專利名稱：：多級切換的電阻式隨機(jī)存取存儲器及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明為另一美國申請案的部分延續(xù)案，其名稱為"ResistanceTypeMemoryDeviceandFabricationMethodandOperatingMethodThereof'，申請?zhí)?1/695,780，申請日為2007年4月3號，在此提供為參考數(shù)據(jù)。本發(fā)明主張2008年5月6日申請的美國臨時專利申請案第61/050,798號的優(yōu)先權(quán)，其名稱為"OPERATIONMETHODFORMULTI-LEVELSWITCHINGOFMETAL-OXIDEBASEDRRAM"，且納入本文作為參考。本發(fā)明是關(guān)于金屬-氧化物為基礎(chǔ)的存儲裝置及操作此種裝置的方法。
背景技術(shù)：
：當(dāng)施加可應(yīng)用于集成電路的電脈沖至金屬-氧化物時，有些金屬-氧化物的電阻會產(chǎn)生變化，并在兩個或更多的穩(wěn)定電阻范圍內(nèi)改變，而這類的金屬-氧化物正可應(yīng)用于非易失性電阻式隨機(jī)存取存儲器(RRAM)。因為具有結(jié)構(gòu)簡單、速度快、低耗能及三維疊層潛力等優(yōu)點，應(yīng)用金屬-氧化物的RRAM也日益受到關(guān)注。在金屬-氧化物為基礎(chǔ)的存儲器中，數(shù)據(jù)是通過施加能量脈沖至此金屬-氧化物材料以誘發(fā)此金屬-氧化物材料的電阻在兩個或以上的電阻狀態(tài)之間改變而儲存，這些電阻狀態(tài)包含一低電阻狀態(tài)(LRS)及一個或多個較高電阻狀態(tài)(HRS)。多級的操作最好是希望包含將金屬-氧化物材料的電阻在超過兩個電阻狀態(tài)之間改變，因為如此的話可以增加數(shù)據(jù)儲存密度且也可以減少制造成本。為了可以明顯地將不同的電阻狀態(tài)之間作區(qū)分，且因此可以正確地決定儲存在存儲單元中的數(shù)據(jù)，所以保持狀態(tài)之間一個相對大的操作區(qū)間就變得很重要。然而因為電阻的不穩(wěn)定所造成的操作區(qū)間縮小，會對此金屬-氧化物材料產(chǎn)生持續(xù)力的問題，導(dǎo)致產(chǎn)生可靠性的問題甚至是造成此裝置的位錯誤。因此，需要提供一種新的金屬-氧化物為基礎(chǔ)的存儲裝置及其操作方法，可以解決上述持續(xù)力的問題，對其可靠性以及此裝置的數(shù)據(jù)儲存表現(xiàn)進(jìn)行改善。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明揭露一種操作包含可被編程至多個電阻狀態(tài)的多個金屬-氧化物存儲元件的存儲裝置的方法。此方法包括施加一系列的調(diào)整偏壓于一選取金屬-氧化物存儲元件，以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的電阻狀態(tài)自多個電阻狀態(tài)的一第一電阻狀態(tài)至一第二電阻狀態(tài)。該施加一系列的調(diào)整偏壓包含施加一第一組的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自多個電阻狀態(tài)的該第一電阻狀態(tài)至一第三電阻狀態(tài)，以及施加一第二組的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自多個電阻狀態(tài)的該第三電阻狀態(tài)至該第二電阻狀態(tài)。在實施例中，此第三電阻狀態(tài)可以是低于第一電阻狀態(tài)及第二電阻狀態(tài)的電阻狀態(tài)，舉例而言，可以是用來代表存儲元件中數(shù)據(jù)的最低電阻狀態(tài)。本發(fā)明亦揭露一種存儲裝置，包括可被編程至多個電阻狀態(tài)的多個金屬-氧化物存儲元件。此存儲裝置更包含偏壓電路，可用以施加調(diào)整偏壓于一選取金屬-氧化物存儲元件包含此處所描述的一系列的調(diào)整偏壓。此處所描述的存儲裝置及操作此種裝置的方法不僅可以提供對不同狀態(tài)間分布的更佳控制能力，同時也可以解決了之前所討論的持續(xù)力問題，進(jìn)而改善此存儲裝置的可靠性及數(shù)據(jù)儲存表現(xiàn)。此處所描述的操作方法必須先回到較低電阻狀態(tài)即使此較低電阻狀態(tài)并不是所欲狀態(tài)，而其結(jié)果顯示了所產(chǎn)生良好的循環(huán)持續(xù)力及此存儲單元的良好電阻控制能力。為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，請參閱以下的圖式、詳細(xì)發(fā)明說明及權(quán)利要求范圍，作詳細(xì)說明如下。圖1為一種現(xiàn)有金屬-氧化物危機(jī)的存儲單元的剖面圖。圖2顯示此存儲元件的電阻狀態(tài)改變行為的概念示意圖，其會搭配本發(fā)明第一實施例的編程操作一起作說明。圖3是一具有氧化鎢(WOx)存儲元件的存儲單元的穿透電子顯微鏡的影像。圖4是圖3中的存儲單元利用圖2中的編程操作結(jié)果。圖5顯示此存儲元件的電阻狀態(tài)改變行為的概念示意圖，其會搭配本發(fā)明第二實施例的編程操作一起作說明。圖6A和圖6B是圖3中的鎢-氧化硅存儲單元利用圖5中的編程操作結(jié)果。圖7顯示圖4和圖6B中數(shù)據(jù)狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)差及平均電阻值。圖8顯示圖3中的鴇-氧化硅存儲元件在施加偏壓時與測量的讀取分布行為關(guān)系圖。圖9是可應(yīng)用此處所描述編程操作的集成電路的簡化方塊圖。圖10顯示圖9中的存儲陣列的一部分。主要元件符號說明100存儲單元110底電極120頂電極140存儲元件146上表面150導(dǎo)電元件160介電層910集成電路具有可被編程至一較低電阻狀態(tài)及多個較高電912阻狀態(tài)的金屬-氧化物存儲元件的存儲單元陣列914字線譯碼器及驅(qū)動器916字線918位線譯碼器920位線922總線924感應(yīng)電路(感應(yīng)放大器)與數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu)926數(shù)據(jù)總線928數(shù)據(jù)輸入線930其它電路932數(shù)據(jù)輸出線934控制器936電壓與電流源偏壓電路1030、1032、1034、1036存儲單元1040、1042、1044、1046金屬-氧化物元件1054源極線1055源極線終端1056、1058字線1060、1062位線具體實施例方式以下揭露的內(nèi)容大多需配合參考特定結(jié)構(gòu)實施例及方法，然而，揭露內(nèi)容的范圍并不僅限于該些特定結(jié)構(gòu)實施例及方法，且揭露內(nèi)容亦可透過其它特征、元件、方法及實例來實施。本發(fā)明所揭露的內(nèi)容雖可透過較佳實施例來說明，但該些實施例不可用來限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明專利權(quán)的范圍須由權(quán)利要求范圍為準(zhǔn)。本領(lǐng)域具有通常知識者于參考本發(fā)明揭露的內(nèi)容后，應(yīng)可了解其它可能的均等實施方式。此外，于后述的內(nèi)容中，不同實施例的相同元件是以相同元件符號表示。圖1為現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用金屬-氧化物的存儲單元100的剖面圖。此存儲單元100包括于介電層160內(nèi)延伸的導(dǎo)電元件150，其可將底電極110耦接至存儲元件140。于本實施例中，介電層160可包括氧化硅，但其亦可使用其它介電材料。存儲元件140包括至少一個可編程金屬-氧化物。于本實施例中導(dǎo)電元件150包括鎢，而存儲元件140包括鉤-氧化鎢WOx。于不同實施例中，存儲元件140的WOx化合物從上表面146起算的深度可有不同的氧含量分布，進(jìn)而形成均勻遞減的離子價(w"6、w"5、w^及wg)以及深入?yún)^(qū)的低氧含量。于其它實施例中，存儲元件140可包括其它金屬-氧化物，如選自下列群組的金屬氧化物鎳氧化物、鋁氧化物、鎂氧化物、鈷氧化物、鈦氧化物、鈦-鎳氧化物、鋯氧化物以及銅氧化物。底電極110為導(dǎo)電性元件，舉例來說，其可為摻雜半導(dǎo)體材料，像是存取晶體管或二極管的端點。此外，舉例來說，底電極110也可包括一或多種選自下列群組的元素鈦、鎢、鉬、鋁、鉭、銅、鉑、銥、鑭、鎳、氮、氧、釕及其組合。于其它實施例中，底電極110可包括兩層以上。存儲單元100還包括頂電極120，其位于存儲元件140上。舉例來說，頂電極120(在某些實施例中是位線的一部分)可包括和底電極相同的材料，在某些實施例中，可包括兩層以上。為形成金屬-氧化物存儲元件140，可采用各種沉積及氧化工藝?？上冗M(jìn)行傳統(tǒng)后段的鎢栓塞工藝以于介層孔內(nèi)沉積鎢材料以及CMP工藝，再進(jìn)行氧化工藝，以于導(dǎo)電元件150及后續(xù)形成的頂電極120材料之間形成存儲元件140。形成鎢-氧化物存儲元件140的方法包括直接等離子體氧化、下游等離子體氧化、濺射、反應(yīng)性濺射。等離子體氧化工藝的實施例包括使用純氧氣或混合物質(zhì)，如氧氣/氮?dú)饣蜓鯕?氮?dú)?氫氣。于下游等離子體的一實施例中，下游等離子體的施加條件為壓力約1500毫托、功率約1000瓦特、氧氧氣/氮?dú)獾獨(dú)饬髁考s為3000sccm/200sccm，溫度約150°C、反應(yīng)時間約400秒。此部分請參見美國專利申請?zhí)柕?1/955,137號，其乃并入本文作參考。為讀取或?qū)懭氪鎯卧獣r，可施加穿越存儲元件140的適當(dāng)偏壓調(diào)整，進(jìn)而誘發(fā)穿越存儲元件140的電流。各偏壓調(diào)整可包括一個以上施加至存儲元件140的脈沖，其是施加脈沖至底電極110與頂電極120或二者之一，而各實施例脈沖的強(qiáng)度與施加時間可由經(jīng)驗法則求得。至于施加的是一或多個脈沖，則視所進(jìn)行的操作而定，如讀取操作或編程操作。偏壓調(diào)整的脈沖可具有由頂電極120至底電極110的正電壓(此處稱為穿越存儲元件140的正電壓)及/或具有由頂電極120至底電極110的負(fù)電壓(此處稱為穿越存儲元件140的負(fù)電壓)。由于金屬-氧化物的電阻是由所施加的功率或能量所決定，穿越存儲元件140的脈沖電壓高度及脈沖寬度可決定氧化鴇的電阻。于讀取(或感應(yīng))儲存于存儲單元100的數(shù)據(jù)數(shù)值的操作中，耦接至頂電極120與底電極110的偏壓電路(舉例來說，參見圖9的偏壓電路電壓及電流源936)可施加穿越存儲元件140的偏壓調(diào)整，其強(qiáng)度與時間可誘發(fā)電流且不會使存儲元件140發(fā)生電阻態(tài)改變。存儲元件140的電流是由存儲元件140的電阻及儲存于存儲單元100的數(shù)據(jù)數(shù)值所決定。于編程欲儲存于存儲單元100的數(shù)據(jù)數(shù)值的操作中，耦接至頂電極120與底電極110的偏壓電路(舉例來說，參見圖9的偏壓電路電壓及電流源936)可施加穿越存儲元件140的偏壓調(diào)整，其強(qiáng)度足以誘發(fā)存儲元件140電阻態(tài)的可編程改變，進(jìn)而將數(shù)據(jù)數(shù)值儲存于存儲單元100內(nèi)。于此處，存儲元件140的電阻是由儲存于存儲單元100內(nèi)的數(shù)據(jù)數(shù)值所決定。如以上所描述的，金屬-氧化物材料會因為電阻不穩(wěn)定而發(fā)生持續(xù)力的問題，其會降低狀態(tài)之間的電阻操作區(qū)間而導(dǎo)致可靠性的問題或甚至造成裝置的失效。圖2顯示此存儲元件140的電阻狀態(tài)改變行為的概念示意圖，其會搭配此處所描述的本發(fā)明第一實施例的編程操作一起作說明。在圖2中，此存儲元件140被編程至一較低的電阻狀態(tài)(狀態(tài)l)及三個較高的電阻狀態(tài)(狀態(tài)2、狀態(tài)3、狀態(tài)4)，其中包含一個最高的電阻狀態(tài)(狀態(tài)4)。然而可以理解的是，本發(fā)明更通常的是包含將存儲元件編程至一較低的電阻狀態(tài)及兩個或更多的較高電阻狀態(tài)。此存儲元件的四個編程狀態(tài)(狀態(tài)1、狀態(tài)2、狀態(tài)3、狀態(tài)4)的每一個狀態(tài)彼此之間沒有重疊的對應(yīng)電阻值，且因此可以根據(jù)此存儲元件位于哪一個電阻狀態(tài)的區(qū)間內(nèi)來決定所儲存的數(shù)據(jù)值。在圖2中，此存儲元件140中的較低電阻狀態(tài)(狀態(tài)l)是用來代表儲存于存儲元件140中數(shù)據(jù)值的最低電阻狀態(tài)。在某些實施例中，此存儲元件140也可以包含圖2中的一初始電阻狀態(tài)(狀態(tài)0)，其在某些實施例中也可以用來代表數(shù)據(jù)。如圖2中的箭頭所示，此編程操作是依序從狀態(tài)l(較低電阻狀態(tài))到狀態(tài)2到狀態(tài)3到狀態(tài)4(最高電阻狀態(tài))再回到狀態(tài)1。施加脈沖組A至存儲元件140可將電阻狀態(tài)自狀態(tài)1改變到狀態(tài)2，施加脈沖組B至存儲元件140可將電阻狀態(tài)自狀態(tài)2改變到狀態(tài)3，施加脈沖組C至存儲元件140可將電阻狀態(tài)自狀態(tài)3改變到狀態(tài)4，而施加脈沖組D至存儲元件140可將電阻狀態(tài)自狀態(tài)4改變到狀態(tài)1。此脈沖組(或族群)A、B、C和D中的每一個脈沖可以包含一個或多個脈沖。通過此存儲元件的電壓階級、電壓極性，以及脈沖持續(xù)的時間可以在每一實施例中通過實驗來決定。此處所使用的"脈沖組"一詞，通常是指包含一個或多個脈沖。圖2中的編程操作牽涉到施加包含一系列的脈沖組A、B、C和D中的一個或多個脈沖組的調(diào)整偏壓至此存儲元件140，以改變其電阻狀態(tài)自一特定的電阻狀態(tài)至一所欲狀態(tài)。舉例而言，欲將此存儲元件140的電阻狀態(tài)自狀態(tài)1改變至狀態(tài)3，必須牽涉施加脈沖組A至存儲元件140將電阻狀態(tài)自狀態(tài)1改變到狀態(tài)2，施加脈沖組B至存儲元件140將電阻狀態(tài)自狀態(tài)2改變到狀態(tài)3。再舉另一例而言，為將此存儲元件140的電阻狀態(tài)自狀態(tài)4改變至狀態(tài)3，必須牽涉施加脈沖組D至存儲元件140將電阻狀態(tài)自狀態(tài)4改變到狀態(tài)1，施加脈沖組A至存儲元件140將電阻狀態(tài)自狀態(tài)1改變到狀態(tài)2，再施加脈沖組B至存儲元件140將電阻狀態(tài)自狀態(tài)2改變到狀態(tài)3。在圖2中，脈沖組A、B、C和D亦可以施加用來將此存儲元件140的電阻狀態(tài)自初始電阻狀態(tài)(狀態(tài)O)改變至一對應(yīng)的編程狀態(tài)。替代地，也可以使用其它的脈沖來達(dá)成。圖3是一具有氧化鎢(WO》存儲元件的存儲單元的穿透式電子顯微鏡的影像，及圖4是圖3中的存儲單元利用圖2中的編程操作結(jié)果。圖3所示的存儲單元結(jié)構(gòu)與圖1所示的存儲單元100結(jié)構(gòu)類似，包含一氮化鈦/氮氧化鈦的襯墊層，一鋁和氮化鈦的底電極，以及鋁和氮化鈦的頂電極。圖3中氧化鎢(WO》存儲元件的存儲單元是利用一下游等離子體氧化工藝，再接著利用一傳統(tǒng)的鎢栓塞后段工藝將鎢材料沉積于一介層孔內(nèi)后，再進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光工藝，以完成此存儲元件介于鎢栓塞與后續(xù)形成的氮化鈦頂電極之間。用以形成圖3中存儲單元的氧化鎢(WOx)存儲元件的等離子體氧化工藝是由下游等離子體氧化在15(TC及氮?dú)夂脱鯕獾幕旌蠚怏w中進(jìn)行400秒。圖3中所示的鎢栓塞其直徑是0.17pm。在圖4的數(shù)據(jù)中，圖2中的脈沖組A、B、C和D每一個包含一單一脈沖施加于此氧化鎢(WOx)存儲元件，其結(jié)果被歸納于下表中，必須理解的是，本發(fā)明并不局限于以下的例子中且這些脈沖組通常是包含一個或多個脈沖。<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>如圖4中所示，每一狀態(tài)的電阻區(qū)間約2k歐姆，且狀態(tài)間的存儲區(qū)間在100次循環(huán)后被維持住，顯示此氧化鎢存儲元件具有良好的循環(huán)持續(xù)力及表現(xiàn)?？梢杂蓤D4中的結(jié)果看出，狀態(tài)l的電阻值分布在循環(huán)時是被控制得很好的，其它的狀態(tài)亦然。然而，在其它的實施例中，或許希望其它狀態(tài)的電阻分布的波動可以進(jìn)一步被降低。圖5顯示此存儲元件140的電阻狀態(tài)改變行為的概念示意圖，其會搭配此處所描述的本發(fā)明第二實施例的編程操作一起作說明。如圖5中的箭頭所示，此存儲元件140的電阻狀態(tài)改變是從較高電阻狀態(tài)(狀態(tài)2、狀態(tài)3、狀態(tài)4)的每一個至其它的較高電阻狀態(tài)時，總是會先改變到較低電阻狀態(tài)(狀態(tài)1)。施加脈沖組E至存儲元件140可將電阻狀態(tài)自狀態(tài)1改變到狀態(tài)2，且施加脈沖組E'至存儲元件140可將電阻狀態(tài)自狀態(tài)2改變到狀態(tài)1。施加脈沖組F至存儲元件140可將電阻狀態(tài)自狀態(tài)1改變到狀態(tài)3，且施加脈沖組F'至存儲元件140可將電阻狀態(tài)自狀態(tài)3改變到狀態(tài)1。施加脈沖組G至存儲元件140可將電阻狀態(tài)自狀態(tài)1改變到狀態(tài)4，且施加脈沖組G'至存儲元件140可將電阻狀態(tài)自狀態(tài)4改變到狀態(tài)l。這些脈沖組中的每一個脈沖可以包含一個或多個脈沖。通過此存儲元件的電壓階級、電壓極性，以及脈沖持續(xù)的時間可以在每一實施例中通過實驗來決定。在某些實施例中，脈沖組E'、F和G'是相同的。圖5中的編程操作牽涉到施加通過存儲元件140的偏壓安排包含一系列的一個或多個脈沖組E、E'、F、F、G和G，，以改變其電阻狀態(tài)自一特定的電阻狀態(tài)至一所欲狀態(tài)。舉例而言，欲將此存儲元件140的電阻狀態(tài)自狀態(tài)2改變至狀態(tài)3，必須牽涉施加脈沖組E'以誘發(fā)電阻狀態(tài)自狀態(tài)2改變到狀態(tài)1后，再施加脈沖組F以誘發(fā)電阻狀態(tài)自狀態(tài)1改變到狀態(tài)3。再舉另一例而言，欲將此存儲元件140的電阻狀態(tài)自狀態(tài)4改變至狀態(tài)2，必須牽涉施加脈沖組G'以誘發(fā)電阻狀態(tài)自狀態(tài)4改變到狀態(tài)1后，再施加脈沖組E以誘發(fā)電阻狀態(tài)自狀態(tài)1改變到狀態(tài)2。圖6A和圖6B是圖3中的氧化鎢存儲單元利用圖5中的編程操作結(jié)果。在圖6A的數(shù)據(jù)中，圖5中的每一個脈沖組包含一單一脈沖施加于此氧化鎢存儲元件，其結(jié)果被歸納于下表中。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>在圖6B的數(shù)據(jù)中，圖5中的每一個脈沖組包含一單一脈沖施加于此氧化鉤存儲元件，其結(jié)果被歸納于下表中。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>如圖6A和圖6B中所示，較低電阻狀態(tài)(狀態(tài)l)仍是被控制得很好的，其它的狀態(tài)亦然。圖7顯示圖4和圖6B中數(shù)據(jù)狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)差及平均電阻值。如圖7中所示，圖6B數(shù)據(jù)中的最高電阻狀態(tài)(狀態(tài)4)的標(biāo)準(zhǔn)差是顯著地降低。圖8顯示此氧化鎢存儲元件在施加偏壓為0.2V、0.4V和0.6V時與測量的讀取分布行為關(guān)系圖。在圖8中不同狀態(tài)的初始值是利用圖6B中用以取得數(shù)據(jù)的脈沖組來獲得。狀態(tài)3和4顯示基本上沒有讀取干擾，而狀態(tài)1和2顯示出小于0.4V時可以對讀取干擾免疫。在圖2的操作方法中，一但此存儲元件到達(dá)了最高電阻狀態(tài)(狀態(tài)4)此存儲元件會回到較低電阻狀態(tài)(狀態(tài)l)才能操作至其它的電阻狀態(tài)。在圖5的操作方法中，此存儲元件總是要先回到較低電阻狀態(tài)(狀態(tài)l)才能操作至其它的電阻狀態(tài)。此處所描述的必須先回到較低電阻狀態(tài)即使此較低電阻狀態(tài)并不是所欲狀態(tài)的操作方法顯示其導(dǎo)致良好的循環(huán)持續(xù)力及此存儲單元的良好電阻控制能力，因此解決了之前所討論的可靠性問題。此處所描述的操作方法是以氧化鎢存儲元件為例。然而，如以下所描述的，此方法也可以應(yīng)用在其它金屬氧化物，如氧化鎳、氧化鋁、氧化銅、氧化鈷、氧化鎂、氧化鉿及氧化鈦等，或許是因為纖維(可以包含離子幾空隙)的組成或破裂緣故，且剩余tf雍的數(shù)目可以決定此金屬氧化物的電阻值。因此，此處所描述的作方法可以延伸至其它金屬氧化物，如氧化鎳、氧化鋁、氧化銅、氧化鈷、氧化鎂、氧化鉿及氧化鈦等，因為其特性可以被歸納為根據(jù)纖維(可以包奮m^麼m的紙成或破裂所產(chǎn)生的電阻切換行為。在圖4和圖6A至圖6B的結(jié)果中，用以將存儲元件的電阻狀態(tài)自較低電阻狀態(tài)(狀態(tài)l)改變至其它電阻狀態(tài)的脈沖組具有與其它脈沖組相反的電壓極性，其或許是對獲得良好的循環(huán)持續(xù)力及此金屬氧化物存儲單元的良好電阻控制能力是有幫助的?？梢杂^察到的是對此存儲元件使用相同的電壓極性來改變電阻狀態(tài)，或許會對此金屬氧化物材料產(chǎn)生足以最終會損害及導(dǎo)致裝置失效的電性應(yīng)力。對此存儲元件使用相反的電壓極性或許可以通過允許此金屬氧化物改變至較低電阻狀態(tài)而復(fù)原，以防止上述傷害，進(jìn)而顯示出電阻值是被良好控制住的。因此，此處所描述的操作方法的某些實施例中，脈沖組中的至少一脈沖是用來改變至較低電阻狀態(tài)與其它脈沖組中的一個或多個脈沖的至少一個具有相反的電壓極性。在其它的實施例中，用來改變至較低電阻狀態(tài)的脈沖組中的每一脈沖具有跨越此存儲元件的一第一電壓極性，而其它脈沖組中的一個或多個脈沖的每一脈沖具有與第一電壓極性相反的第二電壓極性。圖9是可應(yīng)用此處所描述的本發(fā)明具有電阻切換的金屬-氧化物為基礎(chǔ)的存儲元件的集成電路910的簡化方塊圖。此集成電路910包括一個此處所描述具有可編程至一較低電阻狀態(tài)及其它多個較高電阻狀態(tài)的金屬-氧化物為基礎(chǔ)的存儲單元陣列912。一個具有形成、讀取及編程模式的字線譯碼器914被電性耦接至多條字線916，其是沿著存儲單元陣列912的列方向排列。一位線(行)譯碼器918被電性耦接至多條沿著存儲器陣列912的行排列的位線920以對存儲單元陣列912中的金屬-氧化物存儲單元(未示)進(jìn)行讀取及編程。地址是透過總線922提供至字線譯碼器及驅(qū)動器914及位線譯碼器918。方塊924中的感應(yīng)電路(感應(yīng)放大器)與數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu)，是透過數(shù)據(jù)總線926耦接至位線譯碼器918。數(shù)據(jù)是由集成電路910上的輸入/輸出端或其它集成電路910內(nèi)或外的數(shù)據(jù)來源,透過數(shù)據(jù)輸入線928傳送至方塊924的數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu)。其它電路930可以被包含于該集成電路910中，例如一通用目的處理器或特殊目的應(yīng)用電路，或是一模塊的組合，提供由陣列912所支持的單芯片系統(tǒng)功能。數(shù)據(jù)是由方塊924中的感應(yīng)放大器，透過數(shù)據(jù)輸出線932，傳送至集成電路910上的輸入/輸出端或其它集成電路910內(nèi)或外的數(shù)據(jù)目的地。在此范例所實施的集成電路910包含一控制器934，其具有形成、讀取及編程模式，對此處所描述的存儲單元陣列912中的存儲單元進(jìn)行編程操作，通過先編程至較低電阻狀態(tài)以自一第一至一第二較高的電阻狀態(tài)。該控制器，在此實施例中使用偏壓調(diào)整狀態(tài)機(jī)構(gòu)控制電壓與電流源偏壓電路936來施加包含形成、讀取及編程的調(diào)整偏壓至字線、位線，在某些實施例中還包含源極線。控制器934的應(yīng)用可以使用，業(yè)界所熟知的技術(shù)，如特殊目的邏輯電路來實施。在另一實施例中，該控制器934包含一通用目的處理器，其可以實施在相同集成電路上，其執(zhí)行一計算機(jī)程序以控制該裝置的操作。在另一實施例中，特殊目的邏輯電路和一通用目的處理器的組合可以被用來實施該控制器934。如圖10所示，陣列912的每個存儲單元包括了一個存取晶體管(或其它存取裝置，例如二極管)、以及金屬-氧化物元件。在圖10中，存儲單元1030、1032、1034、1036具有其各自的金屬-氧化物元件1040、1042、1044、146如圖所示，代表可以包含上百萬個存儲單元的存儲陣列的一小部份。這些存儲元件可以被編程至一較低的電阻狀態(tài)以及多個較高的電阻狀態(tài)。存儲單元1030、1032、1034、1036的每個存取晶體管的源極是共同連接至一源極線1054，源極線1054是在一源極線終端1055結(jié)束，例如一接地終端。在另一實施例中，這些存取元件的源極線并未電性連接，而是可獨(dú)立控制的。在某些實施例中，此源極線終端電路1055可以包含接地終端以外的電路，例如是電壓與電流源偏壓電路等的偏壓電路，以及用以施加調(diào)整偏壓的譯碼電路，至源極線1054。多條字線包括字線1056與1058是沿著第一方向平行地延伸，字線1056、1058是與字線譯碼器914進(jìn)行電性通訊。存儲單元1030與1034存取晶體管的柵極被連接至一字線，例如字線1056，而存儲單元1032與1036存取晶體管的柵極是共同連接至一字線1058。多條位線包括位線1060、1062是沿著第二方向平行地延伸，且與位線譯碼器918進(jìn)行電性通訊。在此例示的實例中，每一個存儲元件被安排在對應(yīng)的存取裝置的漏極與對應(yīng)的位線之間。替代地，存儲元件可以安排在對應(yīng)的存取裝置的源極端連接。必須理解的是，存儲單元陣列912并不僅限于圖IO所示的陣列組態(tài)方式，也可以使用其它的陣列組態(tài)方式。此外，在某些實施例中，雙極性晶體管或是二極管也可以取代金氧半場效晶體管做為存取裝置。存儲單元陣列912中的每一存儲單元在操作時是根據(jù)對應(yīng)存儲元件的電阻值來儲存數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)值可以通過，舉例而言，由感應(yīng)電路924中的感應(yīng)放大器將一所選取存儲單元的位線的電流與一合適的參考電流做比較?？梢越⒋烁袘?yīng)電流使得不同的位線電流區(qū)間與三個或多個狀態(tài)中的每一個相對應(yīng)。因此，通過施加合適的電壓至字線1056與1058之一及將位線1060、1062之一與一電壓源耦接，因而電流可以流經(jīng)此被選取的存儲單元，可達(dá)成自存儲單元陣列912讀取或?qū)懭氪鎯卧嚵?12。舉例而言，通過施加電壓至位線1062、字線1056及源極線1054足以開啟此存儲單元1030的存取晶體管及感應(yīng)電流自一位線1060至源極線1054的電流路徑，或是反之亦然，而可建立一電流路徑1080通過此被選取的存儲單元(在此范例中存儲單元1030和其對應(yīng)的存儲單元1040)。所施加的電壓階級和時間是根據(jù)所執(zhí)行的操作(如讀取操作或是寫入操作)所決定。在此存儲單元1030的一讀取(或感應(yīng))操作，字線譯碼器914用來提供字線1056合適的電壓以開啟此存儲單元1030的存取晶體管。位線譯碼器918用來提供位線1060合適的電壓大小及時間在路徑1080感應(yīng)電流但不會導(dǎo)致存儲單元1040進(jìn)行電阻狀態(tài)的改變。此流經(jīng)存儲單元1040和位線1060的電流根據(jù)此存儲單元1040的電阻值，即儲存于存儲單元1030的數(shù)據(jù)值。因此，儲存于存儲單元1030的數(shù)據(jù)值或許可以由被決定，例如，由感應(yīng)電路924中的感應(yīng)放大器將位線1060的電流與一合適的參考電流做比較。在一編程(或設(shè)置)操作將數(shù)據(jù)儲存于此存儲單元1030時，偏壓電路(例如圖9中的電壓與電流源偏壓電路936)與陣列的偏壓調(diào)整耦接，其包含施加一個或多個脈沖至位線1060及/或字線1056及/或源極線1054以在路徑1080感應(yīng)電流。通過此存儲單元1040的組合脈沖通過此處所描述的編程操作以在存儲單元1040感應(yīng)一可程序的改變，進(jìn)而儲存數(shù)據(jù)于存儲單元1030中。雖然本發(fā)明已參照實施例來加以描述，然本發(fā)明創(chuàng)作并未受限于其詳細(xì)描述內(nèi)容。替換方式及修改樣式已于先前描述中所建議，且其它替換方式及修改樣式將為熟習(xí)此項技藝的人士所思及。特別是，所有具有實質(zhì)上相同于本發(fā)明的構(gòu)件結(jié)合而達(dá)成與本發(fā)明實質(zhì)上相同結(jié)果者，皆不脫離本發(fā)明的精神范疇。因此，所有此等替換方式及修改樣式是意欲落在本發(fā)明于隨附權(quán)利要求范圍及其均等物所界定的范疇之中。權(quán)利要求1、一種操作一存儲器裝置的方法，此存儲器裝置包含可被編程至多個電阻狀態(tài)的多個金屬-氧化物存儲元件，該方法包括施加一系列的調(diào)整偏壓于一選取金屬-氧化物存儲元件以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的電阻狀態(tài)自多個電阻狀態(tài)的一第一電阻狀態(tài)至一第二電阻狀態(tài)，該施加一系列的調(diào)整偏壓包含施加一第一組的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自多個電阻狀態(tài)的該第一電阻狀態(tài)至一第三電阻狀態(tài)；以及施加一第二組的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自多個電阻狀態(tài)的該第三電阻狀態(tài)至該第二電阻狀態(tài)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第三電阻狀態(tài)低于該第一及第二電阻狀態(tài)。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第三電阻狀態(tài)用于代表該選取金屬-氧化物存儲元件中的數(shù)據(jù)的最低電阻狀態(tài)。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一組的一個或多個脈沖的至少一個脈沖具有跨越該選取金屬-氧化物存儲元件的一電壓極性，其與該第二組的一個或多個脈沖的至少一個脈沖的電壓極性相反。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于該第一組的一個或多個脈沖的每一個脈沖具有跨越該選取金屬-氧化物存儲元件的一第一電壓極性；以及該第二組的一個或多個脈沖的每一個脈沖具有跨越該選取金屬-氧化物存儲元件的一第二電壓極性，該第二電壓極性與該第一電壓極性相反。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一電阻狀態(tài)高于該第二電阻狀態(tài)，且更包含施加一第二調(diào)整偏壓于該選取金屬-氧化物存儲元件以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的電阻狀態(tài)自多個電阻狀態(tài)的該第二電阻狀態(tài)至該第一電阻狀態(tài)。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該施加該第二調(diào)整偏壓包含施加一第三組的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自該第二電阻狀態(tài)至該第一電阻狀態(tài)。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該施加該第三組的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自該第二電阻狀態(tài)直接至該第一電阻狀態(tài)。9、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該施加該第三組的脈沖包含施加該第三組中的一第一群的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自該第二電阻狀態(tài)至該第三電阻狀態(tài)；以及施加該第三組中的一第二群的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自該第三電阻狀態(tài)至該第一電阻狀態(tài)。10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該第一群的一個或多個脈沖的至少一個脈沖具有跨越該選取金屬-氧化物存儲元件的一電壓極性，其與該第二群的一個或多個脈沖的至少一個脈沖的電壓極性相反。11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于該第一群的一個或多個脈沖的每一個脈沖具有跨越該選取金屬-氧化物存儲元件的一第一電壓極性；以及該第二群的一個或多個脈沖的每一個脈沖具有跨越該選取金屬-氧化物存儲元件的一第二電壓極性，該第二電壓極性與該第一電壓極性相反。12、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，更包括施加個別的調(diào)整偏壓于該選取金屬-氧化物存儲元件以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自多個電阻狀態(tài)的每一電阻狀態(tài)至多個電阻狀態(tài)的其它的電阻狀態(tài)，該施加個別的調(diào)整偏壓包含施加一對應(yīng)組中的一個或多個脈沖以首先改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)至該第三電阻狀態(tài)。13、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一電阻狀態(tài)是該多個電阻狀態(tài)中的一最高電阻狀態(tài)，且更包括施加個別的調(diào)整偏壓于該選取金屬-氧化物存儲元件以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自該多個電阻狀態(tài)的一特定電阻狀態(tài)至該第一電阻狀態(tài)，該施加個別的調(diào)整偏壓包括施加一第一對應(yīng)組的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自該特定電阻狀態(tài)至該多個電阻狀態(tài)的一介于該特定電阻狀態(tài)與該第一電阻狀態(tài)之間的一中間電阻狀態(tài)；以及施加一第二對應(yīng)組的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自該中間電阻狀態(tài)至該第一電阻狀態(tài)。14、一種存儲器裝置，其特征在于，包括可被編程至多個電阻狀態(tài)的多個金屬-氧化物存儲元件；偏壓電路，可用以施加調(diào)整偏壓于一選取金屬-氧化物存儲元件，該調(diào)整偏壓包含一系列的調(diào)整偏壓以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的電阻狀態(tài)自多個電阻狀態(tài)的一第一電阻狀態(tài)至一第二電阻狀態(tài)，該系列的調(diào)整偏壓包含一第一組的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自多個電阻狀態(tài)的該第一電阻狀態(tài)至一第三電阻狀態(tài)；以及一第二組的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自多個電阻狀態(tài)的該第三電阻狀態(tài)至該第二電阻狀態(tài)。15、根據(jù)權(quán)利要求14所述的存儲器裝置，其特征在于，該第三電阻狀態(tài)低于該第一及第二電阻狀態(tài)。16、根據(jù)權(quán)利要求14所述的存儲器裝置，其特征在于，該第三電阻狀態(tài)用于代表該選取金屬-氧化物存儲元件中的數(shù)據(jù)的最低電阻狀態(tài)。17、根據(jù)權(quán)利要求14所述的存儲器裝置，其特征在于，該第一組的一個或多個脈沖的至少一個脈沖具有跨越該選取金屬-氧化物存儲元件的一電壓極性，其與該第二組的一個或多個脈沖的至少一個脈沖的電壓極性相反。18、根據(jù)權(quán)利要求17所述的存儲器裝置法，其特征在于該第一組的一個或多個脈沖的每一個脈沖具有跨越該選取金屬-氧化物存儲元件的一第一電壓極性；以及該第二組的一個或多個脈沖的每一個脈沖具有跨越該選取金屬-氧化物存儲元件的一第二電壓極性，該第二電壓極性與該第一電壓極性相反。19、根據(jù)權(quán)利要求14所述的存儲器裝置，其特征在于該第一電阻狀態(tài)高于該第二電阻狀態(tài)；以及該調(diào)整偏壓更包含一第二調(diào)整偏壓于該選取金屬-氧化物存儲元件以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的電阻狀態(tài)自該第二電阻狀態(tài)至該第一電阻狀態(tài)。20、根據(jù)權(quán)利要求19所述的存儲器裝置，其特征在于，該第二調(diào)整偏壓包含一第三組的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自該第二電阻狀態(tài)至該第一電阻狀態(tài)。21、根據(jù)權(quán)利要求20所述的存儲器裝置，其特征在于，該第三組用以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自該第二電阻狀態(tài)直接至該第一電阻狀態(tài)。22、根據(jù)權(quán)利要求20所述的存儲器裝置，其特征在于，該第三組包含該第三組中的一第一群的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自該第二電阻狀態(tài)至該第三電阻狀態(tài)；以及該第三組中的一第二群的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自該第三電阻狀態(tài)至該第一電阻狀態(tài)。23、根據(jù)權(quán)利要求22所述的存儲器裝置，其特征在于，該第一群的至少一個脈沖具有跨越該選取金屬-氧化物存儲元件的一電壓極性，其與該第二群的一個或多個脈沖的至少一個脈沖的電壓極性相反。24、根據(jù)權(quán)利要求23所述的存儲器裝置，其特征在于該第一群的一個或多個脈沖的每一個脈沖具有跨越該選取金屬-氧化物存儲元件的一第一電壓極性；以及該第二群的一個或多個脈沖的每一個脈沖具有跨越該選取金屬-氧化物存儲元件的一第二電壓極性，該第二電壓極性與該第一電壓極性相反。25、根據(jù)權(quán)利要求14所述的存儲器裝置，其特征在于，該調(diào)整偏壓更包括個別的調(diào)整偏壓以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自多個電阻狀態(tài)的每一電阻狀態(tài)至多個電阻狀態(tài)的其它的電阻狀態(tài)，該個別的調(diào)整偏壓包含一對應(yīng)組中的一個或多個脈沖以首先改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)至該第三電阻狀態(tài)。26、根據(jù)權(quán)利要求14所述的存儲器裝置，其特征在于，該第一電阻狀態(tài)是該多個電阻狀態(tài)中的一最高電阻狀態(tài)，且該調(diào)整偏壓更包括個別的調(diào)整偏壓以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自該多個電阻狀態(tài)的一特定電阻狀態(tài)至該第一電阻狀態(tài)，該個別的調(diào)整偏壓包括一第一對應(yīng)組的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自該特定電阻狀態(tài)至該多個電阻狀態(tài)的一介于該特定電阻狀態(tài)與該第一電阻狀態(tài)之間的一中間電阻狀態(tài)；以及一第二對應(yīng)組的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自該中間電阻狀態(tài)至該第一電阻狀態(tài)。全文摘要本發(fā)明公開了一種多級切換的金屬-氧化物為基礎(chǔ)的電阻式隨機(jī)存取存儲器及其操作方法。此處所描述的方法包括施加一系列的調(diào)整偏壓于一選取金屬-氧化物存儲元件以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的電阻狀態(tài)自多個電阻狀態(tài)的一第一電阻狀態(tài)至一第二電阻狀態(tài)。該施加一系列的調(diào)整偏壓包含施加一第一組的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自多個電阻狀態(tài)的該第一電阻狀態(tài)至一第三電阻狀態(tài)，以及施加一第二組的一個或多個脈沖以改變該選取金屬-氧化物存儲元件的該電阻狀態(tài)自多個電阻狀態(tài)的該第三電阻狀態(tài)至該第二電阻狀態(tài)。文檔編號G11C11/56GK101577142SQ200910137990公開日2009年11月11日申請日期2009年5月5日優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日發(fā)明者張國彬,簡維志,謝光宇,賴二琨,陳逸舟申請人:旺宏電子股份有限公司