專利名稱：鐵電體存儲器的制作方法
技術領域：
本發明是關于鐵電體存儲器，特別是關于具有鐵電體電容器的鐵電體存儲器。
背景技術：
近年來，鐵電體存儲器中作為高速、低消費電力的不易失性存儲器受到了注目。為此，努力進行了關于鐵電體存儲器的研究開發。圖11是現有的最常使用的1T1C型鐵電體存儲器的代表性電路，圖12是與圖11相對應的截面結構圖。參照圖11及圖12，在該現有的結構中，在半導體基板101表面上的既定區域形成有元件分離區域102。在由元件分離區域102所包圍的元件形成區域內，相隔既定的間隔形成源極區域103及漏極區域104。在位于源極區域103與漏極區域104之間的溝道區域上，通過柵極絕緣膜105形成構成字線(WL)的柵極電極106。在漏極區域104上電氣連接有比特線(BL)113。
而且，在源極區域103，通過插頭電極108連接有下部電極109。在下部電極109上，通過鐵電體膜110形成構成板線(PL)的上部電極111。由該下部電極109、鐵電體膜110、以及上部電極111構成鐵電體電容器112。而且，由源極區域103及漏極區域104、柵極絕緣膜105、柵極電極106而構成晶體管107。該晶體管107具有作為進行選擇存儲單元的開關的功能。而且，如圖11所示，一個存儲單元100，由一個晶體管107與一個鐵電體電容器112所構成。這樣的存儲單元結構，被稱為1T1C型鐵電體存儲器。該1T1C型由于在DRAM中具有將積蓄用的電容器變換為鐵電體電容器的結構，所以容易利用現有的DRAM設計手法。
而且，現有還開發了僅由一個鐵電體電容器構成一個存儲單元的單純矩陣型鐵電體存儲器。圖13是現有的單純矩陣型鐵電體存儲器的電路圖，圖14是與圖13相對應的截面圖。參照圖13及圖14，在現有的單純矩陣型鐵電體存儲器中，在比特線(BL)201上形成鐵電體膜202。而且，在該鐵電體膜202上，在與比特線201交叉的方向上形成字線(WL)203。由該比特線(BL)201、鐵電體膜202、以及字線(WL)203而構成鐵電體電容器210。如圖13所示，在該單純矩陣型鐵電體存儲器中，一個存儲單元200僅由一個鐵電體電容器210構成。因此，能夠達到存儲單元小型化與高集成化的目的。
但是，在上述1T1C型及單純的矩陣型鐵電體存儲器中，通常在數據的讀出時，必須需要改變鐵電體膜極化方向的極化反轉。重復進行這樣的極化反轉時，會產生殘留極化值低下等極化疲勞惡化的不優選的情況。
因此，現有，開發了具有不產生極化反轉的讀出方法的FET型鐵電體存儲器。該FET型鐵電體存儲器，例如在特開2002-251877號公告中有說明。
而且，作為FET型鐵電體存儲器，已知的有在晶體管的柵電極部形成鐵電體電容器的MFIS-FET(Metal Ferroelectric InsulatorSemiconductor-Field Effect Transistor金屬·鐵電體·絕緣體·半導體-電場效應晶體管)，或MFMIS-FET(Metal Ferroelectric Metal InsulatorSemiconductor-Field Effect Transistor金屬·鐵電體·金屬·絕緣體·半導體-電場效應晶體管)型的鐵電體存儲器。
圖15是表示用現有的MFMIS-FET作為存儲單元的一個晶體管(FET)型的鐵電體存儲器的電路圖。圖16是與圖15對應的截面結構圖。參照圖15及圖16，在該FET型的鐵電體存儲器中，在半導體基板301的表面形成有阱區域302。而且，在阱區域302的表面以既定的間隔形成源極區域303及漏極區域304。在位于源極區域303與漏極區域304之間的溝道區域上，通過柵極絕緣膜305形成柵極電極306。
在柵極電極306上通過鐵電體膜307形成字線(WL)308。漏極區域304與比特線(BL)310電氣相連接。源極區域303與板線(PL)311電氣連接。阱區域302與源極線(SL)312電氣連接。由柵極電極306、鐵電體膜307、以及字線(WL)308構成一個晶體管型的鐵電體電容器315。而且，由源極區域303、漏極區域304、柵極絕緣膜305、以及柵極電極306構成晶體管309。在這種情況下，一個存儲單元300具有在一個晶體管309的柵極部上形成鐵電體電容器315的結構。
而且，在上述特開2002-251877號公告中公開的FET型的鐵電體存儲器中，還提出了利用由極化狀態的不同而引起電容量不同的不產生極化反轉的讀出方法。
但是，在上述特開2002-251877號公告中公開的FET型的鐵電體存儲器中，沒有公開通過增大在讀出所記憶的數據“0”或“1”的信息時的信號電位差而提高讀出容限的方法。因此，就有可能出現讀取數據“0”或“1”的信息時的信號電位差比可讀取的最小信號電位差要小的情況。在這樣的情況下，就可能發生數據的誤讀出等問題。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種通過提高讀出容限能夠抑制誤讀出發生的鐵電體存儲器。
本發明的第一形式的鐵電體存儲器，具備包含具有在初期狀態能夠取得不同的電容量值Cf0及Cf1的鐵電體膜、和夾持鐵電體膜而形成的第一電極與第二電極的鐵電體電容器的存儲器單元；向上述第一電極施加讀出電壓VR的電路；和在與上述鐵電體膜的電容量值Cf0及Cfl的差異相對應的第二電極的電位差為VS以上的情況下，能夠檢測出鐵電體膜的電容量值Cf0及Cf1的差異的檢測電路，上述第二電極的電容量C2的值，按滿足下式而設定Cf0＜C2≤1/2×{(Cf1-Cf0)VR/VS-(Cf1+Cf0)}。
在上述第一形式的鐵電體存儲器中，如上上述，由于通過將第二電極的電容量C2的值設定得滿足上式，能夠使與鐵電體膜的電容量值Cf0及Cf1的差異相對應的第二電極的電位差在檢測界限電壓VS以上，所以能夠提高讀出容限，由此能夠抑制數據的誤讀出等的發生。
在上述第一形式的鐵電體存儲器中，優選第二電極的電容量C2的值實質上為C2＝(Cf1×Cf0)1/2。由于根據這樣的結構能夠使與鐵電體膜的電容量值Cf0及Cf1的差異相對應的第二電極的電位差達到最大，所以能夠進一步提高讀出容限。
在上述第一形式的鐵電體存儲器中，優選在數據的讀出時，在相對于讀出電壓的施加方向而保持相反方向的極化方向的數據的情況下，向鐵電體膜所施加的電壓，比鐵電體膜的極化反轉的電壓要小。根據這樣的結構，在能夠提高讀出容限的同時，還能夠防止在數據的讀出時鐵電體膜的極化反轉。由此，能夠提高讀出容限，同時能夠抑制極化疲勞惡化。
在這種情況下，數據的讀出時，也可以在保持與讀出電壓的施加方向相同方向的極化方向的數據的情況下，使向鐵電體膜所施加的電壓，比鐵電體膜的極化反轉的電壓要大。根據這樣的結構，由于在數據的讀出時沒有鐵電體膜的極化反轉，所以也不會產生問題。
在上述第一形式的鐵電體存儲器中，優選存儲單元包含晶體管的柵極電極連接于第二電極的存儲單元。根據這樣的結構，在FET型的鐵電體存儲器中，能夠得到可提高讀出容限的結構。
在晶體管的柵極電極連接于上述第二電極的的鐵電體存儲器中，優選檢測電路包含電流讀出放大器。根據這樣的結構，在FET型的鐵電體存儲器中，使用電流讀出放大器能夠容易地檢測出鐵電體膜的電容量值Cf0及Cf1的差異。
在晶體管的柵極電極連接于上述第二電極的鐵電體存儲器中，第一電極也可以連接于字線。
在上述第一形式的具有向鐵電體膜所施加的電壓比鐵電體膜的極化反轉的電壓要小的結構的鐵電體存儲器中，優選存儲單元包含由在相互交叉方向上延長形成的第一電極及第二電極、和在上述第一電極及第二電極之間配置的上述鐵電體膜構成的鐵電體電容器的存儲單元。根據這樣的結構，在單純矩陣型的鐵電體存儲器中，不伴隨著極化反轉，能夠得到可提高讀出容限的結構。由此，在單純矩陣型的鐵電體存儲器中，不伴隨著極化反轉，能夠抑制數據的誤讀出等的發生。
在包含由上述第一電極及第二電極與鐵電體膜組成的鐵電體電容器所構成的存儲單元的鐵電體存儲器中，檢測電路包含電壓讀出放大器。根據這樣的結構，在FET強型的鐵電體存儲器中，使用電壓讀出放大器能夠容易地檢測出鐵電體膜的電容量值Cf0及Cf1的差異。
還有，在包含由上述第一電極及第二電極與鐵電體膜組成的鐵電體電容器所構成的存儲單元的鐵電體存儲器中，可以為第一電極是字線，第二電極是比特線。
在上述第一形式的具有向鐵電體膜所施加的電壓比鐵電體膜的極化反轉的電壓要小的結構的鐵電體存儲器中，優選存儲單元包含第二電極與晶體管的源極區域及漏極區域的一方相連接的存儲單元。根據這樣的結構，在1T1C型鐵電體存儲器中，不伴隨著極化反轉，能夠得到可提高讀出容限的結構。由此，在1T1C型的鐵電體存儲器中，不伴隨著極化反轉，能夠抑制數據的誤讀出等的發生。
在上述第二電極與晶體管的源極區域及漏極區域的一方相連接的鐵電體存儲器中，優選檢測電路包含電壓讀出放大器。根據這樣的結構，在1T1C強型的鐵電體存儲器中，使用電壓讀出放大器能夠容易地檢測出鐵電體膜的電容量值Cf0及Cf1的差異。
還有，在上述第二電極與晶體管的源極區域及漏極區域的一方相連接的鐵電體存儲器中，第一電極也可以與板線相連接。
在上述第一形式的鐵電體存儲器中，還可以進而設置選擇與行地址相對應的上述第一電極的行解碼器，向第一電極施加讀出電壓VR的電路可包含在行解碼器內。
在上述第一形式的鐵電體存儲器中，初期狀態也可以是不施加電壓的初期狀態。
本發明的第二形式的鐵電體存儲器，具有包含具有在初期狀態能夠取得不同的電容量值Cf0及Cf1的鐵電體膜、和夾持上述鐵電體膜而形成的第一電極與第二電極的鐵電體電容器的存儲器單元；向第一電極施加讀出電壓VR的裝置；和在與上述鐵電體膜的電容量值Cf0及Cf1的差異相對應的第二電極的電位差為VS以上的情況下，能夠檢測出上述鐵電體膜的電容量值Cf0及Cf1的差異的檢測裝置，上述第二電極的電容量C2的值，按滿足下式而設定Cf0＜C2≤1/2×{(Cf1-Cf0)VR/VS-(Cf1+Cf0)}。
在上述第二形式的鐵電體存儲器中，如上上述，由于通過將第二電極的電容量C2的值設定得滿足上式，能夠使與鐵電體膜的電容量值Cf0及Cf1的差異相對應的第二電極的電位差在檢測界限電壓VS以上，所以能夠提高讀出容限。由此能夠抑制數據的誤讀出等的發生。
在上述第二形式的鐵電體存儲器中，優選第二電極的電容量C2的值實質上為C2＝(Cf1×Cf0)1/2。由于根據這樣的結構能夠使與鐵電體膜的電容量值Cf0及Cf1的差異相對應的第二電極的電位差達到最大，所以能夠進一步提高讀出容限。
在上述第二形式的鐵電體存儲器中，優選在數據的讀出時，在保持對于上述讀出電壓的施加方向而為相反方向的極化方向的數據的情況下，向鐵電體膜所施加的電壓，比鐵電體膜的極化反轉的電壓要小。根據這樣的結構，在能夠提高讀出容限的同時，還能夠防止在數據的讀出時鐵電體膜的極化反轉。由此，能夠提高讀出容限，同時能夠抑制極化疲勞惡化。
在上述第二形式的鐵電體存儲器中，優選存儲單元包含晶體管的柵極電極連接于上述第二電極的存儲單元。根據這樣的結構，在FET型的鐵電體存儲器中，能夠得到可提高讀出容限的結構。
在上述第二形式的具有向鐵電體膜所施加的電壓比鐵電體膜極化反轉的電壓要小的結構的鐵電體存儲器中，優選存儲單元包含由在相互交叉方向上延長形成的第一電極及第二電極、和在第一電極及第二電極之間配置的鐵電體膜構成的鐵電體電容器的存儲單元。根據這樣的結構，在單純矩陣型的鐵電體存儲器中，不伴隨著極化反轉，能夠得到可提高讀出容限的結構。由此，在單純矩陣型的鐵電體存儲器中，不伴隨著極化反轉，能夠抑制數據的誤讀出等的發生。
在上述第二形式的具有向鐵電體膜所施加的電壓比鐵電體膜極化反轉的電壓要小的結構的鐵電體存儲器中，優選存儲單元包含第二電極與晶體管的源極區域及漏極區域的一方相連接的存儲單元。根據這樣的結構，在1T1C型鐵電體存儲器中，不伴隨著極化反轉，能夠得到可提高讀出容限的結構。由此，在1T1C型的鐵電體存儲器中，不伴隨著極化反轉，能夠抑制數據的誤讀出等的發生。
在上述第二形式的鐵電體存儲器中，初期狀態也可以是不施加電壓的初期狀態。
圖1是表示本發明實施方式1的單純矩陣型鐵電體存儲器的全體結構的電路圖。
圖2是為了說明圖1所示實施方式1的鐵電體存儲器的數據讀出動作的等價電路圖。
圖3是為了說明實施方式1的鐵電體存儲器的數據讀出動作的特性圖。
圖4是表示本發明實施方式1的實驗中所使用的鐵電體電容器的滯后特性。
圖5是表示本發明實施方式1的實驗中所使用的讀出動作中讀出電壓脈沖的圖。
圖6是表示本發明實施方式1的實驗中所使用的讀出動作中比特線上所發生的脈沖波形的圖。
圖7是表示本發明實施方式2的1T1C型鐵電體存儲器的全體結構的電路圖。
圖8是為了說明圖7所示實施方式2的鐵電體存儲器的數據讀出動作的等價電路圖。
圖9是表示本發明實施方式3的FET型鐵電體存儲器的全體結構的電路圖。
圖10是為了說明圖9所示實施方式3的鐵電體存儲器的數據讀出動作的等價電路圖。
圖11是現有的1T1C型鐵電體存儲器的電路圖。
圖12是圖11所示的現有的1T1C型鐵電體存儲器的截面圖。
圖13是表示現有的單純矩陣型鐵電體存儲器的電路圖。
圖14是圖13所示的現有的單純矩陣型鐵電體存儲器的截面圖。
圖15是現有的FET型(MFMIS-FET型)鐵電體存儲器的電路圖。
圖16是表示圖15中所示FET型鐵電體存儲器的截面圖。
具體實施例方式
下面基于附圖對本發明的實施方式加以說明。
(實施方式1)首先，參照圖1，對實施方式1的單純矩陣型鐵電體存儲器的全體結構加以說明。在該實施方式1的鐵電體存儲器中，存儲單元陣列50是由多個存儲單元1配置成矩陣狀而構成(在圖1中為了說明的方便，僅表示了9個存儲單元)。構成各存儲單元1的鐵電體電容器2的一方的端子連接于字線WL0～WL2，鐵電體電容器2另一方的端子連接于比特線BL0～BL2。也就是說，在該實施方式1中，一個的存儲單元1僅由一個鐵電體電容器2所構成。還有，鐵電體電容器2包含在不施加電壓的初期狀態能夠取得不同電容量值Cf0及Cf1的鐵電體膜。
各字線WL0～WL2連接于行解碼器31，而且，各比特線BL0～BL2連接于列解碼器32。
由外部指定的行地址及列地址，輸入地址線33。該行地址及列地址由地址線33轉送向地址鎖存器34。在地址鎖存器34所閉鎖的各地址中，行地址通過地址緩沖器35轉送向行解碼器31，列地址通過地址緩沖器35轉送向列解碼器32。
行解碼器31在各字線WL0～WL2中，選擇與地址鎖存器34中所閉鎖的行地址相對應的字線，控制各字線的電位，與動作模式相對應。
列解碼器32在各比特線BL0～BL2中，選擇與地址鎖存器34中所閉鎖的列地址相對應的比特線，控制各比特線的電位，與動作模式相對應。
這里，在實施方式1中，行解碼器31包含在數據讀出時為了向字線WL0～WL2施加讀出電壓VR的讀出電壓施加電路41。該讀出電壓施加電路41是本發明的“施加讀出電壓VR的裝置”的一例。
由外部所指定的數據輸入數據引線36，該數據從數據引線36通過輸入緩沖器37轉送向列解碼器32。列解碼器32控制各比特線BL0～BL2的電位為與該數據相對應的電位。
而且，在實施方式1中，從任意的存儲單元1所讀出的數據從各比特線BL0～BL2經列解碼器32向讀出放大器38轉送。讀出放大器38是電壓讀出放大器。還有，讀出放大器38是本發明的“能夠檢測鐵電體膜的電容量值Cf0及Cf1的差異的檢測裝置”的一例。由讀出放大器38所判別的數據，從輸出緩沖器39經數據引線36向外部輸出。
還有，上述各電路(31～39、41)的動作，是由控制電路40所控制。
這里，包含該實施方式1的鐵電體電容器2的存儲單元，如圖2所示，鐵電體電容器2由相互交叉延長的字線WL及比特線BL、以及字線WL與比特線BL所夾持的鐵電體膜所構成。也就是說，字線WL及比特線BL分別具有作為鐵電體電容器2的一方的電極(第一電極)以及另一方電極(第二電極)的功能。而且，比特線BL的電容量(比特線容量)用CB來表示，還有，比特線容量CB是本發明的“第二電極中電容量C2”的一例。
圖2所示的節點A的電位表示比特線BL中所出現的電位VB(VB0、VB1)。在該節點A上連接有檢測比特線BL中所出現的電位(VB0、VB1)的差異的裝置(圖1的讀出放大器38)。
圖3表示了鐵電體存儲器的滯后特性。參照圖3，縱坐標是表示鐵電體電容器所保持的極化的電荷量Q，橫坐標是表示施加于鐵電體電容器的電壓V。這里，殘留極化保持在正的一側的電荷量的情況下的數據為“0”，殘留極化保持在負的一側的電荷量的情況下的數據為“1”。而且，在鐵電體電容器中記憶數據“0”的情況下的比特線容量的負荷線是L0，從負荷線L0的狀態對字線WL施加讀出電壓VR時的負荷線是L0a。而且，在鐵電體電容器中記憶數據“1”的情況下的比特線容量的負荷線是L1，從負荷線L1的狀態對字線WL施加讀出電壓VR時的負荷線是L1a。
以下參照圖2及圖3，對提高讀出容限的存儲器的結構加以說明。在向字線WL施加讀出電壓VR的情況下，設表示數據“0”及數據“1”的電荷量Q變化率的電容量分別是Cf0及Cf1，(Cf1＞Cf0)。而且，在保持數據“0”及數據“1”的情況下向字線WL施加讀出電壓VR時，節點A中所出現的比特線電位VB分別為VB0及VB1。在這種情況下，增大比特線BL的電位差(VB1-VB0)，能夠提高讀出容限。保持數據“0”的情況下讀出時的比特線電位VB0，以及保持數據“1”的情況下讀出時的比特線電位VB1，分別由下面的式(1)及式(2)所表示。
VB0＝Cf0/(Cf0+CB)×VR---- (1)VB1＝Cf1/(Cf1+CB)×VR---- (2)從上述式(1)及式(2)，保持數據“0”與數據“1”的情況下比特線上所出現的電位差(VB1-VB0)由以下的式(3)所表示。
VB1-VB0＝Cf1/(Cf1+CB)×VR-Cf0/(Cf0+CB)×VR＝{1/(1+CB/Cf1)-1/(1+CB/Cf0)}×VR＝{(CB/Cf0-CB/Cf1)/(1+CB/Cf1)·(1+CB/Cf0)}×VR
---- (3)這里，設CB/Cf0＝X，Cf0/Cf1＝K，則有KX＝CB/Cf1，將它們代入上述式(3)，得到以下的式(4)。
VB1-VB0＝(1-K)·X/(KX2+(1+K)X+1)×VR＝(1-K)/(KX+1/X+(1+K))×VR---- (4)這里，將算術平均數≥幾何平均數應用于上述式(4)的分母部分KX+1/X，可得到下式(5)。
(KX+1/X)/2≥(KX·1/X)1/2＝K1/2KX+1/X≥2K1/2---- (5)將上式(5)代入式(4)的分母部分KX+1/X，可得到下式(6)。
VB1-VB0≤{(1-K)/(2K1/2+1+K)}×VR≤{(1-K)/(1+K1/2)2}×VR---- (6)在上述式(6)中，由于KX+1/X是分母部分，所以利用算術平均數≥幾何平均數，≥就變為≤。這里，在式(6)中，等號成立時，根據算術平均數＝幾何平均數，是KX＝1/X的情況，將其變形為X＝1/K1/2，將上述X＝CB/Cf0，K＝Cf0/Cf1代入，得到CB/Cf0＝1/(Cf0/Cf1)1/2，兩邊同乘以Cf0，得到CB＝(Cf0·Cf1)1/2。所以，式(6)中的等號在CB＝(Cf0·Cf1)1/2時成立。由此關系，將K＝Cf0/Cf1代入式(6)的同時，利用(Cf0·Cf1)1/2＝CB，可得到表示VB1-VB0的最大值的式(7)。
VB1-VB0＝(1-Cf0/Cf1)/{2(Cf0/Cf1)1/2+1+Cf0/Cf1}×VR＝(Cf1-Cf0)/{Cf1+Cf0+2(Cf0·Cf1)1/2}×VR＝(Cf1-Cf0)/(Cf1+Cf0+2CB)×VR---- (7)這里，連接于節點A的比特線電位檢測裝置是能夠檢測出VS以上的電位差的裝置(讀出放大器38)的情況下，為了確實能夠檢測出數據“0”與數據“1”的情況的比特線電位的差異(VB1-VB0)并提高讀出容限，由上述式(7)，必須滿足下式(8)。
VB1-VB0＝(Cf1-Cf0)/(Cf1+Cf0+2CB)×VR≥VS---- (8)由上式(8)，比特線容量CB所必要的條件由下式(9)所表示。
CB≤1/2×{(Cf1-Cf0)VR/VS-(Cf1+Cf0)}---- (9)而且，根據CB＝(Cf0·Cf1)1/2與Cf1＞Cf0的關系，比特線容量CB還必須滿足下式(10)。
CB＞Cf0---- (10)所以，從式(9)及式(10)，為了由連接于節點A的檢測裝置(讀出放大器38)確實能夠讀出數據“0”與數據“1”的情況的差異，必須設定比特線容量CB滿足下式(11)。
Cf0＜CB≤1/2×{(Cf1-Cf0)VR/VS-(Cf1+Cf0)}---- (11)接著，對在滿足上式(11)的條件下的實驗結果進行以下的說明。在使用了具有圖4中所示滯后特性SBT(SrBi2Ta2O9膜)作為鐵電體膜的單純矩陣型鐵電體存儲器中，在數據“0”的情況與數據“1”的情況下，施加如圖5所示的讀出電壓(VR＝1.8V)時的比特線上所發生的脈沖波形(比特線電壓VR)表示于圖6。使在這種情況下的單純矩陣型的鐵電體存儲器的比特線寬及字線寬都是1μm。
而且，數據“0”的情況下的鐵電體電容器的電容量Cf0、數據“1”的情況下的鐵電體電容器的電容量Cf1、以及比特線容量CB，分別為20fF、83fF、及40fF。而且，連接于比特線BL的檢測裝置(讀出放大器38)的檢測界限電壓VS，為100mV左右。它們都滿足式(11)。如圖6所示，數據1的情況與數據0的情況的比特線電壓VB的差(VB1-VB0)為，(VB1-VB0)＝約610mV，可知比檢測界限電壓VS(100mV左右)充分的大。因此，如果設定比特線容量CB滿足上述式(11)的條件，就能夠確認可充分檢測出數據“0”的情況與數據“1”的情況的差異。
而且，在存儲單元內所保持的數據為數據“1”的情況下，施加于鐵電體膜的電壓(VR-VB1)約為0.6V，比作為極化翻轉電壓的抗電壓(約0.9V)要小。在這種情況下，由于不伴隨著鐵電體膜的極化翻轉，所以能夠大幅度地抑制極化疲勞惡化。還有，在數據“0”的情況下，即使施加抗電壓以上的電壓，也不會伴隨極化翻轉。
在實施方式1中，如上所述，通過將比特線容量CB設定為滿足上述式(11)，由于能夠使數據“1”的情況與數據“0”的情況的比特線電位的電位差在檢測界限電壓VS以上，所以能夠提高讀出容限。由此，能夠有效地抑制數據的誤讀出等的發生。
而且，在所述實施方式1中，通過將保持數據“0”的情況下的鐵電體電容器的容量Cf0、保持數據“1”的情況下的鐵電體電容器的電容量Cf1、以及比特線容量CB，設定為實質上滿足CB＝(Cf1×Cf0)1/2的關系，就能夠使與鐵電體電容器的電容量值Cf0及Cf1的差異相對應的比特線電位的電位差達到最大，所以能夠提高讀出容限。
而且，在所述實施方式1中，通過在數據“1”的情況下將施加于鐵電體膜的電壓(VR-VB1)設定成在極化翻轉電壓(抗電壓)以下，就能夠防止數據“1”的讀出時鐵電體膜的極化翻轉。由此，在單純矩陣型鐵電體存儲器中，就不伴隨著極化翻轉，能夠得到可提高讀出容限的結構。
(實施方式2)在該實施方式2中，參照圖7及圖8，對本發明適用于1T1C型鐵電體存儲器的情況加以說明。
首先，在該實施方式2中，如圖7所示，存儲單元陣列60是由多個存儲單元11配置成矩陣狀而構成(在圖7中為了說明的方便，僅表示了9個存儲單元)。各存儲單元11是由1個鐵電體電容器12與1個開關晶體管13所構成。鐵電體電容器12的一方的電極(第一電極)連接于板線PL0～PL2，鐵電體電容器12的另一方的電極(第二電極)連接于開關晶體管13的源極/漏極區域的一方。而且，開關晶體管13的源極/漏極區域的另一方連接于比特線BL0～BL2。開關晶體管13的柵極電極連接于字線WL0～WL2。而且，在行解碼器31中，內藏有為了向板線PL0～PL2施加讀出電壓VR的讀出電壓施加電路41a。還有，讀出電壓施加電路41a是本發明中“施加讀出電壓VR的裝置”的一例。其他的結構與圖1所示的實施方式1相同。
在圖7所示的實施方式2的鐵電體存儲器的存儲單元11中，數據讀出時，使字線WL0～WL2為高電位、開關晶體管13為接通狀態時的等價電路圖如圖8所示。在該存儲單元11中，通過如圖7所示的讀出電壓施加電路41a向板線PL施加讀出電壓VR，與上述實施方式1同樣，能夠由電壓讀出放大器即讀出放大器38檢測到比特線BL(節點B)的差異(VB1-VB0)。由此，能夠讀出數據。
這里，如圖8所示，實施方式2中1T1C型的鐵電體存儲器的數據讀出時的等價電路，與圖2所示的實施方式1的情況相同。所以，在該實施方式2中，也可以適用上述式(11)，而且，在存儲單元11的數據為數據“1”的情況下，通過使施加于鐵電體膜的電壓小于極化翻轉電壓(抗電壓)，即使是在實施方式2的1T1C型的鐵電體存儲器中，也不會伴隨極化翻轉，能夠提高讀出容限。
(實施方式3)在該實施方式3中，參照圖9及圖10，對本發明通用于FET型鐵電體存儲器的例子加以說明。
在該實施方式3的FET型鐵電體存儲器中，存儲單元陣列70是由多個存儲單元21配置成矩陣狀而構成(在圖9中為了說明的方便，僅表示了9個存儲單元)。各存儲單元21是由1個晶體管(FET)23與在該晶體管23的柵極部上形成的鐵電體電容器22所構成。鐵電體電容器22的一方的電極(第一電極)連接于字線WL0～WL2。而且，鐵電體電容器22的另一方的電極(第二電極)連接于晶體管23的柵極電極。而且，晶體管23的源極/漏極區域的一方連接于比特線BL0～BL2，晶體管23的源極/漏極區域的另一方連接于板線PL0～PL2。而且，晶體管23的溝道區域(阱區域)連接于源極線SL0～SL2。
這里，在實施方式3中，在行解碼器31中，設置有為了向字線WL0～WL2施加讀出電壓的讀出電壓施加電路41b。還有，讀出電壓施加電路41b是本發明中“施加讀出電壓VR的裝置”的一例。而且，在比特線BL0～BL2上，通過列解碼器32，連接有作為電流讀出放大器的讀出放大器38a。該讀出放大器38a是本發明的“能夠檢測出鐵電體膜的電容量值Cf0及Cf1的差異的檢測裝置”的一例。實施方式3的其他的結構與圖1所示的實施方式1相同。
在圖9所示的實施方式3的FET型鐵電體存儲器的存儲單元中，數據讀出時的等價電路圖如圖10所示。在圖10中，CI表示MIS晶體管23的柵極電極的電容量，還有，柵極電極的電容量CI，是本發明的“第二電極中的電容量”的一例。由于作為數據讀出時的動作，是由節點C的電位的不同而使流過MIS晶體管23的電流值變化，所以能夠由作為電流讀出放大器的讀出放大器38a讀出該電流值。
這里，如圖10所示，實施方式3中FET型的鐵電體存儲器的數據讀出時的等價電路，與圖2所示的實施方式1的情況相同。所以，在該實施方式3的FET型的鐵電體存儲器中，將柵極電極的電容量CI代替所述式(11)的比特線容量CB而代入，設定得滿足所述式(11)，同時在存儲器單元中所保持的數據為數據“1”的情況下，通過使施加于鐵電體膜的電壓設定得小于極化翻轉電壓(抗電壓)，即使是在FET型的鐵電體存儲器中，也能夠以不伴隨極化翻轉的讀出方法能夠提高讀出容限。
還有，本次所公開的實施方式，從所有的點看都應該認為是示例而不是限制。本發明的范圍不是上述實施方式的說明，而是由權利要求的范圍所表示，還包含與權利要的范圍均等的意義及在范圍內進行的所有的變更。
例如，在上述實施方式1中，是對使用SBT(SrBi2Ta2O9)膜作為鐵電體膜的情況進行的說明，但本發明并不限于此，還可以使用SiBi2(Nb，Ta)2O9(SBNT)、Pb(Zr，Ti)O3(PZT)、(Pb，La)(Zr，Ti)O3(PLZT)、(Bi，La)4Ti3O12(BLT)、Bi4Ti3O12(BIT)或以這些為標準的鐵電體膜。
權利要求
1.一種鐵電體存儲器，其特征在于，具有包含具有在初期狀態能夠取得不同的電容量值Cf0及Cf1的鐵電體膜、和夾持所述鐵電體膜而形成的第一電極與第二電極的鐵電體電容器的存儲器單元；向所述第一電極施加讀出電壓VR的電路；和在與所述鐵電體膜的電容量值Cf0及Cf1的差異相對應的所述第二電極的電位差為Vs以上的情況下，能夠檢測出所述鐵電體膜的電容量值Cf0及Cf1的差異的檢測電路，所述第二電極的電容量值C2，按滿足下式而設定Cf0＜C2≤1/2×{(Cf1-Cf0)VR/Vs-(Cf1+Cf0)}。
2.根據權利要求1所述的鐵電體存儲器，其特征在于所述第二電極的電容量值C2，實質上是C2＝(Cf1×Cf0)1/2。
3.根據權利要求1所述的鐵電體存儲器，其特征在于在數據的讀出時，在相對于所述讀出電壓的施加方向而保持反向的極化方向的數據的情況下，向所述鐵電體膜所施加的電壓，比所述鐵電體膜的極化反轉的電壓要小。
4.根據權利要求3所述的鐵電體存儲器，其特征在于在數據的讀出時，在保持與所述讀出電壓的施加方向相同方向的極化方向的數據的情況下，向所述鐵電體膜所施加的電壓，比所述鐵電體膜的極化反轉電壓要大。
5.根據權利要求1所述的鐵電體存儲器，其特征在于所述存儲單元包含晶體管的柵極電極連接于所述第二電極的存儲單元。
6.根據權利要求5所述的鐵電體存儲器，其特征在于所述檢測電路包含電流讀出放大器。
7.根據權利要求5所述的鐵電體存儲器，其特征在于所述第一電極連接于字線。
8.根據權利要求3所述的鐵電體存儲器，其特征在于所述存儲單元包含由在相互交叉方向上延長形成的所述第一電極及所述第二電極、和配置在所述第一電極及所述第二電極之間的所述鐵電體膜構成的鐵電體電容器的存儲單元。
9.根據權利要求8所述的鐵電體存儲器，其特征在于所述檢測電路包含電壓讀出放大器。
10.根據權利要求8所述的鐵電體存儲器，其特征在于所述第一電極是字線，所述第二電極是比特線。
11.根據權利要求3所述的鐵電體存儲器，其特征在于所述存儲單元包含所述第二電極與晶體管的源極區域及漏極區域的一方相連接的存儲單元。
12.根據權利要求11所述的鐵電體存儲器，其特征在于所述檢測電路包含電壓讀出放大器。
13.根據權利要求11所述的鐵電體存儲器，其特征在于所述第一電極與板線相連接。
14.根據權利要求1所述的鐵電體存儲器，其特征在于還具有選擇與行地址相對應的所述第一電極的行解碼器，向所述第一電極施加讀出電壓VR的電路包含在所述行解碼器內。
15.根據權利要求1所述的鐵電體存儲器，其特征在于所述初期狀態是不施加電壓的初期狀態。
16.一種鐵電體存儲器，其特征在于具有包含具有在初期狀態能夠取得不同的電容量值Cf0及Cf1的鐵電體膜、和夾持所述鐵電體膜而形成的第一電極與第二電極的鐵電體電容器的存儲器單元；向所述第一電極施加讀出電壓VR的裝置；和在與所述鐵電體膜的電容量值Cf0及Cf1的差異相對應的所述第二電極的電位差為Vs以上的情況下，能夠檢測出所述鐵電體膜的電容量值Cf0及Cf1的差異的檢測裝置，所述第二電極的電容量值C2，按滿足下式而設定Cf0＜C2≤1/2×{(Cf1-Cf0)VR/Vs-(Cf1+Cf0)}
17.根據權利要求16所述的鐵電體存儲器，其特征在于所述第二電極的電容量值C2，實質上是C2＝(Cf1×Cf0)1/2。
18.根據權利要求16所述的鐵電體存儲器，其特征在于在數據的讀出時，在相對于所述讀出電壓的施加方向而保持相反方向的極化方向的數據的情況下，向所述鐵電體膜所施加的電壓，比所述鐵電體膜極化反轉的電壓要小。
19.根據權利要求16所述的鐵電體存儲器，其特征在于所述存儲單元包含晶體管的柵極電極連接于所述第二電極的存儲單元。
20.根據權利要求18所述的鐵電體存儲器，其特征在于所述存儲單元包含由在相互交叉方向上延長形成的所述第一電極及所述第二電極、和配置在所述第一電極及所述第二電極之間的所述鐵電體膜構成的鐵電體電容器的存儲單元。
21.根據權利要求18所述的鐵電體存儲器，其特征在于所述存儲單元包含所述第二電極與晶體管的源極區域及漏極區域的一方相連接的存儲單元。
22.根據權利要求16所述的鐵電體存儲器，其特征在于所述初期狀態是不施加電壓的初期狀態。
全文摘要
本發明提供一種通過提高讀出容限而能夠抑制數據的誤讀出等發生的鐵電體存儲器，該鐵電體存儲器設置有向所述第一電極施加讀出電壓V
文檔編號G11C8/08GK1571067SQ20041000310
公開日2005年1月26日 申請日期2004年2月4日 優先權日2003年2月4日
發明者松下重治 申請人:三洋電機株式會社