[发明专利]相变存储器件及相关编程方法

说明书

技术领域

本发明实施例一般地涉及一种半导体存储器件。具体地，本发明实施例涉及一种相变存储器件及相关编程方法。

本发明要求2006年9月27日递交的韩国专利申请No.10-2006-0094155的优先权，通过引用将其公开全部结合在本文中。

背景技术

相变存储器件使用能够稳定地在无定形相和结晶相之间转换的相变材料(例如，硫族化物)来存储数据。无定形和结晶相(或态)表现出不同的电阻值，用于区分存储器件中的存储单元的不同逻辑状态。具体地，无定形相表现出相对较高的电阻，以及结晶相表现出相对较低的电阻。

相变存储器件典型地使用无定形态表示逻辑“1”以及结晶态表示逻辑“0”。通常将结晶态称作“设定状态”，以及将无定形状态称作“复位状态”。因此，相变存储器件中的相变存储单元典型地通过将存储单元中的相变材料“设定”为结晶状态来存储逻辑“0”，并且所述相变存储单元通过将所述相变材料“复位”到无定形状态来存储逻辑“1”。例如，美国专利6,487,113和6,480,438公开了各种相变存储器件。

典型地，通过将相变存储器件中的相变材料加热到预定熔化温度以上，然后将所述材料快速冷却来将所述材料转变为无定形状态。典型地，通过将所述相变材料加热到所述熔化温度以下的另一个预定温度一定时间段，将所述材料转变为结晶状态。因此，通过使用如上所述的加热和冷却，将相变存储器件中的相变材料在无定形态和结晶态之间转变，来将数据写入所述相变存储器件中的存储单元。

典型地，相变存储器件中的相变材料包括锗(Ge)、锑(Sb)和碲(Te)，即“GST”化合物。所述GST化合物很好地适合于相变存储器件，因为其可以通过加热和冷却快速地在无定形态和结晶态之间转换。

至少一种类型的相变存储单元包括顶部电极、硫族化物层、底部电极接触、底部电极和存取晶体管或二极管，其中，所述硫族化物层是所述相变存储单元的相变材料。因此，通过测量所述硫族化物层的电阻来执行所述相变存储单元的读操作，并且通过如上所述加热和冷却所述硫族化物层来执行所述相变存储单元的编程操作。典型地，相变存储单元还包括开关元件，用于控制向相变材料的电流供应，用于编程操作。

大体上，不同相变存储单元中的所述相变材料的电阻倾向于由于工艺条件、编程和读取条件中的较小差别以及多种其他因素而变化。结果，典型地，对于相变存储单元的“设定状态”和“复位状态”典型地具有诸如图1所示的钟型曲线之类的电阻分布特征。换句话说，“设定状态”和“复位状态”中的相变存储单元可以表现出较宽范围的不同电阻值。

图1是示出了分别对于“设定状态”和“复位状态”的相变存储单元的电阻分布的曲线。在图1中，沿x轴测量所述相变存储单元中的GST化合物的电阻“R”，并且沿y轴测量每一个均具有具体电阻值的相变存储器件中的多个相变存储单元。

在图1中，标记为“S1”的第一分布表示处于“设定状态”的相变存储单元，以及标记为“R1”的第二分布表示处于“复位状态”的相变存储单元。在图1中，读出裕度“SM”存在于第一分布的最大值和第二分布的最小值之间。同样在图1中，一对较长虚线之间的距离表示所述第一和第二分布之间的所需读出裕度。

因为图1中的读出裕度显著地小于所需读出裕度，存在以下不想要的较高可能性：具有如图1所示分布的相变存储单元将由于读取和编程操作中的较小变化经历读取或编程错误。例如，由于如图1所示的相对较小的读出裕度，基准读取电阻中的减小变化或选定存储单元的已测量电阻值中的微扰可以导致选定存储单元状态的错误读取。

发明内容