[發(fā)明專利]高耐用度相變存儲(chǔ)器裝置及其操作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210195841.3
• 申請日: 2012-06-14
• 公開（公告）號(hào): CN102842341A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜姵瑩;吳昭誼;李明修;金相汎;林仲漢
• 申請（專利權(quán)）人: 旺宏電子股份有限公司;國際商用機(jī)器公司
• 主分類號(hào): G11C11/56
• 分類號(hào): G11C11/56;G11C16/06
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明關(guān)于以包括硫族化物(chalcogenide)材料的相變材料為基礎(chǔ)的存儲(chǔ)器裝置，以及用于操作這類裝置的方法。

本申請案主張2011年6月23日申請的名稱為「高耐用度相變存儲(chǔ)器裝置及其操作方法(High-Endurance?Phase?Change?Memory?Device?and?Methods?for?Operating?the?Same)」的美國臨時(shí)申請案第61/500,567號(hào)，其并入本文作為參考。

背景技術(shù)

相變基礎(chǔ)存儲(chǔ)器材料，像是硫族化物基礎(chǔ)材料以及類似的材料，可通過在集成電路中施加電流至適合于執(zhí)行的電平，而被導(dǎo)致來改變非結(jié)晶相及結(jié)晶相之間。非結(jié)晶相的特征在于比可被立即讀取以指示數(shù)據(jù)的結(jié)晶相還高的電阻。這些特性已產(chǎn)生在使用可編程的電阻材料的利益，以形成可以隨機(jī)動(dòng)態(tài)來讀取及寫入的非易失性存儲(chǔ)電路。

在本文中，設(shè)定操作是從非結(jié)晶相到結(jié)晶相的變化通常是較低電流的操作，復(fù)位操作是從結(jié)晶相到非結(jié)晶相的變化通常是較高電流的操作，且復(fù)位操作包括一短高電流密度脈沖來融化或破壞結(jié)晶結(jié)構(gòu)，在相變材料快速冷卻后，淬熄該相變過程并容許至少一部份的相變材料在非結(jié)晶相中變穩(wěn)定。

在重復(fù)的設(shè)定及復(fù)位操作后，相變存儲(chǔ)器單元可經(jīng)歷一「鎖定設(shè)定失效(stuck-set?failure)」或復(fù)位失效模式，其中復(fù)位操作可不再充分地增加存儲(chǔ)器單元的電阻。另一方面，存儲(chǔ)器單元也可經(jīng)歷一「高鎖定失效(stuck-high?failure)」或設(shè)定失效模式，其中設(shè)定操作無法充分地降低存儲(chǔ)器單元的電阻。這些失效模式限制了裝置的循環(huán)耐用度。

因此，其欲提供滿足與鎖定設(shè)定失效模式或高鎖定失效模式相關(guān)的耐用度議題的相變基礎(chǔ)存儲(chǔ)器裝置及操作方法。

發(fā)明內(nèi)容

本文所描述的相變基礎(chǔ)存儲(chǔ)器裝置及用于操作這類裝置的方法克服了失效模式而且導(dǎo)致了增進(jìn)的耐用度、可靠度及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存表現(xiàn)。

高電流修復(fù)操作響應(yīng)于相變存儲(chǔ)器單元的設(shè)定或復(fù)位失效而進(jìn)行。當(dāng)存儲(chǔ)器單元的電阻響應(yīng)于一設(shè)定操作而無法被降低到對(duì)應(yīng)于較低電阻設(shè)定態(tài)的電阻時(shí)，發(fā)生了一設(shè)定失效。當(dāng)存儲(chǔ)器單元的電阻響應(yīng)于一復(fù)位操作而無法被增加到對(duì)應(yīng)于較高電阻復(fù)位態(tài)的電阻時(shí)，發(fā)生了一復(fù)位失效。修復(fù)操作引起了比正常復(fù)位操作更高的通過相變存儲(chǔ)器單元的電流強(qiáng)度，使得更大體積的相變材料在修復(fù)操作期間比在復(fù)位操作期間融化。

較高電流修復(fù)操作可提供一足夠的能量，以反轉(zhuǎn)可在重復(fù)的設(shè)定及復(fù)位操作之后所發(fā)生的相變材料中的組成改變。這些組成改變可包括設(shè)定及復(fù)位操作所引起的在相變材料中的電致遷移及相分離，其導(dǎo)致了設(shè)定及復(fù)位失效。

通過反轉(zhuǎn)這些組成改變，本文所描述的技術(shù)可回復(fù)經(jīng)歷過設(shè)定或復(fù)位失效的存儲(chǔ)器單元，藉此延長存儲(chǔ)器單元的耐用度。如此一來，提供了具有高循環(huán)耐用度的相變基礎(chǔ)存儲(chǔ)器裝置及操作這類裝置的方法。

此外，設(shè)定操作、復(fù)位操作及較高電流修復(fù)操作通過施加具有跨過相變存儲(chǔ)器單元的相同電壓極性而進(jìn)行。換言之，通過相變存儲(chǔ)器單元的電流在每一操作期間以相同方向流動(dòng)。結(jié)果，與需要來施加相反的極性脈沖者相較，需要來操作存儲(chǔ)器單元的控制及偏壓電路的復(fù)雜度大為簡化。

本發(fā)明的其他方面及優(yōu)點(diǎn)可在檢閱以下的圖式、實(shí)施方式及權(quán)利要求范圍而理解。

附圖說明

圖1為包含可如本文所述操作的相變存儲(chǔ)器單元的集成電路的簡化方塊圖。

圖2說明了在圖1的相變存儲(chǔ)器陣列中一部份的相變存儲(chǔ)器單元的范例。

圖3說明了具有一有源區(qū)及一較大體積的修復(fù)區(qū)的蕈傘型存儲(chǔ)器單元的剖面示意圖。

圖4為具有如本文所述的較高電流修復(fù)模式的復(fù)位操作的流程圖。

圖5為具有如本文所述的較高電流修復(fù)模式的設(shè)定操作的流程圖。

圖6為圖4的復(fù)位操作的范例時(shí)間圖。

【主要元件符號(hào)說明】

100????集成電路????????????????????????105????相變存儲(chǔ)器陣列

110????字線譯碼器及驅(qū)動(dòng)器??????????????115????多條字線

120????位線譯碼器??????????????????????125????多條位線

130????感應(yīng)電路(感應(yīng)放大器)及數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu)

135????數(shù)據(jù)總線????????????????????????140????數(shù)據(jù)輸入線

145????數(shù)據(jù)輸出線