RU2649622C1 - Ferroelectric memory cell - Google Patents
Ferroelectric memory cell Download PDFInfo
- Publication number
- RU2649622C1 RU2649622C1 RU2016150882A RU2016150882A RU2649622C1 RU 2649622 C1 RU2649622 C1 RU 2649622C1 RU 2016150882 A RU2016150882 A RU 2016150882A RU 2016150882 A RU2016150882 A RU 2016150882A RU 2649622 C1 RU2649622 C1 RU 2649622C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ferroelectric
- layer
- memory cell
- upper electrode
- ferroelectric memory
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B69/00—Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области устройств энергонезависимой памяти на основе явления сегнетоэлектричества (FeRAM, ferroelectric random access memory).The invention relates to the field of non-volatile memory devices based on the phenomenon of ferroelectricity (FeRAM, ferroelectric random access memory).
Уровень техникиState of the art
Известно устройство сегнетоэлектрической памяти на основе PZT, являющееся аналогом, которое предложено в патенте Т. Noda - Ferroelectric memory device and method for manufacturing the same // US Patent, Pub. No. US 2009/0127604, (2009) [1]. Данное устройство включает:A device for ferroelectric memory based on PZT, which is an analogue, which is proposed in the patent T. Noda - Ferroelectric memory device and method for manufacturing the same // US Patent, Pub. No. US 2009/0127604, (2009) [1]. This device includes:
подложку;a substrate;
сегнетоэлектрический конденсатор, сформированный над подложкой и состоящий из двух электродов и сегнетоэлектрического слоя;a ferroelectric capacitor formed above the substrate and consisting of two electrodes and a ferroelectric layer;
первый барьерный слой, который изолирует сегнетоэлектрический конденсатор;a first barrier layer that insulates the ferroelectric capacitor;
межслойный диэлектрик, сформированный после первого барьерного слоя;an interlayer dielectric formed after the first barrier layer;
и металлическую разводку, электрически соединенную с верхним электродом ячейки памяти.and metal wiring electrically connected to the upper electrode of the memory cell.
Металлическая разводка также включает два барьерных слоя и непосредственно слой металла, сформированный после этих барьерных слоев.The metal wiring also includes two barrier layers and directly a metal layer formed after these barrier layers.
Недостатками этого устройства является излишняя сложность технологии создания данной конструкции, которая заключается в использовании дополнительных барьерных слоев и большего числа литографий; плохая технологичность материала PZT, который используется в качестве сегнетоэлектрического слоя; большая стоимость одного бита информации и маленькая плотность памяти, которые являются следствием первых двух недостатков.The disadvantages of this device is the excessive complexity of the technology for creating this design, which consists in the use of additional barrier layers and a larger number of lithographs; poor processability of the PZT material, which is used as a ferroelectric layer; the high cost of one bit of information and the low memory density, which are the result of the first two drawbacks.
В качестве прототипа взята ячейка сегнетоэлектрической памяти, предложенная в патенте Т. Boscke - Integrated circuit including a ferroelectric memory cell and method of manufacturing the same // US Patent, Pub. No. US 2009/0261395, (2009) [2].As a prototype, a ferroelectric memory cell, proposed in T. Boscke's patent - Integrated circuit including a ferroelectric memory cell and method of manufacturing the same // US Patent, Pub. No. US 2009/0261395, (2009) [2].
Ячейка сегнетоэлектрической памяти, предложенная в патенте, включает в себя подложку, транзистор и элемент хранения, в котором присутствует: слой оксида, который хотя бы частично кристаллизован и содержит кислород и как минимум гафний или цирконий; верхний и нижний электроды.The ferroelectric memory cell proposed in the patent includes a substrate, a transistor, and a storage element in which there is: an oxide layer that is at least partially crystallized and contains oxygen and at least hafnium or zirconium; upper and lower electrodes.
Основным недостатком прототипа, который устраняется предлагаемым изобретением, является излишняя сложность технологии создания ячейки памяти. Такая излишняя сложность обусловлена тем, что после создания слоев нижнего электрода, оксида и верхнего электрода, над получившимся стеком необходимо провести ряд основных технологических операций, таких как: травление составного стека нижний электрод/оксид/верхний электрод (далее «элемент хранения»), осаждение диэлектрика (как правило, оксида кремния), химико-механическая полировка диэлектрика (ХМП) для сглаживания рельефа, осаждение диэлектрика, травление переходных окон, осаждение слоя Ti/TiN на поверхность окон, последующее заполнение их вольфрамом с последующей химико-механической полировкой для формирования столбиков вольфрама в переходных окнахперед тем, как приступать к формированию последующих слоев металлизации, необходимых для электрического соединения элементов интегральной схемы. При этом количество литографий не увеличивается (сохраняется). В прототипе: стек, переходные окна, металлическая разводка. В изобретении: нижний электрод, сегнетоэлектрический слой, верхний электрод и металлическая разводка (одновременно).The main disadvantage of the prototype, which is eliminated by the invention, is the excessive complexity of the technology for creating a memory cell. This unnecessary complexity is due to the fact that after creating the layers of the lower electrode, oxide and upper electrode, a number of basic technological operations must be performed on the resulting stack, such as: etching of the composite stack lower electrode / oxide / upper electrode (hereinafter “storage element"), deposition dielectric (usually silicon oxide), chemical-mechanical polishing of the dielectric (CMP) to smooth the relief, deposition of the dielectric, etching of transition windows, deposition of a Ti / TiN layer on the surface of the windows, subsequent filling of tungsten, followed by chemical-mechanical polishing of tungsten for forming bumps in transient oknahpered so as to start forming the subsequent metallization layers needed for the electrical connection elements of the integrated circuit. At the same time, the number of lithographs does not increase (remains). In the prototype: a stack, transition windows, metal wiring. In the invention: lower electrode, ferroelectric layer, upper electrode and metal wiring (at the same time).
Также недостатком прототипа является то, что с уменьшением толщины сегнетоэлектрического слоя, понижается надежность элемента хранения при проведении операции травления составного стека. При травлении такого стека возникает возможность утечек и закоротки по боковой поверхности стека между нижним и верхним электродами. В изобретении исключается возможность утечек и закоротки по боковой поверхности стека за счет разнесения боковой поверхности нижнего электрода, сегнетоэлектрического слоя, верхнего электрода (путем использования перекрытий между сегнетоэлектриком и электродами).Another disadvantage of the prototype is that with a decrease in the thickness of the ferroelectric layer, the reliability of the storage element during the etching operation of the composite stack decreases. When etching such a stack, there is the possibility of leaks and shorting along the side surface of the stack between the lower and upper electrodes. The invention eliminates the possibility of leaks and shorting along the side surface of the stack due to the spacing of the side surface of the lower electrode, the ferroelectric layer, the upper electrode (by using overlaps between the ferroelectric and the electrodes).
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей изобретения является создание ячейки сегнетоэлектрической памяти с упрощенной и более надежной конструкцией, которую можно использовать для создания схем памяти большой емкости.The objective of the invention is to create a cell ferroelectric memory with a simplified and more reliable design, which can be used to create memory circuits of large capacity.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в ячейке сегнетоэлектрической памяти, включающей подложку, транзистор выборки и элемент хранения, в котором присутствует: нижний электрод из нитрида титана; слой оксида, который хотя бы частично кристаллизован и содержит кислород и как минимум гафний или цирконий; верхний электрод из нитрида титана, предусмотрено следующее отличие: слой оксида перекрывает область сформированного нижнего электрода, изолируя его от верхнего электрода, а верхний электрод из нитрида титана с расположенным на нем слоем металлической разводки перекрывает область сформированного оксида так, чтобы полностью изолировать слой оксида от вышележащего слоя металлической разводки.The problem is solved due to the fact that in the cell of the ferroelectric memory, including the substrate, a sampling transistor and a storage element in which there is: a lower electrode of titanium nitride; an oxide layer that is at least partially crystallized and contains oxygen and at least hafnium or zirconium; the upper electrode of titanium nitride, the following difference is provided: the oxide layer overlaps the region of the formed lower electrode, isolating it from the upper electrode, and the upper electrode of titanium nitride with a layer of metal wiring located on it overlaps the region of the formed oxide so as to completely isolate the oxide layer from the overlying metal wiring layer.
Кроме того, слой оксида может содержать комбинации гафния со следующими элементами: цирконий, кремний, алюминий, магний, гадолиний, иттрий, лантан в процентном соотношении от 0,5% до 50% по отношению к концентрации гафния.In addition, the oxide layer may contain combinations of hafnium with the following elements: zirconium, silicon, aluminum, magnesium, gadolinium, yttrium, lanthanum in a percentage ratio from 0.5% to 50% with respect to the concentration of hafnium.
Также, в качестве металлической разводки может использоваться алюминиевая разводка.Also, aluminum wiring can be used as metal wiring.
Благодаря наличию перекрытий между сегнетоэлектриком и электродами появляется возможность формировать металлическую разводку одновременно с верхним электродом элемента хранения (используется одна литография). В изобретении исключается возможность утечек и закоротки по боковой поверхности стека за счет разнесения боковой поверхности нижнего электрода, сегнетоэлектрического слоя, верхнего электрода (путем использования перекрытий между сегнетоэлектриком и электродами). При этом площадь ячейки возрастает незначительно ~20%.Due to the overlap between the ferroelectric and the electrodes, it becomes possible to form a metal wiring simultaneously with the top electrode of the storage element (one lithography is used). The invention eliminates the possibility of leaks and shorting along the side surface of the stack due to the spacing of the side surface of the lower electrode, the ferroelectric layer, the upper electrode (by using overlaps between the ferroelectric and the electrodes). In this case, the cell area increases slightly ~ 20%.
Это отличие позволяет повысить надежность конструкции, избежав возможных утечек и закороток по боковой поверхности элемента хранения, а также упростить технологию в части формирования элемента хранения и металлической разводки, а именно:This difference allows to increase the reliability of the design, avoiding possible leaks and shorts along the side surface of the storage element, as well as to simplify the technology in terms of the formation of the storage element and metal wiring, namely:
- позволяет не использовать операцию травления составного стека, а травить по отдельности слои нижнего электрода, сегнетоэлектрического слоя и верхнего электрода совместно с металлической разводкой;- allows not to use the operation of the etching of the composite stack, and to individually etch the layers of the lower electrode, the ferroelectric layer and the upper electrode together with the metal wiring;
- позволяет формировать последующий слой металлизации совмещенно с верхним электродом из нитрида титана без проведения дополнительных операций, таких как: осаждение диэлектрика (как правило, оксида кремния), химико-механическая полировка диэлектрика (ХМП) для сглаживания рельефа, осаждение диэлектрика, травление переходных окон, осаждение слоя Ti/TiN на поверхность окон, последующее заполнение их вольфрамом с последующей химико-механической полировкой для формирования столбиков вольфрама в переходных окнах.- allows you to form a subsequent metallization layer combined with the top electrode of titanium nitride without additional operations, such as: deposition of a dielectric (usually silicon oxide), chemical-mechanical polishing of a dielectric (CMP) to smooth the relief, deposition of a dielectric, etching transition windows, deposition of a Ti / TiN layer on the surface of the windows, their subsequent filling with tungsten, followed by chemical-mechanical polishing to form tungsten columns in the transition windows.
В связи с вышеизложенным изобретение позволяет достигать повышенной технологичности и надежности, а также высокого уровня выхода годных при сохранении высокой плотности интеграции схем энергонезависимой памяти.In connection with the foregoing, the invention allows to achieve improved manufacturability and reliability, as well as a high level of yield while maintaining a high integration density of non-volatile memory circuits.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами:The technical nature and principle of operation of the proposed device are illustrated by drawings:
Фиг. 1 - Боковое сечение ячейки памяти FRAM 1Т-1СFIG. 1 - Lateral section of a memory cell FRAM 1T-1C
Фиг. 2 - Фрагмент бокового сечения с увеличенным масштабомFIG. 2 - A fragment of a side section with an enlarged scale
Фиг. 3 - Эскиз топологии транзистора без элемента хранения (показаны основные слои)FIG. 3 - Sketch of the topology of the transistor without a storage element (the main layers are shown)
Фиг. 4 - Эскиз топологии ячейки памяти 1Т-1С (показаны основные слои).FIG. 4 - Sketch of the topology of the memory cell 1T-1C (main layers are shown).
Фиг. 5 - Зависимость значения вектора поляризации от приложенного напряжения.FIG. 5 - Dependence of the value of the polarization vector on the applied voltage.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Продемонстрируем возможность осуществления заявляемого изобретения, рассмотрев пример ячейки памяти, в которой в качестве сегнетоэлектрика используется оксид гафния с цирконием (химическая формула Hf0,5Zr0,5O2), а в качестве электродов нитрид титана (химическая формула TiN).We will demonstrate the possibility of implementing the claimed invention by considering an example of a memory cell in which hafnium oxide with zirconium (chemical formula Hf 0.5 Zr 0.5 O 2 ) is used as a ferroelectric, and titanium nitride (chemical formula TiN) as electrodes.
Конструкция ячейки сегнетоэлектрической памяти топологии 1Т-1С состоит из кремниевой подложки, транзистора выборки, который сформирован в подложке, и элемента хранения, который представляет собой сегнетоэлектрический конденсатор и сформирован после транзистора выборки в слоях металлизации.The design of the 1T-1C topology ferroelectric memory cell consists of a silicon substrate, a sampling transistor, which is formed in the substrate, and a storage element, which is a ferroelectric capacitor and formed after the sampling transistor in metallization layers.
На фиг. 1 представлено боковое сечение, иллюстрирующее конструкцию ячейки памяти.In FIG. 1 is a side sectional view illustrating a structure of a memory cell.
Для формирования сегнетоэлектрической памяти используется кремниевая подложка 1 с ориентацией <100> и эпитаксиальным слоем 2. В данной подложке формируются области STI-изоляции (щелевая изоляция) 5. Затем формируются p-карман 3 для создания в нем n-канального транзистора и n-карман 4 для создания p-канального транзистора.To form the ferroelectric memory, a
Далее наносится слой подзатворного диэлектрика 10. В качестве подзатворного диэлектрика используется слой оксида кремния толщиной от 3 нм до 10 нм (толщина варьируется для разных транзисторов). После этого формируется слой поликремния 13, являющийся затвором транзистора. Для снижения эффекта горячих носителей в канале транзистора создаются LDD области p-типа 8 и n-типа 9.Next, a layer of gate dielectric 10 is applied. As a gate gate dielectric, a layer of silicon oxide is used with a thickness of 3 nm to 10 nm (the thickness varies for different transistors). After that, a
Затем происходит создание спейсера 11 для боковой изоляции затвора. Далее в p-кармане 3 создаются n+ сток-истоковые области 6, а в n-кармане 4 - р+ сток-истоковые области 7. Затем структуру силицидируют 12, закрывают диэлектриком 15 и формируют контактные окна 14. Боковые стенки и дно окон покрываются слоем Ti/TiN, и затем окна заполняются вольфрамом. При этом формирование диэлектрика 15, окон и их заполнение вольфрамом происходит последовательно в два этапа.Then there is the creation of a
После этого пластина проходит химико-механическую полировку для сглаживания рельефа для последующего формирования слоев металлической разводки.After that, the plate undergoes chemical-mechanical polishing to smooth the relief for the subsequent formation of layers of metal wiring.
На данном этапе завершается так называемый FEOL (front-end) цикл производства транзистора. Интеграция с элементом памяти будет происходить в BEOL цикле (back-end), то есть на этапе создания слоев металлизации.At this stage, the so-called FEOL (front-end) transistor production cycle is completed. Integration with the memory element will occur in the BEOL cycle (back-end), that is, at the stage of creating metallization layers.
Для формирования электрической разводки может использоваться один или несколько слоев металлизации. Если нет необходимости в слоях металлизации между сегнетоэлектрическим конденсатором и транзистором выборки, то конденсатор может формироваться сразу после создания контактных окон к транзистору.One or more metallization layers may be used to form the electrical wiring. If there is no need for metallization layers between the ferroelectric capacitor and the sampling transistor, then the capacitor can be formed immediately after creating contact windows to the transistor.
На фиг. 1 изображен пример ячейки, в которой использовалось 2 слоя металлизации между элементом памяти и транзистором выборки. 16, 19 и 24 - алюминиевая металлизация, 17, 20 и 25 - межслойные диэлектрики, 18 - переходные окна, заполненные вольфрамом.In FIG. 1 shows an example of a cell in which 2 metallization layers were used between the memory element and the sampling transistor. 16, 19 and 24 - aluminum metallization, 17, 20 and 25 - interlayer dielectrics, 18 - transition windows filled with tungsten.
На фиг. 2 представлен фрагмент бокового сечения ячейки памяти с увеличенным масштабом.In FIG. Figure 2 shows a fragment of a side section of an enlarged memory cell.
Слои 21, 22 и 23 - представляют собой сегнетоэлектрический конденсатор. 21 - нижний электрод из нитрида титана, который может наносить как методом магнетронного распыления, атомно-слоевым осаждением или осаждением из газовой фазы.
22 - сегнетоэлектрический слой, который выращивают методом атомно-слоевого осаждения из металлорганических прекурсов гафния (tetrakis(ethylmethylamino)hafnium, обозначается как ТЕМАН) и циркония (tetrakis(ethylmethylamido)zirconium, обозначается как TEMAZ). Сегнетоэлектрический слой может быть выращен при помощи методов химического осаждения из газовой фазы. В качестве сегнетоэлектрика могут выступать оксиды различных переходных металлов и комбинации этих оксидов. Слой оксида может содержать комбинации гафния со следующими элементами: цирконий, кремний, алюминий, магний, гадолиний, иттрий, лантан в процентном соотношении от 0,5% до 50% по отношению к концентрации гафния.22 is a ferroelectric layer that is grown by atomic layer deposition from organometallic precursors of hafnium (tetrakis (ethylmethylamino) hafnium, denoted as TEMAN) and zirconium (tetrakis (ethylmethylamido) zirconium, denoted as TEMAZ). The ferroelectric layer can be grown using chemical vapor deposition methods. The ferroelectric may be oxides of various transition metals and combinations of these oxides. The oxide layer may contain combinations of hafnium with the following elements: zirconium, silicon, aluminum, magnesium, gadolinium, yttrium, lanthanum in a percentage ratio of 0.5% to 50% with respect to the concentration of hafnium.
Данный слой выступает не только в роли сегнетоэлектрика, но и также надежно изолирует электроды друг от друга, благодаря перекрытию относительно нижнего электрода.This layer acts not only as a ferroelectric, but also reliably isolates the electrodes from each other, due to the overlap relative to the lower electrode.
Допускается возможность выращивать данный слой при помощи методов химического осаждения из газовой фазы.It is possible to grow this layer using chemical vapor deposition methods.
23 - верхний электрод сегнетоэлектрического конденсатора. Электрод состоит из нитрида титана и может наноситься при помощи осаждения из газовой фазы с последующим отжигом структуры либо при помощи атомно-слоевоего осаждения с автоматическим отжигом, как показано в работе [3]. Отжиг необходим для формирования нецентрально симметричной орторомбической фазы, которая обладает необходимыми сегнетоэлектрическими свойствами.23 - the upper electrode of the ferroelectric capacitor. The electrode consists of titanium nitride and can be deposited by vapor deposition followed by annealing of the structure or by atomic layer deposition with automatic annealing, as shown in [3]. Annealing is necessary for the formation of a noncentrally symmetric orthorhombic phase, which possesses the necessary ferroelectric properties.
После того как создан сегнетоэлектрический конденсатор, делается разводка слоем металла 24, в качестве металла используется хорошо проводящий материал, например, алюминий. Особое внимание следует обратить на то, что металлизация 24 создается в одной литографии с верхним электродом элемента памяти.After the ferroelectric capacitor is created, the wiring is done with a layer of
На фиг. 3 приведен эскиз топологии транзистора выборки для предлагаемой ячейки памяти. Карман 1, представляет собой легированную область, в которой формируются сток-истоковые области 2. Над каналом, лежит слой диэлектрика, на котором находится слой управляющего затвора 3 из поликремния или другого металла. В области над стоком создаются переходные окна для обеспечения электрического контакта между стоком транзистора и нижним электродом элемента хранения.In FIG. Figure 3 shows a sketch of the topology of the sampling transistor for the proposed memory cell.
На фиг. 4 изображен эскиз топологии ячейки памяти с транзистором выборки и элементом хранения. Области 1, 2 и 3 соответствуют фиг. 3. Нижний электрод 4 сформирован над стоком, переходные окна и нижележащая металлизация не показана. С перекрытием относительно нижнего электрода 4 осаждается сегнетоэлектрик 5, а после с дополнительным перекрытием формируется верхний электрод 6. Металлизация, которая используется для разводки, повторяет контуры верхнего электрода, так как делается в одной литографии с электродом.In FIG. 4 shows a sketch of the topology of a memory cell with a sampling transistor and a storage element.
Описанная выше ячейка сегнетоэлектрической памяти работает следующим образом:The ferroelectric memory cell described above works as follows:
В режиме записи/стирания информации на затвор управляющего транзистора подается напряжение, необходимое для того, чтобы открыть канал транзистора, тем самым обеспечить доступ к элементу хранения, исток и подложка заземляются, на верхний электрод элемента хранения подается импульс заданной длительности и амплитуды для того, чтобы записать в элемент хранения определенное логическое состояние. Для записи различных логических состояний на обкладках сегнетоэлектрического конденсатора создается разность потенциалов разной полярности.In the mode of recording / erasing information, the voltage necessary to open the transistor channel is supplied to the gate of the control transistor, thereby providing access to the storage element, the source and substrate are grounded, and a pulse of a given duration and amplitude is supplied to the upper electrode of the storage element write a specific logical state to the storage element. To record various logical states on the plates of a ferroelectric capacitor, a potential difference of different polarity is created.
Выбор ячеек, которые должны подвергнуться записи/стиранию информации осуществляется за счет транзистора выборки. На затворы транзисторов выборки интересующих нас ячеек подается напряжение, открывающее канал, на затворы транзисторов ячеек, которые не должны быть перепрограммированы, подается напряжение, при котором канал транзистора закрыт.The selection of cells to be recorded / erased is carried out by the sampling transistor. A voltage opening the channel is applied to the gates of the transistors of the sample of cells of interest to us; voltage is applied to the gates of the transistors of the cells, which should not be reprogrammed, at which the channel of the transistor is closed.
Чтение информации происходит за счет подачи импульса напряжения заранее определенного знака на верхний электрод элемента хранения и детектирования импульса тока через ячейку. При этом, если направление внешнего электрического поля совпадает с направлением вектора поляризации в ячейке, то при детектировании импульса тока через ячейку памяти будет зафиксировано значение близкое к нулю. Если же электрическое поле и вектор поляризации в ячейке направлены в противоположные стороны, то при чтении произойдет переполяризация ячейки памяти и будет детектирован импульс тока, отличный от нуля.Information is read by supplying a voltage pulse with a predetermined sign to the upper electrode of the storage element and detecting the current pulse through the cell. In this case, if the direction of the external electric field coincides with the direction of the polarization vector in the cell, then when a current pulse is detected through the memory cell, a value close to zero will be recorded. If the electric field and the polarization vector in the cell are directed in opposite directions, then when reading the memory cell will be re-polarized and a current pulse different from zero will be detected.
Основываясь на наличии или отсутствии импульса тока при чтении информации из ячейки, мы можем сказать, в каком исходном состоянии находилась ячейка до операции чтения. Однако после операции чтения ячейка однозначно будет находиться в состоянии логической единицы (либо логического нуля, в зависимости от полярности напряжения чтения). Такой метод считывания называется деструктивным, потому что при чтении информации исходное состояние изменяется и соответствует импульсу напряжения, используемому для операции чтения.Based on the presence or absence of a current pulse when reading information from a cell, we can say in what initial state the cell was in before the read operation. However, after the read operation, the cell will definitely be in the state of a logical unit (or logical zero, depending on the polarity of the read voltage). This method of reading is called destructive, because when reading information, the initial state changes and corresponds to the voltage pulse used for the read operation.
Хранение информации происходит при отсутствии внешнего приложенного напряжения, поэтому данный тип памяти называется энергонезависимым.Information is stored in the absence of external applied voltage, therefore this type of memory is called non-volatile.
Технические характеристики предлагаемой ячейки сегнетоэлектрической памяти:Technical characteristics of the proposed cell ferroelectric memory:
На фиг. 5 показана зависимость значения вектора поляризации от приложенного напряжения для ячейки памяти со следующими характеристиками:In FIG. Figure 5 shows the dependence of the polarization vector on the applied voltage for a memory cell with the following characteristics:
- в качестве сегнетоэлектрика используется слой оксида гафния с цирконием - Hf0,5Zr0,5O2;- as a ferroelectric layer of hafnium oxide with zirconium is used - Hf 0.5 Zr 0.5 O 2 ;
- латеральные размеры сегнетоэлектрического конденсатора 2×2 мкм2;- lateral dimensions of the
- толщина сегнетоэлектрического слоя 10 нм;- the thickness of the ferroelectric layer is 10 nm;
- электроды выполнены из нитрида титана TiN;- the electrodes are made of titanium nitride TiN;
- верхний электрод сформирован с алюминиевой разводкой с помощью одной литографии.- the upper electrode is formed with aluminum wiring using a single lithography.
Из графика видно, что для данной ячейки напряжение записи равняется 2,5 В, при этом остаточная поляризация, которая определяет окно памяти, равна 20 мкКл/см2. Это означает, что при перезаписи бита информации через ячейку данного размера протечет импульс тока равный 800 фКл. Этот уровень заведомо превышает современные схемотехнические возможности по детектированию импульса тока, что позволяет сделать вывод о возможности использования данной ячейки в схемах памяти большой емкости.The graph shows that for this cell, the write voltage is 2.5 V, while the residual polarization, which defines the memory window, is 20 μC / cm 2 . This means that when overwriting a bit of information, a current pulse of 800 fC will flow through a cell of this size. This level obviously exceeds modern circuitry capabilities for detecting a current pulse, which allows us to conclude that this cell can be used in high-capacity memory circuits.
Список литературыBibliography
[1] Т. Noda - Ferroelectric memory device and method for manufacturing the same // US Patent, Pub. No. US 2009/0127604 (2009).[1] T. Noda - Ferroelectric memory device and method for manufacturing the same // US Patent, Pub. No. US 2009/0127604 (2009).
[2] T. Boscke - Integrated circuit including a ferroelectric memory cell and method of manufacturing the same // US Patent, Pub. No. US 2009/0261395 (2009).[2] T. Boscke - Integrated circuit including a ferroelectric memory cell and method of manufacturing the same // US Patent, Pub. No. US 2009/0261395 (2009).
[3] A. Chernikova, et al. - Confinement-free annealing induced ferroelectricity in Hf0.5Zr0.5O2 thin films // Microelectronic Engineering, vol. 147, pp. 15-18 (2015).[3] A. Chernikova, et al. - Confinement-free annealing induced ferroelectricity in Hf 0.5 Zr 0.5 O 2 thin films // Microelectronic Engineering, vol. 147, pp. 15-18 (2015).
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150882A RU2649622C1 (en) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | Ferroelectric memory cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150882A RU2649622C1 (en) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | Ferroelectric memory cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2649622C1 true RU2649622C1 (en) | 2018-04-04 |
Family
ID=61867362
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016150882A RU2649622C1 (en) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | Ferroelectric memory cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2649622C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1043745A1 (en) * | 1982-05-24 | 1983-09-23 | Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Ferroelectric information accumulation device |
US20030227803A1 (en) * | 2001-09-05 | 2003-12-11 | Seiko Epson Corporation | Ferroelectric memory device and method of manufacturing the same |
US20060017120A1 (en) * | 2002-08-20 | 2006-01-26 | Shigeki Sakai | Semiconductor-ferroelectric storage device and its manufacturing method |
RU2338284C1 (en) * | 2007-05-10 | 2008-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет" ("ЛЭТИ" им. В.И. Ленина") (СПбГЭТУ) | Ferroelectric element for storage device with optical reading of information |
US20090261395A1 (en) * | 2008-04-21 | 2009-10-22 | Qimonda Ag | Integrated Circuit Including a Ferroelectric Memory Cell and Method of Manufacturing the Same |
US20150340372A1 (en) * | 2014-05-20 | 2015-11-26 | Micron Technology, Inc. | Polar, chiral, and non-centro-symmetric ferroelectric materials, memory cells including such materials, and related devices and methods |
-
2016
- 2016-12-23 RU RU2016150882A patent/RU2649622C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1043745A1 (en) * | 1982-05-24 | 1983-09-23 | Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Ferroelectric information accumulation device |
US20030227803A1 (en) * | 2001-09-05 | 2003-12-11 | Seiko Epson Corporation | Ferroelectric memory device and method of manufacturing the same |
US20060017120A1 (en) * | 2002-08-20 | 2006-01-26 | Shigeki Sakai | Semiconductor-ferroelectric storage device and its manufacturing method |
RU2338284C1 (en) * | 2007-05-10 | 2008-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет" ("ЛЭТИ" им. В.И. Ленина") (СПбГЭТУ) | Ferroelectric element for storage device with optical reading of information |
US20090261395A1 (en) * | 2008-04-21 | 2009-10-22 | Qimonda Ag | Integrated Circuit Including a Ferroelectric Memory Cell and Method of Manufacturing the Same |
US20150340372A1 (en) * | 2014-05-20 | 2015-11-26 | Micron Technology, Inc. | Polar, chiral, and non-centro-symmetric ferroelectric materials, memory cells including such materials, and related devices and methods |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4775849B2 (en) | SEMICONDUCTOR ELEMENT, SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE USING SAME, DATA WRITE METHOD, DATA READ METHOD, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF | |
US8143657B2 (en) | Discrete trap non-volatile multi-functional memory device | |
US11195840B2 (en) | Method and structures pertaining to improved ferroelectric random-access memory (FeRAM) | |
US7880215B2 (en) | Nonvolatile semiconductor storage unit and production method therefor | |
JPH10341002A (en) | Ferroelectric transistor, semiconductor storage, and handling method and manufacture of ferroelectric transistor | |
US6541281B2 (en) | Ferroelectric circuit element that can be fabricated at low temperatures and method for making the same | |
KR20020076369A (en) | Feram having aluminum oxide layer as oxygen diffusion barrier and method for forming the same | |
US11723213B2 (en) | Method and structures pertaining to improved ferroelectric random-access memory (FeRAM) | |
KR20010030545A (en) | Non-volatile memory | |
KR100288372B1 (en) | Method for forming a semiconductor structure and ferroelectric memory cell | |
US20230378202A1 (en) | Data storage element and manufacturing method thereof | |
US6191441B1 (en) | Ferroelectric memory device and its drive method | |
US20230361162A1 (en) | Ferroelectric Tunnel Junction Devices with a Sparse Seed Layer and Methods for Forming the Same | |
US6960801B2 (en) | High density single transistor ferroelectric non-volatile memory | |
WO2019171884A1 (en) | Semiconductor storage device, manufacturing method for semiconductor storage device, and electronic instrument | |
US8300448B2 (en) | Semiconductor storage device, memory cell array, and a fabrication method and drive method of a semiconductor storage device | |
RU2649622C1 (en) | Ferroelectric memory cell | |
US20230011305A1 (en) | Anti-ferroelectric tunnel junction with asymmetrical metal electrodes | |
JP2001077219A (en) | Nonvolatile semiconductor storage device and manufacture thereof | |
JP2012151497A (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
US20220367493A1 (en) | Interface film to mitigate size effect of memory device | |
JP3210292B2 (en) | Ferroelectric memory device and driving method thereof | |
US20220384460A1 (en) | Annealed seed layer to improve ferroelectric properties of memory layer | |
JP4459335B2 (en) | Ferroelectric transistor type nonvolatile memory element and manufacturing method thereof | |
TW202232670A (en) | Integrated chips and methods for forming the same |