電阻式存儲器及量測該電阻式存儲器的量測系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種電阻式存儲器及量測該電阻式存儲器的量測系統，其中，量測系統，包括一測試機臺以及一電阻式存儲器。電阻式存儲器包括一第一存儲單元。第一存儲單元具有一晶體管以及一可變電阻。在一特定期間，測試機臺提供一寫入電壓，用以改變可變電阻的阻態，并在一維持期間，維持寫入電壓，并測量流經可變電阻的電流。當流經可變電阻的電流未達一預設值，該測試機臺增加該寫入電壓。本發明能夠通過控制字線、位線及源極線的電壓電平便可控制可變電阻的阻態，進而控制存儲單元存儲的數據。
【專利說明】
電阻式存儲器及量測該電阻式存儲器的量測系統
技術領域
[0001]本發明有關于一種非易失性存儲器，特別是有關于一種電阻式存儲器及量測該電阻式存儲器的量測系統。
【背景技術】
[0002]—般而言，電腦的存儲器分為易失性存儲器與非易失性存儲器。非易失性存儲器包括，只讀存儲器(R0M)、可編程式只讀存儲器(PR0M)、可擦除可編程式只讀存儲器(EPROM)、以及快閃存儲器。易失性存儲器包括，動態隨機存取存儲器(DRAM)以及靜態隨機存取存儲器(SRAM)。
[0003]目前新型非易失性存儲器包括，鐵電存儲器(ferroelectric memory)、相變化存儲器(phase-change memory)、磁性存儲器(MRAM)及電阻式存儲器(RRAM)。由于電阻式存儲器具有結構簡單、成本低與低功耗等優點，故被廣泛使用。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種電阻式存儲器及量測該電阻式存儲器的量測系統，解決現有技術中不能基于流經可變電阻中的電流控制可變電阻的阻態的問題。
[0005]本發明提供一種量測系統，包括一測試機臺以及一電阻式存儲器。測試機臺提供一行地址、一列地址、一字元電壓、一位元電壓以及一源極電壓。電阻式存儲器包括，一行控制器、一列控制器以及一第一存儲單元。行控制器耦接多個字線，并根據行地址將字元電壓傳送予字線中的一第一字線。列控制器耦接多個位線，并根據列地址將位元電壓傳送予位線中的一第一位線。第一存儲單元具有至少一晶體管以及至少一可變電阻。晶體管的柵極耦接第一字線。晶體管的源極耦接一源極線。可變電阻耦接于第一位線與晶體管的漏極之間。源極線接收源極電壓。在一特定期間，測試機臺提供一寫入電壓，用以改變可變電阻的阻態，并在一維持期間，維持寫入電壓，并測量流經可變電阻的電流。當流經可變電阻的電流未達一預設值，該測試機臺增加該寫入電壓。
[0006]其中，該特定期間為一形成期間，并且該寫入電壓為該位元電壓，用以令該可變電阻為一低阻態。
[0007]其中，該特定期間為一重置期間，并且該寫入電壓為該源極電壓，用以將該可變電阻由一低阻態改變至一高阻態。
[0008]其中，該特定期間為一設定期間，并且該寫入電壓為該位元電壓，用以將該可變電阻由一高阻態改變至一低阻態。
[0009]其中，該特定期間包括一形成期間以及一設定期間，在該形成期間，該測試機臺提供一第一位元電壓，用以改變該可變電阻的阻態，并在一第一維持期間，維持該第一位元電壓，用以測量流經該可變電阻的電流，當流經該可變電阻的電流未達一第一預設值，該測試機臺增加該第一位元電壓；在該設定期間，該測試機臺提供一第二位元電壓，用以改變該可變電阻的阻態，并在一第二維持期間，維持該第二位元電壓，用以測量流經該可變電阻的電流，當流經該可變電阻的電流未達一第二預設值，該測試機臺增加該第二位元電壓。
[0010]其中，該測試機臺持續增加該寫入電壓，直到流經該可變電阻的電流達該預設值。[0011 ] 其中，在該特定期間，該測試機臺固定該字元電壓。
[0012]其中，在該維持期間，該測試機臺將該寫入電壓維持在一第一電平值，當流經該可變電阻的電流未達該預設值時，該測試機臺將該寫入電壓由該第一電平值提升至一第二電平值，并將該寫入電壓維持在該第二電平值，并測量流經該可變電阻的電流，當流經該可變電阻的電流仍未達該預設值時，該測試機臺將該寫入電壓由該第二電平值提升至一第三電平值，該第一及第二電平值之間的差異等于該第二及第三電平值之間的差異。
[0013]其中，該測試機臺利用一步進式方式，調整該寫入電壓。
[0014]本發明提供一種電阻式存儲器，用以接收一行地址、一列地址、一字元電壓、一位元電壓以及一源極電壓。電阻式存儲器包括，一行控制器、一列控制器以及一第一存儲單元。行控制器耦接多個字線，并根據該行地址將該字元電壓傳送予所述字線中的一第一字線。列控制器耦接多個位線，并根據該列地址將該位元電壓傳送予所述位線中的一第一位線。第一存儲單元具有至少一晶體管以及至少一可變電阻。晶體管的柵極耦接該第一字線。晶體管的源極耦接一源極線。可變電阻耦接于該第一位線與該晶體管的漏極之間。源極線接收源極電壓。在一特定期間，電阻式存儲器接收一寫入電壓以改變可變電阻的阻態，并在一維持期間，寫入電壓被維持。當流經可變電阻的電流未達一預設值，電阻式存儲器所接收的寫入電壓增加。
[0015]本發明提供一種電阻式存儲器及量測該電阻式存儲器的量測系統，能夠通過控制字線、位線及源極線的電壓電平便可控制可變電阻的阻態，進而控制存儲單元存儲的數據，結構簡單，功耗低。
[0016]為讓本發明的特征和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下:
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明一實施例的量測系統的示意圖。
[0018]圖2A及圖2B為本發明實施例的存儲單元的示意圖。
[0019]圖3顯示在形成期間流經可變電阻的電流示意圖。
[0020]圖4顯示在設定期間流經可變電阻的電流示意圖。
[0021]圖5顯示在重置期間流經可變電阻的電流示意圖。
[0022]符號說明:
[0023]100:量測系統；110:測試機臺；
[0024]120:電阻式存儲器；V1:字元電壓；
[0025]νΒ?:位元電壓；V 源極電壓；
[0026]ADSr:行地址；ADSeJiJ地址；
[0027]121:行控制器；122:列控制器；
[0028]123:源極控制器；CLn? CL 存儲單元；
[0029]WLf WLn1:字線；124:字線邏輯控制器；
[0030]125:行解碼器；BLf BL n:位線；
[0031]126:位線邏輯控制器；127:列解碼器；
[0032]SL1- SLn:源極線；210、230、250:晶體管；
[0033]220、240、260:可變電阻；IM1?I M3:預設值；
[0034]300:形成期間；tl:時間點；
[0035]310、320、410、420、510、520:曲線；
[0036]301 ?303、401 ?403:維持期間；
[0037]VFl ?VFn、VSl ?VSn:電平值。
【具體實施方式】
[0038]圖1為本發明的量測系統示意圖。量測系統100包括一測試機臺110以及一電阻式存儲器(RRAM) 120。測試機臺110用以測試電阻式存儲器120是否可正常存取數據。本實施例中，測試機臺I1提供一字元電壓VWL、一位元電壓VBL、一源極電壓VSL、一行地址ADSr及一列地址ADSC。在一可能實施例中，行地址ADSr以及列地址ADS。均為并列數據。
[0039]電阻式存儲器120包括一行控制器121、一列控制器122、一源極控制器123以及存儲單元CLn? CLnint3行控制器121耦接字線WL1-WL ?，并根據行地址ADSr將字元電壓V Wl傳送予字線WL1-WLj^—者。在其它實施例中，行控制器121可能將字元電壓V I提供予2條以上的字線。
[0040]在本實施例中，行控制器121包括一字線邏輯控制器124以及一行解碼器125。字線邏輯控制器124接收字元電壓Vi，并提供字元電壓Vi予行解碼器125。行解碼器125解碼行地址ADSr，并根據解碼結果輸出字元電壓VWl予字線WL WLni的至少一者。另外，列控制器122耦接位線BL1- BL n，并根據列地址ADSe將位元電壓V Β?傳送予位線BL廣BL η的一者。其它實施例中，列控制器122可能提供位元電壓Vi予2條以上的位線。本實施例中，列控制器122包括一位線邏輯控制器126及一列解碼器127。位線邏輯控制器126接收位元電壓并提供位元電壓Vi予列解碼器127。列解碼器127解碼列地址ADS c,并根據解碼結果輸出位元電壓V予位線BL BL n的至少一者。
[0041]存儲單元CLn? CLnin的每一者耦接一相對應的字線、位線與源極線，用以接收字元電壓V.位元電壓V以及源極電壓Va。以存儲單元CL11為例，存儲單元CL 接字線WL1、位線^^與源極線SL113另一可能實施例中，字線WL1具有兩次字線(未顯示)，而位線BL1也可能具有兩次位線(未顯示)。因此，存儲單元CL η可能耦接兩次字線，及/或耦接兩次位線。
[0042]本實施例中，相同列的存儲單元(如CL11-CLnil)耦接到相同的源極線。舉例而言，存儲單元CLn? CL μ均耦接到源極線SL:，存儲單元CLln? CL m均耦接到源極線SL n。其它實施例中，不同的存儲單元耦接到不同的源極線。本發明不限定存儲單元的排列方式。在一可能實施例中，存儲單元CLn? CLnin以矩陣方式排列。具體地，源極控制器123接收源極電壓Va，并將源極電壓Va提供予源極線SL SL n0本實施例的源極控制器123通過源極線SL1' SL n提供源極電壓V %耦接到存儲單元CL n?CL nn0其它實施例中，源極控制器123僅通過單一源極線將源極電壓接到存儲單元CL n?CL吣
[0043]圖2A為本發明的存儲單元的示意圖。由于存儲單元CLn? CLnin的架構均相同，故以下僅以存儲單元CL11為例說明其架構。如圖所示，存儲單元CL11包括一晶體管210以及一可變電阻220。存儲單元CL11根據字元電壓V1、位元電壓Vi與源極電壓V %呈現高阻態(high-resistance state ；HRS)或是低阻態(low-resistance state ;LRS)，用以表不存儲數據O或數據I。其中，晶體管210的柵極耦接字線WL1，用以接收字元電壓Vi。晶體管210的源極耦接源極線SL1，用以接收源極電壓Va。可變電阻220耦接于位線81^與晶體管210的漏極之間，并接收位元電壓νΒ?。測試機臺110通過控制字元電壓V.位元電壓νΒ?與源極電壓Va，便可控制可變電阻220的阻態。
[0044]圖2B為本發明的存儲單元的另一示意圖。圖中存儲單元CL11包括晶體管230、250及可變電阻240、260。晶體管230的柵極耦接字線WL1A，其源極耦接源極線SL1，其漏極耦接可變電阻240。可變電阻240的另一端耦接位線BL1A。晶體管250的柵極耦接字線WL1B，其源極耦接源極線SL1，其漏極耦接可變電阻260。可變電阻260的另一端耦接位線BL1b。
[0045]圖2B中，晶體管230與250耦接到同一源極線SL1，但非用以限制本發明。另一可能實施例中，晶體管230與250耦接到不同的源極線。一些實施例中，可變電阻240與260耦接到同一位線。本實施例的測試機臺110通過控制字線IuR WL 1B、位線BL1A& BL 1B&源極線電壓電平便可控制可變電阻240與260的阻態，進而控制存儲單元CL n存儲的數據。
[0046]舉例而言，當可變電阻240為低阻態并且可變電阻260為高阻態時，表示存儲單元CL11S儲數據O或I ;當可變電阻240為高阻態并且可變電阻260為低阻態時，表示存儲單元CL11S儲數據I或O。另一實施例中，當可變電阻240與260均為低阻態時，表示存儲單元CL11S儲數據O或I ;當可變電阻240與260均為高阻態時，表示存儲單元CL 儲數據I或O。
[0047]在本實施例中，測試機臺110在一特定期間提供一寫入電壓，用以改變可變電阻220的阻態，并在一維持期間，維持該寫入電壓，用以測量流經可變電阻220的電流。當流經可變電阻220的電流小于一預設值，測試機臺110增加該寫入電壓，并提供增加后的寫入電壓予存儲單元CL11。
[0048]本發明并不限定特定期間的種類。在一可能實施例中，特定期間指一形成(forming)期間、一重置(reset)期間或是一設定(set)期間。若特定期間為形成期間時，測試機臺110通過字元電壓VWl、位元電壓νΒ?及源極電壓Va，令可變電阻220為低阻態。在此期間，位元電壓V大于源極電壓Va。當測試機臺110在形成期間測試存儲單元CL11時，則上述的寫入電壓指位元電壓測試機臺110—邊增加位元電壓—邊讀取流經可變電阻220的電流大小。
[0049]若特定期間為重置期間時，測試機臺110同樣通過字元電壓V.位元電壓V及源極電壓Va，令可變電阻220由低阻態轉換成高阻態。在此期間，位元電壓VByj、于源極電壓
I。當測試機臺110在重置期間測試存儲單元CL1^，則上述的寫入電壓指源極電壓V測試機臺110 —邊增加源極電壓Va，一邊讀取流經可變電阻220的電流大小。
[0050]若特定期間為設定期間時，測試機臺110通過字元電壓V1、位元電壓V及源極電Sva，令可變電阻220由高阻態轉換成低阻態。在此期間，位元電壓Vi大于源極電壓V當測試機臺110在設定期間測試存儲單元CL1^，則上述的寫入電壓指位元電壓測試機臺110 —邊增加位元電壓—邊讀取流經可變電阻220的電流大小。
[0051]圖3顯示若特定期間為形成期間時，位元電壓Vi與流經可變電阻220的電流示意圖。曲線310表示流經可變電阻220的電流。曲線320表示位元電壓νΒ?的電平值。測試機臺110在形成期間300內，以步進(stepping)方式，調整位線BL1上的位元電壓V Β?，用以改變可變電阻220的阻態。此時，測試機臺110固定源極電壓Va的電平，并提供一形成電壓予字元電壓V.。
[0052]在本實施例中，測試機臺110施加位元電壓AV予存儲單元CL 11后，在位元電壓V %不變的情況下，測量流經可變電阻220的電流。當流經可變電阻220的電流未達預設值Imi時，測試機臺110增加位元電壓νΒ?的電平，直到流經可變電阻220的電流達預設值I M1。
[0053]舉例，在維持期間301，測試機臺110令位元電壓νΒ?為電平值VFl，并測量流經可變電阻220的電流。由于流經可變電阻220的電流小于預設值Imi，故測試機臺110增加位元電壓Vi的電平。本實施例中，測試機臺110將位元電壓Vi的電平由原本的電平值VFl增加至電平值VF2，并在維持期間302內，令位元電壓Vi維持在電平值VF2。接著，測試機臺110再度測量流經可變電阻220的電流。由于流經可變電阻220的電流仍小于預設值Imi，故測試機臺110再次增加位元電壓νΒ?的電平，直到流經可變電阻220的電流大于預設值IM1。如圖所示，當位元電壓V的電平為電平值VFn時，流經可變電阻220的電流大于等于預設值Imi，故測試機臺110停止提供位元電壓其它實施例中，當流經可變電阻220的電流大于預設值Imi時，測試機臺HO將位元電壓V %維持在一固定電平，如VFn。
[0054]本發明不限定維持期間301?303之間的關系。一實施例中，維持期間301?303均相同。另一實施例中，維持期間逐漸增加。舉例而言，維持期間301小于維持期間302，維持期間302小于維持期間303。其它實施例中，電平值VFl與VF2之間的差異等于或小于電平值VF2與VF3之間的差異。
[0055]如圖所示，在時間點tl前，由于可變電阻220尚未處于低阻態，故流經可變電阻220的電流約略等于0V。因此，測試機臺110逐漸增加位元電壓V。在時間點tl時，因可變電阻220為低阻態，故流經可變電阻220的電流快速地上升至預設值Imi ο在本實施例中，流經可變電阻220的電流并非隨著位元電壓νΒ?的上升而線性上升，而是在可變電阻220為低阻態時(如時間點tl)，突然上升。
[0056]圖4顯示若特定期間為設定期間，位元電壓V與流經可變電阻220的電流示意圖。曲線410表示流經可變電阻220的電流。曲線420表示位元電壓νΒ?的電平值。在一可能實施例中，圖4的位元電壓νΒ?的維持期間(如401?403)小于圖3的位元電壓νΒ?的維持期間(如301?303)。在另一可能實施例中，圖4的電平值VSl與VS2之間的差異可能小于圖3的電平值VFl與VF2之間的差異。在其它實施例中，圖4的預設值^可能小于圖3的預設值ΙΜ1。另外，圖4的電平值VSl可能等于圖3的VFl。
[0057]圖5顯示若特定期間為重置期間，位元電壓V與流經可變電阻220的電流示意圖。曲線510表示流經可變電阻220的電流。曲線520表示源極電壓Va的電平值。測試機臺110在重置期間500內，固定位元電壓νΒ?的電平，并逐漸增加源極線SL1上的源極電壓乂％，用以將可變電阻220從低阻態調整至高阻態。此時，測試機臺110提供一重置電壓予字兀電壓VwL。
[0058]在本實施例中，測試機臺110施加源極電壓Va予存儲單元后，在源極電壓V a不變的情況下，測量流經可變電阻220的電流。當流經可變電阻220的電流未達預設值Im3時，測試機臺110增加源極電壓Va的電平，直到流經可變電阻220的電流達預設值I M3。
[0059]本發明不限定測試機臺110在何時逐漸增加相對應的電壓。舉例而言，測試機臺110在形成期間、重置期間與設定期間的至少一者中，逐漸增加位元電壓Vi或源極電壓Vp在一可能實施例中，測試機臺110只有在形成期間，逐漸增加位元電壓在此例中，在重置及設定期間，測試機臺110不逐漸增加位元電壓Vi或源極電壓V SLo
[0060]在另一可能實施例中，測試機臺110在形成期間與設定期間逐漸增加位元電壓VBL。在此例中，在形成期間內的維持期間(如301?303)可能大于在設定期間內的維持期間(如401?403)。另外，在形成期間內的位元電壓νΒ?的增加幅度可能大于在設定期間內的位元電壓Vi的增加幅度。
[0061]除非另作定義，在此所有詞匯(包含技術與科學詞匯)均屬本發明所屬技術領域技術人員的一般理解。此外，除非明白表示，詞匯于一般字典中的定義應解釋為與其相關技術領域的文章中意義一致，而不應解釋為理想狀態或過分正式的語態。
[0062]雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何所屬技術領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當以申請專利范圍所界定者為準。
【主權項】
1.一種量測系統，其特征在于，所述量測系統包括: 一測試機臺，提供一行地址、一列地址、一字元電壓、一位元電壓以及一源極電壓；以及 一電阻式存儲器，包括: 一行控制器，耦接多個字線，并根據該行地址將該字元電壓傳送予所述字線中的一第一字線； 一列控制器，耦接多個位線，并根據該列地址將該位元電壓傳送予所述位線中的一第一位線；以及 一第一存儲單元，具有至少一晶體管以及至少一可變電阻，該晶體管的柵極耦接該第一字線，該晶體管的源極耦接一源極線，該可變電阻耦接于該第一位線與該晶體管的漏極之間，其中，該源極線接收該源極電壓； 其中，在一特定期間，該測試機臺提供一寫入電壓，用以改變該可變電阻的阻態，并在一維持期間，維持該寫入電壓，并測量流經該可變電阻的電流，當流經該可變電阻的電流未達一預設值，該測試機臺增加該寫入電壓。2.如權利要求1所述的量測系統，其特征在于，該特定期間為一形成期間，并且該寫入電壓為該位元電壓，用以令該可變電阻為一低阻態。3.如權利要求1所述的量測系統，其特征在于，該特定期間為一重置期間，并且該寫入電壓為該源極電壓，用以將該可變電阻由一低阻態改變至一高阻態。4.如權利要求1所述的量測系統，其特征在于，該特定期間為一設定期間，并且該寫入電壓為該位元電壓，用以將該可變電阻由一高阻態改變至一低阻態。5.如權利要求1所述的量測系統，其特征在于，該特定期間包括一形成期間以及一設定期間，在該形成期間，該測試機臺提供一第一位元電壓，用以改變該可變電阻的阻態，并在一第一維持期間，維持該第一位元電壓，用以測量流經該可變電阻的電流，當流經該可變電阻的電流未達一第一預設值，該測試機臺增加該第一位元電壓；在該設定期間，該測試機臺提供一第二位元電壓，用以改變該可變電阻的阻態，并在一第二維持期間，維持該第二位元電壓，用以測量流經該可變電阻的電流，當流經該可變電阻的電流未達一第二預設值，該測試機臺增加該第二位元電壓。6.如權利要求1所述的量測系統，其特征在于，該測試機臺持續增加該寫入電壓，直到流經該可變電阻的電流達該預設值。7.如權利要求1所述的量測系統，其特征在于，在該特定期間，該測試機臺固定該字元電壓。8.如權利要求1所述的量測系統，其特征在于，在該維持期間，該測試機臺將該寫入電壓維持在一第一電平值，當流經該可變電阻的電流未達該預設值時，該測試機臺將該寫入電壓由該第一電平值提升至一第二電平值，并將該寫入電壓維持在該第二電平值，并測量流經該可變電阻的電流，當流經該可變電阻的電流仍未達該預設值時，該測試機臺將該寫入電壓由該第二電平值提升至一第三電平值，該第一及第二電平值之間的差異等于該第二及第三電平值之間的差異。9.如權利要求1所述的量測系統，其特征在于，該測試機臺利用一步進式方式，調整該寫入電壓。10.一種電阻式存儲器，用以接收一行地址、一列地址、一字元電壓、一位元電壓以及一源極電壓，其特征在于，該電阻式存儲器包括: 一行控制器，耦接多個字線，并根據該行地址將該字元電壓傳送予所述字線中的一第一字線； 一列控制器，耦接多個位線，并根據該列地址將該位元電壓傳送予所述位線中的一第一位線；以及 一第一存儲單元，具有至少一晶體管以及至少一可變電阻，該晶體管的柵極耦接該第一字線，該晶體管的源極耦接一源極線，該可變電阻耦接于該第一位線與該晶體管的漏極之間，其中，該源極線接收該源極電壓； 其中，在一特定期間，該電阻式存儲器接收一寫入電壓以改變該可變電阻的阻態，并在一維持期間，該寫入電壓被維持，當流經該可變電阻的電流未達一預設值，該電阻式存儲器所接收的該寫入電壓增加。
【文檔編號】G11C13/00GK106033679SQ201510108025
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月12日
【發明人】林立偉, 林家鴻, 蔡宗寰, 鄭如杰, 曾逸賢
【申請人】華邦電子股份有限公司