KR100256253B1 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
본발명은 강유전체 커패시터 메모리 셀을 사용한 비휘발성 반도체 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a nonvolatile semiconductor device using ferroelectric capacitor memory cells.
도1은 강유전체 커패시터의 기호와 강유전체 커패시터 단자 a,b사이의 전압에 따른 관계를 도식화한 것으로서, 강유전체 물질을 유전체로 사용하는 커패시터 양단의 전압과 유기된 전하량사이에 히스테리시스 관계가 있음을 보여준다. 강유전체 커패시터는 양단의 전압이 "0"V일 때 유기된 전하량이 가,나 두가지 상태로 존재하여 전원의 공급이 없어도 2진형태의 데이터를 저장할 수 있다. 이러한 특성을 이용하여 강유전체 커패시터는 비휘발성 메모리 소자의 기억수단으로 이용된다. 또한, 강유전체 커패시터의 양단에 인가되는 전압의 크기에 따라 강유전체 내의 분극상태가 변화하여 커패시터에 저장된 전하량이 변화하는 데, '가'상태의 분극을 유지하고 있는 강유전체 커패시터에 충분히 큰 음의 전압을 인가하면 도1의 히스테리시스 곡선을 따라 커패시터가 스위칭되면서 '다'방향으로 분극 상태가 변화하며 이 음의 전압을 제거하여 커패시터 양단의 전압을 "0V"로 만들면 '나'상태로 이동하게 된다. 강유전체 커패시터에 저장된 정보는 커패시터 양단에 전압 인가시 유기되는 전하량의 변화 정도를 감지하여 데이터화 한다. 도2는 강유전체 커패시터 양단의 전압을 -V1로 인가하였을 때와 +V1로 인가하였을 때의 전하량 상태를 도시한 것으로서, 강유전체가 '가'상태일 때를 "1"로 정의하고 '나'상태일 때를 '0'으로 정의한 후 커패시터에 -V1을 인가한다고 가정하면 강유전체는 초기상태가 '가'일 경우 '다'상태로 천이되면서 ΔQ1만큼의 전하량 변화가 유기되고, 초기상태가 '나'일 경우 '다'상태로 천이되면서 ΔQ0만큼의 전하량 변화가 유기된다. 이 전하량은 메모리 셀 어레이의 비트 라인 커패시터와 전하 공유되어 비트라인 프리 차지 전위에 변화를 일으키며, 비트라인 전위의 변화는 감지 증폭기를 동작시켜 비트라인에 유기된 소신호가 증폭되어 데이터화 된다.Fig. 1 is a diagram showing the voltage-dependent relationship between the symbols of ferroelectric capacitors and the terminals of ferroelectric capacitors a and b, showing that there is a hysteresis relationship between the voltage across the capacitor and the amount of charged charges using the ferroelectric material as a dielectric. In the ferroelectric capacitor, when the voltage at both ends is "0" V, the amount of induced charge is present in two or two states, so that data in binary form can be stored without supply of power. By utilizing these characteristics, the ferroelectric capacitor is used as a storage means of the nonvolatile memory device. In addition, the polarization state in the ferroelectric is changed according to the magnitude of the voltage applied to both ends of the ferroelectric capacitor, and the amount of charge stored in the capacitor is changed. Then, as the capacitor is switched along the hysteresis curve of FIG. 1, the polarization state changes in the 'multi' direction, and when the negative voltage is removed to make the voltage across the capacitor to "0V", it moves to the "I" state. The information stored in the ferroelectric capacitor is data by detecting the degree of change in the amount of charge induced when a voltage is applied across the capacitor. FIG. 2 shows the state of charge when the voltage across the ferroelectric capacitor is applied to -V1 and to + V1. The state of the ferroelectric is defined as "1" and is defined as "1". Assuming that time is defined as '0' and then -V1 is applied to the capacitor, the ferroelectric transitions to the 'multi' state when the initial state is 'ga' and the change in charge amount by ΔQ1 is induced and the initial state is 'b' In this case, the amount of charge change by ΔQ0 is induced as the state transitions to 'multi' state. This amount of charge is charged and shared with the bit line capacitors of the memory cell array, causing a change in the bit line precharge potential. The change in the bit line potential causes a small signal induced in the bit line to be amplified and dataized by operating a sense amplifier.
도3은 강유전체 커패시터를 사용한 메모리에서 셀에 저장된 데이터를 읽기 위한 종래의 회로로서, 비트라인(BL)과 비트라인바(BLB)의 미세한 전압차를 감지하여 증폭하는 감지 증폭기(S1), 스위칭 트랜지스터 1개와 강유전체 커패시터 1개로 이루어져 데이터를 저장하는 메모리 셀(M1), 감지 증폭에 필요한 레퍼런스 전압을 생성하는 레퍼런스 전압 생성부(R1), 및 비트라인(BL)과 비트라인바(BLB)를 접지레벨로 프리차지시키는 프리차지회로(P1)로 구성한다. 메모리 셀(M1)의 스위칭 트랜지스터의 소스는 비트라인에 연결되며 스위칭 트랜지스터의 게이트는 워드라인에 연결되고, 강유전체 커패시터 전극의 한쪽은 스위칭 트랜지스터의 드레인에 연결되며 다른 한쪽은 강유전체 커패시터를 구동하기 위한 프레이트 라인으로 연결된다. 프리차지 회로(P1)는 비트라인(BL)과 비트라인바(BLB) 간에 차례로 직렬접속되며 비트라인프리차지신호(BLP)를 게이트 입력으로받는 두 개의 엔모스트랜지스터로 이루어지며, 각 엔모스트랜지스터의 소스에는 접지레벨이 인가되도록 구성한다.3 is a conventional circuit for reading data stored in a cell in a memory using a ferroelectric capacitor, and includes a sense amplifier S1 and a switching transistor for sensing and amplifying a minute voltage difference between a bit line BL and a bit line bar BLB. A memory cell (M1) that stores one data and one ferroelectric capacitor, a reference voltage generator (R1) for generating a reference voltage for sense amplification, and a bit line (BL) and a bit line bar (BLB) ground level It consists of a precharge circuit P1 which precharges to low. The source of the switching transistor of the memory cell M1 is connected to the bit line, the gate of the switching transistor is connected to the word line, one side of the ferroelectric capacitor electrode is connected to the drain of the switching transistor, and the other is a plate for driving the ferroelectric capacitor. Connected by a line. The precharge circuit P1 is formed in series between the bit line BL and the bit line bar BLB, and consists of two enMOS transistors receiving the bit line precharge signal BLP as a gate input. The ground level is applied to the source of.
대기 상태에서 비트라인프리차지신호(BLP)가 하이 상태를 유지하여 비트라인(BL)과 비트라인바(BLB)를 접지레벨로 프리차지하고, 셀에 저장된 데이터를 읽기 위해 비트라인프리차지신호(BLP)는 로우가 되어 비트라인을 플로팅 상태로 만들며 워드라인신호(WL0)가 하이, 플레이트 신호(CP)가 하이가 되면 강유전체 커패시터(CS)의 상태는 "다"상태로 이동하여 ΔQ1 또는 ΔQ0의 전하량이 비트라인 전압의 변화를 유기하고 유기된 전압은 감지 증폭기(S1)를 통하여 증폭된다. 감지 증폭기의 레퍼런스 전압은 레퍼런스 전압생성부(R1)의 레퍼런스워드라인(RWL0)와 레퍼런스플레이트신호(RCP)를 하이로하여 레퍼런스 강유전체 커패시터(CR)로부터 발생된다.In the standby state, the bit line precharge signal BLP remains high to precharge the bit line BL and the bit line bar BLB to the ground level, and the bit line precharge signal BLP to read data stored in the cell. ) Becomes low to make the bit line floating. When the word line signal WL0 becomes high and the plate signal CP becomes high, the state of the ferroelectric capacitor CS shifts to the "multi" state and the amount of charge of ΔQ1 or ΔQ0 This bit line voltage is induced and the induced voltage is amplified by the sense amplifier S1. The reference voltage of the sense amplifier is generated from the reference ferroelectric capacitor CR by setting the reference word line RWL0 and the reference plate signal RCP of the reference voltage generator R1 high.
도4는 강유전체 커패시터를 사용한 메모리에서 셀에 저장된 데이터를 읽기 위한 종래의 또다른 실시예 회로로서, 상기 감지증폭기(S1),상기 메모리 셀(M1),상기 레퍼런스 전압생성부(R1),및 비트라인(BL)과 비트라인바(BLB) 간에 병렬로 비트라인로우프리차지신호(BLP)와 비트라인하이프리차지신호(BHP)를 각 게이트의 입력으로 받으며 각각 차례로 직렬접속되는 두개의 엔모스트랜지스터 및 두 개의 피모스트랜지스터로 구성한다. 비트라인로우프리차지신호(BLP)를 게이트 입력으로 받으면서 직렬연결된 두 개의 엔모스트랜지스터 소스에는 접지레벨이 인가되며, 비트라인하이프리차지신호(BHP)를 게이트 입력으로 받으면서 직렬연결된 두 개의 피모스트랜지스터 소스에는 전원전압레벨이 인가되도록 구성한다. 비트라인(BL)은 대기 상태에서 비트라인로우프리차지신호(BLP)와 비트라인하이프리차지신호(BHP)를 하이로하여 접지레벨로 프리차지하고, 셀에 저장된 데이터를 읽기 위해서는 비트라인로우프리차지신호(BLP)와 비트라인하이프리차지신호(BHP)를 로우로하여 전원전압레벨로 프리차지한다. 프리차지 후 비트라인하이프리차지신호(BHP)는 하이가 되어 비트라인(BL)을 플로팅 상태로 만들고, 워드라인신호(WL0)를 하이로 만들어 강유전체 커패시터(CS)의 상태는 '라'상태로 이동되며 ΔQ1 또는 ΔQ0의 전하량이 비트라인 전위의 변화를 유기시킨다. 상기 비트라인에 유기된 전위는 감지 증폭기를 동작시켜 증폭된다.FIG. 4 is a circuit diagram of another conventional embodiment for reading data stored in a cell in a memory using a ferroelectric capacitor, and includes the sense amplifier S1, the memory cell M1, the reference voltage generator R1, and a bit. Two NMOS transistors that receive a bit line low precharge signal BLP and a bit line high precharge signal BHP as inputs of each gate in parallel between the line BL and the bit line bar BLB, and are connected in series with each other; It consists of two PMOS transistors. The ground level is applied to two NMOS transistor sources connected in series while receiving a bit line low precharge signal (BLP) as a gate input, and two PMOS transistor sources connected in series while receiving a bit line high precharge signal (BHP) as a gate input. The power supply voltage level is configured to be applied. The bit line BL is precharged to the ground level by turning the bit line low precharge signal BLP and the bit line high precharge signal BHP high in the standby state, and the bit line low precharge signal BLP in order to read data stored in the cell. ) And the bit line high precharge signal BHP low to precharge to the power supply voltage level. After precharging, the bit line high precharge signal BHP goes high to make the bit line BL floating, and the word line signal WL0 to high to make the ferroelectric capacitor CS a 'la' state. The amount of charge in ΔQ1 or ΔQ0 is induced to induce a change in the bit line potential. The potential induced in the bit line is amplified by operating the sense amplifier.
상기와 같은 방법으로 프리차지 회로에서 비트라인과 비트라인바를 접지레벨 또는 전원전압 레벨로 프리차지를 할 경우에는 접지 전압 레벨로 유기된 전위가 전원전압레벨로 또는 전원전압레벨로 유기된 전위가 접지전압레벨로 증폭되어야 하므로 증폭시 전류 소모가 커지는 문제가 있다. 또한, 감지 증폭기 트랜지스터의 게이트 커패시턴스에 의한 커플링의 영향으로 증폭시 비트라인과 비트라인바에 유기된 전압 차이가 감소되어 증폭로가 감소하는 문제가 발생한다.When precharging the bit line and the bit line bar to the ground level or the power supply voltage level in the precharge circuit as described above, the potential induced at the ground voltage level is grounded to the power supply voltage level or the power supply voltage level is grounded. Since it must be amplified to the voltage level, there is a problem that the current consumption increases during amplification. In addition, due to the influence of the coupling due to the gate capacitance of the sense amplifier transistor, the difference in voltage induced in the bit line and the bit line bar during amplification is reduced, resulting in a decrease in the amplification path.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 강유전체 커패시터를 사용한 반도체 장치에서 비트라인을 1/2전원전압 레벨로 프리차지하여 셀 커패시터와 비트라인 커패시터의 전하 공유에 의해 비트라인에 유기된 소신호를 증폭할 때 감지 증폭기에서 소모되는 전류를 줄이며, 감지 증폭기의 게이터 커패시턴스에 의한 커플링 영향을 줄여서 증폭능력을 향상시킨 비휘발성 반도체 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems. In a semiconductor device using a ferroelectric capacitor, the bit line is precharged to a 1/2 power supply voltage level, and thus the charge is induced in the bit line by charge sharing between the cell capacitor and the bit line capacitor. The purpose of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor device which reduces the current consumed by the sense amplifier when amplifying the small signal, and improves the amplification capability by reducing the coupling effect of the sense amplifier's gator capacitance.
도1은 강유전체 커패시터의 기호와 강유전체 커패시터 단자 a,b사이의 전압에 따른 관계,1 is a relation according to the voltage between the symbol of the ferroelectric capacitor and the terminals of the ferroelectric capacitor,
도2는 강유전체 커패시터 양단의 전압을 -V1과 +V1로 인가하였을 때의 전하량 상태,2 is a state of charge when the voltage across the ferroelectric capacitor is applied to -V1 and + V1,
도3은 강유전체 커패시터를 사용한 메모리에서 읽기 동작을 위한 종래의 회로,3 is a conventional circuit for a read operation in a memory using a ferroelectric capacitor,
도4는 강유전체 커패시터를 사용한 메모리에서 읽기 동작을 위한 종래의 또다른 실시예 회로,Figure 4 is another conventional embodiment circuit for a read operation in a memory using a ferroelectric capacitor,
도5는 강유전체 커패시터를 사용한 메모리에서 읽기 동작을 위한 본발명의 회로,5 is a circuit of the present invention for a read operation in a memory using a ferroelectric capacitor,
도6은 도5의 읽기 동작을 위한 신호 다이아그램,6 is a signal diagram for the read operation of FIG.
도7a 및 도7b는 스토리지 노드에서 기판으로의 누설 전류 모델,7A and 7B show a leakage current model from the storage node to the substrate,
도8a는 스토리지 노드의 전위 감소를 방지하기 위한 실시예,8A is an embodiment for preventing potential reduction of a storage node;
도8b는 도8a의 신호 다이아그램,FIG. 8B is a signal diagram of FIG. 8A;
도9는 스토리지 노드의 전위 감소를 방지하기 위한 또다른 실시예,9 is another embodiment for preventing potential reduction of a storage node;
도10은 강유전체 커패시터를 사용한 메모리에서 읽기 동작을 위한 본 발명의 다른 실시예.Figure 10 is another embodiment of the present invention for a read operation in a memory using a ferroelectric capacitor.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 비트라인과 비트라인바의 전압차를 감지하여 증폭하는 감지 증폭기, 스위칭 트랜지스터와 강유전체 커패시터가 직렬연결되어 데이터를 저장하는 메모리 셀, 상기 메모리 셀의 강유전체 커패시터에 연결되어 상기 강유전체 커패시터에 전압을 인가하는 플레이트라인을 구동하는 플레이트 드라이버,및 감지 증폭에 필요한 레퍼런스 전압을 생성하는 레퍼런스 전압 생성수단을 포함하여 이루어지는 비휘발성 반도체 메모리 장치에 있어서, 전원전압레벨을 입력하여 1/2전원전압 레벨을 출력하는 1/2전원전압 생성장치; 및 상기 1/2전원전압 생성장치로부터 출력되어 입력되는 1/2전원전압을 비트라인 제어 신호에 대응하여 비트라인 및 비트라인바에 공급하는 프리차지 회로를 더 포함하여 이루어지는 비휘발성 반도체 메모리 장치를 포함하여 이루어진다.The present invention for achieving the above object is a sense amplifier for sensing and amplifying the voltage difference between the bit line and the bit line bar, the switching transistor and the ferroelectric capacitor is connected in series with a memory cell for storing data, connected to the ferroelectric capacitor of the memory cell And a plate driver for driving a plate line for applying a voltage to the ferroelectric capacitor, and a reference voltage generating means for generating a reference voltage for sense amplification. A 1/2 power supply voltage generator for outputting a 2 power supply voltage level; And a precharge circuit configured to supply a 1/2 power voltage output from the 1/2 power voltage generator to a bit line and a bit line bar in response to a bit line control signal. It is done by
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 살펴본다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도5는 강유전체 커패시터를 사용한 메모리에서 셀에 저장된 데이터를 읽기 위한 본발명의 회로로서, 비트라인(BL)과 비트라인바(BLB)의 미세한 전압차를 감지하여 증폭하는 감지 증폭기(S1), 스위칭 트랜지스터 1개와 강유전체 커패시터 1개로 이루어져 데이터를 저장하는 메모리 셀(M1), 플레이트(Plate)라인을 구동하는 플레이트 드라이버(F1),감지 증폭에 필요한 레퍼런스 전압을 생성하는 레퍼런스 전압 생성부(R1), 및 비트라인(BL)과 비트라인바(BLB)를 1/2전원전압 레벨로 프리차지시키는 프리차지회로(P1)로 구성한다. 프리차지 회로(P1)는 비트라인(BL)과 비트라인바(BLB) 간에 차례로 직렬접속되며 비트라인프리차지신호(BLP)를 게이트 입력으로받는 두 개의 엔모스트랜지스터로 이루어지며, 각 엔모스트랜지스터의 소스에는 1/2전원전압레벨이 인가되도록 구성한다. 도6은 상기 도5의 회로를 동작시키기 위한 신호 다이아그램으로서, 도6을 참조하여 도5의 동작을 설명한다. 대기상태에서 프리차지회로(P1)의 비트라인프리차지신호(BLP)는 하이가 되어 두 개의 엔모스트랜지스터(N1,N2)가 턴온시켜 비트라인을 1/2전원전압레벨로 프리차지하며 플레이트 라인(Plate)도 1/2전원전압레벨로 유지한다. 이전 사이클에서 셀이 읽혀진 후 워드라인(WL0)이 닫히고,현재 사이클에서 SN 노드가 1/2전원전압이라 하면 강유전체 커패시터 양단의 전압차는 0V이므로, 도2의 "가" 또는 "나"상태에 존재하는 상태이다. 칩 외부에서 저장된 셀을 읽기 위하여 행 어드레스 신호가 입력되어 행 디코더에 의해 워드라인이 선택되는 데 워드라인이 선택되기 전에 비트라인(BL)은 1/2전원전압레벨은 1/2전원전압으로 유지된 플로팅 상태가 되어야 셀에 저장된 전하량을 검출할 수 있다. 그러기 위해서 비트라인프리차지신호(BLP)는 로우가 되어야 한다. 비트라인프리차지신호(BLP)가 로우가 되어 트랜지스터 N1,N2가 턴오프된 후 입력된 행 어드레스에 해당하는 워드라인이 선택되어 워드라인 전압을 3/2전원전압레벨로 부트스트랩한다. 워드라인이 선택되면 메모리 셀의 스위칭 트랜지스터가 턴온되고 플레이트라인(Plate)이 구동되면 셀에 저장된 전하량이 비트라인(BL)에 실린다. 만일 C1 강유전체 커패시터에 저장된 정보를 읽기 위해서는 워드라인(WL0)이 선택되어야 하며 C2 강유전체 커패시터에 저장된 정보를 읽기 위해서는 워드라인(WL1)이 선택되어야 한다. WL0가 선택되면 스위칭 트랜지스터(ST1)가 턴온되며, WL1이 선택되면 스위칭 트랜지스터(ST2)가 턴온된다. 워드라인이 부트스트랩 될 때 동시에 플레이트라인(Plate)도 플레이트 드라이버(F1)으로부터 3/2전원전압레벨로 구동되어 선택된 셀커패시터에 저장된 전하와 비트라인 커패시터가 전하공유되어 비트라인 전위를 변화시킨다. 이때, 레퍼런스 전압생성부(R1)도 상기의 방법으로 구동되어 비트라인 전위를 변화시킬 레퍼런스 전압을 생성한다. 만일 어드레스에 의해 워드라인(WL0)가 선택되면 레퍼런스 전압생성부(R1)의 레퍼런스워드라인(RWL0)가 선택되어 비트라인(BL)과 비트라인바(BLB)에 연결된 감지 증폭기(S1)에 의해 비교가 가능하도록 한다. 레퍼런스 전압생성부(R1)에 의해 전개된 비트라인 전위는 메모리 셀의 '1'과 '0'을 저장하였을 때 전개되는 비트라인 전위의 중간이 되도록하여 감지가능하도록 한다. 플레이트라인(Plate)을 구동하여 비트라인 전위의 전개가 끝난 후에는 비트라인(BL)과 비트라인바(BLB)에 연결된 감지 증폭기(S1)을 동작시켜 전개된 전위를 증폭하여 2진 데이터화한 후 출력단으로 보낸다.FIG. 5 is a circuit of the present invention for reading data stored in a cell in a memory using a ferroelectric capacitor, and includes a sense amplifier S1 for sensing and amplifying a minute voltage difference between a bit line BL and a bit line bar BLB, and switching. A memory cell (M1) for storing data, a plate driver (F1) for driving a plate line, a reference voltage generator (R1) for generating a reference voltage for sensing amplification, and a memory cell (M1) including one transistor and one ferroelectric capacitor; It consists of a precharge circuit P1 which precharges the bit line BL and the bit line bar BLB to a 1/2 power supply voltage level. The precharge circuit P1 is formed in series between the bit line BL and the bit line bar BLB, and consists of two enMOS transistors receiving the bit line precharge signal BLP as a gate input. The power source is configured to apply a 1/2 power supply voltage level. FIG. 6 is a signal diagram for operating the circuit of FIG. 5, and the operation of FIG. 5 will be described with reference to FIG. In the standby state, the bit line precharge signal BLP of the precharge circuit P1 becomes high so that two NMOS transistors N1 and N2 turn on to precharge the bit line to 1/2 the supply voltage level. (Plate) is also maintained at 1/2 power supply voltage level. After the cell is read in the previous cycle, the word line WL0 is closed, and if the SN node is 1/2 of the supply voltage in the current cycle, the voltage difference across the ferroelectric capacitor is 0V, so it is present in the "ga" or "b" state of FIG. It is a state. The row address signal is input to read the cell stored outside the chip so that the word line is selected by the row decoder. The bit line BL is kept at 1/2 power supply voltage level before the word line is selected. Only in the floating state can the amount of charge stored in the cell be detected. To do this, the bit line precharge signal BLP must be low. After the bit line precharge signal BLP becomes low and the transistors N1 and N2 are turned off, the word line corresponding to the input row address is selected to bootstrap the word line voltage to the 3/2 power voltage level. When the word line is selected, the switching transistor of the memory cell is turned on, and when the plate line is driven, the amount of charge stored in the cell is loaded on the bit line BL. If the information stored in the C1 ferroelectric capacitor is read, the word line WL0 should be selected. In order to read the information stored in the C2 ferroelectric capacitor, the word line WL1 should be selected. When WL0 is selected, the switching transistor ST1 is turned on. When WL1 is selected, the switching transistor ST2 is turned on. At the same time when the word line is bootstrap, the plate line Plate is also driven from the plate driver F1 to the 3/2 power supply voltage level so that the charge and the bit line capacitor stored in the selected cell capacitor are charged and changed to change the bit line potential. At this time, the reference voltage generator R1 is also driven in the above manner to generate a reference voltage for changing the bit line potential. If the word line WL0 is selected by the address, the reference word line RWL0 of the reference voltage generator R1 is selected and is sensed by the sense amplifier S1 connected to the bit line BL and the bit line bar BLB. Make comparisons possible. The bit line potential developed by the reference voltage generation unit R1 becomes a middle of the bit line potential developed when '1' and '0' of the memory cell are stored to be detectable. After the plate line is driven and the development of the bit line potential is completed, the sense amplifier S1 connected to the bit line BL and the bit line bar BLB is operated to amplify the developed potential to make binary data. Send to output
한편, 도7a는 도5의 메모리 셀(M1)에서 하나의 스위칭 트랜지스터(ST1)와 하나의 강유전체 커패시터(C1)를 뽑아 다시 도시한 것이다. 대기 상태에서 플레이트 드라이버(F1)로부터 구동된 플레이트(Plate)전압이 1/2전원전압레벨로 유지될 때 반대편 SN노드 또한 1/2전원전압레벨로 유지되어야 강유전체 커패시터(C1)는 도2의 '가' 또는 '나'상태에서 대기할 수 있다. 읽기 동작이 끝난 후 비트라인프리차지신호(BLP)을 하이 상태로하여 비트라인의 전위를 1/2전원전압레벨로 유지시킨 후 워드라인을 오프시키면, SN노드는 워드라인이 닫힌 후에도 1/2전원전압레벨을 유지한다. 그러나 도7b와 같이 SN 노드에서 기판으로 흐르는 누설전류 성분이 존재하여 SN 노드의 전위는 점점 감소하게되고 강유전체 커패시터(C1)는 대기상태에서 '가' 또는 '나'상태를 유지하지 못하고 '다'쪽으로 이동하게 된다. 이러한 누설전류를 방지하기 위해, 제1 제어신호(REF)를 입력받아 워드라인을 디코딩하여 일정한 주기로 워드라인을 턴온하는 워드라인 디코더(D1)를 더 포함하여 도8a와 같이 구성한다. 도8b의 신호 다이아그램에서 보여지듯이, 대기상태에서 일정한 주기로 REF신호를 발생하여 셀의 워드라인을 순차적으로 턴온상태로 만들어 비트라인이 1/2전원전압레벨로 프리차지되어 있으므로 SN 노드 또한 1/2전원전압레벨 상태를 계속 유지할 수 있게 만든다. 도9는 SN 노드의 누설전류를 방지하기 위한 또다른 실시예로, 각 SN 노드에 제2 제어신호(SND)를 게이트 입력으로 받고, 1/2전원전압에 소스가 연결된 엔모스트랜지스터(N1)를 추가 구성하여, 대기상태에서 SND신호는 하이로하여 1/2전원전압레벨로 프리차지 되고, 읽기 동작시에는 로우로하여 대기상태에서 누설전류에 의한 전위 감소가 발생하지 않도록 한다.Meanwhile, FIG. 7A illustrates a single switching transistor ST1 and one ferroelectric capacitor C1 from the memory cell M1 of FIG. 5. When the plate voltage driven from the plate driver F1 in the standby state is maintained at the 1/2 supply voltage level, the opposite SN node must also be maintained at the 1/2 supply voltage level. The ferroelectric capacitor C1 is shown in FIG. You can wait in the 'I' or 'I' state. After the read operation is completed, if the bit line precharge signal (BLP) is kept high and the potential of the bit line is maintained at the power supply level of 1/2, then the word line is turned off, the SN node is 1/2 even after the word line is closed. Maintain power supply voltage level. However, as shown in FIG. 7B, leakage current flows from the SN node to the substrate, thereby decreasing the potential of the SN node, and the ferroelectric capacitor C1 does not maintain the 'ga' or 'me' state in the standby state. To the side. In order to prevent such leakage current, a word line decoder D1 for receiving the first control signal REF, decoding the word line, and turning on the word line at a predetermined period is further configured as shown in FIG. 8A. As shown in the signal diagram of Fig. 8B, since the REF signal is generated at regular intervals in the standby state, the word lines of the cells are sequentially turned on, so that the bit lines are precharged to the 1/2 supply voltage level. 2 Make it possible to maintain the power supply voltage level. FIG. 9 illustrates another embodiment of preventing leakage current of an SN node, and receiving a second control signal SND at each SN node as a gate input, and an NMOS transistor N1 having a source connected to a half supply voltage. In the standby state, the SND signal goes high and is precharged to the 1/2 power supply voltage level, while it goes low during the read operation, so that potential reduction due to leakage current does not occur in the standby state.
본 발명의 또다른 실시예로서, 도10과 같이 구성하여 동작할 수도 있다. 도10은 본 발명의 실시예에서 레퍼런스전압생성부(R1)로부터 출력되는 레퍼런스전압을 선택적으로 비트라인(BL)과 비트라인바(BLB)에 전달하는 제1 블록 및 감지증폭기(S1)의 출력을 받아 출력단으로 보내는 제2 블럭을 더 추가하여 구성한다. 레퍼런스전압생성부(R1)에서 발생한 레퍼런스 전압은 제1 블록에서 제3 제어신호(RV0),제4 제어신호(RV1)에 의해 선택적으로 비트라인(BL) 및 비트라인바(BLB)에 전달된다. 만일 강유전체 커패시터(C1)에 저장된 정보를 읽는다면 RV0신호를 하이로하여 레퍼런스 전압을 비트라인바(BLB)에 전달하며, 강유전체 커패시터(C2)에 저장된 정보를 읽는다면 RV1신호를 하이로하여 레퍼런스전압을 비트라인(BL)에 전달한다.As another embodiment of the present invention, it may be configured and operated as shown in FIG. FIG. 10 illustrates an output of the first block and the sense amplifier S1 for selectively transferring the reference voltage output from the reference voltage generator R1 to the bit line BL and the bit line bar BLB in the embodiment of the present invention. Receive a second block to send to the output stage is configured. The reference voltage generated by the reference voltage generator R1 is selectively transferred to the bit line BL and the bit line bar BLB by the third control signal RV0 and the fourth control signal RV1 in the first block. . If the information stored in the ferroelectric capacitor C1 is read, the RV0 signal is made high and the reference voltage is transmitted to the bit line bar BLB. If the information stored in the ferroelectric capacitor C2 is read, the RV1 signal is made high to bit the reference voltage. Pass on line BL.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary knowledge.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 강유전체 커패시터를 사용한 반도체 장치에서 비트라인을 1/2전원전압 레벨로 프리차지함으로써 감지 증폭기에서 소모되는 전류를 줄이고, 감지증폭기의 증폭능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention made as described above, the semiconductor device using the ferroelectric capacitor is precharged to the 1/2 power supply voltage level, thereby reducing the current consumed by the sense amplifier and improving the amplification capability of the sense amplifier.
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