JPH09120685A - 強誘電体記憶装置 - Google Patents

強誘電体記憶装置

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JPH09120685A
JPH09120685A JP7275799A JP27579995A JPH09120685A JP H09120685 A JPH09120685 A JP H09120685A JP 7275799 A JP7275799 A JP 7275799A JP 27579995 A JP27579995 A JP 27579995A JP H09120685 A JPH09120685 A JP H09120685A
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JP7275799A
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Kenshirou Arase
謙士朗 荒瀬
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Sony Corp
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    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
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Abstract

(57)【要約】 【課題】読み出し時の動作マージンが充分確保でき、信
頼性が高い強誘電体記憶装置を実現する。 【解決手段】1TR−1CAP型セルの強誘電体記憶装
置において、メモリセルMAのデータ読み出しを行う場
合には、互いに逆相のデータが記録された第1の比較セ
ルRM1’、および第2の比較セルRM2’の合成デー
タと比較読み出しを行い、メモリセルMA’のデータ読
み出しを行う場合には、互いに逆相のデータが記録され
た第1の比較セルRM1、および第2の比較セルRM2
の合成データと比較読み出しを行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、メモリセルを1個
の選択トランジスタと1個の強誘電体キャパシタより構
成される強誘電体記憶装置に係り、特にその比較セルに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】ペロブスカイト構造をなす酸化物強誘電
体材料(たとえばPbZrTiO3 等)、またはBi系
層状ペロブスカイト構造をなす酸化物強誘電体材料(た
とえばBiSr2 Ta2 9 等)を、キャパシタ絶縁膜
として強誘電体キャパシタを構成し、当該強誘電体キャ
パシタの分極方向によって、データを記憶する強誘電体
記憶装置が知られている。
【0003】以下、強誘電体キャパシタのヒステリシス
特性について図9に関連付けて説明する。図9におい
て、(a)がヒステリシス特性、(b)および(c)は
互いに逆相の第1のデータ(以下データ1)、および第
2のデータ(以下データ0)が書き込まれたキャパシタ
の状態をそれぞれ示している。
【0004】強誘電体記憶装置は、図9(a)に示すヒ
ステリシス特性において、強誘電体キャパシタにプラス
側の電圧を印加(図中C)して+Qrの残留分極電荷が
残った状態(図中A)をデータ1(第1のデータ)、マ
イナス側の電圧を印加(図中D)して−Qrの残留分極
電荷が残った状態(図中B)をデータ0(第2データ)
として、不揮発性のメモリとして利用する。
【0005】ところで、上述した強誘電体キャパシタ
を、不揮発性の強誘電体記憶装置として利用するものと
して、1個の選択トランジスタと1個の強誘電体キャパ
シタから1メモリセルを構成する方法(以下1TR−1
CAP型セル)を先に提案した。
【0006】図10は、1TR−1CAP型セルを有す
る強誘電体記憶装置のメモリアレイ図である。
【0007】図10のメモリアレイは、いわゆる折り返
しビット線構造をなしており、図中、MA、MA’はメ
モリセル、MRA、MRA’は比較セル、WLA、WL
A’はワード線、BLA、BLA’はビット線、PLA
はプレート電極線、RWLA、RWLA’は比較セルを
駆動するためのワード線、RPLAは比較セルを駆動す
るためのプレート電極線、CLは各ビット線BLA、B
LA’の負荷容量をそれぞれ示している。メモリセルM
Aは選択トランジスタTAおよび強誘電体キャパシタC
Aにより構成され、メモリセルMA’は選択トランジス
タTA’および強誘電体キャパシタCA’により構成さ
れる。比較セルMRA、MRA’は、メモリセルMA、
MA’のデータを比較読み出しするために設けられ、比
較セルMRAの場合には選択トランジスタTRAおよび
強誘電体キャパシタCRAにより構成され、比較セルM
RA’の場合には選択トランジスタTRA’および強誘
電体キャパシタCRA’により構成される。
【0008】図10の1TR−1CAP型セルを有する
強誘電体記憶装置においては、たとえば、メモリセルM
Aのデータ読み出しは、読み出しビット線BLAの折り
返し方向に隣接した比較ビット線BLA’に接続された
比較セルMRA’との比較により行われ、メモリセルM
A’のデータ読み出しは、読み出しビット線BLA’の
折り返し方向に隣接した比較ビット線BLAに接続され
た比較セルMRAとの比較により行われる。また比較セ
ルMRA、MRA’においては、それぞれ図9(a)の
ヒステリシス特性において、+Qrまたは−Qrの残留
分極電荷が読み出される場合の中間状態になるように、
たとえばキャパシタ面積またはバイアス電圧等を調節し
て、最適設計される。したがって、1TR−1CAP型
セルにおいては、読み出しセルによる読み出しビット線
と比較セルによる比較ビット線の間の電位差が、センス
アンプSAによりに増幅されて、データの判定がなされ
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した1
TR−1CAP型セルを有する強誘電体記憶装置におい
ては、以下のような問題がある。
【0010】すなわち、図10の1TR−1CAP型セ
ルを有する強誘電体記憶装置においては、上述した比較
セルをメモリセルと同様に1個の選択トランジスタと1
個の強誘電体キャパシタより構成し、比較読み出し時に
上記比較セルがデータ1およびデータ0の中間状態にな
るように、たとえばキャパシタ面積またはバイアス電圧
等を調節しなければならない。
【0011】ところが、上記比較セルがデータ1および
データ0の中間状態になるように、最適設計することは
難かしく、また上記比較セルのデータ1およびデータ0
の中間状態からのずれは、読み出しマージンの減少をも
たらしてしまう。さらに、1TR−1CAP型セルにお
いては、読み出しセルまたは比較セルがレイアウト上離
れて配置される。したがって、プロセス上のバラツキに
より、読み出しセルまたは比較セルの特性がバラツク
と、読み出し時の動作マージンが充分確保できなくな
り、信頼性に欠けるという問題がある。
【0012】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、強誘電体キャパシタの分極方向
によってデータの記憶を行う強誘電体記憶装置、特に1
TR−1CAP型セルを有する強誘電体記憶装置におい
て、読み出し時の動作マージンが充分確保でき、ひいて
は信頼性の向上を図れる強誘電体記憶装置を提供するこ
とにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の強誘電体記憶装置は、行状に配列されたワ
ード線と列状に配列されたビット線との各交差点に配置
された1個の選択トランジスタと1個の強誘電体キャパ
シタより構成されるメモリセルの上記強誘電体キャパシ
タの分極方向によって、互いに逆相の第1のデータまた
は第2のデータのどちらかのデータを記憶する強誘電体
記憶装置であって、データ読み出し時に選択されたワー
ド線内のそれぞれの読み出しセル毎に対応して、比較読
み出しを行い、かつ互いに逆相のデータを記憶する第1
の比較セルおよび第2の比較セルと、上記読み出しセル
が接続された読み出しビット線毎に対応して、上記第1
の比較セルおよび第2の比較セルが接続された比較ビッ
ト線とを有する。
【0014】また、上記強誘電体記憶装置は、データ読
み出し時に、上記読み出しセルのデータを上記読み出し
ビット線に、上記第1の比較セルおよび第2の比較セル
のデータを上記比較ビット線に並列に読み出して、上記
読み出しビット線電位と上記比較ビット線電位の比較結
果により、上記読み出しセルのデータを判定する手段を
有する。
【0015】また、上記強誘電体記憶装置においては、
上記読み出しセルの強誘電体キャパシタよりも上記第1
の比較セルおよび第2の比較セルの強誘電体キャパシタ
のサイズを小さくする。
【0016】あるいは、上記強誘電体記憶装置において
は、上記読み出しセルの強誘電体キャパシタと上記第1
の比較セルおよび第2の比較セルの強誘電体キャパシタ
は同サイズとする。
【0017】この場合、上記比較ビット線は付加容量を
接続する手段を有し、データ読み出し時に上記比較ビッ
ト線に上記付加容量を接続する。
【0018】たとえば、上記負荷容量は選択されないメ
モリアレイ内のビット線とすることができる。
【0019】また、上記強誘電体記憶装置において、上
記第1の比較セルおよび第2の比較セルは、それぞれの
ワード線とビット線との交差点に配置された1個の選択
トランジスタと1個の強誘電体キャパシタと、当該強誘
電体キャパシタと上記選択トランジスタとの接続部を所
定の第1の電位または第2の電位に接続する接続手段を
有する。
【0020】また、上記強誘電体記憶装置は、上記デー
タ読み出し後に、上記第1の比較セルを上記第1の電位
に接続することにより上記第1の比較セルに所望のデー
タの書き込みを行い、上記第2の比較セルを上記第2の
電位に接続することにより上記第2の比較セルに所望の
データの書き込みを行う手段を有する。
【0021】本発明の強誘電体記憶装置によれば、1T
R−1CAP型セルの強誘電体記憶装置において、それ
ぞれの読み出しセル毎に、互いに逆相のデータが記憶さ
れた第1の比較セルおよび第2の比較セルの2個の比較
セルにより構成される比較セルを有し、上記読み出しセ
ルが接続された読み出しビット線と、上記第1の比較セ
ルおよび第2の比較セルが接続された比較ビット線との
間で比較読み出しが行われる。その結果、上記読み出し
セルのデータは、上記第1の比較セルおよび第2の比較
セルの合成データに対して比較が行われることになり、
1データと0データの中間状態と比較されることにな
る。したがって、読み出しマージンの確保が容易とな
る。
【0022】また、上記強誘電体記憶装置において、上
記読み出しセルの強誘電体キャパシタよりも上記第1の
比較セルおよび第2の比較セルの強誘電体キャパシタの
サイズが小さくなるように理想的には半分に設計する。
その結果、上記第1の比較セルおよび第2の比較セルの
合成データは、1読み出しデータと0読み出しデータの
中間値となる。
【0023】あるいは、上記強誘電体記憶装置において
は、上記読み出しセルの強誘電体キャパシタと上記第1
の比較セルおよび第2の比較セルの強誘電体キャパシタ
は同サイズとし、上記比較ビット線には負荷容量、理想
的には通常のビット線と同容量の付加容量を接続する。
その結果、上記第1の比較セルおよび第2の比較セルの
合成データを読み出した比較ビット線は、1データの読
み出しビット線と0データの読み出しビット線の中間状
態となる。
【0024】具体的には、上記付加容量は、選択されな
いメモリアレイ内のビット線とすることにより、通常の
ビット線と同容量にすることが可能である。
【0025】また、上記強誘電体記憶装置において、上
記第1の比較セルおよび第2の比較セルは、通常のメモ
リセルと同様の1TR−1CAP型セルの強誘電体キャ
パシタと選択トランジスタとの接続部を、それぞれ所定
の第1の電位または第2の電位に接続する接続手段を有
し、上記データ読み出し後に、それぞれ所定の電位に接
続することにより、互いに逆相の所望のデータの書き込
みを行うことができる。その結果、データ読み出し時に
上記第1の比較セルおよび第2の比較セルのデータ内容
が破壊されても、データの回復が可能となる。
【0026】
【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る強誘電体記
憶装置、具体的には1TR−1CAP型セルを有する強
誘電体記憶装置における、第1の実施形態を示す図であ
る。
【0027】図1の第1の実施形態は、上述した第1の
比較セルおよび第2の比較セルの強誘電体キャパシタの
サイズが、メモリセルの各強誘電体キャパシタの半分の
サイズに設計されることにより、2つの第1の比較セル
および第2の比較セルの合成データが、1読み出しデー
タと0読み出しデータの中間値となるようにした場合で
ある。
【0028】図1のメモリアレイは、いわゆる折り返し
ビット線構造をなすメモリアレイAにより構成されてい
る。メモリアレイAにおいて、メモリセルMAは選択ト
ランジスタT11および強誘電体キャパシタC5により
構成され、メモリセルMA’は選択トランジスタT12
および強誘電体キャパシタC6により構成されている。
また、WLA、WLA’はワード線、BLA、BLA’
はビット線、PLAはプレート電極線をそれぞれ示して
いる。
【0029】さらに、ビット線BLAに対応して比較セ
ルRM1、RM2が、またビット線BLA’に対応して
比較セルRM1’、RM2が設けられている。比較セル
RM1は、選択トランジスタT3、強誘電体キャパシタ
C1およびプリセットトランジスタT4により構成さ
れ、プリセット信号PSにより、当該強誘電体キャパシ
タC1を電源電圧VCCの供給ラインに接続することに
より、データ1(第1のデータ)にプリセットする。比
較セルRM2は、選択トランジスタT7、強誘電体キャ
パシタC3およびプリセットトランジスタT8により構
成され、プリセット信号PSにより、当該強誘電体キャ
パシタC3を電源電圧VSSの供給ラインに接続するこ
とにより、データ0(第2のデータ)にプリセットす
る。
【0030】比較セルRM1’は、選択トランジスタT
5、強誘電体キャパシタC2およびプリセットトランジ
スタT6により構成され、プリセット信号PSにより、
当該強誘電体キャパシタC2を電源電圧VSSの供給ラ
インに接続することにより、データ0(第2のデータ)
にプリセットする。比較セルRM2’は、選択トランジ
スタT10、強誘電体キャパシタC4およびプリセット
トランジスタT9により構成され、プリセット信号PS
により、当該強誘電体キャパシタC4を電源電圧VCC
の供給ラインに接続することにより、データ1(第1の
データ)にプリセットする。また、RWL1、RWL
1’、RWL2、RWL2’、RPL1、RPL2は、
それぞれの比較セルを駆動するためのワード線、プレー
ト電極線をそれぞれ示している。
【0031】また、トランジスタT1、T2は、プリチ
ャージ信号φPCにより、ビット線BLA、BLA’を
接地電圧VSSにプリチャージするためのトランジスタ
である。SAはセンスアンプを示し、センスアンプSA
はセンスイネーブル信号φSEで活性化される。N1、
N2はセンスアンプSAの入出力ノードを示し、トラン
ジスタT13、T14は、入出力ノードN1、N2を、
選択信号S1により、それぞれビット線BLA、BL
A’に接続する。
【0032】図2は、図1の第1の実施形態において、
メモリセルMA、MA’の読み出しを行う場合に、選択
信号S1の制御により、センスアンプSAの入出力ノー
ドN1、N2に、いずれの読み出しセルまたは比較セル
が接続されるかを示す図である。
【0033】すなわち、選択信号S1はハイレベル(ハ
イ)であって、メモリセルMAの読み出しを行う場合に
は、ノードN1にはメモリセルMAが接続され、ノード
N2には0データが記録された比較セルRM1’、およ
び1データが記録された比較セルRM2’が接続され
る。また、メモリセルMA’の読み出しを行う場合に
は、ノードN1には1データが記録された比較セルRM
1、および0データが記録された比較セルRM2が接続
され、ノードN2にはメモリセルMA’が接続される。
【0034】次に、図1の第1の実施形態における、メ
モリセルに対する書き込み動作および読み出し動作につ
いて説明する。
【0035】図3は、図1の第1の実施形態において、
メモリセルMAに対する書き込み動作の、タイミングチ
ャートを示す図である。図3の書き込み動作は、従来の
1TR−1CAP型セルの強誘電体記憶装置の書き込み
動作と同様である。
【0036】まず、メモリセルMAが接続されたビット
線BLAを接地電圧VSS(0V)にプリチャージした
後、時刻t1で、当該メモリセルMAに書き込むべきデ
ータが1データの場合にはビット線BLAを電源電圧V
CC(3.3V)に設定し、また、当該メモリセルMA
に書き込むべきデータが0データの場合にはビット線B
LAを接地電圧VSS(0V)に設定する。
【0037】次に時刻t2で、メモリセルMAが接続さ
れたワード線WLAを0Vから5Vに、プレート電極線
PLAを0Vから3.3Vに立ち上げる。その結果、メ
モリセルMAに書き込むべきデータが0データの場合に
おいて、メモリセルMAの強誘電体キャパシタC5が、
図9(a)のヒステリシス特性においてD点の状態に時
刻t3までに移動し、データの書き込みが完了する。
【0038】次に時刻t3で、ワード線WLAを5Vに
保持したまま、プレート電極線PLAを3.3Vから0
Vに立ち下げる。その結果、メモリセルMAに書き込む
べきデータが1データの場合において、メモリセルMA
の強誘電体キャパシタC5が、図9(a)のヒステリシ
ス特性においてC点の状態に時刻t4までに移動し、デ
ータの書き込みが完了する。最後に、ワード線WLAを
5Vから0Vに立ち下げることにより、書き込み動作が
終了する。
【0039】図4は、図1の第1の実施形態において、
たとえばメモリセルMAに対する読み出し動作の、タイ
ミングチャートを示す図である。
【0040】まず、時刻t1で、プリチャージ信号φP
Cを0Vから3.3Vに立ち上げることにより、メモリ
セルMAが接続されたビット線BLA、および比較セル
RM1’、RM2’が接続されたビット線BLA’が0
Vにプリチャージされる。また、時刻t2で、プリチャ
ージ信号φPCが3.3Vから0Vに立ち下げられてビ
ット線の初期設定を終了する。
【0041】次に時刻t3で、メモリセルMAが接続さ
れたワード線WLAを0Vから5Vに、プレート電極線
PLAを0Vから3.3Vに立ち上げる。また、比較セ
ルRM1’が接続されたワード線RWL1’を0Vから
5Vに、プレート電極線RPL1を0Vから3.3Vに
立ち上げる。また、比較セルRM2’が接続されたワー
ド線RWL2’を0Vから5Vに、プレート電極線RP
L2を0Vから3.3Vに立ち上げる。その結果、ビッ
ト線BLAの電位はメモリセルMAのデータ読み出しに
応じて、ビット線BLA’の電位は比較セルRM1’お
よび比較セルRM2’のデータ読み出しに応じて、それ
ぞれ変化する。
【0042】この場合、読み出しメモリセルMAのデー
タが1データの場合には、図9(a)のヒステリシス特
性においてプラス側の分極電荷が読み出されるため、図
4に示すようにビット線BLAの電位はより高い電圧側
に変化し、読み出しメモリセルMAのデータが0データ
の場合には、マイナス側の分極電荷が読み出されるた
め、ビット線BLAの電位はより低い電圧側に変化す
る。また、比較セルRM1’には0データ、比較セルR
M2’には1データが記録されており、さらに上記の比
較セルの強誘電体キャパシタのサイズが、メモリセルの
各強誘電体キャパシタの半分になるように設計されてい
る。したがって、図4に示すようにビット線BLA’の
電位は、ビット線BLAにおいて1データを読み出した
場合、および0データを読み出した場合の電位の、中間
値となる。
【0043】ビット線電位が充分に変化した後、次に時
刻t4で、センスイネーブル信号φSEを0Vから3.
3Vに立ち上げることにより、センスアンプSAを活性
化する。その結果、センスアンプSAによりメモリセル
MAのデータと比較セルRM1’およびRM2’の合成
データとの間で比較増幅が行われ、メモリセルMAのデ
ータがラッチされる。
【0044】次に時刻t5で、比較セルRM1’が接続
されたワード線RWL1’、および比較セルRM2’が
接続されたワード線RWL2’を5Vから0Vに立ち下
げ、プリセット信号PSを0Vから5Vに立ち上げる。
その結果、比較セルRM1’は、図9(a)のヒステリ
シス特性において、D点の状態にプレート電極線RPL
1が立ち下がる時刻t6までに移動し、0データの再書
き込みが行われる。
【0045】次に時刻t6で、メモリセルMAが接続さ
れたプレート電極線PLAを3.3Vから0Vに立ち下
げる。その結果、メモリセルMAは、図9(a)のヒス
テリシス特性において、1データの場合にはC点の状態
に、0データの場合にはB点の状態に、ワード線WLA
が立ち下がる時刻t7までに移動し、当該メモリセルに
対するデータの再書き込みが行われる。
【0046】また同様に時刻t6で、比較セルRM2’
が接続されたプレート電極線RPL2を3.3Vから0
Vに立ち下げる。その結果、比較セルRM2’は、図9
(a)のヒステリシス特性においてC点の状態にプリセ
ット信号PSが立ち下がる時刻t8までに移動し、1デ
ータの再書き込みが行われる。最後に、時刻t8で、プ
リセット信号PSを5Vから0Vに立ち下げることによ
り、読み出し動作が終了する。
【0047】以上説明したように、本第1の実施形態に
よれば、たとえば1TR−1CAP型セルの強誘電体記
憶装置において、データ読み出し時に、読み出しセル
は、互いに逆相のデータが記憶された第1の比較セルお
よび第2の比較セルの合成データと、比較読み出しを行
い、比較セルの強誘電体キャパシタのサイズが、メモリ
セルの各強誘電体キャパシタの半分になるように設計さ
れているので、読み出し時の動作マージンが充分確保で
き、ひいては信頼性が高い強誘電体記憶装置を実現する
ことができる。
【0048】図5は、本発明に係る強誘電体記憶装置、
具体的には1TR−1CAP型セルを有する強誘電体記
憶装置における、第2の実施形態を示す図である。
【0049】図5の第2の実施形態は、第1の比較セル
および第2の比較セルの強誘電体キャパシタのサイズ
が、メモリセルの各強誘電体キャパシタと同サイズであ
るが、比較ビット線にビット線と同容量の付加容量を接
続することにより、上記第1の比較セルおよび第2の比
較セルの合成データが、1読み出しデータと0読み出し
データの中間値となるようにした場合である。
【0050】図5の第2の実施形態が、図1の第1の実
施形態と異なるのは、ビット線BLAに付加容量CA
が、ビット線BLA’に付加容量CA’がそれぞれ動作
に応じて接続できる点にある。そのために、ビット線B
LA、BLA’にそれぞれ付加容量CA、CA’を接続
するための転送ゲートトランジスタT15、T16およ
びその選択信号S2、S3が、図のように配置されてい
る。
【0051】また、図5の第2の実施形態において、メ
モリセルに対する書き込み動作、および読み出し動作
は、基本的に図1の第1の実施形態の場合と同様であ
る。データ読み出し時に、ビット線BLAに付加容量C
A、あるいはビット線BLA’に付加容量CA’が接続
される点のみ異なる。
【0052】図6は、図5の第2の実施形態において、
メモリセルMA、MA’の読み出しを行う場合におい
て、選択信号S1、S2、S3の制御により、センスア
ンプSAの入出力ノードN1、N2にいづれの読み出し
セルまたは比較セルが接続されるかを、および付加容量
CA、CA’のどちらかが選択されるかを示す図であ
る。
【0053】すなわち、メモリセルMAの読み出しを行
う場合には、選択信号S1をハイ、S2をローレベル
(ロー)、S3をハイにして、ノードN1に読み出しセ
ルMAが接続され、ノードN2には0データが記録され
た比較セルRM1’、および1データが記録された比較
セルRM2’が接続され、付加容量CA’が選択され
る。また、メモリセルMA’の読み出しを行う場合に
は、選択信号S1をハイ、S2をハイ、S3をローにし
て、ノードN1には1データが記録された比較セルRM
1、および0データが記録された比較セルRM2が接続
され、ノードN2にはメモリセルMA’が接続され、付
加容量CAが選択される。
【0054】以上説明したように、本第2の実施形態に
よれば、たとえば1TR−1CAP型セルの強誘電体記
憶装置において、データ読み出し時に、読み出しセル
は、互いに逆相のデータが記憶された第1の比較セルお
よび第2の比較セルの合成データと、比較読み出しを行
い、比較セルの強誘電体キャパシタのサイズが、メモリ
セルの各強誘電体キャパシタと同サイズであり、比較ビ
ット線にビット線と同容量の付加容量を接続するように
したので、読み出し時の動作マージンが充分確保でき、
ひいては信頼性が高い強誘電体記憶装置を実現すること
ができる。
【0055】図7は、本発明に係る強誘電体記憶装置、
具体的には1TR−1CAP型セルを有する強誘電体記
憶装置における、第3の実施形態を示す図である。
【0056】図7の第3の実施形態は、第1の比較セル
および第2の比較セルの強誘電体キャパシタのサイズ
が、図5の第2の実施形態と同様、メモリセルの各強誘
電体キャパシタと同サイズであるが、比較ビット線に接
続する付加容量が、選択されないメモリアレイ内のビッ
ト線である場合である。比較ビット線に接続する付加容
量を、選択されないメモリアレイ内のビット線とするこ
とにより、比較ビット線容量は読み出しビット線容量の
2倍となり、上記第1の比較セルおよび第2の比較セル
の合成データが、1読み出しデータと0読み出しデータ
の理想的中間値となる。
【0057】図7のメモリアレイは、いわゆる折り返し
ビット線構造をなす一対のメモリアレイAおよびメモリ
アレイBが、センスアンプSAを挟んでそれぞれ互いに
体面する方向に配置されている。
【0058】メモリアレイAにおいて、メモリセルMA
は選択トランジスタT11および強誘電体キャパシタC
5により構成され、メモリセルMA’は選択トランジス
タT12および強誘電体キャパシタC6により構成され
ている。また、WLA、WLA’はワード線、BLA、
BLA’はビット線、PLAはプレート電極線をそれぞ
れ示している。
【0059】さらに、ビット線BLAに対応して比較セ
ルRMAが、またビット線BLA’に対応して比較セル
RMA’が設けられている。比較セルRMAの場合に
は、選択トランジスタT3、強誘電体キャパシタC1お
よびプリセットトランジスタT4により構成され、プリ
セット信号PSにより、当該強誘電体キャパシタC1を
電源電圧VCCの供給ラインに接続することにより、デ
ータ1(第1のデータ)にプリセットする。
【0060】比較セルRMA’の場合には、選択トラン
ジスタT5、強誘電体キャパシタC2およびプリセット
トランジスタT6により構成され、プリセット信号PS
により、当該強誘電体キャパシタC2を電源電圧VSS
の供給ラインに接続することにより、データ0(第2の
データ)にプリセットする。また、RWLA、RWL
A’、RPLAは、それぞれの比較セルを駆動するため
のワード線、プレート電極線をそれぞれ示している。
【0061】メモリアレイBにおいて、メモリセルMB
は選択トランジスタT17および強誘電体キャパシタC
7により構成され、メモリセルMB’は選択トランジス
タT18および強誘電体キャパシタC8により構成され
ている。また、WLB、WLB’はワード線、BLB、
BLB’はビット線、PLBはプレート電極線をそれぞ
れ示している。
【0062】さらに、ビット線BLBに対応して比較セ
ルRMBが、またビット線BLB’に対応して比較セル
RMB’が設けられている。比較セルRMBは、選択ト
ランジスタT7、強誘電体キャパシタC3およびプリセ
ットトランジスタT8により構成され、プリセット信号
PSにより、当該強誘電体キャパシタC3を電源電圧V
SSの供給ラインに接続することにより、データ0(第
2のデータ)にプリセットする。
【0063】比較セルRMB’は、選択トランジスタT
10、強誘電体キャパシタC4およびプリセットトラン
ジスタT9により構成され、プリセット信号PSによ
り、当該強誘電体キャパシタC4を電源電圧VCCの供
給ラインに接続することにより、データ1(第1のデー
タ)にプリセットする。また、RWLB、RWLB’、
RPLBは、それぞれの比較セルを駆動するためのワー
ド線、プレート電極線をそれぞれ示している。
【0064】トランジスタT1、T2は、プリチャージ
信号φPCにより、ビット線BLA、BLA’を接地電
圧VSSにプリチャージするためのトランジスタであ
る。トランジスタT19、T20は、プリチャージ信号
φPCにより、ビット線BLB、BLB’を接地電圧V
SSにプリチャージするためのトランジスタである。ま
たは、センスアンプSAは、センスイネーブル信号φS
Eで活性化される。転送ゲートトランジスタT13、T
14、T15、T16は、センスアンプSAの入出力ノ
ードN1、N2を、選択信号S1、S2、S3、S4に
より、それぞれビット線BLA、BLA’、BLB、B
LB’のいずれかに接続する。
【0065】また、図7の第3の実施形態において、メ
モリセルに対する書き込み動作、および読み出し動作
は、基本的に図1の第1の実施形態の場合と同様であ
る。データ読み出し時に、選択されたメモリアレイ内の
比較ビット線に、選択されないメモリアレイ内のビット
線が接続される点が異なる。
【0066】図8は、図7の第3の実施形態において、
メモリセルMA、MA’、MB、MB’の読み出しを行
う場合において、選択信号S1、S2、S3、S4の制
御により、センスアンプSAの入出力ノードN1、N2
にいずれの読み出しセルまたは比較セルが接続されるか
を示す図である。
【0067】すなわち、メモリセルMAの読み出しを行
う場合には、選択信号S1をハイ、S2をハイ、S3を
ロー,S4をハイにして、ノードN1に読み出しセルM
Aが接続され、ノードN2には0データが記録された比
較セルRMA’、および1データが記録された比較セル
RMB’が接続される。また、メモリセルMA’の読み
出しを行う場合には、選択信号S1をハイ、S2をハ
イ、S3をハイ、S4をローにして、ノードN1に1デ
ータが記録された比較セルRMA、および0データが記
録された比較セルRMBが接続され、ノードN2には読
み出しセルMA’が接続される。
【0068】また、メモリセルMBの読み出しを行う場
合には、選択信号S1をロー、S2をハイ、S3をハ
イ、S4をハイにして、ノードN1に読み出しセルMB
が接続され、ノードN2には0データが記録された比較
セルRMA’、および1データが記録された比較セルR
MB’が接続される。また、メモリセルMB’の読み出
しを行う場合には、選択信号S1をハイ、S2をロー、
S3をハイ、S4をハイにして、ノードN1に1データ
が記録された比較セルRMA、および0データが記録さ
れた比較セルRMBが接続され、ノードN2には読み出
しセルが接続される。
【0069】以上説明したように、本第3の実施形態に
よれば、たとえば1TR−1CAP型セルの強誘電体記
憶装置において、データ読み出し時に、読み出しセル
は、互いに逆相のデータが記憶された第1の比較セルお
よび第2の比較セルの合成データと、比較読み出しを行
い、比較セルの強誘電体キャパシタのサイズが、メモリ
セルの各強誘電体キャパシタと同サイズであり、比較ビ
ット線に付加容量として、選択されないメモリアレイ内
のビット線を接続するようにしたので、読み出し時の動
作マージンが充分確保でき、ひいては信頼性が高い強誘
電体記憶装置を実現することができる。
【0070】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
たとえば1TR−1CAP型セルの強誘電体記憶装置に
おいて、読み出し時の動作マージンが充分確保でき、ひ
いては信頼性が高い強誘電体記憶装置を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る強誘電体記憶装置における、第1
の実施形態を示す図である。
【図2】図1の第1の実施形態において、読み出し動作
時に、センスアンプのそれぞれ入出力ノードがいずれの
読み出しセルまたは比較セルに接続されるかを示す図で
ある。
【図3】図1の第1の実施形態において、メモリセルに
対する書き込み動作のタイミングチャートを示す図であ
る。
【図4】図1の第1の実施形態において、メモリセルに
対する読み出し動作のタイミングチャートを示す図であ
る。
【図5】本発明に係る強誘電体記憶装置における、第2
の実施形態を示す図である。
【図6】図5の第2の実施形態において、読み出し動作
時に、センスアンプのそれぞれ入出力ノードがいずれの
読み出しセルまたは比較セルに接続されるかを示す図で
ある。
【図7】本発明に係る強誘電体記憶装置における、第3
の実施形態を示す図である。
【図8】図7の第3の実施形態において、読み出し動作
時に、センスアンプのそれぞれ入出力ノードがいずれの
読み出しセルまたは比較セルに接続されるかを、示す図
である。
【図9】強誘電体キャパシタのヒステリシス特性、およ
び互いに逆相の第1のデータ、第2のデータが書き込ま
れたキャパシタを示す図である。
【図10】1TR−1CAP型セルを有する強誘電体記
憶装置のメモリアレイを示す図である。
【符号の説明】
A、B…メモリアレイ MA、MA’、MB、MB’…メモリセル RM1、RM1’、RM2、RM2’、RMA、RM
A’、RMB、RMB’…比較セル C1〜C8…強誘電体キャパシタ CA、CB…付加容量 T1、T2、T19、T20…プリチャージ用トランジ
スタ T13〜T16…転送ゲート用トランジスタ T3〜T12、T17〜T18…選択トランジスタ(ま
たはプリセットトランジスタ) WLA、WLA’、WLB、WLB’…メモリセル用ワ
ード線 RWL1、RWL1’、RWL2、RWL2’、RWL
A、RWLA’、RWLB、RWLB’…比較セル用ワ
ード線 PLA、PLB…メモリセル用プレート電極線 RPL1、RPL2、RPLA、RPLB…比較セル用
プレート電極線 BLA、BLA’、BLB、BLB’…ビット線 SA…センスアンプ φSE…センスイネーブル信号 φPC…プリチャージ信号 PS…プリセット信号

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 行状に配列されたワード線と列状に配列
    されたビット線との各交差点に配置された1個の選択ト
    ランジスタと1個の強誘電体キャパシタより構成される
    メモリセルの上記強誘電体キャパシタの分極方向によっ
    て、互いに逆相の第1のデータまたは第2のデータのど
    ちらかのデータを記憶する強誘電体記憶装置であって、 データ読み出し時に、選択されたワード線内のそれぞれ
    の読み出しセル毎に対応して、比較読み出しを行い、か
    つ互いに逆相のデータを記憶する第1の比較セルおよび
    第2の比較セルと、 上記読み出しセルが接続された読み出しビット線毎に対
    応して、上記第1の比較セルおよび第2の比較セルが接
    続された比較ビット線とを有する強誘電体記憶装置。
  2. 【請求項2】 データ読み出し時に、上記読み出しセル
    のデータを上記読み出しビット線に、上記第1の比較セ
    ルおよび第2の比較セルのデータを上記比較ビット線に
    並列に読み出して、上記読み出しビット線電位と上記比
    較ビット線電位の比較結果により、上記読み出しセルの
    データを判定する手段を有する請求項1記載の強誘電体
    記憶装置。
  3. 【請求項3】 上記第1の比較セルおよび第2の比較セ
    ルの強誘電体キャパシタのサイズが上記読み出しセルの
    強誘電体キャパシタより小さい請求項1記載の強誘電体
    記憶装置。
  4. 【請求項4】 上記読み出しセルの強誘電体キャパシタ
    と上記第1の比較セルおよび第2の比較セルの強誘電体
    キャパシタは同サイズである請求項1記載の強誘電体記
    憶装置。
  5. 【請求項5】 上記比較ビット線は付加容量を接続する
    手段を有し、データ読み出し時に上記比較ビット線に上
    記付加容量を接続する請求項4記載の強誘電体記憶装
    置。
  6. 【請求項6】 上記付加容量は選択されないメモリアレ
    イ内のビット線である請求項5記載の強誘電体記憶装
    置。
  7. 【請求項7】 上記第1の比較セルおよび第2の比較セ
    ルは、それぞれのワード線とビット線との交差点に配置
    された1個の選択トランジスタと1個の強誘電体キャパ
    シタと、当該強誘電体キャパシタと上記選択トランジス
    タとの接続部を所定の第1の電位または第2の電位に接
    続する接続手段を有する請求項1記載の強誘電体記憶装
    置。
  8. 【請求項8】 上記データ読み出し後に、上記第1の比
    較セルを上記第1の電位に接続することにより上記第1
    の比較セルに所望のデータの書き込みを行い、上記第2
    の比較セルを上記第2の電位に接続することにより上記
    第2の比較セルに所望のデータの書き込みを行う手段を
    有する請求項7記載の強誘電体記憶装置。
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