CN103247335A - 一种存储器器件及其阵列 - Google Patents

一种存储器器件及其阵列 Download PDF

Info

Publication number
CN103247335A
CN103247335A CN201210026089XA CN201210026089A CN103247335A CN 103247335 A CN103247335 A CN 103247335A CN 201210026089X A CN201210026089X A CN 201210026089XA CN 201210026089 A CN201210026089 A CN 201210026089A CN 103247335 A CN103247335 A CN 103247335A
Authority
CN
China
Prior art keywords
component part
storage component
schottky diode
perhaps
metal oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201210026089XA
Other languages
English (en)
Inventor
刘明
李颖弢
龙世兵
刘琦
吕杭炳
王明
张康玮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Microelectronics of CAS
Original Assignee
Institute of Microelectronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Microelectronics of CAS filed Critical Institute of Microelectronics of CAS
Priority to CN201210026089XA priority Critical patent/CN103247335A/zh
Publication of CN103247335A publication Critical patent/CN103247335A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

本发明涉及微电子技术以及存储器器件技术领域,公开了一种存储器器件及其阵列。该存储器器件由一个肖特基二极管和一个具有双极性电阻转变特性的阻变器件构成,其结构包括:衬底、位于衬底之上的肖特基二极管结构、位于肖特基二极管结构之上的阻变器件结构。本发明提出的存储器制备工艺简单、制造成本低、性能稳定。并且自身能够有效地抑制交叉阵列中的读串扰问题,使得这种存储器有利于交叉阵列结构集成。

Description

一种存储器器件及其阵列
技术领域
本发明涉及微电子技术以及存储器器件领域,具体涉及一种由一个肖特基二极管和一个具有双极性电阻转变特性的阻变器件构成的存储器器件,以及由该存储器器件构成的阵列。
背景技术
存储器器件能存储大量的二值信息。在电子计算机以及其他一些数字系统的工作过程中,都需要对大量的数据进行存储。因此,存储器器件也就成为了这些数字系统不可缺少的组成部分。存储器器件主要分为挥发性存储器和非挥发性存储器两大类。挥发性存储器在断电时存储的信息立即丢失,它需要持续的电源供应以维持存储的信息。与挥发性存储器相反,非挥发性存储器在无电源供应时存储的数据仍能长时间保持下来,因此非挥发性存储器在存储器市场中所占的比例越来越大。
目前存储器市场上的非挥发性存储器以闪存(FLASH)为主,它占半导体存储器市场的绝大份额。但是随着半导体技术节点的不断向前推进,FLASH存储器在器件尺寸不断缩小化过程中存在操作电压大、操作速度慢、耐久力不够好以及记忆时间不够长等缺点,这在很大程度上限制了其在市场以及高科技领域的广泛应用,因此性能更加优越的新兴非挥发性存储器的开发成为了当前研究的热点。
目前已研制出的新兴非挥发性存储器包括:铁电存储器(FeRAM)、磁存储器(MRAM)、相变存储器(PRAM)以及阻变存储器(RRAM)。在这些新兴非挥发性存储器当中,阻变存储器由于具有简单的器件结构、较快的读写速度、良好的可缩小性、高存储密度、低功耗、低成本等优点,被认为是最有潜力的下一代非挥发性存储器的候选者之一。
阻变存储器是以薄膜材料为电阻,在外加电压的作用下薄膜材料电阻能够在高阻态(HRS)和低阻态(LRS)之间实现可逆转换。在适当电压的作用下,阻变存储器的电阻会在高阻态和低阻态之间相互转换,从而能够实现‘0’和‘1’的存储。根据发生电阻转变所需电压极性的不同,阻变存储器的电阻转变特性可以分为单极性转变和双极性转变。所谓的单极性转变是指器件由高阻态向低阻态转变,即所谓的Set过程,或者器件由低阻态向高阻态转变,即所谓的Reset过程,所需要的电压极性相同,只是电压的大小不同,如图1(a)所示。所谓的双极性转变是指器件发生Set和Reset过程所需要的电压极性相反,如图1(b)所示。
阻变存储器由于具有小的单元面积和交叉阵列结构,被认为有希望用于阻变存储器的集成。但是,交叉阵列目前遇到严重的读串扰问题。如图2所示,在一个最简单的2×2交叉阵列结构中,如果有一个存储器单元A处于高阻态而其他三个存储单元B,C,D处于低阻态,在读取存储单元A的状态时电流将沿着三个处于低阻态的存储器单元形成一条漏电通道,如图2中的虚线所示,使得读出来的电阻值不是存储单元A的真实电阻值,即所谓的读串扰问题。当阵列m×n(m,n>2)变得很大时,所述漏电通道将增多,误读现象更加严重。为了解决这种误读现象,通常将阻变存储单元与二极管串联构成基于二极管结构的阻变存储器件。
目前,基于二极管结构的阻变存储器件中,阻变单元主要采用具有单极性转变的阻变器件。与单极性的阻变器件相比,双极性的阻变器件具有更加稳定可靠的电阻转变特性,因此提出了一种肖特基二极管与双极性阻变器件集成制造形成的存储器器件。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种由一个肖特基二极管和一个具有双极性电阻转变特性的阻变器件构成的存储器器件及其阵列,该存储器器件制备工艺简单、制造成本低、性能稳定,并且自身能够有效地抑制交叉阵列中的读串扰问题。
(二)技术方案
为达到上述目的,本发明提供了一种存储器器件,该存储器器件包括:衬底、位于该衬底之上的肖特基二极管结构、位于该肖特基二极管结构之上的阻变器件结构。
上述方案中,所述衬底采用的材料为二氧化硅、氮化硅或玻璃。
上述方案中,所述肖特基二极管结构包括:下电极、位于该下电极之上的功能层薄膜和位于该功能层薄膜之上的上电极。
上述方案中,所述构成肖特基二极管的上电极和下电极采用的材料为单层金属Ti、Ni、Al、W、Cu、Pt或Ta,或者为双层金属复合电极Pt/Ti、Au/Cu或Cu/Al,或者为导电金属化合物TiN、TaN、ITO或IZO。所述构成肖特基二极管的功能层薄膜采用的材料为二元金属氧化物TiO2、NiO、CuO、Al2O3、ZrO2、HfO2、SiO2、WO3或ZnO,或者为三元金属氧化物SrZrO3或SrTiO3,或者为多元金属氧化物PrCaMnO3,或者为上述二元金属氧化物、三元金属氧化物及多元金属氧化物中的任一种经过掺杂改性后形成的材料。所述构成肖特基二极管的上电极与功能层薄膜之间形成整流接触,或者所述构成肖特基二极管的下电极与功能层薄膜之间形成整流接触。
上述方案中,所述阻变器件结构包括:下电极、位于该下电极之上的阻变存储层和位于该阻变存储层之上的上电极。所述构成阻变器件的上电极和下电极采用的材料为单层金属Ti、Ni、Al、W、Cu、Pt或Ta,或者为双层金属复合电极Pt/Ti、Au/Cu或Cu/Al,或者为导电金属化合物TiN、TaN、ITO或IZO。所述构成阻变器件的阻变存储层采用的材料为二元金属氧化物TiO2、NiO、CuO、Al2O3、ZrO2、HfO2、SiO2、WO3或ZnO,或者为三元金属氧化物SrZrO3或SrTiO3,或者为多元金属氧化物PrCaMnO3,或者为有机材料PVK、CuTCNQ、AgTCNQ或Alq3,或者为固态电解液材料Ag2S、Cu2S或Ag-Ge-Se,或者为上述二元金属氧化物、三元金属氧化物、多元金属氧化物、有机材料及固态电解液材料中的任一种经过掺杂改性后形成的材料。
上述方案中,该存储器器件在低阻态时具有整流特性,该阻变器件结构具有双极性的电阻转变特性。
为达到上述目的,本发明还提供了一种存储器器件阵列,该存储器器件阵列包括:多条位线,它们以等间隔平行排列;多条字线,它们以等间隔平行排列,并且该多条字线与该多条位线相交叉,位于该多条位线之上;以及存储器器件,位于在该多条字线与该多条位线的交叉点位置,且位于字线与位线之间。
上述方案中,所述存储器器件包括肖特基二极管结构和阻变器件结构,其中肖特基二极管结构与位线相接触,阻变器件结构位于该肖特基二极管结构之上且与字线相接触。所述位线作为肖特基二极管结构的下电极,所述字线作为阻变器件结构的上电极。
(三)有益效果
本发明提出的存储器器件由一个肖特基二极管和一个具有双极性电阻转变特性的阻变器件构成。因此,存储器和其阵列的性能更加稳定。其次,该存储器器件本身能够有效地抑制存储器交叉阵列中的读串扰问题,使得这种新型的存储器有利于应用到交叉阵列结构,提高了存储器的存储密度。此外,本发明提出的存储器器件具有制备工艺简单、制造成本低、易集成的优点,有利于本发明的广泛推广和应用。
附图说明
图1是阻变存储器的电阻转变特性:(a)单极,(b)双极;
图2是阻变存储器交叉阵列中读串扰问题示意图;
图3是本发明实施例存储器器件的基本结构示意图;
图4是由图3所示存储器器件构成的存储器阵列的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
在此提供的附图及其描述仅用于例示本发明的实施例。在各附图中的形状和尺寸仅用于示意性例示,并不严格反映实际形状和尺寸比例。此外,本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示区域的特定形状,图中的表示是示意性的,而不是用于限制本发明的范围。
图3所示为本发明提供的实施例存储器器件的基本结构示意图。如图3所示,本发明提出的存储器器件包括一个肖特基二极管和一个具有双极性电阻转变特性的阻变器件。其结构包括:衬底100、肖特基二极管的下电极101,肖特基二极管的功能层薄膜102,肖特基二极管的上电极103,阻变器件的下电极104,阻变存储层105,阻变器件的上电极106,它们顺序地堆叠起来。其中,由下电极101,功能层薄膜102,上电极103构成的肖特基二极管起到整流的作用。由下电极104,阻变存储层105,上电极106构成的阻变器件实现存储功能。
所述构成衬底100的几何形状以及材料不受限制,一般由二氧化硅、氮化硅、玻璃及其他绝缘材料构成。
所述构成肖特基二极管下电极101,肖特基二极管上电极103,阻变器件下电极104,阻变器件上电极106的材料不受限制,包括Ti、Ni、Al、W、Cu、Pt、Ta等单层金属电极,Pt/Ti、Au/Cu、Cu/Al等双层金属复合电极,也包括TiN、TaN、ITO、IZO等导电金属化合物或者其他的导电电极材料。可以理解,所述构成电极101、103、104、106的材料和厚度可以相同,也可以不同。
所述构成肖特基二极管功能层102的材料不受限制,至少由TiO2、NiO、CuO、Al2O3、ZrO2、HfO2、SiO2、WO3、ZnO等二元金属氧化物,SrZrO3、SrTiO3等三元金属氧化物,PrCaMnO3等多元金属氧化物材料中的一种材料构成,也可以由以上任意一种材料经过掺杂改性后形成的材料构成。可以理解,所述功能层薄膜102的厚度不受限制。
所述由下电极101,功能层薄膜102,上电极103构成的肖特基二极管具有整流特性。
所述构成阻变器件的阻变存储层105的材料不受限制,至少由TiO2、NiO、CuO、Al2O3、ZrO2、HfO2、SiO2、WO3、ZnO等二元金属氧化物,SrZrO3、SrTiO3等三元金属氧化物,PrCaMnO3等多元金属氧化物,PVK、CuTCNQ、AgTCNQ、Alq3等有机材料,Ag2S、Cu2S、Ag-Ge-Se等固态电解液材料中的一种材料构成,也可以由以上任意一种材料经过掺杂改性后形成的材料构成。可以理解,所述阻变存储层105的厚度不受限制。
所述由下电极104,阻变存储层105,上电极106构成的阻变器件具有双极性的电阻转变特性。
由上可知,本发明的存储器器件是由一个肖特基二极管和一个具有双极性电阻转变特性的阻变器件构成。因为制备的肖特基二极管具有整流特性,反向电流较小,而正向电流较大,当将一个反向发生Set,正向发生Reset的阻变器件与肖特基二极管集成构成存储器,在反向电压的作用下,当反向电压达到一定值时,构成这种存储器器件的阻变器件发生Set过程,阻变器件的电阻由高阻态转变为低阻态。由于二极管的整流特性,反向电流较小,整个存储器件在反方向的电阻主要由肖特基二极管的电阻决定。在正向电压的作用下,由于阻变器件的低阻态电阻较低,二极管的正向电流较大,因此,低阻态时,整个存储器在正方向的电流较大,整个存储器的低阻态同样具有整流特性。当正向电压达到一定值时,阻变器件又能够转变回高阻态。
基于图3所示的存储器器件,图4示出了由图3所示存储器器件构成的存储器阵列的结构示意图。该存储器阵列包括多条位线101,它们以等间隔平行排列;多条字线106,它们以等间隔平行排列,并且该多条字线106与该多条位线101相交叉,位于该多条位线101之上;图3所示存储器器件位于在该多条字线106与该多条位线101的交叉点位置,且位于字线106与位线101之间。图3所示存储器器件中的肖特基二极管结构与位线101相接触,图3所示存储器器件中的阻变器件结构位于该肖特基二极管结构之上且与字线106相接触,所述位线101作为肖特基二极管结构的下电极,所述字线106作为阻变器件结构的上电极。
综上所述,由于本发明提出的存储器器件是由一个肖特基二极管和一个具有双极性电阻转变特性的阻变器件构成。因此,该存储器器件的阻变性能稳定。另外,这种存储器器件在低阻态时具有整流特性,能够有效抑制交叉阵列结构集成中的读串扰问题。此外,本发明提出的存储器器件制备工艺简单、制造成本低,有利于存储器的集成和应用。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种存储器器件,该存储器器件包括:衬底、位于该衬底之上的肖特基二极管结构、位于该肖特基二极管结构之上的阻变器件结构。
2.根据权利要求1所述的存储器器件,其特征在于,所述衬底采用的材料为二氧化硅、氮化硅或玻璃。
3.根据权利要求1所述的存储器器件,其特征在于,所述肖特基二极管结构包括:下电极、位于该下电极之上的功能层薄膜和位于该功能层薄膜之上的上电极。
4.根据权利要求3所述的存储器器件,其特征在于,所述构成肖特基二极管的上电极和下电极采用的材料为单层金属Ti、Ni、Al、W、Cu、Pt或Ta,或者为双层金属复合电极Pt/Ti、Au/Cu或Cu/Al,或者为导电金属化合物TiN、TaN、ITO或IZO。
5.根据权利要求3所述的存储器器件,其特征在于,所述构成肖特基二极管的功能层薄膜采用的材料为二元金属氧化物TiO2、NiO、CuO、Al2O3、ZrO2、HfO2、SiO2、WO3或ZnO,或者为三元金属氧化物SrZrO3或SrTiO3,或者为多元金属氧化物PrCaMnO3,或者为上述二元金属氧化物、三元金属氧化物及多元金属氧化物中的任一种经过掺杂改性后形成的材料。
6.根据权利要求3所述的存储器器件,其特征在于,所述构成肖特基二极管的上电极与功能层薄膜之间形成整流接触,或者所述构成肖特基二极管的下电极与功能层薄膜之间形成整流接触。
7.根据权利要求1所述的存储器器件,其特征在于,所述阻变器件结构包括:下电极、位于该下电极之上的阻变存储层和位于该阻变存储层之上的上电极。
8.根据权利要求7所述的存储器器件,其特征在于,所述构成阻变器件的上电极和下电极采用的材料为单层金属Ti、Ni、Al、W、Cu、Pt或Ta,或者为双层金属复合电极Pt/Ti、Au/Cu或Cu/Al,或者为导电金属化合物TiN、TaN、ITO或IZO。
9.根据权利要求7所述的存储器器件,其特征在于,所述构成阻变器件的阻变存储层采用的材料为二元金属氧化物TiO2、NiO、CuO、Al2O3、ZrO2、HfO2、SiO2、WO3或ZnO,或者为三元金属氧化物SrZrO3或SrTiO3,或者为多元金属氧化物PrCaMnO3,或者为有机材料PVK、CuTCNQ、AgTCNQ或Alq3,或者为固态电解液材料Ag2S、Cu2S或Ag-Ge-Se,或者为上述二元金属氧化物、三元金属氧化物、多元金属氧化物、有机材料及固态电解液材料中的任一种经过掺杂改性后形成的材料。
10.根据权利要求1所述的存储器器件,其特征在于,该存储器器件在低阻态时具有整流特性,该阻变器件结构具有双极性的电阻转变特性。
11.一种存储器器件阵列,其特征在于,该存储器器件阵列包括:
多条位线,它们以等间隔平行排列;
多条字线,它们以等间隔平行排列,并且该多条字线与该多条位线相交叉,位于该多条位线之上;以及
存储器器件,位于在该多条字线与该多条位线的交叉点位置,且位于字线与位线之间。
12.根据权利要求11所述的存储器器件阵列,其特征在于,所述存储器器件包括肖特基二极管结构和阻变器件结构,其中肖特基二极管结构与位线相接触,阻变器件结构位于该肖特基二极管结构之上且与字线相接触。
13.根据权利要求12所述的存储器器件阵列,其特征在于,所述位线作为肖特基二极管结构的下电极,所述字线作为阻变器件结构的上电极。
CN201210026089XA 2012-02-07 2012-02-07 一种存储器器件及其阵列 Pending CN103247335A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210026089XA CN103247335A (zh) 2012-02-07 2012-02-07 一种存储器器件及其阵列

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210026089XA CN103247335A (zh) 2012-02-07 2012-02-07 一种存储器器件及其阵列

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103247335A true CN103247335A (zh) 2013-08-14

Family

ID=48926809

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210026089XA Pending CN103247335A (zh) 2012-02-07 2012-02-07 一种存储器器件及其阵列

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103247335A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106531211A (zh) * 2015-09-09 2017-03-22 爱思开海力士有限公司 Eprom单元及其制造方法、包括其的eprom单元阵列
CN107123734A (zh) * 2016-02-25 2017-09-01 三星电子株式会社 可变电阻存储器件
CN108493336A (zh) * 2018-03-28 2018-09-04 中国科学院微电子研究所 自整流阻变存储器及其制备方法
US11641787B2 (en) 2018-03-28 2023-05-02 Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences Self-rectifying resistive memory and fabrication method thereof
WO2024087686A1 (zh) * 2022-10-28 2024-05-02 华为技术有限公司 铁电存储阵列及其制备方法、存储器、电子设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1790726A (zh) * 2004-11-10 2006-06-21 三星电子株式会社 包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器
CN101667460A (zh) * 2009-10-12 2010-03-10 中国科学院微电子研究所 一种基于阻变存储器的一次编程存储器及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1790726A (zh) * 2004-11-10 2006-06-21 三星电子株式会社 包括一个电阻器和一个二极管的非挥发性存储器
CN101667460A (zh) * 2009-10-12 2010-03-10 中国科学院微电子研究所 一种基于阻变存储器的一次编程存储器及其制备方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106531211A (zh) * 2015-09-09 2017-03-22 爱思开海力士有限公司 Eprom单元及其制造方法、包括其的eprom单元阵列
CN107123734A (zh) * 2016-02-25 2017-09-01 三星电子株式会社 可变电阻存储器件
CN107123734B (zh) * 2016-02-25 2022-05-10 三星电子株式会社 可变电阻存储器件
CN108493336A (zh) * 2018-03-28 2018-09-04 中国科学院微电子研究所 自整流阻变存储器及其制备方法
CN108493336B (zh) * 2018-03-28 2022-02-22 中国科学院微电子研究所 自整流阻变存储器及其制备方法
US11641787B2 (en) 2018-03-28 2023-05-02 Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences Self-rectifying resistive memory and fabrication method thereof
WO2024087686A1 (zh) * 2022-10-28 2024-05-02 华为技术有限公司 铁电存储阵列及其制备方法、存储器、电子设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102623045B (zh) 阻变型随机存储单元及存储器
Gupta et al. Resistive random access memory: a review of device challenges
CN101030623B (zh) 采用两个氧化物层的非易失性存储器件
JP4698630B2 (ja) 下部電極上に形成されたバッファ層を備える可変抵抗メモリ素子
CN101548334B (zh) 非易失性半导体存储装置
US9059391B2 (en) Self-rectifying RRAM cell structure and 3D crossbar array architecture thereof
US8586978B2 (en) Non-volatile memory device including diode-storage node and cross-point memory array including the non-volatile memory device
US10056432B2 (en) Self-rectifying RRAM cell structure having two resistive switching layers with different bandgaps and RRAM 3D crossbar array architecture
CN102610748B (zh) 非挥发性存储单元及存储器
US9142767B2 (en) Resistive memory cell including integrated select device and storage element
US20130043451A1 (en) Nonvolatile Memory Elements And Memory Devices Including The Same
JP2008085071A (ja) 半導体記憶装置及びその制御方法
US20110084248A1 (en) Cross point memory array devices
JP2012015211A (ja) 不揮発性半導体記憶装置
CN101667460A (zh) 一种基于阻变存储器的一次编程存储器及其制备方法
CN103633242B (zh) 一种具有自整流特性的阻变存储器及其制备方法
CN103247335A (zh) 一种存储器器件及其阵列
CN101577310A (zh) 一种电阻转变型存储器及其制作方法
CN101425559A (zh) 电阻转变型存储器及其制造方法
CN103137646A (zh) 用于双极型阻变存储器交叉阵列集成方式的选通器件单元
CN102074270A (zh) 一次编程存储器的多值存储方法
CN102738388A (zh) 具有忆阻器特性的半导体器件及其实现多级存储的方法
CN101783388A (zh) 带有自整流效应的非易失电阻转变型存储器
CN103579499B (zh) 具有整流特性的阻变存储器器件及其制作法
CN101882628B (zh) 一种用于交叉阵列结构存储器的整流器件

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130814