[發明專利]2T1C鐵電隨機存取存儲器單元

有效

• 申請號: 202110191897.0
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN112992216B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 約瑟夫·S·坦丁根;儲釩;孫山;杰西·J·希曼;賈亞特·阿肖克庫馬爾
• 申請（專利權）人: 賽普拉斯半導體公司
• 主分類號: G11C11/22
• 分類號: G11C11/22;G11C13/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 武娟;楊明釗

本申請涉及2T1C鐵電隨機存取存儲器單元。公開了一種存儲器設備及其操作方法。總體上，該設備包括鐵電隨機存取存儲器單元陣列。每個單元包括：第一晶體管，其耦合于位線和儲存節點(SN)之間并由第一字線(WL1)控制；第二晶體管，其耦合于參考線和SN之間并由第二字線(WL2)控制；以及鐵電容器，其耦合于SN和板線之間。該設備還包括：耦合到位線和參考線的感測放大器、以及被配置為向WL1、WL2、板線和感測放大器發出控制信號的處理元件。所述單元被構造成和操作用于生成位電平參考，其中，在數據脈沖的讀取周期期間第一電壓脈沖被施加到板線上，且第二電壓脈沖用作參考脈沖和清除脈沖。

本申請是申請日為2018年5月11日，申請號為201880038757.6，發明名稱為“2T1C鐵電隨機存取存儲器單元”的申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請是于2017年9月25日提交的第15/714,912號美國專利申請的國際申請，其根據35U.S.C.119(e)要求于2017年6月13日提交的第62/519,042號美國臨時專利申請的優先權權益，以上所有申請通過引用以其整體并入本文。

技術領域

本公開大體上涉及半導體存儲器，且更具體地涉及包括兩個晶體管、一個具有改善的信號裕度的電容器鐵電隨機存取存儲器(F-RAM)單元的F-RAM及其操作方法。

背景

鐵電隨機存取存儲器(F-RAM)或存儲器設備通常包括儲存元件或單元的柵格或陣列，每一個儲存元件或單元包括至少一個鐵電電容器或鐵電容器和一個或更多個相關聯的晶體管以選擇該單元并控制到其的讀或寫。鐵電容器包括鐵電材料，例如鋯鈦酸鉛(PZT)，其具有帶有具有兩個相等且穩定的極化狀態的偶極子的晶體結構。當外部電場被施加在鐵電容器上時，鐵電材料中的偶極子將在電場方向上排列或極化。在電場被移除之后，偶極子保持它們的極化狀態。這種極化狀態是通過板線和最初被預充電到0V的釋放的位線在鐵電容器兩端施加電壓來進行讀取的。生成的電荷量取決于所施加的電壓產生的電場是否導致鐵電材料的極化狀態切換。例如，當極化未被切換時，鐵電容器的響應(稱為未切換或U期)是線性的或與施加的電壓成比例的，并且當數據線連接到感測放大器的非反相側并與參考電壓相比較時，鐵電容器的響應被轉換為數據“0”。當極化被切換時，鐵電容器的響應(被稱為極化切換或P期)是非線性的，通常是U期的兩倍或更多倍，并且當數據線連接到感測放大器的非反相側并且與參考電壓相比較時，鐵電容器的響應被轉換為數據“1”。

傳統F-RAM設備的一個問題是，對于陣列中的每個單元，關于P期和U期的精確值可以由于設備制造中的工藝過程不同而不同。因此，使用全局參考電壓的現行的F-RAM設計被編程并置于設備中任何F-RAM單元的最弱的U期(其具有最高電荷)和最弱的P期(其具有最低電荷)之間。此外，由于溫度、電壓和設備經歷的讀周期和/或寫周期數的變化，最弱的U期和P期的這些值可能隨著設備的使用壽命而變化。因此，傳統F-RAM設備的有效F-RAM信號裕度通常較低，并且隨著使用而降低，導致可靠性問題和降低的使用壽命問題。

因此，需要一種使用F-RAM單元的改進的存儲器設備及其操作方法，以最大化信號裕度并延長設備的使用壽命。

概要

提供了一種半導體非易失性存儲器設備及其操作方法。根據實施例，存儲器設備包括鐵電隨機存取存儲器(F-RAM)單元陣列。通常，每個F-RAM單元包括被耦合于位線和儲存節點(SN)之間的第一或存取晶體管，被耦合于參考線和SN之間的第二或參考晶體管，以及被耦合于SN和板線之間的鐵電電容器或鐵電容器。該設備還包括被耦合到位線和參考線以將位線上的數據電壓與參考線上的參考電壓進行比較的感測放大器(SA)，以及被配置為向存取晶體管、參考晶體管和SA發出控制信號并向板線施加電壓脈沖的處理元件。通常，根據位電平參考方案來配置F-RAM單元，其中，在讀取周期期間將兩個脈沖施加到所述板線，并且其中，兩個脈沖中的第一個脈沖用作數據脈沖，而兩個脈沖中的第二個脈沖用作參考脈沖和清除脈沖。