包括刷新操作的電阻式存儲器的制作方法

專利名稱：包括刷新操作的電阻式存儲器的制作方法
包括刷新操作的電阻式存儲器
背景技術：
一類存儲器是電阻式存儲器。電阻式存儲器利用存儲單元的電 阻值來存儲一位或多位數據。例如，被編程為具有高阻值的存儲元 件可以表示邏輯"1"數據比特值，以及被編程為具有低電阻值的
存4諸元件可以表示邏輯"0"數據比特值。典型地，通過將電壓脈
沖或電流脈沖施加到存^f諸元件來電切換存儲元件的電阻值。
一類電阻式存儲器是相變存儲器。相變存儲器在電阻式存儲元 件中^f吏用相變材^K相變材并牛呈現至少兩種不同的狀態。相變材泮牛 的狀態可以被稱為非晶態和晶態，非晶態涉及更無序的原子結構， 以及晶態涉及更有序的晶才各。非晶態通常比晶態呈現更高的電阻
率。并且， 一些相變材并+呈現多晶態(例如，面心立方晶才各(FCC) 狀態和六方密堆積(HCP)狀態)，其具有不同的電阻率且可以被 用于存儲數據比特。在以下描述中，非晶態通常指具有較高電阻率 的狀態，而晶態通常指具有較低電阻率的狀態。
可以可逆地引起相變材坤牛中的相變。以這種方式，響應于溫度 變化，存^f渚器可以,人非晶態轉變為晶態，以及乂人晶態轉變為非晶態。 可以通過驅動電流穿過相變材料自身或通過驅動電流穿過臨近相 變材料的電阻加熱器來實現相變材料的溫度變化。用這兩種方法， 相變材料的可控加熱導致相變材料中可控的相變。
包括具有由相變材料所制成的多個存儲單元的存儲陣列的相 變存<渚器可被編程以利用相變材^|"的存<渚狀態來存儲數據。 一種在
這種相變存儲裝置中讀取和寫入數據的方式是控制#皮施加到相變 才才泮牛的電流和/或電壓力永沖。電流和/或電壓的級別通常對應于每個 存儲單元中的相變材坤牛內所感應的溫度。
為了得到較高密度的相變存儲器，相變存儲單元可以存儲多比 特數據。可以通過將相變材料編程為具有中間電阻值或狀態來實現 相變存儲單元中的多比特存儲，多比特或多級相變存^f諸單元可以,皮 寫成兩種以上的狀態。如果相變存儲單元被編程為三個不同電阻級
別中的一個，則每個單元可以存儲1.5比特的數據。如果相變存儲
單元#:編程為四個不同電阻級別中的一個，則每個單元可以存儲兩 個比特的凄t據，等等諸如此類。為了將相變存卞者單元編程為中間電 阻值，通過適當的寫入策略，控制與非晶態材料共存的晶態材料的 總量，由此控制單元電阻。為了簡單起見，在此公開中的描述基本
4義是為了示例性的目的，然而，并不意p木著限制本發明的范圍。原 則上，存儲三個或多個狀態是可能的。
相變存儲器的凄t據保持性能強烈地耳又決于存儲器的溫度隨時
間的變化。典型地，對于非易失性存儲器，在操作溫度達到85°C
的情況下，確保數據保持十年以上。數據保持主要是材料的特性，
且取決于相變材料的結晶溫度。例如，對于Ge2Sb2Te5，在操作溫 度達到105。C至110。C情況下，數據保持性能是大約十年。然而， 對于許多應用，這個溫度》見范是不夠的。例如，在汽車應用中，可 能超出這個溫度失見范。同樣，通常存儲裝置不4又是在恒定的環境溫 度下祐L:燥作，而且要經歷環境溫度中的巨大改變。例如，用于汽車 的發動機控制器的存儲裝置基于發動機是否運轉而經歷溫度極限。 在這種情況下，存儲裝置的數據保持并不受瞬間的溫度(在一定限 度內)或平均溫度如此強烈地影響，而是被由存儲裝置所增加的溫
度收支所影響。此外，數據保持在多比特相變存儲單元中比在單比 特相變存儲單元中更關4建。
此外，當4吏用典型的讀:f又操作讀取相變存儲單元的電阻值時， 存在讀取干擾的風險，讀取干擾引起相變材料的額外結晶。相變材據。
出于這些和其他原因，存在本發明的需求。

發明內容
一個實施例提供了存儲裝置。存儲裝置包括電阻式存儲單元陣 列、具有基于溫度的增量步長的計數器和用于響應于計數器超過預 置值來刷新存^f諸單元的電^各。


附圖^皮包括以提供對本發明的進一步理解，并且這些附圖被并 入且構成該i兌明書的一部分。附圖示出了本發明的實施例，并且與 描述一起用于解釋本發明的原理。本發明的其它實施例以及本發明 的許多預期的優點將很容易理解，通過參照以下詳細描述其變得更 易于理解。附圖中的元件未必彼此按比例繪出。相同的參考標號表 示相應的相似部件。
圖1是示出了存儲裝置的一個實施例的框圖2是示出了處于四種不同狀態的多比特或多級相變存^f諸單元 的 一個實施例的示意圖；圖3是示出將相變存儲單元的電阻狀態置位的一個實施例的曲
線圖4是示出兩個不同試驗的保持時間相對溫度的一個實施例的 圖表；
圖5是示出用于刷新相變存儲單元的方法的 一個實施例的流程
圖6是示出用于刷新相變存儲單元的方法的另一個實施例的流 程圖7是示出了用于刷新相變存儲單元的方法的另一個實施例的 流禾呈圖；以及
圖8是示出用于刷新相變存儲單元的方法的另 一個實施例的流程圖。
具體實施例方式
在以下詳細描述中，參考構成其一部分的附圖，其中，通過示
參考被描述的附圖的方向，使用方向術語，例如"頂部"、"底部"、 "前面"、"后面"、"前端"、"尾端，，等。因為本發明的實施例的元 件能夠祐j欠置于多個不同的方位，所以出于示例性的目的4吏用方向 術語-f旦并不夠成對本發明的限制。應當理解，在不背離本發明的范 圍的情況下，可以采用其它實施例，并且可以進4亍結構或邏輯上的 改變。因此，以下詳細描述不應當被認為是出于限制的目的，并且 本發明的范圍由所附權利要求進行限定。
圖1是示出存4渚裝置100的一個實施例的框圖。存儲裝置100 包括寫入電3各102、分配電3各104、存卡者單元106a、 106b、 106c和 106d、控制器118、可選溫度傳感器126以及讀出電3各108。控制 器118包括計數器119,例如，時鐘周期計數器、讀訪問計數器或 其它合適的計數器。存儲單元106a-106d中的每個都是基于存儲單 元中的相變材料的 一一 晶態和晶態來存儲數據的相變存儲單元。同樣 地，存4諸單元106a-106d中的每個都可以通過將相變材料編程為具 有中間電阻1直而^皮編禾呈為兩個或多個狀態中的一個。為一尋存4諸單元 106a-106d中的一個編程為中間電阻值，使用合適的寫入策略來控 制與非晶態材料共存的晶態材料的總量從而控制單元電阻。
周期性地刷新存儲單元106a-106d以保持他們的值。在一個實 施例中，每當周期計數器已經計數到預置時鐘周期數時，刷新存儲 單元106a-106d。在一個實施例中，周期計數器的增量步長基于存 儲裝置100的溫度。在一個實施例中，對于低于60°C的溫度，增 量步長是l,對于60。C至90。C之間的溫度，增量步長是2，以及 對于高于90。C的溫度，增量步長是3。以這種方式，當存儲裝置 100的溫度增力。時，存儲單元106a-106d被刷新地更頻繁。
在另 一個實施例中，每當讀取計數器已經計數到預置讀訪問數 時，刷新存4諸單元106a-106d。在一個實施例中，如上參考周期計 數器所述，讀取計數器的增量步長基于存儲裝置100的溫度。在另 一個實施例中，每當周期計數器已經計數到預置時鐘周期數時或每 當讀耳又計數器已經計數到預置讀訪問數時，刷新存儲單元 106a-106d。在一個實施例中，周期計數器的增量步長和讀取計數器 的增量步長都基于存儲裝置100的溫度。在另一個實施例中，每當 計數器已經計數到預置計數時，刷新存儲單元106a-106d。響應于 每個時鐘周期和響應于每次讀訪問，計凄t器遞增。在一個實施例中，用于時鐘周期的計數器的增量步長和用于讀訪問的計數器的增量
步長都基于存儲裝置100的溫度。
如這里用到的，術語"電連接"并不意味著元件必須纟皮直接地 連接在一起，并且可以在"電連接，，的元件之間設置插入元件。
經由信號通道110將寫入電路102電連接至分配電路104。經 由信號通道112a-112d將分配電路104電連接至存儲單元106a-106d 中的每個存儲單元。經由信號通道112a將分配電路104電連接至 存儲單元106a。經由信號通道112b將分配電路104電連接至存儲 單元106b。經由信號通道112c將分配電3各104電連4妻至存^f渚單元 106c。經由信號通道112d將分配電路104電連接至存儲單元106d。 經由信號通道114將分配電3各104電連接至讀出電^各108。經由信 號通路116將讀出電路108電連接至控制器118。經由信號通道120 將控制器118電連接至寫入電路102，經由信號通道122將控制器 118電連接至分配電路104，以及經由信號通道124將控制器118 電連4妄至可選溫度傳感器126。
存儲單元106a-106d中的每個存儲單元都包括在溫度變化的影 響下可以從非晶態轉變到晶態或從晶態轉變到非晶態的相變材料。 因此，在存4諸單元106a-106d中的一個存4諸單元中，與非晶態相變 材料共存的晶態相變材料的總量定義了用于在存儲裝置100內存儲 ^:據的兩個或多個狀態。
相變材料在非晶態下比晶態下呈現明顯較高的電阻率。因此， 存儲單元106a-106d的兩個或多個狀態的電阻率不同。在一個實施 例中，兩種或多種狀態包括兩種狀態且使用了二進制系統，其中， 兩種狀態#皮貝式4直為比特值"0"和"1"。在另一個實施例中，兩種 或多種狀態包括三種狀態，且使用了三進制系統，其中，三種狀態 被賦值為比特值"0"、 'T，和"2"。在另一個實施例中，兩種或多
種狀態包括四種狀態，其被賦值為多比特值，例如，"00"、 "01"、 "10"以及"11"。在其它實施例中，兩種或多種狀態可以是存儲
單元的相變材料中的任何合適數量的狀態。
控制器118控制寫入電路102、讀出電路108以及分配電路104 的操作。控制器118包括微處理器、微控制器或用于控制寫入電路 102的才乘作的其它合適的邏輯電^各、讀出電路108以及分配電路 104。控制器118控制用于設置存^f渚單元106a-106d的電阻狀態的寫 入電^各102。控制器118控制用于讀耳又存4諸單元106a-106d的電阻 狀態的讀出電路108。控制器118控制用于為讀或寫訪問選擇存儲 單元106a-106d的分配電路104。此外，控制器118控制存儲單元 106a-106d的刷新間隔。可選地，控制器118 乂人溫度傳感器126 4矣 收存儲裝置100的溫度。在一個實施例中，控制器118基于從溫度 傳感器126所接收的存儲裝置100的溫度控制存儲單元106a-106d 的刷新間隔。在一個實施例中，控制器118 #1嵌入到與存^諸單元 106a-106d相同的芯片上。在另一個實施例中，控制器118位于與 存儲單元106a-106d分離的芯片上。
在一個實施例中，寫入電路102經由信號通道110將電壓脈沖 ^是供給分配電^各104,以及分配電^各104經由信號通道112a-112d 可控地將電壓脈沖送往存儲單元106a-106d。在另一個實施例中， 寫入電3各102經由信號通道110將電流脈沖4是供鄉會分配電路104， 以及分配電路104經由信號通道112a-112d可控地將電流脈沖送往 存4諸單元106a-106d。在一個實施例中，分酉己電^各104包括可控i也 將電壓月永沖或電流脈沖送往存4諸單元106a-106d中的每個存儲單元 的多個晶體管。
讀出電路108經由信號通道114讀取存儲單元106a-106d的兩 種或多種狀態中的每一種狀態。分配電^各104經由信號通道 112a-112d可控地在讀出電路108和存儲單元106a-106d之間指引讀
取信號。在一個實施例中，分配電路104包括可控地在讀出電3各108 和存儲單元106a-106d之間指引讀取信號的多個晶體管。
在一個實施例中，為了讀取存儲單元106a-106d中一個存々者單 元的電阻，讀出電路108提供流過存儲單元106a-106d中一個存儲 單元的電流，且讀出電3各108讀取存^f諸單元106a-106d中一個存儲 單元兩端的電壓。在另一個實施例中，讀出電^各108才是供存儲單元 106a-106d中 一個存4諸單元兩端的電壓，且讀取流過存^f諸單元 106a-106d中一個存^f渚單元的電流。在另一個實施例中，寫入電^各 102 ^是供存儲單元106a-106d中 一個存儲單元兩端的電壓，且讀出 電^各108讀取流過存4渚單元106a-106d中 一個存4諸單元的電流。在 另 一個實施例中，寫入電路102提供通過存儲單元106a-106d中的 一個存^f諸單元的電流，且讀出電^各108讀取存儲單元106a-106d中 的一個存^f諸單元兩端的電壓。
為對存儲裝置100中的存儲單元106a-106d編程，寫入電路102 產生用于加熱目標存儲單元中的相變材料的電流或電壓脈沖。在一 個實施例中，寫入電^各102產生適當的電流或電壓月永沖，并^皮注入 到分配電路104,然后被分配到適當的目標存儲單元106a-106d。根
據存^諸單元是正#:置位或者是正#:復位，來控制電流或電壓脈沖的
幅度和持續時間。通常，存儲單元的"置位，，操作將目標存儲單元 的相變材料加熱至高于其結晶溫度(但低于其熔化溫度)足夠長時 間以實現晶態或部分晶態和部分非晶態。通常，存儲單元的"復位" 操作將目標存儲單元的相變材料加熱至高于其熔化的溫度，并且然 后快速地淬火冷卻材#牛，從而實現非晶態或部分非晶態和部分晶態。
圖2是示出處于四種不同狀態200a、 200b、 200c和200d的多
比特或多級相變存^(諸單元106的一個實施例的示意圖。相變存4諸單 元106包括由絕緣材料206側面包圍的相變材料204。相變存儲單 元106可以具有包括處于任何適當幾何結構的相變材料204和處于 任何適當幾何結構的絕緣材料206的任何適當的幾何結構。
將相變材料204 —端電連接至第 一電才及208,另 一端電連接至 第二電才及210。經由第一電才及208和第二電才及210將樂:K沖4是供菱合相 變存儲單元106。通過相變材料204的電流通道是從第一電極208 和第二電才及210中的一個至第一電才及208和第二電才及210中的另一 個。相變存儲單元106提供用于存儲數據比特的存儲位置。
絕緣材料206可以是任何適當的絕緣體，例如，Si02、 SiOx、 SiN、氟化的石英玻璃(FSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)。第一電極 208和第二電才及210可以是任何合適的電才及材泮+，例如，TiN、 TiSiN、 TiAlN、 TaN、 TaSiN、 TaAlN、 W、 WN、 Al或Cu。
根據本發明，每個相變元件106都包括可由多種材料制成的相 變材料204。通常，作為這種材料，包含來自周期表第VI族的一個 或多個元素的好。力矣4匕物合金(chalcogenide alloy)是有用的。在一 個實施例中，相變元件106的相變材泮牛204是由石危族化物的化合物 材泮十(例如，GeSbTe、 SbTe、 GeTe或AglnSbTe)所制成。在另一 個實施例中，詩目變才才泮牛204是無石克力矣元素，例^口， GeSb、 GaSb、 InSb 或GeGalnSb。在其它實施例中，相變材料204是由包括Ge、 Sb、 Te、 Ga、 As、 In、 Se和S中 一個或多個元素的任意合適的材料所制 成的。
將相變材料204編程為四種電阻狀態中的一種以存儲兩比特數 據。將寫入電路(例如，寫入電路102)電連接至第一電極208以 將月永沖4是供給相變材料204。脈沖將相變材料204復4立或將其它三 種電阻狀態中的一種編程到相變材沖牛204中。在200b中，通過相 變，相變才才并+204的小部分212已經;故編禾呈為晶態以？文變相變元4牛 106的電阻。在200c中，通過相變，相變材沖牛204的中等大小部分
214已經-皮編程為晶態以改變相變元件106的電阻。在200d中，大 部分216,其基本上是所有的相變材料204,通過相變，已經被編 程為晶態以改變相變元件106的電阻。
^L編程的部分的大小與相變材^I"204和相變存々者單元106的電 阻有關。200b-200d處的三個不同的相變部分加上200a處的初始狀 態提供了相變材料204中的四種電阻狀態，且相變存儲單元106提 供用于存儲兩比特數據的存儲位置。在一個實施例中，200a處的相 變存儲單元106的狀態是"00"， 200b處的相變存儲單元106的狀 態是"Ol，，， 200c處的相變存儲單元106的狀態是"10",以及200d 處的相變存儲單元106的狀態是"11"。在另一個實施例中，200a 處的相變存儲單元106的狀態是"11", 200b處的相變存儲單元106 的狀態是"10"， 200c處的相變存儲單元106的狀態是"01",以及 200d處的相變存儲單元106的狀態是"00"。
在200a，將相變材料204復位至基本上的非晶態。在相變存儲 單元106的復位才喿作期間，經由寫入電-各102 ^是供復位電流月永沖通 過第一電才及208 ,口才目變才才泮牛204。復4立電-充月永沖力口熱才目變才才泮牛204 至高于其熔化溫度，且相變材料204被快速地冷卻以在200a實現 基本上的非晶態。在復位操作之后，相變材料204包括218和220 處的晶態相變材料和222處的非晶態相變材料。200a處的基本上的 非晶態，在這里^皮稱作為非晶態之一，是相變存儲單元106的高阻 狀態。
為了將相變材料204編程為其它三種狀態200b-200d中的一 種，經由寫入電路102提供置位電流通過第 一 電極208和相變材料 204。在200b處，寫入電路102提供置位電流脈沖以將小體積部分 212編程為晶態。晶態比非晶態具有較小的阻抗，且200b處的相變 存儲單元106比200a處的基本上非晶態的相變存儲單元106具有
專交低的電阻。200b處的部分晶態和部分非晶態，在這里被稱作為非 晶態之一 ，是相變存儲單元106的次高阻狀態。
在200c處，寫入電路102提供置位電流脈沖以將中等體積部 分214編程為晶態。因為晶態部分214比晶態部分212大，且晶態 比非晶態具有較小的阻抗，所以200c處的相變存+者單元106比200b 處的相變存^f諸單元106和200a處的非晶態相變存4諸單元106具有 較低的電阻。200c處的部分晶態和部分非晶態，這里被稱為非晶態 之一，是相變存儲單元106的次最低電阻狀態。
在200d,寫入電路102提供置位電流脈沖以將基本上所有的相 變材料216編程為晶態。因為晶態比非晶態具有較小的阻抗，所以 200d處的才目變存4諸單元106具有比200c處的才目變存^f諸單^L 106、 200b處的相變存儲單元106、以及200a處的非晶態的相變存儲單 元106更低的電阻。200d處的基本上的晶態是相變存儲單元106 的最低電阻狀態。在其它實施例中，相變存儲單元106可以被編程 為任何適當數量的電阻值或狀態。在其它實施例中，相變存儲單元 106可以被置位到基本上的晶態，且復位脈沖可以被用于將相變存 儲單元106編程為所需的電阻值或狀態。
圖3是示出置位相變存儲單元106的電阻狀態的一個實施例的 曲線圖250。曲線圖250包括在x軸254上的被施加到相變存儲單 元的以安培(A)為單位的電流相對于在施加指定電流之后在y軸 252上的相變存儲單元的以歐姆為單位的電阻。如256所表示的， 從完全復位的相變存儲單元開始，在大約OA和0.3 x 1(T3A之間的 電流不改變全復位狀態的相變存儲單元的電阻狀態。在大約0.3 x 10^A和0.5 x 1C^A之間的電流將相變存儲單元的電阻狀態改變至 如260所表示的部分置位狀態。在大約0.5 x 10^A和1.4 x 10-3八之 間的電流將相變存儲單元的電阻狀態改變至如258所表示的全置位 狀態。在大約1.4 x 1 (T3A和1.6 x 1 (T3A之間的電流將相變存^f諸單元
的電阻狀態改變至如262所表示的部分復位狀態。比大約1.6 x 10-3A 大的電流將相變存々者單元的電阻狀態變回至如256所表示的全復位 狀態。為獲得部分置位、全置位、部分復位以及全復位狀態的具體 電流的范圍基于所使用的相變材料、所使用的存儲單元原理以及所 <吏用的存4諸單元尺寸而改變。
從如256所表示的全復位狀態開始，通過控制電流將相變存4諸 單元106編禾呈為四種電阻狀態中的一個。如果沒有施力。電流，貝'J相 變存儲單元保持在全復位狀態。如果施加了小電流脈沖，則相變存 儲單元被編程至如264所表示的第一狀態。這個狀態在圖2中的 200a處被示出。在一個實施例中，這個狀態是"11"狀態。如果施 加了超過第 一狀態的額外電流，相變存儲單元纟皮編程為如266所表 示的第二狀態。這個;j犬態在圖2中的200b處凈皮示出。在一個實施 例中，這個狀態是"10"狀態。如果施加了超過第二狀態的額外的 電流，相變存儲單元被編程為如268所表示的第三狀態。這個狀態 在圖2中200c處被示出。在一個實施例中，這個狀態是"01"狀 態。如果施加了超過第三狀態的額外的電流，相變存儲單元被編程 為如270所表示的全置位狀態。這個狀態在圖2中200d處#1示出。 在一個實施例中，這個狀態是"00"狀態。
從如258所表示的全置位狀態開始，還可以通過控制電流將相 變存儲單元編程為四種電阻狀態中的一種。例如，如果施加了第一
電流，則相變存儲單元被編程為如272所表示的第一狀態。在一個 實施例中，這個狀態是"00"狀態。如果施加了超過第一狀態的額 外的電流，則相變存儲單元被編程為如274所表示的第二狀態。在 一個實施例中，這個狀態是"01"狀態。如果施加了超過第二狀態 的額外的電流，則相變存4諸單元纟皮編程為如276所表示的第三狀態。 在一個實施例中，這個狀態是"10"狀態。如果施加了超過第三狀
態的額外的電流，則相變存儲單元被編程為如278所表示的全復位 狀態。在一個實施例中，這個狀態是"11"狀態。
圖4是示出兩個不同試一驗的保持時間相對溫度的一個實施例的 圖表280。圖表280包括在x軸284上的以開氏溫標(K)為單位 和在x軸286上以1/kT ( eV")的為單4立的溫度(T )，以及在Y軸 282上以秒(s)為單位的保持時間(tret)。線288a示出了第一試驗 中的單比特存儲單元的保持時間相對溫度的關系，以及線288b示 出了第二試驗中的單比特存儲單元的保持時間相對溫度的關系。對 于單比特相變存儲單元，數據保持時間是關^l的，且對于多比特相
變存4諸單元來i1,問題更突出。
如圖表280中所示出的，在298處表示，在105。C下，數據保 持在存儲裝置100中10年的規范。如果存儲裝置100的相變存儲 單元106如296所表示的每年刷新一次，可以在接近U0。C (393 K) 的溫度下操作存儲裝置100。如果存儲裝置100的相變存儲單元106 如294所表示的每月刷新一次，則可以在4妄近130。C (403 K)的溫度 下操作存儲裝置100。如果存儲裝置100的相變存儲單元106如292 所表示的每天刷新一次，則可以在接近150°C (423 K)的溫度下操作 存儲裝置100。如果存儲裝置100的相變存儲單元106如290所表 示的每小時刷新一次，則可以在4姿近170。C (443 K)的溫度下纟乘作存 爿賭裝置100。當縮短刷新周期時，可以增加存儲裝置100能夠經受 的溫度。
圖5是示出了用于刷新相變存儲單元106a-106d的方法300的 一個實施例的流程圖。在302中，時鐘周期計數器被復位到0。在 304中，響應于存儲裝置100的每個時鐘周期，時鐘周期計數器被 遞增X(T)。在一個實施例中，如果未4吏用溫度傳感器126,則X (T)=l。在另一個實施例中，如果使用了溫度傳感器l26，貝'J X (T)基于存儲裝置100的溫度而改變。通常，X (T)響應于溫度
20 的增加而增加。在一個實施例中，對于低于60。C的溫度，X(T) =1，對于在60。C和90°C之間的溫度，X(T)=2，以及對于高于 90。C的溫度，X(T)=3。在其它實施例中，X(T)可以使用其它 合適的值。
在306中，控制器118確定時鐘周期計數器的計數是否大于或 等于最大預置時鐘周期計數。選擇最大預置時鐘周期計數，使得在 存儲于存儲單元中的數據被破壞之前刷新存儲單元106a-106d。在 一個實施例中，最大預置時鐘周期計數是1 x 104、 1 x 105、 1 x 106
或其它合適的時鐘周期計tt。
如果時鐘周期計數器的計數小于最大預置時鐘周期計數，那么 在308中，控制器118等待下一個時鐘周期，且在304中時鐘周期 計數器繼續遞增。如果時鐘周期計數器的計數大于或等于最大預置 時鐘周期計數，那么在310中，控制器118刷新存儲單元106a-106d。 在刷新存儲單元106a-106d之后，在302中時鐘周期計數器再一次 被復位，且重復該過程。在一個實施例中，方法300被同時應用到 存儲裝置100中的每個存4渚單元106。在另 一個實施例中，方法300 被單獨地應用到存儲裝置100中的存儲單元106組，例如，存儲單 元的頁或塊。
圖6是示出了用于刷新相變存儲單元106a-106d的方法320的
另一個實施例的流程圖。在322中，讀取計^:器^皮復位為0。在324 中，響應于存儲裝置100的每次讀訪問，讀取計數器遞增Y(T)。在 一個實施例中，如果未使用溫度傳感器126，則Y(T): 1。在另 一個實施例中，如果使用了溫度傳感器126，則Y(T)基于存儲裝 置100的溫度而改變。通常，Y (T)響應于溫度的增加而增加。在 一個實施例中，對于低于60。C的溫度，Y(T)=1,對于在60。C和 90。C之間的溫度，Y(T)=2，以及對于高于90°C的溫度，Y(T) =3。在其它實施例中，Y (T)可以使用其它合適的值。
在326中，控制器118確定讀取計凄史器的計數是否大于或等于 最大預置讀取計數。選擇最大預置讀取計數，使得在存儲于存儲單 元中的凄t據凈皮石皮壞之前刷新存4諸單元106a-106d。在一個實施例中， 最大預置讀取計數是1 x 102、 lx103、 1 x 104或其它合適的讀取計數。
如果讀取計數器的計數小于最大預置讀取計數，那么在328中， 控制器118等待下一次讀訪問，且在324中讀取計凄史器繼續遞增。 如果讀取計數器的計數大于或等于最大預置讀取計數，那么在330 中，控制器118刷新存《諸單元106a-106d。在刷新存+者單元106a-106d 之后，在322中讀耳又計tt器再一次被復位，且重復該過程。在一個 實施例中，方法320被同時應用到存儲裝置100中的每個存儲單元 106。在另一個實施例中，方法320被單獨地應用到存儲裝置100 中的存4諸單元106組，例如，存4諸單元的頁或塊。
圖7是示出了用于刷新相變存儲單元106a-106d的方法340的
另一個實施例的流程圖。在342中，時鐘周期計凄t器4皮復位到0， 且讀取計數器被復位到0。在344中，響應于存儲裝置100的每個 時鐘周期，時鐘周期計數器遞增X (T)。在一個實施例中，如果未 使用溫度傳感器126，則X(T)-1。在另一個實施例中，如果使用 了溫度傳感器126,則X (T)基于存儲裝置100的溫度而改變。通 常，X (T)響應于溫度的增加而增加。在一個實施例中，對于低于 60。C的溫度，X(T)=1，對于在60。C和90。C之間的溫度，X(T) =2，以及對于高于90°C的溫度，X(T)=3。在其它實施例中，X (T)可以使用其它合適的值。
在346中，控制器118確定在當前時鐘周期內是否存在讀訪問。 如果在當前時鐘周期內存在讀訪問，那么在348中，讀取計凄t器遞 增Y(T)。在一個實施例中，如果未4吏用溫度傳感器126,則Y(T) =1。在另一個實施例中，如果4吏用了溫度傳感器126，則Y(T)
基于存4諸裝置100的溫度而改變。通常，Y (T)響應于溫度的增加 而增力口。在一個實施例中，對于低于60。C的溫度，Y(T)=1，對 于在60。C和90。C之間的溫度，Y(T)=2,以及對于高于90。C的 溫度，Y (T) =3。在其它實施例中，Y (T)可以使用其它合適的值。
遞增之后，則在350中，控制器118確定時鐘周期計凄t器的計數是 否大于或等于最大預置時鐘周期計數或讀取計數器的計數是否大 于或等于最大預置讀取周期計數。選擇最大預置時鐘周期計數，使 得在存〗諸于存〗諸單元中的數據祐:石皮壞之前刷新存儲單元 106a-106d。在一個實施例中，最大預置時鐘周期計數是1 x 104、 1 x 105、 1 x 106或其它合適的時鐘周期計#:。選纟奪最大預置讀耳又計H ^f吏4f在存^f諸于存々者單元中的凄t據^皮石皮壞之前刷新存^f諸單元 106a-106d。在一個實施例中，最大預置讀取計凄t是1 x 102、 1 x 103、 1 x 104或其它合適的讀取計數。
如果時鐘周期計數器的計數小于最大預置時鐘周期計數，且如 果讀取計數器的計數小于最大預置讀取計數，那么在352中，控制 器118等待下一個時鐘周期，且在344中，時鐘周期計數器繼續遞 增。如果時鐘周期計數器的計數大于或等于最大預置時鐘周期計數 或讀取計數器的計數大于或等于最大預置讀取計數，那么在354中， 控制器118刷新存儲單元106a-106d。在刷新存儲單元106a-106d 之后，在342中，時鐘周期計數器和讀取計數器再一次被復位，且 重復該過程。在一個實施例中，方法340被同時應用到存儲裝置100 中的每個存儲單元106。在另 一個實施例中，方法340被單獨地應 用到存儲裝置100中的存儲單元106組，例如，存儲單元的頁或塊。
圖8是示出了用于刷新相變存儲單元106a-106d的方法360的
另一個實施例的流程圖。在362中，計數器被復位到0。在364中， 響應于存々者裝置100的每個時鐘周期，計凌t器遞增X(T)。在一個 實施例中，如果未4吏用溫度傳感器126，則X(T)-1。在另一個實 施例中，如果使用了溫度傳感器126,則X ( T )基于存儲裝置100 的溫度而改變。通常，X (T)響應于溫度的增加而增加。在一個實 施例中，對于^f氐于60。C的溫度，X ( T ) =1,對于在60。C和90。C 之間的溫度，X(T)=2,以及對于高于90°C的溫度，X(T)=3。 在其它實施例中，X (T)可以使用其它合適的值。
在366中，控制器118確定在當前時鐘周期內是否存在讀訪問。 如果在當前時鐘周期內存在讀訪問，那么在368中，計凄t器遞增Y (T)。在一個實施例中，如果未使用溫度傳感器126,則Y(T)= 1。在另一個實施例中，如果使用了溫度傳感器126,則Y(T)基 于存儲裝置100的溫度而改變。通常，Y (T)響應于溫度的增加而 增加。在一個實施例中，對于低于60。C的溫度，Y(T)=1，對于 在60。C和90。C之間的溫度，Y ( T ) =2,以及對于高于90。C的溫 度，Y(T)=3。在其它實施例中，Y (T)可以使用其它合適的值。
如果在當前時鐘周期內不存在讀訪問或在368中計凄t器^皮遞增 之后，則在370中，控制器118確定計數器的計數是否大于或等于 最大預置計數。選擇最大預置計數，使得在存儲于存儲單元中的數 據一皮石皮壞之前刷新存4諸單元106a-106d。在一個實施例中，最大預 置計數是lx104、 lx105、 1 x 106或其它合適的數。
如果計數器的計數小于最大預置計數，那么在372中，控制器 118等待下一個時鐘周期，且在364中，計數器繼續遞增。如果計 數器的計數大于或等于最大預置計數，那么在374中，控制器118 刷新存儲單元106a-106d。在刷新存4諸單元106a-106d之后，在362 中計凄t器再一次^皮復位，且重復該過程。在一個實施例中，方法360 被同時應用到存儲裝置100中的每個存儲單元106。在另一個實施
例中，方法360被單獨地應用到存儲裝置100中的存儲單元106組， 例如，存儲單元的頁或塊。
本發明的實施例提供了用于確定何時刷新相變存儲單元以使 存儲在相變存儲單元中的數據不被破壞的方法。實施例可以包括時 鐘周期計凄t器、讀訪問計凄t器或時鐘周期計凄t器和讀訪問計數器的 組合。此外，計數器的增量步長可以基于存儲裝置的當前溫度而改
變
雖然在此描述的具體實施例基本上集中在使用相變存儲單元， ^f旦是本發明可以被應用到任何合適類型的電阻式存儲單元，例如， 導體橋接隨機存取存儲(CBRAM)元件、過渡金屬氧化物存儲元 ^f牛或確丐4太(Perovskite)存卡者元4牛。
盡管在此已經示出且描述了具體的實施例，本領域普通技術人 員將意識到，在不背離本發明范圍的情況下，大量的替換和/或等同 的實施方式可以替換所示出和描述的具體實施例。該申請旨在覆蓋 在此論述的具體實施例的任何修改或變化。因此，本發明僅由權利 要求和其等同所限制。
權利要求
1.一種存儲裝置，包括電阻式存儲單元陣列；計數器，具有基于溫度的增量步長；以及電路，用于響應于所述計數器超過預置值來刷新所述存儲單元。
2. 根據權利要求1所述的存儲裝置，其中，響應于所述存儲裝置 的每個時鐘周期，所述計數器遞增。
3. 根據權利要求1所述的存儲裝置，其中，響應于所述存儲裝置 的每次讀訪問，所述計數器遞增。
4. 根據權利要求1所述的存儲裝置，其中，所述計數器的增量步 長包括第一溫度下的第一步長和比所述第一溫度高的第二溫 度下的大于所述第一步長的第二步長。
5. 根據權利要求1所述的存儲裝置，其中，所述電阻式存儲單元 陣列包括多比特電阻式存儲單元陣列。
6. 才艮據權利要求1所述的存儲裝置，其中，所述電阻式存儲單元 陣列包括相變存儲單元陣列。
7. 根據權利要求1所述的存儲裝置，其中，所述電路位于與所述 電阻式存儲單元陣列相同的芯片上。
8. —種存儲裝置，包括電阻式存儲單元陣列； 計數器，被配置為用于響應于所述存儲裝置的每個時鐘周期以及響應于所述存儲裝置的每次讀訪問而遞增；以及電路，用于響應于所述計凄t器超過預置值來刷新所述陣 列中的存儲單元。
9. 根據權利要求8所述的存儲裝置，其中，對于每個時鐘周期的 所述計數器的第 一增量步長響應于所述存儲裝置的溫度而改 變，以及對于每次讀訪問的所述計l欠器的第二增量步長響應于 所述溫度而改變。
10. 根據權利要求9所述的存儲裝置，其中，所述第一增量步長包 括第一溫度下的第一步長和比所述第一溫度高的第二溫度下 的大于所述第一步長的第二步長。
11. 根據權利要求9所述的存儲裝置，其中，所述第二增量步長包 括第 一溫度下的第 一步長和比所述第 一溫度高的第二溫度下 的大于所述第一步長的第二步長。
12. 根據權利要求8所述的存儲裝置，其中，所述電阻式存儲單元 陣列包括多比特電阻式存儲單元陣列。
13. 根據權利要求8所述的存儲裝置，其中，所述電阻式存儲單元 陣列包括相變存4渚單元陣列。
14. 一種存儲裝置，包括電阻式存4諸單元陣列；第一計數器，被配置為用于響應于所述存儲裝置的每次 讀i方問而遞i曾；以及 電路，^皮配置為用于響應于所述第一計數器超過第一預 置值來刷新所述陣列中的存儲單元。
15. 根據權利要求14所述的存儲裝置，還包括第二計數器，被配置為用于響應于所述存儲裝置的每個 時4中周期而遞增，其中，所述電路被配置為用于響應于所述第二計數器超 過第二預置值而刷新所述陣列中的存儲單元。
16. 根據權利要求15所述的存儲裝置，其中，所述第一計數器的 第一增量步長響應于所述存儲裝置的溫度而改變，以及所述第 二計數器的第二增量步長響應于所述溫度而改變。
17. 根據權利要求16所述的存儲裝置，其中，所述第一增量步長 包括第 一溫度下的第 一步長和比所述第 一溫度高的第二溫度 下的大于所述第一步長的第二步長。
18. 沖艮據權利要求16所述的存儲裝置，其中，所述第二增量步長 包括第 一溫度下的第 一步長和比所述第 一溫度高的第二溫度 下的大于所述第一步長的第二步長。
19. 根據權利要求15所述的存儲裝置，其中，所述電阻式存儲單 元陣列包4舌多比特電阻式存4諸單元陣列。
20. 根據權利要求15所述的存儲裝置，其中，所述電阻式存儲單 元陣列包括相變存儲單元陣列。
21. —種用于刷新存4諸器的方法，所述方法包括基于所述存儲器溫度將計數器遞增一個步長；以及響應于所述計#t器超過預置值來刷新所述存 <諸器的電阻 式存^f諸單元。
22. 才艮據一又利要求21所述的方法，其中，遞增所述計凄t器包括響 應于所述存儲器的每個時鐘周期來遞增所述計數器。
23. 根據權利要求21所述的方法，其中，遞增所述計數器包括響 應于所述存4諸器的每次讀訪問來遞增所述計凄t器。
24. 才艮據4又利要求21所述的方法，其中，遞增所述計數器包括以 第一溫度下的第一步長遞增所述計lt器，以及以比所述第一溫 度高的第二溫度下的大于所述第一步長的第二步長遞增所述計數器。
25. 根據權利要求21所述的方法，其中，刷新所述電阻式存儲單 元包4舌刷新多比特電阻式存4諸單元。
26. 根據權利要求21所述的方法，其中，刷新所述電阻式存儲單 元包括刷新相變存^f諸單元。
27. —種用于刷新存4諸器的方法，所述方法包4舌器的每次讀訪問來遞增計數器；以及響應于所述計數器超過預置值來刷新所述存儲器的電阻 式存儲單元。
28.才艮據權利要求27所述的方法，其中，遞增所述計凄t器包括響應于每個時鐘周期以基于所述存儲器的溫度的第 一增 量步長來遞增所述計l史器；以及響應于每次讀訪問以基于所述溫度的第二增量步長來遞 增所述計數器。
29. 根據權利要求28所述的方法，其中，響應于每個時鐘周期來 遞增所述計K器包括以第 一溫度下的第 一步長遞增所述計凄t 器以及以比所述第一溫度高的第二溫度下的大于所述第一步 長的第二步長遞增所述計數器。
30. 才艮據斥又利要求28所述的方法，其中，響應于每次讀訪問來遞 增所述計數器包括以第 一溫度下的第 一步長遞增所述計數器 以及以比所述第一溫度高的第二溫度下的大于所述第一步長 的第二步長遞增所述計數器。
31. 根據權利要求27所述的方法，其中，刷新所述電阻式存儲單 元包4舌刷新多比特電阻式存儲單元。
32. 根據權利要求27所述的方法，其中，刷新所述電阻式存儲單 元包i舌刷新相變存^f諸單元。
33. —種用于刷新存〗渚器的方法，所述方法包4舌響應于所述存儲器的每次讀訪問來遞增第 一計數器；以及響應于所述第一計凄t器超過第一預置值來刷新所述存儲 器的電阻式存4諸單元。
34. 根據權利要求33所述的方法，還包括響應于所述存儲器的每個時鐘周期來遞增第二計數器；以及響應于所述第二計數器超過第二預置值來刷新所述存儲 器的電阻式存儲單元。
35. 根據權利要求34所述的方法，其中，遞增所述第一計數器包 括以基于所述存儲器的溫度的第一增量步長遞增所述第一計 數器，以及其中，遞增所述第二計數器包括以基于所述溫度的 第二增量步長遞增所述第二計數器。
36. 根據權利要求35所述的方法，其中，以所述第一增量步長遞 增所述第 一計lt器包《^舌以第 一溫度下的第 一步長和以比所述 第一溫度高的第二溫度下的大于所述第一步長的第二步長遞 增所述第一計數器。
37. 根據權利要求35所述的方法，其中，以所述第二增量步長遞 增所述第二計凄t器包括以第一溫度下的第一步長和以比所述 第一溫度高的第二溫度下的大于所述第一步長的第二步長遞 增所述第二計數器。
38. 根據權利要求34所述的方法，其中，刷新所述電阻式存儲單 元包括刷新多比特電阻式存儲單元。
39. 根據權利要求34所述的方法，其中，刷新所述電阻式存儲單 元包括刷新相變存4諸單元。
全文摘要
一種存儲裝置包括電阻式存儲單元陣列、具有基于溫度的增量步長的計數器和用于響應于計數器超過預置值來刷新存儲單元的電路。
文檔編號G11C11/56GK101188141SQ20071018751
公開日2008年5月28日 申請日期2007年11月21日 優先權日2006年11月22日
發明者托馬斯·哈普, 揚·鮑里斯·菲利普 申請人:奇夢達北美公司