KR20010109625A - Ferroelectric substance memeory device generating reference voltage using reference cell and sense amplifier - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체메모리 장치의 강유전체메모리 소자에 관한 것으로 '0' 데이터를 저장하고 있는 강유전체 메모리 셀과 센스앰프를 이용하여 페로-캐패시터(Ferro-capacitor)의 노화 현상을 없애고 이로 인해 메모리의 수명을 연장시킬 수 있다. 이를 위하여 본 발명은 강유전체메모리 소자에 있어서, 데이터 '0'을 저장하고 있는 강유전체 커패시터와, 상기 강유전체 커패시터의 전압과 비트라인의 전압을 차지 쉐어링하기 위한 스위칭트랜지스터를 포함하는 레퍼런스 셀; 및 자신의 입력단이 피모스트랜지스터로 구성되어 상기 비트라인에 실린 전압을 입력받아 기준전압을 생성하여 비트바라인으로 출력하되, 상기 출력신호를 내보내는 출력단에 상기 기준전압을 조절하는 다수의 저항을 포함하는 센스앰프를 포함하여 이루어진다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric memory device of a semiconductor memory device, which eliminates aging of ferro-capacitor by using a ferroelectric memory cell and a sense amplifier that store '0' data, thereby extending the life of the memory. You can. To this end, the present invention provides a ferroelectric memory device, comprising: a reference cell including a ferroelectric capacitor storing data '0' and a switching transistor for occupying the voltage of the ferroelectric capacitor and the voltage of a bit line; And a plurality of resistors having an input terminal configured as a PMOS transistor to receive a voltage loaded on the bit line, generate a reference voltage, and output the reference voltage to the bit bar line, wherein the output terminal outputs the output signal to adjust the reference voltage. It consists of a sense amplifier.
Description
본 발명은 반도체메모리 장치에 관한 것으로, 특히 강유전체메모리 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a ferroelectric memory device.
일반적으로 강유전체 물질을 유전체로 사용하는 캐패시터는 캐패시터 양단의 전압과 유기된 전하량과의 관계가 히스테리시스 관계를 갖는다.In general, a capacitor using a ferroelectric material as a dielectric has a hysteresis relationship between the voltage across the capacitor and the amount of charged charge.
도1은 강유전체 캐패시터 단자 a, b 사이의 전압에 따른 전하량의 관계를 도식화한 것이다.Fig. 1 is a diagram showing the relationship of the charge amount according to the voltage between the ferroelectric capacitor terminals a and b.
상기 도1을 참조하면, 강유전체 캐패시터 사이의 전압이 0V 일 때 강유전체 물질의 분극 상태는 '가', '나' 두가지 상태로 존재하므로 전원의 공급이 없어도 2진 형태의 데이터를 저장할 수 있다. 이러한 특성을 이용하여 강유전체 캐패시터는 비휘발성메모리 소자의 기억 수단으로 이용된다.Referring to FIG. 1, when the voltage between the ferroelectric capacitors is 0V, the polarization state of the ferroelectric material exists in two states, 'a' and 'b', so that data in binary form may be stored without supply of power. By utilizing these characteristics, the ferroelectric capacitor is used as a storage means of the nonvolatile memory device.
강유전체 캐패시터의 양단에 인가되는 전압의 크기에 따라 강유전체내의 분극상태가 변화하여 캐패시터에 저장된 전하량이 변화한다. '가' 상태의 분극상태를 유지하고 있는 강유전체 캐패시터에 충분히 큰 음의 전압을 인가하면 히스테리시스 곡선을 따라 '다' 방향으로 분극 상태가 변화하고 이 음의 전압을 제거하여 다시 캐패시터의 양단의 전압을 0V로 만들면 '나' 상태로 이동하게 된다.According to the magnitude of the voltage applied across the ferroelectric capacitor, the polarization state in the ferroelectric is changed to change the amount of charge stored in the capacitor. When a sufficiently large negative voltage is applied to the ferroelectric capacitor that maintains the polarization state in the 'ga' state, the polarization state changes along the hysteresis curve in the direction of 'multi', and removes the negative voltage to reset the voltage across the capacitor. If you set it to 0V, it moves to 'I' state.
최근 몇 년동안 이러한 강유전체 캐패시터를 저장수단으로 이용하는 메모리의 개발이 진행되어져 왔다. IEEE Journal of Solid State Circuits, VOL31, NO.11, NOVEMBER 1996에 이러한 개발에 관한 논문이 게재되어 있다. 현재 개발 진행 중인 강유전체 메모리는 일반적인 DRAM과 비슷한 구조를 갖는다. 1개의 강유전체 캐패시터와 1개의 스위치 트랜지스터로 구성된 메모리 셀에서 워드라인이 그 스위치 소자를 온-오프시키기 위하여 스위치 소자의 게이트에 연결되며 스위치 소자의 드레인 혹은 소스노드에 강유전체 캐패시터가 연결되고 캐패시터의 다른 노드는 플레이트라인에 연결된다. 또한, 스위치 소자의 다른 쪽 노드는 비트라인에 연결되며 이 비트라인과 워드라인은 서로 교차한다. 강유전체 메모리 셀 구성과 메모리 어레이는 이와 같이 DRAM과 비슷한 구조를 갖는다.In recent years, development of a memory using such a ferroelectric capacitor as a storage means has been in progress. A paper on this development is published in the IEEE Journal of Solid State Circuits, VOL31, NO.11, NOVEMBER 1996. The ferroelectric memory currently under development has a structure similar to that of general DRAM. In a memory cell consisting of one ferroelectric capacitor and one switch transistor, a wordline is connected to the gate of the switch element to turn the switch element on and off, and a ferroelectric capacitor is connected to the drain or source node of the switch element and the other node of the capacitor. Is connected to the plate line. In addition, the other node of the switch element is connected to the bit line, and the bit line and the word line cross each other. Ferroelectric memory cell configurations and memory arrays thus have a structure similar to DRAM.
DRAM과 강유전체 메모리의 또 하나의 공통점은 캐패시터에 저장된 데이터를 출력시키기 위해서 출력시키고자 하는 데이터와 비교될 수 있는 기준 전압을 생성해야 한다는 점이다.Another commonality between DRAM and ferroelectric memory is that in order to output the data stored in the capacitor, it must generate a reference voltage that can be compared with the data to be output.
도2는 강유전체 메모리에서 기준전압을 생성하는 것을 나타내는 회로도이다.2 is a circuit diagram illustrating generation of a reference voltage in a ferroelectric memory.
상기 도2를 참조하면, 강유전체 메모리 셀은 DRAM과는 달리 도2에 나타나 있는 스킴(Scheme)을 이용해서 기준 전압을 생성한다. 즉, 워드라인의 논리 하이 값에 의해서 두 개의 강유전체 메모리 셀 트랜지스터(200, 210)가 동시에 온(On)되고 비트라인과 비트바 라인으로 각각 '0'과 '1'의 데이터 값이 출력된다. 이렇게 비트라인과 비트바라인으로 출력된 데이터 값은 셀 트랜지스터가 온(On)되기 이전에 비트라인과 비트바라인에 존재하고 있던 캐패시터의 성분에 의해 차지 쉐어링(Charge Sharing)을 일으키게 된다. 그리고 차지 쉐어링(Charge Sharing)이 일어나고 조금 있다가 비트라인과 비트바라인의 전압차를 같게 만들어주기 위해서 등가신호(Equalizing Signal)가 온(On) 되면서 등가를 위한 트랜지스터(220)가 턴-온(Turn-On)되고 이러한 등가 과정을 통하여 비트라인과 비트바라인이 같은 레벨로존재하게 된다.Referring to FIG. 2, a ferroelectric memory cell generates a reference voltage using a scheme shown in FIG. 2 unlike a DRAM. That is, two ferroelectric memory cell transistors 200 and 210 are simultaneously turned on by the logic high value of the word line, and data values of '0' and '1' are output to the bit line and the bit bar line, respectively. The data values output to the bit line and the bit bar line cause charge sharing by the components of the capacitors existing in the bit line and the bit bar line before the cell transistor is turned on. Charge sharing occurs and after a while, an equalizing signal is turned on to equalize the voltage difference between the bit line and the bit bar line, and the transistor 220 for the equivalent is turned on. In this equivalent process, the bit line and the bit bar line exist at the same level.
바로 이 비트라인과 비트바라인이 같게 존재하게 되는 전압 레벨이 기준 전압이 되는 것이다.The voltage level at which this bit line and the bit bar line are the same becomes the reference voltage.
그러나 위와 같은 방법으로 기준 전압을 만들 경우에 기준 레벨을 만들기 위해서 사용되는 셀의 패로-캐패시터(ferro-capacitor)가 빨리 노화되는 단점이 발생하게 된다. 특히 '1' 데이터를 저장하고 있는 셀의 패로-캐패시터의 경우에는 노화가 발생하여 저장하고 있던 '1'의 전압레벨이 낮아지게 되고 결국에는 메모리의 수명이 단축되게 되는 문제점이 발생하게 된다.However, when the reference voltage is created in the above manner, a disadvantage arises in that the ferro-capacitor of the cell used to create the reference level is quickly aged. In particular, in the case of a Far-Capacitor of a cell storing '1' data, aging occurs, resulting in a problem that the voltage level of the '1' stored is lowered and the lifespan of the memory is shortened.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 강유전체 메모리에서 기준 전압 생성시 셀의 페로-캐패시터(Ferro-capacitor)의 노화 현상을 없애고 메모리의 수명을 연장시킬 수 있는 센스앰프를 갖는 강유전체메모리 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, a sense that can eliminate the aging of the ferro-capacitor of the cell when the reference voltage is generated in the ferroelectric memory and extend the life of the memory It is an object of the present invention to provide a ferroelectric memory device having an amplifier.
도1은 강유전체 캐패시터 단자 a, b 사이의 전압에 따른 전하량의 관계를 나타낸 회로도 및 도표,1 is a circuit diagram and a diagram showing the relationship of the amount of charge according to the voltage between the ferroelectric capacitor terminals a, b;
도2는 강유전체 메모리에서 기준전압을 생성하는 것을 나타내는 회로도,2 is a circuit diagram showing generation of a reference voltage in a ferroelectric memory;
도3은 본 발명에서 제안한 원리를 설명하기 위한 레퍼런스 셀의 회로도,3 is a circuit diagram of a reference cell for explaining the principle proposed in the present invention;
도4는 본 발명의 센스앰프의 회로도,4 is a circuit diagram of a sense amplifier of the present invention;
도5는 비트라인과 비트바라인 사이에 입출력되는 센스앰프를 나타낸 블록도.5 is a block diagram illustrating a sense amplifier input and output between a bit line and a bit bar line.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
400 : 제1피모스트랜지스터 430 : 제1엔모스트랜지스터400: first PMOS transistor 430: first NMOS transistor
500 : 센스앰프500: sense amplifier
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 강유전체메모리 소자는 강유전체메모리 소자에 있어서, 데이터 '0'을 저장하고 있는 강유전체 커패시터와, 상기 강유전체 커패시터의 전압과 비트라인의 전압을 차지 쉐어링하기 위한 스위칭트랜지스터를 포함하는 레퍼런스 셀; 및 자신의 입력단이 피모스트랜지스터로 구성되어 상기 비트라인에 실린 전압을 입력받아 기준전압을 생성하여 비트바라인으로 출력하되, 상기 출력신호를 내보내는 출력단에 상기 기준전압을 조절하는 다수의 저항을 포함하는 센스앰프를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the ferroelectric memory device of the present invention includes a ferroelectric capacitor storing data '0', and a switching transistor for occupying the voltage of the ferroelectric capacitor and the voltage of the bit line. A reference cell; And a plurality of resistors having an input terminal configured as a PMOS transistor to receive a voltage loaded on the bit line, generate a reference voltage, and output the reference voltage to the bit bar line, wherein the output terminal outputs the output signal to adjust the reference voltage. It consists of a sense amplifier.
이와 같이 본 발명은 '0' 데이터를 저장하고 있는 강유전체 레퍼런스 셀과 센스앰프를 이용하여 페로-캐패시터(Ferro-capacitor)의 노화 현상을 없애고 이로 인해 메모리의 수명을 연장시킬 수 있다.As described above, the present invention eliminates the aging phenomenon of the ferro-capacitor by using a ferroelectric reference cell and a sense amplifier that store '0' data, thereby extending the life of the memory.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .
도3은 본 발명에서 제안한 원리를 설명하기 위한 레퍼런스 셀의 회로도이다.3 is a circuit diagram of a reference cell for explaining the principle proposed in the present invention.
상기 도3을 참조하면, 레퍼런스 셀은 게이트단이 워드라인에 연결되어 있고 소스-드레인단이 비트라인과 캐패시터 사이에 형성된 엔모스트랜지스터(300)와, 상기 엔모스트랜지스터(300)와 플래이트(Plate) 라인 사이에 '0' 데이터를 저장하고 있는 강유전체 캐패시터(310)를 구비한다.Referring to FIG. 3, a reference cell includes an NMOS transistor 300 having a gate terminal connected to a word line and a source-drain stage formed between a bit line and a capacitor, and the NMOS transistor 300 and a plate. ) A ferroelectric capacitor 310 storing '0' data between the lines.
도4는 본 발명의 센스앰프의 회로도이다.4 is a circuit diagram of a sense amplifier of the present invention.
상기 도4를 참조하면, 본 발명의 센스앰프는 전원전압과 노드d 사이에 연결된 제1저항(R1)과, 노드d와 출력인 비트바라인 사이에 형성된 제2저항(R2)과, '0' 데이터를 저장하고 있는 셀의 비트라인을 게이트단으로 입력받고 소스-드레인단이 전원전압과 노드a 사이에 형성된 제1피모스트랜지스터(400)와, 상기 노드d를 게이트단으로 입력받고 소스-드레인단이 상기 노드a와 노드b 사이에 형성된 제2피모스트랜지스터(410)와, 상기 비트라인을 게이트단으로 입력받고 소스-드레인단이 노드a와 노드c 사이에 형성된 제3피모스트랜지스터(420)와, 게이트단과 드레인단이 상기 노드b에 연결되고 소스단이 접지단에 연결된 제1엔모스트랜지스터(430)와, 상기 노드b를 게이트단으로 입력받고 소스-드레인단이 상기 노드c와 접지단 사이에 형성된 제2엔모스트랜지스터(440)와, 노드c를 게이트단으로 입력받고 소스-드레인단이 출력인 상기 비트바라인과 접지단 사이에 형성된 제3엔모스트랜지스터(450)을 구비한다.Referring to FIG. 4, the sense amplifier of the present invention includes a first resistor R1 connected between a power supply voltage and a node d, a second resistor R2 formed between the node d and an output bit bar line, and '0'. A first PMOS transistor 400 having a bit line of a cell storing data as a gate terminal and a source-drain terminal formed between a power supply voltage and a node a, and the node d as a gate terminal receiving a source- A second PMOS transistor 410 having a drain terminal formed between the node a and the node b, and a third PMOS transistor having a source line and a drain terminal formed between the node a and the node c while receiving the bit line as a gate terminal; 420, a first NMOS transistor 430 having a gate terminal and a drain terminal connected to the node b, and a source terminal connected to the ground terminal, the node b being input to the gate terminal, and a source-drain terminal being connected to the node c. The second NMOS transistor 440 formed between the ground terminals , Receives the node c to the gate terminal the source-to-drain output stage comprising a third NMOS transistor (450) formed between the bit is at the ground terminal.
상기 도3에 있어서, 워드라인이 온(On)되면 페로-캐패시터에 저장되어 있던 '0' 데이터가 비트라인으로 유입되어 비트라인의 차지(Charge)와 쉐어링(Sharing)을 하게 된다. 그리고 쉐어링이 끝난 후의 비트라인의 전압이 상기 도4의 센스앰프의 입력으로 들어가게 된다. 상기 도4의 입력단을 엔모스트랜지스터 대신에 피모스트랜지스터로 대치한 이유는 센스앰프의 입력 전압이 셀의 로우 데이터인 0.4V이고 문턱 전압은 0.7V이하이기 때문에 엔모스트랜지스터를 사용할 경우에는 트랜지스터가 온(On)되지 않고, 결국에는 센스앰프가 동작하지 않게 되어 원하는 기준 전압을 발생시킬 수가 없게 된다. 이러한 이유로 본 발명에서는 상기 센스앰프의 입력단 트랜지스터를 엔모스트랜지스터 대신에 피모스트랜지스터를 사용하게 되었다.In FIG. 3, when the word line is turned on, '0' data stored in the ferro-capacitor flows into the bit line to charge and share the bit line. The voltage of the bit line after sharing is input to the input of the sense amplifier of FIG. The reason why the input terminal of FIG. 4 is replaced with the PMOS transistor instead of the EnMOS transistor is because the input voltage of the sense amplifier is 0.4 V, which is the low data of the cell, and the threshold voltage is 0.7 V or less. It is not turned on and eventually the sense amplifier does not operate so that the desired reference voltage cannot be generated. For this reason, in the present invention, the input terminal transistor of the sense amplifier uses a PMOS transistor instead of an enMOS transistor.
도3의 비트라인 전압이 도4의 입력으로 들어가게 되면서 센스앰프는 동작을 하게 되고 출력단을 통해서 기준 전압을 발생하게 되는데 발생되는 기준 전압을 조절하기 위해서 도4에서 도시한 것과 같이 출력단에 저항 R1, R2를 병렬로 연결하게 된다. 센스앰프를 통해서 출력되는 출력 전압은 아래와 같은 수학식1에 의해서 출력되게 된다.As the bit line voltage of FIG. 3 enters the input of FIG. 4, the sense amplifier operates and generates a reference voltage through the output stage. In order to adjust the reference voltage generated as shown in FIG. 4, the resistor R1, R2 will be connected in parallel. The output voltage output through the sense amplifier is output by Equation 1 below.
도5는 비트라인과 비트바라인 사이에 입출력되는 센스앰프를 나타낸 블록도이다.5 is a block diagram illustrating a sense amplifier input and output between a bit line and a bit bar line.
상기 도5를 참조하면, 메모리 셀의 데이터가 실린 비트라인이 센스앰프의 입력으로 들어가고 증폭된 기준 전압은 비트바라인으로 출력되어 비트라인에 실린 메모리 셀의 데이터와 비교하게 된다.Referring to FIG. 5, a bit line carrying data of a memory cell enters an input of a sense amplifier, and an amplified reference voltage is output as a bit bar line and compared with data of a memory cell loaded on the bit line.
이러한 비교하는 과정을 통해서 메모리 셀의 데이터가 출력되게 된다.Through this comparison process, data of the memory cell is output.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above-described preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상기와 같이 본 발명은 비트라인의 전압을 입력으로하는 센스앰프를 사용함으로써 종래방식으로 인한 셀 캐패시터의 노화 현상을 없애고 강유전체 메모리 셀의 수명을 연장시킬 수 있다.As described above, the present invention eliminates the aging phenomenon of the cell capacitor and extends the lifespan of the ferroelectric memory cell by using a sense amplifier that inputs the voltage of the bit line.
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Cited By (1)
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KR100500944B1 (en) * | 2002-12-11 | 2005-07-14 | 주식회사 하이닉스반도체 | Nonvolatile ferroelectric memory device |
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2000
- 2000-05-31 KR KR1020000029697A patent/KR20010109625A/en not_active Application Discontinuation
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