存储器结构单元的操作方法、数据读取方法及集成电路技术

本发明专利技术公开了一种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。该集成电路相变化存储器可以通过引入第一电阻态于一些结构单元及存储器中，及第二电阻态于一些其它的结构单元及存储器中，来被预编码，以代表一数据组。在编码数据组之后，此集成电路相变化存储器被安装在衬底上，然后通过感测第一及第二电阻态，数据组可被读取，并将第一电阻态的结构单元转变成第三电阻态，将第二电阻态转变成第四电阻态。在焊接或其它热循环程序之后，第一及第二电阻态仍保持在感测限度内。使用适用于电路任务功能的高速率及低功率，第三及第四电阻态具有导致过渡态的能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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，而获致较高的电流也/又。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 mountoperation)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
技术实现思路
本专利技术的目的在于，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。在此所用的术语一 “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。操作相变化存储器的方法描述为在存储器的一些结构单元中引发较低的电阻态， 而在存储器的一些其它的结构单元中引发较高的电阻态，其中较低的电阻态对应于第一形态，较高的电阻态对应于第二形态。制造包括具有预编码的集成电路相变化存储器的电路的方法描述为通过在存储器的一些结构单元中引发较低的电阻态，而在存储器的一些其它的结构单元中引发较高的电阻态，来在集成电路相变化存储器中编码数据组。该工艺牵涉到在编码该数据组之后，安装该集成电路相变化存储器到衬底上。在安装之后，该工艺牵涉到通过感测第一及第二电阻态以读取数据组，其中第一及第二电阻态对应到在安装集成电路的热事件之后的较低及较高电阻态。在本专利技术一特定实施例中，以下程序可被执行将第一电阻态的结构单元转变成第三电阻态，将第二电阻态的结构单元转变成第四电阻态。甚至在牵涉到焊料焊接或其它热循环的安装工艺之后，第一及第二电阻态仍保持感测裕度(sensing margin)。第三及第四电阻态的特征为使用较高速度及较低功率时，有能力导致过渡(transition)的产生； 适用于执行包括集成电路相变化存储器的电路的任务功能。为了支持此程序，集成电路被描述成包括相变化存储器结构单元的阵列，其具有可在第一及第二模式中作业的感测电路。第一模式用来感测阵列中的数据值，以响应用于预编码的第一及第二电阻态。第二模式用于感测阵列中的数据值，以响应使用于装置的运算的第三及第四电阻态。控制电路及偏压电路被耦合至该阵列，并被安排来对从预编码的电阻态转变到运算模式的电阻态，执行过渡程序。此程序包括使用第一模式的感测电路，通过感测第一及第二电阻态来读取数据组；将第一电阻态的结构单元转变成第三电阻态，及将第二电阻态的结构单元转变成第四电阻态；以及使得之后使用第二模式的感测电路，数据组可被读取。再者，在控制电路及7偏压电路的控制下，执行的程序包括写入程序，其通过在寻址的结构单元中引发第三及第四电阻态，以于阵列中写入数据；以及读取程序，其使用第二模式的感测电路来读取阵列中的数据。在过渡程序之前，集成电路可包括预编码的数据组，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，以及阵列中其它一些具有第二电阻态的存储器结构单元来呈现。用于集成电路相变化存储器所形成的相变化材料具有基本的化学计量数。用来在存储器结构单元中引发较低的电阻态的程序在此描述为包括施加电流脉冲，以导致结构单元活动区域的化学计量数的改变，成为具有相较于基本材料的结晶相电阻更低的结晶相电阻的组合。用来引发较低电阻态的脉冲之强度可低于使活动区域熔化的门限值，其持续时间长到足以使活动区域的化学计量数进行变化。举例来说，当基本相变化材料包括介电质掺杂的GexSbyTez，例如Ge2Sb2Te5,通过施加电流脉冲来引发较低的电阻态，以导致结构单元活动区域的化学计量数的改变，成为具有增加锑(Sb)浓度的组合。可以发现较低的电阻态比具有接近于基本化学计量数的化学计量数的结构单元更低的电阻，例如遇到尚未经历引发变化的程序的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种操作相变化存储器结构单元的方法，其特征在于，包括：通过在该相变化存储器结构单元中的部分相变化存储器结构单元引发一第一电阻态来写入数据，其中该第一电阻态与该相变化存储器结构单元的其它部分相变化存储器结构单元的第二电阻态可区别，且该第一电阻态对应到具有一第一温度固化形态的一结晶相活动区域，该第二电阻态具有比第一电阻态更高的电阻，并具有一最小电阻，并对应到具有一第二形态的一结晶相活动区域；以及通过感测该第一及该第二电阻态，在相变化存储器结构单元中读取数据。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：龙翔澜，李明修，吴昭谊，施彦豪，王典彦，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71