專利名稱：：用以更新可編程電阻存儲器的方法與裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明是有關于使用了可編程電阻材料(例如相變化存儲材料)高密度存儲裝置，以及操作此等裝置的方法。
背景技術：
：相變化存儲材料是廣泛地用于讀寫光盤中。這些材料包括有至少兩種固態(tài)相，包括如為非晶態(tài)的固態(tài)相，以及為結晶態(tài)的固態(tài)相。激光脈沖是用于讀寫光盤片中，以在二種固態(tài)相中切換，并讀取此種材料于相變化之后的光學性質(zhì)。如硫?qū)倩锛邦愃撇牧系拇说认嘧兓鎯Σ牧?，可通過施加電流而致使晶相變化。這種特性則引發(fā)使用可編程電阻材料以形成非易失性存儲器電路等興趣。此領域發(fā)展的一種方向是使用微量可編程的電阻材料，尤其是使用于微小孔洞中。致力于此等微小孔洞的專利包括于1997年11月11日公告的美國專利第5,687,112號"MultibitSingleCellMemoryElementHavingTaperedContact"、發(fā)明人為Ovshinky;于1998年8月4日公告的美國專利第5,789,277號"MethodofMakingChalogenide[sic]MemoryDevice"、發(fā)明人為Zahorik等；于2000年11月21日公告的美國專利第6,150,253號"ControllableOvonicPhase-ChangeSemiconductorMemoryDeviceandMethodsofFabricatingtheSame"、發(fā)明人為Doan等。美國專利申請案號2004-0026686-A1揭露了一種相變化存儲單元，其中相變化元件包括一位于一電極/介電層/電極堆棧上的側壁。通過施加電流而使相變化材料在非晶態(tài)與結晶態(tài)之間切換，進以儲存數(shù)據(jù)。從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變至結晶態(tài)一般是為一低電流步驟。從結晶態(tài)轉(zhuǎn)變至非晶態(tài)(以下指稱為復位(reset))—般是為一高電流步驟。較佳是將用以導致相變化材料進行轉(zhuǎn)換(從結晶態(tài)轉(zhuǎn)換至非晶態(tài))的復位電流幅度最小化。復位所需要的復位電流幅度可以通過將存儲單元中的主動相變化材料元件的尺寸、并且減少在電極與相變化材料之間的接觸區(qū)域而降低。因此可以研發(fā)存儲單元的制造方法與結構，此存儲單元則使用了小量的可編程電阻材料。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的一個目的是為提供一種非易失性集成電路，其包括至少一非易失性存儲單元以及控制電路。此非易失性存儲單元包括一可編程電阻元件，其具有多個物理狀態(tài)以儲存數(shù)據(jù)。控制電路是施加多個電氣信號至非易失性存儲單元。這些電氣信號包括(1)施加至非易失性存儲單元以儲存數(shù)據(jù)的信號；以及(2)施加至非易失性存儲單元以維持此非易失性存儲單元儲存數(shù)據(jù)能力的信號。前者(施加至至少一非易失性存儲單元以儲存數(shù)據(jù)的信號)包括一復位信號，以致使非易失性存儲單元的可編程電阻元件儲存一第一物理狀態(tài)，而一設置信號則致使非易失性存儲單元的可編程電阻材料儲存一第二物理狀態(tài)。后者(施加至非易失性存儲單元以維持其儲存數(shù)據(jù)能力的信號)包括一加熱信號以致使非易失性存儲單元的可編程電阻元件儲存此第一物理狀態(tài)，以及一冷卻信號以致使非易失性存儲單元的可編程電阻元件儲存此第二物理狀態(tài)。加熱信號是施以相較于復位信號為高的功率而施加至可編程電阻元件，而冷卻信號是以相較于設置信號為長的時間而施加至可編程電阻元件。在一實施例中，非易失性存儲單元具有至少一千萬次的復位與設置信號循環(huán)壽命。在另一實施例中，在當多個復位與設置信號循環(huán)發(fā)生或即將發(fā)生的一定時間區(qū)間之后，控制電路施加至少一循環(huán)的加熱信號與冷卻信號。在各個實施例中，此時間區(qū)間是由定時器、由復位與設置循環(huán)的計數(shù)、或由復位與設置信號的隨機數(shù)目循環(huán)所決定。在其它實施例中，此時間區(qū)間在非易失性存儲單元無法正確響應至復位信號時終止或者此時間區(qū)間在非易失性存儲單元無法正確地響應至設置信號時終止。在進一步的實施例中，在一包括有此電路的一機構啟動時，或者在施加任何復位與設置信號之前，控制信號是施加至少一循環(huán)的加熱信號以及冷卻信號。在某些實施例中，加熱信號的施加致使非易失性存儲單元的可編程電阻元件成為實質(zhì)上完全非晶態(tài)。在某些實施例中，冷卻信號的施加是使得非易失性存儲單元的可編程電阻元件成為實質(zhì)上完全結晶態(tài)。在其它實施例中，控制電路是施加至少一循環(huán)的加熱信號與冷卻信號，其中此循環(huán)包括多個加熱信號之后接著則是至少一冷卻信號，或者此循環(huán)是包括至少一加熱信號之后接著則是多個冷卻信號。本發(fā)明的另一目的是為提供一種用以操作非易失性集成電路的方法，此非易失性集成電路具有一非易失性存儲單元，其包括一可編程電阻元件以儲存數(shù)據(jù)于多個物理狀態(tài)中。此方法包括下列步驟施加信號至非易失性存儲單元以儲存數(shù)據(jù)，其包括下列子步驟施加一復位信號以致使非易失性存儲單元的可編程電阻元件儲存多個物理狀態(tài)的一第一物理狀態(tài)；以及施加一設置信號以致使該非易失性存儲單元的該可編程電阻元件儲存該多個物理狀態(tài)的一第二物理狀態(tài)；以及施加信號至非易失性存儲單元以維持至少一非易失性存儲單元的儲存數(shù)據(jù)能力，包括下列子步驟施加一加熱信號以致使非易失性存儲單元的可編程電阻元件儲存多個物理狀態(tài)的第一物理狀態(tài)，其中加熱信號是以一相對于復位信號較高的功率而施加至可編程電阻元件；以及施加一冷卻信號以致使非易失性存儲單元的可編程電阻元件儲存多個物理狀態(tài)的第二物理狀態(tài)，其中冷卻信號是以一相對于該設置信號較長的時間而施加至可編程電阻元件。以下將詳述各實施例。本發(fā)明的另一目的是包括提供一種非易失性集成電路，其具有一非易失性存儲單元，此存儲單元則包括一可編程電阻元件以儲存數(shù)據(jù)于多個物理狀態(tài)中，此裝置包括用以施加信號至非易失性存儲單元以儲存數(shù)據(jù)的元件，包括用以施加一復位信號以致使非易失性存儲單元的可編程電阻元件以儲存多個物理狀態(tài)的一第一物理狀態(tài)的元件；用以施加一設置信號以致使非易失性存儲單元的可編程電阻元件以儲存多個物理狀態(tài)的一第二物理狀態(tài)的元件；以及用以施加信號至該非易失性存儲單元以維持該至少一非易失性存儲單元儲存數(shù)據(jù)能力的元件，包括用以施加一加熱信號以致使至少一非易失性存儲單元的可編程電阻元件儲存多個物理狀態(tài)的一第一物理狀態(tài)的元件，其中加熱信號是以相對于復位信號較高的功率而施加至可編程電阻元件；以及用以施加一冷卻信號以致使至少一非易失性存儲單元的可編程電阻元件儲存多個物理狀態(tài)的一第二物理狀態(tài)的元件，其中冷卻信號是以相對于設置信號較長的時間而施加至可編程電阻元件。本發(fā)明的又一目的是為提供一種用以制造一非易失性集成電路的方法，此集成電路是具有一非易失性存儲單元其包括一可編程電阻元件以儲存數(shù)據(jù)于多個物理狀態(tài)中。圖1是繪示在多個編程與擦除循環(huán)之后，用以改變一可編程電阻存儲單元的更新操作的代表性流程。圖2是繪示在任何編程與擦除循環(huán)之前，用以更新一可編程電阻存儲單元的代表性流程，并且在多個編程與擦除循環(huán)之后更新此可編程電阻存儲單元。圖3是繪示在任何編程與擦除循環(huán)之前，用以更新一可編程電阻存儲單元的代表性流程，以及在一段時間區(qū)間(其中可能發(fā)生編程與擦除循環(huán))之后更新此可編程電阻存儲單元。圖4是為一擦除操作的流程圖，其包括一更新操作。圖5是為一替代擦除操作的流程圖，其包括一更新操作。圖6是為一編程操作的流程圖，其根據(jù)本發(fā)明的實施例而包括一更新操作。圖7是本發(fā)明一實施例的集成電路的簡化方塊圖。圖8是為一存儲單元在更新操作(包括復位與設置操作)之前與之后的電阻變化圖。圖9至圖11是存儲單元在更新操作后的電阻變化圖，顯示了不同類型的失敗。主要元件符號說明700存儲陣列701列譯碼器702字線703行譯碼器705總線707數(shù)據(jù)總線708偏壓調(diào)整供應電壓709偏壓調(diào)整狀態(tài)機構711數(shù)據(jù)輸入線712數(shù)據(jù)輸出線750集成電路801初始電阻值802復位狀態(tài)電阻值803設置狀態(tài)電阻值901.1001.1101復位狀態(tài)電阻值902.1002.1102設置狀態(tài)電阻值具體實施例方式本發(fā)明的各個實施例在編程與擦除信號(在可編程電阻存儲單元中亦稱為設置與復位信號)之外，結合了加熱與冷卻信號。針對存儲單元的類型以及幾何結構，復位信號、設置信號、加熱信號、以及冷卻信號均具有一選定的電壓、時間長度、以及峰值功率。在任何特定的實施例中，加熱信號的功率是高于復位信號，且冷卻信號的時間長度是長于設置信號。一連串多個加熱信號之后接著一個以上的冷卻信號，稱為更新操作。這些信號是施加至具有可編程電阻元件的非易失性存儲單元，其也可以稱為可編程電阻存儲單元。某些實施例的細節(jié)會在詳細說明的末端進行解說。圖1繪示了用以在多個編程與擦除循環(huán)之后，更新一可編程電阻存儲單元的代表性流程圖。一個新的存儲單元110尚未經(jīng)歷任何編程與擦除循環(huán)。在步驟120與130，此存儲單元是經(jīng)由一第一與第二調(diào)整電壓而被編程以及擦除。在步驟140，是進行確認編程與擦除循環(huán)的時間區(qū)間是否已經(jīng)結束。此時間區(qū)間是通過計算編程與擦除循環(huán)的數(shù)目而決定，或者通過其它方式?jīng)Q定。若此時間區(qū)間尚未結束，則存儲單元是在步驟120與130再次進行編程與擦除。否則，在步驟150處將此編程電阻存儲單元更新。圖2繪示了在任何編程與擦除循環(huán)之前以及在數(shù)個編程與擦除循環(huán)之后皆更新此可編程電阻存儲單元的流程圖。此流程是類似于圖1的流程。然而，在步驟220與230的任何編程與擦除循環(huán)之前，此單元是在步驟215先進行更新。圖3繪示了在任何編程與擦除循環(huán)之前更新一可編程電阻存儲單元，以及在一時間區(qū)間(其中很可能會發(fā)生編程與擦除循環(huán))之后更新此可編程電阻存儲單元的一代表流程圖。一個新的存儲單元在步驟310時尚未經(jīng)歷任何編程與擦除循環(huán)。在步驟314時，此存儲單元是被更新。在步驟320，開始一時間區(qū)間，其間可能會發(fā)生編程與擦除循環(huán)。編程與擦除是經(jīng)由第一與第二調(diào)整偏壓而發(fā)生。在步驟340時，進行確認此時間區(qū)間是否結束。若否，則繼續(xù)進行此時間區(qū)間。否則，在步驟350此可編程電阻存儲單元是經(jīng)由一第三調(diào)整偏壓而改變并更新此存儲單元。在不同實施例中，此時間區(qū)間可以在隨機數(shù)目標編程與擦除循環(huán)之后終止，及/或當此存儲單元無法進行擦除時終止。在另一實施例中，此時間區(qū)間包括在啟動事件之間的時間，例如從供電至一包括有此存儲單元的機構開始、到此機構關閉并且重新啟動為止。在此方法中，此第三調(diào)整偏壓是在啟動此機構之后開始施加。圖4是為一流程圖，顯示包括有更新操作的擦除流程，且圖5是為一流程圖，顯示包括有更新操作的一替代擦除流程。在圖4中，一擦除操作是由一擦除命令而開始(方塊400)。在此時采取試誤方法，一指標n是設置為0，以用在擦除程序中。在某些應用中的擦除命令，是對應至一區(qū)塊或區(qū)段擦除操作。響應至擦除操作，是進行一偏壓程序。在一實施例中，偏壓程序的第一操作步驟是施加一可以擦除存儲單元的調(diào)整偏壓(方塊401)。因此，在下一步驟中，此算法將決定存儲單元是否通過確認操作(方塊402)。若存儲單元并未通過確認，則將指標n遞增(方塊403)，且此算法將決定此指針是否達到一預先定義的最大值N以進行重試(方塊404)。若己經(jīng)執(zhí)行到重試的最大值而仍未通過確認，則此程序失敗(方塊405)。若在方塊404尚未執(zhí)行到重試的最大值時，則此程序會回到方塊402并重新嘗試擦除調(diào)整偏壓。若在方塊402的時候存儲單元通過了確認，則進行更新操作(方塊406)。在擦除操作之后，重復一擦除確認操作(方塊407)。若存儲單元并未通過確認，則算法循環(huán)到方塊403，將指標n遞增，并且視重試的最大值是否到達而進行重試或失敗。若在方塊407處此算法通過了，則擦除程序結束(方塊408)。在圖5中，是通過一擦除命令而開始一擦除程序(方塊500)。在此時采取試誤方法，指標n是設定為0以用于擦除程序中。在某些應用中，此擦除命令是對應至一區(qū)塊或區(qū)段擦除操作。響應至擦除命令，開始進行一偏壓程序。在此實施例中，在擦除命令之后施加一更新調(diào)整偏壓(方塊501)。在偏壓程序中的下一步驟是施加一可以擦除存儲單元的調(diào)整偏壓(方塊502)。由于方塊501的前一更新調(diào)整偏壓，而可以通過此擦除調(diào)整偏壓而達成更均勻的結果。在施加該擦除調(diào)整偏壓之后，一狀態(tài)機構或其它邏輯會通過進行一擦除確認操作，而決定擦除操作是否在此區(qū)段的每一單元均成功執(zhí)行。因此，在下一步驟中，算法會決定存儲單元是否通過確認操作(方塊503)。若此存儲單元并未通過確認，則將指標n遞增(方塊504)，并且算法會決定此指針是否達到一預先定義的重試最大值N(方塊505)。若重試的最大值已經(jīng)達到而未能通過確認，則此程序失敗(方塊506)。若在方塊505時重試的最大值尚未達到，則此程序回到方塊502以重新嘗試擦除調(diào)整偏壓。若在方塊503時，此存儲單元通過確認，則接著施加一更新調(diào)整偏壓(方塊507)。在本發(fā)明的某些實施例中，并未使用方塊507的第二電荷平衡安排。方塊501的更新偏壓操作的長度、以及方塊507的更新偏壓安操作的時間長度，可以比僅實施一次更新偏壓操作的實施例來得短。在方塊507的更新偏壓操作之后，是重復一擦除確認操作(方塊508)。若存儲單元并未通過確認，則算法循環(huán)至方塊504，將指標n遞增，并且視重試的最大值是否已經(jīng)到達而進行指標n遞增或者認為失敗。若在方塊508時此算法已經(jīng)通過，則完成擦除程序(方塊509)。圖6是為一流程圖，根據(jù)本發(fā)明實施例而繪示具有更新操作的編程操作。在方塊600是以一編程命令而開始一編程程序。在此進行試誤方法，將一指標n設置為O以用于編程重試程序中，且一指針m是設置為0以用于計數(shù)此程序。響應至編程命令，則啟動一編程偏壓程序。在施加編程調(diào)整偏壓之后，由一狀態(tài)機構或其它邏輯，以一編程確認操作來決定是否在每一單元成功地進行此編程操作。因此，在下一步驟中，此算法決定存儲單元是否通過確認操作(方塊602)。若單元并未通過確認，則將指標n遞增(方塊603)，且算法決定此指針是否達到預先定義的重試最大值N(方塊604)。若重試最大值已經(jīng)到達但仍未通過確認，則此程序失敗(方塊605)。若在方塊604尚未執(zhí)行到重試的最大值時，則此程序回到方塊601以重試編程調(diào)整偏壓。若在方塊602時，存儲單元通過確認，則此算法會通過決定指針m是否到達最大值M(方塊606)，而決定重試循環(huán)的最大值是否已經(jīng)被執(zhí)行。若指標m并不等于M，則采取更新操作，以滿足所使用的重新填滿算法(方塊607)。在更新操作之后，算法會將指針m遞增(方塊608)，并且重新施加調(diào)整偏壓而在方塊601誘發(fā)電子注入。若存儲單元已經(jīng)歷經(jīng)預定數(shù)目的更新操作，則此算法結束(方塊609)。圖7是為本發(fā)明一實施例的集成電路的簡化方塊圖。集成電路750包括一存儲陣列700，其是利用可編程存儲單元而形成于一半導體襯底上。列譯碼器701是耦接至多條字線702，字線則是沿著存儲陣列700的各列而排列。地址是經(jīng)由總線705而供應到行譯碼器703以及列譯碼器701。方塊706的感測放大器以及數(shù)據(jù)輸入結構是經(jīng)由數(shù)據(jù)總線707而耦接到行譯碼器703。數(shù)據(jù)是經(jīng)由數(shù)據(jù)輸入線711而從集成電路750的輸入/輸出端、或者從集成電路750內(nèi)部或外部的其它數(shù)據(jù)來源，傳輸?shù)椒綁K706的數(shù)據(jù)輸入結構。數(shù)據(jù)是從方塊706的感測放大器，經(jīng)由數(shù)據(jù)輸出線712而傳輸?shù)郊呻娐?50的輸入/輸出端，或傳輸?shù)郊呻娐?50內(nèi)部或外部的其它數(shù)據(jù)目的地。偏壓調(diào)整狀態(tài)機構709控制了偏壓調(diào)整供應電壓708的應用，例如擦除確認以及編程確認電壓、編程與擦除存儲單元的第一與第二調(diào)整偏壓、以及更新可編程電阻存儲單元的第三調(diào)整偏壓等。偏壓調(diào)整狀態(tài)機構709也包括了用以決定施加更新信號的時間區(qū)間的電路。圖8是為存儲單元的電阻變化圖，包括在更新操作之前與之后的電阻變化(包括復位與設置操作)。變化曲線R1801是為可編程電阻存儲單元的初始電阻(在更新操作之前)，變化曲線R2802是為可編程電阻存儲單元在一更新操作后的復位狀態(tài)電阻值，而變化曲線R3803則是可編程電阻存儲單元在更新操作之后的設置狀態(tài)電阻值。圖9至圖11是為存儲單元在更新操作之后的電阻值，其顯示了各種不同的失敗情形。硫?qū)倩锸菫锳glnSbTe，并具有傘狀結構的氮化鈦頂電極。在圖9至圖11中，各個信號的條件如下所示加熱信號12V,20ns冷卻信號2V,100ns復位信號6V,20ns設置信號2V,70ns讀取信號0.5mV每一數(shù)據(jù)循環(huán)包括復位、讀取、設置、以及讀取信號。圖9的變化曲線901、圖10的變化曲線1001以及圖11的變化曲線1101是顯示了可編程電阻存儲單元在復位狀態(tài)的電阻值。這些變化曲線并不平均，雖然存儲單元表面上是處于非晶態(tài)，但是某些結晶是難以變化。相似地，圖9的變化曲線卯2、圖10的變化曲線1002以及圖11的變化曲線1102是繪示了可編程電阻存儲單元在設置狀態(tài)的電阻值。圖9及圖ll繪示了一種失敗機制，其中復位狀態(tài)最終的電阻值是相近于設置狀態(tài)。圖IO顯示了另一種失敗機制，其中設置狀態(tài)的最終電阻值是相近于復位狀態(tài)。圖9至圖11是為從同一存儲單元所獲得的數(shù)據(jù)。在繪制每一曲線之前，是先進行一更新操作。雖然在一千萬次循環(huán)之前，每一張圖表就都己經(jīng)出現(xiàn)失敗，但是若將圖9至圖ll三者的成功循環(huán)數(shù)目相加總，則可以看到存儲單元的循環(huán)壽命是超過一千萬次的。例示實施例數(shù)據(jù)是如下所示:<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage17</table存儲單元的實施例包括了使用相變化存儲材料(包含硫?qū)倩锊牧吓c其它材料)于可編程電阻元件中。硫?qū)倩锇ㄏ铝兴脑氐娜我徽哐?0)、硫(S)、硒(Se)、以及碲(Te)，形成元素周期表上第VIA族的部分。硫?qū)倩锇▽⒁涣驅(qū)僭嘏c一更為正電性的元素或自由基結合而得。硫?qū)倩衔锖辖鸢▽⒘驅(qū)倩衔锱c其它物質(zhì)如過渡金屬等結合。一硫?qū)倩衔锖辖鹜ǔ０ㄒ粋€以上選自元素周期表第IVA族的元素，例如鍺(Ge)以及錫(Sn)。通常，硫?qū)倩衔锖辖鸢ㄏ铝性刂幸粋€以上的復合物銻(Sb)、鎵(Ga)、銦(In)、以及銀(Ag)。許多以相變化為基礎的存儲材料已經(jīng)被描述于技術文件中，包括下列合金鎵/銻、銦/銻、銦順、銻/碲、鍺/碲、鍺/銻/碲、銦/銻/碲、鎵/硒/碲、錫/銻/碲、銦/銻/鍺、銀/銦/銻/碲、鍺/錫/銻/碲、鍺/銻/硒/碲、以及碲/鍺/銻/硫。在鍺/銻/碲合金家族中，可以嘗試大范圍的合金成分。此成分可以下列特征式表示TeaGebSbi。。.(a+b)，其中a與b代表了所組成元素的原子總數(shù)為100%時，各原子的百分比。一位研究員描述了最有用的合金是為，在沉積材料中所包含的平均碲濃度是遠低于70%，典型地是低于60%，并在一般型態(tài)合金中的碲含量范圍從最低23%至最高58%，且最佳是介于48%至58%的碲含量。鍺的濃度是高于約5%，且其在材料中的平均范圍是從最低8%至最高30%，一般是低于50%。最佳地，鍺的濃度范圍是介于8%至40%。在此成分中所剩下的主要成分則為銻。(Ovshinky'112專利，欄10-11)由另一研究者所評估的特殊合金包括Ge2Sb2Te5、GeSb2Te4、以及GeSb4Te7。(NobomYamada，"PotentialofGe-Sb-TePhase-changeOpticalDisksforHigh-Data-RateRecording",SPIEv.3109,pp.28-37(1997))更一般地，過渡金屬如鉻(Cr)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈮(Nb)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、以及上述的混合物或合金，可與鍺/銻/碲結合以形成一相變化合金其包括有可編程的電阻性質(zhì)?？墒褂玫拇鎯Σ牧系奶厥夥独?，是如Ovshinsky'112專利中欄11-13所述，其范例在此被列入?yún)⒖?。在某些實施例中，硫?qū)倩镆约捌渌嘧兓牧鲜菗诫s有雜質(zhì)，以修正其導電性、過渡溫度、熔化溫度、以及其它使用摻雜硫?qū)倩锏拇鎯υ男再|(zhì)。用以慘雜硫?qū)倩锏拇硇噪s質(zhì)包括氮、硅、氧、二氧化硅、氮化硅、銅、銀、金、鋁、氧化鋁、鉭、氧化鉭、氮化鉭、鈦以及鈦氧化物。請參見美國專利6800504號以及美國專利申請案號2005/0029502號。相變化合金能在此單元主動溝道區(qū)域內(nèi)依其位置順序于材料為一般非晶狀態(tài)的第一結構狀態(tài)與為一般結晶固體狀態(tài)的第二結構狀態(tài)之間切換。這些合金至少為雙穩(wěn)定態(tài)。此詞匯「非晶」是用以指稱一相對較無次序的結構，其較之一單晶更無次序性，而帶有可檢測的特征如較之結晶態(tài)更高的電阻值。此詞匯「結晶態(tài)」是用以指稱一相對較有次序的結構，其較之非晶態(tài)更有次序，因此包括有可檢測的特征例如比非晶態(tài)更低的電阻值。典型地，相變化材料可電切換至完全結晶態(tài)與完全非晶態(tài)之間所有可檢測的不同狀態(tài)。其它受到非晶態(tài)與結晶態(tài)的改變而影響的材料特征包括，原子次序、自由電子密度、以及活化能。此材料可切換成為不同的固態(tài)、或可切換成為由兩種以上固態(tài)所形成的混合物，提供從非晶態(tài)至結晶態(tài)之間的灰階部分。此材料中的電性質(zhì)亦可能隨之改變。相變化合金可通過施加一電脈沖而從一種相態(tài)切換至另一相態(tài)。先前觀察指出，一較短、較大幅度的脈沖傾向于將相變化材料的相態(tài)改變成大體為非晶態(tài)。一較長、較低幅度的脈沖傾向于將相變化合金的相態(tài)改變成大體為結晶態(tài)。在較短、較大幅度脈沖中的能量夠大，因此足以破壞結晶結構的鍵能，同時夠短因此可以防止原子再次排列成結晶態(tài)。在沒有不適當實驗的情形下，可以利用實驗方法決定特別適用于一特定相變化合金的適當脈沖量變曲線。在本發(fā)明的后續(xù)章節(jié)中，相變化材料是稱為GST，并且可以理解的是也可以使用其它類型的相變化材料。適用于PCRAM中的一種材料是為Ge2Sb2Te5。其它可以使用于本發(fā)明其它實施例的可編程電阻存儲材料包括摻雜N2的GST、GexSby、或其它以不同結晶態(tài)轉(zhuǎn)換來決定電阻的物質(zhì)；PrxCayMn03、PrSrMnO、ZrOx、或其它利用電脈沖以改變電阻狀態(tài)的禾才料；7，7,8，8-tetracyanoquinodimethane(TCNQ)、methanofbllerene6,6-phenylC61-butyricacidmethylester(PCBM)、TCNQ-PCBM、Cu-TCNQ、Ag-TCNQ、C6(rTCNQ、以其它物質(zhì)摻雜的TCNQ、或任何其它聚合物材料其包括有以一電脈沖而控制的雙穩(wěn)定或多穩(wěn)定電阻態(tài)?？删幊屉娮璐鎯Σ牧系钠渌独?，包括GeSbTe、GeSb、NiO、Nb-SrTi03、Ag隱GeTe、PrCaMnO、ZnO、Nb205、Cr-SrTi03。接著是簡要地描述四種電阻存儲材料。第一種是硫?qū)倩锊牧?，例如GexSbyTez，其中x:y:z=2:2:5，或者其它成分為x:0~5,y:0~5,z:0~10。或者可以使用摻雜有氮、硅、或鈦、或其它摻雜元素的GeSbTe。用以形成硫?qū)倩锊牧系睦痉椒ㄊ抢肞VD濺射或磁控(Magnetron)濺射方式，其反應氣體為氬氣、氮氣、及/或氦氣、壓力為1mTorr至100mTorr。此沉積步驟一般是于室溫下進行。一長寬比為1~5的準直器(colUmater)可用以改良其注入表現(xiàn)。為了改善其注入表現(xiàn)，亦可使用數(shù)十至數(shù)百伏特的直流偏壓。另一方面，同時合并使用直流偏壓以及準直器亦是可行的。有時需要在真空中或氮氣環(huán)境中進行一沉積后退火處理，以改良硫?qū)倩锊牧系慕Y晶態(tài)。此退火處理的溫度典型地是介于IO(TC至400°C，而退火時間則少于30分鐘。硫?qū)倩锊牧系暮穸仁请S著單元結構的設計而定。一般而言，硫?qū)倩锏暮穸却笥?納米者可以具有相變化特性，使得此材料展現(xiàn)至少雙穩(wěn)定的電阻態(tài)。第二種適用于本發(fā)明實施例的存儲材料為超巨磁阻(CMR)材料，PrxCayMn03，其中x:y=0.5:0.5，或其它成分為x:0~1;y:0~1。包括有錳氧化物的超巨磁阻材料亦可被使用。用以形成超巨磁阻的例示方法，是利用PVD濺射或磁控濺射方式，其反應氣體為氬氣、氮氣、氧氣及/或氦氣、壓力為1mTorr至100mTorr。此沉積步驟的溫度可介于室溫至60(TC，視后處理條件而定。一長寬比為15的準直器(collimater)可用以改良其注入表現(xiàn)。為了改善其注入表現(xiàn)，亦可使用數(shù)十至數(shù)百伏特的直流偏壓。另一方面，同時合并使用直流偏壓以及準直器亦是可行的。可施加數(shù)十高斯(Gauss)至10，000高斯之間的磁場，以改良其磁結晶態(tài)。可能需要在真空中或氮氣環(huán)境中或氧氣/氮氣混合環(huán)境中進行一沉積后退火處理，以改良超巨磁阻材料的結晶態(tài)。此退火處理的溫度典型地是介于40(TC至600°C，而退火時間則少于2小時。超巨磁阻材料的厚度是隨著存儲單元結構的設計而定。厚度介于10納米至200納米的超巨磁阻材料，可被用作為核心材料。一YBCO(YBaCu03，一種高溫超導體材料)緩沖層是通常被用以改良超巨磁阻材料的結晶態(tài)。此YBCO的沉積是在沉積超巨磁阻材料之前進行。YBCO的厚度是介于30納米至200納米。第三種存儲材料是為雙元素化合物，例如NixOy、TixOy、AlxOy、WxOy、ZnxOy、ZrxOy、CuxOy等，其中x:y=0.5:0.5，或者其它成分為x:0l;y:01。其例示形成方法是利用PVD濺射或磁控濺射方式，其反應氣體為氬氣、氮氣、氧氣、及/或氦氣、壓力為lmTorr至lOOmTorr，其標靶金屬氧化物是為如MxOy、TixOy、AlxOy、WxOy、ZnxOy、ZrxOy、Cu》y等。此沉積步驟一般是于室溫下進行。一長寬比為1~5的準直器可用以改良其注入表現(xiàn)。為了改善其注入表現(xiàn)，亦可使用數(shù)十至數(shù)百伏特的直流偏壓。若有需要時，同時合并使用直流偏壓以及準直器亦是可行的。有時需要在真空中或氮氣環(huán)境或氧氣/氮氣混合環(huán)境中進行一沉積后退火處理，以改良金屬氧化物內(nèi)的氧原子分布。此退火處理的溫度典型地是介于40(TC至600°C，而退火時間則少于2小時。一種替代形成方法是利用PVD濺射或磁電管濺射方式，其反應氣體為氬氣/氧氣、氬氣/氮氣/氧氣、純氧、氦氣/氧氣、氦氣/氮氣/氧氣等，壓力為1mTorr至100mTorr，其標靶金屬氧化物是為如Ni、Ti、Al、W、Zn、Zr、Cu等。此沉積步驟一般是于室溫下進行。一長寬比為15的準直器可用以改良其注入表現(xiàn)。為了改善其注入表現(xiàn)，亦可使用數(shù)十至數(shù)百伏特的直流偏壓。若有需要時，同時合并使用直流偏壓以及準直器亦是可行的。有時需要在真空中或氮氣環(huán)境或氧氣/氮氣混合環(huán)境中進行一沉積后退火處理，以改良金屬氧化物內(nèi)的氧原子分布。此退火處理的溫度典型地是介于40(TC至600°C，而退火時間則少于2小時。另一種形成方法是使用一高溫氧化系統(tǒng)(例如一高溫爐管或一快速熱處理(RTP))進行氧化。此溫度是介于200'C至70(TC、以純氧或氮氣/氧氣混合氣體，在壓力為數(shù)mTorr至一大氣壓下進行。進行時間可從數(shù)分鐘至數(shù)小時。另一氧化方法是為等離子體氧化。一無線射頻或直流電壓源等離子體與純氧或氬氣/氧氣混合氣體、或氬氣/氮氣/氧氣混合氣體，在壓力為1mTorr至100mTorr下進行金屬表面的氧化，例如Ni、Ti、Al、W、Zn、Zr、Cu等。此氧化時間是從數(shù)秒鐘至數(shù)分鐘。氧化溫度是從室溫至約30(TC，視等離子體氧化的程度而定。第四種存儲材料是為聚合物材料，例如摻雜有銅、碳六十、銀等的TCNQ、或PCBM-TCNQ混合聚合物。一種例示的形成方法是利用熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、或原子束磊晶系統(tǒng)(MBE)進行蒸發(fā)。一固態(tài)TCNQ以及摻雜物是在一單獨室內(nèi)進行共蒸發(fā)。此固態(tài)TCNQ以及慘雜物是置于一鎢座或一鉭座或一陶瓷座中。接著施加一大電流或電子束，以熔化反應物，使得這些材料混合并沉積于晶圓之上。此處并未使用反應性化學物質(zhì)或氣體。此沉積作用是于壓力為10'4Torr至10"GTorr下進行。晶圓溫度是介于室溫至20(TC。有時需要在真空中或氮氣環(huán)境中進行一沉積后退火處理，以改良聚合物材料的成分分布。此退火處理的溫度典型地是介于室溫至300°C，而退火時間則少于l小時。另一種例示形成聚合物存儲材料的方法，是旋轉(zhuǎn)涂布，使用一旋轉(zhuǎn)涂布機與經(jīng)摻雜的TCNQ溶液，轉(zhuǎn)速低于1000rpm。在旋轉(zhuǎn)涂布之后，此晶圓是靜置(典型地是在室溫下，或低于20(TC的溫度)一足夠時間以利固態(tài)的形成。此靜置時間可介于數(shù)分鐘至數(shù)天，視溫度以及形成條件而定。雖然本發(fā)明是已參照較佳實施例來加以描述，將為吾人所了解的是，本發(fā)明創(chuàng)作并未受限于其詳細描述內(nèi)容。替換方式及修改樣式是已于先前描述中所建議，并且其它替換方式及修改樣式將為熟習此項技藝的人士所思及。特別是，根據(jù)本發(fā)明的結構與方法，所有具有實質(zhì)上相同于本發(fā)明的構件結合而達成與本發(fā)明實質(zhì)上相同結果者皆不脫離本發(fā)明的精神范疇。因此，所有此等替換方式及修改樣式是意欲落在本發(fā)明于隨附權利要求書范圍及其均等物所界定的范疇之中。任何在前文中提及的專利申請案以及印刷文本，均可列為本案的參考。權利要求1、一種非易失性集成電路，其特征在于，包括至少一非易失性存儲單元，其包括一可編程電阻元件其具有多個物體狀態(tài)以儲存數(shù)據(jù)；控制電路，其是用以施加多個電氣信號至該至少一非易失性存儲單元，該多個電氣信號包括多個信號，其是施加至該至少一非易失性存儲單元以儲存數(shù)據(jù)，包括一復位信號，其是致使該至少一非易失性存儲單元的該可編程電阻元件，儲存該多個物理狀態(tài)的一第一物理狀態(tài)；一設置信號，其是致使該至少一非易失性存儲單元的該可編程電阻元件，儲存該多個物理狀態(tài)的一第二物理狀態(tài)；多個信號，其是施加至該至少一非易失性存儲單元以維持該至少一非易失性存儲單元的儲存數(shù)據(jù)能力，包括一加熱信號，其是致使該至少一非易失性存儲單元的該可編程電阻元件儲存該多個物理狀態(tài)的該第一物理狀態(tài)，其中施加至該可編程電阻元件的該加熱信號是以高于該復位信號的功率進行；一冷卻信號，其是致使該至少一非易失性存儲單元的該可編程電阻元件儲存該多個物理狀態(tài)的該第二物理狀態(tài)，其中施加至該可編程電阻元件的該冷卻信號其持續(xù)時間是大于該設置信號。2、根據(jù)權利要求l所述的電路，其特征在于，其中該至少一非易失性存儲單元的壽命是至少為一千萬次復位與設置信號循環(huán)。3、根據(jù)權利要求l所述的電路，其特征在于，其中在當多個復位與設置信號循環(huán)發(fā)生或即將發(fā)生的一段時間區(qū)間以后，該控制電路是施加至少一循環(huán)的該加熱與冷卻信號。4、根據(jù)權利要求l所述的電路，其特征在于，其中在當多個復位與設置信號循環(huán)發(fā)生或即將發(fā)生的一段時間區(qū)間以后，該控制電路是施加至少一循環(huán)的該加熱與冷卻信號，其中該時間區(qū)間是由一定時器所決定。5、根據(jù)權利要求l所述的電路，其特征在于，其中在當多個復位與設置信號循環(huán)發(fā)生或即將發(fā)生的一段時間區(qū)間以后，該控制電路是施加至少一循環(huán)的該加熱與冷卻信號，其中該時間區(qū)間是由計數(shù)該復位與設置信號的循環(huán)數(shù)目而決定。6、根據(jù)權利要求l所述的電路，其特征在于，其中在當多個復位與設置信號循環(huán)發(fā)生或即將發(fā)生的一段時間區(qū)間以后，該控制電路是施加至少一循環(huán)的該加熱與冷卻信號，其中該時間區(qū)間是由該復位與設置信號的隨機數(shù)目循環(huán)所決定。7、根據(jù)權利要求l所述的電路，其特征在于，其中在當多個復位與設置信號循環(huán)發(fā)生或即將發(fā)生的一段時間區(qū)間以后，該控制電路是施加至少一循環(huán)的該加熱與冷卻信號，其中該時間區(qū)間是在該至少一非易失性存儲單元無法正確地響應至該復位信號時終止。8、根據(jù)權利要求l所述的電路，其特征在于，其中在當多個復位與設置信號循環(huán)發(fā)生或即將發(fā)生的一段時間區(qū)間以后，該控制電路是施加至少一循環(huán)的該加熱與冷卻信號，其中該時間區(qū)間是在該至少一非易失性存儲單元無法正確地響應至該設置信號時終止。9、根據(jù)權利要求l所述的電路，其特征在于，其中該控制電路是在一包括有該電路的一機構啟動時施加至少一循環(huán)的該加熱與冷卻信號。10、根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于，其中該控制電路是在施加任何一復位與設置信號之前，施加至少一循環(huán)的加熱與冷卻信號。11、根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于，其中該加熱信號的施加是使得該至少一非易失性存儲單元的該可編程電阻元件成為實質(zhì)上完全非晶態(tài)。12、根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于，其中該冷卻信號的施加是使得該至少一非易失性存儲單元的該可編程電阻元件成為實質(zhì)上完全結晶態(tài)。13、根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于，其中該控制電路是施加至少一循環(huán)的該加熱與冷卻信號，該循環(huán)包括多個加熱信號之后接著是至少一冷卻信號。14、根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于，其中該控制電路是施加至少一循環(huán)的該加熱與冷卻信號，該循環(huán)包括至少一加熱信號之后接著是多個冷卻信號。15、一種用以操作一非易失性集成電路的方法，該非易失性集成電路具有一非易失性存儲單元，該非易失性存儲單元包括一可編程電阻元件以儲存數(shù)據(jù)于多個物理狀態(tài)中，其特征在于，該方法包括施加多個信號至該非易失性存儲單元以儲存數(shù)據(jù)，包括施加一復位信號以致使該非易失性存儲單元的該可編程電阻元件儲存該多個物理狀態(tài)的一第一物理狀態(tài)；以及施加一設置信號以致使該非易失性存儲單元的該可編程電阻元件儲存該多個物理狀態(tài)的一第二物理狀態(tài)；以及施加多個信號至該非易失性存儲單元以維持該至少一非易失性存儲單元儲存數(shù)據(jù)的能力，包括施加一加熱信號以致使該非易失性存儲單元的該可編程電阻元件儲存該多個物理狀態(tài)的該第一物理狀態(tài)，其中該加熱信號是以一相對于該復位信號較高的功率而施加至該可編程電阻元件；以及施加一冷卻信號以致使該非易失性存儲單元的該可編程電阻元件儲存該多個物理狀態(tài)的該第二物理狀態(tài)，其中該冷卻信號是以一相對于該設置信號較長的時間而施加至該可編程電阻元件。16、根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，其中在當多個復位與設置信號循環(huán)發(fā)生或即將發(fā)生的一段時間區(qū)間之后，至少一循環(huán)的該加熱與冷卻信號是被施加至該非易失性存儲單元。17、根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，其中至少一循環(huán)的該加熱與冷卻信號是在一包括有該非易失性存儲單元的一機構啟動時施加至該非易失性存儲單元。18、根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，在施加任何該復位與設置信號之前，施加至少一循環(huán)的該加熱與冷卻信號至該非易失性存儲單元。19、根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，其中該加熱信號是被施加以致使該非易失性存儲單元的該可編程電阻元件成為實質(zhì)上完全非晶態(tài)。20、根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，其中該冷卻信號是被施加以致使該非易失性存儲單元的該可編程電阻元件成為實質(zhì)上完全結晶態(tài)。21、一種非易失性集成電路，其包括一可編程電阻元件以儲存數(shù)據(jù)于多個物理狀態(tài)中，其特征在于，包括用以施加信號至該非易失性存儲單元以儲存數(shù)據(jù)的手段，包括用以施加一復位信號以致使該非易失性存儲單元的該可編程電阻元件以儲存該多個物理狀態(tài)的一第一物理狀態(tài)的手段；用以施加一設置信號以致使該非易失性存儲單元的該可編程電阻元件以儲存該多個物理狀態(tài)的一第二物理狀態(tài)的手段；以及用以施加信號至該非易失性存儲單元以維持該至少一非易失性存儲單元儲存數(shù)據(jù)能力的手段，包括用以施加一加熱信號以致使該至少一非易失性存儲單元的該可編程電阻元件儲存該多個物理狀態(tài)的一第一物理狀態(tài)的手段，其中該加熱信號是以相對于該復位信號較高的功率而施加至該可編程電阻元件；以及用以施加一冷卻信號以致使該至少一非易失性存儲單元的該可編程電阻元件儲存該多個物理狀態(tài)的一第二物理狀態(tài)的手段，其中該冷卻信號是以相對于該設置信號較長的時間而施加至該可編程電阻元件。22、一種用以形成一非易失性集成電路的方法，其特征在于，包括形成至少一非易失性存儲單元，其包括一可編程電阻元件其具有多個物理狀態(tài)以儲存數(shù)據(jù)；形成控制電路，其是施加多個電氣信號至該至少一非易失性存儲單元，該多個電氣信號包括多個信號是施加至該至少一非易失性存儲單元以儲存數(shù)據(jù)，包括:一復位信號以致使該至少一非易失性存儲單元的該可編程電阻元件儲存該多個物理狀態(tài)的一第一物理狀態(tài)；一設置信號以致使該至少一非易失性存儲單元的該可編程電阻元件儲存該多個物理狀態(tài)的一第二物理狀態(tài)；多個信號是施加至該至少一非易失性存儲單元以維持該至少一非易失性存儲單元的儲存數(shù)據(jù)能力，包括一加熱信號以致使該至少一非易失性存儲單元的該可編程電阻元件儲存該多個物理狀態(tài)的該第一物理狀態(tài)，其中該加熱信號是以相較于該復位信號較高的功率而施加至該可編程電阻元件；一冷卻信號以致使該至少一非易失性存儲單元的該可編程電阻元件儲存該多個物理狀態(tài)的該第二物理狀態(tài)，其中該冷卻信號是以相較于該設置信號較長的時間而施加至該可編程電阻元件。全文摘要本發(fā)明是有關于具有可編程電阻存儲元件(例如硫?qū)倩锊牧显?的非易失性存儲單元，進行更新操作。更新操作包括一加熱信號與一冷卻信號，其中加熱信號的功率是比復位信號高，而冷卻信號的維持時間則比設置信號長。文檔編號G11C11/56GK101295539SQ20081009542公開日2008年10月29日申請日期2008年4月23日優(yōu)先權日2007年4月24日發(fā)明者陳介方,陳逸舟申請人:旺宏電子股份有限公司