本发明专利技术公开一种存储装置。该存储装置包括一底电极；一转换层，由设于所述底电极上方的材料构成，所述转换层包括具有第一浓度的掺杂材料的一个或多个横向区域，其中，所述一个或多个横向区域位于所述转换层的顶部区域和底部区域之间，所述顶部区域和所述底部区域中的每一个均：(i)包括具有低于所述第一浓度的第二浓度的所述掺杂材料；或者(ii)不包括所述掺杂材料；以及一顶电极，设于所述转换层上方。设于所述转换层上方。设于所述转换层上方。
【技术实现步骤摘要】
存储装置
[0001]本申请是申请号为201780080884.8，申请日为2017年11月13日，专利技术名称为“采用定位掺杂的非易失性存储结构”的专利申请的分案申请。
[0002]本专利技术涉及一种存储装置。
技术介绍
[0003]非易失性存储器是一种即使在断电后仍可存储信息的存储器设备。非易失性存储(NVM)装置可以为只读存储器、可重写存储器、随机存取存储器(RAM)或其组合，并且可采用各种技术。非易失性RAM当中的一类为阻变RAM，其所采用的技术包括细丝阻变随机存取存储(RRAM或ReRAM)单元、界面RRAM单元、磁阻性RAM(MRAM)单元、相变存储(PCM)单元(如包括锗、锑、碲合金在内的硫族化物)、忆阻存储单元以及可编程金属化单元(如导电桥接RAM(CBRAM)单元)。RRAM单元具有快速的操作时间和低功耗性能，因此在嵌入式应用和独立式应用中，成为一种前景广阔的非易失性存储装置。
技术实现思路
[0004]根据一个实施例，本专利技术公开一种存储装置，该存储装置包括一底电极；一转换层，由设于所述底电极上方的材料构成，所述转换层包括具有第一浓度的掺杂材料的一个或多个横向区域，其中，所述一个或多个横向区域位于所述转换层的顶部区域和底部区域之间，所述顶部区域和所述底部区域中的每一个均：(i)包括具有低于所述第一浓度的第二浓度的所述掺杂材料；或者(ii)不包括所述掺杂材料；以及一顶电极，设于所述转换层上方。
附图说明
[0005]通过以下给出的详细描述和本专利技术各实施方式附图，可以更加全面地理解本专利技术。
[0006]图1所示为根据一种实施方式具有含选择性定位掺杂材料的转换层的存储结构。
[0007]图2所示为根据一种实施方式具有定位于所述转换层中的掺杂材料层的存储结构。
[0008]图3所示为根据一种实施方式具有以一定浓度定位于所述转换层中的掺杂材料的存储结构。
[0009]图4所示为根据一种实施方式具有定位于所述转换层内的多个掺杂层的存储结构。
[0010]图5为根据一种实施方式用于制造存储结构的制造工艺流程图。
具体实施方式
[0011]下文中，将以本领域技术人员的通用术语，对各说明性实施方式的各个方面进行描述，以将其工作实质传达给本领域的其他技术人员。然而，对于本领域技术人员而言容易理解的是，本专利技术可仅以以下所描述的各个方面当中的一部分进行实施。为了使说明性实施方式能够被彻底理解，文中给出了用于解释目的的具体数字，材料和构造。然而，对于本领域技术人员而言容易理解的是，本专利技术在没有这些具体细节的情况下仍可实施。此外，为了避免模糊各说明性实施方式的描述焦点，文中省略了对本领域熟知特征的描述，或者仅对其进行简单描述。虽然本申请描述的各实施方式针对RRAM单元，但是在其他实施方式中，所述技术也可用于例如包括CBRAM单元、界面RRAM单元、MRAM单元、PCM单元或其他可编程金属化单元在内的其他细丝RAM技术。
[0012]阻变随机存取存储器(RRAM)为一种非易失性随机存取存储器。RRAM结构包括由导电材料形成的底电极。该RRAM结构还包括形成于所述底电极上方的转换层。当该转换层上施加电压时，将形成一个或多个氧空位，该氧空位扩散透过所述转换层，从而在该转换层中形成导电路径。由此可见，当氧空位在顶底电极之间形成细丝桥接路径时，所述转换层可处于低电阻状态。相反，当氧空位的移动阻断了细丝路径时，该转换层可处于高电阻状态(如复位)。其中，细丝路径断开的原因在于因氧空位的移动而形成的间隙。
[0013]随着时间的推移，氧空位可重新连接，从而消除细丝路径中的间隙，使得转换层无意地从高电阻状态变成低电阻状态。此外，氧分子的移位也可导致形成氧空位细丝路径，使得转换层无意地从高电阻状态变成低电阻状态。由此可见，数据可在RRAM结构中存储的时间长度，也称数据保持能力取决于氧空位细丝路径中的间隙所能维持的时间长度。因此，通过延长氧空位将已阻断细丝路径重新连接之前所经过的时间长度，可以提高RRAM结构的数据保持能力。其中，延长氧空位重新连接之前所经过的时间长度的一种方法为，在转换层中添加掺杂材料。通过在转换层中加入掺杂材料，可以抑制导致细丝路径的氧空位运动，并延长氧空位重新连接之前所经过的时间长度，从而提高RRAM结构的数据保持能力。然而，当向转换层内添加掺杂材料时，还将增大转换层的氧空位形成电压。该形成电压的升高可能会要求存储结构采用更厚的氧化物晶体管，或者对RRAM结构的处理用途造成限制。
[0014]本专利技术实施方式可通过掺杂材料在转换层中的选择性定位，解决上述及其他问题。通过将与氧空位间隙对应的掺杂材料进行选择性定位，可提高RRAM结构的数据保持能力，从而改善其性能。此外，由于掺杂材料仅存在于转换层的一部分，而非整个转换层中，因此RRAM结构的氧空位细丝路径形成电压等其他特性保持不变。除了上述优点之外，本专利技术实施方式还具有其他优点。
[0015]图1所示为根据一种实施方式具有含选择性定位掺杂材料的转换层的存储结构100。存储结构100可包括底电极110。在一种实施方式中，底电极110可由导电材料形成。导电材料的例子包括，但不限于，铜，金，银，钨，氮化钛(TiN)，氮化钽(TaN)，铝铜合金(AlCu)，碲化铜(CuTe)，石墨烯或类似材料。底电极110上方可形成有转换层120。转换层120可通过化学气相沉积法(CVD)、原子层沉积法(ALD)、溅射法或任何合适方法形成，以下将参考图2和图3，对此进行进一步详细描述。在一种实施方式中，存储结构100可以为RRAM结构，且转换层120可由过渡金属氧化物(TMO)等介电材料形成。TMO的例子包括，但不限于，化学计量氧化铪(HfOx)、化学计量氧化钽(TaOx)、化学计量氧化钛(TiOx)或其他类似材料。在一些实
施方式中，转换层120可由多个介电层形成。转换层120可包括一条或多条氧空位细丝路径140，该氧空位细丝路径可作为贯通转换层120的导电路径。氧空位细丝路径140可通过向转换层120施加电压的方式形成。
[0016]在另一实施方式中，存储结构100可以为CBRAM结构，且转换层120可由固体电解质材料形成。固体电解质的例子包括，但不限于，氧化钇稳定氧化锆(YSZ)、β
‑
氧化铝固体电解质(BASE)、三氟化镧(LaF3)、非晶硅、二硫化锗(GeS2)或其他类似材料。在本实施方式中，转换层120可包括离子细丝路径，而非氧空位细丝路径140，该离子细丝路径可作为贯通转换层120的导电路径。该离子细丝路径可通过向转换层120施加电压的方式形成。
[0017]转换层120可具有电阻值，其中，该电阻值可在施加电压时发生变化。举例而言，当施加电压时，转换层120可在高电阻状态与低电阻状态之间切换。在一种实施方式中，所述高电阻状态可介于100～500千欧(含此两值)之间，所述低电阻状态可介于10～30千欧(含此两值)之间。在一些实施方式中，所述高电阻状态与低电阻状态之比本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种存储装置，其特征在于，包括：一底电极；一转换层，由设于所述底电极上方的材料构成，所述转换层包括具有第一浓度的掺杂材料的一个或多个横向区域，其中，所述一个或多个横向区域位于所述转换层的顶部区域和底部区域之间，所述顶部区域和所述底部区域中的每一个均：(i)包括具有低于所述第一浓度的第二浓度的所述掺杂材料；或者(ii)不包括所述掺杂材料；以及一顶电极，设于所述转换层上方。2.如权利要求1所述的存储装置，其特征在于，所述存储装置为阻变随机存取存储装置。3.如权利要求2所述的存储装置，其特征在于，所述转换层的所述材料包括过渡金属氧化物。4.如权利要求3所述的存储装置，其特征在于，所述过渡金属氧化物包括化学计量氧化铪、化学计量氧化钽或化学计量氧化钛中的至少一种。5.如权利要求2所述的存储装置，其特征在于，所述掺杂材料包括铝，锆，镉，钆，钽，钨，镍，硅，镁，锶，钡，钪，钇，铟，锗，锡，钛，铪，铌，钼，锑，碲，铊，铅，铜或银中的至少一种。6.如权利要求2所述的存储装置，其特征在于，所述转换层包括一氧空位细丝结构。7.如权利要求6所述的存储装置，其特征在于，所述一个或多个横向区域在所述转换层中的位置对应于所述细丝结构内的间隙。8.如权利要求1所述的存储装置，其特征在于，所述存储装置为导电桥接随机存取存储器装置。9.如权利要求8所述的存储装置，其特征在于，所述转换层的材料包括固体电解质。10.如权利要求9所述的存储装置，其特征在于，所述固体电解质包括氧化钇稳定氧化锆、...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕志超，盖理，
申请(专利权)人：合肥睿科微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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