电阻式存储器件、其操作方法以及具有该电阻式存储器件的系统的制作方法
【专利说明】电阻式存储器件、其操作方法以及具有该电阻式存储器件 的系统
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求在2013年10月23日向韩国知识产权局提交的申请号为 10-2013-0126635的韩国专利申请优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003] 本发明的各种实施例涉及一种半导体装置（更确切地，一种电阻式存储装置）、其 操作方法以及一种具有该半导体装置的系统。
【背景技术】
[0004] 针对具有非易失性而重复执行读取/写入操作的存储器件已经存在日益增长的 需求，并且已经针对所述存储器件进行了持续地研究。
[0005] 作为研究的结果，出现了电阻式存储器件。
[0006] 在各种电阻式存储器件之中，相变存储器件包括用于储存数据的电阻元件和访问 元件。当通过字线驱动访问元件来写入数据时，可以从位线向电阻元件施加写入电流来将 电阻元件的电阻状态改变为结晶状态（低电阻状态）或非晶状态（高电阻状态）。
[0007] 形成电阻元件的相变材料的电阻由于各种原因而增大。这被称为电阻漂移。
[0008] 更具体地，尽管在电阻状态的目标范围内对存储器单元进行编程，但是由于电阻 漂移而导致了存储器单元的电阻值随时间而逐渐增大。然后，在经过一定时间之后，存储器 单元的电阻值可以超过目标电阻范围而到达另一状态的电阻范围。这时，存储器单元会丢 失其中所存储的数据，并且存储器单元可以保留数据的时间长度被称作为保留时间。当保 留时间过短时，不能保证存储器件的稳定操作。
[0009] 图1是用于解释电阻式存储器单元随时间的电阻漂移的示图。
[0010] 通常，电阻式存储器件通过编程与验证操作在存储器单元中写入所需要的数据。 编程与验证操作指将数据编程至存储器单元并且验证编程数据的操作，重复所述操作直到 存储器单元的电阻值落入电阻状态的目标范围内。
[0011] 图1示出了其中存储器单元被编程以具有电阻状态R1或R2以及在约125ns之后 执行验证读取操作的情形。参照图1，可以看出在电阻状态R1或R2的目标范围内的存储器 单元的电阻随时间增大。特别地，在被编程为具有高电阻状态R2的存储器单元中明显地出 现电阻漂移。
[0012] 随着时间的推移，被编程以具有电阻状态R1的存储器单元的电阻持续地增大。当 存储器单元的电阻超过参考电阻Ref?时，即使存储器单元的数据随电阻状态R1被写入，该 数据也不能被参考电阻Ref所区分开。
[0013] 图2A和2B是用于解释电阻式存储器单元的电阻漂移的示图。
[0014] 图2A示出了电阻随着时间推移而变化，以及图2B示出了电压随着时间推移而变 化。
[0015]参照图2A和图2B，可以看出数据随电阻状态R1或R2被写入存储器单元之后电阻 立即明显地改变。照此，可以知道：如以下的方程1所表达的，由电阻漂移引起的电阻变化 与时间成指数式正比。
[0016][方程1]
[0017] R(t)=R(t〇) (t/t〇)v
[0018] 在本文中，h表示从写入操作的完成至初始读取操作所经历的时间量，RUJ表示 初始电阻值，v表示漂移系数，以及t表示在时刻、之后直到电阻元件的电阻值被读取的时 间间隔。
[0019] 因此，在基于编程与验证方法的写入操作期间，为了判定针对对应的存储器单元 的编程操作的合格或失败，在编程操作之后立即执行验证读取操作。即使完成了写入操作， 电阻的幅度也在非常短的时间内快速增大，并且直到到达另一状态的电阻区所经历的时间 非常短。也就是说，存储器单元的保留时间必然减少。
[0020] 被配置成储存两个比特数据或更多比特数据的存储器单元被称作为多级单元 (MLC)。为了增大存储器件的容量，已使用MLC来配置存储器件。
[0021] 为了增大保留时间，用于判定各自电阻状态的参考电阻值之差可以被设作大值。 然而，当参考电阻值之差增大时，难以实现能够存储三个比特数据或更多比特数据的MLC。 因此，需要用于减少电阻漂移的方法来实现稳定的MLC。
【发明内容】
[0022] 在本发明的一个实施例中，电阻式存储器件包括：存储器单元阵列，包括多个电阻 式存储器单元；地址解码器，适于对地址信号进行解码并且选择电阻式存储器单元；读/写 控制电路，适于将数据编程至存储器单元阵列或从存储器单元阵列中读取数据；电压发生 器，适于产生操作电压并且将操作电压提供至地址解码器；以及控制器，适于响应于写入命 令和多个写入数据而控制地址解码器、读/写控制电路以及电压发生器以执行写入操作， 其中在写入操作中，在多个写入数据被顺序编程至各自的电阻式存储器单元之后，顺序验 证被编程的电阻式存储器单元是否处于目标电阻级别。
[0023] 在本发明的一个实施例中，处理器包括：控制单元，适于响应于命令信号而产生控 制信号；计算单元，适于响应于控制信号而对数据执行操作；以及储存单元，包括具有多个 电阻式存储器单元的存储器单元阵列；以及控制器，适于响应于控制信号而执行写入操作 以将数据储存在各自的存储器单元中，其中在写入操作中，在数据被顺序地编程至各自存 储器单元之后，顺序验证被编程的存储器单元是否处于目标电阻级别。
[0024] 在本发明的一个实施例中，数据处理系统包括：主控制器，适于对从外部装置输入 的命令进行解码以输出控制信号；接口，适于在外部装置和控制器之间交换命令和数据； 主存储器件，适于储存应用程序、控制信号和数据；以及辅助存储器件，适于储存程序代码 或数据，其中主存储器件和辅助存储器件中的至少一种包括具有多个电阻式存储器单元的 存储器单元阵列和适于响应于控制信号而执行写入操作以将数据储存在各自的存储器单 元中的控制器，并且其中在写入操作中，在数据被顺序编程至各自的存储器单元之后，顺序 验证被编程的存储器单元是否处于目标电阻级别。
[0025] 在本发明的一个实施例中，电子系统包括：电阻式存储器件，包括具有多个电阻式 存储器单元的存储器单元阵列；以及控制器，适于响应于写入命令和多个写入数据而执行 写入操作；以及存储器控制器，适于响应于外部装置的请求而通过产生写入命令和多个写 入数据来访问电阻式存储器件，其中在写入操作中，在多个数据被顺序编程至各自的电阻 式存储器单元之后，顺序验证被编程的电阻式存储器单元是否处于目标电阻级别。
[0026] 在本发明的一个实施例中，提供了一种电阻式存储器件的操作方法，其包括：分别 将多个写入数据分别顺序编程至多个电阻式存储器单元；以及在所述多个写入数据被顺序 编程至各自的存储器单元之后，顺序验证被编程的电阻式存储器单元是否处于目标电阻级 别。
【附图说明】
[0027] 结合附图来描述特征、方面和实施例，在附图中：
[0028] 图1是用于解释电阻式存储器单元随时间的电阻漂移的示图；
[0029] 图2A和图2B是用于解释电阻式存储器单元的电阻漂移的示图；
[0030] 图3是示出了根据本发明的一个实施例的电阻式存储器件的配置图；
[0031] 图4是用于解释根据本发明的一个实施例的电阻式存储器件的操作方法的示图；
[0032] 图5是用于解释根据本发明的实施例的在电阻式存储器件中的存储器单元的电 阻漂移的示图；
[0033] 图6A-7B是用于解释有赖于电阻式存储器件的操作方法的PNV操作的平均数量的 示图；
[0034] 图8是示出了根据本发明的一个实施例的处理器的配置图；
[0035] 图9和图10是示出了根据本发明的一个实施例的数据处理系统的配置图；以及
[0036] 图11和图12是示出了根据本发明的实施例的电子系统的配置图。
【具体实施方式】
[0037] 在下文中，将参照附图通过示例性实施例来描述根据本发明的电阻式存储器件、 其操作方法和具有所述电阻式存储器件的系统。贯穿本公开，附图标记直接对应于在本发 明的各个附图和实施例的相同标记部分。另外，只要未在句子中特意提到，单数形式可以包 括复数形式。
[0038] 图3是根据本发明的一个实施例的电阻式存储器件的配置图。
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