TW563128B - Method for reading out and storing a state from or in a ferroelectric transistor of a memory cell and memory matrix - Google Patents

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發明領域： 本發明係關於一種從或在記憶單元之鐵電電晶體中讀取 狀態或儲存狀態到記憶體矩陣之方法。 此一方法與此一記憶體矩陣係揭示於[丨]。 [U _所揭示之記憶體矩陣，係一具有許多記憶體單元之 矩陣’每一個記憶單元具有鐵電電晶體，其並以正方矩陣 的形式，連接到另一個鐵電電晶體。此外，記憶體矩陣具 有讀取/儲存控制裝置，可用來在記憶體矩陣中，儲存記憶 體單元之鐵電電晶體的狀態，或者是可以用來讀取記憶體 單元之相應鐵電電晶體的目前狀態。 根據[1]中所敘述的程序，如果儲存記憶體矩陣之記憶體 單元中鐵電電晶體的狀態，相應之讀取/儲存電壓便施加到 相應之字線與位元線。所需之讀取/儲存電壓的應用，也將 影響鋪設於記憶體矩陣中，並連接到狀態傾向於儲存或讀 出之鄰近的進一步鐵電電晶體。如此一來，可能發生的是 由於記憶體矩陣之一個鐵電電晶體的狀態讀取或儲存，而 錯誤地改變記憶體矩陣之進一步鐵電電晶體的狀態，也就 疋說，是無意中地。 如[1]中所敘述，vpp/vrr之讀取/儲存電壓，從或在一傾向 於讀取或儲存之狀態，出現在鐵電電晶體上。在此一情況 中’大約± Vpp/2或± Vpp/3之干擾電壓，出現在連接到該鐵 電電晶體之鄰近的進一步鐵電電晶體上，而相應之進一步 鐵電電晶體的狀態，則可能被該干擾電壓錯誤地改變。 以下將參考圖2，解說此一問題範圍。 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210 X 297公釐） 563128 A7 ____ B7 ， 五、發明説明（2 ) 圖2以鐵電電晶體之閘極中，鐵電極化2〇丨之曲線，為施 加閘極電壓VGS 202之函數，說明圖表2〇〇。在圖表200中， 吸極電壓2〇2係指定為伏特（[V])，而鐵電極化204則是指定 為庫倫/公尺2([C/m2J)。 鐵電極化之曲線為閘極電壓vGS 202之函數，係藉由磁滯 循環203來描述。從圖2可知，’客製化之鐵電電晶體有兩個 安定的極化狀態，第一極化狀態2Ό4與第二極化狀態2〇5。 由於施加之閘極電壓vGS，特別是由於上述Vpp/2或Vpp/3之 「干擾電壓」的改變’鐵電電晶體的狀態可以經過轉換， 沿著磁滯循環203，進入電氣上不可區分的極化狀態，也就 是進入第一不可區分之極化狀態2〇6，以及進入第二不可區 分之極化狀態207。 然而可能用簡單的方式，電氣地從第二可區分極化狀態 205中將第一可區分的極化狀態2〇4區分出來，從而可以用 記憶體矩陣内的鐵電電晶體，實現或識別兩個不同的狀態 ，但在不可區分極化狀態206、2〇7申，則不保證此一電子 分辨率。 、所以，由於此一干擾電壓，儲存於記憶體矩陣中之鄰近 進一步鐵電電晶體的狀態，可以被改變或至少變成無定義 的，換句話說，於相應之鄰近鐵電電晶體中形成一極化狀 態’此-極化狀態無法被確實地讀取，也就是電氣地可區 分的。 [2] 中描述進一步之鐵電電晶體與其製造方法。 [3] 描述一鐵電動態隨機存取記憶體（dram)，每一個記憶

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存控制裝置係安裝成從鐵電電晶體讀取一狀態，或在鐵電 電曰曰曰體中儲存_狀態。此外，讀取/儲存控制裝置係安裝成 記憶體矩陣中至少一進一步之鐵電電晶體，係於狀態之讀 取或儲存期間驅動，使得鐵電電晶體是在其空乏區運作。 本發明可以清楚地知道，應了解為了程式化記憶體單立 中的鐵電電晶體，必須將談電晶體引進其反轉區。可是， 鄰近記憶體單元之鄰近鐵電電晶體不應無意中地被程式化 ’所以應該確保其未被引進其各自的反轉區。根據本發明 ’這確保記憶體矩陣中至少一個進一步之鐵電電晶體，或 記憶體矩陣中所有進一步之鐵電電晶體，於從或在鐵電電 晶體讀取或儲存一狀態期間，是在其各自的空乏區運作。 與先刖技藝相較，本發明第一次使得記憶體矩陣中之鐵 電電晶體的程式化計晝，可能不將進一步鐵電電晶體之閘 極本體（gate-bulk)電壓（下文中，亦稱為閘極基板（gate-substrate)電壓），限制為Vpp/2或Vpp/3,這在從⑴之程式化 計晝情況中是必須的。 ’· 結果’與[1 ]中所描述的程序相反，記憶體矩陣中進一步 鐵電電晶體之本體電位，可以保持常數。 根據本發明，既然在此情況中，整個本體材料不需要受 到電荷反轉，在程式化記憶體矩陣之鐵電電晶體的所需電 荷’與程式化其所需的時間上，均有相當的減少。 因此，已經根據本發明清楚地了解，從或在鐵電電晶體 讀取或儲存一狀態期間，施加到進一步鐵電電晶體之閘極 源極電壓的適當選擇，決定性地影響了鐵電電晶體所構成 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（2i〇x 297公釐j山------

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A7 B7 之記憶體的擾亂行為。 本發明之較佳發展從相依之申請專利範圍中顯現。 以下關於讀取/儲存控制裝置之方法與配置所描述的組態 ，根據相應之發展，在每一情況中，將讀取/儲存控制裝置 如此安裝，而實現相應之發展。 相應之讀取/儲存控制裝置的組態，可以藉由讀取/儲存控 制裝置之記憶體中所提供的電腦程式來實現，並藉由一處 理器，於軟體或硬體中，由電子之特定電路來執行。 在本發明之一較佳具體實施例中，為了讀取或儲存狀態 之目的，狀態係從鐵電電晶體讀取，或是藉由施加到鐵電 電晶體之閘極的讀取/儲存電壓，儲存於鐵電電晶體中。 在記憶體矩陣之記憶體單元中，可以使用複數個電晶體 ，尤其是複數個鐵電電晶體。 即使是在進一步可仿效具體實施例中，使用根據特定方 法製造的鐵電電晶體，在發明範圍内之另一具體實施例中 ，可以使用任意之進一步的鐵電電晶'體。 因此，對於鐵電電晶體之介電質中間層（尤其是具有介於 大約3奈米（nm)與25奈米（nm)之間的厚度），尤其是可能使用 不同的材料，舉例來說，包括鈽氧化物Ce〇2、铪氧化物 Hf〇2、镨氧化物Pr2〇3、鍅氧化物以〇2、鈦氧化物了办、鈕 氧化物Ta02，或三氧化二鋁八12〇3。 經由實例，BMF(氟化鎂鋇，BaMgF4)、ρζτ(三氧化鈦鋅 鉛（PbZr)Ti03)或SBT(三氧化二鍅二鉍锶，SrBi2Ta2〇9)可以 作為鐵電層。此一鐵電層具有介於約3〇奈米（nm)與3〇〇奈米 -8- 本紙張义度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210X 297公 563128 A7 _____B7 五、發明説明（6 ) (nm)之間的厚度。 此外，即使在進一步可仿效具體實施例中，本發明清楚 地描述使用η通道鐵電電晶體，本發明也可以使用於通道 鐵電電晶體中。在此一情況中，只需把相應施加之電壓的 極性反轉過來。 此外，可能在具有一個或更多的上述材料的鐵電電晶體 、------ ' a，提供複數個中間層。 通常具有最大可能介電常數與高能隙的任意絕緣體，可 以用作鐵電電晶體之電的中間層。 如果可以避免干擾中間層的形成，舉例來說，鐵電層也 可以藉由鐵電層的外延成長，直接沈積於基板上。 在此一關聯上，應了解的是本發明並不受限於可仿效具 體實施例中所敘述之鐵電電晶體的結構，而是，舉例來說 ，在本發明的範圍内，也可以輕易地使用[1]或[2]中所描述 的鐵電電晶體結構。 從鐵電電晶體讀取，或在鐵電電s曰曰體中儲存期間，藉由 以出現在進一步鐵電電晶體上之閘極源極電壓，少於其各 自之載止電壓的方式，驅動進一步之鐵電電晶體，記憶體 矩陣中之鐵電電晶體或複數個進一步鐵電電晶體，可以在 其空乏區中運作。 此一進一步之鐵電電晶體或電晶體的驅動可能是非常簡 單的，因此是非常開銷收效地不需改變鐵電電晶體的永久 性質。 此外，藉由以此一方式驅動進一步之鐵電電晶體或電晶 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CMS) A4規格（210 x 297公釐）

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k 563128 A7 _____B7 7、發明説明（7 Γ ~ — — 體，進一步之鐵電電晶體或電晶體可以在其各自之空乏區 運作，此一方式是下列成立： VFb—F(Pfe)$ VGs$ Vth—F(PFE)， 其中 • vFB表示進一步之鐵電電晶體的平卷帶電壓 • vGS表示進一步之鐵電電晶體的閘極源極電壓， •vth表示進一步之鐵電電晶體的截止電壓， • F(Pfe)表示進一步鐵電電晶體之鐵電極化？^的函數。 根據本發明之另一具體實施例，以此一方式驅動進一步 之鐵電電晶體或電晶體’使得在各個進一步之鐵電電晶體 中’施加之閘極電壓等於分別施加之源極電壓與施加之沒 極電壓。 此可確保各個進一步之鐵電電晶體之閘-源極電壓等於進 一步鐵電電晶體之閘-沒極電壓，亦即具有數值〇電壓，此 意味著各個進一步之鐵電電晶體上的閘極源極電壓，總是 少於其載止電壓。 / 本發明之可仿效具體實施例將於圖中說明，並於下文中 詳細解說。 圖式簡單說明： 圖中： 圖la至Id顯示一具有四個記憶體單元之記憶體矩陣，每 一個記憶體單元具有一鐵電電晶體（圖1 a)、施加到所選擇記 憶體單元閘極之電壓的電壓曲線（圖1 b)、施加到所選擇記憶 體單元源極之電壓的電壓曲線（圖lc)，以及一圖表，說明所 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210X 297公釐） 五、發明説明（8 為對其施加之閘極本體電 選擇之鐵電電晶體的極化曲線 壓的函數； ^不圖表’說明從或在鐵電電 態期間，客製化鐵電電晶體之心U 飞储存狀 所出…一旷 極中，鐵電極化之曲線為 斤出現之閑極電壓的函數，其係根據先前技藝； ^顯示鐵電電晶體之略圖，其係根據本發 體實施例； 〃双八 一圖=··貞V w程圖’其說明從或在鐵電電晶體讀取或儲存 一狀態之單獨的步驟，其係根據本發明； 圖5顯示一圖表，其說明閘極電荷為鐵電電晶體上之閘極 本體電壓的函數，·及 圖“至以顯示施加到進-步、非選擇之記憶體單元之閘 極的電壓曲線（圖6a)，施加到進—步、非選擇之記憶體單元 之源極的電壓曲線（圖6a)，以及一圖表，其說明非選擇之鐵 電電晶體的極化曲線，為對其施加之閘極本體電壓的函數。 發明詳細說明： ， (圖la^示具有四個記憶體單元觀、ι〇2、ι〇3、ι〇4之記 憶皮落4 100 〇 每一個記憶體單元101、102、103、1〇4具有鐵電電晶體 105 、 106 、 107 、 108 〇 此外，記憶體矩陣100具有第一字線1〇9與第二字線110。 此外，記憶體矩陣100具有第一位元線i u、第二位元線 112、第三位元線113與第四位元線114。 第一鐵電電晶體105之閘極115，以及第二鐵電電晶體1〇6 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 563128 A7 ------B7 五、發明説明（9 ) 之閘極116,被耦合到第一字線1〇9。 第二鐵電電晶體1〇7之閘極ln，以及第四鐵電電晶體1〇8 之閘極118，被耦合到第二字線11〇。 第一鐵電電晶體1〇5之源極119,以及第三鐵電電晶體1〇7 之源極120，被耦合到第一位元線丨〖i。 第一鐵電電晶體1〇5之汲極121，以及第三鐵電電晶體1〇7 之汲極122，被連接到第二位元線112。 第二鐵電電晶體106之源極123，以及第四鐵電電晶體1〇8 之源極124，被連接到第三位元線113。 第二鐵電電晶體106之汲極125，以及第四鐵電電晶體ι〇8 之汲極126，被連接到第四位元線114。 字線109、U0，與字線111、112、113、114被連接到讀 取/儲存控制裝置127 ^ 此外’第一鐵電電晶體105與第二鐵電電晶體1〇6之本體 終端128、129 ,經由進一步之電線132，彼此耦合。 此外’第二鐵電電晶體1〇7與第四'鐵電電晶體1〇8之本體 終端130、131，經由進一步之電線133，彼此耦合。 如下列將更詳細解說的，記憶體矩陣1〇〇中鐵電電晶體之 狀態的儲存，以及記憶體矩陣中鐵電電晶體之狀態的讀取 ，係由讀取/儲存控制裝置127，藉著對相應之字線1〇9、 110與/或相應之位元線m、112、113、114，施加不同的 電壓來所控制。 圖3顯示一鐵電電晶體，其被提供作為記憶體矩陣1〇()中 之第一鐵電電晶體105、第二鐵電電晶體1〇6、第三鐵電電 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 563128 A7

五、發明説明（11 ) 源極j 0 2與汲極3 0 3之移植，

此外，鐵電電晶體300具有觸體31〇、311、312，其導電 地連接到相應之源極302、汲極303與閘極電極3〇9。 ” 此外，鐵電電晶體300具有一矽極化層313。 以下參考圖4與圖lb、圖1c與圖ld，更詳細地解說第一鐵 電電晶體105中，狀態的讀取與健存。 為了儲存第一狀態，而對第一 ’根據可仿效具體實施例V y 在第一步驟（步驟401)中 字線109施加一儲存電壓v 伏特（V)。 如以下將更詳細解說的，跨著各個進一步之鐵電電晶體 106、107、108之閘極，施加一閘極電壓。 換句話說，這意味以下將更詳細解說之閘極電壓，施加 到非選擇之第二字線110、源極電壓'施加到第三位元線i 13 ，而以下將更詳細解說之汲極電壓，則施加到非選擇之第 四位元線114。 圖lb顯示，在第一電壓圖表14〇中，施加到第一字線1〇9 之電壓142的電壓曲線141，為時間t 143的函數，其中時間t 係以秒為單位。 尤其是，第一電壓圖表140說明第一鐵電電晶體1〇5程式 化時之程式化區域144，也就是說，藉由電壓之應用 伏特（V)，從初始狀態「〇」重新程式化到末狀態「丨」。 563128 A7 B7 五、發明説明（13 ) 圖5顯示閘極電荷Qg 502之曲線，為出現之閘極基板電壓 VGB 503的函數，而閘極電荷曲線501可以分成三個區域504 、505 、 506 〇 第一區域504稱為積聚區，第二區域505表示鐵電電晶體 之空乏區，而第三區域506則表示該電晶體之反轉區。 為了程式化形成記憶體單元之鐵電電晶體，鐵電電晶體 被引進其反轉區506。 為了使靠近鐵電電晶體之鐵電電晶體不會以不理想的方 式，相似地程式化，根據本發明，應確保前面的電晶體不 進入其各自的反轉區506。 如下文將更詳細解說的，這是藉由閘極源極電壓Vgs之適 當選擇、施加到非選擇之單元，也就是說進一步之鐵電電 晶體106、107、108的閘極源極電壓VGS少於截止電壓\^來 確保’其中截止電壓取決於鐵電電晶體之各自極化，亦即 下列成立：

Vgs — Vth+F(PFE) $ 0， ⑴ 其中F(Pfe)表示進一步鐵電電晶體之鐵電極化pFE的函數。 圖4中’程式化第一鐵電電晶體105的步驟，係象徵性地 表示於進一步之方塊402中。 \ 如避6b多/圖表610中所說明的，在每一個情況中，基本上 在同^赛間，與儲存電壓相同值的電壓被施加到第三位元 線113與第四位元線114 ’其中在每一種情況，施加到第三 位元線113與第四位元線114之電壓612的電壓曲線6U，被 說明成時間6 13的函數，其中時間係以秒為單位。 本紙張尺度適用中國國家標準(CMS) A4規格(21〇x 297公釐） 563128 A7 ------B7 五、發明説明（14 ) 為了說明此一驅動，圖6a再次說明，在進一步之圖表600 中’施加到第一字線1〇9之電壓601，為電壓曲線603中時間 602的函數。 應了解的是，根據此一可仿效具體實施例，在程式化區 域6〇4中’施加到第一字線1〇9的電壓，在每一種情況中， 具有和施加到第三位元線Π3與第四位元線i 14之電壓相同 的值。 圖6c顯示，在進一步之極化圖表62〇中，第一鐵電電晶體 之程式化期間，第二鐵電電晶體106之極化曲線62 1，如同 圖lb至圖id中所說明的，是閘極基板電壓vgb622的函數。 從進一步之極化圖表620可知，第二平頂區域623的加寬 ’可以藉由閘極源極電壓之適當應用來達成，具體地說， 疋藉由各自將施加於進一步之鐵電電晶體1〇6、1〇7、108的 沒極電壓與源極電壓的選擇來達成，此等電壓取決於各自 之程式化電壓，因此取決於出現在閘極上之各自電壓。 由於第二平頂區域623的加寬，避了進一步鐵電電晶體 106、107、1〇8之狀態的改變。 由圖6c可知，如圖6c中以箭頭627符號標示的，既然其不 能夠沿著磁滯循環626超越平頂區域623，第二鐵電電晶體 106，從其初始狀態「〇」624到末狀態「1」625，並不經過 一轉換。 關於此，應了解的是，根據此一可仿效具體實施例，閘 極電位與基板電位皆為預先決定不變的。 可以在進一步鐵電電晶體106、107之源極與汲極觸體上 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210X 297公釐)

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563128 二 18 - A7 B7 五、發明説明（15 ) 選擇的兩電壓，以此方式驅動，使得源極電壓vs等於所施 壓之汲極電壓VD與分別施加之閘極電壓¥()保持成立，以致 於下列成立： vgs = Vgd=〇， (2) 而且因此 VGS=VGD$ Vth—F(PFE)。 （3) 舉例來說，考慮圖1之矩陣排列，鐵電電晶體108上存在 閘極電壓VG=0，源極電壓與汲極電壓，VS = VD=5伏特（V)， 而且本體電壓（基板電壓）VB = 0伏特（V)。這些電壓也不改變 鐵電極化的狀態。 對於鐵電電晶體108，下列成立：

Vgs $ Vth — Vbs — F(Pfe)， (4) 然後鐵電電晶體108也處於反轉或可能處於積聚。 應確保的是： 1· η通道鐵電電晶體並不進入反轉，及 2·由於本體源極電壓VBS，鐵電電蟲體進入積聚，並不比 VBS=0成立的情況深。 這意味著以上述方式驅動之各個進一步的鐵電電晶體1〇6 、107、108’；^：在其空乏區505運作，而不是在其反轉區 506區運作，從而避免了各個進一步鐵電電晶體106、1〇7之 不理想的重新程式化。 各個鐵電電晶體皆具有閘極電荷曲線5〇 1之梯度，而於該 電晶體之空乏區505中選擇成足夠小時，這尤其可以確保。 通常在第一鐵電電晶體105之讀取期間，如果對於各個進 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）

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線 563128 A7 B7 五、發明説明（16 ) 一步之鐵電電晶體106、107、108，下列成立，則鐵電電晶 體與因此之進一步鐵電電晶體106、1〇7、1〇8係於其空乏區 505中運作：

Vfb—F(Pfe)$ VGSS Vth—F(PFE)， (5) 其中 • Vfb表示進一步之鐵電電晶體的平能帶電壓， • VGS表示進一步之鐵電電晶體的閘極源極電壓， •Vth表示進一步之鐵電電晶體的截止電壓， • F(Pfe)表示進一步鐵電電晶體之鐵電極化PFE的函數。 根據此一可仿效具體實施例，戴止電壓Vth係根據下列規 格來規定：

Vth = VFB + 2 Φ F++USB， (6) 其中 ⑺ (8) L Stack 其中T表示基板控制因子，與 .kT. N, Φρ=—In — q n丨 其中Φ F表示費米（Fernn)位能，而（：、_則表示各個進一步 之鐵電電晶體106、107、108的閘極堆叠電容。 -19, 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 563128 五、發明説明（17 根據此一可仿效具體實施例，使用下表所列的參數，作

參數 數值 單位 Ps 0.1 β C/cm2 Pr 0.08 β C/cm2 Ec 30 一· " ----- kV/cm2 tfe 180 nm t〇x 20 nm 8 f 250 ^ ox 11.7 A 2*104 β m2 na 2*1015 cm-3 Vfb 0 V vD 0.3 V Vs 0 V VB 0 ，V # 裝 訂 下文詳細解說不同於以上所提出之可仿效具體實施例的 許多其他選擇。 本發明並不受限於上述記憶體矩陣之具體形式，特別是 不受限於具有四個記憶體單元之記憶體矩陣。本發明可以 ^於任意配置的記憶體矩陣中，其具有任意數目之記憶體 早疋，也就是說，具有任意數目之鐵電電晶體作為記憶體 早7C。 297公釐） 線 本紙張尺度相f _家料(CNS) Α4規格(21〇] -20- 563128

關於此，應了解的是上述根據本發明之程式化計畫，也 可以應用於一個或更多個狀態不希望被改變之選擇的記憶 體單元。 經由實例，所以記憶體單元在程式化計晝開始時，可以 用邏輯數值「〇」初始化。如果邏輯數值「0」是將被儲存 的，亦即寫入記憶體單元中（對此記憶體單於VG =高），則 其狀態不會被改變。 為了確保此一情況，而對狀態不希望被改變之各個記憶 體單元，施加下列電壓： V^Vs^Vd^ 高 〇 (9) 隨後，所選擇之記憶體單元的狀態，在此情況中，便不 會重新程式化。 此外，記憶體單元也可以具有複數個電晶體，尤其是複 數個鐵電電晶體。 本文件中引用下列出版物： [1]T.南卡木拉（Nakamura)等，單'一電晶體之鐵電電晶體 ’電機電子工程學會（IEEE)國際固態電路會議，ISSCC95， 第四節，技術方向：顯示器、光子與電子記憶體，第68〜69 頁，1995年。 [2 ]劉中森（Jong-Son Lyu)專’使用多晶碎源極/ >及極與氟 化鎂鋇（BaMgF4)介電質之單一電晶體記憶體之金屬鐵電半 導體場效電晶體（MFSFET)，IEDM 1996，第503〜506頁， 1996 年。 [3]美國專利第6,067,244號。 ___ -21 - 本紙張尺度適財_家標準(CNS) A4規格(21GX 297公货） 563128 A7 B7 五、發明説明（ 相關符號明細： 100 記憶體矩陣 101 記憶體單元 102 記憶體單元 103 記憶體單元 104 記憶體單元 105 第一鐵電電晶體 106 第二鐵電電晶體 107 第三鐵電電晶體 108 第四鐵電電晶體 109 第一字線 110 第二字線 111 第一位元線 112 第二位元線 113 第三位元線 114 第四位元線 115 第一鐵電電晶體之閘極 116 第'一鐵電電晶體之閘極 117 第二鐵電電晶體之閘極 118 第四鐵電電晶體之閘極 119 第一鐵電電晶體之源極 120 第二鐵電電晶體之源極 121 第一鐵電電晶體之沒極 122 第二鐵電電晶體之汲極 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格（210 X 297公釐） 563128 A7 B7 五、發明説明（2Q ) 123 第二鐵電電晶體之源極 124 第四鐵電電晶體之源極 125 第二鐵電電晶體之汲極 126 第四鐵電電晶體之汲極 127 讀取/儲存控制裝置 128 第一鐵電電晶體之本體終端 129 第二鐵電電晶體之本體終端 130 第三鐵電電晶體之本體終端 131 第四鐵電電晶體之本體終端 132 電線 133 電線 140 第一電壓圖 141 電壓曲線 142 電壓 143 時間 144 程式化區域 / 150 第二電壓圖 151 電壓曲線 152 電壓 153 時間 160 極化圖 161 極化 162 閘極基板電壓 163 極化曲線 -23- 訂 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 x 297公釐）

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563128 A7 B7 五、發明説明（21 ) 164 初始狀態 165 末狀態 166 磁滯曲線 167 箭頭 168 第一平頂區域 169 第二平頂區域 200 鐵電電晶體之閘極中的鐵電極化曲線為閘極電壓的 函數 201 鐵電電晶體之閘極中的鐵電極化 202 閘極電壓 203 磁滯曲線 204 第一可區分之極化狀態 205 第二可區分之極化狀態 206 第一不可區分之極化狀態 207 第二不可區分之極化狀態 300 鐵電電晶體 z 301 基板 302 源極區域 303 >及極區域 304 矽氧化物區域 305 矽氧化物區域 306 介電質中間層 307 通道區域 308 鐵電層 -24- 訂 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Λ4規格（210 x 297公釐）

裝

563128 A7 B7 五、發明説明（22 ) 309 金屬閘極電極 310 觸體 311 觸體 312 觸體 313 保護層 401 對第一字線施加儲存電壓 402 對第一字線施加儲存電壓 403 對進一步之鐵電電晶體施加汲極電壓與源極電壓 500 電荷圖表 501 閘極電荷曲線 502 閘極電荷 503 閘極基板電壓 504 鐵電電晶體之積聚區 505 鐵電電晶體之空乏區 506 鐵電電晶體之轉換區 600 圖表 / 601 電壓 602 時間 603 電壓曲線 604 程式化區域 610 圖表 611 電壓曲線 612 電壓 613 時間 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 x 297公釐） 563128 A7 B7 五、發明説明（23 )

裝 620 極化圖表 621 極化 622 閘極基板電壓 623 第二平頂區域 624 初始狀態 625 末狀態 626 磁滯循環 627 箭頭 訂

-26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 563128 Λ8 B8 C8 D8 申請專利範圍 一種從或在記憶體單元之鐵電電晶體中讀取或储存_狀 態之方法，此一記憶體單元係與具有進一步鐵電電晶體 之複數個進一步記憶體單元，排列於記憶體矩陣中， •其中狀態係從鐵電電晶體中讀取，或儲存於鐵電電晶 體中，及 ％ •其中在狀態之讀取或儲存期間，至少一個記憶體矩陣 中的進一步鐵電電晶體，以於其空乏區運作的方式驅 動。 2. 根據申請專利範圍第i項之方法， 其中為了讀取或儲存該狀態之目的，狀態係藉由施加 到鐵電電曰曰體之閘極電極的讀取/健存電壓，從鐵電電晶 體讀取，或儲存於鐵電電晶體中。 根據申請專利範圍第1或2項之方法， 其中藉由進一步之鐵電電晶體，以出現在進一步之鐵 電電晶體上的閘極源極電壓，少於該電晶體之截止電壓 減去取決於鐵電極化之項的方式軀動，使進一步之鐵電 電晶體在其空乏區運作。 根據申請專利範圍第1或2項之方法， 其中藉由進一步之鐵電電晶體以下列成立之方式驅動 ’進一步之鐵電電晶體係在其空乏區運作： Vfb — F(Pfe)= V〇s^ Vth — F(Ppg) > 其中 • 表示進一步之鐵電電晶體的平能帶電壓， • VGS表示進一步之鐵電電晶體的閘極源極電壓， 27- —-- —_____08 六、申請專利範圍 • Vth表示進一步之鐵電電晶體的戴止電壓， • F(PFE)表示進一步鐵電電晶體之鐵電極化PFE的函數。 5·根據申請專利範圍第1或2項之方法， 日其中藉由進一步之鐵電電晶體以施加於進一步鐵電電 晶體之閘極電壓，等於施加到進_步鐵電電晶體之源極 電壓與施加到進一步鐵電電晶體之汲極電壓的方式驅動 使進一步之鐵電電晶體係在其空乏區運作。 6·根據申請專利範圍第1或2項之方法， 其中在記憶體矩陣之至少一個記憶體單元中， 數個電晶體。 7· 一種記憶體矩陣具有 •複數個彼此連接之記憶體單元，至少—些記憶體單元 具有至少一個鐵電電晶體， •-讀取/儲存控制裝置，其控制從或在記憶體矩陣之記 憶體單元之鐵電電晶體中狀態的讀取或儲存， ^ :取/儲存控制裝置係如此安裝，使得狀態係從鐵 電電晶體讀取，或儲存於鐵電電晶體中，及 • •記憶體矩陣中至少一個進一步之鐵電電晶體，於狀離 =讀取或儲存期間’是以在其空乏區運作的方式驅動 8. 根據申請專利範圍第7項之記憶體矩陣， 4中?二讀取或儲存狀態，將讀取/储存控制裝置如此 上取/健存電壓施加到鐵電電晶趙之問極電極。 根據申凊專利範圍第7或8項之記憶體矩陣， -28- 9. 563128

   其中讀取/儲存控制裝置係如此安裝，使得進一步鐵 電電晶體是以出現在進一步之鐵電電晶體上的閘極源極 電壓，少於該電晶體之截止電壓減去取決於鐵電極化之 項的方式驅動。 10·根據申請專利範圍第7或8項之記憶體矩陣， 其中記憶體矩陣之至少一個記憶體單元，具有複數個 電晶體。 U·根據申請專利範圍第9項之記憶體矩陣， 其中讀取/儲存控制裝置係如此安裝，使得進一步鐵 電電晶體是以下列成立的方式驅動： Vfb~F(Pfe)^ VGS^ Vth_F(pFE), 其中 •VFB表示進一步之鐵電電晶體的平能帶電壓， • ▽仍表示進一步之鐵電電晶體的閘極源極電壓， • vth表示進一步之鐵電電晶體的截止電壓， • F(pFE)表示進一步鐵電電晶體之硪電極化Pfe的函數。 12.根據申請專利範圍第1〇項之記憶體矩陣， 其中讀取/儲存控制裝置係如此安裝，使得進一步鐵 電電晶體是以下列成立的方式驅動： Vfb—F(Pfe)$ VGS$ Vth—F(Pfe)， 其中 • VFB表示進一步之鐵電電晶體的平能帶電壓， • VGS表示進一步之鐵電電晶體的閘極源極電壓， • vth表示進一步之鐵電電晶體的戴止電壓， -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（21〇χ297公釐） 563128 ABCD 、申請專利範圍 • F(Pfe)表示進一步鐵電電晶體之鐵電極化pFE的函數。 13.根據申請專利範圍第7或8項之記憶體矩陣， 其中讀取/儲存控制裝置係如此安裝，使得進一步之 鐵電電晶體以施加於進一步鐵電電晶體之閘極電壓，等 於施加到進一步鐵電電晶體之源極電壓與施加到進一步 鐵電電晶體之汲極電壓的方式驅動。 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） γγ Τ ι 丨872號專利申請案 Α7 Β7 中盡書替換頁(92年6月） 五、發明説明（12 如關於圖lb之第二電壓圖表15〇(與圖lc相較）中所說明的 ，可以從第二電壓圖表150之電壓信號曲線151得知，在第 一鐵電電晶體105之程式化期間，對第一位元線1U與第二 位元線112施加〇伏特之電壓，其中分別出現在第一位元線 111與第一位元線112上的電壓152，被解說為時間153的函 數，其中時間t係以秒為單位。 圖id顯示極化圖表160中，所選擇之第一鐵電電晶體1〇5 的極化曲線163，說明極化161為閘極基板電壓Vgb 162的函 數，其中極化以微庫倫/平方公分（/zC/em2)為單位，而閘極 基板電壓VGB則是以伏特為單位。 圖id顯示藉由施加電壓Vpp=5伏特（v)到第一字線1〇9，第 一鐵電電晶體105從初始狀態「〇」164，經過一轉換，沿著以 箭頭167符號標示輪廓之磁滯曲線166，到末狀態「丨」165。 此外，圖Id顯示磁滯循環106中的兩個平頂區域，第一平 頂區域168與第二平頂區域丨69 ,兩者至少部分是實質上彼 此平行地運行，但沿著閘極電壓162彼此替換的，而且每一 個具有不同的極化，而這使其能區分兩狀態164、165。 換句話說，這意味著是藉由在第一鐵電電晶體1〇5之閘極 與基板終端間，施加電壓差來程式化第—鐵電場效電晶體 105。 汉 如圖5之電荷圖50〇中以實例說明者，給定一適當摻雜之 基板，與第-鐵電電晶體105之適當閑極氧化物電^問極 電荷曲線5〇1於該電晶體反轉區之梯度，明顯大於其於該電 晶體空乏區之梯度。