多级存储器件及其操作方法技术

本发明专利技术提供一种多级存储器件及其操作方法。该器件包括一种存储结构，其中其电阻等级在其最小值附近的分布密度高于其电阻等级的最大值附近的分布密度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种存储半导体器件，更特别地，涉及一种多级存储 器件及其操作方法。
技术介绍
相变层具有依赖于其结晶态的可变电阻的性质，并且其可以用于 在多级存储器件中存储数据。相变层的电阻在结晶态下(即置位状态 )低，在非晶态(即复位状态)下高。因此，可以通过测量相变层的 电阻来检验与存储数据对应的相变层的结晶态。相变层的结晶态可以由时间和温度来控制。图1是示出了相变层的结晶态根据时间和温度的变化的图表。在 该图表中，x轴指示时间(T) ， y轴指示温度(TMP)。参照图1，当在第一持续时间(Tl)内以高于熔化温度(Tm)的 温度加热相变层，并随后冷却该相变层时，相变层变成非晶态@。同样， 在第二持续时间(T2)内以低于熔化温度(Tm)并高于结晶温度(Tc)的温度加热相变层并随后冷却该相变层时，相变层变成结晶态 。这里， 第二持续时间(T2)比第一持续时间T1长。8最近，为了满足对存储半导体器件中的存储容量的增加的需求， 已经引入了在单个存储单元中存储多个数据的多级单元。为了在多级 存储器件中实现这样的多级单元，引入了控制相变层中结晶区域的容 积的方法。如上所述，由于每个相变层根据其结晶态而具有不同的电 阻，这种方法的相变存储单元的总电阻等级由相变层的非晶区或结晶 区的容积率决定。因此，为了实现多级单元，需要结晶态变化的区域 的容积的离散控制。但是，由于相变层的结晶取决于温度，其为难以 进行空间控制的参数，因此难以实现可相变区的容积的离散控制。更进一步地，由于根据这种方法的相变存储单元的电阻等级主要 由非晶区的电阻等级决定，存在难以实现多级单元的另一个问题。详 细地，图2示出了可相变区的容积与相变存储单元的电阻等级之间的 关系。为了清楚说明，将假设相变层包括三个不同的可相变区Pl、 P2 和P3。参照图2，由于可相变区P1、 P1和P3被串联连接，所以相变层 的总电阻等级(R)等于R1、 R2和R3的和，这表示可相变区P1、 P2 和P3的电阻分别如下等式1R=R1+R2+R3.为了示出数值分析的示例，将假设每个可相变区的电阻在置位状 态(结晶态)下为lkS]，在复位状态(即非晶态)下为100kfi。表1<table>table see original document page 9</column></row><table>如上表1所示，总相变层的电阻等级R根据各个可相变区P1、 P2 和P3的结晶态可以是四个不同的数据状态(00、 01、 10、 11)，并且 数据状态取决于复位状态下的可相变区的数目。但是，根据最近的研究，如图3所示，复位状态下的电阻等级随 日寸间而改变(D. Ielmini et. al., IEEE Transactions on Electron Device, 2007， vol. 54， 308-315)。如图4所示，此类电阻的漂移导致相变存储 单元的电阻等级的变化，此外，在用于区别数据状态时所需的电阻等 级窗口可能消失。特别地，在可相变区被串联连接的结构中，由于依 赖于时间的电阻的漂移也由等式1给出，所以数据状态的电阻的变化 与处于复位状态的可相变区的数目成比例地增加。
技术实现思路
本专利技术的示例性实施例涉及一种。根据第一方面，本专利技术涉及一种包括插在第一电极与第二电极之 间的存储结构的多级存储器件，其中，该存储结构的电阻等级在其最 小值附近的分布密度高于在其最大值附近的分布密度。在一个实施例中，除最大值之外，存储结构的所有电阻等级均较 之其最大值更接近其最小值。在一个实施例中，除最小值之外，存储结构的所有电阻等级均小于预定的中间电阻等级，该中间电阻等级是(RmafRrnin)/30与Rn^之间 的范围内的值(其中，R皿f存储结构的电阻等级的最大值时，R:nif存 储结构的电阻等级的最小值)。在一个实施例中，存储结构包括多个可变电阻图形，并且存储结 构的电阻等级基本上由低电阻等级状态下的可变电阻图形的数目决定。在一个实施例中，存储结构的电阻等级基本上与低电阻等级状态 下的可变电阻图形的数目成反比。在一个实施例中，可变电阻图形并联地连接在第一与第二电极之间。在一个实施例中，存储结构的电阻等级R用下式表示及台《(Ri是可变电阻图形的电阻，n是存储结构中可变电阻图形的数目)。在一个实施例中，可变电阻图形包括具有依赖于温度的电阻等级 特性的材料。在一个实施例中，将各个可变电阻图形配置为能够通过不同的写 操作条件来改变电阻等级。在一个实施例中，可变电阻图形包括硫族化合物，该硫族化合物 选自包括锑(Sb)、碲(Te)和硒(Se)中的至少一个的组，并且每 个可变电阻图形的锑-碲-硒组分比互不相同。在一个实施例中，多级存储器件进一步包括设置在第一电极下 面的字线；字线与第一电极之间的二极管；以及连接到第二电极以穿 过字线的位线。在一个实施例中，多级存储器件进一步包括设置在第一电极下 面的选择晶体管，其包括栅电极、源电极和漏电极；连接选择晶体管 的漏电极与第一电极的插头；以及连接到第二电极的位线。选择晶体管的栅电极与穿过位线的字线耦合。根据另一方面，本专利技术涉及多级存储器件，其包括多个可变电阻 图形，其中配置可变电阻图形，使得可变电阻图形的总电阻等级基本 由低电阻等级状态下的可变电阻图形的数目决定。在一个实施例中，多级存储器件进一步包括设置在可变电阻图形 周围的第一和第二电极，其中，可变电阻图形并联地连接在第一和第 二电极之间。在一个实施例中，可变电阻图形的总电阻等级基本上与低可变电 阻状态下的可变电阻图形的数目成反比。根据另一方面，本专利技术涉及一种多级存储器件，其包括第一电极 与第二电极之间的存储图形，其中，该存储图形包括具有不同结晶温 度并且并联地连接第一和第二电极的多个相变图形。在一个实施例中，相变图形由不同的材料制成。在一个实施例中，相变图形包括选自包括锑(Sb)、碲(Te)和 硒(Se)中的至少一个的组的硫族化合物的材料。在一个实施例中，相变图形在锑-碲-硒组分比上可以互不相同。在一个实施例中，相变图形与第一电极或第二电极接触的面积互 不相同。在一个实施例中，相变图形在厚度或横截面积上互不相同。 在一个实施例中，多级存储器件进一步包括设置在第一电极下面的衬底，其中，相变图形与衬底的顶面的距离互不相同。权利要求22的多级存储器件，其中，将至少一个相变图形配置为 与第一和第二电极的侧壁接触。权利要求16的多级存储器件，其中，在不同层级上形成第一和第 二电极，并且将相变图形配置为并联地连接第一电极的顶面和第二电 极的底面。在一个实施例中，多级存储器件进一步包括位于第一电极下的 字线，设置在字线与第一电极之间的二极管；以及连接到第二电极以 便穿过字线的位线。在一个实施例中，多级存储器件进一步包括设置在第一电极下 面的选择晶体管，该选择晶体管包括栅电极、源电极和漏电极；被配 置为连接选择晶体管的漏电极与第一电极的插头；以及连接到第二电 极的位线。选择晶体管的栅电极连接到穿过位线的字线。根据另一方面，本专利技术涉及一种操作多级存储器件的方法，其包 括用于改变存储结构的电阻等级的写步骤，其中通过该写步骤修改的 存储结构的电阻等级在其最小值附近本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括插在第一电极与第二电极之间的存储结构的多级存储器件，其中，该存储结构的电阻等级在其最小值附近的分布密度高于在其电阻等级的最大值附近的分布密度。

【技术特征摘要】
KR 2007-9-11 10-2007-00922191. 一种包括插在第一电极与第二电极之间的存储结构的多级存储器件，其中，该存储结构的电阻等级在其最小值附近的分布密度高于在其电阻等级的最大值附近的分布密度。2. 权利要求1的多级存储器件，其中，除所述最大值之外，所述存储结构的所有电阻等级均较之其最大值更接近其最小值。3. 权利要求l的多级存储器件，其中，除所述最大值之外，所述 存储结构的所有电阻等级均小于预定的中间电阻等级，所述中间电阻等级是(Rn^-Rmi。)/30与Rn^之间的范围内的值(其中，R皿f存储结 构的电阻等级的最大值，R:nif存储结构的电阻等级的最小值)。4. 权利要求l的多级存储器件，其中，所述存储结构包括多个可 变电阻图形，并且所述存储结构的电阻等级基本由低电阻等级状态下 的可变电阻图形的数目决定。5. 权利要求4的多级存储器件，其中，所述存储结构的电阻等级基本上与低电阻等级状态下的所述可变电阻图形的数目成反比。6. 权利要求4的多级存储器件，其中，所述可变电阻图形并联地连接在所述第一与第二电极之间。7. 权利要求4的多级存储器件，其中，所述存储结构的电阻等级R由下式表示 w /=1《(Ri是可变电阻图形的电阻，n是存储结构中可变电阻图形的数目)。8. 权利要求4的多级存储器件，其中，所述可变电阻图形包括具 有依赖于温度的电阻等级特性的材料。9. 权利要求4的多级存储器件，其中，将各个可变电阻图形配置 为能够通过不同的写操作条件来改变电阻等级。10. 权利要求4的多级存储器件，其中，所述可变电阻图形包括 硫族化合物，该硫族化合物选自包括锑(Sb)、碲(Te)和硒(Se) 中至少一个的组，并且每个可变电阻图形的所述锑-碲-硒组分比互不相同。11.权利要求l的多级存储器件，进一步包括: 字线，设置在所述第一电极的下面； 二极管，在所述字线与所述电极之间；以及位线，连接到所述第二电极以穿过所述字线。12.权利要求1的多级存储器件，进一步包括 选择晶体管，设置在第一电极下面，所述选择晶体管包括栅电极、 源电极和漏电极；插头，连接选择晶体管的所述漏电极和所述第一电极；以及 位线，连接到所述第二电极，其中，所述选择晶体管的所述栅电极与穿过所述位线的所述 字线耦合。13. —种包括多个可变电阻图形的多级存储器件，其中，配置所 述可变电阻图形，使得所述可变电阻图形的总电阻等级基本上由低电 阻等级状态下的可变电阻图形的数目决定。14. 权利要求13的多级存储器件，进一步包括设置在所述可变 电阻图形周围的第一电极和第二电极，其中，所述可变电阻图形并联地连接在所述第一和所述第二电极之间。15. 权利要求13的多级存储器件，其中，所述可变电阻图形的总 电阻等级基本上与低电阻等级状态下的可变电阻图形的数目成反比。16. —种多级存储器件，包括第一电极与第二电极之间的存储 图形，其中，所述存储图形包括具有不同结晶温度并且并联地连接所述第一和所述第二电极的多个相变图形。17. 权利要求16的多级存储器件，其中，所述相变图形由不同材料制成。18. 权利要求16的多级存储器件，其中，所述相变图形包括选自 硫族化合物组的材料，所述硫族化合物组包括锑(Sb)、碲(Te)和 硒(Se)中的至少一个。19. 权利要求18的多级存储器件，其中，所述相变图形在锑-碲-硒组分比上互不相同。20. 权利要求16的多级存储器件，其中，所述相变图形与所述第 一电极或所述第二电极接触的面积互不相同。21. 权利要求16的多级存储器件，其中，所述相变图形在厚度或 横截面积上互不相同。22. 权利要求16多级存储器件，进一步包括设置在所述第一电极 下面的衬底，其中，所述相变图形与所述衬底的顶面的距离互不相同。23. 权利要求22的多级存储器件，其中，将至少一个相变图形配 置为与所述第一和...

【专利技术属性】
技术研发人员：高宽协，河大元，
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]