專利名稱：可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器領(lǐng)域，具體涉及一種可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器。
背景技術(shù)：
在1970年第一份產(chǎn)品問世以后的幾年中，半導(dǎo)體制作工藝有了很大的進(jìn)展，這促進(jìn)了半導(dǎo)體相變存儲(chǔ)器的發(fā)展。同時(shí)期，相變材料也愈加完善以滿足在可重復(fù)寫入的CD 與DVD中的大量使用，相變存儲(chǔ)器使用了硫?qū)倩?Chalcogenides)，這類材料包含元素周期表中的氧硫族元素，相變存儲(chǔ)器使用一種含鍺、銻、碲的合成材料(Ge2Sb2Te5)，多被稱為 GST0現(xiàn)今大多數(shù)公司在研究和發(fā)展相變存儲(chǔ)器時(shí)都使用GST或近似的相關(guān)合成材料，大部分DVD-RAM都是使用與含鍺、銻、碲的合成材料(Ge2Sb2Te5)相同的這種相變存儲(chǔ)器材料。由于二極管在單元尺寸上的優(yōu)勢，被認(rèn)為是高密度相變存儲(chǔ)器中驅(qū)動(dòng)管的不二之選。如果制備二極管的工藝參數(shù)不恰當(dāng)，則大的漏電流會(huì)影響PCRAM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和長久的疲勞次數(shù)。本發(fā)明克服以上問題，提供了可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器，含兩個(gè)晶體管，能夠在增大驅(qū)動(dòng)電流的同時(shí)大大減小串?dāng)_電流，并使得相變存儲(chǔ)器的讀寫達(dá)到無窮次的疲勞次數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器，能夠在增大驅(qū)動(dòng)電流的同時(shí)大大減小串?dāng)_電流，并使得相變存儲(chǔ)器的讀寫達(dá)到無窮次的疲勞次數(shù)。本發(fā)明提供了一種可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器，將Gain單元中的三極管與相變存儲(chǔ)器中的晶體管連接，并與有相變材料的電阻連接，使相變存儲(chǔ)器的讀寫達(dá)到無窮次數(shù)的疲勞。其中，相變存儲(chǔ)器是1T1R、1D1R、DRAM。其中，相變存儲(chǔ)器中的晶體管為二極管或三極管。其中，將Gain單元中的三極管的源極與相變存儲(chǔ)器的三極管的柵極連接，將相變存儲(chǔ)器的三極管的漏極與電阻連接，構(gòu)成陣列單元；將同一列陣列單元中Gain單元中的三極管的源極相連，將同一列陣列單元中的電阻相連，將同一行陣列單元中相變存儲(chǔ)器的三極管的源極相連。其中，將Gain單元中的三極管的漏極與相變存儲(chǔ)器的三極管的源極、電阻連接， 構(gòu)成陣列單元；將同一列陣列單元中Gain單元中的三極管的源極相連，將同一列陣列單元中的電阻相連，將同一行陣列單元中相變存儲(chǔ)器的三極管的漏極相連。其中，將Gain單元中的三極管的漏極與相變存儲(chǔ)器的二極管的低電平極、電阻連接，構(gòu)成陣列單元；將同一行陣列單元中Gain單元中的三極管的源極相連，將同一列陣列單元中的電阻相連，將同一行陣列單元中相變存儲(chǔ)器的二極管的高電平極相連。本發(fā)明將相變存儲(chǔ)器中的三極管與Gain單元的晶體管相連以達(dá)到無窮次數(shù)的疲勞，將相變存儲(chǔ)器和Gain單元聯(lián)合成一個(gè)存儲(chǔ)器，即為Gain-Phase RAM (GPRAM),GPRAM的排列就像現(xiàn)在非常普遍的L2/L3/LCC緩沖器的排列一樣。本發(fā)明作為不揮發(fā)存儲(chǔ)器不用像 DRAM 一樣一直需要供電，并達(dá)到無窮次數(shù)的疲勞。


圖1是本發(fā)明可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器的電路圖； 圖2是本發(fā)明可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器另一種結(jié)構(gòu)的電路圖； 圖3是本發(fā)明可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器另一種結(jié)構(gòu)的電路圖。圖4是本發(fā)明可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器的電路運(yùn)作示意圖5是本發(fā)明可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器中有相變材料的電阻的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是Gain單元的電路圖7是一個(gè)三極管、一個(gè)電容和一個(gè)三極管構(gòu)成的放大器的電路圖； 圖8是同一個(gè)位線連接的三極管的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是二極管開關(guān)單元的電路圖； 圖10是MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)闡述本發(fā)明，但實(shí)施例并不是對本發(fā)明的限制。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本發(fā)明中。本發(fā)明可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器，含兩個(gè)晶體管，將Gain單元中的三極管 2與相變存儲(chǔ)器中的晶體管3連接，并與有相變材料的電阻1連接，以使得本發(fā)明可以達(dá)到無窮次數(shù)的疲勞，即可以進(jìn)行無數(shù)次的讀寫擦操作。將Gain單元和相變存儲(chǔ)器(PCRAM)按照L2/L3/LLC緩沖的方式連接。其中，相變存儲(chǔ)器可以是1T1R、1D1R、DRAM。T三極管，D 二極管，R是相變材料鍺、銻、碲的合成材料(Ge2Sb2Te5)。ITlR即一個(gè)三極管、一個(gè)有相變材料的電阻；IDlR即一個(gè)二極管、一個(gè)相變材料的電阻；DRAM是動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。如圖1所示為本發(fā)明相變存儲(chǔ)器的一種構(gòu)成。如圖1所示，將Gain單元中的三極管2的漏極與相變存儲(chǔ)器的三極管3的柵極連接，將相變存儲(chǔ)器的三極管3的漏極與電阻 1連接，構(gòu)成一個(gè)陣列單元4。將同一列陣列單元4中Gain單元中的三極管2的源極相連， 將同一列陣列單元4中的電阻1相連，將同一行陣列單元4中相變存儲(chǔ)器的三極管3的源極相連。用圖1所示的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的相變存儲(chǔ)器，不但具有相變存儲(chǔ)器的特征，即寫操作 (set)比擦操作(reset)更加穩(wěn)定，而且能夠完成大量、快速的記錄(recall)，當(dāng)所有的 PCSL、BL至低電平，所有的GWL至高電平時(shí)，使相變存儲(chǔ)器單元處于持續(xù)的記錄狀態(tài)；另外， 本發(fā)明還容許0延時(shí)的記錄(recall)信息，直接讀相變存儲(chǔ)器的信息，對相變存儲(chǔ)器進(jìn)行寫操作；本發(fā)明有更好的邏輯兼容性。如圖2所示為本發(fā)明可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器的另一種構(gòu)成。如圖2所示， 將Gain單元中的三極管2的漏極與相變存儲(chǔ)器的三極管3的源極以及電阻1連接，構(gòu)成一個(gè)陣列單元4。將同一列陣列單元4中Gain單元中的三極管2的源極相連，將同一列陣列單元4中的電阻1相連，將同一行陣列單元4中相變存儲(chǔ)器的三極管3的漏極相連。
用圖2所示的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器，除了具備上述結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以外，還能夠分開相變存儲(chǔ)器的寫操作和gain單元的寫操作，更利于設(shè)計(jì)和工藝的調(diào)整和更改。

如圖3所示為本發(fā)明可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器的另一種構(gòu)成。如圖3所示， 將Gain單元中的三極管2的漏極與相變存儲(chǔ)器的二極管5的低電平、電阻1連接，構(gòu)成陣列單元4。將同一行陣列單元4中Gain單元中的三極管2的源極相連，將同一列陣列單元 4中的電阻1相連，將同一行陣列單元4中相變存儲(chǔ)器的二極管5的高電平極相連。圖3所示結(jié)構(gòu)構(gòu)成的可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器相較于上述兩個(gè)結(jié)構(gòu)，其芯片尺寸更小。本發(fā)明陣列單元的數(shù)量是根據(jù)容量大小來決定的。圖4是本發(fā)明可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器的運(yùn)作示意圖，當(dāng)存儲(chǔ)器關(guān)電源時(shí)，本發(fā)明變成不揮發(fā)存儲(chǔ)器，具有低傳導(dǎo)性，經(jīng)過初始化和讀寫操作，原先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)能很好的保存，當(dāng)存儲(chǔ)器開啟電源時(shí)，高電荷會(huì)像低電荷流動(dòng)進(jìn)行初始化，進(jìn)行不同操作所帶來的讀寫擦操作。圖5是本發(fā)明可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器中有相變材料的電阻1的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，6是頂電極，7是多晶態(tài)(硫族化材料)，8是非晶無形態(tài)，9是電阻，10是低電極。 其中，非晶無形態(tài)8可以是相變材料GST或SST ；電阻9作為加熱器。圖6是Gain單元的電路圖，Gain單元可以不斷刷新，進(jìn)行讀寫擦操作。其中，11 是列線，12是行線，13是三極管，14是電容。圖7是一個(gè)三極管、一個(gè)電容和一個(gè)三極管構(gòu)成的放大器的電路圖。其中，15是指寫位線，16是指讀字線，17是指寫字線，18是指讀位線，19是指通道三極管，用來讀和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，20是PMOS管，21是電容，該結(jié)構(gòu)的放大器可以對本發(fā)明的讀寫擦電流進(jìn)放大便于存儲(chǔ)。圖8是同一個(gè)位線連接的三極管的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，23是指STI，24是指P襯底 (GND)，25是指深的N阱，26是指金屬層，27是指金屬層1，28是N+，29是指絕緣P阱。將圖 8所示的三極管作為浮動(dòng)?xùn)旁O(shè)置在巨大的襯底上面，就形成了一個(gè)高速的、高精確性的靈敏放大器，巨大的襯底就能很好的保持?jǐn)?shù)據(jù)，本結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并具備電壓信號(hào)放大功能，以滿足本發(fā)明中的偏置電流的要求。圖9是二極管開關(guān)單元的電路圖。其中，虛線箭頭為電流流通方向，30是位線，31 是字線，32是電阻，33是二極管。就同等尺寸的而言，相變存儲(chǔ)器二極管開關(guān)單元在相變存儲(chǔ)器中性能是最優(yōu)越的，本結(jié)構(gòu)的二極管開關(guān)單元可以對本發(fā)明的不同操作進(jìn)行控制。圖10是MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖。41是金屬層，42是電壓層(V。)，43是金屬層，44是連接層，45是源極，46是漏極，47是柵極。相變存儲(chǔ)器對于90nm的嵌入式的解決，把兩個(gè)三極管并聯(lián)通過漏極進(jìn)行連接，這樣既不需要增加混合氧層也不需要增加很高的電壓，是很好的解決辦法，本結(jié)構(gòu)的MOS管用來存儲(chǔ)本發(fā)明可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器中的電荷。相變存儲(chǔ)器是一種新型非易失性存儲(chǔ)器，是建立在相變材料(如GST和SST)物理狀態(tài)改變的基礎(chǔ)上，通過利用加熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)在晶態(tài)和非晶態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換來存儲(chǔ)信息。利用可逆的相變現(xiàn)象，通過兩相間的阻抗差異來存儲(chǔ)信息，相變存儲(chǔ)器集NOR閃存、NAND閃存、EEPROM和RAM的特性于一體，這些功能連同存儲(chǔ)系統(tǒng)低耗用的潛能，將能夠在廣泛地創(chuàng)造出新的應(yīng)用和存儲(chǔ)架構(gòu)。其主要特點(diǎn)是“沒有電子”，但是它在進(jìn)行一定次數(shù)的讀寫擦操作之后，即發(fā)生“疲勞”現(xiàn)象，就無法對它進(jìn)行操作了。ITlR或者IDlR的相變存儲(chǔ)器優(yōu)點(diǎn)在于不揮發(fā)的RAM，不用像DRAM —樣一直要刷新。下表所示為相變存儲(chǔ)器與不同類型存儲(chǔ)器的對比，從中可以看出，相變存儲(chǔ)器的讀時(shí)間為100ns，擦?xí)r間為300ns，讀擦速度比電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器、閃存快。另外，相變存儲(chǔ)器的疲勞次數(shù)為1M，大于電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器和閃存。
權(quán)利要求
1.一種可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器，其特征在于，將feiin單元中的三極管(2)與相變存儲(chǔ)器中的晶體管(3)連接，并與有相變材料的電阻(1)連接，使相變存儲(chǔ)器的讀寫達(dá)到無窮次數(shù)的疲勞。
2.如權(quán)利要求1所述可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述相變存儲(chǔ)器是 1T1R、1D1R、DRAM。
3.如權(quán)利要求1所述可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述相變存儲(chǔ)器中的晶體管(3)為二極管或三極管。
4.如權(quán)利要求3所述可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器，其特征在于，將所述feiin單元中的三極管(2)的漏極與所述相變存儲(chǔ)器的三極管(3)的柵極連接，將相變存儲(chǔ)器的三極管(3)的漏極與電阻(1)連接，構(gòu)成陣列單元(4);將同一列所述陣列單元(4)中kin單元中的三極管(2)的源極相連，將同一列所述陣列單元(4)中的電阻(1)相連，將同一行所述陣列單元(4)中相變存儲(chǔ)器的三極管(3)的源極相連。
5.如權(quán)利要求3所述可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器，其特征在于，將feiin單元中的三極管(2)的漏極與相變存儲(chǔ)器的三極管(3)的源極、電阻(1)連接，構(gòu)成陣列單元(4);將同一列所述陣列單元(4)中kin單元中的三極管(2)源極相連，將同一列所述陣列單元(4) 中的電阻(1)相連，將同一行所述陣列單元(4)中相變存儲(chǔ)器的三極管(3)的漏極相連。
6.如權(quán)利要求3所述可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器，其特征在于，將feiin單元中的三極管(2)的漏極與相變存儲(chǔ)器的二極管(5)的低電極、電阻(1)連接，構(gòu)成陣列單元(4)； 將同一行所述陣列單元(4)中kin單元中的三極管(2)的源極相連，將同一列所述陣列單元(4)中的電阻(1)相連，將同一行所述陣列單元(4)中相變存儲(chǔ)器的二極管(5)的高電極相連。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可達(dá)到無窮次疲勞的相變存儲(chǔ)器，將Gain單元中的晶體管與相變存儲(chǔ)器中的晶體管連接，并與有相變材料的電阻連接。本發(fā)明能夠在增大驅(qū)動(dòng)電流的同時(shí)大大減小串?dāng)_電流，達(dá)到無窮次的疲勞次數(shù)。
文檔編號(hào)G11C11/56GK102290103SQ201110106568
公開日2011年12月21日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者錢曉州, 陳邦明 申請人:上海新儲(chǔ)集成電路有限公司