專利名稱：半導(dǎo)體存儲裝置以及裝載它的電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在一部分存儲單元中使用強電介質(zhì)電容器存儲數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體存儲裝置、以及裝載該半導(dǎo)體存儲裝置的電子裝置。
背景技術(shù)：
作為具有由強電介質(zhì)電容器和晶體管構(gòu)成的存儲單元的現(xiàn)有的半導(dǎo)體存儲裝置，例如人們已知道如圖10所示那樣的構(gòu)成的裝置。即，如圖10所示那樣，半導(dǎo)體存儲裝置的存儲單元具有強電介質(zhì)電容器10和晶體管20，強電介質(zhì)電容器10具有由持有200nm的厚度的SrBi2Ta2O9組成的強電介質(zhì)膜。強電介質(zhì)電容器10的第1電極11與晶體管20的源極21連接，強電介質(zhì)電容器10的第2電極12與單元板(“板”的日文原文是プレ-ト，對應(yīng)的英文可以是plate)線31連接。晶體管20的漏極22與位線32連接，晶體管20的柵極電極23與字線33連接。
在圖10中，34是選擇字線33的字線驅(qū)動器(WLD)，35是驅(qū)動單元板線31的單元板驅(qū)動器(CPD)，36是差動放大位線32的電壓的讀出放大器(SA)，37是讀出放大器36的差動放大動作中必要的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(RVG)，38是用電路符號表示位線32的電容的位線電容。
此外，在以下說明中，將即使是在強電介質(zhì)電容器10的第1電極和第2電極之間外加了電壓時在被感應(yīng)的極化中間去掉被外加的電壓的狀態(tài)下在強電介質(zhì)電容器10中也出現(xiàn)的極化叫做剩余極化。
圖11表示在如圖10所示的存儲單元中，在寫入數(shù)據(jù)“1”和數(shù)據(jù)“0”之后，在進行讀出這些數(shù)據(jù)的動作時的強電介質(zhì)電容10的滯變(hysteresis)曲線y。當(dāng)在如圖10所示的存儲單元中寫入數(shù)據(jù)的場合，當(dāng)在強電介質(zhì)電容器10的第1電極11中被積蓄的電荷的符號在數(shù)據(jù)寫入后變成負(fù)時，使強電介質(zhì)電容器10的剩余極化的偏移與圖11的點p對應(yīng)，規(guī)定為數(shù)據(jù)“0”被寫入，當(dāng)在強電介質(zhì)電容器10的第1電極11中被積蓄的電荷的符號在數(shù)據(jù)的寫入后變?yōu)檎龝r，使強電介質(zhì)電容器10的剩余極化的偏移與圖11中的點q對應(yīng)，并規(guī)定為數(shù)據(jù)“1”被寫入，在本申請中，“偏移”的意思與“漂移”是一樣的。
<數(shù)據(jù)“1”的寫入動作>
圖12(a)表示用于將數(shù)據(jù)“1”寫入到存儲單元的各信號線電位的定時。即，在時刻T1，通過將字線33的電位從L電平上升到H電平，使晶體管20變?yōu)閷?dǎo)通。接著，在時刻T2，通過使位線32的電平仍舊在L(低)電平，使單元板線31的電位變?yōu)镠(高)電平，將H-L的電位差提供給強電介質(zhì)電容器10，使極化向上，將數(shù)據(jù)“1”寫入到位線32。假定寫入數(shù)據(jù)“1”之前的狀態(tài)是數(shù)據(jù)“0”，即，即使極化是向下，為了可靠地重寫成數(shù)據(jù)“1”，H-L的電位差也必須是充分超過在強電介質(zhì)電容器10的極化反轉(zhuǎn)中必要的矯頑電壓Vc的值。例如，在強電介質(zhì)電容器10的強電介質(zhì)膜是具有200nm的厚度的SrBi2Ta2O9膜的場合，由于強電介質(zhì)電容器10的矯頑電壓大約為1V，因此若電位差H-L是5V，那么所述的必要條件將充分地被滿足。
<寫入數(shù)據(jù)“0”的動作>
圖12(b)表示用于將數(shù)據(jù)“0”寫入到存儲單元的各信號線電位的定時。即，在時刻T1，通過將字線33的電位例如從0V的L電平上升到例如5V的H電平，使晶體管20變?yōu)閷?dǎo)通。接著，在時刻T2，在將單元板線31的電位變?yōu)镠電平的同時，將位線32的電位變?yōu)镠電平(數(shù)據(jù)“0”)后，在時刻T3，通過使單元板線31的電位降低為L電平，并通過將H-L的電位差供給強電介質(zhì)電容器10，使極化變成向下，將數(shù)據(jù)“0”寫入到位線32。假定寫入數(shù)據(jù)“0”以前的狀態(tài)是數(shù)據(jù)“1”，即，即使極化是向上，通過所述一連串的操作也能可靠地重寫成數(shù)據(jù)“0”。
<數(shù)據(jù)“1”的讀出動作>
圖13(a)表示在數(shù)據(jù)“1”被寫入的存儲單元的讀出動作中的各信號線電位的定時。
在數(shù)據(jù)的讀出時，由于預(yù)先將位線32的電位變?yōu)長電平，因此，在時刻t1，通過將字線33的電位上升到H電平，使晶體管20變?yōu)閷?dǎo)通(ON)。
接著，在時刻t2，將單元板線31的電位上升到H電平。這時，位線32變成與讀出放大器36連接的狀態(tài)，并隨帶位線電容38。因此，就會形成從單元板線31經(jīng)過強電介質(zhì)電容器10的電容和位線電容38到基片的串聯(lián)電容耦合。從而，外加到單元板線31的電壓的大部分被外加在強電介質(zhì)電容器10上。該電壓比矯頑電壓Vc充分地高，但由于在數(shù)據(jù)“1”在被寫入時剩余極化向上偏移，因此就會伴隨著極化偏移相對小的變化使位線電容38充電。其結(jié)果，在時刻t3，位線32的電位降低，至多為2V左右。
此處，若將從基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路37輸入到讀出放大器36的信號設(shè)定為2.5V，在時刻t3起動讀出放大器36，那么位線32的電位被被拉下到L電平，并確定位線32的電位為L電平，即數(shù)據(jù)“1”被寫入。
在數(shù)據(jù)“1”的讀出時，由于強電介質(zhì)電容器10的剩余極化沒有反轉(zhuǎn)，因此通過在時刻t4，將單元板線31的電位下降到L電平，在時刻t5，將位線32的電位下降到L電平，在時刻t6，將字線33的電位下降到L電平，使存儲單元的數(shù)據(jù)恢復(fù)到讀出前的狀態(tài)。
<數(shù)據(jù)“0”的讀出動作>
圖13(b)表示在數(shù)據(jù)“0”被寫入的存儲單元的讀出動作中的各信號線電位的定時。
在數(shù)據(jù)讀出時，由于預(yù)先將位線32的電位變成L電平，因此在時刻t1，通過將字線33的電位上升到H電平，使晶體管20變成導(dǎo)通。
接著，在時刻t2，使單元板線31的電位變?yōu)镠電平。這時，外加在單元板線31上的電壓被分割成外加在強電介質(zhì)電容器10的電壓和外加在位線電容38的電壓。
但是，通常，由于位線電容38的容量是強電介質(zhì)電容器10的容量的5倍到10倍左右，因此外加在單元板線31上的電壓的大部分就會被外加到強電介質(zhì)電容器10上。由于該電壓比矯頑電壓Vc充分地高，因此就會使極化的方向一邊從向下反轉(zhuǎn)到向上，一邊伴隨極化偏移相對大的變化使位線電容38充電。該狀態(tài)從圖11中的強電介質(zhì)電容器10的滯變曲線y和數(shù)據(jù)“0”的讀出負(fù)荷線r的交點的動作能夠理解。在時刻t3，通過位線電容38的充電，將位線32的電位上升到大約3V左右。
在該狀態(tài)中，若將從基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路37輸入到讀出放大器36的信號設(shè)定為2.5V，在時刻t3，起動讀出放大器36，那么由于位線32的電位被放大到H電平，因此確定位線32的電位是H電平，即，確定數(shù)據(jù)“0”被寫入。
此處，若鎖定位線32的電壓，那么數(shù)據(jù)的讀出動作將結(jié)束，但如前所述那樣，強電介質(zhì)電容器10的剩余極化從向下反轉(zhuǎn)到向上。因此，為了使該反轉(zhuǎn)狀態(tài)回到原先的狀態(tài)，進行再寫入動作。即，在圖13(b)的時刻t4，通過照舊將位線32的電位設(shè)定為H電平，使單元板線31的電位下降到L電平，在位線32和單元板線31之間產(chǎn)生H-L的電位差。這樣一來，通過使強電介質(zhì)電容器10的剩余極化再變成向下，再一次寫入數(shù)據(jù)“0”。之后，在時刻t5，在將位線32的電位降低到L電平的同時，在時刻t6，使字線33的電位從H電平降低到L電平。
通過以上的動作，使保持?jǐn)?shù)據(jù)“0”的存儲單元恢復(fù)到讀出前的狀態(tài)。
如前所述那樣，在現(xiàn)有的強電介質(zhì)存儲裝置中，為了重寫被保持在強電介質(zhì)電容器10中的數(shù)據(jù)，極化的反轉(zhuǎn)是必要的。另外，至少在數(shù)據(jù)“0”的讀出動作中應(yīng)使具有強電介質(zhì)電容器10的容量的5～10倍容量的位線電容38充電，若沒有使強電介質(zhì)電容器10的極化反轉(zhuǎn)，那么就不能實行存儲單元的讀出動作。即，在數(shù)據(jù)的重寫動作和數(shù)據(jù)的讀出動作中剩余極化的反轉(zhuǎn)是必要的。
但是，在強電介質(zhì)膜中有極化的疲勞惡化的現(xiàn)象，若重復(fù)極化的反轉(zhuǎn)動作，將使強電介質(zhì)膜的極化的顯現(xiàn)特性明顯地惡化。
因此，在現(xiàn)有的強電介質(zhì)存儲裝置中，若反復(fù)進行數(shù)據(jù)的重寫和讀出，那么就存在通過強電介質(zhì)膜極化的疲勞惡化限制強電介質(zhì)存儲裝置的動作壽命的問題。
該強電介質(zhì)的極化的疲勞惡化，例如，如圖14所示那樣，從數(shù)據(jù)“0”被寫入時的剩余極化的大小和數(shù)據(jù)“1”被寫入時的剩余極化的大小之差(以下，用2pr表示)通過反復(fù)外加正或負(fù)的電壓脈沖減少下去的狀態(tài)能確定。即，若正或負(fù)的電壓脈沖的極化反轉(zhuǎn)次數(shù)接近1010次，那么2pr將急速地變小。
強電介質(zhì)膜極化的惡化程度依賴于電壓脈沖的電壓，例如，若將由厚度為200nm的SrBi2Ta2O9組成的強電介質(zhì)電容器的2pr在降低到初始值的50％以前的極化反轉(zhuǎn)次數(shù)設(shè)定為能重寫次數(shù)，那么就能得到如圖15所示那樣的能重寫次數(shù)的電壓依賴性。即，若降低重寫電壓，那么疲勞惡化被抑制，能重寫次數(shù)呈指數(shù)函數(shù)地增大。
因此，作為用于抑制強電介質(zhì)膜極化的疲勞惡化的1種方法，例如若使重寫電壓充分降低，即，在圖15所示的場合，若使重寫電壓變成1.5V以下，那么就有可能達(dá)到1015以上的能重寫次數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
但是，在強電介質(zhì)電容器中，通常，對于存儲單元有用于進行寫入數(shù)據(jù)“1”或數(shù)據(jù)“0”的動作的電壓，若將寫入電壓設(shè)定為能實現(xiàn)1015次以上的重寫那樣低的值，那么剩余極化的偏移(在該場合，2pr變?yōu)橹笜?biāo))將急劇地變小。因此，產(chǎn)生以下說明的那樣的問題。
如圖16所示那樣，剩余極化的偏移依賴于數(shù)據(jù)的重寫電壓。另外，如圖17所示那樣，剩余極化的偏移依賴于數(shù)據(jù)的保持時間，并且，剩余極化的偏移伴隨著保持時間的流逝而減少。
因此，根據(jù)初始的剩余極化的偏移決定能保持?jǐn)?shù)據(jù)的時間，即強電介質(zhì)電容器的壽命。例如，如從圖17可知，為充分確保長的數(shù)據(jù)保持壽命(比105時間還要長的時間)，作為初始剩余極化的偏移需要使剩余極化大致完全飽和那樣的寫入電壓(根據(jù)圖16為5V)。
另一方面，為要使強電介質(zhì)電容器能重寫1015次以上，有必要將寫入電壓設(shè)定為1.5V以下。但是，由這樣低的寫入電壓得到的初始剩余極化的偏移至多是10μC/cm2，由此所預(yù)測的數(shù)據(jù)保持壽命至多為數(shù)百小時。
如以上說明的那樣，在現(xiàn)有的半導(dǎo)體存儲裝置中，存在著降低寫入電壓、增加強電介質(zhì)電容器的能重寫次數(shù)的優(yōu)點，和確保數(shù)據(jù)保持的壽命充分長的優(yōu)點難以并存的問題。
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于在具有強電介質(zhì)電容器的半導(dǎo)體存儲裝置中謀求降低寫入電壓、增加強電介質(zhì)電容器的能重寫次數(shù)的優(yōu)點，和確保數(shù)據(jù)保持的壽命充分長的優(yōu)點的并存。
為達(dá)到上述的目的，涉及本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置具備存儲多個邏輯值中的任何1個，在對于多個邏輯值中的至少1個邏輯值，有不同的多個剩余極化的偏移對應(yīng)的同時，對于多個邏輯值中至少1個邏輯值以外的其它邏輯值也有與多個剩余極化的偏移的任何偏移不同的其它剩余極化的偏移對應(yīng)的強電介質(zhì)電容器；對于強電介質(zhì)電容器外加將該強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移和其它剩余極化的偏移中任何一個偏移的寫入電脈沖，并將多個邏輯值中的任何一個邏輯值寫入到強電介質(zhì)電容器的數(shù)據(jù)寫入設(shè)備；以及對于強電介質(zhì)電容器外加讀出電脈沖，檢測外加該讀出電脈沖時的強電介質(zhì)電容器的剩余極化的偏移，并讀出被存儲在強電介質(zhì)電容器中的邏輯值的數(shù)據(jù)讀出設(shè)備。
若依據(jù)涉及本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置，強電介質(zhì)電容器由于對于1個邏輯值有不同的多個剩余極化的偏移對應(yīng)，并由于對于強電介質(zhì)電容器能夠外加與數(shù)據(jù)寫入后成為必要的數(shù)據(jù)保持時間配合的大小的寫入電脈沖，因此使降低寫入電壓、增加強電介質(zhì)電容器的能重寫次數(shù)的優(yōu)點，和確保數(shù)據(jù)保持的壽命充分長的優(yōu)點并存成為可能。
在涉及本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置中，希望用于使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中的任何一個偏移的寫入電脈沖的電位互不相同。
若這樣做，那么通過調(diào)整寫入電脈沖的電位，就能夠使不同的多個剩余極化的偏移與1個邏輯值對應(yīng)。
在涉及本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置中，希望用于使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中的任何一個偏移的寫入電脈沖的脈沖寬度互不相同。
若這樣做，那么通過調(diào)整寫入電脈沖的脈沖寬度，就能夠使不同的多個剩余極化的偏移與1個邏輯值對應(yīng)。
在涉及本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置中，在與多個邏輯值中的其它的邏輯值對應(yīng)的其它剩余極化的偏移是1個時，希望該偏移是零或零的附近，在其它剩余極化的偏移是多個時，希望該多個偏移中的1個是零或零的附近。
若這樣做，那么與多個邏輯值中的1個邏輯值對應(yīng)的不同的多個剩余極化的偏移的設(shè)定將變得容易。
在涉及本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置中，希望讀出電脈沖被設(shè)置成在去掉該讀出電脈沖時使強電介質(zhì)電容器的剩余極化的偏移返回到外加讀出電脈沖之前的偏移的那樣的大小。
若這樣做，在讀出被存儲在強電介質(zhì)電容器中的數(shù)據(jù)(邏輯值)時，由于讀出的數(shù)據(jù)沒有被破壞，因此沒有必要進行數(shù)據(jù)的再寫入動作。為此，對于每個數(shù)據(jù)的讀出動作，不需要改變強電介質(zhì)電容器的極化方向的動作(極化反轉(zhuǎn)動作)，極化疲勞惡化將難以產(chǎn)生。
在涉及本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置中，具備與強電介質(zhì)電容器串聯(lián)連接的電容負(fù)荷，希望數(shù)據(jù)讀出設(shè)備具有將讀出電脈沖外加在由強電介質(zhì)電容器和電容負(fù)荷組成的串聯(lián)電路的兩端的設(shè)備，希望電容負(fù)荷在去掉讀出電脈沖時，被設(shè)定為強電介質(zhì)電容器的剩余極化的偏移返回到外加讀出電脈沖之前的偏移的那樣的大小。
若這樣做，在讀出被存儲在強電介質(zhì)電容器中的數(shù)據(jù)(邏輯值)時，由于讀出的數(shù)據(jù)沒有被破壞，因此沒有必要進行數(shù)據(jù)的再寫入動作。為此，對于每個數(shù)據(jù)的讀出動作，不需要改變強電介質(zhì)電容器的極化方向的動作(極化反轉(zhuǎn)動作)，極化疲勞惡化將難以產(chǎn)生。
在涉及本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置中，數(shù)據(jù)寫入設(shè)備在通常動作時，外加使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中的絕對值相對小的偏移的寫入電脈沖，另一方，在即將轉(zhuǎn)移到每個特定的周期或特定的動作狀態(tài)之前，希望外加使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中的絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖。
若這樣做，在通常動作時，由于外加使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中的絕對值相對小的偏移的電脈沖，因此在能夠抑制強電介質(zhì)電容器的極化的疲勞惡化的同時，在即將轉(zhuǎn)移到每個特定周期或特定的動作狀態(tài)之前，由于外加使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中的絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖，因此能夠使數(shù)據(jù)保持時間變長。為此，能夠可靠地實現(xiàn)增加強電介質(zhì)電容器的能重寫次數(shù)的優(yōu)點和充分確保數(shù)據(jù)保持時間的優(yōu)點并存。
在涉及本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置中，希望具備數(shù)據(jù)寫入設(shè)備在通常動作時和即將轉(zhuǎn)移到每個特定的周期或特定的動作狀態(tài)之前，在外加不同的寫入電脈沖的場合，對從外部輸入的或自身產(chǎn)生的時鐘脈沖計數(shù)的時鐘計數(shù)器；以及根據(jù)來自該時鐘計數(shù)器的信號，在即將轉(zhuǎn)移到每個特定的周期或特定的動作狀態(tài)之前，使將強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中的絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖外加到數(shù)據(jù)寫入設(shè)備的控制設(shè)備。
若這樣做，控制設(shè)備由于根據(jù)來自時鐘計數(shù)器的信號，在即將轉(zhuǎn)移到每個特定的周期或特定的動作狀態(tài)之前，使將強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖外加到數(shù)據(jù)寫入設(shè)備，因此能夠可靠地外加將強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖。
涉及本發(fā)明的第1電子裝置，具有存儲多個邏輯值中的任何1個，在對于多個邏輯值中的至少1個邏輯值有不同的多個剩余極化的偏移對應(yīng)的同時，對于多個邏輯值中至少1個邏輯值以外的其它邏輯值有也與多個剩余極化的偏移的任何1個不同的其它剩余極化的偏移對應(yīng)的強電介質(zhì)電容器；對于強電介質(zhì)電容器，外加使該強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移以及其它剩余極化的偏移中的任何1個偏移的寫入電脈沖，并將邏輯值寫入到強電介質(zhì)電容器的數(shù)據(jù)寫入設(shè)備；以及對于強電介質(zhì)電容器外加讀出電脈沖，檢測該讀出電脈沖被外加時的強電介質(zhì)電容器的剩余極化的偏移，并讀出被存儲在強電介質(zhì)電容器中的邏輯值的數(shù)據(jù)讀出設(shè)備，該數(shù)據(jù)寫入設(shè)備具備在通常動作時，外加使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對小的偏移的電脈沖，另一方面，在即將轉(zhuǎn)移到每個特定的周期或特定的動作狀態(tài)之前，外加使使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖那樣的半導(dǎo)體存儲裝置；以及監(jiān)視系統(tǒng)的動作狀況，并在即將轉(zhuǎn)移到每個特定的周期或特定的動作狀態(tài)之前，使將強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖外加到數(shù)據(jù)寫入設(shè)備的系統(tǒng)控制裝置。
若依據(jù)本發(fā)明的第1電子裝置，在通常動作時，由于外加使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對小的偏移的電脈沖，因此在能夠抑制強電介質(zhì)電容器的極化的疲勞惡化的同時，在即將轉(zhuǎn)移到每個特定的周期或特定的動作狀態(tài)之前，由于外加使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖，因此能夠使數(shù)據(jù)保持時間變長。為此，能夠可靠地實現(xiàn)強電介質(zhì)電容器的能重寫次數(shù)的增加和充分的數(shù)據(jù)保持時間的確保的并存。
另外，系統(tǒng)控制裝置，根據(jù)系統(tǒng)的動作狀態(tài)，在即將轉(zhuǎn)移到每個特定的周期或特定的動作狀態(tài)之前，由于使將強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖外加到數(shù)據(jù)寫入設(shè)備，因此能夠可靠地外加將強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖。
涉及本發(fā)明的第2電子裝置，具有存儲多個邏輯值中的任何1個，在對于多個邏輯值中的至少1個邏輯值有不同的多個剩余極化的偏移對應(yīng)的同時，對于多個邏輯值中至少1個邏輯值以外的其它邏輯值有也與多個剩余極化的偏移的任何1個不同的其它剩余極化的偏移對應(yīng)的強電介質(zhì)電容器；對于強電介質(zhì)電容器，外加使該強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移以及其它剩余極化的偏移中的任何1個偏移的寫入電脈沖，并將邏輯值寫入到強電介質(zhì)電容器的數(shù)據(jù)寫入設(shè)備；以及對于強電介質(zhì)電容器外加讀出電脈沖，檢測該讀出電脈沖被外加時的強電介質(zhì)電容器的剩余極化的偏移，并讀出被存儲在強電介質(zhì)電容器中的邏輯值的數(shù)據(jù)讀出設(shè)備，該數(shù)據(jù)寫入設(shè)備具備在通常動作時，外加使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對小的偏移的電脈沖，另一方面，在即將轉(zhuǎn)移到每個特定的周期或特定的動作狀態(tài)之前，外加使使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖那樣的半導(dǎo)體存儲裝置；以及監(jiān)視驅(qū)動系統(tǒng)的電源，并在即將轉(zhuǎn)移到每個特定的周期或特定的動作狀態(tài)之前，使將強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖外加到數(shù)據(jù)寫入設(shè)備的系統(tǒng)控制裝置。
若依據(jù)本發(fā)明的第2電子裝置，在通常動作時，由于外加使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對小的偏移的電脈沖，因此在能夠抑制強電介質(zhì)電容器的極化的疲勞惡化的同時，在即將轉(zhuǎn)移到每個特定的周期或特定的動作狀態(tài)之前，由于外加使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖，因此能夠使數(shù)據(jù)保持時間變長。為此，能夠可靠地實現(xiàn)強電介質(zhì)電容器的能重寫次數(shù)的增加和充分的數(shù)據(jù)保持時間的確保的并存。
另外，系統(tǒng)控制裝置，根據(jù)系統(tǒng)的動作狀態(tài)，在即將轉(zhuǎn)移到每個特定的周期或特定的動作狀態(tài)之前，由于使將強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖外加到數(shù)據(jù)寫入設(shè)備，因此能夠可靠地外加將強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖。
在涉及本發(fā)明的第2電子裝置中，作為電源，能夠使用一次電池或二次電池。


圖1是表示涉及本發(fā)明的第1實施形態(tài)的半導(dǎo)體存儲裝置的1個存儲單元的構(gòu)成的等價電路圖。
圖2(a)、(b)以及(c)是表示對于涉及本發(fā)明的第1實施形態(tài)的半導(dǎo)體存儲裝置的存儲單元的數(shù)據(jù)“1”或數(shù)據(jù)“0”的寫入動作中的電脈沖的定時圖的圖。
圖3是表示對于涉及本發(fā)明的第1實施形態(tài)的半導(dǎo)體存儲裝置的存儲單元，在使用2個不同的電脈沖中的任何一個并寫入與數(shù)據(jù)“1”對應(yīng)的2個剩余極化的偏移的任何一個的場合，以及在寫入與數(shù)據(jù)“0”對應(yīng)的剩余極化的偏移的場合的、強電介質(zhì)電容器的滯變曲線上的動作點的圖。圖4是表示對于涉及本發(fā)明的第1實施形態(tài)的半導(dǎo)體存儲裝置的存儲單元的讀出動作中的電脈沖的定時圖的圖。
圖5是說明在對于涉及本發(fā)明的第1實施形態(tài)的半導(dǎo)體存儲裝置的存儲單元的讀出動作中被外加在位線電容上的電壓的圖。
圖6是表示涉及本發(fā)明的第2實施形態(tài)的電子裝置的一例的方框圖。
圖7是表示涉及本發(fā)明的第2實施形態(tài)的電子裝置的系統(tǒng)動作狀態(tài)和用于寫入到存儲單元中的數(shù)據(jù)“1”的脈沖序列的圖。
圖8是表示從構(gòu)成涉及本發(fā)明的第2實施形態(tài)的電子裝置的半導(dǎo)體存儲裝置的存儲單元讀出數(shù)據(jù)后，在具有經(jīng)過充分長的時間能保持?jǐn)?shù)據(jù)的剩余極化的偏移的狀態(tài)中進行再寫入時的定時圖的圖。
圖9是表示對于構(gòu)成涉及本發(fā)明的第1實施形態(tài)的半導(dǎo)體存儲裝置的存儲單元，在使用2個不同的電脈沖的任何一個并寫入以便成為與數(shù)據(jù)“1”對應(yīng)的2個剩余極化的偏移的任何一個的場合，以及在使用2個不同的電脈沖的任何一個并寫入以便成為與數(shù)據(jù)“0”對應(yīng)的剩余極化的偏移的場合的、強電介質(zhì)電容器的滯變曲線上的動作點的圖。
圖10是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體存儲裝置的1個存儲單元的構(gòu)成的等價電路圖。
圖11是表示對于現(xiàn)有的半導(dǎo)體存儲裝置的存儲單元寫入數(shù)據(jù)“1”和數(shù)據(jù)“0”的動作以及讀出被寫入的數(shù)據(jù)的動作中的、強電介質(zhì)電容器的滯變曲線上的動作點的圖。
圖12是表示對于現(xiàn)有的半導(dǎo)體存儲裝置的存儲單元寫入數(shù)據(jù)“1”和數(shù)據(jù)“0”的動作中的定時圖的圖。
圖13是表示從現(xiàn)有的半導(dǎo)體存儲裝置的存儲單元讀出數(shù)據(jù)“1”和數(shù)據(jù)“0”的動作中的定時圖的圖。
圖14是表示構(gòu)成現(xiàn)有的半導(dǎo)體存儲裝置的存儲單元的強電介質(zhì)電容器的極化疲勞惡化特性的圖。
圖15是說明對于構(gòu)成現(xiàn)有的半導(dǎo)體存儲裝置的存儲單元的強電介質(zhì)電容器中的、能重寫次數(shù)的重寫電壓的依賴性的圖。
圖16是說明對于構(gòu)成現(xiàn)有的半導(dǎo)體存儲裝置的存儲單元的強電介質(zhì)電容器中的、剩余極化的偏移的重寫電壓的依賴性的圖。
圖17是說明對于構(gòu)成現(xiàn)有的半導(dǎo)體存儲裝置的存儲單元的強電介質(zhì)電容器中的、剩余極化的偏移的數(shù)據(jù)保持時間的依賴性的圖。
具體實施例方式
(第1實施形態(tài))以下，說明關(guān)于涉及本發(fā)明的第1實施形態(tài)的半導(dǎo)體存儲裝置。
圖1表示構(gòu)成第1實施形態(tài)的半導(dǎo)體存儲裝置的1個存儲單元。如圖1所示那樣，存儲單元具有強電介質(zhì)電容器10和晶體管20，強電介質(zhì)電容器10具有由具有200nm的厚度的SrBi2Ta2O9組成的強電介質(zhì)膜。強電介質(zhì)電容器10的第1電極11與晶體管20的源極21連接，強電介質(zhì)電容器10的第2電極12與單元板線31連接。晶體管20的漏極22與位線32連接，晶體管20的柵極電極23與字線32連接。
在圖1中，34是選擇字線33的字線驅(qū)動器(WLD)，35是驅(qū)動單元板線31的單元板驅(qū)動器(CPD)，36是差動放大位線32的電壓的讀出放大器(SA)，37是在讀出放大器36的差動放大動作中必要的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(RVG)，38是用電路符號表示位線32的電容的位線電容。
涉及第1實施形態(tài)的半導(dǎo)體存儲裝置與圖10所示的現(xiàn)有的半導(dǎo)體存儲裝置比較，單元板驅(qū)動器35的構(gòu)成不相同，就是說，單元板驅(qū)動器35生成的寫入電脈沖以及讀出電脈沖的大小和脈沖寬度通過單元板控制信號能夠選擇。
如圖2(a)、(b)以及(c)所示那樣，單元板驅(qū)動器35在單元板線31中用所希望的寬度，例如T3-T2以及T4-T3產(chǎn)生所希望的電位，例如電平V1、電平V2或電平V3的電脈沖。
這樣，由于通過板控制信號能夠選擇被外加在單元板線31上的電脈沖的電位和脈沖寬度的組合，因此在能夠用不同的電脈沖將多個邏輯值寫入到強電介質(zhì)電容器10的同時，能夠用不同的電脈沖寫入多個邏輯值中的1個邏輯值。
<數(shù)據(jù)的寫入動作>
例如，能夠預(yù)先使數(shù)據(jù)“1”與互不相同的多個剩余極化的偏移對應(yīng)，用不同的電脈沖使與數(shù)據(jù)“1”對應(yīng)的多個剩余極化的偏移產(chǎn)生。以下，一邊參照強電介質(zhì)電容器10的滯變曲線的動作圖(圖3)一邊說明關(guān)于該動作。
在初始剩余極化的偏移與點a配位的場合，對于數(shù)據(jù)“1”的1個邏輯值，使與點b對于能夠的剩余極化的偏移和與點a對應(yīng)的剩余極化的偏移的2個偏移對應(yīng)。
為了將強電介質(zhì)電容器10的偏移設(shè)定在與對應(yīng)于數(shù)據(jù)“1”的2個剩余極化的偏移中絕對值相對大的偏移對應(yīng)的點c，照舊將位線32的電位設(shè)定為L電平，并將單元板線31的電位設(shè)定為H1(電源電壓)電平，例如設(shè)定V1＝3V的電平。這相當(dāng)于在圖2(a)中，在時刻T2將單元板線31的電位上升到V1。這時，剩余極化的偏移從點a經(jīng)由點b移動到點d。之后，若在時刻T3去掉單元板線31的電位，殘余極化的偏移就從點d移動到點c。然后，點c的剩余極化的偏移的大小作為數(shù)據(jù)“1”被設(shè)定。
另一方面，為了將強電介質(zhì)電容器10的偏移設(shè)定在與對應(yīng)于數(shù)據(jù)“1”的2個剩余極化的偏移中絕對值相對小的偏移對應(yīng)的點b，照舊將位線32的電位設(shè)定為L電平，并將單元板線31的電位上升到H2電平，例如上升到V2＝1.1V。這相當(dāng)于在圖2(b)中，在時刻T2將單元板線31的電位上升到V2。這時，剩余極化的變位(偏移)從點a移動到點e。之后，若在時刻T3去掉單元板線31的電位，剩余極化的偏移就從點e移動到點b。然后，點b的剩余極化的偏移的大小作為數(shù)據(jù)“1”被設(shè)定。
但是，作為對應(yīng)于數(shù)據(jù)“1”的剩余極化的偏移為了設(shè)定在點c或點b，可以將電脈沖的脈沖寬度(T3-T2)預(yù)先設(shè)定為互不相同的2個值，并使用電脈沖的脈沖寬度的差異代替如前所述使用電脈沖的電壓的差異的方法。這些電脈沖的電壓的大小和脈沖寬度通過被輸入到單元板驅(qū)動器35的單元板控制信號能夠選擇。
針對這種情況，關(guān)于與數(shù)據(jù)“0”對應(yīng)的強電介質(zhì)電容器10的偏移，如圖3所示那樣，例如剩余極化的偏移只使作為零或零的附近的點a對應(yīng)。為了將剩余極化的偏移設(shè)定在點a，將與寫入數(shù)據(jù)“1”時的電脈沖相反極性而且電壓的絕對值比矯頑電壓稍大的電位差外加在強電介質(zhì)電容器10上即可。具體地說，預(yù)先將位線32和單元板線31相互設(shè)定為該電位(＝1V)后，只使單元板線31的電位下降到電平V3。在本實施形態(tài)中，因為強電介質(zhì)電容器10的矯頑電壓大約是0.8V，所以若設(shè)定電平V3＝2.1V，那么如圖2(c)那樣，在從時刻T3到T4之間，能將-(V1-V3)＝-0.9V的電位差外加在強電介質(zhì)電容器10上。若這樣做，對應(yīng)于數(shù)據(jù)“1”的剩余極化的偏移即使位于點c或點b的任何一點，也能夠?qū)?yīng)于數(shù)據(jù)“0”的剩余極化的偏移設(shè)定在點f。之后，在時刻T4，若去掉位線32和單元板線31的電位，那么剩余極化的偏移就會穩(wěn)定在對應(yīng)于數(shù)據(jù)“0”的點a。
象以上那樣，通過被輸入到單元板驅(qū)動器35的單元板控制信號，對于數(shù)據(jù)“1”能夠設(shè)定與點c或點b對應(yīng)的剩余極化的偏移，同時，對于數(shù)據(jù)“0”能夠設(shè)定與點a對應(yīng)的剩余極化的偏移。
這樣，若以剩余極化為零的點作為中心使數(shù)據(jù)“1”和數(shù)據(jù)“0”與非對稱的剩余極化的偏移對應(yīng)，那么就能夠緩和在極化疲勞惡化以及向極化的單向烙印(標(biāo)記)的可靠性這一點上不理想的現(xiàn)象。
<數(shù)據(jù)的讀出動作>
象以上那樣被寫入存儲單元中的數(shù)據(jù)讀出動作的各信號線的電位的定時例如變成圖4所示的那樣。
即，將位線32的電位預(yù)先設(shè)定成L電平后，在時刻t1將字線33的電位上升到H電平從而使晶體管20變成導(dǎo)通。接著，在時刻t2使單元板線31的電位上升到V4。這時，位線32變成與讀出放大器連接的狀態(tài)，并附隨位線電容38。因此，就會形成由單元板線31、強電介質(zhì)電容器10、位線電容38和基片組成的串聯(lián)電容耦合。為此，被外加到單元板線31的電壓被分割成被外加到強電介質(zhì)電容器10的電壓、以及被外加到位線電容38的電壓。
這時，被外加到位線電容38的電壓按照強電介質(zhì)電容器10的剩余極化的偏移被分成以下3個電平。
在圖5中，x是根據(jù)位線電容38決定的位線電容負(fù)荷線，在極化的電荷Q和電壓V的正交坐標(biāo)的原點使圖3所示的剩余極化的偏移的點a、點b和點c規(guī)格化。此處，對于單元板線31，就是說對于強電介質(zhì)電容器10和位線電容38的串聯(lián)合成電容若外加電平V4＝2V的讀出電壓，那么位線電容負(fù)荷線x和V軸的交點就從坐標(biāo)原點O移動到V軸上的2V的點(點g)。這時，極化的偏移和位線電容負(fù)荷線x的交點的位置根據(jù)坐標(biāo)原點O于點a、點b或點c的哪一個而不同。即，坐標(biāo)原點O位于點a(數(shù)據(jù)“0”)時，交點位置在點h，坐標(biāo)原點O位于點b(數(shù)據(jù)“1”)時，交點位置在點i，坐標(biāo)原點O位于點c(數(shù)據(jù)“1”)時，交點位置在點j。這時，位線32的電位變成使點h、點i和點j分別投影在V軸上的各個點k(約1.3V)、點m(約1.6V)和點n(約1.8V)與點g(2V的點)的差的任何一個。因此，與點h(數(shù)據(jù)“0”)對應(yīng)的位線32的電位變成約0.7V，與點i(數(shù)據(jù)“1”)對應(yīng)的位線32的電位變成約0.4V，與點j(數(shù)據(jù)“1”)對應(yīng)的位線32的電位變成約0.2V。
此處，若將來自輸入到讀出放大器36的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路37的信號電位變成RVG＝0.5V～0.6V，并在圖4中的時刻t3起動讀出放大器36，那么位線32的電位，由于若數(shù)據(jù)“0”被存儲就放大到H電平，若數(shù)據(jù)“1”被存儲就下降到L電平，因此能確定數(shù)據(jù)“0”或數(shù)據(jù)“1”的哪一個被存儲。將該結(jié)果作為讀出放大器36的輸出并鎖定在外部輸出電路(未圖示)后，在時刻t4使位線32下降到L電平。
若應(yīng)讀出的數(shù)據(jù)是“0”，那么在圖4的時刻t3以后，由于位線32的電位變成H電平(此處為3V)，在電位是3V的位線32和電位升壓到2V的單元板線31之間需要約-1V的電位差，因此剩余極化的偏移從點g拉回到圖3的點f。之后，若在時刻t4共同使位線32和單元板線31的電位變成L電平，那么位于點f的剩余極化的偏移將返回到坐標(biāo)原點附近的點a。
這樣，讀出電壓V4的值，以及電源電壓V1和位線電容38的值通過起動讀出放大器36以及去掉位線32和單元板線31的電壓也被調(diào)整以便使剩余極化的偏移返回到讀出動作前的位置。即，被外加到強電介質(zhì)電容器10的讀出電脈沖不管在電路上檢測來自該強電介質(zhì)電容器10的應(yīng)答的讀出放大器36的動作如何，在去掉讀出電脈沖時，被設(shè)定成強電介質(zhì)電容器10的剩余極化的偏移恢復(fù)到外加讀出電脈沖前的偏移的大小，或者，被串聯(lián)連接到強電介質(zhì)電容器10，將讀出電脈沖外加到該強電介質(zhì)電容器10并將其應(yīng)答變換成電信號的負(fù)荷電容設(shè)定成在去掉讀出電脈沖時強電介質(zhì)電容器10的剩余極化的偏移恢復(fù)到外加讀出電脈沖前的偏移的大小。因此，對于多個邏輯值中至少1個邏輯值，不需要或減輕數(shù)據(jù)的再寫入動作。
若應(yīng)讀出的數(shù)據(jù)是“1”，那么通過在時刻t4將單元板線31和位線32的電位降低到L電平，同時，在時刻t5將字線33的電位降低到L電平，使存儲單元的數(shù)據(jù)恢復(fù)到讀出前的狀態(tài)。即，在時刻t4，在點i返回到點b的同時只使點j返回到點c。
若依據(jù)第1實施形態(tài)，作為用于寫入數(shù)據(jù)“1”的寫入電脈沖就會選擇互不相同的2個以上的水準(zhǔn)中的任何1個，由于通過各自的水準(zhǔn)所感應(yīng)的剩余極化的偏移互不相同，因此通過與各自的水準(zhǔn)對應(yīng)的剩余極化的偏移能夠調(diào)整數(shù)據(jù)重寫后的數(shù)據(jù)保持壽命。
此外，在第1實施形態(tài)中，作為讀出電壓，對于設(shè)定2V的場合說明了讀出動作，但若調(diào)整強電介質(zhì)電容器10的電容和位線電容38的比，以及讀出電壓V4和位線電容38的關(guān)系，就能夠?qū)⒆x出電壓設(shè)定為1.5V以下。其結(jié)果，由于能夠?qū)⒈煌饧拥綇婋娊橘|(zhì)電容器10的電壓抑制在1.5V以下，因此使能讀出次數(shù)飛躍地增加。
(第2實施形態(tài))以下，說明關(guān)于涉及本發(fā)明的第2實施形態(tài)的電子裝置。
但是，當(dāng)將涉及第1實施形態(tài)的半導(dǎo)體存儲裝置裝載在用能再充電的二次電池動作的便攜用的電子裝置中的場合，一旦需要長時間保持寫入的數(shù)據(jù)的期間是便攜用的電子裝置的電源被變成停止?fàn)顟B(tài)或者電源與電子裝置被斷開的期間。
因此，在即將使便攜用的電子裝置的電源停止或斷開之前，若做到用被寫入的數(shù)據(jù)的一部分或全部的保持時間變得充分長的電壓進行寫入動作，那么在便攜用的電子裝置的通常動作中即電源在活動中(電源沒有停止或斷開的狀態(tài))的寫入電壓用能保存只在從起動電源開始工作到切斷電源期間的數(shù)據(jù)那樣的寫入電壓就可以解決。第2實施形態(tài)是使這樣的想法具體化的電子裝置。
圖6是表示涉及第2實施形態(tài)的電子裝置100的全部構(gòu)成，該電子裝置100具備微處理器101，半導(dǎo)體存儲裝置102，二次電池103，數(shù)據(jù)通信控制部分104，顯示裝置驅(qū)動器105和顯示裝置106。微處理器101，半導(dǎo)體存儲裝置102和數(shù)據(jù)通信控制部分104通過數(shù)據(jù)總線110被連接，同時，微處理器101和二次電池103通過電源監(jiān)視器線路111被連接。
微處理器101經(jīng)由電源監(jiān)視器線路111監(jiān)視二次電池103的電功率為了驅(qū)動電子裝置100是否充分。即，微處理器101是監(jiān)視電子裝置100系統(tǒng)的工作狀態(tài)的設(shè)備。
將二次電池103能驅(qū)動電子裝置100的電功率的可供給時間設(shè)定為L1。例如，如圖7所示那樣，微處理器101判斷當(dāng)在時刻τ1二次電池103開始供給電功率，電子裝置100開始驅(qū)動以后，在經(jīng)過了時間L1的時刻τ2，二次電池103的電功率不能供給。具有顯示裝置106的電子裝置100的二次電池103的能驅(qū)動時間L1往往大約是數(shù)小時。該L1期間是頻繁地進行從微處理器101向半導(dǎo)體存儲裝置102的存取的期間，但該期間往往至多是數(shù)小時。
在第2實施形態(tài)的半導(dǎo)體存儲裝置102中，由于使用2個不同的電脈沖中的1個，能夠?qū)?shù)據(jù)“1”設(shè)定為使強電介質(zhì)電容器10的剩余極化的偏移對應(yīng)于數(shù)據(jù)“1”的2個狀態(tài)的1個，因此在L1即將結(jié)束之前的時刻τ2，進行全部再寫入所希望的數(shù)據(jù)的動作。由于必須在電源停止后經(jīng)過充分長的時間，最好經(jīng)過數(shù)年以上能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)，因此在再寫入動作中，必須寫入經(jīng)過長時間剩余極化的偏移變成大的狀態(tài)那樣的數(shù)據(jù)“1”。這樣被寫入的數(shù)據(jù)“1”的剩余極化的偏移相當(dāng)于圖3的點b的位置。剩余極化的偏移變大那樣的再寫入動作，例如象圖8的定時圖所示的那樣，一旦將數(shù)據(jù)讀出到位線32上之后，若做到對于數(shù)據(jù)“1”，在從時刻t3到t6之間能將高電平的V1的電壓外加到強電介質(zhì)電容器10即可。
象以上那樣，在L1期間即將結(jié)束之前的時刻τ2，若做到進行全部再寫入所希望的數(shù)據(jù)的動作，那么在通常的動作時，即在L1期間向半導(dǎo)體存儲裝置102的數(shù)據(jù)“1”的重寫電壓不必是V1，可以是剩余極化的偏移變成圖3的點b那樣的小電壓。就是說，數(shù)據(jù)“1”的重寫電壓可以是剩余極化的偏移只在期間L1中間能與點f辨別那樣的大小。因此，在期間L1中間的數(shù)據(jù)“1”的寫入動作象圖2(b)那樣通過比較低的電壓V2可以寫入以便使剩余極化的偏移變成圖3的b。
如圖7所示那樣，在電子裝置100中，期間L1用向半導(dǎo)體存儲裝置102的/CE信號區(qū)別。即，在二次電池103能供給可驅(qū)動電子裝置100的電功率的期間，/CE信號變成L電平。因此，在這期間，通過比較低的寫入電壓的脈沖序列u寫入數(shù)據(jù)“1”。對應(yīng)于通過該脈沖序列u被寫入的數(shù)據(jù)“1”的剩余極化的偏移隨著時間的流逝而衰減，但在時刻τ2至少是能辨別數(shù)據(jù)“1”和數(shù)據(jù)“0”的大小。因此，在時刻τ2通過圖8所示次序讀出數(shù)據(jù)后，在從時刻t3到時刻t4之間若進行再寫入，那么對應(yīng)于數(shù)據(jù)“1”的剩余極化的偏移在經(jīng)過電源停止期間充分長的時間變成能保持?jǐn)?shù)據(jù)的大小。
此外，在第2實施形態(tài)中，在期間L1的時間，通過將數(shù)據(jù)“1”寫入到點b，并且將數(shù)據(jù)“0”寫入到點a，謀求降低極化疲勞惡化，同時，在期間L1即將結(jié)束之前，通過將數(shù)據(jù)“1”寫入到點c，并且將數(shù)據(jù)“0”寫入到點a，做到了經(jīng)過長時間能保持?jǐn)?shù)據(jù)，但也可以如圖9所示那樣做代替它。即，如圖9所示那樣，在期間L1的時間，做到將數(shù)據(jù)“1”寫入到點b，并且將數(shù)據(jù)“0”寫入到點w，同時，在期間L1即將結(jié)束之前，做到將數(shù)據(jù)“1”寫入到點c，并且將數(shù)據(jù)“0”寫入到點a。若這樣做，不僅謀求極化疲勞惡化的降低，使經(jīng)過長時間的數(shù)據(jù)保持變成可能，而且能夠增大在期間L1中被寫入的數(shù)據(jù)“1”和數(shù)據(jù)“0”之間的讀出信號的差分，實現(xiàn)錯誤少的讀出。
此外，在第2實施形態(tài)中，驅(qū)動電子裝置100系統(tǒng)的電源是能充電的二次電源，但可以使用不能充電的一次電池代替它。
另外，在第2實施形態(tài)中，監(jiān)視電子裝置100系統(tǒng)的電源，在來自電源的電功率供給即將被停止之前或電源在即將轉(zhuǎn)移到節(jié)約狀態(tài)之前，做到外加剩余極化的偏移變大那樣的電脈沖，但也可以監(jiān)視系統(tǒng)的工作狀態(tài)，即將在每個特定的周期之前，或者即將在轉(zhuǎn)移到來自電源的電功率供給被停止時或電源轉(zhuǎn)移到節(jié)約狀態(tài)時的那樣的特定的動作狀態(tài)之前，外加剩余極化的偏移變大那樣的電脈沖來替代它。
此外，也可以通過內(nèi)裝的定時器，即通過時鐘計數(shù)器對從外部輸入的或自身產(chǎn)生的時鐘脈沖計數(shù)，根據(jù)來自該時鐘計數(shù)器的信號，即將在每個特定的周期之前，或在即將轉(zhuǎn)移到特定的動作狀態(tài)之前，外加剩余極化的偏移變大那樣的電脈沖，替代監(jiān)視系統(tǒng)的電源的控制裝置或監(jiān)視系統(tǒng)的動作狀態(tài)的控制裝置。
若依據(jù)涉及本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲裝置，由于使不同的多個剩余極化的偏移與1個邏輯值對應(yīng)，對于強電介質(zhì)電容器，由于能夠外加與在數(shù)據(jù)的寫入后成為必要的數(shù)據(jù)保持時間配合的大小的寫入電脈沖，因此強電介質(zhì)電容器使降低寫入電壓、增加強電介質(zhì)電容器的能重寫次數(shù)的優(yōu)點，以及充分長時間確保數(shù)據(jù)保持壽命的優(yōu)點并存成為可能。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體存儲裝置，其特征在于，它具備存儲多個邏輯值中的任何1個，在對于多個邏輯值中的至少1個邏輯值，有不同的多個剩余極化的偏移對應(yīng)的同時，對于多個邏輯值中至少1個邏輯值以外的其它邏輯值也有與多個剩余極化的偏移的任何偏移不同的其它剩余極化的偏移對應(yīng)的強電介質(zhì)電容器；對于強電介質(zhì)電容器外加將該強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移和其它剩余極化的偏移中任何一個偏移的寫入電脈沖，并將多個邏輯值中的任何一個邏輯值寫入到強電介質(zhì)電容器的數(shù)據(jù)寫入設(shè)備；以及對于強電介質(zhì)電容器外加讀出電脈沖，檢測外加該讀出電脈沖時的強電介質(zhì)電容器的剩余極化的偏移，并讀出被存儲在強電介質(zhì)電容器中的邏輯值的數(shù)據(jù)讀出設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體存儲裝置，其特征在于，用于使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中的任何一個偏移的寫入電脈沖的電位互不相同。
3.如權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體存儲裝置，其特征在于，用于使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中的任何一個偏移的寫入電脈沖的脈沖寬度互不相同。
4.如權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體存儲裝置，其特征在于，在所示其它的剩余極化的偏移是1個時，該偏移是零或零的附近，在其它的剩余極化的偏移是多個時，該多個偏移中的1個是零或零的附近。
5.如權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體存儲裝置，其特征在于，讀出電脈沖被設(shè)置成在去掉該讀出電脈沖時使強電介質(zhì)電容器的剩余極化的偏移返回到外加讀出電脈沖之前的偏移那樣的大小。
6.如權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體存儲裝置，其特征在于，它具備與強電介質(zhì)電容器串聯(lián)連接的電容負(fù)荷，所述數(shù)據(jù)讀出設(shè)備具有將讀出電脈沖外加在由強電介質(zhì)電容器和電容負(fù)荷組成的串聯(lián)電路的兩端的設(shè)備，所述電容負(fù)荷在去掉讀出電脈沖時，被設(shè)定為強電介質(zhì)電容器的剩余極化的偏移返回到外加讀出電脈沖之前的偏移的那樣的大小。
7.如權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體存儲裝置，其特征在于，數(shù)據(jù)寫入設(shè)備在通常動作時，外加使強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中的絕對值相對小的偏移的寫入電脈沖，另一方面，在即將轉(zhuǎn)移到每個特定的周期或特定的動作狀態(tài)之前，外加使所述強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中的絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖。
8.如權(quán)利要求7記載的半導(dǎo)體存儲裝置，其特征在于，它具備對從外部輸入的或自身產(chǎn)生的時鐘脈沖計數(shù)的時鐘計數(shù)器；以及根據(jù)來自該時鐘計數(shù)器的信號，在即將轉(zhuǎn)移到每個特定的周期或特定的動作狀態(tài)之前，使將強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中的絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖外加到數(shù)據(jù)寫入設(shè)備的控制設(shè)備。
9.一種電子裝置，其特征在于，具備如權(quán)利要求7記載的半導(dǎo)體存儲裝置；以及監(jiān)視系統(tǒng)的動作狀況，并在即將轉(zhuǎn)移到每個特定的周期或特定的動作狀態(tài)之前，使將強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖外加到數(shù)據(jù)寫入設(shè)備的系統(tǒng)控制裝置。
10.一種系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，它具備如權(quán)利要求7記載的半導(dǎo)體存儲裝置；監(jiān)視驅(qū)動系統(tǒng)的電源，并在即將轉(zhuǎn)移到每個特定的周期或特定的動作狀態(tài)之前，使將強電介質(zhì)電容器變成多個剩余極化的偏移中絕對值相對大的偏移的寫入電脈沖外加到數(shù)據(jù)寫入設(shè)備的系統(tǒng)控制裝置。
11.權(quán)利要求10所述的電子裝置，其特征在于，上述電源是一次電池或二次電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲裝置以及裝載它的電子裝置，謀求降低寫入電壓、增加強電介質(zhì)電容器的能重寫次數(shù)，以及充分長時間地確保數(shù)據(jù)保持的壽命的2個優(yōu)點的并存。強電介質(zhì)電容器使2個剩余極化的偏移(點b和點c)與數(shù)據(jù)“1”對應(yīng)，使1個剩余極化的偏移(點a)與數(shù)據(jù)“0”對應(yīng)。做到在寫入數(shù)據(jù)“1”的場合，在強電介質(zhì)電容器中外加電壓的大小或脈沖寬度不同的2個電脈沖中的任何1個，強電介質(zhì)電容器的剩余極化的偏移變成點b或c的任何1個。另一方面，做到在寫入數(shù)據(jù)“0”的場合，強電介質(zhì)電容器的剩余極化的偏移變成點a。
文檔編號H01L27/10GK1497726SQ20031010140
公開日2004年5月19日 申請日期2003年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月17日
發(fā)明者嶋山恭博, 加藤剛久, 山田隆善, 久, 善, 山恭博 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社