[发明专利]防止基于ReRAM的存储单元的过度编程

说明书

本发明公开了一种防止电阻随机存取(ReRAM)的存储器阵列中基于ReRAM的存储器单元的过度编程的方法，包括：在编程电路路径中施加编程电压，所述编程电路路径包括待编程的ReRAM存储器单元；在所述编程电压施加于所述存储器单元上时，感测由所述ReRAM单元消耗的编程电流；以及根据编程电流的上升而减小所述编程电流。

技术领域

本发明涉及半导体存储器单元和阵列。更具体地，本发明涉及电阻随机存取存储器(ReRAM)单元和阵列，以及用于防止ReRAM存储器单元和ReRAM存储器单元阵列的过度编程的电路和方法。

背景技术

ReRAM单元编程存在将ReRAM单元过度编程为导通电阻(R_on)电平的风险，该电平太低而无法充分地重新擦除它们。ReRAM单元的编程通常从擦除状态开始，其中ReRAM设备具有大约1-10GOhm范围内的高断开电阻(R_off)，并且应该将ReRAM电阻降低到较低电阻R_on状态，在理想情况下，它可以在约100KOhm范围内。编程速度取决于施加到ReRAM设备的功率(ReRAM设备上的电压和流过ReRAM设备的电流的乘积)。

图1A示出了典型的ReRAM阵列(在虚线10中示出)的一行的四列部分以及用于利用推挽式ReRAM单元擦除和编程位线的典型的区段电路，每个ReRAM单元均具有一个顶部(“Top”)和一个底部(“Bot”)ReRAM设备。分段电路包括n区段(在虚线12内示出)和p区段(在虚线14内示出)。虽然图1示出了与三晶体管ReRAM单元一起使用的区段电路，但是本领域普通技术人员将会知道，图1的方案适用于其他推挽式ReRAM单元布置。

阵列的行设置在两条线VB与GB之间，分别用附图标号16和18表示，它们有时被称为互补位线。用于由附图编号20指出的阵列的每一行的一条位线BL，在阵列的行方向上延伸。VB线16和GB线18的n区段电路12、p区段电路14以及位线BL 20都是由包含ReRAM阵列10的集成电路上的互连金属线形成的，因此具有与它们相关联的特征阻力。从VB线16的n区段端部通过阵列10的电阻由附图标号为22的电阻器RVBN表示。从位线BL线20的n区段端部通过阵列10的电阻由附图标号为24的电阻器RBLN表示。从GB线18的n区段端部通过阵列10的电阻由附图标号为26的电阻器RGBN表示。从VB线16的p区段端部通过阵列10的电阻由附图标号为28的电阻器RVBP表示。从位线BL线20的p区段端部通过阵列10的电阻由附图标号为30的电阻器RBLP表示。从GB线18的p区段端部通过阵列10的电阻由附图标号为32的电阻器RGBP表示。

通过在阵列的n区段侧12处的下拉n沟道MOS设备将VB线16、GB线18和BL位线20驱动到V_SS线34(通常为0V)处的电势。因此，VB线16被晶体管38下拉到V_SS线34处的电势。GB线18被晶体管40下拉到V_SS线34处的电势。BL线20被晶体管42下拉到V_SS线34处的电势。

通过阵列10的p区段侧14处的上拉p沟道MOS设备将VB线16、GB线18和BL位线20驱动到V_PP线36处的电势，其中V_PP是位线编程电压(例如1.8V)。因此，VB线16被晶体管44上拉到V_PP线36处的电势。GB线18被晶体管46下拉到V_PP线36处的电势。BL线20被晶体管48下拉到V_PP线36处的电势。

根据该操作，将标记为顶部或底部的ReRAM设备擦除或对顶部或底部的ReRAM设备进行编程，将VB线16、GB线18和BL位线20从n沟道侧12和p沟道侧14中的一个或另一个驱动到V_SS 34或V_PP 36。本领域普通技术人员将会知道，图1A示出了具有四个三晶体管推挽式ReRAM单元的示例，但是这些线更长，并且可以是数千个单元宽。