TW316980B - - Google Patents
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Description
和濟部中央標準局員工消費合作衽印製 316980 、發明説明（1 ) [發明所屬之技術領域] 本發明係關於一種不揮發性記憶裝置。 l·先前技術] 強介質記憶體係一種積集半導體元件和強介質電容器之 同時實現隨機存取和不揮發記憶之記憶體。此外，由於構 造，動作原理和動態隨機存取記憶體類似，所以認爲可實 現和動態随機存取記憶體同程度的積集度、動作速度。 強介質記憶體在強介質電容器的剩餘電介質極化方向進 仃資訊記憶。因此，而有強介質電容器疲勞的問題。強介 質電容器反覆極化反轉⑺的几乘方次到10的12乘方次程 度，剩餘電介質極化的大小就會減少起來。隨著此減少， 資訊讀出時的信號量減少，難以使記憶體安定地動作。因 此，強介質記憶體的壽命受到強介質電容器極化反轉次數 限制。 此疾勞的程度因強介質膜及電極的材料而異。例如「 Japanese Journal of Applied Physics, V〇l. 34 (1995) pp. 3233-5239」所tf，在強介質膜方面，比較pzT(锆鈦酸鉛） 和Sr Bi2Ta 209，剩餘電介質極化之値係前者大，但疲勞係 後者小。此外，例如「！ntegrated Ferr〇electries，v。丨 3 (1993) ρρ· 365-376 J所示’使用ρζτ時，以電椏用鉑時和 用氧化釕時比較’也是後者疲勞少。 爲了解決因疲勞而壽命劣化，以往提出了一種稱爲影像 式隨機存取記憶體的強介質記憶體β影像式隨機存取記憶 體通常在動作時和動態隨機存取記憶鳢同樣，記憶儲存於 •4. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規袼（210x297公;^ ) --------^ I 裝-- 二 ·- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -59 ------------- *'n ίί K1 If. n. 316980 經濟部中央標準局員工消費合作钍印製 A7 ------------- B7五、發明説明（2 ) 電谷器内的電荷正負（揮發資訊），斷開電源時，將此電荷 正負一齊變換到極化的方向（不揮發資訊）（儲存動作）。接 通電源時，進行從不揮發資訊到揮發資訊的變換（復檢動作 )。由於揮發資訊的讀出、寫入不起極化反轉而可進行，所 以用此方式可減低強介質電容器的極化反轉次數，延長壽 命。 影像式隨機存取記憶體的習知例1顯示於特開平3 ·2 83 176 。圖21(勾顯示此影像式隨機存取記憶體之記憶格。影像式 隨機存取記憶體係將此記憶格多數配置成陣列狀所構成。 強介質電谷器C之一方電極pl和其他記憶格之強介質電容 器共同連接。C之他方電極SN和金屬氧化物半導體電晶體 ΜΝ之源極連接。ΜΝ之汲極連接於資料線dl。ΜΝ之閘極 ‘連接於字元線WL。 在揮發模態方面’使PL成爲Vss。窝入資訊，要使WL成 爲Vch，接通Μ N，按照記憶的資訊，· 1 ·，、” 〇 ”，在使d L成 爲V c c或V s s的狀態，將W L降到V s s，而在C儲存電荷。此 處’ Vss爲接地電位，Vcc爲電源電位，Vch爲比Vcc高的 電位。讀出資訊時，將DL預充電到Vcc/2後，將WL升到 Vch，以感測放大器檢知從電容器流入資料線的電荷正負 0 在圖21(b)之顯示強介質電容器狀態的磁滯曲線上顯示這 些狀態。以V(SN)表示SN的電位，以V(PL)表示PL的電 位，橫軸取強介質電容器的施加電壓V(SN)-V(PL)，縱軸 取電荷Q，該電荷Q係電容器的極化乘以面積之値。爲了使 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) M丨裝 -一° 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 316980 A7 _____—_B7 五、發明説明（3 ) 強介質電容器的極化反轉，定義爲需施加於電容器兩端的 最小電壓Vc，設計成Vc比Vcc/2,!、。由於pi^Vss，所以 記憶揮發資訊”1”時在D1的位置，記憶揮發資訊"〇"時在 DO的位置，揮發動作中只是正方向的電壓施加於電容器， 所以極化不反轉。 在不揮發模態方面，使PL成爲Vcc/2。寫入資訊，要將 WL升到Vch ’按照記憶的資訊"厂，、”〇 "，使DL成爲Vcc 或Vss ^在此階段的磁滯曲線上的狀態在Bi、bo。最後， 使D L回到V c c / 2 I後’將W L降到V s s »電容器的狀態，從 B 1移到F 1 ’從B 0移到F 0。即，在不揮發模態方面，因正 負電壓施加於電容器而產生極化反轉。讀出極化的方向， 要將D L預充電到V s s，將W L升到V c h，以感測放大器檢知 ^有無極化反轉電流。因此，讀出時極化也反轉β 接著’顯示特開平3-5996所示的影像式隨機存取記憶體 的習知例2。圖22(a)顯示此影像式隨機存取記憶體之記憶 格，（b )顯示磁滯曲線上的狀態。在本洌中，V c設計成滿 足 Vcc/2<Vc<Vcc。 在揮發模態方面，使PL成爲Vcc/2。寫入資訊，要使 WL成爲Vch，接通MN，在使DL成爲Vcc或Vss的狀態， 將WL降到Vss，而在C儲存電荷。由於在磁滯曲線上PL爲 Vcc/2，所以記憶揮發資訊"1 ”時在D 1的位置，記憶揮發資 訊"0"時在DO的位置》窝入、讀出動作中，正負電壓施加 於電容器，但因Vc比Vcc/ 2大，所以理想上是極化不反轉 。然而，通常如圖所示，會產生小的極化反轉。 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） <-衣------1T----.——14' (I先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · -
AT B7 五、發明説明（4 ) 在不揮發模態方面，堪動PL而進行資訊的寫入。按照寫 入的資訊"1"、·’〇"，使DL成爲Vcc或vss後，將WL升到 V c h »然後，將P L從Vss升到Vcc，再使其回到v s s，使極化 反轉產生s最後，使D L回到V s s之後，使w L降到V s s。因 此動作而磁滯曲線上的狀態，通過B1移到F1或通過B0移 到F0。即，藉由驅動PL，十分大的正負電屢_施加於電容器 而產生極化反轉。讀出時，使PL降到Vss，將DL預充電到 V c c ’將W L升到V c h，以感測放大器檢知有無極化反轉電 流。因此，讀出時極化也反轉。. 最後，顯示特開平7-21784所示的影像式隨機存取記憶體 的習知例3。圈2 3 ( a )顯示此影像式隨機存取記憶體之記憶 格’（b )顯示磁滞曲線上的狀態。在本例中，將v ^設計成 ‘滿足 Vc<Vcc/2。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在本刨中，揮發模態、不揮發模態都使PL成爲Vcc/2。 寫入揮發資訊，要使WL成爲Vch，接通MN，在使DL成爲 Vcc或Vss的狀態，將\V L降到V s s，而在C儲存電荷《由於 在磁滯曲線上PL爲Vcc/2，所以記憶揮發資訊"1"時在D1 的位置，記憶揮發資訊，，〇，，時在D0的位置《正負電壓施加 於電容器，臨界電壓Vc比Vcc/2小，所以產生極化反轉。即 ，揮發寫入也兼不揮發寫入，電荷正負和極化的方向經常 對應。揮發讀出時，只讀出電荷。將DL預充電到Vcc/2後 ’將WL升到Vch，以感測放大器檢知從電容器流入資料線 的電荷正負。因此，讀出時不產生極化反轉。 在不揮發模態方面，讀出極化。將D L預充電到V s s後， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 316980 發明説明（ 將WL升到Veh，以感測放大器檢知有無極化反轉電流。因 此，不揮發讀出時極化反轉。 [發明欲解決之課題】 在習知m方面，在揮發動作時和不揮發動作時變化極板 電極P3L的電位〇因此’在斷開電源時的儲存動作中，需變 化接板電位。最初，讀出揮發資訊時，使pL成爲Yu，信 號感測後’將PL升到Vcc/2，進行寫入作爲不揮發資訊。此 儲存動作係對於連接i條字元線的記憶格同時進行，所以進 行全部記憶格的儲存動作，要依次選擇全部的字元線，每 次都需反覆變化極板電位的動作。復檢動作亦需同樣的1>匕 控制。PL因全部的記憶格共用而其寄生電容大。因此，難 以高速進行儲存動作、復檢動作’並且消耗電力變大。 。在習知例2方面，在不揮發動作時脈衝驅動因此， 在字元線方向分割PL，有記憶格面積變大的問題。至於動 作速度，雖然P L的寄生電容比習知例1變小，但需要堪動 P L的定時，所以高速化也困難3 因此’以極板的電位或驅動法切換揮發動作模態和不揮 發動作模態的方法有以下問題：晶片面積増加、像存、復檢 動作速度降低、消耗電力增加。在習知例3方面，藉由使 PL不揮發動作時、揮發動作時都成爲Vcc/2，以解決此問 題β然而，習知例3在揮發寫入時會產生極化反轉，所以有 以下問題：寫入次數上有限制。本發明之第一課題，係實現 影像式隨機存取記憶體：在揮發動作時和不揮發動作時，不 改變極板電極PL的電位而不產生揮發動作時的極化反轉。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
-^------11------4 * > (請先閱讀t面之注意事^再填寫本頁) - V 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 A7 ______B7 五、發明説明（6 ) 此外，在習知例卜2方面，由於儲存動作複雄，所 裝強介質記憶禮的系統異常等原因而電源突然斷開時，： 以％全進行儲存動作。因此，習知例…在揮發動作 剩餘電介質極化在一定的方向一致，未記憶不揮發 所以沒有儲㈣作而電„料，时失料訊。另一方 面，在習知例3方面，由於同時寫入揮發資訊和不揮發資、 ’所以沒有儲存動作而電源斷㈣，就會留下電源斷開時 的資訊作爲不揮發資訊，實現了此問題的一個解決方法。 本發明之第二課題，係藉由不使不揮發資訊變化而進行揮 發資訊的讀出、寫入，以記憶和揮發資訊獨立的不揮發資 訊。 此外，本發明之第三課題，係即使使用將錯鈦酸鉛 -(PZT)用於強介質膜、將鉑（Pt)用於電椏的電容器時，藉 由设计出動作法減低疲勞，以有效地利用以下優點：此電容 器也具有大的剩餘電介質接化。 [解決課題之手段] 爲了解決以上課題，本發明之不揮發性記憶裝置係窝入 時利用資料線振幅切換不揮發資訊的寫入（資料線振幅係第 一電壓）和揮發資訊的寫入（資料線振幅係比第一電壓小的 第二電壓此時，極板電位（第一電位）經常成爲一定。即 ，寫入不揮發資訊時，增大資料線的振幅，使強介質電容 器充分極化。另一方面，窝入揮發資訊時，縮小資料線的 振幅，小地抑制極化反轉《使用本不揮發性記憶裝置之際 ’通常動作時進行揮發窝入、揮發讀出，減低疲勞^藉由 •9- / 办衣-- (請先閱讀t面之注意事項再填寫本頁) 訂 " 本紙伕尺度適用中國國家標隼（〇奶）戍4既格（210/297公爱：） 316980 Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（7 斷開電源時進行不揮發寫入，接通電源時進行不揮發讀出 ’僅電源斷開之間進行不揮發記憶。藉此，解決第一及第 三課題〇 對於第二課題，爲使強介質電容器的極化反轉而將需施 加於電容器兩端的最小電壓定義爲矯頑電|VC，揮發資訊 的窝入、讀出時，就會使施加於電容器的電I比v c小。即 ，揮發資訊的寫入、讀出時不產生極化反轉，不改變不揮 發資訊。而且’定期请出揮發資訊，以大振幅進行寫入的 動作，將揮發資訊複製到不揮發資訊。 [發明之實施形態] - (實施例1) 以下，將本發明用顯示其實施例的圖面加以説明。 ‘圖1顯示實施例1的強介質影像式隨機存取記憶體的動作 。圖1 ( a )顯示此影像式隨機存取記憶體之記憶格。影像式 隨機存取記憶體係將此記憶格多數配置成陣列狀所構成。 強介質電容器C1之一方電極PL1和其他的記憶格共同連接 e C1之他方電極SN1透過金屬氧化物半導體電晶體MN1連 接於資料線DL1。ΜΝ1之閘極連接於字元線WL1。此強介 質電容器，例如強介質膜係由ΡΖΤ(锆鈦酸鉛）或 SrBi2Ta209構成。雄然前者疲勞大，但具有剩餘電介質極 化之値大的優點。雖然後者剩餘電介質極化之値小，但具 有疲勞小的優點。此外，電極係由鉑或氧化釕構成。後者 具有疲勞小的優點。然而，用於強介質電容器的材料不限 於這些材料。. -10- 本纸張尺度適用中國國家標準（CN’S ) Α4規格（21〇 X 297公釐> ^私衣------1Τ------^ * * ^ ft先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) - ' 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 316980 A7 ____B7 五、發明説明（8 ) 圏1(b)顯示表示強介質電容器動作的磁滯曲線。縱軸取 電荷Q ’該電荷Q係強介質電容器的極化乘以電容器面積之 値。將SN1的電位以v(SNl)表示，將PL1的電位以 V(PL1)表示，則橫軸取施加於強介質電容器的電壓 V(SN1)-V(PL1)。在本影像式隨機存取記憶體方面，pL1 和其他的記憶格共同連接著，在揮發模態及不揮發模態方 面’經常將電位固定於Vpl。此處，具有V1f(第二電位 )<vid(第四電位）<Vpl(第一電位）<vhd(第五電位 )<Vhf(第三電位）的關係。 在本實施例中，不揮發模態係使資料線DL1大振幅動作 作爲低電平VU、高電平vhf。磁淨曲線上的狀態，係沿著 通過F1和F0的外侧迴線移動。因此，此模態會增大剩餘電 ‘介質極化’記憶不揮發資訊^揮發模態係使資料線D L ^小 振幅動作作爲低電平Vld、高電平Vh£le磁滯曲線上的狀 態，係沿著通過D 1和D 0的内側迴線變化。此模態使用爲 揮發資訊的電荷進行記憶，但因反轉記憶資料時的極化反 轉小，所以強介質電容器的疲勞小。 當使用本影像式隨機存取記憶體之際，通常用揮發模態 使其動作，以減低強介質電容器的疲勞，電源接通一斷開 時用不揮發模態使其動作。此時，在揮發模態和不揮發模 態方面’接板PL1的電位爲vpi，成爲—定，根據資料線 的振幅大小切換這些模態，所以本影像式隨機存取記憶體 使從不揮發資訊到揮發資訊的變換（復檢動作）及從揮發資 訊到不揮發資訊的變換（儲存動作）非常簡化，同時具有以 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先K讀t面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 A7 B7 五、發明説明（9 下優點：不联動極板的部分，低消耗電力化。此外，可有效 地利用以下優點：即使使用將.结.鈥酸势（P Z τ )用於強介質膜 、將銘（Pt)用於電接的電容器時，因可減低疲勞而此電容 器也具有大的剩餘電介質極化。 [方塊阐] 圖2爲本發明之強介質影像式隨機存取記憶體的方塊圈。 在圖1中’記憶體陣列係含有記憶格、字元線、資料線、感 測放大器、預充電電路、γ閘電路等的記憶格陣列。從位 址緩衝器輸出的位址信號分別輸入行解瑪器、列解瑪器， 根據位址信號在行解碍器選擇預定的字元線，並在列解瑪 器選擇預定的Y開關電路。又，根據從時鐘發生電路輸出 的信號控制前述位址信號的輸出定時。 -本發明之不揮發性記憶體係具有通常記憶動作的揮發模 態和不揮發模態之影像式隨機存取記憶體，此不揮發模態 用於以下時機：將不揮發資料變換成揮發資料的復檢動作和 相反地將揮發資料變換成不揮發資料的儲存動作s進行此 復檢動作、儲存動作，例如圖2所示，要用外部輸入插腳復 檢（Recall)、儲存（Store)從晶片外部發出復檢命令、儲存命 令。復檢、餘存信號也可以利用列位址選通（RAS)、行位址 選通（CAS)、位址An的組合產生，這種情況，有可減低插 腳數的優點。或者也可以在晶片内部監視外部電源電位， 電源開始下降，就自動產生儲存信號，電源上升，就自動 產生復檢信號。這種情況，本記憶體的使用者無需發出這 些命令。 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CN.S ) Α4規格（210X 297公釐 請. 閱 讀 背 ι6 _ 注 意 事 項 J 再乂 填 ί裝 頁 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（10 ) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 接到這些命令，在晶片内部用内部位址計數器、模態切 換電路執行全部位元的復檢動作、儲存動作，但其間&止 來自晶片外部的記憶體存取。 [陣列電路結構] 圖3爲顯示@ 2的強介質記憶體之陣列結構的圖。記憶格 係由1個強介質電容器ci及金屬氧化物半導體電晶體]^1^1 構成。強介質電容器之極板PL1在全部格間共同連接，電 位經常固定於Vpl。記憶格MC(i，j)之儲存結點SN1透過 MN1連接於資料線DL1(j)，MN1之閘極連接於字元線 w L 1 ( i ) >記憶體陣列係將此記憶格配置成多數格子狀所構 成。虛設格D C 1 (j ) / D C 1 (j ) B、預充電電路、感測放大器 連接於資料線對D L 1 (j ) / D L (j ) B，透過Y閘電路和I / 〇線 奇IΟ 1 /1 〇 1 B連接。 圖4顯示内部電源產生電路的方塊圖。本發明係改變資料 線的振幅而切換揮發模態和不揮發模態。爲此，本電路從 晶片外部接受外部電源電壓Vcc和外部接地電壓V c c的供應 ，產生八種電壓。設極板電壓爲Vp 1。設不揮發寫入用低 電平電壓爲Vlf、高電平電|爲Vhf。設揮發寫入用低電平 電壓爲Vld、高電平電壓爲Vhd。設不揮發讀出用資料線 預充電電壓爲Vpf(第六電位）、揮發讀出用資料線預充電電 鏖爲Vpd(第七電位）。Vch爲字元線的高電平電壓。這些電 壓之間有Vlf<Vld<Vhd<Vhf<Veh的關係。此處，設Vpl爲 (Vhf+Vlf)/2附近之値，則不揮發寫入時施加於強介質電容 器的電壓絕對値成爲最小，對減低電容器疲勞有效。此外 -13- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (t先閲讀t·面之注意事項再填寫本頁) .裝- 訂 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 316980 A7 B7 玉、發明説明（Π ) ’ Vpd設定爲（Vhd十Vld)/2附近之値，則揮發讀出之際， 即使不使用虛設格亦可，此外信號電壓在"0 "讀出和，· 1 ”讀 出大致相等，對增大讀出的餘量有效。此外，也可以共同 使用V ρ 1和V p d，這種情況可減少電源數》爲了增大讀出 電悉，Vpf和VI f或Vhf共用有效。在以下的動作例中，説明 Vpd=Vpl、Vpf=Vlf的情況。 如圖5所示，Vch係將Vcc以升壓電路升展而產生》Vpd和 Vp 1係以降壓電路降壓而產生。作爲Vhf、Vhd的產生方法， 例如有圖6所示的三種方法。（a)係Vhf、Vhd都將Vcc降| 而產生。Vcc比記憶格及周邊電路之電晶體的耐壓高時， 爲了確保可靠性，此方法有效。（b)係使Vhf和Vcc相等，將 Vhd降签而產生。vhf施加於記憶格的限於在不揮發模態動 砟的短時間，所以作爲Vhf，有時將Vcc照樣施加，可靠性 也可以容許。這種情沉，不需要1個降壓電路，有可縮小晶 片面積、消耗電力的優點。（c )係將Vhf升壓而產生，使Vhd 和Vcc相等》升壓的vhf比電晶體的耐壓低時，可用此方法 ’有可増加不揮發模態時的信號量的優點。 VId、Vlf的產生方法，有圈7所示的兩種方法^ (a)係將 Vcc降恩而產生vid，使Vlf等於Vss。這種情況，只需要降 壓電路，通常此方法有效^ ( b )係使VI d等於Vss，以負電源 產生電路產生Vlf^這種情X，需要負電壓產生電路，此外 需比VIf更低設定基板電壓vbb .，但有可增加不揮發模態時 的信號量的優點。
Vpf和Vhf共用時，使其和Vcc相等或將此升壓而產生。和 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀"面之注意事項再填寫本頁) -裝- .11 __—__B7 五、發明説明（η )
Vlf共用時，使其和vss相等或以負電蜃產生電路產生β將 Vpf升壓而產生時或以負電壓產生電路產生時，有可増加不 揮發模態時的信號量的優點。和Vss或Vcc共用時，有可減 少降壓電路的優孕。 [模態切換電路] 圏8爲圖2的模態切換電路，含有VP電平切換電路、vn 電平切換電路、V P C電平切換電路。本電路係從晶片外部 接到復檢、儲存信號，切換VP1、VN1、VPC1的電平。 復檢 '儲存信號係高電平Vcc、低電平Vss，所以利用電平 變換電路變換成高電平Vhf、低電平Vif的信號ire、ist，输 入模態切換電路。此外，設模態切換電路中的反相電路 iNVl 1、INV12的高電平侧的電源爲Vhf、低電平侧的電源爲 ‘V1 f。這是爲了將vcc/Vss電平的信號輸入MP12、MP13、 MN12、MN13時，不會完全斷開這些信號的緣故。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 VP電平切換電路係由p通道電晶體MP12及P通道電晶體 MP 13所構成’該MP 12’係一端和電源Vhd連接，他端和共 用源電平供應線VP1連接，該MP13係一端和電源Vhf連接 ’他端和VP1連接。將信號儲存電平變換的信號Ist及其反 轉信號分別給與MP12、MP13之閘極。儲存爲低電平時， 1^?12接通，乂？1的電平成爲乂11<1。另一方面’儲存爲高電 平時，MP13接通，VP1的電平成爲Vhf。 另一方面，圈中的VN電平切換電路係由n通道電晶體 Μ Ν 1 2及η通道電晶體Μ Ν 1 3所構成，該Μ Ν 1 2係一端和電 源V 1 d連接’他端和共用源電平供應線Vn 1連接，該 -15- 本紙張尺度制中家辟（CNS ) A4規格Π10.Χ297公瘦) " A7 B7 ^16980 "—---------- 五、發明説明（I3 ) (誇先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) MN13係一端和電源Vlf連接，他端和VNi連接。工“及其 反轉信號分別給與MN12、MN13之閘極。儲存爲低電平 時，MN12接通，VN1的電平成爲Vld。另_方面，儲存 爲高電平時，MN13接通，VN1的電平成爲Vlfs VPC電平切換電路係由p通道電晶體Mpu通道電晶 體MN1 1所構成。將復檢信號電平變換的信號Ire給與 MP1 1及MN1 1之閘極。復檢爲低電平時，pM1丨接通， VPC1的電平成爲Vpd。另一方面，復檢爲高電平時， MN11接通，VPC1的電平成爲Vpf。 本實施例如圈3之記憶體陣列.結構所示’係將感測放大驅 動金屬氧化物半導體分散配置於陣列内，分開共用源電平 供應線V N 1、V P 1和控制線S AN 1、S A P 1。因此，在模態 切換電路方面，只要切換V N 1、V P 1的直流電平即可。然 而，也可以統一配置感測放大驅動金屬氧化物半導體，配 置共用源線，這種情況，係切換驅動金屬氧化物半導體的 電源3 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 圖9顯示窝入緩衝器的電路圖。本電路係由控制部、緩衝 器1、缓衝器2構成，控制部含有反及（NAN D)電路、反或 (NOR)電路。反及電路、反或電路的電源爲Vhf及Vlf，但 緩衝器的電源爲Vhd及Vld，以小振幅進行到I/O線的資料寫 入動作。資料寫入時，使WE成爲Vhf，使缓衝器1、缓衝器 2活化，將DIN的資料輸出到I/O線對。除此以外的時間，使 WE成爲Vlf，使缓衝器1、缓衝器2成爲高阻抗狀態。在本發明 之影像式隨機存取記憶體方面，從晶片外寫入資訊時，必 -16- 本纸ft尺度適用中國國家橾隼（CNS ) A4規格（2IOX297公釐） A7 B7 五、發明説明（W ) 定是揮發寫入，所以緩衝器的輸出經常是小振幅即可。 [實施例1的磁滯曲線] 請-先* 閱 背-面- I 事 項丄 再 填 I裝 Έ [實施例1的復檢動作】 屬10顯丁不揮發模態時的復檢動作的定時。本記憶體於 電源斷開1只記憶不揮發資訊。當開始使用本記憶體之 際’接通源後’讀出全部記憶格的不揮發資訊（接化的方 向）將此作爲揮發資訊（電荷的正負）再進行寫入的動作。 一進行此動作，記憶格的揮發資訊就等於前次使用結束時 的不揮發資訊。 訂 剛接通電源之後，強介質電容器在阐1之1?〇或{?1的狀態 。這是因爲书源斷開之間，SN1和pLl都在Vss，接通電源 ，在將WL1降到Vif的狀態下，將pL1的電位上升到Vpi ‘時’因強介質電容器的耦合而S N 1也上升到v p 1。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 復檢信號變成高電平，就利用VPC電平切換電路將預充 電電平設定成Vpf，所以pcLl在Vhf期間中，進行復檢動 作的全部資料線會被預充電成和VPC1相等的電平Vpf。此 外，此期間中，虛設格的重設信號DCR1也變成Vhf，將虚 設格的错存節點的電位重設成Vpl。在此狀態下，將PCL1 降到V 1 f ’使資科線成爲浮動後，將字元線w L 1 (j )及虛設 字元線D L 1 (j ) B升到V c h。 在記憶格MC(i，j)及 MC(i，j + Ι)方面，V(SN1)-V(PL1)變 成負那樣的電壓會施加於強介質電容器。因此，起始狀態 爲F0時不起極化反轉，爲F1時起極化反轉◊根據此極化反 轉的有無，向資料線DLl(j)、DLl(j + l)流出的電荷量不同。 -17- 良紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐 _ — A7 316980 _B7 五、發明説明（15 ) (請_先閲讀背面之注意事項再填窍本頁) 以強介質電容器電容和資料線的寄生電容分割此電荷量的 結果，決定資料線產生的電壓。因此，根據極化反轉或非 反轉，資料線的電位不同。強介質電容器的起始狀態爲圈 1(b)之F0時’資料線產生V0，爲F1時產生V1。此時，—旦 剩餘電介質極化的方向一致’就會破壞不揮發資訊。 另一方面，在虛設格DC(j)B及DC(j + l)B方面，電荷從重 設成Vpl的順介質電容器向資料線DLl(j)B、DLl(j + l)B流出 。此時，將順介質電容器設計成資料線產生的電壓Vref來到 V0和V1的中間。因此，資料線對會產生與不揮發資料"〇 " 、"1，·對應方向的電位差。此處，作爲虛設格，也可以改變 強介質電容器的面積而取出上述中間電位。這種情況，有 以下優點：可和記憶格同時製造或因特性類似而設計容易。 ‘此外，也有以下方法：如特開平2 - 1 10893所揭示的使起接化 反轉之格和不起接化反轉之格短路而產生中間電位。這種 情況，可容易提高中間電位的精度。 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 此處雖然顯示以1悃記憶格記憶1位元資訊的方式，但也 有以2個記憶格記憶1位元的方法。這種情況，和圖3不同 ，和 MCl(i，j)成對之格MCl(i，j)B連接於 WLl(i)和 DLl(j)B 的交點，寫入互相方向不同的極化。這種情況，進行以上 的讀出，資料線DLl(j)B、DLl(j + l)B的電位就成爲V0或VI 。這種情況，雖有記憶1位元的格面積變大的缺點，但有可 增大讀出信號的優點。 使用虛設格的方法及使用2個記憶格的方法，任一情況在 資料線對都會產生與記憶資訊對應方向的電位差^用感測 -18- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（16 ) 放大器放大此電位差。將s A N 1從v 1 f驅動到V h f，將 SAP1從Vhf驅動到Vlf。資料線對之中，電位高的一方的 資料線被放大到和VP1相等的電位Vhd，低的一方的資料 被放大到等於VN1的電位Vld »其後，使字元線成爲Vlf 。藉此’在強介質電容器可儲存輿極化方向對應的電荷。 即’不揮發資訊可變換成揮發資訊。此時，強介質電容器 的狀態移到在圖1 ( b )之磁滞曲線上以D 0和D 1表示之點， 但剩餘電介質極化變小，會破壞不揮發資訊。 最後’將S AN 1從Vhf驅動到Vlf，將SAP1從Vlf堪動到 W ’斷開感測放大器後，將pcL 1升到Vhf，將資料線預充 電到\ 1 f，移到下一個記憶格的復檢動作，此外，DCR1也升 到Vhf ’進行虛設格的重設，由於同時復檢連接於1條字元 ‘線的圮憶格，而會對全部字元線依次進行以上的動作，在 全部記憶格從不揮發資訊變換成揮發資訊^復檢動作中， 禁止記憶體存取，全部位元復檢動作結束，就使復檢信號 回到低電平，結束不揮發性動作模態，可進行通常的記憶 格存取。 在本實施例方面，復檢在圖1(b)之F1狀態的強介質電容 器時，動作中會產生極化反轉。然而，以感測放大器放大 信號而窝入資料時的電壓比習知例3變小，可減低電容器的 疲勞。此外，復檢動作時，強介質電容器之極板P]L1的電 位經常固定於V p 1，輿習知例Γ、2比較，可進行非常簡單 的復檢動作。 [實施例1之揮發讀出動作] -19- 本纸張尺度適用中國國家標隼（CNS) Α4規格（2丨0 χ 297公釐） 一裝------訂------Μ ·-_ (請尤閱讀替&之注意事項再填寫本頁) ，. - B7
圈11顯示揮發資訊讀出動作的定時。通常記憶體存取時 的資料讀出用揮發模態進行。PCL1|Vhf^々期間中，全部 資料線被預充電到和VPC1相等的電平Vpd ^在此狀態下， 將P C L 1降到v 1 f，使資料線成爲浮動後，將所選擇的字元 線w L 1 (1)升到V C h。在揮發讀出方面，因不用虛設格而 DCR1、DWLl(i)B 仍然是 Vlf。 在記憶格MC(i’j)及MC(i’j + l)方面，電荷從強介質電容 器向資料線DLl(j)、DL(j + l)流出。最初，揮發資訊爲"〇，，時 ’即強介質電容器的起始狀態爲圖i ( b )的D 〇時，雖然資料 線會產生VOd的電壓，但此電塾-比Vpd低。最初，禪發資訊 爲” 1”時’即強介質電容器的起始狀態爲圖丨（b )的D !時， 雖然資料線會產生V1 d的電要，但此電愚比Vpd高。 經 濟 部 中 央 標 準 為 員 工 消 費 合 作 社 印 製 :另一方面，資料線對之他方DLl(j)B、DLl(j十1)B仍然是 Vpd。因此’資料線對會產生輿揮發資料"〇，，、，· i .，對應的 電位差。用感測放大器放大此電位差。將SAN1從Vlf驅動 到Vhf，將SAP1從Vhf驅動到Vlf。資料線對之中，電位高的 一方的資科線被故大到和VP 1相等的電位Vhd，低的一方的 資料線被放大到等於VN1的電位Vld。其後，將與所選擇之 資料線對對應的YSl(j)升到Vhf而打開Y閘電路，將資料讀 出到I/O線對。其後，使字元線落下，將S AN 1從Vhf驅動到 Vlf，將SAP1從Vlf羅動到Vhf，斷開感測放大器後，將PCL1 升到Vhf，將資料線預充電到Vpd» 因此，揮發讀出動作時，強介質電容器之極板P L 1的電 位經常固定於V p 1。此外，強介質電容器不起極化反轉， -20- 本纸乐尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 _____B7_五、發明説明（18 ) 不起膜疲勞。 [實施例1之揮發寫入動作】 圖12顯示揮發資訊寫入動作的定時例。所選擇之行在寫 入之前揮發讀出，再進行寫入，僅所選擇之格寫入新的資 料。在上述讀出動作方面，用感測放大器放大後，將與所 選擇之資料線對對應的YS1 (j)升到Vhf而打開Y閘電路，並 使寫入缓衝器動作而將資料寫入記憶格MC(i，j)。其後，將 WLl(i)降到Vlf，將SAN1從Vhf驅動到Vlf，將SAP1從Vlf堪 動到Vhf，斷開感測放大器後，將PCL1升到Vhf，將資料線預 充電到Vpd，結束禪發寫入動作-〇 因此’揮發寫入動作時，強介質電容器之極板PL1的電 位也經常固定於Vp 1 *本實施例的揮發寫入時，寫入和原 -來資料相反的資料之際會反轉對強介質電容器的施加電塵 方向，而有產生極化反轉的可能性《然而，在本實施例的 揮發寫入動作方面，由於使施加電壓的絕對値比不揮發性 寫入動作小’所以極化反轉量小，可比習知例3的揮發寫入 動作減低膜疲勞。 [實施例1之更新動作] 揮發資訊爲儲存於強介質電容器的電荷所記憶，所以會 因pn接合漏電流、電晶體的次開啓電流等而隨時間喪失。 因此，爲防止資訊破壞，要定期進行更新動作。這是對全 部記憶格進行圖1 1之揮發讀出·，使強介質電容器狀態回到 原來狀態的動作。但是’無需使γ閘電路動作β由於同時 更新連接於1條字元線的記憶格，所以會依次選擇全部字元 -21- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (殊先：^讀r面之注意事項再填寫本頁) .裝. 訂 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ——-______B7_ 五、發明説明（19 ) 線。更新1條字元線的間隔最大値的最大更新時間需爲以下 時間：儲存電荷因漏電流而減少，即使讀出信號量減少，也 可以讀出可靠性高的信號。 更新動作時’強介質電容器之極板PL1的電位也經常固 定於Vpi。此外，強介質電容器的極化不反轉，所以不起 膜疲勞0 [實施例1之儲存動作] 在實施例1方面，在進入揮發模態時，不揮發資訊會受到 破壞，所以斷開電源之前需將揮發資訊變換成不揮發資訊（ 儲存動作）。圖13顯示儲存動作-的定時。儲存信號一變成高 電平，就利用圖8之VP電平切換電路&VN電平切換電路將 VN1、VP1的電位分別設定成Vlf、Vhf。
^進行和揮發讀出同樣的動作，用感測放大器放大資料線 上產生的信號電壓。從Vlf驅動到vhf，將SAP1從 Vhf驅動到V1p資料線對之中，電位高的—方的資料線被 放大到和VP1相等的電位vhf,低的一方的資料線被放大到 等於VN1的電位Vlf。其後，使字元線成Avif。藉此動作將 揮發:貝訊變換成不揮發資訊。即，最初，揮發資訊爲"〇 ,,時 (圖1(b)的DO)，變換成不揮發資訊，，〇"(B ”1”時（D1) ’變換成不揮發資訊，”"（以）。 B 最後，將SAN1從Vhf驅動到Vlf，將SAP1從Vlf驅動到vhf ，斷開感測放大器後，將PCL1升到Vhf，將資料線預充電到 Vpd。由於連接於i條字元線的記憶格同時進行儲存動作， 所以會對全部字元線依次進行此動作，將全部記憶格的揮 •22- 本紙張尺度適用中國國家標導（CNS ) A4規格（210 X 29"7公慶） f 袭------ΪΤ------^ *- (請先閲讀免面之注意事項再填寫本頁) .. -， A7
316980 五、發明説明（2〇 ) 發資訊變換成不揮發資訊。全部位元儲存動作結束，就使 儲存铋號回到低電平而結束不揮發性動作模態，可斷開電
源。BO、B1的狀態於斷開電源後移到F〇、F1，但會記愫不 揮發資訊5 B 此儲存動作中，強介質電容器之極板1>1^的電位經常固 疋於\ pl。此外，不產生接化反轉。本動作係和揮發模態 的更新動作同程度的時間’比習知例1、2可非常高速地進 行0 (實施判2 ) 接著，説明本發明之第二實施例。阐14(a)顯示用於本實 族洌的記憶格。和實施例1同樣，本強介質電容器之—方電 極（極板電極）PL1和其他的記憶格共同連接，經常將電位 啁定於Vp 1。本實施例的影像式隨機存取記憶體之記憶格 、方塊圖、陣列結構’並且内部電源功能、模態切換電路 、寫入緩蘅器是和用於實施例1者相同的即可。和實施例i 的不同，係内部電源電塵的大小關係。在圖4所示的内部電 源之間’設定 Vlf<Vld<Vhd<Vpl<Vhf<Vch 或 Vlf<Vpl<Vld<Vhd<Vhf<Vch Vpl<Vld成立。以下，説明
Vlf<Vld<VhcKVpl<Vhf<VCh、Vpf=Vlf、Vld<VPd<Vhd的情 況。 圖1 4(b)顯示設定以上大小關係時的磁滯曲線。不揮發模 態時的復檢動作及#存動作時i強介質電容器的狀態係在 通過圖14(b)的F1和F0的磁滯曲線上移動，揮發模態時的 狀態係在D 1和D 0之間移動。因此，揮發模態時，僅單向 -23- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） f-扣衣------,η------ • (請先閱讀贫面之注意事項再填寫本頁) ' -· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ----
A B7 五、發明説明（21 ) 電壓施加於強介質電容器，不產生極化反轉。因此，具有 揮發模態時不起疲勞的優點》 [實施例2之復檢動作】 圖15顯示復檢動作的定時囷。以和實施洌1之復檢動作 同樣的控制進行本實施例之復檢動作。和實施例1不同之點 ，係以下之點：用感測放大器放大不揮發讀出信號時，資料 線對的電位V 1 d、Vhd都比Vp 1小。因此，和實施例1不同， 具有以下優點：再寫入讀出的資料之際，不起極化反轉，不 生疲勞。 [實施例2之揮發讀出動作j —— 經濟部中夬榡準局員工消費合作社印袈 ί 批衣-- '. (請尤閲讀背石之注意事項再填寫本頁)
*ST 圖16、圖17分別顯示揮發資訊讀出動作、寫入動作的定 時圖。以和實施例1之揮發讀出動作同樣的控制進行本實施 -例之揮發讀出動作、寫入動作、更新動作。和實施例1不同 之點’係以下之點：用感測放大器放大不揮發讀出信號時及 從IO線寫入資料時的資料線對的電位Vld、vhd都比¥{)1小 a因此，在本實施例方面，和實施例i不同’資科的揮發讀 出時及揮發寫入時’僅單向電悉施加於強介質電容器，極 化不反轉，所以具有不起膜疲勞的優點。 ί實施例2之儲存動作】 圖18顯示本實施例之儲存動作的定時圖。以和實施例i 之儲存動作同樣的控制進行本實施例之儲存動作。和實施 例1不同之點，係在實施例丨方面，儲存動作中不起極化反 轉，但在本實施例方面，對於g14(byQDl狀態的電容器 進行儲存動作，就移到3丨，產生極化反轉。 •24- 良紙汝尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 〇1β980 A7 B7 五、發明説明（22 ) (實施例3 ) 接著’説明本發明之第三實施例。圖19(a)顯示用於本實 施例的記憶格。和實施例1同樣，本強介質電容器之—方電 極（極板電極）PL1和其他的記憶格共同連接，經常將電位固 定於Vp 1。本實施例的影像式隨機存取記憶體之記憶格、 方塊圖、陣列結構，並且内部電源功能、模態切換電路、 寫入缓衝器是和用於實施例1者相同的即可。和實施例j的 不同，係進一步限制揮發窝入時的資料線振幅。即，内部 電源電壓有 Vlf<Vpl-Vc<Vld<Vpl<Vhd<Vpl+Vc<Vhf<Vch 、Vld<Vpd<Vhd的關係，Vpf是和Vp I不同的電壓。此處， Vc是爲使強介質電容器的極化反轉而需施加於電容器兩端 的最小電壓。 ^圖19(b)顯示本實施例之強介質電容器的磁滯曲線。強介 質電容器兩端SN1、PL1的電位相等時，剩餘電荷Q可取fi 及F0的兩個狀態。這些兩個狀態取決於電容器的剩餘電介 質極化方向，表示即使電源斷開也不消失的不揮發資訊。 因此，可將與F0或F1的狀態對應的”0"、"1"二値不揮發資 訊寫入強介質電容器。 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 (請先对讀背命之注意事續再填寫本頁) 本實族例除此之外，還進一步進行二値揮發資訊的記憶 。在磁滯曲線上，在F0的狀態時，使SN1的電位v(SNl) 成爲V 1 d或V h d，狀態就移到D 0 0或D 0 1。狀態在D 0 0時 ，在強介質電容器儲存負電荷，在D01時，儲存正電荷， 同樣地，在磁滯曲線上，在F1的狀態時’使V成爲V Id或 Vhd，狀態就移到D 1 〇或D 1 1。狀態在D 1 〇時，在強介質 -25- 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 --------B7 五、發明説明（23 ) 电各器错存負電荷，在D11時’儲存正電荷。因此，按照 儲存於強介質電容器的電荷正負，可記憶二値資訊。一斷 開電源，電荷就消失，所以這是揮發資訊。 上述不揮發資訊和揮發資訊可獨立記憶s進行揮發資訊 的讀出及寫入，V(SN1)就在Vld和Vhd之間移動。此時， 由於|vid-Vpi卜Vc、丨vhd_Vpl|<Vc成立，所以反轉極化 充分的電壓不會施加於電容器兩端，藉此動作，剩餘電介 質極化的方向不受影響。即，不揮發資訊爲"0 "時，按照揮 發資訊爲"〇”或”1"，狀態成爲D〇〇、D01，但使v(SN)回 到V p 1時，狀態回到ρ 〇。同樣地，不揮發資訊爲，,丨，，時， 按照揮發資訊爲”〇，，或”1”，狀態成爲D10、D11，但使 V(SN)回到Vpl時，狀態回到F1。因此，根據揮發資訊的 讀寫’不揮發資訊不會受到破壞，所以兩者可獨立記憶。 圖20顯示本實施例之強介質記憶體的復檢動作β在本實 施例之復檢動作方面，使復檢信號、儲存信號都成爲高電 平。藉此’將VPC1設定到Vlf，將VP1設定到vhf，將 VN1設定到VI f。其後，和實施例！之復檢動作同樣地讀出 信號後，用感測放大器進行放大，但此時和實施例i不同， 將高電位侧放大到Vhf，將低電位側放大到v 1 f。藉此，圖 19(b)的在FO或F1的狀態移到B〇、B1。 最後’將S AN 1從Vhf堪動到vif，將SAP1從Vlf堪動到Vhf ’斷開感測放大器後’將PCL1升到Vhf，將資料線預充電到 Vlf，移到下一個記憶格的復檢動作。全部位元復檢動作結 束，就使復檢信號和儲存信號回到低電平而結束復檢動作 -26- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公；f ) .一 #衣 I *1TI 1 Κ n K - - n H. I___ , * * * (請先閱讀兔面之注意事項再填寫本頁) ^ Λ7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裝 五、發明说明（24 ，可進行通常的記憶體存取。 此處’ B 0、B 1的狀態’係具有不揮發資訊和揮發資訊兩 方，這些資訊一致的狀態。即，對於B 1的狀態進行揮發讀 出，就和在D 1 1的狀態相同’讀出資料” 1 ”，如果斷開電源 ’則B 1的狀態移到F 1 ’對於F 1的狀態進行不揮發讀出， 就讀出資料” 1 ”。至於B 0，用任一方法讀出，都讀出” 〇，，資 料。因此，本實施例之復檢動作後’記憶了前次斷開電源 時等於不揮發資訊的揮發資訊和不揮發資訊。 本實施例之揮發資訊的讀出、寫入動作和實施例〗同樣。 但是，這些動作中，由於！Vld_-Vp丨丨<Vc、丨Vhd_Vp丨卜W 成立，所以反轉極化充分的電壓不會施加於電容器兩端， 剩餘電介質極化的方向不受影響。即，根據揮發資訊的讀 寫，不揮發資訊不會受到破壞。 此外’更新也和實施例〖同樣地進行。 在復檢動作之後不久，不揮發資訊和揮發資訊一致，但 繼續進行揮發寫人，就會產生不揮發資訊和揮發資訊不同 的記隐格起來。即’係狀態在〇()1(不揮發資訊，τ，揮發 ^訊’Τ)或mo(不揮發資訊，，「.，揮發資訊，，G”）之格。在 ^格，面，不揮發資訊是前次斷開電源時的舊資科 發資訊是最新資料a 電實施例進行儲存動作’該儲存動作係在斷開 。本實Si :資訊變換成不揮發資訊，更新不揮發資訊 進行。 <储存動作以和實施例1之儲存動作同樣的控制
In In I --- I— - I —If I--I ·-1 I --( > · (詩先閲讀#面之注意事項再填寫本頁)
、1T 線 本絲尺度適^ •27· 297公釐） A7 B7 316980 五、發明説明（25 ) 最初，揮發資訊爲，，〇 "時，即強介質電容器的起始狀態爲 圖19(b)的D00、D10時’儲存動作後回到BO。最初，揮 發資訊爲，· 1 "時，即起始狀態爲圖19(1?)的〇〇1、D1丨時， 错存動作後回到B 1 »如先前所述’ BO、B 1係具有不揮發 資訊和揮發資訊兩方，這些資訊—致的狀態。即，揮發資 訊會錯存於不揮發資訊内。 此儲存動作所需的時間和更新全部位元所需的時間相同 程度，所以比習知例1、2可短時間進行。於是，將儲存動 作不僅即將斷開電源之前，而且也可以在通常的動作中定 期進行。設想使用本記憶體中電源突然斷開時，揮發資料 雖會喪失，但最後進行儲存動作時的不揮發資料則留著。 因此，所喪失的資料最後進行儲存動作之後，只是所重寫 的揮發資訊。爲此，越頻繁進行儲存動作，當然越可減低 突然電源斷開時的損壞，但在另一方面，儲存動作是不揮 發寫入’會伴隨強介質電容器的極化反轉。於是，要根據 強介質電容器的疲勞考慮壽命而決定儲存動作的周期。作 爲一例，電容器的重寫次數限度爲1〇的9乘方次時，每 秒一次進行儲存動作，則壽命爲3 χ丨〇的8乘方耖，即約五〇 年0 [發明之效果】 ，據本發明之強介質影象式隨機存取記憶體，第—，在 固定接板電位的狀態下可進行復檢動作、錯存動作，所以 迢些動作高速且消耗電力小。此外，進行揮發寫入時的強 介質電容器的疲勞小，重寫的限制次數大。 -28· 本纸掁尺度適用中國國家標準（CNS ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝' 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A4規格（210X297公釐）
經濟部中央標準局員工消費合作社印策 第二，可記憶和揮發資訊獨立的不揮發資訊，可記憶揮 發動作中任意時刻的揮發資訊複製作爲不揮發資訊。11心 第三，即使使用將锆鈦酸鉛（PZT)用於強介質膜、將鉑 (Pt)用於電極的電容器時，藉由設計出動作法減低疲勞， 可有效地利用以下優點：此電容器也具有大的剩餘電介質極化 [圖式之簡單説明] 圖l(a)(b)爲顯示實施例1之動作的圖β 圖2爲強介質影像式隨機存取記憶體的方塊圖。 圖3爲顯示記憶體陣列結構的圖。 圖4爲顯示内部電源的圖。 圖5爲顯示内部電源的第二圖。 圖6(a)(b)(c)爲顯示内部電源的第三圖。 圖7 (a)(b)爲顯示内部電源的第四圖。 圖8爲顯示模態切換電路的圖。 圖9爲寫入緩衝器的電路圖。 圖10爲實施例1之復檢動作的定時圖。 圖1 1爲實施例1之揮發讀出動作的定時圖》 圖12爲實施例1之揮發寫入動作的定時圖。 圖13爲實施例1之儲存動作的定時圖》 圖l4(a)(b)爲顯示實施例2之動作的圖。 圖15爲實施例2之復檢動作的定時圖。 圖16爲實施例2之揮發讀出動作的定時圖。 圖17爲實施例2之揮發寫入動作的定時圖。 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------择衣------iT------^ (請先閏讀背面之注意事項再i」本頁) 一 3527號中文申請案 明書修正頁(86年6月） A7 B7 五、發明説明（27 ) 圖18爲實施例2之儲存動作的定時圖 圖1 圖2 圖2
示實施例3之動作的圖。 ^施例3之復檢動作的定時圖。 示習知例1之動作的圖。 圖2 2丁"a )(b)爲顯示習知例2之動作的圖。 圖2 3 ( a) (b )爲顯示習知例3之動作的圖。 [元件編號之説明] MC、MCI----記憶格 C、C 1——強介質電容器 MN、MN1——金屬氧化物半導體電晶體 PL、PL1——極板電極 S N、S N 1——儲存節點 WL、WL 1——字元線
BL、BL1 位元線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 D C 1----虛設格 DWL 1——虛設字元線 VP C 1 ----預充電電路電源 PCL1——預充電控制信號 VP1、VN1——共用源電平供應線 SAP1、SAN1——感測放大器控制信號 10 1——I 0線 YS 1——Y問選擇線 行位址 ---列位址 30- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） p-^、1T------1 - -(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 316980 at __B7 五、發明説明（2S )
Vss----外部接地電位 V c c----外部電源電位。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 < 威------、訂------成： 一- (請先閱讀背-面之注意事項再填寫本頁) . 本纸張尺度適用中國國家標準（CN'S ) A4規格（210X297公釐）
Claims (1)
- 第85113527號中文申請案 八8 申請專利範圍修正本(86年6月） § D8 六、申請專利範圍 L 一種半導體記憶裝置，係指具備記憶格：具有使用強介質膜 的電容器和選擇電晶體；第一資料線：連接於上述選擇電晶 體之源極或汲極；第二資料線：和上述第一資料線平行配置 ;字元線：連接於上述選擇電晶體之閘極，配置成與上述第 一及第二資料線交叉；及，放大電路：放大上述第一資料線 和上述第二資料線之間的電壓之半導體記憶裝置；其特徵 在於：作爲供應上述放大電路的電源電壓，至少有第一電壓 和其振幅比該第一電壓的振111¾小的第二電壓兩種者。 2. 根據申請專利範圍第1項之半導體記憶裝置，其中 上述電容器具有極板電極：連接於第一電位；及，儲存電 極：連接於上述選擇電晶體之汲極或源極， 上述第一電壓爲第二電位和第三電位的電位差所生成， 上述第二電壓爲第四電位和第五電位的電位差所生成， 在這些電位之間，第二電位 < 第四電位< 第一電位< 第五 電位 < 第三電位的關係成立。 3. 根據申請專利範圍第1項之半導體記憶裝置，其中 上述電容器具有極板電極：連接於第一電位；及，儲存電 極：連接於上述選擇電晶體之汲極或源極， 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 上述第一電壓爲第二電位和第三電位的電位差所生成， 上述第二電壓爲第四電位和第五電位的電位差所生成， 在這些電位之間，第二電位 < 第四電位 < 第五電位 < 第一 電位< 第三電位或第二電位<第一電位< 第四電位< 第五電 位 < 第三電位的關係成立。 4. 根據申請專利範圍第1項之半導體記憶裝置，其中 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 2 H3 上述電容器具有極板電極：連接於第一電位；及，儲存電 極：連接於上述選擇電晶體之汲極或源極， 上述第一電壓爲第二電位和第三電位的電位差所生成， 上述第二電壓爲第四電位和第五電位的電位差所生成， 將使電容器的極化反轉而需施加於電容器兩端的最小電 壓定義爲矯頑電壓，則在這些電位之間，第二電位〈第一 電位-矯頑電壓< 第四電位<第一電位<第五電位<第一電位 +矯頑電壓〈第三電位的關係成立。 5. 根據申請專利範圍第2至4項中任一項之半導體記憶裝置.， 其中第一外部電源電位和第二外部電源電位從外部連接於 上述半導體記憶裝置，上述第三電位係降低上述第一外部 電源電位和上述第二外部電源電位的電位差電壓而產生。 6. 根據申請專利範圍第2至4項中任一項之半導體記憶裝置， 其中第一外部電源電位和第二外部電源電位從外部連接於 上述半導體記憶裝置，上述第三電位等於第一外部電源電 位0 經濟部中央標準局負工消費合作社印聚 7·根據申請專利範圍第2至4項中任一項之半導體記憶裝置， 其中第一外部電源電位和第二外部電源電位從外部連接於 上述半導體記憶裝置，上述第三電位係升高上述第一外部 電源電位和上述第二外部電源電位的電位差電壓而產生， 上述第五電位等於第一外部電源電位。 8.根據申請專利範圍第2至4項中任一項之半導體記憶裝置， 其中第一外部電源電位和第二外部電源電位從外部連接於 上述半導體記憶裝置，上述第二電位等於上述第二外部電 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） =位外電位係降低上述第-外部電源電位和上 罘—外邵电源電位的電位差電壓而產生。 9·:=請Γ範固第2至4項中任—項之半導體記憶裝置， 邵電源電位和第二外部電源電位從外部連接於 導㈣憶裝置，上述第二電位爲連接上述第一外部 I源電位和上述第二外部電源電位的負電壓產生電路所產 生，上述第四電位等於上述第二外部電源電位。 ⑴·根據中請專利範圍第2至4項中任—項之半導體記憶裝置， 其:更具備預充電機構，該預充電機構係即將供應上述放 大％路上述第一電壓之前，將上述第一及第二資料線連接 於上述第二電位以下或上述第三電位以上的第六電位而使 其預充電，即將供應上述放大電路上述第二電壓之前，將 上述第一及第二資料線連接於上述第四電位和上述第五電 位之間的第七電位而使其預充電。 11. 根據申請專利範圍第2至4項中任—項之半導體記憶裝置， 其中更具備Υ閘電路··連接於上述第一及第二資料線；j 〇線· 將上述透過γ閘電路連接於上述第一及第二資料線；及， 寫入緩衝電路：連接於上述10線， 經濟部中央標準局貝工消費合作社印«. 上述寫入緩衝電路按照從外部輸入的資訊，將上述第四 或第五電位輸出到I 〇線上。 12. 根據申請專利範圍第2至4項中任一項之半導體記憶裝置， 其中上述強介質膜含有锆鈦酸鉛（Ρ ΖΤ)絕緣膜而成，上述 電容器之至少一方電極含有鉑（pt)而成。 13. 根據申請專利範圍第2至4項中任一項之半導體記憶裝置， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 4 316S80 A8 B8 C8 ------P8 六、申請專利範圍 其中利用供應上述第一電壓的上述放大電路寫入上述電容 器的資訊，即使從外部停止電源的供應也記憶於上述 質膜作爲剩餘電介質極化。 14.根據申請專利範圍第2至4項中任一項之半導體記憶裝置， 其中上述半導體記憶裝置係由1個半導體晶片構成: 更具備控制電路，該控制電路控制如下：剛開始電源供應 該^導體晶片之後，藉由供應上述放大電路上述第—電壓 ，謂出記憶於上述記憶格的資訊，其後將供應上述放大電 路的電壓從上述第-電壓切換成上述第：電壓，即將停: 電源供應上述半導體晶片之前，藉由供應上述放大電路上 述第二電壓，讀出記憶於上述記憶格的資訊，其後將供應 上述放大電路的電壓從上述第二電壓切換成上述第—電^ ，將資訊寫入上述記憶格作爲上述強介質膜的剩餘電介質 極化。 f請先閲讀背面之注意事項再楨寫本頁) m m HI I · 裝· 訂 家 國 *' 國- 中 用 適 皮 尺 張 紙 --1___ 本 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製
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