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DE102005008392B4 - FeRAM memory cell, FeRAM memory circuit and method for storing a datum value in a FeRAM memory cell - Google Patents

FeRAM memory cell, FeRAM memory circuit and method for storing a datum value in a FeRAM memory cell Download PDF

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DE102005008392B4
DE102005008392B4 DE102005008392A DE102005008392A DE102005008392B4 DE 102005008392 B4 DE102005008392 B4 DE 102005008392B4 DE 102005008392 A DE102005008392 A DE 102005008392A DE 102005008392 A DE102005008392 A DE 102005008392A DE 102005008392 B4 DE102005008392 B4 DE 102005008392B4
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Germany
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ferroelectric
voltage
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ferroelectric memory
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Thomas RÖHR
Rainer Bruchhaus
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Infineon Technologies AG
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Abstract

FeRAM-Speicherzelle mit einem Auswahltransistor und einem ferroelektrischen Speicherelement zum Speichern von Daten umfassend:
– eine erste und eine zweite Kondensatorelektrode (23; 11; 12);
– einen ersten ferroelektrischen Bereich (14) aus einem ersten ferroelektrischen Material, der sich in einem ersten Abschnitt (A1) zwischen der ersten und zweiten Kondensatorelektrode (2, 3) erstreckt und in dem ersten Abschnitt (A1) eine erste Koerzitivspannung (Vc1)und eine erste remanente Polarisationsladung (Pr1) bewirkt;
– einen zweiten ferroelektrischen Bereich (5) aus einem zweiten ferroelektrischen Material, der sich in einem zweiten Abschnitt (A2) zwischen der ersten und zweiten Kondensatorelektrode (2, 3; 11, 12) erstreckt und in dem zweiten Abschnitt (A2) eine zweite Koerzitivspannung (VC2) und eine zweite remanente Polarisationsladung (Pr2) bewirkt;
wobei der erste und der zweite ferroelektrische Bereich (4) so gestaltet sind, dass die erste und zweite Koerzitivspannung (VC1, VC2) und die erste und zweite remanente Polarisationsladung (Pr1, Pr2) jeweils unterschiedlich sind, so dass...
An FeRAM memory cell having a selection transistor and a ferroelectric memory element for storing data comprising:
A first and a second capacitor electrode (23; 11; 12);
A first ferroelectric region (14) of a first ferroelectric material which extends in a first section (A1) between the first and second capacitor electrodes (2, 3) and in the first section (A1) a first coercive voltage (V c1 ) and causing a first remanent polarization charge (P r1 );
A second ferroelectric region (5) of a second ferroelectric material extending in a second section (A2) between the first and second capacitor electrodes (2, 3; 11, 12) and in the second section (A2) a second coercive voltage (V C2 ) and a second remanent polarization charge (P r2 ) causes;
wherein the first and second ferroelectric regions (4) are configured so that the first and second coercive voltages (V C1 , V C2 ) and the first and second remanent polarization charges (P r1 , P r2 ) are different, respectively. ,

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine FeRAM-Speicherzelle zum Speichern von Daten in Form einer remanenten Polarisation eines ferroelektrischen Bereichs. Die Erfindung betrifft weiterhin eine FeRAM-Speicherschaltung und Verfahren zum Speichern eines Datumwertes in einer FeRAM-Speicherzelle.The The invention relates to a FeRAM memory cell for storing data in the form of a remanent polarization of a ferroelectric region. The The invention further relates to a FeRAM memory circuit and method for storing a date value in a FeRAM memory cell.

Ferroelektrische Speicherzellen umfassen üblicherweise eine Kondensatorstruktur mit Kondensatorelektroden, zwischen denen ein ferroelektrisches Material angeordnet ist. Entsprechend einer geeigneten Schreibspannung, die an die Kondensatorelektroden angelegt wird, kann die Polarisation des ferroelektrischen Materials eingestellt werden, wodurch ein Zustand in der ferroelektrischen Speicherzelle gespeichert werden kann. Das Auslesen des Zustandes aus der ferroelektrischen Speicherzelle erfolgt durch Anlegen einer bestimmten Lesespannung, wobei durch das Auftreten oder Nicht-Auftreten einer plötzlichen Ladungsänderung der Kondensatorstruktur festgestellt wird, ob sich die Polarisation der ferroelektrischen Speicherzelle bei Anlegen der Lesespannung ändert oder nicht. Je nach dem, ob festgestellt wird, dass sich die Polarisation ändert oder nicht, wird ein bestimmter Zustand in der ferroelektrischen Speicherzelle erkannt.ferroelectric Memory cells usually include a capacitor structure with capacitor electrodes, between which a ferroelectric material is arranged. According to a suitable Write voltage applied to the capacitor electrodes, can adjust the polarization of the ferroelectric material which causes a state in the ferroelectric memory cell can be stored. Reading out the state from the ferroelectric Memory cell is done by applying a certain reading voltage, being characterized by the occurrence or non-occurrence of a sudden charge change the capacitor structure is determined, whether the polarization the ferroelectric memory cell changes when the read voltage is applied or Not. Depending on whether it is determined that the polarization changes or not, becomes a certain state in the ferroelectric memory cell recognized.

Die Polarisation des ferroelektrischen Materials bewirkt ein Hystereseverhalten einer Polarisations-Spannungs-Kennlinie. Das Hystereseverhalten wird durch die remanente Polarisation bewirkt, d. h. die Polarisationsladung des ferroelektrischen Materials, wenn kein elektrisches Feld angelegt ist. Die Polarisation des ferroelektrischen Materials wechselt bei einer entsprechend angelegten elektrischen Feldstärke, die der Polarisation entgegen gerichtet ist. Die Spannung, bei der die Polarisation umschlägt, wird Koerzitivspannung genannt.The Polarization of the ferroelectric material causes a hysteresis behavior a polarization-voltage characteristic. The hysteresis behavior becomes caused by the remanent polarization, d. H. the polarization charge of the ferroelectric material when no electric field applied is. The polarization of the ferroelectric material changes a correspondingly applied electric field strength, the the polarization is directed against. The tension at which the Polarization changes, is called coercive stress.

Im Vergleich zu anderen Arten von nichtflüchtigen Speicherzellen, wie beispielsweise EEPROM-Speicherzellen oder Flash-Speicherzellen ist bei einer integrierten Aufbauweise die benötigte Fläche für eine FeRAM-Speicherzelle mehr als doppelt so groß, so dass bislang vergleichbare Speicherdichten mit FeRAM-Speicherzellen nicht erreicht werden können.in the Comparison to other types of non-volatile memory cells, such as For example, EEPROM memory cells or flash memory cells is integrated with one Building the needed area for one FeRAM memory cell more than twice as large, so that so far comparable Storage densities can not be achieved with FeRAM memory cells.

Aus der Druckschrift DE 197 24 449 A1 ist eine FeRAM-Speicherzelle mit einem Auswahltransistor und einem ferroelektrischem Speicherelement zum Speichern von Daten bekannt das eine erste und eine zweite Kondensatorelektrode, einen ersten ferroelektrischen Bereich aus einem ersten ferroelektrischen Material, der sich in einem ersten Abschnitt zwischen der ersten und zweiten Kondensatorelektrode erstreckt und in dem ersten Abschnitt eine erste Koerzitivspannung und eine erste remanente Polarisation bewirkt, und einen zweiten ferroelektrischen Bereich aus einem zweiten ferroelektrischen Material, der sich in einem zweiten Abschnitt zwischen der ersten und zweiten Kondensatorelektrode erstreckt und in einem zweiten Abschnitt eine zweite Koerzitivspannung und eine zweite remanente Polarisatoinsladung bewirkt, aufweist, wobei der erste und der zweite ferroelektrische Bereich so gestaltet sind, dass die erste und zweite Koerzitivspannung und die erste und zweite remanente Polarisationsladung jeweils unterschiedlich sind, so dass die durch die Kondensatorelektroden gebildete Kondensatorstruktur eine stufige Hysteresecharakteristik in einer Polarisationsladungs-Spannungs-Kennlinie aufweist, und wobei der erste und zweite ferroelektrische Bereich aufeinander folgend bezüglich einer Richtung, die senkrecht. zur Abstandsrichtung der beiden Kondensatorelektroden verläuft, angeordnet sind.From the publication DE 197 24 449 A1 is a FeRAM memory cell with a selection transistor and a ferroelectric memory element for storing data known that a first and a second capacitor electrode, a first ferroelectric region of a first ferroelectric material extending in a first portion between the first and second capacitor electrode and in causing the first portion to have a first coercive voltage and a first remnant polarization, and a second ferroelectric region of a second ferroelectric material extending in a second portion between the first and second capacitor electrodes and in a second portion a second coercive voltage and a second remanent polarisate charge wherein the first and second ferroelectric regions are configured so that the first and second coercive voltages and the first and second remanent polarization charges are different, respectively, so that d The capacitor structure formed by the capacitor electrodes has a stepped hysteresis characteristic in a polarization charge-voltage characteristic, and wherein the first and second ferroelectric regions follow one another in a direction perpendicular to one another. extends to the distance direction of the two capacitor electrodes are arranged.

Aus der DE 19724499 A1 ist weiter eine FeRAM-Speicherzelle mit einem Auswahltransistor und einen ferroelektrischen Speicherelement zum Speichern von Daten bekannt, das eine erste und eine zweite Kondensatorelektrode, einen ersten ferroelektrischen Bereich aus einem ersten ferroelektrischen Material, der sich in einem ersten Abschnitt zwischen der ersten und zweiten Kondensatorelektrode erstreckt und in dem ersten Abschnitt eine erste Koerzitivspannung und eine erste remanente Polarisation bewirkt und einer zweiten ferroelektrischen Bereich aus einem zweiten ferroelektrischen Material, der sich in einem zweiten Abschnitt zwischen der ersten und zweiten Kondensatorelektrode erstreckt und in einem zweiten Abschnitt eine zweite Koerzitivspannung und eine zweite remanente Polarisatoinsladung bewirkt, aufweist, wobei der erste und der zweite ferroelektrische Bereich so gestaltet sind, dass die erste und zweite Koerzitivspannung und die erste und zweite remanente Polarisationsladung jeweils unterschiedlich sind, so dass die durch die Kondensatorelektroden gebildete Kondensatorstruktur eine stufige Hysteresecharakteristik in einer Polarisationsladungs-Spannungs-Kennlinie aufweist, und wobei das erste und das zweite ferroelektrische Material unterschiedlich sind.From the DE 19724499 A1 Further, an FeRAM memory cell having a selection transistor and a ferroelectric memory element for storing data is known, comprising first and second capacitor electrodes, a first ferroelectric region of a first ferroelectric material extending in a first portion between the first and second capacitor electrodes and causing a first coercive voltage and a first remnant polarization in the first portion and a second ferroelectric region of a second ferroelectric material extending in a second portion between the first and second capacitor electrodes and in a second portion a second coercive voltage and a second remanent Polarisatoinsladung causes, wherein the first and the second ferroelectric region are designed so that the first and second coercive voltage and the first and second remanent polarization charge are different, in each case in that the capacitor structure formed by the capacitor electrodes has a stepped hysteresis characteristic in a polarization charge-voltage characteristic, and wherein the first and second ferroelectric materials are different.

Die Druckschrift DE 102 19 396 A1 zeigt ein ferroelektrisches Bauelement mit mehreren dielektrischen Bereichen zwischen zwei Kondensatorelektroden.The publication DE 102 19 396 A1 shows a ferroelectric device having a plurality of dielectric regions between two capacitor electrodes.

Aus der Druckschrift US 5,495,438 A sind ferroelektrische Speicherelemente mit einem ferroelektrischen Material mit verschiedenen remanenten Polarisationen offenbart. Um eine stufige Hysterecharakteristik zu bewirken, weist das ferroelektrische Speicherelement eine Kondensatorstruktur mit verschiedenen Bereichen auf, wobei Kondensatorelektroden verschiedene Abstände in den verschiedenen Bereichen aufweisen.From the publication US 5,495,438 A ferroelectric memory elements with a ferroelectric material with different remanent polarizations are disclosed. In order to bring about a graded hysteresis characteristic, the ferroelectric memory element has a capacitor structure with different regions, wherein capacitor electrodes have different spacings in the different regions.

Aus der Druckschrift EP 0 720 172 A2 ist ein ferroelektrisches Speicherelement bekannt, das zwei Kondensatorstrukturen aufweist, die jeweils ein ferroelektrisches Material unterschiedlicher Dicke enthalten.From the publication EP 0 720 172 A2 For example, a ferroelectric memory element is known that has two capacitor structures each containing a ferroelectric material of different thickness.

Auch die Druckschrift US 2001/0022292 A1 zeigt ein ferroelektrisches Speicherelement mit einem Kondensatorelement, das Abschnitte verschiedener Dicke aufweist.Also the publication US 2001/0022292 A1 shows a ferroelectric memory element with a capacitor element having sections of different thickness.

Aus der Druckschrift US 6,091,621 A ist eine Feldeffekttransistorstruktur, bei dem die Gate-Elektrode über einen zweigeteilten Bereichen mit ferroelektrischen Materialien von dem Kanalbereich getrennt ist, bekannt, wobei die verschiedenen Bereiche unterschiedliche ferroelektrische Eigenschaften aufweisen.From the publication US 6,091,621 A For example, a field effect transistor structure in which the gate electrode is separated from the channel region by a two-part region with ferroelectric materials is known, wherein the different regions have different ferroelectric properties.

In 3 ist eine aus der DE 197 24 499 A1 bekannte Ausführungsform eines ferroelektrischen Speicherelements dargestellt. Das ferroelektrische Speicherelement 10 weist einen ersten Abschnitt A1 und einen zweiten Abschnitt A2 auf. Das ferroelektrische Speicherelement der bekannten Ausführungsform ist als Kondensatorstruktur ausgebildet, und weist eine erste Kondensatorelektrode 11 und eine zweite Kondensatorelektrode 12 auf. Der Bereich zwischen den Kondensatorelektroden 11, 12 ist im Gegensatz zu der Erfindung mit demselben ferroelektrischen Material (z. B. PZT) gefüllt. In einem ersten Abschnitt A1 sind die Kondensatorelektroden 11, 12 mit einem ersten kleineren Abstand d1 von einander beabstandet, während in einem zweiten Bereich A2 die Kondensatorelektroden 11, 12 mit einem größeren Abstand d2 beabstandet sind. Dadurch wird eine Stufenstruktur der Kondensatorelektroden 11, 12 gebildet. Eine solche Struktur eines ferroelektrischen Speicherelements 10 führt zu verschiedenen Hysteresekennlinien der Polarisations-Spannungs-Kennlinie. Aufgrund des verwendeten, identischen, ferroelektrischen Materials in beiden Abschnitten A1, A2 des ferroelektrischen Speicherelements 10 und aufgrund der im Wesentlichen gleichen Kondensatorflächen in den Abschnitten A1, A2 weisen beiden Abschnitte des ferroelektrischen Speicherelements eine identische remanente Polarisation Pr auf. Nur aufgrund der unterschiedlichen Abstände d1, d2 in den Kondensatorelektroden 11, 12 sind die Koerzitivspannungen VC der beiden Abschnitte, A1, A2 verschieden, da es auf die auf das ferroelektrische Material wirkende elektrische Feldstärke ankommt. Insbesondere muss zum Erreichen eines gleichen Feldstärkewertes in dem zweiten Abschnitt A2 eine höhere Spannung an die Kondensatorelektroden 11, 12 angelegt werden, da dort der Elektrodenabstand d2 größer ist als in dem ersten Abschnitt A1.In 3 is one of the DE 197 24 499 A1 known embodiment of a ferroelectric memory element shown. The ferroelectric memory element 10 has a first section A1 and a second section A2. The ferroelectric memory element of the known embodiment is formed as a capacitor structure, and has a first capacitor electrode 11 and a second capacitor electrode 12 on. The area between the capacitor electrodes 11 . 12 In contrast to the invention, it is filled with the same ferroelectric material (eg PZT). In a first section A1, the capacitor electrodes 11 . 12 spaced at a first smaller distance d1 from each other, while in a second area A2, the capacitor electrodes 11 . 12 spaced at a greater distance d2. This becomes a step structure of the capacitor electrodes 11 . 12 educated. Such a structure of a ferroelectric memory element 10 leads to different hysteresis characteristics of the polarization-voltage characteristic. Due to the used, identical, ferroelectric material in both sections A1, A2 of the ferroelectric memory element 10 and due to the substantially equal capacitor areas in the sections A1, A2, both sections of the ferroelectric memory element have an identical remanent polarization P r . Only because of the different distances d1, d2 in the capacitor electrodes 11 . 12 For example, the coercive voltages V C of the two sections A1, A2 are different since the electric field strength acting on the ferroelectric material arrives. In particular, to achieve a same field strength value in the second section A2, a higher voltage must be applied to the capacitor electrodes 11 . 12 be created because there the electrode distance d2 is greater than in the first section A1.

Um bei der Ausführungsform der 3 auch unterschiedliche remanente Polarisationen Pr zu erreichen, ohne verschiedene ferroelektrische Materialien zu verwenden, könnten die Flächen der Kondensatorelektroden 11, 12 in den Abschnitten A1, A2 unterschiedlich gewählt werden. D. h. im Allgemeinen lässt sich die Koerzitivspannung Vc eines derartigen ferroelektrischen Speicherelements mit mehreren Abschnitten durch die Wahl des ferroelektrischen Materials und/oder durch unterschiedliche Abstände zwischen den Kondensatorelektroden 11, 12 in den Abschnitten A1, A2 einstellen. Eine geeignete remanente Polarisation Pr lässt sich in den beiden Abschnitten durch die Wahl von verschiedenen ferroelektrischen Materialien und/oder durch das Vorsehen unterschiedlicher Flächen der Kondensatorelektroden 11, 12 in den Abschnitten A1, A2 erreichen.In order in the embodiment of the 3 It would also be possible to achieve different remanent polarizations P r without using different ferroelectric materials, the surfaces of the capacitor electrodes 11 . 12 be selected differently in sections A1, A2. Ie. In general, the coercive voltage V c of such a ferroelectric memory element with multiple sections can be determined by the choice of the ferroelectric material and / or by different distances between the capacitor electrodes 11 . 12 in sections A1, A2. A suitable remanent polarization P r can be achieved in the two sections by the choice of different ferroelectric materials and / or by the provision of different areas of the capacitor electrodes 11 . 12 in sections A1, A2.

In den 4a und 4b sind mit Bezug auf die Ausführungsform des ferroelektrischen Speicherelements nach 3 die Polarisations-Spannungs-Kennlinien sowohl für die einzelnen Abschnitte A1, A2 des ferroelektrischen Speicherelements als auch für das gesamte ferroelektrische Speicherelement dargestellt. Man erkennt in 4c, dass die Überlagerung der Hysteresekennlinien dazu führt, dass drei verschiedene remanente Polarisationen der Gesamtanordnung des ferroelektrischen Speicherelements auftreten können. Dass nur drei statt vier verschiedene Polarisationswerte auftreten, liegt daran, dass die remanenten Polarisationen Pr beider Abschnitte der Ausführungsform der 3 identisch sind. Damit fallen die gesamten remanenten Polarisationen bei einer negativen remanenten Polarisation des ersten Abschnitts und bei einer posi tiven Polarisation des zweiten Abschnitts sowie bei einer positiven remanenten Polarisation des ersten Abschnitts und bei einer negativen remanenten Polarisation des zweiten Abschnitts zusammen und addieren sich zu einer gesamten remanenten Polarisation von 0.In the 4a and 4b With reference to the embodiment of the ferroelectric memory element according to FIG 3 the polarization-voltage characteristics for both the individual sections A1, A2 of the ferroelectric memory element as well as for the entire ferroelectric memory element shown. One recognizes in 4c in that the superimposition of the hysteresis characteristics leads to three different remanent polarizations of the overall arrangement of the ferroelectric memory element occurring. The fact that only three instead of four different polarization values occur is due to the fact that the remanent polarizations P r of both sections of the embodiment of FIG 3 are identical. Thus, the total remanent polarizations coincide with a negative remanent polarization of the first portion and a positive polarization of the second portion and a positive remanent polarization of the first portion and a negative remanent polarization of the second portion and add up to a total remanent polarization from 0.

Aufgabe der Erfindung ist es eine FeRAM-Speicherzelle, eine FeRAM-Speicherschaltung und ein Verfahren zum Speichern eines Datumwertes in der Fe-RAM-Speicherzelle bereitzustellen, mit denen sich die Speicherdichte von Daten erhöhen lässt und ein zuverlässiges Ein- und Auslesen gewährleistet wird.task In the invention, it is a FeRAM memory cell, a FeRAM memory circuit and a method of storing a date value in the Fe-RAM memory cell to increase the storage density of data and a reliable one Reading and reading guaranteed becomes.

Diese Aufgabe wird durch die FeRAM Speicherzelle nach Anspruch 1, die FeRAM-Speicherschaltung nach Anspruch 7 sowie durch das Verfahren nach Anspruch 13 gelöst.These The object is achieved by the FeRAM memory cell according to claim 1, which FeRAM memory circuit according to claim 7 and by the method solved according to claim 13.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein ferroelektrisches Speicherelement zum Speichern von Daten vorgesehen. Das ferroelektrische Speicherelement umfasst eine erste und eine zweite Kondensatorelektrode, zwischen denen ein erster ferroelektrischer Bereich und ein zweiter ferroelektrischer Bereich angeordnet sind. Der erste ferroelektrische Bereich erstreckt sich in einem ersten Abschnitt zwischen der ersten und zweiten Kondensatorelektrode und bewirkt in dem ersten Abschnitt eine erste Koerzitivfeldstärke und eine erste remanente Polarisation. Der zweite ferroelektrische Bereich befindet sich in einem zweiten Abschnitt zwischen der ersten und zweiten Kondensatorelektrode und bewirkt in den zweiten Abschnitt eine zweite Koerzitivfeldstärke und eine zweite remanente Polarisation. Der erste und der zweite ferroelektrische Bereich sind aus unterschiedlichem Material gestaltet, so dass die erste und die zweite Koerzitivfeldstärke und die erste und die zweite remanente Polarisation jeweils unterschiedlich sind, so dass die durch die Kondensatorelektroden gebildete Konden satorstruktur eine stufige Hysteresecharakteristik in einer Polarisations-Spannungs-Kennlinie des ferroelektrischen Speicherelements aufweist.According to a first aspect of the present invention, a ferroelectric memory is ment for storing data. The ferroelectric memory element comprises a first and a second capacitor electrode, between which a first ferroelectric region and a second ferroelectric region are arranged. The first ferroelectric region extends in a first section between the first and second capacitor electrodes and effects a first coercive field strength and a first remanent polarization in the first section. The second ferroelectric region is located in a second portion between the first and second capacitor electrodes and effects a second coercive force and a second remanent polarization in the second portion. The first and second ferroelectric regions are made of different materials so that the first and second coercive forces and the first and second remanent polarizations are different, so that the capacitor structure formed by the capacitor electrodes has a stepped hysteresis characteristic in a polarization voltage Characteristic of the ferroelectric memory element.

Das ferroelektrische Speicherelement gemäß der vorliegenden Erfindung, ermöglicht es mehr als zwei Zustände einzunehmen, und somit mehr als ein Bit zu speichern. Dies wird durch mehrere ferroelektrische Bereiche ermöglicht, die zwischen den beiden Kondensatorelektroden im Wesentlichen nebeneinander bezüglich einer Richtung, die senkrecht zur Abstandsrichtung der beiden Kondensatorelektroden verläuft, angeordnet sind. Darüber hinaus sind der erste und der zweite ferroelektrische Bereich mit unterschiedlichen ferroelektrischen Materialien ausgebildet. Die ferroelektrischen Bereiche weisen verschiedene Koerzitivfeldstärken und verschiedene remanente Polarisationen auf, die vorzugsweise bei verschiedenen Koerzitivspannungen eingenommen werden. Somit ist es möglich, die ferroelektrischen Bereiche unabhängig voneinander mit einer gleichgerichteten oder gegengerichteten Polarisation zu belegen, so dass im besten Fall vier verschiedene Zustände in dem ferroelektrischen Speicherelement eingenommen werden können.The ferroelectric memory element according to the present invention, allows it's more than two states take, and thus more than one bit to save. this will through several ferroelectric areas that allows between the two Capacitor electrodes substantially side by side with respect to a Direction, which is perpendicular to the distance direction of the two capacitor electrodes, arranged are. About that In addition, the first and the second ferroelectric region with formed of different ferroelectric materials. The ferroelectric regions have different coercivities and various remanent polarizations, preferably at different Coercive voltages are taken. Thus it is possible the ferroelectric areas independently from each other with a rectified or opposite polarization to prove, so that in the best case four different states in the ferroelectric memory element can be taken.

Es kann vorgesehen sein, dass in dem ersten und zweiten ferroelektrischen Bereich die Abstände zwischen der ersten und zweiten Kondensatorelektrode unterschiedlich sind, um den Betrag der jeweiligen Koerzitivfeldstärke einzustellen, und/oder die Flächen der Kondensatorelektroden, die im ersten und zweiten Abschnitt unterschiedlich sind, um den Betrag der jeweiligen remanenten Polarisation einzustellen.It can be provided that in the first and second ferroelectric Area the distances different between the first and second capacitor electrodes are to adjust the amount of each coercive force, and / or the surfaces the capacitor electrodes, which are different in the first and second sections are to adjust the amount of each remanent polarization.

Vorzugsweise sind der erste und der zweite ferroelektrische Bereich so gestaltet, dass sich die Beträge der ersten und der zweiten Koerzitivfeldstärke um einen Faktor von mindestens zwei unterscheiden. Weiterhin sind der erste und der zweite ferroelektrische Bereich vorzugsweise so gestaltet, dass sich die Beträge der ersten und der zweiten remanenten Polarisation um einen Faktor von mindestens zwei unterscheiden.Preferably the first and second ferroelectric regions are designed that the amounts the first and the second coercive force by a factor of at least two different. Furthermore, the first and the second are ferroelectric Area preferably designed so that the amounts of the first and the second remanent polarization by a factor of at least two differ.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine FeRAM-Speicherschaltung zum Speichern eines Datums in einem derartigen ferroelektrischen Speicherelement vorgesehen. Das ferroelektrische Speicherelement weist eine Schreibschaltung auf, die so gestaltet ist, dass nacheinander eine von einem zu speichernden Datum abhängige erste und zweite Schreibspannung an das ferroelektrische Speicherelement angelegt wird, um eine erste und eine zweite Polarisationsladung des ersten bzw. zweiten ferroelektrischen Bereichs abhängig von dem zu speichernden Datum einzustellen. Auf diese Weise kann ein zweiphasiger Schreibvorgang durchgeführt werden, bei dem zunächst die Polarisation des ferroelektrischen Bereiches mit der größeren Koerzitivfeldstärke und anschließend die Polarisation des ferroelektrischen Bereichs mit der niedrigeren Koerzitivfeldstärke festgelegt wird.According to one Another aspect of the present invention is a FeRAM memory circuit for storing a date in such a ferroelectric Storage element provided. The ferroelectric memory element has a write circuit which is designed so that one after the other one of a date to be stored dependent first and second writing voltage is applied to the ferroelectric memory element to a first and a second polarization charge of the first and second ferroelectric, respectively Area dependent from the date to be stored. This way you can a two-phase write process are performed, in which first the polarization of the ferroelectric field with the larger coercive field and subsequently the polarization of the ferroelectric region with the lower one coercivity is determined.

Vorzugsweise kann der Betrag der ersten Schreibspannung größer sein als die größere der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärken bewirken, und der Betrag der zweiten Schreibspannung größer sein als die kleinere der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärken bewirken, und kleiner als die größere der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärke bewirken, sein.Preferably For example, the magnitude of the first write voltage may be greater than the larger of the voltages. the coercivities cause, and the amount of the second write voltage to be greater as the smaller of the voltages that cause the coercivities, and smaller than the larger of the Tensions that cause the coercive force to be.

Insbesondere kann die Schreibschaltung so gestaltet sein, dass ein erstes Datum in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als positive Spannung angelegt wird, dass ein zweites Datum in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als positive Spannung und die zweite Schreibspannung als negative Spannung angelegt werden, dass ein drittes Datum in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als negative Spannung angelegt wird, und dass ein viertes Datum in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als negative Spannung und die zweite Schreibspannung positive Spannung angelegt werden.Especially For example, the writing circuit may be designed to have a first date is stored in the ferroelectric memory element by the first write voltage is applied as a positive voltage that a second datum is stored in the ferroelectric memory element is determined by the first write voltage as a positive voltage and the second write voltage is applied as a negative voltage, a third date in the ferroelectric memory element is stored by the first write voltage as a negative voltage is applied, and that a fourth date in the ferroelectric Memory element is stored by the first write voltage as negative voltage and the second writing voltage positive voltage be created.

Vorzugsweise ist das ferroelektrische Speicherelement an einer Wortleitung und einer Bitleitung angeordnet und durch einen zugeordneten Auswahltransistor auswählbar, wobei die Schreibschaltung ein Auswahlsignal generiert, das an die Wortleitung anlegbar ist. Auf der Bitleitung wird ein Schreibpotential bereitgestellt, wobei der Auswahltransistor abhängig von dem Auswahlsignal das ferroelektrische Speicherelement mit der Bitleitung verbindet, um die erste und die zweite Schreibspannung an das ferroelektrische Speicherelement anzulegen. Insbesondere kann das ferroelektrische Speicherelement an einer Potentialleitung angeschlossen sein, über die ein weiteres Schreibpotential bereitgestellt wird, so dass die erste und die zweite Schreibspannung als Differenzspannung zwischen dem Schreibpotential und dem weiteren Schreibpotential gebildet werden.Preferably, the ferroelectric memory element is arranged on a word line and a bit line and selectable by an associated selection transistor, wherein the write circuit generates a selection signal which can be applied to the word line. A write potential is provided on the bit line, wherein the selection transistor connects the ferroelectric memory element to the bit line depending on the selection signal apply first and second write voltage to the ferroelectric memory element. In particular, the ferroelectric memory element may be connected to a potential line, via which a further writing potential is provided, so that the first and the second writing voltage are formed as a difference voltage between the writing potential and the further writing potential.

Vorzugsweise kann eine Ausleseschaltung vorgesehen sein, die so gestaltet ist, dass beim Auslesen eine erste Lesespannung, dessen Betrag größer ist als die kleinere der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärken bewirken, und kleiner ist als die größere der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärken bewirken, an das ferroelektrische Speicherelement angelegt wird und ein Maß der ersten Ladungsflusses an dem ferroelektrischen Speicherelement detektiert wird und dass anschließend eine zweite Lesespannung, deren Betrag größer ist als die größere der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärken bewirken, an dem ferroelektrischen Speicherelement angelegt wird und ein Maß eines zweiten Ladungsflusses an dem ferroelektrischen Speicherelement detektiert wird. Auf diese Weise wird ein zweiphasiger Auslesevorgang durchgeführt, bei dem zunächst die Polarisationsladung des ferroelektrischen Bereichs mit der geringeren der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärken bewirken, und anschließend die Polarisationsladung des ferroelektrischen Bereichs mit der höheren Koerzitivspannung bestimmt wird.Preferably may be provided a readout circuit which is designed that when reading a first reading voltage whose amount is greater as the smaller of the voltages that cause the coercivities, and smaller than the larger one Voltages that cause the coercive field strengths to the ferroelectric Memory element is applied and a measure of the first charge flow is detected at the ferroelectric memory element and that subsequently a second reading voltage whose magnitude is greater than the larger of the Voltages that cause the coercive field strengths at the ferroelectric Memory element is applied and a measure of a second charge flow is detected at the ferroelectric memory element. To this A two-phase read-out process is carried out at at first the polarization charge of the ferroelectric region with the lower the voltages that cause the coercive field strengths, and then the Polarization charge of the ferroelectric region with the higher coercive voltage is determined.

Vorzugsweise kann die Ausleseschaltung abhängig von dem Maß des ersten Ladungsflusses und von dem Maß des zweiten Ladungsflusses das in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeicherte Datum bestimmen.Preferably the readout circuit may be dependent from the measure of first charge flow and the extent of the second charge flow the date stored in the ferroelectric memory element determine.

Insbesondere kann die Ausleseschaltung mit der Schreibschaltung so gekoppelt sein, um nach dem Auslesen das ausgelesene Datum in das ferroelektrische Speicherelement erneut gemäß einem Schreibvorgang zu speichern. Dies ist sinnvoll, wenn das ausgelesene Datum weiterhin in der Speicherzelle bereitgestellt werden soll, da durch den Auslesevorgang die zuvor gespeicherte Information verloren geht.Especially For example, the readout circuit may be coupled to the write circuit be to read the read-out date into the ferroelectric after reading out Memory element again according to a write operation save. This is useful if the read-out date continues is to be provided in the memory cell, as by the read-out process the previously stored information is lost.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Speichern eines Datums in einem ferroelektrischen Speicherelement vorgesehen. Gemäß dem Verfahren werden nacheinander eine von einem zu speichernden Datum abhängige erste und/oder zweite Schreibspannung an das ferroelektrische Speicherelement angelegt, um die erste und die zweite Polarisationsladung des ersten und zweiten ferroelektrischen Bereichs abhängig von dem zu speichernden Datum einzustellen.According to one Another aspect of the present invention is a method for Storing a date in a ferroelectric memory element intended. According to the procedure are successively one dependent on a date to be stored first and / or second writing voltage to the ferroelectric memory element applied to the first and the second polarization charge of the first and the second ferroelectric region depending on the one to be stored Set date.

Insbesondere wird ein erstes Datum in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert, in dem die erste Schreibspannung als positive Spannung angelegt wird, wobei ein zweites Datum in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als positive Spannung und die zweite Schreibspannung als negative Spannung angelegt wird, wobei ein drittes Datum in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, in dem die erste Schreibspannung als negative Spannung angelegt wird, und wobei ein viertes Datum in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als negative Spannung und die zweite Schreibspannung als positive Spannung angelegt werden.Especially a first date is stored in the ferroelectric memory element, in which the first writing voltage is applied as a positive voltage with a second datum in the ferroelectric memory element is stored by the first write voltage as a positive voltage and the second writing voltage is applied as a negative voltage, a third datum in the ferroelectric memory element is stored, in which the first write voltage as a negative voltage is applied, and wherein a fourth date in the ferroelectric Memory element is stored by the first write voltage as negative voltage and the second writing voltage as positive Voltage to be applied.

Vorzugsweise wird beim Auslesen eine erste Lesespannung, dessen Betrag größer ist als die kleinere der Koerzitivspannungen und kleiner ist als die größere der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärken bewirken, an das ferroelektrische Speicherelement angelegt und ein Maß des ersten Ladungsflusses an dem ferroelektrischen Speicherelement detektiert. Anschließend wird eine zweite Lesespannung, dessen Betrag größer ist als die größere der Spannungen, die die Koerzitivfeldstärken bewirken, an dem ferroelektrischen Speicherelement angelegt und ein Maß eines zweiten Ladungsflusses an dem ferroelektrischen Speicherelement detektiert. Vorzugsweise wird das in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeicherte Datum abhängig von dem Maß des ersten Ladungsflusses und von dem Maß des zweiten Ladungsflusses bestimmt.Preferably when reading a first reading voltage whose amount is greater as the smaller of the coercive voltages and smaller than the larger one of the Voltages that cause the coercive field strengths to the ferroelectric Memory element applied and a measure of the first charge flow detected at the ferroelectric memory element. Subsequently, will a second read voltage whose magnitude is greater than the greater of the voltages, the coercivities cause, applied to the ferroelectric memory element and a measure of one second charge flow to the ferroelectric memory element detected. Preferably, in the ferroelectric memory element stored date dependent from the measure of first charge flow and the extent of the second charge flow certainly.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will now be described with reference to the accompanying drawings explained in more detail. It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein ferroelektrisches Speicherelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic representation of a cross section through a ferroelectric memory element according to an embodiment of the present invention;

2 sowohl die einzelnen Polarisations-Spannungs-Kennlinien der Abschnitte des ferroelektrischen Speicherelements der 1 sowie eine resultierende gemeinsame Polarisations-Spannungs-Kennlinie mit einer stufigen Hysteresecharakteristik; 2 both the individual polarization-voltage characteristics of the sections of the ferroelectric memory element of 1 and a resulting common polarization-voltage characteristic having a stepped hysteresis characteristic;

3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer bekannten Ausführungsform eines ferroelektrischen Speicherelements; 3 a schematic representation of a cross section of a known embodiment of a ferroelectric memory element;

4 eine Darstellung der jeweiligen Hysterese-Kennlinie der einzelnen Abschnitte des ferroelektrischen Speicherele ments nach 3, sowie eine gemeinsame Polarisations-Spannungs-Kennlinie; 4 a representation of the respective hysteresis characteristic of the individual sections of the ferroelectric Speicherele element after 3 , as well as a common polarization-voltage characteristic;

5 ein Blockschaltbild einer FeRAM-Speicherschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; 5 a block diagram of a FeRAM memory circuit according to a preferred embodiment of the invention;

6a bis 6d zeigt verschiedene Abfolgen von Spannungspulsen, die an das ferroelektrische Speicherelement angelegt werden, um dieses mit einem bestimmten Datum zu beschreiben; 6a to 6d shows various sequences of voltage pulses applied to the ferroelectric memory element to describe it with a particular date;

7 zeigt eine Polarisations-Spannungs-Kennlinie mit einer stufigen Hysterese, in der die remanenten Polarisationsladungen bezüglich der umschriebenen Zustände der 6a bis 6d dargestellt sind; 7 shows a polarization-voltage characteristic with a stepped hysteresis, in which the remanent polarization charges with respect to the circumscribed states of the 6a to 6d are shown;

8a zeigt den Verlauf einer Lesespannung an einem ferroelektrischen Speicherelement zum Auslesen des in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeicherten Zustandes; 8a shows the course of a read voltage to a ferroelectric memory element for reading the stored state in the ferroelectric memory element;

8b zeigt quantitativ ein Maß des resultierenden Ladungsflusses an dem ferroelektrischen Speicherelement abhängig von den Leseimpulsen. 8b Quantitatively, a measure of the resulting charge flux at the ferroelectric memory element is dependent on the read pulses.

In 1 ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines ferroelektrischen Speicherelements gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das ferroelektrische Speicherelement 1 ist in Form einer Kondensatorstruktur mit einer ersten Kondensatorelektrode 2 und einer zweiten Kondensatorelektrode 3 ausgebildet. Zwischen den Kondensatorelektroden 2, 3 befindet sich in einem ersten Abschnitt A1 ein erster ferroelektrischer Bereich 4, der mit einem ersten ferroelektrischen Material gebildet ist. In einem zweiten Abschnitt A2 befindet sich zwischen der ersten und zweiten Kondensatorelektrode 2, 3 ein zweiter ferroelektrischer Bereich 5 mit einem zweiten ferroelektrischen Material.In 1 is a schematic representation of a cross section of a ferroelectric memory element according to a first embodiment of the invention shown. The ferroelectric memory element 1 is in the form of a capacitor structure with a first capacitor electrode 2 and a second capacitor electrode 3 educated. Between the capacitor electrodes 2 . 3 is located in a first section A1, a first ferroelectric region 4 formed with a first ferroelectric material. In a second section A2 is located between the first and second capacitor electrode 2 . 3 a second ferroelectric region 5 with a second ferroelectric material.

Ferroelektrische Materialien sind bei Anlegen eines elektrischen Feldes polarisierbar. Befindet sich ein ferroelektrisches Material zwischen Kondensatorelektroden eines Kondensators, so kann dieses Material je nach Polarisationsladung ein zwischen den Kondensatorplatten bestehendes elektrisches Feld verstärken oder abschwächen. Dabei kann das ferroelektrische Material im Wesentlichen zwei extreme Polarisationszustände einnehmen, die durch einen remanenten Polarisationswert Pr angegeben werden. Der remanente Polarisationswert Pr entspricht einer durch das ferroelektrische Material bewirkten Feldstärke, wenn keine Spannung an die Kondensatorelektroden angelegt ist. Der Betrag der remanenten Polarisation ist im Wesentlichen unabhängig von dem Vorzeichen, so dass je nach Zustand des ferroelektrischen Materials zwischen den Kondensatorelektroden eine positive remanente Polarisation +Pr oder eine negative remanente Polarisation –Pr vorliegt. Die remanente Polarisation Pr eines ferroelektrischen Materials lässt sich ändern, wenn eine der Polarisation entgegen gerichtete elektrische Feldstärke zwischen den Kondensatorelektroden angelegt wird, wobei sich das Vorzeichen der remanenten Polarisation Pr des ferroelektrischen Materials im Wesentlichen bei einer bestimmten Koerzitivfeldstärke sprunghaft ändert.Ferroelectric materials are polarizable upon application of an electric field. If a ferroelectric material is located between capacitor electrodes of a capacitor, this material can amplify or attenuate an electric field existing between the capacitor plates, depending on the polarization charge. In this case, the ferroelectric material can essentially assume two extreme states of polarization, which are indicated by a remanent polarization value P r . The remanent polarization value P r corresponds to a field strength caused by the ferroelectric material when no voltage is applied to the capacitor electrodes. The amount of remanent polarization is substantially independent of the sign, so that depending on the state of the ferroelectric material between the capacitor electrodes a positive remanent polarization + P r or a negative remanent polarization -P r is present. The remanent polarization P r of a ferroelectric material can be changed when a polarization-opposing electric field strength is applied between the capacitor electrodes, wherein the sign of the remanent polarization P r of the ferroelectric material changes substantially at a certain coercive force.

Der Spannungswert (bzw. elektrische Feldstärke), bei dem es zu einer sprunghaften Änderung der Polarisierung des ferroelektrischen Materiales kommt, wird Koerzitivspannung Vc (Koerzitivfeldstärke) genannt. Der Betrag der Koerzitivspannung Vc beim Wechsel von einer negativen zu einer positiven Polarisation sowie bei einem Wechsel von einer positiven zu einer negativen Polarisation ist im Wesentlichen konstant und weist je nach Polarisationswechsel ein unterschiedliches Vorzeichen auf.The voltage value (or electric field strength) at which there is a sudden change in the polarization of the ferroelectric material is called coercive voltage V c (coercive field strength). The amount of the coercive voltage V c when changing from a negative to a positive polarization and a change from a positive to a negative polarization is substantially constant and has a different sign depending on the polarization change.

Man erkennt, dass die Polarisation und die an den Kondensatorelektroden angelegte Spannung eine Hysteresekennlinie bilden, wie sie in den 2a und 2b für die verschiedenen Abschnitte A1 bzw. A2 des ferroelektrischen Speicherelements vorliegen.It can be seen that the polarization and the voltage applied to the capacitor electrodes form a hysteresis characteristic as shown in FIGS 2a and 2 B for the different sections A1 and A2 of the ferroelectric memory element.

Das gezeigte ferroelektrische Speicherelement wird also durch einen Kondensator gebildet, der zwei verschiedene ferroelektrischen Materialien aufweist. Die beiden ferroelektrischen Materialien sind bezüglich einer Richtung, die senkrecht zur Abstandsrichtung verläuft, nebeneinander zwischen den Kondensatorelektroden 2, 3 angeordnet. Die Kondensatorelektroden 2, 3 sind vorzugsweise als ebene Kondensatorplatten ausgebildet, um bei Anlegen einer Spannung in dem jeweiligen ersten und zweiten ferroelektrischen Bereich eine gleichmäßige elektrische Feldstärke zu erreichen. In den 2a und 2b ist das elektrische Verhalten der beiden Abschnitte A1, A2 des ferroelektrischen Speicherelements anhand einer Polarisations-Spannungs-Kennlinie dargestellt.The ferroelectric memory element shown is thus formed by a capacitor having two different ferroelectric materials. The two ferroelectric materials are juxtaposed between the capacitor electrodes with respect to a direction perpendicular to the pitch direction 2 . 3 arranged. The capacitor electrodes 2 . 3 are preferably formed as planar capacitor plates to achieve a uniform electric field strength upon application of a voltage in the respective first and second ferroelectric region. In the 2a and 2 B is the electrical behavior of the two sections A1, A2 of the ferroelectric memory element illustrated by a polarization-voltage characteristic.

Beim Vergleich der Hysteresekennlinien der 2a und 2b erkennt man, dass das zweite ferroelektrische Material im Vergleich zu dem ersten ferroelektrischen Material eine niedrige remanente Polarisation jedoch eine höhere Koerzitivspannung (Koerzitivfeldstärke) aufweist.When comparing the hysteresis characteristics of 2a and 2 B it can be seen that the second ferroelectric material has a low remanent polarization but a higher coercive force (coercive force) compared to the first ferroelectric material.

Bei einer Anordnung, wie sie in der Ausführungsform der 1 gezeigt ist, kommt es zu einer einfachen Überlagerung der Hysteresekennlinien der einzelnen Abschnitte des ferroelektrischen Speicherelements. Es wird eine resultierende Polarisations-Spannungs-Kennlinie gebildet, die im Wesentlichen eine stufige Hysteresekennlinie aufweist. Die stufige Hysteresekennlinie wird im Wesentlichen durch die unterschiedlichen remanenten Polarisationen Pr1, Pr2 bewirkt, die sich durch Addition bzw. Subtraktion der remanenten Polarisationen Pr1, Pr2 des ersten und zweiten ferroelektrischen Bereiches des ferroelektrischen Speicherelements ergeben. So kann je nach Speicherzustand (jeweilige Polarisation des ersten und zweiten ferroelektrischen Bereichs) des ferroelektrischen Speicherelements eine erste remanente Polarisation Pr1 – Pr2 eine zwei te remanente Polarisation Pr1 + Pr2 eine dritte remanente Polarisation –Pr1 + Pr2 und eine vierte remanente Polarisation –Pr1 – Pr2 angenommen werden. Durch ein geeignetes Schreibverfahren lassen sich die remanenten Polarisationen der ferroelektrischen Bereiche individuell einstellen. Die so eingestellten Zustände der FeRAM-Speicherzelle können durch ein geeignetes Leseverfahren ausgelesen werden. Schreib- und Leseverfahren werden weiter unten beschrieben.In an arrangement as used in the embodiment of the 1 is shown, there is a simple superposition of the hysteresis of the individual sections of the ferroelectric memory element. A resulting polarization-voltage characteristic is formed, which essentially has a stepped hysteresis characteristic. The stepped hysteresis characteristic is essentially caused by the different remanent polarizations P r1 , P r2 , which are obtained by addition or subtraction of the remanent polarizations P r1 , P r2 of the provide first and second ferroelectric region of the ferroelectric memory element. Thus, depending on the memory state (respective polarization of the first and second ferroelectric region) of the ferroelectric memory element, a first remanent polarization Pr1-Pr2, a second remanent polarization Pr1 + Pr2, a third remanent polarization -Pr1 + Pr2 and a fourth remanent polarization -Pr1 - Pr2 be accepted. By means of a suitable writing method, the remanent polarizations of the ferroelectric regions can be set individually. The thus set states of the FeRAM memory cell can be read out by a suitable reading method. Writing and reading methods are described below.

Als ferroelektrische Materialien mit niedriger Koezitivfeldstärke, kommt SrBi2Tr2O9 (Strontium-Wismut-Tantalat, SBT), Blei-Zirkonat-Titanat (BZT) und dergleichen in Betracht. Bevorzugt sind als ferroelektrische Materialien mit niedriger Koerzitivfeldstärke solche Materialien zu wählen, die eine Koerzitivfeldstärke von 10–50 kV/cm aufweisen. Als ferroelektrische Materialien mit hoher Koerzitvfeldstärke sind Lithiumniobat (LiNbO3 und Lithiumtantalat LiTaO3) zu nennen. Diese haben vorzugsweise eine Koerzitivfelstärke zwischen 150–300 kV/cm, vorzugsweise 200 kV/cm.As low coercive field strength ferroelectric materials, SrBi 2 Tr 2 O 9 (strontium bismuth tantalate, SBT), lead zirconate titanate (BZT) and the like come into consideration. Preferably, ferroelectric materials having a low coercive field strength are materials to be selected which have a coercive force of 10-50 kV / cm. As ferroelectric materials with high Koerzitvfeldstärke lithium niobate (LiNbO 3 and lithium tantalate LiTaO 3 ) are mentioned. These preferably have a coercive field strength between 150-300 kV / cm, preferably 200 kV / cm.

In 5 ist eine FeRAM-Speicherschaltung mit einem derartigen ferroelektrischen Speicherelement als Blockschaltbild dargestellt. Dargestellt ist beispielhaft eine FeRAM-Speicherzelle mit einem Auswahl-Transistor 20 und einem ferroelektrischen Speicherelement 21 gebildet. Der Übersichtlichkeit halber, ist in der dargestellten FeRAM-Speicherschaltung nur eine FeRAM-Speicherzelle dargestellt, die sich jedoch in einer Matrix aus FeRAM-Speicherzellen befindet, die über eine Vielzahl von Wortleitungen und Bitleitungen WL, BL adressiert werden können. Die Wortleitungen WL sind mit einem Wortleitungsdecodierer 22 verbunden, der einen Eingang aufweist, über den der Wortleitungsdecodierer 22 mit einer Schreibschaltung 23 und einer Ausleseschaltung 24 verbunden ist. Weiterhin ist der Wortleitungsdecodierer 22 mit einem Adresseingang versehen, um eine Wortleitungsadresse zu empfangen. Die Bitleitungen BL sind mit einer Bitleitungs schalteinrichtung 25 verbunden, die abhängig von einer zu adressierenden FeRAM-Speicherzelle eine Bitleitung BL auswählt und ein von der Schreibschaltung 23 oder der Ausleseschaltung 24 bereitgestelltes Bitleitungspotential an die betreffende Bitleitung BL anlegt. Der Wortleitungsdecodierer 22 aktiviert abhängig von der Adresse der zu adressierenden FeRAM-Speicherzelle die betreffende Wortleitung WL, und schaltet den zugehörigen Auswahltransistor 20 durch.In 5 For example, a FeRAM memory circuit having such a ferroelectric memory element is shown as a block diagram. Illustrated is an example FeRAM memory cell with a selection transistor 20 and a ferroelectric memory element 21 educated. For the sake of clarity, only one FeRAM memory cell is shown in the illustrated FeRAM memory circuit, but it is located in a matrix of FeRAM memory cells which can be addressed via a plurality of word lines and bit lines WL, BL. The word lines WL are provided with a word line decoder 22 having an input through which the wordline decoder 22 with a write circuit 23 and a readout circuit 24 connected is. Furthermore, the wordline decoder is 22 provided with an address input to receive a word line address. The bit lines BL are switching means with a bit line 25 connected depending on a to be addressed FeRAM memory cell selects a bit line BL and one of the write circuit 23 or the readout circuit 24 provided bit line potential to the relevant bit line BL applies. The wordline decoder 22 activates the relevant word line WL, depending on the address of the FeRAM memory cell to be addressed, and switches the associated selection transistor 20 by.

Im Folgenden wird mit Bezug auf die 6a bis 6d auf einen Schreibvorgang in einer FeRAM-Speicherzelle, wie sie in der Ausführungsform der FeRAM-Speicherschaltung nach 5 verwendet wird, eingegangen. Der Schreibvorgang wird im Wesentlichen durch die Schreibeinheit 23 gesteuert. Der Schreibvorgang wird im Wesentlichen anhand einer FeRAM-Speicherzelle erklärt, wobei das ferroelektrische Speicherelement 21 entsprechend der Ausführungsform der 1 ausgebildet ist, wobei vier verschiedene Zustände als unterschiedliche remanente Polarisationen Pr in dem ferroelektrischen Speicherelement 21 gespeichert werden können. Beim Beschreiben der FeRAM-Speicherzelle wird zunächst die entsprechende Wortleitung WL durch den Wortleitungsdecodierer 22 aktiviert, so dass der Auswahltransistor 20 durchgeschaltet wird. Anschließend wird über die Bitleitung BL ein erster Potentialpuls an das ferroelektrische Speicherelement 21 angelegt, der bewirkt, dass über dem ferroelektrischen Speicherelement 21 eine Schreibspannung anliegt, dessen Betrag größer ist als die zweite Koerzitivspannung VC2 desjenigen Abschnitts des ferroelektrischen Speicherelements mit der höheren Koerzitivspannung, d. h. im Ausführungsbeispiel der 1 eine Spannung, die größer ist als die zweite Koerzitivspannung VC2 des zweiten Abschnitts A2. Je nach zu schreibenden Zustand kann die erste Schreibspannung positiv oder negativ sein und stellt die Polarisationsladung des zweiten Abschnittes des ferroelektrischen Speicherelements abhängig von dem Vorzeichen der ersten Schreibspannung ein. Da die Koerzitivspannung VC1 des ersten Abschnittes A1, d. h. die Koerzi tivspannung des Abschnittes mit der geringeren Koerzitivspannung kleiner ist als der Betrag der an dem Speicherelement 21 anliegenden ersten Schreibspannung wird auch die remanente Polarisation des ersten Abschnittes A1 des ferroelektrischen Speicherelements entsprechend eingestellt. Nachfolgend wird eine zweite Schreibspannung über die entsprechende Bitleitung BL an das Speicherelement 21 angelegt, deren Betrag kleiner ist als die Koerzitivspannung des ferroelektrischen Bereichs mit der größeren Koerzitivspannung und größer ist als die Koerzitivspannung des ferroelektrischen Bereichs mit der kleineren Koerzitivspannung.The following is with reference to the 6a to 6d to a write in a FeRAM memory cell, as in the embodiment of the FeRAM memory circuit according to 5 used, received. The writing process is essentially done by the writing unit 23 controlled. The writing process is explained essentially on the basis of a FeRAM memory cell, wherein the ferroelectric memory element 21 according to the embodiment of the 1 is formed, wherein four different states than different remanent polarizations P r in the ferroelectric memory element 21 can be stored. In describing the FeRAM memory cell, first, the corresponding word line WL is passed through the word line decoder 22 activated so that the selection transistor 20 is switched through. Subsequently, via the bit line BL, a first potential pulse to the ferroelectric memory element 21 applied, which causes over the ferroelectric memory element 21 a write voltage is applied whose magnitude is greater than the second coercive voltage V C2 of that portion of the ferroelectric memory element having the higher coercive voltage, ie in the embodiment of 1 a voltage greater than the second coercive voltage V C2 of the second portion A2. Depending on the state to be written, the first write voltage may be positive or negative and adjusts the polarization charge of the second portion of the ferroelectric memory element depending on the sign of the first write voltage. Since the coercive voltage V C1 of the first section A1, that is, the Koerzi tivspannung of the portion with the lower coercive voltage is smaller than the amount of the memory element 21 adjacent the first write voltage and the remanent polarization of the first section A1 of the ferroelectric memory element is set accordingly. Subsequently, a second write voltage is applied to the memory element via the corresponding bit line BL 21 whose amount is smaller than the coercive voltage of the ferroelectric region having the larger coercive voltage and larger than the coercive voltage of the ferroelectric region having the smaller coercive voltage.

Dies ist jedoch nur dann notwendig, wenn die Polarisationsladung des ersten ferroelektrischen Bereiches zu der Polarisationsladung des zweiten ferroelektrischen Bereiches ein inverses Vorzeichen aufweist. Soll ein Zustand in das Speicherelement 21 geschrieben werden, bei dem beide ferroelektrischen Bereiche das gleiche Vorzeichen der Polarisationsladung aufweisen sollen, so kann es ausreichend sein, nur eine erste Schreibspannung an das ferroelektrische Speicherelement 21 anzulegen, da damit auch die Polarisationsladung des ersten ferroelektrischen Bereiches eingestellt wird.However, this is only necessary if the polarization charge of the first ferroelectric region to the polarization charge of the second ferroelectric region has an inverse sign. Should a state in the memory element 21 can be written, in which both ferroelectric regions are to have the same sign of the polarization charge, it may be sufficient, only a first write voltage to the ferroelectric memory element 21 to be applied, as it also sets the polarization charge of the first ferroelectric region.

In den 6a und 6d ist diese Option gestrichelt dargestellt. Beim Schreiben der Zustände „1" und „2" ist es dagegen notwendig, wie in den 6b und 6d gezeigt, in zwei Schritten das ferroelektrische Speicherelement zu beschreiben, indem zunächst ein erstes entsprechendes Schreibpotential und anschließend ein zweites Schreibpotential mit entgegengesetztem Vorzeichen, jedoch mit einer geringeren Spannung an die FeRAM-Speicherzelle angelegt wird.In the 6a and 6d is this option shown in dashed lines. When writing the states "1" and "2", however, it is necessary, as in the 6b and 6d 2, it is shown how to describe the ferroelectric memory element in two steps by initially applying a first corresponding write potential and then a second write potential with opposite sign but with a lower voltage to the FeRAM memory cell.

Um die jeweilige Schreibspannung über das Speicherelement 21 anzulegen, wird ein Bitleitungspotential gewählt, das eine den entsprechenden Potentialdifferenz zu dem Potential auf einer Potentialleitung 26 aufweist. Die Potentialleitung 26 ist mit dem ferroelektrischen Speicherelement verbunden und wird entweder auf einem festgelegten Potential gehalten, so dass das Bitleitungspotential je nach Schreibpotential eine positive oder eine negative Spannungsdifferenz zu dem festgelegten Potential auf der Potentialleitung 26 aufweist, oder die Potentialleitung 26 wird je nach der an das Speicherelement 21 anzulegenden Schreibspannung bezüglich des Bitleitungspotentials auf der Bitleitung BL geändert. Dies wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel, das in 5 dargestellt ist, dadurch erreicht, dass die Potentialleitung 26 mit der Bitleitungsschalteinrichtung 25 in Verbindung steht, die neben den Bitleitungen BL auch die Potentialleitungen 26 entsprechend mit dem entsprechenden weiteren Schreibpotential verbindet.To the respective write voltage on the memory element 21 is applied, a bit line potential is selected which corresponds to the corresponding potential difference to the potential on a potential line 26 having. The potential line 26 is connected to the ferroelectric memory element and is either maintained at a fixed potential, so that the bit line potential depending on the write potential, a positive or negative voltage difference to the specified potential on the potential line 26 has, or the potential line 26 depends on the memory element 21 to be applied write voltage with respect to the bit line potential on the bit line BL changed. This is in the present embodiment, the in 5 is achieved, achieved in that the potential line 26 with the bit line switching device 25 is connected, in addition to the bit lines BL and the potential lines 26 correspondingly connects with the corresponding further writing potential.

Das nacheinander erfolgende Anlegen der beiden Schreibspannungspulse an das ferroelektrische Speicherelement 21 kann erfolgen, indem die Schreibspannungspulse bei zuvor durchgeschaltetem Auswahltransistor 20 an die Bitleitung BL gesteuert durch die Schreibschaltung 23 bzw. durch die Bitleitungsschalteinrichtung 25 angelegt werden. Die Schreibspannungspulse können auch dadurch an das Speicherelement 21 angelegt werden, dass zunächst an die Bitleitung BL das erste Schreibpotential angelegt wird, und anschließend für eine vorbestimmte Zeitdauer die Wortleitung aktiviert wird, um den Auswahltransistor 20 durchzuschalten. Anschließend wird die Bitleitung BL mit dem zweiten Schreibpotential aufgeladen und dieselbe Wortleitung WL erneut für eine vorbestimmte Zeitdauer aktiviert. Die Schreibschaltung 23 kann abhängig von dem in das Speicherelement zu schreibenden Zustand entscheiden, ob ein einstufiger oder zweistufiger Schreibprozess notwendig ist, und im Fall, dass nur ein einfacher Schreibspannungspuls an das Speicherelement 21 angelegt werden muss, kann die Schreibschaltung 23 mit dem Schreiben eines Datums in eine weitere Speicherzelle fortfahren. Dadurch kann Zeit beim Beschreiben von mehreren Speicherzellen eingespart werden. In 7 ist das Schreibverfahren nochmals verdeutlicht. Anhand von gestrichelten Pfeillinien wird anhand der stufen förmigen Hysteresekennlinie des ferroelektrischen Speicherelements der 1 das Beschreiben der verschiedenen Zustände dargestellt. Man erkennt, dass bei Schreiben eines Zustandes „0" zunächst ein Spannungsimpuls, in einem Vorgang IV, angelegt wird, so dass beide ferroelektrische Bereiche eine positive remanente Polarisation erhalten. Zum Schreiben eines Zustandes „1" wird zunächst ein Schreibimpuls, gemäß einem Vorgang II, an das Speicherelement 21 angelegt. Dadurch erhalten beide ferroelektrische Bereiche negative remanente Polarisationen, wobei die remanente Polarisation des ferroelektrischen Bereichs mit der niedrigeren Koerzitivspannung mithilfe des zweiten Schreibimpulses, in einem Vorgang III erneut geändert wird. Zum Einnehmen des Zustandes „2" wird zunächst eine erste Schreibspannung in einem Vorgang IV an das Speicherelement 21 angelegt und anschließend die remanente Polarisation des ferroelektrischen Bereichs mit der niedrigeren Koerzitivspannung mithilfe eines zweiten Schreibspannungspulses, gemäß dem Vorgang I geändert. Zum Schreiben eines Zustands „3" wird ein erster Schreibspannungspuls, in einem Vorgang II an das Speicherelement 21 angelegt und das Anlegen eines zweiten Schreibspannungsimpulses kann optional ausgeführt werden, da der ferroelektrische Bereich mit der niedrigeren Koerzitivspannung bereits die gewünschte remanente Polarisation aufweist.The successive application of the two write voltage pulses to the ferroelectric memory element 21 can be done by the write voltage pulses at previously switched through the selection transistor 20 to the bit line BL controlled by the write circuit 23 or by the bit line switching device 25 be created. The write voltage pulses can thereby also be applied to the memory element 21 be created, that first to the bit line BL, the first write potential is applied, and then for a predetermined period of time, the word line is activated to the selection transistor 20 turn on. Subsequently, the bit line BL is charged to the second write potential and the same word line WL is activated again for a predetermined period of time. The writing circuit 23 may decide whether a single-stage or two-stage writing process is necessary depending on the state to be written to the memory element, and in the case that only a simple write voltage pulse is applied to the memory element 21 must be created, the write circuit 23 continue writing a date to another memory cell. This saves time in writing to multiple memory cells. In 7 the writing process is clarified again. By means of dashed arrow lines is based on the step-shaped hysteresis of the ferroelectric memory element of 1 Describing the description of the various states. It can be seen that, when writing a state "0", first a voltage pulse is applied in a process IV so that both ferroelectric regions receive a positive remanent polarization. To write a state "1", first a write pulse, according to a process II , to the storage element 21 created. As a result, both ferroelectric regions receive negative remanent polarizations, the retentive polarization of the lower coercive voltage ferroelectric region being changed again by means of the second write pulse, in a process III. To assume the state "2", first a first write voltage in a process IV to the memory element 21 and then the remanent polarization of the ferroelectric region with the lower coercive voltage using a second write voltage pulse, according to the process I changed. For writing a state "3", a first write voltage pulse, in a process II to the memory element 21 The application of a second write voltage pulse may optionally be performed since the lower coercive voltage ferroelectric region already has the desired remanent polarization.

Zum Auslesen einer FeRAM-Speicherzelle, wie sie in 5 dargestellt ist, wird die Ausleseschaltung 24 verwendet. Der Auslesevorgang ist in dem Signal-Zeit-Diagramm der 8a und 8b dargestellt. 8a zeigt die Lesespannungspulse und 8b die resultierenden Ladungsflüsse auf der Bitleitung BL abhängig von dem gespeicherten Zustand.For reading a FeRAM memory cell, as in 5 is shown, the readout circuit 24 used. The read-out process is in the signal-time diagram of 8a and 8b shown. 8a shows the read voltage pulses and 8b the resulting charge fluxes on the bit line BL depending on the stored state.

Die Ausleseschaltung 24 steuert den Wortleitungsdecoder 22 und die Bitleitungsschalteinrichtung 25 so an, dass zunächst ein erster Lesespannungspuls an das Speicherelement 21 angelegt wird, dessen Betrag die erste Koerzitivspannung VC1 des ferroelektrischen Bereichs mit der niedrigeren Koerzitivspan nung übersteigt, jedoch kleiner ist als die zweite Koerzitivspannung VC2 des ferroelektrischen Bereichs mit der höheren Koerzitivspannung. Abhängig davon, ob ein Polarisationswechsel beim Anlegen des ersten Lesespannungspulses in dem Speicherelement 21 auftritt, kann ein Ladungsimpuls auf der Bitleitung BL detektiert werden oder nicht. Tritt ein Wechsel des Wertes der remanenten Polarisation auf, so fließt ein entsprechender Ladungsimpuls, da sich die effektive Kapazität des Speicherelements 21 nahezu sprunghaft ändert. Tritt keine Änderung in der remanenten Polarisation des ferroelektrischen Speicherelements auf, so erfolgt auch keine sprunghafte Änderung der Kapazität des Speicherelements 21 und es kann kein Ladungsimpuls detektiert werden.The readout circuit 24 controls the wordline decoder 22 and the bit line switching device 25 such that first a first read voltage pulse to the memory element 21 whose amount exceeds the first coercive voltage V C1 of the lower coercive voltage ferroelectric region, but is smaller than the second coercive voltage V C2 of the higher coercive voltage ferroelectric region. Depending on whether a polarization change when applying the first read voltage pulse in the memory element 21 occurs, a charge pulse on the bit line BL may or may not be detected. If a change in the value of the remanent polarization occurs, then a corresponding charge pulse flows since the effective capacitance of the memory element 21 almost leaps and bounds. If there is no change in the remanent polarization of the ferroelectric memory element, there is no sudden change in the capacitance of the memory element 21 and no charge pulse can be detected.

Anschließend wird ein zweiter Lesespannungspuls an das Speicherelement 21 angelegt, dessen Betrag der Spannung größer ist als die zweite Koerzitivspannung VC2 des ferroelektrischen Bereichs mit der höheren Koerzitivspannung. Auf gleiche Weise wie beim ersten Lesespannungsimpuls kann nun auch beim zweiten Lesespannungsimpuls festgestellt werden, ob ein Polarisationswechsel in den ferroelektrischen Bereich mit der höheren Koerzitivspannung aufgetreten ist oder nicht. Das Anlegen der Lesespannungspulse erfolgt im Wesentlichen, wie bereits zuvor mit Bezug auf die Schreibspannungsimpulse beschrieben. Somit können die Lesespannungspulse durch Anlegen der entsprechenden Spannungspulse auf die Bitleitung bei aktivierter Wortleitung oder durch kurzzeitiges aufeinanderfolgendes Aktivieren der Wortleitung erzeugt werden. Beim Auslesen der FeRAM-Speicherzelle ist die Polarität der anliegenden Lesespannung im Wesentlichen beliebig, sie sollte jedoch für den ersten und den zweiten Lesespannungspuls gleich sein.Subsequently, a second read voltage pulse is applied to the memory element 21 whose magnitude of the voltage is greater than the second coercive voltage V C2 of the higher coercive voltage ferroelectric range. In the same way as in the first read voltage pulse, it is now also possible to determine whether or not a polarization change has occurred in the ferroelectric region with the higher coercive voltage in the case of the second read voltage pulse. The application of the read voltage pulses essentially takes place, as already described above with reference to the write voltage pulses. Thus, the read voltage pulses can be generated by applying the corresponding voltage pulses to the bit line when the word line is activated or by briefly activating the word line in succession. When reading the FeRAM memory cell, the polarity of the applied read voltage is essentially arbitrary, but it should be the same for the first and the second read voltage pulse.

Beim Auslesen einer FeRAM-Speicherzelle wird durch Anlegen einer Lesespannung, die höher ist als die Koerzitivspannungen der ferroelektrischen Bereiche der FeRAM-Speicherzelle die darin enthaltenen Information beim Auslesen zerstört. Nach dem Auslesen ist daher ein Zurückschreiben der ausgelesenen Informationen notwendig, die vorzugsweise durch die Schreibschaltung 23 gesteuert durch die Ausleseschaltung 24 durchgeführt wird. Das Zurückschreiben der ausgelesenen Informationen erfolgt im Wesentlichen wie zuvor mit Bezug auf die Funktion der Schreibschaltung 23 beschrieben wurde.When a FeRAM memory cell is read out, the information contained therein is destroyed during read-out by applying a read voltage which is higher than the coercive voltages of the ferroelectric regions of the FeRAM memory cell. After reading, therefore, a writing back of the information read is necessary, preferably by the writing circuit 23 controlled by the readout circuit 24 is carried out. The writing back of the read-out information is performed substantially as before with respect to the function of the writing circuit 23 has been described.

11
ferroelektrisches Speicherelementferroelectric storage element
22
erste Kondensatorelektrodefirst capacitor electrode
33
zweite Kondensatorelektrodesecond capacitor electrode
44
erster ferroelektrischer Bereichfirst ferroelectric range
55
zweiter ferroelektrischer Bereichsecond ferroelectric range
A1A1
erster Abschnittfirst section
A2A2
zweiter Abschnittsecond section
1010
ferroelektrisches Speicherelementferroelectric storage element
1111
erste Kondensatorelektrodefirst capacitor electrode
1212
zweite Kondensatorelektrodesecond capacitor electrode
A1A1
erster Abschnittfirst section
A2A2
zweiter Abschnittsecond section
d1d1
erster Abstandfirst distance
d2d2
zweiter Abstandsecond distance
2020
Auswahltransistorselection transistor
2121
ferroelektrisches Bauelementferroelectric module
2222
WortleitungsdecoderWord line decoder
2323
Schreibschaltungwrite circuit
2424
Ausleseschaltungreadout circuit
2525
BitleitungsschalteinrichtungBitleitungsschalteinrichtung
2626
Potentialleitungpotential line

Claims (18)

FeRAM-Speicherzelle mit einem Auswahltransistor und einem ferroelektrischen Speicherelement zum Speichern von Daten umfassend: – eine erste und eine zweite Kondensatorelektrode (23; 11; 12); – einen ersten ferroelektrischen Bereich (14) aus einem ersten ferroelektrischen Material, der sich in einem ersten Abschnitt (A1) zwischen der ersten und zweiten Kondensatorelektrode (2, 3) erstreckt und in dem ersten Abschnitt (A1) eine erste Koerzitivspannung (Vc1)und eine erste remanente Polarisationsladung (Pr1) bewirkt; – einen zweiten ferroelektrischen Bereich (5) aus einem zweiten ferroelektrischen Material, der sich in einem zweiten Abschnitt (A2) zwischen der ersten und zweiten Kondensatorelektrode (2, 3; 11, 12) erstreckt und in dem zweiten Abschnitt (A2) eine zweite Koerzitivspannung (VC2) und eine zweite remanente Polarisationsladung (Pr2) bewirkt; wobei der erste und der zweite ferroelektrische Bereich (4) so gestaltet sind, dass die erste und zweite Koerzitivspannung (VC1, VC2) und die erste und zweite remanente Polarisationsladung (Pr1, Pr2) jeweils unterschiedlich sind, so dass die durch die Kondensatorelektroden (2, 3; 11, 12) gebildete Kondensatorstruktur eine stufige Hysteresecharakteristik in einer Polarisationsladungs-Spannungs-Kennlinie aufweist, wobei der erste und der zweite ferroelektrische Bereich (2, 3; 11, 12) aufeinander folgend bezüglich einer Richtung, die senkrecht zur Abstandsrichtung der beiden Kondensatorelektroden (2, 3; 11, 12) verläuft, angeordnet sind, und wobei das erste und das zweite ferroelektrische Material (4, 5) unterschiedlich sind.FeRAM memory cell having a selection transistor and a ferroelectric memory element for storing data, comprising: a first and a second capacitor electrode ( 23 ; 11 ; 12 ); A first ferroelectric region ( 14 ) of a first ferroelectric material, which is located in a first section (A1) between the first and second capacitor electrodes (A1). 2 . 3 ) and in the first section (A1) causes a first coercive voltage (V c1 ) and a first remanent polarization charge (P r1 ); A second ferroelectric region ( 5 ) of a second ferroelectric material located in a second section (A2) between the first and second capacitor electrodes (A2). 2 . 3 ; 11 . 12 ) and in the second section (A2) causes a second coercive voltage (V C2 ) and a second remanent polarization charge (P r2 ); wherein the first and the second ferroelectric region ( 4 ) are configured such that the first and second coercive voltages (V C1 , V C2 ) and the first and second remanent polarization charges (P r1 , P r2 ) are each different, so that the voltages passing through the capacitor electrodes ( 2 . 3 ; 11 . 12 ) has a stepped hysteresis characteristic in a polarization charge-voltage characteristic, wherein the first and the second ferroelectric region ( 2 . 3 ; 11 . 12 ) successively with respect to a direction perpendicular to the pitch direction of the two capacitor electrodes ( 2 . 3 ; 11 . 12 ) are arranged, and wherein the first and the second ferroelectric material ( 4 . 5 ) are different. FeRAM-Speicherzelle nach Anspruch 1, wobei in dem ersten und dem zweiten ferroelektrischen Bereich (4, 5) die Abstände der ersten und zweiten Kondensatorelektrode unterschiedlich sind.An FeRAM memory cell according to claim 1, wherein in said first and second ferroelectric regions (Fig. 4 . 5 ) the spacings of the first and second capacitor electrodes are different. FeRAM Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei der erste und der zweite ferroelektrische Bereich (4, 5) so gestaltet sind, dass sich die erste und die zweite Koerzitivspannung (VC1, VC2) um einen Faktor von mindestens 2 unterscheiden.FeRAM memory cell according to one of claims 1 and 2, wherein the first and the second ferroelectric region ( 4 . 5 ) are configured such that the first and second coercive voltages (VC1, VC2) differ by a factor of at least 2. FeRAM Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste und der zweite ferroelektrische Bereich (4, 5) so gestaltet sind, dass sich die erste und die zweite remanente Polarisationsladung (Pr1, Pr2) um einen Faktor von mindestens 2 unterscheiden.An FeRAM memory cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the first and second ferroelectric regions ( 4 . 5 ) are designed so that the first and the second remanent polarization charge (Pr1, Pr2) differ by a factor of at least 2. FeRAM-Speicherschaltung zum Speichern eines Datenwertes mit Speicherzellen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und mit einer Schreibschaltung (23), die so gestaltet ist, dass abhängig von einem zu speichernden Datenwert eine erste oder nacheinander eine erste und zweite Schreibspannung an das ferroelektrische Speicherelement angelegt wird bzw. werden, um eine erste und eine zweite remanente Polarisationsladung des ersten und zweiten ferroelektrischen Bereichs (4, 5) abhängig von dem zu speichernden Datenwertes einzustellen.FeRAM memory circuit for storing a data value with memory cells according to one of Claims 1 to 4 and with a write circuit ( 23 ), which is designed to be dependent on one first or successively a first and second write voltage to the ferroelectric memory element are applied to a first and a second remanent polarization charge of the first and second ferroelectric region ( 4 . 5 ) depending on the data value to be stored. FeRAM-Speicherschaltung nach Anspruch 5, wobei der Betrag der ersten Schreibspannung größer ist als die größere der Koerzitivspannungen und der Betrag der zweiten Schreibspannung größer ist als die kleinere der beiden Koerzitivspannungen und kleiner ist als die größere der Koerzitivspannungen.The FeRAM memory circuit of claim 5, wherein the Amount of the first write voltage is greater than the larger of the Coercive voltages and the magnitude of the second write voltage is greater as the smaller of the two coercive voltages and smaller as the larger of the Coercive. FeRAM-Speicherschaltung nach Anspruch 6, wobei die Schreibschaltung (23) so gestaltet ist, – dass ein erster Datenwert in dem ferroelektrischem Speicherelement (21) gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als positive Spannung angelegt wird, – dass ein zweiter Datenwert in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als positive Spannung und die zweite Schreibspannung als negative Spannung angelegt werden, – dass ein dritter Datenwert in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als negative Spannung angelegt wird, und – dass ein vierter Datenwert in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als negative Spannung und die zweite Schreibspannung als positive Spannung angelegt werden.A FeRAM memory circuit according to claim 6, wherein said write circuit ( 23 ) is designed such that a first data value in the ferroelectric memory element ( 21 ) is stored by applying the first writing voltage as a positive voltage, that a second data is stored in the ferroelectric memory element by applying the first writing voltage as a positive voltage and the second writing voltage as a negative voltage, that a third data in the ferroelectric memory element is stored by applying the first writing voltage as a negative voltage, and that a fourth data is stored in the ferroelectric memory element by applying the first writing voltage as a negative voltage and the second writing voltage as a positive voltage. FeRAM-Speicherschaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das ferroelektrische Speicherelement an einer Wortleitung (WL) und einer Bitleitung (BL) angeordnet ist und durch den Auswahltransistor (20) auswählbar ist, wobei die Schreibschaltung ein Auswahlsignal generiert, das an die Wortleitung (WL) angelegt ist, und auf der Bitleitung (BL) ein Schreibpotential bereitstellt, wobei der Auswahltransistor (20) abhängig von dem Auswahlsignal das ferroelektrische Speicherelement mit der Bitleitung verbindet, um die Schreibspannung an das ferroelektrische Speicherelement anzulegen.FeRAM memory circuit according to one of claims 5 to 7, wherein the ferroelectric memory element is arranged on a word line (WL) and a bit line (BL) and through the selection transistor ( 20 ), wherein the write circuit generates a selection signal which is applied to the word line (WL) and provides a write potential on the bit line (BL), wherein the selection transistor ( 20 ) connects the ferroelectric memory element to the bit line depending on the selection signal to apply the write voltage to the ferroelectric memory element. FeRAM-Speicherschaltung nach Anspruch 8, wobei das ferroelektrische Speicherelement an einer Potentialleitung (26) angeschlossen ist, um ein weiteres Schreibpotential bereitzustellen.FeRAM memory circuit according to claim 8, wherein the ferroelectric memory element on a potential line ( 26 ) is connected to provide another writing potential. FeRAM-Speicherschaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei eine Ausleseschaltung (24) vorgesehen ist, die so gestaltet ist, dass beim Auslesen eine erste Lesespannung, deren Betrag größer ist als die kleinere der Koerzitivspannungen und kleiner ist als die größere der Koerzitivspannungen, an das ferroelektrische Speicherelement angelegt wird und ein Maß eines ersten Ladungsflusses an dem ferroelektrischen Speicherelement detektiert wird, und dass anschließend eine zweite Lesespannung, deren Betrag größer ist als die größere der Koerzitivspannungen, an dem ferroelektrischen Speicherelement angelegt wird und ein Maß eines zweiten Ladungsflusses an dem ferroelektrischen Speicherelement detektiert wird.FeRAM memory circuit according to one of claims 5 to 9, wherein a read-out circuit ( 24 ) is provided which is designed so that when reading a first read voltage whose amount is greater than the smaller of the coercive voltages and smaller than the greater of the coercive voltages is applied to the ferroelectric memory element and a measure of a first charge flow to the ferroelectric memory element is detected, and then that a second read voltage whose magnitude is greater than the greater of the coercive voltages, is applied to the ferroelectric memory element and a measure of a second charge flux is detected at the ferroelectric memory element. FeRAM-Speicherschaltung nach Anspruch 10, wobei die Ausleseschaltung (24) abhängig von dem Maß des ersten Ladungsflusses und von dem Maß des zweiten Ladungsflusses den in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeicherten Datenwert bestimmt.FeRAM memory circuit according to claim 10, wherein the readout circuit ( 24 ) determines the data value stored in the ferroelectric memory element, depending on the degree of the first charge flow and the degree of the second charge flow. FeRAM-Speicherschaltung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Ausleseschaltung (24) mit der Schreibschaltung (23) so gekoppelt ist, dass nach dem Auslesen der ausgelesene Datenwert in dem ferroelektrische Speicherelement wieder gespeichert wird.FeRAM memory circuit according to claim 10 or 11, wherein the readout circuit ( 24 ) with the write circuit ( 23 ) is coupled so that after reading the read data in the ferroelectric memory element is stored again. Verfahren zum Speichern eines Datenwertes in einer Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei abhängig von einem zu speichernden Datenwertes eine erste oder nacheinander eine erste und eine zweite Schreibspannung an das ferroelektrische Speicherelement angelegt werden, um die erste und die zweite remanente Polarisationsladung des ersten und zweiten ferroelektrischen Bereichs (4, 5) abhängig von dem zu speichernden Datenwert einzustellen.Method for storing a data value in a memory cell according to one of claims 1 to 4, wherein, depending on a data value to be stored, a first or a successive first and second write voltage are applied to the ferroelectric memory element to generate the first and second remanent polarization charges of the first and second ferroelectric region ( 4 . 5 ) depending on the data value to be stored. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Betrag der ersten Schreibspannung größer gewählt wird als die größere der Koerzitivspannungen und der Betrag der zweiten Schreib spannung größer gewählt wird als die kleinere der Koerzitivspannungen und kleiner als die größere der Koerzitivspannungen.The method of claim 13, wherein the amount of first write voltage is greater than the larger of the Coercive voltages and the amount of the second write voltage is selected to be larger as the smaller of the coercive voltages and smaller than the larger of the Coercive. Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein erster Datenwert in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als positive Spannung an das ferroelektrische Speicherelement angelegt wird, – wobei ein zweiter Datenwert in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als positive Spannung und die zweite Schreibspannung als negative Spannung angelegt werden, – wobei ein dritter Datenwert indem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als negative Spannung angelegt wird, und – wobei ein vierter Datenwert indem ferroelektrischen Speicherelement gespeichert wird, indem die erste Schreibspannung als negative Spannung und die zweite Schreibspannung als positive Spannung angelegt werden.The method of claim 14, wherein a first data value is stored in the ferroelectric memory element by applying the first write voltage as a positive voltage to the ferroelectric memory element, wherein a second data value is stored in the ferroelectric memory element by writing the first write voltage as a positive voltage and the second write voltage is applied as a negative voltage, - wherein a third data value is stored in the ferroelectric memory element by applying the first write voltage as a negative voltage, and - a fourth data value is stored in the ferroelectric memory element by the first write voltage as a negative voltage and the second write voltage to be applied as a positive voltage. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei beim Auslesen eine erste Lesespannung, deren Betrag größer ist als die kleinere der Koerzitivspannungen und kleiner ist als die größere der Koerzitivspannungen, an das ferroelektrische Speicherelement angelegt wird und ein Maß eines ersten Ladungsflusses an dem ferroelektrischen Speicherelement detektiert wird, und wobei anschließend eine zweite Lesespannung, deren Betrag größer ist als die größere der Koerzitivspannungen, an dem ferroelektrischen Speicherelement angelegt wird und ein Maß eines zweiten Ladungsflusses an ferroelektrischen Speicherelement detektiert wird.Method according to one of claims 13 to 15, being at Read out a first read voltage whose amount is greater as the smaller of the coercive voltages and smaller than that larger of the Coercive voltages applied to the ferroelectric memory element becomes and a measure of one first charge flux detected at the ferroelectric memory element will, and subsequently a second reading voltage whose magnitude is greater than the larger of the Coercive voltages applied to the ferroelectric memory element becomes and a measure of one second charge flow to ferroelectric memory element detected becomes. Verfahren nach Anspruch 14, wobei abhängig von dem Maß des ersten Ladungsflusses und von dem Maß des zweiten Ladungsflusses der in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeicherte Datenwert bestimmt wird.The method of claim 14, wherein depending on the measure of first charge flow and the extent of the second charge flow the data stored in the ferroelectric memory element is determined. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei nach dem Auslesen der ausgelesene Datenwert in das ferroelektrische Speicherelement wieder gespeichert wird.A method according to claim 14 or 15, wherein after Reading out the read-out data into the ferroelectric memory element is saved again.
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