电阻飘移复原的存储装置及其操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种操作存储装置的方法，该存储装置包括一存储单元阵列，该存储单元阵列包括多个可编程电阻存储元件。通过施加多个编程脉冲至存储单元，以于N个电阻值指定范围中建立电阻值位准，借此编程阵列中的该些存储单元以存储数据，其中各电阻值指定范围对应于一特定数据值。对阵列中的该些存储单元执行电阻值飘移复原处理，其包括：施加具有一脉冲波形的复原脉冲至一组编程存储单元，其中该组编程存储单元中的存储单元被施加具有该脉冲波形的复原脉冲，使其在二或多个电阻值指定范围中具有电阻值位准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于基于可编程电阻性存储材料的高密度存储器装置及其操作方法。
技术介绍
在相变存储器(PhaseChangeMemory，PCM)中，各存储单元包括一相变存储元件。相变存储元件由相变材料所组成，其在结晶态(低电阻值)和非结晶态(高电阻值)间具有高电阻值对比。相变材料可包括合金材料，例如锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、镓(Ga)、铟(In)、银(Ag)、硒(Se)、铊(TI)、铋(Bi)、锡(Sn)、铜(Cu)、钯(Pd)、铅(Pb)、硫(S)和金(Au)。在相变存储元件的操作上，电流脉冲通过相变存储单元可设定或重设相变存储元件的电阻状态。为了将存储元件重设为非晶态，可利用高振幅、短时间的电流脉冲来将存储元件的主动区加热至一熔点温度，接着快速地使其冷却以固化在非晶态。为了将存储元件设定为结晶态，可利用中等振幅的电流脉冲来使其加热至一结晶温度，并通过长时间冷却来让主动区固化在结晶状态。为了读取存储元件的状态，可将小电压施加至所选的存储单元，并感测电流结果。电阻值飘移是PCM中著名的现象。存储单元的电阻值会随着时间增加，并遵循幂次关系：其中R0为初始时间t0时的初始电阻值，R(t)为时间t＞t0时的电阻值，而γ为电阻飘移系数。为了复原PCM存储装置的电阻飘移，一种方法是利用类动态随机存取存储器(DynamicRandom-AccessMemory，DRAM)刷新方案来再度编程多层单元(MultipleLevelsofCells，MLC)PCM存储单元的多个状态。在DRAM存储单元中，存储在存储电容中的电荷会逐渐地通过存取晶体管散失。因此，为了维持数据的完整性，存储在DRAM存储单元中的数据值必须周期性地读出，并在所存的电荷衰减至无法分辨的位准之前，再次将其存储至其各个的完整电压位准。DRAM刷新需针对不同逻辑位准进行不同的动作，而所需的动作次数等同逻辑位准的数量。然而，利用类DRAM刷新方案来复原PCM存储装置中的电阻值飘移不但耗时且会消耗耐受度，尤其是针对MLCPCM装置。举例来说，针对一256兆位(Mega-Bit，Mb)的PCM芯片，整个芯片的估计刷新时间可计算如下：其中忽略对MLC存储单元编程的验证时间。因此，单是刷新时间(例如：11.5秒)就大约占了整个刷新间隔的13.4％(例如86秒)，刷新间隔设为到产生错误的时间。此外，利用类DRAM刷新，耐受度会因周期的刷新而减损。对于单层单元(SingleLevelCell，SLC)存储单元，10年内耗损的总耐受量可估计如下：对于MLC存储单元，10年内耗损的总耐受量可估计如下：MLC耐受耗损＝(SLC耐受耗损)(#MLC的编程叠代)＝3.7％×7.2＝26.6％，假设108耐受周期类DRAM刷新的另一个缺点，在于无法更正错误的存储单元电阻值位准(resistancelevel)。若一存储单元飘移至一错误状态，类DRAM刷新只会单纯地将存储单元再度编程至错误状态。故保守起见，类DRAM刷新的刷新间隔需比产生错误的时间(例如86秒)来的短，如图1B所示，期间内发生第一错误状态。因此，较短的刷新间隔会同时降低性能并增加耐受性的损失。因此，有需要提供可以复原电阻值飘移而不会有类DRAM刷新所造成的性能及耐受性损失的MLCPCM装置。
技术实现思路
本专利技术描述一种针对具有多位准存储单元的相变存储器的电阻值飘移复原处理。该处理相比于类DRAM刷新方案可减少损耗、延迟以及电源消耗。该处理并不像类DRAM刷新方案一般，需要针对各个电阻值位准(resistancelevel)进行不同的复原处理。如本文所述，施加至编程存储单元的至少一复原脉冲可以独立于编程存储单元的数据值。一种操作存储装置的方法，该存储装置包括一存储单元阵列，该存储单元阵列包括多个可编程电阻存储元件。通过施加多个编程脉冲至存储单元，以于N个电阻值指定范围中建立电阻值位准，借此编程阵列中的该些存储单元以存储数据，其中各电阻值指定范围对应于一特定数据值。对阵列中的该些存储单元执行电阻值飘移复原处理，其包括：施加具有一脉冲波形的复原脉冲至一编程存储单元组，其中该组编程存储单元中的存储单元被施加具有该脉冲波形的复原脉冲，使其在二或多个电阻值指定范围中具有电阻值位准。电阻值飘移复原处理可响应于外部指令而中断。N个指定范围包括一高电阻值范围以及一低电阻值范围，在高电阻值范围中，存储单元包括具有一第一体积的非晶态材料的主动区，在低电阻值范围中，存储单元包括具有一第二体积的非晶态材料的主动区，第二体积小于第一体积。脉冲波形用来使在高电阻值范围中的存储单元主动区的温度高于一熔点，并使得在低电阻值范围中的存储单元主动区的温度低于该熔点。该N个电阻值指定范围可包括一或多个中间电阻值范围，在该一或多个中间电阻值范围中，存储单元包括具有体积介于第一体积和第二体积之间的非晶态材料的主动区，该一或多个中间电阻值范围介于高电阻值范围和低电阻值范围之间。数字N可大于2，且编程存储单元组中的该些存储单元在该N个电阻值指定范围中皆具有电阻值位准。该方法可包括对存储单元组中的存储单元施加一复原脉冲组，其包括具有第一脉冲波形的第一复原脉冲以及具有第二脉冲波形的第二复原脉冲，第二脉冲波形对应存储单元组中存储单元的决定的电阻值位准。第一脉冲波形可以和第二脉冲波形相同，或者与其相异。该方法可包括读取存储单元组中的存储单元以决定存储单元组中存储单元的电阻值位准，并用来对存储单元组中位于决定的电阻值位准的存储单元施加复原脉冲，复原脉冲的脉冲波形各自对应于决定的电阻值位准。该方法可包括读取存储单元组中的存储单元以决定存储单元组中存储单元的电阻值位准，并用来对存储单元组中位于二或多个决定的电阻值位准的存储单元施加具有相同脉冲波形的复原脉冲。该方法可包括对存储单元组中位于多个电阻值位准的存储单元施加具有相同脉冲波形的复原脉冲，而不用先读取存储单元组中的存储单元以决定存储单元组中存储单元的电阻值位准。本文亦描述依据该方法所提供的一种存储装置。为了对本专利技术的上述及其他方面有更好的了解，下文特举优选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：附图说明图1A绘示MLCPCM存储单元在一电阻值范围的电阻值飘移系数。图1B绘示PCM存储单元随时间电阻值飘移后的电阻值分布。图2A、图2B、图2C、图2D及图2E绘示电阻值飘移下的两状态。图3绘示一例示的流程图，用以对存储装置中存储单元阵列的一或多组存储单元进行电阻值飘移复原处理。图4绘示一例示的流程图，用以对存储单元阵列中的一组存储单元执行电阻值飘移复原处理，当中使用具有不同脉冲波形的复原脉冲。图5绘示一例示的流程图，用以对存储单元阵列中的一组存储单元执行电阻值飘移复原处理，当中使用具有相同脉冲波形的复原脉冲。图6A绘示具有存储元件的存储单元，存储元件包括具有结晶态材料的主动区。图6B绘示通过对应图6A的存储元件中心的温度剖面。图6C为对应于图6A及图6B的存储元件的热图。图7A绘示包括存储元件的存储单元，该存储元件包括具有非晶态材料的主动区。图7B绘示通过对应图7A的存储元件中心的温度剖面。图7C为对应于图7A及图7B的存储元件的热图。图8绘示利用例示的复原脉冲进行电阻值飘移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作存储装置的方法，其特征在于，该存储装置包括一阵列的多个存储单元，该方法包括：通过施加多个编程脉冲至该些存储单元，以于N个电阻值指定范围中建立多个电阻值位准，借此编程该阵列中的该些存储单元以存储数据；以及对该阵列中的该些存储单元执行一电阻值飘移复原处理，包括：施加具有一脉冲波形的一复原脉冲至一组编程存储单元，其中该组编程存储单元中的该些存储单元在至少二个的该些电阻值指定范围中具有电阻值位准。

【技术特征摘要】
2015.09.04 US 14/846,3931.一种操作存储装置的方法，其特征在于，该存储装置包括一阵列的多个存储单元，该方法包括：通过施加多个编程脉冲至该些存储单元，以于N个电阻值指定范围中建立多个电阻值位准，借此编程该阵列中的该些存储单元以存储数据；以及对该阵列中的该些存储单元执行一电阻值飘移复原处理，包括：施加具有一脉冲波形的一复原脉冲至一组编程存储单元，其中该组编程存储单元中的该些存储单元在至少二个的该些电阻值指定范围中具有电阻值位准。2.根据权利要求1所述的方法，其中该N个电阻值指定范围包括一高电阻值范围以及一低电阻值范围，在该高电阻值范围中，该些存储单元包括具有一第一体积的非晶态材料的主动区，在该低电阻值范围中，该些存储单元包括具有一第二体积的非晶态材料的主动区，该第二体积小于该第一体积，且该脉冲波形用来使在该高电阻值范围中的该些存储单元的该些主动区的温度高于一熔点，并使在该低电阻值范围中的该些存储单元的该些主动区的温度低于该熔点，其中N大于2。3.根据权利要求2所述的方法，其中该N个电阻值指定范围包括一或多个中间电阻值范围，在该一或多个中间电阻值范围中，该些存储单元包括具有体积介于该第一体积和该第二体积之间的非晶态材料的主动区，该一或多个中间电阻值范围介于该高电阻值范围和该低电阻值范围之间，其中N大于2。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：施加一组复原脉冲，该组复原脉冲包括具有该脉冲波形的该复原脉冲以及具有一第二脉冲波形的一第二复原脉冲，该第二脉冲波形对应于该组编程存储单元中一存储单元的一决定的电阻位准。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：读取该组编程存储单元中的该些存储单元以决定该组编程存储单元中的该些存储单元的电阻值位准；以及施加多个复原脉冲至该组编程存储单元中位于该决定的电阻值位准的存储单元，该些复原脉冲的脉冲波形分别对应于该决定的电阻值位准。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：读取该组编程存储单元中的该些存储单元以决定该组编程存储单元中的该些存储单元的电阻值位准；以及施加多个复原脉冲至该组编程存储单元中位于该多个决定的电阻值位准的存储单元，该些复原脉冲具有一相同脉冲波形。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：施加多个复原脉冲至该组编程存储单元中位于多个电阻值位准的存储单元，该些复原脉冲具有一相同脉冲波形。8.一种存储装置，其特征在于，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯文昇，苏资翔，吴昭谊，李祥邦，张孟凡，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71