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JP2000040376A - Semiconductor storage device - Google Patents

Semiconductor storage device

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JP2000040376A
JP2000040376A JP20602198A JP20602198A JP2000040376A JP 2000040376 A JP2000040376 A JP 2000040376A JP 20602198 A JP20602198 A JP 20602198A JP 20602198 A JP20602198 A JP 20602198A JP 2000040376 A JP2000040376 A JP 2000040376A
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Japan
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potential
bit line
memory cell
data
ferroelectric capacitor
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JP20602198A
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Toshio Kuraki
敏夫 椋木
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リファレンスセル用の強誘電体キャパシタを
無くし、広い動作マージンにより安定して動作し、高い
信頼性の得られるFeRAMを実現する。 【解決手段】 対をなすビット線5と7にセルプレート
4のローレベルとハイレベルの間の電位をプリチャージ
電位として供給するための電位供給回路33と、この電
位供給回路33とそれぞれのビット線5、7とを導通・
遮断するトランスファーゲート31、32とを設け、プ
リチャージ終了後、電位供給回路33とビット線5、7
とを切離し、強誘電体キャパシタ1からビット線5へデ
ータを読み出す際に、差動増幅器16がビット線7に保
たれているプリチャージ電位をリファレンス電位として
増幅する。
(57) [PROBLEMS] To provide an FeRAM that operates stably with a wide operation margin and obtains high reliability by eliminating a ferroelectric capacitor for a reference cell. SOLUTION: A potential supply circuit 33 for supplying a potential between a low level and a high level of a cell plate 4 to a pair of bit lines 5 and 7 as a precharge potential, and the potential supply circuit 33 and each bit Conduction with lines 5 and 7
Transfer gates 31 and 32 for shutting off are provided, and after the end of precharge, the potential supply circuit 33 and the bit lines 5 and 7
When reading data from the ferroelectric capacitor 1 to the bit line 5, the differential amplifier 16 amplifies the precharge potential held on the bit line 7 as a reference potential.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、メモリセルの電荷
蓄積キャパシタの容量絶縁膜に強誘電体を用いた半導体
記憶装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device using a ferroelectric for a capacitance insulating film of a charge storage capacitor of a memory cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在の代表的な半導体メモリ装置はダイ
ナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)である
が、最近になってそのDRAMメモリセルの電荷蓄積キ
ャパシタの絶縁膜に強誘電体を使った強誘電体メモリ装
置(FeRAM)なるものが開発された。このメモリ装
置は、DRAMが揮発性メモリであるのに対し、外部電
界を取り去っても分極が残る強誘電体特有の性質によっ
て、不揮発性メモリとして使用できる。また、既存の書
換可能な不揮発性メモリ装置に対しても、消費電力が少
なく書換速度が早いなどの優れた特性を有している。そ
のため次世代の主力メモリ装置として関心が高まってい
る。
2. Description of the Related Art At present, a typical semiconductor memory device is a dynamic random access memory (DRAM), but recently, a ferroelectric material using a ferroelectric material as an insulating film of a charge storage capacitor of the DRAM memory cell. A memory device (FeRAM) was developed. This memory device can be used as a non-volatile memory due to a characteristic of a ferroelectric material in which a DRAM remains volatile even when an external electric field is removed, while a DRAM is a volatile memory. In addition, existing rewritable nonvolatile memory devices have excellent characteristics such as low power consumption and high rewrite speed. For this reason, interest is increasing as a next-generation main memory device.

【0003】図8(a)はDRAMおよびFeRAMの
メモリセルキャパシタの電圧−電荷量特性図であり、横
軸にキャパシタ両電極間の電圧V、縦軸にキャパシタの
電極に蓄えられる電荷量Qをとってある。なお、電圧の
向きと分極の向きは、図8(b)に示すように、上から
下方向へ向かう向きを正とする。キャパシタに蓄えられ
る電荷量Qはキャパシタ容量Cとキャパシタ電極間の電
圧Vとの積で求められるが、常誘電体を絶縁膜に用いた
DRAMメモリセルのキャパシタ(常誘電体キャパシ
タ)では、容量Cはキャパシタ固有ものであり、一定の
値をとる。また、電圧Vが0ボルトの時は電荷量Qも0
クーロンである。図8(a)の直線で示す特性がその
例である。これに対し、強誘電体を絶縁膜に用いたFe
RAMメモリセルのキャパシタ(強誘電体キャパシタ)
では、容量Cは電圧Vの値および履歴によって変化し、
電圧Vが0ボルトの時の電荷量Qも電圧Vの履歴によっ
て変化する。図8(a)の曲線で示す特性がその例で
ある。
FIG. 8A is a voltage-charge amount characteristic diagram of a memory cell capacitor of a DRAM and a FeRAM. The horizontal axis represents the voltage V between both electrodes of the capacitor, and the vertical axis represents the charge amount Q stored in the electrode of the capacitor. There is. As shown in FIG. 8B, the direction of the voltage and the direction of the polarization are positive from the top to the bottom. The amount of charge Q stored in the capacitor is obtained by the product of the capacitor capacitance C and the voltage V between the capacitor electrodes. In a DRAM memory cell capacitor (paraelectric capacitor) using a paraelectric as an insulating film, the capacitance C Is specific to the capacitor and takes a constant value. When the voltage V is 0 volt, the charge amount Q is also 0.
Coulomb. The characteristic shown by the straight line in FIG. 8A is an example. On the other hand, Fe using a ferroelectric as an insulating film
RAM memory cell capacitor (ferroelectric capacitor)
Then, the capacitance C changes depending on the value and the history of the voltage V,
The charge amount Q when the voltage V is 0 volt also changes according to the history of the voltage V. The characteristic shown by the curve in FIG. 8A is an example.

【0004】以下、図8(a)の曲線で表される強誘
電体キャパシタの電圧−電荷量特性について詳しく説明
する。初期状態として、強誘電体キャパシタは1度も電
界がかけられておらず、分極も発生していない図中のO
点で示す状態にあるとする。キャパシタの両極板間の電
圧Vが増加するにつれて電極に発生する電荷量Qは曲線
O−Aの経路をたどって増加し、A点の状態へと変化す
る。A点ではキャパシタの両極板間に電圧がかかってお
り、その電圧のため極板には電荷が、強誘電体内には分
極が発生している。次に、電圧Vを減少させ0にする
と、キャパシタの状態は曲線A−Bの経路をたどってB
点の状態へ変化する。B点ではキャパシタの両極板間の
電圧Vは0であるが、強誘電体内ではA点で発生してい
た分極が残っているため(残留分極)、その分極によっ
て極板には電荷が発生している。さらに、負の方向へ電
圧Vをかけた場合、キャパシタの状態は曲線B−Cの経
路をたどってC点の状態へ変化する。このC点ではA点
とは逆向きの電圧が極板間にかかっており、Aとは逆極
性の電荷が極板に、逆向きの分極が強誘電体内に発生し
ている。さらに、電圧Vを0に戻せば曲線C−Dの経路
をたどってD点の状態へ変化し、このD点では、強誘電
体内にはC点で発生していた分極が残っており、極板に
はB点とは逆極性の電荷が発生している。さらに、再び
正の電圧をかけた場合は、曲線D−Aの経路をたどって
A点の状態へと変化する。
Hereinafter, the voltage-charge amount characteristic of the ferroelectric capacitor represented by the curve in FIG. 8A will be described in detail. In the initial state, the ferroelectric capacitor has not been subjected to an electric field even once, and O
It is assumed that the state is indicated by a dot. As the voltage V between the two plates of the capacitor increases, the amount of charge Q generated at the electrodes increases along the path of the curve OA, and changes to the state at point A. At point A, a voltage is applied between both electrode plates of the capacitor, and the voltage causes electric charges to be generated in the electrode plates and polarization occurs in the ferroelectric material. Next, when the voltage V is reduced to 0, the state of the capacitor follows the path of the curve AB, and
Change to a point state. At point B, the voltage V between the two plates of the capacitor is 0, but since the polarization generated at point A remains in the ferroelectric material (residual polarization), charges are generated on the plates by the polarization. ing. Further, when the voltage V is applied in the negative direction, the state of the capacitor changes to the state at the point C following the path of the curve BC. At point C, a voltage in the opposite direction to that of point A is applied between the electrode plates, and a charge having a polarity opposite to that of A is generated in the electrode plate, and a polarization in the opposite direction is generated in the ferroelectric material. Further, when the voltage V is returned to 0, the state changes to the state of the point D by following the path of the curve CD. At the point D, the polarization generated at the point C remains in the ferroelectric material. A charge having a polarity opposite to that of the point B is generated on the plate. Further, when a positive voltage is applied again, the state changes to the state at the point A by following the path of the curve DA.

【0005】以上のような特性を持つ強誘電体キャパシ
タをFeRAMの半導体記憶装置として応用する1つの
方法を図9に示す。図9(a)は図8(a)と同じく強
誘電体キャパシタの電圧−電荷量特性図であるが、図9
(b)と(c)に示すメモリセルに応用した場合に、デ
ータをビット線に読み出すときに起こるキャパシタの状
態変化を示したものである。ここで、図9(b)のメモ
リセルと図9(c)のメモリセルとは異なるデータが書
き込まれている。なお、図9(b),(c)において、
1はメモリセル用の強誘電体キャパシタ、2はNMOS
トランジスタからなるアクセス用トランジスタ、3はワ
ード線、4はセルプレート、5はビット線、6はビット
線5の浮遊容量であり、強誘電体キャパシタ1内にある
分極の向きは図8(b)と同じ様にとってある。以下、
FeRAMのデータ記憶の原理について、図9(a),
(b),(c)を用いて説明する。
FIG. 9 shows one method of applying a ferroelectric capacitor having the above characteristics as a semiconductor memory device of FeRAM. FIG. 9A is a voltage-charge amount characteristic diagram of the ferroelectric capacitor similarly to FIG.
FIG. 9 shows a change in the state of a capacitor that occurs when data is read out to a bit line when applied to the memory cells shown in FIGS. Here, different data is written in the memory cell of FIG. 9B and the memory cell of FIG. 9C. 9 (b) and 9 (c).
1 is a ferroelectric capacitor for a memory cell, 2 is an NMOS
An access transistor composed of a transistor, 3 is a word line, 4 is a cell plate, 5 is a bit line, 6 is a stray capacitance of the bit line 5, and the direction of polarization in the ferroelectric capacitor 1 is shown in FIG. There is for the same as. Less than,
Regarding the principle of FeRAM data storage, FIG.
This will be described with reference to (b) and (c).

【0006】図9(b)のメモリセルの強誘電体キャパ
シタ1には正方向に電圧をかけた場合の残留分極が発生
しており、その状態は図9(a)のB点で表される。ま
た、図9(c)のメモリセルの強誘電体キャパシタ1に
は負方向に電圧をかけた場合の残留分極が発生してお
り、その状態は図9(a)のD点で表される。図9
(b),(c)で示されるメモリセルからデータを読み
出す場合は、まずビット線5の電位BLをグランドレベ
ルにプリチャージしておき、次にワード線3の電位WL
を上げてアクセス用トランジスタ2をオンさせ、セルプ
レート4の電位CPをVBCまで上げる。すると、強誘電
体キャパシタ1には負方向の電圧がかかり、図9(a)
のC点の状態へ向けて変化する。ただし、強誘電体キャ
パシタ1にかかる電圧は、VBCをビット線5の浮遊容量
6と強誘電体キャパシタ1とで容量分割することによっ
て決まるため、図8(a)での説明とは異なり、C点ま
での途中で強誘電体キャパシタ1の状態変化は止まる。
すなわち、図9(a)のB点の状態にあった場合は、曲
線B−C上のE点まで変化し、その時にビット線5に発
生する電位はV1 である。一方、D点の状態にあった場
合は、曲線D−C上のF点まで変化し、その時のビット
線5の電位はV0 である。この時のビット線電位の関係
はV1 >V0 である。すなわち、図9(b)の強誘電体
キャパシタ1の状態をデータ「1」とすれば、ビット線
5の電位はH(ハイ)レベルとなり、図9(c)の強誘
電体キャパシタ1の状態をデータ「0」とすれば、ビッ
ト線5の電位はL(ロー)レベルとなる。
In the ferroelectric capacitor 1 of the memory cell shown in FIG. 9B, remanent polarization occurs when a voltage is applied in the positive direction, and the state is represented by a point B in FIG. 9A. You. Also, remanent polarization occurs when a voltage is applied in the negative direction to the ferroelectric capacitor 1 of the memory cell in FIG. 9C, and the state is represented by a point D in FIG. 9A. . FIG.
To read data from the memory cells shown in (b) and (c), first, the potential BL of the bit line 5 is precharged to the ground level, and then the potential WL of the word line 3 is
To turn on the access transistor 2 and raise the potential CP of the cell plate 4 to V BC . Then, a negative voltage is applied to the ferroelectric capacitor 1, and FIG.
To the state of point C. However, since the voltage applied to the ferroelectric capacitor 1 is determined by dividing V BC by the stray capacitance 6 of the bit line 5 and the ferroelectric capacitor 1, the voltage differs from the description in FIG. The state change of the ferroelectric capacitor 1 stops halfway to the point C.
That is, when in the state of point B in FIG. 9 (a), changes to point E on the curve B-C, the potential generated in the bit line 5 at that time is V 1. On the other hand, when it is in the state of the point D, it changes to the point F on the curve DC, and the potential of the bit line 5 at that time is V 0 . At this time, the relationship between the bit line potentials is V 1 > V 0 . That is, if the state of the ferroelectric capacitor 1 in FIG. 9B is data “1”, the potential of the bit line 5 becomes H (high) level, and the state of the ferroelectric capacitor 1 in FIG. Is data "0", the potential of the bit line 5 becomes L (low) level.

【0007】以上のように、強誘電体キャパシタ1の分
極の向きにデータを対応させて記憶し、メモリセルから
ビット線5にデータを読み出したときに、分極の向きに
よってビット線5に発生する電位が異なることを利用し
てデータ「1」と「0」を判別することがFeRAMの
データ記憶原理である。図10はこれまで述べてきたF
eRAMの動作原理を用いてデータを記憶する従来の1
Tr−1C(1-Transistor 1-Capacitance)型半導体記
憶装置の一例を示すメモリセル列の回路図である。図1
0において、1はメモリセル用の強誘電体キャパシタ、
2はメモリセルへアクセスするNMOSトランジスタか
らなるアクセス用トランジスタ、3はワード線、4はセ
ルプレート、5と7はビット線、9はリファレンスセル
用の強誘電体キャパシタであり、強誘電体キャパシタ9
の方が強誘電体キャパシタ1に比べ面積を大きくしてあ
る。10はリファレンスセルへアクセスするNMOSト
ランジスタからなるアクセス用トランジスタ、11はリ
ファレンスワード線、12はリファレンスセルプレー
ト、13と14はビット線5と7をグランド電位にプリ
チャージするためのNMOSトランジスタからなるプリ
チャージ用トランジスタで、15はその制御信号φb
供給する制御信号線である。16はビット線5と7の電
位差を増幅する差動増幅器で、ここでは制御信号φs
より活性・不活性を制御できるクロックドCMOSイン
バータ2個で構成されている。17はデータ線、19は
ビット線5とデータ線17とを接続するトランスファー
ゲートで、制御信号φt によってそれらの電気的導通・
遮断を制御することができる。
As described above, data is stored in association with the direction of polarization of the ferroelectric capacitor 1, and when data is read from the memory cell to the bit line 5, the data is generated on the bit line 5 depending on the direction of polarization. It is the data storage principle of FeRAM to discriminate between data "1" and "0" using the difference in potential. FIG. 10 shows the F
Conventional 1 that stores data using the operating principle of eRAM
FIG. 2 is a circuit diagram of a memory cell column showing an example of a Tr-1C (1-Transistor 1-Capacitance) type semiconductor memory device. FIG.
At 0, 1 is a ferroelectric capacitor for a memory cell,
Reference numeral 2 denotes an access transistor formed of an NMOS transistor for accessing a memory cell, 3 denotes a word line, 4 denotes a cell plate, 5 and 7 denote bit lines, 9 denotes a ferroelectric capacitor for a reference cell, and 9 denotes a ferroelectric capacitor.
Is larger in area than the ferroelectric capacitor 1. Reference numeral 10 denotes an access transistor including an NMOS transistor for accessing a reference cell, 11 denotes a reference word line, 12 denotes a reference cell plate, and 13 and 14 denote NMOS transistors for precharging the bit lines 5 and 7 to ground potential. in charging transistor, 15 denotes a control signal line for supplying the control signal phi b. 16 is a differential amplifier for amplifying a potential difference between the bit lines 5 and 7, here is composed of two clocked CMOS inverter capable of controlling the activity and non-activity by the control signal phi s. 17 data lines, 19 a transfer gate for connecting the bit lines 5 and the lines 17, & their electrical conduction by the control signal phi t
The interruption can be controlled.

【0008】また、図11は図10の半導体記憶装置の
データ読みだし動作のタイミング図である。図11にお
いて、WL、CP、RWL、RCP、BL、/BLはそ
れぞれワード線3、セルプレート4、リファレンスワー
ド線11、リファレンスセルプレート12、ビット線
5、ビット線7の電位であり、φs 、φb はそれぞれ差
動増幅器16、プリチャージ用トランジスタ13・14
の制御信号のレベルである。
FIG. 11 is a timing chart of a data read operation of the semiconductor memory device of FIG. In Figure 11, WL, CP, RWL, RCP, BL, / BL each word line 3, the cell plate 4, reference word line 11, the reference cell plate 12, the bit line 5, the potential of the bit line 7, phi s , phi b each differential amplifier 16, precharge transistors 13, 14
Is the level of the control signal.

【0009】この従来の半導体記憶装置でのデータの読
み出し動作について、図10と図11を用いて説明す
る。初期状態として、図10における各ノードは全てグ
ランド電位にあり、リファレンスセル用の強誘電体キャ
パシタ9にはデータ「0」が書き込まれているとする。
まず、ワード線3とリファレンスワード線11の電位W
L,RWLを上げてアクセス用トランジスタ2と10を
オンさせ、セルプレート4とリファレンスセルプレート
12の電位CP,RCPを上げる。すると、ビット線5
の電位BLにはメモリセル用の強誘電体キャパシタ1の
自発分極の向きによって異なる電位があらわれ、ビット
線7の電位/BLにはデータ「1」とデータ「0」を読
み出した時の電位の間にある一定の電位があらわれる。
次に、制御信号φs をイネーブルにして差動増幅器16
を活性化させ、ビット線7の電位/BLをリファレンス
として、ビット線5の電位BLを増幅する。増幅が終わ
った後に、制御信号φtをイネーブルにしてトランスフ
ァーゲート19をオンさせ、ビット線5の電位BLをデ
ータ線17へ送る。以上がこの装置での読み出し動作で
ある。
A data read operation in the conventional semiconductor memory device will be described with reference to FIGS. In the initial state, all the nodes in FIG. 10 are at the ground potential, and it is assumed that data “0” is written in the ferroelectric capacitor 9 for the reference cell.
First, the potential W of the word line 3 and the reference word line 11
The access transistors 2 and 10 are turned on by increasing L and RWL, and the potentials CP and RCP of the cell plate 4 and the reference cell plate 12 are increased. Then, the bit line 5
The potential BL varies depending on the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric capacitor 1 for the memory cell, and the potential / BL of the bit line 7 is the potential of the potential at the time of reading data "1" and data "0". A certain potential between them appears.
Then, the differential amplifier 16 to enable the control signal phi s
Is activated, and the potential BL of the bit line 5 is amplified using the potential / BL of the bit line 7 as a reference. After amplification was completed, sends a control signal phi t is turned on transfer gate 19 is enabled, the potential BL of the bit line 5 to the data line 17. The above is the reading operation in this device.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の半導体記憶
装置では、メモリセルからビット線5に読み出された電
位がH(ハイ)レベルであるかL(ロー)レベルである
かを判定する時に基準とする電位を、リファレンスセル
用の強誘電体キャパシタ9にメモリセル用の強誘電体キ
ャパシタ1よりも面積の大きいキャパシタを用い、その
強誘電体キャパシタ9にデータ「0」を書き込み、それ
をビット線7へ読み出すことで発生させるようにしてい
るが、リファレンスセル用の強誘電体キャパシタ9にメ
モリセル用の強誘電体キャパシタ1よりも面積の小さい
キャパシタを用い、その強誘電体キャパシタ9にデータ
「1」を書き込み、それをビット線7へ読み出すことで
発生させるようにしてもよい。
In the conventional semiconductor memory device described above, it is necessary to determine whether the potential read from the memory cell to the bit line 5 is at the H (high) level or the L (low) level. As a reference potential, a capacitor having a larger area than the ferroelectric capacitor 1 for the memory cell is used as the ferroelectric capacitor 9 for the reference cell, and data “0” is written to the ferroelectric capacitor 9 and the data is written to the ferroelectric capacitor 9. Although it is generated by reading to the bit line 7, a capacitor having a smaller area than the ferroelectric capacitor 1 for the memory cell is used for the ferroelectric capacitor 9 for the reference cell, and the ferroelectric capacitor 9 is used for the ferroelectric capacitor 9. It may be generated by writing data “1” and reading it out to the bit line 7.

【0011】しかしながらいずれにしても、ちょうどH
レベルとLレベルの中間電位を発生させるリファレンス
セル用の強誘電体キャパシタ9の面積を設計すること
や、設計通りに一定の特性を持ったリファレンスセル用
の強誘電体キャパシタ9を作製することは製造上のバラ
ツキの問題により難しい。また、メモリセル用の強誘電
体キャパシタ1の特性やビット線容量においてもバラツ
キがあり、それらの要因が1Tr−1C動作のマージン
を狭め、安定して動作する1Tr−1C型FeRAMデ
バイスの実現や高い歩留まりを達成することを困難にし
ている。
However, in any case, just H
It is not possible to design the area of the ferroelectric capacitor 9 for the reference cell that generates an intermediate potential between the L level and the L level, and to manufacture the ferroelectric capacitor 9 for the reference cell having certain characteristics as designed. Difficult due to manufacturing variability. There are also variations in the characteristics and bit line capacitance of the ferroelectric capacitor 1 for a memory cell, and these factors narrow the 1Tr-1C operation margin and realize a 1Tr-1C FeRAM device that operates stably. It is difficult to achieve high yields.

【0012】また、強誘電体キャパシタ1,9の特性が
デバイスの使用中のストレスなどによって変化するた
め、使用中にメモリセルからのHレベル、Lレベルの電
位やリファレンスセルからのリファレンス電位が変動す
る現象が発生し、動作マージンを狭めるため信頼性の大
きな問題となっている。本発明の目的は、リファレンス
セル用の強誘電体キャパシタを無くし、広い動作マージ
ンにより安定して動作し、高い信頼性の得られるFeR
AMである半導体記憶装置を提供することである。
Since the characteristics of the ferroelectric capacitors 1 and 9 change due to stress during use of the device, the H-level and L-level potentials from the memory cell and the reference potential from the reference cell fluctuate during use. And the operation margin is narrowed, which is a major problem in reliability. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to eliminate the need for a ferroelectric capacitor for a reference cell, to operate stably with a wide operation margin, and to obtain a highly reliable FeR
An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device which is an AM.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の半導体記
憶装置は、強誘電体からなる容量絶縁膜を有する強誘電
体キャパシタを用いたメモリセルと、メモリセルからデ
ータ読み出し時にデータが読み出される第1のビット線
と、第1のビット線と対をなす第2のビット線と、メモ
リセルの強誘電体キャパシタの一電極に接続され、ロー
レベルの電位およびハイレベルの電位を供給するセルプ
レートと、セルプレートのハイレベルとローレベルとの
間の電位をプリチャージ電位として第1のビット線およ
び第2のビット線に供給する電位供給回路と、電位供給
回路と第1のビット線および第2のビット線とをプリチ
ャージ期間に導通し、データ読み出し時に遮断する第1
および第2のトランスファーゲートと、データ読み出し
時に第2のビット線に保持されたプリチャージ電位をリ
ファレンス電位として用いて第1のビット線と第2のビ
ット線との電位差を増幅する差動増幅器とを備え、デー
タ読み出し時において、セルプレートがローレベルの電
位を供給する期間とハイレベルの電位を供給する期間と
が共に存在することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor memory device comprising: a memory cell using a ferroelectric capacitor having a capacitive insulating film made of a ferroelectric; and data read from the memory cell when data is read from the memory cell. A first bit line, a second bit line paired with the first bit line, and a cell connected to one electrode of a ferroelectric capacitor of the memory cell for supplying a low-level potential and a high-level potential A plate, a potential supply circuit for supplying a potential between a high level and a low level of the cell plate as a precharge potential to the first bit line and the second bit line, a potential supply circuit, the first bit line, The first bit line is electrically connected to the second bit line during the precharge period and cut off during data reading.
And a second transfer gate, and a differential amplifier for amplifying a potential difference between the first bit line and the second bit line by using a precharge potential held on the second bit line as a reference potential when reading data. At the time of data reading, a period in which the cell plate supplies a low-level potential and a period in which the cell plate supplies a high-level potential are both present.

【0014】この構成によれば、ビット線のプリチャー
ジ電位をセルプレートのハイレベルとローレベルとの間
の電位とし、メモリセルから第1のビット線へデータを
読み出す際に、第2のビット線に保たれているプリチャ
ージ電位をリファレンス電位として増幅するようにして
いるため、従来、リファレンス電位を発生させるために
必要としていたリファレンスセル用の強誘電体キャパシ
タを無くし、その設計・製造上の問題を回避することが
できる。また、プリチャージ電位をリファレンス電位と
して用い、データが読み出されるビット線の電位がプリ
チャージ電位より高いか低いかということでデータを判
別するため、メモリセル用の強誘電体キャパシタの特性
やビット線容量のバラツキの影響は大幅に軽減され、使
用中の強誘電体キャパシタ特性の変動に対しても同様で
ある。したがって、広い動作マージンにより安定に動作
し、高い信頼性を持ったFeRAMを実現できる。
According to this configuration, the precharge potential of the bit line is set to a potential between the high level and the low level of the cell plate, and the second bit is read when data is read from the memory cell to the first bit line. Since the precharge potential held on the line is amplified as the reference potential, the ferroelectric capacitor for the reference cell, which was conventionally required to generate the reference potential, is eliminated, and its design and manufacturing Problems can be avoided. In addition, since the precharge potential is used as a reference potential and data is determined based on whether the potential of a bit line from which data is read is higher or lower than the precharge potential, the characteristics of a ferroelectric capacitor for a memory cell and the bit line The effect of the variation in capacitance is greatly reduced, and the same holds true for fluctuations in the characteristics of the ferroelectric capacitor during use. Therefore, an FeRAM that operates stably with a wide operation margin and has high reliability can be realized.

【0015】請求項2記載の半導体記憶装置は、強誘電
体からなる容量絶縁膜を有する強誘電体キャパシタを用
いた第1および第2のメモリセルと、第1のメモリセル
からデータ読み出し時にデータが読み出される第1のビ
ット線と、第1のビット線と対をなし第2のメモリセル
からデータ読み出し時にデータが読み出される第2のビ
ット線と、メモリセルの強誘電体キャパシタの一電極に
接続され、ローレベルの電位およびハイレベルの電位を
供給するセルプレートと、セルプレートのハイレベルと
ローレベルとの間の電位をプリチャージ電位として第1
のビット線および第2のビット線に供給する電位供給回
路と、電位供給回路と第1のビット線および第2のビッ
ト線とをプリチャージ期間に導通し、データ読み出し時
に遮断する第1および第2のトランスファーゲートと、
第1のメモリセルからデータ読み出し時に第2のビット
線に保持されたプリチャージ電位をリファレンス電位と
して用いて第1のビット線と第2のビット線との電位差
を増幅し、第2のメモリセルからデータ読み出し時に第
1のビット線に保持されたプリチャージ電位をリファレ
ンス電位として用いて第1のビット線と第2のビット線
との電位差を増幅する差動増幅器とを備え、データ読み
出し時において、セルプレートがローレベルの電位を供
給する期間とハイレベルの電位を供給する期間とが共に
存在することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor memory device, wherein first and second memory cells using a ferroelectric capacitor having a capacitor insulating film made of a ferroelectric, and when data is read from the first memory cell. A first bit line from which data is read, a second bit line paired with the first bit line, and from which data is read from the second memory cell, and one electrode of a ferroelectric capacitor of the memory cell. A cell plate connected to supply a low-level potential and a high-level potential, and a potential between a high level and a low level of the cell plate as a precharge potential.
Potential supply circuit for supplying the bit line and the second bit line, and a first and a second circuit for conducting the potential supply circuit and the first bit line and the second bit line during the precharge period and cutting off the data read operation. 2 transfer gates,
Amplifying the potential difference between the first bit line and the second bit line using the precharge potential held on the second bit line as a reference potential when reading data from the first memory cell, And a differential amplifier for amplifying a potential difference between the first bit line and the second bit line by using the precharge potential held on the first bit line as a reference potential at the time of data reading. And a period in which the cell plate supplies a low-level potential and a period in which the cell plate supplies a high-level potential.

【0016】この構成によれば、請求項1と同様の効果
に加え、第1のメモリセルのデータは第1のビット線に
読み出され、第2のメモリセルのデータは第2のビット
線に読み出されるようにしているため、データを読み出
すビット線とリファレンス電位に保つビット線とを交互
に入れ換えることで、ビット線を有効に活用し、メモリ
セルブロック面積を縮小することが可能になる。
According to this configuration, in addition to the same effect as the first aspect, the data of the first memory cell is read out to the first bit line, and the data of the second memory cell is read out of the second bit line. Therefore, by alternately replacing the bit line for reading data and the bit line for maintaining the reference potential, the bit line can be effectively used and the area of the memory cell block can be reduced.

【0017】請求項3記載の半導体記憶装置は、請求項
1または2記載の半導体記憶装置において、選択可能な
電位供給回路を複数個設け、この複数の電位供給回路は
それぞれ異なるプリチャージ電位を供給可能にしたこと
を特徴とする。この構成により、異なるプリチャージ電
位を供給する電位供給回路を選択できるため、P検時
(拡散終了直後のウエハ状態でのデバイス検査時)のメ
モリセル用の強誘電体キャパシタ特性や、デバイス使用
時の特性変動にあわせて最適なプリチャージ電位を選択
することができ、動作条件を最適化してより安定して動
作させることが可能である。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor memory device according to the first or second aspect, a plurality of selectable potential supply circuits are provided, and the plurality of potential supply circuits supply different precharge potentials. It is made possible. With this configuration, it is possible to select a potential supply circuit that supplies different precharge potentials. Therefore, the ferroelectric capacitor characteristics for a memory cell at the time of P detection (during device inspection in a wafer state immediately after the completion of diffusion) and the time of device use It is possible to select an optimal precharge potential in accordance with the characteristic fluctuation of the above, and it is possible to optimize the operating conditions to operate more stably.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。 〔第1の実施の形態〕図1は本発明の第1の実施の形態
の半導体記憶装置のメモリセル列の回路図であり、1T
r−1C型FeRAMを示す。図1において、1はメモ
リセル用の強誘電体キャパシタ、2はメモリセルへアク
セスするNMOSトランジスタからなるアクセス用トラ
ンジスタ、3はワード線、4はセルプレート、5と7は
ビット線(5は第1のビット線,7は第2のビット
線)、16はビット線5と7の電位差を増幅する差動増
幅器で、ここでは制御信号φs により活性・不活性を制
御できるクロックドCMOSインバータ2個で構成され
ている。17はデータ線、19はビット線5とデータ線
17とを接続するトランスファーゲートで、制御信号φ
t によってそれらの電気的導通・遮断を制御することが
できる。31、32はそれぞれビット線5、7と電位供
給回路33とを接続するトランスファーゲートで、制御
信号φm によってそれらの電気的導通・遮断を制御する
ことができる。電位供給回路33は任意の電位を供給可
能である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. [First Embodiment] FIG. 1 is a circuit diagram of a memory cell column of a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.
1 shows an r-1C type FeRAM. In FIG. 1, 1 is a ferroelectric capacitor for a memory cell, 2 is an access transistor comprising an NMOS transistor for accessing the memory cell, 3 is a word line, 4 is a cell plate, 5 and 7 are bit lines (5 is a first bit line, the second bit line 7), 16 is a differential amplifier for amplifying a potential difference between the bit lines 5 and 7, wherein it controls the active and non-active by the control signal phi s clocked CMOS inverter 2 It is composed of individual pieces. 17 is a data line, 19 is a transfer gate connecting the bit line 5 and the data line 17, and a control signal φ
The electrical conduction / interruption can be controlled by t . 31 and 32 respectively transfer gates connecting the bit lines 5 and 7 and the potential supply circuit 33, it is possible to control the electrical conduction and interruption thereof by a control signal phi m. The potential supply circuit 33 can supply an arbitrary potential.

【0019】この実施の形態の半導体記憶装置は、図1
0に示される従来例におけるリファレンスセル用の強誘
電体キャパシタ9およびそのアクセス用トランジスタ1
0等を無くし、対をなすビット線5と7にプリチャージ
電位を供給するための電位供給回路33と、この電位供
給回路33とそれぞれのビット線5、7とを導通・遮断
するトランスファーゲート31、32とを設けている。
また、電位供給回路33は、セルプレート4のLレベル
とHレベルとの間の電位をプリチャージ電位としてビッ
ト線5と7に供給するようにしている。
The semiconductor memory device of this embodiment is similar to that of FIG.
0 and the access transistor 1 for the ferroelectric capacitor 9 for the reference cell in the conventional example shown in FIG.
A potential supply circuit 33 for eliminating a 0 or the like and supplying a precharge potential to a pair of bit lines 5 and 7, and a transfer gate 31 for conducting / cutting off the potential supply circuit 33 and the respective bit lines 5 and 7. , 32 are provided.
The potential supply circuit 33 supplies a potential between the L level and the H level of the cell plate 4 to the bit lines 5 and 7 as a precharge potential.

【0020】また、図2は図1の半導体記憶装置での第
1のデータ読みだし動作のタイミング図であり、WL、
CP、BL、/BLはそれぞれワード線3、セルプレー
ト4、ビット線5、ビット線7の電位であり、φs 、φ
m はそれぞれ差動増幅器16、トランスファゲート31
・32の制御信号のレベルである。この装置でのデータ
の読み出し動作について、図1と図2を用いて説明す
る。ここでは、セルプレート4のLレベルをグランド
に、Hレベルを電源電圧にとって説明する。
FIG. 2 is a timing chart of a first data read operation in the semiconductor memory device of FIG.
CP, BL and / BL are the potentials of the word line 3, cell plate 4, bit line 5 and bit line 7, respectively, and φ s and φ
m is the differential amplifier 16 and the transfer gate 31
32 control signal levels. A data read operation in this device will be described with reference to FIGS. Here, the description will be made with the L level of the cell plate 4 as the ground and the H level as the power supply voltage.

【0021】初期状態として、図1のトランスファゲー
ト31と32はオン状態で、電位供給回路33によっ
て、ビット線5と7はグランドレベルと電源電圧レベル
の中間にある電位にプリチャージされており、その他の
ノードは全てグランド電位にあるとする。まず、プリチ
ャージ終了後、制御信号φm によりトランスファゲート
31と32をオフ状態にして、ワード線3の電位WLを
上げてアクセス用トランジスタ2をオンさせる。する
と、強誘電体キャパシタ1に書き込まれていたデータに
応じて、ビット線5から強誘電体キャパシタ1に電荷が
移動し、ビット線5の電位BLが下がる。
As an initial state, the transfer gates 31 and 32 in FIG. 1 are in an on state, and the bit lines 5 and 7 are precharged by the potential supply circuit 33 to a potential intermediate between the ground level and the power supply voltage level. All other nodes are at ground potential. First, after completion of the precharge control signal φ transfer gates 31 and 32 are turned off by m, to turn on the access transistor 2 by raising the potential WL of word line 3. Then, charges move from the bit line 5 to the ferroelectric capacitor 1 in accordance with the data written in the ferroelectric capacitor 1, and the potential BL of the bit line 5 decreases.

【0022】次に、セルプレート4の電位CPを上げる
と、強誘電体キャパシタ1からビット線5に、強誘電体
キャパシタ1に書き込まれていたデータに応じた電荷の
移動が起こり、ビット線5の電位BLは上がる。最終的
にビット線5の電位BLは、強誘電体キャパシタ1にデ
ータ「1」が書き込まれていた場合は、ビット線プリチ
ャージ電位より高くなり、データ「0」が書き込まれて
いた場合は、ビット線プリチャージ電位より低くなる。
その電位の変動を、制御信号φs をイネーブルにして差
動増幅器16を活性化させ、ビット線7に保っていたプ
リチャージ電位(/BL)をリファレンス電位として増
幅する。増幅が終わった後に、制御信号φt をイネーブ
ルにしてトランスファーゲート19をオンさせ、ビット
線5の電位BLをデータ線17へ送ることで読み出し動
作が完了する。
Next, when the potential CP of the cell plate 4 is raised, the electric charge moves from the ferroelectric capacitor 1 to the bit line 5 in accordance with the data written in the ferroelectric capacitor 1, and the bit line 5 Potential BL rises. Eventually, the potential BL of the bit line 5 becomes higher than the bit line precharge potential when data “1” is written in the ferroelectric capacitor 1, and when the data “0” is written, It becomes lower than the bit line precharge potential.
The variation of the potential is amplified to activate the differential amplifier 16 to enable the control signal phi s, precharge potential was kept at the bit line 7 (/ BL) as the reference potential. After amplification was completed, the control signal phi t to enable to turn on the transfer gate 19, the read operation is completed by sending the potential BL of the bit line 5 to the data line 17.

【0023】さらに、図3および図4を用いて上記デー
タの読み出し動作の原理について説明する。図3は上記
データの読み出し動作の原理を説明するための図であ
る。なお、図3(a)、(b)、(c)において、6は
ビット線5の浮遊容量で、強誘電体キャパシタ1および
ビット線浮遊容量6の電圧の向きは図8(b)と同じ様
に上から下方向を正にとってある。図4はメモリセル用
の強誘電体キャパシタ1の電圧−電荷量特性図であり、
横軸にキャパシタ両電極間の電圧V、縦軸にキャパシタ
の電極に蓄えられる電荷量Qをとってある。この図4は
図3(a)、(b)、(c)に示す読み出し動作をした
場合に起こる強誘電体キャパシタ1の状態変化を示した
ものである。
The principle of the data reading operation will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of the data read operation. 3A, 3B, and 3C, reference numeral 6 denotes a stray capacitance of the bit line 5, and the directions of voltages of the ferroelectric capacitor 1 and the bit line stray capacitance 6 are the same as those in FIG. 8B. The direction from the top to the bottom is positive. FIG. 4 is a voltage-charge amount characteristic diagram of the ferroelectric capacitor 1 for a memory cell.
The horizontal axis indicates the voltage V between the two electrodes of the capacitor, and the vertical axis indicates the amount of charge Q stored in the electrodes of the capacitor. FIG. 4 shows a state change of the ferroelectric capacitor 1 that occurs when the read operation shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C is performed.

【0024】図3(a)はデータを読み出す直前の状態
で、ビット線浮遊容量6は電位VB0でプリチャージされ
ており、その電圧によって極板に電荷QB0が発生してい
る。強誘電体キャパシタ1は図4のB点で示す状態にあ
り、極板間電圧Vは0であるが、強誘電体の残留分極に
よって、電荷QS0が発生している。ビット線浮遊容量6
の値をCB 、強誘電体キャパシタ1の容量値をCS と置
いた場合、CB は一定の値をとるが、CS は図4の電圧
−電荷量特性を示す曲線上の位置によって異なる値を持
つ。また、ビット線浮遊容量6の片方の極板はグランド
に接続され、もう一方の極板はハイインピーダンス状態
にある。強誘電体キャパシタ1の片方の極板はグランド
レベルに保たれているセルプレート4に接続され、もう
一方の極板はハイインピーダンス状態にある。
FIG. 3A shows a state immediately before data is read out. The bit line stray capacitance 6 is precharged at the potential V B0 , and the voltage generates a charge Q B0 on the electrode plate. The ferroelectric capacitor 1 is in a state shown by a point B in FIG. 4 and the voltage V between the plates is 0, but the charge Q S0 is generated due to the residual polarization of the ferroelectric. Bit line stray capacitance 6
Value C B of when placed a capacitance value of the ferroelectric capacitor 1 and C S, although C B takes a constant value, C S is the voltage of FIG. 4 - depending on the position on the curve showing the charge quantity characteristics With different values. One electrode plate of the bit line stray capacitance 6 is connected to the ground, and the other electrode plate is in a high impedance state. One electrode plate of the ferroelectric capacitor 1 is connected to the cell plate 4 maintained at the ground level, and the other electrode plate is in a high impedance state.

【0025】この状態からワード線3の電位を上げ、ア
クセス用トランジスタ2をオンさせて、図3(b)のよ
うに、ビット線浮遊容量6と強誘電体キャパシタ1のハ
イインピーダンス状態にあった極板を電気的に接続する
と、2つのキャパシタ(1,6)の電圧が極板間電圧が
等しくなるまでビット線浮遊容量6から強誘電体キャパ
シタ1へ電荷が移動し、最終的にビット線浮遊容量6に
電圧VB1と電荷QB1が、強誘電体キャパシタ1に電圧V
S1と電荷QS1が発生して安定する。また、強誘電体キャ
パシタ1の状態は図4の曲線BGをたどってG点の状態
に変化する。この安定状態でのビット線電位VB1を求め
ると、電荷量保存の法則から、 QB0+QS0=QB1+QS1 (1) また両キャパシタの電圧は等しいから、 VB1=VS1 (2) キャパシタに蓄えられる電荷量は容量値と極板間電圧の
積であるから、ビット線浮遊容量6の電荷量は、 QB0=CB ・VB0B1=CB ・VB1 となる。
From this state, the potential of the word line 3 is raised, the access transistor 2 is turned on, and the bit line floating capacitor 6 and the ferroelectric capacitor 1 are in a high impedance state as shown in FIG. When the plates are electrically connected, charges move from the bit line floating capacitance 6 to the ferroelectric capacitor 1 until the voltage of the two capacitors (1, 6) becomes equal to the voltage between the plates. The voltage V B1 and the charge Q B1 are applied to the stray capacitance 6, and the voltage V B1 is applied to the ferroelectric capacitor 1.
S1 and charge QS1 are generated and stabilized. Further, the state of the ferroelectric capacitor 1 changes to the state at the point G following the curve BG in FIG. When the bit line potential V B1 in this stable state is obtained, Q B0 + Q S0 = Q B1 + Q S1 (1) In addition, since the voltages of both capacitors are equal, V B1 = V S1 (2) Since the amount of charge stored in the capacitor is the product of the capacitance value and the voltage between the plates, the amount of charge in the bit line stray capacitance 6 is Q B0 = C B · V B0 Q B1 = C B · V B1 .

【0026】図4におけるB点からG点までの強誘電体
キャパシタ1の状態変化を2点を結ぶ直線で近似し、そ
の傾きをCS1とした場合、強誘電体キャパシタ1の電荷
量Q S1は、 QS1=CS1・VS1+QS0 (3) これらを式(1)へ代入すると、 CB ・VB0+QS0=CB ・VB1+CS1・VS1+QS0 さらに、式(2)を代入して整理すると、 CB ・VB0=(CB +CS1)・VB1 よって、ビット線電位VB1は、 VB1={CB /(CB +CS1)}・VB0 (4) となる。
Ferroelectric substance from point B to point G in FIG.
The state change of the capacitor 1 is approximated by a straight line connecting two points, and
The slope of CS1, The charge of the ferroelectric capacitor 1
Quantity Q S1Is QS1= CS1・ VS1+ QS0 (3) Substituting these into equation (1) gives CB・ VB0+ QS0= CB・ VB1+ CS1・ VS1+ QS0 Further, when rearranging by substituting equation (2), CB・ VB0= (CB+ CS1) ・ VB1 Therefore, the bit line potential VB1Is VB1= {CB/ (CB+ CS1)} ・ VB0 (4)

【0027】次に図3(c)のようにセルプレート4の
電位CPを電源電位VD に上げると、今度は図3(b)
の場合とは逆に強誘電体キャパシタ1からビット線浮遊
容量6へ電荷が移動し、電圧VD をビット線浮遊容量6
と強誘電体キャパシタ1の容量で容量分割した電圧VB2
とVS2が発生して安定する。その時、ビット線浮遊容量
6と強誘電体キャパシタ1にはそれぞれ電荷QB2とQS2
が発生している。また、強誘電体キャパシタ1の状態は
図4の曲線GHをたどってH点の状態に変化する。この
安定状態でのビット線電位VB2を求めると、電荷量保存
の法則から、 QB0+QS0=QB2+QS2 (5) また、ビット線浮遊容量6と強誘電体キャパシタ1の電
圧の和が電圧VD になるので、 VB2−VS2=VD (6) ビット線浮遊容量6の電荷量は、 QB0=CB ・VB0B2=CB ・VB2 となる。
[0027] Then raised to a power supply potential V D potential CP cell plate 4 as shown in FIG. 3 (c), the now FIG 3 (b)
If the charge moves from the ferroelectric capacitor 1 to the contrary to the bit line stray capacitance 6, the bit line stray capacitance of the voltage V D 6
And the voltage V B2 divided by the capacitance of the ferroelectric capacitor 1
And V S2 are generated and stabilized. At this time, the charges Q B2 and Q S2 are stored in the bit line stray capacitance 6 and the ferroelectric capacitor 1, respectively.
Has occurred. Further, the state of the ferroelectric capacitor 1 changes to the state at the point H following the curve GH in FIG. When the bit line potential V B2 in this stable state is obtained, from the law of conservation of electric charge, Q B0 + Q S0 = Q B2 + Q S2 (5) Also, the sum of the bit line floating capacitance 6 and the voltage of the ferroelectric capacitor 1 since but it becomes the voltage V D, the charge amount of V B2 -V S2 = V D ( 6) bit line stray capacitance 6 becomes Q B0 = C B · V B0 Q B2 = C B · V B2.

【0028】図4におけるG点からH点までの強誘電体
キャパシタ1の状態変化を2点を結ぶ直線で近似し、そ
の傾きをCS2、Q接片をQ2 とした場合、その近似直線
は、 Q=CS2・V+Q2 この近似直線はG点を通ることから、式(3)よりG点
の電荷量Qと電圧Vの関係を求め代入すると、 CS1・VS1+QS0=CS2・VS1+Q2 変形すると、 (CS1−CS2)・VS1+QS0=Q2 したがって強誘電体キャパシタ1の電荷量は、 QS2=CS2・VS2+(CS1−CS2)・VS1+QS0 (7) これらを式(5)へ代入すると、 CB ・VB0+QS0=CB ・VB2+CS2・VS2+(CS1
S2)・VS1+QS0 式(6)を代入して整理すると、 CB ・VB0=(CB +CS2)・VB2−CS2・VD +(C
S1−CS2)・VS1 さらに式(2)と式(4)より、VS1の値を代入する
と、 CB ・VB0=(CB +CS2)・VB2−CS2・VD +(CS1−CS2)・{CB /(CB +CS1)}・VB0B ・VB0・{1−(CS1−CS2)/(CB +CS1)}+CS2・VD =(CB +CS2)・VB2B ・VB0・{(CB +CS2)/(CB +CS1)}+CS2・VD =(CB +CS2)・VB2B2=CB ・VB0/(CB +CS1)+CS2・VD /(CB +CS2) (8) となる。
When the state change of the ferroelectric capacitor 1 from the point G to the point H in FIG. 4 is approximated by a straight line connecting two points, the slope is C S2 , and the Q contact piece is Q 2 , the approximate straight line is, Q = C S2 · V + Q 2 the approximate line from passing through the point G and substituting obtain the relation of the charge amount Q and the voltage V of the G point from equation (3), C S1 · V S1 + Q S0 = C When S2 · V S1 + Q 2 is transformed, (C S1 −C S2 ) · V S1 + Q S0 = Q 2 Therefore, the charge amount of the ferroelectric capacitor 1 becomes Q S2 = C S2 · V S2 + (C S1 −C S2 ) · V S1 + Q S0 ( 7) When these are substituted into equation (5), C B · V B0 + Q S0 = C B · V B2 + C S2 · V S2 + (C S1 -
When C S2) · V S1 + Q S0 organized by substituting equation to (6), C B · V B0 = (C B + C S2) · V B2 -C S2 · V D + (C
S1 -C S2) · V S1 further equations (2) from equation (4), and substituting the value of V S1, C B · V B0 = (C B + C S2) · V B2 -C S2 · V D + (C S1 -C S2) · { C B / (C B + C S1)} · V B0 C B · V B0 · {1- (C S1 -C S2) / (C B + C S1)} + C S2 · V D = (C B + C S2 ) · V B2 C B · V B0 · {(C B + C S2 ) / (C B + C S1 )} + C S2 · V D = (C B + C S2 ) · V B2 V B2 = C B · V B0 / (C B + C S1) + C S2 · V D / (C B + C S2) become (8).

【0029】式(8)に示すように、図3(c)のビッ
ト線電位VB2は、プリチャージ電位VB0、セルプレート
電位VD 、ビット線浮遊容量CB 、強誘電体キャパシタ
1の近似容量CS1とCS2の関係で決定されるが、一般に
S1がCS2より小さい時にプリチャージ電位VB0より大
きくなる傾向にある。強誘電体キャパシタ1が図4のB
点にある場合はCS1<CS2なので、CB やVB0やVD
調整すればビット線電位VB2はプリチャージ電位VB0
比べ高くなる。端的に言えば、ビット線浮遊容量6から
強誘電体キャパシタ1に電荷が移動するときは、強誘電
体キャパシタ1に正方向の電圧がかかり、分極の変化が
少ないため移動量は少ないが、強誘電体キャパシタ1か
らビット線浮遊容量6へ電荷が移動するときは、強誘電
体キャパシタ1に負方向の電圧がかかり、分極の変化が
大きいため移動量も多くなり、その差し引きの結果、ビ
ット線5へ電荷が移動したことになり、ビット線5の電
位が上がるのである。
As shown in the equation (8), the bit line potential V B2 in FIG. 3C is the precharge potential V B0 , the cell plate potential V D , the bit line stray capacitance C B , and the ferroelectric capacitor 1 It is determined by the relationship between the approximate capacitances C S1 and C S2 , but generally tends to be higher than the precharge potential V B0 when C S1 is smaller than C S2 . The ferroelectric capacitor 1 corresponds to B in FIG.
If at point because C S1 <C S2, the bit line potential V B2 by adjusting the C B and V B0 or V D is higher than the precharge potential V B0. In short, when electric charges move from the bit line stray capacitance 6 to the ferroelectric capacitor 1, a positive voltage is applied to the ferroelectric capacitor 1 and the change in polarization is small, so that the amount of movement is small. When electric charges move from the dielectric capacitor 1 to the bit line floating capacitance 6, a negative voltage is applied to the ferroelectric capacitor 1, and the amount of movement is increased due to a large change in polarization. 5 has been transferred, and the potential of the bit line 5 rises.

【0030】また、データを読み出す前の強誘電体キャ
パシタ1が図4のD点の状態にある場合も、ビット線電
位VB2は同様にして求められるが、その場合はCS1>C
S2なので、ビット線電位VB2はプリチャージ電位VB0
比べ低くなる。すなわち、ビット線浮遊容量6から強誘
電体キャパシタ1に電荷が移動するときは、強誘電体キ
ャパシタ1に正方向の電圧がかかり、分極の変化が大き
いため移動量は多く、強誘電体キャパシタ1からビット
線浮遊容量6へ電荷が移動するときは、強誘電体キャパ
シタ1に負方向の電圧がかかり、分極の変化が小さいた
め移動量は少なく、その差し引きの結果、強誘電体キャ
パシタ1へ電荷が移動したことになり、ビット線5の電
位が下がるのである。
Also, when the ferroelectric capacitor 1 before reading data is in the state of the point D in FIG. 4, the bit line potential V B2 can be obtained in the same manner. In that case, C S1 > C
Since it is S2 , the bit line potential V B2 is lower than the precharge potential V B0 . That is, when electric charges move from the bit line stray capacitance 6 to the ferroelectric capacitor 1, a positive voltage is applied to the ferroelectric capacitor 1 and a large change in polarization causes a large amount of movement. When the electric charge moves to the bit line stray capacitance 6, a negative voltage is applied to the ferroelectric capacitor 1 and the amount of movement is small due to a small change in polarization. As a result, the electric charge is transferred to the ferroelectric capacitor 1. Has moved, and the potential of the bit line 5 drops.

【0031】以上の様な原理により、データ読み出し後
のビット線5の電位が、データの種類によってプリチャ
ージ電位より高くなったり低くなったりするので、プリ
チャージ電位をリファレンスとしたデータの判別が可能
となるのである。この実施の形態によれば、ビット線5
と7のプリチャージ電位をセルプレート4のHレベルと
Lレベルとの間の電位とし、強誘電体キャパシタ1から
ビット線5へデータを読み出す際に、ビット線7に保た
れているプリチャージ電位をリファレンス電位として増
幅するようにしているため、従来、リファレンス電位を
発生させるために必要としていたリファレンスセル用の
強誘電体キャパシタを無くし、その設計・製造上の問題
を回避することができる。また、プリチャージ電位をリ
ファレンス電位として用い、データが読み出されるビッ
ト線5の電位がプリチャージ電位より高いか低いかとい
うことでデータを判別するため、メモリセル用の強誘電
体キャパシタの特性やビット線容量のバラツキの影響は
大幅に軽減され、使用中の強誘電体キャパシタ特性の変
動に対しても同様である。したがって、広い動作マージ
ンにより安定に動作し、高い信頼性を持った1Tr−1
C型FeRAMを実現できる。
According to the above-described principle, the potential of the bit line 5 after reading data is higher or lower than the precharge potential depending on the type of data, so that it is possible to determine data using the precharge potential as a reference. It becomes. According to this embodiment, bit line 5
And 7 are set to potentials between the H level and the L level of the cell plate 4, and when reading data from the ferroelectric capacitor 1 to the bit line 5, the precharge potential held on the bit line 7 Is amplified as a reference potential, so that a ferroelectric capacitor for a reference cell, which is conventionally required for generating a reference potential, can be eliminated, and problems in design and manufacture can be avoided. Also, since the precharge potential is used as a reference potential and data is determined based on whether the potential of the bit line 5 from which data is read is higher or lower than the precharge potential, the characteristics and bit of the ferroelectric capacitor for a memory cell are determined. The effect of the variation in line capacitance is greatly reduced, and the same holds true for fluctuations in ferroelectric capacitor characteristics during use. Therefore, 1Tr-1 which operates stably with a wide operation margin and has high reliability
A C-type FeRAM can be realized.

【0032】なお、この実施の形態では、セルプレート
4のLレベルをグランドに、Hレベルを電源電圧にとっ
て説明したが、セルプレート4のLレベルをグランドレ
ベル以下にとって動作させることも可能で、その場合、
ビット線5と7のプリチャージ電位をグランドレベルに
することも可能であり、電位供給回路33を簡略化する
ことができる。
In the present embodiment, the L level of the cell plate 4 has been described as ground and the H level has been described as the power supply voltage. However, the operation can be performed with the L level of the cell plate 4 being lower than the ground level. If
The precharge potentials of the bit lines 5 and 7 can be set to the ground level, and the potential supply circuit 33 can be simplified.

【0033】また、ワード線3のレベルを上げた時と、
セルプレート4の電位を上げた時に、強誘電体キャパシ
タ1とビット線5の間で電荷の移動が発生するが、電荷
の移動が止まり状態が安定する前に、セルプレート4の
電位を上げることや、差動増幅器16を活性化させる動
作も可能であり、アクセスタイムを短縮することができ
る。
When the level of the word line 3 is raised,
When the potential of the cell plate 4 is raised, the charge moves between the ferroelectric capacitor 1 and the bit line 5, but before the movement of the charge stops and the state is stabilized, the potential of the cell plate 4 is raised. Also, an operation of activating the differential amplifier 16 is possible, and the access time can be reduced.

【0034】さらに、図5は図1の半導体記憶装置での
第2のデータ読みだし動作のタイミング図である。この
第2のデータ読みだし動作では、図2の第1のデータ読
みだし動作タイミングに対し、セルプレート4の電位C
PをHレベルに上げた後に、一度Lレベルに戻して再び
Hレベルに上げること以外は同じなので詳しい説明は割
愛するが、このように、セルプレート4の電位CPの上
げ下げを2回以上繰り返してから、差動増幅器16を活
性化させる動作も可能である。
FIG. 5 is a timing chart of the second data reading operation in the semiconductor memory device of FIG. In the second data reading operation, the potential C of the cell plate 4 is changed with respect to the first data reading operation timing shown in FIG.
The details are the same except that after raising P to the H level, once returning to the L level and then raising to the H level again, detailed description is omitted, but the potential CP of the cell plate 4 is repeatedly raised and lowered twice or more as described above. Therefore, an operation of activating the differential amplifier 16 is also possible.

【0035】〔第2の実施の形態〕図6は本発明の第2
の実施の形態の半導体記憶装置のメモリセル列の回路図
であり、1Tr−1C型FeRAMを示す。図6におい
て、21はメモリセル用の強誘電体キャパシタ、22は
メモリセルへアクセスするNMOSトランジスタからな
るアクセス用トランジスタ、23はワード線、24はセ
ルプレート、18はデータ線、20はビット線7とデー
タ線18を接続するトランスファーゲートで、制御信号
φt2によってそれらの電気的導通・遮断を制御すること
ができる。なお、ビット線5とデータ線17を接続する
トランスファーゲート19は、ここでは制御信号φt1
よって制御される。その他の構成要素は図1と同様なの
で詳しい説明は省略する。
[Second Embodiment] FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of a memory cell column of the semiconductor memory device according to the embodiment, showing a 1Tr-1C type FeRAM. In FIG. 6, reference numeral 21 denotes a ferroelectric capacitor for a memory cell, 22 denotes an access transistor including an NMOS transistor for accessing the memory cell, 23 denotes a word line, 24 denotes a cell plate, 18 denotes a data line, and 20 denotes a bit line 7. And the data line 18 can control their electrical conduction / interruption by the control signal φ t2 . Note that the transfer gate 19 connecting the bit line 5 and the data line 17 is controlled here by a control signal φ t1 . Other components are the same as those in FIG.

【0036】前述の第1の実施の形態では、全てのメモ
リセルにおいて、メモリセル用の強誘電体キャパシタ1
のデータがアクセス用トランジスタ2を介してビット線
5に読み出されるように構成されていたが、この第2の
実施の形態では、ビット線5と対をなすビット線7にも
強誘電体キャパシタ21からアクセス用トランジスタ2
2を介してデータが読み出されるように構成され、ビッ
ト線7にもトランスファーゲート20を介してデータ線
18が接続されている。図6におけるビット線5にデー
タが読み出される強誘電体キャパシタ1を第1のメモリ
セルとし、ビット線7にデータが読み出される強誘電体
キャパシタ21を第2のメモリセルとすると、メモリセ
ルアレイを構成するそれぞれのメモリセル列内に第1の
メモリセルと第2のメモリセルとを設けてあれば、第1
のメモリセルと第2のメモリセルとの配置に特に制限は
ない。
In the above-described first embodiment, in all the memory cells, the ferroelectric capacitors 1 for the memory cells are used.
Is read out to the bit line 5 via the access transistor 2. However, in the second embodiment, the bit line 7 paired with the bit line 5 is also connected to the ferroelectric capacitor 21. Access transistor 2
The data line 18 is connected to the bit line 7 via a transfer gate 20. When the ferroelectric capacitor 1 from which data is read to the bit line 5 in FIG. 6 is a first memory cell and the ferroelectric capacitor 21 from which data is read to the bit line 7 is a second memory cell, a memory cell array is formed. If the first memory cell and the second memory cell are provided in each memory cell column,
There is no particular limitation on the arrangement of the memory cell and the second memory cell.

【0037】この構成では、ワード線3と23、セルプ
レート4と24、トランスファゲート19と20につい
て、動作させる側を選択する以外は第1の実施の形態と
同じ動作なのでその説明は省略する。また、トランスフ
ァゲート19と20は異なる信号φt1,φt2によって制
御するため、データを読み出したビット線の側だけデー
タ線に接続することが可能であるが、2つのトランスフ
ァゲート19と20を両方ともオンして、2本のビット
線5・7をそれぞれデータ線17・18に接続しても問
題は無い。
In this configuration, the operation of the word lines 3 and 23, the cell plates 4 and 24, and the transfer gates 19 and 20 is the same as that of the first embodiment except that the operation side is selected. In addition, since the transfer gates 19 and 20 are controlled by different signals φ t1 and φ t2 , it is possible to connect only the bit line from which data is read to the data line. There is no problem if both are turned on and the two bit lines 5 and 7 are connected to the data lines 17 and 18, respectively.

【0038】この実施の形態によれば、対をなすビット
線5・7のそれぞれにアクセス用トランジスタ2・22
を介してメモリセルの強誘電体キャパシタ1・21を接
続し、データを読み出すビット線とリファレンス電位に
保つビット線を交互に入れ換えることで、ビット線を有
効に活用し、第1の実施の形態に比べ、メモリセルブロ
ック面積を縮小することが可能である。すなわち、第1
の実施の形態では、データを読み出すビット線5に対を
なすリファレンス電位用のビット線7が一本必要である
が、第2の実施の形態では、データを読み出さない側の
ビット線をリファレンス電位用として使用することで、
リファレンス電位用のみに使用するビット線が無いた
め、同じビット数のリードに必要なビット線の数は第1
の実施の形態の場合の1/2になる。
According to this embodiment, access transistors 2.22 are connected to bit lines 5 and 7 forming a pair, respectively.
By connecting the ferroelectric capacitors 1 and 21 of the memory cell via the memory cell and alternately switching the bit line for reading data and the bit line for keeping the reference potential, the bit line is effectively used, and the first embodiment is used. Can reduce the area of the memory cell block. That is, the first
In the second embodiment, one bit line 7 for reference potential which is paired with the bit line 5 from which data is read is required. In the second embodiment, the bit line on which data is not read is connected to the reference potential. By using it for
Since there is no bit line used only for the reference potential, the number of bit lines required to read the same number of bits is the first
Of the embodiment of the present invention.

【0039】また、セルプレート4とセルプレート24
は共通化することが可能なので、さらにメモリセルブロ
ックの面積を縮小することができる。 〔第3の実施の形態〕図7は本発明の第3の実施の形態
の半導体記憶装置のメモリセル列の回路図であり、1T
r−1C型FeRAMを示す。図7において、41、4
2、・・・・・・、43は電位供給回路で、その電位は各回路
毎に異なっている。44、45、・・・・・・、46はスイッ
チ素子であり、その他の構成要素は図6と同様なので詳
しい説明は省略する。
The cell plate 4 and the cell plate 24
Can be shared, so that the area of the memory cell block can be further reduced. [Third Embodiment] FIG. 7 is a circuit diagram of a memory cell column of a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention.
1 shows an r-1C type FeRAM. In FIG. 7, 41, 4
,..., 43 are potential supply circuits, the potentials of which are different for each circuit. Reference numerals 44, 45,..., 46 denote switch elements, and other components are the same as those in FIG.

【0040】この実施の形態では、図6の電位供給回路
33に代えて、それぞれ供給する電位の異なる複数の電
位供給回路41,42,・・・・・・,43と、各電位供給回
路41,42,・・・・・・,43を選択するためのスイッチ
素子44,45,・・・・・・,46とを設けている。この構
成により、スイッチ素子44,45,・・・・・・,46で電
位供給回路41,42,・・・・・・,43のうちの1つを選
択することにより、異なるビット線プリチャージ電位を
選択することができる。その他の構成および動作は図6
に示す第2の実施の形態と同じであり、説明を省略す
る。この実施の形態によれば、第2の実施の形態と同様
の効果が得られる他、それぞれ異なるビット線プリチャ
ージ電位を供給する電位供給回路41,42,・・・・・・,
43をスイッチ素子44,45,・・・・・・,46で選択で
きるため、P検時(拡散終了直後のウエハ状態でのデバ
イス検査時)のメモリセルキャパシタ特性や、デバイス
使用時の特性変動にあわせて最適なビット線プリチャー
ジ電位を選択することができ、動作条件を最適化してよ
り安定して動作させることが可能である。
In this embodiment, instead of the potential supply circuit 33 of FIG. 6, a plurality of potential supply circuits 41, 42,... , 42,..., 43 are provided. With this configuration, one of the potential supply circuits 41, 42,..., 43 is selected by the switch elements 44, 45,. The potential can be selected. Other configurations and operations are shown in FIG.
Is the same as the second embodiment shown in FIG. According to this embodiment, the same effects as those of the second embodiment can be obtained, and the potential supply circuits 41, 42,..., Which supply different bit line precharge potentials, respectively.
43 can be selected by the switch elements 44, 45,..., 46, so that the memory cell capacitor characteristics at the time of P inspection (at the time of device inspection in a wafer state immediately after the end of diffusion) and the characteristic fluctuation at the time of device use In this case, an optimum bit line precharge potential can be selected according to the operating conditions, and the operation conditions can be optimized to operate more stably.

【0041】また、第1の実施の形態においても、図1
の電位供給回路33に代えて、複数の電位供給回路4
1,42,・・・・・・,43とスイッチ素子44,45,・・
・・・・,46とを設けることにより、同様の効果を得るこ
とができる。なお、スイッチ素子44〜46に代えて、
複数の電位供給回路41,42,・・・・・・,43を選択し
て切り替え接続可能な切り替え回路を設けてもよい。
Also in the first embodiment, FIG.
A plurality of potential supply circuits 4 in place of
, 43, and switch elements 44, 45,.
, 46, the same effect can be obtained. Note that instead of the switch elements 44 to 46,
A plurality of potential supply circuits 41, 42,..., 43 may be provided with a switching circuit that can be selectively connected.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明によれば、ビット線のプリチャー
ジ電位をセルプレートのハイレベルとローレベルとの間
の電位とし、メモリセルから対をなす一方のビット線へ
データを読み出す際に、他方のビット線に保たれている
プリチャージ電位をリファレンス電位として増幅するよ
うにしているため、従来、リファレンス電位を発生させ
るために必要としていたリファレンスセル用の強誘電体
キャパシタを無くし、その設計・製造上の問題を回避す
ることができる。また、プリチャージ電位をリファレン
ス電位として用い、データが読み出されるビット線の電
位がプリチャージ電位より高いか低いかということでデ
ータを判別するため、メモリセル用の強誘電体キャパシ
タの特性やビット線容量のバラツキの影響は大幅に軽減
され、使用中の強誘電体キャパシタ特性の変動に対して
も同様である。したがって、広い動作マージンにより安
定に動作し、高い信頼性を持ったFeRAMを実現でき
る。
According to the present invention, when the precharge potential of a bit line is set to a potential between a high level and a low level of a cell plate and data is read from a memory cell to one of the paired bit lines, Since the precharge potential held on the other bit line is amplified as the reference potential, the ferroelectric capacitor for the reference cell, which was conventionally required to generate the reference potential, is eliminated and its design and Manufacturing problems can be avoided. In addition, since the precharge potential is used as a reference potential and data is determined based on whether the potential of a bit line from which data is read is higher or lower than the precharge potential, the characteristics of a ferroelectric capacitor for a memory cell and the bit line The effect of the variation in capacitance is greatly reduced, and the same holds true for fluctuations in the characteristics of the ferroelectric capacitor during use. Therefore, an FeRAM that operates stably with a wide operation margin and has high reliability can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態の半導体記憶装置の
メモリセル列の回路図。
FIG. 1 is a circuit diagram of a memory cell column of a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施の形態の半導体記憶装置での第1の
データ読みだし動作のタイミング図。
FIG. 2 is a timing chart of a first data reading operation in the semiconductor memory device according to the first embodiment;

【図3】第1の実施の形態におけるデータの読み出し動
作の原理を説明するための図。
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of a data read operation according to the first embodiment;

【図4】第1の実施の形態におけるデータの読み出し時
の強誘電体キャパシタの状態変化を示す電圧−電荷量特
性図。
FIG. 4 is a voltage-charge amount characteristic diagram showing a state change of a ferroelectric capacitor when data is read in the first embodiment.

【図5】第1の実施の形態の半導体記憶装置での第2の
データ読み出し動作のタイミング図。
FIG. 5 is a timing chart of a second data read operation in the semiconductor memory device according to the first embodiment;

【図6】本発明の第2の実施の形態の半導体記憶装置の
メモリセル列の回路図。
FIG. 6 is a circuit diagram of a memory cell column of a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施の形態の半導体記憶装置の
メモリセル列の回路図。
FIG. 7 is a circuit diagram of a memory cell column of a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention.

【図8】FeRAMおよびDRAMのメモリセルキャパ
シタ電圧−電荷量特性(ヒステリシス特性)図。
FIG. 8 is a diagram showing a voltage-charge amount characteristic (hysteresis characteristic) of a memory cell capacitor of FeRAM and DRAM.

【図9】従来の半導体記憶装置であるFeRAMのデー
タ読み出し時のメモリセルキャパシタ電圧−電荷量特性
(ヒステリシス特性)および強誘電体キャパシタの状態
変化を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a memory cell capacitor voltage-charge amount characteristic (hysteresis characteristic) and a state change of a ferroelectric capacitor when data is read from an FeRAM which is a conventional semiconductor memory device.

【図10】従来の半導体記憶装置のメモリセル列の回路
図。
FIG. 10 is a circuit diagram of a memory cell column of a conventional semiconductor memory device.

【図11】従来の半導体記憶装置でのデータ読み出し動
作タイミング図。
FIG. 11 is a timing chart of a data read operation in a conventional semiconductor memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21 メモリセル用の強誘電体キャパシタ 2,22 アクセス用トランジスタ 3,23 ワード線 4,24 セルプレート 5,7 ビット線 16 差動増幅器 17,18 データ線 19,20 トランスファーゲート 31,32 トランスファーゲート 33,41,42,43 電位供給回路 44,45,46 スイッチ素子 1,21 Ferroelectric capacitor for memory cell 2,22 Access transistor 3,23 Word line 4,24 Cell plate 5,7 Bit line 16 Differential amplifier 17,18 Data line 19,20 Transfer gate 31,32 Transfer Gate 33, 41, 42, 43 Potential supply circuit 44, 45, 46 Switch element

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 強誘電体からなる容量絶縁膜を有する強
誘電体キャパシタを用いたメモリセルと、 前記メモリセルからデータ読み出し時にデータが読み出
される第1のビット線と、 前記第1のビット線と対をなす第2のビット線と、 前記メモリセルの強誘電体キャパシタの一電極に接続さ
れ、ローレベルの電位およびハイレベルの電位を供給す
るセルプレートと、 前記セルプレートのハイレベルとローレベルとの間の電
位をプリチャージ電位として前記第1のビット線および
第2のビット線に供給する電位供給回路と、 前記電位供給回路と前記第1のビット線および第2のビ
ット線とをプリチャージ期間に導通し、データ読み出し
時に遮断する第1および第2のトランスファーゲート
と、 データ読み出し時に前記第2のビット線に保持されたプ
リチャージ電位をリファレンス電位として用いて前記第
1のビット線と前記第2のビット線との電位差を増幅す
る差動増幅器とを備え、 データ読み出し時において、前記セルプレートがローレ
ベルの電位を供給する期間とハイレベルの電位を供給す
る期間とが共に存在することを特徴とする半導体記憶装
置。
1. A memory cell using a ferroelectric capacitor having a capacitor insulating film made of a ferroelectric, a first bit line from which data is read when reading data from the memory cell, and a first bit line. A second bit line paired with a cell plate connected to one electrode of a ferroelectric capacitor of the memory cell and supplying a low-level potential and a high-level potential; and a high level and a low level of the cell plate. A potential supply circuit that supplies a potential between the first and second levels as a precharge potential to the first bit line and the second bit line; and a potential supply circuit, the first bit line, and the second bit line. First and second transfer gates that conduct during a precharge period and cut off during data reading, and are held by the second bit line during data reading; A differential amplifier for amplifying a potential difference between the first bit line and the second bit line using the precharge potential as a reference potential. A semiconductor memory device in which a supply period and a period for supplying a high-level potential are both present.
【請求項2】 強誘電体からなる容量絶縁膜を有する強
誘電体キャパシタを用いた第1および第2のメモリセル
と、 前記第1のメモリセルからデータ読み出し時にデータが
読み出される第1のビット線と、 前記第1のビット線と対をなし前記第2のメモリセルか
らデータ読み出し時にデータが読み出される第2のビッ
ト線と、 前記メモリセルの強誘電体キャパシタの一電極に接続さ
れ、ローレベルの電位およびハイレベルの電位を供給す
るセルプレートと、 前記セルプレートのハイレベルとローレベルとの間の電
位をプリチャージ電位として前記第1のビット線および
第2のビット線に供給する電位供給回路と、 前記電位供給回路と前記第1のビット線および第2のビ
ット線とをプリチャージ期間に導通し、データ読み出し
時に遮断する第1および第2のトランスファーゲート
と、 前記第1のメモリセルからデータ読み出し時に前記第2
のビット線に保持されたプリチャージ電位をリファレン
ス電位として用いて前記第1のビット線と前記第2のビ
ット線との電位差を増幅し、前記第2のメモリセルから
データ読み出し時に前記第1のビット線に保持されたプ
リチャージ電位をリファレンス電位として用いて前記第
1のビット線と前記第2のビット線との電位差を増幅す
る差動増幅器とを備え、 データ読み出し時において、前記セルプレートがローレ
ベルの電位を供給する期間とハイレベルの電位を供給す
る期間とが共に存在することを特徴とする半導体記憶装
置。
2. A first and a second memory cell using a ferroelectric capacitor having a capacitance insulating film made of a ferroelectric, and a first bit from which data is read when data is read from the first memory cell. A second bit line paired with the first bit line, from which data is read when reading data from the second memory cell; and a second bit line connected to one electrode of a ferroelectric capacitor of the memory cell. A cell plate for supplying a level potential and a high level potential; a potential for supplying a potential between a high level and a low level of the cell plate to the first bit line and the second bit line as a precharge potential A first supply line, a first supply line, and a first bit line and a second bit line, which are turned on during a precharge period and cut off when reading data. And and a second transfer gate, the second from the first memory cell when reading data
The potential difference between the first bit line and the second bit line is amplified using the precharge potential held on the bit line as a reference potential, and the first memory cell reads the first memory cell when reading data from the second memory cell. A differential amplifier that amplifies a potential difference between the first bit line and the second bit line using a precharge potential held on a bit line as a reference potential; A semiconductor memory device in which a period for supplying a low-level potential and a period for supplying a high-level potential are both present.
【請求項3】 選択可能な電位供給回路を複数個設け、
この複数の電位供給回路はそれぞれ異なるプリチャージ
電位を供給可能にしたことを特徴とする請求項1または
2記載の半導体記憶装置。
3. A plurality of selectable potential supply circuits are provided,
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein each of the plurality of potential supply circuits can supply a different precharge potential.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6549448B2 (en) 2001-03-28 2003-04-15 Hynix Semiconductor Inc. FeRAM having adjacent memory cells sharing cell plate and driving method for the same
CN1301507C (en) * 2002-05-23 2007-02-21 三星电子株式会社 Thermally stable ferroelectric memory
JP2013009308A (en) * 2011-05-20 2013-01-10 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Signal processing circuit
JP2021177442A (en) * 2016-06-27 2021-11-11 マイクロン テクノロジー,インク. Multi-level storage in ferroelectric memory

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6549448B2 (en) 2001-03-28 2003-04-15 Hynix Semiconductor Inc. FeRAM having adjacent memory cells sharing cell plate and driving method for the same
CN1301507C (en) * 2002-05-23 2007-02-21 三星电子株式会社 Thermally stable ferroelectric memory
JP2013009308A (en) * 2011-05-20 2013-01-10 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Signal processing circuit
US9559105B2 (en) 2011-05-20 2017-01-31 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Signal processing circuit
JP2021177442A (en) * 2016-06-27 2021-11-11 マイクロン テクノロジー,インク. Multi-level storage in ferroelectric memory
JP7161005B2 (en) 2016-06-27 2022-10-25 マイクロン テクノロジー,インク. Multi-level storage in ferroelectric memory
US11848042B2 (en) 2016-06-27 2023-12-19 Micron Technology, Inc. Multi-level storage in ferroelectric memory

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