相位变化存储器的写入方法技术

一相位变化存储器的写入方法，该相位变化存储器具有非结晶相与结晶相两种状态，该写入方法提供一阶梯型电流脉冲，包括对该相位变化存储器提供一第一结晶化电流脉冲以及对该相位变化存储器提供一第二结晶化电流脉冲，该第一结晶化电流脉冲具有一第一上升边缘、一第一下降边缘以及一第一电流峰值，且该第一电流峰值的维持时间为第一维持时间，该第二结晶化电流脉冲具有一第二电流峰值，该第二电流峰值接续该第一下降边缘，且其维持时间为第二维持时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及相位变化存储器，特别是涉及一种。
技术介绍
随着便携式应用产品的发展，使得非易失性存储器的需求有日渐增加的 趋势，相位变化存储器技术由于具有速度、功率、容量、可靠度、工艺整合 度、以及成本等具有竟争力的特性，已被视为下一世代最具有潜力的非易失 性存储器技术。目前相位变化存储器所面临的最大瓶颈为操作电流过高，使 得其密度无法有效提升，因而降低其竟争力。近年来，已陆续有一些方法被提出用来解决操作电流过高的问题，包括采用新的架构，如边缘接触式(edge contact)或局限式结构(confined structure) 等；抑或采用新的材料，如掺杂氮的锗锑碲化合物(N-doped GST)、氧掺杂 (O-doped)材料等。然而，这些新的架构或材料都可能造成相位变化存储器在 结晶时会有不完全结晶的现象，导致结晶化(SET)电阻无法有效地被降低， 进而造成较小的感测边限(sensing margin)以及较差的均匀性分布。目前大多 数的解决办法乃是拉长结晶化(SET)操作时间，然而，此法会降低相位变化 存储器在功率与速度等的特性。随着相位变化存储器技术的发展，相位变化存储单元(PCM cell)的尺寸 有逐渐微缩的趋势。当尺寸微缩之后，相位变化存储单元(PCM cell)的结晶 化(SET)操作会变得更为困难，亦即结晶化(SET)操作可能使主动区达到不完 全结晶的状态，会在某些区域残留少量的非晶态区域。这使得相位变化存储 单元(PCM cell)的结晶化(SET)电阻有逐渐增加的趋势，因而导致感测边限 (sensing margin)的范围变小且不稳定，此外，也极易因为不同存储单元之间 的工艺或材料上的变动而造成均匀性不佳的问题。传统上，欲改善上述问题 的主要作法乃藉由延长结晶化脉冲宽度(SET pulse width),如图1所示，如 此可使得主动区的结晶变得更为完全，因而可改善感测边限(sensing margin) 及均匀性不佳的问题。然而，此作法可能会造成功率损耗增加、过热(overheating)、以及操作速度变慢等缺点。
技术实现思路
本专利技术提供一种一，该相位变化存储器具有 非结晶相与结晶相两种状态，该写入方法提供一阶梯式电流脉冲，包括对该 相位变化存储器提供一第一结晶化电流脉冲以及对该相位变化存储器提供 一第二结晶化电流脉冲，该第一结晶化电流脉冲具有一第一上升边缘、 一第 一下降边缘以及一第 一 电流峰值，且该第 一 电流峰值的维持时间为第 一维持 时间，该第二结晶化电流脉冲具有一第二电流峰值，该第二电流峰值接续该 第一下降边缘，且其维持时间为第二维持时间。'本专利技术提供一种一，该相位变化存储器具有 非结晶相与结晶相两种状态，该写入方法提供一阶梯型电压脉冲，包括对该 相位变化存储器提供一第一结晶化电压脉冲以及对该相位变化存储器提供 一第二结晶化电压脉冲，该第一结晶化电压脉冲具有一第一上升边缘、 一第 —下降边缘以及一第 一 电压峰值，且该第 一 电压峰值的维持时间为第 一维持 时间，该第二结晶化电压脉冲具有一第二电压峰值，该第二电压峰值接续该 第一下降边缘，且其维持时间为第二维持时间。本专利技术提出 一种相位变化存储体操作方法，此操作方法主要是藉由两个 不同电流(或电压)脉冲的组合来进行相位变化存储器结晶化(SET)的操作， 利用第 一个电量较大且时间较短的脉沖作用可使相位变化材料先完成局部 区域的结晶，接着再利用跟随的第二个电量较小且时间较长的脉冲作用来达 成相位变化材料的完成结晶。采用本专利技术所提出的新的结晶化(SET)操作方 法，将可大幅降低相位变化存储器组件在结晶化(SET)操作之后的电阻，亦 即可提升相位变化存储器的感测边限(sensing margin) (Rreset/Rset);此新型的 结晶化(SET)操作方法相较于传统利用延长方形波时间来降低结晶化(SET) 电阻的作法，可节省掉不必要的功率损耗，且相对上较不会发生过热 (overheating)的疑虑；此外，此结晶化(SET)操作方法可提供较稳定的可靠度 (reliability)特性，且对于提升组件的均匀性分布亦有相当的助益。为使本专利技术的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举 出较佳实施例，并结合附图详细说明如下。附图说明图1所示为传统上以延长结晶化脉沖宽度来进行相位变化存储器的结晶化操作示意图。图2所示为一般相位变化存储单元(PCM cell)进行非结晶化(RESET)与 结晶化(SET)操作的电流脉冲示意图。图3所示为依据本专利技术一实施例的。 图4所示为依据本专利技术另一实施例的。附图符号说明ISET1 第一结晶化电流脉冲；Ipi ~第一电流峰《直； t; 第一维持时间；ISET2 ~第二结晶化电流脉冲； IP2 ~第二电流峰值；t2 第二维持时间； —IsEB-第三结晶化电流脉冲； Ip3 第三电流峰值； t3 第三维持时间； Rl ~第一上升边缘； Fl -第一下降边缘； F2~第二下降边缘。具体实施方式相位变化存储器主要是利用某些材料在特定的电压或电流脉冲之下会 具有快速且可逆的相位变化效应，进而导致材料在电性上的改变，此外其最 终的状态并不会随着外加能量的消失而改变，因此具有非易失性的特点。目 前采用的相位变化材料多以硫属化合物合金为主，以Ge2Sb2Tes合金最为普遍，此材料在可重复写录式光盘(CD-RW)与可重复写录式数字多用途光盘 (DVD-RW)的产业中亦有成熟的应用。相位变化存储器组件的操作主要是藉由两种不同的电流脉冲施加至组 件上，使得组件由于欧姆加热的效应，导致局部区域因不同的温度改变而引 发相位变化材料的非晶态与结晶态的可逆相转变，并藉由此两相所呈现的不同电阻率来达到存储的目的。图2所示即为一J&相位变化存储单元(PCM cell) 进行非结晶化(RESET)与结晶化(SET)操作的电流脉冲示意图。如图2所示， 当组件进行非结晶化(RESET)操作时，主要是施加一脉冲宽度较短且脉冲高 度较高的电流脉冲，藉由此脉冲的施加使得组件局部区域的温度会高于相位变化材料的熔点(Tm)而融化。当此融化区域在瞬间降温时，由于没有足够的时间来进行再结晶，因而在凝固的过程中即会形成非晶态；另一方面，当组 件进行结晶化(SET)操作时，则是利用 一脉冲宽度较宽且脉冲高度较小的电 流脉冲，此脉冲的施加可使组件局部区域的温度介于相位变化材料的结晶温 度(TJ与熔点之间，如此在非结晶化(RESET)操作之后所形成的非晶区即可 藉由此脉冲的施加而有再结晶的现象。如上所述，此相位变化存储单元(PCM cell)的非结晶化(RESET)与结晶化(SET)操作即如同存储器中的写入与擦拭 动作，最终将藉由组件搡作在非晶态与结晶态之间的电阻差异来达到存储的 效果。图3所示为依据本专利技术一实施例的，该写入 方法包括第一写入阶段S1与第二写入阶段S2，第二写入阶段S2接续第一 写入阶段S1。第一写入阶段S1包括对该相位变化存储器提供一第一结晶化 电流脉冲ISETl,第二写入阶段S2包括对该相位变化存储器提供一第二结晶化电流脉冲ISET2,该第一结晶化电流脉冲IsET,具有一第一上升边缘Rl、 一第一下降边缘F本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相位变化存储器的写入方法，包括：对该相位变化存储器提供一第一结晶化电流脉冲，该第一结晶化电流脉冲具有一第一上升边缘、一第一下降边缘以及一第一电流峰值，且该第一电流峰值的维持时间为第一维持时间；以及对该相位变化存储器提供一第二结晶化电流脉冲，该第二结晶化电流脉冲具有一第二电流峰值，该第一下降边缘的最低值为该第二电流峰值，且该第二电流峰值的维持时间为第二维持时间。

【技术特征摘要】
1. 一种相位变化存储器的写入方法，包括对该相位变化存储器提供一第一结晶化电流脉冲，该第一结晶化电流脉冲具有一第一上升边缘、一第一下降边缘以及一第一电流峰值，且该第一电流峰值的维持时间为第一维持时间；以及对该相位变化存储器提供一第二结晶化电流脉冲，该第二结晶化电流脉冲具有一第二电流峰值，该第一下降边缘的最低值为该第二电流峰值，且该第二电流峰值的维持时间为第二维持时间。2. 如权利要求1所述的相位变化存储器的写入方法，其中该第一电流峰 值大于该第二电流峰值。3. 如权利要求1所述的相位变化存储器的写入方法，其中该第一维持时 间小于该第二维持时间。4. 如权利要求1所述的相位变化存储器的写入方法，还包括对该相位变 化存储器提供一 第三结晶化电流脉沖，该第三结晶化电流脉冲具有 一 第三电 流峰值，该第二结晶化电流脉冲的 一 第二下降边缘的最低值为该第三电流峰 值，且其维持时间为第三维持时间。5. 如权利要求4所述的相位变化存储器的写入方法，其中该第二电流峰 值大于该第三电流峰值。6. 如权利要求4所述的相位变化存储器的写入方法，其中该第二维持时 间可不同于该第三维持时间。7. —种相位变化存储器的写入方法，包括对该相位变化存储器提供一第一结晶化电压脉冲，该第一结晶化电压脉 冲具有一第一上升边缘、 一第一下降边缘以及一第一电压峰值，且该第一电 压峰值的维持时间为第一维持时间；以及对该相位变化存储器提供一第二结晶化电压脉冲，该第二结晶化电压脉 冲具有一第二电压峰值，该第一下降边缘的最低值为该第二电压峰值，且其维持时间为第二维持时间。8. 如权利要求7所述的相位变化存储器...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵得胜，陈明忠，颜辰蒲，蔡铭进，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，力晶半导体股份有限公司，南亚科技股份有限公司，茂德科技股份有限公司，华邦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]