专利名称：用于相变存储器存储单元的低应力多级读取的方法和多级相变存储器设备的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式涉及一种用于相变存储器存储单元的低应力多级读取的方法 和一种多级相变存储器设备。
背景技术：
众所周知，相变存储器使用一种具有在具有不同电特性的两个相位之间切换的性 质的材料，所述两个相位与材料的两种不同晶体结构相关非晶形的、无序的相位、以及结 晶的或多晶的、有序的相位。因此这两个相位与相当不同的值的电阻率相关。目前，可以在相变存储器存储单元中有利地使用诸如Te或Se等周期表第VI族元 素的合金，该合金称为硫族化物或硫族元素材料。目前最有前途的硫族化物由也称为GST 的Ge、Sb和Te的合金(Ge2Sb2Te5)组成，其现在被广泛用于将信息存储在可覆写磁盘上，并 且还被提出用于海量存储。在硫族化物中，当材料从非晶形(电阻性更大)的相位转为结晶的(导电性更大) 相位时，电阻率改变两个或更多数量级，反之亦然。可以通过局部提高温度来获得相变。在150°C以下，两种相位都是稳定的。从非晶 形状态开始，并使温度升高至200°C以上，存在晶粒的快速成核现象，并且如果使材料保持 在结晶温度足够长的时间，则该材料经历相变并变成晶体。为了使硫族化物回到非晶形状 态，必须使温度升高至熔融温度(大约600°C)以上，并随后快速地冷却硫族化物。已经提出了采用硫族元素材料的性质的存储器设备(也称为相变存储器设备)。在许多文献中公开了适合于在相变存储器设备和相变元件的可能结构中使用的 硫族化物的组成物(参见例如US 5，825，046)。如在EP-A-1326254 (对应于US-A-2003/0185047)中所讨论的，相变存储器设备的 存储元件包括硫族元素材料和电阻性电极，也称为加热器。事实上，从电学观点出发，通过促使电流流过与硫族元素材料接触或紧密接近的 电阻性电极并因此通过焦耳效应将硫族元素材料加热来获得结晶温度和熔融温度。特别地，当硫族元素材料处于非晶形、高电阻率状态(也称为复位状态)时，必须 施加适当长度和振幅的电流脉冲并允许硫族元素材料慢慢地冷却。在此条件下，硫族元素 材料改变其状态并从高电阻率状态切换到低电阻率状态。更确切地说，根据脉冲的持续时 间和振幅，可以通过硫族元素存储元件来形成不同受控导电性的结晶路径。实际上，可以通 过施加适当的电流分布来调整结晶路径的平均横截面。因此，可以可重复地将相变材料的 电阻率设置为多个层级之一，从而提供多级相变存储器，其可以在每个存储单元中存储一 个位以上。可以通过高振幅电流脉冲和快速冷却使硫族元素材料相反地转变回非晶形状态。与任何其它微电子设备一样，多级相变存储器必须克服越来越需要的对缩放 (scaling)的要求。事实上，与有意义的信号相比，缩放常常导致干扰增加并因此影响信噪比。例如，在多级相变存储器中，缩放引起对应于不同编程层级的集中分布，因此可用于区 别不同层级的裕度减小。而且，选择器和加热器具有更大的电阻，这导致用于给定读取电压 的输出电流更小。另一方面，读取电压必须保持低于安全值且不能无限地增大。否则，事实上，硫族 化物中的温度可能在读取期间升高至发生相位切换的程度。还已知随着读取电压接近安 全值，硫族化物存储元件显示出增加的从非晶形状态或结晶状态的漂移。虽然单一的读取 操作不改变存储在存储单元中的数据，但多次重复可能影响保留数据的长期能力并引起错误。本发明的目的是提供不受上述限制的一种用于相变存储器存储单元的多级读取 的方法和一种多级相变存储器设备。根据本发明的实施方式，提供了用于相变存储器存储单元的多级读取的方法和一 种多级相变存储器设备。
发明内容
根据本发明的实施方式，提供了一种用于相变存储器存储单元的多级读取的方 法，该方法包括选择位线和耦合到所选位线的相变存储器存储单元；向所述所选位线施加第一偏压(VBL、V。0)；将响应于所述第一偏压(Vp V00)而流过所述所选位线的第一读出电流(Ikdcici)与 第一基准电流(IJ相比较，其中所述第一基准电流(IJ使得当所选相变存储器存储单元 处于复位状态时所述第一读出电流(IkdJ与所述第一基准电流(IcJ处于第一关系，否则 所述第一读出电流(Ikdcici)与所述第一基准电流(IcJ处于第二关系；以及基于将所述第一读出电流(Ikdcici)与所述第一基准电流(IJ相比较，确定所述所 选相变存储器存储单元是否处于复位状态；其特征在于如果所述所选相变存储器存储单元未处于复位状态，则向所述所选位 线施加第二偏压(Vp Vtll),所述第二偏压(VpVtll)大于所述第一偏压(VpVj。根据本发明的另一种实施方式，提供了一种相变存储器设备，该相变存储器设备 包括多个相变存储器存储单元，该相变存储器存储单元以行和列布置并耦合到各个字 线和位线；选择电路，该选择电路用于选择所述位线和耦合到所选位线的相变存储器存储单 元；偏置电路，该偏置电路用于向所述所选位线施加第一偏压(V%、VJ ；以及感测电路，该感测电路用于将响应于所述第一偏压(VpVcitl)而流过所述所选位线 的第一读出电流(Ikmci)与第一基准电流(IJ相比较，其中所述第一基准电流(IcJ使得 当所选相变存储器存储单元处于复位状态时所述第一读出电流(IkdJ与所述第一基准电 流(Icitl)处于第一关系，否则所述第一读出电流(Ikdcici)与所述第一基准电流(Icici)处于第二 关系，其中所述感测电路可操作用于基于将所述第一读出电流(IkdJ与所述第一基准电流 (I00)相比较来确定所述所选相变存储器存储单元是否处于复位状态；
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其特征在于所述偏置电路可操作用于如果所述所选相变存储器存储单元未处于 复位状态，则向所述所选位线施加第二偏压(VBy Vtll)，所述第二偏压(Vp V01)大于所述第 一偏压(VBL, V00)。根据本发明的又一实施方式，提供了一种系统，该系统包括控制单元；以及上面所述的相变存储器设备，该相变存储器设备耦合到处理单元。
为了理解本发明，现在将参照附图描述本发明的纯粹作为非限制性示例的某些实 施方式，在附图中图1是根据本发明的一种实施方式的相变存储器设备的简化方框图；图2是图1的相变存储器设备的一部分的更详细的方框图；图3是根据本发明的一种实施方式的方法的流程图；图4a至图4c是示出与图1的相变存储器设备有关的第一参量(quantity)的图 表；图5a至图5c是示出与图1的相变存储器设备有关的第二参量的图表；图6是根据本发明的一种实施方式的方法的流程图；图7是示出与图1的相变存储器设备有关的第三参量的图表；图8是图1的相变存储器设备的一部分的详细方框图；图9a至图9c是示出与图1的相变存储器设备有关的第二参量的图表；以及图10是本发明的一种实施方式的系统描绘。
具体实施例方式图1示出相变存储器(在下文中为“PCM”)设备1。多个PCM存储单元2被布置 成行和列以形成阵列3。行解码器4和列解码器5被耦合到存储器控制单元6和读取/程 序单元7，该读取/程序单元7包括程序电路7a和读取/校验电路7b。字线8和位线9分 别平行于行和列，并可以用已知的方式通过行解码器4和列解码器5选择性地连接到读取 /程序单元7。特别地，列解码器5通过与可以通过同时被选择用于读取的位线9的数目一 样多的读线(read line) 7c耦合到读取/校验电路7b。每个PCM存储单元2连接到各字线8与各位线9的交叉点且包括相变型的存储元 件10和选择元件11。存储元件10具有连接到各位线9的第一端子和连接到选择元件11 的第一端子的第二端子。选择元件11具有接地的第二端子和连接到各字线8的控制端子。 根据替代解决方案，每个PCM存储单元2的存储元件10和选择元件11可以在位置上互换； 此外，选择元件11可以只具有两个端子(例如二极管)。程序电路7a被配置为提供编程电流Ip以便在存储器控制单元6的控制下将所选 PCM存储单元2选择性地编程为多种状态之一。可用状态的数目将被表示为N。在本文所 述的实施方式中，PCM存储单元2每个可以存储两个位，因此其具有N = 4种状态，即复位 状态或最大电阻状态(00，其中基本上形成存储元件的所有相变材料都是非晶形的，没有结 晶通路)，一种设定状态或最小电阻状态(11，其中基本上形成存储元件的所有相变材料都是结晶的)、以及两种中间结晶状态或中间电阻状态(10和01，具有各自的中间电阻)。如图2所示，读取/校验电路7b包括多个位线偏置电路13、感测电路15和温度传 感器16。S卩，对于每个读线7c (因此，对于被选择用于读取的每个位线9)，存在一个各自的 位线偏置电路13和一个各自的感测电路1。偏置电路13耦合到各感测电路15和各读线7c。偏置电路13可操作用于在读操 作期间通过读线7c向所选位线9提供偏压，偏压在这里通常表示为VbJ为简化起见，认为 列解码器5上的电压降可忽略)。基于由温度传感器16供应且可表示容纳PCM设备1的芯 片的工作温度的温度信号T。来调整偏压V皿的值。当通过读线7c向所选位线9施加偏压V皿时，在这里通常表示为Ikd的读出电流流 过所选位线9和PCM存储单元2。感测电路15感测取决于各个所选PCM存储单元2的实际编程状态的读出电流IKD。 基于与一组N-I个基准电流的比较，感测电路15确定各个所选PCM存储单元2的实际编程 状态并在各数据输出端15a上提供相应的读出数据D。当已经确定所选PCM存储单元2的 实际编程状态时，相应的感测电路15因此通过数据识别信号DREC来通知各偏置电路13。 然后，偏置电路13响应于数据识别信号DREC来取消相应位线9的选择，以便读操作可以在 不影响相应PCM存储单元2的情况下继续。在一种实施方式中，可以将所选位线9设置为 复位电压，例如接地电压。现在将参照图3和4a 4c更详细地解释PCM设备1的操作。特别地，图3示出 与所选PCM存储单元2之一的读取有关的流程图。对所有所选PCM存储单元2应用相同的程序。首先，通过适当地对行解码器4和列解码器5寻址来选择用于读取的若干PCM存 储单元2。连接到所选PCM存储单元2的所选位线9通过读线7c耦合到各偏置电路13和 感测电路15。然后(方框100)，读取温度信号Tc并因此调整偏压的值。如在下文中将解释的那 样，偏压可以采用N-I个电压层级来区别各编程状态(N是与每个PCM存储单元2相关的存 储层级的数目)。通过与温度变化相对的移位来调整全部的N-I个层级。S卩，由全部的N-I 个层级的负移位来补偿正的温度变化，反之亦然，由全部N-I个层级的正移位来补偿负的
温度变化。然后，偏置电路13向各个所选位线9施加第一偏压Vtltl (即所选位线9上的偏压在 此阶段等于第一偏压Vc ，Vbl = V00 ；方框105)。第一偏压Vtltl是相对较低的电压，相当于传 统PCM设备的位线读取偏压(例如使得约350mV的电压被施加于存储元件10)。在任何情况下，第一偏压Vcitl使得实际上没有电流流过处于复位状态(完全非晶 形、最大电阻性)的所选PCM存储单元2。感测电路15响应于被施加于所选位线9的第一偏压Vtltl而感测流过所选PCM存储 单元2的第一读出电流IKDQQ。在此阶段，由Ikdqq = V00/Rcell给出读出电流Ikdqq,复位PCM存 储单元2的存储单元电阻约为例如IOOkQ (选择元件11的电阻可忽略)。所感测的第一读出电流Iedcici随后被与第一基准电流Itltl相比较(方框110，参见图 5a)，使得可以将处于复位状态的PCM存储单元2与未处于复位状态的PCM存储单元2区别 开(参见图5a)。即，处于复位状态的PCM存储单元实际上不吸引电流，并且在任何情况下
8第一读出电流I·。低于第二基准电流Ιο。。因此，如果第一读出电流IraiC1低于第一基准电流 Iw (方框110，输出“是”)，则确定相应的PCM存储单元2处于复位状态，在耦合到处于复位 状态的PCM存储单元2的感测电路15的数据输出端15a上出现读出数据D = “00”。通过 将各位线9连接到静止电压(rest voltage)(地线，方框125)来取消已被读取的处于复位 状态的PCM存储单元的选择。因此，取消选择的PCM存储单元将不会受到稍后被施加于仍 被选择的PCM存储单元的偏压的影响。如果第一读出电流Ikdcici大于第二基准电流Ιω(方框110，输出“否”)，相应的PCM 存储单元2仍被选择。然后(方框130)，偏置电路13向仍被选择的存储单元施加第二偏压Vtllt5第二偏 压Vtll大于第一偏压V,因此，在与不同编程状态相关的电流水平比在施加第一偏压Vcitl的 情况下相隔较宽的间隔。这可以从图5b中认识到，其中用虚线示出对于= V00的水平分布。在此由感测电路15来感测第二读出电流Ikdqi并将其与第二基准电流Itll相比较， 以便将处于第一中间结晶状态的所选PCM存储单元2与处于第二中间结晶状态或处于设定 完全结晶状态(完全结晶，电阻性最小)的那些PCM存储单元2区别开。如果所感测的第二读出电流Ikdci1低于第二基准电流Itll (方框140，输出“是”)，则 确定相应的PCM存储单元2处于第一中间结晶状态，在耦合到被选择(方框125)的处于第 一中间结晶状态(方框150)的PCM存储单元2的感测电路15的数据输出端15a上出现读 出数据D =“01”。如果第二读出电流Ikmi大于第二基准电流Itll (方框140，输出“否”)，则相应的PCM 存储单元仍被选择。然后由偏置电路13向仍被选择的PCM存储单元2施加第三偏压Vltl，并由感测电 路15来感测由此产生的第三读出电流Iedici(方框160)。同样如图5c所示，所感测的第三 读出电流I·随后被与第三基准电流Iici相比较，以便将处于第二中间结晶状态(“10”) 的PCM存储单元2与处于设定状态(“11”)的那些PCM存储单元2区别开。如果第三读出电流Ikdiq低于第三基准电流Iltl (方框170，输出“是”)，则确定相应 的PCM存储单元2处于第一中间结晶状态且在耦合到被取消选择(方框125)的处于第一 中间结晶状态(方框180)的PCM存储单元2的感测电路15的数据输出端15a上出现读出 数据D = “10”。否则，确定相应的PCM存储单元2处于设定状态，且在耦合到被取消选择 (方框125)的处于第一中间结晶状态的PCM存储单元2的感测电路15的数据输出端15a 上出现读出数据D = “11”。因此，已读取最初被选择的所有PCM存储单元2。实际上，最初单独地施加低偏压 (第一偏压VcJ以区别处于复位(完全非晶形)状态的PCM存储单元2。因此，实际上没有 电流或至少极低的读出电流流过复位PCM存储单元2，并消除由读取引起的漂移效应。然后，通过施加增加的偏压直至已识别所有PCM存储单元2的编程状态来重复读 取循环(在N个可用编程状态下为N-I次)。更确切地说，重复持续至对于每个所选PCM存 储单元2满足以下条件之一已经进行所选PCM存储单元2处于中间结晶状态01、10之一的确定；以及已经进行所选PCM存储单元2未处于其它中间结晶状态01、10中的任何一个的确定。此外，如果已进行所选PCM存储单元2未处于中间结晶状态01、10中的任何一个 的确定，则确定所选PCM存储单元2处于设定状态。在任何时间取消对已确定其各自的实际编程状态的所选PCM存储单元2 (及相应 位线9)的选择。特别地，在施加最低可用偏压、即第一偏压Vcitl之后取消复位PC存储单元 2的选择。因此，复位PC存储单元2不受读操作的继续和较高偏压的影响。另一方面，在 被设置为中间结晶状态或设定状态(完全结晶)的PCM存储单元2中，读出电流本质上通 过存储元件被结晶路径吸引。作为替代，围绕结晶路径的可能的非晶形材料仅仅与可忽略 的一部分读出电流交叉且基本上不受影响。因此，不存在漂移的风险，同时，实际编程状态 的辨别力得到改善，因为层级分布由于所述方法而相互间隔开。此外，只有最高偏压被施加 于导电性最大的PCM存储单元2，即具有最大导电性的结晶路径的那些PCM存储单元2。因 此，始终保持非晶形材料。事实上，结晶路径的导电性越高，与非晶形材料交叉的那部分读 出电流越小。因此，可以在不显著改变存储材料的状态的情况下增大读出电压，因为在任何 情况下非晶形部分上的应力被减小。在一种实施方式中，如图6所示，在读取之后执行被读取的PCM存储单元2的校 验程序。校验偏压Vv被施加于位线9，根据刚刚从PCM存储单元2读取的数据再次进行读 取(方框200)。实际上，对于每个PCM存储单元2，使用已发生编程层级识别的相同偏压
(例如，向刚刚被读取并被设置为第一中间结晶状态01的所有PCM存储单元施加第二偏 压Vtll)。可以同时向各个不同的PCM存储单元2施加不同的偏压在另一实施方式中， 向所有所选PCM存储单元2施加单一校验偏压Vv。然后，由感测电路15来感测响应于校验偏压Vv而流过位线9和PCM存储单元2的 校验电流Iv并将其与各个校验电流范围Rv相比较(方框220)。如图7所示，校验电流范 围Rv包括各电流期望值I·、Ieci1、Ieici、Ieii。如果校验电流Iv在各校验电流范围Rv内，则校验程序(方向220，输出“是”)，该 程序终止(方框230)。显示出在各校验电流范围Rv之外的校验电流Iv WPCM存储单元 2(方框220，输出“否”)，对刚刚读取的数据重新编程(方框240)。因此，PCM存储器设备 1的分布层级保持一致且由于读取引起的可能的较小漂移效应被立即恢复。图8更详细地示出偏置电路13之一和感测电路15之一。偏置电路13包括具有 耦合到电源线16和各读线7c的漏极端子和源极端子的调节器晶体管17以及向调节器晶 体管17的控制端子供应控制电压的电压控制电路20。电压控制电路20还具有耦合到用 于接收电压选择信号VSEL的存储器控制单元6的电压选择输入端20a、耦合到感测电路15 的取消选择输入端20b、以及耦合到用于接收温度信号T。的温度传感器16的调整输入端 20c。偏置电路13还包括由数据识别信号DREC控制的取消选择晶体管18和逻辑电路19。 在这里是NMOS晶体管的取消选择晶体管18具有分别耦合到调节器晶体管17的栅极端子 和地线的漏极端子和源极端子。逻辑电路19的一个输出端耦合到取消选择晶体管18的栅 极端子。逻辑电路19被配置为使得取消选择晶体管18在读操作开始时截止。当存储在相 应PCM存储单元2中的数据已被识别时，数据识别信号DREC切换，并且作为响应，逻辑电路 19使取消选择晶体管18导通，从而使调节器晶体管17截止并使相应的所选位线9产生接 地电压。这样，位线9被取消选择并保持如此，直至读操作结束。
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感测电路15包括感测放大器21、基准模块23、数据模块24和输出缓冲器25，所述 基准模块23选择性地供应第一、第二和第三基准电流Ιω、I01, Iltl之一(为明了起见，在本 文中一般表示为基准电流Ikef)。感测放大器21具有耦合到用于在施加偏压V皿时感测读出 电流Ikd的读线7c的感测输入端21a、以及耦合到用于接收基准电流Ikef的基准模块的基准 输入端21b。感测放大器21的一个输出端耦合到用于响应于低于实际基准电流Ikef的所感 测的读出电流Ied而供应数据识别信号DREC的输出缓冲器25。感测放大器21的输出端还 连接到电压控制电路20的取消选择输入端20b。如图9a 9c所示，数据模块24受到控制 而依照当前所选偏压V皿和基准电流Ikef向输出缓冲器25提供输出数据值。在本文所述的 实施方式中，基准模块23和数据模块24均由存储器控制单元6通过电压选择信号VSEL来 控制。在读操作中，如前文所述，存储器控制单元6通过电压选择信号VSEL来选择要施 加于所选位线9的适当偏压电压控制电路20驱动调节器晶体管17，使得所选偏压V皿 实际上被施加于相应的位线9。同时，如图9a 9c所示，由基准模块23和数据模块24依 照电压选择信号VSEL来选择适当的基准电流Ikef和输出数据值。感测放大器21将实际读 出电流Ikd与基准电流Ikef相比较。如果读出电流Ikd较低，则确定相应的所选PCM存储单 元2的实际编程状态且感测放大器21发送数据识别信号DREC。响应于数据识别信号DREC， 电压控制电路20通过使调节器晶体管17截止来取消相应PCM存储单元2的选择。因此， PCM存储单元2不再受到读操作可能继续的影响，亦即不经历可能改变其编程状态的较高 偏压V^此外，由数据模块24呈现的输出数据值被加载在输出缓冲器25中并作为输出数 据D供应。在所选PCM存储单元处于设定状态的情况下(即读出电流Ied从不超过任何基 准电流Ikef)，数据值“ 11”作为输出数据D被呈现。在一种实施方式中，这通过在读操作开 始时将数据值“11”预先加载在输出缓冲器25中来实现。在图10中，示出了依照本发明的实施方式的系统300的一部分。系统300可以在 例如可能具有无线能力的个人数字助理(PDA)、膝上计算机或便携式计算机，蜂窝电话、即 时通讯设备、数字音乐播放器、数字照相机，或可能适合于处理、存储、发送或接收信息且需 要永久性存储能力的其它设备的设备中使用。系统300可以包括经由总线350相互耦合的控制器310、输入/输出(I/O)设备 320 (例如键盘、显示器)、相变存储器设备1、无线接口 340、以及RAM存储器360。在一种实 施方式中，可以使用电池380来向系统300供电。应注意的是本发明的范围不限于一定具 有任何或全部以上列出的组件的实施方式。例如，控制器310可以包括一个或多个微处理器、数字信号处理器、微控制器等等。可以使用I/O设备320来生成消息。系统300可以使用无线接口 340用射频(RF) 信号向无线通信网络发送消息并从无线通信网络接收消息。无线接口 340的示例可以包括 天线、或无线收发机，诸如偶极天线，但是本发明的范围在这方面不受限制。而且，I/O设备 320可以递送反映什么项目被存储为数字输出(如果存储数字信息)或模拟信息(如果存 储模拟信息)的电压。最后，很明显，如所附权利要求所定义的那样，可以对本文所述和所示的方法和设 备进行许多修改和变更，其全部在本发明的范围内。
权利要求
一种用于相变存储器存储单元的多级读取的方法，该方法包括选择位线和耦合到所选位线的相变存储器存储单元；向所述所选位线施加第一偏压(VBL、V00)；将响应于所述第一偏压(VBL、V00)而流过所述所选位线的第一读出电流(IRD00)与第一基准电流(I00)相比较，其中所述第一基准电流(I00)使得当所选相变存储器存储单元处于复位状态时所述第一读出电流(IRD00)与所述第一基准电流(I00)处于第一关系，否则所述第一读出电流(IRD00)与所述第一基准电流(I00)处于第二关系；以及基于将所述第一读出电流(IRD00)与所述第一基准电流(I00)相比较，确定所述所选相变存储器存储单元是否处于复位状态；其特征在于如果所述所选相变存储器存储单元未处于复位状态，则向所述所选位线施加第二偏压(VBL、V01)，所述第二偏压(VBL、V01)大于所述第一偏压(VBL、V00)。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法包括将响应于施加所述第二偏压(Utll)而流 过所述所选位线的第二读出电流(Ikmi)与第二基准电流(Itll)相比较，其中所述第二基准 电流(Itll)使得当所述所选相变存储器存储单元处于第一中间结晶状态时所述第二读出电 流(Ikdci1)与所述第二基准电流(Itll)处于第一关系，否则所述第二读出电流(Ikmi)与所述 第二基准电流(Itll)处于第二关系；以及基于将所述第二读出电流(Iemi)与所述第二基准电流(Itll)相比较，确定所述所选相 变存储器存储单元是否处于所述第一中间结晶状态。
3.根据权利要求2所述的方法，该方法包括如果尚未确定所述所选相变存储器存储单 元的编程状态，则向所述所选位线(9)施加另一偏压(VBp Vltl),所述另一偏压(I、V10)大 于先前施加于所述所选位线的任何偏压(VbPVc^Vci1)；将响应于施加所述另一偏压(Vp V10)而流过所述所选位线的另一读出电流(Ikdici)与 另一基准电流(Iltl)相比较，其中所述另一基准电流(Iltl)使得如果所述所选相变存储器存 储单元处于另一中间结晶状态，则所述另一读出电流(Ikdici)与所述另一基准电流(Iltl)处 于第一关系，否则所述另一读出电流(Iedici)与所述另一基准电流(Iltl)处于第二关系；以及基于将所述另一读出电流(Iedici)与所述另一基准电流(Iici)相比较，确定所述所选相 变存储器存储单元是否处于所述另一中间结晶状态。
4.根据权利要求3所述的方法，其中如果尚未确定所述所选相变存储器存储单元的编程状态，则向所述所选位线(9)施加 另一偏压(VbJ，所述另一偏压(VbJ大于先前施加于所述所选位线的任何偏压(VpV.Vu、 V10)；将响应于施加所述另一偏压(VbJ而流过所述所选位线的另一读出电流与另一基准电 流相比较，其中所述另一基准电流使得如果所述所选相变存储器存储单元处于另一中间结 晶状态，则所述另一读出电流与所述另一基准电流处于第一关系，否则所述另一读出电流 与所述另一基准电流处于第二关系；以及基于将所述另一读出电流与所述另一基准电流相比较，确定所述所选相变存储器存储 单元是否处于所述另一中间结晶状态；重复上述操作直至满足以下条件之一已经进行所述所选相变存储器存储单元处于所述另一中间结晶状态之一的确定；以及已经进行所述所选相变存储器存储单元未处于所述另一中间结晶状态中的任何一个 的确定。
5.根据权利要求4所述的方法，该方法包括如果已经进行所述所选相变存储器存储单 元未处于所述另一中间结晶状态中的任何一个的确定，则确定所述所选相变存储器存储单 元处于设定状态。
6.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括选择多个位线和多个相变存储器存储单元，每个相变存储器存储单元连接到所述多个 所选位线中的相应的一个；以及取消对已确定其实际编程状态的所选相变存储器存储单元中的每一个的选择。
7.根据权利要求4所述的方法，该方法还包括感测设备工作温度(Tc)；以及基于所述 设备工作温度(T。)来调整所述第一偏压(VJ。
8.根据权利要求7所述的方法，该方法还包括基于所述设备工作温度来选择第二偏压 水平和任何另一偏压水平。
9.根据权利要求1所述的方法，该方法包括校验所述所选相变存储器存储单元的编程 状态。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述校验包括向所述所选相变存储器存储单元施加校验偏压(Vv)；感测响应于所述校验偏压(Vv)而流过所述所选相变存储器存储单元的校验电流(Iv)；以及将所述校验电流(Iv)与包括各电流期望值(IEQQ、IEQ1、IE1Q、IE11)的各校验电流范围(Rv) 相比较。
11.根据权利要求10所述的方法，该方法包括如果所述校验电流(Iv)在所述校验电流 范围(Rv)之外，则对读出数据⑶重新编程。
12.—种相变存储器设备，该相变存储器设备包括多个相变存储器存储单元，该相变存储器存储单元以行和列布置并耦合到各个字线和 位线；选择电路，该选择电路用于选择所述位线和耦合到所选位线的相变存储器存储单元；偏置电路，该偏置电路用于向所述所选位线施加第一偏压(VpVcitl)；以及感测电路，该感测电路用于将响应于所述第一偏压(VpVcitl)而流过所述所选位线的第 一读出电流(I 。)与第一基准电流(IcJ相比较，其中所述第一基准电流(IJ使得当所选 相变存储器存储单元处于复位状态时所述第一读出电流(Ikdcici)与所述第一基准电流(Im) 处于第一关系，否则所述第一读出电流(Ikdcici)与所述第一基准电流(IcJ处于第二关系，其 中所述感测电路可操作用于基于将所述第一读出电流(Ikdcici)与所述第一基准电流(Icici)相 比较来确定所述所选相变存储器存储单元是否处于复位状态；其特征在于所述偏置电路可操作用于如果所述所选相变存储器存储单元未处于复位 状态，则向所述所选位线施加第二偏压(Vp Vtll)，所述第二偏压(Vp V01)大于所述第一偏 压(VBL>V00)o
13.根据权利要求12所述的相变存储器设备，其中所述偏置电路包括电压调节元件，该电压调节元件用于通过所述选择电路而选择性地与所述所选位线耦合；以及电压控制电路，该电压控制电路用于驱动所述电压调节元件，使得包括所述第一偏压 (Vbl^V00)的多个偏压(VbJ之一被施加于相应的位线。
14.根据权利要求12所述的相变存储器设备，其中所述感测电路包括基准模块，该基准模块用于选择性地施加包括所述第一基准电流(IJ的多个基准电 流(Ikef)之一；以及感测放大器，该感测放大器用于通过所述选择电路而选择性地与所述所选位线耦合且 可操作用于感测流过所述所选位线的读出电流(Ikd)，所述读出电流(Ikd)包括所述第一读 出电流(Iedoo)。
15.根据权利要求12所述的相变存储器设备，其中所述感测电路具有耦合到所述偏置电路的取消选择输入端的输出端，该输出端用于响 应于至少所述第一读出电流(Ικ_)与所述第一基准电流(IcJ处于所述第一关系而提供数 据识别信号(DREC)；以及所述偏置电路可操作用于响应于所述数据识别信号(DREC)而取消所述所选位线的选择。
16.根据权利要求12所述的相变存储器设备，该相变存储器设备还包括用于供应温度 信号(Te)的温度传感器，所述温度信号(T。)是所述相变存储器设备的工作温度。
17.根据权利要求16所述的相变存储器设备，其中所述偏置电路耦合到所述温度传感 器且可操作用于基于所述温度信号(T。)来调整所述第一偏压(VpVj。
18.一种系统，该系统包括 控制单元；以及根据权利要求12所述的相变存储器设备(1)，该相变存储器设备耦合到处理单元。
全文摘要
提供一种用于相变存储器存储单元的多级读取的方法，首先选择位线(9)和PCM存储单元(2)并向所选位线(9)施加第一偏压(VBL、V00)。将响应于第一偏压(VBL、V00)而流过所选位线(9)的第一读出电流(IRD00)与第一基准电流(I00)相比较。第一基准电流(I00)使得第一读出电流(IRD00)在所选PCM存储单元(2)处于复位状态时低于第一基准电流(I00)，否则第一读出电流(IRD00)大于第一基准电流(I00)。然后基于将第一读出电流(IRD00)与第一基准电流(I00)相比较来确定所选PCM存储单元(2)是否处于复位状态。如果所选PCM存储单元(2)未处于复位状态，则向所选位线(9)施加大于第一偏压(VBL、V00)的第二偏压(VBL、V01)。
文档编号G11C11/56GK101908374SQ20091020718
公开日2010年12月8日 申请日期2009年11月13日 优先权日2008年12月29日
发明者C·雷斯塔, F·贝代斯基, M·费拉托 申请人:恒忆公司