自适应存储器单元写入条件制造技术

公开了一种用于使用RRAM单元电阻的指示来确定写入条件的方法和相关装置。以比数据读取值更高的分辨率确定RRAM单元的单元特性。基于所述单元特性，为所述RRAM单元选择写入条件。使用所选的写入条件对所述RRAM单元进行写入。

Writing Conditions for Adaptive Memory Units

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自适应存储器单元写入条件
技术介绍
非易失性存储器是一类即使在断电之后也可存储信息的存储装置。非易失性存储(NVM)装置可以是只读存储器或随机存取存储器(RAM)，并且可使用各种技术。一类非易失性RAM是电阻式RAM，其包括以下技术，诸如：丝状电阻式随机存取存储器(RRAM或ReRAM)单元、界面RRAM单元、磁阻式RAM(MRAM)单元、相变存储器(PCM)单元(例如，包括锗、锑和碲的合金的硫属元素化物)、忆阻器存储元件和可编程金属化单元(例如，导电桥接RAM(CBRAM)单元)。对于RRAM的情形，电阻丝在RRAM单元设置时形成，并且电阻丝在RRAM单元重置时断开。电阻丝在形成时降低了RRAM单元的电阻。因此，每个RRAM单元在细丝形成时具有低阻态(LRS)并且在细丝断开时具有高阻态(HRS)。LRS和HRS在断电期间保持，并且可表示由RRAM单元存储的二进制值。RRAM单元因操作时间短和低功耗性能而成为有前景的用于嵌入式和独立式应用的非易失性存储装置。然而，RRAM单元可在LRS和HRS的电阻水平下均呈现大的电阻变化。不可避免地，这将导致一些单元的LRS电阻比其他单元的HRS电阻更高，这可在操作期间产生问题。例如，可能期望LRS电阻在K欧姆至数十K欧姆的范围(或更窄的范围)内，并且期望HRS电阻在数百K欧姆至千兆欧姆的范围(或更窄的范围)内。上述电阻变化还可导致用于多级单元状态(MLC)的中间状态(IMS)的宽电阻分布。宽电阻分布可使存储器阵列的设计和使用变得困难。附图说明通过下面给出的详细描述和本专利技术的各种实施方式的附图将更充分地理解本专利技术。图1示出根据一个实施方式的具有写入控制的RRAM阵列，其使用RRAM单元电阻的指示来确定写入条件。图2示出可在图1的字线控制中使用的电流镜和电流控制。图3示出通过控制字线电压以限制所选的RRAM单元中的电流的模拟反馈电路，该模拟反馈电路可以在具有写入控制的RRAM阵列的实施方式中使用。图4是根据一个实施方式的图1至图3的写入控制系统和电路的变型的框图。图5是根据一个实施方式的模数转换器和数字电路的框图，所述数字电路生成用于写入控制系统的实施方式的控制信号。图6A是根据写入控制系统的一个实施方式的用于写入RRAM单元的方法的流程图。图6B是根据写入控制系统的一个实施方式的用于写入RRAM单元的另外的方法的流程图。图6C是根据写入控制系统的一个实施方式的用于写入RRAM单元的另外的方法的流程图。图6D是根据写入控制系统的一个实施方式的用于写入RRAM单元的另外的方法的流程图。图6E是根据写入控制系统的一个实施方式的用于写入RRAM单元的另外的方法的流程图。具体实施方式在下面的描述中，将使用本领域技术人员通常用于向本领域其他技术人员传达他们的工作实质的术语来描述说明性实施方式的各个方面。然而，本领域技术人员将容易理解的是，本专利技术可仅利用所述方面中的一些方面来进行实践。出于解释的目的，阐述了特定的数量、材料和配置，以便提供对说明性实施方式的透彻理解。在其他实例中，省略或简化了众所周知的特征，以免混淆说明性实施方式。尽管相对于RRAM单元描述了本文所述的各种实施方式，但是在其他实施方式中，这些技术可以用于其他存储技术(丝状的和非丝状的)。实例包括CBRAM单元、界面RRAM单元、MRAM单元、PCM单元或其他可编程金属化单元。RRAM单元或RRAM阵列的写入控制的实施方式(包括方法和存储装置的电子电路)通过调节写入RRAM单元时的写入条件，以控制处于高阻态和/或低阻态下的RRAM单元的电阻率，并且与不受控制或未经调节的写入相比，减少了电阻变化。这种自适应写入方法的一个目标在于，改善电阻分布并减少“掉队比特”的数量(具有超出特定状态(即，LRS和HRS)的期望范围的不期望的电阻值的RRAM单元)。描述了写入控制的多种变化例，包括模拟反馈和基于查找表的实施方式。这些变化例可包括以下操作：确定RRAM单元的与RRAM单元电阻相关的特性；基于RRAM单元的特性控制写入条件；并且使用调节后的写入条件对RRAM单元进行写入。在一个实施方式中，处于高阻态但其电阻处于HRS电阻范围的下端值的RRAM单元接收较弱的设置条件。处于高阻态但其电阻处于HRS电阻范围的上端值的RRAM单元接收较强的设置条件。处于低阻态但其电阻处于LRS电阻范围的下端值的RRAM单元接收较强的重置条件。并且，处于低阻态但其电阻处于LRS电阻范围的上端值的RRAM单元接收较弱的重置条件。写入条件(即，设置条件和重置条件)的控制用于减小高阻态RRAM单元中的电阻范围和低阻态RRAM单元中的电阻范围。减小电阻范围可以减少误差，增加抗干扰度和/或支持各种读出放大器在进程、电压和温度变化期间的更稳定的读取操作，从而提高RRAM阵列的系统可靠性。图1示出具有写入控制的RRAM阵列102，其使用RRAM单元电阻的指示来确定写入条件。列复用器(mux)118和字线(WL)驱动器120选择用于读取或写入的RRAM单元。读取所确定的RRAM单元中电阻器104(即，电阻丝)的现有状态。通过对RRAM单元进行写入来设置或重置电阻器104，即，对电阻丝的电阻状态进行编程。在一些实施方式中，在RRAM阵列102中，RRAM单元由电阻器104和晶体管106组成，该晶体管在所示的实施方式中是N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)。在另外的实施方式中，为了读取选定的RRAM单元，字线驱动器120，在字线控制140的控制下，在选定的字线108上施加读取访问电压，并且由读出放大器122读取单元电流(I单元)130或单元电压。单元电流130由列复用器118引导，依次通过公用位线总线114(BBL)、选定的位线110(例如，BL0)、选定的RRAM单元、选定的源线(例如，SL0)和公用源线总线(BSL)。在一个实施方式中，读出放大器122将读取的电压施加到选定的位线从而电压跨过选定的单元，生成读取电流，即，单元电流(I单元)130。然后，读出放大器122通过直接测量或比较电流或者通过可能涉及例如电压放电的其他技术来读取此单元电流(I单元)130。为了对选定的RRAM单元进行写入，字线驱动器120，在字线控制140的控制下，在选定的字线108上施加写入访问电压，并且写入驱动器128在例如列复用器118的引导下通过公用位线总线和公用源线总线在选定的RRAM单元的两端施加写入电压、产生经过RRAM单元的写入电流。通过在各种实施方式中以各种组合的方式控制字线电压、写入驱动器128的输出电压和/或电流、或者一个或多个脉冲的定时，可控制选定的RRAM单元(更具体地，电阻器104)的经编程的电阻率或电阻。测量电路124确定选定的RRAM单元的与电阻相关的特性。换句话讲，测量选定的RRAM单元的特性(诸如电压、电流或定时)，并可由此推断出单元电阻的某些方面并相应进行操作，或者例如通过计算获得或估算出电阻或与电阻成比例的值。通常，所述特性与通过先前写入操作编程到RRAM单元中(更具体地，编程到电阻器104中)的电阻相关联或者是所述电阻的表征。此单元特性或测量结果具有比读出放大器122产生的二进制值(作为RRAM单元的数据读取值)更高的分辨率。对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种存储装置的电子电路，其特征在于，包括：一确定电路，用于基于一测量结果来确定电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的写入条件，所述测量结果与先前写入所述RRAM单元的状态下的所述RRAM单元的电阻相关，所述测量结果达到比所述RRAM单元的数据读取值更高的分辨率；以及一写入驱动器，可操作连接至所述确定电路，以基于所确定的写入条件对所述RRAM单元进行写入。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.21 US 62/397,6311.一种存储装置的电子电路，其特征在于，包括：一确定电路，用于基于一测量结果来确定电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的写入条件，所述测量结果与先前写入所述RRAM单元的状态下的所述RRAM单元的电阻相关，所述测量结果达到比所述RRAM单元的数据读取值更高的分辨率；以及一写入驱动器，可操作连接至所述确定电路，以基于所确定的写入条件对所述RRAM单元进行写入。2.如权利要求1所述的存储装置的电子电路，其特征在于，所述确定电路确定所述写入条件包括所述确定电路生成表示待用于所述写入条件的值的信号。3.如权利要求1所述的存储装置的电子电路，其特征在于，所述确定电路确定所述写入条件包括所述确定电路生成表示多个可用值中待用于所述写入条件的可用值的信号。4.如权利要求1所述的存储装置的电子电路，其特征在于，所述确定电路确定所述写入条件包括所述确定电路生成待用于所述写入条件的值的变化。5.如权利要求1所述的存储装置的电子电路，其特征在于，所述RRAM单元用于存储二进制值；以及与所述RRAM单元的所述电阻相关的所述测量结果为经测量的具有三个或更多个可能值的值。6.如权利要求1所述的存储装置的电子电路，其特征在于，还包括一测量电路，所述测量电路用于获得所述RRAM单元的电阻的所述测量结果。7.如权利要求1所述的存储装置的电子电路，其特征在于，所述RRAM单元为单级单元；所述数据读取值具有一位比特；以及所述单元特性为模拟值或具有多于一位比特的数字值。8.如权利要求1所述的存储装置的电子电路，其特征在于，所述RRAM单元为多级单元；以及所述数据读取值具有两位或更多位比特。9.如权利要求1所述的存储装置的电子电路，其特征在于，所述写入条件包括电压极性、电压电平、脉冲的定时、多个脉冲的定时、脉冲的数量、或电流限制中的一种。10.如权利要求1所述的存储装置的电子电路，其特征在于，所述测量结果包括RRAM单元电流、RRAM单元电压、RRAM单元电阻或所述RRAM单元的读出时间中的一种。11.如权利要求1所述的存储装置的电子电路，其特征在于，所述数据读取值包括所述RRAM单元的多位比特；以及所述测量结果包括模拟值或数字值，所述模拟值或所述数字值的比特位数大于所述RRAM单元的所述数据读取值的比特位数。12.如权利要求1所述的存储装置的电子电路，其特征在于，所述RRAM单元的所述写入条件是同时基于所述RRAM单元的所述测量结果和所述数据读取值。13.如权利要求1所述的存储装置的电子电路，其特征在于，所述写入驱动器用于：当所述RRAM单元是具有较低电阻的高阻态RRAM单元时，使用较弱的设置条件写入所述RRAM单元；当所述RRAM单元是具有较高电阻的高阻态RRAM单元时，使用较强的设置条件写入所述RRAM单元；当所述RRAM单元是具有较低电阻的低阻态RRAM单元时，使用较强的重置条件写入所述RRAM单元；以及当所述RRAM单元是具有较高电阻的低阻态RRAM单元时，使用较弱的重置条件写入所述RRAM单元。14.如权利要求1所述的存储装置的电子电路，其特征在于，还包括：一查找表，用于基...

【专利技术属性】
技术研发人员：布伦特·豪克内斯，吕志超，
申请(专利权)人：合肥睿科微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34