DE102008028935A1

DE102008028935A1 - Speicher mit driftkompensierter Leseoperation und zughöriges Verfahren

Info

Publication number: DE102008028935A1
Application number: DE102008028935A
Authority: DE
Inventors: Jan Boris Philipp; Thomas Dr. Happ
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2009-01-29
Also published as: US7796424B2; US20080316802A1

Abstract

Ein Speicher weist ein Speicherfeld und eine Lesesteuerschaltung auf, die so konfiguriert ist, dass sie eine Leseoperation einer Speicherzelle in dem Speicherfeld bewirkt. Die Lesesteuerschaltung ist so konfiguriert, dass die Leseoperation eine oder mehrere Driftbedingung(en), die mit der Speicherzelle assoziiert sind, berücksichtigt. Ein Verfahren zum Lesen einer Speicherzelle wird ebenfalls offenbart und schließt das Erfassen einer oder mehrerer Driftbedingung(en) einer Speicherzelle und das Setzen eines oder mehrerer Lesebezugspegel auf der Basis der einen oder der mehreren erfassten Driftbedingung(en) ein. Die Speicherzelle wird dann unter Verwendung des einen oder der mehreren Lesebezugspegel gelesen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Fall von herkömmlichen Speichervorrichtungen, insbesondere herkömmlichen Halbleitervorrichtungen, ist es manchmal üblich, zwischen funktionalen Speichervorrichtungen (z. B. PLAs, PALs usw.) und Tabellen-Speichervorrichtungen zu unterscheiden. Einige Tabellen-Speichervorrichtungen schließen beispielsweise ROM-Vorrichtungen (Read Only Memory bzw. Festspeicher) und RAM-Vorrichtungen (Random Access Memory bzw. Schreib-/Lese-Speicher mit wahlfreiem Zugriff) wie DRAMs und SRAMs, ein.
Im Falle von SRAMs (Static Random Access Memory bzw. statischer RAM) umfassen einzelne Speicherzellen in der Regel beispielsweise sechs Transistoren, die als kreuzgekoppeltes Latch konfiguriert sind. Im Falle von DRAMs (Dynamic Random Access Memory bzw. dynamischer RAM) wird im Allgemeinen nur ein einziges, entsprechend gesteuertes kapazitives Element (z. B. die Gate-Source-Kapazität eines MOSFET) verwendet, wobei in der Kapazität eine Ladung gespeichert werden kann. Die Ladung in einem DRAM hält sich jedoch nur kurze Zeit, und eine periodische Auffrischung muss durchgeführt werden, um einen Datenzustand aufrechtzuerhalten. Anders als der DRAM braucht der SRAM keine Auffrischung, und die in den Speicherzellen gespeicherten Daten bleiben so lange gespeichert, wie dem SRAM eine geeignete Versorgungsspannung zugeführt wird. Sowohl SRAMs als auch DRAMs werden als flüchtige Speicher angesehen, in denen ein Datenzustand nur solange aufrechterhalten bleibt, wie ihnen Leistung zugeführt wird.
Im Gegensatz zu einem flüchtigen Speicher zeigen nicht-flüchtige Speichervorrichtungen (NVMs – Non Volatile Memories) eine andere Eigenschaft, wobei die gespeicherten Daten auch dann gehalten werden, wenn die damit im Zusammenhang stehende Versorgungsspannung abgeschaltet wird. Diese Art von Speicher hat für verschiedene Arten von mobilen Kommunikationsvorrichtungen mehrere Vorteile, wie beispielsweise für ein elekt ronisches Rolodex auf Mobiltelefonen, bei dem die darin enthaltenen Daten auch dann behalten werden, wenn das Mobiltelefon abgestellt wird.
Eine Art von nicht-flüchtigem Speicher wird als resistive oder resistiv geschaltete Speichervorrichtung bezeichnet. In einer solchen Speichervorrichtung wird ein Speichermaterial, das zwischen zwei geeigneten Elektroden (d. h. einer Anode und einer Kathode) positioniert ist, durch geeignete Schaltprozesse in einen mehr oder weniger leitfähigen Zustand gebracht, wobei der stärker leitfähige Zustand beispielsweise einer logischen „1" entspricht und der weniger leitfähige Zustand beispielsweise einer logischen „0" entspricht (oder umgekehrt). Geeignete resistive Speicher können beispielsweise Perovskit-Speicher sein, wie in W. W. Zhuamg et al., „Novell Colossal Magnetoresistive Thin Film Nonvolatile Resistance Random Access Memory (RRAM)", IEDM 2002, beschrieben, resistiv schaltende binäre Oxide (OxRAM), wie beispielsweise in I. G. Back et. al., „Multi-layer crosspoint binary Oxide resistive memory (OxRAM) for post-NAND storage application", IEDM 2005, beschrieben, Phasenwechselspeicher (PCRAM) und leitend verbrückender RAM (CBRAM), wie in M. Kund et al., „Conductive bridging RAM (CBRAM): An emerging non-volatile memory technology scalable to sub 20 nm", IEEE, 2005, beschrieben.
Im Falle eines Phasenwechselspeichers kann beispielsweise eine geeignete Chalkogenidverbindung (z. B. eine GeSbTe- oder eine AgInSbTe-Verbindung) als das aktive Material verwendet werden, das zwischen den beiden entsprechenden Elektroden positioniert wird. Das Chalkogenidverbindungsmaterial kann mittels eines geeigneten Schaltprozesses in einen amorphen, d. h. relativ schwach leitenden, oder einen kristallinen, d. h. relativ stark leitenden Zustand gebracht werden und verhält sich somit wie ein variables Widerstandselement, das, wie oben herausgestellt, als unterschiedliche Datenzustände genutzt werden kann.
Um einen Wechsel eines Phasenwechselmaterials von einem amorphen Zustand in einen kristallinen Zustand zu erreichen, wird ein geeigneter Heizstrom an die Elektroden angelegt, wobei der Strom das Phasenwechselmaterial über dessen Kristallisationstemperatur hinaus erwärmt. Dieser Vorgang wird manchmal als SET-Operation bezeichnet. Ebenso wird eine Zustandsänderung von einem kristallinen Zustand in einen amorphen Zustand durch die Anlegung eines geeigneten Heizstromimpulses erreicht, wobei das Phasenwechselmaterial über seine Schmelztemperatur hinaus erwärmt wird, und während dessen schnellem Abkühlungsprozess der amorphe Zustand erreicht wird. Dieser Vorgang wird manchmal als RESET-Operation bezeichnet. Die Kombination aus SET- und RESET-Operationen ist ein Mittel, anhand dessen Daten in eine Phasenwechsel-Speicherzelle geschrieben werden können.
Herkömmlich werden resistiv geschaltete Speicher, wie Phasenwechsel-Speicherzellen, in einem oder mehreren Felder bzw. Arrays von Phasenwechselzellen in einem Kernbereich der Vorrichtung organisiert, wobei jede Phasenwechsel-Speicherzelle aus einem Phasenwechsel-Speicherelement, das mit einer Auswahl-Schalteinrichtung verkoppelt ist, besteht. Eine herkömmliche Anordnung ist in 1 dargestellt, wo ein Phasenwechselelement 10 zwischen eine Bitleitung 12 und einen bipolaren Auswahltransistor 14 gekoppelt ist. Eine Wortleitung 16 ist mit dem Basisanschluss des Transistors 14 verkoppelt. Durch Adressieren der zugehörigen Bitleitung 12 und Wortleitung 16 auf geeignete Weise können Daten dort hineingeschrieben und von dort ausgelesen werden. Ein Feld von Phasenwechsel-Speicherzellen, die auf die oben beschriebene Weise konfiguriert sind, wird manchmal als NOR-Speicherfeld bezeichnet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine vereinfachte Zusammenfassung gegeben, um ein grundsätzliches Verstehen eines oder mehrerer Aspekte der Erfindung zu ermöglichen. Die Zusammenfassung ist kein ausführlicher Überblick über die Erfindung und soll weder entscheidende noch kritische Elemente der Erfindung identifizieren, noch ihren Bereich skizzieren. Vielmehr ist der vorherrschende Zweck der Zusammenfassung die Darlegung einiger Ideen der Erfindung in einer vereinfachten Form als Einleitung für die ausführlichere Beschreibung, die nachstehend gegeben wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden eine Speichervorrichtung und ein dazugehöriges Verfahren offenbart, die eine oder mehrere Driftbedingungen, die mit einer Speicherzelle assoziiert sind, berücksichtigen, wenn eine Leseoperation durchgeführt wird. Solche Speicherzellen können Binärzustands-Speichervorrichtungen oder Mehrpegel-(Mehrzustands-)Speichervorrichtungen umfassen.
Die folgende Beschreibung und die beigefügte Zeichnung schildern ausführlich bestimmte erläuternde Aspekte und Implementierungen der Erfindung. Sie zeigen nur einige der verschiedenen Möglichkeiten für die Anwendung der Grundlagen der Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Schema einer herkömmlichen Speicherarchitektur, die einen Auswahltransistor für den selektiven Zugriff auf ein zugehöriges Speicherelement verwendet;
2 ist ein Blockschema, das eine Speicher darstellt, der gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage ist, Driftbedingungen zu erfassen und diese erfassten Driftbedingungen beim Lesen einer Speicherzelle zu nutzen, um deren Zuverlässigkeit zu verbessern;
3 ist ein Graph, der einen Einfluss einer Trägerrelaxation auf eine Phasenwechsel-Speicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
4 ist ein Graph, der einen Einfluss einer langsamen Kristallisation auf eine Phasenwechsel-Speicherzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein Graph, der einen Einfluss eines Schreibzyklusverlaufs auf eine Phasenwechsel-Speicherzelle gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Graph, der einen Einfluss der Dichte eines mobilen Trägers auf eine Phasenwechsel-Speicherzelle gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
7 ist ein Graph, der ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Lesen einer Speicherzelle zeigt, das eine oder mehrere Driftbedingungen berücksichtigt, die damit assoziiert sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nun werden eine oder mehrere Implementierungen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Bezugszahlen verwendet werden, um gleiche Elemente zu bezeichnen. Die Erfindung betrifft eine Speichervorrichtung und ein Verfahren zum Lesen einer Speicherzelle, welche die Zuverlässigkeit dadurch erhöhen, dass eine oder mehrere Driftbedingungen im Zusammenhang mit der Speicherzelle berücksichtigt werden.
Eine Ausführungsform einer Speichervorrichtung ist in 2 dargestellt. Eine Speichervorrichtung 100 schließt ein Speicherfeld 102, beispielsweise ein MxN-Feld aus Phasenwechsel-Speicherzellen ein. Diese Speicherzellen können Binärzustands-Speicherzellen oder Mehrpegel-(Mehrzustands-)Speicherzellen umfassen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen hierin eine Speichervorrichtung 100 beschreiben, die Phasenwechsel-Speicherzellen nutzt, sei ferner klargestellt, dass jede Art von Speichervorrichtung und -architektur, die eine oder mehrere Driftbedingungen erfährt, als im Bereich der vorliegenden Erfindung liegend angesehen wird.
Eine Lesesteuerschaltung 104 ist wirkmäßig mit dem Speicherfeld 102 verbunden und ist so konfiguriert, dass sie auf der Basis des Empfangs eines Lesesteuersignals (RD) und einer entsprechenden Adresse (ADDRESS) von einem Controller 106 geeignete Lesesteuersignale 105 an geeignete Wortleitungen und Bitleitungen ausführt. Außerdem weist die Speichervorrichtung 100 ein Driftbedingungs-Erfassungssystem 108 auf, das so konfiguriert ist, dass es eine oder mehrere Driftbedingungen, die mit dem Speicherfeld 102 assoziiert sind, feststellt.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Driftbedingungs-Erfassungssystem 108 so konfiguriert, dass es eine Trägerrelaxation einer Speicherzelle im Feld 102 erfasst. Beispielsweise macht bei Phasenwechsel-Speicherzellen bei einer relativ niedrigen Temperatur, wie Raumtemperatur, der amorphe Zustand (oder die Zustände mit höherer Resistivität in einer Mehrpegelvorrichtung) der Zelle im Lauf der Zeit eine Erhöhung der Resistivität (eine Abnahme der Leitfähigkeit) durch. Mit allgemeinem Bezug auf beispielsweise 3 wird eine Binärzustands-Speicherzelle dargestellt, die eine Trägerrelaxation zeigt, wobei ein amorpher (oder RESET-)Zustand 120 im Lauf der Zeit eine Erhöhung der Resistivität durchmacht. Vergleichsweise ausgedrückt erfährt der kristalline (oder SET-) Zustand 122 nicht das gleiche Ausmaß einer Drift aufgrund einer Trägerrelaxation wie der amorphe Zustand. Es wird angenommen, dass dieses Phänomen eine Funktion der großen Zahl an Dangling Bonds bzw. ungesättigten Bindungen und Defekten im amorphen Zustand ist, die sich im Lauf der Zeit ansammeln und somit nicht mehr für die Bewegung des Trägers durch das Material zur Verfügung stehen. Infolgedessen nimmt der Widerstand des amorphen Zustands im Lauf der Zeit zu. Obwohl das in 3 dargestellte Beispiel eine Binärphasen-Speicherzelle zeigt, sei klargestellt, dass das Trägerrelaxationsphänomen auch in Mehrzustands-Phasenwechsel-Speicherzellen vorkommt, die eine Vielzahl von zunehmend amorphen (oder resistiven Zuständen) zwischen den in 3 dargestellten SET- und RESET-Zuständen nutzen. In einer Ausführungsform der Erfindung nimmt für jeden zunehmend amorphen Zustand das Ausmaß der Trägerrelaxation zu, wobei die Steigungen der Daten für zunehmend amorphe Zustände steiler würden.
Das Driftbedingungs-Erfassungssystem 108 von 2 ist in der Lage, eine Trägerrelaxation festzustellen und diese Daten der Lesesteuerschaltung 104 zur Verfügung zu stellen. In einer Ausführungsform der Erfindung stellt das Driftbedingungs-Erfassungssystem 108 eine Trägerrelaxation dadurch fest, dass es eine Zeitmenge seit der letzten Programmierung der Speicherzelle an einer bestimmten Adresse verfolgt. Wenn dann diese bestimmte Speicherzelle gelesen wird, liefert das Driftbedingungs-Erfassungssystem 108 diese Informationen an die Lesesteuerschaltung 104, die dann diese Informationen nutzt, um die Daten in der Zelle zuverlässiger lesen zu können. In einer Ausführungsform der Erfindung verwendet das Driftbedingungs-Erfassungssystem 108 eine Zeitnehmerschaltung oder eine Zählerschaltung für die Bestimmung einer Trägerrelaxation, jedoch kann jede Schaltung, mit der eine Trägerrelaxation bestimmt werden kann, verwendet werden und wird als im Bereich der Erfindung liegend betrachtet.
In einer Ausführungsform der Erfindung nimmt die Lesesteuerschaltung 124 die Trägerrelaxationsdaten, die mit der bestimmten Adresse assoziiert sind, und gibt eines oder mehrere Lesesteuersignale 124 an eine Leseschaltung 126 aus. In einer Ausführungsform modifiziert die Leseschaltung 126 dann die Tastverstärker-Bezugspegel, um etwa die gleiche Lesetoleranzspanne beizubehalten, die vorhanden sein würde, wenn es zu keiner Trägerrelaxation gekommen wäre. Wenn die Lesetoleranzspanne notwendigerweise nicht aufrechterhalten werden kann, werden alternativ die Bezugspegel so ausgewählt, dass die verfügbare Lesetoleranzspanne zumindest maximiert wird. Die Leseschaltung 126 liest dann den Strom oder die Spannung, der bzw. die mit der Speicherzelle an der angegebenen Adresse assoziiert ist, unter Verwendung des einen bzw. der mehreren modifizierten Bezugspegel, um den Zustand der Speicherzelle festzustellen. Wenn der Tastverstärker beispielsweise eine Stromtastung verwendet, werden einer oder mehrere geänderte Bezugsströme verwendet. Wenn der Tastverstärker eine Spannungstastung verwendet, werden alternativ dazu eine oder mehrere Bezugsspannungen verwendet, um den Zustand der Zelle festzustellen.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Lesesteuerschaltung 104 die Driftbedingungsdaten nehmen und die geeigneten Bitleitungen und/oder Wortleitungen über die Steuerleitungen 105 vorspannen, statt Bezugslesepegel zu ändern, um die verfügbare Lesetoleranzspanne zu maximieren, oder sie kann dies zusätzlich durchführen.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Lesesteuerschaltung 104 die Zeitinformationen vom Driftbedingungs-Erfassungssystem 108 nehmen und eine periodische Auffrischung aller dafür vorgesehenen Sektoren oder Seiten oder des gesamten Feldes einrichten, um den Einfluss der Drift zu eliminieren. In einer Ausführungsform der Erfindung kann ein Zeitnehmer verwendet werden, um eine periodische Auffrischung der Daten auf täglicher Basis, wöchentlicher Basis, monatlicher Basis oder nach jeder beliebigen vorgegebenen Zeitspanne vorzuschreiben. Wenn während der vorgeschriebenen periodischen Auffrischung keine Leistung in der Speichervorrichtung verfügbar ist, können die Tastbezugspegel dementsprechend variiert werden, und es kann dann festgelegt werden, dass eine Auffrischung beim nächsten Hochfahren durchgeführt wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Driftbedingungs-Erfassungssystem 108 in der Lage, ein Langsamkristallisations-Phänomen, das mit Phasenwechsel-Bezugszellen assoziiert ist, festzustellen. Allgemein mit Bezug auf 4 tritt bei relativ niedrigen Temperaturen eine langsame Kristallisation auf, diese kann jedoch praktisch vernachlässigt werden; bei höheren Temperaturen, wie 120°C, bewirkt jedoch eine langsame Kristallisation, dass amorphe Zustände 130 im Lauf der Zeit eine verringerte Resistivität (eine erhöhte Leitfähigkeit) durchmachen. Wie der Begriff nahe legt, bewirkt die Temperatur, dass das amorphe Material langsam kristallisiert, wodurch bewirkt wird, dass das Material weniger amorph ist. Wie aus 4 hervorgeht, wird für Phasenwechselmaterial, das bereits in einem im Wesentlichen kristallinen Zustand bei 132 vorliegt, das Maß der Kristallisation wesentlich herabgesetzt. Obwohl in 4 nicht dargestellt, wird bei einer Mehrzustands-Phasenwechsel-Speicherzelle für zunehmend amorphe Zwischenzustände die negative Steigung im Widerstandsgraphen steiler, was anzeigt, dass ein um so höheres Maß an langsamer Kristallisation durchgemacht wird, je amorpher das Material zu Beginn ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung verwendet das Driftbedingungs-Erfassungssystem 108 einen Temperatursensor und einen Zeitnehmer, um die Menge einer Zeit, über die eine programmierte Zelle eine Temperatur gehabt hat, bei der eine langsame Relaxation den Zustand der bestimmten Speicherzelle beeinflusst haben kann, festzustellen. In einer Ausführungsform kann der Temperatursensor eine Diodenstruktur oder eine andere Schaltung mit einem im Wesentlichen gut definierten Temperaturkoeffizienten oder einer anderen Art von gut definiertem Wärmeverhalten umfassen, um die Temperatur festzustellen. Alternativ dazu kann eine Bezugszelle, die einen oder mehrere vordefinierte Zustände enthält, verwendet werden, um die Temperatur festzustellen. Jede Art von Wärmetasteinrichtung oder -schaltung kann verwendet werden und wird als im Bereich der Erfindung liegend angesehen. Außerdem können mehrere Temperatursensoren über dem Speicherfeld 102 verwendet werden, um eine Temperaturtastung zu ermöglichen, die im Wesentlichen an der gewünschten Adresse lokalisiert ist, falls mäßige Wärmegradienten über dem Feld zu erwarten sind oder um eine Durchschnittstemperatur zu ermitteln.
Die Lesesteuerschaltung 104 empfängt die Langsamkristallisationsinformationen und erzeugt eines oder mehrere Steuersignale 124 für die Leseschaltung 126. Die Leseschaltung 126 ändert dann ihre Tastverstärker-Bezugspegel, um eine gewünschte Lesetoleranzspanne im Wesentlichen aufrechtzuerhalten, und kompensiert auf diese Weise die langsame Kristallisation.
Wie aus 3 und 4 hervorgeht, beeinflussen Trägerrelaxation und langsame Kristallisation zunehmend amorphe Zustände auf unterschiedliche Weise. Generell dominiert bei relativ niedrigen Temperaturen, wie Raumtemperatur, das Trägerrelaxations-Phänomen. Bei relativ hohen Temperaturen, wie 120°C, dominiert dagegen das Langsamkristallisations-Phänomen. Bei einer Zwischentemperatur, beispielsweise um 50°, sind die beiden Phänomene im Wesentlichen im Gleichgewicht, wobei bei kurzen Zeitspannen die Relaxation zu Anfang dominiert, und bei längeren Zeitspannen dann die langsame Kristallisation dominieren kann. In einer Ausführungsform der Erfindung können die Speicherzellen charakterisiert werden, und beide Phänomene können entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus auf der Basis der Charakterisierung oder unter Verwendung verschiedener Gewichtungsfaktoren berücksichtigt werden. Somit können eines oder beide Phänomene überwacht und in sich ändernden Bezugspegeln verwendet werden, und alle diese Alternativen und Variationen werden als im Bereich der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet.
Zurück zu 2 – das Driftbedingungs-Erfassungssystem 108 ist ferner so konfiguriert, dass es Schreibzyklus-Driftbedingungen im Zusammenhang mit einer Speicherzelle überwachen kann. Wie aus 5 hervorgeht, beeinflusst bei einer Phasenwechsel-Speicherzelle die Zahl der Schreibzyklen, die mit der Zelle assoziiert sind, die Resistivität der kristallinen und amorphen Zustände 140 und 142. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein einzelner Schreibzyklus die Programmierung der Zelle auf den RESET-Zustand, gefolgt von einer Programmierung auf den SET-Zustand. Alternativ kann ein Schreibzyklus jedoch auf viele andere Arten definiert werden, und alle diese verschiedenen Arten der Definition eines Schreibzyklus werden als im Bereich der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet.
Wie aus 5 hervorgeht, nimmt, je öfter Daten in die Zelle geschrieben werden, die resultierende Resistivität, die mit dem angestrebten Datenzustand assoziiert ist, ab. Infolgedessen kann die Lesesteuerschaltung 104 von 2 dadurch, dass sie eine ungefähre Zählung der Zahl der Schreibzyklen, die mit einer Speicherzelle assoziiert sind, festhält, Steuersignale 124 erzeugen, um Lesetastungs-Bezugspegel dementsprechend zu ändern, um eine Lesezuverlässigkeit zu gewährleisten.
In einer Ausführungsform der Erfindung verfolgt das Driftbedingungs-Erfassungssystem 108, wie häufig Daten in einen bestimmten Abschnitt des Speicherfeldes, wie eine Seite oder einen Sektor im Speicher, geschrieben wurden. Wenn die Adresse, die vom Controller 106 geliefert wird, dann mit diesem Abschnitt des Feldes assoziiert ist, verwendet die Lesesteuerschaltung 104 die Schreibzyklusdaten für diesen Abschnitt des Speicherfelds 102, um Steuersignale 124 für die Leseschaltung 126 zu erzeugen. Die Leseschaltung 126 ändert dann die Tastbezugspegel demgemäß, um die Lesezuverlässigkeit zu erhöhen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Driftbedingungs-Erfassungssystem 108 so konfiguriert, dass es die Wirkung der Dichte eines mobilen Trägers in den Speicherzellen des Feldes überwacht. In 6 ist die Resistivität verschiedener Zustande einer Mehrzustands-Phasenwechsel-Speicherzelle für verschiedene unterschiedliche Temperaturbedingungen dargestellt. Obwohl die Temperatur oben im Zusammenhang mit Kristallisationsphänomenen erörtert wurde, spielt die Temperatur eine weitere, wichtige Rolle bei der Beeinflussung der Dichte des mobilen Trägers im Leitungsband des Phasenwechselmaterials. Wie aus 6 hervorgeht, nimmt bei steigender Temperatur die Resistivität für jeden Zustand ab (die Leitfähigkeit nimmt zu). Dies liegt daran, dass bei steigenden Temperaturen die Dichte des mobilen Trägers im Leitungsband des Materials zunimmt.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Driftbedingungs-Erfassungssystem 108 einen oder mehrere Temperatursensoren auf, die so konfiguriert sind, dass sie eine Temperatur bestimmen, die mit der Speicherzelle assoziiert ist, die gerade im Speicherfeld 102 gelesen wird. Die Lesesteuerschaltung 104 nimmt die Temperaturdaten und erzeugt eines oder mehrere Signale 124 für die Leseschaltung 126 zur Verwendung bei der Erzeugung von geeigneten Lesetastungspegeln. In 6 sind drei verschiedene Lesetastungspegel-Linien 150, 152, 154 dargestellt, die danach streben, eine ausreichende Lesetoleranzspanne zwischen den einzelnen Zuständen für alle Temperaturen aufrechtzuerhalten. Wie aus 6 ersichtlich ist, würden die Lesetoleranzsspannen über der Temperatur stark variieren, wenn die Linien 150, 152, 154 für alle Temperaturen konstant bleiben würden, was bewirken würde, dass die Zuverlässigkeit bei einer oder mehreren Temperaturen herabgesetzt würde. Daher zieht die Erfindung Steuersignale in Betracht, die die Bezugspegel auf der Basis der beobachteten Driftbedingungen ändern, um die verfügbare Lesetoleranzspanne zu maximieren. Es ist einleuchtend, dass die Lesetastpegel-Linien 150, 152, 154 verschiedenen Strom- oder Spannungsbezugspegeln entsprechend, die in dem bzw. den Tastverstärker(n) der Leseschaltung 126 verwendet werden.
Mit Bezug auf 7 wird ein Verfahren 200 für die Durchführung einer Leseoperation, das Driftbedingungen berücksichtigt, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung geschaffen. Obwohl das Verfahren 200 und andere Verfahren der Erfindung nachstehend als Reihe von Ereignissen dargestellt und beschrieben werden, sei klargestellt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellte Reihenfolge dieser Aktionen oder Ereignisse beschränkt ist. Beispielsweise können einige Aktionen in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Aktionen und Ereignissen außer den hierin dargestellten und/oder beschriebenen gemäß der Erfindung stattfinden.
Zu Anfang wird bzw. werden bei 202 eine oder mehrere Driftbedingungen im Zusammenhang mit einer Speicherzelle, wie einer Phasenwechsel-Speicherzelle, in einem Speicherfeld erfasst. Beispiele für Driftbedingungen, die erfasst werden können, schließen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Trägerrelaxation, langsame Kristallisation, Schreibzyklusdauer und Dichte des mobilen Trägers ein. Jede Art der Erfassung dieser Driftbedingungen kann als im Bereich der Erfindung liegend betrachtet werden. Beispielsweise können Wärmebedingungen an einem oder mehreren Orten über dem Speicherfeld überwacht werden, und diese Überwachung kann auf jede annehmbare Art und Weise durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Wärmeerfassungsschaltung eine Diode oder eine andere Art von Schaltung oder Struktur einschließen, die ein gut charakterisiertes Temperaturkoeffizientenverhalten zeigt.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung können Zähler und/oder Zeitnehmer verwendet werden, um Zeitspannen im Zusammenhang mit einer Speicherzelle festzustellen, oder um eine Zahl von Schreibzyklen im Zusammenhang mit einem Abschnitt einer Speicherzelle zu zählen. Beispielsweise kann ein Zeitnehmer verwendet werden, um zu bestimmen, wie lang eine bestimmte Zelle während einer Schreiboperation in einem bestimmten Zustand war, um als Trägerrelaxation zu zählen. Außerdem können mehrere Driftbedingungen gleichzeitig erfasst werden, und diese Driftbedingungen können gemeinsam verwendet werden, um eine Speicherzellenbedingung, wie eine langsame Kristallisation, unter Verwendung von sowohl Zeit- als auch Temperaturinformationen zu bewerten.
Bei 204 werden ein Lesebefehl und eine Adresse einer Speicherzelle, die gelesen werden soll, empfangen. Wie beispielsweise in 2 dargestellt, ist ein Beispiel der Empfang eines Lesebefehls (RD) und einer Adresse (ADDRESS) von einem Controller. Auf der Basis des Lesebefehls und der geeigneten Adresse für die Leseoperation werden bei 206 die geeigneten Driftbedingungen festgestellt. In einer Ausführungsform kann diese Aktion das Abfragen der relevanten Driftbedingung(en) vom Driftbedingungs-Erfassungssystem 108 von 2 beinhalten.
Die festgestellten relevanten Driftbedingungen werden dann verwendet, um einen oder mehrere Lesebezugspegel für Schaltungseinrichtungen, die an der Leseoperation der Zelle beteiligt sind, bei 208 zu ändern oder zu setzen. In einer Ausführungsform umfasst die Aktion 208 die Änderung von Bezugsstrompegeln oder von Bezugsspannungspegeln, die mit der Tastverstärkerschaltung assoziiert sind. In einer Ausführungsform kann ein Bezugspegel ausgehend von einem Standard-Voreinstellungswert für eine Binärstatus-Phasenwechsel-Speicherzelle geändert werden. Alternativ dazu können mehrere Bezugspegel für eine Mehrzustands-Phasenwechsel-Speicherzelle variiert werden. Statt oder zusätzlich zu der Variierung von Bezugspegeln können Bitleitungs- und/oder Wortleitungsvorspannungen geändert werden, um bessere Lesetoleranzspannen zu ermöglichen und somit die Lesezuverlässigkeit zu erhöhen.
Die geänderten Bezugspegel werden dann in der Leseschaltung verwendet, um die angegebene Speicherzelle bei 210 zu lesen. Da die geänderten Bezugspegel die eine oder die mehreren Driftbedingungen berücksichtigen, ist die Lesezuverlässigkeit stark erhöht, da die Lesetoleranzspannen durch die geänderten Bezugspegel optimiert oder zumindest verbessert sind. Auf die oben angegebene Weise ist jede ECC (Fehlerkorrektur-Codierung), die verwendet wird, um fehlerhafte Daten zu korrigieren, wesentlich effektiver, da die Zahl der ausgefallenen Bits wesentlich verringert ist und somit innerhalb von korrigierbaren Grenzen gehalten wird, die von der ECC korrigiert werden können.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen beschrieben wurde, können Änderungen und/oder Modifikationen an den dargestellten Beispielen vorgenommen werden, ohne vom Gedanken und Bereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Besonders im Hinblick auf die verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Baugruppen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systemen usw.) erfüllt werden, sollen, solange nichts anderes angegeben ist, die Begriffe (einschließlich eines Bezuges auf ein „Mittel"), die verwendet werden, um diese Komponenten zu beschreiben, jeder Komponente oder Struktur entsprechen, die die angegebene Funktion der beschriebenen Komponente erfüllt (die z. B. funktional äquivalent ist), auch wenn sie der offenbarten Struktur, welche die Funktion in den hierin dargestellten Beispielsimplementierungen der Erfindung erfüllt, nicht strukturell äquivalent ist. Außerdem wurde zwar möglicherweise ein spezielles Merkmal der Erfindung mit Bezug auf nur eine oder einige Implementierungen offenbart, aber dieses Merkmal kann mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen nach Wunsch und je nach Vorteil für eine bestimmte oder spezielle Anwendung kombiniert werden. Ferner sollen in dem Maß, in dem die Ausdrücke „einschließend", „schließt ein", „aufweisend", „weist auf", „mit" oder deren Varianten in entweder der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, diese Ausdrücke einschließlich verstanden werden, ähnlich wie der Ausdruck „umfassend".
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- W. W. Zhuamg et al., „Novell Colossal Magnetoresistive Thin Film Nonvolatile Resistance Random Access Memory (RRAM)", IEDM 2002 [0004]
- I. G. Back et. al., „Multi-layer crosspoint binary Oxide resistive memory (OxRAM) for post-NAND storage application", IEDM 2005 [0004]
- M. Kund et al., „Conductive bridging RAM (CBRAM): An emerging non-volatile memory technology scalable to sub 20 nm", IEEE, 2005 [0004]

Claims

Speicher, der aufweist: ein Speicherfeld und eine Lesesteuerschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Leseoperation einer Speicherzelle in dem Feld bewirkt, wobei die Leseoperation eine oder mehrere Driftbedingungen im Zusammenhang mit der Speicherzelle berücksichtigt.
Speicher nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Driftbedingungen eine Temperatur, die mit der Speicherzelle assoziiert ist, und/oder eine Zeitspanne seit der letzten Programmierung der Speicherzelle und/oder eine Zykluszählung, die mit einem Abschnitt des Speicherfeldes assoziiert ist, in dem sich die Speicherzelle befindet, umfasst bzw. umfassen.
Speicher nach Anspruch 2, wobei die Temperatur eine getastete Temperatur in einem Abschnitt des Speicherfelds, in dem sich die Speicherzelle befindet, umfasst.
Speicher nach Anspruch 1, wobei die Driftbedingungen eine Trägerrelaxation von Material in der Speicherzelle und/oder eine langsame Kristallisation von Material in der Speicherzelle und/oder eine Dichte des Materials eines mobilen Trägers in der Speicherzelle und/oder die Zyklusdauer der Speicherzelle umfassen.
Speicher nach Anspruch 1, wobei die Lesesteuerschaltung die eine oder die mehreren Driftbedingungen durch Ändern von Bezugstastpegeln, die mit einer Leseschaltung assoziiert sind, auf der Basis der berücksichtigten einen oder mehreren Driftbedingung(en) berücksichtigt.
Speicher nach Anspruch 1, wobei die Lesesteuerschaltung die eine oder die mehreren Driftbedingung(en) durch Ändern einer Bitleitungsvorspannung und/oder eine Wortleitungsvorspannung auf der Basis der einen oder der mehreren berücksichtigten Driftbedingung(en) berücksichtigt.
Speicher nach Anspruch 1, wobei die Lesesteuerschaltung die eine oder die mehreren Driftbedingung(en) durch Durchführen einer periodischen Auffrischung mindestens eines Teils des Speicherfelds nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitspanne berücksichtigt.
Speicher nach Anspruch 1, wobei die Speicherzelle eine Binärzustands- oder Mehrpegel-Phasenwechsel-Speicherzelle umfasst.
Speicher, der aufweist: ein Speicherfeld, ein Driftbedingungs-Erfassungssystem, das konfiguriert ist, um eine oder mehrere Driftbedingungen, die mit dem Speicherfeld assoziiert sind, festzustellen; und eine Lesesteuerschaltung, die konfiguriert ist, um eine Leseoperation einer Speicherzelle auf der Basis mindestens einer festgestellten Driftbedingung, die vom Driftbedingungs-Erfassungssystem geliefert wird, zu bewirken.
Speicher nach Anspruch 9, der ferner eine Leseschaltung aufweist, die konfiguriert ist, um die Speicherzelle unter Anwendung eines speziellen Satzes aus einem oder mehreren Bezugstastpegeln auf die mindestens eine festgestellte Driftbedingung zu lesen.
Speicher nach Anspruch 10, wobei die Speicherzelle eine Phasenwechsel-Speicherzelle umfasst, und wobei die Leseschaltung konfiguriert ist, um einen Bezugspegel für einen oder mehrere zunehmend amorphe Zustände zu erhöhen, wenn die mindestens eine festgestellte Driftbedingung eine Trägerrelaxation eines Phasenwechselmaterials in der Phasenwechsel-Speicherzelle umfasst.
Speicher nach Anspruch 10, wobei die Speicherzelle eine Phasenwechsel-Speicherzelle umfasst, und wobei die Leseschaltung konfiguriert ist, um einen Bezugspegel für einen oder mehrere zunehmend amorphe Zustände zu senken, wenn die mindestens eine festgestellte Driftbedingung eine langsame Kristallisation eines Phasenwechselmaterials in der Phasenwechsel-Speicherzelle umfasst.
Speicher nach Anspruch 10, wobei die Speicherzelle eine Phasenwechsel-Speicherzelle umfasst, wobei die Leseschaltung konfiguriert ist, um einen Bezugspegel für einen oder mehrere zunehmend amorphe Zustände zu senken, wenn die mindestens eine festgestellte Driftbedingung eine Zahl von Schreibzyklen umfasst, die mit einem Abschnitt des Speicherfelds, in dem sich die Speicherzelle befindet, assoziiert ist und die größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert.
Speicher nach Anspruch 10, wobei die Speicherzelle eine Phasenwechsel-Speicherzelle umfasst, und wobei die Leseschaltung konfiguriert ist, um einen oder mehrere Bezugspegel zu ändern, wenn die mindestens eine festgestellte Driftbedingung sowohl eine Zeitspanne ab der letzten Programmierung der Phasenwechsel-Speicherzelle als auch eine Temperatur, die mit der Phasenwechsel-Speicherzelle assoziiert ist, umfasst.
Speicher nach Anspruch 9, wobei das Driftbedingungs-Erfassungssystem einen oder mehrere Temperatursensoren umfasst, die konfiguriert sind, um eine Temperatur an einem oder mehreren entsprechenden Orten im Speicherfeld zu erfassen.
Speicher nach Anspruch 9, wobei das Driftbedingungs-Erfassungssystem einen oder mehrere Zähler umfasst, die konfiguriert sind, um eine Zahl von Schreibzyklen zu zählen, die mit einem oder mehreren entsprechenden Abschnitten des Speicherfelds assoziiert sind.
Speicher nach Anspruch 9, wobei das Driftbedingungs-Erfassungssystem einen Zeitnehmer umfasst, der konfiguriert ist, um die Menge der Zeit seit der letzten Programmierung der Speicherzelle festzustellen.
Speicher nach Anspruch 9, wobei die Lesesteuerschaltung ferner konfiguriert ist, um auf der Basis mindestens einer festgestellten Driftbedingung, die vom Driftbedingungs-Erfassungssystem geliefert wird, eine Bitleitungs- und/oder Wortleitungsvorspannung zu ändern, um eine Leseoperation in einer Speicherzelle in dem Feld zu bewirken.
Speicher, der aufweist: ein Speicherfeld und Mittel zur Durchführung einer Leseoperation an einer Speicherzelle in dem Speicherfeld, bei der es sich um eine Funktion einer oder mehrerer Driftbedingungen, die mit der Speicherzelle assoziiert sind, handelt.
Speicher nach Anspruch 19, der ferner ein Mittel zum Erfassen einer oder mehrerer Driftbedingung(en), die mit der Speicherzelle assoziiert sind, und zum Übermitteln der einen oder der mehreren erfassten Driftbedingung(en) an das Leseoperationsmittel aufweist.
Speicher nach Anspruch 19, wobei das Leseoperationsmittel ferner in der Lage ist, einen oder mehrere Bezugspegel eines Speicherzellen-Lesemittels auf der Basis der einen oder der mehreren Driftbedingungen zu ändern.
Verfahren zum Lesen einer Speicherzelle, das umfasst: Erfassen einer oder mehrerer Driftbedingung(en) einer Speicherzelle; Setzen eines oder mehrerer Lesebezugspegel oder Vorspannen einer Bitleitung und/oder einer Wortleitung, die mit der Speicherzelle assoziiert ist bzw. sind, auf der Basis der einen oder der mehreren erfassten Driftbedingung(en); und Lesen der Speicherzelle unter Verwendung des einen oder der mehreren gesetzten Lesebezugspegel oder der vorgespannten Bitleitung und/oder Wortleitung.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Erfassen der einen oder der mehreren Driftbedingung(en) das Erfassen einer Temperatur, die mit der Speicherzelle assoziiert ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Erfassen der einen oder der mehreren Driftbedingung(en) das Bestimmen einer Zeitspanne seit der letzten Programmierung der Speicherzelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Erfassen der einen oder der mehreren Driftbedingung(en) das Bestimmen einer Zahl von Schreibzyklen umfasst, die mit einem Abschnitt eines Speicherfelds, in dem sich die Speicherzelle befindet, assoziiert sind.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Setzen des einen oder der mehreren Lesebezugspegel das Ändern eines oder mehrerer Voreinstellungs-Lesebezugspegel auf der Basis der einen oder der mehreren erfassten Driftbedingung(en) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, das ferner das Durchführen einer periodischen Auffrischung mindestens eines Abschnitts des Speicherfelds nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitspanne umfasst.
Verfahren zum Lesen einer Speicherzelle, das umfasst: Erfassen einer oder mehrerer Driftbedingung(en), die mit Speicherzellen in einem Speicherfeld assoziiert sind; Empfangen eines Lesebefehls und einer Speicherzellenadresse, die damit assoziiert sind; Bestimmen einer oder mehrerer Driftbedingung(en), die mit einer Speicherzelle der empfangenen Adresse assoziiert ist bzw. sind, auf der Basis der einen oder der mehreren erfassten Driftbedingung(en); Setzen eines oder mehrerer Lesebezugspegel oder Vorspannen einer Bitleitung und/oder einer Wortleitung auf der Basis der einen oder der mehreren erfassten Driftbedingung(en); und Verwenden des einen oder der mehreren gesetzten Lesebezugspegel(s), um die Speicherzelle an der Speicherzellenadresse zu lesen.
System, das einen Speicher enthält, wobei das System aufweist: ein Speicherfeld und eine Lesesteuerschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Leseoperation einer Speicherzelle in dem Feld bewirkt, wobei die Leseoperation eine oder mehrere Driftbedingung(en), die mit der Speicherzelle assoziiert sind, berücksichtigt.
System nach Anspruch 29, wobei die eine oder die mehreren Driftbedingung(en) eine Temperatur, die mit der Speicherzelle assoziiert ist, und/oder eine Zeitspanne seit der letzten Programmierung der Speicherzelle und/oder eine Zykluszählung, die mit einem Abschnitt des Speicherfeldes assoziiert ist, in dem sich die Speicherzelle befindet, umfasst bzw. umfassen.
System nach Anspruch 30, wobei die Temperatur eine getastete Temperatur in einem Abschnitt des Speicherfelds, in dem sich die Speicherzelle befindet, umfasst.
System nach Anspruch 29, wobei die Driftbedingungen eine Trägerrelaxation von Material in der Speicherzelle und/oder eine langsame Kristallisation von Material in der Speicherzelle und/oder eine Dichte des Materials eines mobilen Trägers in der Speicherzelle und/oder die Zyklusdauer der Speicherzelle umfassen.
System nach Anspruch 29, wobei die Lesesteuerschaltung die eine oder die mehreren Driftbedingung(en) durch Ändern von Bezugstastpegeln, die mit einer Leseschaltung assoziiert sind, auf der Basis der berücksichtigten einen oder mehreren Driftbedingung(en) berücksichtigt.
System nach Anspruch 29, wobei die Lesesteuerschaltung die eine oder die mehreren Driftbedingung(en) durch Ändern einer Bitleitungsvorspannung und/oder einer Wortleitungsvorspannung auf der Basis der einen oder der mehreren berücksichtigten Driftbedingung(en) berücksichtigt.
System nach Anspruch 29, wobei die Lesesteuerschaltung die eine oder die mehreren Driftbedingung(en) durch Durchführen einer periodischen Auffrischung mindestens eines Teils des Speicherfelds nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitspanne berücksichtigt.
System nach Anspruch 29, wobei die Speicherzelle eine Binärzustands- oder Mehrpegel-Phasenwechsel-Speicherzelle umfasst.