[發(fā)明專利]包括n+界面層的可變電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 200610160399.5 | 申請(qǐng)日： | 2006-11-15 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN101097988A | 公開(kāi)（公告）日： | 2008-01-02 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 趙重來(lái);李殷洪;斯蒂法諾維奇·金瑞克;埃爾·M·鮑里姆 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 三星電子株式會(huì)社 |
| 主分類號(hào)： | H01L45/00 | 分類號(hào)： | H01L45/00;H01L27/24 |
| 代理公司： | 北京市柳沈律師事務(wù)所 | 代理人： | 張波 |
| 地址： | 韓國(guó)*** | 國(guó)省代碼： | 韓國(guó);KR |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 包括 界面 可變 電阻 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及非易失性存儲(chǔ)器，更特別地，涉及通過(guò)在由普通金屬形成的下電極與緩沖層之間包括n+界面層而以低操作電壓操作的可變電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。
背景技術(shù)
具有高集成密度、高速操作特性、和低操作電壓的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是更優(yōu)越的。
常規(guī)存儲(chǔ)器包括連接到存儲(chǔ)單元的多個(gè)電路。在作為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的代表的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的情況下，單位存儲(chǔ)單元通常包括一個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)電容器。DRAM具有高集成密度和高操作速度。然而，所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在關(guān)閉電源后被擦除。
非易失性存儲(chǔ)器在電源被關(guān)閉后能保持所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，這樣的非易失性存儲(chǔ)器的例子是閃存(flash?memory)。閃存是非易失性存儲(chǔ)器，其與易失性存儲(chǔ)器的區(qū)別在于非易失性存儲(chǔ)器比DRAM具有較低的集成密度和較慢的操作速度。
正在對(duì)非易失性存儲(chǔ)器進(jìn)行很多研究，包括磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(FRAM)、相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PRAM)、及電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)。
上述非易失性存儲(chǔ)器中，RRAM主要利用取決于過(guò)渡氧化物的電壓的可變電阻特性。
圖1A是橫截面圖，示出使用可變電阻材料的具有常規(guī)結(jié)構(gòu)的RRAM的結(jié)構(gòu)。使用過(guò)渡金屬氧化物作為可變電阻材料的RRAM器件具有開(kāi)關(guān)特性以用作存儲(chǔ)器。
參照?qǐng)D1A，RRAM具有其中下電極12、氧化物層14、和上電極16順序形成在襯底10上的結(jié)構(gòu)。下電極12和上電極16由普通導(dǎo)電金屬形成，氧化物層14由具有可變電阻特性的過(guò)渡金屬氧化物形成。該過(guò)渡金屬氧化物包括ZnO、TiO2、Nb2O5、ZrO2、NiO等。
圖1B是曲線圖，示出圖1A所示的非易失性可變電阻存儲(chǔ)器的操作特性。更具體地，電流通過(guò)對(duì)樣品施加電壓來(lái)測(cè)量，樣品中下電極12由Ru形成，氧化物層14由NiO形成，上電極16由Ru形成。參照?qǐng)D1B，當(dāng)在第一開(kāi)關(guān)周期施加約0.7V到樣品時(shí)，重置電流為約3mA。然而，在50個(gè)開(kāi)關(guān)周期之后，重置電流增加到約50mA。隨著開(kāi)關(guān)周期被重復(fù)，氧化物層14的電阻狀態(tài)繼續(xù)改變，操作電壓和重置電壓增大，因而降低了非易失性可變電阻存儲(chǔ)器的可靠性。因此，需要能具有穩(wěn)定操作特性的存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)。
由于在閃存器件中高集成是結(jié)構(gòu)上困難的，所以對(duì)交叉點(diǎn)(cross-point)型存儲(chǔ)器進(jìn)行了很多研究。因此，需要開(kāi)發(fā)利用可變電阻材料的具有新結(jié)構(gòu)的交叉點(diǎn)型存儲(chǔ)器。
另外，還需要具有使用普通金屬代替昂貴的貴金屬的下電極的存儲(chǔ)器。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種非易失性存儲(chǔ)器，通過(guò)在下電極和可變電阻氧化物層之間包括緩沖層且在該緩沖層和該下電極之間包括n+界面層，即使重復(fù)進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作時(shí)該非易失性存儲(chǔ)器也具有穩(wěn)定的重置電流。
本發(fā)明還提供通過(guò)使用普通金屬作為下電極而具有低制造成本的高集成存儲(chǔ)器。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種可變電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，包括：下電極；n+界面層，其形成在所述下電極上；形成在所述n+界面層上的緩沖層；氧化物層，其形成在所述緩沖層上并具有可變電阻特性；以及上電極，其形成在所述氧化物層上。
所述氧化物層可由p型過(guò)渡金屬氧化物形成。
所述氧化物層可以是Ni氧化物層。
所述n+界面層可以由選自包括ZnOx、TiOx和IZOx的欠氧(oxygendeficicent)氧化物、及包括ZnO、TiO和IZO的高度摻雜以n型雜質(zhì)的氧化物構(gòu)成的組的至少一種形成。
該下電極可以由選自包括Ni、Co、Cr、W、Cu、Ti、或這些金屬的合金的組的一種形成。
所述緩沖層可以由n型氧化物形成。
所述緩沖層可以由選自包括Ir氧化物、Ru氧化物、Zn氧化物、和IZO的組的至少一種形成。
所述n+界面層和所述緩沖層可以由相同材料形成。
附圖說(shuō)明
通過(guò)參照附圖詳細(xì)描述其示例性實(shí)施例，本發(fā)明的上述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，附圖中：
圖1A是橫截面圖，示出了使用可變電阻材料具有常規(guī)結(jié)構(gòu)的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)的結(jié)構(gòu)；
圖1B是曲線圖，示出了圖1A所示的非易失性可變電阻存儲(chǔ)器的操作特性；
圖2是曲線圖，示出了其中緩沖層形成在下電極上的RRAM的重置電流根據(jù)開(kāi)關(guān)周期數(shù)目的變化；
圖3是曲線圖，示出使用鎢作為下電極的RRAM器件的電流特性；
圖4是橫截面圖，示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例具有n+界面層的可變電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器；
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