[发明专利]电阻随机存取存储器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括具有金属氧化物和/或金属离子掺杂物的电阻层的电阻随机存取存储器(RRAM)及其制造方法。所述RRAM的电阻层可以在低温下形成并且可以具有更好的电特性，因而，包括所述电阻层的RRAM可以更为可靠，并被以更有成本效益的方式制造。

背景技术

半导体存储器阵列包括连接在电路中的许多存储器单元。在作为半导体存储器件的实例的动态随机存取存储器(DRAM)中，单位存储器单元由开关和电容器组成。DRAM的优势在于DRAM具有更高的集成度和以更快的速度运作。然而，当DRAM的电源中断时，所有存储在DRAM中的数据都会丢失。

闪存装置是即使电源中断、其中存储的数据仍被保持的非易失性存储器装置的实例。然而，尽管闪存装置具有不同于易失性存储器装置的非易失特性，它的集成度和运作速度却低于DRAM。

关于非易失性存储器装置有大量研究(例如，磁性随机存取存储器(MRAM)，铁电随机存取存储器(FRAM)，以及相变随机存取存储器(PRAM))。

在MRAM中，通过改变隧道结的磁化方向来存储数据。在FRAM中，使用铁电的极化特性来存储数据。MRAM和FRAM都有各自的优点和缺点。

PRAM包括电阻器和开关(晶体管)，并且通过使用由特定材料的相变引起的电阻值改变来存储数据。在PRAM的制造工艺中，当使用传统的DRAM工艺时，蚀刻工艺不易于被执行。蚀刻工艺花费更长的时间。所以，PRAM的产量可能会减少，并且因此增加了PRAM的制造成本。

RRAM使用过渡金属氧化物的可变电阻特性，其中电阻值根据施加的电压而变化。

用于形成RRAM的材料的一个例子是NiO。NiO层可以根据沉积温度具有不同的电流-电压特性。

NiO层的电流-电压特性如图1A所示。

在图1A中，样品1是在室温时使用溅射法沉积而成的NiO层，样品2是在大约350℃的温度时使用溅射法沉积而成的NiO层。根据在室温下沉积的样品1的电流-电压特性，样品1不具有可变电阻特性。另一方面，根据在大约350℃的温度下沉积的样品2，样品2具有可变电阻特性。这些结果可以从图1B中观察得出，图1B中示出了在0.0-2.0伏的电压范围内样品2的可变电阻特性。

因为样品1在较低的温度沉积，样品1不具有可变电阻特性，因此样品1不能作为RRAM使用。然而，较低温度的沉积有利于减少制造成本或使用柔性衬底，例如，塑料衬底。

发明内容

示范性实施例提供了一种包含可以在低温下沉积形成并且具有更好的电特性的电阻层的电阻随机存取存储器(RRAM)及其制造方法，用于减少存储器的制造成本和提供一种更为柔软的设备。

根据示范性实施例，电阻随机存取存储器包括下电极，位于下电极上的具有金属氧化物和/或金属离子掺杂物的电阻层，以及位于电阻层上的上电极。

电阻层中的金属氧化物可以是从由镍氧化物、钛氧化物、铪氧化物、锆氧化物、锌氧化物、钨氧化物、钴氧化物和铌氧化物构成的组中选择的至少一种氧化物。

电阻层中的金属离子掺杂物可以是过渡金属离子。电阻层中的金属离子掺杂物可以在金属氧化物的金属的位置被取代以结合到氧。电阻层中的金属离子掺杂物的数量可以在大约0.0001-5wt％的范围内。

根据示范性实施例，制造电阻随机存取存储器的方法可以包括形成下电极，在下电极上形成具有金属氧化物和/或金属离子掺杂物的电阻层，以及在电阻层上形成上电极。

电阻层可以在从室温(大约25℃)到大约200℃的温度范围内形成。

示范性实施例提供了一种具有更高集成度、更快运行速度、更低功率电平和/或更高数据保持特性的电阻随机存取存储器(RRAM)。

示范性实施例提供了一种利用更低温度沉积形成的和/或具有更好的可变电阻特性的电阻层供使用在例如RRAM中。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，将更为清楚地理解示范性实施例。图1A-5如这里所描述的代表非限制示范性实施例。

图1A是利用室温沉积获得的NiO层(样品1)和利用更高温度沉积获得的NiO层(样品2)的电流-电压特性曲线图；

图1B是样品2的可变电阻特性曲线图；

图2A是根据示范性实施例的电阻随机存取存储器的截面图；

图2B是根据示范性实施例的、布置在晶体管上的电阻随机存取存储器的截面图；

图3是根据示范性实施例的电阻随机存取存储器的X射线衍射数据和传统电阻随机存取存储器的X射线衍射数据曲线图；