专利名称：相变存储器的写入操作的制作方法
技术领域：
本文中所揭示的标的物涉及相变存储器装置，且更特定来说可涉及相变存储器装置的写入脉冲。
背景技术：
举例来说，例如非易失性存储器装置等集成电路装置可存在于各种各样的电子装置中。举例来说，非易失性存储器装置可用于计算机、数码相机、蜂窝式电话、个人数字助理等中。相变存储器表示实例性类型的非易失性存储器装置。相变存储器装置可至少部分地特征在于，如何将信息储存于个别存储器单元中，因为特定存储器单元的状态取决于存储器单元材料的状态。非晶、非结晶状态可表示二进制值‘0’，其也称作“复位”状态，且存储器单元的结晶状态可表示二进制值‘1’，其也称作“设定”状态。在相变存储器中，存储器单元是否被设定或复位可至少部分地取决于施加到所述存储器单元的电流脉冲的量值及形状。
已在说明书的结束部分中特别指出且明确请求了所请求的标的物。然而，关于组织及/或操作方法以及其目标、特征及/或优点两者，可通过参考结合附图阅读的以下详细说明来最佳地理解此两者，附图中图1是描绘包括相变存储器装置的实例性实施例的系统的实例性实施例的示意性框图。图2是描绘具有选择器的相变存储器的实例性实施例的横截面图的图示。图3是描绘被施加到相变存储器单元的实例性实施例以在所述相变存储器单元中产生复位状态的电流的实例性波形的图示。图4是描绘被施加到相变存储器单元的实例性实施例以在所述相变存储器单元中产生设定状态的电流的实例性波形的图示。图5是相变存储器单元及相关联电路的实例性实施例的示意图。图6是相变存储器单元及相关联电路的实例性实施例的示意图。图7是图解说明用于控制电流穿过相变存储器单元的放电的过程的实例性实施例的流程图。在以下详细说明中参考形成本文一部分的附图，其中通篇中相同编号可指明相同部件以指示对应或类似元件。将了解，为使图解说明简单及/或清晰起见，图中所图解说明的元件未必是按比例绘制。举例来说，为清晰起见，可相对于其它元件放大一些元件的尺寸。此外，应理解可利用其它实施例。此外，可在不背离所请求标的物的范围的情况下做出结构或逻辑改变。还应注意，方向或参考(举例来说，向上、向下、顶部、底部等等)可用来促进对图式的论述而并非打算限制所请求标的物的应用。因此，不应将以下详细说明视为限制所请求标的物或其等效物的范围。
具体实施例方式在以下详细说明中，陈述众多特定细节以提供对所请求标的物的透彻理解。然而， 所属领域的技术人员将理解可在不存在这些特定细节的情况下实践所请求标的物。在其它例项中，未详细地描述所属领域的技术人员将知晓的方法、设备或系统以便不混淆所请求标的物。如上文所论述，举例来说，例如非易失性存储器装置等集成电路装置可存在于各种各样的电子装置中。举例来说，相变存储器(PCM)或具有选择器的相变存储器(PCMS)非易失性存储器装置可用于计算机、数码相机、蜂窝式电话、个人数字助理等中，对于PCM及 PCMS存储器装置，举例来说，特定存储器单元的状态可取决于存储器单元材料的相位，如下文所论述。在一个或一个以上实施例中，PCMS存储器装置与PCM存储器装置的差异在于由类似于存储器单元的材料的材料制作的开关阵列。在一实施例中，此些开关也可称作选择器。选择器阵列可用于隔离存储器单元阵列中的个别存储器单元。相比来说，PCM存储器装置可包括包含形成于CMOS层中的双极装置的开关或选择器。此外，对于PCM及PCMS存储器装置，在一实施例中存储器单元可包含硫族化物玻璃。PCM或PCMS存储器单元可经制造以通过充足热量的施加而在不同状态之间切换。举例来说，在一实施例中，表示二进制值‘1’的“设定”状态可对应于存储器单元的材料的大致结晶、大致导电状态。另一方面，在一实施例中，表示二进制值‘0’的“复位”状态可对应于存储器单元的大致非晶、相对电阻性状态。在PCM或PCMS存储器中，可通过将电流脉冲施加到存储器单元来实现足以改变所述存储器单元的相位的热量。所施加的电流脉冲的特性可确定在所述存储器单元中反映哪一特定状态。如本文中所用，术语“大致非晶状态”是指至少部分地特征在于相对高的电阻率的存储器单元材料的状态。还如本文中所用，术语“大致结晶状态”是指至少部分地特征在于相对高的导电率的存储器单元材料的状态。在一实施例中，处于大致结晶状态的存储器单元的导电率水平可至少为大于处于大致非晶状态的存储器单元的导电率水平的数量级。然而，所请求标的物的范围不受此方面的限制。在一实施例中，到PCMS存储器单元的写入操作可利用大得足以使存储器单元材料熔化的电流电平。如前文所述，对于一实施例，PCMS存储器单元可包含硫族化物玻璃。在写入操作中，可施加足以使存储器单元材料熔化的电流，且所述单元材料冷却为固体的速率可确定所述写入操作是否产生所述存储器单元的设定状态或复位状态。冷却速率可至少部分地取决于施加到存储器单元的电流脉冲的量值或形状。举例来说，下文结合图3及图 4更完全地论述实例性设定及复位脉冲。图1是描绘包括PCMS存储器装置120的实例性实施例的系统100的实例性实施例的示意性框图。在一实施例中，PCMS 120可包含可根据本文中所揭示的一个或一个以上实施例实施的存储器单元阵列122。PCMS 120在一实施例中可借助互连115耦合到处理器 110。系统100呈现于图1中，至少部分地为给相变存储器装置提供一个可能上下文，且根据所请求标的物的实施例不限于图1中所描绘的实例。一实施例中的PCMS 120可包含控制单元126以及存储器阵列122。一实施例的存储器阵列122可包含PCMS存储器单元阵列。此外，在一实施例中，阵列122可实施为PCMS 存储器单元交叉点阵列。此外，在一实施例中，存储器阵列122可存储可包括可由处理器 110执行的一个或一个以上应用程序的指令124。在一实施例中，处理器110可将存储器存取命令传输到PCMS 120。控制单元126(对于一实施例)至少部分地响应于从处理器110 接收到所述存储器存取命令而存取存储器阵列122的一个或一个以上存储器单元。在一实施例中，存储器存取命令可包含存储器写入命令。实例性存储器写入命令可包含设定或复位存储器阵列122的一个或一个以上存储器单元。在一实施例中，下文更全面地描述的实例性实施例可用于根据由处理器110递送到PCMS 120的存储器写入命令来影响特定存储器单元的特定状态。在一实施例中，系统100可包含计算平台。计算平台可包含包括处理或存储信号形式的数据的能力的系统或装置。因此，在此上下文中，计算平台可包含硬件、软件、固件或其任一组合。如图1中所描绘的计算平台100仅为一个此种实例，且所请求标的物的范围不受这些方面的限制。对于一个或一个以上实施例，计算平台可包含各种各样的数字电子装置中的任一者，包括(但不限于)个人桌上型或笔记本计算机、高清晰度电视、数字通用光盘(DVD)播放器或记录器、游戏控制台、卫星电视接收器、蜂窝式电话、个人数字助理、移动音频或视频回放或记录装置等等。此外，除非另有具体说明，否则本文中参考流程图或以其它方式描述的过程也可由计算平台整体地或部分地执行或控制。图2是描绘PCMS 120的存储器阵列122的实例性实施例的横截面图的图示。对于本实例性实施例，PCMS阵列122可实施为交叉点存储器阵列。在PCMS交叉点存储器阵列中，可形成正交导电线的两个层，其中导电线的一个层形成于存储器堆栈的底部处且导电线的另一层形成于所述存储器堆栈的顶部层中沿正交方向延伸。在一实施例中，导电线的所述底部层可称作第一电极(冊)层M0，且导电线的所述顶部层可称为第二电极(SE)层 210。此外，对于一实施例，且如图2中所描绘，PCM存储器单元层(230)及选择器装置(SEL) 层220可位于层FE 140与SE 110之间以形成PCMS存储器阵列122。然而，图2中所描绘的PCMS阵列122仅为实例，且所请求标的物在范围上不受这些方面的限制。此外，还应注意，方向或参考(举例来说，向上、向下、顶部、底部等等)可用来促进对图式的论述，且所请求标的物的范围不受这些方面的限制。图3是描绘可施加到相变存储器单元的实例性实施例以在所述相变存储器单元中产生复位状态的电流脉冲的实例性波形300的图示。在一实施例中，为使存储器单元材料熔化，可将具有超过熔化阈值330的量值的初始脉冲310施加到存储器单元材料且其可流过所述存储器单元材料。如本文中所使用，术语“熔化阈值”是指足以使相变存储器单元材料熔化以实现液体状态的适当最小电流电平。在一实例性实施例中，熔化阈值330可包含大约1. 2mA的值。此外，对于一实施例，初始脉冲310可具有大约2. OmA的电平。初始脉冲310可进一步具有大约6. Ons的持续时间，且淬火周期320可具有大约2. Ons的持续时间。然而，这些仅为可在存储器单元中产生非晶状态的电流电平或持续时间的实例，且所请求标的物的范围不受这些方面的限制。如本文中所用，术语“淬火周期”可指流过存储器单元的电流电平从熔化阈值下降到大致无电流的电平的时间量。对于复位脉冲300，可在初始脉冲周期310期间将足以使存储器单元的材料熔化的电流施加到所述存储器单元，随后是电流电平的相对急剧的下降以产生相对短暂的淬火周期320。对于一实例，所时间电流脉冲可采取适当形状的方形脉冲。 在一实例性实施例中，相对方形的波形可为复位脉冲的特性。在一实施例中，复位脉冲可至少部分地特征在于具有足以使存储器单元材料熔化的量值或持续时间的初始电流脉冲，随后是所述电流电平的相对急剧的下降以允许所述存储器单元材料的相对快速冷却。所述存储器单元材料的相对快速冷却可不允许所述存储器单元材料内的结晶结构的实质形成，而是可产生所述存储器单元材料的非晶状态。如前文所述，在一实例性实施例中，存储器单元的非晶状态可表示二进制值‘0’，但所请求标的物的范围不受此方面的限制。如本文中所用，术语“相对短暂的淬火周期”是指产生存储器单元材料的相对快速冷却且产生所述存储器单元材料中的大致非晶状态的电流电平的相对急剧的下降。图4是描绘被施加到相变存储器单元的实例性实施例以在所述相变存储器单元中产生设定状态的电流的实例性波形400的图示。在一实施例中，为使存储器单元材料熔化，可将具有超过熔化阈值430的量值的初始脉冲410施加到存储器单元材料且其可流过所述存储器单元材料。在一实例性实施例中，熔化阈值430可包含大约1.2mA的值。此外， 对于一实施例，初始脉冲410可具有大约2. OmA的电平。初始脉冲410可进一步具有大约 6. Ons的持续时间，且淬火周期420可具有大约200. Ons的持续时间。然而，这些仅为电流电平及持续时间的实例，且所请求标的物的范围不受这些方面的限制。在一实施例中，对于设定脉冲400，可在初始脉冲周期410期间将足以使存储器单元的材料熔化的电流施加到所述存储器单元，随后是淬火周期420期间所述电流电平的相对延长的下降。在一实施例中，设定脉冲可至少部分地特征在于具有足以使存储器单元材料熔化的量值或持续时间的初始电流脉冲，随后是所述电流电平的相对缓慢的下降以允许所述存储器单元材料的相对缓慢冷却。在一实施例中，在淬火周期420期间，流过所述存储器单元的电流可具有大约825. 0 μ A的电平(举例来说)，但所请求标的物的范围不受此方面的限制。所述存储器单元材料的相对缓慢冷却可允许所述存储器单元材料内的结晶结构的实质形成，且可产生所述存储器单元材料的大致结晶状态。如前文所述，在一实例性实施例中，存储器单元的结晶状态可表示二进制值‘1’，但所请求标的物的范围不受此方面的限制。图5是包括相变存储器单元530及相关联电路500的相变存储器的实例性实施例的示意图。对于图5的实例，描绘单个存储器单元530，也描绘单个电流源510。在一实施例中，至少部分地响应于存储器单元530的写入命令，可对电容器520进行充电。举例来说，电容器520可包含明确设计或实施的电容器，或可包含寄生电容。为对电容器520进行充电，可在预充电周期期间由源510施加电压或电流。可接通开关511，从而选择存储器单元530，且可将从电容器520放电的电流引导穿过存储器单元530，从而使所述存储器单元熔化。可通过各种各样的技术来实现对电流脉冲的终止相位的控制。在一实施例中，电流可自全局位线531流过包含多个字线552及位线551的交叉点阵列550且流过存储器单元 530，到达接地节点556。描绘选定位线553及选定字线554。在一实施例中，选定位线553 及选定字线5Μ可提供穿过存储器单元530到达接地节点556的导电路径。电容器520可放电的速率可至少部分地取决于电容器520的特性或取决于其它电容性组件。举例来说，寄生电容可存在于电路500中的一个或一个以上位置处。描绘寄生电容的一个实例在选定字线5Μ与选定位线553之间，标记为寄生电容555。还描绘电容器 560在全局位线531上。电容器560在一实施例中可包含明确设计及实施的电容器或在另一实施例中可包含寄生电容。在进一步实施例中，电容器560可包含明确设计的电容器与寄生电容的组合。
在一实施例中，电路500可包含固定电容性组件，包含(举例而言)电容器560及寄生电容555。固定电容性组件可至少部分地确定电容器520穿过存储器单元520的放电速率。除固定电容性组件外，电路500还可包含电路控制的电容器MO，电路控制的电容器 540可选择性地耦合到存储器单元530。在一实施例中，通过应用额外电容，与不存在额外电容的情形相比可使电容器520的放电速率变慢。以此方式，可获得所需电流脉冲形状以在存储器单元530中产生所需状态。举例来说，如果写入命令指示待将值‘0’写入到存储器单元530，那么可不将电容器540应用于存储器单元530，或可应用电容器540达相对短的时间周期，从而允许电容器520穿过存储器单元530放电到接地节点556。在电容器540 不啮合于所述电路中的情况下，淬火周期可相对短。如前文所论述，相对短的淬火周期可不允许大致结晶结构在存储器单元530中形成，且大致非晶状态可产生。还如前文所提及，存储器单元中的非晶状态可指示值‘0’，但所请求标的物的范围不受此方面的限制。如果写入命令指示待将值‘ 1 ’写入到存储器单元530，那么可将电容器540应用于存储器单元530。在一实施例中，电容器540的时序参数或其它特性可为可编程的，以便可实现所需电流脉冲。电容器540所提供的电容可允许相对延长的淬火周期，在一实例性实施例中可能为大约200. 0ns，但所请求标的物的范围不受此方面的限制。如前文所述，相对长的淬火周期可允许存储器单元530中大致结晶结构的形成。还如前文所提及，对于一实施例，结晶状态可指示值‘1’，但同样，所请求标的物的范围不受此方面的限制。图6是描绘包括PCM存储器单元630的实例性电路600的示意图。在一实施例中， 举例来说，可通过在字线解码器路径中的电流镜或其它电流限制电路656来控制电流从电容器穿过存储器单元630的放电。在图6中，在一实施例中交叉点阵列650的选定位线653 及选定字线6M可将电流限制器电路656耦合到存储器单元630。此外，在一实施例中，电容器640可在开关611选择存储器单元630后即刻被充电。在一实施例中，电容器640可包含明确设计或实施的电容器，或可包含一个或一个以上电路特征固有的寄生电容或其它电容。如上文所描述，在一实例性实施例中可借助电流限制电路656来控制电容器640的放电。对于另一实例，可允许电容器640的放电根据存储器电路600中固有的电阻性或电容性特性(在图6中由电容器660表示)发生，以在设定脉冲的情况下实现延长的淬火周期。对于复位脉冲，在可需要脉冲的更急剧的终止的情况下，可在开关611处去选择存储器单元630，以将电流的锐截止从源610提供到存储器单元630。例如上文所描述的那些实施例的实例性实施例可提供用于将设定或复位电流脉冲提供到相变存储器单元的相对简单的电路。根据所请求标的物的此些实施例可至少部分地由于相对简单的实施方案而消耗减少的电量。另外，减少的电力消耗可允许并行写入脉冲的量的增加，从而产生可能的性能改善。当然，这些仅为实例性的可能优点，且所请求标的物的范围不受此方面的限制。图7是图解说明用于控制电流穿过相变存储器单元的放电的过程的实例性实施例的流程图。在框710处，可将具有超过熔化阈值的电平的电流施加到相变存储器单元。在框720处，可控制耦合到所述相变存储器单元的电容性元件的放电以在所述相变存储器单元中产生指定状态。如前文所描述，在一个或一个以上实施例中，用于控制电容性元件的放电以允许存储器单元的指定状态产生的实例性实施例可包括电流限制技术。其它实施例可利用电路控制的电容器来控制电容器的放电以产生适当电流脉冲。一般来说，为在PCM存储器单元中产生设定状态，供电流脉冲穿过所述存储器单元的淬火周期与适于产生复位状态的电流脉冲的淬火周期相比可相对延长。对于设定脉冲，相对延长的淬火周期可允许存储器单元中大致结晶导电状态的形成。对于复位脉冲，相对急剧的淬火周期可允许结晶结构的形成，且非晶、相对非导电状态可在所述存储器单元中产生。根据所请求标的物的实施例可包括所有、多于或少于框710到720。此外，框710到720的次序仅为实例性次序。此外，尽管已描述用于控制电容性元件的放电以产生适合于指定设定或复位状态在相变存储器单元中产生的电流脉冲的特定实例性实施例，但所请求标的物的范围不受这些方面的限制。本说明书通篇对“一个实施例”或“一实施例”的提及可意指结合特定实施例描述的特定特征、结构或特性可包括在所请求标的物的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必打算指代相同实施例或所描述的任何一个特定实施例。此外，应理解，所描述的特定特征、结构或特性可以各种方式组合在一个或一个以上实施例中。当然，一般来说，这些及其它问题可随特定使用上下文变化。因此，这些术语的描述或使用的特定上下文可提供关于将针对所述上下文作出的推论的有益引导。同样，如本文中所用的术语“及”及“或”可包括也预期至少部分地取决于其中使用此些术语的上下文的各种含义。通常，在用于使例如A、B或C的列表相关联的情况下，“或” 打算意指A、B及C(此处以包括意义使用)以及A、B或C(此处以排斥意义使用)。另外， 如本文中所用的术语“一个或一个以上”可用来以单数形式描述任一特征、结构或特性或者可用来描述特征、结构或特性的某一组合。但是，应注意此仅为说明性实例且所请求标的物并不限于此实例。在前述说明中，已描述了所请求标的物的各个方面。出于解释的目的，陈述系统或配置以提供对所请求标的物的理解。然而，可在不存在那些特定细节的情况下实践所请求标的物。在其它例项中，省略或简化众所周知的特征以便不混淆所请求标的物。虽然本文中已图解说明或描述了某些特征，但所属领域的技术人员现在将会想到许多修改、替代、改变或等效物。因此，应理解，所附权利要求书打算涵盖归属于所请求标的物的真实精神内的所有此些修改或改变。
权利要求
1.一种方法，其包含将具有超过熔化阈值的电平的电流施加到相变存储器单元；及控制耦合到所述相变存储器单元的电容性元件的放电以在所述相变存储器单元中产生指定状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述施加所述电流包含从耦合到所述相变存储器单元的所述电容性元件汲取超过所述熔化阈值的电流脉冲。
3.根据权利要求1所述的方法，其中耦合到所述相变存储器单元的所述电容性元件包含寄生电容。
4.根据权利要求1所述的方法，其中耦合到所述相变存储器单元的所述电容性元件包含明确设计的电容器。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述指定状态包含大致非晶状态，且其中所述控制所述电容性元件的所述放电包含使所述电容性元件在相对短暂的淬火周期上大致放电以产生所述大致非晶状态。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述指定状态包含大致非晶状态，且其中所述控制所述电容性元件的所述放电包含至少部分地通过将所述电容性元件与所述相变存储器单元解耦而大致消除在相对短暂的淬火周期上施加到所述相变存储器单元的所述电流以产生所述大致非晶状态。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述指定状态包含大致结晶状态，且其中所述控制所述电容性元件的所述放电包含使所述电容性元件在相对延长的淬火周期上放电以产生所述大致结晶状态。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述使所述电容性元件在所述淬火周期上放电包含将穿过所述相变存储器单元的放电电流限制到小于所述熔化阈值的电平。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述限制穿过所述相变存储器单元的所述放电电流包含啮合耦合到字线解码器路径的电流限制器电路。
10.一种设备，其包含电容性元件，其用以将具有超过熔化阈值的电平的电流施加到相变存储器单元；及控制电路，其用以控制耦合到所述相变存储器单元的所述电容性元件的放电以在所述相变存储器单元中产生指定状态。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述所施加电流包含施加到所述相变存储器单元的超过所述熔化阈值的电流脉冲。
12.根据权利要求10所述的设备，其中耦合到所述相变存储器单元的所述电容性元件包含寄生电容。
13.根据权利要求10所述的设备，其中耦合到所述相变存储器单元的所述电容性元件包含明确设计的电容器。
14.根据权利要求10所述的设备，其中所述指定状态包含大致非晶状态，所述控制电路用以至少部分地通过使所述电容性元件在相对短暂的淬火周期上大致完全放电来控制所述电容性元件的所述放电以产生所述大致非晶状态。
15.根据权利要求10所述的设备，其中所述指定状态包含大致结晶状态，所述控制电路用以至少部分地通过使所述电容性元件在相对延长的淬火周期上放电来控制所述电容性元件的所述放电以产生所述大致结晶状态。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述控制电路包含电流限制器，所述电流限制器用以将穿过所述相变存储器单元的放电电流限制到小于所述熔化阈值的电平。
17.—种系统，其包含处理器；及非易失性存储器装置，其耦合到所述处理器，所述非易失性存储器装置包含电容性元件，其用以将具有超过熔化阈值的电平的电流施加到相变存储器举元；及控制电路，其用以控制耦合到所述相变存储器单元的所述电容性元件的放电以在所述相变存储器单元中产生指定状态。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述所施加电流包含施加到所述相变存储器单元的超过所述熔化阈值的电流脉冲。
19.根据权利要求17所述的系统，其中所述指定状态包含大致非晶状态，所述控制电路用以至少部分地通过使所述电容性元件在相对短暂的淬火周期上大致完全放电来控制所述电容性元件的所述放电以产生所述大致非晶状态。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述指定状态包含大致结晶状态，所述控制电路用以至少部分地通过使所述电容性元件在相对延长的淬火周期上放电来控制所述电容性元件的所述放电以产生所述大致结晶状态。
全文摘要
本文中所揭示的实施例可涉及控制耦合到相变存储器单元的电容性元件的放电以在所述相变存储器单元中产生指定状态。
文档编号G11C16/06GK102376363SQ20111021927
公开日2012年3月14日 申请日期2011年7月27日 优先权日2010年7月29日
发明者埃尔南·A·卡斯特罗, 斯蒂芬·唐, 杰里米·赫斯特 申请人:美光科技公司