一种电阻改变存储器设备及其编程方法技术

对电阻改变存储器设备进行编程的方法，包括：向存储器基元施加编程电压脉冲，用来编程目标电阻数值；设定各自编程电压脉冲之间的热弛豫时间；并且根据由先前编程电压脉冲施加所决定的当前基元的电阻数值，控制每个编程电压脉冲的形状。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
已经提出了一种电阻改变存储器设备，其电阻数值通过施加电压、电流或者热而 进行可逆的交换，并且具有不同电阻数值的状态中的一个被存储为数据。注意到，这种存储 器设备继承着传统的闪速存储器。这种电阻改变存储器适合于縮小基元尺寸，以及适合于 组成一个交叉点基元阵列。此外，易于将基元阵列进行堆叠。 我们已经提出一些此类存储器设备的三维(3-D)基元阵列结构。例如，参考JP 2005-522045A(PCT/JP2003/000155)，以及JP 2006-514393A (PCT/JP2003/003257)。 为了最好地利用这些属性，此外，为了达到高密度和大容量，有效的是使用这样一 种多级数据存储方案，使得三个或者更多电阻数值被分配给数据。然而，电阻改变存储器中 的可变电阻元件的电阻数值将根据所施加的电压或者焦耳热而被设定或者重设定，其方式 使得，例如，当在记录层中电荷被激活到超过一个特定势垒，就发生电荷移动。因此，原则上 讲，数据电阻数值在统计学上是不确定的，并且特别地，在多级数据存储方案中，要设定一 个或者多个处在最高电阻数值和最低电阻数值之间的介质电阻数值并不容易。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种对电阻改变存储器设备进行编程的方法，包 括 向存储器基元施加编程电压脉冲，用来编程目标电阻数值； 设置在各自编程电压脉冲之间的热弛豫时间；以及 根据由先前编程电压脉冲施加所决定的当前基元的电阻数值，控制每个编程电压 脉冲的形状。根据本专利技术的另一方面，提供了一种电阻改变存储器设备，包括 存储器基元阵列，具有所布置的电阻改变存储器基元； 读出放大器，配置为将基元的电流与参考基元的电流进行比较； 多个脉冲产生电路，配置为产生具有不同脉冲宽度的编程电压脉冲，其中之一被选择并施加到选定的存储器基元以编程目标电阻数值； 参考电阻器，准备用来在每个编程验证时间被耦合到读出放大器，以验证选定的 存储器基元的编程状态，可以根据所述选定的存储器基元的电流电阻数值在所述参考电阻 器中设定参考电阻数值；以及 电阻数值编程逻辑电路，配置为根据验证结果利用读出放大器在参考电阻中切换 多个参考电阻数值，该验证结果被提供用来选择脉冲产生电路之一，用来适应接下来的编 程电压脉冲的施加。 附图描述 附图说明图1示出根据一种实施方式的存储器基元阵列的等效电路。 图2示出存储器基元的堆叠结构。 图3示出当存储器基元被施加恒定电压时，其编程状况的改变。 图4是示意图，用来解释电阻数值改变和存储器基元功率改变之间的关系。 图5示出，当存储器基元的电阻数值从高电阻数值减小时的电阻改变属性。 图6示出，当存储器基元的电阻数值从低电阻数值增加时的电阻改变属性。 图7示出，在图6所示的属性情形下，用在数据编程模式中的电压脉冲布置。 图8示出，在图5所示的属性情形下，用在数据编程模式中的电压脉冲布置。 图9示出通过使用图7和图8中所示的编程电压脉冲的多级数据设置程序。 图10示出，在编程后的验证时间设置参考电阻数值的一种方法. 图11示出，在编程后的验证时间设置参考电阻数值的另一种方法。 图12示出逻辑电路，用来编程电阻数值，该电路根据验证判断结果选择脉冲产生电路。 图13示出逻辑电路在电阻数值减小模式中的工作流程。 图14示出逻辑电路在电阻数值增加模式中的工作流程。具体实施例方式根据本专利技术的第一方面，为了在多级数据存储方案中设定稳定的数据水平，例如，介质电阻数值，使用这样一种脉冲控制，使得在编程时间的电压脉冲宽度根据先前编程时间所获得的电阻数值而控制，并且热弛豫时间被设置在各自电压脉冲之间，以将在存储器基元中所产生的焦耳热驱散到边缘。 根据本专利技术的第二个方面，在电阻状态改变主要基于基于焦耳热和基元电压的物理过程这个假定前提下，为了使得电阻状态改变在各自编程电压脉冲施加时间是恒定的，以这样的方式决定脉冲时间，即使得通过各自电压脉冲施加时间所产生的焦耳热是基本恒定的，或者电压与其脉冲宽度的乘积也是基本上恒定的。 因此，在下文所描述的实施方式中，将使用以下的技术要素。(1) —种具有记录层的电阻改变存储器设备，其电阻状态由于电压、电流或者热而改变，用于通过设定三个或者更多电阻数值水平来在存储器基元中存储多级数据，在这样的存储器设备中，通过施加多个电压脉冲来执行电阻数值状态转变，以在存储器基元中设定目标电阻数值，并且脉冲形状将根据先前电压脉冲施加的结果来决定。(2)相对于为了在存储器基元中设定目标电阻数值而施加的编程电压脉冲，在相邻的编程电压脉冲之间设定热弛豫时间，用来将在存储器基元中所产生的热量弛豫或者驱散到边缘。 (3)为了判断将在存储器基元中设定的多个电阻数值，通过多个边界电阻数值定义多个电阻数值段，这些边界电阻数值被设定为多个电阻数值之间的参考电阻数值。将一个基元电阻数值与边界电阻数值进行比较，根据基元的电阻数值和边界电阻数值中哪个较高或者较低，可判断基元的电阻数值属于哪一个电阻数值段。 (4)通过选择并联的具有高电阻数值的基元的数目，边界电阻数值(即，参考电阻数值)被设定。 (5) —种电阻改变存储器设备，该设备具有记录层，其电阻数值通过施加电压、电流或者热而改变，以在存储器基元中存储多级数据，在这样的存储器设备中，多个编程电压脉冲被顺序地施加到存储器基元，以将电阻数值从初始和最低的电阻数值状态改变到从多个且更高的电阻数值中选择的目标数值，与此同时，每个电压脉冲形状根据先前编程电压脉冲的结果被决定，其方式使得在基元中产生的焦耳热被控制为在编程期间基本上恒定。(6) —种电阻改变存储器设备，该设备具有记录层，其电阻数值通过施加电压、电流或热而改变，以在存储器基元中存储多级数据，在这样的存储器设备中，多个编程电压脉冲被顺序地施加到存储器基元，以将电阻数值从初始和最高的电阻数值状态改变到从多个且更低的电阻数值中选择的目标数值，与此同时，每个电压脉冲形状根据先前编程电压脉冲的结果被决定，其方式使得电压积分数值被控制为在编程期间基本上恒定。 应该注意，本专利技术不仅适应于多级数据存储方案，而且还适应于二元数据存储方案。例如，假想这样一种情形，将要被设定在最低电阻数值和最高电阻数值之间的一个或更多介质电阻数值是不可用做数据的，因为它们不够稳定。在这种情形下，仅使用两种数据状态，即最低电阻数值和最高电阻数值，可以执行二元数据存储，其顺序与多级存储方案的实施方式相同，以逐渐并且准确地获得目标电阻数值。 将参考附图在下文解释本专利技术的示意性实施方式。 图1示出根据一种实施方式的一个存储器基元阵列MA的等效电路。如图1所示，字线WL和位线BL被布置为互相交叉，并且电阻改变类型的存储器基元MC被放置在字线WL和位线BL的各交叉点处。每个存储器基元MC由存取元件Di和可变电阻元件VR相串联而组成。 例如，可变电阻元件VR具有这样的结构，包含电极/过渡金属氧化物/电极，从而使得金属氧化物(即，记录层)的电阻根据施加的电压、电流和热而改变，从而以非易失性的方式将电阻数值状态存储为数据。 存储器基元MC的堆叠结构被示于例如图2。可变电阻元件VR和存取元件Di被堆叠在分别作为位线BL和字线WL的金属线21和22的交叉点处，并构成存储器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对电阻改变存储器设备进行编程的方法，包括：向存储器基元施加编程电压脉冲，用于编程目标电阻数值；设定各编程电压脉冲之间的热弛豫时间；并且根据由先前编程电压脉冲施加所决定的当前基元的电阻数值，控制每个编程电压脉冲的形状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：户田春希，中井弘人，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]