具有开关的相变存储器的高能效置位写入制造技术

本文大体描述了具有开关的相变存储器的高能效置位写入的装置和方法的实施例。描述和要求了其它实施例。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有开关的相变存储器的高能效置位写入专利技术背景专利
本专利技术涉及包含半导体器件的电子设备领域，更具体地涉及改善具有开关的相变存储器(PCMS)的写置位操作。 关联技术的讨论动态随机存取存储器(DRAM)和静态随机存取存储器(SRAM)技术广泛地用来将信息存储入电子系统。然而，DRAM和SRAM两者是易失性存储器，每当电力中断时，它们会丧失所存储的信息。为了避免丧失数据和/或代码，尤其对于例如移动互联网设备(MID)或移动站之类的便携式电子系统而言，需要将某些信息存入非易失性存储器中。闪存是一种类型的非易失性存储器。然而，尽管拥有高密度，但由于信息是作为电荷而被存储在浮栅中的，因此闪存可能无法被缩放至非常小的尺寸。每个位的电子数的减少会最终降低所存储的信息的可靠性。具有开关的相变存储器(PCMS)是一种可缩放至极小尺寸的非易失性存储器。由于可通过选择位线和字线的某种组合对每个存储器单元进行单独寻址，因此PCMS器件可配置成允许位选择性擦除。附图说明在说明书的结束部分，具体指出并清楚要求了本专利技术的主题。然而，本专利技术，不管是其构成还是操作方法，连同其目的、特征和优势，可通过在结合附图阅读的同时参照下面的详细描述得以最好的理解，在附图中图I示出根据本专利技术一个实施例的、被组织成位线和字线的具有开关的相变存储器(PCMS)的阵列；图2示出根据本专利技术一个实施例的、双向阈值开关(OTS)的对数电流相对于电压的曲线图；图3示出根据本专利技术一个实施例的、处于复位状态的相变存储器(PCM)的对数电流相对于电压的曲线图；图4示出根据本专利技术一个实施例的、PCMS的对数电流相对于电压的曲线图；图5示出根据本专利技术一个实施例的、PCM的对数电压相对于电流的曲线图；图6示出根据本专利技术一个实施例的、存储器单元阵列的阈值电压的累积概率曲线图。图7示出根据本专利技术一个实施例的、具有带导电细丝的无定形体积的相变存储器存储元件；以及图8示出包含本专利技术各实施例的电子设备的方框图。本专利技术的详细i兑明在后面的详细说明中，对高能效PCMS的许多具体细节进行阐述以提供对本专利技术的透彻理解。然而，本领域内技术人员将理解，本专利技术没有这些具体细节也能投入实践。在其它实例中，公知的方法、过程、组件和电路未被详细描述，这是为了不使本专利技术变得晦涩难懂。提供方法以减少相变存储器(PCM)存储元件的写入能耗将是业内的一大进步。PCM元件可配置成包含例如双向阈值开关(OTS)等开关的组合器件，以形成PCMS器件。可使用通常用来对具有完全结晶化的PCM存储元件的PCMS器件进行置位的能量的仅仅一部分来对PCMS器件复位。由于与复位PCM存储元件所需的时间相比，使整个PCM存储元件结晶化需要相对更长的时间，所以会产生更高的能耗。有益的是提供一种装置和方法，所述装置和方法提供一 PCMS器件，该PCMS器件可使用原本对PCMS器件进行置位所需的能量的仅仅一部分来置位。使用包含PCMS的高能效存储器件和相关方法有利于将其用于那些使用存储器件的电子设备，特别是具有有限能源 的那些电子设备，例如电池驱动站等，所述电池驱动站包括蜂窝电话、移动互联网设备、上网本以及其它移动设备。一种这样的方法包括使用一个或多个低能量置位脉冲对具有双向阈值开关(OTS)和PCM存储元件的相变存储器开关(PCMS)作写入(置位)操作，其中所述一个或多个低能量置位脉冲不使相变材料完全结晶化，而是在若非如此则为无定形的体积中形成一个或多个结晶细丝、导电细丝或部分结晶化的区域。尽管该置位过程可能不需要将相变材料的电阻减小至在传统相变存储器(其中不存在例如OTS之类的快速回归选择器)中观察到的程度，然而它可充分地减小相变材料的阈值电压，以在界限电压读出期间允许PCMS单元的快速回归。另一方法可包括使用低能量置位脉冲，以起动双向阈值开关(OTS)并对相变存储器开关(PCMS)的PCM存储元件中的相变材料(PCM)作写入操作，其中在对PCM写入和使用界限电压对PCMS进行读出后，所述PCM存储元件包括无定形体积。现在参见附图，图I示出根据本专利技术一个实施例的、被组织成位线105和字线110的PCMS 50的阵列。如本专利技术一个实施例中所示，在图I中，PCMS包括相变存储器(PCM)元件20、加热元件15以及快速回归选择器或存取元件10。在一替代实施例中，PCMS不包括加热元件15。PCM存储元件20包括相变材料。在本专利技术的一个实施例中，相变材料可包括两个特性(a)在室温下可长时间地(例如若干年)局部处于无定形相，不结晶化；以及(b)如果温度上升至大约100-350摄氏度(C)，无定形相可快速结晶化。一般来说，相变材料的结晶化时间随着温度升高而减少。例如，如果无定形PCM存储元件20被加热至 150C，它将在一分钟内或左右结晶化。如果无定形PCM例如通过脉冲等手段被非常快速地加热至 300C，它将在I微秒内结晶化。因此，相变材料可在两个相中的一个或两个相的组合中保持局部稳定。对于相变材料，相比无定形相，结晶相在能量方面更为有利(较低的自由能)。可为PCM存储元件20选择具有极大不同特性的多种相变材料类型。相变材料可包括化学计量或非化学计量的化合物。相变材料可包括共晶或包晶材料。相变材料可包括单相或多相材料。相变材料可掺杂以各种元素。在本专利技术的一个实施例中，相变材料可具有二元组成，三元组成或四元组成。在本专利技术的另一实施例中，相变材料可具有伪二元组成。如果其包含周期表VI A族中的至少一种元素，则相变材料被称为硫属化物合金。一些相变材料包括来自III A族、V A族和VI A族的元素。实例包括GaSbTe和InSbTe。其它相变材料包括来自IV A族、V A族和VI A族的元素。周期表的III A族包括例如镓和钢等兀素。周期表的IV A族包括例如娃、错和锡等兀素。周期表的V A族包括例如憐、砷、锑和铋等元素。周期表的VI A族包括例如硫、硒和碲等元素。在本专利技术的一个实施例中，相变材料可包括来自周期表I B族的一个或多个元素，例如银或金等。在本专利技术的另一实施例中，相变材料也可包括来自周期表VIII B族的一个或多个元素，例如钴或钯等。图2示出例如双向阈值开关(OTS)等快速回归选择器或存取元件10的对数电流相对于电压的曲线图。从处于低电场下的高电阻(复位)状态开始，存取元件10中的电流随着电压增加而以非常小的电流值增加205，直到到达阈值电压Vth ots为止。 在快速回归点210之后，只要高于保持电流Ih ots的电流流过存取元件10，就在存取元件10中维持高导电动态导通(ON)状态215。该瞬态高导电状态是起源于电子性的并且不牵涉到存储元件10中的任何相变。当超出存取元件10的阈值电压Vth ots时，存取元件10从切断(OFF)状态切换至ON状态并使电流流过与存取元件10串联的相变材料存储元件20。在ON状态下，随着流过存取元件10的电流增加，横跨存取元件10的电压保持接近于保持电压(VH ots)。存取元件10可保持在ON状态，直到通过存取元件10的电流低于保持电流(IH ots)为止。低于该值，存取元件10可返回到高阻、非导电OFF状态，直到再次超出Vth _或Ith OTS为止。每当被引导时，存取元件10可在O本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.08 US 12/653,0921.一种方法，包括 使用低能量置位脉冲起动存取设备并对相变存储器开关(PCMS)的PCM存储元件中的相变材料(PCM)作写入操作，其中在对PCM作写入操作后，所述PCM存储元件包括无定形的体积；以及 使用界限电压对PCMS作读出操作。2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，OTS和所述存储元件是串联的。3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述存取设备是没有相变的0TS。4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述低能量置位脉冲包括置位电流，该置位电流明显低于根据电阻读出方案而用于相变存储器的置位电流。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，置位脉冲电流的振幅是复位脉冲电流的振幅的10-15%或更低。6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，还包括使用多个置位脉冲对PCM存储元件中的所述相变材料(PCM)作写入操作。7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述置位脉冲电流在所述相变材料的无定形体积中形成导电细丝。8.—种相变存储器开关(PCMS)，包括 存储器单元，所述存储器单元包括存取设备和相变材料(PCM)存储元件，所述PCM存储元件包括无定形体积和在所述无定形体积内的导电细丝；以及 源，所述源将读出界限电压或电流施加至所述存储元件。9.如权利要求8所述的相变存储器开关，其特征在于，所述读出界限电压足以起动所述存取设备。10.如权利要求9所述的相变存储器开关，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·考，J·卡尔布，E·卡波夫，G·司帕迪尼，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：