KR100377183B1 - A single transistor ferroelectric memory and driving method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로, 특히 단일 트랜지스터 강유전체 메모리 및 그 구동방법에 관한 것이며, 리드/라이트가 랜덤한 단일 트랜지스터 강유전체 메모리 및 그 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명은 리드/라이트가 랜덤한 단일 트랜지스터 강유전체 메모리를 구현한다. 랜덤 엑세스를 위해 열방향 공동 웰라인을 인접 웰라인과 전기적으로 분리시키고, 단일 트랜지스터 강유전체 메모리 셀의 게이트에 워드라인, 소스(웰)에 소스라인(웰라인), 드레인에 비트라인과 센스앰프가 연결되도록 하여 라이트 디스터브가 없고, 강유전체 메모리를 구동할 수 있는 바이폴라 원 펄스 전압을 아주 쉽게 만들 수 있고, 단일전원을 사용하여 리드 동작시 내부의 리드전압 발생기에서 낮은 리드전압을 워드라인에 인가할 수 있도록 하였다. 또한, 단일 트랜지스터 강유전체 메모리에 데이터를 쓸 때는 강유전체의 분극현상을 이용하고, 데이터를 읽을 때는 문턱전압 변화의 특성을 이용하여 저전력, 고속 동작 특성을 구현하였다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor technology, and more particularly, to a single transistor ferroelectric memory and a driving method thereof, and an object thereof is to provide a single transistor ferroelectric memory having random read / write and a driving method thereof. The present invention implements a single transistor ferroelectric memory with random reads / writes. The thermal cavity well line is electrically isolated from the adjacent well line for random access, and the word line at the gate of the single transistor ferroelectric memory cell, the source line (well line) at the source (well), and the bit line and sense amplifier at the drain It is easy to create a bipolar one-pulse voltage to drive the ferroelectric memory without the write disturb by making it connected, and to use a single power supply to apply a low lead voltage to the word line from the internal read voltage generator during the read operation. It was made. In addition, low power and high speed operation characteristics are realized by using a polarization phenomenon of the ferroelectric when writing data to a single transistor ferroelectric memory, and by using a change of threshold voltage when reading data.

Description

단일 트랜지스터 강유전체 메모리 및 그 구동방법{A single transistor ferroelectric memory and driving method thereof}A single transistor ferroelectric memory and driving method thereof

본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로, 특히 단일 트랜지스터 강유전체 메모리 및 그 구동방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to semiconductor technology, and more particularly, to a single transistor ferroelectric memory and a driving method thereof.

일반적인 모스 트랜지스터는 게이트 절연막으로 실리콘산화막(SiO2)을 사용하여 게이트에 인가되는 전압에 따라 그 동작을 제어하는 방식을 사용하고 있다. 한편, 단일 트랜지스터 강유전체 트랜지스터는 게이트 절연막으로 강유전체 재료(예컨대, PZT, SBT 등)를 사용하여 강유전체 소재의 분극 특성에 따라 그 동작을 제어하는 방식을 사용한다.A general MOS transistor uses a silicon oxide film (SiO 2 ) as a gate insulating film to control its operation according to a voltage applied to a gate. On the other hand, the single transistor ferroelectric transistor uses a method of controlling the operation according to the polarization characteristics of the ferroelectric material using a ferroelectric material (for example, PZT, SBT, etc.) as the gate insulating film.

비휘발성 강유전체 메모리는 전원을 끊어도 분극전하가 보존되는 강유전체의 전압과 저장 전하간의 이력(hysteresis) 특성을 이용한 메모리 소자로서, 통상적으로 하나의 트랜지스터와 하나의 캐패시터로 구성하거나, 단일 트랜지스터로 구성하였다.A nonvolatile ferroelectric memory is a memory device using hysteresis characteristics between a voltage and a storage charge of a ferroelectric, in which polarization charges are preserved even when a power supply is turned off. The nonvolatile ferroelectric memory is generally composed of one transistor and one capacitor or a single transistor.

첨부된 도면 도 1은 일반적인 강유전체 소자의 전하-전압이력곡선(hysteresis)를 도시한 것으로, 전압이 0V일 때 전하량은 2개의 서로 다른 값(A, B)을 가진다. 이를 이용하여 강유전체 메모리의 제1 상태, 제2 상태로 구현 할 수 있다. 강유전체 소자의 분극상태는 박막 사이에 인가되는 전압에 따라 일정 방향으로 배치되어 제1 상태, 제2 상태로 된다.1 is a diagram illustrating charge-voltage hysteresis of a typical ferroelectric device, and the charge amount has two different values A and B when the voltage is 0V. By using this, the first and second states of the ferroelectric memory may be implemented. The polarization state of the ferroelectric element is arranged in a predetermined direction according to the voltage applied between the thin films to become a first state and a second state.

첨부된 도면 도 2a 및 도 2b는 N-채널 단일 트랜지스터 강유전체 소자의 동작 원리를 나타내는 개념도로서, 게이트와 P형 실리콘 기판(P-Si) 사이의 전압이 양이면(도 2a) P형 실리콘 기판(P-Si) 표면에 전하가 유기되고, 음이면(도 2b) 전하가 유기되지 않게 된다.2A and 2B are conceptual diagrams illustrating an operating principle of an N-channel single transistor ferroelectric element, and when the voltage between the gate and the P-type silicon substrate (P-Si) is positive (Fig. 2A), the P-type silicon substrate ( P-Si) charges are induced on the surface, and if negative (FIG. 2B), charges are not induced.

첨부된 도면 도 3은 종래의 비휘발성 메모리 블록 구성을 도시한 것이다.3 is a block diagram of a conventional nonvolatile memory block.

종래의 비휘발성 메모리는 메모리 동작에 필요한 각종 제어신호를 생성하는 메인 제어부(30)와, 하이 프로그램 전압(Vpp)을 입력으로 하여 라이트전압을 발생시키기 위한 라이트전압 발생부(31)와, 입력된 주소(address)를 통해 워드라인을 선택하기 위한 워드라인 제어부(30)와, 라이트전압 발생부(31)로부터 라이트전압을 인가 받아 선택된 워드라인에 선택적으로 전압을 인가하기 위한 워드라인 전압 선택부(33)와, 다수의 워드라인, 비트라인, 소스라인 및 트랜지스터가 배치된 메모리 셀 어레이(34)와, 리드 동작시 센스앰프를 통하여 출력되는 메모리의 출력 형태(예컨대, 바이트, 워드 또는 비트 형태)를 결정하기 위한 비트라인 제어부(35)와, 리드 동작시 선택된 셀과 비선택된 셀의 비트라인 전압을 감지하기 위한 센스앰프부(36)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 메모리 셀 어레이(34)는 공통 웰을 사용하고 있으며, 라이트 동작시 하이 프로그램 전압(Vpp)이 워드라인에 인가된다(참고적으로 평상시에는 워드라인에 Vdd가 인가됨).The conventional nonvolatile memory includes a main controller 30 for generating various control signals required for a memory operation, a write voltage generator 31 for generating a write voltage by inputting a high program voltage Vpp, A word line controller 30 for selecting a word line through an address and a word line voltage selector for selectively applying a voltage to the selected word line by receiving a write voltage from the write voltage generator 31. 33), a memory cell array 34 in which a plurality of word lines, bit lines, source lines, and transistors are arranged, and an output form (eg, byte, word, or bit form) of a memory output through a sense amplifier during a read operation. And a sense amplifier unit 36 for sensing the bit line voltages of the selected cell and the unselected cell during the read operation. Here, the memory cell array 34 uses a common well, and a high program voltage Vpp is applied to a word line during a write operation (referencely, Vdd is normally applied to a word line).

첨부된 도면 도 4a는 종래기술에 따른 단일 트랜지스터 강유전체 메모리의 셀 어레이의 배열 상태을 도시한 것으로, 공통 웰(WELL) 위에 복수의 워드라인(WL1, …WLn)과 복수의 비트라인(BL1, …BLm) 및 소스라인(SL1, …SLm)이 교차되도록 매트릭스 구조로 강유전체 트랜지스터(FM1, …FMm, …FMn, …FMn+m) 배열 구조를 사용하였다.4A illustrates an arrangement state of a cell array of a single transistor ferroelectric memory according to the related art, and includes a plurality of word lines WL1,... WLn and a plurality of bit lines BL1,... BLm on a common well WELL. ), And ferroelectric transistors FM1, ... FMm, ... FMn, ... FMn + m are used as the matrix structure so that the < RTI ID = 0.0 >

상기와 같은 종래의 셀 배열 상태에서 선택된 셀을 제1 상태로 프로그램하기 위해서는 원하는 워드라인에 공급전압(Vdd)를 인가하고 비트라인과 소스라인에 0V의 전압을 인가한다. 비선택 셀에는 제1 상태의 프로그램을 방지하기 위하여 워드라인에 0V의 전압을, 소스라인과 비트라인에 Vdd의 전압을 각각 인가한다.In the conventional cell arrangement, the supply voltage Vdd is applied to a desired word line, and a voltage of 0 V is applied to the bit line and the source line. A voltage of 0 V is applied to the word line and a voltage of Vdd is applied to the source line and the bit line, respectively, in order to prevent the program in the first state.

이 경우, 첨부된 도면 도 4b에 도시된 바와 같이 워드라인에 접지전압(GND, 0V)의 전압이 인가되고 소스 및 드레인에 Vdd가 인가된 비선택 셀에는 라이트 디스터브(Write Disturb) 현상이 발생하는 문제점이 있었다.In this case, as shown in FIG. 4B, a write disturb phenomenon occurs in an unselected cell in which a voltage of ground voltages GND and 0V is applied to a word line and Vdd is applied to a source and a drain. There was a problem.

한편, 선택된 셀을 제2 상태로 프로그램하기 위해서는 게이트에는 0V의 전압을, 소스 및 드레인과 웰에는 각각 Vdd를 인가한다. 이 경우, 각각의 셀을 선택할 수 없으므로 배열 구조의 전체 트랜지스터에 전압이 공통으로 인가된다.In order to program the selected cell to the second state, a voltage of 0V is applied to the gate and Vdd is applied to the source, the drain, and the well, respectively. In this case, since each cell cannot be selected, a voltage is commonly applied to all transistors of the array structure.

드레인 디스터브가 발생된 셀은 제1 상태로 프로그램된 셀들이 제2 상태로 프로그램될 가능성이 커지게 되며, 인근의 셀들을 제1 상태로 프로그램하는 경우에 반복적으로 드레인 디스터브를 경험하게 된 셀들은 제1 상태로 프로그램된 정보가 제2 상태로 바뀌게 되어서 데이터가 파괴되는 프로그램 디스터브가 발생하는 문제점이 있다.The cells in which the drain disturb is generated are more likely to be programmed into the second state, and the cells that repeatedly experience the drain disturbance when the neighboring cells are programmed into the first state are removed. There is a problem that a program disturb occurs in which data programmed in a state 1 is changed to a second state and data is destroyed.

이와 같이, 종래의 단일 트랜지스터 강유전체 메모리는 비선택 셀의 프로그램 방지를 위하여 워드라인이 비선택 셀 전체의 소스라인 및 비트라인에 Vdd을 인가하여야 하며, 이에 따라 워드라인이 비선택된 셀에 라이트 디스터브가 발생하는 문제점이 있다.As described above, in the conventional single transistor ferroelectric memory, the word line needs to apply Vdd to the source line and the bit line of the entire unselected cell in order to prevent the programming of the unselected cell. There is a problem that occurs.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 리드/라이트가 랜덤한 단일 트랜지스터 강유전체 메모리 및 그 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a single transistor ferroelectric memory having random read / write and a driving method thereof.

도 1은 일반적인 강유전체 소자의 전하-전압 이력(hystersis) 특성도.1 is a charge-hysteresis characteristic diagram of a typical ferroelectric device.

도 2a 및 도 2b는 N-채널 단일 트랜지스터 강유전체 소자의 동작 원리를 나타내는 개념도.2A and 2B are conceptual diagrams showing the operating principle of an N-channel single transistor ferroelectric element.

도 3은 종래의 비휘발성 메모리 블록 구성도.3 is a block diagram of a conventional nonvolatile memory block.

도 4a는 종래기술에 따른 단일 트랜지스터 강유전체 메모리의 셀 어레이의 회로도.4A is a circuit diagram of a cell array of a single transistor ferroelectric memory according to the prior art.

도 4b는 상기 도 4a의 메모리셀 어레이에서 비선택된 셀의 전압 인가 상태를 나타낸 도면.4B is a diagram illustrating a voltage application state of unselected cells in the memory cell array of FIG. 4A.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 트랜지스터 강유전체 메모리의 블록 구성도.5 is a block diagram of a single transistor ferroelectric memory according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 트랜지스터 강유전체 메모리의 셀 어레이의 회로도.6 is a circuit diagram of a cell array of a single transistor ferroelectric memory in accordance with one embodiment of the present invention.

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

50 : 메인 제어부 51 : 리드전압 발생부50: main control unit 51: lead voltage generation unit

52 : 워드라인 제어부 53 : 소스라인 제어부52: word line control unit 53: source line control unit

54 : 워드라인 전압 선택부 55 : 메모리 셀 어레이54: word line voltage selector 55: memory cell array

56 : 비트라인 제어부 57 : 센스앰프부56: bit line control unit 57: sense amplifier unit

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 단일 트랜지스터 강유전체 메모리에 있어서, 메모리의 동작에 필요한 다수의 제어 신호를 생성하기 위한 메인 제어 수단; 리드/라이트 동작시 입력된 어드레스에 따라 특정 셀을 선택하는 디코드 회로를 포함하며, 선택된 셀에 소정의 전압을 제공하기 위한 워드라인 제어 수단 및 소스라인 제어 수단; 리드 동작시 다수의 리드전압을 발생시키기 위한 리드전압 발생 수단; 상기 리드전압 발생 수단으로부터 소정의 리드전압을 인가 받아 선택된 워드라인에 선택적으로 전압을 인가하기 위한 워드라인 전압 선택 수단; 다수의 워드라인, 비트라인, 소스라인 및 강유전체 트랜지스터가 배치된 메모리 셀어레이; 리드 동작시 메모리의 출력 형태를 결정하기 위한 비트라인 제어 수단; 및 리드 동작시 선택된 셀과 비선택된 셀의 비트라인 전압을 감지하기 위한 감지증폭 수단을 구비하며, 상기 메모리 셀 어레이는, 상기 비트라인 및 상기 소스라인과 평행한 방향으로 배치되어 열공통 웰을 구성하며 해당 열의 소스라인과는 연결되고 인접한 열공통 웰과는 전기적으로 격리된 다수의 웰라인을 구비하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a single transistor ferroelectric memory, comprising: main control means for generating a plurality of control signals required for operation of the memory; A decode circuit for selecting a specific cell according to an address input during a read / write operation, the word line control means and a source line control means for providing a predetermined voltage to the selected cell; Read voltage generation means for generating a plurality of read voltages in a read operation; Word line voltage selecting means for selectively applying a predetermined read voltage from the read voltage generating means to selectively apply a voltage to a selected word line; A memory cell array including a plurality of word lines, bit lines, source lines, and ferroelectric transistors; Bit line control means for determining an output form of the memory during a read operation; And sensing amplification means for sensing bit line voltages of selected and unselected cells during a read operation, wherein the memory cell array is arranged in a direction parallel to the bit lines and the source lines to form a thermal common well. And a plurality of well lines connected to the source lines of the corresponding columns and electrically isolated from adjacent hot common wells.

바람직하게, 상기 메모리 셀 어레이에 공급전압(Vdd) 및 접지전압(GND)의 단일전원만을 인가한다.Preferably, only a single power supply of supply voltage Vdd and ground voltage GND is applied to the memory cell array.

또한, 본 발명은 상기 단일 트랜지스터 강유전체 메모리의 동작방법에 있어서, 선택된 셀을 제1 상태로 프로그램하기 위하여, 상기 셀이 연결된 워드라인을 접지전압(GND)에서 공급전압(Vdd)으로 천이시키고, 상기 셀이 연결된 웰라인 및 소스라인을 공급전압(Vdd)에서 접지전압(GND)로 천이시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention provides a method of operating a single transistor ferroelectric memory, in which a word line connected to a cell is transitioned from a ground voltage (GND) to a supply voltage (Vdd) in order to program a selected cell to a first state. The well line and the source line to which the cell is connected are shifted from the supply voltage Vdd to the ground voltage GND.

바람직하게, 상기 셀을 제2 상태로 프로그램하기 위하여, 상기 셀이 연결된 워드라인을 접지전압(Gnd)으로 천이시키고, 상기 셀이 연결된 웰라인 및 소스라인에 공급전압(Vdd)을 인가한다.Preferably, in order to program the cell to the second state, the word line to which the cell is connected is shifted to the ground voltage Gnd, and the supply voltage Vdd is applied to the well line and the source line to which the cell is connected.

바람직하게, 상기 셀의 데이터를 읽기 위하여, 상기 셀이 연결된 워드라인에 상기 리드전압을 인가하고, 상기 셀 이외의 셀이 연결된 웰라인 및 소스라인에 접지전압(GND)을 인가한다.Preferably, in order to read the data of the cell, the read voltage is applied to the word line to which the cell is connected, and the ground voltage GND is applied to the well line and the source line to which cells other than the cell are connected.

즉, 본 발명은 리드/라이트가 랜덤한 단일 트랜지스터 강유전체 메모리를 구현한다. 랜덤 엑세스를 위해 열방향 공동 웰라인을 인접 웰라인과 전기적으로 분리시키고, 단일 트랜지스터 강유전체 메모리 셀의 게이트에 워드라인, 소스(웰)에 소스라인(웰라인), 드레인에 비트라인과 센스앰프가 연결되도록 하여 라이트 디스터브가 없고, 강유전체 메모리를 구동할 수 있는 바이폴라 원 펄스 전압(+Vdd와 -Vdd로 스윙하는 펄스로, 단일 트랜지스터를 구동하기 위해서는 게이트와 웰 사이의 전압차가 바이폴라 원 펄스로 되어야 함)을 아주 쉽게 만들 수 있고, 단일전원을 사용하여 리드 동작시 내부의 리드전압 발생기에서 낮은 리드전압을 워드라인에 인가할 수 있도록 하였다. 또한, 단일 트랜지스터 강유전체 메모리에 데이터를 쓸 때는 강유전체의 분극현상을 이용하고, 데이터를 읽을 때는 문턱전압 변화의 특성을 이용하여 저전력, 고속 동작 특성을 구현하였다.That is, the present invention implements a single transistor ferroelectric memory with random reads / writes. The thermal cavity well line is electrically isolated from the adjacent well line for random access, and the word line at the gate of the single transistor ferroelectric memory cell, the source line (well line) at the source (well), and the bit line and sense amplifier at the drain Bipolar one-pulse voltage (with pulses swinging at + Vdd and -Vdd) that can drive a ferroelectric memory without the need for write disturb, so that the voltage difference between the gate and the well must be a bipolar one-pulse to drive a single transistor ), And a single power supply allows the internal read voltage generator to apply a low read voltage to the word line during the read operation. In addition, low power and high speed operation characteristics are realized by using a polarization phenomenon of the ferroelectric when writing data to a single transistor ferroelectric memory, and by using a change of threshold voltage when reading data.

이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be introduced in order to enable those skilled in the art to more easily carry out the present invention.

첨부된 도면 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 트랜지스터 강유전체 메모리의 블록 구성을 도시한 것으로, 이하 이를 참조하여 설명한다.5 is a block diagram illustrating a single transistor ferroelectric memory according to an embodiment of the present invention, which will be described below with reference to the drawings.

본 실시예에 따른 단일 트랜지스터 강유전체 메모리는 단일 트랜지스터 강유전체 메모리의 기본적인 제어 신호를 만들기 위한 메인 제어부(50)와, 리드/라이트 동작시 입력된 어드레스에 따라 특정 셀을 선택하는 디코드 회로를 포함하며 선택된 셀들을 위한 적당한 전압을 만들기 위한 워드라인 제어부(52) 및 소스라인 제어부(53)와, 리드 동작시 다수의 리드전압을 발생시키기 위한 리드전압 발생부(51)와, 리드전압 발생부(51)로부터 리드전압을 인가 받아 선택된 워드라인에 선택적으로 전압을 인가하기 위한 워드라인 전압 선택부(54)와, 다수의 워드라인, 비트라인, 소스라인 및 강유전체 트랜지스터가 배치된 메모리 셀 어레이(55)와, 리드 동작시 센스앰프부(57)를 통하여 출력되는 메모리의 출력 형태(예컨대, 바이트, 워드 또는 비트 형태)를 결정하기 위한 비트라인 제어부(56)와, 리드 동작시 선택된 셀과 비선택된 셀의 비트라인 전압을 감지하기 위한 센스앰프부(57)를 구비한다.The single transistor ferroelectric memory according to the present embodiment includes a main controller 50 for making a basic control signal of the single transistor ferroelectric memory, and a decode circuit for selecting a specific cell according to an address input during a read / write operation. From the word line control unit 52 and the source line control unit 53 for making an appropriate voltage for the display device, the read voltage generation unit 51 for generating a plurality of read voltages during the read operation, and the read voltage generation unit 51. A word line voltage selector 54 for selectively applying a read voltage to a selected word line, a memory cell array 55 including a plurality of word lines, bit lines, source lines, and ferroelectric transistors; Determining the output type (eg, byte, word or bit type) of the memory output through the sense amplifier 57 during the read operation And a bit line control unit 56, and a sense amplifier section 57 for sensing the bit line voltage of the selected cell and the non-selected cell during the read operation.

이중 워드라인 제어부(52), 비트라인 제어부(56), 소스라인 제어부(53), 리드전압 발생부(57), 워드라인 전압 선택부(54)는 각각 간단한 로직으로 구현할 수 있으며, 도 4에 도시된 기존의 비휘발성 메모리와는 달리 저전압 동작을 하는 강유전체 메모리는 하이 전원이 필요치 않아 단일 전원으로 구현할 수 있다.The dual word line controller 52, the bit line controller 56, the source line controller 53, the read voltage generator 57, and the word line voltage selector 54 may be implemented by simple logic, respectively. Unlike the conventional nonvolatile memory shown, the ferroelectric memory with low voltage operation does not need a high power supply, and can be implemented as a single power supply.

첨부된 도면 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 트랜지스터 강유전체 메모리의 셀 어레이의 배열을 도시한 것으로, 이하 이를 참조하여 설명한다.6 is a diagram illustrating an arrangement of a cell array of a single transistor ferroelectric memory according to an embodiment of the present invention, which will be described below with reference to the drawings.

본 실시예에 따른 단일 트랜지스터 강유전체 메모리의 셀 어레이는 일반적인 비휘발성 메모리 배열과 동일하게 각 셀들이 행과 열로 배열되어 있으며, 하나의 워드라인에는 다수(m개)의 강유전체 트랜지스터의 게이트가 연결되어 있다. 또한, 소스라인(SL1, SL2, …, SLm), 비트라인(BL1, BL2, …, BLm)을 열(colummn)라인으로 공통 사용하고, 웰라인(WELL1, WELL2, …, WELLm)도 열라인으로 공통 사용하며, 워드라인(WL1, WL2, …, WLn)이 이들과 교차하도록 배치된다. 그리고, 웰라인은 소스라인과 연결되어 있다.In the cell array of the single transistor ferroelectric memory according to the present embodiment, each cell is arranged in rows and columns in the same manner as a general nonvolatile memory array, and one word line has gates of a plurality of m ferroelectric transistors. . In addition, the source lines SL1, SL2, ..., SLm and the bit lines BL1, BL2, ..., BLm are commonly used as column lines, and the well lines WELL1, WELL2, ..., WELLm are also column lines. Commonly used, word lines WL1, WL2, ..., WLn are arranged to intersect with them. The well line is connected to the source line.

또한, 도시된 바와 같이 열라인으로 웰 격리(Isolation)를 이루고 있다. 즉,열방향으로는 웰들이 서로 연결되어 있으며, 횡방향으로는 웰들이 서로 격리되어 있다. 따라서, 인접한 열의 열 공통 웰라인은 서로 전기적으로 직접 연결되지 않는다. 인접한 열의 공통 웰라인이 서로 연결되어 있지 않으므로 공통 웰라인을 통하여 임의의 열의 웰에 전위를 선택적으로 인가할 수 있게 된다.In addition, well isolation is achieved by heat lines as shown. That is, the wells are connected to each other in the column direction, and the wells are separated from each other in the transverse direction. Thus, the thermal common welllines of adjacent rows are not electrically connected directly to each other. Since common welllines of adjacent columns are not connected to each other, potentials can be selectively applied to wells of any row through the common welllines.

이하, 상기의 단일 트랜지스터 강유전체 메모리의 라이트 동작을 설명한다. 초기 상태에서 워드라인은 접지전압(GND) 상태이고, 소스라인(웰라인)은 공급전압(Vdd 상태이기 때문에 게이트와 웰(소스) 사이의 전압차는 음(-)이 되고, 이에 따라 강유전체의 분극이 초기화된다. 특정 셀을 제1 상태로 프로그램하기 위해서 선택된 워드라인을 Gnd에서 Vdd로, 소스라인(웰라인)을 Vdd에서 Gnd로 천이시키면, 선택된 게이트와 웰(소스) 사이의 전압차가 양(+)이 되어 제1 상태로 프로그램 된다. 이때, 비선택된 셀들의 웰라인(소스라인)에는 Vdd가, 워드라인에는 Gnd가 인가되어 초기 분극 상태를 그대로 유지하여 쓰기 디스터브가 발생하지 않는다. 한편, 제2 상태로 프로그램하기 위해서는 워드라인에 Gnd, 웰라인(소스라인)에 Vdd를 인가한다. 워드라인 제어부(52) 및 소스라인 제어부(53)는 게이트와 소스(웰)에 모두 DC 바이어스를 인가하여 단일 트랜지스터 강유전체 메모리를 구동할 수 있는 바이폴라 원 펄스(bipolar one pulse)를 쉽게 만들 수 있으며, 디코더 역시 어렵지 않게 구현할 수 있다. 이와 같이 게이트와 소스 사이의 전압이 바이폴라 원 펄스 형태로 되어 라이트 디스터브 없이 강유전체 분극특성으로 쓰기 동작이 가능하게 된다. 한편, 라이트전압은 Vdd로 일정하기 때문에 별도의 라이트전압 발생부를 필요로 하지 않는다.Hereinafter, the write operation of the single transistor ferroelectric memory will be described. In the initial state, the word line is in the ground voltage (GND) state, and the source line (well line) is the supply voltage (Vdd state), so the voltage difference between the gate and the well (source) becomes negative (-), and thus the polarization of the ferroelectric The selected word line is shifted from Gnd to Vdd and the source line (well line) from Vdd to Gnd to program the particular cell into the first state, resulting in a positive voltage difference between the selected gate and the well (source). In this case, Vdd is applied to the well line (source line) of the non-selected cells and Gnd is applied to the word line, so that the initial polarization state is maintained as it is, so that no write disturb occurs. To program in the second state, Gnd is applied to the word line and Vdd is applied to the well line (source line) The word line controller 52 and the source line controller 53 apply a DC bias to both the gate and the source (well). By single tran It is easy to create a bipolar one pulse that can drive a sturdy ferroelectric memory, and the decoder can also be implemented with ease, as the voltage between the gate and the source is in the form of a bipolar one pulse, so ferroelectric polarization without light disturb The write operation is possible due to the characteristic, and since the write voltage is constant at Vdd, a separate write voltage generator is not required.

이하, 상기의 단일 트랜지스터 강유전체 메모리의 리드 동작을 설명한다. 강유전체 분극특성에 의하여 트랜지스터의 문턱전압 변화가 발생한다. 이 문턱전압 변화의 특성을 이용하여 데이터 리드 동작을 수행할 수 있다. 일반적으로 프로그램된 셀의 문턱전압은 높아지고, 프로그램되지 않은 셀의 문턱전압은 일반 모스 트랜지스터의 문턱전압과 동일하다. 임의의 위치에 있는 선택된 메모리 셀의 저장 정보를 판독하기 위해서는 선택된 셀의 워드라인에 소정의 리드전압을 인가하고, 소스라인(웰라인)에는 접지전압(GND)을 인가하여, 비트라인 전압을 감지한다. 즉, 읽혀지는 셀이 프로그램된 셀이면 게이트에 인가되는 리드전압이 문턱전압보다 낮아 셀이 오프(off)되어 전류는 거의 흐르지 않는다. 반대로 프로그램되지 않은 셀이면 게이트 전압이 문턱전압보다 높아 셀은 온(on)되어 전류가 흐르게 된다. 센스앰프부(57)에서는 이를 감지하여 출력한다. 이와 같이 본 실시예에 따른 단일 트랜지스터 강유전체 메모리는 강유전체 분극에 의한 문턱전압 변화의 특성을 이용하여 데이터를 센싱하고, 단일전원(Vdd, GND)을 사용하여 리드전압 발생부(51)에서 다수의 낮은 리드전압을 발생시켜 워드라인에 인가할 수 있다.Hereinafter, the read operation of the single transistor ferroelectric memory will be described. Due to the ferroelectric polarization characteristic, the threshold voltage change of the transistor occurs. The data read operation may be performed by using the characteristic of the threshold voltage change. In general, the threshold voltage of a programmed cell becomes high, and the threshold voltage of an unprogrammed cell is the same as that of a general MOS transistor. To read the storage information of the selected memory cell at an arbitrary position, a predetermined read voltage is applied to the word line of the selected cell, and a ground voltage GND is applied to the source line (well line) to sense the bit line voltage. do. That is, if the cell to be read is a programmed cell, the read voltage applied to the gate is lower than the threshold voltage so that the cell is turned off and the current hardly flows. On the contrary, if the cell is not programmed, the gate voltage is higher than the threshold voltage, and the cell is turned on to allow current to flow. The sense amplifier 57 detects this and outputs it. As described above, the single transistor ferroelectric memory according to the present embodiment senses data by using the characteristics of the threshold voltage change due to the ferroelectric polarization, and a plurality of low voltages in the read voltage generator 51 using the single power sources Vdd and GND. A read voltage may be generated and applied to the word line.

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 are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary knowledge.

전술한 본 발명은 랜덤한 읽기/쓰기가 가능하고, 기존의 비휘발성 메모리(EEPROM,FLASH)에 비해 저전력, 고속 동작 특성을 가질 뿐만 아니라, 라이트 디스터브가 없는 단일 트랜지스터 강유전체 메모리를 구현할 수 있다.The present invention described above enables random read / write, has a low power and high-speed operation characteristics as compared to conventional nonvolatile memories (EEPROM, FLASH), and can implement a single transistor ferroelectric memory without write disturb.

Claims (5)

단일 트랜지스터 강유전체 메모리에 있어서,In a single transistor ferroelectric memory, 메모리의 동작에 필요한 다수의 제어 신호를 생성하기 위한 메인 제어 수단;Main control means for generating a plurality of control signals required for operation of the memory; 리드/라이트 동작시 입력된 어드레스에 따라 특정 셀을 선택하는 디코드 회로를 포함하며, 선택된 셀에 소정의 전압을 제공하기 위한 워드라인 제어 수단 및 소스라인 제어 수단;A decode circuit for selecting a specific cell according to an address input during a read / write operation, the word line control means and a source line control means for providing a predetermined voltage to the selected cell; 리드 동작시 다수의 리드전압을 발생시키기 위한 리드전압 발생 수단;Read voltage generation means for generating a plurality of read voltages in a read operation; 상기 리드전압 발생 수단으로부터 소정의 리드전압을 인가 받아 선택된 워드라인에 선택적으로 전압을 인가하기 위한 워드라인 전압 선택 수단;Word line voltage selecting means for selectively applying a predetermined read voltage from the read voltage generating means to selectively apply a voltage to a selected word line; 다수의 워드라인, 비트라인, 소스라인 및 강유전체 트랜지스터가 배치된 메모리 셀 어레이;A memory cell array in which a plurality of word lines, bit lines, source lines, and ferroelectric transistors are disposed; 리드 동작시 메모리의 출력 형태를 결정하기 위한 비트라인 제어 수단; 및Bit line control means for determining an output form of the memory during a read operation; And 리드 동작시 선택된 셀과 비선택된 셀의 비트라인 전압을 감지하기 위한 감지증폭 수단을 구비하며,Sensing amplification means for sensing bit line voltages of selected and unselected cells during a read operation; 상기 메모리 셀 어레이는,The memory cell array, 상기 비트라인 및 상기 소스라인과 평행한 방향으로 배치되어 열공통 웰을 구성하며 해당 열의 소스라인과는 연결되고 인접한 열공통 웰과는 전기적으로 격리된 다수의 웰라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 단일 트랜지스터 강유전체 메모리.A plurality of well lines arranged in a direction parallel to the bit line and the source line to form a hot common well and connected to the source line of the corresponding column and electrically isolated from adjacent hot common wells. Transistor ferroelectric memory. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 메모리 셀 어레이에 공급전압(Vdd) 및 접지전압(GND)의 단일전원만을 인가하는 것을 특징으로 하는 단일 트랜지스터 강유전체 메모리.And applying only a single power supply of supply voltage (Vdd) and ground voltage (GND) to the memory cell array. 제1항의 단일 트랜지스터 강유전체 메모리의 동작방법에 있어서,In the method of operating the single transistor ferroelectric memory of claim 1, 선택된 셀을 제1 상태로 프로그램하기 위하여,To program the selected cell to the first state, 상기 셀이 연결된 워드라인을 접지전압(GND)에서 공급전압(Vdd)으로 천이시키고, 상기 셀이 연결된 웰라인 및 소스라인을 공급전압(Vdd)에서 접지전압(GND)로 천이시키는 것을 특징으로 하는 단일 트랜지스터 강유전체 메모리의 동작방법.The word line to which the cell is connected is shifted from the ground voltage GND to the supply voltage Vdd, and the well line and the source line to which the cell is connected are shifted from the supply voltage Vdd to the ground voltage GND. Method of operation of a single transistor ferroelectric memory. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 셀을 제2 상태로 프로그램하기 위하여,To program the cell to a second state, 상기 셀이 연결된 워드라인을 접지전압(Gnd)으로 천이시키고, 상기 셀이 연결된 웰라인 및 소스라인에 공급전압(Vdd)을 인가하는 것을 특징으로 하는 단일 트랜지스터 강유전체 메모리의 동작방법.And translating the word line to which the cell is connected to the ground voltage (Gnd) and applying a supply voltage (Vdd) to the well line and the source line to which the cell is connected. 제3항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 상기 셀의 데이터를 읽기 위하여,To read the data of the cell, 상기 셀이 연결된 워드라인에 상기 리드전압을 인가하고, 상기 셀 이외의 셀이 연결된 웰라인 및 소스라인에 접지전압(GND)을 인가하는 것을 특징으로 하는 단일 트랜지스터 강유전체 메모리의 동작방법.And applying the read voltage to a word line to which the cell is connected, and applying a ground voltage (GND) to a well line and a source line to which cells other than the cell are connected.
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