本发明属于存储器技术领域，涉及一种存储器系统及其操作方法，一般而言，本发明是有关于三维交叉点存储器。更具体地说，本发明是有关于实施于交叉点存储器架构中的一选择器一电阻器(1s1r)结构，以及控制此结构的方法。
背景技术：
三维(3d)交叉点存储器是一种非易失性存储器(nvm)技术，其中位存储是根据与可堆叠交叉网格数据存取阵列(stackablecross-griddeddataaccessarray)结合的体电阻变化而定。一选择器一电阻器(1s1r)结构常被应用于三维交叉点存储器中，因为它们能够促成高密度存储器阵列与单晶三维集成(monolithic3dintegration)。一选择器一电阻器结构通常包括一个电阻式存储器单元，以及一个选择器开关的叠层配置(有时称之为存取装置)。
相变存储器(pcm)单元是常实施于一选择器一电阻器结构中的一种电阻式存储器单元种类。相变存储器为非易失性存储器技术，其中每个存储器单元包括相变材料。可以通过改变相变材料的温度，而在结晶态与非结晶态之间选择性地改变相变存储器的相态。选择器开关则用于向相变存储器施加电流脉冲。流经相变存储器的电流使相变材料的温度上升，进而产生结晶态与非结晶态。
非结晶态的特征在于，相较于结晶态而言非结晶态具有较高的电阻率。在相变存储器的操作期间，通过相变存储器的电流可以对相变材料主动区中的固相进行设定与复位(即电流可用于在较高电阻率的非结晶态，与较低电阻率的结晶态之间改变相变存储器)。
从非结晶态到结晶态的变化，在本文中称为“设定”操作，可以通过施加电性脉冲至相变材料来执行。电性脉冲可包括初始峰值电流，随后在电性脉冲的持续时间内减少电流，使相变材料缓慢冷却形成结晶态。从结晶态到非结晶态的变化，在本文中称为“复位”操作，可以通过施加短且高电流的电性脉冲至相变材料，进而融化或破坏相变材料的结晶态结构来执行。随后，将相变材料快速冷却(例如，将相变材料淬火)，相变材料的淬火使至少部分的相变材料能稳定在非结晶态中。
技术实现要素：
根据本发明的一个非限制性实施例，多层单元一选择器一电阻器三维交叉点存储器系统包括至少一个多层单元的一选择器一电阻器结构，此结构包括相变存储器单元与阈值开关选择器的叠层配置。导电位线与双向阈值开关(ovonicthresholdswitch，ots)选择器电性连通，而导电字线则与相变存储器单元信号连通。控制器，与位线以及字线电性连通。控制器是设置以从不同电压脉冲的族群中选择至少一个电压脉冲，此族群包括读取脉冲、部分设定脉冲、设定脉冲、部分复位脉冲以及复位脉冲，且控制器还设置以将已选择的至少一电压脉冲传送到至少一个多层单元的一选择器一电阻器结构。
根据本发明的另一个非限制性实施例，提供用于对多层单元的一选择器一电阻器结构进行编程的方法。此方法包括施加多个具有电压电平的部分复位电压脉冲至多层单元的一选择器一电阻器结构。每个电压电平从第一阈值电压(其对应多层单元的一选择器一电阻器结构的完全设定状态)增加至第二阈值电压(其对应多层单元的一选择器一电阻器结构的完全复位状态)。每个部分复位电压脉冲将至少一个数据数值复位，该数据数值对应大于第一阈值电压且小于第二阈值电压的中间阈值电压。
根据本发明的再一个非限制性实施例，提供用于对多层单元一选择器一电阻器结构进行编程的方法。此方法包括施加部分设定电压至多层单元的一选择器一电阻器结构，并将部分设定电压从完全复位阈值电压(包括第一电压电平)降低至完全设定阈值电压(包括小于第一电压电平的第二电压电平)。部分设定电压将对应部分设定阈值电压的至少一个数据数值进行设定，部分设定阈值电压包括小于第一电压电平且大于第二电压电平的中间电压电平。
根据本发明的另一个非限制性实施例，提供用于从多层单元(mlc)一选择器一电阻器(1s1r)结构读取数据的方法。此方法包括施加至少一个电压读取脉冲至多层单元的一选择器一电阻器结构，并响应施加的电压读取脉冲而感应流经多层单元的一选择器一电阻器结构的电流。此方法还包括监控流过多层单元的一选择器一电阻器结构的电流的电流电平，侦测电流电平从第一电流阈值至第二电流阈值的上升，其响应于电压读取脉冲到达阈值电压时的电压电平，而此阈值电压对应于存储在多层单元的一选择器一电阻器结构中的中间数据数值；以及从多层单元的一选择器一电阻器结构中读取中间数据数值。
根据本发明的又一个非限制性实施例，提供对多层单元一选择器一电阻器结构的已编程阈值电压分布的至少一个中间阈值电压进行调整的方法。此方法包括确定多层单元的一选择器一电阻器结构的实际阈值电压，并施加多个电压编程脉冲，用以将包含于多层单元的一选择器一电阻器结构中的相变存储器单元编程至具有目标数值的单元状态。此方法还包括根据多个电压编程脉冲以确定相变存储器单元的中间阈值电压的分布，并从中间阈值电压的分布中选择待验证的目标中间阈值电压。此方法还包括施加电压读取脉冲以符合目标中间阈值电压，并且当电压读取脉冲的电压电平尚未超出多层单元的一选择器一电阻器结构的实际阈值电压时，确定目标中间阈值电压已编程至正确的电压电平。
通过本发明的技术实现了附加的技术特征和益处。在本文中详细描述本发明的实施例和各方面，并且将其视为所要求保护主体的一部分。为了更佳的理解，请参照具体实施方式中的细节说明与附图。
附图说明
特别指出本文中所描述的技术方案细节，并清楚地保护于权利要求中。通过以下与附图结合的详细描述，本发明实施例的前述和其他特征以及优点将是显而易见的。
其中：
图1是示出传统相变存储单元中温度对时间关系的图表；
图2是根据本发明的非限制性实施例中，多层单元的一选择器一电阻器三维交叉点存储器结构的块状图；
图3是根据本发明的非限制性实施例所绘示的存储器系统，其中包括多个彼此连接而形成纵横式阵列(crossbararray)的多层单元的一选择器一电阻器结构；
图4是根据本发明的非限制性实施例所绘示的图表，其示出对包含在多层单元的一选择器一电阻器结构中的相变存储器单元进行编程的方法；
图5是根据本发明的另一非限制性实施例所绘示的图表，其示出对包含在多层单元的一选择器一电阻器结构中的相变存储器单元进行编程的方法；
图6是根据本发明的非限制性实施例所绘示的流程图，其示出从包含在多层单元的一选择器一电阻器结构中的相变存储器单元读取数据的方法；
图7是根据本发明的另一非限制性实施例所绘示的图表，其示出从包含在多层单元的一选择器一电阻器结构中的相变存储器单元读取数据的方法；以及
图8是根据本发明的非限制性实施例，示出读取电压与目标电压之间关系的图表，用以对包含在多层单元的一选择器一电阻器结构中的相变存储器单元进行调整。
【符号说明】
100：多层单元的一选择器一电阻器结构
102：底电极
104：第一介面层
106：双向阈值开关选择器
108：第二介面层
110：相变存储器单元
112：第三介面层
114：顶电极
140：存储器系统
141：控制器
142：读取电路
143：行解码器
144：电源
145：列解码器
146：阵列
400，400a，400b，400c：部分复位脉冲
500：部分设定脉冲
600，602，604，606：操作
700：电压读取脉冲
702：电流信号
800：分布
t1：时间
it1：第一电流阈值
it2：第二电流阈值
wl1～wl4：字线
bl1～bl4：位线
tmelt，tcrystal：阈值
vts：设定阈值电压
vtr：复位阈值电压
vrange：范围
vread_target：电压读取脉冲的电压电平
vtarget：目标电压
vt：部分复位阈值电压
vti：阈值电压电平
v：实际电压
σ：几率分布
本文所绘示的图表皆是说明性质的。在不背离本发明的精神时，图表或图表中所描述的操作可以有许多变化。例如，可以按照不同的顺序执行动作，或者可以添加、删除或修改动作。同样，术语“耦接”及其变化形式是描述在两个元件之间具有连通路径，并不意味着元件之间的直接连接而在其之间没有中间的元件/连接。所有这些变化形式皆被视为说明书的一部分。
在附图和以下所述的实施例详细描述中，附图示出的各个元件具有两位或三位的元件符号。除少数例外，每个元件符号的最左方数字对应于该些元件被第一次示出时的附图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
为了简洁起见，关于半导体装置与集成电路制造的传统技术可能会、或可能不会在本文中详细描述。此外，本文所述的各种作业与工艺步骤可以被合并到更全面性的流程或工艺中，其具有本文中未详细描述的额外步骤或功能性。尤其，在半导体装置和基于半导体集成电路的制造中各个步骤是众所皆知的，因此，为了简洁起见，本文中许多传统步骤将仅简要提及，或者在不提供众所皆知的工艺细节的情况下将其完全省略。
现在将谈及对本发明的方面更具体相关的技术概观。图1示出对于传统相变存储器单元的复位与设定状态而言，温度与时间之间的关系。为了将相变存储器单元置于复位相态中，温度必须在特定的时间量内(通常测量在纳秒nanoseconds内)超过特定的阈值tmelt。为了将相变存储器单元置于复位相态中，温度必须足够高以将相变存储器单元置于非结晶相中，例如通过将相变存储器单元从结晶相改变至非结晶相。可通过施加短且高电流的脉冲流经相变材料，以融化或破坏相变材料中的结晶相结构。接着，相变材料迅速冷却而终止相变过程，并使至少一部分的相变材料稳定在非结晶相中。
为了将相变存储器单元置于设定相态中，相变存储器单元的温度必须在特定的时间量中超过特定的阈值tcrystal，而仍保持在温度阈值tmelt之下。这种温度的变化可以通过施加流经相变材料的电性脉冲来执行。在一个用于设定操作的电性脉冲示例中，在初始峰值电流之后，紧接着在脉冲的持续时间中持续降低电流，使得相变材料能够缓慢冷却至结晶相。
传统的相变存储器阵列使用晶体管作为存取装置，而一晶体管一电阻器(一晶体管一相变存储器，1t1r)的结构使得晶体管能够控制编程电流，以相应地复位或设定相变存储器。
然而，晶体管开关具有的缺点在于，其限制了相变存储器阵列的可扩充性(scalability)。为了成功地编程相变存储器，由存取装置提供的编程电流需要足够高，提供足够的焦耳热(jouleheating)以融化(复位)或结晶(设定)相变存储器。因此，晶体管的尺寸需要能够提供这些足够的编程电流，进而限制了相变存储器阵列的密度。于是，一选择器一电阻器结构提供高密度、高编程电流以及低成本的优点，而这对于交叉点阵列而言是相当理想的。
现在谈及本发明方面的概观，本发明的一个或多个实施例通过将相变存储器单元与基于硫属化物(chalcogenide-based)的双向阈值开关(ots)共同叠层，以形成多层单元的一选择器一电阻器结构，进而解决了上述先前文献中的缺点。双向阈值开关可在最小(基准)电压电平与最大(峰值)电压电平之间切换。然而，与晶体管开关不同的是，一旦双向阈值开关被开启后(施加的电压大于阈值电压，且发生阈值切换)即可提供足够的电流。基于这点，相变存储器能够被调整至完全设定状态、完全复位状态、或是介于其中的单元状态。通过这种方式，相变存储器单元可应用于存储额外的数据以提供多层单元的功能，其中额外数据对应于可被双向阈值开关所选择的一个或多个中间电压电平。举例来说，根据本发明各种非限制性实施例，多层单元的一选择器一电阻器结构能够代表n位/单元。术语“n”可以为2、3、4等等，并表示2n个单元状态。例如，当n＝2时表示00、01、10、11总共4个单元状态。类似地，n＝3表示8个单元状态，而n＝4表示16个单元状态。举例来说，当“n”为“2”时，多层单元的一选择器一电阻器结构可提供4个可分辨地单元状态“00”、“01”、“10”与“11”。虽然提及4个单元状态，但应当理解的是本文所述多层单元的一选择器一电阻器结构并不限制于此，且可提供更多的单元状态。虽然描述2n个单元状态，但应当理解的是相变存储器并不限制于此，并可采用另外的单元状态(例如2n-1、2n 1等等)。
现在谈及对本发明的方面而言更详细的描述。图2是根据本发明的非限制性实施例，绘示出多层单元的一选择器一电阻器三维交叉点存储器结构(之后称为一选择器一电阻器结构)。多层单元的一选择器一电阻器结构100包括底电极102、第一介面层104、双向阈值开关选择器106、第二介面层108、相变存储器单元110、第三介面层112、以及顶电极114的叠层配置。在本发明的一个或多个非限制性实施例中，可以将多层单元的一选择器一电阻器结构100进行堆叠而界定出高度范围，例如从大约5纳米至大约200纳米。
底电极102与顶电极114各自由导电性材料所构成，导电性材料包括但不限于氮化钛(tin)、钨(w)以及多晶硅。底电极102与顶电极114可各自形成独立的导线(例如导电字线与导电位线)，或是可连接至分离的导线。
第一介面层104介于底电极102与双向阈值开关选择器106之间。第二介面层108介于双向阈值开关选择器106与相变存储器单元110之间。第三介面层112介于相变存储器单元110与顶电极114之间。第一介面层104、第二介面层108以及第三介面层112可各自由例如是钴(co)与钨(w)所构成，且可在其中起到缓冲热传递的效果。
双向阈值开关选择器106具有例如从大约5纳米至大约25纳米的厚度范围，并包含基于硫属化物的材料，一旦施加的电压大于阈值电压，基于硫属化物的材料能够具有阈值切换，而这类似于相变存储器单元110中的相变材料。在本发明的一个或多个非限制性实施例中，双向阈值开关选择器106包括硫属化物组合，其包括一个或多个选自下列群组的元素，此群组包括碲(te)、硒(se)、锗(ge)、硅(si)、砷(as)、钛(ti)、硫(s)和锑(sb)。举例来说，双向阈值开关选择器可包括硫属化物，其包括但不限于碲化锗(gete)、硒化锗(gese)、锗砷硒(geasse)和硅锗砷碲(sigeaste)。
双向阈值开关选择器106与相变存储器单元110之间的粘附性是通过第二介面层108而影响。相变存储器单元110包括厚度范围例如从大约10纳米至大约50纳米的相变材料。相变存储器的相变材料可包括两个元素的组合，例如锑化镓(gasb)、锑化铟(insb)、硒化铟(inse)、碲化锑(sb2te3)或碲化锗(gete)；三个元素的组合，例如锗锑碲(gesbte)、镓硒碲(gasete)、铟锑碲(insbte)、锡二锑四碲(snsb2te4)或铟锑锗(insbge)；或四个元素的组合，例如银铟锑碲(aginsbte)、(锗锡)锑碲((gesn)sbte)、锗锑(硒碲)(gesb(sete))或碲锗锑硫(tegesbs)。锗锑碲(gesbte)是锗(ge)、锑(sb)和碲(te)的组合物，在特定实施例中可作为相变存储器单元110使用。因此，响应于能量的施加(例如，热或电流)，相变材料能够在具有相对高电阻的非结晶相与具有相对低电阻(即，低于非结晶相)的结晶相之间转变或“切换”。
在本发明的一个或多个非限制性实施例中，相变材料可形成于建立多重不同的电阻电平。相变存储器的阈值电压与相变存储器单元110内非结晶区域的数量有关。双向阈值开关-相变存储器(ots-pcm)的阈值电压，为双向阈值开关选择器106阈值电压与相变存储器单元110阈值电压的组合。因此，通过改变相变存储器单元110区域内非结晶相相对于结晶相的数量，能够调整双向阈值开关-相变存储器的多重阈值电压电平。因此，由双向阈值开关选择器106所选择具有不同电压电平的电压脉冲，可以使用于改变已给定电平相变存储器单元110的相态(例如，非结晶相与结晶相)。意即，可将相变存储器单元110中第一部分的相态，相对于相变存储器单元110中相异的第二部分进行改变，由此能施加部分的电压脉冲以对存储在相变存储器单元110第一部分中的第一数据数值进行设定或复位，同时维持存储在相变存储器单元第二部分中的第二数据数值。通过这种方式，相变存储器单元110能用于提供能够存储至少2或更多位数据的多层单元的一选择器一电阻器结构100，如下方更详细的描述。
现在谈及图3，其根据本发明的非限制性实施例示出存储器系统140，包括相互连接的多个多层单元的一选择器一电阻器结构100以形成纵横式阵列146。尽管纵横式阵列150中示出包括排列成4行4列(即m＝4且n＝4)的总共16个一选择器一电阻器结构，然而应当理解的是，在不背离本发明范畴的前提下，可以包括更多或更少的一选择器一电阻器结构以界定出不同尺寸的纵横式阵列150。
每个多层单元的一选择器一电阻器结构100包括相变存储器单元110与双向阈值开关选择器106。相变存储器单元110通过4条字线wl1-wl4与列解码器145进而电性连接至电源144。列解码器145将电源144所产生的电压发送至4条字线wl1-wl4中的任何一条。双向阈值开关选择器106通过4条位线bl1-bl4与行解码器143进而电性连接至读取电路142。行解码器143将存在于4条位线bl1-bl4中任何一条的电压传送至读取电路142。于是，读取电路142可确定给定位线bl1-bl4的电压电平。
存储器系统140还包括与电源144和读取电路142电性连通的控制器141。控制器141可包括偏压配置状态器(biasarrangementstatemachine)，可对施加到一个或多个多层单元的一选择器一电阻器结构100的偏压配置供应电压进行控制。供应电压包括但不限于读取电压、设定电压、部分复位电压、以及复位电压。控制器141可以用本领域中已知的专用逻辑电路(special-purposelogiccircuitry)而实现。控制器141亦可建构成微控制器，其执行电脑程序以进行各种控制操作。专用逻辑电路与电脑处理器的组合亦可用于实现控制器141。
在本发明的一个或多个非限制性实施例中，控制器141亦可对形状特征，例如是波形或脉冲(例如，读取脉冲、部分设定脉冲、设定脉冲、部分复位脉冲与复位脉冲)的一个或多个前缘、后缘与中间区段中的振幅、间期(duration)和斜率的至少其中一者，使用存储在存储器中的参数进行控制。波形或脉冲可还包括一个或多个可调整部分。波形或脉冲的一个或多个可调整部分包括例如是前缘中的可调整尖峰(例如，上升时间)、中间区段中的可调整平坦顶部(例如，振幅)、以及后缘中的向下倾斜部分(例如，下降时间)。控制器141具有选择不同电压脉冲并调整被选择电压脉冲的形状特征的能力，以将数据存储在相变存储器单元110的中间阈值电压中。
如上所述，除了选择设定与复位脉冲，控制器141亦可选择与中间阈值电压(例如，部分设定阈值电压与部分复位阈值电压)相对应的中间电压脉冲(例如，部分复位电压脉冲与部分设定电压脉冲)，中间阈值电压意即介于设定阈值电压与复位阈值电压之间。
请参照图4，图中示出一系列的电压脉冲(例如，部分复位脉冲400a、400b、400c)，其具有依次上升的电压电平以将相变存储器单元110部分复位。相变存储器单元110可形成为具有设定阈值电压(vts)、中间阈值电压或部分复位阈值电压(vt)、以及完全复位阈值电压(vtr)。从多层单元的一选择器一电阻器结构100中完全结晶的相变存储器单元110开始，旆加第一部分复位脉冲400a。完全结晶的相变存储器单元110对应包含在设定阈值电压(vts)中的第一电压电平，其中发生多层单元的一选择器一电阻器结构100的阈值切换(即，多层单元的一选择器一电阻器结构100从关闭状态切换至开启状态)。部分复位脉冲400a、400b、400c的中间电压振幅接着被控制以将至少一数据数值进行复位，其对应于部分复位阈值电压(vt)。
中间电压振幅的控制包括，例如将一系列具有逐次增加电压振幅的电压读取脉冲施加到相变存储器单元。于是，部分复位脉冲400的中间电压振幅，通过部分融化相变材料以部分复位相变存储器单元110的方式，来控制流经相变存储器单元110的编程电流，而不是如传统一选择器一电阻器结构中将相变材料完全融化以完全复位相变存储器单元110。
请参照图5，图中示出已选择的电压脉冲(例如，部分设定脉冲500)以将相变存储器单元110进行部分设定。部分设定脉冲500包括良好控制的后缘(即，后缘的下降时间是可控的)，以根据结晶转变速度(即，结晶固化时间)将相变存储器单元110进行部分设定或完全设定，而结晶转变速度是依据相变存储器的相变材料而定。下降时间可以通过选择降低部分设定脉冲500后缘的斜率来进行控制，通过这种方法来设定至少一个与部分复位阈值电压相对应的中间数据数值，同时维持与完全复位阈值电压相对应的数据数值。由于部分设定脉冲500的峰值振幅，部分设定脉冲500具有能够融化相变存储器单元110中相变材料的振幅，且后缘的下降时间(例如，斜率)将会决定结晶固化时间。
对于下降时间短于典型相变存储器单元110结晶时间的情况而言，相变存储器单元110将会维持在非结晶态，而在编程后会侦测到多层单元的一选择器一电阻器结构100的完全复位阈值电压vtr。对于下降时间足够长，以将整个相变存储器非结晶区域中的结晶相变材料进行固化的情况而言，相变存储器单元110将会转变成完全结晶态。举例来说，在施加前述部分设定脉冲500且伴随长的或延长的下降时间后，可构成多层单元的一选择器一电阻器结构100的完整设定阈值电压vts。
如图5中所示，部分设定状态对应于具有下降时间的后缘，而下降时间发生在完全复位阈值电压vtr与完全设定阈值电压vts之间。于是，基于相变存储器的设定速度，通过部分设定脉冲500中后缘的下降时间(例如，斜率)可对设定操作进行控制。举例来说，一个更长或更延长的下降时间构成相变材料中更大的结晶态。
现在谈及图6，根据本发明的非限制性实施例示出从包含在多层单元的一选择器一电阻器结构100中的相变存储器单元110读取数据的方法。绘示于图6中的方法，示出了执行多个读取操作以从多层单元的一选择器一电阻器结构100中读取2位数据的能力。于是，读取操作可执行读取操作以确定包含00、01、10和11的数据位，其对应于多层单元的一选择器一电阻器结构100中的4个电压电平阈值(例如，22个电压电平阈值)。然而，应当理解的是，绘示于图6中的方法可延伸至更多或更少的电压电平阈值(即，2n个电平)，以从多层单元的一选择器一电阻器结构100中读取多个n位数据。
如上所述，相变存储器单元110可形成为具有不同的预定阈值电压vt，其与对应于电平0、1、2…n的不同电平(i)相对应。在本示例中，相变存储器单元110具有标示为vt0、vt1、vt2和vt3的4个电压电平阈值(例如，22个电压电平阈值)。vt0是设定至相变存储器单元110的设定阈值电压vts，其对应于最低的数据位(例如，00)；而vt3是设定至相变存储器单元110的复位阈值电压vtr，其对应于对高的数据位(例如，11)。剩下的第一与第二中间阈值电压vt1、vt2则位于设定阈值电压vts与复位阈值电压vtr之间，且可称为第一与第二部分设定阈值电压。于是，第一中间阈值电压vt1可对应于第一中间数据位(例如，01)，而第二中间阈值电压vt2可对应于第二中间数据位(例如，10)。
现在谈及操作600，此方法起始于相变存储器单元110具有最低阈值电压(例如vt0位于最低电平i＝”0”)的电平，其如上述对应于完全设定电压电平阈值(即，相变存储器单元110是位于完全设定状态中)。在操作602时，此方法确定施加至相变存储器单元110的实际电压v是否小于电流电平处的阈值电压电平vti。当实际电压v大于阈值电压电平vti时，此方法回到操作600且预设的阈值电压电平(例如i)上升至下个更高的阈值电压电平(例如i 1)，即包含在多层单元的一选择器一电阻器结构100中的相变存储器单元110具有某些部分的非结晶相变材料。于是，当实际电压v是在电流的预设阈值电压电平vti之上时，多层单元的一选择器一电阻器结构100将不会实现阈值切换，且因此无法侦测到大的导通电流(oncurrent)。
然而，当实际电压v小于阈值电压电平vti时，此方法进入操作604并确认相变存储器单元110已完全复位。在此阶段中，多层单元的一选择器一电阻器结构100以未知的实际电压v进行操作。通过施加振幅为vti的脉冲，若实际电压v小于施加的阈值电压电平vti，则多层单元的一选择器一电阻器结构100将会与施加的阈值电压电平vti脉冲产生阈值切换，并可侦测到大的导通电流。一旦因为多层单元的一选择器一电阻器结构100的实际电压v小于施加的阈值电压电平vti而产生阈值切换，使得多层单元的一选择器一电阻器结构100被开启后，则确定以多层存储单元电平的阈值电压电平vti来代表多层单元的一选择器一电阻器结构100的实际电压v电平(状态00、01、10、11)。于是，实际电压v电平被侦测，且在操作结束于操作606之前，可在操作604时成功确定多层单元的一选择器一电阻器结构100的多层单元实际电压v电平。
现在谈及图7，根据本发明的另一非限制性实施例，其示出从包含在多层单元的一选择器一电阻器结构100中的相变存储器单元110读取数据的方法。在此方法中，产生三角形的电压读取脉冲700，其具有电压电平v(v)并能够侦测多层单元的一选择器一电阻器结构100的阈值电压vt。一旦施加的电压读取脉冲700超出多层单元的一选择器一电阻器结构100的阈值电压vt，则发生阈值切换并感应出相当大的“接通(switch-on)”电流i(a)，称之为电流信号702。
“接通”电流i(a)与多层单元的一选择器一电阻器结构100的阈值电压vt的关连性示于图7中。在此示例中，vt是位于阈值切换发生时的电压电平，即多层单元的一选择器一电阻器结构100的“接通”电流阈值。一旦电压读取脉冲700超出阈值电压vt，在时间t1处发生电流信号702的急剧上升。举例来说，在时间t1处电流信号702从第一电流阈值it1上升至较大的第二电流阈值it2。此电流电平的上升可由控制器(例如控制器141)或其他周边电路进行侦测。于是，图7中示出的读取方法，不需使用多个振幅电平的多个读取脉冲就能侦测多层单元的一选择器一电阻器结构100的阈值电压vt，从而提供更多的灵活性。应当注意的是，本文中所述根据本发明中非限制性实施例的两个读取方法(图6与图7)，其与示于图8中的验证方法(将详细描述如下)是一致的。
在一些情况下，一旦多层单元的一选择器一电阻器结构100接通而电流电平急剧上升后，读取操作便会中断电压读取脉冲的电压电平。于是，本发明的一个或多个实施例可侦测被中断的读取，从多层单元的一选择器一电阻器结构100读取中间数据数值，并接着将相变存储器单元110重新编程至原始单元状态。相变存储器单元110可以根据详述于上的图4和/或图5中的方法来进行编程。
现在请参照图8，根据本发明的非限制性实施例示出读取电压(vread_target)与目标电压(vtarget)之间关系的图表，用以对包含在多层单元的一选择器一电阻器结构100中的相变存储器单元110进行调整。在制作多层单元的一选择器一电阻器结构100时，对应的相变存储器单元110则以一个或多个目标阈值电压进行编程。以多次迭代法(iteration)对相变存储器单元110进行编程的步骤，产生出编程后阈值电压的分布800。这个分布800可通过进行阈值验证步骤来调整(即，紧缩与微调)，其将详述如下。
在图8示出的示例中，多层单元的一选择器一电阻器结构100的阈值电压，是以对应于给定中间阈值电压的预定目标，经过多次迭代法进行编程后产生中间阈值电压的分布800。本文所述的验证方法可以执行以将包含于分布800中的给定中间阈值电压进行调整或微调。通过阈值电压分布的紧缩或微调，可以增加多层单元的一选择器一电阻器结构100中中间阈值电压电平的编程数量。
仍然参照图8，电压读取脉冲的电压电平vread_target是选择自一个范围vrange，其接近所选择的目标电压vtarget但不超出目标电压。意即，电压读取脉冲的电压电平预期落在目标电压之内而不超出目标电压。在本发明的一个或多个实施例中，可确定包含在多层单元的一选择器一电阻器结构中，相变存储器单元的中间阈值电压分布的几率分布(本文中称为simga、σ)。于是，电压读取脉冲的电压电平可以施加在范围vrange(即vtarget-vread_target)内。在本发明的一个或多个非限制性实施例中，范围vrange代表目标电压与电压读取脉冲的电压电平之间的差值(vtarget-vread_target)，其大于零但小于几率分布σ的一半。通过这种方式，可执行部分的读取而不导致中断性的读取，以验证目标电压是否正确地编成至预期的阈值电平。
当电压读取脉冲的电压电平超过目标电压时，可将相变存储器单元110重新编程，并再次验证中间阈值电压是否移动至大于电压读取脉冲的电压电平的数值。意即，可以使用修正后电压读取脉冲的电压电平来执行至少一个后续的编程操作，以对目标中间阈值电压进行重新编程，直到电压读取脉冲的电压电平不再超出目标中间阈值电压。通过重复施加上述的读取-验证与重新编程操作，最终电压的分布800可以调整至大于用于紧缩此分布的电压读取脉冲的电压电平。因此，由于每个阈值电平处的更紧缩分布，此方法可用于设定更多在给定多层单元的一选择器一电阻器结构100中的多层单元电平。
通过参照相关附图，本文描述了本发明的各种实施例。在不脱离本发明范畴的情况下，可以设计出替代的实施例。尽管在以下描述与附图中阐述了元件之间的各种连接和位置关系(例如，在上方、下方、相邻等)，但是本领域中具有公知常识的技术人员将可理解，本文所述的许多位置关系是位向独立的，即使位向改变仍可以维持所描述的功能性。除非有特别声明，否则这些连接和/或位置关系可以是直接的或间接的，且本发明并不意图在此方面进行限制。因此，个体的耦合可以指直接或间接耦合，并且个体之间的位置关系可以是直接或间接的位置关系。作为间接位置关系的示例，在本说明书中提及在层b上形成层a，其包括其中一个或多个中间层(例如，层c)介于层a和层b之间的情况，只要中间层不实质上改变层a和层b的相关特征和功能性即可。
以下定义和缩写用于解释申请专利范围和说明书的。如本文所使用的，术语“包括(comprises/comprising)”、“包含(includes/including)”、“具有(has/having)”“包含(contains/containing)”、或其任何其他变化形式都旨在涵盖非排他性的包括。举例来说，包括一份元件清单的组成物、混合物、步骤、方法、物件或设备不一定仅限于那些元件，而是可以包括未明确列出或是固有于这些组成物、混合物、步骤、方法、物件或设备的其他元件。
另外，本文中使用的术语“示例性”用来表示“作为示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何实施例或设计不必理解成比其他实施例或设计更佳或更有利。术语“至少一个”和“一个或多个”应理解为包括大于或等于一的任何整数，即一、二、三、四个等等。术语“多个”应理解为包括大于或等于2的任何整数，即二、三、四、五个等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。
在本说明书中对于“一个实施例(oneembodiment/anembodiment)”、“一个示例性实施例”等等的参考，其指的是所述的实施例可包括特定特征、结构或特性，但每个实施例可能会或可能不会包括这些特定特征、结构或特性。而且，这些片语不需要意指相同的实施例。此外，当描述特定特征、结构或特性与一个实施例结合时，应当认定的是不管是否有明确叙述，将这些特征、结构或特性与其他实施例结合是在本领域中具有通常知识者的知识范围内。
为了下文的描述，术语“上部”、“下部”、“右侧”、“左侧”、“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”及其衍生词应与所描述的结构和方法有关，如同附图中的位向。术语“覆盖”、“在…顶部(atop/ontop)”、“位于…之上”、“位于…顶部”是指第一元件(例如第一结构)存在于第二元件(例如第二结构)之上，其中在第一元件与第二元件之间可以存在中间元件(例如介面结构)。术语“直接接触”是指第一元件(例如第一结构)和第二元件(例如第二结构)在两个元件的介面处没有任何中间导电、绝缘或半导体层的情况下进行连接。
片语“对…有选择性”，例如“对第二元件有选择性的第一元件”，是指可以刻蚀第一元件而第二元件可以用作刻蚀停止层。
术语“大概”、“实质上”、“大约”、与其变化形式意指在提交申请的时间点时基于可使用的设备而言，包括量测特定数值相关的一定程度误差。举例来说，“大约”可包括一个给定数值正负8％、5％或2％的范围。
如本文前述，为了简洁起见，关于半导体装置与集成电路制造的传统技术可能会、或可能不会在本文中详细描述。然而，通过背景技术，现在将提供对于半导体装置制造过程更概括的描述，其可用于实现本发明的一个或多个实施例。尽管用于实现本发明一个或多个实施例的特定生产操作是已知的，然而本发明所述的操作组合和/或所得结构是独特的。因此，根据本发明中与半导体装置的制造结合的那些独特操作组合，其运用执行在半导体(例如，硅)基板的多个已知的物理及化学工艺，其中某些将在下文中随即叙述。
通常，用于形成将被封装至集成电路中的微芯片的各种工艺分为四大种类，即膜层沉积、移除/刻蚀、半导体掺杂、与图案化/光刻。沉积是将材料生长、涂布或以其他方式转移到晶圆上的工艺。可使用的技术包括物理气相沉积(pvd)，化学气相沉积(cvd)，电化学沉积(ecd)，分子束外延(mbe)以及原子层沉积(ald)等等。移除/刻蚀是从晶圆移除材料的任何过程。示例包括刻蚀工艺(湿法或干法)、化学机械研磨(cmp)与其类似工艺。半导体掺杂是通过对例如晶体管的源极与漏极进行掺杂(通常通过扩散和/或离子注入)而改变电性特质。这些掺杂过程后紧接着是炉退火(furnaceannealing)或快速热退火(rapidthermalannealing，rta)。退火是用于活化注入的掺杂剂。导体(例如，多晶硅、铝、铜等)和绝缘体(例如，各种形式的二氧化硅、氮化硅等)的膜层都可用于连接和隔离晶体管及其组件。半导体基板中各个区域的选择性掺杂使得基板的导电性能够随着电压的施加而改变。通过创造这些各种组件的结构，可建构数百万个晶体管并将其导线连接在一起，以形成现今电子装置的复杂电路。半导体光刻是在半导体基板上形成三维的浮雕影像或图案，后续用以将图案转移至基板上。在半导体光刻中，图案是由称为光刻胶的光敏感聚合物而形成。为了建构组成晶体管的复杂结构，以及连接电路中数百万个晶体管的许多导线，光刻和刻蚀图案转移步骤要重复多次。印在晶圆上的每个图案皆对准于先前形成的图案，接着逐渐地将导体、绝缘体与选择性掺杂的区域建构起来以形成最终装置。
本发明可以是在任何可能技术水平下的整合系统、方法、和/或电脑程序产品。电脑程序产品可包括电脑可读存储介质，其上具有电脑可读程序指令用以使处理器执行本发明的各方面。
电脑可读存储介质可以是有形装置，其可保持并存储由指令执行装置所使用的指令。电脑可读存储介质可以是例如但不限于电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或前述的任何适当组合。电脑可读存储介质的更具体示例的详尽列表包括以下：携带式电脑磁片、硬碟、随机存取存储器、只读存储器、可消除电动程控只读存储器(eprom或闪存存储器)、静态随机存取存储器、光碟只读存储器(cd-rom)、数码多功能光碟(dvd)、内存条、软磁盘、机械式编码装置，例如具有指令编码在其上的穿孔卡(punch-cards)或凹槽中的凸起结构(raisedstructure)，以及上述内容的任何适当组合。如本文中所使用的电脑可读存储介质不应被理解成本身为过渡信号(transitorysignal)，例如无线电波或其他自由传播的电磁波、通过波导管(waveguide)或其他传输介质传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或是通过导线传输的电信号。
本文所述的电脑可读程序指令可从电脑可读存储介质下载至相应的电脑/处理装置，或是通过网络(例如互联网、区域网络、广域网络、和/或无线网络)下载至外部存储装置。该网络可以包括铜传输电缆、光传输纤维、无线传输、路由器、防火墙、交换机、连网电脑(gatewaycomputer)、和/或边缘伺服器(edgeserver)。每个电脑/处理装置中的网络适配卡(networkadaptercard)或网络接口(networkinterface)从网络接收电脑可读程序指令，并将电脑可读程序指令转发以存储在相应电脑/处理装置中的电脑可读存储介质。
用于执行本发明中操作的电脑可读程序指令可以是组合指令(assemblerinstruction)、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令(machinedependentinstruction)、微代码(microcode)、固件指令(firmwareinstruction)、状态设置数据(state-settingdata)、集成电路的配置数据、或是原始码(sourcecode)/目标码(objectcode)，其中原始码或目标码是以一种或多种编程语言(包括物件导向的编程语言，例如smalltalk、c 或其类似物)，与过程式编程语言(例如“c”编程语言或类似编程语言)的任意组合进行编写。电脑可读程序指令可以作为独立软件套件而完全在使用者电脑上、部分在使用者电脑且部分在远端电脑上、或完全在远端电脑或伺服器上执行。在后一种情况下，远端电脑可以通过任何类型的网络(包括区域网络或广域网络)连接到使用者电脑，或者可以与外部电脑建立连接(例如，通过使用网际网络服务提供业者的网络)。在一些实施例中，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(field-programmablegatearrays，fpga)、可编程逻辑阵列(pla)可以通过利用电脑可读程序指令的状态信息来执行电脑可读程序指令，以将电子电路个性化进而执行本发明的各方面。
本文中通过参考根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和电脑程序产品的流程图和/或块状图而对本发明的各方面进行描述。将能理解的是，流程图和/或块状图的每个区块，以及流程图和/或块状图中区块的结合可以通过电脑可读程序指令来实现。
这些电脑可读程序指令将可提供至通用电脑、专用电脑、或其他可编程数据处理设备的处理器以生产机器，使得通过电脑或其他可编程数据处理设备的处理器来执行的指令，能够创造用于实现流程图和/或块状图区块中所指定功能/动作的装置。这些电脑可读程序指令亦可存储在电脑可读存储介质中，电脑可读存储介质可以控制电脑、可编程数据处理设备、和/或其他装置以特定的方式进行运作，使得具有存储在其中指令的电脑可读存储介质包括制品(articleofmanufacture)，此制品包含实现流程图和/或块状图区块中所指定功能/动作的各方面的指令。
电脑可读程序指令亦可装载至电脑、其他可编程数据处理设备、或其他设备上，使一系列操作步骤在电脑、其他可编程设备、或其他设备上执行以产生电脑实现的过程，从而使在电脑、其他可编程设备、或其他设备上执行的指令能够实现流程图和/或块状图区块中所指定的功能/动作。
附图中的流程图和块状图示出根据本发明各个实施例的系统、方法和电脑程序产品所可能实现的架构、功能性与操作。以这点而言，流程图或块状图中的每个区块可以表示指令的模组、片段或部分指令，其中部分指令包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方式中，区块中所指出的功能可以不按图中指出的顺序进行。举例来说，取决于涉及的功能，实际上基本上可同时执行先后示出的两个区块，或者有时可以相反的顺序执行这些区块。还应该注意的是，块状图和/或流程图的每个区块，以及块状图和/或流程图的区块组合可以由基于专用硬件的系统来实现，其执行指定的功能或动作、或执行专用硬件与电脑指令的组合。
基于说明的目的，已经示出本发明各种实施例的描述，但是这些描述并不旨在是穷举的(exhaustive)或限制所揭露的实施例。在不脱离所描述实施例的范畴下，许多修改和变化对于本领域中具有公知常识的技术人员而言将是显而易见的。本文中选择使用的术语是为了最好地解释实施例的原理、对市场上存在的技术的实际应用或技术改进、或者使本领域中具有通常知识者能够理解本文中所述的实施例。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
