[發明專利]非易失性電阻式隨機存取存儲器及其制造方法

在審

• 申請號: 201980078312.5
• 申請日: 2019-11-26
• 公開（公告）號: CN113169167A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: A·斯里尼瓦桑;S·瓦拉巴普;維賈雅·斯里尼瓦蘇·瓦拉巴普拉普
• 申請（專利權）人: 南非大學
• 主分類號: H01L27/00
• 分類號: H01L27/00;H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 北京市鑄成律師事務所 11313
• 代理人: 王艷波;王珺

本發明涉及一種非易失性電阻式隨機存取存儲器(ReRAM)、非易失性ReRAM成分和一種用于制造非易失性ReRAM的方法。ReRAM包括第一電極、第二電極以及位于第一電極和第二電極之間的電阻式切換/有源層。切換層含有殼聚糖和鋁摻雜/摻入的氧化鋅。切換/有源層可以被構造為根據施加的電壓執行切換操作。切換/有源層可以是膜的形式。切換/有源層可以被涂覆/施加到第一電極上，并且第二電極可以被設置/施加/提供在切換/有源層上方，使得切換/有源層位于/楔入這兩個電極中間。

背景技術

本發明涉及一種非易失性電阻式隨機存取存儲器(ReRAM)，以及一種制造非易失性電阻式隨機存取存儲器的方法。

US13974278指出，適合于存儲器裝置應用的選擇器裝置應當在低電壓下具有低漏電流以減少非選擇裝置的潛行電流路徑，并且在高電壓下具有高漏電流以在切換期間最小化電壓降。該文獻描述了一種具有多層的存儲選擇器，其中第一層和第五層是電極。選擇的電極材料是TiN、TaN、Pt或Ru。第二層和第四層是含有N、C、B、Si、Ta和Zr作為摻雜劑的ZrOx、HfOx和AlOx。第三層由TiOx或TaOx制成。在這種存儲器裝置中，所使用的所有材料都是無機的。

US15206076描述了一種制造電阻式切換元件的方法。存儲器裝置具有交叉點單元結構，該交叉點單元結構具有使用多層無機材料(諸如SiO₂和SiN)的柱狀特征。然而，該裝置具有復雜的存儲元件結構并且完全由無機材料構成。

US8852996涉及碳摻雜電阻式切換層、包括這些層的電阻式隨機存取存儲器(ReRAM)單元及其形成方法。存儲單元結構具有兩層碳摻雜金屬氧化物(例如AlO₂、HfO₂、氧化鋯)。然而，報告的開/關比很低。在該工作中使用的材料也都是無機的。

US 8912518B2涉及一種諸如電阻式隨機存取存儲器(ReRAM)單元的半導體裝置，其包括由摻雜的金屬氧化物和/或氮化物形成的電流限制層。該存儲單元具有多層，其中執行熱處理以將有源層設置在電極上。使用諸如TiN、Nb:TiO₂和Al:AnO之類的無機材料作為有源層。I_ON和I_OFF電流具有至少五倍的差異。在示例中的一些示例中，差異僅為10¹。形成電壓為7V。該單元結構不使用生物材料并且因此不是可生物降解的。還涉及熱處理。報告的開/關比也低。

Hyeongwoo Yu、Minho Kim、Yoonsu Kim、Jeongsup Lee、Kyoung-Kook Kim、Sang-Jun Choi和Soohaeng Cho，Al摻雜的ZnO作為用于透明雙極電阻式切換存儲器的切換層，《電子》，Mater.Lett.，第10卷，第2期(2014年)，第321-32頁(Hyeongwoo Yu,Minho Kim,Yoonsu Kim,Jeongsup Lee,Kyoung-Kook Kim,Sang-Jun Choi,and Soohaeng Cho；AlDoped ZnO as a Switching Layer for Transparent Bipolar Resistive SwitchingMemory.Electron.Mater.Lett.,Vol.10,No.2(2014),pp.321-32)：在該論文中，提供了Al摻雜的ZnO(AZO)層作為用于透明的電阻式切換隨機存取存儲器裝置的電阻式切換層。銦錫氧化物(ITO)/AZO/ITO/玻璃裝置顯示出在可見波長區域～80％的透射率(包括玻璃基板)并且在直流300掃描周期內以低操作電壓和非常低的切換閾值電壓的變化展示出可靠的雙極電阻式切換行為。該論文建議可以使用AZO作為用于ReRAM的膜。然而，他們認為，由于開/關比只有1個數量級，因此對于裝置的性能和可靠性需要進一步的研究。