JP4807191B2 - Ferroelectric memory device and electronic device - Google Patents
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Description
本発明は、強誘電体記憶装置、特に、強誘電体記憶装置の読み出しに関する、センスアンプ回路、イコライズ回路および正電位変換回路などに関する。 The present invention relates to a ferroelectric memory device, and more particularly to a sense amplifier circuit, an equalize circuit, a positive potential conversion circuit, and the like related to reading of a ferroelectric memory device.
強誘電体記憶装置(FeRAM: Ferroelectric Random Access Memory)の読み出しには、ラッチ型のセンスアンプ回路を用いる方法が一般的である(例えば、下記特許文献1参照)。
For reading from a ferroelectric memory device (FeRAM: Ferroelectric Random Access Memory), a method using a latch-type sense amplifier circuit is generally used (for example, see
しかしながら、この場合、プレート線に印加された電圧が、強誘電体キャパシタ容量(Cs)とビット線容量(Cbl)に分圧される。従って、ビット線容量(Cbl)により強誘電体キャパシタに十分な電位が印加されない。また、ビット線電圧の差分をセンスアンプにより増幅し読み出しを行なうため、ビット線容量(Cbl)が増加するほど、ビット線電圧は小さくなり、センスマージンが小さくなってしまう。 However, in this case, the voltage applied to the plate line is divided into the ferroelectric capacitor capacitance (Cs) and the bit line capacitance (Cbl). Accordingly, a sufficient potential is not applied to the ferroelectric capacitor due to the bit line capacitance (Cbl). In addition, since the difference between the bit line voltages is amplified and read by the sense amplifier, the bit line voltage decreases and the sense margin decreases as the bit line capacitance (Cbl) increases.
そこで、ビット線を仮想的に接地電位に固定できる読み出し回路が検討されている(例えば、下記特許文献2および下記非特許文献1参照)。
(1)しかしながら、上記特許文献2等に記載の回路を用いても、追って詳細に説明するように、(a)強誘電体特性に応じて回路を構成する各素子の細かいフィッテイングが必要である、(b)センスマージンが最大になるタイミングが変動する恐れがある、(c)読出し動作中にインバータ中に貫通電流が流れる、(d)面積が大きい、等の問題を有する。 (1) However, even when the circuit described in the above-mentioned Patent Document 2 is used, as will be described in detail later, (a) fine fitting of each element constituting the circuit is required according to the ferroelectric characteristics. There are some problems such as (b) the timing at which the sense margin becomes maximum may fluctuate, (c) a through current flows in the inverter during a read operation, and (d) a large area.
(2)また、上記特許文献2に記載の回路においては、メモリセルから読み出した電荷を、負電位にチャージした容量へ転送して読み出し動作を行なっている。よって、負電位ノード[例えば、図3のVMNやVTHなど]が生じる。しかしながら、これらのノードは、スタンバイ時にフローティング状態となるため、初期電位が不安定となる。初期電位が変化すると読み出し時の出力電位も変動し、センスマージンが減少してしまう。 (2) In the circuit described in Patent Document 2, the read operation is performed by transferring the charge read from the memory cell to a capacitor charged to a negative potential. Therefore, a negative potential node [for example, VMN or VTH in FIG. 3] is generated. However, since these nodes are in a floating state during standby, the initial potential becomes unstable. When the initial potential changes, the output potential at the time of reading also changes, and the sense margin decreases.
(3)さらに、上記特許文献2に記載の回路においては、メモリセルから読み出した電荷が”0”データの場合のノードVMNと”1”データの場合のノードVMNの電位差を増幅することにより読み出しを行なう。しかし、センスアンプにより電位差を増幅するためには、負電位を正電位に変換した後、増幅する必要がある。このため、上記特許文献2に記載の回路においては、電圧シフト回路[7]を用いて負電位を正電位に変換した後、センスアンプ[5]により読み出しを行なっている。しかしながら、特許文献2に記載の電圧シフト回路[7]では、変換ロスが大きく、ノードVMNの電位差が変換後には小さくなるという問題がある。[かっこ]内は、文献中の符号である。 (3) Further, in the circuit described in Patent Document 2, reading is performed by amplifying a potential difference between the node VMN when the charge read from the memory cell is “0” data and the node VMN when the charge is “1” data. To do. However, in order to amplify the potential difference with the sense amplifier, it is necessary to amplify after converting the negative potential to the positive potential. For this reason, in the circuit described in Patent Document 2, after the negative potential is converted into the positive potential by using the voltage shift circuit [7], reading is performed by the sense amplifier [5]. However, the voltage shift circuit [7] described in Patent Document 2 has a problem that the conversion loss is large and the potential difference of the node VMN becomes small after the conversion. [] Parentheses are the codes in the literature.
よって、本発明は、上記の課題を解決することのできる強誘電体記憶装置を提供することを目的とする。より詳しくは、上記課題を解決することができる強誘電体記憶装置のデータの読み出しに必要な種々の回路(例えば、センスアンプ回路、イコライズ回路もしくは正電位変換回路等)を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a ferroelectric memory device that can solve the above-described problems. More specifically, an object of the present invention is to provide various circuits (for example, a sense amplifier circuit, an equalize circuit, or a positive potential conversion circuit) necessary for reading data of a ferroelectric memory device that can solve the above-described problems. To do.
(1)本発明の強誘電体記憶装置は、第1ビット線に接続された第1ノードと第2ビット線に接続された第2ノードとの間に接続され、その基板電位が接地電位である第1pチャネル型MISFETと、制御信号線と前記第1pチャネル型MISFETのゲート端子との間に接続された強誘電体キャパシタを有する第1負電圧発生回路とを有する。 (1) A ferroelectric memory device of the present invention is connected between a first node and a second node connected to a second bit line connected to the first bit line, the ground potential the base plate potential And a first negative voltage generating circuit having a ferroelectric capacitor connected between a control signal line and a gate terminal of the first p-channel type MISFET .
かかる構成によれば、第1および第2ノードを同電位とすることができる(イコライズすることができる)。よって、強誘電体記憶装置の読み出し精度を向上させることができる。また、第1および第2ノードが負電位となった場合でも、基板電位をこれらのノードの電位より高い電位(例えば接地電位)としておけば、基板電位が上昇するだけで、第1および第2ノードの電位が上記電位より上昇することを防止することができる。即ち、第1および第2ノードの電位に対し、イコライズ経路による悪い影響がない。また、かかる構成によれば、小面積でも大容量のキャパシタにより容易に負電位を発生させることができる。 According to such a configuration, the first and second nodes can be set to the same potential (can be equalized). Therefore, the reading accuracy of the ferroelectric memory device can be improved. Even when the first and second nodes have negative potentials, if the substrate potential is set higher than the potentials of these nodes (for example, the ground potential), the first and second substrate potentials only rise, It is possible to prevent the potential of the node from rising from the above potential. That is, the potential of the first and second nodes is not adversely affected by the equalization path. Further, according to such a configuration, a negative potential can be easily generated by a large-capacity capacitor even in a small area.
例えば、上記強誘電体記憶装置は、さらに、前記第1ノードと接地電位との間に接続され、そのゲート端子が前記第1負電位発生回路に接続され、その基板電位が接地電位である第2pチャネル型MISFETと、前記第2ノードと接地電位との間に接続され、そのゲート端子が前記第1負電位発生回路に接続され、その基板電位が接地電位である第3pチャネル型MISFETと、を有する。かかる構成によれば、第1および第2ノードを接地電位にイコライズすることができる。 For example, the ferroelectric memory device is further connected between the first node and a ground potential, its gate terminal is connected to the first negative potential generating circuit, and its substrate potential is the ground potential. A 2p channel type MISFET, a third p channel type MISFET connected between the second node and the ground potential, a gate terminal thereof connected to the first negative potential generation circuit, and a substrate potential thereof being a ground potential; Have According to this configuration, the first and second nodes can be equalized to the ground potential.
例えば、前記第1負電位発生回路の出力にはクランプ回路が接続されている。かかる構成によれば、当該出力ノードの電位を一定の範囲内に固定することができる。 For example, a clamp circuit is connected to the output of the first negative potential generating circuit. According to such a configuration, the potential of the output node can be fixed within a certain range.
例えば、前記クランプ回路は、前記出力と接地電位との間に接続された抵抗である。かかる構成によれば、比較的簡易な構成のクランプ回路とすることができる。 For example, the clamp circuit is a resistor connected between the output and a ground potential. According to such a configuration, a clamp circuit having a relatively simple configuration can be obtained.
例えば、上記強誘電体記憶装置は、さらに、前記第1ノードと前記第1ビット線との間に接続された第4pチャネル型MISFETと、前記第2ノードと前記第2ビット線との間に接続された第5pチャネル型MISFETと、前記第1ノードに接続された第2負電位発生回路と、前記第2ノードに接続された第3負電位発生回路と、を有する。かかる構成によれば、負電位を第4、第5pチャネル型MISFETを介してビット線に転送することができるため、読み出し時のビット線の電位の上昇を抑制することができる。よって、メモリセルを構成する強誘電体キャパシタに印加される電圧を大きくすることができる。強誘電体記憶装置の読み出し特性を向上させることができる。 For example, the ferroelectric memory device further includes a fourth p-channel type MISFET connected between the first node and the first bit line, and between the second node and the second bit line. A fifth p-channel MISFET connected; a second negative potential generating circuit connected to the first node; and a third negative potential generating circuit connected to the second node. According to this configuration, a negative potential can be transferred to the bit line via the fourth and fifth p-channel type MISFETs, so that an increase in the potential of the bit line during reading can be suppressed. Therefore, the voltage applied to the ferroelectric capacitor constituting the memory cell can be increased. The read characteristics of the ferroelectric memory device can be improved.
例えば、前記第1ビット線および第2ビット線には、それぞれ強誘電体メモリが接続されている。かかる構成によれば、いわゆる2T2Cの強誘電体メモリセルに本発明を適用することができる。 For example, a ferroelectric memory is connected to each of the first bit line and the second bit line. With this configuration, the present invention can be applied to so-called 2T2C ferroelectric memory cells.
例えば、前記第1ビット線には、強誘電体メモリが接続され、前記第2ビット線には、参照電位が印加される。かかる構成によれば、いわゆる1T1Cの強誘電体メモリセルに本発明を適用することができる。 For example, a ferroelectric memory is connected to the first bit line, and a reference potential is applied to the second bit line. With this configuration, the present invention can be applied to so-called 1T1C ferroelectric memory cells.
(2)本発明の電子機器は、上記強誘電体記憶装置を有する。電子機器とは、本発明にかかる強誘電体記憶装置を備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、その構成に特に限定はないが、例えば、上記強誘電体記憶装置を備えたコンピュータ装置一般、携帯電話、PHS、PDA、電子手帳、ICカードなど、記憶装置を必要とするあらゆる装置が含まれる。 (2) An electronic apparatus of the present invention has the above ferroelectric memory device. The electronic device generally refers to a device having a certain function provided with the ferroelectric memory device according to the present invention, and its configuration is not particularly limited. For example, a computer device generally including the ferroelectric memory device is generally described. Any device that requires a storage device, such as a mobile phone, PHS, PDA, electronic notebook, and IC card, is included.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の機能を有するものには同一もしくは関連の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same or related code | symbol is attached | subjected to what has the same function, and the repeated description is abbreviate | omitted.
図1は、強誘電体記憶装置の構成を示すブロック図である。図示するように、強誘電体記憶装置100は、メモリセルアレイ110と、周辺回路部(120、130、140等)を有する。メモリセルアレイ110は、アレイ状に配置された複数のメモリセルよりなり、各メモリセルは、ワード線WLおよびビット線BL−L、BL−Rの交点に配置される。なお、ここでは、2T2Cセルを例に説明する。よって、ビット線BL−LおよびBL−Rにそれぞれ接続された2つのトランジスタと2つの強誘電体キャパシタによって1つのデータが記憶される。また、周辺回路を構成するワード線制御部120及びプレート線制御部130は、複数のワード線WL及び複数のプレート線PLの電圧を制御する。これらの制御によって、メモリセルMCに記憶されたデータを複数のビット線BLに読み出し、また、外部から供給されたデータをビット線BLを介してメモリセルMCに書き込む。このような読み出し、書き込みは、ビット線制御部140においてなされる。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a ferroelectric memory device. As shown in the figure, the
以下、本発明の実施の形態をセンスアンプ回路、イコライズ回路および正電位変換回路の順に説明する。
1)センスアンプ回路
(第1センスアンプ回路)
図2は、本発明の一実施の形態である第1センスアンプ回路の構成を示す回路図である。図示するように、ビット線BL−LおよびBL−Rは、それぞれ、pチャネル型MISFETP1−LおよびP1−Rを介して第1ノードML−Lおよび第2ノードML−Rに接続されている。一方、pチャネル型MISFETP1−Lのゲート端子は、第2ノードML−Rに接続され、pチャネル型MISFETP1−Rのゲート端子は、第1ノードML−Lに接続されている。このように、2つのpチャネル型MISFETP1−LとP1−Rの一端とゲート端子は、交差接続されている。pチャネル型MISFETP1−L、P1−Rの基板電位(バックゲート電位)は接地電位とする。より好ましくはビット線側の端子(第1端)と同電位とする。基板電位が高い方がオンしやすくなるためである。なお、本明細書においては、MISFETのソース、ドレイン領域をMISFETの第1端、第2端もしくは一端、他端と言うことがある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the order of a sense amplifier circuit, an equalize circuit, and a positive potential conversion circuit.
1) Sense amplifier circuit (first sense amplifier circuit)
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a first sense amplifier circuit according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the bit lines BL-L and BL-R are connected to the first node ML-L and the second node ML-R via p-channel type MISFETs P1-L and P1-R, respectively. On the other hand, the gate terminal of the p-channel type MISFET P1-L is connected to the second node ML-R, and the gate terminal of the p-channel type MISFET P1-R is connected to the first node ML-L. Thus, one end of the two p-channel type MISFETs P1-L and P1-R and the gate terminal are cross-connected. The substrate potential (back gate potential) of the p-channel type MISFETs P1-L and P1-R is set to the ground potential. More preferably, it has the same potential as the terminal (first end) on the bit line side. This is because the higher the substrate potential, the easier it is to turn on. In the present specification, the source and drain regions of the MISFET may be referred to as the first end, the second end or one end, and the other end of the MISFET.
また、第1ノードML−Lおよび第2ノードには、負電位発生回路MGが接続されている。この負電位発生回路MGは、第1ノードML−Lに接続された強誘電体キャパシタCt−Lおよび第2ノードML−Rに接続された強誘電体キャパシタCt−Rよりなり、これらの他端は、MGEN信号線に共通接続されている。なお、以降、信号と信号線とを同じ符号で示す場合がある。 A negative potential generating circuit MG is connected to the first node ML-L and the second node. The negative potential generating circuit MG includes a ferroelectric capacitor Ct-L connected to the first node ML-L and a ferroelectric capacitor Ct-R connected to the second node ML-R. Are commonly connected to the MGEN signal line. Hereinafter, a signal and a signal line may be denoted by the same reference numeral.
この負電位発生回路MGと交差接続した2つのpチャネル型MISFETP1−L、P1−RとでセンスアンプSAを構成している(図5参照)。 A sense amplifier SA is composed of two p-channel MISFETs P1-L and P1-R cross-connected to the negative potential generating circuit MG (see FIG. 5).
また、第1ノードML−Lおよび第2ノードML−R間には、電荷転送回路(電荷供給回路)CTが接続されている。当該回路は、第1ノードML−Lおよび第2ノードML−R間に直列に接続されたpチャネル型MISFETP2−L、P2−Rよりなる。pチャネル型MISFETP2−LとP2−Rの接続ノードは、接地電位(グランド、GND)に接続され、pチャネル型MISFETP2−Lのゲート端子は、第2ノードML−Rと接続され、pチャネル型MISFETP2−Rのゲート端子は、第1ノードML−Lと接続されている。pチャネル型MISFETP2−L、P2−Rの基板電位(バックゲート電位)は接地電位とする。より好ましくはpチャネル型MISFETP1−L、P1−Rのビット線側の端子(第1端)と同電位とする。基板電位が高い方がオンしやすくなるためである。 A charge transfer circuit (charge supply circuit) CT is connected between the first node ML-L and the second node ML-R. The circuit includes p-channel MISFETs P2-L and P2-R connected in series between the first node ML-L and the second node ML-R. The connection node of the p-channel type MISFETs P2-L and P2-R is connected to the ground potential (ground, GND), and the gate terminal of the p-channel type MISFET P2-L is connected to the second node ML-R, and the p-channel type The gate terminal of the MISFET P2-R is connected to the first node ML-L. The substrate potential (back gate potential) of the p-channel type MISFETs P2-L and P2-R is set to the ground potential. More preferably, it is set to the same potential as the terminal (first end) on the bit line side of the p-channel type MISFETs P1-L and P1-R. This is because the higher the substrate potential, the easier it is to turn on.
なお、ビット線BL−L、BL−Rには、各ビット線を接地電位にディスチャージする回路が接続されている。当該回路は、ビット線BL−Lと接地電位(第1電位)との間に接続されたnチャネル型MISFETN1−Lと、ビット線BL−Rと接地電位(第1電位)との間に接続されたnチャネル型MISFETN1−Rとからなる。これらのゲート端子は、BLGND線と接続されている。 A circuit for discharging each bit line to the ground potential is connected to the bit lines BL-L and BL-R. This circuit is connected between the n-channel MISFET N1-L connected between the bit line BL-L and the ground potential (first potential), and between the bit line BL-R and the ground potential (first potential). N-channel type MISFET N1-R. These gate terminals are connected to the BLGND line.
また、ビット線BL−L、BL−Rとセンスアンプ回路SAとの間には、スイッチングトランジスタ(N2−L、N2−R)が接続されている。即ち、ビット線BL−Lとpチャネル型MISFETP1−Lとの間に、スイッチングトランジスタN2−Lが接続され、ビット線BL−Rとpチャネル型MISFETP1−Rとの間に、スイッチングトランジスタN2−Rが接続されている。これらのスイッチングトランジスタのゲート端子は、BLSW線に接続されている。これらのスイッチングトランジスタはnチャネル型MISFETよりなる。 Further, switching transistors (N2-L, N2-R) are connected between the bit lines BL-L, BL-R and the sense amplifier circuit SA. That is, the switching transistor N2-L is connected between the bit line BL-L and the p-channel type MISFET P1-L, and the switching transistor N2-R is connected between the bit line BL-R and the p-channel type MISFET P1-R. Is connected. The gate terminals of these switching transistors are connected to the BLSW line. These switching transistors are n-channel MISFETs.
また、第1ノードML−Lおよび第2ノードML−R間には、イコライズ回路EQ1が接続されている。このイコライズ回路EQ1は、負電位ノードとなった第1ノードML−Lおよび第2ノードML−Rの電位を同電位(例えば、接地電位)とする回路である。このイコライズ回路EQ1は、MEQ線と接続され、MEQ信号によって制御される。このイコライズ回路の詳細な説明は、「2)イコライズ回路」の欄で詳細に説明する。 Further, an equalize circuit EQ1 is connected between the first node ML-L and the second node ML-R. The equalize circuit EQ1 is a circuit that sets the potentials of the first node ML-L and the second node ML-R, which are negative potential nodes, to the same potential (for example, ground potential). The equalize circuit EQ1 is connected to the MEQ line and controlled by the MEQ signal. The detailed description of the equalizing circuit will be described in detail in the column “2) Equalizing circuit”.
また、第1ノードML−Lおよび第2ノードML−Rには、正電位変換回路TPが接続されている。この正電位変換回路TPの入力部は第1、第2ノードML−L、ML−Rにそれぞれ接続され、第1、第2ノードの電位差に応じた出力を出力部OUTから出力する。例えば、負電位ノードである第1、第2ノードの電位差に応じた正電位の出力を出力部OUT−R、OUT−Lから出力する(図4、図14等参照)。この正電位変換回路TPは、MTP線と接続され、MTP信号によって制御される。この正電位変換回路の詳細な説明は、「3)正電位変換回路」の欄で詳細に説明する。 A positive potential conversion circuit TP is connected to the first node ML-L and the second node ML-R. The input part of the positive potential conversion circuit TP is connected to the first and second nodes ML-L and ML-R, respectively, and outputs an output corresponding to the potential difference between the first and second nodes from the output part OUT. For example, a positive potential output corresponding to the potential difference between the first and second nodes, which are negative potential nodes, is output from the output units OUT-R and OUT-L (see FIGS. 4 and 14). The positive potential conversion circuit TP is connected to the MTP line and controlled by the MTP signal. A detailed description of this positive potential conversion circuit will be described in detail in the section “3) Positive Potential Conversion Circuit”.
図3に、強誘電体記憶装置の読み出し時のタイミングチャートを示す。図示するように、BLSW線をHレベルとし、センスアンプ回路SAとビット線BL−L、BL−Rとを接続する(図3(D))。次いで、ワード線WLをHレベルとする(図3(A))。次いで、BLGND線をLレベルとし、接地電位にディスチャージしていたビット線BL−L、BL−Rをフローティング状態とする(図3(C))。次いで、MEQ線をLレベルとし、イコライズ回路をオフする(図3(F))。 FIG. 3 is a timing chart at the time of reading from the ferroelectric memory device. As shown in the figure, the BLSW line is set to the H level, and the sense amplifier circuit SA and the bit lines BL-L and BL-R are connected (FIG. 3D). Next, the word line WL is set to the H level (FIG. 3A). Next, the BLGND line is set to the L level, and the bit lines BL-L and BL-R that have been discharged to the ground potential are brought into a floating state (FIG. 3C). Next, the MEQ line is set to L level, and the equalizing circuit is turned off (FIG. 3F).
次いで、プレート線PLをHレベルとし(図3(B))、メモリセルからビット線BL−L、BL−Rに電荷を転送する。次いで、MGEN線(第1線)をHレベルからLレベルに変化させ、負電位発生回路MGを動作させる(図3(E))。 Next, the plate line PL is set to the H level (FIG. 3B), and charges are transferred from the memory cells to the bit lines BL-L and BL-R. Next, the MGEN line (first line) is changed from the H level to the L level, and the negative potential generating circuit MG is operated (FIG. 3E).
上記読み出しの際のビット線BL−L、BL−Rと第1、第2ノードML−L、MLR等の電位のシミュレーション結果を図4に示す。図4(A)に示すように、ビット線BL−L、BL−Rの電位は、メモリセル(強誘電体キャパシタ)からの電荷の転送により徐々に上昇する。この際、”1”データ側のビット線(図4においては、BL−L)の電位がより早く上昇する。一方、MGEN線のLレベルへの変化により、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が急激に低下し、pチャネル型MISFETの閾値Vth(ここでは、−0.8V)以下の負電位となる。その結果、pチャネル型MISFETP1−L、P1−Rがオン状態となる。この後、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位は、ビット線からの電荷転送により上昇する。この際、”1”データ側のビット線(図4においては、BL−L)に接続するノード(図4においては、ML−L)の電位がより早く上昇する。よって、当該ノード(ML−L)の電位が、閾値Vth以上となると、pチャネル型MISFETP1−Rがオフし、他方のノード(ML−R)の電位の上昇が停止する。よって、この時点で、読み出しデータが確定する。 FIG. 4 shows the simulation results of the potentials of the bit lines BL-L, BL-R and the first and second nodes ML-L, MLR and the like at the time of reading. As shown in FIG. 4A, the potentials of the bit lines BL-L and BL-R gradually rise due to charge transfer from the memory cell (ferroelectric capacitor). At this time, the potential of the bit line on the “1” data side (BL-L in FIG. 4) rises faster. On the other hand, due to the change of the MGEN line to the L level, the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R suddenly drop, and the threshold value Vth (here, -0.8 V) of the p-channel type MISFET is below. Negative potential. As a result, the p-channel MISFETs P1-L and P1-R are turned on. Thereafter, the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R rise due to charge transfer from the bit line. At this time, the potential of the node (ML-L in FIG. 4) connected to the bit line on the “1” data side (BL-L in FIG. 4) rises earlier. Therefore, when the potential of the node (ML-L) becomes equal to or higher than the threshold value Vth, the p-channel MISFET P1-R is turned off and the increase in the potential of the other node (ML-R) is stopped. Therefore, the read data is determined at this point.
次いで、図4(B)に示すように、MTP線をLレベルからHレベルに変化させ、正電位変換回路TPをオンさせる。その結果、図4(C)に示すように、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位差を出力データOUT−L、OUT−Rとして取り出すことができる。図4においては、出力データOUT−Lは、”1”、OUT−Rは、”0”である。 Next, as shown in FIG. 4B, the MTP line is changed from L level to H level, and the positive potential conversion circuit TP is turned on. As a result, as shown in FIG. 4C, the potential difference between the first and second nodes ML-L and ML-R can be extracted as output data OUT-L and OUT-R. In FIG. 4, the output data OUT-L is “1”, and OUT-R is “0”.
このように、第1センスアンプ回路によれば、負電位ノード(ML−L、ML−R)に接続されたpチャネル型MISFETP1−L、P1−Rのゲート端子を、交差接続させたので、これらのうち”1”データ側のノードからの電位の上昇を利用し、”0”データ側のノードに接続されたpチャネル型MISFETをオフさせることができる(図5参照)。よって、この時点もしくはこれ以降の負電位ノードの電位差を出力データとして取り出すことができる。図5は、第1センスアンプ回路の主要部の構成を示す回路図である。図2と同じ部位には同符号を付してある。 Thus, according to the first sense amplifier circuit, the gate terminals of the p-channel type MISFETs P1-L, P1-R connected to the negative potential nodes (ML-L, ML-R) are cross-connected. Of these, the rise in potential from the node on the “1” data side can be used to turn off the p-channel MISFET connected to the node on the “0” data side (see FIG. 5). Therefore, the potential difference of the negative potential node at this time or thereafter can be taken out as output data. FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a main part of the first sense amplifier circuit. The same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.
特に、第1のセンスアンプ回路の構成およびその駆動方法(データの読み出し方法)によれば、次の(1)〜(5)の利点がある。 In particular, according to the configuration of the first sense amplifier circuit and its driving method (data reading method), there are the following advantages (1) to (5).
(1)例えば、前述の特許文献1に記載の回路と比較し、ビット線BL−L、BL−Rの電位が接地電位近傍まで下がるため、強誘電体キャパシタに印加される電圧を大きくすることができる。よって、強誘電体キャパシタに蓄積された電荷をより多く読み出すことができる。また、読み出し速度を向上させることができる。
(1) For example, the potential applied to the ferroelectric capacitor is increased because the potentials of the bit lines BL-L and BL-R are lowered to near the ground potential as compared with the circuit described in
(2)また、ビット線容量の影響を低減できるため、メモリの大容量化にも対応することができる。即ち、メモリ数が多くなりビット線が長くなっても読み出し精度を維持することができる。 (2) Since the influence of the bit line capacity can be reduced, the capacity of the memory can be increased. In other words, the read accuracy can be maintained even when the number of memories increases and the bit line becomes longer.
(3)また、第1、第2ノード(ML−L、ML−R)の電位のうち、一方が、閾値Vthより上、他方が閾値Vthより下で固定されるため、後段の回路(例えば、正電位変換回路)の設計が容易になる。 (3) Since one of the potentials of the first and second nodes (ML-L, ML-R) is fixed above the threshold value Vth and the other is below the threshold value Vth, a subsequent circuit (for example, , Positive potential conversion circuit) can be easily designed.
(4)また、図6に示す回路と比較すると、インバータを用いていないため、貫通電流を低減できる。また、回路を構成する素子数が低減され、本発明者の検討によるとレイアウト面積を約30%に縮小することができる。また、第1のセンスアンプ回路によれば、回路フィッテイングが容易となる。例えば、図6の回路では、各構成素子の特性(例えば、閾値や容量)の細かな設定が必要であり、その形成が困難となる。これに対し、第1センスアンプ回路では、かかる設定が少なくてすむ。図6は、第1センスアンプ回路の効果を説明するための比較回路である。FBAおよびFBBは、フィードバック回路、PTAおとびPTBはpチャネル型MISFET、C1A、C1Bは、キャパシタ、NA、NBは、ノード、C2A、C2Bは、キャパシタ、GSAは、一般的なセンスアンプ回路を示す。 (4) Moreover, compared with the circuit shown in FIG. 6, since the inverter is not used, the through current can be reduced. Further, the number of elements constituting the circuit is reduced, and according to the study of the present inventors, the layout area can be reduced to about 30%. In addition, the first sense amplifier circuit facilitates circuit fitting. For example, in the circuit of FIG. 6, it is necessary to finely set the characteristics (for example, threshold value and capacitance) of each constituent element, which makes it difficult to form. On the other hand, the first sense amplifier circuit requires less setting. FIG. 6 is a comparison circuit for explaining the effect of the first sense amplifier circuit. FBA and FBB are feedback circuits, PTA and PTB are p-channel MISFETs, C1A and C1B are capacitors, NA and NB are nodes, C2A and C2B are capacitors, and GSA is a general sense amplifier circuit. .
(5)さらに、電荷転送回路CTにより、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位の上昇が促進され、いずれか一方のノードが閾値Vthを越えるまでの時間が短縮される。よって、読み出し速度を向上させることができる。また、イコライズ回路EQ1により、第1、第2ノードML−L、ML−Rの初期電位が固定されるため、読み出し動作を安定化させることができる。特に、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が双方もと閾値Vthより大きい電位までしか下がらないという現象を低減することができる。また、正電位変換回路TPにより、負電位ノードである第1、第2ノードの電位差を正電位の出力OUT−L、OUT−Rとして効率的に取り出すことができる。
(第2センスアンプ回路)
図7は、本発明の一実施の形態である第2センスアンプ回路の構成を示す回路図である。第1センスアンプ回路との違いは、pチャネル型MISFETP2−Rのゲート端子(ノードPG−R)と第1ノードML−Lとの間に強誘電体キャパシタCt2−Lよりなる電位転送回路を接続し、pチャネル型MISFETP2−Lのゲート端子(ノードPG−L)と第2ノードML−Rとの間に強誘電体キャパシタCt2−Rよりなる電位転送回路を接続した点にある。さらに、pチャネル型MISFETP1−LおよびP2−Lのゲート端子(ノードPG−L)とpチャネル型MISFETP1−RおよびP2−Rのゲート端子(ノードPG−R)との間にイコライズ回路EQ2を接続した点にある。このイコライズ回路EQ2も、MEQ線と接続され、MEQ信号によって制御される。
(5) Further, the charge transfer circuit CT promotes the rise of the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R, and the time until one of the nodes exceeds the threshold value Vth is shortened. Therefore, the reading speed can be improved. In addition, since the initial potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R are fixed by the equalizer circuit EQ1, the read operation can be stabilized. In particular, it is possible to reduce a phenomenon in which the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R are only lowered to a potential that is higher than the threshold value Vth. Further, the positive potential conversion circuit TP can efficiently extract the potential difference between the first and second nodes, which are negative potential nodes, as positive potential outputs OUT-L and OUT-R.
(Second sense amplifier circuit)
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a second sense amplifier circuit according to an embodiment of the present invention. The difference from the first sense amplifier circuit is that a potential transfer circuit composed of a ferroelectric capacitor Ct2-L is connected between the gate terminal (node PG-R) of the p-channel type MISFET P2-R and the first node ML-L. In addition, a potential transfer circuit including a ferroelectric capacitor Ct2-R is connected between the gate terminal (node PG-L) of the p-channel type MISFET P2-L and the second node ML-R. Further, an equalize circuit EQ2 is connected between the gate terminals (node PG-L) of the p-channel type MISFETs P1-L and P2-L and the gate terminals (node PG-R) of the p-channel type MISFETs P1-R and P2-R. It is in the point. This equalize circuit EQ2 is also connected to the MEQ line and controlled by the MEQ signal.
かかる構成によれば、第1もしくは第2ノードの電位の変化を即座にpチャネル型MISFETのゲート端子に転送することができ、”0”データ側のノード(図8においてはML−R)に接続されるpチャネル型MISFET(P2−R)を素早くオフさせ、”0”データ側のノード(ML−R)の電位の上昇をより早く停止させることができる。 According to such a configuration, a change in potential of the first or second node can be immediately transferred to the gate terminal of the p-channel MISFET, and the node on the “0” data side (ML-R in FIG. 8) can be transferred. The connected p-channel type MISFET (P2-R) can be quickly turned off, and the rise in potential of the node (ML-R) on the “0” data side can be stopped earlier.
第2センスアンプ回路の読み出し時のタイミングチャートは、図3と同じである。読み出しの際のノードPG−L、PG−R等の電位のシミュレーション結果を図8に示す。ビット線BL−L、BL−Rと第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位の変化は図4と同様である。図8(A)に示すように、MGEN線のLレベルへの変化により、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が急激に低下した後、pチャネル型MISFETP2−L、P2−Rがオン状態となるため、接地電位からもこれらのMISFETを介して第1および第2ノードML−L、ML−Rに電荷が注入される。よって、これらのノードの電位上昇が促進される。ここで、”0”データ側のノードPG−Rの電位は、第1ノードML−Lより早く電位が上昇する。その結果、前述した通り、”0”データ側のビット線(図8においてはBL−R)に接続されるpチャネル型MISFETを素早くオフさせ、”0”データ側のノード(ML−R)の電位の上昇をより早く停止させることができる。このように、第2センスアンプ回路においては、第1センスアンプ回路の効果に加え、上記効果を奏する。 The timing chart at the time of reading of the second sense amplifier circuit is the same as that in FIG. FIG. 8 shows a simulation result of potentials of the nodes PG-L, PG-R, etc. at the time of reading. Changes in the potentials of the bit lines BL-L and BL-R and the first and second nodes ML-L and ML-R are the same as those in FIG. As shown in FIG. 8 (A), the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R rapidly drop due to the change of the MGEN line to the L level, and then the p-channel type MISFETs P2-L and P2 Since -R is turned on, charges are injected from the ground potential to the first and second nodes ML-L and ML-R via these MISFETs. Therefore, the potential increase of these nodes is promoted. Here, the potential of the node PG-R on the “0” data side rises earlier than the first node ML-L. As a result, as described above, the p-channel MISFET connected to the bit line on the “0” data side (BL-R in FIG. 8) is quickly turned off, and the node on the “0” data side (ML-R) The increase in potential can be stopped more quickly. As described above, the second sense amplifier circuit has the above-described effects in addition to the effects of the first sense amplifier circuit.
ここで、ノードPG−L、PG−Rも負電位となるため、これらのノード間にイコライズ回路EQ2を設け、初期電位を固定することで、読み出し動作を安定化させることができる。このイコライズ回路EQ2としても、後述する第1、第2もしくは第3イコライズ回路を用いることができる。 Here, since the nodes PG-L and PG-R also have negative potentials, the read operation can be stabilized by providing an equalize circuit EQ2 between these nodes and fixing the initial potential. As the equalize circuit EQ2, a first, second or third equalize circuit which will be described later can be used.
なお、第1、第2センスアンプ回路においては、負電位発生回路として強誘電体キャパシタを用いたが、常誘電体キャパシタやゲートキャパシタ等を用いてもよい。また、全く異なる回路方式によって、第1、第2ノードML−L、ML−Rに負電位を印加してもよい。 In the first and second sense amplifier circuits, a ferroelectric capacitor is used as the negative potential generating circuit, but a paraelectric capacitor, a gate capacitor, or the like may be used. Further, a negative potential may be applied to the first and second nodes ML-L and ML-R by completely different circuit systems.
また、第2センスアンプ回路において、電位転送回路として強誘電体キャパシタを用いたが、常誘電体キャパシタやゲートキャパシタ等を用いてもよい。 In the second sense amplifier circuit, the ferroelectric capacitor is used as the potential transfer circuit, but a paraelectric capacitor, a gate capacitor, or the like may be used.
また、本発明のセンスアンプ回路は、2T2Cの強誘電体メモリのみならず、一方のビット線に参照電位が印加される1T1Cの強誘電体メモリにも適用可能である。
2)イコライズ回路
次いで、第1、第2センスアンプ回路に用いたイコライズ回路の構成について詳細に説明する。
(第1イコライズ回路)
図9は、本発明の一実施の形態である第1イコライズ回路の構成を示す回路図である。図示するように、第1、第2ノードML−L、ML−Rの間にpチャネル型MISFETP4が接続されている。また、第1ノードML−Lと接地電位との間には、pチャネル型MISFETP3−Lが接続され、第2ノードML−Rと接地電位との間には、pチャネル型MISFETP3−Rが接続されている。これらのpチャネル型MISFETのゲート端子は、強誘電体キャパシタC1(負電位発生回路)の一端と接続され、基板電位は、接地電位である。負電位発生回路は、MEQ線とノードvrstとの間に接続された強誘電体キャパシタC1よりなる。また、ノードvrstには安全装置(クランプ回路)Sが接続されている。この安全装置Sにより第1イコライズ回路のスタンバイ時において、フローティング状態となるノードvrstの電位が所定の電位範囲に位置するよう制御される。なお、第1ノードML−Lと第2ノードML−Rには前述したセンスアンプ回路SA等を介してビット線が接続される。
The sense amplifier circuit of the present invention is applicable not only to a 2T2C ferroelectric memory but also to a 1T1C ferroelectric memory in which a reference potential is applied to one bit line.
2) Equalize Circuit Next, the configuration of the equalize circuit used in the first and second sense amplifier circuits will be described in detail.
(First equalize circuit)
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a first equalize circuit according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, a p-channel MISFET P4 is connected between the first and second nodes ML-L and ML-R. A p-channel type MISFET P3-L is connected between the first node ML-L and the ground potential, and a p-channel type MISFET P3-R is connected between the second node ML-R and the ground potential. Has been. The gate terminals of these p-channel type MISFETs are connected to one end of a ferroelectric capacitor C1 (negative potential generation circuit), and the substrate potential is the ground potential. The negative potential generating circuit includes a ferroelectric capacitor C1 connected between the MEQ line and the node vrst. A safety device (clamp circuit) S is connected to the node vrst. The safety device S controls the potential of the node vrst in the floating state to be in a predetermined potential range when the first equalizing circuit is on standby. A bit line is connected to the first node ML-L and the second node ML-R through the above-described sense amplifier circuit SA and the like.
図10に、第1イコライズ回路の動作時のタイミングチャートを示す。図10(A)に示すように、MEQ線がHレベルからLレベルに変化し、イコライズ動作が開始する。よって、図10(C)に示すように、それまで異なる電位であった第1ノードML−Lおよび第2ノードML−Rが、接地電位にイコライズされる。その後、MEQ線がHレベルとなると、第1イコライズ回路はオフする。さらに、MGENb線がHレベルからLレベルに変化すると、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位は、急激に低下し、この後、ビット線電位の上昇の影響を受け上昇する。これらの変化は、「1)センスアンプ回路」の欄において、図4等を参照しながら説明した通りである。なお、MGENbは、MGENの反転信号(信号線)を示す。また、図中にはノードvrstの電位変化も示してある。 FIG. 10 shows a timing chart during operation of the first equalize circuit. As shown in FIG. 10A, the MEQ line changes from the H level to the L level, and the equalizing operation starts. Therefore, as shown in FIG. 10C, the first node ML-L and the second node ML-R, which have been different potentials so far, are equalized to the ground potential. Thereafter, when the MEQ line becomes H level, the first equalize circuit is turned off. Further, when the MGENb line changes from the H level to the L level, the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R rapidly decrease, and thereafter increase due to the increase in the bit line potential. . These changes are as described in the section “1) Sense amplifier circuit” with reference to FIG. MGENb indicates an inverted signal (signal line) of MGEN. In the drawing, the potential change of the node vrst is also shown.
このように、当該イコライズ回路においては、pチャネル型MISFETを用いたので、第1、第2ノードML−L、ML−Rが負電位ノードとなっても、これらのノードを同電位とすることができる。例えば、nチャネル型MISFETを用いた場合には、PN接合電流によりソース、ドレイン領域の電位が上昇してしまうため、第1、第2ノードの電位が上昇してしまう。また、pチャネル型MISFETの基板電位を接地電位としたので、ゲート電位を接地電位とするだけでイコライズ回路をオフすることができる。 As described above, since the equalize circuit uses the p-channel type MISFET, even if the first and second nodes ML-L and ML-R become negative potential nodes, these nodes have the same potential. Can do. For example, when an n-channel MISFET is used, the potential of the first and second nodes increases because the potential of the source and drain regions increases due to the PN junction current. Further, since the substrate potential of the p-channel MISFET is set to the ground potential, the equalizing circuit can be turned off only by setting the gate potential to the ground potential.
このように、当該イコライズ回路においては、簡易な構成で、負電位ノードのイコライズが可能となる。 Thus, in the equalizing circuit, the negative potential node can be equalized with a simple configuration.
なお、pチャネル型MISFETP4のみでイコライズ回路を構成してもよい。但し、pチャネル型MISFETP3−L、P3−Rを用いることで、各ノードを接地電位にイコライズすることができる。よって、後段の回路動作、例えば、センスアンプ回路動作の安定化を図ることができる。
(第2イコライズ回路)
図11は、本発明の一実施の形態である第2イコライズ回路の構成を示す回路図である。第1イコライズ回路との違いは、pチャネル型MISFETP4を省略した点にある。この場合も、第1、第2ノードML−L、ML−Rを接地電位にイコライズすることができる。第2イコライズ回路の動作時のタイミングチャートは、図10と同じである。
(第3イコライズ回路)
図12は、本発明の一実施の形態である第3イコライズ回路の構成を示す回路図である。図示するように、安全装置Sとして抵抗Rを用いてもよい。この抵抗Rとしては、ウエル抵抗、多結晶シリコン抵抗(Poly抵抗)やトランジスタ抵抗などを用いることができる。
Note that the equalize circuit may be configured with only the p-channel type MISFET P4. However, each node can be equalized to the ground potential by using the p-channel type MISFETs P3-L and P3-R. Therefore, it is possible to stabilize the subsequent circuit operation, for example, the sense amplifier circuit operation.
(Second equalize circuit)
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a second equalize circuit according to an embodiment of the present invention. The difference from the first equalize circuit is that the p-channel type MISFET P4 is omitted. Also in this case, the first and second nodes ML-L and ML-R can be equalized to the ground potential. The timing chart during the operation of the second equalize circuit is the same as that in FIG.
(Third equalize circuit)
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration of a third equalize circuit according to an embodiment of the present invention. As shown, a resistor R may be used as the safety device S. As the resistor R, a well resistor, a polycrystalline silicon resistor (Poly resistor), a transistor resistor, or the like can be used.
第3イコライズ回路の動作時のタイミングチャートを図13に示す。図13(A)に示すように、MEQ線がHレベルからLレベルに変化し、イコライズ動作が開始する。よって、図13(C)に示すように、それまで異なる電位であった第1、第2ノードML−L、ML−Rが、接地電位にイコライズされる。さらに、MGENb線がHレベルからLレベルに変化すると、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が急激に低下し、この後、ビット線電位の上昇の影響を受け上昇する。これらの変化は、「1)センスアンプ回路」の欄において、図4等を参照しながら説明した通りである。なお、図中にはノードvrstの電位変化も示してある。この場合、MEQ線の変化から所定の時間経過すると、ノードvrstが接地電位となり安定する。よって、MEQ線をLレベルからHレベルに変化させる必要はない。 A timing chart during the operation of the third equalize circuit is shown in FIG. As shown in FIG. 13A, the MEQ line changes from the H level to the L level, and the equalizing operation starts. Therefore, as shown in FIG. 13C, the first and second nodes ML-L and ML-R, which have been different potentials so far, are equalized to the ground potential. Further, when the MGENb line changes from the H level to the L level, the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R rapidly decrease, and then increase due to the increase in the bit line potential. These changes are as described in the section “1) Sense amplifier circuit” with reference to FIG. Note that the potential change of the node vrst is also shown in the figure. In this case, when a predetermined time elapses from the change of the MEQ line, the node vrst becomes the ground potential and becomes stable. Therefore, it is not necessary to change the MEQ line from the L level to the H level.
以上詳細に説明したように、第1〜第3のイコライズ回路においては、簡易な構成で、負電位ノードをイコライズすることができる。よって、第1、第2ノードの初期電位を安定させることができ、後段の回路動作、例えばセンスアンプ回路動作の安定化を図ることができる。特に、本発明のイコライズ回路を前述の第1、第2のセンスアンプ回路に適用した場合には、より効果的である。即ち、第1、第2のセンスアンプ回路においては、第1、第2ノードの電位のいずれかが閾値Vthを越えて変化することが必要である。よって、第1、第2ノードの初期電位を安定化することで、上記ノードの電位の変化を確実にすることができる。 As described in detail above, in the first to third equalize circuits, the negative potential node can be equalized with a simple configuration. Therefore, the initial potentials of the first and second nodes can be stabilized, and subsequent circuit operation, for example, sense amplifier circuit operation can be stabilized. In particular, when the equalizing circuit of the present invention is applied to the first and second sense amplifier circuits described above, it is more effective. That is, in the first and second sense amplifier circuits, it is necessary that one of the potentials of the first and second nodes changes beyond the threshold value Vth. Therefore, by stabilizing the initial potential of the first and second nodes, the change in the potential of the node can be ensured.
また、第1、第2イコライズ回路においては、MEQ線がLレベルである期間がイコライズ期間となり、入力パルス(MEQ信号の変化)によってイコライズ期間を正確に確保することができる。これに対し、第3イコライズ回路は、簡易な回路構成および簡易な入力(MEQ線をLレベルとするだけ)で、イコライズを行なうことができる。 In the first and second equalizing circuits, the period in which the MEQ line is at the L level is the equalizing period, and the equalizing period can be accurately ensured by the input pulse (change in the MEQ signal). On the other hand, the third equalizer circuit can perform equalization with a simple circuit configuration and simple input (only the MEQ line is set to L level).
なお、本発明のイコライズ回路は、第1および第2センスアンプ回路のみならず、図6や後述する図23に示す回路にも適用可能である。即ち、ノードNA、NB間に、本発明のイコライズ回路を接続することにより、これらのノードが負電位ノードとなっても、これらのノードを同電位とすることができる。 The equalize circuit of the present invention can be applied not only to the first and second sense amplifier circuits but also to the circuit shown in FIG. 6 and FIG. 23 described later. That is, by connecting the equalizing circuit of the present invention between the nodes NA and NB, even if these nodes become negative potential nodes, these nodes can be set to the same potential.
また、本発明のイコライズ回路は、2T2Cの強誘電体メモリのみならず、一方のビット線に参照電位が印加される1T1Cの強誘電体メモリにも適用可能である。 The equalize circuit of the present invention is applicable not only to a 2T2C ferroelectric memory but also to a 1T1C ferroelectric memory in which a reference potential is applied to one bit line.
また、第1〜第3のイコライズ回路においては、負電位発生回路として強誘電体キャパシタを用いたが、常誘電体キャパシタやゲートキャパシタ等を用いてもよい。また、全く異なる回路方式によって、負電位をノードvrstに印加してもよい。
3)正電位変換回路
次いで、第1、第2センスアンプ回路に用いた正電位変換回路の構成について詳細に説明する。
(第1正電位変換回路1)
図14は、本発明の一実施の形態である第1正電位変換回路の構成を示す回路図である。図示するように、第1、第2ノードの電位差を交差接続されたインバータの出力として取り出す。詳細には、当該回路は、電源電位とノードNLとの間に接続されたpチャネル型MISFETP12−Lとnチャネル型MISFETN12−LよりなるインバータIN1と、電源電位とノードNLとの間に接続されたpチャネル型MISFETP12−Rとnチャネル型MISFETN12−RよりなるインバータIN2とを有する。pチャネル型MISFETP12−Lとnチャネル型MISFETN12−Lの接続ノードは出力部OUT−Lとなり、この出力部OUT−Lはpチャネル型MISFETP12−Rのゲート端子およびnチャネル型MISFETN12−Rのゲート端子に接続されている。pチャネル型MISFETP12−Rとnチャネル型MISFETN12−Rの接続ノードは出力部OUT−Rとなり、この出力部OUT−Rは、pチャネル型MISFETP12−Lのゲート端子およびnチャネル型MISFETN12−Lのゲート端子に接続されている。
In the first to third equalizing circuits, the ferroelectric capacitor is used as the negative potential generating circuit, but a paraelectric capacitor, a gate capacitor, or the like may be used. Further, a negative potential may be applied to the node vrst by a completely different circuit system.
3) Positive Potential Conversion Circuit Next, the configuration of the positive potential conversion circuit used in the first and second sense amplifier circuits will be described in detail.
(First positive potential conversion circuit 1)
FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a first positive potential converter circuit according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the potential difference between the first and second nodes is taken out as the output of the cross-connected inverter. Specifically, the circuit is connected between the power supply potential and the node NL, and the inverter IN1 including the p-channel MISFET P12-L and the n-channel MISFET N12-L connected between the power supply potential and the node NL. And an inverter IN2 composed of an n-channel MISFET N12-R. A connection node between the p-channel type MISFET P12-L and the n-channel type MISFET N12-L is an output unit OUT-L. The output unit OUT-L is a gate terminal of the p-channel type MISFET P12-R and a gate terminal of the n-channel type MISFET N12-R. It is connected to the. The connection node between the p-channel type MISFET P12-R and the n-channel type MISFET N12-R serves as an output unit OUT-R. The output unit OUT-R includes the gate terminal of the p-channel type MISFET P12-L and the gate of the n-channel type MISFET N12-L. Connected to the terminal.
ノードNLと接地電位との間には、pチャネル型MISFETP11−Lが接続され、そのゲート端子は第1ノードML−Lと接続される。ノードNRと接地電位との間には、pチャネル型MISFETP11−Rが接続され、そのゲート端子は第2ノードML−Rと接続される。pチャネル型MISFETP11−L、11−Rの基板電位は、接地電位である。 A p-channel MISFET P11-L is connected between the node NL and the ground potential, and its gate terminal is connected to the first node ML-L. A p-channel MISFET P11-R is connected between the node NR and the ground potential, and its gate terminal is connected to the second node ML-R. The substrate potential of the p-channel type MISFETs P11-L and 11-R is the ground potential.
ここでは、第1、第2ノードの電位が確定した後、当該正電位変換回路をオンさせるため、nチャネル型MISFETN12−Lの第1端とノードNLとの間にスイッチングトランジスタN11−Lが接続され、nチャネル型MISFETN12−Rの第1端とノードNRとの間にスイッチングトランジスタN11−Rが接続されている。これらのスイッチングトランジスタは、nチャネル型MISFEよりなり、これらのスイッチングトランジスタのゲート端子は、MTP線に接続されている。 Here, after the potentials of the first and second nodes are determined, the switching transistor N11-L is connected between the first end of the n-channel MISFET N12-L and the node NL to turn on the positive potential conversion circuit. The switching transistor N11-R is connected between the first end of the n-channel type MISFET N12-R and the node NR. These switching transistors are made of n-channel MISFE, and the gate terminals of these switching transistors are connected to the MTP line.
また、出力部を予め所定電位に固定するため、電源電位と出力部OUT−Lとの間にスイッチングトランジスタP13−Lが接続され、電源電位と出力部OUT−Rとの間にスイッチングトランジスタP13−Rが接続されている。これらのスイッチングトランジスタは、pチャネル型MISFEよりなり、これらのスイッチングトランジスタのゲート端子は、MTP線に接続されている。 Further, in order to fix the output unit at a predetermined potential in advance, a switching transistor P13-L is connected between the power supply potential and the output unit OUT-L, and the switching transistor P13- is connected between the power supply potential and the output unit OUT-R. R is connected. These switching transistors are made of p-channel type MISFE, and the gate terminals of these switching transistors are connected to the MTP line.
図15に、第1正電位変換回路の動作時のタイミングチャートを示す。図15(A)に示すように、MTP線がLレベルの間は、出力部OUT−L、OUT−Rは、電源電位(Hレベル)にプリチャージされている。このようにスタンバイ時に、プリチャージを行なうことで、インバータIN1、IN2の不所望な動作を防止することができる。この後、図15(B)に示すMGENb線がHレベルからLレベルとなると、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が急激に低下し、この後、ビット線電位の上昇の影響を受け、それぞれ上昇する(図15(C))。これらの変化は、「1)センスアンプ回路」の欄において、図4等を参照しながら説明した通りである。この際、一方の電位は、閾値Vth以上となり、他方の電位は閾値Vth以下となる。次いで、MTP線が、Hレベルとなると正電位変換回路が動作する。即ち、”1”データ側のノード(図15においては、ML−L)は、閾値Vth以上であるため、pチャネル型MISFETP11−Rは、オン状態となる。よって、出力部OUT−Rは、Lレベル(接地電位)となる。一方、出力部OUT−Lは、Hレベル(電源電位)を維持する(図15(C))。 FIG. 15 shows a timing chart during operation of the first positive potential converter circuit. As shown in FIG. 15A, while the MTP line is at the L level, the output units OUT-L and OUT-R are precharged to the power supply potential (H level). Thus, by performing precharge during standby, undesired operations of the inverters IN1 and IN2 can be prevented. Thereafter, when the MGENb line shown in FIG. 15B changes from the H level to the L level, the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R rapidly decrease, and then the bit line potential increases. As shown in FIG. 15 (C). These changes are as described in the section “1) Sense amplifier circuit” with reference to FIG. At this time, one potential is equal to or higher than the threshold value Vth, and the other potential is equal to or lower than the threshold value Vth. Next, when the MTP line becomes H level, the positive potential conversion circuit operates. That is, since the node on the “1” data side (ML-L in FIG. 15) is equal to or higher than the threshold Vth, the p-channel MISFET P11-R is turned on. Therefore, the output part OUT-R becomes L level (ground potential). On the other hand, the output portion OUT-L maintains the H level (power supply potential) (FIG. 15C).
このように、第1正電位変換回路においては、負電位ノードである第1、第2ノードの電位差に対応した出力を正電位であるHレベル、Lレベルとして取り出すことができる。ここでは、負電位とは、0以下の電位をいい、正電位とは、0以上の電位をいう。また、動作タイミングによっては、第1もしくは第2ノードの電位が、わずかに0を超えることもある。
(第2正電位変換回路)
図16は、本発明の一実施の形態である第2正電位変換回路の構成を示す回路図である。この場合も、第1、第2ノードの電位差を交差接続されたインバータの出力として取り出す。詳細には、当該回路は、ノードNCとノードNLとの間に接続されたpチャネル型MISFETP12−Lとnチャネル型MISFETN12−LよりなるインバータIN1と、ノードNCとノードNLとの間に接続されたpチャネル型MISFETP12−Rとnチャネル型MISFETN12−RよりなるインバータIN2とを有する。pチャネル型MISFETP12−Lとnチャネル型MISFETN12−Lの接続ノードは出力部OUT−Lとなり、この出力部OUT−Lは、pチャネル型MISFETP12−Rのゲート端子およびnチャネル型MISFETN12−Rのゲート端子に接続されている。pチャネル型MISFETP12−Rとnチャネル型MISFETN12−Rの接続ノードは出力部OUT−Rとなり、この出力部OUT−Rは、pチャネル型MISFETP12−Lのゲート端子およびnチャネル型MISFETN12−Lのゲート端子に接続されている。
Thus, in the first positive potential conversion circuit, the output corresponding to the potential difference between the first and second nodes, which are negative potential nodes, can be taken out as H level and L level, which are positive potential nodes. Here, a negative potential refers to a potential of 0 or less, and a positive potential refers to a potential of 0 or more. Further, depending on the operation timing, the potential of the first or second node may slightly exceed 0.
(Second positive potential conversion circuit)
FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of a second positive potential converter circuit according to an embodiment of the present invention. Also in this case, the potential difference between the first and second nodes is taken out as the output of the cross-connected inverter. Specifically, the circuit is connected between an inverter IN1 including a p-channel MISFET P12-L and an n-channel MISFET N12-L connected between the node NC and the node NL, and between the node NC and the node NL. And an inverter IN2 composed of an n-channel MISFET N12-R. A connection node between the p-channel type MISFET P12-L and the n-channel type MISFET N12-L serves as an output unit OUT-L. The output unit OUT-L includes the gate terminal of the p-channel type MISFET P12-R and the gate of the n-channel type MISFET N12-R. Connected to the terminal. The connection node between the p-channel type MISFET P12-R and the n-channel type MISFET N12-R serves as an output unit OUT-R. The output unit OUT-R includes the gate terminal of the p-channel type MISFET P12-L and the gate of the n-channel type MISFET N12-L. Connected to the terminal.
ノードNLと接地電位との間には、pチャネル型MISFETP11−Lが接続され、そのゲート端子は第1ノードML−Lと接続される。ノードNRと接地電位との間には、pチャネル型MISFETP11−Rが接続され、そのゲート端子は第2ノードML−Rと接続される。pチャネル型MISFETP11−L、11−Rの基板電位は、接地電位である。 A p-channel MISFET P11-L is connected between the node NL and the ground potential, and its gate terminal is connected to the first node ML-L. A p-channel MISFET P11-R is connected between the node NR and the ground potential, and its gate terminal is connected to the second node ML-R. The substrate potential of the p-channel type MISFETs P11-L and 11-R is the ground potential.
ここでは、第1、第2ノードの電位が確定した後、当該正電位変換回路をオンさせるため、電源電位とノードNCとの間にスイッチングトランジスタP15が接続されている。このスイッチングトランジスタP15は、pチャネル型MISFEよりなり、このスイッチングトランジスタP15のゲート端子は、MTPb線に接続されている。なお、MTPbは、MTPの反転信号(信号線)を示す。 Here, after the potentials of the first and second nodes are determined, a switching transistor P15 is connected between the power supply potential and the node NC in order to turn on the positive potential conversion circuit. The switching transistor P15 is made of a p-channel type MISFE, and the gate terminal of the switching transistor P15 is connected to the MTPb line. MTPb represents an inverted signal (signal line) of MTP.
また、出力部を予め所定電位に固定するため、接地電位と出力部OUT−Lとの間にスイッチングトランジスタN12−Lが接続され、接地電位と出力部OUT−Rとの間にスイッチングトランジスタN12−Rが接続されている。これらのスイッチングトランジスタは、nチャネル型MISFEよりなり、これらのスイッチングトランジスタのゲート端子は、MTPb線に接続されている。 Further, in order to fix the output unit at a predetermined potential in advance, a switching transistor N12-L is connected between the ground potential and the output unit OUT-L, and the switching transistor N12- is connected between the ground potential and the output unit OUT-R. R is connected. These switching transistors are made of n-channel type MISFE, and the gate terminals of these switching transistors are connected to the MTPb line.
図17に、第2正電位変換回路の動作時のタイミングチャートを示す。図17(A)に示すように、MTPb線がHレベルの間は、出力部OUT−L、OUT−Rは、接地電位(Lレベル)にディスチャージされている。このようにスタンバイ時に、ディスチャージを行なうことで、インバータIN1、IN2の不所望な動作を防止することができる。この後、図17(B)に示すMGENb線がHレベルからLレベルとなると、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が急激に低下し、この後、ビット線電位の上昇の影響を受け、それぞれ上昇する(図17(C))。これらの変化は、「1)センスアンプ回路」の欄において、図4等を参照しながら説明した通りである。この際、一方の電位は、閾値Vth以上となり、他方の電位は閾値Vth以下となる。次いで、MTPb線が、Lレベルとなると正電位変換回路が動作する。即ち、”1”データ側のノード(図17においては、ML−L)は、閾値Vth以上であるため、pチャネル型MISFETP11−Rは、オン状態となる。よって、出力部OUT−Rは、Lレベル(接地電位)となる。一方、出力部OUT−RがLレベルとなると、pチャネル型MISFETP12−Lがオンするため、出力部OUT−Lは、Hレベル(電源電位)となる(図17(C))。 FIG. 17 shows a timing chart during the operation of the second positive potential conversion circuit. As shown in FIG. 17A, while the MTPb line is at the H level, the output units OUT-L and OUT-R are discharged to the ground potential (L level). In this way, by performing discharge during standby, undesired operations of the inverters IN1 and IN2 can be prevented. Thereafter, when the MGENb line shown in FIG. 17B changes from the H level to the L level, the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R rapidly decrease, and then the bit line potential increases. As shown in FIG. These changes are as described in the section “1) Sense amplifier circuit” with reference to FIG. At this time, one potential is equal to or higher than the threshold value Vth, and the other potential is equal to or lower than the threshold value Vth. Next, when the MTPb line becomes L level, the positive potential conversion circuit operates. That is, since the node on the “1” data side (ML-L in FIG. 17) is equal to or higher than the threshold value Vth, the p-channel MISFET P11-R is turned on. Therefore, the output part OUT-R becomes L level (ground potential). On the other hand, when the output part OUT-R becomes L level, the p-channel MISFET P12-L is turned on, so that the output part OUT-L becomes H level (power supply potential) (FIG. 17C).
このように、第2正電位変換回路においても、負電位ノードである第1、第2ノードの電位差に対応した出力をHレベル、Lレベルとして取り出すことができる。
(第3正電位変換回路)
図18は、本発明の一実施の形態である第3正電位変換回路の構成を示す回路図である。図示するように、当該回路は、ノードNLにその第1端子が接続されたnチャネル型MISFETN12−Lと、ノードNRにその第1端子が接続されたnチャネル型MISFETN12−Rを有する。nチャネル型MISFETN12−Lの第2端子は、出力部OUT−Lとなり、nチャネル型MISFETN12−Rのゲート端子に接続されている。nチャネル型MISFETN12−Rの第2端子は、出力部OUT−Rとなり、nチャネル型MISFETN12−Lのゲート端子に接続されている。
Thus, also in the second positive potential conversion circuit, the output corresponding to the potential difference between the first and second nodes, which are negative potential nodes, can be taken out as H level and L level.
(Third positive potential conversion circuit)
FIG. 18 is a circuit diagram showing a configuration of a third positive potential converter circuit according to an embodiment of the present invention. As illustrated, the circuit includes an n-channel MISFET N12-L having a first terminal connected to a node NL and an n-channel MISFET N12-R having a first terminal connected to a node NR. The second terminal of the n-channel type MISFET N12-L serves as an output unit OUT-L, and is connected to the gate terminal of the n-channel type MISFET N12-R. The second terminal of the n-channel type MISFET N12-R serves as an output unit OUT-R, and is connected to the gate terminal of the n-channel type MISFET N12-L.
ノードNLと接地電位との間には、pチャネル型MISFETP11−Lが接続され、そのゲート端子は第1ノードML−Lと接続される。ノードNRと接地電位との間には、pチャネル型MISFETP11−Rが接続され、そのゲート端子は第2ノードML−Rと接続される。pチャネル型MISFETP11−L、11−Rの基板電位は、接地電位である。 A p-channel MISFET P11-L is connected between the node NL and the ground potential, and its gate terminal is connected to the first node ML-L. A p-channel MISFET P11-R is connected between the node NR and the ground potential, and its gate terminal is connected to the second node ML-R. The substrate potential of the p-channel type MISFETs P11-L and 11-R is the ground potential.
ここでは、第1、第2ノードの電位が確定した後、当該正電位変換回路をオンさせるため、nチャネル型MISFETN12−LとノードNLとの間にスイッチングトランジスタN11−Lが接続され、nチャネル型MISFETN12−RとノードNRとの間にスイッチングトランジスタN11−Rが接続されている。これらのスイッチングトランジスタは、nチャネル型MISFEよりなり、これらのスイッチングトランジスタのゲート端子は、MTP線に接続されている。 Here, after the potentials of the first and second nodes are determined, the switching transistor N11-L is connected between the n-channel MISFET N12-L and the node NL to turn on the positive potential conversion circuit, and the n-channel A switching transistor N11-R is connected between the type MISFET N12-R and the node NR. These switching transistors are made of n-channel MISFE, and the gate terminals of these switching transistors are connected to the MTP line.
また、出力部を予め所定電位に固定するため、電源電位と出力部OUT−Lとの間にスイッチングトランジスタP13−Lが接続され、電源電位と出力部OUT−Rとの間にスイッチングトランジスタP13−Rが接続されている。これらのスイッチングトランジスタは、pチャネル型MISFEよりなり、これらのスイッチングトランジスタのゲート端子は、MTP線に接続されている。 Further, in order to fix the output unit at a predetermined potential in advance, a switching transistor P13-L is connected between the power supply potential and the output unit OUT-L, and the switching transistor P13- is connected between the power supply potential and the output unit OUT-R. R is connected. These switching transistors are made of p-channel type MISFE, and the gate terminals of these switching transistors are connected to the MTP line.
図19に、第3正電位変換回路の動作時のタイミングチャートを示す。図19(B)に示すように、MTP線がLレベルの間は、出力部OUT−L、OUT−Rは、電源電位(Hレベル)にプリチャージされている。この後、図19(C)に示すMGENb線がHレベルからLレベルとなると、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が急激に低下し、この後、ビット線電位の上昇の影響を受け、それぞれ上昇する(図19(D))。これらの変化は、「1)センスアンプ回路」の欄において、図4等を参照しながら説明した通りである。次いで、図19(B)に示すMTP線が、Hレベルとなると第3正電位変換回路が動作する。 FIG. 19 shows a timing chart during operation of the third positive potential converter circuit. As shown in FIG. 19B, while the MTP line is at the L level, the output sections OUT-L and OUT-R are precharged to the power supply potential (H level). Thereafter, when the MGENb line shown in FIG. 19C changes from the H level to the L level, the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R rapidly decrease, and then the bit line potential increases. As shown in FIG. 19 (D). These changes are as described in the section “1) Sense amplifier circuit” with reference to FIG. Next, when the MTP line shown in FIG. 19B becomes H level, the third positive potential converter circuit operates.
図19においては、上記電位の低下により第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が閾値Vth以下となっているため、pチャネル型MISFETP11−LおよびP11−Rはオン状態となる。よって、出力部OUT−LおよびOUT−Rの電位は低下する。一方、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位の上昇により、いずれかの電位(図19においてはML−L)が閾値Vthを超えると、pチャネルトランジスタP11−Rがオフ状態となる。よって、出力部OUT−Lは、その時点での電位を維持する。一方、出力部OUT−Rは接地電位まで低下する。よって、その後、図19(A)に示すSAE信号をLレベルからHレベルに変化させ、出力部OUT−L、OUT−Rの電位差を一般的なセンスアンプで増幅することにより、HレベルのLAT−L信号、LレベルのLAT−R信号を出力信号として取り出すことができる(図19(D))。 In FIG. 19, since the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R are equal to or lower than the threshold Vth due to the decrease in the potential, the p-channel MISFETs P11-L and P11-R are turned on. . Therefore, the potentials of the output units OUT-L and OUT-R are lowered. On the other hand, when any potential (ML-L in FIG. 19) exceeds the threshold value Vth due to the rise of the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R, the p-channel transistor P11-R is turned off. It becomes. Therefore, the output unit OUT-L maintains the potential at that time. On the other hand, the output part OUT-R drops to the ground potential. Therefore, after that, the SAE signal shown in FIG. 19A is changed from the L level to the H level, and the potential difference between the output units OUT-L and OUT-R is amplified by a general sense amplifier, whereby the H level LAT -L signal and L level LAT-R signal can be taken out as output signals (FIG. 19D).
なお、図19(D)においては、出力部OUT−Lの電位が、nチャネル型MISFETNの閾値Vthn以下となった時点でnチャネル型MISFETN12−Rがオフし、出力部OUT−Lの電位の低下が停止している。nチャネル型MISFETN(12−L、N12−R)のオフのタイミングと、pチャネル型MISFET(P11−L、P11−R)のオンのタイミングはどちらが先でもよい。いずれにせよ、第1、第2ノードML−L、ML−Rのいずれかの電位が閾値Vthを超えた以降に、SAE線を活性化することにより、より確実な読み出しが可能となる。 In FIG. 19D, the n-channel MISFET N12-R is turned off when the potential of the output section OUT-L becomes equal to or lower than the threshold Vthn of the n-channel MISFET N, and the potential of the output section OUT-L The decline has stopped. Either the n-channel MISFET N (12-L, N12-R) is turned off or the p-channel MISFET (P11-L, P11-R) is turned on earlier. In any case, more reliable reading can be performed by activating the SAE line after the potential of one of the first and second nodes ML-L and ML-R exceeds the threshold value Vth.
また、nチャネル型MISFETN(12−L、N12−R)等のゲートのL(長さ)、W(幅)を調整する、又は、それにより閾値電位を調整することで、出力部OUT−L、OUT−Rの電位差を大きく確保することができる。 Further, by adjusting L (length) and W (width) of a gate of n-channel type MISFET N (12-L, N12-R) or the like, or adjusting the threshold potential thereby, the output unit OUT-L , A large potential difference between OUT-R can be secured.
このように、第3正電位変換回路においても、負電位ノードである第1、第2ノードの電位差に対応した出力を正電位の出力(OUT−L、OUT−R)として取り出すことができる。但し、この場合、第1、第2正電位変換回路と異なり、出力部OUT−L、OUT−Rの信号をさらにセンスする必要がある。
(第4正電位変換回路)
図20は、本発明の一実施の形態である第4正電位変換回路の構成を示す回路図である。当該回路は、第3正電位変換回路(図18)に、さらに、強誘電体キャパシタC3−L、C3−Rを追加した点に特徴がある。図示するように、第1ノードML−Lと出力部OUT−Lとの間に強誘電体キャパシタC3−Lが接続され、第1ノードML−Lと出力部OUT−Lとの間に強誘電体キャパシタC3−Lが接続されている。他の構成は、第3正電位変換回路と同様である。
Thus, also in the third positive potential conversion circuit, an output corresponding to the potential difference between the first and second nodes, which are negative potential nodes, can be taken out as positive potential outputs (OUT-L, OUT-R). However, in this case, unlike the first and second positive potential conversion circuits, it is necessary to further sense the signals of the output units OUT-L and OUT-R.
(Fourth positive potential converter)
FIG. 20 is a circuit diagram showing a configuration of a fourth positive potential converter circuit according to an embodiment of the present invention. The circuit is characterized in that ferroelectric capacitors C3-L and C3-R are further added to the third positive potential converter circuit (FIG. 18). As shown in the figure, a ferroelectric capacitor C3-L is connected between the first node ML-L and the output part OUT-L, and the ferroelectric is connected between the first node ML-L and the output part OUT-L. A body capacitor C3-L is connected. Other configurations are the same as those of the third positive potential conversion circuit.
第3正電位変換回路においては、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が双方とも閾値Vthより大きい場合には、pチャネル型MIFETP11−L、P11−Rがオンせず、当該回路が動作しない状況となる。よって、第1、第2ノードML−L、ML−Rが閾値Vthより低くなるよう回路設計(回路制御)を行なう必要がある。 In the third positive potential converter circuit, when the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R are both larger than the threshold value Vth, the p-channel type MIFETs P11-L and P11-R are not turned on, The circuit does not operate. Therefore, it is necessary to perform circuit design (circuit control) so that the first and second nodes ML-L and ML-R are lower than the threshold value Vth.
これに対し、第4正電位変換回路においては、出力部OUT−L、OUT−Rの電位の低下を強誘電体キャパシタC3−L、C3−Rを利用して第1、第2ノードML−L、ML−Rに伝達することができる。よって、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が低下することとなり、いずれかのノードを閾値Vth以下とすることができる。 On the other hand, in the fourth positive potential conversion circuit, the first and second nodes ML− are reduced by using the ferroelectric capacitors C3-L and C3-R to decrease the potentials of the output units OUT-L and OUT-R. L and ML-R can be transmitted. Therefore, the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R are lowered, and one of the nodes can be set to the threshold value Vth or less.
図21に、第4正電位変換回路の動作時のタイミングチャートを示す。図21(B)に示すように、MTP線がLレベルの間は、出力部OUT−L、OUT−Rは、電源電位(Hレベル)にプリチャージされている。この後、図21(C)に示すMGENb線がHレベルからLレベルとなると、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が急激に低下し、この後、ビット線からの電荷注入を受け、それぞれ上昇する(図21(D))。これらの変化は、「1)センスアンプ回路」の欄において、図4等を参照しながら説明した通りである。 FIG. 21 shows a timing chart during operation of the fourth positive potential converter circuit. As shown in FIG. 21B, while the MTP line is at the L level, the output sections OUT-L and OUT-R are precharged to the power supply potential (H level). Thereafter, when the MGENb line shown in FIG. 21C changes from the H level to the L level, the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R rapidly decrease, and thereafter, the charge from the bit line Receiving the injection, each rises (FIG. 21D). These changes are as described in the section “1) Sense amplifier circuit” with reference to FIG.
次いで、図21(B)に示すMTP線が、Hレベルとなると正電位変換回路が動作する。図21においては、当初、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が閾値Vth以上であるため、pチャネル型MISFETP11−LおよびP11−Rはオフ状態である。しかしながら、pチャネル型MISFETP11−LおよびP11−Rの基板電位が接地電位であるため、出力部OUT−Rからnチャネル型トランジスタN12−RおよびスイッチングトランジスタN11−Rを介してpチャネル型MISFEP11−Rの基板に電流が流れ込む。同様に、出力部OUT−Lからpチャネル型MISFEP11−Lの基板に電流が流れ込む。よって、出力部OUT−L、OUT−Rの電位は低下する。 Next, when the MTP line illustrated in FIG. 21B is at an H level, the positive potential conversion circuit operates. In FIG. 21, since the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R are initially equal to or higher than the threshold value Vth, the p-channel type MISFETs P11-L and P11-R are in the off state. However, since the substrate potentials of the p-channel type MISFETs P11-L and P11-R are the ground potential, the p-channel type MISFEP11-R from the output unit OUT-R through the n-channel type transistor N12-R and the switching transistor N11-R. Current flows into the substrate. Similarly, current flows from the output part OUT-L to the substrate of the p-channel type MISFEP11-L. Therefore, the potentials of the output units OUT-L and OUT-R are lowered.
この出力部OUT−L、OUT−Rの電位の低下が、強誘電体キャパシタC3−L、C3−Rを介して伝達され、第1、第2ノードML−L、ML−Rの電位が低下する。
ここで、より低い電位から電位の低下が起こる”0”データ側のノード(図21ではML−R)の電位が閾値Vthを超えると、pチャネルトランジスタP11−Rがオン状態となる。よって、出力部OUT−Rが接地電位まで低下する。一方、出力部OUT−Lは、nチャネル型MISFETN12−Lがオフするため、その時点での電位を維持する。よって、その後、図21(A)に示すSAE信号をLレベルからHレベルに変化させ、出力部OUT−L、OUT−Rの電位差を一般的なセンスアンプで増幅することにより、HレベルのLAT−L信号、LレベルのLAT−R信号を取り出すことができる(図21(D))。
The decrease in the potentials of the output parts OUT-L and OUT-R is transmitted through the ferroelectric capacitors C3-L and C3-R, and the potentials of the first and second nodes ML-L and ML-R are decreased. To do.
Here, when the potential of the node on the “0” data side (ML-R in FIG. 21) where the potential drops from a lower potential exceeds the threshold value Vth, the p-channel transistor P11-R is turned on. Therefore, the output part OUT-R is lowered to the ground potential. On the other hand, since the n-channel MISFET N12-L is turned off, the output part OUT-L maintains the potential at that time. Therefore, after that, the SAE signal shown in FIG. 21A is changed from the L level to the H level, and the potential difference between the output units OUT-L and OUT-R is amplified by a general sense amplifier, whereby the H level LAT -L signal and L level LAT-R signal can be taken out (FIG. 21D).
このように、第4正電位変換回路においても、負電位ノードである第1、第2ノードの電位差に対応した出力を正電位の出力(OUT−L、OUT−R)として取り出すことができる。但し、この場合、第1、第2正電位変換回路と異なり、出力部OUT−L、OUT−Rの信号をさらにセンスする必要がある。 Thus, also in the fourth positive potential conversion circuit, an output corresponding to the potential difference between the first and second nodes, which are negative potential nodes, can be extracted as positive potential outputs (OUT-L, OUT-R). However, in this case, unlike the first and second positive potential conversion circuits, it is necessary to further sense the signals of the output units OUT-L and OUT-R.
以上詳細に説明したように、第1〜第4の正電位変換回路においては、負電位ノードの電位差を正電位の電位差に変換することができる。ここで、図6の比較回路においては、キャパシタC2A、C2Bにより負電位ノードNA、NBを正電位に変換し、この電位差を一般的なセンスアンプGSAで増幅している。しかしながら、キャパシタC2A、C2Bによる変換は、ロスが大きい。よって、ノードNAおよびNBにおいて電位差を大きく確保していても、正電位に変換した後の電位差が減少してしまう。これに対し、上記第1〜第4の正電位変換回路においては、変換ロスを小さくできる。従って、正電位に変換した後も、電位差(出力部OUT−LとOUT−Rの電位差)を大きく確保できる。言い換えれば、センスマージンを大きくすることができる。 As described in detail above, in the first to fourth positive potential conversion circuits, the potential difference at the negative potential node can be converted into the potential difference of the positive potential. Here, in the comparison circuit of FIG. 6, the negative potential nodes NA and NB are converted to positive potentials by the capacitors C2A and C2B, and this potential difference is amplified by a general sense amplifier GSA. However, the conversion by the capacitors C2A and C2B has a large loss. Therefore, even if a large potential difference is ensured at nodes NA and NB, the potential difference after conversion to a positive potential is reduced. On the other hand, in the first to fourth positive potential conversion circuits, conversion loss can be reduced. Therefore, a large potential difference (potential difference between the output units OUT-L and OUT-R) can be ensured even after conversion to a positive potential. In other words, the sense margin can be increased.
さらに、第1、第2正電位変換回路においては、出力部OUT−L、OUT−Rの電位をHレベルおよびLレベルとして取り出すことができる。また、その電位をラッチ(維持)することができる。 Further, in the first and second positive potential conversion circuits, the potentials of the output units OUT-L and OUT-R can be taken out as H level and L level. Further, the potential can be latched (maintained).
なお、図22に示すように、第1〜第4正電位変換回路の入力である第1、第2ノードML−L、ML−Rと接地電位との間に、それぞれpチャネル型MISFETP17−LおよびP17−Rよりなるオプション回路OPを設けてもよい。図21は、正電位変換回路のオプション回路の構成を示す回路図である。TPは、第1〜第4のいずれかの正電位変換回路を示す。 As shown in FIG. 22, p-channel type MISFETs P17-L are respectively provided between the first and second nodes ML-L and ML-R, which are inputs of the first to fourth positive potential conversion circuits, and the ground potential. And an optional circuit OP comprising P17-R may be provided. FIG. 21 is a circuit diagram showing a configuration of an optional circuit of the positive potential conversion circuit. TP denotes any one of the first to fourth positive potential conversion circuits.
図示するように、pチャネル型MISFETP17−Lのゲート端子は、第2ノードML−Rと接続され、pチャネル型MISFETP17−Rのゲート端子は、第1ノードML−Lに接続されている。また、これらのpチャネル型MISFETP17−L、P17−Rの基板電位は、接地電位である。 As illustrated, the gate terminal of the p-channel type MISFET P17-L is connected to the second node ML-R, and the gate terminal of the p-channel type MISFET P17-R is connected to the first node ML-L. The substrate potentials of these p-channel type MISFETs P17-L and P17-R are ground potentials.
このようなオプション回路OPを設けることにより、第1、第2ノードの双方の電位が閾値Vthより低くなることを防止できる。よって、第1〜第4正電位変換回路が正常に動作し易くなる。 Providing such an optional circuit OP can prevent the potentials of both the first and second nodes from becoming lower than the threshold value Vth. Therefore, the first to fourth positive potential conversion circuits are likely to operate normally.
また、この場合、第1、第2ノードML−L、ML−Rのうち、”1”データ側のノードが接地電位まで上昇する。また、これにより、出力部OUT−L、OUT−Rのうち、”0”データ側の出力部の電位が接地電位まで下降する。よって、後段の回路設計が容易となる。 In this case, of the first and second nodes ML-L and ML-R, the node on the “1” data side rises to the ground potential. As a result, the potential of the output unit on the “0” data side of the output units OUT-L and OUT-R falls to the ground potential. Therefore, the subsequent circuit design is facilitated.
以上、詳細に説明したように、本発明の正電位変換回路においては、負電位ノードである第1、第2ノードの電位差に対応した出力を正電位の出力(OUT−L、OUT−R)として取り出すことができる。 As described above in detail, in the positive potential conversion circuit of the present invention, the output corresponding to the potential difference between the first and second nodes, which are negative potential nodes, is output as a positive potential (OUT-L, OUT-R). Can be taken out as.
なお、本発明のイコライズ回路は、第1および第2センスアンプ回路のみならず、図6に示す回路にも適用可能である。即ち、図23に示すように、キャパシタC2A、C2Bの代わりに、上記正電位変換回路TPを用いる。図23は、正電位変換回路の他の適用例を示す回路図である。 Note that the equalize circuit of the present invention is applicable not only to the first and second sense amplifier circuits but also to the circuit shown in FIG. That is, as shown in FIG. 23, the positive potential conversion circuit TP is used instead of the capacitors C2A and C2B. FIG. 23 is a circuit diagram showing another application example of the positive potential conversion circuit.
この場合、ノードNA、NBが入力部と接続され、上記動作によって、負電位ノードであるノードNA、NBの電位差に対応した出力を正電位の出力(OUT−L、OUT−R)として取り出すことができる。但し、この場合、TP部には、第3、第4正電位変換回路を用いる方がより好ましい。この場合、ノードNA、NBの電位を、閾値Vthと無関係に設定できるからである。よって、出力部OUT−L、OUT−Rの信号をさらに一般的なセンスアンプ回路GSAによりセンスし、出力信号LAT−L、LAT−Rを取り出す。 In this case, the nodes NA and NB are connected to the input unit, and the output corresponding to the potential difference between the nodes NA and NB, which are negative potential nodes, is taken out as positive potential outputs (OUT-L and OUT-R) by the above operation. Can do. However, in this case, it is more preferable to use the third and fourth positive potential conversion circuits for the TP portion. In this case, the potentials of the nodes NA and NB can be set regardless of the threshold value Vth. Therefore, the signals of the output units OUT-L and OUT-R are further sensed by a general sense amplifier circuit GSA, and the output signals LAT-L and LAT-R are taken out.
なお、ノードNA、NBの電位と閾値Vthの関係によっては、第1、第2正電位変換回路を使用可能である。言い換えれば、一般的なセンスアンプ回路GSAの省略が可能となる。また、前述のオプション回路OPの追加により第1、第2正電位変換回路を使用可能となる。 Note that the first and second positive potential converter circuits can be used depending on the relationship between the potentials of the nodes NA and NB and the threshold value Vth. In other words, the general sense amplifier circuit GSA can be omitted. In addition, the first and second positive potential conversion circuits can be used by adding the above-described option circuit OP.
また、本発明の正電位変換回路は、2T2Cの強誘電体メモリのみならず、一方のビット線に参照電位が印加される1T1Cの強誘電体メモリにも適用可能である。 The positive potential conversion circuit of the present invention can be applied not only to a 2T2C ferroelectric memory but also to a 1T1C ferroelectric memory in which a reference potential is applied to one bit line.
また、第3の正電位変換回路においては、電位の転送用に強誘電体キャパシタを用いたが、常誘電体キャパシタやゲートキャパシタ等を用いてもよい。 In the third positive potential conversion circuit, a ferroelectric capacitor is used for potential transfer, but a paraelectric capacitor, a gate capacitor, or the like may be used.
上記発明の実施形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 The examples and application examples described through the embodiments of the present invention can be used in combination as appropriate according to the application, or can be used with modifications or improvements, and the present invention is limited to the description of the above-described embodiments. It is not a thing. It is apparent from the description of the scope of claims that the embodiments added with such combinations or changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
100…強誘電体メモリ装置、110…メモリセルアレイ、120…ワード線制御部、130…プレート線制御部、140…ビット線制御部、BL、BL−L、BL−R…ビット線、Ct−L、Ct−R、Ct2−L、Ct2−R…強誘電体キャパシタ、C3−L、C3−R…強誘電体キャパシタ、C1A、C1B、C2A、C2B…キャパシタ、C1…強誘電体キャパシタ、EQ1、EQ2…イコライズ回路、FBA、FBB…フィードバック回路、GSA…センスアンプ回路、ML−L、ML−R…ノード、N1−L、N1−R、N2−L、N2−R…スイッチングトランジスタ、N11−L、N11−R、N12−L、N12−R…スイッチングトランジスタ、NL、NR、NA、NB…ノード、OP…オプション回路、OUT−L、OUT−R…出力部、P1−L、P1−R、P2−L、P2−R…pチャネル型MISFET、P3−L、P3−R、P4…pチャネル型MISFET、P11−L、P11−R、P12−L、P12−R、P17−L、P17−R…pチャネル型MISFET、P13−L、P13−R、P15…スイッチングトランジスタ、PG−R、PG−L…ノード、PL…プレート線、PTA、PTB…pチャネル型MISFET、R…抵抗、SA…センスアンプ回路、TP…正電位変換回路、vrst…ノード、WL…ワード線、BLGND、BLSW、MGEN、MGENb、MEQ、MTP、MTPb…信号(信号線)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
制御信号線と前記第1pチャネル型MISFETのゲート端子との間に接続された強誘電体キャパシタを有する第1負電圧発生回路と、
を有することを特徴とする強誘電体記憶装置。 Is connected between the first node and a second node connected to a second bit line connected to the first bit line, a second 1p channel type MISFET its board potential and the ground potential,
A first negative voltage generating circuit having a ferroelectric capacitor connected between a control signal line and a gate terminal of the first p-channel type MISFET;
A ferroelectric memory device comprising:
前記第2ノードと接地電位との間に接続され、そのゲート端子が前記第1負電位発生回路に接続され、その基板電位が接地電位である第3pチャネル型MISFETと、
を有する、請求項1記載の強誘電体記憶装置。 A second p-channel MISFET connected between the first node and a ground potential, having a gate terminal connected to the first negative potential generating circuit, and a substrate potential being a ground potential;
A third p-channel MISFET connected between the second node and the ground potential, having a gate terminal connected to the first negative potential generating circuit, and a substrate potential being the ground potential;
The ferroelectric memory device according to claim 1 , comprising :
請求項1又は2記載の強誘電体記憶装置。 A clamp circuit is connected to the output of the first negative potential generating circuit ,
The ferroelectric memory device according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の強誘電体記憶装置。 The clamp circuit is a resistor connected between the output and a ground potential .
The ferroelectric memory device according to claim 3 .
前記第2ノードと前記第2ビット線との間に接続された第5pチャネル型MISFETと、
前記第1ノードに接続された第2負電位発生回路と、
前記第2ノードに接続された第3負電位発生回路と、
請求項1乃至4のいずれか一項記載の強誘電体記憶装置。 A fourth p-channel MISFET connected between the first node and the first bit line;
A fifth p-channel MISFET connected between the second node and the second bit line;
A second negative potential generating circuit connected to the first node;
A third negative potential generating circuit connected to the second node ;
Ferroelectric memory device of any one of claims 1 to 4.
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