JPH0855966A - 半導体不揮発性メモリ及びその信号読み出し方法 - Google Patents
半導体不揮発性メモリ及びその信号読み出し方法Info
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- JPH0855966A JPH0855966A JP6189611A JP18961194A JPH0855966A JP H0855966 A JPH0855966 A JP H0855966A JP 6189611 A JP6189611 A JP 6189611A JP 18961194 A JP18961194 A JP 18961194A JP H0855966 A JPH0855966 A JP H0855966A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 読み出しの際に分極反転を生じない半導体不
揮発性メモリを提供する。 【構成】 単位セルが強誘電体を用いた容量２とスイッ
チングトランジスタ１で構成されている。強誘電体容量
２には内部電界が存在している。強誘電体容量２にその
分極反転が生じない程度の小さな電圧を印加した際に流
れる電流を検知し、その電流値をある参照電流値と比較
することにより強誘電体容量の残留分極の方向を判別で
きる。
揮発性メモリを提供する。 【構成】 単位セルが強誘電体を用いた容量２とスイッ
チングトランジスタ１で構成されている。強誘電体容量
２には内部電界が存在している。強誘電体容量２にその
分極反転が生じない程度の小さな電圧を印加した際に流
れる電流を検知し、その電流値をある参照電流値と比較
することにより強誘電体容量の残留分極の方向を判別で
きる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、強誘電体容量を用いた
半導体不揮発性メモリ装置及びその信号読み出し方法に
関する。
半導体不揮発性メモリ装置及びその信号読み出し方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】強誘電体を容量に用いた半導体メモリ
は、その記憶が電源を切断しても消去されない、いわゆ
る不揮発性メモリとすることができる。
は、その記憶が電源を切断しても消去されない、いわゆ
る不揮発性メモリとすることができる。
【０００３】単一メモリセルにおいて、一個の強誘電体
を用いた容量と、一個のスイッチングトランジスタとを
有する従来の不揮発性メモリのセルの回路図を図４に示
す。図４において、１１（Ｔ）のスイッチングトランジ
スタをＯＮ状態にする電圧をワード線Ｗに印加し、容量
１２（Ｃf ）の残留分極をビット線Ｂとプレート線Ｐと
の間に電圧を印加することによりセル外部に読み出す。
を用いた容量と、一個のスイッチングトランジスタとを
有する従来の不揮発性メモリのセルの回路図を図４に示
す。図４において、１１（Ｔ）のスイッチングトランジ
スタをＯＮ状態にする電圧をワード線Ｗに印加し、容量
１２（Ｃf ）の残留分極をビット線Ｂとプレート線Ｐと
の間に電圧を印加することによりセル外部に読み出す。
【０００４】強誘電体容量１２に印加される電圧と、こ
れによって生じる分極を示したのが図５である。図５に
示すように、印加電圧を正負に走査すると分極はこれに
従って正負に変化するが、正側の電圧を印加した後には
電圧が零になっても正の分極（Ａで示す）が残り、負側
に印加した後には負の分極（Ｂで示す）が残る。この残
留分極の正負が記憶の“０”，“１”に対応する。正の
残留分極がある場合に、これを読み出すために正の電圧
Ｖs を印加すると、この間に容量からは図中Ａ−Ｄ間の
分極変化に対応する読み出し電流Ｉp が容量から流れ
る。一方、負の残留分極がある場合には図中Ｂ−Ｄ間の
分極変化に対応する読み出し電流Ｉn が流れるが、分極
変化量の違いからＩn はＩp よりも大きくなる。参照電
流値をＩnとＩp の中間値に設定しておけば、参照電流
値と読み出し電流値を比較することにより、強誘電体容
量１２（Ｃf ）の残留分極の正負を判別できる。
れによって生じる分極を示したのが図５である。図５に
示すように、印加電圧を正負に走査すると分極はこれに
従って正負に変化するが、正側の電圧を印加した後には
電圧が零になっても正の分極（Ａで示す）が残り、負側
に印加した後には負の分極（Ｂで示す）が残る。この残
留分極の正負が記憶の“０”，“１”に対応する。正の
残留分極がある場合に、これを読み出すために正の電圧
Ｖs を印加すると、この間に容量からは図中Ａ−Ｄ間の
分極変化に対応する読み出し電流Ｉp が容量から流れ
る。一方、負の残留分極がある場合には図中Ｂ−Ｄ間の
分極変化に対応する読み出し電流Ｉn が流れるが、分極
変化量の違いからＩn はＩp よりも大きくなる。参照電
流値をＩnとＩp の中間値に設定しておけば、参照電流
値と読み出し電流値を比較することにより、強誘電体容
量１２（Ｃf ）の残留分極の正負を判別できる。
【０００５】強誘電体容量１２（Ｃf ）の構造断面を示
したのが図６である。ここで、１５は上部電極となるＰ
ｔ、１６は強誘電体材料であるＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ3 、１７は下部電極材料となるＰｔである。Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3 は例えば、ＲＦスパッタリング法等によ
って成膜し、上部と下部のＰｔはＤＣスパッタリング法
等によって成膜する。
したのが図６である。ここで、１５は上部電極となるＰ
ｔ、１６は強誘電体材料であるＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ3 、１７は下部電極材料となるＰｔである。Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3 は例えば、ＲＦスパッタリング法等によ
って成膜し、上部と下部のＰｔはＤＣスパッタリング法
等によって成膜する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の不揮発性メモリ
の問題点としては、強誘電体の疲労による劣化がある。
図５の例においては、負の残留分極に対する読み出し
は、負の残留分極を読み出した後には、残留分極に正の
電圧が印加されるために残留分極が正に反転する、いわ
ゆる破壊読み出しとなる。このために、読み出し終了後
に負の電圧を印加して残留分強を再び負にする必要があ
る。
の問題点としては、強誘電体の疲労による劣化がある。
図５の例においては、負の残留分極に対する読み出し
は、負の残留分極を読み出した後には、残留分極に正の
電圧が印加されるために残留分極が正に反転する、いわ
ゆる破壊読み出しとなる。このために、読み出し終了後
に負の電圧を印加して残留分強を再び負にする必要があ
る。
【０００７】このように、従来の不揮発性メモリにおい
ては、書き込みの際だけではなく読み出しの際にも強誘
電体の分極反転が繰り返される。
ては、書き込みの際だけではなく読み出しの際にも強誘
電体の分極反転が繰り返される。
【０００８】一般に、強誘電体には分極反転を繰り返す
と、残留分極量が減少する等のいわゆる疲労現象が存在
する。例えば、一般的に使用される強誘電体材料である
Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 の場合１０9 回の分極反転によ
り、残留分極量が約半分に減少することが知られてい
る。従って、従来の不揮発性メモリでは読み出し回数が
増えるたびに強誘電体が劣化して残留分極量が減少し
て、ついにはその読み出しが不可能になったり、記憶保
持が不可能となるといった問題点がある。従って、この
種のメモリにおいては、読み出し回数が増えると劣化を
生ずる。
と、残留分極量が減少する等のいわゆる疲労現象が存在
する。例えば、一般的に使用される強誘電体材料である
Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 の場合１０9 回の分極反転によ
り、残留分極量が約半分に減少することが知られてい
る。従って、従来の不揮発性メモリでは読み出し回数が
増えるたびに強誘電体が劣化して残留分極量が減少し
て、ついにはその読み出しが不可能になったり、記憶保
持が不可能となるといった問題点がある。従って、この
種のメモリにおいては、読み出し回数が増えると劣化を
生ずる。
【０００９】本発明の目的は、読み出しの際に分極反転
を生ぜず、したがって分極反転による劣化を起こさない
半導体不揮発性メモリを提供することにある。
を生ぜず、したがって分極反転による劣化を起こさない
半導体不揮発性メモリを提供することにある。
【００１０】本発明の他の目的は、このような半導体不
揮発性メモリの信号読み出し方法を提供することにあ
る。
揮発性メモリの信号読み出し方法を提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、単位セルが強
誘電体を用いた容量とスイッチングトランジスタとで構
成されている半導体不揮発性メモリにおいて、前記強誘
電体容量に内部電界が存在していることを特徴とする。
誘電体を用いた容量とスイッチングトランジスタとで構
成されている半導体不揮発性メモリにおいて、前記強誘
電体容量に内部電界が存在していることを特徴とする。
【００１２】本発明の不揮発性メモリの信号読み出し方
法は、前記強誘電体容量にその分極反転が生じない程度
の小さな電圧を印加した際に流れる電流を検知し、その
電流値をある参照電流値と比較することにより前記強誘
電体容量の残留分極の方向を判別することを特徴とす
る。
法は、前記強誘電体容量にその分極反転が生じない程度
の小さな電圧を印加した際に流れる電流を検知し、その
電流値をある参照電流値と比較することにより前記強誘
電体容量の残留分極の方向を判別することを特徴とす
る。
【００１３】
【作用】本発明によれば、内部電界が存在する強誘電体
容量を用い、この強誘電体容量の残留分極を読み出す際
に、その分極反転を生じない程度の小さな電圧をかけた
際に流れる電流を検出する。この電流の大小により強誘
電体容量の残留分極の正負を判別する。この方法によれ
ば、信号読み出しの際に強誘電体容量の分極反転を生じ
ない。従って、読み出し回数の増加による強誘電体の疲
労は発生しない。
容量を用い、この強誘電体容量の残留分極を読み出す際
に、その分極反転を生じない程度の小さな電圧をかけた
際に流れる電流を検出する。この電流の大小により強誘
電体容量の残留分極の正負を判別する。この方法によれ
ば、信号読み出しの際に強誘電体容量の分極反転を生じ
ない。従って、読み出し回数の増加による強誘電体の疲
労は発生しない。
【００１４】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１５】図１は本発明の不揮発性メモリの回路を示
す。図４の従来例と全く同様にトランジスタ１（Ｔ）に
よって選択された強誘電体容量２（Ｃfe）の残留分極が
読み書きされる。ここで用いた強誘電体容量（Ｃfe）に
印加された電圧と分極の関係を示したのが図２である。
これは図５に示した通常の強誘電体の分極−電圧特性曲
線を電圧軸に対して負側へ平行移動した形となってい
る。この結果、零バイアス付近での分極−電圧特性の変
化率が正負の分極側で異なるようになる。
す。図４の従来例と全く同様にトランジスタ１（Ｔ）に
よって選択された強誘電体容量２（Ｃfe）の残留分極が
読み書きされる。ここで用いた強誘電体容量（Ｃfe）に
印加された電圧と分極の関係を示したのが図２である。
これは図５に示した通常の強誘電体の分極−電圧特性曲
線を電圧軸に対して負側へ平行移動した形となってい
る。この結果、零バイアス付近での分極−電圧特性の変
化率が正負の分極側で異なるようになる。
【００１６】ここで用いた強誘電体容量２（Ｃfe）の構
造断面図が図３である。ここで、上部電極５はＡｌ、強
誘電体材料６はＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 を用い、Ｚｒと
Ｔｉの比は５３／４７程度とする。下部電極７はＰｔを
用いる。
造断面図が図３である。ここで、上部電極５はＡｌ、強
誘電体材料６はＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 を用い、Ｚｒと
Ｔｉの比は５３／４７程度とする。下部電極７はＰｔを
用いる。
【００１７】上部電極５及び下部電極７はＤＣスパッタ
リング法等で成膜し、強誘電体はゾルゲル法，ＲＦスパ
ッタリング法等で成膜する。例えばこの構造の場合、上
部電極の材料と下部電極の材料とが異なることから、そ
の仕事関数の違いにより、分極−電圧特性の電圧にオフ
セットがかかった形、すなわち、内部電界が存在するよ
うになる。
リング法等で成膜し、強誘電体はゾルゲル法，ＲＦスパ
ッタリング法等で成膜する。例えばこの構造の場合、上
部電極の材料と下部電極の材料とが異なることから、そ
の仕事関数の違いにより、分極−電圧特性の電圧にオフ
セットがかかった形、すなわち、内部電界が存在するよ
うになる。
【００１８】また、仕事関数の違いだけではなく、例え
ば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 をゾルゲル法によって成膜
した場合、その後に行う熱処理工程の際に、上部電極の
ＡｌとＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 との界面に、酸化層や固
定電荷が発生することによっても内部電界が発生する。
この内部電圧の存在によって、前述したように、分極−
電圧特性曲線が電圧軸に対し平行移動した形となる。
ば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 をゾルゲル法によって成膜
した場合、その後に行う熱処理工程の際に、上部電極の
ＡｌとＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 との界面に、酸化層や固
定電荷が発生することによっても内部電界が発生する。
この内部電圧の存在によって、前述したように、分極−
電圧特性曲線が電圧軸に対し平行移動した形となる。
【００１９】次に、図１及び図２を参照して、本実施例
の不揮発性メモリの信号読み出し方法について説明す
る。
の不揮発性メモリの信号読み出し方法について説明す
る。
【００２０】スイッチングトランジスタ１（Ｔ）をＯＮ
状態にする電圧をワード線Ｗに印加し、容量２（Ｃfe）
の残留分極をビット線Ｂとプレート線Ｐとの間に電圧Ｖ
seを印加することによりセル外部に読み出す。前述した
ように、分極−電圧特性曲線は、電圧軸を負方向にずれ
ているので、零バイアス付近での分極−電圧特性の変化
率が正負の分極側で異なる。このため、電圧Ｖseは、こ
の強誘電体容量Ｃfeが分極反転を起こす電圧よりも小さ
くなるように選ぶことができる。従って、電圧Ｖseが印
加されても、分極反転は生じない。
状態にする電圧をワード線Ｗに印加し、容量２（Ｃfe）
の残留分極をビット線Ｂとプレート線Ｐとの間に電圧Ｖ
seを印加することによりセル外部に読み出す。前述した
ように、分極−電圧特性曲線は、電圧軸を負方向にずれ
ているので、零バイアス付近での分極−電圧特性の変化
率が正負の分極側で異なる。このため、電圧Ｖseは、こ
の強誘電体容量Ｃfeが分極反転を起こす電圧よりも小さ
くなるように選ぶことができる。従って、電圧Ｖseが印
加されても、分極反転は生じない。
【００２１】図２の分極−電圧特性曲線において、読み
出しのための印加電圧Ｖseにおける垂直線が特性曲線と
交わる点を、図２に示すように、Ｆ，Ｈとする。電圧Ｖ
seが印加されると、残留分極が正の場合、図２中のＥ−
Ｆ間の変化に伴う電流Ｉpeが流れ、負の場合にはＧ−Ｈ
間の変化に伴う電流Ｉneが流れる。Ｅ−Ｆ間の分極変化
よりもＧ−Ｈ間の分極変化の方が大きく、このためＩne
はＩpeよりも大きくなる。従って、ある参照電流をＩne
とＩpeの中間値に設定しておき、電圧Ｖseを印加した際
に、強誘電体容量２（Ｃfe）から流れる電流とこの参照
電流値とを比較すれば残留分極の正負を判別できる。こ
の方法によれば、読み出しの際に分極反転を生じないた
めに、これによる強誘電体の疲労を生じない。
出しのための印加電圧Ｖseにおける垂直線が特性曲線と
交わる点を、図２に示すように、Ｆ，Ｈとする。電圧Ｖ
seが印加されると、残留分極が正の場合、図２中のＥ−
Ｆ間の変化に伴う電流Ｉpeが流れ、負の場合にはＧ−Ｈ
間の変化に伴う電流Ｉneが流れる。Ｅ−Ｆ間の分極変化
よりもＧ−Ｈ間の分極変化の方が大きく、このためＩne
はＩpeよりも大きくなる。従って、ある参照電流をＩne
とＩpeの中間値に設定しておき、電圧Ｖseを印加した際
に、強誘電体容量２（Ｃfe）から流れる電流とこの参照
電流値とを比較すれば残留分極の正負を判別できる。こ
の方法によれば、読み出しの際に分極反転を生じないた
めに、これによる強誘電体の疲労を生じない。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の不揮発性メ
モリにおいては、強誘電体容量の残留分極の読み出し時
に分極反転を生じない。従って、強誘電体の疲労による
メモリの寿命の劣化等が少ない、高性能の不揮発性メモ
リが得られる。
モリにおいては、強誘電体容量の残留分極の読み出し時
に分極反転を生じない。従って、強誘電体の疲労による
メモリの寿命の劣化等が少ない、高性能の不揮発性メモ
リが得られる。
【図１】本発明の不揮発性メモリのメモリセルの回路図
である。
である。
【図２】図１のメモリセルに用いられる強誘電体容量の
分極−電圧特性及びその残留分極読み出し方法を示す図
である。
分極−電圧特性及びその残留分極読み出し方法を示す図
である。
【図３】図１の強誘電体容量の断面図を示す図である。
【図４】従来の不揮発性メモリのメモリセルの回路であ
る。
る。
【図５】従来のメモリセルに用いられる強誘電体容量の
分極−電圧特性及びその残留分極読み出し方法を示す図
である。
分極−電圧特性及びその残留分極読み出し方法を示す図
である。
【図６】図４の強誘電体容量の断面図を示す図である。
１，１１ セル選択用スイッチングトランジスタ ２，１２ 強誘電体容量 ５ 上部電極（Ａｌ） １５ 上部電極（Ｐｔ） ６，１６ 強誘電体（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ） ７，１７ 下部電極（Ｐｔ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/822 27/108 21/8242 21/8247 29/788 29/792 Ｈ０１Ｌ 29/78 ３７１
Claims (5)
- 【請求項１】単位セルが強誘電体を用いた容量とスイッ
チングトランジスタとで構成されている半導体不揮発性
メモリにおいて、前記強誘電体容量に内部電界が存在し
ていることを特徴とする不揮発性メモリ。 - 【請求項２】前記強誘電体容量は、上部電極及び下部電
極と、上部電極と下部電極との間に設けられた強誘電体
材料とからなり、上部電極と下部電極の材料が異なって
いることを特徴とする請求項１記載の不揮発性メモリ。 - 【請求項３】上部電極の材料はＡｌ、下部電極の材料は
Ｐｔ、強誘電体材料はＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 であるこ
とを特徴とする請求項２記載の不揮発性メモリ。 - 【請求項４】前記容量を構成する電極と前記強誘電体と
の界面に、熱処理工程により酸化層や固定電荷を発生さ
せることによって、前記内部電界を発生させていること
を特徴とする請求項１記載の不揮発性メモリ。 - 【請求項５】請求項１〜３のいずれかに記載の不揮発性
メモリの信号読み出し方法において、前記強誘電体容量
にその分極反転が生じない程度の小さな電圧を印加した
際に流れる電流を検知し、その電流値をある参照電流値
と比較することにより前記強誘電体容量の残留分極の方
向を判別することを特徴とする不揮発性メモリの信号読
み出し方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6189611A JP2699878B2 (ja) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | 半導体不揮発メモリの信号読み出し方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6189611A JP2699878B2 (ja) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | 半導体不揮発メモリの信号読み出し方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0855966A true JPH0855966A (ja) | 1996-02-27 |
| JP2699878B2 JP2699878B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=16244209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6189611A Expired - Fee Related JP2699878B2 (ja) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | 半導体不揮発メモリの信号読み出し方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2699878B2 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03283176A (ja) * | 1990-03-30 | 1991-12-13 | Toshiba Corp | 強誘電体メモリ |
| JPH05211306A (ja) * | 1991-12-12 | 1993-08-20 | Tdk Corp | 不揮発性メモリセル |
| JPH0621064A (ja) * | 1992-07-06 | 1994-01-28 | Seiko Epson Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPH0793969A (ja) * | 1993-09-22 | 1995-04-07 | Olympus Optical Co Ltd | 強誘電体容量素子 |
-
1994
- 1994-08-11 JP JP6189611A patent/JP2699878B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03283176A (ja) * | 1990-03-30 | 1991-12-13 | Toshiba Corp | 強誘電体メモリ |
| JPH05211306A (ja) * | 1991-12-12 | 1993-08-20 | Tdk Corp | 不揮発性メモリセル |
| JPH0621064A (ja) * | 1992-07-06 | 1994-01-28 | Seiko Epson Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPH0793969A (ja) * | 1993-09-22 | 1995-04-07 | Olympus Optical Co Ltd | 強誘電体容量素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2699878B2 (ja) | 1998-01-19 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |