JPH09231774A - Ferroelectric memory device - Google Patents

Ferroelectric memory device

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Publication number
JPH09231774A
JPH09231774A JP8034082A JP3408296A JPH09231774A JP H09231774 A JPH09231774 A JP H09231774A JP 8034082 A JP8034082 A JP 8034082A JP 3408296 A JP3408296 A JP 3408296A JP H09231774 A JPH09231774 A JP H09231774A
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JP
Japan
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polarization
difference
bit line
voltage
ferroelectric
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Application number
JP8034082A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisanobu Sugiyama
寿伸 杉山
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a ferroelectric memory device that can ensure a read margin best including when characteristics are varied due to the temperature change during the operation or being left at a high temperatures. SOLUTION: A bit line capacity Cb is set at a point where the difference of polarization amounts at intersections of the bit line capacity Cb and a hysteresis curve of a ferroelectric capacitor at a lowest temperature in a temperature range ensuring the operation of a device and a hysteresis curve at a highest temperature in the range is equal to or larger than the reduced amount of a remaining polarization. Accordingly, a potential difference ΔVb1 of bit lines can be set not to change or increase even by a rise of operation temperature in the temperature range. In other words, a read margin is not deteriorated even when the remaining polarization Pr is worsened due to the operation temperature rise.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体の分極反
転を利用した強誘電体記憶装置に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a ferroelectric memory device utilizing polarization inversion of a ferroelectric.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8に示すようなヒステリシス特性を有
する強誘電体の分極反転を利用した強誘電体不揮発性メ
モリとしては、現在さまざまなものが提案されている
が、その中で代表的なものとして、2つのスイッチング
トランジスタと2つの強誘電体キャパシタにより1ビッ
トを構成するもの(2Tr−2Cap方式という)と、
1つのスイッチングトランジスタと1つの強誘電体キャ
パシタにより1ビットを構成するもの(1Tr−1Ca
p方式)の2種類が提案されている。
2. Description of the Related Art Various types of ferroelectric non-volatile memory utilizing the polarization inversion of a ferroelectric substance having a hysteresis characteristic as shown in FIG. 8 have been proposed at present. One that constitutes one bit by two switching transistors and two ferroelectric capacitors (referred to as 2Tr-2Cap method),
One bit is constituted by one switching transistor and one ferroelectric capacitor (1Tr-1Ca)
p type) have been proposed.

【0003】図9は、2Tr−2Cap方式を採用した
強誘電体不揮発性メモリの基本的な1ビット構成を示す
図である。このメモリセルは、図9に示すように、ビッ
ト線BL1,BL2に対しドレインがそれぞれ接続され
たnチャネルMOSトランジスタからなるスイッチング
トランジスタTr1,Tr2と、スイッチングトランジ
スタTr1,Tr2のソースに対し一方(第1)の電極
が接続された強誘電体キャパシタFC1,FC2との組
み合わせ2組によって1ビットが構成されている。各ス
イッチングトランジスタTr1,Tr2のゲートが共通
のワード線WLに接続され、強誘電体キャパシタFC
1,FC2の他方(第2)の電極(プレート電極)が共
通のプレート線PLに接続されている。そして、ビット
線BL1,BL2は図示しない書き込みおよび読み出し
系回路に接続され、ワード線WLおよびプレート線PL
は図示しない行デコーダに接続される。
FIG. 9 is a diagram showing a basic 1-bit configuration of a ferroelectric nonvolatile memory adopting the 2Tr-2Cap system. As shown in FIG. 9, this memory cell includes one of switching transistors Tr1 and Tr2, which are n-channel MOS transistors whose drains are respectively connected to bit lines BL1 and BL2, and one of the sources of the switching transistors Tr1 and Tr2. One bit is formed by two sets of combinations with the ferroelectric capacitors FC1 and FC2 to which the electrodes of 1) are connected. The gates of the switching transistors Tr1 and Tr2 are connected to a common word line WL, and the ferroelectric capacitor FC
The other (second) electrode (plate electrode) of 1 and FC2 is connected to a common plate line PL. The bit lines BL1 and BL2 are connected to a write and read system circuit (not shown), and the word line WL and the plate line PL are connected.
Is connected to a row decoder (not shown).

【0004】このような構成を有する2Tr−2Cap
方式では、書き込み動作において2本の対になるビット
線に接続されている強誘電体キャパシタの強誘電体膜を
それぞれ反対方向に分極させ、読み出し動作でその分極
状態を読み出す。以下に、2Tr−2Cap方式を採用
した強誘電体不揮発性メモリにおけるデータの書き込
み、読み出し動作について、図10〜図13を参照しつ
つ説明する。
2Tr-2Cap having such a structure
In the method, the ferroelectric films of the ferroelectric capacitors connected to the two pairs of bit lines in the write operation are polarized in opposite directions, and the polarization state is read in the read operation. Data writing and reading operations in the ferroelectric non-volatile memory adopting the 2Tr-2Cap method will be described below with reference to FIGS. 10 to 13.

【0005】まず、図10および図11を参照しつつ、
書き込み動作について説明する。図10は書き込み時に
おける各端子に印加される電位のタイミングチャートで
あり、図11はその時の強誘電体キャパシタの分極状態
を示している。書き込み時には、まず、図中のT1に示
すように、ビット線BL1に接地GNDレベル「0」V
を、ビット線BL2に電源電圧VCCを印加し、ワード線
WLに(VCC+1V)を印加する。なお、ワード線WL
の設定レベルを(VCC+1V)としたのは、スイッチン
グトランジスタのしきい値電圧VthがVth<1Vで
あることから、「+1V」してトランジスタによる電位
降下を防ぐためである。これにより、スイッチングトラ
ンジスタTr1,Tr2が導通状態となり、強誘電体キ
ャパシタFC1のビット線側電極(一方の電極)に接地
GNDレベル、すなわち「0」Vの電圧が印加され、強
誘電体キャパシタFC2のビット線側電極に電圧VCC
印加される。このとき、プレート線PLは「0」V(接
地レベル)に保持されている。その結果、強誘電体キャ
パシタFC2側でのみビット線側電極からプレート電極
方向に向かう分極状態となる。
First, referring to FIGS. 10 and 11,
The write operation will be described. FIG. 10 is a timing chart of the potential applied to each terminal at the time of writing, and FIG. 11 shows the polarization state of the ferroelectric capacitor at that time. At the time of writing, first, as shown by T1 in the figure, the ground GND level “0” V is applied to the bit line BL1.
Then, the power supply voltage V CC is applied to the bit line BL2 and (V CC + 1V) is applied to the word line WL. The word line WL
Is set to (V CC + 1V) because the threshold voltage Vth of the switching transistor is Vth <1V, and therefore “+ 1V” is set to prevent potential drop due to the transistor. As a result, the switching transistors Tr1 and Tr2 are rendered conductive, and a ground GND level, that is, a voltage of "0" V is applied to the bit line side electrode (one electrode) of the ferroelectric capacitor FC1 and the ferroelectric capacitor FC2 The voltage V CC is applied to the bit line side electrode. At this time, the plate line PL is held at "0" V (ground level). As a result, only the ferroelectric capacitor FC2 has a polarization state from the bit line side electrode toward the plate electrode.

【0006】その後、図中のT2に示すように、プレー
ト線PLに電源電圧VCCを印加し、続いて図中のT3に
示すように、プレート線PLに「0」Vを印加する。す
なわち、プレート線PLに対し、ワード線WLが電源電
圧VCCレベルに保持されている期間に、GND(0V)
→VCC→GND(0V)のパルスを印加する。これによ
り、強誘電体キャパシタFC2の分極状態はビット線側
電極からプレート線側電極方向に向かう状態に保持され
たままで、強誘電体キャパシタFC1において分極が起
こり、プレート電極からビット線側電極方向に向かう分
極状態となる。すなわち、強誘電体キャパシタFC1,
FC2がそれぞれ反対方向に分極し、その状態が図8に
示すヒステリシス曲線におけるD点、B点にそれぞれ移
動し書き込みが終了する。
Thereafter, as shown at T2 in the figure, a power supply voltage V CC is applied to the plate line PL, and subsequently, as shown at T3 in the figure, "0" V is applied to the plate line PL. That is, while the word line WL is held at the power supply voltage V CC level with respect to the plate line PL, GND (0 V)
→ Apply a pulse of V CC → GND (0V). As a result, while the polarization state of the ferroelectric capacitor FC2 is maintained in a direction from the bit line-side electrode toward the plate line-side electrode, polarization occurs in the ferroelectric capacitor FC1, and the polarization state from the plate electrode toward the bit line-side electrode. A polarization state is reached. That is, the ferroelectric capacitors FC1,
FC2 is polarized in the opposite direction, the state moves to point D and point B in the hysteresis curve shown in FIG. 8, and the writing is completed.

【0007】次に、読み出し動作について、図12〜図
13を参照しつつ説明する。まず、図12および図13
中のT1に示すように、ビット線BL1,BL2に
「0」Vを印加し、その後オープンとする。このとき
も、ワード線WLには(V CC+1V)を印加する。次
に、図中T2に示すように、プレート線PLの電位を
「0」Vから電源電圧VCCまで立ち上げる。これによ
り、強誘電体の分極状態によってビット線BLに出力さ
れる電位が異なる。
Next, the read operation will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. First, FIG. 12 and FIG.
As shown by T1 in the figure, bit lines BL1 and BL2
"0" V is applied and then opened. At this time
In addition, (V CC+1 V) is applied. Next
Then, as shown by T2 in the figure, the potential of the plate line PL is
"0" V to power supply voltage VCCStart up. This
Output to the bit line BL depending on the polarization state of the ferroelectric substance.
The applied potential is different.

【0008】つまり、強誘電体キャパシタFC2の分極
状態は、図8に示すヒステリシス曲線においてB点から
C点に向かって移動し分極反転する。これに対して、強
誘電体キャパシタFC1の分極状態は、D点からC点に
向かって移動し分極反転しない。したがって、分極反転
する強誘電体キャパシタFC2は分極反転しない強誘電
体キャパシタFC1に比べて分極の変化に伴う電荷量の
移動が大きく、ビット線BL2はビット線BL1に比べ
て電位が上昇する。このビット線電位の差をビット線B
L1,BL2が接続される図示しない差動型のセンスア
ンプを駆動して電位の大小によりVCCと0Vにそれぞれ
ラッチすることにより読み出しを行う。そして、図中の
T3に示すように、最後に再びプレート線PLに「0」
Vを印加することにより、分極反転してしまった強誘電
体キャパシタFC2を元の分極状態に戻す。これによ
り、読み出しの一連の動作が完了する。
That is, the polarization state of the ferroelectric capacitor FC2 moves from point B to point C in the hysteresis curve shown in FIG. On the other hand, the polarization state of the ferroelectric capacitor FC1 moves from the point D to the point C and does not reverse the polarization. Accordingly, the amount of charge movement accompanying the change in polarization is larger in the ferroelectric capacitor FC2 whose polarization is inverted than in the ferroelectric capacitor FC1 whose polarization is not inverted, and the potential of the bit line BL2 is higher than that of the bit line BL1. The difference between the bit line potentials is referred to as bit line B.
Reading is performed by driving a differential type sense amplifier (not shown) to which L1 and BL2 are connected and latching it to V CC and 0 V depending on the magnitude of the potential. Finally, as shown by T3 in the figure, "0" is again applied to the plate line PL again.
By applying V, the ferroelectric capacitor FC2 whose polarization has been inverted is returned to the original polarization state. Thus, a series of read operations is completed.

【0009】また、図14は、1Tr−1Cap方式を
採用した不揮発性メモリの基本的な1ビット構成を示す
図である。このメモリセルMCは、図14に示すよう
に、ビット線BL1に対しドレインが接続されたnチャ
ネルMOSトランジスタからなるスイッチングトランジ
スタTr1と、スイッチングトランジスタTr1のソー
スに対し一方の電極が接続された強誘電体キャパシタF
C1によって1ビットが構成されており、スイッチング
トランジスタTr1のゲートがワード線WLに接続さ
れ、強誘電体キャパシタFC1の他方の電極(プレート
電極)がプレート線PLに接続されている。そして、こ
の1Tr−1Cap方式を採用した不揮発性メモリに
は、リファレンス用のビット線BL2にドレインが接続
されたリファレンス用スイッチングトランジスタRTr
1と、スイッチングトランジスタRTr1のソースに対
し一方の電極が接続されたリファレンス用強誘電体キャ
パシタRFC1によって構成されるリファレンスセルR
MCが設けられ、スイッチングトランジスタRTr1の
ゲートがリファレンス用ワード線RWLに接続され、強
誘電体キャパシタRFC1の他方の電極がリファレンス
用プレート線RPLに接続されている。
FIG. 14 is a diagram showing a basic 1-bit configuration of a nonvolatile memory adopting the 1Tr-1Cap system. As shown in FIG. 14, the memory cell MC includes a switching transistor Tr1 including an n-channel MOS transistor having a drain connected to the bit line BL1 and a ferroelectric having one electrode connected to the source of the switching transistor Tr1. Body capacitor F
1 bit is configured by C1, the gate of the switching transistor Tr1 is connected to the word line WL, and the other electrode (plate electrode) of the ferroelectric capacitor FC1 is connected to the plate line PL. Then, in the nonvolatile memory adopting the 1Tr-1Cap system, the reference switching transistor RTr having the drain connected to the reference bit line BL2.
1 and a reference ferroelectric capacitor RFC1 having one electrode connected to the source of the switching transistor RTr1.
MC is provided, the gate of the switching transistor RTr1 is connected to the reference word line RWL, and the other electrode of the ferroelectric capacitor RFC1 is connected to the reference plate line RPL.

【0010】次に、1Tr−1Cap方式を採用した不
揮発性メモリにおけるデータの書き込み、読み出し動作
について、図15〜図18を参照しつつ説明する。図1
5および図16が書き込み時のタイミングチャートおよ
び分極状態をそれぞれ示し、図17および図18が読み
出し時のタイミングチャートおよび分極状態をそれぞれ
示している。
Next, the data writing and reading operations in the non-volatile memory adopting the 1Tr-1Cap system will be described with reference to FIGS. FIG.
5 and 16 show a timing chart and a polarization state at the time of writing, respectively, and FIGS. 17 and 18 show a timing chart and a polarization state at the time of reading, respectively.

【0011】この、1Tr−1Capの方式の場合にお
いても、基本的には上述した2Tr−2Cap方式と同
様な方法により書き込み、読み出しを行う。この場合異
なるのは、通常のメモリセルが接続された各ビット線と
リファレンスセルに接続されたビット線との間で電位の
差を検出することである。この場合、たとえばリファレ
ンスセルのキャパシタ面積等を調整することにより、読
み出し時のビット線電位が各分極読み出し時の電位の中
間にくるようにする。
In the case of the 1Tr-1Cap method, basically, writing and reading are performed by the same method as the 2Tr-2Cap method described above. The difference in this case is that a potential difference is detected between each bit line connected to a normal memory cell and a bit line connected to a reference cell. In this case, for example, by adjusting the capacitor area of the reference cell or the like, the bit line potential at the time of reading is set to the middle of the potential at the time of reading each polarization.

【0012】データ書き込みは、図15および図16に
示すような各線の電圧制御が行われて、1つの強誘電体
キャパシタの分極状態を、図8のヒステリシス曲線にお
ける状態0(State0)のD点または状態1(St
ate1)のB点に設定することにより1ビットの書き
込みを行う。
In data writing, the voltage control of each line as shown in FIGS. 15 and 16 is performed, and the polarization state of one ferroelectric capacitor is changed to the point D of state 0 (State 0) in the hysteresis curve of FIG. Or state 1 (St
1-bit writing is performed by setting point B of ate1).

【0013】読み出しでは、図17および図18に示す
ように、通常のワード線WL、プレート線PLの他に、
リファレンスセル用のワード線RWL、プレート線RP
Lを駆動し、リファレンスセルRMCが接続されたビッ
ト線BL2の電位とメモリセルが接続されたビット線B
L1の分極状態に応じた電位との差を検出する。したが
って、リファレンスセルRMCは分極反転させずに使用
されるため、再書き込み動作に入らないように、リファ
レンス用ワード線RWLはリファレンス用プレート線R
PLよりも早いタイミングで立ち下がるように設定され
る。
In reading, as shown in FIGS. 17 and 18, in addition to the normal word line WL and plate line PL,
Word line RWL for reference cell, plate line RP
Driving L, the potential of the bit line BL2 connected to the reference cell RMC and the bit line B connected to the memory cell
The difference from the potential according to the polarization state of L1 is detected. Therefore, since the reference cell RMC is used without polarization inversion, the reference word line RWL is set to the reference plate line R so as not to enter the rewriting operation.
It is set to fall at a timing earlier than PL.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】以上の説明から明らか
なように、この方式のメモリのデータ読み出しでは、分
極側と非分極側(2Tr−2Capの場合)、読み出し
セルとリファレンスセル(1Tr−1Capの場合)に
接続しているビット線の電位変化の差を大きくとること
が必要となる。差が小さいと強誘電体キャパシタの特性
バラツキを補えず、読み出しができないビットが生ずる
からである。
As is clear from the above description, in the data reading of the memory of this system, the polarization side and the non-polarization side (in the case of 2Tr-2Cap), the read cell and the reference cell (1Tr-1Cap). In the case of 1), it is necessary to take a large difference in the potential change of the bit line connected to. This is because if the difference is small, the characteristic variation of the ferroelectric capacitor cannot be compensated and some bits cannot be read.

【0015】また、不揮発性メモリでは、一般に0℃〜
70℃の動作温度と高温でのデータ保持(70℃〜12
5℃、10年)を保障しなければならないが、これら動
作温度変化、高温放置処理によりヒステリシス曲線の形
状は変化してくるため、ビット線電位も変動してくる。
よって、ビット線電位変化差はこれらの信頼性面を含め
て保障しなければならない。しかしながら、これまで
は、これら動作時温度、高温放置による特性変動を含め
て、最も読み出しマージンがとれるようなメモリ構成で
はなかったことから、ビット線容量値等の設定において
主にDRAMと同様な考え方により設計がなされてお
り、強誘電体メモリにおいて最適化された構成が実現さ
れているとは言えなかった。
Further, in the case of a non-volatile memory, it is generally from 0 ° C to
Data retention at operating temperature of 70 ℃ and high temperature (70 ℃ ~ 12
(5 ° C., 10 years) must be guaranteed, but since the shape of the hysteresis curve changes due to these changes in operating temperature and high temperature standing treatment, the bit line potential also changes.
Therefore, the bit line potential change difference must be guaranteed including these reliability aspects. However, up until now, the memory configuration has not been such that the read margin including the operating temperature and the characteristic variation due to being left at high temperature has been taken into consideration. The design was made by, and it could not be said that the optimized configuration was realized in the ferroelectric memory.

【0016】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、動作時温度変化、高温放置によ
る特性変動を含めて、最も読み出しマージンがとれる強
誘電体記憶装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a ferroelectric memory device in which the read margin can be maximized including the temperature change during operation and the characteristic change due to high temperature storage. It is in.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ビット線に接続された1つのスイッチン
グトランジスタと、当該スイッチングトランジスタに直
列接続された1つの強誘電体キャパシタの組み合わせ2
組によって1ビットが構成され、それぞれの強誘電体キ
ャパシタは異なる方向に分極され、その分極の方向によ
り2値のデータを記憶し、データ読み出し動作におい
て、強誘電体キャパシタとビット線の容量比で決まる2
本のビット線電位の差により2値のデータに対応する分
極状態を検知する強誘電体記憶装置であって、強誘電体
キャパシタの、異なる評価状況によって得られる異なる
印加電圧−分極量特性における分極量の差において、非
電圧印加時の残留分極の差と、分極反転データ読み出し
動作時の電圧印加における分極量の差とが、一致するか
もくしは略一致するようにビット線容量が設定されてい
る。
In order to achieve the above object, the present invention provides a combination 2 of one switching transistor connected to a bit line and one ferroelectric capacitor connected in series to the switching transistor.
One bit is formed by a set, each ferroelectric capacitor is polarized in different directions, and binary data is stored depending on the polarization direction. In the data read operation, the capacitance ratio of the ferroelectric capacitor and the bit line is 2 decided
A ferroelectric memory device for detecting a polarization state corresponding to binary data based on a difference between bit line potentials of a book, wherein a polarization of a ferroelectric capacitor in different applied voltage-polarization amount characteristics obtained under different evaluation situations is described. The bit line capacitance is set so that the difference in remanent polarization when a non-voltage is applied and the difference in polarization amount when a voltage is applied during a polarization inversion data read operation may match or substantially match the difference in the amount. There is.

【0018】また、本発明は、1つのスイッチングトラ
ンジスタと、当該スイッチングトランジスタに接続され
た1つの強誘電体キャパシタとの組み合わせによって1
ビットが構成され、強誘電体キャパシタの分極の方向に
より2値のデータを記憶し、データ読み出し動作におい
て、強誘電体キャパシタとビット線の容量比で決まるビ
ット線電位と他に設けたリファレンス電位の差により2
値のデータに対応する分極状態を検知する強誘電体記憶
装置であって、強誘電体キャパシタの、異なる評価状況
によって得られる異なる印加電圧−分極量特性における
分極量の差において、非電圧印加時の残留分極の差と、
分極反転データ読み出し動作時の電圧印加における分極
量の差とが、一致するかもくしは略一致するようにビッ
ト線容量が設定されている。
Further, the present invention provides a combination of one switching transistor and one ferroelectric capacitor connected to the switching transistor.
Bits are configured to store binary data depending on the polarization direction of the ferroelectric capacitor, and in the data read operation, the bit line potential determined by the capacitance ratio between the ferroelectric capacitor and the bit line and the reference potential provided elsewhere are stored. 2 due to the difference
A ferroelectric memory device for detecting a polarization state corresponding to value data, wherein when a non-voltage is applied in a difference in polarization amount between different applied voltage-polarization amount characteristics obtained by different evaluation situations of a ferroelectric capacitor. Difference in remnant polarization of
The bit line capacitance is set so that the difference in the amount of polarization due to voltage application during the operation of reading the polarization inversion data may match or substantially match.

【0019】また、上記各強誘電体記憶装置において、
上記ビット線容量は、強誘電体キャパシタの、異なるメ
モリ動作温度における分極量の差において、非電圧印加
時の残留分極の差と、分極反転データ読み出し動作時の
電圧印加点における分極量の差とが、一致するかもしく
は略一致するように設定されている。
In each of the above ferroelectric memory devices,
The bit line capacitance is the difference between the remanent polarization when a non-voltage is applied and the difference between the polarization amounts at the voltage application point during the polarization inversion data read operation in the difference in polarization amount between the ferroelectric capacitors at different memory operating temperatures. Are set to match or substantially match.

【0020】また、上記ビット線容量は、非電圧印加時
の残留分極の差が、分極反転データ読み出し動作時の電
圧印加点における分極量の差よりも小さくなるように設
定されている。
Further, the bit line capacitance is set so that the difference in remanent polarization when a non-voltage is applied is smaller than the difference in polarization amount at a voltage application point during a polarization inversion data read operation.

【0021】また、上記各強誘電体記憶装置において、
上記ビット線容量は、強誘電体キャパシタの、メモリの
通常動作時と一定期間放置後の動作における分極量の差
において、非電圧印加時の残留分極の差と、分極反転デ
ータ読み出し動作時の電圧印加点における分極量の差と
が、一致するかもしくは略一致するように設定されてい
る。
In each of the above ferroelectric memory devices,
The bit line capacitance is the difference between the remanent polarization when a non-voltage is applied and the voltage when the polarization inversion data is read in the difference in the polarization amount of the ferroelectric capacitor between the normal operation of the memory and the operation after being left for a certain period. It is set so that the difference in the amount of polarization at the applied point is the same or substantially the same.

【0022】また、上記ビット線容量は、非電圧印加時
の残留分極の差が、分極反転データ読み出し動作時の電
圧印加点における分極量の差よりも小さくなるように設
定されている。
The bit line capacitance is set so that the difference in remanent polarization when a non-voltage is applied is smaller than the difference in polarization amount at the voltage application point during a polarization inversion data read operation.

【0023】本発明の強誘電体記憶装置によれば、2T
r−2Cap方式、1Tr−1Cap方式において、ビ
ット線容量が、強誘電体キャパシタの、異なる評価状況
によって得られる異なる印加電圧−分極量特性における
分極量の差において、具体的には、異なるメモリ動作温
度における分極量の差あるいはメモリの通常動作時と一
定期間放置後の動作における分極量の差において、非電
圧印加時の残留分極の差と、分極反転データ読み出し動
作時の電圧印加における分極量の差とが、一致するかも
くしは略一致するように設定されることから、高温放置
後や動作温度上昇による残留分極の劣化時においても、
読み出しマージンが劣化しない。
According to the ferroelectric memory device of the present invention, 2T
In the r-2Cap method and the 1Tr-1Cap method, the bit line capacitance is different in the difference in polarization amount between different applied voltage-polarization amount characteristics obtained by different evaluation conditions of the ferroelectric capacitor, specifically, different memory operation. The difference between the residual polarization when a non-voltage is applied and the polarization quantity when a voltage is applied during the polarization inversion data read operation is calculated between the difference in the polarization amount at temperature or the difference in the polarization amount between the normal operation of the memory and the operation after leaving for a certain period of time. Since the difference and the difference are set so that they coincide with each other or substantially coincide with each other, even when the residual polarization is deteriorated after being left at a high temperature or when the operating temperature rises,
Read margin does not deteriorate.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る強誘電体不揮
発性メモリの実施形態について説明する。本実施形態に
強誘電体不揮発性メモリは、回路としては、たとえば図
9に示す2Tr−2Cap方式を採用した強誘電体不揮
発性メモリ、あるいは図14に示す1Tr−1Cap方
式を採用した強誘電体不揮発性メモリと等価である。本
実施形態に係る強誘電体不揮発性メモリが従来の強誘電
体不揮発性メモリと異なる点は、高温放置後、または低
温、高温時の読み出し動作時の分極電荷の差が、残留分
極の差より大きくなるようにビット線容量が設定されて
いることにある。以下に、ビット線容量の設定原理につ
いて、図面に関連付けながら順を追って説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a ferroelectric non-volatile memory according to the present invention will be described below. In the ferroelectric non-volatile memory according to the present embodiment, as a circuit, for example, the ferroelectric non-volatile memory adopting the 2Tr-2Cap method shown in FIG. 9 or the ferroelectric non-volatile memory adopting the 1Tr-1Cap method shown in FIG. It is equivalent to a non-volatile memory. The ferroelectric non-volatile memory according to the present embodiment is different from the conventional ferroelectric non-volatile memory in that the difference in polarization charge after the high temperature storage or at the low temperature / high temperature read operation is different from the difference in the residual polarization. The bit line capacitance is set to be large. Hereinafter, the principle of setting the bit line capacitance will be described step by step with reference to the drawings.

【0025】以下に、読み出し時のビット線電位変化の
差を見積もる方法について、図1、図2を参照しつつ説
明する。
A method for estimating the difference in bit line potential change at the time of reading will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

【0026】図1は、各ビット線に接続されたスイッチ
ングトランジスタと強誘電体キャパシタの等価回路図で
ある。スイッチングトランジスタがオン状態では、強誘
電体キャパシタFCはプレート線PLと接地GNDとの
間でビット線の寄生容量(ビット線容量)Cbと直列接
続されている。読み出し動作では、プレート線にVpl
の電位を印加した時に、強誘電体キャパシタFCの分極
状態によって、ビット線電位Vblが異なることを利用
する。このビット線電位Vblは強誘電体キャパシタF
Cとビット線容量Cbによる電位分割により決定される
が、強誘電体キャパシタFCの容量Csは関数の具体的
な式が明らかでない非線形容量であるため、ビット線電
位Vblを解析的に解くことは不可能である。よって、
ビット線電位Vblを求めるために以下のような作図に
よる求め方を用いる。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a switching transistor and a ferroelectric capacitor connected to each bit line. When the switching transistor is on, the ferroelectric capacitor FC is connected in series with the parasitic capacitance (bit line capacitance) Cb of the bit line between the plate line PL and the ground GND. In the read operation, Vpl is applied to the plate line.
The fact that the bit line potential Vbl differs depending on the polarization state of the ferroelectric capacitor FC when the potential is applied is used. This bit line potential Vbl is the ferroelectric capacitor F
Although it is determined by potential division by C and the bit line capacitance Cb, since the capacitance Cs of the ferroelectric capacitor FC is a non-linear capacitance for which a concrete formula of the function is not clear, it is not possible to analytically solve the bit line potential Vbl. It is impossible. Therefore,
In order to obtain the bit line potential Vbl, the following drawing method is used.

【0027】強誘電体キャパシタFCの電極両端に電位
差Vが印加された時に、強誘電体キャパシタFCに蓄積
される電荷Qを関数Q(V)によって表すことにする。
ここで、Q(V)の関数形は図2上で非分極反転時は曲
線D−C、分極反転時は曲線B−Cに相当する。一方、
ビット線容量Cbを線形キャパシタとすると、蓄積電荷
と電極両端の電位差Vの関係はQ=Cb・Vによって表
される。プレート線PLに電圧Vplが印加されたと
き、ビット線がオープンであることから強誘電体キャパ
シタFCとCbに蓄積される電荷は等しく、その電荷を
Qoとすると以下の連立方程式が成り立つ。
The electric charge Q accumulated in the ferroelectric capacitor FC when a potential difference V is applied across the electrodes of the ferroelectric capacitor FC is represented by a function Q (V).
Here, the functional form of Q (V) corresponds to the curve D-C at the time of non-polarization inversion and the curve B-C at the time of polarization inversion in FIG. on the other hand,
When the bit line capacitance Cb is a linear capacitor, the relationship between the accumulated charge and the potential difference V across the electrodes is represented by Q = Cb · V. When the voltage Vpl is applied to the plate line PL, since the bit line is open, the charges accumulated in the ferroelectric capacitors FC and Cb are equal, and if the charges are Qo, the following simultaneous equations hold.

【0028】[0028]

【数1】 Qo=Q(Vpl−Vbl) ・・・(1)## EQU1 ## Qo = Q (Vpl-Vbl) (1)

【数2】 Qo=Cb・Vbl ・・・(2)[Equation 2] Qo = Cb · Vbl (2)

【0029】この連立方程式を満たすVblは図2に示
すように、ヒステリシス上に描いた傾きCbの直線と分
極反転、非分極反転側のそれぞれの曲線B−C、D−C
との交点により求めることができる。
As shown in FIG. 2, Vbl that satisfies this simultaneous equation is a straight line having a slope Cb drawn on the hysteresis and respective curves B-C and D-C on the polarization inversion and non-polarization inversion sides.
It can be obtained by the intersection with and.

【0030】以上のようにして、分極反転、非分極反転
側のビット線電位Vbl1、Vbl0を求めると、たと
えば2Tr−2Cap方式の場合のビット線電位差ΔV
bl(Vbl1−Vbl0)は図2中に示す部分によっ
て表すことができる。また、1Tr−2Capの場合の
ビット線電位差ΔVblはこの半分となる。メモリセル
としては読み出しマージンをできるだけ大きくするため
に、ビット線電位差ΔVblはより大きいほうが望まし
いのであるが、図2からわかるように、そのビット線電
位差ΔVblはビット線容量Cbの大きさやヒステリシ
ス曲線の変動により変化していくことがわかる。
When the bit line potentials Vbl1 and Vbl0 on the polarization inversion and non-polarization inversion sides are obtained as described above, for example, the bit line potential difference ΔV in the 2Tr-2Cap system.
bl (Vbl1-Vbl0) can be represented by the portion shown in FIG. Further, the bit line potential difference ΔVbl in the case of 1Tr-2Cap is half this. It is desirable for the memory cell to have a larger bit line potential difference ΔVbl in order to make the read margin as large as possible, but as can be seen from FIG. 2, the bit line potential difference ΔVbl varies with the size of the bit line capacitance Cb and the hysteresis curve. It can be seen that

【0031】以上のビット線電位差ΔVblの計算例と
して、強誘電体薄膜SrBi2 Ta 2 9 、130n
m、3μm2 のキャパシタによって得られたヒステリシ
ス曲線を図3に示す。図3ではCb=600fF、電源
電圧Vcc=2.0Vに設定している。この場合、ΔV
blとして、0.8Vが得られる。
With the above calculation example of the bit line potential difference ΔVbl
Then, the ferroelectric thin film SrBiTwoTa TwoO9, 130n
m, 3 μmTwoHysteresis Obtained by the Capacitor of
Curve is shown in FIG. In FIG. 3, Cb = 600 fF, power supply
The voltage Vcc is set to 2.0V. In this case, ΔV
As bl, 0.8 V is obtained.

【0032】次に、以上のビット線電位差ΔVblの見
積もり手法を用いた、デバイス動作温度変化時のΔVb
lの変化の挙動と、デバイス動作温度が変化しても読み
出しマージンが減少しないメモリの設計手法を図4(図
3と同サンプル)を用いて説明する。
Next, using the above-described estimation method of the bit line potential difference ΔVbl, ΔVb when the device operating temperature changes
The behavior of the change in l and the memory design method in which the read margin does not decrease even if the device operating temperature changes will be described with reference to FIG. 4 (the same sample as FIG. 3).

【0033】ヒステリシス曲線の形状を表す指標となる
残留分極Pr(ヒステリシス曲線と電荷軸との交点)と
抗電圧Vc(ヒステリシス曲線と電圧軸との交点)の温
度変化は、理論的に次式により表される。
The temperature change of the remanent polarization Pr (intersection point of the hysteresis curve and the charge axis) and the coercive voltage Vc (intersection point of the hysteresis curve and the voltage axis), which is an index showing the shape of the hysteresis curve, is theoretically expressed by the following equation. expressed.

【0034】[0034]

【数3】 Pr∝(Tc−T)1/2 Vc∝(Tc−T)3/2 (Tc:キューリー温度)・・・(3)[Formula 3] Pr∝ (Tc-T) 1/2 Vc∝ (Tc-T) 3/2 (Tc: Curie temperature) (3)

【0035】これにより、残留分極、抗電圧共に、温度
が上昇するにつれて、減少していくことがわかる。
It can be seen from this that both the remanent polarization and the coercive voltage decrease as the temperature rises.

【0036】図4は、一般的なデバイス動作保障温度範
囲に相当する0℃と70℃のヒステリシス曲線を示して
いる。図4では、ビット線容量Cbの値として、300
fF、560fF、900fFの3種類について設定し
ている。
FIG. 4 shows hysteresis curves at 0 ° C. and 70 ° C., which correspond to a general device operation guarantee temperature range. In FIG. 4, the value of the bit line capacitance Cb is 300
It is set for three types of fF, 560fF, and 900fF.

【0037】これを元に高温放置前後のビット線電位差
ΔVblの変化をグラフ化したものを図5に示す。図5
によれば、ビット線容量Cbが900fFでは動作温度
上昇によりビット線電位差ΔVblは減少するが、56
0fFでは変化がなく、300fFでは逆に増加してい
る。Cb=560fFで変化がないのは、図4に示すよ
うに、残留分極(印加電圧0Vの時の分極電荷量)減少
量と、ビット線容量Cbとヒステリシスとの交点にお
ける分極電荷の変化量が等しいからである。この値を
境界として、Cb>560fFでは>となるためΔ
Vblは減少し、Cb<560fFでは<となるた
めΔVblは増加する。これにより、≧となるよう
なところにビット線容量Cbを設定すると、動作温度変
化によってもΔVblは変わらないか、もしくは大きく
なるように設定することができる。
FIG. 5 is a graph showing the change in the bit line potential difference ΔVbl before and after high temperature standing based on this. FIG.
According to the data, when the bit line capacitance Cb is 900 fF, the bit line potential difference ΔVbl decreases due to the increase in operating temperature.
There is no change at 0 fF, and on the contrary, it increases at 300 fF. As shown in FIG. 4, there is no change at Cb = 560 fF because the amount of decrease in remanent polarization (the amount of polarization charge when the applied voltage is 0 V) and the amount of change in polarization charge at the intersection of the bit line capacitance Cb and hysteresis are as shown in FIG. Because they are equal. With this value as the boundary, when Cb> 560 fF, it becomes>, so Δ
Vbl decreases, and when Cb <560fF, <becomes <, so ΔVbl increases. As a result, if the bit line capacitance Cb is set at a place where ≧, ΔVbl can be set to be unchanged or large even if the operating temperature changes.

【0038】以上の考察から強誘電体メモリの設計手法
として以下のことが言える。デバイス動作保証温度範囲
の最低温度における強誘電体キャパシタのヒステリシス
曲線と、最高温度におけるヒステリシス曲線において、
ビット線容量Cbとの交点における分極量の差が、残留
分極の減少量と一致するか、もくしはそれよりも大きく
なる箇所にビット線容量Cbを設定することにより、動
作保証温度範囲において、動作温度上昇によってもビッ
ト線電位差ΔVblか変わらないかもしくは増加するよ
うに設定することができる。つまり、動作温度上昇によ
る残留分極Prの劣化時においても、読み出しマージン
が劣化しないようにすることができる。
From the above consideration, the following can be said as the design method of the ferroelectric memory. In the hysteresis curve of the ferroelectric capacitor at the lowest temperature of the device operation guaranteed temperature range and the hysteresis curve at the highest temperature,
By setting the bit line capacitance Cb at a point where the difference in the amount of polarization at the intersection with the bit line capacitance Cb is equal to or larger than the amount of decrease in remanent polarization, in the operation guaranteed temperature range, The bit line potential difference ΔVbl can be set to be unchanged or to increase even when the operating temperature rises. That is, it is possible to prevent the read margin from deteriorating even when the remanent polarization Pr deteriorates due to the increase in operating temperature.

【0039】DRAMの設計では、ビット線容量は、メ
モリキャパシタの容量値の10倍程度にするのが一般的
である。しかし、以上の設定方法によれば、=とな
るビット線容量Cbは、ほぼ強誘電体キャパシタの容量
値と同等となる値であるので、これまでのようにDRA
Mの設計に従った場合とは、全く異なる値となることが
わかる。
In DRAM design, the bit line capacitance is generally set to about 10 times the capacitance value of the memory capacitor. However, according to the above setting method, since the bit line capacitance Cb where = is almost equal to the capacitance value of the ferroelectric capacitor, the DRA is changed as before.
It can be seen that the value is completely different from that in the case of following the design of M.

【0040】次に同様な考察により、高温放置処理によ
るビット線電位差ΔVblの変化の挙動とメモリの設計
手法を説明する。データが書き込まれた強誘電体キャパ
シタは、高温放置により分極量が減少してくるため、ヒ
ステリシス曲線は図6に描かれているように変化する。
ここで、強誘電体は膜質自体が変化するわけではないの
で、ヒステリシス曲線の飽和領域では元の曲線と一致す
る。よって、”1”データ、”0”データ読み出し共
に、ビット線容量Cbとヒステリシスの交点位置にはず
れが生じビット線電位が変動する。
By the same consideration, the behavior of the change in the bit line potential difference ΔVbl due to the high temperature standing process and the memory design method will be described. In the ferroelectric capacitor in which the data is written, the amount of polarization decreases as it is left at high temperature, so the hysteresis curve changes as shown in FIG.
Here, since the film quality itself of the ferroelectric does not change, it coincides with the original curve in the saturation region of the hysteresis curve. Therefore, in the reading of "1" data and "0" data, a shift occurs at the intersection position of the bit line capacitance Cb and the hysteresis, and the bit line potential fluctuates.

【0041】高温放置処理前と高温放置処理後のヒステ
リシス曲線の差において、3種類のビット線容量に対す
るビット線電位差ΔVblの変動を見ると、上記のデバ
イス動作温度変化時と異なり≦となる320fFを
境としても、図7に示すように、高温放置後にビット線
電位差ΔVblが増加することはない。これは、”1”
データ側と同様に、”0”データ読み出し側のヒステリ
シス曲線の傾きも同時に変化することによる。しかしな
がら、この場合においても=を境として、”1”デ
ータ読み出し側のビット線電位差Vblは、高温放置に
より、マイナス側シフトからプラス側シフトに変化する
ので、高温放置によるΔVblの減少量を小さく抑える
ことができる。よって、高温放置の場合と同様に、ビッ
ト線電位を≧となるようにすることにより、高温放
置処理において、読み出しマージンの劣化を小さく抑え
るデバイス設計が可能となる。
In the difference between the hysteresis curves before and after the high temperature treatment, the fluctuation of the bit line potential difference ΔVbl with respect to the three kinds of bit line capacitances is 320 fF which is ≦ unlike the above case when the device operating temperature changes. As a boundary, as shown in FIG. 7, the bit line potential difference ΔVbl does not increase after being left at a high temperature. This is "1"
This is because the slope of the hysteresis curve on the "0" data read side also changes at the same time as on the data side. However, even in this case, since the bit line potential difference Vbl on the "1" data read side changes from the minus side shift to the plus side shift when left at high temperature, the decrease amount of ΔVbl due to high temperature exposure is suppressed to a small level. be able to. Therefore, as in the case of high temperature storage, by setting the bit line potential to be ≧, it is possible to design a device that suppresses deterioration of the read margin in the high temperature storage processing.

【0042】以上、デバイス動作温度変化時、高温放置
後について読み出しマージンを大きくとることが可能な
ビット線容量の設定方法を説明したが、同様な方法はこ
れらの場合に限らず、デバイス信頼性上考慮しなければ
ならない環境等の変化によりヒステリシス曲線が変化す
る場合にも一般的に適用することができる。つまり、信
頼性上保証すべき環境において、最大に変動する2つの
ヒステリシス曲線に上記方法を適用すればよい。
The method of setting the bit line capacitance which allows a large read margin after the device is left at a high temperature when the device operating temperature is changed has been described above. However, the similar method is not limited to these cases and the device reliability is improved. It can also be generally applied to the case where the hysteresis curve changes due to changes in the environment that must be taken into consideration. That is, the above method may be applied to the two hysteresis curves that fluctuate the maximum in the environment where reliability is to be guaranteed.

【0043】なお、以上の高温放置、デバイス温度変化
時のΔVblの考察は2Tr−2Cap型について説明
したが、1Tr−1Cap型のデバイスについても同様
な議論が適用できる。また、メモリの動作方式として従
来例に示したものは、本発明が適用できる一つの例に過
ぎず、ビット線のプリチャージ電圧をVCCとする方式
等、強誘電体キャパシタとビット線の容量比で決まるビ
ット線電位を検出する方式のメモリであれば、本発明を
適用することができる。また、上記説明では、読み出し
動作点をビット線容量の調整により設定する記述とした
が、上記設定値の関係を満たすならば、キャパシタ面
積、強誘電体膜厚等、他のパラメータを調整する手段を
用いても良い。
The consideration of ΔVbl when left at a high temperature and when the device temperature changes has been described for the 2Tr-2Cap type, but the same discussion can be applied to the 1Tr-1Cap type device. Further, the operation method of the memory shown in the conventional example is only one example to which the present invention can be applied, and the capacitance of the ferroelectric capacitor and the bit line such as the method of setting the precharge voltage of the bit line to V CC. The present invention can be applied to any memory of the type that detects the bit line potential determined by the ratio. Further, in the above description, the read operating point is set by adjusting the bit line capacitance, but if the relationship of the set values is satisfied, means for adjusting other parameters such as the capacitor area and the ferroelectric film thickness. May be used.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の強誘電体
記憶装置によれば、デバイス高温動作時においても読み
出しマージンが劣化することがない強誘電体記憶装置を
実現できる。また、高温放置においても、読み出しマー
ジンが劣化することがなく、長期のデータ保持が可能な
強誘電体記憶装置を実現できる。
As described above, according to the ferroelectric memory device of the present invention, it is possible to realize the ferroelectric memory device in which the read margin does not deteriorate even when the device is operated at high temperature. Further, it is possible to realize a ferroelectric memory device capable of holding data for a long time without deteriorating the read margin even when left at high temperature.

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

【図1】強誘電体不揮発性メモリセルのプレート線から
みた等価回路を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an equivalent circuit seen from a plate line of a ferroelectric nonvolatile memory cell.

【図2】ビット線電位の作図による求め方を説明するた
めの図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining how to obtain a bit line potential by drawing.

【図3】ビット線電位差ΔVblの計算例として、誘電
体薄膜SrBi2 Ta2 9 、130nm、3μm2
キャパシタによって得られたヒステリシス曲線を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing a hysteresis curve obtained by a capacitor of a dielectric thin film SrBi 2 Ta 2 O 9 , 130 nm, 3 μm 2 as a calculation example of a bit line potential difference ΔVbl.

【図4】一般的なデバイス動作保障温度範囲に相当する
0℃と70℃のヒステリシス曲線を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing hysteresis curves at 0 ° C. and 70 ° C. corresponding to a general device operation guarantee temperature range.

【図5】図4を元に高温放置前後のビット線電位差ΔV
blの変化をグラフ化した図である。
FIG. 5 is a bit line potential difference ΔV before and after being left at a high temperature based on FIG.
It is the figure which made the change of bl into a graph.

【図6】高温放置処理によるビット線電位差ΔVblの
変化の挙動とメモリの設計手法を説明するための図であ
る。
FIG. 6 is a diagram for explaining the behavior of changes in the bit line potential difference ΔVbl due to the high temperature storage process and a memory design method.

【図7】高温放置処理によるビット線電位差ΔVblの
変化をグラフ化した図である。
FIG. 7 is a graph showing changes in the bit line potential difference ΔVbl due to the high temperature storage process.

【図8】強誘電体キャパシタのヒステリシス特性を示す
図である。
FIG. 8 is a diagram showing a hysteresis characteristic of a ferroelectric capacitor.

【図9】2Tr−2Cap方式を採用した強誘電体不揮
発性メモリの基本的な1ビット構成を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a basic 1-bit configuration of a ferroelectric non-volatile memory adopting a 2Tr-2Cap system.

【図10】2Tr−2Cap方式を採用した強誘電体不
揮発性メモリの書き込み時における各端子に印加される
電位のタイミングチャートである。
FIG. 10 is a timing chart of potentials applied to each terminal during writing in the ferroelectric nonvolatile memory adopting the 2Tr-2Cap method.

【図11】図10に対応した書き込み時の強誘電体キャ
パシタの分極状態を示す図である。
11 is a diagram showing a polarization state of the ferroelectric capacitor at the time of writing corresponding to FIG.

【図12】2Tr−2Cap方式を採用した強誘電体不
揮発性メモリの読み出し時における各端子に印加される
電位のタイミングチャートである。
FIG. 12 is a timing chart of a potential applied to each terminal when reading a ferroelectric non-volatile memory adopting a 2Tr-2Cap method.

【図13】図12に対応した読み出し時の強誘電体キャ
パシタの分極状態を示す図である。
13 is a diagram showing a polarization state of the ferroelectric capacitor at the time of reading corresponding to FIG.

【図14】1Tr−1Cap方式を採用した不揮発性メ
モリの基本的な1ビット構成を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a basic 1-bit configuration of a nonvolatile memory adopting a 1Tr-1Cap system.

【図15】1Tr−1Cap方式を採用した強誘電体不
揮発性メモリの書き込み時における各端子に印加される
電位のタイミングチャートである。
FIG. 15 is a timing chart of potentials applied to each terminal during writing in the ferroelectric nonvolatile memory adopting the 1Tr-1Cap method.

【図16】図15に対応した書き込み時の強誘電体キャ
パシタの分極状態を示す図である。
16 is a diagram showing a polarization state of the ferroelectric capacitor at the time of writing corresponding to FIG.

【図17】1Tr−1Cap方式を採用した強誘電体不
揮発性メモリの読み出し時における各端子に印加される
電位のタイミングチャートである。
FIG. 17 is a timing chart of a potential applied to each terminal when reading a ferroelectric non-volatile memory adopting the 1Tr-1Cap method.

【図18】図17に対応した読み出し時の強誘電体キャ
パシタの分極状態を示す図である。
18 is a diagram showing a polarization state of the ferroelectric capacitor at the time of reading corresponding to FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Tr1,Tr2…スイッチングトランジスタ、RTr
1,RTr2…リファレンス用スイッチングトランジス
タ、FC1,FC2…強誘電体キャパシタ、RFC1,
RFC2…リファレンス用強誘電体キャパシタ、BL
1,BL2…ビット線、WL,WL1,WL2…ワード
線、RWL…リファレンス用ワード線、PL…プレート
線、RPL…リファレンス用プレート線、MC…メモリ
セル、RMC…リファレンスメモリセル。
Tr1, Tr2 ... Switching transistor, RTr
1, RTr2 ... Switching transistor for reference, FC1, FC2 ... Ferroelectric capacitor, RFC1,
RFC2 ... Reference ferroelectric capacitor, BL
1, BL2 ... Bit line, WL, WL1, WL2 ... Word line, RWL ... Reference word line, PL ... Plate line, RPL ... Reference plate line, MC ... Memory cell, RMC ... Reference memory cell.

───────────────────────────────────────────────────── 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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical indication location H01L 21/8247 29/788 29/792

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ビット線に接続された1つのスイッチン
グトランジスタと、当該スイッチングトランジスタに直
列接続された1つの強誘電体キャパシタの組み合わせ2
組によって1ビットが構成され、それぞれの強誘電体キ
ャパシタは異なる方向に分極され、その分極の方向によ
り2値のデータを記憶し、データ読み出し動作におい
て、強誘電体キャパシタとビット線の容量比で決まる2
本のビット線電位の差により2値のデータに対応する分
極状態を検知する強誘電体記憶装置であって、 強誘電体キャパシタの、異なる評価状況によって得られ
る異なる印加電圧−分極量特性における分極量の差にお
いて、非電圧印加時の残留分極の差と、分極反転データ
読み出し動作時の電圧印加における分極量の差とが、一
致するかもくしは略一致するようにビット線容量が設定
されている強誘電体記憶装置。
1. A combination 2 of one switching transistor connected to a bit line and one ferroelectric capacitor connected in series to the switching transistor.
One bit is formed by a set, each ferroelectric capacitor is polarized in different directions, and binary data is stored depending on the polarization direction. In the data read operation, the capacitance ratio of the ferroelectric capacitor and the bit line is 2 decided
A ferroelectric memory device for detecting a polarization state corresponding to binary data by a difference between bit line potentials of a book, the polarization of a ferroelectric capacitor at different applied voltage-polarization amount characteristics obtained under different evaluation conditions. The bit line capacitance is set so that the difference in remanent polarization when a non-voltage is applied and the difference in polarization amount when a voltage is applied during a polarization inversion data read operation are matched or substantially matched. Ferroelectric memory device.
【請求項2】 上記ビット線容量は、強誘電体キャパシ
タの、異なるメモリ動作温度における分極量の差におい
て、非電圧印加時の残留分極の差と、分極反転データ読
み出し動作時の電圧印加点における分極量の差とが、一
致するかもしくは略一致するように設定されている請求
項1記載の強誘電体記憶装置。
2. The bit line capacitance is the difference between the remanent polarization when a non-voltage is applied and the voltage application point when a polarization inversion data is read in the difference in the polarization amount of the ferroelectric capacitor at different memory operating temperatures. 2. The ferroelectric memory device according to claim 1, wherein the difference in polarization amount is set to match or substantially match.
【請求項3】 上記ビット線容量は、非電圧印加時の残
留分極の差が、分極反転データ読み出し動作時の電圧印
加点における分極量の差よりも小さくなるように設定さ
れている請求項2記載の強誘電体記憶装置。
3. The bit line capacitance is set so that a difference in remanent polarization when a non-voltage is applied is smaller than a difference in polarization amount at a voltage application point during a polarization inversion data read operation. The ferroelectric memory device described.
【請求項4】 上記ビット線容量は、強誘電体キャパシ
タの、メモリの通常動作時と一定期間放置後の動作にお
ける分極量の差において、非電圧印加時の残留分極の差
と、分極反転データ読み出し動作時の電圧印加点におけ
る分極量の差とが、一致するかもしくは略一致するよう
に設定されている請求項1記載の強誘電体記憶装置。
4. The bit line capacitance is the difference between the residual polarization when a voltage is not applied and the polarization inversion data in the difference in the polarization amount between the normal operation of the memory and the operation of the ferroelectric capacitor after being left for a certain period of time. 2. The ferroelectric memory device according to claim 1, wherein the difference in the polarization amount at the voltage application point during the read operation is set to match or substantially match.
【請求項5】 上記ビット線容量は、非電圧印加時の残
留分極の差が、分極反転データ読み出し動作時の電圧印
加点における分極量の差よりも小さくなるように設定さ
れている請求項4記載の強強誘電体記憶装置。
5. The bit line capacitance is set such that the difference in remanent polarization when a non-voltage is applied is smaller than the difference in polarization amount at a voltage application point during a polarization inversion data read operation. The ferroelectric memory device described.
【請求項6】 1つのスイッチングトランジスタと、当
該スイッチングトランジスタに接続された1つの強誘電
体キャパシタとの組み合わせによって1ビットが構成さ
れ、強誘電体キャパシタの分極の方向により2値のデー
タを記憶し、データ読み出し動作において、強誘電体キ
ャパシタとビット線の容量比で決まるビット線電位と他
に設けたリファレンス電位の差により2値のデータに対
応する分極状態を検知する強誘電体記憶装置であって、 強誘電体キャパシタの、異なる評価状況によって得られ
る異なる印加電圧−分極量特性における分極量の差にお
いて、非電圧印加時の残留分極の差と、分極反転データ
読み出し動作時の電圧印加における分極量の差とが、一
致するかもくしは略一致するようにビット線容量が設定
されている強誘電体記憶装置。
6. One bit is configured by a combination of one switching transistor and one ferroelectric capacitor connected to the switching transistor, and binary data is stored depending on a polarization direction of the ferroelectric capacitor. In a data read operation, a ferroelectric memory device that detects a polarization state corresponding to binary data by a difference between a bit line potential determined by a capacitance ratio between a ferroelectric capacitor and a bit line and a reference potential provided elsewhere. As for the difference in the amount of polarization between different applied voltage-polarization amount characteristics obtained by different evaluation conditions of the ferroelectric capacitor, the difference in remanent polarization when no voltage is applied and the polarization when voltage is applied during polarization inversion data read operation. The bit line capacitance is set so that the amount of difference and the amount of difference match. Storage device.
【請求項7】 上記ビット線容量は、強誘電体キャパシ
タの、異なるメモリ動作温度における分極量の差におい
て、非電圧印加時の残留分極の差と、分極反転データ読
み出し動作時の電圧印加点における分極量の差とが、一
致するかもしくは略一致するように設定されている請求
項6記載の強誘電体記憶装置。
7. The bit line capacitance is the difference between the remanent polarization when a non-voltage is applied and the voltage application point when a polarization inversion data is read in the difference in the polarization amount of the ferroelectric capacitor at different memory operating temperatures. 7. The ferroelectric memory device according to claim 6, wherein the difference in polarization amount is set to match or substantially match.
【請求項8】 上記ビット線容量は、非電圧印加時の残
留分極の差が、分極反転データ読み出し動作時の電圧印
加点における分極量の差よりも小さくなるように設定さ
れている請求項7記載の強誘電体記憶装置。
8. The bit line capacitance is set so that a difference in remanent polarization when a non-voltage is applied is smaller than a difference in polarization amount at a voltage application point during a polarization inversion data read operation. The ferroelectric memory device described.
【請求項9】 上記ビット線容量は、強誘電体キャパシ
タの、メモリの通常動作時と一定期間放置後の動作にお
ける分極量の差において、非電圧印加時の残留分極の差
と、分極反転データ読み出し動作時の電圧印加点におけ
る分極量の差とが、一致するかもしくは略一致するよう
に設定されている請求項6記載の強誘電体記憶装置。
9. The bit line capacitance is the difference between the residual polarization when a voltage is not applied and the polarization inversion data in the difference in the polarization amount between the normal operation of the memory and the operation of the ferroelectric capacitor after being left for a certain period of time. 7. The ferroelectric memory device according to claim 6, wherein the difference in the polarization amount at the voltage application point during the read operation is set to match or substantially match.
【請求項10】 上記ビット線容量は、非電圧印加時の
残留分極の差が、分極反転データ読み出し動作時の電圧
印加点における分極量の差よりも小さくなるように設定
されている請求項9記載の強強誘電体記憶装置。
10. The bit line capacitance is set such that the difference in remanent polarization when a non-voltage is applied is smaller than the difference in polarization amount at a voltage application point during a polarization inversion data read operation. The ferroelectric memory device described.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7768811B2 (en) 2006-09-14 2010-08-03 Panasonic Corporation Ferroelectric memory apparatus and control method of the same

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