454 1 8 8 A7 B7 五、發明說明（) (請先閱讀背面之注意事項再f(寫本頁) 本發明像關於一種電路配置，其傺用來産生一種參考 電壓以便讀出且評估此種由鐵電質記憶體之記億胞（其 具有定值之平板電壓）中經由位元線而讀出之讀出信號 ，此種電路配置具有一種參考電壓元件以及一種連接至 位元線之選擇-和評估元件。 在動態寫入/讀出記億體（DEAMs)中一種讀出信號已 知是較一種零值之參考位準更大或更小。這以圖解方式 說明在第8圖中，其中顯示一種讀出信號"1 "或” 0”之時 間曲線。在此例子中電壓值V是1時較VREF還大而電壓 值V是"0"時較VREF還小。具有QV或幾乎是0V之此種參考 信號VREF之産生在此處是較簡單的。 反之，在鐵電質記憶體（FeRAM)中上述特性是較複雜 的：表示” 1 "或” 0 "之此二個讀出信號較0 V還大且具有第 7圔所示之電壓V對時間t之關傜曲線圔。一種通常介 於"G "和"1 M中間之參考信號V R E F由於"1"和"0 此二種讀 出信號有相同之曲線而較DEAMs中者更不易産生。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 為了解決此種問題，因此首先在FeRAMs中使用雙重式 晶胞（所諝2T2C-晶胞），這些雙重式晶胞是由二値各具 有一個電晶體（T)和一個電容器（C)之晶胞所構成。於 是即將儲存之信號寫入第一晶胞中，而與其互補之信號 (即，所謂互補信號）則輸入第二晶胞中，此二種信號 在讀出時可供使用。此種方式之缺點一方面是較大之面 積損耗，另一方面是由於所謂之"壓印（Imprint)"效應 而使雜訊間距較小。 面積需求較大此種問題可藉由此種只具有單一電晶體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 54 188 Α7 Β7 五、發明說明（2) 和單一電容器之單一晶胞（1T1C -晶胞）來解決。此種 1T1C -晶胞可達成一種在原理上類似於DRAMs中者之 記億體密度，但需要一種參考晶胞以便産生該參考信 Μ (此處請比較H. Koike等人所發表："A 6〇ns 1-Mb N\p4ivolatile Ferroelectric Memory with a Nondr iven Cell Plate Line Write/Read"， IEEE. j. 〇f s〇lid_ state circuits, Band 31， No. 11， November 1996， page 1625-1634).。若像DRAMs之晶胞—樣使用此種習 知之1T1C -晶胞，則參考晶胞之晶胞電容Cr之設計方式必 須和原來之記憶髏晶胞之晶胞電容Cs者不同。這樣會有 下述缺點：晶胞電容Cr之微調是需要的，以便實際上可 達成~種準確之參考電壓VREF以作為代表”ι"或HQ"之此 二個電壓VI和V0之算術平均值，這會由於技術上之振憑 現象及其它影響而總是在評價器上造成讀出彳g ^之}員耗 。這主要是在低的電源電壓時是不利的。記憶胞和參考 晶胞之各種老化現象同樣是不利的。 上述缺點可在上述問題之其它解法中避免（請參考 Η. Hirano等人所作："2V/100ns 1T/1C N〇n-VC)iatiie Ferroelectric Memory Architecture with Bitline-Driven Read Scheme...", IEEE J . 〇f.S〇ij_d-state circuits, Band 32，No·. 5，May 1997, p&ge 649-654) ，其中記憶胞之老化是以下逑方式來避免： 是 在ον時保持在非極化狀態中。這是在參考晶胞重置（reset) 時預設一種指定之設定（set)電壓來達成。但所可·達成 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） !丨丨l*!f *^ ·!丨丨丨丨丨訂·! ! _ Λ (請先閱讀背面之注意事項再^寫本頁) ί 464 1 8 8 a? B7 五、發明說明（） 之參考電壓之準確性是與此種設定電壓及其溫度變動有 關0 在鐵電質記億體中即將讀出之記億胞通常以電容器 (其有具例如由SBT或BZT所構成之鐵電性介電質）之形 式藉由選擇電晶體而與位元線相連接。由於電容之特性 而會在位元線上産生一種大小是數百H1V (毫伏）之有效信 號。此種相對較小之有效信號會在讀出放大器中放大成 完整之邏輯位準” 1 ”或” 0 n。但此種讀出放大器如上所述 需要一種參考電壓，其理想情況是等於由記憶胞讀出 "0 "或"1 "時此二個電壓之平均值（請再參考第7圔）。 現在可産生此種參考電壓VREF，其中在位元線對（pair) 上可讀出二値參考晶胞，其含有反相之資訊。隨後藉由 位元線對之短路而形成此二個先前所獲得之讀出信號之 算術平均值。該參考信號保持在此二條位元線中之一， 而即將讀出之記憶胞則在另一條位元線上受到驅動。然 後此種已讀出之電壓在讀出放大器中與參考電壓相比較 且放大成完整之邏輯位準。 上述方式允許較準確地産生一種參考信號，但由於須 一連串地産生各別之信號而需要較長之時間。 藉由二估參考晶胞依序地産生上述之參考電壓且隨後 讀取此記億胞此種過程已圖解在第9圔之信號圖中：讀 出週期例如在t = 10ns時在掃瞄信號或選通λ^ΤΒ-)信號之 負邊綠開始。隨後在時間（A )中産生一種參考電壓。此 處此二條位元線首先須放電至0伏特（"\預先（pre)")， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -,線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 4 54 1 8 8 B7__ 五、發明說明（4 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後讀出此二値具有反相資訊之參考晶胞Γ r e f ”），最 後藉由此二條位元線之短路而求得算術平均值（"s h 〇 r t ”） 。在隨後之時段” B I’中即將讀出之位元線放電至0伏特 (” P r e r d ")，然後讀出記億胞（"r e a d ”）。於是在此一即 將讀出之位元線上施加一種電壓，其須依據記憶胞之内 容而小於或大於此參考電壓。在隨後於時段’’ C "中之放 大過程中此種較小之電壓差須放大成完整之邏輯位準。 大約在t = 70ns(因此大約在讀出週期起始之後60ns)時此 種已讀出之資訊已在位元線BL或BBL上以供進一步處理 之用。然後使資訊寫回至參考晶胞中而在時段"D"中又 回至靜止狀態。 本發明之目的是設計一種電路配置以便産生一種參考 電壓，其中雖然讀出週期較短此參考電壓仍具有準確之 位準可供使用。 此種目的在本文開頭所述技藝之電路配置中依據本發 明是以下述方式達成：參考電壓元件是由二個能被施加 互補式信號之參考晶胞來構成，互補式信號可同時被讀 出以便在選擇-和評估元件中産生上述之參考電壓。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 二 ”參使 此至 Γ 値 ，。 。電值二上EF 胞充壓此線VR 晶預電後元壓 考而存然位電 參線儲。考考 個導中=參參 二條胞"0至之 用二晶值出確 使由考壓讀準 時經參電時種 同前個存始 一 中之一儲開整 置程中中程調 配過其胞過上 路出在晶出線 電讀便考讀元 之在以參在位 明胞，個時考 發晶 ο 一同參 本考 t 另胞在 在參 ? 在晶可 個 "1 而考其 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 54 ί 8 8 Α7 Β7 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 胞晶當所之 胞體 ί此對生反得時之參 縮其用 晶考適線中 晶晶 U 因線産有求同定和 地為可 考參取元線 考電EJ壓元來具而之特號。大因Γ) 參些採字元 參擇£?電位對個路生出信大大是al 是 ο 至這須由位 個選 ^ 考之線二短産讀出放可這(P 回 ：中個條 二個 參制元出被壓中讀處則，對 寫是其一二 此一(1。控位讀後電列使該，線線 „ 式，由之 ，由 時號到之可隨考陣而在1)元元 „o 方電經對 中經 同信受中又對參之體且le位位 或。計充可線 式別 壓效胞列上線種同晶端al之之 "1 行設被胞元 方分 電有億陣對元此不電入ar它e) "1 進之再晶位 成可 考或記它線位與列擇輸(P其IV 使來式而考至 構且ΨΟ參號之其元此。陣選之行需ct ，線形身參接 之接 U 與信出於位由值之之器進不na 中源施本一連 利連ίπ以出讀位種藉均胞制大時處(i 式電實線每而 有相fi而讀將種此。平晶控放同此動 。 形之佳元：體 一對01'胞之即一在胞術考當出是。驅壓 施置較位式晶 另線-Ϊ億述種用，晶算參適讀程程受電 實設一由方電 之元擇記上此使壓考之與由至過過未考 之別另經接擇 明位選由生於，電參號種藉換出出之參 佳特明別連選。發 一 至可産生之考之信一 。切讀讀中該 較由發分路之條本另出是式産反參訊β在胞號於種到生 在經本可電制 一 在與讀於方是。種資二可億信由此陣産 中 胞之控每 是而 之不上此相此亦記考 短它來 (請先閱讀背面之注意事項再和寫本頁) 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 454 1 8 i A7 B7 五、發明說明（） 本發明以下將依據圖式來詳述。圖式簡單說明如下： 第1圖本發明第一實施例之電路圔。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第2圖解釋第1圔之實施例中之信號曲線所用之圖解。 第3圖本發明第二實施例之電路圖。 第4圖解釋第3圔之實施例中之信號曲線所用之圔解。 第5圖本發明第三實施例之電路圖。 第6圖解釋第5圖之實施例中之信號曲線所用之圖解。 第7圖在FeRAM中此種參考電壓VliEF調整時說明之圖 解。 第8圖在DRAM中此種參考電壓VREF調整時說明之圖解。 第9圖在現有之電路配置中解釋信號時間闢僳所用之 圖解。 第7至第9圖已如本文開頭所述。在這些圖式中互相 對應之組件或信號曲線分別使用相同之參考符號。 在第1圖之電路配置中，位元線B 1和B 1在時間點t 0 (請比較第2圖）時藉由預充電導線VE和VL("預充電”） 而分別保持在電源電位之一半（V C C / 2 )處。此處該位元 線B1或B2經由電晶體T7, T8和T9而連接至導線VL或VE。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在時間點t 1時（此時導線V E是在Ο V ),位元線B 1和B 2 預充電至0 V。 在時間點t 2時藉由字元線W i以及D W 1 ，. D W2之切換而 使記億胞C 1 (其上施加一種平板電壓V P )之内容經由電 晶體T 5而輸出至位元線B 2，而具有平板電壓D V P之參考 晶胞DCO, DC1之内容是經由電晶體T3, T4而放置在參考 位元線B 1上。因此産生一種參考電壓，其值是介於參考 位元線B 1之"1 "信號和” 0 "信號之間的中間值。這些參 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 45418 8 A7 — B7 經濟部知Θ慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（7) 考晶胞D C Q , D C 1充電用之電源線S 1，S 2此時藉由電晶體 T S 1 ，T S 2而被去（d e -)驅動。 若位元線和參考位元線互換，即，B 1是位元線而B 2是 參考位元線時，則字元線Wi + Ι以及DW3, DW4被驅動。其 餘之操作方式已如上所述。在此情況下此種記億胞是由 記憶電容器C 2所形成。 在時間點t 3時經由一種評估信號〇 E W E R T E R來驅動一 種選擇-和評估元件10;在所示之情況中此種在位元線B2 上所讀出之"1 "放大成電壓V C C ,而參考位元線B 1則成 為〇 V。在讀出” 0 ”時上逑過程恰巧相反。 在時間點t4時電源導線S1設定在VCC ，導線Vp設定在 VCC而導線Vn設定在0V,則參考晶胞DC1和DC0可極化 成"1 11 或"0 "。 最後，在時間'點t5時所有字元線DW1, Dfii2, DW3, DW4 ，Wi, Wi + 1都被去（de-)驅動，導線VL上之信號被設定成 VCC ,導線VE上之信號設定成VCC/2 ，使位元線Bl, B2 處於VCC/2 。最後，導線S1位於VCC而導線Vp和Vn則位 於VCC/2 ，參考晶胞DCO，DC1上之電壓則設定在OV,這 是因為平板電位VP是在VCC/2處。 在此種位元線B2和參考位元線B9之電容中為了防上一 種不相等之加權作用，則只能選取參考晶胞DCO, DC1之 電容大小使其為記憶胞之電容CB之一半。若由於佈局之 原因而使參考晶胞DCO, DC1之電容是CB之一半為不可能 時，則須同時調整晶胞之平板電位V P，以便補償此電容 -9- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -1名 • . i 訂 -丨線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 45418 8 _B7__ 五、發明說明（8 ) 之不相等之加權作用。 第1 , 2圔之實施例之電路配置可特殊地具有以下之 優點： -此種電路配置和現有之參考電壓電路比較時顯得非常 快。 -參考電壓V R E F可準確地處於"1 "和” 0 ”之間。 -參考電壓VliEF相對於溫度變動較不敏感。 -參考電壓VREF相對於老化之影響及材料疲乏而言較不 敏感，這樣是適當的，因為參考晶胞DCO, DC1通常較 一般之記憶胞更會受到次數多很多之程式化過程。 -由於平板電壓V P及/或D V P之偏移，則例如在測試 F e R A M s時此參考電壓仍可藉由雷射組件來校準以便調 整平板電壓VP。 -在本實施例中，二個參考晶胞D C Q , D C 1可同時利用記 億體信號出。 而設定在位元線Β1上以便産生一種參考電壓。所具有 之特殊優點是此種讀出可快速而準確地進行。使"1 "及 "0 "寫回至參考晶胞中是藉由特別設定之電源導線來達 成。具有"1 "和” Q "之二個參考晶胞因此添加至一般之鐵 電質記憶胞，其中這些參考晶胞須相連接以便産生一種 準確之參考電壓VREF。 依據第3 ，4圖，以下將說明本發明之電路配置之另 一實施例。在本實施例中此位元線Β 1，Β 2在時間點t 0時 經由預充電導線V E或V L而保持在電源電壓之一半（V C C / 2 ) 處。 在時間點t 1時此預充電導線VE是位於GV以便使位元線 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 21^公釐） ---I----ί*--^ - I I I----訂---------f"_ :J :( /—'\ ...-I\ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 454 1 8 i A? B7 五、發明說明（9)
Bl，B2預充電至0V。 (請先閱讀背面之注意事項再氣^本頁) 在時間點t 2時藉由字元線W i以及D W 1 , D W 3之切換而使 記億胞C 1之内容經由電晶體T 5而輸出至位元線B 2且參考 晶胞DCO，DC1之内容輸出至參考位元線B1,使參考電壓 在參考位元線B 2上保持在” 1 "信號和"Q "信號之間的中 間處。 如第1 ，2圔所示，若位元線和參考位元線互換，即 ，導線B 1是位元線而導線B 2是參考位元線，則字元線 W i + 1和D W 2 , Μ 4被驅動。 在時間點t 3時此選擇·•和評估元件1 ϋ經由評估信號 VBEWERTER而被驅動，且在所示之情況中位元線Β2上所 讀出之η 1 "放大成電壓V C C ，而參考位元線Β 1則成為Ο V。 。在讀出"〇 "時此過程恰巧相反。 在時間點t 4時為了使正確之佶號寫回至參考晶胞D C 1 中，則須使字元線D W 3去（d e -)驅動而使字元線D W 4被驅 動。若位元線和參考位元線互換，即，B 1是位元線而B 2 是參考位元線時，則字元線D W 1須被去（d e -)驅動而字元 線D ίί 2須被驅動。 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 在時間點t 5時字元線W i被去驅動且預充電導線V L設定 在VCC ，而預充電導線VE則在VCC/2處，位元線Bl, B2 因此在V C C / 2處。此時字元線D W 1 , D W 4被驅動，參考晶 胞DCQ, DC1中之電壓設定在0V,因為平板電壓VP處於 V C C / 2 處。然後所有字元線 D W 1，D W 2 , D W 3 , D W 4，W i， W i + 1被去（d e -)驅動。 -1 1 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 454 1 8 8 A7 _B7______ , 1 ο 五、發明說明（） 就參考晶胞D C Q , D C 1之充電和放電而言，則可經由各 別之字元線D W 1，D W 2 , D W 3和D W 4來控制各開關電晶體T 1 1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 元 位 與 胞 晶 考 參 使 可 體 晶 R 開 些 這 防 中 容 電 之 \»/ 之 反 或 /IV 1± B 線 元 。位 離考 隔參 相和 2 或 B 接線 連元 相位 B2在 或了 B1為 線 實等參 之只使 圖其因 2 使原 ，容之 1 電t) 第之0U 於 1 03 似Dc(l 類和局 須 G 佈 則 D 於 ，胞由 用晶若 作考 。 權參半 加之一 之述之. 等上者 相取CB 不選胞 種來億 一 例記 止施於 胞 晶 考 須 則 時 13匕 會 可 不 是 半 1 之 者 B C 為 容 電 之 壓 〇 電償 板補 平被 該可 整用 調作 時權 同加 或 \ 及 之 等 相 不 之 容 電 使 例. 常 施 非 實 得 之 顯 圖 時 4 較 ,bb 3 路 第 電 , 壓 樣 電 一 考 例 參 施：之 實點有 之優現 圖之和 2 下置 » 以 配 1 有路 第具電 像是種 就別此 特- 壓壓 s Β ;考考 快參參 之 需 所 外 額
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'-士 .. V · -線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4541 a i A7 B7 11 五、發明說明（） 在第2圖之實施例中，參考晶胞之再充電相對於第1 圖之實施例而言是藉由特別適當之電路接線方式（請比 較電晶體T11至：Π4)經由位元線B1及B2而來之寫回過程 而達成。 以下將依據第5 ，6圖來詳述本發明之另一較佳之實 施例。 在此一實施例中，讀出放大器就像DRAMs中者一樣是介 於二値記億體陣列2 1 , 2 2之間而作為選擇-和評估元件1 〇 且可被這些記億體陣列2 1 , 2 2所使用。參考晶胞D C 0和 DC1以及即將讀出之記億胞都連接至不同之位元線對 BLb/bBLb或 BLt/bBLt。選擇電晶體對（pair)MUXb或 MUXt 此處（其是很重要的）是和先前技藝不同而被隔離，以 便整體上産生4値選擇電晶體以用於二個位元線對（pair) 中，這些選擇電晶體連接於讀出放大器之前。由於這些 選擇電晶體互相隔離，則同時産生上逑之參考電壓（例 如，請比較第5圖之右半部）以及經由開關元件11，1 2 來讀出記憶胞（第5圖之左半部）是可能的。記億胞-以 及參考晶胞之選擇電晶體以及選擇電晶體MUXb或M UXt是 經由字元線W L和控制線S L來控制。 讀出過程例如是在時間點t = 1 Q u s時在選通信號或掃瞄 信號（第6圖）之負遴緣開始。在時段A中參考電壓之 産生以及時段B中記億胞之讀出（這是很重要的）同時 是在電性上未連接之位元線對BLb/bBLb或BLt/BbLt中開 始。然後藉由4個選擇電晶體中之二値，例如，藉由電 -1 3 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I — - I — - — I — I-1 - I I I I I 1 - ·111 - — — I— — -^1 /fv ,IJ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本1) 454 1 B i A7 B7 12 五、發明說明（） 晶體MUXb之第5圖中之上方之電晶體以及藉由電晶體 M UXt之第5圔中之下方之電晶體而使讓出信號和參考信 號連接至讀出放大器且使差動信號放大，這是在時段C 中進行。大約在t = 5 〇 n s (因此是在讀出週期開始之後的 40ns)時已讀出之資訊在位元線上可供進一步處理用。 然後又使此資訊寫回至參考晶胞中且在時段D時又回至 靜止狀態中。 就與第/9圖相比較之結果而言，藉由同時進行之讀出 方法可使有效資料製備完成時所需之時間由大約6 Q n s縮 短至大約4 Ο n s 〇 符號之説明 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 V E， VL 預 充 電 導 線 VP , VN， S 1， S 2 電 源 線 Vn 導 線 DW1 ,D W2 ,D W3 : ,DW4，Wi ,Wi+ 1 字 元 線 W1 , W2 , BLb 3 ,bBLb , BLt , bBLt 位 元 線 T 1 bis T 1 4 電 晶 體 T S 1 ,T S 2 開 關 電 晶 體 VP , D VP 平 板 電 壓 Cl, C2 記 億 體 電 容 D C 0 ，DC 1 參 考 晶 胞 CB 記 億 胞 電 容 VBEWERT ER 評 估 電 壓 t 1 bis t 5 時 段 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4541 88 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 10 11 12 2 1 2 2 S L WL A , B , 13
C , D 15- 選擇-和評估元件 開關元件 開關元件 記億胞 參考晶胞 控制線 字元線 讀出時之時段 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
--束 /J . --線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）