TW501132B - Integrated memory with memory-cells of 2-transistors/2-capacitors - Google Patents

Description

501132 A7 B7 五、發明說明（1 ) 本發明涉及一種記憶胞型式是2電晶體/2電容器之積體 記憶體。 在US 5 381 364A中描述一種具有此種記憶胞之記憶體 ，其記憶胞型式是 FRAM 或 FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)。在FRAMs中此記憶電容器具有一種鐵電 介電質。每個記憶胞之二個記憶電容器之一個電極是經由 所屬之選擇電晶體之可控制之區段而與一對（Pair)位元線 之一個位元線相連接。此二個選擇電晶體之控制端是與一 條共同之字元線相連接。每一記憶胞之二個記億電容器之 第二電極是與一條共同之板線相連接。在記憶體操作時記 憶電容器之這些電極通常都具有相同之電位。 本發明之目的是提供一種積體記憶體，其記憶胞型式是 2電晶體/2電容器，其記憶胞之構造不同於習知記憶胞 者。 此目的是以申請專利範圍第1項之積體記憶體來達成。 本發明有利之其它形式敘述在申請專利範圍各項附屬項 中。 在本發明之積體記憶體中，在存取記憶胞時每一記憶胞 之二個電容器之與電晶體相遠離之各電極是與不同之板電 位（S卩，第一板電位和第二板電位）相連接β 這樣可選取此二條位元線（其與此記憶胞相連接）用之預 充電位，其是介於第一和第二電位之間。反之’在傳統之 FRAMs(其依據所謂VDD/2槪念來操作）中各條位元線之預 充電電位之選取是很受限制的。在此種記憶體中，記憶電 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) 十tf Γ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501132 A7 B7 _ 五、發明說明（2 ) (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 容器之與選取電晶體相遠離之各電極永遠位於電源電位 VDD之一半處。在讀出時爲了有效地計算位元線對（pair) 上所產生之差動信號，則在讀出之前須使此二條位元線預 充電至接地電位或放電至接地電位。在傳統之記憶體中此 種預充電電位因此不可在較大之範圍中自由選取。反之， 在本發明中，此種預充電電位可由較大之範圍中選取，只 須此範圍介於第一和第二板電位之間即可。 在本發明中，若位元線之預充電電位在記憶胞之電晶體 導通之前等於第一和第二板電位之平均値，則FRAMs(其依 據VDD/2槪念來操作）可達到最佳之結果。於是在讀出時 此位元線對（pair)上可形成一種最大之差動信號。 爲了防止記憶胞發生資料損耗，則適當之方式是依據本 發明之形式來設置此記憶體之更新操作模式，其中須對儲 存在記憶胞中之資訊進行一種讀出以及重新寫入。 依據本發明之另一種形式，更新操作模式之另一種方式 是各記憶胞可分別具有二個短號元件，其分別用來使電容 器之一短路，只要此記憶胞之二個電晶體不導通時。在鐵 電記憶電容器中只要電容器之二個電極存在相同之電位（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 即，電容器上無電壓降）時，即須防止資料之損耗。 每一記億胞之此二個電晶體之控制端可與一條共同之字 元線相連接或與不同之字元線相連接，這些字元線在存取 記憶胞時同時可使電晶體導通或截止，其方式是這些字元 線同時被驅動或去（de-)驅動。 本發明例如適用於FRAM型式之鐵電質記憶體’特別是依 冰 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 501132 Α7 _ _—… Β7 五、發明說明（3 ) 據，特別是依據VDD/2槪念來操作之此種記憶體。但亦可 用在依據所謂"脈波驅動式之板“此種槪念來操作之FRAMs 中’其中在存取記憶體時記憶電容器之遠離該選擇電晶體 之電極之電位是脈波形式者；本發明亦可用在其它任意之 記憶體中，其記憶胞是2電晶體/2電容器型式者。 本發明以下將依據圖式中之實施例來詳述。 圖式簡單說明如下： 第1圖本發明之記憶體之2電晶體/2電容器式之記憶 第2圖是第1圖中記憶胞之信號曲線圖。 第3圖此積體記憶體之一部份之佈局，其板線平行於 字元線而延伸◊ 第4圖本發明記憶體之一部份，其板線平行於位元線 而延伸。 第1圖是FRAM之本發明之記憶體之2電晶體/2電容器之 構造。記憶體之每一記憶胞MC具有二個選擇電晶體T1， T2和二個記憶電容器Cl，C2。電容器Cl，C2具有鐵電介電 質。每一電容器C1，C2之一個電極是經由所屬電容器Τ1， T2之可控制之區段而與位元線對之一條位元線BL，/BL相 連接。此二條位元線是與讀出放大器SA相連接，此放大器 SA在記憶胞MC被讀出時用來使位元線對（pair)中所產生之 差動信號被放大。 此二個電晶體ΤΙ，T2之控制端是與字元線WL相連接。藉 由字元線WL和位元線對BL，/BL可選取此記憶體之指定之 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) #- --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 川 1132 A7 B7 $、發明說明（4 ) 記憶胞MC。電容器Cl，C2之與電晶體ΤΙ，T2相遠離之電極 是與二個不同之定値之板電位VPL1 = 0V和VPL2=3V相連 接。 第1圖所示之記憶胞MC另外具有二個η-通道·電晶體形式 之短路元件SE，其可控制之區段分別經由此二個電容器C1 ，C2之一之二個電極而互相連接。短路元件SE之控制端是 與短路信號SHT相連接&短路元件SE用來使所屬之電容器 Cl，C2之二個電極處於相同之電位所屬之電晶體ΤΙ，Τ2則 截止（off)。於是電容器Cl，C2上即無電壓存在，使由電 容器所儲存之資訊可持續地儲存著。 在此種記憶胞MC之其它實施例中，短路元件SE亦可不需 要。爲了防止電容器Cl，C2之資料損耗，則需設置一種更 新（refresh)操作模式，其中每一記憶胞MC之內容可隨時 讀出且隨後又寫回至記憶胞中。 第2圖是信號曲線圖，其在讀出第1圖中所示之記憶胞MC 時產生。第2圖之上方顯示第二電容器C2之與電晶體T2相 連接之電極之電位曲線。第2圖之中間圖是第一電容器C1 之與電晶體T1相連接之電極之電位曲線。第2圖之下方顯 示字元線WL以及此二條位元線BL，/BL之電位曲線。其是 二個依序進行之讀出過程中之電位曲線，其中此記憶胞MC 中儲存邏輯"0"。 在讀出記憶胞MC之前，此二條位元線BL，/BL預充電至 一種共同之預充電電位V1=1.5V，此種値等於此二個板電 位VPL1 = 0V和VPL2=3V之平均値。然後此字元線WL是以正 •6· 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) 言

T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501132 A7 B7 發明說明（5 ) 邊緣來驅動的。各電晶體ΤΙ，T2因此導通，以便在位元線 BL，/BL和電容器Cl，C2之間形式一種電荷平衡。在所儲 存之邏輯"0"之此處所考慮之情況中，第一位元線BL之電 位可輕易地變小且第二位元線/BL之電位可輕易地變大。 然後驅動此讀出放大器SA，使位元線對BL，/BL上之差動 信號被放大。讀出過程以字元線WL上之電位之負邊緣結 束。 第3，4圖顯示本發明記憶體之不同實施例之較大之部份 ，其分別具有第1圖所示形式之記憶胞MC 〇藉由板線PLi來 傳送第一板電位VPL1和第二板電位VPL2。 在第3圖中所示之記憶體中，板線PLi平行於字元線WLm 而延伸。各記憶胞MC分別藉由二個點及一個橢圓來表示。 這些點因此位於位元線BLn，/BU和字元線WLm(這些線屬 於各別之記憶胞MC)之相交點處。和第1圖中之記憶胞MC不 同之處是：在第3圖中之各記憶胞MC中各電晶體ΤΙ，T2之 控制端不是與共同之字元線WL相連接，而是分別與二條相 鄰之字元線WL1，WL2 ; WL3，WL4等等相連接。在存取各記 憶胞MC中之一時，二條所屬之字元線分別同時被驅動，即 ，同時處於一種高位準處，使此記憶胞MC之二個電晶體T1 ，T2同時導通。 須形成第3圖中之板線PLi，使其在二條多晶矽-字元線 WL2，WL3 ; WL4，WL5等等上方延伸，這些字元線分別屬於 不同之記憶胞MO板線PLi是與第一板電壓VPL1或與第二 板電位VPL2相連接。此二個板電位VPL1，VPL2在相鄰之板 -7· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) #· -線- 501132 Α7 Β7 五、發明說明（6 ) 線PLi中通常是交替出現的。以此種方式可使每一記憶胞 MC之電容器Cl，C2之與電晶體ΤΙ，T2相遠離之電極分別與 不同之板電位VPL1，VPL2相連接。 第4圖是第3圖中所示記憶體之一種變型，其中各板線 PLi不是平行於字元線WLin，而是平行於位元線BLn，/BLn 。在第3圖中只顯示此積體記憶體之位元線對中之二對 (pair)。第4圖中完全顯示二對位元線對以及另二對位元 線對（pair)中分別只顯示一條，即，/BLO和BL3。在第4圖 之實施例中可確保：每一記憶胞MC之電容器Cl，C2之與所 屬電晶體ΤΙ，T2相遠離之電極是與不同之板電位VPL1， VPL2相連接。依據第4圖，相鄰之板線PLi分別與不同之板 電位VPL1，VPL2相連接。 符號之說明 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 言 Γ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 MC....... .記憶胞 Τ1，Τ7·… .選擇電晶體 C1,C2·… .記憶電容器 BL，/BL,.. .位元線 SA....... .讀出放大器 WL，WLm··. .字元線 PLi ·…·· .板線 WL2〜WL5. .字元線 ί 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 501132 Α8 Β8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 夂、申請專利範圍 1·一種積體記憶體，其具有 -多個記憶胞（MC)，其分別含有二個電晶體（τι，T2)及 二個電容器（Cl，C2)，且配置在位元線（BL，/BL)和 字元線（WL)之相交點處， -在其記憶胞（MC)中 •第一電容器（C1)之第一電極經由第一電晶體（T1)之可 控制之區段而與位元線（BL)中之一條相連接， -第一電容器（C1)之第二電極在存取此記憶胞時是與定 値之第一板電位（VPL1)相連接， •第二電容器（C2)之第一電極經由第二電晶體（T2)之可 控制之區段而與另一條位元線（/BL)相連接， -第二電容器（C2)之第二電極在存取此記憶胞時是與定 値之第二板電位（VPL2)相連接，第二板電位（VPL2)不 同於第一板電位（VPL1)， •此二個電晶體（T1，T2)之控制端是與至少一條字元線 (WL)相連接，各電晶體在存取此記憶胞時藉由此條字 元線（WL)而被導通，位元線（BL，/BL)之電位在各電 晶體（ΤΙ，Τ2)導通之前是在一種預充電電位處（VI)， 其特徵爲：此預充電電位是介於此二個板電位（VPL1 ，VPL2)之間且是此二個板電位（VPL1，VPL2)之平均 値。 2.如申請專利範圍第1項之積體記憶體，其中在更新操作 模式時對各記憶胞（MC)中所儲存之資訊進行讀出和重新 寫入0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂·- 線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 501132 項之積體記憶體，其中各條

   A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3·如申請專利範圍第1或第2項之積體記憶體，其中各記憶 胞（MC)分別具有二個短路元件（SE)，這些短路元件（SE) 在此記憶胞之二個電晶ΐί|τΐ，T2)未導通時分別用來使 電容器（Cl，C2)之一短 4 ·如申請專利範圍第 與每一記憶胞（MC)之體（ΤΙ，Τ2)之控制端相連 接之字元線（WL)是分 1¾¾¾¾同之字元線所形成。 5·如申請專利範圍第項之積體記憶體，其中 此記憶體是一種鐵電體且其電容器（Cl，C2)具有一 種鐵電介電質 ------------^---------訂 — 丨-------線---AWI. (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 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）