相位變化隨機訪問存儲裝置的製作方法
2023-05-24 11:45:31
專利名稱：相位變化隨機訪問存儲裝置的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及相位變化隨機訪問存儲裝置。
背景技術：
相位變化隨機訪問存儲器(PRAMs)是使用相位變化材料，例如Ge-Sb-Te(GST)，存儲數據的非易失性存儲裝置。根據其結晶或非結晶相位展示不同電阻值的相位變化材料，通過設置該材料相位的熱處理而被編程。
PRAM的相位變化材料在它的結晶狀態展示相對低的電阻，而在它的非結晶狀態展示相對高的電阻。在傳統術語中，低電阻結晶狀態被稱為『設置』狀態並被指定邏輯「0」，而高電阻非結晶狀態被稱為『重置』狀態並被指定邏輯「1」。
在相位變化材料的場合中，術語「結晶」與「非結晶」是相對的術語。也就是說，當相位變化存儲單元被稱為處於其結晶狀態時，本領域技術人員將明白該單元的相位變化材料較其非結晶狀態具有順序更好的結晶結構。在其結晶狀態的相位變化存儲單元不需要是完全結晶，而在其非結晶狀態的相位變化存儲單元不需要是完全非結晶。
通常，PRAM的相位變化材料被該材料的在相對短的時間周期內超過其熔點溫度的焦耳熱重置為非結晶狀態。另一方面，通過在較長的時間周期內低於其熔點溫度加熱該材料，該相位變化材料被設置為結晶狀態。在每種情況下，該材料被允許在熱處理後冷卻到其原來的溫度。然而，通常當相位變化材料被重置為其非結晶狀態時冷卻發生得更加迅速。
在讀操作中，一給定讀電流被提供給選擇的存儲單元，並且根據該單元的電壓使用讀出放大器識別該存儲單元的「1」或「0」電阻狀態。
為了增加相位變化存儲裝置的容量和集成度，該相位變化存儲裝置可以被實現為具有一全局位線和多個局部位線的層次位線結構。在這種情況下，連接到遠離寫電路和/或讀電路的局部位線的相位變化存儲單元和連接到鄰近寫電路和/或讀電路的局部位線的相位變化存儲單元之間的物理長度是不同的。因此，注意，寄生電阻出現在全局位線上，從寫電路和/或讀電路延伸到所選擇的存儲單元的路徑的電阻根據所選擇的相位變化存儲單元的位置而變化。
因此，由於該電阻變化，連接到遠離寫和/或讀電路的局部位線的相位變化存儲單元具有比連接到鄰近寫和/或讀電路的局部位線的相位變化存儲單元更少量的寫或讀電流。在讀和/或寫電流上的這些變化可以導致讀和/或寫失敗。
發明內容
根據本發明的一個方面，提供了一種相位變化隨機訪問存儲裝置，包括連接到寫電路和讀電路的全局位線；多條局部位線，每條局部位線連接到多個相位變化存儲單元；以及多個列選擇電晶體，選擇性地將該全局位線連接到多條局部位線中的每一條，每個列選擇電晶體具有根據到寫電路和讀電路的距離而變化的電阻。
根據本發明的另一方面，提供了一種相位變化隨機訪問存儲裝置，包括多個存儲塊，每個存儲塊具有多個相位變化存儲單元；連接到寫電路和讀電路的全局位線，並在一個方向上延伸使得該全局位線被多個存儲塊共享；多條局部位線，其中每條都在一個方向上延伸並連接到多個相位變化存儲單元；以及多個列選擇電晶體，選擇性地將該全局位線連接到多條局部位線中的每一條以及存儲塊，對應於存儲塊的每個列選擇電晶體具有根據寫電路和讀電路之間的距離而變化的電阻。
根據本發明的又一方面，提供了一種相位變化隨機訪問存儲裝置，包括集群成至少兩組的多個存儲塊，每個存儲塊具有多個相位變化存儲單元；連接到寫電路和讀電路的全局位線，並在一個方向上延伸使得該全局位線被多個存儲塊共享；多條局部位線，其中每條都在一個方向上延伸並連接到多個相位變化存儲單元；以及多個列選擇電晶體，選擇性地將該全局位線連接到多條局部位線中的每一條以及存儲組，對應於存儲組的每個列選擇電晶體具有根據寫電路和讀電路之間的距離而變化的電阻。
根據下面參考附圖對優選實施例的描述，本發明的上述和其它特徵以及優點將變得更加明顯，其中圖1和2是根據本發明第一實施例的相位變化隨機訪問存儲裝置的框圖和電路圖；圖3是解釋根據本發明實施例的相位變化隨機訪問存儲裝置的寫操作的電路圖；
圖4是解釋引起相位變化存儲單元的相位變化材料相位轉變的條件的圖；圖5是解釋根據本發明實施例的相位變化隨機訪問存儲裝置的讀操作的電路圖；圖6是說明相位變化存儲單元的設置電阻和重置電阻分布的圖；圖7根據本發明第二實施例的相位變化隨機訪問存儲裝置的框圖；圖8是根據本發明第三實施例的相位變化隨機訪問存儲裝置的列選擇電晶體和放電電晶體的截面圖；圖9是根據本發明第四實施例的相位變化隨機訪問存儲裝置中相位變化存儲單元的電路圖；以及圖10是包括根據本發明實施例的相位變化隨機訪問存儲裝置的可攜式媒體系統的示意性框圖。
具體實施例方式
通過參考下面對優選實施例和附圖的詳細描述，本發明和實現該發明的方法的優點和特徵將更加易於理解。然而，本發明可以以多種不同的形式實施且不應當被解釋為限制於這裡提出的實施例。相反，提供這些實施例是為了使本公開內容是徹底和全面的並向本領域技術人員充分轉達本發明的概念。在整個說明書中相同的參考標記表示相同的元件。
在下面的描述中，術語「和/或」包括每個和至少一個參考項的組合。
現在參考顯示本發明優選實施例的附圖，本發明將被更充分地描述。
圖1和2是根據本發明第一實施例的相位變化隨機訪問存儲裝置的框圖和電路圖。在本發明的優選實施例中，具有4個存儲體的相位變化隨機訪問存儲裝置藉助於例子被描述，但本發明並不局限於此。
參見圖1，相位變化隨機訪問存儲裝置1包括第一到第四存儲體100_1到100_4、行解碼器10_1和10_2、列解碼器20_1和20_2以及輸入/輸出(I/O)電路30_1到30_4。
第一到第四存儲體100_1到100_4中的每一個包括以矩陣形式排列的多個相位變化存儲單元以及多個存儲塊BLKi(i為0到7)。雖然在上面描述中存儲體100_1到1004中的每一個都包括8個存儲塊BLKi，但它可以包含不同數量的存儲塊。
行解碼器10_1和10_2分別相應於兩個存儲體100_1和100_2以及100_3和100_4排列，以在第一到第四存儲體100_1到100_4中指定行地址。例如，行解碼器10_1可以在第一和第二存儲體100_1和100_2中選擇行地址。
列解碼器20_1和20_2分別相應於兩個存儲體100_1和100_3以及100_2和100_4排列，以在第一到第四存儲體100_1到100_4中指定列地址。例如，列解碼器20_1可以在第一和第三存儲體100_1和100_3中選擇列地址。
I/O電路30_1到30_4相應於每個存儲體100_1到100_4排列，和將數據寫入合適的存儲體30_1到30_4/或從合適的存儲體30_1到30_4讀出數據。雖然沒有顯示在圖1中，但I/O電路30_1到30_4中的每一個可以包括寫電路和/或讀電路。I/O電路30_1到30_4的配置將在後面參考圖3和5詳細描述。
參考圖2，存儲體100_2包括多個存儲塊BLKi(i為0到7)、多條全局位線GBLj(j為0到n)以及多條局部位線BL0到BL3、列選擇電晶體YSELk(k為0到7)以及放電電晶體DCHk(k為0到7)。
多個存儲塊BLKi包括多個布置在多條字線WL0、WL1、WLm和WLp以及多條位線相交位置的相位變化存儲單元101到116。特別地，位線被排列以形成包括多條全局位線GBLj和多條局部位線BL0到BL3的層次結構。更詳細地，多條全局位線GBLj被連接到I/O電路30_2且在一個方向上延伸以被多個存儲塊BLKi共享。多條局部位線BL0到BL3連接到多個相位變化存儲單元101到116的同時，通過列選擇電晶體YSELk選擇性地連接到全局位線GBLj中的每一條。
例如，當8M存儲體100_2包括8個1M存儲塊BLKi時，8K字線正交於一個方向延伸而256條全局位線GBLj沿該方向延伸使得它們被多個存儲塊BLKi共享。4條局部位線BL0到BL3連接到每個存儲塊BLKi的256條全局位線GBLj中的每一條。1K相位變化存儲單元被連接到4條局部位線BL0到BL3中的每一條。
多個存儲單元101到116分別包括可變電阻器101a到116a以及控制流過可變電阻器101a到116a的電流的控制元件101b到116b，該可變電阻器101a到116a包括具有根據其狀態(非結晶或結晶)而不同的第一和第二電阻的相位變化材料。可變電阻器101a到116a中的每一個連接在局部位線BL0到BL3和相應控制元件101b到116b其中之一之間。控制元件101b到116b中的每一個為一個二極體，具有連接到相應可變電阻器101a到116a其中之一的陽極以及連接到字線WL0、WL1、WLm和WLp其中之一的陰極。與圖2不同的是，可變電阻器101a到116a和控制元件101b到116b的位置可以根據應用的類型而改變。相位變化材料可以是二元(二要素)複合物，比如GaSb、InSb、InSe、Sb2Te3或GeTe；三元(三要素)複合物，比如GeSbTe、GaSeTe、InSbTe、SnSb2Te4或InSbGe；或者四元(四要素)複合物，比如AgInSbTe、(GeSn)SbTe、GeSb(SeTe)或Te81Ge15Sb2S2。最常用的相位變化材料是GeSbTe。
列選擇電晶體YSELk(k為0到7)響應於列選擇信號YSi(i為0到7)選擇性地將每一條全局位線GBLj連接到局部位線BL0到BL3。該列選擇信號YSi由相應的列地址和塊信息的解碼信號開啟。
特別地，每個列選擇電晶體YSELk(k為0到7)的電阻根據它到I/O電路30_2的距離而變化。遠離I/O電路30_2的列選擇電晶體YSELk(k＝4～7)的電阻小於靠近I/O電路30_2的列選擇電晶體YSELk(k＝0～3)的電阻。例如，對應於第一存儲塊BLK0的多個列選擇電晶體YSELk(k＝0～3)的電阻大於對應於第八存儲塊BLK7的多個列選擇電晶體YSELk(k＝4～7)的電阻。通過用這種方法調整電阻值，流過遠離I/O電路302的列選擇電晶體YSELk(k＝4～7)的寫電流和讀電流的值可以被調整為實質上等於流過靠近I/O電路302的列選擇電晶體YSELk(k＝0～3)的寫電流和讀電流的值。這將在後面參考圖3到6詳細描述。
可以使用各種方法來減小遠離I/O電路302的列選擇電晶體YSELk(k＝4～7)的電阻。例如，遠離I/O電路302的列選擇電晶體YSELk(k＝4～7)可以被製造得大於靠近I/O電路302的列選擇電晶體YSELk。這是通過增加列選擇電晶體YSELk(k＝4～7)的通道區域的W/L比(寬度(W)比長度(L))實現的，其可能是增加通道區域的寬度或減少其長度。然而，因為由照相處理形成的通道區域通常具有最小長度，所以增加W/L主要是通過增加該通道區域的寬度來實現的。另一種減小列選擇電晶體YSELk(k＝0～7)的電阻的方法是通過增加注入到通道區域中的雜質濃度來減小閾值電壓。例如，使注入遠離I/O電路302的列選擇電晶體YSELk(k＝4～7)的通道區域的雜質濃度高於注入靠近I/O電路302的列選擇電晶體YSELk(k＝0～3)的通道區域的雜質濃度。
每個放電電晶體DCHi(i＝0～7)被布置在多條局部位線BL0到BL3中的每一條和地電壓之間，並且在寫或讀操作之前和之後，每一個都響應於相應的互補列選擇信號YSBi(i＝0～7)其中之一放出應用於合適的局部位線的電壓。因此，該放電電晶體DCHi(i＝0～7)當列選擇電晶體YSELk(k＝0～7)關閉時開啟。
圖3是解釋根據本發明實施例的相位變化隨機訪問存儲裝置的寫操作的電路圖，圖4是解釋引起相位變化存儲單元的相位變化材料的相位轉變的條件的圖。為了解釋的方便，圖3隻顯示了第一到第八存儲塊BLK0到BLK7的相位變化存儲單元之中的第一和第八存儲塊BLK0和BLK7的相位變化存儲單元101以及109。全局位線GBL0的寄生電阻被表示在全局位線GBL0上，並且列選擇電晶體YSEL0和YSEL4以及可變電阻器109a和109b由預先確定的電阻表示。
參見圖3和4，字線WL0或WLm由行驅動器151選擇，並且局部位線BL0由列解碼器(未示出)選擇以選擇相位變化存儲單元101或109進行寫入。特別地，當一二極體被用作控制元件101b或109b時，所選擇的字線WL0或WLm被驅動為低，使得該二極體開啟。
使用通過向包含相位變化材料的可變電阻器101a和109a提供寫電流I_WRITE所產生的焦耳熱，數據被寫入相位存儲單元101和109。更具體地，相位變化材料由流過該相位變化材料的電流被加熱到其熔化溫度Tm以上，然後快速冷卻，這樣它進入非結晶狀態，即邏輯電平「1」(見圖4中的曲線a)。然後該相位變化材料在預定時間周期內被加熱到結晶溫度Tx和熔化溫度Tm之間的溫度並冷卻，這樣該相位變化材料進入結晶狀態，即邏輯電平「0」(見圖4中的曲線b)。因此，重要的是在預定時間周期內提供寫電流I_WRITE相當精確的值，以引起該相位變化材料的相位轉變。例如，可以分別提供約1mA以及約0.6到0.7mA的寫電流I_WRITE用於重置操作和設置操作。
寫電流I_WRITE可以通過寫電路310提供。在下面的描述中，寫電路310更充分的描述例如在韓國專利申請No.2004/0246808中，該韓國專利公開的內容因此被結合於此作為參考，就如在這裡被充分提出一樣。
參見圖3，寫電路310包括脈衝選擇電路312、電流控制電路314以及電流驅動電路316。該脈衝選擇電路312向電流控制電路314選擇性地發出用於將邏輯電平1或0寫入所選擇的相位變化存儲單元101或109的重置脈衝P_RESET或設置脈衝P_SET。更具體地，該脈衝選擇電路312傳送根據數據DATA的邏輯電平輸入的重置脈衝P_RESET或設置脈衝P_SET，然後向電流控制電路314傳送其傳輸被延遲的數據DATA。這裡，重置脈衝P_RESET或設置脈衝P_SET是電流脈衝且重置脈衝P_RESET具有比設置脈衝P_SET更短的使能間隔。
在該重置脈衝P_RESET或設置脈衝P_SET使能間隔期間，電流控制電路314控制供應給電流驅動電路316的電流值。更具體地，具有預定電壓電平的偏置電壓DC_BIAS被應用於電流控制電路314以確保電流控制電路314的穩定操作。當由脈衝選擇電路312提供的數據DATA的邏輯電平處於第一電平時，具有第二電平的控制信號CTR在重置脈衝P_RESET的使能間隔期間被輸出。另一方面，當數據DATA的邏輯電平處於第二電平時，具有第一電平的控制信號CTR在設置脈衝P_SET的使能間隔期間被輸出。響應於重置脈衝P_RESET或設置脈衝P_SET使能間隔期間的控制信號CTR，電流驅動電路316通過輸出節點N1向所選擇的相位變化存儲單元輸出寫電流I_WRITE。該電流驅動電路316也在重置脈衝P_RESET或設置脈衝P_SET的非使能間隔期間對該輸出節點N1放電。
然而，即使寫電路310通過該處理提供寫電流I_WRITE的預定值，但隨著所選擇的相位變化存儲單元101或109和寫電路310之間距離的增加，錯誤的數據DATA可能會被存儲，因為靠近寫電路310的第一存儲塊BLK0內的相位變化存儲單元101和遠離寫電路310的第八存儲塊BLK7內的相位變化存儲單元109之間的物理長度有差別。
更具體地，因為寄生電阻出現在全局位線GBL0內，從寫電路310延伸到所選擇的存儲單元101或109的路徑的電阻根據所選擇的相位變化存儲單元101或109的位置而改變。也就是說，相位變化存儲單元101和109具有對應於到寫電路310的物理距離差別的電阻差。寫電路310和第一存儲塊BLK0內相位變化存儲單元101之間的路徑的電阻是RL0+RS0+RC0，而寫電路310和第八存儲塊BLK7內相位變化存儲單元109之間的路徑的電阻是(i=07RLi)+RS1+RC1.]]>RL0到RL7是全局位線GBL0的電阻，RS0和RS1是列選擇電晶體YSEL0和YSEL4的電阻，RC0和RC1是可變電阻器101a和109a的相位變化材料的電阻。
因此，到達第一存儲塊BLK0內的相位變化存儲單元101的寫電流I_WRITE0的值與到達第八存儲塊BLK7內的相位變化存儲單元109的寫電流I_WRITE1的值是不同的。提供給遠離寫電路310的存儲單元109的寫電流I_WRITE1的電平比提供給靠近寫電路310的存儲單元101的寫電流I_WRITE0的電平更低。
如上所述，通過使用向可變電阻器101a或109a提供寫電流I_WRITE0或I_WRITE1所產生的焦耳熱，數據被寫入到相位變化存儲單元101或109。焦耳熱與寫電流I_WRITE0或I_WRITE1的平方成正比。因此，當提供給遠離寫電路310的相位變化存儲單元109的寫電流I_WRITE1的電平低時，足夠將數據寫入到相位變化存儲單元109的焦耳熱不會被產生。而且，由於相位變化存儲單元101或109的溫度正比於焦耳熱的量，遠離寫電路310的相位變化存儲單元109的溫度隨著時間而變化，如圖4中的曲線c和d所示。從圖4可明顯看出，相位變化材料不會被加熱到引起相位轉變所需要的溫度，這可能使得遠離寫電路310的相位變化存儲單元109出現故障。也就是說，對應於輸入的數據DATA的邏輯電平可能不會被存儲到相位變化存儲單元109內。特別地，當相位變化存儲單元109處於重置狀態時，由於電阻RC1更高，寫數據比其處於設置狀態時更加困難。
因此，本發明使遠離寫電路310的列選擇電晶體YSEL4的電阻RS1比靠近寫電路310的列選擇電晶體YSEL0的電阻RS0更低。如先前所述，可以通過增加列選擇電晶體YSEL4的尺寸或增加注入通道區域的雜質濃度以調整閾值電壓來實現減小電阻。
以這種方式，寫電路310和不同存儲塊BLK0或BLK7內的任一相位變化存儲單元101或109之間的路徑的電阻可以實質上彼此相等，而無論相位變化存儲單元101和109中的哪一個被選擇。因此，由於相同的寫電流I_WRITE值被應用到存儲塊BLK0和BLK7內的相位變化存儲單元101和109，可能減少寫操作期間失敗的危險。
圖5是解釋根據本發明實施例的相位變化隨機訪問存儲裝置的讀操作的電路圖，圖6是說明相位變化存儲單元的設置電阻和重置電阻分布的圖。
現在將參考圖5和6描述從相位變化存儲單元讀數據的操作。
在讀操作開始前，預充電電晶體352被開啟以將感測節點N2預充電到供給電壓電平。
然後，字線WL0或WLm被行驅動器15_1選擇且局部位線BL0被列解碼器(未示出)選擇，以選擇將被寫入的相位變化存儲單元101或109。當發出讀命令使讀操作開始時，該預充電電晶體352被關閉並停止向感測節點N2預充電。而且，讀電流I_READ由讀電流供給電路(未示出)提供給感測節點N2。
同時，預定電壓電平的箝位控制信號CMP被應用到箝位電晶體354的柵極並將全局位線GBL0箝位在低於閾值電壓Vth的預定電壓電平。這是因為當超過閾值電壓Vth的電壓被應用時，可變電阻器101a或109a中的相位變化材料的相位轉變發生。
因此，讀電流I_READ由箝位電壓電平提供給所選擇的相位變化存儲單元，並且根據相位變化材料的電阻產生射穿電流。
一旦產生了射穿電流，感測節點N2的電壓電平也被改變。然後，讀出放大器SA356將感測節點N2的電壓電平與參考電壓VREF的電壓電平進行比較，並且讀出相位變化存儲單元101或109的邏輯電平。
即使讀電路350使用上述處理執行讀操作，隨著讀電路350和所選擇的相位變化存儲單元101或109之間距離的增加，在讀取存儲數據的操作期間可能發生故障，因為靠近讀電路350的第一存儲塊BLK0內的相位變化存儲單元101與遠離讀電路350的第八存儲塊BLK7內的相位變化存儲單元109之間的物理長度是不同的。
如上所述，因為寄生電阻出現在全局位線GLB0上，從讀電路350延伸到所選擇的存儲單元101或109的路徑的電阻根據所選擇的相位變化存儲單元101或109的位置而改變。也就是說，相位變化存儲單元101和109具有相應於到讀電路350的物理距離差的電阻差。讀電路350和第一存儲塊BLK0內的相位變化存儲單元101之間的路徑的電阻是RL0+RS0+RC0，而讀電路350和第八存儲塊BLK7內的相位變化存儲單元109之間的路徑的電阻是(i=07RLi)+RS1+RC1.]]>RL0到RL7是全局位線GBL0的電阻，RS0和RS1是列選擇電晶體YSEL0和YSEL4的電阻，RC0和RC1是可變電阻器101a和109a的相位變化材料的電阻。
在這種情況下，當第八存儲塊BLK7內的相位變化存儲單元109處於設置狀態時，它可能被誤解為處於重置狀態。也就是說，當相位變化存儲單元109處於重置狀態時，它可能不會受 所消耗電壓很大的影響，因為電阻RC1有很高的值。然而，當相位變化存儲單元109處於設置狀態時，它可能容易受 的影響，因為電阻RC1具有低值。
進一步地，讀出放大器SA356可能不會區別設置狀態和重置狀態，因為設置電阻和重置電阻之間的邊緣ΔM1很小，讀電路350和相位變化存儲單元101和109兩者之一之間路徑的設置電阻和重置電阻的分布明顯地如圖6所示。
因此，本發明使遠離讀電路的列選擇電晶體YSEL4的電阻RS1低於靠近讀電路的列選擇電晶體YSEL0的電阻RS0。如早先所述，減少電阻可以通過增加列選擇電晶體YSEL4的尺寸或增加為調整閾值電壓向通道區域注入的雜質的濃度來實現。通過用該方法調整電阻值，讀電路310和不同存儲塊BLK0或BLK7內的相位變化存儲單元101或109兩者之一之間的路徑的電阻可以變得實質上彼此相等，從而在讀電路350和不同的存儲塊BLK0和BLK7內的相位變化存儲單元101和109兩者之一之間的路徑的設置電阻和重置電阻之間提供足夠的邊緣，而減少讀操作期間失敗的危險。應當理解，對於該實施例，通常，位置逐漸更加遠離讀電路的列選擇電晶體的電阻分別被設置得逐漸更低。
圖7是根據本發明第二實施例的相位變化隨機訪問存儲裝置的框圖。描述圖2所示實施例的每個具有相同功能的部件分別用相同的附圖標記標識，它們的重複描述被省略。
參見圖7，根據本發明第二實施例的相位變化隨機訪問存儲裝置的特徵是多個存儲塊BLKi(i＝0～7)被集群為兩個或更多個存儲器組GP0、GP1、GP2和GP3，並且對應於每個存儲器組GP0、GP1、GP2和GP3的列選擇電晶體的大小根據I/O電路302和每個存儲器組GP0、GP1、GP2和GP3之間的距離而變化。也就是說，對應於遠離I/O電路30_2的存儲器組GP0、GP1、GP2或GP3的列選擇電晶體的電阻小於對應於靠近I/O電路30_2的存儲器組GP0、GP1、GP2或GP3的列選擇電晶體的電阻。例如，對應於第四存儲組GP3的多個列選擇電晶體的電阻小於對應於第一存儲器組GP0的多個列選擇電晶體的電阻。
雖然在上面的描述中每兩個存儲導體BLKi被集群為一個存儲器組GP0、GP1、GP2或GP3，但是一個存儲器組可以包括三個或更多個存儲塊(例如，四個)。
圖8是根據本發明第三實施例的相位變化隨機訪問存儲裝置的列選擇電晶體和放電電晶體的截面圖。
參見圖8，列選擇電晶體YSEL0被布置在與放電電晶體DCH0不同的層。布置在上層的電晶體可以是薄膜電晶體，而在下層的電晶體可以是大容量(bulk)電晶體。該薄膜電晶體可以形成在矽外延層220上。雖然兩個電晶體DCH0和YSEL0的位置可以根據設計而改變，為了解釋的方便，假定放電電晶體DCH0被布置在下層並且列選擇電晶體YSEL0被布置在上層。雖然沒有顯示在圖8中，放電電晶體DCH0的柵極201被連接到互補列選擇信號YSB0，而列選擇電晶體YSEL0的柵221被連接到列選擇信號YS0。
放電電晶體DCH0的漏極202以及列選擇電晶體YSEL0的源極222分別經由接觸契形塊212和232連接到沉澱墊(landing pad)242。該沉澱墊242經由通過契形塊(via plug)252連接到局部位線262。雖然沒有顯示在圖8中，局部位線262被連接到相位變化存儲單元的相位變化材料。列選擇電晶體YSEL0的漏極224經由接觸契形塊234連接到沉澱墊244。該沉澱墊244經由通過契形塊(via plug)254連接到局部位線264。放電電晶體DCH0的源極206經由接觸契形塊216、外延層220的雜質區域226、接觸契形塊236連接到沉澱契形塊246，並且該沉澱契形塊246連接到地電壓。
圖9是根據本發明第四實施例的相位變化隨機訪問存儲裝置中相位變化存儲單元301的電路圖。描述圖2所示實施例的每個具有相同功能的部件分別用相同的附圖標記標識，它們的重複描述被省略。
參見圖9，相位變化存儲單元301使用布置在可變電阻器301a和地電壓之間並且具有連接到字線WL的柵極的電晶體，作為控制流過可變電阻器301a的電流的控制元件301b。與二極體被用作控制元件301b不同，當相位變化存儲單元301被選擇時字線WL被驅動到高電平以開啟電晶體。
圖10是包括根據本發明實施例的相位變化隨機訪問存儲裝置的可攜式媒體系統的示意性框圖。在本發明的實施例中，作為可攜式媒體系統的行動電話作為例子被描述，但是本發明並不局限於此。相反地，本發明也可以應用於雙向通信系統、單向尋呼機、雙向尋呼機、個人通信系統、可攜式計算機、個人數據助理(PDA)、MPEG音頻層-3(MP3)播放器、數位相機以及其它電子裝置。
參見圖10，可攜式媒體系統400包括控制器410、存儲單元420、I/O裝置430以及收發器440。
該控制器410例如可以包括微處理器、數位訊號處理器、微控制器等。
該存儲器420存儲傳送給可攜式媒體系統400或外部裝置的消息。也就是說，存儲器420存儲數據或當該可攜式媒體系統400被操作時由控制器執行的指令。存儲器420由一個或多個不同種類的存儲器構成。例如，存儲器420可以是易失性存儲裝置或例如快快閃記憶體儲裝置和/或相位變化存儲裝置的非易失性存儲裝置。這裡，根據本發明的優選實施例，可以使用的相位變化存儲裝置的例子包括PRAMs。
特別地，該可攜式媒體系統400最具挑戰性的任務是最小化所消耗的電流值。如本發明前面的實施例所述，電流和功率消耗可以通過降低遠離寫和/或讀電路的相位變化存儲單元中的列選擇電晶體的電阻實現最小化，因此改進了寫和/或讀操作期間的可靠性。
該可攜式媒體系統400可以通過連接到天線(未示出)的收發器440以無線方式傳送或接收消息。這裡，該可攜式媒體系統400可以使用協議比如CDMA(碼分多址訪問)、GSM(全求移動通信系統)、NADC(北美20數字蜂窩系統)、TDMA(時分多址訪問)、ETDMA(擴展TDMA)、第三代WCDMA(寬帶CDMA)、CDMA-2000等傳送或接收消息。
I/O裝置430由用戶處理產生消息。I/O裝置430可以包括鍵區、監視器等。
本發明的相位變化隨機訪問存儲裝置至少提供下列優點之一。首先，本發明的相位變化隨機訪問存儲裝置可以防止寫和/或讀操作期間的故障。第二，相位變化隨機訪問存儲裝置提供重置狀態可以被準確寫入的相位變化存儲單元，並且通過減少設置電阻的分布增加了相位變化存儲單元的電阻邊緣，改善了相位變化存儲單元的可靠性。第三，相位變化隨機訪問存儲裝置可以降低寫電流和/或讀電流的水平，從而減小電流消耗。
雖然本發明已經參考其示意性實施例被特別地顯示和描述，但本領域技術人員可以理解，只要不脫離由下列權利要求確定的本發明的精神和範圍，在這裡可以進行各種形式上和細節上的改變。因此，可以理解，上面描述的實施例僅是為了示例而提供的，不應當被解釋為在本發明範圍上設置任何限制。
權利要求
1.一種相位變化隨機訪問存儲裝置包括連接到寫電路和讀電路的全局位線；多條局部位線，每條被連接到多個相位變化存儲單元；以及多個列選擇電晶體，選擇性地將該全局位線連接到多條局部位線中的每一條，每個列選擇電晶體具有取決於與該寫電路和該讀電路的距離的電阻。
2.如權利要求1的相位變化隨機訪問存儲裝置，其中遠離該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體的電阻小於靠近該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體的電阻。
3.如權利要求2的相位變化隨機訪問存儲裝置，其中遠離該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體大於靠近該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體。
4.如權利要求2的相位變化隨機訪問存儲裝置，其中摻入遠離該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體的通道區域的雜質濃度高於摻入靠近該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體的通道區域的雜質濃度。
5.如權利要求1的相位變化隨機訪問存儲裝置，進一步包括放電局部位線的電壓的放電電晶體。
6.如權利要求5的相位變化隨機訪問存儲裝置，其中該列選擇電晶體被布置在與該放電電晶體不同的層中。
7.如權利要求1的相位變化隨機訪問存儲裝置，其中該相位變化存儲單元包括可變電阻器和控制流過該可變電阻器的電流的控制元件，該可變電阻器包含具有第一和第二電阻的相位變化材料。
8.如權利要求7的相位變化隨機訪問存儲裝置，其中該相位變化材料包括鍺(Ge)、銻(Sb)以及碲(Te)。
9.如權利要求7的相位變化隨機訪問存儲裝置，其中該控制元件是串聯到該可變電阻器的二極體。
10.一種相位變化隨機訪問存儲裝置包括多個存儲塊，每個具有多個相位變化存儲單元；連接到寫電路和讀電路的全局位線，並在一個方向上延伸以被多個存儲塊共享；多條局部位線，每條都在一個方向上延伸並連接到多個相位變化存儲單元；以及多個列選擇電晶體，選擇性地將該全局位線連接到多條局部位線，每個對應於存儲塊的列選擇電晶體具有取決於該寫電路和該讀電路與對應的存儲塊之間距離的電阻。
11.如權利要求10的相位變化隨機訪問存儲裝置，其中遠離該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體的電阻小於靠近該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體的電阻。
12.如權利要求11的相位變化隨機訪問存儲裝置，其中遠離該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體大於靠近該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體。
13.如權利要求11的相位變化隨機訪問存儲裝置，其中摻入遠離該寫和/或讀電路的列選擇電晶體的通道區域的雜質濃度高於摻入靠近該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體的通道區域的雜質濃度。
14.如權利要求10的相位變化隨機訪問存儲裝置，進一步包括放電局部位線的電壓的放電電晶體。
15.如權利要求14的相位變化隨機訪問存儲裝置，其中該列選擇電晶體被布置在與該放電電晶體不同的層中。
16.一種相位變化隨機訪問存儲裝置包括集群成至少兩組的多個存儲塊，每個存儲塊具有多個相位變化存儲單元；連接到寫電路和讀電路的全局位線，並在一個方向上延伸以被多個存儲塊共享；多條局部位線，每條都在一個方向上延伸並連接到多個相位變化存儲單元；以及多個列選擇電晶體，選擇性地將該全局位線連接到多條局部位線，每個對應於存儲器組的列選擇電晶體具有取決於該寫電路和該讀電路與該存儲器組之間距離的電阻。
17.如權利要求16的相位變化隨機訪問存儲裝置，其中遠離該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體的電阻小於靠近該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體的電阻。
18.如權利要求17的相位變化隨機訪問存儲裝置，其中遠離該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體大於靠近該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體。
19.如權利要求17的相位變化隨機訪問存儲裝置，其中摻入遠離該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體的通道區域的雜質濃度高於摻入靠近該寫電路和該讀電路的列選擇電晶體的通道區域的雜質濃度。
20.如權利要求16的相位變化隨機訪問存儲裝置，進一步包括放電局部位線的電壓的放電電晶體。
21.如權利要求20的相位變化隨機訪問存儲裝置，其中該列選擇電晶體被布置在與該放電電晶體不同的層中。
全文摘要
一種相位變化隨機訪問存儲裝置，包括連接到寫電路和讀電路的全局位線；多條局部位線，其中每條被連接到多個相位變化存儲單元；以及多個列選擇電晶體，選擇性地將該全局位線連接到多條局部位線中的每一條。每個列選擇電晶體具有取決於與該寫電路和該讀電路距離的電阻。
文檔編號G11C11/56GK1921013SQ20061013228
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月10日 優先權日2005年8月10日
發明者趙佑榮, 徐鍾洙, 金翼喆, 文榮國 申請人:三星電子株式會社