KR100318423B1 - Ferroelectric memory device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정 및 부 비트라인의 전압 차를 크게 하여 감지 증폭기의 센싱 마진을 높이고, 소자의 신뢰성을 향상시킨 강유전체 메모리 장치를 제공하기 위하여 다수의 워드라인 및 다수의 정, 부비트라인이 서로 교차되어 매트릭스 형태로 구성되며 하나의 셀당 하나 이상의 강유전체 커패시터 및 하나 이상의 스위칭 소자로 구성된 다수의 단위 메모리 셀로 어레이되는 강유전체 메모리 어레이, 및 상기 정비트라인 및 상기 부비트라인의 소신호를 감지하여 증폭하는 감지 증폭기를 구비하는 강유전체 메모리 장치에 있어서, 상기 감지 증폭기의 증폭 동작 전에 상기 강유전체 커패시터의 일측에 연결되는 플레이트 라인의 전압을 상기 감지 증폭기의 전원전압보다 높은 제1 전압으로 구동하기 위한 수단을 포함한다.According to the present invention, a plurality of word lines and a plurality of positive and sub bit lines cross each other in order to provide a ferroelectric memory device having a large voltage difference between positive and negative bit lines to increase a sensing margin of a sense amplifier and improve device reliability. And a ferroelectric memory array configured in a matrix form and arrayed into a plurality of unit memory cells including one or more ferroelectric capacitors and one or more switching elements per cell, and sensing for sensing and amplifying small signals of the positive bit line and the sub bit line. A ferroelectric memory device having an amplifier, comprising: means for driving a voltage of a plate line connected to one side of the ferroelectric capacitor to a first voltage higher than a power supply voltage of the sense amplifier before an amplifying operation of the sense amplifier.

Description

강유전체 메모리 장치{FERROELECTRIC MEMORY DEVICE}Ferroelectric memory device {FERROELECTRIC MEMORY DEVICE}

본 발명은 강유전체 기억 소자를 사용하는 강유전체 메모리 장치에 관한 것으로, 특히 정비트라인 및 부비트라인의 전압차를 감지 증폭하는 감지 증폭기의 센싱 마진을 높인 강유전체 메모리 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric memory device using a ferroelectric memory element, and more particularly, to a ferroelectric memory device having increased sensing margin of a sense amplifier for sensing and amplifying a voltage difference between a positive bit line and a sub bit line.

참고적으로, 본 출원인은 1997년 12월 30일자에 특허 출원한 '강유전체 메모리 장치 및 그 동작 방법'(출원번호 97-77876)에서 비트 라인을 강유전 커패시터의 일측에 연결된 전원전압 보다 높은 (Vcc + α)전압으로 프리차지한 후 워드라인을 열어 강유전 커패시터의 양단에 전압 차를 인가함으로써 강유전체 기억 소자에 저장된 데이터를 읽어내는 비트 라인 구동에 관한 발명을 기출원하였으며, 본 발명은 상기 기출원된 발명과 달리 강유전 커패시터의 일측에 연결 셀 플레이트 라인을전원전압 보다 높은 전압(Vcc + α)으로 올려 강유전 커패시터의 양단에 전압 차를 인가함으로써 강유전체 기억 소자에 저장된 데이터를 읽어내는 플레이트 라인 구동에 관한 내용이다.For reference, the present applicant, in the application of the ferroelectric memory device and its operation method (Application No. 97-77876) filed December 30, 1997, has a higher (Vcc + The invention relates to a bit line driving method for reading data stored in a ferroelectric memory device by applying a voltage difference across both ferroelectric capacitors after precharging with a voltage, and then opening a word line. On the other hand, it is about the plate line driving that reads the data stored in the ferroelectric memory element by raising the connection cell plate line on one side of the ferroelectric capacitor to a voltage higher than the power supply voltage (Vcc + α) and applying a voltage difference across the ferroelectric capacitor.

먼저, 강유전 커패시터의 특성을 설명한다.First, the characteristics of the ferroelectric capacitor will be described.

도 1은 강유전 커패시터의 기호와 강유전 커패시터 단자 A, B 사이의 전압에 따른 관계를 도식화한 것으로서, 강유전 물질을 유전체로 사용하는 커패시터 양단의 전압과 유기된 전하량 사이에 히스테리시스 관계가 있음을 보여준다. 강유전 커패시터는 양단의 전압이 '0'V일 때 유기된 전하량이 P1, P2 두가지 상태로 존재하여 전원의 공급이 없어도 2진 형태의 데이터를 저장할 수 있다. 이러한 특성을 이용하여 강유전 커패시터는 비휘발성 메모리 소자의 기억수단으로 이용된다. 또한, 강유전 커패시터의 양단에 인가되는 전압의 방향과 크기에 따라 강유전체 내의 분극상태가 변화하는데, 'P1' 상태의 분극을 유지하고 있는 강유전 커패시터에 충분히 큰 음의 전압(V3)을 인가하면 도 1의 히스테리시스 곡선을 따라 커패시터가 스위칭되면서 'P3' 방향으로 분극 상태가 변화하며 이 음의 전압을 제거하여 커패시터 양단의 전압을 '0'V로 만들면 'P2'상태로 이동하게 된다. 즉, 강유전 커패시터는 전압에 따라 화살표 방향으로 분극 상태가 변화하고, 강유전 커패시터에 저장된 정보는 커패시터 양단에 전압 인가시 이동되는 전하량의 크기를 감지하여 데이터화 한다.FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the symbols of ferroelectric capacitors and the voltages of the ferroelectric capacitor terminals 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 induced charges exist in two states, P1 and P2, so that data in binary form can be stored even without a power supply. By utilizing these characteristics, ferroelectric capacitors are used as storage means for nonvolatile memory devices. In addition, the polarization state in the ferroelectric is changed according to the direction and magnitude of the voltage applied to both ends of the ferroelectric capacitor. When a sufficiently large negative voltage V3 is applied to the ferroelectric capacitor that maintains the polarization in the 'P1' state, FIG. As the capacitor is switched along the hysteresis curve of, the polarization state changes in the 'P3' direction. If this negative voltage is removed, the voltage across the capacitor is set to '0' V, and then the state is moved to the 'P2' state. That is, in the ferroelectric capacitor, the polarization state changes in the direction of the arrow according to the voltage, and the information stored in the ferroelectric capacitor detects the magnitude of the amount of charge moved when the voltage is applied across the capacitor and makes data.

이러한 강유전 커패시터에 저장된 정보를 읽는 과정에서 워드라인(wordline)을 열고 커패시터 양단에 전압차를 인가하면, 셀에 저장된 정보('0' 또는 '1')에따라 정비트라인(bitline, 이하 BL이라 함)은 서로 다른 전압 V0 또는 V1을 갖게 된다. 이 전압 V0, V1은 소신호이기 때문에 BL 라인 및 부비트라인(이하, /BL이라 함) 사이에 연결된 감지 증폭기를 통해 증폭된다.In the process of reading the information stored in the ferroelectric capacitor, if a word line is opened and a voltage difference is applied across the capacitor, the bit line (BL) is called according to the information ('0' or '1') stored in the cell. Will have different voltages V0 or V1. Since these voltages V0 and V1 are small signals, they are amplified by a sense amplifier connected between the BL line and the sub bit line (hereinafter referred to as / BL).

이때, 감지 증폭기의 정확한 센싱 동작을 위해 BL 라인 및 /BL 사이의 전압 차를 크게 하여 센싱 마진을 증가할 필요가 있다.At this time, it is necessary to increase the sensing margin by increasing the voltage difference between the BL line and / BL for the accurate sensing operation of the sense amplifier.

본 발명은 상기의 제반 요구사항에 기반하여 안출된 것으로서, 정 및 부 비트라인의 전압 차를 크게 하여 감지 증폭기의 센싱 마진을 높이고, 소자의 신뢰성을 향상시킨 강유전체 메모리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Disclosure of Invention The present invention has been made based on the above-mentioned requirements, and an object thereof is to provide a ferroelectric memory device which increases sensing margin of a sense amplifier by increasing the voltage difference between positive and negative bit lines, and improves device reliability. .

도 1은 강유전 커패시터의 기호와 강유전 커패시터 단자 A, B 사이의 전압에 따른 유기 전하량과의 관계를 도식화한 도면.1 is a diagram showing the relationship between the symbol of a ferroelectric capacitor and the amount of organic charge according to the voltage between the ferroelectric capacitor terminals A and B. FIG.

도 2는 2T2C 셀 구조를 가진 본 발명의 일실시예에 따른 강유전체 메모리 장치의 회로 모식도.2 is a circuit schematic diagram of a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention having a 2T2C cell structure.

도 3은 플레이트 라인 구동 방식을 지원하기 위한 상기 도 2의 강유전체 메모리 장치의 신호 타이밍도.FIG. 3 is a signal timing diagram of the ferroelectric memory device of FIG. 2 for supporting a plate line driving scheme. FIG.

도 4는 강유전 커패시터의 Q-V 곡선에 대한 BL의 전압 변화 양상을 종래와 본 발명의 경우를 비교 중첩하여 도시한 도면.4 is a diagram illustrating a voltage variation of BL with respect to a Q-V curve of a ferroelectric capacitor in a manner of overlapping the conventional case with the present invention.

도 5a는 플레이트 라인을 Vcc로 구동하는 종래 기술에 따른 비트라인의 전압 변화 다이어그램도.5A is a diagram of a voltage change of a bit line according to the prior art for driving a plate line at Vcc.

도 5b는 플레이트 라인을 Vcc+α로 구동하는 본 발명에 따른 비트라인의 전압 변화 다이어그램도.5b is a voltage change diagram of the bit line in accordance with the present invention driving the plate line at Vcc + α.

도 6은 1T1C 셀 구조를 가진 본 발명의 다른 일실시예에 따른 강유전체 메모리 장치의 회로 모식도.6 is a circuit diagram of a ferroelectric memory device according to another embodiment of the present invention having a 1T1C cell structure.

도 7은 1T1C 셀 구조를 가진 강유전체 메모리 장치에서 비트라인의 전압 변화 다이어그램도.7 is a diagram of a voltage change of a bit line in a ferroelectric memory device having a 1T1C cell structure.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명* Description of the main parts of the drawing

200 : 주 기억셀 201 : 저장셀200: main memory cell 201: storage cell

202 : 레퍼런스 셀 210 : 감지 증폭기202: reference cell 210: sense amplifier

220 : 워드라인 구동부220: word line driver

230 : 플레이트 라인 구동부230: plate line driving unit

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수의 워드라인 및 다수의 정, 부비트라인이 서로 교차되어 매트릭스 형태로 구성되며 하나의 셀당 하나 이상의 강유전체 커패시터 및 하나 이상의 스위칭 소자로 구성된 다수의 단위 메모리 셀로 어레이되는 강유전체 메모리 어레이, 및 상기 정비트라인 및 상기 부비트라인의 소신호를 감지하여 증폭하는 감지 증폭기를 구비하는 강유전체 메모리 장치에 있어서, 상기 감지 증폭기의 증폭 동작 전에 상기 강유전체 커패시터의 일측에 연결되는 플레이트 라인의 전압을 상기 감지 증폭기의 전원전압보다 높은 제1 전압으로 구동하기 위한 수단을 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of unit memory cells in which a plurality of word lines and a plurality of positive and sub bit lines cross each other to form a matrix and include one or more ferroelectric capacitors and one or more switching elements per cell. A ferroelectric memory device including an arrayed ferroelectric memory array and a sense amplifier configured to sense and amplify small signals of the positive bit line and the sub bit line, the ferroelectric memory device being connected to one side of the ferroelectric capacitor before an amplification operation of the sense amplifier. Means for driving the voltage on the plate line to a first voltage higher than the power supply voltage of the sense amplifier.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.

강유전 커패시터에 저장된 데이터를 읽기 위해 커패시터의 양단에 전압을 인가하는 데, 이때 전압의 인가 방향에 따라 앞서 서술한 비트 라인 구동(bit line drive) 방식 및 플레이트 라인 구동(plate line drive) 방식으로 나뉜다. 상술한 바와 같이 플레이트 라인 구동 방식은, 초기 상태에서 강유전 커패시터의 양단 전압을 모두 접지전원(0V, 이하 Vss라 함)으로 유지하고, 그 다음에 BL을 Vss로 프리차지하고 셀의 스위칭 트랜지스터를 열면서 셀 플레이트 전압을 전원전압(이하 Vcc 라 함)으로 올려줌으로써, 강유전 커패시터 양단에 전압차를 인가한다. 그리고, 비트 라인 구동 방식은, 초기 상태에서 강유전 커패시터의 양단 전압을 모두 Vss로 유지하고, 셀 플레이트 전압을 Vss로 유지한 상태에서 BL을 Vcc로 프리차지하고 워드라인을 열어줌으로써 강유전 커패시터 양단에 전압차이를 인가한다.In order to read data stored in the ferroelectric capacitor, a voltage is applied to both ends of the capacitor. The voltage is divided into a bit line drive method and a plate line drive method described above according to the application direction of the voltage. As described above, the plate line driving method maintains both voltages of the ferroelectric capacitor at ground power (0 V, hereinafter referred to as Vss) in the initial state, and then precharges BL to Vss to open the cell switching transistor. The voltage difference is applied across the ferroelectric capacitor by raising the cell plate voltage to the power supply voltage (hereinafter referred to as Vcc). In the bit line driving method, the voltage difference across the ferroelectric capacitor is maintained by maintaining both voltages of the ferroelectric capacitor at Vss in the initial state and precharging BL to Vcc and opening the word line while maintaining the cell plate voltage at Vss. Apply.

도 2는 2T2C 셀 구조를 가진 본 발명의 일실시예에 따른 강유전체 메모리 장치의 회로 모식도이고, 도 3은 플레이트 라인 구동 방식을 지원하기 위한 상기 도 2의 강유전체 메모리 장치의 신호 타이밍도이다.FIG. 2 is a schematic circuit diagram of a ferroelectric memory device having a 2T2C cell structure, and FIG. 3 is a signal timing diagram of the ferroelectric memory device of FIG. 2 for supporting a plate line driving scheme.

본 발명의 일실시예에 따른 강유전체 메모리 장치는 다수의 워드라인 및 다수의 비트라인이 서로 교차되어 매트릭스 형태로 구성되되, 셀 플레이트 라인(PL)과 BL 및 /BL 사이에 각각 접속된 2개의 강유전 커패시터(C1, C2)와 2개의 스위칭 트랜지스터(T1, T2)로 구성된 다수의 주기억 셀(200)을 포함하는 셀 어레이와, BL및 /BL의 미세한 신호차를 감지 증폭하는 감지증폭기(210)를 포함한다.In the ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention, a plurality of word lines and a plurality of bit lines cross each other to form a matrix, and two ferroelectrics connected between the cell plate line PL and BL and / BL, respectively. A cell array including a plurality of main memory cells 200 including capacitors C1 and C2 and two switching transistors T1 and T2, and a sense amplifier 210 for sensing and amplifying minute signal differences between BL and / BL. Include.

주기억 셀(200)은 BL 및 노드(A) 사이에 연결되며 워드라인(WLN)이 게이트에 연결되는 스위칭 트랜지스터(T1)와, 노드(A) 및 플레이트 라인(PL) 사이에 연결되는 강유전 커패시터(C1)를 구비한 저장 셀(201)과, /BL 및 노드(B) 사이에 연결되며 워드라인(WLN)이 게이트에 연결되는 스위칭 트랜지스터(T2)와, 노드(B) 및 플레이트 라인(PL) 사이에 연결되는 강유전 커패시터(C2)를 구비한 레퍼런스 셀(202)로 이루어진다. 즉, 상기와 같이 구성된 2T2C의 주기억 셀(200)은 2개의 1T1C로 이루어지는 것과 동일하며, 2개의 강유전 커패시터(C1, C2)는 항상 서로 반대의 상태로 유지되어, 서로의 상태를 비교함으로써 정보를 읽어낼 수 있다. 따라서, 하나의 1T1C 저장 셀(201)에 하나의 1T1C 레퍼런스 셀(202)이 할당되어 구성된 것이라 할 수 있다. 또한, 1T1C 구조의 DRAM 및 1T1C 구조의 강유전체 메모리 장치에서는 어떤 워드라인이 선택되는냐에 따라 어느 한 비트라인이 정비트라인이 되거나 혹은 부비트라인이 되었는 데, 그에 반해 2T2C 구조의 강유전체 메모리 장치에서는 BL 및 /BL이 항상 고정되어 있다.The main memory cell 200 is connected between the BL and the node A and a switching transistor T1 having a word line WLN connected to the gate, and a ferroelectric capacitor connected between the node A and the plate line PL. A storage cell 201 having a C1, a switching transistor T2 connected between / BL and a node B and a word line WLN connected to a gate, and a node B and a plate line PL. It consists of a reference cell 202 with a ferroelectric capacitor C2 connected therebetween. That is, the 2T2C main memory cell 200 configured as described above is the same as two 1T1C, and the two ferroelectric capacitors C1 and C2 are always kept in opposite states to compare information with each other. I can read it. Therefore, it can be said that one 1T1C reference cell 202 is allocated to one 1T1C storage cell 201. In addition, in a 1T1C-structure DRAM and a 1T1C-structure ferroelectric memory device, which bit line is a positive bit line or a sub-bit line depending on which word line is selected, whereas in a 2T2C structure ferroelectric memory device, a BL And / BL are always fixed.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 강유전체 메모리 장치는 워드라인(WL0 또는 WLN)을 구동하기 위한 워드라인 구동부(220) 및 플레이트 라인(PL)을 구동하기 위한 플레이트 라인 구동부(230)를 더 포함한다.In addition, the ferroelectric memory device may further include a word line driver 220 for driving the word line WL0 or WLN and a plate line driver 230 for driving the plate line PL. do.

도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 플레이트 라인 구동 방식의 강유전체 메모리 장치 동작을 설명한다.2 and 3, an operation of a ferroelectric memory device of a plate line driving method according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 대기 상태에서 비트라인 쌍(BL, /BL)을 'Vss' 레벨로 플로팅시킨다.(도 3의 'A' 구간)First, the bit line pairs BL and / BL are floated to the 'Vss' level in the standby state (the 'A' section in FIG. 3).

다음으로, 워드라인(WL)을 열고 동시에 플레이트 라인(PL)을 높은 전압(Vcc + α)으로 구동하면, 강유전 커패시터(C1, C2)의 양단에 큰 양의 전압이 인가됨으로, BL 및 /BL에 서로 다른 전압이 유기되어 강유전 커패시터(C1, C2)의 상태는 Q-V 곡선에서 'a'점으로부터 'b'점으로, 'a''점으로부터 'b''점으로 각각 옮겨진다.(도 3의 'B' 구간) 도면에서 워드라인(WL)과 플레이트 라인(PL)을 동시에 구동하는 것으로 도시되어 있으나, 두 라인 중 하나를 먼저 구동하여도 동일한 결과가 나타난다.Next, when the word line WL is opened and the plate line PL is driven at a high voltage (Vcc + α), a large amount of voltage is applied across the ferroelectric capacitors C1 and C2. Different voltages are induced on the ferroelectric capacitors C1 and C2 so that the state of the ferroelectric capacitors C1 and C2 is shifted from the point 'a' to the point 'b' and from the point 'a' to the point 'b' in the QV curve. In the 'B' section, the word line WL and the plate line PL are simultaneously driven, but the same result can be obtained by driving one of the two lines first.

다음으로, 감지 증폭기(210)를 구동하면 강유전 커패시터(C1, C2)의 상태는 Q-V 곡선에서 각각 'c'점, 'c''으로 옮겨지고, BL과 /BL 간의 전압차이가 커져서 셀의 데이터를 출력하게 된다.(도 3의 'C')Next, when the sense amplifier 210 is driven, the state of the ferroelectric capacitors C1 and C2 is shifted to the 'c' point and the 'c' in the QV curve, respectively, and the voltage difference between BL and / BL increases, thereby increasing the data of the cell. Will be displayed ('C' in Fig. 3).

다음으로, 셀에 데이터를 재저장하기 위하여 플레이트 라인(PL)의 전압을 'Vss'로 바꾸면, 강유전 커패시터(C1, C2)의 상태는 Q-V 곡선에서 각각 'd'점, 'd''으로 옮겨진다.(도 3의 'D')Next, when the voltage of the plate line PL is changed to 'Vss' in order to restore the data to the cell, the state of the ferroelectric capacitors C1 and C2 is shifted to the 'd' point and the 'd' point in the QV curve, respectively. ('D' in Fig. 3)

마지막으로, 감지증폭기(210)를 디스에이블하고, BL 및 /BL을 'Vss' 레벨로 디스차지함으로써, 강유전 커패시터(C1, C2)의 상태는 Q-V 곡선에서 각각 'e'점, 'e''로 옮겨져 커패시터(C1, C2)의 최초 상태와 동일해진다. 이후 워드라인(WL)이 닫힘으로써 1번의 읽기 동작이 끝난다.(도 3의 'E')Finally, by disabling the sense amplifier 210 and discharging BL and / BL to the 'Vss' level, the state of the ferroelectric capacitors C1 and C2 is 'e' point, 'e' respectively in the QV curve. Is transferred to the same state as the original state of capacitors C1 and C2. After the word line WL is closed, one read operation is completed ('E' in FIG. 3).

도 4는 강유전 커패시터의 Q-V 곡선에 대한 BL의 전압 변화 양상을 종래와 본 발명의 경우를 비교 중첩하여 도시한 도면이고, 도 5a는 플레이트 라인을 Vcc로구동하는 종래 기술에 따른 비트라인의 전압 변화 다이어그램이고, 도 5b는 플레이트 라인을 Vcc+α로 구동하는 본 발명에 따른 비트라인의 전압 변화 다이어그램이다. 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 본 발명의 원리를 보다 상세히 설명한다.4 is a diagram illustrating a voltage change pattern of a BL with respect to a QV curve of a ferroelectric capacitor, overlapping the conventional and the present invention, and FIG. 5A illustrates a voltage change of a bit line according to the related art for driving a plate line to Vcc. 5b is a diagram of the voltage change of the bit line according to the invention driving the plate line at Vcc + α. The principle of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 4, 5A and 5B.

초기상태에 커패시터(C1, C2)의 양단에 걸리는 전압이 Vss로 동일하다면 두 전극 사이에 전압차이가 없으므로, 두 개의 강유전 커패시터(C1, C2)는 각각 점 '0' 및 점 '1'의 위치에 있게 된다.In the initial state, if the voltage across the capacitors C1 and C2 is equal to Vss, there is no voltage difference between the two electrodes, so the two ferroelectric capacitors C1 and C2 are positioned at the points '0' and '1', respectively. Will be on.

종래와 같이 플레이트 라인(PL)을 Vcc로 구동하는 경우를 살펴보면, 워드라인(WL) 및 플레이트 라인(PL) 구동시 스위칭 트랜지스터를 통하여 전하가 BL 쪽으로 유입되어 강유전 커패시터의 일측(즉, 플레이트 라인이 연결되는 측) 전압은 Vcc로 되는 데 비하여, BL 전압은 증가하여 강유전 커패시터의 타측(즉, 저장 노드, 도 2의 A)의 전압과 같아지는데 이때의 최종 전압은 BL의 커패시턴스와 강유전 커패시터의 Q-V곡선에 의존한다. 초기상태가 점 '0'에 위치한 강유전 커패시터의 경우 스위칭 트랜지스터를 통하여 Q0의 전하량이 이동되어 강유전 커패시터의 저장 노드 전압은 점 '0'에서 V0으로 이동하며, BL은 초기 Vss 전압을 갖는 점 Vss0 상태로부터 V0 의 전압을 갖는 점 V0으로 이동하게 된다. 이때, 점 Vss0과 V0을 잇는 선의 기울기에 대한 절대값은 BL의 커패시턴스이다.Referring to the case where the plate line PL is driven at Vcc as in the related art, when the word line WL and the plate line PL are driven, charge flows into the BL through the switching transistor so that one side of the ferroelectric capacitor The connected voltage) becomes Vcc, whereas the BL voltage increases to equal the voltage of the other side of the ferroelectric capacitor (i.e., the storage node, A in FIG. 2), where the final voltage is the capacitance of the BL and the QV of the ferroelectric capacitor. Depends on the curve In the case of the ferroelectric capacitor whose initial state is located at the point '0', the charge amount of Q0 is moved through the switching transistor so that the storage node voltage of the ferroelectric capacitor moves from the point '0' to V0, and the BL has the initial Vss voltage. Is moved to the point V0 having a voltage of V0. At this time, the absolute value of the slope of the line connecting the points Vss0 and V0 is the capacitance of BL.

그리고, 2개의 강유전 커패시터 중 다른 또 하나의 커패시터가 초기에 상기 커패시터의 반대 상태인 점'1' 에 있을 때, 워드라인(WL) 및 플레이트라인(PL)이 구동되면 스위칭 트랜지스터를 통하여 Q1의 전하량이 이동되어 저장 노드의 전압은 점 '1'에서 V1로 이동하며, BL은 Vss 전압을 갖는 점 Vss1 상태로부터 V1 전압을갖는 점 V1로 이동하게 된다. 여기서, 강유전 커패시터의 초기 상태에 따라서 Q-V곡선의 평균 기울기가 틀리므로, Q0과 Q1은 서로 다른 값이 되며, 따라서 V0과 V1도 서로 다른 값이 된다. 결국 두 개의 강유전 커패시터의 초기 상태가 '0'과 '1'로 다르므로, BL 쌍의 전압도 각각 V0 와 V1이 된다.When the other one of the two ferroelectric capacitors is initially at the point '1' opposite to the capacitor, when the word line WL and the plate line PL are driven, the amount of charge of Q1 through the switching transistor This shift causes the voltage at the storage node to move from point '1' to V1, and the BL moves from the point Vss1 state with the voltage Vss to the point V1 with the voltage V1. Here, since the average slope of the Q-V curve is different depending on the initial state of the ferroelectric capacitor, Q0 and Q1 are different values, and thus V0 and V1 are different values. As a result, the initial state of the two ferroelectric capacitors differs from '0' and '1', so the voltages of the BL pair become V0 and V1, respectively.

본 발명에서는 플레이트 라인(PL)을 Vcc로 구동하지 않고 그보다 높은 전압 Vcc + α로 구동한다. 이 경우 강유전 커패시터의 초기 상태가 '0'이면, 플레이트라인(PL) 및 워드라인(WL) 구동 시 Q0'의 전하량이 이동하여 저장 노드의 상태는 점 '0'에서 점 V0'으로, BL 의 경우 초기 Vss 전압을 갖는 점 Vss+α0에서 V0'으로 이동한다. 이때, Q0보다 Q0'이 더 큰 이유, 즉 V0' 전압이 V0보다 높은 이유는, BL의 커패시턴스는 일정한 데 비하여 플레이트라인(PL)의 구동 전압이 더 높기 때문이다. 다른 반대쪽 강유전 커패시터의 초기 상태는 '1'이므로 워드라인(WL) 및 플레이트라인(PL) 구동 시 스위칭 트랜지스터를 통하여 Q1'의 전하량이 이동하여 저장 노드의 상태는 점 '1'에서 점 V1'로, BL 의 경우 초기 Vss 전압을 갖는 점 Vss+α1에서 V1'로 이동한다. 이때 V1'전압이 V1보다 높다.In the present invention, the plate line PL is not driven at Vcc but at a higher voltage Vcc + α. In this case, if the initial state of the ferroelectric capacitor is' 0 ', the charge amount of Q0' is shifted when the plate line PL and the word line WL are driven, and the state of the storage node is changed from the point '0' to the point V0, In this case, it moves from the point Vss + α0 having the initial Vss voltage to V0 '. The reason why Q0 'is larger than Q0, that is, the voltage of V0' is higher than V0 is because the capacitance of BL is higher than that of plate line PL. Since the initial state of the other ferroelectric capacitor is '1', the charge amount of Q1 'is moved through the switching transistor during the driving of the word line WL and the plate line PL, so that the state of the storage node is changed from the point' 1 'to the point V1'. In the case of BL, it moves from the point Vss + α1 having the initial Vss voltage to V1 '. At this time, the voltage V1 'is higher than V1.

여기서, V1과 V0의 전압차이(V1-V0, ΔV)보다 V1'과 V0'의 전압차이(V1'-V0', ΔV')가 더 크다는 것을 알 수 있는데, 그 이유는 강유전 커패시터의 Q-V 곡선의 특성상 점 V0 와 점 V0'을 잇는 직선의 기울기는 점 V1 과 점 V1'을 잇는 직선의 기울기보다 항상 작기 때문에 V0이 V0'으로 변화하는 전압의 폭이 V1이 V1'로 변화하는 전압의 폭보다 항상 크며, 결과적으로 V1'-V0'은 V1-V0보다 항상 클 수밖에 없다. 상기한 바와 같이 본 발명에서는 플레이트 라인(PL)의 구동 전압을 증가시켜 '0' 과 '1' 에 해당하는 BL쌍의 전압차이를 증가시킴으로써, 센싱 마진(sensing margin)을 높여 그에 따른 소자의 신뢰성을 향상시킨다.Here, it can be seen that the voltage difference between V1 'and V0' (V1'-V0 ', ΔV') is greater than the voltage difference between V1 and V0 (V1-V0, ΔV), because the QV curve of the ferroelectric capacitor Because the slope of the straight line connecting points V0 and V0 'is always smaller than the slope of the straight line connecting points V1 and V1', the width of the voltage where V0 changes to V0 'is the width of the voltage that V1 changes to V1'. It is always larger, and consequently V1'-V0 'is always larger than V1-V0. As described above, in the present invention, the voltage difference between BL pairs corresponding to '0' and '1' is increased by increasing the driving voltage of the plate line PL, thereby increasing the sensing margin, thereby increasing the reliability of the device. To improve.

도 6은 1T1C 셀 구조를 가진 본 발명의 다른 일실시예에 따른 강유전체 메모리 장치의 회로 모식도이고, 도 7은 1T1C 셀 구조를 가진 강유전체 메모리 장치에서 비트라인의 전압 변화 다이어그램도이다.6 is a circuit diagram of a ferroelectric memory device according to another embodiment of the present invention having a 1T1C cell structure, and FIG. 7 is a diagram illustrating a voltage change of a bit line in a ferroelectric memory device having a 1T1C cell structure.

상기 도 6의 1T1C 메모리 셀에 대한 읽기 타이밍도는 상기 도 3에 도시된 2T2C의 타이밍도와 동일하다. 단, 1T1C 메모리 셀 구조에서는 감지 증폭기가 턴온되기 직전의 /BL 전압을, 감지증폭기의 턴온 직전의 BL 전압인 V0 와 V1의 중간의 전압 레벨을 갖는 기준전압(Vref)으로 만들어주고, BL 전압을 이 /BL 전압과 비교함으로써 정보를 읽어낸다. 이 경우 역시, V1과 V0의 전압 차이가 클수록 V1 과 Vref 또는 V0 와 Vref 의 차이가 증가하여 센싱 마진이 증가하는데, 본 발명에서 V1 과 V0의 차이를 확대시키는 원리는 상기의 도 4에 대한 설명과 동일하다. 이 경우의 BL 전압 변화는 도 7에 도시된 바와 같다.The read timing diagram of the 1T1C memory cell of FIG. 6 is the same as the timing chart of 2T2C of FIG. 3. However, in the 1T1C memory cell structure, the / BL voltage just before the sense amplifier is turned on is made the reference voltage (Vref) having a voltage level between V0 and V1, which is the BL voltage just before the turn on of the sense amplifier, and the BL voltage is The information is read by comparing with the / BL voltage. In this case, as the voltage difference between V1 and V0 increases, the sensing margin increases by increasing the difference between V1 and Vref or V0 and Vref. In the present invention, the principle of expanding the difference between V1 and V0 is described with reference to FIG. 4. Is the same as The BL voltage change in this case is as shown in FIG.

상기 본 발명의 원리는 앞서의 1T1C 또는 2T2C의 강유전체 메모리 장치의 단위 셀의 구조에 한정되지 않고, 다양한 구조에 적용가능하다.The principle of the present invention is not limited to the structure of the unit cell of the above-described 1T1C or 2T2C ferroelectric memory device, and can be applied to various structures.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 플레이트라인의 전압을 Vcc보다 높은 전압 Vcc + α로 구동하여 센싱 마진을 높여 그에 따른 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention made as described above, the voltage of the plate line is driven to a voltage Vcc + α higher than Vcc to increase the sensing margin, thereby improving the reliability of the device.

Claims (7)

강유전체 메모리 장치에 있어서,In a ferroelectric memory device, 다수의 워드라인 및 다수의 정, 부비트라인이 서로 교차되어 매트릭스 형태로 구성되되, 셀 플레이트 라인과 정비트라인 및 부비트라인 사이에 각각 접속된, 하나의 셀당 하나 이상의 강유전체 커패시터 및 하나 이상의 스위칭 소자로 구성된 다수의 단위 메모리 셀로 어레이되는 강유전체 메모리 어레이;및One or more ferroelectric capacitors and one or more switching units per cell, wherein a plurality of word lines and a plurality of positive and sub bit lines cross each other to form a matrix, and are connected between the cell plate line and the positive bit line and the sub bit line, respectively. A ferroelectric memory array arrayed into a plurality of unit memory cells composed of elements; and 상기 정비트라인 및 상기 부비트라인의 소신호를 감지하여 증폭하는 감지 증폭기를 포함하여,And a sense amplifier configured to sense and amplify small signals of the positive bit line and the sub bit line. 상기 주기억 셀에 저장된 데이터에 대한 리드 동작 시 상기 감지 증폭기의 감지 증폭 직전에 상기 셀 플레이트 라인에 상기 감지 증폭기의 전원전압보다 높은 제1 전압을 인가하고, 상기 감지 증폭기의 감지 증폭 시 상기 셀 플레이트 라인에 상기 감지 증폭기의 전원전압을 인가하는 강유전체 메모리 장치.The first voltage higher than the power supply voltage of the sense amplifier is applied to the cell plate line immediately before the sense amplification of the sense amplifier during the read operation of the data stored in the main memory cell, and the cell plate line during the sense amplification of the sense amplifier. The ferroelectric memory device for applying a power supply voltage of the sense amplifier to the. 강유전체 메모리 장치에 있어서,In a ferroelectric memory device, 다수의 워드라인 및 다수의 비트라인이 서로 교차되어 매트릭스 형태로 구성되되, 셀 플레이트 라인과 정비트라인 및 부비트라인 사이에 각각 접속된 제1 및 제2 강유전 커패시터와 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터를 포함하는 다수의 주기억 셀들로 어레이된 메모리 셀 어레이부; 및A plurality of word lines and a plurality of bit lines cross each other to form a matrix, wherein the first and second ferroelectric capacitors and the first and second switching transistors connected between the cell plate line, the positive bit line, and the sub bit line, respectively. A memory cell array unit arrayed into a plurality of main memory cells including a; And 상기 정비트라인 및 상기 부비트라인의 미세한 신호차를 감지 증폭하는 감지증폭 수단을 포함하여,And sensing amplification means for sensing and amplifying a minute signal difference between the positive bit line and the sub bit line. 상기 주기억 셀에 저장된 데이터에 대한 리드 동작 시 상기 감지 증폭기의 감지 증폭 직전에 상기 셀 플레이트 라인에 상기 감지 증폭기의 전원전압보다 높은 제1 전압을 인가하고, 상기 감지 증폭기의 감지 증폭 시 상기 셀 플레이트 라인에 상기 감지 증폭기의 전원전압을 인가하는 강유전체 메모리 장치.The first voltage higher than the power supply voltage of the sense amplifier is applied to the cell plate line immediately before the sense amplification of the sense amplifier during the read operation of the data stored in the main memory cell, and the cell plate line during the sense amplification of the sense amplifier. The ferroelectric memory device for applying a power supply voltage of the sense amplifier to the. 제 7 항에 있어서, 상기 주기억 셀은,The method of claim 7, wherein the main memory cell, 상기 정비트라인 및 제1 노드 사이에 연결되며 상기 워드라인이 게이트단에 연결되는 상기 제1 스위칭 트랜지스터와, 상기 제1 노드 및 상기 셀 플레이트 라인 사이에 연결되는 상기 제1 강유전 커패시터를 구비하는 저장 셀; 및A first switching transistor connected between the positive bit line and the first node and having a word line coupled to a gate end thereof, and having the first ferroelectric capacitor connected between the first node and the cell plate line. Cell; And 상기 부비트라인 및 상기 제2 노드 사이에 연결되며 상기 워드라인이 게이트단에 연결되는 상기 제2 스위칭 트랜지스터, 상기 제2 노드 및 상기 셀 플레이트 라인 사이에 연결되는 상기 제2 강유전 커패시터를 구비하는 레퍼런스 셀을 포함하며,A reference having the second switching transistor connected between the sub-bit line and the second node and the word line connected to a gate terminal, and the second ferroelectric capacitor connected between the second node and the cell plate line. Contains cells, 상기 저장 셀 및 상기 레퍼런스 셀은,The storage cell and the reference cell, 서로 반대되는 데이터 상태를 저장하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.A ferroelectric memory device, characterized in that for storing data states opposite to each other. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 워드라인을 구동하기 위한 워드라인 구동 수단; 및Word line driving means for driving the word line; And 상기 셀 플레이트 라인을 상기 제1 전압 또는 상기 감지 증폭기의 전원 전압으로 구동하기 위한 셀 플레이트 라인 구동 수단Cell plate line driving means for driving the cell plate line to the first voltage or a power supply voltage of the sense amplifier 을 더 포함하여 이루어지는 강유전체 메모리 장치.A ferroelectric memory device further comprises. 제 7 항에 있어서, 상기 감지 증폭 수단은,The method of claim 7, wherein the sense amplification means, 상기 제2 강유전 커패시터의 양단 전압 차에 의해 유기되어 변화되는 상기 부비트라인의 전위를 기준전압으로 사용하여 감지 증폭 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.And a sensing amplification operation using a potential of the sub bit line induced and changed by a voltage difference across the second ferroelectric capacitor as a reference voltage. 강유전체 메모리 장치에 있어서,In a ferroelectric memory device, 다수의 워드라인 및 다수의 비트라인이 서로 교차되어 매트릭스 형태로 구성되되, 셀 플레이트 라인과 정비트라인 및 부비트라인 사이에 각각 접속된 제1 강유전 커패시터와 제1 스위칭 트랜지스터를 포함하는 다수의 주기억 셀들로 어레이된 메모리 셀 어레이부; 및A plurality of main memories including a first ferroelectric capacitor and a first switching transistor connected to each other between a plurality of word lines and a plurality of bit lines in a matrix form and connected between a cell plate line and a positive bit line and a sub bit line, respectively. A memory cell array unit arranged into cells; And 상기 정비트라인 및 상기 부비트라인의 미세한 신호차를 감지 증폭하는 감지증폭 수단을 포함하여,And sensing amplification means for sensing and amplifying a minute signal difference between the positive bit line and the sub bit line. 상기 주기억 셀에 저장된 데이터에 대한 리드 동작 시 상기 감지 증폭기의 감지 증폭 직전에 상기 셀 플레이트 라인으로 상기 감지 증폭기의 전원전압보다 높은 제1 전압을 인가하고, 상기 감지 증폭기의 감지 증폭 시 상기 셀 플레이트 라인으로 상기 감지 증폭기의 전원전압을 인가하는 강유전체 메모리 장치.In the read operation of the data stored in the main memory cell, a first voltage higher than the power supply voltage of the sense amplifier is applied to the cell plate line immediately before the sense amplification of the sense amplifier, and the cell plate line during the sense amplification of the sense amplifier. And applying a power supply voltage of the sense amplifier. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 워드라인을 구동하기 위한 워드라인 구동 수단;Word line driving means for driving the word line; 상기 셀 플레이트 라인을 상기 제1 전압 또는 상기 감지 증폭기의 전원 전압으로 구동하기 위한 셀 플레이트 라인 구동 수단; 및Cell plate line driving means for driving said cell plate line to said first voltage or a power supply voltage of said sense amplifier; And 상기 감지증폭기의 기준 전압을 생성하기 위한 기준 전압 생성 수단Reference voltage generating means for generating a reference voltage of the sense amplifier 을 더 포함하여 이루어지는 강유전체 메모리 장치.A ferroelectric memory device further comprises.
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