[發明專利]用于多階相變化存儲器的電流順從感測架構

有效

• 申請號: 200810001947.9
• 申請日: 2008-01-04
• 公開（公告）號: CN101231884A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: 湯瑪斯·D.·漢普;龍翔瀾;湯瑪斯·尼斯曲
• 申請（專利權）人: 旺宏電子股份有限公司;奇夢達股份有限公司
• 主分類號: G11C11/56
• 分類號: G11C11/56;G11C16/26
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 王英

共同研究協議的主體

美國紐約州的國際商業機器(IBM)公司、臺灣的旺宏電子股份有限公司以及德國的英飛凌公司為共同研究協議的主體。

技術領域

本發明涉及以相變化存儲材料為基礎的高密度存儲裝置，并且尤其涉及該裝置的感測電路。

背景技術

以相變化為基礎的存儲材料被廣泛地運用于讀寫光碟片中。這些材料包括有至少兩種固態相，包括一非晶態的固態相以及結晶態的固態相。激光脈沖用于讀寫光碟片中，來做相的切換，并讀取此種材料于相轉換之后的光學性質。

如硫屬化物及類似材料的此等相變化存儲材料，可通過施加其幅度適用于集成電路中的電流，而致使晶相轉換。一般而言非晶態的特征其電阻高于結晶態，此電阻值可輕易測量得到而用以作為指示。這種特性則引發使用可編程電阻材料以形成非易失性存儲器電路等，此電路可用于隨機存取讀寫。

非晶態與結晶態相之間的調變是通過控制相變化材料的受熱程度而實現的。舉例而言，從非晶態相調變到結晶態相是將其加熱到介于相變化材料的玻璃轉換溫度及熔化溫度之間。這稱為「設置」，發生在相對較低的電流作用期間。從結晶態調變為非晶態則稱為「重置」，發生在相對較高的電流作用期間，相變化材料可能會處于短高電流密度脈沖，以熔化或分解結晶態結構，使得相變化結構的至少一部份在常溫下穩定于非晶態相。通過控制相變化元件材料的結晶態及非晶態量，則可能在此元件中建立多重存儲狀態，包含重置狀態(在元件的有效區實質呈全非晶態相)、一或多個中繼狀態(材料的有效區形成非晶態相與結晶態相的混合狀態)以及設置狀態(材料的有效區形成實質呈全結晶態相)。

在讀取作業期間，相變化材料被施加一讀取脈沖，以決定存儲元件表示相變化材料是處于設置狀態、重置狀態或中繼狀態的電阻值。然而，理想的情況下，讀取作業期間，可選擇適當的讀取脈沖，使得相變化材料的非晶態及晶態相的相對數量并不會受到影響。

發明內容

本發明的目的涉及存儲裝置及讀取該存儲裝置的方法，包括具有與其相關的數據狀態的相變化元件，其特征在于當讀取電流存在時，會維持相變化元件的數據狀態的一致性。具體而言，讀電流可在相變化元件中產生足夠的熱源，改變其物理特性。這可能使數據狀態改變，或可能需要感測擴大感測范圍以便檢測數據狀態。本發明的實施例的存儲裝置包含具有相變化元件的存儲單元，其相變化元件具有與其相關的數據狀態，并耦接一位線及一字線。感測放大器定義感測節點。電路選擇性地放置位線以與感測節點作數據通信，以定義所選位線。電流源產生讀取電流，切換器選擇性施加讀電流到感測節點。邏輯與感測節點作電通信以控制讀取電流存在時相變化材料的總能量，使數據狀態保持一致。讀取周期所施加的總能量是從一個恒定的電流源施加讀取電流的脈沖，使得讀取電流脈沖具有實質一致的幅度，其具有回應相變化元件的電阻所控制的脈沖寬度。

附圖說明

圖1是本發明的集成電路裝置的框圖；

圖2是圖1所示的代表性存儲陣列的部份示意圖；

圖3是適用于圖2的陣列的存儲單元對的結構的剖面圖；

圖4是本發明的一實施例中感測結構的電路示意圖；

圖5是圖4所示的感測結構的實施例的相變化元件的四種不同的數據狀態的讀取致能信號、位線電壓信號及位線讀取電流的相對時序的時序圖；

圖6是第一替換實施例的感測結構的電路示意圖；

圖7是本發明的第二實施例的感測結構的電路示意圖；

圖8是本發明的第三實施例的感測結構的電路示意圖；

圖9是繪示不同讀電流中相變化元件的電阻改變及相變化元件的電壓下降的改變間的關系圖；

圖10是繪示不同電阻的相變化的時間與相變化元件的電壓下降改變的關系圖；

圖11是顯示時間與不同電容的位線的電壓改變的關系圖；

圖12是本發明的第四實施例中圖2所示的存儲單元的電子示意圖。

【主要元件符號說明】

10?????????????電路

12?????????????存儲陣列

14?????????????字線解碼器

16?????????????字線

18?????????????位線解碼器

20?????????????位線

22?????????????匯流排

24?????????????感測放大器以及數據輸入結構

26?????????????數據匯流排

28?????????????數據輸入線