JP3920473B2 - Swl強誘電体メモリ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、強誘電体を使用したキャパシタを用いた不揮発性強誘電体メモリに関し、その種メモリに従来用いられていたプレートラインを使用しないスプリットワードラインSWL方式の強誘電体メモリ装置とその駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、半導体記憶デバイスとして多く用いられるDRAM程度のデータ処理速度を有する共に電源のオフ時にもデータを保存できる、強誘電体を使用したキャパシタを記憶用キャパシタとして組み込んだ強誘電体メモリ(FRAM)が、次代の記憶デバイスとして注目されている。FRAMは、DRAMと同様に記憶素子としてキャパシタを用いるが、キャパシタの誘電体物質として強誘電体を用いて強誘電体特性である高い残留分極を利用して電界を除去してもデータを消失しないようにした記憶デバイスである。
【0003】
図1aは一般的な強誘電体のヒステリシスループを示す特性図であり、図1bは一般的な強誘電体メモリのキャパシタの構成図である。
すなわち、図1aのヒステリシスループに示すように、電界によって誘起された分極が、電界を除去しても自発分極の存在に因って消滅されずに一定量(d、a状態)に維持される。このd、a状態をそれぞれ1、0に対応させて記憶素子として応用したものである。
【0004】
図1bにおいて、ノード1に正(+)の電圧を加えた状態が図1aのc状態であり、この後電圧を加えないないとd状態となって安定する。逆に、ノード1に(−)の電圧を加えると、d状態からf状態へ移動する。そして、ノード1に加えていた電圧を除去するとa状態になり安定する。再びノード1に正の電圧を加えるとb状態を経てc状態となる。結局、キャパシタの両端に電圧が無くても、aとdの安定状態によりデータが記憶される。ヒステリシスループ上において、c、d状態が論理値「1」の状態、a、f状態が論理値「0」の状態となる。
【0005】
そして、キャパシタに格納されたデータを読み出す方法には、d状態を破壊させる方法を用いる。従来の技術は、参照電圧発生器で生成した電圧とメインセルアレイで発生した電圧を用い、かつデータを読み出すためのセンスアンプを用いるものである。強誘電体参照セルは、1極性、0極性の2つのモード状態を利用して参照ビットラインに参照電圧を生成する。センスアンプがメインセルのビットライン電圧と参照セルのビットライン電圧とを比較することにより、メインセルの情報を読み出すことができる。読み出したデータは同サイクルで再書込して破壊されたデータを回復させる。特に、従来の技術においては、参照電圧を供給するための複数の強誘電体セルに係るセンスアンプ回路技術、メインメモリセルアレイにおけるメインセルに格納されたデータを感知して増幅するセンスアンプ及びメインセルアレイ回路技術が重要である。強誘電体参照セルの個数は偶数であるが、半分は1極性状態、半分は0極性状態となる。
【0006】
以下、添付図面を参照して従来の技術の強誘電体メモリを説明する。
このようなFRAMには、記憶単位が1つのトランジスタと1つのキャパシタとから構成される1T/1CのFRAMと、2つのトランジスタと2つのキャパシタとから構成される2T/2CのFRAMとがある。
図2は従来の1T/1Cの強誘電体メモリのセルアレイ構成図である。
従来の1T/1CのFRAMの記憶単位の構造は、DRAMと同様に1つのトランジスタと1つのキャパシタとから構成される1T/1Cである。すなわち、一定の間隔で一方向に複数本のワードラインW/Lが形成され、各ワードラインW/Lに沿ってプレートラインPLが形成される一方、各ワードラインW/LとプレートラインP/Lとに垂直な方向に一定の間隔でビットラインB1、・・・Bnが形成される。そして、トランジスタのゲート電極がワードラインW/Lに連結され、ソース電極がビットラインB/Lに連結され、ドレイン電極がキャパシタの第1電極に連結され、そのキャパシタの第2電極はプレートラインP/Lに連結される。
【0007】
次に、かかる従来の1T/1C構造の強誘電体メモリ装置の駆動回路及び動作について説明する。
図3、4は従来の1T/1Cの強誘電体メモリ装置の駆動回路の構成図であり、図5は従来の1T/1Cの強誘電体メモリセルの書込動作を説明するためのタイミング図であり、図6は従来の1T/1Cの強誘電体メモリセルの読取り動作を説明するためのタイミング図である。
従来の1T/1Cの強誘電体メモリ装置の駆動回路は、参照電圧を発生する参照電圧発生部1と、複数のトランジスタQ1〜Q4、キャパシタC1等からなり、参照電圧発生部1から出力される参照電圧を直接にセンスアンプに供給することができないため隣接する2本のビットラインB1、B2の参照電圧を安定化させるための参照電圧安定化部2と、複数のトランジスタQ6〜Q7、キャパシタC2〜C3等からなり、隣接するビットラインにそれぞれロジック値「1」とロジック値「0」の参照電圧を格納している第1参照電圧格納部3と、トランジスタQ5からなり、隣接する2本のビットラインを等電位化(equalizing)させるための第1等化器4と、複数のトランジスタQ8、Q9・・、強誘電体キャパシタC5、C6・・等から構成され、ワードラインW/L及びプレートラインP/Lに連結されてデータを格納する第1メインセルアレイ部5と、複数のトランジスタQ10〜Q15、P−センスアンプPSA等からなり、メインセルアレイ部5の複数のセルのうちワードラインによって選択されたセルのデータをセンシングするための第1センスアンプ部6と、複数のトランジスタQ26、Q27・・、キャパシタC7、C8・・などからなり、互いに異なるワードライン及びプレートラインに連結されてデータを格納する第2メインセルアレイ部7と、複数のトランジスタQ28〜Q29、キャパシタC9〜C10等からなり、隣接するビットラインにそれぞれロジック値「1」とロジック値「0」の参照電圧を格納している第2参照電圧格納部8と、複数のトランジスタQ16〜Q25、N−センスアンプNSA等からなり、第2メインセルアレイ部7のデータをセンシングして出力する第2センスアンプ部9とを備える。
【0008】
このように構成された従来の1T/1Cの強誘電体メモリセルの動作は以下の通りである。
まず、書込モードと読取りモードとを区分して説明する。
書込モード時には、図5に示すように、外部からのチップイネーブル信号CSBpadを「ハイ」から「ロー」にイネーブルさせると、書込モードイネーブル信号WEBpaが「ハイ」から「ロー」に遷移されて書込モードが開始される。そして、アドレスのデコードが始まると、選択されたセルのワードラインには「ハイ」が印加され、それにゲートが接続されているトランジスタがオンとなってセルが選択される。そのワードラインが「ハイ」に維持されている間に選択されたワードラインに対応するプレートラインP/Lには順に一定の期間の「ハイ」信号と一定の期間の「ロー」信号が印加される。そして、選択されたセルにロジック値「1」又は「0」を書き込むために、選択されたビットラインに書込イネーブル信号に同期して「ハイ」又は「ロー」信号を印加する。すなわち、ロジック値「1」を書き込むためにビットラインに「ハイ」信号を印加すると、プレートラインの信号が「ロー」であるときに強誘電体キャパシタにロジック値「1」が書き込まれる。ロジック値「0」を書き込むためにビットラインに「ロー」信号を印加すると、プレートラインの信号が「ハイ」のときに強誘電体キャパシタにロジック値「0」が書き込まれる。このようにしてロジック値「1」又は「0」が書き込まれる。
【0009】
セルに格納されたデータを読み出すための動作について以下に説明する。
まず、図6に示すように、外部からのチップイネーブル信号CSBpadを「ハイ」から「ロー」にイネーブルさせると、該当ワードラインが選択されるのに先立って全てのビットラインは等化信号によりローに等電位にされる。すなわち、図3、4において、等化器4に「ハイ」信号を印加しトランジスタQ19、Q20に「ハイ」信号を印加すると、ビットラインはトランジスタQ19、Q20を通じて接地されるため、低電圧として等電位となる。そして、トランジスタQ5、Q19、Q20をオフさせて各ビットラインを不活性化した後、アドレスをデコードする。デコードされたアドレスにより該当ワードラインに「ロー」から「ハイ」へ信号が遷移されることにより該当セルが選択される。そして、選択されたセルのプレートラインに「ハイ」信号を印加して強誘電体メモリに格納されたロジック値「1」に対応するデータを破壊させる。もし、強誘電体メモリにロジック値「0」が格納されている場合にはそれに対応するデータは破壊されない。
【0010】
このように、破壊されたデータと破壊されないデータは、上述のようなヒステリシスループの原理により互いに異なる値を出力する。よって、ビットラインを介して出力されるデータをセンスアンプでセンシングすると、ロジック値「1」又は「0」をセンシングできる。すなわち、データが破壊された場合は図1のヒステリシスループにおいてdからfへ変更される場合であり、データが破壊されない場合はaからfへ変更される場合である。これにより、一定の時間の後にセンスアンプがイネーブルされると、データが破壊された場合は増幅されてロジック値「1」を出力し、データが破壊されない場合には増幅されてロジック値「0」を出力する。このように、センスアンプが増幅して出力した後には、元のデータに回復させなければならないため、該当ワードラインに「ハイ」を印加されている状態でプレートラインを「ハイ」から「ロー」に変化させる。
【0011】
しかし、1T/1Cの従来の強誘電体メモリセルにおいては、読み出し動作の際、そのたびに参照セルが参照されるので、参照セルがメインメモリセルよりも多く動作しなければならない。そのため、参照セルの劣化特性が急激に悪くなって参照電圧が不安定となる。又、電圧調整回路による参照電圧発生方法では、外部電源特性により参照電圧に影響を与えるため、不安であり、外部のノイズ特性に影響を受ける。
【0012】
このような問題点を有する1T/1CのFRAMに代わって様々な事項(代替電極物質の開発、集積度、強誘電体薄膜の安定性、動作信頼性等の)を勘案して提示したものが2T/2C強誘電体メモリセルである。
図7は従来の2T/2Cの強誘電体メモリのセルアレイ構成図であり、図8は従来の2T/2Cの強誘電体メモリセルの書込動作を説明するためのタイミング図であり、図9は従来の2T/2Cの強誘電体メモリセルの読取り動作を説明するためのタイミング図である。
従来の2T/2Cの強誘電体メモリセルの構成は、記憶単位が2つのトランジスタと2つのキャパシタとから構成される。すなわち、一定の間隔で一方向に複数本のワードラインW/Lが形成され、各ワードラインW/Lに沿ってプレートラインPLが形成されている。各ワードラインW/Lとそれぞれに対応するプレートラインP/Lに垂直な方向に一定の間隔で複数本のビットラインとビットバーラインB_n、BB_n、B_n+1、BB_n+1が対として連続的に形成される。そして、単位メモリセルを構成する2つのトランジスタのゲート電極は1本のワードラインW/Lに共通連結され、各トランジスタのソース電極はそれぞれビットラインBとビットバーラインBBとに連結され、各トランジスタのドレイン電極はそれぞれ2つのキャパシタの第1電極に連結される。この2つのキャパシタの第2電極はワードラインに対応するプレートラインP/Lに共通に連結される。
【0013】
次に、かかる従来の2T/2Cの強誘電体メモリセルの駆動回路及び動作について説明する。
従来の2T/2Cの強誘電体メモリセルは、1T/1Cの強誘電体メモリセルとは異なる方法でロジック値「1」又は「0」を書き込み、かつ読み取る。
すなわち、図8に示すように、書込モード時には、外部からのチップイネーブル信号CSBpadが「ハイ」から「ロー」に遷移されてイネーブルされると、書込イネーブル信号WEBpadが「ハイ」から「ロー」に遷移されるとともに、書き込もうとするロジック値に基づいてビットライン及びビットバーラインにそれぞれ「ハイ」及び「ロー」又は「ロー」及び「ハイ」信号が印加される。そして、アドレスのデコードが始まると、選択されたセルのワードラインには「ハイ」が印加されてセルが選択される。そして、ワードラインが「ハイ」に維持されている間に該当プレートラインP/Lには順に「ハイ」信号と「ロー」信号が印加される。すなわち、ロジック値「1」を書き込むためにビットラインB_nに「ハイ」信号をビットバーラインBB_nに「ロー」信号を印加してあると、プレートラインP/Lが「ハイ」のときビットバーラインBB_nに接続されたキャパシタは図1の「f」に充電され、プレートラインP/Lが「ロー」になったときに「c」に充電される。ロジック値「0」を書き込むためにはビットラインB_nとビットバーラインBB_nに加える信号を逆にしておけばよい。
【0014】
セルに格納されたデータを読み出すための動作について以下に説明する。
図9に示すように、外部からのCSBpadが「ハイ」から「ロー」にイネーブルし、読取りモードをイネーブルする。ワードラインを選択するのに先立って全てのビットラインを等化信号によりローに等電位化する。これは、図3の1T/1Cの強誘電体メモリの動作と同一である。等電位化が完了した後、アドレスをデコードする。デコードされたアドレスにより該当ワードラインを「ロー」から「ハイ」に遷移させて該当セルを選択する。選択されたセルのプレートラインへ「ハイ」信号を印加してビットライン又はビットバーラインのデータを破壊させる。すなわち、ロジック値「1」が記録されている場合にはビットラインに連結されたキャパシタのデータが破壊され、ロジック値「0」が記録されている場合にはビットバーラインに連結されたキャパシタのデータが破壊される。
【0015】
このように、ビットライン及びビットバーラインのうち何れのデータが破壊されるかにより、上述のようなヒステリシスループの原理により互いに異なる値を出力する。よって、ビットライン及びビットバーラインを介して出力されるデータをセンスアンプがセンシングして、ロジック値「1」又は「0」を出力する。このように、センスアンプが増幅して出力した後には、本来のデータに復元しなければならないため、該当ワードラインへ「ハイ」を印加した状態でプレートラインを「ハイ」から「ロー」に不活性化させる。プレートラインが「ロー」になることで破壊されたデータ「ハイ」が再び格納される。なお、他方のデータは破壊されないのでそのままに維持される。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来の強誘電体メモリ装置及び駆動回路においては以下のような問題点があった。
▲1▼ 電源のオフ時にもデータが保存される利点があるが、従来のFRAMではワードラインの他にセルプレートラインを別に構成しなければならないため、レイアウトが複雑で、製造工程が複雑である。このため、量産側面で不利である。
▲2▼ ワードラインとは別のプレートラインを利用しなければならないので、データの読取りや書込動作時にワードラインとプレートラインとに互いに異なる内部信号を送らなければならない。これにより、信号パスの違いに起因して記憶装置としての効率性が落ちる。
▲3▼ 特に、従来の1T/1Cにおいては、約数百倍以上の多くのメインメモリに一つの参照セルが対応しているので、読み出しの度にその1つの参照セルが使用され、参照セルがメインメモリセルよりも多く動作しなければならない。このため、参照セルの劣化特性が急に悪くなって参照電圧が不安定である。もちろん、キャパシタの強誘電体膜の特性が完ぺきであれば特に問題はないが、現在のところその特性が完璧ではないので、参照セルの特性の劣化が問題となる。
▲4▼ 参照セルを用いずに、電圧調整回路による参照電圧発生方法では、外部の電源特性により参照電圧が影響を受けるため、不安定、且つ外部のノイズによる特性劣化の問題がある。
▲5▼ 強誘電体メモリをイネーブルさせる方法でCSBpad(チップ選択信号)のみを用いるため、高速アクセスできない。
【0017】
本発明は、上記の従来の技術のFRAMの問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、別のセルプレートラインを用いない不揮発性強誘電体メモリ装置及びその駆動回路を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の強誘電体メモリ装置は、複数本のスプリットワードラインと複数本のビットラインとを備え、データを格納するためのセルアレイ部と、セルアレイ部の各スプリットワードラインSWLを駆動するWSLドライバーと、セルアレイ部の各ビットラインのデータをセンシングするための複数のセンスアンプブロックと、各センスアンプブロックのデータを出力し、記録しようとするデータを入力するための各センスアンプブロックとデータバスとをインタフェースさせる入出力バス制御部とを備えることに特徴がある。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の強誘電体メモリ装置を添付図面を参照して詳細に説明する。
図10は本発明の強誘電体メモリ装置の実施形態の全体構成を簡略に示す構成ブロック図である。
本強誘電体メモリ装置のチップは、大きくスプリットワードラインを駆動するWSLドライバー300と、データを格納するためのセルアレイブロック400と、データをセンシングするためのセンスアンプブロックとを有し、さらに、外部のデータラインとセンスアンプブロックとをインタフェースする入出力バス制御部とを含むコア部500とから構成される。
ここで、セルアレイブロック400は1つのWSLドライバーの左右側にそれぞれ配置され、コア部500は各セルアレイ部の上下方向にセルアレイ部の間に配置される。
【0020】
以下、このように構成される本発明のSWLメモリ装置の各ブロックを更に詳細に説明する。
図11は本発明の第1実施形態のSWL強誘電体メモリセルのブロックアレイ構成図である。
本発明の第1実施形態のSWL強誘電体メモリセルのアレイ構成は、一定の間隔をもって一方向に複数本のスプリットワードライン(SWL)(SWL1_n,SWL2_n,・・・SWL2_n+3)が配列されている。2本のスプリットワードラインが対として1つのアドレスでアクセスされる。すなわち、本実施形態においては従来のプレートラインの代わりにワードラインを配置した構成である。1アドレスでアクセスされるワードラインが2本に分割されていると考えられるのでスプリットワードラインと称している。各SWLに垂直な方向に一定の間隔で複数本のビットラインBit_n,Bit_n+1・・と参照ビットラインRBit_n,RBit_n+1が配列されている。
【0021】
対とされた2本のSWLと隣接している2本のビットラインが交差している箇所に単位セルが形成される。図で四角で示してある。なお、ここでいう単位セルとはこの単位セルでデータを一つ記憶する、いわゆる記憶単位という意味ではなく、製造上の連続するパターンの単位となるものという意味である。記憶のさせ方としては1T/1Cと同じである。
この単位セルは、一対のSWLのうち第1SWLにゲート電極が連結され、第1ビットラインにソース電極が連結される第1トランジスタと、一対のSWLの第2SWLにゲート電極が連結され、第2ビットラインにソース電極が連結される第2トランジスタと、第1トランジスタのドレイン電極に第1電極が連結され、第2SWLに第2電極が連結される第1キャパシタと、第2トランジスタのドレイン電極に第1電極が連結され、第1SWLに第2電極が連結される第2キャパシタとから構成される。
【0022】
セルアレイブロック400は、実質的にデータを書き込むためのメインセルサブブロック401と、データを読み取るための参照値を格納している参照セルサブブロック402とを含む。本実施形態においては、メインサブブロック410は4本のビットラインB_n〜B_n+3があり、参照セルサブブロック402には2本のビットラインRB_n、RB_n+1がある。もちろん、このビットラインの数、SWLの数は任意である。ただ、メインメモリのビットラインは偶数とする。
【0023】
このメインサブブロック401と参照サブブロック402が組として多数配置されてセルアレイブロック400を構成している。また、SWLの数も図示の状態より多くても良いのはいうまでもない。このように、参照ビットラインを設けると、読み出し動作の際に使用される参照セルは同じワードラインに接続されたセルであるので、従来ビットラインに1個の場合に比し使用される割合が少なくなり、劣化が少なくなる。
【0024】
セルアレイブロック400の上下(図面上)に配置されたコア部500はメインセルビットライン制御ブロック501と参照セルビットライン制御ブロック502とから構成されている。メインセルビットライン制御ブロック501はメインメモリセルのデータの読取り動作を行うセンスアンプブロックと書込制御回路を含む。下側の各メインセルビットライン制御ブロック501と参照セルビットライン制御ブロック502はセルアレイブロックの奇数番目の列B_n,B_n+2,RB_nを制御する。上側の各メインセルビットライン制御ブロック501と参照セルビットライン制御ブロック502はセルアレイブロックの偶数番目の列B_n+1,B_n+3,RB_n+1を制御する。すなわち、セルアレイブロックの奇数番目のビットラインのセルは参照セルビットラインRB_nのセルを参照し、偶数番目のビットラインのセルは参照ビットラインRB_n+1のセルを参照するように構成されている。
【0025】
図12は本発明の他の実施形態のSWL強誘電体メモリセルアレイ部の構成図である。この例はいわゆる2T/2C構成である。
したがって、このSWL強誘電体メモリセルのアレイ構成は、先の例と同様に一定の間隔で一方向に複数本のSWLSWL1_n,SWL2_n,・・・SWL2_n+3が配列されているが、ビットラインは、ビットラインB_n,B_n+1とビットバーラインBB_n,BB_n+1とが対として配置されている。
【0026】
すなわち、隣接する2本のSWLと対とされたビットラインBとビットバーラインBBとを一対とし、各対には単位セルが形成される。この例の場合、単位セルは記憶単位でもある。すなわち、単位セルは、一対のSWLの第1SWLにゲート電極が連結され、ビットラインBにソース電極が連結される第1トランジスタと、第2SWLにゲート電極が連結され、ビットバーラインBBにソース電極が連結される第2トランジスタと、第1トランジスタのドレイン電極に第1電極が連結され、第2SWLに第2電極が連結される第1キャパシタと、第2トランジスタのドレイン電極に第1電極が連結され、第1SWLに第2電極が連結される第2キャパシタとから構成される。
【0027】
このように、他の実施形態のSWL強誘電体メモリのセルアレイは、先の実施形態のセルアレイと殆ど同一である。単に、先の例の偶数番目のビットラインBに代わってビットバーラインを使用し、したがって、参照セルが必要ないので、参照セルサブブロックを全てメインセルとして使用している。
【0028】
このように構成される本発明の強誘電体メモリ装置を動作させるための駆動回路を以下に説明する。
図13は本発明実施形態の強誘電体メモリ装置の駆動回路ブロック構成図である。
本発明の強誘電体メモリ装置の駆動回路は上記双方の実施形態のセルアレイ構成で使用できるように構成したものである。
外部から入力されるX、Y、ZアドレスのXアドレス信号をバッファリングするXアドレスバッファ部11と、Xアドレスバッファ部11から出力される信号を予備デコードするXプレデコーダ部12と、外部から入力されるX、Y、ZアドレスのうちZアドレスをバッファリングするZアドレスバッファ部13と、Zアドレスバッファ部13から出力される信号を予備デコードするZプレデコーダ部14と、Xアドレスバッファ部11及びZアドレスバッファ部13から出力されるXアドレス及びZアドレス信号のアドレス遷移点を検出して出力するX、Z_ATD発生部15と、X、Z_ATD発生部15の出力信号と外部から入力されるCSBpad信号を入力し、自体でパワーアップ感知信号を生成して、X、Z_ATD信号、CSBpad信号及びパワーアップ感知信号に基づいてメモり制御に関する基本パルスを出力するグローバル制御パルス発生部16と、外部から入力されるX、Y、ZアドレスのうちYアドレスをバッファリングするYアドレスバッファ部17と、Yアドレスバッファ部17から出力される信号を予備デコードするYプレデコーダ部18と、Yアドレスバッファ部17から出力されるYアドレス信号のアドレス遷移点を検出して出力するY_ATD発生部19と、グローバル制御パルス発生部16から出力される信号とZプレデコーダ部14から出力されるZプレデコード信号とY_ATD19の出力信号とを合成して、各メモリブロックに必要なパルスを発生するローカル制御パルス発生部20と、Xプレデコーダ部12及びZプレデコーダ部14から出力されるXプレデコード信号とZプレデコード信号を合成して該当セルアレイブロックを選択するXポストデコーダ部21と、Xポストデコーダ部21及びローカル制御パルス発生部20から出力される信号を合成して各SWLセルブロック23の各スプリットワードラインを駆動するWSLドライバ−22と、Yプレデコーダ部18及びローカル制御パルス発生部20の出力信号を合成して該当ビットライン(又はビットバーライン)を選択する列制御部24と、ローカル制御パルス発生部20の出力信号と列制御部24の出力信号を合成してセンスアンプの動作及び入出力I/Oを制御するセンスアンプ及び入出力制御部25と、外部のデータバスとセンスアンプ及び入出力制御部25とをインタフェースさせるための入出力バス制御部26とを備える。なお、Zアドレスはセルアレイブロックのアドレスである。
【0029】
ここで、グローバル制御パルス発生部を更に具体的に説明する。
図14は本発明のグローバル制御パルス発生部の第1実施形態のブロック構成図である。
このグローバル制御パルス発生部は、入力バッファ部31、低電圧動作ノイズ防止回部32及び第1〜第4コントローラ33〜36からなる。
入力バッファ部31は、外部から入力されるCSBpad信号、X、Z_ATD発生部15のX、Z_ATD信号、及びパワーアップ検出信号のうち少なくともCSBpad信号を含む信号が入力されて第1、第2同期信号を発生する。
低電圧動作及びノイズ防止部32は、入力バッファ部31の第1同期信号、フィードバック信号(第2コントローラの第4内部信号)を受けて、低電圧時には動作しないようにする低電圧検出信号及び第1同期信号のノイズをフィルタリングするノイズ除去信号、ビットライン等のプリチャージのためのプリアクティブパルスをそれぞれ出力する。
第1コントローラ33は、低電圧動作及びノイズ防止部32から正常電源電圧が供給されるているときに、ノイズ除去された信号を入力して、センスアンプのイネーブル時点を調節するための第1内部信号、列選択イネーブル時点を調節し、参照セルのビットラインのプルアップを調整するための第2内部信号、WSLドライバーの入力信号及びその他の内部信号を生成するための第3内部信号をそれぞれ出力する。
第2コントローラ34は、第1コントローラ33の第3内部信号を入力して、WSLドライバーの一対のSWLのためのSWL1駆動信号を生成するための信号S1及びSWL2駆動信号を生成するための信号S2、これらの信号S1,S2の活性化期間を調節するための基本パルス信号である第4内部信号、S1、S2信号の正常動作が妨げられないように保障するインタロック信号P2をそれぞれ生成する。第4内部信号は低電圧動作及びノイズ防止部32のフィードバック信号として出力され、S1、S2、P2信号はローカル制御パルス発生部20へ出力される。
第3コントローラ35は、入力バッファ部31の第1、第2同期信号と第2コントローラ34の第4内部信号が入力されて、CSBpad信号がディスエーブルされるとき、S1信号とS2信号とを除いた全信号をディスエーブルする第5内部信号と、S1信号とS2信号がイネーブルされた状態でもしもCSBpad信号がディスエーブルされると、ディスエーブルを遮断してS1信号とS2信号正常に動作完了するまでイネーブル状態を延長させる第6内部信号とを出力する。
第4コントローラ36は、第3コントローラ35の第5、第6内部信号、第1コントローラ33の第1、第2、第3内部信号、低電圧動作及びノイズ防止部32のプリアクティブパルスが入力されて、センスアンプのnMOS素子のイネーブル信号SAN、pMOS素子のイネーブル信号SAP、メインセルブロックのビットラインとセンスアンプの第1入出力ノードとを互いに連結するための第1制御信号C1、参照セルブロックのビットラインとセンスアンプの第2入出力ノードとを互いに連結する第2制御信号C2、メインセルのビットライン及び参照セルのビットライン及びセンスアンプのノードの低電圧プリチャージを調整するための第3制御信号C3、そして列選択イネーブル時点及び参照セルのビットラインのプルアップを調節する第4制御信号C4を出力する。
【0030】
この実施形態のグローバル制御パルス発生部において、外部の入力信号(CSBpad信号,X,Z_ATD信号及びパワーアップ検出信号)が安定に入力されると仮定すると、低電圧動作及びノイズ防止部が無くても十分に動作する。その例を以下に説明する。
【0031】
図15は、グローバル制御パルス発生部の第2実施形態のブロック構成図である。
このグローバル制御パルス発生部は、先の例から低電圧動作及びノイズ防止部32を除いたもので、プリアクティブパルスの代わりに第1同期信号を第4コントローラ36に加えるようになっている以外格別の差異はない。
【0032】
又、図示してはないが、グローバル制御パルス発生部の第1実施形態における低電圧動作及びノイズ発生部を、低電圧には動作しないようにする低電圧動作防止部或いはノイズ除去機能のみを有するノイズ除去部に構成してもよい。
【0033】
以下、このように構成される本発明のSWL強誘電体メモリ装置のグローバル制御パルス発生部の駆動方法を説明する。なお、以下の動作の説明においては、本記憶デバイスをキャッシュメモりとして使用し、主記憶装置との間のデータのやり取りの例で、X,ZアドレスとYアドレスとを分離して読み取り、書込みする場合について説明する。X、Zアドレス、Yアドレス信号はアドレス信号だけでなく制御信号としても利用している。
図16〜図19はグローバル制御パルス発生部の動作タイミング図である。
本発明のグローバル制御パルス発生部の動作は、セルアレイの構成、X、Zアドレス変化或いはYアドレス変化により若干異なって動作する。すなわち、図11に示すようなセルアレイ構成でYアドレスが変化するときのグローバル制御パルス発生部の動作は図16の通りである。
チップイネーブル信号CSBpadはチップイネーブルピンを介して外部から印加される。チップイネーブル信号は、「ロー」状態をイネーブル状態とするので、「ハイ」から「ロー」に遷移した時にイネーブル状態となる。新たな読取り動作又は書込動作を行うためには必ず「ハイ」状態へのディスエーブル期間が必要である。
【0034】
まず、図16をt1〜t15期間に分割して各期間別に信号の変化状態を説明する。
CSBpad信号が、t1期間の開始点からt14期間の終了点まではローに活性化され、t15期間の開始点からハイ状態になって不活性化されるとする。又、CSBpad信号が活性化されている間、X、Zアドレスは変わらないが、Yアドレスはt7期間の開始点とt11の開始点でそれぞれ変化するとする。
Y_ATD信号はYアドレスの変化を感知してt7〜t8期間、そしてt11〜t12期間の間でハイパルスを発生する。
【0035】
t1期間では、CSBpad信号をハイからローにイネーブルさせる。このとき、X、Y、Zアドレスはt1の以前の状態を維持する。t7の開始時点でYアドレスが遷移して、Y_ATD信号はt7からt8期間までハイ状態となる。そして、Yアドレスがt11の開始時点で遷移するとき、Y_ATD信号はt11からt12期間までハイ状態となる。
【0036】
S1信号は、t2期間までロー状態に維持され、t2〜t3期間でハイ状態に維持され、t4期間ではロー状態、t5期間ではハイ状態、t6からt15までロー状態となる。S2信号はt3〜t4期間でハイ状態に維持され、その以外ではローとなる。
そして、メインセルビットラインとセンスアンプの一方の入出力端との信号の流れを調整する第1制御信号C1は、t3期間のみでロー状態となり、その以外の期間ではハイ状態となる。したがって、t3期間のみでメインセルビットラインとセンスアンプの一方の入出力端との信号流れが遮断される。そして、参照セルビットラインとセンスアンプの他方の入出端との信号流れを調整する第2制御信号C2は、t3期間〜t14期間の間でローとなるパルスを発生する。したがって、t3期間〜t14期間で参照セルビットラインとセンスアンプの他方の入出力端との信号流れが遮断される。
【0037】
メインセルのビットラインと外部のデータバスとの信号伝達を調整し、参照セルビットラインのプルアップを調整する第4制御信号C4は、t4からt14までハイ状態となり、CSBpad信号がディスエーブルされる時点(t14期間の終点)で再びローとなる。従って、t4期間〜t14期間で、メインセルビットラインと外部のデータバスとの信号伝達が可能であり、かつ、参照セルビットラインのプルアップを行う。
【0038】
S1、S2が正常にパルスを発生する期間で他のパルスによる妨害を防止するP2信号は、S1、S2信号がハイ状態であるt2期間からt5期間までハイ状態となり、t6の開始時点で再びローになる。
S1、S2が活性化される前にメインセル及び参照セルビットラインをロー電圧にプリチャージするための第3制御信号C3信号は、t1期間までは以前の状態のハイ状態に維持され、t2期間の開始時点でローになってt14期間までローが維持されてプリチャージが不活性化となり、CSBpad信号がディスエーブルされる時点で再びハイになる。
【0039】
SAN信号(センスアンプ/入出力制御部のセンスアンプを動作させるために、NMOSから構成されるトランジスタを制御する信号であるSAN_C信号を生成するための予備信号)は、t2期間までは以前の状態のロー状態に維持され、t3の開始時点でハイになり、CSBpad信号がディスエーブルされる時点でローになる。SAP信号(センスアンプ/入出力制御部のセンスアンプを動作させるためにPMOSから構成されるトランジスタを制御する信号であるSAP_C信号を生成するための予備信号)はSAN信号とは逆に変化する。すなわち、t2期間までは以前の状態のハイに維持され、t3の開始時点でローになり、CSBpad信号がディスエーブルされる時点でハイ状態になる。
【0040】
このように、CSBpad信号が活性化されている状態でYアドレスが変わってY_ATDが発生する書込モードの場合には、S1、S2信号ともが「ハイ」状態である期間、つまりt2〜t3期間で該当セルにロジック「0」が書き込まれる。そして、S1及びS2信号のうち何れか1つのみ「ハイ」状態である期間、つまりt4〜t5期間で該当セルにロジック「1」が書き込まれる。
【0041】
一方、図11に示すセルアレイ構成で、X、Zアドレスが変化される場合におけるグローバル制御パルス発生部の動作は図17の通りである。
全体のタイミング期間をt1期間〜t21期間に分けて説明する。X、Zアドレスがt7期間、t14期間の開始点でそれぞれ変わると仮定する。すなわち、X、Zアドレス変化時のグローバル制御パルス発生部の動作もYアドレス変化時の動作と類似する。このため、互いに異なる動作を行う部分のみを以下に説明する。
図16では、Yアドレスが変化する時点でY_ATD信号がハイ状態となるのに対して、この場合はX、Zアドレスがt7期間、t14期間の開始点で変化すると仮定する。したがって、X、Z_ATD信号がt7期間、t14期間でハイ状態となり、他の期間ではロー状態となる。グローバル制御パルス発生部では、X、Zアドレスが変化すると、X、Z_ATD信号とCSBpad信号とを合成して使用する。ゆえに、X、Z_ATD信号のハイ状態の期間t7,t14で、グローバル制御パルス発生部では、CSBpad信号がイネーブルされたと認識する。よって、グローバル制御パルス発生部からは全ての出力信号が再び発生し、該当X、Zアドレスがアクセスする。
【0042】
S1、S2信号は、CSBpad信号が「ロー」状態にイネーブルされてから一定の期間t1後にハイに遷移され、又、X、Z_ATD信号が「ロー」に遷移される時点で一定の期間t8,t15後にハイに遷移される。すなわち、S1は、t2〜t3期間、t5期間、t9〜t10期間、t12期間、t16〜t17期間、及びt19期間でハイ状態を維持し、その以外の期間では「ロー」状態を維持する。そして、S2信号はt2〜t4期間、t9〜t11期間、及びt16〜t18期間で「ハイ」状態を維持し、その以外の期間では「ロー」状態を維持する。
【0043】
C1信号は、S1、S2信号ともがハイ状態である期間t2〜t3、t9〜t10、t16〜t17のうちの一期間t3、t10、t17の間でローに遷移される。そして、C2信号は、C1信号がローに遷移される時点でハイ状態からローに遷移され、X、Z_ATD信号がハイに遷移される時点でロー状態からハイになる。C4信号は、C2信号がハイに遷移される時点でハイからローに遷移され、X、Z_ATD信号がハイに遷移される時点でハイ状態からローになる。P2信号は、S1、S2信号が同時にハイに遷移される時点でローからハイに遷移され、S1、S2信号共がローに遷移される時点でハイからローに遷移される。C3信号は、S1、S2信号が同時にハイに遷移される時点でハイからローに遷移され、X、Z_ATD信号がハイに遷移される時点でローからハイに遷移される。SAN信号、SAP信号はC2信号が変化する時点でそれぞれ反対になる。
【0044】
よって、S1、S2信号はスプリットワードラインを駆動するための信号を生成する信号であるので、結局これらの信号がともが「ハイ」状態である期間、つまりt2〜t3、t9〜t10、t16〜t17等の期間で該当セルにロジック「0」が書き込まれる。そして、S1及びS2信号のうち何れか1つのみが「ハイ」状態である期間、つまりt4〜t5、t11〜t12、t18〜t19等の期間でビットラインにハイが加えられている該当セルにロジック「1」が書き込まれる。
【0045】
一方、図12に示すようなセルアレイ構成で、Yアドレスが変化するときのグローバル制御パルス発生部の動作は図18の通りである。
図18の波形をt1期間〜t15期間に分割して各期間別に信号の変化状態を説明する。
図12はビットラインとビットバーラインとから構成され、参照セルが構成されてないため、C1、C2信号は要らない。
CSBpad信号が、t1期間の開始点からt14期間の終了点まではローに活性化され、t15期間の開始点でハイ状態に不活性化される。CSB信号が活性化されている間に、X、Zアドレスは変わらないが、Yアドレスはt7期間の開始時点、t11の開始点でそれぞれ遷移すると仮定する。
Y_ATD信号は、Yアドレスの変化を感知してt7〜t8期間、そしてt11〜t12期間の間でそれぞれハイ状態となる。S1、S2信号は、SWLメモリセルのスプリットワードラインSWL1,SWL2を駆動するために使用する信号なので、S1信号はt2〜t3期間、t5期間でハイとなり、S2信号はt2〜t4期間でハイになる。
【0046】
C4信号はメインセルのビットラインと外部のデータバスの信号伝達を調整し、メインセルのビットライン及びビットバーラインのプルアップを調整するためのものであり、t4の開始点でロー状態からハイ状態になり、CSBpad信号がディスエーブルされる時点(t14期間の終点)で再びロー状態になる。ゆえに、t4期間〜t14期間でメインセルのビットラインとデータライン間の信号伝達を可能にする。
【0047】
P2信号は、S1、S2が正常なパルス(ハイ状態)を発生する期間であるt2〜t5期間でハイ状態を維持する信号であり、この期間では他の信号がS1、S2信号のパルスを妨害しないようにインタロック機能を果たす。すなわち、S1、S2信号が正常な信号を発生する期間t2〜t5でハイ状態を維持してこの期間で他の信号がS1、S2の正常な信号を妨害しないようにする信号である。
【0048】
C3信号は、t2〜t14期間でプリチャージが不活性化され、この外の期間ではプリチャージが活性化されるようにするためのものであり、t1期間まではハイ状態に維持され、t2期間の開始時点でローになり、CSBpad信号がディスエーブルされる時点で再びハイになる。
【0049】
そして、SAN信号は、センスアンプ及び入出力制御部のセンスアンプを動作させるためにNMOSから構成されるトランジスタを制御する信号であるSAN_C信号を生成するための予備信号であり、t2期間までロー状態に維持され、t3の開始時点でハイになり、CSBpad信号がディスエーブルされる時点でローになる。SAP信号は、センスアンプ及び入出力制御部のセンスアンプを動作させるためにPMOSから構成されるトランジスタを制御する信号であるSAP_C信号の予備信号であり、SAN信号とは逆に変化する。すなわち、t2期間まではハイ状態に維持され、t3の開始時点でローになり、CSBpad信号がディスエーブルされる時点でハイになる。
【0050】
したがって、S1、S2信号ともが「ハイ」状態である期間、つまりt2〜t3期間で該当セルに双方のキャパシタに「0」が書き込まれる。そして、S1及びS2信号のうち何れか1つのみ「ハイ」状態である期間、つまりt4〜t5期間で該当セルにロジック「1」又は「0」がビットラインとビットバーラインのデータに応じて書き込まれる。
【0051】
一方、図12に示すようなセルアレイ構成であり、X、Zアドレスが変化したときのグローバル制御パルス発生部の動作は図19の通りである。
すなわち、X、Zアドレス変化時のグローバル制御パルス発生部の動作も、Yアドレスの変化時の動作と類似する。このため、互いに異なる動作を行う部分のみを以下に説明する。
図18ではYアドレスが変化する時点でY_ATD信号がハイ状態となるのに対して図19ではX、Zアドレスが変化する時点でX、Z_ATD信号がハイ状態となる。グローバルコントロール発生部では、X、Zアドレスが変化すると、X、Z_ATD信号とCSB信号とを合成して使用する。X、Z_ATD信号のハイ状態の期間t7,t14が存すると、グローバル制御パルス発生部は、その期間の間でCSBpad信号がハイ状態になったと認識する。したがって、グローバル制御パルス発生部からは全ての出力信号が再び発生し、該当X、Zアドレスにアクセスする。
【0052】
すなわち、S1、S2信号は、CSBpad信号が「ロー」状態にイネーブルされてから一定の期間t1後にハイに遷移され、かつ、X、Z_ATD信号が「ロー」に遷移される時点で一定の期間t8,t15後にハイに遷移される。
C4信号は、S1信号がハイからローに遷移し、S2信号がハイである時点でローからハイになり、X、Z_ATD信号がハイに遷移される時点でハイからローになる。P2信号は、S1、S2信号が同時にハイになる時点でローからハイになり、S1、S2信号共がローになる時点でハイからローに遷移される。C3信号は、S1、S2信号が同時にハイに遷移される時点でハイからローになり、X、Z_ATD信号がハイになる時点でローからハイになる。SAN信号、SAP信号は、S1、S2信号双方がハイになったあと所定時間遅延された後に変化し、X、Z_ATD信号がハイになる時点でそれぞれ反対状態に遷移する。
【0053】
S1、S2信号ともが「ハイ」状態である期間、つまりt2〜t3、t9〜t10、t16〜t17等の期間で該当セルにロジック「0」が書き込まれる。そして、S1及びS2信号のうち何れか1つのみが「ハイ」状態である期間、つまりt4〜t5、t11〜t12、t18〜t19等の期間で該当セルにロジック「1」が書き込まれる。
【0054】
次に、前記グローバル制御パルス発生部16から出力される信号により動作するローカル制御パルス発生部20、列制御部24及びセンスアンプ入出力制御部25の構成及び動作について説明する。
SWL強誘電体メモリセルが、図11のように構成されるか図12のように構成されるかによって多少の違いがあるので、それらを区分して説明する。
図20〜図25は、図11の構成のメモりセルの場合で、図20がローカル制御パルス発生部20の回路的構成図、図21が列制御部の回路的構成図であり、図22〜図25がセンスアンプ及び入出力制御部の第1実施形態〜第4実施形態の回路的構成図である。図22、23が図11のアレイに対応し、図24、25が図12のアレイに対応する。
ローカル制御パルス発生部20に入力するS1、S2、P2、C1、C2、C3、C4、SAN、SAP信号は前記グローバル制御パルス発生部16の出力信号であり、Y_ATD信号はYアドレスの変化時に発生するアドレス遷移検出信号であって、検出時にハイパルスとなる。そして、WEBpad信号は書込イネーブルパッド信号であり、書込モード時においてロー状態を活性状態と定義する。Z_Add1、Z_Add2、Z_Add3、Z_Add4はZアドレスプレデコーダ14から出力される信号である。
【0055】
図20に示すローカル制御パルス発生部は、図10における中央のコア部の上側にあるブロックを制御する信号を出力するものを例に取った。下側のブロックへの駆動制御パルスの発生はこれと同一である。
ローカル制御パルス発生部20は、センスアンプ/入出力制御部25へ入力される信号を作り出す第1制御パルス発生部200と、列制御部24へ入力される信号を作り出す第2制御パルス発生部201と、WSLドライバ−22へ入力される信号を作り出す第3制御パルス発生部202とから構成される。
【0056】
ここで、第1制御パルス発生部200は、SAP、SAN、Z_Add3、Z_Add4、第3制御信号C3を入力として上側ブロックと下側ブロックを制御するための制御パルスSAP_C、SAN_C、C3N_C、C3P_C信号を出力する第1演算部203と、第1、第2制御信号C1,C2、Z_Add1、Z_Add2信号を入力として上側ブロックを制御するための制御パルスC1P_T、C1N_T、C2P_T、C2N_T、C3N_T信号を出力する第2演算部204とから構成される。なお、信号の最後のTは上側ブロックを制御することを意味し、Cは上側と下側共通に使用する信号であることを意味する。下側のものはBであるが、上側と同じであるので図では省略してある。
【0057】
このように構成されたローカル制御パルス発生部の構成について更に詳細に以下に説明する。
第1制御パルス発生部200の第1演算部203は、Z_Add3、Z_Add4信号を論理演算して、下側ブロックに印加される制御信号の発生に関係する信号を出力する第1NANDゲート203−1と、第1NANDゲート203−1の出力信号とNAND演算されたZ_Add1、Z_Add2信号とを論理演算して出力する第2NANDゲート203−2と、入力されるSAP信号と第2NANDゲート203−2の出力信号とを演算して出力する第3NANDゲート203−3と、第3NANDゲート203−3の出力信号を反転してSAP_C信号を出力する第1インバーター203−4と、SAN信号と第2NANDゲート203−2の出力信号とを論理演算して出力する第4NANDゲート203−5と、第4NANDゲート203−5の出力信号を反転してSAN_C信号を出力する第2インバーター203−6と、第3インバーター203−7により反転された第3制御信号C3と第2NANDゲート203−2の出力信号とを論理演算して出力する第5NANDゲート203−8と、第5NANDゲート203−8の出力信号を反転してC3P_C信号を出力する第4インバーター203−9と、第4インバーター203−9の出力信号を反転してC3N_C信号を出力する第5インバーター203−10とから構成される。
【0058】
第1制御パルス発生部200の第2演算部204は、Z_Add1、Z_Add2信号を論理演算して、上側ブロックに印加される制御信号の発生に関係する信号を出力する第6NANDゲート204−1と、第6NANDゲート204−1の出力信号を反転する第6インバーター204−2と、第6インバーター204−2の出力信号と第1制御信号C1とをNAND演算して出力する第7NANDゲート204−3と、第7NANDゲート204−3の出力信号を2度反転してC1P_T信号を出力する第7、第8インバーター204−4、204−5と、第7NANDゲート204−3の出力信号を反転してC1N_T信号を出力する第9インバーター204−6と、第6インバーター204−2の出力信号と第2制御信号C2とを論理演算して出力する第8NANDゲート204−7と、第8NANDゲート204−7の出力信号を2度反転してC2P_T信号を出力する第10、第11インバーター204−8、204−9と、第8NANDゲート204−7の出力信号を反転してC2N_T信号を出力する第12インバーター204−10と、第6インバーター204−2の出力信号と反転された第3制御信号C3とを論理演算して出力する第9NANDゲート204−11と、第9NANDゲート204−11の出力信号からC3N_T信号を出力する第13、第14インバーター204−12、204−13とから構成される。
【0059】
第2制御パルス発生部201は、WEBpad信号を反転する第15インバータ−201−1と、第15インバーター201−1の出力信号を反転する第16インバーター201−2と、第4制御信号C4を反転する第17インバーター201−3と、第16、第17インバーター201−2、201−3の出力信号を演算して出力する第10NANDゲート201−4と、そのNANDゲート201−4の出力信号を反転して出力する第18インバーター201−5と、第3制御信号C3、第18インバーター201−5の出力信号、第2演算部204の第6NANDゲート204−1の出力信号をNOR演算して出力する第1NOR演算部201−6と、そのNOR演算部201−6の出力信号を反転してC4P_T信号を出力する第19インバーター201−7と、第19インバーター201−7の出力信号を反転してC4N_T信号を出力する第20インバーター201−8とから構成される。
【0060】
そして、第3制御パルス発生部202は、P2信号を反転する第21インバーター202−1と、Y_ATD信号、第21インバーター202−1の出力信号、第4制御信号C4、反転されたWEBpad信号を論理演算して出力する第11NANDゲート202−2と、第11NANDゲート202−2の出力信号を反転する第22インバーター202−3と、第22インバーター202−3の出力信号を遅延させる第23、第24、第25、第26インバーター202−4、202−5、202−6、202−7と、S1信号と第22インバーター202−3の出力信号とを演算して出力する第2NORゲート202−8と、第2NORゲート202−8の出力信号と第2演算部204の第6NANDゲート204−1の出力信号とをNOR演算して出力する第3NORゲート202−9と、第3NORゲート202−9の出力信号を反転してPS1_T信号を出力する第27インバーター202−10と、第2制御信号S2と第26インバーター202−7の出力信号とを演算して出力する第4NORゲート202−11と、第4NORゲート202−11の出力信号と第2演算部204の第6NANDゲート204−1の出力信号とをNOR演算して出力する第5NORゲート202−12と、第5NORゲート202−12の出力信号を反転してPS2_T信号を出力する第28インバーター202−13とから構成される。
【0061】
かかるローカル制御パルス発生部において、第1制御パルス発生部200の第1演算部203が上側ブロック及び下側ブロックに共通使用される制御パルスを発生する部分であり、第1制御パルス発生部200の第2演算部204、第2、第3制御パルス発生部201、202が上側ブロックを制御するパルスを発生する部分である。
【0062】
以下、このようなローカル制御パルス発生部の制御パルス発生動作について説明する。
まず、書込モードの動作時にはWEBpad信号がロー状態となるため、第2制御パルス発生部201の第15インバーター201−1、第16インバーター201−2を経た出力信号はロー状態となる。ゆえに、第10NANDゲート201−4は不活性状態となってハイレベルの信号を出力し、第1NOR演算部201−6を活性状態とする。このNOR演算部201−6が活性化されることにより、第3制御信号C3は第19インバーター201−7を通過してC4P_T信号を出力し、第20インバーター201−8を通過してC4N_T信号を出力する。前記第3制御信号C3は、スプリットワードラインSWL1,SWL2が活性化される前の状態、つまりメモりセルビットライン及び参照セルビットラインのプリチャージ期間に列選択信号を全部不活性状態とする。不活性化された列選択信号によってデータバスとビットラインとの間の信号の流れは遮断される。従って、書込モードにおけるビットラインプリチャージ時にビットラインに乗せたデータと入出力データバスに乗せたデータとが衝突することを回避することができる。又、書込モードでは、WEBpad信号がロー状態で、第2制御パルス発生部201の第15インバーター201−1の出力信号がハイ状態となるため、第3制御パルス発生部202の第11NANDゲート202−2を活性化させる。この第3制御パルス発生部202の第11NANDゲート202−2はY_ATD信号、P2、C4信号の支配を受ける。
【0063】
すなわち、P2信号がハイ状態で、S1、S2信号が活性状態で正常に動作している間には、第3制御パルス発生部202の第11NANDゲート202−2を不活性化させてS1、S2信号の正常動作を保障する。S1、S2信号の正常動作が完了すると、P2信号はロー状態となるため、第3制御パルス発生部202の第21インバーター202−1の出力はハイ状態となり、結果的に第3制御パルス発生部202の第11NANDゲート202−2が活性化される。この状態では、Y_ATD又はC4信号の状態に基づいて第3制御パルス発生部202の第11NANDゲート202−2の動作が決定される。
【0064】
ここで、第2制御パルス発生部201の第15インバーター202−1の出力がハイ状態なので、C4信号がハイ状態となると、第11NANDゲート202−2が活性化されてY_ATD信号がWSLドライバーブロック70に伝達される。
【0065】
さらに説明すれば、Yアドレスが遷移される期間で、S1信号とS2信号が第3制御パルス発生部202の第2、第4NORゲート202−8、202−11を活性化させることにより、Y_ATD信号は第11NANDゲート202−2、第22インバーター202−3を経て第3制御パルス発生部202の第2ORゲート202−8に伝達されるとともに、第3制御パルス発生部202の第22インバーター202−3の出力信号を遅延させる第23、第24、第25、第26インバーター202−4、202−5、202−6、202−7により遅延された信号が第4NORゲート202−11に伝達される。
【0066】
第3制御パルス発生部202の第2、第3NORゲート202−8、202−9、第27インバーター202−10を通過したY_ATD信号は反転されたロー状態のPS1_T信号となる。第3制御パルス発生部202の第4、第5NORゲート202−11、202−12、第28インバーター202−13を通過したY_ATD信号は反転されたロー状態のPS2_T信号となる。これにより、PS1_T信号はY_ATD信号に対して反転された位相を有する。ここで、第3制御パルス発生部202の第22インバーター202−3の出力信号を遅延させる第23、第24、第25、第26インバーター202−4、202−5、202−6、202−7のサイズを調節することにより、PS1_T信号とPS2_T信号との時間的なずれを調整し、双方のロー信号が重なる時間を調節することができる(図26参照)。
【0067】
尚、読取りモードでは、第2制御パルス発生部201の第10NANDゲート201−4が活性状態となり、C4の信号が第2制御パルス発生部201の第17インバーター201−3、第10NANDゲート201−4、第18インバーター201−5、第1NOR演算部201−6、そして第19インバーター201−7を経てC4P_T信号として出力される。第19インバーター201−7の出力信号は第20インバーター201−8を経てC4N_T信号として出力される。C4P_T、C4N_T信号は、センスアンプにより増幅された信号をデータバスへ伝達する役割を果たす。
【0068】
かかる読取りモードでは、第2制御パルス発生部201の第15インバーター201−1の出力信号がロー状態となり、第3制御パルス発生部202の第11NANDゲート202−2を不活性化させることにより、Y_ATD信号、P2、C4信号の伝達が遮断される。そして、第3制御パルス発生部202の第22インバーター202−3の出力信号がロー状態となり、第3制御パルス発生部202の第2NORゲート202−8を活性化させる。
このような制御パルス発生動作によりSWLドライバーブロック22の入力信号として用いられるPS1_T信号、PS2_T信号はS1及びS2信号に対してそれぞれ反対位相を有する波形となる。
【0069】
SWL強誘電体メモリ素子の列制御部24の構成について説明する。
図21は上側メモリセルアレイを制御するブロックを例に取っている。列制御部は、Yプレデコーダからアドレス信号及びローカル制御パルス発生部から制御信号を受けて、データ入出力時に任意のセルを選択するための列選択信号を出力するブロックである。その構成は次の通りである。
まず、Yプレデコーダ18からプレデコードされて出力されるYアドレスYpre_n,Ypre_n+1,Ypre_n+2,Ypre_n+3・・・中の各々のアドレスと、ローカル制御パルス発生部20から出力されるC4N_T信号とを論理演算して出力する複数のNANDゲート230、231、232、233と、各NANDゲート230、231、232、233の出力端に連結されるインバーター234、235、236、237とを含む。
【0070】
ここで、各NANDゲート230、231、232、233の出力は、各々のインバーター234、235、236、237を通過してYアドレスY_n_T,Y_n+1_T,Y_n+2_T,Y_n+3_T,・・となり、インバーター234、235、236、237を通過しない信号はビットバーラインを選択する/YアドレスYB_n_T,YB_n+1_T,YB_n+2_T,YB_n+3_T・・・となる。活性化時に、YアドレスY_n_T,Y_n+1_T,Y_n+2_T,Y_n+3_T,・・・の何れか1つのみハイに活性され、/YアドレスYB_n_T,YB_n+1_T,YB_n+2_T,YB_n+3_T・・・の何れか1つのみローとなる。これらの活性化された信号は、センスアンプ及び入出力制御部25からデータバスに連結されているトランジスタ又は伝送ゲートから構成されるスイッチングブロックの活性化、不活性化を調整する。
【0071】
以下、図11の構成の本発明に使用するセンスアンプ及び入出力制御部について詳細に説明する。
まず、そのセンスアンプ及び入出力制御部の第1実施形態の構成は図22に示す通りである。センスアンプ210には、上側メインメモリセルに連結されるビットラインBIT_T、上側参照セルに連結される参照ビットラインRBIT_T、下側メインメモリセルに連結されるビットラインBIT_B、下側参照セルに連結される参照ビットラインRBIT_Bが連結されている。
【0072】
すなわち、ローカル制御パルス発生部20から出力されるセンスアンプイネーブル信号SAP_C,SAN_Cにより該当ラインのデータをセンシング及び増幅するセンスアンプ210と、等化信号C3N_C,C3P_Cにより上側と下側のビットラインBIT_T、BIT_B、上側と下側の参照ビットラインRBIT_T、RBIT_Bの電位を等電位化する等化器211と、ローカル制御パルス発生部20から出力される上側セルアレイ連結信号C1P_T,C1N_T,C2P_T,C2N_Tによりスイッチングされ、上側のメインメモリセル及び参照セルに連結されたそれぞれのビットラインBIT_T,RBIT_Tをセンスアンプ210の入出力ラインに選択的に連結する第1、第2伝送ゲート212、213と、下側セルアレイ連結信号C1P_B,C1N_B,C2P_B,C2N_Bによりスイッチングされ、下側のメインメモリセル及び参照セルにそれぞれ連結されたビットラインBIT_B,RBIT_Bをセンスアンプ210の入出力ラインに選択的に連結する第3、第4伝送ゲート214、215と、第1伝送ゲート212と上側メモリセルとの間のビットラインBIT_Tに連結され、列選択信号Y_n_T,YB_n_Tによりビットラインとデータバス端D_との連結を制御する第5伝送ゲート216と、第3伝送ゲート214と下側メモリセルとの間のビットラインBIT_Bに連結され、列選択信号Y_N_B,YB_N_Bによりビットラインとデータ端D_との連結を制御する第6伝送ゲート217と、第1伝送ゲート212と第5伝送ゲート216との間のビットラインBIT_Tに一方の電極が連結され、他方の電極は電源電圧端子に連結され、ゲートに印加されるプルダウン制御信号C3N_TによりビットラインBIT_Tのレベルを調整する第1ビットラインレベル調整部218と、第3伝送ゲート214と下側メモリセルアレイブロックとの間のビットラインBIT_Bに一方の電極が連結され、他方の電極が電源電圧端子に連結され、ゲートに印加されるプルダウン制御信号C3N_Bにより下側のビットラインBIT_Bのレベルを調整する第2ビットラインレベル調整部219とを備える。
ここで、データ端D_は、読取りモード及び書込モードの動作で共通に使用される。すなわち、読取りモードの動作時にはセンスアンプの出力伝送路として用いられ、書込モードではメモリセルに書き込むデータの伝送路として用いられる。
【0073】
更に、センスアンプ及び入出力制御部の第2実施形態は図23に示すようにNMOSトランジスタにより各々の制御パルスによるスイッチングブロックを構成したものである。
すなわち、各ビットラインBIT_T,RBIT_T,BIT_B,RBIT_Bに連結され、ローカル制御パルス発生部20から出力されるセンスアンプイネーブル信号SAP_C,SAN_Cにより該当ラインのデータをセンシング及び増幅するセンスアンプ220と、等化信号C3N_C,C3P_Cにより上側ビットラインBIT_T,RBIT_T又は下側ビットラインBIT_B,RBIT_Bの電位を等電位化する等化器221と、ローカル制御パルス発生部から出力される上側セルアレイ連結信号C1N_T,C2N_Tによりスイッチングされ、上側のメインメモリセル及び参照セルに連結されたビットラインBIT_T,RBIT_Tをセンスアンプ220の入出力ラインに選択的に連結する第1、第2NMOSトランジスタ222、223と、下側セルアレイ連結信号BIT_B,RBIT_Bによりスイッチングされ、下側のメインメモリセル及び参照セルに連結されたビットラインBIT_B,RBIT_Bをセンスアンプ220の入出力ラインに選択的に連結する第3、第4NMOSトランジスタ224、225と、第1NMOSトランジスタ222と上側メモリセルとの間のビットラインBIT_Tに連結され、列選択信号Y_n_Tによりデータ端D_との連結を制御する第5NMOSトランジスタ226と、第3NMOSトランジスタ224と下側メモリセルとの間のビットラインBIT_Bに連結され、列選択信号Y_N_BによりデータバスD_との連結を制御する第6NMOSトランジスタ227と、第1NMOSトランジスタ222と第5NMOSトランジスタ226との間のビットラインBIT_Tに一方の電極が連結され、ゲートに印加されるプルダウン制御信号C3N_TによりビットラインBIT_Tのレベルを調整する第1ビットラインレベル調整部228と、第3NMOSトランジスタ224と下側メモリセルアレイブロックとの間のビットラインBIT_Bに一方の電極が連結され、ゲートに印加されるプルダウン制御信号C3N_BによりビットラインBIT_Bのレベルを調整する第2ビットラインレベル調整部229とを備える。
【0074】
センスアンプ及び入出力制御部に入力される各々の制御信号、そして各構成ブロックの動作について説明する。
SAN_Cは、一方の電極がセンスアンプに連結され、他方の電極が接地VSS端子に連結されるNMOSトランジスタのゲートに印加される。そのNMOSトランジスタのゲートに加えられるハイでセンスアンプ210を活性化させ、ローでセンスアンプ210を不活性化させる。SAP_Cは、一方の電極がセンスアンプに連結され他方の電極が電源電圧Vcc端子に連結されるPMOSトランジスタのゲートに印加される。そのPMOSトランジスタのゲートに加えられるローでセンスアンプ210を活性化させ、ハイでセンスアンプ210を不活性化させる。等化器211に入力される等化信号C3N_C,C3P_Cは、スプリットワードラインSWL1,SWL2が活性化される前にメイン及び参照セルのビットラインBIT_T,RBIT_T,BIT_B,RBIT_B及びセンスアンプ210の電位を等電位化する。プルダウン制御信号C3N_Tは、上側のメインセル列と参照セル列の選択時に、第1ビットラインレベル調整部228をターンオンさせてプルダウン動作を行って上側のメインメモリセルに連結されたビットラインBIT_Tをローレベルとする。そして、プルダウン制御信号C3N_Bは、下側のメインセル列と参照セル列の選択時に、第2ビットラインレベル調整部229をターンオンさせてプルダウン動作を行って下側のメインメモリセルに連結されたビットラインBIT_B、RBIT_Bをローレベルにする。
【0075】
更に、センスアンプ及び入出力制御部の第3実施形態の構成は図24に示す通りである。
すなわち、ビットラインBIT_T,RBIT_T,BIT_B,RBIT_Bに連結され、ローカル制御パルス発生部から出力されるセンスアンプイネーブル信号SAP_C,SAN_Cにより該当ラインのデータをセンシング及び増幅するセンスアンプ260と、等化信号C3N_C,C3P_Cにより上側ビットラインBIT_T,RBIT_T又は下側BIT_B,RBIT_Bの電位を等電位化する等化器261と、ローカル制御パルス発生部から出力される上側セルアレイ連結信号C1P_T,C1N_T,C2P_T,C2N_Tによりスイッチングされ、上側のメインメモリセル及び参照セルに連結されたそれぞれのビットラインBIT_T,RBIT_Tをセンスアンプ260の入出力ラインに選択的に連結する第1、第2伝送ゲート262、263と、下側のセルアレイ連結信号C1P_B,C1N_B,C2P_B,C2N_Bによりスイッチングされ、下側のメインメモリセル及び参照セルに連結されたそれぞれのビットラインBIT_B,RBIT_Bをセンスアンプ260の入出力ラインに選択的に連結する第3、第4伝送ゲート264、265と、センスアンプ260の入出力端に連結され、列選択信号Y_n,YB_nによりビットラインとデータ端D_との連結を制御する第5伝送ゲート266と、センスアンプ260の入出力端に連結され、列選択信号Y_n,YB_nによりデータバー端DB_との連結を制御する第6伝送ゲート267と、前記第1伝送ゲート262と上側メモリセルとの間のビットラインBIT_Tに連結され、ゲートに印加されるプルダウン制御信号C3N_Tにより上側ビットラインBIT_Tのレベルを調整する第1ビットラインレベル調整部268と、第3伝送ゲート264と下側メモリセルアレイブロックとの間の下側ビットラインBIT_Bに一方の電極が連結され、ゲートに印加されるプルダウン制御信号C3N_Bにより下側ビットラインBIT_Bのレベルを調整する第2ビットラインレベル調整部269とを備える。
【0076】
ここで、SAN_Cは、一方の電極がセンスアンプに連結され他方の電極が接地VSS端子に連結されるNMOSトランジスタのゲートに印加される。ハイでセンスアンプ260を活性化させ、ローでセンスアンプ260を不活性化させる。SAP_Cは、一方の電極がセンスアンプに連結され他方の電極が電源電圧Vcc端子に連結されるPMOSトランジスタのゲートに印加される。ローでセンスアンプ260を活性化させ、ハイでセンスアンプ260を不活性化させる。等化器261に入力される等化信号C3N_C,C3P_Cは、スプリットワードラインSWL1,SWL2が活性化される前にメイン及び参照セルのビットラインBIT_T,RBIT_T,BIT_B,RBIT_B及びセンスアンプ260の電位を等電位化する。プルダウン制御信号C3N_Tは、上側のメインセル列と参照セル列の選択時に、第1ビットラインレベル調整部268をターンオンさせてプルダウン動作を行って上側のメインメモリセルに連結されたビットラインBIT_T、RBIT_Tをローレベルにする。そして、プルダウン制御信号C3N_Bは、下側側のメインセル列と参照セル列の選択時に、第2ビットラインレベル調整部269をターンオンさせてプルダウン動作を行って下側のメインメモリセルに連結されたビットラインBIT_B、RBIT_Bをローレベルにする。
【0077】
更に、センスアンプ及び入出力制御部の第4実施形態の構成を図25に示す。
すなわち、ビットラインBIT_T,RBIT_T,BIT_B,RBIT_Bに連結され、ローカル制御パルス発生部から出力されるセンスアンプイネーブル信号SAP_C,SAN_Cにより該当ラインのデータをセンシング及び増幅するセンスアンプ270と、等化信号C3N_C,C3P_CによりビットラインBIT_T,RBIT_T又はBIT_B,RBIT_Bの電位を等電位化するNMOSトランジスタから構成される等化器271と、ローカル制御パルス発生部から出力される上側セルアレイ連結信号C1N_T,C2N_Tによりスイッチングされ、上側のメインメモリセル及び参照セルに連結されたビットラインBIT_T,RBIT_Tをセンスアンプ270の入出力ラインに選択的に連結する第1、第2NMOSトランジスタ272、273と、下側セルアレイ連結信号C1N_B,C2N_Bによりスイッチングされ、下側のメインメモリセル及び参照セルに連結されたビットラインBIT_B,RBIT_Bをセンスアンプ270の入出力ラインに選択的に連結する第3、第4NMOSトランジスタ274、275と、センスアンプ270の入出力端に連結され、列選択信号Y_nによりビットラインとデータ端D_との連結を制御する第5NMOSトランジスタ276と、センスアンプ270の入出力端に連結され、列選択信号Y_nによりデータバー端DB_との連結を制御する第6NMOSトランジスタ277と、第1NMOSトランジスタ272とセルアレイブロックとの間のビットラインBIT_Tに一方の電極が連結され、ゲートに印加されるプルダウン制御信号C3N_TによりビットラインBIT_Tのレベルを調整するNMOSトランジスタからなる第1ビットラインレベル調整部278と、第3NMOSトランジスタ274と下側メモリセルアレイブロックとの間のビットラインBIT_Bに一方の電極が連結され、ゲートに印加されるプルダウン制御信号C3N_BによりビットラインBIT_Bのレベルを調整するNMOSトランジスタからなる第2ビットラインレベル調整部279とを備える。
【0078】
次に、以上のように構成される本実施形態メモリ装置のデータ入出力動作について説明する。
図26は図20おけるYアドレス変化時の書込モードでのローカル制御パルス発生部の動作波形図である。
本実施形態のSWL強誘電体メモリでは、センスアンプ及びデータ入出力制御回路を含むコアブロックを上下の隣り合うセルアレイブロックが共有している。ここでは、上側セルアレイブロックの駆動制御を中心として説明する。
まず、図26の動作波形図に示すように、チップイネーブル信号CSBpadがロー状態にイネーブルされた後再度ハイ状態にディスエーブルされる期間をt1〜t15に分割して、各期間別に説明する。
t1期間では、CSBpad信号をロー状態にイネーブルさせ、WEBpad信号をロー状態にイネーブルさせる。この際、X、Y、Zアドレスは変化せずそのままの状態を維持し、ローカル制御パルス発生部から出力されるPS1_T、PS2_T、C1N_T、C2N_T、C4N_T、C3N_C、SAP_C、SAN_C信号もまだ変化しない。
【0079】
PS1_T信号は、t1期間ではハイであって、t2〜t3期間ではロー状態、t4期間ではハイ状態、t5期間ではロー状態、t6期間ではハイ状態、t7〜t8期間ではロー状態、t9〜t10期間ではハイ状態、再びt11〜t13期間ではロー状態となる。t13の開始時点からはハイ状態を維持し続ける。
PS2_T信号は、t1期間ではハイ、t2〜t4期間ではロー状態、t5〜t7期間ではハイ状態、t8〜t9期間ではロー状態、t10〜t11期間ではハイ状態、t12〜t13期間では再びロー状態となる。t14の開始時点からはハイ状態を維持する。
【0080】
又、WSLドライバー300から出力されるSWL1、SWL2信号も、t1期間までは以前の状態のロー状態を維持し、t2時点でハイになる。ここで、SWL1信号はPS1_T信号と反対位相を有し、同じ遷移時点を有する。SWL2信号はPS2_T信号と反対位相を有し、同じ遷移時点を有する。
【0081】
そして、センスアンプの入出力ラインとセルアレイブロックのビットライン及び参照セルブロックのビットラインとを電気的に連結する制御信号であるC1N_T、C2N_T信号の波形変化は下記の通りである。
C1N_T信号は、Y−Add信号が変化される前にSWL1、SWL2が共にハイ状態に維持される期間であるt3期間のみでローに遷移され、その他の期間では再びハイに維持される。C2N_T信号は、C1N_T信号がローに遷移される時点t3でローに遷移され、CSBpad信号がハイに遷移されるまでそれを維持する。C4N_T信号は、SWL1、SWL2が同時にハイに遷移される時点t2でハイになり、CSBpad信号がディスエーブルされる時点で再びローになる。P2信号は、SWL1、SWL2共がハイに遷移される時点t2からt5までハイが維持され、その以外の期間ではロー状態に維持される。C3N_C信号は、t1期間までは以前のハイ状態が維持され、SWL1、SWL2が同時にハイに遷移される時点t2でローになり、CSBpad信号がディスエーブルされる時点で再びハイになる。すなわち、C4N_T信号と反対位相の波形を有する。そして、SAN_C信号は、C1N_T、C2N_T信号が同時に遷移される時点t3でハイになり、この状態はCSBpad信号がディスエーブルされるまで維持される。SAP_C信号はSAN_C信号と反対位相を有し、遷移時点は同一である。
【0082】
かかる動作波形を有する本実施形態のSWL強誘電体メモリ装置は、Yアドレスの変化によりY_ATD信号が発生すると、書込モードの場合に、ローカル制御パルス発生部から出力されるPS1_T、PS2_TがWSLドライバーに入力されてSWL1信号、SWL2信号を作り出す。このようにして発生するSWL1、SWL2信号が共にハイである期間、つまりt2〜t3、t8、t12期間でSWLメモリセルにロジック「0」を書き込む。そして、SWL1、SWL2のうち1つのみハイである期間、つまりt4〜t5、t7、t9、t11、t13期間でSWLメモリセルにロジック「1」を書き込む。
【0083】
以下、読取りモード不揮発性強誘電体メモリ装置の動作について説明する。
図27は図20においてYアドレス変化時の読取りモードでのローカル制御パルス発生部の動作波形図である。
読取りモードの場合、WEDpad信号は、ハイ状態にディスエーブルされた状態を維持する。そして、書込モード時と同様に、Yアドレスの変化時にのみY_ATD信号がハイ状態となる。すなわち、Yアドレスがt7の開始時点で遷移される場合、Y_ATD信号はt7からt8までハイ状態に維持され、再びYアドレスがt11の開始時点で遷移される際にY_ATD信号はt11からt13期間までハイ状態に維持される。この以外の期間では全てロー状態に維持される。
【0084】
PS1_T信号は、t2〜t3期間、そしてt5期間の間のみでロー状態を維持し、その以外ではハイ状態を維持する。PS2_T信号は、t2〜t4期間のみでロー状態を維持し、その以外ではハイ状態を維持する。SWL1信号はPS1_T信号と反対位相を有し、同じ遷移時点を有する。SWL2信号はPS2_T信号と反対位相を有し、同じ遷移時点を有する。
【0085】
そして、センスアンプの入出力ラインと、セルアレイブロックのビットライン、参照セルブロックのビットラインとを電気的に連結する制御信号であるC1N_T、C2N_T信号の波形変化は以下の通りである。
C1N_T信号は、Y−Add信号が変化する前にSWL1、SWL2信号共がハイ状態に維持される期間のうちt3期間のみでローに遷移され、その以外の期間では再びハイに遷移されて維持される。C2N_T信号は、C1N_T信号がローに遷移される時点でローに遷移され、WEBpad信号がハイに遷移される時点でハイになる。C4N_T信号は、C1N_T信号がハイに遷移される時点t4でハイになり、CSBpad信号がディスエーブルされる時点で再びローになる。P2信号は、SWL1、SWL2が同時にハイに遷移される時点t2でハイになり、Y−Add信号が変化するすぐ前のSWL1信号遷移時点でローになる。C3N_C信号は、t1期間までは以前のハイ状態に維持され、SWL1、SWL2が同時にハイに遷移される時点t2でローになり、CSBpad信号がディスエーブルされる時点で再びハイになる。そして、SAN_C信号は、C1N_T、C2N_T信号が同時に遷移される時点t3でハイになり、この状態がCSBpad信号がディスエーブルされるまで維持される。SAP_C信号はSAN_C信号と反対位相を有し、遷移時点は同一である。
【0086】
以上説明したように、CSBpad信号をロー状態に活性化させた状態でYアドレスを変化させると、グローバル制御パルス発生部の入力には変化がないため、その出力もやはり変わらない。Yアドレスの変化によってY_ATD信号がハイ状態になっても、読取りモードでローカル制御パルス発生部のPS1_T信号、PS2_T信号は変わらないようにしてSWL1信号、SWL2信号が不活性状態を維持するようにする。したがって、変更されたYアドレスに該当する列デコーダを活性化させて、センスアンプにラッチされているデータをデータバスに伝達する。Yアドレスが変化される第1時点t7で、センスアンプのデータがデータバスへ伝達されて読取り動作が行われる。そして、Yアドレスが変化される第2時点t11でも、センスアンプのデータがデータバスへ伝達されて読取り動作が行われる。これは、Yアドレスの変化時に、列ゲートの選択の変化だけでもセンスアンプにラッチされているデータを出力することができるということを意味する。
【0087】
以上ではYアドレス変化時の書込モード及び読取りモードにおけるSWL強誘電体メモリ装置のデータ入出力動作を説明した。以下、X、Zアドレス変化時の書込モード及び読取りモードによる動作波形を説明する。
まず、X、Zアドレス変化時の書込モードでのSWL強誘電体メモリ装置の動作波形をt1からt21まで設定して、各期間別に説明する。
図28は図20において本発明のSWL強誘電体メモリの書込モード時のX、Zアドレス変化に関する動作波形図である。
まず、t1の開始時点でCSBpad信号が以前の状態のハイ状態からローに遷移されて活性状態となり、t21の開始時点で再び不活性化になる。これとともに、書込イネーブル信号WEBpadもローになって活性状態となり、CSBpad信号が不活性化されると同時に不活性化となるようにする。ここで、CSBpad信号、WEBpad信号は全て外部から印加される。X、Zアドレスが遷移されるt7期間の開始点、t14期間の開始点で、X、Z_ATDはハイ状態となる。
【0088】
t1期間では、CSBpad信号、WEBpad信号のみがイネーブルされ、その以外の信号は以前の状態をそのまま維持する。t2期間では、CSBpad信号及びWEBpad信号はそのままイネーブル状態を維持し、PS1_T信号、PS2_T信号、C3N_C信号は以前の状態のハイ状態からローになる。そして、SWL1、SWL2、C4N_T、P2信号は以前の状態のロー状態からハイになる。C4N_T信号がロー状態からハイになり、活性状態となることにより、外部から伝達されたデータをメモりセルのビットライン及び参照セルのビットラインに乗せる。
【0089】
次いで、t3期間では、CSBpad、WEDpad、PS1_T、PS2_T、SWL1、SWL2、C3N_C、C4N_T、P2はt2期間の信号をそのまま維持し、SAN_C信号は以前の状態のロー状態からハイ状態に遷移し、SAP_C信号はハイ状態からロー状態に遷移する。
PS1_T、PS2_Tの動作波形から、PS1_T信号は、t1、t4、t6〜t8、t11、t13〜t15、t18、t20の期間でハイ状態を維持し、その以外の期間ではロー状態を維持する。PS2_T信号はt1、t5〜t8、t12〜t15、t19〜期間でハイ状態を維持し、その以外の期間ではロー状態を維持する。SWL1信号はPS1_T信号と同じ時点で遷移され、互いに反対の位相を有する。SWL2信号はPS2_T信号と同じ時点で遷移され、互いに反対の位相を有する。そしてC1N_T信号はSWL1、SWL2信号が同時にハイ状態である期間の一部t3,t10,t17のみでロー状態を有する。C2N_T信号は、C1N_T信号がローになる時点でローになり、X、Z_ATD信号がハイに遷移される時点で再びハイになる。C4N_T信号は、SWL1、SWL2信号が同時にハイになる時点でハイになり、X、Z_ATD信号がハイになる時点で再びローになる。P2信号は、SWL1、SWL2信号が同時にハイになる時点でハイになり、SWL1、SWL2信号共がロー状態である時点で再びローになる。そして、SAN_C信号はC2N_T信号と反対位相を有し、SAP_T信号はC2N_T信号と同じ位相の波形を有する。
【0090】
動作波形を期間別に更に説明する。
t4期間では、PS1_T、C1N_T信号はハイになり、SWL1信号はハイ状態からローになる。次いで、t5期間では、PS1_T信号は以前のハイ状態からローになり、これによりSWL1信号はロー状態からハイになる。そして、PS2_T信号は以前のロー状態からハイになり、これによりSWL2信号はハイ状態からローになる。t6期間では、PS1_T信号がロー状態からハイになり、これによりSWL1信号はハイ状態からローになる。P2信号も以前の状態のハイ状態からローになる。t7期間は、X、Zアドレスが変化した時点である。よって、X、Z_ATD信号が以前のロー信号からハイ信号となる。C2N_T信号はローからハイになり、C4N_T信号とSAN_C信号は以前のハイ状態からローになり、C3N_C信号とSAP_C信号は以前のロー状態からハイになる。t8期間では、前記X、Z_ATD信号のみが以前のハイ状態からローになり、X、Z_ATD信号を除いた全信号は以前のt7期間の状態のまま維持される。次いで、t9の開始点からはt2期間〜t8期間の波形変化と同一である。最後に、t21の開始点では、t1からロー状態を維持してきたCSBpad信号、WEBpad信号がハイになり、書き込みモードが不活性状態となる。そして、C4N_T信号が以前のハイ状態からローになり、SAN_C信号はハイ状態からロー状態に、SAP_C信号はロー状態からハイになる。
このように、書込モードにおいてX、Zアドレス変化時の本発明のSWL強誘電体メモリ装置は、C4N_T信号がSWL1及びSWL2信号の活性化時点と一緒に活性化され、センスアンプが活性化される以前にデータをビットラインに伝達している。
【0091】
次に、X、Zアドレス変化時の読取りモードでのSWL強誘電体メモリ装置の動作波形をt1からt21まで設定して、各期間別に説明する。
図29は図20において本SWL強誘電体メモリの読取りモード時のX、Zアドレス変化に関する動作波形図である。
読取りモード時の動作波形図と書込みモード時の動作波形図とを比較すると、C4N_T信号の遷移時点が異なることが分かる。そして、読取りモードではWEBpad信号がハイ状態に不活性化のままである。C4N_T信号は、t1からt3期間まではロー状態を維持する。この後、t4の開始時点でロー状態からハイ状態に活性化されるため、ビットラインのデータがセンスアンプへ送られる。t4の開始時点でハイになったC4N_T信号はt6期間までハイ状態が維持され、t7の開始時点でローになる。ローになったあと、t10期間までロー状態が維持され、t11の開始時点でハイになる。C4N_T信号がロー状態からハイになるとともに、センスアンプにより増幅されたデータをデータ入出力ラインに乗せる。
このように、読取りモード時には、一旦C4N_T信号を活性化させてセンスアンプがデータをセンシングした後、再度C4N_T信号を活性化させてセンシングされたデータをデータ入出力ラインに印加して読取り動作を行い、同時にデータを再格納する。
【0092】
次に、図12に示すメモリセルアレイ構成である場合のローカル制御パルス発生部、列制御部及びセンスアンプ入出力制御部について説明する。
図30はローカル制御パルス発生部の構成図、図31はセンスアンプ及び入出力制御部の第1実施形態の回路構成図、図32はセンスアンプ及び入出力制御部の第2実施形態の回路構成図、図33は図30のYアドレス変化時の書込モードでのタイミング図、図34は図30のYアドレス変化時の読取りモードでのタイミング図、図35は図30のX、Zアドレス変化時の書込モードでのタイミング図、図36は図30のX、Zアドレス変化時の読取りモードでのタイミング図である。
メモリセルが図12に示すように構成される場合のローカル制御パルス発生部は、図30に示すように、グローバル制御パルス発生部16の出力信号とY_ATD信号とZプレデコーダ部14の出力信号とを入力とし、スプリットワードライン駆動部22、センスアンプ及び入出力制御部25、そして列制御部24へそれぞれの駆動信号を出力する。
すなわち、入力されるS1、S2、P2、C3、C4、SAN、SAP信号は、グローバル制御パルス発生部16の出力信号である。Y_ATD信号は前述したようにYアドレスの遷移時に発生するアドレス遷移検出信号で、WEBpad信号は外部から入力される書込イネーブルパッドの信号である。WEBpad信号は書込モード時にロー状態を活性状態と定義する。
【0093】
図30に示すローカル制御パルス発生部は、大きくセンスアンプ及び入出力制御部25へ入力する信号を作り出す第1論理回路部100と、列制御部24へ入力される信号を作り出す第2論理回路部101と、スプリットワードライン駆動部22へ入力される信号を作り出す第3論理回路部102とから構成される。
第1論理回路部100は、ビットラインとセンスアンプとの接続信号となるBS_T、BSB_T、BS_B、BSB_B信号を出力する第1演算部100aと、SAP_C、SAN_C信号を出力する第2演算部100bと、C3_C信号を出力する第3演算部100cとを含む。
第3論理回路部102は、PS2信号を出力する第4演算部102aと、PS1信号を出力する第5演算部102bとを含む。
【0094】
上記構成のローカル制御パルス発生部をより詳しく説明する。
Z_Add1、Z_Add2、Z_Add3、Z_Add4信号を論理演算する第1演算部100aは、Z_Add1、Z_Add2信号を論理演算する第1NANDゲートNAND1と、Z_Add3、Z_Add4信号を論理演算する第2NANDゲートNAND2と、第1、第2NANDゲートの出力信号を論理演算する第3NANDゲートNAND3と、NAND1の出力信号を反転させる第1インバーターINV1と、第1インバーターの出力信号を反転させる第2インバーターINV2と、NAND2の出力信号を反転させる第3インバーターINV3と、第3インバーターの出力信号を反転させる第4インバーターINV4とを含む。
【0095】
ここで、前記第1インバーターINV1の出力信号はセンスアンプ及び入出力制御部25の入力信号BS_Tとなり、第2インバーターINV2の出力信号はセンスアンプ及び入出力制御部25の入力信号BSB_Tとなる。センスアンプ及び入出力制御部25の入力信号として用いられるこれらのBS_T、BSB_T信号は、センスアンプ及び入出力制御部25におけるセンスアンプの入出力端と上側メインセルブロックのビットライン及びビットバーラインとを選択的に連結させる伝送ゲートを制御する信号である。
第3インバーターINV3の出力信号及び第4インバーターINV4の出力信号はそれぞれセンスアンプ及び入出力制御部25の下側に接続されたビットラインを制御する信号として用いられる。第3インバーターINV3の出力信号はBS_B信号となり、第4インバーターINV4の出力信号はBSB_B信号となる。ここで、BS_B、BSB_B信号は、下側メインセルブロックのビットラインとビットバーラインをセンスアンプの入出力端に連結させる2つの伝送ゲートを制御する信号となる。
【0096】
NAND3の出力信号とグローバル制御パルス発生部26から出力されるSAP、SAN信号とを論理演算してセンスアンプ及び入出力制御部25の入力信号を作り出す第2演算部100bは、SAP信号とNAND3の信号とを論理演算する第4NANDゲートNAND4と、このNAND4の出力信号を反転させる第5インバーターINV5と、SAN信号とNAND3の出力信号とを演算出力する第5NANDゲートNAND5と、このNAND5の出力信号を反転させる第6インバーターINV6とを含む。
第5インバーターINV5の出力信号はSAP_C信号となり、第6インバーターINV6の出力信号はSAN_C信号となる。
【0097】
次いで、NAND3の出力信号とグローバル制御パルス発生部26から出力されるC3信号とを論理演算してセンスアンプ及び入出力制御部25の入力信号となるC3_C信号を出力する第3演算部100cは、C3信号を反転させる第7インバーターINV7と、NAND3の出力信号と第7インバーターINV7の出力信号とを論理演算する第6NANDゲートNAND6と、第6NANDゲートNAND6の出力信号を反転させる第8インバーターINV8と、そして第8インバーターINV8の出力信号を反転させる第9インバーターINV9とを含む。
C3_C信号は、センスアンプ及び入出力制御部25でビットライン及びビットバーラインをプルダウンさせるとともに等電位化させるプルダウン及び等化器(図31、32)を制御する制御信号となり、複数本のビットライン及びビットバーラインに共通に使用される。
【0098】
グローバル制御パルス発生部16から出力されるC4信号、WEBpad信号、そして前記NAND3の出力信号を論理演算して列制御部24の入力信号C4Nを作り出す第2論理回路部101は、WEBpad信号を反転させる第10インバーターINV10と、第10インバーターINV10の出力信号を反転させる第11インバーターINV11と、C4信号を反転させる第12インバーターINV12と、第11インバーターINV11及び第12インバーターINV12の出力信号を論理演算する第7NANDゲートNAND7と、そのNAND7の出力信号を反転させる第13インバーターINV13と、NAND3の出力信号を反転させる第14インバーターINV14と、第14インバーターINV14の出力信号と第13インバーターINV13の出力信号とを論理演算する第1NORゲートNOR1と、そのNOR1の出力信号を反転させる第15インバーターINV15と、第15インバーターINV15の出力信号を反転させる第16インバーターINV16とを含む。
ここで、第2論理回路部101から出力されるC4N信号は、Yプレデコーダ28から出力されるプレデコードされたYアドレスと合成される信号である。
【0099】
第3論理回路部102は第4演算部102aと第5演算部102bとから構成されている。
スプリットワードライン駆動部22へ入力されるPS2信号を作り出す第4演算部102aは、グローバル制御パルス発生部16から出力されるP2信号を反転させる第17インバーターINV17と、Y_ATD信号、C4信号、及び第10インバーターINV10の出力信号を論理演算する第8NANDゲートNAND8と、第8NANDゲートNAND8の出力信号を反転させる第18インバーターINV18と、第18インバーターINV18の出力信号を一定の時間遅延させる遅延部Dと、第14インバーターINV14の出力信号、S2信号、及び遅延部Dの出力信号を論理演算する第2NORゲートNOR2と、そのNOR2の出力信号と第14インバーターINV14の出力信号とを論理演算する第3NORゲートNOR3と、そのNOR3の出力信号を反転させる第19インバーターINV19とを含む。
遅延部Dは偶数個のインバーターで構成する。
【0100】
次いで、スプリットワードライン駆動部22へ入力されるPS1信号を作り出す第5演算部102bは、グローバル制御パルス発生部16から出力されるS1信号と第18インバーターINV18の出力信号とを論理演算する第4NORゲートNOR4と、第14インバーターINV14の出力信号とNOR4の出力信号とを論理演算する第5NORゲートNOR5と、そのNOR5の出力信号を反転させる第20インバーターINV20とを含む。
【0101】
このようなローカル制御パルス発生部20において、入力信号、つまりS1、S2、P2、C4、C3、SAN、SAP信号はグローバル制御パルス発生部16から出力される。Z_Add1、Z_Add2、Z_Add3、Z_Add4信号はZプレデコーダ部14の出力信号である。そして、センスアンプ及び入出力制御部25の入力信号として用いられるBS_T、BSB_T信号は、上側メインセルブロックのビットライン及びビットバーラインをアクセスするための信号である。又、BS_B、BSB_B信号は下側メインセルブロックのビットライン及びビットバーラインをアクセスするための信号である。
【0102】
このように構成されたローカル制御パルス発生部の動作説明を、読取りモードと書込モードとを例にとって説明する。
まず、書込モードにおいて、WEBpad信号がロー状態なので、第10インバーターINV10、第11インバーターINV11を経た出力信号はロー状態となる。これにより、NAND7が不活性状態になってハイ状態の信号を出力する。ハイ状態の出力信号はNOR1を活性化させることにより、C3信号が第15インバーターINV15、第16インバーターINV16を順次に通過してC4Nとなる。C3信号は、スプリットワードラインSWL1,SWL2が活性化される以前に、ビットライン及びビットバーラインがプリチャージされる間に列制御部24へ入力されるC4N信号がロー状態となるようにする。すなわち、C4Nがロー状態である間、列選択信号が全て不活性化されて出力データバスとビットラインとの間の信号流れが遮断される。従って、書込モードでのビットラインのプリチャージ時におけるビットラインに乗せたデータと出力データバスに乗せたデータとが衝突することを回避することができる。又、書込モードでは、第10インバーターINV10の出力信号がハイ状態となるため、NAND8を活性化させる。よって、NAND8はY_ATD信号、P2、C4信号の支配を受ける。
【0103】
すなわち、P2信号がハイ状態で、S1、S2信号が活性状態で動作している間に、NAND8を不活性化させてS1、S2の正常動作を保障する。S1、S2信号の正常動作が完了すると、P2信号はロー状態となるため、このときINV17の出力がハイ状態となり、結果的にNAND8が活性化される。すなわち、Y_ATD又はC4の状態に基づいてNAND8の動作が決定される。
【0104】
第10インバーターINV10の出力がハイ状態で、C4信号もハイ状態となると、結果的にNAND8が活性化されてY_ATD信号がスプリットワードライン駆動部82へ伝達される。言い換えれば、Yアドレスが遷移される期間で、S1信号とS2信号がNOR2、NOR4を活性化させることにより、Y_ATD信号はNAND8、第18インバーターINV18を経てNOR4へ伝達されるとともに、遅延部Dにより遅延された信号はNOR2へ伝達される。
【0105】
NOR4、NOR5、そして第20インバーターINV20を通過したY_ATD信号は反転されたロー状態のPS1信号となる。NOR2、NOR3、そして第19インバーターINV19を通過した遅延されたY_ATD信号は反転されたロー状態のPS2信号となる。よって、PS1信号、PS2信号はY_ATD信号に対して反転された位相を有する。
このとき、遅延部Dを構成しているインバーターのサイズを調節することにより、PS1信号とPS2信号のロー信号が重なる時間を調節することができる。
【0106】
尚、読取りモードでは、NAND7が活性状態となり、C4の信号が第12インバーターINV12、NAND7、第13インバーターINV13、NOR1、第15インバーターINV15、そして第16インバーターINV16を順次に通過してC4と同一波形のC4Nとなる。よって、C4N信号はセンスアンプにより増幅された信号をデータバスへ伝達する役割を果たす。
【0107】
かかる読取りモードでは、第10インバーターINV10の出力信号がロー状態でNAND8を不活性化させることにより、Y_ATD信号、P2、C4信号の伝達が遮断され、第18インバーターINV18の出力信号がロー状態となり、NOR4が常に活性化される。これにより、スプリットワードライン駆動部82の入力信号として用いられるPS1信号、PS2信号はS1及びS2信号に対してそれぞれ反対波形となる。
【0108】
図30のようにローカル制御パルス発生部が構成されても、列制御部は図21と同様である。
図12によるセンスアンプ入出力制御部の構成は以下の通りである。
図12による実施形態のセンスアンプ入出力部の第1実施形態の構成は、図31に示すように、上側メインセルブロックに連結されるビットライン及びビットバーラインにそれぞれ該当するBIT_T及びBITB_Tと、下側メインセルブロックに連結されるビットライン及びビットバーラインにそれぞれ該当するBIT_B及びBITB_Bとから構成される。ここで、図示してないが、ビットライン及びビットバーラインは列方向に複数本形成されている。
【0109】
図31の回路は、ビットライン及びビットバーラインに乗せたデータをセンシング及び増幅してデータライン及びデータバーラインへ伝達するセンスアンプ85aと、ビットライン及びビットバーラインの電位をプルダウンさせて等電位化させるプルダウン及び等化器85bと、上側メインセルのビットライン及びビットバーラインとセンスアンプの入出力端とを選択的に連結させる第1、第2伝送ゲート131a、131bと、下側メインセルのビットライン及びビットバーラインとセンスアンプの入出力端とを選択的に連結させる第3、第4伝送ゲート131c、131dと、センスアンプの入出力端とデータライン及びデータバーラインとを選択的に連結させる第5、第6伝送ゲート131e、131fとから構成される。
ここで、センスアンプ85aは、活性化、不活性化を制御するためのPMOSトランジスタPM10及びNMOSトランジスタNM10を更に含む。そして、PMOSトランジスタPM10及びNMOSトランジスタNM10を制御するゲート制御信号であるSAP_C信号、SAN_C信号はローカル制御パルス発生部20から出力され、複数本のビットライン及びビットバーラインに共通使用される。
【0110】
このように構成されたセンスアンプ及び入出力制御部25において、センスアンプ85aが上側メインセルのデータをセンシングする場合には第1、第2伝送ゲート131a、131bがオンされ、第3、第4伝送ゲート131c、131dはオフされる。逆に、下側メインセルのデータをセンシングする場合には第1、第2伝送ゲート131a、131bはオフされ、第3、第4伝送ゲート131c、131dはオンされる。各伝送ゲート131a、131b、131c、131dはPMOSトランジスタPMとNMOSトランジスタとが並列的に構成されるが、第1、第2伝送ゲート131a、131bのオン/オフを制御する信号であるBS_T信号、BSB_T信号はローカル制御パルス発生部20から出力される。そして、第3、第4伝送ゲート131c、131dのオン/オフを制御する制御信号であるBS_B信号、BSB_B信号もローカル制御パルス発生部20から出力される。第5、第6伝送ゲート131e、131fのオン/オフを制御する制御信号であるY_n信号、YB_n信号は、列制御部24から選択的に出力されるYアドレス及びYアドレスバーが用いられる。
【0111】
一方、図32は図12のセンスアンプ及び入出力制御部の第2実施形態のを示す図であり、伝送ゲート131a、131b、131c、131d、131e、131fをNMOSトランジスタ140a、140b、140c、140d、140e、140fで構成したものである。
図31のような伝送ゲートを用いたセンスアンプ及び入出力制御部25は、図32のようにNMOSトランジスタを用いたセンスアンプ及び入出力制御部25に比べて低電圧動作に対して有利である。
このように構成されたセンスアンプ及び入出力制御部25は、ローカル制御パルス発生部20、列制御部24から出力される信号を受けて、読取りモード時にはメモリセルのデータをセンシングしてデータバスライン及びデータバーバスラインへ伝達し、書込モード時にはデータバスライン及びデータバーバスラインを介して入ってくるデータをメモりセルに格納する役割を果たす。
【0112】
次いで、図33は図12に示すメモリセルアレイの構成である場合のローカル制御パルス発生部の動作説明のための入出力波形図であり、CSBpad信号がロー状態に活性化されている状態でYアドレス遷移時の書込モードの動作タイミング図である。
ここで、チップイネーブル信号CSBpadがロー状態にイネーブルされた後再度ハイ状態にディスエーブルされる期間をt1〜t15に分割して、各期間別に説明する。
まず、t1期間では、CSBpad信号をロー状態にイネーブルさせ、WEBpad信号をロー状態にイネーブルさせる。このとき、X、Y、Zアドレスは以前の状態を維持し、ローカル制御パルス発生部20から出力されるPS1、PS2信号、C4N、C3_C、SAP_C、SAN_C信号はt1の以前の状態を維持している。
【0113】
この後、PS1信号は、t1期間ではハイ、t2〜t3期間ではロー状態、t4期間ではハイ状態、t5期間ではロー状態、t6期間ではハイ状態、t7〜t8期間ではロー状態、t9〜t10期間ではハイ状態、t11〜t13期間では再びロー状態となる。t13の開始時点からはハイ状態を維持し続ける。
PS2信号は、t1期間まではハイ、t2〜t4期間ではロー状態、t5〜t7期間ではハイ状態、t8〜t9期間ではロー状態、t10〜t11期間ではハイ状態、t12〜t13期間では再びロー状態となる。t14の開始時点からはハイ状態を維持する。
【0114】
又、スプリットワードライン駆動部22から出力されるSWL1、SWL2信号も、t1期間までは以前の状態のロー状態を維持し、t2時点でハイになる。このSWL1信号はPS1信号と反対位相を有し、同一の遷移時点を有し、SWL2信号はPS2信号と反対位相を有し、同一の遷移時点を有する。
【0115】
ローカル制御パルス発生部20から出力されるC4N信号は、t2の開始時点でハイになり、CSBpad信号がディスエーブルされる時点で再びローになる。P2信号は、t2の開始時点で以前の状態のロー状態からハイになり、t5期間まで維持され、t6の開始時点で再びローになる。C3_C信号は、t1期間までは以前のハイ状態に維持され、t2の開始時点でローになり、CSBpad信号がディスエーブルされる時点で再びハイになる。そして、SAN_C信号は、t2期間までロー状態に維持され、t3の開始時点でハイになりてCSBpad信号がディスエーブルされるまで維持される。SAP_C信号はSAN_C信号と反対位相を有し、遷移時点は同一である。
【0116】
かかる動作タイミング図及び図16のグローバル制御パルス発生部の入出力タイミング図に示すように、CSBpad信号をロー状態に活性化させた状態でYアドレスのみを変化させると、グローバル制御パルス発生部16の入力には変化がない。よって、グローバル制御パルス発生部16の出力信号も変わらない。Yアドレスの変化によりY_ATD信号が発生すると、書込モードの場合、ローカル制御パルス発生部20から出力されるPS1、PS2がスプリットワードライン駆動部22へ入力されてSWL1信号、SWL2信号が出力される。
【0117】
図33のタイミング図に示すように、Yアドレスがt7期間の開始時点で変化する際、つまりt7、t9期間では論理1(ハイ)がメモリセルに書き込まれ、t8期間では論理0(ロー)が書き込まれる。そして、Yアドレスがt11期間の開始点で変化する際、つまりt11、t13期間ではハイデータがメモりセルに書き込まれ、t12期間ではローのデータが書き込まれる。
【0118】
次いで、読取りモード時におけるローカル制御パルス発生部の動作タイミング図を説明する。書込モード時と同様に、t1からt15期間まで設定して各期間別に説明する。
図34は図12に示すメモリセルアレイである場合のYアドレス変化時におけるローカル制御パルス発生部の動作タイミング図であり、読取りモード時の動作タイミング図である。
図34に示すように、書込モードとは異なり、WEDpad信号はCSBpad信号の状態が活性化される間にハイ状態に維持される。これは、現在読取りモードなので、WEBpad信号はハイ状態でなければならないからである。一方、書込モード時と同様に、Yアドレスが変化する時にのみY_ATD信号がハイ信号となる。すなわち、Yアドレスがt7の開始時点で遷移される場合、Y_ATD信号はt7からt8までハイ状態に維持され、再びYアドレスがt11の開始時点で遷移される際にY_ATD信号はt11からt13期間までハイ状態に維持される。この以外の期間では全てロー状態に維持される。
【0119】
PS1信号は、t2〜t3期間、そしてt5期間の間のみでロー状態を維持し、その以外ではハイ状態を維持する。PS2信号は、t2〜t4期間のみでロー状態を維持し、その以外ではハイ状態を維持する。SWL1信号はPS1信号と反対位相を有し、同一の遷移時点を有する。SWL2信号はPS2信号と反対位相を有し、同一の遷移時点を有する。
【0120】
C4N信号は、t4からCSBpad信号がディスエーブルされる時点t15までハイ状態を維持し、その以外ではローを維持する。P2信号、C3_C信号、SAN_C信号、及びSAP_C信号は、遷移タイミング及び位相が書込みモード時と同一なので省略する。
【0121】
このタイミング図に示すように、CSBpad信号をロー状態に活性化させた状態でYアドレスのみを変化させると、グローバル制御パルス発生部の入力には変化がないため、その出力も変わらない。Yアドレスの変化によりY_ATD信号がハイ状態になっても、読取りモードにおいてローカル制御パルス発生部20のPS1信号、PS2信号は変わらないようにしてSWL1信号、SWL2信号が不活性状態を続けて維持する。よって、変更されたYアドレスに該当する列デコーダ部24を活性化させて、センスアンプにラッチされているデータをデータバスへ伝達する。Yアドレスが変換される第1時点(t7期間)では、センスアンプのデータがデータバスへ伝達されて読取り動作が行われる。そして、Yアドレスが変換される第2時点(t11期間)でも、センスアンプのデータがデータバスへ伝達されて読取り動作が行われる。
【0122】
以上ではYアドレス変化時の書込モード及び読取りモード時における不揮発性強誘電体メモリ装置のタイミング図を説明した。以下、X、Zアドレス変化時の書込モード及び読取りモードによる動作タイミング図を説明する。
まず、X、Zアドレスのみ変化する際、書込モードにおけるローカル制御パルス発生部の動作タイミング図を図35に示している。図35に示すように、本発明のローカル制御パルス発生部の動作をt1からt21まで設定して、各期間別に説明する。
まず、t1の開始時点でCSBpad信号がハイ状態からローに遷移されることにより活性状態となり、t21の開始時点で再び不活性化になる。これとともに、書込イネーブル信号WEBpadもローになって活性状態となり、CSBpad信号が不活性化されると同時に不活性化される。ここで、CSBpad信号、WEBpad信号は全て外部から印加される。
【0123】
図面に示すように、t1期間では、CSBpad信号、WEBpad信号のみがイネーブルされ、残りの信号は以前の状態にそのまま維持される。t2期間では、CSBpad信号及びWEBpad信号はそのままイネーブル状態に維持され、PS1信号、PS2信号、C3_C信号は以前の状態のハイ状態からローになる。そして、SWL1、SWL2、C4N、P2信号は以前の状態のロー状態からハイになる。C4N信号がロー状態からハイになりて活性状態となることにより、外部から伝達されたデータをビットラインBL及びビットバーラインBBLに乗せる。
【0124】
次いで、t3期間では、CSBpad、WEDpad、PS1、PS2、SWL1、SWL2、C3_C、C4N、P2はt2期間の信号をそのまま維持し、SAN_C信号は以前の状態のロー状態からハイ状態に遷移し、SAP_C信号はハイ状態からロー状態に遷移する。このときSAN_C信号、SAP_C信号がそれぞれハイ、ローになる。t4期間では、PS1信号、SWl1信号のみが以前の状態から変化するが、PS1信号は以前のロー状態からハイになり、SWL1信号はハイ状態からローになる。
次いで、t5期間では、PS1、PS2、SWL1、SWL2信号のみが遷移され、その外の信号はt4期間の信号状態のまま維持される。すなわち、PS1信号は以前のハイ状態からローになり、これによりSWL1信号はロー状態からハイになる。そして、PS2信号は以前のロー状態からハイになり、これによりSWL2信号はハイ状態からローになる。t6期間では、PS1、SWL1、P2信号を除いた全信号は以前の状態をそのまま維持する。PS1信号はt5期間の信号つまりロー状態からハイになり、これによりSWL1信号はハイ状態からローになる。P2信号は以前の状態のハイ状態からローになる。t7期間は、X、Zアドレスが変化する時点である。よって、X、Z_ATD信号が以前のロー信号からハイ信号になる。C4N信号とSAN_C信号は以前のハイ状態からローになり、C3_C信号とSAP_C信号は以前のロー状態からハイになる。t8期間では、X、Z_ATD信号のみが以前のハイ状態からローになり、X、Z_ATD信号を除いた全信号は以前のt7期間の状態のまま維持される。
【0125】
次いで、t9が始まる時点では、X、Z_ATD信号、SAN_C、SAP_C信号のみが以前の状態にそのまま維持され、その以外の信号は変化する。すなわち、PS1、PS2信号は以前の状態のハイ状態からローになり、SWL1、SWL2信号は以前のロー状態からハイになる。そして、C4N信号とP2信号は以前の状態のロー状態からハイになり、C3_C信号は以前のハイ状態からローになる。C4N信号がロー状態からハイに遷移されて活性状態となることにより、外部から伝達されたデータをビットラインBL及びビットバーラインBBLに乗せる。
【0126】
t10の開始時点では、SAN_C信号がローからハイ状態に、SAP_C信号がハイからローになって活性化され、その以外の信号は全てt9期間の状態のまま維持される。t11が始まる時点では、PS1信号が以前のロー状態からハイになり、これによりSWL1信号がハイ状態からローになる。その外の信号はt10期間の状態のままである。t12の開始時点では、PS1信号が以前のハイ状態からローになるとともに、PS2が以前のロー状態からハイになる。これにより、SWL1信号がロー状態からハイになり、SWL2信号がハイ状態からローになる。その以外の信号はt11期間の状態のまま維持される。
【0127】
t13が始まる時点では、PS1、SWL1、P2信号のみが変化し、それ以外の信号はt12期間の状態のまま維持される。すなわち、PS1信号が以前のロー状態からハイになるとともに、SWL1信号がハイ状態からローになる。そして、P2信号は以前のハイ状態からローになる。次いで、t14の開始時点でX、Zアドレスに2度目の変化が生じる。これにより、X、Z_ATD信号が以前のロー状態からハイになり、C4N信号とSAN_C信号は以前のハイ状態からローになり、C3_C信号とSAP_C信号は以前のロー状態からハイになる。t15の開始時点では、X、Z_ATD信号のみが以前のハイ状態からローになり、残りの信号は以前のt14期間の信号のまま維持される。次いで、t16の開始時点では、PS1、PS2信号が以前のハイ状態からローになり、これによりSWL1信号とSWL2信号が以前のロー状態からハイになる。
【0128】
次いで、t17期間からt20期間までは前述したt10からt13期間までの位相及び遷移タイミングと同一である。このため省略する。
最後に、t21の開始点では、t1からロー状態を維持してきたCSBpad信号、WEBpad信号がハイになり、書き込みモードが不活性状態となる。そして、C4N信号が以前のハイ状態からローになり、SAN_C信号はハイ状態からロー状態に、SAP_C信号はロー状態からハイになる。
このように、書込モードでX、Zアドレス変化時におけるローカル制御パルス発生部は、C4N信号がSWL1及びSWL2信号の活性化時点と同一に活性化されてセンスアンプが活性化される前に予めデータをビットラインに伝達する。
【0129】
次いで、読取りモードでのX、Zアドレス変化時におけるローカル制御パルス発生部の動作タイミングを説明する。
図36は読取りモードでのX、Zアドレスのみ変換時のローカル制御パルス発生部の動作タイミング図である。図36の読取りモード時のタイミング図は、図35と比較してC4N信号の遷移タイミングが変わっていることが分かる。図35の書込モードではWEBpad信号がロー状態に活性化されるが、図36の読取りモードではWEBpad信号がハイ状態に活性化されている。
【0130】
図36において、C4N信号を除いた全信号は書込モードにおけるX、Zアドレス変化時の動作タイミングと同一である。ゆえに、C4N信号についてのみ各タイミング期間別に説明する。
図36に示すように、C4N信号は、t1からt3期間まではロー状態を維持する。この後、t4が始まると、ロー状態からハイ状態に活性化されるから、このときセンスアンプで増幅されたデータがデータライン及びデータバーラインに乗る。t4の開始時点でハイになったC4N信号はt6期間までハイ状態に維持され、t7の開始時点でローになる。ローになったあと、t10期間までロー状態が維持され、t11の開始時点でハイになる。C4N信号がロー状態からハイになるとともに、センスアンプにより増幅されたデータがデータライン及びデータバーラインに乗る。
このように、読取りモード時には、センスアンプが予めデータをセンシングした後、C4N信号を活性化させてセンシングされたデータをデータライン及びデータバーラインに印加することにより、読取り動作を行う。
【0131】
次に、かかる構成及び動作を行うセンスアンプ及び入出力制御部25と外部のデータバスとをインタフェースさせる、図13に示す入出力バス制御部26を更に具体的に説明する。
図37は本発明のSWL強誘電体メモリ装置のコア部を中心として示すセルアレイブロック構成図である。
図37のセルアレイ構成は図10と同様であり、更に具体的に表現している。図22〜22、図31〜29では1つのセンスアンプを示しているが、図37では複数のセンスアンプを一ブロックとして複数(外部のデータバスの数に対応する個数)のブロックを示しており、各ブロックのセンスアンプ及び入出力制御部と外部のデータバスとをインタフェースする入出力バス制御部を中心として示している。ここで、コアブロック601はセンスアンプ及び入出力制御部と入出力バス制御部とを含んでいる。
コアブロック601は、セルブロックアレイ400の上下に複数のセンスアンプブロックとして構成され、各センスアンプブロックは入出力バス制御部26により制御されて最終的にセンスアンプブロックからのデータがデータバスに入出力される。
【0132】
上記のセンスアンプブロックは図38〜図41に示すように構成される。
図38は本発明のセンスアンプブロックの第1実施形態の構成図、図39はその第2実施形態の構成図、図40はその第3実施形態の構成図、図41はその第4実施形態の構成図である。すなわち、図38と図39は図11のように1つのメモリセルサブブロックがメインメモリセルと参照メモリセルとから構成される場合のセンスアンプブロック構成図であり、図40と図41はビットラインとビットバーラインとから構成される場合のセンスアンプブロック構成図である。
各センスアンプブロック301は図11或いは図12においてサブセルアレイブロックの列構成に対応するセンスアンプ部を含むように構成したものである。各センスアンプ部302は図22〜図25及び図31〜図32のように構成されるが、簡単に表示するために、それぞれメインセルビットラインBIT_T_n,BIT_T_n+1,BIT_T_n+2,BIT_T_n+3、ビットバーラインBITB_T_n,BITB_T_n+1,BITB_T_n+2,BITB_T_n+3或いは参照セルビットラインRBIT_T_n,RBIT_T_n+1、及びデータ端D_或いはデータバー端DB_のみを示している。
【0133】
センスアンプブロック301の第1実施形態は2つのセンスアンプ部302を有する。図11に示すようにメインセルアレイブロックが4列から構成される場合に対応させている。すなわち、図11から見ると、メインセルアレイブロックが4列に構成され、参照メモリセルが2列に構成されているため、センスアンプ部は4列に対応する4つが必要である。しかし、センスアンプ部はメインセルアレイブロックの上側及び下側に形成されるため、上側に2つ、下側に2つが形成される。これにより、1つのセンスアンプブロック301は図38のように構成される。
センスアンプブロック301の第2実施形態は第1実施形態と同様であるが、図39に示すように4つのセンスアンプ部302を含むように構成したものである。これは、メインメモリセルが8列から構成され、参照メモリセルが2列から構成される場合に対応する。
【0134】
センスアンプブロックの第3実施形態は、図12のようにメモリセルが参照メモリセル無しにビットラインとビットバーラインとから構成される場合のものであり、図40に示すように2つのセンスアンプ部を含んでいる。
センスアンプブロックの第4実施形態は図3実施形態と同様であるが、図41に示すように4つのセンスアンプ部を含んでいる。
上記の本発明のセンスアンプブロックは上下のメモリセルをセンシングするため、ビットライン及びビットバーラインと参照ビットラインがそれぞれ上下に連結されている。図38及び図39においてデータ端D_が各センスアンプ部302に上下に連結されている理由も上下のメモリセルをセンシングするためである。図40及び図41ではセンスアンプ部302にデータ端D_及びデータバー端DB_が連結されている。
【0135】
このように構成されるセンスアンプブロックの入出力バス制御部を添付図面に基づき説明する。
図42〜47は本発明のSWL強誘電体メモリ装置の入出力バス制御部の第1〜第7実施形態の回路構成図である。
データバスの構成及び入出力バス制御部の構成は、データバスが該当センスアンプブロックの入力データ及び出力データを双方とも伝送する場合(図42及び図43)と、該当センスアンプブロックの入力データと出力データをそれぞれ別々のバスで伝送する場合(図44、図45、図46、図47)とに分けられる。そして、メモリセルアレイがメインセルサブブロックと参照セルサブブロックとから構成される場合(図42、図44、及び図46)と、ビットラインとビットバーラインとから構成される場合(図43、図45、及び図47)に応じて様々な実施形態がある。
【0136】
入出力バス制御部の第1実施形態は、1つのセルアレイブロックに4つのセンスアンプブロックがあり、セルアレイの構成が図11のように構成され、データバスが入力データと出力データとを伝送する場合である。
すなわち、図42に示すように、ラッチイネーブル信号LEに基づいて各センスアンプブロックのデータ端D_から出力されるデータをそれぞれスイッチングする4つの第1スイッチング部303と、ラッチイネーブル信号に基づいて各第1スイッチング部303から出力されるデータをバッファリングする4つのバッファ部304と、ラッチイネーブル信号LEに基づいて各バッファ部304でバッファリングされたデータをフィードバックして各バッファ部304に格納する4つの第2スイッチング部305と、書込/読取り信号WRSに基づいて各バッファ部304に格納されたデータを最終的に外部のデータバスDinout_BUS_0,Dinout_BUS_1,Dinout_BUS_2,Dinout_BUS_3へ出力する4つの第3スイッチング部306と、書込/読取り信号WRSに基づいて外部のデータバスDinout_BUS_0,Dinout_BUS_1,Dinout_BUS_2,Dinout_BUS_3からのデータを各センスアンプブロックのデータ端D_に入力する4つの第4スイッチング部307とから構成される。
ここで、第1、第2、第3、第4スイッチング部303、305、306、307は1つの伝送ゲートから構成され、バッファ部304は2つ以上の偶数個のインバーターから構成され、バッファ部304及び第2スイッチング部305により出力データがラッチされる。
【0137】
入出力バス制御部の第2実施形態の構成が図43に示されている。
本第2実施形態は上記第1実施形態と同様であるが、セルアレイの構成が図12のようにビットラインとビットバーラインとから構成される場合である。したがって、バスラインもデータバスDinout_BUS_0,Dinout_BUS_1と、データバーバスDBinout_BUS_0,DBinout_BUS_1とに分けられる。
1つのセンスアンプブロックにはデータ端及びデータバー端があり、1つのセルアレイブロックに4つのセンスアンプブロックが構成され、第1、第2、第3、第4スイッチング部303、305、306、307及びバッファ部304の構成は第1実施形態と同様であるが、各センスアンプブロックの各データ端とデータバー端に連結されている。
【0138】
入出力バス制御部の第3実施形態の構成は図44に示す通りである。
第3実施形態は、セルアレイ構成が図11のように構成され、1つのセルアレイブロックに4つのセンスアンプブロックが構成される場合であって、データバスを入力用、出力用にそれぞれ区分して設けた場合の入出力バス制御部を示したものである。
すなわち、同様にセンスアンプブロックを4つ図示したものであり、各々のセンスアンプブロック301には、書込イネーブル信号WEに基づいて外部のデータバスDin_BUS_0,Din_BUS_1,Din_BUS_2,Din_BUS_3からのデータをセンスアンプブロック301に入力する4つの第5スイッチング部308と、ラッチイネーブル信号LEに基づいて各センスアンプブロック301のデータ端D_から出力されるデータを出力する4つの第6スイッチング部309と、ラッチイネーブル信号LEに基づいて各第6スイッチング部309から出力されるデータをバッファリングする4つのバッファ部310と、ラッチイネーブル信号LEに基づいて各バッファ部310にバッファリングされたデータをフィードバックしてバッファ部310に格納する4つの第7スイッチング部311と、出力イネーブル信号OEに基づいて各バッファ部310に格納されたデータを最終的に外部のデータバスDout_BUS_0,Dout_BUS_1,Dout_BUS_2,Dout_BUS_3へ出力する4つの第8スイッチング部312とから構成される。
ここで、第5、第6、第7、第8スイッチング部308、309、311、312は1つの伝送ゲートから構成され、バッファ部310は2つ以上の偶数個のインバーターから構成される。
【0139】
入出力バス制御部の第4実施形態の構成は図45に示す通りである。
第4実施形態は、セルアレイの構成が図12のように構成され、データバスが入力用、出力用に区分されて構成される場合である。
すなわち、図44と同様な構成を有するが、この第4実施形態では、各センスアンプブロック301にデータ端D_とデータバー端DB_があり、これらのデータ端及びデータバー端にそれぞれデータを制御するスイッチング部が形成されるため、第3実施形態よりも各スイッチング部が2倍用意されている。
【0140】
入出力バス制御部の第5実施形態は図46に示す通りである。
第5実施形態は、セルアレイが図11のように構成され、データバスが入力用、出力用にそれぞれ分けられた場合であり、それぞれのバスでデータを入力し出力するように構成したものである。
すなわち、書き込む場合は外部から書込イネーブル信号WEが送られ、読み出すときには出力イネーブル信号OEが送られてくる。書込イネーブル信号WEによってデータバスDin_BUS_0,Din_BUS_1,Din_BUS_2,Din_BUS_3からのデータをセンスアンプブロックのデータ端D_に入力する第9スイッチング部313と、出力イネーブル信号OEによって各センスアンプブロックのデータ端D_からのデータをデータバスDout_BUS_0,Dout_BUS_1,Dout_BUS_2,Dout_BUS_3へ出力する第10スイッチング部314とから構成される。
【0141】
入出力バス制御部の第6実施形態の構成は図47に示す通りである。
この第6実施形態は先の第5実施形態と同様であるが、セルアレイの構成が図12のようにビットラインとビットバーラインから構成される場合である。すなわち、各センスアンプブロックにはデータ端D_及びデータバー端DB_があり、各々の端にデータを入出力するためのスイッチングが形成されている。
【0142】
次に、本発明のデータバスの実施形態を図48〜図51によって説明する。
データバスの第1実施形態は、図48に示すようにデータの入出力を1つの伝送バスにて伝送する、図42と同様な場合である。すなわち、1つのセルアレイブロック400に4つのコアブロック601が構成される場合、4つの入出力共用のデータバスラインが必要である。セルアレイブロック400のメインセルサブブロック401が4列から構成される場合、各センスアンプブロックは2つのセンスアンプ部を含み、各センスアンプブロックのセンスアンプ部は1つのデータバスによりデータが入出力される。
【0143】
データバスの第2実施形態は、図49に示すようにデータの入出力を共用とし、データバスとデータバーバスがある、図43と同様な場合である。
データバスの第3実施形態は図50に示すようにデータ入力とデータ出力を互いに異なるバスを用いる、図44及び図46と同様な場合である。
データバスの第4実施形態は図51に示すようにデータバス及びデータバーバスがそれぞれ入力Din_BUS,DBin_BUS、出力Dout_BUS,DBout_BUSをそれぞれ区分して伝送する、図45、図47と同様な場合である。
【0144】
このように構成される本発明の入出力バス制御部の動作は以下の通りである。
図52は本発明の入出力バス制御部の第1実施形態の動作タイミング図、図53は第2実施形態の動作タイミング図、図54は第3実施形態の動作タイミング図である。
一般に、キャッシュメモリを採用したシステムの場合、主記憶装置の他にキャッシュメモリを備え、CPUによるランダムアクセスは主としてキャッシュメモリで処理する。一方、キャッシュは主記憶装置からブロック単位で情報の伝送を受ける。
ブロック単位の伝送のために、行アドレスは同一で且つ列アドレスが相違する場合、又は列アドレスが数ビットを連続してアクセスする場合が多くある。従って、行アドレスが同一である状態で列アドレスのみを交替して高速でデータをアクセスする高速列アクセス機能が注目を浴びている。
【0145】
各々のm本のビットラインにはそれぞれセンスアンプがあり、各センスアンプの活性化信号であるSAN、SAPの活性化時間の間、mビットのデータはビットラインに連結されたm個のセンスアンプで増幅されてラッチされる。読取りモード時に最も長い時間がかかるのは行アドレスの入力からセンシングまでの動作であるが、既にmビットが同時にセンシングされてラッチされていることから、ただ列アドレスのみを変えながらデータを読み取ると、アクセスタイムを大幅に減少させることができ、高速で動作することができる。言い換えれば、列アドレスに該当する列選択線を活性化してデータの読取りを行い、次いで別の列アドレスに該当する別のデータの読取りを行うことは、同じ行アドレスに対してmビットのデータまで可能である。
【0146】
図52は1つの行に1つの列のみが選択される時の波形である。
センスアンプの動作が完了してデータバスD_BUS_0,D_BUS_1,D_BUS_2,D_BUS_3にセンスアンプのデータが乗せられると、出力ラッチ信号LEにハイパルスを加えて活性化させることにより、センスアンプのデータをラッチ部にラッチさせる。よって、センスアンプが不活性化されてもデータは続いて残る。
【0147】
図53の入出力バス制御部の動作タイミングは、読取りモードにおいてセンスアンプの活性化時間を延長させた後、列アドレス信号Y_T_0,Y_T_1,Y_T_2,Y_T_3を順次的に活性化させることを示したものである。この際、行アドレスは1つと固定され、出力ラッチ信号LEは続けて活性状態を維持している。
図54の入出力バス制御部の動作タイミングは、読取りモードにおいてセンスアンプの活性化時間を延長させた後、列アドレス信号Y_T_0,Y_T_1,Y_T_2,Y_T_3を順次活性化させる際、出力ラッチ信号LEはコアブロック601のラッチバッファ部に格納するに充分な時間の間にのみ活性化され、後続のデータを出力するまで活性化される。これにより、後続の列アドレス信号Y_T_0,Y_T_1,Y_T_2,Y_T_3を速く活性化させることができるとともに、列アクセス時間が速くなる。
【0148】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明のSWL強誘電体メモリ装置及びその駆動回路においては以下のような効果がある。
プレートラインを別に構成することなく、スプリットワードラインを用いてセルプレート機能を果たすように強誘電体メモリ装置を構成するため、集積度を向上させることができる。さらに、データの読取り、書込動作で別のプレートライン内部信号を必要としないため、記憶素子としての効率性が向上する。
従来には、強誘電体膜の特性が完ぺきに確保されない状態で、1つの参照セルが約数百倍以上の多くのメインメモリの読取り動作に用いられるように構成されているため、参照セルがメインメモリセルよりも多く動作しなければならない。このため、参照セルの劣化特性が急激に悪くなって参照電圧が安定的でない。しかしながら、本発明は、参照セル及びそれに該当するメインメモリセルの割合を著しく低めたので、参照セルの劣化特性を防止することができる。
【0149】
通常、強誘電体メモリをイネーブルさせるための信号としてCSBpad信号のみを用いたが、本発明ではCSB信号と共にX、Y、Z_ATD信号を用いる。これにより、ファスト列アクセスモードで動作させてチップアクセス速度及び性能を向上させる等、メモリ動作を効率よく運用できる。すなわち、アドレスの変化を大きくX、Zアドレスのみ変化する場合とYアドレスのみ変化する場合とに分類して動作させ、CSBpad信号によってイネーブルされて未だ動作の未完状態であるとき、X、Y、Zアドレスが入力されても動作を妨害しないようにする。
そして、X、Zアドレスのみ変化する場合、センスアンプにラッチされた有効データが無いため、CSB信号のイネーブル時と同じ動作をX、Z_ATD信号を用いて具現できる。Yアドレスのみが変化する場合、行アドレスに該当するスプリットワードラインSWL1,SWL2が変わらないため、センスアンプに既ラッチされたデータを読み出すことができ、書込モードではY_ATD信号を用いて正常的に書込動作を行うことができる。
1つのデータバスにより複数の列データを入出力することができるため、行アドレスが同一である状態で列アドレスを交替して高速でデータをアクセスする高速列アクセス機能が可能である。
1つのデータバスにより複数の列データを入出力することができるため、チップのレイアウトの面積を減少させることができる。
センスアンプの出力を、別のいろいろのセルアレイブロックと共通されるデータバスへ直ちに出力することなく、コアブロック601を通過する。これにより、センスアンプ出力端の出力ローディングを減少させるため、入出力速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 aは一般的な強誘電体のヒステリシスループを示す特性図、bは一般的な強誘電体メモリの単位キャパシタ構成図。
【図2】 従来の1T/1Cの強誘電体メモリセルのアレイ構成図。
【図3】 従来の1T/1Cの強誘電体メモリセルの駆動回路構成図。
【図4】 従来の1T/1Cの強誘電体メモリセルの駆動回路構成図。
【図5】 従来の1T/1Cの強誘電体メモリセルの書込み動作を説明するためのタイミング図。
【図6】 従来の1T/1Cの強誘電体メモリセルの読取り動作を説明するためのタイミング図。
【図7】 従来の2T/2Cの強誘電体メモリセルのアレイ構成図。
【図8】 従来の2T/2Cの強誘電体メモリセルの書込動作を説明するためのタイミング図。
【図9】 従来の2T/2Cの強誘電体メモリセルの読取り動作を説明するためのタイミング図。
【図10】 本発明のSWL強誘電体メモリセルのアレイ構成ブロック図。
【図11】 本発明の第1実施形態のSWL強誘電体メモリセルのアレイ回路構成図。
【図12】 本発明の第2実施形態のSWL強誘電体メモリセルのアレイ回路構成図。
【図13】 本発明のSWL強誘電体装置の駆動回路ブロック構成図。
【図14】 本発明の第1実施形態のグローバル制御パルス発生部のブロック構成図。
【図15】 本発明の第2実施形態のグローバル制御パルス発生部のブロック構成図。
【図16】 本発明の第1実施形態のグローバル制御パルス発生部の動作タイミング図。
【図17】 本発明の第2実施形態のグローバル制御パルス発生部の動作タイミング図。
【図18】 本発明の第3実施形態のグローバル制御パルス発生部の動作タイミング図。
【図19】 本発明の第4実施形態のグローバル制御パルス発生部の動作タイミング図。
【図20】 図11による本発明の第1実施形態のローカル制御パルス発生部の回路的構成図。
【図21】 図11による本発明の第1実施形態の列制御部の回路的構成図。
【図22】 図11による本発明の第1実施形態のセンスアンプ及び入出力制御部の回路的構成図。
【図23】 図11による本発明の第2実施形態のセンスアンプ及び入出力制御部の回路的構成図。
【図24】 図11による本発明の第3実施形態のセンスアンプ及び入出力制御部の回路的構成図。
【図25】 図11による本発明の第4実施形態のセンスアンプ及び入出力制御部の回路的構成図。
【図26】 図11によるYアドレス変化時の書込モードでのローカル制御パルス発生部の動作タイミング図。
【図27】 図11によるYアドレス変化時の読取りモードでのローカル制御パルス発生部の動作タイミング図。
【図28】 図11によるX、Yアドレス変化時の書込モードでのローカル制御パルス発生部の動作タイミング図。
【図29】 図11によるX、Yアドレス変化時の読取りモードでのローカル制御パルス発生部の動作タイミング図。
【図30】 図12による本発明の第2実施形態のローカル制御パルス発生部の回路的構成図。
【図31】 図12による本発明の第1実施形態のセンスアンプ及び入出力制御部の回路的構成図。
【図32】 図12による本発明の第2実施形態のセンスアンプ及び入出力制御部の回路的構成図。
【図33】 図30によるYアドレス変化時の書込モードでのローカル制御パルス発生部の動作タイミング図。
【図34】 図30によるYアドレス変化時の読取りモードでのローカル制御パルス発生部の動作タイミング図。
【図35】 図30によるX、Zアドレス変化時の書込モードでのローカル制御パルス発生部の動作タイミング図。
【図36】 図30によるX、Zアドレス変化時の読取りモードでのローカル制御パルス発生部の動作タイミング図。
【図37】 本発明のSWL強誘電体メモリ装置の入出力別のアレイブロック構成図。
【図38】 本発明の第1実施形態のSWL強誘電体メモリ装置のセンスアンプブロック構成図。
【図39】 本発明の第2実施形態のSWL強誘電体メモリ装置のセンスアンプブロック構成図。
【図40】 本発明の第3実施形態のSWL強誘電体メモリ装置のセンスアンプブロック構成図。
【図41】 本発明の第4実施形態のSWL強誘電体メモリ装置のセンスアンプブロック構成図。
【図42】 本発明の第1実施形態のSWL強誘電体メモリ装置の入出力バス制御部の回路構成図。
【図43】 本発明の第2実施形態のSWL強誘電体メモリ装置の入出力バス制御部の回路構成図。
【図44】 本発明の第3実施形態のSWL強誘電体メモリ装置の入出力バス制御部の回路構成図。
【図45】 本発明の第4実施形態のSWL強誘電体メモリ装置の入出力バス制御部の回路構成図。
【図46】 本発明の第5実施形態のSWL強誘電体メモリ装置の入出力バス制御部の回路構成図。
【図47】 本発明の第6実施形態のSWL強誘電体メモリ装置の入出力バス制御部の回路構成図。
【図48】 本発明の第1実施形態のデータバス構成図。
【図49】 本発明の第2実施形態のデータバス構成図。
【図50】 本発明の第3実施形態のデータバス構成図。
【図51】 本発明の第4実施形態のデータバス構成図。
【図52】 本発明の第1実施形態の入出力バス制御部の動作タイミング図。
【図53】 本発明の第2実施形態の入出力バス制御部の動作タイミング図。
【図54】 本発明の第3実施形態の入出力バス制御部の動作タイミング図。
【符号の説明】
11 Xアドレスバッファ部
12 Xプレデコーダ部
13 Zアドレスバッファ部
14 Zプレデコーダ部
15 X、Z_ATD発生部
16 グローバル制御パルス発生部
17 Yアドレスバッファ部
18 Yプレデコーダ部
19 Y_ATD発生部
20 ローカル制御パルス発生部
21 最終Xデコーダ部
22 WSLドライバー
23 SWLセルアレイ部
24 列制御部
25 センスアンプ及び入出力制御部
26 入出力バス制御部
31 入力バッファ部
32 低電圧動作及びノイズ防止部
33 第1コントローラ
34 第2コントローラ
35 第3コントローラ
36 第4コントローラ
100−102 論理回路部
200−202 制御パルス発生部
203−204 演算部
85a、210、220、260、270 センスアンプ
85b、211、221、261 イクオライザ
301 センスアンプブロック
131a−131f,212−217,262−267 伝送ゲート
218−219,228−229,268−269,278−279 ビットラインレベル調整部
300 WSLドライバー
302 センスアンプ部
303,305−309,311−312 スイッチング部
304、310 バッファ部
400 セルアレイブロック
401 メインセルサブブロック
402 参照セルサブブロック
500 コア部
501 メインセルビットライン制御ブロック
502 参照セルビットライン制御ブロック
Claims (8)
- 平行に配置され1アドレスでアクセスされる第1スプリットワードラインと第2スプリットワードラインからなる2本のラインを一対としたスプリットワードラインと、
前記一対のスプリットワードラインの第1スプリットワードラインにゲート電極が連結された第1トランジスタとその第1トランジスタのドレイン電極と第2スプリットワードラインとの間に連結された第1キャパシタとからなる誘電体メモリセルと、第2スプリットワードラインにゲート電極が連結された第2トランジスタと、その第2トランジスタのドレイン電極と第1スプリットワードラインとの間に連結される第2キャパシタとから構成される他の誘電体メモリセルの2つの誘電体メモリセルからなる単位セルと;
前記スプリットワードラインと直交する方向に配列され、前記一対のスプリットワードラインの間に接続された前記誘電体メモリセルが接続される複数本のビットラインと;
前記一対のスプリットワードラインと前記ビットラインとに接続された強誘電体メモリセルをそれぞれが複数含む複数のセルアレイ部と;
前記複数のセルアレイ部の2つが一対として配置され、その一対のセルアレイ部の間に配置された、前記各スプリットワードラインを駆動するスプリットワードラインドライバーと;
前記セルアレイ部の各ビットラインのデータをセンシングするための複数のセンスアンプブロックと、
前記各センスアンプブロックのデータを出力し、記録しようとするデータを入力するために各センスアンプブロックとデータバスをインタフェースさせる入出力バス制御部とを含むことを特徴とするスプリットワードライン強誘電体メモリー装置。 - 前記入出力バス制御部は、
ラッチイネーブル信号(LE)に基づいて前記各センスアンプブロックのデータ端(D_)及びデータバー端(DB_)並びそのいずれかから出力されるデータをそれぞれスイッチングする複数の第1スイッチング部と、
前記各第1スイッチング部から出力されるデータをバッファリングする複数のバッファ部と、
前記ラッチイネーブル信号(LE)に基づいて前記各々のバッファ部でバッファリングされたデータをフィードバックして前記バッファ部に格納する複数の第2スイッチング部と、
書込/読取り信号(WRS)に基づいて前記各第2スイッチング部及びバッファ部により格納されたデータを最終的に外部のデータバス(Dinout_BUS)又は/及びデータバーバス(DBinout_BUS)へ出力する複数の第3スイッチング部と、
前記書込/読取り信号(WRS)に基づいて前記外部のデータバス(Dinout_BUS)又は/及びデータバーバス(DBinout_BUS)からのデータを前記各センスアンプブロックのデータ端(D_)及びデータバー端(DB_)に入力する複数の第4スイッチング部と
から構成されることを特徴とする請求項1記載のスプリットワードライン強誘電体メモリ装置。 - 前記入出力バス制御部は、
書込イネーブル信号(WE)に基づいて外部のデータバス(Din_BUS)又は/及びデータバーバス(DBin_BUS)からのデータを前記各センスアンプブロックのデータ端(D_)又は/及びデータバー端(DB_)に入力する複数の第5スイッチング部と、
ラッチイネーブル信号(LE)に基づいて前記各センスアンプブロックのデータ端(D_)又は/及びデータバー端(DB_)のデータをそれぞれ出力する複数の第6スイッチング部と、
前記各第6スイッチング部から出力されるデータをバッファリングする複数のバッファ部と、
前記ラッチイネーブル信号(LE)に基づいて前記各バッファ部でバッファリングされたデータをフィードバックして前記バッファ部に格納する複数の第7スイッチング部と、
出力イネーブル信号(OE)に基づいて前記各第7スイッチング部及びバッファ部により格納されたデータを最終的に外部のデータバス(Dout_BUS)及びデータバーバス(DB_BUS)並びにそのいずれかへそれぞれ出力する複数の第8スイッチング部と、
から構成されることを特徴とする請求項1記載のスプリットワードライン強誘電体メモリ装置。 - 前記入出力バス制御部は、
書込イネーブル信号(WE)に基づいて外部のデータバス(Din_BUS)及びデータバーバス(DB_BUS)並びにそのいずれかからのデータを前記センスアンプブロックのデータ端(D_)及びデータバー端(DB_)並びにそのいずれかに入力する複数の第9スイッチング部と、
出力イネーブル信号(OE)に基づいて前記各センスアンプブロックのデータ端(D_)及びデータバー端(DB_)並びにそのいずれかから出力されるデータを最終的に外部のデータバス(Dout_BUS)及びデータバーバス(DB_BUS)並びにそのいずれかへそれぞれ出力する複数の第10スイッチング部と、
から構成されることを特徴とする請求項1記載のスプリットワードライン強誘電体メモリ装置。 - セルアレイ部がm個のセルアレイブロックから構成され、各セルアレイブロックはn個のセンスアンプブロックがデータを入出力するように構成される場合、データラインは、各セルアレイブロックの同じ番目のセンスアンプブロックに共通の一本のデータラインがデータを伝送するようにn個構成されることを特徴とする請求項1記載のスプリットワードライン強誘電体メモリ装置。
- 前記入出力バス制御部は、センスアンプの動作が完了して各データバスにセンスアンプのデータが乗せられると、ラッチイネーブル信号(LE)によってセンスアンプが不活性化されてもデータをラッチしていることを特徴とする請求項1記載のスプリットワードライン強誘電体メモリ装置。
- 前記第1ないし第4スイチング部それぞれは、トランスミッションゲートを含むことを特徴とする請求項1記載のスプリットワードライン強誘電体メモリ装置。
- 前記バッファー部は、2以上の偶数個のインバーターで構成されたことを特徴とする請求項1記載のスプリットワードライン強誘電体メモリ装置。
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