KR20000018679A - Non-volatile memory device having ferroelectrics capacitor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A non-volatile memory device is provided, which uses a ferroelectrics capacitor. CONSTITUTION: A non-volatile memory device comprises: an array of a memory cell(MC) having a ferroelectrics capacitor and a switching transistor; a sense amplifier (10) to be connected to the array of the memory cell (MC) and for sensing a voltage difference of a voltage corresponding to data stored in the memory cell (MC) and a reference voltage to amplify the voltage difference; and a reference voltage supplying unit to be connected to the sense amplifier (10) and for providing the reference voltage, including a plurality of first ferroelectrics capacitors to be connected in parallel order each other, a first switching transistor to be connected between reference plate lines; a plurality of second ferroelectrics capacitors to be connected in serial order each other, and a second switching transistor to be connected between reference plate lines. Thereby, it is possible to prevent a depolarization generated by a secondary phase.

Description

강유전체 커패시터를 가지는 불 휘발성 메모리 장치(NONVOLATILE MEMORY DEVICE WITH FERROELECTRIC CAPACITOR)NONVOLATILE MEMORY DEVICE WITH FERROELECTRIC CAPACITOR

본 발명은 불 휘발성 메모리 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 강유전체 커패시터를 이용한 강유전체 메모리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a nonvolatile memory device, and more particularly, to a ferroelectric memory device using a ferroelectric capacitor.

최근(recently), 전원 오프시조차 데이터를 유지하는 기능을 갖는 불 휘발성 메모리는 히스테리시스 특성(hysteresis characteristic)을 보이는 PZT와 같은 강유전 물질의 사용을 통해 실현되어 왔다. 메모리 셀에 그러한 강유전 물질을 사용함으로써, 불 휘발성 메모리는 간단한 구조로 구현될 수 있다. 강유전체 랜덤 액세스 메모리 (FRAM : Ferroelectric Random Access Memory)는 불 휘발성의 특성을 가지며, 고속 저전압 동작이 가능하기 때문에 많은 메모리 칩 메이커들의 관심과 경쟁이 고조되고 있다.Recently, nonvolatile memories having the ability to retain data even at power off have been realized through the use of ferroelectric materials, such as PZTs, which exhibit hysteresis characteristics. By using such ferroelectric materials in the memory cell, the nonvolatile memory can be implemented with a simple structure. Ferroelectric Random Access Memory (FRAM) is non-volatile, and high-speed, low-voltage operation is drawing attention and competition from many memory chip makers.

강유전체 커패시터와 스위칭 트랜지스터로 구성된 메모리 셀은 강유전체 커패시터(CF: Ferroelectric Capacitor)의 전기적 분극 상태에 따라 데이터의 논리적 상태('1' 또는 '0')를 저장한다. 강유전체 커패시터 (CF)의 양단에 전압이 인가될 때, 전계(electric field)의 방향에 따라 강유전 물질이 분극(polarization)되고, 그러한 분극 상태가 변하는 스위칭 드레솔드 전압(switching threshold voltage)을 강제 전압(coercive voltage)이라 한다. 그리고, 메모리 셀에 저장된 데이터를 독출하기 위해서, 강유전체 커패시터의 양전극들 사이의 전압 차를 인가하여 비트 라인에 여기 되는 전하량의 변화로 메모리 셀에 저장된 데이터의 상태가 감지된다. 상기한 응용의 몇 가지 예들이 일본 특허 NOs. 63-201998 and 1-158691에, 그리고 논문-"A 256Kb Non-volatile Ferroelectric Memory at 3V and 100ns" (ISSCC, Digest of Technical Papers, pp.268-269, 1994, 2월)-에 게재되었다.A memory cell composed of a ferroelectric capacitor and a switching transistor stores a logical state ('1' or '0') of data according to an electrical polarization state of a ferroelectric capacitor (C F ). When a voltage is applied across the ferroelectric capacitor C F , the ferroelectric material is polarized according to the direction of the electric field, and a forced voltage is applied to a switching threshold voltage at which the polarization state changes. It is called (coercive voltage). In order to read the data stored in the memory cell, a voltage difference between the positive electrodes of the ferroelectric capacitor is applied to change the amount of charge excited on the bit line, thereby detecting the state of the data stored in the memory cell. Some examples of such applications are described in Japanese Patent NOs. 63-201998 and 1-158691, and in the paper "A 256 Kb Non-volatile Ferroelectric Memory at 3 V and 100 ns" (ISSCC, Digest of Technical Papers, pp.268-269, 1994, February).

도 1은 1T/1C 강유전체 메모리 셀을 보여준다. 메모리 셀 (MC)은 하나의 스위칭 트랜지스터 (Tr)와 하나의 강유전체 커패시터 (CF) (1-비트 당 1-트랜지스터 및 1-커패시터 : 1T/1C)로 구성된다. 스위칭 트랜지스터 (Tr)는 강유전체 커패시터 (CF)의 일 전극과 비트 라인 (BL)에 각각 접속된 두 개의 주전극들, 즉 드레인 전극과 소오스 전극을 가지며, 워드 라인 (WL)에 접속된 게이트 전극을 갖는다. 강유전체 커패시터 (CF)의 다른 전극은 플레이트 라인 (PL)에 접속된다.1 shows a 1T / 1C ferroelectric memory cell. The memory cell MC is composed of one switching transistor Tr and one ferroelectric capacitor C F (1 transistor and 1 capacitor per 1 bit: 1T / 1C). The switching transistor Tr has two main electrodes connected to one electrode of the ferroelectric capacitor C F and the bit line BL, that is, a drain electrode and a source electrode, and a gate electrode connected to the word line WL. Has The other electrode of the ferroelectric capacitor C F is connected to the plate line PL.

도 2는 강유전체 커패시터의 히스테리시스 특성을 보여주는 그래프이다. 상기 그래프의 횡좌표(abscissa)는 커패시터의 두 전극들 사이의 전위차 즉, 커패시터 양단의 전압(volts)을 나타내고, 종좌표(ordinate)는 상기 강유전 물질의 자발 분극 (spontaneous polarization)에 따라 그것의 표면에 유기되는 전하의 양 즉, 분극도(μC/cm2)를 나타낸다.2 is a graph showing hysteresis characteristics of a ferroelectric capacitor. The abscissa of the graph represents the potential difference between the two electrodes of the capacitor, i.e. the voltages across the capacitor, and the ordinate is organic to its surface according to the spontaneous polarization of the ferroelectric material. The amount of charge to be made, that is, the degree of polarization (μC / cm 2 )

0V의 전압이 인가되어서 강유전 물질로 아무런 전계가 인가되지 않으면, 대체로, 분극 도메인들(polarization domains)은 불균일하고 분극이 발생되지 않는다. 커패시터 양단의 전압이 양의 방향으로 증가될 때, 분극도(또는 전하량)는 0(zero)으로부터 양의 분극 영역 내의 점 A까지 증가한다. 점 A에서, 모든 도메인들은 한 방향으로 분극 되고, 점 A에서의 분극도는 최대값에 이르게 된다. 이때, 분극도 즉, 강유전 물질이 보유하는 전하의 양은 QS로 표시되고, 커패시터 양단에 인가된 전압의 크기가 동작 전압 (Vcc)이다. 이후, 커패시터 양단의 전압이 다시 0V까지 떨어지더라도, 분극도는 0까지 낮아지지 않고 점 B에 잔류하게 된다. 이와 같은 잔류 분극에 따라서 강유전 물질이 보유하는 전하의 양 즉, 잔류 분극도는 Qr로 표시된다. 다음, 커패시터 양단의 전압이 음의 방향으로 증가하면, 분극도는 점 B로부터 음의 전하 분극 영역 내의 점 C로 변한다 (도 2에서 곡선 21). 점 C에서, 강유전 물질의 모든 도메인들은 점 A에서의 분극 방향에 반대가 되는 방향으로 분극된다. 이때, 분극도는 -QS로 표시되고, 커패시터 양단에 인가된 전압의 크기는 -Vcc이다. 이후, 커패시터 양단의 전압이 다시 0V까지 떨어지더라도, 분극값은 0까지 떨어지지 않고 점 D에 잔류하게 된다. 이때의 잔류 분극도는 -Qr로 표시된다. 커패시터 양단에 인가되는 전압의 크기가 다시 한 번 양의 방향으로 증가하게 되면, 강유전 물질의 분극도는 점 D에서 점 A로 변한다.If a voltage of 0 V is applied so that no electric field is applied to the ferroelectric material, the polarization domains are generally non-uniform and no polarization occurs. When the voltage across the capacitor increases in the positive direction, the polarization degree (or amount of charge) increases from zero to point A in the positive polarization region. At point A, all domains are polarized in one direction and the degree of polarization at point A reaches a maximum. At this time, the polarization degree, that is, the amount of charge retained by the ferroelectric material is represented by Q S , and the magnitude of the voltage applied across the capacitor is the operating voltage Vcc. Thereafter, even if the voltage across the capacitor drops back to 0V, the polarization degree does not decrease to 0 but remains at point B. According to such residual polarization, the amount of charge possessed by the ferroelectric material, that is, the residual polarization degree, is represented by Qr. Next, as the voltage across the capacitor increases in the negative direction, the polarization degree changes from point B to point C in the negative charge polarization region (curve 21 in FIG. 2). At point C, all domains of the ferroelectric material are polarized in a direction opposite to the direction of polarization at point A. In this case, the polarization degree is represented by -Q S , and the magnitude of the voltage applied across the capacitor is -Vcc. Then, even if the voltage across the capacitor drops back to 0V, the polarization value does not drop to 0 but remains at point D. Residual polarization degree at this time is represented by -Qr. When the magnitude of the voltage across the capacitor once again increases in the positive direction, the polarization of the ferroelectric material changes from point D to point A.

상기한 바와 같이, 전계를 발생하기 위한 전압이 두 전극 사이에 강유전 물질이 삽입된 강유전체 커패시터로 한 번 인가되면, 이후 상기 전극들이 플로팅 상태(floating state)로 설정되더라도 자발 분극에 따른 분극 방향은 유지된다. 자발 분극으로 인한 강유전 물질의 표면 전하(surface charge)는 누설 등에 의해 자연적으로 손실되지 않는다. 분극도가 0이 되도록 반대 방향으로 전압이 인가되지 않는다면, 분극 방향은 그대로 유지된다.As described above, when a voltage for generating an electric field is applied once to a ferroelectric capacitor having a ferroelectric material inserted between two electrodes, the polarization direction according to spontaneous polarization is maintained even after the electrodes are set to a floating state. do. The surface charge of the ferroelectric material due to spontaneous polarization is not naturally lost by leakage or the like. If no voltage is applied in the opposite direction such that the polarization degree is zero, the polarization direction is maintained as it is.

다음에는 FRAM의 기입/독출은 위에서 기술한 바와 같은 분극 반전에 의해 수행된다. 따라서, FRAM의 동작 속도는 분극 반전 시간에 의해 결정된다. 강유전체 커패시터의 분극 반전 속도는 커패시터의 면적, 강유전체 박막의 두께, 인가 전압 등에 따라서 결정되나, 통상 ns 단위이다. 이는 ㎲ 단위의 독출/기입 시간을 갖는 EEPROM이나 플래시 메모리와 비교할 때 훨씬 빠른 속도로 동작 가능함을 의미한다.Next, writing / reading of the FRAM is performed by polarization inversion as described above. Thus, the operating speed of the FRAM is determined by the polarization inversion time. The polarization inversion rate of the ferroelectric capacitor is determined according to the area of the capacitor, the thickness of the ferroelectric thin film, the applied voltage, and the like, but is usually in the unit of ns. This means that it can run much faster than EEPROM or flash memory with read / write times in milliseconds.

다시 도 2를 참조하면, 분극 상태가 점 (B)에 있는 강유전체 커패시터 (CF)에 데이터 '1'이 저장되어 있다고 가정하자. 고전압 레벨 (여기서, 전원 전압:Vcc)이 워드 라인 (WL)으로 인가됨에 따라 스위칭 트랜지스터 (Tr)가 도전되고, 그리고 음의 전압(-Vcc)이 비트 라인 (BL)과 플레이트 라인 (PL)을 통해 강유전체 커패시터 (CF)에 인가될 때, 강유전체 커패시터 (CF)의 분극 (P)는 상태점 (B)에서 상태점 (C)를 통해 상태점 (D)로 변한다. 이 상태 천이에 해당하는 전하 (dQ1)은 스위칭 트랜지스터 (Tr)를 통해 비트 라인 (BL)과 강유전체 커패시터 (CF) 사이에 전달된다. 전하 전달 (charge transfer)은 비트 라인 (BL)과 접속된 감지 증폭기(도 3 참조)에 의해서 검출되며, 그것은 데이터 값 '1'이 메모리 셀 (MC)로부터 독출되었음을 의미한다. 메모리 셀 (MC)로부터 데이터 '1'를 독출한 후, 비트 라인 (BL) 상의 동일한 데이터 '1'은 플레이트 라인 (PL)의 전압을 낮춤으로써 메모리 셀 (MC)로 재기입(write back)된다. 이 기입 결과는 상태점 (D)로부터 상태점 (A)로 역 상태 천이(reverse state transient)을 수반한다.Referring back to FIG. 2, assume that data '1' is stored in the ferroelectric capacitor C F having the polarization state at point B. As the high voltage level (here, the power supply voltage: Vcc) is applied to the word line WL, the switching transistor Tr is conducted, and the negative voltage (-Vcc) is connected to the bit line BL and the plate line PL. through change of a ferroelectric capacitor (C F), when applied to the ferroelectric capacitor (C F) polarization (P) is the state that (B) state point (D) via the state point (C) in the. The charge dQ1 corresponding to this state transition is transferred between the bit line BL and the ferroelectric capacitor C F through the switching transistor Tr. Charge transfer is detected by the sense amplifier (see FIG. 3) connected with the bit line BL, which means that the data value '1' has been read from the memory cell MC. After reading data '1' from the memory cell MC, the same data '1' on the bit line BL is written back to the memory cell MC by lowering the voltage of the plate line PL. . This write result involves reverse state transient from state point D to state point A. FIG.

반면에, 분극 상태가 점 (D)에 있는 강유전체 커패시터 (CF)에 데이터 '0'가 저장된 경우, 앞의 가정에서와 같이, 고전압 레벨 (여기서, 전원 전압 Vcc)이 워드 라인 (WL)으로 인가됨에 따라 스위칭 트랜지스터 (Tr)가 도전 (ON)되고 음의 전압이 비트 라인 (BL)과 플레이트 라인 (PL)을 통해 강유전체 커패시터 (CF)에 인가될 때, 그것의 분극 (P)은 상태점 (D)에서 상태점 (C)로 변한 후 다시 상태점 (D)로 회귀한다. 이 상태 천이에 해당하는 전하 (dQ0)는 스위칭 트랜지스터 (Tr)을 통해 비트 라인 (BL)과 강유전체 커패시터 (CF) 사이에 전달된다. 전하 전달은 비트 라인 (BL)과 접속된 감지 증폭기(도 3 참조)에 의해서 검출되며, 그것은 데이터 값 '0'가 메모리 셀 (MC)로부터 독출됨을 의미한다.On the other hand, if the data '0' is stored in the ferroelectric capacitor C F with the polarization state at point D, as in the previous assumption, the high voltage level (here, the supply voltage Vcc) goes to the word line WL. When applied, the switching transistor Tr conducts (ON) and when a negative voltage is applied to the ferroelectric capacitor C F via the bit line BL and the plate line PL, its polarization P is in a state Change from point (D) to status point (C) and then return to status point (D) again. The charge dQ0 corresponding to this state transition is transferred between the bit line BL and the ferroelectric capacitor C F through the switching transistor Tr. The charge transfer is detected by the sense amplifier (see FIG. 3) connected with the bit line BL, which means that the data value '0' is read out from the memory cell MC.

이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 잘 알려진 바와 같이, 2T/2C 방식은 메모리 셀들의 수에 각각 대응하는 레퍼런스 셀들(reference cells)이 요구되기 때문에 고집적 강유전체 메모리 장치에는 부적합하다. 반면에, 상기한 바와 같은 1T/1C 방식은 다수의 메모리 셀들에 대응하는 레퍼런스 셀은 단지 하나만이 요구되기 때문에, 고집적 강유전체 메모리 장치에 적합하다. 여기서, 상기 레퍼런스 셀은, 도 3에 도시된 바와 같이, 메모리 셀과 동일한 특성을 갖는 강유전체 커패시터 및 스위칭 트랜지스터로 구성된다.As is well known to those skilled in the art, the 2T / 2C scheme is inadequate for highly integrated ferroelectric memory devices because reference cells corresponding to the number of memory cells are required. On the other hand, the above-described 1T / 1C scheme is suitable for highly integrated ferroelectric memory devices because only one reference cell corresponding to a plurality of memory cells is required. Here, the reference cell, as shown in Figure 3, is composed of a ferroelectric capacitor and a switching transistor having the same characteristics as the memory cell.

도 3에 도시된 바와 같이 구성된 종래의 레퍼런스 셀 구조에 따르면, 다음과 같은 문제점들이 야기될 수 있다.According to the conventional reference cell structure configured as shown in FIG. 3, the following problems may be caused.

1. 레퍼런스 셀의 특성이 취약하면, 그에 대응하는 열들 즉, 비트 라인들 (예를 들면, BL1 및 BL2) 역시 취약해진다.1. If the characteristic of the reference cell is weak, the corresponding columns, i.e., bit lines (e.g., BL1 and BL2), are also weak.

2. 레퍼런스 셀이 셀 층의 에지 부분에 분포되어 있기 때문에, 단차에 의한 2차 위상과 공정 문제가 항상 생길 수 있다.2. Because the reference cell is distributed at the edge of the cell layer, there can always be secondary phase and process problems due to step differences.

3. 어드레스 핀의 하이, 로우에 의해 레퍼런스 셀의 피로 (fatigue) 특성이 계속 변하여 디바이스의 신뢰성에 영향을 미친다.3. The high and low address pins constantly change the fatigue characteristics of the reference cell, affecting device reliability.

4. 레퍼런스 셀의 임프린트 (imprint) 및 강제 전압 (coercive voltage) 등에 이상이 생기는 경우, 이는 대응하는 메모리 셀에 영향을 미친다.4. If an abnormality occurs in the imprint and coercive voltage of the reference cell, it affects the corresponding memory cell.

따라서 본 발명의 목적은 향상된 신뢰성을 가지는 불 휘발성 메모리 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a nonvolatile memory device having improved reliability.

도 1은 기본적인 1T/1C 구조의 메모리 셀을 보여주는 회로도;1 is a circuit diagram showing a memory cell of a basic 1T / 1C structure;

도 2는 강유전체 물질의 히스테리시스 특성을 보여주는 도면;2 shows the hysteresis characteristics of ferroelectric materials;

도 3은 종래 기술에 따른 불 휘발성 메모리 장치의 구성을 보여주는 블록도;3 is a block diagram showing a configuration of a nonvolatile memory device according to the prior art;

도 4는 본 발명에 따른 불 휘발성 메모리 장치의 구성을 보여주는 블록도; 그리고4 is a block diagram showing a configuration of a nonvolatile memory device according to the present invention; And

도 5는 단차에 따른 2차 위상을 보여주는 도면이다.5 is a diagram illustrating a secondary phase according to a step.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawings

MC : 메모리 셀 10 : 감지 증폭기MC: memory cell 10: sense amplifier

(구성)(Configuration)

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 강유전체 메모리 장치에 있어서: 각각이 강유전체 커패시터와 스위칭 트랜지스터로 구성되는 메모리 셀들의 어레이와; 상기 어레이에 연결되며, 하나의 선택된 메모리 셀에 저장된 데이터에 상응하는 전압과 소정의 기준 전압 사이의 전압 차를 감지하고 증폭하는 감지 증폭기 및; 상기 감지 증폭기에 연결되며, 상기 기준 전압을 제공하는 기준 전압 공급부를 포함하며; 상기 기준 전압 공급부는 직렬로 연결된 복수 개의 제 1 강유전체 커패시터들과, 제 1 기준 비트 라인과 상기 제 1 강유전체 커패시터들을 통해서 기준 플레이트 라인 사이에 연결되는 제 1 스위칭 트랜지스터와, 직렬로 연결된 복수 개의 제 2 강유전체 커패시터들과, 제 2 기준 비트 라인과 상기 제 2 강유전체 커패시터들을 통해서 상기 기준 플레이트 라인 사이에 연결되는 제 2 스위칭 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a ferroelectric memory device comprising: an array of memory cells each consisting of a ferroelectric capacitor and a switching transistor; A sense amplifier coupled to the array for sensing and amplifying a voltage difference between a voltage corresponding to data stored in one selected memory cell and a predetermined reference voltage; A reference voltage supply coupled to the sense amplifier, the reference voltage supply providing the reference voltage; The reference voltage supply unit includes a plurality of first ferroelectric capacitors connected in series, a first switching transistor connected between a first reference bit line and a reference plate line through the first ferroelectric capacitors, and a plurality of second connected in series. And a second switching transistor connected between the ferroelectric capacitors and the reference plate line through the second reference bit line and the second ferroelectric capacitors.

이 실시예에 있어서, 상기 기준 전압 공급부의 제 1 및 제 2 스위칭 트랜지스터들은 기준 워드 라인에 의해서 동시에 스위치 온/오프 되는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the first and second switching transistors of the reference voltage supply are switched on / off at the same time by the reference word line.

이 실시예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 기준 비트 라인들 사이에 연결되며, 등화 신호에 응답해서 상기 기준 비트 라인들의 각 전위가 동일하게 되게 하는 등화 수단을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, it is characterized in that it further comprises equalization means connected between the first and second reference bit lines, the equalizing means for causing each potential of the reference bit lines to be equal in response to an equalization signal. .

(작용)(Action)

이와 같은 장치에 의해서, 신뢰성이 향상된 강유전체 메모리 장치를 구현하는 것이 가능하다.By such a device, it is possible to implement a ferroelectric memory device with improved reliability.

(실시예)(Example)

이하 본 발명의 실시예에 따른 참조도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter will be described in detail based on the reference drawings in accordance with an embodiment of the present invention.

다음의 설명에서는 본 발명의 보다 철저한 이해를 제공하기 위해 특정한 예로서 한정되고 자세하게 설명된다. 그러나, 이 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들에게 있어서는 본 발명이 이러한 상세한 항목들이 없이도 전술한 설명에 의해서만 실시될 수 있을 것이다.In the following description, specific and specific examples are set forth in order to provide a more thorough understanding of the present invention. However, for those skilled in the art, the present invention may be practiced only by the foregoing description without these details.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 불 휘발성 메모리 장치의 구성을 보여주는 블록도이다.4 is a block diagram illustrating a configuration of a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 메모리 셀 (MC)은 하나의 스위칭 트랜지스터 (Tr)와 하나의 강유전체 커패시터 (CF)로 구성되며, 그것의 연결 관계는 도 1의 그것과 동일하다. 따라서, 그것에 대한 설명은 여기서 생략된다. 상기 메모리 셀 (MC)에 연결된 비트 라인 (BL)에는, 감지 증폭기 회로 (10)가 연결되어 있다. 도면에는 도시되지 않았지만, 감지 증폭기 회로 (10)는 P-래치 감지 증폭기와 N-래치 감지 증폭기로 구성되며, 그것의 일 예가 U.S. Pat. No. 5,751,626에 "FERROELECTRIC MEMORY USING FERROELECTRIC REFERENCE CELLS"라는 제목으로 게재되어 있다.Referring to FIG. 4, the memory cell MC is composed of one switching transistor Tr and one ferroelectric capacitor C F , and its connection relationship is the same as that of FIG. 1. Therefore, the description thereof is omitted here. The sense amplifier circuit 10 is connected to the bit line BL connected to the memory cell MC. Although not shown in the figure, the sense amplifier circuit 10 is composed of a P-latch sense amplifier and an N-latch sense amplifier, an example of which is described in US Pat. No. 5,751,626, entitled "FERROELECTRIC MEMORY USING FERROELECTRIC REFERENCE CELLS."

도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 기준 비트 라인 (RBL1)과 기준 플레이트 라인 (RPL)사이에는, 라인 (RWL)에 연결된 스위칭 트랜지스터 (Tr)를 통해서 복수 개의 직렬 연결된 강유전체 커패시터들 (CF11)-(CF1X)이 직렬로 연결되어 있다. 각 강유전체 커패시터 (CF11)-(CF1X)은 분극될 때 서로 다른 분극량을 가진다. 제 2 기준 비트 라인 (RBL2)과 상기 기준 플레이트 라인 (RPL)사이에는, 상기 라인 (RWL)에 연결된 스위칭 트랜지스터 (Tr)를 통해서 복수 개의 직렬 연결된 강유전체 커패시터들 (CF1)-(CF0X)이 직렬로 연결되어 있다. 각 강유전체 커패시터 (CF1)-(CF0X)은 분극될 때 서로 다른 분극량을 가진다. 상기 제 1 및 제 2 기준 비트 라인들 (RBL1) 및 (RBL2) 사이에는, 라인 (REQ)에 연결된 등화용 NMOS 트랜지스터 (TEQ)가 연결되어 있다.As shown in FIG. 4, between the first reference bit line RBL1 and the reference plate line RPL, a plurality of series-connected ferroelectric capacitors CF 11 through a switching transistor Tr connected to the line RWL. -(CF 1X ) is connected in series. Each ferroelectric capacitor CF 11- (CF 1X ) has a different polarization amount when polarized. Between the second reference bit line RBL2 and the reference plate line RPL, a plurality of series-connected ferroelectric capacitors CF 1- (CF 0X ) are connected through a switching transistor Tr connected to the line RWL. It is connected in series. Each ferroelectric capacitor CF 1- (CF 0X ) has a different amount of polarization when polarized. An equalization NMOS transistor TEQ connected to the line REQ is connected between the first and second reference bit lines RBL1 and RBL2.

이러한 구성에 따르면, 다수의 레퍼런스 셀들을 공통으로 묶어 특성이 좋지 않은 강유전체 커패시터를 특성이 좋은 강유전체 커패시터와 상쇄시켜 이를 스탠바이 상태에서 발생기를 이용하여 DC 레벨로 유지시켜, 레퍼런스 셀의 피로 특성을 항상 최적의 상태로 유지할 수 있다. 그리고, 더미 셀을 사용하여 메모리 셀과 레퍼런스 셀들에 임프린트 또는 에지 부분에서 생기는 강유전체 커패시터의 특성을 저해시키는 저해 요소를 막을 수 있다.According to this configuration, a plurality of reference cells are commonly tied to cancel a poor ferroelectric capacitor with a good ferroelectric capacitor, which is maintained at a DC level using a generator in a standby state, so that the fatigue characteristics of the reference cell are always optimized. Can be kept in the state of. In addition, the dummy cell may be used to prevent the inhibitory element that inhibits the characteristics of the ferroelectric capacitor generated at the imprint or the edge portion of the memory cell and the reference cells.

도 4에 도시된 바와 같이 강유전체 커패시터들을 묶어서 사용하면, 크리스탈과 같은 2차 위상에 의한 전압 강하에 의해 파생되는 각 도메인의 커패시터 용량 감소 및 2차 위상 (점박이성)에 의한 커패시터의 피팅 (pitting) 현상에 대하여 커패시터 자체의 회복이 가능하다. 이를 구동하기 위하여 2차 위상이 형성되는 매트 에지 부분에 더미 셀을 행 및 열로 2개 이상 씩 구성할 경우, 메모리 셀로 들어오는 2차 위상을 막게된다.When the ferroelectric capacitors are bundled and used as shown in Fig. 4, the capacitor capacity reduction in each domain derived by the voltage drop due to the secondary phase such as the crystal and the fitting of the capacitor due to the secondary phase (splitability) It is possible to recover the capacitor itself with respect to the phenomenon. In order to drive this, when two or more dummy cells are configured in rows and columns on the mat edge where secondary phases are formed, secondary phases entering the memory cell are prevented.

동작 방법은 다음과 같다. 스탠바이 상태에서 바이어스가 가해짐과 동시에 내부 클럭에 의해 레퍼런스 셀에 바이어스가 가해진다. 더미 셀의 옆에 있는 한 쌍의 레퍼런스 셀들에는, 라인 (RPL)의 펄스에 의해서 동시에 데이터 "1"이 기입되며, 반대쪽의 레퍼런스 셀들은 라인 (RPL)의 펄스에 의해 동시에 데이터 "0"로 기입된다. 이들의 전압은 등화 트랜지스터 (TEQ)에 의해서 (ΔQ11+,,,+ΔQ1X+ΔQ1+,,,+ΔQ0X)/2의 값을 가지게 된다.The operation method is as follows. The bias is applied in the standby state and the reference cell is biased by the internal clock. In the pair of reference cells next to the dummy cell, data "1" is simultaneously written by the pulse of the line RRP, and the opposite reference cells are simultaneously written into the data "0" by the pulse of the line RRP. do. These voltages have a value of (ΔQ 11 + ,, + ΔQ 1X + ΔQ 1 + ,, + ΔQ 0X ) / 2 by the equalization transistor TEQ.

등화 트랜지스터 (TEQ)에 의한 전류 레벨은 CdV1/dt와 CdV0/dt의 하프 레벨 (half level)에 대한 전류 레벨을 가지게 한다. 이 레벨은 메모리 셀의 레퍼런스 레벨이 되며, 회로 (12)를 통하여 항상 일정한 레벨을 가지게 한다. 전원 오프시에는, 내부 타이머 (미도시됨)에 의해 레퍼런스 셀에 가해지는 전압이 바뀌어 레퍼런스 셀이 한쪽으로 피팅되는 것을 방지한다.The current level by the equalizing transistor (TEQ) has a current level for half levels of CdV 1 / dt and CdV 0 / dt. This level becomes the reference level of the memory cell and always has a constant level through the circuit 12. At power off, the voltage applied to the reference cell is changed by an internal timer (not shown) to prevent the reference cell from fitting to one side.

예시적인 바람직한 실시예들을 이용하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 범위는 개시된 실시예들에 한정되지 않는다는 것이 잘 이해될 것이다. 오히려, 본 발명의 범위에는 다양한 변형예들 및 그 유사한 구성들을 모두 포함될 수 있도록 하려는 것이다. 따라서, 청구 범위는 그러한 변형예들 및 그 유사한 구성들 모두를 포함하는 것으로 가능한 폭넓게 해석되어야 한다.While the invention has been described using exemplary preferred embodiments, it will be understood that the scope of the invention is not limited to the disclosed embodiments. Rather, the scope of the present invention is intended to include all of the various modifications and similar configurations. Accordingly, the claims should be construed as broadly as possible to cover all such modifications and similar constructions.

이와 같은 레퍼런스 스킴을 사용하여 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 플레이트 라인의 펄스에 대한 레퍼런스 셀의 커패시터 능력 및 피로 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 메모리 셀에 가해지는 펄스에 관계없이 내부 펄스에 영향을 받기 때문에, 디바이스 동작에 대하여 한번만 펄스의 영향을 받게 된다. 둘째, 더미 셀에 의해 PZT에 생기는 2차 위상에 대한 여유 공간 확보로 디바이스의 활동력 (activity)이 증가하게 된다. 셋째, 2차 위상에 의해서 발생하는 분극 저하 (depolarization)를 방지할 수 있다.Using this reference scheme, you can achieve the following effects: First, it is possible to prevent deterioration of the capacitor capacity and the fatigue characteristics of the reference cell with respect to the pulse of the plate line. That is, since the internal pulse is affected regardless of the pulse applied to the memory cell, the pulse is affected only once for the device operation. Second, the device's activity is increased by securing a free space for the secondary phase generated in the PZT by the dummy cell. Third, depolarization caused by the secondary phase can be prevented.

Claims (3)

강유전체 메모리 장치에 있어서:In ferroelectric memory devices: 각각이 강유전체 커패시터와 스위칭 트랜지스터로 구성되는 메모리 셀들의 어레이와;An array of memory cells each comprised of a ferroelectric capacitor and a switching transistor; 상기 어레이에 연결되며, 하나의 선택된 메모리 셀에 저장된 데이터에 상응하는 전압과 소정의 기준 전압 사이의 전압 차를 감지하고 증폭하는 감지 증폭기 및;A sense amplifier coupled to the array for sensing and amplifying a voltage difference between a voltage corresponding to data stored in one selected memory cell and a predetermined reference voltage; 상기 감지 증폭기에 연결되며, 상기 기준 전압을 제공하는 기준 전압 공급부를 포함하며;A reference voltage supply coupled to the sense amplifier, the reference voltage supply providing the reference voltage; 상기 기준 전압 공급부는 직렬로 연결된 복수 개의 제 1 강유전체 커패시터들과, 제 1 기준 비트 라인과 상기 제 1 강유전체 커패시터들을 통해서 기준 플레이트 라인 사이에 연결되는 제 1 스위칭 트랜지스터와, 직렬로 연결된 복수 개의 제 2 강유전체 커패시터들과, 제 2 기준 비트 라인과 상기 제 2 강유전체 커패시터들을 통해서 상기 기준 플레이트 라인 사이에 연결되는 제 2 스위칭 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.The reference voltage supply unit includes a plurality of first ferroelectric capacitors connected in series, a first switching transistor connected between a first reference bit line and a reference plate line through the first ferroelectric capacitors, and a plurality of second connected in series. And a second switching transistor connected between the ferroelectric capacitors and the reference plate line through the second reference bit line and the second ferroelectric capacitors. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기준 전압 공급부의 제 1 및 제 2 스위칭 트랜지스터들은 기준 워드 라인에 의해서 동시에 스위치 온/오프 되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.And the first and second switching transistors of the reference voltage supply unit are simultaneously switched on / off by a reference word line. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 및 제 2 기준 비트 라인들 사이에 연결되며, 등화 신호에 응답해서 상기 기준 비트 라인들의 각 전위가 동일하게 되게 하는 등화 수단을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.And equalization means connected between the first and second reference bit lines, the equalizing means for causing the respective potentials of the reference bit lines to be equal in response to an equalization signal.
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KR100318440B1 (en) * 1999-06-28 2001-12-24 박종섭 A ferroelectric RAM and driving method thereof
KR100324594B1 (en) * 1999-06-28 2002-02-16 박종섭 FeRAM Device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100318440B1 (en) * 1999-06-28 2001-12-24 박종섭 A ferroelectric RAM and driving method thereof
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