专利名称：存储装置的驱动方法
技术领域：
本发明涉及在用非易失性可变电阻元件构成存储单元的存储装置中，当使可变电
阻元件从高电阻状态向低电阻状态变化(写入动作)时对该存储装置进行驱动的方法。
背景技术：
以往的存储装置，特别是使用闪存的存储装置，由于不需要用于保持存储数据的 电力，所以近年来得到了广泛的使用。特别是在包含移动电话单元的便携式终端装置中，普 遍地使用了闪存作为存储器。但是，在使用这种闪存的存储装置中，存在着数据写入速度慢 的问题(例如，参照非专利文献1)。 因此，本申请人曾经提出一种使用了比上述闪存具有更优异特性的非易失性可变 电阻元件的存储装置(例如，专利文献1)。该可变电阻元件是层叠结构，该层叠结构包括一 对电极且在这对电极之间具有导电膜和绝缘膜。此外，如果在上述一对电极之间施加电压 使得电流从导电膜流向绝缘膜，则可变电阻元件转变到低电阻状态，且数据被写入。另一方 面，如果在上述一对电极之间施加电压使得电流反过来从绝缘膜流向导电膜，则可变电阻 元件转变到高电阻状态，且数据被擦去。 由于与上述的闪存等相比，这种结构的可变电阻元件能够以简单的结构构成存储 单元，所以不依赖于该元件的尺寸就能够得到大信号。因此，该可变电阻元件具有可微縮性 (scaling)强的特性。此外，该可变电阻元件具有下述优点，即能够使利用电阻变化的数 据写入速度加快到例如大约5纳秒，而且能够在低电压(例如大约IV)和低电流(例如大 约20iiA)下工作。 非专利文献1 :"Nikkei Electronics", 2002. 11. 18， p. 130(《日经电子》，2002年 11月18日出版，第130页) 专利文献1 :日本专利申请公开公报特开第2005-197634号 然而，在上述可变电阻元件中，取决于绝缘膜和导电膜的结构或制造方法，在写入 后的低电阻状态下，有时存在着电阻的波动较大的情况。如果就像这样电阻的波动大时，则 难以稳定地保持所写入的数据。 此外，为了充分地进行写入而不发生写入出错等，需要增大向该可变电阻元件施 加的电压，或增大流过该可变电阻元件的电流，或者使电压的施加时间变长。但是，如果向 该可变电阻元件施加必要值以上的高电压或流过过量的大电流，则绝缘膜有可能引起介电 击穿，并使得该可变电阻元件自身被破坏。 这样，在以往的存储装置中，难以稳定地进行数据的写入和保持，且因此所以难以 提高可靠性。上述装置存在着改善的余地。
发明内容
本发明就是鉴于上述的问题而做出的，目的是提供一种存储装置的驱动方法，该
驱动方法能够提高包含可变电阻元件的存储装置中的数据写入可靠性。
3置的驱动方法用于包含可变电阻元件的存储装置，所述可变电阻 元件具有一对电极，并且在所述可变电阻元件中，能够通过在所述一对电极之间施加不同 极性的电压来使电阻值可逆地变化。当使所述可变电阻元件从电阻值高的高电阻状态向电 阻值低的低电阻状态变化时，在所述一对电极之间施加多次形状相互不同的脉冲状电压。
此处，"脉冲状电压"不限于字面含义上的具有脉冲状波形的电压，也可以是具有 斜坡状波形的电压。 在本发明的存储装置的驱动方法中，当在可变电阻元件的一对电极之间施加电压 时，在这一对电极之间形成导电路径，因而有电流流过。因此，可变电阻元件从高电阻状态 向低电阻状态变化，且数据被写入。此处，由于在这样的数据写入动作时(从高电阻状态向 低电阻状态变化时)，在上述一对电极之间施加了多次形状相互不同的脉冲状电压，所以能 够避免由于可变电阻元件的自身发热而造成的导电路径的扩散消失。此外，也能够避免当 想要充分地进行写入动作时可变电阻元件受到破坏。 在本发明的存储装置的驱动方法中，当使所述可变电阻元件从高电阻状态向低电 阻状态变化时，可以在上述一对电极之间施加两次形状相互不同的脉冲状电压。在该情况 下，在所述两次脉冲状电压中，可以把第二次脉冲状电压的电压值设定成低于第一次脉冲 状电压的电压值。在这种配置的情况下，在利用第一次脉冲状电压进行数据写入动作之后， 利用具有较低电压值的第二次脉冲状电压来抑制了可变电阻元件的自身发热，并可以避免 由于上述一对电极之间的无偏压状态而造成的导电路径的扩散消失。因此，能够使写入动 作之后处于低电阻状态的可变电阻元件的电阻值稳定化，并能够稳定地保持所写入的数 据。 此外，在如上所述施加两次形状相互不同的脉冲状电压的情况下，在该两次脉冲 状电压中，可以把第二次脉冲状电压的电压值设定成高于第一次脉冲状电压的电压值。在 这样配置的情况下，在利用具有较低电压值的第一次脉冲状电压使可变电阻元件成为软击 穿(soft-breakdown)状态之后，利用具有较高电压值的第二次脉冲状电压形成了足够量 的导电路径。因而，可以充分地进行写入动作。因此，能够避免可变电阻元件的破坏和劣化， 并能够抑制在写入动作时发生出错(写入出错)，所以能够稳定地进行写入动作。
按照本发明的存储装置的驱动方法，由于在数据写入动作时(从高电阻状态向低 电阻状态变化时)，在一对电极之间施加了多次形状相互不同的脉冲状电压，所以能够避免 由于可变电阻元件的自身发热而造成的导电路径的扩散消失，并能够避免当想要充分地进 行写入动作时可变电阻元件受到的破坏。因此，能够使数据写入动作和数据保持动作稳定 化，并且能够提高数据写入动作的可靠性。
图1是示出了应用本发明第一实施方式的存储装置驱动方法的存储单元结构示 例的电路图。 图2是示出了图1中所示的可变电阻元件的详细结构示例的剖面图。 图3是用于对在写入动作时和擦去动作时的可变电阻元件的作用进行说明的剖面图。 图4是用于对比较例的存储装置驱动方法进行说明的时序波形图。
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图5是示出了比较例的可变电阻元件的电阻值与写入次数之间关系的一个例子 的特性图。 图6是用于对本发明第一实施方式的存储装置驱动方法进行说明的时序波形图。
图7是示出了本发明实施例的可变电阻元件的电阻值与写入次数之间关系的特 性图。 图8是用于对本发明第二实施方式的存储装置驱动方法进行说明的时序波形图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
第一实施方式 图1示出了在应用本发明第一实施方式的存储装置驱动方法的存储装置中的存 储单元1的电路结构示例。该存储单元1包括可变电阻元件2 ;选择晶体管Tr ;栅极电压 电源31 ;开关SW;写入电压电源32 ;以及擦去电压电源(未图示)。此外，通过将多个这种
结构的存储单元1例如配置成矩阵形，来构成存储装置(存储器)。 可变电阻元件2具有稍后说明的一对电极，并且能够通过在这一对电极之间施加 不同极性的电压(稍后说明的写入电压和擦去电压)来使电阻值可逆地变化。此外，稍后 会对该可变电阻元件2的详细结构进行描述。 选择晶体管Tr的栅极与选择字线(selection word line)WL连接，选择晶体管Tr 的源极与公共电压端子Vcommon连接，选择晶体管Tr的漏极与可变电阻元件2的一端(稍 后说明的电极24侧)连接。此外，选择字线WL的一端连接在栅极电压电源31上。通过这 样的结构，在数据写入时或数据擦去时，从栅极电压电源31向选择晶体管Tr提供栅极电 压，使选择晶体管Tr成为接通的状态。 开关SW被配置成插入到连接在可变电阻元件2的另一端(稍后说明的电极21侧)
与写入电压电源32之间的位线(bit line)BL中。此外，从写入信号发生部4向开关SW提
供写入信号Sl 。按照这样的结构，如果开关SW响应于写入信号Sl而成为接通状态，则从写
入电压电源32向可变电阻元件2提供写入电压。由此，在可变电阻元件2的一对电极之间
施加了写入电压，并且稍后说明的写入电流Iw在这一对电极之间流过。 接着，参照图2，对可变电阻元件2的详细结构进行说明。图2示出了可变电阻元
件2的具体结构示例。 该可变电阻元件2为层叠结构，在该层叠结构中，在一对电极21 、24之间从电极21 侧按顺序层叠有导电膜22和绝缘膜23。 电极21、24是这样的电极极性相互不同的写入电压及擦去电压通过位线BL被施 加到电极21、24上，并且电极21、24例如由铝(Al)、铜(Cu)或钨(W)等材料构成。
导电膜22包含容易离子化的金属元素，且相当于本发明中"金属含有层"的一个 具体例子。这样的金属元素的示例可以是铜(Cu)、银(Ag)以及锌(Zn)中的至少一种元素。 按照这种结构，导电膜22具有下述性质，即在电极21、24之间施加写入电压时，该结构中 的金属元素被离子化并被拉向阴极侧(电极24侧)。此外，也可以使用上述Cu、Ag、Zn以 外的金属元素，只要该金属元素容易离子化即可。此外，导电膜22的一个例子可以是以大 约20nm的厚度形成的CuTe (碲)膜。
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绝缘膜23起到了作为用于存储并保持所写入的数据的存储层的作用，并且例如 由诸如非晶态氧化钆(Gd203)或氧化硅(Si02)等绝缘材料构成。此外，这样的绝缘膜23的 一个例子可以是以大约5nm的厚度形成的非晶态Gd203膜。 接着，在图1、图2的基础上再参照图3 图7，对本实施方式的存储装置的驱动方 法(特别是数据写入方法)进行详细说明。 首先，参照图1 图3，对存储装置的驱动方法的基本动作(数据写入方法和数据 擦去方法的基本动作)进行说明。 首先，在数据写入时，如图3A所示，通过开关SW和位线BL从写入电压电源32向 电极21、24之间施加写入电压，使得绝缘膜23侧的电极24具有低电位。因此，如该图中的 箭头Pl所示，导电膜22中的金属元素的离子被拉向电极24侧，且进入绝缘膜23内。当该 离子到达电极24时，在电极21、24之间形成了未图示的导电路径(导电通路)，电极21、24 之间变成电导通。如该图中所示，写入电流Iw从电极21向电极24流动，因而可变电阻元 件2的电阻值下降(从高电阻状态变化到低电阻状态)。这样，将数据(信息)写入到可变 电阻元件2中。 另一方面，在擦去所写入的数据时，如图3B所示，通过位线BL从未图示的擦去电 压电源向电极21、24之间施加擦去电压，使得导电膜22侧的电极21具有低电位。因而， 如该图中的箭头P2所示，绝缘膜23中的金属元素被离子化且被拉向电极21侧，从绝缘膜 23脱离。所以，在电极21、24之间形成的导电路径变小。如该图中所示，擦去电流Ie从电 极24向电极21流动，因而电极21、24之间的绝缘特性增强，可变电阻元件2的电阻值上升 (从低电阻状态变化到高电阻状态)。这样，把数据(信息)从可变电阻元件2中擦去。
此外，如上所述，通过反复地在电极21 、24之间施加极性相互不同的电压，可以使 可变电阻元件2的电阻值在高电阻状态和低电阻状态之间可逆地变化。此外，由于绝缘膜 23的电阻值根据该绝缘膜23中金属元素的离子的量的不同而不同，所以如上所述，该绝缘 膜23起到了作为存储层的作用。 接着，参照图1、图2以及图4 图7，在与比较例进行比较的情况下，对与本发明 的特征部分对应的存储装置驱动方法(数据写入方法)进行详细说明。此处，图4和图5 示出了比较例的现有的数据写入方法，图4示出了数据写入动作时的时序波形(其中，图4A 示出了写入电流Iw ;图4B示出了未图示的导电路径的温度Tp ;图4C示出了可变电阻元件 2的电阻值Rvo)，图5示出了数据重写次数(数据写入和擦去的重复次数)与可变电阻元 件2的电阻值(写入后的电阻值Rw和擦去后的电阻值Re)之间关系的一个例子。此外，图 6和图7示出了本发明实施方式的数据写入方法的一个例子(本发明实施例的数据写入方 法)，图6示出了数据写入动作时的时序波形(其中，图6A示出了写入电流Iw ;图6B示出 了未图示的导电路径的温度Tp;图6C示出了可变电阻元件2的电阻值Rvo)，图7示出了数 据重写次数(数据写入和擦去的重复次数)与可变电阻元件2的电阻值(写入后的电阻值 Rw和擦去后的电阻值Re)之间关系的一个例子。 此外，在图4和图5所示的比较例中，作为写入脉冲(脉冲状电流或脉冲状电压) 使用了脉冲宽度为100ns (纳秒)的200 ii A电流和3V电压，并且作为擦去脉冲(脉冲状电 流或脉冲状电压)使用了脉冲宽度为100ns的2V电压。 首先，在比较例的数据写入方法中，例如如图4所示，在从时刻t101到时刻t102的期间，在电极21、24之间施加脉冲状写入电压并且因而有脉冲状写入电流Iw(图4A)在 电极21、24之间流过。因此，在电极21、24之间形成了导电路径，使得可变电阻元件2的电 阻值Rv(图4C)从电阻值Rj擦去后的电阻值Re)下降到电阻值Rj写入后的电阻值Rw)， 并且由于该写入电流Iw而在导电路径中产生了焦耳热，使得导电路径的温度Tp上升(图 4B)。这里，即使在时刻tl02处结束了写入脉冲(脉冲状写入电压和脉冲状写入电流)的 施加之后，由于导电路径的温度Tp不会立刻下降(如该图中的附图标记P3所示，温度Tp 在时刻tl03处下降到温度TL)，所以在结束了写入脉冲的施加之后的某个期间AT内，导电 路径处于无偏压状态(unbiased state)且处于高温(温度TH)状态。因此，形成该导电路 径的金属离子和原子进行热扩散。所以，如图5所示，擦去后的电阻值Re比较稳定，而写入 后的电阻值Rw发生很大的变动且变得不稳定。于是，如果就像这样可变电阻元件2的电阻 值的波动大时，则难以稳定地保持所写入的数据。 与此相对比，在本发明实施例的数据写入方法中，例如如图6所示，在数据写入动 作时(时刻tll t14之间的期间)，响应于从写入信号发生部4提供过来的写入信号Sl 在电极21、24之间施加多次(在此为两次)相互不同的脉冲状写入电压，并有多次(在此为 两次)相互不同的脉冲状写入电流Iw(图6A)流过(施加了脉冲宽度分别为Atll、 Atl2 的两次写入脉冲PLSll、 PLS12)。此外，在这样的两次写入脉冲PLSll、 PLS12中，把第二次 写入脉冲PLS12的电压值和电流值(电流值112)设定成低于第一次写入脉冲PLSll的电 压值和电流值(电流值Ill)。此外，在这样的数据写入动作时，在电极21、24之间形成的 导电路径的温度Tp下降到预定的阈值(例如温度1Y)(这里为时刻t13)以下的温度，之后 (这里为时刻tl4)，使第二次写入脉冲PLS12的电压值和电流值变成断开。这样，利用第 一次写入脉冲PLS11进行数据写入动作之后，利用具有较低电压值和较低电流值(电流值 112)的第二次写入脉冲PLS12能够抑制可变电阻元件2的自身发热(焦耳热的产生)，并 且能够避免由于电极21、24之间的无偏压状态而造成的导电路径的扩散消失。因此，在写 入动作之后处于低电阻状态的可变电阻元件2的电阻值被稳定化，并能够稳定地保持所写 入的数据。 作为一个例子，在图7(也包含比较例)所示的实施例中，第一次写入电流Iw为 200 ii A，并且第二次写入电流Iw为25 ii A，数据重写每过1000次就改变脉冲宽度A t12。具 体而言，当数据重写次数在1 1000次之间(比较例)时，第一次写入脉冲PLSll的脉冲宽 度Atll为100ns，并且第二次写入脉冲PLS12的脉冲宽度A t12为0，其结果是只有一次写 入脉冲。此外，当数据重写次数在1001 2000次之间(实施例)时，第一次写入脉冲PLSll 的脉冲宽度Atll为100ns，并且第二次写入脉冲PLS12的脉冲宽度Atl2为100 y s。当 数据重写次数在2001 3000次之间(实施例)时，第一次写入脉冲PLS11脉冲宽度A tll 为100ns，并且第二次写入脉冲PLS12的脉冲宽度A t12为lms。当数据重写次数在3001 4000次之间(实施例)时，第一次写入脉冲PLSll的脉冲宽度Atll为100ns，并且第二次 写入脉冲PLS12的脉冲宽度A t12为10ms。当数据重写次数在4001 5000次之间(实施 例)时时，第一次写入脉冲PLSll的脉冲宽度Atll为100ns，并且第二次写入脉冲PLS12 的脉冲宽度△ t12为100ms。当数据重写次数在5001 6000次之间(实施例)时，第一次 写入脉冲PLSll的脉冲宽度Atll为100ns，并且第二次写入脉冲PLS12的脉冲宽度Atl2 为ls。当数据重写次数在6001 7000次之间(实施例)时，第一次写入脉冲PLSll的脉冲宽度Atll为100ns，并且第二次写入脉冲PLS12的脉冲宽度Atl2为10s。此外，当数 据重写次数在7001 8000次之间(比较例)时，第一次写入脉冲PLS11的脉冲宽度A til 为100ns，并且第二次写入脉冲PLS12的脉冲宽度A t12为0，其结果是只有一次写入脉冲。 此外，当数据重写次数在8001 9000次之间(比较例)时，第一次写入脉冲PLS11的脉冲 宽度Atll为0，并且第二次写入脉冲PLS12的脉冲宽度Atl2为lOOms，其结果是只有一 次写入脉冲。此外，作为擦去脉冲，使用了脉冲宽度为100ns的2V电压。
在施加了两次相互不同的写入脉冲PLS11、PLS12的实施例(数据写入次数在 1001 7000次之间)中，从图7可以得知的是，由于抑制了可变电阻元件2的自身发热(焦 耳热的产生)，并且避免了由于电极21、24之间的无偏压状态而造成的导电路径的扩散消 失，所以写入后的电阻值Rw被稳定化。另一方面，在仅施加一次写入脉冲的比较例中，当数 据写入次数在1 1000次之间和当数据写入次数在7001 8000次之间时，由于因可变电 阻元件2的自身发热而造成的导电路径的扩散消失，因此写入后的电阻值Rw变得不稳定。 此外，在比较例中，当数据写入次数在8001 9000次之间时，没有第一次写入脉冲而仅有 第二次写入脉冲。所以，写入并没有被充分地进行。 如上所述，在本实施方式中，由于在数据写入动作时(从高电阻状态向低电阻状 态变化时)，在可变电阻元件2的电极21、24之间施加了多次形状相互不同的写入脉冲，所 以能够避免因可变电阻元件2的自身发热(焦耳热的产生)而造成的导电路径的扩散消 失。因此，能够使写入后的数据保持动作稳定化，并能够提高数据写入动作的可靠性。
具体而言，在数据写入动作时，在电极21、24之间施加两次形状相互不同的写入 脉冲PLS11、PLS12，并且在该两次写入脉冲PLS11、PSL12中，把第二次写入脉冲PLS12的电 压值和电流值设定成低于第一次写入脉冲的电压值和电流值。所以，在利用第一次写入脉 冲PLS11进行数据写入动作之后，利用具有较低电压值和较低电流值(电流值I12)的第二 次写入脉冲PLS12能够抑制可变电阻元件2的自身发热(焦耳热的产生)，并且能够避免因 电极21、24之间处于无偏压状态而造成的导电路径的扩散消失。因此，能够使写入动作之 后处于低电阻状态的可变电阻元件2的电阻值稳定化，并能够稳定地保持所写入的数据。
此外，在数据写入动作时，当在电极21、24之间形成的导电路径的温度Tp下降到 预定的阈值(例如温度1Y)以下的温度之后，使第二次写入脉冲PLS12的电压值和电流值 断开。所以，如上所述，能够可靠地避免因可变电阻元件2的自身发热(焦耳热的产生)而 造成的导电路径的扩散消失。
第二实施方式 接着，对本发明的第二实施方式进行说明。此外，与第一实施方式中的元件相同的 元件用相同的附图标记来表示，并因而适当地省略说明。 图8示出了本实施方式的数据写入方法的一个例子，具体而言，示出了数据写入 动作时的时序波形。此外，由于应用本实施方式的数据写入方法的存储装置与在第一实施 方式中说明的相同，因此省略说明。 在此，首先，在对本实施方式的数据写入方法进行说明之前，对数据写入动作的细 节进行研究。可以认为，该数据写入动作由两个阶段构成。首先，在第一阶段中，在绝缘特 性的高电阻状态下，在电极21、24之间施加写入电压，在绝缘膜23中的某个较弱的部分处 发生软击穿，因此有漏电流流过。在第二阶段中，因该漏电流而产生的焦耳热促进了导电膜
822中的金属原子的离子化，并且写入电压使得金属离子运动，于是在电极21、24之间形成 了低电阻的导电路径。 这里，如果在第一阶段中施加的写入电压过大，则发生硬击穿(hard-breakdown), 可变电阻元件2变成半破坏的状态。此外，即使未实质上达到硬击穿状态，如果在第一阶段 中所施加的电压过高从而漏电流过度地增大，则会加速可变电阻元件2的劣化。另一方面， 为了在电极21、24之间形成充分稳定的导电路径，需要让较大的电流流过或施加较高的电 压，以使足够量的金属离子在绝缘膜23中运动，从而形成充分的导电路径。
因此，在本实施方式的数据写入方法中，例如如图8所示，在数据写入动作时(时 刻t21 t24之间的期间)，首先，与第一实施方式相同，响应于从写入信号发生部4提供的 写入信号S1，在电极21、24之间施加多次(在此为两次)相互不同的脉冲状写入电压，并让 多次(在此为两次)相互不同的脉冲状写入电流Iw(施加脉冲宽度分别为At21、 At22的 两次写入脉冲PLS21、PLS22)流过。此外，在这样的两次写入脉冲PLS21、PLS22中，把第二 次写入脉冲PLS22的电压值和电流值(电流值122)设定成高于第一次写入脉冲PLS21的 电压值和电流值(电流值121)，并且将第二次写入脉冲PLS22的脉冲宽度A t22设定成大 于第一次写入脉冲PLS21的脉冲宽度At21。 按照该配置，在利用具有较低电压值和较低电流值(电流值121)的第一次写入脉 冲PLS21使可变电阻元件2成为软击穿状态之后，利用具有较高电压值和较高电流值(电 流值122)的第二次写入脉冲PLS22来形成足够量的导电路径。所以，能够充分地进行写入 动作。因此，能够避免可变电阻元件2的破坏和劣化，并且能够抑制在写入动作时产生出错 (写入出错)，因而能稳定地进行写入动作。 如上所述，在本实施方式中，在数据写入动作时(从高电阻状态向低电阻状态变 化时)，由于在可变电阻元件2的电极21、24之间施加多次形状相互不同的写入脉冲，所以 能够避免当想要充分地进行写入动作时所导致的对可变电阻元件2的破坏。因此，能够使 数据写入动作稳定化，并能够提高数据写入动作的可靠性。 具体而言，在数据写入动作时，在电极21、24之间施加两次形状相互不同的写入 脉冲PLS21、PLS22，并且在该两次写入脉冲PLS21、PLS22中，把第二次写入脉冲PLS22的电 压值和电流值设定比第一次写入脉冲PLS21的电压值和电流值高。因此，在利用具有较低 电压值和较低电流值的第一次写入脉冲PLS21使可变电阻元件2成为软击穿状态之后，利 用具有较高电压值和较高电流值的第二次写入脉冲PLS22来形成足够量的导电路径。所 以，能够充分地进行写入动作。因此，能够避免可变电阻元件2的破坏和劣化，并且能够抑 制在写入动作时产生出错(写入出错)，因而能稳定地进行写入动作。 此外，在两次写入脉冲PLS21、 PLS22中，把第二次写入脉冲PLS22的脉冲宽度 At22设定成比第一次写入脉冲PLS21的脉冲宽度At21大。因此，能够避免可变电阻元件 的破坏和劣化，并且能够抑制在写入动作时产生出错，因而能够更稳定地进行写入动作。
以上，虽然用第一实施方式和第二实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限 于这些实施方式，可以进行各种各样的变形。 例如，在上述各实施方式中，对于两次写入脉冲PLSll、 PLS12和两次写入脉冲 PLS21、PLS22中的写入脉冲之间的时间时间间隔为O(零)的情况进行了说明。但是，也可 以在上述两次写入脉冲之间设有某种长度的时间间隔。
此外，在上述各实施方式中，对在数据写入动作时(当从高电阻状态向低电阻状 态变化时)在电极21、24之间施加两次形状相互不同的写入脉冲的情况进行了说明。但是， 本发明不限于所要施加的写入脉冲的次数是两次的情况，该次数也可以是三次以上。
此外，在上述各实施方式中，作为写入电压和写入电流的控制方法，说明了对从写 入电压电源32提供的写入电压进行控制的方法。但是例如也可以是从写入电压电源32 提供的写入电压是固定的，而对从栅极电压电源31提供的选择晶体管Tr的栅极电压进行 控制。或者还可以是组合使用对写入电压的控制和对栅极电压的控制这二者。
此外，在上述各实施方式中，说明了其中让一个非易失性可变电阻元件2与一个 选择晶体管Tr连接的存储单元l(所谓的1T-1R型存储单元)。但是，能够应用本发明的驱 动方法(写入方法)的存储装置不限于具有这样的1T-1R型存储单元的存储装置。例如， 本发明的驱动方法也可以应用于具有如下存储单元的存储装置其中让多个非易失性可变 电阻元件与一个选择晶体管连接的存储单元，其中未设置有选择晶体管的存储单元，等等。
此外，本发明的驱动方法(写入方法)也可以应用于包含如下可变电阻元件的存 储装置，该可变电阻元件的结构与上述各实施方式中所说明的可变电阻元件2(图l和图 2)的结构不同。例如，本发明的驱动方法可以应用于包含下列可变电阻元件之一的存储装 置在图2的剖面结构中让导电膜22与绝缘膜23的层叠顺序颠倒过来而构成的可变电阻 元件；让导电膜22也兼做电极21的可变电阻元件；未设置有导电膜22而是让绝缘膜23中 含有导电膜22所使用的金属元素的可变电阻元件；等等。此外，本发明的驱动方法除了可 以应用于包含具有容易离子化的金属元素和绝缘膜的可变电阻元件的存储装置以外，也可 以应用于包含具有各种各样结构的可变电阻元件的存储装置。
权利要求
一种存储装置的驱动方法，所述驱动方法用于包含可变电阻元件的存储装置，所述可变电阻元件具有一对电极，并且在所述可变电阻元件中，能够通过在所述一对电极之间施加不同极性的电压来使电阻值可逆地变化，当使所述可变电阻元件从电阻值高的高电阻状态向电阻值低的低电阻状态变化时，在所述一对电极之间施加多次形状相互不同的脉冲状电压。
2. 根据权利要求1所述的存储装置的驱动方法，其中，当使所述可变电阻元件从所述 高电阻状态向所述低电阻状态变化时，在所述一对电极之间施加两次形状相互不同的脉冲 状电压。
3. 根据权利要求2所述的存储装置的驱动方法，其中，在所述两次脉冲状电压中，把第 二次脉冲状电压的电压值设定成低于第一次脉冲状电压的电压值。
4. 根据权利要求3所述的存储装置的驱动方法，其中，把所述第二次脉冲状电压设定 成在当使所述可变电阻元件从所述高电阻状态向所述低电阻状态变化时在所述一对电极 之间形成的导电路径的温度下降到预定阈值以下之后，使所述第二次脉冲状电压断开。
5. 根据权利要求2所述的存储装置的驱动方法，其中，在所述两次脉冲状电压中，把第 二次脉冲状电压的电压值设定成高于第一次脉冲状电压的电压值。
6. 根据权利要求5所述的存储装置的驱动方法，其中，把所述第二次脉冲状电压的脉 冲宽度设定成大于所述第一次脉冲状电压的脉冲宽度。
7. 根据权利要求1所述的存储装置的驱动方法，其中，所述可变电阻元件在所述一对 电极之间具有存储层，它由绝缘体构成；以及 金属含有层，它包含容易离子化的金属元素。
8. 根据权利要求7所述的存储装置的驱动方法，其中，所述金属元素为铜(Cu)、银(Ag) 和锌(Zn)中的至少一种元素。
全文摘要
本发明提供一种存储装置的驱动方法，本驱动方法能够提高包含可变电阻元件的存储装置中的数据写入可靠性。在数据写入动作时，在可变电阻元件(2)的电极(21)与电极(24)之间施加多次形状相互不同的写入脉冲。由于可以避免因可变电阻元件(2)的自身发热(焦耳热的产生)而造成的导电路径的扩散消失，所以能够使写入后的数据保持动作稳定化。此外，由于可以避免当想要充分地进行写入动作时对可变电阻元件(2)的破坏，所以能够使数据写入动作稳定化。
文档编号H01L49/00GK101779248SQ20088010279
公开日2010年7月14日 申请日期2008年8月12日 优先权日2007年8月15日
发明者冈崎信道, 対马朋人, 椎本恒则 申请人:索尼公司