用于感测相变随机存取存储器单元的电阻状态的方法技术

各种实施例提供一种混合感测方案，混合感测方案可补偿半导体器件中的单元电阻不稳定性，半导体器件如多层级单元(MLC)型相变随机存取存储器(PCRAM)结构。各种实施例可实现支持相变随机存取存储器单元中的多层级单元应用的稳定电阻状态。

【技术实现步骤摘要】
用于感测相变随机存取存储器单元的电阻状态的方法
技术介绍
本公开涉及半导体器件和用于半导体器件的感测方案，确切地说，包含支持多层级单元(multi-levelcell；MLC)型相变随机存取存储器(phase-changerandom-accessmemory；PCRAM)结构的包含电流感测和电压感测的混合感测方案。相变随机存取存储器(PCM或PCRAM)是一种形式的非易失性随机存取计算机存储器。PCRAM技术基于在正常环境温度下可以是非晶形或结晶的材料。当材料处于非晶形状态时，材料具有高电阻。当材料处于结晶状态时，材料具有低电阻。为了控制材料的状态，可加热和冷却材料。通过将材料加热到高于其结晶点，材料进入结晶状态。可例如通过使电流通过加热组件来加热材料。随着材料冷却，其进入非晶形状态。基于非晶形状态中的结构松弛(structuralrelaxation)，PCRAM单元的单元电阻随着时间增大。PCRAM还具有实现数个相异中间状态的能力，由此具有在单个单元中保持多个位(如支持MLC型存储器结构的两个位)的能力。然而，由于非晶形状态中的结构松弛，PCRAM单元的电阻向上偏移且电流向下偏移。因此，由于用于PCRAM单元的感测窗口随着时间退化，在作为MLC操作的PCRAM单元中存储数据将具备挑战。常规单一感测方法不足以解决电阻和电流偏移问题，所述常规方法如使用固定读取电压(Vread)的常规电流感测方法或使用固定读取电流(Iread)的常规电压感测方法。附图说明当结合附图阅读时，从以下详细描述最好地理解本揭示内容的各方面。应注意，根据业界中的标准惯例，各个特征未按比例绘制。实际上，为了论述清楚起见，可任意增大或减小各个特征的尺寸。图1是根据本公开的各种实施例的包含相变存储器单元和场效应晶体管的相变随机存取存储器(phase-changerandom-accessmemory；PCRAM)结构的示意图。图2是根据本公开的各种实施例的包含多个相变存储器单元的PCRAM结构的示意图。图3是根据本公开的各种实施例的包含相变存储器单元和场效应晶体管(fieldeffecttransistor；FET)的存储器器件的竖直截面视图。图4是根据本公开的各种实施例的存储器电路的方块图。图5A是在各种时间下使读取电流与读取电压相关且说明PCRAM结构在恒定读取电压下随着时间经历的向下电流偏移的曲线图。图5B是绘示PCRAM结构在各种时间下的电流观测值的曲线图。图6A是在各种时间下使读取电流与读取电压相关且说明PCRAM结构在恒定读取电流下随着时间经历的向上电压偏移的曲线图。图6B是绘示PCRAM结构在各种时间下的电压观测值的曲线图。图7A是在各种时间下使读取电流与读取电压相关且说明PCRAM结构在恒定读取电压下随着时间经历的向下电流偏移和在恒定读取电流下随着时间经历的向上电压偏移的曲线图。图7B是绘示根据本公开的各种实施例的PCRAM结构在各种时间下的混合电流和电压观测值的曲线图。图8是根据本公开的各种实施例的说明可以是可补偿PCRAM结构的单元电阻不稳定性的混合感测方案的方法的过程流程图。附图标号说明10：PCRAM结构；20：存储器结构；24：字线；26：位线；28：源极线；30：衬底；100：相变存储器单元；200：存储器器件；400：存储器电路；401：控制器；402：行解码器；403：列选择器；404：读取/写入驱动器；405：输入/输出缓冲器；406：电流感测电路；407：电压感测电路；601：接触层级介电材料层；610：第一金属线层级介电材料层；612：器件接触通孔结构；618：第一金属线；620：第二线和通孔层级介电材料层；622：第一金属通孔结构；628：第二金属线；630：第三线和通孔层级介电材料层；632：第二金属通孔结构；638：第三金属线；640：第四线和通孔层级介电材料层；642：第三金属通孔结构；648：第四金属线；650：第五线和通孔层级介电材料层；652：第四金属通孔结构；658：第五金属线；660：介电材料层；680：金属内连线结构；700：电流控制器件；720：浅沟槽隔离结构；732：源极区；735：半导体通道；738：漏极区；742：源极侧金属半导体合金区；748：漏极侧金属半导体合金区；750：栅极结构；752：栅极介电质；754：栅极电极；756：介电栅极间隔件；758：栅极顶盖介电质；800：方法；802、804、806、808、810、812、814：方块；B：主体；BL：位线；D：漏极；Hcell：混合感测状态；Icell：单元电流；Id：电流；Iread：读取电流；G：栅极；S：源极；Vb、Vd、Vg、Vs：电压；Vcell：单元电压；Vread：读取电压；WL：写线。具体实施方式以下公开内容提供用于实施所提供主题的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述组件和布置的具体实例以简化本公开。当然，这些组件和布置只是实例且并不意欲为限制性的。举例来说，在以下描述中，第一特征在第二特征上方或上的形成可包含第一特征和第二特征直接接触地形成的实施例，且还可包含额外特征可在第一特征与第二特征之间形成使得第一特征和第二特征可不直接接触的实施例。另外，本公开可在各种实例中重复参考标号和/或字母。这种重复是出于简化和清楚的目的且本身并不规定所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。此外，为易于描述，本文中可使用如“在…下方”、“在…下”、“下部”、“在…上”、“上部”以及类似术语的空间相对术语，以描述如图中所说明的一个组件或特征与另一(一些)组件或特征的关系。除图中所描绘的定向以外，空间相关术语意欲涵盖器件在使用或操作中的不同定向。设备可以其它方式定向(旋转90度或处于其它定向)，且本文中所使用的空间相对描述词因此可同样地进行解释。范围在本文中可表述为从“约”一个特定值和/或到“约”另一特定值。当表述此类范围时，实例包含从一个特定值和/或到另一特定值。类似地，当值通过使用前置词“约”或“大体上”表述为近似值时，应理解，特定值形成另一方面。在一些实施例中，“约X”的值可包含+/-1％X的值。应进一步应理解，每个范围的端点在与另一端点相关以及独立于另一端点的情况下都是有效的。相变随机存取存储器(PCRAM)是利用不同电阻相位和在包含硫族化物的相变材料的相位与电阻材料的相位之间的热诱发相变(heatinducedp本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于感测相变随机存取存储器单元的电阻状态的方法，包括：/n对所述相变随机存取存储器单元应用电流感测以测量单元电流；/n对所述相变随机存取存储器单元应用电压感测以测量单元电压；/n至少部分地基于所述单元电流和所述单元电压而确定所述相变随机存取存储器单元的混合感测状态；以及/n输出所述混合感测状态。/n

【技术特征摘要】
20200207 US 16/784,5121.一种用于感测相变随机存取存储器单元的电阻状态的方法，包括：
对所述相变随机存取存储器单元应用电流感测以测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴昭谊，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71