JP4139660B2 - 強誘電体メモリ及びその駆動方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体メモリ装置に関し、特に、隣接したビットライン間のキャパシタンスを減らして、ビットラインセンシングマージンを向上させることができる強誘電体メモリ及びその駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に不揮発性強誘電体メモリ、FRAM(Ferroelectric Random Access Memory)はDRAM(Dynamic Random Access Memory)程度のデータ処理速度を有し、電源のオフ時にもデータが保存される特性のため次世代記憶素子として注目を浴びている。
FRAMはDRAMとほぼ同一構造を有する記憶素子であって、キャパシターの材料として強誘電体を使用して強誘電体の特性である高い残留分極を用いたものである。このような残留分極の特性のため電界を除去してもデータが保存される。
【0003】
図1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る。
図1に示すように、電界により誘起された分極が電界を除去しても残留分極(又は自発分極)の存在によって消滅されず、一定量(d,a状態)を維持していることが分かる。不揮発性強誘電体メモリセルは前記d,a状態をそれぞれ1,0に対応させ記憶素子として応用したものである。
【0004】
図2は一般的な不揮発性強誘電体メモリの単位セル構成図である。
図2に示すように、一方向に形成されるビットライン(B/L)と、そのビットラインと交差する方向に形成されるワードライン(W/L)と、ワードラインに一定の間隔をおいてワードラインと同一の方向に形成されるプレートライン(P/L)と、ゲートがワードラインに連結され、ソースは前記ビットラインに連結されるトランジスタ(T1)と、2端子中第1端子はトランジスタ(T1)のドレインに連結され、第2端子はプレートライン(P/L)に連結される強誘電体キャパシター(FC1)とで構成されている。
【0005】
以下、このような不揮発性強誘電体メモリ素子のデータ入/出力動作を説明する。
図3aは従来の不揮発性強誘電体メモリ素子の書込みモードの動作を示すタイミング図であり、図3bは読み出しモードの動作を示すタイミング図である。
まず、書込みモードの場合、図3aに示すように、外部から印加されるチップイネーブル信号CSBpadが「ハイ」から「ロー」に活性化され、同時に書込みイネーブル信号WEBpadが「ハイ」から「ロー」に遷移されると、書込みモードが始まる。
次いで、書込みモードでアドレスデコードが始まると、ワードライン(W/L)に印加されるパルスは「ロー」から「ハイ」に遷移され、セルが選択される。すなわち、そのワードラインに接続されたトランジスタ(T1)が導通状態となる。
【0006】
このように、ワードラインが「ハイ」状態を維持している間にプレートラインには順に所定幅の「ハイ」信号と所定幅の「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」を書くために、ビットラインに書込みイネーブル信号WEBpadに同期した「ハイ」又は「ロー」信号を印加する。すなわち、ビットラインに「ハイ」信号を印加し、ワードラインに印加される信号が「ハイ」状態である期間でプレートラインの信号が「ロー」に遷移されたとき、強誘電体キャパシターにはロジック値「1」が記録される。そして、ビットラインに「ロー」信号を印加すると、プレートラインに印加される信号が「ハイ」信号のとき、強誘電体キャパシターにはロジック値「0」が記録される。プレートラインの信号が「ロー」に遷移しても記録されたロジック値「0」は変わらない。
【0007】
このような書込みモードの動作によりセルに格納されたデータを読み出すための動作は次の通りである。
図3bに示すように、外部からチップイネーブル信号(CSBpad)が「ハイ」から「ロー」に活性化されると、ワードラインが選択される前に全てのビットラインは等化器信号によって「ロー」電圧に等電位化される。
【0008】
そして、各ビットラインを不活性化させた後アドレスをデコードし、デコードされたアドレスによってワードラインの「ロー」信号が「ハイ」信号に遷移されセルが選択される。次いで、選択されたセルのプレートラインに「ハイ」信号を印加すると、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」が格納されていれば、それに対応するデータは破壊されない。
【0009】
このように、破壊されたデータと破壊されてないデータは前述したヒステリシスループの原理によって異なる値を出力し、センスアンプはロジック値「1」又は「0」をセンシングする。すなわち、データが破壊された場合は、図1のヒシテリシスループのdからfに変更される場合であり、データが破壊されてない場合は、aからfに変更される場合である。したがって、一定の時間が経過した後センスアンプがイネーブルすると、データが破壊された場合は増幅されロジック値「1」を出力し、データが破壊されてない場合はロジック値「0」を出力する。
【0010】
このように、センスアンプからデータを出力した後に、それぞれのセルは元のデータに戻らなければならないので、ワードラインに「ハイ」信号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。
【0011】
上記のようなワードラインとプレートラインを用いたものを改良したものとして、プレートラインを用いずに、対とされた第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とを用いたものが出現した。以下、添付の図面を参照してその強誘電体メモリ及びその駆動方法を説明する。
ワードラインとプレートラインの代わりに、第1スプリットワードライン(SWL1)と第2スプリットワードライン(SWL2)とを互いに一定の間隔をおいて行方向に形成させた従来の不揮発性強誘電体メモリ素子を図4に示す。第1スプリットワードライン(SWL1)には第1トランジスタ(T1)のゲートを、第2スプリットワードライン(SWL2)には第2トランジスタ(T2)のゲートをそれぞれ接続している。第1ビットライン(B/L1)と第2ビットライン(B/L2)が第1,第2スプリットワードライン(SWL1,SWL2)を横切る方向に形成され、それぞれに第1トランジスタ(T1)のドレイン、第2トランジスタ(T2)のドレインが接続される。
第1強誘電体キャパシタ(FC1)が第1トランジスタ(T1)のソースと第2スプリットワードライン(SWL2)との間に接続され、第2強誘電体キャパシタ(FC2)が第2トランジスタ(T2)のソースと第1スプリットワードライン(SWL1)との間に接続されている。
【0012】
図5は上記した従来の不揮発性強誘電体メモリ素子を用いた強誘電体メモリ装置の回路的構成図である。
【0013】
図5に示すように、行方向に配列された第1、第2スプリットワードライン(SWL1、SWL2)を一対とするスプリットワードライン対が多数平行に形成され、そのスプリットワードライン対を横切る方向に、隣接した二つのビットラインを一対として複数のビットライン(B/L1、B/L2)対が形成されている。そのビットライン対の間には、両方のビットラインを介して伝達されたデータをセンシングして、データライン(DL)またはデータバーライン(/DL)へ伝達するセンシングアンプ(SA)が形成される。さらに、センシングアンプ(SA)をイネーブルさせるためのイネーブル信号(SEN)を出力するセンシングアンプイネーブル部(図示せず)が設けられ、かつ、ビットラインとデータラインを選択的にスイッチングする選択スイッチング部(CS)が設けられている。
【0014】
図6は上述した不揮発性強誘電体メモリ素子の動作を説明するためのタイミング図である。
【0015】
図6のT0区間は第1スプリットワードライン(SWL1)と第2スプリットワードライン(SWL2)が「ハイ」に活性化する前の区間であって、全てのビットラインを一定のレベルにプリチャージさせる。
【0016】
T1区間は第1、第2スプリットワードライン(SWL1、SWL2)が全て「ハイ」となる区間であって、強誘電体キャパシタのデータがビットライン(BL)へ伝達され、ビットラインのレベルが変化する。このとき、ロジック「ハイ」が格納されていた強誘電体キャパシタは、ビットラインとスプリットワードラインに互いに反対極性の電界が加えられるので、強誘電体の極性が破壊され且つ多量の電流が流れ、ビットラインに高電圧が誘起される。
【0017】
反面、ロジック「ロー」が格納されていたキャパシタはビットラインとスプリットワードラインに同一極性の電界が加えられるので、強誘電体の極性が破壊せず、少量の電流しか流れないのでビットラインに低い電圧が誘起される。
そして、ビットラインにセルデータが十分載せられると、センシングアンプを活性化させるためにセンシングアンプイネーブル信号(SEN)を「ハイ」に遷移させ、ビットラインのレベルを増幅する。
【0018】
一方、破壊されたセルのロジック「1」データは第1スプリットワードライン(SWL1)と第2スプリットワードライン(SWL2)が「ハイ」である状態では復旧できないので、次のT2、T3区間で再格納される。
【0019】
T2区間は、第1スプリットワードライン(SWL1)は「ロー」に遷移され、第2スプリットワードライン(SWL2)は「ハイ」を維持する区間であって、第2トランジスタ(T2)はオンの状態となる。このとき、ビットラインが「ハイ」の状態であれば、「ハイ」データが第2強誘電体キャパシタ(FC2)の一方の電極へ伝達され、ロジック「1」の状態に復帰する。
【0020】
T3区間は第1スプリットワードライン(SWL1)が再び「ハイ」に遷移され、第2スプリットワードライン(SWL2)は「ロー」に遷移される区間であって、第1トランジスタ(T1)はオンの状態となる。このとき、ビットラインが「ハイ」の状態であれば、「ハイ」データが第1強誘電体キャパシタ(FC1)の一方の電極へ伝達され、ロジック「1」の状態に復帰する。
【0021】
T4区間は次のサイクル動作を準備するためのプリチャージ区間となる。
【0022】
図7は従来の強誘電体メモリのさらに他の例であり、ワードラインとプレートラインとを備え折り返し型ビットラインセルアレイを示す構成図である。
この1T/1CFRAMの単位セル構造は、DRAMと類似に一つのトランジスタと一つのキャパシタとから構成された1T/1Cである。
【0023】
図7に示すように、一定の間隔で一方向に複数のワードラインWL1,WL2が形成され、各ワードライン(WL,WL2)の間にはワードラインと平行に複数のプレートライン(PL1,PL2)が形成され、各ワードライン(WL1,WL2)及びプレートライン(PL1,PL2)と垂直な方向に一定の間隔で複数のビットライン(BL1,BL2,BL3,BL4,…)が形成される。
そして、それぞれの単位セルは折り返し型に配列されている。
【0024】
即ち、単位セルを構成する一つのトランジスタのゲート電極はワードライン(WL1)に連結され、トランジスタのソース電極は隣接したビットライン(BL1)に連結される。トランジスタのドレイン電極は強誘電体キャパシタの第1電極と連結され、強誘電体キャパシタの第2電極は隣接したプレートライン(PL1)に連結されている。
【0025】
一方、単位セルを構成する他の一つのトランジスタのゲート電極はワードライン(WL2)に連結され、トランジスタのソース電極は前記ビットライン(BL1)と隣接したビットライン(BL2)に連結され、トランジスタのドレイン電極は強誘電体キャパシタの第1電極と連結され、強誘電体キャパシタの第2電極は隣接したプレートライン(PL2)に連結されている。
ここで、それぞれのセルアレイは複数の行方向と複数の列方向にセルが構成されており、各行方向のセルは1列おきにそれぞれ配置されており、各列方向のセルも1行おきにそれぞれ配置されている。
【0026】
本強誘電体メモリのビットラインセルアレイは、1本のワードライン(WL1)とそれと対とされたプレートライン(PL1)が活性化すると、奇数ビットライン(BL1,BL3)に連結されたセルか、あるいは偶数ビットライン(BL2,BL4)と連結されたセルのどちらかが選択される。選択されていない偶数ビットライン或いは奇数ビットラインは参照ライン又はドライバラインとなる。
【0027】
即ち、図4は上記強誘電体メモリの折り返し型ビットラインセルアレイの動作タイミング図を示すものである。
図4に示すように、b1区間でチップ活性化信号(/CE)がローに活性化される区間である。
【0028】
b2区間はワードライン(WL)とプレーライン(PL)が「ハイ」に活性化されつつセルデータがビットライン(BL)に載せられる区間である。
従って、ビットライン(BL)に「ハイ」と「ロー」のセンシングデータが現れる。
b3区間はセンスアンプのイネーブル信号(SAE)が「ロー」から「ハイ」に活性化され、センスアンプイネーブル信号(SAE)によってビットライン(BL)データを増幅する。
b4区間はセルにロジック「0」を書き込む区間であり、b5はセルにロジック「1」を書き込む区間である。すなわち、b4,b5区間はデータ格納或いは書込み区間として定義する。即ち、書込みモード或いは読み出しモードでのビットライン(BL)のデータをセルに新たに或いは再び書込みする区間である。
b6は次のサイクルのためにビットライン(BL)をプリチャージする区間である。
【0029】
【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及びその駆動方法によれば、隣り合うビットライン間にキャパシタンスが増加して、ビットラインセンシングマージンが少なくなる。
【0030】
そこで、本発明の目的は、ビットライン構成において階層的な構造を採択することにより、ビットライン間のキャパシタンスを減らしてビットラインセンシングマージンを向上させるようにした強誘電体メモリ及びその駆動方法を提供することである。
【0031】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明による強誘電体メモリは、一方向に一定の間隔を保って対として多数形成されるワードライン及びプレートラインと、前記ワードライン及びプレートラインと交差する方向に形成される多数のサブビットライン及びそれぞれのサブビットラインに対応させて形成される多数のメインビットラインと、前記ワードライン及びサブビットライン、そして、プレートラインに連結され、複数の行と複数の列方向にセルが構成され、各行方向のセルは1列おきにそれぞれ配置され、各列方向のセルも1行おきにそれぞれ配置され構成される複数のサブセルアレイと、前記各サブビットラインとメインビットラインとの間に外部から一定のパルス形態のビットラインスイッチ信号により動作して、サブビットラインと対応するメインビットラインとを連結するスイッチング素子とを含むことを特徴とする。
【0032】
また、上記のような目的を達成するための本発明による強誘電体メモリの駆動方法は、一方向に一定の間隔を保って対として多数形成されるワードライン及びプレートラインと、前記ワードライン及びプレートラインと交差する方向に形成される多数のサブビットライン及びそれぞれのサブビットラインに対応させて形成される多数のメインビットラインと、前記ワードライン及びサブビットライン、そして、プレートラインに連結され、複数の行と複数の列の方向にセルが構成され、各行方向のセルは1列おきにそれぞれ配置され、各列方向のセルも1行おきにそれぞれ配置されている複数のサブセルアレイと、前記各サブビットラインとメインビットラインとの間に外部から一定のパルス形態のビットラインスイッチ信号により動作して、サブビットラインと対応するメインビットラインとを連結するスイッチング素子とを含む強誘電体メモリにおいて、一対のワードラインとプレートラインが活性化されると、前記ビットラインスイッチング信号を活性化させ、対応するサブビットラインとメインビットラインとを互いに連結して、奇数ビットラインか偶数ビットラインに連結されたセルのみを選択し、選択されていない偶数及び奇数ビットラインは参照ラインとして使用することを特徴とする。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明による強誘電体メモリ及びその駆動方法を実施形態に従って詳細に説明する。
【0034】
図9は本発明実施形態による強誘電体メモリの階層的な折り返し型ビットラインセルアレイを示す構成図である。
図9に示すように、本実施形態アレイは、それぞれ複数の単位セルを含み、列方向及び行方向に規則的に配列される第1,第2サブセルアレイ21,22と、メインビットライン(MBL)とサブビットライン(SBL)とを連結する第1,第2スイッチング素子23,24とから構成されている。
ここで、第1,第2スイッチング素子23,24は第1,第2サブセルアレイ21,22の信号をメインビットライン(MBL)に伝達したり、メインビットライン信号をサブセルアレイに伝達するためのスイッチング素子である。
【0035】
また、本実施形態におけるビットライン(BL)は、一方向に一定の間隔を保って配置されている第1,第2サブビットライン(SBL1,SBL2)と、それぞれに対応するように平行に配置された第1,第2メインビットライン(MBL1,MBL2)とから構成されている。
そして、第1,第2サブビットライン(SBL1,SBL2)と第1,第2メインビットライン(MBL1,MBL2)に交差する方向に、一定の間隔を保って第1,第2ワードライン(WL1,WL2)と第1,第2プレートライン(PL1,PL2)とが対とされて構成されている。図では見やすくするために省略されているがワードラインとプレートラインの対は多数平行に配置されている。同様に対とされたメインビットラインとサブビットラインとも多数互いに並置されている。
また、見方を変えると、第1プレートライン(PL1)は第1,第2ワードライン(WL1,WL2)の間にワードラインと平行に配置され、第2プレートライン(PL2)は第2ワードライン(WL2)の一方に構成されている。即ち、前記ワードラインとプレートラインとが交互に構成されている。
【0036】
一方、各ラインに連結された単位セルは第1ワードライン(WL1)にゲート電極が連結され、第1サブビットライン(SBL1)にソース電極が連結され、第1強誘電体キャパシタ(FC1)にドレイン電極が連結される第1トランジスタ(T1)と、前記第2ワードライン(WL2)にゲート電極が連結され、第2サブビットライン(SBL2)にソース電極が連結され、第2強誘電体キャパシタ(FC2)にドレイン電極が連結される第2トランジスタ(T2)とから構成されている。いうまでもなく、これらの単位セルも多数設けられている。
【0037】
第1サブビットライン(SBL1)と第1メインビットライン(MBL1)は第1スイッチング素子23により連結されており、第2サブビットライン(SBL2)と第2メインビットライン(MBL2)は第2スイッチング素子24により連結されている。すなわち、対とされたメインビットラインとサブビットラインとはスイッチング素子により互いに接続させられたり切断させられたりする。ここで、第1,第2スイッチング素子23,24はNMOSトランジスタから構成され、前記NMOSトランジスタの各ゲートには、外部から印加される一定のパルス形態のビットラインスイッチ信号(BLSW<n>)によってサブビットラインとメインビットラインとを選択的に連結している。即ち、1本のメインビットラインに接続されたそれぞれのサブセルアレイのサブビットラインの内、ビットラインスイッチ信号がオンとされたサブセルアレイのサブビットラインがメインビットラインに接続される。
また、前記第1,第2メインビットライン(MBL1,MBL2)の一方の端部に、外部からセンスアンプイネーブル信号(SAE)を受けて動作するセンスアンプ(SA)が連結されている。
【0038】
一方、本発明でそれぞれのサブセルアレイは複数の行と複数の列方向に単位セルが構成されている。
各行方向の単位セルは1列おきにそれぞれ配置されており、各列方向の単位セルも1行おきにそれぞれ配置されている。
従って、上記のように構成された本発明による強誘電体メモリの階層的な折り返し型ビットラインセルアレイは、一つのワードライン(WL1)とプレートライン(PL1)が活性化されると、ビットラインスイッチ選択信号(BLSW<n>)を活性化させ、サブビットラインとメインビットラインとを互いに連結して、奇数ビットラインか偶数ビットラインと連結されたセルのみを選択し、選択されていない偶数及び奇数ビットラインは参照ラインとして使用する。
【0039】
図10は図9の第1実施形態による動作タイミング図を示す。
図10に示すように、b1区間でチップ活性化信号(/CE)が「ロー」に活性化される区間である。
b2区間はワードライン(WL)とプレートライン(PL)が「ハイ」にスイッチされてセルデータがビットライン(BL)に載せられる区間である。
従って、セルに格納されていたデータによってビットライン(BL)に「ハイ」と「ロー」のセンシングデータが現れる。
b3区間はセンスアンプの活性化信号(SAE)が「ロー」から「ハイ」に活性化され、センスアンプ活性化信号(SAE)によってビットライン(BL)データを増幅させる。
【0040】
一方、b3区間はビットラインスイッチ信号(BLSW<n>)が「ハイ」から「ロー」に不活性化される区間である。即ち、センスアンプ活性化時にビットラインスイッチ信号を不活性化させることにより、参照ビットラインとメインビットライン(MBL)とのキャパシタンスロード条件を同一にして、センシングマージンを向上させる。
【0041】
b4区間は、セルにロジック「0」を書き入れる区間であり、b5はセルにロジック「1」を書き入れる区間である。b4,b5区間をセルデータ格納或いは書込み区間として定義する。即ち、書込みモード或いは読み出しモードでのビットライン(BL)のデータをセルに新たに或いは再び書込みする区間である。
b6は次のサイクルのためにBLなどをプリチャージする区間である。
【0042】
図11は図9の第2実施形態による動作タイミング図を示すものである。
図11に示すように、この例では、ビットラインスイッチ信号(BLSW<n>)をb3区間で「ロー」に不活性化し、その区間でセンスアンプを活性化(SAE)させる。
また、セルデータの格納区間のb4,b5区間ではビットラインスイッチ信号(BLSW<n>)をVCCより高い電圧に昇圧(VCC+αVtn)させ、メインビットライン(MBL)の電圧がサブビットライン(SBL)に電圧損失せずにうまく伝達されるようにする。
ここで、前記Vtnはトランジスタのしきい電圧と等電圧である。
【0043】
図12は図9の第3実施形態による動作タイミング図を示すものである。
図12に示すように、ビットラインスイッチ信号(BLSW<n>)が「ハイ」を維持させたままセンスアンプを活性化(SAE)させる。
また、セルデータの格納区間のb4,b5区間でビットラインスイッチ信号(BLSW<n>)をVCCより高い電圧に昇圧(VCC+αVtn)させ、メインビットライン(MBL)の電圧がサブビットライン(SBL)に電圧損失せずにうまく伝達されるようにする。
ここで、前記ビットラインスイッチ信号(BLSW<n>)をVCC+αVtnに昇圧させるb4,b5区間で、ワードライン(WL)もVCCからVCC+αVtnに昇圧させている。
【0044】
ビットラインスイッチ信号(BLSW<n>)は、前記b4,b5区間を除いた残りの区間ではVCC電圧を有する。
【0045】
図13は本発明による強誘電体メモリのスプリットワードラインセルアレイ構造を有する階層的な折り返し型ビットラインセルアレイを示す構成図である。
図13に示すように、スプリットワードラインドライバ31の左右にそれぞれ第1,第2セルアレイ32,33を構成している。それぞれのアレイには列方向及び行方向に規則的に配列された複数の単位セルを含んでいる。
【0046】
ここで、第1,第2セルアレイ32,33は、それぞれ一定の間隔を保って一方向に複数のスプリットワードラインSWL1,SWL2,SWL3,SWL4,… )が形成され、前記各スプリットワードラインと垂直な方向に横切って一定の間隔を保って複数のビットライン(BL1,BL2,BL3,BL4,… )が形成される。
【0047】
そして、第1セルアレイ32で単位セルを構成する各トランジスタのゲート電極は第1スプリットワードライン(SWL1)に連結され、ソース電極は第1ビットライン(BL1)に連結され、ドレイン電極はキャパシタの第1電極と連結され、キャパシタの第2電極は第2スプリットワードライン(SWL2)に連結されている。
【0048】
一方、第2セルアレイ33で単位メモリセルを構成する各トランジスタのゲート電極は第2スプリットワードライン(SWL2)に連結され、ソース電極は第1ビットライン(BL1)に連結され、ドレイン電極はキャパシタの第1電極と連結され、キャパシタの第2電極は第1スプリットワードライン(SWL1)に連結されている。
【0049】
上記のように構成された第1セルアレイ32は、第1スプリットワードライン(SWL1)がNMOSゲート電極として使用され、第2スプリットワードライン(SWL2)はプレートライン電極の役を果たしている。
【0050】
一方、第2セルアレイ33は第2スプリットワードライン(SWL2)がNMOSゲート電極として使用され、第1スプリットワードライン(SWL1)はプレートライン電極の役を果たしている。
【0051】
図14は本発明の他の実施形態による強誘電体メモリのスプリットワードラインセルアレイ構造を有する階層的な折り返し型ビットラインセルアレイを示す構成図である。
図14に示すように、スプリットワードラインドライバ41の左右に第1,第2セルアレイ42,43をそれぞれ配置しており、それぞれの第1,第2セルアレイ42,43とも第1,第2サブセルアレイ44,45からなっている。
【0052】
そして、第1,第2サブセルアレイ44,45はそれぞれ複数の単位セルを含み、列方向及び行方向に規則的に配列され、サブセルアレイは列単位で対応しており、一方向に構成される複数のメインビットライン(MBL1,MBL2)と、そのメインビットラインと対応させて同一の方向に並列に配置したサブビットライン(SBL1,SBL2)とが構成されている。
それぞれの第1,第2サブセルアレイ44,45は折り返し型セルアレイを形成し、それぞれのサブビットライン(SBL1,SBL2)はスイッチング素子46によってメインビットライン(MBL1,MBL2)と連結されている。
【0053】
ここで、スイッチング素子46はNMOSトランジスタから構成され、そのNMOSトランジスタのゲート電極には外部から一定のパルス形態のビットラインスイッチ信号(BLSW<n>)が印加され、ソース電極とドレイン電極はメインビットラインとサブビットラインとにそれぞれ連結されている。
【0054】
また、セルアレイ全体の構成方法は、スプリットワードラインドライバ41の左右にそれぞれスプリットワードラインセルアレイを構成させた方法を採用している。即ち、左側セルアレイは第1スプリットワードライン(SWL1)をNMOSゲート電極とし、第2スプリットワードライン(SWL2)をプレートライン電極としている。
【0055】
逆に、右側セルアレイは第2スプリットワードライン(SWL2)をNMOSゲート電極として使用し、第1スプリットワードライン(SWL1)をプレートライン電極として使用する。
【0056】
図15は図14の第1実施形態による動作タイミング図を示す。
図15に示すように、t1区間でチップイネーブル信号(/CE)が「ロー」に活性化する区間である。
【0057】
t2区間は第1スプリットワードライン(SWL1)と第2スプリットワードライン(SWL2)が「ハイ」に活性化してセルデータがビットライン(BL)に載せられる区間である。従って、ビットライン(BL)に「ハイ」と「ロー」のセンシングデータが現れる。
【0058】
t3区間はセンスアンプのイネーブル信号(SEN)が「ロー」から「ハイ」に活性化され、センスアンプの活性化信号(SEN)によってビットライン(BL)のデータを増幅する。
【0059】
また、このt3区間は、ビットラインスイッチ信号(BLSW<n>)が「ハイ」から「ロー」に不活性する区間である。即ち、センスアンプ活性化時にビットラインスイッチ信号(BLSW<n>)を不活性化させることにより、参照ビットラインとメインビットライン(MBL)とのキャパシタンスロード条件を同一にして、センシングマージンを向上させる。
【0060】
t5区間はセルにロジック「0」を書き入れる区間であり、t4区間では強誘電体キャパシタにロジック「1」を書込み、t6は強誘電体キャパシタにロジック「1」を書き入れる区間である。
従って、t4,t5,t6区間をセルデータ格納或いは書込み区間として定義する。即ち、書込みモード又は読み出しモードでのビットライン(BL)データをセルに新たに或いは再び書込みする区間である。
【0061】
t0は次のサイクルのためにビットライン(BL)をプリチャージする区間である。
【0062】
図16は図14の第2実施形態による動作タイミング図を示す。
図16に示すように、ビットラインスイッチ信号(BLSW<n>)をb3区間で「ロー」に不活性化し、その区間でセンスアンプを活性化(SAE)させる。
この例の場合、セルデータを格納する区間のt4,t5,t6区間でビットラインスイッチ信号(BLSW<n>)をVCCより高い電圧に昇圧(VCC+αVtn)させ、メインビットライン(MBL)の電圧をサブビットライン(SBL)に電圧損失せずにうまく伝達できるようにする。
【0063】
図17は図14の第3実施形態による動作タイミング図を示す。
図17に示すように、ビットラインスイッチ信号(BLSW<n>)が「ハイ」を維持したままセンスアンプを活性化(SAE)させる。
そしてこの例の場合、セルデータの格納区間のt4,t5,t6区間でビットラインスイッチ信号(BLSW<n>)をVCCより高い電圧に昇圧(VCC+αVtn)させ、メインビットライン(MBL)の電圧をサブビットライン(SBL)に電圧損失せずにうまく伝達できるようにする。
【0064】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による強誘電体メモリ及びその駆動方法は次のような効果がある。
【0065】
第一に、折り返し型ビットラインセルアレイにスプリットワードラインセルアレイ方式を用いることにより、セルアレイ駆動RCローディングを減らして、セルアレイブロックサイズを従来より2倍に大きくすることができるので、セルアレイ効果が上昇する。
【0066】
第二に、ビットライン構成において階層的な構造を採択することにより、ビットラインキャパシタンスを減らしてビットラインセンシングマージンを増すことができ、セルアレイブロックのサイズも大きくすることができる。
【0067】
第三に、ビットラインスイッチ素子を調整するという方法を適用したのでビットラインセンシング電圧を調整できる。即ち、セルデータの活用において、セル読み出しが行われている間に、ビットラインスイッチ素子の調整によってサブビットラインとメインビットラインとの連結時間を一定に調整し、ビットラインスイッチ素子をオフした後、センスアンプを活性化することにより、メインビットラインと参照ビットラインの間のビットラインロードを同一化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】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る。
【図2】一般的な不揮発性強誘電体メモリ単位のセル構成図である。
【図3a】強誘電体メモリの書き込みモードの動作タイミング図である。
【図3b】強誘電体メモリの読み出しモードの動作タイミング図である。
【図4】従来の不揮発性強誘電体メモリの回路的構成図である。
【図5】従来の不揮発性強誘電体メモリ装置の回路的構成図である。
【図6】従来の不揮発性強誘電体メモリ素子の動作を説明するためのタイミング図である。
【図7】従来の強誘電体メモリで折り返し型ビットラインセルアレイを示す構成図である。
【図8】従来の強誘電体メモリの折り返し型ビットラインセルアレイの動作タイミング図である。
【図9】本発明による強誘電体メモリの階層的な折り返し型ビットラインセルアレイを示す構成図である。
【図10】図9の第1実施形態による動作タイミング図である。
【図11】図9の第2実施形態による動作タイミング図である。
【図12】図9の第3実施形態による動作タイミング図である。
【図13】本発明による強誘電体メモリのスプリットワードラインセルアレイ構造を有する階層的な折り返し型ビットラインセルアレイを示す構成図である。
【図14】本発明の他の実施形態による強誘電体メモリのスプリットワードラインセルアレイ構造を有する階層的な折り返し型ビットラインセルアレイを示す構成図である。
【図15】 図14の第1実施形態による動作タイミング図である。
【図16】図14の第2実施形態による動作タイミング図である。
【図17】図14の第3実施形態による動作タイミング図である。
【符号の説明】
21:第1サブセルアレイ
22:第2サブセルアレイ
23:第1スイッチング素子
24:第2スイッチング素子
Claims (12)
- 一方向に一定の間隔を保って対として多数形成されるワードライン及びプレートラインと、
前記ワードライン及びプレートラインと交差する方向に形成されるサブビットライン及びそれぞれのサブビットラインに対応させて形成されるメインビットラインと、
前記ワードライン及びサブビットライン、そして、プレートラインに連結されたセルが複数の行方向と複数の列方向に構成され、各行方向のセルは1列おきにそれぞれ配置され、各列方向のセルも1行おきにそれぞれ配置され構成される複数のサブセルアレイと、
前記メインビットラインの一方の端部に連結されるセンスアンプと、
前記各サブビットラインとメインビットラインとの間に外部から加えられる一定のパルス形態のビットラインスイッチ信号により動作して、前記サブビットラインとそれに対応する前記メインビットラインとを連結するとともに、前記センスアンプを活性化させるとき一定期間前記連結を遮断するスイッチング素子と
を含むことを特徴とする強誘電体メモリ。 - 前記スイッチング素子はNMOSトランジスタから構成されることを特徴とする請求項1記載の強誘電体メモリ。
- 前記各セルはワードラインにゲート電極が連結され、サブビットラインにソースが連結されるトランジスタと、前記トランジスタのドレインに一方の端子が連結され、前記プレートラインに他方の端子が連結される強誘電体キャパシタとからなることを特徴とする請求項1記載の強誘電体メモリ。
- 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とを有し、一方向に一定の間隔を保って多数形成されるスプリットワードラインと、
前記スプリットワードラインと交差する方向に形成されるサブビットライン及びそれぞれのサブビットラインに対応させて形成されるメインビットラインと、
前記スプリットワードラインの隣接するライン間及びサブビットラインに連結されたセルが複数の行方向と複数の列方向に構成され、各行方向のセルは1列おきにそれぞれ配置され、各列方向のセルも1行おきにそれぞれ配置され構成される複数のサブセルアレイと、
前記メインビットラインの一方の端部に連結されるセンスアンプと、
前記各サブビットラインとメインビットラインとの間に外部から加えられる一定のパルス形態のビットラインスイッチ信号により動作して、前記サブビットラインとそれに対応する前記メインビットラインとを連結するとともに、前記センスアンプを活性化させるとき一定期間前記連結を遮断するスイッチング素子と
を含むことを特徴とする強誘電体メモリ。 - 前記スイッチング素子はNMOSトランジスタからなることを特徴とする請求項4記載の強誘電体メモリ。
- 前記第1セルアレイ内の各サブセルアレイの単位セルは、
前記第1スプリットワードラインにゲート電極が連結され、サブビットラインにソース電極が連結されるトランジスタと、前記トランジスタのドレイン電極に一方の端子が連結され、第2スプリットワードラインに他方の端子が連結される強誘電体キャパシタとから構成されることを特徴とする請求項4記載の強誘電体メモリ。 - 前記第2セルアレイ内の各サブセルアレイの単位セルは、
前記第2スプリットワードラインにゲート電極が連結され、サブビットラインにソース電極が連結されるトランジスタと、前記トランジスタのドレイン電極に一方の端子が連結され、第1スプリットワードラインに他方の端子が連結される強誘電体キャパシタとから構成されることを特徴とする請求項4記載の強誘電体メモリ。 - 一方向に一定の間隔を保って対として多数形成されるワードライン及びプレートラインと、前記ワードライン及びプレートラインと交差する方向に形成されるサブビットライン及びそれぞれのサブビットラインに対応させて形成されるメインビットラインと、前記ワードライン及びサブビットライン、そして、プレートラインに連結されたセルが複数の行方向と複数の列の方向に構成され、各行方向のセルは1列おきにそれぞれ配置され、各列方向のセルも1行おきにそれぞれ配置されている複数のサブセルアレイと、前記メインビットラインの一方の端部に連結されるセンスアンプと、前記各サブビットラインとメインビットラインとの間に外部から加えられる一定のパルス形態のビットラインスイッチ信号により動作して、前記サブビットラインとそれに対応する前記メインビットラインとを連結するとともに、前記センスアンプを活性化させるとき一定期間前記連結を遮断するスイッチング素子とを含む強誘電体メモリにおいて、
一対のワードラインとプレートラインが活性化されると、前記ビットラインスイッチング信号を活性化させ、前記サブビットラインとそれに対応する前記メインビットラインとを互いに連結して、奇数ビットラインか偶数ビットラインと連結されたセルのみを選択し、選択されていない偶数及び奇数ビットラインは参照ラインとして使用することを特徴とする強誘電体メモリの駆動方法。 - 一方向に一定の間隔を保って対として多数形成されるワードライン及びプレートラインと、前記ワードライン及びプレートラインと交差する方向に形成されるサブビットライン及びそれぞれのサブビットラインに対応させて形成されるメインビットラインと、前記ワードライン及びサブビットライン、そして、プレートラインに連結されたセルが複数の行方向と複数の列方向に構成され、各行方向のセルは1列おきにそれぞれ配置され、各列方向のセルも1行おきにそれぞれ配置されている複数のサブセルアレイと、前記各サブビットラインとメインビットラインとの間に外部から加えられる一定のパルス形態のビットラインスイッチ信号により動作して、サブビットラインとメインビットラインとを連結するスイッチング素子とを含む強誘電体メモリにおいて、
前記ビットラインスイッチ信号をセンスイネーブル信号が「ロー」の間「ハイ」に保ち、前記センスイネーブル信号を「ロー」から「ハイ」に活性化させるとき一時的に「ハイ」から「ロー」に不活性化して、その間にセンスアンプを活性化させることを特徴とする強誘電体メモリの駆動方法。 - 一方向に一定の間隔を保って対として多数形成されるワードライン及びプレートラインと、前記ワードライン及びプレートラインと交差する方向に形成されるサブビットライン及びそれぞれのサブビットラインに対応させて形成されるメインビットラインと、前記ワードライン及びサブビットライン、そして、プレートラインに連結されたセルが複数の行方向と複数の列方向に構成され、各行方向のセルは1列おきにそれぞれ配置され、各列方向のセルも1行おきにそれぞれ配置されている複数のサブセルアレイと、前記各サブビットラインとメインビットラインとの間に外部から加えられる一定のパルス形態のビットラインスイッチ信号により動作して、前記サブビットラインとそれに対応する前記メインビットラインとを連結するスイッチング素子とを含む強誘電体メモリにおいて、
前記ビットラインスイッチ信号を、センスイネーブル信号が「ロー」の間「ハイ」に保ち、前記センスイネーブル信号を「ロー」から「ハイ」に活性化させるとき一時的に「ハイ」から「ロー」に不活性化して、その間にセンスアンプを活性化し、セルデータを格納する区間でビットラインスイッチ信号をVCCより高い電圧(VCC+αVtn)に昇圧させて、メインビットライン電圧がサブビットラインに電圧損失せずに伝達されるようにすることを特徴とする強誘電体メモリの駆動方法。 - 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とを有し、一方向に一定の間隔を保って多数形成されるスプリットワードラインと、
前記スプリットワードラインと交差する方向に形成されるサブビットライン及びそれぞれのサブビットラインに対応させて形成されるメインビットラインと、
前記スプリットワードラインの隣接するライン間及びサブビットラインに連結されたセルが複数の行方向と複数の列方向に構成され、各行方向のセルは1列おきにそれぞれ配置され、各列方向のセルも1行おきにそれぞれ配置され構成される複数のサブセルアレイと、
前記メインビットラインの一方の端部に連結されるセンスアンプと、
前記各サブビットラインとメインビットラインとの間に外部から加えられる一定のパルス形態のビットラインスイッチ信号により動作して、前記サブビットラインとそれに対応する前記メインビットラインとを連結するとともに、前記センスアンプを活性化させるとき一定期間前記連結を遮断するスイッチング素子と
を含む強誘電体メモリにおいて、
前記ビットラインスイッチ信号を、センスイネーブル信号が「ロー」の間「ハイ」に保ち、前記センスイネーブル信号を「ロー」から「ハイ」に活性化させるとき一時的に一定の区間で不活性化して、その間にセンスアンプを活性化させることを特徴とする強誘電体メモリの駆動方法。 - 列方向及び行方向に規則的に配列される複数の単位セルをそれぞれ含む複数のサブセルアレイブロックを有する第1,第2セルアレイと、前記第1,第2セルアレイの間に構成されるスプリットワードラインドライバとを有し、前記各サブセルアレイが、一方向に一定の間隔を保って形成されるサブビットライン及びメインビットラインと、前記サブビットラインとメインビットラインと交差する方向に一定の間隔を保って形成される複数のスプリットワードラインと、前記サブビットラインとメインビットラインとの間に連結され、外部から加えられる一定のパルス形態のビットラインスイッチ信号を受けて動作するスイッチング素子とを含む強誘電体メモリにおいて、
前記ビットラインスイッチ信号を、センスイネーブル信号が「ロー」の間「ハイ」に保ち、前記センスイネーブル信号を「ロー」から「ハイ」に活性化させるとき一時的に一定の区間で不活性化して、その間にセンスアンプを活性化し、セルデータを格納する区間でビットラインスイッチ信号をVCCより高い電圧(VCC+αVtn)に昇圧させ、メインビットライン電圧がサブビットラインに電圧損失せずに伝達されるようにすることを特徴とする強誘電体メモリの駆動方法。
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