编程相变材料存储器制造技术

存储器件具有组成单元（６０４），组成单元（６０４）包括用来存储单元的数据的结构相变材料。这种材料可以是硫族化合物合金。将第一脉冲（２０４）加到单元（６０４）上，使材料保持在第一状态，例如复位状态，此时材料为非晶态且具有较高的电阻率。然后，将第二脉冲（２０８）加到单元（６０４）上，使材料从第一状态改变为第二个不同的状态，例如置位状态，此时材料为结晶态且具有较低的电阻率。所述第二脉冲（２０８）具有一般的三角形状，而不是矩形脉冲。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景本专利技术涉及用于对结构相变材料固体存储器件进行编程的技术，例如利用可编程为不同电阻率状态来存储数据的硫族化物材料存储器的编程技术。使用结构相变材料作为数据存储机理的固体存储器件(简称为”相变存储器”)比传统的基于电荷的存储器在成本和性能上具有明显的优势。相变存储器由组成单元的阵列构成，每个单元具有一些结构相变材料来存储所述单元的数据。这种材料例如可以是硫族化物合金，它呈现从非晶态到结晶态可逆的结构相变。将少量硫族化物合金结合到电路中，使所述单元可以起快速转换的可编程电阻器的作用。这种可编程电阻器可以呈现比40倍的结晶态(低电阻率)和非晶态(高电阻率)之间的电阻率动态范围还大的动态范围，并且还能够呈现允许在每个单元中进行多位存储的多种中间态。存储在单元中的数据通过测量单元的电阻率读出。硫族化物合金单元也是非易失性的。用于对相变存储单元编程的传统技术是在电压大于相变材料的开关阈值的条件下将电流的矩形脉冲(具有恒定的幅度)加到单元上，这使材料处于复位状态(非晶态和高电阻率)。然后仍然在电压大于开关阈值的条件下施加后续矩形脉冲，将材料改变为置位状态(结晶态和低电阻率)。复位脉冲的电流幅度高于置位脉冲，以便将相变材料的温度升高到Tm，即非晶化温度，随后将材料迅速冷却，保持在非晶态。要改变成结晶态，可以将材料加热回到最佳温度Topt，所述Topt低于Tm。Topt是允许单元中的材料在相对较短的时限内结晶因而产生较低电阻的温度。理想的情况是采用以下方法来实现这一点使置位脉冲的幅度小于复位脉冲的幅度以防止相变材料达到非晶化温度，但置位脉冲的幅度又足够大以使材料达到Topt。由于相变存储器的制造过程和材料的变化，对于利用置位脉冲所获得的给定编程电流/电压电平，在制成的器件的单元中的相变材料的实际温度在各个单元之间会有显著的差异。这种差异会无意间使器件的一个或多个单元中的材料在加上传统矩形脉冲时达到Tm，从而导致那些单元错误的保持在复位状态，而不改变为置位状态。为避免这个问题，传统的编程技术使用幅度减小的矩形置位脉冲(加到器件的每个单元上)，如附图说明图1所示。考虑到在所述幅度时单元温度的预期变化，置位电流应足够低，以保证在加置位脉冲时器件中没有单元达到Tm。但这种解决方案会减慢存储器件的编程，因为由于置位脉冲的较低幅度所产生的低于最佳的温度，就需要较长的矩形置位脉冲。此外，存储器中许多单元的稳定显著低于最佳温度，这就减小了这些单元中置位和复位状态之间的电阻率动态范围。附图简要说明附图中用举例的方式而不是限制的方式来说明本专利技术，附图中类似的参考符号表示类似的元件。应当指出，本公开中提到”一个”实施例并不一定指同一实施例，是指至少一个实施例。图1示出用于对相变存储器进行编程的传统脉冲序列。图2示出按照本专利技术实施例的相变存储器编程脉冲序列，包括置位扫描(set sweep)。图3示出相变材料存储单元的结晶时间随相变材料温度而变的曲线。图4示出另一个相变存储器编程脉冲序列，包括置位扫描。图5示出将按照本专利技术实施例的置位扫描加到单元上时，存储单元中相变材料的温度变化与时间的关系曲线。图6示出对于特定的相变存储器件，存储单元电阻对编程电流电平的曲线。图7示出对于大的存储单元群，存储单元电阻与编程电流的关系曲线，图中示出所述大存储单元群中较宽的变化的实例。图8示出相变材料存储器件的方框图，包括用来提供对器件组成单元进行编程所需的电压和电流的波形成形和驱动电路。图9示出包括编程过程的相变存储器的便携式应用的实施例方框图。详细说明按照本专利技术的实施例，用于对相变存储器进行编程的置位脉冲通常成形为三角形，而不是矩形。本文中这种脉冲也称为”置位扫描”。利用置位扫描，可以提高置位脉冲电流的幅度，使得器件所有单元中的相变材料在置位脉冲期间可以达到至少Topt的温度，但由于脉冲后沿部分向下倾斜，器件所单元仍改变为置位状态。在存储器中发生较好的结晶，而与制造过程和材料的变化无关。有了较好的结晶，置位和复位状态之间的电阻率差异就更为显著。这意味着提高了存储器中差异的容限，因此，通过允许制造和测试流程中更高的产出来降低制造成本。虽然当三角形置位脉冲的幅度大于传统置位脉冲的幅度时，存储器件可达到高达Tm的温度，但三角形脉冲具有衰减或向下倾斜的后沿部分，使得即使达到Tm的单元也有可能冷却到Topt并在此温度或接近此温度时结晶。后沿部分期间的衰减足够慢，确保在大约Topt时那些单元用最少的所需时限来产生那些单元中较好的结晶。对于预期其单元群中具有大差异的器件，由于后沿部分的倾斜而从最大值到最小值的电流过渡时间需要比预期有较小差异的器件要长一些。图2示出按照本专利技术实施例的相变存储器的编程脉冲序列。将第一脉冲204加到相变存储器的组成单元上。所述脉冲可以是任何传统类型。典型的形状是矩形，如图所示，具有恒定的电流幅度。矩形脉冲比较容易产生，只用单一的开关晶体管即可(未示出)。如在以上背景部分中所述，第一脉冲可以是复位或非晶化脉冲，所述脉冲的幅度Ireset足够高，以便使单元中的相变材料达到Tm，即，材料的非晶化温度。或者，在第一脉冲204使单元保持在预定的状态时，电流幅度可以不同。还这样选择第一脉冲204的脉冲宽度，使其具有足以获得预定状态的长度。加第一脉冲204后加第二脉冲208，所述第二脉冲通常是三角形，如图所示。第二脉冲208具有前沿部分，其幅度峰值或最大值为I2(max)，其后沿部分衰减到最小值I2(min)。前沿部分具有比后沿部分大得多的斜率。根据制造过程和相变材料上的材料变化，以及存储器件组成单元中的电路，可以这样选择第二脉冲的形状，以便在存储器件的每个单元上加上第二脉冲时，每个单元都从第一状态改变为第二个不同的状态。第一和第二状态可以是在上述背景部分中所述的复位和置位状态。第二脉冲208的成形涉及许多参数的设定，包括最大和最小值、衰减速率/脉冲宽度，应根据所用相变材料的结构和类型，以及存储器件的工作热环境来设定。I2(max)和I2(min)的电平可以采用各种数值。例如，I2(max)可以显著地大于Ireset，或只要脉冲宽度足够长，能确保加有脉冲的单元中的相变材料能结晶，I2(max)也可以显著地较小。结晶是温度和材料在此温度下停留的时间的函数。这一点可用图3来解释，图3示出结晶时间(在相变材料存储单元中)作为相变材料温度的函数的曲线图。所述曲线图表示在温度低于Topt时，材料需要较长的时间结晶。所以，需要较低的电流幅度(大致转换为在相变材料中产生的较低温度)，较长的脉冲宽度，来置位相变材料单元。理想的是，置位脉冲应具有的电流幅度能在存储器件的尽可能多的单元中产生Topt，以便为那些单元提供最短的编程时限、Tmin以及最低的置位状态电阻。I2(min)的电平也可以在很宽的数值范围内变化，包括低到零。理想的是，置位脉冲的I2(min)的上限能确保加有所述脉冲的所有单元中相变材料的温度在脉冲结束时(达到Tmin时)都低于Tm。图4示出另一个相变存储器的编程脉冲序列。注意，在此实例中第二脉冲(置位扫描)308，虽然一般仍可称为三角形，但在前沿和后沿之间有一个较短的中间部分，所述中间部分相对于前沿和后沿部分而言具有基本上是零的斜率。而且，和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对存储器件的进行编程方法，所述方法包括：将第一脉冲加到所述存储器件的组成单元上，所述单元具有结构相变材料以存储所述单元的数据，并且将所述材料保持在第一状态，以及然后将第二脉冲加到所述单元上以便将所述材料从所述第一状态 改变为第二个不同的状态，所述第二脉冲具有一般的三角形状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对存储器件的进行编程方法，所述方法包括将第一脉冲加到所述存储器件的组成单元上，所述单元具有结构相变材料以存储所述单元的数据，并且将所述材料保持在第一状态，以及然后将第二脉冲加到所述单元上以便将所述材料从所述第一状态改变为第二个不同的状态，所述第二脉冲具有一般的三角形状。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二脉冲具有前沿部分和后沿部分，所述前沿部分具有比所述后沿部分更陡的斜率。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述第二脉冲还包括在所述前沿部分和所述后沿部分之间的中间部分，并且所述中间部分相对所述前沿和后沿部分具有基本上零的斜率。4.如权利要求1所述的方法，其中，使所述第一脉冲具有这样的形状，以便将所述材料保持在高电阻状态，并且使所述第二脉冲具有这样的形状，以便将所述材料保持在低电阻状态。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述第二脉冲具有这样的幅度和衰减速率，使得如果将所述第一脉冲和所述第二脉冲加到所述存储器件的每个组成单元上，所述存储器件的每个组成单元从所述第一状态改变为所述第二状态，与制造过程和所述器件中的材料变化无关。6.如权利要求5所述的方法，其中，如果将所述第二脉冲加到所述器件的至少部分组成单元上，那么，所述第二脉冲的所述幅度足够高，足以使这些单元中的相变材料达到非晶化温度。7.如权利要求6所述的方法，其中，所述衰减速率足够慢，足以使已达到非晶化温度的那些组成单元以足够慢的速度冷却，使得那些单元中的所述相变材料从所述第一状态改变为所述第二状态。8.一种存储器件，它包括具有多个组成单元的阵列，每个单元具有用来存储所述单元的数据的结构相变材料；波形成形和驱动电路，它连接成提供对所述多个组成单元进行编程所需的电压和电流电平，所述成形和驱动电路产生第一脉冲，将其加到所述存储器件的多个组成单元之一，使所述组成单元的材料保持在第一状态，然后将第二脉冲加到所述组成单元，使其所述材料从所述第一状态改变为第二个不同的状态，其中所述第二脉冲具有一般的三角形状。9.如权利要求8所述的存储器件，其中，所述波形成形和驱动电路将所述第二脉冲成形为具有前沿部分和后沿部分，所述前沿部分具有比所述后沿部分更陡的斜率。10.如权利要求8所述的存储器件，其中，所述材料可以以响应的方式从高电阻状态改变为低电阻状态，所述电路使所述第一脉冲具有这样的形状，使得当施加所述第一脉冲时使所述组成单元中的所述材料保持在所述高电阻状态，并且使所述第二脉冲具有这样的形状，使得当施加所述第二脉冲时使所述组成单元中的所述材料保持在所述低电阻状态。11.如权利要求10所述的存储器件，其中，所述电路使所述第二脉冲具有这样的形状所述第二脉冲具有这样的幅度和衰减速率，使得如果将所述第一脉冲和所述第二脉冲加到所述存储器件的每个组成单元上，所述存储器件的每个组成单元从所述第一状态改变为所述第二状态，与制造过程和所述器件中的材料变化无关。12.如权利要求11所述的存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：TA劳里，
申请(专利权)人：奥翁尼克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]