專利名稱：用于感測(cè)及確定邊限存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)器裝置及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于可編程電阻存儲(chǔ)器裝置，其包含相變存儲(chǔ)器裝置，且本發(fā)明是有 關(guān)于與維護(hù)儲(chǔ)存于此類裝置中的數(shù)據(jù)值相關(guān)聯(lián)的更新(refresh)技術(shù)。
背景技術(shù)：
可通過(guò)施加處于適合在集成電路中實(shí)施的電平的電流來(lái)致使基于相變的存儲(chǔ)材 料(如基于硫族化合物的材料及類似材料)在存儲(chǔ)元件的主動(dòng)區(qū)中在非晶相與結(jié)晶相之間 變相。非晶相的特征在于電阻率高于結(jié)晶相，且可容易地感測(cè)電阻差異以指示數(shù)據(jù)。為了達(dá)成高密度存儲(chǔ)器，需要較小的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)。然而，減小相變材料元件及/ 或電極的尺寸的嘗試可能會(huì)引起數(shù)據(jù)保留問(wèn)題。舉例而言，在被編程至在存儲(chǔ)元件的主動(dòng) 區(qū)中具有非晶相材料的高電阻狀態(tài)的存儲(chǔ)單元中，環(huán)境條件可能因主動(dòng)區(qū)的較小部分的重 新結(jié)晶而引起電阻漂移。當(dāng)電阻的漂移超出為經(jīng)編程的數(shù)據(jù)值指定的感測(cè)邊限(sensing margin)時(shí)，則數(shù)據(jù)遺失。在其它類型的可編程電阻存儲(chǔ)材料中可能出現(xiàn)類似問(wèn)題。因此，人們已研究出基于更新操作(如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中所遇到的更新操 作)來(lái)改良相變存儲(chǔ)器裝置的數(shù)據(jù)保留的方法。見Fuji的美國(guó)專利申請(qǐng)公開案第US 2006/0158948 Al 號(hào)。然而，仍然需要高效的技術(shù)來(lái)偵測(cè)需要更新的存儲(chǔ)單元(本文中稱之為邊限存儲(chǔ) 單元(margin cell))，并以正確的數(shù)據(jù)值來(lái)更新此類存儲(chǔ)單元。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于用邊限存儲(chǔ)單元偵測(cè)及更新程序來(lái)操作存 儲(chǔ)器裝置的方法，其中所述存儲(chǔ)器裝置包含可編程電阻存儲(chǔ)單元(諸如具有相變存儲(chǔ)元件 的存儲(chǔ)單元)陣列，以及耦接至所述陣列的一組感測(cè)放大器，感測(cè)放大器感測(cè)位線上的電 壓或電流變化，其中位線耦接至選定存儲(chǔ)單元。用于邊限存儲(chǔ)單元偵測(cè)及更新的方法包括 讀取選定存儲(chǔ)單元；測(cè)量在讀取期間與選定存儲(chǔ)單元的電阻相關(guān)的時(shí)間間隔；以及在測(cè)得 時(shí)間落入預(yù)定范圍內(nèi)的情況下致能更新程序。更新程序包含判定儲(chǔ)存于選定存儲(chǔ)單元中 的數(shù)據(jù)值；以及更新選定存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)值。可通過(guò)在位線上的電壓或電流跨越臨界值 的轉(zhuǎn)變的感測(cè)間隔內(nèi)，偵測(cè)時(shí)序(timing)，以測(cè)量所述時(shí)間間隔。偵測(cè)時(shí)序是由感測(cè)放大器 來(lái)操作?？赏ㄟ^(guò)以下方式來(lái)判定儲(chǔ)存于選定存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)值儲(chǔ)存第一參數(shù)，此第一 參數(shù)指示針對(duì)選定存儲(chǔ)單元測(cè)量出的時(shí)間間隔的長(zhǎng)度；將參考數(shù)據(jù)值寫入至選定存儲(chǔ)單 元；測(cè)量，此第二時(shí)間間隔在寫入?yún)⒖紨?shù)據(jù)值之后與選定存儲(chǔ)單元的電阻相關(guān)；儲(chǔ)存第二 參數(shù)，此第二參數(shù)指示第二時(shí)間間隔的長(zhǎng)度；以及將第一參數(shù)與第二參數(shù)進(jìn)行比較。在可編程電阻存儲(chǔ)單元包含具有對(duì)應(yīng)于第一數(shù)據(jù)值的設(shè)定狀態(tài)及對(duì)應(yīng)于第二數(shù) 據(jù)值的復(fù)位狀態(tài)的相變存儲(chǔ)元件的實(shí)施例中，參考數(shù)據(jù)值可為第一數(shù)據(jù)值或第二數(shù)據(jù)值。 在使用第一數(shù)據(jù)值(設(shè)定狀態(tài))的情況下，若第一參數(shù)比第二參數(shù)大預(yù)定量以上，則所述程
5序指示選定存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)值是第二數(shù)據(jù)值(復(fù)位狀態(tài))，否則指示選定存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù) 值是第一數(shù)據(jù)值。若選定存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)值被指示為第二數(shù)據(jù)值，則執(zhí)行將第二數(shù)據(jù)值寫 入至選定存儲(chǔ)單元的程序。在將第二數(shù)據(jù)值(復(fù)位狀態(tài))用作所述參考數(shù)據(jù)值的情況下， 若第一參數(shù)比第二參數(shù)小預(yù)定量以上，則所述程序指示選定存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)值是第一數(shù)據(jù) 值(設(shè)定狀態(tài))。若選定存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)值被指示為第一數(shù)據(jù)值，則執(zhí)行將第一數(shù)據(jù)值寫入 至選定存儲(chǔ)單元的程序。在一些實(shí)施例(其中存儲(chǔ)器裝置包含執(zhí)行用于將數(shù)據(jù)值寫入陣列中的寫入程序 的邏輯)中，寫入程序包含將第一數(shù)據(jù)值(設(shè)定狀態(tài))儲(chǔ)存于選定存儲(chǔ)單元中的設(shè)定程序， 以及將第二數(shù)據(jù)值(復(fù)位狀態(tài))儲(chǔ)存于選定存儲(chǔ)單元中的復(fù)位程序。用于正常寫入操作的 設(shè)定程序及復(fù)位程序的特征在于設(shè)定偏壓配置及復(fù)位偏壓配置。更新選定存儲(chǔ)單元中的第 一數(shù)據(jù)值的更新設(shè)定程序可包含施加更新設(shè)定偏壓配置，其不同于正常寫入模式下所施加 的設(shè)定偏壓配置。同樣，更新選定存儲(chǔ)單元中的第二數(shù)據(jù)值的更新復(fù)位程序可包含施加更 新復(fù)位偏壓配置，其不同于正常寫入模式下所施加的復(fù)位偏壓配置?？墒┘佑糜诟聫?fù)位 及設(shè)定的不同偏壓配置，其具有較高的功率或較長(zhǎng)的脈沖，以便致能對(duì)使用正常寫入模式 偏壓配置難以編程的存儲(chǔ)單元的復(fù)位或設(shè)定。在本文所描述的一個(gè)實(shí)施例中，控制器通過(guò)執(zhí)行包含以下步驟的程序來(lái)判定儲(chǔ)存 于選定存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)值儲(chǔ)存邊限存儲(chǔ)單元的初始電阻；將選定存儲(chǔ)單元設(shè)定為設(shè)定 狀態(tài)；測(cè)量設(shè)定狀態(tài)電阻；將選定存儲(chǔ)單元復(fù)位為復(fù)位狀態(tài)；測(cè)量復(fù)位狀態(tài)電阻；以及在初 始電阻較接近于設(shè)定狀態(tài)電阻而非較接近復(fù)位狀態(tài)電阻的情況下，則指示選定存儲(chǔ)單元的 數(shù)據(jù)值是第一數(shù)據(jù)值，否則指示選定存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)值是第二數(shù)據(jù)值。設(shè)定步驟及復(fù)位步 驟可以任一次序執(zhí)行。 此外，揭露一種存儲(chǔ)器裝置，其包含用以進(jìn)行上述程序的電路。所述存儲(chǔ)器裝置包 含由可編程電阻存儲(chǔ)單元構(gòu)成的陣列；耦接至所述陣列的一組感測(cè)放大器，其感測(cè)位線 上的電壓或電流在感測(cè)間隔內(nèi)的變化，其中位線耦接至選定存儲(chǔ)單元；定時(shí)器電路，其耦接 至所述陣列，所述定時(shí)器電路測(cè)量與對(duì)應(yīng)選定存儲(chǔ)單元的電阻相關(guān)的時(shí)間間隔；邏輯，其響 應(yīng)于針對(duì)選定存儲(chǔ)單元測(cè)量出的時(shí)間，在測(cè)得時(shí)間落入預(yù)定范圍時(shí)致能更新邏輯。如上所 述，所述更新邏輯包含判定儲(chǔ)存于選定存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)值且更新所述選定存儲(chǔ)單元中的 數(shù)據(jù)值的邏輯。在審閱以下圖式、詳細(xì)描述及權(quán)利要求范圍后，可看出本發(fā)明的其它態(tài)樣及優(yōu)點(diǎn)。


圖1為集成電路(具有執(zhí)行邊限存儲(chǔ)單元偵測(cè)及更新程序的邏輯的可編程電阻存 儲(chǔ)器裝置)的簡(jiǎn)化方塊圖。圖2為具有適合用于如圖1所示的裝置中的相變存儲(chǔ)元件的先前技術(shù)的可編程電 阻存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化圖。圖3為繪示在理想情況下當(dāng)無(wú)邊限存儲(chǔ)單元時(shí)可編程電阻存儲(chǔ)單元的高電阻狀 態(tài)及低電阻狀態(tài)的電阻的機(jī)率分布的曲線圖。圖4為繪示在存在邊限存儲(chǔ)單元的情況下可編程電阻存儲(chǔ)單元的高電阻狀態(tài)及 低電阻狀態(tài)的電阻的機(jī)率分布的曲線圖。
圖5為適合用于本文所述的裝置中的先前技術(shù)的感測(cè)放大器電路的電路圖。圖6為繪示可編程電阻存儲(chǔ)單元的高電阻狀態(tài)及低電阻狀態(tài)的感測(cè)時(shí)間的機(jī)率 分布的曲線圖。圖7為包含用于邊限存儲(chǔ)單元偵測(cè)及更新的電路的存儲(chǔ)器裝置的方塊圖。圖8為用于邊限存儲(chǔ)單元偵測(cè)及更新的第一替代程序的流程圖。圖9為用于邊限存儲(chǔ)單元偵測(cè)及更新的第二替代程序的流程圖。圖10為用于邊限存儲(chǔ)單元偵測(cè)及更新的第三替代程序的流程圖。圖11為用于邊限存儲(chǔ)單元偵測(cè)及更新的第四替代程序的流程圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明10:『傘型』存儲(chǔ)單元11 第一電極12:介電質(zhì)13 存儲(chǔ)元件14:第二電極15 主動(dòng)區(qū)38:選定存儲(chǔ)單元39、51、120:位線40 負(fù)載晶體管41 箝制晶體管42、52 感測(cè)放大器43 前邊緣44 后邊緣50 存儲(chǔ)器陣列52 譯碼器54:參考電壓55:鎖存器56 計(jì)數(shù)器57、134:控制器58 緩存器集100、100'低電阻狀態(tài)102、102'高電阻狀態(tài)103:參考電平110:集成電路112:存儲(chǔ)器陣列114:字線譯碼器116:字線118:位線(行)譯碼器122 總線124:感測(cè)電路
125邊限存儲(chǔ)單元偵測(cè)電路
126數(shù)據(jù)總線
128數(shù)據(jù)輸入線
130其它電路
132數(shù)據(jù)輸出線
136偏壓電路電壓與電流源
200 313 步驟CBL 電容器DOUT 輸出數(shù)據(jù)MRG 邊限存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)R 存儲(chǔ)單元電阻R1 最大電阻R2:最小電阻RpIVRpioRps 參數(shù)SEN 感測(cè)致能信號(hào)Ta 指定最大時(shí)間TB:指定最小時(shí)間Vbias 偏壓VBl:位線上的電壓Vcell 感測(cè)節(jié)點(diǎn)處的電壓VLD 有效數(shù)據(jù)Vkef 參考電壓
具體實(shí)施例方式參看圖1至圖11提供對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述。圖1為集成電路110的簡(jiǎn)化方塊圖，集成電路110包含使用可編程電阻存儲(chǔ)單元 實(shí)施的存儲(chǔ)器陣列112，可編程電阻存儲(chǔ)單元諸如為具有相變存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)單元。字線譯 碼器114耦接至多個(gè)字線116且與之電連通，所述多個(gè)字線116沿存儲(chǔ)器陣列112中的列 配置。位線(行)譯碼器118與多個(gè)位線120電連通，所述多個(gè)位線120沿存儲(chǔ)器陣列112 中的行配置，用于將存儲(chǔ)器陣列112中的選定存儲(chǔ)單元耦接至感測(cè)電路124中的感測(cè)放大 器。在總線122上將地址供應(yīng)至字線譯碼器114及位線譯碼器118。感測(cè)電路124(包含感 測(cè)放大器及數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu))經(jīng)由數(shù)據(jù)總線126耦接至位線譯碼器118。經(jīng)由數(shù)據(jù)輸入線128 將數(shù)據(jù)自集成電路110上的輸入/輸出端，或自集成電路110內(nèi)部或外部的其它數(shù)據(jù)源，供 應(yīng)至感測(cè)電路124中的數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu)。集成電路110上可包含其它電路130，諸如通用處理 器或?qū)Ｓ脩?yīng)用電路，或提供由存儲(chǔ)器陣列112支持的芯片上系統(tǒng)(system-on-a-chip)功能 性的模塊組合。經(jīng)由數(shù)據(jù)輸出線132將數(shù)據(jù)自感測(cè)電路124中的感測(cè)放大器供應(yīng)至集成電 路110上的輸入/輸出端，或供應(yīng)至或集成電路110內(nèi)部或外部的其它數(shù)據(jù)目的地。在此 實(shí)例中，邊限存儲(chǔ)單元偵測(cè)電路125與感測(cè)電路124耦接。在此實(shí)例中使用執(zhí)行下述程序的狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)施控制器134，控制器134控制偏壓電路電壓與電流源136，以施加用于具有邊限偵測(cè)的讀取模式、寫入模式及更新寫入模式的 偏壓配置?？墒褂萌绱隧?xiàng)技術(shù)中已知的專用邏輯電路來(lái)實(shí)施控制器134。在替代實(shí)施例 中，控制器134包括通用處理器，其可實(shí)施于同一集成電路上，以執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序來(lái)控制裝 置的操作。在另外其它實(shí)施例中，可利用專用邏輯電路與通用處理器的組合來(lái)實(shí)施控制器 134?？墒褂萌缭诖隧?xiàng)技術(shù)中為標(biāo)準(zhǔn)的具有分壓器及電荷泵的電源輸入、電流源電路、 脈沖整形電路、時(shí)序電路及電壓與電流開關(guān)來(lái)實(shí)施方塊136中的偏壓電路電壓與電流源。在操作中，存儲(chǔ)器陣列112中的存儲(chǔ)單元中的每一者儲(chǔ)存由對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)元件的電阻 表示的數(shù)據(jù)?？?例如)通過(guò)感測(cè)電路124中的感測(cè)放大器將選定存儲(chǔ)單元的位線上的電 壓或電流與合適的參考電流或電壓進(jìn)行比較來(lái)判定數(shù)據(jù)值?？蓪⒖茧妷夯螂娏鞔_立為在 對(duì)應(yīng)于諸如邏輯『0』的數(shù)據(jù)值的預(yù)定范圍與對(duì)應(yīng)于諸如邏輯『1』的數(shù)據(jù)值的一不同預(yù)定范 圍之間。因此，可通過(guò)將包含合適電壓的偏壓配置施加至字線中的一者且將位線中的一者 耦接至電壓源而使得電流流經(jīng)選定存儲(chǔ)單元，以達(dá)成對(duì)存儲(chǔ)器陣列112的存儲(chǔ)單元的讀取 或?qū)懭?。寫入模式包含?duì)相變存儲(chǔ)器的設(shè)定程序及復(fù)位程序。在對(duì)相變存儲(chǔ)單元的復(fù)位操 作的偏壓配置中，字線譯碼器114促進(jìn)向字線提供合適的電壓脈沖，以接通存儲(chǔ)單元的存 取晶體管。位線譯碼器118促進(jìn)將具有合適振幅及持續(xù)時(shí)間的電壓脈沖供應(yīng)至位線，以引 起電流流經(jīng)存儲(chǔ)元件，所述電流使存儲(chǔ)元件的主動(dòng)區(qū)的溫度上升至高于相變材料的轉(zhuǎn)變溫 度，且亦高于熔化溫度，從而使主動(dòng)區(qū)的相變材料處于液態(tài)。接著，例如通過(guò)使位線上及字 線上的電壓脈沖終止來(lái)使電流終止，從而在主動(dòng)區(qū)冷卻至高電阻大體非晶相時(shí)產(chǎn)生相對(duì)較 快的驟冷(quenching)時(shí)間，以確立存儲(chǔ)單元中的高電阻復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位操作亦可包括一 個(gè)以上脈沖，例如使用一對(duì)脈沖。在對(duì)相變存儲(chǔ)單元的設(shè)定操作的偏壓配置中，字線譯碼器114促進(jìn)向字線提供合 適的電壓脈沖，以接通存儲(chǔ)單元的存取晶體管。位線譯碼器118促進(jìn)將具有合適振幅及持 續(xù)時(shí)間的電壓脈沖供應(yīng)至位線，以引起電流流經(jīng)存儲(chǔ)元件，所述電流脈沖足以使主動(dòng)區(qū)的 溫度上升至高于轉(zhuǎn)變溫度，且致使主動(dòng)區(qū)中自高電阻大體非晶相轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娮璐篌w結(jié)晶 相，此轉(zhuǎn)變使所有存儲(chǔ)元件的電阻降低，且將存儲(chǔ)單元設(shè)定為低電阻狀態(tài)。在存儲(chǔ)單元的讀取模式下，字線譯碼器114促進(jìn)向字線提供合適的電壓脈沖，以 接通存儲(chǔ)單元的存取晶體管。位線譯碼器118促進(jìn)將具有合適振幅及持續(xù)時(shí)間的電壓供應(yīng) 至位線，以引起電流流經(jīng)存儲(chǔ)元件，所述電流不會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)元件經(jīng)受電阻狀態(tài)變化。位線上 且經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)單元的電流取決于存儲(chǔ)單元的電阻，且因此取決于與存儲(chǔ)單元相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)狀 態(tài)。因此，可通過(guò)偵測(cè)存儲(chǔ)單元的電阻是對(duì)應(yīng)于高電阻狀態(tài)還是對(duì)應(yīng)于低電阻狀態(tài)(例如 通過(guò)感測(cè)電路124的感測(cè)放大器將對(duì)應(yīng)位線上的電壓或電流與合適的參考電壓或電流進(jìn) 行比較)來(lái)判定存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)狀態(tài)。在本文所述的實(shí)例中，邊限存儲(chǔ)單元偵測(cè)電路125 與讀取模式配合操作。在更新模式下，控制器134中的控制電路執(zhí)行下文更詳細(xì)描述的程序。圖2說(shuō)明具有相變存儲(chǔ)元件的代表性先前技術(shù)的可編程電阻存儲(chǔ)單元。圖2所示 的實(shí)例結(jié)構(gòu)被稱為『傘型(mushroom type)』存儲(chǔ)單元10，其具有延伸穿過(guò)介電質(zhì)12的第
9一電極11、包括相變材料的主體的存儲(chǔ)元件13及位于存儲(chǔ)元件13上的第二電極14。第一 電極11耦接至存取裝置(未圖標(biāo))(諸如二極管或晶體管)的端子，而第二電極14耦接至 位線，且可為位線(未圖標(biāo))的一部分。第一電極11的寬度小于第二電極14及存儲(chǔ)元件 13的寬度，從而在相變材料的主體與第一電極11之間形成較小的接觸面積，并在相變材料 的主體與第二電極14之間形成相對(duì)較大的接觸面積，使得用經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)元件13的較小的絕 對(duì)電流值實(shí)現(xiàn)較高的電流密度。因?yàn)榈谝浑姌O11處的較小接觸面積，電流密度在鄰近第一 電極11的區(qū)域內(nèi)的操作中為最大，從而致使主動(dòng)區(qū)15具有『傘』形狀，如圖所示。在本文 所述的裝置中，可利用其它類型的相變存儲(chǔ)元件，諸如小孔型元件、橋型元件、通孔型元件寸寸。在主動(dòng)區(qū)的成分自非晶相變?yōu)榻Y(jié)晶相(或反之亦然)時(shí)，具有相變存儲(chǔ)元件的存 儲(chǔ)單元可能以微小的增量或在經(jīng)過(guò)主動(dòng)區(qū)的細(xì)絲(filament)中遭受電阻漂移，此取決于 環(huán)境因素。電阻漂移的速率取決于若干因素，其包含陣列上的結(jié)構(gòu)的變化、存儲(chǔ)單元中的制 造缺陷以及裝置所暴露于的環(huán)境條件。代表性實(shí)施例中所使用的相變材料可由摻雜有氧化硅的G2S2T5組成。亦可使用其 它包含硫族化合物的相變合金。硫族元素包含形成周期表中的VIA族的一部分的四種元素 氧(0)、硫(S)、硒(Se)及碲(Te)中的任一者。硫族化合物包括硫族元素與較強(qiáng)正電性的 元素或自由基的化合物。硫族化合物合金包括硫族化合物與其它材料(諸如過(guò)渡金屬)的 組合。硫族化合物合金通常含有來(lái)自元素周期表的IVA族的一或多種元素，諸如鍺(Ge)及 錫(Sn)。通常，硫族化合物合金包含包括以下各項(xiàng)中之一或多者的組合銻(Sb)、鎵(Ga)、 銦(In)及銀(Ag)。技術(shù)文獻(xiàn)中已描述了許多基于相變的存儲(chǔ)材料，包含以下各項(xiàng)的合金 Ga/Sb、In/Sb、In/Se、Sb/Te、Ge/Te、Ge/Sb/Te、In/Sb/Te、Ga/Se/Te、Sn/Sb/Te、In/Sb/Ge、 Ag/In/Sb/Te、Ge/Sn/Sb/Te、Ge/Sb/Se/Te 及 Te/Ge/Sb/S。在 Ge/Sb/Te 合金族中，許多合金 成分可為可使用的。所述成分可表征為TeaGebSb1(lMa+b)。一位研究者已將最有用的合金描 述為沉積的材料中Te的平均濃度低于70%，通常低于約60%，且一般自低至約23%至高達(dá) 約58 %，且最佳約48 %至58 %，的Te變動(dòng)。Ge在材料內(nèi)的濃度高于約5 %，且自約8 %的低 值至約30%的平均值變動(dòng)，大體上保持低于50%。更佳的是，Ge的濃度自約8%至約40% 變動(dòng)。此成分中主要組成元素的其余部分為Sb。上述百分比為原子百分比，其總共構(gòu)成組 成元素的原子的100%。(Ovshinsky的第5，687，112號(hào)專利，第10至11欄)。另一位研 究者評(píng)估的特定合金包含 Ge2Sb2Te5、GeSb2Te4 及 GeSb4Te7 (Noboru Yamada,『Potential of Ge-Sb-Te Phase-Change OpticalDisks for High-Data-Rate Recording』， SPIE v.3109, 第28至37頁(yè)(1997))。更一般而言，諸如鉻(Cr)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈮(Nb)、鈀(Pd)、鉬 (Pt)及其混合物或合金等過(guò)渡金屬可與Ge/Sb/Te組合，以形成具有可編程電阻特性的相 變合金。在Ovshinsky的'112專利中第11至13欄處給出可能有用的存儲(chǔ)材料的具體實(shí) 例，所述實(shí)例以引用的方式并入本文中。在一些實(shí)施例中，硫族化合物及其它相變材料摻雜 有雜質(zhì)，以使用經(jīng)摻雜的硫族化合物來(lái)修改存儲(chǔ)元件的導(dǎo)電性、轉(zhuǎn)變溫度、熔化溫度及其它 特性。用于摻雜硫族化合物的代表性雜質(zhì)包含氮、硅、氧、二氧化硅、氮化硅、銅、銀、金、鋁、 氧化鋁、鉭、氧化鉭、氮化鉭、鈦及氧化鈦。見(例如)美國(guó)專利第6，800，504號(hào)及美國(guó)專利 申請(qǐng)公開案第US 2005/0029502號(hào)。代表性硫族化合物材料可具有如下表征的總體化學(xué)計(jì)量GexSbyTez，其中χ y ζ = 2 2 5。可以χ :0 5 ;y :0 5 ;z :0 10來(lái)使用其它成分。亦可使用 具有諸如N-、Si-、Ti-摻雜或其它元素?fù)诫s的GeSbTe。這些材料可通過(guò)在1毫托(mtorr) 至100毫托的壓力下使用Ar、N2及/或He等反應(yīng)氣體及硫族化合物的PVD濺射或磁控濺 射來(lái)形成。通常在室溫下進(jìn)行沉積?？墒褂酶邔挶?aspect ratio)為1 5的準(zhǔn)直儀 (collimator)來(lái)改良填充(fill-in)效能。為改良填充效能，亦使用數(shù)十伏特至數(shù)百伏特 的DC偏壓。此外，可同時(shí)使用DC偏壓與準(zhǔn)直儀的組合。有時(shí)需要使用真空或N2環(huán)境的沉 積后退火處理，以改良硫族化合物材料的結(jié)晶態(tài)。退火溫度的范圍通常在100°C至400°C， 退火時(shí)間少于30分鐘。硫族化合物材料的厚度取決于存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。一般而言，厚度大于8nm的 硫族化合物材料可具有使材料展現(xiàn)出至少兩種穩(wěn)定電阻狀態(tài)的相變特征，盡管較薄的膜層 可能適合于一些實(shí)施例。對(duì)于使用GST或類似硫族化合物來(lái)實(shí)施的存儲(chǔ)單元，用于實(shí)施電極的合適材料包 含TiN、TaN, W及經(jīng)摻雜的Si?；蛘?，電極為TiAlN或TaAIN，或?qū)τ谄渌鼘?shí)例，包括選自由 Ti、W、Mo、Al、Ta、Cu、Pt、Ir、La、Ni及Ru組成的群組的一或多種元素及其合金。本文所述的技術(shù)亦可應(yīng)用于其它類型的可編程電阻材料，諸如具有使用NixOy ； TixOy ；AlxOy ；WxOy ；ZnxOy ；ZrxOy ；CuxOy (χ :0 1 ;y :0 1)、巨磁阻(colossal magneto resistance, CMR)材料(如 PrxCayMnO3 (χ :0 1 ;y :0 1))、聚合物材料(如具有 Cu、C60、 Ag等摻雜的TCNQ)及與PCBM-TCNQ混合的聚合物的金屬氧化物存儲(chǔ)元件的裝置。圖3為繪示諸如圖2所示的可編程電阻存儲(chǔ)器裝置的可編程電阻存儲(chǔ)器裝置中的 低電阻狀態(tài)100及高電阻狀態(tài)102的理想機(jī)率分布的啟發(fā)式曲線圖。如圖所示，低電阻狀 態(tài)100的分布的最大電阻R1比高電阻狀態(tài)102的分布的最小電阻R2小了顯著的幅度。可 使用參考電平103來(lái)在所述兩種狀態(tài)之間可靠地進(jìn)行區(qū)分。圖4為繪示相變存儲(chǔ)單元的低電阻狀態(tài)100'及高電阻狀態(tài)102'的更實(shí)際的機(jī) 率分布的啟發(fā)式曲線圖。當(dāng)電阻值漂移時(shí)，處于低電阻狀態(tài)100'的若干存儲(chǔ)單元的電阻 將大于R1，而處于高電阻狀態(tài)102'的若干存儲(chǔ)單元的電阻將小于R2。當(dāng)處于低電阻狀態(tài) 100'的存儲(chǔ)單元的電阻高于參考電平103時(shí)，存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)值遺失。同樣，當(dāng)處于高電 阻狀態(tài)102'的存儲(chǔ)單元的電阻低于參考電平103時(shí)，數(shù)據(jù)遺失。需要在數(shù)據(jù)遺失前偵測(cè)出 電阻接近參考值的邊限存儲(chǔ)單元。圖5說(shuō)明先前技術(shù)的感測(cè)放大器的基本組態(tài)。圖5所示的實(shí)施例包含負(fù)載晶體管 40及箝制(clamp)晶體管41。偏壓Vbias由參考電壓電路產(chǎn)生，且被施加至箝制晶體管41 的柵極。箝制晶體管41的源極經(jīng)由未圖標(biāo)的譯碼電路耦接至選定存儲(chǔ)單元。位線電容由 電容器表示。選定存儲(chǔ)單元38耦接至位線39。負(fù)載晶體管40與箝制晶體管41之間的 感測(cè)節(jié)點(diǎn)耦接至感測(cè)放大器42。感測(cè)致能信號(hào)SEN被施加至感測(cè)放大器42，以定義對(duì)選定 存儲(chǔ)單元的讀取操作的感測(cè)間隔。在此實(shí)例中，感測(cè)間隔在預(yù)充電程序之后。當(dāng)位線上的 電壓V皿達(dá)到約為箝制晶體管41上低于偏壓VbiasW臨界電壓降的電平時(shí)，箝制晶體管41開 始斷開并減少電流。通過(guò)使感測(cè)節(jié)點(diǎn)處的電壓穩(wěn)定于目標(biāo)值來(lái)達(dá)成動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)， 預(yù)充電步驟完成，且位線已準(zhǔn)備好進(jìn)行感測(cè)。在存取存儲(chǔ)單元后，存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)影響節(jié)點(diǎn)處 的電壓V。·，致使所述電壓在選定存儲(chǔ)單元具有低電阻狀態(tài)的情況下較選定存儲(chǔ)單元具有 高電阻狀態(tài)的情況更加快速地向下移動(dòng)。以一足夠低的值來(lái)確立施加至感測(cè)放大器42的參考電壓Vkef，以使得在處于低電阻狀態(tài)的存儲(chǔ)單元的感測(cè)間隔結(jié)束之前，在感測(cè)間隔期間 經(jīng)過(guò)選定存儲(chǔ)單元的電流將感測(cè)節(jié)點(diǎn)處的電壓拉至低于參考電壓VKEF。可用多種方式來(lái)對(duì)圖5中的感測(cè)放大器操作的感測(cè)間隔進(jìn)行計(jì)時(shí)。在代表性系統(tǒng) 中，感測(cè)致能信號(hào)SEN具有前邊緣43，前邊緣43是相對(duì)于使用地址轉(zhuǎn)變偵測(cè)ADT電路在讀 取程序期間偵測(cè)到地址輸入的轉(zhuǎn)變而計(jì)時(shí)的。感測(cè)致能信號(hào)SEN的后邊緣44是基于存儲(chǔ) 器陣列的特性而選擇的，且定義感測(cè)間隔的長(zhǎng)度。感測(cè)間隔必須足夠長(zhǎng)，以可靠地感測(cè)選定 存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)值。因此，感測(cè)間隔必須足夠長(zhǎng)，以使感測(cè)節(jié)點(diǎn)處的電壓Vc皿下降至低于 具有在低電阻狀態(tài)的窗內(nèi)的電阻的所有存儲(chǔ)單元的參考電壓Vkef加上某一差數(shù)。存在許多 種感測(cè)放大器設(shè)計(jì)可與本發(fā)明一起使用，其中圖5中的感測(cè)放大器為一個(gè)基本實(shí)例。存在 電流模式感測(cè)放大器、差異感測(cè)放大器、鎖存(latching)感測(cè)放大器等等，其全部可用以 與本發(fā)明一起使用。此外，如此項(xiàng)技術(shù)中已知，可應(yīng)用多種位線預(yù)充電及偏壓電路。圖6為繪示對(duì)應(yīng)于相變存儲(chǔ)單元的低電阻狀態(tài)100"及高電阻狀態(tài)102"的感測(cè) 時(shí)間的機(jī)率分布的啟發(fā)式曲線圖。如與圖4相比可看出，感測(cè)節(jié)點(diǎn)上的電壓到達(dá)參考電壓 Vkef并觸發(fā)感測(cè)放大器輸出中的轉(zhuǎn)變所需的時(shí)間與選定存儲(chǔ)單元的電阻相關(guān)。使用如圖5 所示的感測(cè)放大器，位線上的電壓或電流下降至低于參考電壓，并致使感測(cè)放大器的輸出 發(fā)生轉(zhuǎn)變所花費(fèi)的時(shí)間與存儲(chǔ)單元的電阻相關(guān)。因此，對(duì)于處于低電阻狀態(tài)100"的存儲(chǔ)單 元，存在一指定最大時(shí)間Ta(與圖3的R1對(duì)應(yīng))，在此時(shí)間內(nèi)，應(yīng)發(fā)生感測(cè)放大器轉(zhuǎn)變。對(duì) 于處于高電阻狀態(tài)102"的存儲(chǔ)單元，存在一指定最小時(shí)間Tb (與圖3的R2對(duì)應(yīng))，在此時(shí) 間內(nèi)，應(yīng)發(fā)生感測(cè)放大器轉(zhuǎn)變。如本文所述，對(duì)發(fā)生感測(cè)放大器轉(zhuǎn)變所花費(fèi)的時(shí)間的測(cè)量可 用于偵測(cè)在R1 (指定最大時(shí)間Ta)與&(指定最小時(shí)間Tb)之間的差數(shù)內(nèi)操作的存儲(chǔ)單元。圖7說(shuō)明集成電路上與圖1的集成電路上的邊限存儲(chǔ)單元偵測(cè)電路125對(duì)應(yīng)的電 路，所述電路用于偵測(cè)邊限存儲(chǔ)單元，且除此之外亦用于判定邊限存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)值且更 新所述數(shù)據(jù)值。在此實(shí)施例中，存儲(chǔ)器陣列50通過(guò)位線51經(jīng)由譯碼器52而耦接至感測(cè)放 大器53。參考電壓54亦耦接至感測(cè)放大器53。感測(cè)致能信號(hào)SEN耦接至感測(cè)放大器53， 且在讀取操作期間，允許感測(cè)放大器53向鎖存器55提供輸出數(shù)據(jù)Dqut。在此實(shí)施例中，計(jì) 數(shù)器56或其它計(jì)時(shí)電路耦接至感測(cè)致能信號(hào)SEN，且耦接至感測(cè)放大器53的輸出。將一時(shí) 鐘應(yīng)用于計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器允許相對(duì)于感測(cè)間隔的長(zhǎng)度的高速計(jì)數(shù)。舉例而言，對(duì)于寬度 為50納秒的感測(cè)間隔，可提供在100兆赫(megahertz)至1千兆赫(gigahertz)的范圍內(nèi) 操作的計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器在感測(cè)致能信號(hào)SEN的前邊緣上開始計(jì)數(shù)，且在偵測(cè)到感測(cè)放大器 53的輸出上的轉(zhuǎn)變后停止計(jì)數(shù)。儲(chǔ)存于計(jì)數(shù)器中的值指示感測(cè)選定存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)值 的時(shí)間間隔，且亦指示所述存儲(chǔ)單元的電阻值。接著，可對(duì)儲(chǔ)存于計(jì)數(shù)器中的值進(jìn)行譯碼， 并將其供應(yīng)至控制器57，諸如圖1的控制器134，以指示有效數(shù)據(jù)VLD或邊限存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù) MRG。舉例而言，若指示針對(duì)選定存儲(chǔ)單元而測(cè)量出的時(shí)間間隔的計(jì)數(shù)器值超出預(yù)定的最小 值，則計(jì)數(shù)器的輸出指示邊限存儲(chǔ)單元。舉例而言，可將低電阻狀態(tài)的有效數(shù)據(jù)指定為在長(zhǎng) 度為50納秒的感測(cè)間隔的前30納秒內(nèi)引起轉(zhuǎn)變。當(dāng)在50納秒感測(cè)間隔的后20納秒內(nèi)發(fā) 生轉(zhuǎn)變時(shí)，指示邊限存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)?？蓪⒏唠娮锠顟B(tài)的有效數(shù)據(jù)指定為在感測(cè)間隔中未偵 測(cè)到轉(zhuǎn)變的情況。此外，可使用其它類型的用于測(cè)量與選定存儲(chǔ)單元的電阻相關(guān)的時(shí)間間 隔的電路，其中包含模擬定時(shí)器，諸如基于具有用于儲(chǔ)存結(jié)果的取樣與保持電路的集成電 路的定時(shí)器。當(dāng)使用模擬定時(shí)器時(shí)，控制器57可包含模擬比較器。
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圖7所示的電路亦包含緩存器集(register set)58。若控制器57偵測(cè)到選定存 儲(chǔ)單元為邊限存儲(chǔ)單元，則控制器57執(zhí)行判定儲(chǔ)存于選定存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)值的程序，下 文參看圖8至圖10描述所述程序的代表程序。作為下文所描述的程序的一部分，緩存器集 58諸如通過(guò)儲(chǔ)存計(jì)數(shù)器的在讀取期間偵測(cè)到的輸出來(lái)儲(chǔ)存參數(shù)R1，參數(shù)R1表示初始電阻。 緩存器集58用于儲(chǔ)存參數(shù)RP，參數(shù)Rp表示在下述程序期間被編程為預(yù)定的狀態(tài)(諸如高 電阻狀態(tài)或低電阻狀態(tài))的選定存儲(chǔ)單元的測(cè)得電阻。控制器57使用參數(shù)RpRp來(lái)判定用 于更新操作的邊限存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)值。亦可將其它參數(shù)儲(chǔ)存于緩存器集中。圖8說(shuō)明基于對(duì)邊限存儲(chǔ)單元的破壞性(destructive)讀取的第一實(shí)例程序，其 可在使用圖7的電路偵測(cè)到邊限存儲(chǔ)單元后由控制器57執(zhí)行。控制器57所執(zhí)行的程序首 先判定是否偵測(cè)到邊限存儲(chǔ)單元(步驟200)。若未偵測(cè)到邊限存儲(chǔ)單元，則程序循環(huán)以等 待此偵測(cè)。若偵測(cè)到邊限存儲(chǔ)單元，則控制器諸如通過(guò)運(yùn)行第二讀取程序來(lái)致使一程序判 定選定存儲(chǔ)單元的初始電阻(參數(shù)RI)(步驟201)，且將指示所述電阻的參數(shù)(諸如計(jì)數(shù)器 的輸出)儲(chǔ)存于緩存器集58中(步驟202)。或者，可利用偵測(cè)到邊限存儲(chǔ)單元的初始讀取 程序來(lái)供應(yīng)參數(shù)民。接下來(lái)，控制器57通過(guò)施加復(fù)位偏壓配置而致使所述程序復(fù)位所述存 儲(chǔ)單元(步驟203)。復(fù)位偏壓配置可為用于在正常寫入操作中復(fù)位所述存儲(chǔ)單元的偏壓配 置。在復(fù)位存儲(chǔ)單元之后，再次讀取存儲(chǔ)單元電阻(步驟204)。可使用正常讀取程序或替 代讀取程序來(lái)執(zhí)行此程序，在替代讀取程序中，感測(cè)間隔被延長(zhǎng)以允許對(duì)較高時(shí)序值的讀 取而使邊限延伸至更接近于高電阻狀態(tài)范圍。參數(shù)Rp可為感測(cè)間隔內(nèi)的時(shí)間，或可在最大 值處(指示感測(cè)間隔中未偵測(cè)到轉(zhuǎn)變)飽和。將指示復(fù)位存儲(chǔ)單元的電阻的參數(shù)Rp儲(chǔ)存 于緩存器集58中(步驟205)。接下來(lái)，將參數(shù)R1與Rp進(jìn)行比較(步驟206)。若R1遠(yuǎn)小 于Rp (此可通過(guò)判定所述參數(shù)之間的差異是否大于預(yù)定值來(lái)偵測(cè))，則判定邊限存儲(chǔ)單元的 數(shù)據(jù)值為對(duì)應(yīng)于設(shè)定狀態(tài)或低電阻狀態(tài)的值(步驟207)。在此情況下，控制器57通過(guò)確立 存儲(chǔ)單元中的經(jīng)再新數(shù)據(jù)值來(lái)致使一程序設(shè)定所述存儲(chǔ)單元(步驟208)。此時(shí)，針對(duì)設(shè)定 狀態(tài)存儲(chǔ)單元完成了更新程序(步驟209)。若在步驟206處，偵測(cè)到參數(shù)R1并非遠(yuǎn)小于參 數(shù)RP，則判定邊限存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)值為對(duì)應(yīng)于復(fù)位狀態(tài)或高電阻狀態(tài)的值(步驟210)。此 時(shí)，針對(duì)復(fù)位狀態(tài)存儲(chǔ)單元完成了更新程序(步驟209)。圖9說(shuō)明可由控制器57在使用圖7的電路偵測(cè)邊限存儲(chǔ)單元之后執(zhí)行的第二實(shí) 例程序，其關(guān)鍵在于設(shè)定程序并非如圖8的步驟203中所使用的復(fù)位程序?？刂破?7所執(zhí) 行的程序首先判定是否偵測(cè)到邊限存儲(chǔ)單元(步驟210)。若未偵測(cè)到邊限存儲(chǔ)單元，則程 序循環(huán)以等待此偵測(cè)。若偵測(cè)到邊限存儲(chǔ)單元，則控制器諸如通過(guò)運(yùn)行讀取程序來(lái)致使所 述程序讀取選定存儲(chǔ)單元的初始電阻(參數(shù)RI)(步驟211)，且將指示所述電阻的參數(shù)(諸 如計(jì)數(shù)器的輸出)儲(chǔ)存于緩存器集58中(步驟212)?；蛘撸衫脗蓽y(cè)到邊限存儲(chǔ)單元的 初始讀取程序來(lái)供應(yīng)參數(shù)民。接下來(lái)，控制器57通過(guò)施加設(shè)定偏壓配置來(lái)致使一程序來(lái)設(shè) 定所述存儲(chǔ)單元(步驟213)。設(shè)定偏壓配置可為用于在正常操作中設(shè)定所述存儲(chǔ)單元的偏 壓配置。在設(shè)定存儲(chǔ)單元之后，再次讀取存儲(chǔ)單元電阻(步驟214)。可使用正常讀取程序 或替代讀取程序來(lái)執(zhí)行此程序，在替代讀取程序中，感測(cè)間隔被延長(zhǎng)以允許較高時(shí)序值的 讀取。將指示設(shè)定存儲(chǔ)單元的電阻的參數(shù)Rp儲(chǔ)存于緩存器集58中(步驟215)。接下來(lái)， 將參數(shù)R1與Rp進(jìn)行比較(步驟216)。若參數(shù)R1遠(yuǎn)小于參數(shù)Rp(此可通過(guò)判定所述參數(shù)之 間的差異是否大于預(yù)定值來(lái)偵測(cè))，則判定邊限存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)值為對(duì)應(yīng)于復(fù)位狀態(tài)或高電阻狀態(tài)的值(步驟217)。在此情況下，控制器57通過(guò)確立存儲(chǔ)單元中的經(jīng)更新數(shù)據(jù)值來(lái) 致使所述程序復(fù)位所述存儲(chǔ)單元(步驟218)。此時(shí)，針對(duì)復(fù)位狀態(tài)存儲(chǔ)單元完成了更新程 序(步驟219)。若在步驟206處，偵測(cè)到參數(shù)R1并非遠(yuǎn)小于參數(shù)RP，則判定邊限存儲(chǔ)單元 的數(shù)據(jù)值為對(duì)應(yīng)于設(shè)定狀態(tài)或低電阻狀態(tài)的值(步驟210)。此時(shí)，針對(duì)設(shè)定狀態(tài)存儲(chǔ)單元 完成了更新程序(219)。圖10說(shuō)明可由控制器57在使用圖7的電路偵測(cè)邊限存儲(chǔ)單元之后執(zhí)行的第三實(shí) 例程序，其中更新操作對(duì)更新設(shè)定程序及更新復(fù)位程序兩者均使用偏壓配置，所述偏壓配 置不同于用于正常模式設(shè)定程序及復(fù)位程序的偏壓配置。替代實(shí)施例可僅對(duì)設(shè)定與更新設(shè) 定操作對(duì)及復(fù)位與更新復(fù)位操作對(duì)中的一者使用不同的偏壓配置?？刂破?7所執(zhí)行的程 序首先判定是否偵測(cè)到邊限存儲(chǔ)單元(步驟220)。若未偵測(cè)到邊限存儲(chǔ)單元，則程序循環(huán) 以等待此偵測(cè)。若偵測(cè)到邊限存儲(chǔ)單元，則控制器諸如通過(guò)運(yùn)行讀取程序來(lái)致使所述程序 讀取選定存儲(chǔ)單元的電阻(參數(shù)RI)(步驟221)，且將指示所述電阻的參數(shù)(諸如計(jì)數(shù)器 的輸出)儲(chǔ)存于緩存器集58中(步驟222)?；蛘撸衫脗蓽y(cè)到邊限存儲(chǔ)單元的初始讀 取程序來(lái)供應(yīng)參數(shù)民。接下來(lái)，控制器57通過(guò)施加復(fù)位偏壓配置來(lái)致使一程序復(fù)位所述存 儲(chǔ)單元(步驟223)。復(fù)位偏壓配置可為用于在正常寫入操作中復(fù)位所述存儲(chǔ)單元的偏壓 配置。在復(fù)位存儲(chǔ)單元之后，再次讀取存儲(chǔ)單元電阻(步驟224)?？墒褂谜Ｗx取程序或 替代讀取程序來(lái)執(zhí)行此程序，在替代讀取程序中，如上文所闡釋，感測(cè)間隔被延長(zhǎng)。將指示 設(shè)定存儲(chǔ)單元的電阻的參數(shù)Rp儲(chǔ)存于緩存器集58中(步驟225)。接下來(lái)，將參數(shù)R1與Rp 進(jìn)行比較(步驟226)。若參數(shù)R1遠(yuǎn)小于參數(shù)Rp(此可通過(guò)判定所述參數(shù)之間的差異是否 大于預(yù)定值來(lái)偵測(cè))，則判定邊限存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)值為對(duì)應(yīng)于設(shè)定狀態(tài)或低電阻狀態(tài)的值 (步驟227)。在此情況下，控制器57通過(guò)確立存儲(chǔ)單元中的經(jīng)更新數(shù)據(jù)值來(lái)致使所述程序 對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行更新設(shè)定(步驟228)。更新設(shè)定程序諸如通過(guò)使用較長(zhǎng)的設(shè)定脈沖或較 高的功率設(shè)定脈沖，來(lái)使用不同于正常模式設(shè)定程序中所使用的偏壓配置的偏壓配置。此 時(shí)，對(duì)設(shè)定狀態(tài)存儲(chǔ)單元完成了更新程序(步驟229)。若在步驟206處，偵測(cè)到參數(shù)R1并 非遠(yuǎn)小于參數(shù)RP，則判定邊限存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)值為對(duì)應(yīng)于復(fù)位狀態(tài)或高電阻狀態(tài)的值(步 驟230)。在此情況下，控制器57通過(guò)確立存儲(chǔ)單元中的經(jīng)更新數(shù)據(jù)值來(lái)致使所述程序?qū)Υ?儲(chǔ)單元進(jìn)行更新復(fù)位(步驟231)。更新復(fù)位程序諸如通過(guò)使用較高功率復(fù)位脈沖或具有較 快驟冷的復(fù)位脈沖，來(lái)使用不同于正常模式復(fù)位中所使用的偏壓配置的偏壓配置。此時(shí)，針 對(duì)復(fù)位狀態(tài)存儲(chǔ)單元完成了更新程序(步驟229)。在替代方案中，如圖9的步驟213中的做法一樣，圖10的程序可用以使用設(shè)定狀 態(tài)作為參考狀態(tài)。圖11說(shuō)明基于對(duì)邊限存儲(chǔ)單元的破壞性讀取的另一實(shí)例程序，其可由控制器57 在使用圖7的電路偵測(cè)邊限存儲(chǔ)單元之后執(zhí)行。在圖11的程序中，可編程電阻存儲(chǔ)單元包 含相變存儲(chǔ)元件，其具有對(duì)應(yīng)于第一數(shù)據(jù)值的設(shè)定狀態(tài)及對(duì)應(yīng)于第二數(shù)據(jù)值的復(fù)位狀態(tài)。 通過(guò)控制器執(zhí)行以判定儲(chǔ)存于選定存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)值的邏輯執(zhí)行包含以下步驟的程序: 儲(chǔ)存邊限存儲(chǔ)單元的初始電阻；設(shè)定邊限存儲(chǔ)單元；測(cè)量邊限存儲(chǔ)單元的設(shè)定狀態(tài)電阻； 復(fù)位邊限存儲(chǔ)單元；測(cè)量邊限存儲(chǔ)單元的復(fù)位電阻；以及在第一電阻較接近于設(shè)定狀態(tài)電 阻而非較接近復(fù)位狀態(tài)電阻的情況下，指示邊限存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)值為第一數(shù)據(jù)值，否則指 示選定存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)值為第二數(shù)據(jù)值。設(shè)定步驟及復(fù)位步驟可以任一次序執(zhí)行。在所說(shuō)明的實(shí)例中，控制器57所執(zhí)行的程序首先判定是否偵測(cè)到邊限存儲(chǔ)單元(步驟300)。若未 偵測(cè)到邊限存儲(chǔ)單元，則循環(huán)此程序以等待此偵測(cè)。若偵測(cè)到邊限存儲(chǔ)單元，則控制器諸如 通過(guò)運(yùn)行第二讀取程序來(lái)致使一程序判定選定存儲(chǔ)單元的初始電阻參數(shù)(R1)(步驟301)， 且將指示所述電阻的參數(shù)(諸如計(jì)數(shù)器的輸出)儲(chǔ)存于緩存器集58中(步驟302)?；蛘撸?可利用偵測(cè)到邊限存儲(chǔ)單元的初始讀取程序來(lái)供應(yīng)參數(shù)民。接下來(lái)，控制器57通過(guò)施加復(fù) 位偏壓配置來(lái)致使所述程序復(fù)位所述存儲(chǔ)單元(步驟303)。復(fù)位偏壓配置可為用于在正常 寫入操作中復(fù)位所述存儲(chǔ)單元的偏壓配置。在復(fù)位存儲(chǔ)單元之后，再次讀取存儲(chǔ)單元電阻 R(步驟304)?？墒褂谜Ｗx取程序或替代讀取程序來(lái)執(zhí)行此程序，在替代讀取程序中，感 測(cè)間隔被延長(zhǎng)以允許對(duì)較高時(shí)序值的讀取，而使邊限延伸至更接近于高電阻狀態(tài)范圍。存 儲(chǔ)單元電阻R可由感測(cè)間隔內(nèi)的時(shí)間表示，或可在最大值處(指示在感測(cè)間隔內(nèi)未偵測(cè)到 轉(zhuǎn)變)飽和。將復(fù)位存儲(chǔ)單元電阻R與初始電阻R1之間的差異儲(chǔ)存為參數(shù)Rpk(步驟305)。 接下來(lái)，控制器57通過(guò)施加設(shè)定偏壓配置來(lái)致使一程序設(shè)定所述存儲(chǔ)單元(步驟306)。設(shè) 定偏壓配置可為用于在正常操作中設(shè)定所述存儲(chǔ)單元的偏壓配置。在設(shè)定存儲(chǔ)單元之后， 再次讀取存儲(chǔ)單元電阻R(步驟307)?？墒褂谜Ｗx取程序或替代讀取程序來(lái)執(zhí)行此程序， 在替代讀取程序中，使感測(cè)間隔延長(zhǎng)以允許較高時(shí)序值的讀取。將初始電阻(參數(shù)R1)與 設(shè)定存儲(chǔ)單元電阻R之間的差異儲(chǔ)存為參數(shù)Rps (步驟308)。接下來(lái)，控制器判定參數(shù)Rps是否小于參數(shù)Rpk (步驟309)。若判定參數(shù)Rps不小于 參數(shù)Rpk (即，初始電阻較接近于復(fù)位電阻而非較接近設(shè)定電阻)，則判定邊限存儲(chǔ)單元的數(shù) 據(jù)值為對(duì)應(yīng)于復(fù)位狀態(tài)或高電阻狀態(tài)的值(步驟310)。此時(shí)，對(duì)復(fù)位狀態(tài)存儲(chǔ)單元完成了 更新程序(步驟311)。若在步驟309處，判定參數(shù)Rps小于參數(shù)Rpk (S卩，初始電阻較接近于 設(shè)定電阻而非較接近復(fù)位電阻)，則判定邊限存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)值為對(duì)應(yīng)于設(shè)定狀態(tài)或低電 阻狀態(tài)的值(步驟312)。在此情況下，控制器57通過(guò)確立存儲(chǔ)單元中的經(jīng)更新數(shù)據(jù)值來(lái)致 使一程序設(shè)定所述存儲(chǔ)單元(步驟313)。此時(shí)，對(duì)設(shè)定狀態(tài)存儲(chǔ)單元完成了更新程序(步 驟 311)。在參數(shù)1^等于參數(shù)Rpk的情況下，系統(tǒng)可發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)，從而使系統(tǒng)能夠采取正確 的行動(dòng)，或者可按照系統(tǒng)的需要作出邊限存儲(chǔ)單元應(yīng)處于設(shè)定狀態(tài)及復(fù)位狀態(tài)中的一種狀 態(tài)的判定。此外，與圖10的程序一樣，在判定邊限存儲(chǔ)單元的預(yù)期狀態(tài)之后，則如上文所闡 釋，可使用更新設(shè)定偏壓配置及更新復(fù)位偏壓配置來(lái)提高邊限存儲(chǔ)單元將被成功編程的可 能性。雖然參照上文詳述之較佳實(shí)施例及實(shí)例揭露了本發(fā)明，但應(yīng)理解，此等實(shí)例意欲 具有說(shuō)明性意義而非限制性意義。預(yù)期熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者將容易想到多種修改及組合，所述 修改及組合將在本發(fā)明的精神及附加的權(quán)利要求范圍的范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
一種存儲(chǔ)器裝置，其特征在于，包括由多個(gè)可編程電阻存儲(chǔ)單元構(gòu)成的一陣列；一感測(cè)放大器，耦接至該陣列，該感測(cè)放大器用以感測(cè)一位線上的電壓或電流變化，其中該位線耦接至一選定存儲(chǔ)單元；一定時(shí)器電路，耦接至該陣列，該定時(shí)器電路測(cè)量一時(shí)間間隔，該時(shí)間間隔與該選定存儲(chǔ)單元的電阻相關(guān)；以及一邏輯，響應(yīng)于針對(duì)該選定存儲(chǔ)單元的該時(shí)間間隔，以在該時(shí)間間隔的持續(xù)時(shí)間落入一預(yù)定范圍時(shí)致能一更新邏輯；該更新邏輯包含用以判定儲(chǔ)存于該選定存儲(chǔ)單元中的一數(shù)據(jù)值且更新該選定存儲(chǔ)單元中的該數(shù)據(jù)值的邏輯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器裝置，其特征在于，該感測(cè)放大器以一感測(cè)間隔操作， 該定時(shí)器電路與該感測(cè)放大器耦接，且該時(shí)間間隔所表示的時(shí)序是在電壓或電流越過(guò)一臨 界值的轉(zhuǎn)變的該感測(cè)間隔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器裝置，其特征在于，該用以判定儲(chǔ)存于該選定存儲(chǔ)單 元中的該數(shù)據(jù)值的邏輯執(zhí)行包含以下步驟的程序儲(chǔ)存一第一參數(shù)，該第一參數(shù)指示用于 該選定存儲(chǔ)單元的該時(shí)間間隔的長(zhǎng)度；將一參考數(shù)據(jù)值寫入至該選定存儲(chǔ)單元；測(cè)量一第 二時(shí)間間隔，該第二時(shí)間間隔在寫入之后與該選定存儲(chǔ)單元的電阻相關(guān)；儲(chǔ)存一第二參數(shù)， 該第二參數(shù)指示該第二時(shí)間間隔的長(zhǎng)度；以及將該第一參數(shù)與該第二參數(shù)進(jìn)行比較。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的存儲(chǔ)器裝置，其特征在于，該多個(gè)可編程電阻存儲(chǔ)單元包含 多個(gè)相變存儲(chǔ)元件，該多個(gè)相變存儲(chǔ)元件具有對(duì)應(yīng)于一第一數(shù)據(jù)值的一設(shè)定狀態(tài)及對(duì)應(yīng)于 一第二數(shù)據(jù)值的一復(fù)位狀態(tài)，且其中該參考數(shù)據(jù)值是該第一數(shù)據(jù)值，且包含以下步驟若該 第一參數(shù)比該第二參數(shù)大一預(yù)定量以上時(shí)，指示該選定存儲(chǔ)單元的該數(shù)據(jù)值是該第二數(shù)據(jù) 值，否則指示該選定存儲(chǔ)單元的該數(shù)據(jù)值是該第一數(shù)據(jù)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的存儲(chǔ)器裝置，其特征在于，包含若該選定存儲(chǔ)單元的該數(shù)據(jù) 值被指示為該第二數(shù)據(jù)值，則將該第二數(shù)據(jù)值寫入至該選定存儲(chǔ)單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的存儲(chǔ)器裝置，其特征在于，該多個(gè)可編程電阻存儲(chǔ)單元包含 多個(gè)相變存儲(chǔ)元件，該多個(gè)相變存儲(chǔ)元件具有對(duì)應(yīng)于一第一數(shù)據(jù)值的一設(shè)定狀態(tài)及對(duì)應(yīng)于 一第二數(shù)據(jù)值的一復(fù)位狀態(tài)，且其中該參考數(shù)據(jù)值是該第二數(shù)據(jù)值，且包含以下步驟若該 第一參數(shù)比該第二參數(shù)小一預(yù)定量以上時(shí)，指示該選定存儲(chǔ)單元的該數(shù)據(jù)值是該第一數(shù)據(jù) 值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)器裝置，其特征在于，包含若該選定存儲(chǔ)單元的該數(shù)據(jù) 值被指示為該第一數(shù)據(jù)值，則將該第一數(shù)據(jù)值寫入至該選定存儲(chǔ)單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器裝置，其特征在于，包含一控制邏輯，該控制邏輯對(duì)該 陣列執(zhí)行一寫入程序，該寫入程序包含用以將一第一數(shù)據(jù)值儲(chǔ)存于該選定存儲(chǔ)單元中的一 設(shè)定程序，以及該寫入程序包含用以將一第二數(shù)據(jù)值儲(chǔ)存于該選定存儲(chǔ)單元中的一復(fù)位程 序，該設(shè)定程序的特征在于一設(shè)定偏壓配置，且其中該更新邏輯包含用以更新該選定存儲(chǔ) 單元中的該第一數(shù)據(jù)值的設(shè)定程序，該用以更新該選定存儲(chǔ)單元中的該第一數(shù)據(jù)值的設(shè)定 程序包含施加不同于該設(shè)定偏壓配置的一更新設(shè)定偏壓配置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器裝置，其特征在于，包含一控制邏輯，該控制邏輯對(duì)該陣列執(zhí)行一寫入程序，該寫入程序包含用以將一第一數(shù)據(jù)值儲(chǔ)存于該選定存儲(chǔ)單元中的一 設(shè)定程序，以及該寫入程序包含用以將一第二數(shù)據(jù)值儲(chǔ)存于該選定存儲(chǔ)單元中的一復(fù)位程 序，該復(fù)位程序的特征在于一復(fù)位偏壓配置，且其中該更新邏輯包含用以更新該選定存儲(chǔ) 單元中的該第二數(shù)據(jù)值的復(fù)位程序，該用以更新該選定存儲(chǔ)單元中的該第二數(shù)據(jù)值的復(fù)位 程序包含施加不同于該復(fù)位偏壓配置的一更新復(fù)位偏壓配置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器裝置，其特征在于，該多個(gè)可編程電阻存儲(chǔ)單元包含 多個(gè)相變存儲(chǔ)元件，該多個(gè)相變存儲(chǔ)元件具有對(duì)應(yīng)于一第一數(shù)據(jù)值的一設(shè)定狀態(tài)及對(duì)應(yīng)于 一第二數(shù)據(jù)值的一復(fù)位狀態(tài)，且其中該用以判定儲(chǔ)存于該選定存儲(chǔ)單元中的該數(shù)據(jù)值的邏 輯執(zhí)行包含以下步驟的程序儲(chǔ)存該選定存儲(chǔ)單元的一第一電阻；將該選定存儲(chǔ)單元設(shè)定 為該設(shè)定狀態(tài)；測(cè)量一設(shè)定狀態(tài)電阻；將該選定存儲(chǔ)單元復(fù)位為該復(fù)位狀態(tài)；測(cè)量一復(fù)位 狀態(tài)電阻；以及在該第一電阻較接近于該設(shè)定狀態(tài)電阻而非較接近于該復(fù)位狀態(tài)電阻時(shí)， 指示該選定存儲(chǔ)單元的該數(shù)據(jù)值是該第一數(shù)據(jù)值，否則指示該選定存儲(chǔ)單元的該數(shù)據(jù)值是 該第二數(shù)據(jù)值。
11.一種操作存儲(chǔ)器裝置的方法，其特征在于，該存儲(chǔ)器裝置包含由多個(gè)可編程電阻 存儲(chǔ)單元構(gòu)成的一陣列，以及耦接至該陣列的一感測(cè)放大器，該感測(cè)放大器用以感測(cè)一位 線上的電壓或電流變化，其中該位線耦接至一選定存儲(chǔ)單元；該操作存儲(chǔ)器裝置的方法包 括讀取該選定存儲(chǔ)單元；在讀取中，測(cè)量一時(shí)間間隔，其中該時(shí)間間隔與該選定存儲(chǔ)單元的電阻相關(guān)；以及當(dāng)該時(shí)間間隔的一持續(xù)時(shí)間落入一預(yù)定范圍時(shí)，致能一更新程序；該更新程序包括判定該選定存儲(chǔ)單元所儲(chǔ)存的一數(shù)據(jù)值，以及更新該選定存儲(chǔ)單元中 的該數(shù)據(jù)值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的操作存儲(chǔ)器裝置的方法，其特征在于，該感測(cè)放大器以一 感測(cè)間隔操作，且該時(shí)間間隔所表示的時(shí)序是在電壓或電流越過(guò)一臨界值的轉(zhuǎn)變的該感測(cè) 間隔內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的操作存儲(chǔ)器裝置的方法，其特征在于，判定儲(chǔ)存于該選定 存儲(chǔ)單元中的該數(shù)據(jù)值包含儲(chǔ)存一第一參數(shù)，該第一參數(shù)指示用于該選定存儲(chǔ)單元的該 時(shí)間間隔的長(zhǎng)度；將一參考數(shù)據(jù)值寫入至該選定存儲(chǔ)單元；測(cè)量一第二時(shí)間間隔，該第二 時(shí)間間隔在寫入之后與該選定存儲(chǔ)單元的電阻相關(guān)；儲(chǔ)存一第二參數(shù)，該第二參數(shù)指示該 第二時(shí)間間隔的長(zhǎng)度；以及將該第一參數(shù)與該第二參數(shù)進(jìn)行比較。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的操作存儲(chǔ)器裝置的方法，其特征在于，該多個(gè)可編程電阻 存儲(chǔ)單元包含多個(gè)相變存儲(chǔ)元件，該多個(gè)相變存儲(chǔ)元件具有對(duì)應(yīng)于一第一數(shù)據(jù)值的一設(shè)定 狀態(tài)及對(duì)應(yīng)于一第二數(shù)據(jù)值的一復(fù)位狀態(tài)，且其中該參考數(shù)據(jù)值是該第一數(shù)據(jù)值，且包含 以下步驟若該第一參數(shù)比該第二參數(shù)大一預(yù)定量以上時(shí)，指示該選定存儲(chǔ)單元的該數(shù)據(jù) 值是該第二數(shù)據(jù)值，否則指示該選定存儲(chǔ)單元的該數(shù)據(jù)值是該第一數(shù)據(jù)值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的操作存儲(chǔ)器裝置的方法，其特征在于，包含若該選定存儲(chǔ) 單元的該數(shù)據(jù)值被指示為該第二數(shù)據(jù)值，則將該第二數(shù)據(jù)值寫入至該選定存儲(chǔ)單元。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的操作存儲(chǔ)器裝置的方法，其特征在于，該多個(gè)可編程電阻 存儲(chǔ)單元包含多個(gè)相變存儲(chǔ)元件，該多個(gè)相變存儲(chǔ)元件具有對(duì)應(yīng)于一第一數(shù)據(jù)值的一設(shè)定狀態(tài)及對(duì)應(yīng)于一第二數(shù)據(jù)值的一復(fù)位狀態(tài)，且其中該參考數(shù)據(jù)值是該第二數(shù)據(jù)值，且包含 以下步驟若該第一參數(shù)比該第二參數(shù)小一預(yù)定量以上時(shí)，指示該選定存儲(chǔ)單元的該數(shù)據(jù) 值是該第一數(shù)據(jù)值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的操作存儲(chǔ)器裝置的方法，其特征在于，包含若該選定存儲(chǔ) 單元的該數(shù)據(jù)值被指示為該第一數(shù)據(jù)值，則將該第一數(shù)據(jù)值寫入至該選定存儲(chǔ)單元。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的操作存儲(chǔ)器裝置的方法，其特征在于，該存儲(chǔ)器裝置包含 一邏輯，該邏輯執(zhí)行用于將該數(shù)據(jù)值寫入該陣列中的一寫入程序，該寫入程序包含用以將 一第一數(shù)據(jù)值儲(chǔ)存于該選定存儲(chǔ)單元中的一設(shè)定程序，以及該寫入程序包含用以將一第二 數(shù)據(jù)值儲(chǔ)存于該選定存儲(chǔ)單元中的一復(fù)位程序，該設(shè)定程序的特征在于一設(shè)定偏壓配置， 且其中該更新程序包含用以更新該選定存儲(chǔ)單元中的該第一數(shù)據(jù)值的設(shè)定程序，該用以更 新該選定存儲(chǔ)單元中的該第一數(shù)據(jù)值的設(shè)定程序包含施加不同于該設(shè)定偏壓配置的一更 新設(shè)定偏壓配置。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的操作存儲(chǔ)器裝置的方法，其特征在于，該存儲(chǔ)器裝置包含 一邏輯，該邏輯執(zhí)行用于將該數(shù)據(jù)值寫入該陣列中的一寫入程序，該寫入程序包含用以將 一第一數(shù)據(jù)值儲(chǔ)存于該選定存儲(chǔ)單元中的一設(shè)定程序，以及該寫入程序包含用以將一第二 數(shù)據(jù)值儲(chǔ)存于該選定存儲(chǔ)單元中的一復(fù)位程序，該復(fù)位程序的特征在于一復(fù)位偏壓配置， 且其中該更新程序包含用以更新該選定存儲(chǔ)單元中的該第二數(shù)據(jù)值的復(fù)位程序，該用以更 新該選定存儲(chǔ)單元中的該第二數(shù)據(jù)值的復(fù)位程序包含施加不同于該復(fù)位偏壓配置的一更 新復(fù)位偏壓配置。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的操作存儲(chǔ)器裝置的方法，其特征在于，該多個(gè)可編程電阻 存儲(chǔ)單元包含多個(gè)相變存儲(chǔ)元件，該多個(gè)相變存儲(chǔ)元件具有對(duì)應(yīng)于一第一數(shù)據(jù)值的一設(shè)定 狀態(tài)及對(duì)應(yīng)于一第二數(shù)據(jù)值的一復(fù)位狀態(tài)，且其中判定儲(chǔ)存于該選定存儲(chǔ)單元中的該數(shù)據(jù) 值包含儲(chǔ)存該選定存儲(chǔ)單元的一第一電阻；將該選定存儲(chǔ)單元設(shè)定為該設(shè)定狀態(tài)；測(cè)量 一設(shè)定狀態(tài)電阻；將該選定存儲(chǔ)單元復(fù)位為該復(fù)位狀態(tài)；測(cè)量一復(fù)位狀態(tài)電阻；以及在該 第一電阻較接近于該設(shè)定狀態(tài)電阻而非較接近于該復(fù)位狀態(tài)電阻時(shí)指示該選定存儲(chǔ)單元 的該數(shù)據(jù)值是該第一數(shù)據(jù)值，否則指示該選定存儲(chǔ)單元的該數(shù)據(jù)值是該第二數(shù)據(jù)值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于感測(cè)及確定邊限存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)器裝置及其操作方法。邊限存儲(chǔ)單元偵測(cè)及更新可包括讀取選定存儲(chǔ)單元；測(cè)量在讀取期間與選定存儲(chǔ)單元的電阻相關(guān)的時(shí)間間隔；以及在測(cè)得時(shí)間落入預(yù)定范圍時(shí)致能更新程序。更新程序包含判定儲(chǔ)存于選定存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)值；使用破壞性讀取程序；以及更新選定存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)值。可通過(guò)在位線上的電壓或電流越過(guò)臨界值的轉(zhuǎn)變的感測(cè)間隔內(nèi)，偵測(cè)時(shí)序，以測(cè)量時(shí)間間隔。
文檔編號(hào)G11C11/4063GK101930793SQ20101020927
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
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