[發(fā)明專利]電阻變化型存儲器裝置及其操作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010149797.3
• 申請日: 2010-04-08
• 公開（公告）號: CN101866941A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 大塚涉
• 申請（專利權(quán)）人: 索尼公司
• 主分類號: H01L27/24
• 分類號: H01L27/24;G11C13/00
• 代理公司: 北京東方億思知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11258
• 代理人: 王安武;南霆

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電阻變化型存儲裝置，其中通過串聯(lián)連接存儲元件和存取晶體管而形成每個存儲器單元，存儲元件的電阻根據(jù)所施加的電壓而變化并且通過在數(shù)據(jù)寫入操作與數(shù)據(jù)擦除操作之間使施加到存儲元件的電壓極性相反來操作電阻變化型存儲裝置。本發(fā)明還涉及電阻變化型存儲器裝置的操作方法。

背景技術(shù)

已經(jīng)公知了兩種類型的電阻變化型存儲器裝置，在其中一種類型中，在數(shù)據(jù)寫入操作和數(shù)據(jù)擦除操作期間將相同極性的電壓施加到存儲器單元的存儲元件，在另外一種類型中，在數(shù)據(jù)寫入操作與數(shù)據(jù)擦除操作之間使所施加的電壓的極性相反。在下文中將會將前者稱作單極電壓操作電阻變化型存儲器，將后者稱作雙極電壓操作電阻變化型存儲器。

所謂的相變化存儲器(例如參見PCT專利公報No.WO2005/098952)公知為一種單極電壓操作電阻變化型存儲器。

另一方面，作為雙極電壓操作電阻變化型存儲器，公知一種電阻變化型存儲器裝置，其對于每個存儲器單元都具有電阻由于導(dǎo)電性離子注入到絕緣膜中或從其中撤回而變化的存儲元件(例如，參見“A?Novel?ResistanceMemory?with?High?Scalability?and?Nanosecond?Switching”，K.Aratani?etc.，Technical?Digest?IEDM?2007，pp.783-786)。

存儲元件具有分層的結(jié)構(gòu)，其中適合于提供導(dǎo)電離子的層以及絕緣膜形成在兩個電極之間。由于導(dǎo)電離子的遷移，存儲元件的電阻的變化以可逆的方式發(fā)生。這種遷移是由施加雙極電壓而引起的。

具有這種構(gòu)造的存儲元件(1R)以及存取晶體管AT(1T)形成在適合于存儲一比特信息的存儲器單元中。大量的1T1R存儲器單元布置為矩陣形式，以制成存儲器單元陣列。

發(fā)明內(nèi)容

需要半導(dǎo)體存儲器以低電壓工作，來減小存儲器單元的尺寸和電力消耗。

為了操作上述1T1R存儲器單元，不同極性(意味著電壓所施加的方向)的電壓施加到存儲器元件(電阻變化元件)。因此，在數(shù)據(jù)寫入操作或數(shù)據(jù)擦除操作過程中，有必要將不連接到電阻變化元件的配線(例如，位線)保持在正電壓。此時，存取晶體管AT的漏極連接到位線，并且其源極連接到電阻變化元件。因此，存取晶體管AT起到源極跟隨器的作用。即，位線電壓不直接施加到電阻變化元件。相反，將通過從字線電壓減去存取晶體管AT的閾值電壓而獲得的電壓施加到電阻變化元件。

因此，為了操作上述1T1R存儲器單元，字線必須處于比施加到電阻變化元件的電壓更高的電壓，因此阻礙工作電壓的降低。

期望提供電阻變化型存儲器裝置，其可以當(dāng)在數(shù)據(jù)寫入和擦除操作過程中將相反極性的電壓施加到存儲元件時易于將電壓減小。

根據(jù)本發(fā)明的實施例的電阻變化型存儲器裝置包括存儲器單元、第一和第二配線、阱和驅(qū)動電路。

每個存儲器單元都具有其中存儲元件和存取晶體管串聯(lián)連接的電流路徑。存儲器單元的電阻根據(jù)所施加的電壓而變化。

每個第一配線連接到電流路徑的一端。

每個第二配線連接到電流路徑的另一端。

阱是其中形成存取晶體管的半導(dǎo)體區(qū)域。

在將數(shù)據(jù)寫入存儲器單元的操作和從存儲器單元擦除數(shù)據(jù)的操作中的一者的過程中，驅(qū)動電路通過在第一配線與第二配線之間施加電壓，來將電流經(jīng)由存取晶體管提供給存儲元件(第一操作)。此外，在數(shù)據(jù)寫入操作和數(shù)據(jù)擦除操作中的另一者的過程中，驅(qū)動電路通過在第一配線或第二配線與阱之間施加與第一操作的電壓極性相反的電壓，來將電流沿著與第一操作的電流方向相反的方向提供給存儲元件(第二操作)。

在本發(fā)明中，存取晶體管優(yōu)選地連接到第一配線，并且存儲元件連接到第二配線，以使得在第一操作期間，將以第一配線的電勢為基準(zhǔn)的正電壓施加到所述第二配線。

上述構(gòu)造允許在第二操作過程中將電壓施加到阱。因此，至少在第二操作過程中，不需要將電壓經(jīng)由存取晶體管而施加到存儲元件。因此，例如在阱與第二配線之間施加的電壓幾乎照原有的樣子施加到存儲元件的兩端，由此消除了不經(jīng)濟的電壓降。因此，僅有必要將與改變存儲元件的數(shù)據(jù)存儲狀態(tài)所需的電壓相等的電壓施加到例如阱與第二配線之間。

另一方面，在第一操作期間，在其中存儲元件和存取晶體管串聯(lián)連接的電流路徑的兩端施加電壓。此時，通過所施加的電壓的方向來確定存取晶體管是否作為源極跟隨器。