本發(fā)明涉及一種電阻式內(nèi)存，尤其涉及一種電阻式記憶胞的操作方法及電阻式內(nèi)存。

背景技術(shù)：

電阻式內(nèi)存(Resistive random-access memory；RRAM)是一種新式的非易失性內(nèi)存，可利用阻態(tài)改變記憶或儲(chǔ)存數(shù)值。電阻式內(nèi)存與邏輯制程的兼容性極佳，且寫入速度快，寫入電壓較低，符合可攜式電子產(chǎn)品的低功耗需求。

電阻式內(nèi)存中常用的電阻式記憶胞基本結(jié)構(gòu)是以一個(gè)晶體管與一個(gè)電阻式記憶胞(1T1R)或一個(gè)二極管加一個(gè)電阻式記憶胞(1D1R)所組成。在電阻式內(nèi)存中，形成(forming)、設(shè)定(set)以及重置(reset)三個(gè)操作為確保電阻式記憶胞電氣特性以及數(shù)據(jù)保存力(data retention)的三個(gè)重要步驟。對(duì)用以執(zhí)行形成、設(shè)定以及重置三個(gè)動(dòng)作的電壓進(jìn)行優(yōu)化的調(diào)整，為提升電阻式內(nèi)存良率的重要因素。特別是，進(jìn)行形成(forming)的操作所產(chǎn)生的導(dǎo)電絲(conductive filament；CF)，這個(gè)產(chǎn)生導(dǎo)電絲的操作對(duì)于電阻式內(nèi)存的操作的影響甚大。

一般而言，在進(jìn)行深度的形成(forming)操作后，大部分的電阻式記憶胞應(yīng)可順利地位于數(shù)據(jù)邏輯1狀態(tài)(也就是高電流狀態(tài)/設(shè)定狀態(tài))。然而，少數(shù)具缺陷的電阻式記憶胞在進(jìn)行形成操作后可能會(huì)呈為數(shù)據(jù)邏輯0狀態(tài)(也就是低電流狀態(tài)/重置狀態(tài))。當(dāng)采用電阻式內(nèi)存的裝置的容量越大時(shí)，此種具缺陷的電阻式記憶胞的數(shù)量便會(huì)增加。并且，當(dāng)這些具缺陷的電阻式記憶胞于之后進(jìn)行多次高溫烘烤的操作后，可能會(huì)使其地?cái)?shù)據(jù)保持能力更為惡化，以致讓具缺陷的電阻式記憶胞無法被使用。因此，為提升電阻式內(nèi)存的良率，針對(duì)這些具缺陷的電阻式記憶胞進(jìn)行修補(bǔ)操作，便是重要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種電阻式記憶胞的操作方法以及電阻式內(nèi)存，可有效使無法藉由一般的形成操作來保存數(shù)據(jù)的電阻式記憶胞能夠藉由互補(bǔ)切換現(xiàn)象來具備數(shù)據(jù)保存能力。

本發(fā)明的電阻式記憶胞的操作方法包括下列步驟：進(jìn)行電阻式記憶胞的形成操作；判斷該電阻式記憶胞是否位于第一狀態(tài)，其中所述第一狀態(tài)對(duì)應(yīng)第一操作；當(dāng)所述電阻式記憶胞沒有位于所述第一狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行所述電阻式記憶胞關(guān)于第二操作的互補(bǔ)切換操作，以使所述電阻式記憶胞產(chǎn)生關(guān)于所述第二操作的互補(bǔ)切換現(xiàn)象。

本發(fā)明的電阻式內(nèi)存包括多數(shù)個(gè)電阻式記憶胞、字符線信號(hào)提供電路、位線信號(hào)提供電路、源極線信號(hào)提供電路以及控制電路。字符線信號(hào)提供電路耦接至所述電阻式記憶胞的字符線。位線信號(hào)提供電路耦接至所述電阻式記憶胞的位線。源極線信號(hào)提供電路耦接至所述電阻式記憶胞的源極線?？刂齐娐否罱铀鲎址€信號(hào)提供電路、所述位線信號(hào)提供電路以及所述源極線信號(hào)提供電路。控制電路通過所述字符線信號(hào)提供電路、所述位線信號(hào)提供電路以及所述源極線信號(hào)提供電路以進(jìn)行所述電阻式記憶胞的形成操作，并判斷每個(gè)電阻式記憶胞是否位于第一狀態(tài)。當(dāng)選中電阻式記憶胞沒有位于所述第一狀態(tài)時(shí)，所述控制電路通過所述字符線信號(hào)提供電路、所述位線信號(hào)提供電路以及所述源極線信號(hào)提供電路以進(jìn)行所述電阻式記憶胞關(guān)于第二操作的互補(bǔ)切換操作，從而使所述電阻式記憶胞產(chǎn)生關(guān)于所述第二操作的互補(bǔ)切換現(xiàn)象。所述選中電阻式記憶胞為所述多數(shù)個(gè)電阻式記憶胞其中之一。

基于上述，本發(fā)明實(shí)施例將每個(gè)電阻式記憶胞進(jìn)行形成操作之后，便會(huì)判斷是否有電阻式記憶胞并沒有位于設(shè)定狀態(tài)，而此設(shè)定狀態(tài)是通常的電阻式記憶胞進(jìn)行形成操作之后便會(huì)形成的狀態(tài)。當(dāng)電阻式記憶胞在進(jìn)行形成操作之后沒有位于設(shè)定狀態(tài)時(shí)，本發(fā)明便將這些電阻式記憶胞進(jìn)行關(guān)于重置操作的互補(bǔ)切換操作。藉此，可有效使無法藉由一般的形成操作來保存數(shù)據(jù)的電阻式記憶胞能夠藉由互補(bǔ)切換現(xiàn)象來具備或維持其數(shù)據(jù)保存能力。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的電阻式內(nèi)存的示意圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的電阻式記憶胞的操作方法流程圖；

圖3是關(guān)于重置操作的互補(bǔ)切換現(xiàn)象的示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的形成操作以及關(guān)于重置操作的互補(bǔ)切換操作的波形示意圖；

圖5是本發(fā)明另一實(shí)施例的電阻式記憶胞操作方法流程圖。

附圖標(biāo)記：

100：電阻式內(nèi)存

110：電阻式記憶胞

120：字符線信號(hào)提供電路

130：位線信號(hào)提供電路

140：源極線信號(hào)提供電路

150：控制電路

160：檢測(cè)電路

WL：字符線

BL：位線SL：源極線

T1：開關(guān)組件R1：電阻式存儲(chǔ)元件

S210～S240、S510、S520、S530：步驟

|V_SL|：源極線的電壓值

V_WL：字符線電壓

V_BL：位線電壓V_SL：源極線電壓

V_WL2：第一電壓V_SL1：第二電壓

具體實(shí)施方式

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的電阻式內(nèi)存100的示意圖。電阻式內(nèi)存100包括多數(shù)個(gè)電阻式記憶胞110、字符線信號(hào)提供電路120、位線信號(hào)提供電路130、源極線信號(hào)提供電路140以及控制電路150。在本實(shí)施例中，圖1中顯示其中一個(gè)電阻式記憶胞110以作為舉例。字符線信號(hào)提供電路120耦接至電阻式記憶胞110的字符線WL，位線信號(hào)提供電路130耦接至電阻式記憶胞110 的位線BL，而源極線信號(hào)提供電路140則耦接至電阻式記憶胞110的源極線SL。控制電路150耦接字符線信號(hào)提供電路120、位線信號(hào)提供電路130以及源極線信號(hào)提供電路140，藉以對(duì)電阻式記憶胞110進(jìn)行許多操作，例如進(jìn)行形成(forming)、設(shè)定(set)以及重置(reset)三個(gè)重要的操作以及本發(fā)明實(shí)施例所述的互補(bǔ)切換操作等。

電阻式內(nèi)存100還包括檢測(cè)電路160。檢測(cè)電路160耦接各個(gè)電阻式記憶胞110?？刂齐娐?50通過檢測(cè)電路160以檢測(cè)電阻式記憶胞110中的電流值，藉以判斷電阻式記憶胞110中的狀態(tài)為設(shè)定狀態(tài)/數(shù)據(jù)邏輯1狀態(tài)或是重置狀態(tài)/數(shù)據(jù)邏輯0狀態(tài)。

圖1也顯示電阻式記憶胞110的結(jié)構(gòu)。電阻式記憶胞110包括開關(guān)組件T1以及電阻式存儲(chǔ)元件R1。開關(guān)組件T1可以是CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor)晶體管。電阻式存儲(chǔ)元件R1可以是憶阻器(memristor)，或稱為記憶電阻(memory resistors)，其由夾在兩個(gè)導(dǎo)體電極之間的絕緣(insulating)或半導(dǎo)體材料(semiconducting material)，像是金屬-絕緣體-金屬(metal-insulator-metal；MIM)結(jié)構(gòu)，所構(gòu)成。于本實(shí)施例中，電阻式存儲(chǔ)元件R1的第一端耦接位線BL，開關(guān)組件T1的控制端耦接字符線WL，開關(guān)組件T1的第一端耦接電阻式存儲(chǔ)元件R1的第二端，且開關(guān)組件T1的第二端耦接源極線SL。應(yīng)用本實(shí)施例者可依照其實(shí)際需求來任意調(diào)整電阻式記憶胞110中有關(guān)于多個(gè)信號(hào)線(位線BL、字符線WL、源極線SL)跟開關(guān)組件T1與電阻式存儲(chǔ)元件R1之間的連接架構(gòu)，本發(fā)明實(shí)施例的電阻式記憶胞110的結(jié)構(gòu)不僅受限于上述揭示。

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的電阻式記憶胞110的操作方法的流程圖。請(qǐng)同時(shí)參考圖1及圖2，于步驟S210中，控制電路150通過控制字符線信號(hào)提供電路120、位線信號(hào)提供電路130以及源極線信號(hào)提供電路140以進(jìn)行電阻式記憶胞110的形成操作。所謂的形成操作，指的是對(duì)電阻式記憶胞施加一個(gè)較高的偏壓，使其產(chǎn)生軟性崩潰(soft breakdown)的現(xiàn)象，藉以使電阻式記憶胞中形成導(dǎo)電絲。在進(jìn)行過形成操作后，電阻式記憶胞110就可以依據(jù)設(shè)定操作以及重置操作來進(jìn)行其電阻值的切換動(dòng)作，從而執(zhí)行其數(shù)據(jù)寫入的功能。

然而，形成操作將可能會(huì)遭遇一些不可預(yù)期的問題。一般來說，電阻式 記憶胞在經(jīng)過形成操作后應(yīng)位于高電流狀態(tài)，此高電流狀態(tài)也可以稱為是設(shè)定狀態(tài)或是數(shù)據(jù)邏輯1狀態(tài)。然而，少數(shù)的電阻式記憶胞可能無法藉由形成操作來使其成為設(shè)定狀態(tài)，或是無法達(dá)到設(shè)定狀態(tài)所需的高電流量標(biāo)準(zhǔn)。此種少數(shù)的電阻式記憶胞被稱為是具缺陷的電阻式記憶胞。當(dāng)電阻式內(nèi)存中的電阻式記憶胞數(shù)量更為龐大時(shí)，具缺陷的電阻式記憶胞的數(shù)量也會(huì)相應(yīng)增加。經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，在一百萬個(gè)電阻式記憶胞110當(dāng)中便可能會(huì)具備2至3個(gè)具缺陷的電阻式記憶胞。

此外，一般的電阻式記憶胞在經(jīng)過高溫烘烤操作后，可使稱為導(dǎo)電絲的導(dǎo)電路徑能夠更為穩(wěn)固，藉以維持電阻式記憶胞的數(shù)據(jù)保持能力。然而，具缺陷的電阻式記憶胞在經(jīng)由高溫烘烤操作后可能會(huì)更為降低其數(shù)據(jù)保持能力而導(dǎo)致數(shù)據(jù)流失。

另一方面，互補(bǔ)切換(Complementary switching)現(xiàn)象則是在電阻式內(nèi)存的技術(shù)領(lǐng)域中的一種獨(dú)特現(xiàn)象，且在進(jìn)行設(shè)定操作或是重置操作時(shí)皆有可能產(chǎn)生。若在進(jìn)行電阻式記憶胞110的設(shè)定操作時(shí)將輸入電壓的數(shù)值調(diào)整過高時(shí)，則從電阻式記憶胞110所檢測(cè)到的電流值將可能過小而無法位于高電流狀態(tài)/設(shè)定狀態(tài)。

圖3是關(guān)于重置操作的互補(bǔ)切換現(xiàn)象的示意圖。圖3的橫軸為電阻式記憶胞110的源極線的電壓值|V_SL|，圖3的縱軸為從電阻式記憶胞110量測(cè)到的重置電流值I。請(qǐng)參照?qǐng)D3，曲線310呈現(xiàn)電阻式記憶胞110在進(jìn)行高溫烘烤操作之前的電壓值|V_SL|與重置電流值I的數(shù)值，而曲線320則呈現(xiàn)電阻式記憶胞110在進(jìn)行高溫烘烤操作之后的電壓值|V_SL|與其相應(yīng)的重置電流值I的數(shù)值。從圖3中可看出，區(qū)域A至區(qū)域C中與其相應(yīng)的重置電流值I將由于電壓值|V_SL|提高而隨之降低，如此便符合重置操作的期望。然而，在區(qū)域D中，當(dāng)電壓值|V_SL|大于約2.8V時(shí)，重置電流值I反而逐漸增加。因此，若在進(jìn)行電阻式記憶胞110的重置操作時(shí)將輸入電壓(如，電壓值|V_SL|)的數(shù)值調(diào)整過高時(shí)，則從電阻式記憶胞110所檢測(cè)到的電流值將可能愈來愈大?；パa(bǔ)切換(Complementary switching)現(xiàn)象也可以稱為是U曲線(U-curve)現(xiàn)象。

藉此，本發(fā)明實(shí)施例便在形成操作之后挑選出具缺陷的電阻式記憶胞，并將這些具缺陷的電阻式記憶胞進(jìn)行關(guān)于重置操作的互補(bǔ)切換操作，藉以使這些具缺陷的電阻式記憶胞位于圖3的區(qū)域D(也就是互補(bǔ)切換區(qū)域)中， 讓這些具缺陷的電阻式記憶胞在經(jīng)由高電場(chǎng)作用下能夠重新產(chǎn)生導(dǎo)電絲以建立導(dǎo)電路徑。并且，若將進(jìn)行互補(bǔ)切換操作之后的電阻式記憶胞再次進(jìn)行高溫烘烤處理，將使得導(dǎo)電絲的數(shù)量增加，從而使得這些具缺陷的電阻式記憶胞能夠獲得數(shù)據(jù)保持能力。

回到圖1及圖2以詳加描述本發(fā)明實(shí)施例。于步驟S220中，控制電路150通過檢測(cè)電路160以判斷電阻式記憶胞110是否位于第一狀態(tài)，其中第一狀態(tài)對(duì)應(yīng)第一操作。于本實(shí)施例中，所謂的第一狀態(tài)可以是高電流狀態(tài)/設(shè)定狀態(tài)/數(shù)據(jù)邏輯1狀態(tài)，而第二狀態(tài)則可以是低電流狀態(tài)/重置狀態(tài)/數(shù)據(jù)邏輯0狀態(tài)。第一操作可以是形成(forming)操作/設(shè)定操作，而第二操作可以是重置操作。

在此詳細(xì)說明步驟S220?？刂齐娐?50通過檢測(cè)電路160判斷電阻式記憶胞110中的電流值是否大于預(yù)設(shè)電流門檻值。當(dāng)電阻式記憶胞110中的電流值大于預(yù)設(shè)電流門檻值時(shí)，則從步驟S220進(jìn)入步驟S230，以表示此電阻式記憶胞110已完成形成操作。相對(duì)地，當(dāng)電阻式記憶胞110中的電流值不大于預(yù)設(shè)電流門檻值時(shí)，檢測(cè)電路150便判定對(duì)應(yīng)的電阻式記憶胞110沒有位于設(shè)定狀態(tài)，則將此電阻式記憶胞110作為選中電阻式記憶胞，并從步驟S220進(jìn)入步驟S240，控制電路150通過字符線信號(hào)提供電路120、位線信號(hào)提供電路130以及源極線信號(hào)提供電路140以進(jìn)行電阻式記憶胞110關(guān)于第二操作(重置操作)的互補(bǔ)切換操作，從而使電阻式記憶胞110產(chǎn)生關(guān)于第二操作(重置操作)的互補(bǔ)切換現(xiàn)象。并且，于本實(shí)施例中，當(dāng)完成步驟S240之后，控制電路150還可以回到步驟S220以再次判斷此電阻式記憶胞110是否位于第一狀態(tài)(設(shè)定狀態(tài))，藉以完善本發(fā)明實(shí)施例。

在此通過圖4來詳細(xì)說明步驟S240中關(guān)于第二操作(重置操作)的互補(bǔ)切換操作。圖4是本發(fā)明實(shí)施例的形成操作以及關(guān)于重置操作的互補(bǔ)切換操作的波形示意圖。在圖4中，區(qū)域A為進(jìn)行電阻式記憶胞110的形成操作時(shí)，字符線電壓V_WL、位線電壓V_BL以及源極線電壓V_SL的波形示意圖。由圖1及圖4可知，在形成操作時(shí)，控制電路150控制字符線信號(hào)提供電路120以及位線信號(hào)提供電路130，藉以在電阻式記憶胞110的字符線WL以及位線BL提供正向電壓，且控制電路150控制源極線信號(hào)提供電路140以在源極線SL提供參考電壓。圖4的區(qū)域B則為進(jìn)行電阻式記憶胞110關(guān)于重置操作的 互補(bǔ)切換操作時(shí)，字符線電壓V_WL、位線電壓V_BL以及源極線電壓V_SL的波形示意圖。由圖1及圖4可知，在關(guān)于重置操作的互補(bǔ)切換操作時(shí)，控制電路150控制字符線信號(hào)提供電路120以在電阻式記憶胞110的字符線WL提供第一電壓V_WL2、控制位線信號(hào)提供電路130以在位線BL提供接地電壓，且控制源極線信號(hào)提供電路140以在源極線SL提供第二電壓V_SL1。

特別說明的是，在關(guān)于重置操作的互補(bǔ)切換操作中，將依據(jù)開關(guān)組件T1可承受的范圍內(nèi)而使第一電壓V_WL2的電壓值最大化。例如，第一電壓V_WL2的電壓值將大于3V。另外，為使圖1的開關(guān)組件T1能夠在互補(bǔ)切換操作中導(dǎo)通，則第一電壓V_WL2將比第二電壓V_SL1大于一默認(rèn)電壓值(如，2V)。也就是說，第一電壓V_WL2的電壓值將等于或大于第二電壓V_SL1的電壓值加上2V。另一方面，可將第二電壓V_SL1的電壓值固定，并以最大化的第一電壓V_WL2的電壓值來進(jìn)行多次關(guān)于重置操作的互補(bǔ)切換操作；或是，可逐步提升第二電壓V_SL1的電壓值，并以最大化的第一電壓V_WL2的電壓值來進(jìn)行多次關(guān)于重置操作的互補(bǔ)切換操作。

于其他實(shí)施例中，互補(bǔ)切換現(xiàn)象也可以發(fā)生在設(shè)定操作中。因此，上述第一狀態(tài)也可以是重置狀態(tài)/數(shù)據(jù)邏輯0狀態(tài)，而第二狀態(tài)則可以是設(shè)定狀態(tài)/數(shù)據(jù)邏輯1狀態(tài)。第一操作可以是重置操作，而第二操作可以是設(shè)定操作。如此一來，此種電阻式記憶胞的操作方法也一樣可有效使無法藉由一般的形成操作來保存數(shù)據(jù)的電阻式記憶胞能夠藉由互補(bǔ)切換現(xiàn)象來具備數(shù)據(jù)保存能力。

圖5是本發(fā)明另一實(shí)施例的電阻式記憶胞110的操作方法的流程圖。圖5與圖2的不同之處在于，圖1的控制電路150還可在圖5的步驟S210、步驟S240和/或步驟S230之前對(duì)電阻式記憶胞進(jìn)行高溫烘烤操作(步驟S510、S520以及S530)，藉以提高電阻式記憶胞110的電流增益，從而提升電阻式記憶胞110的數(shù)據(jù)保持能力。應(yīng)用本實(shí)施例者可選擇性的執(zhí)行步驟S510、S520以及S530當(dāng)中的其中之一或其組合，本發(fā)明實(shí)施例并不限制高溫烘烤操作一定需在哪些步驟之前或之后進(jìn)行。

值得一提的是，通過上述方式，本發(fā)明實(shí)施例的電阻式內(nèi)存，將可更適合作為OTP(One-time programmable)組件使用，例如反熔絲(Anti-fuse)型的電阻式OTP內(nèi)存。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例將每個(gè)電阻式記憶胞進(jìn)行形成操作之后，便會(huì)判斷是否有電阻式記憶胞并沒有位于設(shè)定狀態(tài)，而此設(shè)定狀態(tài)是通常的電阻式記憶胞進(jìn)行形成操作之后便會(huì)形成的狀態(tài)。當(dāng)電阻式記憶胞在進(jìn)行形成操作之后沒有位于設(shè)定狀態(tài)時(shí)，本發(fā)明便將這些電阻式記憶胞進(jìn)行關(guān)于重置操作的互補(bǔ)切換操作。藉此，可有效使無法藉由一般的形成操作來保存數(shù)據(jù)的電阻式記憶胞能夠藉由互補(bǔ)切換現(xiàn)象來具備或維持其數(shù)據(jù)保存能力。

雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的變動(dòng)與潤飾，故本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求的界定為準(zhǔn)。