多位存储元件、存储装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供多位存储元件、包括多位存储元件的存储装置及其制造方法。所述存储元件可包括存储层和为存储层提供多位存储特性的辅助层。存储层可具有包括第一材料层和第二材料层的多层结构，并可因第一材料层和第二材料层之间的离子物种的移动而具有电阻变化特性。第一材料层可为供氧层，而第二材料层可为氧交换层。辅助层可包含氧化物。例如，辅助层可包含氧化硅层。可用金属至少部分地掺杂辅助层和/或存储层。例如，所述金属可以是钨。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及多位(multi-bit)存储元件、包括多位存储元件的存储装置及其制造方法。
技术介绍
非易失性存储装置的示例包括电阻随机存取存储器(RRAM)、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)等。在它们之中，RRAM为基于材料的电阻变化存储数据的电阻式存储装置。在RRAM中，当施加到电阻变化材料的 电压大于或等于设定电压时，电阻变化材料的电阻从高电阻状态变为低电阻状态(也称为“0N状态”)。当施加到电阻变化材料的电压大于或等于复位电压时，电阻变化材料的电阻转换回高电阻状态(也称为“OFF状态”)。通常，电阻式存储装置包括存储节点和开关器件。存储节点具有电阻变化材料层。开关器件电连接到存储节点并控制对存储节点的信号存取。对诸如上述电阻式存储装置的各种非易失性存储装置的高密度和高性能的需要正持续增加。
技术实现思路
提供的是具有多位存储特性的存储元件。提供的是可以以低电压操作的存储元件。提供的是包括所述存储元件的存储装置。提供的是制造所述存储元件和所述存储装置的方法。附加的方面将部分地在下面的描述中阐述，部分地通过说明将是明显的，或者可通过对给出的实施例实践而明了。根据本专利技术的一方面，ー种存储兀件包括第一电极；第二电极，与第一电极分隔开；存储层，位于第一电极和第二电极之间；辅助层，位于存储层与第一电极和第二电极中的ー个电极之间，辅助层为存储层提供多位存储特性。存储层可包括第一材料层和第二材料层，存储层可因第一材料层和第二材料层之间的离子物种的移动而具有电阻变化特性。第一材料层可为供氧层，第二材料层可为氧交换层。第一材料层可包括第一金属氧化物。第一金属氧化物可包括钽(Ta)氧化物、锆(Zr)氧化物、氧化钇稳定氧化锆(YSZ)、钛(Ti)氧化物、铪(Hf)氧化物、锰(Mn)氧化物、镁(Mg)氧化物和它们的混合物中的至少ー种。例如，第一金属氧化物可包括TaOx (这里，O < χ < 2. 5)。第二材料层可包括第二金属氧化物，所述第二金属氧化物与第一金属氧化物同族或不同族。第二金属氧化物可包括钽(Ta)氧化物、锆(Zr)氧化物、氧化钇稳定氧化锆(YSZ)、钛(Ti)氧化物、铪(Hf)氧化物、锰(Mn)氧化物、镁(Mg)氧化物和它们的混合物中的至少ー种。第二材料层的氧浓度可高于第一材料层的氧浓度。第一材料层可位于第一电极和第二电极之间，第二材料层可位于第一材料层和第ニ电极之间，辅助层可位于第二材料层和第二电极之间。 辅助层可包括氧化物。辅助层可为氧化硅层。辅助层可具有小于或等于大约IOnm的厚度。可用诸如钨(W)的金属掺杂辅助层。可用诸如钨(W)的金属掺杂存储层的至少一部分。所述存储元件还可包括位于第一电极和存储层之间的缓冲层。缓冲层可包括使第一电极和存储层之间的势垒增加的材料。根据本专利技术的另一方面，一种存储装置包括上面描述的存储元件。存储装置还可包括连接到存储元件的开关元件。根据本专利技术的另一方面，一种存储装置包括多条第一导线，彼此平行；多条第二导线，彼此平行并与所述多条第一导线交叉以形成多个第一交叉点；多个存储単元，每个存储单元布置在第一交叉点中的一个处，其中，每个存储单元包括存储层和辅助电阻层，存储位于第一导线和第二导线之间，存储层具有多位存储特性，辅助电阻层位于存储层与第一导线和第二导线中的一条导线之间。每个存储单元还可包括开关元件，位于存储层和第二导线之间；中间电极，位于存储层和开关元件之间。辅助电阻层可位于存储层和中间电极之间。存储层可包括第一材料层和第二材料层，存储层可因第一材料层和第二材料层之间的离子物种的移动而具有电阻变化特性。第一材料层可为供氧层，第二材料层可为氧交换层。第一材料层可包括第一金属氧化物，第二材料层可包括第二金属氧化物，所述第ニ金属氧化物与第一金属氧化物同族或不同族。第一材料层可包括钽(Ta)氧化物、锆(Zr)氧化物、氧化钇稳定氧化锆(YSZ)、钛(Ti)氧化物、铪(Hf)氧化物、锰(Mn)氧化物、镁(Mg)氧化物和它们的混合物中的至少ー种。例如，第一金属氧化物可包括TaOx (这里，O < χ < 2. 5)。第二金属氧化物可包含Ta氧化物、Zr氧化物、氧化钇稳定氧化锆(YSZ)、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物和它们的混合物中的至少ー种。辅助电阻层可包括氧化物。辅助电阻层可为氧化硅层。辅助电阻层可具有小于或等于大约IOnm的厚度。可用诸如钨(W)的金属掺杂辅助电阻层。可用诸如钨(W)的金属掺杂存储层的至少一部分。每个存储单元还可包括位于第一导线和存储层之间的缓冲层。缓冲层可包含Al氧化物、Si氧化物、Si氧化物、Zr氧化物、Hf氧化物及它们的混合物中的至少ー种。每个存储单元可为第一存储单元，存储装置还可包括多条第三导线，彼此平行并与第二导线交叉并形成多个第二交叉点；多个第二存储单元，每个第二存储单元位于第二交叉点中的一个处。每个第二存储单元可具有第一存储单元的倒置结构和与第一存储单元相同的结 构中的ー种结构。根据本专利技术的另一方面，ー种制造存储装置的方法包括以下步骤形成第一电极；在第一电极上形成存储层；形成为存储层提供多位存储特性的辅助层；在存储层上形成第ニ电极。形成存储层的步骤可包括在第一电极上形成第一材料层；在第一材料层上形成第二材料层，其中，存储层可因第一材料层和第二材料层之间的离子物种的移动而具有电阻变化特性。第一材料层可为供氧层，第二材料层可为氧交换层。辅助层可包括氧化物。辅助层可包括氧化硅。所述方法还可包括用诸如钨(W)的金属掺杂辅助层的至少一部分。所述方法还可包括用诸如钨(W)的金属掺杂存储层的至少一部分。所述方法还可包括在第一电极和存储层之间形成缓冲层。所述方法还可包括形成可以电连接到存储层的开关元件。附图说明通过下面结合附图对实施例的描述，这些和/或其它方面将会变得明显并更容易理解，其中图I是根据本专利技术实施例的存储元件的剖视图；图2A和图2B是用来描述根据本专利技术实施例的存储元件的电阻变化机理的剖视图；图3是根据本专利技术另一实施例的存储元件的剖视图；图4是示出根据开关条件的根据本专利技术实施例的存储元件的ON和OFF电流变化的曲线图；图5是示出了根据依开关条件的开关操作的次数的根据本专利技术另ー实施例的存储元件的ON和OFF电流变化的曲线图；图6是示出根据对比示例的ON和OFF电流相对于存储元件的开关操作的次数的曲线图；图7是根据本专利技术实施例的包括存储元件的存储装置的透视图8A至图SG是根据本专利技术实施例的示出制造存储装置的方法的剖视图；图9A至图9G是根据本专利技术另一实施例的示出制造存储装置的方法的剖视图；图10是示出指示根据获取时间的根据本专利技术实施例制造的存储元件的组成变化的二次离子质谱(SIMS)数据的曲线图。具体实施例方式现在将參照示出了示例实施例的附图来更充分地描述多种示例实施例。应该理解的是，当元件被称作“连接”或“結合”到另一元件吋，该元件可以直接连接或结合到该另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。如在这里使用的，术语“和/或”包括ー个或多个相关所列的项目的任意组合和所有組合。 应该理解的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储元件，所述存储元件包括：第一电极；第二电极，与第一电极分隔开；存储层，位于第一电极和第二电极之间；辅助层，位于存储层与第一电极和第二电极中的一个电极之间，辅助层为存储层提供多位存储特性。

【技术特征摘要】
2011.06.16 KR 10-2011-00586441.一种存储元件，所述存储元件包括 第一电极； 第二电极，与第一电极分隔开； 存储层，位于第一电极和第二电极之间； 辅助层，位于存储层与第一电极和第二电极中的一个电极之间，辅助层为存储层提供多位存储特性。2.根据权利要求I所述的存储元件，其中，存储层包括第一材料层和第二材料层， 存储层因第一材料层和第二材料层之间的离子物种的移动而具有电阻变化特性。3.根据权利要求2所述的存储元件，其中，第一材料层为供氧层，第二材料层为氧交换层。4.根据权利要求2所述的存储元件，其中，第一材料层包括第一金属氧化物。5.根据权利要求4所述的存储元件，其中，第一金属氧化物包括钽氧化物、锆氧化物、氧化钇稳定氧化锆、钛氧化物、铪氧化物、锰氧化物、镁氧化物和它们的混合物中的至少一种。6.根据权利要求5所述的存储元件，其中，第一金属氧化物包括TaOx，这里，O< X< 2. 5。7.根据权利要求4所述的存储元件，其中，第二材料层包括第二金属氧化物，所述第二金属氧化物与第一金属氧化物同族或不同族。8.根据权利要求7所述的存储元件，其中，第二金属氧化物包括钽氧化物、锆氧化物、氧化钇稳定氧化锆、钛氧化物、铪氧化物、锰氧化物、镁氧化物和它们的混合物中的至少一种。9.根据权利要求2所述的存储元件，其中，第二材料层具有比第一材料层的氧浓度高的氧浓度。10.根据权利要求2所述的存储元件，其中，第一材料层位于第一电极和第二电极之间， 第二材料层位于第一材料层和第二电极之间， 辅助层位于第二材料层和第二电极之间。11.根据权利要求I所述的存储元件，其中，辅助层包括氧化物。12.根据权利要求11所述的存储元件，其中，辅助层为氧化硅层。13.根据权利要求12所述的存储元件，其中，辅助层具有小于或等于IOnm的厚度。14.根据权利要求11所述的存储元件，其中，用钨掺杂辅助层。15.根据权利要求I所述的存储元件，其中，用钨掺杂存储层的至少一部分。16.根据权利要求I所述的存储元件，所述存储元件还包括位于第一电极和存储层之间的缓冲层。17.根据权利要求16所述的存储元件，其中，缓冲层包括使第一电极和存储层之间的势垒增加的材料。18.一种存储装置，所述存储装置包括根据权利要求I所述的存储元件。19.根据权利要求18所述的存储装置，所述存储装置还包括连接到存储元件的开关元件。20.一种存储装置，所述存储装置包括 多条第一导线，彼此平行； 多条第二导线，彼此平行并与所述多条第一导线交叉以形成多个第一交叉点；以及 多个存储单元，每个存储单元位于第一交叉点中的一个处， 每个存储单元包括存储层和辅助电阻层，存储层位于第一导线和第二导线之间，存储层具有多位特性，辅助电阻层位于存储层与第一导线和第二导线中的一条导线之间。21.根据权利要求20所述的存储装置，其中，每个存储单元还包括 开关元件，位于存储层和第二导线之间； 中间电极，位于存储层和开关元件之间。22.根据权利要求21所述的存储装置，其中，辅助电阻层位于存储层和中间电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昌范，金昌桢，金英培，李明宰，李东洙，张晚，李承烈，金京旻，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：