[发明专利]一种可降低复位操作电流的电阻存储器

说明书

技术领域

本发明属微电子技术领域，具体涉及一种可降低复位操作电流的电阻存储器及其实现方法。

背景技术

存储器在半导体市场中占有重要的地位。由于便携式电子设备的不断普及，不挥发存储器在整个存储器市场中的份额也越来越大，其中90％以上的份额被FLASH占据。但是由于串扰(CROSS TALK)、以及隧穿层不能随技术代发展无限制减薄、与嵌入式系统集成等FLASH发展的瓶颈问题，迫使人们寻找性能更为优越的新型不挥发存储器。最近电阻随机存储器(Resistive RandomAccess Memory，简称为RRAM)因为其高密度、低成本、有很强的随技术代发展能力等特点引起高度关注，所使用的材料有相变材料^[1]、掺杂的SrZrO₃^[2]、铁电材料PbZrTiO₃^[3]、铁磁材料Pr_1-xCa_xMnO₃^[4]、二元金属氧化物材料^[5]、有机材料^[6]等。其中一些二元金属氧化物(如铜的氧化物^[7]、钨的氧化物、钛的氧化物、镍的氧化物、铝的氧化物等)由于在组份精确控制、与集成电路工艺兼容性及成本方面的潜在优势格外受关注。

图1是电阻存储单元的I-V特性曲线的示意图^[7]，曲线101表示起始态为高阻的IV曲线，电压扫描方向如箭头所示，当电压从0开始向正向逐渐增大到V_T1时，电流会突然迅速增大，表明存储电阻从高阻突变成低阻状态，曲线100表示起始态为低阻的状态，当电压由0向负向逐渐增大到V_T2时，电流达到最大值，此后电流会突然迅速减小，表明存储电阻从低阻突变成高阻状态。在电信号作用下，器件可在高阻和低阻间可逆转换，从而达到信号存储的作用。通常称从高阻转换为低阻的操作为置位(set)操作，从低阻转换为高阻的为复位(reset)操作。

图2是已报道的基于(a)CuO_x^[7]和(b)TiO₂^[11]的电阻存储单元结构图。其中200是衬底，201是金属下电极，203是电阻存储薄膜，204是绝缘层介质，205是金属上电极。可以看到，都是采用金属电极一电阻存储薄膜一金属电极的三明治结构。虽然目前所报道的电阻存储器所用的电阻存储薄膜和金属电极的材料各不相同，但大部分都是采用这种三明治结构。

也有文献报道在Ni_xO电阻存储薄膜和Pt电极间加入一层导电材料IrO₂^[10]，达到改善在多次置位(set)复位(reset)操作中，稳定操作电压、抑制漂移的作用。

根据目前报道的数据，在0.18um工艺下做的器件上复位(reset)电流(即从低阻态变到高阻态的电流)约在10uA左右的量级。有文献研究的结果表明^[12]，复位操作过程与电流流过产生的焦耳热有关，是一种热擦除的机制，当产生的焦耳热高时，会对复位操作过程有利。复位操作电流大意味着大的功耗，同时会对外围电路提出特殊的要求，例如相应的晶体管要能承受所需要的大电流等。所以找到一种降低电阻存储器复位操作电流的方法是其实际应用意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可降低复位操作电流的电阻存储器。

本发明提供的电阻存储器，其基本结构与通常的电阻存储器相同，只是在金属氧化物电阻存储薄膜和导电电极之间，或者在两层电阻存储薄膜之间插入有一层介质薄膜，这层介质薄膜可以位于上电极和电阻存储薄膜之间，或者位于下电极和电阻存储薄膜之间，或者插入在两层电阻存储薄膜之间。

所插入的介质薄膜层的电阻大于电阻存储薄膜低阻态的，其电阻率在10欧·cm以上，通过所插入介质薄膜产生的热量对电阻存储薄膜加热，从而降低复位操作电流。

所述的金属氧化物电阻存储薄膜，可以是Cu_xO(1＜x≤2)电阻存储，或者WO_x(1≤x≤3)电阻存储薄膜，或者是NiO_x(0.66＜x≤1)电阻存储薄膜，或者是TiO₂电阻存储薄膜。