[發(fā)明專利]半導體存儲裝置及其連續(xù)編程控制電路和編程方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210210322.X
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN103093812B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 安龍福
• 申請（專利權(quán)）人: 愛思開海力士有限公司
• 主分類號: G11C16/06
• 分類號: G11C16/06;G11C16/02
• 代理公司: 北京弘權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11363
• 代理人: 俞波,郭放

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2011年11月4日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的申請?zhí)柺?0-2011-0114428的韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用合并于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導體系統(tǒng)，更具體而言，涉及一種半導體存儲裝置及其連續(xù)編程控制電路和編程方法。

背景技術(shù)

PCRAM(相變RAM)是利用構(gòu)成存儲器單元的特定物質(zhì)的相變特性的存儲裝置。相變物質(zhì)可以根據(jù)溫度條件而轉(zhuǎn)變成非晶態(tài)或晶態(tài)，并且可以包括例如基于硫族化物的合金。代表性的相變物質(zhì)包括使用鍺、銻和碲的Ge2Sb2Te5(此后稱作為“GST”)物質(zhì)。

大部分物質(zhì)具有不同的熔點和結(jié)晶溫度，并且結(jié)晶程度可以根據(jù)冷卻時間以及冷卻溫度變化。這可以用作物質(zhì)的獨特特性。具體地，GST物質(zhì)比其它的物質(zhì)更可以清楚地區(qū)分出非晶態(tài)與晶態(tài)。

圖1是解釋一般相變物質(zhì)根據(jù)溫度發(fā)生相變的曲線圖。下面將GST物質(zhì)作為一個實例。

當GST被施加等于或大于GST熔點的高溫預(yù)定時間(數(shù)十至數(shù)百納秒[ns])并且被淬滅預(yù)設(shè)的時間Tq時，則維持GST的非晶態(tài)，并且電阻值變成數(shù)百千歐(kΩ)至數(shù)兆歐(MΩ)。

此外，如果GST維持在結(jié)晶溫度預(yù)選的時間(數(shù)百ns至數(shù)微秒[μs])然后冷卻，則GST轉(zhuǎn)變成晶態(tài)并且電阻值變成數(shù)kΩ至數(shù)十kΩ。隨著維持結(jié)晶溫度的時間延長，晶態(tài)改善并因此GST具有更小的電阻值。

圖2是解釋一般相變物質(zhì)根據(jù)溫度發(fā)生相變的另一曲線圖。類似地，下面將GST物質(zhì)用作一個實例。

圖2示出通過施加接近GST熔點的溫度預(yù)定時間并緩慢冷卻GST來使GST結(jié)晶的一個實例。即使在這種情況下，GST的電阻值變成數(shù)kΩ至數(shù)十kΩ，并且隨著冷卻時間延長，晶態(tài)改善。此外，與圖1相比結(jié)晶時間縮短。

為了利用GST的這種特性，可以將熱直接施加到GST；或可以通過電流流經(jīng)導體或半導體以電方式產(chǎn)生焦耳熱，以使GST在非晶態(tài)與晶態(tài)之間轉(zhuǎn)換。

盡管圖1和圖2示出相變存儲裝置的一般操作，但因為設(shè)定的數(shù)據(jù)編程時間即GST結(jié)晶所需的時間短，所以主要使用圖2的方法。

圖3是現(xiàn)有的相變存儲裝置的單元陣列的配置圖。

參見圖3，每個存儲器單元MC由連接在字線WL與位線BL之間的相變物質(zhì)GST和開關(guān)元件構(gòu)成。

以下將參照圖4來描述相變存儲裝置的編程操作。

圖4是現(xiàn)有的相變存儲裝置的配置圖。

參見圖4，相變存儲裝置1包括編程脈沖發(fā)生模塊11、寫入驅(qū)動器12以及存儲模塊13。

編程脈沖發(fā)生模塊11被配置成響應(yīng)于編程使能信號PGMP而產(chǎn)生第一寫入控制信號RESETEN和第二寫入控制信號SETP<0:n>。編程脈沖發(fā)生模塊11將第一寫入控制信號RESETEN和第二寫入控制信號SETP<0:n>提供給寫入驅(qū)動器12。另外，當完成產(chǎn)生第一寫入控制信號RESETEN和第二寫入控制信號SETP<0:n>的操作時，編程脈沖發(fā)生模塊11產(chǎn)生編程完成信號PGMNDP，并將編程完成信號PGMNDP傳輸給控制器。

寫入驅(qū)動器12被配置成響應(yīng)于寫入使能信號WDEN而被驅(qū)動。寫入驅(qū)動器12被提供第一寫入控制信號RESETEN和第二寫入控制信號SETP<0:n>，并響應(yīng)于要編程的數(shù)據(jù)DATA和位線選擇開關(guān)控制信號YSW<0:m>而將編程電流I_PGM提供給存儲模塊13。

因此，在存儲模塊13中，隨著GST的電阻狀態(tài)根據(jù)要編程的數(shù)據(jù)DATA的電平而變化，可以記錄數(shù)據(jù)DATA。

圖5是示出圖4所示的編程脈沖發(fā)生模塊的一個實例的框圖。

參見圖5，編程脈沖發(fā)生模塊11被配置成包括初始脈沖發(fā)生單元111、復(fù)位脈沖發(fā)生單元113以及淬滅脈沖發(fā)生單元115。

初始脈沖發(fā)生單元111被配置成響應(yīng)于從控制器提供的編程使能信號PGMP而產(chǎn)生時段設(shè)定信號QSSETP。時段設(shè)定信號QSSETP是確定給GST提供接近熔點的熱的時間的信號。初始脈沖發(fā)生單元111響應(yīng)于編程使能信號PGMP，在對預(yù)設(shè)的時間計數(shù)之后將時段設(shè)定信號QSSETP使能。

復(fù)位脈沖發(fā)生單元113被配置成響應(yīng)于編程使能信號PGMP和通過將時段設(shè)定信號QSSETP延遲預(yù)定義的時間所產(chǎn)生的復(fù)位信號IRSTP，來產(chǎn)生第一寫入控制信號RESETEN。