[發明專利]半導體存儲裝置及其設定編程控制電路和編程方法

有效

• 申請號: 201210210325.3
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN103137195B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 安龍福
• 申請（專利權）人: 愛思開海力士有限公司
• 主分類號: G11C16/06
• 分類號: G11C16/06;G11C16/10
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙)11363
• 代理人: 俞波,郭放

相關申請的交叉引用

本申請要求2011年11月25日向韓國知識產權局提交的申請號為10-2011-0124596的韓國專利申請的優先權，其全部內容通過引用合并于此。

技術領域

本發明涉及一種半導體系統，更具體而言，涉及一種半導體存儲裝置及其設定編程控制電路和編程方法。

背景技術

PCRAM(相變RAM)是利用構成存儲器單元的特定物質的相變特性的存儲裝置。相變物質可以根據溫度條件轉變成非晶狀態或結晶狀態，并且可以包括例如基于硫族化物的合金。代表性的相變物質包括包含鍺、銻和碲的Ge2Sb2Te5(此后稱作“GST”)物質。

大部分物質具有不同的熔點和結晶溫度，并且結晶程度可以根據冷卻時間和冷卻溫度而變化。這可以用作物質的獨特特性。具體地，GST物質以比其它的物質可以更清楚地區分出非晶狀態與結晶狀態。

圖1是用于解釋一般的相變物質根據溫度相變的曲線圖。將使用GST物質作為實例。

當GST被施加等于或高于GST熔點的高溫預定的時間(數十至數百納秒[ns])并且被淬滅預設的時間Tq時，GST的非晶狀態維持不變，并且電阻值變成數百千歐姆(kΩ)至數兆歐姆(MΩ)。

另外，如果GST被維持在結晶溫度預選的時間(數百ns至數微秒[μs])然后被冷卻，則GST轉變成結晶狀態并且電阻值變成數kΩ至數十kΩ。隨著用于維持結晶溫度的時間延長，結晶狀態改善并因此GST具有更小的電阻值。

圖2是用于解釋一般的相變物質根據溫度相變的另一個曲線圖。相似地，將使用GST物質作為實例。

圖2示出通過施加接近GST熔點的溫度預定的時間，并慢慢冷卻GST來使GST結晶的一個實例。即使在這種情況下，GST的電阻值變成數kΩ至數十kΩ，并且隨著冷卻時間延長，結晶狀態改善。另外，與圖1相比，結晶時間縮短。

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導體或半導體以電方式產生焦耳熱，以使GST在非晶狀態與結晶狀態之間轉換。

盡管圖1和圖2示出相變存儲裝置的一般操作，但由于設定數據編程時間即用于使GST結晶所需的時間短，因此主要使用圖2的方法。

圖3是現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都由相變物質GST和連接在字線WL與位線BL之間的開關元件構成。

下面將參考圖4來描述現有的相變存儲裝置的編程操作。

圖4是現有的相變存儲裝置的配置圖。

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

編程脈沖發生模塊11被配置成響應于編程使能信號PGMP而產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>提供給寫入驅動器12。另外，當完成產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，編程脈沖發生模塊11產生編程完成信號PGMNDP，并將編程完成信號PGMNDP傳送給控制器。

寫入驅動器12被配置成響應于寫入使能信號WDEN而被驅動。寫入驅動器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>，并且響應于要編程的數據DATA和位線選擇開關控制信號YSW<0:m>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的電阻狀態根據要編程的數據DATA的電平而改變，可以記錄數據DATA。

圖5是示出圖4所示的編程脈沖發生模塊的一個實例的框圖。

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

初始脈沖發生單元111被配置成響應于由控制器提供的編程使能信號PGMP而產生時段設定信號QSSETP。時段設定信號QSSETP是確定給GST提供接近熔點的熱的時間的信號。初始脈沖發生單元111響應于編程使能信號PGMP，在對預設的時間計數之后將時段設定信號QSSETP使能。

復位脈沖發生單元113被配置成響應于編程使能信號PGMP和通過將時段設定信號QSSETP延遲預定的時間產生的復位信號IRSTP，產生第一寫入控制信號RESETEN。