开关器件及包括其作为选择器件的电阻式随机存取存储器制造技术

技术编号:15651004 阅读:211 留言:0更新日期:2017-06-17 04:06
一种开关器件包括设置在衬底之上的第一电极、开关层和第二电极。开关层包括第一原子的氧化物或第一原子的氮化物,且第二原子被掺杂至该氧化物或氮化物中。第一原子的化合价与第二原子的化合价彼此不同。

【技术实现步骤摘要】
开关器件及包括其作为选择器件的电阻式随机存取存储器相关申请的交叉引用本申请要求2015年12月9日提交的申请号为10-2015-0175456的韩国专利申请的优先权,其通过引用整体合并于此。
本公开的各种实施例涉及一种半导体存储器,更具体地,涉及一种开关器件及包括该开关器件作为选择器件的电阻式随机存取存储器。
技术介绍
在存储器件的单元区中已经采用交叉点存储阵列结构。更具体地,交叉点存储阵列结构已经被包括在诸如电阻式随机存取存储器(ReRAM)、相变随机存取存储器(PCRAM)和磁随机存取存储器(MRAM)等的存储器中作为具有柱体的单元结构,柱体介于设置在不同平面上且彼此交叉的电极之间。同时,在交叉点存储阵列结构中,由于相邻单元之间出现的潜行电流(sneakcurrent)而在单元信息方面可能存在写入错误或读取错误。为了抑制这些错误,已经在单元中采用了选择器件。已经提出了诸如晶体管、二极管、隧道势垒器件和双向阈值开关的开关器件来作为选择器件。
技术实现思路
根据一个实施例,提供了一种开关器件。该开关器件包括设置在衬底之上的第一电极、开关层和第二电极。该开关层包括第一原子的氧化物或第一原子的氮化物,且第二原子被掺杂至该氧化物或氮化物中。第一原子的化合价与第二原子的化合价彼此不同。根据一个实施例,提供了一种开关器件。该开关器件包括设置在衬底之上而彼此相向的第一电极和第二电极。该开关器件还包括设置在第一电极与第二电极之间且包括氧化物或氮化物的开关层。该开关层包括由被掺杂至该氧化物或氮化物中的掺杂原子所产生的多个俘获点。当其绝对值小于预定阈值电压的绝对值的电压被施加在第一电极与第二电极之间时,俘获点俘获导电载流子。当其绝对值大于预定阈值电压的绝对值的电压被施加在第一电极与第二电极之间时,俘获点形成导电载流子移动的移动路径。根据一个实施例,提供了一种电阻式存储器件。该电阻式存储器件包括设置在衬底之上的选择器件和可变电阻器件。该选择器件包括设置在衬底之上的第一电极、开关层和第二电极。该开关层包括第一原子的氧化物或第一原子的氮化物,且第二原子被掺杂至该氧化物或氮化物中。第一原子的化合价与第二原子的化合价彼此不同。附图说明基于附图和所附详细描述,本公开的各种实施例将变得更加明显,在附图中:图1是示意性地图示根据一个实施例的开关器件的剖视图;图2A、图3A、图4A和图5A是图示根据一个实施例的开关器件的操作的示意图;图2B、图3B、图4B和图5B是图示根据一个实施例的开关器件的电压-电流特性的图;以及图6是示意性地图示根据一个实施例的电阻式存储器件的剖视图。具体实施方式在下文中将参照附图来描述本公开,在附图中示出了本专利技术的实施例。在附图中,稍微增大了组件的尺寸、宽度和/或厚度以清楚地呈现每个器件的组件。附图是完全站在观察者的角度来描述的,如果一个元件被称作位于另一元件上,则可以理解为该元件直接位于另一元件上,或者额外元件可以介于该元件与另一元件之间。在说明书中相同的附图标记始终指代相同的元件。此外,除非在上下文中另外清楚地使用了复数形式,否则单数形式的表述应当被理解为包括复数形式。将理解为术语“包括”或“具有”意在指定存在特征、数量、步骤、操作、元件、部分或其组合,而非用来排除一个或更多个其他特征、数量、步骤、操作、组件、部分或其组合的存在或添加可能性。此说明书中描述的开关器件的阈值开关操作将被理解为:当具有变化的绝对值的外部电压被施加给开关器件时,开关器件如下所述地顺序地实现导通态和关断态。最初,随着施加给开关器件的外部电压的绝对值从初始态开始逐渐增大,在施加的外部电压变得大于预定第一阈值电压之后开关器件的工作电流可以非线性地增大。这种现象可以被理解为开关器件导通。在这之后,随着施加给开关器件的外部电压的绝对值从开关器件的导通态开始逐渐减小,在施加的外部电压变得低于预定第二阈值电压之后开关器件的工作电流可以非线性地减小。这种现象可以被理解为开关器件关断。图1是示意性地图示根据一个实施例的开关器件10的剖视图。参见图1,开关器件10包括顺序地层叠在衬底101上的第一电极110、开关层120和第二电极130。开关器件10可以执行阈值开关操作。开关器件10可以包括氧化物或氮化物,该氧化物或氮化物包括处于不同价态的第一原子和第二原子中的任意原子。虽然衬底101可以由硅(Si)或砷化镓(GaAs)形成,但是实施例不局限于此。在另一实施例中,衬底101可以由能够通过半导体工艺来处理的陶瓷、聚合物或金属来形成。衬底101可以包括形成在其中的集成电路。第一电极110和第二电极130中的每个可以包括金属、导电金属氮化物和导电金属氧化物等中的任意一种。第一电极110和第二电极130可以由相同的材料或不同的材料形成。第一电极110和第二电极130中的每个可以包括金(Au)、铂(Pt)、铜(Cu)、银(Ag)、钌(Ru)、钛(Ti)、铱(Ir)、钨(W)、氮化钛(TiN)和氮化钽(TaN)等中的任意一种以及其组合。开关层120可以设置在第一电极110与第二电极130之间。开关层120可以包括第一原子的氧化物或第一原子的氮化物。第一原子的氧化物或第一原子的氮化物可以具有电绝缘特性。在一个实施例中,第一原子的氧化物可以包括氧化硅或金属氧化物。金属氧化物可以包括氧化铝、氧化锆、氧化铪、氧化钨、氧化钛、氧化镍、氧化铜、氧化锰、氧化钽、氧化铌、氧化铁或其组合。在一些实施例中,氧化硅或金属氧化物可以具有不满足化学计量比的组分。氧化硅或金属氧化物可以具有非晶结构。在一些实施例中,第一原子的氮化物可以包括氮化硅或氮化铝。第一原子的氮化物可以具有非晶结构。开关层120的第一原子的氧化物或氮化物可以掺杂有作为掺杂剂的第二原子。第二原子的化合价可以与第一原子的化合价不同。可以将第二原子掺杂至第一原子的氧化物或氮化物中以具有均匀的浓度分布。在一个实施例中,在形成包括第一原子的氧化物或氮化物的薄膜时,可以通过添加第二原子作为源材料来将第二原子掺杂至开关层120的第一原子的氧化物或氮化物中。在另一实施例中,在形成包括第一原子的氧化物或氮化物的薄膜之后,可以提供包含第二原子的源气体,以及第二原子可以扩散至薄膜中,使得薄膜可以掺杂有第二原子。在又一实施例中,在形成包括第一原子的氧化物或氮化物的薄膜之后,可以通过离子注入方法来将第二原子注入至薄膜中。结果,薄膜可以掺杂有第二原子。在一个实施例中,第二原子可以用作开关层120中的N型或P型掺杂剂。在一个实施例中,当开关层120包括氧化硅或氮化硅时,第二原子可以包括铝(Al)、镧(La)、铌(Nb)、钒(V)、钽(Ta)、钨(W)、铬(Cr)或钼(Mo)。这些元素可以单独使用或组合来使用。更具体地,当开关层120是氧化硅层时,铝(Al)或镧(La)可以用作P型掺杂剂。可替代地,当开关层120是氧化硅层时,铌(Nb)、钒(V)、钽(Ta)、钨(W)、铬(Cr)和钼(Mo)中的至少一种可以用作N型掺杂剂。在另一实施例中,当开关层120包括氧化铝或氮化铝时,第二原子可以包括钛(Ti)、铜(Cu)、锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钒(V)、钽(Ta)、钨(W)、铬(Cr)或钼(Mo)。这些元素可以单独使用或组合来使用。第二本文档来自技高网...
开关器件及包括其作为选择器件的电阻式随机存取存储器

【技术保护点】
一种开关器件,包括:设置在衬底之上的第一电极、开关层和第二电极,其中,开关层包括第一原子的氧化物或第一原子的氮化物,且第二原子被掺杂至所述氧化物或所述氮化物中,以及其中,第一原子的化合价与第二原子的化合价彼此不同。

【技术特征摘要】
2015.12.09 KR 10-2015-01754561.一种开关器件,包括:设置在衬底之上的第一电极、开关层和第二电极,其中,开关层包括第一原子的氧化物或第一原子的氮化物,且第二原子被掺杂至所述氧化物或所述氮化物中,以及其中,第一原子的化合价与第二原子的化合价彼此不同。2.如权利要求1所述的开关器件,其中,第一原子的氧化物包括氧化硅或金属氧化物。3.如权利要求2所述的开关器件,其中,金属氧化物包括从氧化铝、氧化锆、氧化铪、氧化钨、氧化钛、氧化镍、氧化铜、氧化锰、氧化钽、氧化铌和氧化铁中选择的至少一种。4.如权利要求1所述的开关器件,其中,第一原子的氮化物包括氮化硅或金属氮化物。5.如权利要求1所述的开关器件,其中,开关层包括氧化硅或氮化硅,以及其中,第二原子包括铝Al、镧La、铌Nb、钒V、钽Ta、钨W、铬Cr和钼Mo中的至少一种。6.如权利要求1所述的开关器件,其中,开关层包括氧化铝或氮化铝,以及其中,第二原子包括钛Ti、铜Cu、锆Zr、铪Hf、铌Nb、钒V、钽Ta、钨W、铬Cr和钼Mo中的任意一种。7.如权利要求1所述的开关器件,其中,第二原子在开关层中形成俘获点,所述俘获点俘获导电载流子,或者形成导电载流子在第一电极与第二电极之间移动的移动路径。8.如权利要求1所述的开关器件,其中,开关器件执行阈值开关操作,在所述阈值开关操作中,当施加在第一电极与第二电极之间的电压具有比阈值电压的绝对值小的绝对值时,开关器件关断,而当施加在第一电极与第二电极之间的电压具有比阈值电压的绝对值大的绝对值时,开关器件导通。9.一种开关器件,包括:第一电极和第二电极,设置在衬底之上而彼此相向;以及开关层,设置在第一电极与第二电极之间且包括氧化物或氮化物,其中,开关层包括由被掺杂至氧化物或氮化物中的掺杂原子所产生的多个俘获点,其中,当其绝对值小于预定阈值电压的绝对值的电压被施加在第一电极与第二电极之间时,俘获点俘获导电载流子,以及其中,当其绝对值大于预定阈值电压的绝对值的电压被施加在第一电极与第二电极之间时,俘获点形成导电载流子移动的移动路径。10.如权利要求9所述的开关器件,其中,开关层包括氧化硅、氮化硅、金属氧...

【专利技术属性】
技术研发人员:金范庸金秀吉
申请(专利权)人:爱思开海力士有限公司
类型:发明
国别省市:韩国,KR

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