操作相变随机存取存储器的方法技术

本发明专利技术提供一种操作包括开关器件和存储节点的相变随机存取存储器的方法，所述存储节点包括相变层。该方法包括对所述存储节点施加重置电流，所述重置电流从所述相变层的下部分朝向所述相变层的上部分流经所述相变层且小于１．６ｍＡ，从而将所述相变层的一部分变为非晶态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及操作半导体存储器件的方法，更具体地，涉及操作相变随机存取存储器(PRAM)的方法。
技术介绍
PRAM是例如闪存、铁电RAM(FeRAM)、磁RAM(MRAM)等的非易失性存储器件。PRAM与非易失性存储器件之间的结构不同在于存储节点。这样的PRAM包括相变层，在预定温度下该相变层的相从非晶态变为结晶态。相变层的电阻在非晶态高但是在结晶态低。PRAM利用相变层的这样的电阻特性写和读位数据。图1是示出常规PRAM的视图。参照图1，常规PRAM包括晶体管Tr和存储节点10。存储节点10连接到晶体管Tr的漏极。存储节点10包括下电极10a、相变层10c、上电极10d、以及将相变层10c连接到下电极10a的导电塞(conductive plug)10b。存储节点10的下电极10a连接到晶体管Tr的漏极。图2是示出操作常规PRAM的方法的视图。参照图2，当相变层10c的相为结晶态(此态被当作位数据“0”被写入)时，第一相变电流Irs从上电极10d通过导电塞10b被施加到下电极10a。第一相变电流Irs被称为重置电流(reset current)。第一相变电流Irs为脉冲电流且具有约30ns的持续时间并具有约1.6mA的安培数。因为导电塞10b的宽度比相变层10c的宽度窄很多，所以第一相变电流Irs集中在相变层10c接触导电塞10b的区域A1。因此，区域A1的温度突然变得高于或等于相变温度。结果，相变层10c的区域A1的相从结晶态变为非晶态。当相变层10c的区域A1如上所述地处于非晶态时，认为位数据“1”被写入到PRAM。当相变层10c的区域A1如图2所示地处于非晶态时，第二相变电流Is沿第一相变电流Irs施加的方向施加到存储节点10。第二相变电流Is被称为设置电流(set current)。第二相变电流Is也是脉冲电流。第二相变电流Is的持续时间比第一相变电流Irs的持续时间长，而第二相变电流Is的安培数小于第一相变电流Irs的安培数。例如，第二相变电流Is的持续时间约为180ns，且第二相变电流Is的安培数小于第一相变电流Irs的安培数。施加第二相变电流Is时，相变层10c的区域A1从非晶态变为结晶态。如上所述，在常规PRAM的情况下，相变层10c的状态由从上电极10d通过导电塞10b向下电极10a施加的第一和第二相变电流Irs和Is决定。然而，施加到相变层10c从而将相变层10c的区域A1的状态变为非晶态的第一相变电流Irs，即重置电流，是常规PRAM的特性改进的障碍。例如，随着制造半导体技术的发展，不难减小存储节点10和晶体管Tr的尺寸从而减小常规PRAM的尺寸。然而，晶体管Tr能适应的电流，即晶体管Tr允许的安培数，随着晶体管Tr的尺寸减小而减小。当晶体管Tr的尺寸减小时，晶体管Tr不能适应第一相变电流Irs的安培数1.6mA。因此，如果第一相变电流Irs不减小，则难以高度集成PRAM。
技术实现思路
本专利技术提供一种操作PRAM的方法，通过该方法重置电流可大大减小，从而改善高集成度。根据本专利技术一方面，提供一种，所述相变随机存取存储器包括存储节点，所述存储节点包括开关器件和相变层，所述方法包括向存储节点施加从相变层的下部朝向相变层的上部经过相变层且小于1.6mA的重置电流从而将相变层的一部分变为非晶态。该方法还可包括沿与施加重置电流的方向相反的方向向存储节点施加设置电流。所述重置电流可以小于或等于1mA。所述重置和设置电流可以为直流电流或脉冲电流。所述存储节点可包括形成在相变层上的上电极、形成在相变层下的下电极、以及将相变层连接到下电极的连接器(connector)。所述连接器可以是导电塞或纳米管。附图说明通过参照附图详细描述其示例性实施例，本专利技术的上述和其它特征和优点将变得更加明显，附图中图1是常规PRAM的横截面图；图2是示出操作图1所示的PRAM的方法的横截面图；图3是PRAM的横截面图，示出根据本专利技术一实施例的操作PRAM的方法；图4是横截面图，示出在根据本专利技术一实施例的操作PRAM的方法中通过施加重置电流在相变层中形成非晶区域的过程；图5是横截面图，示出在根据本专利技术一实施例的操作PRAM的方法中通过施加设置电流将相变层的非晶区域变为结晶区域的过程；图6A和6B是常规PRAM的横截面图，示出常规PRAM的操作期间电子的流动；图7A和7B是横截面图，示出根据本专利技术一实施例的PRAM操作期间施加重置和设置电流时电子的流动；图8是曲线图，示出根据本专利技术一实施例的PRAM操作期间与重置电流的施加有关的电压电流特性；以及图9是曲线图，示出利用根据本专利技术一实施例的操作PRAM的方法的耐久性测试(endurance test)的结果。具体实施例方式现在将参照附图更全面地描述本专利技术，附图中示出本专利技术的示例性实施例。附图中，为了清楚起见而放大了区域和层的厚度。现在将参照图3简单扼要地描述在根据本专利技术一实施例的操作PRAM的方法中使用的PRAM的结构。参照图3，PRAM包括存储节点40和连接到存储节点40的开关器件42。开关器件42可以是场效应晶体管(FET)。供选地，开关器件42可以是其它类型的开关器件，例如PN二极管、或双极结晶体管(BJT)。存储节点40包括连接到开关器件42的下电极40a。存储节点40还包括与下电极40a保持预定距离的相变层40c和形成在相变层40c上的上电极40d。相变层40c经连接器40b连接到下电极40a，电流可流经连接器40b。连接器40b可以是由导电材料或纳米管例如碳纳米管等形成的导电塞。在具有上述结构的存储节点40中，相变层可以是例如Ge2Sb2Te5层。Ge2Sb2Te5层可被掺杂氮。重置和设置电流与连接器40b的直径成比例。因此，为了减小重置和设置电流而优选连接器40b的直径较小。现在将参照图4和5描述操作该PRAM的方法。为了方便起见，图4和5所示的视图仅示出存储节点从而显示电流施加到存储节点之后PRAM的变化的状态。图4示出写位数据“1”到PRAM的过程。具体地，开关器件42导通且第一相变电流I1施加到存储节点40，其中相变层40c的整个部分处于结晶态，从而第一相变电流I1从下电极40a经过连接器40b和相变层40c流到上电极40d。第一相变电流I1可为重置电流且小于1.6mA。例如，第一相变电流I1可小于或等于1mA。第一相变电流I1可为直流电流(DC)或脉冲电流。相变层40c接触连接器40b的部分以及相变层40c附近预定区域的温度迅速变得高于相变温度。结果，相变层40c的所述部分和预定区域变为非晶态。图4右侧所示的视图的附图标记50表示相变层40c的其相由于第一相变电流I1而变为非晶态的区域。当相变层40c包括非晶区域50时，相变层40c的电阻高。在该情况下，可认为位数据“1”被写入到存储节点40。现在将描述写位数据“0”的方法。将位数据“0”写入到存储节点40意味着将相变层40c的非晶区域50的状态变为结晶态。换言之，相变层40c的整个部分变为结晶态。具体地，如图5所示，开关器件42导通且第二相变电流I2施加到其中非晶区域50形成在相变层40c中的存储节点40，从而第二相变电流从上电极40d经过相变层40c和连接器40b流到下电极40a。第二相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作包括开关器件存储节点的相变随机存取存储器的方法，所述存储节点包括相变层，该方法包括：对所述存储节点施加重置电流，所述重置电流从所述相变层的下部分朝向所述相变层的上部分流经所述相变层且小于１．６ｍＡ，从而将所述相变层的一部分变 为非晶态。

【技术特征摘要】
KR 2005-1-12 2889/051.一种操作包括开关器件存储节点的相变随机存取存储器的方法，所述存储节点包括相变层，该方法包括对所述存储节点施加重置电流，所述重置电流从所述相变层的下部分朝向所述相变层的上部分流经所述相变层且小于1.6mA，从而将所述相变层的一部分变为非晶态。2.如权利要求1所述的方法，还包括在与所述重置电流被施加的方向相...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东硕，姜闰浩，李相睦，卢振瑞，
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]