[发明专利]高可靠性和高密度的电阻转换随机存取存储器的方法和结构

权利要求书

1.一种电阻式随机存取存储器(RRAM)结构，包括：

底部电极，位于衬底上；

电阻材料层，位于所述底部电极上，所述电阻材料层具有导电丝比率大于约0.5的导电丝部件；以及

顶部电极，位于所述电阻材料层上。

2.根据权利要求1所述的RRAM结构，其中，

所述导电丝部件具有特征尺寸S_m的尺寸分布；

所述导电丝部件包括第一子集部件和第二子集部件，每个第一子集部件都具有小于S_m的半径，而每个第二子集部件都具有大于S_m的半径；以及

所述导电丝比率被定义成A_s/(A_s+A₁)，其中，A_s是所述第一子集部件的截面积的第一总和，以及A₁是所述第二子集部件的截面积的第二总和。

3.根据权利要求2所述的RRAM结构，其中，所述特征尺寸S_m是所述导电丝部件的所述尺寸分布的中值。

4.根据权利要求2所述的RRAM结构，其中，所述特征尺寸S_m约为5nm。

5.根据权利要求1所述的RRAM结构，其中，所述电阻材料层包括：

过渡金属氧化物；以及

由缺陷工程处理所生成的缺陷工程膜。

6.根据权利要求1所述的RRAM结构，还包括设置在所述电阻材料层和所述顶部电极之间的保护层，

其中，所述保护层和所述电阻材料层是选自由钛和氧化锆、钽和氧化钽、钛和氧化铪以及铪和氧化铪所组成的组中的一对材料。

7.根据权利要求1所述的RRAM结构，还包括由缺陷工程处理所生成的缺陷工程膜。

8.根据权利要求1所述的RRAM结构，还包括与所述底部电极电连接的场效应晶体管(FET)。

9.一种集成存储器件，包括：

场效应晶体管(FET)，形成在衬底上；以及

电阻式随机存取存储器(RRAM)结构，形成在所述衬底上并且与所述FET电连接，其中

所述RRAM结构还包括底部电极、位于所述底部电极上的过渡金属氧化物层和位于所述过渡金属氧化物层上的顶部电极，并且

所述过渡金属氧化物层包括导电丝比率大于约0.5的导电丝部件。

10.一种用于操作具有RRAM结构的电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的方法，所述RRAM结构包括底部电极、顶部电极和介于所述底部电极和所述顶部电极之间的电阻材料层，所述方法包括实施双向形成工艺，所述双向形成工艺包括：

通过对所述RRAM结构施加第一极性的第一电压来实施第一形成操作；

通过对所述RRAM结构施加与所述第一极性相反的第二极性的第二电压来实施第二形成操作。