DE102005008392B4

DE102005008392B4 - FeRAM-Speicherzelle, FeRAM-Speicherschaltung und Verfahren zum Speichern eines Datumwertes in einer FeRAM-Speicherzelle

Info

Publication number: DE102005008392B4
Application number: DE102005008392A
Authority: DE
Inventors: Thomas RÖHR; Rainer Bruchhaus
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: DE102005008392A1

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 (V_c1)und eine erste remanente Polarisationsladung (P_r1) 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 (V_C2) und eine zweite remanente Polarisationsladung (P_r2) bewirkt;
wobei der erste und der zweite ferroelektrische Bereich (4) so gestaltet sind, dass die erste und zweite Koerzitivspannung (V_C1, V_C2) und die erste und zweite remanente Polarisationsladung (P_r1, P_r2) jeweils unterschiedlich sind, so dass...

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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Druckschrift DE 102 19 396 A1 zeigt ein ferroelektrisches Bauelement mit mehreren dielektrischen Bereichen zwischen zwei Kondensatorelektroden.
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.
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.
Auch die Druckschrift US 2001/0022292 A1 zeigt ein ferroelektrisches Speicherelement mit einem Kondensatorelement, das Abschnitte verschiedener Dicke aufweist.
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.
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 P_r auf. Nur aufgrund der unterschiedlichen Abstände d1, d2 in den Kondensatorelektroden 11, 12 sind die Koerzitivspannungen V_C 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.
Um bei der Ausführungsform der 3 auch unterschiedliche remanente Polarisationen P_r 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 V_c 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 P_r 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 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 P_r 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.
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.
Diese Aufgabe wird durch die FeRAM Speicherzelle nach Anspruch 1, die FeRAM-Speicherschaltung nach Anspruch 7 sowie durch das Verfahren nach Anspruch 13 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein ferroelektrisches Speicherelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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;
3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer bekannten Ausführungsform eines ferroelektrischen Speicherelements;
4 eine Darstellung der jeweiligen Hysterese-Kennlinie der einzelnen Abschnitte des ferroelektrischen Speicherele ments nach 3, sowie eine gemeinsame Polarisations-Spannungs-Kennlinie;
5 ein Blockschaltbild einer FeRAM-Speicherschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
6a bis 6d zeigt verschiedene Abfolgen von Spannungspulsen, die an das ferroelektrische Speicherelement angelegt werden, um dieses mit einem bestimmten Datum zu beschreiben;
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;
8a zeigt den Verlauf einer Lesespannung an einem ferroelektrischen Speicherelement zum Auslesen des in dem ferroelektrischen Speicherelement gespeicherten Zustandes;
8b zeigt quantitativ ein Maß des resultierenden Ladungsflusses an dem ferroelektrischen Speicherelement abhängig von den Leseimpulsen.
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.
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 P_r angegeben werden. Der remanente Polarisationswert P_r 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 +P_r oder eine negative remanente Polarisation –P_r vorliegt. Die remanente Polarisation P_r 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 P_r des ferroelektrischen Materials im Wesentlichen bei einer bestimmten Koerzitivfeldstärke sprunghaft ändert.
Der Spannungswert (bzw. elektrische Feldstärke), bei dem es zu einer sprunghaften Änderung der Polarisierung des ferroelektrischen Materiales kommt, wird Koerzitivspannung V_c (Koerzitivfeldstärke) genannt. Der Betrag der Koerzitivspannung V_c 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.
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.
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.
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.
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 P_r1, P_r2 bewirkt, die sich durch Addition bzw. Subtraktion der remanenten Polarisationen P_r1, P_r2 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.
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.
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.
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 P_r 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 V_C2 desjenigen Abschnitts des ferroelektrischen Speicherelements mit der höheren Koerzitivspannung, d. h. im Ausführungsbeispiel der 1 eine Spannung, die größer ist als die zweite Koerzitivspannung V_C2 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 V_C1 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 V_C1 des ferroelektrischen Bereichs mit der niedrigeren Koerzitivspan nung übersteigt, jedoch kleiner ist als die zweite Koerzitivspannung V_C2 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.
Anschließend wird ein zweiter Lesespannungspuls an das Speicherelement 21 angelegt, dessen Betrag der Spannung größer ist als die zweite Koerzitivspannung V_C2 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.
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.

1: ferroelektrisches Speicherelement
2: erste Kondensatorelektrode
3: zweite Kondensatorelektrode
4: erster ferroelektrischer Bereich
5: zweiter ferroelektrischer Bereich
A1: erster Abschnitt
A2: zweiter Abschnitt
10: ferroelektrisches Speicherelement
11: erste Kondensatorelektrode
12: zweite Kondensatorelektrode
A1: erster Abschnitt
A2: zweiter Abschnitt
d1: erster Abstand
d2: zweiter Abstand
20: Auswahltransistor
21: ferroelektrisches Bauelement
22: Wortleitungsdecoder
23: Schreibschaltung
24: Ausleseschaltung
25: Bitleitungsschalteinrichtung
26: Potentialleitung

Claims

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 (V_c1)und eine erste remanente Polarisationsladung (P_r1) 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 (V_C2) und eine zweite remanente Polarisationsladung (P_r2) bewirkt; wobei der erste und der zweite ferroelektrische Bereich (4) so gestaltet sind, dass die erste und zweite Koerzitivspannung (V_C1, V_C2) und die erste und zweite remanente Polarisationsladung (P_r1, P_r2) 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-Speicherzelle nach Anspruch 1, wobei in dem ersten und dem zweiten ferroelektrischen Bereich (4, 5) die Abstände der ersten und zweiten Kondensatorelektrode unterschiedlich sind.
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 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.
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-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.
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.
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-Speicherschaltung nach Anspruch 8, wobei das ferroelektrische Speicherelement an einer Potentialleitung (26) angeschlossen ist, um ein weiteres Schreibpotential bereitzustellen.
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-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-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.
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.
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.
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.
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.
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.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei nach dem Auslesen der ausgelesene Datenwert in das ferroelektrische Speicherelement wieder gespeichert wird.