[发明专利]写入相变存储器元件的方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种基于相变存储器材质，包括硫族化合物材质与其它可程序化电阻材质，的存储器装置及操作存储器装置的方法。

背景技术

具有相变的存储器材质可利用适于实现在集成电路的电流在位准上的应用改变其相位，而其相位介于非晶态(amorphous state)与晶态(crystalline state)之间，且具有相变的存储器材质可为硫族化合物(Chalcogenide)或其它类似的材质。普通非晶态的特征在于其电阻高于普通非晶态的电阻，且其可以容易被侦测据以指出资料。这些特性有利于可程序化电阻材质据以形成非挥发性存储器电路，其中非挥发性存储器电路可依据随机存取的方式以被读与写。

在相变存储器部分，资料的储存是根据相变材质的主动区在晶相(crystalline phase)与非晶相(amorphous phase)之间的转换。图1绘示多个存储单元的电阻分布，每个存储单元包括一个相变存储器元件。多个存储单元中的多个相变存储器元件可程序化为多个电阻状态，例如高电阻重置(擦除)状态102以及至少一个较低电阻程序化(设置)状态100。每个电阻状态对应于非重叠电阻区域。

较低电阻状态100的最高电阻R₁与高电阻重置状态102的最低电阻R₂之间的差距可定义为读取边缘(read margin)101，而读取边缘101用以区分在较低电阻状态100的单元与在高电阻状态102的单元。于是储存于存储单元的资料可利用存储单元的电阻是在较低电阻状态100，亦或是在高电阻状态102而据以判定。举例来说，判定的方法可依据测量存储单元的电阻是否高于或低于读取边缘101中的临界电阻值R_SA103。

从高电阻状态102转变至较低电阻状态100，亦即前述的设置或程序化，通常以较低电流操作，而此电流可将相变材质加热超过转换温度，以转换非晶相至晶相。另一方面，从较低电阻状态100转变至高电阻状态102，亦即前述的重置，通常以较高电流操作，而此电流包括一个高电流密度的短脉冲，以融化或分解结晶架构，并且于相变材质快速冷却之后，平息相变处理并使得相变材质的一部份稳定于非晶相。

重置所需的电流量可以由缩小相变存储器元件而减少电流量，并使得具有穿过相变存储器元件的少量绝对电流值的较高电流密度被达成。然而缩小相变存储器元件会造成相变存储器元件难以设置(difficult to set)的现象。尤其在相变材质的应用时，难以使得相变材质的主动区，从高电阻状态102的非晶相转换至较低电阻状态100的晶相。这样特性的起因至今并未清楚。

因此针对难以设置的存储器装置，须要提出操作存储器装置的方法。

发明内容

本发明提供一种操作存储单元的方法，适用于包括相变存储器元件的存储单元，相变存储器元件可程序化至多个电阻状态，多个电阻状态包括较高电阻状态与较低电阻状态，操作方法包括施予偏压配置至存储单元以改变电阻状态从较高电阻状态至较低电阻状态，其中施予偏压配置至存储单元包括施予跨过相变存储器元件的第一电压脉冲与第二电压脉冲，其中第二电压脉冲的电压极性不同于第一电压脉冲。

本发明提供一种存储器装置，包括存储单元与偏压电路，存储单元包括相变存储器元件，相变存储器元件可程序化至多个电阻状态，电阻状态包括一较高电阻状态与一较低电阻状态。偏压电路用以施予上述偏压配置。

于此所述的设置操作利用不同极性的第一与第二电压脉冲以克服存储单元结构的难以设置特性，其中存储单元结构的承受大量热电效应导致相变材质非对称升温，例如微小桥式存储单元。可承受难以设置特性的典型结构在相变材质中，具有相当长的电流路径，且相变材质的切面相对小于电流路径长度。典型结构亦具有主动区，而在设置操作下，主动区的升温区是远离与相变材质接触的电极。

使用设置操作的典型单元可为桥式(bridge)单元与支柱(pillar)单元，其中桥式单元的厚度约为3-20纳米，而支柱单元的直径约为3-20纳米。更进一步而言，这些难以设置的存储单元的相变材质可为Ge_xSb_yTe_z与Ge_xTe_y。这些相变材质于成核支配时转换至设置状态，其中晶化的过程从材质的多个区域开始。

附图说明

本发明其它实施例与优点可参照后述附图、详细说明以及申请专利范围。上述的概要说明以及后述的详细说明仅为示范与说明之用，但并非限定本发明以及申请专利范围，其中：