[发明专利]包括可变电阻材料的非易失存储器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种非易失存储器件，且更具体而言，涉及一种使用可变电 阻的非易失存储器件，所述器件通过使用两层氧化物层而提供了稳定的开关 特性。所述非易失存储器件可以在没有比如二极管或晶体管的分立的开关器 件的情况下操作，且具有改善的电极结构，其中p型氧化物层设置于上电极 之下。

背景技术

已经进行了很多努力来开发每单位面积具有数量增加的存储单元(即更 高集成度)且可以在高速运行和低能耗工作的半导体器件。

一般而言，半导体存储器件包括大量由电路连接的存储单元。在作为典 型半导体存储器件的动态随机存取存储器(DRAM)中，单位存储单元通常 包括开关和电容器。DRAM具有高集成度和高操作速度的优点。然而，其具 有的问题在于当关闭电源时其将丢失所有存储的数据。

在比如闪存的非易失存储器件中，即使当电源关闭时也保持所有存储的 数据。与易失存储器不同，闪存具有非易失的特性，但是与DRAM相比， 闪存的缺点在于低集成度和低操作速度。

目前正在进行研究的非易失存储器件包括磁随机存取存储器(MRAM)、 铁电随机存取存储器(FRAM)、相变随机存取存储器(PRAM)和电阻随 机存取存储器(RRAM)。

在比如上述的PRAM的非易失存储器件中，根据施加到过渡金属氧化 物的电压来改变过渡金属氧化物的电阻。

图1A示出了使用可变电阻材料的RRAM的典型结构。使用过渡金属氧 化物(TMO)作为可变电阻材料的RRAM具有开关特性，这使得其被用作 存储器件。

参考图1A，在基板10上顺序形成下电极12、氧化物层14和上电极16。 下电极12和上电极16通常由比如金属的导电材料组成，氧化物层14由具 有电阻转换(可变电阻)特性的过渡金属氧化物形成。过渡金属氧化物的具 体示例包括ZnO、TiO₂、Nb₂O₅、ZrO₂、NiO等。

目前，因为高集成的闪存器件由于其结构特性而难于制造，所以需要开 发使用可变电阻材料的新结构的交叉点型(cross-point type)存储器件。因 此研究正活跃地在交叉点型存储器件上进行。

发明内容

本发明通过提供了一种具有更适于高度集成的结构简化的非易失存储 器件，该存储器件具有改善的电极结构，由此提供了更稳定的电特性。

根据本发明的方面，提供有一种包括可变电阻材料的非易失存储器件， 所述非易失存储器件包括：下电极；在下电极上形成的第一氧化物层；在第 一氧化物层上形成且具有可变电阻特性的第二氧化物层；形成于第二氧化物 层上的缓冲层；以及形成于缓冲层上的上电极。

第二氧化物层可以由p型过渡金属氧化物组成。

P型过渡金属氧化物可以为Ni氧化物。

缓冲层可以由p型氧化物组成。

P型氧化物层可以包括选自NiO_(1+x)(0＜x＜1)、用Li、Na、La等掺杂的 NiO、和Cu缺乏的Cu氧化物的至少一种材料。

上电极可以由选自Ni、Co、Cr、W、Cu或这些材料的合金的一种材料 组成。

第一氧化物可以由n型氧化物组成。

N型氧化物可以为Ru氧化物或Zn氧化物。

附图说明

参考附图，通过详细描述其示范性实施例，本发明的以上和其他特征和 优点将变得更加显见，在附图中：

图1A示出了包括可变电阻材料的常规非易失存储器件的结构；

图1B示出了当使用Pt作为上电极时在常规非易失存储器件上的蚀刻工 艺期间发生的问题；

图2是示出根据本发明的实施例的包括可变电阻材料的非易失存储器件 的视图；

图3A示出了当第一氧化物层通过在Ru下电极上形成RuOx或ZnO来 制成且在第一氧化物层上形成NiO第二氧化物层和Pt上电极时的能带图和 欧姆接触图；

图3B示出了当第一氧化物层通过在Ru下电极上形成RuOx或ZnO来 制成且在第一氧化物层上形成由NiO制成的第二氧化物层和由比如Ni、Cr、 Cu或W的常规金属制成的上电极时的能带图和肖特基图；