[发明专利]用以更新可编程电阻存储器的方法与装置

说明书

技术领域

本发明是有关于使用了可编程电阻材料(例如相变化存储材料)高密度存储装置，以及操作此等装置的方法。

背景技术

相变化存储材料是广泛地用于读写光盘中。这些材料包括有至少两种固态相，包括如为非晶态的固态相，以及为结晶态的固态相。激光脉冲是用于读写光盘片中，以在二种固态相中切换，并读取此种材料于相变化之后的光学性质。

如硫属化物及类似材料的此等相变化存储材料，可通过施加电流而致使晶相变化。这种特性则引发使用可编程电阻材料以形成非易失性存储器电路等兴趣。

此领域发展的一种方向是使用微量可编程的电阻材料，尤其是使用于微小孔洞中。致力于此等微小孔洞的专利包括：于1997年11月11日公告的美国专利第5,687,112号“Multibit Single Cell MemoryElement Having Tapered Contact”、发明人为Ovshinky；于1998年8月4日公告的美国专利第5,789,277号“Method of Making Chalogenide[sic]Memory Device”、发明人为Zahorik等；于2000年11月21日公告的美国专利第6,150,253号“Controllable Ovonic Phase-ChangeSemiconductor Memory Device and Methods of Fabricating the Same”、发明人为Doan等。

美国专利申请案号2004-0026686-A1揭露了一种相变化存储单元，其中相变化元件包括一位于一电极/介电层/电极堆栈上的侧壁。通过施加电流而使相变化材料在非晶态与结晶态之间切换，进以储存数据。从非晶态转变至结晶态一般是为一低电流步骤。从结晶态转变至非晶态(以下指称为复位(reset))一般是为一高电流步骤。较佳是将用以导致相变化材料进行转换(从结晶态转换至非晶态)的复位电流幅度最小化。复位所需要的复位电流幅度可以通过将存储单元中的主动相变化材料元件的尺寸、并且减少在电极与相变化材料之间的接触区域而降低。

因此可以研发存储单元的制造方法与结构，此存储单元则使用了小量的可编程电阻材料。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的是为提供一种非易失性集成电路，其包括至少一非易失性存储单元以及控制电路。此非易失性存储单元包括一可编程电阻元件，其具有多个物理状态以储存数据。控制电路是施加多个电气信号至非易失性存储单元。这些电气信号包括：(1)施加至非易失性存储单元以储存数据的信号；以及(2)施加至非易失性存储单元以维持此非易失性存储单元储存数据能力的信号。前者(施加至至少一非易失性存储单元以储存数据的信号)包括一复位信号，以致使非易失性存储单元的可编程电阻元件储存一第一物理状态，而一设置信号则致使非易失性存储单元的可编程电阻材料储存一第二物理状态。后者(施加至非易失性存储单元以维持其储存数据能力的信号)包括一加热信号以致使非易失性存储单元的可编程电阻元件储存此第一物理状态，以及一冷却信号以致使非易失性存储单元的可编程电阻元件储存此第二物理状态。加热信号是施以相较于复位信号为高的功率而施加至可编程电阻元件，而冷却信号是以相较于设置信号为长的时间而施加至可编程电阻元件。

在一实施例中，非易失性存储单元具有至少一千万次的复位与设置信号循环寿命。

在另一实施例中，在当多个复位与设置信号循环发生或即将发生的一定时间区间之后，控制电路施加至少一循环的加热信号与冷却信号。在各个实施例中，此时间区间是由定时器、由复位与设置循环的计数、或由复位与设置信号的随机数目循环所决定。在其它实施例中，此时间区间在非易失性存储单元无法正确响应至复位信号时终止或者此时间区间在非易失性存储单元无法正确地响应至设置信号时终止。

在进一步的实施例中，在一包括有此电路的一机构启动时，或者在施加任何复位与设置信号之前，控制信号是施加至少一循环的加热信号以及冷却信号。

在某些实施例中，加热信号的施加致使非易失性存储单元的可编程电阻元件成为实质上完全非晶态。在某些实施例中，冷却信号的施加是使得非易失性存储单元的可编程电阻元件成为实质上完全结晶态。

在其它实施例中，控制电路是施加至少一循环的加热信号与冷却信号，其中此循环包括多个加热信号之后接着则是至少一冷却信号，或者此循环是包括至少一加热信号之后接着则是多个冷却信号。