[发明专利]通过改变重置振幅的PCM多层单元存储编程

说明书

技术领域

本发明涉及相变化内存，以及更特别地是，涉及对一相变化存储装置的编程。

背景技术

计算机内存主要分为两种：易失性内存以及非易失性内存。在易失性内存中，会需要持续的能量输入来保留信息，而在非易失性内存中则是不需要持续的能量输入。易失性存储装置的例子包括，动态随机存取存储器(DRAM)以及静态随机存取存储器(SRAM)。DRAM需要不断地更新存储元件(需要能量)，而SRAM则是需要持续供应的能量来维持存储元件的状态。非易失性存储装置的例子为，只读存储器(ROM)、快闪电子可擦除式只读存储器(Flash Electrical Erasable Read Only Memory)、铁电随机存取存储器、磁性随机存取存储器(MRAM)、以及相变化内存(PCM，Phase Change Memory)。

正如所述，在非易失性内存的存储元件中的信息可以在不需要消耗电力的情形下保留数天至数十年。而本发明所针对的则主要是相变化内存，亦即，一种型态的非易失性内存。在相变化内存中，信息会被储存在可因受控制而变为不同相的材料之中。而这些相的每一个则都会显现出可被用于储存信息的区别的电特性。由于一非结晶相(amorphous phase)以及一结晶相(crystalline phase)在电阻上具有可侦测的差异性，因此，它们通常会是被用于(1以及0的)位储存的二个相。特别地是，非结晶相具有比该结晶相更高的电阻。

硫族化合物(Chalcogenides)是常被使用作为相变化材料的一群材料，而此群材料则是会包含一氧族(chalcogen)(周期表16/VIA族)以及另一元素。在产生一相变化存储单元时，锶(Se)以及碲(Te)是此群中常被用来产生一氧族半导体的二个元素。一个例子是Ge₂Sb₂Te₅(GST)、SbTe、以及In₂Se₃。

当欲改变该相变化材料的状态时，会需要将该材料加热至一熔点，然后再将该材料冷却至各种可能状态的其中之一。一电流会通过该相变化材料而诱发欧姆加热，并造成该相变化材料融化。而融化以及逐渐地冷却该相改变材料，则是让该相变化材料有时间可以形成结晶相。融化并急剧地冷却该相变化材料，则会使得该相变化材料形成非结晶相。

在多位储存(multi-bit storage)中，一单独的相变化存储单元必须要能够被编程成为多种状态。这些多种状态指的是各种比例的非结晶相以及结晶相的相变化材料。非结晶相与结晶相变化材料的比例会直接影响该存储单元的电阻。

在相变化内存中，会面临的一个问题是，如何准确地将一相变化存储单元编程成为多种状态。将一存储单元编程成为一特定电阻所必要的电流取决于其既存的电阻。而这则是让一相变化存储单元被编程成为一目标电阻的准确性，会在所需电流必须根据其既存电阻以及目标电阻而进行改变时产生问题。因此，有需要发展一种编程一相变化存储装置的方法，其可以被利用。一致的电流层次而将一相变化存储单元编程成为多个目标电阻。

发明内容

根据本发明一方面的构想所提供的是一种将一相变化存储装置中的一目标存储单元编程为一目标电阻的方法。该相变化存储装置包括多个存储单元。该目标存储单元属于该多个存储单元。每一个存储单元会储存由至少二电阻状态代表的二进制数据。该方法包括将该目标存储单元中的一相变化元件设定为一完全非结晶状态。该方法包括检索用于该相变化存储装置的一特征最低SET电流以及一相对应SET电阻。该特征最低SET电流是一SET脉冲的一最小电流振幅，其中，该SET脉冲是将一存储单元的该相变化元件由一完全非结晶状态改变为一完全结晶状态所需的一电流脉冲。该方法包括检索用于该相变化存储装置的一特征RESET电流斜率，其中，该特征RESET电流斜率包括将该多个存储单元编程为目标电阻所必需的一RESET脉冲的相关电流振幅数值。该方法包括以该特征最低SET电流以及该特征RESET电流斜率作为基础来计算用于一RESET脉冲的一第一电流振幅。该方法包括将该RESET脉冲施加至处于该完全非结晶状态的该目标存储单元。该方法还包括在施加该RESET脉冲之后，测量该目标存储单元的电阻。若是该目标存储单元的所测得的电阻实质上小于该目标电阻时，则该方法还会包括施加一个或多个额外RESET脉冲至该目标存储单元，直到该所测得的电阻实质上等于该目标电阻为止。