に、それぞれ専用のセンスアンプを設ける場合に比し、装置のY方向の寸法を小さくすることができる。
【0071】
たとえば、メモリセルMC00にアクセスする場合、すなわち、メモリセルMC00が選択された記憶素子となる場合を例に説明すれば、素子ブロックCB0が、選択された記憶素子の属する素子ブロックに該当し、素子ブロックCB1が、選択された記憶素子の属しない素子ブロックに該当する。
【0072】
上部ビットラインBLUが、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する一方のデータ線に該当し、上部ビットラインBLBUが、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する他方のデータ線に該当する。
【0073】
図1に示す素子ブロックCB1の下部ビットラインBLDが、選択された記憶素子の属しない素子ブロックに属する一方のデータ線に該当し、下部ビットラインBLBDが、選択された記憶素子の属しない素子ブロックに属する他方のデータ線に該当する。
【0074】
また、第1の基準用素子であるダミーセルDC00が、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する基準用素子に該当し、第2の基準用素子であるダミーセルDC10が、選択された記憶素子の属しない素子ブロックに属する基準用素子に該当する。つまり、素子ブロックCB0のダミーセルDC00と素子ブロックCB1のダミーセルDC10とにより、基準値生成部を構成している。すなわち、一対の素子ブロックCB0、CB1で、基準値生成部を兼用することになる。したがって、一対の素子ブロックCB0、CB1に、それぞれ専用の基準値生成部を設ける場合に比し、装置のY方向の寸法を小さくすることができる。
【0075】
なお、後述するように、基準値生成部を構成する一対のダミーセルDC00、DC10は、それぞれ、2種類の分極状態のうち相互に異なる分極状態P1,P2(図3参照)を保持するよう構成されている。
【0076】
ちなみに、メモリセルMC01にアクセスする場合、すなわち、メモリセルMC01が選択された記憶素子となる場合には、図1に示す素子ブロックCB0の上部ビットラインBLBUが、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する一方のデータ線に該当し、上部ビットラインBLUが、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する他方のデータ線に該当する。
【0077】
素子ブロックCB1の下部ビットラインBLBDが、選択された記憶素子の属しない素子ブロックに属する一方のデータ線に該当し、下部ビットラインBLDが、選択された記憶素子の属しない素子ブロックに属する他方のデータ線に該当する。
【0078】
また、第1の基準用素子であるダミーセルDC01が、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する基準用素子に該当し、第2の基準用素子であるダミーセルDC11が、選択された記憶素子の属しない素子ブロックに属する基準用素子に該当する。つまり、メモリセルMC01にアクセスする場合には、素子ブロックCB0のダミーセルDC01と素子ブロックCB1のダミーセルDC11とにより、基準値生成部を構成することになる。
【0079】
図2は、メモリセルMC00に記憶されたデータを読み出す場合における各ラインの状態を表わすタイミングチャートである。図4〜図8は、データの読出動作を説明するための回路図である。図2、図3を参照しつつ、図4〜図8に基づいて、メモリセルMC00に記憶されたデータを読み出す場合の1サイクルの動作を説明する。
【0080】
まず、図4に示すように、ラインISO0B,ISO1B,ISO2B,ISO3Bを全て”H”にすることにより(図2、(a)参照)トランジスタIQ0,IQ1,IQ2,IQ3を全て”ON”にする。同時に、ラインEQ0,EQ1を”H”にすることにより(図2、(b)参照)トランジスタEQQ0,EQQ1を”ON”にし、ラインPCを”H”にすることにより(図2、(c)参照)トランジスタPQ00,PQ01,PQ10,PQ11を”ON”にする。
【0081】
これにより、一対の上部ビットラインBLU,BLBU、および一対の下部ビットラインBLD,BLBDが相互に接続されるとともに、接地される。したがって全てのビットラインが等電位(接地電位)になるとともに、各ビットラインが有する寄生容量Cbが接地電位にプリチャージされる(図2、(d)参照)。
【0082】
プリチャージ終了後、図5に示すように、ラインEQ0,EQ1を”L”にすることにより(図2、(e)参照)トランジスタEQQ0,EQQ1を”OFF”にする。これにより、一対の上部ビットラインBLU,BLBUが相互に切り離されるとともに、下部ビットラインBLD,BLBDが相互に切り離される。
【0083】
また、ラインISO0B,ISO1B,ISO2B,ISO3BのうちラインISO2Bのみを”L”にすることにより(図2、(f)参照)トランジスタIQ0,IQ1,IQ2,IQ3のうちトランジスタIQ2のみを”OFF”にする。
【0084】
これにより、上部ビットラインBLUと下部ビットラインBLDとが切り離された状態となり、上部ビットラインBLBUと下部ビットラインBLBDとが接続された状態となる。
【0085】
同時に、ラインPCを”L”にすることにより(図2、(g)参照)トランジスタPQ00,PQ01,PQ10,PQ11を”OFF”にする。これにより、各ビットラインがフローティング状態となる。これまでの動作が、プリチャージステップ(図2参照)である。
【0086】
つぎに、図6に示すように、ワードラインWL0を”H”にすることにより(図2、(h)参照)トランジスタMQ00を”ON”にする。これにより、強誘電体コンデンサMF00が上部ビットラインBLUに接続される。すなわち、メモリセルMC00が選択される。
【0087】
また、ダミーワードラインDWL0を”H”にすることにより(図2、(i)参照)トランジスタDQ00およびトランジスタDQ10を”ON”にする。これにより、強誘電体コンデンサDF00が上部ビットラインBLBUに接続されるとともに、強誘電体コンデンサDF10が下部ビットラインBLBDに接続される。すなわち、ダミーセルDC00およびダミーセルDC10が、上部ビットラインBLBUおよび下部ビットラインBLBDに、それぞれ接続される。
【0088】
同時に、プレートラインPLおよびダミープレートラインDPLの電位を一旦”H”にした後、”L”に戻す(図2、(j)参照)。プレートラインPLの電位を一旦”H”にした後”L”に戻すことにより、メモリセルMC00の強誘電体コンデンサMF00から、記憶データの内容すなわち分極状態に対応した電荷が放出される。
【0089】
ここでは、メモリセルMC00の記憶データが”1”である(すなわち、強誘電体コンデンサMF00の分極状態が図3に示す”P1”である)ものとして説明する。この場合、図3に示すように、電荷ΔQ1=2Qr(Qrは、強誘電体コンデンサMF00の残留分極である)が上部ビットラインBLUに放出される。これは、読み出し動作において、強誘電体コンデンサMF00の分極状態がP1からP3を経てP2に至るためである。
【0090】
したがって、上部ビットラインBLUの電位(データ対応値)V1は、
ただし、
Cb:ビットラインの寄生容量
Cc:強誘電体コンデンサの容量
となる(図2、(k)参照)。
【0091】
なお、メモリセルMC00の記憶データが”0”であれば、図3に示すように、ΔQ0=0の電荷が上部ビットラインBLUに放出される。これは、読み出し動作において、強誘電体コンデンサMF00の分極状態がP2からP3を経てP2に戻るためである。
【0092】
したがって、メモリセルMC00の記憶データが”0”の場合には、上部ビットラインBLUの電位(データ対応値)V0は、
となる(図2、(l)参照)
一方、ダミープレートラインDPLの電位を一旦”H”にした後”L”に戻すことにより、ダミーセルDC00の強誘電体コンデンサDF00およびダミーセルDC10の強誘電体コンデンサDF10から、それぞれの分極状態に対応した電荷が放出される。
【0093】
上述のように、一対のダミーセルDC00、DC10は、それぞれ、2種類の分極状態のうち相互に異なる分極状態P1,P2(図3参照)を保持するよう構成されている。ここでは、ダミーセルDC00の強誘電体コンデンサDF00の分極状態が図3に示すP1であり、ダミーセルDC10の強誘電体コンデンサDF10の分極状態がP2であるとする。
【0094】
したがってこの場合、図3に示すように、強誘電体コンデンサDF00から、電荷ΔQD1=2Qrが上部ビットラインBLBUに放出されるとともに、強誘電体コンデンサDF10から、電荷ΔQD0=0が下部ビットラインBLBDに放出される。
【0095】
このため、相互に接続された上部ビットラインBLBUおよび下部ビットラインBLBDの電位(基準値)Vrefは、
となる。
【0096】
言い換えれば、上述の電位Vrefは、上部ビットラインBLBUに生ずる電位Vref1、
と、下部ビットラインBLBDに生ずる電位Vref2、
との平均電位と考えることができる。
【0097】
上述の電位Vref1が第1の基準値に対応し、電位Vref2が第2の基準値に対応する。
【0098】
つぎに、図7に示すように、ラインSAENを”H”にするとともに、ラインSAENBを”L”にすることにより(図2、(m)参照)センスアンプSAを”ON”にする。
【0099】
センスアンプSAは、上部ビットラインBLUの電位と、相互に接続された上部ビットラインBLBUおよび下部ビットラインBLBDの電位、すなわち、基準値Vrefとを比較し、電位の高い方のビットラインの電位を強制的に”H”とし、電位の低い方のビットラインの電位を強制的に”L”にする。
【0100】
この例では、メモリセルMC00の記憶データが”1”であるから、上部ビットラインBLUの電位がV1となり、基準値Vref(=V1/2)よりも高くなる。したがって、センスアンプSAは、上部ビットラインBLUの電位を強制的に”H”とし(図2、(n)参照)、相互に接続された上部ビットラインBLBUおよび下部ビットラインBLBDの電位を強制的に”L”にする。
【0101】
なお、メモリセルMC00の記憶データが”0”であれば、上部ビットラインBLUの電位が0となり、基準値Vref(=V1/2)よりも低くなる。したがって、センスアンプSAは、逆に、上部ビットラインBLUの電位を強制的に”L”とし(図2、(o)参照)、相互に接続された上部ビットラインBLBUおよび下部ビットラインBLBDの電位を強制的に”H”にする。
【0102】
このようにして得られた上部ビットラインBLUの電位”H”(または”L”)は、入出力ライン(図示せず)を介して外部に読み出される。これらの動作が、読出ステップ(図2参照)である。
【0103】
つぎに、図8に示すように、プレートラインPLおよびダミープレートラインDPLの電位を一旦”H”にした後、”L”に戻す(図2、(r)参照)。上述のように、上部ビットラインBLUの電位は”H”に保たれている。このため、プレートラインPLの電位を一旦”H”にした後”L”に戻すことにより、メモリセルMC00の強誘電体コンデンサMF00の分極状態は、読み出し動作前の分極状態に戻される。この場合、図3の分極状態P1に戻る。すなわち、メモリセルMC00のデータが、”1”に書き戻される。
【0104】
一方、ダミープレートラインDPLの電位を一旦”H”にした後”L”に戻すことにより、ダミーセルDC00の強誘電体コンデンサDF00およびダミーセルDC10の強誘電体コンデンサDF10も、所定の分極状態になる。これについて、さらに説明する。
【0105】
上述の再書込動作にあたり、ラインISO2Bを”H”にすることによりトランジスタIQ2を”ON”にするとともに、ラインISO3Bを”L”にすることによりトランジスタIQ3を”OFF”にしている(図2、(p)参照)。他のトランジスタIQ0,IQ1は”ON”のままである。
【0106】
また、ラインEQ1を”H”にすることにより(図2、(q)参照)、トランジスタEQQ1を”ON”にしている。
【0107】
これにより、上部ビットラインBLU,下部ビットラインBLDおよび下部ビットラインBLBDが相互に接続された状態となり、上部ビットラインBLBUと下部ビットラインBLBDとが切り離された状態となる。このため、上部ビットラインBLBUは”L”電位のままであるが、”H”電位の上部ビットラインBLUに接続された下部ビットラインBLBDの電位は”H”になる。
【0108】
したがって、上述の再書込動作によって、”L”電位の上部ビットラインBLBUに接続されているダミーセルDC00の強誘電体コンデンサDF00は、分極状態P2になり、”H”電位の下部ビットラインBLBDに接続されているダミーセルDC10の強誘電体コンデンサDF10は、分極状態P1になる。
【0109】
すなわち、再書込動作により、強誘電体コンデンサDF00の分極状態は、メモリセルMC00の強誘電体コンデンサMF00の分極状態と反対の分極状態となり、強誘電体コンデンサDF10の分極状態は、メモリセルMC00の強誘電体コンデンサMF00の分極状態と同一の分極状態となる。
【0110】
したがって、この実施形態のような場合、すなわち、前回読み出したデータと異なるデータを同一のビットラインに読み出すような場合には、再書込動作により、強誘電体コンデンサDF00および強誘電体コンデンサDF10の分極状態が、読出前の分極状態(図6参照)と反転することになる。
【0111】
このように、選択されたメモリセルのデータの内容に対応して、一対のダミーセルを構成する各強誘電体コンデンサの分極状態を決定するよう構成したので、異なるデータを記憶したメモリセルを読み出すごとに、一対のダミーセルを構成する各強誘電体コンデンサの分極状態が変化する。このため、ダミーセルを構成する強誘電体コンデンサのインプリント効果は、ほとんど生じない。
【0112】
なお、この実施形態においては、再書込動作において、図2に示すように、ワードラインWL0,ダミーワードラインDWL0,ラインEQ1,ラインISO0B,ISO1B,ISO2Bを、”H”電位よりも高い電位に設定している(ブーストをかけている)が、これは、該各ラインに接続されている各トランジスタのしきい値による電圧低下分を補償して、各強誘電体コンデンサに十分な再書込電圧を印加するためである。これらの動作が、再書込ステップ(図2参照)である。
【0113】
最後に、図2に示すように、各ラインの状態を、プリチャージステップの状態に戻し、読出の1サイクルを終了する。
【0114】
なお、上述の実施形態においては、各強誘電体コンデンサと各ビットラインとを接続するためにトランジスタを用いたが、強誘電体コンデンサとビットラインとを接続するためにトランジスタ以外のスイッチング素子を用いるように構成してもよい。
【0115】
また、上述の実施形態においては、各強誘電体コンデンサが同一の電圧・電荷特性を有するよう構成したが、この発明はこれに限定されるものではない。たとえば、記憶素子に用いる強誘電体コンデンサの電圧・電荷特性と、基準用素子に用いる強誘電体コンデンサの電圧・電荷特性とが異なるよう構成することもできる。
【0116】
また、上述の実施形態においては、各コンデンサを全て強誘電体コンデンサとしたが、この発明はこれに限定されるものではない。たとえば、記憶素子に用いるコンデンサを強誘電体コンデンサとし、基準用素子に用いるコンデンサを常誘電体コンデンサとすることもできるし、逆に、記憶素子に用いるコンデンサを常誘電体コンデンサとし、基準用素子に用いるコンデンサを強誘電体コンデンサとすることもできる。さらに、各コンデンサを全て常誘電体コンデンサとすることもできる。
【0117】
また、上述の実施形態においては、記憶素子および基準用素子が全てコンデンサを備えた素子である場合を例に説明したが、この発明はこれに限定されるものではない。たとえば、記憶素子および基準用素子のうち一部または全部の素子が、コンデンサ以外の電気素子、たとえば、強誘電体トランジスタを備えている場合にも、この発明を適用することができる。
【0118】
なお、上述の実施形態においては、素子ブロックとして2つの素子ブロック(実施形態では、素子ブロックCB0および素子ブロックCB1)のみを備えたデータ記憶装置を例に説明したが、この発明はこれに限定されるものではない。素子ブロックとして3つ以上の素子ブロックを備えたデータ記憶装置にも、この発明を適用することができる。3つ以上の素子ブロックを備えたデータ記憶装置の場合には、そのうち少なくとも2つの素子ブロックが、上述の構成を有していればよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態によるデータ記憶装置である強誘電体メモリ20の回路構成の一部を示す図面である。
【図2】メモリセルMC00に記憶されたデータを読み出す場合における各ラインの状態を表わすタイミングチャートである。
【図3】強誘電体コンデンサMF00などの電圧・電荷特性を示す図面である。
【図4】データの読出動作を説明するための図面である。
【図5】データの読出動作を説明するための図面である。
【図6】データの読出動作を説明するための図面である。
【図7】データの読出動作を説明するための図面である。
【図8】データの読出動作を説明するための図面である。
【図9】従来の強誘電体メモリの回路構成の一部を示す図面である。
【図10】図10Aは、従来の強誘電体メモリにおけるメモリセルに用いる強誘電体コンデンサの電圧・電荷特性を示す図面である。図10Bは、従来の強誘電体メモリにおけるダミーセルに用いる強誘電体コンデンサの電圧・電荷特性を示す図面である。
【符号の説明】
CB0・・・・・・・素子ブロック
CB1・・・・・・・素子ブロック
DC00・・・・・・ダミーセル
DC10・・・・・・ダミーセル
MC00・・・・・・メモリセル
SA・・・・・・・・センスアンプ
Claims (6)
- 独立した一対のデータ線と、
一対のデータ線のうち一方のデータ線に選択的に接続される1以上の記憶素子と、
他方のデータ線に接続される基準用素子と、
を有する素子ブロックを2つ備えるとともに、
一対の検出端子に入力される入力値の大小関係を判定するとともに、判定結果に基づいて、相互に異なる一対の出力値を当該一対の検出端子に出力するセンスアンプを備え、
前記センスアンプの一対の検出端子のうち一方の検出端子に、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する前記一方のデータ線を接続するとともに、他方の検出端子に、双方の素子ブロックにそれぞれ属する前記他方のデータ線をともに接続することにより、一対の前記基準用素子により生成される基準値を基準として前記選択された記憶素子に記憶されているデータの内容を判定するデータ記憶装置であって、
前記センスアンプの前記一方の検出端子に、前記選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する前記一方のデータ線および選択された記憶素子の属しない素子ブロックに属する前記他方のデータ線を接続するとともに、前記他方の検出端子に、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する前記他方のデータ線を接続した状態で再書き込み動作を行うことにより、選択された記憶素子の属しない素子ブロックに属する基準用素子に記憶されるデータを選択された記憶素子と同一のデータとするとともに、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する基準用素子に記憶されるデータを選択された記憶素子と異なるデータとすること、
を特徴とするデータ記憶装置。 - 請求項1のデータ記憶装置において、
前記各素子ブロックに属する前記各記憶素子は、それぞれ、トランジスタを介して属する素子ブロックの前記一方のデータ線に接続されるコンデンサを備え、
各素子ブロックに属する前記基準用素子は、それぞれ、トランジスタを介して属する素子ブロックの前記他方のデータ線に接続されるコンデンサを備え、
前記各コンデンサは、実質的に同一の電圧・電荷特性を有するコンデンサであること、
を特徴とするもの。 - 請求項2のデータ記憶装置において、
前記各コンデンサは、強誘電体コンデンサであり、
前記各記憶素子は、それぞれ、強誘電体コンデンサの2種類の分極状態に対応した2種類のデータのいずれかを記憶し、
前記2つの基準用素子は、それぞれ、前記2種類の分極状態のうち相互に異なる分極状態を保持していること、
を特徴とするもの。 - 独立した一対のデータ線と、
一対のデータ線のうち一方のデータ線に選択的に接続される1以上の記憶素子と、
他方のデータ線に接続される基準用素子と、
を有する素子ブロックを2つ備えるとともに、
一対の検出端子に入力される入力値の大小関係を判定するとともに、判定結果に基づいて、相互に異なる一対の出力値を当該一対の検出端子に出力するセンスアンプを備え、
前記センスアンプの一対の検出端子のうち一方の検出端子に、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する前記一方のデータ線を接続するとともに、他方の検出端子に、双方の素子ブロックにそれぞれ属する前記他方のデータ線をともに接続することにより、一対の前記基準用素子により生成される基準値を基準として前記選択された記憶素子に記憶されているデータの内容を判定するデータ記憶装置における再書き込み方法であって、
前記センスアンプの前記一方の検出端子に、前記選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する前記一方のデータ線および選択された記憶素子の属しない素子ブロックに属する前記他方のデータ線を接続するとともに、前記他方の検出端子に、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する前記他方のデータ線を接続した状態で再書き込み動作を行い、
選択された記憶素子の属しない素子ブロックに属する基準用素子に記憶されるデータを選択された記憶素子と同一のデータとするとともに、選択された記憶素子の属する素子ブロックに属する基準用素子に記憶されるデータを選択された記憶素子と異なるデータとすること、
を特徴とするデータ記憶装置への再書き込み方法。 - 請求項4のデータ記憶装置への再書き込み方法において、
前記各素子ブロックに属する前記各記憶素子は、それぞれ、トランジスタを介して属する素子ブロックの前記一方のデータ線に接続されるコンデンサを備え、
各素子ブロックに属する前記基準用素子は、それぞれ、トランジスタを介して属する素子ブロックの前記他方のデータ線に接続されるコンデンサを備え、
前記各コンデンサは、実質的に同一の電圧・電荷特性を有するコンデンサであること、
を特徴とするもの。 - 請求項5のデータ記憶装置への再書き込み方法において、
前記各コンデンサは、強誘電体コンデンサであり、
前記各記憶素子は、それぞれ、強誘電体コンデンサの2種類の分極状態に対応した2種類のデータのいずれかを記憶し、
前記2つの基準用素子は、それぞれ、前記2種類の分極状態のうち相互に異なる分極状態を保持していること、
を特徴とするもの。
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