[发明专利]存储器单元及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可编程电阻存储器单元，以及制造这种存储器单元的方法和含有这种存储器单元的非易失性存储器装置。

背景技术

对于存储器装置和各种其它应用，使用双稳装置或电路。例如，对于在存储器中存储一个比特的信息，可以使用在至少两个不同和不变的状态之间可转换的双稳装置。当将逻辑“1”写入到装置中，装置被驱动为两个不变的状态中的一个；当将逻辑“0”写入到装置中，或擦除逻辑“1”，装置被驱动为两个不同的状态中的另一个。每个状态保持直到进行将信息写入到装置中或在装置中擦除信息的下一个步骤。

闪可擦除可编程只读存储器(FEPROM，也称为闪存)用在半导体装置中并提供快速块(block)擦除操作。典型地，闪存一般每个存储器单元仅使用一个晶体管，而对于已知的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)每个存储器单元使用两个晶体管。这样，闪存在半导体装置上占有更少的空间和比生产EEPROM更加便宜。然而，半导体装置的进一步节省空间的部件和生产这种装置的有成本效益的制造技术的发展在继续。

为此，已经研究了对于半导体装置应用使用具有双稳电阻的材料。材料的电阻状态可以通过将合适的电信号施加到材料而被可逆地改变。这些电信号应该大于给定的阈值V_T并长于给定的时间t。材料的电阻状态可以通过施加另一个信号被读出或分析，如果该信号远小于V_T，则它们对导电状态是非破坏性的。

过渡金属氧化物是可以被调节(conditioned)以使得它们能够显示出期望的双稳电阻的一种类型的材料。已经公开了基于过渡金属氧化物的非易失性二端子存储器装置。这种装置至少包括一个存储器单元，其包括被提供为与过渡金属氧化物层接触的至少两个电极的布置。依赖于施加到所述电极之一的电脉冲的极性，该电极相对于所述另一个电极，过渡金属氧化物的电阻在至少两个不同和不变的状态之间可逆地转换。这种装置的实例在US6815744中给出。

为在电阻状态之间进行转换，过渡金属氧化物受到的调节工艺包括使过渡金属氧化物受到充分长的持续时间的合适的电信号，这经由施加到与过渡金属氧化物层接触的电极来进行，如上所述。调节工艺在过渡金属氧化物中产生能在两个或更多电阻状态之间可逆地转换的狭窄的导电区域。

上述装置的某些缺点与调节工艺有关系。这是因为，不仅调节工艺是耗时的，而且结合在这种装置中的每个单元都需要该工艺。此外，由调节工艺产生的狭窄的导电区域产生在电介质材料中的任意位置，即导电路径的位置不能由精确的工艺参数控制。这就导致可以观测到这种装置的电性能的大的变化，否则它们在名义上是相等的。用于转换这种装置电阻状态的相当长的响应时间归因于某些所述的缺点，所述响应时间典型地在100ns至10μs的范围内。

因此，期望提供一种减轻和/或消除与已知可编程电阻存储器单元有关的缺点的可编程电阻存储器单元。

发明内容

根据本发明的第一方面的实施例，提供了一种存储器单元包括：电阻结构，以及连接到电阻结构的至少两个电极，其中：电阻结构包括氢，和电阻结构包括显示出至少10^-8cm²/V_S的氢离子迁移率值的材料。为了初始化调节工艺以使得在电阻结构中形成狭窄的导电区域，比如例如电脉冲的电信号施加到所述至少两个电极之一，该电极相对于两个电极的该另一个。因为电阻结构由于包括具有含有氢的结构成分的材料而包括氢，即它固有地含有氢，和/或在沉积中或之后用包括氢的气体处理，在这种情况电阻结构的材料不需要从开始就固有地含有氢，所以前面提及的施加到电极的电信号也能引起电阻结构中的氢的离子化。氢离子的迁移有助于加速调节工艺及与先前提出的装置相比调节工艺相关联的电化学反应具有减少的持续时间。不仅调节工艺所花的时间减少，而且与此相关联的非均匀性降低了。这样，可以制造具有更低的统计离散(statistical spread)的运行特性且比先前提出的存储器单元具有增加的可靠性的存储器单元。此外，在本发明的实施例中，当电信号施加到电极以引起电阻转换时，氢离子的迁移也导致与先前提出的装置相比降低的电阻转换的响应时间。

优选地，至少一个电极对氢是基本不渗透的。因为在电极界面的氢离子浓度促进电阻转化相关联的固态电化学，在下文称为电化学反应，所以优选地在本发明的实施例中至少一个电极对氢是基本不渗透的。以这种方式，氢离子聚集在电极界面而不是迁移到电极中。这就有助于与先前提出的装置相比具有减少的持续时间的电阻转换相关联的电化学反应。