[发明专利]用于对三维FeRAM中的存储单元进行读取和写入的方法

说明书

公开了一种用于三维铁电存储器件的编程方法。该编程方法包括在目标存储单元的选定的字线上施加第一电压。目标存储单元具有分别对应于第一阈值电压和第二阈值电压的第一逻辑状态和第二逻辑状态。第一和第二阈值电压是由目标存储单元中的铁电膜的两个相反的电极化方向确定的。该编程方法还包括在选定的位线上施加第二电压，其中第一电压和第二电压之间的电压差具有大于铁电膜的矫顽电压的幅值，使得目标存储单元从第一逻辑状态切换到第二逻辑状态。

技术领域

本公开总体上涉及半导体技术领域，并且更具体地，涉及用于对三维(3D)铁电随机存取存储器(FeRAM)中的存储单元进行读取和写入的方法。

背景技术

随着存储器件缩小到较小的管芯尺寸以降低制造成本并提高存储密度，由于工艺技术的限制和可靠性问题，平面存储单元的缩放面临着挑战。三维(3D)存储器架构可以解决平面存储单元中的密度和性能限制。

在3D NAND闪存存储器中，可以基于电荷捕获技术对存储单元进行编程以进行数据存储。存储单元的存储信息取决于存储层中所捕获的电荷量。尽管3D NAND存储器可以是高密度和经济有效的，但是由于所需的外围设备(例如，电荷泵)，3D NAND存储器在系统级别上遭受写入速度低和功耗高的问题。因此，存在对在保持3D NAND技术的优势同时解决这些问题的需求。

铁电随机存取存储器(FeRAM)是一种高性能、低功耗的非易失性存储器，其可以结合常规的非易失性存储器(闪存和EEPROM)和高速RAM(SRAM和DRAM)的优点。FeRAM因其更低的功耗、更快的响应速度、以及对多次读写操作的更大的耐久力而可以胜过诸如EEPROM和闪存的现有存储器。但是，传统的平面FeRAM难以缩小。FeRAM的信号裕量随着单元面积的减小而降低，因为提高铁电材料的固有极化是具有挑战性的。通过用铁电材料(例如，Si:HfO₂)代替3D NAND闪存存储器中的电荷捕获存储层，可以形成3D铁电NAND闪存存储器。3D结构中的铁电材料的有效面积可以比存储单元的单位面积大得多。因此，3D FeRAM可以具有可缩放的尺寸而不会降低性能。本公开的目的是提供用于对3D FeRAM中的铁电存储单元进行读取和写入的各种方法。

发明内容

在本公开中描述了用于对三维(3D)铁电存储器件中的存储单元进行读取和写入的方法的实施例。

本公开的一个方面提供了一种三维铁电存储器件的读取方法。该读取方法包括在目标存储单元的选定的字线上施加读取电压。目标存储单元具有对应于较高阈值电压和较低阈值电压的两个逻辑状态，该两个逻辑状态是由目标存储单元中的铁电膜的两个相反的电极化方向确定的。读取电压小于较高阈值电压且大于较低阈值电压。该读取方法还包括测量流过目标存储单元的电流。

在一些实施例中，读取方法还包括使选定的存储串电连接到位线和阵列公共源极。选定的存储串具有包括目标存储单元的第一多个堆叠的存储单元。在位线处测量电流。

在一些实施例中，读取方法还包括在未选定的字线上施加通过电压。在一些实施例中，在未选定的字线上施加通过电压包括施加幅值大于较高阈值电压的通过电压，以接通未选定的字线上的所有存储单元。施加通过电压还包括施加幅值小于铁电膜的矫顽电压的通过电压，以使得电极化方向不被切换。

本公开的另一方面提供了一种三维铁电存储器件的编程方法。在一些实施例中，该编程方法包括在目标存储单元的选定的字线上施加第一电压。目标存储单元包括分别对应于第一阈值电压和第二阈值电压的第一逻辑状态和第二逻辑状态。第一和第二阈值电压是由目标存储单元中的铁电膜的两个相反的电极化方向确定的。编程方法还包括在连接到目标存储单元的漏极端子的选定的位线上施加第二电压。第一和第二电压之间的电压差具有大于铁电膜的矫顽电压的幅值，以使目标存储单元从第一逻辑状态切换到第二逻辑状态。

在一些实施例中，使目标存储单元从第一逻辑状态切换到第二逻辑状态包括使电极化方向切换到相反方向。