集成芯片以及操作相变存储器的方法与流程

1.本发明的实施例涉及集成芯片以及操作相变存储器的方法。


背景技术：

2.许多电子器件包含被配置为储存数据的电子存储器。电子存储器可以是易失性的或非易失性的。易失性电子存储器使用电源来维护数据，而非易失性存储器则能够在没有电源的情况下存储数据。闪存存储器是一种广泛使用的非易失性存储器。但是，闪存存储器被认为具有缩放(scale)限制。由于这个原因，长期以来人们一直需要非易失性存储器的可选类型。相变存储器(pcm)在这些选择中。相变存储器是一种非易失性存储器，其中，相变元件的相位被用来表示数据单元。相变存储器具有快速的读取写入时间、无损读取和高缩放性。相变存储器还具有每个单元存储多个位的潜力。


技术实现要素：

3.根据本发明实施例的一个方面，提供了一种集成芯片，包括：半导体衬底；电阻式随机存取存储器单元的阵列，形成在半导体衬底上方；以及驱动器电路，被配置为向阵列中的所选择单元提供关于阵列的温度选择性变化的读取电压。
4.根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种集成芯片，包括：半导体衬底；相变存储器单元的阵列，形成在半导体衬底上方；温度传感器，定位为测量相变存储器单元的阵列的近似温度；以及驱动器电路，形成在半导体衬底上，并且操作为根据近似温度选择相变存储器单元的读取电压。
5.根据本发明实施例的又一个方面，提供了一种操作相变存储器的方法，包括：当相变存储器阵列处于第一温度时，生成第一读取电压；利用第一读取电压驱动相变存储器阵列中的单元；当相变存储器阵列处于第二温度时，生成温度补偿的读取电压；通过利用温度补偿的读取电压驱动相变存储器阵列中的第二单元来生成读取电流；以及通过比较读取电流和一个或多个阈值来确定第二单元的编程状态；其中，当第二温度和第一温度之间的差使第二单元的电阻较高时，升高温度补偿的读取电压，并且当第二温度和第一温度之间的差使第二单元的电阻较低时，降低温度补偿的读取电压。
附图说明
6.当结合附图进行阅读取时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
7.图1是根据本公开的一些实施例的提供温度相关的读取电压的相变存储器电路的框图。
8.图2是根据一些实施例的提供图1的相变存储器电路的一些组件的更多细节的框图。
9.图3a是示出当未调制读取电压时针对四个不同编程状态的读取电流随温度的变化的曲线图。
10.图3b是示出根据本公开的一些实施例的读取电流随通过调制读取电压减小的图3a的温度如何变化的图。
11.图3c是示出根据本公开的一些实施例如何利用变化的参考电流可以更有效地区分由图2的读取电压反映的编程状态的图。
12.图4示出了一些实施例的具有相变存储器单元并且可以对其应用本公开的集成电路的截面图。
13.图5示出了一些实施例的具有多级相变存储器单元并且可以对其应用本公开的集成电路的截面图。
14.图6是示出根据本公开的一些实施例的方法的流程图。
15.图7是示出根据本公开的一些其他实施例的方法的流程图。
具体实施方式
16.以下公开内容提供了许多用于实现本发明的不同特征不同的实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实施例或实例以简化本发明。当然，这些仅是实例而不旨在限制。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本公开可以在各个示例中重复参考数字和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
17.此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在
…
下方”、“在
…
下面”、“下部”、“在
…
上面”、“上部”等的间隔关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，间隔关系术语旨在包括器件在使用或操作工艺中的不同方位。器件可以以其它方式定位(旋转90度或在其它方位)，并且在本文中使用的间隔关系描述符可以同样地作相应地解释。
18.相变存储器(pcm)单元包括在底部电极和顶部电极之间的至少一个相变元件。相变元件具有电阻率不同的结晶态和非晶态。这些不同的电阻状态可以用来表示数据。例如，处于高电阻状态的非晶态可以对应于逻辑“0”。处于低电阻状态的结晶状态可以对应于逻辑“1”。这些不同的电阻状态可以被称为单元的编程状态。也可以形成具有中等电阻水平的部分结晶态。如果能够一贯地实现电阻落入不同范围的四个状态，则相变存储器单元可以用于表示两个数据位，例如，逻辑“00”、逻辑“01”、逻辑“10”和逻辑“11”。可以存储两个或更多数据位的单元称为多级单元。
19.可通过将预定电压施加到单元并将得到的电流(读取电流)与一个或多个参考电流进行比较来读取存储器单元的编程状态(并且因此存储在单元中的数据)。除了编程状态以外，单元的电阻还与温度相关。温度相关性可能影响读取单元的编程状态的准确性。电流的温度相关性可以通过基于温度调节参考电流来解决。然而，本公开教导了通过调节用于读取操作的预定电压来减少读取电流中的随温度变化。该方法可以用相对简单的电路来实现，并降低错误率。对于多层相变存储器单元而言，这些优势尤其明显。尽管本公开主要集
中于当读取相变存储器单元的状态时调制读取电压，但是本公开的结构和方法可以应用于读取其他类型的存储器单元。在一些实施例中，除了基于温度来调制读取电压以外，还基于温度来调整与读取电流进行比较的一个或多个阈值电流。这两种类型的温度补偿的组合可以提高区分不同编程状态的精度。
20.典型地，存储器单元以行和列布置在存储器阵列内。通过激活字线和位线以向所选相变存储器单元提供电压，对存储器阵列内的存储器单元执行读取或写入操作。阵列中的每个存储器单元可以与存取选择器装置相关联，其基本上防止泄漏电流流过未选择的存储器单元。
21.根据本公开的集成芯片具有布置在半导体衬底上方的存储器单元阵列。在一些实施例中，存储器单元是相变存储器单元。相变存储器单元通常包括加热元件和设置在底部电极和顶部电极之间的相变元件。根据本教导，用于存储器单元阵列的驱动器电路被配置为提供温度补偿的读取电压，温度补偿的读取电压是以减小读取电流中的温度驱动的变化的方式而关于温度变化的驱动电压。
22.单元的电阻的温度相关性可以根据单元的编程状态而变化。在一些实施例中，根据在一种特定编程状态下单元的电阻的温度相关性对读取电压进行温度补偿。在一些实施例中，当单元处于其最高电阻编程状态时，关于单元的电阻的温度相关性对读取电压进行温度补偿。在一些实施例中，当单元处于其最低电阻编程状态时，关于单元电阻的温度相关性对读取电压进行温度补偿。在一些实施例中，将一个或多个阈值电流与读取电流进行比较，以在也关于温度而变化的编程状态之间进行区分。尽管后一种方法可能会增加复杂性，但可能会降低错误率，尤其是对于多层单元而言。
23.在这些教导中的一些中，驱动器电路以与温度成反比的关系连续地改变读取电压。在这些教导中的一些中，驱动器电路关于温度的递增或递减而逐渐地改变读取电压。在这些教导中的一些中，驱动器电路实施表格查找，表格查找根据温度落入的范围来选择读取电压。在这些教导中的一些中，驱动器电路调整读取电压，以调制通过处于已知编程状态的参考相变存储器单元的电流。
24.在这些教导中的一些中，基于单元随温度的电阻变化的测量来确定读取电压变化，其中单元随温度的电阻变化针对从其上切割集成芯片的特定晶圆获得。在这些教导中的一些中，基于单元随温度的电阻变化的测量来确定读取电压的变化，单元随温度的电阻变化是使用包含相变存储器阵列的特定集成芯片获得的。这些方法可以允许读取电压补偿一些制造工艺的变化。
25.本教导的一些方面涉及选择读取相变存储器阵列中的单元的编程状态的驱动电压的方法。根据该方法，关于温度调制驱动电压，以减小读取电流中的温度相关变化，该读取电流是在读取操作期间通过相变存储器的单元的电流，在读取操作中单元在一些特定编程状态中。在一些实施例中，以如下方式调节驱动电压：如果相变存储器阵列的温度下降，则导致驱动电压的增加；如果相变存储器阵列的温度上升，则导致驱动电压的减小。在一些实施例中，方法包括测量相变存储器阵列的温度并基于测量来调节驱动电压。在一些实施例中，方法包括检测通过器件的电流中的温度相关变化，并调节驱动电压以减小那些变化。在一些实施例中，器件是用作参考单元的pcm存储器单元。
26.图1示出了根据本公开的一些实施例的集成芯片100的部分的框图。集成芯片100
包括具有多个存储器单元103
a，1-103
d，4
的存储器阵列101。存储器单元103
a，1-103
d，4
以行和/或列布置在存储器阵列101内。例如，第一行包括存储器单元103
a，1-103
d，1
，而第一列包括存储器单元103
a，1-103
a，4
。尽管存储器阵列101被示为具有4行和4列，但是存储器阵列101可以具有任何数量的行和任何数量的列。每个存储器单元103
a，1-103
d，4
可以包括耦合到存取选择器件107的相变存储器元件105。存取选择器件107被配置为在抑制通过未选择的存储器单元103
a，1-103
d，4
的泄漏电流的同时选择性地提供对相变存储器元件105的存取。
27.可以通过位线bl
1-bl4、字线wl
1-wl4和源极线sl
1-sl4控制存储器单元103
a，1-103
d，4
。字线wl
1-wl4可以用于与存储器单元103
a，1-103
d，4
相对应的操作存取选择器件107。当用于存储器单元103
a，1-103
d，4
的存取选择器件107导通时，可以对该单元施加电压。应当理解，有效的电压是相变存储器元件105两端的电势差的绝对值。对于集成芯片100，向所选存储器单元103a，1-103d，4施加电压意味着对字线wl1-wl4进行操作以接通对应于该存储器单元的存取选择器装置107，并使用驱动器电路121使对应于该单元的源极线sl
1-sl4和位线bl
1-bl4之间的电势差的绝对值等于那个电压。在一些实施例中，通过将相应的位线bl
1-bl4耦合到电压同时将相应的源极线sl
1-sl4保持在地电位来实现向存储器单元103
a，1-103
d，4
施加该电压。当然，源极线sl
1-sl4可以保持在其他电位，并且位线bl
1-bl4和源极线sl
1-sl4的角色可以颠倒。
28.驱动器电路121可以是读取/写入驱动器，其被配置为选择要施加到所选存储器单元103
a，1-103
d，4
的电压，以进行读取、写入和写入验证操作。驱动器电路121从温度感测电路123接收输入，并使用该数据来选择用于读取操作的读取电压。位线解码器119在来自控制电路125的指示下将读取电压施加到位线bl
1-bl4中的一个。字线解码器也在来自控制电路125的指导下将另一电压施加到字线wl
1-wl4中的一个，该电压接通相应的行中的存储器单元103
a，1-103
d，4
的存取选择器装置107。这些操作一起使得读取电压被施加到存储器单元103
a，1-103
d，4
中的所选择的一个。
29.向所选存储器单元103
a，1-103
d，4
施加电压会产生电流。在读取操作期间，感测放大器117基于电流确定所选存储器单元103
a，1-103
d，4
的编程状态。感测放大器117可以连接到源极线sl
1-sl4。可选地，感测放大器117可以连接到位线bl
1-bl4。感测放大器117可以基于电流确定存储器单元103
a，1-103
d，4
的编程状态。在一些实施例中，感测放大器117通过将电流与一个或多个参考电流进行比较来确定存储器单元103
a，1-103
d，4
的编程状态。在一些实施例中，还基于温度来调节一个或多个参考电流。感测放大器117可以将编程状态确定传送到i/o缓冲器115，i/o缓冲器115也可以耦合到驱动器电路121以实现写入和写入验证操作。
30.图2是示出示例的集成芯片100的一些部分的一些细节的框图，特别是感测放大器117和驱动器电路121中的一些组件的一些细节。这些电路可以具有未示出的其他组件。例如，驱动器电路121包括未示出的提供写入电压的组件。
31.如该示例所示，驱动器电路121可以包括读取电压选择电路227，该读取电压选择电路227可以使用来自温度感测电路123的输入来预定读取电压。温度感测电路123可以通过驱动器电路121被激活以查询温度。可选地，温度感测电路123可以异步操作，并且可以存储可由读取电压选择电路227存取的温度数据。在温度感测电路123异步操作的情况下，它可以周期性地更新所存储的温度。更新的周期可以是以秒的百分之一、秒的十分之一、秒、分钟或任何其他合适的时间为顺序。在一些实施例中，温度感测电路123包括片上温度传感
器。可选地，温度感测电路123来自位于芯片外的温度传感器。集成芯片100可以有一个温度传感器，或者也可以有更多个温度传感器以提供更多的局部测量值。
32.读取电压选择电路227可以使用任何合适的结构或算法来选择温度补偿的读取电压。在选择了温度补偿的读取电压之后，它可以由读取电压生成电路229生成。读取电压生成电路可以具有根据从读取电压选择电路227接收的信号来生成温度补偿的读取电压的组件。然后，所得到的读取电压可以用于驱动通过位线解码器119和字线解码器127所选的存储器单元103
a，1-103
d，4
中的任何一个，以提供由感测放大器117处理的读取电压。
33.示例的感测放大器117被配置为在四个编程状态之间进行区分。为了在四个编程状态之间进行区分，感测放大器117使用电流镜电路201将读取电流复制到三个不同的电流比较器213a-213c。每个电流比较器213a-213c从对应的参考电流发生器203a-203c接收不同的参考电流，并生成二进制输出，该二进制输出反映对应的参考电流是高于还是低于读取电流。可以通过组合逻辑电路219处理这些二进制输出，以确定两个不同的位bit 0和bit 1的值，然后可以将其存储在i/o缓冲区115中。
34.在一些实施例中，每个参考电流发生器203a-203c生成与温度无关的参考电流。因此，参考电流发生器203a-203c可以分别被构造为提供固定电流，尽管该电流的量值将在参考电流发生器203a-203c之间不同。在一些其他实施例中，参考电流发生器203a-203c中的一个或多个生成与温度相关的参考电流。在该示例中，参考电流发生器203b可操作地生成根据从参考电流选择器211接收的信号而变化的参考电流。参考电流选择器211可以包括根据来自温度感测电路123的输入来选择参考电流的电路。可以选择参考电流以提高区分两个编程状态的可靠性。
35.图3a示出了如果向存储器单元103
a，1-103
d，4
中的一个施加固定的读取电压，则将由感测放大器117接收的读取电流的温度的变化。曲线301a示出了最高电阻状态的变化，曲线303a示出了第二最高电阻状态的变化，曲线305a示出了第二最低电阻状态的变化，并且曲线307a示出了最低电阻状态的变化。在每种情况下，电流都随着温度的升高而单调增加，尽管也可能出现其他变化形式。在一些实施例中，对于一些编程状态，电流增加0.01μa/℃或更多。在一些实施例中，对于一些编程状态，电流增加0.05μa/℃或更多。如果无法解决，这些变化可能会导致错误或限制相变存储器的操作温度范围。
36.根据本教导，驱动器电路121提供改善电流随温度变化的温度补偿的读取电压。图3b提供了其中考虑到最高电阻编程状态的电阻的温度相关性来调制读取电压的示例。该调制的结果是，最低电阻编程状态的电流301b在整个温度范围内保持恒定。对于由曲线图303b、曲线图305b和曲线图307b的读取电流所示的其他三个编程，该调制还基本上减小了读取电流随温度的变化。调制足以使用三个固定参考电流：参考电流311、参考电流313和参考电流315在整个温度范围内区分四个编程状态。
37.在一些实施例中，调制读取电压使温度每升高1℃，读取电压降低0.1mv或更多。在一些实施例中，调制读取电压使温度每升高1℃，读取电压降低0.5mv或更多。在一些实施例中，调制读取电压使温度每升高1℃，读取电压将降低约1mv。这些趋势可能会因温度降低而反转。
38.在一些实施例中，读取电压随温度线性变化。在一些实施例中，电压连续变化，由此读取电压v近似遵循以下公式：
39.v＝v0+x(t-t0)
40.其中，v0是参考电压，t0是参考温度，t是当前温度，并且x是每单位温度变化的电压降低量。
41.在一些实施例中，以固定的增量逐步减小或增大读取电压。例如，温度每升高6℃，电压可降低0.6mv。有效地，将温度范围划分为6℃的间隔，并对每个间隔施加不同的电压。在一些实施例中，温度间隔大小在0.1℃和20℃之间。在一些实施例中，温度间隔大小在0.5℃和10℃之间。在一些实施例中，温度间隔大小在2℃和10℃之间。在一些实施例中，温度增加或降低的增量在0.01mv和10mv之间。在一些实施例中，温度增加或降低的增量在0.1mv和2mv之间。逐步方法可以简化驱动器电路121的电路。
42.在一些实施例中，根据表格查找来降低或增加读取电压。例如，可以为每个6℃温度间隔分配一个不同的电压。如果间隔大小全相等，并且电压在间隔之间以单位增量变化，则这实际上是逐步方法。但是，表格查找允许间隔大小是变化的。表格查找还允许电压随温度的非线性变化。在一些实施例中，表格具有2行至1000行。在一些实施例中，表格具有5行至200行。在一些实施例中，表格具有10行至100行。使用表格查找或单位增量的变化，在多个离散值中选择读取电压。
43.尽管将曲线图301b、303b、305b和307b的读取电流显示为单值函数，但这些电流实际上是平均值。由于制造和编程的差异，实际的读取电流可能会在这些平均值附近显示出一定程度的分散。这种散射可能会导致错误，特别是在阈值电流接近读取电流时。例如，曲线305b的读取电流在温度范围的低端到达阈值电流313的最小距离331b，曲线303b的读取电流在温度范围的高端到达阈值电流313最小的距离333b。如图3c所示，通过替换具有温度范围的下端的第一值和温度范围的上端的第二值的阈值电流317，最小距离331b可以显著增加到最小距离331c，并且最小距离333b可以增加到最小距离333c。
44.驱动器电路121可以是读取驱动器和写入驱动器。驱动器电路121可以支持读取操作、写入操作和写入验证操作。除了在写入操作之后自动应用写入验证操作以验证该操作是否成功之外，写入验证操作可以与读取操作基本相同。写入操作是设置一个或多个存储器单元103
a，1-103
d，4
中的一个的编程状态的操作。对于每个编程状态，都有不同的温度程序(时间周期上的温度曲线)用于实现该状态。可以通过向存储器单元103
a，1-103
d，4
施加合适的电压来实现温度。
45.图4示出了根据本公开的一些实施例的具有相变存储器阵列的集成芯片400的部分的截面图。集成芯片400可以是集成芯片100的实施例。集成芯片400包括在半导体衬底439上方的金属互连结构443。相变存储器单元405a形成在金属互连结构443内。金属互连结构443包括设置在介电结构441内的多个导电通孔403和多个导电线401。相变存储器单元405a的存取选择器装置427可以形成在半导体衬底439上。存取选择器装置427可以对应于存储器单元103
a，1-103
d，4
中的一个。
46.相变存储器单元405a包括底部电极411、顶部电极407以及设置在底部电极411和顶部电极407之间的相变元件409a。在一些实施例中，底部电极411具有通孔。底部电极411可以包括由导电衬垫415横向包围的导电体413。在一些实施例中，底部电极411用作加热器以提高相变元件409a的温度以用于写入操作和擦除操作。
47.在一些实施例中，相变元件409a是硫属化物玻璃或包括硫属化物玻璃。硫属化物
玻璃可以是或可以包括例如至少一种硫属化物(元素周期表第16组中的化学元素)或硫属化物化合物，例如硫(s)、硒(se)、碲(te)、硫化硒(ses)、锗锑碲(gesbte)、银铟锑碲(aginsbte)等。在一些实施例中，相变元件409a是或包括锗碲化合物(getex)、砷碲化合物(astex)或砷硒化合物(assex)，其中x可以是例如锗(ge)、硅(si)、镓(ga)、镧系元素(ln)、磷(p)、硼(b)、碳(c)、氮(n)、氧(o)、前述的组合等。
48.导电体413和顶部电极407可以是或可以包括例如钛、钽、钨、前述的氮化物(例如氮化钛)、前述的组合等。导电体413和顶部电极407可以是相同的材料或不同的材料。在一些实施例中，导电衬垫415可以是或可以包括例如钛、钽、钨、铪、前述的氮化物(诸如氮化钛)、前述的组合等。导电衬层415可以用作保持导电体413与下面的导电线401之间的物理耦合和电耦合的粘合层。
49.在一些实施例中，存取选择器装置427是金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)。存取选择器件427可以包括形成在半导体衬底437中或之上的源极/漏极区421、栅极介电429、栅电极425和侧壁间隔件423。栅极介电429可以是或可以包括例如氧化物(诸如二氧化硅)、高k介电材料、另外合适的介电材料等。栅电极425可以是或可以包括例如多晶硅、金属材料(诸如铝、钨、钛)或另外合适的导电材料。侧壁间隔件可以是或可以包括例如氮化硅、碳化硅等。源极/漏极区421可以是第一掺杂类型(n型或p型)，并且可以形成在与第一掺杂类型相反的第二掺杂类型的阱437中。
50.半导体衬底439可以包括任何类型的半导体主体(例如，硅、sige、soi)，诸如半导体晶圆和/或晶圆上的一个或多个管芯，或者任何其他类型的半导体和/或外延与之相关的层。介电结构441可以包括由蚀刻停止层和围绕的导电线401、导电通孔403等隔开的一个或多个层间介电(ild)层。ild层可以包括一种或多种介电材料，例如二氧化硅(sio2)、低k介电材料(诸如硅的碳掺杂氧化物(sicoh))、氟硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃(例如硼磷酸盐硅酸盐玻璃)等。形成导电线401、导电通孔403等的导电材料可以是或可以包括金属(例如，铝、铜、钨等)。
51.耦合至第一源极/漏极区421的第一导电线401可提供源极线(sl)。相变存储器单元405a的底部电极411可以耦合到第二源极/漏极区421。相变存储器单元405a的顶部电极407a可以耦合到提供位线(bl)的第二导电线401。栅电极425可以提供字线(wl)。在一些实施例中，sl在第二金属互连层级中，尽管sl可以可选地在另外的金属互连层级中。在一些实施例中，相变存储器单元405a设置在第四和第五金属互连层级之间，尽管相变存储器单元405a可以可选地设置在金属互连结构443内较高或较低的位置。在一些实施例中，bl设置在相变存储器单元405a上方的金属互连层级中。这些结构的许多其他布置也可以在本公开的范围内使用。
52.虽然集成芯片400使用mosfet作为存取选择器装置427，但是可以使用许多其他类型的存取选择器装置。在一些实施例中，存取选择器装置427是不同类型的晶体管，诸如双极结型晶体管等。在一些实施例中，存取选择器装置427是单极选择器，单极选择器减少了每个存储器单元103
a，1-103
d，4
所需的连接的数量。在一些实施例中，单极选择器是二极管(例如，pn二极管、pin二极管、肖特基二极管、氧化物半导体-氧化物二极管等)。在这样的实施例中，通过向对应的存储器单元103
a，1-103
d，4
施加大于二极管的阈值的电压来存取相变存储器单元109以进行读取和写入操作。在其他实施例中，单极选择器是基于灯丝的选择
器、整流器、变阻器型选择器、电子阈值开关(ots)、基于掺杂硫族化物的选择器、基于莫特效应的选择器、基于混合离子电子导电(miec)的选择器、场辅助超线性阈值(fast)选择器等。
53.相变元件409a具有电阻率值完全不同的结晶态和非晶态。晶态和非晶态可以用来表示不同的数据状态。更具体地说，相变元件409a可被加热到高温(例如，超过600℃)，在此温度下其失去结晶性。然后，相变元件409a可以被快速冷却或“淬火”，以“冻结”非晶态(高电阻状态)中的相变元件，其可以例如对应于“0”数据状态(例如，“重置”操作)。相反地，通过将相变元件409a加热到较低的温度(例如，约100-150摄氏度)，其中较低的温度高于相变元件409a的结晶点但低于其熔点，相变元件可以是转换成低电阻状态(即，结晶状态)，该低电阻状态可以例如对应于“1”状态(例如，对相变存储器单元进行编程或“设置(set)”)。还可以控制温度和时间以提供部分结晶，部分结晶可以用于表示附加的不同数据状态，从而相变元件409a可以提供多级单元。
54.图5示出了集成芯片500的部分的截面图，除了集成芯片500具有相变存储器单元405b来代替相变存储器单元405a以外，集成芯片500与集成芯片400相同。相变存储器单元405b与相变存储器单元405a的不同之处在于，它具有第一相变元件409b、第二相变元件409c和第三相变元件409d。与相变元件409a类似，相变元件409b-409d分别可以是或可以包括硫属化物玻璃。它们可以是相同的硫属化物玻璃或不同的硫属化物玻璃。可以利用成分、厚度以及与底部电极411的距离的差异，以允许编程留下晶态的相变元件409b-409d中的没有任何一个、一个、两个或全部三个，来表示提供两位数据的四个不同配置。无论采用哪种结构，具有n位数据的多级单元具有可以根据2n-1个阈值加以区分的2n个不同的电阻水平。根据本公开，可以通过读取电压的温度调制来增强对编程状态(电阻水平)的可靠读取。
55.温度感测电路123可以在任何合适的位置从任何合适类型的温度传感器获得温度。在一些实施例中，温度感测电路123包括温度传感器，该温度传感器包括半导体衬底439的第一掺杂区域(未示出)和半导体衬底439的第二掺杂区域(未示出)。第一和第二掺杂类型并彼此接触以定义pn结。在一些实施例中，第一和第二掺杂区可以从半导体衬底439的顶表面延伸到半导体衬底439的底表面。在一些其他实施例中，温度传感器包括电阻响应于温度变化而可预测地变化的材料的层(未示出)，诸如掺杂的多晶硅等的层。
56.虽然示例集中于相变随机存取存储器(pcram)，但是本公开的结构和方法可应用于其他类型存储器，例如，存包括但不限于电阻式随机存取存储器(reram)、氧置换存储器(oxram)、导电桥接随机存取存储器(cbram)、磁阻随机存取存储器(mram)、铁电随机存取存储器(fram)、相变存储器(pcm)、碳纳米管随机存取存储器(nram)等。
57.图6示出了根据本公开的操作集成芯片100、400、500的方法600。方法600包括动作601，测量为存储器阵列101的近似温度的温度，动作603，基于所测量的温度选择读取电压，以及动作605，使用所选的读取电压来读取一个或多个存储器单元103a，1-103d，4的编程状态。当存储器单元103
a，1-103
d，4
处于某特定的电阻状态时，读取电压被选择为改善流过存储器单元103
a，1-103d，4中的一个的电流中的温度相关变化。读取存储器单元103
a，1-103
d，4
中的一个的编程状态可以包括将所选的电压施加到存储器单元103
a，1-103
d，4
并将通过存储器单元103
a，1-103
d，4
的所得电流与一个或多个阈值进行比较。在一些实施例中，还基于温度来调节一个或多个阈值中的一个或多个。
58.温度传感器可以是电阻随温度而系统地变化的任何器件。处于固定编程状态的相变存储器单元就是这种器件。相变存储器单元可以保持其编程状态超过100年。因此，集成芯片100可以包括相变存储器单元，该相变存储器单元在制造过程结束时被编程，然后被用作参考单元以确定可以改善读取电流中的温度相关变化的读取电压。参考单元或类似器件可用于感测温度变化并调节读取电压以改善电流中的温度相关变化，而无需专门确定温度值或在狭义上测量温度。
59.图7提供了示例方法700，其使用相变存储器参考单元响应于温度变化来调节读取电压，而无需进行特定的温度测量。方法700可以开始于动作701，将读取电压的初始值施加到参考相变存储器单元。动作703是测量通过参考相变存储器单元的所得电流。动作705是确定电流是否在预定目标范围内。如果电流在目标范围之外，则方法700进行到动作707，调整读取电压。如果电流高于目标范围，则动作707降低读取电压。如果电流低于目标范围，则动作707增加读取电压。在动作707中调整读取电压之后，方法700返回动作701。动作701-707构成反馈控制回路，反馈控制回路持续直到电流在目标范围内。一旦电流在目标范围内，方法继续动作709，施加读取电压以读取一个或多个存储器单元103
a，1-103
d，4
的编程状态。
60.本教导的一些方面涉及一种集成芯片，集成芯片具有半导体衬底，驱动器电路以及形成在半导体衬底上方的电阻性随机存取存储器单元的阵列。驱动器电路被配置为向阵列中的所选择单元提供关于阵列温度选择性地变化的读取电压。存储器单元可以是多级相变存储器单元。
61.本教导的一些方面涉及一种集成芯片，集成芯片具有半导体衬底，在半导体衬底上方形成的相变存储器单元的阵列以及被定位为测量相变存储器单元的阵列的近似温度的温度传感器。布置在半导体衬底上的电路用于根据近似温度为相变存储器单元选择读取电压。
62.本教导的一些方面涉及一种操作相变存储器的方法。该方法包括选择用于读取相变存储器阵列中的单元状态的电压，以及施加该电压以读取相变存储器阵列中的单元状态。该方法还包括以如下方式调节电压：如果相变存储器阵列的温度下降，则导致电压增加；如果相变存储器阵列的温度上升，则导致电压减小。
63.本教导的一些方面涉及一种操作相变存储器的方法。该方法包括在相变存储器处于第一温度时生成第一读取电压，然后用第一读取电压驱动相变存储器阵列中的单元。随后，当相变存储器处于第二温度时，选择温度补偿的读取电压。通过用温度补偿的读取电压驱动相变存储器阵列中的第二个单元来生成读取电流。通过将读取电流与一个或多个阈值进行比较，第二单元的编程状态。在该方法中，当第二温度和第一温度之间的差使得第二单元的电阻较高时，使温度补偿的读取电压较高，而当第二温度和第一温度之间的差使温度补偿的读取电压较低。第一温度降低了第二单元的电阻。
64.本教导的一些方面还涉及一种集成芯片，包括：半导体衬底；电阻式随机存取存储器单元的阵列，形成在半导体衬底上方；以及驱动器电路，被配置为向阵列中的所选择单元提供关于阵列的温度选择性变化的读取电压。
65.在上述集成芯片中，驱动器电路被配置为根据温度从多个离散读取电压中的一个选择为读取电压。
66.在上述集成芯片中，驱动器电路被配置为响应于温度的降低而使读取电压升高，并且响应于温度的升高而使读取电压降低。
67.在上述集成芯片中，还包括感测放大器，被构造为通过比较由驱动器电路驱动的读取电流与多个参考电流，以在所选择单元的四个或更多个不同的编程状态之间进行区分。
68.在上述集成芯片中，还包括提供温度的温度传感器。
69.在上述集成芯片中，驱动器电路被配置为基于温度连续地改变读取电压。
70.在上述集成芯片中，电阻式随机存取存储器单元是包括硫属化物玻璃的相变存储器单元。
71.在上述集成芯片中，电阻式随机存取存储器单元包括多个硫属化物玻璃层。
72.在上述集成芯片中，还包括：参考相变存储器单元；其中，驱动器电路可操作为使用参考相变存储器单元以确定读取电压的选择。
73.本教导的一些方面还涉及一种集成芯片，包括：半导体衬底；相变存储器单元的阵列，形成在半导体衬底上方；温度传感器，定位为测量相变存储器单元的阵列的近似温度；以及驱动器电路，形成在半导体衬底上，并且操作为根据近似温度选择相变存储器单元的读取电压。
74.在上述集成芯片中，驱动器电路被配置为从多个离散电压中选择读取电压。
75.在上述集成芯片中，驱动器电路被配置为根据近似温度落入的温度范围来选择读取电压。
76.在上述集成芯片中，还包括感测放大器，被构造为在相变存储器单元中的一个的四个或更多个不同的电阻状态之间进行区分。
77.在上述集成芯片中，还包括：感测放大器，可操作为比较通过相变存储器单元中的一个的电流和参考电流，以区分相变存储器单元的不同电阻状态；其中，感测放大器可操作为基于近似温度来选择参考电流。
78.本教导的一些方面还涉及一种操作相变存储器的方法，包括：当相变存储器阵列处于第一温度时，生成第一读取电压；利用第一读取电压驱动相变存储器阵列中的单元；当相变存储器阵列处于第二温度时，生成温度补偿的读取电压；通过利用温度补偿的读取电压驱动相变存储器阵列中的第二单元来生成读取电流；以及通过比较读取电流和一个或多个阈值来确定第二单元的编程状态；其中，当第二温度和第一温度之间的差使第二单元的电阻较高时，升高温度补偿的读取电压，并且当第二温度和第一温度之间的差使第二单元的电阻较低时，降低温度补偿的读取电压。
79.在上述方法中，温度补偿的读取电压以预定增量升高或降低第一读取电压。
80.在上述方法中，基于一个或多个温度测量来选择温度补偿的读取电压。
81.在上述方法中，温度补偿的读取电压是从多个离散电压中选择的。
82.在上述方法中，离散电压中的每个对应于第二温度的不同范围。
83.在上述方法中，还包括：向相变存储器阵列中的单元或相变存储器阵列外部的相变存储器单元施加第二读取电压；将通过单元的所得电流与目标电流范围进行比较；如果所得电流高于目标电流范围，则将温度补偿的读取电压选择为低于第二电压；以及如果所得电流低于目标电流范围，则将温度补偿的读取电压选择为高于第二电压。
84.本领域的普通技术人员将容易地看出，所公开的实施例中的一个或多个实现了以上阐述的一个或多个优点。在阅读取了前述说明书之后，本领域的普通技术人员将能够影响本文广泛公开的各种变化，等同物的可选以及各种其他实施例。因此，旨在于此授予的保护仅受所附权利要求及其等同物中包含的定义的限制。