[发明专利]相变存储器件、使用其的存储系统和读取存储器件的方法

说明书

相关申请 

本申请要求2007年4月30日提交的韩国专利申请第2007-42046号的优先权，其内容通过引用被整体包含在此。 

本申请涉及由Chang-Wook Jeong等人在同一日期提交的，题目为“具有受控的电阻漂移参数的多级单元相变存储器件、使用此器件的存储系统和读取存储器件的方法”，的美国序列号(我们的卷号SAM-1116)，其为本申请人所共同拥有，其内容通过引用被包含在此。 

本申请涉及由Chang-Wook Jeong等人在同一日期被提交的，题目为“具有编程后操作电阻漂移饱和的多级单元相变存储器件、使用此存储器件的存储系统和读取存储器件的方法”，的美国序列号(我们的SAM-1117)，其为本申请人所共同拥有，其内容通过引用被包含在此。 

背景技术

在此所述的相变存储器或者相变随机存取存储器(PRAM)在本领域中也被称为奥弗辛斯基电效应统一存储器(Ovonics UnifiedMemory OUM)。所述OUM单元基于一定体积的硫族化物合金，其在被加热和冷却后采用两种稳定的、但是可编程的相之一：结晶的或者无定形的。第一相、即结晶相的电阻较低，并且第二相、即无定形相的电阻较高。将单元的状态编程为逻辑1或者0依赖于可编程体积(programmable volume)的相，并且通过测量其电阻而被确定。所述结晶或者导电状态通称为“置位”或者“0”状态；所述无定形或者电阻不导电状态通称为“复位”或者“1”状态。 

为了使得所述可编程体积无定形，其被电阻加热器加热到其熔点之上。为了使得可编程体积结晶，其被加热到刚好低于其熔点诸如50纳秒的短时间段，以便原子在它们的结晶位置排齐。当加热器被关闭时，所述体积迅速地冷却到稳定的无定形或者稳定的结晶状态。以这种方式，通过将单元编程为结晶或者无定形状态，可以向所述单元写入数据。通过测量被编程的单元的电阻的灵敏放大器来执行被编程的单元的读取。 

相变存储器的关键是硫族化物材料。所述器件历史上包括锗(Ge)、锑(Sb)和碲(Te)合金，其被通称为GST合金。所述材料特别有益于包含在存储器中，因为其当被加热和冷却时能够在稳定的无定形和结晶相之间迅速转换。 

包含硫族化物材料的存储单元通常包括所述硫族化物材料的上电极、图案化的层或者体积以及作为电阻加热元件的下电极。图1是图解了使用可编程硫族化物材料的存储单元10的示意图。所述单元10包括形成在可编程相变硫族化物材料14上的导电上电极12。形成在可编程材料14之下导电下电极接触(BEC)16。下电极接触(BEC)由诸如TiAlN、TiN等的较高电阻材料形成，以便其作为电阻加热器而工作，当电流流过BEC时产生热量。存取晶体管20(参见图2A和2B)连接到下电极接触16，用于控制通过单元10的电流。存取晶体管20的栅极通常连接到包含单元10的存储器件的字线WL。 

图2A和2B是图解了在所述两种编程状态的每个中的单元10的示意图。在图2A中，单元10被示出在导电的置位或者“0”状态中。在这种状态中，与BEC接触的可编程材料14的某部分处于结晶状态中。在图2B中，单元10被示出处于电阻复位或者“1”状态中。在这种状态中，与BEC接触的可编程材料14的某部分在无定形状态中。 

图3是示意地图解了单元10的电子配置的示意图。字线WL在存取晶体管20的栅极控制通过单元10的电流。流过单元10的结果的电流I_CELL和连接到单元10的上电极12的位线BL的激活用于在写入或者编程操作期间编程单元10的状态，并且用作用于在读取或者感测操作期间读取单元10的状态的参数。 

图4是图解了存储单元的编程的时序图，所述存储单元包括可编程的硫族化物材料的体积，诸如结合图1-3图解和描述的类型。图4的时序图是相对于时间的温度图，其图解了在传统设备中使用的热的编程脉冲，所述传统设备用于将所述材料编程为置位(结晶)状态和复位(非定形)状态。被标注为22的曲线图解了用于复位脉冲的时间温度关系，所述复位脉冲即用于将所述材料编程到复位(无定形)状态的温度脉冲；被标注为24的曲线图解了用于置位脉冲的时间温度关系，所述置位脉冲即用于将所述材料编程到置位(结晶)状态的温度脉冲。