集成电路与其相关的方法技术

本发明专利技术提出一种集成电路，包含彼此耦接的可编程控制元件与电路。电路用于对可程序元件执行编程‑验证(program‑verify)操作，包含：(i)编程操作与验证操作的初始周期，以及(ii)在初始周期后，于可编程控制元件的存储单元电阻值不在电阻值的目标范围内时，重复进行接续在验证操作后的至少一后续周期。初始编程操作建立可编程控制元件的存储单元电阻值(cell resistance)。初始编程操作包含将具有第一极性的初始编程脉冲施加至可编程控制元件。其中后续周期包含：将具有第二极性的附加脉冲施加至该可编程控制元件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种基于电阻式存储器装置的高密度存储单元阵列，且特别是有关于电阻式存储器装置的验证架构。
技术介绍
电阻式存储器(Resistive random access memory，简称为RRAM或ReRAM)是非挥发性存储器的一种。电阻式存储器包含的金属氧化材料(metal oxide material)的电阻值，会因为在集成电路内，被施加合适电平的电气脉冲的缘故，而在两个或以上的稳定电阻值范围间改变。电阻值可通过随机存取的方式而被读取或写入。耦接至存储单元(memory cell)的存取线(line)亦连接至用于进行如设定(SET)操作与重置(RESET)操作的电路。其中，SET操作与RESET操作会改变存储器元件的状态，进而存储或抹除数据。若未能成功存储数据，现有技术会强化操作条件，例如使用强度较强及/或期间较长的操作脉冲。然而，此种强化操作条件的作法，会使存储器元件承受压力与损坏存储器元件，进而使装置的可靠度因为经过重复使用而降低。为了减少存储器元件所承受的压力与损坏，亟需开发用于电阻式存储器的新验证架构。
技术实现思路
本案技术的不同实施例中，不需要在编程验证操作失败后增加后续脉冲的强度才能使编程能成功。由于不需要增加脉冲强度的关系，让存储器装置承受较少的压力，并能提升存储器装置的可靠度。在编程验证操作失败的情况下，本案技术的不同实施例会在编程验证操作失败之后、后续编程脉冲之前，对存储单元件施加与编程脉冲极性相反的脉冲。根据本专利技术的一方面，提出一种集成电路，包含：一可编程控制元件，包含金属氧化物；以及一电路，耦接至该可编程控制元件，该电路用于执行一编程-验证操作。编程-验证操作包含(i)一编程操作与一验证操作的一初始周期，以及(ii)在该初始周期后，于该可编程控制元件的该存储单元电阻值不在该电阻值的目标范围内时，重复进行在该验证操作后接续的至少一后续周期。初始周期所包含的一初始编程操作，用于建立该可编程控制元件的一存储单元电阻值(cell resistance)。该初始编程操作包含将具有一第一极性的一初始编程脉冲施加至该可编程控制元件。初始周期所包含的一初始验证操作，用于判断该可编程控制元件的该存储单元电阻值是否介于一电阻值的目标范围内。重复进行接续在该验证操作后的至少一后续周期，直到该可编程控制元件的该存储单元电阻值介于该电阻值的目标范围内。该至少一后续周期包含：施加具有一第二极性的一附加脉冲至该可编程控制元件。该初始编程脉冲的该第一极性以及该附加脉冲的该第二极性彼此反向。该至少一后续周期包含进行一后续编程操作，包含将具有该第一极性的一后续编程脉冲施加至该可编程控制元件。该至少一后续周期包含进行一后续验证操作，用于判断该可编程控制元件的该存储单元电阻值是否介于该电阻值的目标范围内。在集成电路的部分实施例中，该至少一后续周期重复执行，直到该可编程控制元件的该存储单元电阻值介于该电阻值的目标范围内，或是执行该编程操作与该验证操作的周期达到一最大数量。在集成电路的部分实施例中，该初始编程脉冲与该后续编程脉冲为重置脉冲。在集成电路的部分实施例中，该初始编程脉冲与该后续编程脉冲为设定脉冲。在集成电路的部分实施例中，该初始编程脉冲的一第一强度至少等于在该后续周期中，用于进行该后续编程操作的该后续编程脉冲的强度。在集成电路的部分实施例中，另一编程操作包含进行另一编程操作与另一验证操作的另一初始周期，以及更进一步接续在该另一编程操作与该另一验证操作后的后续周期。在集成电路的部分实施例中，在该至少一接续周期后，该编程操作的累积通过率超过97％。在集成电路的部分实施例中，该可编程控制元件具有一可编程的电阻值。根据本专利技术的另一方面，提出一种集成电路，包含：一存储单元阵列，具有包含金属氧化物的可编程控制元件；以及耦接至该存储单元阵列的一电路。如下所述，该电路用于对该存储单元阵列内的至少一第一存储单元执行一编程-验证(program-verify)操作。在集成电路的部分实施例中，该存储单元阵列所包含的一第一部分(subset)存储单元的电阻值，只需经过该编程操作与该验证操作的该初始周期，即被编程在该电阻值的目标范围内；该存储单元阵列所包含的一第二部分存储单元的电阻值，在经过该编程操作与该验证操作的该初始周期，以及经过该编程操作与该验证操作的至少一后续周期后，被编程在该电阻值的目标范围内。该存储单元阵列的该第一部分存储单元所对应的一第一平均电阻值至少等于该存储单元阵列的该第二部分存储单元所对应的一第二平均电阻值。在集成电路的部分实施例中，一第一电阻值分布源自于利用重置脉冲而对该存储单元阵列实施编程-验证操作，以及一第二电阻值分布源自于利用设定脉冲而对该存储单元阵列实施编程-验证操作。一开放的电阻窗口区隔为第一电阻值分布的最低部分以及该第二电阻值分布的最高部分的区间。在集成电路的部分实施例中，在该编程操作与该验证操作的该初始周期后，即在彼此重叠的第一电阻值分布以及第二电阻值分布间产生该开放的电阻窗口。在集成电路的部分实施例中，尽管该初始编程脉冲的一第一强度至少等于在该后续周期中，用于进行该后续编程操作的该后续编程脉冲的强度，该存储单元阵列的一累积通过速率(a cumulative pass rate)随着附加在该编程操作与该验证操作后的后续周期而增加。根据本专利技术的另一方面，提出一种方法，包含以下步骤：对包含一可编程控制元件的至少一第一存储单元执行一编程-验证操作，其中该可编程控制元件包含在一集成电路内的一存储单元阵列中的一金属氧化物。如下所述，该编程验证操作包含：(i)实现一编程操作与一验证操作的一初始周期；以及(ii)重复实现接续在该验证操作后的至少一后续周期。为了对本专利技术的上述及其他方面有更好的了解，下文特举优选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：附图说明图1，其是以电压相对时间代表在编程验证操作失败后，使用具有强度较强的重置编程操作脉冲序列的示意图。图2，其是以电压相对时间代表在编程验证操作失败后，以(i)不具有强度较强的重置编程操作脉冲序列，以及(ii)与RESET编程操作脉冲的极性彼此相反的反向极性脉冲的示意图。图3，其是以电压相对于时间代表在编程验证操作失败后，以(i)不具有强度较强的重置编程操作脉冲序列，以及(ii)与SET编程操作脉冲的极性彼此相反的反向极性脉冲的示意图。图4A，其是根据一实施例的存储单元的示意图。图4B、图4C，其是因应不同方式设置的源极线与位线而改变对存储单元施加偏压方式的示意图。图5，其是二极管存取装置的交点(cross-point)存储单元阵列的示意图。图6，其是例示可变电阻存储单元的简化剖面图(cross-sectional view)。图7，其是编程操作脉冲不重复的情况下，存储单元阵列的电阻值分布的累积机率的示意图。图8、图9，其是存储单元阵列分别为低电阻状值态分布与高电阻值状态分布的示意图。图10，其是在SET编程操作脉冲后与RESET编程操作脉冲后，存储单元阵列的电阻值分布的累积机率的示意图，用于说明不经过编程验证的情况不具有电阻窗口。图11，其是在SET编程操作脉冲后与RESET编程操作脉冲后，存储单元阵列的电阻值分布的累积机率的示意图，用于说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成电路，其特征在于，包含：一可编程控制元件，包含金属氧化物；以及一电路，耦接至该可编程控制元件，该电路用于执行一编程‑验证(program‑verify)操作，包含：(i)一编程操作与一验证操作的一初始周期，包含：进行一初始编程操作，用于建立该可编程控制元件的一存储单元电阻值(cell resistance)，该初始编程操作包含将具有一第一极性的一初始编程脉冲施加至该可编程控制元件；以及进行一初始验证操作，用于判断该可编程控制元件的该存储单元电阻值是否介于一电阻值的目标范围(target resistance range)内；以及(ii)在该初始周期后，于该可编程控制元件的该存储单元电阻值不在该电阻值的目标范围内时，重复进行接续在该验证操作后的至少一后续周期，直到该可编程控制元件的该存储单元电阻值介于该电阻值的目标范围内，其中该至少一后续周期包含：将具有一第二极性的一附加脉冲施加至该可编程控制元件，该初始编程脉冲的该第一极性以及该附加脉冲的该第二极性彼此反向；进行一后续编程操作，包含将具有该第一极性的一后续编程脉冲施加至该可编程控制元件；以及进行一后续验证操作，用于判断该可编程控制元件的该存储单元电阻值是否介于该电阻值的目标范围内。...

【技术特征摘要】
2015.05.13 US 62/161,112;2015.10.07 US 14/877,7401.一种集成电路，其特征在于，包含：一可编程控制元件，包含金属氧化物；以及一电路，耦接至该可编程控制元件，该电路用于执行一编程-验证(program-verify)操作，包含：(i)一编程操作与一验证操作的一初始周期，包含：进行一初始编程操作，用于建立该可编程控制元件的一存储单元电阻值(cell resistance)，该初始编程操作包含将具有一第一极性的一初始编程脉冲施加至该可编程控制元件；以及进行一初始验证操作，用于判断该可编程控制元件的该存储单元电阻值是否介于一电阻值的目标范围(target resistance range)内；以及(ii)在该初始周期后，于该可编程控制元件的该存储单元电阻值不在该电阻值的目标范围内时，重复进行接续在该验证操作后的至少一后续周期，直到该可编程控制元件的该存储单元电阻值介于该电阻值的目标范围内，其中该至少一后续周期包含：将具有一第二极性的一附加脉冲施加至该可编程控制元件，该初始编程脉冲的该第一极性以及该附加脉冲的该第二极性彼此反向；进行一后续编程操作，包含将具有该第一极性的一后续编程脉冲施加至该可编程控制元件；以及进行一后续验证操作，用于判断该可编程控制元件的该存储单元电阻值是否介于该电阻值的目标范围内。2.根据权利要求1所述的集成电路，其中该初始编程脉冲与该后续编程脉冲为重置脉冲。3.根据权利要求1所述的集成电路，其中该初始编程脉冲与该后续编程脉冲为设定脉冲。4.根据权利要求1所述的集成电路，其中该初始编程脉冲的强度至少等于在该至少一后续周期中的该后续编程脉冲的强度。5.根据权利要求1所述的集成电路，其中该至少一后续周期重复执行，直到该可编程控制元件的该存储单元电阻值介于该电阻值的目标范围内，或是执行该编程操作与该验证操作的周期达到一最大数量。6.一种方法，其特征在于，包含以下步骤：对包含一可编程控制元件的至少一第一存储单元执行一编程-验证操作，其中该可编程控制元件包含在一集成电路内的一存储单元阵列中的一金属氧化物，该编程验证操作包含：(i)实现一编程操作与一验证操作的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：林昱佑，李峰旻，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71