KR100314472B1 - Ferroelectric random access memory - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강유전체 메모리에 관한 것으로서, 종래에 강유전체 메모리의 단위셀마다 구비되던 트랜지스터가 각 라인별로 구비되는 구조로 형성해서, M×N(M, N은 각각 정수) 개의 캐패시터 및 비트 라인과 플레이트 라인으로 이루어지는 메모리 영역은 논리 회로 영역의 상부에 형성하고, 각 라인에 대응하는 트랜지스터만을 실리콘 기판에 형성할 수 있도록 함과 동시에 종래에 별도로 개별 구비되던 워드 라인을 제거함으로써, 종래에 각 단위셀 마다 구비되던 트랜지스터가 차지하던 실리콘 영역을 감소시키고, 메모리 셀 영역 자체의 면적도 감소시킴으로써, 집적도를 높일 수 있는 발명이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric memory, and has a structure in which transistors, which are conventionally provided for each unit cell of a ferroelectric memory, are provided for each line, so that M × N (M, N are integers) capacitors, bit lines, and plate lines. The memory region is formed in the upper portion of the logic circuit region, so that only transistors corresponding to each line can be formed on the silicon substrate, and at the same time, the word lines, which are separately provided separately, are removed for each unit cell. The present invention can increase the degree of integration by reducing the silicon area occupied by the transistor and reducing the area of the memory cell area itself.
Description
본 발명은 강유전체 메모리(ferroelectric random access memory)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고집적도로 제조하는 데 적합한 강유전체 메모리에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to ferroelectric random access memory, and more particularly to ferroelectric memory suitable for fabrication with high integration.
주지하다시피, 반도체 메모리는 전원 차단후 정보의 손실 여부에 따라서 휘발성 메모리(volatile memory)와 비휘발성 메모리(non-volatile memory)로 분류할 수 있는데, DRAM(dynamic random access memory)으로 대표되는 휘발성 메모리는 동작 속도가 빠른 대신 전원이 공급되는 동안에만 정보가 저장되는 문제가 있고, EPROM(erasable and programmable read only memory), EEPROM(electrically EPROM), 플래시 메모리(flash memory)로 대표되는 비휘발성 메모리는 전원이 차단되더라도 정보가 손실되지 않는 장점을 갖는 반면 동작 속도가 느리고 소비전력이 큰 문제점이 있었다.As is well known, semiconductor memory can be classified into volatile memory and non-volatile memory according to whether information is lost after a power failure, and is represented by dynamic random access memory (DRAM). The problem is that information is stored only while power is supplied instead of fast operation speed. Non-volatile memory represented by erasable and programmable read only memory (EPROM), electrically EPROM (EPEP), flash memory (flash memory) is a power source. While this block has the advantage that no information is lost, the operation speed is slow and the power consumption is a big problem.
한편, 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 강유전성 재료, 예를 들어, PbTiO3[BT], (Pb, La)TiO3[PLT], Pb(Zr, Ti)O3[PZT], (Pb, La)(Zr, Ti)O3 등을 채용한 강유전체 메모리의 경우, 낮은 전압에서 동작이 가능하고, 데이터 처리 속도가 빠르며, 높은 내구성과 신뢰성을 갖는 등의 장점으로 인해서, 향후 기존 반도체 메모리를 대체할 것으로 기대를 받으며, 그 개발 및 연구에 대한 진행이 활발히 이루어지고 있는 추세이다.On the other hand, ferroelectric materials having a perovskite structure, for example, PbTiO 3 [BT], (Pb, La) TiO 3 [PLT], Pb (Zr, Ti) O 3 [PZT], (Pb, La) Ferroelectric memory adopting (Zr, Ti) O3 is expected to replace existing semiconductor memory in the future due to its advantages such as low voltage operation, fast data processing speed, and high durability and reliability. The development and research is actively progressing.
그와 같은 강유전체 메모리의 경우, 상술한 바와 같은 다수의 장점을 갖지만, 그 동작 특성으로 인해서 고집적화에 어려움이 있었다. 즉, 강유전체 메모리의 경우 입력되는 정보에 따라 플레이트 전극(plate electrode)에 다른 전압이 인가되므로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 각 단위셀이 DRAM의 단위셀과 기본적으로 동일한 구조(즉, 하나의 트랜지스터(transistor)와 하나의 캐패시터(capacitor))를 가지고 있음에도 불구하고, DRAM에서는 셀전체의 플레이트 전극을 일체형으로 형성할 수 있는 반면 강유전체 메모리에서는 이웃하는 셀간의 플레이트 전극이 전기적으로 분리되어 있어야만 한다.Such ferroelectric memories have many advantages as described above, but have difficulty in high integration due to their operating characteristics. That is, in the case of the ferroelectric memory, different voltages are applied to the plate electrode according to the input information, so that each unit cell is basically the same structure as that of the DRAM unit cell as shown in FIGS. Despite having one transistor and one capacitor, in DRAM, the plate electrodes of the entire cell can be integrally formed, while in ferroelectric memory, the plate electrodes between neighboring cells must be electrically separated. do.
그와 같이 강유전체 메모리는 플레이트 전극 라인을 이웃하는 셀의 비트 라인과 전기적으로 분리해야하므로, 그 분리된 플레이트 전극이 차지하는 면적이 증가하고, 더구나 캐패시터의 전극으로 사용되는 금속은 식각이 어려워서 전극 사이의 간격도 일정한 거리를 유지해야만 하므로, 고집적화하는데는 더욱 어려웠다.As such, the ferroelectric memory must electrically separate the plate electrode line from the bit line of the neighboring cell, so that the area occupied by the separated plate electrode increases, and moreover, the metal used as the electrode of the capacitor is difficult to etch. The spacing also had to be kept constant, making it more difficult to integrate.
또한, 상술한 바와 같이, 강유전체 메모리의 각 단위셀은 1개의 트랜지스터(10)와 1개의 캐패시터(20)를 구비하는데, 그 트랜지스터를 실리콘 기판 상에 형성해야 하므로, 캐패시터와 논리 회로 영역이 실리콘 기판 상에 평면적으로 형성되어 집적도를 제한하는 문제점이 있었다.In addition, as described above, each unit cell of the ferroelectric memory includes one transistor 10 and one capacitor 20. Since the transistors must be formed on the silicon substrate, the capacitor and the logic circuit region are formed on the silicon substrate. There is a problem in that the plane is formed on the limit to the degree of integration.
본발명은 상술한 문제점을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 메모리셀의 형성 범위가 감소되고, 그 메모리 셀 영역이 논리 회로 영역의 상부에 적층될 수 있는 구조의 강유전체 메모리를 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has an object to provide a ferroelectric memory having a structure in which a formation range of a memory cell is reduced and a memory cell region can be stacked on top of a logic circuit region. .
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 관점에서는, M×N(M,N은 각각 정수) 배열의 단위셀을 구비한 강유전체 메모리로서, M개의 비트 라인과, 상기 M개의 비트 라인 각각에 교차되는 N개의 플레이트 전극 라인과, 상기 비트라인과 플레이트 전극 라인이 교차되는 지점마다 일 전극이 플레이트 전극 라인에 연결되고 타 전극이 비트 라인에 연결되는 M×N개의 캐패시터와, 상기 M개의 비트라인 각각과 일대일로 연결되어 상기 M개의 비트 라인 중 특정 비트 라인을 선택적으로 구동하는 비트 라인 구동 트랜지스터와, 상기 N개의 플레이트 전극 라인 각각과 일대일로 연결되어 상기 N개의 플레이트 전극 라인 중 특정 플레이트 전극 라인을 선택적으로 구동하는 플레이트 전극 라인 구동 트랜지스터를 구비하는 강유전체 메모리를 제공한다.In order to achieve the above object, in one aspect of the present invention, a ferroelectric memory having unit cells of an M × N (M and N are integers) array, each having M bit lines and M bit lines, respectively. M × N capacitors having N plate electrode lines crossing each other, one electrode connected to the plate electrode line, and the other electrode connected to the bit line at each intersection point of the bit line and the plate electrode line, and the M bit lines. A bit line driving transistor connected one-to-one with each other to selectively drive a specific bit line among the M bit lines, and one-to-one connected with each of the N plate electrode lines to connect a specific plate electrode line among the N plate electrode lines A ferroelectric memory having a plate electrode line driving transistor for selectively driving is provided.
한편, 본 발명의 다른 관점에서는, M×N(M,N은 각각 정수) 배열의 단위셀을 구비한 강유전체 메모리로서, M개의 비트 라인과, M개의 역비트 라인과, 상기 M개의 비트 라인 및 역비트 라인에 각각에 교차되는 N개의 플레이트 전극 라인과, 그 일전극이 상기 플레이트 전극 라인에 연결되고, 그 타 전극이 격열 또는 격행으로 상기 비트 라인 및 역비트 라인에 교번적으로 연결되어 체스판의 흑문양 또는 백문양의 형태로 배치되는 M×N 개의 캐패시터와, 상기 M개의 비트라인 각각과 일대일로 연결되어 상기 M개의 비트 라인 중 특정 비트 라인을 선택적으로 구동하는 비트 라인 구동 트랜지스터와, 상기 M개의 역비트 라인이 상기 M개의 비트 라인과 한쌍을 이루도록 상기 M개의 역비트 라인에 일대일로 연결되어, 특정 비트 라인이 구동될 때 그 비트 라인과 한 쌍을 이루는 역비트 라인을 동시에 구동하는 역비트 라인 구동 트랜지스터와, 상기 N개의 플레이트 전극 라인 각각과 일대일로 연결되어 상기 N개의 플레이트 전극 라인 중 특정 플레이트 전극 라인을 선태적으로 구동하는 플레이트 전극 라인 구동 트랜지스터를 구비하는 강유전체 메모리를 제공한다.On the other hand, in another aspect of the present invention, a ferroelectric memory having unit cells of an M × N (M and N are integers) array includes M bit lines, M inverse bit lines, M bit lines, and the like. N plate electrode lines crossing each of the reverse bit lines, and one electrode thereof are connected to the plate electrode line, and the other electrode is alternately connected to the bit line and the reverse bit line in a fierce or violent manner. M x N capacitors arranged in the form of a black or white pattern of the N-bit capacitor, a bit line driving transistor connected one-to-one with each of the M bit lines to selectively drive a specific bit line among the M bit lines; M reverse bit lines are connected to the M reverse bit lines in a one-to-one manner so as to pair with the M bit lines, so that when a specific bit line is driven, A reverse bit line driving transistor for simultaneously driving the reverse bit lines, and a plate electrode line driving transistor connected to each of the N plate electrode lines one-to-one and selectively driving a specific plate electrode line among the N plate electrode lines. A ferroelectric memory is provided.
다른 한편, 본 발명의 또 다른 관점에서는, M×N(M,N은 각각 정수) 배열의 단위셀을 구비한 강유전체 메모리로서, M개의 비트 라인과, M개의 역비트 라인과, 상기 M개의 비트 라인 및 역비트 라인에 각각에 교차되는 N개의 플레이트 전극 라인과, 그 일전극이 상기 플레이트 전극 라인에 연결되고, 그 타 전극이 상기 비트 라인 또는 역비트 라인에 연결되는 2M×N개의 캐패시터와, 상기 M개의 비트라인 각각과 일대일로 연결되어 상기 M개의 비트 라인 중 특정 비트 라인을 선택적으로 구동하는 비트 라인 구동 트랜지스터와, 상기 M개의 역비트 라인이 상기 M개의 비트 라인과 한쌍을 이루도록 상기 M개의 역비트 라인에 일대일로 연결되어, 특정 비트 라인이 구동될 때 그 비트 라인과 한 쌍을 이루는 역비트 라인을 동시에 구동하는 역비트 라인 구동 트랜지스터와, 상기 N개의 플레이트 전극 라인 각각과 일대일로 연결되어 상기 N개의 플레이트 전극 라인 중 특정 플레이트 전극 라인을 선태적으로 구동하는 플레이트 전극 라인 구동 트랜지스터를 구비하는 강유전체 메모리를 제공한다.On the other hand, in another aspect of the present invention, a ferroelectric memory having unit cells in an M × N (M and N are integers) array, wherein M bit lines, M inverse bit lines, and M bits N plate electrode lines crossing each of the line and the reverse bit line, 2 M x N capacitors whose one electrode is connected to the plate electrode line, and the other electrode is connected to the bit line or the reverse bit line; A bit line driving transistor connected one-to-one with each of the M bit lines to selectively drive a specific bit line among the M bit lines, and the M bit lines such that the M reverse bit lines are paired with the M bit lines Reverse bit line driving transistors connected one-to-one to a reverse bit line and simultaneously driving a reverse bit line paired with the bit line when a specific bit line is driven. , The N plates are electrode lines connected to the respective one-to-one provides a ferroelectric memory comprising the N number of electrode plate line drive transistor for driving a certain electrode line of the plate as the plate electrode line seontae ever.
도 1은 종래 기술에 따른 강유전체 메모리(FeRAM)를 도시한 회로도,1 is a circuit diagram showing a ferroelectric memory (FeRAM) according to the prior art;
도 2는 도 1에 도시된 강유전체 메모리의 단위 셀을 도시한 단면 구조도,FIG. 2 is a cross-sectional structural view showing unit cells of the ferroelectric memory shown in FIG. 1;
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 강유전체 메모리를 도시한 회로도,3 is a circuit diagram illustrating a ferroelectric memory according to an exemplary embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 강유전체 메모리를 도시한 회로도,4 is a circuit diagram showing a ferroelectric memory according to another preferred embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 강유전체 메모리를 도시한 회로도.5 is a circuit diagram illustrating a ferroelectric memory according to another preferred embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 트랜지스터 20 : 캐패시터10: transistor 20: capacitor
P0, P1, P2, … : 플레이트 전극 라인P0, P1, P2,... : Plate Electrode Line
B0, B1, B2, … : 비트 라인B0, B1, B2,... Bit line
B0', B1', B2', … : 역비트 라인B0 ', B1', B2 ',... Reverse bit line
TP0, TP1, TP2, … : 플레이트 전극 라인 구동 트랜지스터TP0, TP1, TP2,... : Plate Electrode Line Driving Transistor
TB0, TB1, TB2, … : 비트 라인 구동 트랜지스터TB0, TB1, TB2,... Bit Line Drive Transistor
TB0', TB1', TB2', … : 역비트 라인 구동 트랜지스터TB0 ', TB1', TB2 ',... Reverse Bit Line Drive Transistor
C00, C01, C02, … : 단위셀C00, C01, C02,... : Unit cell
이하, 첨부된 도 3 내지 도 5를 참조해서, 본 발명의 바람직한 실시예 1 내지 실시예 3을 들어 본 발명에 따른 강유전체 메모리에 대해서 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the ferroelectric memory according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 5 with reference to preferred embodiments 1 to 3 of the present invention.
먼저, 본 발명의 핵심 기술 사상은, '종래에 강유전체 메모리의 단위셀마다 구비되던 트랜지스터가 각 라인별로 구비되는 구조로 형성해서, M×N(M, N은 각각 정수) 개의 캐패시터 및 비트 라인과 플레이트 라인으로 이루어지는 메모리 영역은 논리 회로 영역의 상부에 형성하고, 각 라인에 대응하는 트랜지스터만을 실리콘 기판에 형성할 수 있도록 함과 동시에 종래에 별도로 개별 구비되던 워드 라인을 제거함으로써, 종래에 각 단위셀 마다 구비되던 트랜지스터가 차지하던 실리콘 영역을 감소시키고, 메모리 셀 영역 자체의 면적도 감소시킴으로써, 집적도를 높이는 데' 있는 바, 후술하는 실시예 1 내지 실시예 3은 그와 같은 핵심 기술 사상에 의거하여 이해되어야 할 것이다.First, the core technical idea of the present invention is to form a structure in which transistors, which are conventionally provided for each unit cell of a ferroelectric memory, are provided for each line, so that M × N (M and N are integers) and capacitors and bit lines. The memory region consisting of plate lines is formed on the upper portion of the logic circuit region, and only the transistors corresponding to each line can be formed on the silicon substrate, and at the same time, each unit cell is conventionally removed by removing word lines that have been separately provided. In order to reduce the silicon area occupied by the transistors provided every time and to reduce the area of the memory cell area itself, the degree of integration is increased, and Examples 1 to 3 to be described below are based on such core technology idea. It should be understood.
[실시예 1]Example 1
이하, 본 실시예에서는 도 3을 참조해서 설명한다. 이때, 도 3은 본 실시예에 따른 강유전체 메모리의 구조를 도시한 회로도이다.Hereinafter, this embodiment will be described with reference to FIG. 3. 3 is a circuit diagram showing the structure of the ferroelectric memory according to the present embodiment.
본 실시예에 따른 강유전체 메모리의 특징은, '종래에 강유전체 메모리의 단위셀마다 구비되던 트랜지스터가 각 라인별로 구비되는 구조로 형성해서, 플레이트 전극 라인에 연결된 트랜지스터의 선택적 구동과 비트 라인에 연결된 트랜지스터의 선택적 구동에 의해서, 그 교차점에 위치한 셀에 단위셀을 입력 또는 출력할 수 있도록 구성'되는 데 있는 바, 그와 같은 특징을 중심으로 본 실시예에 따른 강유전체 메모리의 구조 및 데이터 입출력 과정에 대해서 설명하면 다음과 같다.A feature of the ferroelectric memory according to the present embodiment is that the transistors, which were conventionally provided for each unit cell of the ferroelectric memory, have a structure in which each line is provided, so that the selective driving of the transistor connected to the plate electrode line and the transistor connected to the bit line are provided. It is configured to input or output a unit cell to a cell located at an intersection thereof by selective driving. The structure and data input / output process of the ferroelectric memory according to the present embodiment will be described based on such features. Is as follows.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 메모리의 구조는 다음과 같다.First, referring to FIG. 3, the structure of the memory according to the present embodiment is as follows.
M개의 비트 라인(B0, B1, B2, …)이 행 또는 열을 이루고, N개의 플레이트 전극 라인(P0, P1, P2, …)이 그 M개의 비트 라인(B0, B1, B2, …)라인에 대해서 교차되는 열 또는 행을 이루어, 행렬(matrix) 형태를 갖는다.M bit lines B0, B1, B2, ... form a row or column, and N plate electrode lines P0, P1, P2, ... form the M bit lines B0, B1, B2, ... Columns or rows are intersected with each other, and have a matrix form.
그리고, 그 비트라인(B0, B1, B2, …)과 플레이트 전극 라인(P0, P1, P2, …)이 교차되는 지점에서는, M×N개의 캐패시터마다, 그 일 전극이 플레이트 전극 라인(P0, P1, P2, …) 중에서 어느 하나에 연결되고, 타 전극이 그 일 전극이 연결된 플레이트 전극 라인과 교차하는 비트 라인에 연결되어, M×N개의 단위셀(예를 들어, 도3에 점선으로 표시된 부분)을 형성한다.At the point where the bit lines B0, B1, B2, ... and the plate electrode lines P0, P1, P2, ... intersect, one electrode is the plate electrode line P0, every MxN capacitors. P1, P2, ...), and the other electrode is connected to the bit line intersecting the plate electrode line to which one electrode is connected, M × N unit cells (for example, indicated by a dotted line in Figure 3) Part).
그리고, M개의 비트라인(B0, B1, B2, …) 각각에는 그 M개의 비트 라인(B0, B1, B2, …) 중에서 특정 비트 라인을 선택적으로 구동하기 위한 비트 라인 구동 트랜지스터(TB0, TB1, TB2, …)가 일대일로 연결되고, N개의 플레이트 전극 라인(P0, P1, P2, …) 각각에는 그 N개의 플레이트 전극 라인(P0, P1, P2, …) 중에서 특정 플레이트 전극 라인을 선태적으로 구동하기 위한 플레이트 전극 라인 구동 트랜지스터(TP0, TP1, TP2,…)가 일대일로 연결된다.Each of the M bit lines B0, B1, B2, ... is a bit line driving transistor TB0, TB1, for selectively driving a specific bit line among the M bit lines B0, B1, B2, .... TB2, ... are connected one-to-one, and each of the N plate electrode lines P0, P1, P2, ... is selectively connected to a specific plate electrode line among the N plate electrode lines P0, P1, P2, ... Plate electrode line driving transistors TP0, TP1, TP2, ... for driving are connected one-to-one.
이때, 본 실시예에서는, M개의 비트 라인(B0, B1, B2, …), N개의 플레이트 전극 라인(P0, P1, P2, …) 및 상기 M×N개의 캐패시터로 이루어지는 메모리 영역은, 도시 생략된 반도체 장치의 논리 회로 영역의 상부에 형성되고, 상기 비트 라인 구동 트랜지스터(TB0, TB1, TB2, …) 및 플레이트 전극 라인 구동 트랜지스터(TP0, TP1, TP2, …) 는 상기 논리 회로 영역 외곽의 실리콘 기판에 형성되는 것이 보다 바람직할 것이다.At this time, in the present embodiment, a memory area including M bit lines B0, B1, B2, ..., N plate electrode lines P0, P1, P2, ..., and the MxN capacitors is not shown. And the bit line driving transistors TB0, TB1, TB2,... And the plate electrode line driving transistors TP0, TP1, TP2,... It would be more desirable to be formed on the substrate.
이하, 본 실시예에 따라서 상술한 구조를 갖는 강유전체 메모리에서 데이터를 입출력하는 과정에 대해서 설명하면 다음과 같다. 이때, 데이터 '1' 및 '0'을 입력하는 과정과 그와 같이 저장된 데이터를 출력하는 과정에 대해서 개별적으로 설명하되, 편의상 셀 C00에 대해서 설명한다. 또한, 상위 전압은 5V, 하위 전압은 0V, 그리고, 각 트랜지스터를 구동하기 위한 구동 전압은, 트랜지스터의 문턱 전압에 5V를 더한 전압 레벨인 경우를 예로 들어 설명한다.Hereinafter, a process of inputting / outputting data in the ferroelectric memory having the above-described structure according to the present embodiment will be described. In this case, a process of inputting data '1' and '0' and a process of outputting the stored data will be described separately, but for convenience, cell C00 will be described. In this example, the upper voltage is 5V, the lower voltage is 0V, and the driving voltage for driving each transistor is a voltage level obtained by adding 5V to the threshold voltage of the transistor.
먼저, 단위셀 C00에 데이터 '1'이 입력되는 과정에 대해서 설명한다.First, a process of inputting data '1' into the unit cell C00 will be described.
데이터 '1'을 입력하기 위해서는, 먼저, 비트 라인(B0)에 연결된 비트 라인 구동 트랜지스터(TB0)의 게이트 전극에 구동 전압, 예를 들어, 5V+Vt(문턱전압)[V]를 인가하고, 소오스 전극에 상위 전압 5[V]를 인가한다. 그 결과, 비트 라인(B0)에는 5[V]의 전위가 걸리게 될 것이다.In order to input the data '1', first, a driving voltage, for example, 5V + Vt (threshold voltage) [V] is applied to the gate electrode of the bit line driving transistor TB0 connected to the bit line B0. The upper voltage 5 [V] is applied to the source electrode. As a result, the potential of 5 [V] will be applied to the bit line B0.
그와 동시에 플레이트 전극 라인(P0)에 연결된 플레이트 전극 구동 트랜지스터(TP0)의 게이트 게이트 전극에도 구동 전압, 예를 들어, 5V+Vt(문턱전압)[V]를 인가하고, 소오스 전극에는 하위 전압 0[V]를 인가한다. 그 결과, 플레이트 전극 라인(P0)에는 0[V]의 전위가 걸리게 될 것이다.At the same time, a driving voltage, for example, 5 V + Vt (threshold voltage) [V] is applied to the gate gate electrode of the plate electrode driving transistor TP0 connected to the plate electrode line P0, and the lower voltage 0 is applied to the source electrode. Apply [V]. As a result, the potential of 0 [V] will be applied to the plate electrode line P0.
따라서, 셀 C00에 구비되는 강유전체막은 그 전위차에 의해서 양(+)의 방향으로 분극됨으로써, 데이터 '1'을 저장하게 된다.Therefore, the ferroelectric film provided in the cell C00 is polarized in the positive direction by the potential difference, thereby storing data '1'.
한편, 단위셀 C00에 데이터 '0'이 입력되는 과정에 대해서 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, a process of inputting data '0' into the unit cell C00 will be described.
데이터 '0'을 입력하기 위해서는, 먼저, 비트 라인(B0)에 연결된 비트 라인구동 트랜지스터(TB0)의 게이트 전극에 구동 전압, 예를 들어, 5V+Vt(문턱전압)[V]를 인가하고, 소오스 전극에 하위 전압 0[V]를 인가한다. 그 결과, 비트 라인(B0)에는 0[V]의 전위가 걸리게 될 것이다.In order to input the data '0', first, a driving voltage, for example, 5V + Vt (threshold voltage) [V] is applied to the gate electrode of the bit line driving transistor TB0 connected to the bit line B0. A low voltage of 0 [V] is applied to the source electrode. As a result, the potential of 0 [V] will be applied to the bit line B0.
그와 동시에 플레이트 전극 라인(P0)에 연결된 플레이트 전극 구동 트랜지스터(TP0)의 게이트 게이트 전극에도 구동 전압, 예를 들어, 5V+Vt(문턱전압)[V]를 인가하고, 소오스 전극에는 상위 전압 5[V]를 인가한다. 그 결과, 플레이트 전극 라인(P0)에는 5[V]의 전위가 걸리게 될 것이다.At the same time, a driving voltage, for example, 5 V + Vt (threshold voltage) [V] is applied to the gate gate electrode of the plate electrode driving transistor TP0 connected to the plate electrode line P0, and the upper voltage 5 is applied to the source electrode. Apply [V]. As a result, the plate electrode line P0 will have a potential of 5 [V].
따라서, 셀 C00에 구비되는 강유전체막은 그 전위차에 의해서 음(-)의 방향으로 분극됨으로써, 데이터 '0'을 저장하게 된다.Thus, the ferroelectric film provided in the cell C00 is polarized in the negative direction by the potential difference, thereby storing data '0'.
한편, 상술한 과정에 의해서 단위셀 C00에 입력된 데이터를 독출하는 과정은 다음과 같다.Meanwhile, a process of reading data input to the unit cell C00 by the above-described process is as follows.
그와 같이 단위셀에 기록된 데이터를 독출하기 위해서, 본 실시예에 따른 강유전체 메모리에는, M개의 비트 라인(B0, B1, B2, …)이 형성된 일 측에 상위 전압이 인가되는 상위 더미 비트 라인과 하위 전압이 인가되는 하위 더미 비트 라인이 더 구비되고, 그 상위 더미 비트 라인과 하위 더미 비트 라인의 종단에는 두 전압의 평균 전압이 출력되는 평균 전압 출력 라인이 더 구비된다. 이때, 상위 더미 비트 라인 및 하위 더미 비트 라인은 전압을 인가하는 단순한 라인이므로, 이에 대한 도시는 생략한다.In order to read the data written in the unit cell as described above, the upper dummy bit line to which the upper voltage is applied to one side where M bit lines B0, B1, B2, ... are formed in the ferroelectric memory according to the present embodiment. A lower dummy bit line to which an over low voltage is applied is further provided, and an average voltage output line for outputting an average voltage of two voltages is further provided at ends of the upper dummy bit line and the lower dummy bit line. In this case, since the upper dummy bit line and the lower dummy bit line are simple lines for applying a voltage, illustration thereof is omitted.
단위셀 C00에 기록된 데이터를 독출하기 위해서는, 먼저, 비트 라인(B0)에 연결된 비트 라인 구동 트랜지스터(TB0) 및 플레이트 전극 라인(P0)에 연결된 플레이트 전극 구동 트랜지스터(TP0)의 게이트 전극에 구동 전압, 예를 들어, 5V+Vt(문턱전압)[V]를 인가하고, 비트 라인 구동 트랜지스터(TB0)의 소오스 전극에는 상위 전압과 하위 전압의 평균 전압, 예를 들어, 2.5[V]를 인가하며, 플레이트 전극 구동 트랜지스터(TP0)의 소오스 전극에는 하위 전압을 인가한다.In order to read the data written in the unit cell C00, first, a driving voltage is applied to the gate electrode of the bit line driving transistor TB0 connected to the bit line B0 and the plate electrode driving transistor TP0 connected to the plate electrode line P0. For example, 5V + Vt (threshold voltage) [V] is applied, and an average voltage of an upper voltage and a lower voltage, for example, 2.5 [V], is applied to a source electrode of the bit line driving transistor TB0. The lower voltage is applied to the source electrode of the plate electrode driving transistor TP0.
이때, 단위셀 C00은 데이터값에 따라 분극 방향을 달리하게 되므로, 그 영향에 의해서 비트 라인(B0)의 최종단에서 검출되는 출력 전압은 입력된 평균 전압보다 커지거나 줄어들 것이다. 즉, 상술한 상위 및 하위 더미 비트 라인으로부터 출력되는 평균 전압과 비트 라인(B0)의 최종단에서 검출되는 출력 전압이 비교되고, 그 출력 전압이 평균 전압보다 크면 데이터 '1'로 독출되고, 작으면 데이터 '0'으로 독출된다.At this time, since the unit cell C00 has a different polarization direction according to the data value, the output voltage detected at the last end of the bit line B0 will be larger or smaller than the input average voltage due to the influence. That is, the average voltage output from the above-mentioned upper and lower dummy bit lines and the output voltage detected at the last end of the bit line B0 are compared. If the output voltage is larger than the average voltage, data is read as '1' and If it is, data is read as '0'.
[실시예 2]Example 2
이하, 본 실시예에서는 도 4를 참조해서 설명한다. 이때, 도 4는 본 실시예에 따른 강유전체 메모리의 구조를 도시한 회로도이다.Hereinafter, this embodiment will be described with reference to FIG. 4. 4 is a circuit diagram showing the structure of the ferroelectric memory according to the present embodiment.
본 실시예에 따른 강유전체 메모리는, '실시예 1에 비해서 M개의 비트 라인(B0, B1, B2, …) 각각과 쌍을 이루는 M개의 역비트 라인(B0', B1', B2', …) 및 그에 연결된 역비트 라인 구동 트랜지스터(TB0', TB1', TB2', …)을 추가하고, 각 단위셀에 구비되는 캐패시터를 체스판의 흑문양 또는 백문양처럼 격행격열 구조로 형성함으로써, 특정 셀이 연결된 비트 라인과 쌍을 이루는 역비트 라인의 출력 전압을 데이터 독출시의 기준 전압으로 이용하도록 구성' 되는 데 특징이 있는 바, 그와 같은 특징을 중심으로 본 실시예에 따른 강유전체 메모리의 구조 및 데이터입출력 과정에 대해서 설명하면 다음과 같다.The ferroelectric memory according to the present embodiment includes 'M inverse bit lines B0', B1 ', B2', ... which are paired with each of the M bit lines B0, B1, B2, ..., as compared with the first embodiment. And the reverse bit line driving transistors TB0 ', TB1', TB2 ', ... connected thereto, and the capacitors provided in the unit cells are formed in a permutation array structure like a black pattern or a white pattern of a chessboard. And to use the output voltage of the reverse bit line paired with the connected bit line as a reference voltage at the time of reading data. The structure of the ferroelectric memory according to the present embodiment is The data input / output process is described as follows.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 메모리의 구조는 다음과 같다.First, referring to FIG. 4, the structure of the memory according to the present embodiment is as follows.
각각 서로 교번적으로 배열되어 쌍을 이루는 M개의 비트 라인(B0, B1, B2, …)과 M개의 역비트 라인(B0', B1', B2', …)이 행 또는 열을 이루고, N개의 플레이트 전극 라인(P0, P1, P2, …)이 그 M개의 비트 라인(B0, B1, B2, …)라인 및 M개의 역비트 라인(B0', B1', B2', …)에 대해서 교차되는 열 또는 행을 이루어, 행렬(matrix) 형태를 갖는다.M bit lines (B0, B1, B2, ...) and M inverted bit lines (B0 ', B1', B2 ', ...), which are arranged alternately with each other, form a row or column, and N The plate electrode lines P0, P1, P2, ... intersect with the M bit lines B0, B1, B2, ... and the M reverse bit lines B0 ', B1', B2 ', ... It forms a column or a row and has a matrix form.
그리고, 그 일 전극이 플레이트 전극 라인 (P0, P1, P2, …)에 연결되되, 그 타 전극은 M개의 비트 라인(B0, B1, B2, …)라인에 대해서 격열(隔列)로 연결되거나, M개의 역비트 라인(B0', B1', B2', …)에 대해서 격열(隔列)로 연결되어, 체스판의 흑문양 또는 백문양과 같이 격열 격행 구조로 배치되는 M×N 개의 캐패시터가 구비된다. 즉, 그 일 전극이 일 라인 그룹(예를 들어, 비트 라인)에 구비된 각 라인과 연결될 때, 타 전극은 0, 2, 4, …과 같은 짝수 열에 배치된 플레이트 전극 라인(P0, P2, P4, …)에 연결되고, 그 일 전극이 타 라인 그룹(예를 들어, 역비트 라인)에 구비된 각 라인과 연결될 때, 타 전극은 1, 3, 5,…과 같은 홀 수 열에 배치된 플레트 전극 라인(P0, P2, P4, …)에 연결되는 M×N개의 캐패시터가 구비된다.The one electrode is connected to the plate electrode lines P0, P1, P2, ..., and the other electrode is connected to the M bit lines B0, B1, B2, ... in a row. And M × N capacitors arranged in a column-parallel structure such as a black or white pattern on a chessboard, connected in a row with respect to the M reverse bit lines B0 ', B1', B2 ', ... It is provided. That is, when the one electrode is connected to each line provided in one line group (for example, bit line), the other electrode is 0, 2, 4,... When the other electrode is connected to the plate electrode lines (P0, P2, P4, ...) arranged in even columns, such that one electrode is connected to each line provided in the other line group (for example, reverse bit line) 1, 3, 5,... MxN capacitors are provided that are connected to the plate electrode lines P0, P2, P4, ... arranged in an odd number column.
또한, M개의 비트 라인(B0, B1, B2, …)라인 각각에는 M개의 비트 라인 구동 트랜지스터(TB0, TB1, TB2, …)가 일대일로 연결되고, 그 M개의 비트 라인(B0, B1, B2, …)라인 각각과 쌍을 이루는 M개의 역비트 라인(B0', B1', B2', …) 각각에는M개의 역비트 라인 구동 트랜지스터(TB0', TB1', TB2', …)가 연결된다. 이때, 각각 쌍을 이루는 비트 라인 구동 트랜지스터(TB)와 역비트 라인 구동 트랜지스터(TB')의 게이트 전극은, 상호 연결되어 동시에 구동된다. 특히, 각 구동 트랜지스터가 구동될 때, 비트 라인 구동 트랜지스터(TB)와 역비트 라인 구동 트랜지스터(TB')의 소오스 전극에는 서로 반대되는 전압, 즉, 상위 전압에 대해서는 하위 전압, 하위 전압에 대해서는 상위 전압이 인가된다.In addition, M bit line driving transistors TB0, TB1, TB2,... Are connected one-to-one to each of the M bit lines B0, B1, B2,..., And the M bit lines B0, B1, B2. M reverse bit line driving transistors TB0 ', TB1', TB2 ', ... are connected to each of the M reverse bit lines B0', B1 ', B2', ... which are paired with each of the lines. . At this time, the gate electrodes of the paired bit line driving transistor TB and the reverse bit line driving transistor TB 'are connected to each other and driven simultaneously. In particular, when each driving transistor is driven, voltages opposite to each other, that is, a lower voltage for the upper voltage and an upper voltage for the lower voltage, are respectively opposite to the source electrodes of the bit line driving transistor TB and the reverse bit line driving transistor TB '. Voltage is applied.
그리고, N개의 플레이트 전극 라인(P0, P1, P2, …) 각각에는 그 N개의 플레이트 전극 라인(P0, P1, P2, …) 중에서 특정 플레이트 전극 라인을 선태적으로 구동하기 위한 플레이트 전극 라인 구동 트랜지스터(TP0, TP1, TP2,…)가 일대일로 연결된다.Each of the N plate electrode lines P0, P1, P2, ... is a plate electrode line driving transistor for selectively driving a specific plate electrode line among the N plate electrode lines P0, P1, P2, ... (TP0, TP1, TP2, ...) are connected one-to-one.
이때, 본 실시예에서는, M개의 비트 라인(B0, B1, B2, …), M개의 역비트 라인(B0', B1', B2', …), N개의 플레이트 전극 라인(P0, P1, P2, …) 및 상기 M×N개의 캐패시터로 이루어지는 메모리 영역은, 도시 생략된 반도체 장치의 논리 회로 영역의 상부에 형성되고, 비트 라인 구동 트랜지스터(TB0, TB1, TB2, …), 역비트 라인 구동 트랜지스터(TB0', TB1', TB2', …) 및 플레이트 전극 라인 구동 트랜지스터(TP0, TP1, TP2, …) 는 상기 논리 회로 영역 외곽의 실리콘 기판에 형성되는 것이 보다 바람직할 것이다.At this time, in the present embodiment, M bit lines B0, B1, B2, ..., M reverse bit lines B0 ', B1', B2 ', ..., N plate electrode lines P0, P1, P2 , ...) and the MxN capacitors are formed on the upper portion of the logic circuit region of the semiconductor device (not shown), and the bit line driving transistors TB0, TB1, TB2,. More preferably, TB0 ', TB1', TB2 ', ... and plate electrode line driving transistors TP0, TP1, TP2, ... are formed on the silicon substrate outside the logic circuit region.
이하, 본 실시예에 따라서 상술한 구조를 갖는 강유전체 메모리에서 데이터를 입출력하는 과정에 대해서 설명하면 다음과 같다. 이때, 데이터 '1' 및 '0'을 입력하는 과정과 그와 같이 저장된 데이터를 출력하는 과정에 대해서 개별적으로설명하되, 편의상 셀 C00에 대해서 설명한다. 또한, 상위 전압은 5V, 하위 전압은 0V, 그리고, 각 트랜지스터를 구동하기 위한 구동 전압은, 트랜지스터의 문턱 전압에 5V를 더한 전압 레벨인 경우를 예로 들어 설명한다. 이때, 각 비트 라인 구동 트랜지스터(TB)와 역비트 라인 구동 트랜지스터(TB')의 게이트 전극은 서로 연결되어 있으므로, 비트 라인 구동 트랜지스터(TB)에 구동 전압이 인가될 때 그와 쌍을 이루는 역비트 라인 구동 트랜지스터(TB0')의 게이트 전극에도 구동 전압이 인가되며, 그 소오스 전극에는 비트 라인 구동 트랜지스터(TB)의 소오스 전극에 인가되는 전압과 반대 전압이 인가되지만, 도 4에 도시된 바와 같이 데이터가 입력되는 단위셀의 타측 라인(즉, 비트 라인 또는 역비트 라인)에는 캐패시터가 연결되지 않아서, 데이터의 입력에는 영향을 미치지 않으므로, 그 타측 라인에 대한 설명은 데이터의 출력 과정에서만 설명한다.Hereinafter, a process of inputting / outputting data in the ferroelectric memory having the above-described structure according to the present embodiment will be described. In this case, the process of inputting the data '1' and '0' and the process of outputting the stored data will be described separately, but for convenience, the cell C00 will be described. In this example, the upper voltage is 5V, the lower voltage is 0V, and the driving voltage for driving each transistor is a voltage level obtained by adding 5V to the threshold voltage of the transistor. At this time, since the gate electrodes of the bit line driving transistor TB and the reverse bit line driving transistor TB 'are connected to each other, a reverse bit paired with the bit line when the driving voltage is applied to the bit line driving transistor TB A driving voltage is also applied to the gate electrode of the line driving transistor TB0 ', and a voltage opposite to the voltage applied to the source electrode of the bit line driving transistor TB is applied to the source electrode, but as shown in FIG. Since the capacitor is not connected to the other line (ie, the bit line or the reverse bit line) of the unit cell to which input is input, the input of the data is not affected. Therefore, the description of the other line will be described only in the data output process.
먼저, 단위셀 C00에 데이터 '1'이 입력되는 과정에 대해서 설명한다.First, a process of inputting data '1' into the unit cell C00 will be described.
데이터 '1'을 입력하기 위해서는, 먼저, 비트 라인(B0)에 연결된 비트 라인 구동 트랜지스터(TB0)의 게이트 전극에 구동 전압, 예를 들어, 5V+Vt(문턱전압)[V]를 인가하고, 소오스 전극에 상위 전압 5[V]를 인가한다. 그 결과, 비트 라인(B0)에는 5[V]의 전위가 걸리게 될 것이다.In order to input the data '1', first, a driving voltage, for example, 5V + Vt (threshold voltage) [V] is applied to the gate electrode of the bit line driving transistor TB0 connected to the bit line B0. The upper voltage 5 [V] is applied to the source electrode. As a result, the potential of 5 [V] will be applied to the bit line B0.
그와 동시에 플레이트 전극 라인(P0)에 연결된 플레이트 전극 구동 트랜지스터(TP0)의 게이트 전극에도 구동 전압, 예를 들어, 5V+Vt(문턱전압)[V]를 인가하고, 소오스 전극에는 하위 전압 0[V]를 인가한다. 그 결과, 플레이트 전극 라인(P0)에는 0[V]의 전위가 걸리게 될 것이다.At the same time, a driving voltage, for example, 5V + Vt (threshold voltage) [V] is applied to the gate electrode of the plate electrode driving transistor TP0 connected to the plate electrode line P0, and the lower voltage 0 [is applied to the source electrode. V] is applied. As a result, the potential of 0 [V] will be applied to the plate electrode line P0.
따라서, 셀 C00에 구비되는 강유전체막은 그 전위차에 의해서 양(+)의 방향으로 분극됨으로써, 데이터 '1'을 저장하게 된다.Therefore, the ferroelectric film provided in the cell C00 is polarized in the positive direction by the potential difference, thereby storing data '1'.
한편, 단위셀 C00에 데이터 '0'이 입력되는 과정에 대해서 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, a process of inputting data '0' into the unit cell C00 will be described.
데이터 '0'을 입력하기 위해서는, 먼저, 비트 라인(B0)에 연결된 비트 라인 구동 트랜지스터(TB0)의 게이트 전극에 구동 전압, 예를 들어, 5V+Vt(문턱전압)[V]를 인가하고, 소오스 전극에 하위 전압 0[V]를 인가한다. 그 결과, 비트 라인(B0)에는 0[V]의 전위가 걸리게 될 것이다.In order to input the data '0', first, a driving voltage, for example, 5V + Vt (threshold voltage) [V] is applied to the gate electrode of the bit line driving transistor TB0 connected to the bit line B0. A low voltage of 0 [V] is applied to the source electrode. As a result, the potential of 0 [V] will be applied to the bit line B0.
그와 동시에 플레이트 전극 라인(P0)에 연결된 플레이트 전극 구동 트랜지스터(TP0)의 게이트 게이트 전극에도 구동 전압, 예를 들어, 5V+Vt(문턱전압)[V]를 인가하고, 소오스 전극에는 상위 전압 5[V]를 인가한다. 그 결과, 플레이트 전극 라인(P0)에는 5[V]의 전위가 걸리게 될 것이다.At the same time, a driving voltage, for example, 5 V + Vt (threshold voltage) [V] is applied to the gate gate electrode of the plate electrode driving transistor TP0 connected to the plate electrode line P0, and the upper voltage 5 is applied to the source electrode. Apply [V]. As a result, the plate electrode line P0 will have a potential of 5 [V].
따라서, 셀 C00에 구비되는 강유전체막은 그 전위차에 의해서 음(-)의 방향으로 분극됨으로써, 데이터 '0'을 저장하게 된다.Thus, the ferroelectric film provided in the cell C00 is polarized in the negative direction by the potential difference, thereby storing data '0'.
상술한 데이터 입력 과정에서는 캐패시터의 일측 단자가 비트라인에 연결된 경우에 대해서 설명하였지만, 역비트 라인에 연결된 경우에도 동일한 과정에 의해서 데이터가 입력된다.In the above-described data input process, the case in which one terminal of the capacitor is connected to the bit line has been described. However, the data is input by the same process even when the terminal of the capacitor is connected to the bit line.
한편, 상술한 과정에 의해서 단위셀 C00에 입력된 데이터를 독출하는 과정은 다음과 같다.Meanwhile, a process of reading data input to the unit cell C00 by the above-described process is as follows.
단위셀 C00에 기록된 데이터를 독출하기 위해서는, 먼저, 비트 라인(B0)에연결된 비트 라인 구동 트랜지스터(TB0), 역비트 라인(B0')에 연결된 역비트 라인 구동 트랜지스터(TB0') 및 플레이트 전극 라인(P0)에 연결된 플레이트 전극 구동 트랜지스터(TP0)의 게이트 전극에 구동 전압, 예를 들어, 5V+Vt(문턱전압)[V]를 인가해서 각 트랜지스터(TB0, TB0', TP0)를 턴온시킨다.To read the data written in the unit cell C00, first, the bit line driving transistor TB0 connected to the bit line B0, the reverse bit line driving transistor TB0 'connected to the bit line B0', and the plate electrode A driving voltage, for example, 5V + Vt (threshold voltage) [V] is applied to the gate electrode of the plate electrode driving transistor TP0 connected to the line P0 to turn on each of the transistors TB0, TB0 ', TP0. .
그 상태에서, 비트 라인 구동 트랜지스터(TB0) 및 역비트 라인 구동 트랜지스터(TB0')의 소오스 전극에는 상위 전압과 하위 전압의 평균 전압을 인가하고, 플레이트 전극 구동 트랜지스터(TP0)의 소오스 전극에는 하위 전압을 인가한다.In this state, the average voltage of the upper voltage and the lower voltage is applied to the source electrodes of the bit line driving transistor TB0 and the reverse bit line driving transistor TB0 ', and the lower voltage is applied to the source electrode of the plate electrode driving transistor TP0. Is applied.
이때, 비트 라인(B0)에는 양(+) 또는 음(-)의 방향으로 분극된 캐패시터가 연결되므로, 그 출력 전압이 변화하게 되지만, 역비트 라인에는 캐패시터가 연결되지 않으므로 인가된 전압, 즉, 평균 전압이 그대로 출력되게 된다.At this time, since the capacitor polarized in the positive (+) or negative (-) direction is connected to the bit line (B0), the output voltage is changed, but because the capacitor is not connected to the reverse bit line, that is, the applied voltage, that is, The average voltage is output as it is.
따라서, 비트 라인(B0)으로부터 출력된 전압을 역비트 라인(B0')로부터 출력된 전압과 비교하면, 데이터 값이 '1' 또는 '0'으로 독출된다. 즉, 비트 라인(B0)으로부터 출력된 전압이 역비트 라인(B0')으로부터 출력된 전압보다 크면 데이터 '1'로 독출되고, 작으면 데이터 '0'으로 독출된다.Therefore, when the voltage output from the bit line B0 is compared with the voltage output from the inverse bit line B0 ', the data value is read as' 1' or '0'. That is, if the voltage output from the bit line B0 is greater than the voltage output from the inverse bit line B0 ', it is read out as data' 1 ', and if it is small, it is read out as data' 0 '.
상술한 본 실시예에 따르면, 실시예 1에서는 각 단위셀에서 데이터를 독출할 때마다 더미 비트 라인에 전압이 인가되는데 비해서, 본 실시예에서는 각 셀에 구비된 비트라인 또는 역비트라인의 출력 전압을 기준 전압으로 사용하는 바, 그 수명을 연장 시킬 수 있을 것이다.According to the present embodiment described above, in the first embodiment, a voltage is applied to the dummy bit line every time data is read from each unit cell, whereas in the present embodiment, the output voltage of the bit line or the reverse bit line provided in each cell is different. Using as a reference voltage will extend its life.
[실시예 3]Example 3
이하, 본 실시예에서는 도 5를 참조해서 설명한다. 이때, 도 5는 본 실시예에 따른 강유전체 메모리의 구조를 도시한 회로도이다.Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to FIG. 5. 5 is a circuit diagram showing the structure of the ferroelectric memory according to the present embodiment.
본 실시예에 따른 강유전체 메모리는, '실시예 2과 유사한 구조를 갖되, 플레이트 전극 라인과 교차되는 비트 라인과 역비트 라인의 교점 전체에 캐패시터를 구비하고, 서로 반전되게 출력되는 상대측 비트 라인 또는 역비트 라인의 출력 전압을 기준 전압으로 이용하도록 구성'되는 데 특징이 있는 바, 그와 같은 특징을 중심으로 본 실시예에 따른 강유전체 메모리의 구조 및 데이터 입출력 과정에 대해서 설명하면 다음과 같다.The ferroelectric memory according to the present embodiment has a structure similar to that of the second embodiment, but includes a capacitor at the intersection of the bit line crossing the plate electrode line and the inverse bit line, and the opposite bit line or inverse is outputted inverted with each other. The structure of the ferroelectric memory and the data input / output process according to the present embodiment will be described below.
먼저, 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 메모리의 구조는 다음과 같다.First, referring to FIG. 5, the structure of the memory according to the present embodiment is as follows.
이때, 본 실시예에서는 도 4와 유사한 구조를 갖되, 플레이트 전극 라인(P0, P1, P2, …)과 교차되는 비트 라인(B0, B1, B2, …) 및 역비트 라인(B0', B1', B2', …)의 교점 전체에 대해서 캐패시터를 이루어, 각 단위셀(도 5에 점선으로 도시된)은 2개의 캐패시터를 구비하는 구조를 갖는다. 즉, 본 실시예에 따른 강유전체 메모리에서는 총 2M×N개의 캐패시터가 구비된다.At this time, the present embodiment has a structure similar to that of FIG. 4, but includes bit lines B0, B1, B2, ... and inverse bit lines B0 ', B1' that cross the plate electrode lines P0, P1, P2, .... Capacitors are formed for the entire intersections of the points B2 ', ..., so that each unit cell (shown in broken lines in FIG. 5) has two capacitors. That is, in the ferroelectric memory according to the present embodiment, a total of 2M × N capacitors are provided.
이하, 본 실시예에 따라서 상술한 구조를 갖는 강유전체 메모리에서 데이터를 입출력하는 과정에 대해서 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a process of inputting / outputting data in the ferroelectric memory having the above-described structure according to the present embodiment will be described.
먼저, 단위셀 C00에 데이터 '1'이 입력되는 과정에 대해서 설명한다.First, a process of inputting data '1' into the unit cell C00 will be described.
데이터 '1'을 입력하기 위해서는, 먼저, 비트 라인(B0)에 연결된 비트 라인 구동 트랜지스터(TB0)의 게이트 전극에 구동 전압, 예를 들어, 5V+Vt(문턱전압)[V]를 인가하고, 소오스 전극에 상위 전압 5[V]를 인가한다. 그 결과, 비트 라인(B0)에는 5[V]의 전위가 걸리게 될 것이다.In order to input the data '1', first, a driving voltage, for example, 5V + Vt (threshold voltage) [V] is applied to the gate electrode of the bit line driving transistor TB0 connected to the bit line B0. The upper voltage 5 [V] is applied to the source electrode. As a result, the potential of 5 [V] will be applied to the bit line B0.
이때, 비트 라인 구동 트랜지스터(TB)와 역비트 라인 구동 트랜지스터(TB')의 게이트 전극은 서로 연결되어 있으므로, 비트 라인 구동 트랜지스터(TB0)에 구동 전압이 인가될 때 그와 쌍을 이루는 역비트 라인 구동 트랜지스터(TB0')의 게이트 전극에도 구동 전압이 인가되며, 그 소오스 전극에는 비트 라인 구동 트랜지스터(TB)의소오스 전극에 인가되는 전압과 반대 전압, 즉, 하위 전압이 인가되므로, 역비트 라인(B0')에는 0V의 전위가 걸리게 된다.At this time, since the gate electrodes of the bit line driving transistor TB and the reverse bit line driving transistor TB 'are connected to each other, a reverse bit line paired with the bit line driving transistor TB0 when a driving voltage is applied to the bit line driving transistor TB0 is applied. The driving voltage is also applied to the gate electrode of the driving transistor TB0 ', and a voltage opposite to the voltage applied to the source electrode of the bit line driving transistor TB, that is, a lower voltage, is applied to the source electrode of the source transistor TB0'. B0 ') has a potential of 0V.
그와 동시에 플레이트 전극 라인(P0)에 연결된 플레이트 전극 구동 트랜지스터(TP0)의 게이트 게이트 전극에도 구동 전압, 예를 들어, 5V+Vt(문턱전압)[V]를 인가하고, 소오스 전극에는 상위 전압과 하위 전압의 평균값, 예를 들어, 2.5[V]를 인가한다. 그 결과, 플레이트 전극 라인(P0)에는 0[V]의 전위가 걸리게 될 것이다.At the same time, a driving voltage, for example, 5 V + Vt (threshold voltage) [V] is applied to the gate gate electrode of the plate electrode driving transistor TP0 connected to the plate electrode line P0, and the upper electrode and The average value of the lower voltages is applied, for example 2.5 [V]. As a result, the potential of 0 [V] will be applied to the plate electrode line P0.
따라서, 셀 C00에 구비되는 캐패시터중 비트 라인(B0)에 연결되는 캐패시터의 강유전체막은 그 전위차에 의해서 양(+)의 방향으로 분극되지만, 역비트 라인(B0')에 연결되는 캐패시터의 강유전체막은 음(-)의 방향으로 분극됨으로써, 비트 라인(B0)에 연결되는 캐패시터, 즉, 실제 데이터가 기록되는 캐패시터에는 데이터 '1'이 기록되고, 역비트 라인(B0')에 연결되는 캐패시터, 즉, 데이터를 독출하기 위한 기준 데이터가 입력되는 캐패시터에는 일종의 데이터'-1'이 입력된다. 이때, -는 방향을 나타낸다.Therefore, the ferroelectric film of the capacitor connected to the bit line B0 among the capacitors provided in the cell C00 is polarized in the positive direction due to the potential difference, but the ferroelectric film of the capacitor connected to the reverse bit line B0 'is negative. By polarization in the negative direction, data '1' is written in the capacitor connected to the bit line B0, that is, the capacitor in which the actual data is written, and the capacitor connected to the inverse bit line B0 ', A kind of data '-1' is input to a capacitor into which reference data for reading data is input. At this time,-represents the direction.
한편, 데이터 '0'은 상술한 과정과 반대 과정에 의해서 이루어지며, 셀 C00에 구비되는 캐패시터중 비트 라인(B0)에 연결되는 캐패시터의 강유전체막은 그 전위차에 의해서 음(-)의 방향으로 분극되지만, 역비트 라인(B0')에 연결되는 캐패시터의 강유전체막은 양(+)의 방향으로 분극됨으로써, 비트 라인(B0)에 연결되는 캐패시터, 즉, 실제 데이터가 기록되는 캐패시터에는 데이터 '0'이 기록된다.On the other hand, the data '0' is made by a process opposite to that described above, and the ferroelectric film of the capacitor connected to the bit line B0 among the capacitors provided in the cell C00 is polarized in the negative direction due to the potential difference. Since the ferroelectric film of the capacitor connected to the inverse bit line B0 'is polarized in the positive direction, data' 0 'is written in the capacitor connected to the bit line B0, that is, the capacitor in which the actual data is written. do.
한편, 상술한 과정에 의해서 단위셀 C00에 입력된 데이터를 독출하는 과정은 다음과 같다.Meanwhile, a process of reading data input to the unit cell C00 by the above-described process is as follows.
단위셀 C00에 기록된 데이터를 독출하기 위해서는, 먼저, 비트 라인(B0)에 연결된 비트 라인 구동 트랜지스터(TB0), 역비트 라인(B0')에 연결된 역비트 라인 구동 트랜지스터(TB0') 및 플레이트 전극 라인(P0)에 연결된 플레이트 전극 구동 트랜지스터(TP0)의 게이트 전극에 구동 전압, 예를 들어, 5V+Vt(문턱전압)[V]를 인가해서 각 트랜지스터(TB0, TB0', TP0)를 턴온시킨다.To read the data written in the unit cell C00, first, the bit line driving transistor TB0 connected to the bit line B0, the reverse bit line driving transistor TB0 'connected to the bit line B0', and the plate electrode A driving voltage, for example, 5V + Vt (threshold voltage) [V] is applied to the gate electrode of the plate electrode driving transistor TP0 connected to the line P0 to turn on each of the transistors TB0, TB0 ', TP0. .
그 상태에서, 비트 라인 구동 트랜지스터(TB0) 및 역비트 라인 구동 트랜지스터(TB0')의 소오스 전극에는 소정 전압, 예를 들어, 1.25[V]를 인가한다.In this state, a predetermined voltage, for example, 1.25 [V] is applied to the source electrodes of the bit line driving transistor TB0 and the reverse bit line driving transistor TB0 '.
이때, 비트 라인(B0)과 역비트 라인(B0')는 서로 반대 방향으로 분극했으므로, 비트 라인(B0)의 출력 전압은 입력 전압보다 더욱 커지거나 작아질 것이고, 그에 대해서 역비트 라인(B0')의 출력 전압은 더욱 작아지거나 커져서, 두 출력 전압간의 차이는 보다 커지게된다.At this time, since the bit line B0 and the reverse bit line B0 'are polarized in opposite directions, the output voltage of the bit line B0 will be larger or smaller than the input voltage and the reverse bit line B0' ), The output voltage becomes smaller or larger, so that the difference between the two output voltages becomes larger.
따라서, 비트 라인(B0)의 출력 전압이 역비트 라인(B0')의 출력 전압보다 큰 경우에는 데이터 '1'로 독출되고, 비트 라인(B0)의 출력 전압이 역비트 라인(B0')의 출력 전압보다 작은 경우에는 데이터 '0'로 독출된다.Therefore, when the output voltage of the bit line B0 is greater than the output voltage of the inverse bit line B0 ', the data is read out as data' 1 ', and the output voltage of the bit line B0 is set to the inverse bit line B0'. If it is less than the output voltage, it is read as data '0'.
이때, 본 실시예에 따르면, 실시예 2의 경우보다 집적도는 더욱 떨어지지만, 출력 전압간의 차이가 커서, 즉, 독출된 데이터와 기준 전압간의 차이가 더욱 커져서, 신뢰도는 더욱 높아지게된다.At this time, according to the present embodiment, the degree of integration is further lower than in the case of the second embodiment, but the difference between the output voltage is large, that is, the difference between the read data and the reference voltage becomes larger, thereby increasing the reliability.
상술한 본 발명에 따르면, 메모리 영역 내에서 각 단위셀에 구비된 트랜지스터 및 워드 라인을 제거함으로써 메모리 영역 자체의 형성 범위를 감소시키고, 트랜지스터의 제거로 인해서, 메모리 영역을 논리 회로 영역의 상부에 중첩해서 형성할 수 있게됨으로써, 고집적화에 유리하다. 또한, 일부 실시예의 경우, 기준 전압을 각 셀 단위마다 개별적으로 이용하므로써, 신뢰성 및 수명을 증진시키는 효과가 있다.According to the present invention described above, the formation range of the memory region itself is reduced by removing the transistors and word lines included in each unit cell in the memory region, and the memory region overlaps the upper portion of the logic circuit region due to the removal of the transistor. By forming it, it is advantageous for high integration. In addition, in some embodiments, the reference voltage is individually used for each cell unit, thereby improving reliability and lifespan.
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