KR100669548B1 - Non-volatile ferroelectric memory - Google Patents
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Abstract
본 발명은 불휘발성 강유전체 메모리에 관한 것으로서, 특히 컬럼 방향의 레퍼런스 셀을 이용하여 셀 데이타의 레퍼런스 레벨을 정확하게 감지할 수 있도록 하는 기술을 개시한다. 이러한 본 발명은, 셀 어레이 블럭에 컬럼 방향의 레퍼런스 발생부를 구비하고, 한개의 레퍼런스 서브 셀 어레이에 데이타 로우의 값을 기록하고 또 다른 한개의 레퍼런스 서브 셀 어레이에 데이타 하이의 값을 기록하여, 두개의 레퍼런스 서브 셀 어레이에 저장된 데이타의 평균값을 구하여 센스앰프의 레퍼런스 값으로 공급하게 된다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile ferroelectric memory, and in particular, discloses a technique for accurately detecting a reference level of cell data using a reference cell in a column direction. The present invention includes a columnar reference generator in a cell array block, writes a data row value in one reference subcell array, and writes a data high value in another reference subcell array. The average value of the data stored in the reference subcell array is obtained and supplied as the reference value of the sense amplifier.
Description
도 1은 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리에 관한 구성도. 1 is a block diagram of a nonvolatile ferroelectric memory according to the present invention;
도 2는 도 1의 메인 비트라인 풀업 제어부에 관한 상세 회로도. FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the main bit line pull-up control unit of FIG. 1. FIG.
도 3은 도 1의 메인 비트라인 센싱 로드부에 관한 상세 회로도. 3 is a detailed circuit diagram illustrating a main bit line sensing rod unit of FIG. 1.
도 4는 도 1의 컬럼 선택 어레이부에 관한 상세 회로도. FIG. 4 is a detailed circuit diagram of the column select array unit of FIG. 1. FIG.
도 5는 도 1의 서브 셀 어레이에 관한 상세 회로도. FIG. 5 is a detailed circuit diagram of the subcell array of FIG. 1. FIG.
도 6은 도 1의 셀 어레이 블럭 및 레퍼런스 발생부에 관한 상세 구성도. FIG. 6 is a detailed configuration diagram illustrating the cell array block and the reference generator of FIG. 1. FIG.
도 7 및 도 8은 도 6의 레퍼런스 서브 셀 어레이에 관한 상세 회로도. 7 and 8 are detailed circuit diagrams of the reference subcell array of FIG.
도 9는 도 1의 레퍼런스 버퍼부에 관한 상세 회로도. FIG. 9 is a detailed circuit diagram illustrating a reference buffer unit of FIG. 1. FIG.
도 10은 도 6의 레퍼런스 서브 셀 어레이 및 레퍼런스 버퍼부에 관한 동작 파형도. FIG. 10 is an operation waveform diagram illustrating a reference subcell array and a reference buffer unit of FIG. 6. FIG.
도 11은 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리에 관한 다른 실시예. 11 is another embodiment of a nonvolatile ferroelectric memory in accordance with the present invention.
도 12는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리의 라이트 모드시 동작 타이밍도. 12 is an operation timing diagram of a nonvolatile ferroelectric memory in write mode according to the present invention;
도 13은 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리의 리드 모드시 동작 타이밍도. 13 is an operation timing diagram of a nonvolatile ferroelectric memory in read mode according to the present invention;
본 발명은 불휘발성 강유전체 메모리에 관한 것으로서, 특히 계층적(Hierarchy) 비트라인 구조의 셀 어레이에 있어서 컬럼 방향의 레퍼런스 셀을 이용하여 셀 데이타의 레퍼런스 레벨을 정확하게 감지할 수 있도록 하는 기술이다. BACKGROUND OF THE
일반적으로 불휘발성 강유전체 메모리 즉, FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)은 디램(DRAM;Dynamic Random Access Memory) 정도의 데이터 처리 속도를 갖고, 전원의 오프시에도 데이타가 보존되는 특성 때문에 차세대 기억 소자로 주목받고 있다. In general, the nonvolatile ferroelectric memory, or ferroelectric random access memory (FeRAM), has a data processing speed of about DRAM (DRAM) and is attracting attention as a next-generation memory device due to its characteristic that data is preserved even when the power is turned off. have.
이러한 FeRAM은 디램과 거의 유사한 구조를 갖는 기억소자로써 캐패시터의 재료로 강유전체를 사용하여 강유전체의 특성인 높은 잔류 분극을 이용한 것이다. 이와 같은 잔류 분극 특성으로 인하여 전계를 제거하더라도 데이터가 지워지지 않는다. The FeRAM is a memory device having a structure almost similar to that of a DRAM, and uses a ferroelectric material as a capacitor material to utilize high residual polarization characteristic of the ferroelectric material. Due to this residual polarization characteristic, data is not erased even when the electric field is removed.
상술된 FeRAM에 관한 기술내용은 본 발명과 동일 발명자에 의해 출원된 대한민국 특허 출원 제 2001-57275호에 개시된 바 있다. Description of the above-described FeRAM has been disclosed in Korean Patent Application No. 2001-57275 filed by the same inventor as the present invention.
이러한 종래의 불휘발성 강유전체 메모리에서 셀 데이타 센싱시, 센싱 레퍼런스 전압의 레벨을 적정한 레벨로 설정해야 한다. When sensing cell data in such a conventional nonvolatile ferroelectric memory, the level of the sensing reference voltage should be set to an appropriate level.
하지만, FeRAM의 칩 동작 전압이 저 전압화 되면서 셀을 센싱하기 위한 레퍼런스 전압의 레벨이 점점 감소하게 되었다. 이러한 셀 데이타의 센싱 전압 레벨이 낮을 경우 레퍼런스 전압과의 전압 마진이 작아지게 되어 데이타 판별이 어렵게 된 다. However, as the chip operating voltage of FeRAM became low, the level of the reference voltage for sensing the cell gradually decreased. When the sensing voltage level of the cell data is low, the voltage margin with the reference voltage becomes small, and data determination becomes difficult.
또한, 레퍼런스 전압 자체의 전압 레벨 변동에 의해 센싱 마진이 감소하게 되는 문제점이 있다. 따라서, 1T1C(1transistor, 1capacitor) 구조의 FeRAM 칩에서 고집적의 메모리 용량을 구현하고 빠른 동작 속도의 구현이 어렵게 되는 문제점이 있다. In addition, there is a problem that the sensing margin is reduced by the voltage level variation of the reference voltage itself. Accordingly, there is a problem in that the FeRAM chip having a 1T1C (1transistor, 1capacitor) structure realizes a high density of memory capacity and a high operating speed is difficult.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 컬럼 방향의 레퍼런스 셀을 이용하여 온도 등에 의한 셀 데이타의 레퍼런스 레벨 변화를 정확하게 감지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to accurately detect a reference level change of cell data due to temperature using a reference cell in a column direction.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 불휘발성 강유전체 메모리는, 메인 비트라인과 선택적으로 연결되는 다수개의 서브 비트라인을 포함하고 서브 비트라인의 센싱전압을 전류로 변환시켜 메인 비트라인 센싱 전압을 유도하는 멀티 비트라인 구조의 셀 어레이를 포함하는 불휘발성 강유전체 메모리 제어 장치에 있어서, 불휘발성 강유전체 소자를 포함하는 서브 셀 어레이 블럭에서 리드된 데이타의 레퍼런스 전압 레벨을 제어하기 위한 레퍼런스 발생부를 구비하는 복수개의 셀 어레이 블럭; 복수개의 셀 어레이 블럭으로부터 인가된 데이타를 입/출력하기 위한 공통 데이타 버스; 공통 데이타 버스를 통해 인가되는 레퍼런스 발생부의 서로 다른 출력 데이타를 평균화하여 버퍼링하는 레퍼런스 버퍼부; 및 레퍼런스 버퍼부로부터 인가되는 출력값을 기준으로 하여, 공통 데이타 버스를 통해 인가되는 서브 셀 어레이 블럭의 출력 데이타를 센싱 및 증폭하는 센스앰프 어레이를 구비함을 특징으로 한다. The nonvolatile ferroelectric memory of the present invention for achieving the above object includes a plurality of sub bit lines selectively connected to the main bit line, and converts the sensing voltage of the sub bit line into a current to induce the main bit line sensing voltage. A nonvolatile ferroelectric memory control device including a multi-bitline structure cell array, comprising: a plurality of reference generators for controlling a reference voltage level of data read from a subcell array block including a nonvolatile ferroelectric element Cell array blocks; A common data bus for inputting / outputting data applied from a plurality of cell array blocks; A reference buffer unit for averaging and buffering different output data of the reference generator applied through the common data bus; And a sense amplifier array configured to sense and amplify the output data of the subcell array block applied through the common data bus based on the output value applied from the reference buffer unit.
또한, 본 발명은 메인 비트라인과 선택적으로 연결되는 다수개의 서브 비트라인을 포함하고 서브 비트라인의 센싱전압을 전류로 변환시켜 메인 비트라인 센싱 전압을 유도하는 멀티 비트라인 구조의 셀 어레이를 포함하는 불휘발성 강유전체 메모리 제어 장치에 있어서, 불휘발성 강유전체 소자를 포함하는 서브 셀 어레이 블럭에서 리드된 데이타의 레퍼런스 전압 레벨을 제어하기 위한 복수개의 멀티 레벨 레퍼런스 전압을 발생하는 레퍼런스 발생부를 구비하는 복수개의 셀 어레이 블럭; 복수개의 셀 어레이 블럭으로부터 인가된 데이타를 입/출력하기 위한 공통 데이타 버스; 공통 데이타 버스를 통해 인가되는 레퍼런스 발생부의 복수개의 서로 다른 출력 데이타를 각각 평균화하여 복수개의 레퍼런스 출력신호를 발생하는 복수개의 레퍼런스 버퍼부; 및 복수개의 레퍼런스 버퍼부로부터 인가되는 복수개의 출력값을 각각 기준으로 하여, 공통 데이타 버스를 통해 인가되는 서브 셀 어레이 블럭의 출력 데이타를 센싱 및 증폭하는 센스앰프 어레이를 구비함을 특징으로 한다. In addition, the present invention includes a cell array of a multi-bit line structure including a plurality of sub bit lines selectively connected to the main bit line and converting the sensing voltage of the sub bit line into a current to derive the main bit line sensing voltage. A nonvolatile ferroelectric memory control device, comprising: a plurality of cell arrays including a reference generator for generating a plurality of multi-level reference voltages for controlling reference voltage levels of data read from a subcell array block including a nonvolatile ferroelectric element block; A common data bus for inputting / outputting data applied from a plurality of cell array blocks; A plurality of reference buffer units configured to generate a plurality of reference output signals by averaging a plurality of different output data of the reference generator applied through a common data bus; And a sense amplifier array configured to sense and amplify output data of a subcell array block applied through a common data bus based on a plurality of output values applied from the plurality of reference buffer units.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리의 구성도이다. 1 is a block diagram of a nonvolatile ferroelectric memory according to the present invention.
본 발명은 셀 어레이 블럭(100), 공통 데이타 버스(200), 데이타 버스(210), 레퍼런스 버스(220), 레퍼런스 버퍼부(300) 및 센스앰프 어레이부(400)를 구비한다. 여기서, 셀 어레이 블럭(100)은 MBL(Main Bit Line) 풀업 제어부(110), MBL 센싱 로드부(120), 서브 셀 어레이(130), 컬럼 선택 어레이부(140) 및 레퍼런스 발생부(150)를 구비한다. The present invention includes a
각각의 셀 어레이 블럭(100)은 데이타 저장을 위한 복수개의 서브 셀 어레이(130)를 구비한다. 특히, 본 발명의 서브 셀 어레이(130)는 서브 비트라인 및 메인 비트라인을 구비하고, 서브 비트라인의 센싱전압을 전류로 변환시켜 메인 비트라인 센싱전압을 유도하는 멀티 비트라인 구조의 비트라인 셀 어레이를 갖는다. Each
여기서, 복수개의 셀 어레이 블럭(100)은 공통 데이타 버스(200)를 공유한다. 그리고, 복수개의 셀 어레이 블럭(100)은 데이타 버스(210)를 통해 리드된 셀 데이타를 센스앰프 어레이(400)에 출력한다. 그리고, 셀 어레이 블럭(100)에 컬럼 방향으로 배열된 복수개의 레퍼런스 발생부(150)의 출력신호는 레퍼런스 버스(220)를 통해 레퍼런스 버퍼(300)에 출력된다. Here, the plurality of cell array blocks 100 share a
또한, 레퍼런스 버퍼(300)는 레퍼런스 버스(220)로부터 인가되는 레퍼런스 입력신호 REF_EN를 제어신호 CON1_EN,CON2_EN에 따라 버퍼링하여 센스앰프 어레이(400)에 레퍼런스 출력신호 REF_OUT를 공급한다. 센스앰프 어레이(400)는 레퍼런스 버퍼(300)로부터 인가되는 레퍼런스 출력신호 REF_OUT를 기준으로 하여, 데이타 버스(210)를 통해 셀 어레이 블럭(100)으로부터 리드된 데이타를 센싱 및 증폭한다. In addition, the
도 2는 도 1의 MBL 풀업 제어부(110)에 관한 상세 회로도이다. FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the MBL pull-
MBL 풀업 제어부(110)는 프리차지시 메인 비트라인 MBL을 풀업 시키기 위한 PMOS트랜지스터 P1를 구비한다. PMOS트랜지스터 P1의 소스 단자는 전원전압 VCC 인가단에 연결되고, 드레인 단자는 메인 비트라인 MBL에 연결되며, 게이트 단자를 통해 메인 비트라인 풀업 제어신호 MBLPUC가 인가된다. The MBL pull-up
도 3은 도 1의 MBL 센싱 로드부(120)에 관한 상세 회로도이다. 3 is a detailed circuit diagram of the MBL
메인 비트라인 센싱 로드부(120)는 메인 비트라인 MBL의 센싱 로드를 제어하는 PMOS트랜지스터 P2를 구비한다. PMOS트랜지스터 P2의 소스 단자는 전원전압 VCC 인가단 사이에 연결되고, 드레인 단자는 메인 비트라인 MBL에 연결되며, 게이 트 단자를 통해 메인 비트라인 제어신호 MBLC가 인가된다. The main bit line
도 4는 도 1의 컬럼 선택 어레이부(140)에 관한 상세 회로도이다. 4 is a detailed circuit diagram illustrating the column
컬럼 선택 어레이부(140)는 NMOS트랜지스터 N1 및 PMOS트랜지스터 P3를 구비한다. 여기서, NMOS트랜지스터 N1는 메인 비트라인 MBL과 공통 데이타 버스(200) 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 컬럼 선택 신호 CSN가 인가된다. 또한, PMOS트랜지스터 P3는 메인 비트라인 MBL과 공통 데이타 버스(200) 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 컬럼 선택 신호 CSP가 인가된다. The column
도 5는 도 1의 서브 셀 어레이(130)에 관한 상세 회로도이다. FIG. 5 is a detailed circuit diagram illustrating the
서브 셀 어레이(130)의 각각의 메인 비트라인 MBL은 복수개의 서브 비트라인 SBL 중에서 하나의 서브 비트라인 SBL과 선택적으로 연결된다. 즉, 복수개의 서브 비트라인 선택 신호 SBSW1 중 어느 하나의 활성화시 해당하는 NMOS트랜지스터 N6가 턴온되어 하나의 서브 비트라인 SBL을 활성화시킨다. 또한, 하나의 서브 비트라인 SBL에는 복수개의 셀 C이 연결된다. Each main bit line MBL of the
서브 비트라인 SBL은 서브 비트라인 풀다운 신호 SBPD의 활성화시 NMOS트랜지스터 N4의 턴온에 따라 그라운드 레벨로 풀다운 된다. 그리고, 서브 비트라인 풀업 신호 SBPU는 서브 비트라인 SBL에 공급되는 전원을 제어하기 위한 신호이다. 즉, 저전압에서는 전원전압 VCC 보다 높은 전압을 생성하여 서브 비트라인 SBL에 공급한다. The sub bit line SBL is pulled down to the ground level according to the turn-on of the NMOS transistor N4 when the sub bit line pull-down signal SBPD is activated. The sub bit line pull-up signal SBPU is a signal for controlling the power supplied to the sub bit line SBL. That is, at a low voltage, a voltage higher than the power supply voltage VCC is generated and supplied to the sub bit line SBL.
그리고, 서브 비트라인 선택 신호 SBSW2는 NMOS트랜지스터 N5의 스위칭에 따라 서브 비트라인 풀업 신호 SBPU 인가단과 서브 비트라인 SBL 사이의 연결을 제어 한다. The sub bit line selection signal SBSW2 controls the connection between the sub bit line pull-up signal SBPU applying terminal and the sub bit line SBL according to the switching of the NMOS transistor N5.
또한, NMOS트랜지스터 N3는 NMOS트랜지스터 N2와 메인 비트라인 MBL 사이에 연결되고, 게이트 단자가 서브 비트라인 SBL과 연결된다. NMOS트랜지스터 N2는 접지전압단과 NMOS트랜지스터 N3 사이에 연결되고, 게이트를 통해 메인 비트라인 풀다운 신호 MBPD가 인가되어 메인 비트라인 MBL의 센싱 전압을 조정한다. In addition, the NMOS transistor N3 is connected between the NMOS transistor N2 and the main bit line MBL, and the gate terminal is connected to the sub bit line SBL. The NMOS transistor N2 is connected between the ground voltage terminal and the NMOS transistor N3, and the main bit line pull-down signal MBPD is applied through the gate to adjust the sensing voltage of the main bit line MBL.
도 6은 도 1의 셀 어레이 블럭(100)과, 레퍼런스 발생부(150)에 관한 상세 구성도이다. 6 is a detailed block diagram of the
셀 어레이 블럭(100)의 복수개의 메인 비트라인 MBL은 각각 복수개의 서브 셀 어레이(130)와 대응하여 연결된다. 그리고, 복수개의 서브 셀 어레이(130)는 각각 이와 대응하는 복수개의 컬럼 선택 어레이부(140)를 통해 공통 데이타 버스(200)와 연결된다. 공통 데이타 버스(200)는 복수개의 센스앰프(400)와 연결된다. 이때, 복수개의 센스앰프(400)는 복수개의 메인 비트라인 MBL과 일대일 대응하여 연결된다.The plurality of main bit lines MBL of the
또한, 레퍼런스 발생부(150)의 한쌍의 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL0,RMBL1은 이와 대응하는 레퍼런스 서브 셀 어레이(151,152)와 각각 연결된다. 그리고, 레퍼런스 서브 셀 어레이(151,152)는 레퍼런스 컬럼 선택 스위칭부(153)를 통해 레퍼런스 버스(220)와 연결된다. 레퍼런스 버스(220)로부터 인가된 레퍼런스 입력신호 REF_IN는 레퍼런스 버퍼부(300)의 입력으로 사용된다. In addition, the pair of reference main bit lines RMBL0 and RMBL1 of the
여기서, 레퍼런스 버스 RBUS0,RBUS1의 출력신호는 레퍼런스 버퍼부(300)의 입력단에 연결되어 쇼트됨으로써 하나의 레퍼런스 입력신호 REF_IN를 생성한다. 즉, 레퍼런스 입력신호 REF_IN는 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL0,RMBL1으로부터 인가되는 한쌍의 데이타의 평균값이 된다. The output signals of the reference buses RBUS0 and RBUS1 are connected to the input terminals of the
레퍼런스 버퍼부(300)는 레퍼런스 입력신호 REF_IN를 제어신호 CON1_EN,CON2_EN에 따라 차동 증폭하여 레퍼런스 출력신호 REF_OUT를 각각의 센스앰프(400)에 출력한다. 복수개의 센스앰프(400)는 레퍼런스 출력신호 REF_OUT를 공통으로 사용하여 공통 데이타 버스(200)를 통해 인가된 메인 비트라인 MBL1,MBL2의 신호를 각각 센싱 및 증폭한다. The
이때, 레퍼런스 버퍼부(300)는 레퍼런스 입력신호 REF_IN의 구동 능력을 증폭하여 레퍼런스 출력신호 REF_OUT를 출력하며, 레퍼런스 입력신호 REF_IN와 레퍼런스 출력신호 REF_OUT는 동일한 전압 레벨을 갖는다. At this time, the
도 7은 도 6의 레퍼런스 서브 셀 어레이(151)에 관한 상세 회로도이다. FIG. 7 is a detailed circuit diagram of the
레퍼런스 서브 셀 어레이(151)의 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL0은 복수개의 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL 중에서 하나의 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL0과 선택적으로 연결된다. The reference main bit line RMBL0 of the
그리고, NMOS트랜지스터 N8는 NMOS트랜지스터 N7와 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL0 사이에 연결되고, 게이트 단자가 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL0과 연결된다. NMOS트랜지스터 N7는 접지전압단과 NMOS트랜지스터 N8 사이에 연결되고, 게이트 단자를 통해 메인 비트라인 풀다운 신호 MBPD가 인가되어 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL0의 센싱 전압을 조정한다. The NMOS transistor N8 is connected between the NMOS transistor N7 and the reference main bit line RMBL0, and a gate terminal thereof is connected to the reference sub bit line RSBL0. The NMOS transistor N7 is connected between the ground voltage terminal and the NMOS transistor N8, and the main bit line pull-down signal MBPD is applied through the gate terminal to adjust the sensing voltage of the reference main bit line RMBL0.
또한, 하나의 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL0에는 복수개의 레퍼런스 셀 RC이 연결된다. 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL0은 서브 비트라인 풀다운 신호 SBPD의 활성화시 NMOS트랜지스터 N9의 턴온에 따라 그라운드 레벨로 풀다운 된다. In addition, a plurality of reference cells RC is connected to one reference sub bit line RSBL0. The reference sub bit line RSBL0 is pulled down to the ground level according to the turn-on of the NMOS transistor N9 when the sub bit line pull-down signal SBPD is activated.
그리고, 서브 비트라인 선택 신호 SBSW2는 NMOS트랜지스터 N10의 스위칭에 따라 서브 비트라인 풀업 신호 SBPU 인가단과 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL0 사이의 연결을 제어한다. The sub bit line selection signal SBSW2 controls the connection between the sub bit line pull-up signal SBPU applying terminal and the reference sub bit line RSBL0 according to the switching of the NMOS transistor N10.
즉, 이러한 NMOS트랜지스터 N10,N11의 연결을 모두 차단하여 서브 비트라인풀업 신호 SBPU가 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL0에 전달되는 것을 차단한다. 이에 따라, 하이 레벨을 갖는 서브 비트라인 풀업 신호 SBPU가 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL0에 공급되는 것을 차단함으로써 복수개의 레퍼런스 셀 RC들은 모두 데이타 "0"을 저장하게 된다. 따라서, 레퍼런스 서브 셀 어레이(151)에는 데이타 "0"을 모두 저장할 수 있게 된다. That is, the connection between the NMOS transistors N10 and N11 is blocked to block the transmission of the sub bit line pull-up signal SBPU to the reference sub bit line RSBL0. Accordingly, by blocking the sub bit line pull-up signal SBPU having the high level from being supplied to the reference sub bit line RSBL0, the plurality of reference cell RCs all store data “0”. Therefore, all data "0" can be stored in the
도 8은 도 6의 레퍼런스 서브 셀 어레이(152)에 관한 상세 회로도이다. FIG. 8 is a detailed circuit diagram of the
레퍼런스 서브 셀 어레이(152)의 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL1은 복수개의 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL 중에서 하나의 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL1과 선택적으로 연결된다. The reference main bit line RMBL1 of the reference
그리고, NMOS트랜지스터 N13는 NMOS트랜지스터 N12와 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL1 사이에 연결되고, 게이트 단자가 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL1과 연결된다. NMOS트랜지스터 N12는 접지전압단과 NMOS트랜지스터 N13 사이에 연결되고, 게이트를 통해 메인 비트라인 풀다운 신호 MBPD가 인가되어 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL1의 센싱 전압을 조정한다. The NMOS transistor N13 is connected between the NMOS transistor N12 and the reference main bit line RMBL1, and a gate terminal thereof is connected to the reference sub bit line RSBL1. The NMOS transistor N12 is connected between the ground voltage terminal and the NMOS transistor N13, and the main bit line pull-down signal MBPD is applied through the gate to adjust the sensing voltage of the reference main bit line RMBL1.
또한, 하나의 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL1에는 복수개의 레퍼런스 셀 RC이 연결된다. 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL1은 서브 비트라인 풀다운 신호 SBPD의 활성화시 NMOS트랜지스터 N14의 턴온에 따라 그라운드 레벨로 풀다운 된다. In addition, a plurality of reference cells RC is connected to one reference sub bit line RSBL1. The reference sub bit line RSBL1 is pulled down to the ground level according to the turn-on of the NMOS transistor N14 when the sub bit line pull-down signal SBPD is activated.
그리고, 서브 비트라인 선택 신호 SBSW2는 NMOS트랜지스터 N15의 스위칭에 따라 서브 비트라인 풀업 신호 SBPU 인가단과 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL1 사이의 연결을 제어한다. The sub bit line selection signal SBSW2 controls the connection between the sub bit line pull-up signal SBPU applying terminal and the reference sub bit line RSBL1 according to the switching of the NMOS transistor N15.
이에 따라, 서브 비트라인 풀업 신호 SBPU의 활성화시 NMOS트랜지스터 N15가 턴온되어 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL1에 하이 레벨의 신호를 공급한다. 따라서, 복수개의 레퍼런스 셀 RC들은 모두 데이타 "1"을 저장하게 되어, 레퍼런스 서브 셀 어레이(152)에는 데이타 "1"을 모두 저장할 수 있게 된다. 이때, NMOS트랜지스터 N16의 연결을 차단하여 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL0의 신호가 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL1에 공급되는 것을 차단한다. Accordingly, when the sub bit line pull-up signal SBPU is activated, the NMOS transistor N15 is turned on to supply a high level signal to the reference sub bit line RSBL1. Accordingly, the plurality of reference cells RC all store data “1”, and thus all of data “1” can be stored in the
도 9는 도 1의 레퍼런스 버퍼부(300)에 관한 상세 회로도이다. FIG. 9 is a detailed circuit diagram illustrating the
레퍼런스 버퍼부(300)는 제 1버퍼부(310)와 제 2버퍼부(320)를 구비한다. 여기서, 제 1버퍼부(310)는 제어신호 CON1_EN에 따라 레퍼런스 입력신호 REF_IN와 레퍼런스 출력신호 REF_IN를 차동 증폭하여 출력노드 NO2,NO4의 신호를 제 2버퍼부(320)에 각각 피드백 출력한다. The
그리고, 제 2버퍼부(320)는 제어신호 CON1_EN,CON2_EN에 따라 제 1버퍼부(310)의 출력노드 NO2,NO4 신호를 차동 증폭하여 레퍼런스 출력신호 REF_OUT를 출력한다. 여기서, 제어신호 CON1_EN,CON2_EN 중 제어신호 CON1_EN가 먼저 활성화되 고 일정 시간 이후에 제어신호 CON2_EN가 활성화된다. The
이러한 레퍼런스 버퍼부(300)의 구성을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. The configuration of the
제 1버퍼부(310)는 PMOS트랜지스터 P4~P6, NMOS트랜지스터 N17~N19로 구성된 제 1차동증폭기(311)와, PMOS트랜지스터 P7~P9, NMOS트랜지스터 N20~N22로 구성된 제 2차동증폭기(312)를 구비한다. The
여기서, 제 1차동증폭기(311)는 제어신호 CON1_EN가 활성화될 경우 NMOS트랜지스터 N19가 턴온되어 NMOS트랜지스터 N17을 통해 인가되는 레퍼런스 입력신호 REF_IN와 NMOS트랜지스터 N18을 통해 인가되는 레퍼런스 출력신호 REF_OUT를 차동 증폭한다. 그리고, 제어신호 CON1_EN가 비활성화될 경우 PMOS트랜지스터 P6가 턴온되어 노드 NO1,NO2의 전압 레벨을 동일하게 제어한다. Here, when the control signal CON1_EN is activated, the first
그리고, 제 1차동증폭기(312)는 제어신호 CON1_EN가 활성화될 경우 NMOS트랜지스터 N22가 턴온되어 NMOS트랜지스터 N20을 통해 인가되는 레퍼런스 출력신호 REF_OUT와 NMOS트랜지스터 N21을 통해 인가되는 레퍼런스 입력신호 REF_IN를 차동 증폭한다. 그리고, 제어신호 CON1_EN가 비활성화될 경우 PMOS트랜지스터 P9가 턴온되어 노드 NO3,NO4의 전압 레벨을 동일하게 제어한다. When the control signal CON1_EN is activated, the first
또한, 제 2버퍼부(320)는 PMOS트랜지스터 P10,P12와, NMOS트랜지스터 N23~N28를 구비한다. In addition, the
제 2버퍼부(320)는 제어신호 CON1_EN가 활성화될 경우 NMOS트랜지스터 N25가 턴온되어, NMOS트랜지스터 N23을 통해 인가되는 제 1차동증폭기(311)의 출력신호와 NMOS트랜지스터 N24를 통해 인가되는 제 2차동증폭기(312)의 출력신호를 차동 증폭한다. 그리고, 제어신호 CON1_EN가 활성화되고 일정시간 이후에 제어신호 CON2_EN가 활성화되면 NMOS트랜지스터 N27,N28가 턴온되어 레퍼런스 출력신호 REF_OUT가 출력된다. When the control signal CON1_EN is activated, the
도 10은 도 6의 레퍼런스 서브 셀 어레이(151,152) 및 레퍼런스 버퍼부(300)에 관한 동작 파형도이다. FIG. 10 is an operational waveform diagram of the
도 10의 동작 파형도에서 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL0은 데이타 "0"의 값을 갖고, 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL1은 데이타 "1"의 값을 갖는다. 이에 따라, 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL0의 값에 따라 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL0의 값이 결정되고, 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL1의 값에 따라 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL1의 값이 결정된다. In the operation waveform diagram of FIG. 10, the reference sub bit line RSBL0 has a value of data "0", and the reference sub bit line RSBL1 has a value of data "1". Accordingly, the value of the reference main bit line RMBL0 is determined according to the value of the reference sub bit line RSBL0, and the value of the reference main bit line RMBL1 is determined according to the value of the reference sub bit line RSBL1.
레퍼런스 메인 비트라인 RMBL0, RMBL1에 저장된 데이타는 레퍼런스 버스(22)를 통해 레퍼런스 버퍼부(300)의 입력단에 출력된다. 따라서, 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL0, RMBL1에 저장된 데이타의 평균값이 레퍼런스 입력신호 REF_IN가 된다. Data stored in the reference main bit lines RMBL0 and RMBL1 are output to the input terminal of the
레퍼런스 버퍼부(3000는 셀의 센싱 동작에 따라 제어신호 CON1_EN가 활성화되어 레퍼런스 입력신호 REF_IN를 차동증폭한다. 그리고, 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL0, RMBL1의 출력시점에서 제어신호 CON2_EN가 활성화되어 레퍼런스 입력신호 REF_IN와 동일한 값을 갖는 레퍼런스 출력신호 REF_OUT를 출력한다. The reference buffer unit 3000 differentially amplifies the reference input signal REF_IN by activating the control signal CON1_EN according to the sensing operation of the cell, and activates the control signal CON2_EN at the output time of the reference main bit lines RMBL0 and RMBL1. The reference output signal REF_OUT having the same value as is output.
여기서, 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL0,RMBL1은 메인 비트라인 MBL0,MBL1과 동일한 값을 갖고, 레퍼런스 서브 비트라인 RSBL0,RSBL1은 서브 비트라인 SBL0,SBL1과 동일한 값을 갖는다. Here, the reference main bit lines RMBL0 and RMBL1 have the same values as the main bit lines MBL0 and MBL1, and the reference sub bit lines RSBL0 and RSBL1 have the same values as the sub bit lines SBL0 and SBL1.
도 11은 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리에 관한 다른 실시예이다. 11 is another embodiment of a nonvolatile ferroelectric memory according to the present invention.
멀티플 레벨을 갖는 도 11의 실시예에서는, 레퍼런스 발생부(150)가 복수개의 레퍼런스 메인 비트라인쌍 RMBL0,RMBL1~RMBLn0,RMBLn1을 구비한다. 여기서, 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL0,RMBLn0은 도 7에서와 같은 구조의 레퍼런스 서브 셀 어레이(151)과 연결된다. 그리고, 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL1,RMBLn1은 도 8에서와 같은 구조의 레퍼런스 서브 셀 어레이(152)와 연결된다. In the embodiment of FIG. 11 having multiple levels, the
또한, 데이타 "0"의 값을 저장하는 레퍼런스 서브 셀 어레이(151)와 데이타 "1"의 값을 저장하는 레퍼런스 서브 셀 어레이(152)는 각각의 레퍼런스 컬럼 스위칭부(153)을 통해 멀티플 레벨 레퍼런스 버스(220)와 연결된다. In addition, the
레퍼런스 버스(220)로부터 인가된 레퍼런스 입력신호 REF_IN0,REF_INn는 복수개의 레퍼런스 버퍼부(300)의 각각의 입력으로 사용된다. 따라서, 한쌍의 레퍼런스 버스 RBUS0,RBUS1의 출력신호는 레퍼런스 버퍼부0(300)의 입력단에 연결되어 쇼트됨으로써 하나의 레퍼런스 입력신호 REF_IN0를 생성한다. 즉, 레퍼런스 입력신호 REF_IN0는 레퍼런스 메인 비트라인 RMBL0,RMBL1으로부터 인가되는 데이타의 평균값이 된다. Reference input signals REF_IN0 and REF_INn applied from the
그리고, 한쌍의 레퍼런스 버스 RBUSn0,RBUSn1의 출력신호는 레퍼런스 버퍼부n(300)의 입력단에 연결되어 쇼트됨으로써 하나의 레퍼런스 입력신호 REF_INn를 생성한다. 즉, 레퍼런스 입력신호 REF_INn는 레퍼런스 메인 비트라인 RMBLn0,RMBLn1으로부터 인가되는 데이타의 평균값이 된다. The output signals of the pair of reference buses RBUSn0 and RBUSn1 are connected to the input terminal of the
또한, 복수개의 레퍼런스 버퍼부(300)는 복수개의 레퍼런스 입력신호 REF_IN0~REF_INn를 차동증폭하여 복수개의 레퍼런스 출력신호 REF_OUT0~REF_OUTn를 각각의 센스앰프(400)에 출력한다. 복수개의 센스앰프(400)는 대응하는 복수개의 레퍼런스 출력신호 REF_OUT0~REF_OUTn를 사용하여 공통 데이타 버스(200)를 통해 메인 비트라인 MBL1,MBL2으로부터 인가된 데이타를 센싱 및 증폭한다. In addition, the plurality of
이때, 레퍼런스 버퍼부(300)는 복수개의 레퍼런스 입력신호 REF_IN0~REF_INn의 구동 능력을 증폭하여 복수개의 레퍼런스 출력신호 REF_OUT0~REF_OUTn를 출력한다. 그리고, 복수개의 레퍼런스 입력신호 REF_IN0~REF_INn와 각각 대응하는 복수개의 레퍼런스 출력신호 REF_OUT0~REF_OUTn는 동일한 전압 레벨을 갖는다. In this case, the
한편, 도 12는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리의 라이트 모드시 동작 타이밍도이다. 12 is a timing diagram of an operation in the write mode of the nonvolatile ferroelectric memory according to the present invention.
먼저, t1구간의 진입시 칩 선택 신호 CSB 및 라이트 인에이블 신호 /WE가 로우로 디스에이블 되면, 라이트 모드 엑티브 상태가 된다. 이때, 서브 비트라인 풀다운 신호 SBPD 및 메인 비트라인 제어신호 MBLC가 로우로 디스에이블된다. 그리고, 메인 비트라인 풀업 제어신호 MBLPUC가 하이로 인에이블된다. First, when the chip select signal CSB and the write enable signal / WE are low when the t1 period is entered, the write mode is activated. At this time, the sub bit line pull-down signal SBPD and the main bit line control signal MBLC are disabled low. Then, the main bit line pull-up control signal MBLPUC is enabled high.
이후에, t2구간의 진입시 워드라인 WL 및 플레이트 라인 PL이 펌핑전압 VPP 레벨로 인에이블되면 서브 비트라인 SBL의 전압 레벨이 상승한다. 그리고, 컬럼 선택 신호 CSN가 인에이블되어 메인 비트라인 MBL과 공통 데이타 버스(200)가 연결된다. 이때, 레퍼런스 버퍼부(220)의 제어신호 CON1_EN가 하이로 천이하고, 일정시간 이후에 제어신호 CON2_EN가 활성화된다. Subsequently, when the word line WL and the plate line PL are enabled at the pumping voltage VPP level at the entry of the t2 section, the voltage level of the sub bit line SBL increases. The column select signal CSN is enabled to connect the main bit line MBL and the
다음에, 데이타 센싱 구간인 t3 구간의 진입시 센스앰프 인에이블 신호 SEN가 인에이블되어 메인 비트라인 MBL에 셀 데이타가 인가된다. 그리고, 레퍼런스 버퍼부(220)의 제어신호 CON1_EN,CON2_EN하 로우로 천이한다. Next, upon entering the t3 section, which is a data sensing section, the sense amplifier enable signal SEN is enabled to apply cell data to the main bit line MBL. Then, the control signals CON1_EN and CON2_EN of the
이후에, t4 구간의 진입시 플레이트 라인 PL이 로우로 디스에이블되고, 서브 비트라인 선택 신호 SBSW2가 하이로 인에이블된다. 그리고, 서브 비트라인 SBL이 로우로 디스에이블된다. Subsequently, upon entering the t4 period, the plate line PL is disabled low and the sub bit line select signal SBSW2 is enabled high. Then, the sub bit line SBL is disabled low.
t5구간에서는 히든 데이타 "1"을 기록한다. t5구간의 진입시 워드라인 WL 전압이 상승하고, 서브 비트라인 풀업 신호 SBPU신호의 인에이블에 따라 서브 비트라인 선택신호 SBSW2가 펌핑전압 VPP 레벨로 인에이블 된다. 이에 따라, 서브 비트라인 SBL의 전압 레벨이 펌핑전압 VPP 레벨로 상승한다. In section t5, hidden data "1" is recorded. Upon entering the t5 section, the word line WL voltage rises and the sub bit line selection signal SBSW2 is enabled to the pumping voltage VPP level according to the enable of the sub bit line pull-up signal SBPU signal. Thus, the voltage level of the sub bit line SBL rises to the pumping voltage VPP level.
다음에, t6 구간에서는 라이트 인에이블 신호 /WE의 인에이블에 따라 셀에 유효 데이타를 기록할 수 있다. t6구간의 진입시 플레이트 라인 PL이 다시 하이로 인에이블된다. 그리고, 서브 비트라인 선택 신호 SBSW1가 펌핑전압 VPP 레벨로 상승하고, 서브 비트라인 선택 신호 SBSW2가 디스에이블된다. 이때, 메인 비트라인 제어신호 MBLC가 하이로 인에이블된다. 그리고, 컬럼 선택 신호 CSN가 인에이블되어 메인 비트라인 MBL과 공통 데이타 버스(200)가 연결된다. Next, in the period t6, valid data can be recorded in the cell according to the enable of the write enable signal / WE. Upon entering the t6 section, the plate line PL is enabled high again. Then, the sub bit line selection signal SBSW1 rises to the pumping voltage VPP level, and the sub bit line selection signal SBSW2 is disabled. At this time, the main bit line control signal MBLC is enabled high. The column select signal CSN is enabled to connect the main bit line MBL and the
따라서, 서브 비트라인 선택 신호 SBSW1가 펌핑전압 VPP 레벨인 구간동안, 서브 비트라인 SBL 및 메인 비트라인 MBL에 인가되는 전압 레벨에 따라 복수개의 데이타를 메모리 셀에 기록할 수 있다. Therefore, a plurality of pieces of data can be written in the memory cell according to the voltage level applied to the sub bit line SBL and the main bit line MBL during the period in which the sub bit line selection signal SBSW1 is the pumping voltage VPP level.
이후에, t7 구간의 진입시 워드라인 WL, 플레이트 라인 PL, 서브 비트라인 선택 신호 SBSW1 및 서브 비트라인 풀업 신호 SBPU가 디스에이블된다. 그리고, 서브 비트라인 풀다운 신호 SBPD가 인에이블되고, 센스앰프 인에이블 신호 SEN가 디스에이블된다. 또한, 메인 비트라인 풀업 제어신호 MBLPUC가 디스에이블되어 메인 비트라인 MBL을 전원전압 VCC 레벨로 프리차지 한다. 이때, 컬럼 선택 신호 CSN가 디스에이블되어 메인 비트라인 MBL 및 공통 데이타 버스(200)의 연결을 차단한다. Thereafter, the word line WL, the plate line PL, the sub bit line selection signal SBSW1, and the sub bit line pull-up signal SBPU are disabled when the t7 period is entered. Then, the sub bit line pulldown signal SBPD is enabled, and the sense amplifier enable signal SEN is disabled. In addition, the main bit line pull-up control signal MBLPUC is disabled to precharge the main bit line MBL to the power supply voltage VCC level. At this time, the column select signal CSN is disabled to block the connection of the main bit line MBL and the
도 13은 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리의 리드 모드시 동작 타이밍도이다. 13 is an operation timing diagram of a nonvolatile ferroelectric memory in read mode according to the present invention.
먼저, 리드 모드시에는 라이트 인에이블 신호 /WE가 전원전압 VCC 레벨을 유지한다. 그리고, t2,t3 구간은 데이타 센싱 구간이다. 또한, t5구간에서는 히든 데이타 "1"을 기록하고, t5 구간 이후에 데이타 출력 유효 구간을 유지한다. First, in the read mode, the write enable signal / WE maintains the power supply voltage VCC level. The t2 and t3 sections are data sensing sections. In the t5 section, the hidden data "1" is recorded, and the data output valid section is maintained after the t5 section.
이후에, t6구간에서는 복수개의 멀티플 레벨 데이타를 재저장한다. 즉, 서브 비트라인 선택 신호 SBSW1가 하이 레벨일 구간 동안에 피드백 디코더 루프에 의해 서브 비트라인 SBL 및 메인 비트라인 MBL에 각각 전압을 인가한다. 이에 따라, 메모리 셀에 데이타가 재저장된다. Subsequently, a plurality of multiple level data is restored in the t6 section. That is, while the sub bit line selection signal SBSW1 is at a high level, a voltage is applied to the sub bit line SBL and the main bit line MBL by the feedback decoder loop. As a result, data is restored to the memory cell.
그리고, t6구간동안 셀 어레이 블럭(100)에 저장된 데이타 레벨을 센싱하여 공통 데이타 버스(200)를 통해 출력할 수 있게 된다. In addition, the data level stored in the
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 컬럼 방향의 레퍼런스 셀을 이용하여 온도 등의 변화에 따른 셀 데이타의 레퍼런스 전압 레벨의 변화를 정확하게 감지할 수 있도록 한다. As described above, the present invention makes it possible to accurately detect the change of the reference voltage level of the cell data according to the change of temperature using the reference cell in the column direction.
또한, 본 발명은 메인 셀 데이타의 전달 경로와 동일한 조건의 레퍼런스 셀 데이타의 전달 경로를 구현하여, 셀 어레이 블럭의 위치에 따른 셀 데이타의 레퍼런스 전압 레벨의 변화를 정확히 감지할 수 있도록 한다. In addition, the present invention implements the transfer path of the reference cell data in the same condition as the transfer path of the main cell data, so that it is possible to accurately detect the change in the reference voltage level of the cell data according to the position of the cell array block.
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