電阻式存儲(chǔ)器件、其操作方法以及具有該電阻式存儲(chǔ)器件的系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】電阻式存儲(chǔ)器件、其操作方法以及具有該電阻式存儲(chǔ)器件 的系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求在2013年10月23日向韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的申請(qǐng)?zhí)枮?10-2013-0126635的韓國專利申請(qǐng)優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明的各種實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體裝置（更確切地，一種電阻式存儲(chǔ)裝置）、其 操作方法以及一種具有該半導(dǎo)體裝置的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 針對(duì)具有非易失性而重復(fù)執(zhí)行讀取/寫入操作的存儲(chǔ)器件已經(jīng)存在日益增長的 需求，并且已經(jīng)針對(duì)所述存儲(chǔ)器件進(jìn)行了持續(xù)地研究。
[0005] 作為研究的結(jié)果，出現(xiàn)了電阻式存儲(chǔ)器件。
[0006] 在各種電阻式存儲(chǔ)器件之中，相變存儲(chǔ)器件包括用于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的電阻元件和訪問 元件。當(dāng)通過字線驅(qū)動(dòng)訪問元件來寫入數(shù)據(jù)時(shí)，可以從位線向電阻元件施加寫入電流來將 電阻元件的電阻狀態(tài)改變?yōu)榻Y(jié)晶狀態(tài)（低電阻狀態(tài)）或非晶狀態(tài)（高電阻狀態(tài)）。
[0007] 形成電阻元件的相變材料的電阻由于各種原因而增大。這被稱為電阻漂移。
[0008] 更具體地，盡管在電阻狀態(tài)的目標(biāo)范圍內(nèi)對(duì)存儲(chǔ)器單元進(jìn)行編程，但是由于電阻 漂移而導(dǎo)致了存儲(chǔ)器單元的電阻值隨時(shí)間而逐漸增大。然后，在經(jīng)過一定時(shí)間之后，存儲(chǔ)器 單元的電阻值可以超過目標(biāo)電阻范圍而到達(dá)另一狀態(tài)的電阻范圍。這時(shí)，存儲(chǔ)器單元會(huì)丟 失其中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并且存儲(chǔ)器單元可以保留數(shù)據(jù)的時(shí)間長度被稱作為保留時(shí)間。當(dāng)保 留時(shí)間過短時(shí)，不能保證存儲(chǔ)器件的穩(wěn)定操作。
[0009] 圖1是用于解釋電阻式存儲(chǔ)器單元隨時(shí)間的電阻漂移的示圖。
[0010] 通常，電阻式存儲(chǔ)器件通過編程與驗(yàn)證操作在存儲(chǔ)器單元中寫入所需要的數(shù)據(jù)。 編程與驗(yàn)證操作指將數(shù)據(jù)編程至存儲(chǔ)器單元并且驗(yàn)證編程數(shù)據(jù)的操作，重復(fù)所述操作直到 存儲(chǔ)器單元的電阻值落入電阻狀態(tài)的目標(biāo)范圍內(nèi)。
[0011] 圖1示出了其中存儲(chǔ)器單元被編程以具有電阻狀態(tài)R1或R2以及在約125ns之后 執(zhí)行驗(yàn)證讀取操作的情形。參照?qǐng)D1，可以看出在電阻狀態(tài)R1或R2的目標(biāo)范圍內(nèi)的存儲(chǔ)器 單元的電阻隨時(shí)間增大。特別地，在被編程為具有高電阻狀態(tài)R2的存儲(chǔ)器單元中明顯地出 現(xiàn)電阻漂移。
[0012] 隨著時(shí)間的推移，被編程以具有電阻狀態(tài)R1的存儲(chǔ)器單元的電阻持續(xù)地增大。當(dāng) 存儲(chǔ)器單元的電阻超過參考電阻Ref?時(shí)，即使存儲(chǔ)器單元的數(shù)據(jù)隨電阻狀態(tài)R1被寫入，該 數(shù)據(jù)也不能被參考電阻Ref所區(qū)分開。
[0013] 圖2A和2B是用于解釋電阻式存儲(chǔ)器單元的電阻漂移的示圖。
[0014] 圖2A示出了電阻隨著時(shí)間推移而變化，以及圖2B示出了電壓隨著時(shí)間推移而變 化。
[0015]參照?qǐng)D2A和圖2B，可以看出數(shù)據(jù)隨電阻狀態(tài)R1或R2被寫入存儲(chǔ)器單元之后電阻 立即明顯地改變。照此，可以知道：如以下的方程1所表達(dá)的，由電阻漂移引起的電阻變化 與時(shí)間成指數(shù)式正比。
[0016][方程1]
[0017] R(t)=R(t〇) (t/t〇)v
[0018] 在本文中，h表示從寫入操作的完成至初始讀取操作所經(jīng)歷的時(shí)間量，RUJ表示 初始電阻值，v表示漂移系數(shù)，以及t表示在時(shí)刻、之后直到電阻元件的電阻值被讀取的時(shí) 間間隔。
[0019] 因此，在基于編程與驗(yàn)證方法的寫入操作期間，為了判定針對(duì)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器單元 的編程操作的合格或失敗，在編程操作之后立即執(zhí)行驗(yàn)證讀取操作。即使完成了寫入操作， 電阻的幅度也在非常短的時(shí)間內(nèi)快速增大，并且直到到達(dá)另一狀態(tài)的電阻區(qū)所經(jīng)歷的時(shí)間 非常短。也就是說，存儲(chǔ)器單元的保留時(shí)間必然減少。
[0020] 被配置成儲(chǔ)存兩個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)或更多比特?cái)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器單元被稱作為多級(jí)單元 (MLC)。為了增大存儲(chǔ)器件的容量，已使用MLC來配置存儲(chǔ)器件。
[0021] 為了增大保留時(shí)間，用于判定各自電阻狀態(tài)的參考電阻值之差可以被設(shè)作大值。 然而，當(dāng)參考電阻值之差增大時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)能夠存儲(chǔ)三個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)或更多比特?cái)?shù)據(jù)的MLC。 因此，需要用于減少電阻漂移的方法來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的MLC。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電阻式存儲(chǔ)器件包括：存儲(chǔ)器單元陣列，包括多個(gè)電阻 式存儲(chǔ)器單元；地址解碼器，適于對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行解碼并且選擇電阻式存儲(chǔ)器單元；讀/寫 控制電路，適于將數(shù)據(jù)編程至存儲(chǔ)器單元陣列或從存儲(chǔ)器單元陣列中讀取數(shù)據(jù)；電壓發(fā)生 器，適于產(chǎn)生操作電壓并且將操作電壓提供至地址解碼器；以及控制器，適于響應(yīng)于寫入命 令和多個(gè)寫入數(shù)據(jù)而控制地址解碼器、讀/寫控制電路以及電壓發(fā)生器以執(zhí)行寫入操作， 其中在寫入操作中，在多個(gè)寫入數(shù)據(jù)被順序編程至各自的電阻式存儲(chǔ)器單元之后，順序驗(yàn) 證被編程的電阻式存儲(chǔ)器單元是否處于目標(biāo)電阻級(jí)別。
[0023] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，處理器包括：控制單元，適于響應(yīng)于命令信號(hào)而產(chǎn)生控 制信號(hào)；計(jì)算單元，適于響應(yīng)于控制信號(hào)而對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行操作；以及儲(chǔ)存單元，包括具有多個(gè) 電阻式存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)器單元陣列；以及控制器，適于響應(yīng)于控制信號(hào)而執(zhí)行寫入操作 以將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在各自的存儲(chǔ)器單元中，其中在寫入操作中，在數(shù)據(jù)被順序地編程至各自存 儲(chǔ)器單元之后，順序驗(yàn)證被編程的存儲(chǔ)器單元是否處于目標(biāo)電阻級(jí)別。
[0024] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括：主控制器，適于對(duì)從外部裝置輸入 的命令進(jìn)行解碼以輸出控制信號(hào)；接口，適于在外部裝置和控制器之間交換命令和數(shù)據(jù)； 主存儲(chǔ)器件，適于儲(chǔ)存應(yīng)用程序、控制信號(hào)和數(shù)據(jù)；以及輔助存儲(chǔ)器件，適于儲(chǔ)存程序代碼 或數(shù)據(jù)，其中主存儲(chǔ)器件和輔助存儲(chǔ)器件中的至少一種包括具有多個(gè)電阻式存儲(chǔ)器單元的 存儲(chǔ)器單元陣列和適于響應(yīng)于控制信號(hào)而執(zhí)行寫入操作以將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在各自的存儲(chǔ)器單 元中的控制器，并且其中在寫入操作中，在數(shù)據(jù)被順序編程至各自的存儲(chǔ)器單元之后，順序 驗(yàn)證被編程的存儲(chǔ)器單元是否處于目標(biāo)電阻級(jí)別。
[0025] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電子系統(tǒng)包括：電阻式存儲(chǔ)器件，包括具有多個(gè)電阻式 存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)器單元陣列；以及控制器，適于響應(yīng)于寫入命令和多個(gè)寫入數(shù)據(jù)而執(zhí)行 寫入操作；以及存儲(chǔ)器控制器，適于響應(yīng)于外部裝置的請(qǐng)求而通過產(chǎn)生寫入命令和多個(gè)寫 入數(shù)據(jù)來訪問電阻式存儲(chǔ)器件，其中在寫入操作中，在多個(gè)數(shù)據(jù)被順序編程至各自的電阻 式存儲(chǔ)器單元之后，順序驗(yàn)證被編程的電阻式存儲(chǔ)器單元是否處于目標(biāo)電阻級(jí)別。
[0026] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種電阻式存儲(chǔ)器件的操作方法，其包括：分別 將多個(gè)寫入數(shù)據(jù)分別順序編程至多個(gè)電阻式存儲(chǔ)器單元；以及在所述多個(gè)寫入數(shù)據(jù)被順序 編程至各自的存儲(chǔ)器單元之后，順序驗(yàn)證被編程的電阻式存儲(chǔ)器單元是否處于目標(biāo)電阻級(jí) 別。
【附圖說明】
[0027] 結(jié)合附圖來描述特征、方面和實(shí)施例，在附圖中：
[0028] 圖1是用于解釋電阻式存儲(chǔ)器單元隨時(shí)間的電阻漂移的示圖；
[0029] 圖2A和圖2B是用于解釋電阻式存儲(chǔ)器單元的電阻漂移的示圖；
[0030] 圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器件的配置圖；
[0031] 圖4是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器件的操作方法的示圖；
[0032] 圖5是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在電阻式存儲(chǔ)器件中的存儲(chǔ)器單元的電 阻漂移的示圖；
[0033] 圖6A-7B是用于解釋有賴于電阻式存儲(chǔ)器件的操作方法的PNV操作的平均數(shù)量的 示圖；
[0034] 圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的處理器的配置圖；
[0035] 圖9和圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的配置圖；以及
[0036] 圖11和圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電子系統(tǒng)的配置圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 在下文中，將參照附圖通過示例性實(shí)施例來描述根據(jù)本發(fā)明的電阻式存儲(chǔ)器件、 其操作方法和具有所述電阻式存儲(chǔ)器件的系統(tǒng)。貫穿本公開，附圖標(biāo)記直接對(duì)應(yīng)于在本發(fā) 明的各個(gè)附圖和實(shí)施例的相同標(biāo)記部分。另外，只要未在句子中特意提到，單數(shù)形式可以包 括復(fù)數(shù)形式。
[0038] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器件的配置圖。
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