铁电存储元件制造技术

本发明专利技术提供一种铁电存储元件，在一实施例中，本发明专利技术提供一种使用铁电材料于存储单元内的装置。在另一实施例中，提供一种操作铁电存储单元的方法。其他实施例也描述类似的内容。

Ferroelectric storage element

The present invention provides an ferroelectric storage element. In an embodiment, the invention provides a device for using an ferroelectric material in a storage unit. In another embodiment, a method of operating an ferroelectric storage unit is provided. Other examples also describe similar content.

【技术实现步骤摘要】
铁电存储元件
本专利技术有关于一种铁电存储单元(例如存储元件)。
技术介绍
在一些情况下，非挥发性存储器可通过提供电压信号及/或感测电压信号以读取存储单元的存储状态来进行纪录、存储及/或送回(return)来自处理器的二进制数字信号及/或传送至处理器的二进制数字信号(例如位)。例如，处理器可提供定址的指令(例如写入和/或读取信号)至此非挥发性存储器。非挥发性存储器具备在电源损耗及/或消失后恢复存储状态的功能。例如，一种特别种类的非挥发性存储器使用一个或多个铁电电容以存储一个或多个二进制数字信号(例如位)作为介电，材料的残存极性状态。因此例如一电场可驱动一使用铁电材料的存储单元。铁电存储单元操作电压且功率损耗相对较低。应用于装置时，由于与铁电材料可包含有相关于磁滞现象的矫顽磁场强度以及残存极性。例如，在一些应用上还需考虑互补式金属氧化物半导体的相容性、可扩充性、可利用的薄膜技术、热积存及/或信号容忍度同样会影响关于铁电存储单元的制造及/或操作的有利条件。
技术实现思路
为实现上述目的，本专利技术提供一种铁电存储元件，包括：一铁电材料的存储单元，包含：至少一字线；至少一位线；其中该至少一字线与该至少一位线与该存储单元相耦接，以致于在该存储单元产生一电压信号电平差，该存储单元还包含一铁电电容，通过产生于该存储单元足够高的相反极性的电压信号电平差，会使得该存储单元能切换至相反极性；除非所产生的电压信号电平差超过所述铁电材料的矫顽电压信号电平值，否则该存储单元的极性不会改变；其中该至少一字线的电压电平可在一字线第一电平、一字线中间电平、以及一字线第二电平之中的任两个电压电平间进行切换；其中该字线第一电平高于该字线中间电平，而该字线中间电平高于该字线第二电平；其中该至少一位线的电压电平可在一位线第一电平、一位线中间电平、以及一位线第二电平之中的任两个电压电平间进行切换；该位线第一电平高于该位线中间电平，而该位线中间电平高于该位线第二电平；其中当一第一二进制信号值状态准备被写入至该存储单元中时，会造成该至少一字线的电压从该字线中间电平切换至该字线第一电平以及该至少一位线的电压从该位线中间电平切换至该位线第二电平，从而产生于该存储单元的电压信号电平差超过该矫顽电压信号电平值且具有两个极性中的一个极性；或是当一第二二进制信号值状态准备被写入至该存储单元中时，会造成该至少一字线的电压从该字线中间电平切换至该字线第二电平以及该至少一位线的电压从该位线中间电平切换至该位线第一电平，从而产生于该存储单元的电压信号电平差超过该矫顽电压信号电平值且具有两个极性中的另一极性。在其他实施例中，本专利技术提供一种铁电存储元件的方法，包括：写入一二进制信号值状态至一使用铁电材料的存储单元，该存储单元具有至少一字线以及至少一位线，该至少一字线与该至少一位线与该存储单元相耦接，通过产生于该存储单元上足够高的相反极性的电压信号电平差，会使得该存储单元的极性切换至一相反极性；除非所产生的电压信号电平差超过该铁电材料的矫顽电压信号电平值，否则该存储单元的极性不会改变；将该至少一字线的电压从一字线中间电平切换至一字线第一电平，该字线第一电平高于该字线中间电平；将该至少一位线的电压从一位线中间电平切换至一位线第二电平之时，该位线中间电平高于该位线第二电平，从而产生于该存储单元的电压信号电平差超过该矫顽电压信号电平值并且具有两个极性中的一个极性；或者将该至少一字线的电压从该字线中间电平切换至一字线第二电平，该字线中间电平高于该字线第二电平，当将该至少一位线的电压从该位线中间电平切换至一位线第一电平时，该位线第一电平高于该位线中间电平，从而产生于该存储单元的电压信号电平差超过该矫顽电压信号电平值且具有两个极性中的另一极性。附图说明请求保护标的可具体地且明确地指示于说明书的内容中。然而，操作的方法及/或组织及其物件、特征及/或有益效果，如果通过同时参考说明书内容以及图式的详细内容，更能清楚地理解。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，虽图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的元件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各元件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其元件布局形态也可能更为复杂。图1为绘示一实施例的铁电电容的磁滞曲线的示意图。图2为绘示一实施例的铁电存储单元的示意图。图3为绘示一实施例的铁电存储单元的电压信号电平的操作示意图。图4为绘示一实施例的具有双电容的铁电存储单元的示意图。图5为绘示一实施例的具有双电容的铁电存储单元的电压信号电平的操作示意图。图6为绘示第一实施例的铁电存储单元阵列的示意图。图7为绘示第二实施例的铁电存储单元阵列的示意图。图8为绘示第三实施例的铁电存储单元阵列的示意图。图9为绘示一实施例的相互耦接的铁电存储单元与主动元件电路的示意图。图10为绘示一实施例的铁电存储单元执行相关铁电存储单元的制造的操作示意图。图11为绘示一实施例的运算及/或通讯网络环境的示意图。【附图标记说明】100图面101方块102磁滞曲线103铁电电容104电压信号电平值105电荷信号电平值106极性107正电荷109正矫顽电压信号电平110负电压信号电平111负矫顽电压信号电平113正电压信号电平200铁电存储单元201字线202铁电电容203位线300电压信号301字线电压电平302位线电压电平303字线第一电平304字线中间电平305字线第二电平306位线第一电平307位线中间电平308位线第二电平309准备写入0310准备写入1311准备被读取312位线第三电平313位线第四电平314启动信号第一电平315启动信号第二电平316参考信号电压电平317准备被写回400铁电存储单元401字线402位线403位线404电容405电容500电压信号501字线电压电平502位线电压电平503字线第一电平504字线中间电平505字线第二电平506位线第一电平507位线中间电平508位线第二电平509准备写入0510准备写入1511准备被读取512位线第三电平513位线第四电平514启动信号第一电平515启动信号第二电平517准备被写回600存储单元WL1…WLn字线BL1…BLn位线700铁电存储单元701交叉点阵列702感测放大器703参考电压800铁电存储单元801位线802位线803感测放大器804晶圆级900存储单元阵列901铁电电容902铁电电容903节点n1904节点n0905主动元件电路906板线907电力线908地面909字线910晶体管开关911晶体管开关912位线913位线1001节点n11002节点n01003板线电极具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。上述实施例仅例示性说明本专利技术的原理及其功效，而非用于限制本专利技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
中具有通常知识者在未脱离本专利技术所揭示的精神与技术思本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁电存储元件，包括：一铁电材料的存储单元，包含：至少一字线；至少一位线；其中该至少一字线与该至少一位线与该存储单元相耦接，以致于在该存储单元产生一电压信号电平差，该存储单元还包含一铁电电容，通过产生于该存储单元的足够高的相反极性的电压信号电平差，可使得该存储单元能切换至相反极性；除非所产生的电压信号电平差超过所述铁电材料的矫顽电压信号电平值，否则该存储单元的极性不会改变；其中该至少一字线的电压电平可在一字线第一电平、一字线中间电平、以及一字线第二电平之中的任两个电压电平间进行切换；该字线第一电平高于该字线中间电平，而该字线中间电平高于该字线第二电平；其中该至少一位线的电压电平可在一位线第一电平、一位线中间电平、以及一位线第二电平之中的任两个电压电平间进行切换；该位线第一电平高于该位线中间电平，而该位线中间电平高于该位线第二电平；其中当一第一二进制信号值状态准备被写入至该存储单元中时，会造成该至少一字线的电压从该字线中间电平切换至该字线第一电平以及该至少一位线的电压从该位线中间电平切换至该位线第二电平，从而产生于该存储单元的电压信号电平差超过该矫顽电压信号电平值且具有两个极性中的一个极性；或是当一第二二进制信号值状态准备被写入至该存储单元中时，会造成该至少一字线的电压从该字线中间电平切换至该字线第二电平以及该至少一位线的电压从该位线中间电平切换至该位线第一电平，从而产生于该存储单元的电压信号电平差超过该矫顽电压信号电平值且具有两个极性中的另一极性。...

【技术特征摘要】
2016.07.29 US 15/224,4381.一种铁电存储元件，包括：一铁电材料的存储单元，包含：至少一字线；至少一位线；其中该至少一字线与该至少一位线与该存储单元相耦接，以致于在该存储单元产生一电压信号电平差，该存储单元还包含一铁电电容，通过产生于该存储单元的足够高的相反极性的电压信号电平差，可使得该存储单元能切换至相反极性；除非所产生的电压信号电平差超过所述铁电材料的矫顽电压信号电平值，否则该存储单元的极性不会改变；其中该至少一字线的电压电平可在一字线第一电平、一字线中间电平、以及一字线第二电平之中的任两个电压电平间进行切换；该字线第一电平高于该字线中间电平，而该字线中间电平高于该字线第二电平；其中该至少一位线的电压电平可在一位线第一电平、一位线中间电平、以及一位线第二电平之中的任两个电压电平间进行切换；该位线第一电平高于该位线中间电平，而该位线中间电平高于该位线第二电平；其中当一第一二进制信号值状态准备被写入至该存储单元中时，会造成该至少一字线的电压从该字线中间电平切换至该字线第一电平以及该至少一位线的电压从该位线中间电平切换至该位线第二电平，从而产生于该存储单元的电压信号电平差超过该矫顽电压信号电平值且具有两个极性中的一个极性；或是当一第二二进制信号值状态准备被写入至该存储单元中时，会造成该至少一字线的电压从该字线中间电平切换至该字线第二电平以及该至少一位线的电压从该位线中间电平切换至该位线第一电平，从而产生于该存储单元的电压信号电平差超过该矫顽电压信号电平值且具有两个极性中的另一极性。2.如权利要求1所述的铁电存储元件，其中该至少一字线的切换方式不随准备被写入的该特定二进制信号值状态而改变。3.如权利要求1所述的铁电存储元件，其中从该存储单元中读取事先写入的二进制信号值状态会造成该至少一位线的电压从该位线中间电平切换至位线第二电平、以及造成该至少一字线的电压从该字线中间电平切换至该字线第一电平，从而产生于该存储单元的电压信号电平差超过该矫顽电压信号电平值；其中，当事先已写入的二进制信号值状态准备被从该存储单元中读取时，会造成该至少一位线的电压产生浮动。4.如权利要求3所述的铁电存储元件，更包括一感测放大器，该感测放大器耦接于该存储单元以感测该至少一位线的二进制信号值状态，事先已写入的二进制信号值状态准备被从该存储单元中被读取时，会造成该至少一位线浮动。5.如权利要求4所述的铁电存储元件，其中当事先已写入的二进制信号值状态从该存储单元中准备被读取时，会造成该至少一位线浮动，当该至少一位线的二进制信号值状态准备被写回至该存储单元时，会造成该至少一字线的电压从该字线第一电平切换至该字线第二电平，从而产生于该存储单元的电压信号电平差超过该矫顽电压信号电平值。6.如权利要求1所述的铁电存储元件，更包括一感测放大器，当事先已写入的二进制信号值状态准备从该存储单元中被读取时，会造成该至少一位线的电压从该位线中间电平切换至该位线第二电平，以及会造成该至少一位线电压信号电平脱离耦合于该至少一位线，以及造成该至少一字线的电压从该字线中间电平切换至该字线第一电平，从而产生于该存储单元的电压信号电平差的电平高于该矫顽电压电平，以及可导致该感测放大器与该存储单元相耦接以便感测该至少一位线的二进制值状态。7.如权利要求6所述的铁电存储元件，其中当事先已写入的二进制信号值状态从该存储单元中准备被读取之后，会造成该至少一位线的电压的浮动，该二进制信号值状态将由该感测放大器所感测以写回至该存储单元。8.如权利要求1所述的铁电存储元件，其中该存储单元包含有一第一铁电电容以及一第二铁电电容，其中该第一铁电电容与该第二铁电电容两者皆耦接于该至少一字线，其中该至少一位线包含一第一位线以及一第二位线，该第一位线与该第一铁电电容耦接，该第二位线与该第二铁电电容耦接，该至少一字线以及该至少两条位线分别耦接于该存储单元，以致于在该存储单元上产生至少一电压信号电平差；其中当一第一二进制信号值状态准备写入至该存储单元中时，会造成该至少一字线的电压从该字线中间电平切换至该字线第一电平、以及会造成该第一位线的电压以及该第二位线的电压从该位线中间电平分别切换至该位线第二电平以及该位线第一电平，从而产生于该存储单元的电压信号电平差超过该矫顽电压信号电平值；或者当一第二二进制信号值状态准备写入至该存储单元中时，会造成该至少一字线的电压从该字线中间电平切换至该字线第二电平、以及会造成该第一位线的电压以及该第二位线的电压可从该位线中间电平分别切换至该位线第一电平以及该位线第二电平，从而产生于该存储单元的电压信号电平差超过该矫顽电压信号电平值。9.如权利要求8所述的铁电存储元件，其中当事先已写入的二进制信号值状态从该存储单元中准备被读取时，会造成该第一位线的电压以及该第二位线的电压从该位线中间电平分别切换至该位线第二电平，以及会造成该至少一字线的电压从该字线中间电平切换至该字线第一电平，从而产生于该存储单元的至少一铁电电容的该至少一电压信号电平差超过该矫顽电压信号电平值，其中当事先已写入的二进制信号值状态准备从该存储单元中被读取时，会导致该至少两条位线浮动。10.如权利要求9所述的铁电存储元件，更包括一感测放大器，该感测放大器耦接于该存储单元以感测该至少两条位线的一电压信号电平差，当该二进制信号值状态从该存储单元中准备被读取时，会造成该至少两条位线浮动。11.如权利要求9所述的铁电存储元件，其中当该二进制信号值状态再度从该存储单元中准备被读取之后，会造成该至少两条位线浮动，该二进制值状态准备被写回至该存储单元中时，会造成该至少一字线的电压从该字线第一电平切换至该字线第二电平，从而产生于该存储单元的两个铁电电容中的至少一铁电电容的至少一电压信号电平差超过该矫顽电压信号电平值。12.如权利要求10所述的铁电存储元件，其中该感测放大器嵌入于一静态随机存取存储器(SRAM)单元内，从而该铁电存储单元与该静态随机存取存储器单元之一组合包含一非挥发性的静态随机存取存储器(NV-SRAM)单元。13.如权利要求12所述的铁电存储元件，其中该非挥发性的静...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文良，
申请(专利权)人：爱普储存装置美国公司，
类型：发明
国别省市：美国,US