[發明專利]一種提高相變存儲器編程速度的系統及方法

有效

• 申請號: 200810040952.0
• 申請日: 2008-07-24
• 公開（公告）號: CN101329909A
• 公開（公告）日: 2008-12-24
• 發明（設計）人: 丁晟;宋志棠;陳邦明;劉波;陳小剛;蔡道林;封松林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G11C11/56
• 分類號: G11C11/56;G11C16/10
• 代理公司: 上海光華專利事務所
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明涉及微納電子學技術領域，尤其是指一種提高相變存儲器編程速度的方法。

背景技術

相變存儲器技術是基于Ovshinsky在20世紀60年代末(Phys.Rev.Lett.，21，1450～1453，1968)70年代初(Appl.Phys.Lett.，18，254～257，1971)提出的相變薄膜可以應用于相變存儲介質的構想建立起來的，是一種價格便宜、性能穩定的存儲器件。相變存儲器可以做在硅晶片襯底上，其關鍵材料是可記錄的相變薄膜、加熱電極材料、絕熱材料和引出電極材的研究熱點也就圍繞其器件工藝展開：器件的物理機制研究，包括如何減小器件料等。相變存儲器的基本原理是利用電脈沖信號作用于器件單元上，使相變材料在非晶態與多晶態之間發生可逆相變，通過分辨非晶態時的高阻與多晶態時的低阻，可以實現信息的寫入、擦除和讀出操作。

相變存儲器由于具有高速讀取、高可擦寫次數、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗強震動和抗輻射等優點，被國際半導體工業協會認為最有可能取代目前的閃存存儲器而成為未來存儲器主流產品和最先成為商用產品的器件。

相變存儲器的讀、寫、擦操作就是在器件單元上施加不同寬度和高度的電壓或電流脈沖信號：擦操作(RESET)，當加一個短且強的脈沖信號使器件單元中的相變材料溫度升高到熔化溫度以上后，再經過快速冷卻從而實現相變材料多晶態到非晶態的轉換，即“1”態到“0”態的轉換；寫操作(SET)，當施加一個長且中等強度的脈沖信號使相變材料溫度升到熔化溫度之下、結晶溫度之上后，并保持一段時間促使晶核生長，從而實現非晶態到多晶態的轉換，即“0”態到“1”態的轉換；讀操作，當加一個對相變材料的狀態不會產生影響的很弱的脈沖信號后，通過測量器件單元的電阻值來讀取它的狀態。

目前世界上從事相變存儲器研發工作的機構大多數是半導體行業的大公司，他們關注的焦點都集中在如何盡快實現相變存儲器的商業化上。由于相變存儲器在讀寫可靠性上還存在不足。目前解決的方式主要是通過讀反饋：對相變存儲單元完成編程后，重新讀取相變存儲單元的值，與編程值相比較，如果一致，則表明編程成功，如果不一致，則對相變存儲單元再次進行編程。隨著工藝穩定性的增加，需要重新編程的相變存儲單元必然會越來越少，但其數量之少又不足以能夠完全去處讀反饋操作。這時，如果仍然對每一個編程完畢的單元進行讀反饋操作，那么必然會浪費較大量的時間。

因此，實有必要對現有的用于相變存儲器的編程速度做進一步改進。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種提高相變存儲器編程速度的方法，在提高相變存儲器編程操作可靠性的同時，不影響整體編程速度。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種提高相變存儲器編程速度的方法，其采用一種提高相變存儲器編程速度的系統，該系統包括編程模塊、讀取模塊，該系統進一步包括讀反饋模塊，用于與編程模塊同時操作；臨時存儲載體，用于將上一次待寫入的數據保存其中，以供讀反饋模塊調用；比較模塊，用于比較讀反饋結果與上一或多個寫入數據是否相同；地址轉換模塊，用于通過地址轉換協議，使得前后兩次編程的地址出現在同一條字線或位線上，或使得前后兩次編程的地址不出現在同一個存儲塊中；兩個位線選通器件，用于分別控制讀取模塊和編程模塊；該方法包括以下步驟：

步驟一，對存儲單元進行編程操作的同時，對上一個或多個經過編程操作的單元進行讀反饋；

步驟二，如果讀反饋結果與上一或多個寫入數據相同則進行下一個存儲單元的編程操作；如果不相同則在本存儲單元完成編程操作后，對上一個或多個存儲單元再進行一次編程操作；

步驟三，將上一次待寫入的數據保存于寄存器中，以供讀反饋調用；

步驟四，采用地址轉換協議，使得前后兩次編程的地址必須出現在同一條字線或位線上或使得前后兩次編程的地址不出現在同一個存儲塊中。

作為本發明的優選方案之一，用于讀取模塊的位線選通器件采用薄氧柵和低壓控制，用于編程模塊的位線選通器件采用厚氧柵和高壓控制。

作為本發明的優選方案之一，所述地址轉換協議采用采用蛇形數據存儲順序。

作為本發明的優選方案之一，所述地址轉換模塊在相變存儲器外部，由外部的控制使得前后兩次編程數據處于同一字線或位線上，或使得前后兩次編程的地址不出現在同一個存儲塊中。

作為本發明的優選方案之一，所述地址轉換模塊在相變存儲器內部，由內部的邏輯控制電路控制使得前后兩次編程數據處于同一字線或位線上，或使得前后兩次編程的地址不出現在同一個存儲塊中。

作為本發明的優選方案之一，在字線和位線分別設計靈敏放大器。