[發(fā)明專利]一種實現(xiàn)多值電阻存儲器的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910089595.1
• 申請日: 2009-07-22
• 公開（公告）號: CN101964395A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發(fā)明（設計）人: 劉明;張森;劉琦;龍世兵
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發(fā)明涉及信息存儲技術領域，具體的涉及到一種實現(xiàn)多值電阻存儲器的方法。

背景技術

目前主流的非揮發(fā)型存儲器都是基于浮柵式MOS管單元結(jié)構(gòu)。它通過在浮柵中寫入或擦除電荷來改變MOS管的閾值電壓，根據(jù)閾值電壓的高低記憶信息。浮柵型存儲器的概念最早由D.Kahng和S.M.Sze于1967年提出，基于此概念，半導體工業(yè)相繼發(fā)展出EPROM、EEPROM及目前主流的FLASH存儲器。手機、mp3和各種移動電子產(chǎn)品的發(fā)展使FLASH類的非揮發(fā)性存儲器擁有非常廣大的市場，并且這一市場還在不斷增大。但是隨著半導體工業(yè)的技術升級和換代，浮柵型存儲器的不足也越來越明顯。

第一，浮柵型存儲器在60nm至45nm工藝的縮小化過程中會遇到很大的因難，因為它的電荷寫入和擦除機制要求柵保持在一定的厚度，該值不能與器件尺寸一同縮小。

第二，浮柵存儲單元采用溝道熱電子注入方式向浮柵寫入電荷，編程時源漏電壓必須大于或等于3.2V才能使溝道電子獲得足夠穿過隧穿介質(zhì)層的能量，這限制了浮柵存儲器功耗的降低。

第三，浮柵存儲器的寫入擦除速度低，目前的產(chǎn)品指標都在微秒量級，這大大限制了它的應用范圍，尤其是集成到嵌入式系統(tǒng)。

因此，以高密度、高速低功耗為主要特征的下一代非揮發(fā)性存儲器成為了當前的研究熱點。

電阻式存儲器，是一類正在積極研究中的新型非揮發(fā)性存儲器。它具有操作速度快、功耗低、多狀態(tài)記憶、結(jié)構(gòu)簡單、適應于微縮化，與目前的CMOS工藝兼容好等優(yōu)點，是下一代非揮發(fā)性存儲器的有力的競爭者之一。它的存儲原理是某些薄膜材料能夠具有不同的電阻狀態(tài)，并在一定條件的電壓作用下在不同電阻狀態(tài)間轉(zhuǎn)換，可以施加一較小的電壓來感測材料的電阻而不引起它的電阻狀態(tài)改變。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術問題

電阻存儲器以電阻值來代表所存儲的信息，一個電阻存儲器單元所具有的電阻狀態(tài)越多，所能存儲的信息就越多。比如1個比特位要求2個電阻狀態(tài)，2個比特位要求4個電阻狀態(tài)，一般的N個比特位需要2^N個電阻狀態(tài)。本發(fā)明的主要目的在于提供一種實現(xiàn)電阻存儲器多電阻狀態(tài)的方法，以實現(xiàn)多值存儲，提高電阻存儲器的存儲密度。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)多值電阻存儲器的方法，該方法包括：

制作電極層/電阻轉(zhuǎn)變層/電極層這樣三明治結(jié)構(gòu)的電阻存儲器單元，并在電極層與電阻轉(zhuǎn)變層交界的電極層表面上制作多個突起的導電尖端，該導電尖端的高度不等；

在兩邊電極層加大小不等的電壓，在導電尖端處形成電場，該電場誘導導電細絲在尖端處形成并最終連通兩電極層，實現(xiàn)多值電阻存儲器。

上述方案中，所述電極層采用的材料是金屬、低電阻率的高摻雜硅或者TiN。

上述方案中，所述電阻轉(zhuǎn)變層是摻雜或不摻雜的過渡族金屬氧化物，或者是固態(tài)電解質(zhì)材料。

上述方案中，所述導電尖端采用的材料與電極采用的材料相同或者不同，且具有較好的導電性。

上述方案中，所述電極層表面的導電尖端是在制作電極/電阻轉(zhuǎn)變層/電極這一結(jié)構(gòu)之前或制作的過程中進行制作的。

上述方案中，所述在兩邊電極層加大小不等的電壓，電阻轉(zhuǎn)變層內(nèi)部能夠生成連接兩電極層的導電細絲，使整個三明治結(jié)構(gòu)的存儲器變?yōu)榈碗娮瑁辉谶m當?shù)拇箅娏髯饔孟拢瑢щ娂毥z將會斷裂，驅(qū)動存儲器變回為高電阻狀態(tài)。無論存儲器處于高電阻態(tài)或低電阻態(tài)，在較低電壓作用下或是無電壓作用時，電阻都不會改變。

上述方案中，所述在兩邊電極層加大小不等的電壓，在導電尖端處形成電場，具體包括：

在較小電壓V₁作用時，高度最大的導電尖端因為距另一電極最近，其尖端處電場較其它尖端為大，從而最容易在該處形成導電細絲，此時器件變化到電阻R₁；

若施加一較大電壓V₂，高度稍小一些的尖端處也能夠誘導形成導電細絲，電阻變化到R₂，并且R₁＞R₂；

依此類推，制做n個高度不等的導電尖端，n為自然數(shù)，則器件將處于n+1個電阻狀態(tài)中，從而實現(xiàn)了多值存儲。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發(fā)明具有一下有益效果：

1、利用本發(fā)明，由于在同一個電阻轉(zhuǎn)變器件內(nèi)實現(xiàn)了多處導電細絲的控制性生長，所以可以在同一個器件存儲多個電阻狀態(tài)，從而實現(xiàn)了多值高密度存儲。