JPH04141893A - 半導体メモリの読出し動作制御方法 - Google Patents

半導体メモリの読出し動作制御方法

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JPH04141893A
JPH04141893A JP2263441A JP26344190A JPH04141893A JP H04141893 A JPH04141893 A JP H04141893A JP 2263441 A JP2263441 A JP 2263441A JP 26344190 A JP26344190 A JP 26344190A JP H04141893 A JPH04141893 A JP H04141893A
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JP
Japan
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capacitor
line
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control
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JP2263441A
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Moichi Matsukuma
松熊 茂一
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UMC Japan Co Ltd
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NMB Semiconductor KK
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    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C14/00—Digital stores characterised by arrangements of cells having volatile and non-volatile storage properties for back-up when the power is down
    • G11C14/0054—Digital stores characterised by arrangements of cells having volatile and non-volatile storage properties for back-up when the power is down in which the volatile element is a SRAM cell
    • G11C14/0072—Digital stores characterised by arrangements of cells having volatile and non-volatile storage properties for back-up when the power is down in which the volatile element is a SRAM cell and the nonvolatile element is a ferroelectric element

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  • Dram (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は超集積回路として製造される半導体メモリ、特
に絶縁ゲート型電界効果半導体メモリの読出し動作制御
方法に関するものである。
(従来の技術) 現在、揮発性メモリとしてDRAMおよびSRAMがあ
り、不揮発性メモリとしてEEPROMおよびFLAS
HEEPROM等がある。
DRAMおよびSRAM等の揮発性メモリは高速で書込
み、読出しができるが、DRAMではリフレッシュ・サ
イクルを必要とし、またスタンドバイ電流が多い等の欠
点がある。
これを補完するのがSRAMであり、DRAMより高速
の読出しができて低消費電力であるという利点を有する
が、集積度が悪い等の欠点を有する。
また、両RAM共にスタンドバイ時のバッテリーバック
アップが必要であり、瞬時の停電等の場合にデータが消
滅し、さらに高低温雰囲気でのバッテリーバックアップ
は電源消耗が激しく多くの問題をかかえている。
そこで、これらの欠点を補完するデバイスとしてEEP
ROM等の不揮発性メモリがある。しかし、この素子は
書込み、消去が読出し時間内にできず、したがってCP
Uから直接書込み、消去が困難でデバイス応用上、使用
範囲が制限されている。
このため、米国ラムトロン社は、1988年l5SCC
(internatlonal  5olid  5t
ate circuitconference)で第1
図に示すメモリ素子を発表した。
この強誘電体メモリセルはトランジスタ9゜10、 I
I、 12からなる2個のインバータ回路の互いの出力
端A、Bが一方のインバータ回路の入力に接続され、ま
た出力端A、Bはワード線5によって制御されたトラン
スファトランジスタ7.8を介してビット線6、ビット
線6°に結線された通常のSRAMセルの構成を有し、
さらに出力端A、Bはコントロール1Ji13によって
制御されたコントロールトランジスタ4,4°を介して
強誘電体コンデンサ2,2゛の一方の電極に、他の電極
はドライブ線1と結線して、2個のトランジスタ4,4
゛と、2個の強誘電体コンデンサ2,2゛の付加により
、データを不揮発性的に記憶させることを提案している
。
しかしながら上記強誘電体は、第2図に示すように電圧
に対する電荷量がヒステリシス曲線を有している。即ち
、電圧を上げると急激な電荷量の増加が見られ、ある電
圧を越えると一定の増加量にとどまる。この電圧をO■
に戻しても電荷量は元の状態に戻らず一定の残存電荷を
保持する。
そして、更に電圧を下げると急激に電荷量が減少し、負
の電荷量が増加する。また電圧を元に戻す(0■)と、
一定の負の電荷量を保持する特性を有する。
現状では、この薄膜P Z T (Lead Zirc
onateTitanate)は、その膜形成をスパッ
タリング等で行う方法が採用されているが、配向性の問
題を有し、ヒステリシスの劣化現象を生じるという欠点
がある。
そこで、米国ラムトロン社ではコントロールゲート3を
有するトランジスタ4,4゛を付加することによって電
源投入時に強誘電体コンデンサより読出すことを提案し
ている。
第3図は電源が投入され、電源電圧Vcc(図中符号1
3)がLow (GND)から旧gh(Vcc)に変化
するとき、強誘電体メモリからの読出しタイミングにつ
いてコントロール線3とドライブ線lのタイミングチャ
ートを示したものである。
電源投入後VccがLow (GNDIよりHighに
過渡的に変化するとき、強誘電体コンデンサ2゜2°の
データro」、rlJを読出す場合、ノードA、BをL
ow(GN旧レベルにし、その後コントロール信号を 
Low (GNDIよりII i g h(V cc)
にしてコントロールトランジスタ4゜4°を状態にする
。さらにドライブ線1に連結されている電極の反対の電
圧をLow (GNDIレベルにして、コントロール信
号3カ月1ighのときドライブ線1をLow (GN
旧から旧ghにする。このため強誘電体2゛にQ(+)
の電荷が増加することになり、ノードBに1が読出され
ることになる。
また、強誘電体2は電荷の変動を生じないから、ノード
AはLow即ち0が読出されることになる。
(発明が解決しようとする課題) 以上、従来の強誘電体コンデンサからの読出し動作につ
いて説明したが、従来の読出し動作に太る時に先ず最初
にノードA、BをGNDレベルにしなければ、強誘電体
コンデンサ内のデータを読出すことができない。したが
って電源投入後、ビット線、ビット線をイコライズする
ことができないことから両ラインをGNDレベルにする
必要がある。それ故、使用上の点から回路上の対策を要
し、回路構成が面倒である。
°そこで、本発明は電源投入と同時に、プリチャージ時
間内のイコライズを同時に実行することによって円滑な
読出しを実行するものである。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明の制御方法は、一対
のインバータ回路と、この回路に対応する強誘電体コン
デンサとを設け、このコンデンサの一方の電極をコント
ロールトランジスタを介してインバータ回路の出力端に
接続し、ドライブ線を他方の電極に接続して、メモリセ
ルを構成する半導体メモリにおいて、 電源電圧が通常使用電圧よりも低い所定の電圧以下にな
ったとき、コントロール線が前記コントロールトランジ
スタを状態に制御し、かつ、このトランジスタを介して
前記コンデンサの電極に電源電圧の中間電位を印加し、
この間ドライブ線をグランド電位に保持して前記コンデ
ンサよりバイナリ−データを読出すことを特徴としてい
る。
(作 用) このような構成により、電源投入後、電源電圧Vccが
LowからHi g hに過渡的に変化するとき、イン
バータ回路の各出力端はプリチャージサイクルに入りイ
コライズされることにより中間電位に保持される。
ここで、コントロール線をHighにしてコントロール
トランジスタを状態に制御し、コンデンサの電極を電源
電圧の中間電位に保持される。
そしてドライブ線をその間、 Lowレベルにすること
によりコンデンサのデータrob、rlJを読出すこと
ができる。
(実施例) 本発明における半導体メモリの読出し動作制御方法を図
面に基づいて説明する。
第4図は本発明の方法による動作のタイミングチャート
を示し、第5図はこの制御に使用する回路構成を示した
ものである。
このタイミングチャートは、電源が投入されて電源電圧
Vcc(図中符号13)がLow fGN旧からHig
h (V cc)へ変化するとき、強誘電体メモリから
の読出しタイミングについてコントロール線3とドライ
ブ線lの関連を示している。
第5図に示す回路は第1図の半導体メモリセルに電源電
圧の中間電位を供給するため、V cc −GND間の
抵抗分割によって発生する電位を電源投入時のプリチャ
ージ時間においてイコライザ段を介してビット線、ビッ
ト線に送るようになっている。
したがって電源投入後、電源電圧VccがLow (G
NDIより旧gh(Vcc)に過渡的に変化するとき、
強誘電体コンデンサ2,2゛のデータrob、rlJを
読出す場合、ノードA、Bはプリチャージサイクルに入
り、イコライズされ電源電圧の中間レベルが保持される
。その後、コントロール信号3をLow (GND)よ
りHi g h(V cc)にしてコントロールトラン
ジスタ4゜4゛を状態にしてドライブ線に連結されてい
る電極の反対の電極を電源電圧の中間レベルにする。そ
してコントロール信号3がHighのときドライブ線l
をLow (GNDIからHigh (V cc)にす
ると強誘電体2のQ(0)の電荷が減少するのでノード
Aにデータ「0」が読出される。
方、強誘電体2°の電荷Q(1)は変化しないので中間
電位に保持されたままとなり、ノードBにデータ「l」
が読出される。
つまり、ドライブ線の電位がLow fGNDlではG
ND −GND = OVで強誘電体2は電荷の移動が
生じないが、ドライブ線の電位が[Vccでは騒V c
c −GND = ’Az V ccとなる。
それ故、第2図に示すように坏Vccで分極電荷の増加
があり、センスアンプのNチャネルがし、強誘電体2は
電位がGNDとなり、データ「0」が読出され、逆に強
誘電体2゛はデータrl」が読出される。
(発明の効果) 以上説明したことから、本発明の制限方法によればノー
ドA、Bを電源電圧の中間レベルを維持し、その間ドラ
イブ線をLow (GND)レベルにすることによって
強誘電体コンデンサの各々からデータrOJ、rlJを
読出すことができる。
この結果、プリチャージのイコライズ時にビット線、ビ
ット線をLow (GND)レベルにする回路が必要で
なくなり、しかも所定の電源電圧以上になると、自動的
に強誘電体コンデンサよりSRAMメモリセルに書込み
が可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図はSRAMセルに強誘電体メモリを付加した回路
図、 第2図は強誘電体の電圧−電荷ヒステリシス曲線図、 第3図は従来のコントロール線とドライブ線のタイミン
グチャート図、 第4図は本発明に係る第3図と同様のタイミングチャー
ト図、 第5図は本発明の制御方法に使用する回路構成図である
。 1・・・ドライブ線 2゜ 2゛ ・・・コンデンサ 3・・・コントロール線 5・・・ワード線 6・・・ビット線 6゛ ・・・ビット線 4゜ 4°・・・コントロールトランジスタ 7゜ 8・・・トランスファトランジスタ 9゜ 10、11.12・・・トランジスタ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数のトランジスタでなる一対のインバータ回路
    と、この回路に対応しコントロール線とドライブ線との
    間に配置される強誘電体コンデンサとを設け、 前記インバータ回路は双方の入力端と出力端とを互いに
    接続しており、この出力端の各々が、トランスファトラ
    ンジスタを介してビット線と■■■線のいずれか一方に
    接続されるとともにコントロール線に制御されるコント
    ロールトランジスタを介して前記コンデンサの一方の電
    極に接続している、複数個のメモリセルを含む半導体メ
    モリにおいて、 電源電圧が通常使用電圧よりも低い所定の電圧以下にな
    ったとき、コントロール線が前記コントロールトランジ
    スタをON状態に制御し、かつこのトランジスタを介し
    て前記コンデンサの電極に電源電圧の中間電位を印加し
    、この間ドライブ線をグランド電位に保持して前記コン
    デンサよりバイナリーデータを読出すことを特徴とする
    メモリの読出し動作制御方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6679424B2 (en) 1997-01-21 2004-01-20 Rohm Co., Ltd. Non contact type IC card
WO2004086512A1 (ja) * 2003-03-26 2004-10-07 Fujitsu Limited 半導体記憶装置
JP2013254945A (ja) * 2012-05-11 2013-12-19 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置
JP2017204323A (ja) * 2011-05-20 2017-11-16 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置

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JP2013254945A (ja) * 2012-05-11 2013-12-19 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置

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