[发明专利]具有非线性元件的切换器件

说明书

一种切换器件，包括：衬底；形成在所述衬底上的第一电极；形成在所述第一电极上的第二电极；设置在所述第一与第二电极之间的切换介质；以及设置在所述第一与第二电极之间的非线性元件，所述非线性元件串联地电耦接至所述第一电极和所述切换介质。所述非线性元件配置成在被施加大于阈值的电压时从第一电阻状态改变为第二电阻状态。

相关申请的交叉引用

本案是分案申请，其母案为于2012年5月31日提交的发明名称为“具有非线性元件的切换器件”的申请号为201280027066.9的申请。

技术领域

本发明涉及切换器件。更具体来说，本发明提供一种用于形成非易失性电阻型切换存储器器件的结构和方法，所述结构和方法的特征在于抑制在低偏置下的电流并且具有高的经测得的打开/关闭(ON/OFF)电阻比。

背景技术

半导体器件的成功主要源自于高密度的晶体管微小化工艺。但是，随着场效应晶体管(FET)的大小开始小于100nm，开始出现诸如短沟道效应的问题，妨碍了器件的正常操作。另外，此类亚100nm器件大小会导致亚阈值斜率没有按比例缩放以及增大的功耗。通常认为，诸如熟知的闪存存储器的基于晶体管的存储器可能会在十年内达到规模的极限。快闪存储器是非易失性存储器的一种类型。

已经在研发其他类型的非易失性随机存取存储器(RAM)器件来作为下一代存储器器件，诸如铁电型RAM(Fe RAM)、磁阻型RAM(MRAM)、有机RAM(ORAM)以及相变RAM(PCRAM)等。这些器件经常需要新材料和器件结构来与基于硅的器件耦接以形成存储器单元，但是这些材料和器件结构缺乏一种或多种关键属性。例如，Fe-RAM和MRAM器件具有快速切换特性和良好的编程耐久性，但是它们的制造工艺并不是与CMOS兼容的并且大小通常较大。PCRAM器件的切换使用的是焦耳加热，而这样必然带来高的功耗。有机RAM或ORAM与基于大体积硅的制造工艺不兼容，而且器件可靠性通常很差。

随着存储器器件集成度提高，元件大小减小同时在给定区域中的元件密度提高。在这种情况下，暗电流或漏电流就不是简单的问题了，其中，漏电流对于一个读取操作会返回一个错误的结果，或者会导致在单元中的不希望的状态改变。漏电流的问题在两端器件(two-terminal devices)中尤其严重，在所述两端器件中多个存储器单元会通过互连接的顶部电极和底部电极形成漏电路径。

用于抑制切换器件中的漏电流的常规方法包括将垂直二极管耦接至存储器元件。但是，该外部二极管方法具有若干缺陷。一般来说，二极管制造工艺是高温工艺，通常在高于500摄氏度的温度下进行。因为大多数二极管依赖于P/N结，从而很难将二极管高度缩放为实现具有所要的纵横比的存储器和二极管结构。最后，常规二极管仅与单极切换器件兼容，而不与双路双极器件兼容。因此，需要使高度集成的存储器具有一种强健的且可缩放的方法和结构，而不会受到漏电流的不良影响。

发明内容

本发明大体涉及切换器件。更具体来说，本发明提供一种使用电阻型切换来形成非易失性存储器单元的结构和方法。应认识到，根据本发明的实施例具有更加宽广的应用范围。

在一个特定实施例中，一种切换器件，包括：衬底；在该衬底上形成的第一电极；在该第一电极上形成的第二电极；在该第一与第二电极之间设置的切换介质；以及在该第一与第二电极之间设置的非线性元件，该非线性元件串联地电耦接至该第一电极和该切换介质。该非线性元件被配置成在施加了大于阈值的电压时从第一电阻状态改变为第二电阻状态。

在一实施例中，该切换器件包括RRAM。

在一实施例中，该切换器件包括PCRAM。

本发明较之于常规技术具有多种优势。例如，本发明的实施例能够实现一种高密度的非易失性存储器，其具有高切换速度、低漏电流特性以及高的器件良率的特征。视实施例而定，可以达成上述特征中的一个或多个。在本说明书中的下文将更详细描述这些和其他优势。

附图说明