阻变存储器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种阻变存储器件及其制造方法。阻变存储器件包括：第一电极层和第二电极层，其被设置为彼此间隔开；以及阻变材料层，其设置在第一电极层与第二电极层之间并且包括无定形碳结构。阻变材料层包括附着在无定形碳结构上的杂质元素，并且杂质元素具有沿着阻变材料层的厚度方向的浓度梯度。

【技术实现步骤摘要】
阻变存储器件及其制造方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年10月20日提交的申请号为10-2017-0136886的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
本公开的各种实施例总体而言涉及一种阻变存储器件以及制造阻变存储器件的方法。
技术介绍
通常，电阻式存储器表示其中内部电阻响应于从外部施加的电压或电流而经历可变的改变以及内部电阻的改变以非易失性的方式被记录下来并且可以储存多条逻辑信息的非易失性存储器。根据改变内部电阻的方式，电阻式存储器可以被分类为阻变随机存取存储(RAM)器件、相变RAM器件、磁性RAM器件等。同时，在阻变存储器件中，可以通过将电压施加在可变电阻材料层两端以在可变电阻材料层中产生导电细丝或去除绝缘界面层来使电阻可变地改变。此外，即使在去除施加的电压之后，也可以通过允许已改变形状或已更改连续性的导电细丝或已改变的绝缘界面层保留在可变电阻材料层中来以非易失性的方式储存已改变的内部电阻。
技术实现思路
根据本公开的一个方面公开了一种阻变存储器件。阻变存储器件包括：第一电极层和第二电极层，其被设置为彼此间隔开；以及阻变材料层，其包括无定形碳结构并且设置在第一电极层与第二电极层之间。阻变材料层包括附着在无定形碳结构上的杂质元素，并且杂质元素可以具有沿着阻变材料层的厚度方向的浓度梯度。根据本公开的另一方面公开了一种制造阻变存储器件的方法。在该方法中，在衬底上形成第一电极层。在第一电极层上形成包括无定形碳结构的阻变材料层。在阻变材料层上形成第二电极层。形成阻变材料层的步骤包括将杂质元素注入到阻变材料层中，使得杂质元素具有沿着阻变材料层的厚度方向的浓度梯度。附图说明图1是示意性示出根据本公开的一个实施例的阻变存储器件的截面图。图2A和图2B是示意性示出根据本公开的一个实施例的阻变材料层中的杂质元素的浓度梯度的视图。图3A和图3B是示意性示出根据本公开的另一个实施例的阻变材料层中的杂质元素的浓度梯度的视图。图4至图6是示意性示出根据本公开的一个实施例的驱动阻变存储器件的方法的视图。图7是示意性示出根据本公开的一个实施例的制造阻变存储器件的方法的流程图。图8是示意性示出三维结构的非易失性存储器件的立体图。图9是图8的非易失性存储器件的局部放大图。具体实施方式现在将在下文中参照附图来描述各种实施例。在附图中，为了使图示清楚，层和区域的尺寸可能被夸大。从观察者的视角来描述附图。如果一个元件被称为位于另一个元件上，则可以理解为，该元件可以直接位于另一个元件上，或者另外的元件可以介于该元件与另一个元件之间。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。此外，除非上下文中另外明确地使用，否则词的单数形式的表达应被理解为包括该词的复数形式。要理解的是，术语“包括”、“包含”或“具有”旨在指定特征、数目、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在，但不用于排除一个或更多个其他特征、数目、步骤、操作、组件、部件或其组合的存在或添加的可能性。本文中的术语“下”或“上”不是绝对概念，而可以是能够根据观察者的视角而通过分别替换“上”或“下”来解释的相对概念。图1是示意性示出根据本公开的一个实施例的阻变存储器件1的截面图。参考图1，阻变存储器件1可以包括：彼此间隔开地设置的第一电极层110和第二电极层130；以及设置在第一电极层110与第二电极层130之间的阻变材料层120。第一电极层110和第二电极层130可以各自包括导电材料。作为示例，第一电极层110和第二电极层130可以各自包括铂、金、银、钨、铝、铜、钽、钌、铱、钼、氮化钨、氮化钛、氮化钽、掺杂硅或其中两种或更多种的组合。在一个实施例中，第一电极层110和第二电极层130可以由相同的导电材料形成。在另一个实施中，第一电极层110和第二电极层130可以各自由一种或更多种不同的导电材料形成。第一电极层110可以设置在衬底(未示出)上。例如，衬底可以包括半导体材料。例如，衬底可以是硅(Si)衬底、砷化镓(GaAs)衬底、磷化铟(InP)衬底、锗(Ge)衬底或硅锗(SiGe)衬底。在一个实施例中，衬底可以包括集成电路。在一个实施例中，至少一层绝缘层(未示出)可以设置在衬底与第一电极层110之间。此外，至少一个导电层(未示出)可以设置在衬底与第一电极层110之间。阻变材料层120可以包括无定形碳结构。无定形碳结构可以具有作为碳-碳原子键的sp2杂化(sp2)键或sp3杂化(sp3)键。sp2键具有碳原子之间的派(π)键，并且与sp3键相比，sp2键可以为相对较弱的键，该sp3键形成碳原子之间的西格玛(δ)键并且可以为相对较强的键。sp2键或sp3键可以通过外部施加的能量而相互转换或可逆地切换。作为示例，当从外部施加或提供具有最少量的已知激活能量或预定激活能量的能量时，形成相对较强键的sp3键可以被转换为形成相对较弱键的sp2键。同样，当从外部提供或施加具有至少给定激活能量或预定激活能量的能量时，形成相对较弱键的sp2键可以被转换为形成相对较强键的sp3键。例如，外部能量源可以采用电偏压或热量的形式。同时，根据无定形碳结构中的sp2键与sp3键的比率，阻变材料层120可以具有根据sp2键/sp3键的比率而改变的电阻。作为一个示例，当无定形碳结构的sp2键的比例增大时，阻变材料层120的电阻可以减小。作为另一个示例，当无定形碳结构的sp3键的比例增大时，阻变材料层120的电阻可以增大。在一个实施例中，阻变材料层120可以包括杂质元素。杂质元素可以附着在无定形碳结构上。至少一部分杂质元素可以在阻变材料层120中附着于无定形碳结构的碳原子上。作为示例，杂质元素可以以非化学键合状态(即，在不与无定形碳结构的碳原子形成完全共价键的情况下)被吸附到无定形碳结构中。此外，至少一部分杂质元素可以脱离无定形碳结构。杂质元素的已脱离的部分可以在阻变材料层120中以原子、分子或官能团的形式分布。作为示例，杂质元素可以是氧或氢或包括氧或氢。在一个示例中，氧可以在阻变材料层120中以吸附的形式附着于无定形碳结构的碳原子上。此时，被吸附的氧不与碳原子形成强键合态(如，共价键)，然而，氧可以与碳-碳sp2键和碳-碳sp3键相互作用。其上附着有氧的无定形碳结构可以具有作为碳-碳原子键的sp2键和sp3键。此时，随着附着在无定形碳结构上的氧的量减少，无定形碳结构的sp2键的比例可以上升。另一方面，随着附着在无定形碳结构上的氧的量增加，无定形碳结构的sp3键的比例可以上升。结果，当附着在无定形碳结构上的氧的量减少时，无定形碳结构的电阻可以相对地减小。另一方面，当附着在无定形碳结构上的氧的量增加时，无定形碳结构的电阻可以相对地增大。当形成阻变材料层120时，可以通过将预定量的氧气供给到阻变材料层120中来控制附着在无定形碳结构上的氧的量。因此，可以通过借助氧的引入而控制无定形碳结构中的sp2键和sp3键的比率来可预测地确定处于阻变存储器件1的初始状态下的阻变材料层120的电阻。例如，在ClaudiaA.Santini等人的题为“OxygenatedAmorphousCarbonforResistiveMemoryApplication”的论文(其发表在2015年10月23日出版的NatureCo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻变存储器件，包括：第一电极层和第二电极层，其被设置为彼此间隔开；以及阻变材料层，其设置在所述第一电极层与所述第二电极层之间并且包括无定形碳结构，其中，所述阻变材料层包括附着在所述无定形碳结构上的杂质元素，并且所述杂质元素具有沿着所述阻变材料层的厚度方向的浓度梯度。

【技术特征摘要】
2017.10.20 KR 10-2017-01368861.一种阻变存储器件，包括：第一电极层和第二电极层，其被设置为彼此间隔开；以及阻变材料层，其设置在所述第一电极层与所述第二电极层之间并且包括无定形碳结构，其中，所述阻变材料层包括附着在所述无定形碳结构上的杂质元素，并且所述杂质元素具有沿着所述阻变材料层的厚度方向的浓度梯度。2.根据权利要求1所述的阻变存储器件，其中，所述无定形碳结构具有带碳-碳sp2键的碳原子和带碳-碳sp3键的碳原子，以及其中，所述sp2键与所述sp3键被可逆地转换。3.根据权利要求2所述的阻变存储器件，其中，所述阻变材料层还包括导电细丝，所述导电细丝包含具有碳-碳sp2键的碳原子。4.根据权利要求3所述的阻变存储器件，其中，位于具有相对低的杂质元素浓度的区域的所述导电细丝的横截面积比位于具有相对高浓度的杂质元素浓度的区域中的所述导电细丝的横截面积大。5.根据权利要求3所述的阻变存储器件，其中，随着所述杂质元素浓度沿着所述阻变材料层的厚度方向升高，所述阻变材料层中的所述导电细丝的横截面积减小。6.根据权利要求1所述的阻变存储器件，其中，所述杂质元素以非化学键合状态被吸附在所述无定形碳结构上。7.根据权利要求1所述的阻变存储器件，其中，所述杂质元素包括氧或氢。8.根据权利要求1所述的阻变存储器件，其中，所述无定形碳结构中的具有碳-碳sp2键的碳原子的比例和具有碳-碳sp3键的碳原子的比例沿着所述杂质元素的浓度梯度而变化。9.根据权利要求8所述的阻变存储器件，其中，随着所述杂质元素浓度升高，所述无定形碳结构中的sp3键与sp2键的比率上升。10.根据权利要求1所述的阻变存储器件，其中，所述第一电极层和第二电极层中的每个电极层包括从如下材料中选择的至少一种：铂Pt、金Au、银...

【专利技术属性】
技术研发人员：李相宪，
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