可变电阻存储器件和包括该可变电阻存储器件的电子器件制造技术

本发明专利技术提供一种可变电阻存储器件以及包括该可变电阻存储器件的电子器件。该可变电阻存储器件包括可变电阻层以及在可变电阻层上彼此间隔开的第一导电元件和第二导电元件。可变电阻层可以包括第一层和在第一层上的第二层。第一层包括三元或以上的金属氧化物，该三元或以上的金属氧化物包含具有不同化合价的两种或更多种金属材料。第二层可以包括硅氧化物。可变电阻存储器件可以由于在其中容易形成氧空位的金属氧化物而具有宽范围的电阻变化。第一导电元件和第二导电元件可以被配置为响应于所施加的电压而在与第一层和第二层堆叠的方向垂直的方向上形成电流路径。的方向垂直的方向上形成电流路径。的方向垂直的方向上形成电流路径。

【技术实现步骤摘要】
可变电阻存储器件和包括该可变电阻存储器件的电子器件


[0001]一个或更多个实施方式涉及包括可变电阻材料的非易失性存储器件。

技术介绍

[0002]非易失性存储器件是即使在电源断开时也能够保持所存储的数据的半导体存储器件。非易失性存储器件的示例包括可编程只读存储器(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电EPROM(EEPROM)和闪存器件。
[0003]近来，根据对高集成和低功耗特性以及对存储单元的随机存取的技术要求，已经开发了诸如磁随机存取存储器(MRAM)和相变随机存取存储器(PRAM)的下一代半导体存储器件。
[0004]这样的下一代半导体器件可以包括可变电阻元件，其电阻值随施加到其的电流或电压而变化。可变电阻元件可以具有即使在切断电流或电压供给的情况下也维持变化后的电阻值的特性。为了获得高集成和低功耗，可变电阻元件的电阻变化特性可以在低施加电压下发生，并且电阻变化的范围可以是宽的。

技术实现思路

[0005]提供了具有改善的可变电阻性能的可变电阻存储器件。
[0006]另外的方面将在下面的描述中部分地阐述，并且部分地从该描述将是明显的，或者可以通过本公开的所呈现实施方式的实践而获悉。
[0007]根据一实施方式，一种可变电阻存储器件包括可变电阻层、在可变电阻层上的第一导电元件以及在可变电阻层上且与第一导电元件间隔开的第二导电元件。可变电阻层包括第一层和在第一层上的第二层，其中第一层包括三元或以上的金属氧化物，该三元或以上的金属氧化物包含具有不同化合价的两种或更多种金属材料，第二层包括氧化物。第一导电元件和第二导电元件可以配置为响应于所施加的电压而在与第一层和第二层堆叠的方向垂直的方向上形成电流路径。
[0008]在一些实施方式中，第一导电元件和第二导电元件可以接触第二层。
[0009]在一些实施方式中，第二层可以包括硅氧化物。
[0010]在一些实施方式中，金属材料可以包括Rb、Ti、Ba、Zr、Ca、Hf、Sr、Sc、B、Mg、Al、K、Y、La、Si、Be、Nb、Ni、Ta、W、V、La、Gd、Cu、Mo、Cr或Mn中的至少一种。
[0011]在一些实施方式中，金属氧化物可以由(M1)
x
(M2)
y
O
z
表示，M1和M2可以每个是金属元素，M1的化合价可以大于M2的化合价，并且可以满足x≥y。
[0012]在一些实施方式中，金属氧化物可以包括AlTiO、HfAlO、HfMgO、HfKO、HfCaO、HfScO、HfSrO、HfBaO、HfBO、HfYO、HfLaO、AlZrO、AlSiO、MgSiO、MgZrO、ZrNbO、HfNbO或HfTaO。
[0013]在一些实施方式中，金属氧化物可以是HfAlO、HfMgO、HfKO、HfCaO、HfScO、HfSrO或HfBaO。
[0014]在一些实施方式中，包括在金属氧化物中的两种或更多种金属材料可以被选择以
使得可变电阻层的陷阱深度小于1eV。
[0015]在一些实施方式中，第一层的厚度可以小于或等于约100nm。
[0016]在一些实施方式中，第一层的厚度可以在约1nm至约10nm的范围内。
[0017]在一些实施方式中，第二层的厚度可以小于或等于约5nm。
[0018]根据一实施方式，一种可变电阻存储器件可以包括：绝缘层；在绝缘层上的可变电阻层；在可变电阻层上的沟道层；在沟道层上的栅绝缘层；以及多个栅电极和多个绝缘体，在平行于沟道层的第一方向上交替且重复地设置在栅绝缘层上。可变电阻层可以包括第一层和在第一层上的第二层。第一层可以包括三元或以上的金属氧化物，该三元或以上的金属氧化物包含具有不同化合价的两种或更多种金属材料。第二层可以包括氧化物。
[0019]在一些实施方式中，第二层可以与沟道层接触，包括在第二层中的氧化物可以是沟道层的材料的氧化物。
[0020]在一些实施方式中，沟道层可以包括多晶硅(poly
‑
Si)材料，第二层可以包括硅氧化物。
[0021]在一些实施方式中，金属材料可以包括Rb、Ti、Ba、Zr、Ca、Hf、Sr、Sc、B、Mg、Al、K、Y、La、Si、Be、Nb、Ni、Ta、W、V、La、Gd、Cu、Mo、Cr或Mn。
[0022]在一些实施方式中，金属氧化物可以由(M1)
x
(M2)
y
O
z
表示，M1和M2可以每个是金属元素，M1的化合价可以大于M2的化合价，并且可以满足x≥y。
[0023]在一些实施方式中，金属氧化物可以包括AlTiO、HfAlO、HfMgO、HfKO、HfCaO、HfScO、HfSrO、HfBaO、HfBO、HfYO、HfLaO、AlZrO、AlSiO、MgSiO、MgZrO、ZrNbO、HfNbO或HfTaO。
[0024]在一些实施方式中，金属氧化物可以是HfAlO、HfMgO、HfKO、HfCaO、HfScO、HfSrO或HfBaO。
[0025]在一些实施方式中，包括在金属氧化物中的两种或更多种金属材料可以被选择以使得可变电阻层的陷阱深度小于1eV。
[0026]在一些实施方式中，第一层的厚度可以小于或等于约100nm。
[0027]在一些实施方式中，第一层的厚度可以在约1nm至约10nm的范围内。
[0028]在一些实施方式中，第二层的厚度可以小于或等于约5nm。
[0029]在一些实施方式中，绝缘层可以具有在第一方向上延伸的圆柱形状。可变电阻层、沟道层和栅绝缘层可以顺序地以圆柱壳形状围绕绝缘层，并且所述多个栅电极和所述多个绝缘体可以在第一方向上交替地围绕栅绝缘层。
[0030]在一些实施方式中，所述多个栅电极和所述多个绝缘体当中的在第一方向上彼此相邻地设置的栅电极和绝缘体的长度之和可以小于约20nm。
[0031]在一些实施方式中，可变电阻存储器件可以进一步包括分别接触沟道层的在第一方向上的相对端部的漏极区和源极区。
[0032]在一些实施方式中，可变电阻存储器件可以进一步包括连接到漏极区的位线、连接到源极区的源极线和分别连接到所述多个栅电极的多条字线。
[0033]根据一实施方式，一种可变电阻存储器件可以包括：衬底；在衬底上的可变电阻层；在衬底上彼此间隔开的多个栅电极；在衬底上的沟道层，该沟道层在可变电阻层和所述多个栅电极之间延伸；栅绝缘层，在衬底上并在沟道层和所述多个栅电极之间延伸；以及源极和漏极，连接到可变电阻层并且彼此间隔开。可变电阻层包括第一层和接触第一层的第
二层。第一层包括包含具有彼此不同的化合价的第一金属和第二金属的金属氧化物，并且第二层包括氧化物。
[0034]在一些实施方式中，金属材料可以包括Rb、Ti、Ba、Zr、Ca、Hf、Sr、Sc、Mg、Al、Si、Be、Nb、Ni、Ta、W、V、La、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变电阻存储器件，包括：可变电阻层，包括第一层和在所述第一层上的第二层，所述第一层包括三元或以上的金属氧化物，所述三元或以上的金属氧化物包含具有不同化合价的两种或更多种金属材料，并且所述第二层包括氧化物；在所述可变电阻层上的第一导电元件；以及在所述可变电阻层上并且与所述第一导电元件间隔开的第二导电元件，所述第一导电元件和所述第二导电元件被配置为响应于所施加的电压而在与所述第一层和所述第二层堆叠的方向垂直的方向上形成电流路径。2.根据权利要求1所述的可变电阻存储器件，其中所述第一导电元件和所述第二导电元件接触所述第二层。3.根据权利要求1所述的可变电阻存储器件，其中所述第二层包括硅氧化物。4.根据权利要求1所述的可变电阻存储器件，其中所述金属材料包括Rb、Ti、Ba、Zr、Ca、Hf、Sr、Sc、B、Mg、Al、K、Y、La、Si、Be、Nb、Ni、Ta、W、V、La、Gd、Cu、Mo、Cr或Mn中的至少一种。5.根据权利要求1所述的可变电阻存储器件，其中所述金属氧化物由(M1)
x
(M2)
y
O
z
表示，M1和M2每个是金属元素，M1的化合价大于M2的化合价，并且满足x≥y。6.根据权利要求1所述的可变电阻存储器件，其中所述金属氧化物包括AlTiO、HfAlO、HfMgO、HfKO、HfCaO、HfScO、HfSrO、HfBaO、HfBO、HfYO、HfLaO、AlZrO、AlSiO、MgSiO、MgZrO、ZrNbO、HfNbO或HfTaO。7.根据权利要求1所述的可变电阻存储器件，其中所述金属氧化物是HfAlO、HfMgO、HfKO、HfCaO、HfScO、HfSrO或HfBaO。8.根据权利要求1所述的可变电阻存储器件，其中包括在所述金属氧化物中的所述两种或更多种金属材料被选择以使得所述可变电阻层的陷阱深度小于1eV。9.根据权利要求1所述的可变电阻存储器件，其中所述第一层的厚度小于或等于100nm。10.根据权利要求1所述的可变电阻存储器件，其中所述第一层的厚度在1nm至10nm的范围内。11.根据权利要求1所述的可变电阻存储器件，其中所述第二层的厚度小于或等于5nm。12.一种可变电阻存储器件，包括：绝缘层；在所述绝缘层上的可变电阻层，所述可变电阻层包括第一层和在所述第一层上的第二层，所述第一层包括三元或以上的金属氧化物，所述三元或以上的金属氧化物包含具有不同化合价的两种或更多种金属材料，所述第二层包括氧化物；在所述可变电阻层上的沟道层；在所述沟道层上的栅绝缘层；以及多个栅电极和多个绝缘体，在与所述沟道层平行的第一方向上交替且重复地设置在所述栅绝缘层上。13.根据权利要求12所...

【专利技术属性】
技术研发人员：金世润，金度润，金裕珉，金真弘，水崎壮一郎，曹永真，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：