[發明專利]具有異質結結構的阻變存儲器及其讀取方法

無效

• 申請號: 201310218048.5
• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN103345935A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 吳華強;吳明昊;白越;張燁;錢鶴
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G11C8/08
• 分類號: G11C8/08;G11C8/16
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明屬于新型半導體器件制造領域，尤其涉及一種具有異質結結構的阻變存儲器及其讀取方法。

背景技術

隨著半導體技術的不斷發展和電子設備在社會中的進一步普及，特別是手機等便攜電子的普及和特殊電子設備如醫療儀器等的發展，微電子尺寸在不斷地進行縮小過程。同時影音娛樂等的發展導致數據規模不斷增大，進而導致存儲器，特別是非易失性存儲器的應用變得越來越重要。當今社會的非易失性存儲器中FLASH存儲器占據著絕對主流，但是隨著微電子尺寸進入10納米以下，傳統的FLASH存儲器出現了大量的缺陷。而新型阻變存儲器（RRAM）有著眾多的優勢，包括良好的可縮小性能、方便進行3D堆疊、結構簡單、存儲密度高、操作電壓低、操作電流小、讀寫速度快、功耗低、且與傳統CMOS兼容等。新型阻變存儲器RRAM結構為上下電極間填充一元或多元金屬氧化物的三明治結構，其中填充的一元或多元金屬氧化物層為阻變層。其工作機理是根據施加在此結構上的電壓的不同，阻變層的電阻在高阻態和低阻態間發生相應變化，從而開啟或阻斷電流流動通道，利用高阻和低阻狀態的顯著差別儲存信息。在由存儲單元制作存儲陣列時，縱橫交互矩陣結構（cross-bar）以存儲密度大等優點成為世界各地研究組的首選。然而，縱橫交互矩陣結構阻變存儲器因為漏電流和結構本身的原因，某一阻變存儲單元的狀態很可能對臨近單元造成影響，形成誤操作，成為縱橫交互結構致命的缺點。

具體地，圖1為常規的縱橫交互矩陣結構（cross-bar）阻變存儲器（RRAM）的結構示意圖，其中，橫線表示字線或位線中的一種，豎線表示字線或位線中的另一種，字線位線交叉處的為之間的方塊兒表示的是阻變存儲單元，每個阻變存儲單元都有高低阻兩種狀態來存儲數據0和1。只需要選擇一條字線和一條位線就可以來選定某個位置的阻變存儲單元，從而可以對此該單元進行數據的寫入和讀出。

圖2為常規的縱橫交互矩陣結構（cross-bar）的誤操作的示意圖。選擇豎線A和橫線B則選定了一個高阻單元，讀的時候分別施加0V和+1V的電壓（即讀電壓Vread為1V）；假若附近三個單元都是低阻，由圖中電流線可以發現讀出的結果是低阻，因此造成了誤操作，導致了不良后果。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業選擇。為此，本發明的一個目的在于提出一種穩定可靠、讀取準確的具有異質結結構的阻變存儲器。本發明的另一個目的在于提出一種穩定可靠、讀取準確的具有異質結結構的阻變存儲器的讀取方法。

為達到上述目的，本發明實施例的具有異質結結構的阻變存儲器，其阻變存儲單元包括：下電極；形成在所述下電極之上的阻變層；形成在所述阻變層之上的附加氧化層，其中，所述附加氧化層與所述阻變層構成異質結結構，所述下電極通過金屬互連與阻變存儲器的字線或位線中的其一相連，所述異質結結構通過金屬互連與阻變存儲器的字線或位線中的另一相連，所述字線與位線呈橫縱交叉。

優選地，所述阻變層與所述附加氧化層之間還包括上電極。

優選地，所述阻變層為TiO_x層；附加氧化層為WO_x。

由上可知，根據本發明實施例的具有異質結結構的阻變存儲器具有穩定可靠、讀取準確的優點。

為達到上述目的，本發明實施例的具有異質結結構的阻變存儲器的讀取方法，采用本發明公開的具有異質結結構的阻變存儲器，包括以下步驟：在所述阻變存儲單元對應的字線或位線的其一加電壓+0.5Vread，在所述阻變存儲單元對應的字線或位線的另一加電壓-0.5Vread，讀取數據。

優選地，所述Vread為1V。

由上可知，根據本發明實施例的具有異質結結構的阻變存儲器的讀取方法具有穩定可靠、讀取準確的優點。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是常規的縱橫交互矩陣結構阻變存儲器的結構示意圖；

圖2是常規的縱橫交互矩陣結構阻變存儲器的誤操作的示意圖；

圖3是本發明實施例的具有異質結結構的阻變存儲器的阻變存儲單元的結構示意圖；

圖4是WO_x、TiO_x、TiO_x/WO_x的電流電壓特性曲線圖；