[发明专利]提高非挥发性电阻存储器可靠性的方法及结构

说明书

技术领域

本发明属于微电子领域，尤其涉及一种非挥发性电阻存储器在嵌入式系统应用中提高其可靠性的结构和操作方法。

背景技术

在半导体市场中，存储器所占的份额在40％以上。由于便携式电子设备的不断普及，非挥发性存储器(NVM)的市场需求迅速增长。闪存(FLASH)是目前非挥发存储器市场上的主流器件。但随着微电子技术节点不断向前推进，基于电荷存储机制的闪存技术遭遇诸如隧穿层不能随技术代发展无限减薄以及与嵌入式系统集成等严重的技术瓶颈，迫使人们寻求下一代新型非挥发存储器。电阻随机存储器(Resistive Random Access Memory)因其具有简单的器件结构、低压低功耗操作、擦写速度快和极佳的尺寸缩小性等优势，并且其材料与当前CMOS工艺兼容等特点引起高度关注。

目前，电阻型阻变存储器通常采用电压扫描的方式进行编程，尤其是针对若干个并联的电阻随机存储器单元而言，普遍存在耐受性较差、可靠性低的缺点。

图1是电阻随机存储器单元采用电压扫描时的I-V特性曲线的示意图，分别表示出初始阻态为高电阻时的置位状态以及初始阻态为低电阻时的复位状态，电压扫描方向如图中箭头所示，置位时电压扫描图线为101；复位时电压扫描图线为102。

在电脉冲作用下，电阻由较高阻态突变到一个较低阻态，称作置位。而在电脉冲作用下，电阻由较低阻态突变到一个较高阻态，称作复位。采用电压扫描的方式对电阻随机存储器单元进行置位操作时，需要通过测试仪器设定一个限流值，目的是为了保护器件在置位操作中不会被大电压造成永久击穿。

然而，如图2所示，图2是单个电阻随机存储器单元在采用电压方式进行编程时形成细丝通道的示意图，分为高的限制电流和低的限制电流两种情况。在采用电压扫描对电阻随机存储器进行编程时，由于需要通过外界设定限制电流，从而影响细丝形成的通道的数量。在外加电压下，细丝形成通道的数目是受设定的限流大小值决定的。在高的限制电流和低的限制电流下，形成细丝通道的数量是不一样的。例如图2实施例所示，在开态-低限流下形成的细丝通道a的数量为1个，而在开态-高限流下形成的细丝通道b的数量为3个。

这样，外加电流可能会流经所有形成的细丝通道，影响了器件反复擦写的能力，降低了系统的可靠度和耐受性。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种具有高可靠性和耐受性的结构和方法，以提高非挥发性电阻存储器可靠性。

根据本发明的一个方面，本发明实施例提出了一种提高非挥发性电阻存储器可靠性的方法，包括将若干个相同的电阻随机存储器单元组成并联的冗余结构，并在所述并联的冗余结构的公共电极两端施加有电流激励，以采用电流扫描的方式对所述并联的冗余结构进行编程和/或擦除操作。

根据本发明进一步的实施例，所述电阻随机存储器单元包括：下电极；在所述下电极上形成的氧化物层，以用于电阻存储；以及形成于所述氧化物层上的上电极。

根据本发明再一步的实施例，所述上电极和/或下电极由选自铂、镍、铜、金、钨、铬、钌、铱、钴或其合金中的一种材料形成。

根据本发明再一步的实施例，所述氧化物层是包括锆的氧化物、铪的氧化物、钛的氧化物、铝的氧化物、铜的氧化物、镍的氧化物、锌的氧化物或锰的氧化物的二元氧化物，或者包括Pr_1-xCa_xMnO₃或SrZrO₃的多元氧化物。

根据本发明进一步的实施例，所述电流激励用于使得所述电阻随机存储器单元发生阻态的变化，包括从高阻值向低阻值的变化和从低阻值向高阻值的变化。

根据本发明的另一方面，本发明的实施例提出一种提高非挥发性电阻存储器可靠性的结构，所述结构包括若干个相同的电阻随机存储器单元，其中所述电阻随机存储器单元之间相并联以组成并联的冗余结构；所述并联的冗余结构的公共电极两端施加有电流激励，以采用电流扫描的方式对所述并联的冗余结构进行编程和/或擦除操作。

根据本发明进一步的实施例，所述电阻随机存储器单元包括：下电极；在所述下电极上形成的氧化物层，以用于电阻存储；以及形成于所述氧化物层上的上电极。

根据本发明再一步的实施例，所述上电极和/或下电极由选自铂、镍、铜、金、钨、铬、钌、铱、钴或其合金中的一种材料形成。