KR100685587B1 - Non-volatile ferroelectric memory device and control method therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 불휘발성 강유전체 메모리 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 강유전체의 분극 상태에 따라 채널 저항이 달라지는 메모리 셀 어레이의 리드/라이트 동작을 제어하는 기술을 개시한다. 이러한 본 발명은 메모리 셀로부터 리드된 데이터를 센스앰프를 통해 센싱 및 증폭하여 증폭된 데이터를 레지스터에 저장하고, 활성화된 모든 셀들에 하이 데이터를 라이트하며, 컬럼 디코더의 출력에 따라 선택된 메모리 셀에 데이터 버스부로부터 인가되는 새로운 데이터를 라이트하며, 선택되지 않은 메모리 셀에 레지스터에 저장된 데이터를 라이트-백하게 된다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile ferroelectric memory device and a method of controlling the same, and discloses a technique for controlling read / write operations of a memory cell array whose channel resistance varies according to a polarization state of the ferroelectric. The present invention senses and amplifies data read from a memory cell through a sense amplifier, stores the amplified data in a register, writes high data to all activated cells, and stores the data in a selected memory cell according to the output of the column decoder. New data applied from the bus unit is written, and data stored in a register is written back to an unselected memory cell.
Description
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 셀 단면도 및 심볼을 나타낸 도면.1A-1C are cell cross-sectional views and symbols of a nonvolatile ferroelectric memory device in accordance with the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 단위 메모리 셀 어레이를 나타낸 도면.2 is a diagram illustrating a unit memory cell array of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 구성도.3 is a block diagram of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 메모리 셀 어레이를 나타낸 도면. 4 is a memory cell array of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention;
도 5는 도 3의 센스앰프의 제 1실시예에 따른 세부 회로도.5 is a detailed circuit diagram according to a first embodiment of the sense amplifier of FIG.
도 6a은 도 5의 센스앰프의 리드 동작 시의 타이밍도. 6A is a timing diagram at the read operation of the sense amplifier of FIG. 5.
도 6b은 도 5의 센스앰프의 로우 데이터 라이트 동작 및 하이 데이터 유지에 관한 동작 타이밍도이다.6B is an operation timing diagram relating to low data write operation and high data retention of the sense amplifier of FIG. 5.
도 7은 도 3의 센스앰프의 제 2실시예에 따른 세부 회로도.7 is a detailed circuit diagram according to a second embodiment of the sense amplifier of FIG.
도 8a은 도 7의 센스앰프의 리드 동작 시의 타이밍도. 8A is a timing diagram at the read operation of the sense amplifier of FIG. 7.
도 8b는 도 7의 센스앰프의 하이 데이터 라이트 동작, 하이 데이터 유지, 및 로우 데이터 라이트 동작에 관한 동작 타이밍도이다.8B is an operation timing diagram illustrating a high data write operation, a high data hold operation, and a low data write operation of the sense amplifier of FIG. 7.
도 9는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 제어 방법의 라이트 동작을 설명하기 위한 플로우 챠트. 9 is a flowchart for explaining a write operation of the method of controlling a nonvolatile ferroelectric memory according to the present invention;
도 10은 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 라이트 및 라이트-백 경로를 설명하기 위한 도면. 10 is a view for explaining the write and write-back path of the nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention.
도 11은 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 제어 방법의 라이트 동작 단계를 설명하기 위한 도면. 11 is a view for explaining a write operation step of a method of controlling a nonvolatile ferroelectric memory according to the present invention;
도 12는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 제어 방법의 셀 데이터 센싱에 관한 동작 타이밍도. 12 is an operation timing diagram for cell data sensing of a nonvolatile ferroelectric memory control method according to the present invention;
도 13은 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 제어 방법의 하이 데이터 라이트 동작에 관한 타이밍도. 13 is a timing diagram of a high data write operation of the nonvolatile ferroelectric memory control method according to the present invention.
도 14는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 제어 방법의 로우 데이터 라이트 동작 및 하이 데이터 유지에 관한 동작 타이밍도. 14 is an operation timing diagram relating to low data write operation and high data retention of the nonvolatile ferroelectric memory control method according to the present invention.
본 발명은 불휘발성 강유전체 메모리 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 나노 스케일(Nano scale) 메모리 장치에서 강유전체의 분극 상태에 따라 채널 저항이 달라지는 메모리 셀을 어레이로 구현하여 불휘발성 메모리 셀의 리드/라이트 동작을 제어하는 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 데이터가 보존되는 특성 때문에 차세대 기억 소자로 주목받고 있다. In general, nonvolatile ferroelectric memory, or ferroelectric random access memory (FeRAM), has a data processing speed of about dynamic random access memory (DRAM) and is attracting attention as a next-generation memory device because of 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. 따라서, FeRAM에 관한 기본적인 구성 및 그 동작에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 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. Therefore, a detailed description of the basic configuration of the FeRAM and its operation will be omitted.
이러한 종래의 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 단위 셀은, 워드라인의 상태에 따라 스위칭 동작하여 서브 비트라인과 불휘발성 강유전체 캐패시터를 연결시키는 하나의 스위칭 소자와, 스위칭 소자의 일단과 플레이트 라인 사이에 연결된 하나의 불휘발성 강유전체 캐패시터를 구비하여 이루어진다. 여기서, 종래의 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 스위칭 소자는 게이트 제어 신호에 의해 스위칭 동작이 제어되는 NMOS트랜지스터를 주로 사용한다.The unit cell of the conventional nonvolatile ferroelectric memory device includes one switching element connecting a sub bit line and a nonvolatile ferroelectric capacitor by switching according to a state of a word line, and one connected between one end of the switching element and a plate line. Of nonvolatile ferroelectric capacitors. Here, the switching element of the conventional nonvolatile ferroelectric memory device mainly uses an NMOS transistor whose switching operation is controlled by a gate control signal.
하지만, 이러한 종래의 불휘발성 강유전체 메모리 장치는, 셀 사이즈가 작아질 경우 데이터 유지 특성이 저하되어 정상적인 셀의 동작이 어렵게 된다. 즉, 셀의 리드 동작시 인접한 셀에 전압이 가해지게 되어 데이터가 파괴됨으로써 셀 간에 인터페이스 노이즈가 발생하게 된다. 또한, 셀의 라이트 동작시 비선택된 셀에 라 이트 전압이 인가되어 비선택된 셀들의 데이터가 파괴됨으로써 랜덤한 엑세스(Random Access) 동작이 어렵게 되는 문제점이 있다. However, in such a conventional nonvolatile ferroelectric memory device, when the cell size becomes small, data retention characteristics are deteriorated, so that normal cell operation becomes difficult. That is, when a cell read operation, voltage is applied to an adjacent cell, and data is destroyed, thereby causing interface noise between cells. In addition, since a write voltage is applied to an unselected cell during the write operation of the cell, data of the unselected cells is destroyed, thereby making it difficult to perform a random access operation.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 워드라인과 버텀 워드라인 사이에 N형 드레인영역, P형 채널영역 및 N형 소스영역으로 이루어진 플로팅 채널층을 형성하여 데이터 유지 특성을 개선함으로써 셀의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. The present invention was created to solve the above problems, and improves data retention characteristics by forming a floating channel layer including an N-type drain region, a P-type channel region, and an N-type source region between a word line and a bottom word line. By doing so, it is possible to improve the reliability of the cell.
또한, 본 발명은 상술된 메모리 셀 어레이에서 리드/라이트 동작 방법을 개선하여 랜덤 엑세스 동작이 가능할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. In addition, an object of the present invention is to improve the read / write operation method in the above-described memory cell array to enable a random access operation.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 불휘발성 강유전체 메모리 장치는,복수개의 워드라인과 복수개의 버텀 워드라인에 인가되는 전압에 따라 각각 스위칭 동작이 선택적으로 제어되며 직렬 연결된 복수개의 단위 메모리 셀을 포함하는 단위 셀 어레이가 로오 및 컬럼 방향으로 복수개 구비되는 메모리 셀 어레이; 메모리 셀 어레이로부터 인가되는 데이터를 센싱 및 증폭하고, 증폭된 데이터를 저장하는 센스앰프부; 메모리 셀을 선택하기 위한 컬럼 선택신호를 디코딩하는 컬럼 디코딩부; 및 컬럼 디코딩부의 출력에 따라 스위칭 동작이 제어되어 센스앰프부와 데이터 버스를 선택적으로 연결시키는 컬럼 스위칭부를 구비하고, 복수개의 단위 메모리 셀 각각은 강유전체층을 포함하고, 강유전체층의 극성 상태에 따라 채널영역에 서로 다른 채널 저항을 유도하여 데이터를 리드/라이트 제어하며, 복수개의 단위 메모리 셀 중 비활성화된 단위 메모리 셀은 컬럼 디코딩부의 출력에 따라 컬럼 스위칭부가 턴오프되어 센스앰프부에 저장된 데이터가 라이트-백 됨을 특징으로 한다. A nonvolatile ferroelectric memory device of the present invention for achieving the above object, the switching operation is selectively controlled in accordance with the voltage applied to the plurality of word lines and the plurality of bottom word lines, respectively, and comprises a plurality of unit memory cells connected in series A memory cell array in which a plurality of unit cell arrays are provided in row and column directions; A sense amplifier unit for sensing and amplifying data applied from the memory cell array and storing the amplified data; A column decoding unit decoding a column selection signal for selecting a memory cell; And a column switching unit for controlling a switching operation according to an output of the column decoding unit to selectively connect the sense amplifier unit and the data bus, wherein each of the plurality of unit memory cells includes a ferroelectric layer, and according to a polarity state of the ferroelectric layer. The data is read / written by inducing different channel resistances in the region, and the deactivated unit memory cells of the plurality of unit memory cells are turned off by the column switching unit according to the output of the column decoding unit so that the data stored in the sense amplifier unit can be written. It is characterized by whiteness.
또한, 본 발명의 불휘발성 강유전체 메모리 제어 방법은, 강유전체층의 극성 상태에 따라 플로팅 채널층의 채널영역에 서로 다른 채널 저항을 유도하여 메모리 셀에 저장된 데이터를 센싱하는 단계; 활성화된 모든 메모리 셀들의 데이터를 센스앰프를 통해 증폭하여 증폭된 데이터를 레지스터에 저장하는 단계; 활성화된 모든 메모리 셀들에 히든 데이터를 저장하는 단계; 및 컬럼 선택신호의 활성화 여부에 따라 선택된 메모리 셀에 데이터 버스를 통해 인가되는 입력 데이터를 라이트하고, 선택되지 않은 메모리 셀에 레지스터에 저장된 데이터를 라이트-백하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the nonvolatile ferroelectric memory control method of the present invention includes the steps of sensing the data stored in the memory cell by inducing different channel resistance in the channel region of the floating channel layer according to the polarity state of the ferroelectric layer; Amplifying data of all activated memory cells through a sense amplifier and storing the amplified data in a register; Storing hidden data in all activated memory cells; And writing the input data applied through the data bus to the selected memory cell according to whether the column selection signal is activated, and writing back data stored in the register to the unselected memory cell.
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 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 단위 셀 단면도이다. 1A and 1B are unit cell cross-sectional views of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention.
도 1a는 워드라인과 평행인 방향에서 본 단위 셀의 단면도이다. 1A is a cross-sectional view of a unit cell viewed in a direction parallel to a word line.
먼저, 최하부층에 형성된 버텀(Bottom) 워드라인(10)과 최상부층에 형성된 워드라인(17)은 평행하게 배치된다. 여기서, 버텀 워드라인(10)과 워드라인(17)은 동일한 로오 어드레스 디코더(미도시)에 의해 선택적으로 구동된다. 그리고, 버텀 워드라인(10)의 상부에는 절연층(Oxide layer;11)이 형성되고, 절연층(11)의 상부에는 P형 채널영역(12)으로 이루어진 플로팅 채널층(Floating Channel layer;15)이 형성된다. First, the
또한, 플로팅 채널층(15)의 상부에는 강유전체층(Ferroelectric layer;16)이 형성되고, 강유전체층(16)의 상부에는 워드라인(17)이 형성된다. In addition, a
도 1b는 워드라인과 수직인 방향에서 본 단위 셀의 단면도이다. 1B is a cross-sectional view of the unit cell viewed in a direction perpendicular to the word line.
먼저, 버텀 워드라인(10)의 상부에 절연층(11)이 형성된다. 그리고, 절연층(11)의 상부에는 플로팅 채널층(Floating Channel layer;15)이 형성된다. 여기서, 플로팅 채널층(15)의 드레인영역(13)과 소스영역(14)은 N형으로 이루어지고, 채널 영역(12)은 P형으로 이루어져 플로팅 상태가 된다. First, the
또한, 플로팅 채널층(15)의 반도체는 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube), 실리콘 또는 Ge(게르마늄) 등의 재료가 이용될 수 있다. 또한, 플로팅 채널층(15)의 P형 채널영역(12) 상부에는 강유전체층(16)이 형성되고, 강유전체층(16)의 상부에는 워드라인(17)이 형성된다. In addition, as the semiconductor of the
이에 따라, 본 발명은 강유전체층(16)의 분극(Polarization) 상태에 따라 플로팅 채널층(15)의 채널 저항이 달리지는 특성을 이용하여 데이터를 리드/라이트 한다. 즉, 강유전체층(16)의 극성이 채널영역(12)에 양(+)의 전하를 유도할 경우 메모리 셀은 고저항 상태가 되어 채널이 오프된다. 반대로, 강유전체층(16)의 극성이 채널영역(12)에 음(-)의 전하를 유도할 경우 메모리 셀은 저저항 상태가 되어 채널이 턴온된다. Accordingly, the present invention reads and writes data using the characteristic that the channel resistance of the
이러한 구성을 갖는 본 발명의 단위 메모리 셀은 도 1c에 도시된 심볼과 같이 표현하고자 한다. The unit memory cell of the present invention having such a configuration is intended to be represented as a symbol shown in FIG. 1C.
도 2는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 단위 메모리 셀 어레이를 나타낸 도면이다. 2 is a diagram illustrating a unit memory cell array of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention.
본 발명은 스위칭 소자 N1,N2와 복수개의 메모리 셀 Q1~Qm을 구비한다. 여기서, 스위칭 소자 N1는 비트라인 BL_1과 메모리 셀 Q1 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 선택신호 SEL_1가 인가된다. 그리고, 스위칭 소자 N2는 센싱라인 S/L_1과 메모리 셀 Qm 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 선택신호 SEL_2가 인가된다. The present invention includes switching elements N1 and N2 and a plurality of memory cells Q1 to Qm. Here, the switching element N1 is connected between the bit line BL_1 and the memory cell Q1 to apply the selection signal SEL_1 through the gate terminal. The switching element N2 is connected between the sensing line S / L_1 and the memory cell Qm to receive the selection signal SEL_2 through the gate terminal.
또한, 복수개의 메모리 셀 Q1~Qm은 스위칭 소자 N1,N2 사이에 직렬 연결되어 워드라인 WL_1~WL_m과 버텀 워드라인 BWL_1~BWL_m에 의해 선택적으로 스위칭 동작한다. 각각의 메모리 셀 Q1~Qm의 상세 구성은 도 1b에 도시된 바와 같다. 이에 따라, 메모리 셀 Q1의 소스 단자는 스위칭 소자 N1과 연결되고, 메모리 셀 Qm의 드레인 단자는 스위칭 소자 N2와 연결된다. In addition, the plurality of memory cells Q1 to Qm are connected in series between the switching elements N1 and N2 to selectively switch between the word lines WL_1 to WL_m and the bottom word lines BWL_1 to BWL_m. The detailed configuration of each memory cell Q1 to Qm is as shown in FIG. 1B. Accordingly, the source terminal of the memory cell Q1 is connected with the switching element N1, and the drain terminal of the memory cell Qm is connected with the switching element N2.
도 3은 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 구성도이다. 3 is a configuration diagram of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention.
본 발명은 메모리 셀 어레이(20), 센스앰프부(30), 컬럼 스위칭부(40), 데이터 버스(50) 및 컬럼 디코딩부(60)를 구비한다. The present invention includes a
여기서, 메모리 셀 어레이(20)는 도 2에 도시된 단위 메모리 셀 어레이들이 컬럼 및 로오 방향으로 복수개 구비된다. 그리고, 센스앰프부(30)에 구비된 복수개의 센스앰프 S/A0~S/Am들은 복수개의 비트라인 BL_0~BL_m들과 일대일 대응하여 연결된다. 컬럼 스위칭부(40)에 구비된 복수개의 스위칭 소자 N3~Nm들은 복수개의 센스앰프 S/A0~S/Am들과 데이터 버스(50) 사이에 연결되어 컬럼 디코딩부(60)의 출력에 의해 스위칭 동작이 선택적으로 제어된다. Here, the
또한, 컬럼 디코딩부(60)에 구비된 복수개의 컬럼 스위치 C/S_0~C/S_n들은 복수개의 스위칭 소자 N3~Nm들의 게이트 단자에 연결되어, 복수개의 스위칭 소자 N3~Nm들의 스위칭 동작을 선택적으로 제어한다. In addition, the plurality of column switches C / S_0 to C / S_n included in the
도 4는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 메모리 셀 어레이를 나타낸다. 4 illustrates a memory cell array of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention.
본 발명은 복수개의 비트라인 BL_1~BL_n과 복수개의 센싱라인 S/L_1~S/L_n이 교차되는 영역에 복수개의 단위 메모리 셀 어레이(20)들이 구비되어, 로오 및 컬럼 방향으로 배치된다. 각각의 단위 셀 어레이(20)들의 구성은 도 2에 도시된 바와 같다. In the present invention, a plurality of unit
도 5는 도 3의 센스앰프부(30) 내의 센스앰프의 제 1실시예에 따른 세부 회로도이다.FIG. 5 is a detailed circuit diagram according to the first embodiment of the sense amplifier in the
센스앰프는 비트라인 프리차지부(100), 리드제어부(200) 및 라이트 제어부(300)를 구비한다.The sense amplifier includes a bit line
비트라인 프리차지부(100)는 그 소스에 접지전압 VSS이 접속되고 그 드레인이 비트라인 BL_1에 접속되며 그 게이트에 비트라인 프리차지제어신호 BLGND가 인가되는 엔모스 트랜지스터 NM1를 구비한다. 즉, 엔모스 트랜지스터 NM1는 비트라인 프리차지제어신호 BLGND에 따라 비트라인 BL_1을 접지전압레벨로 프리차지시킨다. The bit line
리드제어부(200)는 스위칭부(210), 프리차지부(220), 및 증폭부(230)를 구비한다. 스위칭부(210)는 센스앰프 스위칭제어신호 SSW에 의해 제어되어 비트라인 BL_1의 신호를 데이터 래치 입력노드 SALIN에 인가하는 엔모스 트랜지스터 NM2를 구비한다. 프리차지부(220)는 센스앰프 프리차지제어신호 SAPRE에 의해 제어되어 전원전압 VDD 레벨을 데이터 래치 입력노드 SALIN에 인가하는 피모스 트랜지스터 PM1를 구비한다.The
증폭부(230)는 비트라인 BL_1에 실린 데이터를 증폭하여 출력하기 위해, 데이터 래치 제어부(231) 및 데이터 래치부(232)를 구비한다.The
데이터 래치 제어부(231)는 데이터 래치부(232)의 일측과 접지전압단 사이에 직렬로 연결된 엔모스 트랜지스터 NM4, NM5를 구비한다. 엔모스 트랜지스터 NM4, NM5는 데이터 래치 입력노드 SALIN의 신호와 센스앰프 래치제어신호 SALAT에 의해 각각 제어되어 접지전압 VSS 레벨을 데이터 래치부(232)의 입력단에 인가한다. 데이터 래치부(232)는 서로의 입력이 서로의 출력단에 연결되는 래치 구조의 인버터 IV1, IV2를 구비한다.The data latch
라이트제어부(300)는 라이트 스위칭제어신호 WSW에 의해 제어되어 리드모드시에는 비트라인 BL_1의 전압을 센스앰프 출력노드 SALOUT에 인가하여 센스앰프 출력노드 SALOUT를 프리차지시키고, 라이트 모드시에는 센스앰프 출력노드 SALOUT의 데이터를 비트라인 BL_1에 전달하는 엔모스 트랜지스터 NM3를 구비한다.The
도 6a은 도 5의 센스앰프의 리드 동작 시의 타이밍도이다.6A is a timing diagram of a read operation of the sense amplifier of FIG. 5.
먼저, 리드동작을 위해 도 2에 도시된 메모리 셀 Q1에 저장되어 있는 데이터를 리드하는 것을 가정한다. 임의의 비트라인 BL_1에 연결된 셀 어레이 중 WL_1에 접속된 셀 Q1이 선택되면, 센스앰프로부터 비트라인 BL_1으로 센싱전류 icell가 흐르게 된다.First, it is assumed that data stored in the memory cell Q1 shown in FIG. 2 is read for the read operation. When the cell Q1 connected to WL_1 is selected among the cell arrays connected to any bit line BL_1, the sensing current icell flows from the sense amplifier to the bit line BL_1.
t0 구간은 메모리 셀의 프리차지 구간으로 정의한다. t1 구간에서 선택신호 SEL_1가 하이로 천이하면 스위칭 소자 N1가 턴온된다. 이에 따라, 비트라인 BL_1 과 메모리 셀 Q1의 소스 단자가 연결된다. 이때, 선택신호 SEL_2와, 복수개의 워드라인 WL_1~WL_m과 복수개의 버텀 워드라인 BWL_1~BWL_m은 로우 상태를 유지한다. 그리고, 비트라인 BL_1과 센싱라인 S/L_1은 로우 상태를 유지한다. 상기 내용은 도 2의 메모리 셀 어레이와 관련된 설명으로서 도 9에 도시되어 있다. The t0 section is defined as a precharge section of the memory cell. When the selection signal SEL_1 transitions high in the t1 period, the switching element N1 is turned on. Accordingly, the bit line BL_1 and the source terminal of the memory cell Q1 are connected. At this time, the selection signal SEL_2, the plurality of word lines WL_1 to WL_m and the plurality of bottom word lines BWL_1 to BWL_m are kept low. The bit line BL_1 and the sensing line S / L_1 remain low. The above is illustrated in FIG. 9 as a description relating to the memory cell array of FIG.
이때, 도 5의 센스앰프는 t1 구간에서 비트라인 프리차지제어신호 BLGND가 하이레벨로 인에이블되어 비트라인 BL_1이 접지전압레벨로 프리차지되고, 센스앰프 스위칭제어신호 SSW가 하이레벨로 인에이블되어 엔모스 트랜지스터 NM2가 턴온된다. 그에 따라, 비트라인 BL_1의 접지전압 레벨신호가 데이터 래치 입력노드 SALIN에 인가되어 데이터 래치 입력노드 SALIN도 접지전압레벨로 프리차지된다. 또한, 라이트 스위칭제어신호 WSW가 하이레벨로 인에이블되어 비트라인 BL_1의 접지전압 레벨신호가 센스앰프 출력노드 SALOUT에 인가되어 센스앰프 출력노드 SALOUT가 프리차지된다.At this time, in the sense amplifier of FIG. 5, the bit line precharge control signal BLGND is enabled at the high level, and the bit line BL_1 is precharged to the ground voltage level, and the sense amplifier switching control signal SSW is enabled at the high level. NMOS transistor NM2 is turned on. Accordingly, the ground voltage level signal of the bit line BL_1 is applied to the data latch input node SALIN, and the data latch input node SALIN is also precharged to the ground voltage level. In addition, the write switching control signal WSW is enabled to the high level, and the ground voltage level signal of the bit line BL_1 is applied to the sense amplifier output node SALOUT, thereby precharging the sense amplifier output node SALOUT.
이후에, t2구간에서 버텀 워드라인 BWL_2~BWL_m들이 하이레벨로 인에이블되어 메모리 셀 Q2~Qm들이 버텀 워드라인 BWL_2~BWL_m을 통해 비트라인 BL_1과 연결되고, 센스앰프 프리차지신호 SAPRE가 로우레벨로 인에이블되어 피모스 트랜지스터 PM1가 턴온되어 전원전압 VDD 레벨이 데이터 래치 입력노드 SALIN에 인가된다. 그에 따라, 엔모스 트랜지스터 NM2를 통해 전원전압 VDD 레벨에 의한 센싱전압이 비트라인 BL_1에 설정된다. 이때, 센싱전압은 센스앰프 스위칭 전압과 엔모스 트랜지스터 NM2의 문턱전압의 차(SSW-Vt)의 레벨과 동일하다.Subsequently, the bottom word lines BWL_2 to BWL_m are enabled at a high level in the period t2, and the memory cells Q2 to Qm are connected to the bit line BL_1 through the bottom word lines BWL_2 to BWL_m, and the sense amplifier precharge signal SAPRE goes to the low level. The PMOS transistor PM1 is turned on to apply the power supply voltage VDD level to the data latch input node SALIN. Accordingly, the sensing voltage due to the power supply voltage VDD level is set in the bit line BL_1 through the NMOS transistor NM2. In this case, the sensing voltage is equal to the level of the difference between the sense amplifier switching voltage and the threshold voltage of the NMOS transistor NM2 (SSW-Vt).
다음에, t3 구간에서 센스앰프 스위칭제어신호 SSW가 로우레벨로 디스에이블 되면 엔모스 트랜지스터 NM2가 턴오프되어 비트라인 BL_1의 전압레벨은 셀 센싱전류 icell에 따라 t2 구간에서 설정된 전압레벨을 유지하거나 접지전압레벨로 하강한다.Next, when the sense amplifier switching control signal SSW is disabled to the low level in the t3 period, the NMOS transistor NM2 is turned off so that the voltage level of the bit line BL_1 maintains or grounds the voltage level set in the t2 period according to the cell sensing current icell. Lower to the voltage level.
즉, 셀 데이터가 "0"이면 셀이 온상태에 있어 셀 센싱전류 icell는 양의 전류가 되고, 셀 데이터가 "1"이면 셀이 오프상태가 되어 셀 센싱전류 icell는 0이 된다.따라서, 셀 데이터가 "0"인 셀은 비트라인 BL_1의 설정된 전압레벨을 접지전압레벨로 하강시키고 셀 데이터가 "1"인 상태의 셀은 비트라인 BL_1의 전압을 설정된 전압 상태로 유지시킨다.That is, if the cell data is "0", the cell is in the on state and the cell sensing current icell is positive current. If the cell data is "1", the cell is off and the cell sensing current icell becomes zero. The cell with the cell data of "0" lowers the set voltage level of the bit line BL_1 to the ground voltage level, and the cell with the cell data of "1" maintains the voltage of the bit line BL_1 at the set voltage state.
그 후, 센스앰프 스위칭제어신호 SSW가 하이레벨로 인에이블되기 전의 t4 구간동안 센스앰프 프리차지제어신호 SAPRE를 하이레벨로 디스에이블시켜 피모스 트랜지스터 PM1를 턴오프시킨 후 t5 구간에서 센스앰프 스위칭 제어신호 SSW를 하이레벨로 인에이블시켜 엔모스 트랜지스터 NM2를 턴온시킨다.Thereafter, during the period t4 before the sense amplifier switching control signal SSW is enabled to the high level, the sense amplifier precharge control signal SAPRE is disabled to the high level to turn off the PMOS transistor PM1, and then the sense amplifier switching control at the period t5. Enable signal SSW to high level to turn on NMOS transistor NM2.
그에 따라, 비트라인 BL_1이 설정상태이면 데이터 래치 입력노드 SALIN의 레벨에 변화가 없지만, 비트라인 BL_1이 접지전압 레벨 상태이면 데이터 래치 입력노드 SALIN에 접지전압레벨이 인가된다. 즉, 셀 데이터가 "1"이면 비트라인 BL_1이 설정상태이고, 셀 데이터가 "0"이면 비트라인 BL_1이 접지전압 레벨 상태이므로 데이터 래치 입력노드 SALIN가 접지전압레벨이 된다.Accordingly, if the bit line BL_1 is set, the level of the data latch input node SALIN does not change. If the bit line BL_1 is at the ground voltage level, the ground voltage level is applied to the data latch input node SALIN. That is, when the cell data is "1", the bit line BL_1 is set, and when the cell data is "0", the bit line BL_1 is at the ground voltage level, so the data latch input node SALIN is at the ground voltage level.
한편, t5 구간에서는 센스앰프 래치제어신호 SALAT가 하이레벨로 인에이블되어 엔모스 트랜지스터 NM5가 턴온되고, 셀 데이터가 "0"이면 엔모스 트랜지스터 NM4가 턴오프되어 센스앰프 출력노드 SALOUT에 접지전압레벨이 인가되고, 셀 데이 터가 "1"이면 엔모스 트랜지스터 NM4가 턴온되어 센스앰프 출력노드 SALOUT에 하이레벨신호가 인가된다.Meanwhile, in the period t5, the sense amplifier latch control signal SALAT is enabled at a high level, and the NMOS transistor NM5 is turned on. When the cell data is "0", the NMOS transistor NM4 is turned off and the ground voltage level is applied to the sense amplifier output node SALOUT. When the cell data is "1", the NMOS transistor NM4 is turned on to apply a high level signal to the sense amplifier output node SALOUT.
도 6b는 도 5의 센스앰프의 로우 데이터 라이트 동작 및 하이 데이터 유지에 관한 동작 타이밍도이다.6B is an operation timing diagram relating to low data write operation and high data retention of the sense amplifier of FIG. 5.
먼저, 데이터 "0"의 라이트 동작시 도 2에 도시된 메모리 셀 Q1을 선택하는 것을 가정한다. 그리고, t0 구간은 메모리 셀의 프리차지 구간으로 정의한다. First, it is assumed that the memory cell Q1 shown in FIG. 2 is selected during the write operation of data "0". The t0 section is defined as a precharge section of the memory cell.
t1 구간에서 선택신호 SEL_1가 하이로 천이하면 스위칭 소자 N1가 턴온된다. 이에 따라, 비트라인 BL과 메모리 셀 Q1의 소스 단자가 연결된다. 이때, 선택신호 SEL_2와, 복수개의 워드라인 WL_1~WL_m과 복수개의 버텀 워드라인 BWL_1~BWL_m은 로우 상태를 유지한다. 그리고, 비트라인 BL_1과 센싱라인 S/L_1은 로우 상태를 유지한다. 상기 내용은 도 2의 메모리 셀 어레이와 관련된 설명으로서 도 9에 도시되어 있다. When the selection signal SEL_1 transitions high in the t1 period, the switching element N1 is turned on. Accordingly, the bit line BL is connected to the source terminal of the memory cell Q1. At this time, the selection signal SEL_2, the plurality of word lines WL_1 to WL_m and the plurality of bottom word lines BWL_1 to BWL_m are kept low. The bit line BL_1 and the sensing line S / L_1 remain low. The above is illustrated in FIG. 9 as a description relating to the memory cell array of FIG.
한편, 도 5의 센스앰프는 라이트 동작 시 센스앰프 스위칭제어신호 SSW를 항상 접지전압레벨로 디스에이블시키고 센스앰프 래치제어신호 SALAT는 접지전압레벨로 디스에이블시키며, 센스앰프 프리차지제어신호 SAPRE는 전원전압레벨로 디스에이블시켜 엔모스 트랜지스터 NM2, NM5 및 피모스 트랜지스터 PM1를 턴오프시킨다.Meanwhile, the sense amplifier of FIG. 5 always disables the sense amplifier switching control signal SSW to the ground voltage level during the write operation, and disables the sense amplifier latch control signal SALAT to the ground voltage level, and the sense amplifier precharge control signal SAPRE is powered. The NMOS transistors NM2, NM5 and PMOS transistor PM1 are turned off by disabling to the voltage level.
t1 구간에서 비트라인 프리차지제어신호 BLGND가 하이레벨로 인에이블되어 비트라인 BL_1이 접지전압레벨로 프리차지되고, 모든 버텀워드라인 BWL_1~BWL_m이 하이레벨로 인에이블되어 모든 메모리 셀 Q1~Qm들이 버텀 워드라인 BWL_1~BWL_m을 통해 비트라인 BL_1과 연결되어 비트라인 BL_1에 인가된 데이터가 모든 셀 Q1~Qm들 에 전달될 수 있도록 한다.In the t1 period, the bit line precharge control signal BLGND is enabled to the high level, the bit line BL_1 is precharged to the ground voltage level, and all the bottom word lines BWL_1 to BWL_m are enabled to the high level, so that all the memory cells Q1 to Qm are It is connected to the bit line BL_1 through the bottom word lines BWL_1 to BWL_m so that data applied to the bit line BL_1 can be transferred to all the cells Q1 to Qm.
이후, t2 구간에서 라이트 스위칭제어신호 WSW가 하이레벨로 인에이블되어 엔모스 트랜지스터 NM3가 턴온된다. 그에 따라, 센스앰프 출력노드 SALOUT의 데이터가 비트라인 BL_1에 전달된다.Thereafter, the write switching control signal WSW is enabled to the high level in the period t2, and the NMOS transistor NM3 is turned on. Accordingly, the data of the sense amplifier output node SALOUT is transferred to the bit line BL_1.
t3 구간에서는 워드라인 WL_1을 하이레벨로 인에이블시켜 워드라인 WL_1에 접속된 셀에 비트라인 BL_1의 데이터를 라이트한다. 즉, 비트라인 BL_1에 전달된 데이터가 "0"이면 선택된 셀에 "0"을 라이트하고, 비트라인 BL_1에 전달된 데이터가 "1"이면 선택된 셀에 "1"을 유지하게 된다. In the period t3, the word line WL_1 is enabled at a high level to write the data of the bit line BL_1 to the cell connected to the word line WL_1. That is, if the data transferred to the bit line BL_1 is "0", "0" is written to the selected cell. If the data transferred to the bit line BL_1 is "1", the "1" is maintained in the selected cell.
즉, 워드라인 WL_1에 의해 메모리 셀 Q1의 P형 채널 영역(12)에 전자가 쌓이게 된다. 따라서, 워드라인 WL_1에 양의 전압이 인가되고 임계 전압차가 발생하여 강유전체층(16)에 채널 전자가 유도되도록 극성이 형성된다. 이에 따라, 메모리 셀 Q1에 데이터 "0"을 라이트할 수 있게 된다. 한편, 메모리 셀 Q1에 저장된 데이터 "1"을 그대로 유지하고자 할 경우 비트라인 BL_1에 하이 전압을 인가하여 메모리 셀 Q1에 비트라인 BL_1의 전압이 인가되도록 한다. 이에 따라, 채널 영역(12)에 전자가 형성되는 것을 방지함으로써 데이터 "1"을 보존할 수 있게 된다. That is, electrons are accumulated in the P-
이어서, t4 구간에서 워드라인 WL_1, 라이트 스위칭 제어신호 WSW, 및 모든 버텀 워드라인 BWL_1~BWL_m이 다시 접지전압 레벨 상태로 천이되고 비트라인 프리차지제어신호 BLGND에 의해 비트라인 BL_1이 접지전압 레벨로 프리차지되어 라이트 동작을 완료한다. 그 후, 도 2의 선택신호 SEL_1가 로우레벨로 천이되면 스위칭 소자 N1가 턴오프된다. Then, in the period t4, the word line WL_1, the write switching control signal WSW, and all the bottom word lines BWL_1 to BWL_m transition to the ground voltage level again, and the bit line BL_1 is freed to the ground voltage level by the bit line precharge control signal BLGND. To complete the write operation. Thereafter, when the selection signal SEL_1 of FIG. 2 transitions to the low level, the switching element N1 is turned off.
도 7은 도 3의 센스앰프부(30)의 센스앰프의 제 2실시예에 따른 세부 회로도이다.FIG. 7 is a detailed circuit diagram according to a second embodiment of the sense amplifier of the
센스앰프는 프리차지부(400), 리드제어부(500), 및 라이트제어부(600)를 구비한다.The sense amplifier includes a
프리차지부(400)는 비트라인 프리차지제어신호 BLGND에 의해 제어되어 비트라인 BL_1과 센스앰프바 출력노드 /SALOUT를 접지전압 VSS 레벨로 각각 프리차지시키는 엔모스 트랜지스터 NM9, NM10를 구비한다. 엔모스 트랜지스터 NM9, NM10는 비트라인 BL_1과 데이터 래치부(532)의 출력단 사이에 직렬연결된다.The
리드제어부(500)는 스위칭부(510), 프리차지부(220), 및 증폭부(230)를 구비한다. 스위칭부(510)는 센스앰프 스위칭제어신호 SSW에 의해 제어되어 비트라인 BL_1의 신호를 데이터 래치 입력노드 SALIN에 인가하는 엔모스 트랜지스터 NM6를 구비한다. 프리차지부(520)는 센스앰프 프리차지제어신호 SAPRE에 의해 제어되어 전원전압 VDD 레벨을 데이터 래치 입력노드 SALIN에 인가하는 피모스 트랜지스터 PM2를 구비한다.The
증폭부(530)는 비트라인 BL_1에 실린 데이터를 증폭하여 출력하기 위해, 데이터 래치 제어부(531) 및 데이터 래치부(532)를 구비한다.The
데이터 래치 제어부(531)는 데이터 래치부(532)의 일측과 접지전압단 사이에 직렬로 연결된 엔모스 트랜지스터 NM7, NM8를 구비한다. 엔모스 트랜지스터 NM7, NM8는 데이터 래치 입력노드 SALIN의 신호와 센스앰프 래치제어신호 SALAT에 의해 각각 제어되어 접지전압 VSS 레벨을 데이터 래치부(532)의 입력단에 인가한다. 데 이터 래치부(532)는 서로의 입력이 서로의 출력단에 연결되는 래치 구조의 인버터 IV3, IV4를 구비한다.The data latch
라이트제어부(600)는 리드모드시에는 비트라인 BL_1의 전압을 센스앰프 출력노드 SALOUT에 인가하여 센스앰프 출력노드 SALOUT를 프리차지시키고, 라이트 모드시에는 센스앰프 출력노드 SALOUT의 데이터에 따라 비트라인 BL_1에 "0" 또는 "1"을 인가한다. 이를 위해, 라이트제어부(600)는 라이트 스위칭제어신호 WSW에 의해 제어되는 엔모스 트랜지스터 NM11과 센스앰프 출력노드 SALOUT의 전압에 의해 제어되는 엔모스 트랜지스터 NM12를 구비한다. In the read mode, the
라이트 제어부(600)의 동작을 구체적으로 설명하면, 먼저, 데이터 "1"을 라이트하는 경우 센스앰프 출력노드 SALOUT에 데이터 "1"이 실리면 엔모스 트랜지스터 NM12가 턴온되고 라이트 스위칭 젱신호 WSW에 의해 엔모스 트랜지스터 NM11이 턴온되어 하프전압 Half_Vc이 비트라인 BL_1에 인가되어 셀에 데이터 "1"이 라이트된다.The operation of the
한편, 데이터 "0"을 라이트 하는 경우 라이트제어신호 WSW에 의해 엔모스 트랜지스터 NM11는 턴온되나, 센스앰프 출력노드 SALOUT에는 데이터 "0"이 실리므로 엔모스 트랜지스터 NM12는 턴오프되어 비트라인 BL_1은 접지전압레벨을 유지하게 되므로 데이터 "0"이 라이트된다.On the other hand, when data "0" is written, the NMOS transistor NM11 is turned on by the write control signal WSW, but since the data "0" is loaded on the sense amplifier output node SALOUT, the NMOS transistor NM12 is turned off and the bit line BL_1 is grounded. Data "0" is written because the voltage level is maintained.
도 8a은 도 7의 센스앰프의 리드 동작 시의 타이밍도이다.8A is a timing diagram of a read operation of the sense amplifier of FIG. 7.
먼저, 리드동작을 위해 도 2에 도시된 메모리 셀 Q1에 저장되어 있는 데이터를 리드하는 것을 가정한다. First, it is assumed that data stored in the memory cell Q1 shown in FIG. 2 is read for the read operation.
먼저, 리드동작을 위해 도 2에 도시된 메모리 셀 Q1에 저장되어 있는 데이터를 리드하는 것을 가정한다. 임의의 비트라인 BL_1에 연결된 셀 어레이 중 WL_1에 접속된 셀 Q1이 선택되면, 센스앰프로부터 비트라인 BL_1으로 센싱전류 icell가 흐르게 된다. 이때, 리드모드시에는 라이트 스위칭제어신호 WSW가 로우레벨로 디스에이블되어 엔모스 트랜지스터 NM11은 턴오프상태를 유지한다.First, it is assumed that data stored in the memory cell Q1 shown in FIG. 2 is read for the read operation. When the cell Q1 connected to WL_1 is selected among the cell arrays connected to any bit line BL_1, the sensing current icell flows from the sense amplifier to the bit line BL_1. At this time, in the read mode, the write switching control signal WSW is disabled to a low level so that the NMOS transistor NM11 maintains a turn-off state.
t0 구간은 메모리 셀의 프리차지 구간으로 정의한다. t1 구간에서 선택신호 SEL_1, SEL_2가 하이레벨로 인에이블되면 스위칭 소자 N1, N2가 턴온된다. 이에 따라, 비트라인 BL_1에 메모리 셀 Q1의 소스 단자가 연결되고 메모리 셀 Qm의 드레인단자가 센싱라인 S/L_1에 연결된다. 이때, 복수개의 워드라인 WL_1~WL_m과 복수개의 버텀 워드라인 BWL_1~BWL_m은 로우 상태를 유지하여, 셀 Q1의 저장 극성에 따라 비트라인 BL_1과 센싱라인 S/L_1간의 전류 흐름이 결정되게 된다. 상기 내용은 도 2의 메모리 셀 어레이와 관련된 설명으로서 도 9에 도시되어 있다. The t0 section is defined as a precharge section of the memory cell. When the selection signals SEL_1 and SEL_2 are enabled to the high level in the t1 period, the switching elements N1 and N2 are turned on. Accordingly, the source terminal of the memory cell Q1 is connected to the bit line BL_1, and the drain terminal of the memory cell Qm is connected to the sensing line S / L_1. At this time, the plurality of word lines WL_1 to WL_m and the plurality of bottom word lines BWL_1 to BWL_m are kept low, and current flow between the bit line BL_1 and the sensing line S / L_1 is determined according to the storage polarity of the cell Q1. The above is illustrated in FIG. 9 as a description relating to the memory cell array of FIG.
이때, t1 구간에서 비트라인 프리차지신호 BLGND가 하이레벨로 인에이블되어 엔모스 트랜지스터 NM9, NM10가 턴온되어 비트라인 BL_1 및 센스앰프바 출력노드 /SALOUT를 접지전압 레벨로 프리차지시킨다. 또한, t1 구간에서 센스앰프 스위칭제어신호 SSW가 하이레벨로 인에이블되어 엔모스 트랜지스터 NM6이 턴온되어 비트라인 BL_1의 접지전압 레벨을 데이터 래치 입력노드 SALIN에 인가한다. 이때, 라이트 스위칭 제어신호 WSW는 계속 로우레벨을 유지하여 엔모스 트랜지스터 NM11를 턴오프시킨다.At this time, the bit line precharge signal BLGND is enabled to a high level in the period t1 so that the NMOS transistors NM9 and NM10 are turned on to precharge the bit line BL_1 and the sense amplifier bar output node / SALOUT to the ground voltage level. In addition, the sense amplifier switching control signal SSW is enabled to the high level in the period t1 so that the NMOS transistor NM6 is turned on to apply the ground voltage level of the bit line BL_1 to the data latch input node SALIN. At this time, the write switching control signal WSW keeps the low level to turn off the NMOS transistor NM11.
그 후, t2 구간에서 선택된 셀의 버텀워드라인 BWL_1이 하이레벨로 인에이블 되고, 프리차지제어신호 SAPRE가 로우레벨로 인에이블되어 피모스 트랜지스터 PM2가 턴온되어 전원전압 VDD 레벨로 데이터 래치 입력노드 SALIN를 프리차지시킨다. 그에 따라, 전원전압 VDD 레벨에 의한 센싱전압이 비트라인 BL_1에 설정된다.Subsequently, the bottom word line BWL_1 of the selected cell is enabled to the high level in the period t2, the precharge control signal SAPRE is enabled to the low level, and the PMOS transistor PM2 is turned on to supply the data latch input node SALIN to the power supply voltage VDD level. Precharge Accordingly, the sensing voltage based on the power supply voltage VDD level is set in the bit line BL_1.
다음에, t3 구간에서 센스앰프 스위칭 제어신호 SSW가 로우레벨로 디스에이블되어 엔모스 트랜지스터 NM6는 턴오프되고, 비트라인 NL_1의 전압 레벨은 셀 센싱전류 icell에 따라 t2 구간에서 설정된 전압레벨을 유지하거나 접지전압레벨로 하강하는 디벨롭을 한다.Next, in the period t3, the sense amplifier switching control signal SSW is disabled to the low level so that the NMOS transistor NM6 is turned off, and the voltage level of the bit line NL_1 maintains the voltage level set in the period t2 according to the cell sensing current icell. The developer drops to the ground voltage level.
즉, 셀 데이터가 "0"이면 셀이 온상태에 있어 셀 센싱전류 icell는 양의 전류가 되고, 셀 데이터가 "1"이면 셀이 오프상태가 되어 셀 센싱전류 icell는 0이 된다. 따라서, 셀 데이터가 "0"인 셀은 비트라인 BL_1의 설정된 전압레벨을 접지전압레벨로 하강시키고 셀 데이터가 "1"인 상태의 셀은 비트라인 BL_1의 전압을 설정된 전압 상태로 유지시킨다. 이때, 센스앰프 스위칭제어신호 SSW의 전압 레벨이 1.2V이고 엔모스 트랜지스터 NM6의 문턱전압이 0.7V이면 비트라인 BL_1에 인가되는 전압은 1.2V-0.7V=0.5V가 된다. That is, if the cell data is "0", the cell is in an on state, and the cell sensing current icell is a positive current. If the cell data is "1", the cell is off, and the cell sensing current icell is zero. Therefore, the cell with the cell data of "0" lowers the set voltage level of the bit line BL_1 to the ground voltage level, and the cell of the cell data of "1" maintains the voltage of the bit line BL_1 in the set voltage state. At this time, when the voltage level of the sense amplifier switching control signal SSW is 1.2V and the threshold voltage of the NMOS transistor NM6 is 0.7V, the voltage applied to the bit line BL_1 is 1.2V-0.7V = 0.5V.
그 후, t3 구간에서 비트라인 Bl_1이 충분히 디벨롭되면 센스앰프 프리차지신호 SAPRE는 하이레벨로 디스에이블되어 피모스 트랜지스터 PM2는 턴오프되고, 센스앰프 스위칭제어신호 SSW가 하이레벨로 인에이블되어 엔모스 트랜지스터 NM6를 턴온시킨다. 그에 따라, 비트라인 BL_1의 상태에 따라 데이터 래치 입력노드 SALIN의 전압이 결정된다. 즉, 데이터 래치 입력노드 SALIN는 비트라인 BL_1이 설정상태 가 "1"이면 변화 없이 하이레벨을 유지하지만, 비트라인 BL_1이 접지전압 레벨 상 태이면 접지전압레벨로 방전된다. After the bit line Bl_1 is sufficiently developed in the period t3, the sense amplifier precharge signal SAPRE is disabled to a high level, the PMOS transistor PM2 is turned off, and the sense amplifier switching control signal SSW is enabled to a high level. The MOS transistor NM6 is turned on. Accordingly, the voltage of the data latch input node SALIN is determined according to the state of the bit line BL_1. That is, the data latch input node SALIN maintains a high level without change when the bit line BL_1 is set to "1", but discharges to the ground voltage level when the bit line BL_1 is at the ground voltage level.
한편, t5 구간에서는 센스앰프 래치제어신호 SALAT가 하이레벨로 인에이블되어 엔모스 트랜지스터 NM8가 턴온되고, 셀 데이터가 "0"이면 엔모스 트랜지스터 NM7가 턴오프되어 센스앰프 출력노드 SALOUT에 접지전압레벨이 인가되고, 셀 데이터가 "1"이면 엔모스 트랜지스터 NM4가 턴온되어 센스앰프 출력노드 SALOUT에 하이레벨신호가 인가된다.Meanwhile, in the period t5, the sense amplifier latch control signal SALAT is enabled at a high level, and the NMOS transistor NM8 is turned on. When the cell data is "0", the NMOS transistor NM7 is turned off and the ground voltage level is applied to the sense amplifier output node SALOUT. When the cell data is "1", the NMOS transistor NM4 is turned on to apply a high level signal to the sense amplifier output node SALOUT.
그 후, t6 구간에서는 버텀 워드라인 BWL_1이 로우레벨로 디스에이블되고 비트라인 프리차지신호 BLGND가 하이레벨로 인에이블되어 비트라인 BL_1이 접지전압레벨로 프리차지 된다.Thereafter, in the period t6, the bottom word line BWL_1 is disabled to the low level, the bit line precharge signal BLGND is enabled to the high level, and the bit line BL_1 is precharged to the ground voltage level.
도 8b는 도 7의 센스앰프의 하이 데이터 라이트 동작, 하이 데이터 유지, 및 로우 데이터 라이트 동작에 관한 동작 타이밍도이다.8B is an operation timing diagram illustrating a high data write operation, a high data hold operation, and a low data write operation of the sense amplifier of FIG. 7.
먼저, 데이터 "1"의 라이트 동작시 도 2에 도시된 메모리 셀 Q1을 선택하는 것을 가정한다. 그리고, t0 구간은 메모리 셀의 프리차지 구간으로 정의하고, t1, t2 구간은 셀에 데이터 "1"을 라이트하는 구간이고, t3, t4 구간은 데이터 "1"을 유지하는 구간이고, t5, t6은 셀에 데이터 "0"를 라이트하는 구간이다.First, it is assumed that the memory cell Q1 shown in FIG. 2 is selected during the write operation of data "1". The t0 section is defined as a precharge section of the memory cell, the t1 and t2 sections are sections for writing data "1" to the cell, and the t3 and t4 sections are sections for maintaining data "1", and t5 and t6. Is a section for writing data "0" to the cell.
t1 구간에서 비트라인 프리차지제어신호 BLGND가 하이레벨로 인에이블되어 엔모스 트랜지스터 NM9, NM10를 턴온시켜 비트라인 BL_1과 센스앰프바 출력노드 /SALOUT를 접지전압 레벨로 프리차지시킨다. 이때, 복수개의 워드라인 WL_2~WL_m과 복수개의 버텀 워드라인 BWL_1~BWL_m은 로우 상태를 유지하고, 센스앰프 스위칭제어신호 SSW, 센스앰프 프리차지제어신호 SAPRE, 센스앰프 래치제어신호 SALAT를 항 상 접지전압레벨로 디스에이블시켜, 엔모스 트랜지스터 NM6, NM8 및 피모스 트랜지스터 PM2를 계속 턴오프시켜 리드제어부(500)를 오프시킨다.In the t1 period, the bit line precharge control signal BLGND is enabled to a high level, thereby turning on the NMOS transistors NM9 and NM10 to precharge the bit line BL_1 and the sense amplifier bar output node / SALOUT to the ground voltage level. At this time, the plurality of word lines WL_2 to WL_m and the plurality of bottom word lines BWL_1 to BWL_m are kept low, and the sense amplifier switching control signal SSW, the sense amplifier precharge control signal SAPRE, and the sense amplifier latch control signal SALAT are always grounded. The
t2 구간에서 워드라인 WL_1에 음의전압 VNEG을 인가하고 선택된 셀 Q1에 데이터 "1"을 라이트 한다. 즉, 워드라인 WL_1에 강유전체 분극전환전압인 Vc의 임계전압을 인가한다. 비트라인 BL_1의 전압이 엔모스 트랜지스터 NM9에 의해 접지전압레벨이면 워드라인 WL_1과 채널사이에 임계전압인 Vc 전압이 인가되어 강유전체의 분극에 변화가 발생하여 데이터 "1"을 라이트한다.In a period t2, a negative voltage VNEG is applied to the word line WL_1, and data "1" is written to the selected cell Q1. That is, a threshold voltage of Vc, which is a ferroelectric polarization switching voltage, is applied to the word line WL_1. If the voltage of the bit line BL_1 is the ground voltage level by the NMOS transistor NM9, the voltage Vc, which is a threshold voltage, is applied between the word line WL_1 and the channel to change the polarization of the ferroelectric to write data "1".
t3 구간에서는 워드라인 WL_1에 접지전압 VSS을 인가하여 라이트한 데이터 "1"을 유지한다. In the t3 period, the data "1" written by applying the ground voltage VSS to the word line WL_1 is maintained.
t4 구간에서는 비트라인 프리차지제어신호 BLGND가 로우레벨로 디스에이블되어 엔모스 트랜지스터 NM9, NM10는 턴오프되고 라이트 스위칭제어신호 WSW가 하이레벨로 인에이블되어 엔모스 트랜지스터 NM11이 턴온되고 센스앰프 출력노드 SALOUT의 데이터가 비트라인 BL_1에 전달된다. 센스앰프 출력노드 SALOUT의 하이 데이터에 의해 엔모스 트랜지스터 NM12가 턴온되어 비트라인 BL_1에 하프전압 Half_Vc이 인가되어 임계전압보다 작은 전압을 인가하게 되므로 데이터 "1" 상태를 보존하게 된다.In the period t4, the bit line precharge control signal BLGND is disabled to the low level, the NMOS transistors NM9 and NM10 are turned off, and the light switching control signal WSW is enabled to the high level, so that the NMOS transistor NM11 is turned on and the sense amplifier output node is turned on. Data of SALOUT is transferred to the bit line BL_1. Since the NMOS transistor NM12 is turned on by the high data of the sense amplifier output node SALOUT, the half voltage Half_Vc is applied to the bit line BL_1 to apply a voltage smaller than the threshold voltage, thereby preserving the data "1" state.
이때, 센스앰프 출력노드 SALOUT에 실린 데이터 "1"이 실린 경우 엔모스 트랜지스터 NM12가 턴온되어 비트라인 BL_1에 하프전압 Half_Vc이 인가되어 선택된 셀에 하이 데이터가 라이트되고, 센스앰프 출력노드 SALOUT에 실린 데이터 "0"이 실린 경우 엔모스 트랜지스터 NM12가 턴오프되어 비트라인 BL_1에 접지전압레벨이 인가되어 셀에 로우데이터가 라이트된다.At this time, when the data "1" loaded on the sense amplifier output node SALOUT is loaded, the NMOS transistor NM12 is turned on to apply the half voltage Half_Vc to the bit line BL_1 so that the high data is written to the selected cell, and the data loaded on the sense amplifier output node SALOUT. When " 0 " is loaded, the NMOS transistor NM12 is turned off, and the ground voltage level is applied to the bit line BL_1 to write low data in the cell.
이후, t5 구간에서 워드라인 WL_1을 하이레벨로 인에이블시켜 워드라인 WL_1에 접속된 셀에 비트라인 BL_1의 데이터를 라이트한다. 즉, 비트라인 BL_1에 전달된 데이터가 "0"이면 선택된 셀에 "0"을 라이트하고, 비트라인 BL_1에 전달된 데이터가 "1"이면 선택된 셀에 "1"을 유지하게 된다. Thereafter, the word line WL_1 is enabled at a high level in the period t5 to write the data of the bit line BL_1 to the cell connected to the word line WL_1. That is, if the data transferred to the bit line BL_1 is "0", "0" is written to the selected cell. If the data transferred to the bit line BL_1 is "1", the "1" is maintained in the selected cell.
즉, 워드라인 WL_1에 의해 메모리 셀 Q1의 P형 채널 영역에 전자가 쌓이게 된다. 따라서, 워드라인 WL_1에 양의 전압이 인가되고 임계 전압차가 발생하여 강유전체층에 채널 전자가 유도되도록 극성이 형성된다. 이에 따라, 메모리 셀 Q1에 데이터 "0"을 라이트할 수 있게 된다. 한편, 메모리 셀 Q1에 저장된 데이터 "1"을 그대로 유지하고자 할 경우 비트라인 BL_1에 하이 전압을 인가하여 메모리 셀 Q1에 비트라인 BL_1의 전압이 인가되도록 한다. 이에 따라, 채널 영역에 전자가 형성되는 것을 방지함으로써 데이터 "1"을 보존할 수 있게 된다. In other words, electrons are accumulated in the P-type channel region of the memory cell Q1 by the word line WL_1. Thus, a positive voltage is applied to the word line WL_1 and a threshold voltage difference is generated so that the polarity is formed so that channel electrons are induced in the ferroelectric layer. Accordingly, data "0" can be written in the memory cell Q1. On the other hand, when the data "1" stored in the memory cell Q1 is to be kept as it is, a high voltage is applied to the bit line BL_1 so that the voltage of the bit line BL_1 is applied to the memory cell Q1. As a result, data "1" can be preserved by preventing the formation of electrons in the channel region.
이어서, t6 구간에서 워드라인 WL_1, 라이트 스위칭 제어신호 WSW, 및 모든 버텀 워드라인 BWL_1~BWL_m이 다시 접지전압 레벨 상태로 천이되고 t7 구간에서 비트라인 프리차지제어신호 BLGND가 다시 하이레벨로 인에이블되어 비트라인 BL_1이 접지전압 레벨로 프리차지되어 라이트 동작을 완료한다. Subsequently, in the period t6, the word line WL_1, the write switching control signal WSW, and all the bottom word lines BWL_1 to BWL_m transition to the ground voltage level again, and in the period t7, the bit line precharge control signal BLGND is enabled again at a high level. The bit line BL_1 is precharged to the ground voltage level to complete the write operation.
이와같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 센스앰프는, 워드라인 WL_1에 강유전체 분극 전환 전압 Vc의 임계전압을 인가한다. As described above, the sense amplifier according to the second embodiment of the present invention applies the threshold voltage of the ferroelectric polarization switching voltage Vc to the word line WL_1.
그에 따라, 라이트 데이터가 "1"이면 비트라인 BL_1은 강유전체 분극전환전압인 Vc의 임계전압 중간 값인 하프전압 Half_Vc 상태로 천이하여, 워드라인 WL_1 과 채널사이에 임계전압보다 작은 전압인 하프전압Half_Vc이 인가되어 강유전체의 분극에 변화가 발생하지 못하게 되어, 하이 데이터를 유지하게 된다.Accordingly, if the write data is "1", the bit line BL_1 transitions to the half voltage Half_Vc state, which is the threshold voltage intermediate value of the ferroelectric polarization switching voltage Vc, so that the half voltage Half_Vc, which is a voltage smaller than the threshold voltage between the word line WL_1 and the channel, It is applied to prevent the change in polarization of the ferroelectric to maintain high data.
반면, 라이트 데이터가 "0"이면 비트라인 BL_1은 접지전압레벨 상태가 되도록 하여, 워드라인 WL_1과 채널사이에 임계전압인 Vc 전압이 인가되어 강유전체의 분극에 변화가 발생하게 되어, 로우 데이터를 라이트하게 된다.On the other hand, if the write data is "0", the bit line BL_1 is brought to the ground voltage level, and the voltage Vc, which is a threshold voltage, is applied between the word line WL_1 and the channel to change the polarization of the ferroelectric, thereby writing the low data. Done.
도 9는 이러한 구성을 갖는 본 발명의 불휘발성 강유전체 메모리 제어 방법의 라이트 동작 과정을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.9 is a flowchart illustrating a write operation process of the method of controlling the nonvolatile ferroelectric memory of the present invention having such a configuration.
먼저, 활성화된 모든 셀들의 데이터는 센스앰프부(30)를 통해 센싱 및 증폭된다.(단계 S1) 그리고, 센스앰프부(30)를 통해 증폭된 데이터는 센스앰프 내의 레지스터에 저장된다.(단계 S2) 즉, 모든 셀들에 데이터 "1"을 라이트 하기 이전에, 라이트-백(Write-Back) 동작을 위한 원래의 셀 데이터를 센스앰프부(30)에 미리 저장한다. 여기서, 라이트-백 동작은 원래의 셀 데이터를 메모리 셀에 다시 기록하는 것을 의미한다.First, data of all activated cells are sensed and amplified by the sense amplifier unit 30 (step S1). The data amplified through the
이후에, 활성화된 모든 셀들에 데이터 "1"을 라이트한다.(단계 S3)Thereafter, the data " 1 " is written to all activated cells. (Step S3)
다음에, 컬럼 디코딩부(60)의 출력에 따라 활성화 영역의 셀들과 비활성화 영역의 셀들을 구분하고 각각 다른 데이터를 라이트한다.(단계 S4) Next, according to the output of the
즉, 컬럼 스위치 C/S_0~C/S_n가 활성화 되어 있는지의 여부를 판단한다. 그리고, 도 10의 라이트 경로에 도시된 바와 같이, 해당하는 컬럼 스위치 C/S_0가 활성화될 경우 스위칭 소자 N3,N4가 턴온되어 데이터 버스(50)로부터 인가되는 새로운 데이터를 센스앰프 S/A0,S/A1에 출력한다. 이에 따라, 메모리 셀(20)에 기저장 된 데이터가 소거되고, 데이터 버스(50)로부터 인가되는 새로운 데이터를 비트라인 BL_0,BL_k을 통해 메모리 셀(20)에 라이트한다.(단계 S5) That is, it is determined whether the column switches C / S_0 to C / S_n are activated. As shown in the write path of FIG. 10, when the corresponding column switch C / S_0 is activated, the switching elements N3 and N4 are turned on to sense new data applied from the
반면에, 도 10의 라이트-백 경로에 도시된 바와 같이, 해당하는 컬럼 스위치 C/S_1~C/S_n가 비활성화될 경우 스위칭 소자 N5~Nm가 턴오프된다. 이에 따라, 센스앰프 S/A2~S/Am의 레지스터에 이미 저장된 데이터를 메모리 셀(20)에 라이트-백한다.(단계 S6)On the other hand, as shown in the write-back path of FIG. 10, when the corresponding column switches C / S_1 to C / S_n are deactivated, the switching elements N5 to Nm are turned off. Thus, data already stored in the registers of the sense amplifiers S / A2 to S / Am is written back to the memory cell 20 (step S6).
도 11은 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 제어 방법의 라이트 동작을 설명하기 위한 도면이다. 11 illustrates a write operation of the method of controlling a nonvolatile ferroelectric memory according to the present invention.
본 발명의 라이트 동작 사이클은 세개의 서브 동작 영역으로 구분할 수 있다. 즉, 첫번째 서브 동작 영역에서는 활성화된 모든 셀들의 데이터를 센스앰프(30)를 통해 증폭하여, 증폭된 데이터를 센스앰프(30) 내의 레지스터에 저장한다. The write operation cycle of the present invention can be divided into three sub operation regions. That is, in the first sub-operation region, data of all activated cells are amplified by the
그리고, 두번째 서브 동작 영역에서는 활성화된 모든 셀들에 데이터 "1"을 라이트한다. 또한, 세번째 서브 동작 영역에서는 데이터 "0"을 라이트하거나 데이터 "1"을 보존한다. 만약, 데이터 "1"을 보존하고자 할 경우 일정 구간에서 비트라인 BL에 하이 전압을 인가한다. 이에 따라, 두번째 서브 동작 영역에서 라이트된 데이터 "1"의 값을 메모리 셀(20)에 보존할 수 있게 된다. In the second sub-operation area, data “1” is written to all activated cells. In the third sub-operation area, data "0" is written or data "1" is stored. If the data "1" is to be preserved, a high voltage is applied to the bit line BL in a predetermined period. Accordingly, the value of data " 1 " written in the second sub-operation area can be stored in the
도 12는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 제어 방법의 셀 데이터 센싱에 관한 동작 타이밍도이다. 12 is a timing diagram of cell data sensing of a nonvolatile ferroelectric memory control method according to the present invention.
먼저, 데이터의 센싱 동작시 도 2에 도시된 메모리 셀 Q1을 선택하는 것을 가정한다. 그리고, t0 구간은 메모리 셀의 프리차지 구간으로 정의한다. First, it is assumed that the memory cell Q1 shown in FIG. 2 is selected in the sensing operation of data. The t0 section is defined as a precharge section of the memory cell.
t1 구간에서 선택신호 SEL_1,SEL_2가 하이로 천이하면, 스위칭 소자 N1,N2가 턴온된다. 이에 따라, 비트라인 BL_1과 메모리 셀 Q1의 소스 단자가 연결되고, 센싱라인 S/L_1과 메모리 셀 Qm의 드레인 단자가 연결된다. When the selection signals SEL_1 and SEL_2 transition high in the period t1, the switching elements N1 and N2 are turned on. Accordingly, the bit line BL_1 and the source terminal of the memory cell Q1 are connected, and the sensing line S / L_1 and the drain terminal of the memory cell Qm are connected.
이때, 복수개의 워드라인 WL_1~WL_m과 복수개의 버텀 워드라인 BWL_1~BWL_m은 로우 상태를 유지한다. 그리고, 센스앰프(30)와 비트라인 BL_1 및 센싱라인 S/L_1은 로우 상태를 유지한다. In this case, the plurality of word lines WL_1 to WL_m and the plurality of bottom word lines BWL_1 to BWL_m remain low. The
이후에, t2 구간에서 선택된 메모리 셀 Q1과 연결된 버텀 워드라인 BWL_1을 제외한 나머지 복수개의 버텀 워드라인 BWL_2~BWL_m들이 하이로 천이한다. 이에 따라, 선택된 메모리 셀 Q1을 제외한 나머지 메모리 셀 Q2~Qm들이 센싱라인 S/L_1과 연결된다. Thereafter, the plurality of bottom word lines BWL_2 to BWL_m, except for the bottom word line BWL_1 connected to the selected memory cell Q1, transition high in the period t2. Accordingly, the remaining memory cells Q2 to Qm except the selected memory cell Q1 are connected to the sensing line S / L_1.
이때, 복수개의 워드라인 WL_1~WL_m들은 모두 그라운드 상태를 유지한다. 따라서, 메모리 셀 Q1에 형성된 극성 상태에 따라 비트라인 BL_1과 센싱라인 S/L_1 간의 전류의 흐름이 결정된다. At this time, all of the plurality of word lines WL_1 to WL_m maintain the ground state. Accordingly, the flow of current between the bit line BL_1 and the sensing line S / L_1 is determined according to the polarity state formed in the memory cell Q1.
이어서, t3 구간에서 센스앰프(30)가 동작하여 센싱 전압이 비트라인 BL_1에 인가될 경우 메모리 셀 Q1의 상태에 따라 비트라인 BL_1과 센싱라인 S/L_1 사이의 전류 흐름이 결정된다. Subsequently, when the
즉, 센스앰프(30)로부터 비트라인 BL_1에 전류가 인가되지 않을 경우 메모리 셀 Q1에 데이터 "1"이 저장되어 있음을 알 수 있다. 반면에, 센스앰프(30)로부터 비트라인 BL_1에 일정값 이상의 전류가 인가되면 메모리 셀 Q1에 데이터 "0"이 저장되어 있음을 알 수 있다. That is, when no current is applied to the bit line BL_1 from the
다음에, t4 구간에서 센스앰프(30)의 동작이 중지되면 비트라인 BL_1이 로우로 천이하여 센싱 동작을 완료한다. 그리고, t5 구간에서 복수개의 버텀 워드라인 BWL_2~BWL_m들이 로우로 천이한다. 이후에, t6 구간에서 선택신호 SEL_1,SEL_2가 로우로 천이되면 스위칭 소자 N1,N2가 턴오프된다. Next, when the operation of the
도 13은 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 제어 방법의 데이터 "1" 라이트 동작 타이밍도이다. 13 is a timing diagram of data "1" write operation of the nonvolatile ferroelectric memory control method according to the present invention.
먼저, 데이터 "1"의 라이트 동작시 도 2에 도시된 메모리 셀 Q1을 선택하는 것을 가정한다. 그리고, t0 구간은 메모리 셀의 프리차지 구간으로 정의한다. First, it is assumed that the memory cell Q1 shown in FIG. 2 is selected during the write operation of data "1". The t0 section is defined as a precharge section of the memory cell.
t1 구간에서 선택신호 SEL_1,SEL_2가 하이로 천이하면, 스위칭 소자 N1,N2가 턴온된다. 이에 따라, 비트라인 BL과 메모리 셀 Q1의 소스 단자가 연결되고, 센싱라인 S/L_1과 메모리 셀 Qm의 드레인 단자가 연결된다. When the selection signals SEL_1 and SEL_2 transition high in the period t1, the switching elements N1 and N2 are turned on. Accordingly, the bit line BL and the source terminal of the memory cell Q1 are connected, and the sensing line S / L_1 and the drain terminal of the memory cell Qm are connected.
이때, 복수개의 워드라인 WL_1~WL_m과 복수개의 버텀 워드라인 BWL_1~BWL_m은 로우 상태를 유지한다. 그리고, 비트라인 BL_1과 센싱라인 S/L_1은 로우 상태를 유지한다. In this case, the plurality of word lines WL_1 to WL_m and the plurality of bottom word lines BWL_1 to BWL_m remain low. The bit line BL_1 and the sensing line S / L_1 remain low.
이후에, t2구간에서 선택된 메모리 셀 Q1과 연결된 버텀 워드라인 BWL_1을 제외한 나머지 복수개의 버텀 워드라인 BWL_2~BWL_m들이 하이로 천이한다. 이에 따라, 메모리 셀 Q1의 드레인 단자와 소스 단자에 그라운드 전압 <GND>이 인가된다. Thereafter, the plurality of bottom word lines BWL_2 to BWL_m except for the bottom word line BWL_1 connected to the selected memory cell Q1 in the t2 section transition to high. As a result, the ground voltage <GND> is applied to the drain terminal and the source terminal of the memory cell Q1.
다음에, t3 구간에서 선택된 메모리 셀 Q1과 연결된 워드라인 WL_1에 음의 전압 VNEG을 인가한다. 그리고, t4 구간에서 버텀 워드라인 BWL_1을 하이로 천이 시킨다. 이에 따라, 워드라인 WL_1과 버텀 워드라인 BWL_1의 전압 분배에 의해 강유전체층(16)에 고전압이 인가되어 데이터 "1"을 라이트할 수 있게 된다. Next, a negative voltage VNEG is applied to the word line WL_1 connected to the selected memory cell Q1 in the period t3. In operation t4, the bottom word line BWL_1 is shifted high. As a result, a high voltage is applied to the
이어서, t5 구간에서 워드라인 WL_1과 버텀 워드라인 BWL_1이 다시 그라운드 상태로 천이된다. 그리고, t6 구간에서 나머지 복수개의 버텀 워드라인 BWL_2~BWL_m이 그라운드 상태로 천이되어 라이트 동작을 완료한다. 이후에, t7 구간에서 선택신호 SEL_1,SEL_2가 로우로 천이되면 스위칭 소자 N1,N2가 턴오프된다. Subsequently, the word line WL_1 and the bottom word line BWL_1 transition to the ground state again in the period t5. In operation t6, the remaining bottom word lines BWL_2 to BWL_m transition to the ground state to complete the write operation. Thereafter, when the selection signals SEL_1 and SEL_2 transition low in the period t7, the switching elements N1 and N2 are turned off.
도 14는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 제어 방법의 데이터 "0" 라이트 동작 및 데이터 "1" 유지에 관한 동작 타이밍도이다. 14 is an operation timing diagram relating to data "0" write operation and data "1" retention of the nonvolatile ferroelectric memory control method according to the present invention.
먼저, 데이터 "0"의 라이트 동작시 도 2에 도시된 메모리 셀 Q1을 선택하는 것을 가정한다. 그리고, t0 구간은 메모리 셀의 프리차지 구간으로 정의한다. First, it is assumed that the memory cell Q1 shown in FIG. 2 is selected during the write operation of data "0". The t0 section is defined as a precharge section of the memory cell.
t1 구간에서 선택신호 SEL_1가 하이로 천이하면 스위칭 소자 N1가 턴온된다. 이에 따라, 비트라인 BL_1과 메모리 셀 Q1의 소스 단자가 연결된다. When the selection signal SEL_1 transitions high in the t1 period, the switching element N1 is turned on. Accordingly, the bit line BL_1 and the source terminal of the memory cell Q1 are connected.
이때, 선택신호 SEL_2와, 복수개의 워드라인 WL_1~WL_m과 복수개의 버텀 워드라인 BWL_1~BWL_m은 로우 상태를 유지한다. 그리고, 비트라인 BL_1과 센싱라인 S/L_1은 로우 상태를 유지한다. At this time, the selection signal SEL_2, the plurality of word lines WL_1 to WL_m and the plurality of bottom word lines BWL_1 to BWL_m are kept low. The bit line BL_1 and the sensing line S / L_1 remain low.
이후에, t2구간에서 모든 버텀 워드라인 BWL_1~BWL_m들이 하이로 천이한다. 이에 따라, 모든 메모리 셀 Q1~Qm들이 버텀 워드라인 BWL_1~BWL_m을 통해 비트라인 BL_1과 연결되어, 비트라인 BL_1에 인가된 데이터가 모든 셀 Q1~Qm들에 전달될 수 있게 된다. Thereafter, all of the bottom word lines BWL_1 to BWL_m transition high in the period t2. Accordingly, all of the memory cells Q1 to Qm are connected to the bit line BL_1 through the bottom word lines BWL_1 to BWL_m so that data applied to the bit line BL_1 can be transferred to all the cells Q1 to Qm.
다음에, t3 구간에서 메모리 셀 Q1에 라이트할 데이터가 "0"일 경우 비트라 인 BL_1은 계속해서 그라운드 전압 상태를 유지한다. 반면에, 메모리 셀 Q1에 저장된 데이터 "1"을 유지하고자 할 경우 비트라인 BL_1은 하이로 천이한다. Next, when the data to be written to the memory cell Q1 is "0" in the period t3, the bit line BL_1 continues to maintain the ground voltage. On the other hand, when it is desired to hold data "1" stored in the memory cell Q1, the bit line BL_1 transitions high.
이어서, t4 구간에서 워드라인 WL_1이 하이로 천이한다. 이러한 경우 워드라인 WL_1에 의해 메모리 셀 Q1의 P형 채널 영역(12)에 전자가 쌓이게 된다. 따라서, 워드라인 WL_1에 양의 전압이 인가되고 임계 전압차가 발생하여 강유전체층(16)에 채널 전자가 유도되도록 극성이 형성된다. 이에 따라, 메모리 셀 Q1에 데이터 "0"을 라이트할 수 있게 된다. Subsequently, the word line WL_1 transitions high in the period t4. In this case, electrons are accumulated in the P-
만약, 메모리 셀 Q1에 저장된 데이터 "1"을 그대로 유지하고자 할 경우 비트라인 BL_1에 하이 전압을 인가하여 메모리 셀 Q1에 비트라인 BL_1의 전압이 인가되도록 한다. 이에 따라, 채널 영역(12)에 전자가 형성되는 것을 방지함으로써 데이터 "1"을 보존할 수 있게 된다. If the data "1" stored in the memory cell Q1 is to be kept as it is, a high voltage is applied to the bit line BL_1 so that the voltage of the bit line BL_1 is applied to the memory cell Q1. Accordingly, data "1" can be preserved by preventing electrons from being formed in the
이어서, t5 구간에서 워드라인 WL_1이 다시 그라운드 상태로 천이된다. 그리고, t6 구간에서 모든 버텀 워드라인 BWL_1~BWL_m과 비트라인 BL_1이 그라운드 상태로 천이되어 라이트 동작을 완료한다. 이후에, t7 구간에서 선택신호 SEL_1가 로우로 천이되면 스위칭 소자 N1가 턴오프된다. Subsequently, the word line WL_1 transitions to the ground state again in the period t5. In addition, all of the bottom word lines BWL_1 to BWL_m and the bit line BL_1 transition to the ground state in the period t6 to complete the write operation. Thereafter, when the selection signal SEL_1 transitions low in the period t7, the switching element N1 is turned off.
본 발명에서는 플로팅 채널층(15)이 N형 드레인영역(13), P형 채널영역(12) 및 N형 소스영역(14)으로 이루어진 것을 그 실시예로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 플로팅 채널층(15)이 P형 드레인 영역, P형 채널영역 및 P형 소스영역으로 이루어질 수도 있다. 또한, 본원발명의 플로팅 채널층(15)은 N형 드레인 영역, N형 채널영역 및 N형 소스영역으로 이루어지거나, P형 드레인 영역, N형 채널영역 및 P형 소스영역으로 이루어질 수도 있다. In the present invention, the floating
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라 면 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, the 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 modifications are the following patents It should be regarded as belonging to the claims.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 NDRO(Non Destructive Read Out) 방식을 사용하여 리드 동작시 셀의 데이터가 파괴되지 않는다. 이에 따라, 본 발명은 나노 스케일(Nano scale) 강유전체 셀의 저전압 동작시 셀의 신뢰성이 향상되고 리드/라이트 동작 속도를 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 복수개의 강유전체 단위 셀을 어레이로 구현하여 리드/라이트 동작 방법을 개선함으로써 랜덤한 엑세스 동작이 가능하도록 한다.As described above, the present invention does not destroy data of a cell during a read operation by using a non-destructive read out (NDRO) method. Accordingly, the present invention can improve the reliability of the cell and improve the read / write operation speed during the low voltage operation of the nanoscale ferroelectric cell. In addition, by implementing a plurality of ferroelectric unit cells in an array to improve the read / write operation method to enable a random access operation.
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