KR19990075885A - Ferroelectric Random Access Memory Device - Google Patents
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Abstract
여기에 게재되는 불휘발성 반도체 메모리 장치 즉, 강유전체 랜덤 액세스 메모리 장치는 강유전 커패시터 및 전달 트랜지스터로 구성된 적어도 하나의 메모리 셀과, 상기 메모리 셀에 연결되는 비트 라인과; 독출 동작 동안에 기준 전압으로 챠지되는 기준 비트 라인과 상기 비트 라인의 전위차를 감지 증폭하기 위한 감지 증폭 회로를 포함한다. 상기 불휘발성 반도체 메모리 장치는, 또한, 주 전극들을 가지는 기준 강유전 커패시터와; 독출 동작 동안에, 제 1 스위칭 제어 신호에 응답해서 상기 주 전극들 중 제 1 주 전극과 상기 기준 비트 라인을 연결하기 위한 제 1 스위칭 회로와; 상기 독출 동작 동안에, 상기 제 2 스위칭 제어 신호에 응답해서 상기 주 전극들 중 제 2 주 전극과 상기 기준 비트 라인을 연결하기 위한 제 2 스위칭 회로와; 감지 구간과 재기입 구간으로 이루어지는 독출 동작 동안에, 상기 각 구간에서 펄스 신호가 인가되는 기준 플레이트 라인과; 상기 제 1 스위칭 제어 신호에 응답해서 상기 펄스 신호에 의해서 상기 기준 플레이트 라인과 상기 기준 비트 라인 사이에 정의 전압이 생기도록 상기 기준 플레이트 라인과 상기 제 1 주 전극을 전기적으로 연결시키기 위한 제 3 스위칭 회로와; 상기 제 2 스위칭 제어 신호에 응답해서 상기 펄스 신호에 의해서 상기 기준 플레이트 라인과 상기 기준 비트 라인 사이에 정의 전압이 생기도록 상기 기준 플레이트 라인과 상기 제 2 주 전극을 전기적으로 연결시키기 위한 제 4 스위칭 회로와; 상기 독출 동작 동안에, 상기 기준 강유전 커패시터의 선택을 알리는 신호에 응답해서 상기 제 1 및 제 2 스위칭 제어 신호들을 발생하는 제어 신호 발생 회로를 포함한다. 여기서, 상기 제어 신호 발생 회로는 상기 메모리 셀에 대한 독출 동작이 수행되는 동안에 상기 제 1 및 제 2 스위칭 제어 신호들을 상보 신호들로서 발생하여서 상기 기준 강유전 커패시터가 상기 독출 동작 중 재기입 구간 동안에 비스위칭 영역에서 스위칭되도록 한다.The nonvolatile semiconductor memory device, ie, a ferroelectric random access memory device, disclosed herein includes at least one memory cell including a ferroelectric capacitor and a transfer transistor, and a bit line connected to the memory cell; And a sense amplifying circuit for sense amplifying a reference bit line charged with a reference voltage during a read operation and a potential difference between the bit lines. The nonvolatile semiconductor memory device further comprises: a reference ferroelectric capacitor having main electrodes; A first switching circuit for connecting a first one of said main electrodes and said reference bit line during a read operation, in response to a first switching control signal; A second switching circuit for connecting a second one of said main electrodes and said reference bit line in response to said second switching control signal; A reference plate line to which a pulse signal is applied in each section during a read operation comprising a sensing section and a rewriting section; A third switching circuit for electrically connecting the reference plate line and the first main electrode such that a positive voltage is generated between the reference plate line and the reference bit line by the pulse signal in response to the first switching control signal. Wow; A fourth switching circuit for electrically connecting the reference plate line and the second main electrode such that a positive voltage is generated between the reference plate line and the reference bit line by the pulse signal in response to the second switching control signal. Wow; And a control signal generation circuit for generating the first and second switching control signals in response to a signal informing the selection of the reference ferroelectric capacitor during the read operation. Here, the control signal generation circuit generates the first and second switching control signals as complementary signals while a read operation is performed on the memory cell so that the reference ferroelectric capacitor is in a non-switching region during a rewrite period during the read operation. To be switched on.
Description
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 저장 수단으로서 강유전 커패시터를 구비한 메모리 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a memory device having a ferroelectric capacitor as a storage means.
최근(recently), 전원 오프시 조차 데이터를 유지하는 기능을 갖는 불 휘발성 메모리는 히스테리시스 특성(hysteresis characteristics)을 보이는 PZT와 같은 강유전 물질의 사용을 통해 실현되어 왔다. 메모리 셀에 그러한 강유전 물질을 사용함으로써, 불 휘발성 메모리는 간단한 구조로 구현될 수 있다. 강유전체 램(FRAM : Ferroelectric Random Access Memory) 장치는 불 휘발성의 특성을 가지며, 고속 저전압 동작이 가능하기 때문에 많은 메모리 칩 메이커들의 관심과 경쟁이 고조되고 있다. 예컨대, FRAM의 동작 속도는 분극 반전 시간에 의해 결정된다. 강유전체 커패시터의 분극 반전 속도는 커패시터의 면적, 강유전체 박막의 두께, 인가 전압 등에 따라서 결정되나, 통상 ns 단위이다. 이는 ㎲ 단위의 독출/기입 시간을 갖는 전기적으로 소거 및 프로그램 가능한 롬 (electrically erasable and programmable read only memory : EERPOM)이나 플래시 메모리와 비교할 때 훨씬 빠른 속도로 동작 가능함을 의미한다.Recently, nonvolatile memory having the ability to retain data even at power off has been realized through the use of ferroelectric materials, such as PZT, which exhibit hysteresis characteristics. By using such ferroelectric materials in the memory cell, the nonvolatile memory can be implemented with a simple structure. Ferroelectric random access memory (FRAM) devices are non-volatile and have high-speed, low-voltage operation, which is drawing attention and competition from many memory chip makers. For example, the operating speed of the FRAM is determined by the polarization inversion time. The polarization inversion rate of the ferroelectric capacitor is determined according to the area of the capacitor, the thickness of the ferroelectric thin film, the applied voltage, and the like, but is usually in the unit of ns. This means that it can operate at much higher speeds compared to electrically erasable and programmable read only memory (EREPOM) or flash memory with read / write times in milliseconds.
불휘발성 메모리 장치로서 2T/2C 구조로 된 FRAM은 고속의 장점에도 불구하고 집적도 향상이 어려운 단점을 가지고 있기 때문에 그 한계를 극복하고자 2T/2C (2Tr/2Cap)의 구조에서 1T/1C (1Tr/1Cap)의 구조로 된 FRAM이 개발되었다. 이러한 1T/1C 구조에서는, 그러나, 다수 개의 메모리 셀들에 대한 감지 동작을 위해서 하나의 기준 셀 (reference cell)이 이용된다. 그 결과, 그것의 특성에 따라 칩 자체에 신뢰성이 좌우되는 단점이 있다.FRAM with 2T / 2C structure as a non-volatile memory device has a disadvantage in that it is difficult to improve the density despite the advantages of high speed, so in order to overcome the limitation, 1T / 1C (1Tr / FRAM having a structure of 1 Cap) was developed. In this 1T / 1C structure, however, one reference cell is used for the sensing operation on the plurality of memory cells. As a result, the reliability of the chip itself depends on its characteristics.
구체적으로 설명하면, 강유전 커패시터의 주전극들 사이에 삽입된 강유전 물질 (ferroelectric material)의 피로 (fatigue) 특성은 FRAM 자체의 신뢰성에 큰 영향을 미치게 된다. 즉, 기준 셀의 피로 현상에 의해서 그것의 잔류 분극 (remnant polization; Pr)이 감소되고, 그로 인해서 기준 셀의 센싱 마진 (sensing margin)이 감소되고 메모리 셀의 오동작이 유발된다. 이러한 피로 현상의 주된 원인은 선택된 메모리 셀의 감지 동작 동안에 강유전 물질의 분극 반전이 2회 수행되기 때문이다.Specifically, the fatigue characteristics of the ferroelectric material inserted between the main electrodes of the ferroelectric capacitor have a great influence on the reliability of the FRAM itself. In other words, the fatigue phenomenon of the reference cell reduces its residual polization (Pr), thereby reducing the sensing margin of the reference cell and causing a malfunction of the memory cell. The main reason for this fatigue phenomenon is that the polarization reversal of the ferroelectric material is performed twice during the sensing operation of the selected memory cell.
따라서 본 발명의 목적은 향상된 신뢰성을 가지는 강유전체 랜덤 액세스 메모리 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a ferroelectric random access memory device having improved reliability.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강유전체 램 장치의 구성을 보여주는 블럭도;1 is a block diagram showing the configuration of a ferroelectric RAM device according to a preferred embodiment of the present invention;
도 2는 강유전 물질의 히스테리시스 곡선을 보여주는 도면;2 shows a hysteresis curve of a ferroelectric material;
도 3은 도 1의 카운터의 출력 파형을 보여주는 도면; 그리고3 shows an output waveform of the counter of FIG. 1; And
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강유전체 램 장치의 감지 동작을 보여주는 타이밍도이다.4 is a timing diagram illustrating a sensing operation of a ferroelectric RAM device according to a preferred embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 감지 증폭 회로 120 : 비트 라인 프리챠지 및 등화 회로100: sense amplifier circuit 120: bit line precharge and equalization circuit
140 : 기준 전압 공급 회로 160 : 카운터140: reference voltage supply circuit 160: counter
(구성)(Configuration)
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 강유전 커패시터 및 전달 트랜지스터로 구성된 적어도 하나의 메모리 셀과; 상기 메모리 셀에 연결되는 비트 라인과; 독출 동작 동안에 기준 전압으로 챠지되는 기준 비트 라인과 상기 비트 라인의 전위차를 감지 증폭하기 위한 감지 증폭 회로를 포함하는 불휘발성 반도체 메모리 장치에 있어서: 주 전극들을 가지는 기준 강유전 커패시터와; 독출 동작 동안에, 제 1 스위칭 제어 신호에 응답해서 상기 주 전극들 중 제 1 주 전극과 상기 기준 비트 라인을 연결하기 위한 제 1 스위칭 회로와; 상기 독출 동작 동안에, 상기 제 2 스위칭 제어 신호에 응답해서 상기 주 전극들 중 제 2 주 전극과 상기 기준 비트 라인을 연결하기 위한 제 2 스위칭 회로와; 감지 구간과 재기입 구간으로 이루어지는 독출 동작 동안에, 상기 각 구간에서 펄스 신호가 인가되는 기준 플레이트 라인과; 상기 제 1 스위칭 제어 신호에 응답해서 상기 펄스 신호에 의해서 상기 기준 플레이트 라인과 상기 기준 비트 라인 사이에 정의 전압이 생기도록 상기 기준 플레이트 라인과 상기 제 1 주 전극을 전기적으로 연결시키기 위한 제 3 스위칭 회로와; 상기 제 2 스위칭 제어 신호에 응답해서 상기 펄스 신호에 의해서 상기 기준 플레이트 라인과 상기 기준 비트 라인 사이에 정의 전압이 생기도록 상기 기준 플레이트 라인과 상기 제 2 주 전극을 전기적으로 연결시키기 위한 제 4 스위칭 회로와; 상기 독출 동작 동안에, 상기 기준 강유전 커패시터의 선택을 알리는 신호에 응답해서 상기 제 1 및 제 2 스위칭 제어 신호들을 발생하는 수단을 포함하되; 상기 제어 신호 발생 수단은 상기 메모리 셀에 대한 독출 동작이 수행되는 동안에 상기 제 1 및 제 2 스위칭 제어 신호들을 상보 신호들로서 발생하여서 상기 기준 강유전 커패시터가 상기 독출 동작 중 재기입 구간 동안에 비스위칭 영역에서 스위칭되도록 하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, at least one memory cell consisting of a ferroelectric capacitor and a transfer transistor; A bit line connected to the memory cell; A nonvolatile semiconductor memory device comprising a reference bit line charged with a reference voltage during a read operation and a sense amplifier circuit for sense amplifying a potential difference between the bit lines, comprising: a reference ferroelectric capacitor having main electrodes; A first switching circuit for connecting a first one of said main electrodes and said reference bit line during a read operation, in response to a first switching control signal; A second switching circuit for connecting a second one of said main electrodes and said reference bit line in response to said second switching control signal; A reference plate line to which a pulse signal is applied in each section during a read operation comprising a sensing section and a rewriting section; A third switching circuit for electrically connecting the reference plate line and the first main electrode such that a positive voltage is generated between the reference plate line and the reference bit line by the pulse signal in response to the first switching control signal. Wow; A fourth switching circuit for electrically connecting the reference plate line and the second main electrode such that a positive voltage is generated between the reference plate line and the reference bit line by the pulse signal in response to the second switching control signal. Wow; Means for generating said first and second switching control signals in response to a signal informing the selection of said reference ferroelectric capacitor during said read operation; The control signal generating means generates the first and second switching control signals as complementary signals during a read operation to the memory cell so that the reference ferroelectric capacitor switches in the non-switching region during the rewrite period during the read operation. It is characterized by that.
이 실시예에 있어서, 상기 제어 신호 발생 수단은 카운터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the control signal generating means comprises a counter.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 내지 제 4 스위칭 회로들은 NMOS 트랜지스터들을 포함하는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the first to fourth switching circuits are characterized by including NMOS transistors.
(작용)(Action)
이와 같은 장치에 의해서, 독출 동작 동안에 기준 강유전 커패시터의 강유전 물질이 1 회 분극되도록 함으로써 강유전체 램 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.With such a device, it is possible to improve the reliability of the ferroelectric ram device by allowing the ferroelectric material of the reference ferroelectric capacitor to be polarized once during the read operation.
(실시예)(Example)
이하 본 발명의 실시예에 따른 참조도면 도 1 내지 도 4에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, reference will be made in detail with reference to FIGS. 1 to 4 according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강유전체 랜덤 액세스 메모리 장치의 구성을 보여주는 블럭도이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of a ferroelectric random access memory device according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1에서, 메모리 셀 (MC)은 전달 트랜지스터 (transfer transistor; Tr)와 강유전 커패시터 (ferroelectric capacitor; CF)로 구성된다. 상기 강유전 커패시터 (CF)의 주전극들 중 일 전극은 워드 라인 (WL)에 연결된 상기 전달 트랜지스터 (Tr)를 통해 비트 라인 (BL)에 연결되고, 다른 전극은 플레이트 전극 라인 (plate electrode line; PL)에 연결된다.In FIG. 1, the memory cell MC is composed of a transfer transistor Tr and a ferroelectric capacitor C F. One of the main electrodes of the ferroelectric capacitor C F is connected to a bit line BL through the transfer transistor Tr connected to a word line WL, and the other electrode includes a plate electrode line; PL).
본 발명에 따른 강유전체 랜덤 액세스 메모리 장치는 감지 증폭 회로 (sense amplifier circuit; 100), 비트 라인 프리챠지 및 등화 회로 (bit line precharge and equalize circuit; 120) 및 기준 전압 공급 회로 (reference voltage supply circuit; 100)를 포함한다. 상기 감지 증폭 회로 (100)는 상기 기준 전압 공급 회로 (140)로부터 제공되는 기준 전압과 상기 메모리 셀 (MC)의 저장 데이터에 대응하는 비트 라인 (BL) 상의 전압간의 차를 감지하고 그리고 증폭한다.A ferroelectric random access memory device according to the present invention includes a sense amplifier circuit 100, a bit line precharge and equalize circuit 120 and a reference voltage supply circuit 100. ). The sense amplifier circuit 100 senses and amplifies the difference between the reference voltage provided from the reference voltage supply circuit 140 and the voltage on the bit line BL corresponding to the stored data of the memory cell MC.
상기 비트 라인 프리챠지 및 감지 회로 (120)는 프리챠지 신호 (PRE) 및 등화 신호 (EQ)에 응답해서 비트 라인들 (BL) 및 (BLR)의 전위를 접지 전압을 프리챠지하고 그리고 등화한다. 상기 회로 (120)는 3 개의 NMOS 트랜지스터들 (MN1), (MN2) 및 (MN3)으로 구성된다.The bit line precharge and sensing circuit 120 precharges and equalizes the potentials of the bit lines BL and BLR in response to a precharge signal PRE and an equalization signal EQ. The circuit 120 is composed of three NMOS transistors MN1, MN2 and MN3.
상기 기준 전압 공급 회로 (140)는 독출 동작 동안에 기준 워드 라인 활성화 신호 (reference word line enable signal; WLR)에 응답해서 기준 전압 (Vref)을 발생하고 그리고 대응하는 기준 비트 라인 (reference bit line; BLR)으로 상기 기준 전압 (Vref)을 공급한다.The reference voltage supply circuit 140 generates a reference voltage Vref in response to a reference word line enable signal WLR during a read operation and generates a corresponding reference bit line BLR. Supply the reference voltage Vref.
상기 기준 전압 공급 회로 (140)는 카운터 (counter; 160), 3 개의 인버터들 (IV1)-(IV3), 4 개의 NMOS 트랜지스터들 (MN4), (MN5), (MN6) 및 (MN7), 그리고 하나의 기준 강유전 커패시터 (reference ferroelectric capacitor; RCF)로 구성된다.The reference voltage supply circuit 140 includes a counter 160, three inverters IV1-IV3, four NMOS transistors MN4, MN5, MN6 and MN7, and It consists of one reference ferroelectric capacitor (RC F ).
상기 카운터 (160)는 기준 워드 라인 활성화 신호 (WLR)가 활성화될 때 즉, 로우 레벨 (low level)에서 하이 레벨 (high level)로 활성화될 때 하이 레벨의 스위칭 제어 신호 (CNT)를 발생한다. 상기 카운터 (160)에 의해서 활성화된 스위칭 제어 신호 (CNT)는 상기 기준 워드 라인 활성화 신호 (WLR)가 비활성화된 후 다시 활성화될 때 로우 레벨의 상기 스위칭 제어 신호 (CNT)를 발생한다. 즉, 신호 (WLR)의 한 사이클을 기준하여 상기 제어 신호 (CNT)는 로우 레벨에서 하이 레벨로 또는 하이 레벨에서 로우 레벨로 바뀐다. 이에 대한 파형은 도 3에 잘 도시되어 있다.The counter 160 generates a high level switching control signal CNT when the reference word line activation signal WLR is activated, that is, when it is activated from a low level to a high level. The switching control signal CNT activated by the counter 160 generates the switching control signal CNT at a low level when the reference word line activation signal WLR is deactivated and then activated again. That is, based on one cycle of the signal WLR, the control signal CNT changes from a low level to a high level or from a high level to a low level. The waveform for this is well illustrated in FIG. 3.
상기 기준 강유전 커패시터 (RCF)는 2 개의 주전극들 (142) 및 (144)을 구비한다. 상기 주전극들 중 하나의 전극 (142)은 게이트가 인버터 (IV3)를 통해서 인가되는 상기 제어 신호 (CNT)에 제어되는 상기 트랜지스터 (MN6)를 통해서 기준 비트 라인 (BLR)에 연결되고, 그리고 다른 전극 (144)은 게이트가 상기 제어 신호 (CNT)에 제어되는 상기 트랜지스터 (MN7)를 통해서 상기 기준 비트 라인 (BLR)에 연결된다. 뿐만 아니라, 상기 주전극 (142)은 게이트가 인버터들 (IV1) 및 (IV2)을 통해서 인가되는 상기 제어 신호 (CNT)에 제어되는 트랜지스터 (MN5)를 통해서 기준 플레이트 라인 (reference plate line; PLR)에 연결된다. 그리고, 상기 주전극 (144)은 게이트가 인버터 (IV1)를 통해서 인가되는 상기 제어 신호 (CNT)에 제어되는 트랜지스터 (MN4)를 통해서 상기 기준 플레이트 라인 (PLR)에 연결된다.The reference ferroelectric capacitor RCF has two main electrodes 142 and 144. One of the main electrodes 142 is connected to a reference bit line BLR through the transistor MN6 whose gate is controlled by the control signal CNT applied via an inverter IV3, and the other An electrode 144 is connected to the reference bit line BLR through the transistor MN7 whose gate is controlled by the control signal CNT. In addition, the main electrode 142 has a reference plate line PLR through a transistor MN5 whose gate is controlled by the control signal CNT applied through inverters IV1 and IV2. Is connected to. The main electrode 144 is connected to the reference plate line PLR through a transistor MN4 whose gate is controlled by the control signal CNT applied through the inverter IV1.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 기준 전압 공급 회로 (140)의 동작이 이하 설명된다.The operation of the reference voltage supply circuit 140 according to the preferred embodiment of the present invention is described below.
도 3에 도시된 바와 같이, 기준 워드 라인 활성화 신호 (WLR)가 로우 레벨에서 하이 레벨로 천이되면, 카운터 (160)의 출력 (CNT)은 하이 레벨이 된다. 하이 레벨의 상기 제어 신호 (CNT)에 의해서, 트랜지스터들 (MN5) 및 (MN7)은 턴온되고 그리고 트랜지스터들 (MN4) 및 (MN6)은 턴오프된다. 그 결과, 강유전 커패시터 (RCF)의 주전극들 (142) 및 (144)은 트랜지스터들 (MN5) 및 (MN7)을 통해서 각각 기준 플레이트 라인 (PLR)과 기준 비트 라인 (BLR)에 연결된다.As shown in FIG. 3, when the reference word line activation signal WLR transitions from a low level to a high level, the output CNT of the counter 160 goes to a high level. By the high level of the control signal CNT, transistors MN5 and MN7 are turned on and transistors MN4 and MN6 are turned off. As a result, the main electrodes 142 and 144 of the ferroelectric capacitor RC F are connected to the reference plate line PLR and the reference bit line BLR through the transistors MN5 and MN7, respectively.
기준 강유전 커패시터 (RCF)의 분극 (Pr)이 도 2의 히스테리시스 곡선의 점 (A)에 있다고 가정하자. 이때, 기준 플레이트 라인 (PLR)에 펄스가 인가되면, 플레이트 라인 (PLR)에서 기준 비트 라인 (BLR)으로 가해지는 전계에 의해서 커패시터 (RCF)의 쌍극자들은 도 2의 히스테리시스 곡선의 점들 (B) 및 (C)을 따라 점 (D)으로 분극된다. 그 결과, 기준 비트 라인 (BLR)은 변화되는 분극량에 대응하는 전위로 즉, 기준 전압 (Vref)으로 챠지된다. 그 후, 메모리 셀에 대한 감지 동작이 수행된다.Assume that the polarization Pr of the reference ferroelectric capacitor RC F is at the point A of the hysteresis curve of FIG. 2. At this time, when a pulse is applied to the reference plate line (PLR), the dipoles of the capacitor (RC F ) by the electric field applied from the plate line (PLR) to the reference bit line (BLR), the points (B) of the hysteresis curve of FIG. And to (D) along (C). As a result, the reference bit line BLR is charged to a potential corresponding to the polarization amount to be changed, that is, to the reference voltage Vref. Thereafter, a sensing operation on the memory cell is performed.
그 다음에, 감지 동작이 수행된 후 재기입 동작이 수행된다. 이때, 카운터 (160)의 출력 (CNT)은 그대로 하이 레벨로 유지된다. 그 결과, 트랜지스터들 (MN4) 및 (MN6)은 턴오프되고 그리고 트랜지스터들 (MN5) 및 (MN7)은 턴온된다. 이때, 기준 플레이트 라인 (PLR)에 펄스가 인가되면 기준 플레이트 라인 (PLR)에서 기준 비트 라인 (BLR)으로 전계가 형성되며, 강유전 물질 (ferroelectric material)은 도 2의 점 D에서 점 C로 분극된다. 즉, 비스위칭 곡선을 따라 움직이기 때문에, 분극 반전은 생기지 않는다. 반대의 경우도 이러한 동작에 따라 수행되기 때문에, 여기서 그것에 대한 설명은 생략된다.Then, the rewrite operation is performed after the sensing operation is performed. At this time, the output CNT of the counter 160 remains at a high level. As a result, the transistors MN4 and MN6 are turned off and the transistors MN5 and MN7 are turned on. At this time, when a pulse is applied to the reference plate line PLR, an electric field is formed from the reference plate line PLR to the reference bit line BLR, and the ferroelectric material is polarized to point C at point D of FIG. . That is, since it moves along the non-switching curve, no polarization reversal occurs. Since the reverse case is also performed according to this operation, the description thereof is omitted here.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감지 동작을 보여주는 타이밍도이다.4 is a timing diagram showing a sensing operation according to a preferred embodiment of the present invention.
먼저, 신호들 (PRE) 및 (EQ)에 의해서 비트 라인 및 기준 비트 라인 (BL) 및 (BLR)은 접지 전압으로 프리챠지 및 등화된다. 그후, 워드 라인 (WL) 및 기준 워드 라인 (WLR)은 로우 레벨에서 하이 레벨로 구동된다. 그 결과, 메모리 셀의 전달 트랜지스터 (Tr)와 기준 전압 공급 회로 (140)의 트랜지스터들 (MN5) 및 (MN7)은 턴온된다. 플레이트 라인 및 기준 플레이트 라인 (PL) 및 (PLR)에 펄스가 인가되어서 강유전 커패시터 (CF) 및 기준 강유전 커패시터 (RCF)에 각각 대응하는 비트 라인 및 기준 비트 라인 (BL) 및 (BLR)은 대응하는 전압 레벨로 유기된다.First, the bit lines and the reference bit lines BL and BLR are precharged and equalized to the ground voltage by the signals PRE and EQ. Thereafter, the word line WL and the reference word line WLR are driven from the low level to the high level. As a result, the transfer transistor Tr of the memory cell and the transistors MN5 and MN7 of the reference voltage supply circuit 140 are turned on. Pulses are applied to the plate line and the reference plate lines PL and PLR so that the bit lines and reference bit lines BL and BLR corresponding to the ferroelectric capacitor C F and the reference ferroelectric capacitor RC F are respectively It is induced to the corresponding voltage level.
예를 들면, 강유전 커패시터 (CF)에 데이터 "1"이 저장된 경우, 기준 비트 라인 (BLR)의 전위는, 도 4에 도시된 바와 같이, 비트 라인 (BL)의 전위에 비해서 낮다. 반면에, 데이터 "0"이 저장된 경우, 기준 비트 라인 (BLR)의 전위는 비트 라인 (BL)의 전위에 비해서 높다. 이때, 감지 증폭 회로 (100)에 의해서 상기 라인들 (BL) 및 (BLR)의 전압차는 충분히 증폭된다.For example, when data "1" is stored in the ferroelectric capacitor C F , the potential of the reference bit line BLR is lower than that of the bit line BL, as shown in FIG. 4. On the other hand, when data "0" is stored, the potential of the reference bit line BLR is higher than that of the bit line BL. At this time, the voltage difference between the lines BL and BLR is sufficiently amplified by the sense amplifier circuit 100.
그후, 기준 강유전 커패시터 (RCF) 및 메모리 셀의 강유전 커패시터 (CF)에는, 재기입 동작이 수행된다. 하지만, 기준 전압 공급 회로 (140) 내의 강유전 커패시터 (RCF)는 비스위칭 곡선 (D-C)을 따라 스위칭되기 때문에 기준 강유전 커패시터 (RCF)의 피로 현상이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 기준 강유전 커패시터 (RCF)로부터 유도되는 전하량은 메모리 셀의 그것의 절반이 되도록 유지되어야 한다.Then, the rewrite operation is performed on the reference ferroelectric capacitor RC F and the ferroelectric capacitor C F of the memory cell. However, since the ferroelectric capacitor RC F in the reference voltage supply circuit 140 is switched along the non-switching curve DC, the fatigue phenomenon of the reference ferroelectric capacitor RC F may be prevented from deteriorating. At this time, the amount of charge derived from the reference ferroelectric capacitor RC F should be maintained to be half that of the memory cell.
그러한 이유 때문에, 기준 강유전 커패시터 (RCF)의 스위칭 전하량을 이용하는 경우에는, 메모리 셀의 그것보다 작아야 한다. 또한, 같은 크기의 캐패시터를 사용하는 경우, 기준 플레이트 라인 (PLR)에 가해지는 펄스의 전압 레벨을 조절하여 전하량을 조절해야만 한다. 이후의 동작시에는, 이전 동작에서 발생되는 카운터의 출력과 반대의 위상을 가지는 신호에 의해서 트랜지스터들 (MN4) 및 (MN6)이 턴온된 후 전술한 동작이 반복 수행된다.For that reason, when using the switching charge amount of the reference ferroelectric capacitor R F , it should be smaller than that of the memory cell. In addition, when using capacitors of the same size, the amount of charge must be controlled by adjusting the voltage level of the pulse applied to the reference plate line PLR. In the subsequent operation, the above-described operation is repeatedly performed after the transistors MN4 and MN6 are turned on by a signal having a phase opposite to that of the counter generated in the previous operation.
상기한 바와 같이, 피로 현상의 의한 디바이스 오동작을 방지하기 위해서 독출 동작 동안에 기준 강유전 커패시터의 주전극들에 교대로 펄스를 인가함으로써 단지 1회만 기준 강유전 커패시터의 강유전 물질이 분극된다. 그 결과 디바이스의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, the ferroelectric material of the reference ferroelectric capacitor is polarized only once by alternately applying pulses to the main electrodes of the reference ferroelectric capacitor during the read operation in order to prevent device malfunction due to the fatigue phenomenon. As a result, the reliability of the device can be improved.
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