[发明专利]一种存储器装置及其操作方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种基于相变基础的存储器材料(包含基于硫族化物的材料)且基于其它可编程电阻性材料的高密度存储器装置，以及用于更新此类装置的方法。

背景技术

可通过施加处于适合在集成电路中实施的电平的电流，来致使基于相变的存储器材料(如基于硫族化物的材料及类似材料)在非晶相与结晶相之间变相。大体非晶态的特征在于电阻率高于大体结晶态的电阻率，此可容易被感测到以指示数据。此等特性使人们对使用可编程电阻性材料来形成可用随机存取来读取及写入的非易失性电路感兴趣。

自非晶态变为结晶态(本文中称的为设定)通常为较低电流操作。自结晶变为非晶(本文中称的为复位)通常为较高电流操作，所述操作包含较短的高电流密度脉冲，用以熔化或击穿结晶结构，在此之后，相变材料迅速冷却，从而使相变过程骤熄，并允许相变材料的至少一部分稳定于非晶态。

已观察到，一些处于复位状态的相变存储器单元会经历电阻随时间的过去而降低至低于临限值，临限值用以区分复位状态与设定状态，从而导致此等存储器单元的数据保持问题及位错误。举例而言，活性区已被复位为大体非晶态的存储器单元可能会随时间的过去而在活性区中形成结晶区分布。若此等结晶区连接以形成穿过活性区的低电阻路径，则当所述存储器单元被读取时，将检测到较低电阻状态，且导致数据错误。见Gleixner的「Phase Change Memory Reliability」(2007年第22期NVSMW)。

一种旨在解决因电阻随时间的过去而降低所导致的数据保持问题的尝试是使设定状态与复位状态之间维持相对较大的读取边限。然而，相对较大的读取边限通常需要较缓慢的设定操作及较高复位电流，以便获得设定状态与复位状态之间较大的电阻差。相对较缓慢的设定操作及较高复位电流会限制装置的操作速度，从而限制将基于相变的存储器电路用作高速存储器。

因此，使用基于相变的存储器电路的集成电路通常亦包含其它类型的存储器电路，以便满足集成电路的各种功能对存储器效能的要求。此等不同类型的存储器电路嵌入于集成电路中的各位置处，且通常包含SRAM及DARM存储器电路，以便为集成电路提供高存取速度存储器。然而，将用于各种存储器应用的不同类型的存储器电路整合于集成电路内可能较为困难，且导致高度复杂的设计。

亦已提出通过周期性地更新相变存储器单元以抵消可能随时间的过去而发生的任何电阻变化来解决数据保持问题。

一种方法是周期性地读取阵列中的每一存储器单元的电阻，以判定何时对所述特定存储器单元选择性地执行更新操作。见Happ等人的标题为「Resistive Memory Including Selective Refresh Operation」的美国专利申请公开案第US 2008/0117704号以及Parkinson等人的标题为「RefreshingMemory Cells of a Phase Change Material Memory Device」的美国专利第6,768,665号。

另一种方法是在相变存储器已被存取大于预定数目的次数时执行更新操作。见Sheu等人的标题为「Driving Method and System for a PhaseChange Memory」的美国专利申请公开案第US 2008/0170431号。

另一种方法是基于对存储器单元的主阵列执行的读取操作及写入操作的数目而对虚设存储器单元组施加应力，且检测虚设组的电阻的变化，以判定何时更新存储器单元的主阵列。见Fuji的标题为「Memory Device」的美国专利申请案第2006/0158948号。

因此，需要提供基于相变的存储器装置及用于操作此类装置的方法，其可解决上文所论述的数据保持问题，且使数据储存效能得以改良。

发明内容

如本文所述的存储器装置包含相变存储器单元的参考阵列及相变存储器单元的存储器阵列，其中储存于参考阵列中的当前数据集与预期数据集之间的差异用以判定何时更新存储器阵列。

所述存储器装置包含偏压电路，用以在存储器阵列中及参考阵列中建立低电阻状态及高电阻状态。参考阵列的高电阻状态为「部分复位」状态，其最小阻值小于存储器阵列的高电阻状态的最小阻值。

所述装置更包含：感测电路，用以读取参考阵列，并在储存于参考阵列中的当前数据集与预期数据集之间存在差异的情况下产生更新命令信号；以及控制电路，其响应于更新命令信号以对存储器阵列执行更新操作。