[发明专利]存储单元及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及可编程电阻存储单元及其制造方法、以及包含这样的存储单元的非易失性存储器件。

背景技术

对于存储器件和很多其他应用而言，采用双稳态器件或电路。例如，为了在存储器内存储一位(bit)信息，可以采用能够在至少两个不同且持久的状态之间切换的双稳态器件。在向器件内写入逻辑“1”时，将其驱动至所述两个持久状态之一，在写入逻辑“0”，或者擦除逻辑“1”时，将器件驱动至所述两个不同状态中的另一个。所述状态中的每个一直持续到执行向该器件写入信息或者擦除该器件中的信息的下一步骤为止。

快闪可擦除可编程只读存储器(FEPROM，又称为快闪存储器)被用于半导体器件中且提供快速的块(block)擦除操作。典型地，快闪存储器每存储单元只采用一个晶体管，相对而言，已知的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)每存储单元采用两个晶体管。因而，快闪存储器在半导体器件上占用的空间更小，且制造成本低于EEPROM。然而，对进一步节约空间的半导体器件的部件以及用于制造这样的器件的节约成本的制造技术的开发仍在继续。

为此，人们开始研究将具有双稳态电阻的材料投入到半导体器件应用中。可以通过向材料施加适当的电信号而使所述材料的电阻状态可逆地改变。这些电信号应大于给定阈值V_T且长于给定时间t。可以通过施加比V_T小得多的、不会对导电状态造成损害的其他信号来读取或分析所述材料的电阻状态。

过渡金属氧化物是可以在一定条件下呈现出期望的双稳态电阻的一类材料。已经公开了基于过渡金属氧化物的非易失性双端子存储器件。这样的器件包括至少一个存储单元，其包括这样的布置，即至少两个电极与过渡金属氧化物层接触地设置。根据向所述电极之一施加的电脉冲相对于另一电极的极性，过渡金属氧化物的电阻在至少两个不同且持久的状态之间可逆地切换。US6815744给出了这种器件的例子。

为了进行在电阻状态之间的切换，过渡金属氧化物经历的调节过程(conditioning process)包括使过渡金属氧化物经历适当的电信号足够长的时间段，这通过向如上所述的与所述过渡金属氧化物层接触的电极施加电信号来实现。所述调节过程在过渡金属氧化物内产生了有限的导电区域，其可以在两个或更多电阻状态之间可逆地切换。

上述器件的缺点与调节过程相关。这是因为，不仅该调节过程耗费时间，而且需要在器件中逐单元执行该过程。此外，由所述调节过程产生的有限导电区域产生于所述电介质材料中的任意位置，即无法通过良好定义的过程参数控制导电路径的位置。这会导致观察到标称上相同的这样的器件的电特性的大的变化。总而言之，对于将基于过渡金属氧化物的存储单元用于生产类型阵列中而言，这些问题将带来严重的缺陷。

因此，希望提供一种缓解和/或避免与已知可编程电阻存储单元相关的缺陷的可编程电阻存储单元。

发明内容

根据本发明的第一方面的一实施例，提供一种存储单元，包括：电阻性结构；耦接至所述电阻性结构的至少两个电极；以及至少一个蓄氢结构，其中向所述至少两个电极之一施加电信号使得通过改变所述电阻性结构内的氢离子浓度而改变所述电阻性结构的电阻。

为了启动调节过程使得在所述电阻性结构内形成受限的导电区域，相对于所述两个电极中的另一个向所述至少两个电极中的一个施加诸如电脉冲的电信号。所述电信号的施加还引起了从所述蓄氢结构迁移且到所述电阻性结构中的氢的电离。与以前提出的器件相比，氢离子的迁移率有助于加速所述调节过程，且缩短与所述调节过程相关的电化学反应的持续时间。不仅降低了所述调节过程花费的时间，而且还降低了与之相关的一些非均匀性。因而，可以制造出与以前提出的存储单元相比具有更低的操作特性统计分布且可靠性提高的存储单元。

优选地，所述电极中的至少一个和/或所述电阻性结构至少部分嵌入在所述蓄氢结构内。通过这种方式，增大了氢从蓄氢结构迁移到电阻性结构的区域。因而，这一特征可有助于进一步加速所述调节过程。

期望地，与所述电极中的至少一个整体地提供所述蓄氢结构。该特征提供的优点在于，可以减少制造本发明的实施例的制造步骤的数量。由于所述蓄氢结构与所述电极中的至少一个整体地提供，而不是在通常形成于所述存储单元周围的电介质材料诸如二氧化硅内，所以当以存储单元的阵列实施时本根据本发明实施例的存储单元还具有节约体积的优点，因为相邻存储单元之间的空间未被蓄氢结构占据，因此允许更密地封装存储单元。