[发明专利]可变电阻存储器装置及其操作方法

说明书

技术领域

本公开技术涉及一种可变电阻存储器装置（memory device），并且涉及一种用于操作该可变电阻存储器装置的操作方法，该可变电阻存储器装置采用在第一和第二公用线之间连接的储存元件（storage element），以充当其电阻根据向其施加的电压而改变的元件。

背景技术

已知以下可变电阻存储器装置，该可变电阻存储器装置在该装置的每个存储器单元（memory cell）中都采用储存元件。因为将导电离子注入到绝缘膜中或者从绝缘膜中抽取出导电离子，所以存储器元件的电阻改变。参考诸如“A Novel Resistance Memory with High Scalability and Nanosecond Switching,”K.Aratani,K.Ohba,T.Mizuguchi,S.Yasuda,T.Shiimoto,T.Tsushima,T.Sone,K.Endo,A.Kouchiyama,S.Sasaki,A.Maesaka,N.Yamada and H.Narisawa,Technical Digest IEDM 2007,pp.783-786（在下文中，称作非专利文献1）之类的文献。

储存元件具有在两个电极之间提供的分层（laminated）结构。分层结构包括充当导电离子的供应者的层、和绝缘膜。每个存储器单元采用可变电阻储存元件和存取晶体管（access transistor），该可变电阻储存元件和存取晶体管按照可以将有源矩阵驱动施加到储存元件和存取晶体管的这种方式而彼此串联地连接在位线与板面（plate）之间。

由于在如上所述的可变电阻存储器装置中采用的每个存储器单元包括一个存取晶体管（T）和充当可变电阻储存元件的一个可变电阻阻性元件（R），所以该可变电阻存储器装置是一种采取电流驱动方法的1T1R存储器。一般地，将利用导电离子的存储器以及利用绝缘层氧化（insulation-layer oxidations）和绝缘层还原（insulation-layer reductions）的存储器通俗地称作ReRAM。

在ReRAM中，储存元件的大电阻与用于将数据写入到存储器单元中的操作相关联，而储存元件的小电阻与用于将从存储器单元中擦除数据的操作相关联，并且ReRAM能够通过利用具有纳秒数量级的短持续时间的脉冲来实现用于将数据写入到存储器单元中的操作以及用于将从存储器单元中擦除数据的操作。因而，作为能够以高速度来实行操作的NVM（非易失性存储器），ReRAM以与RAM（随机存取存储器）相同的方式而引起注意。

图1是示出了在利用导电离子的ReRAM的LRS（低电阻状态）下导电性与电流之间的关联的图。导电性是低电阻（RLRS）的倒数。

图1的横轴表现了LRS中的导电性，而纵轴表现了电阻减少操作（resistance reduction operation）（在此情况下，也称作设置操作）中的设置电流Iset的幅度。

从图1中显而易见的是，储存元件的电阻与设置电流Iset几乎线性地改变。在可变电阻存储器（诸如，另一ReRAM）中同样也可以实现这种特性。

因而，ReRAM具有可以通过以高精确度执行电流控制来缩窄电阻分布的优点、以及可以实现多值存储器的优点。

然而，另一方面，如果以低精确度执行电流控制，则ReRAM具有难以获得期望的狭窄电阻分布的缺点。另外，如果以低精确度执行电流控制，则ReRAM还具有尤其是在向ReRAM供应的电流的过高幅度的情况下难以实行重置操作的另一缺点、或伴随有作为重复特性的劣化的过置（overset）的另一缺点。重置操作是被实行来增加储存元件的电阻的操作。

作为用于控制储存元件的电流的方法，已知用于控制储存元件的电流的字线电流控制方法和用于控制流过位线的电流的位线电流控制方法。字线电流控制方法是用于控制在存取晶体管的栅极电极处出现的电势的方法。

在字线电流控制方法的情况下，由于字线是由栅极电极的金属制成的事实，因此字线包括作为寄生电容的多个大栅极电容。因而，线电容很大，使得难以执行字线电流控制方法。另一方面，在位线电流控制方法的情况下，位线是在上层布线层上创建的。因而，可以减少每单位长度的线电容。作为结果，可以通过利用具有小驱动功率的电路来执行字线电流控制。