[發(fā)明專利]一種降低阻變存儲器器件Reset電流的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210026103.6
• 申請日: 2012-02-07
• 公開（公告）號: CN103247755A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉明;李穎弢;龍世兵;劉琦;呂杭炳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)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(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子技術(shù)以及存儲器器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種降低阻變存儲器器件由低阻態(tài)向高阻態(tài)轉(zhuǎn)變所需Reset電流的方法。

背景技術(shù)

存儲器產(chǎn)品在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中占有十分重要的地位，有著巨大的市場需求，是國際以及國內(nèi)諸多半導(dǎo)體企業(yè)和行業(yè)產(chǎn)品的重要組成部分。21世紀(jì)以來，隨著計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及大眾化電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，對電子信息存儲產(chǎn)品的需求呈現(xiàn)一種高速上升的趨勢。這種數(shù)字高科技的飛速發(fā)展對信息存儲產(chǎn)品的性能提出了更高的要求，如高速度、高密度、長壽命等。

而現(xiàn)有隨機存儲技術(shù)存在斷電時信息容易丟失以及易受電磁輻射干擾等缺陷，很大程度上限制了其在國防、航空航天等關(guān)鍵高科技領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，在存儲器材料和技術(shù)方面取得突破，開發(fā)新一代的存儲器技術(shù)就顯得尤為迫切。

基于電脈沖觸發(fā)可逆電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)研發(fā)的阻變存儲器作為一種全新的存儲概念，具有以下優(yōu)勢：一是器件結(jié)構(gòu)以及制備過程簡單，其基本的存儲單元為金屬-絕緣體-金屬(M-I-M)三明治結(jié)構(gòu)；二是操作速度快，能夠達到納秒量級；三是可縮小性好，研究發(fā)現(xiàn)電阻發(fā)生轉(zhuǎn)變的區(qū)域很小，能夠達到納米量級，因此存儲單元可以很小。四是阻變存儲器可利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝技術(shù)生產(chǎn)，從而大大降低了開發(fā)成本。因此，阻變存儲器有望在未來主流存儲技術(shù)中擔(dān)當(dāng)重任。

圖1是阻變存儲器器件的基本結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，100代表襯底，101代表下電極，102代表阻變存儲層，103代表上電極。在適當(dāng)?shù)碾妷鹤饔孟拢骷碾娮钑诟咦钁B(tài)和低阻態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換，從而能夠?qū)崿F(xiàn)‘0’和‘1’的存儲。其中器件由高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)變被稱為設(shè)定(Set)過程，器件由低阻態(tài)向高阻態(tài)轉(zhuǎn)變被稱為重置或復(fù)位(Reset)過程。

目前，阻變存儲器存在的一個主要問題是器件由低阻態(tài)向高阻態(tài)轉(zhuǎn)變所需要的Reset電流較大，大的Reset電流意味著更大的功耗，不利于阻變存儲器器件在實際中的應(yīng)用。因此，如何降低阻變存儲器器件的Reset電流是目前急需解決的問題。

研究發(fā)現(xiàn)，阻變存儲器器件的Reset過程主要是由熱效應(yīng)主導(dǎo)。鑒于此，在阻變存儲器器件中加入熱保護層，能夠有效減小阻變存儲器器件在Reset過程中的熱損失，因此降低了器件的Reset電流。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種降低阻變存儲器器件Reset電流的方法。

(二)技術(shù)方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種降低阻變存儲器器件Reset電流的方法，該阻變存儲器器件從下至上依次包括下電極、阻變存儲層和上電極，該Reset電流是阻變存儲器器件由低阻態(tài)向高阻態(tài)轉(zhuǎn)變所需的電流，該方法是在下電極與阻變存儲層之間和/或阻變存儲層與上電極之間插入一熱保護層，用以減小阻變存儲器器件在由低阻態(tài)向高阻態(tài)轉(zhuǎn)變過程中的熱損失，進而降低阻變存儲器器件的Reset電流。

上述方案中，所述熱保護層位于所述阻變存儲層與所述上電極之間，或者位于所述阻變存儲層與所述下電極之間，或者同時位于所述阻變存儲層與所述上、下電極之間。

上述方案中，所述熱保護層由低熱導(dǎo)率材料WO₃、Ta₂O₅、TiON、SiTaN_x、SiGe、GST或C₆₀構(gòu)成。

上述方案中，所述上電極或下電極采用的材料為單層金屬電極W、Al、Cu、Ag、Pt、Ti、Ta或Ni，或者為雙層金屬復(fù)合電極Ti/Pt、Cu/Au或Cu/Al，或者為導(dǎo)電金屬化合物TiN、TaN、ITO或IZO。

上述方案中，所述阻變存儲層采用的材料為二元金屬氧化物Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、NiO、ZrO₂、HfO₂或WO₃，或者為三元金屬氧化物SrTiO₃，或者為多元金屬氧化物PrCaMnO₃，或者為有機材料Alq₃或CuTCNQ，或者為固態(tài)電解液材料Cu₂S或Ag-Ge-Se。