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JP2004227686A - Semiconductor memory device and data writing method - Google Patents

Semiconductor memory device and data writing method Download PDF

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JP2004227686A
JP2004227686A JP2003014952A JP2003014952A JP2004227686A JP 2004227686 A JP2004227686 A JP 2004227686A JP 2003014952 A JP2003014952 A JP 2003014952A JP 2003014952 A JP2003014952 A JP 2003014952A JP 2004227686 A JP2004227686 A JP 2004227686A
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Japan
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pulse
data
bit line
voltage
line
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Application number
JP2003014952A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Nishihara
利幸 西原
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor memory device capable of reducing the number of disturbance occurrences as a worse case, and a data writing method. <P>SOLUTION: A pair of a pulse (WP) of a write level potential and a pulse (NP) of the opposite level potential is applied as voltages in directions different from each other to a nonselected cell (ferroelectric capacitor). Namely, even if a disturbance voltage in a destructive direction is applied, a pair of voltages in the opposite direction (restoration direction) is applied just after the disturbance voltage to prevent the disturbance voltage from being continuously applied repeatedly. In addition, the pulse (NP) of the opposite level potential is applied only when write data are equal to write data to a ferroelectric capacitor accessed just before in a selected memory unit to thereby prevent the pulse of the opposite level potential from acting as a disturbance voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は強誘電体メモリを含む半導体記憶装置、及びデータ書込方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体記憶装置において、特に強誘電体を用いたFeRAMは、高速なアクセスと不揮発性の記憶を併せ持つ使い勝手のよいデバイスとして注目されており、その大容量化が期待されている。
FeRAMは、小型で低消費電力であると共に衝撃にも強く、大容量化に伴うビット単価の低下が進めば音声や画像の記録メディアとしても有望である。
特にその集積度を向上させる手法が、次の文献に記載されている。
【0003】
【特許文献1】特開2000−349248
【特許文献2】特開平9−121032
【0004】
これら文献には、クロスポイント型セル構造のFeRAMが開示されているが、そのクロスポイント型セル構造のFeRAMの回路例を図15に示す。
図15においては、例えば4つの強誘電体キャパシタを有するメモリユニットMU1,MU2、行方向に配されるワード線WL1、列方向に配される一対のビット線BL1,BL2、行方向に配されるプレート線PL1〜PL4を示しているが、これらは図面の簡略化のために、形成されるメモリセルアレイの一部のみとして示したものである。
実際には公知のように、行方向に複数のワード線WL、列方向に複数のビット線BLの対が配され、このワード線とビット線対の各方向に、メモリユニットMUが複数個、アレイ状に配置されるものである。
【0005】
ワード線WL1及び図示していない各ワード線には、ワードラインデコーダ/ドライバ1によって、アクセスするアドレスに応じた電圧印加が行われる。
ビット線BL1,BL2によるビット線対は、センスアンプ3によって電圧印加され、また電位検出される。図示しない他のビット線対に対しても、それぞれセンスアンプが設けられている。
【0006】
メモリユニットMU1は、それぞれが共通ノード電極11に接続された複数のキャパシタC11〜C14で構成されている。
またメモリユニットMU2は、それぞれが共通ノード電極12に接続された複数のキャパシタC21〜C24で構成されている。
なお説明上、メモリユニットMU1,MU2には、それぞれ4つの強誘電体キャパシタ(C11〜C14、C21〜C24)が設けられているとしているが、通常は、1つのメモリユニットMUには、より多数の強誘電体キャパシタが設けられることが多い。
【0007】
メモリユニットMU1,MU2は、それぞれ共通ノード電極11、12から、ワード線WL1で制御されるFETによるアクセストランジスタT1,T2を介してビット線BL1,BL2に接続されている 。アクセストランジスタT1,T2は、そのゲート電極がワード線WL1に接続されている。
【0008】
1つのメモリユニットMU内の各キャパシタCはそれぞれ別個のデータを記憶し、独立したプレート線PL1〜PL4で制御される。
即ちメモリユニットMU1においては、キャパシタC11〜C14のそれぞれは、一端が上記のように共通ノード電極11に接続され、各他端は、それぞれプレート線PL1〜PL4に接続されている。
またメモリユニットMU2においては、キャパシタC21〜C24のそれぞれは、一端が上記のように共通ノード電極12に接続され、各他端は、それぞれプレート線PL1〜PL4に接続されている。
各プレート線PL1〜PL4には、プレートラインデコーダ/ドライバ2によって所定の電圧印加が行われる。
【0009】
このようなクロスポイント型のFeRAMでは、2つの強誘電体キャパシタを用いて、相補的に1ビットを記憶する。即ち一対のビット線BL1,BL2に接続されたメモリユニットMU1,MU2を構成する各誘電体キャパシタとして、キャパシタC11とC21、C12とC22、C13とC23、C14とC24が、それぞれ対となり、その分極方向により相補的に1ビットづつのデータが記憶される。
例えばキャパシタC11に「1」を書き込む場合、ワード線WL1を選択し、プレート線PL1を0V、プレート線PL1〜PL4を中間電位として、ビット線BL1、BL2を駆動して、キャパシタC11に「1」の分極方向と成る電圧を印加する。一方、キャパシタC21は「0」の分極方向とされるようにする。また読出の際には、ワード線WL1を選択し、プレート線PL2〜PL4を0Vに固定した状態でプレート線PL3を駆動すると、キャパシタC11,C21からビット線対BL1,BL2に電荷が放出される。それによって生じた電位差を差動型のセンスアンプ3で検出することでデータを読み出すことができる。
【0010】
そして、このようなクロスポイント型セルは、ワード線WLに接続される一つのトランジスタ(T1,T2・・・)を複数のキャパシタ(メモリユニットMUを構成する複数のキャパシタ)が共有することになるため、実効的にビット当たりの素子数が減少し、コスト低減に有効である。
【0011】
また、さらに微細化に適したクロスポイント型のFeRAMの構成として、図16に示すような構成が提案されている。なお、図15と同一部分には同一符号を付している。
この場合も、メモリユニットMU1,MU2は、それぞれ共通ノード電極11、12に接続された複数の強誘電体キャパシタ(C11〜C14、C21〜C24)で構成されており、各キャパシタCはそれぞれ別個のデータを記憶し、独立したプレート線PL1〜PL4で制御される。
【0012】
そしてこの図16の場合は、これらのメモリユニットMU1,MU2の行に対応するワード線WLとして、書込用のワード線WL1wと、読出用のワード線WL1rが設けられている。
【0013】
メモリユニットMU1の共通ノード電極11は、書込用アクセストランジスタ(FET)T13を介してビット線BL1に接続されている。
またメモリユニットMU2の共通ノード電極12は、書込用アクセストランジスタ(FET)T23を介してビット線BL2に接続されている。
書込用アクセストランジスタT13,T23のゲートは書込用のワード線WL1wに接続されている。
そして、メモリユニットMU1,MU2におけるキャパシタCに対する書込時には、ワード線WL1wが駆動されることで、各共通ノード電極11、12にビット線BL1,BL2の電圧が印加される構成とされる。
【0014】
データ読出のための構成として、さらに読出用アクセストランジスタ(FET)T12,T22と、センストランジスタT11,T21が設けられる。
読出用アクセストランジスタT12,T22のゲートは、読出用のワード線WL1rに接続されている。
センストランジスタT11,T21は例えばディプリーション型のNMOSである。このセンストランジスタT11,T21のゲートは、それぞれ共通ノード電極11、12に接続されている。また、センストランジスタT11,T21は、それぞれ読出用アクセストランジスタT12,T22を介してビット線BL1,BL2に接続される構成をとる。
【0015】
例えばキャパシタC11、C21からのデータ読出の際には、読出用ワード線WL1rを選択し、プレート線PL2〜PL4を0Vに固定した状態でプレート線PL1を駆動する。これによってキャパシタC11,C21から共通ノード電極11,12に電荷が放出されるが、このとき書込用のワード線WL1wは閉じており、共通ノード電極11、12はビット線BL1,BL2から切断されている。両共通ノード電極11,12は直接ビット線BL1,BL2を駆動するのではなくセンストランジスタT11,T21のゲート電極のみを駆動する。
センストランジスタT11,T21は、ゲートへの印加電圧に応じてビット線BL1,BL2を駆動する。
【0016】
この図16のような構成例では、選択されたキャパシタは、データ読出時にビット線BLを直接駆動する必要が無い。従って小さなキャパシタでも大きな信号を得ることができ、微細化に適している。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなクロスポイント型強誘電体メモリは、同一の電極に接続した複数の強誘電体キャパシタに独立データを記憶させることにより集積度を向上させている。
しかしこの構造をとると、メモリユニットMU内の或る選択キャパシタに書き込みを行うため電圧を印加した際、同一のメモリユニットMU内の非選択キャパシタにも電圧が印加されてしまう現象が生ずる。この場合、非選択キャパシタに接続されている非選択プレート線を中間電位にすることで、データ反転は防止できるが、この電圧印加はディスターブと呼ばれ、データ劣化の要因となる。
【0018】
例えば図15の構成において、データ「1」の書き込みの際の各電極への電圧印加状況を図18に例示する。
この図18は、ビット線BL1上のキャパシタC11を選択キャパシタとして、データ「1」を書き込む場合の例である。
この場合、図示するように、ビット線BL1には電圧Vcc、選択プレート線となるプレート線PL1には0Vが印加されている。
一方、データ「0」側のビット線BL2には(1/3)Vcc、非選択プレート線となるプレート線PL2(及び図示していないPL3,PL4)には(2/3)Vccがそれぞれ印加され、非選択キャパシタの反転を防止している。
【0019】
この場合、選択キャパシタC11には、ビット線BL1とプレート線PL1の電位差として電圧Vccが印加され、これによりキャパシタC11はデータ「1」に相当する分極方向となる。
一方、非選択キャパシタC12、C21には(1/3)Vccが、非選択キャパシタC22には(−1/3)Vccがそれぞれ印加される。
このような非選択キャパシタに対するディスターブ電圧の印加は、直ちにデータ反転を発生させることは無いが、印加電圧が保存しているデータの反対方向の電圧であった場合、その値を僅かづつ劣化させる。
【0020】
図17にデータ「1」の書き込みの際のタイミング動作例を示す。
選択プレート線PL1上の各キャパシタC11,C21にはあらかじめデータ「0」が書き込まれているとし、ビット線BL1上のキャパシタC11にはデータ「1」を書き込み、ビット線BL2上のキャパシタC21のデータ「0」は保存されるようにする場合である。
書込動作の1サイクルをw1〜w7の期間で示している。
【0021】
期間w1:選択メモリユニットMU1,MU2に対応するワード線WL1を開き、メモリユニットMU1,MU2とビット線BL1,BL2を接続する。
期間w2:各ビット線BL1,BL2に(1/3)Vccの電位を印加する。
期間w3:非選択プレート線PL2〜PL4の電位を(2/3)Vccに上昇させる。一方、選択プレート線PL1の電位は0Vに保たれている。
期間w4:ここでデータ「1」を書き込むビット線BL1に電圧Vccの書き込みパルスWPを印加する。これにより、図18に示したように、データ「1」の書き込み先である選択キャパシタC11にのみ電圧Vccが印加され、書き込みが実行される。同時に非選択キャパシタには、その保存データに応じて(1/3)Vccのディスターブ電圧が印加される。
期間w5:ビット線BL1を(1/3)Vccに戻す。
期間w6:非選択プレート線PL2〜PL4を0Vに戻す。
期間w7:ビット線BL1,BL2を0Vに戻し、最後にワード線WL1を閉じて書き込みサイクルを完了する。
【0022】
上記した特許文献1,2には、このようなディスターブ劣化の発生頻度を制限するため、メモリユニットMU内の複数キャパシタを一括連続でアクセスすることを提案している。
強誘電体メモリは破壊読出しのため、読み出し後に必ず再書き込みが行われ、データがリフレッシュされる。メモリユニットMU内のキャパシタを一括連続でアクセスする仕様にすれば、ユニットアクセスの際には、どのキャパシタも必ず一度はアクセスされて、リフレッシュされる。従って一つのメモリユニットMUにN個のキャパシタが接続されているとすると、リフレッシュとリフレッシュの間にディスターブ電圧は、最悪のケースとして、最大N回しか印加されない。
【0023】
このように、ディスターブ発生の最悪ケースを規定することは非常に重要である。ここで、上記のようにディスターブ電圧発生が最大N回と制限することは有効である一方、接続セル数、即ちメモリユニットMU内におけるキャパシタの数が多くなるほど、最悪ケースとしてのディスターブ発生回数は増加する。
例えば同一のメモリユニットMUのうち、一つのセル(キャパシタ)のみにデータ「0」が書き込まれ、他のセル全てにデータ「1」が書き込まれた場合、データ「0」を記憶したセルにディスターブの最悪ケースが発生する。即ちデータ「0」が記憶されたセルは、自らの書き込みサイクル内及び他のセルにデータ「1」が記憶される間ずっと破壊方向にディスターブを受けつづけることになるためである。
【0024】
メモリの動作マージンは、このような最悪ケースに対応して確保せねばならない。このため、セル数の増加により最悪ケースとしてのディスターブ発生回数が増加すると、それにしたがって十分な動作マージンを採ることが困難になっていき、動作信号量や動作スピードの確保に困難を生じることがある。
換言すれば、より最悪ケースとしてのディスターブ発生回数を低減できるようにすることが求められている。
【0025】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、強誘電体キャパシタに対して、最悪ケースとしてのディスターブ発生回数を低減することを目的とする。
【0026】
本発明の半導体記憶装置は、一方電極が共通ノードに接続され、他方電極がそれぞれ異なるプレート線に接続されたN個(Nは自然数)の強誘電体キャパシタを含み、ビット線に沿った列方向と上記プレート線に沿った行方向とにアレイ状に複数配置された複数のメモリユニットと、ゲートがワード線に接続され各々の上記共通ノードと対応する上記ビット線との間に接続された複数の選択トランジスタと、上記ワード線を選択的に駆動することによりアクセス対象とするメモリユニットを選択するワード線駆動手段と、上記プレート線を選択的に駆動するプレート線駆動手段とを備えた半導体記憶装置である。そして、上記ビット線を選択的に駆動することによりアクセス対象とする上記強誘電体キャパシタを選択すると共に、データ書き込みの際には、選択された上記ビット線に対して書き込みレベル電位を有する第1のパルスと、上記書き込みレベル電位と極性が逆の電位を有する第2のパルスとを印加するビット線駆動手段を備え、また上記プレート線駆動手段は、上記第1及び第2のパルスの印加期間において、選択されたメモリユニットにおける非選択のプレート線を上記第1及び第2のパルスの中間電位とする。
また上記第1及び第2のパルスは、略同一のパルス幅とされる。
また上記ビット線駆動手段は、書き込みデータが、選択された上記メモリユニット内で直前にアクセスされた上記強誘電体キャパシタへの書き込みデータと同一であった場合のみ上記第2のパルスを印加する。
【0027】
また本発明は、一方電極が共通ノードに接続され、他方電極がそれぞれ異なるプレート線に接続されたN個(Nは自然数)の強誘電体キャパシタを含み、ビット線に沿った列方向と上記プレート線に沿った行方向とにアレイ状に複数配置された複数のメモリユニットと、ゲートがワード線に接続され各々の上記共通ノードと対応する上記ビット線との間に接続された複数の選択トランジスタと、上記ワード線を選択的に駆動することによりアクセス対象とするメモリユニットを選択するワード線駆動手段と、上記プレート線を選択的に駆動するプレート線駆動手段と、上記ビット線を選択的に駆動することによりアクセス対象とする上記強誘電体キャパシタを選択するビット線駆動手段とを備えた半導体記憶装置におけるデータ書き込み方法である。そして、データ書き込みの際には、選択された上記ビット線に対して書き込みレベル電位を有する第1のパルスと、上記書き込みレベル電位と極性が逆の電位を有する第2のパルスとを印加すると共に、上記第1及び第2のパルスの印加期間においては、選択された上記メモリユニットにおける非選択の上記プレート線を上記第1及び第2のパルスの中間電位とする。
また上記第2のパルスは、書き込みデータが、選択された上記メモリユニット内で直前にアクセスされた上記強誘電体キャパシタへ書き込んだデータと同一であった場合にのみ印加する。
【0028】
このような本発明によれば、クロスポイント型強誘電体メモリの書き込みにおいて、ビット線に書き込み電圧パルスと前後してその反対パルスを与え、かつ同一メモリユニット内の非選択キャパシタのプレート電位は両パルスの中間付近に設定される。これにより、非選択のセル(強誘電体キャパシタ)には、互いに異なる方向の電圧として、書込レベル電位のパルスと、その反対レベル電位のパルスがペアで印加されることになる。つまり破壊方向のディスターブ電圧と、その反対方向の電圧がペアで印加される。従って、或るセルが保持するデータと他のセルに対する書込データとの関係において、或るセルに破壊方向のディスターブ電圧が印加されても、その直後に回復方向の電圧が印加されることになる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体記憶装置及びデータ書込方法についての実施の形態を説明する。まず、ディスターブのワーストケース改善のための動作原理を説明し、その後、第1,第2の実施の形態を述べる。
【0030】
<ディスターブのワーストケース改善のための動作原理>
本発明では、強誘電体キャパシタに対しては、ディスターブ方向に電圧が印加された場合、その直後に逆方向に同じ電圧を印加すれば、その状態がヒステリシスカーブ上のマイナーループを介して元に戻る現象に着目した。
【0031】
図1にその模式図を示す。この図1は、キャパシタに印加される電圧Vrと、それに応じて生じる強誘電体膜の分極量Pの関係を示している。
強誘電体膜はその両極間に電源電圧Vccのパルスを印加することにより、分極方向が変わり、その状態は、図に示すヒステリシスカーブ上で、(h0)から(h1)を経て、(h2)に推移する。この(h2)の分極量が、記憶されたデータ「1」に相当する。
また、さらに−Vccパルスを印加すると(h2)から(h3)を経て元の(h0)に戻る。(h0)の分極量が記憶されたデータ「0」となる。
つまり通常、強誘電体メモリは(h0)と(h2)の状態でそれぞれ異なるデータを記憶している。
【0032】
ここで当初両極が同電位で、分極状態が(h0)の位置にあるキャパシタに、中間電圧Vmのパルスを印加した場合を考える。
すると、そのキャパシタの状態は(h4)を経て(h5)に推移し、一旦分極量が劣化する。
しかしその直後に−Vmのパルスを印加すると、その状態は(h6)を経て元の(h0)に戻る。
一方、(h5)の状態から、逆に同じVmのパルスが連続して印加されると、その状態は(h7)を経てさらに劣化が進行し、(h8)に至る。
【0033】
以上のことは、ディスターブ電圧がただちにデータを劣化させる訳ではないことを示しており、同一方向に連続してディスターブが印加されることこそがより本質的な問題であることを示している。
従って、その現象を利用すれば、ディスターブ発生のワーストケースを改善することができる。
具体的には、例えば(h0)から(h4)を経て(h5)に至るディスターブ電圧が印加された直後に、(h5)から(h6)を経て(h0)に至るように、ディスターブとは逆方向の電圧(回復パルス)を印加すれば、ディスターブ電圧による劣化は発生しないことになる。これを利用することで、同一方向に連続的となるディスターブ電圧発生を最小限に抑えることができる。
【0034】
<第1の実施の形態>
本実施の形態はクロスポイント型強誘電体メモリとしての半導体記憶装置である。その基本的な構成については図15,又は図16に示したとおりである。
【0035】
即ち、各々独立したデータを記憶するN個(図15,図16では4個としている)の強誘電体キャパシタCの各一端が共通ノード電極(11,12・・・)に接続されて成るメモリユニットMU(MU1,MU2・・・)が、列方向に配されたビット線BLと行方向に配されたワード線WLの各方向に、複数個、アレイ状に配置されてなる。
また、各メモリユニットMUの共通ノード電極(11,12)は、少なくともワード線WLをゲートに接続した選択トランジスタ(図15のT1,T2、図16のT13,T23等)を介して、ビット線BLに接続されている。
また、各メモリユニットMUにおけるN個の強誘電体キャパシタCの各他端は、それぞれワード線WLと同方向に配されたN本のプレート線PLに各々接続されている。
そして、特定のワード線WLへの電圧印加により、特定行のメモリユニットMUを選択するワードラインデコーダ/ドライバ1と、上記特定行に対応する各プレート線PLへの電圧印加状態により、上記特定行のメモリユニットMUにおける特定の強誘電体キャパシタCを選択するプレートラインデコーダ/ドライバ2と、ビット線BLにおける特定の一対のビット線(BL1,BL2)への電圧印加により、特定の一対のメモリユニット(MU1,MU2)を選択することで、ワード線WL及びプレート線PLへの電圧印加状態とあわせて特定の対となる強誘電体キャパシタにアクセスするセンスアンプ3を備えているものである。
【0036】
そして本実施の形態においては、このような図15,図16と基本構成は同じであるが、センスアンプ3によるビット線BLへの電圧印加方式と、プレートラインデコーダ2によるプレート線PLに対する電圧印加方式に特徴を有する。
つまり、データ書込の際に、センスアンプ3は、一対のビット線BL1,BL2に対して、書込レベル電位のパルスと、その反対レベル電位のパルスを前後して与える。またこれらの両パルスの印加期間において、プレートラインデコーダ/ドライバ2は、選択されたメモリユニットMU1,MU2に対する非選択のプレート線PLを、上記両パルスの中間電位とするものである。
【0037】
図2に、データ書込時の電圧印加動作を示す。また図3には、上述した図18と同様に、クロスポイント型強誘電体メモリの一部を示している。
まず、図3を参照しながら、本実施の形態の特徴となる図2の書込動作を説明する。
【0038】
今、図3(a)において、キャパシタC11にデータ「1」を書き込む場合を例とする。
この場合選択プレート線となるプレート線PL1上の各キャパシタ(C11,C21・・・)にはあらかじめデータ「0」が書き込まれているとし、その場合に、ビット線BL1上のキャパシタC11にはデータ「1」を書き込み、ビット線BL2上のキャパシタC21のデータ「0」は保存されるようにする。
図2においては、書込動作の1サイクルをw1〜w9の期間で示している。
【0039】
図2(a)はワード線WL1に対する電圧印加状態を示す。この電圧印加は図15に示したワードラインデコーダ/ドライバ1によって実行される。
図2(b)は選択プレート線となるプレート線PL1に対する電圧印加状態を、また図2(c)は非選択プレート線となるプレート線PL2(及び図示しないPL3,PL4)に対する電圧印加状態を示す。これらプレート線PLに対する電圧印加はプレートラインデコーダ/ドライバ2によって実行される。
図2(d)はビット線BL1に対する電圧印加状態を、また図2(e)はビット線BL2に対する電圧印加状態を示す。これらのビット線BL1,BL2に対する電圧印加はセンスアンプ3によって実行される。
【0040】
期間w1:選択メモリユニット(MU1,MU2)に対応するワード線WL1を開き、メモリユニットMU1,MU2とビット線BL1,BL2を接続する。
期間w2:各ビット線BL1,BL2に(1/3)Vccの電位を印加する。
期間w3:非選択プレート線PL2〜PL4の電位を(2/3)Vccに上昇させる。一方、選択プレート線PL1の電位は0Vに保たれている。
期間w4:ここでデータ「1」を書き込むビット線BL1に電圧Vccの書込パルスWPを印加する。ビット線BL2に対しては、データ「0」を保存するため、書込パルスWPは(1/3)Vccのままとなる。
これにより、図3(a)に示す状態となる。つまり、データ「1」の書き込み先である選択キャパシタC11にのみ電圧Vccが印加され、書き込みが実行される。同時に非選択キャパシタ(C12,C21,C22等)には、(1/3)Vccもしくは−(1/3)Vccの電圧が印加される。各キャパシタの保存データによっては、(1/3)Vccもしくは−(1/3)Vccは、データを劣化させるディスターブ電圧となる。つまり、(1/3)Vccもしくは−(1/3)Vccが、保存データからみて逆の分極方向に向かう電圧であった場合、それがディスターブ電圧となる。
【0041】
期間w5:書込パルスWPを終了する。つまりビット線BL1を(1/3)Vccに戻す。またこのとき、選択プレート線PL1を(2/3)Vccに上昇させる。
【0042】
期間w6:各ビット線BL1,BL2に反転パルスNPを印加する。即ちデータ「1」を書き込むビット線BL1は(1/3)Vccに保ち、データ「0」を保存するビット線BL2には電圧Vccのパルスを与える。
これにより、図3(b)に示す状態となる。つまり、データ「1」の書き込み先である選択キャパシタC11については−(1/3)Vccが印加され、同時に非選択キャパシタ(C12,C21,C22等)には、(1/3)Vccもしくは−(1/3)Vccの電圧が印加される。
この場合において、図3(a)(b)での非選択キャパシタC12に注目してみると、期間w4において(1/3)Vccが印加された直後に期間w6で−(1/3)Vccが印加されることになる。また非選択キャパシタC22に注目してみると、期間w4において−(1/3)Vccが印加された直後に期間w6で(1/3)Vccが印加されることになる。つまり、これらキャパシタC12,C22については、期間w4での印加電圧が保存データにとって逆の分極方向に向かうディスターブ電圧となってデータ劣化が生じたとしても、期間w6において回復されることになる。
なお、この例の場合は、キャパシタC21については、期間w4,w6のいずれも(1/3)Vccが印加される。従って、この例のようにキャパシタC21がデータ「0」を保存するという場合は、連続してディスターブを受けることになる。つまりキャパシタC21では本例で目的としているディスターブによる劣化の回復はなされない。1回の書込サイクルのみにおいて、或るキャパシタにのみ注目すると、このように劣化が回復されないキャパシタも発生するが、全体的且つ時系列的にみれば、期間w6での反転パルスNPの印加によりディスターブ最悪ケースは著しく改善されるものである。最悪ケースの改善については後述する。
【0043】
期間w7:反転パルスNPを終了する。つまりビット線BL2を(1/3)Vccに戻す。
期間w8:選択プレート線PL1及び非選択プレート線PL2〜PL4を0Vに戻す。
期間w8:ビット線BL1,BL2を0Vに戻し、最後にワード線WL1を閉じて書き込みサイクルを完了する。
【0044】
このように本例での書込サイクルのシーケンスでは、期間w6として書込パルスWPの逆となる反転パルスNPが各ビット線BL1,BL2に印加されるものである。
このような反転パルスNPの印加に伴い、多くの非選択キャパシタには書込パルスWPの印加時と反対方向の中間電圧が印加される。
書込パルスWPの印加時に破壊方向にディスターブを受けていたキャパシタは、その反対方向にパルスを受けると劣化が回復するので、このようなパルス印加がデータ劣化の低減に寄与し得ることは容易に理解できる。
また、期間w4,w6の期間長は等しく、つまり書込パルスWPと反転パルスNPのパルス幅は同等である。書込パルスWPが破壊方向のディスターブ電圧となる場合、同パルス幅の反転パルスNPが、劣化回復に適切であることも容易に理解される。
尚、本実施の形態はキャパシタ一対で相補的に1ビットを記憶する場合について述べているが、キャパシタ1個で1ビットを記憶する場合も同様の動作で対応できる。すなわち、各キャパシタに独立したビットを書き込む場合には、ビット線BL1は選択されたプレート線上の”1”を書きたい任意のキャパシタに接続された選択ビット線の動作に、ビット線BL2はそれ以外の(即ち「0」を保存したい)キャパシタに接続された非選択ビット線の動作に対応させれば良い。
【0045】
ところで、次の点には注意する必要がある。即ち書込パルスWPの印加時に順方向にパルスを受けていたキャパシタにその逆の反転パルスNPが印加されると、むしろその反転パルスNPによって新たに劣化が発生するのである。
また上記のキャパシタC21のように、必ずしも反対電位が印加されないキャパシタも存在する。
しかしながら、本例によれば後述するように、書込パターンによる劣化の依存性を平均化し、ワーストケースでの劣化量を緩和できることになり、クロスポイント型強誘電体メモリについての本例を採用する効果は多大なものとなる。
【0046】
ここで、上記図2の書込サイクルを実現するためのプレートラインデコーダ/ドライバ2,及びセンスアンプ3の構成及び動作を説明する。
つまり図2(b)〜(e)の電圧印加動作を実現する構成例である。
【0047】
図4にプレートラインデコーダ/ドライバ2の構成例を示す。
図15,図16に示したプレートラインデコーダ/ドライバ2は、本実施の形態においては図4のような構成を採ることで、図2(b)(c)に示したように各プレート線PLに対する電圧印加を実現する。
【0048】
この場合プレートラインデコーダ/ドライバ2は、デコーダ部21,各プレート線PLに対応して設けられるドライバ部22−1、22−2・・・、及び信号発生部23を備える。
デコーダ部21は、選択プレート線に対応するドライバ部22に対して信号D=「1」を出力し、非選択プレート線に対応するドライバ部22に対して信号D=「0」を出力する。
上記図2,図3の例のように、プレート線PL1が選択プレート線となる場合においては、図示するようにプレート線PL1に対するドライバ部22−1に対する信号D1として「1」を出力し、他のプレート線PL2・・・に対するドライバ部22−2・・・に対する信号D2、D3・・・として「0」を出力する。
【0049】
各ドライバ部22(22−1,22−2・・・)はそれぞれ同様の構成となり、それぞれインバータ24(24−1、24−2・・・)、ANDゲート25(25−1、25−2・・・)、NORゲート26(26−1,26−2・・・)、デプレッション型(NMOS)トランジスタ(QP11、QP21・・・)、エンハンスメント型(PMOS)トランジスタ(QP12、QP22・・・)を有している。
【0050】
ドライバ部22−1で説明すると、デコーダ部21からの信号D1はインバータ24−1で反転され、ANDゲート25−1に入力されている。ANDゲート25−1の他端には信号発生部23から信号SP1が入力される。
ANDゲート25−1による論理積出力はNORゲート26−1に供給される。NORゲート26−1の他端には信号発生部23から信号SP2が入力される。そして、NORゲート26−1の出力は、トランジスタQP11、QP12の各ゲートに印加される。
トランジスタQP11のドレインは、電圧(2/3)Vccのラインに接続され、トランジスタQP11のソースはトランジスタQP12のドレインに接続されている。トランジスタQP12のソースは接地される。
そしてトランジスタQP11のソースとトランジスタQP12のドレインの接続点がプレート線PL1に接続される。
他のドライバ部22−2・・・も同様の構成である。
【0051】
このようなプレートラインデコーダ/ドライバ2によるプレート線の駆動動作を、図5で説明する。なお、図5(a)(f)は図2(b)(c)に示したプレート線PL1、PL2に対する印加電圧をそのまま同様に示している。
つまり図2に合わせてプレート線PL1を選択プレート線とし、プレート線PL2(及び図示しないPL3,PL4)を非選択プレート線とする場合の例である。
【0052】
この書込サイクルでは、プレート線PL1を選択プレート線とするため、デコーダ部21から出力される信号D1は、図5(b)に示すように「1」となる。
一方、プレート線PL2は非選択プレート線となるため、デコーダ部21から出力される信号D2は、図5(g)に示すように「0」となる。
書込サイクルの期間においては、信号発生部23は、図5(c)(d)に示すシーケンスで信号SP1、SP2を発生させる。即ち信号SP1は、期間w3,w4において「1」となる信号として発生される。一方信号SP2は、期間w5,w6,w7において「1」となる信号として発生される。
【0053】
図2で説明したように、図5(f)の非選択プレート線PL2の印加電圧は、期間w3、w4、w5、w6、w7において(2/3)Vccとされる。
期間w3、w4では、信号SP1が「1」であることで、NORゲート26−2の出力は「0」となる。また期間w5、w6、w7では、信号SP2が「1」であることで、NORゲート26−2の出力は「0」となる。
これによって、非選択プレート線PL2の印加電圧は、期間w3、w4、w5、w6、w7において(2/3)Vccとなる。
図示していない他の非選択プレート線PL3,PL4についても同様である。
【0054】
一方、図5(a)に示す選択プレート線PL1の印加電圧は、期間w5、w6、w7において(2/3)Vccとされる。
期間w3、w4では、信号SP1は「1」であるが、デコーダ部21の出力信号D1が「1」であることで、NORゲート26−2の出力は「1」となる。そして信号SP2が「1」である期間w5、w6、w7のみ、NORゲート26−2の出力は「0」となる。
これによって、選択プレート線PL1の印加電圧は、期間w5、w6、w7において(2/3)Vccとなる。
【0055】
次に図6でセンスアンプ3の構成例を説明する。
図15,図16に示したセンスアンプ3は、本実施の形態においては図6(a)のような構成を採ることで、図2(d)(e)に示したように各ビット線BL1,BL2に対する電圧印加を実現する。
【0056】
図6(a)に示すようにセンスアンプ3は、ビット線BL1に対応してラッチ回路31−1、エンハンスメント型(PMOS)トランジスタQB11、QB12、スイッチSW1を有している。またビット線BL2に対応してラッチ回路31−2、エンハンスメント型(PMOS)トランジスタQB21、QB22、スイッチSW2を有している。
さらに、各トランジスタQB11、QB12、QB21、QB22を制御する信号SB1、SB2を発生する信号発生部32を備えている。
【0057】
このようなビット線BL1,BL2に対する駆動系回路は、電圧Vcc〜(1/3)Vccの間で動作する。
そしてスイッチSW1,SW2は、それぞれビット線BL1,BL2の電位を0Vとするために設けられている。
つまりスイッチSW1がオンとされている期間は、ビット線BL1は0Vとなる。スイッチSW1がオフの期間では、ビット線BL1の基準電位は(1/3)Vccとなる。スイッチSW2によるビット線BL2の電位状態も同様となる。
【0058】
ラッチ回路31−1、31−2には書込データDTが入力される。
即ちビット線BL1上のキャパシタに対してデータ「1」を書き込む場合、ラッチ回路31−1への入力データDT=「1」となり、一方ラッチ回路31−2への入力データDT=「0」となる。
この回路系が電圧Vcc〜(1/3)Vccの間で動作するため、図6(b)に示すように、データDT=「1」が入力された場合、ラッチ回路31−1,31−2の出力Qは電圧Vccとなり、反転出力Q ̄は(1/3)Vccとなる。また、データDT=「0」が入力された場合、ラッチ回路31−1,31−2の出力Qは電圧(1/3)Vccとなり、反転出力Q ̄はVccとなる。
【0059】
このようなセンスアンプ3によるビット線BL1,BL2の駆動動作を、図7で説明する。なお、図7(a)(d)は図2(d)(e)に示したビット線BL1,BL2に対する印加電圧をそのまま同様に示している。
【0060】
即ち図7に示す書込サイクルでは、図2で説明したようにビット線BL1上のキャパシタC11にデータ「1」を書き込み、ビット線BL2上のキャパシタC21のデータ「0」をそのまま保持する動作を示している。
従って、ビット線BL1に対応するラッチ回路31−1にはデータDTとして「1」が入力され、またビット線BL2に対応するラッチ回路31−2にはデータDTとして「0」が入力される。
【0061】
この書込サイクルでは、期間w2,w3,w4,w5,w6,w7,w8において、各ビット線BL1,BL2に接続されたスイッチSW1,SW2がオフとされる。
また、信号発生部32は、図7(b)(c)に示すシーケンスで信号SB1、SB2を発生させる。即ち信号SB1は期間w4において「1」となる信号として発生させ、信号SB2は期間w6において「1」となる信号として発生させる。
【0062】
期間w2,w3では、信号SB1、SB2は「0」「0」であり、各トランジスタQB11、QB12、QB21、QB22は全てオフである。そしてスイッチSW1,SW2がオフであるため、ビット線BL1,BL2はいずれも(1/3)Vccとなる。
期間w4では、信号SB1、SB2は「1」「0」であり、トランジスタQB11、QB21がオンとなる。従って、ラッチ回路31−1、31−2の各ラッチ出力Qがビット線BL1,BL2にそれぞれ印加される。ラッチ回路31−1のラッチ出力QはVccであり、ラッチ回路31−2のラッチ出力Qは(1/3)Vccであるため、ビット線BL1,BL2の電位は、図3(a)に示した状態となる。つまり書込パルスWPとして、ビット線BL1にはVccが、ビット線BL2には(1/3)Vccが印加される。
期間w5では、信号SB1、SB2は「0」「0」であり、各トランジスタQB11、QB12、QB21、QB22は全てオフとなり、ビット線BL1,BL2はいずれも(1/3)Vccとなる。
期間w6では、信号SB1、SB2は「0」「1」であり、今度はトランジスタQB12、QB22がオンとなる。従って、ラッチ回路31−1、31−2の各反転出力Q ̄がビット線BL1,BL2にそれぞれ印加される。ラッチ回路31−1の反転出力Q ̄は(1/3)Vccであり、ラッチ回路31−2の反転出力Q ̄ラッチ出力QはVccであるため、ビット線BL1,BL2の電位は、図3(b)に示した状態となる。つまり反転パルスNPとして、ビット線BL1には(1/3)Vccが、ビット線BL2にはVccが印加される。
期間w7,w8では、信号SB1、SB2は「0」「0」であり、各トランジスタQB11、QB12、QB21、QB22は全てオフとなり、ビット線BL1,BL2はいずれも(1/3)Vccとなる。
そして期間w9では、各ビット線BL1,BL2に接続されたスイッチSW1,SW2がオンとされ、各ビット線BL1,BL2は0Vとなる。
【0063】
以上のように、プレートラインデコーダ/ドライバ2、センスアンプ3が構成されることにより、図2で説明した書込動作が実現される。つまり、書込パルスWPの直後に反転パルスNPが印加され、かつ両パルスの印加期間において、非選択のプレート線が、両パルスWP,NPの中間電位となるようにされる。
【0064】
本実施の形態によるディスターブ発生の最悪ケースを、従来例と比較しながら図8,図9で説明する。
なお、ここでは1つのメモリユニットに8つのセル(強誘電体キャパシタ)が設けられているとして例示する。
【0065】
図8(a)は従来例、つまり図17で説明した書込動作の場合の「0」データへのディスターブ発生の最悪ケースを示している。
「0」データへのディスターブ発生としては、従来例の場合、まず最初のセル(C0)に「0」を書き込み、残る全てのセルに「1」を書き込んだとき、最初のセル(C0)に対して最大のディスターブ劣化が発生する。
即ち図8(a)における上段の従来ケースとして示すように、最初のセル(C0)にアクセスした際は、セル(C0)への電圧印加状態は図18のキャパシタ(C21)に相当し、劣化方向の+電圧が印加される。
さらに、残りのセルに「1」を書き込む際は全て、セル(C0)への電圧印加状態は図18のキャパシタ(C12)に相当し、やはり劣化方向の+電圧が印加される。
従ってセル(C0)には合計8回のディスターブが連続して印加されることになる。このように従来例のワーストケースでは一般にメモリユニットMUの接続セル数をNとすると、N回のディスターブ劣化が発生する。
【0066】
一方図8(a)下段に、本実施の形態の場合において、同様に最初のセル(C0)に「0」を書き込み、残る全てのセルに「1」を書き込んだ場合を示している。
この場合、最初のセル(C0)にアクセスした際は、セル(C0)への電圧印加状態は図3のキャパシタ(C21)に相当し、書込パルスWPと反転パルスNPの両方により劣化方向の+電圧が印加される。これについては図2,図3での説明中において、反転パルスNPの印加があるキャパシタに関しては逆電圧印加とならない場合として述べたとおりである。
ところが、残りのセルにデータ「1」を書き込んでいく際には、最初のセル(C0)に対しては、破線で囲うように劣化方向の+電圧と回復方向の−電圧がペアで印加されることになる。つまり、+電圧印加による劣化が、直後に−電圧印加により回復される。
結果として、実質的なディスターブ劣化は2回に留まる。
【0067】
ただし、本実施の形態の場合は、そのワーストケースは従来のワーストケースとは異なるパターンで生ずる。これを図8(b)に示す。
図8(b)は各セルに「0」と「1」が交互に書き込まれるケースであり、この場合、上段に示す従来例の場合は、ディスターブ劣化は2回である。
【0068】
本実施の形態の場合は、下段に示すように、5回のディスターブ劣化が発生する。即ち、まず最初のセル(C0)への書込時に2回の劣化が生ずる。その後、後続するセルにおいて「1」データ書込時は、書込パルスWPによる+電圧印加による劣化が直後の反転パルスNPによる−電圧印加で回復される。
ところが、後続セルにおいて「0」データが書き込まれる際には、最初の書込パルスWPによる−電圧は、ディスターブ劣化方向とはならないが、+電圧となる直後の反転パルスNPがディスターブを発生させてしまい、劣化が生ずる。つまり、反転パルスNPの印加が、逆にディスターブ発生を引き起こしてしまう場合である。
従ってこの場合、破線で囲っていない5回の+電圧印加により、5回のディスターブ劣化が発生する。
【0069】
この図8からわかるように、メモリユニットMUに8個のセルが接続されている場合、従来例ではディスターブ劣化は最悪で8回となるところ、本実施の形態の場合は最悪で5回となる。
一般的にいえば、メモリユニットMUにN個のセルが接続されている場合、従来例ではディスターブ劣化は最悪でN回となるところ、本実施の形態の場合は最悪で(N/2)+1回であり、これは従来のワーストケースのほぼ半分になっているものである。
【0070】
次に図9に「1」データへのディスターブ発生の例を同様に示す。
図9(a)は従来例において最悪ケースとなる場合である。これは、まず最初のセル(C0)に「1」を書き込み、残る全てのセルに「0」を書き込んだとき、最初のセル(C0)に対して最大のディスターブ劣化が発生する。
この場合、最初のアクセス時は、セル(C0)自らへの書き込みなのでディスターブは無い。しかし他のセルに「0」を書き込む際、セル(C0)への電圧印加状態は図18のキャパシタ(C22)に相当し、劣化方向の−電圧が印加される。
従ってセル(C0)には合計7回のディスターブが連続して印加されることになる。このように従来例のワーストケースでは一般にユニットへの接続セル数をNとすると、(N−1)回のディスターブ劣化が発生する。
【0071】
一方、図9(a)下段の本実施の形態のケースにおいては、セル(C0)への電圧印加状態は、最初のアクセスでは、反転パルスNPの際に図3(b)のキャパシタ(C11)に相当する−電圧が印加され、これがディスターブ劣化となる。ところが、以降の他のセルへの「0」書込時には、最初のセル(C0)は、図3のキャパシタ(C22)に相当ものとなり、つまり書込パルスWP時の−電圧印加の直後に、反転パルスNP時の+電圧が印加され、直前の劣化を回復させる。従って実質的なディスターブ劣化は1回に留まる。
【0072】
本実施の形態の場合、「1」データへのディスターブ発生のワーストケースは、図9(b)に示すように、「1」と「0」が交互に書き込まれるケースとなる。
この場合、図9(b)上段に示すように従来例ではディスターブ劣化は1回となるが、下段に示す本実施の形態の場合、未回復のディスターブ劣化は4回となる。即ち、セル(C0)及びその後の他のセルへの「1」書込の際の反転パルスNPによる−電圧印加がディスターブ劣化を発生させることになる。
一般的には(N/2)回である。
【0073】
以上、図8,図9からわかるように、従来例の場合、ディスターブ劣化は、最悪ケースにおいてN回、或いは(N−1)回となっていたところ、本実施の形態では最悪ケースにおいて(N/2)+1回、或いは(N/2)回となり、ディスターブ発生回数は約半分に低減できることになる。つまり、最悪ケースとしてのディスターブ発生回数の低減という、所期の目的が十分に達成されているものである。
【0074】
<第2の実施の形態>
以上の第1の実施の形態によれば、ディスターブのワーストケースを大幅に緩和する効果がある。しかしながら、反転パルスNPの印加によって余分なディスターブを受けることがあり、この部分を改良すればさらにディスターブ劣化回数を低減することができる。
そこで、第2の実施の形態では、直前のデータと同一のデータを書き込むときにのみ反転パルスNPを印加するようにし、これによって余分なディスターブを最小にする。
つまり、上記図8,図9に示した第1の実施の形態のワーストケースからわかるように、「0」「1」が交互に書き込まれる場合において、反転パルスNPが回復パルスとして機能せずに、逆にディスターブ劣化を発生させる場合が生ずる。このことから考えると、直前のデータと同一のデータを書き込むときにのみ反転パルスNPを印加するようにすれば、反転パルスNPによってディスターブが発生するような場合を最小化できるものである。
【0075】
この第2の実施の形態でも、データ書込時の書込サイクルの動作は、基本的には上述した図2と同様となる。
但し、図2のように反転パルスNPを印加するのは、直前のデータと同一のデータを書き込む場合である。
直前のデータと異なるデータを書き込む場合、その書込サイクルの動作は図10のようになる。つまり、図10(d)(e)に示すように、期間w6において反転パルスNPは印加しない。但し、ここでは電圧Vccの反転パルスNPの代わりに、電圧(2/3)Vccの調整パルスNNPを各ビット線BL1,BL2に印加するようにしている。
【0076】
なお、図10の例では、期間w6において反転パルスNPに代えて調整パルスNNPを印加するようにしているが、この期間w6において調整パルスNNPを印加せずに、各ビット線BL1,BL2を(1/3)Vccに保つようにしても良い。しかしながらその場合、各セル(キャパシタ)への電圧印加状態を適正化するためプレート線の電位も変更することが必要となる。つまり、直前の書込データと今回の書込データに応じて図2のように反転パルスNPを印加する場合と、図10のように反転パルスNPを印加しない場合で、プレート線の駆動方式も変更しなければならないことになる。
この実施の形態では、(2/3)Vccの調整パルスNNPを印加することで、プレートラインデコーダ/ドライバ2による各プレート線PLの駆動は図2の場合と同様のままでよいようにするものである。
【0077】
図10のように反転パルスNPを印加せずに調整パルスNNPを印加する書込サイクルでの電圧印加状態を図11に示す。
期間w4での書込パルスWPの印加時は、図2のサイクルと同様であり、つまり図11(a)の電圧印加状態は図3(a)と同様である。
期間w6での調整パルスNNPの印加時(反転パルスNPの非印加時)には、電圧印加状態は図11(b)のようになる。
つまり、ビット線BL1,BL2はそれぞれ(2/3)Vccとされ、また全プレート線PLも(2/3)Vccとなるため、各キャパシタC11、C12、C21,C22にかけられる電位差は0Vとなる。
【0078】
直前の書込データと今回の書込データが同一か否かにより、図2の書込サイクルと図10の書込サイクルを切り換えて実行するための構成を述べる。
なお、図2,図10の各サイクルでプレート線PLの駆動方式は同一であるため、プレートラインデコーダ/ドライバ2は、図4、図5で説明した構成及び動作が採られればよい。
この場合、図2,図10の各書込サイクルを切り換え実行するためには、センスアンプ3が、例えば図12のように構成されればよい。
【0079】
図15,図16に示したセンスアンプ3は、本実施の形態においては図12のような構成を採ることで、直前の書込データと同一か否かにより、各ビット線BL1,BL2に対して、図2(d)(e)に示した電圧印加、或いは図10(d)(e)に示した電圧印加を実現する。
【0080】
即ちこの場合、センスアンプ3は、ビット線BL1に対応しては、ラッチ回路31−1、エンハンスメント型(PMOS)トランジスタQB11、QB12、QB13、スイッチSW1、ラッチ回路34−1、EX−ORゲート35−1、インバータ36−1、NORゲート37−1,38−1を有している。また端子33−1には(2/3)Vccの電圧が供給される。
またセンスアンプ3は、ビット線BL2に対応しては、ラッチ回路31−2、エンハンスメント型(PMOS)トランジスタQB21、QB22、QB23、スイッチSW2、ラッチ回路34−2、EX−ORゲート35−2、インバータ36−2、NORゲート37−2,38−2を有している。また端子33−2には(2/3)Vccの電圧が供給される。
さらに、各トランジスタQB11、QB12、QB13、QB21、QB22、QB23を制御する信号SB1、SB2を発生する信号発生部32を備えている。また信号発生部32から出力される信号SB2に対してインバータ39が設けられる。
【0081】
図6で説明した第1の実施の形態のセンスアンプ3と同様に、この図12のようなビット線BL1,BL2に対する駆動系回路は、電圧Vcc〜(1/3)Vccの間で動作する。そしてスイッチSW1,SW2は、それぞれビット線BL1,BL2の電位を0Vとするために設けられている。つまりスイッチSW1がオンとされている期間は、ビット線BL1は0Vとなる。スイッチSW1がオフの期間では、ビット線BL1の基準電位は(1/3)Vccとなる。スイッチSW2によるビット線BL2の電位状態も同様となる。
【0082】
ラッチ回路31−1、31−2には書込データDTが入力される。
ビット線BL1上のキャパシタに対してデータ「1」を書き込む場合、ラッチ回路31−1への入力データDT=「1」となり、一方ラッチ回路31−2への入力データDT=「0」となる。
ラッチ回路31−1,31−2の出力Q、反転出力Q ̄としての電位は、入力データDTの値に応じて図6(b)のようになることは同様である。
【0083】
ラッチ回路34−1、34−2には、それぞれラッチ回路31−1、31−2の出力Qの値が入力される。つまり、ラッチ回路34−1、34−2は、直前の書込サイクルでの書込データの値をラッチ出力する。
EX−ORゲート35−1、35−2は、今回の書込サイクルでラッチ回路31−1、31−2に入力され出力Qとされる書込データと、ラッチ回路34−1、34−2から出力される、直前の書込サイクルでの書込データの値についての排他的論理和を出力する。
【0084】
トランジスタQB11、QB21は、ゲートに印加される信号SB1によって制御される。
トランジスタQB12は、インバータ39で反転された信号SB2と、EX−ORゲート35−1とを入力するNORゲート38−1の出力がゲートに印加されることによって制御される。トランジスタQB22は、インバータ39で反転された信号SB2と、EX−ORゲート35−2とを入力するNORゲート38−2の出力がゲートに印加されることによって制御される。
トランジスタQB13は、インバータ39で反転された信号SB2と、EX−ORゲート35−1の出力がインバータ36−1で反転された信号とを入力するNORゲート37−1の出力がゲートに印加されることによって制御される。
トランジスタQB23は、インバータ39で反転された信号SB2と、EX−ORゲート35−2の出力がインバータ36−2で反転された信号とを入力するNORゲート37−2の出力がゲートに印加されることによって制御される。
【0085】
このようなセンスアンプ3によるビット線BL1,BL2の駆動動作は、上述した図7、或いは図13のようになる。
なお、図13(a)(d)は図10(d)(e)に示したビット線BL1,BL2に対する印加電圧をそのまま同様に示している。
【0086】
まず、今回の書込サイクルの書込データが、前回の書込サイクルの書込データと同じであった場合を説明する。
例えば前回がビット線BL1上のキャパシタC11にデータ「1」を書き込み、ビット線BL2上のキャパシタC21のデータ「0」をそのまま保持する動作を行い、今回は、ビット線BL1上の次のキャパシタC12にデータ「1」を書き込み、ビット線BL2上のキャパシタC22のデータ「0」をそのまま保持する動作を行う場合などである。
【0087】
この場合、ビット線BL1,BL2は図7のように駆動される。
ラッチ回路31−1への入力データDTは「1」、ラッチ回路34−1のラッチデータも「1」である。
またラッチ回路31−2への入力データDTは「0」、ラッチ回路34−2のラッチデータも「0」である。
従って、この書込サイクルにおいては、EX−ORゲート35−1、35−2の各出力は「0」である。
【0088】
書込サイクルにおいて、信号発生部32は、図7(b)(c)(図13(b)(c))に示すシーケンスで信号SB1、SB2を発生させる。即ち信号発生部32は、期間w4において「1」となる信号として信号SB1を発生させ、また期間w6において「1」となる信号として信号SB2を発生させる。
【0089】
この書込サイクルでは、期間w2,w3,w4,w5,w6,w7,w8において、各ビット線BL1,BL2に接続されたスイッチSW1,SW2がオフとされる。
【0090】
期間w2,w3では、信号SB1、SB2は「0」「0」である。この場合、各トランジスタQB11、QB12、QB13、QB21、QB22、QB13は全てオフである。そしてスイッチSW1,SW2がオフであるため、ビット線BL1,BL2はいずれも(1/3)Vccとなる。
期間w4では、信号SB1、SB2は「1」「0」であり、トランジスタQB11、QB21がオンとなる。従って、ラッチ回路31−1、31−2の各ラッチ出力Qがビット線BL1,BL2にそれぞれ印加される。従って、書込パルスWPとして、ビット線BL1にはVccが、ビット線BL2には(1/3)Vccが印加される。
期間w5では、信号SB1、SB2は「0」「0」であり、各トランジスタQB11、QB12、QB13、QB21、QB22、QB23は全てオフとなり、ビット線BL1,BL2はいずれも(1/3)Vccとなる。
【0091】
期間w6では、信号SB1、SB2は「0」「1」であり、EX−ORゲート35−1、35−2の各出力は「0」であることで、トランジスタQB12、QB22がオンとなる。従って、ラッチ回路31−1、31−2の各反転出力Q ̄がビット線BL1,BL2にそれぞれ印加される。つまり反転パルスNPとして、ビット線BL1には(1/3)Vccが、ビット線BL2にはVccが印加される。
期間w7,w8では、信号SB1、SB2は「0」「0」であり、各トランジスタQB11、QB12、QB13、QB21、QB22、QB23は全てオフとなり、ビット線BL1,BL2はいずれも(1/3)Vccとなる。
そして期間w9では、各ビット線BL1,BL2に接続されたスイッチSW1,SW2がオンとされ、各ビット線BL1,BL2は0Vとなる。
【0092】
次に、今回の書込サイクルの書込データが、前回の書込サイクルの書込データと異なる場合を説明する。
例えば前回がビット線BL1上のキャパシタC11においてデータ「0」を保持させ、ビット線BL2上のキャパシタC21にデータ「1」を書き込ませる動作を行い、今回は、ビット線BL1上の次のキャパシタC12にデータ「1」を書き込み、ビット線BL2上のキャパシタC22のデータ「0」をそのまま保持する動作を行う場合などである。
【0093】
この場合、ビット線BL1,BL2は図13のように駆動される。
ラッチ回路31−1への入力データDTは「0」、ラッチ回路34−1のラッチデータは「1」である。
またラッチ回路31−2への入力データDTは「1」、ラッチ回路34−2のラッチデータは「0」である。
従って、この書込サイクルにおいては、EX−ORゲート35−1、35−2の各出力は「1」である。
書込サイクルにおいて、信号発生部32は、上記同様のシーケンスで信号SB1、SB2を発生させる。
【0094】
この書込サイクルでも、期間w2,w3,w4,w5,w6,w7,w8において、各ビット線BL1,BL2に接続されたスイッチSW1,SW2がオフとされる。
【0095】
期間w2,w3では、信号SB1、SB2は「0」「0」である。この場合、各トランジスタQB11、QB12、QB13、QB21、QB22、QB13は全てオフである。そしてスイッチSW1,SW2がオフであるため、ビット線BL1,BL2はいずれも(1/3)Vccとなる。
期間w4では、信号SB1、SB2は「1」「0」であり、トランジスタQB11、QB21がオンとなる。従って、ラッチ回路31−1、31−2の各ラッチ出力Qがビット線BL1,BL2にそれぞれ印加される。従って、書込パルスWPとして、ビット線BL1には(1/3)Vccが、ビット線BL2にはVccが印加される。
期間w5では、信号SB1、SB2は「0」「0」であり、各トランジスタQB11、QB12、QB13、QB21、QB22、QB23は全てオフとなり、ビット線BL1,BL2はいずれも(1/3)Vccとなる。
【0096】
期間w6では、信号SB1、SB2は「0」「1」であり、EX−ORゲート35−1、35−2の各出力は「1」であることで、トランジスタQB13、QB23がオンとなる。従って、端子33−1,33−2に与えられている電圧(2/3)Vccが、ビット線BL1,BL2に印加される。つまり調整パルスNNPが印加されることになる。
期間w7,w8では、信号SB1、SB2は「0」「0」であり、各トランジスタQB11、QB12、QB13、QB21、QB22、QB23は全てオフとなり、ビット線BL1,BL2はいずれも(1/3)Vccとなる。
そして期間w9では、各ビット線BL1,BL2に接続されたスイッチSW1,SW2がオンとされ、各ビット線BL1,BL2は0Vとなる。
【0097】
以上のようにセンスアンプ3が構成されることにより、直前の書込データと同一か否かにより、図2又は図10の書込動作が実現される。
つまり、同じ書込データが連続する場合は、書込パルスWPの直後に反転パルスNPが印加され、かつ両パルスの印加期間において、非選択のプレート線が、両パルスWP,NPの中間電位となるようにされる。一方、前回と異なる書込データの場合は、書込パルスWPの直後に反転パルスNPは印加されず、代わって調整パルスNNPが印加される。
【0098】
このようにすることで、反転パルスNPが原因となって発生する余分なディスターブを最小にすることが可能である。これを図14で説明する。
図8(b)で説明したように、第1の実施の形態の場合の「0」ディスターブの最悪ケースは、「0」「1」が交互に書き込まれる場合であり、セル数を8とした場合、5回のディスターブ劣化が発生した。セル数Nとして(N/2)−1回である。
ところが第2の実施の形態の場合、図14(a)に示すように、ディスターブ劣化の発生は3回となる。
つまり、書込データが直前値と異なる場合、反転パルスNPは印加されないため、図示するようにディスターブ劣化は初期2回の+電圧印加時と末尾1回の+電圧印加時の3回のみである。
これはユニットへの接続セル数Nを増加させても変わる事無く、常に3回となる。
【0099】
一方、この第2の実施の形態の最悪ケースは、図14(b)(c)の場合となる。
図14(b)は「0」ディスターブの最悪ケースであり、書込データが図示するように順次進行した場合である。
しかしながら、この場合も実質的なディスターブ劣化発生は書き込みの初期の3回の+電圧印加時と末尾の1回の+電圧印加時のみであり、メモリユニット接続セル数Nに関らず4回である。
図14(c)は「1」ディスターブの最悪ケースであり、書込データが図示するように順次進行した場合である。
この場合も実質的なディスターブ劣化発生は書き込みの初期の1回の−電圧印加時と末尾の1回の−電圧印加時のみであり、メモリユニット接続セル数Nに関らず僅か2回である。
【0100】
以上のことからわかるように、第2の実施の形態によれば、ディスターブの最悪ケースがさらに緩和される。
その上、この場合、メモリユニットへの接続セル数Nを増加しても実質的なディスターブ劣化は増加しないという顕著なメリットが発生する。
従って動作マージンの向上のみならず、メモリユニットの接続セル数を増加させて、メモリユニットMUごとに設けられるトランジスタやコンタクト部等による占有面積のオーバーヘッドを低減することが可能ともなる。
【0101】
以上、実施の形態を説明してきたが、センスアンプ3やプレートラインデコーダ/ドライバ2の構成、或いは書込サイクルとしての電圧印加動作などは、上記例に限定されず、本発明の要旨の範囲で各種変形例が考えられる。
【0102】
【発明の効果】
以上の説明からわかるように本発明によれば、非選択のセル(強誘電体キャパシタ)には、互いに異なる方向の電圧として、書込レベル電位の第1のパルスと、その反対レベル電位の第2のパルスがペアで印加される。つまり破壊方向のディスターブ電圧が印加されても、直後に回復方向の電圧がペアで印加されるため、ディスターブ電圧が何回も連続して印加されるのを防止できる。そしてそれによってディスターブ発生の最悪ケースを大幅に緩和できるという効果がある。またその効果は、メモリユニットにおけるセル数(強誘電体キャパシタ数)が増加するほど顕著となるという利点も有する。
第1のパルスと、第2のパルスは、略同一のパルス幅とすることで、ディスターブによる劣化とその回復に適切となる。
【0103】
また、第2のパルスの印加は、書込データが、選択されたメモリユニット内で直前にアクセスされた強誘電体キャパシタへの書込データと同一であった場合のみに行うことで、第2のパルスがディスターブ電圧として作用してしまうことを防止でき、それによってディスターブ発生の最悪ケースを、さらに緩和できるものとなる。
そして最悪ケースが緩和されることにより、必要な動作マージンを得るための設計も容易となり、動作信号量や動作スピードなどの点での高性能化や、更なる高集積化にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の動作原理の説明図である。
【図2】第1の実施の形態のデータ書込時の動作波形の説明図である。
【図3】第1の実施の形態のデータ書込時における書込パルス及び反転パルスの印加状態の説明図である。
【図4】実施の形態のプレートラインデコーダ/ドライバのブロック図である。
【図5】実施の形態のプレートラインデコーダ/ドライバの動作波形の説明図である。
【図6】第1の実施の形態のセンスアンプの構成のブロック図である。
【図7】第1の実施の形態のセンスアンプの動作波形の説明図である。
【図8】第1の実施の形態の「0」ディスターブの最悪ケースの説明図である。
【図9】第1の実施の形態の「1」ディスターブの最悪ケースの説明図である。
【図10】第2の実施の形態のデータ書込時の動作波形の説明図である。
【図11】第2の実施の形態のデータ書込時における書込パルスのオンか状態及び反転パルスの非印加状態の説明図である。
【図12】第2の実施の形態のセンスアンプの構成のブロック図である。
【図13】第2の実施の形態のセンスアンプの動作波形の説明図である。
【図14】第2の実施の形態の最悪ディスターブ改善の説明図である。
【図15】クロスポイント型強誘電体メモリの構成の説明図である。
【図16】クロスポイント型強誘電体メモリの構成の説明図である。
【図17】クロスポイント型強誘電体メモリに対するデータ書込時の動作波形の説明図である。
【図18】クロスポイント型強誘電体メモリに対するデータ書込時の電圧印加状態の説明図である。
【符号の説明】
1 ワードラインデコーダ/ドライバ、2 プレートラインデコーダ/ドライバ、3 センスアンプ、MU,MU1,MU2 メモリユニット、WL、WL1ワード線、BL,BL1,BL2 ビット線、PL,PL1,PL2 プレート線
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device including a ferroelectric memory and a data writing method.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor memory device, in particular, an FeRAM using a ferroelectric is attracting attention as an easy-to-use device having both high-speed access and nonvolatile storage, and is expected to have a large capacity.
FeRAM is small in size, has low power consumption, and is resistant to impact. If the unit cost per bit is reduced due to the increase in capacity, it is promising as a recording medium for voice and images.
In particular, a technique for improving the degree of integration is described in the following document.
[0003]
[Patent Document 1] JP-A-2000-349248
[Patent Document 2] JP-A-9-121032
[0004]
These documents disclose an FeRAM having a cross-point type cell structure. FIG. 15 shows a circuit example of the FeRAM having the cross-point type cell structure.
In FIG. 15, for example, memory units MU1 and MU2 each having four ferroelectric capacitors, a word line WL1 arranged in a row direction, a pair of bit lines BL1 and BL2 arranged in a column direction, arranged in a row direction. Although the plate lines PL1 to PL4 are shown, these are shown only as a part of the formed memory cell array for simplification of the drawing.
Actually, as is known, a plurality of pairs of word lines WL in the row direction and a plurality of bit lines BL in the column direction are arranged, and a plurality of memory units MU are provided in each direction of the word line and the bit line pair. They are arranged in an array.
[0005]
A voltage is applied to the word line WL1 and each word line (not shown) by the word line decoder / driver 1 according to the address to be accessed.
A voltage is applied to the bit line pair by the bit lines BL1 and BL2 by the sense amplifier 3, and the potential is detected. Sense amplifiers are also provided for other bit line pairs not shown.
[0006]
The memory unit MU1 includes a plurality of capacitors C11 to C14 each connected to the common node electrode 11.
Further, the memory unit MU2 includes a plurality of capacitors C21 to C24 each connected to the common node electrode 12.
In the description, it is assumed that each of the memory units MU1 and MU2 is provided with four ferroelectric capacitors (C11 to C14 and C21 to C24). However, usually, one memory unit MU has a larger number. Are often provided.
[0007]
The memory units MU1 and MU2 are connected from the common node electrodes 11 and 12, respectively, to the bit lines BL1 and BL2 via access transistors T1 and T2 formed by FETs controlled by the word line WL1. The access transistors T1 and T2 have their gate electrodes connected to the word line WL1.
[0008]
Each capacitor C in one memory unit MU stores separate data, and is controlled by independent plate lines PL1 to PL4.
That is, in the memory unit MU1, one end of each of the capacitors C11 to C14 is connected to the common node electrode 11 as described above, and the other end is connected to the plate lines PL1 to PL4, respectively.
In the memory unit MU2, one end of each of the capacitors C21 to C24 is connected to the common node electrode 12 as described above, and the other end is connected to each of the plate lines PL1 to PL4.
A predetermined voltage is applied to each of the plate lines PL1 to PL4 by the plate line decoder / driver 2.
[0009]
In such a cross-point type FeRAM, one bit is complementarily stored using two ferroelectric capacitors. That is, as dielectric capacitors constituting the memory units MU1 and MU2 connected to the pair of bit lines BL1 and BL2, the capacitors C11 and C21, C12 and C22, C13 and C23, and C14 and C24 form a pair, respectively. Data of one bit is stored complementarily depending on the direction.
For example, when writing “1” to the capacitor C11, the word line WL1 is selected, the plate line PL1 is set to 0 V, the plate lines PL1 to PL4 are set to the intermediate potential, and the bit lines BL1 and BL2 are driven to set “1” to the capacitor C11. Is applied. On the other hand, the direction of polarization of the capacitor C21 is set to “0”. In reading, when the word line WL1 is selected and the plate line PL3 is driven with the plate lines PL2 to PL4 fixed at 0 V, charges are released from the capacitors C11 and C21 to the bit line pair BL1 and BL2. . Data can be read by detecting the potential difference generated by the differential sense amplifier 3.
[0010]
In such a cross-point type cell, a plurality of capacitors (a plurality of capacitors constituting the memory unit MU) share one transistor (T1, T2...) Connected to the word line WL. Therefore, the number of elements per bit is effectively reduced, which is effective for cost reduction.
[0011]
Further, as a configuration of a cross-point type FeRAM suitable for further miniaturization, a configuration as shown in FIG. 16 has been proposed. The same parts as those in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals.
Also in this case, the memory units MU1 and MU2 are each composed of a plurality of ferroelectric capacitors (C11 to C14, C21 to C24) connected to the common node electrodes 11 and 12, respectively. Data is stored and controlled by independent plate lines PL1 to PL4.
[0012]
In the case of FIG. 16, a word line WL1w for writing and a word line WL1r for reading are provided as word lines WL corresponding to the rows of the memory units MU1 and MU2.
[0013]
The common node electrode 11 of the memory unit MU1 is connected to the bit line BL1 via a write access transistor (FET) T13.
The common node electrode 12 of the memory unit MU2 is connected to the bit line BL2 via a write access transistor (FET) T23.
The gates of the write access transistors T13 and T23 are connected to a write word line WL1w.
At the time of writing to the capacitor C in the memory units MU1 and MU2, the word line WL1w is driven so that the voltages of the bit lines BL1 and BL2 are applied to the common node electrodes 11 and 12.
[0014]
As a configuration for reading data, read access transistors (FETs) T12 and T22 and sense transistors T11 and T21 are further provided.
The gates of the read access transistors T12 and T22 are connected to a read word line WL1r.
The sense transistors T11 and T21 are, for example, depletion type NMOSs. The gates of the sense transistors T11 and T21 are connected to the common node electrodes 11 and 12, respectively. The sense transistors T11 and T21 are connected to the bit lines BL1 and BL2 via read access transistors T12 and T22, respectively.
[0015]
For example, when reading data from the capacitors C11 and C21, the read word line WL1r is selected, and the plate line PL1 is driven with the plate lines PL2 to PL4 fixed at 0V. As a result, electric charges are released from the capacitors C11 and C21 to the common node electrodes 11 and 12. At this time, the write word line WL1w is closed, and the common node electrodes 11 and 12 are disconnected from the bit lines BL1 and BL2. ing. The two common node electrodes 11, 12 do not directly drive the bit lines BL1, BL2, but drive only the gate electrodes of the sense transistors T11, T21.
The sense transistors T11 and T21 drive the bit lines BL1 and BL2 according to the voltage applied to the gates.
[0016]
In the configuration example shown in FIG. 16, the selected capacitor does not need to directly drive the bit line BL at the time of data reading. Therefore, a large signal can be obtained even with a small capacitor, which is suitable for miniaturization.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
The cross-point type ferroelectric memory described above has an improved degree of integration by storing independent data in a plurality of ferroelectric capacitors connected to the same electrode.
However, with this structure, when a voltage is applied to write to a certain selected capacitor in the memory unit MU, a voltage is applied to a non-selected capacitor in the same memory unit MU. In this case, data inversion can be prevented by setting a non-selected plate line connected to the non-selected capacitor to an intermediate potential. However, this voltage application is called disturb and causes data deterioration.
[0018]
For example, in the configuration of FIG. 15, the state of voltage application to each electrode when data “1” is written is illustrated in FIG.
FIG. 18 shows an example in which data “1” is written using the capacitor C11 on the bit line BL1 as a selection capacitor.
In this case, as shown, a voltage Vcc is applied to the bit line BL1, and 0 V is applied to the plate line PL1 serving as a selected plate line.
On the other hand, (1/3) Vcc is applied to the bit line BL2 on the data "0" side, and (2/3) Vcc is applied to the plate line PL2 (and PL3, PL4 not shown) serving as the unselected plate line. Thus, the inversion of the non-selected capacitor is prevented.
[0019]
In this case, the voltage Vcc is applied to the selection capacitor C11 as a potential difference between the bit line BL1 and the plate line PL1, whereby the capacitor C11 has a polarization direction corresponding to data "1".
On the other hand, (1 /) Vcc is applied to the unselected capacitors C12 and C21, and (− /) Vcc is applied to the unselected capacitor C22.
The application of the disturb voltage to the non-selected capacitor does not immediately cause data inversion, but if the applied voltage is a voltage in the opposite direction of the stored data, the value is degraded little by little.
[0020]
FIG. 17 shows an example of a timing operation when writing data “1”.
It is assumed that data "0" has been written in advance to the capacitors C11 and C21 on the selection plate line PL1, data "1" has been written to the capacitor C11 on the bit line BL1, and data of the capacitor C21 on the bit line BL2. “0” is a case to be stored.
One cycle of the write operation is indicated by a period of w1 to w7.
[0021]
Period w1: Open the word line WL1 corresponding to the selected memory units MU1, MU2, and connect the memory units MU1, MU2 to the bit lines BL1, BL2.
Period w2: A potential of (1 /) Vcc is applied to each bit line BL1, BL2.
Period w3: The potentials of the unselected plate lines PL2 to PL4 are raised to (2/3) Vcc. On the other hand, the potential of the selection plate line PL1 is kept at 0V.
Period w4: Here, a write pulse WP of voltage Vcc is applied to the bit line BL1 for writing data “1”. Thereby, as shown in FIG. 18, the voltage Vcc is applied only to the selected capacitor C11 to which the data "1" is written, and the writing is executed. At the same time, a disturb voltage of (1 /) Vcc is applied to the unselected capacitors according to the stored data.
Period w5: The bit line BL1 is returned to (1 /) Vcc.
Period w6: Return non-selected plate lines PL2 to PL4 to 0V.
Period w7: The bit lines BL1 and BL2 are returned to 0 V, and the word line WL1 is finally closed to complete the write cycle.
[0022]
The above-mentioned Patent Documents 1 and 2 propose to access a plurality of capacitors in the memory unit MU collectively and continuously in order to limit the frequency of occurrence of such disturb degradation.
Since the ferroelectric memory is a destructive read, rewriting is always performed after the read to refresh the data. If the specification is such that the capacitors in the memory unit MU are accessed all at once, all capacitors are always accessed once and refreshed at the time of unit access. Therefore, assuming that N capacitors are connected to one memory unit MU, the disturb voltage is applied only N times between refreshes in the worst case.
[0023]
Thus, it is very important to define the worst case of disturb occurrence. Here, it is effective to limit the disturb voltage generation to a maximum of N times as described above, but as the number of connected cells, that is, the number of capacitors in the memory unit MU increases, the worst case disturb occurrence frequency increases. I do.
For example, when data “0” is written to only one cell (capacitor) and data “1” is written to all other cells in the same memory unit MU, the cell storing data “0” is disturbed. The worst case occurs. That is, the cell in which the data "0" is stored continuously receives the disturbance in the destruction direction during its own write cycle and while the data "1" is stored in other cells.
[0024]
The operating margin of the memory must be ensured corresponding to such a worst case. For this reason, when the number of occurrences of disturb as a worst case increases due to an increase in the number of cells, it becomes difficult to obtain a sufficient operation margin accordingly, and it may be difficult to secure an operation signal amount and an operation speed. .
In other words, it is required to reduce the worst case disturb occurrence frequency.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
Accordingly, an object of the present invention is to reduce the number of times of occurrence of disturb as a worst case for a ferroelectric capacitor.
[0026]
A semiconductor memory device according to the present invention includes N (N is a natural number) ferroelectric capacitors each having one electrode connected to a common node and the other electrode connected to a different plate line, and a column direction along a bit line. And a plurality of memory units arranged in an array in a row direction along the plate line, and a plurality of memory units having gates connected to word lines and connected between the respective common nodes and the corresponding bit lines. A semiconductor memory comprising: a selection transistor, a word line driving means for selecting a memory unit to be accessed by selectively driving the word line, and a plate line driving means for selectively driving the plate line. Device. Then, by selectively driving the bit line, the ferroelectric capacitor to be accessed is selected, and at the time of data writing, a first level having a write level potential with respect to the selected bit line is provided. And a bit line driving means for applying a second pulse having a polarity opposite to that of the writing level potential, and the plate line driving means applies a first pulse and a second pulse during the application period of the first and second pulses. In the above, an unselected plate line in the selected memory unit is set to an intermediate potential between the first and second pulses.
The first and second pulses have substantially the same pulse width.
The bit line driving means applies the second pulse only when the write data is the same as the write data to the ferroelectric capacitor accessed immediately before in the selected memory unit.
[0027]
Further, the present invention includes N (N is a natural number) ferroelectric capacitors each having one electrode connected to a common node and the other electrode connected to different plate lines, respectively. A plurality of memory units arranged in an array in a row direction along a line, and a plurality of select transistors each having a gate connected to a word line and connected between each of the common nodes and the corresponding bit line A word line driving means for selecting a memory unit to be accessed by selectively driving the word lines; a plate line driving means for selectively driving the plate lines; and selectively driving the bit lines. A data write method in a semiconductor memory device, comprising: a bit line driving means for selecting the ferroelectric capacitor to be accessed by driving. A. At the time of data writing, a first pulse having a writing level potential and a second pulse having a potential opposite in polarity to the writing level potential are applied to the selected bit line. During the application period of the first and second pulses, the non-selected plate line in the selected memory unit is set to an intermediate potential between the first and second pulses.
The second pulse is applied only when the write data is the same as the data written to the ferroelectric capacitor accessed immediately before in the selected memory unit.
[0028]
According to the present invention, in writing in a cross-point type ferroelectric memory, an opposite pulse is applied to a bit line before and after a write voltage pulse, and the plate potential of a non-selection capacitor in the same memory unit is set to both. It is set near the middle of the pulse. As a result, a pair of the write level potential pulse and the opposite level potential pulse are applied to unselected cells (ferroelectric capacitors) as voltages in different directions. That is, the disturb voltage in the destruction direction and the voltage in the opposite direction are applied in pairs. Therefore, in the relationship between the data held in a certain cell and the write data to another cell, even if a disturb voltage in the destruction direction is applied to a certain cell, the voltage in the recovery direction is applied immediately after the disturb voltage is applied to the certain cell. Become.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a semiconductor memory device and a data writing method according to the present invention will be described. First, the operating principle for improving the worst-case disturbance will be described, and then the first and second embodiments will be described.
[0030]
<Operation principle for worst-case improvement of disturbance>
In the present invention, when a voltage is applied to the ferroelectric capacitor in the disturb direction, if the same voltage is applied in the opposite direction immediately after that, the state is restored via a minor loop on the hysteresis curve. We paid attention to the phenomenon of returning.
[0031]
FIG. 1 shows a schematic diagram thereof. FIG. 1 shows the relationship between the voltage Vr applied to the capacitor and the polarization amount P of the ferroelectric film generated according to the voltage Vr.
The polarization direction of the ferroelectric film is changed by applying a pulse of the power supply voltage Vcc between the two poles, and the state changes from (h0) through (h1) to (h2) on the hysteresis curve shown in the figure. It changes to. This polarization amount of (h2) corresponds to the stored data “1”.
Further, when a −Vcc pulse is further applied, the state returns from (h2) to (h0) through (h3). The polarization amount of (h0) becomes the stored data “0”.
That is, the ferroelectric memory normally stores different data in the states (h0) and (h2).
[0032]
Here, a case where a pulse of the intermediate voltage Vm is initially applied to a capacitor whose both electrodes have the same potential and whose polarization state is at the position (h0).
Then, the state of the capacitor changes to (h5) via (h4), and the amount of polarization temporarily deteriorates.
However, if a pulse of -Vm is applied immediately thereafter, the state returns to the original (h0) via (h6).
On the other hand, when the same Vm pulse is continuously applied from the state of (h5), the state further deteriorates through (h7) and reaches (h8).
[0033]
The above indicates that the disturb voltage does not immediately deteriorate the data, and that it is a more essential problem that disturb is continuously applied in the same direction.
Therefore, if the phenomenon is used, the worst case of the occurrence of the disturbance can be improved.
More specifically, for example, immediately after the disturb voltage from (h0) to (h5) via (h4) is applied, the disturbance is reversed from (h5) to (h0) via (h6). If a voltage in the direction (recovery pulse) is applied, the degradation due to the disturb voltage does not occur. By utilizing this, it is possible to minimize the generation of a disturbance voltage that is continuous in the same direction.
[0034]
<First embodiment>
This embodiment relates to a semiconductor memory device as a cross-point type ferroelectric memory. The basic configuration is as shown in FIG. 15 or FIG.
[0035]
That is, a memory in which each one end of N (four in FIG. 15 and FIG. 16) ferroelectric capacitors C for storing independent data is connected to the common node electrodes (11, 12,...). A plurality of units MU (MU1, MU2,...) Are arranged in an array in each direction of the bit lines BL arranged in the column direction and the word lines WL arranged in the row direction.
In addition, the common node electrodes (11, 12) of each memory unit MU are connected to the bit line via at least a select transistor (T1, T2 in FIG. 15, T13, T23 in FIG. 16, etc.) connected to the gate of the word line WL. It is connected to BL.
The other ends of the N ferroelectric capacitors C in each memory unit MU are respectively connected to N plate lines PL arranged in the same direction as the word lines WL.
The word line decoder / driver 1 for selecting a memory unit MU in a specific row by applying a voltage to a specific word line WL, and the voltage application state to each plate line PL corresponding to the specific row, And a plate line decoder / driver 2 for selecting a specific ferroelectric capacitor C in the memory unit MU, and a specific pair of memory units by applying a voltage to a specific pair of bit lines (BL1, BL2) in the bit line BL. By selecting (MU1, MU2), the sense amplifier 3 is provided which accesses a specific pair of ferroelectric capacitors in accordance with the voltage application state to the word line WL and the plate line PL.
[0036]
In this embodiment, the basic configuration is the same as that of FIGS. 15 and 16 except that the voltage application method to the bit line BL by the sense amplifier 3 and the voltage application to the plate line PL by the plate line decoder 2. The method is characterized.
That is, at the time of data writing, the sense amplifier 3 applies a pulse of the write level potential and a pulse of the opposite level potential to the pair of bit lines BL1 and BL2 before and after. In addition, during the application period of both these pulses, the plate line decoder / driver 2 sets the non-selected plate line PL for the selected memory units MU1 and MU2 to an intermediate potential between the two pulses.
[0037]
FIG. 2 shows a voltage application operation during data writing. FIG. 3 shows a part of the cross-point type ferroelectric memory as in FIG. 18 described above.
First, the write operation of FIG. 2 which characterizes the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0038]
Now, in FIG. 3A, a case where data “1” is written to the capacitor C11 is taken as an example.
In this case, it is assumed that data “0” is written in advance to each capacitor (C11, C21...) On the plate line PL1 serving as a selected plate line, and in that case, the data is stored in the capacitor C11 on the bit line BL1. "1" is written so that data "0" of the capacitor C21 on the bit line BL2 is stored.
In FIG. 2, one cycle of the write operation is shown in a period of w1 to w9.
[0039]
FIG. 2A shows a voltage applied state to the word line WL1. This voltage application is executed by the word line decoder / driver 1 shown in FIG.
FIG. 2B shows a voltage applied state to a plate line PL1 serving as a selected plate line, and FIG. 2C shows a voltage applied state to a plate line PL2 (and PL3 and PL4 not shown) serving as a non-selected plate line. . The voltage application to these plate lines PL is executed by the plate line decoder / driver 2.
FIG. 2D shows a voltage applied state to the bit line BL1, and FIG. 2E shows a voltage applied state to the bit line BL2. The voltage application to these bit lines BL1 and BL2 is executed by the sense amplifier 3.
[0040]
Period w1: The word line WL1 corresponding to the selected memory unit (MU1, MU2) is opened, and the memory units MU1, MU2 are connected to the bit lines BL1, BL2.
Period w2: A potential of (1 /) Vcc is applied to each bit line BL1, BL2.
Period w3: The potentials of the unselected plate lines PL2 to PL4 are raised to (2/3) Vcc. On the other hand, the potential of the selection plate line PL1 is kept at 0V.
Period w4: Write pulse WP of voltage Vcc is applied to bit line BL1 in which data “1” is written. For the bit line BL2, the write pulse WP remains (1 /) Vcc in order to store data “0”.
As a result, the state shown in FIG. That is, the voltage Vcc is applied only to the selected capacitor C11 to which the data “1” is written, and the writing is executed. At the same time, a voltage of (1/3) Vcc or-(1/3) Vcc is applied to the non-selected capacitors (C12, C21, C22, etc.). Depending on the data stored in each capacitor, (1/3) Vcc or-(1/3) Vcc is a disturbance voltage that degrades data. That is, if (1/3) Vcc or-(1/3) Vcc is a voltage directed in the opposite polarization direction as viewed from the stored data, it becomes the disturb voltage.
[0041]
Period w5: The write pulse WP ends. That is, the bit line BL1 is returned to (1 /) Vcc. At this time, the select plate line PL1 is raised to (2/3) Vcc.
[0042]
Period w6: Invert pulse NP is applied to each bit line BL1, BL2. That is, the bit line BL1 for writing the data “1” is kept at (3) Vcc, and the pulse of the voltage Vcc is applied to the bit line BL2 for storing the data “0”.
As a result, the state shown in FIG. That is,-(1/3) Vcc is applied to the selected capacitor C11 to which data "1" is written, and (1/3) Vcc or-is applied to the non-selected capacitors (C12, C21, C22, etc.) at the same time. A voltage of (1 /) Vcc is applied.
In this case, focusing on the unselected capacitor C12 in FIGS. 3A and 3B,-(1/3) Vcc in the period w6 immediately after (1/3) Vcc is applied in the period w4. Is applied. Looking at the unselected capacitor C22, (1/3) Vcc is applied in the period w6 immediately after-(1/3) Vcc is applied in the period w4. That is, the capacitors C12 and C22 are recovered in the period w6 even if the applied voltage in the period w4 becomes a disturb voltage in the opposite polarization direction to the stored data and data is deteriorated.
In this case, (例) Vcc is applied to the capacitor C21 in both the periods w4 and w6. Therefore, when the capacitor C21 stores data "0" as in this example, the disturbance is continuously received. That is, the capacitor C21 does not recover from the degradation due to the disturbance which is intended in this example. If attention is paid only to a certain capacitor in only one write cycle, some capacitors whose deterioration is not recovered occur as described above. However, when viewed as a whole and in time series, the application of the inversion pulse NP during the period w6 causes The disturb worst case is a significant improvement. The worst case improvement will be described later.
[0043]
Period w7: The inversion pulse NP ends. That is, the bit line BL2 is returned to (1 /) Vcc.
Period w8: The selected plate line PL1 and the unselected plate lines PL2 to PL4 are returned to 0V.
Period w8: The bit lines BL1 and BL2 are returned to 0 V, and the word line WL1 is finally closed to complete the write cycle.
[0044]
As described above, in the sequence of the write cycle in this example, the inversion pulse NP which is the reverse of the write pulse WP is applied to each of the bit lines BL1 and BL2 as the period w6.
With the application of the inversion pulse NP, an intermediate voltage in a direction opposite to that at the time of application of the write pulse WP is applied to many non-selected capacitors.
The capacitor that has been disturbed in the destruction direction when the write pulse WP is applied recovers its deterioration when it receives a pulse in the opposite direction, so that it is easy for such a pulse application to contribute to the reduction of data deterioration. It can be understood.
Further, the period lengths of the periods w4 and w6 are equal, that is, the pulse widths of the write pulse WP and the inversion pulse NP are equal. When the write pulse WP has a disturb voltage in the destruction direction, it is easily understood that the inversion pulse NP having the same pulse width is appropriate for deterioration recovery.
Although the present embodiment describes a case where one bit is stored complementarily by a pair of capacitors, a case where one bit is stored by one capacitor can be handled by the same operation. That is, when writing an independent bit to each capacitor, the bit line BL1 is used for the operation of a selected bit line connected to an arbitrary capacitor on which a “1” is to be written on the selected plate line, and the bit line BL2 is used for other operations. (I.e., to store "0") should correspond to the operation of the non-selected bit line connected to the capacitor.
[0045]
By the way, the following points need to be noted. That is, when the reverse inversion pulse NP is applied to the capacitor which has been receiving a pulse in the forward direction at the time of application of the write pulse WP, deterioration is newly caused by the inversion pulse NP.
Further, there is a capacitor to which the opposite potential is not always applied, such as the capacitor C21 described above.
However, according to this example, as will be described later, the dependence of the deterioration due to the write pattern can be averaged, and the amount of deterioration in the worst case can be alleviated. The effect is enormous.
[0046]
Here, the configuration and operation of the plate line decoder / driver 2 and the sense amplifier 3 for realizing the write cycle of FIG. 2 will be described.
In other words, this is a configuration example that realizes the voltage application operation shown in FIGS.
[0047]
FIG. 4 shows a configuration example of the plate line decoder / driver 2.
The plate line decoder / driver 2 shown in FIGS. 15 and 16 adopts the configuration shown in FIG. 4 in the present embodiment, and as shown in FIGS. Is realized.
[0048]
In this case, the plate line decoder / driver 2 includes a decoder unit 21, driver units 22-1, 22-2,... Provided corresponding to each plate line PL, and a signal generation unit 23.
The decoder unit 21 outputs a signal D = "1" to the driver unit 22 corresponding to the selected plate line, and outputs a signal D = "0" to the driver unit 22 corresponding to the non-selected plate line.
When the plate line PL1 is the selected plate line as in the examples of FIGS. 2 and 3, "1" is output as the signal D1 to the driver unit 22-1 for the plate line PL1 as shown in FIG. Are output as signals D2, D3,... To the driver units 22-2,.
[0049]
Each of the driver sections 22 (22-1, 22-2,...) Has the same configuration, and has an inverter 24 (24-1, 24-2,...) And an AND gate 25 (25-1, 25-2, respectively). ...), NOR gates 26 (26-1, 26-2 ...), depletion type (NMOS) transistors (QP11, QP21 ...), enhancement type (PMOS) transistors (QP12, QP22 ...) have.
[0050]
Describing the driver section 22-1, the signal D1 from the decoder section 21 is inverted by the inverter 24-1 and input to the AND gate 25-1. The signal SP1 is input from the signal generator 23 to the other end of the AND gate 25-1.
The logical product output from the AND gate 25-1 is supplied to the NOR gate 26-1. The signal SP2 is input from the signal generator 23 to the other end of the NOR gate 26-1. The output of the NOR gate 26-1 is applied to each gate of the transistors QP11 and QP12.
The drain of the transistor QP11 is connected to a voltage (2/3) Vcc line, and the source of the transistor QP11 is connected to the drain of the transistor QP12. The source of transistor QP12 is grounded.
The connection point between the source of transistor QP11 and the drain of transistor QP12 is connected to plate line PL1.
The other driver units 22-2 have the same configuration.
[0051]
The driving operation of the plate line by the plate line decoder / driver 2 will be described with reference to FIG. FIGS. 5A and 5F similarly show the voltages applied to the plate lines PL1 and PL2 shown in FIGS. 2B and 2C as they are.
That is, this is an example in which the plate line PL1 is a selected plate line and the plate line PL2 (and PL3, PL4, not shown) is a non-selected plate line in accordance with FIG.
[0052]
In this write cycle, since the plate line PL1 is used as the selected plate line, the signal D1 output from the decoder unit 21 becomes "1" as shown in FIG.
On the other hand, since the plate line PL2 is an unselected plate line, the signal D2 output from the decoder unit 21 becomes “0” as shown in FIG.
During the write cycle, the signal generator 23 generates the signals SP1 and SP2 in the sequence shown in FIGS. That is, the signal SP1 is generated as a signal that becomes “1” in the periods w3 and w4. On the other hand, the signal SP2 is generated as a signal that becomes “1” in the periods w5, w6, and w7.
[0053]
As described with reference to FIG. 2, the voltage applied to the non-selected plate line PL2 in FIG. 5F is (2/3) Vcc in the periods w3, w4, w5, w6, and w7.
In the periods w3 and w4, the output of the NOR gate 26-2 is "0" because the signal SP1 is "1". In the periods w5, w6, and w7, the output of the NOR gate 26-2 is "0" because the signal SP2 is "1".
As a result, the voltage applied to the unselected plate line PL2 becomes (2/3) Vcc in the periods w3, w4, w5, w6, and w7.
The same applies to other unselected plate lines PL3 and PL4 not shown.
[0054]
On the other hand, the voltage applied to the selection plate line PL1 shown in FIG. 5A is (2/3) Vcc in the periods w5, w6, and w7.
In the periods w3 and w4, the signal SP1 is “1”, but the output of the NOR gate 26-2 is “1” because the output signal D1 of the decoder unit 21 is “1”. The output of the NOR gate 26-2 is "0" only during the periods w5, w6, and w7 during which the signal SP2 is "1".
Thus, the voltage applied to the selection plate line PL1 becomes (2/3) Vcc in the periods w5, w6, and w7.
[0055]
Next, a configuration example of the sense amplifier 3 will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, the sense amplifier 3 shown in FIGS. 15 and 16 adopts the configuration as shown in FIG. 6A, and as shown in FIGS. , BL2.
[0056]
As shown in FIG. 6A, the sense amplifier 3 has a latch circuit 31-1, enhancement type (PMOS) transistors QB11 and QB12, and a switch SW1 corresponding to the bit line BL1. Further, it has a latch circuit 31-2, enhancement type (PMOS) transistors QB21 and QB22, and a switch SW2 corresponding to the bit line BL2.
Further, a signal generation unit 32 that generates signals SB1 and SB2 for controlling the transistors QB11, QB12, QB21, and QB22 is provided.
[0057]
The drive circuit for such bit lines BL1 and BL2 operates between the voltage Vcc and (1 /) Vcc.
The switches SW1 and SW2 are provided to set the potentials of the bit lines BL1 and BL2 to 0V.
That is, the bit line BL1 is at 0 V while the switch SW1 is on. While the switch SW1 is off, the reference potential of the bit line BL1 is (1) Vcc. The same applies to the potential state of the bit line BL2 by the switch SW2.
[0058]
Write data DT is input to the latch circuits 31-1 and 31-2.
That is, when writing data "1" to the capacitor on the bit line BL1, the input data DT to the latch circuit 31-1 becomes "1", while the input data DT to the latch circuit 31-2 becomes "0". Become.
Since this circuit system operates between voltage Vcc and (1/3) Vcc, as shown in FIG. 6B, when data DT = "1" is input, latch circuits 31-1, 31- 2 has a voltage Vcc, and the inverted output Q # has a (1/3) Vcc. When data DT = "0" is input, the output Q of latch circuits 31-1 and 31-2 becomes voltage (1/3) Vcc, and inverted output Q # becomes Vcc.
[0059]
The operation of driving the bit lines BL1 and BL2 by the sense amplifier 3 will be described with reference to FIG. FIGS. 7A and 7D similarly show the voltages applied to the bit lines BL1 and BL2 shown in FIGS. 2D and 2E.
[0060]
That is, in the write cycle shown in FIG. 7, an operation of writing data "1" to the capacitor C11 on the bit line BL1 and holding data "0" of the capacitor C21 on the bit line BL2 as described with reference to FIG. Is shown.
Therefore, "1" is input as data DT to the latch circuit 31-1 corresponding to the bit line BL1, and "0" is input to the latch circuit 31-2 corresponding to the bit line BL2.
[0061]
In this write cycle, the switches SW1 and SW2 connected to the bit lines BL1 and BL2 are turned off in the periods w2, w3, w4, w5, w6, w7, and w8.
The signal generator 32 generates the signals SB1 and SB2 in the sequence shown in FIGS. 7B and 7C. That is, the signal SB1 is generated as a signal that becomes “1” in the period w4, and the signal SB2 is generated as a signal that becomes “1” in the period w6.
[0062]
In the periods w2 and w3, the signals SB1 and SB2 are “0” and “0”, and the transistors QB11, QB12, QB21, and QB22 are all off. Since the switches SW1 and SW2 are off, the bit lines BL1 and BL2 are both at (1 /) Vcc.
In the period w4, the signals SB1 and SB2 are “1” and “0”, and the transistors QB11 and QB21 are turned on. Therefore, each latch output Q of the latch circuits 31-1 and 31-2 is applied to the bit lines BL1 and BL2, respectively. Since the latch output Q of the latch circuit 31-1 is Vcc and the latch output Q of the latch circuit 31-2 is (1 /) Vcc, the potentials of the bit lines BL1 and BL2 are shown in FIG. State. That is, Vcc is applied to the bit line BL1 and (1 /) Vcc is applied to the bit line BL2 as the write pulse WP.
In the period w5, the signals SB1 and SB2 are "0" and "0", the transistors QB11, QB12, QB21, and QB22 are all off, and the bit lines BL1 and BL2 are all at (1/3) Vcc.
In the period w6, the signals SB1 and SB2 are “0” and “1”, and the transistors QB12 and QB22 are turned on. Therefore, inverted outputs Q # of latch circuits 31-1 and 31-2 are applied to bit lines BL1 and BL2, respectively. Since inverted output Q # of latch circuit 31-1 is (1/3) Vcc and inverted output Q # of latch circuit 31-2 is Vcc, the potentials of bit lines BL1 and BL2 are The state shown in FIG. That is, (1 /) Vcc is applied to the bit line BL1 and Vcc is applied to the bit line BL2 as the inversion pulse NP.
In the periods w7 and w8, the signals SB1 and SB2 are "0" and "0", the transistors QB11, QB12, QB21, and QB22 are all off, and the bit lines BL1 and BL2 are all at (1/3) Vcc. .
Then, in a period w9, the switches SW1 and SW2 connected to the bit lines BL1 and BL2 are turned on, and the bit lines BL1 and BL2 become 0V.
[0063]
As described above, by configuring the plate line decoder / driver 2 and the sense amplifier 3, the write operation described with reference to FIG. 2 is realized. That is, the inversion pulse NP is applied immediately after the write pulse WP, and during the application period of both pulses, the non-selected plate line is set to an intermediate potential between both pulses WP and NP.
[0064]
The worst case of disturb generation according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
Here, an example is described in which one memory unit is provided with eight cells (ferroelectric capacitors).
[0065]
FIG. 8A shows a conventional example, that is, the worst case of occurrence of disturbance to “0” data in the case of the write operation described with reference to FIG.
In the case of the conventional example, the disturb occurrence to the “0” data is as follows. First, “0” is written to the first cell (C0), and “1” is written to all the remaining cells. On the other hand, the largest disturbance degradation occurs.
That is, as shown in the upper case in FIG. 8A, when the first cell (C0) is accessed, the voltage applied state to the cell (C0) corresponds to the capacitor (C21) in FIG. + Voltage in the direction is applied.
Further, when "1" is written to the remaining cells, the voltage applied state to the cell (C0) corresponds to the capacitor (C12) in FIG. 18, and the + voltage in the deterioration direction is also applied.
Therefore, a total of eight disturbances are continuously applied to the cell (C0). As described above, in the worst case of the conventional example, generally, when the number of connected cells of the memory unit MU is N, disturb degradation occurs N times.
[0066]
On the other hand, FIG. 8A shows a case where “0” is similarly written in the first cell (C0) and “1” is written in all remaining cells in the case of the present embodiment.
In this case, when the first cell (C0) is accessed, the voltage applied state to the cell (C0) corresponds to the capacitor (C21) in FIG. 3, and the deterioration direction is caused by both the write pulse WP and the inversion pulse NP. + Voltage is applied. This is as described in the description of FIGS. 2 and 3 as to the case where the application of the inversion pulse NP does not result in the application of the inverse voltage to the capacitor.
However, when writing data "1" to the remaining cells, a positive voltage in the deterioration direction and a negative voltage in the recovery direction are applied to the first cell (C0) as a pair as indicated by a broken line. Will be. That is, the deterioration due to the + voltage application is recovered immediately by the − voltage application.
As a result, the substantial disturb deterioration is only twice.
[0067]
However, in the case of the present embodiment, the worst case occurs in a different pattern from the conventional worst case. This is shown in FIG.
FIG. 8B shows a case where "0" and "1" are alternately written in each cell. In this case, in the case of the conventional example shown in the upper part, the disturbance degradation is twice.
[0068]
In the case of the present embodiment, as shown in the lower part, disturb degradation occurs five times. That is, two degradations occur at the time of writing to the first cell (C0). Thereafter, when “1” data is written in the subsequent cell, the deterioration due to the application of the + voltage due to the write pulse WP is recovered by the application of the − voltage due to the immediately following inversion pulse NP.
However, when "0" data is written in the subsequent cell, the negative voltage due to the first write pulse WP does not become in the disturb deterioration direction, but the inverted pulse NP immediately after the negative voltage causes the disturb is generated. As a result, deterioration occurs. That is, the application of the inversion pulse NP causes the occurrence of the disturbance on the contrary.
Therefore, in this case, disturb deterioration occurs five times due to five positive voltage applications not surrounded by the broken line.
[0069]
As can be seen from FIG. 8, when eight cells are connected to the memory unit MU, the disturb deterioration is eight at the worst in the conventional example, but is five at the worst in the present embodiment. .
Generally speaking, when N cells are connected to the memory unit MU, the disturb deterioration is worst at N times in the conventional example, but is (N / 2) +1 at worst in the present embodiment. Times, which is almost half of the worst case in the past.
[0070]
Next, FIG. 9 similarly shows an example of occurrence of disturbance to “1” data.
FIG. 9A shows the worst case in the conventional example. In this case, when "1" is first written in the first cell (C0) and "0" is written in all remaining cells, the maximum disturb degradation occurs in the first cell (C0).
In this case, at the time of the first access, there is no disturbance because the cell (C0) itself is written. However, when "0" is written to another cell, the voltage applied state to the cell (C0) corresponds to the capacitor (C22) in FIG. 18, and a negative voltage in the deterioration direction is applied.
Therefore, a total of seven disturbances are continuously applied to the cell (C0). As described above, in the worst case of the conventional example, when the number of cells connected to the unit is generally N, disturb degradation occurs (N-1) times.
[0071]
On the other hand, in the case of the present embodiment in the lower part of FIG. 9A, the state of voltage application to the cell (C0) is such that the capacitor (C11) of FIG. Is applied, which results in disturb degradation. However, when "0" is written to other cells thereafter, the first cell (C0) becomes equivalent to the capacitor (C22) in FIG. 3, that is, immediately after the application of the-voltage during the write pulse WP, The + voltage at the time of the inversion pulse NP is applied to recover the immediately preceding deterioration. Therefore, the substantial disturbance degradation is limited to one time.
[0072]
In the case of the present embodiment, the worst case of the occurrence of the disturbance to the “1” data is a case where “1” and “0” are alternately written as shown in FIG. 9B.
In this case, as shown in the upper part of FIG. 9B, in the conventional example, the disturbance degradation is one time, but in the present embodiment shown in the lower part, the unrecovered disturbance degradation is four times. That is, the application of the negative voltage by the inversion pulse NP at the time of writing "1" to the cell (C0) and other cells thereafter causes disturb deterioration.
Generally, it is (N / 2) times.
[0073]
As can be seen from FIGS. 8 and 9, in the case of the conventional example, the disturb degradation is N times or (N−1) times in the worst case. / 2) +1 times or (N / 2) times, which means that the number of disturbances can be reduced to about half. That is, the intended purpose of reducing the number of disturbance occurrences as the worst case is sufficiently achieved.
[0074]
<Second embodiment>
According to the above-described first embodiment, the worst case of disturb is greatly reduced. However, the application of the inversion pulse NP may cause an extra disturbance, and if this portion is improved, the number of times of disturbance degradation can be further reduced.
Thus, in the second embodiment, the inversion pulse NP is applied only when the same data as the immediately preceding data is written, thereby minimizing extra disturbance.
That is, as can be seen from the worst case of the first embodiment shown in FIGS. 8 and 9, when “0” and “1” are written alternately, the inversion pulse NP does not function as a recovery pulse. Conversely, disturb degradation may occur. Considering this, if the inversion pulse NP is applied only when the same data as the immediately preceding data is written, it is possible to minimize the case where the disturbance occurs due to the inversion pulse NP.
[0075]
Also in the second embodiment, the operation of the write cycle at the time of data writing is basically the same as that of FIG. 2 described above.
However, the inversion pulse NP is applied as shown in FIG. 2 when writing the same data as the immediately preceding data.
When writing data different from the immediately preceding data, the operation in the write cycle is as shown in FIG. That is, as shown in FIGS. 10D and 10E, the inversion pulse NP is not applied in the period w6. Here, instead of the inversion pulse NP of the voltage Vcc, an adjustment pulse NNP of the voltage (2/3) Vcc is applied to each of the bit lines BL1 and BL2.
[0076]
In the example of FIG. 10, the adjustment pulse NNP is applied in place of the inversion pulse NP in the period w6. However, in this period w6, the adjustment pulse NNP is not applied, and the bit lines BL1 and BL2 are set to ( (1 /) Vcc may be maintained. However, in this case, it is necessary to change the potential of the plate line in order to optimize the voltage application state to each cell (capacitor). That is, the plate line driving method is different between the case where the inversion pulse NP is applied as shown in FIG. 2 and the case where the inversion pulse NP is not applied as shown in FIG. You have to change it.
In this embodiment, by applying the adjustment pulse NNP of (2/3) Vcc, the driving of each plate line PL by the plate line decoder / driver 2 can be the same as in FIG. It is.
[0077]
FIG. 11 shows a voltage application state in a write cycle in which the adjustment pulse NNP is applied without applying the inversion pulse NP as shown in FIG.
The application of the write pulse WP in the period w4 is the same as the cycle in FIG. 2, that is, the voltage application state in FIG. 11A is the same as that in FIG.
When the adjustment pulse NNP is applied during the period w6 (when the inversion pulse NP is not applied), the voltage application state is as shown in FIG.
That is, since the bit lines BL1 and BL2 are each set to (2/3) Vcc, and all the plate lines PL are also set to (2/3) Vcc, the potential difference applied to the capacitors C11, C12, C21 and C22 is 0V. .
[0078]
A configuration for switching and executing the write cycle in FIG. 2 and the write cycle in FIG. 10 depending on whether the immediately preceding write data and the current write data are the same will be described.
Since the driving method of the plate line PL is the same in each cycle of FIGS. 2 and 10, the plate line decoder / driver 2 may have the configuration and operation described with reference to FIGS.
In this case, in order to switch between the write cycles shown in FIGS. 2 and 10, the sense amplifier 3 may be configured as shown in FIG. 12, for example.
[0079]
In the present embodiment, the sense amplifier 3 shown in FIGS. 15 and 16 adopts the configuration as shown in FIG. 12, and determines whether each bit line BL1 and BL2 is identical to the immediately preceding write data. Thus, the voltage application shown in FIGS. 2D and 2E or the voltage application shown in FIGS. 10D and 10E is realized.
[0080]
That is, in this case, the sense amplifier 3 includes a latch circuit 31-1, enhancement-type (PMOS) transistors QB11, QB12, QB13, a switch SW1, a latch circuit 34-1 and an EX-OR gate 35 corresponding to the bit line BL1. -1, an inverter 36-1, and NOR gates 37-1 and 38-1. The terminal 33-1 is supplied with a voltage of (2/3) Vcc.
The sense amplifier 3 includes a latch circuit 31-2, enhancement type (PMOS) transistors QB21, QB22, QB23, a switch SW2, a latch circuit 34-2, an EX-OR gate 35-2, corresponding to the bit line BL2. It has an inverter 36-2 and NOR gates 37-2 and 38-2. The terminal 33-2 is supplied with a voltage of (2/3) Vcc.
Further, a signal generation unit 32 that generates signals SB1 and SB2 for controlling the transistors QB11, QB12, QB13, QB21, QB22, and QB23 is provided. Inverter 39 is provided for signal SB2 output from signal generation unit 32.
[0081]
Similar to the sense amplifier 3 of the first embodiment described with reference to FIG. 6, the drive system circuit for the bit lines BL1 and BL2 as shown in FIG. 12 operates between the voltage Vcc and (() Vcc. . The switches SW1 and SW2 are provided to set the potentials of the bit lines BL1 and BL2 to 0V. That is, the bit line BL1 is at 0 V while the switch SW1 is on. While the switch SW1 is off, the reference potential of the bit line BL1 is (1) Vcc. The same applies to the potential state of the bit line BL2 by the switch SW2.
[0082]
Write data DT is input to the latch circuits 31-1 and 31-2.
When writing data "1" to the capacitor on bit line BL1, input data DT to latch circuit 31-1 becomes "1", while input data DT to latch circuit 31-2 becomes "0". .
Similarly, the potentials as the output Q and the inverted output Q # of the latch circuits 31-1 and 31-2 become as shown in FIG. 6B according to the value of the input data DT.
[0083]
The values of the output Q of the latch circuits 31-1 and 31-2 are input to the latch circuits 34-1 and 34-2, respectively. That is, the latch circuits 34-1 and 34-2 latch and output the value of the write data in the immediately preceding write cycle.
The EX-OR gates 35-1 and 35-2 store the write data input to the latch circuits 31-1 and 31-2 as the output Q in the current write cycle and the latch circuits 34-1 and 34-2. , And outputs the exclusive OR of the values of the write data in the immediately preceding write cycle.
[0084]
The transistors QB11 and QB21 are controlled by a signal SB1 applied to the gate.
The transistor QB12 is controlled by applying the signal SB2 inverted by the inverter 39 and the output of the NOR gate 38-1 that inputs the EX-OR gate 35-1 to the gate. The transistor QB22 is controlled by applying the signal SB2 inverted by the inverter 39 and the output of the NOR gate 38-2 that inputs the EX-OR gate 35-2 to the gate.
The transistor QB13 has its gate applied with the signal SB2 inverted by the inverter 39 and the output of the NOR gate 37-1 for inputting the signal obtained by inverting the output of the EX-OR gate 35-1 by the inverter 36-1. Is controlled by
The transistor QB23 has its gate receiving the signal SB2 inverted by the inverter 39 and the output of the NOR gate 37-2 inputting the signal inverted from the output of the EX-OR gate 35-2 by the inverter 36-2. Is controlled by
[0085]
The driving operation of the bit lines BL1 and BL2 by the sense amplifier 3 is as shown in FIG. 7 or FIG.
FIGS. 13A and 13D show the voltages applied to the bit lines BL1 and BL2 shown in FIGS. 10D and 10E as they are.
[0086]
First, a case where the write data of the current write cycle is the same as the write data of the previous write cycle will be described.
For example, the last time, the operation of writing data “1” to the capacitor C11 on the bit line BL1 and holding the data “0” of the capacitor C21 on the bit line BL2 as it is, this time, the operation of the next capacitor C12 on the bit line BL1 , And the operation of holding the data “0” of the capacitor C22 on the bit line BL2 as it is is performed.
[0087]
In this case, the bit lines BL1 and BL2 are driven as shown in FIG.
The input data DT to the latch circuit 31-1 is "1", and the latch data of the latch circuit 34-1 is also "1".
The input data DT to the latch circuit 31-2 is "0", and the latch data of the latch circuit 34-2 is also "0".
Therefore, in this write cycle, the outputs of the EX-OR gates 35-1 and 35-2 are "0".
[0088]
In the write cycle, the signal generator 32 generates the signals SB1 and SB2 in the sequence shown in FIGS. 7B and 7C (FIGS. 13B and 13C). That is, the signal generator 32 generates the signal SB1 as a signal that becomes “1” in the period w4, and generates the signal SB2 as a signal that becomes “1” in the period w6.
[0089]
In this write cycle, the switches SW1 and SW2 connected to the bit lines BL1 and BL2 are turned off in the periods w2, w3, w4, w5, w6, w7, and w8.
[0090]
In the periods w2 and w3, the signals SB1 and SB2 are “0” and “0”. In this case, the transistors QB11, QB12, QB13, QB21, QB22, and QB13 are all off. Since the switches SW1 and SW2 are off, the bit lines BL1 and BL2 are both at (1 /) Vcc.
In the period w4, the signals SB1 and SB2 are “1” and “0”, and the transistors QB11 and QB21 are turned on. Therefore, each latch output Q of the latch circuits 31-1 and 31-2 is applied to the bit lines BL1 and BL2, respectively. Therefore, Vcc is applied to the bit line BL1 and (1 /) Vcc is applied to the bit line BL2 as the write pulse WP.
In the period w5, the signals SB1 and SB2 are "0" and "0", the transistors QB11, QB12, QB13, QB21, QB22, and QB23 are all off, and the bit lines BL1 and BL2 are all (1/3) Vcc. It becomes.
[0091]
In the period w6, the signals SB1 and SB2 are “0” and “1”, and the outputs of the EX-OR gates 35-1 and 35-2 are “0”, so that the transistors QB12 and QB22 are turned on. Therefore, inverted outputs Q # of latch circuits 31-1 and 31-2 are applied to bit lines BL1 and BL2, respectively. That is, (1 /) Vcc is applied to the bit line BL1 and Vcc is applied to the bit line BL2 as the inversion pulse NP.
In the periods w7 and w8, the signals SB1 and SB2 are “0” and “0”, the transistors QB11, QB12, QB13, QB21, QB22, and QB23 are all turned off, and the bit lines BL1 and BL2 are all (1/3). ) Vcc.
Then, in a period w9, the switches SW1 and SW2 connected to the bit lines BL1 and BL2 are turned on, and the bit lines BL1 and BL2 become 0V.
[0092]
Next, a case where the write data of the current write cycle is different from the write data of the previous write cycle will be described.
For example, the previous operation performed to hold data “0” in the capacitor C11 on the bit line BL1 and write data “1” to the capacitor C21 on the bit line BL2. , And the operation of holding the data “0” of the capacitor C22 on the bit line BL2 as it is is performed.
[0093]
In this case, the bit lines BL1 and BL2 are driven as shown in FIG.
The input data DT to the latch circuit 31-1 is “0”, and the latch data of the latch circuit 34-1 is “1”.
The input data DT to the latch circuit 31-2 is "1", and the latch data of the latch circuit 34-2 is "0".
Therefore, in this write cycle, the outputs of the EX-OR gates 35-1 and 35-2 are "1".
In the write cycle, the signal generator 32 generates the signals SB1 and SB2 in the same sequence as described above.
[0094]
Also in this write cycle, in the periods w2, w3, w4, w5, w6, w7, w8, the switches SW1, SW2 connected to the bit lines BL1, BL2 are turned off.
[0095]
In the periods w2 and w3, the signals SB1 and SB2 are “0” and “0”. In this case, the transistors QB11, QB12, QB13, QB21, QB22, and QB13 are all off. Since the switches SW1 and SW2 are off, the bit lines BL1 and BL2 are both at (1 /) Vcc.
In the period w4, the signals SB1 and SB2 are “1” and “0”, and the transistors QB11 and QB21 are turned on. Therefore, each latch output Q of the latch circuits 31-1 and 31-2 is applied to the bit lines BL1 and BL2, respectively. Accordingly, (1 /) Vcc is applied to the bit line BL1 and Vcc is applied to the bit line BL2 as the write pulse WP.
In the period w5, the signals SB1 and SB2 are "0" and "0", the transistors QB11, QB12, QB13, QB21, QB22, and QB23 are all off, and the bit lines BL1 and BL2 are all (1/3) Vcc. It becomes.
[0096]
In the period w6, the signals SB1 and SB2 are “0” and “1”, and the outputs of the EX-OR gates 35-1 and 35-2 are “1”, so that the transistors QB13 and QB23 are turned on. Therefore, the voltage (2/3) Vcc applied to the terminals 33-1 and 33-2 is applied to the bit lines BL1 and BL2. That is, the adjustment pulse NNP is applied.
In the periods w7 and w8, the signals SB1 and SB2 are “0” and “0”, the transistors QB11, QB12, QB13, QB21, QB22, and QB23 are all turned off, and the bit lines BL1 and BL2 are all (1/3). ) Vcc.
Then, in a period w9, the switches SW1 and SW2 connected to the bit lines BL1 and BL2 are turned on, and the bit lines BL1 and BL2 become 0V.
[0097]
With the configuration of the sense amplifier 3 as described above, the write operation of FIG. 2 or FIG. 10 is realized depending on whether or not it is the same as the immediately preceding write data.
That is, when the same write data continues, the inversion pulse NP is applied immediately after the write pulse WP, and during the application period of both pulses, the non-selected plate line is connected to the intermediate potential of both pulses WP and NP. To be. On the other hand, in the case of write data different from the last time, the inversion pulse NP is not applied immediately after the write pulse WP, and the adjustment pulse NNP is applied instead.
[0098]
By doing so, it is possible to minimize the extra disturbance generated due to the inversion pulse NP. This will be described with reference to FIG.
As described with reference to FIG. 8B, the worst case of “0” disturbance in the first embodiment is a case where “0” and “1” are alternately written, and the number of cells is set to eight. In this case, disturb degradation occurred five times. The number of cells N is (N / 2) -1 times.
However, in the case of the second embodiment, as shown in FIG. 14A, the disturb degradation occurs three times.
In other words, if the write data is different from the immediately preceding value, the inversion pulse NP is not applied, and therefore, as shown in the figure, the disturbance is only disturbed three times, ie, two times at the time of the initial + voltage application and one time at the end of the + voltage application. .
This does not change even if the number N of cells connected to the unit is increased, and is always three times.
[0099]
On the other hand, the worst case of the second embodiment is the case of FIGS.
FIG. 14B shows the worst case of the “0” disturbance, in which the write data sequentially advances as shown.
However, in this case as well, substantial disturb degradation occurs only at the time of the first three + voltage applications and the last + voltage application at the beginning of writing, and occurs four times irrespective of the number N of cells connected to the memory unit. is there.
FIG. 14C shows the worst case of the “1” disturbance, in which the write data sequentially advances as shown.
In this case as well, substantial disturb degradation occurs only at the time of one voltage application at the beginning of writing and at the time of one voltage application at the end of writing, and is only two times regardless of the number N of cells connected to the memory unit. .
[0100]
As can be seen from the above, according to the second embodiment, the worst case of disturbance is further reduced.
In addition, in this case, there is a remarkable merit that even if the number N of cells connected to the memory unit is increased, substantial disturbance degradation does not increase.
Therefore, it is possible not only to improve the operation margin, but also to increase the number of connected cells of the memory unit and reduce the overhead of the area occupied by the transistors and the contact portions provided for each memory unit MU.
[0101]
Although the embodiment has been described above, the configuration of the sense amplifier 3 and the plate line decoder / driver 2 or the voltage application operation as a write cycle is not limited to the above example, but is within the scope of the present invention. Various modifications are possible.
[0102]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, according to the present invention, the first pulse of the write level potential and the first pulse of the opposite level potential are applied to the non-selected cells (ferroelectric capacitors) as voltages in different directions. Two pulses are applied in pairs. In other words, even if the disturb voltage in the destruction direction is applied, the voltage in the recovery direction is immediately applied as a pair, so that the disturb voltage can be prevented from being applied many times continuously. This has the effect that the worst case of disturb occurrence can be greatly reduced. The effect also has an advantage that the effect becomes more remarkable as the number of cells (the number of ferroelectric capacitors) in the memory unit increases.
By making the first pulse and the second pulse have substantially the same pulse width, the first pulse and the second pulse are suitable for the degradation due to the disturbance and its recovery.
[0103]
The application of the second pulse is performed only when the write data is the same as the write data to the ferroelectric capacitor accessed immediately before in the selected memory unit. Can be prevented from acting as a disturb voltage, whereby the worst case of disturb generation can be further alleviated.
By alleviating the worst case, design for obtaining a required operation margin is facilitated, which is advantageous for higher performance in terms of the amount of operation signals and operation speed and further higher integration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an operation principle of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of operation waveforms at the time of data writing according to the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a state of application of a write pulse and an inversion pulse during data writing according to the first embodiment;
FIG. 4 is a block diagram of a plate line decoder / driver according to the embodiment;
FIG. 5 is an explanatory diagram of operation waveforms of the plate line decoder / driver of the embodiment.
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of a sense amplifier according to the first embodiment;
FIG. 7 is an explanatory diagram of operation waveforms of the sense amplifier according to the first embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a worst case of “0” disturbance in the first embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a worst case of “1” disturbance according to the first embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram of operation waveforms at the time of data writing according to the second embodiment.
FIG. 11 is an explanatory diagram of an ON state of a write pulse and a non-application state of an inversion pulse during data writing according to the second embodiment;
FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of a sense amplifier according to a second embodiment;
FIG. 13 is an explanatory diagram of operation waveforms of the sense amplifier according to the second embodiment.
FIG. 14 is an explanatory diagram of the worst disturbance improvement of the second embodiment.
FIG. 15 is an explanatory diagram of a configuration of a cross-point type ferroelectric memory.
FIG. 16 is an explanatory diagram of a configuration of a cross-point type ferroelectric memory.
FIG. 17 is an explanatory diagram of operation waveforms at the time of writing data to the cross-point type ferroelectric memory.
FIG. 18 is an explanatory diagram of a voltage application state at the time of data writing to a cross-point ferroelectric memory.
[Explanation of symbols]
1 word line decoder / driver, 2 plate line decoder / driver, 3 sense amplifier, MU, MU1, MU2 memory unit, WL, WL1 word line, BL, BL1, BL2 bit line, PL, PL1, PL2 plate line

Claims (5)

一方電極が共通ノードに接続され、他方電極がそれぞれ異なるプレート線に接続されたN個(Nは自然数)の強誘電体キャパシタを含み、ビット線に沿った列方向と上記プレート線に沿った行方向とにアレイ状に複数配置された複数のメモリユニットと、ゲートがワード線に接続され各々の上記共通ノードと対応する上記ビット線との間に接続された複数の選択トランジスタと、上記ワード線を選択的に駆動することによりアクセス対象とするメモリユニットを選択するワード線駆動手段と、上記プレート線を選択的に駆動するプレート線駆動手段とを備えた半導体記憶装置であって、
上記ビット線を選択的に駆動することによりアクセス対象とする上記強誘電体キャパシタを選択すると共に、データ書き込みの際には、選択された上記ビット線に対して書き込みレベル電位を有する第1のパルスと、上記書き込みレベル電位と極性が逆の電位を有する第2のパルスとを印加するビット線駆動手段を備え、
上記プレート線駆動手段は、上記第1及び第2のパルスの印加期間において、選択されたメモリユニットにおける非選択のプレート線を上記第1及び第2のパルスの中間電位とすることを特徴とする半導体記憶装置。
One electrode includes N (N is a natural number) ferroelectric capacitors in which one electrode is connected to a common node and the other electrode is connected to different plate lines, respectively, in a column direction along a bit line and a row along the plate line. A plurality of memory units arranged in an array in two directions, a plurality of selection transistors having gates connected to word lines and connected between the respective common nodes and the corresponding bit lines, and the word lines. A word line drive unit for selectively selecting a memory unit to be accessed by selectively driving a memory cell, and a plate line drive unit for selectively driving the plate line,
By selectively driving the bit line, the ferroelectric capacitor to be accessed is selected, and at the time of data writing, a first pulse having a write level potential with respect to the selected bit line is written. And a bit line driving means for applying a second pulse having a potential opposite in polarity to the write level potential,
The plate line driving means sets a non-selected plate line in a selected memory unit to an intermediate potential between the first and second pulses during the application period of the first and second pulses. Semiconductor storage device.
上記第1及び第2のパルスは、略同一のパルス幅とされることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the first and second pulses have substantially the same pulse width. 上記ビット線駆動手段は、書き込みデータが、選択された上記メモリユニット内で直前にアクセスされた上記強誘電体キャパシタへの書き込みデータと同一であった場合のみ上記第2のパルスを印加することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。The bit line driving means applies the second pulse only when the write data is the same as the write data to the ferroelectric capacitor accessed immediately before in the selected memory unit. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein: 一方電極が共通ノードに接続され、他方電極がそれぞれ異なるプレート線に接続されたN個(Nは自然数)の強誘電体キャパシタを含み、ビット線に沿った列方向と上記プレート線に沿った行方向とにアレイ状に複数配置された複数のメモリユニットと、ゲートがワード線に接続され各々の上記共通ノードと対応する上記ビット線との間に接続された複数の選択トランジスタと、上記ワード線を選択的に駆動することによりアクセス対象とするメモリユニットを選択するワード線駆動手段と、上記プレート線を選択的に駆動するプレート線駆動手段と、上記ビット線を選択的に駆動することによりアクセス対象とする上記強誘電体キャパシタを選択するビット線駆動手段とを備えた半導体記憶装置におけるデータ書き込み方法であって、
データ書き込みの際には、選択された上記ビット線に対して書き込みレベル電位を有する第1のパルスと、上記書き込みレベル電位と極性が逆の電位を有する第2のパルスとを印加すると共に、上記第1及び第2のパルスの印加期間においては、選択された上記メモリユニットにおける非選択の上記プレート線を上記第1及び第2のパルスの中間電位とすることを特徴とするデータ書き込み方法。
One electrode includes N (N is a natural number) ferroelectric capacitors in which one electrode is connected to a common node and the other electrode is connected to different plate lines, respectively, in a column direction along a bit line and a row along the plate line. A plurality of memory units arranged in an array in two directions, a plurality of selection transistors having gates connected to word lines and connected between the respective common nodes and the corresponding bit lines, and the word lines. , A word line driving means for selecting a memory unit to be accessed by selectively driving, a plate line driving means for selectively driving the plate line, and an access by selectively driving the bit line. A bit line driving means for selecting the target ferroelectric capacitor, a data writing method in a semiconductor memory device,
At the time of data writing, a first pulse having a writing level potential and a second pulse having a potential having a polarity opposite to the writing level potential are applied to the selected bit line. A data writing method, wherein during the application period of the first and second pulses, the unselected plate line in the selected memory unit is set at an intermediate potential between the first and second pulses.
上記第2のパルスは、書き込みデータが、選択された上記メモリユニット内で直前にアクセスされた上記強誘電体キャパシタへ書き込んだデータと同一であった場合にのみ印加することを特徴とする請求項4に記載のデータ書き込み方法。The second pulse is applied only when the write data is the same as the data written to the ferroelectric capacitor accessed immediately before in the selected memory unit. 5. The data writing method according to item 4.
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