JPH11273362A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
不揮発性半導体記憶装置Info
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- JPH11273362A JPH11273362A JP6802598A JP6802598A JPH11273362A JP H11273362 A JPH11273362 A JP H11273362A JP 6802598 A JP6802598 A JP 6802598A JP 6802598 A JP6802598 A JP 6802598A JP H11273362 A JPH11273362 A JP H11273362A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 強誘電体メモリ装置に於いて、本体メモリセ
ルのデータが”0”のときに於ける、センス時のビット
線間電圧マージンを大きくする。 【解決手段】 センスアンプ30により、ビット線の低
電位側を負電圧(−VBB)に増幅することにより、本
体メモリセルのデータが”0”のとき、キャパシタの蓄
積電極に充分な負電圧を与えることによって、充分な分
極を生じさせる。これにより、センス時のビット線間電
圧マージンを増大させることができる。
ルのデータが”0”のときに於ける、センス時のビット
線間電圧マージンを大きくする。 【解決手段】 センスアンプ30により、ビット線の低
電位側を負電圧(−VBB)に増幅することにより、本
体メモリセルのデータが”0”のとき、キャパシタの蓄
積電極に充分な負電圧を与えることによって、充分な分
極を生じさせる。これにより、センス時のビット線間電
圧マージンを増大させることができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、容量素子の電極間
に介在させた強誘電体膜の分極状態によって情報を記
憶、保持させる不揮発性半導体記憶装置に関する。
に介在させた強誘電体膜の分極状態によって情報を記
憶、保持させる不揮発性半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】強誘電体を用いた半導体記憶装置は、強
誘電体膜の分極方向で情報の記憶、保持を行う不揮発性
半導体記憶装置である。以下、強誘電体を用いた不揮発
性半導体記憶装置の従来例について説明する(特開平6
−223583号公報、米国特許第4,873,664
号明細書等)。
誘電体膜の分極方向で情報の記憶、保持を行う不揮発性
半導体記憶装置である。以下、強誘電体を用いた不揮発
性半導体記憶装置の従来例について説明する(特開平6
−223583号公報、米国特許第4,873,664
号明細書等)。
【0003】図4は従来の不揮発性半導体記憶装置の回
路構成図、図8は図4の半導体記憶装置におけるセンス
アンプ部30の構成を示す回路図、図5は図4の半導体
記憶装置の動作タイミングを示す図、図6は従来の半導
体記憶装置内の本体メモリセルキャパシタで使用する強
誘電体膜のヒステリシス特性を示す図、図7は従来の半
導体記憶装置内のダミーメモリセルキャパシタで使用す
る強誘電体膜のヒステリシス特性を示す図である。
路構成図、図8は図4の半導体記憶装置におけるセンス
アンプ部30の構成を示す回路図、図5は図4の半導体
記憶装置の動作タイミングを示す図、図6は従来の半導
体記憶装置内の本体メモリセルキャパシタで使用する強
誘電体膜のヒステリシス特性を示す図、図7は従来の半
導体記憶装置内のダミーメモリセルキャパシタで使用す
る強誘電体膜のヒステリシス特性を示す図である。
【0004】図4の従来の不揮発性半導体記憶装置の回
路構成において、センスアンプ30にビット線26、ビ
ット線バー28が接続されている。ビット線26及びビ
ット線バー28のそれぞれに、本体メモリセル20a,
20b,20c及び同20d,20eと、ダミーメモリ
セル46及び同36とが接続されている。本体メモリセ
ル20aは、MOSトランジスタ24と本体メモリセル
キャパシタ22とで構成されている。本体メモリセルキ
ャパシタ22は、強誘電体膜を2つの電極で挟んで形成
されている。MOSトランジスタ24のゲートはワード
線32に接続され、ドレインはビット線26に接続さ
れ、ソースは本体メモリセルキャパシタ22の第1の電
極に接続されている。本体メモリセルキャパシタ22の
第2の電極はセルプレート線34に接続されている。同
様に、ダミーメモリセル36は、MOSトランジスタ3
8とダミーメモリセルキャパシタ40とで構成されてい
る。ダミーメモリセルキャパシタ40は、同様に、強誘
電体膜を2つの電極で挟んで形成されている。ダミーメ
モリセル36のMOSトランジスタ38のゲートはダミ
ーワード線42に接続され、ドレインはビット線バー2
8に接続され、ソースはダミーメモリセルキャパシタ4
0の第1の電極に接続されている。ダミーメモリセルキ
ャパシタ40の第2の電極はダミーセルプレート線44
に接続されている。
路構成において、センスアンプ30にビット線26、ビ
ット線バー28が接続されている。ビット線26及びビ
ット線バー28のそれぞれに、本体メモリセル20a,
20b,20c及び同20d,20eと、ダミーメモリ
セル46及び同36とが接続されている。本体メモリセ
ル20aは、MOSトランジスタ24と本体メモリセル
キャパシタ22とで構成されている。本体メモリセルキ
ャパシタ22は、強誘電体膜を2つの電極で挟んで形成
されている。MOSトランジスタ24のゲートはワード
線32に接続され、ドレインはビット線26に接続さ
れ、ソースは本体メモリセルキャパシタ22の第1の電
極に接続されている。本体メモリセルキャパシタ22の
第2の電極はセルプレート線34に接続されている。同
様に、ダミーメモリセル36は、MOSトランジスタ3
8とダミーメモリセルキャパシタ40とで構成されてい
る。ダミーメモリセルキャパシタ40は、同様に、強誘
電体膜を2つの電極で挟んで形成されている。ダミーメ
モリセル36のMOSトランジスタ38のゲートはダミ
ーワード線42に接続され、ドレインはビット線バー2
8に接続され、ソースはダミーメモリセルキャパシタ4
0の第1の電極に接続されている。ダミーメモリセルキ
ャパシタ40の第2の電極はダミーセルプレート線44
に接続されている。
【0005】図8のセンスアンプ部において、110、
111及び112はPチャンネルMOSトランジスタ、
118及び120はNチャンネルMOSトランジスタ、
114及び116は、それぞれ、ビット線26及びビッ
ト線バー28である。
111及び112はPチャンネルMOSトランジスタ、
118及び120はNチャンネルMOSトランジスタ、
114及び116は、それぞれ、ビット線26及びビッ
ト線バー28である。
【0006】この従来の不揮発性半導体記憶装置の回路
の動作について、図5の動作タイミング図と、図6の本
体メモリセルキャパシタの強誘電体膜のヒステリシス特
性図、及び図7のダミーメモリセルキャパシタの強誘電
体膜のヒステリシス特性図とを参照しながら説明する。
の動作について、図5の動作タイミング図と、図6の本
体メモリセルキャパシタの強誘電体膜のヒステリシス特
性図、及び図7のダミーメモリセルキャパシタの強誘電
体膜のヒステリシス特性図とを参照しながら説明する。
【0007】図6及び図7は強誘電体膜のヒステリシス
特性図である。横軸がメモリセルキャパシタに印加され
る電界、縦軸がそのときの電荷を示している。図6及び
図7に示すように、強誘電体のキャパシタでは電界が0
のときでも、点B、点E、点H、点Kのように残留分極
が残る。これを利用して不揮発性のデータとし、不揮発
性半導体記憶装置を実現している。本体メモリセルキャ
パシタは、メモリセルのデータが“1”である場合に
は、図6の点Bの状態、また、メモリセルのデータが
“0”である場合には、図6の点Eの状態である。ま
た、ダミーメモリセルキャパシタの初期状態を、図7の
点Kの状態とする。ここで、本体メモリセルのデータを
読み出すために、初期状態として、ビット線26及びビ
ット線バー28、ワード線32、ダミーワード線42、
セルプレート線34とダミーセルプレート線44の各々
の論理電圧を“L”(接地電圧:GND)とする。その
後、ビット線26及びビット線バー28をフローティン
グ状態とする。また、反転センス信号/SEは、論理電
圧“H”(電源電圧:Vcc)とする。
特性図である。横軸がメモリセルキャパシタに印加され
る電界、縦軸がそのときの電荷を示している。図6及び
図7に示すように、強誘電体のキャパシタでは電界が0
のときでも、点B、点E、点H、点Kのように残留分極
が残る。これを利用して不揮発性のデータとし、不揮発
性半導体記憶装置を実現している。本体メモリセルキャ
パシタは、メモリセルのデータが“1”である場合に
は、図6の点Bの状態、また、メモリセルのデータが
“0”である場合には、図6の点Eの状態である。ま
た、ダミーメモリセルキャパシタの初期状態を、図7の
点Kの状態とする。ここで、本体メモリセルのデータを
読み出すために、初期状態として、ビット線26及びビ
ット線バー28、ワード線32、ダミーワード線42、
セルプレート線34とダミーセルプレート線44の各々
の論理電圧を“L”(接地電圧:GND)とする。その
後、ビット線26及びビット線バー28をフローティン
グ状態とする。また、反転センス信号/SEは、論理電
圧“H”(電源電圧:Vcc)とする。
【0008】次に、図5のように、ワード線32、ダミ
ーワード線42、セルプレート線34とダミーセルプレ
ート線44とをすべて論理電圧“H”とする。ここで、
ワード線32の論理電圧“H”は電源電圧を昇圧した高
電圧(Vpp)であり、、ダミーワード線42、セルプ
レート線34とダミーセルプレート線44の論理電圧
“H”は電源電圧(Vcc)である。これによって、本
体メモリセル20aのMOSトランジスタ24、及びダ
ミーメモリセル36のMOSトランジスタ38がオン
し、本体メモリセルキャパシタ22及びダミーメモリセ
ルキャパシタ40には電界がかかる。このとき、本体メ
モリセルのデータが“1”であれば、図6の点Bの状態
から点Dの状態になり、点Bの状態と点Dの状態におけ
る電荷量の差Q1がビット線26の電圧として読み出さ
れる。ダミーメモリセルは図7の点Kの状態から点Jの
状態になり、点Kの状態と点Jの状態の電荷量の差Qd
がビット線バー28の電圧として読み出される。そし
て、反転センス信号/SEを論理電圧“L”(接地電
圧)とすることにより、ビット線26に読み出された本
体メモリセルからの電圧と、ビット線バー28に読み出
されたダミーメモリセルからの電圧との差をセンスアン
プ30により増幅し、ビット線26を電源電圧Vccレ
ベルに引き上げ、ビット線バー28を接地電圧GNDレ
ベルに引き下げて、本体メモリセルのデータ”1”を読
み出す。
ーワード線42、セルプレート線34とダミーセルプレ
ート線44とをすべて論理電圧“H”とする。ここで、
ワード線32の論理電圧“H”は電源電圧を昇圧した高
電圧(Vpp)であり、、ダミーワード線42、セルプ
レート線34とダミーセルプレート線44の論理電圧
“H”は電源電圧(Vcc)である。これによって、本
体メモリセル20aのMOSトランジスタ24、及びダ
ミーメモリセル36のMOSトランジスタ38がオン
し、本体メモリセルキャパシタ22及びダミーメモリセ
ルキャパシタ40には電界がかかる。このとき、本体メ
モリセルのデータが“1”であれば、図6の点Bの状態
から点Dの状態になり、点Bの状態と点Dの状態におけ
る電荷量の差Q1がビット線26の電圧として読み出さ
れる。ダミーメモリセルは図7の点Kの状態から点Jの
状態になり、点Kの状態と点Jの状態の電荷量の差Qd
がビット線バー28の電圧として読み出される。そし
て、反転センス信号/SEを論理電圧“L”(接地電
圧)とすることにより、ビット線26に読み出された本
体メモリセルからの電圧と、ビット線バー28に読み出
されたダミーメモリセルからの電圧との差をセンスアン
プ30により増幅し、ビット線26を電源電圧Vccレ
ベルに引き上げ、ビット線バー28を接地電圧GNDレ
ベルに引き下げて、本体メモリセルのデータ”1”を読
み出す。
【0009】一方、本体メモリセルのデータが“0”で
あれば、図6の点Eの状態から点Dの状態になり、点E
の状態と点Dの状態における電荷量の差Q0がビット線
26の電圧として読み出される。ダミーメモリセルは図
7の点Kの状態から点Jの状態になり、点Kの状態と点
Jの状態の電荷量の差Qdがビット線バー28の電圧と
して読み出される。そして、ビット線26に読み出され
た本体メモリセルからの電圧と、ビット線バー28に読
み出されたダミーメモリセルからの電圧との差をセンス
アンプ30により増幅し、ビット線26を接地電圧GN
Dレベルに引き下げ、ビット線バー28を電源電圧Vc
cレベルに引き上げて、本体メモリセルのデータ”0”
を読み出す。
あれば、図6の点Eの状態から点Dの状態になり、点E
の状態と点Dの状態における電荷量の差Q0がビット線
26の電圧として読み出される。ダミーメモリセルは図
7の点Kの状態から点Jの状態になり、点Kの状態と点
Jの状態の電荷量の差Qdがビット線バー28の電圧と
して読み出される。そして、ビット線26に読み出され
た本体メモリセルからの電圧と、ビット線バー28に読
み出されたダミーメモリセルからの電圧との差をセンス
アンプ30により増幅し、ビット線26を接地電圧GN
Dレベルに引き下げ、ビット線バー28を電源電圧Vc
cレベルに引き上げて、本体メモリセルのデータ”0”
を読み出す。
【0010】センスアンプ30で増幅された結果、本体
メモリセルのデータが“1”のときは、ビット線26は
電源電圧Vccとなり、セルプレート線34も電源電圧
Vccとなっている。このため、本体メモリセルキャパ
シタ22には電界がかからなくなり、図6で点Eの状態
になる。その後、本体メモリセルキャパシタ22のデー
タの状態を図6で点Bの状態に戻すために、セルプレー
ト線34の電圧を接地電圧として、図6で点Aの状態に
1度した後、ワード線32の論理電圧を“L”とする。
ワード線32を論理電圧“L”とすると、本体メモリセ
ルキャパシタ22には電界がかからなくなり、図6の点
Bの状態に戻る。これで、本体メモリセルへのデータ”
1”の再書き込みが完了する。点Aの状態で、本体メモ
リセルキャパシタ22にビット線26の“H”電圧が充
分に印加されるように、通常ワ−ド線32には昇圧され
た電圧(Vpp)が供給される。
メモリセルのデータが“1”のときは、ビット線26は
電源電圧Vccとなり、セルプレート線34も電源電圧
Vccとなっている。このため、本体メモリセルキャパ
シタ22には電界がかからなくなり、図6で点Eの状態
になる。その後、本体メモリセルキャパシタ22のデー
タの状態を図6で点Bの状態に戻すために、セルプレー
ト線34の電圧を接地電圧として、図6で点Aの状態に
1度した後、ワード線32の論理電圧を“L”とする。
ワード線32を論理電圧“L”とすると、本体メモリセ
ルキャパシタ22には電界がかからなくなり、図6の点
Bの状態に戻る。これで、本体メモリセルへのデータ”
1”の再書き込みが完了する。点Aの状態で、本体メモ
リセルキャパシタ22にビット線26の“H”電圧が充
分に印加されるように、通常ワ−ド線32には昇圧され
た電圧(Vpp)が供給される。
【0011】同様に、本体メモリセルのデータが“0”
のときは、ビット線26は接地電圧となり、セルプレー
ト線34は電源電圧Vccとなっている。このため、本
体メモリセルキャパシタ22は図6で点Dの状態であ
る。その後、セルプレート線34の論理電圧を“L”と
すると、本体メモリセルキャパシタ22には電界がかか
らなくなり、図6で点Eの状態となる。その後、ワード
線32の論理電圧を“L”とするが、本体メモリセルキ
ャパシタ22には電界が印加されない状態であることに
は変わりなく、図6の点Eの状態のままとなる。これ
で、本体メモリセルへのデータ”0”の再書き込みが完
了する。
のときは、ビット線26は接地電圧となり、セルプレー
ト線34は電源電圧Vccとなっている。このため、本
体メモリセルキャパシタ22は図6で点Dの状態であ
る。その後、セルプレート線34の論理電圧を“L”と
すると、本体メモリセルキャパシタ22には電界がかか
らなくなり、図6で点Eの状態となる。その後、ワード
線32の論理電圧を“L”とするが、本体メモリセルキ
ャパシタ22には電界が印加されない状態であることに
は変わりなく、図6の点Eの状態のままとなる。これ
で、本体メモリセルへのデータ”0”の再書き込みが完
了する。
【0012】ダミーメモリセルは、本体メモリセルのデ
ータが“1”のときは、ビット線バー28が接地電圧と
なり、ダミーセルプレート線44が電源電圧Vccであ
る。このため、ダミーメモリセルキャパシタ40は図7
で点Jの状態になる。その後、ダミーワード線42を接
地電圧とすると同時にダミーセルプレート線44も接地
電圧とすることで、ダミーメモリセルキャパシタ40に
は電界がかからなくなり、図7の点Kの状態に戻る。
ータが“1”のときは、ビット線バー28が接地電圧と
なり、ダミーセルプレート線44が電源電圧Vccであ
る。このため、ダミーメモリセルキャパシタ40は図7
で点Jの状態になる。その後、ダミーワード線42を接
地電圧とすると同時にダミーセルプレート線44も接地
電圧とすることで、ダミーメモリセルキャパシタ40に
は電界がかからなくなり、図7の点Kの状態に戻る。
【0013】同様に、本体メモリセルのデータが“0”
のときは、ビット線バー28が電源電圧Vccとなり、
セルプレート線44も電源電圧Vccである。このた
め、ダミーメモリセルキャパシタ40は図7で点Kの状
態になる。その後、ダミーワード線42を接地電圧とす
ると同時にダミーセルプレート線44も接地電圧として
も、ダミーメモリセルキャパシタ40に電界が印加され
ない状態は変わらず、図7の点Kの状態が維持される。
以上で、ダミーメモリセルへの再書き込みが完了する。
のときは、ビット線バー28が電源電圧Vccとなり、
セルプレート線44も電源電圧Vccである。このた
め、ダミーメモリセルキャパシタ40は図7で点Kの状
態になる。その後、ダミーワード線42を接地電圧とす
ると同時にダミーセルプレート線44も接地電圧として
も、ダミーメモリセルキャパシタ40に電界が印加され
ない状態は変わらず、図7の点Kの状態が維持される。
以上で、ダミーメモリセルへの再書き込みが完了する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の不揮発性半導体記憶装置には、以下に示す問題点が
あった。
来の不揮発性半導体記憶装置には、以下に示す問題点が
あった。
【0015】すなわち、上記従来の不揮発性半導体記憶
装置に於いては、センスアンプによりビット線の低電位
側を接地電圧にしかセンス増幅しなかったため、メモリ
セルキャパシタに充分な分極を生じさせることができ
ず、そのために、本体メモリセルのデータが“0”のと
き、センス時のビット線間電圧マ−ジンが大きくできな
いという問題点があった。
装置に於いては、センスアンプによりビット線の低電位
側を接地電圧にしかセンス増幅しなかったため、メモリ
セルキャパシタに充分な分極を生じさせることができ
ず、そのために、本体メモリセルのデータが“0”のと
き、センス時のビット線間電圧マ−ジンが大きくできな
いという問題点があった。
【0016】本発明は、かかる従来の問題点を解決した
不揮発性半導体記憶装置を提供するものである。
不揮発性半導体記憶装置を提供するものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の不揮発性半導体
記憶装置は、強誘電体膜を相対向する2つの電極で挟ん
で形成され前記強誘電体膜の分極状態により2値情報を
記憶、保持する容量素子と、該容量素子の第1の電極に
ソースが接続されるトランジスタとを備えるメモリセル
と、前記トランジスタのゲートに接続されるワード線
と、前記トランジスタのドレインに接続されるビット線
と、前記容量素子の第2の電極に接続されるプレート線
と、前記ビット線に結合されているセンスアンプとを備
え、前記メモリセルが行方向及び列方向に複数配置され
て成る半導体記憶装置において、前記メモリセルの第1
の分極状態が読み出された前記ビット線の電圧が前記セ
ンスアンプによって電源電圧に増幅され、前記メモリセ
ルの第2の分極状態が読み出された前記ビット線の電圧
が前記センスアンプによって負電圧に増幅されることを
特徴とするものである。すなわち、センスアンプ出力
を、電源電圧と負電圧とに駆動する構成としたことを特
徴とするものである。
記憶装置は、強誘電体膜を相対向する2つの電極で挟ん
で形成され前記強誘電体膜の分極状態により2値情報を
記憶、保持する容量素子と、該容量素子の第1の電極に
ソースが接続されるトランジスタとを備えるメモリセル
と、前記トランジスタのゲートに接続されるワード線
と、前記トランジスタのドレインに接続されるビット線
と、前記容量素子の第2の電極に接続されるプレート線
と、前記ビット線に結合されているセンスアンプとを備
え、前記メモリセルが行方向及び列方向に複数配置され
て成る半導体記憶装置において、前記メモリセルの第1
の分極状態が読み出された前記ビット線の電圧が前記セ
ンスアンプによって電源電圧に増幅され、前記メモリセ
ルの第2の分極状態が読み出された前記ビット線の電圧
が前記センスアンプによって負電圧に増幅されることを
特徴とするものである。すなわち、センスアンプ出力
を、電源電圧と負電圧とに駆動する構成としたことを特
徴とするものである。
【0018】かかる本発明の不揮発性半導体記憶装置に
よれば、センスアンプによりビット線の低電位側を負電
圧に増幅することにより、本体メモリセルのデータが
“0”のとき、キャパシタの蓄積電極に十分な負電圧を
与えることによって、充分な分極を生じさせることがで
き、センス時のビット線間電圧マ−ジンが増大するもの
である。
よれば、センスアンプによりビット線の低電位側を負電
圧に増幅することにより、本体メモリセルのデータが
“0”のとき、キャパシタの蓄積電極に十分な負電圧を
与えることによって、充分な分極を生じさせることがで
き、センス時のビット線間電圧マ−ジンが増大するもの
である。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して詳細に説明する。
図面を参照して詳細に説明する。
【0020】図1は、本発明の不揮発性半導体記憶装置
の一実施形態の回路構成図である。なお、図1におい
て、従来の不揮発性半導体記憶装置の回路構成図を示す
図4と同一の部分には同一の符号を付しており、説明も
省略する。図4と異なる部分は、ワード線32の駆動回
路10に供給する駆動電圧を、電源電圧(Vcc)と、
該電源電圧を昇圧した高電圧(Vpp)とに切り替える
スイッチング手段12を設けている点である。なお、上
記スイッチング手段12は、本発明に於ける必須の構成
ではなく、従来と同様に、常時、高電圧Vppでワード
線を駆動する構成としてもよいものである。
の一実施形態の回路構成図である。なお、図1におい
て、従来の不揮発性半導体記憶装置の回路構成図を示す
図4と同一の部分には同一の符号を付しており、説明も
省略する。図4と異なる部分は、ワード線32の駆動回
路10に供給する駆動電圧を、電源電圧(Vcc)と、
該電源電圧を昇圧した高電圧(Vpp)とに切り替える
スイッチング手段12を設けている点である。なお、上
記スイッチング手段12は、本発明に於ける必須の構成
ではなく、従来と同様に、常時、高電圧Vppでワード
線を駆動する構成としてもよいものである。
【0021】本発明に於ける特徴は、センスアンプ部の
構成にある。すなわち、センスアンプ部30は、従来の
不揮発性半導体記憶装置に於ける、図8のものに代え
て、本実施形態では、図3のセンスアンプを用いて動作
させる構成としている。図3のセンスアンプ部におい
て、110、111及び112はPチャンネルMOSト
ランジスタ、118、119及び120はNチャンネル
MOSトランジスタ、114及び116は、それぞれ、
ビット線26及びビット線バー28である。Pチャンネ
ルMOSトランジスタ111のソースには電源電圧(V
cc)が供給され、ゲートには反転センス信号/SEが
入力される。一方、NチャンネルMOSトランジスタ1
19のソースには負電圧(−VBB)が供給され、ゲー
トにはセンス信号SEが入力される。ここで、負電圧と
は、半導体基板に与える基板バイアス電圧と接地電圧
(GND)との間の電圧とする。
構成にある。すなわち、センスアンプ部30は、従来の
不揮発性半導体記憶装置に於ける、図8のものに代え
て、本実施形態では、図3のセンスアンプを用いて動作
させる構成としている。図3のセンスアンプ部におい
て、110、111及び112はPチャンネルMOSト
ランジスタ、118、119及び120はNチャンネル
MOSトランジスタ、114及び116は、それぞれ、
ビット線26及びビット線バー28である。Pチャンネ
ルMOSトランジスタ111のソースには電源電圧(V
cc)が供給され、ゲートには反転センス信号/SEが
入力される。一方、NチャンネルMOSトランジスタ1
19のソースには負電圧(−VBB)が供給され、ゲー
トにはセンス信号SEが入力される。ここで、負電圧と
は、半導体基板に与える基板バイアス電圧と接地電圧
(GND)との間の電圧とする。
【0022】なお、以下の説明では、1トランジスタ1
キャパシタ型メモリセルを用いたオ−プンビット線方式
により、ビット線バー28にダミ−セルが接続される場
合を一例として説明するが、本発明は、これに限定され
るものではない。より一般的には、選択される本体メモ
リセルに接続されるビット線以外に、このビット線電位
との電位差をセンスアンプによって増幅するためのリフ
ァレンスレベルを発生する手段が接続されるもう一つの
ビット線がセンスアンプに結合している構成であれば、
本発明は適用できるものである。また、本体メモリセル
キャパシタ及びダミーメモリセルキャパシタの強誘電体
膜のヒステリシス特性として、従来と同様の図6及び図
7を用いるが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
キャパシタ型メモリセルを用いたオ−プンビット線方式
により、ビット線バー28にダミ−セルが接続される場
合を一例として説明するが、本発明は、これに限定され
るものではない。より一般的には、選択される本体メモ
リセルに接続されるビット線以外に、このビット線電位
との電位差をセンスアンプによって増幅するためのリフ
ァレンスレベルを発生する手段が接続されるもう一つの
ビット線がセンスアンプに結合している構成であれば、
本発明は適用できるものである。また、本体メモリセル
キャパシタ及びダミーメモリセルキャパシタの強誘電体
膜のヒステリシス特性として、従来と同様の図6及び図
7を用いるが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
【0023】本実施形態の不揮発性半導体記憶装置の読
み出し動作タイミング及び再書き込み動作タイミング
を、図2の動作タイミング図に従って説明する。
み出し動作タイミング及び再書き込み動作タイミング
を、図2の動作タイミング図に従って説明する。
【0024】本体メモリセルキャパシタは、メモリセル
のデータが“1”である場合には、図6の点Bの状態
で、メモリセルのデータが“0”である場合には、図6
の点Eの状態である。また、ダミーメモリセルキャパシ
タの初期状態を、図7の点Kの状態とする。本体メモリ
セルのデータを読み出すために、初期状態として、ビッ
ト線26及びビット線バー28、ワード線32、ダミー
ワード線42、セルプレート線34とダミーセルプレー
ト線44の各々の電圧を接地電圧(GND)とする。そ
の後、ビット線26及びビット線バー28をフローティ
ング状態とする。また、センス信号SEの論理電圧も”
L”とする。
のデータが“1”である場合には、図6の点Bの状態
で、メモリセルのデータが“0”である場合には、図6
の点Eの状態である。また、ダミーメモリセルキャパシ
タの初期状態を、図7の点Kの状態とする。本体メモリ
セルのデータを読み出すために、初期状態として、ビッ
ト線26及びビット線バー28、ワード線32、ダミー
ワード線42、セルプレート線34とダミーセルプレー
ト線44の各々の電圧を接地電圧(GND)とする。そ
の後、ビット線26及びビット線バー28をフローティ
ング状態とする。また、センス信号SEの論理電圧も”
L”とする。
【0025】次に、ワード線32、ダミーワード線4
2、セルプレート線34とダミーセルプレート線44の
電圧をすべて電源電圧(Vcc)とする。これによっ
て、本体メモリセル20aのMOSトランジスタ24、
及びダミーメモリセル36のMOSトランジスタ38が
オンし、本体メモリセルキャパシタ22及びダミーメモ
リセルキャパシタ40には電界がかかる。このとき、ビ
ット線26及びビット線バー28の配線容量が大きいの
で、ビット線の電圧は少ししか上昇せず、従来のよう
に、ワード線32及びダミーワード線42に、電源電圧
を昇圧した高電圧を印加しなくても、本体メモリセルキ
ャパシタ22及びダミーメモリセルキャパシタ40それ
ぞれの第1の電極はビット線(ビット線バー)と同電位
となる。したがって、ワード線32及びダミーワード線
42を昇圧しないため、駆動電流が従来に比べて少なく
なる。本体メモリセルのデータが“1”であれば、図6
の点Bの状態から点Dの状態に移行し、点Bの状態と点
Dの状態における電荷量の差Q1に相当する電位差がビ
ット線26の電圧として読み出される。本体メモリセル
のデータが“0”であれば、図6の点Eの状態から点D
の状態に移行し、点Eの状態と点Dの状態における電荷
量の差Q0に相当する電位差がビット線26の電圧とし
て読み出される。ダミーメモリセルは図7の点Kの状態
から点Jの状態になり、点Kの状態と点Jの状態の電荷
量の差Qdに相当する電位差がビット線バー28の電圧
として読み出される。Q1>Qd>Q0であるから、ビ
ット線に読み出される電圧もこの順に大きくなる。
2、セルプレート線34とダミーセルプレート線44の
電圧をすべて電源電圧(Vcc)とする。これによっ
て、本体メモリセル20aのMOSトランジスタ24、
及びダミーメモリセル36のMOSトランジスタ38が
オンし、本体メモリセルキャパシタ22及びダミーメモ
リセルキャパシタ40には電界がかかる。このとき、ビ
ット線26及びビット線バー28の配線容量が大きいの
で、ビット線の電圧は少ししか上昇せず、従来のよう
に、ワード線32及びダミーワード線42に、電源電圧
を昇圧した高電圧を印加しなくても、本体メモリセルキ
ャパシタ22及びダミーメモリセルキャパシタ40それ
ぞれの第1の電極はビット線(ビット線バー)と同電位
となる。したがって、ワード線32及びダミーワード線
42を昇圧しないため、駆動電流が従来に比べて少なく
なる。本体メモリセルのデータが“1”であれば、図6
の点Bの状態から点Dの状態に移行し、点Bの状態と点
Dの状態における電荷量の差Q1に相当する電位差がビ
ット線26の電圧として読み出される。本体メモリセル
のデータが“0”であれば、図6の点Eの状態から点D
の状態に移行し、点Eの状態と点Dの状態における電荷
量の差Q0に相当する電位差がビット線26の電圧とし
て読み出される。ダミーメモリセルは図7の点Kの状態
から点Jの状態になり、点Kの状態と点Jの状態の電荷
量の差Qdに相当する電位差がビット線バー28の電圧
として読み出される。Q1>Qd>Q0であるから、ビ
ット線に読み出される電圧もこの順に大きくなる。
【0026】次に、センスアンプ30のセンス信号SE
を論理電圧“H”(電源電圧Vcc)とすると、ビット
線26に読み出された本体メモリセルからの電圧とビッ
ト線バー28に読み出されたダミーメモリセルからの電
圧との差はセンスアンプ30で増幅される。本体メモリ
セルのデータが“1”であれば、ビット線26に読み出
される電圧の方がビット線バー28に読み出される電圧
より大きいので、ビット線26は電源電圧(Vcc)方
向に上昇し、本体メモリセルは点Dの状態から点Eの状
態へ移っていく。ビット線バー28は負電圧(−VB
B)方向に下降し、ダミーメモリセルはさらに点Jの状
態に近づいていく。次に、図2に示されるようにセルプ
レート線34が接地電圧(GND)になると、本体メモ
リセルは点Eの状態から点Aの方向に移行する。ダミー
セルプレート線の電圧は電源電圧(Vcc)のままであ
るので、ダミーメモリセルは点Jの状態に近づいたまま
である。本体メモリセルのデータが“0”であれば、ビ
ット線26に読み出される電圧の方がビット線バー28
に読み出される電圧より小さいので、ビット線26は負
電圧(−VBB)方向に下降し、本体メモリセルは更に
点Dの状態に近づく。ビット線バー28は電源電圧(V
cc)方向に上昇し、ダミーメモリセルは点Jの状態か
ら点Kの状態に近づいていく。この時に、図2に示され
るように、セルプレート線34を接地電圧(GND)に
すると、本体メモリセルは点Dの状態から点Eの方向に
移行する。ダミーセルプレート線44の電圧は電源電圧
(Vcc)のままであるので、ダミーメモリセルは点K
の状態に近づいたままである。
を論理電圧“H”(電源電圧Vcc)とすると、ビット
線26に読み出された本体メモリセルからの電圧とビッ
ト線バー28に読み出されたダミーメモリセルからの電
圧との差はセンスアンプ30で増幅される。本体メモリ
セルのデータが“1”であれば、ビット線26に読み出
される電圧の方がビット線バー28に読み出される電圧
より大きいので、ビット線26は電源電圧(Vcc)方
向に上昇し、本体メモリセルは点Dの状態から点Eの状
態へ移っていく。ビット線バー28は負電圧(−VB
B)方向に下降し、ダミーメモリセルはさらに点Jの状
態に近づいていく。次に、図2に示されるようにセルプ
レート線34が接地電圧(GND)になると、本体メモ
リセルは点Eの状態から点Aの方向に移行する。ダミー
セルプレート線の電圧は電源電圧(Vcc)のままであ
るので、ダミーメモリセルは点Jの状態に近づいたまま
である。本体メモリセルのデータが“0”であれば、ビ
ット線26に読み出される電圧の方がビット線バー28
に読み出される電圧より小さいので、ビット線26は負
電圧(−VBB)方向に下降し、本体メモリセルは更に
点Dの状態に近づく。ビット線バー28は電源電圧(V
cc)方向に上昇し、ダミーメモリセルは点Jの状態か
ら点Kの状態に近づいていく。この時に、図2に示され
るように、セルプレート線34を接地電圧(GND)に
すると、本体メモリセルは点Dの状態から点Eの方向に
移行する。ダミーセルプレート線44の電圧は電源電圧
(Vcc)のままであるので、ダミーメモリセルは点K
の状態に近づいたままである。
【0027】次に、再書き込みの動作に移る。まず、図
2に示されるように、ワード線32の電圧をVppに昇
圧する。センスアンプ30で増幅された結果、本体メモ
リセルのデータが“1”のときは、ビット線26は電源
電圧(Vcc)となる。ワード線32は昇圧されている
ので、本体メモリセルキャパシタ22の第1の電極も電
源電圧(Vcc)となる。これにより、本体メモリセル
キャパシタには正方向に電源電圧(Vcc)が印加さ
れ、点Aの状態にまで十分に分極させることができる。
このとき、ビット線バー28及びダミーメモリセルキャ
パシタ40の第1の電極は負電圧(−VBB)となり、
ダミーメモリセルは点Jの状態である。この後、セルプ
レート線34の電圧を再度電源電圧(Vcc)にする
と、本体メモリセルは点Bの状態となり、データ”1”
が再書き込みされる。
2に示されるように、ワード線32の電圧をVppに昇
圧する。センスアンプ30で増幅された結果、本体メモ
リセルのデータが“1”のときは、ビット線26は電源
電圧(Vcc)となる。ワード線32は昇圧されている
ので、本体メモリセルキャパシタ22の第1の電極も電
源電圧(Vcc)となる。これにより、本体メモリセル
キャパシタには正方向に電源電圧(Vcc)が印加さ
れ、点Aの状態にまで十分に分極させることができる。
このとき、ビット線バー28及びダミーメモリセルキャ
パシタ40の第1の電極は負電圧(−VBB)となり、
ダミーメモリセルは点Jの状態である。この後、セルプ
レート線34の電圧を再度電源電圧(Vcc)にする
と、本体メモリセルは点Bの状態となり、データ”1”
が再書き込みされる。
【0028】本体メモリセルのデータが“0”のとき
は、ビット線26及び本体メモリセルキャパシタ22の
第1の電極は負電圧(−VBB)となり、本体メモリセ
ルは点Dの状態と点Eの状態との間となる。このとき、
ビット線バー28及びダミーメモリセルキャパシタ40
の第1の電極は電源電圧(Vcc)となり、ダミーメモ
リセルは点Kの状態である。この後、セルプレート線3
4の電圧を再度電源電圧(Vcc)にすると、本体メモ
リセルを点Dの状態にまで十分負方向に分極させること
ができる。
は、ビット線26及び本体メモリセルキャパシタ22の
第1の電極は負電圧(−VBB)となり、本体メモリセ
ルは点Dの状態と点Eの状態との間となる。このとき、
ビット線バー28及びダミーメモリセルキャパシタ40
の第1の電極は電源電圧(Vcc)となり、ダミーメモ
リセルは点Kの状態である。この後、セルプレート線3
4の電圧を再度電源電圧(Vcc)にすると、本体メモ
リセルを点Dの状態にまで十分負方向に分極させること
ができる。
【0029】最後に、ワード線32、ダミーワード線4
2、セルプレート線34とダミーセルプレート線44の
電圧をすべて接地電圧(GND)とすることによって、
本体メモリセルキャパシタ及びダミーメモリセルキャパ
シタには電界がかからなくなり、本体メモリセルのデー
タが“1”のとき、本体メモリセルは点Bの状態とな
り、ダミーメモリセルは点Kの状態となる。本体メモリ
セルのデータが“0”のときは、本体メモリセルは点E
の状態となり、ダミーメモリセルは点Kの状態となる。
これで、本体メモリセルキャパシタ及びダミーメモリセ
ルキャパシタ共に初期状態が再書き込みされたことにな
る。
2、セルプレート線34とダミーセルプレート線44の
電圧をすべて接地電圧(GND)とすることによって、
本体メモリセルキャパシタ及びダミーメモリセルキャパ
シタには電界がかからなくなり、本体メモリセルのデー
タが“1”のとき、本体メモリセルは点Bの状態とな
り、ダミーメモリセルは点Kの状態となる。本体メモリ
セルのデータが“0”のときは、本体メモリセルは点E
の状態となり、ダミーメモリセルは点Kの状態となる。
これで、本体メモリセルキャパシタ及びダミーメモリセ
ルキャパシタ共に初期状態が再書き込みされたことにな
る。
【0030】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
不揮発性半導体記憶装置によれば、センスアンプにより
ビット線の低電位側を負電圧(−VBB)に増幅するこ
とにより、本体メモリセルのデータが“0”のとき、キ
ャパシタの蓄積電極に充分な負電圧を与えることによっ
て、充分な分極を生じさせることができ、センス時のビ
ット線間電圧マ−ジンを増大させることができるもので
ある。
不揮発性半導体記憶装置によれば、センスアンプにより
ビット線の低電位側を負電圧(−VBB)に増幅するこ
とにより、本体メモリセルのデータが“0”のとき、キ
ャパシタの蓄積電極に充分な負電圧を与えることによっ
て、充分な分極を生じさせることができ、センス時のビ
ット線間電圧マ−ジンを増大させることができるもので
ある。
【図1】本発明の不揮発性半導体記憶装置の一実施形態
の回路構成を示す図である。
の回路構成を示す図である。
【図2】同実施形態の動作タイミングを示す図である。
【図3】図1に於けるセンスアンプ部30の構成を示す
回路図である。
回路図である。
【図4】従来の不揮発性半導体記憶装置の回路構成を示
す図である。
す図である。
【図5】同不揮発性半導体記憶装置装置の動作タイミン
グを示す図である。
グを示す図である。
【図6】不揮発性半導体記憶装置で使用する本体メモリ
セルキャパシタの強誘電体膜のヒステリシス特性を示す
図である。
セルキャパシタの強誘電体膜のヒステリシス特性を示す
図である。
【図7】不揮発性半導体記憶装置で使用するダミーメモ
リセルキャパシタの強誘電体膜のヒステリシス特性を示
す図である。
リセルキャパシタの強誘電体膜のヒステリシス特性を示
す図である。
【図8】図4に於けるセンスアンプ部30の構成を示す
回路図である。
回路図である。
10 ワード線駆動回路 12 スイッチング手段 20a、… 本体メモリセル 22 本体メモリセルキャパシタ 24 MOSトランジスタ 26 ビット線 28 ビット線バー 30 センスアンプ 32 ワード線 34 プレート線 36,46 ダミーメモリセル 38 MOSトランジスタ 40 ダミーメモリセルキャパシタ 42 ダミーワード線 44 ダミープレート線
Claims (2)
- 【請求項1】 強誘電体膜を相対向する2つの電極で挟
んで形成され前記強誘電体膜の分極状態により2値情報
を記憶、保持する容量素子と、該容量素子の第1の電極
にソースが接続されるトランジスタとを備えるメモリセ
ルと、前記トランジスタのゲートに接続されるワード線
と、前記トランジスタのドレインに接続されるビット線
と、前記容量素子の第2の電極に接続されるプレート線
と、前記ビット線に結合されているセンスアンプとを備
え、前記メモリセルが行方向及び列方向に複数配置され
て成る不揮発性半導体記憶装置において、 前記メモリセルの第1の分極状態が読み出された前記ビ
ット線の電圧が前記センスアンプによって電源電圧に増
幅され、前記メモリセルの第2の分極状態が読み出され
た前記ビット線の電圧が前記センスアンプによって負電
圧に増幅されることを特徴とする不揮発性半導体記憶装
置。 - 【請求項2】 前記センスアンプに結合されるダミーセ
ルを更に備えることを特徴とする、請求項1に記載の不
揮発性半導体記憶装置。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6802598A JPH11273362A (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | 不揮発性半導体記憶装置 |
KR1019990008026A KR100315933B1 (ko) | 1998-03-18 | 1999-03-11 | 비휘발성 반도체기억장치 |
DE69934621T DE69934621T2 (de) | 1998-03-18 | 1999-03-16 | Nichtflüchtige Halbleiterspeicheranordnung |
EP99302012A EP0944092B1 (en) | 1998-03-18 | 1999-03-16 | Non-volatile semiconductor memory device |
TW088104135A TW446948B (en) | 1998-03-18 | 1999-03-17 | Non-volatile semiconductor memory device |
US09/272,942 US6046928A (en) | 1998-03-18 | 1999-03-18 | Non-volatile semiconductor memory device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6802598A JPH11273362A (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | 不揮発性半導体記憶装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11273362A true JPH11273362A (ja) | 1999-10-08 |
Family
ID=13361871
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6802598A Pending JPH11273362A (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | 不揮発性半導体記憶装置 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
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EP (1) | EP0944092B1 (ja) |
JP (1) | JPH11273362A (ja) |
KR (1) | KR100315933B1 (ja) |
DE (1) | DE69934621T2 (ja) |
TW (1) | TW446948B (ja) |
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---|---|---|---|---|
JP4019615B2 (ja) | 2000-03-10 | 2007-12-12 | 富士ゼロックス株式会社 | 光磁気素子、光磁気ヘッドおよび磁気ディスク装置 |
US7082046B2 (en) * | 2003-02-27 | 2006-07-25 | Fujitsu Limited | Semiconductor memory device and method of reading data |
US7193880B2 (en) * | 2004-06-14 | 2007-03-20 | Texas Instruments Incorporated | Plateline voltage pulsing to reduce storage node disturbance in ferroelectric memory |
US7009864B2 (en) * | 2003-12-29 | 2006-03-07 | Texas Instruments Incorporated | Zero cancellation scheme to reduce plateline voltage in ferroelectric memory |
US7133304B2 (en) * | 2004-03-22 | 2006-11-07 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus to reduce storage node disturbance in ferroelectric memory |
US6970371B1 (en) * | 2004-05-17 | 2005-11-29 | Texas Instruments Incorporated | Reference generator system and methods for reading ferroelectric memory cells using reduced bitline voltages |
KR100682366B1 (ko) | 2005-02-03 | 2007-02-15 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 반도체 기억 장치 및 데이터 판독 방법 |
US7463504B2 (en) * | 2005-09-15 | 2008-12-09 | Texas Instruments Incorporated | Active float for the dummy bit lines in FeRAM |
US7561458B2 (en) * | 2006-12-26 | 2009-07-14 | Texas Instruments Incorporated | Ferroelectric memory array for implementing a zero cancellation scheme to reduce plateline voltage in ferroelectric memory |
US7920404B2 (en) * | 2007-12-31 | 2011-04-05 | Texas Instruments Incorporated | Ferroelectric memory devices with partitioned platelines |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4873664A (en) * | 1987-02-12 | 1989-10-10 | Ramtron Corporation | Self restoring ferroelectric memory |
US5262982A (en) * | 1991-07-18 | 1993-11-16 | National Semiconductor Corporation | Nondestructive reading of a ferroelectric capacitor |
JP3189540B2 (ja) * | 1992-12-02 | 2001-07-16 | 松下電器産業株式会社 | 半導体メモリ装置 |
US5539279A (en) * | 1993-06-23 | 1996-07-23 | Hitachi, Ltd. | Ferroelectric memory |
JPH08203266A (ja) * | 1995-01-27 | 1996-08-09 | Nec Corp | 強誘電体メモリ装置 |
JP3622304B2 (ja) * | 1995-12-27 | 2005-02-23 | 株式会社日立製作所 | 半導体記憶装置 |
JP3196824B2 (ja) * | 1997-07-16 | 2001-08-06 | 日本電気株式会社 | 強誘電体メモリ装置 |
-
1998
- 1998-03-18 JP JP6802598A patent/JPH11273362A/ja active Pending
-
1999
- 1999-03-11 KR KR1019990008026A patent/KR100315933B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1999-03-16 DE DE69934621T patent/DE69934621T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1999-03-16 EP EP99302012A patent/EP0944092B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-03-17 TW TW088104135A patent/TW446948B/zh not_active IP Right Cessation
- 1999-03-18 US US09/272,942 patent/US6046928A/en not_active Expired - Fee Related
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EP0944092B1 (en) | 2007-01-03 |
EP0944092A3 (en) | 2000-12-20 |
US6046928A (en) | 2000-04-04 |
KR19990077765A (ko) | 1999-10-25 |
KR100315933B1 (ko) | 2001-12-12 |
DE69934621T2 (de) | 2007-10-25 |
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