JPH08124378A - Ferroelectric memory - Google Patents

Ferroelectric memory

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JPH08124378A
JPH08124378A JP28293994A JP28293994A JPH08124378A JP H08124378 A JPH08124378 A JP H08124378A JP 28293994 A JP28293994 A JP 28293994A JP 28293994 A JP28293994 A JP 28293994A JP H08124378 A JPH08124378 A JP H08124378A
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memory cell
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ferroelectric
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Abstract

PURPOSE: To provide a ferroelectric memory miniaturized and improved in storage capacity by installing memory cells, a voltage impressing means and a means which detects the difference in polarized conditions of a ferroelectric film as the difference in threshold voltages of FET. CONSTITUTION: When voltage VCB of a high, positive value V1 is applied to a memory cell which has a ferroelectric body held at the nonpolarized state C or a negatively and remarkably polarized state B, the ferroelectric body becomes a positively saturated state D of polarization. When VCB is made zero this time, the ferroelectric body becomes a state A of large, positive polarization. Next, when a high, negative potential of -V1 is applied to a memory cell which has a ferroelectric body held at the nonpolarized state or a positively, remarkably polarized state A, the ferroelectric body becomes a state E in which its polarization is negatively saturated. When VCB is made zero this time, the ferroelectric body becomes a polarized state B. Thus, by realizing three differently polarize states A, B and C, the threshold value of the memory cell can be controlled to three different types of states, and hence three values of information are stored into the memory cell in accordance with these threshold values.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は強誘電体メモリに関し、
特に、3値以上の情報を記憶することが可能で不揮発性
を有する強誘電体メモリに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric memory,
In particular, the present invention relates to a non-volatile ferroelectric memory capable of storing information of three values or more.

【0002】[0002]

【従来の技術】強誘電体材料は、電界と分極の大きさと
が非線形であり、印加電界の履歴によって分極の大きさ
が異なるヒステリシス特性を有する。強誘電体メモリ
は、このヒステリシス特性を利用して情報を記憶するメ
モリであり、現在、強誘電体を容量絶縁膜としたコンデ
ンサとトランジスタとを組み合わせたメモリセルを有す
るものが主として提案されている。
2. Description of the Related Art Ferroelectric materials have a hysteresis characteristic in which the electric field and the magnitude of polarization are non-linear and the magnitude of polarization varies depending on the history of the applied electric field. A ferroelectric memory is a memory that stores information by utilizing this hysteresis characteristic, and at present, a memory having a memory cell in which a capacitor using a ferroelectric as a capacitive insulating film and a transistor are combined is mainly proposed. .

【0003】このような強誘電体メモリについて、メモ
リ容量を拡大する観点から、1つのメモリセルに3値以
上の情報を記憶させることが提案されている。例えば、
特開平5−28773号公報及び特開平5−28774
号公報には、強誘電体を容量絶縁膜としたコンデンサに
おいて、1個の強誘電体の表裏両面に夫々複数の電極を
並列に配置し、各電極間の電界を制御することにより、
1つのメモリセルに3値以上の情報を記憶させるように
した強誘電体メモリが開示されている。
Regarding such a ferroelectric memory, it has been proposed to store information of three or more values in one memory cell from the viewpoint of expanding the memory capacity. For example,
JP-A-5-28773 and JP-A-5-28774.
Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2004-242242 discloses a capacitor using a ferroelectric substance as a capacitance insulating film. By arranging a plurality of electrodes in parallel on both front and back surfaces of one ferroelectric substance and controlling the electric field between the electrodes,
A ferroelectric memory is disclosed in which one memory cell stores three or more values of information.

【0004】また、特開平5−89691号公報には、
強誘電体を容量絶縁膜とした1つのコンデンサと4つの
MOSFETによってコンデンサの分極状態を変化させ
ることで3値を記憶できるようにした強誘電体メモリが
開示されている。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 5-89691 discloses that
A ferroelectric memory is disclosed in which one capacitor using a ferroelectric as a capacitive insulating film and four MOSFETs can change the polarization state of the capacitor to store three values.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
強誘電体を容量絶縁膜としたコンデンサとトランジスタ
とを組み合わせたメモリセルを有する強誘電体メモリで
は、特に、3値以上の情報を記憶させようとした場合、
1つのメモリセル当たりの素子数が多くなるために、結
局、メモリ容量を拡大することに適しないという問題が
あった。
However, in a ferroelectric memory having a memory cell in which a capacitor using a ferroelectric as a capacitance insulating film and a transistor are combined as described above, particularly, information of three or more values is stored. If you try to
Since the number of elements per memory cell increases, there is a problem that it is not suitable for expanding the memory capacity in the end.

【0006】一方、強誘電体を電界効果トランジスタの
ゲート絶縁膜の一部として用いることにより、1個の電
界効果トランジスタのみからメモリセルを構成した不揮
発性の強誘電体メモリが提案されている("Physics of
ferroelectric nonvolatilememory field effect trans
istor" S.L.Miller and P.J.McWhorter, J.Appl.Phy
s.72(12),15 December 1992 )。しかしながら、この文
献には、強誘電体メモリトランジスタ(FEMFET)
の特性が開示されているに過ぎず、3値以上の情報を記
憶するためにFEMFETを用いることについては何ら
開示されていない。
On the other hand, a nonvolatile ferroelectric memory in which a memory cell is composed of only one field effect transistor has been proposed by using a ferroelectric material as a part of a gate insulating film of the field effect transistor ( "Physics of
ferroelectric nonvolatile memory field effect trans
istor "SLMiller and PJMcWhorter, J.Appl.Phy
s.72 (12), 15 December 1992). However, this document describes a ferroelectric memory transistor (FEMFET).
However, there is no disclosure regarding the use of FEMFET for storing three-valued information or more.

【0007】そこで、本発明は、強誘電体をゲート絶縁
膜として用いた電界効果トランジスタのみからメモリセ
ルが構成されているとともに、3値以上の情報を記憶す
ることができる強誘電体メモリを提供することを目的と
する。
Therefore, the present invention provides a ferroelectric memory in which a memory cell is composed only of a field effect transistor using a ferroelectric material as a gate insulating film and at the same time can store information of three values or more. The purpose is to do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の強誘電体メモリは、強誘電体膜を含んだゲ
ート絶縁膜を有する電界効果トランジスタからなるメモ
リセルと、上記電界効果トランジスタのゲート電極と基
板部との間に第1の電圧、上記第1の電圧とは逆極性の
第2の電圧及び上記強誘電体膜を飽和分極状態にしない
範囲で上記第1の電圧とは大きさの異なる第3の電圧を
夫々印加する電圧印加手段と、上記強誘電体膜の分極状
態の違いを上記電界効果トランジスタのしきい値電圧の
違いとして検出する検出手段とを備えている。
In order to achieve the above object, a ferroelectric memory of the present invention comprises a memory cell comprising a field effect transistor having a gate insulating film containing a ferroelectric film, and the above field effect. A first voltage between the gate electrode of the transistor and the substrate portion, a second voltage having a polarity opposite to that of the first voltage, and the first voltage within a range in which the ferroelectric film is not in a saturated polarization state. Comprises voltage applying means for applying respective third voltages having different magnitudes, and detecting means for detecting a difference in polarization state of the ferroelectric film as a difference in threshold voltage of the field effect transistor. .

【0009】本発明の一態様においては、上記第1の電
圧及び上記第2の電圧が、上記強誘電体膜を夫々飽和分
極状態にする電圧である。
In one aspect of the present invention, the first voltage and the second voltage are voltages that bring the ferroelectric film into a saturated polarization state, respectively.

【0010】本発明の一態様においては、上記電圧印加
手段が、上記第3の電圧とは逆極性の第4の電圧を上記
ゲート電極と基板部との間に印加する。
In one aspect of the present invention, the voltage applying means applies a fourth voltage having a polarity opposite to that of the third voltage between the gate electrode and the substrate portion.

【0011】本発明の一態様においては、上記第3の電
圧が、電圧除去後に上記強誘電体膜を実質的に非分極状
態にする電圧である。
In one aspect of the present invention, the third voltage is a voltage that makes the ferroelectric film substantially non-polarized after the voltage is removed.

【0012】本発明の一態様においては、上記電圧印加
手段が、上記第1の電圧と上記第3の電圧との中間の大
きさを有する第5の電圧及び上記第5の電圧とは逆極性
の第6の電圧を夫々上記ゲート電極と基板部との間に印
加する。
In one aspect of the present invention, the voltage applying means has a fifth voltage having an intermediate magnitude between the first voltage and the third voltage and a polarity opposite to the fifth voltage. And a sixth voltage is applied between the gate electrode and the substrate portion.

【0013】[0013]

【作用】メモリセルのゲート電極に大きさの異なる少な
くとも3種類の電圧を印加する手段を具備しているため
に強誘電体膜の分極状態を少なくとも3種類に変化させ
ることができる。従って、少なくとも3値の情報を記憶
することができる。
The polarization state of the ferroelectric film can be changed to at least three kinds because the gate electrode of the memory cell is provided with means for applying at least three kinds of voltages having different sizes. Therefore, at least ternary information can be stored.

【0014】また、強誘電体膜を飽和分極状態にする電
圧を印加したり、電圧除去後に強誘電体膜を非分極状態
にする電圧を印加することによって、強誘電体膜の分極
状態の差異が明確になり、その検出が容易になる。
Further, by applying a voltage which brings the ferroelectric film into a saturated polarization state or a voltage which brings the ferroelectric film into a non-polarized state after the voltage is removed, the difference in the polarization state of the ferroelectric film is caused. Becomes clear and its detection becomes easy.

【0015】また、印加する電圧を種々に選定すること
によって、強誘電体膜の分極状態を4種類以上に変化さ
せることもでき、その場合には、より多くの情報を記憶
することができる。
Further, it is possible to change the polarization state of the ferroelectric film into four or more kinds by variously selecting the applied voltage, and in that case, more information can be stored.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明を実施例につき図面を参照して
説明する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.

【0017】図1は、本発明の一実施例による強誘電体
メモリのメモリセルアレイを構成するメモリセルのう
ち、縦横夫々の方向に2個づつ、計4つのメモリセルM
1 〜MC4 が接続されている様子を示す部分平面図で
ある。図1において、ワード線WL1 、WL2 と直交す
る方向には、ビット線BL1 、BL2 が夫々形成されて
いる。また、ワード線WL1 とWL2 との間には、これ
らと平行にソース線SLが形成されている。さらに、ビ
ット線BL1 、BL2 の下方には、これらと平行にウェ
ル線BUL1 、BUL2 が夫々形成されている。
FIG. 1 shows a total of four memory cells M, two in each of the vertical and horizontal directions, of the memory cells constituting the memory cell array of the ferroelectric memory according to the embodiment of the present invention.
It is a partial plan view showing a state in which C 1 to MC 4 are connected. In FIG. 1, bit lines BL 1 and BL 2 are formed in the direction orthogonal to the word lines WL 1 and WL 2 , respectively. A source line SL is formed between the word lines WL 1 and WL 2 in parallel with them. Further, below the bit lines BL 1 and BL 2 , well lines BUL 1 and BUL 2 are formed in parallel with them.

【0018】ビットコンタクトBC1 、BC2 において
は、ビット線BL1 とメモリセルMC1 のドレイン21
及びメモリセルMC3 のドレイン23とが夫々接続され
ている。ビットコンタクトBC3 、BC4 においては、
ビット線BL2 とメモリセルMC2 のドレイン22及び
メモリセルMC4 のドレイン24とが夫々接続されてい
る。ソースコンタクトSC1 においては、ソース線SL
とメモリセルMC1 、MC3 に共通のソース25とが接
続されている。ソースコンタクトSC2 においては、ソ
ース線SLとメモリセルMC2 、MC4 に共通のソース
26とが接続されている。
In the bit contacts BC 1 and BC 2 , the bit line BL 1 and the drain 21 of the memory cell MC 1 are connected.
And the drain 23 of the memory cell MC 3 are connected to each other. In the bit contacts BC 3 and BC 4 ,
It is drain 24 Togaotto s connection of the bit line BL 2 and the drain 22 and the memory cell MC 4 of the memory cell MC 2. In the source contact SC 1 , the source line SL
And a source 25 common to the memory cells MC 1 and MC 3 are connected. In the source contact SC 2 , the source line SL and the source 26 common to the memory cells MC 2 and MC 4 are connected.

【0019】図2は、図1のII−II線での断面図であ
る。図2において、シリコン基板31には、ウェル領域
であるウェル線BUL1 、BUL2 が夫々形成されてい
る。また、シリコン基板31上には、図示省略した絶縁
膜を介してゲート電極であるワード線WL1 が形成され
ており、ワード線WL1 上にはビット線BL1 、BL2
が夫々形成されている。ワード線WL1 とウェル線BU
1 、BUL2 との間には、ゲート絶縁膜として強誘電
体膜であるPZT膜32が形成されている。
FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. In FIG. 2, well lines BUL 1 and BUL 2 which are well regions are formed on a silicon substrate 31. A word line WL 1 that is a gate electrode is formed on the silicon substrate 31 via an insulating film (not shown), and the bit lines BL 1 and BL 2 are formed on the word line WL 1.
Are formed respectively. Word line WL 1 and well line BU
A PZT film 32, which is a ferroelectric film, is formed as a gate insulating film between L 1 and BUL 2 .

【0020】図3は、図1のIII −III 線での断面図で
ある。図3において、シリコン基板31には、ウェル線
BUL1 、BUL2 及びこれらに囲まれたソース25、
26が夫々形成されている。また、シリコン基板31上
には、図示省略した絶縁膜を介してビット線BL1 、B
2 及びソース線SLが夫々形成されている。ソース線
SLは、ソースコンタクトSC1 、SC2 を介して夫々
ソース25、26と接続されている。
FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. In FIG. 3, a silicon substrate 31 includes well lines BUL 1 and BUL 2 and a source 25 surrounded by these well lines.
26 are formed respectively. Further, on the silicon substrate 31, bit lines BL 1 and B 1 are formed via an insulating film (not shown).
L 2 and source line SL are formed respectively. The source line SL is connected to the sources 25 and 26 via source contacts SC 1 and SC 2 , respectively.

【0021】図4は、図1のIV−IV線での断面図であ
る。図4において、シリコン基板31のウェル線BUL
1 内には、ドレイン21、23及びソース25が夫々形
成されている。ドレイン21とソース25及びドレイン
23とソース25の間のシリコン基板31上には、PZ
T膜32を介してワード線WL1 、WL2 が夫々形成さ
れている。また、ワード線WL1 上に形成されたビット
線BL1 、BL2 は、ビットコンタクトBC1 、BC2
を介して夫々ドレイン21、23と接続されている。
FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. In FIG. 4, the well line BUL of the silicon substrate 31
Drains 21 and 23 and a source 25 are formed in the inside of 1 , respectively. The PZ is formed on the silicon substrate 31 between the drain 21 and the source 25 and between the drain 23 and the source 25.
Word lines WL 1 and WL 2 are formed via the T film 32, respectively. Further, the bit lines BL 1 and BL 2 formed on the word line WL 1 have bit contacts BC 1 and BC 2 respectively.
Are connected to the drains 21 and 23, respectively.

【0022】図5は、図1に示すメモリセルアレイの等
価回路図である。図5において、ワード線WL1 はメモ
リセルMC1 、MC2 のゲート電極に夫々接続されてお
り、ワード線WL2 はメモリセルMC3 、MC4 のゲー
ト電極に夫々接続されている。また、ビット線BL1
メモリセルMC1 、MC3 のドレインに夫々接続されて
おり、ビット線WL2 はメモリセルMC2 、MC4 のド
レインに夫々接続されている。また、ウェル線BUL1
はメモリセルMC1 、MC3 の基板端子に夫々接続され
ており、ウェル線BUL2 はメモリセルMC2 、MC4
の基板端子に夫々接続されている。さらに、ソース線S
LはメモリセルMC1 〜MC4 のソースに夫々接続され
ている。
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the memory cell array shown in FIG. In FIG. 5, the word line WL 1 is connected to the gate electrodes of the memory cells MC 1 and MC 2 , respectively, and the word line WL 2 is connected to the gate electrodes of the memory cells MC 3 and MC 4 , respectively. The bit line BL 1 is connected to the drains of the memory cells MC 1 and MC 3 , respectively, and the bit line WL 2 is connected to the drains of the memory cells MC 2 and MC 4 , respectively. Also, the well line BUL 1
Are connected to the substrate terminals of the memory cells MC 1 and MC 3 , respectively, and the well line BUL 2 is connected to the memory cells MC 2 and MC 4
Are respectively connected to the board terminals. Furthermore, the source line S
L is respectively connected to the sources of the memory cells MC 1 to MC 4.

【0023】図6は、本実施例の各メモリセルにおい
て、そのゲート電極に印加される電圧VGB(=ゲート電
極の電位−ウェルの電位)と強誘電体の分極の大きさと
の関係(ヒステリシス特性)を示すグラフである。
FIG. 6 shows the relationship between the voltage V GB (= the potential of the gate electrode−the potential of the well) applied to the gate electrode of each memory cell of this embodiment and the magnitude of the polarization of the ferroelectric substance (hysteresis). Is a graph showing characteristics).

【0024】まず、分極していない状態“C”又は負に
大きく分極した状態“B”にある強誘電体を有するメモ
リセルにVGB=V1 の正の高電圧を印加すると、強誘電
体は分極が正に飽和した状態“D”となる。そして、こ
のときにVGB=0とすると、強誘電体は正に大きく分極
した状態“A”となる。
First, when a positive high voltage of V GB = V 1 is applied to a memory cell having a ferroelectric substance in a non-polarized state "C" or a state in which a large negative polarization is given, a ferroelectric substance is applied. Becomes a state "D" in which the polarization is positively saturated. Then, if V GB = 0 at this time, the ferroelectric substance is in a state "A" in which the ferroelectric substance is highly polarized.

【0025】次に、分極していない状態“C”又は正に
大きく分極した状態“A”にある強誘電体を有するメモ
リセルにVGB=−V1 の負の高電圧を印加すると、強誘
電体は分極が負に飽和した状態“E”となる。そして、
このときにVGB=0とすると、強誘電体は負に大きく分
極した状態“B”となる。
Next, when a high negative voltage of V GB = -V 1 is applied to the memory cell having the ferroelectric substance in the unpolarized state "C" or the positively highly polarized state "A", the strong voltage is applied. The dielectric is in the state "E" where the polarization is negatively saturated. And
At this time, if V GB = 0, the ferroelectric substance is in a state "B" in which it is highly negatively polarized.

【0026】次に、負に大きく分極した状態“B”にあ
る強誘電体を有するメモリセルに、適宜選択したVGB
2 (0<V2 <V1 )の正の高電圧を印加すると、強
誘電体は状態“D”よりも弱く正に分極した状態“F”
となる。そして、このときにVGB=0とすると、強誘電
体は分極していない状態(非分極状態)“C”(又はそ
の近傍の状態)となる。
Next, for a memory cell having a ferroelectric substance in the state "B" which is highly negatively polarized, V GB = appropriately selected.
When a positive high voltage of V 2 (0 <V 2 <V 1 ) is applied, the ferroelectric substance is weaker than the state “D” and is in the positive state “F”.
Becomes When V GB = 0 at this time, the ferroelectric substance is in a non-polarized state (non-polarized state) “C” (or a state in the vicinity thereof).

【0027】次に、正に大きく分極した状態“A”にあ
る強誘電体を有するメモリセルにVGB=−V2 の負の高
電圧を印加すると、強誘電体は状態“E”よりも弱く負
に分極した状態“G”となる。そして、このときにVGB
=0とすると、強誘電体は分極していない状態“C”
(又はその近傍の状態)となる。
Next, when a negative high voltage of V GB = -V 2 is applied to the memory cell having the ferroelectric substance in the state "A", which is largely polarized positively, the ferroelectric substance is brought to a state higher than that in the state "E". A weakly negatively polarized state "G" is obtained. And at this time V GB
= 0, the ferroelectric substance is not polarized "C"
(Or a state in the vicinity thereof).

【0028】図7は、図6に対応して強誘電体が状態
“A”、“C”及び“B”のときの、メモリセルのドレ
イン電流Iとゲート電圧VGBとの関係を夫々示すグラフ
である。図7において、左側の曲線が状態“A”、中央
の曲線が状態“C”、右側の曲線が状態“B”に夫々対
応する。
FIG. 7 shows the relationship between the drain current I of the memory cell and the gate voltage V GB when the ferroelectric substance is in the states “A”, “C” and “B” corresponding to FIG. 6, respectively. It is a graph. In FIG. 7, the left curve corresponds to the state “A”, the center curve corresponds to the state “C”, and the right curve corresponds to the state “B”.

【0029】状態“A”においては、強誘電体が正に大
きく分極しているために、メモリセルのしきい値電圧V
tAは、分極していない状態“C”でのしきい値電圧VtC
よりも小さくなっている。また、状態“B”において
は、強誘電体が負に大きく分極しているために、メモリ
セルのしきい値電圧VtBは、分極していない状態“C”
でのしきい値電圧VtCよりも大きくなっている。
In the state "A", since the ferroelectric substance is highly polarized, the threshold voltage V of the memory cell is increased.
tA is the threshold voltage V tC in the non-polarized state “C”
Is smaller than. Further, in the state "B", the ferroelectric substance is highly negatively polarized, so that the threshold voltage V tB of the memory cell is not polarized "C".
It is larger than the threshold voltage V tC at .

【0030】このように、強誘電体を3つの分極状態
“A”、“C”及び“B”に変化させることによって、
メモリセルのしきい値電圧を異なる3種類に制御するこ
とができるので、このしきい値電圧の値に応じてメモリ
セルに3値の情報を記憶させることができる。
As described above, by changing the ferroelectric substance into three polarization states "A", "C" and "B",
Since the threshold voltage of the memory cell can be controlled to three different types, ternary information can be stored in the memory cell according to the value of the threshold voltage.

【0031】尚、例えば、1個のメモリセルに4値を記
憶させる場合には、状態“B”にある強誘電体を有する
メモリセルに適宜選択したVGB=V3 (V2 <V3 <V
1 )の正の高電圧を印加した後にVGB=0とすることに
よって、強誘電体を状態“A”の略半分程度の分極を有
する状態にする。また、状態“A”にある強誘電体を有
するメモリセルにVGB=−V3 の負の高電圧を印加した
後にVGB=0とすることによって、強誘電体を状態
“B”の略半分程度の分極を有する状態にする。これに
よって、各メモリセルは状態“A”、“B”以外に更に
2つの状態を取ることができて4値の記憶が可能にな
る。
For example, in the case of storing four values in one memory cell, V GB = V 3 (V 2 <V 3 which is appropriately selected for the memory cell having the ferroelectric substance in the state “B”). <V
By applying V GB = 0 after applying the positive high voltage of 1 ), the ferroelectric substance is brought into a state having a polarization of approximately half of the state “A”. Further, by applying a negative high voltage of V GB = −V 3 to the memory cell having the ferroelectric substance in the state “A” and then setting V GB = 0, the ferroelectric substance is abbreviated to the state “B”. The polarization is about half. As a result, each memory cell can have two states other than the states "A" and "B", and four-value storage becomes possible.

【0032】このように、各メモリセルのゲート電圧V
GBを電圧V2 と電圧V1 の間で適宜調節することによっ
て、各メモリセルのしきい値電圧を状態“A”と状態
“C”との間及び状態“B”と状態“C”との間で任意
に変化させることができる。従って、それらに対応し
て、各メモリセルに4値以上の情報を記憶させることが
可能となる。
In this way, the gate voltage V of each memory cell is
By appropriately adjusting GB between the voltage V 2 and the voltage V 1 , the threshold voltage of each memory cell is changed between the state “A” and the state “C” and between the state “B” and the state “C”. It can be changed arbitrarily. Therefore, it is possible to store information of four or more values in each memory cell corresponding to them.

【0033】図8に、本実施例の強誘電体メモリの回路
ブロック図を示す。
FIG. 8 shows a circuit block diagram of the ferroelectric memory of this embodiment.

【0034】図8において、メモリセルアレイMARY
は、ゲート絶縁膜として強誘電体膜を用いたメモリセル
トランジスタをマトリックス状に配列したものである。
アドレス入力端子ADは、書き換え時又は読み出し時に
選択するメモリセルトランジスタを決定するための信号
を入力する端子である。制御入力端子CNT0 は、書き
換え、読み出し等のモードを選択するための信号を入力
する端子である。データ入出力端子DIOは、読み出し
時には記憶されたデータを出力し、書き換え時にはメモ
リセルトランジスタに書き込むデータを入力する端子で
ある。
In FIG. 8, the memory cell array MARY
Is a matrix of memory cell transistors using a ferroelectric film as a gate insulating film.
The address input terminal AD is a terminal for inputting a signal for determining a memory cell transistor selected at the time of rewriting or reading. The control input terminal CNT 0 is a terminal for inputting a signal for selecting a mode such as rewriting and reading. The data input / output terminal DIO is a terminal for outputting the stored data at the time of reading and inputting the data to be written to the memory cell transistor at the time of rewriting.

【0035】アドレスバッファADBFは、アドレス入
力端子ADからの信号をラッチし、出力信号AXを、列
デコーダRDEC、行デコーダCDEC及びウェル線選
択回路BUDECに夫々出力する回路である。
The address buffer ADBF is a circuit which latches the signal from the address input terminal AD and outputs the output signal AX to the column decoder RDEC, the row decoder CDEC and the well line selection circuit BUDEC, respectively.

【0036】列デコーダRDEC、行デコーダCDEC
及びウェル線選択回路BUDECは、書き換え時又は読
み出し時に、メモリセルアレイMARYのワード線(列
線)WL、ビット線(行線)BL及びウェル線BULを
夫々選択するための回路である。
Column decoder RDEC, row decoder CDEC
The well line selection circuit BUDEC is a circuit for selecting a word line (column line) WL, a bit line (row line) BL, and a well line BUL of the memory cell array MARY during rewriting or reading.

【0037】マルチプレクサMPXは、行デコーダCD
ECからのマルチプレクサ選択信号PYを制御入力と
し、読み出し時に、選択されたビット線のみをデータ線
DBと導通させ、非選択ビット線とは非導通とし、書き
換え時に、総てのビット線をデータ線DBと非導通とす
るための回路である。
The multiplexer MPX is a row decoder CD
The multiplexer selection signal PY from the EC is used as a control input, and at the time of reading, only the selected bit line is brought into conduction with the data line DB, and the non-selected bit line is brought out of conduction, and at the time of rewriting, all the bit lines are made into data lines. It is a circuit for disconnecting from DB.

【0038】チップ制御回路CCNTは、制御入力端子
CNT0 からの信号によって、チップ選択状態、読み出
し状態、書き換え状態等のモードを選択する制御信号P
DQ、RD及びCNT1 のうち、制御信号PDQをアド
レスバッファADBFに出力し、制御信号RDを行デコ
ーダCDEC、センスアンプ回路SAMP、データ出力
バッファDOBF、ソース線電圧制御回路SLCNT及
びウェル電位制御回路BUCNTに夫々出力し、制御信
号CNT1 をライト状態制御回路WCNTに出力する回
路である。
The chip control circuit CCNT uses a signal from the control input terminal CNT 0 to select a control signal P for selecting a mode such as a chip selection state, a read state or a rewrite state.
Of DQ, RD and CNT 1 , the control signal PDQ is output to the address buffer ADBF, and the control signal RD is output to the row decoder CDEC, the sense amplifier circuit SAMP, the data output buffer DOBF, the source line voltage control circuit SLCNT and the well potential control circuit BUCNT. And the control signal CNT 1 to the write state control circuit WCNT.

【0039】ライト状態制御回路WCNTは、チップ制
御回路CCNTの出力CNT1 と、入力データ/出力デ
ータ比較回路DPRGの出力DATを入力信号とし、書
き換え時において、ワード線WL及びウェル線BULに
印加する電圧を制御する信号PRG0 、PRG1 のう
ち、信号PRG0 を列デコーダRDEC、ウェル電位制
御回路BUCNT、正高電圧発生/制御回路PVCNT
及び負高電圧発生/制御回路NVCNTに夫々出力し、
信号PRG1 を行デコーダCDEC、ソース線電圧制御
回路SLCNT及びウェル電位制御回路BUCNTに夫
々出力する回路である。
The write state control circuit WCNT uses the output CNT 1 of the chip control circuit CCNT and the output DAT of the input data / output data comparison circuit DPRG as input signals, and applies them to the word line WL and the well line BUL during rewriting. among the signals PRG 0, PRG 1 for controlling the voltage, the signal PRG 0 column decoder RDEC, the well potential control circuit BUCNT, positive high-voltage generation / control circuit PVCNT
And output to the negative high voltage generation / control circuit NVCNT,
This is a circuit that outputs the signal PRG 1 to the row decoder CDEC, the source line voltage control circuit SLCNT, and the well potential control circuit BUCNT, respectively.

【0040】正高電圧発生/制御回路PVCNT及び負
高電圧発生/制御回路NVCNTは、ライト状態制御回
路WCNTの出力PRG0 を入力信号とし、書き換え時
にワード線WL及びウェル線BULに印加する正負の高
電圧を発生/制御するための信号VP 、VN を夫々発生
する回路である。これらの信号VP 、VN は、ウェル電
位制御回路BUCNT及び列デコーダRDECに夫々供
給される。
The positive high voltage generation / control circuit PVCNT and the negative high voltage generation / control circuit NVCNT use the output PRG 0 of the write state control circuit WCNT as an input signal, and the positive / negative high voltage applied to the word line WL and the well line BUL at the time of rewriting. This is a circuit for respectively generating signals V P and V N for generating / controlling a voltage. These signals V P and V N are supplied to the well potential control circuit BUCNT and the column decoder RDEC, respectively.

【0041】ウェル電位制御回路BUCNTは、チップ
制御回路CCNTの出力RD、ライト状態制御回路WC
NTの出力PRG0 、PRG1 、正高電圧発生/制御回
路PVCNTの出力VP 及び負高電圧発生/制御回路N
VCNTの出力VN を入力信号とし、書き換え、読み出
し等のモードの違い及び書き込むデータの違いに応じ
て、ウェル線BULに印加する電圧を制御する信号BX
をウェル線選択回路BUDECに出力する回路である。
The well potential control circuit BUCNT has an output RD of the chip control circuit CCNT and a write state control circuit WC.
NT outputs PRG 0 and PRG 1 , positive high voltage generation / control circuit PVCNT output V P and negative high voltage generation / control circuit N
A signal BX for controlling the voltage applied to the well line BUL according to the difference in the mode such as rewriting and reading and the difference in the data to be written by using the output V N of VCNT as an input signal.
Is output to the well line selection circuit BUDEC.

【0042】ソース線電圧制御回路SLCNTは、ライ
ト状態制御回路WCNTの出力PRG1 及びチップ制御
回路CCNTの出力RDを入力信号とし、書き換え、読
み出し等のモードの違い及び書き込むデータの違いに応
じて、ソース線SLに印加する電圧を制御する回路であ
る。
The source line voltage control circuit SLCNT receives the output PRG 1 of the write state control circuit WCNT and the output RD of the chip control circuit CCNT as input signals, and according to the difference in the mode such as rewriting and reading and the difference in the data to be written, This is a circuit that controls the voltage applied to the source line SL.

【0043】データ出力バッファDOBFは、チップ制
御回路CCNTの出力RDを制御入力とし、読み出し時
にセンスアンプ回路SAMPの出力DOUTをラッチし
てデータ入出力端子DIOに出力する回路である。
The data output buffer DOBF is a circuit which receives the output RD of the chip control circuit CCNT as a control input and latches the output DOUT of the sense amplifier circuit SAMP at the time of reading and outputs it to the data input / output terminal DIO.

【0044】データ入力バッファDIBFは、データ書
き換え時にデータ入出力端子DIOからの入力をラッチ
して出力信号DINを入力データ/出力データ比較回路
DPRGに出力する回路である。
The data input buffer DIBF is a circuit that latches an input from the data input / output terminal DIO when data is rewritten and outputs the output signal DIN to the input data / output data comparison circuit DPRG.

【0045】センスアンプ回路SAMPは、チップ制御
回路CCNTの出力RDを制御入力、データ線DBをデ
ータ入力とし、読み出しデータをデータ出力バッファD
OBF及び入力データ/出力データ比較回路DPRGに
夫々出力信号DOUTとして出力する。
The sense amplifier circuit SAMP uses the output RD of the chip control circuit CCNT as a control input, the data line DB as a data input, and the read data as a data output buffer D.
The signals are output as output signals DOUT to the OBF and the input data / output data comparison circuit DPRG.

【0046】入力データ/出力データ比較回路DPRG
は、センスアンプ回路SAMPの出力DOUT及びデー
タ入力バッファDIBFの出力DINを入力信号とし、
各々の信号を比較した結果により、ライト状態制御回路
WCNTを制御する信号DATを出力する回路である。
Input data / output data comparison circuit DPRG
Is the output DOUT of the sense amplifier circuit SAMP and the output DIN of the data input buffer DIBF as input signals,
It is a circuit that outputs a signal DAT for controlling the write state control circuit WCNT according to the result of comparing the respective signals.

【0047】次に、本実施例の強誘電体メモリの書き換
え及び読み出し動作を、図5〜図9を参照しながら説明
する。尚、以下の説明において、3つのデータ“1”、
“0”及び“−1”は、図6で説明した3つの分極状態
“A”、“C”及び“B”に夫々対応するものとする。
Next, the rewriting and reading operations of the ferroelectric memory of this embodiment will be described with reference to FIGS. In the following description, three data “1”,
“0” and “−1” correspond to the three polarization states “A”, “C” and “B” described in FIG. 6, respectively.

【0048】本実施例の強誘電体メモリの書き換え及び
読み出し動作を〔表1〕に示す。
[Table 1] shows rewriting and reading operations of the ferroelectric memory of this embodiment.

【0049】[0049]

【表1】 [Table 1]

【0050】最初に、書き換え動作について説明する。
まず、図8のチップ制御回路CCNTによって書き換え
モードが選択されると、例えば信号PDQがハイ電圧と
なり、アドレスバッファADBFが活性化する。する
と、メモリセルアレイMARYで1本のワード線及びウ
ェル線が夫々選択される。尚、書き換えモードにおい
て、非選択ワード線、総てのビット線及びソース線は、
フローティング(又はハイインピーダンス)である。
First, the rewriting operation will be described.
First, when the rewrite mode is selected by the chip control circuit CCNT in FIG. 8, for example, the signal PDQ becomes a high voltage and the address buffer ADBF is activated. Then, one word line and one well line are selected in the memory cell array MARY. In the rewrite mode, unselected word lines, all bit lines and source lines are
It is floating (or high impedance).

【0051】データ入出力端子DIOより“1”に相当
するデータが入力されると(図9のステップS1)、そ
のデータはデータ入力バッファDIBF及び入力データ
/出力データ比較回路DPRGを通じてライト状態制御
回路WCNTに送られ、このライト状態制御回路WCN
Tからの制御出力PRG0 により正高電圧発生/制御回
路PVCNT及び負高電圧発生/制御回路NVCNTが
夫々“1”書き込み状態となる。そして、正の高電圧V
1 /2及び負の高電圧−V1 /2を夫々発生し、列デコ
ーダRDEC及びウェル電位制御回路BUCNTに夫々
出力する。一方、ライト状態制御回路WCNTからの制
御出力PRG0 は、列デコーダRDEC、ウェル電位制
御回路BUCNTにも夫々入力され、アドレス入力端子
ADからアドレスバッファADBFを介して入力された
アドレス入力信号により選択されたワード線に正の高電
圧V1 /2が、選択されたウェル線には負の高電圧−V
1/2が夫々印加される。また、非選択のウェル線には
正の高電圧V1 /2が印加される。
When data corresponding to "1" is input from the data input / output terminal DIO (step S1 in FIG. 9), the data is written into the write state control circuit through the data input buffer DIBF and the input data / output data comparison circuit DPRG. This write state control circuit WCN is sent to WCNT.
The control output PRG 0 from T puts the positive high voltage generation / control circuit PVCNT and the negative high voltage generation / control circuit NVCNT into the “1” write state, respectively. And a positive high voltage V
1/2 and negative high voltage -V 1/2 respectively occurred, respectively output to the column decoder RDEC and the well potential control circuit BUCNT. On the other hand, the control output PRG 0 from the write state control circuit WCNT is also input to the column decoder RDEC and the well potential control circuit BUCNT, respectively, and is selected by the address input signal input from the address input terminal AD via the address buffer ADBF. positive high voltage V 1/2 to a word line, a negative high voltage -V in selected wells line
1/2 are respectively applied. Also, the non-selected well line positive high voltage V 1/2 is applied.

【0052】例えば、図5において、メモリセルトラン
ジスタMC1 が選択されたときには、ワード線WL1
ウェル線BUL1 とが夫々選択され、メモリセルトラン
ジスタMC1 のゲート電極−ウェル間には正の高電圧V
1 が印加されることになり、図6において例えば分極状
態“C”又は“B”が分極状態“D”に変化する。しか
る後、メモリセルトランジスタMC1 のゲート電極−ウ
ェル間に印加される電圧を0Vにすることによって、分
極状態“D”は状態“A”に変化する。つまり、選択さ
れたメモリセルトランジスタMC1 には“1”が書き込
まれたことになる(図9のステップS2)。
For example, in FIG. 5, when the memory cell transistor MC 1 is selected, the word line WL 1 and the well line BUL 1 are respectively selected, and a positive voltage is applied between the gate electrode and the well of the memory cell transistor MC 1 . High voltage V
1 is applied, and the polarization state “C” or “B” changes to the polarization state “D” in FIG. 6, for example. Thereafter, the gate electrode of the memory cell transistor MC 1 - by the 0V voltage is applied between the well, the polarization state "D" is changed to the state "A". That is, the "1" is written to the memory cell transistors MC 1 selected (step S2 in FIG. 9).

【0053】尚、このとき、メモリセルトランジスタM
2 においては、ゲート電極−ウェル間の電圧は0Vで
あるので、分極の状態は変化せず、データは書き換えら
れない。また、メモリセルトランジスタMC3 、MC4
においては、ワード線WL2がフローティングであるた
めに、ゲート電極−ウェル間には正負いずれの高電圧も
印加されず、従って、分極の状態は変化せず、データは
書き換えられない。つまり、選択されたメモリセルトラ
ンジスタMC1 にのみ“1”が書き込まれる。
At this time, the memory cell transistor M
In C 2 , the voltage between the gate electrode and the well is 0 V, so the polarization state does not change and the data cannot be rewritten. In addition, memory cell transistors MC 3 and MC 4
Since the word line WL 2 is floating, no positive or negative high voltage is applied between the gate electrode and the well, so that the polarization state does not change and the data cannot be rewritten. That is, “1” is written only in the selected memory cell transistor MC 1 .

【0054】次に、データ入力端子DIOより“−1”
に相当するデータが入力されると(図9のステップS
1)、“1”に相当するデータが入力されたときと同様
の動作により、選択ワード線及び非選択ウェル線に負の
高電圧−V1 /2が、選択ウェル線には正の高電圧V1
/2が夫々印加される。従って、選択されたメモリセル
トランジスタのゲート電極−ウェル間に負の高電圧−V
1 が印加されることになり、図6において、例えば分極
状態“A”又は“C”であったものが、分極状態“E”
を経て“B”に変化する。つまり、選択されたメモリセ
ルトランジスタには“−1”が書き込まれたことになる
(図9のステップS3)。尚、“−1”を書き込む場合
も、“1”を書き込む場合と同様の理由により、非選択
メモリセルトランジスタのデータは書き換えられない。
Next, "-1" is input from the data input terminal DIO.
When data corresponding to is input (step S in FIG. 9)
1), by the same operation as when the corresponding data is input to the "1", a negative high voltage -V 1/2 to the selected word line and unselected well line, a positive high voltage to a selected well line V 1
/ 2 is applied respectively. Therefore, a negative high voltage -V is applied between the gate electrode and the well of the selected memory cell transistor.
1 is applied, and in FIG. 6, for example, what was in the polarization state “A” or “C” is changed to the polarization state “E”.
After that, it changes to "B". That is, "-1" has been written in the selected memory cell transistor (step S3 in FIG. 9). Even when "-1" is written, the data of the non-selected memory cell transistor cannot be rewritten for the same reason as when writing "1".

【0055】次に、データ入力端子DIOより“0”に
相当するデータが入力されると(図9のステップS
1)、まず、選択されたワード線に正の高電圧V1
2、選択されたウェル線に負の高電圧−V1 /2、非選
択のウェル線にV1 /2を夫々印加し、選択されたメモ
リセルトランジスタを“1”に強制的に書き換える(図
9のステップS4)。次に、選択されたワード線に負の
高電圧−V2 /2、選択されたウェル線に正の高電圧V
2 /2、非選択のウェル線に−V2 /2を夫々与え、選
択されたメモリセルトランジスタのゲート電極−ウェル
間に電圧V2 を印加する。しかる後、選択されたメモリ
セルトランジスタのゲート電極−ウェル間に印加される
電圧を0Vにすることによって、この選択されたメモリ
セルトランジスタは“0”に書き換えられる(図9のス
テップS5)。尚、選択されたメモリセルトランジスタ
を“1”ではなく“−1”に書き換えてから、選択され
たワード線に正の高電圧V2 /2、選択されたウェル線
に負の高電圧−V2 /2、非選択のウェル線にV2 /2
を夫々印加することによって、選択されたメモリセルト
ランジスタを“0”に書き換えるように構成してもよ
い。
Next, when data corresponding to "0" is input from the data input terminal DIO (step S in FIG. 9).
1) First, a positive high voltage V 1 / is applied to the selected word line.
2, high voltage -V 1/2 negative in selected wells line, the V 1/2, respectively applied to the non-selected well line, forcibly rewritten to "1" to the memory cell transistor selected (Fig. 9 step S4). Then, a negative high voltage -V 2/2 to the selected word line, a positive high voltage V to a selected well line
Applying a voltage V 2 between the well - 2/2, to the non-selected well line gives people husband -V 2/2, the gate electrode of the memory cell transistor selected. Then, by setting the voltage applied between the gate electrode and the well of the selected memory cell transistor to 0V, the selected memory cell transistor is rewritten to "0" (step S5 in FIG. 9). Incidentally, instead of the memory cell transistor "1" is selected from the rewritten to "-1", the selected word line to the positive high voltage V 2/2, selected negatively well-ray high voltage -V 2/2, V 2/2 to the non-selected well line
May be applied to rewrite the selected memory cell transistor to “0”.

【0056】次に、“0”書き込みの別の方法について
説明する。データ入力端子DIOより“0”に相当する
データが入力されると(図9のステップS1)、まず、
書き込み前読み出しモードとなり、アドレス入力信号に
応じて1本のワード線と1本のビット線が選択される。
このとき選択ワード線には、例えば5V、選択ビット線
には例えば1Vが印加され、非選択ワード線、ウェル
線、ソース線及び非選択ビット線には夫々0Vが印加さ
れる。この結果、選択されたメモリセルトランジスタの
しきい値電圧の違いによって“1”、“0”又は“−
1”に相当するデータがセンスアンプ回路SAMPから
出力され、入力データ/出力データ比較回路DPRGの
入力となる。
Next, another method of writing "0" will be described. When data corresponding to "0" is input from the data input terminal DIO (step S1 in FIG. 9), first,
The pre-writing read mode is set, and one word line and one bit line are selected according to the address input signal.
At this time, for example, 5V is applied to the selected word line, 1V is applied to the selected bit line, and 0V is applied to the unselected word line, the well line, the source line, and the unselected bit line. As a result, "1", "0", or "-" depending on the difference in threshold voltage of the selected memory cell transistor.
Data corresponding to 1 ″ is output from the sense amplifier circuit SAMP and is input to the input data / output data comparison circuit DPRG.

【0057】入力データ/出力データ比較回路DPRG
は、書き込み前読み出しにおける選択メモリセルからの
読み出しデータに応じて、“1”→“0”、“−1”→
“0”又は“0”→“0”への書き換えで夫々異なる制
御信号をライト状態制御回路WCNTに出力する。ライ
ト状態制御回路WCNTは、入力データ/出力データ比
較回路DPRGからの制御信号により、列デコーダRD
EC、ウェル電位制御回路BUCNT、正高電圧発生/
制御回路PVCNT及び負高電圧発生/制御回路NVC
NTに制御信号PRG0 を夫々出力し、行デコーダCD
EC、ソース線電圧制御回路SLCNT及びウェル電位
制御回路BUCNTに制御信号PRG1を夫々出力す
る。すると、総てのビット線とソース線はフローティン
グとなり、選択されたワード線とウェル線には夫々所定
の高電圧が印加される。
Input data / output data comparison circuit DPRG
Is “1” → “0”, “−1” → in accordance with the read data from the selected memory cell in the pre-write read.
Rewriting "0" or "0" → "0" outputs different control signals to the write state control circuit WCNT. The write state control circuit WCNT uses the control signal from the input data / output data comparison circuit DPRG to output the column decoder RD.
EC, well potential control circuit BUCNT, positive high voltage generation /
Control circuit PVCNT and negative high voltage generation / control circuit NVC
The control signal PRG 0 is output to NT and the row decoder CD is output.
The control signal PRG 1 is output to the EC, the source line voltage control circuit SLCNT and the well potential control circuit BUCNT, respectively. Then, all the bit lines and the source lines are in a floating state, and a predetermined high voltage is applied to each of the selected word line and well line.

【0058】メモリセルのデータを“1”→“0”に書
き換えるときには、例えば選択ワード線及び非選択ウェ
ル線を−V2 /2、選択ウェル線をV2 /2とし、非選
択ワード線、ソース線及び全ビット線をフローティング
とする。これにより、選択されたメモリセルのデータの
みを“0”に書き換えることができる。
[0058] When rewriting the data of the memory cells to "1" → "0", for example, a selected word line and unselected well line -V 2/2, then the selection well line and V 2/2, unselected word lines, Floating source lines and all bit lines. As a result, only the data of the selected memory cell can be rewritten to "0".

【0059】一方、メモリセルのデータを“−1”→
“0”に書き換えるときには、例えば選択ワード線及び
非選択ウェル線をV2 /2、選択ウェル線を−V2 /2
とし、非選択ワード線、ソース線及び全ビット線をフロ
ーティングとする。これにより、選択されたメモリセル
のデータのみを“0”に書き換えることができる。
On the other hand, the data in the memory cell is changed to "-1" →
"0" when the rewritten, for example V 2/2 the selected word line and unselected well line, -V 2/2 SELECT well line
And the non-selected word lines, source lines and all bit lines are made floating. As a result, only the data of the selected memory cell can be rewritten to "0".

【0060】さらに、メモリセルのデータを“0”のま
ま書き換えないときには、例えば選択ワード線及び総て
のウェル線を0Vに、非選択ワード線、ソース線及び全
ビット線をフローティングとする。
Further, when the data in the memory cell is not rewritten as "0", for example, the selected word line and all the well lines are set to 0V, and the non-selected word lines, the source lines and all the bit lines are made floating.

【0061】メモリセルのデータを読み出すときには、
“0”書き込みのときの書き込み前読み出しモードと同
様の動作によって、センスアンプ回路SAMPの出力
が、データ出力バッファDOBFを通じ、読み出しデー
タとしてデータ入出力端子DIOに出力される。
When reading data from a memory cell,
The output of the sense amplifier circuit SAMP is output as read data to the data input / output terminal DIO through the data output buffer DOBF by the same operation as in the pre-write read mode when writing “0”.

【0062】図10は、図8のセンスアンプ回路につい
てより詳細に示したものである。RDはセンスアンプ回
路を活性化する信号であり、DOUT1 及びDOUT2
は夫々データ出力、DBはメモリ読み出しデータ入力で
ある。IV01、IV02、IV04、IV05は夫々MOSト
ランジスタで構成されたインバータ回路、AND03はM
OSトランジスタで構成された2入力の論理積回路(A
ND回路)である。また、MP01、MP02、…、MP06
はPチャネルエンハンスメント型MOSトランジスタ、
MN01、MN02、…、MN10はNチャネルエンハンスメ
ント型MOSトランジスタ、RCEL1 、RCEL2
リファレンス用メモリセルである。
FIG. 10 shows the sense amplifier circuit of FIG. 8 in more detail. RD is a signal that activates the sense amplifier circuit, and DOUT 1 and DOUT 2
Are data outputs, and DB is a memory read data input. IV 01 , IV 02 , IV 04 , and IV 05 are inverter circuits each composed of a MOS transistor, and AND 03 is M
A 2-input AND circuit (A
ND circuit). Also, MP 01 , MP 02 , ..., MP 06
Is a P-channel enhancement type MOS transistor,
MN 01, MN 02, ..., MN 10 is N-channel enhancement type MOS transistor, RCEL 1, RCEL 2 is a memory cell for reference.

【0063】図10で、ノードN20はトランジスタMP
01のドレイン、MN01のドレイン、MN02のドレイン及
びMN03のゲートに夫々接続されており、ノードN21
トランジスタMP02のドレイン並びにゲート、MN03
ドレイン、MN05のゲート及び回路ブロックDAMP1
とDAMP2 の夫々のトランジスタMN05のゲートに夫
々接続され、ノードN23はトランジスタMP03のドレイ
ン、MN05のドレイン及びインバータ回路IV02の入力
に夫々接続されている。また、ノードN22はトランジス
タMP05のドレイン並びにゲート、MN07のドレイン及
びMN06のゲートに夫々接続されており、ノードN24
トランジスタMP04のドレイン、MN06のドレイン、M
03のゲート及びMP04のゲートに夫々接続され、ノー
ドN25はトランジスタMN05のソース、MN06のソース
及びMN04のドレインに接続され、ノードN26はトラン
ジスタMP06のドレイン、MN09のドレイン、MN10
ドレイン及びMN07のゲートに夫々接続され、ノードN
27はトランジスタMN07のソース、MN08のドレイン及
びMN09のゲートに夫々接続されている。
In FIG. 10, the node N 20 is a transistor MP.
The drain of 01, the drain of MN 01, the drain of MN 02 and the gate of MN 03 are respectively connected, and the node N 21 is the drain and gate of the transistor MP 02 , the drain of MN 03 , the gate of MN 05 and the circuit block DAMP. 1
And DAMP 2 are connected to the gates of the respective transistors MN 05 , and the node N 23 is connected to the drain of the transistor MP 03 , the drain of MN 05 and the input of the inverter circuit IV 02 . The node N 22 is connected to the drain and gate of the transistor MP 05 , the drain of MN 07 and the gate of MN 06 , and the node N 24 is connected to the drain of the transistor MP 04 , the drain of MN 06 , and M.
They are respectively connected to the gates and MP 04 of P 03, the node N 25 is the source of the transistor MN 05, is connected to the drain of the source and the MN 04 in the MN 06, the node N 26 is the drain of the transistor MP 06, the MN 09 The drain, the drain of MN 10 and the gate of MN 07 are connected to the node N
27 is connected to the source of the transistor MN 07 , the drain of MN 08 and the gate of MN 09 , respectively.

【0064】DAMP1 は、トランジスタMP03、MP
04、MP05、MP06、MN04、MN05、MN06、M
07、MN08、MN09、MN10、インバータ回路IV02
及びリファレンス用メモリセルRCEL1 を含む回路ブ
ロックであり、DAMP2 はDAMP1 と同様なトラン
ジスタ及び結線を有する回路ブロックである。
DAMP 1 is a transistor MP 03 , MP
04 , MP 05 , MP 06 , MN 04 , MN 05 , MN 06 , M
N 07 , MN 08 , MN 09 , MN 10 , inverter circuit IV 02
And a memory cell RCEL 1 for reference, and DAMP 2 is a circuit block having transistors and connections similar to those of DAMP 1 .

【0065】図10で、活性化信号RDはインバータ回
路IV01、回路ブロックDAMP1のトランジスタMN
04のゲート及び回路ブロックDAMP2 のトランジスタ
MN04(図示せず)のゲートに夫々入力され、インバー
タ回路IV01の出力PDQBはトランジスタMP01、M
01、MP06、MN10の夫々のゲート及び回路ブロック
DAMP2 のトランジスタMP06とMN10(いずれも図
示せず)のゲートに夫々入力される。メモリ読み出しデ
ータ入力DBはトランジスタMN02のゲート及びMN03
のソースに夫々入力される。SO1 は回路ブロックDA
MP1 のインバータ回路IV02の出力であってインバー
タ回路IV04の入力、SO2 は回路ブロックDAMP2
のインバータ回路IV02(図示せず)の出力であってイ
ンバータ回路IV05の入力となっている。データ出力D
OUT2 はインバータ回路IV04の出力SO1Bに等し
い。SO2Bはインバータ回路IV05の出力であり、論理
積回路AND03の入力である。論理積回路AND03の他
方の入力はインバータ回路IV04の出力SO1Bである。
データ出力DOUT1 は論理積回路AND03の出力であ
る。信号線REF1 は回路ブロックDAMP1 のトラン
ジスタMN08のソースとリファレンス用メモリセルRC
EL1 のドレインに接続されている。図示は省略した
が、同様の信号線が回路ブロックDAMP2 のリファレ
ンス用メモリセルRCEL2 に関しても設けられてい
る。N30は接地ノードであり、インバータ回路IV01
IV05及び論理積回路AND03の各接地端子(いずれも
図示せず)、トランジスタMN01、MN02、MN04、M
09、MN10の各ソース端子及びリファレンス用メモリ
セルRCEL1 、RCEL2 の各ソース端子に夫々接続
されている。N31は電源ノードであり、インバータ回路
IV01〜IV05及び論理積回路AND03の各電源端子
(いずれも図示せず)、トランジスタMP01〜MP06
各ソース端子及びトランジスタMN08のゲート端子に夫
々接続されている。
In FIG. 10, the activation signal RD indicates the inverter circuit IV 01 and the transistor MN of the circuit block DAMP 1 .
04 and the gate of the transistor MN 04 (not shown) of the circuit block DAMP 2 respectively , and the output PDQB of the inverter circuit IV 01 is the transistors MP 01 and M.
Inputs are made to the respective gates of N 01 , MP 06 and MN 10 and to the gates of the transistors MP 06 and MN 10 (neither shown) of the circuit block DAMP 2 . The memory read data input DB is the gate of the transistor MN 02 and MN 03.
Is input to each source. SO 1 is the circuit block DA
The output of the inverter circuit IV 02 of MP 1 and the input of the inverter circuit IV 04 , SO 2 is the circuit block DAMP 2
The output of the inverter circuit IV 02 (not shown) and the input of the inverter circuit IV 05 . Data output D
OUT 2 is equal to the output SO 1B of the inverter circuit IV 04 . SO 2B is the output of the inverter circuit IV 05 and the input of the AND circuit AND 03 . The other input of the AND circuit AND 03 is the output SO 1B of the inverter circuit IV 04 .
The data output DOUT 1 is the output of the AND circuit AND 03 . The signal line REF 1 is the source of the transistor MN 08 of the circuit block DAMP 1 and the reference memory cell RC.
It is connected to the drain of EL 1 . Although not shown, the same signal line is also provided for the reference memory cell RCEL 2 of the circuit block DAMP 2 . N 30 is a ground node, and the inverter circuit IV 01-
IV 05 and each ground terminal of the AND circuit AND 03 (none of which are shown), transistors MN 01 , MN 02 , MN 04 , M
The source terminals of N 09 and MN 10 and the source terminals of the reference memory cells RCEL 1 and RCEL 2 are respectively connected. N 31 is a power supply node, each power supply terminal of the inverter circuits IV 01 to IV 05 and the AND circuit AND 03 (none of which are shown), each source terminal of the transistors MP 01 to MP 06 , and the gate terminal of the transistor MN 08 . Connected to each.

【0066】図10において、活性化信号RDが“H”
電位になると、メモリ読み出しデータ入力DBは、選択
したメモリセルのビット線と同電位になる。インバータ
回路IV01の出力PDQBは“L”電位となるので、ト
ランジスタMP01はオン状態となり、トランジスタMN
01はオフ状態となって、ノードN20の電位は0Vから上
昇する。ノードN20の電位が上昇すると、トランジスタ
MN03がオン状態となり、メモリ読み出しデータ入力D
Bは、ノードN20の電位からトランジスタMN03のしき
い値電圧を引いた電位となる。しかし、メモリ読み出し
データ入力DBの電位がトランジスタMN02のしきい値
電圧より高くなると、トランジスタMN02がオン状態と
なり、メモリ読み出しデータ入力DBの電位上昇を抑制
する。従って、活性化信号RDが“H”になることによ
り、メモリ読み出しデータ入力DBは0Vと電源電圧と
の中間値、例えば2Vになる。この時、読み出しを行う
メモリセルがオン状態であれば、メモリ読み出しデータ
入力DBからそのメモリセルのソースに向けて電流が流
れ、メモリ読み出しデータ入力DBの電位は若干下が
り、例えば1.8Vとなる。このときの電流供給はトラ
ンジスタMP02を経由して行われるので、トランジスタ
MP02のトランジスタサイズを適切に選ぶことにより、
ノードN21の電位は、メモリ読み出しデータ入力DBよ
りも大きく低下し、例えば4.2Vから3.5Vにな
る。また、ノードN21の電位はメモリセルに流れる電流
量の大きさにも比例するので、トランジスタMP01、M
02、MN02及びMN03はメモリ読み出しデータ入力D
Bの電位変動を増幅していることになる。トランジスタ
MP03、MP04、MN04、MN05及びMN06は差動増幅
器であり、ノードN21及びN22が差動入力である。トラ
ンジスタMP05、MP06、MN07、MN09及びMN10
トランジスタMP01、MP02、MN01、MN02及びMN
03と相似の回路であり、信号線REF1 に対しメモリ読
み出しデータ入力DBと同様な働きをする。トランジス
タMN08は信号線REF1 の電位をノードN27に伝える
働きをする。
In FIG. 10, the activation signal RD is "H".
When the potential is reached, the memory read data input DB becomes the same potential as the bit line of the selected memory cell. Since the output PDQB of the inverter circuit IV 01 becomes the “L” potential, the transistor MP 01 is turned on and the transistor MN 01 is turned on.
01 is turned off, and the potential of the node N 20 rises from 0V. When the potential of the node N 20 rises, the transistor MN 03 is turned on and the memory read data input D
B has a potential obtained by subtracting the threshold voltage of the transistor MN 03 from the potential of the node N 20 . However, when the potential of the memory read data input DB is higher than the threshold voltage of the transistor MN 02, the transistor MN 02 is turned on, to suppress the increase in potential of the memory read data input DB. Therefore, when the activation signal RD becomes "H", the memory read data input DB becomes an intermediate value between 0V and the power supply voltage, for example, 2V. At this time, if the memory cell to be read is in the ON state, a current flows from the memory read data input DB toward the source of the memory cell, and the potential of the memory read data input DB is slightly lowered to, for example, 1.8V. . Since the current supply at this time is performed via the transistor MP 02, by appropriately selecting the size of the transistor MP 02,
The potential of the node N 21 is much lower than that of the memory read data input DB, and is, for example, 4.2V to 3.5V. Further, since the potential of the node N 21 is proportional to the amount of current flowing through the memory cell, the transistors MP 01 , M
P 02 , MN 02 and MN 03 are memory read data input D
This means that the potential fluctuation of B is amplified. Transistors MP 03 , MP 04 , MN 04 , MN 05 and MN 06 are differential amplifiers, and nodes N 21 and N 22 are differential inputs. The transistors MP 05 , MP 06 , MN 07 , MN 09 and MN 10 are transistors MP 01 , MP 02 , MN 01 , MN 02 and MN.
It is a circuit similar to 03, and operates similarly to the memory read data input DB for the signal line REF 1 . The transistor MN 08 serves to transfer the potential of the signal line REF 1 to the node N 27 .

【0067】今、読み出しを行うメモリセルのしきい値
電圧が例えば3Vであり、リファレンスセルRCE
1 、RCEL2 のしきい値電圧が夫々例えば7V、2
Vであるとした場合、 REF2 の電位<DBの電位<REF1 の電位 となり、出力SO1 は“L”電位、出力SO2 は“H”
電位となる。尚、リファレンス用のメモリセルのしきい
値電圧は予めテストモード等で設定しておくものとし、
本実施例では詳述しない。この結果、データ出力DOU
2 は“H”電位、データ出力DOUT1 は“L”電位
となる。
Now, the threshold voltage of the memory cell to be read is, for example, 3 V, and the reference cell RCE
The threshold voltages of L 1 and RCEL 2 are, for example, 7 V and 2 respectively.
When it is V, the potential of REF 2 <the potential of DB <the potential of REF 1 and the output SO 1 is “L” potential and the output SO 2 is “H”.
It becomes an electric potential. The threshold voltage of the reference memory cell is set in advance in test mode, etc.
It will not be described in detail in this embodiment. As a result, data output DOU
T 2 becomes “H” potential, and data output DOUT 1 becomes “L” potential.

【0068】図11は、メモリセルのしきい値電圧と、
図10のデータ出力DOUT1 、DOUT2 の2ビット
のデータとの対応を示す図である。図11において、上
にあるものほどしきい値電圧が高いとき、下にあるもの
ほどしきい値電圧が低いときに対応する。
FIG. 11 shows the threshold voltage of the memory cell,
FIG. 11 is a diagram showing a correspondence between the data outputs DOUT 1 and DOUT 2 of FIG. 10 and 2-bit data. In FIG. 11, the upper one corresponds to the higher threshold voltage, and the lower one corresponds to the lower threshold voltage.

【0069】例えば、分極の状態が“−1”、即ち図6
の状態“B”であるとき、センスアンプ回路の出力はD
OUT1 =“0”、DOUT2 =“0”である。同様
に、分極の状態が“0”、即ち図6の状態“C”である
とき、センスアンプ回路の出力はDOUT1 =“0”、
DOUT2 =“1”である。また、分極の状態が
“1”、即ち図6の状態“A”であるとき、センスアン
プ回路の出力はDOUT1 =“1”、DOUT2
“1”である。
For example, the polarization state is "-1", that is, FIG.
When the state is “B”, the output of the sense amplifier circuit is D
OUT 1 = “0” and DOUT 2 = “0”. Similarly, when the polarization state is “0”, that is, the state “C” in FIG. 6, the output of the sense amplifier circuit is DOUT 1 = “0”,
DOUT 2 = “1”. Further, the state of polarization "1", that is, when the state "A" in FIG. 6, the output of the sense amplifier circuit DOUT 1 = "1", DOUT 2 =
It is "1".

【0070】以上、説明したように、本実施例の強誘電
体メモリでは、ゲート絶縁膜に強誘電体膜を用いたメモ
リセルトランジスタをアレイ状に配列したメモリセルア
レイのワード線及びウェル線に書き換え時に正の高電圧
又は負の高電圧を印加する際、メモリセルトランジスタ
のゲート−ウェル間の電位差として、V1 、V2 、−V
1 及び−V2 の4種類の値を設定することにより、メモ
リセルトランジスタのゲート絶縁膜に3種類の分極状態
を生じさせ、読み出し時にはその3種類の分極状態でメ
モリセルトランジスタのしきい値電圧が変わることを利
用して、1メモリセルトランジスタに3値の情報の書き
込み及び読み出しを可能としている。
As described above, in the ferroelectric memory of this embodiment, the memory cell transistors using the ferroelectric film as the gate insulating film are rewritten into the word lines and well lines of the memory cell array arranged in an array. When a positive high voltage or a negative high voltage is applied at times, V 1 , V 2 , and -V are generated as the potential difference between the gate and the well of the memory cell transistor.
By setting one and four values of -V 2, causing three polarization states in the gate insulating film of the memory cell transistor, during read threshold voltage of the memory cell transistors in the three polarization states It is possible to write and read three-valued information to one memory cell transistor by utilizing the change in

【0071】以上、本発明を一実施例につき説明した
が、上述の実施例は本発明を限定するものではない。例
えば、上述の実施例では、ワード線とウェル線とで書き
換え時の印加電圧の絶対値が等しいが、必ずしもその必
要はない。また、読み出し時のワード線及びビット線の
電位は上述の実施例と異なる値であってもよい。
Although the present invention has been described above with reference to one embodiment, the above embodiment is not intended to limit the present invention. For example, in the above-described embodiment, the word line and the well line have the same absolute value of the applied voltage at the time of rewriting, but it is not always necessary. Further, the potentials of the word line and the bit line at the time of reading may be different from those in the above-mentioned embodiments.

【0072】さらに、強誘電体膜の分極の方向の正負と
メモリセルトランジスタのしきい値電圧Vt の大小関係
は、上述の実施例と同じである必要はなく、大小関係が
逆であってもよい。
Further, the magnitude relation between the positive / negative of the polarization direction of the ferroelectric film and the threshold voltage V t of the memory cell transistor does not need to be the same as in the above-mentioned embodiment, but the magnitude relation is opposite. Good.

【0073】尚、上述の実施例では、各メモリセルトラ
ンジスタの基板部であるウェルの電位を制御可能に構成
して、例えば、ゲート電極にV1 /2、ウェルに−V1
/2の電圧を夫々印加することにより、ゲート−ウェル
間の電位差をV1 に制御したが、ウェルの電位が0Vに
固定されている場合には、勿論、ゲート電極にV1 の電
圧を印加する。
In the above-described embodiment, the potential of the well, which is the substrate portion of each memory cell transistor, is configured to be controllable, for example, V 1/2 for the gate electrode and −V 1 for the well.
The potential difference between the gate and the well was controlled to V 1 by applying the voltage of / 2 respectively. However, when the potential of the well is fixed at 0 V, of course, the voltage of V 1 is applied to the gate electrode. To do.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明によると、強誘電体メモリにおい
て、比較的簡単な回路構成で且つ1個のメモリセルトラ
ンジスタに少なくとも3値の情報の書き換え及び読み出
しを行うことが可能となる。従って、装置をより微細化
することができるとともに、記憶容量を高めることがで
きる。
According to the present invention, in a ferroelectric memory, it is possible to rewrite and read at least ternary information in one memory cell transistor with a relatively simple circuit configuration. Therefore, the device can be miniaturized and the storage capacity can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例による強誘電体メモリの要部
平面図である。
FIG. 1 is a plan view of an essential part of a ferroelectric memory according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のII−II線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.

【図3】図1のIII −III 線断面図である。3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.

【図4】図1のIV−IV線断面図である。4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.

【図5】図1の等価回路図である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of FIG.

【図6】強誘電体メモリセルのヒステリシス特性を表す
グラフである。
FIG. 6 is a graph showing a hysteresis characteristic of a ferroelectric memory cell.

【図7】強誘電体メモリセルのしきい値電圧特性を表す
グラフである。
FIG. 7 is a graph showing a threshold voltage characteristic of a ferroelectric memory cell.

【図8】本発明の一実施例による強誘電体メモリの回路
ブロック図である。
FIG. 8 is a circuit block diagram of a ferroelectric memory according to an embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施例による強誘電体メモリの書き
換え方法のフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart of a method of rewriting a ferroelectric memory according to an embodiment of the present invention.

【図10】図8のセンスアンプ回路を詳細に示した回路
図である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing in detail the sense amplifier circuit of FIG.

【図11】メモリセルのしきい値電圧とセンスアンプ回
路の出力との関係を示す概念図である。
FIG. 11 is a conceptual diagram showing the relationship between the threshold voltage of a memory cell and the output of a sense amplifier circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

MC1 〜MC4 メモリセル WL1 、WL2 ワード線 BL1 、BL2 ビット線 SL ソース線 BUL1 、BUL2 ウェル線 BC1 〜BC4 ビットコンタクト SC1 、SC2 ソースコンタクト 21〜24 ドレイン 25、26 ソース 31 シリコン基板 32 PZT膜 MARY メモリセルアレイ AD アドレス入力端子 CNT0 制御入力端子 DIO データ入出力端子 ADBF アドレスバッファ AX 出力信号 RDEC 列デコーダ CDEC 行デコーダ BUDEC ウェル線選択回路 MPX マルチプレクサ PY マルチプレクサ選択信号 DB データ線 CCNT チップ制御回路 PDQ、RD及びCNT1 制御信号 SAMP センスアンプ回路 DOBF データ出力バッファ SLCNT ソース線電圧制御回路 BUCNT ウェル電位制御回路 WCNT ライト状態制御回路 DPRG 入力データ/出力データ比較回路 DAT 出力 PVCNT 正高電圧発生/制御回路 NVCNT 負高電圧発生/制御回路 VP 、VN 信号 DIBF データ入力バッファ DIN 出力信号MC 1 to MC 4 memory cell WL 1 , WL 2 word line BL 1 , BL 2 bit line SL source line BUL 1 , BUL 2 well line BC 1 to BC 4 bit contact SC 1 , SC 2 source contact 21 to 24 drain 25 , 26 source 31 silicon substrate 32 PZT film MARY memory cell array AD address input terminal CNT 0 control input terminal DIO data input / output terminal ADBF address buffer AX output signal RDEC column decoder CDEC row decoder BUDEC well line selection circuit MPX multiplexer PY multiplexer selection signal DB data line CCNT chip control circuit PDQ, RD and CNT 1 control signal SAMP sense amplifier circuit DOBF data output buffer SLCNT source line voltage control circuit BUCNT well potential control circuit WCN Light state control circuit DPRG input data / output data comparator circuit DAT output PVCNT positive high voltage generator / control circuit NVCNT negative high voltage generator / control circuit V P, V N signal DIBF data input buffer DIN output signal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/8247 29/788 29/792 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 21/8247 29/788 29/792

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 強誘電体膜を含んだゲート絶縁膜を有す
る電界効果トランジスタからなるメモリセルと、 上記電界効果トランジスタのゲート電極と基板部との間
に第1の電圧、上記第1の電圧とは逆極性の第2の電圧
及び上記強誘電体膜を飽和分極状態にしない範囲で上記
第1の電圧とは大きさの異なる第3の電圧を夫々印加す
る電圧印加手段と、 上記強誘電体膜の分極状態の違いを上記電界効果トラン
ジスタのしきい値電圧の違いとして検出する検出手段と
を備えていることを特徴とする強誘電体メモリ。
1. A memory cell comprising a field effect transistor having a gate insulating film including a ferroelectric film, a first voltage between the gate electrode of the field effect transistor and a substrate portion, and the first voltage. A second voltage having a polarity opposite to that of the first voltage and a voltage applying means for applying a third voltage having a magnitude different from that of the first voltage within a range in which the ferroelectric film is not in a saturated polarization state; A ferroelectric memory comprising: a detection unit that detects a difference in polarization state of a body film as a difference in threshold voltage of the field effect transistor.
【請求項2】 上記第1の電圧及び上記第2の電圧が、
上記強誘電体膜を夫々飽和分極状態にする電圧であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の強誘電体メモリ。
2. The first voltage and the second voltage are:
2. The ferroelectric memory according to claim 1, wherein the voltage is a voltage that brings each of the ferroelectric films into a saturated polarization state.
【請求項3】 上記電圧印加手段が、上記第3の電圧と
は逆極性の第4の電圧を上記ゲート電極と基板部との間
に印加することを特徴とする請求項1又は2に記載の強
誘電体メモリ。
3. The voltage applying means applies a fourth voltage having a polarity opposite to that of the third voltage between the gate electrode and the substrate portion. Ferroelectric memory.
【請求項4】 上記第3の電圧が、電圧除去後に上記強
誘電体膜を実質的に非分極状態にする電圧であることを
特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の強誘電
体メモリ。
4. The third voltage according to claim 1, wherein the third voltage is a voltage that makes the ferroelectric film substantially in a non-polarized state after the voltage is removed. Ferroelectric memory.
【請求項5】 上記電圧印加手段が、上記第1の電圧と
上記第3の電圧との中間の大きさを有する第5の電圧及
び上記第5の電圧とは逆極性の第6の電圧を夫々上記ゲ
ート電極と基板部との間に印加することを特徴とする請
求項1〜4のいずれか1項に記載の強誘電体メモリ。
5. The fifth voltage applying means has a fifth voltage having an intermediate magnitude between the first voltage and the third voltage and a sixth voltage having a polarity opposite to that of the fifth voltage. The ferroelectric memory according to claim 1, wherein the ferroelectric memory is applied between the gate electrode and the substrate portion, respectively.
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