JP3183076B2 - 強誘電体メモリ装置 - Google Patents

強誘電体メモリ装置

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JP3183076B2
JP3183076B2 JP32455894A JP32455894A JP3183076B2 JP 3183076 B2 JP3183076 B2 JP 3183076B2 JP 32455894 A JP32455894 A JP 32455894A JP 32455894 A JP32455894 A JP 32455894A JP 3183076 B2 JP3183076 B2 JP 3183076B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は強誘電体メモリ装置に関
し、特にスイッチング用のトランジスタと情報蓄積用の
キャパシタとから成るメモリセルを複数個配列した構成
の強誘電体メモリ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の強誘電体メモリ装置について説明
する前に、この誘電体メモリ装置に使用されるメモリセ
ルの構成及び動作原理について、図7(A),(B)に
示された回路図及び断面模式図を参照して説明する。
【0003】このメモリセルMCは、強誘電体膜FEを
相対向する2つの電極で挟んで形成され一方の電極をプ
レート線PLに接続する容量素子Cと、ゲートGをワー
ド線WLに、ソースS及びドレインDのうちの一方をビ
ット線BLに他方を容量素子Cの他方の電極にそれぞれ
接続するトランジスタTとを備えた構成となっている。
【0004】強誘電体膜は自発分極を起こし、また外部
から電界を印加したときの分極量が図8(A)に示すよ
うなヒステリシス特性を持つ。このヒステリシス特性に
起因して、外部電界が無くなったときに図8(A)のa
点及びc点に示す双安定点が存在する。従って、この強
誘電体を絶縁膜として用いた容量素子Cは2値情報を保
持することができ、かつ、電源を切断した後もその情報
を保持し続けることができる(不揮発性)。
【0005】a点に保持された情報を、c点で保持する
情報に書換えるためには、ワード線WLを高レベルにし
てトランジスタTをオンにし、ビット線BL及びプレー
ト線PLによりこの容量素子Cの強誘電体膜FEに抗電
界Ec以上の正方向の電界を印加し、またこの逆の場合
には強誘電体膜FEに負方向の抗電界−Ec以上の電界
を印加する。
【0006】また、この容量素子Cに保持されている情
報を読出すには、同様に、トランジスタTをオンにして
ビット線BL及びプレート線PLにより、この強誘電体
膜FEに正方向の電界Emaxを印加する。a点に保持
された情報からは、(Pmax+Pr)と対応する電荷
を外部に取出すことができ、また、c点に保持された情
報からは、(Pmax−Pr)と対応する電荷を取出す
ことができる。そして、この電荷量の差を検知すること
により、容量素子Cに保持されていた情報を読出すこと
ができる。しかし、この読出しは、a点の情報に対して
破壊した読出しとなるので、a点の情報であることを検
知したときには、強誘電体膜FEに負方向の電界−Em
axを印加して情報の再書込みを行い、読出し動作を終
了する。
【0007】なお、図8(B)に示すように、強誘電体
膜FEの膜厚をdcとし、電極CP1,CP2間の印加
電圧をVとしたとき、印加電圧Vと電界Eとの間にはV
=E.dcなる関係があり従って、抗電界Ecと抗電圧
Vcとの間の関係はVc=Ec・dcとなる。また、こ
のようなメモリセルMCを配置した不揮発性メモリを単
一電源で駆動する場合、通常、2値情報の低レベルをd
点(−Emax)と対応させて低電源電位レベルとし、
高レベルをb点(Emax)と対応させて高電源電位レ
ベルとする。
【0008】このようなメモリセルMCを複数個配置し
た従来の単一電源駆動型の強誘電体メモリ装置の第1の
例を図9に示す。
【0009】この強誘電体メモリ装置は、強誘電体膜を
相対向する2つの電極で挟んで形成された容量素子C、
及びソース,ドレインのうちの一方を容量素子Cの一方
の電極と接続するトランジスタTを備え行方向,列方向
に配置された複数のメモリセルMC、これら複数のメモ
リセルMCの各行ぞれぞれと対応して設けられ対応する
行の各メモリセルMCのトランジスタTのゲートと接続
して選択レベルのときこれらメモリセルMCを選択状態
とする複数のワード線(WL1,WL2,…)、複数の
メモリセルMCの各列それぞれと対応して設けられ対応
する列の奇数番目及び偶数番目それぞれのメモリセルの
トランジスタのソース・ドレンインのうちの他方と接続
する複数の第1及び第2のビット線BL11,BL12
〜BLn1,BLn2、並びに複数のメモリセルMCの
2行に1本の割合で設けられ各2行のメモリセルの容量
素子の他方の電極と接続する複数のプレート線(PL
1,…)を含むメモリセルアレイ1xと、複数のワード
線(WL1,WL2,…)それぞれと対応して設けられ
てゲートを対応するワード線に、ソース・ドレインのう
ちの一方を対応するプレート線にそれぞれ接続し、ソー
ス,ドレインのうちの他方にプレート線用電圧Vp1を
受ける複数のトランジスタ(T41,T42,…)を備
え選択レベルのワード線と対応するプレート線にプレー
ト線用電位Vp1を供給するプレート線電位供給回路1
6とを有する構成となっている。
【0010】次に、この強誘電体メモリ装置の読出し動
作について、図10に示された波形図を参照して説明す
る。
【0011】ワード線(例えばWL1)が選択レベルに
立上る前のスタンバイ状態において、ビット線BL1
1,BL12〜BLn1,BLn2およびプレート線
(PL1,…)は接地電位レベルとなっている。ワード
線WL1が選択レベルになると、このワード線WL1と
接続するメモリセルMCは選択状態となり、また、トラ
ンジスタT41が導通状態となってプレート線PL1に
プレート線用電圧Vp1が供給される。この結果、これ
らメモリセルMCの記憶情報が第1のビット線BL11
〜BLn1に読出される。これら第1のビット線BL1
1〜BLn1それぞれと対をなす第2のビット線BL1
2〜BLn2は、ワード線WL2が非選択レベルであり
このワード線WL2と対応するメモリセルは非選択レベ
ルであるため、そのレベルは殆んど変化しない。これら
の対をなす第1及び第2のビット線BL11,BL12
〜BLn1,BLn2間の差電位を増幅することによ
り、選択状態のメモリセルの記憶情報を外部へ読出すこ
とができる(例えば、T.Sumi等による文献、19
94年アイ・イー・イー・イー、インターナショナル・
ソリッド・ステート・サーキット・カンファレンス、ダ
イジェスト・オブ・テクニカル・ペーパーズ(1994
IEEE International Solid
−State Circuits Conferenc
e,DIGESTOF TECHNICAL PAPE
RS)268〜269ページ参照)。この例では、メモ
リ容量を256Kbとし、電源電圧3.0V、消費電流
3mAで、200nsというアクセスサイクル時間が得
られている。
【0012】強誘電体メモリ装置においては、メモリセ
ルMCの容量素子Cの強誘電体膜に正負の誘発分極を与
えて情報を記憶し、その誘発分極の状態を検知して記憶
情報を読出すため、前述の例のようにプレート線(PL
1,…)に所定の電位を供給する必要があり、しかもそ
の容量素子Cは強誘電体により形成されているので、そ
の容量値は通常のDRAMに比べて大きくなる。また、
プレート線(PL,…)には、一般に強誘電体との整合
性からAu,Pt,Ruなどの貴金属が用いられる。こ
れらの貴金属は、加工性の問題から膜厚を厚くすること
が難しく、また、配線幅を広げることは微細化によるメ
モリ容量高密度化の観点から不利である。したがって、
その配線抵抗を低くすることが困難である。従ってプレ
ート線(PL1)の時定数が大きくなるため、このプレ
ート線駆動のための時間が長くなり高速動作が困難とな
る(例えば、通常のDRAMの場合、メモリ容量64M
bで90nsのアクセスサイクル時間が達成できる)。
また、プレート線の充放電が行なわれるため、消費電力
も増大する。
【0013】これに対し、プレート線の電位を固定する
ようにした例(第2の例)の回路図を図11に示す(例
えば、特開平2−110895号公報参照)。
【0014】この強誘電体メモリ装置は、複数のプレー
ト線(PL1,…)を共通接続してPLとした以外は第
1の例と同一構成のメモリセルアレイ1yと(ただし、
メモリセルMCは2個、ビット線はBL11,BL12
の1対のみ表示)、対をなすビット線(例:BL11,
BL12)間の差電位それぞれを制御信号SEP,SE
Nに従って所定のタイミングで増幅する複数のセンス増
幅器(SA1,…)と、ビット線プリチャージ信号BL
Pに従ってビット線(BL11,BL12,…)を中間
電位レベルにプリチャージするプリチャージ回路17
と、ビット線の論理的な“1”レベル及び“0”レベル
の中間の中間電位を発生しプレート線PL及びプリチャ
ージ回路17へ供給する中間電位発生回路2xと、ワー
ド線(例えばWL1)が選択レベルとなる直前にビット
線電位設定信号BLSTに従ってビット線(BL11,
BL12,…)を接地電位レベルに設定し、ワード線
(WL1)が選択レベルになるとこれと同期して選択レ
ベルとなるダミーワード線(DWL1)により選択状態
のメモリセルMCの記憶情報が読出されるビット線(B
L11)と対をなすビット線(BL12)に基準レベル
を供給する基準レベル発生回路4xとを有する構成とな
っている。
【0015】次にこの強誘電体メモリ装置の読出し動作
について図12に示された波形図を併せて参照して説明
する。
【0016】メモリセルMCのアクセスが開始されるま
でのスタンバイ状態においては、対をなすビット線(B
L11,BL12,…、以下BL11,BL12につい
てのみ記載する)はプレート線PLとほぼ同一の中間電
位にプリチャージされている。
【0017】アクセスが開始されてワード線WL1が選
択レベルとなる直前には、ビット線電位設定信号BLS
Tがアクティブとなり、ビット線BL11,BL12、
ワード線WL1)およびダミーワード線(DWL1)は
接地電位レベル(電源電位レベルでもよい)に設定され
る。この後、ワード線WL1及びダミーワード線DWL
1が選択レベルとなり、ビット線BL11には選択状態
のメモリセルMCの記憶情報が読出され、ビット線BL
12には基準レベル発生回路7から基準レベルが供給さ
れる。この後は、通常のDRAMと同様に、ビット線B
L11,BL12間の差電位がセンス増幅器SA1によ
り増幅され外部へ出力される。
【0018】ここで、スタンバイ状態において、メモリ
セルMCのトランジスタTがオフ状態となっていてこの
トランジスタTと容量素子Cとの接続点のセルノードN
mcがフローティング状態になっていると、このセルノ
ードNmcと基板(Sub)等との間には、たとえわず
かとは言えリークが存在するため、通常、接地レベル又
は電源電位レベルの基板とのリークは、最終的にはセル
ノードNmcを接地電位レベル,電源電位レベルとし、
メモリセルMCの自発分極を反転させる結果となる。そ
こでこの例では、ワード線(WL1等)を選択レベルと
非選択レベルとの間の中間電位+Vt(トランジスタT
のしきい値電圧)のレベルとしてトランジスタTをわず
かにオンさせ、セルノードNmcの電荷が基板等にリー
クするのをビット線から補うようにしてセルノードNm
cをプレート線PLと同程度の中間電位とし、自発分極
の反転を防止している。
【0019】この場合、消費電力は小さくて済むが、製
造ばらつき等によってメモリセルのトランジスタがオン
しないこともあり、セルノードのリークを補うことがで
きず、次のアクセスまでの時間が長くなると自発分極を
反転してしまうことがあるため、このような場合には、
トランジスタTをオン状態にし、自発分極の反転を防止
している。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の強誘電
体メモリ装置は、第1の例では、アクセスごとにプレー
ト線を所定の電位に駆動する構成となっているので、プ
レート線駆動のための時間が長く、高速動作が困難な
上、プレート線の充放電により消費電力が増大するとい
う問題点があり、また、第2の例では、プレート線には
常時所定の電位が供給されているため、第1の例のよう
な問題点はないものの、セルノードからの基板等へのリ
ークによりメモリセルの容量素子の強誘電体膜の自発分
極が反転してしまうのを防止するため、スタンバイ状態
の間、ワード線を選択レベルと非選択レベルとの間の所
定のレベルとしてメモリセルのトランジスタをわずかに
オンさせ、セルノードのリークをビット線から補ってプ
レート線と同程度の電位に保持する一方、製造ばらつき
等によってトランジスタがオンとならず、セルノードの
リークが補えなくて次のアクセスまでの時間が長い時の
ために、メモリセルのトランジスタを更にオン状態にす
る構成となっているので、ワード線の制御が、アクセス
のための選択レベル/非選択レベルの制御、セルノード
電位補正のためのメモリセルのトランジスタのわずかな
オン状態の制御、及び更にオン状態への制御の電位制御
が4段階、動作制御が3段階となってしまい、ワード線
の電位制御、動作制御が複雑になるという問題点があ
る。
【0021】本発明の目的は、高速動作及び低消費電力
を保ちつつワード線の電位制御,動作制御を単純化し、
かつ確実にスタンバイ時の自発分極の反転誤動作を防止
することができる強誘電体メモリ装置を提供することに
ある。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明の強誘電体メモリ
装置は、強誘電体膜を相対向する2つの電極で挟んで形
成され前記強誘電体膜の分極状態により2値情報を記
憶,保持する容量素子とソース,ドレインのうちの一方
を前記容量素子の一方の電極に接続するトランジスタと
を備え行方向,列方向に配置された複数のメモリセル、
これら複数のメモリセルの各行それぞれと対応して設け
られ対応する行の各メモリセルのトランジスタのゲート
と接続して選択レベルのときこれらメモリセルを選択状
態とする複数のワード線、前記複数のメモリセルの各列
それぞれと対応して設けられ対応する列の各メモリセル
のトランジスタのソース,ドレインのうちの他方と接続
する複数のビット線、及び前記複数のメモリセルの容量
素子それぞれの他方の電極と接続するプレート線を含む
メモリセルアレイと、前記2値情報の論理レベルの高レ
ベル及び低レベルの中間レベルと対応する中間電位を前
記プレート線に定常的に供給するプレート線電位供給手
段と、前記複数のワード線のうちの所定のワード線が外
部アドレス信号に応答して選択レベルとなる前の所定の
期間に前記複数のビット線を前記2値情報の論理レベル
の高レベル及び低レベルのうちの一方のレベルと対応す
る電位にプリチャージするプリチャージ回路と、このプ
リチャージ回路によりプリチャージされたビット線に選
択状態のメモリセルから読出された信号を所定の期間所
定の所定の基準レベルと比較し増幅する複数のセンス増
幅器と、これら複数のセンス増幅器の増幅期間終了後前
記複数のビット線を前記プレート線と同電位の中間電位
に保持するビット線中間電位保持手段と、このビット線
中間電位保持手段による前記複数のビットの中間電位保
持期間中に前記複数のワード線のうちの所定のワード線
を選択レベルとしてこのワード線に接続されたメモリセ
ルのトランジスタを導通させこれらメモリセルのトラン
ジスタ及び容量素子の接続点を前記中間電位に補正する
容量素子電極電位補正手段とを有することを特徴として
いる。
【0023】また、複数のビット線それぞれが対をなす
第1及び第2のビット線から成り、複数のメモリセルそ
れぞれがトランジスタのソース,ドレインのうちの他方
を前記第1及び第2のビット線と対応接続する第1及び
第2のメモリセルから成り、複数のワード線それぞれが
前記第1及び第2のメモリセルを対応して選択状態とす
る第1及び第2のワード線から成り、前記対をなす第1
及び第2のビット線のうちの選択状態のメモリセルから
読出された信号が伝達される方のビット線と対をなすビ
ット線に所定のタイミングで所定の基準レベルを発生す
る基準レベル発生回路を備え、センス増幅器を前記第1
及び第2のビット線間の差電位を増幅する回路とし、ビ
ット線中間電位保持手段が、前記第1及び第2のビット
線を同一電位にバランスさせるバランス回路と、所定の
タイミングで前記第1及び第2のビット線に中間電位を
供給する中間電位供給回路とを含み、容量素子電極電位
補正手段が、前記中間電位供給回路により前記第1及び
第2のビット線に中間電位を供給している期間のうちの
所定の期間前記第1及び第2のワード線を定期的に選択
レベルとするワード線選択手段及びタイミング制御手段
を含んで構成され、更に、ワード線選択手段が、内部ア
ドレス信号を発生するアドレスカウンタと、外部アドレ
ス信号及び前記内部アドレス信号のうちの一方を選択す
るアドレス切換回路とを備え、容量素子の電極電位補正
時には前記内部アドレス信号を選択するようにして構成
される。
【0024】また、容量素子電極電位補正手段が、プリ
チャージ回路によるビット線のプリチャージの期間とこ
の期間に続く外部アドレス信号による所定のワード線の
選択レベルの期間とを含む期間以外の期間に、ビット線
中間電位保持手段により前記ビット線に中間電位に保持
し、かつ複数のメモリセル全てのトランジスタを導通状
態とする回路として構成され、更に、容量素子電極電位
補正手段が、複数のワード線全てを所定のタイミングで
中間電位とメモリセルのトランジスタのしきい値電圧と
の加算電位より高い所定の電位とするワード線レベル制
御回路を含んで構成される。
【0025】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
【0026】図1は本発明の第1の実施例を示す回路
図、図2はこの実施例の動作を説明するための各部信号
のタイミング図及び期間終点時の分極状態を示す図であ
る。
【0027】この実施例は、図7,図9,図11に示さ
れたメモリセルMCと同一構成同一配置の複数の奇数番
目(第1)及び偶数番目(第2)のメモリセル(図1で
はMC11,MC12のみ表示)、これら複数のメモリ
セル(MC11,MC12,…)の各行それぞれと対応
して設けられ対応する行の各メモリセルのトランジスタ
Tのゲートと接続して選択レベルのときこれらメモリセ
ルを選択状態とする複数の奇数番目(第1)及び偶数番
目(第2)のワード線(WL1,WL2のみ表示)、複
数のメモリセル(MC11,MC12,…)の各列それ
ぞれと対応して設けられ対応する列の奇数番目及び偶数
番目それぞれのメモリセルのトランジスタのソース,ド
レインのうちの他方と対応接続する複数の対をなす第1
及び第2のビット線(BL11,BL12のみ表示)、
並びに複数のメモリセル(MC11,MC12,…)
全ての容量素子Cの他方の電極と接続するプレート線P
Lを含むメモリセルアレイ1と、2値情報の論理レベル
の高レベル及び低レベルの中間レベルと対応する中間電
位Vm(例えば電源電位の1/2の電位)を発生しプレ
ート線PLに定常的に供給する中間電位発生回路2と、
トランジスタT21〜T23を備えプリチャージ信号B
LPの活性化レベルに応答して第1及び第2のビット線
(BL11,BL12,…)を2値情報の論理レベルの
高レベル及び低レベルのうちの一方のレベルと対応する
電位(この実施例では低レベル対応の接地電位)にプリ
チャージすると共に、ビット線バランス信号BLBの活
性化レベルに応答して第1及び第2のビット線(BL1
1,BL12,…)を同一電位にバランスさせるプリチ
ャージ・バランス回路3と、基準レベル発生制御信号R
LG1,RLG2の選択レベルに応答して第1及び第2
のビット線(例えばBL11,BL12)のうちの選択
状態のメモリセルから読出された信号が伝達される方の
ビット線(例えばBL11)と対をなすビット線(BL
12)に2値情報の読出しレベルの高レベル及び低レベ
ルの中間レベルの基準レベルを供給する基準レベル発生
回路4と、センス増幅活性化信号SEの活性化レベルに
応答して第1及び第2のビット線(BL11,BL1
2,…)間の差電位を増幅するセンス増幅器SA1,
…)と、トランジスタT51,T52を備え中間電位供
給信号MVSの活性化レベルに応答して中間電位発生回
路2からの中間電位Vmを第1及び第2のビット線(B
L11,BL12,…)に供給する中間電位供給回路5
と、図1には示されていないが、この中間電位供給回路
5により第1及び第2のビット線(BL11,BL1
2,…)に中間電位Vmが供給されている期間の所定の
期間、ワード線(WL1,WL2,…)を定期的に所定
数本ずつ順次選択レベルとしてこれらワード線と接続す
るメモリセルのトランジスタTを導通させこれらメモリ
セルのトランジスタT及び容量素子の接続点(セルノー
ド)Nmcを中間電位Vmに補正するワード線選択部及
びタイミング制御部を含む容量素子電極電位補正手段と
を有する構成となっている。
【0028】次にこの実施例の動作について図2に示さ
れた各部信号のタイミング図を併せて参照し説明する。
【0029】まず、複数のワード線(WL1,WL2,
…)のうちの所定のワード線(例えばWL1)が外部ア
ドレス信号に応答して選択レベルとなる前の期間T1に
プリチャージ信号BLPを所定の期間活性化レベル(高
レベル)としビット線BL11,BL12を接地電位に
プリチャージする。またプリチャージ信号BLPの立上
りタイミングにビット線にバランス信号BLBを非活性
レベル(低レベル)とする(ビット線プリチャージ期
間)。
【0030】次の期間T2に、外部アドレス信号の指定
するワード線(例えばWL1)を選択レベルとすると共
に、対応する基準レベル発生制御信号(RLG1)を活
性化レベルとし、選択レベルのワード線(WL1)に接
続するメモリセル(MC11)を選択状態としてこのメ
モリセル(MC11)の記憶内容を対応するビット線
(BL11)に読出し、また基準レベル発生回路4から
の基準レベルを対をなすビット線(BL12)に供給す
る(記憶内容読出し期間)。このとき、ビット線BL1
1がプリチャージレベルの接地電位、プレート線PLは
中間電位Vmとなっているので、容量素子Cの両電極間
には、プレート線PL側を基準としてセルノードNmc
側に−Vmの電圧が印加され、容量素子Cの強誘電体は
図8(A)のd点に駆動され(図2の分極状態参照)、
従って、容量素子Cの読出し前の分極状態(図8(A)
のa点かc点か)によってビット線BL11上に読出さ
れる信号のレベルが異なる。また、図8(A)のc点
(以下、単にc点という、他も同様)の分極状態はd点
に変化し、記憶破壊されたことになる。
【0031】次の期間T3にはセンス増幅活性化信号S
Eが活性化レベルとなってセンス増幅器SA1が活性化
し、ビット線BL11,BL12間の差電位を増幅す
る。選択状態のメモリセルMC11の記憶内容が“1”
レベルであったとするとビット線BL11は電源電位レ
ベルの高レベルとなり(図2の場合)、“0”レベルの
ときは接地電位レベルとなる。プレート線PLは中間電
位Vmに固定されているので、記憶内容“1”のときは
b点に駆動され、“0”のときはd点に駆動される(セ
ンス増幅期間)。
【0032】ビット線BL11,BL12の電位が安定
した期間T4において、メモリセルMC11から読出さ
れた情報が外部に出力され、また外部からのデータによ
ってビット線BL11,BL12の電位に制御してその
データをメモリセルMC11に書込むことができる(デ
ータ読出し、書込み期間)。
【0033】次の期間T5において、センス増幅活性化
信号SEを非活性化レベルとしてセンス増幅器SA1を
非活性状態とし、続いてビット線バランス信号BLBを
活性化レベルとすることによりビットBL11,BL1
2を同一電位にバランスさせる。このとき、電源電位及
び接地電位にあったビット線BL11,BL12はその
中間の電源電位の1/2の電位となるので、容量素子C
の両電極間には電圧がかからなくなり、読出し前の分極
状態に戻り、また書込みデータに応じた分極状態となる
(記憶動作期間)。
【0034】次の期間T6において、選択レベルのワー
ド線WL1及び対応する基準レベル発生制御信号RLG
1をそれぞれ非選択レベル,非活性化レベルとしてメモ
リセルMC11を非選択状態とすると共にビット線BL
11,BL12を基準レベル発生回路4から切離し、メ
モリセルMC11の記憶内容を保持する(記憶内容保持
期間)。
【0035】こうして、記憶内容の読出し及び再書き
み又は外部データの書込み動作、並びに記憶保持までの
一連の動作が終了する。
【0036】記憶内容の読出し又は外部データの書込み
動作のないメモリセルや、これらの動作が行なわれない
期間には、期間T8の容量素子電極(セルノード)電位
補正動作が行なわれる(図2の期間T7は省略可能)。
【0037】この期間T8では、まず中間電位Vmをビ
ット線BL11,BL12に供給する。このビット線B
L11,BL12に中間電位Vmが供給されている期間
に、所定のワード線(例えばWL2)を定期的に選択レ
ベルとし、このワード線(WL2)と接続するメモリセ
ルのトランジスタTを導通させ、これらメモリセルのセ
ルノードNmcを電位変化を少なくしプレート線PLの
電位とほぼ同程度に保つことができるので、メモリセル
の記憶破壊(容量素子Cの自発分極の反転誤動作)をな
くすことができる。
【0038】この期間T8に所定のワード線を定期的に
選択レベルとする方法としては、外部アドレス信号の入
力によって行う方法や、内部アドレス信号を発生する方
法などがある。
【0039】内部アドレス信号を発生する方法を採用し
た場合の実施例(第2の)のブロック図を図3に示す。
【0040】この実施例のメモリセルアレイ1,プリチ
ャージ・バランス回路3,基準レベル発生回路4及び中
間電位供給回路5は第1の実施例と同様であり、また第
1の実施例における中間電位発生回路2は省略され、セ
ンス増幅・列選択回路11にセンス増幅器(SA1,
…)が含まれている。また、センス増幅・列選択回路1
1の列選択回路部分、Xデコーダ9,Yデコーダ10,
データ出力回路12及びデータ入出回路13は基本的に
は通常のDRAMと同様であるので、その説明は省略す
る。
【0041】アドレスバッファ回路6は、制御回路14
の制御のもとに外部アドレス信号ADを取り込み出力す
る。アドレスカウンタ7は、制御回路14の制御のもと
に内部アドレス信号ADIを発生する。そして、アドレ
ス選択回路8は、制御回路14の制御のもとにアドレス
バッファ回路6からのアドレス信号及び内部アドレス信
号ADIのうちの一方を選択してXデコーダ9に伝達
し、Xデコーダ9はこの伝達されたアドレス信号に従っ
て複数のワード線WL1〜WLmのうちの所定のワード
線を選択レベルとする。
【0042】これら回路の外部アドレス信号ADによる
アクセスは通常のDRAMと同様であるが、期間T8の
容量素子電極電位補正動作の期間では、アドレスカウン
タ7からの内部アドレス信号ADIによって所定のワー
ド線が選択レベルとなる。
【0043】図4は内部アドレス信号ADIによりワー
ド線WL1〜WLmが順次選択レベルとなる様子を示す
タイミング図である。この図4には、ワード線WL1〜
WLmを1本ずつ順次選択レベルとする例が示されてい
るが、ワード線WL1〜WLmのうちの複数本を同時に
選択レベルとしてもよい。
【0044】これら実施例においては、プレート線PL
の電位が固定されているので、その充電,放電がなく、
従ってその分、動作の高速化及び消費電力の低減ができ
る。また、セルノード電位補正のための選択レベル/非
選択レベルの制御と、電位制御及び動作制御とも2段階
となるので、従来の技術における第2の例の電位制御4
段階、動作制御3段階に比べ大幅に単純化することがで
き、かつメモリセルの記憶破壊を防止することができ
る。
【0045】図5は本発明の第3の実施例を示すブロッ
ク図、図6はこの実施例の動作を説明するための各部信
号のタイミング図である。
【0046】この実施例が図3に示された第2の実施例
と相違する点は、容量素子電極電位補正手段を、アドレ
スカウンタ7,アドレス選択回路8,Xデコーダ9及び
制御回路14に代えて、ワード線レベル制御回路15,
Xデコーダ9a及び制御回路14aとし、プリチャージ
・バランス回路3によるビット線(BL11,BL1
2,…)のプリチャージの期間と、この期間に続く外部
アドレス信号ADによる所定のワード線の選択レベルの
期間とを含む期間以外の期間に、中間電位供給回路5に
よりビット線(BL11,BL12,…)を中間電位V
mに保持し、かつ全ワード線WL1〜WLmを、中間電
位VmとメモリセルのトランジスタTのしきい値電圧V
tとの加算電位より高い所定の電位にしてメモリセルア
レイ1の複数のメモリセル全てのトランジスタTを導通
状態とする回路とした点にある。
【0047】この実施例では、メモリセルに対する読出
し、書込み動作(アクセス)終了後、期間T5におい
て、センス増幅活性化信号SEを非活性化レベルとした
後、ビット線バランス信号BLB及び中間電位供給信号
MVSを活性化レベルとしてビット線(BL11,BL
12,…)を中間電位Vmに保持し、期間T6で選択レ
ベルのワード線を含む全てのワード線WL1〜WLm
を、全メモリセルのトランジスタTが導通状態となる電
位とする。以後、この状態を次のアクセスが開始される
期間T1のプリチャージ信号BLPの立上りタイミング
まで保持する。この結果、ビット線プリチャージ期間を
含むメモリセルアクセス時以外は全メモリセルのセルノ
ードNmcにプレート線PLと同電位の中間電位Vmが
供給され、これらメモリセルの記憶破壊を防止すること
ができる。
【0048】この実施例においては、第1及び第2の実
施例と同様に動作の高速化及び消費電力の低減、並びに
記憶破壊の防止ができ、ワード線の電位制御は2段階
(全メモリセルのトランジスタT導通時の電位を通常の
アクセス時の選択レベルとした場合)又は3段階(通常
のアクセス時の選択レベルとは異なるレベルとした場
合)となり、第1,第2の実施例より複雑になる場合も
あるが、セルノード電位補正期間におけるワード線の選
択動作が不要となるので、ワード線の制御は、第1,第
2の実施例と同程或いはそれ以上に単純化され、またワ
ード線の選択動作が不要な分、動作の高速化が可能とな
る。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、プレート
線の電位を固定し、かつセルノードの電位を、メモリセ
ルのトランジスタを導通状態にしてプレート線と同電位
に補正する構成となっているので、動作の高速化及び消
費電力の低減、並びに記憶破壊の防止ができ、かつワー
ド線の電位制御,動作制御を単純化することができる効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す回路図である。
【図2】図1に示された実施例の動作を説明するための
各部信号のタイミング図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示すブロック図であ
る。
【図4】図3に示された実施例の動作を説明するための
各部信号のタイミング図である。
【図5】本発明の第3の実施例を示すブロック図であ
る。
【図6】図5に示された実施例の動作を説明するための
各部信号のタイミング図である。
【図7】強誘電体メモリ装置に使用されるメモリセル及
びその周辺の回路及び断面図である。
【図8】図7に示されたメモリセルの印加電界対分極量
のヒステリシス特性及び印加電圧と電界,分極量との関
係を示す図である。
【図9】従来の不揮強誘電体メモリ装置の第1の例を示
す回路図である。
【図10】図9に示された強誘電体メモリ装置の動作を
説明するための各部信号の波形図である。
【図11】従来の強誘電体メモリ装置の第2の例を示す
回路図である。
【図12】図7に示された強誘電体メモリ装置の動作を
説明するための各部信号のタイミング図である。
【符号の説明】
1,1x,1y メモリセルアレイ 2,2x 中間電位発生回路 3 プリチャージ・バランス回路 4,4x 基準レベル発生回路 5 中間電位供給回路 6 アドレスバッファ回路 7 アドレスカウンタ 8 アドレス選択回路 9,9a Xデコーダ 10 Yデコーダ 11 センス増幅・列選択回路 12 データ出力回路 13 データ入力回路 14,14a 制御回路 15 ワード線レベル制御回路 16 プレート線電位供給制御回路 17 プリチャージ回路 BL,BL11,BL12〜BLn1,BLn2 ビ
ット線 C 容量素子 MC,MC1,MC2 メモリセル PL,PL1 プレート線 SA1 センス増幅器 T,T21〜T23,T41,T42,T51,T52
トランジスタ WL,WL1〜WLm ワード線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−94473(JP,A) 特開 平6−243690(JP,A) 特開 平6−208796(JP,A) 特開 平8−212771(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11C 11/22

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強誘電体膜を相対向する2つの電極で挟
    んで形成され前記強誘電体膜の分極状態により2値情報
    を記憶,保存する容量素子とソース,ドレインのうちの
    一方を前記容量素子の一方の電極に接続するトランジス
    タとを備え行方向,列方向に配置された複数のメモリセ
    ル、これら複数のメモリセルの各行それぞれと対応して
    設けられ対応する行の各メモリセルのトランジスタのゲ
    ートと接続して選択レベルのときこれらメモリセルを選
    択状態とする複数のワード線、前記複数のメモリセルの
    各列それぞれと対応して設けられ対応する列の各メモリ
    セルのトランジスタのソース,ドレインのうちの他方と
    接続する複数のビット線、及び前記複数のメモリセルの
    容量素子それぞれの他方の電極と接続するプレート線を
    含むメモリセルアレイと、前記2値情報の論理レベルの
    高レベル及び低レベルの中間レベルと対応する中間電位
    を前記プレート線に定常的に供給するプレート線電位供
    給手段と、前記複数のワード線のうちの所定のワード線
    が外部アドレス信号に応答して選択レベルとなる前の所
    定の期間に前記複数のビット線を前記2値情報の論理レ
    ベルの高レベル及び低レベルのうちの一方のレベルと対
    応する電位にプリチャージするプリチャージ回路と、こ
    のプリチャージ回路によりプリチャージされたビット線
    に選択状態のメモリセルから読出された信号を所定の期
    所定の基準レベルと比較し増幅する複数のセンス増幅
    器と、これら複数のセンス増幅器の増幅期間終了後前記
    複数のビット線を前記プレート線と同電位の中間電位に
    保持するビット線中間電位保持手段と、このビット線中
    間電位保持手段による前記複数のビットの中間電位保持
    期間中に前記複数のワード線のうちの所定のワード線を
    選択レベルとしてこのワード線に接続されたメモリセル
    のトランジスタを導通させこれらメモリセルのトランジ
    スタ及び容量素子の接続点を前記中間電位に補正する容
    量素子電極電位補正手段とを有することを特徴とする強
    誘電体メモリ装置。
  2. 【請求項2】 複数のビット線それぞれが対をなす第1
    及び第2のビット線から成り、複数のメモリセルそれぞ
    れがトランジスタのソース,ドレインのうちの他方を前
    記第1及び第2のビット線と対応接続する第1及び第2
    のメモリセルから成り、複数のワード線それぞれが前記
    第1及び第2のメモリセルを対応して選択状態とする第
    1及び第2のワード線から成り、前記対をなす第1及び
    第2のビット線のうちの選択状態のメモリセルから読出
    された信号が伝達される方のビット線と対をなすビット
    線に所定のタイミングで所定の基準レベルを発生する基
    準レベル発生回路を備え、センス増幅器を前記第1及び
    第2のビット線間の差電位を増幅する回路とし、ビット
    線中間電位保持手段が、前記第1及び第2のビット線を
    同一電位にバランスさせるバランス回路と、所定のタイ
    ミングで前記第1及び第2のビット線に中間電位を供給
    する中間電位供給回路とを含み、容量素子電極電位補正
    手段が、前記中間電位供給回路により前記第1及び第2
    のビット線に中間電位を供給している期間のうちの所定
    の期間前記第1及び第2のワード線を定期的に選択レベ
    ルとするワード線選択手段及びタイミング制御手段を含
    んで構成された請求項1記載の強誘電体メモリ装置。
  3. 【請求項3】 ワード線選択手段が、内部アドレス信号
    を発生するアドレスカウンタと、外部アドレス信号及び
    前記内部アドレス信号のうちの一方を選択するアドレス
    切換回路とを備え、容量素子の電極電位補正時には前記
    内部アドレス信号を選択するようにした請求項2記載の
    強誘電体メモリ装置。
  4. 【請求項4】 容量素子電極電位補正手段が、プリチャ
    ージ回路によるビット線のプリチャージの期間とこの期
    間に続く外部アドレス信号による所定のワード線の選択
    レベルの期間とを含む期間以外の期間に、ビット線中間
    電位保持手段により前記ビット線中間電位に保持し、
    かつ複数のメモリセル全てのトランジスタを導通状態と
    する回路として構成された請求項1記載の強誘電体メモ
    リ装置。
  5. 【請求項5】 容量素子電極電位補正手段が、複数のワ
    ード線全てを所定のタイミングで中間電位とメモリセル
    のトランジスタのしきい値電圧との加算電位より高い所
    定の電位とするワード線レベル制御回路を含んで構成さ
    れた請求項4記載の強誘電体メモリ装置。
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