存储单元及存储单元的操作方法技术

本发明专利技术涉及存储单元及存储单元的操作方法。该存储单元包括：第一电极；第二电极；可变电阻层，其位于第一电极与第二电极之间；以及铁电层，其位于可变电阻层与第二电极之间，其中，在编程操作期间，可变电阻层保持在非晶态。可变电阻层保持在非晶态。可变电阻层保持在非晶态。

【技术实现步骤摘要】
存储单元及存储单元的操作方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年9月2日向韩国知识产权局提交的申请号为10
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2020
‑
0111938的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。


[0003]本公开总体上涉及一种电子器件，并且更具体地，涉及一种包括存储器的半导体器件。

技术介绍

[0004]近来，随着电子设备要求小型化、低功耗、高性能和多样化，在诸如计算机和便携式通信装置之类的各种类型的电子设备中需要被配置为储存信息的半导体器件。因此，已经对被配置为利用根据所施加的电压或电流在不同电阻状态之间切换的特性来储存数据的半导体器件进行了研究。这种半导体器件的示例可以包括电阻式随机存取存储器(RRAM)、相变随机存取存储器(PRAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)、磁性随机存取存储器(MRAM)和电子熔丝(E
‑
fuse)等等。

技术实现思路

[0005]本公开的各种实施例涉及一种能够改善存储单元的操作特性和可靠性的电子器件。
[0006]根据一个实施例，一种存储单元可以包括：第一电极；第二电极；可变电阻层，其位于所述第一电极与所述第二电极之间；以及铁电层，其位于所述可变电阻层与所述第二电极之间，其中，在编程操作期间，所述可变电阻层保持在非晶态。
[0007]根据一个实施例，一种操作存储单元的方法，所述存储单元包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极之间的可变电阻层以及位于所述可变电阻层与所述第二电阻层之间的铁电层，所述方法可以包括：向所述第一电极施加正编程电压，其中，所述正编程电压导致所述铁电层的极化；以及，向所述存储单元施加读取电压，该读取电压不会使所述铁电层极化。
[0008]根据实施例，一种操作存储单元的方法，所述存储单元包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极之间的开关层以及位于所述开关层与所述第二电极之间的铁电层，所述方法可以包括：向所述第一电极施加正编程电压，其中，所述正编程电压导致所述铁电层的极化；以及，向所述存储单元施加读取电压，该读取电压不会导致所述铁电层的极化。
附图说明
[0009]图1是示出根据本公开的实施例的半导体器件的配置的图。
[0010]图2A和图2B是示出根据本公开的实施例的半导体器件的操作特性的曲线图。
[0011]图3A和图3B是示出根据本公开的实施例的操作半导体器件的方法的图。
[0012]图4A至图4C是示出根据本公开的实施例的操作半导体器件的方法的图。
[0013]图5A至图5C是示出根据本公开的实施例的操作半导体器件的方法的图。
[0014]图6是示出根据本公开的实施例的半导体器件的配置的图。
[0015]图7是示出根据本公开的实施例的半导体器件和参照半导体器件的操作特性的曲线图。
[0016]图8是示出根据本公开的实施例的半导体器件的配置的图。
[0017]图9A至图9C是示出根据本公开的实施例的半导体器件的结构的截面图。
[0018]图10是示出实施了根据本公开的实施例的存储器件的微处理器的配置的图。
[0019]图11是示出实施了根据本公开的实施例的存储器件的处理器的配置的图。
[0020]图12是示出实施了根据本公开的实施例的存储器件的系统的配置的图。
[0021]图13是示出实施了根据本公开的实施例的存储器件的数据储存系统的配置的图。
[0022]图14是示出实施了根据本公开的实施例的存储器件的存储系统的配置的示图。
具体实施方式
[0023]在下文中，示出了根据本说明书中公开的构思的实施例的具体结构或功能描述，其仅用于描述根据所述构思的实施例的示例，并且根据所述构思的实施例的示例可以利用各种形式实现，而这些描述也不限于本说明书中描述的实施例的示例。
[0024]图1是示出根据本公开的实施例的半导体器件的配置的图。
[0025]参考图1，半导体器件可以包括第一电极11、第二电极12、开关层14和铁电层13。半导体器件可以包括存储单元MC。第一电极11、第二电极12、开关层14和铁电层13可以形成存储单元MC。存储单元MC可以是数据储存器，并且还可以用作选择元件。
[0026]开关层14可以位于第一电极11与第二电极12之间。开关层14可以包括具有如下特性的开关材料：当所施加的电压或电流的幅度等于或小于阈值时，电流几乎不流动，以及当所述电压或电流的幅度超过阈值时，电流可以流动。开关材料可以是基于硫属化合物的材料，例如三碲化砷(As2Te3)、砷(As2)或三硒化砷(As2Se3)。在另一示例中，开关材料可以包括NbO2或TiO2，其用于金属绝缘体转变(MIT)器件。在另一示例中，开关材料可以包括ZrO2(Y2O3)、Bi2O3‑
BaO或(La2O3)
x
(CeO2)1‑
x
等，其用于混合离子电子导电(MIEC)器件。在下文中，下面描述其中开关层14包括保持非晶态的基于硫属化合物的材料的实施例。
[0027]铁电层13可以位于开关层14与第二电极12之间。铁电层13可以包括铁电材料。施加到存储单元MC的编程电压可以导致铁电层13的极化，结果，铁电层13可以具有剩余极化。当施加了正编程电压时，铁电层13可以具有正极化状态。当施加了负编程电压时，铁电层13可以具有负极化状态。铁电层13可以包括金属氧化物。更具体地，铁电层13可以包括铪氧化物、锆氧化物、铪锆氧化物或它们的组合。可替代地，铁电层13可以包括具有钙钛矿结构的铁电材料，如PZT(PbZr
x
Ti1‑
x
O3)、BaTiO3或PbTiO3。铁电层13可以包括诸如Si、Al、Zr、Y、La、Gd或Sr的杂质。
[0028]第一电极11或第二电极12可以电耦接到位线或字线。例如，第一电极11可以耦接到位线，而第二电极12可以电耦接到字线。然而，在另一示例中，第一电极11可以耦接到字线，而第二电极12可以电耦接到位线。第一电极11和第二电极12可以包括例如钨(W)、氮化
钨(WNx)、硅化钨(WSix)、钛(Ti)、氮化钛(TiNx)、氮化钛硅(TiSiN)、氮化钛铝(TiAlN)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)、氮化钽硅(TaSiN)、氮化钽铝(TaAlN)、碳(C)、碳化硅(SiC)、碳氮化硅(SiCN)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)、铅(Pb)、铂(Pt)或它们的组合。
[0029]根据上述结构，存储单元MC的阈值电压可以根据铁电层13的剩余极化而确定。通过在包括开关层14的选择元件中包括铁电层13，存储单元MC可以实现允许根据铁电层13的极化状态来储存数据的开关特性。
[0030]半导体器件可以包括单元阵列、行解码器、列解码器、读取和写入电路、控制逻辑电路和电压发生器等。半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种存储单元，包括：第一电极；第二电极；可变电阻层，其位于所述第一电极与所述第二电极之间；和铁电层，其位于所述可变电阻层与所述第二电极之间，其中，在编程操作期间，所述可变电阻层保持在非晶态。2.根据权利要求1所述的存储单元，其中，在正编程操作之后，所述存储单元具有第一阈值电压，并且在负编程操作之后，所述存储单元具有第二阈值电压；以及其中，所述第二阈值电压大于所述第一阈值电压。3.根据权利要求2所述的存储单元，其中，读取电压在所述第一阈值电压与所述第二阈值电压之间。4.根据权利要求1所述的存储单元，其中，所述可变电阻层在设置操作之后具有低电阻非晶态，并且所述可变电阻层在复位操作之后具有高电阻非晶态。5.根据权利要求1所述的存储单元，其中，所述可变电阻层包括硫属化合物。6.根据权利要求1所述的存储单元，其中，在正编程操作期间，正编程电压被施加到所述第一电极，并且导致所述铁电层的极化。7.根据权利要求1所述的存储单元，其中，在负编程操作期间，负编程电压被施加到所述第一电极，并且导致所述铁电层的极化。8.一种操作存储单元的方法，所述存储单元包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极之间的可变电阻层以及位于所述可变电阻层与所述第二电极之间的铁电层，所述方法包括：向所述第一电极施加正编程电压，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩在贤，
申请(专利权)人：爱思开海力士有限公司，
类型：发明
国别省市：