[发明专利]可变电阻器件、包括可变电阻器件的半导体器件及操作方法

说明书

技术领域

本公开涉及半导体器件，更具体地，涉及可变电阻器件、包括可变电阻器件的半导体器件以及操作半导体器件的方法。

背景技术

随着对具有高存储容量和较少功耗的存储器件的需求的增加，已经进行了对不仅是非易失性的而且不需要刷新的下一代存储器件的研究。这样的下一代存储器件需要具有动态随机存取存储器(DRAM)的高集成特性、闪存的非易失性特性、静态随机存取存储器(SRAM)的高速操作特性等。最近，诸如相变RAM(PRAM)、纳米浮栅存储器(NFGM)、聚合物RAM(PoRAM)、磁性RAM(MRAM)、铁电RAM(FeRAM)、和电阻性RAM(RRAM)的下一代存储器件备受关注。上述下一代存储器件当中，RRAM基于这样的现象：当将足够高的电流施加到非导体材料时，产生电流在其中流动的路径从而降低电阻。该情况下，一旦产生路径，可以通过将合适的电压施加到非导体材料来消除或重新产生该路径。

发明内容

提供一种可变电阻器件、半导体器件、以及操作该半导体器件的方法，改善可变电阻器件的电流的散布以使得包括该可变电阻器件的半导体器件的可靠性提高。

另外的方面部分地将在接下来的描述中阐明，并且部分地从描述中变得清楚，或可以通过提供的实施例的实践习得。

根据本发明的一方面，一种操作具有可变电阻器件的半导体器件的方法包括：向可变电阻器件施加第一电压使得可变电阻器件的电阻值从第一电阻值改变为不同于第一电阻值的第二电阻值；感测流过施加了第一电压的可变电阻器件的第一电流；确定第一电流是否属于第一电流范围；以及如果第一电流不属于第一电流范围，则将等于第一电压的附加第一电压施加到可变电阻器件。

第一电阻值可以是置位电阻值，第二电阻值可以是重置电阻值，并且第二电阻值可以大于第一电阻值。

感测第一电流可以包括：通过施加量值低于第一电压的读取电压来感测流过可变电阻器件的第一电流。

在施加第一电压期间，可以施加第一电压大约1μs到大约1ns。

所述附加第一电压可以具有与第一电压相同的脉冲宽度。

可以用这样的方式预设第一电流范围以使得，在可变电阻器件具有第一电阻值时流过可变电阻器件的‘导通’电流与可变电阻器件具有第二电阻值时流过可变电阻器件的‘截止’电流之间确保预定的感测裕度。

可以用这样的方式预设第一电流范围以使得，在可变电阻器件具有第二电阻值时流过可变电阻器件的第一‘截止’电流与可变电阻器件具有大于第二电阻值的第三电阻值时流过可变电阻器件的第二‘截止’电流之间确保预定的感测裕度。

所述方法还可以包括：对于施加了附加第一电压的可变电阻器件重复地执行感测第一电流以及确定第一电流是否属于第一电流范围。

可以重复地执行以下操作直到第一电流属于第一电流范围为止：向可变电阻器件施加附加第一电压、感测第一电流、以及确定第一电流是否属于第一电流范围。

在确定第一电流是否属于第一电流范围之前，所述方法还可以包括确定第一电流是否属于第二电流范围，第二电流范围是与第二电阻值对应的数据的电流的范围。

第一电流范围包括在第二电流范围中。

如果第一电流大于第二电流范围中的最大值，则所述方法还可以包括改变第一电压。

可以对可变电阻器件重复地执行施加改变的第一电压以及感测第一电流。

如果第一电流小于第二电流范围中的最小值，则所述方法还可以包括向可变电阻器件施加第二电压以使得可变电阻器件的电阻值从第二电阻值改变为第一电阻值。

可以对施加了第二电压的可变电阻器件重复地执行施加第一电压以及感测第一电流。

确定第一电流是否属于第一电流范围可以包括以下中的至少一个：确定第一电流是否小于第一电流范围中的最大值，以及确定第一电流是否大于第一电流范围中的最小值。

确定第一电流是否属于第一电流范围可以包括：可变电阻器件具有第一电阻值时流过可变电阻器件的‘导通’电流与第一电流之间的差异大于预定级别。

所述方法还可以包括：向可变电阻器件施加第二电压以使得可变电阻器件的电阻值从第二电阻值改变为第一电阻值；以及感测流过施加了第二电压的可变电阻器件的第二电流。

感测第二电流可以包括：通过施加量值小于第一电压和第二电压的读取电压来感测流过施加了第二电压的可变电阻器件的第二电流。

施加第二电压大约1μs到大约1ns。

可以在执行感测第二电压之后执行向可变电阻器件施加第一电压。