相变存储器件制造技术

一种相变存储器件包括在行方向上布置的多条字线和在列方向上布置的多条位线。在列方向上布置多条参考位线和多条钳位位线。在字线和位线相交之处布置包括相变电阻单元的单元阵列块。在字线和参考位线相交之处形成参考单元阵列块。参考单元阵列块被配置为输出参考电流。在字线和钳位位线相交之处形成钳位单元阵列块。钳位单元阵列块被配置为输出钳位电流。读出放大器连接到每条位线并被配置为接收钳位电压和参考电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及相变存储器件，更具体地，涉及参考和钳位(clamp ) 电压的稳定性提高从而使得读出放大器的偏移特性得到改进的相变存储器 件。
技术介绍
与易失性RAM不同，非易失性存储器件即使在器件的电源被关断以后 也可以保存数据。非易失性存储器的示例包括磁存储器和相变存储器 (PCM)。这些非易失性存储器件具有与易失性随机存取存储器(RAM)相 似的数据处理速度，并且即使在电源被关断之后也能够保存数据。图la和lb是示出传统相变电阻器(PCR) 4的图。PCR 4包括插入在上端电极1和下端电极3之间的相变材料(PCM ) 2。 当施加电压并且通过该器件传输电流时，在PCM2中产生高温，以使得导 电状态随着源于施加的高温所产生的电阻变化而改变。PCM包括AgLnSbTe。 典型地，PCM 2包括具有硫族元素(硫S、硒Se、碲Te)的硫化物作为主 要成分，更详细地，由Ge-Sb-Te组成的锗锑碲。图2a和2b是示出传统PCR4的工作原理的图。如图2a中所示，当低电流(即小于阈值的电流)流过PCR 4时，PCM 2 可以被结晶化。结晶后的PCM2具有低电阻。如图2b中所示，当高电流(即大于阈值的电流)流过PCR 4时，PCM2 变为非晶态，从此时起，PCM 2中由高电流导致的温度大于熔点。非晶态 的PCM2具有高电阻。利用此现象，PCR 4可以被配置为存储与两个不同的电阻状态对应的非 易失性数据。例如，数据逻辑值'T，与结晶后的PCR 4 (低电阻状态)对 应，数据逻辑值0与非晶态的PCR 4 (高电阻状态)对应，因而可以使 用PCR4来存储数据的逻辑状态。图3是示出传统相变电阻单元的写操作的图。当电流在PCR 4的上端电极1和下端电极3之间流过给定时间量时，产生热量。结果，PCM2的状态根据由上端电极1和下端电极3之间流过的电 流产生的温度而变为结晶态或非晶态。例如，当低电流流过给定时间时，由于低温加热状态，PCM2变为结晶 态，因而PCR 4处于低电阻状态(置位状态)。相反，当高电流流过给定时 间时，由于高温加热状态，PCM2变为非晶态，因而PCR4处于高电阻状态 (重置状态)。基于PCM2中呈现的电阻值来确定这两个相之间的差。在PCR 4中，必须长时间地向PCR 4施加将相变材料变为结晶态所需 的低电压，以便在写模式下写入置位状态。相反，仅需短时间地向PCR4施 加将PCM2变为非晶态所需的高电压，以便在写^^莫式下写入重置状态。但是，相变存储器件不是没有问题的。当未有效控制具有相变电阻器的 相变存储器件的参考电压时，读出放大器的读出效率会退化。这样，参考电 流是不稳定的，并且读出放大器的精度和偏移特性退化，引起芯片的数据读 出容限(margin)和成品率的下降。
技术实现思路
本专利技术包括解决上述问题的相变存储器件。使用在与单元阵列相同的条件下的参考单元阵列，来提供改进的参考电流的 稳定性和精度。另外，本专利技术的实施例包括具有相变电阻器的相变存储器件，该相变存 储器件使用在与单元阵列相同的条件下的钳位单元阵列，来提供改进的钳位 电压的稳定性和精度。另外，本专利技术的实施例包括具有相变电阻器的相变存储器件，该相变存读出效率。另外，本专利技术的实施例包括具有相变电阻器的相变存储器件，该相变存 储器件提高读出放大器的偏移特性。另外，本专利技术的实施例包括使用在与主单元阵列相同条件下的均衡电路 产生的参考和钳位电压，其中该均衡电路产生反映主单元的特性的参考和钳 位电压，该主单元的特性响应于器件内的处理变化而改变。根据本专利技术的一个实施例， 一种相变存储器件包括在行方向上布置的多条字线；在列方向上布置的多条位线；在列方向上布置的参考位线；在列 方向上布置的多条钳位位线；包括多个布置在字线和位线相交之处的相变电 阻单元的单元阵列块；在字线和参考位线相交之处形成并被配置为输出参考 电流的参考单元阵列块；在字线和钳位位线相交之处形成并被配置为输出钳 位电流的钳位单元阵列块；以及连接到位线并被配置为接收钳位电压和参考 电压的读出放大器。根据另一个实施例， 一种相变存储器件包括在行方向上布置的多条字 线；在列方向上布置的多条位线；在列方向上布置的参考位线；包括布置在 字线和位线相交之处的相变电阻单元的单元阵列块；在字线和参考位线相交 之处形成并被配置为输出参考电流的参考单元阵列块；被配置为响应于钳位 使能信号输出钳位电压的钳位单元阵列块；连接到参考位线并被配置为产生 与参考电流对应的参考电压的参考电压产生单元；以及连接到位线并被配置 为接收钳位电压和参考电压的读出放大器。附图说明图la和lb是示出传统相变电阻器的图； 图2a和2b是示出传统相变电阻器的工作原理的图； 图3是示出传统相变电阻单元的写操作的图； 图4是示出根据本专利技术的实施例的相变存储器件的电路图； 图5是示出根据本专利技术的实施例的相变存储器件的电路图； 图6是示出根据本专利技术的实施例的相变存储器件的框图； 图7是示出图6的钳位电压产生单元的图； 图8是示出根据本专利技术的实施例的相变存储器件的框图； 图9是示出图8的钳位电压产生单元的电路图； 图IO是示出图7的钳位电压产生单元的工作特性的时序图； 图11是示出根据本专利技术的实施例的相变存储器件的置位电阻、重置电 阻和参考电阻的关系的图1 2是示出根据本专利技术的实施例的相变存储器件的读电流的关系的图13是示出图4的读出放大器的电路图14是示出图13的读出放大器的第一和第二放大单元的操作的波形图15是示出图4的参考电压产生单元的电路图； 图16是图4的读出放大器的电路图； 图17是示出图4的参考电压产生单元的电路图；以及 图18是示出图13的读出放大器的工作电压的时序附图中元件符号说明CSB:钳位单元阵列块RSB:参考单元阵列块100:单元阵列块200:钳位列选择单元300:参考列选择单元400:列选择单元Rref:参考电阻器500:钳位电压产生单元600:参考电压产生单元S/A:i卖出》丈大器W/D:写驱动单元具体实施例方式图4是示出根据本专利技术的实施例的相变存储器件的电路图。图4中所示的相变存储器件包括钳位单元阵列块CSB、参考单元阵列块 RSB、单元阵列块100、钳位列选择单元200、参考列选择单元300、列选4奪 单元400、参考电阻器Rref、钳位电压产生单元500、参考电压产生单元600、 读出放大器S/A和写驱动单元W/D。单元阵列块100包括在列方向上布置的多条位线BLO ~ BL2和在行方向 上布置的多条字线WLO~ WL3。单元阵列块100包括在位线BL0 BL2和 字线WLO~ WL3相交处布置的多个单位单元C。每个单位单元C包括相变 电阻器PCR和二极管D。 二极管D包括PN 二极管元件。相变电阻器PCR的一个电极连接到位线BL，另 一个电极连接到二极管D的P型区。二极管D的N型区连接到字线WL。为了写数据，相变电阻器 PCR的相响应于流进位线BL的置位电流Iset和重置电流Ireset中的一个而 改变。钳位单元阵列块CSB包括在列方向上布置的一对钳位位线CBL1、 CBL2，并且在行方向上布置的字线WL0 WL3与钳位位线CBL1、 CBL2 相交。钳位单元阵列块CSB包括多个钳位开关CSW，每个钳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储器件，包括：　多条字线，布置在行方向上；　多条位线，布置在列方向上；　参考位线，布置在列方向上；　多条钳位位线，布置在列方向上；　单元阵列块，包括多个相变电阻单元，每个相变电阻单元形成于所述字线中的一条和所述位线中的一条的相交之处，其中，该单元阵列块被配置为输出数据电流；　参考单元阵列块，包括多个参考单元，每个参考单元形成于所述字线中的一条和所述参考位线的相交之处，其中，该参考单元阵列块被配置为输出参考电流；　钳位单元阵列块，包括多个钳位单元，每个钳位单元形成于一条字线和所述钳位位线的相交之处，其中，该钳位单元阵列块被配置为输出多个钳位电流；以及　读出放大器，连接到所述位线以接收所述数据电流，并响应于与所述多个钳位电流对应的钳位电压和与所述参考电流对应的参考电压来执行放大操作。

【技术特征摘要】
KR 2007-7-24 73852/071、一种相变存储器件，包括多条字线，布置在行方向上；多条位线，布置在列方向上；参考位线，布置在列方向上；多条钳位位线，布置在列方向上；单元阵列块，包括多个相变电阻单元，每个相变电阻单元形成于所述字线中的一条和所述位线中的一条的相交之处，其中，该单元阵列块被配置为输出数据电流；参考单元阵列块，包括多个参考单元，每个参考单元形成于所述字线中的一条和所述参考位线的相交之处，其中，该参考单元阵列块被配置为输出参考电流；钳位单元阵列块，包括多个钳位单元，每个钳位单元形成于一条字线和所述钳位位线的相交之处，其中，该钳位单元阵列块被配置为输出多个钳位电流；以及读出放大器，连接到所述位线以接收所述数据电流，并响应于与所述多个钳位电流对应的钳位电压和与所述参考电流对应的参考电压来执行放大操作。2、 根据权利要求1所述的相变存储器件，还包括 钳位电压产生单元，连接到所述钳位位线的每一条，并被配置为产生与所述^H立电流对应的^H立电压；以及参考电压产生单元，连接到所述参考位线并接收钳位电压，其中，该参 考电压产生单元被配置为响应于所述钳位电压来产生与所述参考电流对应 的参考电压。3、 根据权利要求2所述的相变存储器件，还包括列选捧单元，连接到所述单元阵列块的多条位线中的每一条，并被配置 为选择一条或多条位线；参考列选择单元，连接到所述参考单元阵列块的参考位线，并被配置为 选择所述参考位线；以及钳位列选择单元，连接到所述钳位单元阵列块的多条钳位位线中的每一 条，并被配置为选择所述钳位位线。4、 根据权利要求3所述的相变存储器件，还包括参考电阻器，连接 在所述参考列选择单元和参考电压产生单元之间。5、 根据权利要求2所述的相变存储器件，其中所述钳位电压产生单元 包括参考偏置单元，被配置为向所述多条钳位位线的第 一钳位位线提供偏置 电压；钳位电压调整单元，连接到所述多条位线的第一钳位位线和第二钳位位 线，其中该钳位电压调整单元被配置为根据该第二钳位位线的电压值来输出 用于调整所述钳位电压的钳位电压控制信号；以及钳位电压输出单元，被配置为根据所述钳位电压控制信号输出所述钳位 电压。6、 根据权利要求5所述的相变存储器件，其中该钳位电压调整单元包 括放大器，该放大器被配置为比较并放大所述第一和第二钳位位线的输出信 号，以输出该钳位电压控制信号。7、 根据权利要求5所述的相变存储器件，其中，当钳位使能信号被激 活时，该钳位电压输出单元根据钳位电压控制信号来控制钳位电压的电平， 当钳位使能信号被禁用时，该钳位电压输出单元下拉该钳位电压。8、 根据权利要求2所述的相变存储器件，其中该参考电压产生单元包括电流读出负载单元，被配置为将参考电流转换为参考电压； 位线电压偏置控制单元，被配置为根据钳位电压控制流进参考位线的参 考电压；以及放大单元，被配置为放大该电流读出负载单元和该位线电压偏置控制单 元的输出信号，并输出参考电压。9、 根据权利要求1所述的相变存储器件，其中该读出放大器包括 均衡单元，被配置为在预充电时段期间对输出端进行预充电； 放大单元，被配置为放大位线电压端和参考电压端的电压，其中该参考电压端的电压是与所述参考电流对应的参考电压；上拉单元，被配置为在该预充电时段期间对放大单元的节点进行预充电；放大激活控制单元，被配置为响应于读出放大器使能信号控制该放大单元的激活；电流读出负载单元，被配置为将位线的数据电流转换为向位线电压端施力口的读出电压；以及偏置控制单元，被配置为根据钳位电压控制参考电流。10、 根据权利要求1所述的相变存储器件，其中该多条钳位位线是一对 钳位位线。11、 根据权利要求1所述的相变存储器件，其中该相变电阻单元包括 相变电阻器，被配置为存储与...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜熙福，安进弘，洪锡敬，
申请(专利权)人：海力士半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]