包括ｎ＋界面层的可变电阻随机存取存储器制造技术

本发明专利技术提供一种具有ｎ＋界面层的可变电阻随机存取存储器。该可变电阻随机存取存储器包括下电极、形成在所述下电极上的ｎ＋界面层、形成在所述ｎ＋界面层上的缓冲层、形成在所述缓冲层上并具有可变电阻特性的氧化物层、及形成在所述氧化物层上的上电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及非易失性存储器，更特别地，涉及通过在由普通金属形成的 下电极与緩沖层之间包括n+界面层而以低操作电压操作的可变电阻随机存 取存储器。
技术介绍
具有高集成密度、高速操作特性、和低操作电压的半导体存储器是更优 越的。常规存储器包括连接到存储单元的多个电路。在作为半导体存储器的代 表的动态随机存取存储器(DRAM)的情况下，单位存储单元通常包括一个 开关和一个电容器。DRAM具有高集成密度和高操作速度。然而，所存储的 数据在关闭电源后被擦除。非易失性存储器在电源被关闭后能保持所存储的数据，这样的非易失性 存储器的例子是闪存(flashmemory)。闪存是非易失性存储器，其与易失性存 储器的区别在于非易失性存储器比DRAM具有较低的集成密度和较慢的操 作速度。正在对非易失性存储器进行很多研究，包括磁随机存取存储器 (MRAM )、铁电随机存取存储器(FRAM )、相变随机存取存储器(PRAM )、 及电阻随机存取存储器(RRAM)。上述非易失性存储器中，RRAM主要利用取决于过渡氧化物的电压的可 变电阻特性。图1A是横截面图，示出使用可变电阻材料的具有常规结构的RRAM的 结构。使用过渡金属氧化物作为可变电阻材料的RRAM器件具有开关特性 以用作存储器。参照图1A， RRAM具有其中下电极12、氧化物层14、和上电极16顺 序形成在衬底10上的结构。下电极12和上电极16由普通导电金属形成， 氧化物层14由具有可变电阻特性的过渡金属氧化物形成。该过渡金属氣化物包括ZnO、 Ti02、 Nb205、 Zr02、 NiO等。图1B是曲线图，示出图1A所示的非易失性可变电阻存储器的操作特 性。更具体地，电流通过对样品施加电压来测量，样品中下电极12由Ru形 成，氧化物层14由NiO形成，上电极16由Ru形成。参照图1B，当在第 一开关周期施加约0.7V到样品时，重置电流为约3mA。然而，在50个开关 周期之后，重置电流增加到约50mA。随着开关周期被重复，氧化物层14 的电阻状态继续改变，操作电压和重置电压增大，因而降低了非易失性可变 电阻存储器的可靠性。因此，需要能具有稳定操作特性的存储器的结构。由于在闪存器件中高集成是结构上困难的，所以对交叉点(cross-point) 型存储器进行了很多研究。因此，需要开发利用可变电阻材料的具有新结构 的交叉点型存储器。另外，还需要具有使用普通金属代替昂贵的贵金属的下电极的存储器。
技术实现思路
本专利技术提供一种非易失性存储器，通过在下电极和可变电阻氧化物层之 间包括緩冲层且在该緩冲层和该下电极之间包括n+界面层，即使重复进行 开关操作时该非易失性存储器也具有稳定的重置电流。本专利技术还提供通过使用普通金属作为下电极而具有低制造成本的高集 成存储器。根据本专利技术的一个方面，提供一种可变电阻随机存取存储器，包括下 电极；n+界面层，其形成在所述下电极上；形成在所述n+界面层上的緩冲 层；氧化物层，其形成在所述緩冲层上并具有可变电阻特性；以及上电极， 其形成在所述氧化物层上。所述氧化物层可由p型过渡金属氧化物形成。所述氧化物层可以是Ni氧化物层。所述n+界面层可以由选自包括ZnOx、 TiOx和IZOx的欠氧(oxygen deficicent)氧化物、及包括ZnO、 TiO和IZO的高度掺杂以n型杂质的氧化 物构成的组的至少一种形成。该下电极可以由选自包括Ni、 Co、 Cr、 W、 Cu、 Ti、或这些金属的合 金的组的一种形成。所述緩沖层可以由n型氧化物形成。所述緩沖层可以由选自包括Ir氧化物、Ru氧化物、Zn氧化物、和IZO 的组的至少一种形成。所述n+界面层和所述緩冲层可以由相同材料形成。附图说明通过参照附图详细描述其示例性实施例，本专利技术的上述和其它特征及优 点将变得更加明显，附图中图1A是横截面图，示出了使用可变电阻材料具有常规结构的电阻随机 存取存储器(RRAM)的结构；图1B是曲线图，示出了图1A所示的非易失性可变电阻存储器的操作 特性；图2是曲线图，示出了其中緩沖层形成在下电极上的RRAM的重置电流根据开关周期数目的变化；图3是曲线图，示出使用钨作为下电极的RRAM器件的电流特性；图4是横截面图，示出根据本专利技术一实施例具有n+界面层的可变电阻随机存取存储器；图5是能带图，示出n-IZO (緩冲层)和W (下电极)之间的肖特基接触；图6是当n+界面层形成在n-緩冲层和由普通金属形成的下电极之间时 的能带图7是散点图，示出根据本专利技术一实施例的存储器件的重置电流变化与 开关周期数目的关系；图8是曲线图，示出根据本专利技术一实施例使用可变电阻的存储器的操作原理。具体实施例方式下面将参照附图描述根据本专利技术的具有n+界面层的可变电阻随机存取 存储器。附图中，为清晰起见，层和区域的厚度和宽度被放大。图2是曲线图，示出其中緩冲层形成在下电极上的电阻随机存取存储器 (RRAM)的重置电流变化与开关周期数目的关系。参照图2，RRAM器件包括由Ru形成的下电极、由ZnO形成的緩沖层、和由NiO形成的可变电阻氧化物层。该RRAM器件具有4.5mA的平均重置 电流，其是较低重置电流，且具有比常规RRAM (参照图IB)低的重置电 流偏差 图3是曲线图，示出包括普通金属钨形成的下电极的RRAM器件的电 流特性。由IZO形成的緩冲层、由NiO形成的可变电阻氧化物层、和由Ni 形成的上电极顺序形成在下电极上。参照图3，较高电压(6V)施加到使用W形成的下电极的RRAM器件 后，当重置电流增加时发生存储节点击穿。因此，当下电极简单地由普通金 属形成时该RRAM器件不能作为存储器工作。图4是横截面图，示出了根据本专利技术一实施例具有n+界面层的可变电 阻随机存取存储器。参照图4，根据本专利技术一实施例的具有n+界面层的可变电阻随机存取存 储器包括下电极20。 n+界面层22、 n型緩冲层24、可变电阻氧化物层26、 和上电极28顺序形成在下电极20上。下电才及20可以由普通金属诸如Ni、 Co、 Cr、 W、 Cu、 Ti或这些金属的 合金形成。当在下电极20中使用普通金属时，可降低存储器的制造成本。 在本实施例中，普通金属用在下电极20中，但本专利技术不限于此，即，下电 极20也可以由贵金属形成。n+界面层22可由欠氧n型氧化物半导体诸如IZOx、 ZnOx、或TiOx形 成。另外，n+界面层22可由高度掺杂以掺杂剂的IZO、 ZnO、或TiO形成。n型緩冲层24是n型氧化物，且可以由欠氧氧化物诸如IZOx、 IrOx、 RuOx、 ZnOx、或TiOx，或者掺杂以掺杂剂的氧化物诸如IZO、 IrO、 RuO、 ZnO、或TiO形成。n+界面层22和n型緩冲层24可由相同材料形成从而降低制造成本，且 n+界面层22被掺杂以比掺杂到n型緩冲层24的掺杂剂高几个数量级的掺杂 剂。可变电阻氧化物层26可以由上述诸如ZnO、 Ti02、 Nb205、 Zr02、或 NiO的过渡金属氧化物形成。上电极28可由Pt或Ti形成。当下电极20由普通金属诸如鵠(W)形成时，下电极22的功函数较低。 在该情况下，肖特基接触形成在下电极20与緩冲层24例如n- IZO层之间的界面处。当肖特基接触形成在下电极20和緩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变电阻随机存取存储器，包括：下电极；ｎ＋界面层，形成在所述下电极上；形成在所述ｎ＋界面层上的缓冲层；氧化物层，其形成在所述缓冲层上并具有可变电阻特性；及上电极，形成在所述氧化物层上。

【技术特征摘要】
KR 2006-6-27 58098/061.一种可变电阻随机存取存储器，包括下电极；n+界面层，形成在所述下电极上；形成在所述n+界面层上的缓冲层；氧化物层，其形成在所述缓冲层上并具有可变电阻特性；及上电极，形成在所述氧化物层上。2. 如权利要求1的可变电阻随机存取存储器，其中所述氧化物层由p 型过渡金属氧化物形成。3. 如权利要求1的可变电阻随机存取存储器，其中所述氧化物层是Ni 氧化物层。4. 如权利要求1的可变电阻随机存取存储器，其中所述n+界面层由选 自包括ZnOx、 TiOx和IZOx的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵重来，李殷洪，斯蒂法诺维奇金瑞克，埃尔M鲍里姆，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]