[发明专利]阻抗可变存储器件及其操作方法

说明书

相关申请交叉参考

本专利申请根据35U.S.C.§119要求2007年8月24日提交的第 10-2007-0085591号韩国专利申请的优先权，其全部内容以引用方式合 并于此。

技术领域

本文所公开的本发明涉及存储器件，更具体而言，涉及阻抗可变 存储器件及其操作方法。

背景技术

对实现高集成度及高容量的半导体存储器件的需求已稳步增长。 此半导体器件的一示例为闪速存储器，其主要用于便携式电子器件中。 此外，已出现具有取代如DRAM中所使用的电容的非易失性材料的半 导体存储器件。

例如，此种半导体器件包括使用铁电电容的铁电RAM(FRAM)、 使用隧道式磁阻(TMR)层的磁性RAM(MRAM)、及使用硫化物合 金的相变存储器件。更具体地说，诸如相变存储器件的阻抗可变存储 器件可以相对简单的工艺制造并以相对低的代价实施在高容量存储器 中。

图1示出典型阻抗可变存储器件的存储单元。参照图1，阻抗可变 存储器件的存储单元10包括可变电阻器C及存取晶体管M。

可变电阻器C连接至位线BL。存取晶体管M连接在可变电阻器C与 接地端子之间。字线WL连接至存取晶体管M的栅极。当预设电压施加 至字线WL时，存取晶体管M导通。当存取晶体管M导通时，可变电阻 器C借助位线BL接收电流I_c。

可变电阻器C包括相变材料(未示出)。相变材料有两种稳定状态， 即根据温度的晶态或非晶态。即根据借助位线BL提供的电流I_c相变材料 变为晶态或非晶态。相变存储器件利用相变材料的上述特性编程数据。

图2是示出相变材料特性的曲线图。标号1显示相变材料变为非晶 态的情况，标号2显示相变材料变为晶态的情况。

参照图2，在时段T1内，通过提供电流I_c使其被加热到熔化温度Tm 之上后，相变材料(例如“GST”)变为非晶态。GST是锗、锗锑碲 (GeSbTe)的硫化物合金。非晶态通常被称为复位状态，且数据“1” 在此状态被存储。

相反，在时段T2中比T1长的时间内，在被加热至结晶温度Tc与熔 化温度Tm之间后，相变材料变为晶态。晶态通常被称为置位状态，且 数据“0”在此状态被存储。存储单元具有其阻抗根据相变材料的非晶 量不同而变化的特性。存储单元的阻抗在非晶态最高，在晶态最低。

近年来，已开发出在一个存储单元中存储两位或更多位数据的技 术。此种存储单元被称为多层单元(MLC)，其具有根据阻抗分布的 多种状态。在阻抗可变存储器件中，MLC进一步包括复位状态与置位 状态之间的中间状态。用于编程具有MLC的阻抗可变存储器件的方法 公开于第6,625,054号美国专利中(下文中称为“054专利”)。

根据现有技术，图3A至3D示出编程具有典型MLC的阻抗可变存储 器件的方法的曲线图，其中图3A-3D中每一幅图代表一组不同的编程信 号。图3A-3D中示出的编程方法公布于054专利中。参照图3A-3D，不 同的时间T0-T11表示于时间轴上且电流IO(最小)、I1(图3A、B、D 中最大)及I2(图3C中最大)表示于电流轴上。根据编程脉冲的下降 时间，每幅图中所代表的存储单元包括四个状态。存储单元处于复位 状态的情况称为状态“11”，存储单元处于置位状态的情况称为状态 “00”。根据相变材料的非晶量，存储单元还进一步具有状态“10” 及状态“01”。

根据054专利，相变存储器件通过控制施加至存储单元的电流脉冲 的下降时间来将两个位编程入一个存储单元。054专利使用相变材料的 非晶量随电流脉冲下降时间的增加而减小的特性。

编程后几纳秒时的阻抗与编程后几天或几十天时的阻抗应该没有 区别，使得典型阻抗可变存储器件，例如054专利中的阻抗可变存储器 件，执行正常MLC操作。然而，由于相变材料(GST)的特性，阻抗 可变存储器件的阻抗将根据时间的流逝而变化。此现象称为阻抗漂移， 其可负面地影响器件的可靠性。设计最小化或基本消除阻抗漂移的阻 抗可变存储器件将是有益的。

发明内容

根据本发明的各方面，提供一种阻抗可变存储器件及其操作方法， 其可抑制阻抗漂移。