[发明专利]一种提高电阻随机存储器数据保持能力的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体存储器技术领域，具体涉及一种电阻随机存储器，尤其涉及一种通过插入金属氧化物层或者金属氮氧化合物层来提高电阻随机存储器数据保持能力的方法。

背景技术

以Flash为代表的传统非挥发性存储器件已经取得了巨大的成功，但是随着工艺尺寸的不断减小，Flash即将到达它的物理极限。为发展下一代的非挥发存储器替代技术，一些新型的存储技术正蓬勃地发展着。电阻随机存储器(RRAM)便是这些新型非挥发存储技术中最耀眼的一种。电阻随机存储器利用存储介质的电阻在电信号作用下，在高阻和低阻间可逆转换的特性来存储信号。电阻随机存储器由于其优异的按比例缩小(scaling down)能力、与标准逻辑工艺完美兼容，且制备工艺简单，具有很强的成本优势，因此，电阻随机存储器被认为是下一代非挥发性存储技术中最具潜力的一种。然而，电阻随机存储器在真正走向应用之前还需要克服很多障碍，其中很关键的一点便是提高其数据保持能力(data retention)，尤其是在嵌入式应用领域。

图1所示为传统的三明治结构的电阻随机存储单元示意图。如图1所示。以1T1R结构为例，其形成方法一般是先在硅衬底10上形成晶体管的栅极12、栅极介电层14以及源极/漏极区16之后，再覆盖上一层介电层20，然后在介电层20中形成接触窗插塞22连接到源极/漏极区16的一端，最后在接触窗插塞22上形成电阻存储单元。传统的电阻存储单元是以“平面方式”由下向上堆叠，在下电极24上形成金属氧化物存储介质层26，并且在金属氧化物存储介质层26上形成上电极28。最初，假设该电阻随机存储单元是未被编程的，为了编程该存储单元，需要将下电极24接地，而施加正电压至上电极28，使得电位Vpg(“编程”电位)是以存储单元的顺向方向(forward direction)施加在存储单元两端。Vpg电位在金属氧化物存储介质层26中形成导电细丝(filament)，造成金属氧化物存储介质层26进入低阻状态(Low Resistance State)。在移除Vpg电位后，在之前形成的Filament并未断裂，使得金属氧化物存储介质层仍然保持在低阻状态。同理，为了擦除该电阻随机存储单元，通常需要施加正电压至下电极28，而将上电极24维持接地，使得电位Ver(“擦除”电位)是以电阻随机存储单元的逆向(reverse)方施加在存储单元两端。Ver电位在存储材料层26中产生的焦耳热足以将形成的导电细丝(filament)熔断，造成存储材料层26进入高阻态(High Resistance State)。在移除Ver电位后，属氧化物存储介质层仍然保持在高阻态。电阻随机存储器在编程电位或者擦除电位去掉以后其低阻态或高阻态的保持时间定义为数据保持能力(data retention)。

图2所示为中国专利公开的又一种电阻随机存储器结构示意图。如图2所示，中国专利申请号为CN200710043707.9专利中的公开了一种电阻随机存储器，其中，40为衬底，41为电阻随机存储器的下电极，46为金属氧化物存储介质层，45为上电极，46为位于上电极和金属氧化物存储介质层之间的介质薄膜。图2所示电阻随机存储器相比于图1所示的电阻随机存储器多了一层介质薄膜26，利用介质薄膜的高阻特性，其产生的较高的焦耳热来降低电阻随机存储器的复位操作(Reset，也即“擦除”操作)电流。

显然，为提高电阻随机存储器的实际应用能力，我们希望电阻随机存储器在被编程后或被擦除后的具有良好的数据保持能力。因此，很有必要提供一种提高电阻随机存储器的数据保持能力的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提高电阻随机存储器的数据保持能力。

为解决上述技术问题，本发明提供一种提高电阻随机存储器的数据保持能力的方法，其电阻随机存储器包括下电极、金属氧化物存储介质层、上电极，其方法特征在于，在所述电阻随机存储器的电极和金属氧化物存储介质层之间插入介质薄膜层。

作为其中第一实施例，在所述电阻随机存储器的上电极和金属氧化物存储介质层之间插入一层介质薄膜层。所述介质薄膜层为金属氧化物或金属氮氧化物，所述金属氧化物或金属氮氧化物中的金属元素与所述上电极的金属元素相同。所述金属氧化物或金属氮氧化物可以通过薄膜沉积的方法形成；所述金属氧化物或金属氮氧化物也可以通过金属氧化物存储介质层中的氧元素扩散至上电极使上电极氧化形成。