一種有效提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種有效提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的方法，該方法是在對(duì)阻變存儲(chǔ)器進(jìn)行編程操作時(shí)，對(duì)阻變存儲(chǔ)器加載脈沖寬度變化且脈沖高度保持不變的一系列編程小脈沖。利用本發(fā)明，可以防止編程過程中，由于脈沖寬度過大，而造成硬擊穿，從而提高RRAM耐久性。本方法操作方法簡(jiǎn)單，降低成本低，有利于本發(fā)明的廣泛推廣與應(yīng)用。
【專利說明】一種有效提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種有效提高阻變存儲(chǔ)器(Resistive Random Access Memory, RRAM)耐久性的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]基于過渡金屬氧化物的存儲(chǔ)器由于以下特征被認(rèn)為是作為下一代存儲(chǔ)器的候選者:可縮小性好、存儲(chǔ)密度高、功耗低、讀寫速度快、反復(fù)操作耐受力強(qiáng)、數(shù)據(jù)保持時(shí)間長、與CMOS工藝兼容等。這里介紹常見的一種RRAM器件，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，從上至下依次由上電極、阻變功能層和下電極構(gòu)成。
[0003]圖2是現(xiàn)有的測(cè)試RRAM器件的耐久性參數(shù)的測(cè)試平臺(tái)的示意圖。由于較低的耐久性不利于RRAM的實(shí)際應(yīng)用，主要因?yàn)槟途眯允桥袛啻鎯?chǔ)器性能的重要指標(biāo)，較低的耐久性說明器件的性能容易退化?；谏鲜霈F(xiàn)有技術(shù)，由于阻變存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)變時(shí)間參數(shù)的波動(dòng)較大，傳統(tǒng)測(cè)試方法只進(jìn)行一次編程，因而選擇一個(gè)較寬的編程脈沖，來確保一次性編程成功。但是脈沖寬度過大，而造成硬擊穿，從而降低RRAM的耐久性，因此急需找到一種簡(jiǎn)單有效的提高RRAM的耐久性的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種有效提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的方法，以解決測(cè)試過程RRAM器件上的編程脈沖寬度過大，而容易造成硬擊穿，從而提高RRAM耐久性的目的。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種有效提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的方法，該方法是在對(duì)阻變存儲(chǔ)器進(jìn)行編程操作時(shí)，對(duì)阻變存儲(chǔ)器加載脈沖寬度變化且脈沖高度保持不變的一系列編程小脈沖。
[0008]上述方案中，所述對(duì)阻變存儲(chǔ)器加載脈沖寬度變化且脈沖高度保持不變的一系列編程小脈沖的步驟中，所述編程小脈沖的寬度和數(shù)量是根據(jù)加載小電流讀取阻變存儲(chǔ)器的組態(tài)來確定的。
[0009]上述方案中，所述根據(jù)加載小電流讀取阻變存儲(chǔ)器的組態(tài)來確定編程小脈沖的寬度和數(shù)量，具體包括:加載脈沖寬度為TPtl編程脈沖后，通過讀取電流，判斷阻變存儲(chǔ)器所處狀態(tài)是否改變，若為改變則第二次加載脈沖幅度不變，脈沖寬度為TPtl* α編程脈沖，再次通過讀取電流，判斷阻變存儲(chǔ)器所處狀態(tài)是否改變，若仍未改變，再次循環(huán)進(jìn)行，直到阻變存儲(chǔ)器的狀態(tài)發(fā)生改變，則進(jìn)行擦除操作，其中第η次加載編程脈沖寬度為TPtl* α η—1，其中α為脈沖寬度變化的幅度，用戶可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置。
[0010]上述方案中，所述通過讀取電流判斷阻變存儲(chǔ)器所處狀態(tài)是否改變，具體包括:將半導(dǎo)體參數(shù)分析儀通過開關(guān)矩陣與阻變存儲(chǔ)器的上電極連接，通過阻變存儲(chǔ)器的上電極向阻變存儲(chǔ)器的阻變功能層施加恒定的小電壓，小電壓的大小在0.1V，通過讀取電流大小，計(jì)算出阻變存儲(chǔ)器的阻值，進(jìn)而判斷組態(tài)是否改變。
[0011]上述方案中，該方法還包括:采用傳統(tǒng)的擦除操作方法對(duì)阻變存儲(chǔ)器進(jìn)行擦除操作，編程操作和擦除操作交替進(jìn)行，直到阻變存儲(chǔ)器失效，記錄交替次數(shù)，即為測(cè)試得到的阻變存儲(chǔ)器的耐久性次數(shù)。
[0012]上述方案中，所述傳統(tǒng)的擦除操作方法，是采用脈沖寬度相對(duì)較大的擦除脈沖，每次擦除過程對(duì)阻變存儲(chǔ)器只加載一次擦除脈沖。
[0013](三)有益效果
[0014]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015]1、本發(fā)明提供了一種有效提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的方法，由于現(xiàn)有編程操作需要足夠長的脈沖寬度才能保證一次編程成功，所以解決了測(cè)試過程RRAM器件上的編程脈沖寬度過大，而容易造成硬擊穿，可以發(fā)現(xiàn)RRAM的耐久性明顯提高。
[0016]2、本發(fā)明提供的一種有效提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的方法，操作簡(jiǎn)單，降低存儲(chǔ)器外圍電路設(shè)計(jì)成本低，實(shí)用性強(qiáng)，有利于本發(fā)明的廣泛推廣與應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是阻變存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是現(xiàn)有的測(cè)試RRAM器件的耐久性參數(shù)的測(cè)試平臺(tái)的示意圖；
[0019]圖3是傳統(tǒng)方法采用的一個(gè)編程和擦除脈沖波形圖的示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明所采用的一個(gè)編程和擦除脈沖波形圖的示意圖；
[0021]圖5是本發(fā)明提供的一個(gè)提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的實(shí)例。

【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023]如圖3所示，圖3是傳統(tǒng)方法采用的一個(gè)編程和擦除脈沖波形圖的示意圖。由于阻變存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)變時(shí)間參數(shù)的波動(dòng)較大，并且傳統(tǒng)方法只進(jìn)行一次編程，因而選擇一個(gè)較寬的編程脈沖，來確保一次性編程成功。但是脈沖寬度過大，而造成硬擊穿，從而降低RRAM的耐久性。
[0024]如圖4所示，圖4是本發(fā)明所采用的一個(gè)編程和擦除脈沖波形圖的示意圖。和圖3對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供的這種有效提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的方法，是在對(duì)阻變存儲(chǔ)器進(jìn)行編程操作時(shí)，對(duì)阻變存儲(chǔ)器加載脈沖寬度變化且脈沖高度保持不變的一系列編程小脈沖。在對(duì)阻變存儲(chǔ)器進(jìn)行擦除操作時(shí)，仍采用傳統(tǒng)的擦除操作方法對(duì)阻變存儲(chǔ)器進(jìn)行擦除操作，傳統(tǒng)的擦除操作方法是采用脈沖寬度相對(duì)較大的擦除脈沖，每次擦除過程對(duì)阻變存儲(chǔ)器只加載一次擦除脈沖。編程操作和擦除操作交替進(jìn)行，直到阻變存儲(chǔ)器失效，記錄交替次數(shù)，即為測(cè)試得到的阻變存儲(chǔ)器的耐久性次數(shù)。
[0025]其中，對(duì)阻變存儲(chǔ)器加載脈沖寬度變化且脈沖高度保持不變的一系列編程小脈沖的步驟中，所述編程小脈沖的寬度和數(shù)量是根據(jù)加載小電流讀取阻變存儲(chǔ)器的組態(tài)來確定的，具體確定過程包括:加載脈沖寬度為TPtl編程脈沖后，通過讀取電流，判斷阻變存儲(chǔ)器所處狀態(tài)是否改變，若為改變則第二次加載脈沖幅度不變，脈沖寬度為TPtl* α編程脈沖，再次通過讀取電流，判斷阻變存儲(chǔ)器所處狀態(tài)是否改變，若仍未改變，再次循環(huán)進(jìn)行，直到阻變存儲(chǔ)器的狀態(tài)發(fā)生改變，則進(jìn)行擦除操作，其中第η次加載編程脈沖寬度為TPtl* a n_S其中α為脈沖寬度變化的幅度，用戶可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置。
[0026]其中，所述通過讀取電流判斷阻變存儲(chǔ)器所處狀態(tài)是否改變，具體包括:如圖2所示，將半導(dǎo)體參數(shù)分析儀通過開關(guān)矩陣與阻變存儲(chǔ)器的上電極連接，通過阻變存儲(chǔ)器的上電極向阻變存儲(chǔ)器的阻變功能層施加恒定的小電壓，小電壓的大小約在0.1V，通過讀取電流大小，計(jì)算出阻變存儲(chǔ)器的阻值，進(jìn)而判斷組態(tài)是否改變。
[0027]本發(fā)明提供的是一種有效提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的方法，操作簡(jiǎn)單，降低存儲(chǔ)器外圍電路設(shè)計(jì)成本低，實(shí)用性強(qiáng)，有利于本發(fā)明的廣泛推廣與應(yīng)用。
[0028]實(shí)施例
[0029]如圖5所示，圖5是本發(fā)明提供的一個(gè)提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的實(shí)例。該實(shí)例是針對(duì)新制備的Ti/Zr02/Pt器件，上電極為Ti，下電極為Pt，阻變功能層為ZrO2;采用圖4所示的編程和擦除脈沖波形進(jìn)行測(cè)試。從圖5中可以看出，傳統(tǒng)方法測(cè)得耐久性次數(shù)為104時(shí)，器件失效。而利用本發(fā)明方法測(cè)得耐久性次數(shù)為107時(shí)，器件失效。由次可以看出，本發(fā)明可以明顯的提高RRAM器件的耐久性。
[0030]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種有效提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的方法，其特征在于，該方法是在對(duì)阻變存儲(chǔ)器進(jìn)行編程操作時(shí)，對(duì)阻變存儲(chǔ)器加載脈沖寬度變化且脈沖高度保持不變的一系列編程小脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的方法，其特征在于，所述對(duì)阻變存儲(chǔ)器加載脈沖寬度變化且脈沖高度保持不變的一系列編程小脈沖的步驟中，所述編程小脈沖的寬度和數(shù)量是根據(jù)加載小電流讀取阻變存儲(chǔ)器的組態(tài)來確定的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有效提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的方法，其特征在于，所述根據(jù)加載小電流讀取阻變存儲(chǔ)器的組態(tài)來確定編程小脈沖的寬度和數(shù)量，具體包括: 加載脈沖寬度為TPtl編程脈沖后，通過讀取電流，判斷阻變存儲(chǔ)器所處狀態(tài)是否改變，若為改變則第二次加載脈沖幅度不變，脈沖寬度為TPtl* α編程脈沖，再次通過讀取電流，判斷阻變存儲(chǔ)器所處狀態(tài)是否改變，若仍未改變，再次循環(huán)進(jìn)行，直到阻變存儲(chǔ)器的狀態(tài)發(fā)生改變，則進(jìn)行擦除操作，其中第η次加載編程脈沖寬度為TPfan-1,其中a為脈沖寬度變化的幅度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的有效提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的方法，其特征在于，所述通過讀取電流判斷阻變存儲(chǔ)器所處狀態(tài)是否改變，具體包括: 將半導(dǎo)體參數(shù)分析儀通過開關(guān)矩陣與阻變存儲(chǔ)器的上電極連接，通過阻變存儲(chǔ)器的上電極向阻變存儲(chǔ)器的阻變功能層施加恒定的小電壓，小電壓的大小在0.1V，通過讀取電流大小，計(jì)算出阻變存儲(chǔ)器的阻值，進(jìn)而判斷組態(tài)是否改變。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的方法，其特征在于，該方法還包括: 采用傳統(tǒng)的擦除操作方法對(duì)阻變存儲(chǔ)器進(jìn)行擦除操作，編程操作和擦除操作交替進(jìn)行，直到阻變存儲(chǔ)器失效，記錄交替次數(shù)，即為測(cè)試得到的阻變存儲(chǔ)器的耐久性次數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有效提高阻變存儲(chǔ)器耐久性的方法，其特征在于，所述傳統(tǒng)的擦除操作方法，是采用脈沖寬度相對(duì)較大的擦除脈沖，每次擦除過程對(duì)阻變存儲(chǔ)器只加載一次擦除脈沖。
【文檔編號(hào)】G11C11/56GK104464801SQ201410643264
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】龍世兵, 王國明, 張美蕓, 李陽, 許定林, 王明, 許曉欣, 劉紅濤, 呂杭炳, 劉琦, 劉明 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子研究所