提高非挥发性电阻存储器可靠性的方法及结构技术

本发明专利技术公开了一种提高非挥发性电阻存储器可靠性的方法及结构，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。本发明专利技术可以提高非挥发性电阻存储器在嵌入式系统应用中的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子领域，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。
技术介绍
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縮小性等优势，并且其材料与当前CMOSエ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I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ー个较低阻态，称作置位。而在电脉冲作用下，电阻由较低阻态突变到ー个较高阻态，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ー个限流值，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単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況。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I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。
技术实现思路
本专利技术的目的g在至少解决现有技术中的上述问题之一。为此，本专利技术的实施例提出ー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。根据本专利技术的ー个方面，本专利技术实施例提出了ー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。根据本专利技术进ー步的实施例，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。根据本专利技术再一步的实施例，所述上电极和/或下电极由选自钼、镍、铜、金、钨、铬、钌、铱、钴或其合金中的ー种材料形成。根据本专利技术再一步的实施例，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ニ元氧化物，或者包括PivxCaxMnO3或SrZrO3的多元氧化物。根据本专利技术进ー步的实施例，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。根据本专利技术的另一方面，本专利技术的实施例提出ー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単元，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。根据本专利技术进ー步的实施例，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。根据本专利技术再一步的实施例，所述上电极和/或下电极由选自钼、镍、铜、金、钨、铬、钌、铱、钴或其合金中的ー种材料形成。根据本专利技术再一步的实施例，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ニ元氧化物，或者包括PivxCaxMnO3或SrZrO3的多元氧化物。根据本专利技术进ー步的实施例，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。本专利技术将若干个电阻随机存储器单元采用并联方式构成冗余结构，并在该冗余结构的公共上、下电极两端外加电流激励进行编程和/或擦除操作。从而可以有效的控制置位操作只发生在多个并联単元中的ー个，而不会对并联结构的其他单元产生影响。这样，通过编程方式的改变控制电阻转变存储器存储通道形成的数量，大大提高器件反复擦写的能力，从而提高整个系统的可靠度。并且，对于并联结构而言，总的冗余度的可靠度远远大于单个存储器单元，从而提高了整个系统的可靠性。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I为现有电阻随机存储器单元采用电压扫描方式时得到的电流电压特性曲线的示意图。图2为现有电阻随机存储器单元采用电压扫描方式进行置位操作时形成的细丝通道的示意图。图3为本专利技术实施例的提高电阻存储器可靠性结构的结构示意图。图4为图3实施例的电阻随机存储器单元的并联结构电路等效示意图。图5为本专利技术的电阻随机存储器单元采用电流扫描方式时得到的电流电压特性曲线的示意图。图6为本专利技术的电阻 随机存储器单元采用电流扫描方式进行置位操作时形成的细丝通道的示意图。图7为冗余系统中采用的串联和并联两种方式的示意图。具体实施例方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过參考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。參考图3，图3为本专利技术实施例的提高电阻存储器可靠性结构的结构示意图。如图3所示，此处以3个电阻随机存储器单元A、B、C并联为例，将3个相同的电阻随机存储器单元A、B、C组成并联的冗余结构。其中，每个电阻随机存储器单元分别包括下电极、在下电极上形成的氧化物层，以用于电阻存储，以及形成于氧化物层上的上电极。在一些实施例中，上电极和/或下电极由选自钼、镍、铜、金、鹤、铬、钌、铱、钴或其合金中的ー种材料形成。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ニ元氧化物，或者包括PivxCaxMnO3或SrZrO3的多元氧化物。ニ元金属氧化物，例如Zr02、Ni0、Ti02、Ta205、Cu0x等由于在组分精确控制、与互补式金属氧化半导体(CMOS)エ艺兼容性的潜在优势，因此在用于实现电阻转变特性时更加受到青睐。在图示实施例中，例如上电极21、氧化物层11和下电极30构成电阻随机存储器单元A ;上电极22、氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种提高非挥发性电阻存储器可靠性的方法，其特征在于，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。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在干，所述上电极和/或下电极由选自钼、镍、铜、金、钨、铬、钌、铱、钴或其合金中的ー种材料形成。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，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ニ元氧化物，或者包括PivxCaxMnO3或SrZrO3的多元氧化物。5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，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。6.ー种提高非挥发性电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明，连文泰，龙世兵，吕杭炳，刘琦，李颖弢，张森，王艳，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：