电阻变化型存储器件和电阻变化型存储器件的操作方法技术

本发明专利技术公开了一种电阻变化型存储器件及其操作方法。所述电阻变化型存储器件包括：位线；电压供给层；存储元件，所述存储元件连接于所述位线和所述电压供给层之间，所述存储元件的电阻值根据施加的电压而变化；以及驱动控制电路，所述驱动控制电路使第一电流流过所述位线并且使小于所述第一电流的第二电流流过所述位线，从而通过利用所述第二电流对使得所述存储元件从高电阻状态变为低电阻状态的电阻降低操作进行控制。所述操作方法包括如下步骤：在所述电阻降低操作期间令第一电流流过位线；令小于所述第一电流的第二电流流过所述位线，从而控制所述存储元件的所述电阻降低操作。根据本发明专利技术能够以提高的高速性能对位线进行电流控制。

【技术实现步骤摘要】
电阻变化型存储器件和电阻变化型存储器件的操作方法相关申请的交叉参考本申请包含与2011年6月14日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2011-132576所公开的内容相关的主题，因此将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。
本专利技术涉及电阻变化型存储器件，并且涉及该电阻变化型存储器件的操作方法，在该电阻变化型存储器件中，电阻值根据施加的电压而变化的存储元件连接于位线与源极线之间或者连接于位线与被称为“板（plate）”的电压供给层之间。
技术介绍
已知这样的电阻变化型存储器件：每个存储单元的存储元件的电阻值是通过将导电离子注入到绝缘膜中或从绝缘膜中引出导电离子而变化的。例如，在非专利文献“K.Aratani,K.Ohba,T.Mizuguchi,S.Yasuda,T.Shiimoto,T.Tsushima,T.Sone,K.Endo,A.Kouchiyama,S.Sasaki,A.Maesaka,N.Yamada,andH.Narisawa:“ANovelResistanceMemorywithHighScalabilityandNanosecondSwitching（具有高可扩性和纳秒转换能力的新型电阻型存储器）”TechnicalDigestIEDM2007,pp.783～786”中公开了所述电阻变化型存储器件。存储元件具有这样的层叠结构：其中，上述用于提供导电离子的层和绝缘膜形成在两个电极之间。存储单元是以存储元件与存取晶体管串联连接在位线与板之间的方式设置的，从而能够进行有源矩阵驱动。由于其包括一个晶体管（T）和一个（可变）电阻（R），所以这样的存储单元是一种使用1T1R型电流驱动系统的存储器。利用导电离子的存储器与利用绝缘层的氧化和还原的存储器通常一起被称为ReRAM。在ReRAM中，电阻值小和大的设定分别对应于数据的写入和擦除，并且能够通过利用具有纳秒级的短持续脉冲进行写入操作和擦除操作。因此，作为能够进行类似于随机访问存储器（randomaccessmemory，RAM）的高速操作的非易失性存储器（non-volatilememory，NVM），ReRAM得到了很多关注。图1示出了利用导电离子的ReRAM的低电阻状态下的电导与电流的关系图。图1中的横坐标轴代表低电阻状态（LRS）下的电阻值RLRS的倒数（电导）。另外，图1中的纵坐标轴代表在电阻降低操作（在此情况下被称为“设定操作”）中的设定电流的值（Iset）。在图1中明显可以看出，存储元件的电阻值根据设定电流而近似线性地变化。即使在诸如ReRAM等任何其它合适的电阻变化型存储器中都同样能够实现这样的特性。从上面可知，ReRAM具有这样的优点：精确进行电流控制，从而能够实现缩窄电阻值分布或多值存储器。然而，ReRAM也存在着这样的缺点：当电流控制的精确性低时，难以获得需要的电阻值，特别地，过量施加电流导致难以进行电阻增大（复位）操作，或者导致重复特性低下。作为用于对元件电流进行控制的系统，用于根据存取晶体管的栅极电位控制（字线控制）来调制元件电流的系统和用于控制位线的电流的系统是已知的。特别地，由于字线是由栅极金属制成的并因此包含作为寄生电容的大量的栅极电容，所以字线的大布线电容导致字线难以控制。因此，难以对字线进行高速驱动。另外，当尝试进行高速操作时，由于必须要增大字线的控制电路的驱动力，所以担心电路面积的增大导致成本增加。另一方面，由于位线是由上层布线层组成的并且具有相对小的布线电容，所以位线易于控制。因此，借助利用位线的电流控制系统能够进行高速操作。另外，借助位线的电流控制，能够抑制电路面积并且由此能够节省成本。因此，采用位线的电流控制系统能够同时实现成本节省与高速操作。关于用于根据位线的电流控制调制元件电流的系统，除了位线和字线之外，还需要在行方向上将源极线分离，从而能够进行电位驱动。在此情况下，应用相关的电流控制法的系统（或存取系统）被称为“三线式系统”。关于基于三线式系统的位线的电流控制，本专利技术的专利技术人之前提出过一些方案。例如，在日本专利特开第2010-170617号公报中公开了这样的一项技术。另外，例如在专利申请WO2007/015358的PCT国际公布的国家公布中公开了将电流控制系统应用于使用自旋注入系统的电阻变化型存储器的例子。需要注意的是，非专利文献1中披露的电阻型存储器具有这样的阵列结构：其中，为了便于加工，上部电极被加工成板形，存取晶体管的漏极被用作存储节点，并且源极与被加工成线形的位线相连。该阵列结构采用的是通过位线和字线这两类线来选择一个存储单元的系统（两线系统）。关于在日本专利特开第2010-170617号公报中公开的用于进行电流控制的系统，例如，电流控制晶体管（NMOS晶体管）的漏极与位线相连，并且该电流控制晶体管的栅极处的栅极电压被控制电路控制。关于这样的控制，在向存储元件的降低的电阻状态转变的过程中及之后，控制电路对电流控制晶体管进行控制，从而以使存取晶体管在饱和区域操作并且元件电流变得恒定的方式控制位线的电位。因此，即使当存储元件的电阻值变化时或者即使当存储元件的偏差存在时，设定电流（转换中和转换后的元件电流）变得恒定，并且由此防止了过量的电流流动。因此，有效地防止或抑制了元件特性的劣化。然而，在与非专利文献1一样重视加工便利性的两线式系统存储器中，由于难以对板进行电流控制，所以需要对位线采用上述电流控制系统。另外，即使对于每个存储单元列的源极线被相互分离而非具有板的三线式系统，在一些情况下由于某些原因电流控制系统仍应用于位线。通过采用电流控制系统，能够抑制电阻值变化后电阻值分布的偏差。另外，该系统具有这样的优点：由于驱动能力可以低于字线控制系统的驱动能力，所以控制电路所占的面积小并且因此节省了成本。更加具体地，在存储元件的电阻降低操作中，在板或源极线的电位被固定至给定的电位的状态下，施加电压，使得位线的电位从相关的给定电位改变，元件电流流过存储元件。然而，由于防止过量电流被施加至存储元件，所以对流过位线的电流进行调制。因而，难以突然改变位线的电位。因此，由于位线的布线电容小于字线的布线电容，所以通常应该高的操作速度可能不足够高。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述问题，期望提供一种能够通过改变位线的电位而开始电阻降低操作，从而以提高的高速性能对位线进行电流控制的电阻变化型存储器件及其操作方法。本专利技术的实施例提供了一种电阻变化型存储器件，所述电阻变化型存储器件包括：位线；电压供给层；存储元件，所述存储元件连接于所述位线和所述电压供给层之间，所述存储元件的电阻值根据施加的电压而变化；以及驱动控制电路，所述驱动控制电路使第一电流流过所述位线并且使小于所述第一电流的第二电流流过所述位线，从而通过利用所述第二电流对使得所述存储元件从高电阻状态变为低电阻状态的电阻降低操作进行控制。本专利技术的另一实施例提供了一种电阻变化型存储器件的操作方法，所述操作方法包括以下步骤：在使得存储元件从高电阻状态向低电阻状态转变的电阻降低操作期间令第一电流流过位线，所述存储元件连接于所述位线与电压供给层之间并且所述存储元件的电阻值根据施加的电压而变化；并且令小于所述第一电流的第二电流流过所述位线，从而控制所述存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻变化型存储器件，所述电阻变化型存储器件包括：位线；电压供给层；存储元件，所述存储元件连接于所述位线和所述电压供给层之间，所述存储元件的电阻值根据施加的电压而变化；以及驱动控制电路，所述驱动控制电路使第一电流流过所述位线并且使小于所述第一电流的第二电流流过所述位线，从而通过利用所述第二电流对使得所述存储元件从高电阻状态变为低电阻状态的电阻降低操作进行控制。

【技术特征摘要】
2011.06.14 JP 2011-1325761.一种电阻变化型存储器件，所述电阻变化型存储器件包括：位线；电压供给层；存储元件，所述存储元件连接于所述位线和所述电压供给层之间，所述存储元件的电阻值根据施加的电压而变化；以及驱动控制电路，所述驱动控制电路使第一电流流过所述位线并且使小于所述第一电流的第二电流流过所述位线，从而通过利用所述第二电流对使得所述存储元件从高电阻状态变为低电阻状态的电阻降低操作进行控制，其中，所述驱动控制电路包括：初始电流驱动部，所述初始电流驱动部与所述位线相连并且使所述第一电流流动；以及元件电流控制部，所述元件电流控制部与用于所述位线的所述初始电流驱动部并联连接并且控制所述第二电流，对所述初始电流驱动部和所述元件电流控制部进行控制，从而令流过所述位线的电流从所述第一电流切换至所述第二电流。2.根据权利要求1所述的电阻变化型存储器件，其中，所述初始电流驱动部设置有第一晶体管，所述第一晶体管连接于基准电压的供给线与所述位线之间，并且所述元件电流控制部设置有第二晶体管，所述第二晶体管连接于所述基准电压的供给线与所述位线之间。3.根据权利要求2所述的电阻变化型存储器件，其中，所述第一晶体管的驱动力大于所述第二晶体管的驱动力。4.根据权利要求2所述的电阻变化型存储器件，其中，所述第一晶体管被这样的电压驱动：该电压的峰值比向所述第二晶体管输入控制脉冲以控制元件电流时的所述控制脉冲的峰值大。5.根据权利要求2～4中任一项所述的电阻变化型存储器件，其中，所述驱动控制电路包括：第三晶体管，所述第三晶体管将所述位线的电位初始设定至与所述电压供给线的电位相同的电位；第四晶体管，所述第四晶体管被所述第三晶体管反向驱动，从而在初始设定期间将所述第一晶体管和所述第二晶体管与所述位线断开连接，并且在所述初始设定之后将所述第一晶体管和所述第二晶体管连接至所述位线；以及控制电路，所述控制电路对所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管的导通和非导通进行控制。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：北川真，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：