[发明专利]半导体存储装置及其设定编程控制电路和编程方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年11月25日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2011-0124596的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种半导体系统，更具体而言，涉及一种半导体存储装置及其设定编程控制电路和编程方法。

背景技术

PCRAM(相变RAM)是利用构成存储器单元的特定物质的相变特性的存储装置。相变物质可以根据温度条件转变成非晶状态或结晶状态，并且可以包括例如基于硫族化物的合金。代表性的相变物质包括包含锗、锑和碲的Ge2Sb2Te5(此后称作“GST”)物质。

大部分物质具有不同的熔点和结晶温度，并且结晶程度可以根据冷却时间和冷却温度而变化。这可以用作物质的独特特性。具体地，GST物质以比其它的物质可以更清楚地区分出非晶状态与结晶状态。

图1是用于解释一般的相变物质根据温度相变的曲线图。将使用GST物质作为实例。

当GST被施加等于或高于GST熔点的高温预定的时间(数十至数百纳秒[ns])并且被淬灭预设的时间Tq时，GST的非晶状态维持不变，并且电阻值变成数百千欧姆(kΩ)至数兆欧姆(MΩ)。

另外，如果GST被维持在结晶温度预选的时间(数百ns至数微秒[μs])然后被冷却，则GST转变成结晶状态并且电阻值变成数kΩ至数十kΩ。随着用于维持结晶温度的时间延长，结晶状态改善并因此GST具有更小的电阻值。

图2是用于解释一般的相变物质根据温度相变的另一个曲线图。相似地，将使用GST物质作为实例。

图2示出通过施加接近GST熔点的温度预定的时间，并慢慢冷却GST来使GST结晶的一个实例。即使在这种情况下，GST的电阻值变成数kΩ至数十kΩ，并且随着冷却时间延长，结晶状态改善。另外，与图1相比，结晶时间缩短。

为了利用GST的这种特性，可以将热直接施加到GST；或可以通过电流流经导体或半导体以电方式产生焦耳热，以使GST在非晶状态与结晶状态之间转换。

尽管图1和图2示出相变存储装置的一般操作，但由于设定数据编程时间即用于使GST结晶所需的时间短，因此主要使用图2的方法。

图3是现有的相变存储装置的单元阵列的配置图。

参见图3，每个存储器单元MC都由相变物质GST和连接在字线WL与位线BL之间的开关元件构成。

下面将参考图4来描述现有的相变存储装置的编程操作。

图4是现有的相变存储装置的配置图。

参见图4，相变存储装置1包括编程脉冲发生模块11、写入驱动器12以及存储模块13。

编程脉冲发生模块11被配置成响应于编程使能信号PGMP而产生第一写入控制信号RESETEN和第二写入控制信号SETP<0:n>。编程脉冲发生模块11将第一写入控制信号RESETEN和第二写入控制信号SETP<0:n>提供给写入驱动器12。另外，当完成产生第一写入控制信号RESETEN和第二写入控制信号SETP<0:n>的操作时，编程脉冲发生模块11产生编程完成信号PGMNDP，并将编程完成信号PGMNDP传送给控制器。

写入驱动器12被配置成响应于写入使能信号WDEN而被驱动。写入驱动器12被提供第一写入控制信号RESETEN和第二写入控制信号SETP<0:n>，并且响应于要编程的数据DATA和位线选择开关控制信号YSW<0:m>将编程电流I_PGM提供给存储模块13。

因此，在存储模块13中，随着GST的电阻状态根据要编程的数据DATA的电平而改变，可以记录数据DATA。

图5是示出图4所示的编程脉冲发生模块的一个实例的框图。

参见图5，编程脉冲发生模块11被配置成包括初始脉冲发生单元111、复位脉冲发生单元113以及淬灭脉冲发生单元115。

初始脉冲发生单元111被配置成响应于由控制器提供的编程使能信号PGMP而产生时段设定信号QSSETP。时段设定信号QSSETP是确定给GST提供接近熔点的热的时间的信号。初始脉冲发生单元111响应于编程使能信号PGMP，在对预设的时间计数之后将时段设定信号QSSETP使能。

复位脉冲发生单元113被配置成响应于编程使能信号PGMP和通过将时段设定信号QSSETP延迟预定的时间产生的复位信号IRSTP，产生第一写入控制信号RESETEN。