半导体存储装置及其温度控制方法
【专利说明】半导体存储装置及其温度控制方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年10月22日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2013-0126026韩国专利申请的优先权，其全部内容通过弓I用合并于此。
技术领域
[0003]本发明构思的各种实施例涉及一种半导体集成电路，并且更具体地，涉及一种半导体存储装置及其温度控制方法。
【背景技术】
[0004]随着低功率半导体存储器件的需求，已经研究了具有非易失性和非存储刷新的下一代半导体存储器件。作为下一代半导体存储器件之一的相变随机存取存储器件(PCRAM)使用相变材料的非晶状态和结晶状态之间的电阻差来储存数据。相变材料通过施加至其的电脉冲在非晶状态和结晶状态之间变化。
[0005]作为硫族化物的基于锗(Ga)-锑(Sb)-碲(Te)的材料(在下文中，被称作为GST)已被最广泛地用作一般PCRAM的相变材料。这是因为GST材料具有快速相变速率和良好的抗氧化性，并且稳定。
[0006]GST材料具有其电阻值在外部温度的影响下变化的特点。换言之，GST材料的电阻在高温时减小而在低温时增大，而与相位变化无关。
[0007]因而，当通过施加某个电压(而与GST的温度无关)来测量GST材料的电阻时，GST材料的测量电阻值根据温度变化而不同。具体地，在多级单元中，多个级的电阻值不能被准确地区分，且因而出现数据错误。
【发明内容】
[0008]本发明构思的各种示例性实施例提供了一种半导体存储装置及其温度控制方法，所述半导体存储装置能够改善可靠性，从而控制相变材料的温度，而与外部温度的变化无关。
[0009]根据本发明构思的示例性实施例，提供了一种半导体存储装置，所述半导体存储装置包括温度调节单元和温度控制单元，温度调节单元适于调节存储器单元的温度，温度控制单元适于感测温度调节单元的温度、将感测的温度与参考温度范围比较，以及基于比较结果控制温度调节单元在参考温度范围内调节其温度。
[0010]根据本发明构思的另一个示例性实施例，提供了一种控制半导体存储装置的温度的方法，所述方法包括以下步骤:测量半导体存储装置的单元区的温度，将单元区的测量温度与参考温度范围比较，基于比较结果来判定单元区的测量温度是否在参考温度范围内，以及基于对单元区的测量温度的判定结果对单元区加热设定时间。
[0011]在以下标题为“【具体实施方式】”的部分中描述了这些和其他的特征、方面和实施例。
【附图说明】
[0012]从以下结合附图的详细描述中将更加清楚地理解本公开的主题的以上和其他的特征、方面和其他优点。
[0013]图1是说明根据本发明构思的一个实施例的半导体存储装置的配置的框图；
[0014]图2是说明根据本发明构思的一个实施例的半导体存储装置的单元区的截面图；
[0015]图3是说明根据本发明构思的一个实施例的半导体存储装置的单元区的截面图；
[0016]图4是顺序说明根据本发明构思的一个实施例的制造半导体存储装置的单元区的方法的流程图；
[0017]图5是顺序说明根据本发明构思的一个实施例的制造半导体存储装置的单元区的方法的流程图；
[0018]图6是说明根据本发明构思的一个实施例的半导体存储装置的温度感测单元的电路图；
[0019]图7是说明根据本发明构思的一个实施例的半导体存储装置的温度控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020]在下文中，将参照附图更详细地描述示例性实施例。在本文中参照截面图来描述示例性实施例，截面图是示例性实施例(和中间结构)的示意性说明。照此，可以预料到图示的形状变化由于例如制造技术和/或公差。因而，示例性实施例不应被解释为限于本文中所示的区域的特定形状，而可以包括例如来自制造的形状差异。在附图中，为了清楚器件，可能对层和区域的长度和尺寸进行夸大。附图中的相同附图标记表示相同的元件。还将理解当提及一层在另一层或衬底“上”时，其可以直接在另一层或衬底上、或者还可以存在中间层。还应注意的是，在本说明书中，“连接/耦接”不仅指一个部件直接与另一个部件耦接，还指一个部件通过中间部件与另一个部件间接耦接。另外，只要未在句子中特意提到，单数形式可以包括复数形式。
[0021]尽管示出并且描述了本发明构思的一些实施例，但是本领域的普通技术人员将理解的是，在不脱离本发明构思的原理和精神的情况下，可以对这些示例性实施例进行变化。
[0022]图1是说明根据本发明构思的一个实施例的半导体存储装置的配置的框图。
[0023]参见图1，根据本发明构思的一个实施例的半导体存储装置可以被分成单元区100和外围电路区200。
[0024]单元区100可以包括多个单元(未示出)和温度调节单元110，以及温度调节单元110可以从外围电路区200的电流供应单元230接收电流并且将单元的温度调节/保持恒定。将参照图2或图3来详细地描述单元区100的详细配置。
[0025]外围电路区200可以包括温度控制单元，温度控制单元包括温度感测单元210、控制单元220和电流供应单元230。
[0026]温度感测单元210感测单元区100中的温度调节单元110的温度并且将温度感测结果传送至控制单元220。温度感测单元210可以由与单元区100中的温度调节单元110相同的材料形成。因此，温度感测单元210感测并且传送温度调节单元110的实际温度。
[0027]控制单元220将从温度感测单元210传送的温度感测结果与预设的参考温度范围比较。当温度感测结果小于参考温度范围时，控制单元220控制电流供应单元230将电流供应至温度调节单元110并且将单元区100中的温度控制在参考温度范围内。
[0028]电流供应单元230响应于从控制单元220传送的控制命令而将电流提供至温度调节单元110。
[0029]图2是说明根据本发明构思的一个实施例的半导体存储装置的单元区的截面图。
[0030]参见图2，根据本发明构思的一个实施例的半导体存储装置的单元区100可以包括形成在半导体120上的字线区130、形成在字线区130上且包括N型区141和P型区142的开关器件140、形成在开关器件140上的底电极150、形成在底电极150上的数据储存单元160、形成在数据储存单元160上的顶电极170、形成在顶电极170上的第一金属线区181、形成在第一金属线区181上的缓冲层190、形成在缓冲层190上的温度调节单元110以及形成在温度调节单元110上的第二金属线区182。数据储存单元160可以包括由例如GST的相变材料形成的相变层。附图标记135、145和155表示第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层。此外，温度调节单元110可以由当其温度增大时其电阻减小或增大的材料形成。当其温度升高时电阻减小的材料可以是包括镍(Ni)和锰(Mn)的氧化物，而当其温度升高时电阻增大的材料可以是BiT13化合物或PbT13化合物。缓冲层190可以是氧化物。由于单元区100的温度调节单元110和外围电路区200的温度感测单元210由相同的材料形成，所以温度感测单元210还可以由当其温度升高时其电阻减小或增大的材料形成。由于单元区100的温度调节单元110和外围电路区200的温度感测单元210由相同材料形成，所以温度调节单元110和温度感测单元210可以同时在同一工艺中形成。因此，可以减少半导体存储装置的处理成本和处理时间。
[0031]图3是说明根据本发明构思的一个实施例的半导体存储装置的单元区的截面图。
[0032]参见图3，根据本发明构思的另一个实施例的半导体存储装置可以包括:形成在半导体基板120的后表面上的第一缓冲层115、形成在第一缓冲层115上的温度调节单元110、以及形成在温度调节单元110上以保护温度调节单元110的第二缓冲层105。半导体存储装置可以包括:通孔125，形成在温度调节单元110和金属线区180之间以使得单元区100将温度调节/保持成恒定；字线区130，形成在半导体120上；开关器件140，形成在字线区130上形成且包括N型区141和P型区142 ;底电极150，形成在开关器件140上；数据储存单元160，形成在底电极150上；顶电极170，形成在数据储存单元160上；以及金属