存储装置与其操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种存储装置，包括：一可编程电阻式存储单元阵列；一差动放大器，耦接至可编程电阻式存储单元阵列，其中差动放大器感测一位线上的一第一电压及一参考电压之间的一电压差，并响应于电压差提供一反馈信号，其中位线耦接至一存储单元。控制电路耦接至可编程电阻式存储单元阵列及差动放大器，执行一编程操作，以改变存储单元的一第一电阻值状态为一第二电阻值状态，编程操作包含：针对该参考电压选择相关于该第二电阻值状态的一电压电平；导通电流电路以施加编程电流的一编程脉冲至存储单元；及致能差动放大器；其中电流电路响应于反馈信号截止编程电流。

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.

【技术实现步骤摘要】
存储装置与其操作方法
本专利技术涉及一种基于相转换存储材料(例如硫族化合物(chalcogenide))及其他可编程电阻材料的存储装置，及此种装置的操作方法。
技术介绍
在可编程电阻存储阵列架构中，存储单元包含串联至可编程电阻存储元件的二极管或晶体管。二极管或晶体管作用如同存取装置，使存储单元可被选择以进行编程或读取操作，而未选存储单元中的电流流动则被阻隔。可编程电阻存储元件包含相转换材料，此种材料的结晶(crystalline)相(低电阻性)及非结晶(amorphous)相(高电阻性)之间呈现电阻性高对比度。相转换材料可包含硫族化合物、及其他合金材料例如：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)。在相转换存储元件的正常操作中，流经相转换存储单元的电流脉冲可设定或重新设定相转换存储元件的电阻相。为了重新设定存储元件为非结晶相，可使用具有高振幅但短时间的电流脉冲。为了设定存储元件为结晶相，可使用具有中振幅但长时间的电流脉冲。为了读取存储元件的状态，低电压可施加至被选存储单元，以感测出电流。感测电流可具有至少两电流电平，低电流电平用于高电阻值状态，而高电流电平则用于低电阻值状态。因此，可在设定、重新设定、或读取被选存储单元的电阻值状态时，使用电流。相转换存储装置中的存储单元在编程操作期间经历统计制程转换，导致代表逻辑电平的电阻范围的正规分布。相转换存储阵列内的小部分存储单元可落在正规分布外，且可被称为尾位(tailbit)。尾位可影响相转换存储装置的可靠性，特别是多位阶单元(multiplelevelcell，MLC)相转换存储装置，其中电阻值范围相较于单位阶单元(single-levelcell，SLC)相转换存储装置有更紧密(closer)的电阻值范围。在设定操作期间，设定-验证-设定操作是固定尾位的方式，以将存储元件设定为结晶相。在设定-验证-设定操作中，设定脉冲施加至存储元件，接着验证脉冲施加至存储元件以验证存储元件是否被设定在期望的电阻值范围内。若否，另一设定脉冲施加至存储元件，而此设定-验证-设定操作被重复直到存储元件被设定在期望的电阻值范围内。然而，此设定-验证-设定操作可能影响存储装置的编程效能，因为为了切换于存储单元设定操作及验证操作之间，必须改变存储单元所耦接的位线及字线的偏压设置。需要能改善相转换存储装置的编程效能的技艺。
技术实现思路
本案描述装置及方法，以将存储单元由第一电阻值状态改变为第二电阻值状态，不需要或需要较少的传统设定-验证-设定操作中的重复设定及验证脉冲。在存储单元的设定操作期间，编程电流的编程脉冲施加至存储单元，而送至设定操作的功率可响应于存储单元内的监控电阻值而被控制(例如借助调整编程电流脉冲的宽度)。在本案中，“编程”可代表重新设定存储单元内的存储元件为非结晶相的“重新设定操作”，也代表设定此存储元件为结晶相的“设定操作”。“编程脉冲”可代表使用于重新操作中的电性脉冲，也代表使用于设定操作中的电性脉冲。编程脉冲的特征是电流或电压的振幅、持续时间、上升边缘的上升时间、下降边缘的下降时间。“编程电流”可代表在设定操作之中提供给存储单元的电流，或者是，在重新设定操作之中，为改变存储单元的电阻值状态而提供至存储单元的电流。本案提出一种存储装置，包括：可编程电阻式存储单元阵列；及差动放大器，耦接至该可编程电阻式存储单元阵列。差动放大器感测位线上的第一电压及参考电压之间的电压差，并响应于该电压差提供一反馈信号，其中位线耦接至阵列中的存储单元。电流电路(例如定电流源电路)耦接至位线，以提供编程电流至存储单元所耦接的位线。存储装置包括控制电路，控制电路耦接至可编程电阻式存储单元阵列及差动放大器，执行一编程操作，以改变该存储单元的第一电阻值状态为第二电阻值状态，编程操作包含：针对参考电压选择相关于第二电阻值状态的电压电平；导通电流电路以施加编程电流的一编程脉冲至存储单元；及致能差动放大器；其中电流电路响应于反馈信号截止编程电流。第二电阻值状态可借助引致结晶相于存储单元中的一相转换存储元件的主动区而被建立。存储单元可具有对应的多个电阻值状态，包括第一电阻值状态及第二电阻值状态，且该参考电压具有相对于该些电阻值状态的对应的多个电压电平。存储单元包括具有主动区的相转换存储元件，此主动区因为阵列操作期间所施加的偏压而改变其相。在相转换存储的实施例中，在任何编程前，相转换存储元件在结晶相或低电阻值状态。在操作期间，主动区可被重新设定为非结晶相或高电阻值状态，或设定为结晶相或低电阻值状态。存储元件内的主动区接触加热器(heater)。为了方便说明，相转换存储元件内的主动区外的区域被称为非主动区。借助例如用于相转换存储元件的设定及重新设定操作，被提供以编程主动区的电流脉冲的振幅及时序决定主动区的尺寸及非主动区的尺寸。存储单元的电阻值状态(例如存储单元的第一电阻值状态及第二电阻值状态)包含相转换存储元件内的主动区的电阻值状态及非主动区的电阻值状态。再者，对应于主动区的不同尺寸，主动区例如可被转换为位于不同电阻值电平的一个或多个非结晶状态。举例来说，主动区可位于存储单元的第一电阻值状态的非结晶或高电阻值状态，编程操作被执行以改变存储单元的第一电阻值状态为第二电阻值状态，其中主动区设定为结晶或低电阻值状态。举例来说，主动区可位于存储单元的第一电阻值状态的第一非结晶状态，编程操作被执行以改变该存储单元的第一电阻值状态为一第二电阻值状态，其中主动区位于第二非结晶状态，第二非结晶状态具有较第一非结晶状态低的电阻值。存储装置可包含：反馈路径，位于提供反馈信号的差动放大器的一输出至电流电路之间，其中反馈信号流经反馈路径；及开关，与反馈路径串联连接，以控制反馈信号。举例来说，对于不使用电流电路的操作而言，开关可被截止以禁能电流电路。在一实作中，电流电路可包含：第一晶体管，具有一第一端连接至一电源供应节点(例如VDD)、第二端连接至位线、与门极端连接至控制信号；第二晶体管，具有第一端连接至电源供应节点、第二端连接至控制信号、与门极端连接至控制信号；及第三晶体管，具有第一端连接至参考节点(例如GND)、第二端连接至控制信号、与门极端连接至反馈信号；其中电源供应节点位于第一电压电位，且参考节点位于低于第一电压电位的第二电压电位。存储单元可包含存储元件，及串联至该存储元件的存取装置。存储元件可包含可编程电阻存储材料，存取装置可包含第一端连接至存储元件、第二端连接至参考节点、与门极端连接至字线。本案也提出一种存储装置的操作方法。附图说明图1显示了包含可编程电阻式存储单元阵列的存储装置的简易电路图。图2显示了存储装置的简易电路图，其包含耦接至位线的电流镜电路。图3显示了将存储单元的第一电阻值状态改变为第二电阻值状态的简易流程图。图4A、4B、4C、及4D显示了范例性编程脉冲，并表示何时差动放大器可相对于编程脉冲而被致能。图5A、5B、5C、及5D显示了范例性编程脉冲，并表示何时差动放大器可相对于编程脉冲而被致能。图6显示了集成电路存储的简易方块图。附图标记说明：100、200、60本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储装置，包括：一可编程电阻式存储单元阵列；一差动放大器，耦接至该可编程电阻式存储单元阵列，其中该差动放大器感测一位线上的一第一电压及一参考电压之间的一电压差，并响应于该电压差而提供一反馈信号，其中该位线耦接至该可编程电阻式存储单元阵列中的一存储单元；一电流电路，耦接至该位线，以提供一编程电流至该存储单元所耦接的该位线；以及一控制电路，耦接至该可编程电阻式存储单元阵列及该差动放大器，执行一编程操作，以改变该存储单元的一第一电阻值状态为一第二电阻值状态，该编程操作包含：针对该参考电压选择相关于该第二电阻值状态的一电压电平；导通该电流电路以施加该编程电流的一编程脉冲至该存储单元；及致能该差动放大器；其中该电流电路响应于该反馈信号而截止该编程电流。

【技术特征摘要】
2015.12.10 US 14/965,6701.一种存储装置，包括：一可编程电阻式存储单元阵列；一差动放大器，耦接至该可编程电阻式存储单元阵列，其中该差动放大器感测一位线上的一第一电压及一参考电压之间的一电压差，并响应于该电压差而提供一反馈信号，其中该位线耦接至该可编程电阻式存储单元阵列中的一存储单元；一电流电路，耦接至该位线，以提供一编程电流至该存储单元所耦接的该位线；以及一控制电路，耦接至该可编程电阻式存储单元阵列及该差动放大器，执行一编程操作，以改变该存储单元的一第一电阻值状态为一第二电阻值状态，该编程操作包含：针对该参考电压选择相关于该第二电阻值状态的一电压电平；导通该电流电路以施加该编程电流的一编程脉冲至该存储单元；及致能该差动放大器；其中该电流电路响应于该反馈信号而截止该编程电流。2.如权利要求1所述的存储装置，其特征在于：该第二电阻值状态借助引致一结晶相于该存储单元中的一相转换存储元件的主动区而建立；该存储单元包含一可编程电阻存储材料；以及该存储单元具有对应的多个电阻值状态，包括该第一电阻值状态及该第二电阻值状态，且该参考电压具有相对于该些电阻值状态的对应多个电压电平。3.如权利要求1所述的存储装置，其特征在于，还包含：一反馈路径，位于提供该反馈信号的该差动放大器的一输出至该电流电路之间，其中该反馈信号流经该反馈路径；及一开关，与该反馈路径串联连接，以控制该反馈信号。4.一种存储装置，包括：一可编程电阻式存储单元阵列；一差动放大器，耦接至该可编程电阻式存储单元阵列，其中该差动放大器感测一位线上的一第一电压及一参考电压之间的一电压差，并响应于该电压差而提供一反馈信号，其中该位线耦接至该可编程电阻式存储单元阵列中的一存储单元；一电流电路，耦接至该位线，以提供一编程电流至该存储单元所耦接的该位线，该电流电路包含：一第一晶体管，具有一第一端连接至一电源供应节点，一第二端连接至该位线，及一栅极端连接至一控制信号；一第二晶体管，具有一第一端连接至该电源供应节点，一第二端连接至该控制信号，及一栅极端连接至该控制信号；以及一第三晶体管，具有一第一端连接至一参考节点，一第二端连接至该控制信号，及一栅极端连接至该反馈信号；其中该电源供应节点位于一第一电压电位，且该参考节点位于低于该第一电压电位的一第二电压电位；以及一控制电路，耦接...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙翔澜，何信义，
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