[發明專利]用于鐵電存儲器中的數據感測的參考電壓的設置

有效

• 申請號: 201680006960.6
• 申請日: 2016-02-16
• 公開（公告）號: CN107210062B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: C·Z·周;K·A·瑞麥克;J·A·羅德里格斯
• 申請（專利權）人: 德州儀器公司
• 主分類號: G11C11/22
• 分類號: G11C11/22
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 林斯凱

所描述的實例包含一種設置用于感測包含一晶體管一電容器1T?1C類型的鐵電隨機存取存儲器FRAM單元的集成電路中的數據狀態的參考電壓的方法。在電氣測試操作中，將部分或全部所述FRAM單元編程到特定極化狀態(32)。在那個數據狀態的一或多個最差情況電氣或環境條件下(34)，執行用于感測所述數據狀態的所述參考電壓的“什穆”操作(36)，以確定在讀取時最弱單元未能返回正確數據時的參考電壓限制(36)。接著，基于此參考電壓限制(例如所述限制加/減公差)使用參考電壓寫入配置寄存器(40)。

技術領域

本發明大體上涉及非易失性存儲器集成電路，且更特定來說，涉及鐵電存儲器裝置中的操作參數的設置。

背景技術

常規金屬氧化物半導體(MOS)及互補MOS(CMOS)邏輯及存儲器裝置在現代電子系統中普遍存在，這是因為其提供快速切換時間與低功率耗散的絕佳組合、以及其高密度且對大型集成的適應性。然而，從根本上，那些裝置基本上是易失性的，這是因為在移除偏置功率之后根據這些技術構造的邏輯及存儲器電路不會保留其數據。尤其是在移動及微型系統中，非常期望以非易失性方式存儲存儲器及邏輯狀態的能力。因此，近年來已開發了用于構造非易失性裝置的各種技術。

一種非易失性固態存儲器技術涉及電容器的構造，其中電介質材料是可極化鐵電材料，例如鋯鈦酸鉛(PZT)或鍶鉍鉭(SBT)。這些鐵電電容器的電荷-電壓(Q-V)特性的遲滯在已從電容器板移除電壓之后實現二進制狀態的非易失性存儲，其中所存儲的狀態對應于鐵電材料的極化狀態。相比之下，常規MOS電容器在移除電容器電壓后失去其所存儲的電荷。鐵電電容器可由在很大程度上與現代CMOS集成電路兼容的工藝構造，例如通過將電容器定位在晶體管層上方及金屬導體層下方。

圖1說明常規鐵電電容器的Q-V特性的實例。如所展示，跨越導電板存儲的電荷(Q)取決于施加到板(V)的電壓，且還取決于所述電壓的近期歷史。如果跨越電容器板施加的電壓V超過“矯頑”電壓+V_α，那么電容器極化成“+1”狀態。根據此特性，在被極化成“+1”狀態之后，只要電壓V仍保持高于矯頑電壓-V_β，電容器就展現所存儲的電荷+Q₁。相反，如果跨越電容器板施加的電壓V比矯頑電壓-V_β更負，那么電容器極化成“-1”狀態，且將針對所施加的低于+V_α的電壓V展現所存儲的電荷-Q₂。

如用于非易失性固態存儲器中的鐵電電容器的重要特性是由鐵電電容器在其極化狀態之間展現的電容的差值。從根本上，元件的電容是指所存儲的電荷與所施加的電壓的比率。雖然鐵電電容器由于其構造為由電介質膜(即，鐵電材料)分離的平行板而具有線性電容，但其也響應于在施加極化電壓之后發生的極化狀態的改變而展現顯著極化電容(即，電荷存儲)。舉例來說，參考圖1，鐵電電容器從其“-1”狀態到其“+1”狀態的極化在相對高電容C(-1)中反映，從而反映電容器響應于由超過矯頑電壓V_α的電壓做出的極化狀態改變的極化電荷的存儲。另一方面，已經在其“1”狀態的電容器歸因于極化展現較小電容C(+1)，這是因為其鐵電疇已經在所施加的矯頑電壓的方向上對準，從而導致存儲了較少的額外極化電荷。

此鐵電行為被用于非易失性鐵電讀取/寫入隨機存取存儲器(RAM)裝置(通常稱為“鐵電RAM”或“FeRAM”或“FRAM”裝置)中。FRAM用于許多電子系統中，特定來說，用于便攜式電子裝置及系統中，且在植入式醫學裝置(例如起搏器及電震發生器) 中特別有吸引力。已知包含鐵電電容器的各種存儲器單元架構，其包含其中單元中的兩個鐵電電容器被極化成互補狀態(其中所述互補極化的極性指示所存儲的數據狀態)的 2T-2C(兩晶體管、兩電容器)單元。在讀取操作中，2T-2C單元的互補極化狀態將差分信號輸出到一對位線。位線對處的此差分信號由常規存儲器架構中的差分感測放大器感測以檢索所存儲的數據狀態。