專利名稱：相變隨機(jī)存取存儲器器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體存儲器器件，特別是，本發(fā)明涉及一種相變隨機(jī)存取存儲器(PRAM)器件。
背景技術(shù)：
眾所周知雙向同一存儲器(Ovonic Unified Memory，OUM)的相變隨機(jī)存取存儲器(PRAM)包括諸如硫?qū)倩锖辖鸬南嘧儾牧?，這種材料響應(yīng)熱而在結(jié)晶狀態(tài)和非結(jié)晶狀態(tài)之間變換。例如在美國專利No.6,487,113和6,480,438中披露了這種PRAM。
在結(jié)晶狀態(tài)下，PRAM的相變材料呈現(xiàn)相對較低的阻抗，而在非結(jié)晶狀態(tài)下則呈現(xiàn)相對較高的阻抗。在傳統(tǒng)的命名法中，低阻抗結(jié)晶狀態(tài)被稱之為“置位(set)”狀態(tài)并被指定為邏輯“0”，而高阻抗的非結(jié)晶狀態(tài)則被稱之為“復(fù)位(reset)”狀態(tài)并被指定為邏輯“1”。
術(shù)語“結(jié)晶”和“非結(jié)晶”是相變材料的上下文中的相對術(shù)語。即，當(dāng)認(rèn)為相變存儲器單元處于它的結(jié)晶狀態(tài)時，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解該單元的相變材料與其處于非結(jié)晶狀態(tài)相比具有更佳順序的晶體結(jié)構(gòu)。處于其結(jié)晶狀態(tài)的相變存儲器單元不一定全都是晶體，而處于非結(jié)晶狀態(tài)的相變存儲器單元也不必全都是非晶體。
通常，通過在相對短的時間周期內(nèi)將所述材料加熱到超過其熔點溫度而將所述PRAM的相變材料復(fù)位到非結(jié)晶狀態(tài)。另一方面，通過在較長的時間周期內(nèi)將所述材料加熱到低于熔點溫度而將該相變材料置位到結(jié)晶狀態(tài)。
所述相變材料的相變特征的速度和穩(wěn)定性對于PRAM的性能特征是非常關(guān)鍵的。如上所建議的，已經(jīng)知道所述硫?qū)倩衔锖辖鹁哂泻线m的相變特征，特別是，包括鍺(Ge)、銻(Sb)、碲(Te)(例如，De2Sb2Te5或GST)的化合物在非結(jié)晶狀態(tài)和結(jié)晶狀態(tài)之間呈現(xiàn)穩(wěn)定和高速的變換。
圖1A和1B分別示出了處于‘置位’狀態(tài)和‘復(fù)位’狀態(tài)的存儲器單元10，圖2是圖1A和1B的存儲器單元10的等效電路圖。如圖所示，存儲器單元10包括相變阻抗元件11和串聯(lián)連接在位線BL和字線WL之間的二極管D和相變阻抗元件(phase-change resistive element)。
應(yīng)當(dāng)注意，相變元件11僅僅是作為例子出現(xiàn)的，其它的結(jié)構(gòu)也是可能的。類似地，在圖1A、1B和2所示的連接也僅僅是作為例子出現(xiàn)的，其它的結(jié)構(gòu)也是可能的。例如，存儲器單元10可以包括串聯(lián)連接在位線BL和參考電位之間的晶體管和相變阻抗元件11，而該晶體管被選通到所述字線WL上。
在圖1A和1B的每一個中，相變阻抗元件11包括在相變材料14上形成的頂端電極12。在該例中，頂端電極12被電性地連接到PRAM存儲器陣列(未示出)的位線BL上。傳導(dǎo)底端電極觸點(BEC)16形成在相變材料14與傳導(dǎo)性底端電極18之間。二極管D電性地連接在底端電極18和所述PRAM單元陣列(未示出)的字線WL上。特別是，在該例中，所述二極管D的N結(jié)被連接到字線WL上，而該二極管的P結(jié)被經(jīng)過所述相變阻抗元件11連接到位線BL上。
在圖1A中，相變材料14被表示為處于它的結(jié)晶狀態(tài)。如在前所述的，這意味著存儲器單元10處在低阻抗的‘置位’狀態(tài)或邏輯0狀態(tài)。在圖1B中，相變材料14的一部分被表示為正處于非結(jié)晶狀態(tài)。這意味著存儲器單元10處在高阻抗的‘復(fù)位’狀態(tài)或邏輯1狀態(tài)。
圖1A和1B所示的存儲器單元10的置位和復(fù)位狀態(tài)是通過控制流經(jīng)BEC16的電流的幅值和持續(xù)時間建立的。即，如圖2所示，通過將LOW電平電壓施加到字線WL來激活(或訪問)存儲器單元10。當(dāng)被激活時，根據(jù)位線BL的電壓編程所述相變元件。特別是，控制所述位線BL的電壓以便建立使所述BEC16作為阻抗加熱器的編程電流(programming current)，所述阻抗加熱器以它的‘置位’和‘復(fù)位’狀態(tài)有選擇地編程相變材料14。
圖3示出了傳統(tǒng)相變存儲器器件300的核心結(jié)構(gòu)。
參看圖3，相變存儲器器件300包括存儲器單元塊CBLK11、CBLK12、…、CBLKn1和CBLKn2，其中的每一個都包括存儲器單元C11到C1n；字線驅(qū)動塊WDU11、WDU12、…、WDUn1和WDUn2，用于驅(qū)動所述存儲器單元CBLK11、CBLK12、…、CBLKn1和CBLKn2的各自的字線WL11和WL12…；和位線選擇塊YPASS11、TPASS12、…、YPASSn1和YPASSn2，其中的每一個選擇對應(yīng)存儲器單元塊CBLK11、CBLK12、…、CBLKn1或CBLKn2的位線BL11到BL1n。此外，圖3示出了可以包含列解碼器YDEC、讀出放大器電路SA和寫驅(qū)動器WD的塊區(qū)。
下面參考存儲器單元塊CBLK11簡要說明相變存儲器單元300的操作。所有其余的存儲器單元塊CBLK12、…、CBLKn1和CBLKn2都具有類似的功能。
字線驅(qū)動塊WDU11包括多個字線驅(qū)動電路WDC11，用于響應(yīng)第一和第二選擇信號Si和Ai來驅(qū)動相應(yīng)的字線WL11。位線選擇塊YPASS11包括多個位線選擇電路BCD11到BCDIn，用于選擇對應(yīng)的位線BL11到BL11n。在該例中，位線選擇電路BCD11到BCD11n是響應(yīng)位線選擇信號Y11到Y(jié)1n分別導(dǎo)通/截止的晶體管。
為了在所選擇的存儲器單元C11中存儲數(shù)據(jù)，位線選擇塊YPASS11的位線選擇電路BDC11響應(yīng)位線選擇信號Y11而被激活。由此，從全局位線(未示出)接收的電流被施加到所選擇的位線BL11上。
此時，由字線驅(qū)動電路WDC11所選擇的字線WL11的電壓下降到地電壓，因此，電流被施加到在連接到所選擇位線BL11的存儲器單元中的連接到所述字線WL11上的存儲器單元C11上。
所述電流改變了存儲器單元C11的相變材料GST的狀態(tài)并經(jīng)過二極管D和字線WL11流到字線驅(qū)動電路WDC11。在該例中，字線驅(qū)動電路WDC11被用做接收第一選擇信號Si和第二選擇信號Ai的邏輯NAND電路。所述第一選擇信號Si和所述第二選擇信號Ai可以是通過解碼用于選擇字線的地址信號(未示出)而獲得的信號。如果所述第一選擇信號Si和第二選擇信號Ai兩者都為高，那么，選擇對應(yīng)的字線WL11。如果第一和第二選擇信號Si和Ai其中的一個或者兩個都是低，則不選擇該對應(yīng)的字線WL11。
字線驅(qū)動電路WDC11的邏輯NAND功能是通過AND器件和反相器(inverter)的組合實現(xiàn)的。在具有這種反相器的字線驅(qū)動電路WDC11中，PMOS晶體管和NMOS晶體管被安排在一起。因此，為了避免晶體管被鎖定(latch-up)，必須在PMOS晶體管和NMOS晶體管之間設(shè)置大于根據(jù)最小設(shè)計規(guī)則所規(guī)定的區(qū)域絕緣區(qū)域。該絕緣區(qū)域增加了字線驅(qū)動電路的尺寸，因此，增加了所述相變存儲器器件的整個核心區(qū)域的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種相變存儲器器件，該器件具有字線驅(qū)動器布局，該布局允許減少所述器件的核心區(qū)域的尺寸。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種相變存儲器器件，包括共享字線的多個存儲器單元塊和驅(qū)動所述字線的多個字線驅(qū)動器。每個字線驅(qū)動器包括用于預(yù)充電所述字線的預(yù)充電器件和用于放電所述字線的放電器件，并且，其中所述預(yù)充電器件和放電器件交替地設(shè)置在所述多個存儲器單元塊之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種相變存儲器器件，其包括多個字線驅(qū)動器和多個存儲器單元塊。每個字線驅(qū)動器包括預(yù)充電器件和放電器件，每個存儲器單元塊被設(shè)置在多個預(yù)充電器件之一和多個放電器件之一之間，所述多個字線驅(qū)動器的預(yù)充電器件和放電器件交替地設(shè)置在存儲器單元塊之間。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種相變存儲器器件，其包括多個存儲器單元塊，其中的每個存儲器單元塊包括多個以矩陣形式排列的存儲器單元并共享連接到該多個存儲器單元的字線；和多個字線驅(qū)動塊，其分別設(shè)置在所述多個存儲器單元塊之間。某些字線驅(qū)動塊包括用于對由所述多個存儲器單元塊共享的所述字線預(yù)充電的預(yù)充電器件，和其它的字線驅(qū)動塊包括用于使由所述多個存儲器單元塊共享的所述字線放電的放電器件。


通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它特性和優(yōu)點將會變得更加清楚，其中圖1A和1B分別示意性示出了處于結(jié)晶狀態(tài)和非結(jié)晶狀態(tài)的相變存儲器單元；圖2示出了圖1A和1B的相變存儲器單元的等效電路圖；圖3示出了傳統(tǒng)相變存儲器器件的核心結(jié)構(gòu)；和圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的相變存儲器器件的核心結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
下面將結(jié)合示出了本發(fā)明范例性實施例的附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明。但是，本發(fā)明可以多種不同的形式實施且不局限預(yù)所述實施例。相反，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，提供這些實施例從而使本發(fā)明的披露更加完整和完全，并覆蓋本發(fā)明的整個范圍。附圖中相同的參考數(shù)字表示相同的元件，有關(guān)它們的描述將不再重復(fù)。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的相變存儲器器件400的核心結(jié)構(gòu)。
參看圖4，如圖所示以矩陣的形式排列多個存儲器單元塊CBLK11、CBLK12、CBLK13、CBLK14、CBLKn1、CBLKn2、CBLKn3和CBLKn4。
另外，如圖所示，對應(yīng)于所述存儲器單元塊CBLK11、CBLK12、CBLK13、CBLKn1、CBLKn2和CBLKn3，相鄰地排列了多個位線選擇塊YPASS11、YPASS12、YPASS13、YPASS14、YPASSn1、YPASSn2、YPASSn3、YPASSn4和多個字線驅(qū)動塊WDU11、WDU12、WDU13、WDUn1、WDUn2和WDUn3。
該實施例的存儲器單元塊CBLK11、CBLK12、CBLK13、CBLK14、CBLKn1、CBLKn2、CBLKn3和CBLKn4中的每一個都包括多個連接到各個全局位線GBL1到GBLn的多個局部位線BL1到BLn。連接到局部位線BL1到BLn中的每一個的是多個相變存儲器單元C，其中的每一個都包括相變元件和串聯(lián)連接在位線(例如，BL1)和字線(例如，WL1)之間的二極管。所述相變元件的相變材料可以包括鍺(Ge)、銻(Sb)和碲(Te)。
如上所述，在根據(jù)該實施例的相變存儲器器件400的情況下，字線被多個存儲器單元塊所共享。
在圖4中，存儲器單元塊CBLK11、CBLK12、CBLK13和CBLK14共享字線WL1，而存儲器單元塊CBLKn1、CBLKn2、CBLKn3和CBLKn4共享其它的字線(未示出)。存儲器單元塊CBLKn1、CBLKn2、CBLKn3和CBLKn4具有與存儲器單元塊CBLK11、CBLK12、CBLK13和CBLK14相同的結(jié)構(gòu)，并且以與其相同的方式操作。
在圖4所示的相變存儲器器件400中，由于多個存儲器單元塊CBLK11、CBLK12、CBLK13和CBLK14共享字線WL1，所以，通過選擇字線WL1，共享字線WL1的所有存儲器單元塊CBLK11、CBLK12、CBLK13和CBLK14能夠同時接收或輸出數(shù)據(jù)。
即，如果選擇字線WL1，那么，可以從存儲器單元塊CBLK11、CBLK12、CBLK13和CBLK14的全部或某些當(dāng)中選擇一個或多個位線。
因此，可以在連接在字線WL1和由存儲器單元塊CBLK11、CBLK12、CBLK13和CBLK14所選擇的位線之間的多個存儲器單元C中同時執(zhí)行數(shù)據(jù)寫或讀。
字線驅(qū)動塊WDU11、WDU12、WDU13、WDUn1、WDUn2和WDUn3分別設(shè)置在存儲器單元塊CBLK11和CBLK12之間、存儲器單元塊CBLK12和CBLK13之間、存儲器單元塊CBLK13和CBLK14之間、存儲器單元塊CBLKn1和CNLKn2之間、存儲器單元塊CBLKn2和CBLKn3之間，和存儲器單元塊CBLKn3和CBLKn4之間。
字線驅(qū)動塊WDU11、WDU12、WDU13、WDUn1、WDUn2和WDUn3中的每一個都包括預(yù)充電器件PR或放電器件DS，用于對由存儲器單元塊CBLK11、CBLK12、CBLK13、CBLK14、CBLKn1、CBLKn2、CBLKn3和CBLKn4共享的字線充電或使其放電。所述相變存儲器器件400的字線驅(qū)動電路包括預(yù)充電器件PR和放電器件DS。預(yù)充電器件PR和放電器件DS被交替地設(shè)置在存儲器單元塊CBLK11、CBLK12、CBLK13和CBLK14之間，以便驅(qū)動字線WL1。
預(yù)充電器件PR和放電器件DS可以是MOS晶體管。例如，預(yù)充電器件PR可以是PMOS晶體管，其第一端連接到電源電壓VDD、第二端連接到字線WL1，而其柵極被施加有選擇信號S_WL。
放電器件DS例如可以是NMOS晶體管，其第一端連接到字線WL1，第二端連接到地電壓VSS，而其柵極被施加有選擇信號S_WL。
與圖3所示的傳統(tǒng)的相變存儲器器件300相反，根據(jù)圖4所示實施例的相變存儲器器件400包括設(shè)置在預(yù)充電器件PR和放電器件DS之間的存儲器單元塊，其中，所述預(yù)充電器件PR和放電器件DS共同組成了字線驅(qū)動電路。因此，可以減少由在傳統(tǒng)字線驅(qū)動電路的PMOS晶體管和NMOS晶體管之間的絕緣區(qū)域所使用的區(qū)域。
響應(yīng)選擇信號S_WL，連接到字線WL1的多個預(yù)充電器件PR同時工作。類似地，響應(yīng)選擇信號S_WL，連接到字線WL1的多個放電器件DS同時工作。解碼塊DCD1到DCDn產(chǎn)生所述選擇信號S_WL。解碼塊DCD1到DCDn中的每一個都包括多個解碼器件，用于產(chǎn)生選擇相應(yīng)字線WL1的選擇信號S_WL。解碼塊DCD1中的解碼器件AD1響應(yīng)用于選擇存儲器塊和字線的尋址信號(未示出)的解碼信號Ai和Aj產(chǎn)生選擇信號S_WL。在圖4中，解碼器件AD1包括NAND器件和反相器(inverter)。但是，本發(fā)明并不局限于解碼器件AD1的這種特定結(jié)構(gòu)。
如果選擇信號S_WL為高，則解碼器件DS被接通，而預(yù)充電器件PR被關(guān)斷。因此，字線WL1被接地。如果選擇信號S_WL為低，則放電器件DS被關(guān)斷以及預(yù)充電器件PR被接通。因此，字線WL1被提供電源電壓VDD。
共享字線WL1的多個存儲器單元塊CBLK11、CBLK12、CBLK13和CBLK14共享用于傳送所述選擇信號S_WL的傳輸線。該傳輸線和字線WL1最好被放置在所述相變存儲器器件的不同層。
在本實施例中，相變存儲器器件的相變單元包括鍺(Ge)、銻(Sb)、碲(Te)的相變材料。但是，本發(fā)明并不局限于這些相變材料，也可以利用其它的相變材料。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體存儲器器件中，通過將構(gòu)成字線驅(qū)動電路的預(yù)充電器件和放電器件分開，可以減小該半導(dǎo)體存儲器器件的布局大小，并能夠在每個存儲器單元塊中同時選擇多個的單元，和減少每個存儲器單元塊的電流損耗。
盡管已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的范例性實施例特別地示出了本發(fā)明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離由所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以在形式和細(xì)節(jié)方面做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種相變存儲器器件，包括共享字線的多個存儲器單元塊；和用于驅(qū)動所述字線的多個字線驅(qū)動器，其中，每個字線驅(qū)動器包括用于預(yù)充電所述字線的預(yù)充電器件和用于使所述字線放電的放電器件，并且，其中所述預(yù)充電器件和放電器件被交替地設(shè)置在所述多個存儲器單元塊之間。
2.如權(quán)利要求1所述的相變存儲器器件，其中，所述多個存儲器單元塊中的每一個都包括多個全局位線；和分別連接到所述多個全局位線的多個局部位線。
3.如權(quán)利要求1所述的相變存儲器器件，其中，共享所述字線的多個存儲器單元塊同時執(zhí)行數(shù)據(jù)讀操作或數(shù)據(jù)寫操作。
4.如權(quán)利要求1所述的相變存儲器器件，其中，所述多個預(yù)充電器件響應(yīng)選擇信號同時工作和連接到所述字線，并且，其中多個放電器件響應(yīng)所述選擇信號同時工作和連接到所述字線。
5.如權(quán)利要求4所述的相變存儲器器件，其中，所述預(yù)充電器件是PMOS晶體管，其第一端連接到電源電壓、其第二端連接到所述字線，其柵極被施加有所述選擇信號，和其中，所述放電器件是NMOS晶體管，其第一端連接到所述字線，其第二端連接到接地電壓，而其柵極被施加有所述選擇信號。
6.如權(quán)利要求5所述的相變存儲器器件，其中，共享所述字線的多個存儲器單元塊共享用于傳送所述選擇信號的傳輸線，和其中，所述字線和所述傳輸線被放置在所述相變存儲器器件的不同層上。
7.如權(quán)利要求1所述的相變存儲器器件，其中，每個存儲器單元塊包括多個存儲器單元，每個存儲器單元包括相變元件和二極管，和其中，所述相變元件的相變材料包括鍺(Ge)、銻(Sb)和碲(Te)。
8.一種包括多個字線驅(qū)動器和多個存儲器單元塊的相變存儲器器件，其中每個字線驅(qū)動器包括預(yù)充電器件和放電器件；每個存儲器單元塊被設(shè)置在所述預(yù)充電器件之一和所述放電器件之一之間，和所述多個字線驅(qū)動器的預(yù)充電器件和放電器件被交替設(shè)置在所述存儲器單元塊之間。
9.如權(quán)利要求8所述的相變存儲器器件，其中，所述多個存儲器單元塊共享同一字線。
10.如權(quán)利要求9所述的相變存儲器器件，其中，共享所述字線的多個存儲器單元塊同時執(zhí)行數(shù)據(jù)讀操作或數(shù)據(jù)寫操作。
11.如權(quán)利要求8所述的相變存儲器器件，其中，所述預(yù)充電器件是其柵極被施加有選擇信號的PMOS晶體管，和所述放電器件是其柵極被施加有所述選擇信號的NMOS晶體管。
12.如權(quán)利要求11所述的相變存儲器器件，其中，所述存儲器單元塊共享用于傳送所述選擇信號的傳輸線，并且，其中所述字線和所述傳輸線位于所述相變存儲器器件的不同層上。
13.如權(quán)利要求8所述的相變存儲器器件，其中，所述多個存儲器單元塊中的每一個都包括多個全局位線；和分別連接到所述多個全局位線上的多個局部位線。
14.如權(quán)利要求8所述的相變存儲器器件，其中，所述多個存儲器單元塊中的每一個都包括多個存儲器單元，每個存儲器單元都包括相變元件和二極管，和其中，所述相變元件的相變材料包括鍺(Ge)、銻(Sb)和碲(Te)。
15.一種相變存儲器器件，包括多個存儲器單元塊，每個存儲器單元塊都包括以矩陣排列的多個存儲器單元并共享連接到多個存儲器單元的字線；和分別設(shè)置在所述多個存儲器單元塊之間的多個字線驅(qū)動塊，其中，某些字線驅(qū)動塊包括用于預(yù)充電被所述多個存儲器單元塊共享的字線的預(yù)充電器件，而其它字線驅(qū)動塊包括用于使被所述多個存儲器單元塊共享的字線放電的放電器件。
16.如權(quán)利要求15所述的相變存儲器器件，其中，包括所述預(yù)充電器件的字線驅(qū)動塊和包括所述放電器件的字線驅(qū)動塊被交替設(shè)置。
17.如權(quán)利要求15所述的相變存儲器器件，其中，每個預(yù)充電器件是其柵極被施加有選擇信號的PMOS晶體管，和每個放電器件是其柵極被施加有所述選擇信號的NMOS晶體管。
18.如權(quán)利要求17所述的相變存儲器器件，其中，共享所述字線的多個存儲器單元塊同時執(zhí)行數(shù)據(jù)讀操作或數(shù)據(jù)寫操作；其中，所述多個存儲器單元塊共享用于傳送所述選擇信號的傳輸線，和其中，所述字線和所述傳輸線位于所述相變存儲器器件的不同層上。
19.如權(quán)利要求15所述的相變存儲器器件，其中，所述多個存儲器單元塊中的每一個都包括；多個全局位線；和分別連接到所述多個全局位線的多個局部位線。
20.如權(quán)利要求15所述的相變存儲器器件，其中，其中共享所述字線的多個存儲器單元塊的所述多個存儲器單元塊中的每一個同時執(zhí)行數(shù)據(jù)讀操作或數(shù)據(jù)寫操作。
全文摘要
相變存儲器器件具有字線驅(qū)動器布局，以允許減小所述器件核心區(qū)域的尺寸。一方面，相變存儲器器件包括多個共享字線的存儲器單元塊，和驅(qū)動所述字線的多個字線驅(qū)動器。每個字線驅(qū)動器包括用于預(yù)充電字線的預(yù)充電器件和用于放電所述字線的放電器件，和其中，所述預(yù)充電器件和放電器件被交替地設(shè)置在所述多個存儲器單元塊之間。
文檔編號G11C16/06GK1885432SQ200610094100
公開日2006年12月27日 申請日期2006年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月22日
發(fā)明者趙栢衡, 李光振, 樸茂熙 申請人:三星電子株式會社