專利名稱：提高非易失性電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器均一性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提高非易失性電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器均一性的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體市場(chǎng)中，存儲(chǔ)器所占的份額在40%以上。由于便攜式電子設(shè)備的不斷普及，非揮發(fā)存儲(chǔ)器(NVM)的市場(chǎng)需求迅速增長(zhǎng)。非易失性存儲(chǔ)器的特點(diǎn)在于在不加電的情況下，也可以長(zhǎng)時(shí)間的保存信息。具有功耗低、存取速度快等特點(diǎn)。目前，閃存是非揮發(fā)存儲(chǔ)器的主流產(chǎn)品。但是閃存器件也有一些缺點(diǎn)，比如操作電壓過大、操作速度慢、耐久力不夠好。并且隨著器件不斷小型化的趨勢(shì)，閃存器件將會(huì)面臨許多難以解決的問題。為了解決這些問題，出現(xiàn)了許多新型存儲(chǔ)器鐵電存儲(chǔ)器(FeRAM)，磁性存儲(chǔ)器 (MRAM)，相變存儲(chǔ)器(PRAM)，電阻轉(zhuǎn)變型存儲(chǔ)器(RRAM) [I]。其中電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器因其具有簡(jiǎn)單的器件結(jié)構(gòu)、低壓低功耗操作、擦寫速度快和極佳的尺寸縮小性等優(yōu)勢(shì)，并且其材料與當(dāng)前CMOS工藝兼容等特點(diǎn)引起高度關(guān)注。眾多的材料體系被報(bào)道具有電阻轉(zhuǎn)變特性，如有機(jī)材料，固態(tài)電解液材料，多元金屬氧化物，二元金屬氧化物等。目前，制約電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器商業(yè)化的問題之一就是其轉(zhuǎn)變性能參數(shù)分布的均一性太差，這對(duì)其讀寫操作極為不利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種提高非易失性電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器均一性的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種提高非易失性電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器均一性的方法包括施加一個(gè)電流掃描信號(hào)到電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器，直到該電阻表示電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器的置位態(tài); 以及施加一個(gè)電流掃描信號(hào)到電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器，直到該電阻表示電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器的復(fù)位態(tài)。根據(jù)本發(fā)明提供的提高非易失性電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器均一性的方法采用電流掃描的方式能極大地改善高阻狀態(tài)的分布，從而提高電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器參數(shù)分布的均一性。


圖I為電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器采用電流掃描方式時(shí)得到的電流電壓特性曲線的示意圖。圖2為電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器采用傳統(tǒng)電壓掃描方式時(shí)得到的高低阻態(tài)以及器件開關(guān)比的示意圖。圖3為電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器采用電流掃描方式時(shí)得到的高低阻態(tài)以及器件開關(guān)比的示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的采用電流掃描方式對(duì)電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器進(jìn)行置位操作時(shí)形成細(xì)絲通道的示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明實(shí)施例提供的提高非易失性電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器均一性的方法包括步驟SI、施加一個(gè)電流掃描信號(hào)到電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器，直到電阻表示電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器的置位態(tài)。在對(duì)電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器進(jìn)行置位時(shí)，對(duì)施加的電流掃描范圍進(jìn)行限定。步驟S2、施加一個(gè)電流掃描信號(hào)到電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器，直到電阻表示電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器的復(fù)位態(tài)。在對(duì)電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器進(jìn)行復(fù)位時(shí)，對(duì)復(fù)位電壓的最大值進(jìn)行限制。其中，電阻表示電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器中的置位態(tài)或復(fù)位態(tài)是通過發(fā)生電阻轉(zhuǎn)變后測(cè)得的電阻大小來判斷的。下面結(jié)合圖I-圖4對(duì)提高非易失性電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器均一性的方法進(jìn)行說明。參考圖1，以初始數(shù)據(jù)狀態(tài)為高阻值的一個(gè)電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器為一實(shí)施例。電流掃描信號(hào)被施加到電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器，通過該置位電流，使得電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器中電阻值發(fā)生從高到低的轉(zhuǎn)變。在置位操作中，電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器的電阻會(huì)從一個(gè)較高阻態(tài)變?yōu)橐粋€(gè)較低阻態(tài)， 此時(shí)會(huì)有一個(gè)較大的電流流經(jīng)該電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器。當(dāng)采用傳統(tǒng)電壓掃描信號(hào)置位時(shí)，需通過測(cè)試儀器或外接電阻、晶體管等來設(shè)定限制電流來保護(hù)器件不被永久擊穿，而采用電流掃描方式編程時(shí)，由于電流掃描的范圍是人為限定的，故不需要設(shè)定限制電流的大小。相反的是，采用電流掃描進(jìn)行復(fù)位操作時(shí)需要設(shè)定一個(gè)限制電壓，因?yàn)閺?fù)位操作對(duì)應(yīng)電阻從低阻值變?yōu)楦咦柚?，此時(shí)會(huì)有一個(gè)較大的電壓流經(jīng)該電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器，因此需設(shè)定一個(gè)限壓值來對(duì)電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器通過電流掃描信號(hào)置位到低阻狀態(tài)后，在相反方向加一個(gè)較大的電流掃描信號(hào)會(huì)將電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器復(fù)位到高阻狀態(tài)，內(nèi)部的機(jī)理是，較大的電流掃描信號(hào)會(huì)在細(xì)絲通道中產(chǎn)生大量的焦耳熱，從而將該通道熔斷，連接上下電極的細(xì)絲就會(huì)破滅， 從而將電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器從置位后的低阻狀態(tài)復(fù)位到高阻狀態(tài)。由于采用電流掃描方式進(jìn)行復(fù)位操作時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)正反饋的過程，隨著電流不斷的增加，電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器兩端的電壓也會(huì)隨著不斷增加，不斷增加的電壓又會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)流經(jīng)細(xì)絲通道電流的增加，這樣加在電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器兩端的功率(P = UXI)就會(huì)不斷增加。相對(duì)于采用電壓掃描進(jìn)行復(fù)位操作能更好地避免在復(fù)位過程中中間態(tài)的產(chǎn)生，因此采用電流掃描有助于電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器直接復(fù)位到最終態(tài)和實(shí)現(xiàn)高速擦除操作。圖2和圖3則是分別采用電壓掃描和電流掃描兩種方式對(duì)同一個(gè)電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器件進(jìn)行若干次編程和擦除操作后高、低阻態(tài)的分布以及電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器的開關(guān)比，可以清晰地看到，采用電流掃描方式得到的電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器高阻態(tài)分布更為均一，從而改善了因?yàn)楦咦柚档碾x散而造成的電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器開關(guān)比過低的現(xiàn)象。圖4是本發(fā)明采用電流掃描方式進(jìn)行編程時(shí)形成細(xì)絲通道的示意圖。由圖4可以看出一旦形成細(xì)絲通道，加在電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器兩端的電流就會(huì)全部流經(jīng)該通道，而不會(huì)繼續(xù)施加在電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器的兩端，這樣會(huì)有效地控制細(xì)絲生長(zhǎng)和破滅的位置在上一次循環(huán)處，而有效控制細(xì)絲通道的位置才是能最終解決電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)變性能參數(shù)均一性的關(guān)鍵因素。由于在電壓掃描的時(shí)候，需要通過外界設(shè)定限制電流，從而影響細(xì)絲形成的通道的數(shù)量，在高的限制電流和低的限制電流下，形成細(xì)絲通道的數(shù)量是不一樣的，而在電流掃描編程的方式下，通道一旦形成，外接的電流就會(huì)全部流經(jīng)該通道，避免了在其他位置繼續(xù)形成通道，通道的相對(duì)固定也會(huì)大大提高器件轉(zhuǎn)變參數(shù)的均一性以及反復(fù)擦寫的能力，從而提高了其可靠度。
上述電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器可包括下電極、在下電極上形成的介質(zhì)層；以及形成于所述介質(zhì)層上的上電極。下電極和上電極由選自鉬、鎳、銅、金、鎢、鉻、釕、銥、鈷或其合金中的一種材料形成。介質(zhì)層的材料包括硫族化物、二元氧化物或多元氧化物。硫族化物包括 AgGe^e^^AgGeS^CuGeS^AgZn^d^^CuIo 76S0 14 或 Cu2Se0 二元氧化物包括錯(cuò)的氧化物、鉿的氧化物、鈦的氧化物、鋁的氧化物、銅的氧化物、鎳的氧化物、鋅的氧化物或錳的氧化物。多元氧化物包括PivxCaxMnO3或SrZr03。介質(zhì)層的材料還包括CuW0x、CuSiOx> AgI > AgSbxTe1^x 或(AggS)x(As2S3)FxtJ本發(fā)明對(duì)電阻存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元采用電流掃描的方式實(shí)現(xiàn)編程和擦除的操作，相對(duì)于傳統(tǒng)的電壓掃描的編程方式，采用電流掃描能極大的改善高阻狀態(tài)的分布，從而提高電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器參數(shù)分布的均一性。本發(fā)明還可以改善在電阻型阻變存儲(chǔ)器中普遍存在的耐受性較差的現(xiàn)象，通過編程方式的改變，能有效地控制細(xì)絲生長(zhǎng)和破滅的位置沿著上一次循環(huán)的路徑并控制電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器細(xì)絲通道形成的數(shù)量，大大提高器件反復(fù)擦寫的能力， 從而提高轉(zhuǎn)變參數(shù)的均一性和可靠性。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高非易失性電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器均一性的方法，其特征在于，包括施加一個(gè)電流掃描信號(hào)到電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器，直到電阻表示電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器的置位態(tài)；以及施加一個(gè)電流掃描信號(hào)到電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器，直到電阻表示電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)的復(fù)位態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括在對(duì)所述電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器進(jìn)行置位時(shí)，對(duì)所述施加的電流掃描范圍進(jìn)行限定。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括在對(duì)所述電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器進(jìn)行復(fù)位時(shí)，對(duì)復(fù)位電壓的最大值進(jìn)行限制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器包括 下電極；在所述下電極上形成的介質(zhì)層；以及形成于所述介質(zhì)層上的上電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述下電極和上電極由選自鉬、鎳、銅、金、鎢、鉻、釕、銥、鈷或其合金中的一種材料形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述介質(zhì)層的材料包括硫族化物、二元氧化物或多元氧化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述硫族化物包括 AgGexSe1^ AgGeS, CuGeS, AgZnxCd1^x, CuI0.76S0.14 或 Cu2Se。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述二元氧化物包括鋯的氧化物、鉿的氧化物、鈦的氧化物、鋁的氧化物、銅的氧化物、 鎳的氧化物、鋅的氧化物或錳的氧化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述多元氧化物包括PivxCaxMnO3或SrZrO3。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述介質(zhì)層的材料還包括 CuW0x、CuSiOx> AgI > AgSbxTe1^x 或(Ag2S)X(As2S3)1^
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高非易失性電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器均一性的方法包括施加一個(gè)電流掃描信號(hào)到電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器，直到該電阻表示電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器的置位態(tài)；以及施加一個(gè)電流掃描信號(hào)到電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器，直到該電阻表示電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器的復(fù)位態(tài)。根據(jù)本發(fā)明提供的提高非易失性電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器均一性的方法采用電流掃描的方式能極大地改善高阻狀態(tài)的分布，從而提高電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器參數(shù)分布的均一性。
文檔編號(hào)H01L45/00GK102610747SQ201110023200
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者劉明, 劉琦, 呂杭炳, 連文泰, 龍世兵 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子研究所