JP5614241B2 - Ferroelectric memory and operation method thereof - Google Patents

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本発明は,強誘電体メモリおよびその動作方法に関する。   The present invention relates to a ferroelectric memory and an operation method thereof.

強誘電体メモリ(FeRAM)は,強誘電体キャパシタを異なる分極状態にすることでデータ0,1を記憶し,分極状態に応じて出力される電荷量の大小を利用してそのデータを読み出す。分極状態は電源を遮断した状態でも維持されるため,強誘電体メモリは不揮発性メモリである。さらに,この不揮発性メモリは高速アクセスが可能である。   A ferroelectric memory (FeRAM) stores data 0 and 1 by setting the ferroelectric capacitor in different polarization states, and reads out the data using the magnitude of the amount of charge output according to the polarization state. Since the polarization state is maintained even when the power is cut off, the ferroelectric memory is a nonvolatile memory. Further, this nonvolatile memory can be accessed at high speed.

強誘電体メモリには,メモリセルを1個のMOSFETと1個の強誘電体キャパシタとで構成する1T1C型FeRAMと,メモリセルを2個のMOSFETと2個の強誘電体キャパシタとで構成する2T2C型FeRAMとがある。これらはいずれも,アクセスゲートであるMOSFETのゲートに接続されたワード線を駆動して導通させ,ビット線の電位に応じて強誘電体キャパシタを分極状態にすることで書き込みを行う。そして,読み出しでは,ワード線を駆動してアクセスゲートを導通させ,強誘電体キャパシタの反対側の電極に接続されるプレート線を駆動して分極状態に応じた電荷をビット線に出力し,その電荷の量に応じてデータをセンスする。   In the ferroelectric memory, a 1T1C type FeRAM in which a memory cell is composed of one MOSFET and one ferroelectric capacitor, and a memory cell is composed of two MOSFETs and two ferroelectric capacitors. There is 2T2C type FeRAM. In either case, writing is performed by driving a word line connected to the gate of the MOSFET, which is an access gate, so that the ferroelectric capacitor is polarized according to the potential of the bit line. In reading, the word line is driven to make the access gate conductive, the plate line connected to the opposite electrode of the ferroelectric capacitor is driven to output the charge corresponding to the polarization state to the bit line, Data is sensed according to the amount of charge.

また,従来のSRAMは電源が遮断されるとデータが消失するため,各メモリセルに強誘電体キャパシタを設けることが提案されている。かかるSRAMでは,ストア動作によりセル内のデータを強誘電体キャパシタに記憶し,リコール動作により強誘電体キャパシタに記憶させたデータをSRAMのメモリセルに書き込む。   In addition, since the conventional SRAM loses data when the power is cut off, it has been proposed to provide a ferroelectric capacitor in each memory cell. In such SRAM, data in the cell is stored in the ferroelectric capacitor by the store operation, and data stored in the ferroelectric capacitor is written in the memory cell of the SRAM by the recall operation.

特開2003−59259号公報JP 2003-59259 A 特開2003−258626号公報JP 2003-258626 A 特開2004−146048号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-146048 国際公開第2000/70622号International Publication No. 2000/70622

強誘電体メモリにおいて,メモリセル内の強誘電体キャパシタを分極状態にするために,ワード線を電源電圧以上に昇圧してメモリセル内部の強誘電体キャパシタに電源電圧を印加することが行われている。   In a ferroelectric memory, in order to polarize a ferroelectric capacitor in a memory cell, the word line is boosted to a voltage higher than the power supply voltage and the power supply voltage is applied to the ferroelectric capacitor in the memory cell. ing.

しかしながら,近年の微細化されたMOSFETではゲート酸化膜が薄くなり,ゲートに電源電圧以上の昇圧電圧を印加することが信頼性上困難になってきている。その結果,強誘電体キャパシタに十分な高い電圧を印加することができず,読み出し動作において十分な電荷を出力することができず,読み出しマージンが低下する。   However, in recent miniaturized MOSFETs, the gate oxide film becomes thinner, and it has become difficult to apply a boosted voltage higher than the power supply voltage to the gate. As a result, a sufficiently high voltage cannot be applied to the ferroelectric capacitor, and a sufficient charge cannot be output in the read operation, resulting in a decrease in the read margin.

そこで,本発明の目的は,ワード線を昇圧することなく強誘電体キャパシタに電源電圧を印加することができる強誘電体メモリを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a ferroelectric memory capable of applying a power supply voltage to a ferroelectric capacitor without boosting a word line.

強誘電体メモリの第1の側面は,
複数のワード線と,
複数のプレート線と,
複数のビット線対と,
複数のチャージ線と,
前記ワード線にゲートが接続され前記ビット線対に第一のソース・ドレインがそれぞれ接続された一対の第一導電型MOSFETと,前記一対の第一導電型MOSFETの第二のソース・ドレインと前記プレート線との間にそれぞれ設けられた一対の強誘電体キャパシタと,前記一対の強誘電体キャパシタと前記チャージ線との間に設けられゲートとドレインとが交差接続された一対の第二導電型MOSFETとをそれぞれ有する複数のメモリセルと,
読み出し動作時および書き込み動作時に前記チャージ線を電源電圧に駆動するチャージ線駆動回路とを有する。
The first aspect of ferroelectric memory is
Multiple word lines,
Multiple plate wires,
Multiple bit line pairs;
Multiple charge lines,
A pair of first conductivity type MOSFETs each having a gate connected to the word line and a first source / drain connected to the bit line pair; a second source / drain of the pair of first conductivity type MOSFETs; A pair of ferroelectric capacitors respectively provided between the plate lines and a pair of second conductivity types provided between the pair of ferroelectric capacitors and the charge line and having a gate and a drain cross-connected to each other A plurality of memory cells each having a MOSFET;
A charge line driving circuit for driving the charge line to a power supply voltage during a read operation and a write operation.

第1の側面によれば,ワード線を昇圧せずにチャージ線によりメモリセル内部のノードを電源電圧(VDD)電位にできるので,十分な分極状態に書き込むことができる。   According to the first aspect, the node in the memory cell can be set to the power supply voltage (VDD) potential by the charge line without boosting the word line, so that a sufficiently polarized state can be written.

FeRAMのメモリセルの回路図である。It is a circuit diagram of a memory cell of FeRAM. 図1のFeRAMの動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of FeRAM of FIG. 本実施の形態におけるFeRAMのメモリセルの回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a FeRAM memory cell in the present embodiment. 図3のFeRAMにおける読み出し動作と書き込み動作を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a read operation and a write operation in the FeRAM in FIG. 3. 図3のFeRAMにおける別の読み出し動作と書き込み動作を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating another read operation and write operation in the FeRAM of FIG. 3. 本実施の形態におけるFeRAMのメモリセルアレイのデバイス構造を示す平面図である。It is a top view which shows the device structure of the memory cell array of FeRAM in this Embodiment. 本実施の形態におけるFeRAMのメモリセルアレイのデバイス構造を示す平面図である。It is a top view which shows the device structure of the memory cell array of FeRAM in this Embodiment. 本実施の形態におけるFeRAMのメモリセルアレイのデバイス構造を示す平面図及び断面図である。FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view showing a device structure of a FeRAM memory cell array in the present embodiment. 本実施の形態におけるFeRAMのメモリセルアレイのデバイス構造を示す平面図及び断面図である。FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view showing a device structure of a FeRAM memory cell array in the present embodiment.

図1は,FeRAMのメモリセルの回路図である。図1には,1行2列のメモリセルMC20,MC21が示されている。各メモリセルMC20,MC21は,ゲートがワード線WL2に接続され第一のソース・ドレインがビット線BL20,/BL20,BL21,/BL21にそれぞれ接続されたN型MOSFETのアクセスゲートN21,N22,N23,N24と,それらアクセスゲートの第二のソース・ドレインとプレート線PL2との間に設けられた強誘電体キャパシタC21,C22,C23,C24とを有する。   FIG. 1 is a circuit diagram of a FeRAM memory cell. FIG. 1 shows memory cells MC20 and MC21 in one row and two columns. Each memory cell MC20, MC21 has an N-type MOSFET access gate N21, N22, N23 having a gate connected to the word line WL2 and a first source / drain connected to the bit lines BL20, / BL20, BL21, / BL21, respectively. , N24 and ferroelectric capacitors C21, C22, C23, C24 provided between the second source / drain of the access gates and the plate line PL2.

各メモリセルの一対の強誘電体キャパシタC21-C24は,書き込み動作により異なる方向に分極されて相補のデータを記憶し,読み出し動作ではプレート線PL2がHレベルに駆動されることで分極状態に対応した量の電荷をビット線に出力し,ビット線対を介して記録データの読み出しが行われる。   A pair of ferroelectric capacitors C21 to C24 of each memory cell are polarized in different directions by the write operation to store complementary data, and the plate line PL2 is driven to the H level in the read operation to cope with the polarization state. This amount of charge is output to the bit line, and the recording data is read out via the bit line pair.

図2は,図1のFeRAMの動作を示す波形図である。読み出し動作では,時間t601でワード線WL2がグランド電位から電源電圧VDDに駆動されてアクセスゲートN21-N24が導通し,時間t602でプレート線PL2がグランド電位から電源電圧VDDに駆動され,キャパシタC21,C22から分極状態に対応した電荷がビット線BL20,/BL20に出力される。この例では,プレート線PL2が駆動されたときキャパシタC21がPタームの動作,C22がUタームの動作をし,キャパシタC21のほうが多くの電荷を出力する。それにより,グランド電位だったビット線対BL20,/BL20のうち,ビット線BL20がビット線/BL21より高く上昇する。この時,両キャパシタは同じ分極状態になる。   FIG. 2 is a waveform diagram showing the operation of the FeRAM in FIG. In the read operation, at time t601, the word line WL2 is driven from the ground potential to the power supply voltage VDD and the access gates N21-N24 are conducted, and at time t602, the plate line PL2 is driven from the ground potential to the power supply voltage VDD, and the capacitors C21, Charges corresponding to the polarization state are output from C22 to the bit lines BL20 and / BL20. In this example, when the plate line PL2 is driven, the capacitor C21 operates as a P term, the C22 operates as a U term, and the capacitor C21 outputs more charge. As a result, the bit line BL20 rises higher than the bit line / BL21 out of the bit line pair BL20, / BL20 at the ground potential. At this time, both capacitors are in the same polarization state.

そして,時間t603でビット線対に接続されているセンスアンプが活性化されると,ビット線BL20が電源電圧VDDまで駆動され,ビット線/BL21がグランド電位に駆動される。その結果,メモリセル内のデータがセンスアンプから出力される。   When the sense amplifier connected to the bit line pair is activated at time t603, the bit line BL20 is driven to the power supply voltage VDD, and the bit line / BL21 is driven to the ground potential. As a result, the data in the memory cell is output from the sense amplifier.

さらに,時間t603〜t605では,プレート線PL2が電源電圧VDDにあり,メモリセル内のノードn22がグランド電位にあるので,キャパシタC22は元のUタームの分極状態のままである。一方,時間t606でプレート線PL2が電源電圧VDDからグランドに引き下げられると,ノードn21がHレベルであるので,キャパシタC21は元のPタームの分極状態に戻される。このキャパシタC21への再書き込み動作において,時間t605でワード線WL2が電源電圧VDDよりNMOSFETであるアクセスゲートN21の閾値電圧Vth以上に昇圧される。その結果,メモリセル内のノードn21が電源電圧VDDまで引き上げられ,キャパシタC21を十分な分極状態にすることができる。   Further, at time t603 to t605, since the plate line PL2 is at the power supply voltage VDD and the node n22 in the memory cell is at the ground potential, the capacitor C22 remains in the original U-term polarization state. On the other hand, when the plate line PL2 is pulled down from the power supply voltage VDD to the ground at time t606, since the node n21 is at the H level, the capacitor C21 is returned to the original P-term polarization state. In this rewriting operation to the capacitor C21, at time t605, the word line WL2 is boosted from the power supply voltage VDD to the threshold voltage Vth or higher of the access gate N21 which is an NMOSFET. As a result, the node n21 in the memory cell is pulled up to the power supply voltage VDD, and the capacitor C21 can be in a sufficiently polarized state.

書き込み動作は,時間t611〜t614では読み出し動作と同等である。そして,時間t614でビット線に接続されたライトアンプが活性化され,ここの例では,ビット線BL20がLレベルに,/BL20がHレベルにそれぞれ反転駆動される。ビット線BL20がLレベルに駆動されたことで,プレート線PL2が電源電圧VDDに駆動されているので,キャパシタC21は元のデータとは逆の反転データを書き込まれる。さらに,時間t615でワード線WL2が電源電圧VDDより閾値電圧Vth以上に昇圧され,時間t616でプレート線PL2がグランド電位に引き下げられる。ワード線WL2の昇圧動作によりメモリセル内ノードn22が電源電圧VDDまで引き上げられ,キャパシタC22には元のデータとは反対のデータを書き込まれる。この書き込み動作により,キャパシタC21はUターム状態,C22はPターム状態に分極される。   The write operation is equivalent to the read operation at times t611 to t614. Then, at time t614, the write amplifier connected to the bit line is activated, and in this example, the bit line BL20 is inverted and driven to the L level and / BL20 to the H level, respectively. Since the bit line BL20 is driven to the L level, the plate line PL2 is driven to the power supply voltage VDD, so that the inverted data opposite to the original data is written into the capacitor C21. Further, at time t615, the word line WL2 is boosted from the power supply voltage VDD to the threshold voltage Vth or more, and at time t616, the plate line PL2 is pulled down to the ground potential. The node n22 in the memory cell is pulled up to the power supply voltage VDD by the boosting operation of the word line WL2, and data opposite to the original data is written into the capacitor C22. By this write operation, the capacitor C21 is polarized in the U-term state and C22 is polarized in the P-term state.

上記のように,図1のように読み出し動作時の再書き込みと,書き込み動作時とで,プレート線PL2を引き下げるのと同等のタイミングでワード線WL2が電源電圧VDDより閾値電圧以上高く駆動される。このワード線の駆動によりビット線の電源電圧をメモリセル内のノードn21,n22に伝達することができ,十分な分極状態に再書き込みまたは書き込みを行うことができる。   As described above, as shown in FIG. 1, the word line WL2 is driven higher than the power supply voltage VDD by a threshold voltage or more at the same timing as when the plate line PL2 is pulled down during the rewrite in the read operation and the write operation. . By driving the word line, the power supply voltage of the bit line can be transmitted to the nodes n21 and n22 in the memory cell, and rewriting or writing can be performed in a sufficiently polarized state.

しかしながら,近年の微細化されたMOSFETはそのゲート酸化膜が薄くなっているので,ワード線を電源電圧より高く昇圧することは,MOSFETの信頼性の観点から困難になっている。したがって,ワード線を電源電圧以上に昇圧することなくメモリセル内のノードを電源電圧まで駆動してキャパシタを十分な分極状態にすることが望まれる。   However, since the gate oxide film of a miniaturized MOSFET has become thinner in recent years, it is difficult to boost the word line higher than the power supply voltage from the viewpoint of MOSFET reliability. Therefore, it is desirable to drive the node in the memory cell to the power supply voltage without boosting the word line above the power supply voltage so that the capacitor is in a sufficiently polarized state.

図3は,本実施の形態におけるFeRAMのメモリセルの回路図である。図3にも,1行2列のメモリセルMC10,MC11が示されている。ワード線WL1は行方向に延在し,ビット線対BL10,/B10,BL11,/BL11は列方向に延在し,それらの交差位置にメモリセルMC10,MC11が配置される。各メモリセルは,ゲートがワード線WL1に接続され第一のソース・ドレインがビット線BL10,/BL10,BL11,/BL11にそれぞれ接続されたN型MOSFETのアクセスゲートN11,N12,N13,N14と,それらアクセスゲートの第二のソース・ドレインとプレート線PL2との間に設けられた強誘電体キャパシタC11,C12,C13,C14とを有する。ここまでは図1と同様である。   FIG. 3 is a circuit diagram of the FeRAM memory cell according to the present embodiment. FIG. 3 also shows memory cells MC10 and MC11 of 1 row and 2 columns. The word line WL1 extends in the row direction, the bit line pairs BL10, / B10, BL11, / BL11 extend in the column direction, and memory cells MC10, MC11 are arranged at the intersections thereof. Each memory cell has an N-type MOSFET access gate N11, N12, N13, N14 having a gate connected to the word line WL1 and a first source / drain connected to the bit lines BL10, / BL10, BL11, / BL11, respectively. , Ferroelectric capacitors C11, C12, C13, and C14 provided between the second source / drain of the access gates and the plate line PL2. The steps so far are the same as in FIG.

そして,この例では,プレート線PL1とチャージ線CL1とが,ワード線WL1と共に行方向に延在して設けられる。ただし,これらの延在方向はこれに限定されない。   In this example, the plate line PL1 and the charge line CL1 are provided extending in the row direction together with the word line WL1. However, these extending directions are not limited to this.

さらに,各メモリセルMC10,MC11は,内部ノードn11,n12とn13,n14とチャージ線CL1との間に,ドレインとゲートが交差接続されたP型のMOSFETであるP11,P12とP13,P14を有する。ワード線WL1はワード線駆動回路WLDRに,プレート線PL1はプレート線駆動回路PLDRに,チャージ線CL1はチャージ線駆動回路CLDRによりそれぞれ駆動される。また,ビット線対BL10,/BL10とBL11,/BL11には,それぞれセンスアンプおよびライトアンプSA0,WA0とSA1,WA1が設けられている。   Further, each of the memory cells MC10 and MC11 has P11, P12 and P13, P14 which are P-type MOSFETs whose drains and gates are cross-connected between the internal nodes n11, n12 and n13, n14 and the charge line CL1. Have. The word line WL1 is driven by the word line drive circuit WLDR, the plate line PL1 is driven by the plate line drive circuit PLDR, and the charge line CL1 is driven by the charge line drive circuit CLDR. The bit line pairs BL10, / BL10 and BL11, / BL11 are provided with sense amplifiers and write amplifiers SA0, WA0 and SA1, WA1, respectively.

そして,チャージ線CLは,非選択のワード線WLに接続されているメモリセルでは,グランド電位に維持される。一方,チャージ線CL1は,選択されたワード線に接続されているメモリセルでは,少なくても,図2でワード線を電源電圧より高く昇圧していた期間(読み出し動作時のPターム再書き込み時,または書き込み動作時のPターム書き込み時)に,電源電圧VDDまで駆動される。これにより,メモリセル内のHレベル側のノードが,上記の交差接続されたPMOSFETによりチャージ線CL1の電源電圧レベルまで昇圧され,キャパシタが十分な分極状態になるように書き込まれる。強誘電体キャパシタを分極反転する場合,できるだけ高い電圧を印加することが保持分極量を増大させ,短時間での反転に寄与するからである。   The charge line CL is maintained at the ground potential in the memory cell connected to the non-selected word line WL. On the other hand, the charge line CL1 in the memory cell connected to the selected word line is at least a period during which the word line is boosted higher than the power supply voltage in FIG. Or during P-term write during write operation), it is driven to the power supply voltage VDD. As a result, the node on the H level side in the memory cell is boosted to the power supply voltage level of the charge line CL1 by the cross-connected PMOSFET, and the capacitor is written in a sufficiently polarized state. This is because, when the polarization of the ferroelectric capacitor is reversed, applying as high a voltage as possible increases the amount of retained polarization and contributes to the reversal in a short time.

上記の期間以外では,チャージ線CL1はグランド電位に維持される。したがって,チャージ線CL1を設けたことによる消費電流の増大は最小限に止めることができる。   Outside the above period, the charge line CL1 is maintained at the ground potential. Therefore, an increase in current consumption due to the provision of the charge line CL1 can be minimized.

そして,なにより,選択されたワード線を電源電圧より閾値電圧以上高く昇圧する必要がないので,ワード線駆動回路を簡素化することができ,アクセスゲートのゲート耐圧の観点から信頼性を向上させることができる。   Since it is not necessary to boost the selected word line higher than the threshold voltage above the power supply voltage, the word line driving circuit can be simplified and the reliability is improved from the viewpoint of the gate breakdown voltage of the access gate. be able to.

図4は,図3のFeRAMにおける読み出し動作と書き込み動作を示す図である。図4の例では,時間t401〜t407が読み出し動作(Read)とその再書き込み動作を示し,メモリセルM10内のキャパシタC11のPタームと,C12のUタームが読み出される。また,図4の例では,時間t411〜t418が書き込み動作(Write)を示し,メモリセルM10内のキャパシタC11,C12に反転データが書き込まれる。   FIG. 4 is a diagram showing a read operation and a write operation in the FeRAM of FIG. In the example of FIG. 4, time t401 to t407 indicate a read operation (Read) and its rewrite operation, and the P term of the capacitor C11 and the U term of C12 in the memory cell M10 are read. In the example of FIG. 4, time t411 to t418 indicates a write operation (Write), and inverted data is written to the capacitors C11 and C12 in the memory cell M10.

まず,読み出し動作(Read)では,時間t401においてビット線BL10,/BL10はグランド電位にプリチャージされハイインピーダンス状態にされている。時間t401でワード線駆動回路WLDRがワード線WL1をグランド電位から電源電圧VDDまで駆動する。これにより,NMOSFETのアクセスゲートN11〜N14が導通し,メモリセル内のノードn11〜n14がそれぞれのビット線に接続される。なお,この電源電圧VDDはメモリセルアレイ内の内部の電源電圧であればよく,外部から供給された電源電圧でも内部で生成された内部電源電圧でもよい。   First, in a read operation (Read), at time t401, the bit lines BL10 and / BL10 are precharged to the ground potential to be in a high impedance state. At time t401, the word line driving circuit WLDR drives the word line WL1 from the ground potential to the power supply voltage VDD. As a result, the access gates N11 to N14 of the NMOSFET become conductive, and the nodes n11 to n14 in the memory cell are connected to the respective bit lines. The power supply voltage VDD may be an internal power supply voltage in the memory cell array, and may be an externally supplied power supply voltage or an internally generated internal power supply voltage.

その後,時間t402で,プレート線駆動回路PLDRが,選択されたメモリセルに接続されているプレート線PL1をグランド電位から電源電圧VDDに駆動する。それにより,メモリセル内のキャパシタC11〜C14に電圧が印加され,分極反転を伴う(Pターム)キャパシタC11からは多量の電荷がビット線BL10に出力し,ビット線BL10は相対的に高い電位になり,一方,分極反転を伴わない(Uターム)キャパシタC12からは少量の電荷がビット線/BL10に出力し,ビット線/BL10は相対的に低い電位になる。   Thereafter, at time t402, the plate line drive circuit PLDR drives the plate line PL1 connected to the selected memory cell from the ground potential to the power supply voltage VDD. As a result, a voltage is applied to the capacitors C11 to C14 in the memory cell, and a large amount of charge is output to the bit line BL10 from the capacitor C11 accompanied by polarization inversion (P term), and the bit line BL10 has a relatively high potential. On the other hand, a small amount of charge is output to the bit line / BL10 from the capacitor C12 without polarization inversion (U-term), and the bit line / BL10 becomes a relatively low potential.

ここまでチャージ線CL1はグランド電位にあるため,PMOSFET P11〜P14は非導通状態にあり,ここまでの動作は図2と同等である。   Since the charge line CL1 is at the ground potential so far, the PMOSFETs P11 to P14 are in a non-conducting state, and the operation so far is the same as in FIG.

そこで,時間t403でビット線対に設けられたセンスアンプを活性化して,ビット線BL10を電源電圧VDDまで上昇させ,ビット線/BL10をグランド電位に低下させる。それに応じて,メモリセルMC10内のノードn11は上昇しノードn12はグランド電位に低下する。さらに,図4の例では,時間t403でセンスアンプSAの活性化と同時にチャージ線駆動回路CLDRがチャージ線CL1をグランド電位から電源電圧VDDまで駆動する。このチャージ線CL1の電源電圧VDDへの駆動により,ゲートとドレインがクロスカップルされているPMOSFET P11,P12のうち,低下するノードn12にゲートが接続されているPMOSFET P11側が導通し,ノードn11は電源電圧VDDまで上昇する。つまり,ワード線WL1が電源電圧までしか駆動されていないため,ノードn11はNMOSFET N11を介してVDD-Vth(VthはN11の閾値電圧)までしか上昇しないが,PMOSFET P11により電源電圧VDDまで駆動される。一方,PMOSFET P12は,そのゲートがVDD−Vthより高いため非導通状態にされて,ノードn12はグランド電位に留まる。   Therefore, at time t403, the sense amplifier provided in the bit line pair is activated, the bit line BL10 is raised to the power supply voltage VDD, and the bit line / BL10 is lowered to the ground potential. In response, node n11 in memory cell MC10 rises and node n12 falls to the ground potential. Further, in the example of FIG. 4, at time t403, the charge line drive circuit CLDR drives the charge line CL1 from the ground potential to the power supply voltage VDD simultaneously with the activation of the sense amplifier SA. By driving the charge line CL1 to the power supply voltage VDD, among the PMOSFETs P11 and P12 whose gates and drains are cross-coupled, the PMOSFET P11 side whose gate is connected to the node n12 to be lowered becomes conductive, and the node n11 The voltage rises to VDD. In other words, since the word line WL1 is driven only to the power supply voltage, the node n11 rises only to VDD-Vth (Vth is the threshold voltage of N11) via the NMOSFET N11, but is driven to the power supply voltage VDD by the PMOSFET P11. The On the other hand, PMOSFET P12 is turned off because its gate is higher than VDD-Vth, and node n12 remains at the ground potential.

時間t403〜t405では,読み出し動作に伴う再書き込み動作が行われる。時間t403〜t404では,プレート線PL1が電源電圧VDDに,ノードn12がグランド電位にあるので,キャパシタC12にUターム書き込みが行われ,キャパシタC12の分極方向はプレート線PL1側がプラス,ノードn12側がマイナスになる。一方,キャパシタC11は,両電極が共に電源電圧VDDであり電極間に電位差がないので,書き込みは行われない。   From time t403 to t405, a rewrite operation associated with the read operation is performed. From time t403 to t404, since the plate line PL1 is at the power supply voltage VDD and the node n12 is at the ground potential, U-term writing is performed on the capacitor C12, and the polarization direction of the capacitor C12 is positive on the plate line PL1 side and negative on the node n12 side. become. On the other hand, the capacitor C11 is not written because both electrodes are at the power supply voltage VDD and there is no potential difference between the electrodes.

時間t404でプレート線PL1がグランド電位に立ち下げられる。そのため,ノードn11が電源電圧VDDにプレート線PL1がグランド電位になり,キャパシタC11にはPターム書き込みが行われ,キャパシタC11の分極方向はノードn11側がプラス,プレート線PL1側がマイナスになる。一方,キャパシタC12は,両電極が共にグランド電位であり電極間に電位差がないので,書き込みは行われない。   At time t404, the plate line PL1 is lowered to the ground potential. Therefore, the node n11 becomes the power supply voltage VDD and the plate line PL1 becomes the ground potential, and P-term writing is performed on the capacitor C11. The polarization direction of the capacitor C11 is positive on the node n11 side and negative on the plate line PL1 side. On the other hand, the capacitor C12 is not written because both electrodes are at ground potential and there is no potential difference between the electrodes.

次に,時間t405では,ワード線駆動回路WLDRによりワード線WL1が電源電圧VDDからグランド電位に立ち下げられ,アクセスゲートN11,N12は非導通になり,メモリセル内のノードn11,n12はビット線対から切り離される。そして,時間t406で,チャージ線CL1がグランド電位に引き下げられると,それに伴って導通状態だったPMOSFET P11を介してHレベル側のノードn11がVDD-Vth程度まで低下し,その後はリーク電流により徐々にグランド電位まで低下する。   Next, at time t405, the word line driving circuit WLDR causes the word line WL1 to fall from the power supply voltage VDD to the ground potential, the access gates N11 and N12 become non-conductive, and the nodes n11 and n12 in the memory cell become bit lines. Separated from the pair. Then, at time t406, when the charge line CL1 is pulled down to the ground potential, the node n11 on the H level side is lowered to about VDD-Vth through the PMOSFET P11 which is in a conductive state, and then gradually due to the leakage current. To ground potential.

そして,時間t407でセンスアンプSAが非活性化されてビット線対は共にグランド電位にプリチャージされる。これにより読み出し動作サイクルが終了する。時間t405でのワード線WL1の立ち下げは,ビット線対のグランド電位へのプリチャージ動作より前に行っておく必要がある。ビット線対がグランド電位にプリチャージされたときにワード線WL1が電源電圧VDDにあると,アクセスゲートN11,N12を介してノードn11,n12がグランド電位にされて,メモリが不定状態になるからである。また,ワード線WL1を立ち下げた後は,チャージ線CL1の立ち下げのタイミングとビット線対のグランド電位へのプリチャージのタイミングとは前後してもよい。   At time t407, the sense amplifier SA is deactivated and both bit line pairs are precharged to the ground potential. This completes the read operation cycle. The fall of the word line WL1 at time t405 needs to be performed before the precharge operation to the ground potential of the bit line pair. If the word line WL1 is at the power supply voltage VDD when the bit line pair is precharged to the ground potential, the nodes n11 and n12 are set to the ground potential via the access gates N11 and N12, and the memory becomes indefinite. It is. Further, after the word line WL1 is lowered, the timing of the fall of the charge line CL1 and the timing of precharging the bit line pair to the ground potential may be mixed.

次に,書き込み動作(Write)について説明する。上記の通り,時間t411より前では,メモリセルMC10内は,キャパシタC11がPタームに書き込まれ,C12がUタームに書き込まれている。また,ビット線対はグランドにプリチャージされ,ハイインピーダンス状態にされている。   Next, the write operation (Write) will be described. As described above, before time t411, in the memory cell MC10, the capacitor C11 is written in the P term, and C12 is written in the U term. The bit line pair is precharged to the ground and is in a high impedance state.

そこで,時間t411でワード線WL1がグランド電位から電源電圧VDDに立ち上がり,時間t412でプレート線PL1が電源電圧VDDに立ち上がり,時間t413でチャージ線CL1が電源電圧VDDに立ち上がる。この動作は,読み出し動作での時間t401,t402,t403と同じである。   Therefore, the word line WL1 rises from the ground potential to the power supply voltage VDD at time t411, the plate line PL1 rises to the power supply voltage VDD at time t412, and the charge line CL1 rises to the power supply voltage VDD at time t413. This operation is the same as the times t401, t402, and t403 in the read operation.

時間t414でセンスアンプSAが非活性化され,ライトアンプWAが活性化されて,ビット線BL10がグランド電位に駆動され,ビット線/BL10が電源電圧VDDに駆動される。つまり,ビット線対の電位が反転される。これにより書き換えが開始される。   At time t414, the sense amplifier SA is deactivated, the write amplifier WA is activated, the bit line BL10 is driven to the ground potential, and the bit line / BL10 is driven to the power supply voltage VDD. That is, the potential of the bit line pair is inverted. This starts rewriting.

その後は,読み出し動作での再書き込みと同様に,時間t414〜t415の期間では,キャパシタC11にUターム書き込みが行われ,時間t415でプレート線PL1が電源電圧VDDからグランド電位に立ち下げられて,時間t415〜t416の期間でキャパシタC12にPターム書き込みが行われる。   Thereafter, in the period from time t414 to t415, U-term writing is performed on the capacitor C11, and at time t415, the plate line PL1 is lowered from the power supply voltage VDD to the ground potential, similarly to the rewriting in the reading operation. P-term writing is performed on the capacitor C12 during a period of time t415 to t416.

さらに,時間t416でワード線WL1がグランド電位に立ち下げられ,時間t417でチャージ線CL1がグランド電位に立ち下げられ,時間t418でライトアンプWAが非活性化されてビット線対がグランド電位にプリチャージされる。ワード線の立ち下げはビット線対をグランド電位にプリチャージするより前である必要があり,ワード線立ち下げ後はチャージ線の立ち下げとビット線対のプリチャージとの時間関係は任意である。   Further, at time t416, the word line WL1 is lowered to the ground potential, at time t417, the charge line CL1 is lowered to the ground potential, and at time t418, the write amplifier WA is deactivated and the bit line pair is preliminarily set to the ground potential. Charged. The fall of the word line needs to be before the bit line pair is precharged to the ground potential, and after the fall of the word line, the time relationship between the fall of the charge line and the precharge of the bit line pair is arbitrary .

以上の通り,本実施の形態では,メモリセル内にゲートとドレインが交差接続された一対のPMOSFETを強誘電体キャパシタC11,C12とチャージ線CL1との間に設け,チャージ線CL1を強誘電体キャパシタへの書き込み時(読み出し動作での再書き込みを含む)に電源電圧VDDに立ち上げるようにしている。それにより,ワード線を電源電圧までしか駆動しなくても,メモリセル内のノードn11,n12のいずれか一方を電源電圧に駆動することができ,十分な分極状態に書き込むことができる。   As described above, in the present embodiment, a pair of PMOSFETs whose gates and drains are cross-connected are provided in the memory cell between the ferroelectric capacitors C11 and C12 and the charge line CL1, and the charge line CL1 is provided as a ferroelectric substance. At the time of writing to the capacitor (including rewriting in the reading operation), the power supply voltage VDD is raised. As a result, even if the word line is driven only to the power supply voltage, one of the nodes n11 and n12 in the memory cell can be driven to the power supply voltage, and a sufficiently polarized state can be written.

図5は,図3のFeRAMにおける別の読み出し動作と書き込み動作を示す図である。図5の例でも図4と同様に,時間t501〜t508が読み出し動作とその再書き込み動作を示し,メモリセルM10内のキャパシタC11のPタームと,C12のUタームが読み出される。また,時間t511〜t518が書き込み動作を示し,メモリセルM10内のキャパシタC11,C12に反転データが書き込まれる。   FIG. 5 is a diagram showing another read operation and write operation in the FeRAM of FIG. In the example of FIG. 5, as in FIG. 4, time t501 to t508 indicate the read operation and the rewrite operation, and the P term of the capacitor C11 and the U term of C12 in the memory cell M10 are read. Times t511 to t518 indicate a write operation, and inverted data is written to the capacitors C11 and C12 in the memory cell M10.

図5の動作は,図4と次の点で異なる。図5の例では,読み出し動作(Read)において,チャージ線CL1の立ち上げるタイミングが,センスアンプを活性化する時間t503ではなく,その後の時間t504である。このように,センスアンプの活性化タイミングでチャージ線CL1を立ち上げないようにすることで,メモリセル内の一対のPMOSFETの動作が,ビット線対に接続されるセンスアンプの増幅動作に影響を与えることがなくなり,図2に示した読み出し動作でのセンスアンプの増幅動作により近い動作を期待できる。   The operation of FIG. 5 differs from FIG. 4 in the following points. In the example of FIG. 5, in the read operation (Read), the timing at which the charge line CL1 rises is not the time t503 for activating the sense amplifier but the time t504 thereafter. In this way, by preventing the charge line CL1 from being raised at the activation timing of the sense amplifier, the operation of the pair of PMOSFETs in the memory cell affects the amplification operation of the sense amplifier connected to the bit line pair. Thus, an operation closer to the amplification operation of the sense amplifier in the read operation shown in FIG. 2 can be expected.

ただし,時間t503〜t504の間は,メモリセル内のノードn11の電位は,電源電圧VDDではなくVDD-Vthになる。ただし,この間はプレート線PL1が電源電圧VDDにあるので,キャパシタC12側にUターム書き込みが行われ,キャパシタC11への再書き込みは行われていないので,チャージ線CL1が立ち上がっていなくも良い。   However, between times t503 and t504, the potential of the node n11 in the memory cell is not the power supply voltage VDD but VDD-Vth. However, during this time, since the plate line PL1 is at the power supply voltage VDD, the U-term write is performed on the capacitor C12 side, and the rewrite to the capacitor C11 is not performed. Therefore, the charge line CL1 does not have to rise.

また,書き込み動作(Write)においても,チャージ線CL1が立ち上がるタイミングが,センスアンプを活性化する時間t513ではなく,その後の時間t514である。   Also in the write operation (Write), the timing at which the charge line CL1 rises is not the time t513 for activating the sense amplifier but the time t514 thereafter.

図5において,読み出し動作(Read)で,チャージ線CL1の立ち上げタイミングはプレート線PL1が立ち下げられる時間t505まで遅らせても良い。同様に,書き込み動作(Write)でも,チャージ線CL1の立ち上げタイミングはプレート線PL1が立ち下げられる時間t515まで遅らせても良い。読み出し動作時の再書き込み時も,書き込み動作時も,t505〜t507,t515〜t518のプレート線PL1が電源電圧から立ち下げられて一方のキャパシタにPターム書き込みが行われるときに,少なくともチャージ線CL1が電源電圧VDDに駆動されていれば,PMOSFETによりセル内のHレベル側のノードn11またはn12を電源電圧VDDに駆動でき,十分な分極状態に書き込むことができる。   In FIG. 5, in the read operation (Read), the rising timing of the charge line CL1 may be delayed until the time t505 when the plate line PL1 is lowered. Similarly, in the write operation (Write), the rise timing of the charge line CL1 may be delayed until the time t515 when the plate line PL1 is lowered. At the time of rewriting at the time of reading operation and at the time of writing operation, at least when the plate line PL1 of t505 to t507 and t515 to t518 is lowered from the power supply voltage and P-term writing is performed on one capacitor, at least the charge line CL1 Is driven by the power supply voltage VDD, the node n11 or n12 on the H level side in the cell can be driven by the PMOSFET to the power supply voltage VDD, and a sufficiently polarized state can be written.

図6,図7,図8,図9は,本実施の形態におけるFeRAMのメモリセルアレイのデバイス構造を示す平面図及び断面図である。図6は,平面図であり2組のビット線対BL10,/BL10とBL11,/BL11のうち,ビット線対BL11,/BL11は破線で示している。   6, FIG. 7, FIG. 8, and FIG. 9 are a plan view and a cross-sectional view showing the device structure of the FeRAM memory cell array in this embodiment. FIG. 6 is a plan view, and of the two bit line pairs BL10, / BL10 and BL11, / BL11, the bit line pair BL11, / BL11 is indicated by a broken line.

また,図7は,シリコン基板の表面に水平方向にストライプ状にN型領域nWELLとP型領域Psubとが交互に形成され,その上にポリシリコンゲート層PolySiと,1層メタル配線M1とが形成された構成が示されている。これによれば,ワード線WLがストライプ状のN型領域nWELLと並んで水平方向に延在していて,P型領域Psub内のnMOSのゲート電極とつながっていることがわかる。また,N型領域nWELL内のpMOSのゲート電極もポリシリコンゲート層PolySiで構成される。なお,P型領域Psubは表面に高濃度のP型ウエル領域(図示せず)を有するP型基板であり,N型領域nWELLはP型基板内に設けたN型ウエル領域である。   FIG. 7 shows that N-type regions nWELL and P-type regions Psub are alternately formed in a horizontal stripe pattern on the surface of a silicon substrate, and a polysilicon gate layer PolySi and a one-layer metal wiring M1 are formed thereon. The formed configuration is shown. This shows that the word line WL extends in the horizontal direction along with the striped N-type region nWELL and is connected to the gate electrode of the nMOS in the P-type region Psub. The gate electrode of the pMOS in the N-type region nWELL is also composed of a polysilicon gate layer PolySi. The P-type region Psub is a P-type substrate having a high-concentration P-type well region (not shown) on the surface, and the N-type region nWELL is an N-type well region provided in the P-type substrate.

また,図8は,図6と同じ平面図と,C-C'断面図を示す。図6の平面図と図7の平面図を参照しながら,図8のビット線BL10方向のC-C'断面図を説明する。P型基板Psub内に平面図の水平方向に延びるストライプ状のN型ウエル領域nWELLが形成されている。そして,P型基板Psub内にはN型のソース・ドレインS/Dが形成されてNMOSFETが形成される。さらに,N型ウエル領域nWELL内にはP型のソース・ドレインが形成されてPMOSFETが形成される。また,図示しないゲート酸化膜上に形成されたポリシリコンゲート層PolySiにより,ワード線WL及びNMOSFET N11-N14のゲートと,PMOSFET P11-P14のゲートとが形成される。   FIG. 8 shows the same plan view as FIG. 6 and a CC ′ sectional view. With reference to the plan view of FIG. 6 and the plan view of FIG. 7, the CC ′ sectional view in the direction of the bit line BL10 of FIG. 8 will be described. Striped N-type well regions nWELL extending in the horizontal direction in the plan view are formed in the P-type substrate Psub. An N-type source / drain S / D is formed in the P-type substrate Psub to form an NMOSFET. Further, a P-type source / drain is formed in the N-type well region nWELL to form a PMOSFET. Further, a word line WL, gates of NMOSFETs N11-N14, and gates of PMOSFETs P11-P14 are formed by a polysilicon gate layer PolySi formed on a gate oxide film (not shown).

ストライプ状のN型ウエル領域nWELLとP型領域Psubとの境界線上には,強誘電体キャパシタの下部電極BELとプレート線PLを兼ねる下部電極層と,強誘電体層と,上部電極TELとが形成されている。この上部電極TELは,1層メタル配線M1を介して,NMOSFET N11-N14のソース・ドレインと,PMOSFET P11-P14のソース・ドレインとに接続される。つまり,上部電極TELはセル内のノードn11,n12に対応する。   On the boundary line between the striped N-type well region nWELL and the P-type region Psub, there are a lower electrode layer serving as the lower electrode BEL and plate line PL of the ferroelectric capacitor, a ferroelectric layer, and an upper electrode TEL. Is formed. The upper electrode TEL is connected to the source / drain of the NMOSFETs N11-N14 and the source / drain of the PMOSFETs P11-P14 via the first layer metal wiring M1. That is, the upper electrode TEL corresponds to the nodes n11 and n12 in the cell.

そして,2層メタル配線M2により,平面図の水平方向に延在するチャージ線CLが形成され,チャージ線CLは,コンタクトVIAを介して,N型ウエル領域nWELL内のPMOSFET P11-P14の他方のソース・ドレイン領域S/Dに接続されている。最上層の3層メタル配線M3により,平面図の垂直方向に延在するビット線対BL10,/BL10,BL11,/BL11が形成される。   Then, a charge line CL extending in the horizontal direction in the plan view is formed by the two-layer metal wiring M2, and the charge line CL is connected to the other of the PMOSFETs P11 to P14 in the N-type well region nWELL via the contact VIA. Connected to source / drain region S / D. Bit line pairs BL10, / BL10, BL11, / BL11 extending in the vertical direction of the plan view are formed by the uppermost three-layer metal wiring M3.

図9は,図6と同じ平面図と,ワード線WL方向のd−d’,e−e’,f−f’断面図を示す。d−d’断面図には,P型基板Psubと,その中に形成されたN型ウエル領域nWELL内のPMOSFETと,1層メタル配線M1と,水平方向のチャージ線CLから延在する2層メタル配線M2と,ビット線対BL10,/BL10を構成する3層メタル配線M3とが示されている。   FIG. 9 shows the same plan view as FIG. 6 and d-d ′, e-e ′, and f-f ′ cross-sectional views in the word line WL direction. The dd ′ sectional view shows a P-type substrate Psub, a PMOSFET in an N-type well region nWELL formed therein, a single-layer metal wiring M1, and two layers extending from a horizontal charge line CL. A metal wiring M2 and a three-layer metal wiring M3 constituting the bit line pair BL10, / BL10 are shown.

e−e’断面図には,P型基板Psubと,その中に形成されたNウエル領域nWELLと,キャパシタの下部電極BELを兼ねるプレート線PLと,上部電極TELと,1層メタル配線M1と,紙面の奥側に配置されたチャージ線CLを構成する2層メタル配線M2と,ビット線対BL10,/BL10を構成する3層メタル配線M3とが示されている。   The ee ′ cross-sectional view shows a P-type substrate Psub, an N well region nWELL formed therein, a plate line PL also serving as a capacitor lower electrode BEL, an upper electrode TEL, and a one-layer metal wiring M1. , A two-layer metal wiring M2 constituting the charge line CL disposed on the back side of the paper and a three-layer metal wiring M3 constituting the bit line pair BL10, / BL10 are shown.

f−f’断面図は,P型基板Psubと,その中に形成されたNMOSFET N11-N14のソース・ドレインS/Dと,ワード線WLを構成するポリシリコンゲート層PolySiと,1層メタル配線M1と,コンタクトVIAとつながる2層メタル配線M2と,ビット線対BL10,/BL10を構成する3層メタル配線M3とが示されている。   ff 'cross-sectional view shows a P-type substrate Psub, source / drain S / D of NMOSFETs N11-N14 formed therein, polysilicon gate layer PolySi constituting the word line WL, and one-layer metal wiring M1, a two-layer metal wiring M2 connected to the contact VIA, and a three-layer metal wiring M3 constituting the bit line pair BL10, / BL10 are shown.

図7の平面図から分かるとおり,本実施の形態のメモリセルアレイのデバイス構造によれば,P型半導体基板Psubのメモリセルアレイ内に,交互に配置されたストライプ状の第一導電型領域nWELLおよび第二導電型領域Psubとを有する。そして,第一導電型領域内nWELLに第二導電型PMOSFETが形成され,第二導電型領域内Psubに第一導電型NMOSFETが形成されている。さらに,複数のプレート線PLが,第一導電型領域nWELLと第二導電型領域Psubとの境界上に設けられている。   As can be seen from the plan view of FIG. 7, according to the device structure of the memory cell array of the present embodiment, the stripe-shaped first conductivity type regions nWELL and the second conductive type regions nWELL arranged alternately in the memory cell array of the P-type semiconductor substrate Psub. And a two-conductivity type region Psub. A second conductivity type PMOSFET is formed in the first conductivity type region nWELL, and a first conductivity type NMOSFET is formed in the second conductivity type region Psub. Further, a plurality of plate lines PL are provided on the boundary between the first conductivity type region nWELL and the second conductivity type region Psub.

したがって,それぞれ各メモリセル内に一対ずつ設けられるNMOSFET N11-N14と,PMOSFET P11-P14とは,ストライプ状に延在にする第二導電型領域Psub内と,第一導電型領域nWELL内とにそれぞれ面積効率よく形成される。そして,2つの導電型領域PsubとnWELLとの境界線に沿って,水平方向にキャパシタの下部電極BELを兼ねるプレート線PLが配置されている。したがって,プレート線PLは,上記のNMOSFET N11-N14とPMOSFET P11-P14のソース・ドレインと接続されるコンタクトVIAの形成領域を避けて配置することができ,配置効率を高くすることができる。   Therefore, NMOSFETs N11-N14 and PMOSFETs P11-P14, which are provided in pairs in each memory cell, are arranged in the second conductivity type region Psub extending in a stripe shape and in the first conductivity type region nWELL. Each area is formed efficiently. A plate line PL that also serves as the lower electrode BEL of the capacitor is arranged in the horizontal direction along the boundary line between the two conductivity type regions Psub and nWELL. Therefore, the plate line PL can be arranged avoiding the formation region of the contact VIA connected to the source / drain of the NMOSFET N11-N14 and the PMOSFET P11-P14, and the arrangement efficiency can be increased.

以上の実施の形態をまとめると,次の付記のとおりである。   The above embodiment is summarized as follows.

(付記1)
複数のワード線と,
複数のプレート線と,
複数のビット線対と,
複数のチャージ線と,
前記ワード線にゲートが接続され前記ビット線対に第一のソース・ドレインがそれぞれ接続された一対の第一導電型MOSFETと,前記一対の第一導電型MOSFETの第二のソース・ドレインと前記プレート線との間にそれぞれ設けられた一対の強誘電体キャパシタと,前記一対の強誘電体キャパシタと前記チャージ線との間に設けられゲートとドレインとが交差接続された一対の第二導電型MOSFETとをそれぞれ有する複数のメモリセルと,
読み出し動作時および書き込み動作時に前記チャージ線を電源電圧に駆動するチャージ線駆動回路とを有する強誘電体メモリ。
(Appendix 1)
Multiple word lines,
Multiple plate wires,
Multiple bit line pairs;
Multiple charge lines,
A pair of first conductivity type MOSFETs each having a gate connected to the word line and a first source / drain connected to the bit line pair; a second source / drain of the pair of first conductivity type MOSFETs; A pair of ferroelectric capacitors respectively provided between the plate lines and a pair of second conductivity types provided between the pair of ferroelectric capacitors and the charge line and having a gate and a drain cross-connected to each other A plurality of memory cells each having a MOSFET;
A ferroelectric memory having a charge line driving circuit for driving the charge line to a power supply voltage during a read operation and a write operation.

(付記2)
付記1において
さらに,前記ビット線対に設けられ,前記ビット線対間の電位差を増幅するセンスアンプを有し,
前記読み出し動作時に,前記ワード線が駆動されて前記一対の第一導電型MOSFETが導通し,前記プレート線が基準電位から所定の駆動電圧に駆動された後に前記センスアンプが前記ビット線対を前記第一および第二の電位に駆動し,当該センスアンプの駆動以降の再書き込み動作時に,前記チャージ線駆動回路は,前記チャージ線を前記電源電圧に駆動する強誘電体メモリ。
(Appendix 2)
In Appendix 1, further comprising: a sense amplifier provided in the bit line pair for amplifying a potential difference between the bit line pair;
During the read operation, the word line is driven to conduct the pair of first conductivity type MOSFETs, and after the plate line is driven from a reference potential to a predetermined drive voltage, the sense amplifier sets the bit line pair to the bit line pair. A ferroelectric memory that is driven to the first and second potentials, and the charge line driving circuit drives the charge line to the power supply voltage during a rewrite operation after driving the sense amplifier.

(付記3)
付記2において,
前記再書き込み動作時に,少なくとも前記プレート線が前記所定の駆動電圧から前記基準電位に立ち下げられた時に,前記チャージ線駆動回路は,前記チャージ線を前記電源電圧に駆動する強誘電体メモリ。
(Appendix 3)
In Appendix 2,
A ferroelectric memory in which the charge line drive circuit drives the charge line to the power supply voltage at least when the plate line is lowered from the predetermined drive voltage to the reference potential during the rewrite operation.

(付記4)
付記2において,
前記読み出し動作時に,前記再書き込み動作より前は,前記チャージ線駆動回路は,前記チャージ線を前記電源電圧より低い基準電位に維持する強誘電体メモリ。
(Appendix 4)
In Appendix 2,
A ferroelectric memory in which the charge line driving circuit maintains the charge line at a reference potential lower than the power supply voltage before the rewrite operation during the read operation.

(付記5)
付記1において,
前記書き込み動作時に,前記ワード線が駆動されて前記一対の第一導電型MOSFETが導通した後,前記ビット線対が異なる第一および第二の電位にされた以降,前記チャージ線駆動回路は,前記チャージ線を前記電源電圧に駆動する強誘電体メモリ。
(Appendix 5)
In Appendix 1,
At the time of the write operation, after the word line is driven and the pair of first conductivity type MOSFETs are turned on, the charge line drive circuit is changed to the first and second potentials different from each other after the bit line pair is set to different first and second potentials. A ferroelectric memory for driving the charge line to the power supply voltage.

(付記6)
付記5において,
前記書き込み動作時に,少なくとも前記プレート線が所定の駆動電圧から前記基準電位に立ち下げられた時に,前記チャージ線駆動回路は,前記チャージ線を前記電源電圧に駆動する強誘電体メモリ。
(Appendix 6)
In Appendix 5,
A ferroelectric memory in which the charge line drive circuit drives the charge line to the power supply voltage when at least the plate line is lowered from a predetermined drive voltage to the reference potential during the write operation.

(付記7)
付記5において,
さらに,前記ビット線対に接続され,書き込み動作時に前記ビット線対を前記第一および第二の電位に駆動するライトアンプを有する強誘電体メモリ。
(Appendix 7)
In Appendix 5,
Further, a ferroelectric memory having a write amplifier connected to the bit line pair and driving the bit line pair to the first and second potentials during a write operation.

(付記8)
付記1において,
前記読み出し動作時および書き込み動作時ではない期間に,前記チャージ線駆動回路は,前記チャージ線を前記電源電圧より低い基準電位に維持する強誘電体メモリ。
(Appendix 8)
In Appendix 1,
The ferroelectric memory in which the charge line driving circuit maintains the charge line at a reference potential lower than the power supply voltage during a period other than the read operation and the write operation.

(付記9)
付記1乃至8のいずれかにおいて,
さらに,前記ワード線を駆動するワード線駆動回路を有し,
前記ワード線駆動回路は,前記読み出し動作および書き込み動作時に,前記ワード線を前記電源電圧まで駆動する強誘電体メモリ。
(Appendix 9)
In any one of appendices 1 to 8,
And a word line driving circuit for driving the word line,
The word line drive circuit is a ferroelectric memory that drives the word line to the power supply voltage during the read operation and the write operation.

(付記10)
付記9において,
前記第一導電型MOSFETはN型MOSFETであり,前記第二導電型MOSFETはP型MOSFETである強誘電体メモリ。
(Appendix 10)
In Appendix 9,
A ferroelectric memory in which the first conductivity type MOSFET is an N type MOSFET and the second conductivity type MOSFET is a P type MOSFET.

(付記11)
付記10において,
前記ワード線と,チャージ線と,プレート線は,それぞれ第一の方向に延在し,前記ビット線対は,前記第一の方向と交差する第二の方向に延在する強誘電体メモリ。
(Appendix 11)
In Appendix 10,
The word line, the charge line, and the plate line each extend in a first direction, and the bit line pair extends in a second direction intersecting the first direction.

(付記12)
付記1または10において,
半導体基板と,
前記半導体基板に設けられ前記複数のメモリセルが設けられたメモリセルアレイとを有し,
前記メモリセルアレイ内に,交互に配置されたストライプ状の第一導電型領域および第二導電型領域とを有し,
前記第一導電型領域内に前記第二導電型MOSFETが形成され,前記第二導電型領域内に前記第一導電型MOSFETが形成され,
前記複数のプレート線が,前記第一導電型領域と第二導電型領域との境界上に設けられている強誘電体メモリ。
(Appendix 12)
In Appendix 1 or 10,
A semiconductor substrate;
A memory cell array provided on the semiconductor substrate and provided with the plurality of memory cells;
In the memory cell array, stripe-shaped first conductivity type regions and second conductivity type regions alternately arranged,
The second conductivity type MOSFET is formed in the first conductivity type region, the first conductivity type MOSFET is formed in the second conductivity type region,
A ferroelectric memory in which the plurality of plate lines are provided on a boundary between the first conductivity type region and the second conductivity type region.

(付記13)
付記12において,
前記プレート線の下に,前記ワード線とチャージ線とが並んで設けられている強誘電体メモリ。
(Appendix 13)
In Appendix 12,
A ferroelectric memory in which the word line and the charge line are arranged side by side under the plate line.

(付記14)
付記12において,
前記第一導電型がN型,前記第二導電型がP型である強誘電体メモリ。
(Appendix 14)
In Appendix 12,
A ferroelectric memory in which the first conductivity type is N type and the second conductivity type is P type.

(付記15)
複数のワード線と,
複数のビット線対と,
複数のプレート線と,
複数のチャージ線と,
前記ワード線にゲートが接続され前記ビット線対に第一のソース・ドレインがそれぞれ接続された一対の第一導電型MOSFETと,前記一対の第一導電型MOSFETの第二のソース・ドレインと前記プレート線との間にそれぞれ設けられた一対の強誘電体キャパシタと,前記一対の強誘電体キャパシタと前記チャージ線との間に設けられゲートとドレインとが交差接続された一対の第二導電型MOSFETとをそれぞれ有する複数のメモリセルとを有する強誘電体メモリの動作方法であって,
読み出し動作時および書き込み動作時に,前記ワード線を駆動して前記第一導電型MOSFETを導通し,前記ビット線対が異なる第一および第二の電位にされた以降,前記チャージ線を電源電圧に駆動する強誘電体メモリの動作方法。
(Appendix 15)
Multiple word lines,
Multiple bit line pairs;
Multiple plate wires,
Multiple charge lines,
A pair of first conductivity type MOSFETs each having a gate connected to the word line and a first source / drain connected to the bit line pair; a second source / drain of the pair of first conductivity type MOSFETs; A pair of ferroelectric capacitors respectively provided between the plate lines and a pair of second conductivity types provided between the pair of ferroelectric capacitors and the charge line and having a gate and a drain cross-connected to each other A method of operating a ferroelectric memory having a plurality of memory cells each having a MOSFET,
During the read operation and the write operation, the word line is driven to conduct the first conductivity type MOSFET, and after the bit line pair is set to different first and second potentials, the charge line is set to the power supply voltage. A method of operating a ferroelectric memory to be driven.

(付記16)
付記15において,
前記読み出し動作時および書き込み動作時に,前記ビット線対が異なる第一および第二の電位にされ前は,前記チャージ線を前記電源電圧より低い基準電圧に維持する強誘電体メモリの動作方法。
(Appendix 16)
In Appendix 15,
A method of operating a ferroelectric memory, wherein the charge line is maintained at a reference voltage lower than the power supply voltage before the bit line pair is set to different first and second potentials during the read operation and the write operation.

WL1:ワード線 BL10,/BL10,BL11,/BL11:ビット線対
PL1:プレート線 CL1:チャージ線
SA:センスアンプ WA:ライトアンプ
N11-N14:アクセスゲート,第一導電型MOSFET
C11-C14:強誘電体キャパシタ
P11-P14:第二導電型MOSFET
WL1: Word line BL10, / BL10, BL11, / BL11: Bit line pair
PL1: Plate line CL1: Charge line
SA: Sense amplifier WA: Light amplifier
N11-N14: Access gate, first conductivity type MOSFET
C11-C14: Ferroelectric capacitor
P11-P14: Second conductivity type MOSFET

Claims (10)

複数のワード線と,
複数のプレート線と,
複数のビット線対と,
複数のチャージ線と,
前記ワード線にゲートが接続され前記ビット線対に第一のソース・ドレインがそれぞれ接続された一対の第一導電型MOSFETと,前記一対の第一導電型MOSFETの第二のソース・ドレインと前記プレート線との間にそれぞれ設けられた一対の強誘電体キャパシタと,前記一対の強誘電体キャパシタと前記チャージ線との間に設けられゲートとドレインとが交差接続された一対の第二導電型MOSFETとをそれぞれ有する複数のメモリセルと,
読み出し動作時および書き込み動作時に,前記ワード線を駆動して前記第一導電型MOSFETを導通し,前記ビット線対が異なる第一および第二の電位にされた以降,前記チャージ線を電源電圧に駆動するチャージ線駆動回路とを有する強誘電体メモリ。
Multiple word lines,
Multiple plate wires,
Multiple bit line pairs;
Multiple charge lines,
A pair of first conductivity type MOSFETs each having a gate connected to the word line and a first source / drain connected to the bit line pair; a second source / drain of the pair of first conductivity type MOSFETs; A pair of ferroelectric capacitors respectively provided between the plate lines and a pair of second conductivity types provided between the pair of ferroelectric capacitors and the charge line and having a gate and a drain cross-connected to each other A plurality of memory cells each having a MOSFET;
During the read operation and the write operation, the word line is driven to conduct the first conductivity type MOSFET, and after the bit line pair is set to different first and second potentials, the charge line is set to the power supply voltage. A ferroelectric memory having a charge line driving circuit for driving.
請求項1において
さらに,前記ビット線対に設けられ,前記ビット線対間の電位差を増幅するセンスアンプを有し,
前記読み出し動作時に,前記ワード線が駆動されて前記一対の第一導電型MOSFETが導通し,前記プレート線が基準電位から所定の駆動電圧に駆動された後に前記センスアンプが前記ビット線対を前記第一および第二の電位に駆動し,当該センスアンプの駆動以降の再書き込み動作時に,前記チャージ線駆動回路は,前記チャージ線を前記電源電圧に駆動する強誘電体メモリ。
In Claim 1, It further has a sense amplifier which is provided in the bit line pair and amplifies the potential difference between the bit line pair,
During the read operation, the word line is driven to conduct the pair of first conductivity type MOSFETs, and after the plate line is driven from a reference potential to a predetermined drive voltage, the sense amplifier sets the bit line pair to the bit line pair. A ferroelectric memory that is driven to the first and second potentials, and the charge line driving circuit drives the charge line to the power supply voltage during a rewrite operation after driving the sense amplifier.
請求項2において,
前記再書き込み動作時に,少なくとも前記プレート線が前記所定の駆動電圧から前記基準電位に立ち下げられた時に,前記チャージ線駆動回路は,前記チャージ線を前記電源電圧に駆動する強誘電体メモリ。
In claim 2,
A ferroelectric memory in which the charge line drive circuit drives the charge line to the power supply voltage at least when the plate line is lowered from the predetermined drive voltage to the reference potential during the rewrite operation.
請求項2において,
前記読み出し動作時に,前記再書き込み動作より前は,前記チャージ線駆動回路は,前記チャージ線を前記電源電圧より低い基準電位に維持する強誘電体メモリ。
In claim 2,
A ferroelectric memory in which the charge line driving circuit maintains the charge line at a reference potential lower than the power supply voltage before the rewrite operation during the read operation.
請求項において,
前記書き込み動作時に,少なくとも前記プレート線が所定の駆動電圧から前記基準電位に立ち下げられた時に,前記チャージ線駆動回路は,前記チャージ線を前記電源電圧に駆動する強誘電体メモリ。
In claim 1 ,
A ferroelectric memory in which the charge line drive circuit drives the charge line to the power supply voltage when at least the plate line is lowered from a predetermined drive voltage to the reference potential during the write operation.
請求項1において,
前記読み出し動作時および書き込み動作時ではない期間に,前記チャージ線駆動回路は,前記チャージ線を前記電源電圧より低い基準電位に維持する強誘電体メモリ。
In claim 1,
The ferroelectric memory in which the charge line driving circuit maintains the charge line at a reference potential lower than the power supply voltage during a period other than the read operation and the write operation.
請求項1において,
半導体基板と,
前記半導体基板に設けられ前記複数のメモリセルが設けられたメモリセルアレイとを有し,
前記メモリセルアレイ内に,交互に配置されたストライプ状の第一導電型領域および第二導電型領域とを有し,
前記第一導電型領域内に前記第二導電型MOSFETが形成され,前記第二導電型領域内に前記第一導電型MOSFETが形成され,
前記複数のプレート線が,前記第一導電型領域と第二導電型領域との境界上に設けられている強誘電体メモリ。
In claim 1,
A semiconductor substrate;
A memory cell array provided on the semiconductor substrate and provided with the plurality of memory cells;
In the memory cell array, stripe-shaped first conductivity type regions and second conductivity type regions alternately arranged,
The second conductivity type MOSFET is formed in the first conductivity type region, the first conductivity type MOSFET is formed in the second conductivity type region,
A ferroelectric memory in which the plurality of plate lines are provided on a boundary between the first conductivity type region and the second conductivity type region.
請求項において,
前記ビット線対の下に,前記ワード線とチャージ線とが並んで設けられている強誘電体メモリ。
In claim 7 ,
A ferroelectric memory in which the word line and the charge line are arranged side by side under the bit line pair .
複数のワード線と,
複数のビット線対と,
複数のプレート線と,
複数のチャージ線と,
前記ワード線にゲートが接続され前記ビット線対に第一のソース・ドレインがそれぞれ接続された一対の第一導電型MOSFETと,前記一対の第一導電型MOSFETの第二のソース・ドレインと前記プレート線との間にそれぞれ設けられた一対の強誘電体キャパシタと,前記一対の強誘電体キャパシタと前記チャージ線との間に設けられゲートとドレインとが交差接続された一対の第二導電型MOSFETとをそれぞれ有する複数のメモリセルとを有する強誘電体メモリの動作方法であって,
読み出し動作時および書き込み動作時に,前記ワード線を駆動して前記第一導電型MOSFETを導通し,前記ビット線対が異なる第一および第二の電位にされた以降,前記チャージ線を電源電圧に駆動する強誘電体メモリの動作方法。
Multiple word lines,
Multiple bit line pairs;
Multiple plate wires,
Multiple charge lines,
A pair of first conductivity type MOSFETs each having a gate connected to the word line and a first source / drain connected to the bit line pair; a second source / drain of the pair of first conductivity type MOSFETs; A pair of ferroelectric capacitors respectively provided between the plate lines and a pair of second conductivity types provided between the pair of ferroelectric capacitors and the charge line and having a gate and a drain cross-connected to each other A method of operating a ferroelectric memory having a plurality of memory cells each having a MOSFET,
During the read operation and the write operation, the word line is driven to conduct the first conductivity type MOSFET, and after the bit line pair is set to different first and second potentials, the charge line is set to the power supply voltage. A method of operating a ferroelectric memory to be driven.
請求項において,
前記読み出し動作時および書き込み動作時に,前記ビット線対が異なる第一および第二の電位にされる前は,前記チャージ線を前記電源電圧より低い基準電圧に維持する強誘電体メモリの動作方法。
In claim 9 ,
Wherein during the read operation and the write operation, prior to said bit line pair to be different from the first and second potentials, ferroelectric method of operating a memory for maintaining the charge line to the reference voltage lower than the power supply voltage.
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