[發(fā)明專利]一種電阻轉變型存儲器及其制作方法

無效

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• 申請日: 2009-06-04
• 公開（公告）號: CN101577310A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發(fā)明（設計）人: 劉明;李穎弢;龍世兵;王琴;劉琦;張森;王艷;左青云
• 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;G11C11/56
• 代理公司: 北京市德權律師事務所
• 代理人: 劉鐵生

技術領域

本發(fā)明涉及一種存儲器及其制作方法，尤其涉及一種電阻轉變型存儲器及其制作方法，屬于信息存儲技術領域。

背景技術

隨著手機、MP3、MP4以及筆記本電腦等便攜式個人設備的逐漸流行，非揮發(fā)性存儲器在半導體行業(yè)中扮演著越來越重要的角色，其最大的優(yōu)點是在無電源供應時所存儲的數據仍能被長時間保持下來，它既有ROM的特點，又有很高的存取速度。目前市場上的非揮發(fā)性存儲器仍以閃存(Flash)為主流。隨著數字高科技的飛速發(fā)展，對存儲器的性能也提出了更高的要求，如高速度、高密度、低功耗、長壽命和更小的尺寸等。但是Flash存儲器器件存在操作電壓過大、操作速度慢、耐久力不夠好以及隨著器件尺寸縮小過程中過薄的隧穿介質層將導致器件保持時間不夠長等缺點。這在一定程度上限制了傳統(tǒng)Flash存儲器的進一步發(fā)展。因此，急需開發(fā)一種全新的信息存取技術來解決以上問題。

目前已研制出的新型非揮發(fā)性存儲器包括：鐵電存儲器(FeRAM)、磁存儲器(MRAM)、相變存儲器(PRAM)以及阻變存儲器(RRAM)即電阻轉變型存儲器。在這些存儲器當中，阻變存儲器由于具有簡單的器件結構、較高的器件密度、較低的功耗、較快的讀寫速度、與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容性好等優(yōu)勢，因此倍受關注。阻變存儲器作為一種新型的非揮發(fā)性存儲器，是以薄膜材料的電阻可在高阻態(tài)(HRS)和低阻態(tài)(LRS)之間實現可逆轉換為基本工作原理并作為記憶的方式。

圖1為現有技術電阻轉變型存儲器的基本結構示意圖。如圖1所示，在上電極101和下電極103之間，設置有電阻轉變存儲層102。電阻轉變存儲層102的電阻值在外加電壓作用下可以具有兩種不同的狀態(tài)，即高阻態(tài)和低阻態(tài)，其可以分別用來表征“0”和“1”兩種狀態(tài)。在不同外加電壓的作用下，電阻轉變型存儲器的電阻值在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間可實現可逆轉換，以此來實現信息存儲的功能。

圖2為現有技術在理想情況下具有單極轉換特性的電阻轉變型存儲器的電流-電壓特性曲線示意圖。所述單極轉換是指電阻的轉變發(fā)生在相同極性上。如圖2所示，當電壓在正方向或負方向上增大到U_on時，電流急劇增大，存儲器電阻由高阻態(tài)轉變?yōu)榈妥钁B(tài)，即設置(Set)過程；當同方向的電壓為U_off時，電流迅速減小，存儲器電阻由低阻態(tài)轉變?yōu)楦咦钁B(tài)，即重置(Reset)過程。

圖3為現有技術在理想情況下具有雙極轉換特性的電阻轉變型存儲器的電流-電壓特性曲線示意圖。所述的雙極轉換是指電阻的轉變發(fā)生在相反的極性上。如圖3所示，線201至203表示電阻由高阻態(tài)轉變?yōu)榈妥钁B(tài)的I-V曲線，當電壓從0開始向正方向逐漸增大到U_on時，電流急劇增大，表明存儲器電阻由高阻態(tài)轉變?yōu)榈妥钁B(tài)(Set過程HRS→LRS)；線204至206表示電阻由低阻態(tài)轉變?yōu)楦咦钁B(tài)的I-V曲線，當電壓從0開始由負方向逐漸增大到U_off時，電流迅速減小，存儲器電阻由低阻態(tài)轉變?yōu)楦咦钁B(tài)(Reset過程LRS→HRS)。

阻變存儲器的材料體系多種多樣，包括PrCaMnO₃，鋯酸鍶(SrZrO₃)、鈦酸鍶(SrTiO₃)等鈣鈦礦復雜氧化物，高分子有機材料以及簡單二元過渡族金屬氧化物如Al₂O₃、TiO2、NiO、ZrO₂、HfO₂等。與其它材料相比，二元過渡族金屬氧化物由于具有結構簡單，制成本低，以及和現有CMOS工藝兼容的優(yōu)點受到格外的關注。對于阻變存儲器器件而言，低的操作電壓意味著更小的功耗，因此如何降低器件的操作電壓是急需解決的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對如何降低現有技術中的阻變存儲器即電阻轉變型存儲器的操作電壓，提供了一種電阻轉變型存儲器及其制作方法。

本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下：一種電阻轉變型存儲器，包括上電極、下電極以及位于所述上電極和下電極之間的電阻轉變存儲層，所述上電極和下電極均由功函數為4.5電子伏～6電子伏的材料制成，所述電阻轉變存儲層為由P型半導體二元金屬氧化物制成的薄膜。

所述上電極由金屬材料或者金屬合金材料制成。

進一步，所述下電極由金屬材料或者金屬合金材料制成。

進一步，所述金屬材料為Au、Co、Ir、Re、Pd或者Pt。

進一步，所述金屬合金材料為Ti-Pt、Co-Ni或者Pt-Hf。