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JP3327071B2 - Ferroelectric memory device - Google Patents

Ferroelectric memory device

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JP3327071B2
JP3327071B2 JP26727495A JP26727495A JP3327071B2 JP 3327071 B2 JP3327071 B2 JP 3327071B2 JP 26727495 A JP26727495 A JP 26727495A JP 26727495 A JP26727495 A JP 26727495A JP 3327071 B2 JP3327071 B2 JP 3327071B2
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data
bit line
sub
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memory cell
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謙士朗 荒瀬
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Sony Corp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、メモリセルを基本
的に1個の強誘電体キャパシタより構成することにより
高集積かつ大容量化が可能な強誘電体記憶装置に係り、
特にそのデバイス構造、デバイス動作オペレーション、
および製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric memory device capable of achieving high integration and large capacity by forming a memory cell basically from one ferroelectric capacitor.
In particular, its device structure, device operation operation,
And a manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】ペロブスカイト構造をなす酸化物強誘電
体材料(例えばPbZrTiO3 等)、またはBi系層
状ペロブスカイト構造をなす酸化物強誘電体材料(例え
ばBiSr2 Ta2 9 等)を、キャパシタ絶縁膜とし
て強誘電体キャパシタを構成し、当該強誘電体キャパシ
タの分極方向によって、データを記憶する強誘電体記憶
装置が知られている。
2. Description of the Related Art An oxide ferroelectric material having a perovskite structure (such as PbZrTiO 3 ) or an oxide ferroelectric material having a Bi-based layered perovskite structure (such as BiSr 2 Ta 2 O 9 ) is insulated from a capacitor. 2. Description of the Related Art A ferroelectric storage device in which a ferroelectric capacitor is formed as a film and data is stored according to the polarization direction of the ferroelectric capacitor is known.

【0003】以下、強誘電体キャパシタのヒステリシス
特性について図12に関連付けて説明する。図12にお
いて、(a)がヒステリシス特性、(b)および(c)
は互いに逆相の第1のデータ(以下データ1)、および
第2のデータ(以下データ0)が書き込まれたキャパシ
タの状態をそれぞれ示している。
Hereinafter, the hysteresis characteristic of a ferroelectric capacitor will be described with reference to FIG. In FIG. 12, (a) is a hysteresis characteristic, (b) and (c)
Indicates the states of the capacitors to which the first data (hereinafter referred to as data 1) and the second data (hereinafter referred to as data 0) having opposite phases are written.

【0004】強誘電体記憶装置は、図12(a)に示す
ヒステリシス特性において、強誘電体キャパシタにプラ
ス側の電圧を印加(図中C)して+Qrの残留分極電荷
が残った状態(図中A)をデータ1(第1のデータ)、
マイナス側の電圧を印加(図中D)して−Qrの残留分
極電荷が残った状態(図中B)をデータ0(第2デー
タ)として、不揮発性のメモリとして利用する。
In the ferroelectric memory device, in the hysteresis characteristic shown in FIG. 12A, a positive voltage is applied to the ferroelectric capacitor (C in the figure), and a residual polarization charge of + Qr remains (FIG. 12A). A) is data 1 (first data),
The state in which the negative voltage is applied (D in the figure) and the residual polarization charge of -Qr remains (B in the figure) is used as data 0 (second data) as a nonvolatile memory.

【0005】ところで、上述した強誘電体キャパシタ
を、不揮発性の強誘電体記憶装置として利用するものと
して、1個の選択トランジスタと1個の強誘電体キャパ
シタから1メモリセルを構成する方法(以下1TR−1
CAP型セル)が知られている。
By the way, assuming that the above-described ferroelectric capacitor is used as a nonvolatile ferroelectric memory device, a method of forming one memory cell from one selection transistor and one ferroelectric capacitor (hereinafter referred to as a memory cell). 1TR-1
CAP-type cells) are known.

【0006】図13は、1TR−1CAP型セルを有す
る強誘電体記憶装置のメモリアレイ図である。
FIG. 13 is a memory array diagram of a ferroelectric memory device having 1TR-1CAP type cells.

【0007】図13のメモリアレイは、いわゆる折り返
しビット線構造をなしており、図中、MA、MA’はメ
モリセル、MRA、MRA’は比較セル、WLA、WL
A’はワード線、BLA、BLA’はビット線、PLA
はプレート電極線、RWLA、RWLA’は比較セルを
駆動するためのワード線、RPLAは比較セルを駆動す
るためのプレート電極線、CLは各ビット線BLA、B
LA’の負荷容量をそれぞれ示している。メモリセルM
Aは選択トランジスタTAおよび強誘電体キャパシタC
Aにより構成され、メモリセルMA’は選択トランジス
タTA’および強誘電体キャパシタCA’により構成さ
れる。比較セルMRA、MRA’は、メモリセルMA、
MA’のデータを比較読み出しするために設けられ、比
較セルMRAの場合には選択トランジスタTRAおよび
強誘電体キャパシタCRAにより構成され、比較セルM
RA’の場合には選択トランジスタTRA’および強誘
電体キャパシタCRA’により構成される。
The memory array shown in FIG. 13 has a so-called folded bit line structure. In the figure, MA and MA 'are memory cells, MRA and MRA' are comparison cells, WLA and WL.
A 'is a word line, BLA, BLA' is a bit line, PLA
Is a plate electrode line, RWLA, RWLA 'are word lines for driving the comparison cell, RPLA is a plate electrode line for driving the comparison cell, and CL is each bit line BLA, B
The load capacity of LA ′ is shown. Memory cell M
A is a selection transistor TA and a ferroelectric capacitor C
A, and the memory cell MA ′ includes a select transistor TA ′ and a ferroelectric capacitor CA ′. The comparison cells MRA, MRA 'are the memory cells MA,
The comparison cell MRA is provided for comparing and reading out the data of the comparison cell MRA. In the case of the comparison cell MRA, the comparison cell MRA is constituted by the selection transistor TRA and the ferroelectric capacitor CRA.
In the case of RA ', it is composed of a select transistor TRA' and a ferroelectric capacitor CRA '.

【0008】図13の1TR−1CAP型セルを有する
強誘電体記憶装置においては、例えば、メモリセルMA
のデータ読み出しは、読み出しビット線BLAの折り返
し方向に隣接した比較ビット線BLA’に接続された比
較セルMRA’との比較により行われ、メモリセルM
A’のデータ読み出しは、読み出しビット線BLA’の
折り返し方向に隣接した比較ビット線BLAに接続され
た比較セルMRAとの比較により行われる。また比較セ
ルMRA、MRA’においては、それぞれ図12(a)
のヒステリシス特性において、+Qrまたは−Qrの残
留分極電荷が読み出される場合の中間状態になるよう
に、例えばキャパシタ面積またはバイアス電圧等を調節
して、最適設計される。したがって、1TR−1CAP
型セルにおいては、読み出しセルによる読み出しビット
線と比較セルによる比較ビット線の間の電位差が、セン
スアンプSAによりに増幅されて、データの判定がなさ
れる。
[0008] In the ferroelectric memory device having the 1TR-1CAP type cell of FIG.
Is performed by comparison with a comparison cell MRA ′ connected to a comparison bit line BLA ′ adjacent to the read bit line BLA in the folding direction.
The data reading of A 'is performed by comparison with the comparison cell MRA connected to the comparison bit line BLA adjacent to the read bit line BLA' in the folding direction. In comparison cells MRA and MRA ', respectively, FIG.
In the hysteresis characteristic described above, the capacitor is optimally designed by adjusting, for example, the capacitor area or the bias voltage so as to be in an intermediate state when the residual polarization charge of + Qr or -Qr is read. Therefore, 1TR-1CAP
In the type cell, the potential difference between the read bit line of the read cell and the comparison bit line of the comparison cell is amplified by the sense amplifier SA to determine data.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した1
TR−1CAP型セルを有する強誘電体記憶装置におい
ては、メモリセルが1個の選択トランジスタと1個の強
誘電体キャパシタから構成されているために、データ書
き込み時のディスターブ防止、およびデータ読み出し時
の動作マージンの確保が容易であるが、メモリセルが1
個の素子から構成される他の不揮発性記憶装置、たとえ
ばフラッシュメモリ、EPROM等と比較すると、メモ
リセル面積が大きくなり、大容量化できないという問題
がある。
By the way, the above-mentioned 1
In the ferroelectric memory device having the TR-1CAP type cell, since the memory cell is composed of one selection transistor and one ferroelectric capacitor, disturb prevention at the time of data writing and data reading are prevented. It is easy to secure the operation margin of
When compared with other nonvolatile storage devices composed of a plurality of elements, for example, a flash memory, an EPROM, or the like, there is a problem that the memory cell area becomes large and the capacity cannot be increased.

【0010】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、強誘電体キャパシタの分極方向
によってデータの記憶を行う強誘電体記憶装置におい
て、メモリセルを基本的に1個の強誘電体キャパシタだ
けで構成することにより、高集積かつ大容量化が可能な
強誘電体記憶装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a ferroelectric memory device that stores data in accordance with the polarization direction of a ferroelectric capacitor, in which basically one memory cell is used. It is an object of the present invention to provide a ferroelectric memory device that can be highly integrated and has a large capacity by being constituted only by the ferroelectric capacitors.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の強誘電体記憶装置は、列状に配線されたそ
れぞれの主ビット線が接続手段を介して複数の副ビット
線に接続され、上記副ビット線と行状に配線された複数
のワード線が交差する格子位置にそれぞれ1個の強誘電
体キャパシタよりなるメモリセルが配置され、それぞれ
の強誘電体キャパシタの一方の電極が上記副ビット線
に、他の一方の電極が上記ワード線に接続され、上記強
誘電体キャパシタの分極方向によって、互いに逆相の第
1のデータまたは第2のデータのどちらかのデータを記
憶する強誘電体記憶装置であって、それぞれの主ビット
線に対応して読み出しデータまたは書き込みデータをラ
ッチする手段を具備し、メモリセルに対するデータ書き
込みまたは読み出しを、選択するワード線に接続された
すべてのメモリセルに対し一括して行うとともに、選択
された副ビット線と交差するすべてのワード線を単位と
して、各ワード線毎に順番に行う。
In order to achieve the above object, in the ferroelectric memory device of the present invention, each main bit line wired in a column is connected to a plurality of sub-bit lines via connection means. Then, memory cells each composed of one ferroelectric capacitor are arranged at lattice positions where the sub-bit lines and a plurality of word lines wired in rows intersect, and one electrode of each ferroelectric capacitor is the sub-bit line, the other one of the electrodes is connected to the word line, the direction of polarization of the ferroelectric capacitor, strong stores either the data of the first data or the second data of opposite phase Dielectric storage device, each main bit
Read or write data corresponding to the line
Means for writing data to the memory cells.
Connected to the selected word line
Select all memory cells at once and select
All word lines that intersect with the selected sub-bit line
Then, the process is sequentially performed for each word line.

【0012】また、上記強誘電体記憶装置において、上
記接続手段は、MOS型半導体素子であって、当該MO
S型半導体素子のソース電極またはドレイン電極の一方
が上記主ビット線に、他の一方が上記副ビット線に、ゲ
ート電極が選択ゲート線に接続され、当該選択ゲート線
の印加電圧に応じて上記主ビット線と副ビット線とを作
動的に接続する。
In the above ferroelectric memory device, the connection means is a MOS type semiconductor element,
One of a source electrode and a drain electrode of the S-type semiconductor element is connected to the main bit line, the other is connected to the sub-bit line, and the gate electrode is connected to a selection gate line. The main bit line and the sub-bit line are operatively connected.

【0013】また、本発明の強誘電体記憶装置は、列状
に配線されたそれぞれの主ビット線が接続手段を介して
複数の副ビット線に接続され、上記副ビット線と行状に
配線された複数のワード線が交差する格子位置にそれぞ
れ1個の強誘電体キャパシタよりなるメモリセルが配置
され、それぞれの強誘電体キャパシタの一方の電極が上
記副ビット線に、他の一方の電極が上記ワード線に接続
され、上記強誘電体キャパシタの分極方向によって、互
いに逆相の第1のデータまたは第2のデータのどちらか
のデータを記憶する強誘電体記憶装置であって、それぞ
れの主ビット線に対応して書き込みデータをラッチする
手段を具備し、メモリセルに対するデータ書き込みは、
選択するワード線に接続されたすべてのメモリセルに対
し一括して第1のデータあるいは第2のデータを書き込
んだ後、当該書き込みデータと逆相のデータが書き込ま
れるべきメモリセルに対して上記逆相データの書き込み
を行い、この場合において、上記逆相のデータが書き込
まれるべきでないメモリセルに対しては書き込み電圧の
半分以下の電圧が印加されるようにした。
Further, the ferroelectric memory device according to the present invention has a
Each main bit line wired to the
Connected to a plurality of sub-bit lines, and in a row with the sub-bit lines
At each grid position where multiple wired word lines intersect
Memory cell consisting of one ferroelectric capacitor
And one electrode of each ferroelectric capacitor is
The other bit electrode is connected to the word line above
Depending on the polarization direction of the ferroelectric capacitor.
Either the first data or the second data in opposite phase
Ferroelectric storage device for storing data of
Latch write data corresponding to the main bit line
Means for writing data to the memory cell,
All memory cells connected to the selected word line
And write the first data or the second data all at once
Data is written in the opposite phase to the write data
Write the above-mentioned reversed-phase data to the memory cell to be
In this case, the opposite phase data is written.
For memory cells that should not be
Voltage less than half was applied.

【0014】また、上記強誘電体記憶装置では、上記半
分以下の電圧は、上記書き込み電圧の略3分の1の電圧
である
Further, in the above ferroelectric memory device ,
A voltage less than a minute is a voltage that is approximately one third of the write voltage.
It is .

【0015】また、上記強誘電体記憶装置では、上記接
続手段は、MOS型半導体素子であって、当該MOS型
半導体素子のソース電極またはドレイン電極の一方が上
記主ビット線に、他の一方が上記副ビット線に、ゲート
電極が選択ゲート線にそれぞれ接続され、当該選択ゲー
ト線の印加電圧に応じて上記主ビット線と副ビット線と
を作動的に接続する
In the ferroelectric memory device , the contact
The connecting means is a MOS type semiconductor element, and the MOS type
One of the source and drain electrodes of the semiconductor element is
The gate is connected to the main bit line and the other to the sub-bit line.
The electrodes are connected to the selection gate lines, respectively,
The main bit line and the sub bit line according to the applied voltage of the
Is operatively connected .

【0016】また、上記強誘電体記憶装置では、メモリ
セルに対する第1のデータの書き込みは、選択するワー
ド線電位よりも選択する副ビット線電位が高くなる電圧
方向に電圧を印加して、強誘電体キャパシタを上記印加
電界方向に分極させることにより行い、メモリセルに対
する第2のデータの書き込みは、選択するワード線電位
よりも選択する副ビット線電位が低くなる電圧方向に電
圧を印加して、強誘電体キャパシタを上記印加電界方向
に分極させることにより行う。
In the above ferroelectric memory device , the memory
Writing the first data to the cell depends on the selected word.
Voltage at which the potential of the selected sub-bit line is higher than the potential of the
Apply a voltage in the direction and apply the ferroelectric capacitor
Polarization in the direction of the electric field is performed,
The writing of the second data is performed by selecting the word line potential
In the voltage direction where the potential of the selected sub-bit line is lower than
Pressure to apply the ferroelectric capacitor in the direction of the applied electric field.
This is performed by polarization.

【0017】また、本発明の強誘電体記憶装置は、列状
に配線されたそれぞれの主ビット線が接続手段を介して
複数の副ビット線に接続され、上記副ビット線と行状に
配線された複数のワード線が交差する格子位置にそれぞ
れ1個の強誘電体キャパシタよりなるメモリセルが配置
され、それぞれの強誘電体キャパシタの一方の電極が上
記副ビット線に、他の一方の電極が上記ワード線に接続
され、上記強誘電体キャパシタの分極方向によって、互
いに逆相の第1のデータまたは第2のデータのどちらか
のデータを記憶する強誘電体記憶装置であって、それぞ
れの主ビット線に対応して読み出しデータをラッチする
手段を具備し、メモリセルに対するデータ読み出しは、
選択するワード線に接続されたすべてのメモリセルに対
し一括して行われ、選択する副ビット線および該副ビッ
ト線と交差する非選択ワード線および選択ワード線を第
1の電位にプリチャージするとともに、選択するワード
線に第2の電位を印加して強誘電体キャパシタの分極状
態を変化させ、当該強誘電体キャパシタの分極状態の変
化に応じた主ビット線電位の変化を検知することにより
データの判定を行う。
Further, the ferroelectric memory device according to the present invention has a
Each main bit line wired to the
Connected to a plurality of sub-bit lines, and in a row with the sub-bit lines
At each grid position where multiple wired word lines intersect
Memory cell consisting of one ferroelectric capacitor
And one electrode of each ferroelectric capacitor is
The other bit electrode is connected to the word line above
Depending on the polarization direction of the ferroelectric capacitor.
Either the first data or the second data in opposite phase
Ferroelectric storage device for storing data of
Latch read data corresponding to the main bit line
Means for reading data from the memory cell,
All memory cells connected to the selected word line
The sub bit line to be selected and the sub bit
Unselected word lines and selected word lines
Precharge to 1 potential and select word
The second potential is applied to the line to change the polarization of the ferroelectric capacitor.
Change the polarization state of the ferroelectric capacitor.
By detecting changes in the main bit line potential in response to
Determine the data.

【0018】また、上記強誘電体記憶装置において、
記メモリセルに対するデータの読み出し後に、当該メモ
リセルに対するデータの再書き込みが行われる。
[0018] In the ferroelectric memory device, the upper
After reading data from the memory cell,
Data is rewritten to the recell.

【0019】また、上記強誘電体記憶装置において、
記接続手段は、MOS型半導体素子であって、当該MO
S型半導体素子のソース電極またはドレイン電極の一方
が上記主ビット線に、他の一方が上記副ビット線に、ゲ
ート電極が選択ゲート線にそれぞれ接続され、当該選択
ゲート線の印加電圧に応じて上記主ビット線と副ビット
線とを作動的に接続する。
Further, in the ferroelectric memory device, the upper
The connection means is a MOS type semiconductor device, and the MO
One of the source electrode or the drain electrode of the S-type semiconductor element
To the main bit line and the other to the sub bit line.
Gate electrodes are connected to select gate lines, respectively,
The above-mentioned main bit line and sub-bit according to the applied voltage of the gate line
Operately connect to the wire.

【0020】また、本発明の強誘電体記憶装置の製造方
法は、各メモリセルの下層キャパシタ電極を上記副ビッ
ト線により形成する工程と、各メモリセルの強誘電体キ
ャパシタ絶縁膜を形成する工程と、各メモリセル毎の上
層キャパシタ電極を形成する工程と、上記ワード線が各
メモリセル毎に上記上層キャパシタ電極に接続されるよ
うに上記ワード線を形成する工程と、上記主ビット線を
形成する工程とを有する。
Further, in the method of manufacturing a ferroelectric memory device according to the present invention, a step of forming a lower layer capacitor electrode of each memory cell by the sub-bit line and a step of forming a ferroelectric capacitor insulating film of each memory cell Forming an upper capacitor electrode for each memory cell, forming the word line such that the word line is connected to the upper capacitor electrode for each memory cell, and forming the main bit line. And

【0021】また、上記製造方法において、上記下層キ
ャパシタ電極(上記副ビット線)は第1層目のプラチナ
または酸化物系セラミックス材料により形成され、上記
強誘電体キャパシタ絶縁膜はペロブスカイト構造をなす
酸化物強誘電体材料またはBi系層状ペロブスカイト構
造をなす酸化物強誘電体材料により形成され、上記上層
キャパシタ電極は第2層目のプラチナまたは酸化物系セ
ラミックス材料により形成され、上記ワード線は第1層
目のアルミニウムまたはその合金あるいは複合膜により
形成され、上記主ビット線は第2層目のアルミニウムま
たはその合金あるいは複合膜により形成される。
In the above manufacturing method, the lower capacitor electrode (the sub bit line) is formed of a first-layer platinum or oxide ceramic material, and the ferroelectric capacitor insulating film is formed of an oxide having a perovskite structure. The upper capacitor electrode is formed of a second-layer platinum or oxide ceramic material, and the word line is formed of a first ferroelectric material or an oxide ferroelectric material having a Bi-based layered perovskite structure. The main bit line is formed of a second layer of aluminum, an alloy thereof, or a composite film.

【0022】本発明の強誘電体記憶装置によれば、メモ
リセルが基本的に1個の強誘電体キャパシタだけで構成
されるため、メモリセル面積が小さくなり、高集積化が
可能となり、大容量化に好適である。
According to the ferroelectric memory device of the present invention, since the memory cell is basically composed of only one ferroelectric capacitor, the area of the memory cell is reduced, and high integration is possible. It is suitable for increasing the capacity.

【0023】さらに、ビット線(主ビット線)が複数の
副ビット線に分割され、上記副ビット線と行状に配線さ
れた複数のワード線が交差する格子位置にメモリセルが
配置されるため、データ書き込み時およびデータ読み出
し時にビット線(主ビット線)に連なるメモリセル個数
が分割され、データ書き込み時のディスターブが軽減さ
れ、またデータ読み出し時のマージンの確保が容易とな
る。
Further, the bit line (main bit line) is divided into a plurality of sub-bit lines, and the memory cells are arranged at lattice positions where the sub-bit lines and a plurality of word lines arranged in rows intersect. At the time of data writing and data reading, the number of memory cells connected to the bit line (main bit line) is divided, so that disturbance at the time of data writing is reduced and a margin at the time of data reading is easily secured.

【0024】また、上記主ビット線と副ビット線との接
続制御は、選択ゲート線の印加電圧に応じて上記主ビッ
ト線と副ビット線とを作動的に接続させることにより可
能である。
The connection between the main bit line and the sub-bit line can be controlled by operatively connecting the main bit line and the sub-bit line according to the voltage applied to the select gate line.

【0025】また、メモリセルに対する第1のデータの
書き込みは、選択するワード線電位よりも選択する副ビ
ット線電位が高くなる方向に電圧を印加して、強誘電体
キャパシタを上記印加電界方向に分極させることにより
行い、またメモリセルに対する第2のデータの書き込み
は、選択するワード線電位よりも選択する副ビット線電
位が低くなる方向に電圧を印加して、強誘電体キャパシ
タを上記印加電界方向に分極させることにより可能であ
る。
In writing the first data to the memory cell, a voltage is applied in a direction in which the potential of the selected sub-bit line is higher than the potential of the selected word line, and the ferroelectric capacitor is moved in the direction of the applied electric field. The second data is written to the memory cell by applying a voltage in a direction in which the potential of the selected sub-bit line is lower than the potential of the selected word line, and the ferroelectric capacitor is subjected to the applied electric field. This is possible by polarization in the direction.

【0026】また、メモリセルに対するデータの読み出
しは、主ビット線を選択する副ビット線に接続し、選択
するワード線電圧を変化させて強誘電体キャパシタの分
極状態を変化させ、当該強誘電体キャパシタの分極状態
の変化に応じた主ビット線電位の変化を検知することに
より、データの判定を行うことが可能である。
In reading data from the memory cell, the ferroelectric capacitor is connected to a sub-bit line for selecting a main bit line, and the voltage of the selected word line is changed to change the polarization state of the ferroelectric capacitor. Data detection can be performed by detecting a change in the main bit line potential according to a change in the polarization state of the capacitor.

【0027】また、上記メモリセルに対するデータの読
み出し後に、当該メモリセルに対するデータの再書き込
みを行うことにより、データの読み出し時にメモリセル
内のデータ内容が破壊されても、データの回復が可能と
なる。
Further, by rewriting data to the memory cell after reading the data from the memory cell, the data can be recovered even if the data content in the memory cell is destroyed at the time of reading the data. .

【0028】また、それぞれの主ビット線に対応してラ
ッチ型のセンスアンプを有し、当該センスアンプに読み
出しデータまたは書き込みデータをラッチすることによ
り、メモリセルに対するデータの書き込みまたは読み出
しおよび再書き込みが、選択するワード線に接続された
すべてのメモリセル一括に行われるため、データの高速
書き込みおよび高速読み出しが可能となり好適である。
Further, a latch type sense amplifier is provided corresponding to each main bit line, and read data or write data is latched in the sense amplifier, whereby data writing or reading and rewriting to a memory cell can be performed. Since all the memory cells connected to the selected word line are collectively performed, high-speed data writing and high-speed reading can be performed, which is preferable.

【0029】また、上記データの書き込みは、選択され
たワード線に連なるすべてのメモリセルに対して一括に
第1のデータあるいは第2のデータを書き込む消去ステ
ップと、上記消去ステップの後に、上記消去データと逆
相のデータが書き込まれるべきメモリセルに対して上記
逆相データの書き込みを行う書き込みステップより構成
することにより、データ書き込み時に、非選択メモリセ
ルに印加されるディスターブ電圧を軽減することが可能
である。
Further, the data writing includes an erasing step of writing first data or second data to all the memory cells connected to the selected word line at once, and the erasing step after the erasing step. By comprising a writing step of writing the above-mentioned reversed-phase data to a memory cell to which data of the opposite phase is to be written, it is possible to reduce a disturb voltage applied to an unselected memory cell at the time of data writing. It is possible.

【0030】また、上記データの書き込みは、選択ゲー
ト線により選択された副ビット線と交差するすべてのワ
ード線を単位として、各ワード線毎に順番に行うことに
より、データ書き込み時に、非選択メモリセルに加わる
ディスターブ回数を制限することが可能である。
Further, the above-mentioned data writing is performed for each word line in units of all the word lines intersecting the sub-bit line selected by the selection gate line, so that the non-selected memory can be written at the time of data writing. It is possible to limit the number of disturbances applied to a cell.

【0031】また、上記データの読み出しおよび再書き
込みは、選択ゲート線により選択された副ビット線と交
差するすべてのワード線を単位として、各ワード線毎に
順番に行うことにより、データ再書き込み時に、非選択
メモリセルに加わるディスターブ回数を制限することが
可能である。
The data reading and rewriting are sequentially performed for each word line in units of all the word lines intersecting the sub-bit lines selected by the selection gate lines, so that the data is rewritten at the time of data rewriting. It is possible to limit the number of disturbances applied to the unselected memory cells.

【0032】また、本発明の強誘電体記憶装置の製造方
法によれば、各メモリセルの下層キャパシタ電極が副ビ
ット線により形成され、次いで、各メモリセルの強誘電
体キャパシタ絶縁膜が形成される。そして、各メモリセ
ル毎の上層キャパシタ電極が形成され、ワード線が各メ
モリセル毎に上層キャパシタ電極に接続されるように上
記ワード線が形成され、次いで主ビット線が形成され
る。
According to the method of manufacturing a ferroelectric memory device of the present invention, the lower capacitor electrode of each memory cell is formed by the sub-bit line, and then the ferroelectric capacitor insulating film of each memory cell is formed. You. Then, an upper capacitor electrode is formed for each memory cell, the word line is formed such that a word line is connected to the upper capacitor electrode for each memory cell, and then a main bit line is formed.

【0033】より具体的には、たとえば、上記下層キャ
パシタ電極(上記副ビット線)は第1層目のプラチナま
たは酸化物系セラミックス材料により形成され、上記強
誘電体キャパシタ絶縁膜はペロブスカイト構造をなす酸
化物強誘電体材料またはBi系層状ペロブスカイト構造
をなす酸化物強誘電体材料により形成され、上記上層キ
ャパシタ電極は第2層目のプラチナまたは酸化物系セラ
ミックス材料により形成され、上記ワード線は第1層目
のアルミニウムまたはその合金あるいは複合膜により形
成され、上記主ビット線は第2層目のアルミニウムまた
はその合金あるいは複合膜により形成される。
More specifically, for example, the lower-layer capacitor electrode (the sub-bit line) is formed of a first-layer platinum or oxide ceramic material, and the ferroelectric capacitor insulating film has a perovskite structure. The upper capacitor electrode is formed of an oxide ferroelectric material or an oxide ferroelectric material having a Bi-based layered perovskite structure, the upper capacitor electrode is formed of a second layer of platinum or an oxide ceramic material, and the word line is formed of a second layer. The first bit is formed of aluminum or its alloy or composite film, and the main bit line is formed of the second layer of aluminum or its alloy or composite film.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る強誘電体記
憶装置におけるメモリアレイを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a memory array in a ferroelectric memory device according to the present invention.

【0035】図1のメモリアレイ図においては、図中の
2本の主ビット線MBLN、MBLN+1 対して、それ
ぞれ1本の副ビット線SBLN、SBLN+1 しか図示
されていないが、これは便宜的なためであり、実際に
は、それぞれの主ビット線対して複数の副ビット線が接
続されている。また、副ビット線に交差するワード線本
数は、図中M本となっているが、具体的には4本、ある
いは8本、あるいは16本程度が適当である。
In the memory array diagram of FIG. 1, only one sub-bit line SBLN, SBLN + 1 is shown for each of the two main bit lines MBLN, MBLN + 1 in the figure, but this is for convenience. In practice, a plurality of sub-bit lines are connected to each main bit line. The number of word lines intersecting the sub-bit lines is M in the figure, but specifically, about four, eight, or sixteen is appropriate.

【0036】図1のメモリアレイ図において、WL1、
WLm、WLMはワード線、MBLN、MBLN+1 は
主ビット線、SBLN、SBLN+1 は副ビット線、S
TN、STN+1 は主ビット線と副ビット線を動作に応
じて作動的に接続する選択トランジスタをそれぞれ示
し、選択トランジスタSTN、STN+1 は、選択ゲー
ト線SLにより制御される。各ワード線WL1、WL
m、WLMと各副ビット線SBLN、SBLN+1 との
交差点には、それぞれメモリセルをなす1個の強誘電体
キャパシタC1,N 、Cm,N 、CM,N 、C1,N+1 、Cm,N+
1 、CM,N+1 が、それぞれ一方の電極が対応する副ビッ
ト線に、他方の電極が対応するワード線に接続されてい
る。
In the memory array diagram of FIG.
WLm and WLM are word lines, MBLN and MBLN + 1 are main bit lines, SBLN and SBLN + 1 are sub-bit lines, S
TN and STN + 1 denote selection transistors for operatively connecting the main bit line and the sub-bit line according to the operation, respectively. The selection transistors STN and STN + 1 are controlled by a selection gate line SL. Each word line WL1, WL
At the intersection of the sub-bit lines SBLN and SBLN + 1 with each of the ferroelectric capacitors C1, N, Cm, N, CM, N, C1, N + 1, Cm, N + forming a memory cell, respectively.
1, CM, N + 1 are connected to a corresponding sub-bit line with one electrode and a corresponding word line with the other electrode.

【0037】また、トランジスタPCTN、PCTN+
1 は、プリチャージ信号φPCにより、主ビット線MB
LN、MBLN+1 をプリチャージ電圧VPCにプリチ
ャージするためのトランジスタであり、トランジスタC
TN、CTN+1 は、カラム選択信号φCにより、主ビ
ット線MBLN、MBLN+1 をそれぞれのセンスアン
プに接続するためのトランジスタである。センスアンプ
SAN、SAN+1 は、それぞれ主ビット線MBLN、
MBLN+1 に接続されたセンスアンプであり、センス
イネーブル信号φSEで活性化されセンスアンプSAN
は、ノード電位VNおよび比較電位VRN間の電位差を
センスし、センスアンプSAN+1 は、ノード電位VN
+1 および比較電位VRN+1 間の電位差をセンスす
る。
The transistors PCTN, PCTN +
1 indicates that the main bit line MB
A transistor for precharging LN and MBLN + 1 to a precharge voltage VPC.
TN and CTN + 1 are transistors for connecting the main bit lines MBLN and MBLN + 1 to the respective sense amplifiers according to the column selection signal φC. The sense amplifiers SAN and SAN + 1 are respectively connected to the main bit lines MBLN,
This is a sense amplifier connected to MBLN + 1, activated by a sense enable signal φSE and sense amplifier SAN
Senses the potential difference between the node potential VN and the comparison potential VRN, and the sense amplifier SAN + 1 receives the node potential VN
+1 and the potential difference between the comparison potential VRN + 1 are sensed.

【0038】図2は、図1のメモリアレイ図におけるパ
ターンレイアウト図である。また、図3は、図2のパタ
ーンレイアウト図において、A−A’方向から眺めたデ
バイス構造断面図である。
FIG. 2 is a pattern layout diagram in the memory array diagram of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the device structure viewed from the AA ′ direction in the pattern layout diagram of FIG.

【0039】図2のパターンレイアウト図、および図3
デバイス構造断面図において、1はシリコン基板、2は
LOCOS素子分離、3はゲート酸化膜、4は選択トラ
ンジスタSTN、STN+1 のソース/ドレインn+拡
散層領域である。5は選択ゲート線SLであり、通常の
ポリシリコンあるいはポリサイドゲート電極である。6
は副ビット線SBLN、SBLN+1 であり、また強誘
電体キャパシタ下部電極でもあり、具体的には第1層目
のプラチナ層で形成される。7は強誘電体キャパシタ絶
縁膜であり、具体的にはヒステリシス特性を有する強誘
電体材料、たとえばPbZrTiO3 ,BiSr2 Ta
2 9 等により形成される。8は各強誘電体キャパシタ
C1,N,Cm,N 、CM,N 、C1,N+1 、Cm,N+1 、CM,N+1
の上部電極であり、具体的には第2層目のプラチナ層で
形成される。9は第1層目アルミニウム配線下の層間絶
縁膜であり、通常のCVDシリコン酸化膜である。
FIG. 2 shows the pattern layout diagram, and FIG.
In the device structure sectional view, 1 is a silicon substrate, 2 is a LOCOS element isolation, 3 is a gate oxide film, and 4 is a source / drain n + diffusion layer region of the select transistors STN and STN + 1. Reference numeral 5 denotes a select gate line SL, which is a normal polysilicon or polycide gate electrode. 6
Are the sub-bit lines SBLN and SBLN + 1 and are also the lower electrodes of the ferroelectric capacitors. Specifically, they are formed of the first platinum layer. Reference numeral 7 denotes a ferroelectric capacitor insulating film, specifically, a ferroelectric material having hysteresis characteristics, for example, PbZrTiO 3 , BiSr 2 Ta
It is formed of 2 O 9 or the like. Reference numeral 8 denotes each ferroelectric capacitor C1, N, Cm, N, CM, N, C1, N + 1, Cm, N + 1, CM, N + 1.
The upper electrode is formed of a second platinum layer. Reference numeral 9 denotes an interlayer insulating film below the first-layer aluminum wiring, which is a normal CVD silicon oxide film.

【0040】10a,10b,10c,10dは第1層
目アルミニウム配線下のコンタクトホールであり、それ
ぞれ、コンタクトホール10aおよび10dは第1層目
アルミニウム配線とN+拡散層領域とを、コンタクトホ
ール10bは第1層目アルミニウム配線と第1層目のプ
ラチナ層とを、コンタクトホール10cは第1層目アル
ミニウム配線と第2層目のプラチナ層とを接続するため
のものである。11a、11b、11cは第1層目アル
ミニウム配線であり、第1層目アルミニウム配線11a
は副ビット線のブリッジ配線を、第1層目アルミニウム
配線11bはワード線WL1 、WLm、WLMを、第1
層目アルミニウム配線11cは第2層目アルミニウム配
線とn+拡散層領域を接続するためのパッドアルミニウ
ム層を構成する。12は第2層目アルミニウム配線下の
層間絶縁膜であり、通常のCVDシリコン酸化膜であ
る。13は第2層目アルミニウム配線下のコンタクトホ
ールであり、第2層目アルミニウム配線と第1層目アル
ミニウム配線とを接続する。14は第2層目アルミニウ
ム配線であり、主ビット線MBLN、MBLN+1を構
成する。
Reference numerals 10a, 10b, 10c, and 10d denote contact holes under the first-layer aluminum wiring. Contact holes 10a and 10d respectively correspond to the first-layer aluminum wiring and the N + diffusion layer region. The first-layer aluminum wiring is connected to the first-layer platinum layer, and the contact hole 10c is for connecting the first-layer aluminum wiring to the second-layer platinum layer. Reference numerals 11a, 11b, and 11c denote first-layer aluminum wirings.
Represents a bridge wiring of a sub-bit line, the first layer aluminum wiring 11b represents word lines WL1, WLm, WLM,
The layer aluminum wiring 11c forms a pad aluminum layer for connecting the second layer aluminum wiring to the n + diffusion layer region. Reference numeral 12 denotes an interlayer insulating film below the second-layer aluminum wiring, which is a normal CVD silicon oxide film. Reference numeral 13 denotes a contact hole below the second-layer aluminum wiring, and connects the second-layer aluminum wiring to the first-layer aluminum wiring. Reference numeral 14 denotes a second-layer aluminum wiring, which forms the main bit lines MBLN and MBLN + 1.

【0041】次に、図1のメモリアレイ図において、メ
モリセルに対するデータ書き込みを行う場合の第1の実
施形態を、図4のタイミングチャート図、および図6の
ヒステリシス特性を参照しながら、順に説明する。
Next, referring to the timing chart of FIG. 4 and the hysteresis characteristic of FIG. 6, a first embodiment in which data is written to a memory cell in the memory array diagram of FIG. 1 will be described in order. I do.

【0042】図4のタイミングチャート図は、ワード線
WLmおよび副ビット線SBLN、SBLN+1 を選択
して、強誘電体キャパシタ(メモリセル)Cm,N に第1
のデータ(以下1データ)を、Cm,N+1 に第2のデータ
(以下0データ)を書き込む場合のタイミング図であ
る。この場合、メモリセルに対する1データの書き込み
は、選択するワード線電位よりも選択する副ビット線電
位が高くなる方向に電圧を印加して、強誘電体キャパシ
タを上記印加電界方向に分極させることにより行う。ま
た、メモリセルに対する0データの書き込みは、選択す
るワード線電位よりも選択する副ビット線電位が低くな
る方向に電圧を印加して、強誘電体キャパシタを上記印
加電界方向に分極させることにより行う。
The timing chart of FIG. 4 shows that the word line WLm and the sub-bit lines SBLN, SBLN + 1 are selected and the first ferroelectric capacitor (memory cell) Cm, N
Is a timing chart in the case where the data (hereinafter referred to as 1 data) and the second data (hereinafter referred to as 0 data) are written into Cm, N + 1. In this case, writing of one data to the memory cell is performed by applying a voltage in a direction in which the potential of the selected sub-bit line is higher than the potential of the selected word line, and polarizing the ferroelectric capacitor in the direction of the applied electric field. Do. Writing 0 data to the memory cell is performed by applying a voltage in a direction in which the potential of the selected sub-bit line is lower than the potential of the selected word line, and polarizing the ferroelectric capacitor in the direction of the applied electric field. .

【0043】まず、時刻t1で、メモリセルCm,N が接
続された主ビット線MBLNを電源電圧VCC(3.3
V)に、メモリセルCm,N+1 が接続された主ビット線M
BLN+1 を接地電圧(0V)に設定する。
First, at time t1, the main bit line MBLN connected to the memory cell Cm, N is connected to the power supply voltage VCC (3.3
V), the main bit line M connected to the memory cell Cm, N + 1
BLN + 1 is set to the ground voltage (0 V).

【0044】次に、時刻t2で、選択ゲート線SLを0
Vから5Vに、メモリセルCm,N 、Cm,N+1 が接続され
た選択ワード線WLmを電源電圧VCC(3.3V)
に、WLm以外の非選択のワード線WL1 〜WLMを
(1/2)VCC(1.65V)に設定する。その結果、0
データを書き込むべきメモリセルの強誘電体キャパシタ
Cm,N+1が、図6に示すヒステリシス特性において、D
点の状態に時刻t3までに移動し、0データの書き込み
が完了する。
Next, at time t2, the select gate line SL is set to 0.
From V to 5 V, the selected word line WLm to which the memory cells Cm, N, Cm, N + 1 are connected is connected to the power supply voltage VCC (3.3 V).
Then, non-selected word lines WL1 to WLM other than WLm are set to (1/2) VCC (1.65 V). As a result, 0
The ferroelectric capacitor Cm, N + 1 of the memory cell to which data is to be written has a hysteresis characteristic shown in FIG.
The state moves to the point state by time t3, and the writing of 0 data is completed.

【0045】次に、時刻t3で、選択ワード線WLmを
接地電圧(0V)に立ち下げる。その結果、1データを
書き込むべきメモリセルの強誘電体キャパシタCm,N
が、図6に示すヒステリシス特性においてC点の状態に
時刻t4までに移動し、1データの書き込みが完了す
る。最後に時刻t4で、すべての主ビット線MBLN、
MBLN+1 を0Vに立ち下げた後に、選択ゲート線S
L、すべてのワード線WL1 〜WLMを接地電圧(0
V)に立ち下げることにより、書き込み動作が終了す
る。
Next, at time t3, the selected word line WLm falls to the ground voltage (0 V). As a result, the ferroelectric capacitor Cm, N of the memory cell to which one data is to be written
Moves to the state of point C in the hysteresis characteristic shown in FIG. 6 by time t4, and the writing of one data is completed. Finally, at time t4, all the main bit lines MBLN,
After MBLN + 1 falls to 0V, select gate line S
L, all word lines WL1 to WLM are connected to the ground voltage (0
When the voltage falls to V), the write operation ends.

【0046】なお、データ書き込み期間中、WLm以外
の非選択のワード線WL1 〜WLMは(1/2)VCC
(1.65V)に設定されるが、その結果、選択された
副ビット線に接続された強誘電体キャパシタCm,N 、C
m,N+1 以外の非選択のメモリセルには、(1/2)VCC
(1.65V)のディスターブ電圧が印加されることに
なる。このディスターブ電圧が問題となるのは、非選択
メモリセルに記録されているデータ内容と逆データが書
き込まれる方向に、上記ディスターブ電圧が加わる場合
である。
During the data writing period, unselected word lines WL1 to WLM other than WLm are set to (1/2) VCC.
(1.65 V). As a result, the ferroelectric capacitors Cm, N, C connected to the selected sub-bit line are set.
Unselected memory cells other than m, N + 1 have (1/2) VCC
A disturb voltage of (1.65 V) is applied. The disturb voltage causes a problem when the disturb voltage is applied in a direction in which data opposite to the data content recorded in the non-selected memory cell is written.

【0047】たとえば、非選択メモリセルに1データが
記録されている場合、ディスターブ電圧が印加される結
果、図6に示すヒステリシス特性において、A点からA
1点まで強誘電体キャパシタの分極状態が変化する。ま
た、非選択メモリセルに0データが記録されている場
合、ディスターブ電圧が印加される結果、図6のヒステ
リシス特性において、B点からB1点まで強誘電体キャ
パシタの分極状態が変化する。ただし、非選択メモリセ
ルに対するディスターブは、非選択メモリセルに1デー
タが記録されている場合、A点からA3点まで分極状態
が変化しない限り、また、非選択メモリセルに0データ
が記録されている場合、B点からB3点まで分極状態が
変化しない限り、データが反転することはなく、問題と
ならない。
For example, when one data is recorded in a non-selected memory cell, as a result of the application of the disturb voltage, the hysteresis characteristic shown in FIG.
The polarization state of the ferroelectric capacitor changes up to one point. When 0 data is recorded in the unselected memory cells, the disturb voltage is applied, and as a result, the polarization state of the ferroelectric capacitor changes from point B to point B1 in the hysteresis characteristic of FIG. However, the disturb for the unselected memory cell is such that when 1 data is recorded in the unselected memory cell, 0 data is recorded in the unselected memory cell as long as the polarization state does not change from point A to point A3. In this case, as long as the polarization state does not change from the point B to the point B3, the data is not inverted, and there is no problem.

【0048】次に、図1のメモリアレイ図において、メ
モリセルに対するデータ書き込みを行う場合の第2の実
施形態を、図5のタイミングチャート図、および図6の
ヒステリシス特性を参照しながら、順に説明する。この
第2の実施形態の、図4の第1の実施形態に対する利点
は、データ書き込み時に非選択メモリセルに加わるディ
スターブ電圧が、(1/2) VCC(1.65V)から(1/
3) VCC(1.1V)と軽減できる点にある。
Next, referring to the timing chart of FIG. 5 and the hysteresis characteristics of FIG. 6, a description will be given of a second embodiment in which data is written to a memory cell in the memory array diagram of FIG. I do. The second embodiment shaped state, advantages with respect to the first embodiment of FIG. 4, disturbance voltage applied to the non-selected memory cells during data writing, the (1/2) VCC (1.65V) ( 1 /
3) It can be reduced to VCC (1.1V).

【0049】図5の場合も、図4と同様、ワード線WL
mおよび副ビット線SBLN、SBLN+1 を選択し
て、強誘電体キャパシタ(メモリセル)Cm,N に1デー
タを、Cm,N+1 に0データを書き込む場合のタイミング
図である。図5の第2の実施形態の場合には、図4の第
1の実施形態の場合と異なり、選択されたワード線に接
続されたすべてのメモリセルに対して0データ(あるい
は1データでもよい)を書き込む消去ステップと、消去
ステップの後に、上記消去データと逆相のデータが書き
込まれるべきメモリセルに対して上記逆相データの書き
込みを行う書き込みステップの、2段階のステップによ
り、データ書き込み方法が構成される。
In the case of FIG. 5, similarly to FIG.
FIG. 11 is a timing chart in the case where m and the sub-bit lines SBLN, SBLN + 1 are selected, and 1 data is written to the ferroelectric capacitor (memory cell) Cm, N and 0 data is written to Cm, N + 1. In the case of the second embodiment of FIG. 5, unlike the case of the first embodiment of FIG. 4, 0 data (or 1 data may be used) for all the memory cells connected to the selected word line. ), And after the erasing step, a writing step of writing the reversed-phase data to a memory cell to which data having the opposite phase to the erasing data is to be written. Is configured.

【0050】この場合、メモリセルに対するデータ消去
(0データの書き込み)は、選択するワード線電位より
も選択する副ビット線電位が低くなる方向に電圧を印加
して、強誘電体キャパシタを上記印加電界方向に分極さ
せることにより行う。また、メモリセルに対する逆相デ
ータ(1データ)の書き込みは、選択するワード線電位
よりも選択する副ビット線電位が高くなる方向に電圧を
印加して、強誘電体キャパシタを上記印加電界方向に分
極させることにより行う。
In this case, when erasing data (writing 0 data) to the memory cell, a voltage is applied in a direction in which the potential of the selected sub-bit line is lower than the potential of the selected word line, and the ferroelectric capacitor is applied. This is performed by polarization in the direction of the electric field. In addition, when writing the reversed-phase data (1 data) to the memory cell, a voltage is applied in a direction in which the potential of the selected sub-bit line is higher than the potential of the selected word line, and the ferroelectric capacitor is moved in the direction of the applied electric field. This is performed by polarization.

【0051】まず、時刻t1で、すべての主ビット線M
BLN、MBLN+1を接地電圧(0V)に設定し、続
いて、選択ゲート線SLを0Vから5Vに、選択ワード
線WLmを電源電圧VCC(3.3V)にWLm以外の
すべての非選択のワード線WL1〜WLMを接地電圧
(0V)に設定する。その結果、選択ワード線WLmに
連なるすべてのメモリセルの強誘電体キャパシタCm,N
、Cm,N+1 が、図6に示すヒステリシス特性において
D点の状態に時刻t2までに移動し、消去(0データの
書き込み)が完了する。
First, at time t1, all main bit lines M
BLN and MBLN + 1 are set to the ground voltage (0 V), the selection gate line SL is changed from 0 V to 5 V, and the selected word line WLm is set to the power supply voltage VCC (3.3 V). WL1 to WLM are set to the ground voltage (0 V). As a result, the ferroelectric capacitors Cm, N of all the memory cells connected to the selected word line WLm
, Cm, N + 1 move to the state of point D in the hysteresis characteristic shown in FIG. 6 by time t2, and the erasing (writing of 0 data) is completed.

【0052】次に、時刻t2で、選択ゲート線SL、お
よび選択ワード線WLmを接地電圧(0V)に立ち下
げ、続いて、逆相データ(1データ)の書き込みを行う
べきメモリセルCm,N の接続された主ビット線MBLN
を電源電圧VCC(3.3V)に、消去データ(0デー
タ)のままでよいメモリセルCm,N+1 の接続された主ビ
ット線MBLN+1を(1/3) VCC(1.1V)に設定
する。次に、時刻t3で選択ゲート線SLを5Vに、選
択ワード線WLmを接地電圧(0V)にWLm以外のす
べての非選択のワード線WL1〜WLMを(2/3) VCC
(2.2V)に設定する。その結果、逆相データ(1デ
ータ)を書き込むべきメモリセルの強誘電体キャパシタ
Cm,N が図6に示すヒステリシス特性においてD点から
C点の状態に時刻t4までに移動し、逆相データの書き
込みが完了する。最後に時刻t4で、すべての主ビット
線MBLN、MBLN+1を(1/3) VCC(1.1V)
に設定した後に、選択ゲート線SL、すべてのワード線
WL1〜WLMを接地電圧(0V)に立ち下げることに
より、書き込み動作が終了する。
Next, at time t2, the selected gate line SL and the selected word line WLm are dropped to the ground voltage (0 V), and subsequently, the memory cells Cm, N to which the opposite phase data (1 data) is to be written. Connected main bit line MBLN
Is set to the power supply voltage VCC (3.3 V), and the main bit line MBLN + 1 connected to the memory cell Cm, N + 1 that can remain erased data (0 data) is set to (1/3) VCC (1.1 V). I do. Next, at time t3, the selection gate line SL is set to 5 V, the selected word line WLm is set to the ground voltage (0 V), and all non-selected word lines WL1 to WLM other than WLm are set to (2/3) VCC.
(2.2V). As a result, the ferroelectric capacitor Cm, N of the memory cell to which the opposite-phase data (1 data) is to be written moves from the point D to the point C in the hysteresis characteristic shown in FIG. Writing is completed. Finally, at time t4, all the main bit lines MBLN and MBLN + 1 are set to (1/3) VCC (1.1 V).
Then, the select gate line SL and all the word lines WL1 to WLM are dropped to the ground voltage (0 V), thereby completing the write operation.

【0053】なお、逆相データの書き込み期間中、WL
m以外の非選択のワード線WL1〜WLMは(2/3) VC
C(2.2V)に設定されるが、その結果、選択された
副ビット線に連なるCm,N 、Cm,N+1 以外の非選択メモ
リセルには、(1/3) VCC(1.1V)のディスターブ
電圧が印加されることになる。このディスターブ電圧が
問題となるのは、非選択メモリセルに記録されているデ
ータ内容と逆データが書き込まれる方向に、上記ディス
ターブ電圧が加わる場合である。
During the writing period of the reverse phase data, WL
unselected word lines WL1 to WLM other than m are (2/3) VC
C (2.2 V). As a result, (1/3) VCC (1.V) is applied to non-selected memory cells other than Cm, N and Cm, N + 1 connected to the selected sub-bit line. 1V) is applied. The disturb voltage causes a problem when the disturb voltage is applied in a direction in which data opposite to the data content recorded in the non-selected memory cell is written.

【0054】たとえば、非選択メモリセルに1データが
記録されている場合、ディスターブ電圧が印加される結
果、図6に示すヒステリシス特性において、A点からA
2点まで強誘電体キャパシタの分極状態が変化する。ま
た、非選択メモリセルに0データが記録されている場
合、ディスターブ電圧が印加される結果、図6に示すヒ
ステリシス特性において、B点からB2点まで強誘電体
キャパシタの分極状態が変化する。ただし、図5の第2
の実施形態の場合、図4の第1の実施形態の場合と比較
すると、非選択メモリセルに対するディスターブは、大
幅に軽減できることが、図6のヒステリシス特性から判
る。したがって、非選択メモリセルに1データが記録さ
れている場合、A点からA3点まで、また、非選択メモ
リセルに0データが記録されている場合、B点からB3
点まで分極状態が変化して、データが反転することはあ
りえない。
For example, when one data is recorded in a non-selected memory cell, as a result of the application of the disturb voltage, the hysteresis characteristic shown in FIG.
The polarization state of the ferroelectric capacitor changes up to two points. When 0 data is recorded in the unselected memory cells, the disturb voltage is applied. As a result, in the hysteresis characteristic shown in FIG. 6, the polarization state of the ferroelectric capacitor changes from point B to point B2. However, the second in FIG.
It can be seen from the hysteresis characteristic of FIG. 6 that the disturbance of the unselected memory cell can be significantly reduced in the case of the first embodiment as compared with the case of the first embodiment in FIG. Therefore, when 1 data is recorded in a non-selected memory cell, points A to A3 are set. When 0 data is recorded in a non-selected memory cell, points B to B3 are set.
It is impossible that the polarization state changes to the point and the data is inverted.

【0055】なお、図4の第1の実施形態の場合、およ
び図5の第2の実施形態の場合とも、選択するワード線
1本に連なるメモリセルに対して一括データ書き込みを
行っているが、データ書き込みの単位を、選択ゲート線
により選択された副ビット線と交差するすべてのワード
線を単位として、各ワード線毎に順番にデータ書き込み
を行ってもよい。たとえば、図4の第1の実施形態、お
よび図5の第2の実施形態の場合、データ書き込みを、
ワード線WL1〜WLMを1単位として、WL1、WL
2,…WLMと順番にデータ書き込みを行えばよい。こ
のようなブロック単位のデータ書き込みにより、データ
書き込み時に非選択メモリセルが受けるディスターブ回
数を、最大限(M−1)回に制限することが可能とな
り、ディスターブ防止の観点から好適である。
In the first embodiment shown in FIG. 4 and the second embodiment shown in FIG. 5, batch data writing is performed on a memory cell connected to one selected word line. Alternatively, data writing may be performed sequentially for each word line, with all word lines intersecting the sub-bit line selected by the selection gate line as a unit. For example, in the case of the first embodiment of FIG. 4 and the second embodiment of FIG.
The word lines WL1 to WLM are taken as one unit and WL1, WL
2,... WLM may be written in this order. Such data writing in units of blocks makes it possible to limit the number of disturbances to the non-selected memory cells at the time of data writing to a maximum of (M-1) times, which is preferable from the viewpoint of preventing disturbance.

【0056】続いて、図1の、メモリアレイ図におけ
る、メモリセルに対するデータの読み出しを行う場合の
第1の実施形態を、図7のタイミングチャート図、およ
び図9のヒスリシス特性を参照しながら順に説明する。
[0056] Subsequently, in FIG. 1, in the memory array diagram, a first embodiment in which data is read to the memory cell, a timing chart of FIG. 7, and in sequence with reference to Hisurishisu characteristics of FIG. 9 explain.

【0057】図7のタイミングチャート図は、ワード線
WLmおよび副ビット線SBLN、SBLN+1 を選択
して、強誘電体キャパシタ(メモリセル)Cm,N に記録
されている1データ、およびCm,N+1 に記録されている
0データを読み出し、その後、Cm,N に1データ、およ
びCm,N+1 に0データの再書き込みを行う場合のタイミ
ング図である。この場合、メモリセルに対するデータの
読み出しは、主ビット線を選択する副ビット線に接続
し、選択するワード線電圧を変化させて強誘電体キャパ
シタの分極状態を変化させ、当該強誘電体キャパシタの
分極状態の変化に応じた主ビット線電位の変化を検知す
ることにより、データの判定を行う。また、メモリセル
に対するデータの再書き込みは、図4のデータ書き込み
方法の第1の実施形態における場合と同様である。
The timing chart of FIG. 7 shows that one word recorded on the ferroelectric capacitor (memory cell) Cm, N and one data Cm, N + are selected by selecting the word line WLm and the sub-bit lines SBLN, SBLN + 1. FIG. 11 is a timing chart in a case where 0 data recorded in 1 is read out, and thereafter, 1 data is rewritten in Cm, N and 0 data is rewritten in Cm, N + 1. In this case, to read data from the memory cell, the main bit line is connected to the sub-bit line, the word line voltage to be selected is changed, the polarization state of the ferroelectric capacitor is changed, and the ferroelectric capacitor is read. Data is determined by detecting a change in the main bit line potential according to a change in the polarization state. The rewriting of data to the memory cells is the same as that in the first embodiment of the data writing method of FIG.

【0058】まず、時刻t1で、プリチャージ信号φP
Cを電源電圧VCC(3.3V)に、およびカラム選択
信号φCを5Vに立ち上げることにより、時刻t2まで
に、主ビット線MBLN、MBLN+1 をプリチャージ
電圧VPC(0V)にプリチャ−ジし、また主ビット線
MBLN、MBLN+1 をそれぞれのセンスアンプのノ
ードVN、V N+1 に接続する。
First, at time t1, the precharge signal φP
By raising C to the power supply voltage VCC (3.3 V) and raising the column selection signal φC to 5 V, the main bit lines MBLN and MBLN + 1 are precharged to the precharge voltage VPC (0 V) by time t2, The main bit lines MBLN and MBLN + 1 are connected to the nodes VN and VN + 1 of the respective sense amplifiers.

【0059】次に, 時刻t2で、プリチャージ信号φP
Cを0Vに立ち下げて主ビット線MBLN、MBLN+
1 をフローティング状態した後に、選択ゲート線SLを
0Vから5Vに、読み出しメモリセルCm,N 、Cm,N+1
が接続された選択ワード線WLmを0Vから電源電圧V
CC(3.3V)に立ち上げる。その結果、選択ワード
線WLmに連なるすべてのメモリセルの強誘電体キャパ
シタCm,N 、Cm,N+1 が、0データが書き込まれた分極
状態に変化する。
Next, at time t2, the precharge signal φP
C is dropped to 0V and the main bit lines MBLN, MBLN +
After the 1 is in a floating state, the select gate line SL is changed from 0V to 5V, and the read memory cells Cm, N, Cm, N + 1 are read.
Is changed from 0 V to the power supply voltage V
Start up to CC (3.3V). As a result, the ferroelectric capacitors Cm, N, Cm, N + 1 of all the memory cells connected to the selected word line WLm change to the polarization state in which 0 data is written.

【0060】このため、1データが記録されていたメモ
リセルCm,N は、分極状態が反転し、主ビット線MBL
Nの電位変化△V(+)は大きく、次式(1)で表され
る。また、0データ記録されていたメモリセルのCm,N+
1 は、分極状態が変化せず、主ビット線MBLN+ 1 の
電位変化△V(−)は小さく、次式(2)で表される。 △V(+) =VCC・〔C(+) /{(M−1)・C(-) +C(+) +CBL}〕 …(1) △V(-) =VCC・〔C(-) /{M・C(-) +CBL}〕 …(2) なお、(1)式、(2)式において、C(+)はメモリ
セルの分極状態が反転する場合の容量であり、C(−)
はメモリセルの分極状態が反転しない場合の容量であ
り、CBLはビット線容量である。また、Mは副ビット
線に連なるワード線本数であり、この場合8本とし、電
源電圧VCCは3.3Vとする。一般的なメモリセルの
場合、C(+)≒ 500fF、C(−)≒100f
F、CBL≒1000fF程度であるので、(1)式、
(2)式より、△V(+)、△V(−)は、以下の程度
である。 △V(+)=0.75V △V(−)=0.18V
Therefore, the polarization state of the memory cell Cm, N in which one data is recorded is inverted, and the main bit line MBL
The potential change ΔV (+) of N is large and is represented by the following equation (1). In addition, Cm, N +
In 1, the polarization state does not change, the potential change ΔV (−) of the main bit line MBLN + 1 is small, and is expressed by the following equation (2). ΔV (+) = VCC · [C (+) / {(M−1) · C (−) + C (+) + CBL}] (1) ΔV (−) = VCC · [C (−) / {M · C (−) + CBL}] (2) In the expressions (1) and (2), C (+) is the capacitance when the polarization state of the memory cell is inverted, and C (−)
Is a capacitance when the polarization state of the memory cell is not inverted, and CBL is a bit line capacitance. M is the number of word lines connected to the sub-bit lines. In this case, M is eight, and the power supply voltage VCC is 3.3 V. In the case of a general memory cell, C (+) ≒ 500fF, C (−) ≒ 100f
F, CBL ≒ 1000 fF, so equation (1)
From equation (2), ΔV (+) and ΔV (−) are as follows. ΔV (+) = 0.75V ΔV (−) = 0.18V

【0061】以上のことは、図9のヒステリシス特性に
おいても、図示して説明できる。つまり、1データが記
録されていたメモリセルの強誘電体キャパシタCm,N の
場合、A点の状態からE点の状態に移動し、0データの
分極状態に反転する。そして、副ビット線SBLNに接
続されているCm,N 以外の非選択メモリセルC1,N 〜C
M,N は、1データが記録されていたメモリセルの場合、
A点の状態からG点の状態に移動し、0データが記録さ
れていたメモリセルの場合、B点の状態からI点の状態
に移動するが、もとの状態はそのまま保持される。
The above can be illustrated and described also in the hysteresis characteristic of FIG. That is, in the case of the ferroelectric capacitor Cm, N of the memory cell in which 1 data has been recorded, the state shifts from the state at the point A to the state at the point E, and is inverted to the polarization state of the 0 data. Then, non-selected memory cells C1, N to C other than Cm, N connected to the sub-bit line SBLN.
M and N are the memory cells where one data is recorded,
The memory cell moves from the state of point A to the state of point G, and in the case of a memory cell in which 0 data has been recorded, moves from the state of point B to the state of point I, but the original state is maintained.

【0062】また、0データが記録されていたメモリセ
ルの強誘電体キャパシタCm,N+1 の場合、B点の状態か
らF点の状態に移動するが、0データの分極状態は変化
しない。そして、副ビット線SBLN+1に接続されて
いるCm,N+1 以外の非選択メモリセルC1,N+1 〜CM,N+
1 は、1データが記録されていたメモリセルの場合、A
点の状態からH点の状態に移動し、0データが記録され
ていたメモリセルの場合、B点の状態からJ点の状態に
移動するが、もとのデータ状態はそのまま保持される。
なお、図9に示すヒステリシス特性において、一点鎖線
A−Eの直線傾きは、上述した分極状態が反転する場合
の容量C(−)を表しており、また、一点鎖線B−Fの
直線傾きは、上述した分極状態が反転しない場合の容量
C(−)を表している。
In the case of the ferroelectric capacitor Cm, N + 1 of the memory cell in which 0 data has been recorded, the state moves from the state at the point B to the state at the point F, but the polarization state of the 0 data does not change. Then, non-selected memory cells C1, N + 1 to CM, N + other than Cm, N + 1 connected to the sub-bit line SBLN + 1.
1 is A for a memory cell where one data is recorded.
The memory cell moves from the point state to the point H state, and in the case of a memory cell in which 0 data is recorded, the state moves from the point B state to the J point state, but the original data state is maintained.
In the hysteresis characteristic shown in FIG. 9, the linear gradient of the dashed-dotted line AE represents the capacitance C (-) when the polarization state is reversed, and the linear gradient of the dashed-dotted line BF is , The capacitance C (−) when the polarization state is not inverted.

【0063】次に時刻t3で、選択ゲート線SLを、次
に選択ワード線WLmを0Vに立ち下げ、時刻t4でセ
ンスイネーブル信号φSEを電源電圧VCC(3.3
V)に立ち上げることにより、それぞれの主ビット線に
接続されたセンスアップSAN、SAN+1を活性化さ
せる。その結果、センスアップSANは、上述した主ビ
ット線MBLNの電位変化△V(+)(ノード電位V
N)と比較電位VRNとの電位差をセンスし、またセン
スアンプSAN+1は、主ビット線MBLN+1の電位
変化△V(−)(ノード電位VN+1)と比較電位VR
N+1の電位差をセンスする。
Next, at time t3, the selected gate line SL and then the selected word line WLm are lowered to 0 V, and at time t4, the sense enable signal φSE is changed to the power supply voltage VCC (3.3).
By raising the voltage to V), the sense-up SAN and SAN + 1 connected to each main bit line are activated. As a result, the sense-up SAN generates the potential change ΔV (+) (node potential V
N) and the potential difference between the reference potential VRN and the sense amplifier SAN + 1, and the potential change ΔV (−) of the main bit line MBLN + 1 (node potential VN + 1) and the comparison potential VR.
The potential difference of N + 1 is sensed.

【0064】ここで、それぞれの比較電位VRN、VR
N+1のすべてを、予想される主ビット線電位の変化
量、△V(+)=0.75V、および△V(−)=0.
18Vのおよそ中間値VRN〜VRN+1=0.46V
程度に設定する。その結果、センスアンプSANには、
読み出しメモリセルCm,N に記録されていた1データ
が、時刻t5までに、センスラッチされ、主ビット線M
BLNの電位は電源電圧VCC(3.3V)に設定さ
れ、また、センスアンプSAN+1には、読み出しメモ
リセルCm,N+1 に記録されていた0データが、センスラ
ッチされ、主ビット線MBLN+1の電位は接地電圧
(0V)に設定される。
Here, the respective comparison potentials VRN, VR
For all of N + 1, the expected change amount of the main bit line potential, ΔV (+) = 0.75V, and ΔV (−) = 0.
Approximately intermediate value of 18V VRN to VRN + 1 = 0.46V
Set to about. As a result, the sense amplifier SAN has
One data recorded in the read memory cell Cm, N is sense-latched by time t5, and the main bit line M
The potential of BLN is set to the power supply voltage VCC (3.3 V), and 0 data recorded in the read memory cell Cm, N + 1 is sense latched in the sense amplifier SAN + 1, and the potential of the main bit line MBLN + 1 is The potential is set to the ground voltage (0 V).

【0065】さて、時刻t5からは、読み出しメモリセ
ルCm,N 、Cm,N+1 に対するデータの再書き込みにはい
る。
Now, from time t5, rewriting of data to the read memory cells Cm, N, Cm, N + 1 is started.

【0066】まず、時刻t5で、選択ゲート線SLを0
Vから5Vに、メモリセルCm,N 、Cm,N+1 が接続され
た選択ワード線WLmを電源電圧VCC(3.3V)
に、WLm以外のすべての非選択のワード線WL1〜W
LMを(1/2) VCC(1.65V)に設定する。その結
果、0データを書き込むべきメモリセルの強誘電体キャ
パシタCm,N+1が、図9のヒステリシス特性においてD
点の状態に時刻t6までに移動し、0データの再書き込
みが完了する。
First, at time t5, select gate line SL is set to 0.
From V to 5 V, the selected word line WLm to which the memory cells Cm, N, Cm, N + 1 are connected is connected to the power supply voltage VCC (3.3 V).
All the non-selected word lines WL1 to W
Set LM to (1/2) VCC (1.65V). As a result, the ferroelectric capacitor Cm, N + 1 of the memory cell to which the 0 data is to be written becomes D.sub.D in the hysteresis characteristic of FIG.
The state moves to the point state by time t6, and the rewriting of 0 data is completed.

【0067】次に時刻t6で、選択ワード線WLmを接
地電圧(0V)に立ち下げる。その結果、1データを書
き込むべきメモリセルの強誘電体キャパシタCm,N が、
図9に示すヒステリシス特性においてC点の状態に時刻
t7までに移動し、1データの再書き込みが完了する。
最後に時刻t7で、カラム選択信号φCを0Vに立ち下
げることにより、主ビット線MBLN、MBLN+1を
それぞれのセンスアンプのノードVN、VN+1と切り
離した後に、プリチャージ信号φPCを電源電圧VCC
(3.3V)に立ち上げることにより、すべての主ビッ
ト線MBLN、MBLN+1をプリチャージ電圧VPC
(0V)にプリチャージする。その後、選択ゲート線S
L、すべてのワード線WL1〜WLMを接地電源電圧
(0V)に立ち下げることにより、書き込み動作が終了
する。
Next, at time t6, the selected word line WLm falls to the ground voltage (0 V). As a result, the ferroelectric capacitor Cm, N of the memory cell to which one data is to be written becomes
In the hysteresis characteristic shown in FIG. 9, the state moves to the point C by time t7, and the rewriting of one data is completed.
Finally, at time t7, the column selection signal φC falls to 0 V, thereby disconnecting the main bit lines MBLN and MBLN + 1 from the nodes VN and VN + 1 of the respective sense amplifiers, and then changing the precharge signal φPC to the power supply voltage VCC.
(3.3 V), all the main bit lines MBLN, MBLN + 1 are set to the precharge voltage VPC.
(0 V). Then, select gate line S
L, all word lines WL1 to WLM fall to the ground power supply voltage (0 V), thereby completing the write operation.

【0068】なお、データ再書き込み期間中、WLm以
外の非選択のワード線WL1〜WLMは(1/2) VCC
(1.65V)に設定されるが、その結果、選択された
副ビット線に連なるCm,N 、Cm,N+1 以外の非選択メモ
リセルには、(1/2) VCC(1.65V)のディスター
ブ電圧が印加されることになる。これは、図4で説明し
たデータ書き込みの第1の実施形態の場合と、同様であ
る。
During the data rewriting period, non-selected word lines WL1 to WLM other than WLm are set to (1/2) VCC
(1.65 V). As a result, (1/2) VCC (1.65 V) is applied to non-selected memory cells other than Cm, N and Cm, N + 1 connected to the selected sub-bit line. ) Is applied. This is the same as the case of the first embodiment of the data writing described with reference to FIG.

【0069】次に、図1のメモリアレイ図において、メ
モリセルに対するデータの読み出しを行う場合の第2の
実施形態を、図8のタイミングチャート図、および図9
のヒステリシス特性を参照しながら、順に説明する。こ
の第2の実施形態の、図7の第1の実施形態に対する利
点は、データ書き込み時に非選択メモリセルに加わるデ
ィスターブ電圧が、(1/2) VCC(1.65V)から(1
/3) VCC(1.1V)に軽減できる点にある。
Next, in the memory array diagram of FIG. 1, a second embodiment in which data is read from a memory cell will be described with reference to the timing chart of FIG.
Will be described in order with reference to the hysteresis characteristic of FIG. The advantage of the second embodiment over the first embodiment of FIG. 7 is that the disturb voltage applied to the non-selected memory cells at the time of data writing is reduced from (1/2) VCC (1.65 V) to (1
/ 3) It can be reduced to VCC (1.1V).

【0070】図8の場合も、図7の場合と同様、メモリ
セルCm,N に記録されている1データ、およびCm,N+1
に記録されている0データを読み出し、その後、Cm,N
に1データ、およびCm,N+1 に0データの再書き込みを
行う場合のタイミング図である。この場合、メモリセル
に対するデータの読み出しは、図7のデータ読み出し方
法の第1の実施形態における場合と同様である。また、
メモリセルに対するデータの再書き込みは、図5のデー
タ書き込み方法の第2の実施形態における場合と同様で
ある。
In the case of FIG. 8, as in the case of FIG. 7, one data recorded in the memory cell Cm, N and Cm, N + 1
Is read out, and then Cm, N
FIG. 9 is a timing chart when rewriting 1 data and 0 data to Cm, N + 1. In this case, reading of data to the memory cell is the same as that those of the first embodiment forms state of the data reading method of Figure 7. Also,
The rewriting of data to the memory cells is the same as in the second embodiment of the data writing method of FIG.

【0071】まず、時刻t1で、プリチャージ信号φP
Cを電源電圧VCC(3.3V)に、およびカラム選択
信号φを5Vに立ち上げることにより、時刻t2まで
に、主ビット線MBLN,MBLN+1をプリチャージ
電圧VPC(0V)にプリチャージし、また主ビット線
MBLN,MBLN+1をそれぞれのセンスアンプのノ
ードVN、VN+1に接続する。
First, at time t1, precharge signal φP
By raising C to the power supply voltage VCC (3.3 V) and raising the column selection signal φ to 5 V, the main bit lines MBLN and MBLN + 1 are precharged to the precharge voltage VPC (0 V) by time t2; The main bit lines MBLN and MBLN + 1 are connected to the nodes VN and VN + 1 of the respective sense amplifiers.

【0072】次に時刻t2で、プリチャージ信号φPC
を0Vに立ち下げて主ビット線MBLN,MBLN+1
をフローティング状態にした後に、選択ゲート線SLを
0Vから5Vに読み出しメモリセルCm,N 、Cm,N+1 が
接続された選択ワード線WLmを0Vから電源電圧VC
C(3.3V)に立ち上げる。その結果、選択ワード線
WLmに連なるすべてのメモリセルの強誘電体キャパシ
タCm,N 、Cm,N+1 が、0データが書き込まれた分極状
態に変化する。
Next, at time t2, precharge signal φPC
To 0V and the main bit lines MBLN, MBLN + 1
Is set to a floating state, the select gate line SL is read from 0 V to 5 V, and the selected word line WLm to which the memory cells Cm, N, Cm, N + 1 are connected is changed from 0 V to the power supply voltage VC.
Start up to C (3.3V). As a result, the ferroelectric capacitors Cm, N, Cm, N + 1 of all the memory cells connected to the selected word line WLm change to the polarization state in which 0 data is written.

【0073】このため、1データが記録されていたメモ
リセルCm,N は、分極状態が反転し、主ビット線MBL
Nの電位変化△V(+)は大きく、図7の第1の実施形
態で説明したように△V(+)=0.75Vが見込まれ
る。また、0データ記録されていたメモリセルCm,N+1
は、分極状態が反転せず、主ビット線MBLN+1の電
位変化△V(−)は小さく、図7の第1で実施形態で説
明したように、△V(−)=0.18Vが見込まれる。
Therefore, the memory cell Cm, N in which one data has been recorded has its polarization state inverted and the main bit line MBL
The potential change ΔV (+) of N is large, and ΔV (+) = 0.75V is expected as described in the first embodiment of FIG. Also, the memory cell Cm, N + 1 where 0 data is recorded
, The polarization state is not inverted, the potential change ΔV (−) of the main bit line MBLN + 1 is small, and ΔV (−) = 0.18 V is expected as described in the first embodiment of FIG. .

【0074】以上のことは、図9に示すヒステリシス特
性においても、図示して説明できることは、図7の第1
の実施形態の場合と同様である。
The above can be illustrated and described also in the hysteresis characteristic shown in FIG.
This is the same as the embodiment.

【0075】次に時刻t3で、選択ゲート線SLを、次
に選択ゲート線WLmを0Vに立ち下げ、時刻t4で、
センスイネーブル信号φSEを電源電圧VCC(3.3
V)に立ち上げることにより、それぞれの主ビット線に
接続されたセンスアンプSAN、SAN+1を活性化さ
せる。その結果、センスアンプSANには、時刻t5ま
でに、1データがセンスラッチされ、主ビット線MBL
Nの電位は電源電圧VCC(3.3V)に設定される。
また、センスアンプSAN+1には、0データがセンス
ラッチされ、主ビット線MBLN+1の電位は接地電圧
(0V)に設定される。
Next, at time t3, the select gate line SL and then the select gate line WLm are dropped to 0 V. At time t4,
Sense enable signal φSE is supplied to power supply voltage VCC (3.3
By raising the voltage to V), the sense amplifiers SAN and SAN + 1 connected to the respective main bit lines are activated. As a result, one data is sense-latched to the sense amplifier SAN by time t5, and the main bit line MBL is sensed.
The potential of N is set to power supply voltage VCC (3.3 V).
The sense amplifier SAN + 1 senses and latches 0 data, and the potential of the main bit line MBLN + 1 is set to the ground voltage (0 V).

【0076】さて、時刻t5からは、読み出しメモリセ
ルCm,N 、Cm,N+1 に対するデータの再書き込みにはい
る。
Now, from time t5, data rewriting to the read memory cells Cm, N, Cm, N + 1 is started.

【0077】まず、時刻t5で、カラム選択信号φCを
0Vに立ち下げることにより、主ビット線MBLN、M
BLN+1をそれぞれのセンスアンプのノードVN、V
N+1と切り離した後に、プリチャージ信号φPCを電
源電圧VCC(3.3V)に立ち上げることにより、す
べての主ビット線MBLN、MBLN+1をプリチャー
ジ電圧VPC(0V)にプリチャージする。続いて、選
択ゲート線SLを0Vから5Vに、選択ワード線WLm
を電源電圧VCC(3.3V)に、WLm以外のすべて
の非選択のワード線WL1〜WLMを接地電圧(0V)
に設定する。その結果、選択ワード線WLmに連なるす
べてのメモリセルの強誘電体キャパシタCm,N 、Cm,N+
1 が図9のヒステリシス特性においてD点の状態に時刻
t6までに移動し、消去(0データの書き込み)が完了
する。
First, at time t5, the column selection signal φC falls to 0 V, thereby causing the main bit lines MBLN and MBLN to fall.
BLN + 1 is connected to each sense amplifier node VN, VN
After disconnection from N + 1, the precharge signal φPC is raised to the power supply voltage VCC (3.3 V), thereby precharging all the main bit lines MBLN and MBLN + 1 to the precharge voltage VPC (0 V). Subsequently, the selection gate line SL is changed from 0 V to 5 V, and the selected word line WLm
To the power supply voltage VCC (3.3 V) and all the non-selected word lines WL1 to WLM other than WLm to the ground voltage (0 V).
Set to. As a result, the ferroelectric capacitors Cm, N, Cm, N + of all the memory cells connected to the selected word line WLm
1 moves to the state of point D in the hysteresis characteristic of FIG. 9 by time t6, and the erasing (writing of 0 data) is completed.

【0078】次に、時刻t6で選択ゲート線SL、およ
び選択ワード線WLmを接地電圧(0V)に立ち下げ
る。次に、センスアンプ系の電源を、ハイ側を電源電圧
VCC(3.3V)のまま、ロー側を接地電圧(0V)
から(1/3) VCC(1.1V)に切り換える。次に、カ
ラム選択信号φCを5Vに立ち上げて、再度、主ビット
線MBLNの電位をセンスアンプSANにより電源電圧
VCC(3.3V)に、主ビット線MBLN+1の電位
をセンスアンプSAN+1により(1/3) VCC(1.1
V)に設定する。次に、時刻t7で選択ゲート線SLを
5Vに、選択ワード線WLmを接地電圧(0V)に、W
Lm以外のすべての非選択のワード線WL1〜WLMを
(2/3) VCC(2.2V)に設定する。
Next, at time t6, the selected gate line SL and the selected word line WLm fall to the ground voltage (0 V). Next, the power supply of the sense amplifier system is maintained at the power supply voltage VCC (3.3 V) on the high side and the ground voltage (0 V) on the low side.
From (1/3) VCC (1.1V). Next, the column selection signal φC is raised to 5 V, and again the potential of the main bit line MBLN is set to the power supply voltage VCC (3.3 V) by the sense amplifier SAN, and the potential of the main bit line MBLN + 1 is set to (1) by the sense amplifier SAN + 1. / 3) VCC (1.1
V). Next, at time t7, the selected gate line SL is set to 5 V, the selected word line WLm is set to the ground voltage (0 V), and W
All non-selected word lines WL1 to WLM other than Lm
(2/3) Set to VCC (2.2V).

【0079】その結果、逆相データ(1データ)を書き
込むべきメモリセルCm,N が、図9のヒステリシス特性
においてD点からC点の状態に時刻t8まで移動し、逆
相データの再書き込みが完了する。最後に時刻t8で、
カラム選択信号φCを0Vに立ち下げることにより、主
ビット線MBLN、MBLN+1をそれぞれのセンスア
ンプのノードVN、VN+1と切り離した後に、プリチ
ャージ信号φPCを電源電圧VCC(3.3V)に立ち
上げることにより、すべての主ビット線MBLN、MB
LN+1をプリチャージ電圧VPC((1/3) VCC
(1.1V))にプリチャージする。その後、選択ゲー
ト線SL、すべてのワード選択WL1〜WLMを接地電
圧(0V)に立ち下げることにより、再書き込み動作が
終了する。
As a result, the memory cell Cm, N to which the opposite-phase data (1 data) is to be written moves from the point D to the point C in the hysteresis characteristic of FIG. Complete. Finally, at time t8,
The precharge signal φPC is raised to the power supply voltage VCC (3.3 V) after the main bit lines MBLN and MBLN + 1 are disconnected from the nodes VN and VN + 1 of the respective sense amplifiers by lowering the column selection signal φC to 0V. Allows all main bit lines MBLN, MB
LN + 1 is charged to the precharge voltage VPC ((1/3) VCC
(1.1 V)). Thereafter, the select gate line SL and all the word selections WL1 to WLM are dropped to the ground voltage (0 V), thereby completing the rewrite operation.

【0080】なお、逆相データの再書き込み期間中、W
Lm以外の非選択のワード線WL1〜WLMは(2/3) V
CC(2.2V)に設定されるが、その結果、選択され
た副ビット線に連なるCm,N 、Cm,N+1 以外の非選択メ
モリセルには、(1/3) VCC(1.1V)のディスター
ブ電圧が印加されることになる。これは、図5で説明し
たデータ書き込みの第2の実施形態と同様であり、図7
の第1の実施形態のデータ読み出しの例と比較すると、
非選択メモリセルに対するディスターブは、大幅に軽減
できる。
During the rewriting period of the reverse phase data, W
Unselected word lines WL1 to WLM other than Lm are (2/3) V
CC (2.2 V). As a result, (1/3) VCC (1.V) is applied to non-selected memory cells other than Cm, N and Cm, N + 1 connected to the selected sub-bit line. 1V) is applied. This is similar to the second embodiment of the data write described in FIG.
Compared with the example of data reading of the first embodiment,
Disturb for unselected memory cells can be significantly reduced.

【0081】また、図7の第1の実施形態の場合、およ
び図8の第2の実施形態の場合とも、選択するワード線
1本に連なるメモリセルに対して一括にデータの読み出
しおよび再書き込みを行っているが、データの読み出し
および再書き込みの単位を、選択ゲート線により選択さ
れた副ビット線と交差するすべてのワード線を単位とし
て、各ワード線毎に順番にデータの読み出しおよび再書
き込みを行ってもよい。たとえば、図7の第1の実施形
態、および図8の第2の実施形態の場合、データの読み
出しおよび再書き込みをワード線WL1〜WLMを1単
位として、WL1、WL2…、WLMと順番にデータの
読み出しおよび再書き込みを行えばよい。このようなブ
ロック単位のデータの読み出しおよび再書き込みによ
り、データ再書き込み時に非選択メモリセルが受けるデ
ィスターブ回数を、最大限(M−1)回に制限すること
が可能となり、ディスターブ防止の観点から好適であ
る。
In both the first embodiment shown in FIG. 7 and the second embodiment shown in FIG. 8, data is read and re-written collectively from the memory cells connected to one selected word line. However, the unit of data read and rewrite is data read and rewrite in order for each word line in units of all word lines intersecting the sub-bit line selected by the select gate line. May be performed. For example, in the case of the first embodiment shown in FIG. 7 and the second embodiment shown in FIG. 8, data reading and rewriting are performed in the order of WL1, WL2,. May be read and rewritten. By reading and rewriting data in block units as described above, it is possible to limit the number of disturbances to the non-selected memory cells at the time of data rewriting to a maximum of (M-1) times, which is preferable from the viewpoint of preventing disturbance. It is.

【0082】図10は、図1のメモリアレイ図におい
て、センスアンプSAN、SAN+1の具体的な回路図
の例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a specific circuit diagram of the sense amplifiers SAN and SAN + 1 in the memory array diagram of FIG.

【0083】図10のセンスアンプにおいては、pチャ
ネルMOS(以下、PMOSというい)トランジスタT
P1、nチャネルMOS(以下、NMOSというい)ト
ランジスタTN1およびPMOSトランジスタTP2、
NMOSトランジスタTN2により構成される相補のイ
ンバータ回路により、ラッチ回路を構成する。また、こ
のラッチ回路は、PMOSトランジスタTP3、NMO
SトランジスタTN3が、センスイネーブル信号φSE
をうけて活性化されることにより、ノードN1とN2と
のノード間電位差を増幅しラッチする。
In the sense amplifier of FIG. 10, a p-channel MOS (hereinafter referred to as PMOS) transistor T
P1, an n-channel MOS (hereinafter referred to as NMOS) transistor TN1 and a PMOS transistor TP2,
A latch circuit is constituted by a complementary inverter circuit constituted by the NMOS transistor TN2. This latch circuit comprises a PMOS transistor TP3, an NMO
S transistor TN3 receives sense enable signal φSE
To amplify and latch the potential difference between the nodes N1 and N2.

【0084】それぞれの主ビット線毎に対応して、図1
0に示すようなラッチ型センスアンプを有することによ
り、当該センスアンプに読み出しデータまたは書き込み
データをラッチすることが可能となる。その結果、図
4、図5、図7、図8の例で示したように、メモリセル
に対応するデータの書き込みまたは読み出しおよび再書
き込みが、選択するワード線に連なるすべてのメモリセ
ル一括に行うことができる。
For each main bit line, FIG.
By having a latch type sense amplifier as shown in FIG. 0, read data or write data can be latched in the sense amplifier. As a result, as shown in the examples of FIG. 4, FIG. 5, FIG. 7, and FIG. 8, writing, reading, and rewriting of data corresponding to a memory cell are performed collectively for all the memory cells connected to the selected word line. be able to.

【0085】次に、本発明の強誘電体記憶装置を製造す
るための、プロセスフローの例について説明する。
Next, an example of a process flow for manufacturing the ferroelectric memory device of the present invention will be described.

【0086】図11(a)〜図11(e)は、図3のデ
バイス構造断面図にいたるまでの、プロセスフローを示
した図である。
FIGS. 11A to 11E are views showing a process flow up to the device structure sectional view of FIG.

【0087】まず、図11(a)に示すように、シリコ
ン基板上1に、LOCOS素子分離領域2、およびゲー
ト酸化膜3を形成し、ポリシリコンまたはポリサイドゲ
ート電極5を形成した後、イオン注入によりソース/ド
レインn+拡散層領域4を形成するまでは、通常のCM
OSプロセスと同様である。
First, as shown in FIG. 11A, a LOCOS element isolation region 2 and a gate oxide film 3 are formed on a silicon substrate 1 and a polysilicon or polycide gate electrode 5 is formed. Until the source / drain n + diffusion layer region 4 is formed by implantation, a normal CM
It is the same as the OS process.

【0088】次に、図11(b)に示すように、第1層
目のプラチナ層を、たとえばスパッタ方等にて、〜20
0nm程度形成し、さらに、強誘電体薄膜(たとえばP
bZrTiO3 ,BiSr2 Ta2 9 等)を、スパッ
タ方等にて、〜200nm程度形成する。次に、上記第
1層目のプラチナ層、および強誘電薄体をRIE法等に
より、同時にエッチング加工して、強誘電体キャパシタ
下部電極6、および強誘電体キャパシタ絶縁膜7を形成
する。
Next, as shown in FIG. 11B, the first platinum layer is formed by, for example,
0 nm, and a ferroelectric thin film (for example, P
bZrTiO 3 , BiSr 2 Ta 2 O 9 ) is formed to a thickness of about 200 nm by sputtering or the like. Next, the first platinum layer and the ferroelectric thin body are simultaneously etched by RIE or the like to form a ferroelectric capacitor lower electrode 6 and a ferroelectric capacitor insulating film 7.

【0089】次に、図11(c)に示すように、第2層
のプラチナ層を、たとえばスパッタ法等にて、〜200
nm程度形成し、その後、RIE法等により、エッチン
グ加工し、強誘電体キャパシタ上部電極8を形成する。
Next, as shown in FIG. 11 (c), the platinum layer as the second layer is formed by, for example,
Then, the upper electrode 8 of the ferroelectric capacitor is formed by etching by RIE or the like.

【0090】次に、図11(d)に示すように、CVD
法により層間絶縁膜(SiO2 膜)9を形成した後に、
コンタクトホール10a、10b、10c、10dを形
成し、その後、第1層目のアルミニウム層をスパッタ法
にて形成し、さらにエッチング加工して、副ビット線の
ブリッジ配線11a、ワード線11b、パッドアルミニ
ウム層11cを形成する。
Next, as shown in FIG.
After forming the interlayer insulating film (SiO 2 film) 9 by the method,
Contact holes 10a, 10b, 10c, and 10d are formed, and then a first aluminum layer is formed by a sputtering method and further etched to form a bridge wiring 11a of a sub-bit line, a word line 11b, and a pad aluminum. The layer 11c is formed.

【0091】最後に、図11(e)に示すように、CV
D法により層間絶縁膜(SiO2 膜)9を形成した後
に、コンタクトホール13を形成し、その後、第2層目
のアルミニウム層をスパッタ法にて形成し、さらにエッ
チング加工して、主ビット線14を形成する。以上のプ
ロセスフローの結果、図3のデバイス構造断面図に至
る。
Finally, as shown in FIG.
After forming an interlayer insulating film (SiO 2 film) 9 by the method D, a contact hole 13 is formed, and then a second aluminum layer is formed by a sputtering method and further etched to form a main bit line. 14 is formed. As a result of the above process flow, a device structure sectional view of FIG. 3 is obtained.

【0092】[0092]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の強誘電体
記憶装置によれば、列状に配線されたそれぞれの主ビッ
ト線が接続手段を介して複数の副ビット線に接続され、
上記副ビット線と行状に配線された複数のワード線が交
差する格子位置にそれぞれ1個の強誘電体キャパシタよ
り成るメモリセルが配置される。その結果、基本的に1
個の強誘電体キャパシタよりなるメモリセルに対して、
データの書き込み、および読み出しが可能となり、高集
積かつ大容量化が可能な強誘電体記憶装置を提供するこ
とができる。
As described above, according to the ferroelectric memory device of the present invention, each main bit line wired in a column is connected to a plurality of sub-bit lines via connection means.
Memory cells each composed of one ferroelectric capacitor are arranged at lattice positions where the sub-bit lines and a plurality of word lines arranged in rows intersect. As a result, basically 1
For a memory cell consisting of ferroelectric capacitors,
It is possible to provide a ferroelectric memory device in which data can be written and read, and which can have high integration and large capacity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係わる強誘電体記憶装置のメモリアレ
イを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a memory array of a ferroelectric memory device according to the present invention.

【図2】図1のメモリアレイ図におけるパターンレイア
ウトを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a pattern layout in the memory array diagram of FIG. 1;

【図3】図2のパターンレイアウト図において、A-
A' 方向から眺めたデバイス構造断面を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a pattern layout in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a cross section of the device structure viewed from the direction A ′.

【図4】図1のメモリアレイ図において、データの書き
込みを行う第1の実施形態の場合のタイミングチャート
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a timing chart in the case of the first embodiment for writing data in the memory array diagram of FIG. 1;

【図5】図1のメモリアレイ図において、データの書き
込みを行う第2の実施形態の場合のタイミングチャート
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a timing chart in the case of the second embodiment for writing data in the memory array diagram of FIG. 1;

【図6】図4の第1のデータ書き込み実施形態、及図5
の第2のデータ書き込み実施形態を説明するための強誘
電体キャパシタのヒステリシス特性を示す図である。
6 is a first data write embodiment of FIG. 4 and FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a hysteresis characteristic of a ferroelectric capacitor for describing the second data writing embodiment of FIG.

【図7】図1のメモリアレイ図において、データの読み
出しを行う第1の実施形態の場合のタイミングチャート
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a timing chart in the case of the first embodiment for reading data in the memory array diagram of FIG. 1;

【図8】図1のメモリアレイ図において、データの読み
出しを行う第2の実施形態の場合のタイミングチャート
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a timing chart in the case of the second embodiment for reading data in the memory array diagram of FIG. 1;

【図9】図7の第1のデータ読み出し実施形態、および
図8の第2のデータの読み出し実施形態を説明するため
の強誘電体キャパシタのヒステリシス特性を示す図であ
る。
9 is a diagram illustrating a hysteresis characteristic of a ferroelectric capacitor for describing the first data read embodiment of FIG. 7 and the second data read embodiment of FIG. 8;

【図10】センスアンプの具体的な回路を示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing a specific circuit of a sense amplifier.

【図11】本発明に係わる強誘電体記憶装置のプロセス
フローを示す図である。
FIG. 11 is a view showing a process flow of the ferroelectric memory device according to the present invention.

【図12】強誘電体キャパシタのヒステリシス特性、お
よび互いに逆相の第1のデータ、第2のデータが書き込
まれたキャパシタ状態を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a hysteresis characteristic of a ferroelectric capacitor and a state of a capacitor in which first data and second data having phases opposite to each other are written.

【図13】1TR- 1CAP型セルを有する強誘電体記
憶装置のメモリアレイを示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a memory array of a ferroelectric memory device having 1TR-1CAP type cells.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

WL1〜WLM … ワード線 SL … 選択ゲート線 φC … カラム選択信号 φPC … プリチャージ信号 φSE … センスイネーブル信号 C1,N〜CM,N、C1,N+1〜CM,N+1…
メモリセル(強誘電体キャパシタ) STN、STN+1 … 選択トランジスタ CTN、CTN+1 … プリチャージ選択トラン
ジスタ PCTN、PCTN+1 … カラム選択トランジスタ SAN、SAN+1 … センスアンプ MBLN、MBLN+1 … 主ビット線 SBLN、SBLN+1 … 副ビット線 VPC … プリチャージ電圧 VRN、VRN+1 … 比較電位 VN、VN+1 … ノード電位 1 … シリコン基板 2 … LOCOS素子分離 3 … ゲート酸化膜 4 … ソース/ドレインn+拡散層領域 5 … ポリシリコンあるいはポリサイドゲー
ト電極 6 … 強誘電体キャパシタ下部電極 7 … 強誘電体キャパシタ絶縁膜 8 … 強誘電体キャパシタ上部電極 9 … 第1層目アルミニウム配線下の層間絶
縁膜 10a、10b、10c、10d… 第1層目アル
ミニウム配線下のコンタクトホール 11a、11b、11c… 第1層目アルミニウム
配線 12 … 第2層目アルミニウム配線下の層間絶
縁膜 13 … 第2層目アルミニウム配線下のコンタ
クトホール 14 … 第2層目アルミニウム配線
WL1 to WLM ... word line SL ... selection gate line φC ... column selection signal φPC ... precharge signal φSE ... sense enable signal C1, N to CM, N, C1, N + 1 to CM, N + 1 ...
Memory cells (ferroelectric capacitors) STN, STN + 1 ... selection transistors CTN, CTN + 1 ... precharge selection transistors PCTN, PCTN + 1 ... column selection transistors SAN, SAN + 1 ... sense amplifiers MBLN, MBLN + 1 ... main bit lines SBLN, SBLN + 1 ... sub-bit lines VPC ... Precharge voltage VRN, VRN + 1 ... Comparison potential VN, VN + 1 ... Node potential 1 ... Silicon substrate 2 ... LOCOS element isolation 3 ... Gate oxide film 4 ... Source / drain n + diffusion layer region 5 ... Polysilicon or polycide gate electrode 6 ... Ferroelectric capacitor lower electrode 7 ... Ferroelectric capacitor insulating film 8 ... Ferroelectric capacitor upper electrode 9 ... Interlayer insulating film under the first layer aluminum wiring 10a, 10b, 10c, 10 d: Contact holes 11a, 11b, 11c under the first-layer aluminum wiring 12 ... Interlayer insulating film under the second-layer aluminum wiring 13 ... Contact holes under the second-layer aluminum wiring 14 … Second layer aluminum wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 27/108 29/788 29/792 (56)参考文献 特開 平6−77434(JP,A) 特開 平7−235648(JP,A) 特開 平7−115141(JP,A) 特開 平4−78098(JP,A) 特開 平5−266676(JP,A) 特開 平7−226443(JP,A) 国際公開94/10702(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/10 451 G11C 11/22 G11C 14/00 H01L 21/8242 H01L 21/8247 H01L 27/108 H01L 29/788 H01L 29/792 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 27/108 29/788 29/792 (56) References JP-A-6-77434 (JP, A) JP-A-7-235648 (JP, A) JP-A-7-115141 (JP, A) JP-A-4-78098 (JP, A) JP-A-5-266676 (JP, A) JP-A-7-226443 (JP, A) International Published 94/10702 (WO, A1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 27/10 451 G11C 11/22 G11C 14/00 H01L 21/8242 H01L 21/8247 H01L 27/108 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 列状に配線されたそれぞれの主ビット線
が接続手段を介して複数の副ビット線に接続され、 上記副ビット線と行状に配線された複数のワード線が交
差する格子位置にそれぞれ1個の強誘電体キャパシタよ
りなるメモリセルが配置され、 それぞれの強誘電体キャパシタの一方の電極が上記副ビ
ット線に、他の一方の電極が上記ワード線に接続され、 上記強誘電体キャパシタの分極方向によって、互いに逆
相の第1のデータまたは第2のデータのどちらかのデー
タを記憶する強誘電体記憶装置であって、 それぞれの主ビット線に対応して読み出しデータまたは
書き込みデータをラッチする手段を具備し、 メモリセルに対するデータ書き込みまたは読み出しを、
選択するワード線に接続されたすべてのメモリセルに対
し一括して行うとともに、選択された副ビット線と交差
するすべてのワード線を単位として、各ワード線毎に順
番に行う強誘電体記憶装置。
1. A grid position where each of main bit lines arranged in a column is connected to a plurality of sub-bit lines via connection means, and the sub-bit lines intersect with a plurality of word lines arranged in a row. A memory cell composed of one ferroelectric capacitor, one electrode of each ferroelectric capacitor is connected to the sub-bit line, and the other electrode is connected to the word line; A ferroelectric memory device that stores either first data or second data having a phase opposite to each other depending on the polarization direction of a body capacitor, and reads or writes data corresponding to each main bit line. Means for latching data, wherein writing or reading data to or from a memory cell is performed.
A ferroelectric memory device that performs the operation for all the memory cells connected to the selected word line in a lump and sequentially performs the operation for each word line in units of all the word lines crossing the selected sub-bit line. .
【請求項2】 上記接続手段は、MOS型半導体素子で
あって、当該MOS型半導体素子のソース電極またはド
レイン電極の一方が上記主ビット線に、他の一方が上記
副ビット線に、ゲート電極が選択ゲート線にそれぞれ接
続され、当該選択ゲート線の印加電圧に応じて上記主ビ
ット線と副ビット線とを作動的に接続する請求項1記載
の強誘電体記憶装置。
2. The connection means is a MOS semiconductor device, wherein one of a source electrode and a drain electrode of the MOS semiconductor device is connected to the main bit line, the other is connected to the sub bit line, and a gate electrode is connected to the gate electrode. 2. The ferroelectric memory device according to claim 1, wherein each is connected to a select gate line, and the main bit line and the sub bit line are operatively connected according to a voltage applied to the select gate line.
【請求項3】 列状に配線されたそれぞれの主ビット線
が接続手段を介して複数の副ビット線に接続され、 上記副ビット線と行状に配線された複数のワード線が交
差する格子位置にそれぞれ1個の強誘電体キャパシタよ
りなるメモリセルが配置され、 それぞれの強誘電体キャパシタの一方の電極が上記副ビ
ット線に、他の一方の電極が上記ワード線に接続され、 上記強誘電体キャパシタの分極方向によって、互いに逆
相の第1のデータまたは第2のデータのどちらかのデー
タを記憶する強誘電体記憶装置であって、 それぞれの主ビット線に対応して書き込みデータをラッ
チする手段を具備し、 メモリセルに対するデータ書き込みは、選択するワード
線に接続されたすべてのメモリセルに対し一括して第1
のデータあるいは第2のデータを書き込んだ後、当該書
き込みデータと逆相のデータが書き込まれるべきメモリ
セルに対して上記逆相データの書き込みを行い、 この場合において、上記逆相のデータが書き込まれるべ
きでないメモリセルに対しては書き込み電圧の半分以下
の電圧が印加されるようにした強誘電体記憶装置。
3. A grid position where each of the main bit lines arranged in a column is connected to a plurality of sub-bit lines via connection means, and the plurality of word lines arranged in a row intersect with the sub-bit lines. A memory cell composed of one ferroelectric capacitor, one electrode of each ferroelectric capacitor is connected to the sub-bit line, and the other electrode is connected to the word line; What is claimed is: 1. A ferroelectric memory device storing either first data or second data having a phase opposite to each other according to a polarization direction of a body capacitor, and latching write data corresponding to each main bit line. Means for writing data to the memory cells, and collectively perform the first write to all the memory cells connected to the selected word line.
After writing the second data or the second data, the opposite-phase data is written to a memory cell to which the opposite-phase data is to be written. In this case, the opposite-phase data is written. A ferroelectric memory device in which a voltage equal to or less than half of a write voltage is applied to a memory cell that should not be used.
【請求項4】 上記半分以下の電圧は、上記書き込み電
圧の略3分の1の電圧である請求項3記載の強誘電体記
憶装置。
4. The ferroelectric memory device according to claim 3, wherein said half or less voltage is substantially one third of said write voltage.
【請求項5】 上記接続手段は、MOS型半導体素子で
あって、当該MOS型半導体素子のソース電極またはド
レイン電極の一方が上記主ビット線に、他の一方が上記
副ビット線に、ゲート電極が選択ゲート線にそれぞれ接
続され、当該選択ゲート線の印加電圧に応じて上記主ビ
ット線と副ビット線とを作動的に接続する請求項3記載
の強誘電体記憶装置。
5. The connection means is a MOS type semiconductor device, wherein one of a source electrode and a drain electrode of the MOS type semiconductor device is connected to the main bit line, the other is connected to the sub bit line, and a gate electrode is connected to the gate electrode. 4. The ferroelectric memory device according to claim 3, wherein each is connected to a select gate line, and the main bit line and the sub bit line are operatively connected according to a voltage applied to the select gate line.
【請求項6】 メモリセルに対する第1のデータの書き
込みは、選択するワード線電位よりも選択する副ビット
線電位が高くなる電圧方向に電圧を印加して、強誘電体
キャパシタを上記印加電界方向に分極させることにより
行い、 メモリセルに対する第2のデータの書き込みは、選択す
るワード線電位よりも選択する副ビット線電位が低くな
る電圧方向に電圧を印加して、強誘電体キャパシタを上
記印加電界方向に分極させることにより行う請求項3記
載の強誘電体記憶装置。
6. A method of writing first data to a memory cell, wherein a voltage is applied in a voltage direction in which a selected sub-bit line potential is higher than a selected word line potential, and the ferroelectric capacitor is placed in the direction of the applied electric field. The writing of the second data to the memory cell is performed by applying a voltage in a voltage direction in which the potential of the selected sub-bit line is lower than the potential of the selected word line, and applying the ferroelectric capacitor to the memory cell. 4. The ferroelectric memory device according to claim 3, wherein the ferroelectric memory device performs polarization by polarizing in a direction of an electric field.
【請求項7】 列状に配線されたそれぞれの主ビット線
が接続手段を介して複数の副ビット線に接続され、 上記副ビット線と行状に配線された複数のワード線が交
差する格子位置にそれぞれ1個の強誘電体キャパシタよ
りなるメモリセルが配置され、 それぞれの強誘電体キャパシタの一方の電極が上記副ビ
ット線に、他の一方の電極が上記ワード線に接続され、 上記強誘電体キャパシタの分極方向によって、互いに逆
相の第1のデータまたは第2のデータのどちらかのデー
タを記憶する強誘電体記憶装置であって、 それぞれの主ビット線に対応して読み出しデータをラッ
チする手段を具備し、 メモリセルに対するデータ読み出しは、選択するワード
線に接続されたすべてのメモリセルに対し一括して行わ
れ、 選択する副ビット線および該副ビット線と交差する非選
択ワード線および選択ワード線を第1の電位にプリチャ
ージするとともに、選択するワード線に第2の電位を印
加して強誘電体キャパシタの分極状態を変化させ、当該
強誘電体キャパシタの分極状態の変化に応じた主ビット
線電位の変化を検知することによりデータの判定を行う
強誘電体記憶装置。
7. A grid position where each main bit line wired in a column is connected to a plurality of sub-bit lines via connection means, and said sub-bit line and a plurality of word lines wired in a row intersect. A memory cell composed of one ferroelectric capacitor, one electrode of each ferroelectric capacitor is connected to the sub-bit line, and the other electrode is connected to the word line; What is claimed is: 1. A ferroelectric memory device for storing either first data or second data having phases opposite to each other according to the polarization direction of a body capacitor, and latching read data corresponding to each main bit line. The data read from the memory cell is performed collectively for all the memory cells connected to the selected word line, and the selected sub bit line and the sub A non-selected word line and a selected word line that intersect with the bit line are precharged to a first potential, and a second potential is applied to the selected word line to change the polarization state of the ferroelectric capacitor. A ferroelectric memory device that determines data by detecting a change in a main bit line potential according to a change in a polarization state of a dielectric capacitor.
【請求項8】 上記メモリセルに対するデータの読み出
し後に、当該メモリセルに対するデータの再書き込みが
行われる請求項7記載の強誘電体記憶装置。
8. The ferroelectric memory device according to claim 7, wherein after the data is read from the memory cell, the data is rewritten to the memory cell.
【請求項9】 上記接続手段は、MOS型半導体素子で
あって、当該MOS型半導体素子のソース電極またはド
レイン電極の一方が上記主ビット線に、他の一方が上記
副ビット線に、ゲート電極が選択ゲート線にそれぞれ接
続され、当該選択ゲート線の印加電圧に応じて上記主ビ
ット線と副ビット線とを作動的に接続する請求項7記載
の強誘電体記憶装置。
9. The connection means is a MOS type semiconductor device, wherein one of a source electrode and a drain electrode of the MOS type semiconductor device is connected to the main bit line, the other is connected to the sub bit line, and a gate electrode is connected to the gate electrode. 8. The ferroelectric memory device according to claim 7, wherein each is connected to a select gate line, and the main bit line and the sub bit line are operatively connected according to a voltage applied to the select gate line.
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