[发明专利]用于铁电存储器中的数据感测的参考电压的设置

说明书

所描述的实例包含一种设置用于感测包含一晶体管一电容器1T‑1C类型的铁电随机存取存储器FRAM单元的集成电路中的数据状态的参考电压的方法。在电气测试操作中，将部分或全部所述FRAM单元编程到特定极化状态(32)。在那个数据状态的一或多个最差情况电气或环境条件下(34)，执行用于感测所述数据状态的所述参考电压的“什穆”操作(36)，以确定在读取时最弱单元未能返回正确数据时的参考电压限制(36)。接着，基于此参考电压限制(例如所述限制加/减公差)使用参考电压写入配置寄存器(40)。

技术领域

本发明大体上涉及非易失性存储器集成电路，且更特定来说，涉及铁电存储器装置中的操作参数的设置。

背景技术

常规金属氧化物半导体(MOS)及互补MOS(CMOS)逻辑及存储器装置在现代电子系统中普遍存在，这是因为其提供快速切换时间与低功率耗散的绝佳组合、以及其高密度且对大型集成的适应性。然而，从根本上，那些装置基本上是易失性的，这是因为在移除偏置功率之后根据这些技术构造的逻辑及存储器电路不会保留其数据。尤其是在移动及微型系统中，非常期望以非易失性方式存储存储器及逻辑状态的能力。因此，近年来已开发了用于构造非易失性装置的各种技术。

一种非易失性固态存储器技术涉及电容器的构造，其中电介质材料是可极化铁电材料，例如锆钛酸铅(PZT)或锶铋钽(SBT)。这些铁电电容器的电荷-电压(Q-V)特性的迟滞在已从电容器板移除电压之后实现二进制状态的非易失性存储，其中所存储的状态对应于铁电材料的极化状态。相比之下，常规MOS电容器在移除电容器电压后失去其所存储的电荷。铁电电容器可由在很大程度上与现代CMOS集成电路兼容的工艺构造，例如通过将电容器定位在晶体管层上方及金属导体层下方。

图1说明常规铁电电容器的Q-V特性的实例。如所展示，跨越导电板存储的电荷(Q)取决于施加到板(V)的电压，且还取决于所述电压的近期历史。如果跨越电容器板施加的电压V超过“矫顽”电压+V_α，那么电容器极化成“+1”状态。根据此特性，在被极化成“+1”状态之后，只要电压V仍保持高于矫顽电压-V_β，电容器就展现所存储的电荷+Q₁。相反，如果跨越电容器板施加的电压V比矫顽电压-V_β更负，那么电容器极化成“-1”状态，且将针对所施加的低于+V_α的电压V展现所存储的电荷-Q₂。

如用于非易失性固态存储器中的铁电电容器的重要特性是由铁电电容器在其极化状态之间展现的电容的差值。从根本上，元件的电容是指所存储的电荷与所施加的电压的比率。虽然铁电电容器由于其构造为由电介质膜(即，铁电材料)分离的平行板而具有线性电容，但其也响应于在施加极化电压之后发生的极化状态的改变而展现显著极化电容(即，电荷存储)。举例来说，参考图1，铁电电容器从其“-1”状态到其“+1”状态的极化在相对高电容C(-1)中反映，从而反映电容器响应于由超过矫顽电压V_α的电压做出的极化状态改变的极化电荷的存储。另一方面，已经在其“1”状态的电容器归因于极化展现较小电容C(+1)，这是因为其铁电畴已经在所施加的矫顽电压的方向上对准，从而导致存储了较少的额外极化电荷。

此铁电行为被用于非易失性铁电读取/写入随机存取存储器(RAM)装置(通常称为“铁电RAM”或“FeRAM”或“FRAM”装置)中。FRAM用于许多电子系统中，特定来说，用于便携式电子装置及系统中，且在植入式医学装置(例如起搏器及电震发生器) 中特别有吸引力。已知包含铁电电容器的各种存储器单元架构，其包含其中单元中的两个铁电电容器被极化成互补状态(其中所述互补极化的极性指示所存储的数据状态)的 2T-2C(两晶体管、两电容器)单元。在读取操作中，2T-2C单元的互补极化状态将差分信号输出到一对位线。位线对处的此差分信号由常规存储器架构中的差分感测放大器感测以检索所存储的数据状态。