强电介质存储器装置及其驱动方法制造方法及图纸

强电介质存储器装置包含把至少具有强电介质电容器的多个存储单元排列起来而形成的存储单元阵列。通过对强电介质电容器施加用于设定３个以上极化状态的３个以上不同电压（例如，Ｖｓ、－Ｖｃ、－Ｖｓ），可以有选择地把３值（例如，Ｐｒ（０）、Ｐ１（１）、－Ｐｒ（２））以上的数据存储到该强电介质电容器中。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在存储单元内使用强电介质电容器而构成的强电介质存储器装置，特别涉及在1个存储单元中可以存储3值以上的数据的。
技术介绍
近年来，积极地研究开发PZT、SBT等强电介质膜、使用了该膜的强电介质电容器、及强电介质存储器装置。正如特开平7-122661号公报、特开平8-180673号公报中公开了的那样，涉及到可存储多值数据的存储器有把极化翻转电压互相不同的多个强电介质电容器并联连接而构成1个存储单元的存储器。然而，在这些技术中，存在着下述课题。在把极化翻转电压互相不同的多个强电介质电容器并联连接的存储单元中，为了形成极化翻转电压不同的强电介质电容器，制造工艺变得复杂，或者并联连接的多个强电介质电容器的占有面积变大，因而引起强电介质存储器装置的价格提高。专利技术公开本专利技术的目的在于提供不使制造工艺复杂化、此外，不使强电介质电容器的占有面积增大、每一个存储单元可存储3值以上的多值数据的强电介质存储装置及其驱动方法。本专利技术是一种强电介质存储器装置，它包含把至少具有强电介质电容器的多个存储单元排列起来而形成的存储单元阵列，该装置通过对上述强电介质电容器施加用于设定3个以上极化状态的3个以上不同电压，可以有选择地把3值以上的数据存储到该强电介质电容器中。在本专利技术中，通过对强电介质电容器施加用于设定3个以上极化状态的3个以上不同电压、再把各个极化状态作为数据读出，可以存储3个以上的数据。此时，可设定各极化状态，以便在读出时具有能够判别数据的足够的裕量。按照本专利技术，由于在单一的强电介质电容器中能够存储3个以上的数据，故与把多个强电介质电容器组合起来而构成一个存储单元的情况相比，不使强电介质电容器的占有面积增大，能够达到高集成化。在上述3个以上极化状态中，可以是2个极化状态为饱和极化状态、至少1个极化状态为部分极化状态。本专利技术例如可应用于下面的强电介质存储器装置中。(A)2晶体管2电容器(2T2C)型强电介质存储器装置在该强电介质存储器装置中，上述存储单元具有1条字线、2条位线、1条板线、2个晶体管及2个上述强电介质电容器，第1晶体管的栅与上述字线连接，第1晶体管的源·漏分别与第1位线及第1强电介质电容器的第1电极连接，上述第1强电介质电容器的第2电极与上述板线连接，第2晶体管的栅与上述字线连接，第2晶体管的源·漏分别与第2位线及第2强电介质电容器的第1电极连接，上述第2强电介质电容器的第2电极与板线连接。(B)1晶体管1电容器(1T1C)型强电介质存储器装置在该强电介质存储器装置中，上述存储单元具有1条字线、1条位线、1条板线、1个晶体管及1个上述强电介质电容器，上述晶体管的栅与上述字线连接，上述晶体管的源·漏分别与上述位线及上述强电介质电容器的第1电极连接，上述强电介质电容器的第2电极与上述板线连接。(C)简单矩阵型强电介质存储器装置在该强电介质存储器装置中，上述存储单元具有1条字线、1条位线及1个上述强电介质电容器，上述字线及上述位线分别与上述强电介质电容器的第1电极及第2电极连接。本专利技术的第1方法是强电介质存储器装置的驱动方法，它驱动包含把至少具有强电介质电容器的多个存储单元排列起来而形成的存储单元阵列的强电介质存储器装置，该方法包含第1步骤，它在选定了的存储单元中，对上述强电介质电容器施加规定的电压，把该强电介质电容器设定成1个极化状态；第2步骤，它通过在上述选定了的存储单元中、对上述强电介质电容器分别施加用于设定3个以上极化状态的3个以上不同电压，有选择地把3值以上的数据写入到该强电介质电容器中；以及第3步骤，它在上述选定了的存储单元中、对上述强电介质电容器施加规定的电压，根据该强电介质电容器极化状态的变化来读出数据。本专利技术的第1方法可应用于例如上述(B)、(C)强电介质存储器装置中。本专利技术的第2方法是上述(C)强电介质存储器装置的驱动方法，它包含第1步骤，它在选定了的存储单元中，对第1强电介质电容器施加规定的电压，把该强电介质电容器设定成1个极化状态；第2步骤，它通过在上述选定了的存储单元中、对上述第1强电介质电容器分别施加用于设定3个以上极化状态的3个以上不同电压，有选择地把3值以上的数据写入到该第1强电介质电容器中，同时，对第2强电介质电容器施加规定的电压，把该第2强电介质电容器设定成1个极化状态；以及第3步骤，它在上述选定了的存储单元中、对上述第1强电介质电容器及上述第2强电介质电容器施加规定的电压，根据该第1强电介质电容器极化状态的变化与该第2强电介质电容器极化状态的变化之差来读出数据。在第1及第2方法中，上述第3步骤兼作下一次写入中的第1步骤，在上述第3步骤之后可以进行与上述第2步骤相同的写入。此时，在上述第3步骤中对上述强电介质电容器施加的电压可以与在上述第1步骤中对上述强电介质电容器施加的电压相同。附图的简单说明附图说明图1为示出在本专利技术实施形态中的、强电介质电容器的结构的剖面图。图2为示出在本专利技术实施形态中的、强电介质电容器的磁滞回线的图。图3为示出在本专利技术实施形态中的、强电介质电容器的另一磁滞回线的图。图4为示出在本专利技术实施形态中的2T2C存储单元的等效电路的图。图5为示出在本专利技术实施形态中的1T1C存储单元的等效电路的图。图6A为示出在本专利技术实施形态中把由简单矩阵构成的存储单元排列起来而形成的强电介质存储器装置的平面图，图6B为图6A的A-A线剖面图。图7为示出在本专利技术实施形态中进行强电介质电容器的初始化、写入、读出的工作电压波形之一例的图。图8为示出在本专利技术实施形态中进行强电介质电容器的初始化、写入、读出的工作电压波形另一例的图。图9为示出对各种写入电压的、读出电压与极化量之关系的曲线图。图10为示出为了测定图9所示的极化量，对强电介质电容器施加的电压波形的曲线图。用于实施专利技术的最佳形态下面，一边参照附图，一边说明本专利技术的实施形态。(第1实施形态)图1为示出在本实施形态中的、强电介质电容器100的剖面图。图1中，101为强电介质膜，102为下部电极，103为上部电极。在强电介质电容器100中，其上部电极103及下部电极102的某一方为第1电极，另一方为第2电极。作为强电介质膜101，可使用SBT(SrBi2Ta2O9)、PZT(PbZr1-XTiXO3)或其它强电介质材料。可使用溶液涂布法、CVD法等来形成强电介质膜101。作为下部电极102及上部电极103，可使用白金或铱等贵金属、其它金属材料，或这些金属的氧化物，以及上述材料的层叠结构等。上部电极103及下部电极102，可使用溅射法等来形成。图2为示出图1所示强电介质电容器100的极化量(P)～电压(V)的磁滞回线的图。在该强电介质电容器100中，磁滞回线成为下述那样。当对强电介质电容器100施加电压Vs时极化量成为Ps，其后当使电压为0时极化量成为Pr。进而，当使电压为-Vc时极化量大致成为0，当使电压为-Vs时极化量成为-Ps。当使电压再次为0时极化量成为-Pr。进而，当使电压为Vc时极化量大致成为0，当使电压为Vs时极化量再次返回到Ps。一般来说，把2值数据存储到该强电介质电容器中的方法，即把施加电压为0时的2个饱和极化状态(极化量Pr，-Pr)作为2值数据进行存储的方法是已知的。按照本专利技术人的实验，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强电介质存储器装置，该装置包含把至少具有强电介质电容器的多个存储单元排列起来而形成的存储单元阵列，其特征在于，通过对上述强电介质电容器施加用于设定３个以上极化状态的３个以上不同电压，可以有选择地把３值以上的数据存储到该强电介质电容器 中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2000-12-28 403226/00;JP 2001-12-26 393928/011.一种强电介质存储器装置，该装置包含把至少具有强电介质电容器的多个存储单元排列起来而形成的存储单元阵列，其特征在于，通过对上述强电介质电容器施加用于设定3个以上极化状态的3个以上不同电压，可以有选择地把3值以上的数据存储到该强电介质电容器中。2.根据权利要求1牛所述的强电介质存储器装置，其特征在于，在上述3个以上极化状态中，至少1个极化状态为部分极化状态。3.根据权利要求1或2中所述的强电介质存储器装置，其特征在于，上述存储单元具有1条字线、2条位线、1条板线、2个晶体管及2个上述强电介质电容器，第1晶体管的栅与上述字线连接，第1晶体管的源·漏分别与第1位线及第1强电介质电容器的第1电极连接，上述第1强电介质电容器的第2电极与上述板线连接，第2晶体管的栅与上述字线连接，第2晶体管的源·漏分别与第2位线及第2强电介质电容器的第1电极连接，上述第2强电介质电容器的第2电极与板线连接。4.根据权利要求1或2中所述的强电介质存储器装置，其特征在于，上述存储单元具有1条字线、1条位线、1条板线、1个晶体管及1个上述强电介质电容器，上述晶体管的栅与上述字线连接，上述晶体管的源·漏分别与上述位线及上述强电介质电容器的第1电极连接，上述强电介质电容器的第2电极与上述板线连接。5.根据权利要求1或2中所述的强电介质存储器装置，其特征在于，上述存储单元具有1条字线、1条位线及1个上述强电介质电容器，上述字线及上述位线分别与上述强电介质电容器的第1电极及第2电极连接。6.一种强电介质存储器装置的驱动方法，该方法驱动包含把至少具有强电介质电容器的多个存储单元排列起来而形成的存储单元阵列的强电介质存储器装置，其特征在于，包含第1步骤，它在选定了的存储单元中，对上述强电介质电容器施加规定的电压，把该强电介质电容器设定成1个极化状态；第2步骤，它通过在上述选定了的存储单元中、对上述强电介质电容器分别施加用于设定3个以上极化状态的3个以上不同电压，有选择地把3值以上的数据写入到该强电介质电容器中；以及第3步骤，它在上述选定了的存储单元中、对上述强电介质电容器施加规定的电压，根据该强电介质电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川和正，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]