[发明专利]一种电阻随机存储器的复位操作方法

说明书

技术领域

本发明属微电子技术领域，具体涉及一种电阻随机存储器(Resistive Random AccessMemory)不挥发存储器的复位操作方法。

背景技术

存储器在半导体市场中占有重要的地位。由于便携式电子设备的不断普及，不挥发存储器在整个存储器市场中的份额也越来越大，其中90％以上的份额被FLASH占据。但是由于串扰(CROSS TALK)、以及隧穿层不能随技术代发展无限制减薄、与嵌入式系统集成等FLASH发展的瓶颈问题，迫使人们寻找性能更为优越的新型不挥发存储器。最近电阻随机存储器(Resistive Random Access Memory，简称为电阻随机存储器)因为其高密度、低成本、有很强的随技术代发展能力等特点引起高度关注，所使用的材料有相变材料^[1]、掺杂的SrZrO₃^[2]、铁电材料PbZrTiO₃^[3]、铁磁材料Pr_1-xCa_xMnO₃^[4]、二元金属氧化物材料^[5]、有机材料^[6]等。其中一些二元金属氧化物(如铜的氧化物^[7]、钨的氧化物、钛的氧化物、镍的氧化物、铝的氧化物等)由于在组份精确控制、与集成电路工艺兼容性及成本方面的潜在优势格外受关注。

图1是电阻存储单元的I-V特性曲线的示意图^[7]，曲线101表示起始态为高阻的IV曲线，电压扫描方向如箭头所示，当电压从0开始向正向逐渐增大到V_T1时，电流会突然迅速增大，表明存储电阻从高阻突变成低阻状态，曲线100表示起始态为低阻的状态，当电压由0向负向逐渐增大到V_T2时，电流达到最大值，此后电流会突然迅速减小，表明存储电阻从低阻突变成高阻状态。在电信号作用下，器件可在高阻和低阻间可逆转换，从而达到信号存储的作用。通常称从高阻转换为低阻的操作为置位(set)操作，从低阻转换为高阻的为复位(reset)操作。

图2是电阻存储单元多次扫描编程的I-V特性曲线的示意图，图2中代表性地描叙了存储单元三次置位和复位操作的过程。101a、101b、101c为电阻单元的三次置位操作，其对应的SET操作电压分别为V_T3、V_T4、V_T5；100a、100b、100c为电阻单元的三次复位操作，其对应的RESET操作电压分别为V_T6、V_T7、V_T8。其中101a、101b、101c置位操作分别与100a、100b、100c复位操作对应。实验中发现，SET和RESET操作电压存在漂移现象，即从图2中可以发现，SET操作电压V_T3、V_T4、V_T5和RESET操作电压V_T6、V_T7、V_T8分布在一个区域范围(0.1V-1V)而不是固定的一个数值点。因此电阻存储器在单一脉冲编程的过程中，一般为采用施加一个高于最大SET操作电压的电压脉冲或施加一个高于最大RESET操作电压的电压脉冲方法，以图2所示为例，所加的SET电压脉冲幅度大于V_T5、RESET电压脉冲幅度大于V_T8，才能保证存储单元每次编程的成功。对于同一存储阵列的不同存储单元，由于工艺的偏差等因素，同样存在不同单元SET和RESET操作电压的不均等的现象，其解决方法一般也是采取最大化编程脉冲幅度的方法。目前的电阻随机存储单元主要采用单一脉冲的方式来进行编程，如图3所示[1]。

电阻存储器的编程过程中，其在高阻态和低阻态来回编程循环的次数我们定义为疲劳特性，良好的疲劳特性将有利于电阻随机存储器的使用寿命。采用单一电压脉冲复位操作，将会使存储单元的绝大多数次复位操作都存在编程过头(over-programming)现象，这一现象的存在将降低电阻存储单元的疲劳特性。

发明内容

本发明提供一种可以提高电阻存储单元反复擦写次数、延长使用寿命的电阻随机存储器的复位操作方法。

本发明提供的电阻存储器复位操作方法，具体是在复位操作过程中用一种提供脉冲幅度以步进式增长的多个脉冲的办法实现编程，具体步骤为：