專利名稱：操作相變存儲裝置的方法
技術領域：
示例實施例涉及一種操作存儲裝置的方法。其他示例實施例涉及一種操 作相變存儲裝置的方法。
背景技術：
存在幾種非易失性存儲裝置，包括閃存、鐵電RAM(FeRAM)、磁RAM (MRAM )和相變隨機存取存儲器(PRAM )。 PRAM的存儲節(jié)點(storage node ) 在結構上不同于其他非易失性存儲裝置。
PRAM的存儲節(jié)點包括作為數(shù)據(jù)存儲層的相變層。如果預定的復位 (reset)電壓在足夠短的時間內被施加到相變層，那么相變層的區(qū)域改變?yōu)?非晶區(qū)域。如果預定的置位(set)電壓在足夠長的時間內被施加到存儲節(jié)點， 那么非晶區(qū)域恢復為結晶狀態(tài)。
假設第 一 阻抗屬于具有非晶區(qū)域的相變層，第二阻抗屬于沒有非晶區(qū)域 的相變層，則第一阻抗高于第二阻抗。
PRAM是一種使用相變層來寫入和讀取比特數(shù)據(jù)的存儲裝置，相變層具 有根據(jù)其相位而改變的阻抗特性。
操作PRAM的傳統(tǒng)方法的操作速度相當慢，這是因為非晶區(qū)域恢復為結 晶狀態(tài)所需的時間相對較長。
在操作PRAM的傳統(tǒng)方法中，通過重復復位和置位操作相變層的特性會 容易變差，從而縮短了 PRAM的耐久性(或持久性)。

發(fā)明內容
示例實施例涉及一種操作存儲裝置的方法。其他示例實施例涉及一種操 作相變存儲裝置的方法。
示例實施例提供一種使用相變層來操作相變存儲裝置的方法，相變層具 有根據(jù)其相位而改變的阻抗特性。
根據(jù)示例實施例，提供了一種操作相變存儲裝置的方法，該相變存儲裝置包括相變層和向相變層施加電壓的單元。所述方法包括向相變層施加復 位電壓，其中，復位電壓包括被連續(xù)施加的至少兩個脈沖電壓。所述脈沖電 壓可以基本上相同。
每個脈沖電壓的脈沖寬度可以小于20ns。每個脈沖電壓的脈沖寬度可以 在從5ns到20ns的范圍內。脈沖電壓之間的間隔可以小于100ns。脈沖電壓 之間的間隔可以大于5ns。脈沖電壓之間的間隔可以在從5ns到100ns的范圍 內。脈沖電壓的數(shù)量可以在從2到IO的范圍內。
所述方法可包括在向相變層施加復位電壓之后，向其施加置位電壓。 復位電壓的施加時間可以與置位電壓的施加時間相同，或者比置位電壓 的施力口時間#豆。


通過下面結合附圖所進行的詳細描述，將會更清楚地理解示例實施例。 圖1-7示出這里所描述的非限制性的示例實施例。
圖1是示出用于說明根據(jù)示例實施例的操作相變隨機存取存儲器 (PRAM)的方法的剖一見圖的示圖2是示出根據(jù)示例實施例的操作PRAM的方法中可使用的復位電壓的 曲線圖3是示出使用圖2的復位電壓將PRAM復位的剖視圖的示圖； 圖4是示出在根據(jù)比較示例的操作PRAM的傳統(tǒng)方法中使用的復位電壓 的曲線圖5是示出使用圖4的復位電壓將PRAM復位的剖視圖的示圖6是示出在根據(jù)示例實施例的方法和根據(jù)比較示例的方法中PRAM復
位的第 一單元的復位阻抗的曲線圖7是示出如果在根據(jù)示例實施例的方法和根據(jù)比較示例的方法中復位
第一單元被改變?yōu)橹梦粻顟B(tài)，則PRAM的第一單元的阻抗變化和置位脈沖寬
度的曲線圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述各示例實施例，在附圖中示出了 一婆示例 實施例。在附圖中，為了清楚，可夸大層和區(qū)域的厚度。
5這里/>開了詳細的示例實施例。然而，這里/》開的特定的結構和功能細 節(jié)只是為了描述示例實施例。然而，本發(fā)明可以按照許多不同的形式來實施， 不應該被解釋為僅限于這里闡述的示例實施例。
因此，盡管可對示例實施例進行各種修改，且示例實施例可具有可替換 的形式，但是通過示例的方式在附圖中示出了其實施例，這里將詳細描述其 實施例。然而，應該理解，不是要將示例實施例局限于所公開的具體形式， 相反，示例實施例將覆蓋落入本發(fā)明范圍內的所有修改、等同物和替換物。 貫穿附圖的描述，相同的標號始終表示相同的部件。
應該理解，盡管這里可能使用術語第一、第二等來描述各部件，但是各 部件不應該受這些術語的限制。這些術語僅用于區(qū)分一個部件與另一部件。 例如，在不脫離示例實施例的范圍的情況下，第一部件可以被命名為笫二部 件，類似地，第二部件可以:帔命名為第一部件。這里^f吏用的術語"和/或"包 括所列出的一個或多個有關項的任何和全部組合。
應該理解，當提到某一部件"連接"或"結合"到另一部件時，該部件 可以直接連接或結合到另一部件，或者可以存在中間部件。相反，當提到某 一部件"直接連接"或"直接結合"到另一部件時，不存在中間部件。其他 用于描述部件之間的關系的詞應該按照類似的方式來解釋(如"在...之間" 與"直接在...之間"、"相鄰"與"直接相鄰"等)。
這里使用的術語僅僅是為了描述特定實施例，而不是為了限制示例實施 例。除非上下文另外清楚地指示，否則這里所使用的單數(shù)形式還包括復數(shù)形 式。還應該理解，這里使用的術語"包括"和/或"包含"表示所述特征、整 體、步驟、操作、部件和/或組件的存在，但并不排除一個或多個其他特征、 整體、步驟、操作、部件、組件和/或它們的組的存在。
應該理解，盡管術語第一、第二、第三等可用于描述各部件、組件、區(qū) 域、層和/或部分，^旦是這些部件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應該受這些術 語的限制。這些術語只是用于將一個部件、組件、區(qū)域、層或部分與另一區(qū) 域、層或部分區(qū)分開來。因而，在不脫離示例實施例的范圍的情況下，下面 描述的第一部件、組件、區(qū)域、層或部分可以^皮命名為第二部件、組件、區(qū) 域、層或部分。
為便于描述，這里可使用空間相對術語(如"在…之下"、"在.」下面"、 "下方"、"在…上"、"上方"等)來輕松描述一個部件或者附圖所示的某一特征與另一部件或特征之間的關系。應該理解，除了附圖中示出的方位以外， 空間相對術語還包括裝置在使用或操作時的不同方位。例如，如果附圖中的 裝置被反轉，那么被描述為在其他部件或特征"下面，，或"之下，，的部件隨 后將^皮定位為在其他部件或特征"上"。因而，例如，術語"在...下面"可包 括上方和下方兩種方位。裝置可以被另外定位(旋轉90度或者以其他方位觀 看或定位)，因此，應該相應地解釋這里所描述的空間相對描述符。
這里參照作為理想化的實施例(和中間結構)的示意圖的剖面圖來描述 示例實施例。這樣，預計會出現(xiàn)例如由于制造技術和/或公差引起的所示形狀 的變化。因而，示例實施例不應該被解釋為限于這些示出的區(qū)域的特定形狀， 而是可以包括例如由于制造引起的形狀偏差。例如，示出為矩形的注入?yún)^(qū)域 在其邊緣可能具有(如注入濃度)的梯度和/或圓形或曲線特征，而不是從注 入?yún)^(qū)域到非注入?yún)^(qū)域的突然改變。同樣，通過注入形成的埋區(qū)可能導致在埋 區(qū)和注入可能發(fā)生的表面之間的區(qū)域中的一些注入。因而，附圖所示的區(qū)域 實質上是示意性的，其形狀不必示出裝置的區(qū)域的實際形狀而且不限制范圍。
還應該注意到，在一些可選擇的實施方式中，所提到的功能/動作可以不 按附圖中提到的順序出現(xiàn)。例如，根據(jù)所涉及的功能/動作，兩個連續(xù)顯示的 圖實際上可能被基本上同時執(zhí)行，或者有時可以按照相反的順序被執(zhí)行。
為了更具體地描述示例實施例，將參照附圖來詳細描述各方面。然而， 本發(fā)明不限于所描述的示例實施例。
示例實施例涉及一種操作存儲裝置的方法。其他示例實施例涉及一種操 作相變存儲裝置的方法。
圖1是示出根據(jù)示例實施例的操作相變隨機存取存儲器(PRAM)的方
法的剖視圖的示圖。
參照圖1, PRAM可包括順序(或并列)疊置的下電極IO、下電極接觸 層20、相變層30和上電極40。下電極接觸層20的寬度可小于下電極10的 寬度。下電極接觸層20可將下電極10和相變層30連接。圍繞下電極接觸層 20的層間絕緣層15可以形成在下電極10與相變層30之間。盡管圖1中未 示出，但是下電極10與上電極40之一可以連接至開關元件。所述開關元件 可以是形成在基底(未示出)上的晶體管或其他元件(如二極管)。，
相變層30的接觸下電極接觸層20的區(qū)域的相位可以根據(jù)施加在下電極 10和上電極40之間的電壓V改變。圖1所示的整個相變層30處于結晶狀態(tài)。圖2是示出在根據(jù)示例實施例的操作PRAM的方法中在下電極10和上 電極40之間施加的復位電壓Vreset的曲線圖。
參照圖2,復位電壓Vreset可包括按照預定間隔連續(xù)施加的兩個或更多 個脈沖電壓(如第一脈沖電壓VI、第二脈沖電壓V2和第三脈沖電壓V3 )。
第 一脈沖電壓V1 、第二脈沖電壓V2和第三脈沖電壓V3的幅值可以相 同。分別施加第一脈沖電壓VI、第二脈沖電壓V2和第三脈沖電壓V3的第 一脈沖寬度T1、第二脈沖寬度T2和第三脈沖寬度T3可以相同。因此，第一 脈沖電壓V1、第二脈沖電壓V2和第三脈沖電壓V3可以基本上相同。第一 脈沖寬度Tl、第二脈沖寬度T2和第三脈沖寬度T3中的每個可以小于20納 秒(ns)。第一脈沖寬度T1、第二脈沖寬度T2和第三脈沖寬度T3中的每個 可以在從5ns到20ns的范圍內。第一脈沖電壓VI和第二脈沖電壓V2之間 的第 一間隔II與第二脈沖電壓V2和第三脈沖電壓V3之間的第二間隔12可 以^^此相同，或者也可以不同。第一間隔II和第二間隔12中的每個可以小于 100ns。第一間隔II和第二間隔12中的每個可以在/人5ns到100ns的范圍內。
如果如此短的脈沖電壓按照預定間隔被連續(xù)施加，那么相變層30的接觸 下電極接觸層20的區(qū)域可以改變?yōu)榉蔷^(qū)域。例如，如果圖2的復位電壓 Vreset被施加在圖1的下電極10和上電極40之間，那么圖1的PRAM可以 如圖3所示地改變。
圖3是示出4吏用圖2的復位電壓將PRAM復位的剖一見圖的示圖。
參照圖3,由于復位電壓Vreset，相變層30的接觸下電極接觸層20的區(qū) 域可以改變?yōu)榉蔷^(qū)域A。非晶區(qū)域A可以包括第一區(qū)域al、第二區(qū)域a2 和第三區(qū)域a3。第一區(qū)域al、第二區(qū)域a2和第三區(qū)域a3中的至少一個分別 由于圖2的第一脈沖電壓VI、第二脈沖電壓V2和第三脈沖電壓V3可以變 為非晶區(qū)域。
相變層30的局部區(qū)域可以由于第一脈沖電壓VI而熔化，冷卻對應于第 一間隔Il的時間從而變?yōu)榉蔷^(qū)域。非晶的局部區(qū)域可以是第一區(qū)域al、第 二區(qū)域a2和第三區(qū)域a3之一。例如，非晶的局部區(qū)域可以是第二區(qū)域a2。 如果第二區(qū)域a2是非晶區(qū)域，那么第二區(qū)域a2的電阻率比非晶區(qū)域a2周圍 的結晶區(qū)域的電阻率高。如果第二脈沖電壓V2被施加在下電極,10和上電極 40之間，那么電流流經非晶的局部區(qū)域(如第二區(qū)域a2)周圍的結晶區(qū)域， 加熱結晶區(qū)域的一部分。其他兩個區(qū)域(如第一區(qū)域al和第三區(qū)域a3 )之一(如第一區(qū)域al)可以由被加熱的區(qū)域形成。其余區(qū)域(如第三區(qū)域a3)可 以通過第三脈沖電壓V3形成。
盡管在圖2和圖3中復位電壓Vreset包括第一脈沖電壓V1、第二脈沖電 壓V2和第三脈沖電壓V3 ，但是復位電壓Vreset可以包括兩個脈沖電壓。復 位電壓Vreset可以包括四個或更多個(如4到IO個)脈沖電壓。圖3中形成 的小的非晶區(qū)域的數(shù)量可以根據(jù)構成復位電壓Vreset的脈沖電壓的數(shù)量而改 變。
圖4是示出在根據(jù)比較示例的操作PRAM的傳統(tǒng)方法中在圖1的下電極 10和上電極40之間施加的復位電壓V reset的曲線圖。
參照圖4，復位電壓Vreset是一個脈沖電壓。復位電壓Vreset具有用于 施加復位電壓Vreset的相對較長的第四脈沖寬度T4。例如，第四脈沖寬度 T4可以類似于圖2的第一脈沖寬度Tl 、第二脈沖寬度T2和第三脈沖寬度T3 之和。圖4的復位電壓Vreset的幅值可以與圖2的第一脈沖電壓VI、第二 脈沖電壓V2和第三脈沖電壓V3中的每個的幅值相同。因此，圖4的復位電 壓Vreset的總能量可以與圖2的復位電壓Vreset的總能量相同。
如果圖4的復位電壓V reset被施加在圖1的下電極10和上電極40之間， 那么圖1的PRAM可以如圖5所示地改變。
圖5是示出使用圖4的復位電壓的PRAM復位的剖視圖的示圖。
參照圖5,由于復位電壓Vreset，相變層30的接觸下電極接觸層20的 區(qū)域改變?yōu)榉蔷^(qū)域A'。非晶區(qū)域A'與圖3的非晶區(qū)域A可以具有類似的體 積(volume )。
相變層30的區(qū)域通過圖5的復位電壓Vreset -波加熱。由于復位電壓 Vreset被施加相對4支長的時間，所以相變層30的一皮力。熱的區(qū)域的一部分可以 被加熱到相當高的溫度(以下稱為"第一溫度，，)。例如，如果由于復位電壓 Vreset電流沿著相變層30的晶粒邊界過度地流經某一區(qū)域，那么電流過度地 流經的該區(qū)域可被加熱到第 一溫度。
由于圖3的第一區(qū)域al、第二區(qū)域a2和第三區(qū)域a3通過第一脈沖電壓 VI 、第二脈沖電壓V2和第三脈沖電壓V3 (第一脈沖電壓VI 、第二脈沖電 壓V2和第三脈沖電壓V3中的每個被施加相對4支短的時間)形成，所以第一 區(qū)域al、第二區(qū)域a2和第三區(qū)域a3可以被加熱到低于第一溫度的;i度并冷 卻，從而第一區(qū)域al、第二區(qū)域a2和第三區(qū)域a3變?yōu)榉蔷^(qū)域。盡管圖2的復位電壓Vreset和圖4的復位電壓Vreset具有相同的能量，^f旦是相變層30 通過圖2的復位電壓Vreset被加熱到的溫度可低于相變層30通過圖4的復位 電壓Vreset尋皮力口熱到的溫度。
由于根據(jù)示例實施例的操作PRAM的方法在復位操作期間可以防止(或 減少)相變層被過度加熱，所以PRAM的耐久性可以提高。如果通過過度加 熱和冷卻，相變層的區(qū)域變?yōu)榉蔷^(qū)域，那么可能難以將非晶區(qū)域恢復為結 晶區(qū)域，從而增加了置位時間。在根據(jù)示例實施例的操作PRAM的方法中， 由于在復位操作期間相變層不被過度加熱，所以PRAM具有較短的置位時間。
在根據(jù)示例實施例的操作PRAM的方法中，由于在復位操作期間在施加 的脈沖電壓之間不測量相變層的阻抗，所以測量阻抗所需的時間減少。
圖6是示出通過根據(jù)示例實施例的方法和根據(jù)比較示例的方法PRAM復 位的第一單元的復位阻抗的曲線圖。在圖6中，A所標記的數(shù)據(jù)是在根據(jù)示 例實施例的方法中通過第一復位電壓復位的第一單元的阻抗，*所標記的數(shù)據(jù) 是在根據(jù)比較示例的圖4的方法中通過第二復位電壓復位的第一單元的阻 抗。第一復位電壓包括分別被施加大約10ns的第一、第二、第三、第四和第 五脈沖電壓。第二復位電壓包括脈沖寬度大約為50ns的一個脈沖電壓。第一 復位電壓的第一、第二、第三、第四和第五脈沖電壓和第二復位電壓的幅值 可以大約為3.7V。
參照圖6，*所標記的數(shù)據(jù)與A所標記的數(shù)據(jù)幾乎相同。在脈沖寬度為10ns 的第一、第二、第三、第四和第五脈沖電壓按照10ns的間隔被施加的情況下 的復位阻抗與脈沖電壓被一次施加50ns情況下的復位阻抗類似。
圖7是示出如果通過根據(jù)示例實施例的方法和根據(jù)比較示例的方法復位 的第一單元纟皮改變?yōu)橹梦粻顟B(tài)，pram的第一單元的阻抗變化和置位脈沖寬 度的曲線圖。在圖7中，第一曲線Gl示出通過根據(jù)示例實施例的第一復位 電壓復位的第 一單元被改變?yōu)橹梦粻顟B(tài)情況下第 一單元的阻抗變化，第二曲 線G2示出通過根據(jù)比較示例的第二復位電壓復位的第一單元被改變?yōu)橹梦?狀態(tài)情況下第一單元的阻抗變化。使用幅值大約為1.8V的置位電壓。
參照圖7，第一曲線G1位于第二曲線G2下方，這是因為如果置位電壓 被施加相同長的時間，那么第 一曲線Gl的阻抗值比第二曲線G2的lt抗值小。 因此，將通過根據(jù)示例實施例的方法被復位的PRAM置位所需的時間比將通 過根據(jù)比較示例的方法被復位的PRAM置位所需的時間短?！?Rs表示可用于
10測量置位阻抗的參考阻抗范圍。在參考阻抗范圍內，在第一參考阻抗線Rsl
上，第一曲線G1與第二曲線G2之間的置位脈沖寬度之差大約為40ns。根據(jù) 示例實施例的方法中的置位時間比根據(jù)比較示例的方法中的置位時間大約短 30%。
根據(jù)示例實施例的PRAM的置位時間超過100ns,這比復位時間長。通 過比復位時間長的置位時間來確定編程(program)時間。雖然圖2的復位時 間T1+I1+T2+I2+T3稍微比傳統(tǒng)復位時間長，但是根據(jù)示例實施例的方法中 的編程時間可更短。如果圖2的復位電壓Vreset的總施加時間比置位時間短 或者等于置位時間，那么由于根據(jù)置位時間確定編程時間，所以根據(jù)示例實 施例的方法中的編程時間比操作PRAM的傳統(tǒng)方法中的編程時間短。在根據(jù) 示例實施例的方法中使用的總復位脈沖寬度可以等于或小于置位脈沖寬度。 置位脈沖被施加到相變層30以將圖3的非晶區(qū)域A改變?yōu)榻Y晶區(qū)域的置位 脈沖寬度可以等于或大于總復位脈沖寬度。
上述描述是為了示出示例實施例，不應該被解釋為是對示例實施例的限 制。盡管已經描述了幾個示例實施例，但是本領域技術人員應該容易地理解， 在本質上不脫離新穎性教導和優(yōu)點的情況下，可以對示例實施例進行各種改 變。因此，意將所有改變包括在權利要求所限定的本發(fā)明的范圍內。在權利 要求中，裝置加功能的條款意在覆蓋執(zhí)行所述功能的各種結構，不僅包括結 構上的等同物而且包括等同的結構。因此，應該理解，上述描述是為了示出 各種示例實施例，不應該被解釋為是對所公開的特定實施例的限制，對所公 開的實施例以及其他實施例的各種修改將被包括在權利要求的范圍內。
權利要求
1、一種操作相變存儲裝置的方法，該相變存儲裝置包括相變層和向相變層施加電壓的單元，所述方法包括向相變層施加復位電壓，其中，復位電壓包括被連續(xù)施加的至少兩個脈沖電壓。
2、 如權利要求l所述的方法，其中，所施加的至少兩個脈沖電壓具有相 同的幅值。
3、 如權利要求2所述的方法，其中，所述至少兩個脈沖電壓相同。
4、 如權利要求l所述的方法，其中，所述至少兩個脈沖電壓中的每個的 脈沖寬度小于20ns。
5、 如權利要求4所述的方法，其中，所述至少兩個脈沖電壓中的每個的 脈沖寬度在從5ns到20ns的范圍內。
6、 如權利要求4所述的方法，其中，所述至少兩個脈沖電壓中的每個之 間的間隔為1 OOns或更少。
7、 如權利要求6所述的方法，其中，所述至少兩個脈沖電壓之間的間隔 在從5ns到100ns的范圍內。
8、 如權利要求4所述的方法，其中，所述至少兩個脈沖電壓中的每個之 間的間隔大于5ns。
9、 如權利要求8所述的方法，其中，所述間隔小于100ns。
10、 如權利要求l所述的方法，其中，所述至少兩個脈沖電壓中的每個 之間的間隔為1 OOns或更少。
11、 如權利要求IO所述的方法，其中，所述至少兩個脈沖電壓之間的間 隔在從5ns到100ns的范圍內。
12、 如權利要求l所述的方法，其中，所述至少兩個脈沖電壓中的每個 之間的間隔大于5ns。
13、 如權利要求12所述的方法，其中，所述間隔小于100ns。
14、 如權利要求1所述的方法，其中，所施加的脈沖電壓的數(shù)量在從2到10的范圍內。
15、如權利要求1所述的方法，還包括在施加復位電壓之后，向相變 層施加置位電壓。
16、如^5l利要求15所述的方法，其中，復位電壓的施加時間與置位電壓 的施加時間相同，或者比置位電壓的施加時間短。
全文摘要
提供了一種操作相變存儲裝置的方法，該相變存儲裝置包括相變層和向相變層施加電壓的單元。所述方法包括向相變層施加復位電壓，其中，復位電壓包括被連續(xù)施加的至少兩個脈沖電壓。
文檔編號G11C11/56GK101447226SQ20081011021
公開日2009年6月3日 申請日期2008年6月18日 優(yōu)先權日2007年11月29日
發(fā)明者姜閏浩, 金基俊, 金澈圭 申請人:三星電子株式會社