带有余量电流相加的PCM存储器以及相关方法与流程

本公开涉及存储器领域，并且更具体地涉及相变存储器以及相关方法。

背景技术：

固态存储器器件由于相较于典型有源存储器器件而言的若干优点，已经变得很流行。首先，固态存储器器件不包括活动部件，因此它消耗更少功率并且提供稳健的可靠性。另外，固态存储器器件耐受机械应力，诸如冲击和振动。

用于固态存储器器件的一类存储器是闪存器件。闪存器件可以基于例如nand或者n0r逻辑门。例如nakamura的公开号为2009/0080236的美国专利申请公开了一种存储器器件。该存储器器件包括多个存储器单元以及耦合到每个存储器单元的位线。存储器器件经由位线向存储器单元中的每个存储器单元提供电源电压。

另一种固态存储器方式是相变存储器。这些器件使用硫族化物玻璃来存储数据，而不是使用闪存的浮置栅极方式。具体而言，可以通过使硫族化物玻璃暴露于指定水平的热度，来迫使它采用非晶态或者晶态形式。通过检测基于硫族化物玻璃的电阻率来检测当前状态，该电阻率可预测地基于硫族化物玻璃的形式变化。

技术实现要素：

一般来说，一种差分相变材料(pcm)存储器可以包括第一和第二pcm元件以及感测放大器电路，该感测放大器电路被配置成用于在感测操作期间分别通过该第一和第二pcm元件对第一与第二感测电流之间的差异进行感测。该差分pcm存储器可以包括：第一余量电流分支，该第一余量电流分支与该第一pcm元件并联耦合并且被配置成用于选择性地将第一余量电流添加到该第一感测电流；以及第二余量电流分支，该第二余量电流分支与该第二pcm元件并联耦合并且被配置成用于选择性地将第二余量电流添加到该第二感测电流。

一般来说，该第一和第二余量电流分支中的每一个可以包括控制开关，该控制开关被耦合到该感测放大器电路并且被配置成用于控制该第一和第二余量电流的流动。该第一余量电流分支的该控制开关可以被配置成用于通过在该感测操作期间将该第一余量电流添加到该第一感测电流来对该第一pcm元件进行逻辑检查操作。该第二余量电流分支的该控制开关可以被配置成用于通过在该感测操作期间将该第二余量电流添加到该第二感测电流来对该第二pcm元件进行逻辑检查操作。

在一些实施例中，该差分pcm存储器可以进一步包括控制器，该控制器被配置成用于：在对该第一和第二余量电流进行相加时，当该感测操作具有不同的输出值时，用误差值对该第一和第二pcm元件进行标记。该第一和第二余量电流分支中的每一个可以包括多个电流源。该第一和第二余量电流分支中的每一个可以被配置成用于生成不同的余量电流。

另外，该感测放大器电路可以包括：第一级电流积分器电路，该第一级电流积分器电路被耦合至该第一和第二pcm元件；以及第二级比较器电路，该第二级比较器电路被耦合至该第一级电流积分器电路的下游。该感测放大器电路可以包括第三级锁存电路，该第三级锁存电路被耦合至该第二级比较器电路的下游并被配置成用于基于该第一与第二感测电流之间的该差异对输出信号进行输出。

另一个方面涉及一种用于制作差分pcm存储器的方法。该方法可以包括：形成第一和第二pcm元件；以及形成感测放大器电路，该感测放大器电路被配置成用于在感测操作期间对分别通过该第一和第二pcm元件的第一与第二感测电流之间的差异进行感测。该方法可以包括：形成第一余量电流分支，该第一余量电流分支与该第一pcm元件并联耦合并且被配置成用于选择性地将第一余量电流添加到该第一感测电流；以及形成第二余量电流分支，该第二余量电流分支与该第二pcm元件并联耦合并且被配置成用于选择性地将第二余量电流添加到该第二感测电流。

另一个方面涉及一种用于检查和刷新差分pcm存储器的方法。该差分pcm存储器可以包括：第一和第二pcm元件；感测放大器电路，该感测放大器电路被配置成用于在感测操作期间对分别通过该第一和第二pcm元件的第一与第二感测电流之间的差异进行感测；第一余量电流分支，该第一余量电流分支与该第一pcm元件并联耦合；以及第二余量电流分支，该第二余量电流分支与该第二pcm元件并联耦合。该方法可以包括：在该感测操作期间，使用该第一余量电流分支选择性地将第一余量电流添加到该第一感测电流；以及在该感测操作期间，使用该第二余量电流分支选择性地将第二余量电流添加到该第二感测电流。

附图说明

图1是根据本公开的pcm存储器的示意图。

图2是根据本公开的pcm存储器的另一实施例的示意图。

图3是根据本公开的差分pcm存储器的示意图。

图4是图3的差分pcm存储器的定时图。

图5是图3的差分pcm存储器的操作的流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图,更全面描述本公开，其中附图示出了本公开的若干实施例。然而本公开可以以许多不同的形式来实施，并且不应当被解释为限于在此所陈述的实施例。相反，提供这些实施例以使得本公开将是全面和完整的，并且将向本领域技术人员完全传达本公开的范围。类似的参考标号表示类似的元件，并且基础100参考标号用于在可选实施例中表示类似的元件。

参考图1，现在对用于pcm存储器10的方案进行了描述。该pcm存储器10示意性地包括：pcm元件分支，该元件分支包括pcm元件12；写入线晶体管(例如所展示的金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、双极结晶体管(bjt)或结型栅场效应晶体管(jfet)17)，该写入线晶体管耦合至pcm元件的第一端；以及第一和第二读取晶体管(例如所展示的mosfet、bjt或jfet)18-19，该第一和第二读取晶体管耦合至pcm元件的第二端。pcm存储器10示意性地包括参考分支，该参考分支包括可设置电流源(例如，所展示的可编程数模转换器)26,以及耦合至该可设置电流源的参考晶体管(例如所展示的mosfet、bjt或jfet)25。

pcm存储器10示意性地包括感测放大器电路11，该感测放大器电路被配置成用于在感测操作期间对通过该pcm元件12的感测电流与来自可设置电流源26的参考电流之间的差异进行感测。感测放大器电路11示意性地包括第一级电流积分器电路14，该第一级电流积分器电路耦合至该pcm元件分支和该参考分支。第一级电流积分器电路14示意性地包括第一和第二提取电容27-28，该第一和第二提取电容分别耦合至该pcm元件分支和该参考分支。

感测放大器电路11示意性地包括第二级比较器电路15，该第二级比较器电路耦合至第一级电流积分器电路14的下游。第二级比较器电路15示意性地包括第一和第二晶体管(例如所展示的mosfet、bjt或jfet)31-32。感测放大器电路11示意性地包括第三级锁存电路16，该第三级锁存电路被耦合至第二级比较器电路15的下游并被配置成用于基于该感测电流与该参考电流之间的差异对输出信号进行输出。第三级锁存电路16示意性地包括简单复位(sr)锁存电路，该电路具有交叉耦合的第一和第二逆变器33-34，但是可以使用其他锁存器配置。

pcm存储器10可能会具有一些潜在缺点。例如，pcm存储器10是单端的，并且pcm元件12可能随着时间流逝而经受电流漂移，从而减小所感测到的电流与参考电流之间的差异，这可能提供错误的读出并增加访问时间。因此，需要提高pcm存储器10随着时间推移的可靠性并解决pcm元件12的劣化。

现另外参考图2，现在描述pcm元件110的另一实施例。在pcm元件110的这个实施例中，上文已经参照图1讨论过的元件递增100并且本文中大部分元件不需要进一步的讨论。该实施例与先前实施例的不同之处在于，该pcm存储器110示意性地包括余量电流分支113，该余量电流分支与pcm元件112并联耦合并且被配置成用于选择性地将余量电流添加到该感测电流。

更具体地，余量电流分支113示意性地包括控制开关(例如所展示的mosfet、bjt或jfet)120，该控制开关耦合至感测放大器电路111并且被配置成用于控制余量电流的流动。控制开关120被配置成用于通过在感测操作期间将该余量电流添加到该感测电流上来对pcm元件112进行逻辑检查操作。

余量电流分支113示意性地包括多个电流源123-124以及多个子控制开关(例如所展示的mosfet、bjt或jfet)121-122，这些子控制开关分别耦合至多个电流源。通过选择性地控制多个子控制开关121-122，可以通过电流相加来选择性地改变余量电流，即，生成用于添加到感测电流的不同余量电流(例如，所展示的5μa、10μa和15μa)。

有益地，在添加余量电流时，如果所检测到的数据值发生变化，pcm存储器110可以检测pcm元件112中的劣化。pcm存储器110的这个实施例可以提供一种检测pcm元件112中的劣化的方法。这可以提供更可靠的pcm存储器和更快的访问时间。

另一方面涉及一种制作pcm存储器110的方法。根据该方面的方法包括形成pcm元件112以及形成感测放大器电路，该感测放大器电路被配置成用于在感测操作期间对通过该pcm元件的感测电流以及参考电流之间的差异进行感测。根据该方面的方法包括形成余量电流分支113，该余量电流分支与pcm元件112并联耦合并且被配置成用于选择性地将余量电流添加到该感测电流。

另一方面涉及一种用于检查和刷新pcm存储器的方法。pcm存储器110包括：pcm元件112；感测放大器电路111，该感测放大器电路被配置成用于在感测操作期间对通过该pcm元件感测电流以及参考电流之间的差异进行感测；以及余量电流分支113，该余量电流分支与pcm元件并联耦合。根据该方面的一种方法包括在该感测操作期间，使用余量电流分支113来支选择性地将余量电流添加到该感测电流。

现另外参考图3-5，现在描述pcm元件210的另一实施例。在pcm存储器210的这个实施例中，上文已经参照图1-2讨论过的元件被递增200并且本文中大部分元件不需要进一步的讨论。该实施例与先前实施例的不同之处在于，该pcm存储器210是差分pcm存储器(即，具有第一/直接以及第二/互补存储器元件)。该差分pcm存储器210示意性地包括第一和第二pcm元件212a-212b(即，直接读取和补充读取pcm单元)以及感测放大器电路211，该感测放大器电路被配置成用于在感测操作期间对分别通过该第一和第二pcm元件的第一与第二感测电流之间的差异进行感测。该差分pcm存储器210示意性地包括第一余量电流分支213a，该第一余量电流分支与该第一pcm元件212a并联耦合并且被配置成用于选择性地将第一余量电流添加到该第一感测电流；以及第二余量电流分支213b，该第二余量电流分支与该第二pcm元件212b并联耦合并且被配置成用于选择性地将第二余量电流添加到该第二感测电流。

一般来说，该第一和第二余量电流分支213a-213b中的每一个包括一种控制开关220a-220b，该控制开关被耦合到该感测放大器电路211并且被配置成用于控制该第一和第二余量电流的流动。该第一余量电流分支213a的该控制开关220a被配置成用于通过在该感测操作期间将该第一余量电流添加到该第一感测电流来对该第一pcm元件212a进行逻辑检查操作。该第二余量电流分支213b的该控制开关220b被配置成用于通过在该感测操作期间将该第二余量电流添加到该第二感测电流来对该第二pcm元件212b进行逻辑检查操作。在所展示的实施例中，该差分pcm存储器210进一步包括控制器235，该控制器被配置成用于：在对该第一和第二余量电流进行相加时，当该感测操作具有不同的输出值时，用误差值(例如，错误位值)对该第一和第二pcm元件212a-212b进行标记。

另一方面涉及一种制作差分pcm存储器210的方法。根据该方面的一种方法包括：形成第一和第二pcm元件212a-212b；以及形成感测放大器电路211，该感测放大器电路被配置成用于在感测操作期间对分别通过该第一和第二pcm元件的第一与第二感测电流之间的差异进行感测。根据该方面的一种方法包括：形成第一余量电流分支213a，该第一余量电流分支与该第一pcm元件212a并联耦合并且被配置成用于选择性地将第一余量电流添加到该第一感测电流；以及形成第二余量电流分支213b，该第二余量电流分支与该第二pcm元件212b并联耦合并且被配置成用于选择性地将第二余量电流添加到该第二感测电流。

另一方面涉及一种用于检查和刷新差分pcm存储器210的方法。该差分pcm存储器210包括：第一和第二pcm元件212a-212b；感测放大器电路211，该感测放大器电路被配置成用于在感测操作期间对分别通过该第一和第二pcm元件的第一与第二感测电流之间的差异进行感测；第一余量电流分支213a，该第一余量电流分支与该第一pcm元件并联耦合；以及第二余量电流分支213b，该第二余量电流分支与该第二pcm元件并联耦合。根据该方面的一种方法包括：在该感测操作期间，使用该第一余量电流分支213a选择性地将第一余量电流添加到该第一感测电流；以及在该感测操作期间，使用该第二余量电流分支213b选择性地将第二余量电流添加到该第二感测电流。

现参考图4，现在描述时序图40。时序图40示出了：忙信号41；时钟信号42；add<0>信号43，该信号被配置成用于激活该第一余量电流分支213a的该控制开关220a；add<1>信号44，该信号被配置成用于激活该第二余量电流分支213b的该控制开关220b；e_10u信号45a，该信号被配置成用于激活第一和第二余量电流分支213a-213b的子控制开关221a；e_5u信号45b，该信号被配置成用于激活第一和第二余量电流分支213a-213b的子控制开关221b；以及read_n信号46。

现参考图5，现在描述流程图50以及一种用于检查和刷新差分pcm存储器210的方法。(框51)。在框52处，断开控制开关220a-220b，进行正常的差分读取操作。在框53-55处，将第一余量电流添加到第一pcm元件212a的第一感测电流，并执行差分读取操作(即，对“0”位进行逻辑检查)。如果来自这个差分读取操作的读取数据与来自该正常差分读取操作的读取数据不同，则将直接单元212a的错误标志设置在框56处。

在框57-59处，将第二余量电流添加到第二pcm元件212a的第二感测电流，并执行差分读取操作(即，对“1”位进行逻辑检查)。如果来自这个差分读取操作的读取数据与来自该正常差分读取操作的读取数据不同，则将互补单元212b的错误标志设置在框60处。换句话说，该方法可以包括三个单独的差分读取操作(即，一个正常读取以及两个余量电流相加读取)。在框61-64处，断开控制开关220a-220b，如果设置了任何错误标志，数据被重写到第一和第二pcm元件212a-212b。在一些实施例中，控制器235被配置成用于存储带有命令位的每个存储器字以激活上述存储器检查和刷新方法。

上述存储器检查和刷新方法可以仅使用三个存储器读访问，这提供了快速存储器检查而不会引入显著的延迟。根据该方面的一种方法还提供了更大的读取余量而导致的缩短了对pcm存储器110，210的访问时间(即，输入端的差分越大，比较器的输出越快)。

同样的，所公开的方法可以在特定时刻检查数据内容的鲁棒性，并且可以在减少小区电流余量的情况下刷新内容。这提供了针对差分pcm存储器所具有的问题的方案，其中，直接单元和补充单元具有特定行为(即，这些单元漂移在一起，并且绝对电流值与其他浮动栅极技术不相关)。描述了：一种相变材料(pcm)存储器，包括：pcm元件；感测放大器电路，该感测放大器电路被配置成用于在感测操作期间对通过该pcm元件的感测电流以及参考电流之间的差异进行感测；以及余量电流分支，该余量电流分支与该pcm元件并联耦合并且被配置成用于选择性地将余量电流添加到该感测电流。

该余量电流分支可以包括控制开关，该控制开关被耦合到该感测放大器电路并且被配置成用于控制该余量电流的流动。

该控制开关可以被配置成用于通过在感测操作期间将该余量电流添加到该感测电流上来对该pcm元件进行逻辑检查操作。

该pcm存储器可以包括控制器，该控制器被配置成用于：在对该余量电流进行相加时，当该感测操作具有不同的输出值时，用误差值对该pcm元件进行标记。

该余量电流分支可以包括多个电流源。

该余量电流分支可以被配置成用于生成不同的余量电流。

一种制作相变材料(pcm)存储器的方法，该方法包括：形成pcm元件；形成感测放大器电路，该感测放大器电路被配置成用于在感测操作期间对通过该pcm元件的感测电流以及参考电流之间的差异进行感测；以及形成余量电流分支，该余量电流分支与该pcm元件并联耦合并且被配置成用于选择性地将余量电流添加到该感测电流。

该余量电流分支可以包括控制开关，该控制开关被耦合到该感测放大器电路并且被配置成用于控制该余量电流的流动。

该控制开关可以被配置成用于通过在感测操作期间将该余量电流添加到该感测电流上来对该pcm元件进行逻辑检查操作。

在对该余量电流进行相加时，当该感测操作具有不同的输出值时，可以用误差值对该pcm元件进行标记。

该余量电流分支可以包括多个电流源。

一种用于检查和刷新变材料(pcm)存储器的方法，该存储器包括：pcm元件；感测放大器电路，该感测放大器电路被配置成用于在感测操作期间对通过该pcm元件的感测电流以及参考电流之间的差异进行感测；以及余量电流分支，该余量电流分支与该pcm元件并联耦合，该方法包括：在该感测操作期间，使用该余量电流分支来选择性地将余量电流添加到该感测电流。

该余量电流分支可以包括控制开关，该控制开关被耦合到该感测放大器电路并且被配置成用于控制该余量电流的流动。

该控制开关可以被配置成用于通过在感测操作期间将该余量电流添加到该感测电流上来对该pcm元件进行逻辑检查操作。

该方法可以进一步包括：在对该余量电流进行相加时，当该感测操作具有不同的输出值时，用误差值对该pcm元件进行标记。

该余量电流分支可以包括多个电流源。尽管具体描述已经阐述本发明内容的一些实施例，但是所附权利要求覆盖根据各种修改和改进与描述的实施例不同的本公开内容的其它实施例。例如，本文所描述的pcm存储器可以应用在这种存储器件的阵列内。