半导体存贮器件及其操作方法
2020-01-12

半导体存贮器件及其操作方法

一种半导体存储器件中有许多按阵列形式排列的存储单元,数据能写入存储单元中,并能顺序地读出。每个存储单元有开关元件,该开关元件的一端与阵列比特线连接,另一端与至少一个铁电电容器连接,其控制端与字线连接,当供给一个不足以引起铁电电容器状态变化的电压时,存储单元工作,用来检测铁电电容器的极化变化。此外,铁电电容器和除铁电电容器以外的另一电容器与开关元件连接。在另一种形式中,有许多铁电电容器与开关元件连接,这样,每一个单元中可以写入不同的数据。

为了说明按本实施例结构的元件的操作,图5中画出了其它毗邻的存贮器。图5画出了8个存贮器单元,每个都与图4所示电路一致。所画出的存贮单元的这个数量只是为了说明方便,但存贮单元的数量在按本发明的实际存贮器中会更多。

实施例30本实施例的其它实例是家用电器,如电视机。这些家用电器已发展到包括越来越多的电子部件,随着性能的改进所使用的存贮器容量也增大了。然而,由于现有的DRAM具有高的比特造价,高性能系统的价格较高。另一方面,如果按本发明存贮元件用在图49所示的音像系统中,或用在图50所示的家用电器的示意结构中,由于低的比特造价,可以提供价格合理的高性能系统。

在上述实施例中,讨论了获得良好滞后特性的方法。当有滞后现象存在时,介电常数会出现高晶轴各向异性。换句话说,极化轴与垂轴之间的介电常数有很大差别。

另一种方案是用介电常数比SiO2高的五氧化二钽(Ta2O5)作介质材料。然而,即使采用了这些措施之后,还有困难,这就是,电容器占整个存贮元件顶面积的比例超过50%,而制造工艺复杂。

此外,存贮单元301和303连接到公共字线121;存贮单元302和304连接到公共字线123上;存贮单元341和343连接到公共字线127上;存贮单元342和344连接到公共字线128上。字线121和127和字线123和128可以认为是彼此毗邻的。同样,在字线方向上排列的存贮单元连接到公共镀线上。此外,伪存贮单元连接到每根比特线上。伪存贮单元351和353连接到公共伪字线152上,伪存贮单元352和354连接到公共伪字线151上。假若在字线(或伪字线)和比特线的节点出现存贮单元或伪存贮单元,那么在毗邻的互补比特线或字线(或伪字线)的节点处就不会有任何存贮单元或任何伪存贮单元出现。

在状态″1″中,极化方向与加的电压的方向彼此相反。其结果是,在时间T2和T3之间的时间周期内极化方向。换句话说,本实施例中的读出工作是破坏性的,意思是说它改变了极化状态。由于这时极化值大大地变化,大量电荷流过比特线120,所以比特线120的电位大大改变。如上所述,由于互补比特线125的电位增加,比特线120中的电位增加大于比特线125的电位增加,所以在比特线120上出现的电位规定为″高″电位。

MOS场效应晶体管(MOSFET)431的源/漏电极与铁电电容器428和顺电电容器427的一个电极连接,以提供电极节点426(N)。铁电电容器的其它电极428接到镀线429。MOS场效应晶体管431有连接比特线(BL)的另外的源/漏电极,它的栅电极连接字线432(WL)。普通的顺电电容器427的其它电极连接参考线430。该参考线430有固定电位,如在地电位。

前面所说的操作选剩的比特线和镀线以浮动态适当的预充电,但这不是本发明的主要内容。换句话说,如果适当选择比特线的数量就不需要给比特线容量预充电。然而,在普通结构中,比特线容量大大高于比特容量。其结果是,在T2和T3之间的时间周期内,由于镀线(PL)的电位为Vo,比特线线其它电极为地电位,所以,加到串联连接的存贮单元303的铁电电容器141与比特线容量之间的电压为Vo。由于比特线容量大大高于铁电电容器141的比特容量,凡主要加到电容器141上,所以状态容易被破坏。但是,假若预先形成了Vo/2的预充电,正如前面所述的,保持预充电电压,那么极化态就难以破坏。因此,用适当的预充电驱动方法是比较有效的方法。也可能已经注意到了,在预充电释放之前,一系列的操作按规定应该完成。在上述说明中涉及的预充电电压为Vo/2,但也可以根据选择的时间周期来规定或改变成另外的预充电电压。

在时间T3读出放大器311开始放大电压将电位131放大到电压Vo,将电位Bo放大到地电位。

干燥工序中,在氧(O2)气氛下,在150℃下用紫外线照射,能形成具有良好介质击穿强度的铁电电容器。这是因为紫外线促进了烃氧基反应,使局部区不出现缺氧并使部分区域产生臭氧的结果。这样形成的薄膜随后在氧气气氛中在600℃至800℃的温度下退火处理。用该退火工序在所述的硅扩散层界面处形成氧化薄膜,从而形成具有稳定的界面,由顺电材料和铁电薄膜组成的迭层薄膜。