[发明专利]非易失性半导体存储器件

说明书

技术领域

本发明涉及包括将其电阻存储为数据的可变电阻器的非易失性半导体存储器件。

背景技术

近年来，已经开发并实际使用了各种非易失性半导体存储器件。其中一种为利用氧化物的电阻变化的电阻可变存储器，例如，ReRAM(例如，非专利文件1)。

电阻可变存储器具有被夹在两个金属电极之间的由氧化物构成的绝缘薄膜的结构。电阻可变存储器是在电极之间施加电压或电流时能够呈现从高电阻状态到低电阻状态或从低电阻状态到高电阻状态的电阻变化的元件。该可逆的电阻变化被存储为数据。在本文件中，从高电阻状态到低电阻状态的变化称为“设定”或“写入”，而从低电阻状态到高电阻状态的变化称为“重设”或“擦除”。

这样的电阻可变存储器包括单极型和双极型，单极型沿一个方向执行用于设定和重设二者的电流/电压施加，双极型沿相反的方向执行用于设定和重设的电流/电压施加。在使用由两种元素(过渡金属和氧)构成的二元系统的过渡金属氧化物的电阻可变存储器中经常可发现单极型。在使用由包括氧的三种或更多种元素构成的三元或更高元系统的氧化物的电阻可变存储器中经常可发现双极型(例如，非专利文件2)。

单极型在重设时比在设定时施加更低的电压且持续更长的时长，以将可变电阻器转变到高电阻重设状态。在该情况下，重设电流在低的负载电阻中流动，该负载电阻为例如电阻可变存储器中的驱动器、电流/电压源电路、布线上的寄生电阻以及选择的存储器基元(memory cell)。在重设之前的设定状态下，因为低电阻状态(虽然在重设时会转变到高电阻状态)而流动大电流。因此，与其他负载电阻相关，可变电阻器两端的电压瞬时升高。如果可变电阻器两端的电压此时超过设定电压，可变电阻器便重新转变到低电阻状态并可能由于不能被重设而导致问题。

[非专利文件1]

W.W.Zhuang等，“Novel Colossal Magnetroresistive Thin FilmNonvolatile Resistance Random Access Memory”，Technical Digest ofInternational Electron Device Meeting，2002，p.193

[非专利文件2]

SAWA Akihito，“Nonvolatile resistance-switching memory intransition-metal oxides(ReRAM)”，OYO BUTURI，VOL.75，No.09，p.1109(2006)

[非专利文件3]

Kwang-Jin Lee等，“A 90nm 1.8V 512Mb Diode-Switch PRAM with266MB/s Read Throughput”，IEEE International Solid-State CircuitsConference，Digest of Technical Papers，2007，P.472

[非专利文件4]

P.Schrogmeier等，“Time Discrete Voltage Sensing and IterativeProgramming Control for a 4F² Multilevel CBRAM”，Symposium on VLSICircuits，Digest of Tech nical Papers，2007，p.186

发明内容

技术问题

本发明的一个目的为提供非易失性半导体存储器件，其中通过防止发生数据擦除或写入的失效而改善了可靠性。

技术方案

在一个方面，本发明提供了一种非易失性半导体存储器件，包括：基元阵列，其具有以矩阵状设置的多个存储器基元，所述每一个存储器基元包括可变电阻器，所述可变电阻器的电阻响应于特定的电压或电流供给而可逆地变化以存储与所述可变电阻器的电阻对应的数据；选择电路，其操作为(operative to)从所述基元阵列选择将被擦除或写入数据的存储器基元；以及写入电路，其操作为对由所述选择电路选择的所述存储器基元执行特定的电压或电流供给，以使在所述选择的存储器基元中的可变电阻器的电阻变化，从而擦除或写入数据，其中当在所述选择的存储器基元中流动的电流达到在所述数据擦除或写入之后出现的特定水平时，所述写入电路根据在所述选择的存储器基元中的所述可变电阻器的电阻变化状况来终止对所述选择的存储器基元的所述电压或电流供给。