應用於可程序化電阻式存儲材料的感測電路的製作方法

2023-05-25 06:19:11

專利名稱：應用於可程序化電阻式存儲材料的感測電路的製作方法
技術領域：
本發明是關於根據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，包含類似以硫屬化物為基礎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：
例如硫屬化物材料及相似材料的相變化材料的可程序化電阻式存儲材料，能由適用於集成電路實施程度的電流的施加，引起非晶態與結晶態之間的相變化。 一般非晶態的特徵為具有較一般結晶態高的電阻，其可輕易感知以指示資料。所述特性有益於使用可程序化電阻材料以形成非揮發性存儲器電路，其可隨機存取及寫入。 此處稱為重置或程序化的自非晶態變化至結晶態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間的轉換。此處稱為重置的自結晶態變化至較高度的非晶態一
般是一較高電流操作，其包含一短高電流密度脈衝以熔化或崩潰結晶結構，其後該相變化
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中穩定化。 相變化存儲器中，資料是由引起非晶態與結晶態之間的相變化材料的主動區中的
轉換而儲存。圖1是具有低電阻設定(程序化)狀態100及高電阻重置(擦除)狀態102
的兩個狀態的一的存儲單元的圖，其中兩者之間具有非重疊的電阻範圍。 低電阻設定狀態100的最高電阻&與高電阻重置狀態102的最低電阻R2之間的
差異是定義用於區分在設定狀態100與重置狀態102的單元的讀取界限101。由決定存儲
單元是否具有對應於低電阻狀態100或高電阻狀態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於或低於讀取界限101中的臨界電阻Rsa103。
為了能可靠地區分重置狀態102與設定狀態100，維持一相對大的讀取界限101是重要的。 傳統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與一參考值作比較。然而，在材料、工藝以及操作環境方面的差
異，會導致包含與存儲單元的陣列中的每一資料值相關的存儲材料的電阻的差異的不同程
序化特徵。這些差異會使由將存儲單元的響應與一參考值比較，難以準確地感測存儲單元
的電阻狀態，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，其能準確讀取程序化電阻式存儲單元的電阻狀態，以及操作此電路的方法。

發明內容
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存儲單元中的第一反應。施加至存儲單元的一第二偏壓以誘發存儲單元中的第二反應，該第二偏壓是與第一偏壓不同。該方法包含根據該第一及第二反應之間的差值與一預定參考值，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，響應該第一及第二反應之間的差值與一預定參考值，以產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與一參考值比較，難以準確地感測存儲單元的電阻狀態，造成可能的位錯誤。本發明由此處描述的根據該第一及第二反應之間的差值與一預定參考值決定儲存資料值的感測方法，可解決此一困難。


本發明其它態樣及目的可由閱讀以下的附圖、及詳細說明更為明了，
其中 圖1是具有低電阻設定狀態及高電阻重置狀態的兩個狀態之一的存儲單元的圖，其中兩者具有非重疊的電阻範圍。 圖2是一集成電路200的簡化方塊圖，其中可實施本發明。
圖3是例示存儲單元陣列的一部份，其中可實施本發明。 圖4是例示用於相變化存儲單元的範例電流_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是用於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
的架構的簡示圖。 圖7是一用於操作圖6的架構的時序圖。
具體實施例方式
以下有關本發明的描述是參照特定結構的實施例及方法，將為我們所了解的是，未有意圖將本發明限制於該特定揭露的實施例及方法，而是可使用其它特徵、元件、方法及實施例實施本發明。描述較佳實施例以說明本發明，而非限制其定義在申請專利範圍的主張的範圍。具有該領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。 一字符線解碼器210與多條字符線215電性連接。 一位線解碼器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)讀取資料或寫入資料。地址是經由總線260而傳送到字符線解碼器210以及位線解碼器220。在方塊230中的感測放大器以及資料輸入結構，是經由資料總線235而耦合到位線解碼器220。資料是經由資料輸入線240而從集成電路200中的輸入/輸出埠、或從集成電路200的其它內部或外部來源，傳送到方塊230中的資料輸入結構。其它電路265可被包含於集成電路200上，諸如一泛用目的處理器或特殊目的應用電路，或是提供由陣列205支持的系統單晶片功能性的模塊的組合。資料是經由資料輸出線245而從方塊230中的感測放大器傳送到集成電路200的輸入/輸出埠、或傳送到其它位於集成電路200內部或外部的資料目的地。
在本實施例中，使用偏壓調整狀態機構的一控制器250，是控制所施加的偏壓調整
5供應電壓255，例如讀取、程序化、擦除、擦除確認、與程序化確認電壓。此控制器250可使用在此領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於同一集成電路上，而此集成電路是執行一電腦程式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電晶體(或其它存取裝置諸如二極體)，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百萬存儲單元的陣列的一小區段。
存儲單元330、332、334及336的每一存取電晶體的源極是共同連接至源極線354，其是終止於諸如接地端的源極線終端電路355。於另一實施例，存取電晶體的源極線並不是電性連接的，而是獨立控制的。 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，以及用於施加除了接地的外的偏壓調整至源極線254的解碼電路。
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是與字符線解碼器210電性連接。存儲單元330、334的存取電晶體的柵極是共同連接至字符線356，以及存儲單元332、336的存取電晶體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的存取電晶體的個別的漏極。存儲單元350、352將位線362耦接至存儲單元334、336的存取電晶體個別的漏極。 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由位線解碼器220連接至對應位線360、362。或者，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於圖6及圖7，更詳細描述如下。 應了解的是，存儲陣列205並非限制於圖3所例示的陣列組態，也可以使用其它陣列組態。此外，在一些實施例，雙極電晶體或二極體可代替MOS電晶體作為存取裝置。
存儲單元的實施例包含用於存儲元件的硫屬化物為基礎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。硫屬化物包含一硫族元素與一更為正電性的元素或自由基的化合物。硫屬化物合金包含硫屬化物與其它材料如過渡金屬的結合。 一硫屬化物合金通常包含一或多個選自元素周期表IVA族的元素，例如鍺(Ge)以及錫(Sn)。通常，硫屬化物合金包含組合一或多個銻(Sb)、鎵(Ga)、銦(In)、以及銀(Ag)。許多相變化為基礎的存儲材料已經被描述於技術文件中，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， 一大範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低於70%，典型地是低於60%，並在一般型態合金中的碲
6含量範圍從最低23%至最高58%，且最佳是介於48%至58%的碲含量。鍺的濃度是高於約5%，且其在材料中的平均範圍是從最低8%至最高30%，一般是低於50%。最佳地，鍺的濃度範圍是介於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範例，是如Ovshinsky ' 112專利中欄11-13所述，其範例在此是列入參考。 在一些實施例中，硫屬化物及其它相變化材料摻雜雜質來修飾導電性、轉換溫度、
熔點及使用在摻雜硫屬化物存儲器元件的其它特性。使用在摻雜硫屬化物代表性的雜質包
含氮、矽、氧、二氧化矽、氮化矽、銅、銀、金、鋁、氧化鋁、鉭、氧化鉭、氮化鉭、鈦、氧化鈦。可參
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衝而從一種相態切換至另一相態。先前觀察指出，一
較短、較大幅度的脈衝傾向於將相轉換材料的相態改變成大體為非晶態，及被稱為重置脈
衝。 一較長、較低幅度的脈衝傾向於將相轉換材料的相態改變成大體為結晶態，及被稱為程
序化脈衝。在較短、較大幅度脈衝中的能量，夠大因此足以破壞結晶結構的鍵結，同時時間
夠短，因此可以防止原子再次排列成結晶態。合適的脈衝曲線可由經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構。 下列是簡要描述四種型態電阻式存儲器材料的整理。 1.硫屬化物材料 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摻雜。 形成方法由使用氬(Ar)，氮(N》，以及/或氦(He)等等反應氣體的物理氣相沉
積(PVD)濺鍍或磁電管濺鍍方式，在1毫託耳-100毫託耳的壓力下。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，使用數十至數百伏的一直流偏壓。另一方面，直流偏壓和準直器的組合
可以同時搭配使用。 在一真空或一氮氣環境的一後沉積退火處置，可以被選擇性的執行以改善硫屬化物材料的結晶狀態。該退火溫度通常介於攝氏100至400度之間，以及少於30分鐘的退火時間。 硫屬化物材料的厚度是由單元結構的設計所決定。通常，一硫屬化物材料具有厚度大於8納米會有一相變化的特徵，使得該材料呈現至少兩種穩定的電阻狀態。
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)等等反應氣體的物理氣相沉積(PVD)濺鍍或磁電管濺鍍方式，在1毫託耳-100毫託耳的壓力下。該沉積通常介於室溫與攝氏600度之間，依據後沉積處置條件。 一具有外觀比例1-5的準直器可以被用來改善填入的效能。為了改善該填入的效能，使用數十至數百伏的一直流偏壓。另一方面，直流偏壓和準直器的組合可以同時搭配使用。 一數十高斯至io，ooo高斯的磁場可以被施加以改善該電磁結晶相。 在一真空或一氮氣環境或氧氣/氮氣混合環境之一後沉積退火處置，可以被選擇性的使用以改善CMR材料的結晶狀態。該退火溫度通常介於攝氏400至600度之間，以及少於2小時的退火時間。 CMR材料的厚度是由單元結構的設計所決定。該厚度10nm至200nm的CMR材料可以被用來當核心材料。 —YBC0(YBaCu03是一種高溫超導材料)的緩衝層，可以被用來改善CMR材料的結晶狀態。該YBCO的沉積是在CMR材料的沉積的前。YBCO的厚度是介於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毫託耳-100毫託耳的壓力下，使用一金屬氧化
物的標革巴，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，
使用數十至數百伏的一直流偏壓。如果需要，直流偏壓和準直器的組合可以同時搭配使用。 在一真空或一氮氣環境或氧氣/氮氣混合環境的一後沉積退火處置，可以被選擇性的執行以改善金屬氧化物的氧氣的分布。該退火溫度通常介於攝氏400至600度之間，以及少於2小時的退火時間。 2.反應性沉積由使用反應氣體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毫託耳-100毫託耳的壓力下，使用一金屬氧化物的標靶，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，使用數十至數百伏的一直流偏壓。如果需要，直流偏壓和準直器的組合可以同時搭配使用。 在一真空或一氮氣環境或氧氣/氮氣混合環境的一後沉積退火處置，可以被選擇性的執行以改善金屬氧化物的氧氣的分布。該退火溫度通常介於攝氏400至600度之間，以及少於2小時的退火時間。 3.氧化由使用一高溫氧化系統，例如一火爐或是一快速熱脈衝(RTP)系統。該溫度介於攝氏200至700度，從數毫託耳至一大氣壓力，在純氧或氮氣/氧氣混合氣體。時間從數分鐘至數小時。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毫託耳至100毫託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。該氧化時間從數秒至數分鐘。該氧化溫度從室溫
至攝氏300度，依據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.蒸發由使用熱蒸發，電子束蒸發，或分子束外延(MBE)系統。 一固態TCNQ以及摻雜物藥丸在一單獨密閉空間共同蒸發。該固態TCNQ以及摻雜物藥丸是被放置於一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，如此該物質被混合和沉積在晶片上。沒有反應的化學物或氣體。反應是在10—4至10—"的託耳壓力下完成。晶片的溫度是自室溫至攝氏200度。 在一真空或一氮氣環境的一後沉積退火處置，可以被選擇性的執行以改善聚合物材料的成份分布。該退火溫度通常介於室溫至攝氏300度之間，以及少於1小時的退火時間。 2.旋轉塗布法由使用一有TCNQ摻雜溶液的旋轉塗布器，在小於1000rpm的旋
轉。在旋轉塗布的後，該晶片保持(通常是在室溫或是在溫度小於攝氏200度) 一足夠時
間以使固態形成。該保持時間從數分鐘到數天，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具有與儲存在對應的存儲
單元中的資料值相關連的電阻範圍。 因此，陣列205的存儲單元的讀取或寫入可由以下方法達成，施加適當電壓至字符線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(此範例中是選定存儲單元332與對應的存儲元件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的存取電晶體及路徑380的誘發電流自位線360流至源極線354，或反的亦然。所施加電壓的大小與持續時間是視所進行的操作而定，例如一讀取或寫入操作。 在一包含有相變化材料的存儲單元332的重置(或擦除)操作，字符線解碼器210有助於提供字符線358適當的電壓脈衝，以開啟存儲單元332的存取電晶體。位線解碼器220有助於供應一電壓脈衝至位線360適當的大小及持續時間，以誘發流過存儲元件348的電流，該電流引起至少主動區域的溫度高於存儲元件348的相變化材料的轉換溫度，及也高於熔化溫度，以使至少主動區域為液態。接著終止電流，例如藉由終止位線360及字符線358上的電壓脈衝，造成相當快速的冷卻時間，當主動區域快速冷卻以穩定化至一非晶相。重置操作也可包含超過一個脈衝，例如使用成對的脈衝。 在一包含有相變化材料的存儲單元332的設定(或程序化)操作，字符線解碼器210用來提供字符線358適當的電壓脈衝，以開啟存儲單元332的存取電晶體。位線解碼器220用來供應一電壓脈衝至位線360適當的大小及持續時間，以誘發一電流脈衝，足以引起相變化材料的一部份主動區域的溫度高於轉換溫度，及引起一部份主動區域自非晶相轉換成結晶相，此一轉換降低存儲元件348的電阻，以及將存儲單元332設定至所期望的狀態。
在一包含有相變化材料的存儲單元332的讀取(或感測)操作，字符線解碼器210用來提供字符線358適當的電壓脈衝，以開啟存儲單元332的存取電晶體。位線解碼器220用來供應一電壓至位線360適當的大小及持續時間，以誘發流過存儲元件348的電流。位線360上以及流過存儲元件348的電流是取決於其的電阻，及因此資料狀態與存儲單元332的存儲元件348相關連。 然而，在材料、工藝以及操作環境方面的差異，將會導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相關連的電流值分布。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確地感測存儲單元的電阻狀態，以及因此所選定的存儲單元的資料值。 本發明由此處所描述的感測方法有助於解決此一困難，該感測方法包含施加一第一電壓脈衝橫跨一選定的存儲單元，以誘發該存儲單元中的一第一電流，以及施加一第二電壓脈衝橫跨該選定的存儲單元，以誘發該存儲單元中的一第二電流，該第二電壓脈衝與第一電壓脈衝不同。接著，根據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例示用於相變化存儲單元的範例電流_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)狀態的行為，以及曲線410表示存儲單元在低電阻設定(程序化)狀態的行為。 圖4也包含表示自重置狀態400至程序化狀態410的轉換的曲線415。應了解的是，曲線415隻是例示性的，及曲線415的真實形狀是視存儲單元的的性質、施加至存儲單元的電壓及電流的態樣，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400至程序化狀態410的轉換開始時的電壓。因為存儲單元由於存儲元件的相變化材料的加熱而進行一相變化，將了解的是程序化臨界電壓Vth是與包含存儲單元結構、存儲單元材料的熱及電性質及施加電流與電壓的脈衝形狀的存儲單元實施相關。 由於重置狀態400與程序化狀態410的電阻的差值，所以存儲單元處於程序化狀態410時相較於該存儲單元處於重置狀態400時，一橫跨存儲單元的施加電壓的給定差值將會導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410，第二電流將會是12"。 因此，關於橫跨該選定的存儲單元所施加一給定電壓差值AV = V廠K，假如該選定的存儲單元是在重置狀態400，對應電流差值將會是AI' = 12' -I/，而假如該選定的存儲單元是在程序化狀態410，對應電流差值將會是AI"= I2"-I/'。因此，該選定的存儲單元的電阻狀態可根據電流的差值是AI"或是AI'而決定。
圖6是用於實施此處所描述的感測方法的架構的簡示圖，其是根據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的模型是由存取電晶體600及一用於相變化元件348的可變電阻器所組成。位線360的模型是由所示的電阻器/電容器網絡構成。位線解碼器220是可操作以響應地址信號，而將該選定的位線360耦接至節點605。字符線解碼器210是可操作以響應地址信號，而將該選定的字符線358耦接至一偏壓電壓(未圖標)而足以開啟電晶體600。 電壓箝位電路610是耦接至節點605，以提供一電壓(以下將參考圖7更詳細描述)至該選定存儲單元332，在存儲單元332狀態的感測(讀取)操作期間，由感測放大器電路620誘發存儲單元332中的電流IPEC。將參考圖7更詳細描述，感測放大器電路620是根據由於第一與第二電壓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是一用於操作第6圖的架構的時序圖。將了解的是，圖7的時序圖是經簡化及未必成比例。 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。一位線地址信號是供應至位線解碼器120以將該選定存儲單元332的位線360耦接至節點605，一字符線地址信號是供應至字符線358，足以開啟存取電晶體600，及電壓箝位電路610是響應至一第一箝位電壓V。lamp而供應一第一電壓K至節點605，該第一電壓K是根據存儲元件348的電阻，誘發通過存儲單元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是在該低電阻設定狀態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將節點660耦接至感測節點650，致能信號enl開啟傳輸門641將串接排列的電壓Vbiasl與電阻負載元件RlMd耦接至節點650，導致一電流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，一主動負載諸如連接電晶體的二極體可替代使用。
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，及因而與存儲元件348的電阻相關。在該例示實施例，電壓箝位電路610包含操作放大器611與電晶體612，如此1^與1^大小實質相等，雖然將了解的是本發明並非限制於如此。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，例如成正比或成反比。 電流1^設定感測節點650上的一電壓，信號Sl被設定至一高狀態以開啟電晶體642，及將電容器Cl的一第一節點661耦合至感測節點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的第二節點662而提供等效路徑，由此設定根據感測節點650的電壓的節點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。 由於感測節點650上的電壓是與存儲元件348的電阻有關，而橫跨節點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。
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。 一位線地址信號是供應至位線解碼器120，以將該選定存儲單元332的位線360耦接至節點605， 一字符線地址信號是供應至字符線358，足以開啟存取電晶體600，及電壓箝位電路610是響應至一第二箝位電壓V。lamp而供應一第二電壓V2至節點605，該第二電壓V2是根據存儲元件348的電阻，誘發通過存儲單元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是在該低電阻設定狀態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，以將節點660耦接至感測節點650，致能信號enl開啟傳輸門641將串接排列的電壓Vbiasl與電阻負載元件RlMd耦接至節點650，導致一第二電流ISK由電壓箝位電路610提供至感測放大器電路620。 電流1^設定感測節點650上的一電壓，信號SI被設定至一高狀態以開啟電晶體644，及將電容器C2的一第一節點663耦合至感測節點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的第二節點664而提供等效路徑，由此設定根據感測節點650的電壓的節點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期間，感測節點650上的電壓是根據存儲單元332的電流IPEC。由於在程序化410及重置狀態400的電阻的差值會導致電流IPEe更大的差值，假如存儲單元332是在程序化狀態410( A I")較假如存儲單元332在重置狀態400(AI')，此AI"與AI'之間的差值將導致根據存儲單元332的電阻狀態的第一及第二操作點的感測節點650對應的電壓差值。因此，在節點662與661之間的電容器CI的電壓與在節點664與663之間的電容器C2的電壓的結果差值可被感測，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是設定至一高狀態，以將電容器CI的節點661耦接至電容器C2的節點663，致能信號en5開啟傳輸門646，以將電容器C2的節點664耦接至一參考電壓Vbi^，及致能信號en5開啟傳輸門647，以將節點662耦接至感測放大器680的一第一輸入681。 Vbias4是一預定電壓，及在一些實施例可以是一接地。
如上述，在節點662與661之間的電容器Cl的電壓與在節點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。因此，第一輸入681與偏壓電壓Vbias4之間的電壓結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。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。 感測放大器680是響應至該第一輸入681上的電壓與一在第二輸入上的預定參考電壓Vref的差異，及產生一指示存儲元件348的電阻狀態的輸出信號V。UT。圖7中，假如存儲單元332是在程序化狀態，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，則是一沿著曲線780的第二電壓。 雖然本發明是參考以上詳述的較佳實施例及範例而揭示，但應了解所述範例是意圖以例示性而非限制性方式。已知熟習本項技術的人士可依據本發明所述的實例在不脫離本發明精神和範圍的所做的各種改變及組合，所述改變及組合將落入本發明的精神及權利要求範圍內。
權利要求
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存儲單元中的一第一反應；施加至存儲單元的一第二偏壓以誘發存儲單元中的一第二反應，該第二偏壓與第一偏壓不同；及根據該第一及第二反應之間的差值與一預定參考值，決定一儲存在存儲單元的資料值。
2. 如權利要求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該第一及第二反應之間的一差值與一預定參考值來決定該資料值。
3. 如權利要求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，還包含根據該存儲單元中的該第一電流，設定一感測節點至一第一感測電壓；及根據該存儲單元中的該第二電流，設定該感測節點至一第二感測電壓。
4. 如權利要求3所述的存儲單元的感測方法，其中該設定一感測節點至一第一感測電壓的步驟包含電性耦接一串聯安排的一第三電壓及一 電阻負載元件至該感測節點，及根據該存儲單元中的該第一 電流提供一第三電流通過該串聯安排；及該設定該感測節點至一第二感測電壓的步驟包含電性耦接串聯安排的一第三電壓及一電阻負載元件至該感測節點，及經由根據該存儲單元中的該第二電流提供一第四電流通過該串聯安排。
5. 如權利要求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，還包含根據該第一感測電壓設定一電壓於一第一電容器；根據該第二感測電壓設定一電壓於一第二電容器；根據設定於該第一 電容器的電壓與設定於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定參考電壓之間的差值產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，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，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. 如權利要求6所述的存儲單元的感測方法，其中該設定一電壓於一第一電容器，包含電性耦接該第一電容器的一第一節點至該感測節點，當該感測節點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點至一第四電壓；該設定一電壓於該第二電容器，包含電性耦接該第二電容器的一第一節點至該感測節點，當該感測節點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點至一第五電壓；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點至該第二電容器的該第一節點；電性耦接該第二電容器的該第二節點至一第六電壓；及電性耦接該第一電容器的該第二節點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存儲單元中的一第一反應及施加至存儲單元的一第二偏壓以誘發該存儲單元中的一第二反應的電路，其中該第二偏壓與該第一偏壓不同；及一感測放大器電路，響應該第一及第二反應之間的差值與一預定參考值，以產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存儲單元中的一第二電流；及該感測放大器電路是響應該第一及第二電流之間的差值與該預定參考值，以產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點與串聯安排的一第三電壓及電阻負載元件選擇性地耦接至該感測節點，且還包含一電路，根據該存儲單元中的該第一電流提供一第三電流通過該串聯安排，以及該電路也根據該存儲單元中的該第二電流提供一第四電流通過該串聯安排。
12. 如權利要求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於根據第一感測電壓設定於第一電容器的電壓；根據第二感測電壓設定於第二電容器的電壓；以及響應至第一及第二電容器的電壓差，以產生儲存在該存儲單元中的該資料值的一信號輸出。
13. 如權利要求12所述的存儲裝置，其中假如該存儲單元是在程序化狀態，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，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存儲單元中的第一反應。施加至存儲單元的一第二偏壓誘發存儲單元中的第二反應，該第二偏壓是與第一偏壓不同。該方法包含根據該第一及第二反應之間的差值與一預定參考值，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 優先權日2008年9月12日
發明者馬克·拉莫瑞, 龍翔瀾 申請人:旺宏電子股份有限公司;國際商用機器公司