存儲裝置與其操作方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種存儲裝置，包括：一可編程電阻式存儲單元陣列；一差動放大器，耦接至可編程電阻式存儲單元陣列，其中差動放大器感測一位線上的一第一電壓及一參考電壓之間的一電壓差，并響應(yīng)于電壓差提供一反饋信號，其中位線耦接至一存儲單元。控制電路耦接至可編程電阻式存儲單元陣列及差動放大器，執(zhí)行一編程操作，以改變存儲單元的一第一電阻值狀態(tài)為一第二電阻值狀態(tài)，編程操作包含：針對該參考電壓選擇相關(guān)于該第二電阻值狀態(tài)的一電壓電平；導(dǎo)通電流電路以施加編程電流的一編程脈沖至存儲單元；及致能差動放大器；其中電流電路響應(yīng)于反饋信號截止編程電流。

Storage device and operation method thereof

The invention discloses a storage device including: a programmable resistive memory cell array; a differential amplifier is coupled to the programmable resistive memory cell array, the sense of a differential amplifier voltage between a first voltage of a bit line and a reference voltage difference, and provide a response to the voltage difference the feedback signal of the bit line is coupled to a storage unit. The control circuit is coupled to the programmable resistive memory cell array and a differential amplifier, a programming operation, with a first resistance change memory unit value state is a second resistance state, programming operation includes: Aiming at the choice of reference voltage to a voltage level of the second resistance state; a programming pulse to the memory the unit conducting current circuit to program current is applied; and by the differential amplifier; the current circuit in response to the feedback signal by programming current.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
存儲裝置與其操作方法
本專利技術(shù)涉及一種基于相轉(zhuǎn)換存儲材料(例如硫族化合物(chalcogenide))及其他可編程電阻材料的存儲裝置，及此種裝置的操作方法。
技術(shù)介紹
在可編程電阻存儲陣列架構(gòu)中，存儲單元包含串聯(lián)至可編程電阻存儲元件的二極管或晶體管。二極管或晶體管作用如同存取裝置，使存儲單元可被選擇以進(jìn)行編程或讀取操作，而未選存儲單元中的電流流動則被阻隔。可編程電阻存儲元件包含相轉(zhuǎn)換材料，此種材料的結(jié)晶(crystalline)相(低電阻性)及非結(jié)晶(amorphous)相(高電阻性)之間呈現(xiàn)電阻性高對比度。相轉(zhuǎn)換材料可包含硫族化合物、及其他合金材料例如：鍺(Ge)、銻(Sb)、碲(Te)、鎵(Ga)、銦(In)、銀(Ag)、硒(Se)、鉈(TI)，鉍(Bi)、錫(Sn)、銅(Cu)、鈀(Pd)、鉛(Pb)、硫(S)、和金(Au)。在相轉(zhuǎn)換存儲元件的正常操作中，流經(jīng)相轉(zhuǎn)換存儲單元的電流脈沖可設(shè)定或重新設(shè)定相轉(zhuǎn)換存儲元件的電阻相。為了重新設(shè)定存儲元件為非結(jié)晶相，可使用具有高振幅但短時(shí)間的電流脈沖。為了設(shè)定存儲元件為結(jié)晶相，可使用具有中振幅但長時(shí)間的電流脈沖。為了讀取存儲元件的狀態(tài)，低電壓可施加至被選存儲單元，以感測出電流。感測電流可具有至少兩電流電平，低電流電平用于高電阻值狀態(tài)，而高電流電平則用于低電阻值狀態(tài)。因此，可在設(shè)定、重新設(shè)定、或讀取被選存儲單元的電阻值狀態(tài)時(shí)，使用電流。相轉(zhuǎn)換存儲裝置中的存儲單元在編程操作期間經(jīng)歷統(tǒng)計(jì)制程轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致代表邏輯電平的電阻范圍的正規(guī)分布。相轉(zhuǎn)換存儲陣列內(nèi)的小部分存儲單元可落在正規(guī)分布外，且可被稱為尾位(tailbit)。尾位可影響相轉(zhuǎn)換存儲裝置的可靠性，特別是多位階單元(multiplelevelcell，MLC)相轉(zhuǎn)換存儲裝置，其中電阻值范圍相較于單位階單元(single-levelcell，SLC)相轉(zhuǎn)換存儲裝置有更緊密(closer)的電阻值范圍。在設(shè)定操作期間，設(shè)定-驗(yàn)證-設(shè)定操作是固定尾位的方式，以將存儲元件設(shè)定為結(jié)晶相。在設(shè)定-驗(yàn)證-設(shè)定操作中，設(shè)定脈沖施加至存儲元件，接著驗(yàn)證脈沖施加至存儲元件以驗(yàn)證存儲元件是否被設(shè)定在期望的電阻值范圍內(nèi)。若否，另一設(shè)定脈沖施加至存儲元件，而此設(shè)定-驗(yàn)證-設(shè)定操作被重復(fù)直到存儲元件被設(shè)定在期望的電阻值范圍內(nèi)。然而，此設(shè)定-驗(yàn)證-設(shè)定操作可能影響存儲裝置的編程效能，因?yàn)闉榱饲袚Q于存儲單元設(shè)定操作及驗(yàn)證操作之間，必須改變存儲單元所耦接的位線及字線的偏壓設(shè)置。需要能改善相轉(zhuǎn)換存儲裝置的編程效能的技藝。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本案描述裝置及方法，以將存儲單元由第一電阻值狀態(tài)改變?yōu)榈诙娮柚禒顟B(tài)，不需要或需要較少的傳統(tǒng)設(shè)定-驗(yàn)證-設(shè)定操作中的重復(fù)設(shè)定及驗(yàn)證脈沖。在存儲單元的設(shè)定操作期間，編程電流的編程脈沖施加至存儲單元，而送至設(shè)定操作的功率可響應(yīng)于存儲單元內(nèi)的監(jiān)控電阻值而被控制(例如借助調(diào)整編程電流脈沖的寬度)。在本案中，“編程”可代表重新設(shè)定存儲單元內(nèi)的存儲元件為非結(jié)晶相的“重新設(shè)定操作”，也代表設(shè)定此存儲元件為結(jié)晶相的“設(shè)定操作”。“編程脈沖”可代表使用于重新操作中的電性脈沖，也代表使用于設(shè)定操作中的電性脈沖。編程脈沖的特征是電流或電壓的振幅、持續(xù)時(shí)間、上升邊緣的上升時(shí)間、下降邊緣的下降時(shí)間。“編程電流”可代表在設(shè)定操作之中提供給存儲單元的電流，或者是，在重新設(shè)定操作之中，為改變存儲單元的電阻值狀態(tài)而提供至存儲單元的電流。本案提出一種存儲裝置，包括：可編程電阻式存儲單元陣列；及差動放大器，耦接至該可編程電阻式存儲單元陣列。差動放大器感測位線上的第一電壓及參考電壓之間的電壓差，并響應(yīng)于該電壓差提供一反饋信號，其中位線耦接至陣列中的存儲單元。電流電路(例如定電流源電路)耦接至位線，以提供編程電流至存儲單元所耦接的位線。存儲裝置包括控制電路，控制電路耦接至可編程電阻式存儲單元陣列及差動放大器，執(zhí)行一編程操作，以改變該存儲單元的第一電阻值狀態(tài)為第二電阻值狀態(tài)，編程操作包含：針對參考電壓選擇相關(guān)于第二電阻值狀態(tài)的電壓電平；導(dǎo)通電流電路以施加編程電流的一編程脈沖至存儲單元；及致能差動放大器；其中電流電路響應(yīng)于反饋信號截止編程電流。第二電阻值狀態(tài)可借助引致結(jié)晶相于存儲單元中的一相轉(zhuǎn)換存儲元件的主動區(qū)而被建立。存儲單元可具有對應(yīng)的多個(gè)電阻值狀態(tài)，包括第一電阻值狀態(tài)及第二電阻值狀態(tài)，且該參考電壓具有相對于該些電阻值狀態(tài)的對應(yīng)的多個(gè)電壓電平。存儲單元包括具有主動區(qū)的相轉(zhuǎn)換存儲元件，此主動區(qū)因?yàn)殛嚵胁僮髌陂g所施加的偏壓而改變其相。在相轉(zhuǎn)換存儲的實(shí)施例中，在任何編程前，相轉(zhuǎn)換存儲元件在結(jié)晶相或低電阻值狀態(tài)。在操作期間，主動區(qū)可被重新設(shè)定為非結(jié)晶相或高電阻值狀態(tài)，或設(shè)定為結(jié)晶相或低電阻值狀態(tài)。存儲元件內(nèi)的主動區(qū)接觸加熱器(heater)。為了方便說明，相轉(zhuǎn)換存儲元件內(nèi)的主動區(qū)外的區(qū)域被稱為非主動區(qū)。借助例如用于相轉(zhuǎn)換存儲元件的設(shè)定及重新設(shè)定操作，被提供以編程主動區(qū)的電流脈沖的振幅及時(shí)序決定主動區(qū)的尺寸及非主動區(qū)的尺寸。存儲單元的電阻值狀態(tài)(例如存儲單元的第一電阻值狀態(tài)及第二電阻值狀態(tài))包含相轉(zhuǎn)換存儲元件內(nèi)的主動區(qū)的電阻值狀態(tài)及非主動區(qū)的電阻值狀態(tài)。再者，對應(yīng)于主動區(qū)的不同尺寸，主動區(qū)例如可被轉(zhuǎn)換為位于不同電阻值電平的一個(gè)或多個(gè)非結(jié)晶狀態(tài)。舉例來說，主動區(qū)可位于存儲單元的第一電阻值狀態(tài)的非結(jié)晶或高電阻值狀態(tài)，編程操作被執(zhí)行以改變存儲單元的第一電阻值狀態(tài)為第二電阻值狀態(tài)，其中主動區(qū)設(shè)定為結(jié)晶或低電阻值狀態(tài)。舉例來說，主動區(qū)可位于存儲單元的第一電阻值狀態(tài)的第一非結(jié)晶狀態(tài)，編程操作被執(zhí)行以改變該存儲單元的第一電阻值狀態(tài)為一第二電阻值狀態(tài)，其中主動區(qū)位于第二非結(jié)晶狀態(tài)，第二非結(jié)晶狀態(tài)具有較第一非結(jié)晶狀態(tài)低的電阻值。存儲裝置可包含：反饋路徑，位于提供反饋信號的差動放大器的一輸出至電流電路之間，其中反饋信號流經(jīng)反饋路徑；及開關(guān)，與反饋路徑串聯(lián)連接，以控制反饋信號。舉例來說，對于不使用電流電路的操作而言，開關(guān)可被截止以禁能電流電路。在一實(shí)作中，電流電路可包含：第一晶體管，具有一第一端連接至一電源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)(例如VDD)、第二端連接至位線、與門極端連接至控制信號；第二晶體管，具有第一端連接至電源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)、第二端連接至控制信號、與門極端連接至控制信號；及第三晶體管，具有第一端連接至參考節(jié)點(diǎn)(例如GND)、第二端連接至控制信號、與門極端連接至反饋信號；其中電源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)位于第一電壓電位，且參考節(jié)點(diǎn)位于低于第一電壓電位的第二電壓電位。存儲單元可包含存儲元件，及串聯(lián)至該存儲元件的存取裝置。存儲元件可包含可編程電阻存儲材料，存取裝置可包含第一端連接至存儲元件、第二端連接至參考節(jié)點(diǎn)、與門極端連接至字線。本案也提出一種存儲裝置的操作方法。附圖說明圖1顯示了包含可編程電阻式存儲單元陣列的存儲裝置的簡易電路圖。圖2顯示了存儲裝置的簡易電路圖，其包含耦接至位線的電流鏡電路。圖3顯示了將存儲單元的第一電阻值狀態(tài)改變?yōu)榈诙娮柚禒顟B(tài)的簡易流程圖。圖4A、4B、4C、及4D顯示了范例性編程脈沖，并表示何時(shí)差動放大器可相對于編程脈沖而被致能。圖5A、5B、5C、及5D顯示了范例性編程脈沖，并表示何時(shí)差動放大器可相對于編程脈沖而被致能。圖6顯示了集成電路存儲的簡易方塊圖。附圖標(biāo)記說明：100、200、60本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種存儲裝置，包括：一可編程電阻式存儲單元陣列；一差動放大器，耦接至該可編程電阻式存儲單元陣列，其中該差動放大器感測一位線上的一第一電壓及一參考電壓之間的一電壓差，并響應(yīng)于該電壓差而提供一反饋信號，其中該位線耦接至該可編程電阻式存儲單元陣列中的一存儲單元；一電流電路，耦接至該位線，以提供一編程電流至該存儲單元所耦接的該位線；以及一控制電路，耦接至該可編程電阻式存儲單元陣列及該差動放大器，執(zhí)行一編程操作，以改變該存儲單元的一第一電阻值狀態(tài)為一第二電阻值狀態(tài)，該編程操作包含：針對該參考電壓選擇相關(guān)于該第二電阻值狀態(tài)的一電壓電平；導(dǎo)通該電流電路以施加該編程電流的一編程脈沖至該存儲單元；及致能該差動放大器；其中該電流電路響應(yīng)于該反饋信號而截止該編程電流。

【技術(shù)特征摘要】
2015.12.10 US 14/965,6701.一種存儲裝置，包括：一可編程電阻式存儲單元陣列；一差動放大器，耦接至該可編程電阻式存儲單元陣列，其中該差動放大器感測一位線上的一第一電壓及一參考電壓之間的一電壓差，并響應(yīng)于該電壓差而提供一反饋信號，其中該位線耦接至該可編程電阻式存儲單元陣列中的一存儲單元；一電流電路，耦接至該位線，以提供一編程電流至該存儲單元所耦接的該位線；以及一控制電路，耦接至該可編程電阻式存儲單元陣列及該差動放大器，執(zhí)行一編程操作，以改變該存儲單元的一第一電阻值狀態(tài)為一第二電阻值狀態(tài)，該編程操作包含：針對該參考電壓選擇相關(guān)于該第二電阻值狀態(tài)的一電壓電平；導(dǎo)通該電流電路以施加該編程電流的一編程脈沖至該存儲單元；及致能該差動放大器；其中該電流電路響應(yīng)于該反饋信號而截止該編程電流。2.如權(quán)利要求1所述的存儲裝置，其特征在于：該第二電阻值狀態(tài)借助引致一結(jié)晶相于該存儲單元中的一相轉(zhuǎn)換存儲元件的主動區(qū)而建立；該存儲單元包含一可編程電阻存儲材料；以及該存儲單元具有對應(yīng)的多個(gè)電阻值狀態(tài)，包括該第一電阻值狀態(tài)及該第二電阻值狀態(tài)，且該參考電壓具有相對于該些電阻值狀態(tài)的對應(yīng)多個(gè)電壓電平。3.如權(quán)利要求1所述的存儲裝置，其特征在于，還包含：一反饋路徑，位于提供該反饋信號的該差動放大器的一輸出至該電流電路之間，其中該反饋信號流經(jīng)該反饋路徑；及一開關(guān)，與該反饋路徑串聯(lián)連接，以控制該反饋信號。4.一種存儲裝置，包括：一可編程電阻式存儲單元陣列；一差動放大器，耦接至該可編程電阻式存儲單元陣列，其中該差動放大器感測一位線上的一第一電壓及一參考電壓之間的一電壓差，并響應(yīng)于該電壓差而提供一反饋信號，其中該位線耦接至該可編程電阻式存儲單元陣列中的一存儲單元；一電流電路，耦接至該位線，以提供一編程電流至該存儲單元所耦接的該位線，該電流電路包含：一第一晶體管，具有一第一端連接至一電源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)，一第二端連接至該位線，及一柵極端連接至一控制信號；一第二晶體管，具有一第一端連接至該電源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)，一第二端連接至該控制信號，及一柵極端連接至該控制信號；以及一第三晶體管，具有一第一端連接至一參考節(jié)點(diǎn)，一第二端連接至該控制信號，及一柵極端連接至該反饋信號；其中該電源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)位于一第一電壓電位，且該參考節(jié)點(diǎn)位于低于該第一電壓電位的一第二電壓電位；以及一控制電路，耦接...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：龍翔瀾，何信義，
申請(專利權(quán))人：旺宏電子股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：中國臺灣,71