[发明专利]非易失性存储元件及包括其的存储装置

说明书

技术领域

本公开涉及非易失性存储元件、包括该非易失性存储元件的存储装置及该非易失性存储元件的形成方法。

背景技术

非易失性存储装置通常包括磁随机存取存储器(MRAM)、铁电RAM(FRAM)、相变RAM(PRAM)、电阻式RAM(RRAM)等。它们之中，RRAM是电阻式存储装置并基于材料的电阻变化来存储数据。在RRAM中，当施加到电阻变化材料的电压大于或等于设定电压时，电阻变化材料的电阻从高电阻状态变为低电阻状态(也称为“ON状态”)。当施加到电阻变化材料的电压大于或等于复位电压时，电阻变化材料的电阻切换回高电阻状态(也称为“OFF状态”)。

一般来说，电阻式存储装置包括存储节点和开关器件。存储节点具有电阻变化材料层。开关器件电连接到存储节点并控制到存储节点的信号的存取。

对诸如上述电阻式存储装置的各种非易失性存储装置的高密度和高性能的需求持续增加。

发明内容

本发明的实施例提供了利用电阻变化的非易失性存储元件。

本发明的实施例提供了包括所述非易失性存储元件的存储装置。

另外的方面将在下面的描述中部分地被阐述，部分地将从说明书来看是明显的，或者可通过提出的实施例的实践而获知。

根据本发明的一方面，一种非易失性存储元件包括：第一电极；第二电极；第一缓冲层，设置在第一电极和第二电极之间；第二缓冲层，设置在第二电极和第一缓冲层之间；存储层，设置在第一缓冲层和第二缓冲层之间，存储层具有电阻变化特性。

存储层可包括第一材料层和第二材料层。

第一材料层可由第一金属氧化物形成。

第一金属氧化物可包括Ta氧化物、Zr氧化物、氧化钇稳定氧化锆(YSZ)、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物和这些氧化物的组合中的至少一种。

例如，第一金属氧化物可包括TaO_x。这里，x可满足0＜x＜2.5的条件或0.5≤x≤2.0的条件。

第二材料层可由第二金属氧化物形成。

第二金属氧化物可包括Ta氧化物、Zr氧化物、YSZ、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物和这些氧化物的组合中的至少一种。

第二材料层的氧浓度可高于第一材料层的氧浓度。

第二材料层的氧迁移率可与第一材料层的氧迁移率相等或大于第一材料层的氧迁移率。

存储层的电阻变化特性可以是由离子物种在第一材料层和第二材料层之间的移动引起的。

第一材料层的厚度可以为从大约1nm至大约100nm，而第二材料层的厚度可以为从大约1nm至大约50nm。第一材料层的厚度可大于第二材料层的厚度。

第一缓冲层和第二缓冲层中的至少一个可以包括原子间结合能大于存储层的原子间结合能的材料。

第一缓冲层可包括增加存储层和第一电极之间的势垒的材料，和/或第二缓冲层可包括增加存储层和第二电极之间的势垒的材料。

第一缓冲层和第二缓冲层中的至少一个可包括具有高于存储层的电阻率的电阻率的材料。

第一缓冲层可接触第一材料层，第二缓冲层可接触第二材料层。

第一缓冲层和第二缓冲层中的至少一个可包括AlO_x、SiO_x、SiN_x、ZrO_x、HfO_x和它们的组合中的至少一种。

第一缓冲层和第二缓冲层可具有小于大约10nm的厚度。这里，第一材料层的厚度可以为从大约5nm至大约50nm，第二材料层的厚度可以为从大约5nm至大约20nm，第一材料层的厚度可大于第二材料层的厚度。

第一电极和第二电极中的至少一个可包括Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Ti、Ta、TiN、TiW、TaN、W、Ni、导电氧化物和它们的组合中的至少一种。

根据本发明的另一方面，一种存储装置包括如上所述的非易失性存储元件。

所述存储装置还可以包括连接到非易失性存储元件的开关元件。

根据本发明的另一方面，一种存储装置包括：多条第一导线，彼此平行地布置；多条第二导线，彼此平行地布置并与多条第一导线交叉以形成多个交叉点；多个存储单元，每个存储单元布置在所述多个交叉点中的一个处，其中，每个存储单元包括设置在第一导线和第二导线之间的第一缓冲层、设置在第一缓冲层和第二导线之间并具有电阻变化特性的存储层，及设置在存储层和第二导线之间的第二缓冲层。