用於相變存儲器存儲單元的低應力多級讀取的方法和多級相變存儲器設備的製作方法

2023-07-26 03:46:51 1

專利名稱：用於相變存儲器存儲單元的低應力多級讀取的方法和多級相變存儲器設備的製作方法
技術領域：
本發明的實施方式涉及一種用於相變存儲器存儲單元的低應力多級讀取的方法 和一種多級相變存儲器設備。
背景技術：
眾所周知，相變存儲器使用一種具有在具有不同電特性的兩個相位之間切換的性 質的材料，所述兩個相位與材料的兩種不同晶體結構相關非晶形的、無序的相位、以及結 晶的或多晶的、有序的相位。因此這兩個相位與相當不同的值的電阻率相關。目前，可以在相變存儲器存儲單元中有利地使用諸如Te或Se等周期表第VI族元 素的合金，該合金稱為硫族化物或硫族元素材料。目前最有前途的硫族化物由也稱為GST 的Ge、Sb和Te的合金(Ge2Sb2Te5)組成，其現在被廣泛用於將信息存儲在可覆寫磁碟上，並 且還被提出用於海量存儲。在硫族化物中，當材料從非晶形(電阻性更大)的相位轉為結晶的(導電性更大) 相位時，電阻率改變兩個或更多數量級，反之亦然。可以通過局部提高溫度來獲得相變。在150°C以下，兩種相位都是穩定的。從非晶 形狀態開始，並使溫度升高至200°C以上，存在晶粒的快速成核現象，並且如果使材料保持 在結晶溫度足夠長的時間，則該材料經歷相變並變成晶體。為了使硫族化物回到非晶形狀 態，必須使溫度升高至熔融溫度(大約600°C)以上，並隨後快速地冷卻硫族化物。已經提出了採用硫族元素材料的性質的存儲器設備(也稱為相變存儲器設備)。在許多文獻中公開了適合於在相變存儲器設備和相變元件的可能結構中使用的 硫族化物的組成物(參見例如US 5，825，046)。如在EP-A-1326254 (對應於US-A-2003/0185047)中所討論的，相變存儲器設備的 存儲元件包括硫族元素材料和電阻性電極，也稱為加熱器。事實上，從電學觀點出發，通過促使電流流過與硫族元素材料接觸或緊密接近的 電阻性電極並因此通過焦耳效應將硫族元素材料加熱來獲得結晶溫度和熔融溫度。特別地，當硫族元素材料處於非晶形、高電阻率狀態(也稱為復位狀態)時，必須 施加適當長度和振幅的電流脈衝並允許硫族元素材料慢慢地冷卻。在此條件下，硫族元素 材料改變其狀態並從高電阻率狀態切換到低電阻率狀態。更確切地說，根據脈衝的持續時 間和振幅，可以通過硫族元素存儲元件來形成不同受控導電性的結晶路徑。實際上，可以通 過施加適當的電流分布來調整結晶路徑的平均橫截面。因此，可以可重複地將相變材料的 電阻率設置為多個層級之一，從而提供多級相變存儲器，其可以在每個存儲單元中存儲一 個位以上。可以通過高振幅電流脈衝和快速冷卻使硫族元素材料相反地轉變回非晶形狀態。與任何其它微電子設備一樣，多級相變存儲器必須克服越來越需要的對縮放 (scaling)的要求。事實上，與有意義的信號相比，縮放常常導致幹擾增加並因此影響信噪比。例如，在多級相變存儲器中，縮放引起對應於不同編程層級的集中分布，因此可用於區 別不同層級的裕度減小。而且，選擇器和加熱器具有更大的電阻，這導致用於給定讀取電壓 的輸出電流更小。另一方面，讀取電壓必須保持低於安全值且不能無限地增大。否則，事實上，硫族 化物中的溫度可能在讀取期間升高至發生相位切換的程度。還已知隨著讀取電壓接近安 全值，硫族化物存儲元件顯示出增加的從非晶形狀態或結晶狀態的漂移。雖然單一的讀取 操作不改變存儲在存儲單元中的數據，但多次重複可能影響保留數據的長期能力並引起錯誤。本發明的目的是提供不受上述限制的一種用於相變存儲器存儲單元的多級讀取 的方法和一種多級相變存儲器設備。根據本發明的實施方式，提供了用於相變存儲器存儲單元的多級讀取的方法和一 種多級相變存儲器設備。

發明內容
根據本發明的實施方式，提供了一種用於相變存儲器存儲單元的多級讀取的方 法，該方法包括選擇位線和耦合到所選位線的相變存儲器存儲單元；向所述所選位線施加第一偏壓(VBL、V。0)；將響應於所述第一偏壓(Vp V00)而流過所述所選位線的第一讀出電流(Ikdcici)與 第一基準電流(IJ相比較，其中所述第一基準電流(IJ使得當所選相變存儲器存儲單元 處於復位狀態時所述第一讀出電流(IkdJ與所述第一基準電流(IcJ處於第一關係，否則 所述第一讀出電流(Ikdcici)與所述第一基準電流(IcJ處於第二關係；以及基於將所述第一讀出電流(Ikdcici)與所述第一基準電流(IJ相比較，確定所述所 選相變存儲器存儲單元是否處於復位狀態；其特徵在於如果所述所選相變存儲器存儲單元未處於復位狀態，則向所述所選位 線施加第二偏壓(Vp Vtll),所述第二偏壓(VpVtll)大於所述第一偏壓(VpVj。根據本發明的另一種實施方式，提供了一種相變存儲器設備，該相變存儲器設備 包括多個相變存儲器存儲單元，該相變存儲器存儲單元以行和列布置並耦合到各個字 線和位線；選擇電路，該選擇電路用於選擇所述位線和耦合到所選位線的相變存儲器存儲單 元；偏置電路，該偏置電路用於向所述所選位線施加第一偏壓(V%、VJ ；以及感測電路，該感測電路用於將響應於所述第一偏壓(VpVcitl)而流過所述所選位線 的第一讀出電流(Ikmci)與第一基準電流(IJ相比較，其中所述第一基準電流(IcJ使得 當所選相變存儲器存儲單元處於復位狀態時所述第一讀出電流(IkdJ與所述第一基準電 流(Icitl)處於第一關係，否則所述第一讀出電流(Ikdcici)與所述第一基準電流(Icici)處於第二 關係，其中所述感測電路可操作用於基於將所述第一讀出電流(IkdJ與所述第一基準電流 (I00)相比較來確定所述所選相變存儲器存儲單元是否處於復位狀態；
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其特徵在於所述偏置電路可操作用於如果所述所選相變存儲器存儲單元未處於 復位狀態，則向所述所選位線施加第二偏壓(VBy Vtll)，所述第二偏壓(Vp V01)大於所述第 一偏壓(VBL, V00)。根據本發明的又一實施方式，提供了一種系統，該系統包括控制單元；以及上面所述的相變存儲器設備，該相變存儲器設備耦合到處理單元。


為了理解本發明，現在將參照附圖描述本發明的純粹作為非限制性示例的某些實 施方式，在附圖中圖1是根據本發明的一種實施方式的相變存儲器設備的簡化方框圖；圖2是圖1的相變存儲器設備的一部分的更詳細的方框圖；圖3是根據本發明的一種實施方式的方法的流程圖；圖4a至圖4c是示出與圖1的相變存儲器設備有關的第一參量(quantity)的圖 表；圖5a至圖5c是示出與圖1的相變存儲器設備有關的第二參量的圖表；圖6是根據本發明的一種實施方式的方法的流程圖；圖7是示出與圖1的相變存儲器設備有關的第三參量的圖表；圖8是圖1的相變存儲器設備的一部分的詳細方框圖；圖9a至圖9c是示出與圖1的相變存儲器設備有關的第二參量的圖表；以及圖10是本發明的一種實施方式的系統描繪。
具體實施例方式圖1示出相變存儲器(在下文中為「PCM」)設備1。多個PCM存儲單元2被布置 成行和列以形成陣列3。行解碼器4和列解碼器5被耦合到存儲器控制單元6和讀取/程 序單元7，該讀取/程序單元7包括程序電路7a和讀取/校驗電路7b。字線8和位線9分 別平行於行和列，並可以用已知的方式通過行解碼器4和列解碼器5選擇性地連接到讀取 /程序單元7。特別地，列解碼器5通過與可以通過同時被選擇用於讀取的位線9的數目一 樣多的讀線(read line) 7c耦合到讀取/校驗電路7b。每個PCM存儲單元2連接到各字線8與各位線9的交叉點且包括相變型的存儲元 件10和選擇元件11。存儲元件10具有連接到各位線9的第一端子和連接到選擇元件11 的第一端子的第二端子。選擇元件11具有接地的第二端子和連接到各字線8的控制端子。 根據替代解決方案，每個PCM存儲單元2的存儲元件10和選擇元件11可以在位置上互換； 此外，選擇元件11可以只具有兩個端子(例如二極體)。程序電路7a被配置為提供編程電流Ip以便在存儲器控制單元6的控制下將所選 PCM存儲單元2選擇性地編程為多種狀態之一。可用狀態的數目將被表示為N。在本文所 述的實施方式中，PCM存儲單元2每個可以存儲兩個位，因此其具有N = 4種狀態，即復位 狀態或最大電阻狀態(00，其中基本上形成存儲元件的所有相變材料都是非晶形的，沒有結 晶通路)，一種設定狀態或最小電阻狀態(11，其中基本上形成存儲元件的所有相變材料都是結晶的)、以及兩種中間結晶狀態或中間電阻狀態(10和01，具有各自的中間電阻)。如圖2所示，讀取/校驗電路7b包括多個位線偏置電路13、感測電路15和溫度傳 感器16。S卩，對於每個讀線7c (因此，對於被選擇用於讀取的每個位線9)，存在一個各自的 位線偏置電路13和一個各自的感測電路1。偏置電路13耦合到各感測電路15和各讀線7c。偏置電路13可操作用於在讀操 作期間通過讀線7c向所選位線9提供偏壓，偏壓在這裡通常表示為VbJ為簡化起見，認為 列解碼器5上的電壓降可忽略)。基於由溫度傳感器16供應且可表示容納PCM設備1的芯 片的工作溫度的溫度信號T。來調整偏壓V皿的值。當通過讀線7c向所選位線9施加偏壓V皿時，在這裡通常表示為Ikd的讀出電流流 過所選位線9和PCM存儲單元2。感測電路15感測取決於各個所選PCM存儲單元2的實際編程狀態的讀出電流IKD。 基於與一組N-I個基準電流的比較，感測電路15確定各個所選PCM存儲單元2的實際編程 狀態並在各數據輸出端15a上提供相應的讀出數據D。當已經確定所選PCM存儲單元2的 實際編程狀態時，相應的感測電路15因此通過數據識別信號DREC來通知各偏置電路13。 然後，偏置電路13響應於數據識別信號DREC來取消相應位線9的選擇，以便讀操作可以在 不影響相應PCM存儲單元2的情況下繼續。在一種實施方式中，可以將所選位線9設置為 復位電壓，例如接地電壓。現在將參照圖3和4a 4c更詳細地解釋PCM設備1的操作。特別地，圖3示出 與所選PCM存儲單元2之一的讀取有關的流程圖。對所有所選PCM存儲單元2應用相同的程序。首先，通過適當地對行解碼器4和列解碼器5尋址來選擇用於讀取的若干PCM存 儲單元2。連接到所選PCM存儲單元2的所選位線9通過讀線7c耦合到各偏置電路13和 感測電路15。然後(方框100)，讀取溫度信號Tc並因此調整偏壓的值。如在下文中將解釋的那 樣，偏壓可以採用N-I個電壓層級來區別各編程狀態(N是與每個PCM存儲單元2相關的存 儲層級的數目)。通過與溫度變化相對的移位來調整全部的N-I個層級。S卩，由全部的N-I 個層級的負移位來補償正的溫度變化，反之亦然，由全部N-I個層級的正移位來補償負的
溫度變化。然後，偏置電路13向各個所選位線9施加第一偏壓Vtltl (即所選位線9上的偏壓在 此階段等於第一偏壓Vc ，Vbl = V00 ；方框105)。第一偏壓Vtltl是相對較低的電壓，相當於傳 統PCM設備的位線讀取偏壓(例如使得約350mV的電壓被施加於存儲元件10)。在任何情況下，第一偏壓Vcitl使得實際上沒有電流流過處於復位狀態(完全非晶 形、最大電阻性)的所選PCM存儲單元2。感測電路15響應於被施加於所選位線9的第一偏壓Vtltl而感測流過所選PCM存儲 單元2的第一讀出電流IKDQQ。在此階段，由Ikdqq = V00/Rcell給出讀出電流Ikdqq,復位PCM存 儲單元2的存儲單元電阻約為例如IOOkQ (選擇元件11的電阻可忽略)。所感測的第一讀出電流Iedcici隨後被與第一基準電流Itltl相比較(方框110，參見圖 5a)，使得可以將處於復位狀態的PCM存儲單元2與未處於復位狀態的PCM存儲單元2區別 開(參見圖5a)。即，處於復位狀態的PCM存儲單元實際上不吸引電流，並且在任何情況下
8第一讀出電流I·。低於第二基準電流Ιο。。因此，如果第一讀出電流IraiC1低於第一基準電流 Iw (方框110，輸出「是」)，則確定相應的PCM存儲單元2處於復位狀態，在耦合到處於復位 狀態的PCM存儲單元2的感測電路15的數據輸出端15a上出現讀出數據D = 「00」。通過 將各位線9連接到靜止電壓(rest voltage)(地線，方框125)來取消已被讀取的處於復位 狀態的PCM存儲單元的選擇。因此，取消選擇的PCM存儲單元將不會受到稍後被施加於仍 被選擇的PCM存儲單元的偏壓的影響。如果第一讀出電流Ikdcici大於第二基準電流Ιω(方框110，輸出「否」)，相應的PCM 存儲單元2仍被選擇。然後(方框130)，偏置電路13向仍被選擇的存儲單元施加第二偏壓Vtllt5第二偏 壓Vtll大於第一偏壓V,因此，在與不同編程狀態相關的電流水平比在施加第一偏壓Vcitl的 情況下相隔較寬的間隔。這可以從圖5b中認識到，其中用虛線示出對於= V00的水平分布。在此由感測電路15來感測第二讀出電流Ikdqi並將其與第二基準電流Itll相比較， 以便將處於第一中間結晶狀態的所選PCM存儲單元2與處於第二中間結晶狀態或處於設定 完全結晶狀態(完全結晶，電阻性最小)的那些PCM存儲單元2區別開。如果所感測的第二讀出電流Ikdci1低於第二基準電流Itll (方框140，輸出「是」)，則 確定相應的PCM存儲單元2處於第一中間結晶狀態，在耦合到被選擇(方框125)的處於第 一中間結晶狀態(方框150)的PCM存儲單元2的感測電路15的數據輸出端15a上出現讀 出數據D =「01」。如果第二讀出電流Ikmi大於第二基準電流Itll (方框140，輸出「否」)，則相應的PCM 存儲單元仍被選擇。然後由偏置電路13向仍被選擇的PCM存儲單元2施加第三偏壓Vltl，並由感測電 路15來感測由此產生的第三讀出電流Iedici(方框160)。同樣如圖5c所示，所感測的第三 讀出電流I·隨後被與第三基準電流Iici相比較，以便將處於第二中間結晶狀態(「10」) 的PCM存儲單元2與處於設定狀態(「11」)的那些PCM存儲單元2區別開。如果第三讀出電流Ikdiq低於第三基準電流Iltl (方框170，輸出「是」)，則確定相應 的PCM存儲單元2處於第一中間結晶狀態且在耦合到被取消選擇(方框125)的處於第一 中間結晶狀態(方框180)的PCM存儲單元2的感測電路15的數據輸出端15a上出現讀出 數據D = 「10」。否則，確定相應的PCM存儲單元2處於設定狀態，且在耦合到被取消選擇 (方框125)的處於第一中間結晶狀態的PCM存儲單元2的感測電路15的數據輸出端15a 上出現讀出數據D = 「11」。因此，已讀取最初被選擇的所有PCM存儲單元2。實際上，最初單獨地施加低偏壓 (第一偏壓VcJ以區別處於復位(完全非晶形)狀態的PCM存儲單元2。因此，實際上沒有 電流或至少極低的讀出電流流過復位PCM存儲單元2，並消除由讀取引起的漂移效應。然後，通過施加增加的偏壓直至已識別所有PCM存儲單元2的編程狀態來重複讀 取循環(在N個可用編程狀態下為N-I次)。更確切地說，重複持續至對於每個所選PCM存 儲單元2滿足以下條件之一已經進行所選PCM存儲單元2處於中間結晶狀態01、10之一的確定；以及已經進行所選PCM存儲單元2未處於其它中間結晶狀態01、10中的任何一個的確定。此外，如果已進行所選PCM存儲單元2未處於中間結晶狀態01、10中的任何一個 的確定，則確定所選PCM存儲單元2處於設定狀態。在任何時間取消對已確定其各自的實際編程狀態的所選PCM存儲單元2 (及相應 位線9)的選擇。特別地，在施加最低可用偏壓、即第一偏壓Vcitl之後取消復位PC存儲單元 2的選擇。因此，復位PC存儲單元2不受讀操作的繼續和較高偏壓的影響。另一方面，在 被設置為中間結晶狀態或設定狀態(完全結晶)的PCM存儲單元2中，讀出電流本質上通 過存儲元件被結晶路徑吸引。作為替代，圍繞結晶路徑的可能的非晶形材料僅僅與可忽略 的一部分讀出電流交叉且基本上不受影響。因此，不存在漂移的風險，同時，實際編程狀態 的辨別力得到改善，因為層級分布由於所述方法而相互間隔開。此外，只有最高偏壓被施加 於導電性最大的PCM存儲單元2，即具有最大導電性的結晶路徑的那些PCM存儲單元2。因 此，始終保持非晶形材料。事實上，結晶路徑的導電性越高，與非晶形材料交叉的那部分讀 出電流越小。因此，可以在不顯著改變存儲材料的狀態的情況下增大讀出電壓，因為在任何 情況下非晶形部分上的應力被減小。在一種實施方式中，如圖6所示，在讀取之後執行被讀取的PCM存儲單元2的校 驗程序。校驗偏壓Vv被施加於位線9，根據剛剛從PCM存儲單元2讀取的數據再次進行讀 取(方框200)。實際上，對於每個PCM存儲單元2，使用已發生編程層級識別的相同偏壓
(例如，向剛剛被讀取並被設置為第一中間結晶狀態01的所有PCM存儲單元施加第二偏 壓Vtll)。可以同時向各個不同的PCM存儲單元2施加不同的偏壓在另一實施方式中， 向所有所選PCM存儲單元2施加單一校驗偏壓Vv。然後，由感測電路15來感測響應於校驗偏壓Vv而流過位線9和PCM存儲單元2的 校驗電流Iv並將其與各個校驗電流範圍Rv相比較(方框220)。如圖7所示，校驗電流範 圍Rv包括各電流期望值I·、Ieci1、Ieici、Ieii。如果校驗電流Iv在各校驗電流範圍Rv內，則校驗程序(方向220，輸出「是」)，該 程序終止(方框230)。顯示出在各校驗電流範圍Rv之外的校驗電流Iv WPCM存儲單元 2(方框220，輸出「否」)，對剛剛讀取的數據重新編程(方框240)。因此，PCM存儲器設備 1的分布層級保持一致且由於讀取引起的可能的較小漂移效應被立即恢復。圖8更詳細地示出偏置電路13之一和感測電路15之一。偏置電路13包括具有 耦合到電源線16和各讀線7c的漏極端子和源極端子的調節器電晶體17以及向調節器晶 體管17的控制端子供應控制電壓的電壓控制電路20。電壓控制電路20還具有耦合到用 於接收電壓選擇信號VSEL的存儲器控制單元6的電壓選擇輸入端20a、耦合到感測電路15 的取消選擇輸入端20b、以及耦合到用於接收溫度信號T。的溫度傳感器16的調整輸入端 20c。偏置電路13還包括由數據識別信號DREC控制的取消選擇電晶體18和邏輯電路19。 在這裡是NMOS電晶體的取消選擇電晶體18具有分別耦合到調節器電晶體17的柵極端子 和地線的漏極端子和源極端子。邏輯電路19的一個輸出端耦合到取消選擇電晶體18的柵 極端子。邏輯電路19被配置為使得取消選擇電晶體18在讀操作開始時截止。當存儲在相 應PCM存儲單元2中的數據已被識別時，數據識別信號DREC切換，並且作為響應，邏輯電路 19使取消選擇電晶體18導通，從而使調節器電晶體17截止並使相應的所選位線9產生接 地電壓。這樣，位線9被取消選擇並保持如此，直至讀操作結束。
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感測電路15包括感測放大器21、基準模塊23、數據模塊24和輸出緩衝器25，所述 基準模塊23選擇性地供應第一、第二和第三基準電流Ιω、I01, Iltl之一(為明了起見，在本 文中一般表示為基準電流Ikef)。感測放大器21具有耦合到用於在施加偏壓V皿時感測讀出 電流Ikd的讀線7c的感測輸入端21a、以及耦合到用於接收基準電流Ikef的基準模塊的基準 輸入端21b。感測放大器21的一個輸出端耦合到用於響應於低於實際基準電流Ikef的所感 測的讀出電流Ied而供應數據識別信號DREC的輸出緩衝器25。感測放大器21的輸出端還 連接到電壓控制電路20的取消選擇輸入端20b。如圖9a 9c所示，數據模塊24受到控制 而依照當前所選偏壓V皿和基準電流Ikef向輸出緩衝器25提供輸出數據值。在本文所述的 實施方式中，基準模塊23和數據模塊24均由存儲器控制單元6通過電壓選擇信號VSEL來 控制。在讀操作中，如前文所述，存儲器控制單元6通過電壓選擇信號VSEL來選擇要施 加於所選位線9的適當偏壓電壓控制電路20驅動調節器電晶體17，使得所選偏壓V皿 實際上被施加於相應的位線9。同時，如圖9a 9c所示，由基準模塊23和數據模塊24依 照電壓選擇信號VSEL來選擇適當的基準電流Ikef和輸出數據值。感測放大器21將實際讀 出電流Ikd與基準電流Ikef相比較。如果讀出電流Ikd較低，則確定相應的所選PCM存儲單 元2的實際編程狀態且感測放大器21發送數據識別信號DREC。響應於數據識別信號DREC， 電壓控制電路20通過使調節器電晶體17截止來取消相應PCM存儲單元2的選擇。因此， PCM存儲單元2不再受到讀操作可能繼續的影響，亦即不經歷可能改變其編程狀態的較高 偏壓V^此外，由數據模塊24呈現的輸出數據值被加載在輸出緩衝器25中並作為輸出數 據D供應。在所選PCM存儲單元處於設定狀態的情況下(即讀出電流Ied從不超過任何基 準電流Ikef)，數據值「 11」作為輸出數據D被呈現。在一種實施方式中，這通過在讀操作開 始時將數據值「11」預先加載在輸出緩衝器25中來實現。在圖10中，示出了依照本發明的實施方式的系統300的一部分。系統300可以在 例如可能具有無線能力的個人數字助理(PDA)、膝上計算機或可攜式計算機，蜂窩電話、即 時通訊設備、數位音樂播放器、數位照相機，或可能適合於處理、存儲、發送或接收信息且需 要永久性存儲能力的其它設備的設備中使用。系統300可以包括經由總線350相互耦合的控制器310、輸入/輸出(I/O)設備 320 (例如鍵盤、顯示器)、相變存儲器設備1、無線接口 340、以及RAM存儲器360。在一種實 施方式中，可以使用電池380來向系統300供電。應注意的是本發明的範圍不限於一定具 有任何或全部以上列出的組件的實施方式。例如，控制器310可以包括一個或多個微處理器、數位訊號處理器、微控制器等等。可以使用I/O設備320來生成消息。系統300可以使用無線接口 340用射頻(RF) 信號向無線通信網絡發送消息並從無線通信網絡接收消息。無線接口 340的示例可以包括 天線、或無線收發機，諸如偶極天線，但是本發明的範圍在這方面不受限制。而且，I/O設備 320可以遞送反映什麼項目被存儲為數字輸出(如果存儲數字信息)或模擬信息(如果存 儲模擬信息)的電壓。最後，很明顯，如所附權利要求所定義的那樣，可以對本文所述和所示的方法和設 備進行許多修改和變更，其全部在本發明的範圍內。
權利要求
一種用於相變存儲器存儲單元的多級讀取的方法，該方法包括選擇位線和耦合到所選位線的相變存儲器存儲單元；向所述所選位線施加第一偏壓(VBL、V00)；將響應於所述第一偏壓(VBL、V00)而流過所述所選位線的第一讀出電流(IRD00)與第一基準電流(I00)相比較，其中所述第一基準電流(I00)使得當所選相變存儲器存儲單元處於復位狀態時所述第一讀出電流(IRD00)與所述第一基準電流(I00)處於第一關係，否則所述第一讀出電流(IRD00)與所述第一基準電流(I00)處於第二關係；以及基於將所述第一讀出電流(IRD00)與所述第一基準電流(I00)相比較，確定所述所選相變存儲器存儲單元是否處於復位狀態；其特徵在於如果所述所選相變存儲器存儲單元未處於復位狀態，則向所述所選位線施加第二偏壓(VBL、V01)，所述第二偏壓(VBL、V01)大於所述第一偏壓(VBL、V00)。
2.根據權利要求1所述的方法，該方法包括將響應於施加所述第二偏壓(Utll)而流 過所述所選位線的第二讀出電流(Ikmi)與第二基準電流(Itll)相比較，其中所述第二基準 電流(Itll)使得當所述所選相變存儲器存儲單元處於第一中間結晶狀態時所述第二讀出電 流(Ikdci1)與所述第二基準電流(Itll)處於第一關係，否則所述第二讀出電流(Ikmi)與所述 第二基準電流(Itll)處於第二關係；以及基於將所述第二讀出電流(Iemi)與所述第二基準電流(Itll)相比較，確定所述所選相 變存儲器存儲單元是否處於所述第一中間結晶狀態。
3.根據權利要求2所述的方法，該方法包括如果尚未確定所述所選相變存儲器存儲單 元的編程狀態，則向所述所選位線(9)施加另一偏壓(VBp Vltl),所述另一偏壓(I、V10)大 於先前施加於所述所選位線的任何偏壓(VbPVc^Vci1)；將響應於施加所述另一偏壓(Vp V10)而流過所述所選位線的另一讀出電流(Ikdici)與 另一基準電流(Iltl)相比較，其中所述另一基準電流(Iltl)使得如果所述所選相變存儲器存 儲單元處於另一中間結晶狀態，則所述另一讀出電流(Ikdici)與所述另一基準電流(Iltl)處 於第一關係，否則所述另一讀出電流(Iedici)與所述另一基準電流(Iltl)處於第二關係；以及基於將所述另一讀出電流(Iedici)與所述另一基準電流(Iici)相比較，確定所述所選相 變存儲器存儲單元是否處於所述另一中間結晶狀態。
4.根據權利要求3所述的方法，其中如果尚未確定所述所選相變存儲器存儲單元的編程狀態，則向所述所選位線(9)施加 另一偏壓(VbJ，所述另一偏壓(VbJ大於先前施加於所述所選位線的任何偏壓(VpV.Vu、 V10)；將響應於施加所述另一偏壓(VbJ而流過所述所選位線的另一讀出電流與另一基準電 流相比較，其中所述另一基準電流使得如果所述所選相變存儲器存儲單元處於另一中間結 晶狀態，則所述另一讀出電流與所述另一基準電流處於第一關係，否則所述另一讀出電流 與所述另一基準電流處於第二關係；以及基於將所述另一讀出電流與所述另一基準電流相比較，確定所述所選相變存儲器存儲 單元是否處於所述另一中間結晶狀態；重複上述操作直至滿足以下條件之一已經進行所述所選相變存儲器存儲單元處於所述另一中間結晶狀態之一的確定；以及已經進行所述所選相變存儲器存儲單元未處於所述另一中間結晶狀態中的任何一個 的確定。
5.根據權利要求4所述的方法，該方法包括如果已經進行所述所選相變存儲器存儲單 元未處於所述另一中間結晶狀態中的任何一個的確定，則確定所述所選相變存儲器存儲單 元處於設定狀態。
6.根據權利要求1所述的方法，該方法還包括選擇多個位線和多個相變存儲器存儲單元，每個相變存儲器存儲單元連接到所述多個 所選位線中的相應的一個；以及取消對已確定其實際編程狀態的所選相變存儲器存儲單元中的每一個的選擇。
7.根據權利要求4所述的方法，該方法還包括感測設備工作溫度(Tc)；以及基於所述 設備工作溫度(T。)來調整所述第一偏壓(VJ。
8.根據權利要求7所述的方法，該方法還包括基於所述設備工作溫度來選擇第二偏壓 水平和任何另一偏壓水平。
9.根據權利要求1所述的方法，該方法包括校驗所述所選相變存儲器存儲單元的編程 狀態。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述校驗包括向所述所選相變存儲器存儲單元施加校驗偏壓(Vv)；感測響應於所述校驗偏壓(Vv)而流過所述所選相變存儲器存儲單元的校驗電流(Iv)；以及將所述校驗電流(Iv)與包括各電流期望值(IEQQ、IEQ1、IE1Q、IE11)的各校驗電流範圍(Rv) 相比較。
11.根據權利要求10所述的方法，該方法包括如果所述校驗電流(Iv)在所述校驗電流 範圍(Rv)之外，則對讀出數據⑶重新編程。
12.—種相變存儲器設備，該相變存儲器設備包括多個相變存儲器存儲單元，該相變存儲器存儲單元以行和列布置並耦合到各個字線和 位線；選擇電路，該選擇電路用於選擇所述位線和耦合到所選位線的相變存儲器存儲單元；偏置電路，該偏置電路用於向所述所選位線施加第一偏壓(VpVcitl)；以及感測電路，該感測電路用於將響應於所述第一偏壓(VpVcitl)而流過所述所選位線的第 一讀出電流(I 。)與第一基準電流(IcJ相比較，其中所述第一基準電流(IJ使得當所選 相變存儲器存儲單元處於復位狀態時所述第一讀出電流(Ikdcici)與所述第一基準電流(Im) 處於第一關係，否則所述第一讀出電流(Ikdcici)與所述第一基準電流(IcJ處於第二關係，其 中所述感測電路可操作用於基於將所述第一讀出電流(Ikdcici)與所述第一基準電流(Icici)相 比較來確定所述所選相變存儲器存儲單元是否處於復位狀態；其特徵在於所述偏置電路可操作用於如果所述所選相變存儲器存儲單元未處於復位 狀態，則向所述所選位線施加第二偏壓(Vp Vtll)，所述第二偏壓(Vp V01)大於所述第一偏 壓(VBL>V00)o
13.根據權利要求12所述的相變存儲器設備，其中所述偏置電路包括電壓調節元件，該電壓調節元件用於通過所述選擇電路而選擇性地與所述所選位線耦合；以及電壓控制電路，該電壓控制電路用於驅動所述電壓調節元件，使得包括所述第一偏壓 (Vbl^V00)的多個偏壓(VbJ之一被施加於相應的位線。
14.根據權利要求12所述的相變存儲器設備，其中所述感測電路包括基準模塊，該基準模塊用於選擇性地施加包括所述第一基準電流(IJ的多個基準電 流(Ikef)之一；以及感測放大器，該感測放大器用於通過所述選擇電路而選擇性地與所述所選位線耦合且 可操作用於感測流過所述所選位線的讀出電流(Ikd)，所述讀出電流(Ikd)包括所述第一讀 出電流(Iedoo)。
15.根據權利要求12所述的相變存儲器設備，其中所述感測電路具有耦合到所述偏置電路的取消選擇輸入端的輸出端，該輸出端用於響 應於至少所述第一讀出電流(Ικ_)與所述第一基準電流(IcJ處於所述第一關係而提供數 據識別信號(DREC)；以及所述偏置電路可操作用於響應於所述數據識別信號(DREC)而取消所述所選位線的選擇。
16.根據權利要求12所述的相變存儲器設備，該相變存儲器設備還包括用於供應溫度 信號(Te)的溫度傳感器，所述溫度信號(T。)是所述相變存儲器設備的工作溫度。
17.根據權利要求16所述的相變存儲器設備，其中所述偏置電路耦合到所述溫度傳感 器且可操作用於基於所述溫度信號(T。)來調整所述第一偏壓(VpVj。
18.一種系統，該系統包括 控制單元；以及根據權利要求12所述的相變存儲器設備(1)，該相變存儲器設備耦合到處理單元。
全文摘要
提供一種用於相變存儲器存儲單元的多級讀取的方法，首先選擇位線(9)和PCM存儲單元(2)並向所選位線(9)施加第一偏壓(VBL、V00)。將響應於第一偏壓(VBL、V00)而流過所選位線(9)的第一讀出電流(IRD00)與第一基準電流(I00)相比較。第一基準電流(I00)使得第一讀出電流(IRD00)在所選PCM存儲單元(2)處於復位狀態時低於第一基準電流(I00)，否則第一讀出電流(IRD00)大於第一基準電流(I00)。然後基於將第一讀出電流(IRD00)與第一基準電流(I00)相比較來確定所選PCM存儲單元(2)是否處於復位狀態。如果所選PCM存儲單元(2)未處於復位狀態，則向所選位線(9)施加大於第一偏壓(VBL、V00)的第二偏壓(VBL、V01)。
文檔編號G11C11/56GK101908374SQ20091020718
公開日2010年12月8日 申請日期2009年11月13日 優先權日2008年12月29日
發明者C·雷斯塔, F·貝代斯基, M·費拉託 申請人:恆憶公司