包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器制造技术

本发明专利技术涉及一种包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器。其包括：底部电极；电阻器结构，布置在底部电极上；二极管结构，布置在电阻器结构上；和上部电极，布置在二极管结构上。本发明专利技术的非挥发性存储器可以用简单工艺制造，可以用低电力驱动，具有快的运作速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器(nonvolatile memory device)。
技术介绍
近年来，人们对半导体存储器已经进行了大量的研究，以增加单位面积的存储单元数量(即集成密度)和操作速度，并用低电力驱动，并且已经研制出各种类型的存储器。通常，半导体存储器包括很多通过电路连接的存储单元。动态随机存取存储器(DRAM)是有代表性的半导体存储器，单位存储单元一般由一个开关和一个电容组成。这样的DRAM有利于增高集成密度和增快操作速度。然而，当电力供应切断时，DRAM丢掉所有的存储数据。比较起来，一些非挥发性存储器，比如快闪存储器，即使突然断电仍可以保存存储的数据。快闪存储器有非挥发性的特点，但是比挥发性的存储器集成密度低和运行速度慢。现在，这样的非挥发性存储器在艰苦地研究中，如磁随机存取存储器(MRAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)和相变(phase-change)随机存取存储器(PRAM)等。MRAM利用在隧道结中的磁化方向的变化来存储数据，FRAM利用铁电体材料的极化方向来存储数据。虽然MRAM和FRAM具有各自的优点和缺点，但是它们主要具有如上所述的集成信息密度高、运行速度快和可以用低电力驱动等特点。而且，研究证明MRAM和FRAM有很好的数据保存的特点。此外，PRAM是利用某种材料的特性，即随着相变而产生的电阻改变来存储数据的一种存储器，其包括一个电阻器和一个开关(晶体管)。用于PRAM的电阻器是一种硫化物(VI族化合物，calcogenide)电阻器，其根据该电阻形成时控制的温度变为晶体或非晶体。PRAM是在晶体电阻器比非晶体电阻器更具阻抗性的原理上形成的。在采用传统的DRAM的生产工艺制造PRAM时，执行蚀刻工艺变得复杂又耗时。相应地，存储器的生产率降低而生产成本增加，这样减弱了其竞争力。
技术实现思路
本专利技术提供一种包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器，其用简单工艺制造，可以用低电力驱动，具有快的运作速度。根据本专利技术的一个方面，提供了一种包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器。该存储器包括一个底部电极；一个电阻器结构，布置在底部电极上；一个二极管结构，布置在电阻器结构上；和一个顶部电极，布置在二极管结构上。电阻器结构可以包括缓冲层，布置在底部电极上；和数据存储层，布置在缓冲层上。电阻结构可以至少由下述一种材料形成NiO、TiO2、HfO、ZrO、ZnO、WO3、CoO和Nb2O5。二极管结构可以包括第一氧化层，布置在电阻器结构上；第二氧化层，布置在第一氧化层上。此外，第一氧化层可以由p-型氧化物形成，而第二氧化层可以由n-型氧化物形成。根据本专利技术的另一个方面，提供一种包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器的阵列。该阵列包括至少二条位线，以规则间隔排列；至少二条字线，以规则间隔排列，并布置成与位线相交；电阻器结构，布置在每个位线和字线相交处的位线上；以及二极管结构，其设置成与电阻器结构和字线相接触。附图说明本专利技术的上述和其它特点及优点参照附图通过对示范性实施例的详细描述从此将变得更为显见，其中图1A图解了根据本专利技术一个示范性实施例的非挥发性存储器，其包括一个电阻器和一个二极管；图1B是表示如图1A所示包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器所用材料特性的示意图；图2图解了如图1A所示的非挥发性存储器的阵列结构。图3是如图2所示包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器阵列等效电路的示意图；图4是表示图1所示包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器运行特性的示意图；和图5是解释如图2和3所示包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器运行原理的示意图。具体实施例方式在下文，将参照附图更全面地介绍根据本专利技术的包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器，附图中示出了本专利技术的示范性实施例。图1是根据本专利技术的示范性实施例包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器的截面视图。参照图1A，非挥发性存储器包括基板10、底部电极11、电阻层12和13、二极管结构14和15和顶部电极16，它们顺序地叠堆起来。这里，电阻层12和13起到数据存储部分的作用。第一电阻层12作为缓冲层，而第二电阻层13作为数据存储层。起到缓冲层作用的第一电阻层12可以任选形成。二极管结构14和15是p-n结结构，且包括第一氧化层14和第二氧化层15。在此情况下，基板10可以是半导体基板，例如用于传统半导体装置上的硅(Si)基板。底部和顶部电极11和16可以由导体材料形成，例如传统上用于半导体装置电极的金属。特别是，用于底部电极11的材料可以根据形成于其上的材料的种类选择地决定。第一和第二电阻层12和13在底部电极11上形成。第一和第二电阻层12和13可以由过渡金属氧化物形成，例如NiO、TiO2、HfO、ZrO、ZnO、WO3、CoO、Nb2O5中的至少一种。第一和第二电阻层12和13可以由相同的材料形成，例如NiO。第一氧化层14可以由p-型氧化物形成，而第二氧化层15可以由n-型氧化物形成。例如，第一和第二氧化层14和15可以通过控制氧的比率得到透明的过渡金属氧化物。过渡金属氧化物具有导电特性，其随着过渡金属结合氧的数量而变化。第一和第二氧化层14和15可以采用与第二电阻层13相同的材料形成，但是，通过增加比第二电阻层13更多的氧的比率，它们呈现p-型半导体特性或n-型半导体特性。在下文，第一氧化层14和第二氧化层15将分别称为p-型氧化层14和n-型氧化层15。图1B是表示如图1A所示包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器所用材料特性的示意图。具体地讲，图1B示出电阻随着形成NiOx的分数氧分压(fraction oxygen partial pressure)的变化关系。参照图1B，当NiOx中氧的比例极小时(区域“A”)，NiOx类似于镍的特性。然而，随着氧的比例逐渐增加(区域“B”)，电阻快速增大，这显示了开关特性。随着氧比例的进一步增加(区域“C”)，电阻逐渐减小，这显示了半导体特性。电阻层12和13的任何一个、p-型氧化层14和n-型氧化层15都可以由诸如氧化镍(NiOx)的过渡金属氧化物通过控制氧的比例来形成。在制造工艺上，采用溅射在试件上沉积同样的过渡金属，同时适当控制注入反应室的氧气的量，可以依次原位形成电阻层12和13，p-型氧化层14，和n-型氧化层15。当然，显见NiO之外的其他过渡金属氧化物及其组合可以表现出类似的特性。图2图解了如图1A所示包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器的阵列结构。参照图2，多个底部电极11规则间隔布置，而多个顶部电极16布置成与底部电极11相交叉。同样地，电阻层12和13及p-n结二极管结构14和15在底部电极11和顶部电极16的每个交叉点上形成。图3是如图2所示包括一个电阻和一个二极管的非挥发性存储器阵列的等效电路图。在下文，将参照图4描述根据本专利技术示范性实施例的包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器第二电阻层13的电特性。在图4中，横轴表示通过顶部和底部电极16和11施与的电压，纵轴表示通过第二电阻层13的电流。图4示出二个电流-电压曲线G1和G2。曲线G1给出第二电阻层13的电阻降低的例子，即相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器，其包括：底部电极；电阻器结构，其布置在该底部电极上；二极管结构，其布置在该电阻器结构上；和顶部电极，其布置在该二极管结构上。

【技术特征摘要】
KR 2004-11-10 91497/041.一种包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器，其包括底部电极；电阻器结构，其布置在该底部电极上；二极管结构，其布置在该电阻器结构上；和顶部电极，其布置在该二极管结构上。2.根据权利要求1所述的非挥发性存储器，其中，该电阻器结构包括缓冲层，其布置在该底部电极上；和数据存储层，其布置在该缓冲层上。3.根据权利要求1所述的非挥发性存储器，其中，该电阻器结构至少由下述一组材料中选出的一种材料形成NiO、TiO2、HfO、ZrO、ZnO、WO3、CoO和Nb2O5。4.根据权利要求1所述的非挥发性存储器，其中，该二极管结构包括第一氧化层，其布置在该电阻结构上；和第二氧化层，其布置在该第一氧化层上。5.根据权利要求4所述的非挥发性存储器，其中，该第一氧化层由p-型氧化物形成，该第二氧化层由n-型氧化物形成。6.根据权利要求5所述的非挥发性存储器，其中，p-型氧化物和n-型氧化物的任何一个至少由下述一组材料中选出的一种材料形成NiO、TiO2、HfO、ZrO、ZnO、WO3、Co...

【专利技术属性】
技术研发人员：安承彦，柳寅儆，郑镛洙，车映官，李明宰，徐大卫，徐顺爱，
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]