電阻式隨機存取存儲器的操作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電阻式隨機存取存儲器的操作方法，包括：提供一重設電壓脈沖至一電阻式隨機存取存儲器；提供一仿真電壓脈沖至該電阻式隨機存取存儲器；以及提供一確認電壓脈沖至該電阻式隨機存取存儲器，并且在提供該確認電壓脈沖時，讀取該電阻式隨機存取存儲器的重設電流，其中該確認電壓脈沖的一電壓電平大于提供一讀取電壓脈沖以讀取該電阻式隨機存取存儲器的一電壓電平。本發(fā)明能夠降低讀取時的確認失敗，并且增加讀取的穩(wěn)定度。
【專利說明】
電阻式隨機存取存儲器的操作方法
技術領域
[0001]本發(fā)明關于電阻式隨機存取存儲器(RRAM)的操作方法。更詳細地說，本發(fā)明關于改善電阻式隨機存取存儲器的讀取準確度的操作方法?！颈尘凹夹g】
[0002]—般而言，存儲器主要可分為易失性存儲器(Volatile memory)和非易失性存儲器(Non-Volatile memory)。就非易失性存儲器而言，現(xiàn)今使用最廣泛的是快閃存儲器 (Flash Memory)。然而，快閃存儲器具有高操作電壓、操作速度慢及低耐久度等缺點。在先進的存儲器研究中，電阻式隨機存取存儲器(RRAM)是當中受到廣泛研究的項目之一。電阻式隨機存取存儲器具有結構簡單、低操作電壓、操作時間快速、可多位元記憶、耐久性佳、記憶元件面積縮小、非破壞性讀取和低成本等優(yōu)點。
[0003]雖然RRAM的程序化電壓脈沖在設定(set)狀態(tài)時大約為20奈秒(ns)，在重設 (reset)狀態(tài)時大約為50ns，但是RRAM的電阻值的分布非常廣泛。為了能夠有效控制電阻值，需要在程序化的電壓脈沖之間進行讀取確認(read verificat1n)。由于氧氣在缺陷 (trap)之間的擴散以及緊縮/松緩效應的影響，使得RRAM的讀取并不穩(wěn)定，而造成讀取的錯誤。圖1A為重設電流(Ireset)與讀取次數(shù)的示意圖。圖1B為第一次的重設電流與第二次的重設電流的示意圖。假設預設電流值為1微安培(uA)，當重設電流大于此預設電流值，就表示確認失敗(verificat1n failure)。由圖1A可得知，第1位元在讀取第二次之后就確認失敗了，而第2位元與第3位元則確認成功。此外，圖1B顯示了第一次與第二次的重設電流的關聯(lián)系數(shù)R為〇.92。詳細而言，第一次的重設電流幾乎都小于luA，但第二次的重設電流有一部分是大于luA。由此可知重設電流不穩(wěn)定，并且分布范圍較大。
[0004]有鑒于此，需要一種RRAM的操作方法來降低讀取時的確認失敗，并且增加讀取的穩(wěn)走度。
【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提供一種電阻式隨機存取存儲器的操作方法，解決了現(xiàn)有技術中讀取電阻式隨機存取存儲器時經常出現(xiàn)確認失敗，并且讀取穩(wěn)定度差的問題。
[0006]本發(fā)明提供一種電阻式隨機存取存儲器的操作方法，包括:提供一重設電壓脈沖至一電阻式隨機存取存儲器；提供一仿真電壓脈沖至電阻式隨機存取存儲器；以及提供一確認電壓脈沖至電阻式隨機存取存儲器，并且在提供確認電壓脈沖時，讀取電阻式隨機存取存儲器的重設電流，其中確認電壓脈沖的一電壓電平大于提供一讀取電壓脈沖以讀取電阻式隨機存取存儲器的一電壓電平。
[0007]在一實施例中，電阻式隨機存取存儲器的第一側連接于一位線，并且重設電壓脈沖、仿真電壓脈沖以及確認電壓脈沖輸入至位線。電阻式隨機存取存儲器的第二側連接于一字線，并且第一側不同于第二側。此外，電阻式隨機存取存儲器包括一晶體管元件以及電阻元件，晶體管元件的柵極連接于第二側，晶體管元件的源極或漏極連接于第一側，電阻元件連接于第一側。
[0008]在另一實施例中，重設電壓脈沖與提供確認電壓脈沖之間間隔一等待時間。仿真電壓脈沖的電壓電平小于或等于確認電壓脈沖的電壓電平。此外，電阻式隨機存取存儲器的操作方法還包括判斷重設電流是否小于或等于一預設電流值。當重設電流小于預設電流值時，則判斷為確認成功。當重設電流大于預設電流值時，則判斷為確認失敗，并且提供重設電壓脈沖至電阻式隨機存取存儲器。
[0009]本發(fā)明提供一種電阻式隨機存取存儲器的操作方法，包括:提供一重設電壓脈沖至一電阻式隨機存取存儲器；以及提供一確認電壓脈沖至電阻式隨機存取存儲器，并且在提供確認電壓脈沖時，讀取電阻式隨機存取存儲器的電流，其中確認電壓脈沖的一電壓電平大于提供一讀取電壓脈沖以讀取電阻式隨機存取存儲器的一電壓電平，并且提供重設電壓脈沖與提供確認電壓脈沖之間間隔一等待時間。
[0010]本發(fā)明提供一種電阻式隨機存取存儲器的操作方法，能夠提升電阻式隨機存取存儲器的穩(wěn)定度、并提升電阻式隨機存取存儲器的操作速度，以及降低讀取錯誤?！靖綀D說明】
[0011]圖1A為電阻式隨機存取存儲器的重設電流與讀取次數(shù)的示意圖；
[0012]圖1B為電阻式隨機存取存儲器的第一次的重設電流與第二次的重設電流的示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明所提供的電阻式隨機存取存儲器的示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明所提供的用于電阻式隨機存取存儲器的電壓脈沖的示意圖；
[0015]圖4為本發(fā)明所提供的電阻式隨機存取存儲器的操作方法的流程圖；
[0016]圖5為本發(fā)明所提供的另一種電阻式隨機存取存儲器的操作方法的流程圖；
[0017]圖6為本發(fā)明所提供的另一種電阻式隨機存取存儲器的操作方法的流程圖；
[0018]圖7A為本發(fā)明所提供的電阻式隨機存取存儲器的第一次的重設電流與第二次的重設電流的示意圖；
[0019]圖7B為本發(fā)明所提供的電阻式隨機存取存儲器的第二次的重設電流與第三次的重設電流的示意圖；
[0020]圖8為本發(fā)明所提供的電阻式隨機存取存儲器的重設電流與確認百分比的示意圖。
[0021]符號說明:
[0022]10?電阻式隨機存取存儲器；[〇〇23]12?晶體管元件；
[0024]14?電阻元件；
[0025]BL?位線；
[0026]Vd、Vr、Vn?電壓電平；
[0027]Vcell?電壓脈沖；
[0028]RS?重設階段；
[0029]VPA?確認電壓脈沖；
[0030]VPD?仿真電壓脈沖；
[0031]VPR?重設電壓脈沖；
[0032]VS?確認階段；
[0033]WL?字線。【具體實施方式】
[0034]為讓本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出本發(fā)明的具體實施例， 并配合所附附圖，作詳細說明如下。本發(fā)明雖以較佳實施例揭露如下，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視申請專利范圍所界定者為準。
[0035]圖2為本發(fā)明所提供的電阻式隨機存取存儲器10的示意圖。在一實施例中，電阻式隨機存取存儲器10包括一晶體管元件12以及電阻元件14。舉例而言，電阻元件14為可調式電阻。如圖2所示，晶體管元件12的漏極(也即第一側)連接電阻元件14以及位線 BL，也即電阻元件14位于位線BL以及晶體管元件12的漏極之間。晶體管元件12的柵極 (也即第二側)則連接于字線WL。另一方面，晶體管元件12的源極(也可為第一側)也可連接電阻元件14以及位線BL，也即電阻元件14位于位線BL以及晶體管元件12的源極之間，本發(fā)明并不加以限定。
[0036]圖3為本發(fā)明所提供的用于電阻式隨機存取存儲器10的電壓脈沖Vcell的示意圖。為了能夠有效控制電阻式隨機存取存儲器10的電阻值，在設定電壓脈沖與重設電壓脈沖之間會配置確認電壓脈沖進行讀取確認(read verificat1n)。因此，電壓脈沖Vcell包括重設階段RS (reset stage)以及確認階段VS (verificat1n stage)。在一實施例中，在重設階段RS時提供一重設電壓脈沖VPR至電阻式隨機存取存儲器10。然后，進入確認階段 VS，提供一仿真電壓脈沖vro至電阻式隨機存取存儲器10。然后，提供一確認電壓脈沖VPA 至電阻式隨機存取存儲器10。值得注意的是，上述電壓脈沖Vcell的重設電壓脈沖VPR、仿真電壓脈沖VPD以及確認電壓脈沖VPA輸入至位線BL而驅動電阻式隨機存取存儲器10。 在另一實施例中，上述電壓脈沖Vcell的重設電壓脈沖VPR、仿真電壓脈沖VPD以及確認電壓脈沖VPA輸入至源極線SL而驅動電阻式隨機存取存儲器10,而源極線SL連接晶體管元件12的源極。此外，在另一實施例中，電壓脈沖Vcell的確認階段VS僅包括確認電壓脈沖 VPA，而沒有包括確認電壓脈沖VPA之前的仿真電壓脈沖VPD。同樣地，上述電壓脈沖Vcell 的重設電壓脈沖VPR以及確認電壓脈沖VPA輸入至位線BL而驅動電阻式隨機存取存儲器 10。在另一實施例中，上述電壓脈沖Vcell的重設電壓脈沖VPR以及確認電壓脈沖VPA輸入至源極線SL而驅動電阻式隨機存取存儲器10,而源極線SL連接晶體管元件12的源極。
[0037]值得注意的是，在提供確認電壓脈沖VPA時，會讀取電阻式隨機存取存儲器10的重設電流(Ireset)。詳細而言，當位線BL提供仿真電壓脈沖VH)至電阻式隨機存取存儲器10時，不需用讀取電阻式隨機存取存儲器10的重設電流。之后，當位線BL提供確認電壓脈沖VPA至電阻式隨機存取存儲器10時，才需用讀取電阻式隨機存取存儲器10的重設電流。由于仿真脈沖電壓的極性與讀取脈沖電壓的極性相同，提供仿真脈沖電壓有助于對電阻式隨機存取存儲器10的電場進行塑形。因此，在提供仿真脈沖電壓之后提供確認脈沖電壓，能夠提升電阻式隨機存取存儲器10的穩(wěn)定度、以及降低讀取錯誤。
[0038]在一實施例中，確認電壓脈沖VPA的一電壓電平Vr大于提供一讀取電壓脈沖以讀取該電阻式隨機存取存儲器10的一電壓電平Vn。如圖3所示，確認電壓脈沖VPA的電壓電平Vr大于讀取電壓脈沖的電壓電平Vn。舉例而言，確認電壓脈沖VPA的電壓電平Vr約為 〇.4伏特(V)，讀取電壓脈沖的電壓電平Vn約為0.2V，而字線WL所提供的電壓脈沖的電壓電平大約為3V。雖然確認電壓脈沖VPA的電壓電平Vr大于讀取電壓脈沖的電壓電平Vn， 但是確認電壓脈沖VPA的電壓電平Vr不會大于設定電阻式隨機存取存儲器10時的電壓電平，以避免電阻式隨機存取存儲器10進入設定狀態(tài)。對于電阻式隨機存取存儲器10的讀取穩(wěn)定度而言，降低重設電流能夠降低讀取錯誤。由此可知，應盡量提高電阻式隨機存取存儲器10的電阻值。然而，如此一來可能會造成電流太低而難以感測、并且增加電路設計的復雜度。因此，增加確認電壓脈沖VPA的電壓電平Vr有助于增加感測電流，并且提升電阻式隨機存取存儲器10的操作速度、以及降低讀取錯誤。此外，在另一實施例中，仿真電壓脈沖VPD的電壓電平Vd小于或等于確認電壓脈沖VPA的電壓電平Vn。
[0039]在另一實施例中，提供重設電壓脈沖VPR與提供確認電壓脈沖VPA之間間隔一等待時間。換句話說，當重設電阻式隨機存取存儲器10時，經過等待時間才施加確認電壓脈沖VPA與讀取重設電流，而非立即施加確認電壓脈沖VPA并讀取重設電流。舉例而言，上述等待時間約為一分鐘。對于電阻式隨機存取存儲器10而言，氧原子(oxygen atom)與真空 (vacancy)的釋放是導致電阻式隨機存取存儲器10不穩(wěn)定的原因之一。在等待時間之中， 上述氧原子與真空能夠重新分布，達到比較穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，在重設電壓脈沖VPR與確認電壓脈沖VPA之間安排一等待時間，能夠提升電阻式隨機存取存儲器10的穩(wěn)定度、以及降低讀取錯誤等問題。
[0040]圖4為本發(fā)明所提供的電阻式隨機存取存儲器10的操作方法的流程圖。在步驟 S40中，提供重設電壓脈沖VPR至電阻式隨機存取存儲器10。然后在步驟S42中，提供仿真電壓脈沖VH)至電阻式隨機存取存儲器。然后在步驟S44中，提供確認電壓脈沖VPA至電阻式隨機存取存儲器10。值得注意的是，在提供該確認電壓脈沖VPA時，讀取電阻式隨機存取存儲器10的重設電流。此外，確認電壓脈沖VPA的電壓電平大于提供讀取電壓脈沖以讀取該電阻式隨機存取存儲器10的電壓電平。
[0041]圖5為本發(fā)明所提供的另一種電阻式隨機存取存儲器10的操作方法的流程圖。在步驟S50中，提供重設電壓脈沖VPR至電阻式隨機存取存儲器10。然后在步驟S52中，提供確認電壓脈沖VPA至電阻式隨機存取存儲器10，并且在提供該確認電壓脈沖VPA時，讀取電阻式隨機存取存儲器的電流。詳細而言，確認電壓脈沖VPA的電壓電平大于提供讀取電壓脈沖以讀取電阻式隨機存取存儲器10的電壓電平，并且提供重設電壓脈沖VPR與提供確認電壓脈沖VPA之間間隔一等待時間。
[0042]圖6為本發(fā)明所提供的另一種電阻式隨機存取存儲器10的操作方法的流程圖。 在一實施例中，電阻式隨機存取存儲器10具有多個芯片需要進行讀取確認。首先在步驟 S600,開始重設。然后在步驟S602, Loop值為1，F(xiàn)lag值為1。詳細而言，Loop值表示處理多個芯片中的第幾個芯片，而Flag值表示是否進行讀取確認。然后在步驟S604,初始地址， 也即對第一個芯片進行處理。接著進入步驟S606,判斷Loop值是否大于1。如果Loop值大于1，則執(zhí)行步驟S620。如果Loop值沒有大于1，則執(zhí)行步驟S608。在步驟S608中，施加重設電壓脈沖VPR至電阻式隨機存取存儲器10。然后在步驟S610中，判斷是否結束地址，也即是否處理完最后一個芯片。如果沒有結束地址，則執(zhí)行步驟S608,繼續(xù)施加重設電壓脈沖VPR至電阻式隨機存取存儲器10。如果結束地址，則執(zhí)行步驟S612。在步驟S612 中，Loop值增加1 (也即Loop = Loop+1)。然后，進入步驟S614,判斷Loop值是否大于最大值，或是Flag值是否等于0。如果Loop值沒有大于最大值，或是Flag值沒有等于0,則執(zhí)行步驟S604。如果Loop值大于最大值，或是Flag值等于0,則執(zhí)行步驟S640,結束此操作方法的流程。
[0043]此外，在步驟S620, Flag值為0,表示將進行讀取確認。然后進入步驟S622,施加仿真電壓脈沖VH)至電阻式隨機存取存儲器10。接著，執(zhí)行步驟S624,施加確認電壓脈沖 VPA至電阻式隨機存取存儲器10。然后執(zhí)行步驟S626,判斷重設電流是否小于或等于預設電流值。如果重設電流小于或等于預設電流值，則執(zhí)行步驟S630。如果重設電流并未小于或等于預設電流值，則執(zhí)行步驟S628。舉例而言，預設電流值可以是luA或是2uA。換言之，此操作方法判斷重設電流是否小于或等于一預設電流值。當重設電流小于該預設電流值時，則判斷為確認成功。當重設電流大于預設電流值時，則判斷為確認失敗，并且提供重設電壓脈沖VPR至電阻式隨機存取存儲器10。由此可知，在步驟S628中，施加重設電壓脈沖VPR至電阻式隨機存取存儲器10,并且設定Flag值為i表示讀取確認完成。然后進入步驟S630,判斷是否結束地址，也即是否處理完最后一個芯片。如果沒有結束地址，則執(zhí)行步驟S622,繼續(xù)施加仿真電壓脈沖vro至電阻式隨機存取存儲器10。如果結束地址，則執(zhí)行步驟S612。
[0044]值得注意的是，在圖6所示的電阻式隨機存取存儲器10的操作方法的流程圖中， 步驟S608以及S610對應于重設階段RS，而步驟S622、S624以及S626對應于確認階段VS。 在一實施例中，執(zhí)行重設階段RS的步驟以及執(zhí)行確認階段VS的步驟間隔一等待時間，以提升電阻式隨機存取存儲器10的穩(wěn)定度。在另一實施例中，可執(zhí)行兩次以上步驟S622所示的施加仿真電壓脈沖VPD，以進一步降低電阻式隨機存取存儲器10的讀取錯誤。此外，確認電壓脈沖VPA的電壓電平大于提供讀取電壓脈沖以讀取該電阻式隨機存取存儲器的電壓電平。
[0045]圖7A為本發(fā)明所提供的電阻式隨機存取存儲器10的第一次的重設電流與第二次的重設電流的示意圖。在圖7A所示的實施例中，提供重設電壓脈沖VPR與提供確認電壓脈沖VPA之間間隔一等待時間。詳細而言，第一次與第二次的重設電流的關聯(lián)系數(shù)R為0.97， 大于圖1B所示的關聯(lián)系數(shù)R(R = 0.92)。由此可知，等待時間確實有助于提升電阻式隨機存取存儲器10的穩(wěn)定度，使得第二次的重設電流與第一次的重設電流更趨于一致。
[0046]圖7B為本發(fā)明所提供的電阻式隨機存取存儲器10的第二次的重設電流與第三次的重設電流的示意圖。在圖7B所示的實施例中，提供仿真電壓脈沖vro至電阻式隨機存取存儲器10。詳細而言，由于施加仿真電壓脈沖vro時并未讀取第一次的重設電流，因此僅在施加確認電壓脈沖VPA時讀取第二次與第三次的重設電流。如圖7B所示，第二次與第三次的重設電流的關聯(lián)系數(shù)R為〇.975,大于圖1B所示的關聯(lián)系數(shù)R(R = 0.92)。由此可知，提供仿真電壓脈沖vro至電阻式隨機存取存儲器確實有助于提升電阻式隨機存取存儲器10 的穩(wěn)定度以及降低讀取錯誤等問題，使得第三次的重設電流與第二次的重設電流更趨于一致。
[0047]圖8為本發(fā)明所提供的電阻式隨機存取存儲器10的重設電流與確認百分比的示意圖。圖8所示的兩條曲線分別是確認電壓脈沖VPA的電壓電平Vr為0.2V以及0.4V時，所對應的重設電流的曲線。從圖8可以得知，兩條曲線為平行位移，并沒有形狀或曲率上的改變。因此當確認電壓脈沖VPA的電壓電平Vr從0.2V增加為0.4V時，并未改變電阻式隨機存取存儲器10的元件特性。此外，從確認百分比為80%來看，兩條曲線所對應的重設電流的數(shù)值分別約為luA以及3uA。換言之，當確認電壓脈沖VPA的電壓電平Vr從0.2V增加為0.4V時，能夠感測到的電流也增加了。因此，增加確認電壓脈沖VPA的電壓電平Vr有助于增加感測電流，并且降低隨機存取存儲器10的讀取錯誤、提升其操作速度。
[0048] 雖然本發(fā)明的各種實施例已詳細揭露如上，然要理解的是，這些實施例是用于說明非用以限定本發(fā)明。例如軟件能夠執(zhí)行此處所述裝置與方法的功能、工藝、模型、模擬、描述及/或測試。此等軟件可安裝于任何已知的電腦可用媒體例如磁盤、半導體、磁片或光碟片、網絡、線路、無線或其他媒體。此外，此處所述的裝置與方法可為結合硬件與軟件的實施例。本發(fā)明的保護范圍并未局限于說明書內所述特定實施例中，而應依據(jù)申請專利范圍及其相關內容。最后，任何所屬技術領域技術人員也可理解與上述等同的結構或工藝并未脫離本發(fā)明精神和保護范圍內。
【主權項】
1.一種電阻式隨機存取存儲器的操作方法，其特征在于，所述電阻式隨機存取存儲器 的操作方法包括:提供一重設電壓脈沖至一電阻式隨機存取存儲器；提供一仿真電壓脈沖至該電阻式隨機存取存儲器；以及提供一確認電壓脈沖至該電阻式隨機存取存儲器，并且在提供該確認電壓脈沖時，讀 取該電阻式隨機存取存儲器的重設電流，其中該確認電壓脈沖的一電壓電平大于提供一讀 取電壓脈沖以讀取該電阻式隨機存取存儲器的一電壓電平。2.如權利要求1所述的電阻式隨機存取存儲器的操作方法，其特征在于，該電阻式隨 機存取存儲器的第一側連接于一位線，并且該重設電壓脈沖、該仿真電壓脈沖以及該確認 電壓脈沖輸入至該位線。3.如權利要求1所述的電阻式隨機存取存儲器的操作方法，其特征在于，提供該重設 電壓脈沖與提供該確認電壓脈沖之間間隔一等待時間。4.如權利要求1所述的電阻式隨機存取存儲器的操作方法，其特征在于，該仿真電壓 脈沖的電壓電平小于或等于該確認電壓脈沖的電壓電平。5.—種電阻式隨機存取存儲器的操作方法，其特征在于，所述電阻式隨機存取存儲器 的操作方法包括:提供一重設電壓脈沖至一電阻式隨機存取存儲器；以及提供一確認電壓脈沖至該電阻式隨機存取存儲器，并且在提供該確認電壓脈沖時，讀 取該電阻式隨機存取存儲器的電流，其中該確認電壓脈沖的一電壓電平大于提供一讀取電 壓脈沖以讀取該電阻式隨機存取存儲器的一電壓電平，并且提供該重設電壓脈沖與提供該 確認電壓脈沖之間間隔一等待時間。6.如權利要求5所述的電阻式隨機存取存儲器的操作方法，其特征在于，所述電阻式 隨機存取存儲器的操作方法還包括:在提供該確認電壓脈沖至該電阻式隨機存取存儲器之前，提供一仿真電壓脈沖至該電 阻式隨機存取存儲器。7.如權利要求6所述的電阻式隨機存取存儲器的操作方法，其特征在于，該仿真電壓 脈沖的電壓電平小于或等于該確認電壓脈沖的電壓電平。8.如權利要求6所述的電阻式隨機存取存儲器的操作方法，其特征在于，該電阻式隨 機存取存儲器的第一側連接于一位線，并且該重設電壓脈沖、該仿真電壓脈沖以及該確認 電壓脈沖輸入至該位線。9.如權利要求6所述的電阻式隨機存取存儲器的操作方法，其特征在于，所述電阻式 隨機存取存儲器的操作方法還包括:判斷該重設電流是否小于或等于一預設電流值，當該重設電流小于該預設電流值時， 則判斷為確認成功。
【文檔編號】G11C13/00GK106033680SQ201510115523
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月17日
【發(fā)明人】吳健民
【申請人】華邦電子股份有限公司