[發明專利]電阻變化型非易失性存儲元件的形成方法

有效

• 申請號: 201180004630.0
• 申請日: 2011-09-28
• 公開（公告）號: CN102667947A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 河合賢;島川一彥;片山幸治;村岡俊作
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00;H01L27/10;H01L27/105;H01L45/00;H01L49/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 徐殿軍

1.一種電阻變化型非易失性存儲元件的形成方法，通過對電阻變化型非易失性存儲元件與開關元件串聯連接的存儲器單元施加形成用的電壓脈沖，使所述電阻變化型非易失性存儲元件從初始狀態變化為動作可能狀態，所述初始狀態是指制造后未被施加電壓的狀態，所述動作可能狀態是指所述電阻變化型非易失性存儲元件的電阻值處于比所述初始狀態低的范圍內、且按照被施加的通常動作用的電壓脈沖的極性在高電阻狀態與低電阻狀態之間能夠可逆地轉變的狀態，在所述形成方法中，

所述電阻變化型非易失性存儲元件具有與所述開關元件連接的第1電極、第2電極、以及由所述第1電極和所述第2電極夾著的過渡金屬氧化物層，

所述過渡金屬氧化物層，由第1過渡金屬氧化物層和第2過渡金屬氧化物層構成，所述第1過渡金屬氧化物層與所述第1電極接觸，且為缺氧型，所述第2過渡金屬氧化物層與所述第2電極接觸且具有比所述第1過渡金屬氧化物層小的缺氧度，

所述電阻變化型非易失性存儲元件，在通常動作時具有以下的特性：

在以所述第2電極為基準，對所述第1電極施加第1閾值電壓以上的正的第1寫入電壓脈沖的情況下，轉變為所述低電阻狀態，在以所述第1電極為基準，對所述第2電極施加第2閾值電壓以上的正的第2寫入電壓脈沖的情況下，轉變為高電阻狀態；

在所述初始狀態下，在所述第1電極與所述第2電極之間被施加具有第1絕對值以上的振幅的第1形成用電壓、且該第1形成用電壓被施加的累積時間超過第1預定時間的情況下，所述電阻變化型非易失性存儲元件發生從所述初始狀態變化為第1動作可能狀態的第1形成，并且，在施加所述第1形成用電壓時在所述電阻變化型非易失性存儲元件流動的電流越大，該第1預定時間就越減少，所述第1動作可能狀態是指按照通常動作用電壓的施加在高電阻狀態與低電阻狀態之間能夠可逆地轉變的狀態；以及

在所述第1形成后的所述第1動作可能狀態下，進一步，在所述第1電極與所述第2電極之間被施加第2形成用電壓、且該第2形成用電壓被施加的累積時間超過第2預定時間的情況下，所述電阻變化型非易失性存儲元件發生從所述第1動作可能狀態變化為第2動作可能狀態的第2形成，該第2動作可能狀態是指能夠轉變為與在所述第1動作可能狀態下能夠轉變的低電阻狀態下的電阻值相比電阻值更低的低電阻狀態的狀態，

所述形成方法，包括：

第1形成步驟，在所述電阻變化型非易失性存儲元件處于所述初始狀態時，在所述第1電極與所述第2電極之間施加所述第1形成用電壓，直到發生所述第1形成為止；以及

第2形成步驟，在所述第1形成后的所述第1動作可能狀態下，在所述第1電極與所述第2電極之間施加所述第2形成用電壓，直到發生所述第2形成為止。

2.如權利要求1所述的電阻變化型非易失性存儲元件的形成方法，

所述第1形成步驟包括：

第1電壓施加步驟，為了使所述電阻變化型非易失性存儲元件從所述初始狀態變化為所述第1動作可能狀態，在所述第1電極與所述第2電極之間施加具有所述第1絕對值以上的振幅、且具有第1脈沖寬度的第1電壓脈沖，以作為所述第1形成用電壓；以及

第1判斷步驟，判斷通過所述第1電壓施加步驟中的所述第1電壓的施加而所述第1形成是否完成，

在所述第1判斷步驟中判斷為所述第1形成未完成的情況下，再次執行所述第1電壓施加步驟，

在后續的所述第1電壓施加步驟中，在所述第1電極與所述第2電極之間，施加具有所述第1絕對值以上的振幅、且具有比緊挨在前面的所述第1電壓施加步驟中施加的第1電壓脈沖的脈沖寬度長的脈沖寬度的新的第1電壓脈沖，

所述第2形成步驟包括：

第2電壓施加步驟，為了使所述電阻變化型非易失性存儲元件從所述第1形成后的所述第1動作可能狀態變化為所述第2動作可能狀態，在所述第1電極與所述第2電極之間施加第2電壓脈沖，以作為所述第2形成用電壓；以及

第2判斷步驟，判斷通過所述第2電壓施加步驟中的所述第2電壓脈沖的施加而所述第2形成是否完成，

在所述第2判斷步驟中判斷為所述第2形成未完成的情況下，再次執行所述第2電壓施加步驟。

3.如權利要求2所述的電阻變化型非易失性存儲元件的形成方法，

在所述第1判斷步驟中，在以所述第2電極為基準相對于所述第1電極為第1閾值電壓以上的正的第3寫入電壓脈沖被施加到所述電阻變化型非易失性存儲元件后，判斷所述電阻變化型非易失性存儲元件是否處于電阻值比所述初始電阻狀態低的電阻狀態，從而判斷所述第1形成是否完成。