[發(fā)明專利]電阻變化型存儲(chǔ)器件和電阻變化型存儲(chǔ)器件的操作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210177142.6
• 申請(qǐng)日: 2012-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN102831928B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 北川真
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 索尼半導(dǎo)體解決方案公司
• 主分類號(hào): G11C11/56
• 分類號(hào): G11C11/56
• 代理公司: 北京信慧永光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11290
• 代理人: 陳桂香;武玉琴

相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考

本申請(qǐng)包含與2011年6月14日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)JP?2011-132576所公開的內(nèi)容相關(guān)的主題，因此將該日本優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電阻變化型存儲(chǔ)器件，并且涉及該電阻變化型存儲(chǔ)器件的操作方法，在該電阻變化型存儲(chǔ)器件中，電阻值根據(jù)施加的電壓而變化的存儲(chǔ)元件連接于位線與源極線之間或者連接于位線與被稱為“板（plate）”的電壓供給層之間。

背景技術(shù)

已知這樣的電阻變化型存儲(chǔ)器件：每個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)元件的電阻值是通過將導(dǎo)電離子注入到絕緣膜中或從絕緣膜中引出導(dǎo)電離子而變化的。例如，在非專利文獻(xiàn)“K.Aratani,K.Ohba,T.Mizuguchi,S.Yasuda,T.Shiimoto,T.Tsushima,T.Sone,K.Endo,A.Kouchiyama,S.Sasaki,A.Maesaka,N.Yamada,and?H.Narisawa:“A?Novel?Resistance?Memory?with?High?Scalability?and?Nanosecond?Switching（具有高可擴(kuò)性和納秒轉(zhuǎn)換能力的新型電阻型存儲(chǔ)器）”Technical?Digest?IEDM?2007,pp.783～786”中公開了所述電阻變化型存儲(chǔ)器件。

存儲(chǔ)元件具有這樣的層疊結(jié)構(gòu)：其中，上述用于提供導(dǎo)電離子的層和絕緣膜形成在兩個(gè)電極之間。存儲(chǔ)單元是以存儲(chǔ)元件與存取晶體管串聯(lián)連接在位線與板之間的方式設(shè)置的，從而能夠進(jìn)行有源矩陣驅(qū)動(dòng)。

由于其包括一個(gè)晶體管（T）和一個(gè)（可變）電阻（R），所以這樣的存儲(chǔ)單元是一種使用1T1R型電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器。利用導(dǎo)電離子的存儲(chǔ)器與利用絕緣層的氧化和還原的存儲(chǔ)器通常一起被稱為ReRAM。

在ReRAM中，電阻值小和大的設(shè)定分別對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)的寫入和擦除，并且能夠通過利用具有納秒級(jí)的短持續(xù)脈沖進(jìn)行寫入操作和擦除操作。因此，作為能夠進(jìn)行類似于隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器（random?access?memory，RAM）的高速操作的非易失性存儲(chǔ)器（non-volatile?memory，NVM），ReRAM得到了很多關(guān)注。

圖1示出了利用導(dǎo)電離子的ReRAM的低電阻狀態(tài)下的電導(dǎo)與電流的關(guān)系圖。

圖1中的橫坐標(biāo)軸代表低電阻狀態(tài)（LRS）下的電阻值RLRS的倒數(shù)（電導(dǎo)）。另外，圖1中的縱坐標(biāo)軸代表在電阻降低操作（在此情況下被稱為“設(shè)定操作”）中的設(shè)定電流的值（Iset）。

在圖1中明顯可以看出，存儲(chǔ)元件的電阻值根據(jù)設(shè)定電流而近似線性地變化。即使在諸如ReRAM等任何其它合適的電阻變化型存儲(chǔ)器中都同樣能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的特性。

從上面可知，ReRAM具有這樣的優(yōu)點(diǎn)：精確進(jìn)行電流控制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)縮窄電阻值分布或多值存儲(chǔ)器。

然而，ReRAM也存在著這樣的缺點(diǎn)：當(dāng)電流控制的精確性低時(shí)，難以獲得需要的電阻值，特別地，過量施加電流導(dǎo)致難以進(jìn)行電阻增大（復(fù)位）操作，或者導(dǎo)致重復(fù)特性低下。

作為用于對(duì)元件電流進(jìn)行控制的系統(tǒng)，用于根據(jù)存取晶體管的柵極電位控制（字線控制）來調(diào)制元件電流的系統(tǒng)和用于控制位線的電流的系統(tǒng)是已知的。

特別地，由于字線是由柵極金屬制成的并因此包含作為寄生電容的大量的柵極電容，所以字線的大布線電容導(dǎo)致字線難以控制。因此，難以對(duì)字線進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)。另外，當(dāng)嘗試進(jìn)行高速操作時(shí)，由于必須要增大字線的控制電路的驅(qū)動(dòng)力，所以擔(dān)心電路面積的增大導(dǎo)致成本增加。

另一方面，由于位線是由上層布線層組成的并且具有相對(duì)小的布線電容，所以位線易于控制。因此，借助利用位線的電流控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行高速操作。另外，借助位線的電流控制，能夠抑制電路面積并且由此能夠節(jié)省成本。因此，采用位線的電流控制系統(tǒng)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)成本節(jié)省與高速操作。

關(guān)于用于根據(jù)位線的電流控制調(diào)制元件電流的系統(tǒng)，除了位線和字線之外，還需要在行方向上將源極線分離，從而能夠進(jìn)行電位驅(qū)動(dòng)。在此情況下，應(yīng)用相關(guān)的電流控制法的系統(tǒng)（或存取系統(tǒng)）被稱為“三線式系統(tǒng)”。

關(guān)于基于三線式系統(tǒng)的位線的電流控制，本發(fā)明的發(fā)明人之前提出過一些方案。例如，在日本專利特開第2010-170617號(hào)公報(bào)中公開了這樣的一項(xiàng)技術(shù)。另外，例如在專利申請(qǐng)WO2007/015358的PCT國際公布的國家公布中公開了將電流控制系統(tǒng)應(yīng)用于使用自旋注入系統(tǒng)的電阻變化型存儲(chǔ)器的例子。