CN101236779A - 储存装置与其程序化方法 - Google Patents

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Abstract

一储存装置中的一存储单元包含相变化材料，伴随程序化该储存装置的方法一起被描述。在此揭露一用以程序化该储存装置的方法，包含施加一递增的第一电压在该存储单元上，以及监测该存储单元中的电流以检测该相变化材料的一相转变的开始。当检测到该相变化材料的一相转变的开始，该方法包含施加一第二电压在该存储单元上，是在检测该相变化材料的一相转变开始的第一电压电平的一函数。

Description

储存装置与其程序化方法
技术领域
本发明是关于以相变化储存材料为基础的高密度储存装置，以及用于程序化该装置的方法。
背景技术
以相变化为基础的储存材料已被广泛地运用于非挥发随机存取存储单元中。如硫属化物的此等相变化储存材料，可由施加强度适用于集成电路中的电流，而致使在非晶态和结晶态之间的晶相转换。一般而言，非晶态的特征是其电阻高于结晶态，此电阻值可轻易测量得到而用以作为指示。
在存储单元主动区域的相变化材料能够在非晶固态相的第一结构状态，以及结晶固态相的第二结构状态之间切换。该非晶一词是被用来指称一相对较低次序性的结构，相较于一单一结晶较无次序性，其可检测的特性为较该结晶相有较高的电阻性。该结晶一词是被用来指称一相对较高次序性的结构，相较于一非晶结构更有次序性，其可检测的特性为较该非晶相有较低的电阻性。其它受非晶和结晶相变化影响的材料特性，包含原子的次序，自由电子的密度，以及活化能。假如有一灰阶存在于完全的非晶状态和完全的结晶状态，该材料可以被转换至不同的固态相，或是两个或更多个固态相的混合。
从非晶态转变至结晶态，在此被称为设置(set)或程序化，一般是为一低电流操作，需要一电流足以将该相变化材料升高至一相转换温度和一熔化温度的电平之间。从结晶态转变至非晶态，在此被称为复位(reset)或擦除，一般是为一高电流操作，其包括一短暂的高电流密度脉冲以熔化或破坏结晶结构，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。
在一复位状态中，非晶相材料的数量会依在一阵列中不同的存储单元而不同，因为材料，制造过程，以及操作环境的变化。该些变化将会导致不同的程序化特性，其中包含用以程序化该些存储单元的能量将会不同。
因此，施加该相同的设置脉冲电压至一阵列中的每一存储单元，将会导致一较宽的电阻值分布。此外，由于某些存储单元的变异，其电阻值将会落在正常被设置电阻值的范围之外，导致该存储单元中的数据储存错误。
因此，需要有一更好的方法以程序化使用相变化材料储存系统中的存储单元。
发明内容
本发明描述一储存装置包含一存储单元包含相变化材料，以及伴随着用以程序化该储存装置的方法。
在此揭露的一种用以程序化方法，包含施加一递增的第一电压在该存储单元上，以及监测该存储单元中的电流以检测该相变化材料的一相转变的开始。当检测到一相转变的开始后，该方法包含施加一第二电压在该存储单元上，该第二电压是以检测到该相变化材料一相转变的开始时的该第一电压电平的一函数。例如，该第二电压是等于检测到该相变化材料一相转变的开始后，该第一电压的电平，以及施加的时间长度将取决于想要被程序化的该数据值。
在此揭露一种存储器装置，包含一存储单元耦接至一位线以及一字线以及包含相变化材料。该装置包含电路，以选择性地耦接该位线至一感应节点，一电压源，耦接至该感应节点，以及一感应放大器，包含一输入连接至该感应节点。该感应放大器被用来感应在该感应节点上的一电流，以检测该相变化材料一相转变的开始，以及产生一输出信号以表示一相转变的开始。该装置还包含电路连接至该电压源以控制该电压源，以供应一递增的第一电压至该感应节点。个电路耦接至该电压源以响应代表该相变化材料一相转变的开始的输出信号，以控制该电压源以供应一第二电压至该感应节点，该电压是检测到该相变化材料一相转变的开始时的该第一电压电平的一函数。
不同的材料，制造过程，以及该操作环境将会导致不同的程序化特性，其包含需要不同的能量以程序化该些存储单元。本发明由一相转变起点的检测，以及施加一第二电压，该电压是以检测到该相变化材料一相转变的开始时的该第一电压电平的一函数，来解决问题。由该些方法可以将阵列中该些存储单元的电阻值限制在一较窄的范围。
附图说明
本发明的其它特征，目的，以及优点，将可以在随后的附图，实施方式中详细描述，其中：
图1是实施本发明集成电路的一简化区块图。
图2是如图1所示的一代表性储存阵列的部分线路图。
图3是用以程序化一被选取的存储单元的实施例，在一设置操作的流程图。
图4是一图3实施设置操作架构的简化图。
图5是依据本发明的一实施例，用以操作图4的架构的一时脉图。
图6-图9分别描述依据本发明不同的实施例，用以操作图4的架构的个别时脉图。
其中：
100：集成电路
105：相变化储存阵列
110：字线解码器
115：字线
120：位线解码器
125：位线
130：感应放大器/数据输入结构
135：数据总线
140：数据输入线
145：数据输出线
150：控制器
155：偏压调整供应电压
160：地址
165：其它电路
175：反馈总线
230、232、234、236：存储单元
246、248、250、252：相变化元件
254：源极线
255：源极线终端电路
256、258：字线
260、262：位线
280：电流路径
800：设置操作流程图
810：读取被选取存储单元的电阻
820、870：结束设置
830：供应递增的第一电压于所有的存储单元
840：监测该些细胞的电流，检测一相转换的开始
850：反馈路径
860：供应第二电压于所有的存储单元，其是所检测到的第一电压电平的一函数
905：存取晶体管
920：感应节点
925：电压源
930：感应放大器
935：逻辑电路
940：反馈线
945：第一输入
1000、1005：时间区间
1010：电压振幅
具体实施方式
参照图1，描述可以实施本发明的一集成电路100的简化区块。电路100包含一由相变化存储单元来实现(未示于此)的存储器阵列15，底下将更加详细地描述。一字线解码器110与多个字线115具有电性沟通。一位线解码器120与多个位线125具有电性沟通，以进行自阵列105中的相变化存储单元(未示于此)读取和写入数据。地址经由总线160传送给字线解码器110和位线解码器120。在区块130中的感应放大器和数据输入结构，经由数据总线135连接至位线解码器120。数据是来自集成电路100的输入/输出端口，或是其它内部或外部的数据来源，经由一数据输入线140提供给集成电路100中的数据输入结构130。其它电路165可以被包含在集成电路100中，例如一般通用处理器或特殊目的应用电路，或是一组合模组提供阵列105所支持的芯片上系统的功能。数据是经由一数据输出线145从感应放大器区块130传送至集成电路100的输入/输出端口，或是集成电路100的其它内部或外部数据目的地。
实现在本范例的一控制器150是使用一偏压调整状态机构，以控制偏压调整供应电压155的施加，例如读取，程序化，擦除，擦除验证，以及程序化验证电压。该控制器150经由反馈总线175连接至区块130中的感应放大器，该控制器150控制该偏压调整供应电压155以读取，程序化，以及擦除阵列105中的存储单元，以产生该感应放大器的输出信号。控制器150可以由在这个领域为业界所熟知的特殊目的逻辑电路来实现。在其它的实施例中，控制器150包含一一般目的处理器，其可以被实施在相同的集成电路上以执行一计算机程序以控制该元件的操作。在其它的实施例中，一特殊目的逻辑电路和一一般目的处理器的组合可以被用来实现控制器150。
如图2中所示，阵列105中的每一存储单元包含一存取晶体管(或其它的存取装置，例如是一二极管)，其中四个存储单元230、232、234、和236分别有相变化元件246、248、250、和252，其代表着一阵列的一小区块可以包含数百万的存储单元。
存储元件230、232、234、和236的每一存取晶体管的源极共同连接至源极线254，进而连接至一源极线终端电路255，例如，一接地端点。在其它的实施例中，该存取装置的源极线并非电性连接，而是独立可控制的。该源极线终端电路255包含偏压电路(例如是电压源和电流源)，以及解码电路用以供应偏压调整，不含接地端，至一些实施例中的该源极线254。
多条字线115包含字线256、258以平行的方式向第一方向延伸。字线256、258以电性连接至字线解码器110。存储单元230、234存取晶体管的栅极共同连接至字线256，以及存储单元232、236存取晶体管的栅极共同连接至字线258。
多条位线125包含位线260、262以平行的方式向第二方向延伸。存储元件246、248连接至该位线260，以及分别连接至存储单元230、232的存取晶体管的漏极端。存储元件250、252连接至该位线262，以及分别连接至存储单元234、236的存取晶体管的漏极端。
可以了解的是该储存阵列105并不局限于图2中所描述的阵列配置方式，其它的配置方式也可以被使用。例如，该储存阵列105也可以采用如申请日2007年8月2日，美国专利申请号11/833,143，标题为“具有双字线及位线的相变化存储器及其操作方式”，所描述的双字线和双位线架构，在此提出以供参照。
以相变化为基础的存储单元的实施例包含以硫属化合物为基础的材料以及其它材料，以制作存储元件。硫属元素与下列四元素的任一种：氧(O)、硫(S)、硒(Se)、以及碲(Te)，形成元素周期表上第VI族的部分。硫属化合物合金包括将硫属化合物与其它材料如过渡金属等结合。一硫属化合物合金通常包括一个以上选自元素周期表第IV族的元素，例如锗(Ge)以及锡(Sn)。通常，硫属化合物合金包括下列元素中一个以上的复合物：锑(Sb)、镓(Ga)、铟(In)、以及银(Ag)。许多以相变化为基础的储存材料已经被描述于技术文件中，包括下列合金：镓/锑、锗/锑、铟/锑、铟/硒、锑/碲、锗/碲、锗/锑/碲、铟/锑/碲、镓/硒/碲、锡/锑/碲、铟/锑/锗、银/铟/锑/碲、锗/锡/锑/碲、锗/锑/硒/碲、以及碲/锗/锑/硫。在锗/锑/碲合金家族中，可以尝试大范围的合金成分。此成分可以下列特征式表示：TeaGebSb100(a+b)。一位研究员描述了最有用的合金是为，在沉积材料中所包含的平均碲浓度是远低于70％，典型地是低于60％，并在一般型态合金中的碲含量范围从最低23％至最高58％，且最佳是介于48％至58％的碲含量。锗的浓度是高于约5％，且其在材料中的平均范围是从最低8％至最高30％，一般是低于50％。最佳地，锗的浓度范围是介于8％至40％。在此成分中所剩下的主要成分则为锑。(Ovshinky‘112专利，栏10-11)由另一研究者所评估的特殊合金包括Ge2Sb2Te5、GeSb2Te4、以及GeSb4Te7。(Noboru Yamada，“Potential ofGeSbTe Phasechange Optical Disks for HighDataRateRecording”，SPIE v.3109，pp.2837(1997))更一般地，过渡金属如铬(Cr)、铁(Fe)、镍(Ni)、铌(Nb)、钯(Pd)、铂(Pt)、以及上述的混合物或合金，可与锗/锑/碲结合以形成一相变化合金其包括有可程序化的电阻性质。可使用的储存材料的特殊范例，是如Ovshinsky‘112专利中栏11-13所述，其范例在此是列入参考。
在一些实施例中，硫属化合物以及其它相变化材料被掺以杂质，以改善导电性，瞬时温度，融化温度，以及存储元件使用该被掺杂硫属化合物的其它特性。用以掺杂硫属化合物的代表性杂质包含氮、硅、氧、二氧化硅、氮化硅、铜、银、金、铝、二氧化铝、钽、氧化钽、氮化钽、钛、氧化钛。请参照美国专利号6,800,504，及美国专利申请号2005/0029502。
由施加电性脉冲，相变化材料可以由一相状态转变至另一相。可以了解的是一较短的及较高振幅的脉冲通常会将相变化材料改变至非晶态，因此被称为一复位脉冲。一较长的及较低振幅的脉冲通常会将相变化材料改变至结晶态，因此被称为一设置脉冲。在一较短及较高振幅的脉冲的能量已足以将结晶结构的键结打断而不会使原子重新排列成结晶结构。脉冲的施加方式可以由经验来决定，由适当的实验以适应一特殊的相变化材料以及装置结构。
代表性的硫属化合物材料可以被描述如下：
GexSbyTez，其中x∶y∶z＝2∶2∶5。其它成分为x：0-5；y：0-5；z：0-10。以氮、硅、钛或其它元素掺杂的GeSbTe亦可被使用。这些材料的形成可以是利用PVD溅镀或磁控(Magnetron)溅镀方式，其反应气体为氩气、氮气、及/或氦气、压力为1mTorr至100mTorr。此沉积步骤一般是于室温下进行。一长宽比为1-5的准直器(collimater)用以改良其填入表现。为了改善其填入表现，亦可使用数十至数百伏特的直流偏压。另一方面，同时合并使用直流偏压以及准直器亦是可行的。有时需要在真空中或氮气环境中进行一沉积后退火处理，以改良硫属化物材料的结晶态。该退火处理的温度典型地是介于100℃至400℃，而退火时间则少于30分钟。
参照图2，每一存储元件246、248、250、252的操作伴随有一数据状态。该数据状态可由比较位线上一被选取存储单元的电流和一适当的参考电流决定而得。该参考电流被建立，使得有一事先决定的电流范围对应至逻辑“0”，以及另一不同的电流范围对应至逻辑“1”。在一存储单元中有三个或更多的状态，该参考电流被建立后不同范围的位线电流，对应至三个或更多状态的其中之一。
由施加一适当的电压至字线258、256之一，以及连接位线260、262之一至一电压以使电流流经该选取的存储元件，以达成读取或写入至阵列105的一存储单元。例如，由施加电压至该位线260，字线258，以及该源极线254以充分打开该存储单元232的存取晶体管，以及感应产生在路径280的电流以从该位线260流至该源极线254，或反之亦然，以建立流经一被选取存储单元的一电流路径280(在这个范例中，选取存储单元232和其对应的存储元件248)。施加电压的电平以及区间是以执行的操作来决定，例如是一读取操做或是一写入操作。
在存储单元232的一复位或擦除操作中，字线解码器110提供字线258一适当的电压以打开该存储单元232的存取晶体管。位线解码器120提供位线260一适当的电压振幅及时间以感应一流经存储元件248的电流，因此将主动区域的温度升高至高于存储元件248相变化材料的转换温度，以及高于熔化温度以将该至少主动区域置于一液态。该电流随后终止，例如，由终止位线260上的脉冲电压和字线258上的电压，以导致一相对较快的冷却时间，当该主动区域迅速的冷却稳定到一非晶态。该复位操作可以包含一或多个脉冲，例如包含一脉冲对。
在存储单元232该数据状态的读取(或感应)操作中，字线解码器110提供一适当的电压至字线258以开启该存储单元232的该存取晶体管。位线解码器120提供位线260一适当的电压振幅以及施加一段时间以感应一流经存储元件248的电流，但不会产生电阻状态的改变。流经该位线260及该存储元件248的电流是依据该存储单元232存储元件248的电阻值伴随着该数据状态来决定。因此，存储单元232的该数据状态可以经由比较位线260上的电流以及一适当的参考电流来决定。
在存储单元232该数据状态的设置(或程序化)操作中，字线解码器110提供一适当的电压至字线258以开启该存储单元232的该存取晶体管。位线解码器120提供位线260一适当的电压振幅以及施加一段时间以感应一流经存储元件248的电流，并升高相变化材料主动区域的一部分的温度在转变温度之上，以及导致主动区域的一部分由非晶相转变至结晶相，该转变降低该存储元件248的电阻值，以及将该存储单元232设置至该理想的数据状态。
在一复位状态中，非晶相变化材料的数量将会依阵列中存储单元的数量而改变，因为材料，制程步骤，以及操作环境的变化。该些变化导致不同的程序化特性，其中包含需要不同的能量以程序化该些存储单元。因此，施加相同的程序化脉冲至阵列中的每一存储单元，将会导致一宽的电阻值的分布。此外，由于该些变化，一些存储单元将会将会被程序化至对应至该些被程序化数据值的电阻分布的范围外的电阻值，导致该存储单元中储存数据的错误。
图3是依据一实施例，在一存储单元阵列中程序化一被选取的存储单元的一程序化操作800的流程图，该程序化操作800与程序化至相同状态相比产生一较窄的存储单元电阻分布。在以下的说明，将会以图2中阵列105的存储单元232来说明该设置操作800。
该设置操作800开始于步骤810，其中读取一被选取存储单元232的电阻值以决定是否该被选取的存储单元232需要被程序化至一理想的电阻状态。步骤810的该读取操作可以由施加至字线258一足以开启该被选取存储单元232的存取晶体管的电压，以及施加一电压至位线260以产生一电流流经位线260上的电流路径280，以及经过该存储元件248至该源极线254(在该范例中，该源极线终止在接地端)，该电压不足以产生在存储元件248中非晶相变化材料的一崩溃。存储元件248的该电阻状态(以及数据状态)可以由比对之前所描述的一适当参考电流来加以决定。
假如该被选取的存储单元232是在低电阻状态，该被选取的存储单元232已经程序化，以及该设置操作800终止在步骤820。
假如该被选取的存储单元232是在高电阻状态，该被选取的存储单元232尚未程序化，以及该设置操作800继续进行至步骤830。在步骤830中，一递增的第一电压施加至该存储单元232。刚开始该存储单元232上的电压不足以产生存储元件248中非晶相材料的一崩溃。例如，施加至存储单元232的初始电压可以是与步骤810中，读取操作有相同的电压振幅。
在描述阵列105的实施例中，步骤830中增加施加至存储单元232的第一电压，可以由改变一或多个施加至该字线258，源极线254，以及位线260的电压来达成，使得在该存储单元232的电流增加。例如，该源极线254可以被连接至接地，一固定电压施加至字线258并足以开启该被选取存储单元232的存取晶体管，以及增加施加至该位线260的电压。在另一个范例中，一第一电压施加至该源极线254，一第二电压施加至该位线260，以及随着时间增加电压施加至该字线258。其它的范例中，施加电压至该字线258，源极线254，以及位线260以增加存储单元232中的电流，同样可以被使用而且也落入本发明的范围内。
可以了解的是，在步骤840中增加施加至该被选取的存储单元232的第一电压可以是任何的形状。例如，该形状可以是步进的或是连续的，以及任何以线性或非线性的方式增加或其组合的方式。
在相同的时间，当步骤830增加该存储单元232的第一电压，在步骤840中以实时的方式监测在该存储元件248中的电流，以检测在该存储单元232中非晶相材料崩溃所引发的电流改变。在该范例中，可以由监测在位线260上的电流来达成。此外，该非晶相材料崩溃的指针可以由检测该存储单元232其它电特性的改变而得。可以了解的是，该非晶相材料崩溃的检测是表示一相转变的开始，在一些实施例中也可能发生在相转变开始后的一些时间。只要一相转变的开始没有被检测到，该设置操作800维持在反馈路径850上，以及施加至存储单元的电压继续的增加，因此增加流经存储单元232的电流。
一旦检测到相转变的开始，该设置操作800接着进入步骤860中。在步骤860中，一第二电压是为检测到的该第一电压电平的一函数施加至该存储单元。例如，可以由维持在该字线258以及位线260上的偏压达一预定的时间来达成。
在步骤860之后，该设置操作800终止在步骤870，因此设置该存储单元232至一理想的电阻状态。
如以上所描述，施加该相同的程序化脉冲至阵列中的每一存储单元，将会导致一较宽的电阻值的分布。本发明由检测一相转变的开始以及施加一第二电压，其是为检测到该相变化材料的相转变的开始时的第一电压电平的一函数，来协助解决该问题。由这个方式，整个阵列的该些存储单元的电阻值分布将会较紧缩。
虽然每存储单元一位的设置操作(高或低电阻状态)是描述在图3中，但是本发明的范围并不局限于此。例如，图3中所描述的方法可以被用来程序化一存储单元从第一程序化状态至第二程序化状态。
程序化至三个或多个状态也是可以被达成的，例如，由决定步骤810中的该被选取的存储单元是否已经被程序化至该理想的状态。假如该存储单元尚未被程序化至该理想的状态，继续执行步骤830，其可以包含施加一第一脉冲或一序列的脉冲，以将该相变化材料的主动区域转变至一“标准化”相，例如，一通常的非晶相，其改变该被选取存储单元事先存在状态至一施加至该存储单元递增的电压前一致的已知的状态。在步骤860中，该第二电压可以被选取以对应至想要被程序化的该数据值。
图4是实施图3设置操作800的简化架构图。
在图4的简化图中，存储单元232是由存取晶体管905所代表，以及一可变电阻用以代表相变化元件248。位线260是由如图所示的电阻/电容网络所代表。一位解码器1120对应至地址信号，以连接该被选取的位线260至一感应节点920。一字线解码器110对应至地址信号，以连接该被选取的字线258至一偏压(未示于此)。一电压源925是由逻辑电路935所控制，该电压源925施加一电压至感应节点920，施加至感应节点920的电压经由位线解码器120以及位线260到达该被选取的存储单元232。
该感应节点920连接至一感应放大器930的一输入端。该感应放大器930将感应节点920上的电流，也就是流经存储元件248上的电流，与由参考电压电路(未示于此)施加的一参考电压VREF相比较。该感应放大器930也可以以一参考电流的方式来实施。该感应放大器930产生一输出信号VOUT，将低逻辑输出状态改变至高逻辑输出状态，以表示该存储元件248的相变化材料的相转变的开始。
逻辑电路935有一第一输入945连接至一致能信号，以及经由反馈线940连接该感应放大器930的输出信号VOUT至该第二输入。
依据图4的架构来操作的实施例的时脉图描述在图5中。熟习此项技术的人士可以了解的是，图5的时脉图是简化过的因此没有按照比例绘制。
因此，参照图4和图5，在一读取操作810中，读取该被选取存储单元232的该存储元件248的电阻状态。例如，读取由电阻248所代表的相变化材料所伴随的状态，是由施加一控制电压，例如是一读取致能信号，至逻辑电路935的一输入945，以及施加一字线地址信号至字线解码器110，以驱动该被选取的字线258，以及施加一位线地址信号至位线解码器120，以将该选取的位线260连接至该感应节点920。施加至该被选取的字线258的一电压Vcc是在该存取晶体管905的临界电压Vth之上。
施加至逻辑电路935的输入945的控制信号，控制该电压源925以供应一振幅为VREAD的电压脉冲至该位线260。该振幅为VREAD的电压脉冲已足以产生一电流流经该感应节点920，但是并不足以改变存储元件248的电阻状态。
该感应放大器930连接至感应节点920将在该感应节点920上的电流与一参考的VREF相比较，以及提供一必要的输出VOUT以对应至该相变化元件940的该数据状态。
该参考电压VREF可以被建立，使得一事先决定的位线电流范围对应至一低(程序化)电阻状态，以及另一不同的位线电流范围对应至一高电阻状态。
在读取操作810中，假如在该感应节点920上的电流，是对应至事先决定电流范围的低电阻状态，则该输出信号VOUT将会在一高逻辑状态。该VOUT的高逻辑状态将会导致该设置操作800被该逻辑电路935终止在步骤820。
在读取操作810中，假如在该感应节点920上的电流，是对应至事先决定位线电流范围的高电阻状态，则该输出信号VOUT将会在一低逻辑状态，以及该设置操作800将会继续进行至步骤830。
在步骤830中，施加一高于该存取晶体管905临界电压Vth的Vcc至该被选取的字线258。一控制信号，例如是一致能信号，施加至逻辑电路935的输入945，使得该电压源925被设置到一电压，使得施加至该位线260的电压是线性地增加，以及足以感应电流流经位线260和存储元件248。刚开始在位线260上的电压并不足以使存储元件248产生一电阻状态的改变，以及在该描述的范例中，施加至位线260的初始电压与该读取操作810中的电压VREAD相同。
如图5中所示，在一时间1000的区间内该电压源925增加供应至位线260上的电压，以及该感应放大器实时地检测到位线260上的电流。供应至该位线260上的电压持续地增加达一段时间1000，直到该感应放大器的输出VOUT由一低逻辑状态转变至一高逻辑状态，表示该存储元件248的相变化材料开始了相转变。当该感应放大器的输出VOUT由一低逻辑状态转变至一高逻辑状态，该位线电压有一振幅VSET。
由于以上所描述的阵列中存储单元的差异，可以了解的是该时间区间1000和振幅VSET，其代表检测到一相变化的开始，在阵列中每一存储单元也会不同。通常阵列中存储单元的VSET，将会在范围1010内，范围1010的振幅将会依据存储元件的实施例来决定。
反馈线940连接该感应放大器930的输出VOUT高逻辑状态至逻辑线路935的输入。该逻辑线路935控制该电压源925以维持该位线265的电压VSET在一事先决定的时间区间1005，对每一存储单元程序化至相同的状态，该事先决定的时间区间1005相同。可了解的是本发明并不仅限于图5所描述的实施例，以及在时间区间1000后该电压源925所供应的电压可以是电压VOUT的函数，其可以是任何形状的电压，包含一序列脉冲。
在该事先决定的时间区间1005之后，位线260上的电流可以由降低该位线上的电压以及该字线电压来终止，因此该存储单元232可以被设置至理想的电阻状态。在一范例中该时间区间1005是介于1纳秒至50纳秒。
可以了解的是，形状的变化以及图5中不同步骤的脉冲数目，都可以被使用而且也都在本发明的范围之内。
例如，如图6中所示，可以有一事先决定的时间区间1200，其介于检测相转变的开始在时间区间1000的终点，以及第二电压的开始在时间区间1005的起点。
描述在图5中是另一个不同时脉图式的范例，在位线260上的电压可以以非线性的方式来增加，或是以线性和非线性组合的方式来增加。在另一个实施例中，位线260上的电压在时间区间1000内是以步进递增的方式增加，如图7中所示。
在图5中所描述的实施例，由将源极线254接地以提高存储单元的电压，将字线的电压维持在Vcc，以及增加该位线260上的电压。在另一个实施例中，当字线258上的电压增加，该位线260上的电压是维持在一个定值。另一个实施例用以增加电流，包含改变该源极线254上的电压。
图5中多个脉冲也可以施加在步骤860中，例如，在图8中所描述的在时间区间1005内施加一序列三个脉冲。在时间区间1005内，多个施加的脉冲中至少有一个脉冲是具有一脉冲形状，其是在时间区间1000后所检测到的此递增电压的一电压的函数。
在时间区间1005内施加VSET，部分相变化元件248呈现区域化的温度，该温度高到足以导致该相变化材料局部的熔化。如果这个情形发生，经由该存储元件248快速的终止该电流，由于该熔化区域的快速冷却，可以导致该些熔化的区域稳定在一非晶，高电阻状态。图9，类似图5，可以协助减少这个问题，由在下降时间区间1100快速的减少位线的电压以快速的减少流经存储元件248的电流，通常允许该存储元件248以一定的速率进行冷却，使得任何的局部的熔化部分都可以转变为结晶相。在一实施例中，该时间区间1100是大于或等于1纳秒，例如在1纳秒和1000纳秒之间。
在图9中所描述的实施例，该位线在时间区间1100中是以几近线性的方式下降，虽然本发明并不仅限于这个特征，以及该位线可以以线性和非线性组合的方式下降。此外，可以使用多个脉冲。
可以了解的是，不同的实施例可以包含一或多个变化，如同包含在图6-图9所讨论的特征。
可以了解的是，虽然在此描述的都是针对一单一被选取的存储单元被程序化和读取，相同的概念可以应用至同时程序化许多的存储单元。例如，依据阵列的配置，在阵列中同一列的许多存储单元，因此连接到该相同的字线，其中每一存储单元连接至一不同的位线，可以被同时的程序化或读取。
本发明的揭露是由参照该些最佳实施例以及范例详细描述如上，可以了解的是该些范例仅是用来描述而非用来限制本发明。可以了解的是，任何熟悉此项技术的人士针对本发明的任何修改和组合均是落入本发明的精神及本发明的权利要求的范围内。
任何以及所有的专利，专利申请书以及印刷的出版品以上有提及的，在此一并提出以供参考。

Claims (17)

1.一种用于程序化一包含相变化材料的存储单元的方法，其特征在于，其包含：
施加一递增的第一电压在该存储单元上，以及监测该存储单元中的电流以检测该相变化材料的一相转变的开始；以及
当检测到该相变化材料的一相转变的开始，施加一第二电压在该存储单元上，该第二电压是以检测到该相变化材料一相转变的开始时的第一电压的电平的函数。
2.如权利要求1所述的用于程序化一包含相变化材料的存储单元的方法，其特征在于，其中施加该第二电压包含施加一固定电压达一事先决定的时间区间长度。
3.如权利要求1所述的用于程序化一包含相变化材料的存储单元的方法，其特征在于，其中施加该第二电压包含施加多个电压脉冲，多个电压脉冲中至少有一个具有检测到该相变化材料一相转变的开始时的该第一电压电平的函数。
4.如权利要求1所述的用于程序化一包含相变化材料的存储单元的方法，其特征在于，还包含：
决定一数据值，其想要被程序化于该存储单元中；
读取储存于该存储单元中的一目前数据值；以及
施加该递增的第一电压于该存储单元上，当目前储存的数据值不同于想要储存的数据值时。
5.如权利要求4所述的用于程序化一包含相变化材料的存储单元的方法，其特征在于，其中该读取储存于该存储单元的一目前数据值，包含施加一读取电压脉冲于该存储单元上以及检测在该存储单元中的一电流，在该存储单元中的该电流对应至在该存储单元中目前所储存的数据值。
6.如权利要求1所述的用于程序化一包含相变化材料的存储单元的方法，其特征在于，其中该存储单元可程序化成三或四个不同数据值，且还包含选取该第二电压脉冲以对应至该想要被程序化的数据值。
7.如权利要求1所述的用于程序化一包含相变化材料的存储单元的方法，其特征在于，其中该存储单元连接至一源极线，且包含一存取晶体管其具有一栅极连接至一字线，该字线选择性地将一位线连接至该相变化材料。
8.如权利要求7所述的用于程序化一包含相变化材料的存储单元的方法，其特征在于，其中该施加一递增的第一电压于该存储单元上包含：
施加一电压于该字线上，并足以将该位线耦接至该相变化材料；
施加一固定的电压在该源极线上；以及
施加一递增的电压于该位线。
9.如权利要求8所述的用于程序化一包含相变化材料的存储单元的方法，其特征在于，其中该施加一固定电压于该源极线包含施加一接地信号于该源极线上。
10.如权利要求8所述的用于程序化一包含相变化材料的存储单元的方法，其特征在于，还包含：
决定一数据值，以程序化在该存储单元中；
读取在该存储单元中目前储存的数据；以及
施加该递增的第一电压于该存储单元上，当目前所储存的数据值不同于想要储存的数据值时。
11.如权利要求10所述的用于程序化一包含相变化材料的存储单元的方法，其特征在于，其中该读取在该存储单元中储存的一目前数据值包含：
施加一电压于该字线上，并足以将该位线耦接至该相变化材料；
施加一电压在该源极线上；
施加一电压在该位线上，并足以产生一电流流经该存储单元中；以及
检测在该存储单元中的该电流，在该存储单元中的该电流对应至储存在该存储单元中的该目前数据值。
12.一存储器装置，其特征在于，其包含：
一存储单元耦接至一位线以及一字线且包含相变化材料；
一电路，以选择性地耦接该位线至一感应节点；
一电压源，耦接至该感应节点；
一感应放大器，包含一输入耦接至该感应节点，该感应放大器被用来感应在该感应节点上的一电流，以检测该相变化材料一相转变的开始，以及产生一输出信号以表示一相转变的开始；以及
一电路耦接至该电压源以控制该电压源，以供应一递增的第一电压至该感应节点，以及响应代表该相变化材料一相转变的开始的输出信号，以控制该电压源以供应一第二电压至该感应节点，该电压是检测到该相变化材料一相转变的开始时的该第一电压电平的函数。
13.如权利要求12所述的存储器装置，其特征在于，其中该感应放大器包含一第二输入连接到一参考电压，该感应放大器被用来相对于该参考电压感应在该感应节点上的一电流，以检测该相变化材料一相转变的开始。
14.如权利要求12所述的存储器装置，其特征在于，其中该第二电压包含施加一固定电压达一事先决定的时间区间长度。
15.如权利要求12所述的存储器装置，其特征在于，其中该第二电压包含多个电压脉冲，多个电压脉冲中至少有一个具有检测到该相变化材料一相转变的开始时的该第一电压电平的函数。
16.如权利要求12所述的存储器装置，其特征在于，其中：
该电路耦接至该电压源以响应一读取致能信号，以控制该电压源以供应一读取电压脉冲至该感应节点；以及
该感应放大器被用来感应在该感应节点上的一电流，由于该读取电压脉冲在检测该存储单元中的一数据值，以及产生一输出信号以表示在存储单元中的该数据值。
17.如权利要求12所述的存储器装置，其特征在于，其中该存储单元还包含一存取晶体管其具有一栅极耦接至该字线，且还包含一源极线将该存储单元耦接至接地端。
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