專利名稱：儲存裝置與其程序化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于以相變化儲存材料為基礎(chǔ)的咼密度儲存裝置，以及用于程序化該裝置的方法。北 冃學(xué)技術(shù)以相變化為基礎(chǔ)的儲存材料已被廣泛地運(yùn)用于非揮發(fā)隨機(jī)存取存儲單元中。如硫?qū)倩锏拇说认嘧兓瘍Υ娌牧?，可由施加?qiáng)度適用于集成電路中的電流，而致使在非曰 曰曰態(tài)和結(jié)晶態(tài)之間的晶相轉(zhuǎn)換。-般而言，非曰 曰曰態(tài)的特征是電阻高于結(jié)晶態(tài)，此電阻值可輕易得到而用以作為指示。在存儲單元主動(dòng)區(qū)域的相變化材料能夠在非晶固態(tài)相的第結(jié)構(gòu)狀態(tài)，以及結(jié)晶固態(tài)相的第結(jié)構(gòu)狀態(tài)之間切換該非曰 曰曰一詞是被用來指稱一相對較低次序性的結(jié)構(gòu)，相較于一單 一 結(jié)晶較無次序性，苴 z 、可檢測的特性為較該結(jié)曰 曰曰相有較高的電阻性。該結(jié)曰 曰曰一詞是被用來指稱相對較高次序性的結(jié)構(gòu)，相較于一非曰 曰曰結(jié)構(gòu)更有次序性，其可檢測的特性為較該非晶相有較低的電阻性。它受非晶和結(jié)晶相變化影響的材料特性，包含原子的次序，自由電子的密度，以及活化能假如有一灰階存在于完全的非晶狀態(tài)和兀全的結(jié)曰 曰曰狀態(tài)，該材料可以被轉(zhuǎn)換至不同的固態(tài)相，或是兩個(gè)或更多個(gè)固態(tài)相的混合。從非曰 曰曰態(tài)轉(zhuǎn)變至結(jié)晶態(tài)，在此被稱為設(shè)置(set)或程序化，一般是為 一 低電流操作，需要一電流足以將該相變化材料升高至 一 相轉(zhuǎn)換溫度和 一 熔化溫度的電平之間從結(jié)曰 曰曰態(tài)轉(zhuǎn)變至非晶態(tài)，在此被稱為復(fù)位r 6S 6t)或擦除，一般是為 一 高電流操作，包括一短暫的高電流密度脈沖以熔化或破壞結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其后此相變化材料會快速冷卻，抑制相變化的過程，使得至少部份相變化結(jié)構(gòu)得以維持在非晶態(tài)。在復(fù)位狀態(tài)中，非晶相材料的數(shù)量會依在 一 陣列中不同的存儲單元而不同，因?yàn)椴牧?，制造過程，以及操作環(huán)境的變化。該些變化將會導(dǎo)致不同的程序化特性，中包含用以程序化該些存儲單元的能量將會不同因此，施加該相同的設(shè)置脈沖電壓至一陣列中的每存儲單元，將會導(dǎo)致 一 較寬的電阻值分布。,此外，由于某些存儲單元的變異，其電阻值將會落在正常被設(shè)置電阻值的范圍之外，導(dǎo)致該存儲單元中的數(shù)據(jù)儲存錯(cuò)誤因此，需要有一更好的方法以程序化使用相變化材料儲存系統(tǒng)中的存儲單元。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明"t卄 f田述儲存裝置包含一存儲單元包含相變化材料，以及伴隨著用以程序化該儲存裝置的方法。在此揭露的種用以程序化方法，包含施加一遞增的第電壓在該存儲單元上，以及監(jiān)測該存儲單元中的電流以檢測該相變化材料的 一 相轉(zhuǎn)變的開始。當(dāng)檢測到相轉(zhuǎn)變的開始后，該方法包含施加 一 第二電壓在該存儲單元上，該第二電壓是以檢測到該相變化材料相轉(zhuǎn)變的開始時(shí)的該第一電壓電平的一函數(shù)例如該第一電壓是等于檢測到該相變化材料 一 相轉(zhuǎn)變的開始后該第一電壓的電平，以及施加的時(shí)間長度將取決于想要被程序化的該數(shù)據(jù)值。在此揭露—種存儲器裝置，包含一存儲單元耦接至位線以及字線以及包含相變化材料。該裝置包含電路，以選擇性地耦接該位線至 一 感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，一電壓源，耦接至該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，以及 一 感應(yīng)放大器，包含輸入連接至該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)。該感應(yīng)放大器被用來感應(yīng)在該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)、上的-'電流，以檢測該相變化材料-■相轉(zhuǎn)變的開始，以及產(chǎn)生一輸出信號以表示 一 相轉(zhuǎn)變的開始該裝置還包含電路連接至該電壓源以控制該電壓源，以供應(yīng)遞增的第一電壓至該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)。個(gè)電路耦接至該電壓源以響應(yīng)代表該相變化材料 一 相轉(zhuǎn)變的開始的輸出信號，以控制該電壓源以供應(yīng) 一 第一電壓至該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，該電壓是檢測到該相變化材料相轉(zhuǎn)變的開始時(shí)的該第電壓電平的-一函數(shù)。不同的材料，制造過程，以及該操作環(huán)境將會導(dǎo)致不同的程序化特性，其包含需要不同的能量以程序化該勝存儲單元本發(fā)明由一相轉(zhuǎn)變起點(diǎn)的檢測，以及施加一第—電壓，該電壓是以檢測到該相變化材料相轉(zhuǎn)變的開始時(shí)的該第一電壓電平的 一 函數(shù)，來解決問題由該些方法可以將陣列中該些存儲單元的電阻值限制在一較的范圍。


本發(fā)明的它特征，百的，以及優(yōu)點(diǎn)，將可以在隨后的卩付圖，實(shí)施方式中詳細(xì)描述' 其巾圖1是實(shí)施本發(fā)明集成電路的-一簡化區(qū)塊圖。圖2是如圖1所示的一代表性儲存陣列的部分線路圖。圖3是用以程序化一被選取的存儲單元的實(shí)施例，在 一 設(shè)置操作的流程圖。圖4是 一 圖3實(shí)施設(shè)置操作架構(gòu)的簡化圖。圖5是依據(jù)本發(fā)明的 一 實(shí)施例，用以操作圖4的架構(gòu)的 一 時(shí)脈圖。圖6 -圖9分別描述依據(jù)本發(fā)明不同的實(shí)施例，用作圖4的架構(gòu)的個(gè)另lj時(shí)脈圖。中:100:集成電路105:相變化儲存陣列110:字線解碼器115:字線120:位線解碼器125:位線130: 感應(yīng)放大器/數(shù)據(jù)輸135:數(shù)據(jù)線140:數(shù)據(jù)輸入線145:數(shù)據(jù)輸出線150:控制祖 琉155: 偏壓調(diào)整供應(yīng)電壓160:地址12 2 2 2 2 2 2 8 8 8 8 8開始88所檢觀〖9 9 9苴 z 、它電路反饋總線232 、234、236:存儲單元248 、25 0、2 5 2 :相變化元件源極線源極線終一山 順電路258 :字線262 :位線電流路徑設(shè)置操作流程圖讀取被選取存儲單元的電阻870 :結(jié)束設(shè)置供應(yīng)遞增的第一電壓于所有的存儲單元領(lǐng)U該些細(xì)胞的電流，檢測 一 相轉(zhuǎn)換的5 0 :反饋路徑6 0:供應(yīng)第二電壓于所有的存儲單元，其是 到的第一電壓電平的一函數(shù)0 5 :存取晶體管 2 0 :感應(yīng)節(jié)點(diǎn) 2 5:電壓源9 3 0: 感應(yīng)放大器9 3 5 :邏輯電路9 4 0:反饋線9 4 5 :第 一 輸入1 0 0 0 、1 0 0 5: 時(shí)間區(qū)間1 010 : 電壓振幅具體實(shí)施方式
參照圖1 ，描述可以實(shí)施本發(fā)明的 一 集成電路10 0的簡化區(qū)塊。電路1 0 0包含 一 由相變化存儲單元來實(shí)現(xiàn)(未示于此)的存儲器陣列1 5 ，底下將更加詳細(xì)地描述。
一 字線解碼器1 i o與多個(gè)字線i i5具有電性溝通。
一 位線解碼器1 2 0與多個(gè)位線12 5具有電性溝通，以進(jìn)行自陣列1 0 5中的相變化 存儲單元(未示于此)讀取和寫入數(shù)據(jù)。地址經(jīng)由總線1 6 0傳送給字線解碼器1 1 0和位線解碼器1 2 0 。在區(qū)塊1 3 0中的感應(yīng)放大器和數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu)， 經(jīng)由數(shù)據(jù)總線1 3 5連接至位線解碼器1 2 0 。數(shù)據(jù) 是來自集成電路l 0 0的輸入/輸出端口，或是其它內(nèi) 部或外部的數(shù)據(jù)來源，經(jīng)由 一 數(shù)據(jù)輸入線1 4 Q提供給集成電路l 0 0中的數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu)1 3 0。其它電路1 6 5可以被包含在集成電路1 0 0中，例如 一 般通用處理器或特殊目的應(yīng)用電路，或是 一 組合模組提 供陣列105所支持的芯片上系統(tǒng)的功能。數(shù)據(jù)是經(jīng)由 一 數(shù)據(jù)輸出線1 4 5從感應(yīng)放大器區(qū)塊1 3 0傳送 至集成電路1 o 0的輸入/輸出端口 ，或是集成電路1 0 O的其它內(nèi)部或外部數(shù)據(jù)目的地。實(shí)現(xiàn)在本范例的 一 控制器1 5 0是使用 一 偏壓調(diào)整狀態(tài)機(jī)，以控制 偏.壓調(diào)整供應(yīng)電壓1 :5 5的施加，例如讀取，程序化，擦除擦除驗(yàn)證以及程序化驗(yàn)證電壓該控制器150經(jīng)由反饋芯、線175連接至區(qū)塊130中的感應(yīng)放大器，該控制器150控制該偏壓調(diào)整供應(yīng)電壓155以讀取，程序化，以及擦除陣列105中的存儲單元以產(chǎn)生該感應(yīng)放大器的輸出信號控制器1 50可以由在這個(gè)領(lǐng)域?yàn)闃I(yè)界所熟知的特殊巨的邏輯電路來實(shí)現(xiàn)在苴 z 、它的實(shí)施例中，控制器150包含一—般百的處理器可以被實(shí)施在相同的集成電路上以執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序以控制該元件的操作在其它的實(shí)施例中，特殊巨的邏輯電路和一般百的處理器的組合可以被用來實(shí)現(xiàn)控制器1如圖2中所示，陣列105中的每一存儲單元包含一存取曰 曰曰體管(或它的存取裝置，例如是極管)，^中四個(gè)存儲單元230、232、234、和236分別有相變化元件2 4 6 、2 4 8 、250、和252，苴 ■X 、代表著一陣列的 一 小區(qū)塊可以包含數(shù)百萬的存儲單元存儲元件230、23 2、2 3 4 、 和236的每存取曰 曰曰體管的源極共同連接至源極線254，進(jìn)而連接至源極線終端電路2 5 5 ，例如，接地丄山 順點(diǎn)、在它的實(shí)施例中，該存取裝置的源極線并非電性連接，而是獨(dú)可控制的。該源極線終端電路255包含偏壓電路例如是電壓源和電流源)，以及解碼電路用以供應(yīng)偏壓調(diào)整，不含接地端，至一些實(shí)施例中的該源極線254。多條字線115包含字線2 5 6 、2 58以平行的方式向第方向延伸。字線2 5 6 、2 58以電性連接至字線解碼器11 0。存儲單元2 3 0、234存取曰 曰曰體管的柵極it同連接至字線2 5 6 ，以及存儲單元232、236存取晶體管的柵極共同連接至字線258多條位線125包含位線2 6 0 、2 62以平行的方式向第方向延伸。存儲元件2 4 6 、248連接至該位線260，以及 分別連接至存儲單元2 3 0、232的存取晶體管的漏極端。存儲元件250、252連接至該位線26 2，以及分別連接至存儲單元234、236的存取晶體管的漏極端^可以了解的是該儲存陣歹ij 1 0 5并不局限于圖2中所描述的陣列配置方式，其它的配置方式也可以被使用例如該儲存陣列1 0 5也可以采用如申請日2007年8月2曰，美國專利申請?zhí)?1/ 8 3 3 ，143，標(biāo)題為"具有雙字線及位線的相變化存儲器及操作方式"，所描述的雙字線和雙位線架構(gòu)，在此提出以供照、以相變化為基礎(chǔ)的存儲單元的實(shí)施伊J包含以硫?qū)倩衔餅榛A(chǔ)的材料以及其它材料，以制作存儲元件。硫?qū)僭嘏c下列四元素的任 一 種氧(0 )、硫(S)、石西Se)、以及碲(Te)，形成元素周期表上第VI族的部分。硫?qū)倩衔锖辖鸢▽⒘驅(qū)倩衔锱c其它材料如過渡金屬等結(jié)合。
一 硫?qū)倩衔锖辖鹜ǔ０ㄒ粋€(gè)以上選自元素周期表第IV族的元素，例如鍺(Ge)以及錫(Sn)。通常，硫?qū)倩衔锖辖鸢ㄏ铝性刂幸粋€(gè)以上的復(fù)合物銻(Sb)、鎵(Ga)、銦(In)、以及銀cAg )。許多以相變化為基礎(chǔ)的儲存材料己經(jīng)被描述于技術(shù)文件中，包括下列合金鎵/銻、鍺/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TeaGebSb1C)Q " + h)。 一位研究員描述了最有用的合金是為，在沉積材料中所包含的平均碲濃度是遠(yuǎn)低于7 Q % ，典型地是低于6 0 % ，并在 一 般型 態(tài)合金中的碲含量范圍從最低2 3 %至最高5 8 % ，且 最佳是介于4 8 %至5 8 %的碲含量。鍺的濃度是高于 約5 % ，且其在材料中的平均范圍是從最低8 %至最高3 0 % ， 一般是低于5 0 % 。最佳地，鍺的濃度范圍是 介于S %至4 0 o石。在此成分中所剩下的主要成分則為 銻。(0vshinky ' 1 1 2專禾U ， 欄1 0 — 1 1 )由另一 研究者所評估的特殊合金包括Ge2Sb2Te5、 GeSb2Te4、 以及GeSb4Te7 。
( Noboru Yamada ， "Potential of GeSbTe Phasechange Optical Disks for HighDataRate Recording" , SPIE v.3 1 0 9， pp.2 8 3 7 (1 99 7))更一般地，過渡金屬如鉻(Cr)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈮(Nb)、鈀(Pd)、鉑(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 其包括有可程序化的電阻性質(zhì)?？墒褂玫膬Υ娌牧系?特殊范例，是如 0v s h i n s ky ' 1 1 2專禾U中欄1 1 -1 3所述，其范例在此是列入?yún)⒖?。?一 些實(shí)施例中，硫?qū)倩衔镆约捌渌嘧兓?料被摻以雜質(zhì)，以改善導(dǎo)電性，瞬時(shí)溫度，融化溫度，以及存儲元件使用該被摻雜硫?qū)倩衔锏钠渌匦浴?用以摻雜硫?qū)倩衔锏拇硇噪s質(zhì)包含氮、硅、氧、 二氧化硅、氮化硅、銅、銀、金、鋁、二氧化鋁、鉭、 氧化鉭、氮化鉭、鈦、氧化鈦。請參照美國專利號6 ,800,504， 及美國專禾!J申請?zhí)?005/002 9 5 0 2 。由施加電性脈沖，相變化 變至另一相。可以了解的是一 沖通常會將相變化材料改變至復(fù)位脈沖。 一 較長的及較低振 化材料改變至結(jié)晶態(tài)，因此被 較短及較高振幅的脈沖的能量 結(jié)打斷而不會使原子重新排列 加方式可以由經(jīng)驗(yàn)來決定，由 殊的相變化材料以及裝置結(jié)構(gòu)代表性的硫?qū)倩衔锊牧峡梢员幻枋鋈缦翯exSbyTez，其中x:y:z二2 :2 :5 。其它成分為x:0-5; y:0- 5; z:0- 1 0。以氮、娃、鈦或其它素?fù)诫s的GeSbTe亦可被使用。這些材料的形成可以利用PVD濺鍍或磁控(Magnetron)濺鍍方式，其反氣體為氬氣、氮?dú)?、?或氦氣、壓力為1m丁 o r r 至00 mTorr。此沉積步驟一般是于室溫下進(jìn)行。
一 長材料可以由相狀態(tài)轉(zhuǎn)較短的及較咼振幅的脈非曰 曰曰態(tài)，因此被稱為一幅的脈沖通常會將相變稱為設(shè)置脈沖在已足以將結(jié)曰 曰曰結(jié)構(gòu)的鍵成結(jié)曰 曰曰結(jié)構(gòu)脈沖的施適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)以適應(yīng)特比為1-5的準(zhǔn)直器'〔collimater)可用以改良苴 z 、填入表現(xiàn)為了改善填入表現(xiàn)，亦可使用數(shù)十至數(shù)百伏特的直流偏壓。另方面，同時(shí)合并使用直流偏壓以及準(zhǔn)直器亦是可行的。有時(shí)需要在真空中或氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行沉積后退火處理，以改良硫?qū)倩锊牧系慕Y(jié)晶態(tài)。該退火處理的溫度典型地是介于100。c至400，而退火時(shí)間則少于3 0 :分鐘。參照、圖2 ，每存儲元件24 6 、248、250、252的操作伴隨有 一 數(shù)據(jù)狀態(tài)。該數(shù)據(jù)狀態(tài)可由比較位線上一被選取存儲單元的電流和適當(dāng)?shù)膮⒖茧娏鳑Q定而得該參考電流被建立，使得有事先決定的電流范圍對應(yīng)至邏輯"0"，以及另不同的電流范圍對應(yīng)至邏輯"1 "。在一存儲單元中有二個(gè)或更多的狀態(tài)，該參考電流被建立后不同范圍的位線電流，對應(yīng)至三個(gè)或更多狀態(tài)的其中之-由施加一適當(dāng)?shù)碾妷褐磷志€2 5 8 、5 6之-以及連接位線260、2 6 2之一至一電壓以使電流流經(jīng)該選取的存儲元件，以達(dá)成讀取或?qū)懭胫陵嚵?05的存儲單元例如，由施加電壓至該位線260，字線25 8，以及該源極線2 5 4以充分打開該存儲單元23 2的存取晶體管，以及感應(yīng)產(chǎn)生在路徑280的電流以"、該位線2 60流至該源極線254，或反之亦然，以建立流經(jīng) 一 被選取存儲單元的-電流路徑280(在這個(gè)范例中，選取存儲單元232和對應(yīng)的存儲元件2 4 8 )。施加電壓的電平以及區(qū)間是以執(zhí)行的操作來決定，例如是一讀取操做或是寫入操作在存儲單元2 3 2的一復(fù)位或擦除操作中，字線解碼器110提供字線2 5 8 —適當(dāng)?shù)碾妷阂源蜷_該存儲單元232的存取晶體管。位線解碼器120提供位線260一適當(dāng)?shù)碾妷赫穹皶r(shí)間以感應(yīng)流經(jīng)存儲元件248的電流，因此將主動(dòng)區(qū)域的溫度升咼至咼于存儲元件2 4 8相變化材料的轉(zhuǎn)換溫度，以及高于熔化溫度以將該至少主動(dòng)區(qū)域置于 一 液態(tài)該電流隨后纟冬止，例如，由終止位線260上的脈沖電壓和字線258上的電壓，以導(dǎo)致一相對較快的冷卻時(shí)間，當(dāng)該主動(dòng)區(qū)域迅速的冷卻穩(wěn)定到~"非晶態(tài)該復(fù)位操作可以包含一或多個(gè)脈沖，例如包含 一 脈沖對。在存儲單元2 3 2該數(shù)據(jù)狀態(tài)的讀取(或感應(yīng))操作中，字線解碼器1 1 o提供一適當(dāng)?shù)碾妷褐磷志€258以開啟該存儲單元2 3 2的該存取晶體管位線解碼器120提供位線2 6 0 —適當(dāng)?shù)碾妷赫穹约笆┘?段時(shí)間以感應(yīng) 一 流經(jīng)存儲元件248的電流但不會產(chǎn)生電阻狀態(tài)的改變。流經(jīng)該位線260及該存儲元件2 4 8的電流是依據(jù)該存儲單元2 3 2 存儲元件2 4 8的電阻值伴隨著該數(shù)據(jù)狀態(tài)來決定。 因此，存儲單元2 3 2的該數(shù)據(jù)狀態(tài)可以經(jīng)由比較位線2 6 O上的電流以及一適當(dāng)?shù)膮⒖茧娏鱽頉Q定。在存儲單元2 3 2該數(shù)據(jù)狀態(tài)的設(shè)置(或程序化)操作中，字線解碼器1 1 0提供 一 適當(dāng)?shù)碾妷褐磷志€2 5 8以開啟該存儲單元2 3 2的該存取晶體管。位 線解碼器1 2 0提供位線2 6 0 —適當(dāng)?shù)碾妷赫穹约笆┘?一 段時(shí)間以感應(yīng) 一 流經(jīng)存儲元件2 4 8的電 流，并升高相變化材料主動(dòng)區(qū)域的 一 部分的溫度在轉(zhuǎn) 變溫度之上，以及導(dǎo)致主動(dòng)區(qū)域的 一 部分由非晶相轉(zhuǎn) 變至結(jié)晶相，該轉(zhuǎn)變降低該存儲元件2 4 8的電阻值， 以及將該存儲單元2 3 2設(shè)置至該理想的數(shù)據(jù)狀態(tài)。在 一 復(fù)位狀態(tài)中，非晶相變化材料的數(shù)量將會依 陣列中存儲單元的數(shù)量而改變，因?yàn)椴牧希瞥滩襟E， 以及操作環(huán)境的變化。該些變化導(dǎo)致不同的程序化特 性，其中包含需要不同的能量以程序化該些存儲單元。 因此，施加相同的程序化脈沖至陣列中的每 一 存儲單 元，將會導(dǎo)致 一 寬的電阻值的分布。此外，由于該些變化， 一 些存儲單元將會將會被程序化至對應(yīng)至該些 被程序化數(shù)據(jù)值的電阻分布的范圍外的電阻值，導(dǎo)致 該存儲單元中儲存數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。圖3是依據(jù) 一 實(shí)施例，在一存儲單元陣列中程序化被選取的存儲單元的 一 程序化操作8 00的流程圖，該程序化操作8 0 0與程序化至相同狀態(tài)相比產(chǎn)生較窄的存儲單元電阻分布。在以下的說明，將會以圖2中陣列1 0 5的存儲單元2 3 2來說明該設(shè)置操作800該設(shè)置操作8 0 Q開始于步驟8 10 ，中讀取被選取存儲單元2 3 2的電阻值以決定是否該被選取的存儲單元2 3 2需要被程序化至一理想的電阻狀態(tài)步驟81 0的該讀取操作可以由施加至字線258足以開啟該被選取存儲單元2 3 2的存取曰 曰曰體管的電壓，以及施加一電壓至位線2 6 0以產(chǎn)生一電流流經(jīng)位線26 0上的電流路徑28 0 ，以及經(jīng)過該存儲元件248至該源極線2 5 4(在該范例中，該源極線纟冬止在接地端)，該電壓不足以產(chǎn)生在存儲元件24中非曰 曰曰相變化材料的 一 崩潰。存儲元件248的該電阻狀態(tài)(以及數(shù)據(jù)狀態(tài))可以由比對之、'-刖所描述的適當(dāng)參考電流來加以決定。假如該被選取的存儲單元2 3 2:是在低電阻狀態(tài) 設(shè)置該 操被 作選 8取的存儲單元2 3 2 0 0終止在步驟8 2已經(jīng)程 0 c序化，以及該假如該被選取的存儲單元2 3 2是在高電阻狀態(tài)，該被選取的存儲單元232尚未程序化，以及設(shè)置操作800繼續(xù)進(jìn)行至步驟83 0 。在步驟830中遞增的第一電壓施加至該存儲單元232剛開始該存儲單元2 3 2上的電壓不足以產(chǎn)生存儲元件248中非晶相材料的一朋潰例如，施加至存儲單元232的初始電壓可以是與步驟8 10中讀取操作有相同的電壓振幅。在描述陣列10 5的實(shí)施例中，步驟830中增加施加至存儲單元2 3 2的第電壓，可以由改變或多個(gè)施加至該字線2 5 8，源極線2 54'以及位線260的電壓來達(dá)成，使得在該存儲單元232的電流增加。例如，該源極線254可以被連接至接地，固定電壓施加至字線2 58并足以開啟該被選取存儲單元232的存取晶體管，以及增加施加至該位線260的電壓。在另 一 個(gè)范例中，一第一電壓施加至該源極線254 ，一第二電壓施加至該位線260以及隨著時(shí)間增加電壓施加至該字線2 58苴 z 、它的范例中，施加電壓至該字線258，源極線254，以及位線260以增加存儲單元23 2中的電流，同樣可以被使用而且也落入本發(fā)明的范圍內(nèi)可以了解的是，在步驟840中增加施加至該被選取的存儲單元2:3 2的第-一 1電壓可以是任何的形狀。例如，該形狀可以是步進(jìn)的或是連續(xù)的，以及任 何以線性或非線性的方式增加或其組合的方式。在相同的時(shí)間，當(dāng)步驟830增加該存儲單元232的第電壓，在步驟840中以實(shí)時(shí)的方式fir).測在該存儲元件248中的電流，以檢測在該存儲單元232中非曰 曰曰相材料朋潰所引發(fā)的電流改變在該范例中，可以由測在位線260上的電流來達(dá)成此外該非曰 曰曰相材料朋潰的指針可以由檢測該存儲單元232它電特性的改變而得可以了解的是，該非曰 曰曰相材料朋漬的檢測是表不相轉(zhuǎn)變的開始，在些實(shí)施例中也可能發(fā)生在相轉(zhuǎn)變開始后的一些時(shí)間□ y 、要相轉(zhuǎn)變的開始沒有被檢測到，該設(shè)置操作800維持在反饋路徑850上，以及施加至存儲單元的電壓繼續(xù)的增加，因此增加流經(jīng)存儲單元2 :3 :2的電流。一旦檢測到相轉(zhuǎn)變的開始，該設(shè)置操作800接著進(jìn)入步驟860中。在步驟860中，第一電壓是為檢測到的該第一電壓電平的~■函數(shù)施加至該存儲單元。例如，可以由維持在該字線258以及位線260上的偏壓達(dá)預(yù)定的時(shí)間來達(dá)成t在步驟60之后，該設(shè)置操作800終止在步驟870因此設(shè)置該存儲單元232至理木巨的電阻狀態(tài)。如以上所描述，施加中的每存儲單元，將會本發(fā)明由檢測一相轉(zhuǎn)變的是為檢測到該相變化材電壓電平的一函數(shù)，來協(xié)整個(gè)陣列的該些存儲單元雖然每存儲單元一位態(tài)是描述在圖3中，但此例如，圖3中所描述存儲單元從第一程序化狀程序化至三個(gè)或多個(gè)如，由決定步驟810中已經(jīng)被程序化至該理想的被程序化至該理想的狀態(tài)可以包含施加一第—脈沖變化材料的主動(dòng)區(qū)域轉(zhuǎn)變通常的非晶相，改變狀態(tài)至一施加至該存儲單的狀態(tài)在步驟860中對應(yīng)至想要被程序化的該圖4是實(shí)施圖3設(shè)置在圖4的簡化圖中，該相同的程序化脈沖至陣列 導(dǎo)致 一 較寬的電阻值的分布。 開始以及施加 一 第二電壓， 料的相轉(zhuǎn)變的開始時(shí)的第一 助解決該問題。由這個(gè)方式， 的電阻值分布將會較緊縮。的設(shè)置操作(高或低電阻，是本發(fā)明的范圍并不局限于的方法可以被用來程序化態(tài)至第二程序化狀態(tài)。狀態(tài)也是可以被達(dá)成的，例的該被選取的存儲單元是否狀態(tài)。假如該存儲單元尚未，繼續(xù)執(zhí)行步驟8 3 0，或 一 序列的脈沖，以將該相至 一 "標(biāo)準(zhǔn)化"相，例如，該被選取存儲單元事先存在元遞增的電壓前 一 致的己知，該第二電壓可以被選取以數(shù)據(jù)值。操作8 0 0的簡化架構(gòu)圖。存儲單元2 3 2是由存取曰 曰曰體管905所代表，以及一可變電阻用以代表相變化元件248位線2 6 0是由如圖所示的電阻/電容網(wǎng)絡(luò)所代表位解碼器1 1 2 0對應(yīng)至地址信號，以連接該被選取的位線2 6 0至 一 感應(yīng)節(jié)點(diǎn)9 2 0 。字線解碼器110對應(yīng)至地址信號，以連接該被選取的字線258至~■偏壓(未示于此)。
一電壓源9 25是由邏輯電路935所控制，該電壓源9 2 5施加電壓至感應(yīng)節(jié)點(diǎn)92 0 ，施加至感應(yīng)節(jié)點(diǎn)9 2 0的電壓經(jīng)由位線解碼器1 2 0以及位線2 6 0到達(dá)該被選取的存儲單元232 。該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)92 0連接至一感應(yīng)放大器9 3 0的一輸入端該感應(yīng)放大器9 3 0將感應(yīng)節(jié)點(diǎn)9 2 0上的電流，也就是流經(jīng)存儲元件2 4 8上的電流，與由參考電壓電路未示于此)施加的一參考電壓VREF相比較。該感應(yīng)放大器9 3 O也可以以一參考電流的方式來實(shí)施該感應(yīng)放大器9 3 0產(chǎn)生一輸出信號Vout，將低邏輯輸出狀態(tài)改變至高邏輯輸出狀態(tài)，以表示該存儲元件24的相變化材料的相轉(zhuǎn)變的幵始。邏輯電路935有一第一輸入9 4 5連接至一致能信號，以及經(jīng)由反饋線9 4 0連接該感應(yīng)放大器93 0的輸出信號Vout至該第二輸入。依據(jù)圖4的架構(gòu)來操作的實(shí)施例的時(shí)脈圖描述在圖5中。熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)的人士可以了解的是，圖5的 時(shí)脈圖是簡化過的因此沒有按照比例繪制。因此，參照圖4和圖5 ，在 一 讀取操作8 1 0中， 讀取該被選取存儲單元2 3 2的該存儲元件2 4 8的 電阻狀態(tài)。例如，讀取由電阻2 4 8所代表的相變化 材料所伴隨的狀態(tài)，是由施加 一 控制電壓，例如是一 讀取致能信號，至邏輯電路9 3 5的 一 輸入9 4 5 ， 以及施加 一 字線地址信號至字線解碼器1 1 0 ，以驅(qū) 動(dòng)該被選取的字線2 5 8 ，以及施加 一 位線地址信號 至位線解碼器1 2 Q ，以將該選取的位線2 6 0連接 至該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)9 2 0 。施加至該被選取的字線2 5 8 的 一 電壓Vcc是在該存取晶體管9 0 5的臨界電壓Vth 之上。施加至邏輯電路9 3 5的輸入9 4 5的控制信號，控制該電壓源9 2 5以供應(yīng) 一 振幅為VREAD的電壓脈沖至該位線2 6 0 。該振幅為VREAD的電壓脈沖已足以產(chǎn)生電流流經(jīng)該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)9 2 0 ，但是并不足以改變存儲元件2 4 8的電阻狀態(tài)。該感應(yīng)放大器9 3 0連接至感應(yīng)節(jié)點(diǎn)9 2 Q將在該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)9 2 0上的電流與 一 參考的 VREF相比較，以及提供一必要的輸出Vout以對應(yīng)至該相變化元件94 0的該數(shù)據(jù)狀態(tài)。該參考電壓Vref可以被建立，使得一事先決定的 位線電流范圍對應(yīng)至 一 低(程序化)電阻狀態(tài)，以及 另 一 不同的位線電流范圍對應(yīng)至 一 高電阻狀態(tài)。在讀取操作8 1 0中，假如在該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)9 2 0上的電流，是對應(yīng)至事先決定電流范圍的低電阻狀態(tài)，則該輸出信號VqUT將會在 一 高邏輯狀態(tài)。該VQUT的高 邏輯狀態(tài)將會導(dǎo)致該設(shè)置操作8 0 0被該邏輯電路9 3 5終止在步驟8 2 0。在讀取操作8 1 0中，假如在該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)9 2 0上的電流，是對應(yīng)至事先決定位線電流范圍的高電阻狀態(tài)，則該輸出信號Vqut將會在 一 低邏輯狀態(tài)，以及 該設(shè)置操作8 0 0將會繼續(xù)進(jìn)行至步驟8 3 0 。在步驟8 3 0中，施加 一 高于該存取晶體管905臨界電壓Vth的Vcc至該被選取的字線258。~■控制信號，例如是 一 致能信號，施加至邏輯電路935的輸入9 4 5 ，使得該電壓源9 2 5被設(shè)置到電壓，使得施加至該位線2 6 Q的電壓是線性地增加，以及足以感應(yīng)電流流經(jīng)位線2 6 0和存儲元件248剛開始在位線2 6 0上的電壓并不足以使存儲元件24 8產(chǎn)生一電阻狀態(tài)的改變，以及在該描述的范例中，施加至位線2 6 Q的初始電壓與該讀取操作810中的電壓VREAD相同。如圖5中所示，在 一 時(shí)間i o o o的區(qū)間內(nèi)該電壓源9 25增加供應(yīng)至位線2 6 0上的電壓，以及該感應(yīng)放大器實(shí)時(shí)地檢測到位線2 6 0上的電流。供應(yīng)至該位線260上的電壓持續(xù)地增加達(dá) 一 段時(shí)間1 o0 0 ， 直到該感應(yīng)放大器的輸出VQUT由 一 低邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)變至一咼邏輯狀態(tài)，表示該存儲元件2 4 8的相變化材料開始了相轉(zhuǎn)變。當(dāng)該感應(yīng)放大器的輸出 V。UT由一低邏輯，態(tài)轉(zhuǎn)變至一高邏輯狀態(tài)，該位線電壓有一振巾畐 V s e t 。由于以上所描述的陣列中存儲單元的差異，可以 了解的是該時(shí)間區(qū)間1 0 0 0和振幅Vset ，其代表檢測 到 一 相變化的開始，在陣列中每 一 存儲單元也會不同。通常陣列中存儲單元的VSET ，將會在范圍1 0 1 Q內(nèi)， 范圍1 0 1 o的振幅將會依據(jù)存儲元件的實(shí)施例來決定。反饋線9 4 0連接該感應(yīng)放大器9 3 O的輸出Vout高邏輯狀態(tài)至邏輯線路9 3 5的輸入。該邏輯線路 9 3 5控制該電壓源9 2 5以維持該位線2 6 5的電壓 Vset在 一 事先決定的時(shí)間區(qū)間1 0 0 5 ，對每 一 存 儲單元程序化至相同的狀態(tài)，該事先決定的時(shí)間區(qū)間 1 0 Q 5相同?？闪私獾氖潜景l(fā)明并不僅限于圖5所 描述的實(shí)施例，以及在時(shí)間區(qū)間1 0 0 0后該電壓源925所供應(yīng)的電壓可以是電壓VqUT的函數(shù)，可以是任何形，的電壓，包含 一 序列脈沖。在該事先決定的時(shí)間區(qū)間1 0 0 5之后，位線260上的電流可以由降低該位線上的電壓以及該字線電壓來纟冬止，因此該存儲單元2 3 2可以被設(shè)置至理相的電阻狀態(tài)。在 一 范例中該時(shí)間區(qū)間1 005是介于納秒至5 0納秒。可以了解的是，形狀的變化以及圖5中不同止 少驟的脈沖數(shù)巨，都可以被使用而且也都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，如圖6中所示，可以有一事先決定的時(shí)間區(qū)間1200 ，其介于檢測相轉(zhuǎn)變的開始在時(shí)間區(qū)間1000的食冬點(diǎn)，以及第二電壓的開始在時(shí)間區(qū)間1005的起點(diǎn)。描述在圖5中是另一個(gè)不同時(shí)脈圖式的范例，在位線260上的電壓可以以非線性的方式來增加或是以線性和非線性組合的方式來增加。在另一個(gè)實(shí)施例中，位線2 60上的電壓在時(shí)間區(qū)間1 000內(nèi)是以步進(jìn)遞增的方式增加，如圖7中所示t在圖5中所描述的實(shí)施例，由將源極線254接地以提咼存儲單元的電壓，將字線的電壓維持在Vcc ，以及增加該位線2 6 0上的電壓。在另-一個(gè)s^施例中，當(dāng)字線258上的電壓增加，該位線260上的電壓是維持在個(gè)定值另一個(gè)實(shí)施例用以增加電流，包含改變該源極線254上的電壓圖5中多個(gè)脈沖也可以施加在步驟860中，例如在圖8中所描述的在時(shí)間區(qū)間1005內(nèi)施加序列二個(gè)脈沖在時(shí)間區(qū)間i o05內(nèi)，多個(gè)施加的脈沖中至少有~■個(gè)脈沖是具有一脈沖形狀，是在時(shí)間區(qū)間1000后所檢測到的此遞增電壓的電壓的函數(shù)在時(shí)間區(qū)間1005內(nèi)施力口VSET ，部分相變化元件248呈現(xiàn)區(qū)域化的溫度， 該溫度咼到足以導(dǎo)致該相變化材料局部的熔化如果這個(gè)小主 i冃形發(fā)生，經(jīng)由該存儲元件248快速的終止該電流，由于該熔化區(qū)域的快速冷卻，可以導(dǎo)致該些熔化的區(qū)域穩(wěn)定在非曰 曰曰高電阻狀態(tài)圖9，類似圖5 ，可以協(xié)助減少這個(gè)問題，由在下降時(shí)間區(qū)間11 0 0快速的減少位線的電壓以快速的減少流經(jīng)存儲元件248的電流，通常允許該存儲元件248以—定的速率進(jìn)行冷卻，使得任何的局部的熔化部分都可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)曰 曰曰相在一實(shí)施例中，該時(shí)間區(qū)間1100是大于或等于1納秒，伊J如1鄉(xiāng)內(nèi)秒、和1000纟內(nèi)秒之間在圖9中所描述的實(shí)施例，該位線在時(shí)間區(qū)間1100中是以幾近線性的方式下降，雖然本發(fā)明并不僅限于這個(gè)特征，以及該位線可以以線性和非線性組合的方式下降此外，可以使用多個(gè)脈沖。可以了解的是，不同的實(shí)施例可以包含或多個(gè)變化，如同包含在圖6 -圖9所討論的特征。可以了解的是，雖然在此描述的都是針對單被選取的存儲單元被程序化和讀取，相同的概念可以應(yīng)用至同時(shí)程序化許多的存儲單元。例如，依據(jù)陣列的配置，在陣列中同一列的許多存儲單元，因此連接到該相同的字線，中每一存儲單元連接至不同的位線，可以被同時(shí)的程序化或讀取。本發(fā)明的揭露是由參照該些最佳實(shí)施例以及范例詳細(xì)描述如上可以了解的是該些范例僅是用來描述而非用來限制本發(fā)明?？梢粤私獾氖?，任何熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士針對本發(fā)明的任何修改和組合均是落入本發(fā)明的精神及本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。任何以及所有的專利，專利申請書以及印刷的出版口 叫以上有提及的在此一并提出以供參考。
權(quán)利要求
1.一種用于程序化一包含相變化材料的存儲單元的方法，其特征在于，其包含施加一遞增的第一電壓在該存儲單元上，以及監(jiān)測該存儲單元中的電流以檢測該相變化材料的一相轉(zhuǎn)變的開始；以及當(dāng)檢測到該相變化材料的一相轉(zhuǎn)變的開始，施加一第二電壓在該存儲單元上，該第二電壓是以檢測到該相變化材料一相轉(zhuǎn)變的開始時(shí)的第一電壓的電平的函數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于程序化—包含相變化材料的存儲單元的方法，其特征在于， 其中施加該第電壓包含施加一固定電壓達(dá)一事先決定的時(shí)間區(qū)間長度。
3.如權(quán)利要求1所述的用于程序化一包含相變化材料的存儲單元的方法，其特征在于，g巾施加該第電壓包含施加多個(gè)電壓脈沖，多個(gè)電壓脈沖中至少有個(gè)具有檢測到該相變化材料一相轉(zhuǎn)變的開始時(shí)的該第電壓電平的函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的用于程序化 一 包含相變化材料的存儲單元的方法，其特征在于，還包含決定 一 數(shù)據(jù)值，其想要被程序化于該存儲單元中;讀取儲存于該存儲單元中的一目前數(shù)據(jù)值；以及施加該遞增的第一電壓于該存儲單元上，當(dāng)目U儲存的數(shù)據(jù)值不同于想要儲存的數(shù)據(jù)值時(shí)。
5.如權(quán)利要求4所述的用于程序化 一 包含相變化材料的存儲單元的方法，其特征在于，其中該讀取儲存于該存儲單元的一目前數(shù)據(jù)值，包含施加 一 讀取電壓脈沖于該存儲單元上以及檢測在該存儲單元中的一電流， 在該存儲單元中的該電流對應(yīng)至在該存儲單元中目前所儲存的數(shù)據(jù)值。
6.如權(quán)利要求1所述的用于程序化 一 包含相變化材料的存儲單元的方法，其特征在于，其中該存儲單元可程序化成三或四個(gè)不同數(shù)據(jù)值，且還包含選取該第電壓脈沖以對應(yīng)至該想要被程序化的數(shù)據(jù)值。
7.如權(quán)利要求1所述的用于程序化 一 包含相變化材料的存儲單元的方法，其特征在于，其中該存儲單元連接至 一 源極線，且包含一存取晶體管其具有柵極連接至 一 字線，該字線選擇性地將 一 位線連接至該相變化材料。
8.如權(quán)利要求7所述的用于程序化 一 包含相變化材料的存儲單元的方法，其特征在于，其中該施加—3遞增的第一電壓于該存儲單元上包含施加 一 電壓于該字線上，并足以將該位線耦接至該相變化材料；施加 一 固定的電壓在該源極線上 ，以及施加 一 遞增的電壓于該位線。
9.如權(quán)利要求8所述的用于程序化 一 包含相變化材料的存儲單元的方法，其特征在于，其中該施加固定電壓于該源極線包含施加 一 接地信號于該源極線上
10 .如權(quán)利要求8所述的用于程序化 一 包含相變化材料的存儲單元的方法，其特征在于，還包含決定 一 數(shù)據(jù)值，以程序化在該存儲單元中；讀取在該存儲單元中目前儲存的數(shù)據(jù)；以及施加該遞增的第 一 電壓于該存儲單元上，當(dāng)目、'-目U所儲存的數(shù)據(jù)值不同于想要儲存的數(shù)據(jù)值時(shí)。
11 .如權(quán)利要求10所述的用于程序化 一 包含相變化材料的存儲單元的方法，其特征在于，其中該讀取在該存儲單元中儲存的一目前數(shù)據(jù)值包含施加 一 電壓于該字線上，并足以將該位線耦接至該相變化材料；施加 一 電壓在該源極線上；施加 一 電壓在該位線上，并足以產(chǎn)生 一 電流流經(jīng) 該存儲單元中；以及檢測在該存儲單元中的該電流，在該存儲單元中 的該電流對應(yīng)至儲存在該存儲單元中的該目前數(shù)據(jù)值。
12.—存儲器裝置，其特征在于，其包含存儲單元耦接至 一 位線以及一字線且包含相變化材料電路，以選擇性地耦接該位線至 一 感應(yīng)節(jié)點(diǎn)一電壓源，耦接至該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)；感應(yīng)放大器，包含一輸入耦接至該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，該感應(yīng)放大器被用來感應(yīng)在該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)上的一電流，以檢測該相變化材料 一 相轉(zhuǎn)變的開始，以及產(chǎn)生一輸出信號以表示 一 相轉(zhuǎn)變的開始;;以及電路耦接至該電壓源以控制該電壓源，以供應(yīng)一遞增的第一電壓至該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，以及響應(yīng)代表該相變化材料 一 相轉(zhuǎn)變的開始的輸出信號，以控制該電壓源以供應(yīng)一第二電壓至該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，該電壓是檢測到該相變化材料 一 相轉(zhuǎn)變的開始時(shí)的該第 一 電壓電平的函數(shù)
13.如權(quán)利要求12所述的存儲器裝置，其特征在于，其中該感應(yīng)放大器包含一第二輸入連接到一參考電壓，該感應(yīng)放大器被用來相對于該參考電壓感應(yīng)在該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)上的 一 電流，以檢測該相變化材料一相轉(zhuǎn)變的開始。
14.如權(quán)利要求12所述的存儲器裝置，特征在于，中該第二電壓包含施加 一 固定電壓達(dá)~■事先決定的時(shí)間區(qū)間長度。
15.如權(quán)利要求12所述的存儲器裝置，特征在于，中該第二電壓包含多個(gè)電壓脈沖，多個(gè)電壓脈沖中至少有 一 個(gè)具有檢測到該相變化材料相轉(zhuǎn)變的開始時(shí)的該第 一 電壓電平的函數(shù)。
16.如權(quán)利要求12所述的存儲器裝置，苴 z 、特征在于，苴 z 、中該電路耦接至該電壓源以響應(yīng)一讀取致能信號，以控制該電壓源以供應(yīng) 一 讀取電壓脈沖至該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)；以及該感應(yīng)放大器被用來感應(yīng)在該感應(yīng)節(jié)點(diǎn)上的一電 流，由于該讀取電壓脈沖在檢測該存儲單元中的 一 數(shù) 據(jù)值，以及產(chǎn)生 一 輸出信號以表示在存儲單元中的該 數(shù)據(jù)值。
17.如權(quán)利要求12所述的存儲器裝置，其特征在 于，其中該存儲單元還包含一存取晶體管其具有一柵 極耦接至該字線，且還包含 一 源極線將該存儲單元耦接至接地端。
全文摘要
一儲存裝置中的一存儲單元包含相變化材料，伴隨程序化該儲存裝置的方法一起被描述。在此揭露一用以程序化該儲存裝置的方法，包含施加一遞增的第一電壓在該存儲單元上，以及監(jiān)測該存儲單元中的電流以檢測該相變化材料的一相轉(zhuǎn)變的開始。當(dāng)檢測到該相變化材料的一相轉(zhuǎn)變的開始，該方法包含施加一第二電壓在該存儲單元上，是在檢測該相變化材料的一相轉(zhuǎn)變開始的第一電壓電平的一函數(shù)。
文檔編號G11C11/56GK101236779SQ200810004950
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日
發(fā)明者龍翔瀾 申請人:旺宏電子股份有限公司