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JP3620590B2 - Driving method of semiconductor memory device - Google Patents
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JP3620590B2 - Driving method of semiconductor memory device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強誘電体キャパシタを有する半導体記憶装置の駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
強誘電体キャパシタを有する半導体記憶装置の第1の従来例としては、図6に示すように、電界効果型トランジスタ(以下、FETという)1と強誘電体キャパシタ2とを有し、FET1のドレイン領域1aにビット線BLを接続し、FET1のソース領域1bに強誘電体キャパシタ2の上電極を接続し、FET1のゲート電極1cにワード線WLを接続してなるものが知られている。
【0003】
この第1の従来例に係る半導体記憶装置は、データの読み出し時に、記録されていたデータが消える破壊読み出し方式である。このため、データの読み出し後に再書き込み動作が必要になるため、データの読み出し動作毎に強誘電体膜の分極の向きを変える動作(分極反転動作)が必要になる。
【0004】
ところで、強誘電体膜には分極疲労劣化という現象が発生するので、分極反転動作を繰り返し行なうと、強誘電体膜の分極発現特性が著しく劣化するという問題がある。
【0005】
そこで、図7に示すような第2の従来例に係る半導体記憶装置が提案されている。すなわち、第2の従来例は、FET1のゲート電極1cに強誘電体キャパシタ2の下電極1bを接続して、強誘電体キャパシタ2をFET1のゲート電位を制御に用いる非破壊読み出し方式である。尚、図7において、3は基板を示している。
【0006】
この第2の従来例に係る半導体記憶装置にデータを書き込む際には、制御電極となる強誘電体キャパシタ2の上電極2aと、基板3との間に書き込み電圧を印加する。
【0007】
例えば、上電極2aに、基板3に対して正となる電圧(制御電圧)を印加してデータを書き込むと、強誘電体キャパシタ2の強誘電体膜2cには下向きの分極が発生する。その後、上電極2aを接地しても、FET1のゲート電極1cには正の電荷が残るので、ゲート電極1cの電位は正となる。
【0008】
ゲート電極1cの電位がFET1のしきい値電圧を超えていれば、FET1はオン状態であるから、ドレイン領域1aとソース領域1bとの間に電位差を与えると、ドレイン領域1aとソース領域1bとの間に電流が流れる。このような強誘電体メモリの論理状態を例えば”1”と定義する。
【0009】
一方、強誘電体キャパシタ2の上電極2aに、基板3に対して負となる電圧を印加すると、強誘電体キャパシタ2の強誘電体膜2cには上向きの分極が発生する。その後、上電極2aを接地しても、FET1のゲート電極1cには負の電荷が残るので、ゲート電極1cの電位は負となる。この場合、ゲート電極1cの電位は常にFET1のしきい値電圧よりも小さいので、FET1はオフ状態であるから、ドレイン領域1aとソース領域1bとの間に電位差を与えても、ドレイン領域1aとソース領域1bとの間に電流は流れない。このような強誘電体メモリの論理状態を例えば”0”と定義する。
【0010】
強誘電体キャパシタ2への供給電源が切断されても、つまり、強誘電体キャパシタ2の上電極2aに電圧が印加されなくなっても、前述の各論理状態は保存されるので、不揮発性の記憶装置が実現される。すなわち、ある期間供給電源を切断した後、再び電源を供給してドレイン領域1aとソース領域1bとの間に電圧を印加すると、論理状態が”1”のときにはドレイン領域1aとソース領域1bとの間に電流が流れるので、データ”1”を読み出すことができる一方、論理状態が”0”のときにはドレイン領域1aとソース領域1bとの間に電流が流れないので、データ”0”を読み出すことができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
電源切断期間中においてもデータを正しく保持しておく(このようにデータを保持しておく特性をリテンションという)ためには、電源切断期間中においても、データ”1”のときにはFET1のゲート電極1cの電位が常にFET1のしきい値電圧よりも高く維持されていると共に、データ”0”のときにはFET1のゲート電極1cの電位が常に負電圧になるように維持されていることが必要になる。
【0012】
ところで、電源切断期間中においては、強誘電体キャパシタ2の上電極2a及び基板3は接地電位となるので、ゲート電極1cの電位は孤立している。このため、理想的には図8に示すように、強誘電体キャパシタ2へのデータの書き込み時のヒステリシスループ4と、バイアス電圧が0VであるときのFET1のゲート容量負荷線7との第1の交点dが、データ”1”に対するゲート電極1cの電位になると共に、ヒステリシスループ4とゲート容量負荷線8との第2の交点cが、データ”0”に対するゲート電極1cの電位になる。尚、図8において、縦軸は上電極2a(又はゲート電極1c)に現われる電荷Qを示し、横軸は電圧Vを示している。
【0013】
ところが、実際には、強誘電体キャパシタ2は理想的な絶縁体ではなくて抵抗成分を持っているので、この抵抗成分を通してゲート電極1cの電位は降下していく。この電位降下は、指数関数的であって、FET1のゲート容量と強誘電体キャパシタ2の容量との並列合成容量と、強誘電体キャパシタ2の抵抗成分とを掛け合わせて得られる時定数を持ち、この時定数は高々10秒程度である。従って、ゲート電極1cの電位は数時間で半減することになる。
【0014】
図8に示すように、ゲート電極1cの電位は第1の交点cで1V程度であるから、この電位が半減すると、ゲート電極1cの電位は、0.5V程度になってFET1のしきい値電圧(一般的には、0.7V程度である。)よりも低くなるので、オン状態であるべきFET1は短時間でオフ状態になる。
【0015】
このように、強誘電体キャパシタをFETのゲート電位の制御に用いる方式の強誘電体メモリにおいては、データの読み出し後に再書き込み動作が不要であるという利点を有しているが、以下のような問題点を有している。すなわち、データの書き込み後にFETのゲート電極に電位が発生しており、該ゲート電位を保持する能力がリテンション特性を決定するが、強誘電体キャパシタの抵抗成分により、強誘電体キャパシタが放電するまでの時定数が短いため、データ保持能力が短いつまりリテンション特性が良くないという問題を有している。
【0016】
そこで、我々は、図9に示すような半導体記憶装置を考慮した。以下、図9に示す半導体記憶装置を本発明の前提となる半導体記憶装置と称する。
【0017】
本発明の前提となる半導体記憶装置を構成する第1列のメモリセルブロックにおいては、複数個例えば4個の強誘電体キャパシタCF11、CF21、CF31、CF41がビット線方向に直列に接続されていると共に、各強誘電体キャパシタCF11、CF21、CF31、CF41には並列に選択電界効果型トランジスタ(以下、単に選択トランジスタと称する。)Q11、Q21、Q31、Q41が接続されており、各強誘電体キャパシタと各選択トランジスタとによってメモリセルが構成されている。複数個の強誘電体キャパシタCF11、CF21、CF31、CF41が直列に接続されてなる第1列の直列回路の下端側には、複数個の強誘電体キャパシタCF11、CF21、CF31、CF41のうち選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知することによりデータを読み出す第1の読み出し電界効果型トランジスタ(以下、単に読み出しトランジスタと称する。)Q51が接続されている。
【0018】
また、第2のメモリセルブロックにおいても、第1のメモリセルブロックと同様、複数個の強誘電体キャパシタCF12、CF22、CF32、CF42がビット線方向に直列に接続されていると共に、各強誘電体キャパシタCF12、CF22、CF32、CF42に並列に選択トランジスタQ12、Q22、Q32、Q42が接続されており、複数個の強誘電体キャパシタCF12、CF22、CF32、CF42が直列に接続されてなる第2列の直列回路の下端側には、選択された強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知することによりデータを読み出す第2の読み出しトランジスタQ52が接続されている。
【0019】
第1行のメモリセルを構成する選択トランジスタQ11、Q12のゲート電極は第1のワード線WL1に共通に接続され、第2行のメモリセルを構成する選択トランジスタQ21、Q22のゲート電極は第2のワード線WL2に共通に接続され、第3行のメモリセルを構成する選択トランジスタQ31、Q32のゲート電極は第3のワード線WL3に共通に接続され、第4行のメモリセルを構成する選択トランジスタQ41、Q42のゲート電極は第4のワード線WL4に共通に接続されている。
【0020】
第1列の直列回路の上端部、つまり第1行の強誘電体キャパシタCF11の上電極は第1の制御線(第1のセット線)BS1に接続されていると共に、第1列の直列回路の下端部、つまり第4行の強誘電体キャパシタCF41の下電極は第1の読み出しトランジスタQ51のゲート電極に接続され、第1の読み出しトランジスタQ51のドレイン領域は第1のビット線BL1に接続されている。
【0021】
第2列の直列回路の上端部、つまり第1行の強誘電体キャパシタCF12の上電極は第2の制御線(第2のセット線)BS2に接続されていると共に、第2列の直列回路の下端部、つまり第4行の強誘電体キャパシタCF42の下電極は第1の読み出しトランジスタQ52のゲート電極に接続され、第2の読み出しトランジスタQ52のドレイン領域は第2のビット線BL2に接続されている。
【0022】
第1の読み出しトランジスタQ51のソース領域と第2の読み出しトランジスタQ52のソース領域はプレート線(リセット線)CPに共通に接続されている。
【0023】
本発明の前提となる半導体記憶装置における書き込み動作は以下の通りである。ここでは、第1列の第2行のメモリセルを構成する強誘電体キャパシタCF21にデータを書き込む場合について説明する。
【0024】
まず、ワード線WL1、WL3、WL4に高電圧を印加して選択トランジスタQ11、Q31、Q41をオン状態にする一方、ワード線WL2に接地電圧を印加して選択トランジスタQ21をオフ状態にする。このようにすると、強誘電体キャパシタCF21が選択されると共に、強誘電体キャパシタCF21の容量と第1の読み出しトランジスタQ51のゲート容量とが直列に接続されたことになり、直列容量回路の一端が第1の読み出しトランジスタQ51のウェル領域になると共に直列容量回路の他端が第1の制御線BS1になる。
【0025】
次に、第1の読み出しトランジスタQ51のウェル領域を接地すると共に、第1の制御線BS1に書き込み電圧を印加すると、該書き込み電圧の極性に応じて強誘電体キャパシタCF21の分極の方向が変化する。その後、ワード線WL2に高電圧を印加して、選択トランジスタQ21をオン状態にすると、強誘電体キャパシタCF21の上電極と下電極とが短絡するので、強誘電体キャパシタCF21はリセット状態になる。
【0026】
第1行の第2列のメモリセルを構成する強誘電体キャパシタCF21からデータを読み出す動作は次の通りである。
【0027】
まず、書き込み動作時と同様、ワード線WL1、WL3、WL4に高電圧を印加して選択トランジスタQ11、Q21、Q41をオン状態にする一方、ワード線WL2に接地電圧を印加して選択トランジスタQ31をオフ状態にする。このようにすると、強誘電体キャパシタCF21が選択されると共に、強誘電体キャパシタCF21の容量と第1の読み出しトランジスタQ51のゲート容量とが直列に接続されたことになり、直列容量回路の一端が第1の読み出しトランジスタQ51のウェル領域になると共に他端が第1の制御線BS1になる。
【0028】
次に、第1の読み出しトランジスタQ51のウェル領域を接地すると共に、第1の制御線BS1に読み出し電圧を印加すると、該読み出し電圧が、強誘電体キャパシタCF21の容量値と第1の読み出しトランジスタQ51のゲート容量値とに応じて分割されてなる電圧が第1の読み出しトランジスタQ51のゲート電極に印加され、該ゲート電極の電位に応じて第1の読み出しトランジスタQ51のソース領域とドレイン領域との間に電流が流れ、該電流がプレート線CPと第1のビット線BL1との間に流れる。
【0029】
本発明の前提となる半導体記憶装置においては、強誘電体キャパシタに書き込まれているデータに応じて強誘電体膜の分極値が異なるため、読み出し電圧を印加したときの強誘電体膜の分極値の変化も異なる。電圧の変化に対する分極値の変化の比が容量値であるから、強誘電体キャパシタの容量値は、書き込まれているデータと対応する強誘電体膜の分極値によって異なることになる。つまり、選択された強誘電体キャパシタCF21の容量値は、該強誘電体キャパシタCF21の強誘電体膜の分極値によって異なる値を持つ。
【0030】
ところで、第1の読み出しトランジスタQ51のゲート電圧は、強誘電体キャパシタCF21の容量値と第1の読み出しトランジスタQ51のゲート容量値との容量分割により決まるため、強誘電体キャパシタCF21の強誘電体膜の分極値に応じて、第1の読み出しトランジスタQ51のゲート容量値が変化する。
【0031】
このため、強誘電体キャパシタCF21に書き込まれているデータに応じて、第1の読み出しトランジスタQ51のソース領域とドレイン領域との間に流れる電流値が変化するので、この電流値の変化を検出することによって、強誘電体キャパシタCF21に書き込まれているデータを読み出すことができる。
【0032】
前述のように、本発明の前提となる半導体記憶装置においては、データの書き込み後に、強誘電体キャパシタをリセット状態にするため、データ保持期間中においては強誘電体キャパシタには電圧は印加されていないので、リテンション特性に優れている。すなわち、強誘電体キャパシタの電位差を保持するのではなくて、強誘電体膜の分極状態を保持するので、リテンション特性に優れている。
【0033】
しかしながら、本発明の前提となる半導体記憶装置においては、強誘電体キャパシタと読み出しトランジスタとの間に存在する寄生容量値がアドレス毎に異なる。例えば、第4列の強誘電体キャパシタCF41と第1の読み出しトランジスタQ51との間の寄生容量値をqとし、選択トランジスタQ11、Q21、Q31、Q41毎の寄生容量値をqとすると、第4列の強誘電体キャパシタCF41に書き込まれているデータを読み出すときの寄生容量値はqであるのに対して、第1列の強誘電体キャパシタCF11に書き込まれているデータを読み出すときの寄生容量値はq+3×qとなる。
【0034】
このように、強誘電体キャパシタと読み出しトランジスタとの間に存在する寄生容量値がアドレス毎に異なるため、読み出し動作時における読み出しトランジスタのゲート電圧がアドレス毎に異なることになり、読み出しトランジスタの動作が不安定になるという問題がある。
【0035】
前記に鑑み、本発明は、半導体記憶装置のリテンション特性を向上させると共に、読み出しトランジスタの動作の安定化を図ることを目的とする。
【0036】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体記憶装置の駆動方法は、それぞれが、強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する強誘電体キャパシタと、該強誘電体キャパシタに直列に接続されたセル選択トランジスタとを有する複数のメモリセルが互いに並列に接続されてなるメモリセルブロックと、メモリセルブロックを構成する2つの共通ノードのうちの第1の共通ノードに接続され、読み出し電圧が印加されるセット線と、2つの共通ノードのうちの第2の共通ノードに接続され、強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知する容量性負荷とを備えた半導体記憶装置の駆動方法を対象とし、複数の強誘電体キャパシタのうちデータを読み出そうとするデータ読み出し強誘電体キャパシタに直列に接続されているセル選択トランジスタをオン状態にする一方、複数の強誘電体キャパシタのうちデータを読み出さない強誘電体キャパシタに直列に接続されているセル選択トランジスタをオフ状態にして、データ読み出し強誘電体キャパシタの一方の電極を第1の共通ノードを介してセット線に接続すると共に、データ読み出し強誘電体キャパシタの他方の電極を第2の共通ノードを介して容量性負荷に接続する第1の工程と、セット線に読み出し電圧を印加する第2の工程と、セット線に印加されている読み出し電圧を除去する第3の工程とを備え、第2の工程で印加される読み出し電圧は、第3の工程で読み出し電圧が除去されたときに、データ読み出し強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位がデータを読み出す前の偏位に戻るような大きさに設定されている。
【0037】
本発明に係る半導体記憶装置の駆動方法によると、第2の工程において印加される読み出し電圧は、第3の工程で読み出し電圧が除去されたときに、強誘電体膜の分極の偏位が多値データを読み出す前の偏位に戻るような大きさに設定されているため、強誘電体キャパシタに記憶されているデータを読み出したときに、読み出したデータが破壊されないので、データの再書き込み動作を行なう必要がない。このため、データの読み出し動作毎に強誘電体膜の分極の向きを変える動作(分極反転動作)が不要になり、強誘電体キャパシタの強誘電体膜に分極疲労劣化が発生し難いので、半導体記憶装置の読み出し可能回数が大きく向上する。
【0038】
また、データ読み出し強誘電体キャパシタから容量性負荷に電荷を移動してデータを読み出す際に、選択されていない強誘電体キャパシタはオフ状態のセル選択トランジスタにより容量性負荷から切り離されているため、選択されていない強誘電体キャパシタが寄生容量として働かないので、データの読み出し時に容量性負荷に印加される電圧がばらつかない。
【0039】
本発明に係る半導体記憶装置の駆動方法は、第3の工程の後に、データ読み出し強誘電体キャパシタの一方の電極と他方の電極との間の電位差を零にする第4の工程をさらに備えていることが好ましい。
【0040】
このように、第3の工程の後に、強誘電体キャパシタの一方の電極と他方の電極との間の電位差を零にすると、強誘電体キャパシタの抵抗成分に起因する電位の低下が抑制されるので、リテンション特性が向上する。
【0041】
本発明に係る半導体記憶装置の駆動方法において、第2の工程で印加される読み出し電圧は、該読み出し電圧が印加されたときに、強誘電体キャパシタの一方の電極と他方の電極との間に発生する電位差が強誘電体キャパシタの抗電圧以下になるような大きさに設定されていることが好ましい。
【0042】
このようにすると、第2の工程において印加される読み出し電圧を除去したときに、データ読み出し強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位をデータ読み出し前の偏位に確実に戻すことができる。
【0043】
本発明に係る半導体記憶装置の駆動方法において、強誘電体キャパシタは第1の共通ノード側に配置されていると共に、セル選択トランジスタは第2の共通ノード側に配置されていることが好ましい。
【0044】
このようにすると、第1の共通ノードと強誘電体キャパシタとの間にセル選択トランジスタが介在している場合に比べて、第2の共通ノードに接続される寄生容量を低減することができるので、より安定した読み出し動作が可能になる。
【0045】
本発明に係る半導体記憶装置の駆動方法において、容量性負荷は、ゲート電極が第2の共通ノードに接続された電界効果型トランジスタであることが好ましい。
【0046】
このようにすると、第2の工程で印加される電圧を、強誘電体キャパシタの容量値と電界効果型トランジスタのゲート容量値との容量比に基づいて分割できるため、強誘電体キャパシタに印加される電圧を、読み出し電圧が除去されたときに強誘電体膜の分極の偏位がデータの読み出し前の偏位に戻るような大きさに設定することが容易になると共に、電界効果型トランジスタのドレイン領域とソース領域との間に流れる電流を検出することによって、強誘電体膜の分極の偏位を確実に検出することができる。
【0047】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置及びその駆動方法について、図1を参照しながら説明する。
【0048】
図1は、第1の実施形態に係る半導体記憶装置を構成する第1及び第2のメモリセルブロックの等価回路を示している。
【0049】
図1に示すように、第1のメモリセルブロックにおいては、強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14と、該複数の強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14のそれぞれに直列に接続された複数のセル選択電界効果型トランジスタ(以下、単にセル選択トランジスタと称する。)Q11、Q12、Q13、Q14とからなる複数のメモリセルが互いに並列に接続されている。
【0050】
第1のメモリセルブロックの第1の共通ノードN11は、第1のメモリセルブロックを選択する第1のメモリセルブロック選択電界効果型トランジスタトランジスタ(以下、単に第1のブロック選択トランジスタと称する。)Q10を介して、読み出し電圧が印加される第1のセット線SET1に接続されている。尚、第1のブロック選択トランジスタQ10のゲート電極はブロック選択線BSに接続されている。第2の共通ノードN12は、第1の書き込み電界効果型トランジスタ(以下、単に第1の書き込みトランジスタと称する。)Q15を介して第1のリセット線RST1に接続されていると共に、容量性負荷としての第1の読み出し電界効果型トランジスタ(以下、単に第1の読み出しトランジスタと称する。)Q16のゲート電極に接続されている。尚、第1の書き込みトランジスタQ15のゲート電極は第1の書き込みトランジスタ制御線RE1に接続され、第1の読み出しトランジスタQ16のドレイン領域はビット線BLに接続され、第1の読み出しトランジスタQ16のソース領域は第1のリセット線RST1に接続されている。
【0051】
また、セル選択トランジスタQ11、Q12、Q13、Q14の各ゲート電極には、ワード線WL11、WL12、WL13、WL14がそれぞれ接続されている。
【0052】
また、第2のメモリセルブロックにおいても、強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタCF21、CF22、CF23、CF24と、該複数の強誘電体キャパシタCF21、CF22、CF23、CF24のそれぞれに直列に接続された複数のセル選択トランジスタQ21、Q22、Q23、Q24とからなる複数のメモリセルが互いに並列に接続されている。
【0053】
第2のメモリセルブロックの第1の共通ノードN21は、第2のメモリセルブロックを選択する第2のメモリセルブロック選択電界効果型トランジスタ(以下、単に第2のブロック選択トランジスタと称する。)Q20を介して、読み出し電圧が印加される第2のセット線SET2に接続されている。尚、第2のブロック選択トランジスタQ20のゲート電極はブロック選択線BSに接続されている。第2の共通ノードN22は、第2の書き込み電界効果型トランジスタトランジスタ(以下、単に第2の書き込みトランジスタと称する。)Q25を介して第2のリセット線RST2に接続されていると共に、容量性負荷としての第2の読み出し電界効果型トランジスタ(以下、単に第2の読み出しトランジスタと称する。)Q26のゲート電極に接続されている。尚、第2の書き込みトランジスタQ25のゲート電極は第2の書き込みトランジスタ制御線RE2に接続され、第2の読み出しトランジスタQ26のドレイン領域はビット線BLに接続され、第2の読み出しトランジスタQ26のソース領域は第2のリセット線RST2に接続されている。
【0054】
また、セル選択トランジスタQ21、Q22、Q23、Q24の各ゲート電極には、ワード線WL21、WL22、WL23、WL24がそれぞれ接続されている。
【0055】
第1の実施形態の特徴として、第1のメモリセルブロックを構成する強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14は第1の共通ノードN11側に配置され且つセル選択トランジスタQ11、Q12、Q13、Q14は第2の共通ノードN12側に配置されていると共に、第2のメモリセルブロックを構成する強誘電体キャパシタCF21、CF22、CF23、CF24は第1の共通ノードN21側に配置され且つセル選択トランジスタQ21、Q22、Q23、Q24は第2の共通ノードN22側に配置されている。
【0056】
尚、第1のメモリセルブロック及び第2のメモリセルブロックを構成する複数の強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14、CF21、CF22、CF23、CF24の容量値は互いに等しいと共に、複数のセル選択トランジスタQ11、Q12、Q13、Q14、Q21、Q22、Q23、Q24のサイズは互いに等しい。
【0057】
図1においては図示していないが、ビット線BLは、参照電圧VREFが入力されるセンスアンプSAに接続されており、ビット線BLに現われる電圧変化と、参照電圧VREFとをセンスアンプSAにより比較することにより、選択された強誘電体キャパシタに保存されているデータを読み出すことができる。
【0058】
(データの書き込み動作)
以下、第1の実施形態に係る半導体記憶装置におけるデータの書き込み動作について説明する。尚、ここでは、第1のメモリセルブロックの第2列のメモリセルブロックを構成する強誘電体キャパシタCF12にデータを書き込む場合について説明する。
【0059】
まず、ブロック選択線BS、第1の書き込みトランジスタ制御線RE1及びワード線WL12にハイ信号を印加して、第1のブロック選択トランジスタQ10、第1の書き込みトランジスタQ15及びセル選択トランジスタQ12をオン状態にする一方、第2の書き込みトランジスタ制御線RE2及びワード線WL11、WL13、WL14、WL21、WL22、WL23、WL24にロー信号を印加して、第2の書き込みトランジスタQ25、セル選択トランジスタQ11、Q13、Q14、Q21、Q22、Q23、Q24をオフ状態にする。
【0060】
このようにすると、第1のメモリセルブロックの第2列のメモリセルブロックが選択される。
【0061】
次に、データ”1”を書き込む場合には、第1のセット線SET1にハイ信号を印加し且つ第1のリセット線RST1にロー信号を印加すると共に、データ”0”を書き込む場合には、第1のセット線SET1にロー信号を印加し且つ第1のリセット線RST1にハイ信号を印加する。
【0062】
このようにすると、第1のメモリセルブロックの第2列のメモリセルブロックを構成する強誘電体キャパシタCF12の上電極にセット電圧が印加されると共に、強誘電体キャパシタCF12の下電極にリセット電圧が印加されるので、データ”1”を書き込む場合には、強誘電体キャパシタCF2の強誘電体膜の分極は下向きになる一方、データ”0”を書き込む場合には、強誘電体キャパシタCF2の強誘電体膜の分極は上向きになる。
【0063】
次に、データの書き込み動作が完了すると、第1のセット線SET1と第1のリセット線RST1とを同電位にした後、ブロック選択線BS、第1の書き込みトランジスタ制御線RE1及びワード線WL12にロー信号を印加して、第1のブロック選択トランジスタQ10、第1の書き込みトランジスタQ15及びセル選択トランジスタQ12をオフ状態にする。
【0064】
このようにすると、強誘電体キャパシタCF12の上電極と下電極との間に印加されている電位差は零になるため、この状態で電源をオフにしても、強誘電体キャパシタCF12の強誘電体膜の分極の状態が維持されるので、強誘電体キャパシタCF12に書き込まれているデータは保存される。これによって、半導体記憶装置は不揮発性メモリの機能を発揮する。
【0065】
(データの読み出し動作)
以下、第1のメモリセルブロックの第2列のメモリセルブロックを構成する強誘電体キャパシタCF12からデータを読み出す動作について説明する。
【0066】
まず、ブロック選択線BS及びワード線WL12にハイ信号を印加して、第1のブロック選択トランジスタQ10及びセル選択トランジスタQ12をオン状態にする一方、第1の書き込みトランジスタ制御線RE1及びワード線WL11、WL13、WL14、WL21、WL22、WL23、WL24にロー信号を印加して、第1の書き込みトランジスタQ15及びセル選択トランジスタQ11、Q13、Q14、Q21、Q22、Q23、Q24をオフ状態にする。また、第2の書き込みトランジスタ制御線RE2にハイ信号を印加して、第2の書き込みトランジスタQ25をオン状態にする。
【0067】
このようにすると、第1のセット線SET1と強誘電体キャパシタCF12の上電極とが接続されると共に、強誘電体キャパシタCF12の下電極と第1の読み出しトランジスタQ16のゲート電極とが接続される。第1のメモリセルブロックの他の強誘電体キャパシタCF11、CF13、CF14が第1の読み出しトランジスタQ16と切り離されると共に、第2のメモリセルブロックのCF21、CF22、CF23、CF24は第2の読み出しトランジスタQ26と切り離される。
【0068】
この状態で、第1のセット線SET1に読み出し電圧(例えば1.5V)を印加すると、該読み出し電圧が強誘電体キャパシタCF12の容量値と第1の読み出しトランジスタQ16のゲート容量値との容量比で分割されてなる電圧が第1の読み出しトランジスタQ16のゲート電極に印加される。
【0069】
強誘電体キャパシタCF12にデータ”1”が保存されている場合とデータ”0”が保存されている場合とでは、強誘電体キャパシタCF12の強誘電体膜の分極の方向が異なるため、ヒステリシス線の形状が異なるので、第1の読み出しトランジスタQ16のゲート電極に印加される電圧の大きさが異なる。従って、保存されているデータによって、第1の読み出しトランジスタQ16のゲート電位が異なる。以下、このことを図2を参照しながら説明する。
【0070】
第1のセット線SET1に1.5Vの読み出し電圧を印加した状態は、分極が保持されている点を原点に置き換えると共にゲート容量を負荷線としたとき、この負荷線が電圧軸(横軸)と1.5Vの点で交わることと等価である。このことは、図2に示すように、データ”1”に対しては第1のゲート容量負荷線8を与えることに等しく、データ”0”に対しては第2のゲート容量負荷線9を与えることに等しい。
【0071】
第1のセット線SET1に電圧が印加されるときには、強誘電体キャパシタCF12にも電圧が印加される。このため、第1のセット線SET1の電位が1.5Vのときには、データ”1”に対しては分極は第1の曲線Aに沿って変化して第1の曲線Aと第1のゲート容量負荷線8との交点gで釣り合うと共に、データ”0”に対しては分極は第2の曲線Bに沿って変化して第2の曲線Bと第2のゲート容量負荷線9との交点hで釣り合う。
【0072】
交点i、交点j及び交点kは、各分極状態のときの電位の配分を決めており、データ”1”に対しては交点iと交点jとの間の約0.7Vが第1の読み出しトランジスタQ16のゲート電位として配分されると共に、データ”0”に対しては交点iと交点kとの間の約0.9Vが第1の読み出しトランジスタQ16のゲート電位として配分される。
【0073】
従って、第1の読み出しトランジスタQ16のしきい値電圧を0.7Vと0.9Vとの中間の値である0.8Vに設定しておけば、データ”1”を読み出すときには第1の読み出しトランジスタQ16はオフ状態になると共にデータ”0”を読み出すときには第1の読み出しトランジスタQ16はオン状態になる。
【0074】
このため、図1に示すビット線BLと第1のリセット線RST1との間に電位差を与えると、データ”1”が記憶されているときには第1の読み出しトランジスタQ16には電流が流れない一方、データ”0”が記憶されているときには第1の読み出しトランジスタQ16に電流が流れるので、センスアンプSAにより第1の読み出しトランジスタQ16に流れる電流を検出することによって、記憶されているデータが”1”であるか又は”0”であるかを判別することができる。
【0075】
ところで、この読み出し動作においては、第1のセット線SET1への読み出し電圧の印加は、データ”1”に対しては分極を増強する方向に作用するが、データ”0”に対しては分極が反転する方向に作用する。従って、強誘電体キャパシタCF12に印加される電圧がその抗電圧を超えると分極が反転してしまうが、第1の実施形態においては、データが”0”であるときに強誘電体キャパシタCF12に印加される電圧は0.6Vであって抗電圧となる点mよりも小さいため、分極が反転しないので、記憶されているデータが変化する恐れはない。
【0076】
ここで、強誘電体キャパシタCF12の容量値と第1の読み出しトランジスタQ16のゲート容量値とを調整することにより、第1のセット線SET1と第1の読み出しトランジスタQ16の基板との間に印加される電圧を、強誘電体キャパシタCF12の上電極と下電極との間に印加される電圧と、第1の読み出しトランジスタQ16におけるゲート電極と基板との間に印加される電圧とに配分して、強誘電体キャパシタCF12に印加される電圧が該強誘電体キャパシタCF12の抗電圧を超えない値つまり分極が反転しないような値に設定することが好ましい。
【0077】
尚、第1の実施形態においては、読み出し動作をする際に、強誘電体キャパシタCF12に印加する電圧は、該強誘電体キャパシタCF12の抗電圧を超えない値に設定したが、これに限られず、強誘電体キャパシタCF12に印加された読み出し電圧を除去したときに、該強誘電体キャパシタCF12の強誘電体膜の分極の偏位がデータを読み出す前の偏位に戻るような大きさであればよい。
【0078】
このようにすると、第1の実施形態によると、読み出し動作を行なったときに強誘電体キャパシタCF12の強誘電体膜の分極が反転しないので、データの読み出し動作毎に強誘電体膜の分極の向きを変える動作(分極反転動作)が不要になる。このため、強誘電体キャパシタCF12の強誘電体膜に分極疲労劣化が発生し難いので、半導体記憶装置のリテンション特性が大きく向上する。
【0079】
データの読み出し動作が完了すると、第1のセット線SET1及び第1のリセット線RST1にロー信号を印加して、強誘電体キャパシタCF12の上電極と下電極との間の電位差を零にする。
【0080】
次に、第1の書き込みトランジスタ制御線RE1にハイ信号を印加して第1の書き込みトランジスタQ15をオン状態にする。その後、ブロック選択線BS及びワード線WL2にロー信号を印加して第1のブロック選択トランジスタQ10及びセル選択トランジスタQ12をオフ状態にする。
【0081】
読み出し動作中においては、強誘電体キャパシタCF12及びセル選択トランジスタQ12のリーク電流により、フローティングノードである第1の読み出しトランジスタQ16のゲート電位が変動しているが、この動作によってフローティングノードがリセットされる。
【0082】
第1の実施形態によると、強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14の容量値が互いに等しいと共に、セル選択トランジスタQ11、Q12、Q13、Q14のサイズが互いに等しいため、各強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14と第1の読み出しトランジスタQ16との間に存在する寄生容量値が互いに等しいので、読み出しの対象となる強誘電体キャパシタのアドレスによって、第1の読み出しトランジスタQ16のゲート電位がばらつくという問題が発生しない。
【0083】
すなわち、第1のメモリセルブロックにおいては、強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14と第1の読み出しトランジスタQ16との間にセル選択トランジスタQ11、Q12、Q13、Q14が接続されているため、選択されたメモリセルの強誘電体キャパシタCF12から第1の読み出しトランジスタQ16のゲート電極に電荷を移動してデータを読み出す際に、選択されていないメモリセルの強誘電体キャパシタCF11、CF13、CF14はオフ状態のセル選択トランジスタQ11、Q13、Q14により第1の読み出しトランジスタQ16から切り離されている。このため、選択されていないメモリセルを構成し大きな容量値を持つ強誘電体キャパシタCF11、CF13、CF14が寄生容量として働かないので、第1の読み出しトランジスタQ16の動作電圧がばらつかない。
【0084】
尚、読み出し動作中において、第2の読み出しトランジスタQ26のゲート電極は、第2の書き込みトランジスタQ25を介して第2のリセット線RST2に接続されており、該第2のリセット線RST2を接地することにより第2の読み出しトランジスタQ26を確実にオフ状態にすることができる。これにより、第1のメモリセルブロックからのデータの読み出し動作を安定して行なえる。
【0085】
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置及びその駆動方法について、図3を参照しながら説明する。
【0086】
図3は、第2の実施形態に係る半導体記憶装置を構成する第1のメモリセルブロックの等価回路を示している。尚、第2のメモリセルブロックにおいても、第1のメモリセルブロックと同様の等価回路が設けられているが、図示は省略している。
【0087】
図3に示すように、強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14と、該複数の強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14のそれぞれに直列に接続された複数のセル選択トランジスタQ11、Q12、Q13、Q14とからなる複数のメモリセルが互いに並列に接続されている。
【0088】
第1の共通ノードN11は、第1のブロック選択トランジスタトランジスタQ10を介して、読み出し電圧が印加される第1のセット線SET1に接続されており、第1のブロック選択トランジスタQ10のゲート電極はブロック選択線BSに接続されている。第2の共通ノードN12は、第1の書き込みトランジスタQ15を介して第1のリセット線RST1に接続されていると共に、容量性負荷としての第1の読み出しトランジスタQ16のゲート電極に接続されている。尚、第1の書き込みトランジスタQ15のゲート電極は第1の書き込みトランジスタ制御線RE1に接続され、第1の読み出しトランジスタQ16のドレイン領域はビット線BLに接続され、第1の読み出しトランジスタQ16のソース領域は第1のリセット線RST1に接続されている。
【0089】
また、セル選択トランジスタQ11、Q12、Q13、Q14の各ゲート電極には、ワード線WL11、WL12、WL13、WL14がそれぞれ接続されている。
【0090】
第2の実施形態の特徴として、セル選択トランジスタQ11、Q12、Q13、Q14は第1の共通ノードN11側に配置されていると共に、強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14は第1の共通ノードN12側に配置されている。
【0091】
第2の実施形態においても、複数の強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14の容量値は互いに等しいと共に、複数のセル選択トランジスタQ11、Q12、Q13、Q14のサイズは互いに等しい。
【0092】
第2の実施形態に係る半導体記憶装置の駆動方法は第1の実施形態と同様であるから説明を省略する。
【0093】
第2の実施形態に係る半導体記憶装置の駆動方法によると、第1の実施形態と同様、読み出し動作を行なったときに強誘電体キャパシタCF12の強誘電体膜の分極が反転しないため、強誘電体キャパシタCF12の強誘電体膜に分極疲労劣化が発生し難いので、半導体記憶装置のリテンション特性が大きく向上する。
【0094】
ここで、第1の実施形態と第2の実施形態との対比について説明する。第1の実施形態においては、強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14は第1の共通ノードN11側に配置されていると共に、セル選択トランジスタQ11、Q12、Q13、Q14は第2の共通ノードN12側に配置されているため、第2の実施形態のように、第1の共通ノードN11と強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14との間にセル選択トランジスタQ11、Q12、Q13、Q14が介在している場合に比べて、駆動に要する時間を短縮することができる。すなわち、第1の実施形態においては、選択されていない強誘電体キャパシタCF11、CF13、CF14に直列に接続されているセル選択トランジスタQ11、Q13、Q14のゲート・ソース間の容量が寄生容量として働くが、該寄生容量は小さいため特に問題にはならないので、高速動作が可能になる。これに対して、第2の実施形態においては、選択されていない強誘電体キャパシタCF11、CF13、CF14が有する大きな容量が寄生容量として働くので、駆動に要する時間が長く掛かってしまうという問題がある。
【0095】
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置及びその駆動方法について、図4を参照しながら説明する。
【0096】
図4は、第3の実施形態に係る半導体記憶装置を構成する第1のメモリセルブロックの等価回路を示している。尚、第2のメモリセルブロックにおいても、第1のメモリセルブロックと同様の等価回路が設けられているが、図示は省略している。
【0097】
図4に示すように、第1のメモリセルブロックにおいては、強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14と、複数の強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14の上電極に接続された複数の第1のセル選択トランジスタQ11A、Q12A、Q13A、Q14Aと、複数の強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14の下電極に接続された複数の第2のセル選択トランジスタQ11B、Q12B、Q13B、Q14Bとからなる複数のメモリセルが互いに並列に接続されている。
【0098】
第1の共通ノードN11は、第1のブロック選択トランジスタトランジスタQ10を介して、読み出し電圧が印加される第1のセット線SET1に接続されており、第1のブロック選択トランジスタQ10のゲート電極はブロック選択線BSに接続されている。第2の共通ノードN12は、第1の書き込みトランジスタQ15を介して第1のリセット線RST1に接続されていると共に、容量性負荷としての第1の読み出しトランジスタQ16のゲート電極に接続されている。尚、第1の書き込みトランジスタQ15のゲート電極は第1の書き込みトランジスタ制御線RE1に接続され、第1の読み出しトランジスタQ16のドレイン領域はビット線BLに接続され、第1の読み出しトランジスタQ16のソース領域は第1のリセット線RST1に接続されている。
【0099】
また、第1のセル選択トランジスタQ11A、Q12A、Q13A、Q14Aの各ゲート電極には、第1のワード線WL11A、WL12A、WL13A、WL14Aがそれぞれ接続されていると共に、第2のセル選択トランジスタQ11B、Q12B、Q13B、Q14Bの各ゲート電極には、第1のワード線WL11B、WL12B、WL13B、WL14Bがそれぞれ接続されている。
【0100】
第3の実施形態の特徴として、強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14と第1の共通ノードN11との間に第1のセル選択トランジスタQ11A、Q12A、Q13A、Q14Aがそれぞれ介在していると共に、強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14と第2の共通ノードN12との間に第2のセル選択トランジスタQ11B、Q12B、Q13B、Q14Bがそれぞれ介在している。
【0101】
第3の実施形態においては、複数の強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14の容量値は互いに等しく、複数の第1のセル選択トランジスタQ11A、Q12A、Q13A、Q14Aのサイズは互いに等しく、複数の第2のセル選択トランジスタQ11B、Q12B、Q13B、Q14Bのサイズは互いに等しい。
【0102】
第3の実施形態に係る半導体記憶装置のメモリセルブロックに対してデータの書き込み動作又は読み出し動作をする際には、選択されたメモリセルの強誘電体キャパシタCF12と直列に接続されている第1のセル選択トランジスタQ12A及び第2のセル選択トランジスタQ12Bをオン状態にして、選択されている強誘電体キャパシタCF12の上電極を第1の選択トランジスタQ12Aを介して第1のセット線SET1に接続すると共に、選択されている強誘電体キャパシタCF12の下電極を第2のセル選択トランジスタQ12Bを介して第1のリセット線RST1に接続する。また、選択されていないメモリセルの強誘電体キャパシタCF11、CF13、CF14と直列に接続されている第1のセル選択トランジスタQ11A、Q13A、Q14A及び第2のセル選択トランジスタQ11B、Q13B、Q14Bをオフ状態にする。
【0103】
第1又は第2の実施形態によると、選択されていない強誘電体キャパシタCF11、CF13、CF14の上電極と下電極との間にも僅かな電圧が印加されてしまうが、第3の実施形態によると、選択されていない強誘電体キャパシタCF11、CF13、CF14は第1のセット線SET1及び第1のリセット線RST1から確実に切り離されるため、選択されていない強誘電体キャパシタCF11、CF13、CF14の上電極と下電極との間には電圧が全く印加されない。
【0104】
(第4の実施形態)
以下、本発明の第4の実施形態に係る半導体記憶装置及びその駆動方法について、図5を参照しながら説明する。
【0105】
図5は、第4の実施形態に係る半導体記憶装置を構成する第1のメモリセルブロックの等価回路を示している。尚、第2のメモリセルブロックにおいても、第1のメモリセルブロックと同様の等価回路が設けられているが、図示は省略している。
【0106】
図5に示すように、第1のメモリセルブロックにおいては、強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する複数の強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14と、該複数の強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14のそれぞれに直列に接続された複数のセル選択トランジスタQ11、Q12、Q13、Q14とからなる複数のメモリセルが互いに並列に接続されている。
【0107】
第1の共通ノードN11は、第1のブロック選択トランジスタトランジスタQ10を介して、読み出し電圧が印加される第1のセット線SET1に接続されており、第1のブロック選択トランジスタQ10のゲート電極はブロック選択線BSに接続されている。第2の共通ノードN12は、第1の書き込みトランジスタQ15を介して第1のリセット線RST1に接続されていると共に、容量性負荷としての第1の読み出しトランジスタQ16のゲート電極に接続されている。尚、第1の書き込みトランジスタQ15のゲート電極は第1の書き込みトランジスタ制御線RE1に接続され、第1の読み出しトランジスタQ16のドレイン領域はビット線BLに接続され、第1の読み出しトランジスタQ16のソース領域は第1のリセット線RST1に接続されている。
【0108】
また、セル選択トランジスタQ11、Q12、Q13、Q14の各ゲート電極には、ワード線WL11、WL12、WL13、WL14がそれぞれ接続されている。
【0109】
第4の実施形態においても、複数の強誘電体キャパシタCF11、CF12、CF13、CF14の容量値は互いに等しいと共に、複数のセル選択トランジスタQ11、Q12、Q13、Q14のサイズは互いに等しい。
【0110】
第4の実施形態の特徴として、第1の共通ノードN11と第2の共通ノードN12との間にリセットトランジスタQ17が接続されており、該リセットトランジスタQ17のゲート電極はリセット制御線SEに接続されている。
【0111】
第4の実施形態においては、データの書き込み動作及び読み出し動作の後に、リセット制御線SEにハイ信号を印加して、リセットトランジスタQ17をオン状態にする。
【0112】
従って、データの書き込み動作及び読み出し動作が完了した強誘電体キャパシタの上電極と下電極との間に発生している電位差を短時間で確実に零にすることができる。
【0113】
尚、第1〜第4の実施形態においては、容量性負荷として第1の読み出しトランジスタQ16を用い、読み出し電圧が、強誘電体キャパシタの容量値と第1の読み出しトランジスタQ16のゲート容量値とに基づいて分割されてなる電圧が第1の読み出しトランジスタQ16のゲート電極に印加され、該ゲート電極の電位に応じて第1の読み出しトランジスタQ16のドレイン領域とソース領域との間に流れる電流の差異を検知することにより、強誘電体キャパシタに保存されているデータを読み出したが、第1の読み出しトランジスタQ16に代えて、他の容量性負荷を用いてもよい。例えば、第1の読み出しトランジスタQ16に代えて配線を用い、読み出し電圧が強誘電体キャパシタの容量値と配線が有する配線容量値とに基づき分割されてなる電圧が配線に印加されるときの電圧値をセンスアンプで検知してもよい。
【0114】
【発明の効果】
本発明に係る半導体記憶装置の駆動方法によると、読み出し電圧は、該読み出し電圧が除去されたときに、強誘電体膜の分極の偏位が多値データを読み出す前の偏位に戻るような大きさに設定されているため、強誘電体キャパシタに記憶されているデータを読み出したときに、読み出したデータが破壊されないので、データの再書き込み動作を行なう必要がない。このため、強誘電体キャパシタの強誘電体膜に分極疲労劣化が発生し難いので、半導体記憶装置のリテンション特性が大きく向上する。
【0115】
また、データ読み出し強誘電体キャパシタから容量性負荷に電荷を移動してデータを読み出す際に、選択されていない強誘電体キャパシタオフ状態のセル選択トランジスタにより容量性負荷から切り離されているため、選択されていない強誘電体キャパシタが寄生容量として働かないので、データの読み出し時に容量性負荷に印加される電圧はばらつかない。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係る半導体記憶装置を構成する第1及び第2のメモリセルブロックの等価回路図である。
【図2】第1の実施形態に係る半導体記憶装置の読み出し動作時の電荷と電圧との振る舞いを説明する図である。
【図3】第2の実施形態に係る半導体記憶装置を構成する第1のメモリセルブロックの等価回路図である。
【図4】第3の実施形態に係る半導体記憶装置を構成する第1のメモリセルブロックの等価回路図である。
【図5】第4の実施形態に係る半導体記憶装置を構成する第1のメモリセルブロックの等価回路図である。
【図6】第1の従来例に係る半導体記憶装置を構成するメモリセルの等価回路図である。
【図7】第2の従来例に係る半導体記憶装置を構成するメモリセルの等価回路図である。
【図8】第2の従来例に係る半導体記憶装置の読み出し動作時の電荷と電圧との振る舞いを説明する図である。
【図9】本発明の前提となる半導体記憶装置の等価回路図である。
【符号の説明】
CF11、CF12、CF13、CF14 第1のメモリセルブロックの強誘電体キャパシタ
CF21、CF22、CF23、CF24 第2のメモリセルブロックの強誘電体キャパシタ
Q11、Q12、Q13、Q14 第1のメモリセルブロックのセル選択トランジスタ
Q21、Q22、Q23、Q24 第2のメモリセルブロックのセル選択トランジスタ
Q11A、Q12A、Q13A、Q14A 第1のメモリセルブロックの第1のセル選択トランジスタ
Q11B、Q12B、Q13B、Q14B 第1のメモリセルブロックの第2のセル選択トランジスタ
Q10 第1のブロック選択トランジスタ
Q20 第2のブロック選択トランジスタ
Q15 第1の書き込みトランジスタ
Q25 第2の書き込みトランジスタ
Q16 第1の読み出しトランジスタ
Q26 第2の読み出しトランジスタ
Q17 リセットトランジスタ
WL11、WL12、WL13、WL14 第1のメモリセルブロックのワード線
WL21、WL22、WL23、WL24 第2のメモリセルブロックのワード線
WL11A、WL12A、WL13A、WL14A 第1のメモリセルブロックの第1のワード線
WL11B、WL12B、WL13B、WL14B 第1のメモリセルブロックの第2のワード線
N11 第1のメモリセルブロックの第1の共通ノード
N12 第1のメモリセルブロックの第2の共通ノード
N21 第2のメモリセルブロックの第1の共通ノード
N22 第2のメモリセルブロックの第2の共通ノード
BS ブロック選択線
BL ビット線
SET1 第1のセット線
SET2 第2のセット線
RST1 第1のリセット線
RST2 第2のリセット線
RE1 第1の書き込みトランジスタ制御線
RE2 第2の書き込みトランジスタ制御線
SE リセット制御線
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for driving a semiconductor memory device having a ferroelectric capacitor.
[0002]
[Prior art]
As a first conventional example of a semiconductor memory device having a ferroelectric capacitor, a field effect transistor (hereinafter referred to as FET) 1 and a ferroelectric capacitor 2 are provided as shown in FIG. It is known that the bit line BL is connected to the region 1a, the upper electrode of the ferroelectric capacitor 2 is connected to the source region 1b of the FET1, and the word line WL is connected to the gate electrode 1c of the FET1.
[0003]
The semiconductor memory device according to the first conventional example is a destructive read system in which recorded data is erased when data is read. For this reason, since a rewrite operation is required after the data is read, an operation (polarization inversion operation) for changing the polarization direction of the ferroelectric film is required for each data read operation.
[0004]
By the way, since a phenomenon called polarization fatigue deterioration occurs in the ferroelectric film, there is a problem that the polarization development characteristic of the ferroelectric film is remarkably deteriorated when the polarization inversion operation is repeated.
[0005]
Therefore, a semiconductor memory device according to a second conventional example as shown in FIG. 7 has been proposed. That is, the second conventional example is a non-destructive readout method in which the lower electrode 1b of the ferroelectric capacitor 2 is connected to the gate electrode 1c of the FET 1, and the ferroelectric capacitor 2 is used for controlling the gate potential of the FET 1. In FIG. 7, reference numeral 3 denotes a substrate.
[0006]
When writing data in the semiconductor memory device according to the second conventional example, a write voltage is applied between the upper electrode 2a of the ferroelectric capacitor 2 serving as a control electrode and the substrate 3.
[0007]
For example, when data is written by applying a positive voltage (control voltage) with respect to the substrate 3 to the upper electrode 2 a, downward polarization occurs in the ferroelectric film 2 c of the ferroelectric capacitor 2. Thereafter, even if the upper electrode 2a is grounded, the positive charge remains in the gate electrode 1c of the FET 1, so that the potential of the gate electrode 1c becomes positive.
[0008]
If the potential of the gate electrode 1c exceeds the threshold voltage of the FET 1, the FET 1 is in an on state. Therefore, if a potential difference is applied between the drain region 1a and the source region 1b, the drain region 1a and the source region 1b Current flows between the two. Such a logical state of the ferroelectric memory is defined as “1”, for example.
[0009]
On the other hand, when a voltage that is negative with respect to the substrate 3 is applied to the upper electrode 2 a of the ferroelectric capacitor 2, upward polarization occurs in the ferroelectric film 2 c of the ferroelectric capacitor 2. After that, even if the upper electrode 2a is grounded, since the negative charge remains in the gate electrode 1c of the FET 1, the potential of the gate electrode 1c becomes negative. In this case, since the potential of the gate electrode 1c is always smaller than the threshold voltage of the FET 1, the FET 1 is in an off state. Therefore, even if a potential difference is applied between the drain region 1a and the source region 1b, No current flows between the source region 1b. Such a logical state of the ferroelectric memory is defined as “0”, for example.
[0010]
Even if the power supply to the ferroelectric capacitor 2 is cut off, that is, even if a voltage is not applied to the upper electrode 2a of the ferroelectric capacitor 2, the above-described respective logical states are preserved, so that the nonvolatile memory is stored. A device is realized. That is, when the power supply is turned off for a certain period and then supplied again to apply a voltage between the drain region 1a and the source region 1b, when the logic state is "1", the drain region 1a and the source region 1b Since the current flows between them, the data “1” can be read out. On the other hand, when the logic state is “0”, the current does not flow between the drain region 1a and the source region 1b. Can do.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In order to correctly retain data even during the power-off period (the characteristic of retaining data in this way is called retention), even during the power-off period, when the data is “1”, the gate electrode 1c of the FET 1 Is always maintained higher than the threshold voltage of the FET 1, and when the data is “0”, the potential of the gate electrode 1 c of the FET 1 must always be maintained at a negative voltage.
[0012]
Incidentally, during the power-off period, the upper electrode 2a and the substrate 3 of the ferroelectric capacitor 2 are at the ground potential, so that the potential of the gate electrode 1c is isolated. Therefore, ideally, as shown in FIG. 8, the first of the hysteresis loop 4 at the time of writing data to the ferroelectric capacitor 2 and the gate capacitance load line 7 of the FET 1 when the bias voltage is 0V. Is the potential of the gate electrode 1c for the data "1", and the second intersection c of the hysteresis loop 4 and the gate capacitance load line 8 is the potential of the gate electrode 1c for the data "0". In FIG. 8, the vertical axis indicates the charge Q appearing on the upper electrode 2a (or the gate electrode 1c), and the horizontal axis indicates the voltage V.
[0013]
However, in reality, the ferroelectric capacitor 2 is not an ideal insulator but has a resistance component, so that the potential of the gate electrode 1c drops through this resistance component. This potential drop is exponential and has a time constant obtained by multiplying the parallel combined capacitance of the gate capacitance of the FET 1 and the capacitance of the ferroelectric capacitor 2 and the resistance component of the ferroelectric capacitor 2. This time constant is at most 10 4 About seconds. Therefore, the potential of the gate electrode 1c is halved in a few hours.
[0014]
As shown in FIG. 8, since the potential of the gate electrode 1c is about 1V at the first intersection c, when this potential is halved, the potential of the gate electrode 1c becomes about 0.5V and the threshold value of the FET 1 is reached. Since the voltage is lower than the voltage (generally about 0.7 V), the FET 1 that should be in the on state is turned off in a short time.
[0015]
As described above, the ferroelectric memory using the ferroelectric capacitor for controlling the gate potential of the FET has an advantage that the rewriting operation is not necessary after the data is read. Has a problem. That is, a potential is generated at the gate electrode of the FET after data is written, and the ability to hold the gate potential determines the retention characteristics. However, until the ferroelectric capacitor is discharged by the resistance component of the ferroelectric capacitor. Since the time constant is short, the data holding ability is short, that is, the retention characteristic is not good.
[0016]
Therefore, we considered a semiconductor memory device as shown in FIG. Hereinafter, the semiconductor memory device shown in FIG. 9 is referred to as a semiconductor memory device as a premise of the present invention.
[0017]
In the memory cell block of the first column constituting the semiconductor memory device that is the premise of the present invention, a plurality of, for example, four ferroelectric capacitors CF11, CF21, CF31, and CF41 are connected in series in the bit line direction. At the same time, each ferroelectric capacitor CF11, CF21, CF31, CF41 is connected in parallel with a selection field effect transistor (hereinafter simply referred to as a selection transistor) Q11, Q21, Q31, Q41. A memory cell is constituted by the capacitor and each selection transistor. A plurality of ferroelectric capacitors CF11, CF21, CF31, and CF41 are selected at the lower end side of the series circuit of the first column formed by connecting a plurality of ferroelectric capacitors CF11, CF21, CF31, and CF41 in series. A first read field effect transistor (hereinafter simply referred to as a read transistor) Q51 for reading data by detecting the polarization deviation of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor is connected.
[0018]
In the second memory cell block, a plurality of ferroelectric capacitors CF12, CF22, CF32, and CF42 are connected in series in the bit line direction as in the first memory cell block, and each ferroelectric capacitor is connected. Selection transistors Q12, Q22, Q32, Q42 are connected in parallel to the body capacitors CF12, CF22, CF32, CF42, and a plurality of ferroelectric capacitors CF12, CF22, CF32, CF42 are connected in series. Connected to the lower end side of the series circuit of the column is a second read transistor Q52 for reading data by detecting the polarization deviation of the ferroelectric film of the selected ferroelectric capacitor.
[0019]
The gate electrodes of the selection transistors Q11 and Q12 constituting the memory cells in the first row are connected in common to the first word line WL1, and the gate electrodes of the selection transistors Q21 and Q22 constituting the memory cells in the second row are the second. The gate electrodes of the selection transistors Q31 and Q32 that are commonly connected to the second word line WL2 and that constitute the memory cell in the third row are commonly connected to the third word line WL3 and that constitute the memory cell in the fourth row. The gate electrodes of the transistors Q41 and Q42 are commonly connected to the fourth word line WL4.
[0020]
The upper end of the first column series circuit, that is, the upper electrode of the ferroelectric capacitor CF11 in the first row is connected to the first control line (first set line) BS1, and the first column series circuit. , That is, the lower electrode of the ferroelectric capacitor CF41 in the fourth row is connected to the gate electrode of the first read transistor Q51, and the drain region of the first read transistor Q51 is connected to the first bit line BL1. ing.
[0021]
The upper end of the second column series circuit, that is, the upper electrode of the ferroelectric capacitor CF12 in the first row is connected to the second control line (second set line) BS2, and the second column series circuit. , That is, the lower electrode of the fourth row ferroelectric capacitor CF42 is connected to the gate electrode of the first read transistor Q52, and the drain region of the second read transistor Q52 is connected to the second bit line BL2. ing.
[0022]
The source region of the first read transistor Q51 and the source region of the second read transistor Q52 are commonly connected to a plate line (reset line) CP.
[0023]
The write operation in the semiconductor memory device which is the premise of the present invention is as follows. Here, a case where data is written to the ferroelectric capacitor CF21 constituting the memory cell in the second row of the first column will be described.
[0024]
First, a high voltage is applied to the word lines WL1, WL3, WL4 to turn on the selection transistors Q11, Q31, Q41, while a ground voltage is applied to the word line WL2 to turn off the selection transistor Q21. In this way, the ferroelectric capacitor CF21 is selected, and the capacitance of the ferroelectric capacitor CF21 and the gate capacitance of the first read transistor Q51 are connected in series, and one end of the series capacitance circuit is connected. It becomes the well region of the first read transistor Q51 and the other end of the series capacitance circuit becomes the first control line BS1.
[0025]
Next, when the well region of the first read transistor Q51 is grounded and a write voltage is applied to the first control line BS1, the direction of polarization of the ferroelectric capacitor CF21 changes according to the polarity of the write voltage. . Thereafter, when a high voltage is applied to the word line WL2 to turn on the selection transistor Q21, the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor CF21 are short-circuited, so that the ferroelectric capacitor CF21 is reset.
[0026]
The operation of reading data from the ferroelectric capacitor CF21 constituting the memory cell in the second column of the first row is as follows.
[0027]
First, as in the write operation, a high voltage is applied to the word lines WL1, WL3, WL4 to turn on the selection transistors Q11, Q21, Q41, while a ground voltage is applied to the word line WL2 to select the selection transistor Q31. Turn off. In this way, the ferroelectric capacitor CF21 is selected, and the capacitance of the ferroelectric capacitor CF21 and the gate capacitance of the first read transistor Q51 are connected in series, and one end of the series capacitance circuit is connected. The first read transistor Q51 becomes the well region and the other end becomes the first control line BS1.
[0028]
Next, when the well region of the first read transistor Q51 is grounded and a read voltage is applied to the first control line BS1, the read voltage is changed between the capacitance value of the ferroelectric capacitor CF21 and the first read transistor Q51. A voltage divided according to the gate capacitance value of the first read transistor Q51 is applied to the gate electrode of the first read transistor Q51, and between the source region and the drain region of the first read transistor Q51 according to the potential of the gate electrode. Current flows between the plate line CP and the first bit line BL1.
[0029]
In the semiconductor memory device which is the premise of the present invention, the polarization value of the ferroelectric film differs depending on the data written in the ferroelectric capacitor, so the polarization value of the ferroelectric film when a read voltage is applied The changes are also different. Since the ratio of the change in polarization value to the change in voltage is a capacitance value, the capacitance value of the ferroelectric capacitor differs depending on the polarization value of the ferroelectric film corresponding to the written data. That is, the capacitance value of the selected ferroelectric capacitor CF21 has a different value depending on the polarization value of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor CF21.
[0030]
Incidentally, since the gate voltage of the first read transistor Q51 is determined by the capacitance division of the capacitance value of the ferroelectric capacitor CF21 and the gate capacitance value of the first read transistor Q51, the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor CF21. The gate capacitance value of the first read transistor Q51 changes according to the polarization value.
[0031]
For this reason, since the value of the current flowing between the source region and the drain region of the first read transistor Q51 changes according to the data written in the ferroelectric capacitor CF21, the change in the current value is detected. As a result, the data written in the ferroelectric capacitor CF21 can be read out.
[0032]
As described above, in the semiconductor memory device that is the premise of the present invention, a voltage is applied to the ferroelectric capacitor during the data holding period in order to reset the ferroelectric capacitor after data is written. Because there is no, it has excellent retention characteristics. That is, since the potential difference of the ferroelectric capacitor is not held, but the polarization state of the ferroelectric film is held, the retention characteristic is excellent.
[0033]
However, in the semiconductor memory device which is the premise of the present invention, the parasitic capacitance value existing between the ferroelectric capacitor and the read transistor differs for each address. For example, the parasitic capacitance value between the fourth row ferroelectric capacitor CF41 and the first read transistor Q51 is represented by q. 1 And the parasitic capacitance value for each of the select transistors Q11, Q21, Q31, Q41 is q 2 Then, the parasitic capacitance value when reading the data written in the ferroelectric capacitor CF41 in the fourth column is q 1 On the other hand, the parasitic capacitance value when reading the data written in the ferroelectric capacitor CF11 in the first column is q 1 + 3 × q 2 It becomes.
[0034]
As described above, since the parasitic capacitance value existing between the ferroelectric capacitor and the read transistor is different for each address, the gate voltage of the read transistor during the read operation is different for each address. There is a problem of becoming unstable.
[0035]
In view of the above, an object of the present invention is to improve the retention characteristics of a semiconductor memory device and stabilize the operation of a read transistor.
[0036]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a driving method of a semiconductor memory device according to the present invention includes a ferroelectric capacitor for storing data by polarization deviation of a ferroelectric film, and a series connection with the ferroelectric capacitor. A memory cell block having a plurality of memory cells connected in parallel to each other and a first common node of two common nodes constituting the memory cell block, and reading Semiconductor having a set line to which a voltage is applied and a capacitive load connected to the second common node of the two common nodes and detecting polarization deviation of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor A method for driving a storage device, and a cell connected in series to a data read ferroelectric capacitor from which data is to be read out of a plurality of ferroelectric capacitors. While the selection transistor is turned on, the cell selection transistor connected in series to the ferroelectric capacitor that does not read data among the plurality of ferroelectric capacitors is turned off, and one of the data reading ferroelectric capacitors is turned off. A first step of connecting the electrode to the set line via the first common node and connecting the other electrode of the data read ferroelectric capacitor to the capacitive load via the second common node; And a third step of removing the read voltage applied to the set line, and the read voltage applied in the second step is read in the third step. When the voltage is removed, the polarization deviation of the ferroelectric film of the data read ferroelectric capacitor is set so as to return to the deviation before reading the data. It is.
[0037]
According to the method for driving a semiconductor memory device of the present invention, the read voltage applied in the second step has a large polarization deviation of the ferroelectric film when the read voltage is removed in the third step. Since the size is set so as to return to the deviation before reading the value data, the read data is not destroyed when the data stored in the ferroelectric capacitor is read. There is no need to do. This eliminates the need to change the polarization direction of the ferroelectric film (polarization inversion operation) every time data is read out, and it is difficult for polarization fatigue deterioration to occur in the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor. The number of times the storage device can be read is greatly improved.
[0038]
In addition, when reading data by moving charge from the data read ferroelectric capacitor to the capacitive load, the unselected ferroelectric capacitors are separated from the capacitive load by the off-state cell selection transistor, Since the unselected ferroelectric capacitor does not act as a parasitic capacitance, the voltage applied to the capacitive load does not vary when data is read.
[0039]
The method for driving a semiconductor memory device according to the present invention further includes a fourth step of making the potential difference between one electrode and the other electrode of the data read ferroelectric capacitor zero after the third step. Preferably it is.
[0040]
As described above, when the potential difference between the one electrode and the other electrode of the ferroelectric capacitor is made zero after the third step, the potential decrease due to the resistance component of the ferroelectric capacitor is suppressed. Therefore, the retention characteristics are improved.
[0041]
In the method for driving a semiconductor memory device according to the present invention, the read voltage applied in the second step is between one electrode and the other electrode of the ferroelectric capacitor when the read voltage is applied. It is preferable that the potential difference to be generated is set so as to be less than the coercive voltage of the ferroelectric capacitor.
[0042]
In this way, when the read voltage applied in the second step is removed, the polarization deviation of the ferroelectric film of the data read ferroelectric capacitor can be reliably returned to the deviation before the data read. it can.
[0043]
In the method of driving a semiconductor memory device according to the present invention, it is preferable that the ferroelectric capacitor is disposed on the first common node side and the cell selection transistor is disposed on the second common node side.
[0044]
In this case, the parasitic capacitance connected to the second common node can be reduced as compared with the case where the cell selection transistor is interposed between the first common node and the ferroelectric capacitor. Thus, a more stable read operation becomes possible.
[0045]
In the method for driving a semiconductor memory device according to the present invention, the capacitive load is preferably a field effect transistor having a gate electrode connected to the second common node.
[0046]
In this way, the voltage applied in the second step can be divided based on the capacitance ratio between the capacitance value of the ferroelectric capacitor and the gate capacitance value of the field effect transistor, so that it is applied to the ferroelectric capacitor. It is easy to set the voltage to be such that when the read voltage is removed, the polarization deviation of the ferroelectric film returns to the deviation before reading data, and the field effect transistor By detecting the current flowing between the drain region and the source region, the polarization deviation of the ferroelectric film can be reliably detected.
[0047]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
The semiconductor memory device and the driving method thereof according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0048]
FIG. 1 shows an equivalent circuit of first and second memory cell blocks constituting the semiconductor memory device according to the first embodiment.
[0049]
As shown in FIG. 1, in the first memory cell block, a plurality of ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, and CF14 that store data by deviation of polarization of the ferroelectric film, and the plurality of ferroelectric capacitors. A plurality of memory cells comprising a plurality of cell selection field effect transistors (hereinafter simply referred to as cell selection transistors) Q11, Q12, Q13, Q14 connected in series to each of body capacitors CF11, CF12, CF13, CF14 Are connected in parallel with each other.
[0050]
The first common node N11 of the first memory cell block is a first memory cell block selection field effect transistor transistor (hereinafter simply referred to as a first block selection transistor) that selects the first memory cell block. It is connected via Q10 to the first set line SET1 to which the read voltage is applied. The gate electrode of the first block selection transistor Q10 is connected to the block selection line BS. The second common node N12 is connected to the first reset line RST1 via a first write field effect transistor (hereinafter simply referred to as a first write transistor) Q15, and as a capacitive load. Of the first readout field effect transistor (hereinafter simply referred to as the first readout transistor) Q16. The gate electrode of the first write transistor Q15 is connected to the first write transistor control line RE1, the drain region of the first read transistor Q16 is connected to the bit line BL, and the source region of the first read transistor Q16. Are connected to the first reset line RST1.
[0051]
Further, word lines WL11, WL12, WL13, and WL14 are connected to the gate electrodes of the cell selection transistors Q11, Q12, Q13, and Q14, respectively.
[0052]
Also in the second memory cell block, a plurality of ferroelectric capacitors CF21, CF22, CF23, and CF24 that store data by the polarization deviation of the ferroelectric film, and the plurality of ferroelectric capacitors CF21, CF22 are stored. , CF23, and CF24, a plurality of memory cells including a plurality of cell selection transistors Q21, Q22, Q23, and Q24 connected in series are connected in parallel to each other.
[0053]
The first common node N21 of the second memory cell block is a second memory cell block selection field effect transistor (hereinafter simply referred to as a second block selection transistor) Q20 that selects the second memory cell block. And is connected to a second set line SET2 to which a read voltage is applied. The gate electrode of the second block selection transistor Q20 is connected to the block selection line BS. The second common node N22 is connected to the second reset line RST2 via a second write field effect transistor transistor (hereinafter simply referred to as a second write transistor) Q25, and has a capacitive load. Is connected to the gate electrode of a second read field effect transistor (hereinafter simply referred to as a second read transistor) Q26. The gate electrode of the second write transistor Q25 is connected to the second write transistor control line RE2, the drain region of the second read transistor Q26 is connected to the bit line BL, and the source region of the second read transistor Q26. Are connected to the second reset line RST2.
[0054]
In addition, word lines WL21, WL22, WL23, and WL24 are connected to the gate electrodes of the cell selection transistors Q21, Q22, Q23, and Q24, respectively.
[0055]
As a feature of the first embodiment, the ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, CF14 constituting the first memory cell block are arranged on the first common node N11 side and the cell selection transistors Q11, Q12, Q13, Q14 is disposed on the second common node N12 side, and the ferroelectric capacitors CF21, CF22, CF23, and CF24 constituting the second memory cell block are disposed on the first common node N21 side and cell selection is performed. Transistors Q21, Q22, Q23, and Q24 are arranged on the second common node N22 side.
[0056]
The capacitance values of the plurality of ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, CF14, CF21, CF22, CF23, and CF24 constituting the first memory cell block and the second memory cell block are equal to each other and the plurality of cells. The selection transistors Q11, Q12, Q13, Q14, Q21, Q22, Q23, and Q24 have the same size.
[0057]
Although not shown in FIG. 1, the bit line BL is connected to the sense amplifier SA to which the reference voltage VREF is input, and the voltage change appearing on the bit line BL is compared with the reference voltage VREF by the sense amplifier SA. As a result, the data stored in the selected ferroelectric capacitor can be read out.
[0058]
(Data write operation)
The data write operation in the semiconductor memory device according to the first embodiment will be described below. Here, a case where data is written to the ferroelectric capacitor CF12 constituting the memory cell block in the second column of the first memory cell block will be described.
[0059]
First, a high signal is applied to the block selection line BS, the first write transistor control line RE1, and the word line WL12 to turn on the first block selection transistor Q10, the first write transistor Q15, and the cell selection transistor Q12. On the other hand, a low signal is applied to the second write transistor control line RE2 and the word lines WL11, WL13, WL14, WL21, WL22, WL23, WL24, and the second write transistor Q25, cell selection transistors Q11, Q13, Q14. , Q21, Q22, Q23, Q24 are turned off.
[0060]
Thus, the memory cell block in the second column of the first memory cell block is selected.
[0061]
Next, when writing data “1”, a high signal is applied to the first set line SET1 and a low signal is applied to the first reset line RST1, and when data “0” is written, A low signal is applied to the first set line SET1, and a high signal is applied to the first reset line RST1.
[0062]
Thus, the set voltage is applied to the upper electrode of the ferroelectric capacitor CF12 constituting the memory cell block in the second column of the first memory cell block, and the reset voltage is applied to the lower electrode of the ferroelectric capacitor CF12. Therefore, when data “1” is written, the polarization of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor CF2 is downward, while when data “0” is written, the ferroelectric capacitor CF2 The polarization of the ferroelectric film is upward.
[0063]
Next, when the data write operation is completed, the first set line SET1 and the first reset line RST1 are set to the same potential, and then the block selection line BS, the first write transistor control line RE1, and the word line WL12 are set. A low signal is applied to turn off the first block selection transistor Q10, the first write transistor Q15, and the cell selection transistor Q12.
[0064]
In this case, since the potential difference applied between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor CF12 becomes zero, even if the power is turned off in this state, the ferroelectric substance of the ferroelectric capacitor CF12 Since the state of polarization of the film is maintained, the data written in the ferroelectric capacitor CF12 is saved. As a result, the semiconductor memory device exhibits the function of a nonvolatile memory.
[0065]
(Data read operation)
Hereinafter, an operation of reading data from the ferroelectric capacitor CF12 constituting the memory cell block in the second column of the first memory cell block will be described.
[0066]
First, a high signal is applied to the block selection line BS and the word line WL12 to turn on the first block selection transistor Q10 and the cell selection transistor Q12, while the first write transistor control line RE1 and the word line WL11, A low signal is applied to WL13, WL14, WL21, WL22, WL23, and WL24 to turn off the first write transistor Q15 and the cell selection transistors Q11, Q13, Q14, Q21, Q22, Q23, and Q24. Further, a high signal is applied to the second write transistor control line RE2 to turn on the second write transistor Q25.
[0067]
Thus, the first set line SET1 and the upper electrode of the ferroelectric capacitor CF12 are connected, and the lower electrode of the ferroelectric capacitor CF12 and the gate electrode of the first read transistor Q16 are connected. . The other ferroelectric capacitors CF11, CF13, CF14 of the first memory cell block are disconnected from the first read transistor Q16, and CF21, CF22, CF23, CF24 of the second memory cell block are the second read transistors. Separated from Q26.
[0068]
In this state, when a read voltage (for example, 1.5 V) is applied to the first set line SET1, the read voltage is a capacitance ratio between the capacitance value of the ferroelectric capacitor CF12 and the gate capacitance value of the first read transistor Q16. The voltage divided by is applied to the gate electrode of the first read transistor Q16.
[0069]
Since the direction of polarization of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor CF12 differs between the case where the data “1” is stored in the ferroelectric capacitor CF12 and the case where the data “0” is stored, the hysteresis line Therefore, the magnitude of the voltage applied to the gate electrode of the first read transistor Q16 is different. Therefore, the gate potential of the first read transistor Q16 differs depending on the stored data. Hereinafter, this will be described with reference to FIG.
[0070]
When a read voltage of 1.5 V is applied to the first set line SET1, the point where polarization is maintained is replaced with the origin, and when the gate capacitance is a load line, this load line is the voltage axis (horizontal axis) Is equivalent to crossing at 1.5V. As shown in FIG. 2, this is equivalent to providing the first gate capacity load line 8 for data “1”, and the second gate capacity load line 9 for data “0”. Equal to giving.
[0071]
When a voltage is applied to the first set line SET1, a voltage is also applied to the ferroelectric capacitor CF12. Therefore, when the potential of the first set line SET1 is 1.5 V, the polarization changes along the first curve A for the data “1”, and the first curve A and the first gate capacitance are changed. While balancing at the intersection point g with the load line 8, for data “0”, the polarization changes along the second curve B and the intersection point h between the second curve B and the second gate capacitance load line 9. Balance.
[0072]
The intersection point i, intersection point j, and intersection point k determine the distribution of potentials in each polarization state. For data “1”, about 0.7 V between the intersection point i and the intersection point j is the first readout. In addition to being distributed as the gate potential of the transistor Q16, about 0.9 V between the intersection point i and the intersection point k is distributed as the gate potential of the first read transistor Q16 for data “0”.
[0073]
Therefore, if the threshold voltage of the first read transistor Q16 is set to 0.8 V, which is an intermediate value between 0.7 V and 0.9 V, the first read transistor is read when reading data “1”. When Q16 is turned off and data “0” is read, the first read transistor Q16 is turned on.
[0074]
Therefore, when a potential difference is applied between the bit line BL and the first reset line RST1 shown in FIG. 1, no current flows through the first read transistor Q16 when data “1” is stored. Since current flows through the first read transistor Q16 when data “0” is stored, the stored data becomes “1” by detecting the current flowing through the first read transistor Q16 by the sense amplifier SA. Or “0”.
[0075]
By the way, in this read operation, the application of the read voltage to the first set line SET1 acts in the direction of increasing the polarization with respect to the data “1”, but the polarization with respect to the data “0”. Acts in the reverse direction. Therefore, when the voltage applied to the ferroelectric capacitor CF12 exceeds the coercive voltage, the polarization is reversed. In the first embodiment, when the data is “0”, the ferroelectric capacitor CF12 Since the applied voltage is 0.6 V, which is smaller than the point m that becomes the coercive voltage, the polarization does not invert, so there is no possibility that stored data changes.
[0076]
Here, by adjusting the capacitance value of the ferroelectric capacitor CF12 and the gate capacitance value of the first read transistor Q16, it is applied between the first set line SET1 and the substrate of the first read transistor Q16. And the voltage applied between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor CF12 and the voltage applied between the gate electrode and the substrate in the first read transistor Q16, The voltage applied to the ferroelectric capacitor CF12 is preferably set to a value that does not exceed the coercive voltage of the ferroelectric capacitor CF12, that is, a value that does not reverse the polarization.
[0077]
In the first embodiment, the voltage applied to the ferroelectric capacitor CF12 during the read operation is set to a value that does not exceed the coercive voltage of the ferroelectric capacitor CF12. However, the present invention is not limited to this. When the read voltage applied to the ferroelectric capacitor CF12 is removed, the polarization deviation of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor CF12 returns to the deviation before reading data. That's fine.
[0078]
Thus, according to the first embodiment, since the polarization of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor CF12 is not reversed when the read operation is performed, the polarization of the ferroelectric film is changed every time the data read operation is performed. An operation to change the direction (polarization inversion operation) is not necessary. For this reason, since the polarization fatigue deterioration hardly occurs in the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor CF12, the retention characteristic of the semiconductor memory device is greatly improved.
[0079]
When the data read operation is completed, a low signal is applied to the first set line SET1 and the first reset line RST1 to make the potential difference between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor CF12 zero.
[0080]
Next, a high signal is applied to the first write transistor control line RE1 to turn on the first write transistor Q15. Thereafter, a low signal is applied to the block selection line BS and the word line WL2 to turn off the first block selection transistor Q10 and the cell selection transistor Q12.
[0081]
During the read operation, the gate potential of the first read transistor Q16, which is a floating node, fluctuates due to the leakage current of the ferroelectric capacitor CF12 and the cell selection transistor Q12. This operation resets the floating node. .
[0082]
According to the first embodiment, since the capacitance values of the ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, and CF14 are equal to each other, and the sizes of the cell selection transistors Q11, Q12, Q13, and Q14 are equal to each other, each ferroelectric capacitor CF11. , CF12, CF13, CF14 and the first read transistor Q16 have the same parasitic capacitance value, so that the gate potential of the first read transistor Q16 depends on the address of the ferroelectric capacitor to be read. The problem of variation does not occur.
[0083]
That is, in the first memory cell block, the cell selection transistors Q11, Q12, Q13, Q14 are connected between the ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, CF14 and the first read transistor Q16. When data is read by moving charges from the ferroelectric capacitor CF12 of the selected memory cell to the gate electrode of the first read transistor Q16, the ferroelectric capacitors CF11, CF13, and CF14 of the unselected memory cells are The cell selection transistors Q11, Q13, and Q14 in the off state are disconnected from the first read transistor Q16. For this reason, since the ferroelectric capacitors CF11, CF13, and CF14 that constitute an unselected memory cell and have large capacitance values do not function as parasitic capacitances, the operating voltage of the first read transistor Q16 does not vary.
[0084]
During the read operation, the gate electrode of the second read transistor Q26 is connected to the second reset line RST2 via the second write transistor Q25, and the second reset line RST2 is grounded. Thus, the second read transistor Q26 can be surely turned off. Thereby, the data read operation from the first memory cell block can be stably performed.
[0085]
(Second Embodiment)
A semiconductor memory device and a driving method thereof according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0086]
FIG. 3 shows an equivalent circuit of the first memory cell block constituting the semiconductor memory device according to the second embodiment. In the second memory cell block, an equivalent circuit similar to that of the first memory cell block is provided, but the illustration is omitted.
[0087]
As shown in FIG. 3, a plurality of ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, CF14 for storing data according to the polarization deviation of the ferroelectric film, and the plurality of ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, CF14. A plurality of memory cells composed of a plurality of cell selection transistors Q11, Q12, Q13, and Q14 connected in series to each of these are connected in parallel to each other.
[0088]
The first common node N11 is connected to a first set line SET1 to which a read voltage is applied via a first block selection transistor transistor Q10, and the gate electrode of the first block selection transistor Q10 is a block. It is connected to the selection line BS. The second common node N12 is connected to the first reset line RST1 through the first write transistor Q15, and is connected to the gate electrode of the first read transistor Q16 as a capacitive load. The gate electrode of the first write transistor Q15 is connected to the first write transistor control line RE1, the drain region of the first read transistor Q16 is connected to the bit line BL, and the source region of the first read transistor Q16. Are connected to the first reset line RST1.
[0089]
Further, word lines WL11, WL12, WL13, and WL14 are connected to the gate electrodes of the cell selection transistors Q11, Q12, Q13, and Q14, respectively.
[0090]
As a feature of the second embodiment, the cell selection transistors Q11, Q12, Q13, and Q14 are arranged on the first common node N11 side, and the ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, and CF14 are the first common node. It is arranged on the node N12 side.
[0091]
Also in the second embodiment, the capacitance values of the plurality of ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, and CF14 are equal to each other, and the sizes of the plurality of cell selection transistors Q11, Q12, Q13, and Q14 are equal to each other.
[0092]
Since the driving method of the semiconductor memory device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
[0093]
According to the driving method of the semiconductor memory device according to the second embodiment, the polarization of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor CF12 is not reversed when the read operation is performed, as in the first embodiment. Since the polarization fatigue deterioration hardly occurs in the ferroelectric film of the body capacitor CF12, the retention characteristic of the semiconductor memory device is greatly improved.
[0094]
Here, a comparison between the first embodiment and the second embodiment will be described. In the first embodiment, the ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, and CF14 are disposed on the first common node N11 side, and the cell selection transistors Q11, Q12, Q13, and Q14 are the second common node. Since it is arranged on the N12 side, cell select transistors Q11, Q12, Q13, Q14 are provided between the first common node N11 and the ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, CF14 as in the second embodiment. The time required for driving can be shortened as compared with the case where the is interposed. That is, in the first embodiment, the capacitance between the gate and the source of the cell selection transistors Q11, Q13, Q14 connected in series to the unselected ferroelectric capacitors CF11, CF13, CF14 acts as a parasitic capacitance. However, since the parasitic capacitance is small, there is no particular problem, so that high speed operation is possible. On the other hand, in the second embodiment, since the large capacitances of the unselected ferroelectric capacitors CF11, CF13, and CF14 function as parasitic capacitances, there is a problem that it takes a long time to drive. .
[0095]
(Third embodiment)
Hereinafter, a semiconductor memory device and a driving method thereof according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0096]
FIG. 4 shows an equivalent circuit of the first memory cell block constituting the semiconductor memory device according to the third embodiment. In the second memory cell block, an equivalent circuit similar to that of the first memory cell block is provided, but the illustration is omitted.
[0097]
As shown in FIG. 4, in the first memory cell block, a plurality of ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, and CF14 that store data by polarization deviation of the ferroelectric film, and a plurality of ferroelectric materials A plurality of first cell selection transistors Q11A, Q12A, Q13A, Q14A connected to the upper electrodes of the capacitors CF11, CF12, CF13, and CF14, and a plurality of ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, and CF14 are connected to the lower electrodes. A plurality of memory cells composed of the plurality of second cell selection transistors Q11B, Q12B, Q13B, and Q14B are connected in parallel to each other.
[0098]
The first common node N11 is connected via a first block selection transistor transistor Q10 to a first set line SET1 to which a read voltage is applied, and the gate electrode of the first block selection transistor Q10 is a block. It is connected to the selection line BS. The second common node N12 is connected to the first reset line RST1 via the first write transistor Q15, and is connected to the gate electrode of the first read transistor Q16 as a capacitive load. The gate electrode of the first write transistor Q15 is connected to the first write transistor control line RE1, the drain region of the first read transistor Q16 is connected to the bit line BL, and the source region of the first read transistor Q16. Are connected to the first reset line RST1.
[0099]
In addition, the first word lines WL11A, WL12A, WL13A, and WL14A are connected to the gate electrodes of the first cell selection transistors Q11A, Q12A, Q13A, and Q14A, respectively, and the second cell selection transistors Q11B, First word lines WL11B, WL12B, WL13B, and WL14B are connected to the gate electrodes of Q12B, Q13B, and Q14B, respectively.
[0100]
As a feature of the third embodiment, first cell selection transistors Q11A, Q12A, Q13A, and Q14A are respectively interposed between the ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, and CF14 and the first common node N11. In addition, second cell selection transistors Q11B, Q12B, Q13B, and Q14B are respectively interposed between the ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, and CF14 and the second common node N12.
[0101]
In the third embodiment, the capacitance values of the plurality of ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, and CF14 are equal to each other, and the sizes of the plurality of first cell selection transistors Q11A, Q12A, Q13A, and Q14A are equal to each other. The second cell selection transistors Q11B, Q12B, Q13B, and Q14B have the same size.
[0102]
When a data write operation or read operation is performed on the memory cell block of the semiconductor memory device according to the third embodiment, the first memory cell connected in series with the ferroelectric capacitor CF12 of the selected memory cell. The cell selection transistor Q12A and the second cell selection transistor Q12B are turned on, and the upper electrode of the selected ferroelectric capacitor CF12 is connected to the first set line SET1 via the first selection transistor Q12A. At the same time, the lower electrode of the selected ferroelectric capacitor CF12 is connected to the first reset line RST1 via the second cell selection transistor Q12B. Further, the first cell selection transistors Q11A, Q13A, Q14A and the second cell selection transistors Q11B, Q13B, Q14B connected in series with the ferroelectric capacitors CF11, CF13, CF14 of the unselected memory cells are turned off. Put it in a state.
[0103]
According to the first or second embodiment, a slight voltage is also applied between the upper electrode and the lower electrode of the unselected ferroelectric capacitors CF11, CF13, CF14, but the third embodiment. According to the above, since the unselected ferroelectric capacitors CF11, CF13, CF14 are surely disconnected from the first set line SET1 and the first reset line RST1, the unselected ferroelectric capacitors CF11, CF13, CF14 are separated. No voltage is applied between the upper and lower electrodes.
[0104]
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a semiconductor memory device and a driving method thereof according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0105]
FIG. 5 shows an equivalent circuit of the first memory cell block constituting the semiconductor memory device according to the fourth embodiment. In the second memory cell block, an equivalent circuit similar to that of the first memory cell block is provided, but the illustration is omitted.
[0106]
As shown in FIG. 5, in the first memory cell block, a plurality of ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, and CF14 that store data by polarization deviation of the ferroelectric film, and the plurality of ferroelectric capacitors. A plurality of memory cells including a plurality of cell selection transistors Q11, Q12, Q13, and Q14 connected in series to each of the body capacitors CF11, CF12, CF13, and CF14 are connected in parallel to each other.
[0107]
The first common node N11 is connected to a first set line SET1 to which a read voltage is applied via a first block selection transistor transistor Q10, and the gate electrode of the first block selection transistor Q10 is a block. It is connected to the selection line BS. The second common node N12 is connected to the first reset line RST1 through the first write transistor Q15, and is connected to the gate electrode of the first read transistor Q16 as a capacitive load. The gate electrode of the first write transistor Q15 is connected to the first write transistor control line RE1, the drain region of the first read transistor Q16 is connected to the bit line BL, and the source region of the first read transistor Q16. Are connected to the first reset line RST1.
[0108]
Further, word lines WL11, WL12, WL13, and WL14 are connected to the gate electrodes of the cell selection transistors Q11, Q12, Q13, and Q14, respectively.
[0109]
Also in the fourth embodiment, the capacitance values of the plurality of ferroelectric capacitors CF11, CF12, CF13, and CF14 are equal to each other, and the sizes of the plurality of cell selection transistors Q11, Q12, Q13, and Q14 are equal to each other.
[0110]
As a feature of the fourth embodiment, a reset transistor Q17 is connected between the first common node N11 and the second common node N12, and the gate electrode of the reset transistor Q17 is connected to the reset control line SE. ing.
[0111]
In the fourth embodiment, after the data write operation and read operation, a high signal is applied to the reset control line SE to turn on the reset transistor Q17.
[0112]
Therefore, the potential difference generated between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor that has completed the data writing operation and the data reading operation can be reliably reduced to zero in a short time.
[0113]
In the first to fourth embodiments, the first read transistor Q16 is used as the capacitive load, and the read voltage is set to the capacitance value of the ferroelectric capacitor and the gate capacitance value of the first read transistor Q16. The divided voltage is applied to the gate electrode of the first read transistor Q16, and the difference in current flowing between the drain region and the source region of the first read transistor Q16 is determined according to the potential of the gate electrode. By detecting, the data stored in the ferroelectric capacitor is read out, but another capacitive load may be used instead of the first read transistor Q16. For example, a voltage value when a wiring is used instead of the first read transistor Q16 and a voltage obtained by dividing the read voltage based on the capacitance value of the ferroelectric capacitor and the wiring capacitance value of the wiring is applied to the wiring. May be detected by a sense amplifier.
[0114]
【The invention's effect】
According to the method for driving a semiconductor memory device of the present invention, the read voltage is such that when the read voltage is removed, the polarization deviation of the ferroelectric film returns to the deviation before reading the multivalued data. Since the size is set, when the data stored in the ferroelectric capacitor is read, the read data is not destroyed, so there is no need to perform a data rewrite operation. For this reason, since the polarization fatigue deterioration hardly occurs in the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor, the retention characteristic of the semiconductor memory device is greatly improved.
[0115]
In addition, when reading data by transferring charge from the data read ferroelectric capacitor to the capacitive load, it is separated from the capacitive load by the cell selection transistor that is not selected in the ferroelectric capacitor off state. Since the ferroelectric capacitors that are not used do not act as parasitic capacitances, the voltage applied to the capacitive load at the time of data reading does not vary.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of first and second memory cell blocks constituting a semiconductor memory device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating the behavior of charge and voltage during a read operation of the semiconductor memory device according to the first embodiment.
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a first memory cell block constituting a semiconductor memory device according to a second embodiment.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a first memory cell block constituting a semiconductor memory device according to a third embodiment.
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a first memory cell block constituting a semiconductor memory device according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of a memory cell constituting the semiconductor memory device according to the first conventional example.
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of a memory cell constituting a semiconductor memory device according to a second conventional example.
FIG. 8 is a diagram for explaining the behavior of charge and voltage during a read operation of a semiconductor memory device according to a second conventional example.
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor memory device as a premise of the present invention.
[Explanation of symbols]
CF11, CF12, CF13, CF14 Ferroelectric capacitor of the first memory cell block
CF21, CF22, CF23, CF24 Ferroelectric capacitor of second memory cell block
Q11, Q12, Q13, Q14 Cell selection transistor of the first memory cell block
Q21, Q22, Q23, Q24 Cell selection transistor of second memory cell block
Q11A, Q12A, Q13A, Q14A First cell selection transistor of the first memory cell block
Q11B, Q12B, Q13B, Q14B Second cell selection transistor of the first memory cell block
Q10 First block selection transistor
Q20 Second block selection transistor
Q15 First write transistor
Q25 Second write transistor
Q16 First read transistor
Q26 Second read transistor
Q17 Reset transistor
WL11, WL12, WL13, WL14 Word line of the first memory cell block
WL21, WL22, WL23, WL24 Word line of second memory cell block
WL11A, WL12A, WL13A, WL14A First word line of the first memory cell block
WL11B, WL12B, WL13B, WL14B Second word line of the first memory cell block
N11 First common node of first memory cell block
N12 Second common node of first memory cell block
N21 First common node of second memory cell block
N22 Second common node of second memory cell block
BS block selection line
BL bit line
SET1 First set line
SET2 Second set line
RST1 First reset line
RST2 Second reset line
RE1 First write transistor control line
RE2 Second write transistor control line
SE reset control line

Claims (4)

強誘電体膜の分極の偏位によってデータを記憶する強誘電体キャパシタと直列に接続されたセル選択トランジスタを有する複数のメモリセルが互いに並列に接続されてなるメモリセルブロックと、前記メモリセルブロックに接続される共通ノードと、前記共通ノードに接続され、前記強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極の偏位を検知する容量性負荷とを備えた半導体記憶装置の駆動方法であって、
1回のデータ読み出しが、
前記セル選択トランジスタによって選択されたメモリセルの強誘電体キャパシタの一方の電極を前記共通ノードを介して前記容量性負荷に接続する第1の工程と、
前記第 1 の工程後、前記強誘電体キャパシタの他方の電極に接続されたセット線に読み出し電圧を印加し、前記読み出し電圧が前記強誘電体キャパシタの容量値と前記容量性負荷の容量値との比に基づき分割された前記容量性負荷に印加される電圧を検出して前記強誘電体膜の分極の偏位を検出し、前記データを読み出す第2の工程を備え、
前記第2の工程で印加される前記読み出し電圧は、前記強誘電体キャパシタの前記一方の電極と前記他方の電極との間に印加される電圧が前記強誘電体キャパシタの抗電圧以下となる大きさであって、
前記第2の工程後、前記読み出し電圧を除去する第3の工程を備え、
前記第3の工程後分極の偏位が、前記第2の工程前の分極の偏位と同じであって、
前記第3の工程後、前記第3の工程で発生している前記強誘電体キャパシタの前記上電極と前記下電極との間の電位差を零にする第4の工程とを備えたことを特徴とする半導体記憶装置の駆動方法。
A memory cell block in which a plurality of memory cells having cell selection transistors connected in series with a ferroelectric capacitor for storing data by deviation of polarization of a ferroelectric film are connected in parallel, and the memory cell block A method for driving a semiconductor memory device, comprising: a common node connected to the capacitor; and a capacitive load connected to the common node and detecting polarization deviation of a ferroelectric film of the ferroelectric capacitor,
One data read
A first step of connecting one electrode of a ferroelectric capacitor of a memory cell selected by the cell selection transistor to the capacitive load via the common node;
After the first step , a read voltage is applied to a set line connected to the other electrode of the ferroelectric capacitor, and the read voltage includes a capacitance value of the ferroelectric capacitor and a capacitance value of the capacitive load. A second step of detecting a voltage applied to the capacitive load divided based on the ratio to detect a polarization deviation of the ferroelectric film and reading the data ;
The read voltage applied in the second step is such that the voltage applied between the one electrode and the other electrode of the ferroelectric capacitor is less than or equal to the coercive voltage of the ferroelectric capacitor. Well,
A third step of removing the read voltage after the second step;
The polarization deviation after the third step is the same as the polarization deviation before the second step,
After the third step, there is provided a fourth step of zeroing a potential difference between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor generated in the third step. A method for driving a semiconductor memory device.
記セル選択トランジスタは前記共通ノード側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置の駆動方法。Method for driving a semiconductor memory device according to claim 1 before Symbol cell selection transistor, characterized in that arranged before Symbol Common node side. 前記容量性負荷は、ゲート電極が前記共通ノードに接続された電界効果型トランジスタであることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置の駆動方法。The capacitive load driving method of the semiconductor memory device according to claim 1, wherein the gate electrode is connected to the field effect transistor before Symbol Common node. 前記電界効果型トランジスタは、前記読み出し電圧が前記強誘電体キャパシタの容量値と前記電界効果型トランジスタのゲート容量値との比に基づき分割される電圧が前記電界効果型トランジスタのゲート電極に印加されるときに、前記電界効果型トランジスタのドレイン領域とソース領域との間に流れる電流を検出することによって、前記強誘電体膜の分極の偏位を検出することを特徴とする請求項3記載の半導体記憶装置の駆動方法。In the field effect transistor, a voltage obtained by dividing the read voltage based on a ratio between a capacitance value of the ferroelectric capacitor and a gate capacitance value of the field effect transistor is applied to a gate electrode of the field effect transistor. 4. The deviation of polarization of the ferroelectric film is detected by detecting a current flowing between a drain region and a source region of the field effect transistor. A method for driving a semiconductor memory device.
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