[發明專利]用于存儲器編程的方法和設備

在審

• 申請號: 201580057463.4
• 申請日: 2015-08-21
• 公開（公告）號: CN107004443A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 詹姆斯·林;馬佐平
• 申請（專利權）人: 阿拉克瑞蒂半導體公司
• 主分類號: G11C11/22
• 分類號: G11C11/22;G11C29/44
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司11112
• 代理人: 顧麗波,李榮勝

相關申請的交叉引用

本申請要求于2014年8月21日提交的共同待決美國臨時申請第62/040,996號的權利，其全部公開通過引用整體并入本文中。

技術領域

本公開涉及針對不同操作參數對鐵電存儲器進行編程的方法，包括基于鐵電柵場效應晶體管(FeFET)存儲器的實施例。具體地，運用了置位和復位操作的不同方法以在鐵電存儲器(例如，FRAM)內創建不同操作容量。

背景技術

隨機存取存儲器(RAM)是一種計算機處理器能夠快速訪問的數據存儲裝置。其由可尋址的存儲元胞(storage cell)陣列構成，每個存儲元胞以位為單位存儲信息(每個位存儲0或者1)。

當前流行的RAM類型一般分成靜態和動態兩個類別。靜態RAM(SRAM)元胞的存儲單元(storage unit)通常為雙穩態觸發器，其狀態表示所存儲的值。動態RAM(DRAM)元胞的存儲單元通常為集成電路電容器，其電荷表示所存儲的值。由于電容器泄露電荷，因此DRAM需要控制電路通過讀取每個元胞存儲的值并將其寫回去以“刷新”存儲的數據。這一刷新操作每幾毫秒就發生一次。DRAM結構上能夠實現比SRAM更高的存儲器密度；因此，其更便宜并在易失性存儲器中具有更廣泛的應用。

1T1C DRAM元胞因其簡單和尺寸小而成為當前工業標準。后續各代的DRAM通過縮小晶體管逐漸減小了元胞尺寸，從而實現更高存儲器密度和更低生產成本。然而，由于1980年代中期的1Mb DRAM代，迫使電容器采取更加復雜的3維結構以針對給定元胞尺寸存儲充足電荷。盡管存儲器設計的變化已利用諸如電阻器、磁隧道結(MTJ)等備用(alternate)二級存儲單元來替換電容器，然而二級部件的存在限制了持續的可擴展性。

雖然早期的MOS存儲器最開始是計算機內的獨立部件，但近來存儲器開發已致力于將存儲器和邏輯集成在單個芯片上——允許改良的性能、更低的功耗、更少的板空間需要、更少芯片數量以及其他優點的技術。盡管SRAM廣泛用作嵌入式存儲器，但其具有待機功耗并且對軟錯誤越來越敏感。嵌入式DRAM能夠避開這些挑戰，也允許較高的存儲器密度；然而，現有的DRAM設計中電容器的存在使得其更難以與標準CMOS工藝集成。

可以使用基于FeFET的存儲器(如Ma的美國專利No.6,067,244所述，下文將其稱為“MA’244”，其公開通過引用全文合并于此)以及非易失性存儲器(如Natori的美國專利No.5,198,994所述，其公開通過引用全文合并于此)來執行DRAM的功能。圖4展示了典型的FeFET元胞的架構，其以鐵電場效應晶體管(FET)作為其基本存儲單元。由于FeFET存儲器元胞缺少電容器或其他二級存儲部件，因此其適于嵌入式應用，并且其尺寸僅取決于晶體管。FeFET存儲器還擁有：(1)長保持時間，其使得能具有低刷新頻率；和(2)無損讀取操作。近來對基于HfO2的鐵電體的發現已克服了諸如鋯鈦酸鉛(PZT)和鉭酸鍶鉍(SBT)之類最先進鐵電材料的限制，使得FeFET存儲器更適于商業應用。

發明內容

提供本概述來以簡化的形式選擇性地介紹構思(其將在下文的具體實施方式部分中進一步說明)。本概述并不意在確定或排除要求保護的主題的關鍵特征或必要特征，也不意在用于幫助確定要求保護的主題的范圍。

本發明的實施例涉及用于根據如下各種期望和約束特性來對鐵電存儲器編程的方法和設備：比如寫入存儲器的數據的保持時間、存儲器本身的耐久度、保持時間和耐久度兩者、功耗、可用電壓電平的約束等。選擇用來將數據寫入存儲器的信號的特性(例如電壓、功率等)以滿足所述各種期望和約束特性。

在一個方面中，本發明的實施例涉及一種用于對鐵電存儲器編程的方法。控制器針對要存儲在鐵電存儲器中的數據選擇至少一個期望性能特性。所述控制器確定將所述數據存儲在所述鐵電存儲器中所要使用的信號的至少一個信號特性，所述信號特性滿足所述至少一個期望性能特性。所述控制器將具有所確定的至少一個信號特性的信號施加到所述鐵電存儲器，從而以所述至少一個期望性能特性存儲所述數據。

在一個實施例中，所述至少一個期望性能特性為如下特性中的至少一個：期望保持時間特性、期望耐久度特性、期望速度特性、期望能量特性和期望錯誤率特性。

在一個實施例中，所述鐵電存儲器為鐵電場效應晶體管存儲器或鐵電隨機存取存儲器。

在一個實施例中，所述至少一個期望性能特性選自包括如下項的組：保持時間、刷新之間的間隔、讀取速度、設置速度、讀取能量、設置能量、刷新能量、讀取電流、設置電流、刷新電流和讀出窗。