專利名稱：具有可變驅(qū)動(dòng)電壓的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種相變存儲(chǔ)器件，具體涉及一種能夠根據(jù)操作模式改變驅(qū)動(dòng)電壓的相變存儲(chǔ)器件。
本申請(qǐng)要求于2005年7月13日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)No.10-2005-0063273的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過引用并入這里。
背景技術(shù)：
相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PRAM)又稱為Ovonic統(tǒng)一存儲(chǔ)器(Ovonic UnifiedMemory，OUM)，包括諸如硫?qū)倩?chalcogenide)合金之類的相變材料，該材料對(duì)于能量(例如熱能)敏感，從而在結(jié)晶狀態(tài)和非結(jié)晶狀態(tài)之間穩(wěn)定地轉(zhuǎn)變。在例如美國(guó)專利No.6,487,113和6,480,438中公開了這樣的PRAM。
PRAM的相變材料在其結(jié)晶狀態(tài)下呈現(xiàn)相對(duì)低的電阻，而在其非結(jié)晶狀態(tài)下呈現(xiàn)相對(duì)高的電阻。在傳統(tǒng)的術(shù)語(yǔ)中，低電阻結(jié)晶狀態(tài)稱為“置位”狀態(tài)，并且指定邏輯“0”，而高電阻非結(jié)晶狀態(tài)稱為“復(fù)位”狀態(tài)，并且指定邏輯“1”。
術(shù)語(yǔ)“結(jié)晶”和“非結(jié)晶”是在相變材料的上下文中的相關(guān)術(shù)語(yǔ)。即，當(dāng)稱相變存儲(chǔ)單元處于其結(jié)晶狀態(tài)時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，單元的相變材料與其非結(jié)晶狀態(tài)相比具有晶序更良好的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。處于其結(jié)晶狀態(tài)的相變存儲(chǔ)單元不需要是完全結(jié)晶的，而處于非結(jié)晶狀態(tài)的相變存儲(chǔ)單元不需要是完全非結(jié)晶的。
通常，通過在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)將材料在其熔點(diǎn)溫度以上焦耳加熱來(lái)將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(zhǎng)時(shí)間內(nèi)在其熔點(diǎn)溫度以下加熱材料來(lái)將相變材料設(shè)置到結(jié)晶狀態(tài)。在每種情況中，在加熱處理后允許材料冷卻到其原始溫度。然而通常，當(dāng)相變材料復(fù)位到其非結(jié)晶狀態(tài)時(shí)冷卻進(jìn)行地快得多。
相變材料的相變特性的速度和穩(wěn)定性對(duì)于PRAM的性能特性至關(guān)重要。如上面提到的，發(fā)現(xiàn)硫?qū)倩锖辖鹁哂羞m合的相變特性，尤其是包含鍺(Ge)、銻(Sb)和碲(Te)的化合物(例如，Ge2Sb2Te5或GST)呈現(xiàn)出在非結(jié)晶和結(jié)晶狀態(tài)之間的穩(wěn)定和高速的轉(zhuǎn)變。
圖1A和1B分別示出處于“置位”狀態(tài)和“復(fù)位”狀態(tài)的存儲(chǔ)單元10，而圖2是其等效電路圖。在這個(gè)例子中，存儲(chǔ)單元10包括串聯(lián)在位線B1與參考電勢(shì)(地)之間的相變電阻元件11和晶體管20，晶體管20的柵極連接到字線WL。應(yīng)當(dāng)注意的是，圖1A和圖1B僅僅是概括的示意圖，相變電阻元件11的配置僅僅是提供作為例子的，對(duì)于相變電阻元件11的其他配置和連接也是可能的。作為一個(gè)變型的例子，相變電阻元件11可以與位線BL和字線WL之間的二極管串聯(lián)。
在圖1A和1B的每一個(gè)中，相變電阻元件11包括在相變材料14上形成的頂部電極12。在這個(gè)例子中，頂部電極12電連接到PRAM存儲(chǔ)陣列(未示出)的位線BL。在相變材料14與導(dǎo)電的底部電極18之間形成導(dǎo)電的底部電極接頭(BEC)16。晶體管20電連接在底部電極18與地電勢(shì)之間。
在圖1A中，相變材料14顯示為處于結(jié)晶狀態(tài)。如前面所述，這意味著存儲(chǔ)單元10處于低電阻“置位”狀態(tài)或邏輯0狀態(tài)。在圖1B中，相變材料14的一部分顯示為非結(jié)晶的。這意味著存儲(chǔ)單元10處于高電阻“復(fù)位”狀態(tài)或邏輯1狀態(tài)。
通過控制流過BEC 16的電流的量值和持續(xù)時(shí)間來(lái)建立圖1A和1B的存儲(chǔ)單元10的置位和復(fù)位狀態(tài)。即，通過對(duì)字線WL的電壓起反應(yīng)的晶體管20的操作來(lái)激活(或訪問)相變電阻元件11。當(dāng)被激活時(shí)，根據(jù)位線BL的電壓對(duì)存儲(chǔ)單元20編程?？刂莆痪€BL電壓以建立編程電流ICELL(圖2)，該電流使得BEC 16作為電阻加熱器，有選擇地將相變材料14編程到其“置位”和“復(fù)位”狀態(tài)。
圖3是常規(guī)相變存儲(chǔ)器件300的電路圖。
參照?qǐng)D3，相變存儲(chǔ)器件300包括存儲(chǔ)陣列310、寫驅(qū)動(dòng)器WD、列譯碼器YD、行譯碼器XD和讀出放大器SAU。
存儲(chǔ)陣列310包括多個(gè)存儲(chǔ)單元10、多條位線BL和多個(gè)列選擇晶體管CSTR。每個(gè)存儲(chǔ)單元10包括連接在對(duì)應(yīng)位線BL與參考電勢(shì)VSS(例如，地)之間的相變?cè)?1和晶體管CTR。每個(gè)晶體管CTR的柵極連接到節(jié)點(diǎn)NC，根據(jù)行地址信號(hào)XADD由行譯碼器XD的輸出驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)NC。
每條位線BL有選擇地通過各列選擇晶體管CSTR連接到控制節(jié)點(diǎn)NA。列選擇晶體管CSTR在列譯碼器YD的控制下操作，列譯碼器YD響應(yīng)于列地址信號(hào)YADD驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)NB。
寫驅(qū)動(dòng)器WD在寫操作模式下向存儲(chǔ)單元10寫數(shù)據(jù)。在韓國(guó)專利申請(qǐng)No.2004-45849中公開了寫驅(qū)動(dòng)器WD的一個(gè)示例性結(jié)構(gòu)，為了簡(jiǎn)明起見，省略對(duì)其詳細(xì)描述。
在操作中，行譯碼器XD響應(yīng)于行地址XADD，控制每條字線WL的節(jié)點(diǎn)NC處的電壓，以便選擇其中將被寫入數(shù)據(jù)或?qū)钠渥x取數(shù)據(jù)的所選存儲(chǔ)單元10的字線WL。通過向其施加高電平電壓來(lái)選擇字線WL。未選中的字線WL接收低電平電壓。
列譯碼器YD控制與列選擇晶體管CSTR的柵極相連的節(jié)點(diǎn)NB的電壓，從而將存儲(chǔ)單元10與控制節(jié)點(diǎn)NA連接或斷開。
當(dāng)執(zhí)行數(shù)據(jù)讀操作時(shí)，讀出放大器(sense amplifier)SAU讀出節(jié)點(diǎn)NA的電壓以測(cè)量數(shù)據(jù)值。讀出放大器SAU包括讀出放大器電路S/A、連接在讀出放大器電路S/A的輸入端與讀出放大器電源電壓VCC之間的偏置晶體管(bias transistor)BTR、以及連接在節(jié)點(diǎn)NA與讀出放大器電路S/A的輸入端之間的箝位晶體管(clamp transistor)PTR。參考電壓VREF被施加到讀出放大器電路S/A的另一輸入端。
偏置晶體管BTR在讀操作中被偏壓VBIAS導(dǎo)通，以便向所選存儲(chǔ)單元提供讀電流。箝位晶體管PTR在讀操作模式中被箝位電壓VCLAMP導(dǎo)通，以便將節(jié)點(diǎn)NA維持在箝位電壓VCLAMP減去晶體管PTR的閾電壓。
如圖3所示，寫驅(qū)動(dòng)器WD、列譯碼器YD和行譯碼器XD由電源電壓VCC驅(qū)動(dòng)。
然而，在寫操作模式中，相變存儲(chǔ)器件300必須在圖3的節(jié)點(diǎn)NA、NB和NC處維持高電平電壓，以確保足夠的電流來(lái)可靠地引起每個(gè)存儲(chǔ)單元的相變材料的相變。另一方面，需要在讀操作模式中產(chǎn)生相對(duì)低的驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)可靠地執(zhí)行，以及需要在等待模式中產(chǎn)生低電平電壓來(lái)最小化由于等待模式中的漏電流而引起的功耗。這些不同的電壓要求可能導(dǎo)致復(fù)雜的電路方案和制造工藝。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種相變存儲(chǔ)器件，包括包含多個(gè)相變存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)陣列；寫升壓電路；和寫驅(qū)動(dòng)器。寫升壓電路在第一操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)升高第一電壓并且輸出第一控制電壓，并且在第二操作模式和第三操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)升高第一電壓并輸出第二控制電壓。在第一操作模式中，寫驅(qū)動(dòng)器由第一控制電壓驅(qū)動(dòng)，并且將數(shù)據(jù)寫到存儲(chǔ)陣列的所選存儲(chǔ)單元中。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種相變存儲(chǔ)器件，包括包含多個(gè)相變存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)陣列；寫驅(qū)動(dòng)器，其將數(shù)據(jù)寫到從多個(gè)存儲(chǔ)單元中選擇的存儲(chǔ)單元中；列譯碼器，其選擇連接到所選存儲(chǔ)單元的位線；和行譯碼器，其選擇連接到所選存儲(chǔ)單元的字線。在第一操作模式中，寫驅(qū)動(dòng)器、列譯碼器和行譯碼器由大于第一電壓的至少一個(gè)升高電壓驅(qū)動(dòng)。在第二操作模式和第三操作模式中，列譯碼器和行譯碼器由第一電壓驅(qū)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種相變存儲(chǔ)器件，包括包含多個(gè)相變存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)陣列；向存儲(chǔ)陣列寫數(shù)據(jù)的寫驅(qū)動(dòng)器；列譯碼器，其選擇被寫入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元的位線；和行譯碼器，其選擇被寫入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元的字線。寫驅(qū)動(dòng)器、列譯碼器和行譯碼器分別由單獨(dú)的電壓產(chǎn)生器驅(qū)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種相變存儲(chǔ)器件，包括包含多個(gè)相變存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)陣列，每個(gè)相變存儲(chǔ)單元包含相變?cè)蛦卧w管；多個(gè)列選擇晶體管，每個(gè)將與相變存儲(chǔ)單元相連的位線連接到對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)線；和控制節(jié)點(diǎn)，其將數(shù)據(jù)線連接到讀出放大器。在第一操作模式中，通過升高第一電壓獲得的控制電壓中的對(duì)應(yīng)控制電壓分別被施加到控制節(jié)點(diǎn)、列選擇晶體管的柵極和所選相變存儲(chǔ)單元的單元晶體管的柵極。


通過參照附圖對(duì)其實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，其中圖1A和1B是包含具有結(jié)晶狀態(tài)和非結(jié)晶狀態(tài)的相變材料的相變存儲(chǔ)單元的示意圖；圖2是圖1所示的相變存儲(chǔ)單元的等效電路圖；圖3是示出常規(guī)相變存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)的視圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)的視圖；圖5是圖4所示的列選擇單元的電路圖；以及圖6示出根據(jù)操作模式施加到圖4所示的相變存儲(chǔ)器件的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照其中示出本發(fā)明示例性實(shí)施例的附圖更充分地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)現(xiàn)，而不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為限于這里所述的實(shí)施例；相反，提供這些實(shí)施例以便使該公開透徹和完整，并且將本發(fā)明構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，因此將不再重復(fù)對(duì)它們的描述。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的相變存儲(chǔ)單元400的結(jié)構(gòu)的視圖。
相變存儲(chǔ)器件400包括存儲(chǔ)陣列410、多個(gè)列選擇晶體管CSTR、字線驅(qū)動(dòng)器WD、讀出放大器單元SAU、列譯碼器YD、行譯碼器XD、寫升壓電路PUMPW、列升壓控制器420和行升壓控制器430。
寫升壓電路PUMPW在節(jié)點(diǎn)N1處產(chǎn)生升高電壓VPP1/VPP2。
列升壓控制器420包括列升壓電路PUMPC和列選擇單元CS。列選擇單元CS接收電源電壓VCC和來(lái)自列升壓電路PUMPC的升高電壓VPP3/VPP4(在節(jié)點(diǎn)N2處)。
行升壓控制器430包括行升壓電路PUMPR和行選擇單元RS。行選擇單元CS接收電源電壓VCC和來(lái)自行升壓電路PUMPR的升高電壓VPP5/VPP6(在節(jié)點(diǎn)N3處)。
寫升壓電路PUMPW、列升壓電路PUMPC、行升壓電路PUMPR、列選擇單元CS和行選擇單元RS中的每一個(gè)可操作地響應(yīng)于控制信號(hào)WEN。
存儲(chǔ)陣列410包括多個(gè)存儲(chǔ)單元10、多條位線BL和多條字線WL。每個(gè)存儲(chǔ)單元10包括連接在對(duì)應(yīng)位線BL與參考電勢(shì)VSS(例如，地)之間的相變?cè)?1和晶體管CTR。
每個(gè)晶體管CTR的柵極連接到對(duì)應(yīng)字線WL，后者進(jìn)而連接到根據(jù)行地址信號(hào)XADD由行譯碼器XD的輸出驅(qū)動(dòng)的控制節(jié)點(diǎn)N6。每個(gè)存儲(chǔ)單元10的相變?cè)?1包括例如鍺(Ge)、銻(Sb)和碲(Te)的相變材料。
每條位線BL通過各個(gè)列選擇晶體管CSTR有選擇地連接到控制節(jié)點(diǎn)N4。列選擇晶體管CSTR在列譯碼器YD的控制下操作，列譯碼器YD響應(yīng)于列地址信號(hào)YADD驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)N5。
寫驅(qū)動(dòng)器WD由節(jié)點(diǎn)N1處的電壓驅(qū)動(dòng)，并且通過控制所述控制節(jié)點(diǎn)N4的電壓在寫操作模式下向存儲(chǔ)單元10寫數(shù)據(jù)。
行譯碼器由行選擇單元RS的輸出驅(qū)動(dòng)。在操作中，行譯碼器XD響應(yīng)于行地址XADD，控制每條字線WL的節(jié)點(diǎn)N6處的電壓，以便選擇將向/從其寫入/讀取數(shù)據(jù)的所選存儲(chǔ)單元10的字線WL。通常，通過向其施加高電平電壓來(lái)選擇字線WL。未選中的字線WL接收低電平電壓。
列譯碼器YD由列選擇單元CS的輸出驅(qū)動(dòng)。列譯碼器YD控制與列選擇晶體管CSTR的柵極相連的節(jié)點(diǎn)N5的電壓，從而將存儲(chǔ)單元10與控制節(jié)點(diǎn)NA連接或斷開。
當(dāng)執(zhí)行數(shù)據(jù)讀操作時(shí)，讀出放大器SAU讀出控制節(jié)點(diǎn)N4的電壓以測(cè)量數(shù)據(jù)值。讀出放大器SAU包括讀出放大器電路S/A、連接在讀出放大器電路S/A的輸入端與讀出放大器電源電壓VCC之間的偏置晶體管BTR、以及連接在節(jié)點(diǎn)N4與讀出放大器電路S/A的輸入端之間的箝位晶體管PTR。參考電壓VREF被施加到讀出放大器電路S/A的另一輸入端。
偏置晶體管BTR在等待模式中被偏壓VBIAS導(dǎo)通，以便將讀出放大器的輸入端維持在讀出放大器電源電壓VSA。箝位晶體管PTR在讀操作模式中被箝位電壓VCLAMP導(dǎo)通，以便將節(jié)點(diǎn)N4維持在箝位電壓VCLAMP減去晶體管PTR的閾電壓。
如上所述，如圖4所示，寫驅(qū)動(dòng)器WD、列譯碼器YD和行譯碼器XD分別由寫升壓電路PUMPW、列升壓控制器420和行升壓控制器430驅(qū)動(dòng)。如稍后將要詳細(xì)描述的那樣，這些升壓電路根據(jù)相變存儲(chǔ)器件的工作模式輸出高電壓。
圖5是圖4所示的列選擇單元CS的電路圖。列選擇單元CS包括第一到第六晶體管TR1到TR6和反相器INV。在寫操作模式中，如果控制信號(hào)WEN變高，則第三晶體管TR3被導(dǎo)通，而第四晶體管TR4被反相器INV關(guān)斷。當(dāng)?shù)谌w管TR3被導(dǎo)通時(shí)，第三晶體管TR3與第一晶體管TR1之間的節(jié)點(diǎn)接地(VSS)，并且第五晶體管TR5被導(dǎo)通，從而輸出第一控制電壓VPP3。
相反，如果控制信號(hào)WEN變低，則第四晶體管TR4被反相器INV導(dǎo)通，并且第四晶體管TR4與第二晶體管TR2之間的節(jié)點(diǎn)接地(VSS)。因此，第六晶體管TR6被導(dǎo)通，并且輸出第一電壓VCC。
行選擇單元RS的配置與列選擇單元CS的配置相同。列選擇單元CS和行選擇單元RS用作復(fù)用器，用于響應(yīng)于控制信號(hào)WEN選擇接收的兩個(gè)電壓中的一個(gè)。列選擇單元CS的配置不限于圖5所示的電路結(jié)構(gòu)。
圖6示出施加到圖4所示的相變存儲(chǔ)器件400的各個(gè)節(jié)點(diǎn)N1到N6的電壓。
下面，將參照?qǐng)D4、5和6描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器件400的操作。
寫升壓電路PUMPW在第一操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)WEN升高第一電壓VCC并輸出第一控制電壓VPP1，并且在第二操作模式或第三操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)WEN升高第一電壓VCC并輸出第二控制電壓VPP2。寫驅(qū)動(dòng)器WD響應(yīng)于第一控制電壓VPP1向所選存儲(chǔ)單元10寫數(shù)據(jù)。
第一操作模式可以是寫操作模式，第二操作模式可以是讀操作模式，而第三操作模式可以是等待模式。為了方便描述起見，第一、第二和第三操作模式分別是指寫操作模式、讀操作模式和等待模式。
在本實(shí)施例的例子中，控制信號(hào)WEN是寫允許信號(hào)，而第一電壓VCC是電源電壓。電源電壓VCC可以是外部電壓或由內(nèi)部電壓產(chǎn)生器(未示出)響應(yīng)于外部電壓而產(chǎn)生的電壓。
下面將描述在寫操作模式中相變存儲(chǔ)器件400的操作。在寫操作模式中，假設(shè)響應(yīng)于行地址XADD和列地址YADD選擇存儲(chǔ)陣列410的存儲(chǔ)單元10。
在寫操作模式中，為了驅(qū)動(dòng)寫驅(qū)動(dòng)器WD、列譯碼器YD和行譯碼器XD，寫升壓電路PUMPW、列升壓控制器420和行升壓控制器430中的每一個(gè)都是可操作的。
在寫操作模式中，行升壓控制器430響應(yīng)于控制信號(hào)WEN升高第一電壓VCC并輸出第五控制電壓VPP5。
如前面所述，行升壓控制器430包括行升壓電路PUMPR和行選擇單元RS。行升壓電路PUMPR在第一操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)WEN產(chǎn)生第五控制電壓VPP5，并且在第二操作模式或第三操作模式中升高第一電壓VCC并輸出第六控制電壓VPP6。
行選擇單元RS響應(yīng)于控制信號(hào)WEN，有選擇地輸出第五控制電壓VPP5或第一電壓VCC。由于控制信號(hào)WEN是寫允許信號(hào)，因此它在第一操作模式中(即，在寫操作模式中)被激活。
當(dāng)控制信號(hào)WEN被激活時(shí)，行升壓控制器430升高第一電壓VCC并輸出第五控制電壓VPP5。當(dāng)控制信號(hào)WEN被激活時(shí)，行選擇單元RS輸出第五控制電壓VPP5，并且當(dāng)控制信號(hào)WEN被無(wú)效時(shí)，輸出第一電壓VCC。行選擇單元RS的配置與列選擇單元CS的配置相同，將在稍后描述。
從行選擇單元RS輸出的第五控制電壓VPP5驅(qū)動(dòng)行譯碼器XD，并且行譯碼器XD向與對(duì)應(yīng)于輸入行地址XADD的存儲(chǔ)單元10的單元晶體管CTR的柵極相連的第六節(jié)點(diǎn)N6施加電壓，從而選擇存儲(chǔ)單元10。
施加到第六節(jié)點(diǎn)N6的電壓取決于第五控制電壓VPP5。第五控制電壓VPP5是足夠激活與所選存儲(chǔ)單元10相連的字線WL的高電壓。例如，第五控制電壓VPP5可以在3到5V之間。與圖3所示的相變存儲(chǔ)器件300處于寫操作模式時(shí)相比，存儲(chǔ)單元10的單元晶體管CTR被第五控制電壓VPP5強(qiáng)導(dǎo)通。
列升壓控制器420在第一操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)WEN升高第一電壓VCC并輸出第三控制電壓VPP3，并且在第二操作模式和第三操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)WEN輸出第一電壓VCC。
列譯碼器YD在寫操作模式中響應(yīng)于第三控制電壓VPP3選擇與由列地址YADD所選的存儲(chǔ)單元10相連的位線BL，在讀操作模式中響應(yīng)于第一電壓VCC選擇與由列地址YADD所選的存儲(chǔ)單元10相連的位線BL，而在等待模式中不進(jìn)行操作。如前面所述，列升壓控制器420包括列升壓電路PUMPC和列選擇單元CS。
列升壓電路PUMPC在寫操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)WEN產(chǎn)生第三控制電壓VPP3，并且在讀操作模式和等待模式中升高第一電壓VCC并輸出第四控制電壓VPP4。
列選擇單元CS響應(yīng)于控制信號(hào)WEN，有選擇地輸出第三控制電壓VPP3或第一電壓VCC。由于控制信號(hào)WEN是寫允許信號(hào)，因此它在第一操作模式中(即，在寫操作模式中)被激活。當(dāng)控制信號(hào)WEN被激活時(shí)，列升壓控制器420升高第一電壓VCC并輸出第三控制電壓VPP3。當(dāng)控制信號(hào)WEN被激活時(shí)，列選擇單元CS選擇第三控制電壓VPP3，并且將其施加到列譯碼器YD。
由第三控制電壓VPP3驅(qū)動(dòng)的列譯碼器YD向第五節(jié)點(diǎn)N5施加用于導(dǎo)通用于選擇與存儲(chǔ)單元10相連的位線BL的開關(guān)的電壓。這里，開關(guān)是列選擇晶體管CSTR。施加到第五節(jié)點(diǎn)N5的電壓取決于第三控制電壓VPP3。
第三控制電壓VPP3是足夠?qū)ㄓ糜谶x擇與所選存儲(chǔ)單元10相連的位線BL的開關(guān)的高電壓。例如，第三控制電壓VPP3在3到5V之間。
與圖3所示的相變存儲(chǔ)器件300處于寫操作模式時(shí)相比，用于連接存儲(chǔ)單元10與第四節(jié)點(diǎn)N4的列選擇晶體管CSTR被第三控制電壓VPP3強(qiáng)導(dǎo)通。
在寫操作模式中，寫升壓電路PUMPW響應(yīng)于控制信號(hào)WEN升高第一電壓VCC并輸出第一控制電壓VPP1。寫驅(qū)動(dòng)器WD響應(yīng)于第一控制電壓VPP1向第四節(jié)點(diǎn)N4施加寫電壓。
寫電壓取決于第一控制電壓VPP1，并且第一控制電壓VPP1是足以改變存儲(chǔ)單元10的相變材料的狀態(tài)的高電壓。例如，第一控制電壓VPP1在3到5V之間。
這樣，在第一操作模式(即，寫操作模式)中，當(dāng)控制信號(hào)WEN被激活時(shí)，寫升壓電路PUMPW、列升壓電路PUMPC和行升壓電路PUMPR分別向第一節(jié)點(diǎn)N1、第二節(jié)點(diǎn)N2和第三節(jié)點(diǎn)N3施加第一控制電壓VPP1、第三控制電壓VPP3和第五控制電壓VPP5。
因此，寫驅(qū)動(dòng)器WD、列譯碼器YD和行譯碼器XD響應(yīng)于第一控制電壓VPP1、第三控制電壓VPP3和第五控制電壓VPP5，使用與圖3所示的相變存儲(chǔ)器件300相比更高的電壓控制第四、第五和第六節(jié)點(diǎn)N4、N5和N6。因此，可以減少在寫操作模式中出現(xiàn)的電流損耗。
下面將描述相變存儲(chǔ)器件400在讀操作模式和等待模式中的操作。在讀操作模式中，假設(shè)選擇存儲(chǔ)單元陣列410的存儲(chǔ)單元10。
在讀操作模式和等待模式中，控制信號(hào)WEN被失效，并且寫驅(qū)動(dòng)器WD不進(jìn)行操作。當(dāng)控制信號(hào)WEN被失效時(shí)，寫升壓電路PUMPW向第一節(jié)點(diǎn)N1施加第二控制電壓VPP2。第二控制電壓VPP2低于第一控制電壓VPP1且高于第一電壓VCC。例如，第二控制電壓VPP2在第一電壓VCC與3V之間。
當(dāng)相變存儲(chǔ)器件400進(jìn)入寫操作模式時(shí)，第二控制電壓VPP2允許寫升壓電路PUMPW在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生第一控制電壓VPP1。在寫操作模式之外的其他模式中，相變存儲(chǔ)器件400升高第一電壓VCC并且產(chǎn)生低于第一控制電壓VPP1的第二控制電壓VPP2，以便當(dāng)發(fā)生到寫操作模式的轉(zhuǎn)換時(shí)快速地產(chǎn)生第一控制電壓VPP1。
在等待模式中，偏置晶體管BTR被偏壓VBIAS導(dǎo)通，并且將第四節(jié)點(diǎn)N4保持在第一電壓VCC。在讀操作模式中，箝位晶體管PTR響應(yīng)于箝位電壓VCLAMP被導(dǎo)通，以便將第四節(jié)點(diǎn)N4保持在預(yù)定的箝位電壓。
在讀操作模式中將第四節(jié)點(diǎn)N4保持在箝位電壓VCLAMP的操作對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的，因此省略對(duì)其詳細(xì)描述。
當(dāng)控制信號(hào)WEN被無(wú)效時(shí)，即，處于讀操作模式和等待操作模式時(shí)，列升壓電路PUMPC升高第一電壓VCC并且輸出第四控制電壓VPP4到節(jié)點(diǎn)N2。第四控制電壓VPP4低于第三控制電壓VPP3且高于第一電壓VCC。例如，第四控制電壓VPP4在第一電壓VCC與3V之間。
與第二控制電壓VPP2類似，第四控制電壓VPP4允許列升壓電路PUMPC在相變存儲(chǔ)器件400進(jìn)入寫操作模式時(shí)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生第三控制電壓VPP3。
即，在寫操作模式以外的其他模式中，相變存儲(chǔ)器件400升高第一電壓VCC并產(chǎn)生低于第三控制電壓VPP3的第四控制電壓VPP4，以便當(dāng)發(fā)生到寫操作模式的轉(zhuǎn)換時(shí)快速地產(chǎn)生第三控制電壓VPP3。
在讀操作模式中，列選擇單元CS選擇第一電壓VCC并將其輸出到列譯碼器YD。此外，列譯碼器YD響應(yīng)于第一電壓VCC，控制連接到列選擇晶體管CSTR的柵極的第五節(jié)點(diǎn)N5的電壓。因此，列選擇晶體管CSTR被導(dǎo)通并且將從存儲(chǔ)單元10讀取的數(shù)據(jù)傳送到第四節(jié)點(diǎn)N4。
在寫操作模式中，列選擇晶體管CSTR響應(yīng)于第三控制電壓VPP3被導(dǎo)通，然而在讀操作模式中，列選擇晶體管CSTR響應(yīng)于第一電壓VCC被導(dǎo)通。
在等待模式中，盡管列譯碼器YD接收來(lái)自列選擇單元CS的第一電壓VCC，但列譯碼器YD不進(jìn)行操作，列選擇晶體管CSTR不被選擇，并且第五節(jié)點(diǎn)N5接地(VSS)。
在讀操作模式和等待模式中，當(dāng)控制信號(hào)WEN被無(wú)效時(shí)，行升壓電路PUMPR升高第一電壓VCC并且輸出第六控制電壓VPP6到第三節(jié)點(diǎn)N3。第六控制電壓VPP6低于第五控制電壓VPP5且高于第一電壓VCC。例如，第六控制電壓VPP6在第一電壓VCC與3V之間。
與第二控制電壓VPP2類似，第六控制電壓VPP6允許行升壓電路PUMPR在相變存儲(chǔ)器件400進(jìn)入寫操作模式時(shí)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生第五控制電壓VPP5。
即，在寫操作模式以外的其他模式中，相變存儲(chǔ)器件400升高第一電壓VCC并產(chǎn)生第六控制電壓VPP6，以便當(dāng)發(fā)生到寫操作模式的轉(zhuǎn)換時(shí)快速地產(chǎn)生第五控制電壓VPP5。
在讀操作模式中，行選擇單元RS選擇第一電壓VCC并將其輸出到行譯碼器XD。行譯碼器XD響應(yīng)于第一電壓VCC，控制連接到存儲(chǔ)單元10的單元晶體管CTR的柵極的第六節(jié)點(diǎn)N6的電壓。因此，單元晶體管CTR被導(dǎo)通。
在寫操作模式中，單元晶體管CTR響應(yīng)于第五控制電壓VPP5被導(dǎo)通，然而在讀操作模式中，單元晶體管CTR響應(yīng)于第一電壓VCC被導(dǎo)通。
在等待模式中，盡管行譯碼器XD接收來(lái)自行選擇單元RS的第一電壓VCC，但行譯碼器XD不進(jìn)行操作，單元晶體管CTR不被選中，并且第六節(jié)點(diǎn)N6接地(VSS)。
寫升壓電路PUMPW、列升壓電路PUMPC和行升壓電路PUMPR中的每一個(gè)響應(yīng)于第一電壓VCC，根據(jù)操作模式產(chǎn)生不同的控制電壓，它們可以是公知的差分放大器升壓電路，因此這里省略對(duì)其詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不限于這種方式。
列譯碼器YD和行譯碼器XD的操作和結(jié)構(gòu)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的，因此省略對(duì)其詳細(xì)描述。上面提到的第一到第六控制電壓VPP1到VPP6的電壓值僅僅是示例性的，本發(fā)明并不限于這些示例性電壓值。
在相變存儲(chǔ)器件400中，第二、第四和第六控制電壓VPP2、VPP4和VPP6可以稱為大于第一電壓VCC的“子控制電壓”。通過將第二、第四和第六子控制電壓VPP2、VPP4和VPP6設(shè)置得大于第一電壓VCC，當(dāng)相變存儲(chǔ)器件400進(jìn)入寫操作模式時(shí)，子控制電壓可以更快速地升高到第一、第三和第五控制電壓VPP1、VPP3和VPP5。然而，本發(fā)明并不限于這種方式，如果希望的話也可以讓子控制電壓VPP2、VPP4和VPP6等于VCC，這是以增加在相變存儲(chǔ)器件400進(jìn)入寫操作模式時(shí)上升到第一、第三和第五控制電壓VPP1、VPP3和VPP5的時(shí)間為代價(jià)的。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器件400在寫操作模式中使用預(yù)定高電壓驅(qū)動(dòng)寫驅(qū)動(dòng)器WD、列譯碼器YD和行譯碼器XD，并且在讀操作和等待模式中使用低于預(yù)定高電壓的電壓驅(qū)動(dòng)寫驅(qū)動(dòng)器WD、列譯碼器YD和行譯碼器XD，從而降低了執(zhí)行寫操作時(shí)的功耗，并且增強(qiáng)了操作可靠性。
本實(shí)施例指向包括由鍺(Ge)、銻(Sb)和碲(Te)構(gòu)成的相變材料的相變存儲(chǔ)器件。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，該相變存儲(chǔ)器件可以由任何可通過施加電流或電壓改變其狀態(tài)的材料制成。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的相變存儲(chǔ)器件及其驅(qū)動(dòng)方法中，由于在寫操作模式中向?qū)戲?qū)動(dòng)器、列譯碼器和行譯碼器提供足夠的寫電壓，并且在讀操作模式和等待操作模式中向列譯碼器和行譯碼器施加比寫操作模式中施加的電壓低的電壓，因此可以降低電流損耗并且增強(qiáng)操作可靠性。
盡管參照其示例性實(shí)施例具體示出和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在不背離權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明宗旨和范圍的前提下，對(duì)形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種相變存儲(chǔ)器件，包括包括多個(gè)相變存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)陣列；寫升壓電路，其在第一操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)升高第一電壓并且輸出第一控制電壓，并且在第二操作模式和第三操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)升高第一電壓并輸出第二控制電壓；和寫驅(qū)動(dòng)器，其在第一操作模式中由第一控制電壓驅(qū)動(dòng)，并且將數(shù)據(jù)寫到存儲(chǔ)陣列的所選存儲(chǔ)單元中。
2.如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，控制信號(hào)是寫允許信號(hào)，并且第一電壓是電源電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，第一操作模式是寫操作模式，第二操作模式是讀操作模式，而第三操作模式是等待模式。
4.如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，第一控制電壓是足以改變所選存儲(chǔ)單元的相變材料狀態(tài)的高電壓，而第二控制電壓低于第一控制電壓且高于第一電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，還包括列升壓控制器，其在第一操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)升高第一電壓并輸出第三控制電壓，在第二操作模式和第三操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)輸出第一電壓；和列譯碼器，其在第一操作模式中由第三控制電壓驅(qū)動(dòng)，而在第二操作模式中由第一電壓驅(qū)動(dòng)，并且選擇連接到所選存儲(chǔ)單元的位線。
6.如權(quán)利要求5所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，列升壓控制器包括列升壓電路，其在第一操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)產(chǎn)生第三控制電壓，并且在第二操作模式中升高第一電壓并輸出第四控制電壓；和列選擇單元，其響應(yīng)于控制信號(hào)有選擇地輸出第三控制電壓或第一電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，第三控制電壓是足以激活用于選擇連接到所選存儲(chǔ)單元的位線的開關(guān)的高電壓，以及其中第四控制電壓低于第三控制電壓且高于第一電壓。
8.如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，還包括行升壓控制器，其在第一操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)升高第一電壓并輸出第五控制電壓，在第二操作模式和第三操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)輸出第一電壓；和行譯碼器，其在第一操作模式中由第五控制電壓驅(qū)動(dòng)，而在第二操作模式中由第一電壓驅(qū)動(dòng)，并且選擇連接到所選存儲(chǔ)單元的字線。
9.如權(quán)利要求8所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，行升壓控制器包括行升壓電路，其在第一操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)產(chǎn)生第五控制電壓，并且在第二操作模式中升高第一電壓并輸出第六控制電壓；和列選擇器，其響應(yīng)于控制信號(hào)有選擇地輸出第五控制電壓或第一電壓。
10.如權(quán)利要求9所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，第五控制電壓是足以激活連接到所選存儲(chǔ)單元的字線的高電壓，以及其中第六控制電壓低于第五控制電壓且高于第一電壓。
11.如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，每個(gè)存儲(chǔ)單元包括與晶體管串聯(lián)的相變?cè)?，并且其中相變?cè)嘧儾牧?，包括鍺(Ge)、銻(Sb)和碲(Te)。
12.一種相變存儲(chǔ)器件，包括包含多個(gè)相變存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)陣列；寫驅(qū)動(dòng)器，其將數(shù)據(jù)寫到從多個(gè)存儲(chǔ)單元中選擇的存儲(chǔ)單元中；列譯碼器，其選擇連接到所選存儲(chǔ)單元的位線；和行譯碼器，其選擇連接到所選存儲(chǔ)單元的字線，其中，在第一操作模式中，寫驅(qū)動(dòng)器、列譯碼器和行譯碼器由大于第一電壓的至少一個(gè)升高電壓驅(qū)動(dòng)，并且其中，在第二操作模式和第三操作模式中，列譯碼器和行譯碼器由第一電壓驅(qū)動(dòng)。
13.如權(quán)利要求12所述的相變存儲(chǔ)器件，還包括分別對(duì)應(yīng)于寫驅(qū)動(dòng)器、列譯碼器和行譯碼器的升壓電路，分別響應(yīng)于控制信號(hào)產(chǎn)生控制電壓；和分別對(duì)應(yīng)于列譯碼器和行譯碼器的選擇器，每個(gè)選擇器響應(yīng)于控制信號(hào)選擇對(duì)應(yīng)控制電壓與第一電壓中的一個(gè)，并且將所選電壓施加到列譯碼器和行譯碼器。
14.如權(quán)利要求13所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，升壓電路在第二操作模式和第三操作模式中升高第一電壓并產(chǎn)生子控制電壓，以及其中，子控制電壓低于控制電壓且大于第一電壓。
15.如權(quán)利要求13所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，控制信號(hào)是寫允許信號(hào)，它在第一操作模式中被激活，而在第二操作模式和第三操作模式中被無(wú)效，以及其中，第一操作模式是寫操作模式，第二操作模式是讀操作模式，而第三操作模式是等待模式。
16.一種相變存儲(chǔ)器件，包括包含多個(gè)相變存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)陣列；向存儲(chǔ)陣列寫數(shù)據(jù)的寫驅(qū)動(dòng)器；列譯碼器，其選擇被寫入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元的位線；和行譯碼器，其選擇被寫入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元的字線，其中，寫驅(qū)動(dòng)器、列譯碼器和行譯碼器分別由單獨(dú)的電壓產(chǎn)生器驅(qū)動(dòng)。
17.如權(quán)利要求16所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，電壓產(chǎn)生器在第一操作模式中產(chǎn)生通過升高第一電壓而獲得的控制電壓，并且在第二操作模式和第三操作模式中產(chǎn)生低于控制電壓且高于第一電壓的子控制電壓。
18.如權(quán)利要求17所述的相變存儲(chǔ)器件，還包括分別連接到列譯碼器和行譯碼器的選擇器，每個(gè)選擇器響應(yīng)于控制信號(hào)選擇對(duì)應(yīng)控制電壓與第一電壓中的一個(gè)，并且將所選電壓施加到列譯碼器和行譯碼器。
19.如權(quán)利要求18所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，控制信號(hào)是寫允許信號(hào)，它在第一操作模式中被激活，而在第二操作模式和第三操作模式中被無(wú)效，以及其中，第一操作模式是寫操作模式，第二操作模式是讀操作模式，而第三操作模式是等待模式。
20.一種相變存儲(chǔ)器件，包括包含多個(gè)相變存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)陣列，每個(gè)相變存儲(chǔ)單元包括相變?cè)蛦卧w管；多個(gè)列選擇晶體管，每個(gè)將與相變存儲(chǔ)單元相連的位線連接到對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)線；和控制節(jié)點(diǎn)，其將數(shù)據(jù)線連接到讀出放大器，其中，在第一操作模式中，通過升高第一電壓獲得的控制電壓中的對(duì)應(yīng)控制電壓分別被施加到控制節(jié)點(diǎn)、列選擇晶體管的柵極和所選相變存儲(chǔ)單元的單元晶體管的柵極。
21.如權(quán)利要求20所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，在第二操作模式中，第一電壓被施加到列選擇晶體管的柵極和單元晶體管的柵極，并且箝位電壓被施加到控制節(jié)點(diǎn)，以及其中，在第三操作模式中，地電壓被施加到列選擇晶體管的柵極和單元晶體管的柵極，并且第一電壓被預(yù)充電到控制節(jié)點(diǎn)。
22.如權(quán)利要求21所述的相變存儲(chǔ)器件，還包括寫驅(qū)動(dòng)器，其由對(duì)應(yīng)控制電壓驅(qū)動(dòng)，并且控制所述控制節(jié)點(diǎn)向相變存儲(chǔ)單元寫數(shù)據(jù)；列譯碼器，其由對(duì)應(yīng)控制電壓或第一電壓驅(qū)動(dòng)，并且控制列選擇晶體管；和行譯碼器，其由對(duì)應(yīng)控制電壓或第一電壓驅(qū)動(dòng)，并且控制單元晶體管。
23.如權(quán)利要求22所述的相變存儲(chǔ)器件，還包括分別對(duì)應(yīng)于寫驅(qū)動(dòng)器、列譯碼器和行譯碼器的升壓電路，分別響應(yīng)于控制信號(hào)產(chǎn)生控制電壓；和分別對(duì)應(yīng)于列譯碼器和行譯碼器的選擇器，選擇器響應(yīng)于控制信號(hào)選擇控制電壓與第一電壓中的一個(gè)，并且將所選電壓施加到列譯碼器和行譯碼器。
24.如權(quán)利要求23所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，升壓電路在第二操作模式和第三操作模式中升高第一電壓并產(chǎn)生子控制電壓，以及其中，子控制電壓低于控制電壓且高于第一電壓。
25.如權(quán)利要求24所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，控制信號(hào)是寫允許信號(hào)，它在第一操作模式中被激活，而在第二操作模式和第三操作模式中被無(wú)效，以及其中，第一操作模式是寫操作模式，第二操作模式是讀操作模式，而第三操作模式是等待模式。
全文摘要
一個(gè)方面的一種相變存儲(chǔ)器件包括包含多個(gè)相變存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)陣列；寫升壓電路；和寫驅(qū)動(dòng)器。寫升壓電路在第一操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)升高第一電壓并且輸出第一控制電壓，并且在第二操作模式和第三操作模式中響應(yīng)于控制信號(hào)升高第一電壓并輸出第二控制電壓。在第一操作模式中，寫驅(qū)動(dòng)器由第一控制電壓驅(qū)動(dòng)，并且將數(shù)據(jù)寫到存儲(chǔ)陣列的所選存儲(chǔ)單元中。
文檔編號(hào)G11C16/06GK1897156SQ200610105889
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月13日
發(fā)明者趙佑榮, 金杜應(yīng), 姜尚范, 郭忠根 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社