多功能电阻改变存储器单元及包含所述存储器单元的设备的制作方法

多功能电阻改变存储器单元及包含所述存储器单元的设备的制作方法
【专利摘要】各种实施例包括具有若干个存储器单元的设备，所述设备包含：驱动电路，其用以提供选定持续时间及/或振幅的信号脉冲；以及电阻改变存储器单元阵列，其电耦合到所述驱动电路。可基于所述所接收信号脉冲针对保持时间周期及操作速度的范围编程所述电阻改变存储器单元。描述额外设备及方法。
【专利说明】多功能电阻改变存储器单元及包含所述存储器单元的设备
[0001] 优先叔申请
[0002] 本申请案主张2012年3月23日提出申请的序列号为13/428, 944的美国申请案 的优先权的权益，所述美国申请案以全文引用的方式并入本文中。

【背景技术】
[0003] 计算机及其它电子系统（举例来说，数字电视、数码相机及蜂窝式电话）通常具有 用以存储信息的一或多个存储器装置。存储器装置在大小上越来越减小以实现较高存储容 量密度。然而，存储器装置也需要满足较低电力要求同时维持高速度存取。

【专利附图】

【附图说明】
[0004] 图1展示根据一实施例的具有拥有存储器单元的存储器阵列的存储器装置的框 图；
[0005] 图2展示根据一实施例的具有包含具有存取组件及存储器元件的存储器单元的 存储器阵列的存储器装置的部分框图；
[0006] 图3展示根据各种实施例的具有耦合到存储器元件的存取组件的存储器单元的 不意图；
[0007] 图4是可与图1及2的存储器装置一起使用或可包括图3的存储器单元的数个电 阻改变存储器单元（RCM)存储器元件中的一者的简化示意性框图；
[0008] 图5A到5C展示RCM的离子迁移以及局部化导电区形成及生长的示意性表示；
[0009] 图6是展示若干个编程/擦除脉冲的电压-时间图表；
[0010]图7展示可用于实施可变电阻状态及存储器功能类型的存储器阵列电路的实施 例；
[0011] 图8是展示用以实施可变电阻状态及存储器功能的方法的实施例的流程图；且
[0012] 图9展示包含存储器装置的系统实施例的框图。

【具体实施方式】
[0013] 以下说明包含体现发明性标的物的说明性设备（电路、装置、结构、系统等等）及 方法（例如，过程、协议、序列、技术及技艺）。在以下说明中，出于阐释的目的，陈述众多特 定细节以便提供对发明性标的物的各种实施例的理解。然而，所属领域的技术人员将明白， 可在不具有这些特定细节的情况下实践发明性标的物的各种实施例。此外，未详细展示众 所周知的设备及方法以便不使各种实施例的说明模糊不清。
[0014] 如本文中所使用，术语"或"可在包含性或排他性意义上来理解。另外，尽管下文 所论述的各种示范性实施例可主要集中于双态（例如，SLC)存储器装置，但所述实施例仅 为揭示清晰起见而给出，且因此并不限于呈SLC存储器装置的形式的设备或甚至不限于一 般的存储器装置。作为对主题的介绍，将在以下段落中简略地且大体地描述几个实施例，且 然后将接着参考各图做出更详细说明。
[0015] 可基于高级存储器装置的固有特性利用新兴存储器技术，而非尝试迫使所述装置 表现得像（举例来说）快闪存储器或随机存取存储器。在本文中所描述的各种实施例中， 从抽象接口管理高级存储器装置的存储器操作需要新颖操作方案。
[0016] 各种实施例实现利用高级存储器装置的特性的受管理存储器解决方案。举例来 说，电阻改变存储器单元（RCM)存储器装置（例如，包含例如可编程金属化单元的装置）展 现取决于信号脉冲（例如，电压或电流信号）的振幅及持续时间的数据保持特性。如将变 得显而易见，可在单个芯片上管理差异化存储器功能类型。在一些实施例中，所有电布线均 在单个芯片内，以使得不再需要邻近芯片之间的穿硅通孔（TSV)及关键对准。另外，与在多 个芯片上方制作系统相比，可在单芯片实施方案上减少等待时间。
[0017] 在各种实施例中，提供一种包含若干个电阻改变存储器（RCM)单元的设备。所述 设备包含：所述RCM单元的第一区；所述RCM单元的第二区；以及驱动电路，其用以将多个 信号脉冲类型中的一者选择性地提供到所述RCM单元的所述第一区且将所述多个信号脉 冲类型中的不同一者选择性地提供到所述RCM单元的所述第二区。所述多个信号脉冲类型 中的每一者具有不同属性且对应于不同存储器功能类型。
[0018] 在所述设备的实施例中的至少一些实施例中，所述属性包括脉冲振幅与脉冲持续 时间的积分。
[0019] 在各种实施例中，提供一种包含若干个存储器区的设备；所述存储器区中的每一 者具有相应数目个电阻改变存储器单元。控制与选择电路用以确定将针对存储于所述设备 中的信息仿真的存储器功能类型。所述控制与选择电路进一步用以选择所述存储器区中将 在其中存储所述信息的一者。驱动电路用以将经配置以针对所述信息仿真所述所确定存储 器功能类型的脉冲提供到所述存储器区中的所述选定一者。
[0020] 在所述设备的一些实施例中，所述存储器区、所述控制与选择电路及所述驱动电 路全部形成于单个裸片上。在所述设备的一些实施例中，所述驱动电路用以提供具有经配 置以仿真所述所确定存储器功能类型的振幅及持续时间的脉冲。在所述设备的一些实施例 中，所述第一驱动电路及所述第二驱动电路中的每一者经配置以分别匹配所述第一存储器 区及所述第二存储器区的相应电力要求。
[0021] 在各种实施例中，提供一种方法，其包含：确定多个存储器功能类型中将仿真的一 者；以及将具有经配置以仿真所述所确定存储器功能类型的属性的编程脉冲施加到所述 RCM单元中的选定一者。
[0022] 在各种实施例中，提供一种设备，其包含：电阻改变存储器（RCM)单元；以及驱动 电路，其电耦合到所述RCM单元以提供信号脉冲。所述信号脉冲可在振幅及持续时间两者 上配置以使所述RCM单元的数据保持时间变化。
[0023] 在所述设备的一些实施例中，所述信号脉冲可配置以使形成于所述RCM单元内的 局部化导电区变化以仿真多个存储器功能类型中的选定一者。在所述设备的一些实施例 中，所述驱动电路经配置以使所述信号脉冲的所述持续时间变化以使所述RCM单元的所述 数据保持时间变化。在所述设备的一些实施例中，所述驱动电路经配置以使所述信号脉冲 的所述振幅变化以使所述RCM单元的所述数据保持时间变化。在所述设备的一些实施例 中，所述驱动电路经配置以提供脉冲序列以使所述RCM单元的所述数据保持时间变化。
[0024] 在各种实施例中，提供一种操作存储器装置的方法。所述方法包含：选择多个存储 器功能类型中将在所述存储器装置内仿真的一者；选择为仿真所述选定存储器功能类型而 在信号脉冲中提供的每存储器单元的能级；以及将所述信号脉冲提供到所述存储器装置的 存储器单元。
[0025] 在所述方法的一些实施例中，所述选定能级对应于所述存储器单元内的局部化导 电区的状态。在所述方法的一些实施例中，选择每存储器单元的所述能级包括选择所述信 号脉冲的持续时间。在所述方法的一些实施例中，选择每存储器单元的所述能级包括选择 所述信号脉冲的振幅。在所述方法的一些实施例中，选择所述能级包括选择在所述信号脉 冲的持续时间内递送到所述存储器单元的电流。在所述方法的一些实施例中，选择所述能 级包括选择电流顺应性。
[0026] 在各种实施例中，提供一种操作存储器装置的方法。所述方法包含确定将信息存 储于所述RMC单元中所需要的保持周期；以及取决于所述所确定保持周期而使编程所述 RCM单元所消耗的电力量变化。
[0027] 在各种实施例中，提供一种操作存储器装置的方法。所述方法包含确定将信息存 储于所述RMC单元中所需要的耐久性水平；以及取决于所述所确定耐久性水平而使编程所 述RCM单元所消耗的电力量变化。
[0028] 在各种实施例中，提供一种操作存储器装置的方法。所述方法包含确定将信息存 储于所述RMC单元中所需要的操作速度及取决于所述所确定操作速度而使编程所述RCM单 元所消耗的电力量变化。
[0029] 在各种实施例中，提供一种存储器装置，其包含仿真第一存储器类型功能的第一 RMC单元群组及仿真第二存储器类型功能的第二RMC单元群组。所述第一 RMC单元群组及 所述第二RMC单元群组形成于单个集成电路上。
[0030] 现在参考图1，展示呈存储器装置101的形式的设备的框图。根据一实施例，存 储器装置101包含具有若干个（例如，一或多个）存储器单元100的一或多个存储器阵列 102。存储器单元100可连同存取线104 (例如，用以传导信号WL0到WLm的字线）及第一 数据线106 (例如，用以传导信号BL0到BLn的位线）一起布置成若千行及若干列。存储器 装置101可使用存取线104及第一数据线106来将信息传送到存储器单元100或从存储器 单元100传送信息。行解码器107及列解码器108解码地址线109上的地址信号A0到AX 以确定将存取存储器单元100中的哪些存储器单元。
[0031] 例如感测放大器110的感测电路操作从而以第一数据线106上的信号的形式确定 从存储器单元100读取的信息的值。感测放大器电路110也可使用第一数据线106上的信 号来确定待写入到存储器单元100的信息的值。
[0032] 存储器装置101进一步展示为包含用以在存储器阵列102与输入/输出（I/O)线 105之间传送信息的值的电路112。I/O线105上的信号DQ0到DQN可表示从存储器单元100 读取或写入到存储器单元100中的信息的值。在存储器装置101驻存于其中的封装上，1/ 0线105可包含存储器装置101的节点（例如，引脚、焊料球或例如受控熔塌芯片连接（C4) 或倒装芯片附接（FCA)的其它互连技术）。存储器装置1〇1外部的其它装置（例如，存储器 控制器或处理器，图1中未展示）可通过I/O线105、地址线109或控制线120与存储器装 置101通信。
[0033]存储器装置101可执行存储器操作，例如：从存储器单元100中的若干选定者读取 信息的值的读取操作及将信息编程（例如，写入）到存储器单元100中的若千选定者中的 编程操作（也称为写入操作）。存储器装置101也可执行从存储器单元100中的一些或所 有存储器单元清除信息的存储器擦除操作。
[0034]存储器控制单元11S使用控制线12〇上的信号控制存储器操作。控制线120上的 信号的实例可包含一或多个时钟信号及用以指示存储器装置101可或应执行哪一操作（例 如，编程或读取操作）的其它信号。存储器装置101外部的其它装置（例如，处理器或存储 器控制器）可控制在控制线120上的控制信号的值。控制线120上的信号的值的特定组合 可产生可致使存储器装置101执行对应存储器操作（例如，编程、读取或擦除操作）的命令 (例如，编程、读取或擦除命令）。
[0035]尽管为便于理解，本文中所论述的各种实施例使用与单位存储器存储概念有关的 实例，但发明性标的物也可应用于众多多位方案。举例来说，存储器单元100中的每一者可 编程到用以表示（举例来说）小数位的值、单个位的值或多个位（例如两个、三个、四个或 更高数目个位）的值的至少两个数据状态中的不同一者。
[0036]举例来说，存储器单元100中的每一者可编程到用以表示呈单个位的二进制值 "0"或"1"的两个数据状态中的一者。此单元有时称为单电平单元（SLC)。
[0037] 在另一实例中，存储器单元100中的每一者可编程到用以表示（举例来说）多个 位的值（例如针对两个位的四个可能值" 00 "、" 01"、" 10 "及" 11，，中的一者、针对三个位的 八个可能值 "〇〇〇"、"001 "、"010"、"011 "、" 100，'、" 101，'、" 110，' 及 " 111，，中的一者或针对较 大数目的多个位的另一组值中的一者）的两个以上数据状态中的一者。可编程到两个以上 数据状态中的一者的单元有时称为多电平单元（MLC)。下文更详细地论述对这些类型的单 元的各种操作。
[0038]存储器装置101可接收供应电压，包含分别在第一供应线130及第二供应线132 上的供应电压信号V。。及Vss。供应电压信号Vss可（举例来说）处于接地电位（例如，具有 大约零伏的值）。供应电压信号V。。可包含从外部电源（例如，电池或交流/直流（ AC_DC) 转换器电路（图1中未展示））供应到存储器装置101的外部电压。
[0039] 存储器装置101的电路112进一步展示为包含选择电路115及输入/输出（1/0) 电路116。选择电路115可响应于信号SEL1到SELn而选择第一数据线1〇6及第二数据线 113上的信号，所述信号可表示待从存储器单元1〇〇读取或待编程到存储器单元 100中的信 息的值。列解码器108可基于地址线109上的A0到AX地址信号而选择性地激活SEL1至|J SELn信号。选择电路115可在读取及编程操作期间选择第一数据线106及第二数据线113 上的信号以提供存储器阵列102与I/O电路116之间的通信。
[0040] 存储器装置101可包括非易失性存储器装置且存储器单元100可包含非易失性存 储器单元以使得当电力（例如，v。。、vss或两者）与存储器装置ιο?断开连接时存储器单元 1〇〇可保持存储于其中的信息。
[0041]存储器单元1〇〇中的每一者可包含具有材料的存储器元件，所述材料的至少一部 分可被编程到所要数据状态（例如，通过被编程到对应电阻状态）的材料。因此，不同数据 状态可表示编程到存储器单元100中的每一者中的信息的不同值。
[0042]存储器装置101可在其（例如，从外部处理器或存储器控制器）接收编程命令及 待编程到存储器单元100中的一或多个选定者中的信息的值时执行编程操作。基于所述信 息的值，存储器装置ιο?可将选定存储器单元编程到用以表示待存储于其中的信息的值的 适当数据状态。
[0043] 所属领域的技术人员可认识到，存储器装置101可包含其它组件，本文中论述所 述其它组件中的至少一些组件。然而，图中未展示这些组件中的数个组件，以免使所描述的 各种实施例的细节模糊不清。存储器装置101可包含装置及存储器单元，且使用类似于或 等同于下文参考本文中所论述的各种其它图及实施例所描述的存储器操作的存储器操作 (例如，编程及擦除操作）来操作。
[0044] 现在参考图2,根据实例性实施例，呈存储器装置201的形式的设备的部分框图展 示为包含存储器阵列202,存储器阵列202包含具有存取组件211及存储器元件222的存储 器单元 2〇0。存储器阵列2〇2可类似于或等同于图1的存储器阵列102。如图2中进一步展 示，存储器单元200展示为连同存取线（举例来说，用以传导例如信号WL0、WU及WL2的信 号的字线）一起布置成若干行230、231、232。所述存储器单元也展示为连同数据线（举例 来说，用以传导例如信号BL0、BL1及BL2的信号的位线）一起布置成若干列240、241、242。 存取组件211可（例如，通过使用信号WLO、WL1及WL2的适当值）接通以允许存取存储器 元件 222,以便使存储器元件作为通过元件操作，或从存储器元件222读取信息或将信息编 程（例如，写入）到存储器元件222中。
[0045]将信息编程到存储器元件2M中可包含致使存储器元件222具有特定电阻状态。 因此，从存储器单元2〇〇读取信息可包含（举例来说）响应于施加到存储器元件222的存 取组件211的特定电压而确定存储器元件 222的电阻状态。在任一情况中，此确定动作可 涉及感测流过存储器单元200的电流（或电流的不存在）（例如，通过感测电耦合到存储器 单元的位线的电流）。基于电流的所测量值（在一些实例中，包含究竟是否检测到电流）， 可确定存储于存储器中的信息的对应值。可以另外其它方式（例如通过感测电耦合到存储 器单元的位线的电压）确定存储于存储器单元200中的信息的值。
[0046]图3展示根据各种实施例的具有耦合到存储器元件333的存取组件311的存储器 单元300的示意图。图3中标记为WL及BL的线可分别对应于图1的存取线1〇4中的任一 者及第一数据线1〇 6中的任一者。图3展示包含（举例来说）金属氧化物半导体场效应晶 体管（M0SFET)的存取组件 311的实例。如所属领域的技术人员在阅读本发明之后将即刻 认识到，存储器单元3〇〇可包含其它类型的存取组件（例如二极管）或可不包含任何存取 组件，例如在一些交叉点阵列的情况中。
[0047]存储器元件333可耦合到两个电极（例如第一电极351及第二电极352)且安置 于所述两个电极之间。图3将这些电极示意性地展示为圆点。在结构上，这些电极中的每 一者可包含导电材料。存储器元件3：33可包含可（举例来说）响应于信号而改变以具有不 同电阻状态的材料。存储于存储器元件中的信息的值可对应于存储器元件的电阻状态。存 取组件 311可使得能够在存储器单元的操作期间（例如，在读取、编程或擦除操作期间）经 由若干电极对将彳旨号（例如，体现为电压或电流）传送到存储器元件333及从存储器元件 333传送所述信号。
[0048]编程操作可使用信号WL来接通存取组件311，且然后施加信号Bl (例如，具有编程 电压或电流的信号）穿过存储器元件333。此信号可致使存储器元件333的材料的至少一 部分改变。举例来说，可通过执行擦除操作反转所述改变。举例来说，局部化导电区可形成 于存储器元件333内所含有的电解质内。下文（举例来说）参考图5A到5C更详细地论述 局部化导电区的形成。局部化导电区的横向大小可确定存储器单元的电阻状态，其中不同 电阻状态对应于表示存储于存储器元件333中的信息的不同值的不同数据状态。局部化导 电区的物理特性及因此单元的存储器特性取决于用于"设定"单元的信号脉冲的属性。举 例来说，较低能量脉冲可形成电导率较低的"较弱"（例如，较薄及/或较短）导电区，且保 持相关联电阻状态达仅一短持续时间。在此情况中，较低能量脉冲提供低功率、短期存储器 功能。相比之下，较高能量脉冲可形成电导率较高的"较强"（例如，较厚及/或较高）局部 化导电区且展现较长期存储器保持。在又一实例中，极快、高功率脉冲可提供仅暂时保持的 导电区。在此情况中，存储器功能可视为易失性的且以类似于DRAM的方式起作用。所规定 存储器功能中的任一者可结合基于其编程信号属性提供差异化存储器功能的其它存储器 单元（例如，存储器单元的区）而利用。
[0049] 读取操作可使用信号WL来接通存取组件311 (或以其它方式存取存储器单元）且 然后施加具有电压或电流（例如，读取电压或电流）的信号BL穿过存储器元件333。所述 读取操作可基于读取电压或电流而测量存储器单元300的电阻以确定存储于其中的信息 的对应值。举例来说，在存储器单元300中，当读取电流通过存储器元件333时，不同电阻 状态可将不同值（例如，电压或电流值）赋予信号BL。存储器装置的其它电路（例如，例如 图1的I/O电路116的电路）可使用信号BL来测量存储器元件333的电阻状态以确定存 储于其中的信息的值。
[0050] 在读取、编程或擦除操作期间所使用的电压或电流可彼此不同。举例来说，在编程 操作中，形成流过存储器元件的电流的信号（例如，图3中的信号BL)的值（例如，电压） 可足以致使存储器元件的至少一部分的材料改变。所述改变可更改存储器元件的电阻状态 以反映待存储于存储器元件333中的信息的值。
[0051] 在读取操作中，形成流过存储器元件的电流的信号（例如，图3中的信号BL)的值 (例如，电压）可足以形成所述电流但不足以致使存储器元件的任何部分改变。因此，存储 于存储器元件中的信息的值可在读取操作期间或之后保持不变。其它实施例可需要"刷新" 操作，举例来说，例如DRAM的易失性存储器功能。
[0052] 在擦除操作中，信号（例如，图3中的信号BL)的电压值可具有与在编程操作中所 使用的电压相反的极性。因此，在此情况中形成电流的信号可将存储器元件的材料改变或 复位到其原始状态；举例来说，在对存储器单元执行任何编程之前的状态。
[0053] 图1到3的存储器单元100、200、300中的各种存储器单元或全部存储器单元可包 含具有类似或等同于下文所描述的存储器单元中的一或多者的结构的存储器单元。
[0054] 举例来说，图4展示可与图1及2的存储器装置一起使用且可类似于或等同于图 3的存储器元件333的数个存储器单元中的一者的简化示意性框图。也就是说，存储器单 元300可包括电阻改变存储器单元（RCM)400。RCM 400包含称为导电桥接RAM(CBRAM)存 储器单元的单元类型。如下文进一步详细地描述，RCM 400的操作是基于RCM 400的固体 电解质409内的电压驱动的离子迁移及金属离子的电化学沉积。
[0055] 在将任何信号（例如，偏置电压）施加到阳极405及阴极407之前，RCM 400的基本 构造是金属-绝缘体-金属结构。因此，在将任何电压施加到阳极405之前，可认为RCM400 处于"复位"（例如，原生）状态中。所述复位状态是因固体电解质409的自然绝缘（即，不 导电）性质所致的高电阻状态。如下文参考图5A到5C更详细地论述，通过将（举例来说） 正电压施加到RCM 400的阳极405而驱动金属离子从阳极405穿过固体电解质409且朝向 阴极407。
[0056] 阳极405可为（举例来说）可氧化、快速扩散金属或金属合金层。阳极405可由 各种类型的电化学活性金属或金属合金构成。在特定实例中，阳极405可包括银（Ag)、铜 (Cu)、银（A1)或锌（Zn)且用作金属离子供体。阴极407可为包括不拥有显著溶解度或显 著移动率的半导电或金属材料以将离子提供到固体电解质409的相对惰性材料。在特定 实例中，阴极407可包括铂（Pt)、钨（W)、钛（Ti)、钽（Ta)、氮化钛（TiN)或经掺杂硅（Si)、 氮化钽（TaN)。所述电解质可为硫属化物，举例来说，掺银硒化锗（Ag-GeSe)、掺银硫化锗 (Ag-GeS 2)、掺铜硫化锗（Cu-GeS2)或碲化铜（CuTex);或氧化物，例如过渡金属氧化物（例 如，ZrO x)、半导体氧化物（例如，SiOx)、稀土氧化物（例如，YbOx)、另一金属氧化物（例如， A10x)或其组合（例如，ZrSiOj。
[0057] RCM 400与较传统存储器技术（例如，快闪存储器）相比的一个优点是RCM 400提 供缩放到较小技术节点的可能性，且可针对所有操作（例如，读取、编程及擦除）在相当低 的电力下操作。而且，可以高于传统存储器的速度执行这些操作。举例来说，为增加操作速 度，可在相对低的电压下编程RCM 400,此仿真易失性存储器类型（例如，随机存取存储器 (RAM))。RAM的仿真需要较少电力但也具有有限数据保持寿命。可通过施加较高电压及/ 或较高电流顺应性信号达较长时间周期来增加数据保持寿命。下文更详细地论述各种存储 器类型的仿真连同编程/擦除（P/E)电压以及电压脉冲时间及顺应性电流的施加。
[0058] 参考图5A到5C，展示离子迁移以及局部化导电区形成及生长的示意性表示。在 图5A中，可通过施加到阳极405的正电压供应最小反应活化能量501 (例如，克服固有能量 势垒必需的反应能量）。所述正电压产生金属离子503且驱动金属离子503从阳极405穿 过固体电解质409且朝向阴极407。金属离子503沉积在阴极407上且可经电化学还原以 形成高度导电富金属沉积物。只要将正电压施加到阳极405,所述电沉积物即可继续生长， 因为金属离子503继续从阳极405朝向阴极407迁移。沉积于阴极407上的小局部化导电 区505更改跨越结的电阻及电子穿隧电流中的至少一者。与图4的RCM 400相比，小局部 化导电区505结合固体电解质409中的金属离子503 -起增加跨越图5A的RCM所感测的 电流，由于尚未施加电压而认为RCM 400处于复位状态中。
[0059] 在图5B中，由于在阳极405上维持正电压，因此金属离子503继续沉积且局部化 导电区继续生长。局部化导电区远离阴极407生长且开始接近阳极405,从而形成经扩大局 部化导电区507。图5A的小局部化导电区505或图5B的经扩大局部化导电区507可能并 非连续金属结构，而是可为一连串富金属岛状物。较高振幅编程信号或较长持续时间的编 程脉冲可产生如由图5C指示的较大局部化导电区509。
[0060] 参考图5C，借助正电压到阳极405的持续施加，形成较大局部化导电区509,最终 桥接阴极407与阳极405之间的距离Η 513。通过电压信号的连续施加，较大局部化导电 区509也继续径向生长，如由较大局部化导电区509的半高全宽（FWHM)直径1\511的近似 值指示。由于较大局部化导电区509桥接从阴极407到阳极405的距离Η 513,因此图5C 的RCM相比于具有经扩大局部化导电区507的图5Β的RCM具有较低电阻状态（S卩，较高导 电率值）。继而，经扩大局部化导电区507产生相比于具有小局部化导电区505的图5A的 RCM具有较低电阻状态的RCM。继而，图δΑ的RCM相比于处于复位状态中的图4的RCM 400 具有较低电阻状态。
[0061] 为擦除RCM 400,可将正偏置信号（相对于阳极405为正）施加到阴极407。反转 电化学过程，且使电沉积物氧化。金属离子503然后远离阴极407穿过固体电解质409往 回朝向阳极405迁移。金属离子503的迁移分解局部化导电区且RCM 400的电阻增加。分 解局部化导电区使RCM 400返回到复位状态。因此，可通过阳极405与阴极407之间的相 应电阻来界定RCM 400的所存储数据内容。因此，也可使用相反极性信号（即，阴极上的正 偏置）来将装置操作为不同电阻状态。
[0062] 除仿真各种存储器功能类型（例如，易失性、非易失性、高速度、低功率、高耐久性 等）的能力以外，图4的RCM 400还提供在数个量值级内的电阻切换效应。因此，可通过将 RCM 400编程到不同电阻状态而进行多电平存储器编程。举例来说，可通过将RCM400编程 (或擦除）到高电阻（低导电率）状态（例如，"1"或复位状态）实现第一数据状态。可通 过将RCM 400编程到低电阻（高导电率）状态（例如，"0"或设定状态）实现第二数据状 态。电阻状态的差异可基于金属原子的浓度的变化，借助局部化导电区桥接阳极405与阴 极407,或所述局部化导电区在大小上减小或不存在于固体电解质409内。为读取存储于 RCM 400内的数据值，接通存储器单元300的存取组件311 (参见图3)且跨越RCM 400施加 小信号（举例来说，电压信号）。如果已形成局部化导电区，那么跨越单元所测量的电阻变 得相对小。如果未形成局部化导电区，那么电阻将为较高的。因此，可认为RCM是可变电阻 装置，其中每一电阻状态（例如，电阻值范围）对应于不同数据状态。
[0063] 局部化导电区的增量生长及所得电阻下降可由至少两个因素控制。下文参考表I， 增加所施加电压可增加局部化导电区的生长（最初在髙度Η及径向生长两者上），而且 增加速度。此外，跨越阳极405与阴极407施加电压达较长时间周期也可增加局部化导电 区的生长。此外，可以单独脉冲施加所述电压。举例来说，并非施加处于5. 0V的单个ΙΟΟηΑ 脉冲，而是随后可施加处于5. 0V的数个20nA脉冲且其可对局部化导电区生长产生类似影 响。提供电流顺应性作为在读取、编程及擦除期间针对各种电阻状态的外部电流限制的实 例。举例来说，如果穿过RCM 400的电流过大，那么焦耳加热效应可毁坏局部化导电区。
[0064]

【权利要求】
1. 一种包括多个电阻改变存储器RCM单元的设备，所述设备包括： 所述RCM单元的第一区； 所述RCM单元的第二区；以及 驱动电路，其用以将多个信号脉冲类型中的一者选择性地提供到所述RCM单元的所述 第一区且将所述多个信号脉冲类型中的一不同者选择性地提供到所述RCM单元的所述第 二区，所述多个信号脉冲类型中的每一者具有不同属性且对应于不同存储器功能类型。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中所述驱动电路包括电耦合到所述RCM单元的所述 第一区的第一驱动电路及电耦合到所述RCM单元的所述第二区的第二驱动电路。
3. 根据权利要求2所述的设备，其中所述第一驱动电路经配置以通过提供刷新脉冲而 周期性地刷新所述RCM单元的所述第一区。
4. 根据权利要求1所述的设备，其中所述RCM单元的所述第一区及所述第二区包括所 述RCM单元的第一阵列及第二阵列。
5. 根据权利要求1所述的设备，其中所述多个信号脉冲类型包括多个编程脉冲类型。
6. 根据权利要求1所述的设备，其中所述属性包括脉冲持续时间。
7. 根据权利要求1所述的设备，其中所述属性包括脉冲振幅。
8. 根据权利要求1所述的设备，其中所述属性包括脉冲能级。
9. 根据权利要求1所述的设备，其中所述属性包括脉冲的数目。
10. 根据权利要求1所述的设备，其中所述属性包括脉冲振幅与脉冲持续时间的积分。
11. 根据权利要求1所述的设备，其中所述RCM单元包括导电桥接随机存取存储器 CBRAM单元。
12. -种设备，其包括： 多个存储器区，所述多个存储器区中的每一者包含相应多个电阻改变存储器单元； 控制与选择电路，其用以确定将针对存储于所述设备中的信息仿真的存储器功能类型 且选择所述多个存储器区中的一者来存储所述信息；以及 驱动电路，其用以将经配置以针对所述信息仿真所述所确定存储器功能类型的脉冲提 供到所述多个存储器区中的所述选定一者。
13. 根据权利要求12所述的设备，其中所述多个存储器区、所述控制与选择电路及所 述驱动电路全部形成于单个裸片上。
14. 根据权利要求12所述的设备，其中经配置而提供经配置以仿真所述所确定存储器 功能类型的所述脉冲的所述驱动电路包括经配置而提供具有经配置以仿真所述所确定存 储器功能类型的振幅及持续时间的脉冲的驱动电路。
15. 根据权利要求12所述的设备，所述多个存储器区包括第一存储器区及第二存储器 区且所述驱动电路包括分别电耦合到所述第一存储器区及所述第二存储器区的第一驱动 电路及第二驱动电路。
16. 根据权利要求15所述的设备，其中所述第一驱动电路及所述第二驱动电路中的每 一者经配置以分别匹配所述第一存储器区及所述第二存储器区的相应电力要求。
17. -种操作多个电阻改变存储器RCM单元的方法；所述方法包括： 确定多个存储器功能类型中将仿真的一者；以及 将具有经配置以仿真所述所确定存储器功能类型的属性的编程脉冲施加到所述多个 RCM单元中的选定一者。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中所述属性包括所述编程脉冲的电压振幅，且所 述方法进一步包括确定是否需要电压斜变来提供所述编程脉冲的所述电压振幅。
19. 根据权利要求18所述的方法，其进一步包括响应于确定需要所述电压斜变来提供 所述电压振幅而激活电压辅助机构。
20. 根据权利要求17所述的方法，其进一步包括激活所述多个RCM单元中的所述选定 一者的存取组件。
21. -种存储器设备，其包括： 电阻改变存储器RCM单元；以及 驱动电路，其电耦合到所述RCM单元以提供信号脉冲，所述信号脉冲可在振幅及持续 时间两者上配置以使所述RCM单元的数据保持时间变化。
22. 根据权利要求21所述的存储器设备，其中所述信号脉冲可配置以使形成于所述 RCM单元内的局部化导电区变化以仿真多个存储器功能类型中的选定一者。
23. 根据权利要求21所述的存储器设备，其中所述驱动电路经配置以使所述信号脉冲 的所述持续时间变化，从而使所述RCM单元的所述数据保持时间变化。
24. 根据权利要求21所述的存储器设备，其中所述驱动电路经配置以使所述信号脉冲 的所述振幅变化，从而使所述RCM单元的所述数据保持时间变化。
25. 根据权利要求21所述的存储器设备，其中所述驱动电路经配置以提供脉冲序列以 使所述RCM单元的所述数据保持时间变化。
26. 根据权利要求21所述的存储器设备，其中所述RCM单元包括阳极、阴极及固体电解 质，形成于所述固体电解质中的局部化导电区的特性可配置以使所述RCM单元的所述数据 保持时间变化。
27. -种操作存储器装置的方法，所述方法包括： 选择多个存储器功能类型中将在所述存储器装置内仿真的一者； 选择为仿真所述选定存储器功能类型而在信号脉冲中提供的每存储器单元的能级；以 及 将所述信号脉冲施加到所述存储器装置的存储器单元。
28. 根据权利要求27所述的方法，其中所述选定能级对应于所述存储器单元内的局部 化导电区的状态。
29. 根据权利要求27所述的方法，其中选择每存储器单元的所述能级包括选择所述信 号脉冲的持续时间。
30. 根据权利要求27所述的方法，其中选择每存储器单元的所述能级包括选择所述信 号脉冲的振幅。
31. 根据权利要求27所述的方法，其中选择所述能级包括选择在所述信号脉冲的持续 时间内递送到所述存储器单元的电流。
32. 根据权利要求27所述的方法，其中选择所述多个存储器功能类型中将在所述存储 器装置内仿真的一者包括选择多个数据保持时间中的一者。
33. 根据权利要求27所述的方法，其中选择所述能级包括选择电流顺应性。
34. -种编程RCM单元的方法，所述方法包括： 确定将信息存储于所述RCM单元中所需要的保持周期；以及 取决于所述所确定保持周期而使编程所述RCM单元所消耗的电力量变化。
35. -种设备，其包括： 第一 RCM单元群组，其仿真第一存储器类型功能；以及 第二RCM单元群组，其仿真第二存储器类型功能，所述第一 RCM单元群组及所述第二 RCM单元群组形成于单个集成电路上。
36. 根据权利要求35所述的设备，其中所述第一存储器类型功能为易失性存储器功能 且所述第二存储器类型功能为非易失性存储器功能。
37. 根据权利要求35所述的设备，其中所述第一 RCM单元群组与所述第二RCM单元群 组布置于所述集成电路的不同位置中。
38. -种编程RCM单元的方法，所述方法包括： 确定将信息存储于所述RCM单元中所需要的耐久性水平；以及 取决于所述所确定耐久性水平而使编程所述RCM单元所消耗的电力量变化。
39. -种编程RCM单元的方法，所述方法包括： 确定将信息存储于所述RCM单元中所需要的操作速度；以及 取决于所述所确定操作速度而使编程所述RCM单元所消耗的电力量变化。
【文档编号】G11C7/22GK104272394SQ201380021409
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年3月13日 优先权日:2012年3月23日
【发明者】斯科特·E·西里斯 申请人:美光科技公司