[發明專利]幾何增強電阻式隨機存取存儲器(RRAM)單元及其形成方法

有效

• 申請號: 201580070996.6
• 申請日: 2015-11-06
• 公開（公告）號: CN107278320B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: F·周;X·劉;N·杜;H·V·陳;H·Q·阮
• 申請（專利權）人: 硅存儲技術公司
• 主分類號: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00;H01L27/24;H01L45/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 呂傳奇;張濤

本發明提供了一種存儲器設備(以及制造和使用所述存儲器設備的方法)，所述存儲器設備包括導電材料的第一電極、導電材料的第二電極和過渡金屬氧化物材料層，所述過渡金屬氧化物材料層包括在銳角處彼此相交的第一細長部分和第二細長部分。所述第一細長部分和所述第二細長部分中的每一個設置在所述第一電極和所述第二電極之間并與其電接觸。

技術領域

本發明涉及非易失性存儲器，并且更具體地涉及電阻式隨機存取存儲器。

背景技術

電阻式隨機存取存儲器(RRAM)是一種非易失性存儲器。通常，RRAM存儲器單元各自包括夾在兩個導電電極之間的電阻介電材料層。介電材料通常是絕緣的。然而，通過在電介質層上施加合適電壓，可形成穿過介電材料層的導電路徑(通常稱為細絲)。細絲一旦形成，便可通過在介電層上施加適當的電壓將其“復位”(即，斷開或破裂，導致在RRAM單元上的高電阻狀態)和置位(即，重新形成，導致在RRAM單元上的較低電阻狀態)。低電阻狀態和高電阻狀態可用于根據電阻狀態來指示“1”或“0”的數字信號，從而提供可存儲一些信息的可編程非易失性存儲器單元。

圖1示出了RRAM存儲器單元1的常規配置。存儲器單元1包括夾在分別形成頂部電極3和底部電極4的兩個導電材料層之間的電阻介電材料層2。

圖2A至圖2D示出介電材料層2的切換機構。具體地講，圖2A示出了在制造之后處于其初始狀態的電阻介電材料層2，其中層2表現出相對高的電阻。圖2B示出了通過在層2上施加合適電壓形成穿過層2的導電細絲7。細絲7是穿過層2的導電路徑，使得該層表現出在細絲上的相對低的電阻(由于細絲7的相對高的導電性)。圖2C示出了通過施加在層2上的“復位”電壓引起的細絲7中的破裂8的形成。破裂8的區域具有相對高的電阻，使得層2表現出在該區域上的相對高的電阻。圖2D示出了通過施加在層2上的“置位”電壓引起的破裂8的區域中細絲7的恢復?；謴偷募毥z7意味著層2表現出在該細絲上的相對低的電阻。分別處于圖2B和圖2D的“形成”或“置位”狀態下的層2的相對低的電阻可表示數字信號狀態(例如“1”)，而處于圖2C的“復位”狀態下的層2的相對高的電阻可表示不同的數字信號狀態(例如“0”)。RRAM單元1可重復地“復位”和“置位”，從而形成理想的可編程非易失性存儲器單元。

RRAM存儲器單元的缺點之一是形成細絲所需的電壓和電流相對高(并且可顯著高于置位和復位存儲器單元所需的電壓)。因此需要一種要求更低電壓和電流來形成單元細絲的RRAM存儲器單元。

發明內容

上述問題和需求由如下存儲器設備解決，該存儲器設備包括導電材料的第一電極、導電材料的第二電極和包括在銳角處彼此相交的第一細長部分和第二細長部分的過渡金屬氧化物材料層，其中第一細長部分和第二細長部分中的每一個設置在第一電極和第二電極之間并與其電接觸。

一種制造存儲器設備的方法包括形成導電材料的第一電極，形成導電材料的第二電極，以及形成過渡金屬氧化物材料層，該層包括在銳角處彼此相交的第一細長部分和第二細長部分，其中第一細長部分和第二細長部分中的每一個設置在第一電極和第二電極之間并與其電接觸。

一種編程和擦除存儲器設備的方法，該存儲器設備具有導電材料的第一電極、導電材料的第二電極和過渡金屬氧化物材料層，該層包括在銳角處彼此相交的第一細長部分和第二細長部分以及延伸穿過過渡金屬氧化物材料層的導電細絲，其中第一細長部分和第二細長部分中的每一個設置在第一電極和第二電極之間并與其電接觸。該方法包括通過施加在第一電極和第二電極上的第一電壓來使細絲破裂，使得過渡金屬氧化物材料層在第一電極和第二電極之間提供第一電阻，并且通過施加在第一電極和第二電極上的第二電壓來恢復破裂的細絲，使得過渡金屬氧化物材料層在第一電極和第二電極之間提供低于第一電阻的第二電阻。

通過查看說明書、權利要求書和附圖，本發明的其他目的和特征將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是常規的電阻式隨機存取存儲器(RRAM)單元的側剖視圖。