[发明专利]存储装置与其操作方法

说明书

本发明公开了一种存储装置，包括：一可编程电阻式存储单元阵列；一差动放大器，耦接至可编程电阻式存储单元阵列，其中差动放大器感测一位线上的一第一电压及一参考电压之间的一电压差，并响应于电压差提供一反馈信号，其中位线耦接至一存储单元。控制电路耦接至可编程电阻式存储单元阵列及差动放大器，执行一编程操作，以改变存储单元的一第一电阻值状态为一第二电阻值状态，编程操作包含：针对该参考电压选择相关于该第二电阻值状态的一电压电平；导通电流电路以施加编程电流的一编程脉冲至存储单元；及致能差动放大器；其中电流电路响应于反馈信号截止编程电流。

技术领域

本发明涉及一种基于相转换存储材料(例如硫族化合物(chalcogenide))及其他可编程电阻材料的存储装置，及此种装置的操作方法。

背景技术

在可编程电阻存储阵列架构中，存储单元包含串联至可编程电阻存储元件的二极管或晶体管。二极管或晶体管作用如同存取装置，使存储单元可被选择以进行编程或读取操作，而未选存储单元中的电流流动则被阻隔。

可编程电阻存储元件包含相转换材料，此种材料的结晶(crystalline)相(低电阻性)及非结晶(amorphous)相(高电阻性)之间呈现电阻性高对比度。相转换材料可包含硫族化合物、及其他合金材料例如：锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、镓(Ga)、铟(In)、银(Ag)、硒(Se)、铊(TI)，铋(Bi)、锡(Sn)、铜(Cu)、钯(Pd)、铅(Pb)、硫(S)、和金(Au)。在相转换存储元件的正常操作中，流经相转换存储单元的电流脉冲可设定或重新设定相转换存储元件的电阻相。为了重新设定存储元件为非结晶相，可使用具有高振幅但短时间的电流脉冲。为了设定存储元件为结晶相，可使用具有中振幅但长时间的电流脉冲。为了读取存储元件的状态，低电压可施加至被选存储单元，以感测出电流。感测电流可具有至少两电流电平，低电流电平用于高电阻值状态，而高电流电平则用于低电阻值状态。因此，可在设定、重新设定、或读取被选存储单元的电阻值状态时，使用电流。

相转换存储装置中的存储单元在编程操作期间经历统计制程转换，导致代表逻辑电平的电阻范围的正规分布。相转换存储阵列内的小部分存储单元可落在正规分布外，且可被称为尾位(tail bit)。尾位可影响相转换存储装置的可靠性，特别是多位阶单元(multiple level cell，MLC)相转换存储装置，其中电阻值范围相较于单位阶单元(single-level cell，SLC)相转换存储装置有更紧密(closer)的电阻值范围。

在设定操作期间，设定-验证-设定操作是固定尾位的方式，以将存储元件设定为结晶相。在设定-验证-设定操作中，设定脉冲施加至存储元件，接着验证脉冲施加至存储元件以验证存储元件是否被设定在期望的电阻值范围内。若否，另一设定脉冲施加至存储元件，而此设定-验证-设定操作被重复直到存储元件被设定在期望的电阻值范围内。然而，此设定-验证-设定操作可能影响存储装置的编程效能，因为为了切换于存储单元设定操作及验证操作之间，必须改变存储单元所耦接的位线及字线的偏压设置。

需要能改善相转换存储装置的编程效能的技艺。

发明内容

本案描述装置及方法，以将存储单元由第一电阻值状态改变为第二电阻值状态，不需要或需要较少的传统设定-验证-设定操作中的重复设定及验证脉冲。在存储单元的设定操作期间，编程电流的编程脉冲施加至存储单元，而送至设定操作的功率可响应于存储单元内的监控电阻值而被控制(例如借助调整编程电流脉冲的宽度)。

在本案中，“编程”可代表重新设定存储单元内的存储元件为非结晶相的“重新设定操作”，也代表设定此存储元件为结晶相的“设定操作”。“编程脉冲”可代表使用于重新操作中的电性脉冲，也代表使用于设定操作中的电性脉冲。编程脉冲的特征是电流或电压的振幅、持续时间、上升边缘的上升时间、下降边缘的下降时间。“编程电流”可代表在设定操作之中提供给存储单元的电流，或者是，在重新设定操作之中，为改变存储单元的电阻值状态而提供至存储单元的电流。