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      具有晶體管、電阻及電容的相變化存儲裝置及其操作方法

      文檔序號:6945430閱讀:253來源:國知局

      專利名稱::具有晶體管、電阻及電容的相變化存儲裝置及其操作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      :本發(fā)明是有關(guān)于使用基于相變化存儲材料的存儲裝置,例如硫?qū)倩锊牧霞捌渌删幊屉娮璐鎯Σ牧希按朔N裝置的操作方法。
      背景技術(shù)
      :通常而言,系統(tǒng)單芯片(SOC)技術(shù)是將許多電子系統(tǒng)的次系統(tǒng)整合在同一芯片中,其可以包含數(shù)字、模擬、混合信號和射頻等功能。這些不同型態(tài)的次系統(tǒng)可以整合在包含例如微處理器、微處理器核心、數(shù)字信號處理器、可組態(tài)邏輯單元、存儲區(qū)塊、時序源、夕卜接接口、功率管理電路等集成電路之中。系統(tǒng)單芯片(SOC)除了包含上述的硬件之外,也包含了控制這些次系統(tǒng)的軟件。此”系統(tǒng)單芯片”名詞可以用來描述復(fù)雜的特殊應(yīng)用芯片(ASIC),其中許多之前在電路板階級中整合的功能現(xiàn)在可以由一單一芯片所提供。這種整合階級大幅地減少系統(tǒng)的尺寸與功耗,通常也同時降低了制造的成本。相變化為基礎(chǔ)的存儲材料,例如硫?qū)倩锘蚱渌愃频牟牧峡梢酝ㄟ^施加合適應(yīng)用于集成電路中的電流階級而導(dǎo)致在一非晶態(tài)與一結(jié)晶態(tài)之間的相變化。此大致為非晶態(tài)具有較大致為結(jié)晶態(tài)更高的電阻率,其可以很容易被感應(yīng)而作為指示數(shù)據(jù)之用。這些特性引起了使用可編程電阻材料作為非易失存儲器電路的興趣,其可以進(jìn)行隨機(jī)存取的讀取或?qū)懭?。然而,例如低設(shè)置速度、高復(fù)位電流、及有限的循環(huán)承受力等表現(xiàn)缺點(diǎn)限制了使用相變化為基礎(chǔ)的存儲材料在集成電路中作為高速隨機(jī)存取存儲器之用。因此,使用相變化為基礎(chǔ)的存儲材料的集成電路通常也包含其它型態(tài)的存儲器以滿足集成電路中不同功能的表現(xiàn)需求。這些不同型態(tài)的存儲器被嵌入于集成電路的不同區(qū)域中,切通常包含靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)存儲電路以提供集成電路中高存取速度的存儲器。然而,將不同型態(tài)的存儲電路整合在集成電路中以滿足不同的存儲應(yīng)用是困難的且導(dǎo)致非常復(fù)雜的設(shè)計。因此需要提供一種存儲單元,其可以解決不同存儲器表現(xiàn)的需求,而同時能解決整合設(shè)計的問題。也需要提供一種操作此種裝置的方法。
      發(fā)明內(nèi)容此處所描述的存儲單元包含一晶體管與第一及第二存取線電性耦接。一可編程電阻存儲元件安置于沿著該第一及第二存取線之間的一電流路徑上,以及一電容,與介于該第一及第二存取線之間的該電流路徑電性耦接。此處所描述的存儲單元包含一晶體管、一可編程電阻存儲元件允許易失和非易失模式的存儲器操作。電容提供快速編程/擦除速度,而存儲元件提供非易失數(shù)據(jù)儲存所需的數(shù)據(jù)保持能力。易失和非易失操作模式可于同一存儲單元提供不同的操作特性,例如切換速度、循環(huán)承受力、操作電流以及數(shù)據(jù)保存能力等。其結(jié)果是,存儲單元可以作為易失和非易失存儲器以提供一集成電路不同功能所需的不同存儲表現(xiàn)。此處亦描述包含一晶體管、一可編程電阻存儲元件及一電容的存儲單元的操作方法。此方法包括于一第一模式下操作該存儲單元以儲存一數(shù)據(jù)值于該可編程電阻存儲元件;以及于一第二模式下操作該存儲單元以儲存一數(shù)據(jù)值于該電容。此處所描述的存儲單元操作方法也包含儲存于該可編程電阻存儲元件及該電容二者之一中的數(shù)據(jù)值與儲存于該可編程電阻存儲元件及該電容二者之另一中的數(shù)據(jù)值相關(guān)。在實(shí)施例中,施加一偏壓調(diào)整至該存儲單元以直接傳送一儲存于該可編程電阻存儲元件及該電容二者之一中的數(shù)據(jù)值至該可編程電阻存儲元件及該電容二者之另一而不需要經(jīng)過讀取操作。舉例而言,儲存于該可編程電阻存儲元件中的數(shù)據(jù)值可以在此集成電路沒有電源供應(yīng)的情況下直接傳送至該電容以供集成電路于操作時使用。而另一范例為,儲存于該電容中的數(shù)據(jù)值可以在此集成電路操作時直接傳送至該存儲元件以供集成電路于沒有電源供應(yīng)時作為非易失數(shù)據(jù)儲存之用。此處所描述的存儲單元實(shí)施例具有一個小的截面區(qū)域,其可以允許作為高密度存儲陣列的應(yīng)用。在一實(shí)施例中,電容是實(shí)施為溝道電容器于襯底內(nèi)以允許襯底單位面積中一個相對大的電容值。在另一實(shí)施例中,晶體管的浮動通道主體是通過形成于晶體管浮動通道主體與其下襯底之間的瞬時電容值來取代一單獨(dú)的電容器。本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn),會在下列實(shí)施方式的章節(jié)中搭配圖式被描述。本發(fā)明是由權(quán)利要求范圍所界定。這些和其它目的,特征,和實(shí)施例,會在下列實(shí)施方式的章節(jié)中搭配圖式被描述,其中圖1是可應(yīng)用本發(fā)明包含一存儲單元陣列的存儲單元的集成電路的簡化方塊圖,每一存儲單元包含一晶體管、一可編程電阻存儲元件及一電容。圖2顯示本發(fā)明圖1中集成電路陣列第一實(shí)施例的示意圖。圖3顯示根據(jù)一實(shí)施例安排在圖2的陣列中的存儲單元一部份的剖面示意圖。圖4A至圖4C為使用存儲元件作為數(shù)據(jù)儲存元件的存儲單元的讀取、設(shè)置及復(fù)位操作的時序圖。圖5A至圖5C為使用電容作為數(shù)據(jù)儲存元件的存儲單元的讀取、編程及擦除操作的時序圖。圖6顯示一恢復(fù)操作的流程圖,其施加一恢復(fù)調(diào)整偏壓至圖2中的一選取存儲單兀。圖7顯示一恢復(fù)調(diào)整偏壓操作的時序圖,其使用圖6中的恢復(fù)調(diào)整偏壓。圖8顯示本發(fā)明圖1中集成電路陣列第二實(shí)施例的示意圖。圖9顯示根據(jù)一實(shí)施例安排在圖8的陣列中的存儲單元一部份的剖面示意圖。圖IOA至圖IOC為使用電容作為數(shù)據(jù)儲存元件的一選取存儲單元的編程、擦除及讀取操作的時序圖。圖11顯示一恢復(fù)操作的流程圖,其施加一恢復(fù)調(diào)整偏壓至圖8中的一選取存儲單元。圖12顯示一恢復(fù)調(diào)整偏壓操作的時序圖,其使用圖11中的恢復(fù)調(diào)整偏壓。圖13顯示一儲存操作的流程圖,其施加一儲存調(diào)整偏壓至圖8中的一選取存儲單兀。圖14顯示一儲存調(diào)整偏壓操作的時序圖,其使用圖13中的儲存調(diào)整偏壓。主要元件符號說明110集成電路具有一晶體管、一可編程電阻存儲元112件及一電容的存儲單元陣列114字線譯碼器及驅(qū)動器116字線118位線譯碼器120位線122總線124感應(yīng)放大器/數(shù)據(jù)輸出結(jié)構(gòu)126數(shù)據(jù)總線136偏壓調(diào)整供應(yīng)電壓、電流源控制易失及非易失模式操作及于易失134及非易失模式之間模式轉(zhuǎn)換的控制器128數(shù)據(jù)輸入線132數(shù)據(jù)輸出線130其它電路120a位線電壓130a字線電壓201204存儲單元210晶體管212存儲元件213,313主動區(qū)域214電容215電容的第一節(jié)點(diǎn)216電容的第二節(jié)點(diǎn)280電流路徑295源極線終端電路296共同源極線300襯底302、304第一及第二終端303,305導(dǎo)電覆蓋層306,310,320,330,340介電層312、314、332、334、342導(dǎo)電栓塞322底電極324頂電極801-804存儲單元810晶體管812存儲元件913主動區(qū)域814電容815電容的第一節(jié)點(diǎn)816電容的第二節(jié)點(diǎn)(背面柵極)880電流路徑900襯底901浮動通道主體902、904第一及第二終端903、905浮動通道主體906絕緣層910,920,930介電層912、914、932導(dǎo)電栓塞922底電極924頂電極具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步說明各實(shí)施例,本發(fā)明乃提供有圖式。此些圖式乃為本發(fā)明揭露內(nèi)容的一部分,其主要是用以說明實(shí)施例,并可配合說明書的相關(guān)描述來解釋實(shí)施例的運(yùn)作原理。配合參考這些內(nèi)容,本領(lǐng)域具有通常知識者應(yīng)能理解其它可能的實(shí)施方式以及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。圖中的元件并未按比例繪制,而類似的元件符號通常用來表示類似的元件。圖1是可應(yīng)用本發(fā)明的集成電路110的簡化方塊圖,集成電路110包括存儲器陣列112,每一存儲單元包括一晶體管、一可編程電阻存儲元件、以及一電容器。會于以下更詳細(xì)的描述,此存儲單元允許易失與非易失模式的存儲操作,及于易失與非易失模式之間切換的轉(zhuǎn)換模式。一字線譯碼器及驅(qū)動器114被耦接至多條字線116,其間并形成電性連接,且沿著存儲器陣列112的列方向排列。一位線(行)譯碼器118被耦接并電性連接至多條沿著存儲器陣列112的行排列的多條位線120,以操作陣列112中的存儲單元(未示)??偩€是透過總線122提供至字線譯碼器及驅(qū)動器114及位線譯碼器118。方塊124中的感應(yīng)放大器與數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu),包括易失、非易失及轉(zhuǎn)換模式的電壓及/或電流源,是透過數(shù)據(jù)總線126耦接至位線譯碼器118。數(shù)據(jù)是由集成電路110上的輸入/輸出端或其它內(nèi)部或外部的數(shù)據(jù)來源,透過數(shù)據(jù)輸入線128傳送至方塊124的數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu)。在此例示實(shí)施例中,集成電路110亦可包括其它電路130,如一般用途的處理器、特定用途的應(yīng)用電路或是可提供此薄膜熔絲相變化存儲單元陣列所支持的系統(tǒng)單芯片功能的多個模塊的組合。數(shù)據(jù)是由方塊124中的感應(yīng)放大器,透過數(shù)據(jù)輸出線132,傳送至集成電路110上的輸入/輸出端或其它集成電路110內(nèi)或外的數(shù)據(jù)目的地。于本實(shí)施例中,一控制器134是利用偏壓調(diào)整狀態(tài)機(jī)構(gòu)來控制偏壓調(diào)整供應(yīng)電壓及電流源136,以施加如讀取、編程、擦除、擦除驗(yàn)證、編程驗(yàn)證、更新、自動恢復(fù)及自動儲存的調(diào)整偏壓置存儲陣列112的存儲單元。這些由控制器134所送出的與偏壓調(diào)整供應(yīng)電壓及電流源136耦接的信號特性決定操作的模式(如易失、非易失或轉(zhuǎn)換模式)以及陣列112中存儲器的操作(如讀取、編程、自動恢復(fù)及自動儲存等)。控制器134可以利用
      技術(shù)領(lǐng)域
      中已知的特殊目的邏輯電路來實(shí)作。于其它實(shí)施方式中,控制器可包括一般用途的處理器以執(zhí)行計算機(jī)程序來控制元件的操作,而該處理器可以實(shí)作于相同的集成電路上。于另外的實(shí)施方式中,控制器134可利用特殊目的邏輯電路與一般用途的處理器的組合來實(shí)作。在易失模式中,控制器134應(yīng)用一更新模式以周期性地存取存儲單元來更新儲存于電容中的編程或擦除電荷儲存階級,以補(bǔ)償存儲單元于更新周期之間的電荷泄漏。圖2顯示本發(fā)明第一實(shí)施例的集成電路110中陣列112的示意圖。陣列112中的每一存儲單元具有一場效晶體管、一可編程電阻存儲元件(在圖標(biāo)中表示為一可變電阻)、以及一電荷儲存電容器。圖2中顯示四個存儲單元201204,代表陣列112中的一小區(qū)段其可以包含上百萬個存儲單元。于以下會更仔細(xì)所描述的,每一存儲單元可以操作為高速易失存儲器,其使用電容作為一數(shù)據(jù)儲存元件,也可以操作為高速非易失存儲器,其使用可編程電阻存儲元件作為一數(shù)據(jù)儲存元件。此存儲單元也可以于一轉(zhuǎn)換模式下操作,以直接傳送一儲存于該可編程電阻存儲元件中的數(shù)據(jù)值至電容中,或是反之亦然,而不需要經(jīng)過一讀取操作。在圖2中的可編程電阻存儲元件將存儲單元201204中存取晶體管的源極與共同源極線296耦接,此共同源極線296中止于一源極線終端電路295。在另一實(shí)施例中,存取晶體管的源極并沒有電性連接,而是可以單獨(dú)的控制。此源極線終端電路295可以包含一偏壓電路例如電壓源或是電流源,以及譯碼電路以施加調(diào)整偏壓至共同源極線296。多條字線130包含字線130a、130b平行地延伸于一第一方向且與字線譯碼器及驅(qū)動器114電性通訊。個別存取晶體管的柵極終端是與一對應(yīng)的字線130耦接。多條位線120包含位線120a、120b平行地延伸于一第二方向且與位線譯碼器118電性通訊。個別存取晶體管的漏極終端是與一對應(yīng)的位線120耦接。此處所使用的名詞”存取線”通常是指位線、源極線或是字線。必須明白的是存儲陣列112并不局限于圖2中所示的陣列組態(tài),且其它的組態(tài)也可以替代地被使用。此外,場效晶體管以外,雙極接面晶體管在某些實(shí)施例也可以用來作為存取裝置。存儲單元201是陣列112中的代表存儲單元,且其包含一晶體管210、一可編程電阻存儲元件212、以及一電容214。字線130a與存取晶體管210的柵極耦接、位線120a與存取晶體管210的漏極耦接,而存儲元件212則安排介于存取晶體管210的源極與共同源極線296之間。此電容214具有一第一節(jié)點(diǎn)215與存取晶體管210的源極耦接。其結(jié)果是,第一節(jié)點(diǎn)215與一介于位線120a和共同源極線296之間的電流路徑耦接。在此例示實(shí)施例中此電容214具有一第二節(jié)點(diǎn)216與地耦接。替代地,第二節(jié)點(diǎn)216可以與圖1中電壓源調(diào)整偏壓方塊136耦接以提供一個不是地的偏壓。于以下會更仔細(xì)所描述的,存儲單元201可以根據(jù)電容214或是可編程電阻存儲元件212是數(shù)據(jù)儲存元件來作為高速動態(tài)存取存儲器或是非易失存儲器操作。于易失存儲器操作時,此存儲單元201將數(shù)據(jù)值的電荷儲存于電容214中,而于非易失存儲器操作時,此存儲單元201將數(shù)據(jù)值的電阻儲存于存儲元件212中。圖3顯示根據(jù)一實(shí)施例安排在圖2的陣列112中的存儲單元(包含代表存儲單元201)一部份的剖面示意圖。圖3是沿著位線120的剖面而得。陣列112包含具有第一導(dǎo)電型態(tài)的半導(dǎo)體襯底300。此存儲單元201的場效晶體管210包含第一及第二終端302、304,其包含與襯底300相反的第二導(dǎo)電型態(tài)的摻雜襯底材料。在此例示實(shí)施例中,此襯底300包含摻雜P型材料,且第一及第二終端302、304包含摻雜N型材料,此第一終端302作為源極區(qū)域而第二終端304作為漏極區(qū)域。此襯底300與一例如是地的參考電壓耦接。字線130a作為存儲單元201的場效晶體管210的柵極,且沿伸進(jìn)入與穿出圖3所示的剖面。字線130a是位于襯底300之上,且可以包含舉例而言,摻雜多晶硅材料與一硅化物層于此摻雜多晶硅之上。導(dǎo)電覆蓋層303、305包含硅化物分別位于第一及第二終端302、304之上。導(dǎo)電覆蓋層303、305可以是包含舉例而言,具有Ti、W、Co、Ni和Ta的硅化物。此導(dǎo)電覆蓋層303、305提供介于第一及第二終端302、304與金屬栓塞312、314之間的一個較低電阻接點(diǎn)。金屬栓塞312、314延伸通過介電層310。此金屬栓塞312、314可以包含舉例而言,鎢。此金屬栓塞312、314的其它替代材料也可由Ti、Mo、Al、Ta、Cu、Pt、Ir、La、Ni、%Ru等選取。此存儲單元201包括一底電極322于此金屬栓塞312之上。此底電極322延伸通過介電層320與可編程電阻存儲元件212的底表面連接。可編程電阻存儲元件212可以包含舉例而言,自鍺(Ge)、銻(Sb)、碲(Te)、硒(Se)、銦(In)、鈦(Ti)、鎵(Ga)、鉍(Bi)、錫(Sn)、銅(Cu)、鈀(Pd)、鉛(Pb)、銀(Ag)、硫(S)、硅(Si)、氧(0)、磷(P)、砷(As)、氮及金族群中一個或多個材料中選取。此存儲單元201也包括一頂電極324于此可編程電阻存儲元件212之上。此頂電極324與底電極322每一者可以包含舉例而言,例如TiN或是TaN。在存儲元件212包含GST(會于以下描述)的實(shí)施例中,最好是使用氮化鈦因?yàn)槠浜虶ST之間具有良好的結(jié)合性,且其是半導(dǎo)體工藝中經(jīng)常使用的材料,并提供在或GST轉(zhuǎn)換的高溫下,通常是600700°C范圍,一個良好的擴(kuò)散勢壘層。導(dǎo)電栓塞332延伸通過介電層330以將頂電極324與共同源極線396耦接。介電層340于共同源極線396之上,而位線120a于介電層340之上。位線120a由導(dǎo)電栓塞342、334,314及導(dǎo)電覆蓋層305與第二終端304電性耦接。這些介電層310、320、330和340每一者可以包含舉例而言,二氧化硅。替代地也可以使用其它的介電材料。在使用存儲元件212作為數(shù)據(jù)儲存元件的操作中,于可編程電阻存儲元件212中的主動區(qū)域213中的存儲材料會被誘發(fā)在兩個固態(tài)相中改變。如圖3中所示,底電極322具有一寬度321其比存儲元件212的寬度還小。在使用存儲元件212作為數(shù)據(jù)儲存元件的操作中,此寬度差距會使得電流密度集中在存儲元件212靠近底電極322的區(qū)域中,導(dǎo)致圖3中的主動區(qū)域213具有一”香菇狀”的形狀。其結(jié)果是,此存儲元件212與電極322、324的組態(tài)通常被稱為一香菇狀的組態(tài)。替代地,此存儲元件212與電極322、324也可以被安排成其它不同型態(tài)的組態(tài)。代表性的替代組態(tài)可為橋狀、柱狀、側(cè)墻狀以及孔洞狀,舉例而言,可參見與本案相同申請人于2008年8月19日申請的另一美國專利申請案12/149,243,在此引用為參考數(shù)據(jù)。在圖3中,電容214是以形成于襯底300內(nèi)的溝道式電容實(shí)施,其允許襯底300單位面積中相對較大的電容值。替代地,也可以使用其它型態(tài)的電容。電容214的第一節(jié)點(diǎn)215包含沉積于此襯底300內(nèi)溝道中的摻雜半導(dǎo)體材料,且與存取晶體管210的第一終端302直接連接。介電層306環(huán)繞于溝道中的材料間以將其與襯底300分隔。襯底300中鄰近且位于介電層306之下的部分是作為電容214的第二節(jié)點(diǎn)216。在使用電容214作為存儲單元201中數(shù)據(jù)儲存元件的操作中,源極線296被浮接,一電壓施加至字線130a足以開啟存取晶體管210,且一合適的電壓施加至位線120a以自第一節(jié)點(diǎn)215中加入或移除電荷以改變電容214的電壓。在圖3中,存取晶體管210被實(shí)施為一水平裝置其具有一水平方向的通道區(qū)域介于橫向分離的第一與第二終端302、304之間。在某些替代的實(shí)施例中,存取晶體管210可以實(shí)施為一垂直裝置其具有一垂直方向的通道。垂直裝置的范例可參見,舉例而言,與本案相同申請人所申請的另一美國專利申請案。請?jiān)俅螀㈤唸D2的示意圖,此存儲單元201的操作可以由控制器134來控制偏壓調(diào)整電壓及電流源(請參見圖1中的方塊136)的施加達(dá)成。此存儲單元偏壓調(diào)整的施加包括易失、非易失及轉(zhuǎn)換模式的操作。此偏壓調(diào)整可以包括字線130a、位線120a和源極線296的電壓及/或電流的施加。此電壓及/或電流的施加階級和時間是根據(jù)電容214或存儲元件212作為數(shù)據(jù)儲存元件,及其進(jìn)行的操作,例如讀取或?qū)懭氩僮鱽頉Q定。此電壓及/或電流的施加階級和時間可以根據(jù)每一實(shí)施例實(shí)驗(yàn)性地決定。不同的操作模式會于以下更詳細(xì)地描述。非易失操作圖4A至圖4C為使用存儲元件212作為數(shù)據(jù)儲存元件的存儲單元201的讀取、設(shè)置及復(fù)位操作的時序圖??梢岳斫獾氖菆D4A至圖4C的時序圖是簡化過的且并未等比例繪示。于使用存儲元件212作為數(shù)據(jù)儲存元件的操作中,電容214的節(jié)點(diǎn)215電壓會變動因?yàn)楣?jié)點(diǎn)215是在通過存儲元件212的電流路徑280上。圖4A顯示存儲元件212的一讀取操作的調(diào)整偏壓400時序圖。此讀取調(diào)整偏壓400包含施加一大于此存儲單元201的存取晶體管210閾值電壓Vth的電壓Vmad至字線130a,且施加一具有脈沖高度Vkead及脈沖寬度405的電壓脈沖至位線120a,以誘發(fā)電流自位線120a通過存儲元件212至源極線296(在此范例中其終端為地)的電流路徑280。此電流不足以使存儲元件212產(chǎn)生電阻狀態(tài)變化,則存儲元件212的電阻值及因此儲存于其中的數(shù)據(jù)值可以由感應(yīng)放大器區(qū)塊124將位線120a的電流與一合適的參考電流進(jìn)行比較而決定。圖4B顯示存儲元件212的一設(shè)置(或編程)操作的調(diào)整偏壓410時序圖。此設(shè)置調(diào)整偏壓410包含施加一大于此存儲單元201的存取晶體管210閾值電壓Vth的電壓Vw^set至字線130a,且施加一具有脈沖高度Vset及脈沖寬度415的電壓脈沖至位線120a,以誘發(fā)電流在電流路徑280流動。此電流足以將至少一部分的主動區(qū)域溫度提升到高于此相變化材料的轉(zhuǎn)換溫度以導(dǎo)致至少一部分的主動區(qū)域自非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài),此轉(zhuǎn)變降低此存儲元件212的電阻,且設(shè)置存儲單元201至設(shè)置狀態(tài)。圖4C顯示存儲元件212的一復(fù)位(或擦除)操作的調(diào)整偏壓420時序圖。此復(fù)位調(diào)整偏壓420包含施加一大于此存儲單元201的存取晶體管210閾值電壓Vth的電壓Vmset至字線130a,且施加一具有脈沖高度Vkeset及脈沖寬度425的電壓脈沖至位線120a,以誘發(fā)電流在電流路徑280流動。此電流足以將存儲元件212主動區(qū)域的溫度提升到高于此相變化材料的轉(zhuǎn)換溫度及熔化溫度,以將主動區(qū)域變成一液體狀態(tài)。此電流然后可以被停止,舉例而言,停止施加字線130a和位線120a的偏壓,導(dǎo)致一相對快速的冷卻時間造成主動區(qū)域冷卻而穩(wěn)定成一通常為高電阻的非晶態(tài)。在圖4A至圖4C的例示實(shí)施例中,每一調(diào)整偏壓包含施加偏壓至字線130a和位線120a而源極線296接地,必須理解的是也可以使用其它替代地調(diào)整偏壓。更一般的說,每一操作的調(diào)整偏壓包含一組或多組脈沖施加至位線120a及/或字線130a及/或源極線296。此脈沖的數(shù)目及形狀,包含電壓的施加階級和脈沖寬度可以根據(jù)每一調(diào)整偏壓實(shí)施例實(shí)驗(yàn)性地決定。易失操作此存儲單元201也可以使用電容214作為數(shù)據(jù)儲存元件來進(jìn)行與傳統(tǒng)的一晶體管及一電容器的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器類似地操作。于使用電容214作為數(shù)據(jù)儲存元件的操作中,共同源極線296是浮接的以提供高電阻路徑減少自電容214節(jié)點(diǎn)215的電荷泄漏。此夕卜,可編程電阻存儲元件212可以放置在高電阻的復(fù)位狀態(tài)以進(jìn)一步增加電阻路徑。圖5A至圖5C為使用電容214作為數(shù)據(jù)儲存元件的存儲單元201的讀取、編程及擦除操作的時序圖。可以理解的是圖5A至圖5C的時序圖是簡化過的且并未等比例繪示。圖5A顯示電容214的一讀取操作的調(diào)整偏壓500時序圖。此讀取調(diào)整偏壓500包含首先預(yù)充位線120a至一預(yù)充電壓Vre。在此例示實(shí)施例中,位線120a上的預(yù)充電壓Vre是小于施加至位線120a上編程電容214的編程電壓Vrare,且大于施加至位線120a上擦除電容214的擦除電壓Vekase(會于以下討論)。之后,施加一大于存取晶體管210閾值電壓Vth的電壓Vmad至字線130a,以將電容214的第一節(jié)點(diǎn)215與位線120a耦接。其結(jié)果是,電荷由第一節(jié)點(diǎn)215與位線120a分享,因此導(dǎo)致位線120a上的一電壓改變。此位線120a上的電壓改變是根據(jù)節(jié)點(diǎn)215初始電壓,且因此根據(jù)儲存于電容214中的數(shù)據(jù)值而定。假如此電容214是在一擦除狀態(tài),節(jié)點(diǎn)215的初始電壓是小于Vre,則位線120a上的電壓會依循曲線504而稍微降低。假如此電容214是在一編程狀態(tài),節(jié)點(diǎn)215的初始電壓是高于Vrc,則位線120a上的電壓會依循曲線502而稍微增加。因此儲存于存儲單元201的電容214中的數(shù)據(jù)值可以由檢測位線120a上的電壓改變來決定,舉例而言,可以由感應(yīng)放大器區(qū)塊124將位線120a的電壓與一合適的參考電壓進(jìn)行比較而決定。因?yàn)殡姾墒怯傻谝还?jié)點(diǎn)215與位線120a所分享,此讀取調(diào)整偏壓500會破壞性地讀取儲存于電容214中的數(shù)據(jù)值。因此,于讀取操作500之后此數(shù)據(jù)值必須根據(jù)所檢測到的數(shù)據(jù)值通過施加一擦除或編程操作(如下描述)重新寫入。圖5B顯示電容214的一編程操作的調(diào)整偏壓510時序圖。此編程調(diào)整偏壓510包含施加一具有脈沖高度Vproe及脈沖寬度515的電壓脈沖至位線120a及施加一Vmm電壓至字線130a。此Vi_PKX;電壓是大于存取晶體管210的閾值電壓Vth,因此將電容214的第一節(jié)點(diǎn)215與位線120a耦接以對電容214的第一節(jié)點(diǎn)215進(jìn)行充電至一編程電壓,且將電容214置于一編程狀態(tài)。圖5C顯示電容214的一擦除操作的調(diào)整偏壓520圖。此擦除調(diào)整偏壓520包含施加一具有Vekase電壓至位線120a及施加一Vw^ekase電壓至字線130a。此Vw^eease電壓是大于存取晶體管210的閾值電壓Vth,因此將電容214的第一節(jié)點(diǎn)215與位線120a耦接以對電容214的第一節(jié)點(diǎn)215進(jìn)行放電(降低電壓)至一擦除電壓,且將電容214置于一擦除狀態(tài)。更新操作,無論是編程或是擦除操作,均需要執(zhí)行以周期性地更新儲存于電容214的節(jié)點(diǎn)215中的電荷以更正電荷泄漏。舉例而言,在一代表性的實(shí)施例中,一更新循環(huán)通常會在動態(tài)隨機(jī)存取存儲器技術(shù)中被執(zhí)行所以每一電容會在至少每隔10到150奈秒更新其電容的存儲狀態(tài)??梢愿鶕?jù)存儲單元電容電荷儲存的特性動態(tài)地使用較長或較短的更新循環(huán)。必須理解的是圖5A至圖5C中的調(diào)整偏壓也可以使用其它替代地方式。更一般的說,每一操作的調(diào)整偏壓可以包含一組或多組脈沖施加至位線120a及/或字線130a。此脈沖的數(shù)目及形狀,包含電壓的施加階級和脈沖寬度可以根據(jù)每一調(diào)整偏壓實(shí)施例實(shí)驗(yàn)性地決定。如同之前所描述的,存儲單元201可以使用電容214或可編程電阻存儲元件212作為數(shù)據(jù)儲存元件來進(jìn)行操作。電容214或存儲元件212分別為存儲單元201提供易失和非易失操作模式。電容214提供高速DRAM操作中所需的快速編程/擦除速度及足夠的數(shù)據(jù)保存能力,而存儲元件212提供非易失數(shù)據(jù)儲存。其結(jié)果是,存儲單元201可以提供一集成電路不同功能所需的不同存儲表現(xiàn)。此易失和非易失操作模式可于同一存儲單元201提供不同的操作特性,例如切換速度、循環(huán)承受力、操作電流以及數(shù)據(jù)保存能力等。自存儲元件至電容的轉(zhuǎn)換操作此存儲單元201也可以自存儲元件直接傳送所儲存的數(shù)據(jù)至電容214而不需要進(jìn)行讀取操作。此直接傳送在此稱為”恢復(fù)操作”。此傳輸可以在例如,響應(yīng)一例如是初始提供電源(“開機(jī)”)給此集成電路110的情況下發(fā)生。舉例而言,儲存于存儲元件212中的數(shù)據(jù)在集成電路110沒有供電的條件下可以在集成電路操作時直接傳送至電容214。在另一例中,此傳送可以發(fā)生在集成電路110需要改變于存儲器中的結(jié)果。圖6顯示一恢復(fù)操作600的流程圖,其會在此存儲單元201施加一恢復(fù)調(diào)整偏壓700,而圖7顯示一恢復(fù)調(diào)整偏壓700的時序圖。必須理解的是圖7的時序圖是簡化過的且并未等比例繪示。此恢復(fù)操作600開始于步驟610,舉例而言,為了響應(yīng)一例如是初始事件例如將此集成電路110“開機(jī)”。在步驟620,一恢復(fù)調(diào)整偏壓700直接施加至存儲單元201以直接儲存與儲存于存儲元件212中數(shù)據(jù)值相關(guān)的一數(shù)據(jù)值于電容214中。請參閱圖7,在步驟620的恢復(fù)調(diào)整偏壓包含施加一具有小于存取晶體管閾值電壓Vth的電壓Vmstoke(在此例中為地)至字線130a,且施加一恢復(fù)電壓Vkestoke至共同源極線296—段時間710。因?yàn)榇鎯υ?12在設(shè)置狀態(tài)與復(fù)位狀態(tài)之間具有很大的電阻值差異,假如存儲元件212在較低電阻的設(shè)置狀態(tài)時,在節(jié)點(diǎn)215的電壓會以比存儲元件212在較高電阻狀態(tài)時更快的速度改變。因此,假如存儲元件212在較低電阻的設(shè)置狀態(tài)時,此電壓Vkestoke及時間區(qū)間710足以使節(jié)點(diǎn)215的電壓沿著曲線702增加至一編程電壓Vp指示電容214是在編程狀態(tài)。然而,假如存儲元件212是在較高電阻的復(fù)位狀態(tài)時,此電壓Vkestoke及時間區(qū)間710并不足以使節(jié)點(diǎn)215的電壓顯著地增加,且節(jié)點(diǎn)215的電壓在時間704后是在一電壓Ve指示電容214是在擦除狀態(tài)。在時間710之后,共同源極線296被設(shè)置在浮接狀態(tài)且操作在步驟630停止。此存儲單元201然后繼續(xù)使用電容214作為儲存元件來進(jìn)行上述讀取、編程、擦除及恢復(fù)的操作。上述所討論的恢復(fù)操作600是搭配存儲單元201作參考。然而,因?yàn)榛謴?fù)操作600的恢復(fù)調(diào)整偏壓700是通過施加一恢復(fù)電壓至共同源極線296來進(jìn)行,恢復(fù)操作600可以當(dāng)作一區(qū)塊(或區(qū)段)恢復(fù)操作來執(zhí)行因?yàn)樗械拇鎯卧苑窒砉餐礃O線296。圖8顯示本發(fā)明圖2中陣列112的第二實(shí)施例的示意圖。圖8陣列112中的每一存儲單元是使用浮動主體存儲單元(FBC)其使用瞬時電荷儲存于形成在絕緣層覆硅(SOI)的存取晶體管浮動的通道主體中。此儲存的電荷導(dǎo)致一可檢測的存取晶體管閾值電壓偏移,其使用作為指示儲存的數(shù)據(jù)。關(guān)于浮動主體存儲單元的額外細(xì)節(jié)可以參閱,舉例而言,Nitayama等人發(fā)表在InternationalSymposiumonVLSITechnology,Systems,andApplications,2006年4月的,,OverviewandFutureChallengeofFloatingBodyCell(FBC)TechnologyforEmbeddedApplications”pp.1-3,在此引為參考數(shù)據(jù)。以及美國專利號7208799和6661042,兩者亦引為參考數(shù)據(jù)。此浮動通道主體通過形成于晶體管浮動通道主體與其下襯底之間的電容值來取代一單獨(dú)的電容器。其結(jié)果是,一浮動主體存儲單元通常也被稱為”無電容”存儲單元。然而,因?yàn)樗鶅Υ娴碾姾墒鞘褂米鳛橹甘舅鶅Υ娴臄?shù)據(jù)值,形成于晶體管浮動通道主體與其下襯底之間的電容值在此以稱為一電容。圖8陣列112中的每一個存儲單元具有一場效晶體管、一可編程電阻存儲元件(在圖標(biāo)中表示為一可變電阻)、以及一使用瞬時電荷儲存于晶體管浮動通道主體中的電荷儲存電容器。會如以下更仔細(xì)的描述,每一存儲單元可以使用浮動通道主體作為電容的第一節(jié)點(diǎn)來儲存一數(shù)據(jù)值以當(dāng)作易失存儲器操作,而使用可編程電阻存儲元件作為一數(shù)據(jù)儲存元件以當(dāng)作非易失存儲器操作。此存儲單元也可以于一轉(zhuǎn)換模式下操作,以直接傳送一儲存于該可編程電阻存儲元件中的數(shù)據(jù)值至電容中,或是反之亦然??梢岳斫獾氖牵舜鎯﹃嚵?12并不局限于圖8中所示的組態(tài),且其它的替代組態(tài)也可以被使用。存儲單元801是陣列112中的代表存儲單元,且其包含一晶體管810、一可編程電阻存儲元件812、以及一電容814。字線130a與存取晶體管810的柵極耦接、共同源極線296與存取晶體管810的源極耦接,且存儲元件282則安排介于存取晶體管的漏極與位線120a之間。此電容814具有一第一節(jié)點(diǎn)815包含存取晶體管810浮動通道主體的一部分,此電容814具有一第二節(jié)點(diǎn)816或是”背面柵極(BG)”于存取晶體管浮動通道主體的下方,此第二節(jié)點(diǎn)816由一絕緣層與浮動通道主體分隔。此第二節(jié)點(diǎn)816與一電壓源耦接以施加一背面柵極偏壓。于以下會更仔細(xì)所描述的,存儲單元可以根據(jù)電容814或是可編程電阻存儲元件812是數(shù)據(jù)儲存元件來作為高速動態(tài)存取存儲器或是非易失存儲器操作。于易失存儲器操作時,此存儲單元801將數(shù)據(jù)值的電荷儲存于存取晶體管810浮動通道主體內(nèi)的節(jié)點(diǎn)815中,而于非易失存儲器操作時,此存儲單元801將數(shù)據(jù)值的電阻儲存于存儲元件812中。圖9顯示根據(jù)一實(shí)施例安排在圖8的陣列112中的存儲單元(包含代表存儲單元801)一部份的剖面示意圖。圖9是沿著位線120的剖面而得。此存儲單元801的場效晶體管810包含第一及第二終端902、904,其由一作為電容814第一節(jié)點(diǎn)815的浮動通道主體901分隔。第一及第二終端902、904包含摻雜半導(dǎo)體材料具有與浮動通道主體901相反的導(dǎo)電型態(tài)。在此例示實(shí)施例中,浮動通道主體901包含摻雜P型材料,而第一及第二終端902、904包含摻雜N型材料,此第一終端902作為源極區(qū)域而第二終端904作為漏極區(qū)域。浮動通道主體901和第一及第二終端902、904是在絕緣層906之上,此絕緣層906可以包含舉例而言,二氧化硅。替代地也可以使用其它的介電材料。半導(dǎo)體襯底900于絕緣層906之下,且與一電壓源耦接以施加一背面柵極偏壓,會于底下更詳細(xì)的描述。于浮動通道主體901下方的半導(dǎo)體襯底900部分是作為電容814的第二節(jié)點(diǎn)816。替代地,其它型態(tài)的導(dǎo)電材料也可以作為層900。字線130a作為存儲單元801的場效晶體管810的柵極,且沿伸進(jìn)入與穿出圖9所示的剖面。字線130a是位于浮動通道主體901之上,且可以包含舉例而言,摻雜多晶硅材料與一硅化物層于此摻雜多晶硅之上。導(dǎo)電覆蓋層903、905包含硅化物分別位于第一及第二終端902、904之上。導(dǎo)電覆蓋層903、905可以是包含舉例而言,具有Ti、W、Co、Ni或Ta的硅化物。此導(dǎo)電覆蓋層903、905提供介于第一及第二終端902、904與金屬栓塞912、914之間的一個較低電阻接點(diǎn)。金屬栓塞912、914延伸通過介電層910。此金屬栓塞912、914可以包含舉例而言,鎢。此金屬栓塞912、914的其它替代材料也可由Ti、Mo、Al、Ta、Cu、Pt、Ir、La、Ni、%Ru等選取。導(dǎo)電栓塞912將共同源極線296與導(dǎo)電覆蓋層903耦接。此存儲單元801包括一底電極922于此導(dǎo)電栓塞914之上。此底電極922延伸通過介電層920與可編程電阻存儲元件812的底表面連接??删幊屉娮璐鎯υ?12可以包含舉例而言,之前所討論過的圖3中存儲元件212的一個或多個材料中選取。此存儲單元801也包括一頂電極924于此可編程電阻存儲元件812之上。此頂電極924與底電極922每一者可以包含舉例而言,之前所討論過的圖3中頂電極324與底電極322的一個或多個材料中選取。導(dǎo)電栓塞932延伸通過介電層930以將頂電極924與位線120a耦接。這些介電層910、920和930每一者可以包含舉例而言,二氧化硅。替代地也可以使用其它的介電材料。在使用存儲元件812作為存儲單元801數(shù)據(jù)儲存元件的操作中,于可編程電阻存儲元件812中的主動區(qū)域813中的存儲材料會被誘發(fā)在兩個固態(tài)相中改變。如圖9中所示,存儲元件812及電極822、824安排成香菇狀組態(tài)。替代地,此存儲元件812與電極822、824也可以被安排成其它不同型態(tài)的組態(tài),舉例而言,之前所討論過的圖3中的其它型態(tài)。在使用電容814作為存儲單元801中數(shù)據(jù)儲存元件的操作中,可以自浮動通道主體901節(jié)點(diǎn)815中加入或移除電荷以改變存取晶體管810的閾值電壓。請?jiān)俅螀㈤唸D8的示意圖,此存儲單元801的操作可以由控制器134來控制偏壓調(diào)整電壓及電流源(請參見圖1中的方塊136)的施加達(dá)成。此存儲單元偏壓調(diào)整的施加包括易失、非易失及轉(zhuǎn)換模式的操作。此偏壓調(diào)整可以包括字線130a、位線120a和源極線296的電壓及/或電流的施加。此電壓及/或電流的施加階級和時間是根據(jù)電容814或存儲元件812作為數(shù)據(jù)儲存元件,及其進(jìn)行的操作,例如讀取或?qū)懭氩僮鱽頉Q定。此電壓及/或電流的施加階級和時間可以根據(jù)每一實(shí)施例實(shí)驗(yàn)性地決定。不同的操作模式會于以下更詳細(xì)地描述。非易失操作可以使用存儲元件812作為數(shù)據(jù)儲存元件的存儲單元801的讀取、設(shè)置及復(fù)位操作以誘發(fā)電流沿著自位線120a至源極線296的電流路徑880流動,或反之亦然。于非易失操作時,使用存儲元件812作為數(shù)據(jù)儲存元件,存取晶體管810最好是在一低臨界的擦除狀態(tài)(會于底下更仔細(xì)的描述)所以電流路徑880上可以在一給定電壓施加至字線130a時獲得較大的電流。此存儲元件812可以利用與圖2所討論過存儲元件212的方式及圖4A至圖4C的時序圖被讀取、編程至較低電阻值的設(shè)置狀態(tài),及復(fù)位至較高電阻值狀態(tài)。更一般的說,每一操作的調(diào)整偏壓包含一組或多組脈沖施加至位線120a及/或字線130a及/或源極線296以誘發(fā)電流在路徑880上流動。此脈沖的數(shù)目及形狀,包含電壓的施加階級和脈沖寬度可以根據(jù)每一調(diào)整偏壓實(shí)施例實(shí)驗(yàn)性地決定。易失操作此存儲單元801也可以通過施加合適的電壓至源極線296、位線120a、字線130a及電容814的第二節(jié)點(diǎn)816以改變儲存在存取晶體管810浮動通道主體901內(nèi)的節(jié)點(diǎn)815中的電荷數(shù)目,而使用電容814作為數(shù)據(jù)儲存元件來進(jìn)行編程和擦除操作。于使用電容214作為數(shù)據(jù)儲存元件的操作中,可編程電阻存儲元件812最好是放置在較低電阻的設(shè)置狀態(tài)以在一給定電壓施加至位線120a時于存取晶體管的漏極獲得較高的電壓。較高的電壓可以更有效率地編程和擦除電容814。圖IOA至圖IOC為使用電容814作為數(shù)據(jù)儲存元件的存儲單元801的編程、擦除及讀取操作的時序圖。可以理解的是圖IOA至圖IOC的時序圖是簡化過的且并未等比例繪7J\ο在電容814的編程操作時,空穴堆積在存取晶體管810浮動通道主體以增加節(jié)點(diǎn)815的電壓及設(shè)置存取晶體管810至一編程臨界狀態(tài)。圖IOA顯示電容814的一編程操作的調(diào)整偏壓1000時序圖。包含施加一具有脈沖寬度1005的電壓Vbwwe至位線120a、施加-VffL_PE0G電壓至字線130a,及將源極線296施加地電位,而電容的第二節(jié)點(diǎn)816被維持在負(fù)電壓-Vp。此編程的調(diào)整偏壓1000由區(qū)域化撞擊(能帶間熱空穴編程)產(chǎn)生空穴,其由施加負(fù)電壓-Vp至第二節(jié)點(diǎn)816而堆積在存取晶體管810浮動通道主體的底表面。在電容814的擦除操作時,堆積在存取晶體管810浮動通道主體的空穴被移除以減少節(jié)點(diǎn)815的電壓及設(shè)置存取晶體管810至一擦除臨界狀態(tài)。圖IOB顯示電容814的一擦除操作的調(diào)整偏壓1010時序圖。包含施加一具有脈沖寬度1015的電壓V1^eease至位線120a、施加一Vwl電壓至字線130a,及將源極線296施加地電位,而電容的第二節(jié)點(diǎn)816被維持在負(fù)電壓-vp。此擦除的調(diào)整偏壓1010將堆積在存取晶體管810浮動通道主體的空穴搬移至位線120a。圖IOC顯示電容814的一讀取操作的調(diào)整偏壓1030時序圖。包含施加一Vmad電壓至字線130a、施加一電壓VbMiEAD至位線120a、及將源極線296施加地電位如圖IOC所示,而電容的第二節(jié)點(diǎn)816被維持在負(fù)電壓-Vp0假如此存取晶體管810是在一擦除狀態(tài),此電壓Vmad足以開啟存取晶體管810及誘發(fā)一電流在位線120a和沿著電流路徑880流動。然而,若此存取晶體管810是在一編程臨界狀態(tài),此電壓Vmad不足以開啟存取晶體管810。因此,儲存在存儲單元801電容814中的數(shù)據(jù)值可以由感應(yīng)放大器區(qū)塊124將位線120a的電壓與一合適的參考電壓進(jìn)行比較而決定。更新操作,無論是編程或是擦除操作,均需要執(zhí)行以周期性地更新儲存于電容814中的電荷以更正電荷泄漏。舉例而言,在一代表性的實(shí)施例中,一更新循環(huán)通常會在動態(tài)隨機(jī)存取存儲器技術(shù)中被執(zhí)行所以每一電容會在至少每隔1到150奈秒更新其電容的存儲狀態(tài)。可以根據(jù)存儲單元電容電荷儲存的特性動態(tài)地使用較長或較短的更新循環(huán)。必須理解的是,圖IOA至圖IOC中的調(diào)整偏壓也可以使用其它替代地方式。更一般的說,每一操作的調(diào)整偏壓可以包含一組或多組脈沖施加至位線120a及/或字線130a及/或源極線296及/或節(jié)點(diǎn)816。此脈沖的數(shù)目及形狀,包含電壓的施加階級和脈沖寬度可以根據(jù)每一調(diào)整偏壓實(shí)施例實(shí)驗(yàn)性地決定。自存儲元件至電容的轉(zhuǎn)換操作此存儲單元801也可以進(jìn)行自存儲元件812直接傳送原本儲存的數(shù)據(jù)至電容814的恢復(fù)操作1100。圖11顯示一恢復(fù)操作1100的流程圖,其會在此存儲單元801施加一恢復(fù)調(diào)整偏壓1200,而圖12顯示一恢復(fù)調(diào)整偏壓1200的時序圖。必須理解的是圖12的時序圖是簡化過的且并未等比例繪示。此恢復(fù)操作1100開始于步驟1110,舉例而言,為了響應(yīng)一例如是初始事件例如將此集成電路110“開機(jī)”。在步驟1120,一恢復(fù)調(diào)整偏壓1200直接施加至存儲單元801以直接儲存與儲存于存儲元件812中數(shù)據(jù)值相關(guān)的一數(shù)據(jù)值于電容814中。請參閱圖12,在步驟1120的恢復(fù)調(diào)整偏壓1200包含施加一電壓VR_Prag至位線120a、施加一Vw^prag電壓至字線130a、及將源極線296施加地電位。而電容的第二節(jié)點(diǎn)816被維持在負(fù)電壓_VP。因?yàn)榇鎯υ?12在設(shè)置狀態(tài)與復(fù)位狀態(tài)之間具有很大的電阻值差異,假如存儲元件812在復(fù)位狀態(tài)時,存取晶體管810漏極終端的電壓會比假如存儲元件812是在設(shè)置狀態(tài)時還降低。假如存儲元件812是在較高電阻的復(fù)位狀態(tài)時,存取晶體管810漏極終端的電壓并不足以使足夠數(shù)目的空穴堆積在浮動通道主體,且節(jié)點(diǎn)215的電壓保持在指示晶體管810是在擦除臨界狀態(tài)的低電壓。假如存儲元件812是在低電阻的設(shè)置狀態(tài),存取晶體管810漏極終端的電壓足以導(dǎo)致空穴堆積在浮動通道主體。此堆積的空穴導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)215的電壓增加,且將晶體管810設(shè)置一編程臨界狀態(tài),如同圖9A所討論過的一般。必須理解的是,圖12中的恢復(fù)調(diào)整偏壓1200也可以使用其它替代地方式。更一般的說,恢復(fù)調(diào)整偏壓可以包含一組或多組脈沖施加至位線120a及/或字線130a及/或源極線296及/或電容節(jié)點(diǎn)816。此脈沖的數(shù)目及形狀,包含電壓的施加階級和脈沖寬度可以根據(jù)每一調(diào)整偏壓實(shí)施例實(shí)驗(yàn)性地決定。自電容至的存儲元件轉(zhuǎn)換操作此存儲單元801也可以進(jìn)行自電容814直接傳送原本儲存的數(shù)據(jù)至存儲元件812的操作。舉例而言,儲存于電容814中的數(shù)據(jù)在集成電路110沒有供電的條件下可以在集成電路操作時直接傳送至存儲元件812。此將儲存于電容814中的數(shù)據(jù)傳輸給存儲元件812在此稱為一”儲存操作”。此傳輸可以在例如,響應(yīng)一例如是對此集成電路110初始關(guān)閉電源(“關(guān)機(jī)”)給的情況下發(fā)生。在另一例中,此傳送可以發(fā)生在集成電路110需要改變于存儲器中的結(jié)果。圖13顯示此存儲單元801—儲存操作1300的流程圖,而圖14顯示一儲存調(diào)整偏壓1400的時序圖。必須理解的是圖14的時序圖是簡化過的且并未等比例繪示。此儲存操作1300開始于步驟1310,舉例而言,為了響應(yīng)一事件,例如開始將此集成電路110“關(guān)機(jī)”。在步驟1320,一儲存調(diào)整偏壓1400施加至存儲單元801以直接儲存與儲存于電容814中數(shù)據(jù)值相關(guān)的一數(shù)據(jù)值于存儲元件812中。如之前提過的,存儲單元801于使用電容814作為數(shù)據(jù)儲存元件的操作中,可編程電阻存儲元件812是在一較低電阻的設(shè)置狀態(tài)。請參閱圖14,儲存調(diào)整偏壓1400包含施加一Vwwiead電壓至字線130a、施加一復(fù)位電壓Vkeset其具有脈沖寬度1410至位線120a、及將源極線296施加地電位。而電容的第二節(jié)點(diǎn)816被維持在負(fù)電壓-Vp。假如存取晶體管810是在擦除臨界狀態(tài),此電壓Vmad足以開啟存取晶體管810及誘發(fā)一復(fù)位電流在位線120a和沿著電流路徑880流動而通過存儲元件812。此由復(fù)位電壓Vkeset所誘發(fā)的復(fù)位電流足以提升存儲元件812主動區(qū)域的溫度高于此相變化材料的轉(zhuǎn)換溫度及熔化溫度,以將主動區(qū)域變成一液體狀態(tài)。此電流然后可以被停止,舉例而言,停止施加字線130a和位線120a的偏壓,導(dǎo)致一相對快速的冷卻時間造成主動區(qū)域冷卻而穩(wěn)定成一通常為高電阻的非晶態(tài),因此造成存儲元件812自較低電阻的設(shè)置狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^高電阻的復(fù)位狀態(tài)。然而,若此存取晶體管810是在一編程臨界狀態(tài),此電壓Vmad不足以開啟存取晶體管810,則存儲元件812自維持在較低電阻的設(shè)置狀態(tài)。如上述在存儲單元的實(shí)施例中包含相變化為基礎(chǔ)的存儲材料,其包含硫?qū)倩?chalcogenide)或其它材料以作為存儲材料。硫?qū)倩锇ㄏ铝兴脑刂械娜我粋€氧(0)、硫(S)、硒(Se)、以及碲(Te),形成元素周期表上第VI族的部分。硫?qū)倩锇▽⒁涣驅(qū)僭嘏c一更為正電性的元素或自由基結(jié)合而得。硫?qū)倩衔锖辖鸢▽⒘驅(qū)倩衔锱c其它物質(zhì)如過渡金屬等結(jié)合。一硫?qū)倩衔锖辖鹜ǔ0ㄒ粋€以上選自元素周期表第六欄的元素,例如鍺(Ge)以及錫(Sn)。通常,硫?qū)倩衔锖辖鸢ㄏ铝性刂幸粋€以上的復(fù)合物銻(Sb)、鎵(Ga)、銦(In)、以及銀(Ag)。許多以相變化為基礎(chǔ)的存儲材料已經(jīng)被描述于技術(shù)文件中,包括下列合金鎵/銻、銦/銻、銦/硒、銻/碲、鍺/碲、鍺/銻/碲、銦/銻/碲、鎵/硒/碲、錫/銻/碲、銦/銻/鍺、銀/銦/銻/碲、鍺/錫/銻/碲、鍺/銻/硒/碲、以及碲/鍺/銻/硫。在鍺/銻/碲合金家族中,可以嘗試大范圍的合金成分。此成分可以下列特征式表示TeaGebSb1(lMa+b),其中a與b是代表在所有構(gòu)成元素中的原子百分比。一位研究員描述了最有用的合金為,在沉積材料中所包含的平均碲濃度遠(yuǎn)低于70%,典型地低于60%,并在一般型態(tài)合金中的碲含量范圍從最低23%至最高58%,且最佳介于48%至58%的碲含量。鍺的濃度約高于5%,且其在材料中的平均范圍是從最低8%至最高30%,一般是低于50%。最佳地,鍺的濃度范圍介于8%至40%。在此成分中所剩下的主要成分則為銻。上述百分比為原子百分比,其為所有組成元素加總為100%。(0Vshinky‘112專利,欄1011)由另一研究者所評估的特殊合金包括Ge2Sb2Te5、GeSb2Te4、以及GeSb4Te70(NoboruYamada,,,PotentialofGe-Sb-TePhase-changeOpticalDisksforHigh-Data-RateRecording”,SPIEv.3109,pp.28-37(1997))更一般地,過渡金屬如鉻(Cr)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈮(Nb)、鈀(Pd)、鉬(Pt)、以及上述的混合物或合金,可與鍺/銻/碲結(jié)合以形成一相變化合金其包括有可編程的電阻性質(zhì)。可使用的存儲材料的特殊范例,是如Ovshinsky‘112專利中欄11_13所述,其范例在此系列入?yún)⒖?。在某些?shí)施例中,可在硫?qū)倩锛捌渌嘧兓牧现袚诫s物質(zhì)以改善使用摻雜硫?qū)倩镒鳛榇鎯υ膶?dǎo)電性、轉(zhuǎn)換溫度、熔化溫度及其它等性質(zhì)。代表性的摻雜物質(zhì)為氮、硅、氧、二氧化硅、氮化硅、銅、銀、金、鋁、氧化鋁、鉭、氧化鉭、氮化鉭、鈦、與氧化鈦。可參見美國專利第6,800,504號與美國專利申請US2005/0029502號。相變化合金可于一第一結(jié)構(gòu)態(tài)與第二結(jié)構(gòu)態(tài)之間切換,其中第一結(jié)構(gòu)態(tài)是指此材料大體上為非晶固相,而第二結(jié)構(gòu)態(tài)系指此材料大體上為結(jié)晶固相。這些合金至少為雙穩(wěn)定的(bistable)。此詞匯「非晶」是用以指稱一相對較無次序的結(jié)構(gòu),其較之一單晶更無次序性,而帶有可檢測的特征如比結(jié)晶態(tài)更高的電阻值。此詞匯「結(jié)晶」是用以指稱一相對較有次序的結(jié)構(gòu),其較之非晶態(tài)更有次序,因此包括有可檢測的特征例如比非晶態(tài)更低的電阻值。典型地,相變化材料可電切換至完全結(jié)晶態(tài)與完全非晶態(tài)之間所有可檢測的不同狀態(tài)。其它受到非晶態(tài)與結(jié)晶態(tài)的改變而影響的材料特性中包括,原子次序、自由電子密度、以及活化能。此材料可切換成為不同的固態(tài)、或可切換成為由兩種以上固態(tài)所形成的混合物,提供從非晶態(tài)至結(jié)晶態(tài)之間的灰階部分。此材料中的電性質(zhì)亦可能隨之改變。相變化合金可利用電脈沖由一相態(tài)改變至另一相態(tài)。就過去的觀察,得知時間較短、振幅較大的脈沖,較傾向?qū)⑾嘧兓牧限D(zhuǎn)為通常的非晶態(tài);而時間長、振幅較低的脈沖,則易將相變化材料轉(zhuǎn)為通常的結(jié)晶態(tài)。時間短且振幅高的脈沖,能量較高,足以破壞結(jié)晶態(tài)的鍵能,同時縮短時間可防止原子重新排列為結(jié)晶態(tài)。無須大量實(shí)驗(yàn),即可獲得適當(dāng)?shù)拿}沖參數(shù),以應(yīng)用于特定的相變化材料與裝置結(jié)構(gòu)。于此揭露者,相變化材料是指GST,但亦可采用其它種類的相變化材料。適用于PCRAM中的材料為Ge2Sb2Te5。其它可以使用于本發(fā)明其它實(shí)施例的可編程電阻存儲材料包括利用不同晶體變化來決定電阻,或是利用電脈沖來改變電阻狀態(tài)。舉例來說,可使用電阻隨機(jī)存取存儲器(RRAM)的金屬氧化物材料,如鎢氧化物(WOx)、氧化鎳、五氧化二鈮、二氧化銅、五氧化二鉭、三氧化二鋁、氧化鈷、三氧化二鐵、二氧化鉿、二氧化鈦、鈦酸鍶、鋯酸鍶、鈦酸鍶鋇。其它實(shí)施例則可包括用于磁阻隨機(jī)存取存儲器(MRAM)的材料,而磁阻隨機(jī)存取存儲器可以是旋轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)移隨機(jī)存取存儲器(STTMRAM)。舉例來說,這些材料可以是以下群組至少一種鈷鐵硼、鐵、鈷、鎳、釓、鏑、鈷鐵、鎳鐵、錳砷、錳鉍、錳銻、二氧化鉻、氧化錳三氧化二鐵、氧化鐵五氧化二鐵、氧化鎳三氧化二鐵、氧化鎂二鐵、氧化銪及鐵磁性氧化物釔鐵石榴石(Y3Fe5012)。此可參考美國專利公開號第2007/0176251號,其發(fā)明名稱為”MagneticMemoryDeviceandMethodofFabricatingtheSame",^W^^A^^I^^J參考。其它的例子還包括用于可編程金屬存儲單元(PMC)的固態(tài)電解質(zhì)材料,或用于納米離子存儲單元的材料,如銀摻雜的鍺硫化物解質(zhì)或銅摻雜的鍺硫化物解質(zhì)。此部分請參考N.E.Gilbert等人發(fā)表的文章”Amacromodelofprogrammablemetallizationcelldevices”,Solid-StateElectronics,49(2005),1813-1819,且其內(nèi)容乃并入本文作為參考。用以形成硫?qū)倩锊牧系囊焕痉椒ㄊ抢肞VD濺射或磁控濺射方式,其反應(yīng)氣體為氬氣、氮?dú)饧?或氦氣,壓力為ImTorr至lOOmTorr。此沉積步驟一般是于室溫下進(jìn)行。一長寬比為15的準(zhǔn)直器可用以改良其注入表現(xiàn)。為了改善其注入表現(xiàn),亦可使用數(shù)十至數(shù)百伏特的直流偏壓。另一方面,亦可同時合并使用直流偏壓以及準(zhǔn)直器。一個使用化學(xué)氣相沉積來形成硫?qū)倩锏睦痉椒ń衣队诿绹鴮@_號第2006/0172067號,^^0J^^^J“ChemicalVaporDepositionofChalcogenideMaterials",^ψ^容乃并入本文作為參考。而另一個使用化學(xué)氣相沉積來形成硫?qū)倩锏睦痉椒ń衣队贚ee等人發(fā)表的文章,,HighlyScalablePhaseChangeMemorywithCVDGeSbTedoesub50nmGeneration,,,2007SymposiumonVLSITechnologyDigestofTechnicalPapers,PP.102-103,且其內(nèi)容乃并入本文作為參考。有時需要在真空中或氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行一沉積后退火處理,以改良硫?qū)倩锊牧系慕Y(jié)晶態(tài)。此退火處理的溫度典型地是介于100°C至400°C,而退火時間則少于30分鐘。雖然本發(fā)明系已參照實(shí)施例來加以描述,然本發(fā)明創(chuàng)作并未受限于其詳細(xì)描述內(nèi)容。替換方式及修改樣式系已于先前描述中所建議,且其它替換方式及修改樣式將為熟習(xí)此項(xiàng)技藝的人士所思及。特別是,所有具有實(shí)質(zhì)上相同于本發(fā)明的構(gòu)件結(jié)合而達(dá)成與本發(fā)明實(shí)質(zhì)上相同結(jié)果者,皆不脫離本發(fā)明的精神范疇。因此,所有此等替換方式及修改樣式是意欲落在本發(fā)明于隨附權(quán)利要求范圍及其均等物所界定的范疇之中。權(quán)利要求一種存儲單元,其特征在于,包括一晶體管,與第一及第二存取線電性耦接;一可編程電阻存儲元件,安置于沿著該第一及第二存取線之間的一電流路徑上;以及一電容,與介于該第一及第二存取線之間的該電流路徑電性耦接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲單元,其特征在于,更包含偏壓電路與該存儲單元耦接,該偏壓電路可在一第一模式下操作以儲存一數(shù)據(jù)值于該可編程電阻存儲元件,且可在一第二模式下操作以儲存一數(shù)據(jù)值于該電容;該晶體管具有一閾值電壓與儲存于該電容中的該數(shù)據(jù)值對應(yīng)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲單元,其特征在于,該偏壓電路更包含可在一第三模式下操作,其包含施加一偏壓調(diào)整至該存儲單元以直接傳送一儲存于該可編程電阻存儲元件及該電容二者之一中的數(shù)據(jù)值至該可編程電阻存儲元件及該電容二者之另一;該偏壓電路更包含可在一第三模式下操作,以于該可編程電阻存儲元件儲存一與儲存于該電容中的一數(shù)據(jù)值相關(guān)的數(shù)據(jù)值;該偏壓電路可在該第三模式下操作包含改變該可編程電阻存儲元件與儲存于該電容中的電荷數(shù)目相關(guān)的一電阻狀態(tài),該儲存于該電容中的該電荷改變該晶體管的一閾值電壓。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲單元,其特征在于,該偏壓電路可在一第三模式下操作,以于該電容中儲存一與儲存于該可編程電阻存儲元件中的一數(shù)據(jù)值相關(guān)的數(shù)據(jù)值;該偏壓電路可在該第三模式下操作包含改變該儲存于該電容中與該可編程電阻存儲元件的一電阻狀態(tài)相關(guān)的電荷數(shù)目;該偏壓電路可在該第三模式下操作包含誘發(fā)一電流通過該可編程電阻存儲元件以改變該儲存于該電容中的該電荷數(shù)目。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲單元,其特征在于該晶體管是一場效晶體管具有一通道區(qū)域,包含半導(dǎo)體材料于一絕緣層之上;該電容具有一第一節(jié)點(diǎn),包含該場效晶體管的該通道區(qū)域;以及該電容具有一第二節(jié)點(diǎn)于該絕緣層之下的一襯底內(nèi)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲單元,其特征在于該晶體管是一場效晶體管具有由一通道區(qū)域所分隔的源極和漏極區(qū)域,該通道區(qū)域與該源極和漏極區(qū)域于一半導(dǎo)體襯底之內(nèi);該電容具有一第一節(jié)點(diǎn),包含導(dǎo)電材料于一半導(dǎo)體襯底中的一溝道之內(nèi),且由一絕緣材料所環(huán)繞;以及該電容具有一第二節(jié)點(diǎn)包含環(huán)繞該絕緣材料的該半導(dǎo)體襯底的一部分。7.一種操作一存儲單元的方法,其特征在于,該存儲單元包含一晶體管與第一及第二存取線電性耦接,一可編程電阻存儲元件安置于沿著該第一及第二存取線之間的一電流路徑上,以及一電容與介于該第一及第二存取線之間的該電流路徑電性耦接,該方法包括于一第一模式下操作該存儲單元以儲存一數(shù)據(jù)值于該可編程電阻存儲元件;以及于一第二模式下操作該存儲單元以儲存一數(shù)據(jù)值于該電容。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于,更包含于一第三模式下操作該存儲單元包含施加一偏壓調(diào)整至該存儲單元以直接傳送一儲存于該可編程電阻存儲元件及該電容二者之一中的數(shù)據(jù)值至該可編程電阻存儲元件及該電容二者之另一;更包含于一第三模式下操作該存儲單元以于該可編程電阻存儲元件儲存一與儲存于該電容中的一數(shù)據(jù)值相關(guān)的數(shù)據(jù)值;于該第三模式下操作該存儲單元包含改變該可編程電阻存儲元件與儲存于該電容中的電荷數(shù)目相關(guān)的一電阻狀態(tài),該儲存于該電容中的該電荷改變該晶體管的一閾值電壓。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于,更包含于一第三模式下操作該存儲單元以于該電容中儲存一與儲存于該可編程電阻存儲元件中的一數(shù)據(jù)值相關(guān)的數(shù)據(jù)值;于該第三模式下操作該存儲單元包含改變該儲存于該電容中與該可編程電阻存儲元件的一電阻狀態(tài)相關(guān)的電荷數(shù)目,于該第三模式下操作該存儲單元包含誘發(fā)一電流通過該可編程電阻存儲元件以改變該儲存于該電容中的該電荷數(shù)目。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于該晶體管是一場效晶體管具有一通道區(qū)域,包含半導(dǎo)體材料于一絕緣層之上;該電容具有一第一節(jié)點(diǎn),包含該場效晶體管的該通道區(qū)域;以及該電容具有一第二節(jié)點(diǎn)于該絕緣層之下的一襯底內(nèi)。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于該晶體管是一場效晶體管具有由一通道區(qū)域所分隔的源極和漏極區(qū)域,該通道區(qū)域與該源極和漏極區(qū)域于一半導(dǎo)體襯底之內(nèi);該電容具有一第一節(jié)點(diǎn),包含導(dǎo)電材料于一半導(dǎo)體襯底中的一溝道之內(nèi),且由一絕緣材料所環(huán)繞;以及該電容具有一第二節(jié)點(diǎn)包含環(huán)繞該絕緣材料的該半導(dǎo)體襯底的一部分。全文摘要本發(fā)明公開了一種具有晶體管、電阻及電容的相變化存儲裝置及操作此種裝置的方法。此處所描述的一存儲裝置包含一晶體管與第一及第二存取線電性耦接。一可編程電阻存儲元件安置于沿著該第一及第二存取線之間的一電流路徑上。以及一電容與介于該第一及第二存取線之間的該電流路徑電性耦接。文檔編號H01L45/00GK101887903SQ201010180639公開日2010年11月17日申請日期2010年5月14日優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日發(fā)明者龍翔瀾申請人:旺宏電子股份有限公司
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