以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係る半導体集積回路装置(FeRAM)の回路構成を示している。図1に示すように、1つのメモリセルは、直列接続された1つのセルトランジスタと1つの強誘電体キャパシタにより構成される。すなわち、各メモリセルは、セルトランジスタQ0〜Q3と強誘電体キャパシタC0〜C3とにより、それぞれ構成される。セルトランジスタQ0〜Q3のゲートは、ワード線WL0〜WL3と接続される。各メモリセルは並列接続され、各メモリセルの一端はプレート線PL、他端はローカルビット線LBLと接続される。
プレート線PLとローカルビット線LBLとの間にはリセットトランジスタQRが接続される。リセットトランジスタQRは、リセット信号RSTにより制御される。ローカルビット線LBLとビット線BLとの間にはブロック選択トランジスタQSが接続される。ブロック選択トランジスタQSは、ブロック選択信号BSにより制御される。
以上のように、複数のセルトランジスタQ0〜Q3、複数の強誘電体キャパシタC0〜C3、リセットトランジスタQR、ブロック選択トランジスタQS、ローカルビット線LBLにより1つのセルブロックCBが構成される。ロウデコーダRDは、接続された配線(ワード線WL0〜WL3等)の電位を制御する。プレート線ドライバPLDは、プレート線を駆動する。
次に、図1の半導体集積回路装置の動作について説明する。スタンバイ時、セルブロックCB内のセルトランジスタQ0〜Q3はオンとされている。このため、プレート線PLの電位はセルノードSN0〜3に伝わる。また、リセットトランジスタQRはオンとされている。このため、セルブロックCB内のローカルビット線LBLの電位も、プレート線PLの電位と等しい。よって、セルブロックCBの全てのメモリセルの強誘電体キャパシタC0〜C3の両端の電位はプレート線PLと同電位となり、スタンバイ時、強誘電体キャパシタC0〜C3には電圧が印加されない。
アクティブ時、セルブロックCB内のリセットトランジスタQRがオフとされ、非選択セルのセルトランジスタ(例:セルトランジスタQ0、Q2、Q3)がオフとされ、ブロック選択トランジスタQSがオンとされ、プレート線PLが駆動される。この結果、選択セルのセルトランジスタ(例:セルトランジスタQ1)のみオンしているため、選択セルの強誘電体キャパシタ(例:強誘電体キャパシタC1)の一端にはプレート線PLの電位が印加され、他端はビット線BLの電位が印加される。よって、強誘電体キャパシタC1の両端に電圧が印加される。この電圧によって強誘電体キャパシタC1が分極反転し、この結果、強誘電体キャパシタC1からセル情報が読み出される。このセル情報はローカルビット線LBLを介してビット線BLに読み出される。この読み出し信号はセンスアンプ(図示せぬ)で増幅される。
セル情報の読み出し後、読み出された情報が、“0”データの場合、プレート線PLの電位がハイレベルの状態でデータが強誘電体キャパシタC1に書き戻される。“1”データの場合、プレート線PLの電位がローレベルとされた後、書き戻される。この後、ブロック選択トランジスタQSがオフとされ、リセットトランジスタQR、セルトランジスタQ0〜Q3がオンとされることにより、スタンバイ状態に移行する。
アクティブ時、非選択セルのノード(例:セルノードSN0、SN2、SN3)はフローティングとなる。また、プレート線PLがセルブロックCB内の全てのメモリセルで共有化されているため、非選択セルのプレート線PLもハイレベルとなる。この結果、ジャンクションリークにより非選択セルのノードの電位は低下し、非選択セルの強誘電体キャパシタ(例:強誘電体キャパシタC0、C2、C3)にディスターブ電圧が印加される。しかし、スタンバイ状態に戻ると各強誘電体キャパシタC0〜C3の両端の電位差はリセットされて0Vになる。よってディスターブ電圧は、僅か一回のアクティブ時間(最大10μs)の間にセルノードSN0〜SN3が降下した電圧に制限される。このセルノードSN0〜SN3の電位の低下はDRAM等では、少なくとも数百ms程度はセル電荷を保持していることを考えると、無視出来る値といえる(0.1V以下)。
第1実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、プレート線PLはセルブロックCBの全てのメモリセルによって共有される。よって、プレート線PLの上の信号の遅延の大幅な低減、プレート線PL駆動回路PLDの面積の縮小、駆動能力の向上を実現できる。
また、第1実施形態によれば、アクティブ時、非選択セルの強誘電体キャパシタにディスターブ電圧が印加されるが、スタンバイ状態となるごとに、各強誘電体キャパシタC0〜C3の両端の電位差は0Vにリセットされる。よって、ディスターブ電圧が印加される期間は短く、非選択セルのセルノードの電位の低下は無視できるほど小さい。このため、メモリセルのデータが、ディスターブ電圧によって破壊されることを回避できる。
また、第1実施形態によれば、上記したアクティブ時の一連の動作において、強誘電体キャパシタC0〜C3とビット線BLとの間には、セルトランジスタQ0〜Q3とブロック選択トランジスタQSの2つトランジスタを介するのみである。したがって、先願のメモリのメモリセルと異なり、複数のメモリセルが直列接続されたことによる遅延の問題は起こらない。よって、プレート線PLを共有化しつつ、直列接続されたセルトランジスタに起因した遅延が発生しないため、従来および先願のメモリより、高速な読み出し、書き込みが可能となる。
また、第1実施形態によれば、セルブロックCB単位でビット線BLに接続されるため、ビット線BLのコンタクト数を大幅に低減できる。よって、ビット線BLの容量を小さくできるため、多くのメモリセルを1つのビット線BLに接続できる。したがって、センスアンプの面積の削減や、ビット線BL上の信号を増大させることができる。
また、第1実施形態によれば、ビット線BLと各ワード線WL0〜WL3の交点に1個セルを配置できるため、最小6F2程度の小さいメモリセルを実現できる。
(第2実施形態)
第2実施形態は、第1実施形態(図1)の半導体集積回路装置のプレート線PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、プレート線PLのスタンバイ時の電位を電位Vss、駆動時の電位を内部電源電位Vaaとした場合に関する。
図2は本発明の第2実施形態を示しており、図1の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される場合を例にとり、以下に動作の説明をする。
図2に示すように、スタンバイ時、リセット信号RST、ワード線WL0〜WL3は、電位Vpp(ハイレベル)とされ、ブロック選択信号BSは電位Vss(ローレベル)とされている。また、プレート線PL、ビット線BLは、電位Vssとされている。よって、セルトランジスタQ0〜Q3、リセットトランジスタQRはオンとされ、セルブロックCB内のローカルビット線LBLの電位も、プレート線PLの電位と等しい。したがって、スタンバイ時、セルブロックCBの全てのメモリセルの強誘電体キャパシタC0〜C3の両端の電位はプレート線PLと同電位となり、強誘電体キャパシタC0〜C3には電圧が印加されない。
アクティブ時、リセット信号RSTがローレベルとされ、非選択セルのワード線WL0、WL2、WL3がローレベルとされる。選択セルのワード線WL1はハイレベルを維持する。よって、リセットトランジスタQRがオフとされ、非選択セルのセルトランジスタQ0、Q2、Q3がオフとされる。次いで、ブロック選択信号BSがハイレベルとされることにより、ブロック選択トランジスタQSがオンとされる。
この状態で、プレート線PLが内部電源電位Vaaに駆動される。なお、内部電源電位Vaaは、電源電位Vddから生成される電位であり、電源電位Vddを用いることも可能である。プレート線PLの駆動の結果、選択セルの強誘電体キャパシタC1のみの両端に電圧が印加されることにより、強誘電体キャパシタC1から“0”、または“1”の情報に応じた電位がローカルビット線LBLを介してビット線BLに読み出される。そして、ビット線BLに読み出された電位は、図示せぬセンスアンプにより増幅される。読み出された情報が“0”の場合、ビット線上の電位は、電位Vss(典型的には接地電位)に増幅される。読み出された情報が“1”の場合、ビット線BL上の電位は、内部電源電位Vaaに増幅される。
“0”情報の場合、ビット線BLが電位Vssであるため、プレート線PLが電位Vaaの間に、再書き込みが行われる。“1”情報の場合、ビット線BLが電位Vaaであるため、プレート線PLが電位Vssとされることにより、再書き込みがなされる。この後、ブロック選択信号BSがローレベルとされ、リセット信号RST、ワード線WL0、WL2、WL3がハイレベルとされることによりスタンバイ状態に移行する。
なお、スタンバイ時、リセット信号RSTおよびワード線WL0〜WL3は、比較的高い電位Vppとされているため、リセットトランジスタQRおよびセルトランジスタQ0〜Q3のゲート酸化膜に大きな電界が印加され、この部分の信頼性が問題となる。このため、図3に示すように、スタンバイ時は、リセット信号RSTおよびワード線WL0〜WL3を電位Vpp以下(例えば電位Vaa)とし、アクティブ時に選択セルトランジスタのワード線の電位をVppに上げる制御とすることが望ましい。以下の各実施形態においても同様である。
第2実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第1実施形態と同じ効果を得られる。
(第3実施形態)
第3実施形態は、第1実施形態(図1)の半導体集積回路装置のプレート線PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、プレート線PLの電位を1/2Vaaに固定した場合に関する。
図4は、本発明の第3実施形態を示しており、図1の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される場合を例に取り、以下に動作の説明をする。
図4に示すように、スタンバイ時の状態は、プレート線PLが1/2Vaaに駆動されていることを除いて、第2実施形態と同じである。アクティブ時、リセット信号RST、ワード線WL0、WL2、WL3がローレベルとされる。この状態でブロック選択信号BSがハイレベルとされることにより、強誘電体キャパシタC1の一端にプレート線PLの電位(=1/2Vaa)が印加され、他端にビット線BLの電位(=Vss)が印加される。よって、強誘電体キャパシタC1から、ビット線BLに情報が読み出され、次いでビット線BLの電位が、電位Vssまたは電位Vaaに増幅される。
“0”情報の場合、ビット線BLが電位Vssであり、プレート線PLの電位が1/2Vaaであるため、強誘電体キャパシタC1に“0”情報が再書き込みされる。“1”情報の場合、ビット線BLが電位Vaaであり、プレート線PLの電位が1/2Vaaであるため、強誘電体キャパシタC1に“1”情報が再書き込みされる。この後、ブロック選択信号BSがローレベルとされ、リセット信号RST、ワード線WL0、WL2、WL3がハイレベルとされることによりスタンバイ状態に移行する。
第3実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第1実施形態と同じ効果を得られる。さらに、第3実施形態によれば、プレート線PLには、電位がVssより高い電位が常に印加されるため、スタンバイ時、セルトランジスタQ0〜Q3のソースおよびドレインの電位はプレート線PLと同電位となる。よって、スタンバイ時、セルトランジスタQ0〜Q3に印加される電圧が下がり、セルトランジスタQ0〜Q3のゲート酸化膜に係る電界を緩和できる。この結果、半導体集積回路装置の信頼性が低下する問題を回避できる。
(第4実施形態)
第4実施形態は、第1実施形態(図1)の半導体集積回路装置のプレート線PLの駆動方法の一例に関する。
第1実施形態において記載したように、スタンバイ時、強誘電体キャパシタC0〜C3の両端は、同電位に設定される。このため、スタンバイ時にセルノードSN0〜SN3の電位が低下することにより強誘電体キャパシタC0〜C3が保持する“1”情報が破壊されることはない。したがって、スタンバイ時のプレート線PLの電位は、任意に設定することができる。第4実施形態は、この特徴を利用したものであり、第2実施形態の変形例である。
図5は、本発明の第4実施形態を示しており、図1の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される場合を例にとり、以下に動作の説明をする。
図5に示すように、スタンバイ時の状態は、プレート線PLが任意の電位、例えば電位refとされていることを除いて、第2実施形態と同じである。アクティブ時、リセット信号RST、ワード線WL0、WL2、WL3がローレベルとされ、ブロック選択信号BSがハイレベルとされる。この状態で、プレート線PLが内部電源電位Vaaへと駆動されることにより、強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される。“0”情報の場合、プレート線PLが駆動されている間に、再書き込みが行われる。“1”情報の場合、プレート線PLが電位Vssとされることにより、再書き込みが行われる。この後、この後、ブロック選択信号BSがローレベルとされ、リセット信号RST、ワード線WL0、WL2、WL3がハイレベルとされ、プレート線PLが電位refに駆動されることによりスタンバイ状態に移行する。
第4実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第1実施形態と同じ効果を得られる。また、第4実施形態によれば、スタンバイ中のプレート線PLの電位を電位Vssより高くしている。よって、スタンバイ時、セルトランジスタQ0〜Q3に印加される電圧が下がるため、セルトランジスタQ0〜Q3のゲート酸化膜に掛かる電界を緩和することにより、信頼性が低下する問題を回避できる。
(第5実施形態)
第5実施形態は、第1実施形態(図1)の半導体集積回路装置のプレート線PLの駆動方法の一例に関する。第5実施形態は、第4実施形態と同じ特徴を利用しており、第2実施形態の変形例である。
図6は、本発明の第5実施形態を示しており、図1の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される場合を例にとり、以下に動作の説明をする。
図6に示すように、スタンバイ時の状態は、プレート線PLが内部電源電位Vaaに駆動されていることを除いて、第2実施形態と同じである。アクティブ時、リセット信号RST、ワード線WL0、WL2、WL3がローレベルとされる。この状態で、ブロック選択信号BSがハイレベルとされることにより、強誘電体キャパシタC1の両端に電圧が印加され、強誘電体キャパシタC1からビット線BLに情報が読み出される。読み出された情報は、センスアンプにより増幅される。“0”情報の場合、プレート線PLが駆動されている間に、再書き込みが行われる。“1”情報の場合、プレート線PLが電位Vssとされることにより、再書き込みが行われる。この後、プレート線PLが駆動され、スタンバイ状態に移行する。この後、この後、ブロック選択信号BSがローレベルとされ、リセット信号RST、ワード線WL0、WL2、WL3がハイレベルとされ、プレート線PLが電位Vaaに駆動されることによりスタンバイ状態に移行する。
第5実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第1実施形態と第4実施形態とを合せた効果を得られる。
(第6実施形態)
第6実施形態は、フォールデッドビット線構成に関する。図7は、本発明の第6実施形態に係る半導体集積回路装置の回路構成を示している。図7に示すように、図1のセルブロックCBと同じ構成のセルブロックCB0、CB1がビット線/BL、BL(ビット線対)に対してそれぞれ設けられる。ビット線BL、/BLはセンスアンプSAと接続される。
セルトランジスタQ0〜Q3、強誘電体キャパシタC0〜C3、リセットトランジスタQR0、ブロック選択トランジスタQS0、ローカルビット線/LBLによりセルブロックCB0が構成される。セルトランジスタQ0〜Q3と強誘電体キャパシタC0〜C3とから構成されたメモリセルが並列接続され、各メモリセルは、プレート線/PLと、ローカルビット線/LBLとの間に接続される。プレート線/PLとローカルビット線/LBLとの間には、リセットトランジスタQR0が接続される。ローカルビット線/LBLとビット線/BLとの間には、ブロック選択トランジスタQS0が接続される。
セルトランジスタQ4〜Q7、強誘電体キャパシタC4〜C7、リセットトランジスタQR1、ブロック選択トランジスタQS1、ローカルビット線LBLによりセルブロックCB1が構成される。セルトランジスタQ4〜Q7と強誘電体キャパシタC4〜C7とから構成されたメモリセルが並列接続され、各メモリセルは、プレート線PLと、ローカルビット線LBLとの間に接続される。プレート線PLとローカルビット線LBLとの間には、リセットトランジスタQR1が接続される。ローカルビット線LBLとビット線BLとの間には、ブロック選択トランジスタQS1が接続される。
セルトランジスタQ0、Q4のゲートは、ワード線WL0と接続される。セルトランジスタQ1、Q5のゲートは、ワード線WL1と接続される。セルトランジスタQ2、Q6のゲートは、ワード線WL2と接続される。セルトランジスタQ3、Q7のゲートは、ワード線WL3と接続される。リセットトランジスタQR0、QR1はリセット信号RSTにより制御される。ブロック選択トランジスタQS0、QS1は、ブロック選択信号/BS、BSによりそれぞれ制御される。
次に、動作について説明する。各セルブロックCB0、CB1内の動作は、第1実施形態と同じである。セルブロックCB0内のメモリセルの読み出しの場合、ブロック選択トランジスタQS0のみオンとされ、ブロック選択トランジスタQS1はオフのままとされる。この状態で、プレート線/PLのみ駆動され、プレート線PLは駆動されない。この結果、ビット線/BLにセル情報が読み出される。ビット線BL上の電位は、参照電位として用いられる。ビット線/BL上の電位は、ビット線BL上の電位を用いてセンスアンプSAにより増幅される。セルブロックCB1内のメモリセルの読み出しの場合も同様である。
第6実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、フォールデッドビット線構成を採用することにより、センスアンプの面積の削減、メモリセルアレイのノイズを低減をしつつ、第1実施形態と同じ効果を得られる。
(第7実施形態)
第7実施形態は、第6実施形態(図7)の半導体集積回路装置のプレート線PL、/PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第2実施形態と同様に、プレート線PL、/PLのスタンバイ時の電位を電位Vss、駆動時の電位を内部電源電位Vaaとした場合に関する。動作に関しても、第6実施形態と第2実施形態とを組み合わせた形態と同じである。
図8は本発明の第7実施形態を示しており、図7の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される場合を例に取り、以下に動作の説明をする。
図8に示すように、スタンバイ時、リセット信号RST、ワード線WL0〜WL3はハイレベルとされ、ブロック選択信号BS、/BSはローレベルとされている。プレート線PL、/PLは電位Vssとされている。
アクティブ時、リセット信号RSTがローレベルとされ、非選択セルのワード線WL0、WL2、WL3がローレベルとされる。選択セルのワード線WL1はハイレベルを維持する。次いで、ブロック選択信号/BSがハイレベルとされることにより、ブロック選択トランジスタQS0がオンとされる。ブロック選択信号BSはローレベルを維持する。
この状態で、プレート線/PLが内部電源電位Vaaに駆動されることにより、強誘電体キャパシタC1からビット線/BLにセル情報が読み出される。プレート線PLは電位Vssを維持する。ビット線/BLに読み出された電位は、センスアンプSAにより増幅され、次いで、第2実施形態と同様に再書き込み動作が行われる。この後、リセット信号RST、ワード線WL0、WL2、WL3がハイレベルとされ、ブロック選択信号/BSがローレベルとされることによりスタンバイ状態に移行する。
第7実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第6実施形態と第2実施形態とを合せた効果を得られる。
(第8実施形態)
第8実施形態は、第6実施形態(図7)の半導体集積回路装置のプレート線PL、/PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第3実施形態と同様に、プレート線PL、/PLの電位を1/2Vaaに固定した場合に関する。
図9は、本発明の第8実施形態を示しており、図7の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される場合を例にとり、以下に動作の説明をする。
図9に示すように、スタンバイ時の状態は、プレート線PL、/PLが電位1/2Vaaに駆動されていることを除いて、第7実施形態と同様である。アクティブ時、リセット信号RST、ワード線WL0、WL2、WL3がローレベルとされる。この状態でブロック選択信号/BSがハイレベルとされることにより、ビット線/BLに情報が読み出される。ブロック選択信号BSは、ローレベルを維持する。続いてビット線/BL上の電位が増幅され、次いで、第3実施形態と同様にして再書き込み動作が行われ、次いで、第7実施形態と同様にしてスタンバイ状態に移行する。
第8実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第6実施形態と同じ効果を得られる。
(第9実施形態)
第9実施形態は、第6実施形態(図7)の半導体集積回路装置のプレート線PL、/PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第4実施形態と同様にプレート線PL、/PLが駆動される
図10は、本発明の第9実施形態を示しており、図7の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される場合を例に取り、以下に動作の説明をする。
図10に示すように、スタンバイ時の状態は、プレート線PL、/PLが電位refに駆動されていることを除いて、第7実施形態と同様である。アクティブ時、リセット信号RST、ワード線WL0、WL2、WL3がローレベルとされ、ブロック選択信号/BSがハイレベルとされる。ブロック選択信号BSはローレベルを維持する。この状態で、プレート線/PLが内部電源電位Vaaへと駆動されることにより、強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される。プレート線PLは、電位refを維持する。続いて、ビット線/BL上の電位が増幅され、次いで、第4実施形態と同様にして再書き込み動作が行われ、次いで、第7実施形態と同様にしてスタンバイ状態に移行する。
第9実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第6実施形態と第4実施形態とを合せた効果を得られる。
(第10実施形態)
第10実施形態は、第6実施形態(図7)の半導体集積回路装置のプレート線PL、/PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第5実施形態と同様にプレート線PL、/PLが駆動される。
図11は、本発明の第10実施形態を示しており、図7の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される場合を例にとり、以下に動作の説明をする。
図11に示すように、スタンバイ時の状態は、プレート線PL、/PLが内部電源電位Vaaに駆動されていることを除いて、第7実施形態と同様である。アクティブ時、リセット信号RST、ワード線WL0、WL2、WL3がローレベルとされる。この状態で、ブロック選択信号/BSがハイレベルとされることにより、強誘電体キャパシタC1からビット線/BLに情報が読み出される。ブロック選択信号BSはローレベルを維持し、プレート線PLは内部電源電位Vaaを維持する。続いて、ビット線/BL上の電位が増幅され、次いで、第5実施形態と同様にして再書き込み動作が行われ、次いで、第7実施形態と同様にしてスタンバイ状態に移行する。
第10実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第6実施形態と第5実施形態とを合せた効果を得られる。
(第11実施形態)
第11実施形態は、第6実施形態(図7)の構成に加え、プレート線/PLが、ビット線/BLと接続される2つのセルブロックにより共用される。同様に、プレート線PLもビット線BLと接続される2つのセルブロックにより共用される。
図12は、本発明の第11実施形態に係る半導体集積回路装置の回路構成を示している。図12に示すように、図1のセルブロックCBと同様のセルブロックCB2、CB3がビット線/BL、BLに対してそれぞれ設けられる。
セルブロックCB0、CB1は、それぞれ、ローカルビット線/LBLがローカルビット線/LBL0とされ、ローカルビット線LBLがローカルビット線LBL0とされた以外は、図7と同じである。選択トランジスタQR0、QR1はリセット信号RST0により制御される。ブロック選択トランジスタQS0、QS1は、ブロック選択信号/BS0、BS0によりそれぞれ制御される。
セルトランジスタQ8〜Q11、強誘電体キャパシタC8〜C11、リセットトランジスタQR2、ブロック選択トランジスタQS2、ローカルビット線/LBL1によりセルブロックCB2が構成される。セルトランジスタQ8〜Q11と強誘電体キャパシタC8〜C11とから構成されたメモリセルが並列接続され、各メモリセルは、プレート線/PLと、ローカルビット線/LBL1との間に接続される。プレート線/PLとローカルビット線/LBL1との間には、リセットトランジスタQR2が接続される。ローカルビット線/LBL1とビット線/BLとの間には、ブロック選択トランジスタQS2が接続される。
セルトランジスタQ12〜Q15、強誘電体キャパシタC12〜C15、リセットトランジスタQR3、ブロック選択トランジスタQS3、ローカルビット線LBL1によりセルブロックCB3が構成される。セルトランジスタQ12〜Q15と強誘電体キャパシタC12〜C15とから構成されたメモリセルが並列接続され、各メモリセルは、プレート線PLと、ローカルビット線LBL1との間に接続される。プレート線PLとローカルビット線LBL1との間には、リセットトランジスタQR3が接続される。ローカルビット線LBL1とビット線BLとの間には、ブロック選択トランジスタQS3が接続される。
セルトランジスタQ8、Q12のゲートは、ワード線WL4と接続される。セルトランジスタQ9、Q13のゲートは、ワード線WL5と接続される。セルトランジスタQ10、Q14のゲートは、ワード線WL6と接続される。セルトランジスタQ11、Q15のゲートは、ワード線WL7と接続される。選択トランジスタQR2、QR3はリセット信号RST1により制御される。ブロック選択トランジスタQS2、QS3は、ブロック選択信号/BS1、BS1によりそれぞれ制御される。
次に、図12の半導体集積回路装置の動作について説明する。各セルブロックCB0〜CB3内の動作は、第1実施形態と同様である。アクティブ時、セルブロックCB0内のメモリセルの読み出しの場合、リセットトランジスタQR0(およびQR1)がオフとされるとともに、非選択セルのセルトランジスタがオフとされる。リセットトランジスタQR2(およびQR3)はオンのままとされる。
次に、ブロック選択トランジスタQS0のみオンとされ、ブロック選択トランジスタQS1〜QS3はオフのままとされる。この状態で、プレート線/PLのみ駆動され、プレート線PLは駆動されない。この結果、ビット線/BLにセル情報が読み出される。ビット線/BL上の電位は、ビット線BL上の電位を参照電位として用いて、センスアンプSAにより増幅される。セルブロックCB1〜CB3内のメモリセルの読み出しの場合も同様である。
第11実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第1実施形態と同じ効果を得られる。なお、セルブロックCB0内の強誘電体キャパシタから情報が読み出される場合、プレート線/PLが駆動されるため、非選択のセルブロックCB2内の強誘電体キャパシタC8〜C11にもプレート線/PLの電位が印加される。しかしながら、リセットトランジスタQR2、およびセルトランジスタQ8〜Q11により、強誘電体キャパシタC8〜C11の両端は同一電位にショートされている。このため、強誘電体キャパシタC8〜C11の情報は破壊されない。
また、第11実施形態によれば、プレート線PL、/PLが複数のセルブロックにより共用されている。このため、プレート線PL、/PLの面積の低減、抵抗値の低減が可能となる。この結果、プレート線駆動回路DPLの駆動能力を第1〜第10実施形態以上に向上でき、また、プレート線駆動回路DPLの占有面積の削減を実現できる。
(第12実施形態)
第12実施形態は、第11実施形態(図12)の半導体集積回路装置のプレート線PL、/PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第2実施形態と同様に、プレート線PL、/PLのスタンバイ時の電位を電位Vss、駆動時の電位を内部電源電位Vaaとした場合に関する。動作に関しても、第11実施形態と第2実施形態とを組み合わせた形態と同じである。
図13は本発明の第12実施形態を示しており、図12の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される場合を例に取り、以下に動作の説明をする。
図13に示すように、スタンバイ時、リセット信号RST0、RST1、ワード線WL0〜WL7はハイレベルとされ、ブロック選択信号BS0、/BS0、BS1、/BS1はローレベルとされている。プレート線PL、/PLは電位Vssとされている。
アクティブ時、リセット信号RST0、非選択セルのワード線WL0、WL2、WL3がローレベルとされる。リセット信号RST1、選択セルのワード線WL1、非選択のセルブロックCB2、CB3のワード線WL4〜WL7はハイレベルを維持する。次いで、ブロック選択信号/BS0がハイレベルとされることにより、ブロック選択トランジスタQS0がオンとされる。ブロック選択信号BS0、/BS1、BS1はローレベルを維持する。
この状態で、プレート線/PLが内部電源電位Vaaに駆動されることにより、強誘電体キャパシタC1からビット線/BLにセル情報が読み出される。プレート線PLは電位Vssを維持する。ビット線/BLに読み出された電位は、センスアンプSAにより増幅され、次いで、第2実施形態と同様に再書き込み動作が行われる。この後、リセット信号RST0、RST1、ワード線WL0、WL2、WL3がハイレベルとされ、ブロック選択信号/BS0がローレベルとされることによりスタンバイ状態に移行する。
第12実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第11実施形態と第2実施形態とを合せた効果を得られる。
(第13実施形態)
第13実施形態は、第11実施形態(図12)の半導体集積回路装置のプレート線PL、/PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第3実施形態と同様に、プレート線PL、/PLの電位を1/2Vaaに固定した場合に関する。
図14は、本発明の第13実施形態を示しており、図12の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される場合を例にとり、以下に動作の説明をする。
図14に示すように、スタンバイ時の状態は、プレート線PL、/PLが電位1/2Vaaに駆動されていることを除いて、第12実施形態と同様である。アクティブ時、リセット信号RST0、非選択セルのワード線WL0、WL2、WL3がローレベルとされる。この状態でブロック選択信号/BS0がハイレベルとされることにより、ビット線/BLに情報が読み出される。次いでビット線/BL上の電位が増幅される。ワード線WL4〜WL7はハイレベルを維持し、ブロック選択信号BS0、BS1、/BS1はローレベルを維持する。続いて、ビット線/BL上の電位が増幅され、次いで、第3実施形態と同様にして再書き込み動作が行われ、次いで、第12実施形態と同様にしてスタンバイ状態に移行する。
第13実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第11実施形態と第3実施形態とを合せた効果を得られる。
(第14実施形態)
第14実施形態は、第11実施形態(図12)の半導体集積回路装置のプレート線PL、/PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第4実施形態と同様にプレート線PL、/PLが駆動される
図15は、本発明の第14実施形態を示しており、図12の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される場合を例に取り、以下に動作の説明をする。
図15に示すように、スタンバイ時の状態は、プレート線PL、/PLの電位が電位refに駆動されていることを除いて、第12実施形態と同様である。アクティブ時、リセット信号RST0、非選択セルのワード線WL0、WL2、WL3がローレベルとされ、ブロック選択信号/BS0がハイレベルとされる。この状態で、プレート線/PLが内部電源電位Vaaへと駆動されることにより、強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される。ワード線WL4〜WL7はハイレベルを維持し、ブロック選択信号BS0、BS1、/BS1はローレベルを維持し、プレート線PLは、電位refを維持する。続いて、ビット線/BL上の電位が増幅され、次いで、第4実施形態と同様にして再書き込み動作が行われ、次いで、第12実施形態と同様にしてスタンバイ状態に移行する。
第14実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第11実施形態と第4実施形態とを合せた効果を得られる。
(第15実施形態)
第15実施形態は、第11実施形態(図12)の半導体集積回路装置のプレート線PL、/PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第5実施形態と同様にプレート線PL、/PLが駆動される。
図16は、本発明の第15実施形態を示しており、図12の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される場合を例にとり、以下に動作の説明をする。
図16に示すように、スタンバイ時の状態は、プレート線PL、/PLが内部電源電位Vaaに駆動されていることを除いて、第12実施形態と同様である。アクティブ時、リセット信号RST0、非選択セルのワード線WL0、WL2、WL3がローレベルとされる。この状態で、ブロック選択信号/BS0がハイレベルとされることにより、強誘電体キャパシタC1からビット線/BLに情報が読み出される。ワード線WL4〜WL7はハイレベルを維持し、ブロック選択信号BS0、BS1、/BS1はローレベルを維持し、プレート線PLは内部電源電位Vaaを維持する。続いて、ビット線/BL上の電位が増幅され、次いで、第5実施形態と同様にして再書き込み動作が行われ、次いで、第12実施形態と同様にしてスタンバイ状態に移行する。
第15実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第11実施形態と第5実施形態とを合せた効果を得られる。
(第16実施形態)
第16実施形態は、第1実施形態(図1)の半導体集積回路装置の構造に関する。図17は、本発明の第16実施形態を示しており、図1の半導体集積回路装置に適用可能な、セルブロックの断面構造を概略的に示している。図17に示すように、半導体基板subの表面に、相互に距離を有してソース/ドレイン領域(アクティブ領域)SD1〜SD9が形成される。ソース/ドレイン領域(拡散層)SD1とSD2との間の半導体基板sub上には、ゲート絶縁膜(図示せぬ)を介してゲート電極(ブロック選択信号線)BSが設けられる。同様に、ソース/ドレイン領域SD2、SD3間、SD4、SD5間、SD5、SD6間、SD7、SD8間の半導体基板sub上方に、ゲート電極(ワード線)WL0、WL1、WL2、WL3がそれぞれ設けられる。ソース/ドレイン領域SD8、SD9間の半導体基板sub上方に、ゲート電極(リセット信号線)RSTが設けられる。各ゲート電極と、隣接する2つのソース/ドレイン領域により、セルトランジスタQR、ブロック選択トランジスタQS、セルトランジスタQ0〜Q3が構成される。
ゲート電極WL0〜WL3上方には、ローカルビット線LBLが設けられる。ローカルビット線LBLは、コンタクトP1を介してソース/ドレイン領域SD2、SD5、SD8と電気的に接続される。ローカルビット線LBLの上方には、強誘電体キャパシタC0〜C3が設けられる。強誘電体キャパシタC0〜C3は、それぞれ、下部電極BE、強誘電体膜FC、上部電極TEから構成される。強誘電体キャパシタC0〜C3の各下部電極BEは、コンタクトP2を介して、ソース/ドレイン領域SD3、SD4、SD6、SD7と電気的に接続される。コンタクトP2は、コンタクトP1と異なる面(コンタクトP1の手前または奥)に設けられる。
強誘電体キャパシタC0〜C3の各上部電極TEは、コンタクトP3を介して、上部電極TEの上方に設けられたプレート線PLと電気的に接続される。プレート線PLは、コンタクトP4を介してソース/ドレイン領域SD9と電気的に接続される。
プレート電極PLの上方には、ビット線BLが設けられる。ビット線BLは、コンタクトP5を介してソース/ドレイン領域SD1と電気的に接続される。
第16実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第1実施形態の半導体集積回路装置のセルブロックCBを実現できる。また、ビット線BLの延在方向において3F、ワード線WL0〜WL3の延在方向においてほぼ2Fの6F2のセルサイズを実現できる。
(第17実施形態)
第17実施形態は、第16実施形態に適用可能なレイアウトに関する。図18、図19は、本発明の第17実施形態を示しており、図17の半導体集積回路装置に適用可能なレイアウトを示している。図18、図19のXVII−XVII線に沿った断面図が、図17に相当する。
図18、図19に示すように、アクティブ領域AA1は、略V字形状を有する。V字の各辺が、ゲート電極BS、WL0をそれぞれ横切るように位置する。V字形状の頂点(2辺のそれぞれの一端)に、ソース/ドレイン領域SD2が形成され、この位置にコンタクトP1が形成される。2辺のそれぞれの他端にソース/ドレイン領域SD1、SD3が形成され、これらの位置にコンタクトP2、P5がそれぞれ形成される。アクティブ領域AA1は、V字形状に限られず、ソース/ドレイン領域SD1およびSD3と、ソース/ドレイン領域SD2と、のゲート電極の延在方向に沿った軸の上の座標の値が異なれば、どのような形状でも構わない。
また、アクティブ領域AA2も、ゲート電極WL1、WL2に対して、アクティブ領域AA1と同様に形成される。アクティブ領域AA2の頂点にソース/ドレイン領域SD5が形成され、この位置にコンタクトP1が形成される。アクティブ領域AA2の2辺の他端にソース/ドレイン領域SD4、SD6がそれぞれ形成され、これらの位置にコンタクトP2がそれぞれ形成される。
また、アクティブ領域AA3が、ゲート電極WL3、RSTに対してアクティブ領域AA1と同様に形成される。アクティブ領域AA3の頂点にソース/ドレイン領域SD8が形成され、この位置にコンタクトP1が形成される。アクティブ領域AA3の2辺の他端にソース/ドレイン領域SD7、SD9がそれぞれ形成され、これらの位置にコンタクトP2、P4がそれぞれ形成される。
第17実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、図17の半導体集積回路装置を実現でき、また第16実施形態と同じ効果を得られる。
(第18実施形態)
第18実施形態は、第6実施形態(図7)、第11実施形態(図12)の半導体集積回路装置の構造に関する。図20は、本発明の題18実施形態を示しており、図7、図12の半導体集積回路装置に適用可能な、セルブロックCB0の断面構造を概略的に示している。セルブロックCB1〜CB3も同様の構造によりに実現される。
図20に示すように、図17の半導体集積回路装置とは、プレート線PL、/PLの構造、およびブロック選択トランジスタQS1が追加されたことが異なる。すなわち、半導体基板subの表面に、ソース/ドレイン領域SD1と距離を有してソース/ドレイン領域SD0が形成される。ソース/ドレイン領域SD0、SD1間の半導体基板sub上方にゲート絶縁膜(図示せぬ)を介してゲート電極(ブロック選択信号線)BS1が設けられる。ソース/ドレイン領域SD0、SD1、ゲート電極BS1により、ブロック選択トランジスタQS1が構成される。
ゲート電極BS1の上方には、配線層M1が設けられる。配線層M1は、コンタクトP5を介してソース/ドレイン領域SD1と電気的に接続される。ビット線/BLは、コンタクトP6を介してソース/ドレイン領域SD0と電気的に接続される。
図17のプレート線PLの代わりに配線層M2が設けられる。配線層M2は、コンタクトP7を介して、ビット線/BLの上方に設けられたプレート線/PLと電気的に接続される。
図20のセルブロックCB0と同様の構成のセルブロックCB1が設けられた場合、セルブロックCB1の配線層M2は、コンタクトP7を介してプレート線PLと電気的に接続される。
プレート線/PLと同じ層(レベル)には、シャント(shunt)用の配線層RST、WL0〜WL3、BS0、BS1が設けられる。これらのシャント用属配線層RST、WL0〜WL3、BS0、BS1により、トランジスタのゲート電極RST、WL0〜WL3、BS0、BS1の抵抗による信号の遅延を緩和することができる。例えば、シャント用配線層RST、WL0〜WL3、BS0、BS1は、ゲート電極と同方向に延在し、延在方向において一定の間隔を有して対応する(同じ参照符号の)ゲート電極と電気的に接続される(図示せぬ)。
また、シャント用の金属配線と同じ層には、階層ワード線方式を実現するためのメインブロック選択トランジスタ配線MBSが設けられる。
シャント用配線と階層ワード線方式のいずれかを用いた構成とすることももちろん可能である。
なお、本実施形態および以下の実施形態のうち構造に関するものにおいて、各トランジスタはフィールドトランジスタにより形成された場合を示しているが、STI(Shallow Trench Isolation)によって形成することも可能である。
第18実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第6、11実施形態の半導体集積回路装置のセルブロックCB0〜CB3を実現でき、フォールデッドビット線構成を実現できる。
(第19実施形態)
第19実施形態は、第18実施形態に適用可能なレイアウトに関する。図21、図22は、本発明の第19実施形態を示しており、図20の半導体集積回路装置に適用可能なレイアウトを示している。図21、図22のXX−XX線に沿った断面図が、図20に相当する。
図21、図22は、アクティブ領域AA0、コンタクトP6が付加されたことを除いて図18、図19と同じである。アクティブ領域AA1と距離を有して、アクティブ領域AA0が形成され、この位置にコンタクトP6が形成される。なお、第17実施形態と同様に、アクティブ領域AA1〜AA3の形状は、略V字形状に限られない。
第19実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、図20の半導体集積回路装置を実現でき、また第18実施形態と同じ効果を得られる。
(第20実施形態)
第20実施形態は、半導体集積回路装置の構造に関する。第18実施形態では、プレート線PL、/PLは、ビット線/BLの上の階層に設けられ、配線層M2を介在して強誘電体キャパシタC0〜C3と電気的に接続される。これに対して、第20実施形態では、第16実施形態と同様に、プレート線PL、/PLが配線層M2の階層に設けられる。
図23は、本発明の第20実施形態を示しており、図7、図12の半導体集積回路装置に適用可能なセルブロックCB0の断面構造を概略的に示している。図23に示すように、図20の半導体集積回路装置とは、配線層M2がプレート線/PLとされていること、およびプレート線/PLと同じ階層にプレート線PLが設けられていることが異なる。プレート線PLは、図23と異なる平面において、例えばプレート線/PLと同じ方向に延在し、セルブロックCB1(図示せぬ)の上部電極TEとコンタクトP3を介して電気的に接続される。
第20実施形態によれば、図17の構造に、さらに上層の配線層を付加することなく、フォールデッドビット線構成を実現できる。
(第21実施形態)
第21実施形態は、第20実施形態に適用可能なプレート線PL、/PLの形状に関する。図24は、本発明の第21実施形態を示しており、図23の半導体集積回路装置に適用可能なプレート線PL、/PLの平面形状を示している。図24に示すように、プレート線PL、/PLは、略櫛形状を有する。プレート線PL、/PLの櫛形状の歯に相当する部分が、図23で図面の横方向に延在するプレート線PL、/PLの位置に設けられる。プレート線PL、/PLは、図24の横方向においてセルブロック2つに亘り、歯に相当する部分のほぼ中央にコンタクトP4が形成される。
第21実施形態によれば、第20実施形態と同じ効果を得られる。
(第22実施形態)
第22実施形態は、半導体集積回路装置の構造に関する。第16〜第20実施形態では、ローカルビット線LBL(ローカルビット線/LBL、LBL0)は、ゲート電極WL0〜WL3上方に設けられた配線層により実現される。これに対し、第22実施形態では、アクティブ領域により実現される。
図25は、本発明の第22実施形態を示しており、図7、図12の半導体集積回路装置に適用可能な、セルブロックの断面構造を概略的に示している。図25に示すように、ローカルビット線/LBL(0)、およびコンタクトP1が設けられていない。ソース/ドレイン領域SD2、SD5、SD8は、図25と異なる面(すなわち、手前または奥の面)のアクティブ領域によって相互に接続されている。これにより、ソース/ドレイン領域SD2、SD5、SD8が電気的に接続される。
第22実施形態によれば、ローカルビット線/LBLがアクティブ領域により実現されている。このため、ローカルビット線/LBLとして機能する配線層を設ける必要がない。よって、半導体集積回路装置の製造コストを低く抑えながら、第20実施形態と同じ効果を得られる。
(第23実施形態)
第23実施形態は、第22実施形態に適用可能なレイアウトに関する。図26は、本発明の第23実施形態を示しており、図25の半導体集積回路装置に適用可能なレイアウトを示している。図26に示すように、アクティブ領域AA4は、第1部分と第2部分とを有する。第1部分は、ゲート電極BS0、WL0〜WL3、RSTを横切る。第2部分は、第1部分から第1部分ゲート電極BS0、WL0〜WL3、RSTの延在方向に伸びた後、第1部分と同方向に延在し、ゲート電極WL0〜WL3を横切る。第1部分の両端は、ソース/ドレイン領域SD1、SD9に対応する。第2部分のうち、ゲート電極WL0の両側は、ソース/ドレイン領域SD2、SD3に対応する。ゲート電極WL1の両側は、ソース/ドレイン領域SD4、SD5に対応し、ゲート電極WL2の両側は、ソース/ドレイン領域SD5、SD6に対応する。ゲート電極WL3の両側は、ソース/ドレイン領域SD7、SD8に対応する。
第23実施形態によれば、ソース/ドレイン領域SD2、SD5、SD8は、アクティブ領域AA4の第1部分により電気的に接続される。よって、第22実施形態と同じ効果を得られる。
(第24実施形態)
第24実施形態は、第1実施形態(図1)の変形例に関わる。図27は、本発明の第24実施形態に係る半導体集積回路装置の回路構成を示している。図27に示すように、リセットトランジスタQRの一端(ローカルビット線LBLと接続された端部と反対の端部)が、第1電源VPR1と接続されている。スタンバイ時、この第1電源はプレート線PLの電位と等しくされることにより、第1実施形態と同じ状態を得られる。その他の構成、動作については、第1実施形態と同じである。
第24実施形態によれば、第1実施形態と同じ効果を得られる。
(第25実施形態)
第25実施形態は、第24実施形態(図27)の半導体集積回路装置のプレート線PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第2実施形態と同様に、プレート線PLのスタンバイ時の電位を電位Vss、駆動時の電位を内部電源電位Vaaとした場合に関する。
図28は本発明の第25実施形態を示しており、図27の半導体集積回路装置の動作を示している。スタンバイ時、第1電源VPR1は電位Vssとされる。この状態で、第2実施形態と同様の動作が行われる。
第25実施形態によれば、第2実施形態と同じ効果を得られる。
(第26実施形態)
第26実施形態は、第6実施形態(図7)と第24実施形態(図27)とを組み合わせた構成を有する。図29は、本発明の第26実施形態に係る半導体集積回路装置の回路構成を示している。図29に示すように、第6実施形態(図7)の構成において、第24実施形態と同様、リセットトランジスタQR0、QR1の一端(ローカルビット線/LBL、LBLとそれぞれ接続された端部と反対の端部)は第1電源VPR1と接続される。スタンバイ時、第1電源VPR1の電位がプレート線PLの電位と等しくされることにより、第6実施形態と同じ状態を得られる。その他の構成、動作については、第6実施形態と同じである。
第26実施形態によれば、第6実施形態と同じ効果を得られる。
(第27実施形態)
第27実施形態は、第26実施形態(図29)の半導体集積回路装置のプレート線PL、/PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第2実施形態と同様に、プレート線PL、/PLのスタンバイ時の電位を電位Vss、駆動時の電位を内部電源電位Vaaとした場合に関する。
図30は本発明の第27実施形態を示しており、図29の半導体集積回路装置の動作を示している。スタンバイ時、第1電源VPR1の電位はVssとされる。この状態で、第2、第7実施形態と同様の動作が行われる。
第27実施形態によれば、第26実施形態と2実施形態とを合せた効果を得られる。
(第28実施形態)
第28実施形態は、第26実施形態(図29)の半導体集積回路装置のプレート線PL、/PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第3実施形態と同様に、プレート線PL、/PLの電位を1/2Vaaに固定した場合に関する。
図31は本発明の第28実施形態を示しており、図29の半導体集積回路装置の動作を示している。スタンバイ時、第1電源VPR1の電位は1/2Vaaとされる。この状態で、第3、第8実施形態と同様の動作が行われる。
第28実施形態によれば、第26実施形態と3実施形態とを合せた効果を得られる。
(第29実施形態)
第29実施形態は、第26実施形態(図29)の半導体集積回路装置のプレート線PL、/PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第4実施形態と同様に、プレート線PL、/PLが駆動される。
図32は本発明の第29実施形態を示しており、図29の半導体集積回路装置の動作を示している。スタンバイ時、第1電源VPR1の電位はrefに駆動されている。この状態で、第4、第9実施形態と同様の動作が行われる。
第29実施形態によれば、第26実施形態と4実施形態とを合せた効果を得られる。
(第30実施形態)
第30実施形態は、第26実施形態(図29)の半導体集積回路装置のプレート線PL、/PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第5、第10実施形態と同様にプレート線PL、/PLが駆動される。
図33は本発明の第30実施形態を示しており、図29の半導体集積回路装置の動作を示している。スタンバイ時、第1電源電位VPRは内部電源電位Vaaに駆動されている。この状態で、第5、第10実施形態と同様の動作が行われる。
第30実施形態によれば、第26実施形態と5実施形態とを合せた効果を得られる。
(第31実施形態)
第31実施形態では、リセットトランジスタが設けられない。図34は、本発明の第31実施形態に係る半導体集積回路装置の回路構成を示している。図34に示すように、図1の回路構成からリセットトランジスタQRが除かれた構成のセルブロックCB0、CB2が、ビット線BLに接続されている。各強誘電体キャパシタC0〜C3、C8〜C12の一端は、プレート線PLと接続される。次に、強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される場合を例にとり、以下に動作の説明をする。
スタンバイ時、プレート線PLおよびビット線BLには、同電位(電位Vss)が印加されている。この状態で、スタンバイ状態の間、セルトランジスタQ0〜Q3、Q8からQ11、およびブロック選択トランジスタQS0、QS2はオンとされる。したがって、強誘電体キャパシタC0〜C3、C8〜C11の両端は同電位とされる。
アクティブ時、非選択セルブロックCB2のブロック選択トランジスタQS2がオフとされ、選択セルブロックCB0内の選択セル以外のセルトランジスタQ0、Q2、Q3がオフとされる。次に、プレート線PLが駆動されることにより、選択セルの強誘電体キャパシタC1のみから情報が読み出される。この後、ビット線BL上の電位の増幅、再書き込みが、第1実施形態と同様に行われる。
第31実施形態によれば、第1実施形態と同じ効果を得られる。
(第32実施形態)
第32実施形態は、第31実施形態(図34)の半導体集積回路装置のプレート線PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第2実施形態と同様に、プレート線PLのスタンバイ時の電位を電位Vss、駆動時の電位を内部電源電位Vaaとした場合に関する。
図35は、本発明の第32実施形態を示しており、図34の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC1から情報を読み出す場合を例に取り、以下に、動作の説明をする。
図35に示すように、スタンバイ時、ワード線WL0〜WL7、ブロック選択信号BS0、BS1はハイレベルとされている。アクティブ時、選択セルブロックCB0内の選択セル以外のセルトランジスタのワード線WL0、WL2、WL3がローレベルとされる。次に、非選択セルブロックCB1のブロック選択信号BS1がローレベルとされる。選択されたセルブロックCB0のブロック選択信号BS0はハイレベルのままとされる。この状態で、プレート線PLが内部電源電位Vaaに駆動されることにより、強誘電体キャパシタC1からビット線BLにセル情報が読み出される。この後、ビット線BL上の電位の増幅、再書き込みが、第1実施形態と同様に行われる。そして、ワード線WL0、WL2、WL3、ブロック選択信号BS1がハイレベルとされることにより、スタンバイ状態へ移行する。
第32実施形態によれば、第31実施形態と同じ効果を得られる。
(第33実施形態)
第33実施形態は、第6実施形態(図7)の構成に加え、ビット線BL、/BLの電位を増幅する増幅部が設けられた構成に関する。図36は、本発明の第33実施形態に係る半導体集積回路装置の回路構成を示している。図36に示すように、増幅トランジスタQA0、QA1が、セルブロックCB0(CB1)内に設けられる。増幅トランジスタQA0の一端はビット線BLと接続され、他端は第2電源VPR2と接続され、ゲートはローカルビット線/LBLと接続される。増幅トランジスタQA1の一端はビット線/BLと接続され、他端は第2電源VPR2と接続され、ゲートはローカルビット線LBLと接続される。増幅トランジスタQA1の他端を第3電源と接続し、第3電源が第2電源と同じ電位となるように制御することも可能である。
次に、動作について説明する。スタンバイ時の状態は、第6実施形態と同じである。アクティブ時、リセットトランジスタQR0、QR1、セルトランジスタQ0、Q2、Q3、Q4、Q6、Q7がオフとされる。この状態で、セルブロックCB0内のセルから情報が読み出される場合、プレート線/PLのみ駆動され、プレート線PLは駆動されない。この結果、ローカルビット線/LBLにセル情報が読み出される。
ローカルビット線/LBLに読み出された電位が増幅トランジスタQA0のゲートに供給され、増幅トランジスタQA0によって増幅される。この結果、ローカルビット線/LBLに読み出された電位の反転データが増幅された信号がビット線BL上に現れる。ビット線BL上の電位、およびビット線/BL上の参照電位がセンスアンプSAにより増幅される。
センスアンプSAによる増幅後、選択セルブロックのブロック選択トランジスタQS0がオンとされる。この結果、ビット線/BLの電位が、ブロック選択トランジスタQS0を介して、ローカルビット線/LBLに転送される。よって、ビット線/BLの正論理の情報が、選択セルの強誘電体キャパシタに再書き込みされる。すなわち、第1実施形態と同様に、読み出された情報が“0”データの場合、プレート線/PLの電位がハイレベルの状態でデータが強誘電体キャパシタC1に書き戻される。“1”データの場合、プレート線/PLの電位がローレベルとされた後、書き戻される。
一方、セルブロックCB1内のセルから情報が読み出される場合、読み出された電位が増幅トランジスタQA1のゲートに入力され、増幅トランジスタQA1によって増幅される。この結果、読み出された電位の反転データが増幅された信号がビット線/BL上に現れ、次いで、ビット線BL、/BL上の電位がセンスアンプSAにより増幅される。
センスアンプSAによる増幅後、選択セルブロックのブロック選択トランジスタQS1がオンとされることにより、ローカルビット線LBLの電位が、ビット線BLと同電位とされる。よって、ビット線BLの正論理の情報が、選択セルの強誘電体キャパシタに再書き込みされる。
第33実施形態によれば、第6実施形態と同じ効果を得られる。さらに、第33実施形態によれば、ローカルビット線LBL、/LBL上の読み出し電位を増幅する増幅トランジスタQA0、QA1が設けられる。よって、ローカルビット線LBL、/LBLの小さい負荷容量で強誘電体キャパシタが分極反転するため、強誘電体キャパシタが小さい場合でも読み出し信号を確保できる。
(第34実施形態)
第34実施形態は、第33実施形態(図36)の半導体集積回路装置のプレート線PL、/PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第2実施形態と同様に、プレート線PL、/PLのスタンバイ時の電位を電位Vss、駆動時の電位を内部電源電位Vaaとした場合に関する。
図37は本発明の第34実施形態を示しており、図36の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC1から情報を読み出す場合を例に取り、以下に、動作の説明をする。
図37に示すように、スタンバイ時、リセット信号RST、ワード線WL0〜WL3はハイレベル(電位Vaa)とされ、ブロック選択信号BS、/BSはローレベルとされ、プレート線PL、/PLは電位Vssとされている。よって、ローカルビット線/LBLはローレベルとされ、強誘電体キャパシタC0〜C3の両端は同電位とされている。ローカルビット線LBLも同様である。
アクティブ時、リセット信号RST、および非選択セルのワード線WL0、WL2、WL3がローレベルとされ、選択セルのワード線WL1が電位Vppとされる。この状態で、プレート線PLが内部電源電位Vaaに駆動されることにより、ローカルビット線/LBLに強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される。この読み出された電位が増幅トランジスタQA0によって増幅され、この結果、ローカルビット線/LBLに読み出された電位の反転データが増幅された信号がビット線BL上に現れる。ビット線BL、/BL上の電位はセンスアンプSAにより増幅される。
増幅後、ブロック選択信号/BSがハイレベルとされる。この結果、ビット線/BLの電位が、ローカルビット線/LBLに転送されることにより強誘電体キャパシタC1に再書き込みされる。この後、リセット信号RST、ワード線WL0、WL2、WL3がハイレベルとされ、ブロック選択信号/BSがローレベルとされることにより、スタンバイ状態へ移行する。
第34実施形態によれば、第33実施形態と第2実施形態とを合せた効果を得られる。
(第35実施形態)
第35実施形態は、第33実施形態(図36)と第24実施形態(図27)とを組み合わせた構成を有する。図38は、本発明の第35実施形態に係る半導体集積回路装置の回路構成を示している。図38に示すように、第33実施形態の構成において、第24実施形態と同様に、リセットトランジスタQR0、QR1の一端は、第1電源VPR1と接続される。スタンバイ時、第1電源VPR1の電位がプレート線PLの電位と等しくされる。この結果、第34実施形態と同じ状態を得られる。その他の構成、動作については、第34実施形態と同じである。
第35実施形態によれば、第34実施形態と同じ効果を得られる。
(第36実施形態)
第36実施形態は、第35実施形態(図38)の半導体集積回路装置のプレート線PL、/PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第2実施形態と同様に、プレート線PL、/PLのスタンバイ時の電位を電位Vss、駆動時の電位を内部電源電位Vaaとした場合に関する。
図39は本発明の第36実施形態を示しており、図38の半導体集積回路装置の動作を示している。図39に示すように、スタンバイ時、第1電源VPR1は電位Vssとされる。この状態で、第34実施形態と同様の動作が行われる。
第36実施形態によれば、第35実施形態と第2実施形態とを合せた効果を得られる。
(第37実施形態)
第37実施形態は、第1〜第36実施形態、および後述の第41〜第66実施形態に係る半導体集積回路装置の適用例に関する。図40は、本発明の第37実施形態に係るデジタル加入者線用モデムのデータパス部分を示すブロック図である。図40に示すように、このモデムは、プログラマブルデジタルシグナルプロセッサ(DSP:Digital Signal Processor)100、アナログ−デジタル(A/D)コンバータ110、デジタル−アナログ(D/A)コンバータ120、送信ドライバ130、および受信機増幅器140などを含んでいる。
図40では、バンドパスフィルタが省略されている。その代わりに回線コードプログラム(DSPで実行される、コード化された加入者回線情報、伝送条件等(回線コード;QAM、CAP、RSK、FM、AM、PAM、DWMT等)に応じてモデムを選択、動作させるためのプログラム)を保持するための種々のタイプのオプションのメモリが設けられる。このメモリとして、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態の半導体集積回路装置(FeRAM)170を示している。
なお、本実施形態では、回線コードプログラムを保持するためのメモリとして半導体集積回路装置170が用いられているが、半導体集積回路装置170のメモリに加えて従来のMROM、SRAM、フラッシュメモリが接続されていてもよい。
(第38実施形態)
第38実施形態は、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態に係る半導体集積回路装置の適用例に関する。図41は本発明の第38実施形態に係る、携帯電話端末300を示している。図41に示すように、通信機能を実現する通信部200は、送受信アンテナ201、アンテナ共用器202、受信部203、ベースバンド処理部204、音声コーデックとし用いられるDSP205、スピーカ(受話器)206、マイクロホン(送話器)207、送信部208、および周波数シンセサイザ209等を備えている。
また、この携帯電話端末300は、当該携帯電話端末の各部を制御する制御部220を有する。制御部220は、CPU(Central Processing Unit)221、ROM222、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態の半導体集積回路装置(FeRAM)223、フラッシュメモリ224がCPUバス225を介して接続されて形成されたマイクロコンピュータである。ROM222には、CPU221において実行されるプログラムや表示用のフォント等に関して必要なデータが予め記憶されている。
FeRAM223は、主に作業領域と電源オフ直前のデータ保存に用いられ、CPU221がプログラムの実行中において計算途中のデータなどを必要に応じて記憶したり、制御部220と各部との間でやり取りするデータを電源オフの間、一時記憶したりするため等に用いられる。また、フラッシュメモリ224は、書き込み速度が遅いため、電源投入のプログラムロード等のデータ記憶に用いられる。また、容量が大きいため、大容量のデータ保存に用いられる。
また、携帯電話端末300は、音声データ再生処理部211、外部出力端子212、LCD(Liquid Crystal Display)コントローラ213、表示用のLCD214、呼び出し音を発生するリンガ215を有する。音声データ再生処理部211は、携帯電話端末300に入力された音声データ(あるいは後述する外部メモリ240に記憶された音声データ)を再生する。再生された音声データは、外部出力端子212を介してヘッドフォンや携帯型スピーカ等に伝えることにより、外部に取り出される。LCDコントローラ213は、例えばCPU221からの表示情報をCPUバス225を介して受け取り、LCD214を制御するためのLCD制御情報に変換する。この制御情報によって、LCD214が駆動され、情報が表示される。
また、携帯電話端末300は、インターフェース回路(I/F)231、233、235、外部メモリ240、外部メモリスロット232、キー操作部234、外部入出力端子236を有する。外部メモリスロット232にはメモリカード等の外部メモリ240が挿入される。外部メモリスロット232は、インターフェース回路231を介してCPUバス225に接続される。このように、携帯電話端末300にスロット232を設けることにより、携帯電話端末300の内部の情報を外部メモリ240に書き込んだり、あるいは外部メモリ240に記憶された情報(例えば音声データ)を携帯電話端末300に入力したりすることが可能となる。キー操作部234は、インターフェース回路233を介してCPUバス225に接続される。キー操作部234から入力されたキー入力情報は、例えばCPU221に伝えられる。外部入出力端子236は、インターフェース回路233を介してCPUバス225に接続され、携帯電話端末300に外部から種々の情報を入力したり、あるいは携帯電話端末300から外部へ情報を出力したりする際の端子として機能する。
なお、本実施形態では、ROM222、FeRAM223、フラッシュメモリ224が用いられているが、フラッシュメモリ224、ROM222の両方またはいずれか一方をFeRAMに置き換えることもできる。
(第39実施形態)
第39実施形態は、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態に係る半導体集積回路装置の適用例に関し、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態に係る半導体集積回路装置をスマートメディア等のメディアコンテンツを収納するカードに適用した例に関する。
図42は、第39実施形態に係るメモリカードを示している。図42に示すように、メモリカード400には、FeRAMチップ401が内蔵されている。FeRAMチップ401は、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態の半導体集積回路装置を含んでいる。
(第40実施形態)
第40実施形態は、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態に係る半導体集積回路装置の適用例に関し、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態に係る半導体集積回路装置をシステムLSIに適用した例に関する。メモリおよびロジック等を1つのシステムチップに集積し、1つのシステムを形成する、いわゆるシステムLSI(Large Scale Integrated Circuit)が知られている。システムLSIでは、図43に例示するように、RAM回路RAM、ロジック回路LOGIC等の複数の機能ブロック501(コア、マクロ、IP(Intellectual property))が半導体チップ(半導体基板)502の上に設けられる。そして、これらマクロ501により、全体として所望のシステムが構築される。RAM回路RAMは、例えば、SRAM、DRAM等により構成される。
(第41実施形態)
第41実施形態は、フォールデッドビット線構成で、一本のプレート線PLが共用される構成を有する。図53は、本発明の第41実施形態に係る半導体集積回路装置の回路構成を示している。図53に示すように、第41実施形態の回路構成は、以下の点を除いて、第6実施形態を示す図7と同じである。すなわち、図7では、2つのビット線/BL、BL対してプレート線/PL、PLがそれぞれ設けられている。これに対して、図53では、1つのプレート線PLが、リセットトランジスタQR0、QR1を介して、ローカルビット線/LBL、LBLにそれぞれ接続されている。リセットトランジスタQR0、QR1のゲートには、リセット信号/RST、リセット信号RSTがそれぞれ供給される。
動作に関しても第6実施形態と同様である。すなわち、スタンバイ時、リセットトランジスタQR0、QR1はオンとされている。アクティブ時、セルブロックCB0内のメモリセルの読み出しの場合、リセットトランジスタQR0がオフとされ、非選択セルのセルトランジスタがオフとされる。次に、ブロック選択トランジスタQS0がオンとされ、プレート線PLが駆動される。リセットトランジスタQR1はオンのままとされ、ブロック選択トランジスタQS1はオフのままとされる。セルブロックCB1内のメモリセルの読み出しの場合は、ブロック選択トランジスタQS1がオンとされ、ブロック選択トランジスタQS0がオフのままとされることを除いて、同様に行われる。
第41実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第6実施形態と同じ効果を得られる。さらに、第41実施形態によれば、プレート線PLが2つのセルブロックCB0、CB1により共用される。このため、プレート線PLが2つ設けられた場合よりもプレート線間のピッチの制限が緩和される。また、フォールデッドビット線構造においても、第6実施形態よりさらにプレート線の数を減少することができるため、プレート線駆動回路PLDの面積をさらに縮小でき、駆動能力の向上を実現できる。
(第42実施形態)
第42実施形態は、第41実施形態(図53)の半導体集積回路装置のプレート線PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第2実施形態と同様に、プレート線PLのスタンバイ時の電位を電位Vss、駆動時の電位を内部電源電位Vaaとした場合に関する。
図54は本発明の第42実施形態を示しており、図53の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される場合を例に取り、以下に動作の説明をする。
図54に示すように、スタンバイ時、リセット信号RST、/RST、ワード線WL0〜WL3はハイレベルとされ、ブロック選択信号BS、BS/はローレベルとされている。プレート線PLは、電位Vssとされている。
アクティブ時、リセット信号/RSTがローレベルとされ、非選択セルのワード線WL0、WL2、WL3がローレベルとされる。選択セルのワード線WL1はハイレベルを維持する。次いで、ブロック選択信号/BSがハイレベルとされることにより、ブロック選択トランジスタQS0がオンとされる。この間、リセット信号RSTはハイレベルを維持し、ブロック選択信号BSはローレベルを維持する。
この状態で、プレート線PLが内部電源電位Vaaに駆動されることにより、強誘電体キャパシタC1からビット線/BLにセル情報が読み出される。ビット線/BL上の電位は、ビット線BL上の電位を参照電位として用いて、センスアンプSAにより増幅される。セルブロックCB1内のメモリセルの読み出しの場合も同様である。
セルブロックCB0内の強誘電体キャパシタC0〜C3からの情報の読み出しの間、リセット信号RSTはハイレベルを維持し、ブロック選択信号BSはローレベルを維持する。このため、プレート線PLが駆動されても、ローカルビット線LBLとプレート線PLは短絡され、且つセルブロックCB1はビット線BLと電気的に分離されている。このため、セルブロックCB1内の強誘電体キャパシタC4〜C7には、電圧が印加されない。
第42実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第41実施形態と第2実施形態とを合せた効果を得られる。
なお、第42実施形態は、第41実施形態の回路構成に、第2実施形態と同様のプレート線駆動方法を合せたものに関わる。しかしながら、第41実施形態に第8〜第10実施形態のプレート線駆動方法を適用することも可能である。この場合、第41実施形態と、第8〜第10実施形態とをそれぞれ合せた効果を得られる。
(第43実施形態)
第43実施形態は、第1実施形態(図1)の1つのメモリセルにおいて、強誘電体キャパシタとセルトランジスタとの接続関係が逆転した構成を有する。
図55は、本発明の第43実施形態に係る半導体集積回路装置の回路構成を示している。図55に示すように、第43実施形態の回路構成は、強誘電体キャパシタC0〜C3と、セルトランジスタQ0〜Q3と、の接続関係が逆となっている点を除いて、図1と同じである。すなわち、各メモリセルにおいて、セルトランジスタQ0〜Q3の一端は強誘電体キャパシタC0〜C3とそれぞれ接続され、他端はプレート線PLと接続される。また、強誘電体キャパシタC0〜C3の他端は、ローカルビット線LBLと接続される。動作に関しては、第1実施形態と全く同じである。
第43実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第1実施形態と同じ効果を得られる。なお、第43実施形態のメモリセルの構成を第6、第11、第24、第26、第31、第33、第38実施形態の回路構成の各メモリセルに適用することが可能である。
(第44実施形態)
第44実施形態は、第43実施形態(図55)の半導体集積回路装置のプレート線PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第2実施形態と同様に、プレート線PLのスタンバイ時の電位を電位Vss、駆動時の電位を内部電源電位Vaaとした場合に関する。
図56は、本発明の第44実施形態を示しており、図55の半導体集積回路装置の動作を示している。図56に示すように、各信号線の電位の変化は、第2実施形態と同じである。
第44実施形態によれば、第43実施形態と第2実施形態とを合せた効果を得られる。また、
なお、第44実施形態は、第43実施形態の回路構成に第2実施形態と同様のプレート線駆動方法を合せたものに関わる。しかしながら、第43実施形態に第2〜第4実施形態のプレート線駆動方法を適用することも可能である。この場合、第43実施形態(第6、第11、第24、第26、第31、第33、第38実施形態を含む)と、第2〜第4実施形態とをそれぞれ合せた効果を得られる。
(第45実施形態)
第45実施形態では、第1実施形態(図1)と同じ構成のセルブロックが複数個、直列接続された形態を有する。すなわち、まず第1実施形態と同じく、直列接続された強誘電体キャパシタとセルトランジスタとから1つのメモリセルが構成され、このメモリセルが並列に接続され、さらにこれらメモリセルと並列にリセットトランジスタが接続されることにより1つののメモリセルユニットが構成される。このようなメモリセルユニットが直列接続され、また、端部のメモリセルユニットの端部にメモリセルグループ選択トランジスタが接続されることにより、1つのメモリセルグループ(セルグループ)が構成される。
図57は、本発明の第45実施形態に係る半導体集積回路装置の回路構成を示している。図57に示すように、セルユニットCU0は、第1実施形態のセルブロックCB0と同様の構成を有する。すなわち、直列接続されたセルトランジスタQ0〜Q0と強誘電体キャパシタC0〜C3とによりそれぞれ構成された複数のメモリセル、およびリセットトランジスタQR0が並列に接続される。各メモリセルの一端、すなわち、各セルトランジスタQ0〜Q3の、強誘電体キャパシタC0〜C3との接続ノードと反対の端部は、ローカルビット線LBL0と接続される。各メモリセルの他端、すなわち強誘電体キャパシタC0〜C3の、セルトランジスタQ0〜Q3との接続ノードと反対の端部は、ローカルビット線LBL1と接続される。
ローカルビット線LBL1とローカルビット線LBL2との間には、セルユニットCU1が設けられる。セルユニットCU1は、セルユニットCU0と同様に、複数のメモリセルとリセットトランジスタQR1が並列に接続された構成を有する。メモリセルは、直列接続されたセルトランジスタQ4〜Q7と強誘電体キャパシタC4〜C7とにより構成される。セルユニットCU1のメモリセルは、セルトランジスタQ4〜Q7と強誘電体キャパシタC4〜C7との接続が、セルユニットCU0のものと逆転している。したがって、強誘電体キャパシタC4〜C7の、セルトランジスタQ4〜Q7との接続ノードと反対の端部が、ローカルビット線LBL1と接続される。また、セルトランジスタQ4〜Q7の、強誘電体キャパシタC4〜C7との接続ノードと反対の端部が、ローカルビット線LBL2と接続される。
ローカルビット線LBL2とローカルビット線LBL3との間には、セルユニットCU2が設けられる。セルユニットCU2は、セルユニットCU0と同様の構成を有する。すなわち、セルトランジスタQ8〜Q11がセルトランジスタQ0〜Q3に対応し、強誘電体キャパシタC8〜C11が強誘電体キャパシタC0〜C3に対応し、リセットトランジスタQR2はリセットトランジスタQR0に対応する。
ローカルビット線LBL3とプレート線PLとの間には、セルユニットCU3が設けられる。セルユニットCU3は、セルユニットCU1と同様の構成を有する。すなわち、セルトランジスタQ12〜Q15がセルトランジスタQ4〜Q7に対応し、強誘電体キャパシタC12〜C15が強誘電体キャパシタC4〜C7に対応し、リセットトランジスタQR3はリセットトランジスタQR3に対応する。
セルトランジスタQ0、Q4、Q8、Q12のゲートは、ワード線WL0と接続される。セルトランジスタQ1、Q5、Q9、Q13のゲートは、ワード線WL1と接続される。セルトランジスタQ2、Q6、Q10、Q14のゲートは、ワード線WL2と接続される。セルトランジスタQ3、Q7、Q11、Q15のゲートは、ワード線WL3と接続される。リセットトランジスタQR0〜QR3は、リセット信号RST0〜RST3により、それぞれ制御される。リセット信号線RST0〜RST3は、リセット信号線デコーダRSDと接続される。
セルユニットCU0〜CU3によりセルグループが構成される。セルグループは、セルグループ選択トランジスタQSを介してビット線BLと接続される。すなわち、セルグループ選択トランジスタQSの一端は、ローカルビット線LBL0と接続され、他端はビット線BLと接続され、ゲートには、セルグループ選択信号BSが供給される。
次に、図57の半導体集積回路装置の動作について、強誘電体キャパシタC6から情報が読み出される場合を例に取り、図58、図59を参照して説明する。図58は、図57の半導体集積回路装置のスタンバイ時の状態を示しており、図59はアクティブ時の状態を例示している。
図58に示すように、スタンバイ時、セルグループ内の全てのセルトランジスタQ0〜Q15はオンとされている。このため、全ての強誘電体キャパシタC0〜C15の両端の電位はプレート線PLと同電位となり、強誘電体キャパシタC0〜C15には電圧が印加されない。また、セルグループ選択トランジスタQSはオフとされている。
図59に示すように、アクティブ時、強誘電体キャパシタC6が属するセルユニット内のリセットトランジスタQR1がオフとされ、選択セルと同じ列のセルトランジスタQ2、Q6、Q10、Q14以外のセルトランジスタQ0、Q1、Q3、Q4、Q5、Q7、Q8、Q9、Q11、Q12、Q13、Q15がオフとされる。次いで、セルグループ選択トランジスタQSがオンとされ、プレート線PLが駆動される。
アクティブ状態の間、リセットトランジスタQR0、QR2、QR3はオンを維持するため、ローカルビット線LBL0とLBL1との間、ローカルビット線LBL2とLBL3との間、ローカルビット線LBL3とプレート線PLとの間、は同電位となる。よって、セルユニットCU0、CU2、CU3内のメモリセルの情報は、読み出されること無く保護される。
また、リセットトランジスタQR1がオフとされるため、セルユニットCU1内の4つのメモリセルには電圧が印加される。しかしながら、セルユニットCU1内で選択セルのセルトランジスタQ6のみオンとされるため、プレート線PLの電位とビット線BLの電位がともに印加されるのは、強誘電体キャパシタC6のみである。すなわち、プレート線PLの電位が、リセットトランジスタQR3、QR2、セルトランジスタQ6を介してセルトランジスタC6の一端に印加される。また、ビット線BLの電位が、リセットトランジスタQR0、セルグループ選択トランジスタQSを介してセルトランジスタC6の他端に印加される。この結果、強誘電体キャパシタC6からのセル情報が、ローカルビット線LBL0を介してビット線BLに読み出される。この読み出し信号はセンスアンプ(図示せぬ)で増幅される。
セル情報の読み出し後、読み出された情報が、“0”データの場合、プレート線PLの電位がハイレベルの状態でデータが強誘電体キャパシタC6に書き戻される。“1”データの場合、プレート線PLの電位がローレベルとされた後、書き戻される。この際、セルトランジスタQ0、Q1、Q3、Q4、Q5、Q7、Q8、Q9、Q11、Q12、Q13、Q15はオフとされており、リセットトランジスタQR0、QR2、QR3がオンとされているため、選択セルの強誘電体キャパシタC6以外の強誘電体キャパシタには電圧が印加されない。
この後、セルグループ選択トランジスタQSがオフとされ、リセットトランジスタQR1、セルトランジスタQ0、Q1、Q3、Q4、Q5、Q7、Q8、Q9、Q11、Q12、Q13、Q15がオンとされることによりスタンバイ状態に移行する。
なお、アクティブ状態の間、非選択セル以外の強誘電体キャパシタはフローティングとなっている。このため、これら強誘電体キャパシタの一端の電位が変動すると、強誘電体キャパシタとセルトランジスタ間の寄生容量の比率分だけ、僅かに強誘電体キャパシタに電圧が印加される。しかしながら、強誘電体キャパシタの容量は大きいため、セル情報の破壊等の問題は無い。
また、非選択セルにおいて強誘電体キャパシタとセルトランジスタとの接続ノードは、フローティングとなる。このため、アクティブ時、ジャンクションリークによって非選択セルの接続ノードの電位が下がり、非選択セルの強誘電体キャパシタにディスターブ電圧が印加される。しかしながら、スタンバイ状態に戻ると各強誘電体キャパシタの両端の電位差はリセットされて0Vになるため、第1実施形態と同様に、ディスターブ電圧による問題は、無視できる程度である。
第45実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、他の実施形態のように1次元にメモリセルが配置されるのではなく、メモリセルが2次元に配置、接続される。このような構成とすることにより、任意のメモリセルの読み出し、書き込みをすることを可能としつつ、第1実施形態と同じ効果を得られる。すなわち、プレート線PL上の信号の遅延の大幅な低減、プレート線駆動回路PLDの面積の縮小、駆動能力の向上を実現できる。
また、第45実施形態によれば、セルグループCGごとにビット線BLに接続されるため、必要なビット線の数が減少し、この結果、ビット線のピッチが大幅に緩和される。ビット線のピッチの緩和(ビット線数の減少)により、センスアンプの数が、ビット線の減少した分、減少する。よって、チップサイズの縮小が可能となる。また、セルグループCG単位でビット線BLに接続されるため、ビット線BLのコンタクトの数を大幅に低減でき、第1実施形態と同じ効果を得られる。1つのビット線に接続されるメモリセルの数は、セルブロックごとに接続される第1実施形態等以上に小さくなるため、ビット線コンタクトの数の低下により得られる効果は、さらに大きい。
また、第45実施形態によれば、第1実施形態と同じく、最小6F2程度の小さいメモリセル実現でき、またメモリセルのデータがディスターブ電圧によって破壊されることを回避できる。
また、第45実施形態によれば、アクティブ時に、複数のメモリセルが直列接続されたことによる遅延の問題を先願および従来のメモリより緩和できるため、第1実施形態と同じ効果を得られる。この効果について、セルグループがビット線方向にN個、ワード線方向にM個のN×M個のメモリセルで構成された場合を例に取り説明する。この場合、アクティブ時に、プレート線PLとビット線BLとの間には、オンしているM−1個のリセットトランジスタ、1個のセルトランジスタ、1個のセルグループ選択トランジスタしか直列接続されない。このため、先願のメモリのメモリセルと異なり、セルグループのセル数が同じ場合では、先願のメモリに比べて、直列接続されたトランジスタ数を大幅に低減することができる。
(第46実施形態)
第46実施形態は、第45実施形態(図57)の半導体集積回路装置のプレート線PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第2実施形態と同様に、プレート線PLのスタンバイ時の電位を電位Vss、駆動時の電位を内部電源電位Vaaとした場合に関する。動作に関しても、第46実施形態と第2実施形態とを組み合わせた形態と同じである。
図60は、本発明の第46実施形態を示しており、図57の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC6から情報が読み出される場合を例に取り、以下に動作の説明をする。
図60に示すように、スタンバイ時、リセット信号RST0〜RST3、ワード線WL0〜WL3はハイレベルとされ、セルグループ選択信号BSはローレベルとされている。プレート線PLは電位Vssとされている。このため、全メモリセルユニットCU0〜CU3内において、全セルトランジスタQ0〜Q15はオンとされ、また、全リセットトランジスタQR0〜QR3もオンとされている。一方、セルグループ選択トランジスタQSはオフとされている。よって、全てのメモリセルの強誘電体キャパシタC0〜C15の強誘電体キャパシタの両端の電位はプレート線PLと同電位となる。このため、スタンバイ時、プレート線PLの電位に関わらず、強誘電体キャパシタC0〜C15には電圧が印加されず、分極情報が安定に保持される。
アクティブ時、非選択セルのワード線WL0、WL1、WL3がローレベルとされ、リセット信号RST1がローレベルとされる。選択セルのワード線WL2、およびリセット信号RST0、RST2、RST3はハイレベルを維持する。次いで、セルグループ選択信号BSがハイレベルとされることにより、セルグループ選択トランジスタQSがオンとされる。
この状態で、プレート線PLが内部電源電位Vaaに駆動されることにより、強誘電体キャパシタC6からビット線BLにセル情報が読み出される。ビット線BLに読み出された電位は、センスアンプSAにより増幅され、次いで、第2実施形態と同様に再書き込みが行われる。この後、リセット信号RST0、RST2、RST3がハイレベルとされ、ワード線WL0、WL1、WL3がハイレベルとされ、セルグループ選択信号BSがローレベルとされることによりスタンバイ状態に移行する。
第46実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第45実施形態と第2実施形態とを合せた効果を得られる。
(第47実施形態)
第47実施形態は、第45実施形態(図57)の半導体集積回路装置のプレート線PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第4実施形態と同様にプレート線PLが駆動される。
図61は、本発明の第47実施形態を示しており、図57の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC6から情報が読み出される場合を例に取り、以下に動作の説明をする。
図61に示すように、スタンバイ時の状態は、プレート線PLが電位refに駆動されていることを除いて、第46実施形態と同様である。アクティブ時、ワード線WL0、WL1、WL3がローレベルとされ、リセット信号RST1がローレベルとされ、セルグループ選択信号BSがハイレベルとされる。この状態で、プレート線PLが内部電源電位Vaaへと駆動されることにより、強誘電体キャパシタC6から情報が読み出される。続いて、ビット線BL上の電位が増幅され、次いで、第4実施形態と同様にして再書き込み動作が行われ、次いで、第46実施形態と同様にしてスタンバイ状態に移行する。
第47実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第45実施形態と第4実施形態とを合せた効果を得られる。
(第48実施形態)
第48実施形態では、第45実施形態(図57)と異なり、リセット信号線とワード線とが同じ方向に延在している。
図62は、本発明の第48実施形態に係る半導体集積回路装置の回路構成を示している。ワード線WL0〜WL3の延在方向と、リセット信号RST0、RST1を供給するための信号線(リセット信号線)の延在方向と、は実際の半導体集積回路装置での両者の位置関係を象徴している。すなわち、ワード線WL0〜WL3とリセット信号線とがチップ上で、実際に同方向に延在している。これに対し、図57では、リセット信号線は、ワード線WL0〜WL3と異なる方向に延在し、ビット線BL、ローカルビット線LBL0〜LBL3と同方向に延在している。
図62に示すように、第48実施形態は、第45実施形態とほぼ同じである。すなわち、セルユニットCU0、CU1が接続され、セルユニットCU0の一端はセルグループ選択トランジスタQSを介してビット線BLと接続される。リセット信号信号線RST0、RST1は、ワード線WL0〜WL3と同じ方向に延在する。すなわち、実際の半導体集積回路装置上でも、リセット信号線RST0、RST1とワード線WL0〜WL3は同じ方向に沿って設けられる。よって、リセット信号線デコーダ(図ではロウデコーダと一括して図示)は、メモリセルアレイのワード線WL0〜WL3の方向の端部に配置される。動作に関しては、第45実施形態と同じである。
本発明の第48実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第45実施形態と同じ効果を得られる。
(第49実施形態)
第49実施形態は、第48実施形態(図62)の半導体集積回路装置のプレート線PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第2実施形態と同様に、プレート線PLのスタンバイ時の電位を電位Vss、駆動時の電位を内部電源電位Vaaとした場合に関する。
図63は、本発明の第49実施形態を示しており、図62の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC6から情報が読み出される場合を例に取り、以下に動作の説明をする。
図63に示すように、スタンバイ時、リセット信号RST0、RST1、ワード線WL0〜WL3はハイレベルとされ、セルグループ選択信号BSはローレベルとされている。プレート線PLは電位Vssとされている。
アクティブ時、非選択セルのワード線WL0、WL1、WL3がローレベルとされ、リセット信号RST1がローレベルとされる。選択セルのワード線WL2、リセット信号RST0はハイレベルを維持する。次いで、セルグループ選択信号BSがハイレベルとされることにより、セルグループ選択トランジスタQSがオンとされる。
この状態で、プレート線PLが内部電源電位Vaaに駆動されることにより、強誘電体キャパシタC6からビット線BLにセル情報が読み出される。ビット線BLに読み出された電位は、センスアンプSAにより増幅され、次いで、第2実施形態と同様に再書き込みが行われる。この後、リセット信号RST1がハイレベルとされ、ワード線WL0、WL1、WL3がハイレベルとされ、セルグループ選択信号BSがローレベルとされることによりスタンバイ状態に移行する。
第49実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第48実施形態と第2実施形態とを合せた効果を得られる。
(第50実施形態)
第50実施形態は、第48実施形態のフォールデッドビット線構成に関する。図64は、本発明の第50実施形態に係る半導体集積回路装置の回路構成を示している。図64に示すように、図62のセルユニットCU0、CU1を有するセルグループと同じ構成のセルグループCG0、CG1が設けられる。セルグループCG0、CG1は、ビット線/BL、BLに対してそれぞれ設けられる。
図62のセルユニットCU0と同じ構成のセルユニットCU0がローカルビット線/LBL0とローカルビット線/LBL1との間に接続される。また、図62のセルユニットCU1と同じ構成のセルユニットCU1がローカルビット線/LBL1とプレート線/PL(ローカルビット線/LBL2)との間に接続される。ローカルビット線/LBL0とビット線/BLとの間には、グループ選択トランジスタQS0が接続される。
セルユニットCU0と同様に、強誘電体キャパシタC8〜C11、セルトランジスタQ8〜Q11、リセットトランジスタQR2から構成されるセルユニットCU2が、ローカルビット線LBL0とローカルビット線LBL1との間に接続される。セルユニットCU2において、強誘電体キャパシタC8〜C11は強誘電体キャパシタC0〜C3に対応し、セルトランジスタQ8〜Q11はセルトランジスタQ0〜Q3に対応し、リセットトランジスタQR2はリセットトランジスタQR0に対応する。
セルユニットCU1と同様に、強誘電体キャパシタC12〜C15、セルトランジスタQ12〜Q15、リセットトランジスタQR3から構成されるセルユニットCU3が、ローカルビット線LBL1とプレート線PL(ローカルビット線LBL2)との間に接続される。セルユニットCU3において、強誘電体キャパシタC12〜C15は強誘電体キャパシタC4〜C7に対応し、セルトランジスタQ12〜Q15はセルトランジスタQ4〜Q7に対応し、リセットトランジスタQR3はリセットトランジスタQR0に対応する。ローカルビット線LBL0とビット線BLとの間には、グループ選択トランジスタQS1が接続される。
セルトランジスタQ0、Q4、Q8、Q12のゲートは、ワード線WL0と接続される。セルトランジスタQ1、Q5、Q9、Q13のゲートは、ワード線WL1と接続される。セルトランジスタQ2、Q6、Q10、Q14のゲートは、ワード線WL2と接続される。セルトランジスタQ3、Q7、Q11、Q15のゲートは、ワード線WL3と接続される。リセットトランジスタQR0、QR2はリセット信号RST0により制御される。リセットトランジスタQR1、QR3はリセット信号RST1により制御される。セルグループ選択トランジスタQS0、QS1は、セルグループ選択信号/BS、BSによりそれぞれ制御される。
次に、動作について説明する。各セルグループCG0、CG1内の動作は、第47実施形態(第45実施形態)と同じである。アクティブ時、第47実施形態と同様にして、リセットトランジスタQR1、セルトランジスタQ0、Q1、Q3、Q4、Q5、Q7がオフとされる。この後、セルグループCG0内のメモリセルの読み出しの場合、セルグループ選択トランジスタQS0のみオンとされ、セルグループ選択トランジスタQS1はオフのままとされる。次に、プレート線/PLのみ駆動され、プレート線PLは駆動されない。この結果、ビット線/BLにセル情報が読み出される。ビット線BL上の電位は、参照電位として用いられる。ビット線/BL上の電位は、ビット線BL上の電位を用いてセンスアンプSAにより増幅される。セルグループCG1内のメモリセルの読み出しの場合も同様である。
第6実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、フォールデッドビット線構成をすることにより、第45実施形態と第6実施形態を合せた効果を得られる。
(第51実施形態)
第51実施形態は、第50実施形態(図64)の半導体集積回路装置のプレート線PL、/PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第2実施形態と同様に、プレート線PL、/PLのスタンバイ時の電位を電位Vss、駆動時の電位を内部電源電位Vaaとした場合に関する。動作に関しても、第50実施形態と第2実施形態とを組み合わせた形態と同じである。
図65は本発明の第51実施形態を示しており、図64の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC6から情報が読み出される場合を例に取り、以下に動作の説明をする。
図65に示すように、スタンバイ時、リセット信号RST0、RST1、ワード線WL0〜WL3はハイレベルとされ、セルグループ選択信号BS、/BSはローレベルとされている。プレート線PL、/PLは電位Vssとされている。
アクティブ時、リセット信号RST1がローレベルとされ、非選択セルのワード線WL0、WL1、WL3がローレベルとされる。選択セルのワード線WL2はハイレベルを維持する。次いで、セルグループ選択信号/BSがハイレベルとされることにより、ブロック選択トランジスタQS0がオンとされる。セルグループ選択信号BSはローレベルを維持する。
この状態で、プレート線/PLが内部電源電位Vaaに駆動されることにより、強誘電体キャパシタC6からビット線/BLにセル情報が読み出される。プレート線PLは電位Vssを維持する。ビット線/BLに読み出された電位は、センスアンプSAにより増幅され、次いで、第2実施形態と同様に再書き込み動作が行われる。この後、リセット信号RST1、ワード線WL0、WL1、WL3がハイレベルとされ、セルグループ選択信号/BSがローレベルとされることによりスタンバイ状態に移行する。
第51実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第50実施形態と第2実施形態とを合せた効果を得られる。
(第52実施形態)
第52実施形態は第45実施形態と類似しており、異なる点はメモリセルの2つの端子が、一部で入れ替わっていることである。
図66は、本発明の第52実施形態に係る半導体集積回路装置の回路構成を示している。図66に示すように、図57と比べて、セルユニットCU1、CU3のメモリセルの接続が、セルユニットCU0(またはCU2)と同じとなっている。すなわち、セルユニットCU1において、セルトランジスタQ4〜Q7の、強誘電体キャパシタC4〜C7との接続ノードと反対の端部は、ローカルビット線LBL1と接続される。強誘電体キャパシタC4〜C7の、セルトランジスタQ4〜Q7との接続ノードと反対の端部は、ローカルビット線LBL2と接続される。同様に、セルユニットCU3において、セルトランジスタQ12〜Q15の、強誘電体キャパシタC12〜C15との接続ノードと反対の端部は、ローカルビット線LBL3と接続される。強誘電体キャパシタC12〜C15の、セルトランジスタQ12〜Q15との接続ノードと反対の端部は、プレート線PLと接続される。その他の構成は、第45実施形態と同じである。
第52実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第45実施形態と同じ効果を得られる。
なお、本実施形態では、セルユニットCU1、CU3が、第45実施形態(図57)のセルユニとCU0(またはCU2)と同じ接続とされた場合を例示している。しかしながら、これらを逆にすることも可能である。また、1つのセルユニット内の、メモリセルの2つの端子の接続を同じとすることも必須ではない。さらに、本実施形態および第45実施形態から導き出されるように、メモリセルの2つの端子を、各メモリセルにおいて、任意の接続とすることが可能である。例えば、列ごと、行ごとに同じ接続とすることもできるし、このような規則性を持たせずに、全くの任意としても、同じ効果を得られる。
(第53実施形態)
第53実施形態は、第50実施形態(図64)の半導体集積回路装置の構造に関する。図67、図68、図69は、本発明の第53実施形態を示している。図67、図68は、図64の半導体集積回路装置に適用可能なセルユニットCU0、CU1の断面構造にそれぞれ対応する。図69は、図67および図68の一部の平面構造を概略的に示している。
図67の構造は、図17の構造に類似しており、異なる部分について説明する。ビット線BLは、コンタクトP6、配線層M1を介してソース/ドレイン領域SD0と接続される。ソース/ドレイン領域SD0は、半導体基板subの表面においてソース/ドレイン領域SD1と距離を有して形成される。ソース/ドレイン領域SD0、SD1間の半導体基板sub上方には、ゲート電極BS1が設けられる。ソース/ドレイン領域SD0、SD1は、コンタクトP5、P6、配線層M1により相互に接続されている。ソース/ドレイン領域SD1、SD2と、これらの間の半導体基板sub上方のゲート電極BS0とからなるトランジスタが、セルグループ選択トランジスタQS0に対応する。
図17のプレート線PLの位置には、ローカルビット線/LBL1が設けられる。ローカルビット線/LBL1はコンタクトP4を介してソース/ドレイン領域SD10と接続される。ソース/ドレイン領域SD10は、半導体基板subの表面においてソース/ドレイン領域SD9と距離を有して形成される。ソース/ドレイン領域SD10、SD9と、これらの間の半導体基板sub上方のゲート電極RST0とからなるトランジスタが、リセットトランジスタQR0に対応する。ソース/ドレイン領域SD9、SD8間の半導体基板sub上方には、ゲート電極RST0が設けられる。ソース/ドレイン領域SD9、SD8は、コンタクトP1、ローカルビット線/LBL0により相互に接続されている。
図68の構造は、図67の構造に類似しており、以下の異なる部分を除いて、図67と同じである。すなわち、この断面構造においてビット線BLが存在せず、また図67のローカルビット線/LBL0の位置にプレート線/PLが設けられている。図67、図68のローカルビット線/LBL1は、相互に接続されている。
図64のセルユニットCU2に対応して、図67と同様の構造が設けられる。また、図64のセルユニットCU3に対応して、図68と同様の構造が設けられる。これらの構造のローカルビット線/LBL0(LBL0)、プレート線/PL(PL)は、図69に示すように配置されている。すなわち、それぞれ島状のローカルビット線/LBL0、プレート線PL、ローカルビット線/LBL0、プレート線/PLが順次、並んで配置される。このような構造が、実際には、複数個配置されている(図示せぬ)。そして、ワード線方向(図の上下方向)に延在する配線により、各プレート線PLが相互に接続される。プレート線/PLに関しても同じである。
本発明の第53実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第50実施形態の半導体集積回路装置のセルユニットCU0〜CU3を実現できる。
(第54実施形態)
第54実施形態は、第41実施形態(図53)の半導体集積回路装置の構造に関する。図70、図71は、本発明の第54実施形態を示しており、図53の半導体集積回路装置に適用可能なセルブロックの断面構造を概略的に示している。図70、図71は、図53のセルブロックCB0、CB1に対応する構造をそれぞれ示している。図53では、1つのセルブロックにおいて4つのメモリセルが例示されているが、図70、図71では、8つの場合を例示している。図70、図71のメモリセルを構成する構造の繰り返し数を増減することにより、所望のメモリセル数を実現できる。
図70に示すように、半導体基板subの表面に、相互に距離を有してソース/ドレイン領域(アクティブ領域)SD20〜SD36が形成される。ソース/ドレイン領域SD20、SD21間、およびソース/ドレイン領域SD21、SD22間の半導体基板subの上方には、ゲート電極(セルグループ選択信号線)BS、/BSがそれぞれ設けられる。同様に、ソース/ドレイン領域SD22、SD23間、SD24、SD25間、SD25、SD26間、SD28、SD29間の半導体基板sub上方に、ゲート電極(ワード線)WL0、WL1、WL2、WL3がそれぞれ設けられる。また、ソース/ドレイン領域SD27、SD28間、SD30、SD31間、SD31、SD32間、SD33、SD34間の半導体基板sub上方に、ゲート電極WL4、WL5、WL6、WL7がそれぞれ設けられる。
ソース/ドレイン領域SD34、SD35間、およびソース/ドレイン領域SD35、36間の半導体基板上方には、ゲート電極(リセット信号線)RST、/RSTがそれぞれ設けられる。
ソース/ドレイン領域SD20、SD21の間のチャネル領域には、不純物が注入された不純物領域が形成され、これらソース/ドレイン領域SD20、SD21と、ゲート電極BSとにより構成されるトランジスタは、デプレーション型とされている。同様に、ソース/ドレイン領域SD34、SD35とゲート電極RSTとにより構成されるトランジスタもデプレーション型である。
ソース/ドレイン領域SD23、SD24は、コンタクトP21により、これらソース/ドレイン領域SD23、SD24上方にそれぞれ設けられた強誘電体キャパシタCの下部電極BEと接続される。各強誘電体キャパシタCの上部電極TEは、強誘電体キャパシタCの上方に設けられたプレート線PLと、各上部電極に対して設けられたコンタクトP22を介して接続される。同様に、ソース/ドレイン領域SD26、27、SD29、SD30、SD32、SD33は、コンタクトP21を介して、強誘電体キャパシタCの下部電極BEとそれぞれ接続される。ソース/ドレイン領域SD26、27の上方、ソース/ドレイン領域SD29、30の上方、ソース/ドレイン領域SD32、33の上方、の各位置には、プレート線PLがそれぞれ設けられる。プレート線PLは、コンタクトP22を介して、対応する強誘電体キャパシタCの上部電極TEとコンタクトP22を介して接続される。
プレート線PLの上方には、ローカルビット線/LBLが設けられる。ソース/ドレイン領域SD22、SD25、SD28、SD31、SD34は、それぞれコンタクトP23と接続される。各コンタクトP23は、配線層M21、コンタクトP24を介して、ローカルビット線/LBLと接続される。配線層M21は、プレート線PLと同じ層として設けられる。プレート線PLは、ソース/ドレイン領域SD35、SD36の上方に亘る位置にも設けられ、コンタクトP25を介してソース/ドレイン領域SD36と接続される。
ローカルビット線/LBLの上方には、ビット線/BLが設けられる。ソース/ドレイン領域SD20は、コンタクトP26、配線層M21、コンタクトP27、配線層M22、コンタクトP28を介してビット線/BLと接続される。配線層M22は、ローカルビット線/LBLと同じ層として設けられる。
図71は、以下の点を除いて、図70とほぼ同じである。まず、ソース/ドレイン領域SD20、SD21と、ゲート電極BSとにより構成されるトランジスタ、およびソース/ドレイン領域SD34、SD35と、ゲート電極RSTから構成されるトランジスタがエンハンスメント型とされている。一方、ソース/ドレイン領域SD21、SD22、ゲート電極/BSとにより構成されるトランジスタ、およびソース/ドレイン領域SD35、SD36、ゲート電極/RSTとにより構成されるトランジスタがデプレーション型とされている。また、ローカルビット線/LBLの代わりにローカルビット線LBLが位置し、ビット線/BLの代わりにビット線BLが位置する。
本発明の第54実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第41実施形態の半導体集積回路装置のセルグループを実現できる。
また、第54実施形態によれば、半導体基板subと、下部電極BEの層との間に、配線層が設けられない。すなわち、製造工程において、強誘電体キャパシタの形成前に銅(Cu)、アルミニウム(Al)等のメタル配線が形成されない。製造工程において、強誘電体キャパシタの形成前に例えばCu、Al等のメタル配線層を形成すると、これらのメタル配線層が強誘電体キャパシタ形成時の熱工程に絶えられない。このため、強誘電体キャパシタの形成前に配線層を形成する場合、例えばタングステン(W)等を用いる必要がある。しかしながら、FeRAMとロジック回路等の混載メモリ等の場合、このタングステン配線はFeRAM形成のために設けられるため、全体でみると余分な配線であり、製造コストの増大につながる。これに対し、第54実施形態によれば、このような余分な配線層を設ける必要がないので、製造コストの増大を抑制できる。
また、第54実施形態によれば、第17実施形態(図18)、第19実施形態(図21)と異なり、アクティブ領域AA1〜AA3を曲げる必要がない。このため、セルサイズをさらに小さくでき、真に6F2のサイズを実現できる。
(第55実施形態)
第55実施形態は、第54実施形態(図70、図71)に付加して用いられ、シャント用配線、メインブロック選択トランジスタ配線等が付加される。
図72、図73は、本発明の第55実施形態に係る半導体集積回路装置の断面構造を概略的に示している。図72は第54実施形態の図70と同様の位置に対応し、図73は第54実施形態の図71と同様の位置に対応する。図72、図73に示すように、ローカルビット線LBL(/LBL)と同じ層にメインブロック選択トランジスタ用配線MBS、電源強化用の電源線Vsが設けられている。この電源線Vsにより、メモリセルアレイ内に複数の電源線を配置することができ、また、電源抵抗の総計を大幅に低減することができる。これらメインブロック選択トランジスタ用配線MBS、電源線Vsは、平面においてローカルビット線/LBL(LBL)が配置されない空き地を利用して設けられる。
ビット線/BL(BL)の上方には、シャント用配線/RST、RST、WL0〜WL7、/BS、BSが設けられる。シャント用配線/RST、RST、WL0〜WL7、/BS、BSは、これらの延在方向において対応する(同じ参照符号の)ゲート電極と定期的に接続される(図示せぬ)。
シャント用配線、階層ワード線方式、電源線、のいずれかを任意に採用することももちろん可能である。
本発明の第55実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第54実施形態と同じ効果を得られる。さらに、ローカルビット線/LBL(LBL)のレベルの空き地を利用して、メインブロック選択トランジスタ配線MBS、電源線Vsが配置される。このため、これらメインブロック選択トランジスタ配線MBS、電源線Vsを、更なる金属配線レベルの増加無しに設けることができる。
(第56実施形態)
第56実施形態は、第55実施形態(図72、図73)の変形例に関わる。
図74、図75は、本発明の第56実施形態に係る半導体集積回路装置の断面構造を概略的に示している。図74は、第55実施形態の図72と同様の位置に対応し、図75は第55実施形態の図73と同様の位置に対応する。図74、図75に示すように、メインブロック選択トランジスタ配線MBS、電源線Vsは、シャント用配線/RST、RST、WL0〜WL7、/BS、BSと同じ層に設けられる。
シャント用配線、階層ワード線方式、電源線、のいずれかを任意に採用することももちろん可能である。
本発明の第56実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第55実施形態と同じ効果を得られる。また、第56実施形態によれば、1つのセルブロックまたはセルグループが大きくなり、この中で複数の信号線(例えばメインブロック選択トランジスタ配線MBS、電源線Vs等)を高い自由度によって配置できる。これに対して、従来の構造では、1セルが基本単位であり、また1つのセルサイズは小さいため、せいぜい1本の信号線を設けることが限度である。すなわち、信号線の配置の制約が大きい。
(第57実施形態)
第57実施形態は、第41実施形態(図53)の構成に加え、プレート線PLが、セルブロックCB0、CB1、およびビット線BL、/BLと接続された更なるセルブロックにより共用される。
図76は、本発明の第57実施形態に係る半導体集積回路装置の回路構成を示している。図76に示すように、図の右半分に図53と同じ構成が設けられる。ただし、図53の各部の参照符号の末尾に“A”が付加されたものが用いられる。
また、図53のセルブロックCB0、CB1と同様のセルブロックCB2、CB3がビット線/BL、BLのそれぞれに対してさらに設けられる。プレート線PLとローカルビット線/LBLBとの間には、リセットトランジスタQR0B、強誘電体キャパシタC8〜C11とセルトランジスタQ8〜Q11とからなるメモリセルが接続される。ローカルビット線/LBLBは、ブロック選択トランジスタQS0Bを介してビット線/BLと接続される。
プレート線PLとローカルビット線LBLBとの間には、リセットトランジスタQR1B、強誘電体キャパシタC12〜C15とセルトランジスタQ12〜Q15とからなるメモリセルが接続される。ローカルビット線LBLBは、ブロック選択トランジスタQS1Bを介してビット線BLと接続される。
セルトランジスタQ8、Q12のゲートは、ワード線WL0Bと接続される。セルトランジスタQ9、Q13のゲートは、ワード線WL1Bと接続される。セルトランジスタQ10、Q14のゲートは、ワード線WL2Bと接続される。セルトランジスタQ11、Q15のゲートは、ワード線WL3Bと接続される。リセットトランジスタQR0B、QR1Bは、リセット信号/RSTB、RSTBにより、それぞれ制御される。ブロック選択トランジスタQS0B、QS1Bは、ブロック選択信号/BSB、BSBにより、それぞれ制御される。
動作に関しては、第41実施形態と同様である。すなわち、セルブロックCB0、CB1内のメモリセルへのアクセスの場合、セルブロックCB2、CB3はスタンバイ状態を維持し、セルブロックCB0、CB1に関しては第41実施形態と同じ制御が行われる。セルブロックCB0、CB1内のメモリセルへのアクセスの間、セルブロックCB2、CB3内の強誘電体キャパシタC8〜C15の両端はショートされているため、情報は破壊されない。セルブロックCB2、CB3内のメモリセルへのアクセルの場合の動作も同様である。
本発明の第57実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第41実施形態と同じ効果を得られる。さらに、プレート線PLが、第41実施形態以上のセルブロックにより共用されている。このため、プレート線PLが占める面積の低減、抵抗値の低減が可能となる。また、プレート線駆動回路PL、/PLの占有面積の削減を実現できる。
(第58実施形態)
第58実施形態は、第57実施形態(図76)の半導体集積回路装置のプレート線PLの駆動方法の一例に関する。より詳しくは、第2実施形態と同様に、プレート線PLのスタンバイ時の電位を電位Vss、駆動時の電位を内部電源電位Vaaとした場合に関する。
図77は本発明の第58実施形態を示しており、図76の半導体集積回路装置の動作を示している。強誘電体キャパシタC1から情報が読み出される場合を例に取り、以下に動作の説明をする。
図77に示すように、スタンバイ時、リセット信号/RSTA、RSTA、/RSTB、RSTB、ワード線WL0A〜WL3A、WL0B〜WL3Bはハイレベルとされ、ブロック選択信号/BSA、BSA、/BSB、BSBはローレベルとされている。プレート線PLは、電位Vssとされている。
アクティブ状態を経てスタンバイ状態に戻るまでのリセット信号/RSTA、RSTA、ワード線WL0A〜WL3A、ブロック選択信号/BSA、BSAの動作は、第42実施形態(図54)と同じである。この間、リセット信号/RSTB、RSTB、ワード線WL0B〜WL3Bはハイレベルを維持し、ブロック選択信号/BSB、BSBはローレベルを維持する。
本発明の第58実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第57実施形態と第2実施形態とを合わせた効果を得られる。
(第59実施形態)
第59実施形態は、1ビットが2つのトランジスタおよび2つの強誘電体キャパシタにより記憶される。すなわち、メモリセルがいわゆる2T2C型である場合に関する。2T2C型では、2つのメモリセルに“0”データ、“1”データがそれぞれ書き込まれた状態と、“1”データ、“0”データがそれぞれ書き込まれた状態と、により情報を記憶する。2T2C型とした場合でも、回路の構成は上述の各実施形態と変わらず、読み出し、書き込み時の制御が異なるのみである。例として、第41実施形態(図53)の半導体集積回路装置において2T2C型メモリセルとし、強誘電体キャパシタC1、C5から情報が読み出される場合を例に取り、以下に説明する。なお、強誘電体キャパシタC1、C5には、相補なデータが既に書き込まれているものとする。
図78は、本発明の第59実施形態に係る半導体集積回路装置を示しており、図53の半導体集積回路装置を2T2C型メモリセル方式とした場合の動作を示している。図78に示すように、スタンバイ時の状態は、第42実施形態(図54)と同じである。
アクティブ時、リセット信号/RST、RSTが共にローレベルとされ、非選択のワード線WL0、WL2、WL3がローレベルとされる。次いで、ブロック選択信号/BS、BSがハイレベルとされる。この状態で、プレート線PLが内部電源電位Vaaに駆動されることにより、ビット線/BL、BLに、強誘電体キャパシタC1、C5からの情報がそれぞれ読み出される。ビット線/BL、BL上の電位は、センスアンプSAにより増幅され、増幅された2つのデータからメモリセルが保有している情報が判定される。この後、再書き込みが行われ、スタンバイ状態へと移行する。
なお、第41実施形態の半導体集積回路装置の場合を例に取り、2T2C方式について説明したが、ビット線対を有する第6(図7)、第11(図12)、第26(図29)、第33(図36)、第35(図38)、第50(図64)実施形態にも同様の手法により適用できる。この場合、本実施形態における説明と同様の制御に加え、プレート線/PL、PLが共に駆動されることにより、1つのメモリセルを構成する2つの強誘電体キャパシタからビット線/BL、BLにデータが読み出される。
本発明の第59実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第41実施形態と同じ効果を得られる。さらに、2T2C型メモリセル方式とすることにより、1T1C型の場合より、読み出しマージンを大きく取ることができる。
(第60実施形態)
第60実施形態では、第2実施形態中で図3を参照して説明した動作と同様に、スタンバイ時のリセット信号/RST、RST、ワード線WL0〜WL3の電位が電位Vpp以下とされている。スタンバイ時に、リセットトランジスタQR0、QR1、リセットトランジスタQ0〜Q7にハイレベルの電位が印加され続けるため、これらトランジスタの信頼性が劣化する。そこで、スタンバイ時に各トランジスタに印加される電位を、電位Vppより低くしておき、アクティブ時に必要なトランジスタへの印加される電位を電位Vppとする。
図79は、本発明の第60実施形態に係る半導体集積回路装置を示しており、第42実施形態(図53)の半導体集積回路装置の制御方法の他の例に関する。図79に示すように、スタンバイ時、リセット信号/RST、RST、ワード線WL0〜WL3の電位が、電位Vpp以下(例えばVaa)とされている。アクティブ時、選択トランジスタのワード線WL1、およびリセット信号RSTが電位Vppとされる。その他の具体的な動作は、第43実施形態(図54)と同じである。
本発明の第60実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第42、第43実施形態と同じ効果を得られる。さらに、第60実施形態によれば、スタンバイ時にオンとされているトランジスタには、電位Vppより低い電位が印加される。このため、これらトランジスタに高電圧が印加され続けることにより信頼性が劣化することを防止できる。
(第61実施形態)
第61実施形態は、第54実施形態(図70、図71)に適用可能なレイアウトに関する。図80〜図83は、本発明の第61実施形態を示しており、図70、図71の半導体集積回路装置に適用可能なレイアウトを示している。図80〜図83は、図70、図71の断面構造の高さ方向における各面を半導体基板subの表面から上に向かって順に示している。また、図80〜図83のLXX−LXX線に沿った断面図が図70に相当し、LXXI−LXXI線に沿った断面図が図71に相当する。
図80に示すように、複数のアクティブ領域AAが、相互に分離してマトリックス状に設けられる。ゲート電極/RST、RST、WL0〜WL7、/BS、BSは、アクティブ領域上で図の上下方向に延在する。図の最も右の列のアクティブ領域上には、ゲート電極BS、/BS、WL0が相互に間隔を有して延在する。デプリーション型トランジスタが形成される位置のチャネル領域近傍には、トランジスタの閾値を負とするための不純物注入領域(Imp)が形成される。アクティブ領域AA内において、ゲート電極BSの両隣には、ソース/ドレイン領域SD20、SD21が位置する。同様に、ゲート電極/BSの両隣には、ソース/ドレイン領域SD21、SD22が位置し、ゲート電極WL0の両隣には、ソース/ドレイン領域SD22、SD23が位置する。
同様に、同じ列に属する各アクティブ領域において、ゲート電極WL1の両隣にはソース/ドレイン領域SD24、SD25が位置し、ゲート電極WL2の両隣にはソース/ドレイン領域SD25、SD26が位置する。同様に、ゲート電極WL3の両隣にはソース/ドレイン領域SD27、SD28が位置し、ゲート電極WL4の両隣にはソース/ドレイン領域SD28、SD29が位置する。ゲート電極WL5の両隣にはソース/ドレイン領域SD30、SD31が位置し、ゲート電極WL6の両隣にはソース/ドレイン領域SD31、SD32が位置する。ゲート電極WL7の両隣にはソース/ドレイン領域SD33、SD34が位置し、ゲート電極RSTの両隣には、ソース/ドレイン領域SD34、SD35が位置する。ゲート電極/RSTの両隣には、ソース/ドレイン領域SD35、SD36が位置する。
ソース/ドレイン領域SD20上にはコンタクトP26が形成される。ソース/ドレイン領域SD22、SD25、SD28、SD31、SD34上にはコンタクトP23が形成される。ソース/ドレイン領域SD23、SD24、SD26、SD27、SD29、SD30、SD32、SD33上にはコンタクトP21が形成される。ソース/ドレイン領域SD36上にはコンタクトP25が形成される。
図81に示すように、コンタクトP26上、P23上には、例えば方形状の配線層M21が設けられる。各コンタクトP21上には、例えば方形状の強誘電体キャパシタCが設けられる。コンタクトP23相互間の、2列の強誘電体キャパシタCの上方を覆うように、例えば方形状のプレート線PLが設けられる。各コンタクトP21相互間の各プレート線PLは、プレート線駆動回路PLDの出力端子に相当する配線層(図示せぬ)と接続されている。
図82に示すように、各プレート線PLを図の左右方向に横断するように、ローカルビット線LBL、/LBLが形成される。ローカルビット線LBL、/LBLは、上下方向に相互に間隔を有して設けられる。プレート線PLの相互間に設けられたコンタクトP23は、ローカルビット線LBL、/LBLと配線層M21とを接続する。
図83に示すように、図の左右方向にビット線BL、/BLが、相互に間隔を有して延在する。ビット線BL、/BLは、コンタクトP28を介して配線層M22と接続される。
なお、本実施形態を第55、第56実施形態に適用することももちろん可能である。第55実施形態の場合、メインブロック選択トランジスタ配線MBSおよび電源線Vsは、図82のローカルビット線LBL、/LBLの各一端と間隔を有して、図の上下方向にメインブロック選択トランジスタ配線MBSが延在する。同様に、電源線Vsが、各他端と間隔を有して、図の上下方向に延在する。また、図83に示す層のさらに上の層に図71、図72のシャント用配線/RST、RST、WL0〜WL7、/BS、BSが設けられる。第56実施形態の場合、シャント用配線/RST、RST、WL0〜WL7、/BS、BSと同じ層に、これらと同方向に沿ってメインブロック選択トランジスタ配線MBSおよび電源線Vsが設けられる。
本発明の第61実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、図70〜75の半導体集積回路装置を実現でき、第54〜56実施形態と同じ効果を得られる。
(第62実施形態)
第62実施形態は、階層ワード線方式の回路構成に関する。図84は、本発明の第62実施形態に係る半導体集積回路装置の回路構成を示しており、階層ワード線方式とシャント方式とを組み合わせた場合の回路構成を示している。
図84に示すように、例えば第6実施形態(図7)と同じ構成のセルブロックCB0、CB1、ビット線対BL、/BL、センスアンプSA、これらを制御するためのサブロウデコーダ、サブプレート線ドライバSRDからなるサブグループが、複数個(図では2個を例示)設けられている。そして、これらサブグループに対して、メインロウデコーダMRDと接続されたメインブロック選択トランジスタ配線MBSが設けられる。
なお、図84では、第6実施形態と同じ構成によりサブグループを構成した例を示しているが、本発明の他の実施形態の回路構成を用いて構成することももちろん可能である。
本発明の第62実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、上記各実施形態により得られる効果に加え、信号線の抵抗値の減少等の階層ワード線方式およびシャント方式により得られる効果を得られる。
(第63実施形態)
第63実施形態は、第41実施形態の半導体集積回路装置の配線の配置方法に関する。図85は本発明の第63実施形態に係る半導体集積回路装置を示している。図85の回路構成は、第41実施形態(図53)とほぼ同じである。この回路構成に加えて、第63実施形態では、カラム選択信号線CSLやデータ線DQが、ビット線に沿って、ローカルビット線/LBL、LBLと同じ配線層で形成されている(太線により図示)。データ線DQは、センスアンプと周辺回路とのデータのやりとりを行うために設けられる。カラム選択線CSLは、カラムデコーダ(図示せぬ)と接続され、センスアンプSAに読み出されたセルデータのうち選択したカラムのデータをデータ線DQに乗せるための選択信号のための線である。
本明細書の各実施形態においては、基本的にローカルビット線LBL、/LBL(以下、各ローカルビット線を個別に区別する場合以外、包括的にローカルビット線LBLと記載。他の参照符号に関しても同じ)を必要としている。そして、ローカルビット線LBLとして、例えば図72、73、74、75で示すように配線層M22のレベルの配線層が使用されている。
第63実施形態ではクロスポイント型のセルであるため、ローカルビット線LBLのピッチがセルピッチと同じである。このローカルビット線LBLのピッチが緩い特徴を用いて、2本のローカルビット線LBL毎に1本のカラム選択線CSLやデータ線DQが設けられることを特長としている。
なお、変形例として、設計ルールは厳しくなるが、各ローカルビット線LBL相互間にカラム選択線CSLやデータ線DQを設けることも可能である。また別の変形例として、ビット線BLと同じ配線層を用いてカラム選択線CSLやデータ線DQを構成することも可能であるが。図85の構成がより優れている。その理由は、以下の通りである。まず、ビット線BL相互間にカラム選択線CSLやデータ線DQを設けるとビット線BLのピッチが厳しくなり、配線容量が増大し、しいては読み出し信号の劣化を招く。一方、ローカルビット線LBL相互間にカラム選択線CSLやデータ線DQを設けた場合も、確かにローカルビット線LBLの容量が増加するデメリットが発生する。しかしながら、ローカルビット線LBLの長さは短く、全体の読み出し時の負荷容量増加の点でより影響が小さい。なぜならば非選択セルブロックCB内のローカルビット線LBLの容量は、読み出し時に信号が流れる配線に寄生する負荷容量として寄与しないためである。
なお、図85は、図53の実施形態に本実施形態が適用された場合を例示している。しかしながら、他の実施形態にも同様に本実施形態を適用することにより、ローカルビット線LBLと同じレベルに、カラム選択線CSLやデータ線DQを設けることももちろん可能である。
図86は、図85の実施形態におけるカラム選択線CSLやデータ線DQの複数のアレイマットにおける引き回し例を示す。この例では、以下のような構成をとっている。すなわち、まず、センスアンプSAが、2つのメモリセルアレイMCA間に設けられる。センスアンプSAの両側のメモリセルアレイMCAからの読み出しの際、このセンスアンプが動作する。そして、2つのメモリセルアレイMCAに挟まれたセンスアンプSAからなる構造が紙面の横方向に複数個(図86では2個を例示)設けられ、さらに右端にカラムデコーダCDが設けられている。各メモリセルアレイMCAの上端には、ロウデコーダRDが設けられる。各メモリセルアレイMCAは、例えば図85の構造が紙面の縦方向に複数個設けられる。
複数のカラム選択線CSL(カラム選択線CSL0、CSL1のみを代表的に図示)は、紙面の左右方向に延び、各セルアレイMCAを通過して、カラムデコーダCDと接続される。データ線DQ、/DQは、紙面の左右方向に延び、各セルアレイMCAを通過して、第2センスアンプSA2と接続される。データ線DQ、/DQは、各センスアンプSAと接続されており、カラム選択線CSLの信号に応じて、センスアンプSAにより増幅されたデータを第2センスアンプSAに転送する。
図87は本発明の第63の実施形態に係る半導体集積回路装置に適用できるデバイス構造のワード線に沿った方向における断面図を例示している。この例ではプレート線PLがM1配線層により構成され、ローカルビット線LBLがM2配線層により構成され、ビット線BLがM3配線層により構成され、メインブロック選択トランジスタ配線MBSおよびシャント用配線WL0〜WL7等がM4配線層により構成される。すなわち、この例では図85、86で示したカラム選択線CSLおよびデータ線DQがローカルビット線LBLと同じM2配線層で形成されている。
図88〜図90は、本発明の第63の実施形態に係る半導体集積回路装置に適用できるデバイス構造のビット線に沿った方向における1つのセルブロックの断面図を例示している。図88は、図85のローカルビット線/LBLに沿った断面図であり、図87のLXXXVIII−LXXXVIIIに沿った断面構造に対応する。図89は、図85のカラム選択線CSLまたはデータ線DQに沿った断面図であり、図87のLXXXIX−LXXXIXに沿った断面構造に対応する。図90は、図85のローカルビット線LBLに沿った断面図であり、図87のXC−XCに沿った断面構造に対応する。図88、図90は、図74、図75と同じである。なお、図88、図90において、ゲート電極/BS、BSの上方の配線層M21相互間に、配線層/BS、BSが設けられている。このように、M1配線層により、シャント用配線/BS、BSを実現することもできる。図では、便宜上、M1配線層、M4配線層の両方が示されている。
図89に示すように、半導体基板subの上方に、ワード線BS、/BS、WL0〜WL7、RST、/RSTが設けられる。これらワード線/BS、BS、WL0〜WL7、RST、/RSTの上方のM1配線層によって、プレート線PLが構成される。プレート線PLは、紙面の横方向に沿って設けられ、また、図88、図90のプレート線PLと接続されている。また、M1配線層において、配線層/BS、BSが紙面に垂直な方向に延びている。カラム選択線CSLおよびデータ線DQは、M1配線層の上方のM2配線層、すなわち、ローカルビット線/LBL、/LBLと同じ配線層により構成されている。M2配線層の上方には、M4配線層が位置する。M4配線層は、メインブロック選択トランジスタ配線MBS、およびシャント用の配線層Vs、MBS、BS、/BS、WL0〜WL7、RST、/RSTを構成する。
本発明の第63実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、ローカルビット線LBLが設けられる各実施形態において、カラム選択線CSLおよびデータ線DQが、ローカルビット線LBLと同じ配線層により構成される。このため、本実施形態が適用される、各実施形態によって得られる効果と同じ効果を得られる。
さらに、カラム選択線CSLおよびデータ線DQが、ローカルビット線LBLと同じ配線層により構成されることにより、以下の効果を得られる。すなわち、本発明の各実施形態では、ローカルビット線LBLが設けられるため、4つの配線層が必要である。これらの配線層を用いずにカラム選択線CSLおよびデータ線DQ等を設けようとすると、さらなる配線層を設ける必要がある。一方、従来の方式(図48)、発明者の先願のメモリの方式(図50、51)の場合、これらの図に示す配線層に加えて設けられた配線層によりカラム選択線CSLやデータ線DQを構成したとしても、配線層の総数は4つである。これに対して、第63実施形態によれば、ローカルビット線LBL相互間のスペースを有効に活用することにより、カラム選択線CSLおよびデータ線DQが設けられる。このため、カラム選択線CSLやデータ線DQまで含めた配線層の数は、従来または発明者の先願の方式と同じである。よって、配線層の増加に起因した製造コストの増加無しに、ローカルビット線LBLを用いて実現される本発明の各実施形態の効果(高速化等)を得られる。
また、第63実施形態によれば、配線層の増加無しにカラム選択線CSLをメモリセルアレイMCA上に設けることができるため、カラムデコーダCDを複数のメモリセルアレイで共有できる。カラムデコーダからのカラム選択信号をメモリセルアレイ上に配置できない場合、図86の場合と異なり、カラムデコーダをメモリセルアレイ毎に設ける必要がある。この結果、半導体集積回路装置の面積が増大する。これに対して、本実施形態によれば、カラムデコーダCDを複数のメモリセルアレイで共有できるため、カラムデコーダの面積を削減できる。
また、第63実施形態によれば、配線層の増加無しにデータ線DQを設けつつ、多数のデータ線DQをメモリセルアレイ上に設けることができる。多数のデータ線をメモリセルアレイ上に配置できない場合、図86の場合と異なり、少ないデータのみしかメモリセルアレイから周辺回路(第2センスアンプ等)に転送できないため、バンド幅が低下する。または、データ線を設けるための領域が別途必要になるため、半導体集積回路装置の面積が増大する。これに対して、本実施形態によれば、配線層の増加無しに、センスアンプSAと周辺回路との間のデータのバンド幅を向上できる。
(第64実施形態)
第64実施形態は、第63実施形態等(図88〜図90)に適用可能なレイアウトに関する。図91〜図94は、本発明の第64実施形態を示しており、図88〜図90等の半導体集積回路装置に適用可能なレイアウトを示している。図91〜図94は、強誘電体キャパシタの数が異なることを除いて、図88〜図90の高さ方向における各面に対応する。より詳しくは、図91〜図94は、半導体基板subの表面から上に向かう種々の位置の平面構造を順に示している。図91〜図94は、キャパシタの数が異なることを除いて第61実施形態(図80〜図83)とほぼ同じである。
図91に示すように、ゲート電極BS、/BS、WL0〜WL15、RST、/RSTが、相互に間隔を有して紙面の上下方向に延在する。複数のアクティブ領域AAが設けられる。アクティブ領域AAは、隣接する2つのゲート電極間からこの2つのゲート電極の両外側に亘る。そして、各ゲート電極相互間のアクティブ領域には、コンタクトP23が設けられる。ゲート電極の外側のアクティブ領域の上方には、強誘電体キャパシタCが設けられる。ゲート電極の外側の各アクティブ領域と、それらの上方の各強誘電体キャパシタCの下部電極BEとは、コンタクトP21により接続される。
図92は、M1配線層を中心に示している。図92に示すように、プレート線PL、配線層M21は、M1配線層により構成される。また、プレート線PLは、方形状の主要部と、主要部を相互に接続する接続部を有する。プレート線PLの主要部の相互間には、M1配線層からなる配線層21が複数設けられる。プレート線PLの主要部は、配線層M21相互間の、2列の強誘電体キャパシタCの上方を覆い、紙面の上下方向に亘る。接続部は、紙面の左右方向に延び、隣接する主要部を相互に接続する。接続部は、例えば、紙面の上下方向の2つの配線層M21ごとに設けられる。また、図91のゲート電極BS、/BSの上方には、M1配線層からなる配線層BS、/BSが設けられる。配線層BSの隣の配線層M21は、M1配線層から構成される。
図93は、M1配線層の上方のM2配線層を中心に示している。図93に示すように、プレート線PLの主要部の上方において、ローカルビット線/LBL0、LBL0、/LBL1、LBL1が紙面の左右に亘って延びている。ローカルビット線/LBL0、LBL0、/LBL1、LBL1は、M2配線層により構成される。ローカルビット線/LBL0とローカルビット線LBL0との間、およびローカルビット線/LBL1とローカルビット線LBL1との間、に、カラム選択線CSLまたはデータ線DQが設けられる。カラム選択線CSLおよびデータ線DQは、M2配線層により構成される。
図94は、M2配線層の上方のM3、M4配線層を中心に示している。図94に示すように、紙面の左右方向に亘ってビット線/BL0、BL0、/BL1、BL1が設けられる。ビット線/BL0、BL0、/BL1、BL1は、M3配線層により構成される。ビット線/BL0、BL0、/BL1、BL1の上方には、シャント用配線Vs、WL0〜WL15、/RST、RSTが設けられる。シャント用配線Vs、WL0〜WL15、/RST、RSTは、M4配線層により構成される。なお、本実施形態では、シャント用配線/BS、BSは、M4配線層ではなく、M1配線層(図92を参照)により構成された場合に対応する。
本発明の第64実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第61実施形態と同じ効果を得られる。また、第64実施形態によれば、図88〜図90の半導体集積回路装置を実現できる。
また、第64実施形態によれば、紙面の上下方向に広がるプレート線PLの主要部が、相互に接続される。このため、以下の効果を得られる。すなわち、本発明の各実施形態において、回路図により示されるように、1つのセルブロックCB内の全てのメモリセルは1つのプレート線PLを共有している。このため、これを実現するためのレイアウトとして、プレート線PLとなる配線層が、このプレート線PLと接続される強誘電体キャパシCタの全てを覆うように広がっていることが、最も簡単な構成である。しかしながら、例えば図81、図92に示すように、アクティブ領域AA(ソース/ドレイン領域SD)とローカルビット線LBLを接続するために、M1配線層からなる配線層M21が設けられる必要がある。このため、プレート線PLは、紙面の左右方向において、分断されている。第64実施形態では、これら分断されたプレート線PL(プレート線PLの主要部)が相互に接続される。このため、強誘電体キャパシタCへのアクセスの際、アクセス対象の強誘電体キャパシタCに流すための電流が、広範囲に分散される。このため、プレート線PLの抵抗が減少することにより遅延を緩和し、エレクトロマイグレーションによる配線の劣化を防止できる。
なお、プレート線PLの接続部は、紙面の上下に延びる方向において2つ以上の配線層M21ごとに設けられていても良い。また、シャント用配線層とゲート電極のシャントごとに設けられていても良い。
また、本実施形態を用いてM1配線層によるプレート線PLが相互に接続されるが、M2配線層によってカラム選択線CSLおよびデータ線DQを実現しない構成とすることももちろん可能である。この場合の断面図を図95に示す。図95は、図89の断面図と同様の位置に対応する。図95に示すように、図89に比べて、図88等において紙面の左右方向に分断されたプレート線PLの主要部を接続する、プレート線PLの接続部は設けられているが、カラム選択線CSLおよびデータ線DQが配線層M2により構成されていない。
(第65実施形態)
第65実施形態は、各実施形態に適用可能な制御方法に関する。まず、Return to Zero(RTZ)と呼ばれる方式とNon-return to Zero(NRTZ)と呼ばれる、FeRAMの2つの動作方式について説明する。
NRTZ方式は図44の従来の強誘電体メモリにおいて適用することができる。この方式では、“1”データの再書き込み時の電位状態、すなわちビット線の電位がハイレベルの状態のまま、選択セルのセルトランジスタがスタンバイ時の状態へと移行する。すなわち、ビット線の電位がハイレベルのまま、ワード線がオフとされることにより強誘電体キャパシタがフローティング状態となる。この結果、ハイレベルの電荷が強誘電体キャパシタの電極に閉じ込められる。このため、この電荷により、スタンバイ状態に移行後でも、再書き込みに必要な状態が持続するため、“1”データを確実に再書き込みできる。
これに対して、RTZ方式では、“1”データの再書き込みの電位状態となった後、ビット線がローレベルとされた後で、選択セルのセルトランジスタがスタンバイ時の状態へと移行する。図50の発明者の先願の強誘電体メモリでは、RTZ方式しか採用できない。その理由は、選択セルの強誘電体キャパシタの一端にハイレベルの電位が印加されている状態で選択セルのセルトランジスタをオンしたとしても、セルトランジスタのオンとともに選択セルの強誘電体キャパシタの両端がショートされるからである。この結果、閉じ込められた電荷が無くなるので、NRTZ方式を実現できない。RTZ方式は、NRTZ方式に比べて、“1”データの再書き込み時間を十分に確保できない。
図96〜図98は本発明の第65の実施形態に係る半導体集積回路装置の動作を示しており、第1実施形態の構成(図1)に本実施形態に係る制御方法を適用した場合である。より詳しくは、図96は動作履歴を示している。図97は強誘電体キャパシタQ3を含むメモリセルを選択後、スタンバイに移行するケースを示している。図98は強誘電体キャパシタQ3を含むメモリセルを選択後、強誘電体キャパシタQ2を含むメモリセルを選択してからスタンバイ状態に移行するケースを示している。以下、第1実施形態の構成に適用された場合を例に取り、第65実施形態について説明する。
図97において、データの読み出しまでの状態は、他の実施形態(図2等)と同じである。読み出し時、メモリセルの保持するデータが“1”の場合、分極状態は、図96の点Dから点Eに移動する。一方、“0”の場合、分極状態は、点Aから点Bに移動する。その後、センス動作が行われ、次いで、“0”データの場合、“0”データが再書き込みされ、分極状態は点Bから点Cへ移動する。次いで、プレート線PLがローレベルとされることにより、“1”データの場合、“1”データが再書き込みされる。この結果、分極状態は、点Eから点Fに移動する。
次に、ブロック選択信号BSがローレベルとされ、選択したワード線WL3がローレベルとされることにより、セルノードSN3に“1”データの電荷を貯める。その後、非選択ワード線WL0、WL1、WL2がハイレベルとされ、リセット信号RSTがハイレベルとされることにより、セルノードSN3がフローティングのまま、強誘電体キャパシタC0、C1、C2の両端をショートさせる。
次に、例えばタイマー回路を用いてワード線WL3が所定の時間後にハイレベルとされるようにすることにより強誘電体キャパシタC3の両端もショートさせる。すなわち、有限の時間後、必ず強誘電体キャパシタの両端の電位差はリセットされる。このため、非選択セルの強誘電体キャパシタC0、C1、C2へのディスターブ電圧は累積されず、ディスターブ電圧に起因した問題は発生しない。
本発明の第65実施形態に係る半導体集積回路装置によれば、第1実施形態と同じ効果を得られる。また、第65実施形態によれば、セルデータの読み出し後、選択セルの強誘電体キャパシタがフローティングとされ、一定の時間後、選択セルの強誘電体キャパシタの両端がショートされる。このため、選択セルのセルノードに電荷が蓄積された時間を確保することができる。すなわち、NRTZ方式を実現することができる。この結果、再書き込みをより確実に行うことが可能となり、半導体集積回路装置の信頼性が向上する。
次に、第65実施形態の他の例について、図98を参照して説明する。図98に示すように、最初のアクティブ動作でワード線WL3が選択され、その後ワード線WL3がローレベルとされることによりセルノードSN3に電荷が蓄積される。次のアクティブ動作では、ワード線WL3をローレベルに保った状態のまま、ワード線WL2の読み出し書き込みが行われる。次に、ワード線WL2がローレベルとされることにより、セルノードSN2に電荷が閉じ込められる。その後、再度、スタンバイ状態に移行する。ワード線WL3は、ローベルとされた時点から一定の時間経過後、ハイレベルとされる。同様に、ワード線WL2も、ローレベルとされた時点から一定の時間経過後、ハイレベルとされる。このような制御により、1つのセルブロック内のセルからデータが連続して読み出される場合も、NRTZ方式を実現することができる。
なお、図98の例では、ワード線WL2の選択サイクルの最後でワード線WL3がハイレベルとされている。しかしながら、これに限らず、例えば選択したワード線を可能な限りローレベルに保つことによっても、NRTZ方式を実現できる。ワード線WL2はスタンバイ状態で、ある一定の時間が経過後、ハイレベルに戻される。
(第66実施形態)
第66実施形態は、各実施形態、特に回路構成に関わる各実施形態に適用可能な変形例に関する。本実施形態が第1実施形態に適用された場合を例に取り、図99を参照して、以下に説明する。
図99は、本発明の第66実施形態に係る半導体集積回路装置の回路構成を示しており、本実施形態が第1実施形態に適用された場合を例示している。図99に示すように、図1のセルトランジスタQ0〜Q3、リセットトランジスタQR、ブロック選択トランジスタQSは、トランスミッションゲートTQ0〜TQ3、TQR、TQSによりそれぞれ置換されている。トランスミッションゲートTQ0〜TQ3、TQR、TQSは、それぞれ、並列接続されたN型MOS(NMOS)トランジスタQN0〜QN3、QNR、QNSと、P型MOS(PMOS)トランジスタQP0〜QP3、QPR、QPSと、により構成される。その他に関しては、第1実施形態と同じである。
図1のように、セルトランジスタQ0〜Q3、リセットトランジスタQR、ブロック選択トランジスタQSとしてNMOSが用いられる場合、全てのワード線WL0〜WL3、リセット信号RST、ブロック選択信号BSの動作振幅を、ビット線BLおよびローカルビット線LBLより大きくする必要がある。これは、セルトランジスタQ0〜Q3、リセットトランジスタQR、ブロック選択トランジスタQSの閾値電圧が低下すること(いわゆる閾値落ち)を避けるためである。この場合、セルトランジスタQ0〜Q3、リセットトランジスタQR、ブロック選択トランジスタQSの信頼性が低下する可能性がある。これを避けるために、セルトランジスタQ0〜Q3、リセットトランジスタQR、ブロック選択トランジスタQSのゲート酸化膜の膜厚は、耐圧を確保するために、他の周辺回路等のトランジスタより厚くする必要がある場合がある。
これに対して、第66実施形態によれば、閾値落ちが発生しないため、全てのワード線WL、リセット信号RST、ブロック選択信号BSの動作振幅をビット線BL、ローカルビット線LBLの振幅と同じにすることが出来る。このため、(1)セルトランジスタQ0〜Q3、リセットトランジスタQR、ブロック選択トランジスタQSの信頼性を向上できる。また、(2)ゲート酸化膜の厚いトランジスタを必要とせずプロセスコストを低減できる。また、(3)セルトランジスタQ0〜Q3等に微細なトランジスタを適用できるため、動作を高速化できる。
もちろん、上記のように、第66実施形態を第1実施形態に適用した場合を例にとり説明したが、他の全ての実施形態に適用することが可能である。また、図100、図101に示すように、トランスミッションゲートではなく、PMOSトランジスタを用いることももちろん可能である。
(第67実施形態)
第67実施形態は、第1〜第36実施形態、第41〜第66実施形態に係る半導体集積回路装置の適用例に関し、これら実施形態に係る半導体集積回路装置をデジタルカメラまたはデジタルビデオカメラに適用した例に関する。
図102は、本発明の第67実施形態に係るデジタルカメラまたはデジタルビデオカメラを示している。図102に示すように、デジタルカメラまたはデジタルビデオカメラ600は、画像入力装置601、データ圧縮装置602、FeRAM603、入出力装置604、表示装置605、システムバスBUS等を含んでいる。システムバスBUSは、画像入力装置601、データ圧縮装置602、FeRAM603、入出力装置604、表示装置605を相互に接続する。
画像入力装置601は、例えば画像データを入力するためのCCD(Charge-Coupled Device)撮像器、CMOS(Complementary MOS)センサ等により構成される。データ圧縮装置602は、入力された画像データを圧縮する。FeRAM603は、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態の半導体集積回路装置(FeRAM)により構成される。また、FeRAM603は、圧縮された画像データおよび制御コード等を記憶したり、バッファメモリとして用いられる。入出力装置604は、圧縮された画像データを出力したり、画像データを外部から入力したりする。表示装置605は、例えばLCD(Liquid Crystal Display)等から構成され、入力された画像データまたは圧縮された画像データに基づいた画像を表示する。
従来のFeRAMでは十分な高速動作ができなかったため、高速な画像処理が必要なデジタルカメラやデジタルビデオカメラの制御コードや、バッファメモリへ適用しようとすると動作が遅くなるという問題点があった。これに対して、従来のFeRAMより高速動作が可能な本発明の各実施形態に係るFeRAMを用いることにより、この問題を解決できる。
(第68実施形態)
第68実施形態は、第1〜第36実施形態、第41〜第66実施形態に係る半導体集積回路装置の適用例に関し、これら実施形態に係る半導体集積回路装置をコンピュータシステムに適用した例に関する。
図103は、本発明の第68実施形態に係るコンピュータシステムを示している。図103に示すように、コンピュータシステム701は、マイクロプロセッサ702、FeRAM703、入出力装置704、RAM705、ROM705、システムバスBUS等を含んでいる。システムバスBUSは、マイクロプロセッサ702、FeRAM703、入出力装置704、RAM705、ROM706を相互に接続する。
マイクロプロセッサ702は、各種の演算処理を行う。FeRAM703は、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態の半導体集積回路装置(FeRAM)により構成される。また、FeRAM703は、例えばコンピュータシステムの制御コードを記憶したり、データメモリとして用いられる。入出力装置704は、外部機器とのデータの授受を行う。RAM705は、例えばFeRAMより書き換え回数の制限が緩いRAM等が必要な場合や、より高速なRAMが必要な場合として、例えば高速SRAMや高速DRAMが用いられる。ROM706は、例えば、書き換えが不要なOS(Operating System)や漢字等のデータを格納する。
従来のFeRAMでは十分な高速動作ができなかったため、高速な処理が必要なコンピュータシステムの制御コードや、データメモリへ適用しようとすると動作が遅くなるという問題点があった。これに対して、本発明の各実施形態に係るFeRAMを用いることにより、この問題を解決できる。
(第69実施形態)
第69実施形態は、第1〜第36実施形態、第41〜第66実施形態に係る半導体集積回路装置の適用例に関し、これら実施形態に係る半導体集積回路装置をシステムLSIに適用した例に関する。
図104は、本発明の第69実施形態に係るマイクロプロセッサチップを示している。図104に示すように、マイクロプロセッサチップ801は、マイクロプロセッサコア802、マイクロコード(制御コード)メモリ803等を含んでいる。マイクロプロセッサコア802、マイクロコードメモリ803は、1つのチップ上に混載して形成されている。マイクロプロセッサコア802は、各種演算処理を行い、他のチップ等とデータの授受を行うためのI/Oを有する。マイクロコードメモリ803は、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態の半導体集積回路装置(FeRAM)により構成され、マイクロプロセッサコア802の動作に必要な各種のマイクロコードを記憶する。マイクロコードを変更することにより、マイクロプロセッサコアの命令等を容易に変更することができる。
従来のFeRAMでは十分な高速動作ができなかったため、高速な処理が必要なマイクロプロセッサのマイクロコード等に適用しようとすると動作が遅くなるという問題点があった。これに対して、本発明の各実施形態に係るFeRAMを用いることにより、この問題を解決できる。
(第70実施形態)
第70実施形態は、第1〜第36実施形態、第41〜第66実施形態に係る半導体集積回路装置の適用例に関し、これら実施形態に係る半導体集積回路装置を携帯コンピュータシステムに適用した例に関する。
図105は、本発明の第70実施形態に係る携帯コンピュータシステムを示している。図105に示すように、携帯コンピュータシステム901は、マイクロプロセッサおよびコントローラ(以下、単にマイクロプロセッサと記載)902、入力機器903、送受信器904、アンテナ905、表示機器906、FeRAM907等を含んでいる。
マイクロプロセッサ902は、各種の演算処理を行う。入力機器903は、マイクロプロセッサ902と接続され、データの入力を行う。入力機器903に適用される入力手段として、例えばハンドタッチ、キー入力、音声入力、CCDを用いた画像入力等が用いられる。送受信器904は、マイクロプロセッサ902と接続され、外部機器とアンテナ905を介してデータの授受を行う。送受信器904として、例えば携帯電話等で用いられる電波の送受信機能を有するものが用いられる。表示機器906は、マイクロプロセッサ902と接続され、種々の情報を表示するLCDまたはプラズマディスプレイ等から構成される。FeRAMは、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態の半導体集積回路装置(FeRAM)により構成され、マイクロプロセッサ902の動作に必要な各種の制御コードを記憶したり、データメモリ、バッファメモリとして用いられる。
従来のFeRAMでは十分な高速動作ができなかったため、高速な処理が必要な携帯コンピュータシステムの制御コードメモリ、データメモリ、バッファメモリ等に適用しようとすると動作が遅くなる問題点があった。これに対して、本発明の各実施形態に係るFeRAMを用いることにより、この問題を解決できる。
(第71実施形態)
第71実施形態は、第1〜第36実施形態、第41〜第66実施形態に係る半導体集積回路装置の適用例に関し、これら実施形態に係る半導体集積回路装置を論理可変LSIに適用した例に関する。
図106は、本発明の第71実施形態に係る論理可変LSIを示している。図106に示すように、論理可変LSI1000は、異なる論理演算を行う複数のロジック部1001と、各ロジック部1001に対応したFeRAM1002とを含んでいる。ロジック部1001、FeRAM1002は、1つのチップ上に混載して形成されている。FeRAM1002は、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態の半導体集積回路装置(FeRAM)により構成され、論理演算を記憶する。
例えば、FPD(Field Programmable Gate Device)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等におけるロジック部は、論理演算の再構成(Reconfiguration)が可能とされている。そして、論理可変LSIの論理記憶メモリは作製された論理演算の情報を記憶し、記憶された論理演算情報が高速で読み出される必要がある。しかしながら、従来のFeRAMでは十分な高速動作ができなかったため、論理可変LSIの論理記憶メモリに適用しようとすると動作が遅くなるという問題点があった。これに対して、本発明の各実施形態に係るFeRAMを用いることにより、この問題を解決できる。
なお、FeRAM1002は、図106のように、分割して設けられても良いし、1箇所にまとめられていても良い。また、ロジック部1001ごとではなく、モジュールごとに設けられていても良い。
(第72実施形態)
第72実施形態は、第1〜第36実施形態、第41〜第66実施形態に係る半導体集積回路装置の適用例に関し、これら実施形態に係る半導体集積回路装置をICカードに適用した例に関する。
図107は、本発明の第72実施形態に係るICカードを示している。図107に示すように、ICカード1100の本体上に、ICチップ1101が設置されている。ICチップ1101は、FeRAM1102を内蔵している。FeRAM1102は、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態の半導体集積回路装置(FeRAM)により構成され、ICカード1100のデータ記憶メモリ等として用いられる。
従来のFeRAMでは高速動作ができなかったため、高速なデータ書き込みが必要な高性能ICカードのデータ記憶メモリ等に適用しようとすると動作が遅くなる問題点があった。これに対して、本発明の各実施形態に係るFeRAMを用いることにより、この問題を解決できる。
(第73実施形態)
第73実施形態は、第1〜第36実施形態、第41〜第66実施形態に係る半導体集積回路装置の適用例に関し、これら実施形態に係る半導体集積回路装置をナビゲーションシステムを搭載した自動車に適用した例に関する。
図108は、本発明の第73実施形態に係るナビゲーションシステムを搭載した自動車を示している。図108に示すように、ナビゲーションシステム1200は、計測装置1201、コンピュータ(制御装置)1202、FeRAM1203、表示装置1204、操作装置1205等を含んでいる。自動車1206は、このようなナビゲーションシステム1200を搭載している。
計測装置1201は、例えばGPS(Global Positioning System)による位置測定に必要な情報を収集可能なように構成されている。または、計測装置1201は、自動車の各所に埋め込まれたセンサーを含んでいる。または、計測装置1201は、例えばCCD撮像器を含み、自動車の周囲の画像情報を取り込む。
計測装置1201により取り込まれた情報は、コンピュータ1202に供給される。コンピュータは1202は、これらの情報を、FeRAM1203に記憶されている各種の制御コード等に基づいて処理することにより、自動車の位置の測定、撮像された画像の認識、画像内の障害物の認識等を行う。コンピュータ1202は、例えば、図103に示すものを用いることができる。
コンピュータ1202はまた、本実施形態に係るナビゲーションシステムが自動運転に対応している場合、取り込まれた画像等を用いて自動車の置かれている状況を判断し、自動車を適切な位置へと導く。
FeRAM1203は、FeRAM1203は、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態の半導体集積回路装置(FeRAM)により構成される。コンピュータ1202は、測定された位置情報等を含む画像を表示装置1204に表示する。表示装置1204は、例えばLCD等から構成される。操作装置1205からは、例えばハンドタッチ、キー入力、音声入力により、コンピュータ1202にデータの入力が行われる。
従来の強誘電体FeRAMでは十分な高速動作ができなかったため、高速なナビゲーション、自動運転、自動物体認識が困難であった。これに対して、本発明の各実施形態に係るFeRAMを用いることにより、この問題を解決できる。
(第74実施形態)
第74実施形態は、第1〜第36実施形態、第41〜第66実施形態に係る半導体集積回路装置の適用例に関し、これら実施形態に係る半導体集積回路装置を産業用および民生用等のロボットに適用した例に関する。
図109は、本発明の第74実施形態に係るロボットを示している。図109に示すように、ロボット1300は、アーム1301、駆動装置1302、コンピュータ(制御装置)1303、FeRAM1304、センサー装置1305等を含んでいる。
アーム1301は、ロボット1300の用途に応じた各種の作業を行う。駆動装置1302は、アーム1301を駆動し、アーム1301の動作を制御する。FeRAM1304は、例えばコンピュータ1303の制御コードを記憶し、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態の半導体集積回路装置(FeRAM)により構成される。コンピュータ1302は、FeRAM1304に記憶されている各種の制御コード等の情報に基づいて、駆動装置1302を制御する。コンピュータ1303は、例えば図103に示すものを用いることができる。
センサー装置1305は、作業を施す対象としての物体の位置等を計測したり、アーム1301の位置を把握したりする。センサー装置1305により取り込まれた情報はコンピュータ1303に供給される。コンピュータ1303は、この情報とFeRAMに記憶されている情報とを用いて物体の位置等を認識し、アーム1301の調整等、次のアーム1301の動作の決定等を行う。
従来の強誘電体メモリでは十分な高速動作ができなかったため、高速なアーム動作、物体認識が困難であった。これに対して、本発明の各実施形態に係るFeRAMを用いることにより、この問題を解決できる。
(第75実施形態)
第75実施形態は、第1〜第36実施形態、第41〜第66実施形態に係る半導体集積回路装置の適用例に関し、これら実施形態に係る半導体集積回路装置をテレビ、ディスプレイ等の画像表示装置に適用した例に関する。
図110は、本発明の第75実施形態に係る画像表示装置を示している。図110に示すように、画像表示装置1400は、FeRAM1401、コンピュータ1402、画像処理装置1403、表示装置1404等を含んでいる。
FeRAM1401は、例えばコンピュータ1402の制御コード、および画像処理用のデータ等を記憶し、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態の半導体集積回路装置(FeRAM)により構成される。コンピュータ1402は、FeRAM1401に記憶されている各種の制御コードおよび画像処理用のデータ等の情報に基づいて、画像処理装置1403を制御する。画像処理装置1403は、例えば、インターネット等の通信回線または無線電波等を介して供給されたり、他のデバイスから取り込まれた、映像信号を処理する。画像処理装置1403は、また、映像信号を処理した結果としての表示信号を出力する。コンピュータ1402は、画像処理装置1403から供給された表示信号を用いて、表示装置1404を制御する。表示装置1404は、LCD等のディスプレイおよびその駆動装置を含んでおり、コンピュータ1402の制御に基づいた画像を表示する。
従来の強誘電体メモリでは十分な高速動作ができなかったため、高精細な画像処理を高速で行うことが困難であった。これに対して、本発明の各実施形態に係るFeRAMを用いることにより、この問題を解決できる。
(第76実施形態)
第76実施形態は、第1〜第36実施形態、第41〜第66実施形態に係る半導体集積回路装置の適用例に関し、これら実施形態に係る半導体集積回路装置を光ディスク装置に適用した例に関する。
図111は、本発明の第76実施形態に係る光ディスク装置を示している。図111に示すように、光ディスク装置1501は、光ヘッド1502、駆動装置1504、コンピュータ1505、FeRAM1506、画像処理装置1507等を含んでいる。
光ヘッド1502は、レーザー光線を用いて、光ディスク1503への情報の書き込みまたは光ディスク1503からの情報の読み出しを行う。駆動装置1504は、光ヘッド1502を駆動する。コンピュータ1505は、FeRAM1506に記憶されている各種の制御コード等の情報に基づいて駆動装置1504を制御する。コンピュータ1303は、例えば図103に示すものを用いることができる。FeRAM1506は、第1〜第36実施形態、および第41〜第66実施形態の半導体集積回路装置(FeRAM)により構成される。画像処理装置1507は、供給された、圧縮された画像データを復元したり、書き込まれる画像データに圧縮処理を施したりする。FeRAM1506はまた、画像処理データを一時的に記憶する機能も有する。
従来の強誘電体メモリでは十分な高速動作ができなかったため、高速な画像処理、圧縮処理が困難であった。これに対して、本発明の各実施形態に係るFeRAMを用いることにより、この問題を解決できる。
なお、実施形態中で図を用いて説明していないが、全実施形態で用いられる個々の発明を組み合わせることにより、多数の構成を実現できる。従来提案されている多値方式を各実施形態に適用することもできる。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
Q0〜Q15…セルトランジスタ、C、C0〜C15…強誘電体キャパシタ、WL0〜WL15…ワード線、BL、/BL…ビット線、PL、/PL…プレート線、LBL、/LBL、LBL0、/LBL、LBL1、/LBL1、LBL2、/LBL2…ローカルビット線、QR、QR0〜QR3…リセットトランジスタ、RST、RST0〜RST3…リセット信号(線)、BL、/BL…ビット線、QS、QS0〜QS3…ブロック選択トランジスタ(セルグループ選択トランジスタ)、BS、/BS、BS0、/BS0、BS1、/BS1…ブロック選択信号、CB、CB0〜CB3…セルブロック、SN0〜SN3…セルノード、CNT…コントローラ、PLD…プレート線ドライバ、SA…センスアンプ、sub…半導体基板、SD〜SD10、SD20〜SD36…ソース/ドレイン領域、P1〜P7、P21〜P28…コンタクト、BE…下部電極、F…強誘電体膜、TE…上部電極、AA0〜AA3…アクティブ領域、M0〜M2、M21、M22…配線層、QA0、QA1…増幅トランジスタ、100…プログラマブルデジタルシグナルプロセッサ、110…アナログーデジタルコンバータ、120…デジタルーアナログコンバータ、130…送信ドライバ、140…受信機増幅器、170、223…半導体集積回路装置、200…通信部、201…送受信アンテナ、202…アンテナ共用器、203…受信部、204…ベースバンド処理部、205…DSP、206…スピーカ、207…マイクロホン、208…送信部、209…周波数シンセサイザ、211…音声データ再生処理部、212…外部出力端子、213…LCDコントローラ、214…LCD、215…リンガ、220…制御部、221…CPU、222…ROM、224…フラッシュメモリ、231、233、235…インターフェース回路、232…外部メモリスロット、234…キー操作部、236…外部出力端子、240…外部メモリ、300…携帯電話端末、400…メモリカード、401…FeRAMチップ、501…マクロ、502…半導体チップ、CG、CG0、CG1…セルグループ、CU0〜CU3…セルユニット、RSD…リセット信号線デコーダ、Imp…不純物注入領域、MBS…メインブロック選択トランジスタ配線、Vss…電源線、MRD…メインロウデコーダ、SRD…サブロウデコーダ、CSL…カラム選択線、DQ、/DQL…データ線、TQ0〜TQ3、TQR、TQS…トランスミッションゲート、QN0〜QN3、QNR、QNS…NMOSトランジスタ、QP0〜QP3、QPR、QPS…PMOSトランジスタ、600…デジタルカメラまたはデジタルビデオカメラ、601…画像入力装置、602…データ圧縮装置、603、703、907、1002、1102、1203、1304、1401、1506…FeRAM、604…入出力装置、605、1204、1404…表示装置、BUS…システムバス、701…コンピュータシステム、702…マイクロプロセッサ、704…入出力装置、705…RAM、705…ROM、801…マイクロプロセッサチップ、802…マイクロプロセッサコア、803…マイクロコードメモリ、901…携帯コンピュータシステム、902…マイクロプロセッサおよびコントローラ、903…入力機器、904…送受信器、905…アンテナ、906…表示機器、1000…論理可変LSI、1001…ロジック部、1100…ICカード、1101…ICチップ、1200…ナビゲーションシステム、1201…計測装置、1202、1303、1402、1505…コンピュータ、1205…操作装置、1206…自動車、1300…ロボット、1301…アーム、1302、1504…駆動装置、1305…センサー装置、1400…画像表示装置、1403…画像処理装置、1501…光ディスク装置、1502…光ヘッド、1503…光ディスク、1507…画像処理装置。