[发明专利]电阻型随机存取存储装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于在2013年3月19日提交的在先美国临时专利申请61/803,211，并要求其优先权，其整体内容在此引入作为参考。

技术领域

本文所述实施例总体涉及电阻型随机存取存储装置。

背景技术

电阻型随机存取存储装置（ReRAM）是一种非易失性存储装置，其中存储元件具有两端子结构，该两端子结构包括夹在两个电极之间的可变电阻层。电阻型随机存取存储装置相比于其它存储装置具有更简单的单元结构，从而认为容易小型化。因此，电阻型随机存取存储装置作为用于替换现有产品（诸如作为高容量存储装置大范围出售的NAND闪存）的下一代高容量存储装置的有力备选正日益受到关注。

对于构成电阻型随机存取存储装置的可变电阻层的可变电阻材料，研究了各种材料，诸如过渡金属氧化物材料、硫化物材料、钙钛矿氧化物材料、半导体材料等。其中，可变电阻层的材料为半导体材料（诸如非晶硅）的电阻型随机存取存储装置与CMOS处理具有高兼容性，从而对于商业化很有前景。然而，由半导体材料形成其可变电阻层的电阻型随机存取存储装置具有在写入状态中，即，低电阻状态，保持性能不足的问题。

发明内容

本发明实施例实现了具有高保持性能的电阻型随机存取存储装置。

根据实施例的电阻型随机存取存储装置包括第一电极、第二电极以及可变电阻部分，其被置于所述第一电极与第二电极之间。该可变电阻部分包括第一绝缘层、第二绝缘层，以及晶层，所述晶层被置于所述第一绝缘层和第二绝缘层之间，具有高于第一电极的电阻率、并且是结晶体。

附图说明

图1为示出根据第一实施例的电阻型随机存取存储装置的存储元件的截面图；

图2A和2B为示出根据第一实施例的存储装置的操作的一个假设机制的示意截面图；

图3A和3B为示出根据第一实施例的存储装置的操作的替代假设机制的示意截面图；

图4为示出第一测试实例的存储元件的截面透射电子显微图；

图5和6为示出存储元件的保持性能的视图；

图7为示出根据第二实施例的电阻型随机存取存储装置的存储元件的截面图；

图8A和8B为示出根据第二实施例的电阻型随机存取存储装置的操作的示意截面图；图8A示出在施加写电压下的装置，图8B示出在关闭写电压之后的装置；

图9为示出根据第三实施例的电阻型随机存取存储装置的存储元件的截面图；

图10为示出根据第四实施例的电阻型随机存取存储装置的立体图；

图11为示出根据第四实施例的电阻型随机存取存储装置的截面图；

图12为示出根据第五实施例的电阻型随机存取存储装置的截面图；以及

图13为示出根据第六实施例的电阻型随机存取存储装置的截面图。

具体实施方式

此处将参考附图描述本发明的实施例。

（第一实施例）

首先描述第一实施例。

图1为示出根据实施例的电阻型随机存取存储装置的存储元件的截面图。

如图1所示，在根据该实施例的电阻型随机存取存储装置的存储元件10中，以如下次序层叠电极11、绝缘层12、晶层13、绝缘层14以及电极15。从绝缘层12、晶层13及绝缘层14形成可变电阻部分20。

电极11为传导金属，用于对可变电阻部分20供应离子。为此，电极11的材料基于容易离子化的金属。例如，电极11的材料可基于选自由如下材料构成的组中的一种或多种金属：银（Ag）、铜（Cu）、钴（Co）、镍（Ni）、铝（Al）、钛（Ti）及金（Au）。

绝缘层12的材料和绝缘层14的材料基于这样的绝缘材料，该绝缘材料基本不与构成电极11的金属原子的阳离子反应。这些材料可基于例如选自于由以下材料构成的组的一种或多种绝缘材料：二氧化硅、氮化硅、氧氮化硅和金属氧化物。金属氧化物可基于例如选自于由以下材料构成的组的一种或多种材料：氧化铪、氧化铝、氧化钛、氧化钽、氧化镍、氧化钨以及氧化钒。绝缘层12的材料和绝缘层14的材料可以是相同或不同的。绝缘层12和绝缘层14的每个膜厚例如为1-5nm。绝缘层12的膜厚和绝缘层14的膜厚可以是相同或不同的。