多级相变存储器器件和相关方法技术

提供了一种相变存储器器件及其读取方法。相变存储器器件的示例实施例可包括：主单元，被编程为具有分别对应于多比特数据的多个电阻状态中的任何一个；参考单元，每当对主单元被编程时，该参考单元被编程为具有电阻状态当中的至少两个分别不同的电阻状态；以及参考电压产生电路，检测参考单元以产生用于标识每个电阻状态的参考电压。

【技术实现步骤摘要】

这里所公开的示例实施例涉及一种半导体存储器器件，并且尤其 涉及一种相变存储器器件以及相关方法。
技术介绍
因为半导体存储器器件的优点而使对半导体存储器器件的需求增 加。例如，半导体存储器器件的一些优点是随机可存取性以及比其他 存储器器件高的集成度和容量存储。作为半导体存储器器件的闪速存 储器器件通常用在各种便携式电子设备中。除此之外，传统地使用代 替非易失性材料的动态随机存取存储器(DRAM)的电容器的半导体 存储器器件。示例是使用铁电电容器的铁电RAM (FRAM)、使用隧 道磁阻层(TMR)的磁RAM (MRAM)以及使用硫化物合金的相变存 储器器件。多级相变存储器器件是其制造处理相对简单以便可实现低 成本高容量存储器的非易失性存储器器件。相变存储器单元通常使用可在各种结构态之间电变化的不同材 料。各种结构态分别表示不同的电读出特性。例如，存在由硫族化物 材料(在下文中称为GST材料)，也就是锗(Ge)-锑(Sb)-碲(Te) 化合物，所形成的存储器器件。将GST材料编程为通常具有相对高电 阻率的无定形状态与通常具有相对低电阻率的晶体状态之间的状态。 可以通过加热GST材料来对相变存储器器件进行编程。加热的持续时间和温度可确定GST材料是保持在无定形状态还是晶体状态。高电阻 率和低电阻率分别表示通过对GST材料的电阻进行测量所检测到的编 程值0和1。在典型的相变存储器器件中，存储器单元包括电阻器件和开关器 件。图1A和1B是表示相变存储器器件的存储器单元的电路图。参考 图1A，相变存储器器件的存储器单元10包括电阻器件(即可变电阻 器ll和开关器件(即存取晶体管12)。如图1A所示，可变电阻器11与比特线BL连接，并且存取晶体 管12连接在可变电阻器11与地之间。字线WL与存取晶体管12的栅 极连接。 一旦将期望和/或预定电压施加到字线WL上，存取晶体管12 则导通。 一旦存取晶体管12导通，可变电阻器11接收流过比特线BL 的电流。图1B是存储器单元20的电路图。存储器单元20包括作为电阻器 件的可变电阻器21以及作为开关器件的二极管22。 二极管22根据字 线电压而导通或截止。可变电阻器11和21包括相变材料(未示出)。相变材料具有两 个稳定状态(例如晶体状态和无定形状态)中的一个。相变材料根据 通过比特线BL所供给的电流而变成晶体状态或无定形状态。对相变存 储器器件的数据进行编程利用了相变材料上述特性的优势。开关器件 可以由诸如MOS晶体管和二极管这样的多种器件实现。图2是示出可用作可变电阻器的相变材料的特性的曲线图。图2 的曲线(1)表示可使相变材料变成无定形状态的温度条件。图2的曲 线(2)表示可使相变材料变成晶体状态的温度条件。参考曲线(1)， 在通过供给电流脉冲以直至时间Tl而将相变材料加热到比熔融温度 Tm高的温度并且此后将相变材料的温度快速淬冷(quenching)之后，相变材料变为无定形状态。将该无定形状态称为复位状态并且与数据1 相对应。参考曲线(2)，下述过程之后相变材料变为晶体状态，所述 过程是在比时间T1长的时间T2内，以比结晶温度Tc高但比熔融温 度Tm更低的温度加热相变材料，并且此后以下述速率来淬冷相变材料 的温度，所述速率比用于淬冷相变材料的温度以将材料设置为无定形 状态的速率要低。将该晶体状态称为设置状态并且与数据0相对应。 存储器单元的电阻根据无定形状态体积而变化。典型地，当相变材料处于无定形状态时存储器单元的电阻最高，并且当相变材料处于晶体 状态时存储器单元的电阻最低。近来，将不止2比特的数据存储到一个存储器单元中的技术处于 发展之中。通常将这类存储器单元称为多级单元(MLC)。在相变存 储器器件中，MLC具有复位状态与设置状态之间的中间状态。
技术实现思路
示例实施例提供了一种具有高分辨率读取性能的多级相变存储器 器件以及其读取方法。示例实施例提供了可变电阻存储器器件。存储器器件包括多个 主单元，这多个主单元被编程为具有分别对应于多比特数据的多个电 阻状态中的任何一个；多个参考单元，每当对主单元进行编程时这多 个参考单元被编程为至少具有电阻状态当中的两个分别不同的电阻状态；以及参考电压产生电路，用于对参考单元进行检测以产生用于对 每个电阻状态进行标识的参考电压。根据示例实施例，该主单元和参考单元与相同的字线连接。根据示例实施例，参考单元被编程为具有对应于电阻状态当中的 两个分别不同的状态的电阻值。根据示例实施例，每当将主单元进行编程为具有分别不同电阻量 值的第一至第四状态中的任何一个时，对参考单元进行编程。参考单 元包括第一参考单元和第二参考单元。例如，将第一参考单元编程为 第二状态，并且将第二参考单元编程为比第二状态高的第三状态。根据示例实施例，参考电压产生电路通过第一参考比特线与第一 参考单元连接并且通过第二比特线与第二参考单元连接。参考电压产 生电路通过对第一参考单元的第一参考比特线进行检测而产生第一参 考电压以对第一和第二状态进行标识、通过对第二参考单元的第二参 考比特线进行检测而产生第三参考电压以对第三和第四状态进行标 识、并且通过利用第一和第三参考电压的电平而产生第二参考电压以 对第二和第三状态进行标识。根据示例实施例，第二参考电压是第一与第三参考电压的算术平 均值。根据示例实施例，参考单元被编程为具有分别对应于电阻状态的 电阻值。根据示例实施例，参考单元的数目与电阻状态的数目相对应。根据示例实施例，每当主单元被编程为具有下述第一至第四状态 中的任何一个时，所述第一至第四状态具有分别不同的电阻量值，对 参考单元进行编程。例如，参考单元包括被编程为第一状态的第一参考单元、被编程为具有比第一状态高的电阻值的第二状态的第二参考 单元、被编程为具有比第二状态高的电阻值的第三状态的第三参考单 元、以及被编程为具有比第三状态高的电阻值的第四状态的第四参考单元。根据示例实施例，参考电压产生电路对第一至第四参考单元的比特线进行检测以产生用于对第一至第四状态进行标识的第一至第三参 考电压。根据示例实施例，主单元和参考单元的每一个包括具有电阻状态 中的任何一个的可变电阻器以及响应于提供给字线的选择信号而进行 切换以被选择的选择器件。根据示例实施例，可变电阻器包括硫族化物合金。根据示例实施例，可变电阻器包括分别与电阻状态相对应的晶体 状态和多个无定形状态。根据示例实施例，可变电阻存储器器件包括用于对主单元的每个 比特线电压与参考电压进行比较以读取存储在主单元中的多比特数据 的读出放大器电路。根据示例实施例，可变电阻存储器器件包括写入驱动器，该写入 驱动器用于在每当对主单元进行编程时对参考单元被编程为具有电阻 状态当中的至少两个分别不同的状态。示例实施例提供了包括有存储器单元和参考单元的可变电阻存储 器器件的读取方法。该读取方法包括通过利用从参考单元所检测到的 比特线电压而产生至少一个参考电压并且通过参考参考电压来读取主 单元中的编程的数据。根据示例实施例，读取方法进一步包括参考单元被编程为具有电 阻状态当中的至少两个状态。根据示例实施例，每当对至少一个主单元进行编程时，对参考单 元进行编程。根据示例实施例，参考电压的产生包括通过利用比特线电压而产 生多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变电阻存储器器件，包括：　多个主单元，被编程为具有多个电阻状态中的任何一个，所述电阻状态与多比特数据相对应；　多个参考单元，每当所述主单元的至少一个被编程时，所述多个参考单元被编程为具有所述电阻状态当中的至少两个不同的电阻状态；以及　参考电压产生电路，用于检测所述参考单元，以产生用于标识每个所述电阻状态的参考电压。

【技术特征摘要】
KR 2007-7-12 10-2007-00701571.一种可变电阻存储器器件，包括多个主单元，被编程为具有多个电阻状态中的任何一个，所述电阻状态与多比特数据相对应；多个参考单元，每当所述主单元的至少一个被编程时，所述多个参考单元被编程为具有所述电阻状态当中的至少两个不同的电阻状态；以及参考电压产生电路，用于检测所述参考单元，以产生用于标识每个所述电阻状态的参考电压。2. 根据权利要求l所述的可变电阻存储器器件，其中所述主单元 和所述参考单元与相同的字线连接。3. 根据权利要求l所述的可变电阻存储器器件，其中所述参考单 元被编程为具有与所述电阻状态中至少两个分别不同的状态相对应的 电阻值。4. 根据权利要求3所述的可变电阻存储器器件，其中 所述参考单元包括第一参考单元和第二参考单元，并且每当所述主单元中的至少一个被编程为具有分别不同电阻量值的第一至第四状 态中的任何一个时，所述第一参考单元被编程为所述第二状态，并且 所述第二参考单元被编程为比所述第二状态高的所述第三状态。5. 根据权利要求4所述的可变电阻存储器器件，其中 所述参考电压产生电路经由第一参考比特线与所述第一参考单元连接，并且经由第二参考比特线与所述第二参考单元连接，并且所述 参考电压产生电路通过检测所述第一参考比特线来产生第一参考电压，以标识所述 第一和第二状态；通过检测所述第二参考比特线来产生第三参考电压，以标识所述 第三和第四状态；以及通过利用所述第一和第三参考电压的电平来产生第二参考电压， 以标识所述第二和第三状态。6. 根据权利要求5所述的可变电阻存储器器件，其中所述第二参 考电压是所述第一与第三参考电压的算术平均值。7. 根据权利要求l所述的可变电阻存储器器件，其中所述参考单 元的数目与所述电阻状态的数目相对应，并且所述参考单元被编程为 具有分别对应于所述电阻状态的电阻值。8. 根据权利要求7所述的可变电阻存储器器件，其中每当所述主单元被编程为具有第一至第四状态中的任何一个时， 对所述参考单元进行编程，所述第一至第四状态具有分别不同的电阻 值，所述参考单元包括被编程为所述第一状态的第一参考单元；被编程为所述第二状态的第二参考单元，所述第二状态具有比所述第一状态高的电阻值；被编程为所述第三状态的第三参考单元，所述第三状态具有比所 述第二状态高的电阻值；以及被编程为所述第四状态的第四参考单元，所述第四状态具有比所 述第三状态高的电阻值。9. 根据权利要求8所述的可变电阻存储器器件，其中 所述参考电压产生电路经由第一参考比特线与所述第一参考单元连接，经由第二参考比特线与所述第二参考单元连接，经由第三参考 比特线与所述第三参考单元连接，并且经由第四参考比特线与所述第 四参考单元连接，并且所述参考电压产生电路检测所述第一至第四参考比特线，以产生用于标识所述第一至第四状态的第一至第三参考电 压。10. 根据权利要求1所述的可变电阻存储器器件，其中所述主单 元和所述参考单元的每一个包括可变电阻器，具有所述电阻状态中的任何一个；以及 选择器件，与字线连接并且响应于经由所述字线所接收到的选择 信号进行切换。11. 根据权利要求io所述的可变电阻存储器器件，其中所述可变电阻器包括硫族化物合金。12. 根据权利要求IO所述的可变电阻存储器器件，其中所述可变 电阻器包括具有分别对应于所述电阻状态的晶体状态和多个无定形状 态的材料。13...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑基泰，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]