具有初始化功能的相變存儲(chǔ)器寫擦電路及其快速寫擦方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，涉及一種具有初始化功能的相變存儲(chǔ)器寫擦電 路及其快速寫擦方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 相變存儲(chǔ)器利用相變材料的晶態(tài)和非晶態(tài)的特性來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。該種相變材 料，如Ge-Sb-化(GST)，是硫系化物的非晶半導(dǎo)體。相變單元使用電流加熱，使相變材料從非 晶態(tài)轉(zhuǎn)化為結(jié)晶態(tài)，也就是相變材料從高阻狀態(tài)變?yōu)榈妥锠顟B(tài)，該種操作稱之為：set(置 位）；或者相變材料從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)換為非結(jié)晶態(tài)，也就是相變材料從低阻狀態(tài)變?yōu)楦咦锠顟B(tài)， 該種操作稱之為：reset(復(fù)位）。結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)該兩種狀態(tài)可W分別表示高低電平"1" 和"0"。
[0003] 當(dāng)給相變材料注入一個(gè)高速、短時(shí)間的大電流脈沖時(shí)，相變材料就轉(zhuǎn)化為高阻的 非結(jié)晶態(tài)。該個(gè)高阻的非結(jié)晶狀態(tài)認(rèn)為是reset狀態(tài)，對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是"0"。
[0004] 當(dāng)給相變材料充入一個(gè)比reset電流小，脈沖寬度更寬的電流脈沖時(shí)，相變材料 就轉(zhuǎn)化為低阻的結(jié)晶態(tài)。該個(gè)低阻的結(jié)晶狀態(tài)認(rèn)為是set狀態(tài)，對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為"1"。
[0005] 相變單元可W等效為一個(gè)可變電阻R。相變器件的一端接字線控制的開關(guān)，另一端 接位線化。在字線WL選通后，驅(qū)動(dòng)電流通過位線注入到相變器件。使相變器件發(fā)生相變。
[0006] 但是相變存儲(chǔ)器在制造過程中存在高溫過程，相變材料在高溫下形成大的晶粒， 而且分布不均勻。晶粒越大，需要的reset電流就越大，如果用統(tǒng)一的reset電流，就會(huì)降 低存儲(chǔ)器的位合格率化ityield)。為了提高位合格率，需要把所有的位（bit)初始到一致 的狀態(tài)，也就是要對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)器進(jìn)行初始化。
[0007] 相變單元的復(fù)位reset電流是一個(gè)高速的電流脈沖，而set電流脈沖的寬度是 reset電流脈沖寬度的2~5倍，而且需要脈沖電流緩慢下降。該樣相變存儲(chǔ)器的寫擦速度 就被set的速度限制了。如果要提高PCRAM的寫擦速度，就需要克服該一瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于W上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種具有初始化功能的相 變存儲(chǔ)器寫擦電路及其快速寫擦方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中相變存儲(chǔ)器的位合格率低、讀 寫速度慢的問題。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種具有初始化功能的相變存儲(chǔ)器 寫擦電路，所述相變存儲(chǔ)器寫擦電路至少包括：
[0010] 初始化控制電路，與電源連接，用于接入內(nèi)部電路上電復(fù)位信號(hào)及外部信號(hào)并發(fā) 出初始化復(fù)位信號(hào)；
[0011] 初始化電路，包括原始電流源；所述初始化電路與所述電源及所述初始化控制電 路連接，并在所述初始化復(fù)位信號(hào)的控制下發(fā)出復(fù)位電流脈沖使相變存儲(chǔ)單元初始化；
[0012] 寫擦控制電路，包括寫擦控制信號(hào)產(chǎn)生電路及與所述寫擦控制信號(hào)產(chǎn)生電路相連 的寫擦操作電路；所述寫擦操作電路連接于所述電源及所述相變存儲(chǔ)單元之間。
[0013] 可選地，所述初始化控制電路包括異或口、與非口及非口；所述異或口的第一輸入 端用于接入所述外部信號(hào)并通過一上拉電阻與所述電源連接、第二輸入端用于接入所述內(nèi) 部電路上電復(fù)位信號(hào)并與所述與非口的第二輸入端連接、輸出端與所述與非口的第一輸入 端連接；所述與非口的輸出端與所述非口的輸入端連接；所述非口的輸出端用于發(fā)出初始 化復(fù)位信號(hào)。
[0014] 可選地，所述初始化電路包括第一PM0S管、第二PM0S管、第HPM0S管、第一NM0S管及所述原始電流源；所述第一PM0S管的源極及所述第二PM0S管的源極與所述電源連接； 所述第一PM0S管的柵極與所述第二PM0S管的柵極相連并連接于所述原始電流源的一端及 所述第一NM0S管的源極；所述第一N0MS管的柵極與所述第HPM0S管的柵極相連并用于接 入所述初始化控制電路發(fā)出的初始化復(fù)位信號(hào)；所述第HPM0S管的源極連接于所述第一 PM0S管的漏極、漏極連接于所述原始電流源的一端；所述第二PM0S管的漏極與所述相變存 儲(chǔ)單元一端連接；所述原始電流源的另一端及所述第一NM0S管的漏極接地。
[0015] 可選地，所述寫擦操作電路包括第四PM0S管、第五PM0S管及所述第二PM0S管；所 述第二PM0S管、第四PM0S管及第五PM0S管的源極連接于所述電源；所述第二PM0S管、第 四PM0S管及第五PM0S管的漏極分別通過擦開關(guān)、寫開關(guān)及讀開關(guān)與所述相變存儲(chǔ)單元連 接；所述第二PM0S管、第四PM0S管及第五PM0S管的柵極之間互連。
[0016] 可選地，所述寫擦控制信號(hào)產(chǎn)生電路包括讀指令輸入端、寫指令輸入端、數(shù)據(jù)輸入 端、讀信號(hào)輸出端、寫信號(hào)輸出端、擦信號(hào)輸出端及一或口，所述或口的第一輸入端連接于 所述擦信號(hào)輸出端、第二輸入端用于接入所述初始化復(fù)位信號(hào)、輸出端接所述擦開關(guān)W控 制其開關(guān)；所述寫信號(hào)輸出端及所述讀信號(hào)輸出端分別接所述寫開關(guān)及所述讀開關(guān)W分別 控制其開關(guān)。
[0017] 可選地，所述相變存儲(chǔ)單元一端與位線開關(guān)連接、另一端通過字線開關(guān)管接地；所 述字線開關(guān)管與字線連接；所述初始化電路及所述寫擦操作電路均通過所述位線開關(guān)與所 述相變存儲(chǔ)單元連接。
[001引本發(fā)明還提供一種具有初始化功能的相變存儲(chǔ)器寫擦電路的初始化方法；當(dāng)所述 初始化控制電路接到內(nèi)部電路上電復(fù)位信號(hào)且所述外部信號(hào)為指定狀態(tài)時(shí)，所述初始化控 制電路輸出高電平并作用于所述初始化電路；所述初始化電路屏蔽所述原始電流源，使所 述電源的直接作用于所述相變存儲(chǔ)單元，使所述相變存儲(chǔ)單元復(fù)位初始化；所述指定狀態(tài) 為低電平。
[0019] 可選地，復(fù)位初始化電流大于或等于相變存儲(chǔ)器正常工作時(shí)的復(fù)位電流。
[0020] 可選地，所述外部信號(hào)撤去后，所述初始化控制電路為缺省狀態(tài)，輸出低電平，所 述寫擦控制電路可W通過發(fā)出置位初始化指令并對(duì)所述相變存儲(chǔ)單元進(jìn)行置位初始化操 作。
[0021] 可選地，所述置位初始化電流為快速上升慢速下降的直角梯形脈沖電流，電流最 高值為0. 5~3毫安，高位脈沖寬度是200~400納砂。
[0022] 可選地，所述外部信號(hào)為脈沖狀態(tài)用W控制初始化的次數(shù)。
[0023] 本發(fā)明還提供一種具有初始化功能的相變存儲(chǔ)器寫擦電路的快速寫擦方法；在所 述相變存儲(chǔ)器完成初始化后工作在正常狀態(tài)時(shí)，寫操作采用快速上升慢速下降的直角梯形 脈沖電流，脈沖高度為0. 5~3毫安，高位脈沖寬度是200~400納砂；擦操作采用快速上 升快速下降的矩形脈沖電流，脈沖高度為0. 5~3毫安，脈沖寬度是200~400納砂。
[0024] 如上所述，本發(fā)明的具有初始化功能的相變存儲(chǔ)器寫擦電路及其快速寫擦方法， 具有W下有益效果：本發(fā)明的相變存儲(chǔ)器寫擦電路在接入芯片內(nèi)部電路上電復(fù)位信號(hào)和外 部信號(hào)的時(shí)屏蔽原始電流源，使電源電壓直接作用于相變存儲(chǔ)單元，完成相變存儲(chǔ)器的復(fù) 位初始化，該初始化過程破壞相變材料的大晶粒，使相變材料的電阻分布均勻化，從而將所 有的位（bit)初始到一致的狀態(tài)，提高相變存儲(chǔ)器的位合格率。本發(fā)明的相變存儲(chǔ)器還具 有快速寫擦功能，在擦操作（復(fù)位）時(shí)，采用快速上升快速下降的矩形脈沖電流使相變存儲(chǔ) 單元非晶化，脈沖高度為0. 5~3毫安，脈沖寬度是200~400納砂；在寫操作(置位)時(shí)，先 采用和復(fù)位電流脈沖相當(dāng)?shù)碾娏髅}沖使相