[发明专利]用于对相变存储器单元编程的方法和装置

说明书

技术领域

本发明主要地涉及相变存储器，并且更具体地涉及用于对多电平相变存储器单元编程的方法和装置。

背景技术

相变存储器(PCM)是一种利用具体硫系化合物(比如GST)在不同电传导性的状态之间的可逆热辅助切换的非易失性固态存储器技术。PCM被视为一种用于闪存置换和存储类存储器的候选技术。除了许多吸引人的特征(比如低读取和写入延时、高耐用性、长久留置和优良可伸缩性)之外，PCM还赋予多位操作，这是存储器技术中的用于增加容量并且减少成本的关键因素。通常借助旨在补偿通常在大型存储器阵列中观测到的单元编程特性中的可变性的迭代写入和验证(WAV)方案实现多位或者多电平存储。

当向多电平PCM写入时，每个PCM单元可以设置成表现不同电特性的s＞2个不同状态或者电平中的任何状态或者电平。针对多电平操作而限定的s个可编程单元状态对应于硫族化物材料中的非晶态或者静态相的不同比率。这些继而对应于单元状态度量(通常为电阻)的不同值，检测该单元状态度量以在回读时检测单元状态。为了将PCM单元编程为特定单元状态，向单元施加编程脉冲以加热硫族化物材料并且在冷却时引起所需单元状态。可以通过在PCM电路中施加适当控制信号来产生编程脉冲。例如可以通过在存储器单元阵列的位线(BL)施加偏置电压信号来向单元施加电压脉冲(电压模式编程)。可以经由BL信号与向阵列的字线(WL)中的存取器件施加的又一控制信号对特定单元寻址。根据这样的存取器件的性质，向存取器件施加的信号脉冲也可以用来产生用于单元的编程脉冲。例如连接到单元的FET可以用作压控电流源，从而经由字线向FET的栅极施加的电压脉冲在单元中产生编程电流脉冲(电流模式编程)。

存在有通过改变编程脉冲的不同属性(具体而言，通过改变脉冲幅度或者脉冲持续时间或者脉冲的后沿的持续时间)对PCM单元编程的不同方法。在Pantazi等人的“Multi-level Phase-ChangeMemory Modeling and Experimental Characterization”，EPCO S2009和Nirschl等人的“Write strategies for2and4-bit Multi-levelPhase-Change Memory”，IEDM2007中讨论这些不同编程方法。在每种情况下，在特定脉冲属性变化时，有非晶态区域的尺寸改变并且因此有单元的关联电阻改变。合成电阻比对脉冲属性的函数通常称为“编程轨迹(trajectory)”或者“编程曲线”。编程轨迹限定用于多电平编程中的电平分配(即用于针对多电平操作而限定的不同可编程单元状态)的可用空间。

单个编程脉冲可以在编程操作中与适当设置的编程脉冲的可变属性一起运用以引起所需单元状态。与更通常用于多电平PCM的迭代(WAV)技术一起运用编程脉冲序列。在序列中的每个脉冲之后检测单元状态(例如通过测量单元电阻)。然后基于实际的测量的单元状态和所需目标单元状态针对序列中的下一脉冲适当调整可变脉冲属性。以这一方式，该过程沿着编程轨迹有效进展，从而逐渐收敛于目标单元状态。

在Papandreou等人、标题为“Programming Algorithms forMultilevel Phase-Change Memory”、公开号为WO2011/121491A1的国际专利申请ISCAS2011中描述一种使用多个编程轨迹的编程技术。利用这一技术，与向单元字线中的FET存取器件施加的栅极电压V_G的相应不同值对应的多个编程轨迹可用。对于V_G的给定值，在单元位线的偏置电压脉冲的幅度继而可变以访问在对应编程轨迹中的单元状态。多个轨迹因此这里通过位线和字线信号的联合控制来实现，这两个信号有效提供用于编程控制的两个调节器(knob)。

已经基于来自PCM测试的实验数据论证使用多个轨迹的多电平编程的优点。该技术允许例如基于编程轨迹的陡峭度和每个电平的增加编程电压窗口向不同轨迹高效分配电平。可以放宽针对在编程期间的反馈循环的约束(例如电压分辨率)，并且在迭代编程期间实现快速收敛。

将高度地希望改进用于PCM的多轨迹编程技术。

发明内容

本发明第一方面的一个实施例提供一种用于对具有s＞2个可编程单元状态的相变存储器单元编程的方法。该方法包括：

施加至少一个控制信号以产生用于对单元编程的编程脉冲；并且