專利名稱：相變存儲(chǔ)器的讀取偏置方案的制作方法
背景一般地說(shuō)，本發(fā)明涉及用來(lái)儲(chǔ)存電子信息的存儲(chǔ)器。
當(dāng)從相變存儲(chǔ)單元讀取器件數(shù)據(jù)時(shí)，在一種情形下加一個(gè)可以比閾值電壓低的電壓，并測(cè)量電流，以便使器件電阻的測(cè)定有可能。所測(cè)量的器件電阻確定相變存儲(chǔ)器中出現(xiàn)的結(jié)晶的程度，從而儲(chǔ)存在該單元的數(shù)據(jù)的狀態(tài)。
當(dāng)讀取復(fù)位或較高電阻位時(shí)，如果讀取電壓大于閾值電壓，由于器件被接通這一事實(shí)，器件可以急速返回到低得多的電壓，并可以測(cè)量到大得多的電流值。在這樣情況下，可能很難區(qū)分該位的置位或較低電阻和復(fù)位狀態(tài)。一個(gè)強(qiáng)制電壓讀取數(shù)據(jù)的方案必須有裕度保證施加的是小于閾值電壓的電壓。類似地，在通過(guò)強(qiáng)制電流讀取器件數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中能看到相同的效應(yīng)。
于是，需要有一種提供較高裕度的讀取相變存儲(chǔ)器的方法。


圖1是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)陣列的描繪圖；圖2是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的假定的或示意的存取器件的電流對(duì)電壓的曲線圖；圖3是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)偏置方案的描繪圖；圖4是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)偏置方案的描繪圖；圖5是圖1上所示的存儲(chǔ)陣列的在早期制造階段的放大橫截面視圖；圖6是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)系統(tǒng)描繪圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，相變存儲(chǔ)單元10可以包含在以列26和行24排列的存儲(chǔ)陣列內(nèi)。每個(gè)單元10可以包括一個(gè)存儲(chǔ)元件22和選擇器件14。提出幾個(gè)例子，選擇器件14可以是二極管、晶體管或雙向器件(ovonicdevice)。雖然在這里使用術(shù)語(yǔ)“行”和“列”，但這些術(shù)語(yǔ)可以是任意的意義，并且這些術(shù)語(yǔ)是指用來(lái)尋址單元10的任何導(dǎo)電線路。
存儲(chǔ)元件22可以包括上電極20、相變材料層18和下電極16。元件22、選擇器件14和線路24及26可以形成在半導(dǎo)體襯底中或上面。
在一個(gè)實(shí)施例中，相變材料18可以是適于非易失存儲(chǔ)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的相變材料。相變材料可以是具有通過(guò)施加能量，例如熱、光、電壓電位或電流可以改變的電氣性質(zhì)(例如電阻)的材料。
相變材料的例子可以包括硫?qū)倩锊牧匣螂p向材料。雙向材料可以是這樣的材料，即，一旦經(jīng)受施加電壓電位、電流、光、熱等，它就遭受電子的或結(jié)構(gòu)的改變，并起半導(dǎo)體的作用。硫?qū)倩锊牧峡梢允沁@樣的材料，即，它至少包括來(lái)自周期表VI列的一個(gè)元素，或者它包括一個(gè)或幾個(gè)硫?qū)僭兀珥?、硫或硒元素中的任何一個(gè)。雙向和硫?qū)倩锊牧峡梢允强捎脕?lái)儲(chǔ)存信息的非易失存儲(chǔ)材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)材料可以是由碲-鍺-銻(TexGeySbz)組的硫?qū)倩锍煞趾铣晌锘蛘逩eSbTe合金，不過(guò)本發(fā)明的范圍不限于僅這些材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，如果存儲(chǔ)材料是非易失相變材料，通過(guò)把電信號(hào)施加到存儲(chǔ)材料上可以把存儲(chǔ)材料編程成至少兩個(gè)存儲(chǔ)狀態(tài)中的一個(gè)。電信號(hào)可以在基本上結(jié)晶狀態(tài)和基本上非結(jié)晶狀態(tài)之間改變存儲(chǔ)材料的相。其中，在基本上非結(jié)晶狀態(tài)的存儲(chǔ)材料電阻大于在基本上結(jié)晶狀態(tài)的存儲(chǔ)材料電阻。因此，在這個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)材料可以適應(yīng)被改變到提供單位或多位信息存儲(chǔ)的電阻值范圍內(nèi)的至少兩個(gè)電阻值中的一個(gè)。
改變材料的狀態(tài)或相的存儲(chǔ)材料編程可以通過(guò)把電壓電位施加到電極16和20上，從而產(chǎn)生跨在存儲(chǔ)材料層18上的電壓電位來(lái)完成。電流可以響應(yīng)所加的電壓電位流過(guò)存儲(chǔ)材料層18的一部分，并可以導(dǎo)致存儲(chǔ)材料層18的加熱。
這個(gè)加熱和接著的冷卻可以改變存儲(chǔ)材料層18的存儲(chǔ)狀態(tài)或相。改變存儲(chǔ)材料層18的相或狀態(tài)可以改變存儲(chǔ)材料層18的電特性。例如，通過(guò)改變存儲(chǔ)材料層18的相可以改變存儲(chǔ)材料層18的電阻。也可以把存儲(chǔ)材料稱為可編程電阻材料或簡(jiǎn)稱為可編程材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)施加約0伏到下電極16上和約0.5-1.5伏到上電極20上，可以在存儲(chǔ)材料的一部分上施加約0.5-1.5伏電壓電位差。響應(yīng)所加的電壓電位而流過(guò)存儲(chǔ)材料層18的電流可以導(dǎo)致存儲(chǔ)材料的加熱。這個(gè)加熱和接著的冷卻可以改變材料的存儲(chǔ)狀態(tài)或相。
在“復(fù)位”狀態(tài)，存儲(chǔ)材料可以處在非結(jié)晶或半非結(jié)晶狀態(tài)；在“置位”狀態(tài)，存儲(chǔ)材料可以處在結(jié)晶或半結(jié)晶狀態(tài)。在非結(jié)晶或半非結(jié)晶狀態(tài)的存儲(chǔ)材料電阻可以比在結(jié)晶或半結(jié)晶狀態(tài)的存儲(chǔ)材料電阻大。復(fù)位和置位分別與非結(jié)晶狀態(tài)和結(jié)晶狀態(tài)的關(guān)聯(lián)是一個(gè)約定。也可采納其他約定。
由于電流，存儲(chǔ)材料可以被加熱到相對(duì)較高的溫度，使存儲(chǔ)材料非晶化和“復(fù)位”存儲(chǔ)材料(例如把存儲(chǔ)材料編程到邏輯“0”值)。加熱這個(gè)體積或存儲(chǔ)材料到相對(duì)較低的結(jié)晶溫度，可以使存儲(chǔ)材料晶化和“置位”存儲(chǔ)材料(例如把存儲(chǔ)材料編程到邏輯“1”值)。通過(guò)改變電流量和通過(guò)存儲(chǔ)材料體積的持續(xù)時(shí)間，可以得到存儲(chǔ)材料的各種電阻以儲(chǔ)存信息。
通過(guò)測(cè)量存儲(chǔ)材料的電阻，可以讀取儲(chǔ)存在存儲(chǔ)材料18中的信息。作為一個(gè)例子，可以利用對(duì)置電極16、20給存儲(chǔ)材料層18提供讀取電流，并可以利用例如讀出放大器(未示出)把跨在存儲(chǔ)材料層18上的結(jié)果讀取電壓與參考電壓比較。讀取電壓可以與由存儲(chǔ)器儲(chǔ)存元件呈現(xiàn)的電阻成正比。于是，較高電壓可以表明存儲(chǔ)材料處在相對(duì)較高的電阻狀態(tài)，例如“復(fù)位”狀態(tài)。較低電壓可以表明存儲(chǔ)材料處在相對(duì)較低的電阻狀態(tài)，例如“置位”狀態(tài)。
常規(guī)上，在閾值電壓VT以下范圍讀取相變存儲(chǔ)器件。如果經(jīng)歷一個(gè)超過(guò)閾值電壓的電壓，元件22經(jīng)歷稱之為急速返回(snapback)，其中，在超過(guò)了閾值電壓后有急劇的電壓和電流變化。
可以如在低電壓或低場(chǎng)狀態(tài)下它呈現(xiàn)出很高的電阻這樣把相變?cè)?2編程到零狀態(tài)。例如，在低偏置下電阻的范圍能從50000歐姆到大于10兆歐姆。元件22可以繼續(xù)處于其截止?fàn)顟B(tài)直到閾值電壓VT或閾值電流IT把元件22轉(zhuǎn)換到高導(dǎo)電、低電阻的接通狀態(tài)為止。接通后跨在元件22上的電壓降到稱為吸持電壓(holding voltage)VH的稍低電壓，并仍然很接近閾值電壓。
在通過(guò)急速返回區(qū)后，在接通狀態(tài)，當(dāng)通過(guò)器件的電流增加到一定的相對(duì)較高的電流電平時(shí)，元件22電壓降仍然接近吸持電壓。
在這個(gè)電流電平以上，器件繼續(xù)保持接通狀態(tài)，但顯示出電壓降隨增加電流而增加的有限差動(dòng)電阻。元件22可以繼續(xù)保持在接通狀態(tài)一直到通過(guò)元件22的電流降到特有吸持電流值或者電壓降到特有吸持電壓值以下，特有吸持電流值和特有吸持電壓值都依賴于尺寸和用來(lái)形成器件22的材料。急速返回電壓實(shí)際上是閾值電壓減去吸持電壓。
在圖2的假定的電流對(duì)電壓的曲線圖中，急速返回的數(shù)量已明顯減小。這可以用若干方法來(lái)完成。在一個(gè)實(shí)施例中，可以把元件22結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成供給較高吸持電壓，例如大約0.92伏，本發(fā)明不限于這個(gè)方面。吸持電壓的目標(biāo)可以是成為與閾值電壓更具比較性。在一個(gè)實(shí)施例中，吸持電壓至少是閾值電壓的80％或更高。
結(jié)果，在一些實(shí)施例中可以達(dá)到大大減小的急速返回，不過(guò)本發(fā)明的范圍不限于這個(gè)方面。在一些實(shí)施例中，可以減小急速返回到這樣程度，以致能夠以比閾值電流高的電流利用強(qiáng)制電流讀取方案。事實(shí)上，對(duì)于復(fù)位情況，合乎要求的可以是提供比閾值電壓大的讀取電壓。
結(jié)果，與常規(guī)途徑比較，在讀取時(shí)能達(dá)到高得多的裕度。在常規(guī)途徑中，讀取電壓或電流必須保持在閾值電壓或電流以下。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，讀取電流只可以受干擾讀取位連續(xù)讀取周期的值的限制。當(dāng)編程電流可以變化兩倍時(shí)，這個(gè)值可以近似是復(fù)位電流的百分之十。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)碾娮栊噪姌O材料用于上電極20和/或下電極16，可以達(dá)到較高的吸持電壓值，不過(guò)本發(fā)明的范圍不限于這個(gè)方面。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以用氮化鈦硅或碳形成電極20或16和提供近似為0.9伏到1.5伏的吸持電壓。通過(guò)使相變材料18的厚度最佳，也可以把存儲(chǔ)元件22的閾值電壓設(shè)計(jì)成是可與它的吸持電壓進(jìn)行比較的。給元件22提供近似等于吸持電壓的閾值電壓減小急速返回效應(yīng)。
參照?qǐng)D3-5，在一些實(shí)施例中，可以達(dá)到更加一致有效的閾值電壓。在常規(guī)相變存儲(chǔ)元件的情況下，在編程復(fù)位位期間，閾值電壓明顯地隨施加到元件上的復(fù)位電流量而變化。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，其中元件的額定閾值電壓接近它的吸持電壓，閾值電壓沒(méi)有明顯地隨復(fù)位編程電流量而變化，不過(guò)本發(fā)明的范圍不限于這個(gè)方面。在圖3上，用相對(duì)較低的復(fù)位編程電流在復(fù)位狀態(tài)編程一個(gè)位。在圖4上，用標(biāo)準(zhǔn)復(fù)位編程電流編程復(fù)位位。在圖5上，用相對(duì)較高的復(fù)位編程電流編程復(fù)位位。結(jié)果，吸持電壓分別是1.17、1.13和1.17，而閾值電壓分別近似是1.35、1.36和1.36。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，閾值電壓沒(méi)有明顯隨復(fù)位編程電流而變化。在一個(gè)實(shí)施例中，在不同的編程電流下，閾值電壓變化不多于10％。
如果閾值電壓是相對(duì)恒定的或基本上無(wú)變化的，可以很容易地把讀取電流或電壓瞄準(zhǔn)在閾值電流或電壓以上或者甚至近似在閾值電流或電壓。通過(guò)使吸持電壓接近閾值電壓，吸持電壓確定何時(shí)元件接通，這可以導(dǎo)致更穩(wěn)定的閾值電壓，優(yōu)于改變復(fù)位編程條件。
能夠如下進(jìn)行對(duì)相變存儲(chǔ)元件22的讀取。把0伏施加到選擇的行上。強(qiáng)制電流在大于或等于元件22的閾值電流的值。如果相變存儲(chǔ)元件22被置位，則相變存儲(chǔ)元件22把低電壓高電流條件提供給讀出放大器。如果相變存儲(chǔ)元件22被復(fù)位，則可以把較大電壓較低電流條件提供給讀出放大器。讀出放大器能夠把結(jié)果列電壓與參考電壓進(jìn)行比較，或者把結(jié)果列電流與參考電流進(jìn)行比較。
轉(zhuǎn)到圖6，說(shuō)明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)500的一部分。系統(tǒng)500可以用于無(wú)線設(shè)備，例如個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、帶有無(wú)線能力的膝上或便攜計(jì)算機(jī)、web書寫板、無(wú)線電話、尋呼機(jī)、即時(shí)報(bào)文傳送設(shè)備、數(shù)字音樂(lè)播放器、數(shù)字照相機(jī)或可適于無(wú)線發(fā)送和/或接收信息的其他設(shè)備。系統(tǒng)500可以用于以下系統(tǒng)中的任何一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)、無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(WPAN)系統(tǒng)或蜂窩網(wǎng)，不過(guò)本發(fā)明的范圍不限于這個(gè)方面，也可以與有線系統(tǒng)一起使用。
系統(tǒng)500可以包括經(jīng)總線550互相連接的控制器510、輸入/輸出(I/O)設(shè)備520(例如鍵區(qū)顯示器)、存儲(chǔ)器530、存儲(chǔ)控制器560和無(wú)線接口540。應(yīng)該注意到，本發(fā)明的范圍不限于具有這些部件中的任一個(gè)或所有的的實(shí)施例。
控制器510可以包括，例如，一個(gè)或幾個(gè)微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、微控制器等。存儲(chǔ)器530可以用來(lái)儲(chǔ)存發(fā)送到系統(tǒng)或由系統(tǒng)發(fā)送的信息。存儲(chǔ)器530也可以任選地用來(lái)儲(chǔ)存由控制器510執(zhí)行的指令。在系統(tǒng)500工作期間，它可以用來(lái)儲(chǔ)存用戶數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器530可以由一個(gè)或幾個(gè)不同類型的存儲(chǔ)器提供。例如，存儲(chǔ)器530可以包括易失存儲(chǔ)器(任何類型的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、如閃存存儲(chǔ)器這樣的非易失存儲(chǔ)器和/或包括例如像存儲(chǔ)元件22這樣的存儲(chǔ)器的相變存儲(chǔ)器。
I/O設(shè)備520可以被利用產(chǎn)生信息。系統(tǒng)500可以使用無(wú)線接口540用無(wú)線射頻(RF)信號(hào)向無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息和從無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)接收信息。無(wú)線接口540的例子可以包括天線或無(wú)線收發(fā)信機(jī)，例如偶極天線，不過(guò)本發(fā)明的范圍不限于這個(gè)方面。
在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)控制器560和存儲(chǔ)器530可以是單獨(dú)的集成電路。存儲(chǔ)控制器560可以使存儲(chǔ)器530被讀取。存儲(chǔ)控制器560能夠發(fā)出讀取存儲(chǔ)器530的命令。存儲(chǔ)器中的尋址電路產(chǎn)生線路24上的電壓/電流。這些電壓/電流可以施加到所選的單元上，它的線路24具有施加到它們上面的適當(dāng)信號(hào)。
雖然關(guān)于有限數(shù)量的實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員從其中會(huì)理解許多改進(jìn)和變化。意在使所附的權(quán)利要求能涵蓋屬于本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)的所有這樣的改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括形成用大于或等于元件的閾值電壓的電壓讀取的相變存儲(chǔ)元件。
2.權(quán)利要求1的方法，包括形成具有至少是元件的閾值電壓的百分之八十的吸持電壓的相變存儲(chǔ)元件。
3.權(quán)利要求1的方法，包括形成具有閾值電壓的相變存儲(chǔ)元件，該閾值電壓隨編程電流變化二倍而沒(méi)有變化大于百分之十。
4.權(quán)利要求1的方法，包括在一對(duì)電極之間形成包括相變材料的相變存儲(chǔ)元件。
5.權(quán)利要求4的方法，包括形成具有氮化鈦硅的下電極的相變材料。
6.一種設(shè)備，包括用大于或等于元件的閾值電壓的電壓讀取的相變存儲(chǔ)元件。
7.權(quán)利要求6的設(shè)備，其中，所述元件包括上電極和下電極以及在所述電極之間的相變材料。
8.權(quán)利要求6的設(shè)備，其中，所述元件具有至少是元件的閾值電壓的百分之八十的吸持電壓。
9.權(quán)利要求6的設(shè)備，其中，相變存儲(chǔ)元件具有隨改變編程電流而變化小于百分之十的閾值電壓。
10.權(quán)利要求7的設(shè)備，其中，所述下電極包含氮化鈦硅或碳。
11.一種系統(tǒng)，包括處理器；與所述處理器耦合的無(wú)線接口；以及用大于或等于元件的閾值電壓的電壓讀取的相變存儲(chǔ)元件。
12.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中，所述接口包括偶極天線。
13.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中，所述元件包括上電極和下電極以及在所述電極之間的相變材料。
14.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，所述下電極包含氮化鈦硅。
15.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中，所述元件具有至少是元件的閾值電壓的藥百分之八十的吸持電壓。
16.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中，相變存儲(chǔ)元件具有隨編程電流變化二倍而沒(méi)有變化大于百分之十的閾值電壓。
17.一種方法，包括用大于或等于相變?cè)拈撝惦妷旱碾妷鹤x取相變存儲(chǔ)元件。
18.權(quán)利要求17的方法，包括利用存儲(chǔ)控制器使相變存儲(chǔ)器被讀取。
19.權(quán)利要求18的方法，包括使用是與包括所述相變存儲(chǔ)器的集成電路分離的集成電路的存儲(chǔ)控制器。
全文摘要
一種讀取偏置方案可以用于包括硫?qū)倩锎嫒∑骷土驅(qū)倩锎鎯?chǔ)元件的相變存儲(chǔ)器。通過(guò)適當(dāng)?shù)淖x取偏置方案能夠達(dá)到合乎要求的讀取裕度。在一些情況下，這可以導(dǎo)致較優(yōu)的產(chǎn)量、較高的可靠性和極低的成本。
文檔編號(hào)G11C11/34GK1836288SQ200480022432
公開日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2004年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月4日
發(fā)明者T·勞里, W·帕金森 申請(qǐng)人:英特爾公司