[發明專利]寫入相變存儲器元件的方法

無效

• 申請號: 200910166450.7
• 申請日: 2009-08-17
• 公開（公告）號: CN101777380A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 陳逸舟
• 申請（專利權）人: 旺宏電子股份有限公司
• 主分類號: G11C16/02
• 分類號: G11C16/02;G11C16/06;G11C11/56
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明是有關于一種基于相變存儲器材質，包括硫族化合物材質與其它可程序化電阻材質，的存儲器裝置及操作存儲器裝置的方法。

背景技術

具有相變的存儲器材質可利用適于實現在集成電路的電流在位準上的應用改變其相位，而其相位介于非晶態(amorphous?state)與晶態(crystalline?state)之間，且具有相變的存儲器材質可為硫族化合物(Chalcogenide)或其它類似的材質。普通非晶態的特征在于其電阻高于普通非晶態的電阻，且其可以容易被偵測據以指出資料。這些特性有利于可程序化電阻材質據以形成非揮發性存儲器電路，其中非揮發性存儲器電路可依據隨機存取的方式以被讀與寫。

在相變存儲器部分，資料的儲存是根據相變材質的主動區在晶相(crystalline?phase)與非晶相(amorphous?phase)之間的轉換。圖1繪示多個存儲單元的電阻分布，每個存儲單元包括一個相變存儲器元件。多個存儲單元中的多個相變存儲器元件可程序化為多個電阻狀態，例如高電阻重置(擦除)狀態102以及至少一個較低電阻程序化(設置)狀態100。每個電阻狀態對應于非重疊電阻區域。

較低電阻狀態100的最高電阻R₁與高電阻重置狀態102的最低電阻R₂之間的差距可定義為讀取邊緣(read?margin)101，而讀取邊緣101用以區分在較低電阻狀態100的單元與在高電阻狀態102的單元。于是儲存于存儲單元的資料可利用存儲單元的電阻是在較低電阻狀態100，亦或是在高電阻狀態102而據以判定。舉例來說，判定的方法可依據測量存儲單元的電阻是否高于或低于讀取邊緣101中的臨界電阻值R_SA103。

從高電阻狀態102轉變至較低電阻狀態100，亦即前述的設置或程序化，通常以較低電流操作，而此電流可將相變材質加熱超過轉換溫度，以轉換非晶相至晶相。另一方面，從較低電阻狀態100轉變至高電阻狀態102，亦即前述的重置，通常以較高電流操作，而此電流包括一個高電流密度的短脈沖，以融化或分解結晶架構，并且于相變材質快速冷卻之后，平息相變處理并使得相變材質的一部份穩定于非晶相。

重置所需的電流量可以由縮小相變存儲器元件而減少電流量，并使得具有穿過相變存儲器元件的少量絕對電流值的較高電流密度被達成。然而縮小相變存儲器元件會造成相變存儲器元件難以設置(difficult?to?set)的現象。尤其在相變材質的應用時，難以使得相變材質的主動區，從高電阻狀態102的非晶相轉換至較低電阻狀態100的晶相。這樣特性的起因至今并未清楚。

因此針對難以設置的存儲器裝置，須要提出操作存儲器裝置的方法。

發明內容

本發明提供一種操作存儲單元的方法，適用于包括相變存儲器元件的存儲單元，相變存儲器元件可程序化至多個電阻狀態，多個電阻狀態包括較高電阻狀態與較低電阻狀態，操作方法包括施予偏壓配置至存儲單元以改變電阻狀態從較高電阻狀態至較低電阻狀態，其中施予偏壓配置至存儲單元包括施予跨過相變存儲器元件的第一電壓脈沖與第二電壓脈沖，其中第二電壓脈沖的電壓極性不同于第一電壓脈沖。

本發明提供一種存儲器裝置，包括存儲單元與偏壓電路，存儲單元包括相變存儲器元件，相變存儲器元件可程序化至多個電阻狀態，電阻狀態包括一較高電阻狀態與一較低電阻狀態。偏壓電路用以施予上述偏壓配置。

于此所述的設置操作利用不同極性的第一與第二電壓脈沖以克服存儲單元結構的難以設置特性，其中存儲單元結構的承受大量熱電效應導致相變材質非對稱升溫，例如微小橋式存儲單元。可承受難以設置特性的典型結構在相變材質中，具有相當長的電流路徑，且相變材質的切面相對小于電流路徑長度。典型結構亦具有主動區，而在設置操作下，主動區的升溫區是遠離與相變材質接觸的電極。

使用設置操作的典型單元可為橋式(bridge)單元與支柱(pillar)單元，其中橋式單元的厚度約為3-20納米，而支柱單元的直徑約為3-20納米。更進一步而言，這些難以設置的存儲單元的相變材質可為Ge_xSb_yTe_z與Ge_xTe_y。這些相變材質于成核支配時轉換至設置狀態，其中晶化的過程從材質的多個區域開始。

附圖說明

本發明其它實施例與優點可參照后述附圖、詳細說明以及申請專利范圍。上述的概要說明以及后述的詳細說明僅為示范與說明之用，但并非限定本發明以及申請專利范圍，其中：