在相变存储器件中的用于脉冲宽度控制的器件和方法.pdf

本发明描述了一种对相变存储器件，比如硫族化合物存储器(PRAM)，进行编程的方法。本发明涉及将PRAM元件从复位状态编程到设置状态或从设置状态编程到设置状态的方法。本发明提供了一种新颖且非显而易见的PRAM器件和方法，其中通过在编程的过程中监测存储元件的状态控制设置脉冲持续时间，比如通过将位线的电压与参考电压进行比较或将单元电阻与设置状态单元电阻进行比较。响应存储元件的所检测的状态控制设置脉冲的持续时间。本发明的方法的结果是PRAM编程错误，比如由恒定的持续时间设置脉冲引起的错误，被极大地减少，以及编程持续时间和功耗减小。

权利要求书
1.  一种对半导体存储器件进行编程的方法，包括：
将设置脉冲施加到存储器件；
在施加设置脉冲的同时，检测存储器件的状态；
在确定存储器件处于所需的设置状态时，消除设置脉冲，以便基于存储器件的状态控制设置脉冲的持续时间。

2.  如权利要求1所述的方法，其中在存储器件处于复位状态时，存储器件的可编程的材料处于非晶状态。

3.  如权利要求1所述的方法，其中在存储器件处于设置状态时，存储器件的可编程的材料处于结晶状态。

4.  如权利要求3所述的方法，其中在存储器件处于复位状态时，存储器件的可编程的材料处于非晶状态。

5.  如权利要求1所述的方法，其中检测存储器件的状态包括检测在该器件中的电阻。

6.  如权利要求5所述的方法，其中所检测的电阻包括在存储器件的可编程的材料中的电阻。

7.  如权利要求6所述的方法，其中在可编程的材料的非晶状态中的可编程的材料的电阻高于在可编程的材料的结晶状态中的可编程的材料的电阻。

8.  如权利要求1所述的方法，其中检测存储器件的状态包括检测存储器件的位线的电压。

9.  如权利要求8所述的方法，其中将设置脉冲施加到存储器件包括产生控制信号，该控制信号控制将设置脉冲施加到存储器件。

10.  如权利要求9所述的方法，其中响应写起动信号产生控制信号以激励设置脉冲。

11.  如权利要求9所述的方法，其中产生控制信号以激励设置脉冲。

12.  如权利要求9所述的方法，其中在检测的位线电压低于参考电压时产生控制信号以使设置脉冲消除。

13.  如权利要求12所述的方法，其中参考电压是在存储器件中的可编程的材料的设置编程电压。

14.  如权利要求9所述的方法，其中在检测的位线电压等于参考电压时产生控制信号以使设置脉冲消除。

15.  如权利要求9所述的方法，其中在将存储器件从复位状态编程到设置状态时，在存储器件从复位状态转变到设置状态的同时产生控制信号以施加设置脉冲，并在转变之后消除。

16.  如权利要求9所述的方法，其中在将存储器件从复位状态编程到设置状态时，在所检测的位线电压高于参考电压的同时产生控制信号以施加设置脉冲，并在所检测的位线电压降低到参考电压之下时消除。

17.  如权利要求9所述的方法，其中在将存储器件从设置状态编程到设置状态时，响应写起动信号产生要施加的控制信号并在确定所检测的位线电压低于参考电压时消除。

18.  如权利要求9所述的方法，其中在将存储器件从设置状态编程到设置状态时，响应写起动信号产生要施加的控制信号并在确定所检测的位线电压等于参考电压时消除。

19.  如权利要求1所述的方法，其中给存储器件施加设置脉冲包括将电流施加给存储器件的位线。

20.  如权利要求19所述的方法，其中检测存储器件的状态包括在给位线施加电流的同时检测位线的电压。

21.  如权利要求1所述的方法，其中给存储器件施加设置脉冲包括产生控制给存储器件施加设置脉冲的控制信号。

22.  如权利要求1所述的方法，其中存储器件包括相变材料。

23.  如权利要求22所述的方法，其中该相变材料可以包括锗、锑和碲。

24.  如权利要求1所述的方法，其中存储器件包括至少一个硫族化合物元件。

25.  如权利要求1所述的方法，其中在存储器件中的复位电流大于在存储器件中的设置电流。

26.  如权利要求1所述的方法，其中复位脉冲宽度窄于设置脉冲宽度。

27.  一种半导体存储器件，包括：
检测存储器件的状态的检测电路；和
将设置脉冲施加给存储器件的控制器，在存储器件被检测到处于所需的设置状态时该控制器消除设置脉冲，以便基于存储器件的状态控制设置脉冲的持续时间。

28.  如权利要求27所述的半导体存储器件，进一步包括可编程的材料，其中在第一状态中，可编程的材料处于非晶状态。

29.  如权利要求27所述的半导体存储器件，进一步包括可编程的材料，其中在第一状态中，可编程的材料处于结晶状态，

30.  如权利要求29所述的半导体存储器件，其中在第二状态中，可编程的材料处于非晶状态。

31.  如权利要求27所述的半导体存储器件，其中检测器检测在该器件中的电阻。

32.  如权利要求31所述的半导体存储器件，其中所检测的电阻包括在存储器件的可编程的材料中的电阻。

33.  如权利要求27所述的半导体存储器件，其中检测电路检测存储器件的位线的电压。

34.  如权利要求33所述的半导体存储器件，其中检测电路包括读出放大器。

35.  如权利要求34所述的半导体存储器件，其中读出放大器将位线电压与参考电压进行比较。

36.  如权利要求35所述的半导体存储器件，其中参考电压是在存储器件中的可编程的材料的设置编程电压。

37.  如权利要求33所述的半导体存储器件，其中控制器进一步包括产生控制信号的控制信号发生器，该控制信号控制给存储器件施加设置脉冲。

38.  如权利要求37所述的半导体存储器件，其中响应写起动信号产生该控制信号以激励设置脉冲。

39.  如权利要求37所述的半导体存储器件，其中产生该控制信号以激励设置脉冲。

40.  如权利要求37所述的半导体存储器件，其中在所检测的位线电压低于参考电压时产生该控制信号以消除设置脉冲。

41.  如权利要求37所述的半导体存储器件，其中在所检测的位线电压等于参考时产生控制信号以消除设置脉冲。

42.  如权利要求37所述的半导体存储器件，其中在将存储器件从复位状态编程到设置状态时，在存储器件从复位状态转变到设置状态同时产生控制信号以施加设置脉冲并在转变之后消除。

43.  如权利要求37所述的半导体存储器件，其中在将存储器件从复位状态编程到设置状态时，在所检测的位线电压高于参考电压的同时产生控制信号以施加设置脉冲并在所检测的位线电压低于参考电压之后消除。

44.  如权利要求37所述的半导体存储器件，其中在将存储器件从设置状态编程到设置状态时，响应写起动信号产生要施加的控制信号并在确定所检测的位线电压低于参考电压时消除。

45.  如权利要求37所述的半导体存储器件，其中在将存储器件从设置状态编程到设置状态时，响应写起动信号产生要施加的控制信号并在确定所检测的位线电压等于参考电压时消除。

46.  如权利要求27所述的半导体存储器件，进一步包括将电流施加到存储器件的位线的驱动器。

47.  如权利要求46所述的半导体存储器件，其中该驱动器响应设置允许信号将设置电流施加到位线。

48.  如权利要求46所述的半导体存储器件，其中该驱动器响应复位起动信号将复位电流施加到位线。

49.  如权利要求46所述的半导体存储器件，其中在给位线施加电流的同时检测器检测位线的电压。

50.  如权利要求27所述的半导体存储器件，其中控制器进一步包括产生控制给存储器件施加设置脉冲的控制信号的控制信号发生器。

51.  如权利要求27所述的半导体存储器件，其中存储器件包括相变材料。

52.  如权利要求51所述的半导体存储器件，其中该相变材料包括锗、锑和碲。

53.  如权利要求27所述的半导体存储器件，其中存储器件包括至少一个硫族化合物元件。

54.  如权利要求27所述的半导体存储器件，其中在存储器件中的复位电流大于在存储器件中的设置电流。

55.  如权利要求27所述的半导体存储器件，其中复位脉冲宽度窄于设置脉冲宽度。

说明书在相变存储器件中的用于脉冲宽度控制的器件和方法
相关申请
本申请要求2003年6月3日申请的韩国专利申请03-0035564的优先权，在此以引用参考的方式将该申请的全部内容并入在本申请中。
技术领域
本发明涉及相变存储器件，更具体地说，涉及使用编程脉冲宽度控制对相变存储器件进行编程的器件和方法。
背景技术
在此所指的相变存储器或相变随机存取存储器(PRAM)在本领域中也称为双向统一(unified)的存储器(OUM)。OUM基于硫族化合物(chalcogenide)合金，这种合金在加热并冷却之后，取两种稳定的但可编程的相态(phase)中的一种：多晶相态或非晶相态。第一相态(即多晶相态)的电阻较低，而第二相态(即非晶相态)的电阻较高。逻辑1或逻辑0取决于由测量它的电阻所确定的可编程体积(volumn)的相态。结晶或导电状态是设置状态或0状态，而非晶或电阻性的非导电状态是复位状态或1状态。
为使可编程的体积为非晶相态，通过电阻加热器加热它在它的熔点之上。在加热器切断时快速地冷却它。为使它结晶，将它加热到正好在它的熔点之下持续较短的时间周期，例如50ns，以使原子在它们的结晶位置排列成一线。
相变存储器的关键是硫族化合物材料。该器件包括锗(Ge)、锑(Sb)和碲(Te)的一种合金，一般称为GST合金。这个材料用作为存储器件，因为在加热和冷却时它能够在稳定的非晶相态(复位或1状态)和结晶相态之间快速地切换。在非晶相态中，该材料具有较低的反射率和较高的电阻。在结晶相态中，它是反射性的并具有较低的电阻。
包含了硫族化合物材料的存储单元通常包括顶部电极、硫族化合物层和电阻加热元件。通过测量它的电阻实现编程的单元的读取。为将数据写到单元，加热硫族化合物超过它的熔点，然后快速地冷却以使它为非晶相态。为使它结晶，加热它正好到它的熔点之下并保持较短的时间周期，使在材料中的原子有时间将它们本身定位在它们的结晶位置上。
附图1所示为使用可编程的硫族化合物材料的存储单元10的示意图。单元10包括形成在可编程的相变的硫族化合物材料14上的导电的顶部电极12。导电的底部电极触点(BEC)16将顶部电极12和可编程的材料14连接到导电的底部电极18。
附图2A和2B所示为在两个编程的状态中的每个状态的单元10的示意图。在附图2A中，所示的单元10处于导电的设置状态或0状态。在这种状态下，可编程的材料14处于结晶状态。在附图2B中，所示的单元10处于电阻性的复位状态或1状态。在这种状态下，可编程的材料14处于非晶状态。附图2A和2B中的每个附图也示出了在通过单元10控制电流中使用的存取晶体管20。在电流流经单元10时，BEC起加热可编程的材料的体积以改变它们的状态的电阻加热器的作用。
附图3所示为单元10的电结构的示意图。在附图3中，单元称为“C”。字线WL控制单元C的激励。通过单元的电流ICEL和位线BL用于对器件10进行编程。
附图4所示为包括可编程的硫族化合物材料的存储单元的编程的时序图。附图4的时序图是说明根据已有技术地编程方法将该材料编程为设置(结晶)状态和复位(非晶)状态的编程脉冲的温度随着时间的曲线图。编号为35的曲线示出了复位脉冲(即用于对材料编程的温度脉冲)与复位(非结晶)状态的温度时间关系；以及编号为36的曲线示出了在设置脉冲(即用于对材料进行编程的温度脉冲)与设置(结晶)状态的时间温度关系
参考在附图4中标以35的曲线，为将硫族化合物材料的可编程的体积改变到非晶相态(复位状态)，通过电阻加热器将硫族化合物合金加热到它的熔点(Tm)之上的温度。施加加热脉冲持续相对较短的时间周期(例如几纳秒)。在加热器切断时合金快速地冷却。参考标以36的曲线，为将可编程的体积改变到结晶相态(设置状态)，将合金加热到它的熔点(Tm)之下的温度。如附图所示，合金所加热到的温度在结晶或固化温度Tx和熔化温度Tm之间的设置窗口内。上升的温度保持在设置窗口内大约50ns的时间周期以使合金能结晶，即使在材料中的原子能在它们的结晶结构中对齐。在结晶发生之后，消除设置脉冲，材料冷却。
附图5所示为在设置状态和复位状态中使用用于单元的硫族化合物材料的PRAM单元的电流-电压(I-V)特性。标以37的曲线显示了在设置状态中单元的I-V特性，标以38的曲线显示了在复位状态中的单元的I-V特性。PRAM由在开关阈值电压Vt之上的电压下通过电流脉冲编程。编程脉冲将存储单元驱动到高或低电阻状态，这取决于电流的幅值。存储在单元中的信息通过测量单元的电阻读出。在阈值电压Vt之下的电压下执行读操作以避免由材料的偶然的相态改变而可能引起的错误。
附图6所示为通常用于将相变存储器元件编程为设置状态的设置脉冲的时序图。设置脉冲施加到位线以将相变存储器元件编程到设置状态。在常规技术中的设置脉冲持续时间T2-T1是恒定的。
附图7所示为在正常情况下(情况A)和错误情况(情况B)在相变存储单元从复位状态到设置状态的编程的过程中的单元电阻相对时间的曲线图。在复位状态中单元的电阻称为TRESET，在设置状态中的单元的电阻称为RSET。RRESET的值通常由器件的底部电极触点(BEC)18的大小确定。标以41的曲线用于在正常的复位状态下被编程为设置状态的存储单元A。标以42的曲线用于在异常的复位状态下被编程为设置状态的第二存储单元B。单元B处于异常复位状态，其中它的复位电阻RRESET异常地高。
参考曲线41，在复位状态下，在单元A中的电阻是正常的值RRESET。在T1时，激励设置脉冲。在单元被加热时，它的电阻如图所示地下降。在它转变到设置状态时电阻穿过电阻阈值参考值。该参考值界定了在复位状态和设置状态之间的单元电阻边界。在T2时，在单元A达到设置状态之后，设置脉冲消除。单元冷却并仍然保持在设置脉冲，处于正常的设置电阻RSETA。
参考曲线42，单元B的电阻在异常高的RRESETB值下开始。在T1时，施加设置脉冲，单元的电阻开始下降。因为设置脉冲窗口的持续时间预先定义并设置为恒定，在T2时，消除设置脉冲。然而，在这种情况下，因为在复位情况下的电阻异常地高，因此设置脉冲的持续时间不足够长到使单元的电阻能降低到通过参考值以使单元能够输入设置状态。相反，设置脉冲在T2时消除，同时单元电阻RSETB仍然在参考值之上。在单元冷却时，电阻RSETB仍然保持在参考值之上。结果，单元还没有正确地编程到设置状态。即，发生了单元编程错误。
因此，因为设置脉冲持续时间是恒定的，所以在PRAM编程中可能产生错误，因为RSET的值可以根据RRESET的值改变。具体地说，如果RRESET的值较高，则在设置编程在设置状态中稳定之后RSET的值可能太高。
本发明的概述
本发明涉及对相变存储器件(比如硫族化合物存储器(PRAM))进行编程的方法。本发明涉及将PRAM元件从复位状态编程到设置状态或从设置状态编程到设置状态的方法。本发明提供了一种新颖且非显而易见的PRAM器件和方法，其中通过在编程的过程中监测存储器的状态控制设置脉冲持续时间，比如通过将位线的电压与参考电压进行比较或将单元电阻与设置状态单元电阻进行比较。响应存储元件的所检测的状态控制设置脉冲的持续时间。本发明的方法的结果是PRAM编程错误(比如由恒定的持续时间设置脉冲引起的错误)被极大地减少，以及编程时间持续和功耗减小。
在一方面，本发明涉及对半导体存储器件进行编程的方法。根据本发明的方法，将设置脉冲施加到存储器件。在施加设置脉冲的同时，检测存储器件的状态。在确定存储器件处于所需的设置状态时，消除设置脉冲，以便基于存储器件的状态控制设置脉冲的持续时间。
在一个实施例中，在存储器件处于复位状态时，存储器件的可编程的材料处于非晶状态。此外，在存储器件处于设置状态时，存储器件的可编程的材料处于结晶状态。在存储器件处于复位状态时，存储器件的可编程材料处于非晶状态。
检测存储器件的状态可包括检测在该器件中的电阻。所检测的电阻包括在存储器件的可编程的材料的电阻。在一个实施例中，在可编程的材料的非晶状态中的可编程的材料的电阻高于在可编程的材料的结晶状态中的可编程的材料的电阻。
在一个实施例中，检测存储器件的状态包括检测存储器件的位线的电压。将设置脉冲施加到存储器件可以包括产生控制信号，该控制信号控制将设置脉冲施加到存储器件。可以产生控制信号以激励设置脉冲，比如响应写起动信号。在检测的位线电压低于参考电压时可以产生控制信号以使设置脉冲消除。在检测的位线电压等于参考电压时也可以产生控制信号以使设置脉冲消除。在一个实施例中，参考电压是在存储器件中的可编程的材料的设置编程电压。在一个实施例中，在将存储器件从复位状态编程到设置状态时，在存储器件从复位状态转变到设置状态的同时产生控制信号以施加设置脉冲，并在转变之后消除。在一个实施例中，在将存储器件从复位状态编程到设置状态时，在所检测的位线电压高于参考电压的同时产生控制信号以施加设置脉冲，并在所检测的位线电压降低到参考电压之下时消除。在一个实施例中，在将存储器件从设置状态编程到设置状态时，响应写起动信号产生要施加的控制信号并在确定所检测的位线电压低于参考电压时消除。在一个实施例中，在将存储器件从设置状态编程到设置状态时，响应写起动信号产生要施加的控制信号并在确定所检测的位线电压等于参考电压时消除。
在一个实施例中，给存储器件施加设置脉冲包括将电流施加给存储器件的位线。检测存储器件的状态包括在给位线施加电流的同时检测位线的电压。
在一个实施例中，给存储器件施加设置脉冲包括产生控制给存储器件施加设置脉冲的控制信号。
存储器件可以包括相变材料。该相变材料可以包括锗、锑和碲。
存储器件可以包括至少一个硫族化合物元件。
在一个实施例中，在存储器件中的复位电流大于在存储器件中的设置电流。在一个实施例中，复位脉冲宽度窄于设置脉冲宽度。
在另一方面，本发明涉及半导体存储器件。该器件包括检测存储器件的状态的检测电路和将设置脉冲施加给存储器件的控制器，在存储器件被检测到处于所需的设置状态时该控制器消除设置脉冲，以使基于存储器件的状态控制设置脉冲的持续时间。
在一个实施例中，该器件也包括可编程的材料，其中在第一状态中，可编程的材料处于非晶状态。可替换的是，在第一状态中，可编程的材料处于结晶状态，在第二状态中，可编程的材料处于非晶状态。
在一个实施例中，检测电路检测在该器件中的电阻。所检测的电阻可以包括在存储器件的可编程的材料中的电阻。在一个实施例中，检测电路检测存储器件的位线的电压。检测电路可以包括读出放大器。读出放大器可以将位线电压与参考电压进行比较。参考电压可以是在存储器件中的可编程的材料的设置编程电压。
在一个实施例中，控制器也可以包括产生控制信号的控制信号发生器，该控制信号控制给存储器件施加设置脉冲。比如响应写起动信号可以产生该控制信号以激励设置脉冲。在所检测的位线电压低于参考电压时可以产生该控制信号以消除设置脉冲。此外，在所检测的位线电压等于参考时也可以产生控制信号以消除设置脉冲。在一个实施例中，在将存储器件从复位状态编程到设置状态时，在存储器件从复位状态转变到设置状态同时产生控制信号以施加设置脉冲并在转变之后消除。此外，在一个实施例中，在将存储器件从复位状态编程到设置状态时，在所检测的位线电压高于参考电压的同时产生控制信号以施加设置脉冲并在所检测的位线电压低于参考电压之后消除。此外，在一个实施例中，在将存储器件从设置状态编程到设置状态时，响应写起动信号产生要施加的控制信号并在确定所检测的位线电压低于参考电压时消除。此外在一个实施例中，将存储器件从设置状态编程到设置状态时，响应写起动信号产生要施加的控制信号并在确定所检测的位线电压等于参考电压时消除。
本发明的器件也可以包括将电流施加到存储器件的位线的驱动器。该驱动器可以响应设置允许信号将设置电流施加到位线。该驱动器可以响应复位起动信号将复位电流施加到位线。在给位线施加电流的同时检测电路可以检测位线的电压。
在一个实施例中，控制器也包括产生控制给存储器件施加设置脉冲的控制信号的控制信号发生器。
在一个实施例中，存储器件包括相变材料。该相变材料可以包括锗、锑和碲。
存储器件可以包括至少一个硫族化合物元件。
在一个实施例中，在存储器件中的复位电流大于在存储器件中的设置电流。在一个实施例中，复位脉冲宽度窄于设置脉冲宽度。
作为在编程的过程中监测所编程的单元的状态的本发明的过程的结果，可以实现具有减少的编程错误的更有效的编程。在将单元从复位状态编程到设置状态或从设置状态编程到设置状态的情况下，基于在编程过程中所检测的单元的状态调节设置脉冲的持续时间。仅在确定该单元已经达到了设置状态之后消除设置脉冲。消除了由于单元的复位电阻的变化引起的编程错误。在将单元从设置状态编程到设置状态的情况下，编程过程的持续时间缩短，因为如果该过程检测到单元已经处于设置状态下，则立即终止该过程。这减小了单元设置过程的时间和功率消耗。
附图说明
从如附图中所示出的本发明的优选实施例的更为具体的描述中将会清楚本发明的前述和其它的目的、特征和优点，在不同的附图中类似的参考符号表示相同的部件。附图没有必要按比例绘制，其重点是说明本发明的原理。
附图1所示为使用可编程的硫族化合物材料的存储单元10的示意图。
附图2A和2B所示为在两个编程每个的状态下单元10的示意图。
附图3所示为单元10的电结构的示意图。
附图4所示为包括可编程的硫族化合物材料的存储单元的编程的时序图。
附图5所示为使用用于单元的硫族化合物材料在设置状态和复位状态下的PRAM单元的电流-电压(I-V)特性的曲线图。
附图6所示为通常用于将相变存储器元件编程为设置状态的设置脉冲的时序图。
附图7所示为对于正常情况和错误情况在将相变存储单元从复位状态编程到设置状态过程中单元电阻与时间的曲线图。
附图8所示为说明根据本发明的一种实施例用于对具有可编程的硫族化合物材料的PRAM单元编程的设置操作的时序的时序图。
附图9所示为根据本发明具有对PRAM单元编程的电路的PRAM存储器系统的示意性方块图。
附图10所示为根据本发明PRAM存储单元和单元编程电路的详细示意图。
附图11所示为说明根据本发明在将PRAM单元从复位状态编程到设置状态中使用的信号的时序的时序图。
附图12所示为说明根据本发明在将PRAM单元从设置状态编程到设置状态中使用的信号的时序的时序图。
附图13所示为说明根据本发明的第一实施例将PRAM单元编程到设置状态的过程的逻辑流的流程图。
附图14所示为说明根据本发明的第二实施例将PRAM单元编程到设置状态的过程的逻辑流的流程图。
附图15所示为说明根据本发明将PRAM单元编程到设置状态的一般过程的逻辑流的流程图。
优选实施例的详细描述
附图8所示为根据本发明的实施例用于对具有可编程的硫族化合物材料的PRAM单元进行编程的设置操作的时序的时序图。根据本发明，在编程的过程中监测在正被编程的单元的位线上的电压。在位线电压达到阈值电压VREF时，产生控制信号CTRLS以去激励设置脉冲。附图8的曲线图说明了在正常情况下的第一单元A和具有异常高的电阻的第二单元B的编程操作过程中所检测的随着时间的位线电压。标以15的曲线是具有异常高的电阻的单元B的位线电压，标以52的曲线具有正常电阻的单元A的位线电压。如在附图8的曲线所示，在T1时在两种情况下都施加设置脉冲。在位线上的电压立即上升到初始编程电压。由于在两种情况下的编程电流相同，因此在单元B的情况下，初始位线电压高于单元A的初始位线电压，因为单元B的电阻更高。在达到初始电压之后，在两种情况下的电压随着它们相应的电阻开始下降而开始降低。在位线电压达到参考电压VREF时，在单元A的情况下在时间TCONA和在单元B的情况下在时间TCONB时，在一定的延迟之后产生控制信号CTRLS以消除设置脉冲。在单元A的情况下在时间T2A和在单元B的情况下在T2B时消除设置脉冲。在编程单元A中的设置脉冲的持续时间是T2A-T1，在编程单元B中的设置脉冲的持续时间是T2B-T1。在单元B的情况下的设置脉冲的持续时间比在单元A的情况下的持续时间更长。这是因为，直到检测到位线电压在VREF之下之前一直没有去激励设置脉冲，结果，该单元处于设置状态。在单元B的情况下这需要更长的时间，因为该单元的初始电阻较高。因此，通过检测在编程的过程中的单元的状态，本发明的方法确保了正确地对单元编程。即，在本发明中，明显地减小了单元编程错误。
附图9所示为根据本发明具有对PRAM单元编程的电路的PRAM存储器系统的示意方块图。系统700包括PRAM存储单元阵列710，它包括多个PRAM存储单元。该单元阵列连接到从多个位线BL中选择的列选择电路750。该系统700包括写驱动器电路720，它包括用于对阵列710的PRAM单元进行编程的驱动电路。写驱动器720包括一对电流源，该电流源包括将复位电流提供给单元位线BL以将连接的单元编程为复位状态的复位电流源IS2和将设置电流提供给单元位线BL以将连接的单元编程为设置状态的设置电流源IS1。
写驱动器720还包括控制给单元阵列710施加设置和复位电流脉冲的一对开关SW1和SW2。设置开关SW1在它闭合时将设置脉冲时给阵列710，复位开关SW2在它闭合时将复位脉冲施加给阵列710。在控制信号CTRLS有效时，设置允许信号SEN有效以闭合设置开关SW1以将设置脉冲电流信号P_SET施加给阵列710。在复位起动信号REN有效时，复位开关SW2闭合以将复位脉冲电流信号P_RESET施加给阵列710。
设置控制信号CTRLS由自动脉冲宽度控制块730产生，该自动脉冲宽度控制块730包括比较器735和控制脉冲信号发生器740。包括读出放大器的比较器比较在所选择的位线上的电压和参考电压VREF。在编程为设置状态的过程中，在位线电压降低到VREF之下时，比较器信号CMOS变为有效。相应地，控制信号发生器740产生有效的设置控制信号CTRLS，该信号CTRLS传输给在写驱动器720中的设置脉冲开关SW1，由此使开关SW1断开，消除设置脉冲。
附图10所示为根据本发明的一个PRAM存储单元和单元编程电路的详细示意图。附图10所示为连接到用于对存储单元的硫族化合物(GST)材料进行编程的位线BL的写驱动器720。通过字线WL上的有效信号允许编程电流通过该单元，该有效信号用在控制连接到如图所示的位线BL的场效应晶体管(FET)。在电流通过位线BL和该单元时，在位线上的电压VBL施加给比较位线电压VBL和参考电压VREF的比较器或读出放大器735。在位线电压VBL在参考电压VREF之下时，读出放大器输出用于去激励设置脉冲。
附图11所示为根据本发明在将PRAM单元从复位状态编程到设置状态中使用的信号的时序的时序图。如时序图所示，激励写起动信号WEb，然后激励字线允许信号W/L。此后不久，位线电压BLK快速地上升到参考电压VREF以上。结果，比较信号CMOS下降，并且控制信号CTRLS上升到有效状态以使根据前述的描述施加设置脉冲。在位线电压BLK下降到参考电压VREF之下时，比较信号COMS上升，相应地，控制信号CTRLS下降以消除设置脉冲。在一定的延迟之后，字线允许信号W/L下降，而写起动信号WEb上升。结果是所选择的单元从复位状态编程到设置状态。
常附图12所示为根据本发明在将PRAM单元从设置状态编程到设置状态中使用的信号的时序的时序图。即，附图12所示为在对已经处于设置(低电阻)状态的PRAM单元编程为设置状态中涉及的信号的时序。如在该时序图中所示，激励写起动信号WEb，然后激励字线允许信号W/L。此后不久，CTRLS信号变为有效以施加设置脉冲，并且位线电压BLK上升到在参考电压VREF之下的电平。因为位线电压BLK没有上升到参考电压VREF之上，所以比较信号CMOS不下降。结果，控制信号CTRLS非常快速地下降以消除设置脉冲，因为确定了单元已经处于设置状态并且编程过程不需要再继续。然后W/L信号和WEb信号返回到它们相应的无效(inactive)状态以完成编程过程。
作为在编程的过程中监测正被编程的单元的状态的本发明的过程的结果，实现了具有减小了的编程错误的更有效的编程。在将单元从复位状态或设置状态编程到设置状态的情况下，基于在编程过程中检测的单元的状态调整设置脉冲的持续时间。仅在确定单元已经达到设置状态之后消除设置脉冲。消除了由于在单元的复位电阻的变化引起的编程错误。在将单元从设置状态编程到设置状态的情况下，编程过程的持续时间缩短，因为一旦该过程检测到该单元已经在设置状态中，过程立即终止。这减小了单元设置过程的时间和功率消耗。
附图13所示为根据本发明的第一实施例将PRAM编程到设置状态的操作程序的逻辑流的流程图。该流程图示出了根据本发明的这个实施例设置脉冲宽度的自动控制过程。在这个操作程序中，通过在编程过程中检测在单元位线上的电压VBL并比较该位线电压和参考电压VREF来监测被编程的PRAM单元的状态。根据操作程序600，在步骤610中将第一脉冲(例如设置脉冲)施加给正被编程的单元的位线。在步骤620中监测在位线上电压VBL并将其与参考电压VREF进行比较，同时施加设置脉冲，该操作程序等待位线电压VBL在参考电压VREF之下。在位线电压VBL处于参考电压VREF之下时，在步骤630中脉冲从位线上断开。
附图14所示为根据本发明的第二实施例将PRAM单元编程为设置状态的操作程序的逻辑流的流程图。该流程图示出了根据本发明的这个实施例设置脉冲宽度的自动控制过程。在这个操作程序中，通过检测在单元位线上的电压VBL并比较该位线电压和参考电压VREF来监测被编程的PRAM单元的状态。根据操作程序1000，在步骤1010中将第一脉冲(例如设置脉冲)施加给正被编程的单元的位线。在步骤1020中监测单元的电阻并在步骤1030中将其与设置电阻RSET进行比较。在施加设置脉冲的同时，在步骤1030中该操作程序等待单元电阻处于设置电阻RSET。在单元电阻等于设置电阻RSET时，在步骤1040中脉冲从位线上断开。
附图15所示为根据本发明将PRAM单元编程为设置状态的一般操作程序的逻辑流的流程图。该流程图示出了根据本发明的设置脉冲的自动控制的过程。在该操作程序中，通过检测在单元中的可编程的硫族化合物材料的相态检测在编程过程中正在被编程的PRAM单元的状态。根据操作程序1100，在步骤1110中通过初始化PRAM单元的相态的变化开始该操作程序。在相态变化的过程中监测该单元的状态以确定该单元是否处于设置状态。在步骤1120中，该操作程序等待单元处于设置状态中。在单元处于设置状态时，在步骤1130中停止在PRAM单元中的相变。
虽然参考本发明的优选实施例已经具体示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员将会理解的是在不脱离由附加的权利要求所界定的本发明的精神和范围的前提下可以在形式和细节上做出各种改变。