KR100319757B1 - Ferroelectric memory device having single ferroelectric fet - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단위 메모리 셀을 '제1 상태' 또는 '제2 상태'로 프로그램할 때 1개의 단위 메모리 셀을 독립적으로 선택하여 프로그램할 수 있고, 단위 메모리 셀에 대한 프로그램 동작 시 라이트 디스터브 현상을 방지한, 단일 강유전체 트랜지스터를 구비한 강유전체 메모리 장치를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 행 방향으로 다수의 워드라인과 열 방향으로 다수의 비트라인 및 소오스라인이 서로 교차되어 매트릭스 형태로 배열되는 다수의 단위 메모리 셀을 구비한 강유전체 메모리 장치에 있어서, 상기 단위 메모리 셀 각각은, 상기 소오스라인 및 상기 비트라인 사이에 연결되며, 게이트가 상기 워드라인에 연결되는 단일 강유전체 트랜지스터를 구비하고, 상기 단일 강유전체 트랜지스터의 웰은 열방향으로 하나의 공통웰라인에 연결되되, 인접한 다른 열의 공통웰라인과 서로 전기적으로 격리되어 연결되며, 상기 단일 강유전체 트랜지스터의 소오스 또는 드레인은 열방향으로 하나의 상기 비트라인 또는 상기 소오스라인에 공통 연결되도록 구성한다.According to the present invention, when unit memory cells are programmed in a 'first state' or 'second state', one unit memory cell may be independently selected and programmed, and a write disturb phenomenon may be prevented during a program operation on a unit memory cell. In order to provide a ferroelectric memory device having a single ferroelectric transistor, a plurality of unit memories in which a plurality of word lines in a row direction and a plurality of bit lines and source lines in a column direction cross each other and are arranged in a matrix form are provided. 10. A ferroelectric memory device having a cell, each of the unit memory cells having a single ferroelectric transistor connected between the source line and the bit line and having a gate connected to the word line, and well of the single ferroelectric transistor Are connected to one common well line in the column direction, but And it is electrically isolated to each other and a common straw in a column, a source or a drain of the single transistor ferroelectric is configured to be connected in common to one of the bit line or the source line in the column direction.

Description

단일 강유전체 트랜지스터를 구비한 강유전체 메모리 장치{FERROELECTRIC MEMORY DEVICE HAVING SINGLE FERROELECTRIC FET}FERROELECTRIC MEMORY DEVICE HAVING SINGLE FERROELECTRIC FET}

본 발명은 반도체 소자의 구조 및 메모리 구현에 관한 것으로, 특히 강유전체 소자와 모스(MOS, Metal-Oxide-Semiconductor) 트랜지스터를 집적시키는 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the construction of semiconductor devices and memory implementations, and more particularly to a technique for integrating ferroelectric devices and metal-oxide-semiconductor (MOS) transistors.

일반적으로, 모스 트랜지스터는 SiO2산화막을 게이트 박막으로 사용하여 게이트 전압에 응답하는 문턱전압의 변화로 그 동작이 제어된다. 반면, 단일 강유전체 트랜지스터는 납 지르코늄 티타늄 산화물(Pb(Zr,Ti)O3)(PZT), 스트론튬 비스무스탄탈륨 산화물(SrBi2Ta2O9)(SBT) 등과 같은 강유전체 소재를 게이트 박막으로 사용하여, 강유전체 소재의 분극 특성에 따라 그 동작이 제어된다.In general, the MOS transistor uses an SiO 2 oxide film as a gate thin film, and its operation is controlled by a change in the threshold voltage in response to the gate voltage. In contrast, a single ferroelectric transistor uses a ferroelectric material such as lead zirconium titanium oxide (Pb (Zr, Ti) O 3 ) (PZT), strontium bismuthstantalum oxide (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) (SBT) as a gate thin film, The operation is controlled in accordance with the polarization characteristics of the ferroelectric material.

비휘발성 강유전체 메모리 장치는 전원 공급이 없어도 분극전하가 보존되는 강유전체 소자의 전압과 저장 전하 간의 이력(hysteresis) 특성을 이용하여 데이터를 저장하는 것으로, 단위 저장소자가 1개 트랜지스터와 1개 강유전체 커패시터 또는 1개 강유전체 트랜지스터로 구성되는 것들이 있다.A nonvolatile ferroelectric memory device stores data by using hysteresis between voltage and storage charge of a ferroelectric element in which polarization charges are preserved even without a power supply, and a unit storage unit stores one transistor and one ferroelectric capacitor or one. There are those consisting of dog ferroelectric transistors.

도 1은 일반적인 강유전체 소자의 전하 - 전압에 대한 이력(hysteresis) 특성도이다.1 is a hysteresis characteristic versus charge-voltage of a typical ferroelectric device.

도 1을 참조하면, 강유전체 소자에 인가되는 전압이 '0V'일 때 전하량은 2개의 서로 다른 값(C, E)을 가지며, 이에 따라 강유전체 소자는 서로 다른 분극 상태 '제1 상태' 또는 '제2 상태'에 있게 된다. 즉, 강유전체 소자의 분극상태는 박막 사이에 인가되는 전압에 따라 일정 방향으로 배치되어 '제1 상태' 또는 '제2 상태'로 된다.Referring to FIG. 1, when the voltage applied to the ferroelectric element is '0 V', the charge amount has two different values C and E, so that the ferroelectric element may have different polarization states 'first state' or 'first'. 2 state. That is, the polarization state of the ferroelectric element is disposed in a predetermined direction according to the voltage applied between the thin films to become a 'first state' or 'second state'.

도 2는 N 채널 단일 강유전체 트랜지스터의 동작 원리를 설명하기 위한 도면으로서, N 채널 단일 강유전체 트랜지스터의 게이트와 P-Si 사이의 전압이 양(+V)이면 실리콘 표면에 전하가 유기되고, 음(-V)이면 전하가 유기 되지 않는다.FIG. 2 is a view for explaining the principle of operation of an N-channel single ferroelectric transistor. When the voltage between the gate and P-Si of the N-channel single ferroelectric transistor is positive (+ V), charges are induced on the silicon surface and negative (- V), no charge is induced.

도 3은 단일 강유전체 트랜지스터의 드레인 전류 - 게이트 전압에 대한 이력(hysteresis) 특성도로서, 도면을 통해 게이트 전압(Vg)이 증가 할 때와 감소 할 때의 드레인 전류(Id)가 다름을 알 수 있다.3 is a hysteresis characteristic of the drain current versus the gate voltage of a single ferroelectric transistor, and it can be seen from the drawing that the drain current Id is different when the gate voltage Vg increases and decreases. .

다음으로, 도 4는 종래 기술에 따른 단일 강유전체 트랜지스터를 구비한 강유전체 메모리 장치의 메모리 셀 배열도를 도시한 것으로서, 공통 웰(well) 위에 다수의 워드라인(WL1 내지 WLn)과 다수의 비트라인(BL1 내지 BLm) 및 소오스라인(SL1 내지 SLn)이 서로 교차되어 매트릭스 형태로 구성되는 다수의 단위 메모리 셀을 구비하되, 단위 메모리 셀은 소오스라인(SL1 내지 SLn) 및 비트라인(BL1 내지 BLm) 사이에 연결되며, 게이트가 워드라인(WL1 내지 WLn)에 연결되는 단일 강유전체 트랜지스터(FM1, FMm, FMn FMn+m)를 구비한다.Next, FIG. 4 illustrates a memory cell arrangement of a ferroelectric memory device having a single ferroelectric transistor according to the related art, and includes a plurality of word lines WL1 to WLn and a plurality of bit lines on a common well. BL1 to BLm and the source lines SL1 to SLn cross each other and include a plurality of unit memory cells configured in a matrix form, wherein the unit memory cells are disposed between the source lines SL1 to SLn and the bit lines BL1 to BLm. And a single ferroelectric transistor FM1, FMm, FMn FMn + m, whose gate is connected to the word lines WL1 through WLn.

상기 도 4와 같이 구성된 강유전체 메모리 장치의 메모리 셀에서 임의의 선택된 단위 메모리 셀을 '제1 상태'로 프로그램 하기 위해서는, 상기 단위 메모리 셀의 해당 워드라인에 공급전압(Vdd)(이하, Vdd라 함)을 인가하고 해당 비트라인과 소오스라인 및 공통 웰라인(WELL)에 접지전압(GND)(이하, GND라 함)을 인가한다. 그리고, 나머지 비선택된 단위 메모리 셀들이 '제1 상태'로 프로그램되는 것을 방지하기 위하여 해당 워드라인에 GND를, 소오스라인, 비트라인 및 공통 웰라인에 Vdd를 인가한다. 이때, 도 4의 (b)와 같이, 단일 강유전체 트랜지스터의 게이트에 GND가 인가되고 소오스, 드레인 및 공통 웰라인에 Vdd가 인가되는 비선택 단위 메모리 셀에 라이트 디스터브(Write Disturb) 현상이 발생된다. 즉, 비선택 단위 메모리 셀에 '제1 상태'가 잘못 프로그램되는 경우가 발생하게 된다.In order to program any selected unit memory cell in a first cell in a memory cell of the ferroelectric memory device configured as shown in FIG. 4, a supply voltage Vdd (hereinafter, referred to as Vdd) is applied to a corresponding word line of the unit memory cell. ) And a ground voltage GND (hereinafter referred to as GND) to the corresponding bit line, source line, and common well line WELL. In order to prevent the remaining unselected unit memory cells from being programmed to the 'first state', GND is applied to the corresponding word line and Vdd is applied to the source line, the bit line, and the common well line. At this time, as shown in FIG. 4B, a write disturb phenomenon occurs in a non-selection unit memory cell in which GND is applied to a gate of a single ferroelectric transistor and Vdd is applied to a source, a drain, and a common well line. That is, the 'first state' is incorrectly programmed in the non-selection unit memory cell.

상기와 같이 라이트 디스터브 현상이 발생하게 되면, 비선택 단위 메모리 셀에 잘못된 데이터가 프로그램되어질 뿐 아니라, 예를들어 '제1 상태'로 프로그램된 정상적인 메모리 셀들이 라이트 디스터브 현상으로 인해 '제1 상태'로 프로그램된 정상 정보가 '제2 상태'로 바뀌게 되어 데이터가 파괴되는 문제가 야기된다.As described above, when the write disturb phenomenon occurs, not only the wrong data is programmed in the non-selection unit memory cell, but, for example, the normal memory cells programmed in the 'first state' are not displayed in the 'first state' due to the write disturb phenomenon. The normal information programmed as is changed to the 'second state', causing the data to be destroyed.

한편, 선택된 단위 메모리 셀을 '제2 상태'로 프로그램하기 위해서는 해당 워드라인에 GND를, 해당 비트라인과 소오스 라인 및 공통 웰라인에 Vdd를 인가한다. 이러한 경우 다수의 단위 메모리 셀 중 특정 메모리 셀을 선택할 수가 없어 배열된 전체 강유전체 트랜지스터에 공통으로 전압이 인가되는 문제가 발생된다.Meanwhile, in order to program the selected unit memory cell to the second state, GND is applied to the corresponding word line, and Vdd is applied to the corresponding bit line, the source line, and the common well line. In this case, since a specific memory cell cannot be selected among the plurality of unit memory cells, a voltage is commonly applied to all the ferroelectric transistors arranged.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 단위 메모리 셀을 '제1 상태' 또는 '제2 상태'로 프로그램할 때 1개의 단위 메모리 셀을 독립적으로 선택하여 프로그램할 수 있는, 단일 강유전체 트랜지스터를 구비한 강유전체 메모리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and when a unit memory cell is programmed to a 'first state' or 'second state', a single ferroelectric can be independently selected and programmed. It is an object of the present invention to provide a ferroelectric memory device having a transistor.

또한, 본 발명은 단위 메모리 셀에 대한 프로그램 동작 시 디스터브 현상을 방지한, 단일 강유전체 트랜지스터를 구비한 강유전체 메모리 장치를 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide a ferroelectric memory device having a single ferroelectric transistor, which prevents a disturb phenomenon during a program operation on a unit memory cell.

도 1은 강유전체 소자의 전하 - 전압에 대한 이력(hysteresis) 특성도.1 is a hysteresis plot of charge-voltage of a ferroelectric device.

도 2는 N 채널 단일 트랜지스터 강유전체 소자의 동작 원리를 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining the principle of operation of the N-channel single transistor ferroelectric element.

도 3은 단일 강유전체 트랜지스터의 드레인 전류 - 게이트 전압에 대한 이력(hysteresis) 특성도.3 is a hysteresis plot of drain current-gate voltage of a single ferroelectric transistor.

도 4는 종래 기술에 따른 단일 강유전체 트랜지스터를 구비한 강유전체 메모리 장치의 메모리 셀 배열도.4 is a memory cell arrangement diagram of a ferroelectric memory device having a single ferroelectric transistor according to the prior art.

도 5는 일반적인 단일 강유전체 트랜지스터의 구조 및 기호를 도시한 도면.5 shows the structure and symbols of a typical single ferroelectric transistor;

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 강유전체 트랜지스터를 구비한 강유전체 메모리 장치의 메모리 셀 배열도.6 is a memory cell arrangement diagram of a ferroelectric memory device having a single ferroelectric transistor in accordance with one embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 강유전체 메모리 장치의 2 ×2 메모리 셀 배열도.FIG. 7 is a 2x2 memory cell arrangement diagram of a ferroelectric memory device according to one embodiment of the present invention; FIG.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 강유전체 메모리 장치의 4 ×4 메모리 셀 배열 및 디코더에 대한 회로도.8 is a circuit diagram of a 4x4 memory cell arrangement and decoder of a ferroelectric memory device according to one embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

FM : 강유전체 트랜지스터FM: ferroelectric transistor

WL : 워드라인WL: wordline

WLn : n번째 워드라인WLn: nth word line

BL : 비트라인BL: Bitline

BLm : m번째 비트라인BLm: mth bit line

SL : 소오스라인SL: Source Line

SLm : m번째 소오스라인SLm: mth source line

Vdd : 공급 전압Vdd: Supply Voltage

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 행 방향으로 다수의 워드라인과 열 방향으로 다수의 비트라인 및 소오스라인이 서로 교차되어 매트릭스 형태로 배열되는 다수의 단위 메모리 셀을 구비한 강유전체 메모리 장치에 있어서, 상기 단위 메모리 셀 각각은, 상기 소오스라인 및 상기 비트라인 사이에 연결되며, 게이트가 상기 워드라인에 연결되는 단일 강유전체 트랜지스터를 구비하고, 상기 단일 강유전체 트랜지스터의 웰은 열방향으로 하나의 공통웰라인에 연결되되, 인접한 다른 열의 공통웰라인과 서로 전기적으로 격리되어 연결되며, 상기 단일 강유전체 트랜지스터의 소오스 또는 드레인은 열방향으로 하나의 상기 비트라인 또는 상기 소오스라인에 공통 연결되도록 구성한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a ferroelectric memory device including a plurality of unit memory cells in which a plurality of word lines in a row direction and a plurality of bit lines and a source line in a column direction cross each other and are arranged in a matrix form. Each of the unit memory cells has a single ferroelectric transistor connected between the source line and the bit line, and has a gate connected to the word line, and the well of the single ferroelectric transistor has one common well line in a column direction. The first ferroelectric transistor is connected to the common well line of another adjacent column, and the source or the drain of the single ferroelectric transistor is configured to be commonly connected to the bit line or the source line in the column direction.

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.

도 5는 일반적인 단일 강유전체 트랜지스터의 구조 및 기호를 도시한 도면이다.5 is a diagram showing the structure and symbols of a typical single ferroelectric transistor.

도 5의 (a)를 참조하면, 단일 강유전체 트랜지스터의 구조에서 웰(Well)과 기판의 도전형은 서로 반대로 되어 있으며 소오스와 드레인의 도전형은 웰과 반대의 도전형으로 형성된다. 게이트의 강유전체 박막으로는 바람직하게는 PZT, SBT 등의 강유전체를 사용할 수 있으나, 그 외의 강유전체 특징을 갖는 물질을 사용할 수도 있다.Referring to FIG. 5A, in the structure of a single ferroelectric transistor, the conductivity types of the well and the substrate are opposite to each other, and the conductivity types of the source and drain are opposite to the wells. The ferroelectric thin film of the gate is preferably a ferroelectric such as PZT, SBT, etc., but other ferroelectric characteristics may be used.

그리고, 도 5의 (b)에 도시된 단일 강유전체 트랜지스터를 구비한 메모리 셀을 '제1 상태' 또는 '제2 상태'로 데이터를 프로그램하거나, 저장된 데이터를 읽기 위해서는 게이트, 소오스 및 드레인에 적절한 동작 바이어스 전압을 인가하여야 한다. 단일 강유전체 트랜지스터를 구비한 메모리 셀은 기본적으로 게이트와 웰 전압이 양인 경우 프로그램 되고, 음인 경우 프로그램되지 않는다.In addition, in order to program data into a 'first state' or 'second state' of a memory cell having a single ferroelectric transistor shown in FIG. 5B or to read stored data, an operation appropriate for a gate, a source, and a drain may be performed. A bias voltage must be applied. Memory cells with a single ferroelectric transistor are basically programmed when the gate and well voltages are positive and not when they are negative.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 강유전체 트랜지스터를 구비한 강유전체 메모리 장치의 메모리 셀 배열도로서, 다수의 워드라인(WL1 내지 WLn)과 다수의 비트라인(BL1 내지 BLm) 및 소오스라인(SL1 내지 SLm)이 서로 교차되어 매트릭스 형태로 구성되는 다수의 단위 메모리 셀을 구비하며, 단위 메모리 셀은 소오스라인(SL1 내지 SLm) 및 비트라인(BL1 내지 BLm) 사이에 연결되며, 게이트가 워드라인(WL1 내지 WLn)에 연결되는 단일 강유전체 트랜지스터를 구비하되, 열 방향으로 배열된 단일 강유전체 트랜지스터의 웰은 열공통 웰라인(WELL1 내지 WELLm)에 연결되어 있고, 열 방향으로 배열된 단일 강유전체 트랜지스터의 소오스 또는 드레인은 비트라인(BL1 내지 BLm) 또는 소오스라인(SL1 내지 SLm)에 공통 연결되어 있다.FIG. 6 is a memory cell arrangement diagram of a ferroelectric memory device having a single ferroelectric transistor according to an embodiment of the present invention, and includes a plurality of word lines WL1 to WLn, a plurality of bit lines BL1 to BLm, and a source line. SL1 to SLm cross each other and have a plurality of unit memory cells formed in a matrix form, wherein the unit memory cells are connected between source lines SL1 to SLm and bit lines BL1 to BLm, and gates are word lines. A source of a single ferroelectric transistor having a single ferroelectric transistor connected to (WL1 to WLn), wherein the wells of the single ferroelectric transistors arranged in the column direction are connected to the heat common well lines (WELL1 to WELLm) and arranged in the column direction. Alternatively, the drain is commonly connected to the bit lines BL1 to BLm or the source lines SL1 to SLm.

상기와 같이 구성되는 강유전체 메모리 장치의 메모리 배열은 소오스라인, 드레인 라인을 열 라인으로 공동 사용하고, 웰 라인도 열 라인으로 공동 사용하여, 열 라인으로 웰을 격리(Isolation)시킨다. 즉, 서로 다른 인접한 열의 열공통 웰라인(WELL1 내지 WELLm)이 서로 전기적으로 직접 연결되어 있지 않으므로, 열공통 웰라인(WELL1 내지 WELLm)을 통하여 임의의 열의 웰에 전위를 선택적으로 인가할 수 있다.The memory array of the ferroelectric memory device configured as described above uses a source line and a drain line as a column line, and a well line as a column line to isolate the wells with the column line. That is, since the heat common well lines WELL1 to WELLm of different adjacent columns are not directly connected to each other, a potential may be selectively applied to the wells of any row through the heat common well lines WELL1 to WELLm.

상기 도 6을 참조하여, 단일 강유전체 트랜지스터를 구비한 임의의 한 단위 메모리 셀(10)에 대한 프로그램 동작을 설명한다.Referring to FIG. 6, a program operation for an arbitrary unit memory cell 10 having a single ferroelectric transistor will be described.

먼저, 강유전체 메모리 장치는 리셋(Reset) 상태에서 워드라인을 GND로 유지하고, 열공통 웰라인을 Vdd로 유지하여 단일 강유전체 트랜지스터의 게이트와 웰 사이의 전압차를 음으로 하여 분극을 초기화한다.First, the ferroelectric memory device maintains the word line at GND in the reset state, maintains the column common well line at Vdd, and initializes polarization with a negative voltage difference between the gate and the well of the single ferroelectric transistor.

해당 단위 메모리 셀(10)을 '제1 상태'로 프로그램 하기 위해 단일 강유전체트랜지스터의 게이트에 연결되는 해당 워드라인(WL1)으로 Vdd 전압을 인가하고, 열공통 웰라인(WELL1)으로 GND 전압을 인가한다. 그에 따라, 단일 강유전체 트랜지스터의 게이트와 웰 사이의 전압차가 양이 되어 프로그램된다.In order to program the unit memory cell 10 to the 'first state', the Vdd voltage is applied to the corresponding word line WL1 connected to the gate of the single ferroelectric transistor, and the GND voltage is applied to the thermal common well line WELL1. do. Thus, the voltage difference between the gate and the well of the single ferroelectric transistor is positively programmed.

이때, 비 선택된 단위 메모리 셀들 중 게이트가 선택된 단위 메모리 셀(10)의 워드라인(WL1)에 공통 연결되는 메모리 셀들(20 및 30)은 해당 단일 강유전체 트랜지스터의 웰에 Vdd, 게이트에 Vdd가 인가되어 초기 분극 상태를 그대로 유지하고, 나머지 비 선택된 단위 메모리 셀들(40 내지 60)은 해당 단일 강유전체 트랜지스터의 웰에 Vdd, 게이트에 GND가 인가되어 초기 분극 상태를 그대로 유지함으로써 라이트 디스터브 현상이 발생하지 않는다.At this time, among the unselected unit memory cells, Vdd is applied to the well of the single ferroelectric transistor, and Vdd is applied to the gate of the memory cells 20 and 30 which are commonly connected to the word line WL1 of the selected unit memory cell 10. The initial polarization state is maintained as it is, and the remaining non-selected unit memory cells 40 to 60 are applied with Vdd to the well of the single ferroelectric transistor and GND to the gate to maintain the initial polarization state, thereby preventing the write disturb phenomenon.

다음으로, 해당 단위 메모리 셀(10)을 '제2 상태'로 프로그램하기 위해 단일 강유전체 트랜지스터의 게이트에 연결되는 해당 워드라인(WL1)으로 GND를, 열공통 웰라인(WELL1)으로 Vdd를 인가한다. 그에 따라, 단일 강유전체 트랜지스터의 게이트와 웰 사이의 전압차가 음이 되어 프로그램되지 않은 상태, 즉 '제2 상태'로 프로그램된다.Next, GND is applied to the corresponding word line WL1 connected to the gate of the single ferroelectric transistor and Vdd is applied to the column common well line WELL1 in order to program the corresponding unit memory cell 10 to the 'second state'. . As a result, the voltage difference between the gate and the well of the single ferroelectric transistor becomes negative and is programmed to an unprogrammed state, that is, a 'second state'.

이때, 비 선택된 단위 메모리 셀들 중 게이트가 선택된 단위 메모리 셀(10)의 워드라인(WL1)에 공통 연결되는 메모리 셀들(20 및 30)은 해당 단일 강유전체 트랜지스터의 웰에 GND, 게이트에 GND가 인가되어 초기 분극 상태를 그대로 유지하고, 나머지 비 선택된 단위 메모리 셀들(40 내지 60)은 해당 단일 강유전체 트랜지스터의 웰에 GND, 게이트에 Vdd가 인가되어 초기 분극 상태를 그대로 유지하게 된다.At this time, among the non-selected unit memory cells, the memory cells 20 and 30 commonly connected to the word line WL1 of the selected unit memory cell 10 have GND applied to the well of the single ferroelectric transistor and GND applied to the gate thereof. The initial polarization state is maintained and the remaining non-selected unit memory cells 40 to 60 are applied with GND and Vdd to the well of the single ferroelectric transistor to maintain the initial polarization state.

상기와 같은 단위 메모리 셀에 대한 프로그램 동작은 본 발명의 일실시예로 제시한 단일 강유전체 트랜지스터가 N 채널이기 때문이며, P채널 단일 강유전체 트랜지스터를 채용한 경우에는 '제1 상태' 및 '제2 상태'의 프로그램 동작이 달라진다.The program operation for the unit memory cell as described above is because the single ferroelectric transistor presented in the embodiment of the present invention is N-channel, and when the P-channel single ferroelectric transistor is employed, the 'first state' and 'second state' Program behavior is different.

상술한 바와 같이 단일 강유전체 커패시터의 게이트와 웰에 모두 DC 바이어스 전압을 인가하여 단위 메모리 셀에 대한 프로그램 동작을 수행할 경우, 단일 강유전체 메모리 장치를 구동하기 위한 바이폴라 원 펄스(bipolar one pulse)를 쉽게 만들 수 있고, 디코더 구현도 아주 쉽게 할 수 있다.As described above, when performing a program operation on a unit memory cell by applying a DC bias voltage to both the gate and the well of a single ferroelectric capacitor, a bipolar one pulse for driving a single ferroelectric memory device is easily generated. And decoder implementation is very easy.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 강유전체 메모리 장치의 메모리 셀 배열에서 특정 셀을 선택하여 프로그램하는 것을 구체적으로 설명하기 위한 2 ×2 메모리 셀 배열도이다.FIG. 7 is a diagram illustrating a 2 × 2 memory cell arrangement for explaining in detail selecting and programming a specific cell from a memory cell array of a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 2 ×2 메모리 셀에서 특정 셀(100)을 선택하기 위해서 특정 셀(100)의 공통워드라인(WL1)을 GND에서 Vdd로 천이 구동하고, 특정 셀(100)의 열공통 웰라인(WELL2)을 Vdd에서 GND로 천이 구동한다. 이때, 비 선택된 나머지 셀들의 워드라인(WL2)은 GND, 열공통 웰라인(WELL1)은 Vdd를 그대로 유지하고 있기 때문에, 특정 셀(100)의 게이트와 웰 사이의 전압차는 Vdd이고, 비선택된 나머지 셀들의 게이트와 웰 사이의 전압차는 -Vdd 또는 '0'(특정 셀(100)과 워드라인(WL1)이 공통으로 연결된 셀의 경우)이다. 따라서, 특정 셀(100)에 대한 선택적 프로그램 동작이 가능하다.Referring to the drawings, in order to select a specific cell 100 from a 2 x 2 memory cell, the common word line WL1 of the specific cell 100 is shifted and driven from GND to Vdd, and the thermal common well of the specific cell 100 is driven. The phosphorus (WELL2) is driven to transition from Vdd to GND. At this time, since the word line WL2 of the remaining non-selected cells maintains GND and the column common well line WELL1 maintains Vdd, the voltage difference between the gate and the well of the specific cell 100 is Vdd, and the unselected remaining The voltage difference between the gate and the well of the cells is -Vdd or '0' (for a cell in which a specific cell 100 and word line WL1 are commonly connected). Therefore, selective program operation for a specific cell 100 is possible.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 강유전체 메모리 장치의 4 ×4 메모리 셀배열 및 디코더에 대한 회로도로서, 메모리 셀 배열(200)은 상기 도 6 및 도 7의 배열과 동일하게 구성되며, 동일한 열에 배열된 메모리 셀의 단일 강유전체 트랜지스터의 소오스 라인 및 열공통 웰라인이 디코더(220)로부터 출력되는 디코딩 출력 신호에 공통 연결되도록 구성되어 있다.FIG. 8 is a circuit diagram of a 4 × 4 memory cell array and a decoder of a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention. The memory cell array 200 is configured in the same way as the arrays of FIGS. 6 and 7. A source line and a column common well line of a single ferroelectric transistor of memory cells arranged in a column are configured to be commonly connected to the decoded output signal output from the decoder 220.

도면을 참조하면, 디코더(220)는 외부로부터 입력되는 어드레스 신호(a2 및 a3)를 디코딩하여 다수의 워드라인(WL1 내지 WLn) 중 어느 한 워드라인을 선택적으로 구동하기 위한 제1 디코딩부(221)와, 외부로부터 입력되는 어드레스 신호(a0 및 a1)를 디코딩하여 다수의 열공통 웰라인(WELL1 내지 WELLm) 중 어느 한 열공통 웰라인을 선택적으로 구동하기 위한 제2 디코딩부(222)로 이루어진다. 이러한 디코더(220)의 구조는 종래와 동일한 구성을 가지되, 제2 디코딩부(222)로부터의 디코딩 출력 신호가 열공통 웰라인에 연결되는 구성적 차이를 가진다.Referring to the figure, the decoder 220 decodes the address signals a2 and a3 input from the outside to selectively drive any one word line among the plurality of word lines WL1 to WLn. And a second decoding unit 222 for selectively driving any one of the plurality of thermal common welllines WELL1 to WELLm by decoding the address signals a0 and a1 input from the outside. . The structure of the decoder 220 has the same configuration as in the related art, but has a configuration difference in which the decoding output signal from the second decoding unit 222 is connected to the thermal common well line.

한편, 일반적으로 프로그램된 단일 강유전체 트랜지스터의 문턱전압은 높아지는 반면에, 프로그램되지 않은 단일 강유전체 트랜지스터들의 문턱전압은 일반 모스 트랜지스터의 문턱전압과 동일하다.On the other hand, in general, the threshold voltage of a programmed single ferroelectric transistor is increased, whereas the threshold voltage of an unprogrammed single ferroelectric transistor is the same as that of a general MOS transistor.

임의의 위치에 있는 선택된 메모리 셀의 저장 정보를 판독하기 위해서 선택된 메모리 셀의 공통 워드라인에 판독 전압을 인가하고, 비트라인과 소오스라인 사이에 센싱전압을 인가한다. 예를 들어, 판독하는 메모리 셀이 프로그램된 셀인 경우 단일 강유전체 트랜지스터의 게이트에 인가되는 판독 전압이 문턱전압보다 낮아 단일 강유전체 트랜지스터가 턴-오프되어 전류는 거의 흐르지 않게 되고, 그와는 반대로 판독하는 메모리 셀이 프로그램되지 않은 셀인 경우에는 단일 강유전체 트랜지스터의 게이트에 인가되는 판독 전압이 문턱전압보다 높아 단일 강유전체 트랜지스터가 턴-온되어 전류가 흐르게 된다. 이어서, 비트라인에 연결되어 있는 센스 앰프(도면에는 도시되지 않음)에서 양 전류차를 센싱하여 선택된 메모리 셀에 저장된 정보를 판독하게 된다.In order to read the storage information of the selected memory cell at an arbitrary position, a read voltage is applied to the common word line of the selected memory cell, and a sensing voltage is applied between the bit line and the source line. For example, when the memory cell to be read is a programmed cell, the read voltage applied to the gate of the single ferroelectric transistor is lower than the threshold voltage so that the single ferroelectric transistor is turned off so that the current hardly flows, and vice versa. If the cell is an unprogrammed cell, the read voltage applied to the gate of the single ferroelectric transistor is higher than the threshold voltage so that the single ferroelectric transistor is turned on and current flows. Subsequently, a sense current (not shown) connected to the bit line senses a current difference to read information stored in the selected memory cell.

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, 단일 강유전체 트랜지스터를 구비한 강유전체 메모리 장치의 단위 메모리 셀에서 단일 강유전체 트랜지스터의 게이트와 웰에 모두 DC 바이어스 전압을 인가하여 단위 메모리 셀을 '제1 상태' 또는 '제2 상태'로 프로그램할 때 1개의 단위 메모리 셀을 독립적으로 선택하여 프로그램할 수 있으며, 별도의 회로없이 단위 메모리 셀에 대한 프로그램 동작 시 라이트 디스터브 현상을 방지할 수 있는 탁월한 효과를 구현할 수 있다.According to the present invention, a DC bias voltage is applied to both the gate and the well of a single ferroelectric transistor in a unit memory cell of a ferroelectric memory device having a single ferroelectric transistor, thereby allowing the unit memory cell to be 'first state' or 'second'. When programming to 'state', one unit memory cell can be independently selected and programmed, and an excellent effect of preventing write disturb when a program operation is performed on a unit memory cell without a separate circuit can be realized.

또한, 본 발명의 강유전체 메모리 장치는 고전원전압을 공급할 필요없이 일반적인 전원 레벨인 Vdd와 GND만으로 구동이 가능하다.In addition, the ferroelectric memory device of the present invention can be driven only by general power levels Vdd and GND without supplying a high power voltage.

Claims (6)

행 방향으로 다수의 워드라인과 열 방향으로 다수의 비트라인 및 소오스라인이 서로 교차되어 매트릭스 형태로 배열되는 다수의 단위 메모리 셀을 구비한 강유전체 메모리 장치에 있어서,A ferroelectric memory device having a plurality of unit memory cells in which a plurality of word lines in a row direction and a plurality of bit lines and a source line in a column direction cross each other and are arranged in a matrix form. 상기 단위 메모리 셀 각각은, 상기 소오스라인 및 상기 비트라인 사이에 연결되며, 게이트가 상기 워드라인에 연결되는 단일 강유전체 트랜지스터를 구비하고,Each of the unit memory cells includes a single ferroelectric transistor connected between the source line and the bit line and having a gate connected to the word line, 상기 단일 강유전체 트랜지스터의 웰은 열방향으로 하나의 공통웰라인에 연결되되, 인접한 다른 열의 공통웰라인과 서로 전기적으로 격리되어 연결되며,Wells of the single ferroelectric transistor are connected to one common well line in the column direction, and are electrically connected to each other and to the common well lines of other adjacent columns. 상기 단일 강유전체 트랜지스터의 소오스 또는 드레인은 열방향으로 하나의 상기 비트라인 또는 상기 소오스라인에 공통 연결되도록 구성함을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.The source or drain of the single ferroelectric transistor is configured to be commonly connected to one of the bit line or the source line in the column direction. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 단위 메모리 셀 중 임의의 한 단위 메모리 셀을 임의의 '제1 상태'로 프로그램하기 위하여,The method of claim 1, wherein the program unit is configured to program any one unit memory cell of the plurality of unit memory cells to an arbitrary 'first state'. 선택된 상기 단위 메모리 셀에 구비된 상기 단일 강유전체 트랜지스터의 게이트에 연결되는 해당 워드라인으로 제1 레벨의 전압을 인가하고, 해당 공통웰라인으로 제2 레벨의 전압을 인가하여 상기 선택된 단위 메모리 셀을 상기 '제1 상태'로 프로그램하고,The first unit voltage is applied to a corresponding word line connected to the gate of the single ferroelectric transistor of the selected unit memory cell, and the second unit voltage is applied to the common well line, thereby selecting the selected unit memory cell. Program it to "first state," 비선택된 상기 단위 메모리 셀들 중 상기 선택된 단위 메모리 셀의 워드라인에 공통 연결되는 단위 메모리 셀에 구비된 상기 단일 강유전체 트랜지스터의 공통웰라인으로 상기 제1 레벨의 전압을 인가하여 초기 분극 상태를 유지하고,Maintains an initial polarization state by applying a voltage of the first level to a common well line of the single ferroelectric transistor provided in a unit memory cell commonly connected to a word line of the selected unit memory cell among the unselected unit memory cells, 상기 비선택된 상기 단위 메모리 셀들 중 나머지 비선택된 단위 메모리 셀에 구비된 상기 단일 강유전체 트랜지스터의 공통웰라인으로 상기 제1 레벨의 전압을 인가하고, 게이트에 연결되는 해당 워드라인으로 상기 제2 레벨의 전압을 인가하여 초기 분극 상태를 유지하도록 하는 강유전체 메모리 장치.The first level voltage is applied to a common well line of the single ferroelectric transistor included in the remaining unselected unit memory cells among the unselected unit memory cells, and the voltage of the second level is applied to a corresponding word line connected to a gate. A ferroelectric memory device for maintaining an initial polarization state by applying a. 제 2 항에 있어서, 상기 다수의 단위 메모리 셀 중 임의의 한 단위 메모리 셀을 임의의 '제2 상태'로 프로그램하기 위하여,The method of claim 2, wherein the program unit is configured to program any one unit memory cell of the plurality of unit memory cells to an arbitrary 'second state'. 선택된 상기 단위 메모리 셀에 구비된 상기 단일 강유전체 트랜지스터의 게이트에 연결되는 해당 워드라인으로 상기 제2 레벨의 전압을 인가하고, 해당 공통웰라인으로 상기 제1 레벨의 전압을 인가하여 상기 선택된 단위 메모리 셀을 상기 '제2 상태'로 프로그램하고,The selected unit memory cell is applied by applying a voltage of the second level to a corresponding word line connected to a gate of the single ferroelectric transistor of the selected unit memory cell and applying the voltage of the first level to a corresponding common well line. Program the above 'second state', 비선택된 상기 단위 메모리 셀들 중 상기 선택된 단위 메모리 셀의 워드라인에 공통 연결되는 단위 메모리 셀에 구비된 상기 단일 강유전체 트랜지스터의 공통웰라인으로 상기 제2 레벨의 전압을 인가하여 초기 분극 상태를 유지하고,Maintains an initial polarization state by applying a voltage of the second level to a common well line of the single ferroelectric transistor provided in a unit memory cell commonly connected to a word line of the selected unit memory cell among the unselected unit memory cells, 상기 비선택된 상기 단위 메모리 셀들 중 나머지 비선택된 단위 메모리 셀에구비된 상기 단일 강유전체 트랜지스터의 게이트에 연결되는 해당 워드라인으로 상기 제1 레벨의 전압을 인가하고, 해당 공통웰라인으로 상기 제2 레벨의 전압을 인가하여 초기 분극 상태를 유지하도록 하는 강유전체 메모리 장치.The voltage of the first level is applied to a corresponding word line connected to a gate of the single ferroelectric transistor provided in the remaining unselected unit memory cells among the unselected unit memory cells, and the voltage of the second level is applied to the common well line. A ferroelectric memory device for applying a voltage to maintain an initial polarization state. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,The method of claim 2 or 3, 상기 제1 레벨의 전압은,The voltage of the first level is, 상기 강유전체 메모리 장치에 인가되는 공급전압이고,A supply voltage applied to the ferroelectric memory device, 상기 제2 레벨의 전압은,The voltage of the second level is 접지전압인 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.A ferroelectric memory device, characterized in that the ground voltage. 제 1 항에 있어서, 동일한 열에 배열된 상기 단일 강유전체 트랜지스터의 공통웰라인은,The method of claim 1, wherein the common well line of the single ferroelectric transistor arranged in the same column, 외부로부터 입력되는 어드레스 신호를 디코딩하는 디코딩 수단으로부터 출력되는 디코딩 출력 신호에 연결되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.And a decoded output signal output from decoding means for decoding an address signal input from the outside. 제 5 항에 있어서, 상기 디코딩 수단은,The method of claim 5, wherein the decoding means, 상기 외부로부터 입력되는 어드레스 신호를 디코딩하여 상기 다수의 워드라인 중 어느 한 워드라인을 선택적으로 구동하기 위한 제1 디코딩 회로부; 및A first decoding circuit unit for selectively driving any one of the plurality of word lines by decoding the address signal input from the outside; And 상기 외부로부터 입력되는 어드레스 신호를 디코딩하여 상기 다수의 공통웰라인 중 어느 한 열공통 웰라인을 선택적으로 구동하기 위한 제2 디코딩 회로부를 포함하여 이루어지며,And a second decoding circuit unit configured to decode the address signal input from the outside to selectively drive one column common well line among the plurality of common well lines. 상기 제2 디코딩 회로부의 디코딩 출력 신호는,The decoding output signal of the second decoding circuit unit is 동일한 열에 배열된 상기 단일 강유전체 트랜지스터의 공통웰라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.And a common well line of the single ferroelectric transistor arranged in the same column.
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