本發(fā)明是有關(guān)于具有可取代缺陷非易失性(non-volatile)存儲單元的冗余單元(redundancycells)的存儲裝置，且特別是有關(guān)于一種采用動態(tài)冗余修復(fù)技術(shù)的存儲器裝置及相應(yīng)的寫入方法。
背景技術(shù)：
：：錯誤更正碼(ErrorCorrectionCode，ECC)技術(shù)普遍地使用于存儲系統(tǒng)的讀取操作，以檢測數(shù)據(jù)中的錯誤以及更正錯誤。為了達到錯誤檢測及更正，一般的概念是在一信息中增加一些額外的數(shù)據(jù)，而接收器(receiver)可用以檢查送出的數(shù)據(jù)的一致性，并復(fù)原被認為損壞的數(shù)據(jù)。ECC技術(shù)用來增加更正的位至一群數(shù)據(jù)位以檢測和/或更正錯誤。這些技術(shù)需要一額外的狀態(tài)位(statusbit)(也稱作極性位(polaritybit)或翻轉(zhuǎn)位(flipbit))以指示是否該數(shù)據(jù)是正確。如果這個狀態(tài)位中發(fā)生錯誤，則對應(yīng)此狀態(tài)位的數(shù)據(jù)位亦會是錯誤。舉例而言，當(dāng)采用ECC技術(shù)消除因相變化存儲器的有限寫入耐久度性所造成的錯誤的影響時，這會變得特別關(guān)鍵。因此，相比于發(fā)生數(shù)據(jù)位的錯誤，發(fā)生在狀態(tài)位的錯誤是更加嚴(yán)重的，這會使得在狀態(tài)位的阻值水平漂移時、采用ECC技術(shù)從相變化存儲器讀取數(shù)據(jù)具有挑戰(zhàn)性。因此，如何提供一種在讀取操作中可以不需要ECC技術(shù)而適于相變化存儲器的修復(fù)技術(shù)，乃目前業(yè)界所致力的課題之一。技術(shù)實現(xiàn)要素：本文所揭露的用于實現(xiàn)動態(tài)裝置修復(fù)的存儲裝置包括一存儲陣列、一冗余陣列(redundancyarray)以及一冗余映像存儲器(redundancymappingstore)。此存儲裝置包括一電路，耦接至冗余陣列和存儲陣列，此電路響應(yīng)分別的命令以執(zhí)行一寫入操作和一讀取操作。對應(yīng)此寫入操作，此電路是寫入一數(shù)據(jù)值，此數(shù)據(jù)值在存儲陣列中具有一選定地址，且不論冗余映像存儲器中對于此選定地址是否具有一有效條目；對存儲陣列中具有此選 定地址的一存儲單元采取一寫入/驗證周期；以及若選定的存儲單元未通過驗證，接著此電路寫入此數(shù)據(jù)值至冗余陣列中的一冗余單元，及更新、改變或?qū)懭胍粭l目至冗余映像存儲器以映像此選定地址至此冗余單元。在讀取操作中，此電路從存儲陣列讀取具有一選定地址的數(shù)據(jù)值，若冗余映像存儲器中對于此選定地址不具有一有效條目。若冗余映像存儲器中對于此選定地址具有一有效條目，此電路從冗余陣列讀取一數(shù)據(jù)值。本文所述的技術(shù)也包括一種寫入和讀取一存儲裝置的動態(tài)冗余修復(fù)方法，此方法包括：寫入一數(shù)據(jù)值，此數(shù)據(jù)值在存儲陣列中具有一選定地址，且不論冗余映像存儲器中對于此選定地址是否具有一有效條目；若選定的存儲單元未通過驗證，接著寫入此數(shù)據(jù)值至冗余陣列中的一冗余單元，及更新、改變或?qū)懭胍粭l目至冗余映像存儲器以映像此選定地址至此冗余單元；以及若冗余映像存儲器中對于此選定地址不具有一有效條目，讀取具有此選定地址的數(shù)據(jù)值，或若冗余映像存儲器中對于此選定地址具有一有效條目，從冗余陣列讀取一數(shù)據(jù)值。為了對本發(fā)明的上述及其他方面有更好的了解，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下：附圖說明圖1為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的存儲裝置的方塊圖。圖2為依據(jù)本發(fā)明的另一實施例的存儲裝置的方塊圖。圖3為一相變化存儲陣列的多晶排列的設(shè)置狀態(tài)(crystallinesetstate)的阻值和設(shè)置速度(setspeed)的Shmoo圖(Shmooplot)。圖4為一存儲器的寫入操作的流程圖。圖5為一存儲器的讀取操作的流程圖。圖6為一相變化存儲單元的剖面圖。圖7為另一相變化存儲單元的設(shè)計的剖面圖。圖8為另一相變化存儲單元的設(shè)計的剖面圖。圖9為一金屬氧化物存儲單元的剖面圖。【符號說明】130：冗余映射存儲器140：頁緩沖器150：地址譯碼器151：存儲地址譯碼器152：冗余地址譯碼器153：第二冗余地址譯碼器160：陣列161：存儲陣列162：冗余陣列163：第二冗余陣列169：控制器174、1010、1020、1030、1040、1050、1110、1120、1130、1140、1150：方塊175：存儲裝置300、370、400、900：存儲單元302、372、402、959：存儲元件304、382、414：主動區(qū)306、374、404：第一電極308、958：介電層310、376、406：第二電極312、384、412：寬度378、380、480：頂表面410：底表面952：襯底層954：底電極956：導(dǎo)電元件960：金屬氧化物層962：頂電極964：金屬氧化物環(huán)1000：寫入操作具體實施方式以下參照附圖對本發(fā)明的多個實施例提供詳細說明。應(yīng)了解的是，本 發(fā)明并非被限制于特定的揭露的結(jié)構(gòu)實施例與方法，本發(fā)明可經(jīng)由使用其他特征、元件、方法與實施例加以實行。本發(fā)明雖然通過優(yōu)選的實施例來說明，但并不會限縮欲保護的范圍，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)視權(quán)利要求而定。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員于參考本
發(fā)明內(nèi)容后，應(yīng)可了解其他可能的等同實施方式。不同實施例中的相似元件通常以相似的元件符號表示。圖1為依據(jù)一實施例的存儲裝置175的簡化方塊圖。本實施中，存儲裝置175包括一陣列160，陣列包括具有多個存儲單元的一存儲陣列161和具有多個冗余單元的一冗余陣列(RED)162。存儲單元和冗余單元可以是非易失性與非門(NAND)快閃存儲單元，或非門(NOR)快閃存儲單元或基于其他非易失性存儲器技術(shù)的存儲單元。為了修復(fù)存儲陣列161中的缺陷位置(defectivelocation)并為缺陷位置提供冗余(redundancy)，冗余陣列162用于為存儲陣列161中的缺陷位置而存儲數(shù)據(jù)。存儲陣列161中的缺陷位置被冗余單元所取代，存儲陣列161中的缺陷位置的地址映像至冗余陣列162中的一冗余單元。缺陷位置可以是永久的或暫時的。永久的缺陷存儲單元可能起因于結(jié)構(gòu)缺陷，例如是單元、或線之間的不良接觸、電極、存儲元件、存取裝置、和上述的結(jié)合的不規(guī)則形狀，且這些單元可以在存儲裝置175的工藝中被檢查及辨別。暫時的缺陷存儲單元可能起因于未完成的設(shè)置/重置操作，而這些單元可以在檢查時通過驗證，因此不會在存儲裝置175的工藝中被辨別。本文所述的「硬件錯誤位(hardfailbits)」是指永久的缺陷存儲單元，而「軟件錯誤位(softfailbits)」是指暫時的缺陷存儲單元。存儲陣列161中的硬件錯誤位和軟件錯誤位可以被冗余陣列162中的冗余單元所取代。地址譯碼器150耦接至陣列160并包括存儲地址譯碼器(X/YDEC)151及冗余地址譯碼器(RX/YDEC)152，用以譯碼送至陣列160中的地址和選定對應(yīng)單元。地址可以被送至或在存儲裝置175中產(chǎn)生再送至地址譯碼器150。地址譯碼器150亦耦接至冗余映像存儲器130，其具有多個條目以映像存儲單元(硬件錯誤位和軟件錯誤位)的地址至冗余單元的地址，并且可以執(zhí)行地址查閱功能(addresslookupfunction)。冗余映射存儲器130采用致能-失能邏輯而從存儲陣列161讀取數(shù)據(jù)，當(dāng)冗余映像存儲器130中不 具有有效條目時，致能地址存儲譯碼器151并失能冗余地址譯碼器152。不具有有效條目表示沒有條目或標(biāo)記一條目為無效。另一方面，當(dāng)冗余映射存儲器130中具有一有效條目，則經(jīng)由失能地址存儲譯碼器151并致能冗余地址譯碼器152以讀取冗余陣列162的數(shù)據(jù)。冗余映像存儲器130可包括一內(nèi)容可尋址存儲器(CAM)、查閱表、冗余表(redundancytable)或一緩存器組(registerbank)。電路包括于存儲裝置175中并且耦接至存儲陣列161和冗余陣列162，以響應(yīng)分別的命令以執(zhí)行寫入操作和讀取操作。寫入操作包括寫入一數(shù)據(jù)值，此數(shù)據(jù)值在存儲陣列161中具有一選定地址，且不論冗余映像存儲器130中對于此選定地址是否具有一有效條目；對存儲陣列161中具有此選定地址的存儲單元采取一寫入/驗證周期；以及若選定的存儲單元未通過驗證，接著寫入此數(shù)據(jù)值至冗余陣列162中的一冗余單元，及更新、改變或?qū)懭胍粭l目至冗余映像存儲器130以映像此選定地址至冗余單元。讀取操作包括從存儲陣列161讀取具有一選定地址的數(shù)據(jù)值，若冗余映像存儲器130中對于此選定地址不具有一有效條目；或若冗余映像存儲器130中對于此選定地址具有一有效條目，則從冗余陣列162讀取一數(shù)據(jù)值。此寫入操作還包括：若選定的存儲單元通過驗證，則對于此選定地址移除冗余映像存儲器130中的任一條目或標(biāo)記冗余映像存儲器130中的任一條目為無效。因此，映像至此選定地址的冗余單元可用于對于一不同地址存儲另一數(shù)據(jù)值。在對存儲陣列中的此選定地址的一后續(xù)寫入操作中，此電路對存儲陣列中具有此選定地址的存儲單元采取一寫入/驗證周期，以及若選定的存儲單元通過驗證，接著對于選定地址移除冗余映像存儲器中的條目或標(biāo)記冗余映像存儲器中的條目為無效。一第二寫入操作包括寫入一第二數(shù)據(jù)值，此第二數(shù)據(jù)值在存儲陣列161中具有與最后一個寫入操作相同的選定地址，且不論冗余映像存儲器130中對于此選定地址是否具有一有效條目；以及對存儲陣列161中具有此選定地址的存儲單元采取一寫入/驗證周期。若選定的存儲單元未通過驗證，一實施例中，因為冗余單元為可重復(fù)寫入，第二寫入操作包括將此第二數(shù)據(jù)值寫入至與在最近一次寫入操作中存儲此選定地址的數(shù)據(jù)值相同的一個冗余單元。冗余陣列中的此冗余單元為可重復(fù)寫入，因此可以存儲 相比于之前寫入操作的存儲陣列中相同或不同選定地址的數(shù)據(jù)值。在其他實施例中，第二寫入操作包括將此第二數(shù)據(jù)值寫入至一冗余單元，此冗余單元不同于在最近一次寫入操作中存儲具有此選定地址的存儲單元的數(shù)據(jù)值的冗余單元。陣列160中的位線耦接至頁緩沖器140。為了各個位的連接，頁緩沖器140包括一感測放大器和一個或多個存儲元件，例如是編程緩沖器或閂鎖器。頁緩沖器140可存儲寫入或自這些特定存儲單元讀取的數(shù)據(jù)。存儲裝置175中的周邊電路包括不屬于陣列160的邏輯電路或模擬電路，例如是地址譯碼器150和控制器169。本實施例中，方塊174標(biāo)示為「其他周邊電路」可包括輸入-輸出電路、偏壓提供電路、和其他位于存儲裝置175上的電路元件，例如是通用處理器或特定目的處理電路，或者是陣列160所支持而可提供芯片上系統(tǒng)(system-on-a-chip)功能的數(shù)個模塊的組合。存儲裝置175可基于一個適當(dāng)?shù)慕涌趨f(xié)議而與一主機系統(tǒng)溝通。一實施例中，存儲裝置175可以利用串列周邊接口(SPI)總線接點與一主機系統(tǒng)溝通。于一實施例中，控制器169例如是一狀態(tài)機，提供信號以控制存儲裝置175的其他電路以執(zhí)行本文所述的多種操作。這些操作可包括閃存的編程操作、抹除操作、讀取操作和冗余操作?？刂破?69可以經(jīng)由使用已知的特定目的邏輯電路來實現(xiàn)。其他實施例中，控制器169包括一通用處理器，可以用來實施于相同的存儲裝置175上，執(zhí)行一計算機編程以控制裝置的操作。更其他實施例中，控制器可以經(jīng)由結(jié)合一特定目的邏輯電路和一通用處理器實現(xiàn)。圖2為依據(jù)一第二實施例的存儲裝置175的簡化方塊圖。本實施例中，存儲裝置175包括一陣列160，此陣列160包括一存儲陣列161、一冗余陣列(RED)162和一第二冗余陣列(RED2)163。永久的缺陷存儲單元可能起因于結(jié)構(gòu)缺陷，例如是電極和存儲元件之間的不良接觸、或不規(guī)則形狀，且這些單元可以在工藝中被檢查及辨別。暫時的缺陷存儲單元可能起因于未完成的設(shè)置/重置操作，而這些單元可以在檢查時通過驗證，因此不會在工藝中被辨別。本文所述的「硬件錯誤位 (hardfailbits)」是指永久的缺陷存儲單元，而「軟件錯誤位(softfailbits)」是指暫時的缺陷存儲單元。一實施例中，存儲陣列161中的硬件錯誤位被第二冗余陣列(RED2)163中的冗余單元所取代，存儲陣列的軟件錯誤位可以被冗余陣列162中的冗余單元所取代。本實施例中，可用來取代該存儲陣列的硬件錯誤位和軟件錯誤位的冗余單元位于兩個不同的冗余陣列(RED和RED2)。存儲陣列161中的多個軟件錯誤位及各自的地址映像至冗余陣列162中的多個冗余單元及對應(yīng)的冗余單元的地址。存儲陣列161中的多個硬件錯誤位及各自的地址映像至第二冗余陣列163中的多個冗余單元及對應(yīng)的冗余單元的地址。一實施例中，存儲陣列161中的暫時缺陷單元(軟件錯誤位)的地址和冗余陣列162中的冗余單元的對應(yīng)的地址是判定并存儲在冗余映像存儲器130中。存儲陣列161中的永久缺陷單元(硬件錯誤位)的地址和第二冗余陣列163中的冗余單元的對應(yīng)的地址亦是判定并存儲在冗余映像存儲器130中。冗余映射存儲器130具有多個條目，以映像存儲陣列161中的存儲單元(硬件錯誤位和軟件錯誤位)的地址分別至冗余陣列162中的冗余單元的地址和第二冗余陣列163中的冗余單元的地址。另一實施例中，一第二冗余映射存儲器(未繪示)用于判定及存儲存儲陣列161中的永久缺陷單元(硬件錯誤位)和第二冗余陣列163中的冗余單元的對應(yīng)的地址。本實施例中，冗余映射存儲器130具有多個條目，以映像存儲陣列161中的多個存儲單元(軟件錯誤位)的地址至冗余陣列162中的多個冗余單元的地址；而第二冗余映像存儲器具有多個條目，以映像存儲陣列161中的多個存儲單元(硬件錯誤位)的地址至第二冗余陣列163中的多個冗余單元的地址。第二冗余映像存儲器包括一內(nèi)容可尋址存儲器(CAM)、查閱表、冗余表(redundancytable)或一緩存器組(registerbank)。地址譯碼器150耦接至陣列160并包括存儲地址譯碼器(X/YDEC)151、冗余地址譯碼器(RX/YDEC)152、及第二冗余地址譯碼器(RX/YDEC2)153，用以譯碼送至陣列160中的地址和選定對應(yīng)單元。地址可以被送至或在存儲裝置175中產(chǎn)生再送至地址譯碼器150。地址譯碼器150亦耦接至冗余映像存儲器130。一實施例中，冗余地址譯碼器(RX/YDEC)152和第二冗余地址譯碼器(RX/YDEC2)153均可耦接至冗余映射存儲器130，冗余映射存儲器130具有多個條目以映像存儲單元(硬件錯誤位和軟件錯誤位)的地址至冗余陣列162中的冗余單元的地址和第二冗余陣列163中的冗余單元的地址。地址譯碼器150使用冗余映射存儲器130的內(nèi)容執(zhí)行地址查閱功能。另一實施例中，第二冗余陣列163特別實施于硬件錯誤位。冗余地址譯碼器(RX/YDEC)152耦接至冗余映射存儲器130，冗余映射存儲器130具有多個條目以映像存儲單元(軟件錯誤位)的地址至冗余陣列162中的冗余單元的地址，第二冗余地址譯碼器(RX/YDEC2)153耦接至第二冗余映射存儲器(未繪示)，第二冗余映像存儲器具有多個條目以映像存儲單元(硬件錯誤位)的地址至第二冗余陣列163中的冗余單元的地址。電路包括于存儲裝置175中并且耦接至陣列160，且可以響應(yīng)分別的命令以執(zhí)行寫入操作和讀取操作。寫入操作包括寫入一數(shù)據(jù)值，此數(shù)據(jù)值在存儲陣列161中具有一選定地址-不論冗余映像存儲器130中對于此選定地址是否具有一有效條目；以及對存儲陣列161中具有此選定地址的存儲單元采取一寫入/驗證周期。若選定的存儲單元未通過驗證，接著寫入此數(shù)據(jù)值至冗余陣列162中的一冗余單元，及更新、改變或?qū)懭胍粭l目至冗余映像存儲器130以映像此選定地址至冗余單元。讀取操作包括從存儲陣列161讀取具有一選定地址的數(shù)據(jù)值-若冗余映像存儲器130中對于此選定地址不具有一有效條目；或若冗余映像存儲器130中對于此選定地址具有一有效條目，則從冗余陣列162讀取一數(shù)據(jù)值。此寫入操作還包括：若選定的存儲單元通過驗證，則對于此選定地址移除冗余映像存儲器130中的任一條目或標(biāo)記冗余映像存儲器130中的任一條目為無效。因此，映像至此選定地址的冗余單元可用于對于一不同地址存儲另一數(shù)據(jù)值。在對存儲陣列中的此選定地址的一后續(xù)寫入操作中，此電路對存儲陣列中具有此選定地址的存儲單元采取一寫入/驗證周期，以及若選定的存儲單元通過驗證，接著對于選定地址移除冗余映像存儲器中的條目或標(biāo)記冗余映像存儲器中的條目為無效。如此一來，一個原本被冗余單元所取代的單元可以被恢復(fù)至正常操作。一第二寫入操作包括寫入一第二數(shù)據(jù)值，此第二數(shù)據(jù)值在存儲陣列161中具有與最接近的一個寫入操作相同的選定地址，且不論冗余映像存儲器130中對于此選定地址是否具有一有效條目；以及對存儲陣列161中具有此選定地址的存儲單元采取一寫入/驗證周期。一實施例中，若選定的存儲單元未通過驗證，第二寫入操作包括將此第二數(shù)據(jù)值寫入至與在最近一次寫入操作中存儲此選定地址的數(shù)據(jù)值相同的一個冗余單元。在另一實施例中，第二寫入操作包括將此第二數(shù)據(jù)值寫入至一冗余單元，此冗余單元不同于在最近一次寫入操作中存儲具有此選定地址的存儲單元的數(shù)據(jù)值的冗余單元。冗余陣列中的此冗余單元為可重復(fù)寫入，并且可存儲相比于之前寫入操作的存儲陣列中相同或不同選定地址的數(shù)據(jù)值。并且，冗余映像存儲器可以包括可重復(fù)寫入式存儲器，如此一來條目可以改變、刪除、標(biāo)示有效或無效，否則也可用于修改映射。圖3為相變化存儲單元的多晶排列的設(shè)置狀態(tài)(crystallinesetstate)的阻值和設(shè)置速度(setspeed)的Shmoo圖(Shmooplot)。如圖3所示，軟件錯誤位標(biāo)示為具有阻值水平位于24～38的存儲單元，應(yīng)用的設(shè)置電壓(V12)大約為1.2V，重置電壓(V25)大約為3.5V，及多種讀取電壓(V04)。圖4為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的一存儲裝置的寫入操作的流程圖。存儲裝置包括：一存儲陣列，具有多個存儲單元；一冗余陣列，具有多個冗余單元；一冗余映射存儲器，具有多個條目，以映像存儲陣列中的存儲單元的地址至冗余單元的地址；以及一電路，耦接至冗余陣列和存儲陣列。寫入操作1000開始于寫入一數(shù)據(jù)值，此數(shù)據(jù)值在存儲陣列中具有一選定地址，且不論冗余映像存儲器中對于此選定地址是否具有一有效條目(方塊1010)。接著，執(zhí)行一驗證操作，經(jīng)由對存儲陣列中具有此選定地址的一存儲單元采取一寫入/驗證周期(方塊1020)。若選定的存儲單元通過驗證，寫入操作包括對于此選定地址移除冗余映像存儲器中的一條目或標(biāo)記冗余映像存儲器中的一條目為無效(方塊1050)。若選定的存儲單元未通過驗證，接著寫入操作包括寫入此數(shù)據(jù)值至冗余陣列中的一冗余單元(方塊1030)，及接著改變或?qū)懭胍粭l目至冗余映像存儲器以映像此選定地址至冗余單元(方塊1040)。在具有選定地址的存儲單元未通過驗證的情況，對存儲陣列中的選定地址的一后續(xù)寫入操作包括對存儲陣列中具有此選 定地址的一存儲單元采取一寫入/驗證周期，以及若選定的存儲單元通過驗證，接著對于此選定地址移除冗余映像存儲器中的一條目或標(biāo)記冗余映像存儲器中的一條目為無效。圖5為一存儲裝置的讀取操作的流程圖。讀取操作1100開始于檢查冗余映像存儲器中對于此選定地址是否具有一有效條目(方塊1110)。如果冗余映像存儲器中對于此選定地址不具有一有效條目，會從存儲陣列中讀取具有選定地址的一數(shù)據(jù)值(方塊1130)，讀取方式經(jīng)由致能一存儲譯碼器以及失能一冗余譯碼器(方塊1120)。如果冗余映像存儲器中對于此選定地址有一有效條目，會從冗余陣列中讀取一數(shù)據(jù)值并映像至此選定地址(方塊1150)，讀取方式經(jīng)由失能一存儲譯碼器以及致能一冗余譯碼器(方塊1140)。圖6、圖7和圖8繪示可用于本發(fā)明的多種相變化存儲單元的設(shè)計。實施例的相變化材料包括相變化為存儲材料，包括硫系(chalcogenide)材料及其他材料。硫系(Chalcogen)元素包括以下四種的任意者：氧(O)、硫(S)、硒(Se)和碲(Te)，這些元素構(gòu)成周期表的VIA族的一部分。硫系材料包括硫系元素及一較正電性的元素或自由基的化合物。硫系合金(chalcogenidealloy)包括硫系元素及其他例如是過渡金屬的元素的組合。一硫系合金通常包括周期表的IVA族的一個或多個元素，例如是鍺(Ge)和錫(Sn)。通常，硫系合金包括一個或多個的銻(Sb)、鎵(Ga)、銦(In)和銀(Ag)的組合。許多相變化系存儲材料已經(jīng)描述于技術(shù)文獻中，包括以下合金：鎵/銻(Ga/Sb)、銦/銻(In/Sb)、銦/硒(In/Se)、銻/碲(Sb/Te)、鍺/碲(Ge/Te)、鍺/銻/碲(Ge/Sb/Te)、銦/銻/碲(In/Sb/Te)、鎵/硒/碲(Ga/Se/Te)、錫/銻/碲(Sn/Sb/Te)、銦/銻/碲(In/Sb/Ge)、銀/銦/銻/碲(Ag/In/Sb/Te)、鍺/錫/銻/碲(Ge/Sn/Sb/Te)、鍺/銻/硒/碲(Ge/Sb/Se/Te)和碲/鍺/銻/硫(Te/Ge/Sb/S)。在鍺/銻/碲(Ge/Sb/Te)合金家族中，大范圍的合金組成可以使用，例如是Ge2Sb2Te5、GeSb2Te4和GeSb4Te7。更一般而言，過渡金屬例如是鉻(Cr)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈮(Nb)、鈀(Pd)、鉑(Pt)和前述的混合物或合金可以和鍺/銻/碲(Ge/Sb/Te)結(jié)合以形成具有變成可編程阻值特性(programmableresistanceproperties)的相變化合金。類似地，鎵銻/碲(Ga/Sb/Te)家族中的大范圍的合金組成可以使用。一些實施例中，硫系材料和其他相變化材料系摻雜雜質(zhì)以調(diào)整其導(dǎo)電度、相變溫度、熔點、結(jié)晶溫度及其他采用摻雜硫系材料的存儲元件的特性。用于摻雜硫系材料的具代表性的雜質(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、鈦和氧化鈦。相變化合金可以在第一結(jié)構(gòu)狀態(tài)和第二結(jié)構(gòu)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，第一結(jié)構(gòu)狀態(tài)時其材料通常是非晶相固態(tài)，第二結(jié)構(gòu)狀態(tài)時其材料通常于單元的主動通道區(qū)是局部性規(guī)則的結(jié)晶性固態(tài)。這些合金至少為雙穩(wěn)態(tài)(bistable)。圖6為由相變化材料制成的一相變化存儲單元300的剖面圖。存儲單元300包括一存儲元件302，存儲元件302由一存儲材料的主體組成。存儲單元包括一主動區(qū)304。存儲單元300包括一第一電極306，第一電極306延伸穿過介電層308以接觸存儲元件302的一底面。一第二電極310形成于存儲元件302，以在第一電極306和第二電極310之間產(chǎn)生一電流穿過存儲元件302。第一電極306和第二電極310可包括例如是氮化鈦(TiN)或氮化鉭(TaN)?；蛘?，第一電極306和第二電極310可分別是鎢(W)、氮化鎢(WN)、氮鋁鈦化合物(TiAlN)或氮鋁鉭化合物(TaAlN)，或者包括例如是一種或多種元素，其選自由摻雜硅(doped-Si)、硅、碳、鍺(Ge)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎢(W)、鉬(Mo)、鋁、鉭(Ta)、銅、鈀(Pd)、銥(Ir)、鑭(La)、鎳(Ni)、氮、氧和釕(Ru)或前述的組合所構(gòu)成的群組。介電層308可包括氮化硅、氮氧化硅、氧化硅或其他適合的介電材料。本文所述的存儲單元具有的第一電極306具有較窄寬度312(一些實施例中是指其直徑)。第一電極303的較窄寬度312導(dǎo)致第一電極306和存儲元件302之間的接觸面積小于存儲元件302和第二電極310之間的接觸面積。因此，電流會集中在存儲元件302的鄰接第一電極306的區(qū)域，使得主動區(qū)304會接觸或靠近第一電極306，如附圖所示。存儲元件302亦包括一非主動區(qū)，位于主動區(qū)304之外，非主動區(qū)的非主動是表示操作時不會發(fā)生相變化。圖7為另一存儲單元370的設(shè)計的剖面圖。存儲單元370包括一存儲元件372，存儲元件372由一相變化的主體組成，且此相變化的主體位于穿過存儲元件372的電極間電流的路徑。存儲元件372具有柱狀且以頂表面380和378分別接觸第一電極374和第二電極376。存儲元件372具有 一寬度384，此寬度384實質(zhì)上與第一電極374和第二電極376的寬度相同，以定義出被介電材料(未繪示)所環(huán)繞的多層柱。本文所述的「實質(zhì)上」用來表示包含工藝公差(manufacturingtolerance)。操作時，當(dāng)電流通過第一電極374和第二電極376并穿過存儲單元372，主動區(qū)382升溫速度比存儲元件中的其他區(qū)域更快。這會造成裝置操作時的相變化主要發(fā)生在主動區(qū)之中。圖8為另一存儲單元400的設(shè)計的剖面圖。存儲單元400包括一存儲元件402，存儲元件402由一相變化材料的主體組成，且此相變化材料的主體位于穿過存儲元件402的電極間電流的路徑。存儲元件402被介電材料(未繪示)所環(huán)繞，且存儲元件402接觸第一電極404的頂表面480和第二電極406的底表面410。存儲元件402具有變異的寬度412，此寬度412小于第一電極和第二電極的寬度。操作時，當(dāng)電流通過第一電極404和第二電極406并穿過存儲單元402，主動區(qū)414升溫速度比存儲元件中的其他區(qū)域更快。因此裝置操作時的相變化主要發(fā)生在位于存儲元件402的主動區(qū)的體積之中。圖9為可于本發(fā)明實施的一金屬氧化物存儲單元900的剖面圖。存儲單元900包括一襯底層952，襯底層952位于一底電極954和一導(dǎo)電元件956之間。導(dǎo)電元件956被襯底層952所環(huán)繞，且延伸穿過一介電層958以接觸一存儲元件959，存儲元件959包括一金屬氧化物層960和金屬氧化物環(huán)964。一頂電極962位于存儲元件959上。如圖9所示，存儲元件959的金屬氧化物環(huán)964在襯底層965的底部誘發(fā)一場強化效應(yīng)(fieldenhancementeffect)。介電層958接觸存儲元件959的金屬氧化物環(huán)964且作為一覆蓋層。頂電極962具有電傳導(dǎo)性，且于一些實施例中，頂電極962是位線的一部分。頂電極962可包括例如是一種或多種元素，其選自由鈦(Ti)、鎢(W)、鐿(Yb)、鋱(Tb)、釔(Y)、鈧(Sc)、鉿(Hf)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉻(Cr)、釩(V)、鋅(Zn)、錸(Re)、鈷(Co)、銠(Rh)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、鉬(Mo)、鋁、鉭(Ta)、銅、Pt、銥(Ir)、鑭(La)、鎳(Ni)、氮、氧和釕(Ru)或前述的組合所構(gòu)成的群組。一些實施例中，頂電極962可包括超過一層材料。底電極954是電傳導(dǎo)性元件。底電極可包括例如摻雜硅，其可作為一 二極管或存取晶體管的端點。另外，底電極954可包括例如是任何前述頂電極962的材料。導(dǎo)電元件956可包括例如是任何前述頂電極962的材料。金屬氧化物層960包括可對于多種阻值狀態(tài)編程的金屬氧化物材料。一些實施例中，金屬氧化物層960可包括以下的一種或多種：氧化物、氧化鈦、氧化鎳、氧化鋁、氧化銅、氧化鈷、氧化鋯、氧化鈮、氧化鉭、氧化鈦鎳，摻雜鉻的氧化鍶鋯(Cr-dopedSrZrO3)、摻雜鉻的氧化鍶鈦(Cr-dopedSrTiO3)、鐠鈣錳氧化物(PCMO)和鑭鈣錳氧化物(LaCaMnO)。一些實施例中，存儲元件可包括氧化鎢/銅或銀(WO/CuorAg)、氧化鈦/銅或銀(TiO/CuorAg)、氧化鎳/銅或銀(NiO/CuorAg)、氧化鋁/銅或銀(AlO/CuorAg)、氧化銅/銅或銀(CuO/CuorAg)、氧化鋯/銅或銀(ZrO/CuorAg)、氧化鈮/銅或銀(NbO/CuorAg)、氧化鉭/銅或銀(TaO/CuorAg)、氮氧化鈦/銅或銀(TiNO/CuorAg)、摻雜鉻的氧化鍶鋯/銅或銀(Cr-dopedSrZrO3/CuorAg)、摻雜鉻的氧化鍶鈦/銅或銀(Cr-dopedSrTiO3/CuorAg)、鐠鈣錳氧化物/銅或銀(PCMO/CuorAg)、鑭鈣錳氧化物/銅或銀(LaCaMnO/CuorAg)以及二氧化硅/銅或銀(SiO2/CuorAg)。襯底層952可包括例如是一層氮化鈦(TiN)或雙層結(jié)構(gòu)的氮化硅和氮化鈦。其他材料也可以用于襯底層952。如圖9所示，金屬氧化物環(huán)964在接觸至頂電極960的高度環(huán)繞金屬氧化物層960。金屬氧化物環(huán)964可包括例如氮氧化鈦(TiNOx)、二氧化硅(SiO2)、氧化鉿(HfOx)、氮氧化鈦(TiNOx)、氧化鈦(TiOx)、氧化鋁(AlOx)、氧化鎢(WOx)等。且優(yōu)選地，金屬氧化物環(huán)964選用的材料是使其電阻值高于存儲元件959的中間部分的電阻值，存儲元件959的中間部分也就是金屬氧化物層960。所述的實施例中，導(dǎo)電元件956包括鎢，金屬氧化物層960為氧化鎢，金屬氧化物環(huán)964為氮氧化鈦(TiNOx)，襯底層954包括氮化鈦(TiN)或雙層結(jié)構(gòu)的氮化硅和氮化鈦。除了存儲單元，例如是前述的相變化存儲單元和金屬氧化物存儲單元、固態(tài)電解質(zhì)(導(dǎo)電橋)存儲單元和磁阻存儲單元均可以應(yīng)用于本發(fā)明。雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬
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