[發明專利]阻變隨機訪問存儲器件及其制造和操作方法

有效

• 申請號: 201010198033.3
• 申請日: 2010-06-03
• 公開（公告）號: CN102270654A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 康晉鋒;高濱;陳沅沙;孫兵;劉力鋒;劉曉彥;韓汝琦
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L27/24
• 分類號: H01L27/24;H01L21/822;G11C11/56;G11C16/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

1.一種阻變隨機訪問存儲器件，包括

阻變存儲元件，所述阻變存儲元件包括兩個電極以及夾在兩個電極之間的阻變材料層，并且具有雙極阻變特性；以及

肖特基二極管，所述肖特基二極管包括彼此接觸的金屬層和半導體層，

其中，所述肖特基二極管的金屬層與所述阻變存儲元件的一個電極連接。

2.根據權利要求1所述的阻變隨機訪問存儲器件，其中所述阻變材料層由選自NiO、TiO₂、HfO₂、ZrO₂、ZnO構成的組中的至少一種材料組成。

3.根據權利要求1所述的阻變隨機訪問存儲器件，其中所述肖特基二極管的所述金屬層的厚度為10-100nm。

4.根據權利要求1所述的阻變隨機訪問存儲器件，其中所述肖特基二極管的所述半導體層為p摻雜多晶硅層。

5.根據權利要求4所述的阻變隨機訪問存儲器件，其中所述p摻雜多晶硅層中摻入硼，摻雜濃度為10¹³～10¹⁸/cm³。

6.根據權利要求5所述的阻變隨機訪問存儲器件，其中所述p摻雜多晶硅層的厚度為30-500nm。

7.一種制造如利要求1所述的阻變隨機訪問存儲器件的方法，包括以下步驟：

a)在襯底上形成多晶硅層；

b)在多晶硅層中摻入雜質以形成p摻雜多晶硅層；

c)對p摻雜多晶硅層進行退火以激活摻雜劑；

d)在p摻雜多晶硅層上形成第一金屬層；

e)在第一金屬層上形成阻變材料層；

f)在阻變材料層上形成第二金屬層；

g)對p摻雜多晶硅層、第一金屬層、阻變材料層和第二金屬層的疊層進行圖案化，以形成彼此分開的多個阻變隨機訪問存儲器件。

8.根據權利要求7所述的方法，其中在步驟b)中采用的摻雜劑為硼或氟化硼。

9.一種操作如權利要求1所述的阻變隨機訪問存儲器件的方法，其中所述肖特基二極管的半導體層與位線連接，所述阻變存儲元件的另一個電極與字線連接，

所述方法包括：

在讀操作中，在字線和位線之間施加負向電壓V_read；

在編程操作中，在字線和位線之間施加正向電壓V₊；

在擦除操作中，在字線和位線之間施加負向電壓V_-；

其中，V_read、V₊、V-滿足以下關系：

V_SET+V_s＜V₊＜V_SET+2V_s+V_t

V_RESET+V_t＜V_-＜V_SET+2V_t+V_s

V_t＜V_read＜V_RESET+V_t

其中，V_SET、I_SET、V_RESET是阻變存儲器件的取決阻變材料層的材料的參數，分別表示使阻變存儲單元從高阻態轉變為低阻態的最小電壓、所需要的最小電流和使阻變存儲單元從低阻態轉變為高阻態的最小電壓，V_s和V_t分別表示肖特基二極管的反向接近飽和時的電壓和二極管的閾值電壓，I_s表示二極管的反向飽和電流，并且

其中，通過控制半導體層的摻雜濃度使I_s的取值范圍為I_SET＜I_s＜2I_SET。

10.根據權利要求9所述的方法，其中

所述肖特基二極管的所述半導體層為p摻雜多晶硅層，摻雜濃度為10¹³～10¹⁷/cm³，使得肖特基二極管的反向飽和電流為10-100uA。

11.根據權利要求10所述的方法，其中

在讀操作中，在字線和位線之間施加負向電壓，大小為-0.5V--1V；

在編程操作中，在字線和位線之間施加正向電壓，大小為2V-5V；

在擦除操作中，在字線和位線之間施加負向電壓，大小為-2V--5V。