[发明专利]存储器结构单元的操作方法、数据读取方法及集成电路

说明书

本案为分案申请，其母案的申请号为：201010574083.7，申请日为：2010年11月30日。

技术领域

本发明提出一种相变化存储器装置，特别是一种具有两个以上电阻态的相变化存储器结构单元的操作方法、数据读取方法及集成电路。

背景技术

相变化的存储器材料，例如以硫属为基础的材料及其类似的材料，可通过使用适用于集成电路电平的电流，而在无定形相及结晶相之间导致相变化。一般无定形相的特征被界定为较一般结晶相具有较高的电阻，结晶相可被快速的感测来读出数据。这些性质引起大家对使用可编程的电阻材料来形成非易失性的存储器电路的兴趣，此非易失性的存储器电路能被任意存取地读取或写入。

在此提到的从无定形相到结晶相的变化一般为较低电流的操作。一般而言，设定操作的电流脉冲的强度不足以熔化在结构单元中的活动区域，但加热此活动区域至过渡温度，在此温度下，无定形相变化材料倾向于改变到结晶固态相。在此提到的从结晶相到无定形相的变化一般为较高电流的操作，其包括较短且较高的电流密度脉冲，以熔化或破坏结晶结构。一般复位脉冲具有较短的持续时间及较快的下降时间，使得相变化材料快速冷却，骤冷(quench)相变化的程序，而让至少一部分相变化材料稳定在无定形固态相。通过减少在结构单元中的相变化材料单元的大小，及/或电极与相变化材料间的接触面积，复位所需电流量可被减少，以达到以较小的绝对电流值穿越相变化材料单元，而获致较高的电流密度。

相变化存储器应用上的一个限制起因于热引起相过渡(phase transitions)的事实。因此，芯片所处环境中的热可能导致数据和可靠度的丧失。

而且，芯片不能曝露于热的环境中使用的限制产生另外技术应用上的限制。特别是芯片可能在牵涉到热循环的表面黏着操作(surface mount operation)或其它安装程序中，被安装及电连接到衬底上的电路，例如组装衬底或印刷电路板。举例来说，表面黏着操作基本上包括焊料再流动程序，须要将组装件(包括芯片)加热到焊料合金的熔点(或共溶点)左右。其它的安装程序也牵涉到热循环，而使得芯片会处于高温中。这些将导致在结构单元中材料电阻的改变，而使得结构单元不再能在程序中被读取。

基于这些理由，现有技术的相变化存储器芯片还无法保留安装程序之前所储存的数据。所以，电路板制造商必须在电路板组装之后或在包含电路板的系统组装之后，再储存任何所需的数据于芯片上。这使得在许多应用上，相变化存储器装置比起其它种类的非易失性存储器较不受青睐。

提供能在极端操作环境中使用的相变化存储器芯片备受期待。通过使用能在电路板组装程序的热循环中保留数据的一种工艺，提供能在安装到电路板之前进行编码的相变化存储器芯片受到高度期待。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种相变化存储器装置，其能在经历例如牵涉焊接及高温环境的安装程序的热事件后，仍能保留数据。

一种集成电路包括单一位阵列相变化存储器结构单元，其包含储存于其中的数据组。此数据组以阵列中一些具有第一电阻态的存储器结构单元及其它一些具有第二电阻态的存储器结构单元来呈现。第一电阻态对应到具有第一温度固化形态的结晶相活动区域，而第二电阻态具有由第二形态的结晶相活动区域所提供的最小电阻。在此所用的术语-“形态”关联到存储器材料的结构及化学计量数，其中存储器材料能根据施加到存储器结构单元活动区域的能量，而作区域性的变化。因此，第一温度固化形态与第二形态的差异在于下列其中的一种或多种：颗粒大小、相变化材料的化学计量数、添加物的浓度、添加物的分离，或其它贡献到活动区域电阻变化的性质。第一温度固化形态的特征为：被相较于第二形态更高的能量电流脉冲所引发；为结晶相；且在能导致结构单元中相变化材料从无定形相到结晶相的相过渡的热张力下，能相较于第二形态保持较低的电阻。再者，温度固化形态能具有一种结构，其电阻不会下降，且反应热事件时也不会增加电阻超过一个预定量。第二形态的特征为：被更低的能量所引发；为结晶相；且在能导致结构单元中相变化材料从无定形相到结晶相的相过渡的热张力下，能相较于第一形态保持较高的电阻。

第一形态可使用具有相对长的持续时间与较慢的下降时间的设定脉冲所引发，此设定脉冲具有相当强度与持续时间来传递足够导致形态变化的能量。第二形态可使用典型的设定脉冲，其下降时间足够结晶相的形成，且其能量不足以导致较低的第一电阻态。