KR100264074B1 - 에프 디램의 가변 비교전압 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에프 디램의 가변 비교전압 발생기에 관한 것으로, 기억소자의 사용횟수 증가에 따라 축전량이 감소되는 강유전체 메모리 기억소자의 특징으로 인해 일정사용횟수 이상에서 메모리가 오동작을 하게되는 문제점을 개선하기 위해, 크기가 다른 다수의 비교기억소자를 만들어 비교기억소자의 전하저장력이 갑자기 감소하여 비교전압이 급격히 바뀌기 전에 비교기억소자를 선택적으로 바꾸어주는 동작을 반복함에 의해, 정확한 비교전압을 얻어 기억소자 내에 저장되어 있는 정보를 정확히 읽어낼 수 있도록 구현한 장치에 관한 것이다.

Description

에프 디램의 가변 비교전압 발생기

일반적으로 반도체 메모리의 기억소자는 전하량에 따라 ‘하이’와 ‘로우’두가지 상태의 데이터를 메모리 셀에 기억하게 된다. 메모리 셀에 저장된 데이터가 ‘하이’인지 ‘로우’인지를 분별하여 외부로 전달하기 위해서는 비교전압 증폭기가 필요한데, 이때 데이터를 비교증폭하기 위해서는 비교전압이 요구되어 진다.

종래의 강유전체 메모리에서 사용하던 비교전압 발생기(10)는 제1도에서 도시된 바와 같이, 메모리 셀로 저장할 ‘하이’ 및 ‘로우’ 의 비교전압을 만들어 내는 각각의 N채널 모스형 트랜지스터(NM1, MN2)로 구성되어 있다. 제1도에 도시된 비교전압 발생기(10)는 기준전압(Vref) 또는 전원전압(Vcc)을 입력으로 하여 (e)의 액티브 모드시 인에이블 신호가 (d)라인으로 입력되면 턴온된 트랜지스터 NM1 및 NM2에 의해 분압되게 된다. 이때 (e)라인으로 입력된 기준전압(Vref)을 커패시터 C1 및 C2의 값에 의해서 노드 N1으로는 ‘하이’를 노드 N2로는 ‘로우’값을 전달하게 된다.

상기 방법에 의해, 한쪽에는 높은 전하량을 저장시키고 다른 한쪽에는 낮은 전하량을 저장시켜 두 개의 전하량을 합쳐서 높은 전하량과 낮은 전하량의 중간 전하량을 만들어서, 그것으로 기억소자에 대한 중간전압 즉, 비교전압을 발생시킨다. 이때 비교기억소자의 크기는 기억소자와 동일하다. 여기서 (a)는 두 비교기억소자의 연결여부를 결정하는 스위치이고, (b)는 셀 어레이의 (h)∼(k)의 기억소자 연결선의 초기전압값을 지정하는 부분이고, (c)는 이때 지정해주는 전압으로 0V를 사용한다. (d)는 비교기억소자와 데이터 정보를 셀 또는 외부로 보내기 위한 스위치이고, (e)는 비교기억소자의 초기전원을 지정해주는 전원선으로 구동전원의 1/2 (Vcc/2)이며, 메모리 셀 커패시터 전압으로서 신호 전하량을 결정하는 기준전압으로 사용되거나 비트 라인의 프리차지(Precharge)전압에 이용되어 신호 검출의 기준을 잡아주는 전압이다. 그리고, (f)와 (g)는 (h), (j)와 (i), (k) 중에서 어느 기억소자 연결선을 비교전원선으로 사용할 것인가 여부를 결정하는 스위치이다.

그런데 이와 같이 구성된 종래의 비교전압 발생기는, 한 쌍의 비교기억소자가 수백개의 기억소자와 맞물려 있어서 한 개의 기억소자가 동작하는 것보다 수백배를 더 많이 동작하도록 되어있다.

제3도는 가변 비교전압 발생기에서 생성되는 비교전압과 기억소자에서 발생하는 전압의 변화를 사용횟수에 따라 모식적으로 나타낸 것인데, (a)는 높은 전하량을 저장한 기억소자에서 발생한 전압이고, (d)는 낮은 전하량을 저장한 기억소자에서 발생한 것이다. (c)는 상기 두 전압의 중간값으로, 기억소자의 비교전압이 되며, (b)는 가변 비교전압 발생기에서 생성된 비교전압으로, 도면과 같이 비교기억 소자의 전하 저장력이 갑자기 감소하여 비교전압이 급격히 바뀌기 전에 비교기억소자를 선택적으로 바꾸어 줌으로써, 정확한 비교전압값을 얻을 수 있다.

제3도의 (c)로 알 수 있듯이, 비교전압은 기억소자가 만들어 내는 전압에 비해 급격하게 감소하고, 강유전체로 만들어진 기억소자는 커패시터특성 때문에 사용횟수에 따라 저장할 수 있는 전하량이 변하여서 만들어 낼수 있는 전압값도 변하게 된다. 그리고, 저장할 수 있는 전하량의 변화는 어느 사용횟수 이상이 되면 급격하게 나타나서, 제3도에서와 같이 사용횟수에 따른 전압의 변화가 비교기억소자의 경우, 훨씬 더 빠르게 나타나기 때문에 정확한 중간전압을 만들기가 어렵고, 그로 인한 메모리의 오동작을 야기할 수 있다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 강 유전체 기억소자의 특징인 사용횟수 증가에 따른 축전량의 감소에 대처해, 크기가 다른 다수의 비교기억소자를 비교전압 발생 조절부에 의해 선택적으로 바꾸어 주어, 기억소자내에 저장되어 있는 정보를 정확하게 읽어낼 수 있는 가변 비교전압 발생기를 제공하는 데 있다.

제1도는 종래의 에프디램에서 일반적으로 사용하던 고정 비교전압 발생기의 회로도.

제2도는 본 발명의 일실시예에 의한 가변 비교전압 발생기의 상세 회로도.

제3도는 종래 기억소자와 본 발명 기억소자의 비교전압 변화 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 고정 비교전압 발생부 20 : 메모리 셀 어레이부

30 : 가변 비교전압 발생부 40 : 비교전압 발생 조절부

50 : 카운터 회로부

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 에프디램(FDRAM)의 가변비교전압 발생기는 데이터를 저장할 수 있는 다수개의 메모리 셀 어레이 블록과, 상기 메모리 셀에 연결된 제1비트라인과 데이터 전송라인 사이에 병렬로 접속되며 그 크기가 서로 다수개의 스위칭 수단과, 상기 데이터 전송라인과 제2비트라인 사이에 접속된 데이터 전달 트랜지스터와, 상기 다수개의 스위칭 수단을 사용횟수에 따라 선택적으로 동작시키기 위한 제어신호를 발생시키는 동작제어 수단을 구비하였다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 에프디램(FDRAM)의 가변 비교전압 발생기의 회로도를 도시한 것으로, 제1도의 고정 비교전압 발생부(10) 대신에 가변 비교전압발생부(30)와 비교전압 발생 조절부(40)를 구비한다.

상기 가변 비교전압 발생부(30)는 기준전압(Vref) 또는 전원전압(Vcc)을 입력하는 라인 (e)와, 노드 N1과 상기 라인 (e)사이에 각각 병렬로 접속되어 고전위 ‘하이’를 전송하는 NMOS형 트랜지스터 NM1, NM10, NM11, NM12 및 커패시터 C1, C7, C8, C9와, 상기 라인 (e)와 노드 N2 사이에 접속되어 저전위(‘로우’)를 전송하는 NMOS형 트랜지스터 NM2로 구성된다.

그리고, 상기 비교전압 발생 조절부(40)는, 시간을 계수하기 위한 카운터 회로(50)와, 상기 카운터 회로(50)의 출력신호에 의해 상기 가변 비교전압 발생부(30)의 풀-업 트랜지스터인 NMOS형 트랜지스터 NM1, NM10, NM11, NM12의 동작을 각각 제어하는 신호를 출력하는 디코딩 회로로 구성된다. 상기 디코딩 회로는 카운터 회로(50)의 출력신호와 이 출력신호의 반전신호를 각각 입력으로 하여 논리 연산하는 NAND게이트 NA1, NA2, NA3, NA4와, 이들 NAND 게이트단에 각각 접속된 인버터 I3, I4, I5, I6로 구성되어진다. (a)는 두 비교기억소자의 연결여부를 결정하는 스위치이고, (b)는 (h), (i), (j). (k)의 기억소자 연결선의 초기전압값을 지정하는 초기화 회로 부분이고, (c)는 그때 지정해주는 전압으로, 이 전압은 0V를 사용한다. (d)는 어떤 비교기억소자를 선택해 동작시킬 것인지를 결정하는 디코더와 카운터 회로로 구성된 동작제어부분이며, (e)는 비교기억소자의 초기전원을 지정해주는 전원선으로 구동전원의 1/2 (Vcc/2)이며 메모리 셀 커패시터 전압으로서 신호 전하량을 결정하는 기준전압으로 사용되거나 비트 라인의 프리차지(Precharge)전압에 이용되어 신호 검출의 기준을 잡아주는 전압으로 이용된다. (f)와 (g)는 (h), (j)와, (i), (k)중에서 어느 기억소자 연결선을 비교전원선으로 사용할 것인가 여부를 결정하는 스위치이다.

그림이 두 개의 부분으로 나뉘어 있는데, 아래 부분의 비교전압 발생조절기(40) 하나에 윗 부분의 비교전압 발생기가 동시에 여러개가 연결될 수 있다.

비교기억소자의 크기는 낮은 전하량을 저장하는 것은 기억소자와 동일하고, 높은 전하량을 저장하는 것은 각각 기억소자 크기의 100%, 90%, 80%, 70%이다. 비교전압을 만들기 위해서는 한번에 1개의 높은 전하량을 저장하는 것과 1개의 낮은 전하량을 저장하는 것, 총 2개의 비교기억소자를 사용한다. 4개의 높은 전하량을 저장하는 비교기억소자의 선택은 2진 디코더와 카운터 회로를 이용하였다. 그리고, 낮은 전하량을 저장하는 비교기억소자는 비교전압 발생기의 동작이 시작되면서 동시에 스위치가 열리게 한다.

카운터를 이용하여 비교기억소자의 사용횟수가 어느 이상이 되면, (0, 0)에서 (0, 1)로 발생 신호가 바뀌게 하여 셀 어레이로 ‘하이 (HIGH)’ 데이터를 발생시키는 다수개의 풀-업해석기중 그 크기가 100%였던 비교기억소자에서 90%의 크기를 갖는 비교기억소자로 바꾸어 동작시킴으로써, 제3도의 (C)와 같이 비교전압이 갑자기 감소하기 전에 비교전압을 높여주는 방식이다. 이렇게 비교기억소자의 쌍을 총 4번 바꾸어서 발생하는 비교전압도 4번 변하게 한다. 이때 카운터 회로가 작동하는 시점은 큰 크기의 비교기억소자가 저장할 수 있는 전하량이 작은 크기의 비교기억소자보다 작아질 때이다. 이렇게 비교기억소자를 바꾸게 되면, 새로운 비교기억소자는 어느 사용횟수 동안은 비교적 안정된 비교전압을 발생하게 되고, 그러면 일정 시간동안 - 즉, 선택적으로 바꾸어준 비교전압이 기억소자의 낮은 전하량보다 작아지지 않는 동안은 메모리가 안정적으로 동작하게 되는 것이다. 안정된 비교전압이 필요한 이유는 강유전체로 만든 기억소자의 물성 (저장할 수 있는 전하량)이 어느 사용횟수 이상이 되면 급격하게 변하기 때문이고, 상기 동작을 반복함에 의해 기억소자 비교전압의 감소를 막아서 종래의 고정 비교전압 발생기에 비해 상대적으로 장시간동안 메모리의 오동작을 막을 수 있다. 실제 카운터 회로의 작동시기는 실험을 통해서 나온 결과를 토대로 정한다.

제3도는 가변 비교전압 발생기에서 생성되는 비교전압과 기억소자에서 발생하는 전압의 변화를 사용횟수에 따라 모식적으로 나타낸 것이다. (a)는 높은 전하량을 저장한 기억소자에서 발생한 전압이고, (d)는 낮은 전하량을 저장한 기억소자에서 발생한 것이다. (c)는 상기 두 전압의 중간값으로, 기억소자의 비교전압이다. 그런데, 강유전체 메모리의 커패시터특성에 의해 기억소자의 사용횟수가 증가하면 축전 전하량이 감소하게되고 그에따라 비교전압도 급속히 감소하게 됨을 제3도의 (c)로도 알 수 있다. 이에 대해 (b)는 가변 비교전압 발생기에서 생성된 비교전압으로, 도면과 같이 비교기억소자의 전하 저장력이 갑자기 감소하여 비교전압이 급격히 바뀌기 전에 비교기억소자를 선택적으로 바꾸어 줌으로써, 정확한 비교전압값을 얻을 수 있다.

앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 가변 비교전압 발생기는 기억소자의 사용횟수가 증가하여도 높은 전하량을 저장하는 기억소자 크기의 100%, 90%, 80%, 70%의 서로 다른 크기를 갖는 비교기억소자를 카운터와 디코더로 구성된 비교전압 발생 조절부에 의해 선택적으로 동작시켜서 정확한 비교전압을 발생시킴에 의해, 기억소자내에 저장하고 있는 정보를 손실없이 보존해서 메모리 셀의 오동작을 막을 수 있는 효과가 있다. 또한, 이로 인해 강유전체로 만든 기억소자의 정보 저장 신뢰도를 높혔으며, 강유전체 메모리의 사용가능 횟수를 증가시켜 기억소자의 상용화를 앞당길 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

본 발명은 메모리 셀에 저장할 두 개의 비교 데이터를 발생시키는 에프디램(FDRAM)의 가변 비교전압 발생기에 관한 것으로, 특히 기억소자의 사용횟수가 증가됨에 따라 상기 비교전압 발생기의 축전량이 감소되어 메모리 셀에 저장할 ‘하이’ 데이터의 전위레벨이 떨어짐으로써 생기는 메모리의 오동작을 방지하기 위해 종래에 1개로 고정되어있던 상기 비교전압 발생기를 2개 이상으로 구현하여 사용시간에따라 선택적으로 사용하도록 한 에프디램의 가변 비교전압 발생기에 관한 것이다.

Claims (5)

1. 에프디램의 가변비교전압 발생기에 있어서, 데이터를 저장할 수 있는 다수개의 메모리 셀 어레이 블록과, 상기 메모리 셀에 연결된 제1비트라인과 데이터 전송라인 사이에 병렬로 접속되며 그 크기가 서로 다른 다수개의 스위칭 수단과, 상기 데이터 전송라인과 제2비트라인 사이에 접속된 데이터 전달 트랜지스터와, 상기 다수개의 스위칭 수단을 사용횟수에 따라 선택적으로 동작시키기 위한 제어신호를 발생시키는 동작제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 에프디램의 가변 비교전압 발생기.
2. 제1항에 있어서, 상기 다수개의 스위칭 수단은 그 크기가 서로 다른 N채널 모스형 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 에프디램의 가변 비교전압 발생기.
3. 제1항에 있어서, 상기 데이터 전달 트랜지스터는 N채널 모스형 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 에프디램의 가변 비교전압 발생기.
4. 제1항에 있어서, 상기 데이터 전송라인을 초기에 반전위(Vcc/2)로 프리차지시키는 것을 특징으로 하는 에프디램의 가변 비교전압 발생기.
5. 제1항에 있어서, 상기 동작 제어수단은 카운터회로와 2진 디코더회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에프디램의 가변 비교전압 발생기.

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