[发明专利]相变存储器中的单元状态确定

说明书

技术领域

本发明一般地涉及相变存储器，并且更具体地涉及用于确定相变存储器单元的状态的方法和装置。

背景技术

相变存储器（PCM）是新的、非易失性固态存储器技术，其利用具有不同导电性的至少两个状态之间特定硫化物材料的可逆切换。PCM是快速的，并且具有好的保持和耐久特性，并且已经显示扩展到未来的光刻结点。

在单层单元（SLC）PCM器件中，基础存储单元（cell）可以存储一比特的二进制信息。该单元可以通过施加热量，设为两个状态（晶体或非晶）之一。在代表二进制0的非晶状态下，单元的电阻为高。当加热到高于其结晶点的温度然后冷却时，硫化物材料转换为导电、晶体状态。该低电阻状态代表二进制1。如果该单元然后加热到硫化物熔点的高温，那么硫化物材料在迅速冷却时重回其非晶状态。

在多层单元（MLC）PCM器件中，存储器单元可以设为不同状态（其中，s>2），允许每个单元多于一比特的存储。通过利用PCM单元的部分非晶状态实现MLC操作。通过改变硫化物材料中非晶区域的大小，设置不同的单元状态。这转而改变单元电阻。因此，每个单元状态对应于不同非晶体积，其转而对应于不同电阻级别。

为了写入数据到PCM单元，施加电压或电流脉冲到该单元，以便加热硫化物材料到适当的温度以在冷却时引起希望的单元状态。使用单元电阻作为对于单元状态的度量（metric），执行PCM单元的读取。以各种方式（通常通过将单元偏置于特定恒定电压电平并且测量流过它的电流），可以测量单元的电阻。美国专利No.7,505,334B1公开了一种替代方法，据此从其中单元作为电阻器的RC（电阻器-电容器）电路的放电时间检测单元电阻。然而，测量得到的电阻根据电阻级别和单元状态之间的预定对应指示单元状态。

在单元的电流对电压（I/V）特性的子阈值区域中（即，在低于单元状态在其可能出现改变的阈值切换电压的区域中），执行用于读取操作的电阻测量。因为阈值切换在固定电场出现，所以对应于低非晶尺寸的状态在较低偏置电压经历阈值切换。低的并且因而安全的偏置电压因此用于读取所有单元。在该低场区域，可以读取所有单元而不影响单元状态。

发明内容

本发明的第一方面的实施例提供一种用于确定相变储存器单元的状态的方法。所述方法包括：

用时间变化的读取电压偏置单元；

进行依赖于满足预定条件的测量，该条件依赖于施加读取电压期间的单元电流；以及

依赖于所述测量确定单元的状态。

在本发明的实施例中，替代施加恒定读取电压，可以用随时间变化的读取电压偏置单元。在施加该时间变化的读取电压期间，进行测量。该测量依赖于满足预定条件，该预定条件依赖于流过单元的电流。例如，在一些实施例中，测量指示满足依赖电流的条件的读取电压级别。在其他实施例中，测量指示要满足依赖电流的条件花费的时间。在任何情况下，得到的测量然后可以用于确定单元状态。由于在本发明的实施例中读取电压变化，依赖于考虑的单元状态的I/V特性，单元电流相应地变化。通过获得依赖于满足预定条件的单元电流的测量，体现本发明的方法可以以有效方式利用以用于不同单元状态的I/V特性的形式的差别。得到的测量提供对于非晶尺寸（基本编程实体）并且因此对于单元状态的良好度量。该度量可以用于探测单元操作的高场区域，并且可以有效地区分具有高非晶形态的状态。这可以增加可用编程空间，允许具有更多级别的操作，并且因此每个单元更多位的存储。该度量还可以提供具有对于偏移和低频噪声的改进容限的MLC操作的预期。

在一些优选实施例中，读取电压的形式是预定的。特别地，在这些实施例中，用在电压级别的范围上随着时间变化的预定读取电压偏置单元。在这样的预定读取电压的情况下，进行的测量可以指示满足预定条件花费的时间。这提供用于确定单元状态的基于时间的度量。然而，可以设想实施例，其中读取电压不以预定方式随着时间变化。在这些实施例中，进行的测量可以指示满足预定条件的读取电压级别。作为示例，读取电压级别可以以基本随机方式变化，直到确定满足依赖电流的条件，在此情况下测量满足依赖电流的条件出现的读取电压级别。这在下面将进一步讨论。