[发明专利]高耐用度相变存储器装置及其操作方法

说明书

技术领域

本发明关于以包括硫族化物(chalcogenide)材料的相变材料为基础的存储器装置，以及用于操作这类装置的方法。

本申请案主张2011年6月23日申请的名称为「高耐用度相变存储器装置及其操作方法(High-Endurance Phase Change Memory Device and Methods for Operating the Same)」的美国临时申请案第61/500,567号，其并入本文作为参考。

背景技术

相变基础存储器材料，像是硫族化物基础材料以及类似的材料，可通过在集成电路中施加电流至适合于执行的电平，而被导致来改变非结晶相及结晶相之间。非结晶相的特征在于比可被立即读取以指示数据的结晶相还高的电阻。这些特性已产生在使用可编程的电阻材料的利益，以形成可以随机动态来读取及写入的非易失性存储电路。

在本文中，设定操作是从非结晶相到结晶相的变化通常是较低电流的操作，复位操作是从结晶相到非结晶相的变化通常是较高电流的操作，且复位操作包括一短高电流密度脉冲来融化或破坏结晶结构，在相变材料快速冷却后，淬熄该相变过程并容许至少一部份的相变材料在非结晶相中变稳定。

在重复的设定及复位操作后，相变存储器单元可经历一「锁定设定失效(stuck-set failure)」或复位失效模式，其中复位操作可不再充分地增加存储器单元的电阻。另一方面，存储器单元也可经历一「高锁定失效(stuck-high failure)」或设定失效模式，其中设定操作无法充分地降低存储器单元的电阻。这些失效模式限制了装置的循环耐用度。

因此，其欲提供满足与锁定设定失效模式或高锁定失效模式相关的耐用度议题的相变基础存储器装置及操作方法。

发明内容

本文所描述的相变基础存储器装置及用于操作这类装置的方法克服了失效模式而且导致了增进的耐用度、可靠度及数据储存表现。

高电流修复操作响应于相变存储器单元的设定或复位失效而进行。当存储器单元的电阻响应于一设定操作而无法被降低到对应于较低电阻设定态的电阻时，发生了一设定失效。当存储器单元的电阻响应于一复位操作而无法被增加到对应于较高电阻复位态的电阻时，发生了一复位失效。修复操作引起了比正常复位操作更高的通过相变存储器单元的电流强度，使得更大体积的相变材料在修复操作期间比在复位操作期间融化。

较高电流修复操作可提供一足够的能量，以反转可在重复的设定及复位操作之后所发生的相变材料中的组成改变。这些组成改变可包括设定及复位操作所引起的在相变材料中的电致迁移及相分离，其导致了设定及复位失效。

通过反转这些组成改变，本文所描述的技术可回复经历过设定或复位失效的存储器单元，藉此延长存储器单元的耐用度。如此一来，提供了具有高循环耐用度的相变基础存储器装置及操作这类装置的方法。

此外，设定操作、复位操作及较高电流修复操作通过施加具有跨过相变存储器单元的相同电压极性而进行。换言之，通过相变存储器单元的电流在每一操作期间以相同方向流动。结果，与需要来施加相反的极性脉冲者相较，需要来操作存储器单元的控制及偏压电路的复杂度大为简化。

本发明的其他方面及优点可在检阅以下的图式、实施方式及权利要求范围而理解。

附图说明

图1为包含可如本文所述操作的相变存储器单元的集成电路的简化方块图。

图2说明了在图1的相变存储器阵列中一部份的相变存储器单元的范例。

图3说明了具有一有源区及一较大体积的修复区的蕈伞型存储器单元的剖面示意图。

图4为具有如本文所述的较高电流修复模式的复位操作的流程图。

图5为具有如本文所述的较高电流修复模式的设定操作的流程图。

图6为图4的复位操作的范例时间图。

【主要元件符号说明】

100    集成电路                        105    相变存储器阵列

110    字线译码器及驱动器              115    多条字线

120    位线译码器                      125    多条位线

130    感应电路(感应放大器)及数据输入结构

135    数据总线                        140    数据输入线

145    数据输出线