(57)【要約】【課題】セルサイズを小さくすることができる記憶装置を得る。【解決手段】本開示の記憶装置は、それぞれが、第１の拡散層と、第２の拡散層と、ゲートとを有し、閾値状態を記憶可能な第１のトランジスタおよび第２のトランジスタと、第１の信号線と、第２の信号線と、オン状態になることにより、第１の信号線と第１のトランジスタの第１の拡散層とを接続する第１のスイッチトランジスタと、オン状態になることにより、第１のトランジスタの第２の拡散層と第２のトランジスタの第１の拡散層とを接続する第２のスイッチトランジスタと、オン状態になることにより、第２のトランジスタの第２の拡散層と第２の信号線とを接続する第３のスイッチトランジスタとを備える。【選択図】図２
2018137027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが、第１の拡散層と、第２の拡散層と、ゲートとを有し、閾値状態を記憶可能な第１のトランジスタおよび第２のトランジスタと、
第１の信号線および第２の信号線と、
オン状態になることにより、前記第１の信号線と前記第１のトランジスタの前記第１の拡散層とを接続する第１のスイッチトランジスタと、
オン状態になることにより、前記第１のトランジスタの前記第２の拡散層と前記第２のトランジスタの前記第１の拡散層とを接続する第２のスイッチトランジスタと、
オン状態になることにより、前記第２のトランジスタの前記第２の拡散層と前記第２の信号線とを接続する第３のスイッチトランジスタと
を備えた記憶装置。
【請求項２】
前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタは、強誘電体材料を含むゲート絶縁膜をさらに有する
請求項１に記載の記憶装置。
【請求項３】
第１の期間において、前記第１のスイッチトランジスタをオン状態にし、前記第２のスイッチトランジスタをオフ状態にし、前記第１のトランジスタの前記ゲートに第１の電圧を印加し、前記第１の信号線に第２の電圧を印加することにより、前記第１のトランジスタの前記閾値状態を設定する駆動部をさらに備えた
請求項１に記載の記憶装置。
【請求項４】
前記駆動部は、
前記第１の電圧を前記第２の電圧よりも高くすることにより、前記閾値状態を第１の閾値状態に設定し、
前記第２の電圧を前記第１の電圧よりも高くすることにより、前記閾値状態を第２の閾値状態に設定する
請求項３に記載の記憶装置。
【請求項５】
前記第１の電圧と前記第２の電圧との電圧差の絶対値は、所定の値よりも大きい
請求項３に記載の記憶装置。
【請求項６】
前記駆動部は、第２の期間において、前記第３のスイッチトランジスタをオン状態にし、前記第２のスイッチトランジスタをオフ状態にし、前記第２のトランジスタの前記ゲートに前記第１の電圧を印加し、前記第２の信号線に前記第２の電圧を印加することにより、前記第２のトランジスタの前記閾値状態を設定する
請求項３に記載の記憶装置。
【請求項７】
前記駆動部は、第３の期間において、前記第１のスイッチトランジスタ、前記第２のスイッチトランジスタ、前記第３のスイッチトランジスタ、および前記第２のトランジスタをオン状態にし、前記第１のトランジスタの前記ゲートに第３の電圧を印加することにより、前記第１のトランジスタの前記閾値状態を検出する
請求項３に記載の記憶装置。
【請求項８】
前記駆動部は、前記第３の期間において、前記第１の信号線に第４の電圧を印加し、前記第２の信号線に第５の電圧を印加し、前記第１の信号線に流れる電流の電流値に基づいて、前記第１のトランジスタの前記閾値状態を検出する
請求項７に記載の記憶装置。
【請求項９】
前記駆動部は、第４の期間において、前記第１のスイッチトランジスタ、前記第２のスイッチトランジスタ、前記第３のスイッチトランジスタ、および前記第１のトランジスタをオン状態にし、前記第２のトランジスタの前記ゲートに前記第３の電圧を印加することにより、前記第２のトランジスタの前記閾値状態を検出する
請求項７に記載の記憶装置。
【請求項１０】
それぞれが、第１の拡散層と、第２の拡散層と、ゲートとを有し、閾値状態を記憶可能な第３のトランジスタおよび第４のトランジスタと、
第３の信号線と、
ゲートを有し、オン状態になることにより、前記第３の信号線と前記第３のトランジスタの前記第１の拡散層とを接続する第４のスイッチトランジスタと、
ゲートを有し、オン状態になることにより、前記第３のトランジスタの前記第２の拡散層と前記第４のトランジスタの前記第１の拡散層とを接続する第５のスイッチトランジスタと、
ゲートを有し、オン状態になることにより、前記第４のトランジスタの前記第２の拡散層と前記第１の信号線とを接続する第６のスイッチトランジスタと
をさらに備え、
前記第１のトランジスタの前記ゲートは、前記第３のトランジスタの前記ゲートに接続され、
前記第２のトランジスタの前記ゲートは、前記第４のトランジスタの前記ゲートに接続され、
前記第１のスイッチトランジスタは、前記第４のスイッチトランジスタの前記ゲートに接続されたゲートを有し、
前記第２のスイッチトランジスタは、前記第５のスイッチトランジスタの前記ゲートに接続されたゲートを有し、
前記第３のスイッチトランジスタは、前記第６のスイッチトランジスタの前記ゲートに接続されたゲートを有する
請求項１に記載の記憶装置。
【請求項１１】
第１の期間において、前記第１のスイッチトランジスタおよび前記第４のスイッチトランジスタをオン状態にし、前記第２のスイッチトランジスタおよび前記第５のスイッチトランジスタをオフ状態にし、前記第１のトランジスタの前記ゲートおよび前記第３のトランジスタの前記ゲートに第１の電圧を印加し、前記第１の信号線に第２の電圧を印加することにより、前記第１のトランジスタの閾値状態を設定する駆動部をさらに備えた
請求項１０に記載の記憶装置。
【請求項１２】
前記駆動部は、前記第１の期間において、前記第２の信号線および前記第３の信号線に前記第１の電圧に対応する電圧を印加する
請求項１１に記載の記憶装置。
【請求項１３】
前記駆動部は、第３の期間において、前記第１のスイッチトランジスタ、前記第２のスイッチトランジスタ、前記第３のスイッチトランジスタ、前記第４のスイッチトランジスタ、前記第５のスイッチトランジスタ、前記第６のスイッチトランジスタ、前記第２のトランジスタ、および前記第４のトランジスタをオン状態にし、前記第１のトランジスタの前記ゲートおよび前記第３のトランジスタの前記ゲートに第３の電圧を印加し、前記第１の信号線および前記第３の信号線に第４の電圧を印加し、前記第２の信号線に第５の電圧を印加し、前記第１の信号線に流れる電流の電流値に基づいて、前記第１のトランジスタの前記閾値状態を検出する
請求項１１に記載の記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、情報を記憶する記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
不揮発性半導体メモリでは、しばしば、強誘電体の自発分極特性を利用して情報を記憶可能な強誘電体ゲートトランジスタが用いられる。例えば、特許文献１には、２つのＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタおよび強誘電体ゲートトランジスタを有するメモリセルを備えた記憶装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−６４９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、記憶装置では、メモリセルのセルサイズが小さいことが望まれており、さらなるセルサイズの縮小が期待されている。
【０００５】
セルサイズを小さくすることができる記憶装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施の形態における記憶装置は、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタと、第１の信号線および第２の信号線と、第１のスイッチトランジスタと、第２のスイッチトランジスタと、第３のスイッチトランジスタとを備えている。第１のトランジスタおよび第２のトランジスタは、それぞれが、第１の拡散層と、第２の拡散層と、ゲートとを有し、閾値状態を記憶可能なものである。第１のスイッチトランジスタは、オン状態になることにより、第１の信号線と第１のトランジスタの第１の拡散層とを接続するものである。第２のスイッチトランジスタは、オン状態になることにより、第１のトランジスタの第２の拡散層と第２のトランジスタの第１の拡散層とを接続するものである。第３のスイッチトランジスタは、オン状態になることにより、第２のトランジスタの第２の拡散層と第２の信号線とを接続するものである。
【０００７】
本開示の一実施の形態における記憶装置では、第１および第２のトランジスタと、第１から第３のスイッチトランジスタとが設けられる。第１のスイッチトランジスタがオン状態になることにより、第１の信号線と第１のトランジスタの第１の拡散層とが接続され、第２のスイッチトランジスタがオン状態になることにより、第１のトランジスタの第２の拡散層と第２のトランジスタの第１の拡散層とが接続され、第３のスイッチトランジスタがオン状態になることにより、第２のトランジスタの第２の拡散層と第２の信号線とが接続される。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一実施の形態における記憶装置によれば、第１および第２のトランジスタと、第１から第３のスイッチトランジスタとを設けるようにしたので、セルサイズを小さくすることができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一実施の形態に係る記憶装置の一構成例を表すブロック図である。
【図２】図１に示したメモリセルアレイの一構成例を表す回路図である。
【図３】図１に示したメモリセルアレイの一構成例を表す他の回路図である。
【図４】図１に示したメモリセルアレイの一構成例を表すレイアウト図である。
【図５】図１に示した記憶装置の一動作例を表す表である。
【図６】図１に示した記憶装置のプログラミング動作の一例を表す説明図である。
【図７】図１に示した記憶装置の消去動作の一例を表す説明図である。
【図８】図１に示した記憶装置の読出動作の一例を表す説明図である。
【図９】図１に示した記憶装置の他の動作例を表す表である。
【図１０】図１に示した記憶装置の他のプログラミング動作の一例を表す説明図である。
【図１１】図１に示した記憶装置の他の消去動作の一例を表す説明図である。
【図１２】図１に示した記憶装置の他の読出動作の一例を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
＜実施の形態＞
［構成例］
図１は、一実施の形態に係る記憶装置（記憶装置１）の一構成例を表すものである。記憶装置１は、強誘電体ゲートトランジスタを記憶素子として用いた不揮発性の記憶装置である。記憶装置１は、制御部１１と、メモリセルアレイ２０と、駆動部１２，１３と、メモリセルアレイ２０とを備えている。
【００１２】
制御部１１は、記憶装置１の動作を制御するものである。具体的には、制御部１１は、外部から供給された書込コマンドおよび書込データに基づいて、メモリセルアレイ２０のメモリセルＭＣ（後述）に情報を書き込むように駆動部１２，１３の動作を制御する。また、制御部１１は、外部から供給された読出コマンドに基づいて、メモリセルＭＣから情報を読み出すように駆動部１２，１３の動作を制御するようになっている。
【００１３】
メモリセルアレイ２０は、メモリセルＭＣがマトリクス状に配置されたものである。
【００１４】
図２，３は、メモリセルアレイ２０の一構成例を表すものである。メモリセルアレイ２０は、複数の選択ゲート線ＳＧ１と、複数の選択ゲート線ＳＧ２と、複数の選択ゲート線ＳＧ３と、複数のゲート線ＣＧ１と、複数のゲート線ＣＧ２と、複数のビット線ＢＬとを有している。選択ゲート線ＳＧ１は、図２，３における横方向に延伸するものであり、選択ゲート線ＳＧ１の一端は駆動部１２に接続されている。選択ゲート線ＳＧ２は、図２，３における横方向に延伸するものであり、選択ゲート線ＳＧ２の一端は駆動部１２に接続されている。選択ゲート線ＳＧ３は、図２，３における横方向に延伸するものであり、選択ゲート線ＳＧ３の一端は駆動部１２に接続されている。ゲート線ＣＧ１は、図２，３における横方向に延伸するものであり、ゲート線ＣＧ１の一端は駆動部１２に接続されている。ゲート線ＣＧ２は、図２，３における横方向に延伸するものであり、ゲート線ＣＧ２の一端は駆動部１２に接続されている。ビット線ＢＬは、図２，３における縦方向に延伸するものであり、ビット線ＢＬの一端は駆動部１３に接続されている。
【００１５】
図３に示したように、メモリセルアレイ２０では、複数のメモリセルＭＣが、２つのメモリセルＭＣ１，ＭＣ２を含むメモリユニットＵを単位として配置されている。メモリユニットＵは、図２に示したように、３つのトランジスタＱ（トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３）と、２つの強誘電体ゲートトランジスタＱＦ（強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１，ＱＦ２）とを有している。トランジスタＱ１、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１、およびトランジスタＱ２は、メモリセルＭＣ１を構成し、トランジスタＱ２、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２、およびトランジスタＱ３は、メモリセルＭＣ２を構成する。
【００１６】
なお、以下の説明では、説明の便宜上、トランジスタＱおよび強誘電体ゲートトランジスタＱＦのそれぞれについて、ドレイン（拡散層）およびソース（拡散層）を定義しているが、この定義に限定されるものではなく、ドレインとソースを入れ替えてもよい。
【００１７】
トランジスタＱは、Ｎ型のＭＯＳトランジスタである。トランジスタＱの閾値Ｖｔｈは、この例では、“０．５Ｖ”に設定されている。
【００１８】
強誘電体ゲートトランジスタＱＦは、いわゆる強誘電体ゲート電界効果トランジスタ（ＦｅＦＥＴ；Ferroelectric-gate Field-Effect Transistor）であり、不揮発性メモリとして機能するものである。この強誘電体ゲートトランジスタＱＦは、Ｎ型のＭＯＳトランジスタにおける、いわゆるゲート酸化膜を、強誘電体材料を含んで構成されたゲート絶縁膜に置き換えたものである。強誘電体ゲートトランジスタＱＦは、ゲートの電圧Ｖｇと拡散層（ソースまたはドレイン）の電圧Ｖｂとの電圧差Ｖｇｂ（＝Ｖｇ−Ｖｂ）の極性に応じて、ゲート絶縁膜における強誘電体が分極することにより、閾値状態が変化するものである。この例では、強誘電体ゲートトランジスタＱＦは、２つの識別可能な閾値状態（低閾値状態ＶｔｈＬおよび高閾値状態ＶｔｈＨ）を取りうる。低閾値状態ＶｔｈＬにおける閾値Ｖｔｈは、例えば“−０．７Ｖ”であり、高閾値状態ＶｔｈＨにおける閾値Ｖｔｈは、例えば“０．７Ｖ”である。なお、分極していない状態において、強誘電体ゲートトランジスタＱＦの閾値Ｖｔｈは、例えば“０Ｖ”に設定されている。
【００１９】
低閾値状態ＶｔｈＬは、この例ではデータ“１”に対応づけられ、高閾値状態ＶｔｈＨは、この例ではデータ“０”に対応づけられる。すなわち、強誘電体ゲートトランジスタＱＦは、１ビットのデータを記憶する記憶素子として機能する。以下、高閾値状態ＶｔｈＨ（データ“０”）から低閾値状態ＶｔｈＬ（データ“１”）へ変化させることを“プログラミング”と呼び、低閾値状態ＶｔｈＬ（データ“１”）から高閾値状態ＶｔｈＨ（データ“０”）へ変化させることを“消去”と呼ぶ。
【００２０】
例えば、プログラミング動作では、後述するように、強誘電体ゲートトランジスタＱＦのゲートの電圧Ｖｇよりも、強誘電体ゲートトランジスタＱＦの拡散層（ソースまたはドレイン）の電圧Ｖｂを低くする。すなわち、電圧差Ｖｇｂ（＝Ｖｇ−Ｖｂ）を、所定の正の電圧差に設定する。この所定の正の電圧差は、例えば“＋２Ｖ”以上の電圧である。これにより、ゲート絶縁膜では、電界の方向に応じて強誘電体が分極し、その分極状態が維持される。その結果、強誘電体ゲートトランジスタＱＦの閾値Ｖｔｈは低い電圧（“−０．７Ｖ”）に設定される（低閾値状態ＶｔｈＬ）。
【００２１】
また、例えば、消去動作では、後述するように、強誘電体ゲートトランジスタＱＦのゲートの電圧Ｖｇよりも、強誘電体ゲートトランジスタＱＦの拡散層（ソースまたはドレイン）の電圧Ｖｂを高くする。すなわち、電圧差Ｖｇｂ（＝Ｖｇ−Ｖｂ）を、所定の負の電圧差に設定する。この所定の負の電圧差は、例えば“−２Ｖ”以下の電圧である。これにより、ゲート絶縁膜では、電界の方向に応じて強誘電体が分極し、その分極状態が維持される。この分極ベクトルの方向は、電圧差Ｖｇｂを所定の負の電圧差に設定した場合の分極ベクトルの方向の反対方向である。その結果、強誘電体ゲートトランジスタＱＦの閾値Ｖｔｈは高い電圧（“０．７Ｖ”）に設定される（高閾値状態ＶｔｈＨ）。
【００２２】
読出動作では、記憶装置１は、後述するように、例えば、強誘電体ゲートトランジスタＱＦのソースおよびドレインの電圧を約“０Ｖ”にするとともに、ゲートに所定の電圧（例えば“０．５Ｖ”）を印加する。強誘電体ゲートトランジスタＱＦの閾値状態が低閾値状態ＶｔｈＬ（データ“１”）である場合には、強誘電体ゲートトランジスタＱＦはオン状態になり、強誘電体ゲートトランジスタＱＦの閾値状態が高閾値状態ＶｔｈＨ（データ“０”）である場合には、強誘電体ゲートトランジスタＱＦはオフ状態になる。記憶装置１は、このようなバイアス条件において、強誘電体ゲートトランジスタＱＦがオン状態およびオフ状態のうちのどちらであるかを検出することにより、強誘電体ゲートトランジスタＱＦに記憶された情報を読み出すようになっている。
【００２３】
各メモリユニットＵ（図２）において、トランジスタＱ１のゲートは選択ゲート線ＳＧ１に接続され、ソースはビット線ＢＬ（例えばｎ番目のビット線ＢＬ（ｎ））に接続され、ドレインは強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のソースに接続されている。強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のゲートはゲート線ＣＧ１に接続され、ソースはトランジスタＱ１のドレインに接続され、ドレインはトランジスタＱ２のソースに接続されている。トランジスタＱ２のゲートは選択ゲート線ＳＧ２に接続され、ソースは強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のドレインに接続され、ドレインは強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２のドレインに接続されている。強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２のゲートはゲート線ＣＧ２に接続され、ドレインはトランジスタＱ２のドレインに接続され、ソースはトランジスタＱ３のドレインに接続されている。トランジスタＱ３のゲートは選択ゲート線ＳＧ３に接続され、ドレインは強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２のソースに接続され、ソースは他のビット線ＢＬ（例えば（ｎ＋１）番目のビット線ＢＬ（ｎ＋１））に接続されている。
【００２４】
このように、記憶装置１では、５つのトランジスタ（トランジスタＱ１〜Ｑ３および強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１，ＱＦ２）が２つのメモリセルＭＣ１，ＭＣ２を構成する。すなわち、１つのメモリセルＭＣは、２．５個のトランジスタを用いて構成される。これにより、記憶装置１では、例えば、特許文献１に記載のメモリセルに比べて、トランジスタの数を減らすことができるため、メモリセルのセルサイズが小さくすることができるようになっている。
【００２５】
図４は、メモリセルアレイ２０におけるレイアウトの一例を表すものである。この例では、図３における横方向に並んだ２つのメモリユニットＵのレイアウトを描いている。
【００２６】
メモリセルアレイ２０は、拡散層１００と、選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３と、ゲート線ＣＧ１，ＣＧ２と、コンタクト／ビア１０１と、ビット線ＢＬとを有している。
【００２７】
拡散層１００は、いわゆる半導体アクティブ層であり、１つのメモリセルＭＣに含まれる５つのトランジスタ（トランジスタＱ１〜Ｑ３および強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１，ＱＦ２）に係る６つの拡散層１００が図４における縦方向に並ぶように形成されている。図４における一番下の拡散層１００は、トランジスタＱ１のソースに対応するものである。下から２番目の拡散層１００は、トランジスタＱ１のドレインおよび強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のソースに対応するものである。下から３番目の拡散層１００は、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のドレインおよびトランジスタＱ２のソースに対応するものである。下から４番目の拡散層１００は、トランジスタＱ２のドレインおよび強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２のドレインに対応するものである。下から５番目の拡散層１００は、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２のソースおよびトランジスタＱ３のドレインに対応するものである。一番上の拡散層１００は、トランジスタＱ３のソースに対応するものである。
【００２８】
選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３およびゲート線ＣＧ１，ＣＧ２は、この例では、図４における横方向に延伸するように形成されている。選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３の下層には、例えば、ゲート電極およびゲート酸化膜（図示せず）が形成されている。なお、これに限定されるものではなく、例えば、選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３をゲート電極として用いてもよい。選択ゲート線ＳＧ１およびその選択ゲート線ＳＧ１の近傍の拡散層１００は、トランジスタＱ１を構成し、選択ゲート線ＳＧ２およびその選択ゲート線ＳＧ２の近傍の拡散層１００は、トランジスタＱ２を構成し、選択ゲート線ＳＧ３およびその選択ゲート線ＳＧ３の近傍の拡散層１００は、トランジスタＱ３を構成する。ゲート線ＣＧ１，ＣＧ２の下層には、ゲート電極および強誘電体材料を含んで構成されたゲート絶縁膜（図示せず）が形成されている。なお、これに限定されるものではなく、例えば、ゲート線ＣＧ１，ＣＧ２をゲート電極として用いてもよい。ゲート線ＣＧ１およびゲート線ＣＧ１の近傍の拡散層１００は、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１を構成し、ゲート線ＣＧ２およびそのゲート線ＣＧ２の近傍の拡散層１００は、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２を構成する。
【００２９】
コンタクト／ビア１０１は、トランジスタＱ１のソース（拡散層１００）とビット線ＢＬ（例えばｎ番目のビット線ＢＬ（ｎ））とを接続するものである。コンタクト／ビア１０２は、トランジスタＱ３のソース（拡散層１００）と他のビット線ＢＬ（例えば（ｎ＋１）番目のビット線ＢＬ（ｎ＋１））とを接続するものである。この例では、ビット線ＢＬは、図４における斜め方向に延伸するように形成されている。
【００３０】
この例では、拡散層１００を、図４における縦方向に並ぶように形成するとともに、ビット線ＢＬを、図４における斜め方向に延伸するように形成したが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、ビット線ＢＬを階段状に形成してもよい。また、例えば、ビット線ＢＬを、図４における縦方向に延伸するように形成するとともに、拡散層１００を、図４における斜め方向に並ぶように形成してもよい。
【００３１】
駆動部１２は、書込動作および読出動作において、制御部１１から供給される制御信号に基づいて、選択ゲート線ＳＧ１に電圧ＶＳＧ１を印加し、選択ゲート線ＳＧ２に電圧ＶＳＧ２を印加し、選択ゲート線ＳＧ３に電圧ＶＳＧ３を印加し、ゲート線ＣＧ１に電圧ＶＣＧ１を印加し、ゲート線ＣＧ２に電圧ＶＣＧ２を印加するものである。
【００３２】
駆動部１３は、書込動作および読出動作において、制御部１１から供給される制御信号に基づいて、ビット線ＢＬに電圧ＶＢＬを印加するものである。駆動部１３は、センスアンプ１４を有している。センスアンプ１４は、読出動作において、ビット線ＢＬに流れる電流に基づいて、メモリセルＭＣに記憶された情報を読み出す。そして、駆動部１３は、読み出した情報を制御部１１に供給するようになっている。
【００３３】
ここで、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１は、本開示における「第１のトランジスタ」の一具体例に対応し、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２は、本開示における「第２のトランジスタ」の一具体例に対応する。トランジスタＱ１は、本開示における「第１のスイッチトランジスタ」の一具体例に対応し、トランジスタＱ２は、本開示における「第２のスイッチトランジスタ」の一具体例に対応し、トランジスタＱ３は、本開示における「第３のスイッチトランジスタ」の一具体例に対応する。駆動部１２，１３は、本開示における「駆動部」の一具体例に対応する。
【００３４】
［動作および作用］
続いて、本実施の形態の記憶装置１の動作および作用について説明する。
【００３５】
（全体動作概要）
まず、図１を参照して、記憶装置１の全体動作概要を説明する。制御部１１は、メモリセルアレイ２０の動作を制御する。具体的には、制御部１１は、外部から供給された書込コマンドおよび書込データに基づいて、メモリセルアレイ２０のメモリセルＭＣに情報を書き込むように駆動部１２，１３の動作を制御する。また、制御部１１は、外部から供給された読出コマンドに基づいて、メモリセルＭＣから情報を読み出すように駆動部１２，１３の動作を制御する。駆動部１２は、書込動作および読出動作において、制御部１１から供給される制御信号に基づいて、選択ゲート線ＳＧ１に電圧ＶＳＧ１を印加し、選択ゲート線ＳＧ２に電圧ＶＳＧ２を印加し、選択ゲート線ＳＧ３に電圧ＶＳＧ３を印加し、ゲート線ＣＧ１に電圧ＶＣＧ１を印加し、ゲート線ＣＧ２に電圧ＶＣＧ２を印加する。駆動部１３は、書込動作および読出動作において、制御部１１から供給される制御信号に基づいて、ビット線ＢＬに電圧ＶＢＬを印加する。また、駆動部１３のセンスアンプ１４は、読出動作において、ビット線ＢＬに流れる電流に基づいて、メモリセルＭＣに記憶された情報を読み出す。そして、駆動部１３は、読み出した情報を制御部１１に供給する。
【００３６】
（詳細動作）
次に、書込動作（プログラミング動作および消去動作）、および読出動作について、詳細に説明する。まず、処理対象として選択されたメモリセルＭＣ１に対する動作を説明し、その後に、処理対象として選択されたメモリセルＭＣ２に対する動作を説明する。
【００３７】
（メモリセルＭＣ１に対する書込動作および読出動作）
図５は、選択されたメモリセルＭＣ１に対して書込動作および読出動作を行う場合における、選択されたメモリセルＭＣ１を含むメモリユニットＵＡに印加する電圧ＶＳＧ１，ＶＣＧ１，ＶＳＧ２，ＶＣＧ２，ＶＳＧ３，ＶＢＬ１，ＶＢＬ２の一例を表すものである。この図５における電圧ＶＳＧ１〜ＶＳＧ３は、このメモリユニットＵＡに接続された選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３の電圧を示し、図５における電圧ＶＣＧ１，ＶＣＧ２は、このメモリユニットＵＡに接続されたゲート線ＣＧ１，ＣＧ２の電圧を示し、電圧ＶＢＬ１は、このメモリユニットＵＡにおけるメモリセルＭＣ１に接続されたビット線ＢＬ（ＢＬ１）の電圧を示し、電圧ＶＢＬ２は、このメモリユニットＵＡにおけるメモリセルＭＣ２に接続されたビット線ＢＬ（ＢＬ２）の電圧を示す。
【００３８】
図６は、メモリセルＭＣ１に対するプログラミング動作の一例を表すものであり、図７は、メモリセルＭＣ１に対する消去動作の一例を表すものであり、図８は、メモリセルＭＣ１に対する読出動作の一例を表すものである。図６〜８において、トランジスタＱ１〜Ｑ３を、その動作状態を示すスイッチを用いて描いている。
【００３９】
（メモリセルＭＣ１に対するプログラミング動作）
プログラミング動作を行う場合には、図５に示したように、駆動部１２は、電圧ＶＳＧ１，ＶＣＧ１，ＶＳＧ２，ＶＣＧ２，ＶＳＧ３を、“３Ｖ”，“３Ｖ”，“０Ｖ” ，“０Ｖ” ，“０Ｖ”にそれぞれ設定する。また、駆動部１３は、電圧ＶＢＬ１，ＶＢＬ２を、“０Ｖ”，“３Ｖ”にそれぞれ設定する。また、駆動部１２，１３は、図６に示したように、メモリユニットＵＡに接続された選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３以外の選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３の電圧ＶＳＧ１〜ＶＳＧ３、およびメモリユニットＵＡに接続されたゲート線ＣＧ１，ＣＧ２以外のゲート線ＣＧ１，ＣＧ２の電圧ＶＣＧ１，ＶＣＧ２を、すべて“０Ｖ”に設定するとともに、メモリユニットＵＡに接続されたビット線ＢＬ以外のビット線ＢＬの電圧ＶＢＬを、すべて“３Ｖ”に設定する。
【００４０】
図６に示したように、プログラミング動作の対象であるメモリセルＭＣ１では、トランジスタＱ１のゲートには、電圧ＶＳＧ１（“３Ｖ”）が印加されるので、トランジスタＱ１がオン状態になる。また、このメモリセルＭＣ１に接続されたビット線ＢＬ１の電圧ＶＢＬ１は“０Ｖ”である。これにより、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のソースには、電圧ＶＢＬ１（“０Ｖ”）が印加される。この強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のゲートには、電圧ＶＣＧ１（“３Ｖ”）が印加されるので、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のゲートの電圧Ｖｇと拡散層（ソースまたはドレイン）の電圧Ｖｂとの電圧差Ｖｇｂ（＝Ｖｇ−Ｖｂ）は、“３Ｖ”になる。この電圧差Ｖｇｂは、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１の閾値状態を低閾値状態ＶｔｈＬに変化させるには十分な電圧であるので、この強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１の閾値Ｖｔｈは低くなる（低閾値状態ＶｔｈＬ）。このようにして、記憶装置１は、メモリセルＭＣ１に対してプログラミング動作を行う。
【００４１】
このプログラミング動作において、メモリユニットＵＡのメモリセルＭＣ２に記憶されたデータは維持される。すなわち、電圧ＶＳＧ２は“０Ｖ”であるので、トランジスタＱ２はオフ状態になり、電圧ＶＳＧ３は“０Ｖ”であるので、トランジスタＱ３はオフ状態になる。よって、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２のソースおよびドレインには電圧は印加されないため、この強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２の閾値状態は維持される。
【００４２】
また、このプログラミング動作において、メモリユニットＵＡと同じ行に属する他のメモリユニットＵのメモリセルＭＣ１，ＭＣ２に記憶されたデータもまた維持される。具体的には、例えば、メモリユニットＵＡの左のメモリユニットＵ１におけるトランジスタＱ１のゲートには電圧ＶＳＧ１（“３Ｖ”）が印加され、このトランジスタＱ１に接続されたビット線ＢＬの電圧ＶＢＬは“３Ｖ”であるため、このメモリユニットＵ１の強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のソースの電圧は“２．５Ｖ”になる。すなわち、この強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のソースには、電圧ＶＳＧ１（“３Ｖ”）よりもトランジスタＱ１の閾値Ｖｔｈ（“０．５Ｖ”）だけ低い電圧（“２．５Ｖ”）が印加される。この強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のゲートには、電圧ＶＣＧ１（“３Ｖ”）が印加されるので、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のゲートの電圧Ｖｇと拡散層（ソースまたはドレイン）の電圧Ｖｂとの電圧差Ｖｇｂ（＝Ｖｇ−Ｖｂ）は、“０．５Ｖ”になる。この電圧差Ｖｇｂは、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１の閾値状態を低閾値状態ＶｔｈＬに変化させるには不十分な電圧であるので、この強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１の閾値状態は維持される。また、トランジスタＱ２，Ｑ３はオフ状態であるので、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２の閾値状態は維持される。以上では、メモリユニットＵＡの左のメモリユニットＵ１について説明したが、メモリユニットＵＡの右のメモリユニットＵ２についても同様である。
【００４３】
また、このプログラミング動作において、メモリユニットＵＡと異なる行に属する他のメモリユニットＵのメモリセルＭＣ１，ＭＣ２に記憶されたデータもまた維持される。具体的には、例えば、メモリユニットＵＡの下のメモリユニットＵ３における電圧ＶＳＧ１〜ＶＳＧ３，ＶＣＧ１，ＶＣＧ２は、すべて“０Ｖ”であるので、トランジスタＱ１〜Ｑ３はオフ状態になる。よって、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１，ＱＦ２の閾値状態は維持される。
【００４４】
（メモリセルＭＣ１に対する消去動作）
消去動作を行う場合には、図５に示したように、駆動部１２は、電圧ＶＳＧ１，ＶＣＧ１，ＶＳＧ２，ＶＣＧ２，ＶＳＧ３を、“３Ｖ”，“０Ｖ”，“０Ｖ” ，“０Ｖ” ，“０Ｖ”にそれぞれ設定する。また、駆動部１３は、電圧ＶＢＬ１，ＶＢＬ２を、“３Ｖ”，“０Ｖ”にそれぞれ設定する。また、駆動部１２，１３は、図７に示したように、メモリユニットＵＡに接続された選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３以外の選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３の電圧ＶＳＧ１〜ＶＳＧ３、メモリユニットＵＡに接続されたゲート線ＣＧ１，ＣＧ２以外のゲート線ＣＧ１，ＣＧ２の電圧ＶＣＧ１，ＶＣＧ２、およびメモリユニットＵＡに接続されたビット線ＢＬ以外のビット線ＢＬの電圧ＶＢＬを、すべて“０Ｖ”に設定する。
【００４５】
図７に示したように、消去動作の対象であるメモリセルＭＣ１では、トランジスタＱ１のゲートには、電圧ＶＳＧ１（“３Ｖ”）が印加されるので、トランジスタＱ１がオン状態になる。また、このメモリセルＭＣ１に接続されたビット線ＢＬ１の電圧ＶＢＬ１は“３Ｖ”である。これにより、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のソースの電圧は“２．５Ｖ”になる。この強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のゲートには、電圧ＶＣＧ１（“０Ｖ”）が印加されるので、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のゲートの電圧Ｖｇと拡散層（ソースまたはドレイン）の電圧Ｖｂとの電圧差Ｖｇｂ（＝Ｖｇ−Ｖｂ）は、“−２．５Ｖ”になる。この電圧差Ｖｇｂは、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１の閾値状態を高閾値状態ＶｔｈＨに変化させるには十分な電圧であるので、この強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１の閾値Ｖｔｈは高くなる（高閾値状態ＶｔｈＨ）。このようにして、記憶装置１は、メモリセルＭＣ１に対して消去動作を行う。
【００４６】
この消去動作において、メモリユニットＵＡのメモリセルＭＣ２に記憶されたデータは維持される。すなわち、電圧ＶＳＧ２は“０Ｖ”であるので、トランジスタＱ２はオフ状態になり、電圧ＶＳＧ３は“０Ｖ”であるので、トランジスタＱ３はオフ状態になる。よって、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２のソースおよびドレインには電圧は印加されないため、この強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２の閾値状態は維持される。
【００４７】
また、この消去動作において、メモリユニットＵＡと同じ行に属する他のメモリユニットＵのメモリセルＭＣ１，ＭＣ２に記憶されたデータもまた維持される。具体的には、例えば、メモリユニットＵＡの左のメモリユニットＵ１における電圧ＶＳＧ１〜ＶＳＧ３，ＶＣＧ１，ＶＣＧ２は、メモリユニットＵＡにおける電圧ＶＳＧ１〜ＶＳＧ３，ＶＣＧ１，ＶＣＧ２と同じである。よって、このメモリユニットＵ１のトランジスタＱ１のゲートには電圧ＶＳＧ１（“３Ｖ”）が印加され、トランジスタＱ１はオン状態になる。しかしながら、このトランジスタＱ１に接続されたビット線ＢＬの電圧ＶＢＬは“０Ｖ”であるため、このメモリユニットＵ１の強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のソースの電圧は“０Ｖ”になる。よって、この強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のゲートの電圧Ｖｇと拡散層（ソースまたはドレイン）の電圧Ｖｂとの電圧差Ｖｇｂ（＝Ｖｇ−Ｖｂ）は、“０Ｖ”になるので、この強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１の閾値状態は維持される。また、トランジスタＱ２，Ｑ３はオフ状態であるので、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２の閾値状態は維持される。以上では、メモリユニットＵＡの左のメモリユニットＵ１について説明したが、メモリユニットＵＡの右のメモリユニットＵ２についても同様である。
【００４８】
また、この消去動作において、メモリユニットＵＡと異なる行に属する他のメモリユニットＵのメモリセルＭＣ１，ＭＣ２に記憶されたデータもまた維持される。具体的には、例えば、メモリユニットＵＡの下のメモリユニットＵ３における電圧ＶＳＧ１〜ＶＳＧ３，ＶＣＧ１，ＶＣＧ２は、すべて“０Ｖ”であるので、トランジスタＱ１〜Ｑ３はオフ状態になる。よって、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１，ＱＦ２の閾値状態は維持される。
【００４９】
（メモリセルＭＣ１に対する読出動作）
読出動作を行う場合には、図５に示したように、駆動部１２は、電圧ＶＳＧ１，ＶＣＧ１，ＶＳＧ２，ＶＣＧ２，ＶＳＧ３を、“１Ｖ”，“０．５Ｖ”，“１Ｖ” ，“１Ｖ” ，“１Ｖ”にそれぞれ設定する。また、駆動部１３は、電圧ＶＢＬ１，ＶＢＬ２を、“０Ｖ”，“１Ｖ”にそれぞれ設定する。また、駆動部１２，１３は、図８に示したように、メモリユニットＵＡに接続された選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３以外の選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３の電圧ＶＳＧ１〜ＶＳＧ３、メモリユニットＵＡに接続されたゲート線ＣＧ１，ＣＧ２以外のゲート線ＣＧ１，ＣＧ２の電圧ＶＣＧ１，ＶＣＧ２、およびメモリユニットＵＡに接続されたビット線ＢＬ以外のビット線ＢＬの電圧ＶＢＬを、すべて“０Ｖ”に設定する。
【００５０】
図８に示したように、読出動作の対象であるメモリセルＭＣ１では、トランジスタＱ１のゲートには電圧ＶＳＧ１（“１Ｖ”）が印加されるので、トランジスタＱ１がオン状態になり、トランジスタＱ２のゲートには電圧ＶＳＧ２（“１Ｖ”）が印加されるので、トランジスタＱ２がオン状態になり、トランジスタＱ３のゲートには電圧ＶＳＧ３（“１Ｖ”）が印加されるので、トランジスタＱ３がオン状態になる。また、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２のゲートには電圧ＶＣＧ２（“１Ｖ”）が印加されるので、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２は、閾値状態によらずオン状態になる。すなわち、閾値状態が低閾値状態ＶｔｈＬである場合には、閾値Ｖｔｈは“−０．７Ｖ”であるため、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２はオン状態になり、閾値状態が高閾値状態ＶｔｈＨである場合には、閾値Ｖｔｈは“０．７Ｖ”であるため、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２はオン状態になる。
【００５１】
一方、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のゲートには電圧ＶＣＧ１（“０．５Ｖ”）が印加されるので、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１は、閾値状態に応じてオン状態またはオフ状態になる。すなわち、閾値状態が低閾値状態ＶｔｈＬである場合には、閾値Ｖｔｈは“−０．７Ｖ”であるため、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１はオン状態になり、閾値状態が高閾値状態ＶｔｈＨである場合には、閾値Ｖｔｈは“０．７Ｖ”であるため、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１はオフ状態になる。メモリセルＭＣ２に接続されたビット線ＢＬ２には電圧ＶＢＬ２（“１Ｖ”）が印加され、メモリセルＭＣ１に接続されたビット線ＢＬ１には電圧ＶＢＬ１（“０Ｖ”）が印加されるため、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１の閾値状態に応じて、ビット線ＢＬ２からメモリユニットＵＡを介してビット線ＢＬ１に電流Ｉsenseが流れる。駆動部１３のセンスアンプ１４は、このビット線ＢＬ１に流れる電流Ｉsenseを、所定の電流閾値Ｉｔｈと比較することにより、メモリユニットＵＡのメモリセルＭＣ１に記憶されたデータを読み出す。
【００５２】
例えば、メモリセルＭＣ１にデータ“１”が記憶されている場合には、このメモリセルＭＣ１の強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１の閾値状態は低閾値状態ＶｔｈＬであるので、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１は、オン状態である。よって、電流Ｉsenseの電流値は、所定の電流閾値Ｉｔｈよりも高くなるので、センスアンプ１４は“１”を出力する。また、例えば、メモリセルＭＣ１にデータ“０”が記憶されている場合には、このメモリセルＭＣ１の強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１の閾値状態は高閾値状態ＶｔｈＨであるので、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１は、オフ状態である。よって、電流Ｉsenseの電流値は、所定の電流閾値Ｉｔｈよりも低くなるので、センスアンプ１４は“０”を出力する。このようにして、記憶装置１は、メモリセルＭＣ１に対して読出動作を行う。
【００５３】
この読出動作において、メモリセルアレイ２０内のすべてのメモリセルＭＣ１，ＭＣ２に記憶されたデータが維持される。すなわち、すべてのゲート線ＣＧ１，ＣＧ２の電圧ＶＣＧ１，ＶＣＧ２、およびビット線ＢＬの電圧ＶＢＬは、“０Ｖ”以上“１Ｖ”以下である。よって、すべての強誘電体ゲートトランジスタＱＦのゲートの電圧Ｖｇと拡散層（ソースまたはドレイン）の電圧Ｖｂとの電圧差Ｖｇｂ（＝Ｖｇ−Ｖｂ）は、閾値状態を変化させるには不十分な電圧である。その結果、メモリセルアレイ２０内のすべての強誘電体ゲートトランジスタＱＦの閾値状態は維持される。
【００５４】
また、この読出動作において、メモリユニットＵＡのメモリセルＭＣ１に接続されたビット線ＢＬ１に接続された複数のメモリユニットＵは、電流Ｉsenseに影響を与えない。すなわち、例えば、メモリユニットＵＡの左のメモリユニットＵ１では、このメモリユニットＵ１に接続された２本のビット線ＢＬにおける電圧がともに“０Ｖ”であるので、このメモリユニットＵ１は、電流Ｉsenseに影響を与えない。また、例えば、メモリユニットＵＡの下のメモリユニットＵ３では、電圧ＶＳＧ１〜ＶＳＧ３，ＶＣＧ１，ＶＳＧ２は、すべて“０Ｖ”であるので、トランジスタＱ１〜Ｑ３はオフ状態になる。よって、このメモリユニットＵ３は、電流Ｉsenseに影響を与えない。
【００５５】
（メモリセルＭＣ２に対する書込動作および読出動作）
図９は、選択されたメモリセルＭＣ２に対して書込動作および読出動作を行う場合における、選択されたメモリセルＭＣ２を含むメモリユニットＵＡに印加する電圧ＶＳＧ１，ＶＣＧ１，ＶＳＧ２，ＶＣＧ２，ＶＳＧ３，ＶＢＬ１，ＶＢＬ２の一例を表すものである。図１０は、メモリセルＭＣ２に対するプログラミング動作の一例を表すものであり、図１１は、メモリセルＭＣ２に対する消去動作の一例を表すものであり、図１２は、メモリセルＭＣ２に対する読出動作の一例を表すものである。
【００５６】
（メモリセルＭＣ２に対するプログラミング動作）
プログラミング動作を行う場合には、図９に示したように、駆動部１２は、電圧ＶＳＧ１，ＶＣＧ１，ＶＳＧ２，ＶＣＧ２，ＶＳＧ３を、“０Ｖ”，“０Ｖ”，“０Ｖ” ，“３Ｖ” ，“３Ｖ”にそれぞれ設定する。また、駆動部１３は、電圧ＶＢＬ１，ＶＢＬ２を、“３Ｖ”，“０Ｖ”にそれぞれ設定する。また、駆動部１２，１３は、図１０に示したように、メモリユニットＵＡに接続された選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３以外の選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３の電圧ＶＳＧ１〜ＶＳＧ３、およびメモリユニットＵＡに接続されたゲート線ＣＧ１，ＣＧ２以外のゲート線ＣＧ１，ＣＧ２の電圧ＶＣＧ１，ＶＣＧ２を、すべて“０Ｖ”に設定するとともに、メモリユニットＵＡに接続されたビット線ＢＬ以外のビット線ＢＬの電圧ＶＢＬを、すべて“３Ｖ”に設定する。
【００５７】
図１０に示したように、プログラミング動作の対象であるメモリセルＭＣ２では、トランジスタＱ３のゲートには、電圧ＶＳＧ３（“３Ｖ”）が印加されるので、トランジスタＱ３がオン状態になる。また、このメモリセルＭＣ２に接続されたビット線ＢＬ２の電圧ＶＢＬ２は“０Ｖ”である。これにより、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２のソースには、電圧ＶＢＬ２（“０Ｖ”）が印加される。この強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２のゲートには、電圧ＶＣＧ２（“３Ｖ”）が印加されるので、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２のゲートの電圧Ｖｇと拡散層（ソースまたはドレイン）の電圧Ｖｂとの電圧差Ｖｇｂ（＝Ｖｇ−Ｖｂ）は、“３Ｖ”になる。この電圧差Ｖｇｂは、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２の閾値状態を低閾値状態ＶｔｈＬに変化させるには十分な電圧であるので、この強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２の閾値Ｖｔｈは低くなる（低閾値状態ＶｔｈＬ）。このようにして、記憶装置１は、メモリセルＭＣ２に対してプログラミング動作を行う。
【００５８】
（メモリセルＭＣ２に対する消去動作）
消去動作を行う場合には、図９に示したように、駆動部１２は、電圧ＶＳＧ１，ＶＣＧ１，ＶＳＧ２，ＶＣＧ２，ＶＳＧ３を、“０Ｖ”，“０Ｖ”，“０Ｖ” ，“０Ｖ” ，“３Ｖ”にそれぞれ設定する。また、駆動部１３は、電圧ＶＢＬ１，ＶＢＬ２を、“０Ｖ”，“３Ｖ”にそれぞれ設定する。また、駆動部１２，１３は、図１１に示したように、メモリユニットＵＡに接続された選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３以外の選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３の電圧ＶＳＧ１〜ＶＳＧ３、メモリユニットＵＡに接続されたゲート線ＣＧ１，ＣＧ２以外のゲート線ＣＧ１，ＣＧ２の電圧ＶＣＧ１，ＶＣＧ２、およびメモリユニットＵＡに接続されたビット線ＢＬ以外のビット線ＢＬの電圧ＶＢＬを、すべて“０Ｖ”に設定する。
【００５９】
図１１に示したように、消去動作の対象であるメモリセルＭＣ２では、トランジスタＱ３のゲートには、電圧ＶＳＧ３（“３Ｖ”）が印加されるので、トランジスタＱ３がオン状態になる。また、このメモリセルＭＣ１に接続されたビット線ＢＬ２の電圧ＶＢＬ２は“３Ｖ”である。これにより、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２のソースの電圧は“２．５Ｖ”になる。この強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２のゲートには、電圧ＶＣＧ２（“０Ｖ”）が印加されるので、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２のゲートの電圧Ｖｇと拡散層（ソースまたはドレイン）の電圧Ｖｂとの電圧差Ｖｇｂ（＝Ｖｇ−Ｖｂ）は、“−２．５Ｖ”になる。この電圧差Ｖｇｂは、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２の閾値状態を高閾値状態ＶｔｈＨに変化させるには十分な電圧であるので、この強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２の閾値Ｖｔｈは高くなる（高閾値状態ＶｔｈＨ）。このようにして、記憶装置１は、メモリセルＭＣ２に対して消去動作を行う。
【００６０】
（メモリセルＭＣ２に対する読出動作）
読出動作を行う場合には、図９に示したように、駆動部１２は、電圧ＶＳＧ１，ＶＣＧ１，ＶＳＧ２，ＶＣＧ２，ＶＳＧ３を、“１Ｖ”，“１Ｖ”，“１Ｖ” ，“０．５Ｖ” ，“１Ｖ”にそれぞれ設定する。また、駆動部１３は、電圧ＶＢＬ１，ＶＢＬ２を、“１Ｖ”，“０Ｖ”にそれぞれ設定する。また、駆動部１２，１３は、図１２に示したように、メモリユニットＵＡに接続された選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３以外の選択ゲート線ＳＧ１〜ＳＧ３の電圧ＶＳＧ１〜ＶＳＧ３、メモリユニットＵＡに接続されたゲート線ＣＧ１，ＣＧ２以外のゲート線ＣＧ１，ＣＧ２の電圧ＶＣＧ１，ＶＣＧ２、およびメモリユニットＵＡに接続されたビット線ＢＬ以外のビット線ＢＬの電圧ＶＢＬを、すべて“０Ｖ”に設定する。
【００６１】
図１２に示したように、読出動作の対象であるメモリセルＭＣ２では、トランジスタＱ１のゲートには電圧ＶＳＧ１（“１Ｖ”）が印加されるので、トランジスタＱ１がオン状態になり、トランジスタＱ２のゲートには電圧ＶＳＧ２（“１Ｖ”）が印加されるので、トランジスタＱ２がオン状態になり、トランジスタＱ３のゲートには電圧ＶＳＧ３（“１Ｖ”）が印加されるので、トランジスタＱ３がオン状態になる。また、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１のゲートには電圧ＶＣＧ１（“１Ｖ”）が印加されるので、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１は、閾値状態によらずオン状態になる。
【００６２】
一方、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２のゲートには電圧ＶＣＧ２（“０．５Ｖ”）が印加されるので、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２は、閾値状態に応じてオン状態またはオフ状態になる。メモリセルＭＣ１に接続されたビット線ＢＬ１には電圧ＶＢＬ１（“１Ｖ”）が印加され、メモリセルＭＣ２に接続されたビット線ＢＬ２には電圧ＶＢＬ２（“０Ｖ”）が印加されるため、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２の閾値状態に応じて、ビット線ＢＬ１からメモリユニットＵＡを介してビット線ＢＬ２に電流Ｉsenseが流れる。駆動部１３のセンスアンプ１４は、このビット線ＢＬ２に流れる電流Ｉsenseを、所定の電流閾値Ｉｔｈと比較することにより、メモリユニットＵＡのメモリセルＭＣ２に記憶されたデータを読み出す。
【００６３】
記憶装置１では、トランジスタＱ１、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１、トランジスタＱ２、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２、トランジスタＱ３を、この順に接続した。そして、トランジスタＱ１のソースをビット線ＢＬに接続するとともに、トランジスタＱ３のソースを他のビット線ＢＬに接続した。これにより、記憶装置１では、１つのメモリセルＭＣを、２．５個のトランジスタを用いて構成することができるので、トランジスタの数を減らすことができるため、メモリセルのセルサイズが小さくすることができる。さらに、記憶装置１では、プログラミング動作において、選択したメモリセルＭＣに対してのみデータのプログラミングを行い、選択されていないメモリセルＭＣに記憶された情報を維持することができる。同様に、記憶装置１では、消去動作において、選択したメモリセルＭＣに対してのみデータの消去を行い、選択されていないメモリセルＭＣに記憶された情報を維持することができる。このように、記憶装置１では、ディスターブが生じるおそれを低減することができるとともに、ランダムアクセスを行うことができる。
【００６４】
［効果］
以上のように本実施の形態では、トランジスタＱ１、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１、トランジスタＱ２、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ２、トランジスタＱ３を、この順に接続したので、トランジスタの数を減らすことができるため、メモリセルのセルサイズが小さくすることができる。また、ディスターブが生じるおそれを低減することができるとともに、ランダムアクセスを行うことができる。
【００６５】
以上、実施の形態を挙げて本技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。
【００６６】
例えば、上記の実施の形態では、トランジスタＱ１〜Ｑ３および強誘電体ゲートトランジスタをＮ型のトランジスタを用いて構成したが、これに限定されるものではなく、これに代えて、Ｐ型のトランジスタを用いて構成してもよい。
【００６７】
また、例えば、上記の実施の形態では、強誘電体ゲートトランジスタＱＦ１，ＱＦ２を用いたが、これに限定されるものではなく、閾値を設定可能な様々なトランジスタを用いることができる。
【００６８】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
【００６９】
なお、本技術は以下のような構成とすることができる。
【００７０】
（１）それぞれが、第１の拡散層と、第２の拡散層と、ゲートとを有し、閾値状態を記憶可能な第１のトランジスタおよび第２のトランジスタと、
第１の信号線および第２の信号線と、
オン状態になることにより、前記第１の信号線と前記第１のトランジスタの前記第１の拡散層とを接続する第１のスイッチトランジスタと、
オン状態になることにより、前記第１のトランジスタの前記第２の拡散層と前記第２のトランジスタの前記第１の拡散層とを接続する第２のスイッチトランジスタと、
オン状態になることにより、前記第２のトランジスタの前記第２の拡散層と前記第２の信号線とを接続する第３のスイッチトランジスタと
を備えた記憶装置。
（２）前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタは、強誘電体材料を含むゲート絶縁膜をさらに有する
前記（１）に記載の記憶装置。
（３）第１の期間において、前記第１のスイッチトランジスタをオン状態にし、前記第２のスイッチトランジスタをオフ状態にし、前記第１のトランジスタの前記ゲートに第１の電圧を印加し、前記第１の信号線に第２の電圧を印加することにより、前記第１のトランジスタの前記閾値状態を設定する駆動部をさらに備えた
前記（１）または（２）に記載の記憶装置。
（４）前記駆動部は、
前記第１の電圧を前記第２の電圧よりも高くすることにより、前記閾値状態を第１の閾値状態に設定し、
前記第２の電圧を前記第１の電圧よりも高くすることにより、前記閾値状態を第２の閾値状態に設定する
前記（３）に記載の記憶装置。
（５）前記第１の電圧と前記第２の電圧との電圧差の絶対値は、所定の値よりも大きい
前記（３）または（４）に記載の記憶装置。
（６）前記駆動部は、第２の期間において、前記第３のスイッチトランジスタをオン状態にし、前記第２のスイッチトランジスタをオフ状態にし、前記第２のトランジスタの前記ゲートに前記第１の電圧を印加し、前記第２の信号線に前記第２の電圧を印加することにより、前記第２のトランジスタの前記閾値状態を設定する
前記（３）から（５）のいずれかに記載の記憶装置。
（７）前記駆動部は、第３の期間において、前記第１のスイッチトランジスタ、前記第２のスイッチトランジスタ、前記第３のスイッチトランジスタ、および前記第２のトランジスタをオン状態にし、前記第１のトランジスタの前記ゲートに第３の電圧を印加することにより、前記第１のトランジスタの前記閾値状態を検出する
前記（３）から（６）のいずれかに記載の記憶装置。
（８）前記駆動部は、前記第３の期間において、前記第１の信号線に第４の電圧を印加し、前記第２の信号線に第５の電圧を印加し、前記第１の信号線に流れる電流の電流値に基づいて、前記第１のトランジスタの前記閾値状態を検出する
前記（７）に記載の記憶装置。
（９）前記駆動部は、第４の期間において、前記第１のスイッチトランジスタ、前記第２のスイッチトランジスタ、前記第３のスイッチトランジスタ、および前記第１のトランジスタをオン状態にし、前記第２のトランジスタの前記ゲートに前記第３の電圧を印加することにより、前記第２のトランジスタの前記閾値状態を検出する
前記（７）または（８）に記載の記憶装置。
（１０）それぞれが、第１の拡散層と、第２の拡散層と、ゲートとを有し、閾値状態を記憶可能な第３のトランジスタおよび第４のトランジスタと、
第３の信号線と、
ゲートを有し、オン状態になることにより、前記第３の信号線と前記第３のトランジスタの前記第１の拡散層とを接続する第４のスイッチトランジスタと、
ゲートを有し、オン状態になることにより、前記第３のトランジスタの前記第２の拡散層と前記第４のトランジスタの前記第１の拡散層とを接続する第５のスイッチトランジスタと、
ゲートを有し、オン状態になることにより、前記第４のトランジスタの前記第２の拡散層と前記第１の信号線とを接続する第６のスイッチトランジスタと
をさらに備え、
前記第１のトランジスタの前記ゲートは、前記第３のトランジスタの前記ゲートに接続され、
前記第２のトランジスタの前記ゲートは、前記第４のトランジスタの前記ゲートに接続され、
前記第１のスイッチトランジスタは、前記第４のスイッチトランジスタの前記ゲートに接続されたゲートを有し、
前記第２のスイッチトランジスタは、前記第５のスイッチトランジスタの前記ゲートに接続されたゲートを有し、
前記第３のスイッチトランジスタは、前記第６のスイッチトランジスタの前記ゲートに接続されたゲートを有する
前記（１）に記載の記憶装置。
（１１）第１の期間において、前記第１のスイッチトランジスタおよび前記第４のスイッチトランジスタをオン状態にし、前記第２のスイッチトランジスタおよび前記第５のスイッチトランジスタをオフ状態にし、前記第１のトランジスタの前記ゲートおよび前記第３のトランジスタの前記ゲートに第１の電圧を印加し、前記第１の信号線に第２の電圧を印加することにより、前記第１のトランジスタの閾値状態を設定する駆動部をさらに備えた
前記（１０）に記載の記憶装置。
（１２）前記駆動部は、前記第１の期間において、前記第２の信号線および前記第３の信号線に前記第１の電圧に対応する電圧を印加する
前記（１１）に記載の記憶装置。
（１３）前記駆動部は、第３の期間において、前記第１のスイッチトランジスタ、前記第２のスイッチトランジスタ、前記第３のスイッチトランジスタ、前記第４のスイッチトランジスタ、前記第５のスイッチトランジスタ、前記第６のスイッチトランジスタ、前記第２のトランジスタ、および前記第４のトランジスタをオン状態にし、前記第１のトランジスタの前記ゲートおよび前記第３のトランジスタの前記ゲートに第３の電圧を印加し、前記第１の信号線および前記第３の信号線に第４の電圧を印加し、前記第２の信号線に第５の電圧を印加し、前記第１の信号線に流れる電流の電流値に基づいて、前記第１のトランジスタの前記閾値状態を検出する
前記（１１）または（１２）に記載の記憶装置。
【符号の説明】
【００７１】
１…記憶装置、１１…制御部、１２，１３…駆動部、１４…センスアンプ、２０…メモリセルアレイ、１００…拡散層、１０１，１０２…コンタクト／ビア、ＢＬ，ＢＬ１，ＢＬ２…ビット線、ＣＧ１，ＣＧ２…ゲート線、Ｉsense…電流、ＭＣ，ＭＣ１，ＭＣ２…メモリセル、ＱＦ１，ＱＦ２…強誘電体ゲートトランジスタ、Ｑ１〜Ｑ３…トランジスタ、ＳＧ１〜ＳＧ３…選択ゲート線、Ｕ…メモリユニット、ＶＢＬ，ＶＢＬ１，ＶＢＬ２，ＶＣＧ１，ＶＣＧ２，ＶＳＧ１〜ＶＳＧ３…電圧。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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