JPH0541080A - Ferroelectric memory and method for driving this memory - Google Patents
Ferroelectric memory and method for driving this memoryInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体メモリ装置に係
り、特に、強誘電体容量素子を利用した強誘電体メモ
リ、並びにその強誘電体メモリに於ける高速・高S/N
読み出しのための駆動方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a ferroelectric memory using a ferroelectric capacitor element and a high speed / high S / N ratio in the ferroelectric memory.
The present invention relates to a driving method for reading.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、強誘電体材料はヒステリシス特
性を有しており、この特性を利用してデ―タを記憶でき
ることが知られている。図10は、前述した強誘電体材
料のヒステリシス特性を示している。同図に於いて、横
軸は電界E、縦軸は分極Pを表している。2. Description of the Related Art Generally, ferroelectric materials have a hysteresis characteristic, and it is known that data can be stored by utilizing this characteristic. FIG. 10 shows the hysteresis characteristic of the above-mentioned ferroelectric material. In the figure, the horizontal axis represents the electric field E and the vertical axis represents the polarization P.
【0003】電界が0の時の分極状態(残留分極Pr )
には、図示のように、AとCの2つの状態があり、各位
置をデジタル信号の“1”,“0”に対応させる。即
ち、Aの状態を“1”、Cの状態を“0”と定義する。
勿論、その逆でも何等、差し支えないことは言うまでも
ない。デ―タの書き込みは以下のようにして行う。Polarization state when the electric field is 0 (residual polarization P r ).
Has two states of A and C as shown in the figure, and each position is made to correspond to "1" and "0" of the digital signal. That is, the state of A is defined as "1" and the state of C is defined as "0".
Of course, it goes without saying that the reverse is also possible. Data writing is performed as follows.
【0004】図11は、書き込み動作を説明するために
必要最低限の最も単純な構成を示しており、以降、この
構成を強誘電体セルと称する。即ち、この強誘電体セル
100は、強誘電体薄膜102を上部電極103と下部
電極201でサンドイッチした構成からなる。FIG. 11 shows the minimum and simplest configuration necessary for explaining the write operation, and this configuration will be referred to as a ferroelectric cell hereinafter. That is, the ferroelectric cell 100 has a structure in which the ferroelectric thin film 102 is sandwiched between the upper electrode 103 and the lower electrode 201.
【0005】こうした構成の強誘電体セル100に対
し、例えば、図10に示される抗電界Ec に比べ充分大
きな電界Ea を印加して、書き込みを行う。つまり、分
極状態を変化させるのであるが、その印加電界の向きに
より、強誘電体薄膜102の電界E除去後の分極状態
は、AであるかCであるかが決まる。Writing is performed by applying an electric field E a, which is sufficiently larger than the coercive electric field E c shown in FIG. 10, to the ferroelectric cell 100 having such a structure. That is, the polarization state is changed, and the polarization state of the ferroelectric thin film 102 after removal of the electric field E is A or C depending on the direction of the applied electric field.
【0006】今、図10に於いて、分極状態がAである
とする。この状態の強誘電体薄膜102に対して、正の
電界パルスEa を印加すると、分極状態はA→B→Cと
変化し、Cに落ちつく。即ち、デ―タに対応させれば、
“1”から“0”に書き換えられたことになる。一方、
元々Cの分極状態であれば、分極状態はC→B→Cと変
化し、元の状態と変わらない。Now, assume that the polarization state is A in FIG. When a positive electric field pulse Ea is applied to the ferroelectric thin film 102 in this state, the polarization state changes from A to B to C and settles at C. That is, if it corresponds to data,
This means that the data has been rewritten from "1" to "0". on the other hand,
If the polarization state is originally C, the polarization state changes from C to B to C, which is the same as the original state.
【0007】つまり、書き込みの印加電界Ea の印加方
向、図11に於いて電極102と103の、どちらをハ
イに、あるいは、ローにするかで、強誘電体薄膜102
の分極状態を一義的に決めることができ、デ―タ
“1”,“0”を間違いなく書き込めるものである。ま
た、このような強誘電体セル100からのデータの読み
出しは、以下のようにして行う。That is, the ferroelectric thin film 102 depends on the direction of application of the applied electric field E a for writing, which of the electrodes 102 and 103 is set to high or low in FIG.
The polarization state can be uniquely determined, and the data "1" and "0" can be written without fail. The reading of data from such a ferroelectric cell 100 is performed as follows.
【0008】例えば、前記強誘電体薄膜102に“1”
信号が書き込まれており、分極状態がAの状態であると
する。この時、正の読み出しパルスEs を印加すると、
前記分極はA→B→Cと分極状態を移行する(図10中
の矢印b)。このA状態からB状態に移行するAB区間
の傾斜は大きく、強誘電体薄膜102の容量値Cf の変
化は大きい。For example, "1" is added to the ferroelectric thin film 102.
It is assumed that a signal is written and the polarization state is A. At this time, if a positive read pulse E s is applied,
The polarization shifts the polarization state from A to B to C (arrow b in FIG. 10). The slope of the AB section from the A state to the B state is large, and the change in the capacitance value C f of the ferroelectric thin film 102 is large.
【0009】これに対して、強誘電体薄膜102に
“0”信号が書き込まれており、分極状態がCの状態で
ある場合、前記読み出しパルスEs を印加すると、分極
状態はC→B→Cと変化する(図10中の矢印a)が、
このBC区間は傾斜が緩やかであり、つまり、前記容量
値Cf の変化は小さい。On the other hand, when the "0" signal is written in the ferroelectric thin film 102 and the polarization state is C, when the read pulse E s is applied, the polarization state becomes C → B → Changes with C (arrow a in FIG. 10)
This BC section has a gentle slope, that is, the change in the capacitance value C f is small.
【0010】従って、この容量値Cf の大小により、デ
―タ“1”の場合には出力が大きく、デ―タ“0”の場
合には小さくなるので、“1”と“0”を判別して読み
出すことができる。Therefore, depending on the magnitude of the capacitance value C f , the output is large in the case of data "1" and small in the case of data "0", so that "1" and "0" are set. It can be discriminated and read.
【0011】前述したヒステリシス特性を利用して、強
誘電体を情報記録媒体として用いた強誘電体メモリの先
行特許には、例えば、特開昭55−126905号公
報,特開昭57−117186号公報,特開昭59−2
15096号公報,特開昭59−215097号公報,
特開平1−158691号公報,等が開示されている。Utilizing the above-mentioned hysteresis characteristics, prior art patents for ferroelectric memories using a ferroelectric as an information recording medium are disclosed in, for example, JP-A-55-126905 and JP-A-57-117186. Publication, JP-A-59-2
15096, JP-A-59-215097,
Japanese Patent Laid-Open No. 1-158691 and the like are disclosed.
【0012】情報の書き込み,読み出しは、光学的なも
のと電気的なものとがあるが、特開平1−158691
号公報には、従来のICメモリのように電気的に書き込
み・読み出しのできる強誘電体メモリの回路例が開示さ
れている。Writing and reading of information include optical ones and electrical ones. JP-A-1-158691
The publication discloses a circuit example of a ferroelectric memory that can be electrically written and read like a conventional IC memory.
【0013】図12の(A)は、強誘電体メモリセル部
の概略的な回路構成例を示す図である。強誘電体セル1
00にエンハンスト型NMOSトランジスタからなるア
クセストランジスタ104が接続され、駆動線105,
ワ―ド線106,ビット線107が接続された構成から
なる。FIG. 12A is a diagram showing a schematic circuit configuration example of the ferroelectric memory cell portion. Ferroelectric cell 1
00 is connected to an access transistor 104 composed of an enhanced NMOS transistor, and a drive line 105,
The word line 106 and the bit line 107 are connected to each other.
【0014】前記強誘電体セル100は、図12の
(A)に示すように、矢印C方向により示されるデ―タ
“1”の分極状態を持つように設定することができる。
また、逆に、矢印Cの反対方向により示されるデ―タ
“0”の分極状態に設定することもできる。このメモリ
回路108の読み出しは以下のようにして行われる。The ferroelectric cell 100 can be set so as to have a polarization state of data "1" indicated by the direction of arrow C, as shown in FIG.
On the contrary, the polarization state of data "0" indicated by the opposite direction of arrow C can be set. Reading from the memory circuit 108 is performed as follows.
【0015】まず、ワ―ド線106による読み出し信号
が、高電位(Hレベル)の時には、トランジスタ104
がONされ、強誘電体セル100は駆動線105及びビ
ット線107の間を導通させた状態となる。First, when the read signal from the word line 106 is at a high potential (H level), the transistor 104
Is turned on, and the ferroelectric cell 100 is in a state in which the drive line 105 and the bit line 107 are electrically connected.
【0016】この導通状態で、ビット線107を0V,
駆動線105をハイ(H)レベル(≧Es )とする。こ
の時に、分極状態が下向きの矢印で示されるデ―タ
“1”の状態、即ち図10に於けるA状態であるとする
と、分極はA状態からB状態へとAB区間を移動し、駆
動線105が低電位(ロー(L)レベル)0Vに下降す
ると、B状態からC状態へと分極は変化する。この時、
トランジスタ104を経て、ビット線107に電流i1
が流れる。In this conductive state, the bit line 107 is set to 0V,
The drive line 105 is set to a high (H) level (≧ E s ). At this time, if the polarization state is the state of the data “1” indicated by the downward arrow, that is, the A state in FIG. 10, the polarization moves in the AB section from the A state to the B state and is driven. When the line 105 drops to a low potential (low (L) level) 0 V, the polarization changes from the B state to the C state. At this time,
A current i 1 is applied to the bit line 107 through the transistor 104.
Flows.
【0017】逆に、書き込まれているデ―タが“0”の
場合、即ち図10に於いてCの状態の分極状態にある場
合には、前述した動作と同じ動作により分極状態をC状
態からB状態を経てC状態に戻るように変化し、対応す
る電流i2 が、ビット線107に流れる。On the contrary, when the written data is "0", that is, when the polarization state is C in FIG. 10, the polarization state is changed to C state by the same operation as described above. From the B state to the C state and then to the C state, and the corresponding current i 2 flows through the bit line 107.
【0018】この時、分極の変化量に比例して電流が発
生するため i1 > i2 …(1) の関係が成立する。そのため、出力電流を、あるリファ
レンス信号と比較することで、書き込まれていたデ―タ
が“1”か“0”かを判別することができる。At this time, since a current is generated in proportion to the amount of change in polarization, the relationship of i 1 > i 2 (1) holds. Therefore, by comparing the output current with a certain reference signal, it is possible to determine whether the written data is "1" or "0".
【0019】この電流i1 ,i2 の判別動作について、
図13を参照して説明する。図12に示される強誘電体
セル100と半導体スイッチ104とで、1つのセルが
構成され、このセル108を駆動制御するために、デコ
―ダ109,ドライバ110及び制御回路111等の周
辺回路が接続されている。さらには、センスアンプ11
2が設けられ、このセンスアンプ112にはビット線1
07及びリファレンス信号線113が接続されている。Regarding the discrimination operation of the currents i 1 and i 2 ,
This will be described with reference to FIG. The ferroelectric cell 100 and the semiconductor switch 104 shown in FIG. 12 constitute one cell. In order to drive and control this cell 108, peripheral circuits such as a decoder 109, a driver 110 and a control circuit 111 are arranged. It is connected. Furthermore, the sense amplifier 11
2 are provided, and the bit line 1 is provided in the sense amplifier 112.
07 and the reference signal line 113 are connected.
【0020】前記リファレンス信号は、このリファレン
ス信号線113により与えられる。周知のDRAMで
は、「ダミ―セル」を配し、その「ダミ―セル」から、
デ―タ“1”と“0”の場合に得られる電流i1 ,i2
の中間の大きさの電流を発生させ、それをリファレンス
信号として用いている。The reference signal is provided by the reference signal line 113. In the well-known DRAM, "dummy cells" are arranged, and from the "dummy cells",
Currents i 1 and i 2 obtained in the case of data “1” and “0”
A current having an intermediate magnitude is generated and used as a reference signal.
【0021】そして、特開平1−158691号公報に
於いては、図14に示すように、同一の強誘電体セル1
00a,100bを一対にして用い、一方の強誘電体セ
ル、例えば、100aをデ―タ記録用のセルとし、もう
一方の強誘電体セル100bをリファレンス用のセルと
して組み合わせて使用する。また、強誘電体セル100
a,100bには、必ず相補的にデ―タが記録されてお
り、例えば強誘電体セル100aに“1”が記録されて
いる場合には、強誘電体セル100bには“0”が記録
されている。In Japanese Patent Laid-Open No. 1-158691, as shown in FIG. 14, the same ferroelectric cell 1 is used.
00a and 100b are used as a pair, and one ferroelectric cell, for example, 100a is used as a data recording cell, and the other ferroelectric cell 100b is used as a reference cell in combination. In addition, the ferroelectric cell 100
Data is always recorded in a and 100b in a complementary manner. For example, when "1" is recorded in the ferroelectric cell 100a, "0" is recorded in the ferroelectric cell 100b. Has been done.
【0022】このような状態に於いて、トランジスタ1
04a,104bの各ゲ―トに接続されているワ―ド線
106をHレベルにして、トランジスタ104a,10
4bをON状態にする。次に、ビット線107a,10
7bを0V、駆動線105をHレベルからLレベルにす
る。その時、例えば、前記強誘電体セル100aにデ―
タ“1”が記録され、前記強誘電体セル100bに
“0”が記録されている場合には、前記ビット線107
aには図10に示したヒステリシス曲線のA状態からB
状態を経てC状態(矢印b)になる分極状態の変化に伴
う電流i1 が流入し、また前記ビット線107bには、
C状態からB状態を経てC状態(矢印a)の変化に伴う
電流i2 が流入する。これら電流i1 ,i2 がセンスア
ンプ112にて比較増幅される。In such a state, the transistor 1
The word line 106 connected to the gates 04a and 104b is set to the H level to turn on the transistors 104a and 10b.
Turn on 4b. Next, the bit lines 107a, 10
7b is changed to 0V, and the drive line 105 is changed from H level to L level. At that time, for example, data is transferred to the ferroelectric cell 100a.
If the data "1" is recorded and the ferroelectric cell 100b is recorded with "0", the bit line 107
a shows the hysteresis curve shown in FIG.
A current i 1 flows due to a change in the polarization state that changes from the state to the C state (arrow b), and the bit line 107b is
The current i 2 flows from the C state to the B state through the change of the C state (arrow a). These currents i 1 and i 2 are compared and amplified by the sense amplifier 112.
【0023】センスアンプ112として、周知のDRA
M等で使用されているフリップ・フロップ型のセンスア
ンプであれば、電流i1 ,i2 はビット線等の容量成分
により電位に変化された形でセンスアンプに流入、比較
増幅される。また、デ―タの書き込みは、読み出しと同
様にして、以下のようにして行われる。A well-known DRA is used as the sense amplifier 112.
In the case of a flip-flop type sense amplifier used in M or the like, the currents i 1 and i 2 flow into the sense amplifier in the form of being changed to the potential by the capacitive component of the bit line and the like and are comparatively amplified. Further, writing of data is performed as described below in the same manner as reading.
【0024】ワ―ド線106をHレベルに設定し、トラ
ンジスタ104a,104bをONさせて、駆動線10
5あるいはビット線107a,107bのいずれか一方
をHレベルに、他方をLレベルにする。The word line 106 is set to the H level, the transistors 104a and 104b are turned on, and the drive line 10 is turned on.
5 or one of the bit lines 107a and 107b is set to the H level and the other is set to the L level.
【0025】この時、駆動線105をHレベルに設定
し、ビット線107a,107bをLレベルに設定すれ
ば、下向きの矢印で示されるデ―タ“1”の状態に分極
状態が設定され、逆の場合にはデ―タ“0”の状態に分
極状態が設定される。At this time, if the drive line 105 is set to the H level and the bit lines 107a and 107b are set to the L level, the polarization state is set to the state of the data "1" indicated by the downward arrow, In the opposite case, the polarization state is set to the state of data "0".
【0026】しかし、従来の方法では、強誘電体セルか
ら発生する電荷をどの様にセンシングするかが不明瞭で
あるが、DRAMと同様にセンスアンプにてデ―タ読み
出しを行っていることから、強誘電体セルに負荷容量を
接続し、電位に変換してデ―タ信号とリファレンス信号
を比較増幅していることは明らかである。このような構
成では、以下のような問題が生ずる。However, in the conventional method, it is unclear how to sense the charges generated from the ferroelectric cell, but since the data is read by the sense amplifier like the DRAM, It is obvious that the load capacitance is connected to the ferroelectric cell, converted into the potential, and the data signal and the reference signal are compared and amplified. With such a configuration, the following problems occur.
【0027】図15の(A)は、従来の方法によるリー
ド/ライト(R/W)動作を説明するための回路構成を
示す図である。読み出しは、前記の如く以下のようにし
て行われる。センスアンプ112に接続するトランスフ
ァ―ゲ―ト104をONとし、続けて強誘電体セル10
0に接続するトランスファ―ゲ―ト114をONとす
る。こうした状態で駆動線105をハイとする。それら
のタイミングは、図15の(B)に示す。FIG. 15A is a diagram showing a circuit configuration for explaining a read / write (R / W) operation by a conventional method. The reading is performed as follows as described above. The transfer gate 104 connected to the sense amplifier 112 is turned on, and then the ferroelectric cell 10 is connected.
The transfer gate 114 connected to 0 is turned on. In this state, the drive line 105 is set high. Those timings are shown in FIG.
【0028】[0028]
【発明が解決しようとする課題】このような回路構成で
は、駆動線105をハイからローに落とした時に、問題
が生ずる。図12の(B)は、その時点での等価回路を
示す図である。強誘電体セル100への読み出し動作に
伴なう分極反転による電荷は、負荷容量115に蓄積さ
れて、その電位をセンスアンプ(S.A.)112で、
リファレンス信号Vref と比較増幅する。この場合、そ
の負荷容量115の有する電位は、図12の(B)から
判るように、反転させた分極を減極する向きに働くた
め、分極状態を不安定なものとする。これにより、図1
0に示されるA及びC状態ではなく、中間の状態になっ
てしまう。With such a circuit configuration, a problem occurs when the drive line 105 is dropped from high to low. FIG. 12B is a diagram showing an equivalent circuit at that time. The charge due to the polarization inversion accompanying the read operation to the ferroelectric cell 100 is accumulated in the load capacitor 115, and the potential thereof is sensed by the sense amplifier (SA) 112.
The reference signal V ref is compared and amplified. In this case, the potential of the load capacitance 115 acts in the direction of depolarizing the inverted polarization, as can be seen from FIG. 12B, so that the polarization state becomes unstable. As a result,
Instead of the A and C states shown in 0, the state becomes an intermediate state.
【0029】逆に、トランスファ―ゲ―ト114をOF
Fした後に、駆動線105をローとした場合(図15の
(B)中に点線で示す場合)には、上記問題は起らない
が、強誘電体膜102に蓄積された電荷(後述)が放電
されない。従って、トランスファ―ゲ―ト114のリ―
クや他の構成部品を経由しての自然放電による放電を待
たねばならない。On the contrary, the transfer gate 114 is OF
If the drive line 105 is set to low after F (indicated by a dotted line in FIG. 15B), the above problem does not occur, but charges accumulated in the ferroelectric film 102 (described later) Is not discharged. Therefore, the transfer gate 114
It has to wait for a spontaneous discharge through the battery and other components.
【0030】また、これは駆動信号φ1 のタイミングに
関係なく起るが、負荷容量115に蓄積された電荷の放
電が従来の構成ではできない。これも自然放電による放
電を待たねばならず、高速駆動はもとより、安定したR
/W動作が望めない。強誘電体セル100あるいは負荷
容量115に電荷が蓄積された状態で、次のR/W動作
を行うために駆動信号φ1 をハイとし、ある電圧Va を
印加しても、強誘電体セル100に印加される実効的な
電圧は、Va によるものではなく、前記容量に蓄積され
た電荷による分だけ差異を生じ、安定したR/W動作が
行えない。従って、強誘電体セル100及び負荷容量1
15に蓄積された電荷を高速に確実に放電させる必要が
ある。本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、強
誘電体メモリセルの分極状態を劣化させることなく、高
速な駆動を可能とすることを目的とする。Although this occurs regardless of the timing of the drive signal φ 1 , the electric charge accumulated in the load capacitance 115 cannot be discharged by the conventional structure. This also requires waiting for the discharge due to spontaneous discharge, which is stable R as well as high-speed driving.
/ W operation cannot be expected. Even if the drive signal φ 1 is set to high and a certain voltage V a is applied in order to perform the next R / W operation in the state where the charge is stored in the ferroelectric cell 100 or the load capacitance 115, the ferroelectric cell The effective voltage applied to 100 does not depend on V a but differs by the amount of charges accumulated in the capacitor, and stable R / W operation cannot be performed. Therefore, the ferroelectric cell 100 and the load capacitance 1
It is necessary to surely discharge the charge accumulated in 15 at high speed. The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to enable high-speed driving without deteriorating the polarization state of a ferroelectric memory cell.
【0031】[0031]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による強誘電体メモリは、1対の電極とこ
れら電極間に挟持された強誘電体薄膜とからなる強誘電
体セル、あるいは該強誘電体セルと半導体素子との組み
合わせからなるメモリセルと、前記メモリセルに電気的
に直列接続された負荷容量と、前記負荷容量に蓄積され
た電位を読み出し後、直ちに前記負荷容量の蓄積電荷を
放電する放電回路とを具備することを特徴としている。In order to achieve the above object, the ferroelectric memory according to the present invention is a ferroelectric cell comprising a pair of electrodes and a ferroelectric thin film sandwiched between these electrodes. Alternatively, a memory cell including a combination of the ferroelectric cell and a semiconductor element, a load capacitance electrically connected in series to the memory cell, and the load capacitance immediately after reading the potential accumulated in the load capacitance. And a discharge circuit for discharging the accumulated electric charge.
【0032】ここで、前記負荷容量は、例えばMOSト
ランジスタのゲート酸化膜容量や半導体素子中の拡散層
容量等の半導体を構成する部位の一部を用いて構成して
も良いし、また、例えばMOSトランジスタのゲート酸
化膜容量や半導体素子中の拡散層容量、あるいはデータ
ライン等の寄生容量等、半導体を構成することにより必
然的に形成される寄生容量等の容量分を利用して構成す
ることができる。さらには、前記負荷容量は、強誘電体
薄膜及び高誘電率を有する薄膜、例えばTa2O5 膜あ
るいはSi3 N4 膜等を用いて構成することができる。Here, the load capacitance may be formed by using a part of a portion forming a semiconductor such as a gate oxide film capacitance of a MOS transistor or a diffusion layer capacitance in a semiconductor element. It should be configured by using the capacitance such as the gate oxide film capacitance of the MOS transistor, the diffusion layer capacitance in the semiconductor element, or the parasitic capacitance of the data line or the like, which is inevitably formed by configuring the semiconductor. You can Furthermore, the load capacitance can be configured by using a ferroelectric thin film and a thin film having a high dielectric constant, such as a Ta 2 O 5 film or a Si 3 N 4 film.
【0033】また、本発明による強誘電体メモリの駆動
方法は、前記のような強誘電体メモリに於いて、前記メ
モリセルに蓄積された電荷、及び前記メモリセルの情報
を読み出すことにより前記負荷容量に蓄積された電荷
を、該負荷容量の放電時定数より前に、前記放電回路に
て放電することを特徴としている。In the ferroelectric memory driving method according to the present invention, in the ferroelectric memory as described above, the charge accumulated in the memory cell and the information in the memory cell are read to read the load. It is characterized in that the electric charge accumulated in the capacitance is discharged in the discharge circuit before the discharge time constant of the load capacitance.
【0034】あるいは、前記のような強誘電体メモリに
於いて、前記メモリセルの情報を読み出すことにより前
記負荷容量に蓄積された電荷を、前記放電回路にて放電
した後、前記メモリセルに蓄積された電荷を放電するこ
とを特徴としている。Alternatively, in the ferroelectric memory as described above, the charge accumulated in the load capacitance by reading the information of the memory cell is discharged in the discharge circuit and then accumulated in the memory cell. It is characterized by discharging the generated electric charge.
【0035】[0035]
【作用】即ち、本発明による強誘電体メモリ及びその駆
動方法では、放電回路によって、負荷容量に蓄積された
電位を読み出し後、直ちに前記負荷容量の蓄積電荷を放
電し、その後、メモリセルに蓄積された電荷を放電する
ことにより、強誘電体セル及び負荷容量に蓄積された電
荷を高速且つ確実に放電できるので、強誘電体メモリセ
ルの分極状態を劣化させることなく、高速な駆動を可能
とすることができる。That is, in the ferroelectric memory and the method of driving the same according to the present invention, the electric charge accumulated in the load capacitance is read out by the discharge circuit, the accumulated charge of the load capacitance is immediately discharged, and then the accumulated charge is accumulated in the memory cell. By discharging the stored electric charge, the electric charge accumulated in the ferroelectric cell and the load capacitance can be discharged at high speed and reliably, so that high speed driving is possible without deteriorating the polarization state of the ferroelectric memory cell. can do.
【0036】[0036]
【実施例】本発明の実施例を説明する前に、本発明の理
解を助けるために、先ず、本発明の原理を説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before explaining the embodiments of the present invention, the principle of the present invention will be explained first in order to help understanding of the present invention.
【0037】本発明による強誘電体メモリは、図1の
(A)に示すように、電圧供給ライン11に接続された
少なくとも強誘電体セルを含むメモリセル12と、デ―
タ読み出しライン13と、そのデ―タ読み出しライン1
3に接続された負荷容量14と、その負荷容量14に電
気的に並列接続された放電回路15とからなる。基本的
な動作は、メモリセル12及び負荷容量14に蓄積され
た電荷を、放電回路15により放電させることにより行
われる。As shown in FIG. 1A, the ferroelectric memory according to the present invention includes a memory cell 12 including at least a ferroelectric cell connected to a voltage supply line 11 and a data cell.
Data read line 13 and its data read line 1
3 and a discharge circuit 15 electrically connected in parallel to the load capacitance 14. The basic operation is performed by discharging the electric charge accumulated in the memory cell 12 and the load capacitance 14 by the discharge circuit 15.
【0038】放電回路15としては、例えば、MOSト
ランジスタにより形成することができる。図1の(A)
は、MOSトランジスタをトランスファ―ゲ―トとして
用いた場合の例であるが、このMOSトランジスタのゲ
―トをONあるいはOFFすることで放電動作を行う。
勿論、MOSトランジスタをONにした時に、メモリセ
ル12及び負荷容量14に蓄積された電荷は、このMO
Sトランジスタを経由してGNDに放電される。放電の
タイミングは、例えば、図1の(B)のタイミングチャ
ートに示すように設定される。The discharge circuit 15 can be formed by, for example, a MOS transistor. Figure 1 (A)
Is an example of using a MOS transistor as a transfer gate, and the discharge operation is performed by turning on or off the gate of this MOS transistor.
Of course, when the MOS transistor is turned on, the charge accumulated in the memory cell 12 and the load capacitance 14 is
It is discharged to GND via the S transistor. The discharge timing is set, for example, as shown in the timing chart of FIG.
【0039】即ち、メモリセル12から情報を読み出す
場合には、波形φ1で示すように、電圧供給ライン11
をハイ(例えば5V)にし、メモリセル12が発生する
電荷を負荷容量14に蓄積する。そして、蓄積されるこ
とによって上がるデ―タ読み出しライン13の電位(波
形Vm )を検知する。その後、波形φ2 で示すように、
放電回路15をONとし、負荷容量14に蓄積された電
荷をGNDに放電する。That is, when reading information from the memory cell 12, as shown by the waveform φ 1 , the voltage supply line 11
Is made high (for example, 5 V), and the charge generated by the memory cell 12 is accumulated in the load capacitor 14. Then, the potential (waveform V m ) of the data read line 13 which is increased by being accumulated is detected. Then, as shown by the waveform φ 2 ,
The discharge circuit 15 is turned on, and the electric charge accumulated in the load capacitance 14 is discharged to GND.
【0040】この時、放電回路15をON状態にするタ
イミングは、少なくとも、電圧供給ライン11をローに
するタイミングより前でなければいけない。さらには、 τ=RON・Ct ここで、Ct =CL +CO CL :負荷容量14の容量 Co :強誘電体薄膜の分極反転を伴わない線形容量 RON:放電回路のON抵抗 で定義される放電時定数τより前である必要がある。つ
まり、図1の(B)に於けるtd が、At this time, the timing for turning on the discharge circuit 15 must be at least before the timing for turning the voltage supply line 11 low. Further, τ = R ON C t where C t = C L + C O C L : capacitance of the load capacitance 14 C o : linear capacitance without polarization reversal of the ferroelectric thin film R ON : discharge circuit ON It must be before the discharge time constant τ defined by the resistance. That is, t d in FIG.
【0041】[0041]
【数1】 である必要がある。何故ならば、これより後では、負荷
容量14の放電が十分に行われておらず、従来の問題点
を解決することができないからである。[Equation 1] Must be This is because after that, the load capacitance 14 is not sufficiently discharged and the conventional problems cannot be solved.
【0042】こうして、デ―タ読み出しライン13に放
電回路15を接続することで、従来問題となったメモリ
セル12の分極状態を劣化させることなく、高速な駆動
が可能となるものである。以下、図面を参照して、本発
明の実施例を説明する。By connecting the discharge circuit 15 to the data read line 13 in this manner, high-speed driving can be performed without degrading the polarization state of the memory cell 12, which has been a problem in the prior art. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0043】図2は、本発明の第1の実施例に於ける強
誘電体メモリセルの構成を示す断面図である。即ち、メ
モリセル12は、周知のIC作製技術により放電回路1
5を構成するMOSトランジスタ16を形成した基板1
7上に下部電極18,強誘電体薄膜19,上部電極20
を順次積層した構造となっている。FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a ferroelectric memory cell according to the first embodiment of the present invention. That is, the memory cell 12 is formed by the discharge circuit 1 by the well-known IC manufacturing technique.
Substrate 1 on which MOS transistor 16 forming 5 is formed
Lower electrode 18, ferroelectric thin film 19, and upper electrode 20 on 7
It has a structure in which layers are sequentially laminated.
【0044】ここで、下部電極18は、例えばO.2ミ
クロン厚の白金であり、強誘電体薄膜19は、0.3ミ
クロン厚のPb(Zr0.46Ti0.55)O3 (以下、PZ
Tと略す)、上部電極20は、0.2ミクロン厚の白金
である。なお、図3中の参照番号21はLOCOS、2
2はMOSトランジスタ16のゲート、23はBPSG
/LTO、24はSiO2 、25はAl配線である。こ
のような構造のメモリセル12は、以下のようにして作
製される。Here, the lower electrode 18 is, for example, an O.V. The ferroelectric thin film 19 is platinum having a thickness of 2 μm, and the ferroelectric thin film 19 has a thickness of 0.3 μm and is made of Pb (Zr 0.46 Ti 0.55 ) O 3 (hereinafter PZ).
(Abbreviated as T), the upper electrode 20 is platinum having a thickness of 0.2 μm. Reference numeral 21 in FIG. 3 is LOCOS, 2
2 is the gate of the MOS transistor 16 and 23 is BPSG
/ LTO, 24 is SiO 2 , and 25 is Al wiring. The memory cell 12 having such a structure is manufactured as follows.
【0045】即ち、MOSトランジスタ16が形成され
た基板17上にRfスパッタにより白金(Pt)からな
る下部電極18を0.2ミクロン厚みで成膜し、ICの
製造等で周知のフォトリソグラフィ行程により適宜、パ
タ―ニングする。その後、PZTからなる強誘電体薄膜
19をゾルゲル法により形成(後述)し、続けて、白金
からなる上部電極20を下部電極18と同様な方法で形
成する。PZTからなる強誘電体薄膜19は、図3のフ
ローチャートに示すようにして、ニオブ(Mb)を微量
添加したPZTをゾルゲル法にて作製する。That is, a lower electrode 18 made of platinum (Pt) having a thickness of 0.2 μm is formed by Rf sputtering on the substrate 17 on which the MOS transistor 16 is formed, and the photolithography process well known in IC manufacturing is used. Pattern appropriately. After that, a ferroelectric thin film 19 made of PZT is formed by a sol-gel method (described later), and subsequently, an upper electrode 20 made of platinum is formed in the same manner as the lower electrode 18. The ferroelectric thin film 19 made of PZT is produced by the sol-gel method of PZT to which a small amount of niobium (Mb) is added, as shown in the flowchart of FIG.
【0046】即ち、第1行程として、Pb:ジエトキン
鉛/Pb(OC2 H2 )0.500molと、Zr:テ
トラnプトキシジルコニウム/Zr(OC4 Ha)
4 0.235molと、Ti:テトラnプトキシチタン
/Nb(OC4 Ha)4 0.265molと、Nb:ペ
ンタnプトキシニオブ/Nb(OC4 Ha)5 0.01
0molの割合で、濃度が20wt%になるように、溶
剤:nブチルアルコ―ル(1)+i−プロピルアルコ―
ル(2)に溶解して、塗布溶液を作る(ステップS
1)。この時に、塗布溶液は、部分的に加水分解される
(ステップS2)。次に、前述した塗布溶液を、スピン
コ―タに供給して、1500rpmで基板に塗布して、
塗膜を形成する(ステップS3)。That is, in the first step, Pb: dietokin lead / Pb (OC 2 H 2 ) 0.500 mol and Zr: tetra-n-ptoxyzirconium / Zr (OC 4 Ha)
4 0.235 mol, Ti: tetra n-ptoxy titanium / Nb (OC 4 Ha) 4 0.265 mol, and Nb: penta n-ptoxy niobium / Nb (OC 4 Ha) 5 0.01
Solvent: n-butyl alcohol (1) + i-propyl alcohol-so that the concentration becomes 20 wt% at a ratio of 0 mol.
Solution (2) to make a coating solution (step S
1). At this time, the coating solution is partially hydrolyzed (step S2). Next, the above-mentioned coating solution is supplied to a spin coater to coat the substrate at 1500 rpm,
A coating film is formed (step S3).
【0047】その後、温度25℃、湿度65%RHの雰
囲気下で、3時間放置し、乾燥及び加水分解させる(ス
テップS4)。次に、前記基板を熱処理槽に入れて、1
℃/min昇温するように、60℃まで昇温させて、該
基板の雰囲気を0.1気圧まで減圧して60分間保持
し、この真空処理によって生成アルコ―ル(エチルアル
コ―ル,n−ブチルアルコ―ル)や過剰水分、残留有機
物等を完全に除去する(ステップS5)。Then, it is left to stand for 3 hours in an atmosphere of a temperature of 25 ° C. and a humidity of 65% RH to be dried and hydrolyzed (step S4). Next, the substrate is placed in a heat treatment tank and
The temperature of the substrate is raised to 60 ° C., the atmosphere of the substrate is reduced to 0.1 atm and held for 60 minutes, and the alcohol produced by this vacuum treatment (ethyl alcohol, n- (Butyl alcohol), excess water, residual organic matter, etc. are completely removed (step S5).
【0048】さらに、前記処理槽内に所定ガスを導入し
て1気圧まで昇圧した後(ステップS6)、雰囲気を昇
温速度5℃/minで550℃まで昇温して、60分間
保持して焼結させ(ステップS7)、その後、室温まで
徐冷して(ステップS8)、PZT薄膜を作成する。図
4の(A)は、こうして作製した強誘電体メモリの回路
構成を示す図である。Further, after introducing a predetermined gas into the processing tank and raising the pressure to 1 atm (step S6), the atmosphere is heated to 550 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min and held for 60 minutes. Sintering is performed (step S7) and then gradually cooled to room temperature (step S8) to form a PZT thin film. FIG. 4A is a diagram showing a circuit configuration of the ferroelectric memory thus manufactured.
【0049】即ち、強誘電体セル12に直列に負荷容量
14が接続され、さらに、この負荷容量14とは並列に
N形MOSトランジスタ16が接続されている。負荷容
量14の電位は、N形MOSトランジスタから成るトラ
ンスファ―ゲ―ト26を経由して、センスアンプ27の
一方の入力端に印加される。また、このセンスアンプ2
7の他方の入力端には、リファレンス信号Vref が入力
されている。That is, the load capacitance 14 is connected in series to the ferroelectric cell 12, and the N-type MOS transistor 16 is connected in parallel with the load capacitance 14. The potential of the load capacitance 14 is applied to one input terminal of a sense amplifier 27 via a transfer gate 26 composed of an N-type MOS transistor. In addition, this sense amplifier 2
The reference signal V ref is input to the other input terminal of 7.
【0050】強誘電体セル12の他方の端子には、駆動
回路27が接続され、不図示の制御回路からの駆動信号
に応じて、強誘電体セル12に制御信号φ1を与える。
また、MOSトランジスタ16のゲートは、上記駆動信
号あるいはリード,ライト系28からの制御信号を遅延
して、制御信号φ2 を生成する遅延回路29が接続され
ている。また、上記不図示の制御回路から、トランスフ
ァーゲート26を構成するMOSトランジスタのゲート
へ制御信号φ3 が与えられるようになっている。実際に
は、さらに強誘電体セル12等をセレクトするデコ―ダ
等も必要となるが、ここでは図示及び説明を省略する。
次に、動作を説明する。上記構成のメモリに於いて、読
み出しは、図4の(B)のタイミングチャートに示すよ
うにして行なわれる。A drive circuit 27 is connected to the other terminal of the ferroelectric cell 12 and applies a control signal φ 1 to the ferroelectric cell 12 in response to a drive signal from a control circuit (not shown).
The gate of the MOS transistor 16 is connected to a delay circuit 29 that delays the drive signal or the control signal from the read / write system 28 to generate a control signal φ 2 . Further, the control signal φ 3 is applied from the control circuit (not shown) to the gate of the MOS transistor forming the transfer gate 26. In reality, a decoder or the like for selecting the ferroelectric cell 12 or the like is also required, but illustration and description thereof are omitted here.
Next, the operation will be described. In the memory having the above structure, reading is performed as shown in the timing chart of FIG.
【0051】まず、信号読み出しライン13に蓄積され
ているチャ―ジを引き抜くために、MOSトランジスタ
16のゲ―トをハイ(図中、波形φ2 の(1)部)にす
る。この動作により、信号読み出しライン13の初期化
が行われる。次に、駆動回路27により、強誘電体セル
12に読み出し電圧Va (波形φ1)を印加する。続い
て、波形φ3 に示すように、センスアンプ27に接続さ
れるトランスファ―ゲ―ト26をONし、その後、OF
Fとする。First, in order to extract the charge accumulated in the signal read line 13, the gate of the MOS transistor 16 is set to high ((1) portion of waveform φ 2 in the figure). By this operation, the signal read line 13 is initialized. Next, the read voltage V a (waveform φ 1 ) is applied to the ferroelectric cell 12 by the drive circuit 27. Then, as shown in the waveform φ 3 , the transfer gate 26 connected to the sense amplifier 27 is turned on, and then the OF
Let it be F.
【0052】そして、このOFFにするタイミングに合
わせて、波形φ2 の(2)部に示すように、MOSトラ
ンジスタ16をONにする。この時、前述したように、
MOSトランジスタ16をONとするタイミングは、強
誘電体セル12に印加している読み出し電圧Va を0V
に下げる時刻よりも、少なくとも、先で定義した時定数
τ以上である必要があり、即ち、数1に示したようであ
る。Then, the MOS transistor 16 is turned on as shown in the section (2) of the waveform φ 2 at the timing of turning it off. At this time, as mentioned above,
The timing for turning on the MOS transistor 16 is 0 V for the read voltage V a applied to the ferroelectric cell 12.
It is necessary that the time constant τ is at least equal to or longer than the time when the value is lowered to, that is, as shown in Equation 1.
【0053】このようにすれば、強誘電体セル12の駆
動回路27側の電極がロー(L)レベルに落ちる前に、
MOSトランジスタ16を経由してチャ―ジが放電され
るため、負荷容量14の電位が下がることから、強誘電
体セル12の分極が減極されることはなくなる。しか
も、図4の(B)中に示されるタイミングチャ―トの如
く、読み出し動作と同一動作内で処理されるため、高速
に動作させることができる。In this way, before the electrode on the drive circuit 27 side of the ferroelectric cell 12 falls to the low (L) level,
Since the charge is discharged via the MOS transistor 16, the potential of the load capacitor 14 is lowered, and the polarization of the ferroelectric cell 12 is not depolarized. Moreover, as in the timing chart shown in FIG. 4B, since the processing is performed in the same operation as the read operation, the operation can be performed at high speed.
【0054】図5の(A)は、本発明の第2の実施例の
構成を示す図である。本第2の実施例は、図4の(A)
に示した構成の強誘電体メモリに於いて、強誘電体セル
11にトランスファ―ゲ―ト30を設けたものである。
このゲ―ト30は、セル12を電気的に他セルと分離す
るスイッチとしての働きをするもので、実際のデバイス
等で使用される実際的な構成である。FIG. 5A is a diagram showing the configuration of the second embodiment of the present invention. The second embodiment is shown in FIG.
In the ferroelectric memory having the structure shown in FIG. 1, the transfer gate 30 is provided in the ferroelectric cell 11.
The gate 30 functions as a switch that electrically separates the cell 12 from other cells, and is a practical configuration used in an actual device or the like.
【0055】本実施例の場合には、このトランスファー
ゲート30の制御信号φ4 は、図5の(B)中のタイミ
ングチャ―トにあるように、読み出し電圧Va とのタイ
ミングをとる。つまり、このゲート30は、単なる電極
ラインの替わりのスイッチであるから、制御信号φ1 に
於いてVa が印加される時間を包含するようにONとな
っていれば良いもので、厳密なタイミング制御は必要と
しない。その他の動作及びその効果は、前述した第1の
実施例と同様である。In the case of this embodiment, the control signal φ 4 of the transfer gate 30 is timed with the read voltage V a as shown in the timing chart of FIG. 5B. In other words, since the gate 30 is merely a switch instead of an electrode line, it is sufficient that it is turned on so as to include the time when V a is applied in the control signal φ 1 , and the strict timing is required. No control required. Other operations and their effects are similar to those of the first embodiment described above.
【0056】図6は、上記センスアンプ27の構成例と
して、フリップフロップ(FF)型のセンスアンプを示
す図である。このセンスアンプ27は、図示のようにM
OSトランジスタから構成され、31〜33はPMO
S、34〜38はNMOSにて形成されている。これら
のMOSトランジスタのうちトランジスタ31,36,
37,38は、デ―タあるいは電源,GND等との入出
力を制御するトランスファ―ゲ―トである。さて、この
ようにMOSトランジスタが形成されると、図7に示さ
れるように、随所に容量成分(CGD,GGS,GDS)を有
する。ここで、デ―タライン39,40と基板との間に
形成される容量を、Cm と表現するものとする。FIG. 6 is a diagram showing a flip-flop (FF) type sense amplifier as a configuration example of the sense amplifier 27. This sense amplifier 27 is M
Comprised of OS transistors, 31-33 are PMO
S and 34 to 38 are formed by NMOS. Of these MOS transistors, transistors 31, 36,
Reference numerals 37 and 38 denote transfer gates for controlling input / output with data or a power supply, GND, etc. Now, when the MOS transistor is formed in this way, as shown in FIG. 7, it has capacitance components (C GD , G GS , G DS ) everywhere. Here, the capacitance formed between the data lines 39 and 40 and the substrate is expressed as C m .
【0057】さらには、デ―タライン39,40も半導
体上でラインを形成すると、基板とラインとの間の距離
dがそれ程大きくできず、どうしても容量Cl を形成す
る。その値は、距離dを形成する材料の比誘電率εr と
ラインの面積Sに依存し、 Cl =εo εr (S/d) εo :真空の誘電率 である。Cm とCl は並列に形成されるため、デ―タラ
インに接続される容量は以下の数2の式のようになる。Furthermore, if the data lines 39 and 40 are also formed on the semiconductor, the distance d between the substrate and the line cannot be increased so much, and the capacitance C l is inevitably formed. The value depends on the relative permittivity ε r of the material forming the distance d and the area S of the line, and C l = ε o ε r (S / d) ε o : the permittivity of the vacuum. Since C m and C l are formed in parallel, the capacitance connected to the data line is expressed by the following equation (2).
【0058】[0058]
【数2】 このCs は、半導体素子を形成することで必ず発生する
成分であり、値の調節はできるが、失くすことはできな
い。[Equation 2] This C s is a component that is always generated when a semiconductor element is formed, and its value can be adjusted, but it cannot be lost.
【0059】そこで、本発明の第3の実施例として、図
1の(A)に示されるような負荷容量(CL )14を、
このCs にて形成してやる。Cs の調節は、Cm あるい
は、Cl の大小をコントロ―ルすれば良い。Therefore, as a third embodiment of the present invention, a load capacitance (C L ) 14 as shown in FIG.
It will be formed with this C s . The adjustment of C s may be performed by controlling the magnitude of C m or C l .
【0060】CL の値は、メモリセル12及びFF型セ
ンスアンプ27との関係から決められ、CL をCm ある
いはCl にて形する場合には、以下の2通りの方法があ
る。The value of C L is determined from the relationship between the memory cell 12 and the FF type sense amplifier 27. When C L is represented by C m or C l , there are the following two methods.
【0061】即ち、一方は、一つのデ―タ読み出しライ
ンあるいは、FF型センスアンプ27を形成することに
よって必然的に形成される容量分をCL とし、それに適
合させてメモリセル12及びFF型センスアンプ27を
設計する方法であり、もう一方は、メモリセル12及び
FF型センスアンプ27に適合させてCL を合わせる方
法である。どちらでもその効果動作は同じであり、本発
明の効果を実現することができる。前者の方法では必然
的に形成される容量分を適切に利用するため、高密度な
デバイスが作製できる。後者については、以下の第4実
施例にて詳述する。That is, on the one hand, one data read line or the capacity inevitably formed by forming the FF type sense amplifier 27 is taken as C L, and the memory cell 12 and the FF type are adapted to it. This is a method of designing the sense amplifier 27, and the other is a method of matching C L by adapting it to the memory cell 12 and the FF type sense amplifier 27. The effect operation is the same in both cases, and the effect of the present invention can be realized. In the former method, since a capacity portion that is necessarily formed is appropriately used, a high-density device can be manufactured. The latter will be described in detail in the fourth embodiment below.
【0062】図1の(A)に於いて、負荷容量14は、
メモリセル(CF )12に対して同等もしくは大きな容
量値として設定されるのが通常である。強誘電体膜、例
えばPZTをメモリセル(CF )12とした場合、その
組成にもよるが、例えば□10μm×t0.2〜0.3
μmの大きさで、数pFの容量を有す。この値に対し、
CL を設計した場合に、通常作製されたデバイスサイズ
のラインあるいはセンスアンプ27を構成するMOSの
ゲ―ト容量([fF]のオ―ダ)では不十分であり、意
図的に人工的にCL を形成する必要がある。そこで、半
導体素子中の拡散層容量、MOSのゲ―ト容量等を利用
してCL を形成してやる。ここでは、MOSのゲ―ト容
量を利用してCL を形成するものとする。これにより、
MOSの作製条件もによるが、数100μm×数100
μmのゲ―ト面積で、数pFの容量値を持たせられる。In FIG. 1A, the load capacitance 14 is
Usually, the capacitance value is set to be equal to or larger than that of the memory cell ( CF ) 12. When the ferroelectric film, for example, PZT, is used as the memory cell ( CF ) 12, it depends on the composition, for example, □ 10 μm × t0.2 to 0.3.
It has a size of μm and a capacitance of several pF. For this value,
When CL is designed, the gate capacitance (order of [fF]) of the MOS normally forming the line of the device size or the sense amplifier 27 is insufficient, and it is artificially artificial. C L needs to be formed. Therefore, the diffusion layer capacitance of the semiconductor device, MOS of gate - by using preparative capacity etc.'ll form a C L. Here, it is assumed that C L is formed by utilizing the gate capacitance of MOS. This allows
Depending on the MOS fabrication conditions, several hundred μm × several hundred
With a gate area of μm, a capacitance value of several pF can be given.
【0063】このサイズを調節して、メモリセル12あ
るいはFF型センスアンプ27に見合う大きさのCL を
形成する。このようにすることで、本発明のメモリが従
来の半導体プロセス技術を利用することで具現化するこ
とが可能となる。By adjusting this size, C L having a size suitable for the memory cell 12 or the FF type sense amplifier 27 is formed. By doing so, the memory of the present invention can be realized by using the conventional semiconductor process technology.
【0064】また、前記CL を、例えば、デ―タ読み出
しライン等で形成する場合、前述したようにCL の大き
さとしては数pF程度必要となるため、ライン面積が大
きくなってしまう。例えば、通常の図2の如き構成の場
合、ライン25と基板17間のSiO2 膜24の比誘電
率は約4であるので、SiO2 膜厚0.5μm、ライン
幅2μmとすれば、1pFの容量を形成するには、式
(1)より7000μmの長さが必要となり、デバイス
作製上、非現実的である。そこで、本発明の第5の実施
例として、SiO2 膜よりもεr が大きな材料で形成す
ることができる。Further, when the C L is formed by, for example, a data read line or the like, the size of C L needs to be about several pF as described above, so that the line area becomes large. For example, in the case of the normal configuration as shown in FIG. 2, the relative permittivity of the SiO 2 film 24 between the line 25 and the substrate 17 is about 4. Therefore, if the SiO 2 film thickness is 0.5 μm and the line width is 2 μm, it is 1 pF. In order to form the capacitor, a length of 7,000 μm is required from the formula (1), which is impractical in device fabrication. Therefore, as a fifth embodiment of the present invention, it can be formed of a material having a larger ε r than the SiO 2 film.
【0065】Ta2 O3 ではεr =22,Si3 N4 で
はεr =8〜9であり、SiO2に比べてTa2 O3 で
は約5倍,Si3 N4 では約2倍大きく、先と同条件と
しても、必要な長さがその比の逆数分だけ短かくなり高
密度に容量素子を形成することが可能となる。次に、図
8及び図9を参照して、本発明の第6の実施例を説明す
る。Ε r = 22 for Ta 2 O 3 and ε r = 8-9 for Si 3 N 4 , which is about 5 times larger for Ta 2 O 3 and about 2 times larger for Si 3 N 4 than SiO 2. Even under the same conditions as above, the required length is shortened by the reciprocal of the ratio, and the capacitive element can be formed with high density. Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
【0066】強誘電体セルに電界を印加すると、分極反
転と同時に、通常の線形容量成分も持ち合わせているた
めに電荷が蓄積する。図8は、強誘電体膜の電気的な等
価回路として良く知られたものであるが、分極反転に伴
う電荷の発生を表現する電流源Is と線形容量Co 、そ
して直流抵抗分Rの並列接続から成る。この線形容量C
o に電荷が蓄積される。この状態では、次に、この強誘
電体膜に電界Ea を印加した場合、蓄積電荷が決める反
電界によりEa が実効的に強誘電体膜に印加されなくな
り、安定した書き込み・読み出し動作が行えない。When an electric field is applied to the ferroelectric cell, electric charge is accumulated at the same time as polarization inversion because it also has a normal linear capacitance component. Figure 8 is a strong but well known as an electrical equivalent circuit of the dielectric film, current source I s and a linear capacitor C o representing the generation of charges due to polarization inversion, and the DC resistance component R It consists of parallel connections. This linear capacity C
Charge is accumulated in o . In this state, next, when an electric field E a is applied to this ferroelectric film, E a is no longer effectively applied to the ferroelectric film due to the anti-electric field determined by the accumulated charges, and stable writing / reading operation is performed. I can't do it.
【0067】そこで、蓄積電荷の放電を行うのである
が、図5に示す構成に於いて、前述の放電回路を前記タ
イミングで行うことに加え、図9中の制御信号波形φ1
に示すように、駆動線11をローレベルに落とすタイミ
ングを、放電回路にて負荷容量14の電荷を放電させ、
負荷容量14の電位をローレベルに落とした後とする。
こうすれば、強誘電体セルの両端の電位は共にローレベ
ルとなるため、強誘電体膜の分極を減極することなく、
さらに強誘電体セルの蓄積電荷の放電も行え、安定した
書き込み、読み出しが行える。Therefore, the accumulated charge is discharged. In the configuration shown in FIG. 5, in addition to the discharge circuit described above being performed at the above timing, the control signal waveform φ 1 in FIG.
As shown in, at the timing of dropping the drive line 11 to the low level, the discharge circuit discharges the electric charge of the load capacitance 14,
It is assumed that the potential of the load capacitance 14 has dropped to the low level.
By doing so, the potentials at both ends of the ferroelectric cell are both at a low level, so that the polarization of the ferroelectric film is not depolarized,
Further, the accumulated charge of the ferroelectric cell can be discharged, and stable writing and reading can be performed.
【0068】[0068]
【発明の効果】以上詳述したように、デ―タ読み出しラ
インに放電回路を接続することで、従来問題となった強
誘電体メモリセルの分極状態を劣化させることなく、高
速な駆動が可能となる。As described above in detail, by connecting the discharge circuit to the data read line, it is possible to drive at high speed without degrading the polarization state of the ferroelectric memory cell, which has been a problem in the past. Becomes
【図1】(A)は本発明の原理を説明するための強誘電
体メモリの回路構成図であり、(B)は(A)の回路構
成に於ける動作を説明するためのタイミングチャートで
ある。FIG. 1A is a circuit configuration diagram of a ferroelectric memory for explaining the principle of the present invention, and FIG. 1B is a timing chart for explaining the operation in the circuit configuration of FIG. is there.
【図2】本発明の第1の実施例に於ける強誘電体メモリ
セルの構成を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a ferroelectric memory cell according to the first embodiment of the present invention.
【図3】強誘電体薄膜の作製法を説明するためのフロー
チャートである。FIG. 3 is a flow chart for explaining a method for manufacturing a ferroelectric thin film.
【図4】(A)は第1の実施例の強誘電体メモリの回路
構成を示す図であり、(B)は(A)の回路の動作を説
明するためのタイミングチャートである。FIG. 4A is a diagram showing a circuit configuration of a ferroelectric memory of the first embodiment, and FIG. 4B is a timing chart for explaining the operation of the circuit of FIG.
【図5】(A)は第2の実施例の強誘電体メモリの回路
構成を示す図であり、(B)は(A)の回路の動作を説
明するためのタイミングチャートである。5A is a diagram showing a circuit configuration of a ferroelectric memory according to a second embodiment, and FIG. 5B is a timing chart for explaining the operation of the circuit of FIG.
【図6】第3の実施例に於けるセンスアンプの回路構成
図である。FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a sense amplifier according to a third embodiment.
【図7】各MOSトランジスタの容量成分を説明するた
めの図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a capacitance component of each MOS transistor.
【図8】第6の実施例に於ける強誘電体膜の電気的等価
回路を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a ferroelectric film in a sixth example.
【図9】第6の実施例の動作を説明するためのタイミン
グチャートである。FIG. 9 is a timing chart for explaining the operation of the sixth embodiment.
【図10】強誘電体材料のヒステリシス特性を示す線図
である。FIG. 10 is a diagram showing a hysteresis characteristic of a ferroelectric material.
【図11】強誘電体セルの構成を示すための断面図であ
る。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of a ferroelectric cell.
【図12】(A)は従来の強誘電体メモリセルの概略的
な回路構成図であり、(B)は図15の(A)の回路構
成に於いて駆動線をハイからローに落とした時点での等
価回路を示す図である。FIG. 12A is a schematic circuit diagram of a conventional ferroelectric memory cell, and FIG. 12B is a diagram showing the drive line dropped from high to low in the circuit configuration of FIG. It is a figure which shows the equivalent circuit at the time.
【図13】従来の強誘電体メモリ回路の回路構成図であ
る。FIG. 13 is a circuit configuration diagram of a conventional ferroelectric memory circuit.
【図14】従来の強誘電体メモリの回路構成図である。FIG. 14 is a circuit configuration diagram of a conventional ferroelectric memory.
【図15】(A)は従来の問題点を説明するための従来
の強誘電体メモリの回路構成図であり、(B)は(A)
の回路のタイミングチャートである。FIG. 15A is a circuit configuration diagram of a conventional ferroelectric memory for explaining a conventional problem, and FIG. 15B is a circuit diagram of FIG.
3 is a timing chart of the circuit of FIG.
11…電圧供給ライン(駆動線)、12…メモリセル
(CF )、13…デ―タ読み出しライン、14…負荷容
量(CL )、15…放電回路、16…MOSトランジス
タ。11 ... Voltage supply line (driving line), 12 ... Memory cell ( CF ), 13 ... Data reading line, 14 ... Load capacitance ( CL ), 15 ... Discharge circuit, 16 ... MOS transistor.
Claims (6)
強誘電体薄膜とからなる強誘電体セル、あるいは該強誘
電体セルと半導体素子との組み合わせからなるメモリセ
ルと、 前記メモリセルに電気的に直列接続された負荷容量と、 前記負荷容量に蓄積された電位を読み出し後、直ちに前
記負荷容量の蓄積電荷を放電する放電回路と、 を具備することを特徴とする強誘電体メモリ。1. A ferroelectric cell comprising a pair of electrodes and a ferroelectric thin film sandwiched between the electrodes, or a memory cell comprising a combination of the ferroelectric cell and a semiconductor element, and the memory cell. A ferroelectric memory, comprising: a load capacitance electrically connected in series to the load capacitance; and a discharge circuit that immediately discharges the accumulated charge of the load capacitance after reading the potential stored in the load capacitance. ..
の一部を用いて構成されることを特徴とする請求項1に
記載の強誘電体メモリ。2. The ferroelectric memory according to claim 1, wherein the load capacitance is formed by using a part of a portion forming a semiconductor.
により必然的に形成される容量分を利用して構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の強誘電体メモリ。3. The ferroelectric memory according to claim 1, wherein the load capacitance is configured by utilizing a capacitance component that is inevitably formed by configuring a semiconductor.
電率を有する薄膜のいずれか一方を用いて構成されるこ
とを特徴とする請求項1に記載の強誘電体メモリ。4. The ferroelectric memory according to claim 1, wherein the load capacitance is formed by using one of a ferroelectric thin film and a thin film having a high dielectric constant.
強誘電体薄膜とからなる強誘電体セル、あるいは該強誘
電体セルと半導体素子との組み合わせからなるメモリセ
ルと、前記メモリセルに電気的に直列接続された負荷容
量と、前記負荷容量に蓄積された電位を読み出し後、直
ちに前記負荷容量の蓄積電荷を放電する放電回路とを具
備する強誘電体メモリに於いて、 前記メモリセルに蓄積された電荷、及び前記メモリセル
の情報を読み出すことにより前記負荷容量に蓄積された
電荷を、該負荷容量の放電時定数より前に、前記放電回
路にて放電することを特徴とする強誘電体メモリの駆動
方法。5. A ferroelectric cell comprising a pair of electrodes and a ferroelectric thin film sandwiched between the electrodes, or a memory cell comprising a combination of the ferroelectric cell and a semiconductor element, and the memory cell. A ferroelectric memory comprising: a load capacitance electrically connected in series to and a discharge circuit for immediately discharging a stored charge of the load capacitance after reading a potential accumulated in the load capacitance. The electric charge accumulated in the cell and the electric charge accumulated in the load capacitance by reading the information of the memory cell are discharged in the discharge circuit before the discharge time constant of the load capacitance. Driving method for ferroelectric memory.
強誘電体薄膜とからなる強誘電体セル、あるいは該強誘
電体セルと半導体素子との組み合わせからなるメモリセ
ルと、前記メモリセルに電気的に直列接続された負荷容
量と、前記負荷容量に蓄積された電位を読み出し後、直
ちに前記負荷容量の蓄積電荷を放電する放電回路とを具
備する強誘電体メモリに於いて、 前記メモリセルの情報を読み出すことにより前記負荷容
量に蓄積された電荷を、前記放電回路にて放電した後、
前記メモリセルに蓄積された電荷を放電することを特徴
とする強誘電体メモリの駆動方法。6. A ferroelectric cell comprising a pair of electrodes and a ferroelectric thin film sandwiched between these electrodes, or a memory cell comprising a combination of the ferroelectric cell and a semiconductor element, and the memory cell. A ferroelectric memory comprising: a load capacitance electrically connected in series to and a discharge circuit for immediately discharging a stored charge of the load capacitance after reading a potential accumulated in the load capacitance. After discharging the charge accumulated in the load capacitance by reading the cell information, in the discharge circuit,
A method of driving a ferroelectric memory, comprising discharging the electric charge accumulated in the memory cell.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3197812A JPH0541080A (en) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | Ferroelectric memory and method for driving this memory |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1991-08-07 JP JP3197812A patent/JPH0541080A/en active Pending
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