CN112909159A - 电阻式随机存取存储器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电阻式随机存取存储器，包括第一电极、第二电极、可变电阻层、第一金属层、第二金属层及电阻稳定层。第二电极配置于第一电极上。可变电阻层配置于第一电极与第二电极之间。第一金属层配置于可变电阻层与第二电极之间。第二金属层配置于第一金属层与第二电极之间。电阻稳定层配置于第一金属层与第二金属层之间。可变电阻层的氧含量高于第一金属层的氧含量，第一金属层的氧含量高于电阻稳定层的氧含量，电阻稳定层的氧含量高于第二金属层的氧含量。所述电阻式随机存取存储器具有良好的耐久性、重置特性以及数据保持能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种存储器，尤其涉及一种电阻式随机存取存储器(resistiverandom access memory，RRAM)。
背景技术
RRAM具有操作速度快、低功耗等优点，而成为近年来广为研究的一种非易失性存储器。然而，RRAM在经过多次SET/RESET循环操作后有愈来愈高的机率难以回复至高电阻状态，使得耐久性以及数据保持(data retention)能力受到限制。因此，如何提高RRAM的耐久性以及数据保持能力为目前业界积极追求的目标。
发明内容
本发明提供一种电阻式随机存取存储器，其具有良好的耐久性、重置特性以及数据保持能力。
本发明的电阻式随机存取存储器包括第一电极、第二电极、可变电阻层、第一金属层、第二金属层及电阻稳定层。第二电极配置于第一电极上。可变电阻层配置于第一电极与第二电极之间。第一金属层配置于可变电阻层与第二电极之间。第二金属层配置于第一金属层与第二电极之间。电阻稳定层配置于第一金属层与第二金属层之间。可变电阻层的氧含量高于第一金属层的氧含量，第一金属层的氧含量高于电阻稳定层的氧含量，且电阻稳定层的氧含量高于第二金属层的氧含量。
基于上述，本发明所提出的电阻式随机存取存储器通过包括第一电极、第二电极、可变电阻层、第一金属层、第二金属层及电阻稳定层，其中可变电阻层的氧含量高于第一金属层的氧含量，第一金属层的氧含量高于电阻稳定层的氧含量，且电阻稳定层的氧含量高于第二金属层的氧含量，藉此即使电阻式随机存取存储器因经过多次设置/重置循环操作而导致可变电阻层遭受破坏产生额外的氧空缺(即缺陷)，当电阻式随机存取存储器进行重置操作时，第一金属层中有足够的氧离子能够快速地进入可变电阻层，以使可变电阻层顺利转换到高电阻状态(High Resistance State，HRS)。如此一来，本发明的电阻式随机存取存储器可具有良好的耐久性、重置特性以及数据保持能力。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施方式，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一实施方式的电阻式随机存取存储器的剖面示意图；
图2是本发明的一实施方式的电阻式随机存取存储器的氧含量随位置不同而变的分布示意图。
附图标记说明
100：电阻式随机存取存储器
102：第一电极
104：第二电极
106：可变电阻层
108：第一金属层
110：电阻稳定层
112：第二金属层
114：阻挡层
具体实施方式
以下将参照随附附图更全面地描述本发明的示范性实施方式；然而，本发明可按不同的形式体现，且不局限于本文阐述的实施方式。
图1是依照本发明的一实施方式的电阻式随机存取存储器的剖面示意图。图2是本发明的一实施方式的电阻式随机存取存储器的氧含量随位置不同而变的分布示意图。
请参照图1，电阻式随机存取存储器100包括第一电极102、第二电极104、可变电阻层106、第一金属层108、电阻稳定层110、第二金属层112、以及阻挡层114。
第一电极102的材料不受特别限制，凡导电材料均可使用。举例而言，第一电极102的材料可以是氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、氮化钛铝(TiAlN)、钛钨(TiW)合金、钨(W)、钌(Ru)、铂(Pt)、铱(Ir)、石墨或上述材料的混合物或叠层，其中较佳是氮化钛、氮化钽、铂、铱、石墨或其组合。第一电极102的形成方法不受特别限制，常见者如物理气相沉积法(PVD)或化学气相沉积法(CVD)。第一电极102的厚度亦不受特别限制，但通常在5纳米(nm)到500纳米之间。
第二电极104配置于第一电极102上。第二电极104的材料不受特别限制，凡导电材料均可使用。举例而言，第二电极104的材料可以是氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、氮化钛铝(TiAlN)、钛钨(TiW)合金、钨(W)、钌(Ru)、铂(Pt)、铱(Ir)、石墨或上述材料的混合物或叠层，其中较佳是氮化钛、氮化钽、铂、铱、石墨或其组合。第二电极104的形成方法不受特别限制，常见者如物理气相沉积法、化学气相沉积法或原子层沉积法。第二电极104的厚度亦不受特别限制，但通常在5纳米到500纳米之间。
可变电阻层106配置于第一电极102与第二电极104之间。可变电阻层106的材料不受特别限制，只要是可以通过电压的施予改变其自身电阻的材料都可以使用。在本实施方式中，可变电阻层106的材料例如包括氧化铪(HfO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、氧化镍(NiO)、氧化铌(Nb2O5)、氧化铝(Al2O3)、氧化钒(V2O5)、氧化钨(WO3)、氧化锌(ZnO)或氧化钴(CoO)。详细而言，可变电阻层106可具有以下特性：当施加正偏压于电阻式随机存取存储器100时，氧离子受正偏压的吸引离开可变电阻层106而产生氧空缺(oxygenvacancy)，形成丝状物结构并呈现导通状态，此时可变电阻层106由高电阻状态(HighResistance State，HRS)转换到低电阻状态(Low Resistance State，LRS)；而当施加负偏压于电阻式随机存取存储器100时，会有氧离子进入可变电阻层106，使丝状物结构断裂并呈现非导通状态，此时可变电阻层106由LRS转换到HRS。一般来说，可变电阻层106由HRS转换到LRS称作设置(后称SET)操作，而可变电阻层106由LRS转换到HRS称作重置(后称RESET)操作。另外，在本实施方式中，可变电阻层106的氧含量可为约75原子百分比(at％)至约100原子百分比。在一实施方式中，可变电阻层106可以通过物理气相沉积法或化学气相沉积法来形成。在另一实施方式中，考虑到可变电阻层106的厚度通常需限制在很薄的范围(例如2纳米到10纳米)，可以通过原子层沉积法来形成。
第一金属层108配置于可变电阻层106与第二电极104之间。在本实施方式中，第一金属层108的材料可以是和可变电阻层106相较之下更容易和氧键结的材料。如此一来，当电阻式随机存取存储器100进行SET操作时，可变电阻层106中的氧离子在受正偏压吸引离开可变电阻层106时会进入第一金属层108；而当电阻式随机存取存储器100进行RESET操作时，第一金属层108中的氧离子会回到可变电阻层106。
如图2所示，可变电阻层106的氧含量高于第一金属层108的氧含量。在本实施方式中，第一金属层108的氧含量可为约70原子百分比(at％)至约85原子百分比。通过第一金属层108的氧含量介于前述范围内，藉此提升氧离子回至可变电阻层106的能力。
在本实施方式中，第一金属层108的材料可包括未完全氧化的金属氧化物。换言之，第一金属层108本身为含氧离子的金属层。如此一来，当电阻式随机存取存储器100进行RESET操作时，第一金属层108中有足够的氧离子可进入可变电阻层106，因为第一金属层108中存在来自可变电阻层106的氧离子以及其本身所具有的氧离子。具体而言，在本实施方式中，第一金属层108的材料例如可包括TiO2-x、HfO2-x或TaO2-x，其中x为0.2至0.7。
在本实施方式中，第一金属层108的形成方法可包括以下步骤：于可变电阻层106上形成金属材料层(未示出)后，对所述金属材料层掺杂氧离子。所述金属材料层的材料可包括钛(Ti)、铪(Hf)或钽(Ta)。所述金属材料层的形成方法不受特别限制，常见者如物理气相沉积法或化学气相沉积法。对所述金属材料层掺杂氧离子的方法例如是离子化金属等离子体法(ionized metal plasma，简称IMP)或热扩散法。在以离子化金属等离子体法对所述金属材料层掺杂氧离子的实施方式中，氧离子的掺杂能量为大于约7kV至小于约10kV，藉此氧离子仅掺杂至位于可变电阻层106上的所述金属材料层，而未掺杂至可变电阻层106。在以热扩散法对所述金属材料层掺杂氧离子的实施方式中，制程温度为约250℃至约400℃，掺质浓度(即氧离子浓度)为约10E3/cm2至约10E5/cm2，藉此氧离子仅掺杂至位于可变电阻层106上的所述金属材料层，而未掺杂至可变电阻层106。
另外，在本实施方式中，第一金属层108的厚度例如为约10纳米至约50纳米。通过第一金属层108的厚度介于前述范围内，藉此当电阻式随机存取存储器100进行RESET操作时，氧离子能够快速地进入可变电阻层106中，而提升重置特性。
电阻稳定层110配置于第一金属层108与第二电极104之间。在本实施方式中，电阻稳定层110可用以阻挡第一金属层108中的氧离子扩散至第二金属层112(相关描述将于下文中说明)，以避免电阻不稳定。在本实施方式中，电阻稳定层110的厚度例如为约0.3纳米至约10纳米。在本实施方式中，电阻稳定层110的形成方法例如是化学气相沉积法、物理气相沉积法或原子层沉积法。在本实施方式中，电阻稳定层110的电阻值例如是约0.5ohm至5ohm。
如图2所示，第一金属层108的氧含量高于的电阻稳定层110的氧含量。在本实施方式中，电阻稳定层110的氧含量可为约20原子百分比(at％)至约60原子百分比。通过电阻稳定层110的氧含量介于前述范围内，藉此可控制氧离子扩散至第二金属层112的量。在本实施方式中，电阻稳定层110的材料例如可包括金属氮氧化物。具体而言，所述金属氮氧化物例如包括氮氧化钽、氮氧化铪或氮氧化钛。另外，在本实施方式中，电阻稳定层110的含氮量可为约30原子百分比(at％)至约50原子百分比。
第二金属层112配置于电阻稳定层110与第二电极104之间。详细而言，如图1所示，第二金属层112配置于第一金属层108与第二电极104之间，且电阻稳定层110配置于第一金属层108与第二金属层112之间。
在本实施方式中，第二金属层112的材料例如可包括Ta、Hf或Ti。在本实施方式中，第二金属层112的厚度例如为约10纳米至约50纳米。在本实施方式中，第二金属层112的形成方法例如是物理气相沉积法。如图2所示，电阻稳定层110的氧含量高于的第二金属层112的氧含量。在本实施方式中，第二金属层112的氧含量可为约10原子百分比(at％)至约40原子百分比。通过第二金属层112的氧含量介于前述范围内，藉此可调控第一金属层108的氧含量。值得一提的是，在以物理气相沉积法来形成第二金属层112的过程中，通常仍会有氧进入，因此即使预定形成的第二金属层112为纯金属层(例如Ta层、Hf层或Ti层)，所形成的第二金属层112仍会含有氧。
另外，在本实施方式中，第二金属层112中的金属的原子序(atomic number)可大于第一金属层108中的金属的原子序。此时，第二金属层112中的金属的氧亲和力小于第一金属层108中的金属的氧亲和力。如此一来，当电阻式随机存取存储器100进行RESET操作时，除了电阻稳定层110会阻挡第一金属层108中的氧离子扩散至第二金属层112外，通过材料的选择可进一步降低第二金属层112对氧离子的吸引。举例而言，在一实施方式中，当第二金属层112的材料包括Ta，则第一金属层108的材料可为TiO2-x或HfO2-x；在另一实施方式中，当第二金属层112的材料包括Hf，则第一金属层108的材料可为TiO2-x。
另外，如前文所述，在电阻式随机存取存储器100中，可变电阻层106的氧含量高于第一金属层108的氧含量，第一金属层108的氧含量高于电阻稳定层110的氧含量，且电阻稳定层110的氧含量高于第二金属层112的氧含量，藉此可变电阻层106、第一金属层108、电阻稳定层110及第二金属层112一起构成一氧含量梯度，如图2所示。通过电阻式随机存取存储器100具有氧含量梯度，藉此当电阻式随机存取存储器100进行RESET操作时，第一金属层108中的氧离子能够快速地进入可变电阻层106，并且即使电阻式随机存取存储器100因经过多次SET/RESET循环操作而导致可变电阻层106遭受破坏产生额外的氧空缺(即缺陷)，当电阻式随机存取存储器100进行RESET操作时，第一金属层108能够提供足够的氧离子进入可变电阻层106，以使丝状物结构断裂并呈现非导通状态，即转换到HRS。如此一来，电阻式随机存取存储器100可具有良好的耐久性、重置特性以及数据保持能力。
阻挡层114配置于第二金属层112与第二电极104之间。在本实施方式中，阻挡层114的厚度例如为约0.5纳米至约5纳米。在本实施方式中，阻挡层114的材料例如可包括氧化铝(Al2O3)、氧化铪(HfO2)或氧化锆(ZrO2)。在本实施方式中，阻挡层114的形成方法例如是化学气相沉积法或原子沉积法。当电阻式随机存取存储器100进行RESET操作时，阻挡层114会阻挡第二金属层112中的氧离子扩散至第二电极104。
值得说明的是，如前文所述，在电阻式随机存取存储器100中，第二电极104配置于第一电极102上，可变电阻层106配置于第一电极102与第二电极104之间，第一金属层108配置于可变电阻层106与第二电极104之间，第二金属层112配置于第一金属层108与第二电极104之间，电阻稳定层110配置于第一金属层108与第二金属层112之间，且可变电阻层106、第一金属层108、电阻稳定层110及第二金属层112一起构成一氧含量梯度，藉此电阻式随机存取存储器100不但能够进行SET/RESET循环操作，即使电阻式随机存取存储器100因经过多次SET/RESET循环操作而导致可变电阻层106遭受破坏产生额外的氧空缺(即缺陷)，当电阻式随机存取存储器100进行RESET操作时，第一金属层108中有足够的氧离子能够快速地进入可变电阻层106，以使丝状物结构断裂并呈现非导通状态，即转换到HRS。如此一来，电阻式随机存取存储器100可具有良好的耐久性、重置特性以及数据保持能力。
虽然本发明已以实施方式揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。
Claims (11)
1.一种电阻式随机存取存储器，包括：
第一电极；
第二电极，配置于所述第一电极上；
可变电阻层，配置于所述第一电极与所述第二电极之间；
第一金属层，配置于所述可变电阻层与所述第二电极之间；
第二金属层，配置于所述第一金属层与所述第二电极之间；以及
电阻稳定层，配置于所述第一金属层与所述第二金属层之间，其中所述可变电阻层的氧含量高于所述第一金属层的氧含量，所述第一金属层的氧含量高于所述电阻稳定层的氧含量，所述电阻稳定层的氧含量高于所述第二金属层的氧含量。
2.根据权利要求1所述的电阻式随机存取存储器，其中所述第一金属层的材料包括TiO2-x、HfO2-x或TaO2-x，其中x为0.2至0.7。
3.根据权利要求2所述的电阻式随机存取存储器，其中所述第一金属层中的氧离子的掺杂能量为大于7kV至小于10kV。
4.根据权利要求1所述的电阻式随机存取存储器，其中所述第二金属层的材料包括Ta、Hf或Ti。
5.根据权利要求1所述的电阻式随机存取存储器，其中所述第二金属层中的金属的原子序大于所述第一金属层中的金属的原子序。
6.根据权利要求1所述的电阻式随机存取存储器，其中所述电阻稳定层的材料包括金属氮氧化物。
7.根据权利要求1所述的电阻式随机存取存储器，其中所述可变电阻层的氧含量为75原子百分比至100原子百分比。
8.根据权利要求1所述的电阻式随机存取存储器，其中所述第一金属层的氧含量为70原子百分比至85原子百分比。
9.根据权利要求1所述的电阻式随机存取存储器，其中所述电阻稳定层的氧含量为20原子百分比至60原子百分比。
10.根据权利要求1所述的电阻式随机存取存储器，其中所述第二金属层的氧含量为10原子百分比至40原子百分比。
11.根据权利要求1所述的电阻式随机存取存储器，还包括阻挡层，配置于所述第二金属层与所述第二电极之间。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022260595A3 (en) * | 2021-06-08 | 2023-02-09 | Nanyang Technological University | Non-volatile memory and methods of fabricating the same |
| CN116456727A (zh) * | 2023-06-14 | 2023-07-18 | 北京大学 | 一种能够保持循环间开关比的阻变存储器及其制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150188039A1 (en) * | 2013-12-26 | 2015-07-02 | Intermolecular Inc. | Embedded Resistors with Oxygen Gettering Layers |
| CN105024011A (zh) * | 2014-04-18 | 2015-11-04 | 华邦电子股份有限公司 | 电阻式随机存取存储器及其制造方法 |
| US20150372228A1 (en) * | 2014-06-19 | 2015-12-24 | Macronix International Co., Ltd. | Memory Device Having Oxygen Control Layers And Manufacturing Method Of Same |
| US9246087B1 (en) * | 2014-11-24 | 2016-01-26 | Intermolecular, Inc. | Electron barrier height controlled interfaces of resistive switching layers in resistive random access memory cells |
| CN105280810A (zh) * | 2014-06-11 | 2016-01-27 | 华邦电子股份有限公司 | 电阻式随机存取存储器及其制造方法 |
| CN107154458A (zh) * | 2016-03-04 | 2017-09-12 | 华邦电子股份有限公司 | 电阻式随机存取存储器结构及其制造方法 |
| WO2018044256A1 (en) * | 2016-08-29 | 2018-03-08 | Intel Corporation | Resistive random access memory devices |
-
2019
- 2019-12-03 CN CN201911219661.2A patent/CN112909159B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150188039A1 (en) * | 2013-12-26 | 2015-07-02 | Intermolecular Inc. | Embedded Resistors with Oxygen Gettering Layers |
| CN105024011A (zh) * | 2014-04-18 | 2015-11-04 | 华邦电子股份有限公司 | 电阻式随机存取存储器及其制造方法 |
| CN105280810A (zh) * | 2014-06-11 | 2016-01-27 | 华邦电子股份有限公司 | 电阻式随机存取存储器及其制造方法 |
| US20150372228A1 (en) * | 2014-06-19 | 2015-12-24 | Macronix International Co., Ltd. | Memory Device Having Oxygen Control Layers And Manufacturing Method Of Same |
| US9246087B1 (en) * | 2014-11-24 | 2016-01-26 | Intermolecular, Inc. | Electron barrier height controlled interfaces of resistive switching layers in resistive random access memory cells |
| CN107154458A (zh) * | 2016-03-04 | 2017-09-12 | 华邦电子股份有限公司 | 电阻式随机存取存储器结构及其制造方法 |
| WO2018044256A1 (en) * | 2016-08-29 | 2018-03-08 | Intel Corporation | Resistive random access memory devices |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022260595A3 (en) * | 2021-06-08 | 2023-02-09 | Nanyang Technological University | Non-volatile memory and methods of fabricating the same |
| CN116456727A (zh) * | 2023-06-14 | 2023-07-18 | 北京大学 | 一种能够保持循环间开关比的阻变存储器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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