[發明專利]在下電極上具有緩沖層的可變電阻存儲器件

有效

• 申請號: 200610159882.1
• 申請日: 2006-11-02
• 公開（公告）號: CN101068038A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發明（設計）人: 埃爾·M·布里姆;李殷洪;趙重來
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 張波

技術領域

本發明涉及非易失性存儲器件，更特別地，涉及非易失性可變電阻存儲器件，其在包括具有可變電阻特性的過渡金屬氧化物的存儲器件的下電極上采用緩沖層，從而導致復位電流(reset?current)減小。

背景技術

已經進行了許多努力來研發具有增大的每單位面積存儲單元數，即增大的集成密度的半導體器件，且該半導體器件可以以低功耗高速運行。

通常，半導體存儲器件包括通過電路連接的多個存儲單元。在用作一般半導體存儲器件的動態隨機存取存儲器(DRAM)中，單位存儲單元通常包括一個開關和一個電容器。DRAM具有高集成密度和高運行速度的優點。但是，問題在于當切斷電源時，丟失其所存儲的所有數據。

在非易失性存儲器件例如閃存器件中，即使切斷電源，仍然保持所存儲的全部數據。與易失性存儲器不同，閃存具有非易失性特點，但其缺點在于相較于DRAM，其具有低集成密度和低運行速度。

目前研究較多的非易失性存儲器件可包括磁隨機存取存儲器(MRAM)、鐵電隨機存取存儲器(FRAM)、相變隨機存取存儲器(PRAM)、電阻隨機存取存儲器(RRAM)等。

諸如上述RRAM的非易失性存儲器利用過渡金屬氧化物的電阻根據施加到該過渡金屬氧化物的電壓而變化的特性(可變電阻特性)。

圖1A示出可變電阻RAM(RRAM)的一般結構。使用過渡金屬氧化物(TMO)作為可變電阻材料的RRAM具有開關特性，使其能用作存儲器。

參考圖1A，形成下電極10、氧化物層12和上電極14。下電極10和上電極14通常由導電材料構成，一般為金屬，氧化物層12由具有可變電阻特性的過渡金屬氧化物構成。過渡金屬氧化物的特別示例包括ZnO、TiO₂、Nb₂O₅、ZrO₂、NiO等。

圖1B是示出圖1A所示的常規非易失性可變電阻存儲器件的操作特性的曲線圖。下電極由具有約20nm厚度的Ru構成，在下電極上形成氧化物層。氧化物層由具有約50nm厚度的NiO構成。在氧化物層上形成上電極且上電極由具有約20nm厚度的Ru構成。然后，施加電壓并測量電流。

參考圖1B，當第一開關循環中施加約0.7V的電壓時，復位電流約為3mA。但是，當進行了50次開關操作循環時，復位電流大大增加至約50mA。由此得知，當重復進行開關操作時，氧化物層12的電阻狀態連續改變。結果，操作電壓增大且復位電壓增大，其導致存儲器件可靠性下降的問題。因此，需要研發具有穩定操作特性的存儲器件。

發明內容

本發明提供一種非易失性存儲器件，通過在下電極和氧化物層之間采用緩沖層，盡管重復開關操作，該存儲器件仍能表現出穩定的復位電流。

根據本發明的一個方面，提供一種包括可變電阻材料的非易失性存儲器件，該存儲器件包括：下電極；形成在該下電極上的緩沖層，該緩沖層由氧化物構成；形成在該緩沖層上的氧化物層，該氧化物層具有可變電阻特性；以及形成在該氧化物層上的上電極。

該緩沖層的功函數可以高于該下電極的功函數。

該上電極的功函數可以高于該氧化物層的功函數。

該下電極可以由具有低于5.0eV的功函數的材料構成。

該下電極可以由W、Ta、Cu、Hf、Mo、Sr、Ag、In或Cr構成。

該緩沖層可以由具有高于5.0eV的功函數的材料構成。

該緩沖層可以由Ru氧化物、Ir氧化物、Cu氧化物、Mn氧化物或Ta氧化物構成。

該氧化物層可以由具有可變電阻特性的p型過渡金屬氧化物構成。

該氧化物層可以由Ni氧化物或Cu氧化物構成。

該上電極可以由選自Ru、Rh、Co、Pd、Ni、Re、Pt、Ru-Ta合金、Pt-Hf合金、Pt-Ti合金、Co-Ni合金或Ni-Ta合金的材料，或這些材料的合金構成。

附圖說明

通過參照附圖詳細描述其示例性實施例，本發明的上述和其他特征和優點將變得更加明顯，附圖中：

圖1A是示出常規非易失性可變電阻存儲器件的視圖；

圖1B是示出常規非易失性可變電阻存儲器件的操作特性的圖示；

圖2是示出根據本發明一實施例的具有形成在下電極上的緩沖層的可變電阻存儲器件的視圖；

圖3是曲線圖，示出電壓-電流(V-I)特性以說明可變電阻存儲器件的操作原理；

圖4A是示出根據本發明一實施例具有形成在Ru下電極上的緩沖層的可變電阻存儲器件中根據開關循環的閾值電壓的圖示；