[发明专利]应用于电阻式随机存取存储器的电脉冲电压操作方法

说明书

技术领域

本发明是关于应用金属-氧化物的存储装置，以及操作与制造该装置的 方法。

背景技术

当施加可应用于集成电路的电脉冲至金属-氧化物时，有些金属-氧化 物的电阻会产生变化，并在两个以上(含本数)的稳定电阻范围内改变，而 这类的金属-氧化物正可应用于非易失性电阻式随机存取存储器(RRAM)。 因为具有结构简单、速度快、低耗能及兼容于标准CMOS工艺等优点，应 用金属-氧化物的RRAM也日益受到关注。

在应用金属-氧化物的存储器中，数据的储存是利用施加电脉冲至金属 -氧化物材料，进而使其电阻在两个以上的电阻状态之间变化。而多位操作 则是让金属-氧化物材料的电阻在三个以上的电阻状态之间变化，由于多位 存储器可增加数据储存密度并降低工艺成本，是目前较受偏好的结构。

曾有研究人员指出，某些金属-氧化物需透过成形工艺(forming process) 来引发由高电阻状态至低电阻状态的崩溃，进而形成材料的电阻切换性 质。如图1所示，成形工艺通常是利用将施加至金属-氧化物材料的直流电 压提高，直至引发由高电阻状态至低电阻状态的崩溃。成形工艺发生于成 形电压(V成形)，其通常远大于诱发金属-氧化物电阻变化的设置脉冲(V设 置)与复位脉冲(V复位)的大小。相对较大的成形电压(V成形)会增加采用 此类金属-氧化物材料的存储装置电路的复杂度。此外，由于施加直流电压 的成形工艺需要一段较长的时间(如大于60微秒)，装置的测试时间会因而 大幅增加。下表记载了几种金属-氧化物的成形电压。

  金属-氧化物   成形电压   NiO_x  8.1V   TiO₂  5V   CuO_x  16.5V   ZrO₂  8.8V   Al₂O₃  11V

曾有研究显示，使用钨-氧化物WO_x的RRAM在没有进行成形步骤的 情形下，仍具有良好的电阻切换特性，并可在两个以上的电阻范围进行切 换。此部分可参考美国专利申请案第11/955,137号，其发明名称为”Memory Devices Having an Embedded Resistance Memory with Tungsten Compound and Manufacturing Methods”，申请日为2007年12月12日。本发明将该案 的内容全部并入本文作参考。

为了能够更可靠的区分出不同的电阻状态，并判断存储单元所储存的 数据值，有必要在不同电阻状态之间维持相对较大的电阻区间。此外，为 了能进行多位操作，亦有必要于表示数据的最高与最低电阻状态之间维持 较大的电阻区间。

过去增加最高与最低电阻状态间电阻区间的方式，乃是增加施加至金 属-氧化物材料的复位脉冲的电压大小。然而，由于金属-氧化物材料的电 阻不稳定，过高的复位脉冲会造成耐久性问题，并引发可靠性的问题而造 成装置故障。