阻变存储器及阻变存储器芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种阻变存储器，包括：第一电极；阻变层，阻变层设置在第一电极的一侧，阻变层包括阻变层材料和亚硝酸根离子；第二电极，第二电极设置在阻变层的远离第一电极的一侧，第二电极与第一电极的带电性相反。由此，本申请通过向阻变层中添加亚硝酸根离子，无需降低阻变层厚度就可以实现较小的形成电压，较大的开关比和较大的耐久性。的开关比和较大的耐久性。的开关比和较大的耐久性。

【技术实现步骤摘要】
阻变存储器及阻变存储器芯片


[0001]本专利技术属于半导体存储器
，具体涉及一种阻变存储器及阻变存储器芯片。

技术介绍

[0002]阻变存储器(Resistive Random Access Memory,RRAM)是一种新型的非易失存储器。阻变存储器的结构通常由下电极，阻变材料层，可选的功能层和上电极堆叠而成。阻变存储器具有高速、低功耗，单元面积小，可三维堆叠等优势，是一种有潜在应用价值的新型半导体存储器。
[0003]通过施加一定幅值、脉宽的电压脉冲可以改变阻变存储器的电阻值，使其在高电阻态与低电阻态之间转换，以此实现数据的写入功能。通过测量阻变存储器的电阻值，可以实现数据的读取功能。在操作阻变存储器的电阻值之前，首先需要对阻变存储器施加一个较大的形成电压，使得阻变层内部产生足够大的形成电场，促使由氧空位组成的导电细丝的形成。较大的形成电压不利于阻变存储器与先进硅基半导体制程相集成，因为后者无法承受过大的电压。
[0004]现有技术主要是通过降低阻变层的厚度来降低形成电压，这样只需要施加更小的电压就可以在阻变层内部产生足够大的电场。但是这种方案会缩小导电细丝的长度，从而降低储藏在功能层或上电极的氧离子数目，在降低形成电压的同时也会降低阻变存储器的开关比与耐久性。开关比是指阻变存储器的高电阻态与低电阻态的比值，开关比越大，就越容易辨别存储器是处于高电阻态还是低电阻态，即越容易读取数据。耐久性是指阻变存储器能够在高低电阻态之间转换的最大次数，高耐久性意味着阻变存储器可以擦写更多次数据，现有的阻变存储器的开关比一般为10
‑
100。耐久性是指阻变存储器能够在高低电阻态之间转换的最大次数，高耐久性意味着阻变存储器可以擦写更多次数据，现有的阻变存储器的耐久性一般为105‑
107。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种阻变存储器。由此，本申请通过向阻变层中添加亚硝酸根离子，无需降低阻变层厚度就可以实现较小的形成电压，较大的开关比和较大的耐久性。
[0006]本专利技术提出了一种阻变存储器。在本专利技术的实施例中，所述阻变存储器包括：
[0007]第一电极；
[0008]阻变层，所述阻变层设置在所述第一电极的一侧，所述阻变层包括阻变层材料和亚硝酸根离子；
[0009]第二电极，所述第二电极设置在所述阻变层的远离所述第一电极的一侧，所述第二电极与所述第一电极的带电性相反。
[0010]根据本专利技术实施例的阻变存储器，阻变层中的亚硝酸根离子在形成电场的作用下
会发生氧化反应，亚硝酸根离子吸收阻变层中的氧离子后形成硝酸根离子与氧空位，氧空位组合形成导电细丝，即避免了阻变层中的氧离子迁移很长的距离至正电极处(氧离子与正电极处的材料结合)，从而降低了用于驱动氧离子迁移的形成电压，又促进了额外氧空位的生成，使得导电细丝的形成更加容易，从而提高了阻变存储器的开关比和耐久性。由此，本申请通过向阻变层中添加亚硝酸根离子，无需降低阻变层厚度就可以实现较小的形成电压，较大的开关比和较大的耐久性。
[0011]另外，根据本专利技术上述实施例的阻变存储器还可以具有如下附加的技术特征：
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述第一电极与所述第二电极之间设有至少一个功能层。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述阻变层中的以所述亚硝酸根离子形式存在的氮元素的原子数占所述阻变层的所有原子数的比例为0.5％
‑
5％。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述阻变层材料包括TiO
x
、HfO
x
、TaO
x
、ZrO
x
、AlO
x
、SiO
x
、钙钛矿氧化物中的至少一种。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述第一电极的材料包括Pt、Pd、Ir、Ta、Hf、Ti、Zr、W、Ru、Al、Pt合金、Pd合金、Ir合金合金、Ta合金、Hf合金、Ti合金、Zr合金、W合金、Ru合金、Al合金、TiN、TaN和Poly
‑
Si中的至少一种。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述第二电极的材料包括Pt、Pd、Ir、Ta、Hf、Ti、Zr、W、Ru、Al、Pt合金、Pd合金、Ir合金、Ta合金、Hf合金、Ti合金、Zr合金、W合金、Ru合金、Al合金、TiN、TaN和Poly
‑
Si中的至少一种。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，所述功能层的材料包括Hf、Ta、Ti、Al、疏氧态HfO
x
、疏氧态TaO
x
、疏氧态TiO
x
、疏氧态AlO
x
、疏氧态SiO
x
中的至少一种。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，所述阻变层的厚度为3
‑
100nm，优选3nm
‑
15nm。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述阻变存储器的形成电压不大于2V。
[0020]在本专利技术的再一个方面，本专利技术提出了一种阻变存储器芯片，根据本专利技术的实施例，所述阻变存储器芯片包括以上实施例所述的阻变存储器。由此，显著提高了阻变存储器芯片的使用寿命。
[0021]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0022]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0023]图1是本专利技术一个实施例的阻变存储器的示意图；
[0024]图2是本专利技术另一个实施例的阻变存储器的示意图；
[0025]图3是本专利技术另一个实施例的阻变存储器的示意图；
[0026]图4是本专利技术另一个实施例的阻变存储器的示意图；
[0027]图5是本专利技术另一个实施例的阻变存储器的示意图；
[0028]图6是本专利技术实施例1的X射线光电子能谱分析的分析图；
[0029]图7是本专利技术实施例1的阻变层厚度
‑
形成电压的关系图；
[0030]图8是本专利技术对比例1的阻变层厚度
‑
形成电压的关系图；
[0031]图9是本专利技术实施例1和对比例1的直流扫描电流电压曲线；图9(a)为对比例1的不含亚硝酸根掺杂的阻变存储器的直流扫描电流电压曲线，图9(b)为实施例1的含亚硝酸根掺杂的阻变存储器的直流扫描电流电压曲线；
[0032]图10是本专利技术实施例1和对比例1的形成电压
‑
开关比的关系图；
[0033]图11是本专利技术实施例1和对比例1的形成电压
‑
耐久性的关系图。
具体实施方式
[0034]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻变存储器，其特征在于，包括：第一电极；阻变层，所述阻变层设置在所述第一电极的一侧，所述阻变层包括阻变层材料和亚硝酸根离子；第二电极，所述第二电极设置在所述阻变层的远离所述第一电极的一侧，所述第二电极与所述第一电极的带电性相反。2.根据权利要求1所述的阻变存储器，其特征在于，所述第一电极与所述第二电极之间设有至少一个功能层。3.根据权利要求1或2所述的阻变存储器，其特征在于，所述阻变层中的以所述亚硝酸根离子形式存在的氮元素的原子数占所述阻变层的所有原子数的比例为0.5％
‑
5％。4.根据权利要求1或2所述的阻变存储器，其特征在于，所述阻变层材料包括TiO
x
、HfO
x
、TaO
x
、ZrO
x
、AlO
x
、SiO
x
、钙钛矿氧化物中的至少一种。5.根据权利要求1或2所述的阻变存储器，其特征在于，所述第一电极的材料包括Pt、Pd、Ir、Ta、Hf、Ti、Zr、W、Ru、Al、Pt合金、Pd合金、Ir合金合金、Ta合金、Hf合金、Ti合金、Zr合金、W合金、Ru合金、Al合金、...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐建石，胡若飞，席悦，江之行，陆禹尧，高滨，钱鹤，吴华强，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：