[发明专利]开关器件和包括所述开关器件的存储器件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年9月17日提交的韩国专利申请No.10-2010-0091553的优先权，本文通过引用包括该申请的全部内容。

技术领域

本发明的示例性实施例涉及半导体器件制造技术，更具体而言，涉及提供双极性(bipolar)(或双向)电流路径的开关器件以及具有所述开关器件的存储器件。

背景技术

通常，半导体存储器件的单位单元具有1S-1M结构，即开关部分与储存数据的存储部分的组合。例如，被认为是下一代存储器件的电阻式随机存取存储(ReRAM)器件包括使用晶体管或二极管的开关部分和使用诸如过渡金属氧化物的可变电阻材料的存储部分。

与此同时，半导体存储器件采用双极性开关方法，以便保证在操作电压、泄漏电流、操作速度和耐久性方面的期望特性。例如，电阻式存储器件使用相反极性的电压用于双极性开关。根据相反极性的电压，执行将存储部分从高电阻状态变为低电阻状态的设置操作，以及执行将存储部分从低电阻状态变为高电阻状态的复位操作。为了实现半导体存储器件的双极性开关模式，开关部分要被配置为提供双极性电流路径。

在现有的技术中，使用二极管作为开关部分来提供单极性(unipolar)(或单向)电流路径。二极管具有非常低的反向电流，因此难以实现稳定的双极性开关特性。另外，可以使用晶体管作为开关部分提来供双极性电流通道。但是，随着半导体存储器件的集成密度的提高，难以降低的晶体管的尺寸可能成为电路设计的障碍。晶体管尺寸的降低可能使得操作特性退化。

发明内容

本发明的一个实施例涉及提供双极性电流路径并且易于高度集成的开关器件。

本发明的另一个实施例涉及在双极性开关模式中使用的并且易于高度集成的半导体存储器件。

根据本发明的一个示例性实施例，一种开关器件包括：第一电极；双极性隧道层(bipolar tunneling layer)，所述双极性隧道层形成在第一电极上并且包括具有不同介电常数的多个电介质层；以及形成在双极性隧道层上的第二电极。

根据本发明的另一个示例性实施例，一种存储器件包括：彼此交叉的多个导线；以及形成在导线的交叉处并处在导线之间的存储器单元(memory cell)，所述存储器单元具有彼此串联的开关单元和存储单元(memory unit)，其中，所述开关单元包括具有多个电介质层的双极性隧道层，所述多个电介质层具有不同的介电常数。

附图说明

图1是说明根据本发明的第一实施例的开关器件的截面图。

图2是说明根据本发明的第一实施例形成的开关器件的操作特性的电流-电压(I-V)图。

图3是说明根据本发明的第二实施例的开关器件的截面图。

图4A至图4D是说明具有根据本发明的一个示例性实施例的开关器件的存储器件的视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。但是，本发明可以用不同的方式来实施并且不应解释为受到本文所列实施例的限制。另外，提供这些实施例是为了使本说明书将是清楚且完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在本说明书中，相同的附图标记在本发明的各个附图和实施例中表示相同的部分。

附图并非按比例绘制，并且在某些情况下，为了清楚地图示实施例的特征，可能对比例已经做了夸大处理。当提及第一层在第二层“上”或在衬底“上”时，其不仅表示第一层直接形成在第二层上或在衬底上的情况，而且还表示在第一层与第二层之间或在第一层与衬底之间存在第三层的情况。

本发明提供了使用双极性开关方法并且易于高度集成的开关器件，以及具有所述开关器件的半导体存储器件。为此，本发明提供具有金属-绝缘体-金属(MIM)结构并且利用直接隧道效应或F-N隧道效应提供双极性电流通道的开关器件，以及具有所述开关器件的半导体存储器件。

图1是说明根据本发明的第一实施例的开关器件的截面图。