專利名稱：應(yīng)用于可程序化電阻式存儲材料的感測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于根據(jù)可程序化電阻式存儲材料的高密度存儲裝置的讀取/感測電
路，包含類似以硫?qū)倩餅榛A(chǔ)的材料及其它材料的相變化材料，及此電路的操作方法。
背景技術(shù)：
例如硫?qū)倩锊牧霞跋嗨撇牧系南嘧兓牧系目沙绦蚧娮枋酱鎯Σ牧希苡蛇m用于集成電路實施程度的電流的施加，引起非晶態(tài)與結(jié)晶態(tài)之間的相變化。 一般非晶態(tài)的特征為具有較一般結(jié)晶態(tài)高的電阻，其可輕易感知以指示資料。所述特性有益于使用可程序化電阻材料以形成非揮發(fā)性存儲器電路，其可隨機(jī)存取及寫入。 此處稱為重置或程序化的自非晶態(tài)變化至結(jié)晶態(tài)通常是一較低電流操作，其中電
流會加熱該材料而引起狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。此處稱為重置的自結(jié)晶態(tài)變化至較高度的非晶態(tài)一
般是一較高電流操作，其包含一短高電流密度脈沖以熔化或崩潰結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其后該相變化
材料快速冷卻，冷卻相變化程序及使至少一部份相變化材料在非晶態(tài)中穩(wěn)定化。 相變化存儲器中，資料是由引起非晶態(tài)與結(jié)晶態(tài)之間的相變化材料的主動區(qū)中的
轉(zhuǎn)換而儲存。圖1是具有低電阻設(shè)定(程序化)狀態(tài)100及高電阻重置(擦除)狀態(tài)102
的兩個狀態(tài)的一的存儲單元的圖，其中兩者之間具有非重疊的電阻范圍。 低電阻設(shè)定狀態(tài)100的最高電阻&與高電阻重置狀態(tài)102的最低電阻R2之間的
差異是定義用于區(qū)分在設(shè)定狀態(tài)100與重置狀態(tài)102的單元的讀取界限101。由決定存儲
單元是否具有對應(yīng)于低電阻狀態(tài)100或高電阻狀態(tài)102的一電阻，可決定儲存在存儲單元
中的資料，例如由量測存儲單元的電阻是否高于或低于讀取界限101中的臨界電阻Rsa103。
為了能可靠地區(qū)分重置狀態(tài)102與設(shè)定狀態(tài)100，維持一相對大的讀取界限101是重要的。 傳統(tǒng)決定存儲單元的電阻及由此而得儲存在存儲單元的資料值的方法，包含將存
儲單元的電壓或電流響應(yīng)與一參考值作比較。然而，在材料、工藝以及操作環(huán)境方面的差
異，會導(dǎo)致包含與存儲單元的陣列中的每一資料值相關(guān)的存儲材料的電阻的差異的不同程
序化特征。這些差異會使由將存儲單元的響應(yīng)與一參考值比較，難以準(zhǔn)確地感測存儲單元
的電阻狀態(tài)，造成可能的位錯誤。 因此，期望提供支持高密度裝置的感測電路，其能準(zhǔn)確讀取程序化電阻式存儲單元的電阻狀態(tài)，以及操作此電路的方法。

發(fā)明內(nèi)容
此處描述的存儲單元的感測方法是包含選擇一存儲單元。施加至存儲單元的一第一偏壓以誘發(fā)存儲單元中的第一反應(yīng)。施加至存儲單元的一第二偏壓以誘發(fā)存儲單元中的第二反應(yīng)，該第二偏壓是與第一偏壓不同。該方法包含根據(jù)該第一及第二反應(yīng)之間的差值與一預(yù)定參考值，決定一儲存在存儲單元的資料值。 此處描述的存儲裝置包含一存儲單元。該裝置包含施加至存儲單元的一第一偏壓的電路，其中該第二偏壓與該第一偏壓不同。該裝置還包含感測放大器電路，響應(yīng)該第一及第二反應(yīng)之間的差值與一預(yù)定參考值，以產(chǎn)生指示儲存在該存儲單元中的資料值的輸出信號。 如上述，橫跨一陣列的差值會使由將存儲單元的響應(yīng)與一參考值比較，難以準(zhǔn)確地感測存儲單元的電阻狀態(tài)，造成可能的位錯誤。本發(fā)明由此處描述的根據(jù)該第一及第二反應(yīng)之間的差值與一預(yù)定參考值決定儲存資料值的感測方法，可解決此一困難。


本發(fā)明其它態(tài)樣及目的可由閱讀以下的附圖、及詳細(xì)說明更為明了，
其中 圖1是具有低電阻設(shè)定狀態(tài)及高電阻重置狀態(tài)的兩個狀態(tài)之一的存儲單元的圖，其中兩者具有非重疊的電阻范圍。 圖2是一集成電路200的簡化方塊圖，其中可實施本發(fā)明。
圖3是例示存儲單元陣列的一部份，其中可實施本發(fā)明。 圖4是例示用于相變化存儲單元的范例電流_電壓(IV)曲線。 圖5是例示圖3的IV曲線，其中第一及第二電壓是施加至該存儲單元。 圖6是用于實施此處所描述決定儲存在一選定存儲單元中的資料值的感測方法
的架構(gòu)的簡示圖。 圖7是一用于操作圖6的架構(gòu)的時序圖。
具體實施例方式
以下有關(guān)本發(fā)明的描述是參照特定結(jié)構(gòu)的實施例及方法，將為我們所了解的是，未有意圖將本發(fā)明限制于該特定揭露的實施例及方法，而是可使用其它特征、元件、方法及實施例實施本發(fā)明。描述較佳實施例以說明本發(fā)明，而非限制其定義在申請專利范圍的主張的范圍。具有該領(lǐng)域的通常知識者將可明了依照本說明的各種不同的均等變化。各種不同的實施例的相同元件通常是使用相同的元件符號。 圖2是一集成電路200的簡化方塊圖，其中可實施本發(fā)明。集成電路200包含一存儲陣列205，其是使用包含可程序化電阻式存儲材料的存儲單元(未顯示)實施，以下將更充分討論。 一字符線譯碼器210與多條字符線215電性連接。 一位線譯碼器220與多條位線225電性連接以自陣列205中的存儲單元(未顯示)讀取資料或?qū)懭胭Y料。地址是經(jīng)由總線260而傳送到字符線譯碼器210以及位線譯碼器220。在方塊230中的感測放大器以及資料輸入結(jié)構(gòu)，是經(jīng)由資料總線235而耦合到位線譯碼器220。資料是經(jīng)由資料輸入線240而從集成電路200中的輸入/輸出端口、或從集成電路200的其它內(nèi)部或外部來源，傳送到方塊230中的資料輸入結(jié)構(gòu)。其它電路265可被包含于集成電路200上，諸如一泛用目的處理器或特殊目的應(yīng)用電路，或是提供由陣列205支持的系統(tǒng)單芯片功能性的模塊的組合。資料是經(jīng)由資料輸出線245而從方塊230中的感測放大器傳送到集成電路200的輸入/輸出端口、或傳送到其它位于集成電路200內(nèi)部或外部的資料目的地。
在本實施例中，使用偏壓調(diào)整狀態(tài)機(jī)構(gòu)的一控制器250，是控制所施加的偏壓調(diào)整
5供應(yīng)電壓255，例如讀取、程序化、擦除、擦除確認(rèn)、與程序化確認(rèn)電壓。此控制器250可使用在此領(lǐng)域中所周知的特定目的邏輯電路而實施。在一替代實施例中，此控制器250包括一泛用目的處理器，此泛用目的處理器可安排于同一集成電路上，而此集成電路是執(zhí)行一計算機(jī)程序以控制此元件的操作。在另一實施例中，可使用特定目的邏輯電路與泛用目的處理器的結(jié)合，以實施此控制器250。 如圖3所示，陣列205的每一存儲單元包含一存取晶體管(或其它存取裝置諸如二極管)，其的四個是如存儲單元330、332、334及336所示及分別包含存儲元件346、348、350及352。例示在圖3的陣列部份是表示一可包含數(shù)百萬存儲單元的陣列的一小區(qū)段。
存儲單元330、332、334及336的每一存取晶體管的源極是共同連接至源極線354，其是終止于諸如接地端的源極線終端電路355。于另一實施例，存取晶體管的源極線并不是電性連接的，而是獨(dú)立控制的。 一些實施例中，源極線終端電路355可包含諸如電壓源及電流源的偏壓電路，以及用于施加除了接地的外的偏壓調(diào)整至源極線254的譯碼電路。
包含字符線356、358的多條字符線215沿第一方向平行延伸。字符線356、358是與字符線譯碼器210電性連接。存儲單元330、334的存取晶體管的柵極是共同連接至字符線356，以及存儲單元332、336的存取晶體管的柵極是共同連接至字符線358。
包含位線360、362的多條位線225沿第二方向平行延伸。存儲元件346、348將位線360耦接至存儲單元330、332的存取晶體管的個別的漏極。存儲單元350、352將位線362耦接至存儲單元334、336的存取晶體管個別的漏極。 感測放大器電路230可包含多個感測放大器(未直接顯示)，每一感測放大器是經(jīng)由位線譯碼器220連接至對應(yīng)位線360、362?；蛘?，該感測放大器電路230可包含一單一感測放大器及電路，以選擇性地將該感測放大器連接至對應(yīng)的位線。感測放大器電路230可操作，以偵測到一被選定的存儲單元中的第一電流與第二電流之間的差值，以響應(yīng)至施加該被選定的存儲單元的電壓差值，第一電流與第二電流之間的差值是指示儲存在該被選定存儲單元的資料值。感測放大器電路中的感測放大器的實施例是相關(guān)于圖6及圖7，更詳細(xì)描述如下。 應(yīng)了解的是，存儲陣列205并非限制于圖3所例示的陣列組態(tài)，也可以使用其它陣列組態(tài)。此外，在一些實施例，雙極晶體管或二極管可代替MOS晶體管作為存取裝置。
存儲單元的實施例包含用于存儲元件的硫?qū)倩餅榛A(chǔ)的材料以及其它材料。硫族元素(Chalcogens)包含任何四個元素的一氧(oxygen，O)，硫(sulfur，S)，硒(selenium,Se)，以及碲(tellurium, Te)，形成周期表的VIA族的部分。硫?qū)倩锇涣蜃逶嘏c一更為正電性的元素或自由基的化合物。硫?qū)倩锖辖鸢驅(qū)倩锱c其它材料如過渡金屬的結(jié)合。 一硫?qū)倩锖辖鹜ǔ０换蚨鄠€選自元素周期表IVA族的元素，例如鍺(Ge)以及錫(Sn)。通常，硫?qū)倩锖辖鸢M合一或多個銻(Sb)、鎵(Ga)、銦(In)、以及銀(Ag)。許多相變化為基礎(chǔ)的存儲材料已經(jīng)被描述于技術(shù)文件中，包括下列合金鎵/銻、銦/銻、銦
/硒、銻/碲、鍺/碲、鍺/銻/碲、銦/銻/碲、鎵/硒/碲、錫/銻/碲、銦/銻/鍺、銀/銦/銻/碲、鍺/錫/銻/碲、鍺/銻/硒/碲、以及碲/鍺/銻/硫。在鍺/銻/碲合金家族中， 一大范圍的合金合成物是可行的。該合成物可以表示為TeaGebSb1Q?！?a+b)，其中a及b表示組成元素的原子總計為100%的原子百分比。一位研究員描述了最有用的合金為，在沉積材料中所包含的平均碲濃度是遠(yuǎn)低于70%，典型地是低于60%，并在一般型態(tài)合金中的碲
6含量范圍從最低23%至最高58%，且最佳是介于48%至58%的碲含量。鍺的濃度是高于約5%，且其在材料中的平均范圍是從最低8%至最高30%，一般是低于50%。最佳地，鍺的濃度范圍是介于8%至40%。在此合成物中所剩下的主要組成元素為銻。上述百分比是為原子百分比，其為所有組成元素加總為100%。 (0vshinsky'112專利，欄10-11)由另一研究者所評估的特殊合金包括Ge2Sb2Tes、GeSb2Te4、以及GeSb4Te7。 (Noboru Yamada，"Potential ofGe_Sb_TePhase_change Optical Disks for High_Data_Rate Recording", SPIEv. 3109，pp. 28-37(1997))更一般地，一過渡金屬如鉻(Cr)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈮(Nb)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、以及上述的混合物或合金，可與鍺/銻/碲結(jié)合以形成一相變化合金其具有可程序化的電阻特性。有用的存儲材料的特殊范例，是如Ovshinsky ' 112專利中欄11-13所述，其范例在此是列入?yún)⒖肌?在一些實施例中，硫?qū)倩锛捌渌嘧兓牧蠐诫s雜質(zhì)來修飾導(dǎo)電性、轉(zhuǎn)換溫度、
熔點(diǎn)及使用在摻雜硫?qū)倩锎鎯ζ髟钠渌匦?。使用在摻雜硫?qū)倩锎硇缘碾s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、氧化鈦?？蓞?br> 見美國專利第6， 800， 504號專利及美國專利申請案第2005/0029502號。 相變化合金可由施加一電脈沖而從一種相態(tài)切換至另一相態(tài)。先前觀察指出，一
較短、較大幅度的脈沖傾向于將相轉(zhuǎn)換材料的相態(tài)改變成大體為非晶態(tài)，及被稱為重置脈
沖。 一較長、較低幅度的脈沖傾向于將相轉(zhuǎn)換材料的相態(tài)改變成大體為結(jié)晶態(tài)，及被稱為程
序化脈沖。在較短、較大幅度脈沖中的能量，夠大因此足以破壞結(jié)晶結(jié)構(gòu)的鍵結(jié)，同時時間
夠短，因此可以防止原子再次排列成結(jié)晶態(tài)。合適的脈沖曲線可由經(jīng)驗決定而無須過度實
驗，特別適合一特定的相變化材料及裝置結(jié)構(gòu)。 下列是簡要描述四種型態(tài)電阻式存儲器材料的整理。 1.硫?qū)倩锊牧?GexSbyTez x : y : z = 2 : 2 : 5 或其它合成物具有x :0-5 ;y :0-5 ;z :0-10 GeSbTe具有摻雜，例如N-， Si-， Ti-，或也可使用其它元素?fù)诫s。 形成方法由使用氬(Ar)，氮(N》，以及/或氦(He)等等反應(yīng)氣體的物理氣相沉
積(PVD)濺鍍或磁電管濺鍍方式，在1毫托耳-100毫托耳的壓力下。該沉積通常在室溫的
下完成。 一具有外觀比例l-5的準(zhǔn)直器(collimater)可以被用來改善填入的效能。為了
改善該填入的效能，使用數(shù)十至數(shù)百伏的一直流偏壓。另一方面，直流偏壓和準(zhǔn)直器的組合
可以同時搭配使用。 在一真空或一氮?dú)猸h(huán)境的一后沉積退火處置，可以被選擇性的執(zhí)行以改善硫?qū)倩锊牧系慕Y(jié)晶狀態(tài)。該退火溫度通常介于攝氏100至400度之間，以及少于30分鐘的退火時間。 硫?qū)倩锊牧系暮穸仁怯蓡卧Y(jié)構(gòu)的設(shè)計所決定。通常，一硫?qū)倩锊牧暇哂泻穸却笥?納米會有一相變化的特征，使得該材料呈現(xiàn)至少兩種穩(wěn)定的電阻狀態(tài)。
2.巨大磁組(CMR)材料
PrxCayMn03 x : y = 0. 5 : 0. 5，或其它合成物具有x :0-1 ;y :0-1
包含Mn氧化物的另一 CMR材料也可使用 形成方法由使用氬(Ar)，氮(N2)，氧(02)，以及/或氦(He)等等反應(yīng)氣體的物理氣相沉積(PVD)濺鍍或磁電管濺鍍方式，在1毫托耳-100毫托耳的壓力下。該沉積通常介于室溫與攝氏600度之間，依據(jù)后沉積處置條件。 一具有外觀比例1-5的準(zhǔn)直器可以被用來改善填入的效能。為了改善該填入的效能，使用數(shù)十至數(shù)百伏的一直流偏壓。另一方面，直流偏壓和準(zhǔn)直器的組合可以同時搭配使用。 一數(shù)十高斯至io，ooo高斯的磁場可以被施加以改善該電磁結(jié)晶相。 在一真空或一氮?dú)猸h(huán)境或氧氣/氮?dú)饣旌檄h(huán)境之一后沉積退火處置，可以被選擇性的使用以改善CMR材料的結(jié)晶狀態(tài)。該退火溫度通常介于攝氏400至600度之間，以及少于2小時的退火時間。 CMR材料的厚度是由單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計所決定。該厚度10nm至200nm的CMR材料可以被用來當(dāng)核心材料。 —YBC0(YBaCu03是一種高溫超導(dǎo)材料)的緩沖層，可以被用來改善CMR材料的結(jié)晶狀態(tài)。該YBCO的沉積是在CMR材料的沉積的前。YBCO的厚度是介于30nm至200nm之間。 3.兩元素的化合物 NixOy ;TixOy ;AlxOy ;WxOy ^n^y ^l^y ^UxOy ;等等 x : y = 0. 5 : 0. 5 其它合成物具有X :0-1 ;y :0-1 形成方法 1.沉積由使用反應(yīng)氣體氬(Ar)，氮(N2)，氧(02)，以及/或氦(He)等等的物理氣相沉積(PVD)濺鍍或磁電管濺鍍方式，在1毫托耳-100毫托耳的壓力下，使用一金屬氧化
物的標(biāo)革巴，例如NixOy ;TixOy ;AlxOy ;Zn^y ^r^y fl^Oy ;等等。該沉積通常是在室溫下完
成。 一具有外觀比例l-5的準(zhǔn)直器可以被用來改善填入的效能。為了改善該填入的效能，
使用數(shù)十至數(shù)百伏的一直流偏壓。如果需要，直流偏壓和準(zhǔn)直器的組合可以同時搭配使用。 在一真空或一氮?dú)猸h(huán)境或氧氣/氮?dú)饣旌檄h(huán)境的一后沉積退火處置，可以被選擇性的執(zhí)行以改善金屬氧化物的氧氣的分布。該退火溫度通常介于攝氏400至600度之間，以及少于2小時的退火時間。 2.反應(yīng)性沉積由使用反應(yīng)氣體Ar/02，Ar/N2/02，純氧(02) ， He/02， He/N2/02等等的PVD濺鍍或磁電管濺鍍方式，在1毫托耳-100毫托耳的壓力下，使用一金屬氧化物的標(biāo)靶，例如Ni， Ti， Al， W， Zn， Zr或Cu等等。該沉積通常是在室溫下完成。 一具有外觀比例1_5的準(zhǔn)直器可以被用來改善填入的效能。為了改善該填入的效能，使用數(shù)十至數(shù)百伏的一直流偏壓。如果需要，直流偏壓和準(zhǔn)直器的組合可以同時搭配使用。 在一真空或一氮?dú)猸h(huán)境或氧氣/氮?dú)饣旌檄h(huán)境的一后沉積退火處置，可以被選擇性的執(zhí)行以改善金屬氧化物的氧氣的分布。該退火溫度通常介于攝氏400至600度之間，以及少于2小時的退火時間。 3.氧化由使用一高溫氧化系統(tǒng)，例如一火爐或是一快速熱脈沖(RTP)系統(tǒng)。該溫度介于攝氏200至700度，從數(shù)毫托耳至一大氣壓力，在純氧或氮?dú)?氧氣混合氣體。時間從數(shù)分鐘至數(shù)小時。其它的氧化方法是等離子體氧化。 一射頻或一直流源具有純氧或Ar/02混合氣體或Ar/N2/(^混合氣體，在1毫托耳至100毫托耳的壓力下被用來氧化金屬的表
面，例如Ni， Ti， Al， W， Zn， Zr或Cu等等。該氧化時間從數(shù)秒至數(shù)分鐘。該氧化溫度從室溫
至攝氏300度，依據(jù)等離子體氧化的程度而定。 4.聚合物材料 摻雜有Cu、 C6。、 Ag等等的TCNQ PCBM-TCNQ混合聚合物 形成方法 1.蒸發(fā)由使用熱蒸發(fā)，電子束蒸發(fā)，或分子束外延(MBE)系統(tǒng)。 一固態(tài)TCNQ以及摻雜物藥丸在一單獨(dú)密閉空間共同蒸發(fā)。該固態(tài)TCNQ以及摻雜物藥丸是被放置于一W-舟或一 Ta-舟或一陶磁舟。 一高電流或一電子束被施加以熔化該來源，如此該物質(zhì)被混合和沉積在晶片上。沒有反應(yīng)的化學(xué)物或氣體。反應(yīng)是在10—4至10—"的托耳壓力下完成。晶片的溫度是自室溫至攝氏200度。 在一真空或一氮?dú)猸h(huán)境的一后沉積退火處置，可以被選擇性的執(zhí)行以改善聚合物材料的成份分布。該退火溫度通常介于室溫至攝氏300度之間，以及少于1小時的退火時間。 2.旋轉(zhuǎn)涂布法由使用一有TCNQ摻雜溶液的旋轉(zhuǎn)涂布器，在小于1000rpm的旋
轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)涂布的后，該晶片保持(通常是在室溫或是在溫度小于攝氏200度) 一足夠時
間以使固態(tài)形成。該保持時間從數(shù)分鐘到數(shù)天，由溫度和成型的情況來決定。 再次參考圖3，操作時每一存儲單元346、348、350、352具有與儲存在對應(yīng)的存儲
單元中的資料值相關(guān)連的電阻范圍。 因此，陣列205的存儲單元的讀取或?qū)懭肟捎梢韵路椒ㄟ_(dá)成，施加適當(dāng)電壓至字符線358、356其中之一及耦合位線360、362其中之一至一電壓源，如此電流可流過該選定的存儲元件。例如，通過一選定存儲單元(此范例中是選定存儲單元332與對應(yīng)的存儲元件348)的電流路徑380是由以下方法建立，施加足夠的電壓至位線360、字符線358及源極線354以開啟該存儲單元332的存取晶體管及路徑380的誘發(fā)電流自位線360流至源極線354，或反的亦然。所施加電壓的大小與持續(xù)時間是視所進(jìn)行的操作而定，例如一讀取或?qū)懭氩僮鳌?在一包含有相變化材料的存儲單元332的重置(或擦除)操作，字符線譯碼器210有助于提供字符線358適當(dāng)?shù)碾妷好}沖，以開啟存儲單元332的存取晶體管。位線譯碼器220有助于供應(yīng)一電壓脈沖至位線360適當(dāng)?shù)拇笮〖俺掷m(xù)時間，以誘發(fā)流過存儲元件348的電流，該電流引起至少主動區(qū)域的溫度高于存儲元件348的相變化材料的轉(zhuǎn)換溫度，及也高于熔化溫度，以使至少主動區(qū)域為液態(tài)。接著終止電流，例如藉由終止位線360及字符線358上的電壓脈沖，造成相當(dāng)快速的冷卻時間，當(dāng)主動區(qū)域快速冷卻以穩(wěn)定化至一非晶相。重置操作也可包含超過一個脈沖，例如使用成對的脈沖。 在一包含有相變化材料的存儲單元332的設(shè)定(或程序化)操作，字符線譯碼器210用來提供字符線358適當(dāng)?shù)碾妷好}沖，以開啟存儲單元332的存取晶體管。位線譯碼器220用來供應(yīng)一電壓脈沖至位線360適當(dāng)?shù)拇笮〖俺掷m(xù)時間，以誘發(fā)一電流脈沖，足以引起相變化材料的一部份主動區(qū)域的溫度高于轉(zhuǎn)換溫度，及引起一部份主動區(qū)域自非晶相轉(zhuǎn)換成結(jié)晶相，此一轉(zhuǎn)換降低存儲元件348的電阻，以及將存儲單元332設(shè)定至所期望的狀態(tài)。
在一包含有相變化材料的存儲單元332的讀取(或感測)操作，字符線譯碼器210用來提供字符線358適當(dāng)?shù)碾妷好}沖，以開啟存儲單元332的存取晶體管。位線譯碼器220用來供應(yīng)一電壓至位線360適當(dāng)?shù)拇笮〖俺掷m(xù)時間，以誘發(fā)流過存儲元件348的電流。位線360上以及流過存儲元件348的電流是取決于其的電阻，及因此資料狀態(tài)與存儲單元332的存儲元件348相關(guān)連。 然而，在材料、工藝以及操作環(huán)境方面的差異，將會導(dǎo)致橫跨儲存有一給定資料值的存儲單元的陣列的多個存儲元件的電阻的差異。這些差異會造成一與給定的電阻狀態(tài)相關(guān)連的電流值分布。因此，假如一選定的存儲單元中的電流是與該陣列中的另一存儲單元的參考電流或電壓比較，或是與一已知的電阻比較，電流值分布會使得難以準(zhǔn)確地感測存儲單元的電阻狀態(tài)，以及因此所選定的存儲單元的資料值。 本發(fā)明由此處所描述的感測方法有助于解決此一困難，該感測方法包含施加一第一電壓脈沖橫跨一選定的存儲單元，以誘發(fā)該存儲單元中的一第一電流，以及施加一第二電壓脈沖橫跨該選定的存儲單元，以誘發(fā)該存儲單元中的一第二電流，該第二電壓脈沖與第一電壓脈沖不同。接著，根據(jù)該第一與第二電流的差值決定儲存在該選定存儲單元中的資料值。 圖4例示用于相變化存儲單元的范例電流_電壓(IV)曲線。圖4中，曲線400表示存儲單元在高電阻重置(擦除)狀態(tài)的行為，以及曲線410表示存儲單元在低電阻設(shè)定(程序化)狀態(tài)的行為。 圖4也包含表示自重置狀態(tài)400至程序化狀態(tài)410的轉(zhuǎn)換的曲線415。應(yīng)了解的是，曲線415只是例示性的，及曲線415的真實形狀是視存儲單元的的性質(zhì)、施加至存儲單元的電壓及電流的態(tài)樣，以及相變化化材料加熱與冷卻而定。 如圖4所示，程序化臨界電壓Vth表示自重置狀態(tài)400至程序化狀態(tài)410的轉(zhuǎn)換開始時的電壓。因為存儲單元由于存儲元件的相變化材料的加熱而進(jìn)行一相變化，將了解的是程序化臨界電壓Vth是與包含存儲單元結(jié)構(gòu)、存儲單元材料的熱及電性質(zhì)及施加電流與電壓的脈沖形狀的存儲單元實施相關(guān)。 由于重置狀態(tài)400與程序化狀態(tài)410的電阻的差值，所以存儲單元處于程序化狀態(tài)410時相較于該存儲單元處于重置狀態(tài)400時，一橫跨存儲單元的施加電壓的給定差值將會導(dǎo)致電流的更大的差值。 圖5例示圖4的IV曲線，其中第一及第二電壓是施加至該存儲單元。
橫跨一選定的存儲單元施加的第一電壓K誘發(fā)該存儲單元的一第一電流I"可由圖5看出，假如該選定的存儲單元是在重置狀態(tài)400，第一電流將會是1/ ，而假如該選定的存儲單元是在程序化狀態(tài)410，第一電流將會是1/'。與橫跨該選定的存儲單元施加的第一電壓K不同的第二電壓V2誘發(fā)該存儲單元的一第二電流12。假如該選定的存儲單元是在重置狀態(tài)400，第二電流將會是12'，而假如該選定的存儲單元是在程序化狀態(tài)410，第二電流將會是12"。 因此，關(guān)于橫跨該選定的存儲單元所施加一給定電壓差值A(chǔ)V = V廠K，假如該選定的存儲單元是在重置狀態(tài)400，對應(yīng)電流差值將會是AI' = 12' -I/，而假如該選定的存儲單元是在程序化狀態(tài)410，對應(yīng)電流差值將會是AI"= I2"-I/'。因此，該選定的存儲單元的電阻狀態(tài)可根據(jù)電流的差值是AI"或是AI'而決定。
圖6是用于實施此處所描述的感測方法的架構(gòu)的簡示圖，其是根據(jù)由橫跨該選定的存儲單元332所施加的第一與第二電壓誘發(fā)的第一與第二電流之間的差值而決定儲存在一選定的存儲單元332的資料值。 在圖6的簡要方塊示意圖，存儲單元332的模型是由存取晶體管600及一用于相變化元件348的可變電阻器所組成。位線360的模型是由所示的電阻器/電容器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。位線譯碼器220是可操作以響應(yīng)地址信號，而將該選定的位線360耦接至節(jié)點(diǎn)605。字符線譯碼器210是可操作以響應(yīng)地址信號，而將該選定的字符線358耦接至一偏壓電壓(未圖標(biāo))而足以開啟晶體管600。 電壓箝位電路610是耦接至節(jié)點(diǎn)605，以提供一電壓(以下將參考圖7更詳細(xì)描述)至該選定存儲單元332，在存儲單元332狀態(tài)的感測(讀取)操作期間，由感測放大器電路620誘發(fā)存儲單元332中的電流IPEC。將參考圖7更詳細(xì)描述，感測放大器電路620是根據(jù)由于第一與第二電壓V工與V2的選定存儲單元332中的電流之間的差值，決定儲存在選定存儲單元332中的資料值。感測放大器電路620也產(chǎn)生一代表儲存在選定存儲單元332中的資料值的輸出信號V。ut。 圖7是一用于操作第6圖的架構(gòu)的時序圖。將了解的是，圖7的時序圖是經(jīng)簡化及未必成比例。 參考圖6及圖7，決定該選定存儲單元332在時間1\的第一電流-電壓操作點(diǎn)。一位線地址信號是供應(yīng)至位線譯碼器120以將該選定存儲單元332的位線360耦接至節(jié)點(diǎn)605，一字符線地址信號是供應(yīng)至字符線358，足以開啟存取晶體管600，及電壓箝位電路610是響應(yīng)至一第一箝位電壓V。lamp而供應(yīng)一第一電壓K至節(jié)點(diǎn)605，該第一電壓K是根據(jù)存儲元件348的電阻，誘發(fā)通過存儲單元332的電流IPEC。假如存儲元件348是在該高電阻重置狀態(tài)400，通過存儲單元332的電流IPEC將會是1/ ，而假如存儲元件348是在該低電阻設(shè)定狀態(tài)410，通過存儲單元332的電流IPEe將會是1/'。 致能信號en2開啟傳輸門640將節(jié)點(diǎn)660耦接至感測節(jié)點(diǎn)650，致能信號enl開啟傳輸門641將串接排列的電壓Vbiasl與電阻負(fù)載元件RlMd耦接至節(jié)點(diǎn)650，導(dǎo)致一電流Isre由電壓箝位電路610提供至感測放大器電路620。在該例示實施例，RlMd顯示如一電阻器，雖然在一些實施例，一主動負(fù)載諸如連接晶體管的二極管可替代使用。
由該電壓箝位電路610提供的電流I^大小是與電流IpK大小相關(guān)，及因而與存儲元件348的電阻相關(guān)。在該例示實施例，電壓箝位電路610包含操作放大器611與晶體管612，如此1^與1^大小實質(zhì)相等，雖然將了解的是本發(fā)明并非限制于如此。例如，替代性實施例中，該電壓箝位電路610可被實施，使得Isre大小為IPEC大小的函數(shù)，例如成正比或成反比。 電流1^設(shè)定感測節(jié)點(diǎn)650上的一電壓，信號Sl被設(shè)定至一高狀態(tài)以開啟晶體管642，及將電容器Cl的一第一節(jié)點(diǎn)661耦合至感測節(jié)點(diǎn)650，以及致能信號en3開啟傳輸門643以將電壓Vbi^耦接至電容器Cl的第二節(jié)點(diǎn)662而提供等效路徑，由此設(shè)定根據(jù)感測節(jié)點(diǎn)650的電壓的節(jié)點(diǎn)662與661之間的電容器Cl的電壓。在該例示實施例，電壓Vbias2實質(zhì)上與電壓Vbiasl相等，雖然其它包含接地的偏壓電壓可替代使用。 由于感測節(jié)點(diǎn)650上的電壓是與存儲元件348的電阻有關(guān)，而橫跨節(jié)點(diǎn)662與661之間的電容器C1的電壓亦與存儲元件348的電阻有關(guān)。
其次，決定該選定存儲單元332在時間T2的第二電流_電壓操作點(diǎn)。 一位線地址信號是供應(yīng)至位線譯碼器120，以將該選定存儲單元332的位線360耦接至節(jié)點(diǎn)605， 一字符線地址信號是供應(yīng)至字符線358，足以開啟存取晶體管600，及電壓箝位電路610是響應(yīng)至一第二箝位電壓V。lamp而供應(yīng)一第二電壓V2至節(jié)點(diǎn)605，該第二電壓V2是根據(jù)存儲元件348的電阻，誘發(fā)通過存儲單元332的電流IPEC。假如存儲元件348是在該高電阻重置狀態(tài)400，通過存儲單元332的電流IPEC將會是12'，而假如存儲元件348是在該低電阻設(shè)定狀態(tài)410，通過存儲單元332的電流Im將會是I2"。 致能信號en2開啟傳輸門640，以將節(jié)點(diǎn)660耦接至感測節(jié)點(diǎn)650，致能信號enl開啟傳輸門641將串接排列的電壓Vbiasl與電阻負(fù)載元件RlMd耦接至節(jié)點(diǎn)650，導(dǎo)致一第二電流ISK由電壓箝位電路610提供至感測放大器電路620。 電流1^設(shè)定感測節(jié)點(diǎn)650上的一電壓，信號SI被設(shè)定至一高狀態(tài)以開啟晶體管644，及將電容器C2的一第一節(jié)點(diǎn)663耦合至感測節(jié)點(diǎn)650，以及致能信號en4開啟傳輸門645，以將電壓Vbias3耦接至電容器C2的第二節(jié)點(diǎn)664而提供等效路徑，由此設(shè)定根據(jù)感測節(jié)點(diǎn)650的電壓的節(jié)點(diǎn)664與663之間的電容器C2的電壓。在該例示實施例，電壓Vbias3實質(zhì)上與電壓Vbiasl相等，雖然其它包含接地的偏壓電壓可替代使用。 如上述，在決定存儲單元332的第一及第二操作點(diǎn)期間，感測節(jié)點(diǎn)650上的電壓是根據(jù)存儲單元332的電流IPEC。由于在程序化410及重置狀態(tài)400的電阻的差值會導(dǎo)致電流IPEe更大的差值，假如存儲單元332是在程序化狀態(tài)410( A I")較假如存儲單元332在重置狀態(tài)400(AI')，此AI"與AI'之間的差值將導(dǎo)致根據(jù)存儲單元332的電阻狀態(tài)的第一及第二操作點(diǎn)的感測節(jié)點(diǎn)650對應(yīng)的電壓差值。因此，在節(jié)點(diǎn)662與661之間的電容器CI的電壓與在節(jié)點(diǎn)664與663之間的電容器C2的電壓的結(jié)果差值可被感測，以指示儲存在選定的存儲單元332中的資料值。 在時間l，信號SI與信號S2是設(shè)定至一高狀態(tài)，以將電容器CI的節(jié)點(diǎn)661耦接至電容器C2的節(jié)點(diǎn)663，致能信號en5開啟傳輸門646，以將電容器C2的節(jié)點(diǎn)664耦接至一參考電壓Vbi^，及致能信號en5開啟傳輸門647，以將節(jié)點(diǎn)662耦接至感測放大器680的一第一輸入681。 Vbias4是一預(yù)定電壓，及在一些實施例可以是一接地。
如上述，在節(jié)點(diǎn)662與661之間的電容器Cl的電壓與在節(jié)點(diǎn)664與663之間的電容器C2的電壓的差值是與存儲元件348的電阻相關(guān)。因此，第一輸入681與偏壓電壓Vbias4之間的電壓結(jié)果差值是第一及第二電容器Cl 、 C2的電壓差額，及指示該選定的存儲單元332的電阻狀態(tài)。因此，第一輸入681上的電壓可被感測，以指示存儲元件348的電阻狀態(tài)。 感測放大器680是響應(yīng)至該第一輸入681上的電壓與一在第二輸入上的預(yù)定參考電壓Vref的差異，及產(chǎn)生一指示存儲元件348的電阻狀態(tài)的輸出信號V。UT。圖7中，假如存儲單元332是在程序化狀態(tài)，V。UT是一沿著曲線770的第一電壓，以及假如存儲單元332是在重置狀態(tài)，則是一沿著曲線780的第二電壓。 雖然本發(fā)明是參考以上詳述的較佳實施例及范例而揭示，但應(yīng)了解所述范例是意圖以例示性而非限制性方式。已知熟習(xí)本項技術(shù)的人士可依據(jù)本發(fā)明所述的實例在不脫離本發(fā)明精神和范圍的所做的各種改變及組合，所述改變及組合將落入本發(fā)明的精神及權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種存儲單元的感測方法，該方法包含選擇一存儲單元；施加至存儲單元的一第一偏壓以誘發(fā)存儲單元中的一第一反應(yīng)；施加至存儲單元的一第二偏壓以誘發(fā)存儲單元中的一第二反應(yīng)，該第二偏壓與第一偏壓不同；及根據(jù)該第一及第二反應(yīng)之間的差值與一預(yù)定參考值，決定一儲存在存儲單元的資料值。
2. 如權(quán)利要求l所述的存儲單元的感測方法，其中，該施加一第一偏壓包含施加一第一電壓至該存儲單元以誘發(fā)存儲單元中的一第一電流；該施加一第二偏壓包含施加一第二電壓至該存儲單元以誘發(fā)存儲單元中的一第二電流，該第二電壓與第一電壓不同；及該決定儲存在存儲單元的資料值包含根據(jù)該第一及第二反應(yīng)之間的一差值與一預(yù)定參考值來決定該資料值。
3. 如權(quán)利要求2所述的存儲單元的感測方法，其中該決定儲存在存儲單元中的資料值，還包含根據(jù)該存儲單元中的該第一電流，設(shè)定一感測節(jié)點(diǎn)至一第一感測電壓；及根據(jù)該存儲單元中的該第二電流，設(shè)定該感測節(jié)點(diǎn)至一第二感測電壓。
4. 如權(quán)利要求3所述的存儲單元的感測方法，其中該設(shè)定一感測節(jié)點(diǎn)至一第一感測電壓的步驟包含電性耦接一串聯(lián)安排的一第三電壓及一 電阻負(fù)載元件至該感測節(jié)點(diǎn)，及根據(jù)該存儲單元中的該第一 電流提供一第三電流通過該串聯(lián)安排；及該設(shè)定該感測節(jié)點(diǎn)至一第二感測電壓的步驟包含電性耦接串聯(lián)安排的一第三電壓及一電阻負(fù)載元件至該感測節(jié)點(diǎn)，及經(jīng)由根據(jù)該存儲單元中的該第二電流提供一第四電流通過該串聯(lián)安排。
5. 如權(quán)利要求4所述的存儲單元的感測方法，其中該第三電流與該第一電流成比例；及該第四電流與該第二電流成比例。
6. 如權(quán)利要求3所述的存儲單元的感測方法，其中該決定在存儲單元中的資料值，還包含根據(jù)該第一感測電壓設(shè)定一電壓于一第一電容器；根據(jù)該第二感測電壓設(shè)定一電壓于一第二電容器；根據(jù)設(shè)定于該第一 電容器的電壓與設(shè)定于該第二電容器的電壓之間的差值耦接一 電壓至一感測放大器的一第一輸出；及根據(jù)該感測放大器的該第一輸出的該電壓與一施加至該感測放大器的一第二輸出的預(yù)定參考電壓之間的差值產(chǎn)生該感測放大器的一輸出信號，該輸出信號是指儲存在該存儲單元中的該資料值。
7. 如權(quán)利要求6所述的存儲單元的感測方法，其中假如該存儲單元是在一程序化狀態(tài)，則該感測放大器的該輸出信號包含一第一輸出電壓，及假如該存儲單元是在一重置狀態(tài)，則該感測放大器的該輸出信號包含一第二輸出電壓，該第一輸出電壓與該第二輸出電壓不同。
8. 如權(quán)利要求6所述的存儲單元的感測方法，其中該設(shè)定一電壓于一第一電容器，包含電性耦接該第一電容器的一第一節(jié)點(diǎn)至該感測節(jié)點(diǎn)，當(dāng)該感測節(jié)點(diǎn)上的電壓是該第一感測電壓，及電性耦接該第一電容器的一第二節(jié)點(diǎn)至一第四電壓；該設(shè)定一電壓于該第二電容器，包含電性耦接該第二電容器的一第一節(jié)點(diǎn)至該感測節(jié)點(diǎn)，當(dāng)該感測節(jié)點(diǎn)上的電壓是該第二感測電壓，及電性耦接該第二電容器的一第二節(jié)點(diǎn)至一第五電壓；及該耦接一電壓至感測放大器的第一輸出，包含電性耦接該第一電容器的該第一節(jié)點(diǎn)至該第二電容器的該第一節(jié)點(diǎn)；電性耦接該第二電容器的該第二節(jié)點(diǎn)至一第六電壓；及電性耦接該第一電容器的該第二節(jié)點(diǎn)至該感測放大器的該第一輸出。
9. 一種存儲裝置，包含一存儲單元；施加至該存儲單元的一第一偏壓以誘發(fā)存儲單元中的一第一反應(yīng)及施加至存儲單元的一第二偏壓以誘發(fā)該存儲單元中的一第二反應(yīng)的電路，其中該第二偏壓與該第一偏壓不同；及一感測放大器電路，響應(yīng)該第一及第二反應(yīng)之間的差值與一預(yù)定參考值，以產(chǎn)生指示儲存在該存儲單元中的一資料值的一輸出信號。
10. 如權(quán)利要求9所述的存儲裝置，其中該第一偏壓包含一第一電壓，其施加至該存儲單元以誘發(fā)存儲單元中的一第一電流；該第二偏壓包含一第二電壓，其施加至該存儲單元以誘發(fā)存儲單元中的一第二電流；及該感測放大器電路是響應(yīng)該第一及第二電流之間的差值與該預(yù)定參考值，以產(chǎn)生指示儲存在該存儲單元中的該資料值的一輸出信號。
11. 如權(quán)利要求io所述的存儲裝置，其中該感測放大器電路包含一感測節(jié)點(diǎn)與串聯(lián)安排的一第三電壓及電阻負(fù)載元件選擇性地耦接至該感測節(jié)點(diǎn)，且還包含一電路，根據(jù)該存儲單元中的該第一電流提供一第三電流通過該串聯(lián)安排，以及該電路也根據(jù)該存儲單元中的該第二電流提供一第四電流通過該串聯(lián)安排。
12. 如權(quán)利要求11所述的存儲裝置，其中該感測放大器電路還包含第一及第二電容器，該感測放大器電路用于根據(jù)第一感測電壓設(shè)定于第一電容器的電壓；根據(jù)第二感測電壓設(shè)定于第二電容器的電壓；以及響應(yīng)至第一及第二電容器的電壓差，以產(chǎn)生儲存在該存儲單元中的該資料值的一信號輸出。
13. 如權(quán)利要求12所述的存儲裝置，其中假如該存儲單元是在程序化狀態(tài)，則該感測放大器的輸出信號包含一第一輸出電壓，及假如該存儲單元是在重置狀態(tài)，則該感測放大器的輸出信號包含一第二輸出電壓，該第一輸出電壓與該第二輸出電壓不同。
全文摘要
本發(fā)明揭露的存儲單元感測方法是包含選擇一存儲單元。施加至存儲單元的一第一偏壓誘發(fā)存儲單元中的第一反應(yīng)。施加至存儲單元的一第二偏壓誘發(fā)存儲單元中的第二反應(yīng)，該第二偏壓是與第一偏壓不同。該方法包含根據(jù)該第一及第二反應(yīng)之間的差值與一預(yù)定參考值，以決定儲存在存儲單元的資料值。
文檔編號G11C16/26GK101777384SQ20091016915
公開日2010年7月14日 申請日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者馬克·拉莫瑞, 龍翔瀾 申請人:旺宏電子股份有限公司;國際商用機(jī)器公司