[发明专利]电阻式存储器结构、其操作方法及制作方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种电阻式存储器、其操作方法及制作方法。

背景技术

存储器可分为挥发性与非挥发性两种，而电阻式存储器为非挥发性存储器的一种，其可受电流或电压的驱动，而在高阻抗与低阻抗两种性质间转换，以存储数据。在结构上，电阻式存储器主要是由金属-绝缘体-金属三层堆叠而成，所述绝缘体层具有可逆电阻改变特性。在操作时，是对该电阻式存储器施加脉冲电压使其改变电阻状况，以执行写入或擦除数据，再利用小偏压提取电流值来判断阻抗状态以读取数据。

图1是显示一现有的电阻式存储器6，其包含两相间隔且分别为铂(Pt)及氮化钛(TiN)材质的电极层61，及一设于所述电极层间且为氮氧化硅(SiON)材质的电阻切换层62。再对该电阻式存储器6进行耐用性(endurance)实验，即施加交流电使其持续地执行电阻切换，并逐次记录电流值而标示如图2，由于高阻抗与低阻抗互换过程中，是在该电阻切换层62中发生导通途径的形成与阻断，而每次形成的导通途径不固定，因此会产生不规则的电阻转态，即图2中实心点间偏差情形较大，影响该电阻式存储器6的稳定性。

发明内容

本发明的电阻式存储器结构包括一第一电极层、一披覆于该第一电极层的电阻切换层、一披覆于该电阻切换层的扩散金属层，及一披覆于该扩散金属层的第二电极层，其中在该电阻切换层内设置有至少一电极延伸部。

此外，所述电阻式存储器结构还具有一披覆该第一电极层的切换基层部，及一设置于该切换基层部与该扩散金属层之间的多孔隙部，其中该多孔隙部为多孔隙材质，当该扩散金属层受一电场，使该扩散金属层扩散进入该多孔隙部而形成一或多个电极延伸部。

本发明电阻式存储器结构的操作方法包括：施加一形成电压于该第一电极层与第二电极层间，使该扩散金属层受该形成电压牵引扩散进入该电阻切换层，而形成多个电极延伸部；及施加一设定电压于该第一电极层与第二电极层间，使该电阻切换层受该设定电压驱动而改变电阻值。

本发明电阻式存储器结构的制作方法包括：提供一第一电极层；形成一电阻切换层于该第一电极层上；形成一扩散金属层于该电阻切换层上；形成一第二电极层于该扩散金属层上；及形成至少一电极延伸部于该电阻切换层内。

所述电极延伸部在该电阻切换层内形成固定地导通途径，使该电阻切换层在高、低阻抗间切换时，可形成与阻断固定且规则的传导途径，此外，金属对多孔隙材质有较好的扩散性，因此该多孔隙部有助于形成所述电极延伸部。

附图说明

图1为侧视示意图，显示现有的电阻式存储器结构；

图2为现有的电阻式存储器结构的耐用性实验数据图，显示电阻切换次数与对应高电阻状态及低电阻状态的导通电流；

图3为侧视示意图，显示本发明电阻式存储器结构的第一优选实施例；

图4为流程图，显示该第一优选实施例的制作方法；

图5为流程图，显示该第一优选实施例的操作方法；

图6为实验数据图，显示该第一优选实施例在耐用性实验中，其电阻切换次数与对应高电阻状态及低电阻状态的导通电流；

图7为操作特性图，显示该第一优选实施例的导通电流与外加电压的关系；及

图8为侧视示意图，显示本发明电阻式存储器结构的第二优选实施例。

【主要元件符号说明】

10：电阻式存储器结构；

2：第一电极层；

3：电阻切换层；

31：切换基层部；

32：多孔隙部；

33：电极延伸部；

4：扩散金属层；

5：第二电极层。

具体实施方式

现有关本发明的详细内容及技术说明，以实施例来作进一步说明，但应了解的是，这些实施例仅为例示说明的用途，而不应被解释为本发明实施的限制。

参阅图3、5、6，本发明电阻式存储器结构10的第一优选实施例，该电阻式存储器结构10包括：一层状且为可导电材质的第一电极层2、一披覆在该第一电极层2上的电阻切换层3、一披覆在该电阻切换层3上的扩散金属层4，及一披覆在该扩散金属层4上且为可导电材质的第二电极层5。

具体来说，所述电阻式存储器结构10是层状堆叠而成的三明治结构，并且该电阻切换层3与该扩散金属层4是设置在该第一与第二电极层2、5之间。而本实施例的第一电极层2可为氮化钛(TiN)材质，此外该第二电极层5可为铂(Pt)材质。