多位存储器单元的条件编程制造技术

用于编程多级金属氧化物存储器单元的改进的方法平衡了施加的电压和电流以提供改进的性能。将存储器单元转变到较低电阻状态的设置编程通过确定对于在该编程中要达到的目标电阻状态的适当的编程电压和电流限制、然后施加具有确定的设置电特性的脉冲而完成。将存储器单元转变到较高电阻状态的复位编程通过确定对于在该编程中要达到的目标电阻状态的适当的编程电压和可选的电流限制、然后施加具有确定的电特性的脉冲而完成。用于确定适当的设置或复位编程电压和电流值的算法提供了有效的编程而不对存储器元件施加压力。编程脉冲的电特性可以存储在表查找操作算法中使用的数据表中。

Conditional programming of a multi bit memory cell

An improved method for programming a multilevel metal oxide memory cell balances the applied voltage and current to provide improved performance. The memory unit to the lower resistance state set the program determined by the target resistance state should reach in the programming in the appropriate programming voltage and current limit, and then applied pulse has set the electrical characteristics to determine the complete. The current limit is determined, in order to achieve the goal for the resistance state of the programming in the appropriate programming voltage and optional pulse is then applied with electrical characteristics to determine the reduction completed by programming the memory unit into high resistance state. The algorithm for determining the proper setting or resetting the programming voltage and current value provides efficient programming without applying pressure to the memory element. The electrical characteristics of programming pulses can be stored in the data tables used in table lookup operations algorithms.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多位存储器单元的条件编程相关申请本申请要求在2011年3月18日提交的美国申请13/051,885的优先权，其全部被合并于此。
本申请涉及包含存储器阵列的半导体集成电路，特别涉及对多级存储器单元编程的方法。
技术介绍
存储级内存（storageclassmemory，SCM）器件的发展已经模糊了计算机和半导体行业中的储存器（storage，存储器）（慢、不昂贵并且非易失性）和存储器（memory，内存）（快速，昂贵并且易失性）之间的界限。金属氧化物多级单元（MLC）存储器是用于实现诸如非易失性、短存取时间、每位低成本以及固态要求的所有的SCM特征的最有前途的候选之一。通常基于量度项F2或者“特征尺寸的平方”来比较SCM单元。F2量度越小，每单位面积有越多的SCM单元。在三维（3D）垂直存储器阵列架构中，由金属氧化物电阻器元件指出的电阻随机存取存储器（RRAM）可能能够以八层的堆叠实现0.5F2。八层的堆叠可能带来技术节点缩小的严峻的集成挑战。但是，四级的多级单元（MLC）操作帮助以一半数量的存储器单元层实现相同的F2量度。作为公知的因素，金属氧化物存储器单元已经操作在击穿区（breakdownregion）。对于MLC存储器的固态存储器件应用中的最低耐用性要求比技术节点缩小的单级单元（SLC）存储器低得多。
技术实现思路
各个实施例包括用于编程多级金属氧化物层存储器单元的改进的方法，这些方法平衡了施加的电压和电流以提供改进的性能。实施例方法可以包括以下操作：接收要写到该存储器器件的数据；选择接收的数据的至少一部分要被写到的存储器单元；确定所选存储器单元的当前电阻状态；确定用于表示数据要被写到所选存储器单元的目标电阻状态；基于当前电阻状态和目标电阻状态，确定将数据写到所选存储器单元将涉及增加还是降低所选存储器单元的电阻；基于目标电阻状态以及将数据写到所选存储器单元将涉及增加还是降低所选存储器单元的电阻，确定将把所选存储器单元的电阻状态转变到目标电阻状态的编程脉冲的电特性；以及向所选存储器单元施加具有确定的电特性的编程脉冲。确定的编程脉冲的电特性可以包括该编程脉冲的电压和电流限制。确定的电特性还可以包括基于目标电阻状态以及将数据写到所选存储器单元将涉及增加还是降低所选存储器单元的电阻的编程脉冲的持续时间，在此情况下，向所选存储器单元施加具有确定的电特性的编程脉冲可以包括施加这样的编程脉冲达确定的持续时间。可以使用目标电阻状态以及编程将涉及增加（RESET）还是降低（SET）所选存储器单元的电阻在表查找操作中进行确定编程脉冲的电特性。在一个实施例中，在编程脉冲之后可以检查存储器单元的得到的电阻，并且如果得到的电阻不在关于目标电阻的阈值限制的容限带内，则可以施加第二编程脉冲。在另一实施例中，可以分步骤完成存储器单元的编程，每个步骤涉及具有对每个编程步骤确定的电特性（电压、电流限制和持续时间）的编程脉冲。实施例还包括存储器器件，所述存储器器件包括：位于多条字线和多条位线之间的多级单元电阻存储器单元的阵列；存储器控制器电路；位线控制器，耦接到所述存储器控制器电路，并且配置为响应于来自所述存储器控制器电路的控制信号而选择位线；字线控制器，耦接到所述存储器控制器电路，并且配置为响应于来自所述存储器控制器电路的控制信号而选择字线；编程脉冲发生器电路，耦接到所述存储器控制器电路，并且配置为响应于来自所述存储器控制器电路的控制信号产生具有用于向所选存储器单元写入数据的电压的编程脉冲；电流限制电路，耦接到所述存储器控制器电路，并且配置为响应于来自所述存储器控制器电路的控制信号限制在编程脉冲期间流经所选存储器单元的电流；以及电阻状态确定电路，耦接到所述存储器控制器电路、所述位线控制器和所述字线控制器，并且配置为确定所选存储器单元的电阻状态。在这样的存储器器件中，存储器控制器电路配置为控制位线和字线解码器以及脉冲发生器电路使得该器件进行包括以下的数据写操作：接收要被写到存储器器件的数据；激活位线和字线控制器以选择接收的数据的一部分将被写到的存储器单元；从电阻状态确定电路获得所选存储器单元的当前电阻状态；确定用于表示数据要被写到所选存储部件的目标电阻状态；基于当前电阻状态和目标电阻状态，确定将数据写到所选存储部件将涉及增加还是降低所选存储部件的电阻；基于目标电阻状态以及将数据写到所选存储部件将涉及增加还是降低所选存储部件的电阻，确定将把所选存储部件的电阻状态转变到目标电阻状态的编程脉冲的电特性（即电压、电流限制以及可选的脉冲持续时间）；以及激活脉冲发生电路和电流限制电路以向所选存储器单元施加具有确定的电特性的编程脉冲。在一个实施例中，存储器器件可以包括：存储部件的阵列，用于以多个相关的电阻状态的形式存储多个数据位；用于接收要写到该存储器器件的数据的部件；用于选择接收的数据的至少一部分要被写到的存储部件的部件；用于获得所选存储部件的当前电阻状态的部件；用于确定用于表示数据要被写到所选存储部件的目标电阻状态的部件；用于基于当前电阻状态和目标电阻状态确定将数据写到所选存储部件将涉及增加还是降低所选存储部件的电阻的部件；用于基于目标电阻状态以及将数据写到所选存储部件将涉及增加还是降低所选存储部件的电阻确定将把所选存储部件的电阻状态转变到目标电阻状态的编程脉冲的电特性的部件；以及用于向所选存储部件施加具有确定的电特性的编程脉冲的部件。在实施例存储器器件中，存储器单元和存储部件可以是多级单元电阻存储器单元，所述多级单元电阻存储器单元包括双极性金属氧化物电阻元件，该双极性金属氧化物电阻元件可以由氧化铪（HfOX）、氧化镍（NiO）和氧化钛（例如TiO2）或另一金属氧化物制成，并且可以具有四个、六个或更多编程级别（即电阻状态）来存储多于一位数据。在这样的存储器器件中，编程脉冲电特性可以作为表存储在存储器中，使能够使用目标电阻状态以及编程将涉及增加（RESET）或降低（SET）存储器单元的电阻在表查找操作中确定编程脉冲的电特性。该存储器控制器电路还可以配置为使得如果要写在单元中的数据已经表示在该单元中（即，当前电阻状态在目标电阻状态的容限限制内），则不施加编程脉冲。该存储器控制器电路还可以配置为确定从编程脉冲得到的所选存储器单元的电阻，然后如果得到的电阻不在目标电阻状态的容限阈值限制内，则施加另一编程脉冲。该存储器控制器电路还可以配置为确定并施加最终得到目标电阻状态的一系列编程脉冲。附图说明合并于此并且构成本说明书的一部分的附图例示了本专利技术的示例实施例，并且与以上给出的概括性描述以及以下给出的详细描述一起用于说明本专利技术的特征。图1适合于与各个实施例一起使用的单个金属氧化物电阻存储器单元的电路元件图。图2是可以在集成电路内实现的单个金属氧化物存储器单元的截面图。图3是适合于与各个实施例一起使用的金属氧化物多级单元存储器阵列的一部分的剖视图。图4A和4B是例示可以用于实现各个实施例的一些电路组件的金属氧化物存储器阵列的部分的电路框图。图5是例示金属氧化物多级存储器单元中的存储器元件电阻率状态的全体的图。图6是例示金属氧化物多级存储器单元中的存储器元件电阻率状态的累积分布函数的图。图7是例示在给定读取电压时四级的多级单元存储器元件中的读取电路的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将数据写到多级单元电阻存储器器件的方法，包括：接收要写到该存储器器件的数据；选择将要向其写入所接收的数据的至少一部分的存储器单元；确定所选存储器单元的当前电阻状态；确定用于代表要被写到所选存储器单元的数据的目标电阻状态；基于当前电阻状态和目标电阻状态，确定将数据写到所选存储器单元将涉及增加还是降低所选存储器单元的电阻；基于目标电阻状态以及将数据写到所选存储器单元将涉及增加还是降低所选存储器单元的电阻，确定将把所选存储器单元的电阻状态转变到目标电阻状态的编程脉冲的电特性；以及向所选存储器单元施加具有确定的电特性的编程脉冲。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.18 US 13/051,8851.一种存储器器件，包括：位于多条字线和多条位线之间的存储器单元的阵列，其中所述存储器单元是多级单元电阻存储器单元；存储器单元编程系统，配置为向所选存储器单元写数据，其中所述存储器单元编程系统包括：存储器控制器电路；位线控制器，耦接到所述存储器控制器电路，并且配置为响应于来自所述存储器控制器电路的控制信号而选择位线；字线控制器，耦接到所述存储器控制器电路，并且配置为响应于来自所述存储器控制器电路的控制信号而选择字线；编程脉冲发生器电路，耦接到所述存储器控制器电路，并且配置为响应于来自所述存储器控制器电路的控制信号产生具有用于向所选存储器单元写入数据的电压的编程脉冲；电流限制电路，耦接到所述存储器控制器电路，并且配置为响应于来自所述存储器控制器电路的控制信号限制在编程脉冲期间流经所选存储器单元的电流；以及电阻状态确定电路，耦接到所述存储器控制器电路、所述位线控制器和所述字线控制器，并且配置为确定所选存储器单元的电阻状态，其中存储器控制器电路配置为进行包括以下的操作：接收要写到该存储器器件的数据；选择要向其写入所接收的数据的至少一部分的存储器单元；获得所选存储器单元的当前电阻状态；确定用于代表要被写到所选存储器单元的数据的目标电阻状态；基于当前电阻状态和目标电阻状态，确定将数据写到所选存储器单元将涉及增加还是降低所选存储器单元的电阻；基于目标电阻状态以及将数据写到所选存储器单元将涉及增加还是降低所选存储器单元的电阻，确定将把所选存储器单元的电阻状态转变到目标电阻状态的编程脉冲的电特性；以及向所选存储器单元施加具有确定的电特性的编程脉冲,其中：选择要向其写入所接收数据的至少一部分的存储器单元包括激活所述位线控制器和所述字线控制器以选择要向其写入所接收数据的至少一部分的存储器单元；获得所选存储器单元的当前电阻状态包括从所述电阻状态确定电路获得所选存储器单元的当前电阻状态；以及向所选存储器单元施加具有确定的电特性的编程脉冲包括激活所述编程脉冲发生器电路和电流限制电路以向所选存储器单元施加具有所述确定的电特性的编程脉冲。2.如权利要求1的存储器器件，其中所述存储器单元包括从由以下构成的组中选择的可变电阻材料：反熔丝电介质、熔丝、串联布置的二极管和反熔丝电介质、多晶硅记忆效应材料、金属氧化物或可切换复杂金属氧化物材料、碳纳米管材料、石墨烯可切换电阻率材料、相变材料、导电桥元件、电解质切换材料、可切换聚合物材料或者包括非晶、多晶或微晶碳或石墨材料的碳电阻率切换材料。3.如权利要求1的存储器器件，其中所述存储器单元包括从由以下构成的组中选择的电阻率切换化合物：NixOy、NbxOy、TixOy、HfxOy、AlxOy、MgxOy、CoxOy、CrxOy、VxOy、ZnxOy、ZrxOy、BxNy、AlxNy。4.如权利要求1的存储器器件，其中所述存储器单元包括双极性金属氧化物电阻存储元件和操纵元件，其中双极性金属氧化物电阻存储元件包括从由以下构成的组中选择的双极性金属氧化物：HfOX、NiO和TiOx。5.如权利要求1的存储器器件，其中所述多级单元电阻存储器单元和所述存储器单元编程系统配置为使得用编程脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：X科斯塔，Y年，R朔伊尔莱恩，TY刘，CR戈拉，
申请(专利权)人：桑迪士克三D有限责任公司，
类型：
国别省市：