[发明专利]具有不同读取与程序化路径的存储单元

说明书

技术领域

本发明涉及存储器技术领域，尤其涉及一种使用存储材料的高密度存储装置，例如电阻随机存取存储装置RRAM，以及用以制造这种装置的方法。存储材料可通过施加能量而在两种电气性质状态之间切换。存储材料可为相变化存储材料，包括含硫化物材料与其它材料。

背景技术

相变化存储材料广泛地用于读写光盘中。这些材料包括有至少两种固态相，即非晶态的固态相，以及结晶态的固态相。激光脉冲用于读写光盘片中，以在二种固态相中切换，并读取这种材料在相变化之后的光学性质。

如硫化物及类似材料的这种相变化存储材料，可通过施加其幅度适用于集成电路中的电流，而致使晶相变化。一般而言非晶态的特征在于非晶态的电阻高于结晶态，此电阻值可轻易测量得到而用以作为指示。这种特性则引发使用可程序化电阻材料以形成非易失性存储器电路等兴趣，此电路可用于随机存取读写。

从非晶态转变至结晶态一般为一低电流步骤。从结晶态转变至非晶态(以下指称为重置(reset))一般为一高电流步骤，该高电流步骤包括一短暂的高电流密度脉冲以融化或破坏结晶结构，其后此相变化材料会快速冷却，抑制相变化的过程，使得至少部份相变化结构得以维持在非晶态。理想状态下，致使相变化材料从结晶态转变至非晶态的重置电流幅度应越低越好。为降低重置所需的重置电流幅度，可通过减低在存储器中的相变化材料元件的尺寸、以及减少电极与此相变化材料的接触面积而实现，因此可针对此相变化材料元件施加较小的绝对电流值而实现较高的电流密度。

此领域发展的一种方法是致力于在一集成电路结构上形成微小孔洞，并使用微量可程序化的电阻材料填充这些微小孔洞。致力于这种微小孔洞的专利包括：在1997年11月11日公告的美国专利第5,687,112号“MultibitSingle Cell Memory Element Having Tapered Contact”、发明人为Ovshinky；在1998年8月4日公告的美国专利第5,789,277号“Method of MakingChalogenide[sic]Memory Device”、发明人为Zahorik等；在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。

在相变化存储器中，通过施加电流而致使相变化材料在非晶态与结晶态之间切换而储存数据。电流会加热此材料并致使在各状态之间转换。从非晶态转变至结晶态一般为一低电流步骤。从结晶态转变至非晶态(以下指称为重置(reset))一般为一高电流步骤。较佳地，将用以导致相变化材料进行转换(从结晶态转换至非晶态)的重置电流幅度最小化。重置所需要的重置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减少而降低。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种存储单元，该存储单元为一存储装置的一部分，该存储单元包括一位线、一读取字线、以及一程序化字线。此存储单元包括多个其它元件，包括具有第一读取终端与第二读取终端的读取装置，第二读取终端连接至读取字线。一包括具有第一程序化终端与第二程序化终端的程序化装置，第二程序化终端连接至程序化字线。一存储元件其具有一第一存储元件终端与一第二存储元件终端，且在该第一存储元件终端与该第二存储元件终端之间包括有一存储区域。该存储元件的至少存储区域包括相变化材料，其具有可通过施加能量而改变的电气性质。第一存储元件终端连接至第一读取终端、且第二存储元件终端连接至位线。一能量发射元件包括一第一能量发射元件终端与一第二能量发射元件终端、以及位于该第一能量发射元件终端与该第二能量发射元件终端之间的能量发射区域。能量发射区域与存储区域之间具有一能量传导关系。第一能量发射元件终端连接至第一程序化终端，而第二能量发射元件终端连接至位线。