(57)【要約】【課題】相変化メモリ装置及びそれのプログラム方法を提供する。【解決手段】本発明に従う相変化メモリ装置は、マルチ状態を有するメモリセルとメモリセルに電流パルスを提供するプログラムパルス発生回路とを含む。プログラムパルス発生回路は、第１のパルスを印加してメモリセルをリセット状態又はセット状態に初期化した後、メモリセルがマルチ状態のうちいずれか一つの状態を有するように第２のパルスを提供する。これにより、メモリセルをリセット状態又はセット状態に初期化した後に所望の状態にプログラムするので以前状態の影響を受けず正確にプログラムできる。【選択図】図４
2007018681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相変化メモリ装置のプログラム方法であって、
マルチ状態を有するメモリセルに第１のパルスを印加し、
前記メモリセルがマルチ状態のうちいずれか一つの状態を有するように第２のパルスを印加し、
前記第２のパルスは、プログラムすべきマルチ状態に応じて相異なる波形を有すること
を特徴とするプログラム方法。
【請求項２】
前記第１のパルスは、前記メモリセルをリセット状態に変化させること
を特徴とする請求項１に記載のプログラム方法。
【請求項３】
前記第２のパルスは、プログラムすべきマルチ状態に応じて立下り時間を異にすること
を特徴とする請求項２に記載のプログラム方法。
【請求項４】
前記第２のパルスの立下り時間は長いほど前記メモリセルがリセット状態からセット状態に変化すること
を特徴とする請求項３に記載のプログラム方法。
【請求項５】
前記第２のパルスは、プログラムすべきマルチ状態に応じてパルスの大きさを異にすること
を特徴とする請求項２に記載のプログラム方法。
【請求項６】
前記第２のパルスの大きさが小さいほど前記メモリセルがリセット状態からセット状態に変化すること
を特徴とする請求項５に記載のプログラム方法。
【請求項７】
前記第２のパルスは、プログラムすべきマルチ状態に応じてパルス幅を異にすること
を特徴とする請求項２に記載のプログラム方法。
【請求項８】
前記第２のパルス幅は広いほど前記メモリセルがリセット状態からセット状態に変化すること
を特徴とする請求項７に記載のプログラム方法。
【請求項９】
前記第２のパルスは、プログラムすべきマルチ状態に応じてパルスの大きさとパルス幅とを異にすること
を特徴とする請求項２に記載のプログラム方法。
【請求項１０】
前記第２のパルスの大きさが小さくなり、幅が広くなるほど前記メモリセルがリセット状態からセット状態に変化すること
を特徴とする請求項９に記載のプログラム方法。
【請求項１１】
前記第１のパルスは、前記メモリセルをセット状態に変化させること
を特徴とする請求項１に記載のプログラム方法。
【請求項１２】
前記第２のパルスは、プログラムすべきマルチ状態に応じて立下り時間を異にすること
を特徴とする請求項１１に記載のプログラム方法。
【請求項１３】
前記第２のパルスの立下り時間が短くなるほど前記メモリセルがセット状態からリセット状態に変化すること
を特徴とする請求項１２に記載のプログラム方法。
【請求項１４】
前記第２のパルスは、プログラムすべきマルチ状態に応じてパルスの大きさを異にすること
を特徴とする請求項１１に記載のプログラム方法。
【請求項１５】
前記第２のパルスの大きさが大きくなるほど前記メモリセルがセット状態からリセット状態に変化すること
を特徴とする請求項１４に記載のプログラム方法。
【請求項１６】
前記第２のパルスは、プログラムすべきマルチ状態に応じてパルス幅を異にすること
を特徴とする請求項１１に記載のプログラム方法。
【請求項１７】
前記第２のパルス幅が狭くなるほど前記メモリセルがセット状態からリセット状態に変化すること
を特徴とする請求項１６に記載のプログラム方法。
【請求項１８】
前記第２のパルスは、プログラムすべきマルチ状態に応じてパルスの大きさとパルス幅とを異にすること
を特徴とする請求項１１に記載のプログラム方法。
【請求項１９】
前記第２のパルスの大きさが大きくなり、幅が狭くなるほど前記メモリセルがセット状態からリセット状態に変化すること
を特徴とする請求項１８に記載のプログラム方法。
【請求項２０】
相変化メモリ装置のプログラム方法であって、
プログラムすべきマルチビットデータに関係なくメモリセルを第１の状態に初期化する段階と、
前記第１の状態のメモリセルを前記プログラムすべきマルチビットデータに対応して第２の状態にプログラムする段階と、
を含むことを特徴とするプログラム方法。
【請求項２１】
前記初期化段階は、前記メモリセルに第１のパルスを印加する段階を含むこと
を特徴とする請求項２０に記載のプログラム方法。
【請求項２２】
前記プログラム段階は、前記第１の状態のメモリセルに第２のパルスを印加する段階を含むこと
を特徴とする請求項２１に記載のプログラム方法。
【請求項２３】
前記第１のパルスは、前記プログラムすべきマルチビットデータに関係なく同一な波形を有し、前記第２のパルスは前記プログラムすべきマルチビットデータに応じて異なる波形を有すること
を特徴とする請求項２２に記載のプログラム方法。
【請求項２４】
前記第１の状態は、リセット状態又はセット状態のうちいずれか一つであること
を特徴とする請求項２２に記載のプログラム方法。
【請求項２５】
マルチ状態を有するメモリセルと、
前記メモリセルに第１のパルスを印加し、前記メモリセルがマルチ状態のうちいずれか一つの状態を有するように第２のパルスを印加するプログラムパルス発生回路と、
を含み、
前記第２のパルスは、プログラムすべきマルチ状態に応じて相異なる波形を有すること
を特徴とする相変化メモリ装置。
【請求項２６】
前記第１のパルスは、前記メモリセルをリセット状態に変換すること
を特徴とする請求項２５に記載の相変化メモリ装置。
【請求項２７】
前記メモリセルがリセット状態からセット状態に変化することによって、前記第２のパルスの立下り時間は長くなること
を特徴とする請求項２６に記載の相変化メモリ装置。
【請求項２８】
前記第２のパルスの大きさが小さくなるほど前記メモリセルがリセット状態からセット状態に変化する
を特徴とする請求項２６に記載の相変化メモリ装置。
【請求項２９】
前記第２のパルス幅が広くなるほど前記メモリセルがリセット状態からセット状態に変化すること
を特徴とする請求項２６に記載の相変化メモリ装置。
【請求項３０】
前記第１のパルスは、前記メモリセルをセット状態に変化させること
を特徴とする請求項２５に記載の相変化メモリ装置。
【請求項３１】
前記第２のパルスの立下り時間が短くなるほど前記メモリセルがセット状態からリセット状態に変化すること
を特徴とする請求項３０に記載の相変化メモリ装置。
【請求項３２】
前記第２のパルスの大きさが大きくなるほど前記メモリセルがセット状態からリセット状態に変化すること
を特徴とする請求項３０に記載の相変化メモリ装置。
【請求項３３】
前記第２のパルス幅が狭くなるほど前記メモリセルがセット状態からリセット状態に変化すること
を特徴とする請求項３０に記載の相変化メモリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体メモリ装置に関するものであり、より詳しくは、相変化メモリ装置（ｐｈａｓｅ  ｃｈａｎｇｅ  ｍｅｍｏｒｙ  ｄｅｖｉｃｅ）及びそれのプログラム方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ランダムアクセスが可能であり、高集積及び大容量を実現できる半導体メモリ装置の需要は日増しに増加している。そうした半導体メモリ装置としては、現在携帯用電子機器などに主に使用されるフラッシュメモリが代表的である。その他に、ＤＲＡＭのキャパシタを不揮発性を持った物質で置き換えた半導体メモリ装置が登場している。強誘電体キャパシタを用いた強誘電体ＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＲＡＭ；ＦＲＡＭ）、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）膜を用いたマグネチックＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ＲＡＭ；ＭＲＡＭ）、そしてカルコゲン化合物（ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ  ａｌｌｏｙｓ）を用いた相変化メモリ装置（ｐｈａｓｅ  ｃｈａｎｇｅ  ｍｅｍｏｒｙ  ｄｅｖｉｃｅ）などがある。特に、相変化メモリ装置は、不揮発性メモリ装置であり、その製造過程が比較的簡単であり、低価格で大容量のメモリを実現できる。
【０００３】
図１は、相変化メモリ装置のメモリセルを示す。図１を参照すれば、相変化メモリ装置のメモリセル１０は、可変抵抗体ＣとアクセストランジスタＭとから構成される。
【０００４】
可変抵抗体Ｃは、ビットラインＢＬに連結される。アクセストランジスタＭは、可変抵抗体Ｃと接地との間に連結される。アクセストランジスタＭのゲートには、ワードラインＷＬが連結されている。ワードラインＷＬに所定の電圧が印加されれば、アクセストランジスタＭは、ターンオンされる。アクセストランジスタＭがターンオンされれば、可変抵抗体ＣにはビットラインＢＬを通じて電流Ｉｃが供給される。
【０００５】
可変抵抗体Ｃは、相変化物質（ｐｈａｓｅ  ｃｈａｎｇｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）（図示せず）を含む。相変化物質は、温度に応じて二つの安定した状態のいずれか、すなわち結晶状態（ｃｒｙｓｔａｌ  ｓｔａｔｅ）又は非晶質状態（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｓｔａｔｅ）を有する。相変化物質は、ビットラインＢＬを通じて供給される電流Ｉｃに応じて結晶状態又は非晶質状態に変わる。相変化メモリ装置は、相変化物質のこうした特性を用いてデータをプログラムする。
【０００６】
図２は、相変化物質の特性を説明するためのグラフである。図２で参照番号１は、相変化物質が非晶質状態になるための条件を示し、参照番号２は結晶状態になるための条件を示す。
【０００７】
図２を参照すれば、相変化物質（ＧＳＴ）は、電流供給によってＴ１時間にわたって溶融温度（ｍｅｌｔｉｎｇ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；Ｔｍ）より高い温度に加熱された後、急速に冷却されると非晶質状態になる。非晶質状態は、一般にはリセット状態（ｒｅｓｅｔ  ｓｔａｔｅ）と呼ばれ、データ‘１’を保持する。一方、相変化物質は、結晶化温度（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；Ｔｃ）より高く、溶融温度Ｔｍよりは低い温度でＴ１時間より長いＴ２時間にわたって加熱された後に、徐々に冷却されると結晶状態になる。結晶状態は、一般にはセット状態とも呼ばれ、データ‘０’を保持する。メモリセルは、相変化物質の非晶質量（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｖｏｌｕｍｅ）に応じて抵抗が変わる。メモリセルの抵抗は非晶質状態であるとき一番高く、結晶状態であるとき一番低い。
【０００８】
最近では、一つのメモリセルで２ビット以上のデータを保持する技術が開発されている。こうしたメモリセルをマルチレベルセル（Ｍｕｌｔｉ＿Ｌｅｖｅｌ  Ｃｅｌｌ；ＭＬＣ）と言う。相変化メモリ装置では、マルチレベルセルは、リセット状態とセット状態との間に中間状態（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  ｓｔａｔｅｓ）をさらに有する。マルチレベルセルを有する相変化メモリ装置のプログラム方法は、特許文献１に開示されている。
【０００９】
図３は、従来技術によるマルチレベルセルを有する相変化メモリ装置のプログラム方法を説明するためのグラフである。図３に示されたプログラム方法は、特許文献１に開示されている。図３を参照すれば、メモリセルは、電流パルスの立下り時間（ｆａｌｌ  ｔｉｍｅ）に応じて４つの状態を有する。メモリセルがリセット状態にある場合を（１，１）状態と言い、セット状態にある場合を（０，０）状態という。メモリセルは（１，１）状態と（０，０）状態との間に相変化物質の非晶質量に応じて（１，０）状態と（０，１）状態とをさらに有する。
【００１０】
特許文献１によれば、相変化メモリ装置は、メモリセルに供給される電流パルスの立下り時間を調節して一つのメモリセルに２ビットをプログラムする。特許文献１に開示された相変化メモリ装置では、電流パルスの立下り時間が長くなるほど相変化物質の非晶質量が少なくなるという特性を用いている。
【００１１】
しかしながら、特許文献１はメモリセルに電流パルスを印加するとき、以前状態（ｐｒｅｖｉｏｕｓ  ｓｔａｔｅ）により相変化物質の非晶質量が変わるという問題点がある。例えば、（１，０）状態のメモリセルを（０，１）状態にプログラムする場合と（０，０）状態のメモリセルを（０，１）状態にプログラムする場合とを比較すると、いずれの場合にもメモリセルは（０，１）状態にプログラムされるが、以前の状態に応じて相変化物質の非晶質量が異なりうる。このような現象が反復されれば、相変化メモリ装置は、相変化物質の非晶質量に応じた状態を明確に区分できない。すなわち、従来の相変化メモリ装置は、以前の状態を考慮せずプログラムするので正確なプログラムを行うことができないという問題点を有する。
【特許文献１】米国特許第６，６２５，０５４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の技術的課題は、マルチレベルセルを有する相変化メモリ装置において、以前の状態に関係なく正確にプログラムできる方法を提供するところにある。
【００１３】
本発明の他の技術的課題は、以前の状態に関係なく正確にプログラムできる相変化メモリ装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述した技術的課題を達成するために、本発明に従う相変化メモリ装置のプログラム方法は、マルチ状態（ｍｕｌｔｉ＿ｓｔａｔｅ）を有するメモリセルに第１のパルスを印加し、メモリセルがマルチ状態のうちいずれか一つの状態を有するように第２のパルスを印加する。第２のパルスは、プログラムすべきマルチ状態により相異なる波形を有する。第１のパルスは、メモリセルをリセット状態（ｒｅｓｅｔ  ｓｔａｔｅ）又はセット状態（ｓｅｔ  ｓｔａｔｅ）に変換する。そして、第２のパルスは、マルチ状態に応じて立下り時間（ｆａｌｌ  ｔｉｍｅ）、パルスの大きさ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）又はパルス幅（ｄｕｒａｔｉｏｎ）を異にする。
【００１５】
本発明の他の側面による相変化メモリ装置のプログラム方法は、プログラムすべきマルチビットデータ（ｍｕｌｔｉ＿ｂｉｔ  ｄａｔａ）に関係なくメモリセルを第１の状態に初期化する段階と、第１の状態のメモリセルをプログラムすべきマルチビットデータに対応して第２の状態にプログラムする段階とを含む。一例として、第１の状態は、リセット状態又はセット状態のうちいずれか一つである。
【００１６】
この実施形態において、初期化段階は、メモリセルに第１のパルスを印加する段階を含む。そして、プログラム段階は、第１の状態のメモリセルに第２のパルスを印加する段階を含む。第１のパルスは、プログラムすべきマルチビットデータに関係なく同一な波形を有し、第２のパルスは、プログラムすべきマルチビットデータに応じて異なる波形を有する。
【００１７】
本発明に従う相変化メモリ装置は、マルチ状態（ｍｕｌｔｉ＿ｓｔａｔｅ）を有するメモリセルと、メモリセルに第１のパルスを印加し、メモリセルがマルチ状態のうちいずれか一つの状態を有するように第２のパルスを印加するプログラムパルス発生回路とを含む。第２のパルスは、プログラムすべきマルチ状態により相異なる波形を有する。第１のパルスは、メモリセルをリセット状態又はセット状態に変化させる。そして、第２のパルスは、プログラムすべきマルチ状態に応じて立下り時間、パルスの大きさ又はパルス幅を異にする。
【発明の効果】
【００１８】
前述したように本発明によれば、メモリセルをリセット状態又はセット状態に初期化した後に所望の状態にプログラムするので、以前の状態の影響を受けず正確にプログラムできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、当業者が本発明の技術的思想を容易に実施できる程度に詳細に説明するために、本発明の実施形態を添付した図面を参照して説明する。
【００２０】
図４は、本発明の実施形態による相変化メモリ装置を示す回路図である。図４を参照すれば、相変化メモリ装置５００は、メモリセル５１０と、プログラムパルス発生回路５３０とを含む。
【００２１】
メモリセル５１０は、可変抵抗体５２０と、アクセストランジスタＭ１とを含んで構成される。可変抵抗体５２０は、ビットラインＢＬに連結される。アクセストランジスタＭ１は、可変抵抗体５２０と接地との間に連結される。アクセストランジスタＭ１のゲートには、ワードラインＷＬが連結されている。アクセストランジスタＭ１がターンオンされれば、可変抵抗体５２０には、ビットラインＢＬを通じて電流Ｉｃが供給される。図４において、アクセストランジスタＭ１は、ダイオード形態で実現されてもよい。こうした変形例は、特許文献１にも開示されている。
【００２２】
図４を参照すれば、可変抵抗体５２０は、上部電極５２１と、相変化物質５２２と、コンタクトプラグ５２４と、下部電極５２５とを含む。上部電極５２１は、ビットラインＢＬに連結される。下部電極５２５は、コンタクトプラグ（Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｐｌｕｇ；ＣＰ）５２４とアクセストランジスタＭ１との間に連結される。コンタクトプラグ５２４は、導電性物質（例えば、ＴｉＮなど）で形成され、ヒータープラグとも呼ばれうる。相変化物質５２２は、上部電極５２１とコンタクトプラグ５２４との間にある。
【００２３】
相変化物質５２２の状態は、供給される電流パルスの大きさ、幅、立下り時間などによって変えられうる。図４において、ハッチング付した部分５２３は、相変化物質の非晶質量を示す。非晶質状態から結晶状態に進行するほど非晶質量は少なくなる。
【００２４】
メモリセル５１０は、プログラムパルス発生回路５３０から提供される電流パルスに応じて２以上の状態を有することができる。これをマルチ状態（ｍｕｌｔｉ＿ｓｔａｔｅ）と呼ぶことができる。メモリセル５１０は、相変化物質５２２の非晶質量に応じてマルチ状態のうちからいずれか一つの状態を有する。相変化物質５２２の非晶質量に応じて可変抵抗体５２０の抵抗値は変わる。
【００２５】
プログラムパルス発生回路５３０は、マルチビットデータ（ｍｕｌｔｉ＿ｂｉｔ  ｄａｔａ）が入力され、メモリセル５１０に二つの電流パルスを提供する。しかしながら、プログラムパルス発生回路５３０は二つ以上の電流パルスを提供することもできる。第１のパルス５３１は、相変化物質５２２をリセット状態又はセット状態に初期化するための信号である。第１のパルス５３１は、入力されたマルチビットデータに関係なく同一な波形を有する。しかしながら、第２のパルス５３２は、入力されたマルチビットデータに応じて相異なる波形を有する。第２のパルス５３２は、メモリセル５１０をマルチ状態のうちからいずれか一つの状態にプログラムするための信号である。第２のパルス５３２は、マルチ状態により立下り時間、パルスの大きさ又は幅などを異にする。プログラムパルス発生回路５３０は、特許文献１、或いは、後述する図６及び図７に示された多様な電流パルスを発生できる。
【００２６】
図５は、図４に示された相変化物質（ＧＳＴ）のマルチ状態を示す。図５を参照すれば、一つのメモリセルは、相変化物質（ＧＳＴ）の状態により４つの状態のうちからいずれか一つの状態を有し、２ビットのデータを保持する。
【００２７】
（１，１）データを保持する相変化物質（ＧＳＴ）は、非晶質状態又はリセット状態又は（１，１）状態にある。（１，１）状態は、非晶質量が一番多く、一番高い抵抗を有する。（０，０）データを保持する相変化物質（ＧＳＴ）は、結晶状態又はセット状態又は（０，０）状態にある。（０，０）状態は、非晶質量が殆ど０に近く、一番低い抵抗を有する。
【００２８】
一方、（１，０）データを保持する相変化物質（ＧＳＴ）は、非晶質状態と結晶状態との間の第１の中間状態にある。（１，０）状態は、（１，１）状態よりさらに少ない非晶質量とさらに小さい抵抗とを有する。（０，１）データを保持する相変化物質（ＧＳＴ）は、非晶質状態と結晶状態との間の第２の中間状態にある。（０，１）状態は、（１，０）状態よりさらに少ない非晶質量とさらに小さい抵抗とを有する。
【００２９】
図６及び図７は、図５に示された相変化メモリ装置のプログラム方法を説明するためのグラフである。図６は、メモリセルがリセット状態に初期化される場合であり、図７はセット状態に初期化される場合である。
【００３０】
図６は、メモリセルがリセット状態に初期化された後に、プログラムされることを示す。図６を参照すれば、第１のパルスは同一な波形を有するが、第２のパルスはマルチ状態により相異なる波形を有する。（ａ）は、第２のパルス１０１〜１０４の立下り時間が異なる場合であり、（ｂ）は、第２のパルス２０１〜２０４の大きさが異なる場合であり、（ｃ）は、第２のパルス３０１〜３０４の幅が異なる場合であり、（ｄ）は、第２のパルス４０１から４０４の大きさと幅が異なる場合である。
【００３１】
図６（ａ）を参照すれば、第１のパルス１００は、マルチ状態に関係なく同一であり、第２のパルス１０１，１０２，１０３，１０４は、マルチ状態により立下り時間を異にする。ここで、立下り時間は、電流Ｉｃが最大レベルから最小レベルに落ちるためにかかる時間である。図２で示したように、相変化物質（ＧＳＴ）は、冷却時間に応じて非晶質量が変えられる。従って、メモリセルに提供される第２のパルスの立下り時間を調節すれば、メモリセルを所望の状態にプログラムできる。
【００３２】
第１のパルス１００は、以前の状態に関係なくメモリセルをリセット状態に初期化する。第２のパルス１０１，１０２，１０３，１０４は、マルチ状態により立下り時間を異にしてメモリセルを所望の状態にプログラムする。第２のパルス１０１は、殆ど０に近い立下り時間を有する。第２のパルス１０１がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（１，１）状態にプログラムされる。第２のパルス１０２は、（Ｔ１−Ｔ０）の立下り時間を有する。第２のパルス１０２がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（１，０）状態にプログラムされる。第２のパルス１０３は、（Ｔ２−Ｔ０）の立下り時間を有する。ここで、（Ｔ２−Ｔ０）時間は、（Ｔ１−Ｔ０）時間よりさらに長い。第２のパルス１０３がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（０，１）状態にプログラムされる。第２のパルス１０４は、（Ｔ３−Ｔ０）の立下り時間を有する。ここで、（Ｔ３−Ｔ０）時間は、（Ｔ２−Ｔ０）時間よりさらに長い。第２のパルス１０４がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（０，０）状態にプログラムされる。立下り時間を異にする第２のパルスは、図３（特許文献１）に示されたようにさらに多様な実施形態を有することができる。
【００３３】
図６（ｂ）を参照すれば、第１のパルス２００は、マルチ状態に関係なく同一であり、第２のパルス２０１，２０２，２０３，２０４は、マルチ状態によりパルスの大きさを異にする。ここで、パルスの大きさは、電流Ｉｃの最大レベルを意味する。図２で示したように、相変化物質（ＧＳＴ）は温度に応じて非晶質量が変えられる。従って、メモリセルに提供される第２のパルスの大きさを調節すれば、メモリセルを所望の状態にプログラムできる。
【００３４】
第１のパルス２００は、以前の状態に関係なくメモリセルをリセット状態に初期化する。第２のパルス２０１，２０２，２０３，２０４は、マルチ状態によりその大きさを異にしてメモリセルを所望の状態にプログラムする。例えば、第２のパルス２０１は、Ｉ０の大きさを有する。第２のパルス２０１がメモリセルに印加されれば、メモリセルは、（１，１）状態にプログラムされる。第２のパルス２０２は、Ｉ１の大きさを有する。ここで、Ｉ１はＩ０より狭い。第２のパルス２０２がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（１，０）状態にプログラムされる。第２のパルス２０３は、Ｉ２の大きさを有する。ここで、Ｉ２はＩ１より狭い。第２のパルス２０３がメモリセルに印加されれば、メモリセルセルは（０，１）状態にプログラムされる。そして、第２のパルス２０４はＩ３の大きさを有する。ここで、Ｉ３はＩ２より狭い。第２のパルス２０４がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（０，０）状態にプログラムされる。
【００３５】
図６（ｃ）を参照すれば、第１のパルス３００は、マルチ状態に関係なく同一であり、第２のパルス３０１，３０２，３０３，３０４は、マルチ状態によりパルス幅を異にする。ここで、パルス幅は、電流Ｉｃの最大レベルが持続される時間を意味する。図２で示したように、相変化物質（ＧＳＴ）は、温度の持続時間に応じて非晶質量を異にする。従って、メモリセルに提供される第２のパルス幅を調節すれば、メモリセルを所望の状態にプログラムできる。
【００３６】
第１のパルス３００は、以前の状態に関係なくメモリセルをリセット状態に初期化する。第２のパルス３０１，３０２，３０３，３０４は、マルチ状態によりパルス幅を異にしてメモリセルを所望の状態にプログラムする。第２のパルス３０１は、（Ｄ１−Ｄ０）のパルス幅を有する。第２のパルス３０１がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（１，１）状態にプログラムされる。第２のパルス３０２は、（Ｄ２−Ｄ０）のパルス幅を有する。ここで、（Ｄ２−Ｄ０）は、（Ｄ１−Ｄ０）よりさらに広い。第２のパルス３０２がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（１，０）状態にプログラムされる。第２のパルス３０３は、（Ｄ３−Ｄ０）のパルス幅を有する。ここで、（Ｄ３−Ｄ０）は、（Ｄ２−Ｄ０）よりさらに広い。第２のパルス３０３がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（０，１）状態にプログラムされる。第２のパルス３０４は、（Ｄ４−Ｄ０）のパルス幅を有する。ここで、（Ｄ４−Ｄ０）は、（Ｄ３−Ｄ０）よりさらに広い。第２のパルス３０４がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（０，０）状態にプログラムされる。
【００３７】
図６（ｄ）を参照すれば、第１のパルス４００は、マルチ状態に関係なく同一であり、第２のパルス４０１，４０２，４０３，４０４は、マルチ状態によりパルスの大きさと幅とを異にする。図２で示したように、相変化物質（ＧＳＴ）は、最大温度と温度の持続時間に応じて非晶質量を異にする。従って、メモリセルに提供される第２のパルスの大きさと幅とを調節すれば、メモリセルを所望の状態にプログラムできる。
【００３８】
第１のパルス４００は、以前状態に関係なくメモリセルをリセット状態に初期化する。第２のパルス４０１，４０２，４０３，４０４は、マルチ状態によりパルスの大きさと幅とを異にしてメモリセルを所望の状態にプログラムする。第２のパルス４０１は、Ｉ０の大きさと（Ｄ１−Ｄ０）の幅とを有する。第２のパルス４０１がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（１，１）状態にプログラムされる。第２のパルス４０２は、Ｉ１の大きさと（Ｄ２−Ｄ０）の幅とを有する。ここで、Ｉ１はＩ０より狭く、（Ｄ２−Ｄ０）は（Ｄ１−Ｄ０）より広い。第２のパルス４０２がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（１，０）状態にプログラムされる。第２のパルス４０３は、Ｉ２の大きさと（Ｄ３−Ｄ０）の幅とを有する。ここで、Ｉ２はＩ１より狭く、（Ｄ３−Ｄ０）は（Ｄ２−Ｄ０）よりさらに広い。第２のパルス４０３がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（０，１）状態にプログラムされる。第２のパルス４０４は、Ｉ３の大きさと（Ｄ４−Ｄ０）の幅とを有する。ここで、Ｉ３はＩ２より狭く、（Ｄ４−Ｄ０）は（Ｄ３−Ｄ０）より広い。第２のパルス４０４がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（０，０）状態にプログラムされる。
【００３９】
図６で（１，１）状態にプログラムする場合には、第１のパルス１００，２００，３００，４００のみに可能であり、この場合には第２のパルス１０１，２０１，３０１，４０１を省略できる。
【００４０】
図６に示されたプログラム方法によれば、メモリセルが常にリセット状態でプログラムされるので以前の状態の影響を受けず正確にプログラムできる。
【００４１】
図７は、メモリセルがセット状態に初期化された後、プログラムされることを示す。図７を参照すれば、第１のパルスは同一な波形を有するが、第２のパルスはマルチ状態により相異なる波形を有する。（ａ）は第２のパルスの立下り時間が異なる場合であり、（ｂ）は第２のパルスの大きさが異なる場合であり、（ｃ）は第２のパルス幅が異なる場合であり、（ｄ）は第２のパルスの大きさと幅が異なる場合である。
【００４２】
図７（ａ）を参照すれば、第１のパルス６００は、マルチ状態に関係なく同一であり、第２のパルス６０１，６０２，６０３，６０４は、マルチ状態により立下り時間を異にする。
【００４３】
第１のパルス６００は、以前状態に関係なくメモリセルをセット状態に初期化する。第２のパルス６０１，６０２，６０３，６０４は、マルチ状態により立下り時間を異にしてメモリセルを所望の状態にプログラムする。第２のパルス６０１は、（Ｔ１−Ｔ０）の立下り時間を有する。第２のパルス６０１がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（０，０）状態にプログラムされる。第２のパルス６０２は、（Ｔ２−Ｔ０）の立下り時間を有する。ここで、（Ｔ２−Ｔ０）は（Ｔ１−Ｔ０）より短い。第２のパルス６０２がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（０，１）状態にプログラムされる。第２のパルス６０３は、（Ｔ３−Ｔ０）の立下り時間を有する。ここで、（Ｔ３−Ｔ０）時間は（Ｔ２−Ｔ０）時間より短い。第２のパルス６０３がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（１，０）状態にプログラムされる。第２のパルス６０４は、殆ど０に近い立下り時間を有する。第２のパルス６０４がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（１，１）状態にプログラムされる。
【００４４】
図７（ｂ）を参照すれば、第１のパルス７００は、マルチ状態に関係なく同一であり、第２のパルス７０１，７０２，７０３，７０４は、マルチ状態によりパルスの大きさを異にする。
【００４５】
第１のパルス７００は、以前の状態に関係なくメモリセルをセット状態に初期化する。第２のパルス７０１，７０２，７０３，７０４は、マルチ状態によりその大きさを異にしてメモリセルを所望の状態にプログラムする。例えば、第２のパルス７０１は、Ｉ０の大きさを有する。第２のパルス７０１がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（０，０）状態にプログラムされる。第２のパルス７０２はＩ１の大きさを有する。ここで、Ｉ１はＩ０より広い。第２のパルス７０２がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（０，１）状態にプログラムされる。第２のパルス７０３は、Ｉ２の大きさを有する。ここで、Ｉ２はＩ１より広い。第２のパルス７０３がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（１，０）状態にプログラムされる。そして、第２のパルス７０４はＩ３の大きさを有する。ここで、Ｉ３はＩ２より広い。第２のパルス７０４がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（１，１）状態にプログラムされる。
【００４６】
図７（ｃ）を参照すれば、第１のパルス８００は、マルチ状態に関係なく同一であり、第２のパルス８０１，８０２，８０３，８０４は、マルチ状態によりパルス幅を異にする。
【００４７】
第１のパルス８００は、以前の状態に関係なくメモリセルをセット状態に初期化する。第２のパルス８０１，８０２，８０３，８０４は、マルチ状態によりパルス幅を異にしてメモリセルを所望の状態にプログラムする。第２のパルス８０１は、（Ｄ１−Ｄ０）のパルス幅を有する。第２のパルス８０１がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（０，０）状態にプログラムされる。第２のパルス８０２は、（Ｄ２−Ｄ０）のパルス幅を有する。ここで、（Ｄ２−Ｄ０）は（Ｄ１−Ｄ０）より狭い。第２のパルス８０２がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（０，１）状態にプログラムされる。第２のパルス８０３は、（Ｄ３−Ｄ０）のパルス幅を有する。ここで、（Ｄ３−Ｄ０）は（Ｄ２−Ｄ０）より狭い。第２のパルス８０３がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（１，０）状態にプログラムされる。第２のパルス８０４は、（Ｄ４−Ｄ０）のパルス幅を有する。ここで、（Ｄ４−Ｄ０）は（Ｄ３−Ｄ０）より狭い。第２のパルス８０４がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（１，１）状態にプログラムされる。
【００４８】
図７（ｄ）を参照すれば、第１のパルス９００は、マルチ状態に関係なく同一であり、第２のパルス９０１，９０２，９０３，９０４は、マルチ状態によりパルスの大きさと幅とを異にする。
【００４９】
第１のパルス９００は、以前の状態に関係なくメモリセルをセット状態に初期化する。第２のパルス９０１，９０２，９０３，９０４は、マルチ状態によりパルスの大きさと幅とを異にしてメモリセルを所望の状態にプログラムする。第２のパルス９０１は、Ｉ０の大きさと（Ｄ１−Ｄ０）の幅とを有する。第２のパルス９０１がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（０，０）状態にプログラムされる。第２のパルス９０２は、Ｉ１の大きさと（Ｄ２−Ｄ０）の幅とを有する。ここで、Ｉ１はＩ０より広く、（Ｄ２−Ｄ０）は（Ｄ１−Ｄ０）より狭い。第２のパルス９０２がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（０，１）状態にプログラムされる。第２のパルス９０３は、Ｉ２の大きさと（Ｄ３−Ｄ０）の幅とを有する。ここで、Ｉ２はＩ１より広く、（Ｄ３−Ｄ０）は（Ｄ２−Ｄ０）より狭い。第２のパルス９０３がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（１，０）状態にプログラムされる。第２のパルス９０４は、Ｉ３の大きさと（Ｄ４−Ｄ０）の幅とを有する。ここで、Ｉ３はＩ２より広く、（Ｄ４−Ｄ０）は（Ｄ３−Ｄ０）より狭い。第２のパルス９０４がメモリセルに印加されれば、メモリセルは（１，１）状態にプログラムされる。
【００５０】
図７で（０，０）状態にプログラムする場合には、第１のパルス６００，７００，８００，９００のみに可能であり、この場合には第２のパルス６０１，７０１，８０１，９０１を省略できる。
【００５１】
図７に示されたプログラム方法によれば、メモリセルは常にセット状態でプログラムされるので以前状態の影響を受けず正確にプログラムできる。
【００５２】
本発明の詳細な説明では、具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から外れない限度内で様々な変形が可能なことは勿論である。従って、本発明の範囲は前述した実施形態に限定されて決められてならず、特許請求の範囲だけではなく、この発明の特許請求の範囲と均等なことによって決められなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】相変化メモリ装置のメモリセルを示す図面である。
【図２】相変化物質の特性を説明するためのグラフである。
【図３】従来技術によるマルチレベルセルを有する相変化メモリ装置のプログラム方法を説明するためのグラフである。
【図４】本発明の実施形態による相変化メモリ装置を示す回路図である。
【図５】図４に示された相変化物質のマルチ状態を示す図面である。
【図６】本発明に従う相変化メモリ装置のプログラム方法を説明するためのグラフである。
【図７】本発明に従う相変化メモリ装置のプログラム方法を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
５００  相変化メモリ装置
５１０  メモリセル
５２０  可変抵抗体
５３０  プログラムパルス発生回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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