[发明专利]用于三维非易失性电阻式随机存取存储器的纳米颗粒基体

说明书

本公开主要涉及一种三维NVM RRAM装置中的纳米颗粒基体。该RRAM装置使用可以沉积到高深宽比沟道中的材料，材料具有良好的循环性能，短的擦和写时间，以及与CMOS兼容的写/擦电压。RRAM材料设置于装置的两个电极之间，并包括分布于绝缘基体内的导电纳米颗粒。颗粒低于渗流阈值分布。

技术领域

本公开的实施例总体上涉及在三维非易失性存储器(NVM)电阻式随机存取存储器(RRAM)装置中分布的纳米颗粒的集合。

背景技术

当前有用于在计算系统中存储信息的若干不同的存储器技术。这些不同的存储器技术总体上可以分为两大类，即易失性存储器和非易失性存储器。易失性存储器总体上指需要电力以保留所存储的数据的计算机存储器类型。而另一方面，非易失性存储器总体上是指不需要电力以保留所存储的数据的计算机存储器类型。易失性存储器的类型的示例包括随机存取存储器(RAM)中的某些类型，比如动态RAM(DRAM)和静态RAM(SRAM)。非易失性存储器的类型的示例包括只读存储器(ROM)、闪存存储器，比如NOR和NAND闪存等等。

近年来，已经有对具有更高密度(容量)的装置的需求，其具有每比特相对较低成本，以用于大容量存储应用之中。当前，总体上主导计算产业的存储器技术是DRAM和NAND闪存；然而，这些存储器技术可能无法满足下一代计算系统在当前和未来对容量的需求。

最近，若干新兴的技术作为下一代存储器类型中的潜在竞争者，已经引起了越来越多的关注。这些新兴技术中的一些包括相变存储器(PCM)、电阻式随机存取存储器(已知缩写为ReRAM或RRAM)及其它。RRAM(其与PCM共有的相似性在于它们都是通过具有与状态相关的电阻的机构来进行操作)也是一种总体上使用电阻的变化来存储数据的非易失性存储器技术。

这些不同的新兴存储器技术中的每一种都可能是重要的竞争者，其在固态存储应用中淘汰NOR和NAND闪存、且在NAND闪存情况下淘汰固态硬盘驱动器(SSD)。因此，可能需要提供一种技术，其可以用于实现非易失性存储器中的更高容量，同时最小化每比特的成本。

发明内容

本公开总体上涉及一种分布在三维NVM RRAM装置中的纳米颗粒。RRAM装置使用可以沉积到高深宽比沟道中的材料，材料具有良好的循环性能，短的擦和写时间，以及与CMOS兼容的写/擦电压。RRAM材料设置于装置的两个电极之间，并包含分布于绝缘基体内的导电纳米颗粒。该颗粒低于渗流阈值在空间上分布。

在一个实施例中，非易失性存储器装置包括第一电极；第二电极；以及设置在第一电极和第二电极之间的第一存储器材料，其中，第一存储器材料包括绝缘材料，绝缘材料具有分布在绝缘材料内的多个导电纳米颗粒，其中，所述纳米颗粒以使得大多数颗粒低于渗流阈值分布的方式在空间上分布，且其中导电纳米颗粒选自由以下金属组成的组：钯、铑、钌、铂、镍、金、银、铝、钛、钨、锆、锡、钼、铬、钽、铪、锆、钒、及其合金。

在另一个实施例中，非易失性存储器装置包括衬底；设置在衬底上的第一绝缘层；设置在第一绝缘层上的第一电极层；设置在第一电极层上的第二绝缘层；设置在第二绝缘层上的第二电极层；设置在第二电极层上的第三绝缘层，其中，穿过第三绝缘层、第二电极层、第二绝缘层、第一电极层和第一绝缘层形成通孔或沟槽，以暴露衬底的部分；存储器材料层设置在通孔或沟槽内，其中存储器材料包括绝缘材料，绝缘材料具有分布在绝缘材料中的多个金属纳米颗粒，其中纳米颗粒的大部分低于渗流阈值分布，并且其中金属纳米颗粒选自由以下材料组成的组：钯、铂、铑、钌、镍、金、银、铝、钛、钨、锆、锡、钼、铬、钽、铪、钒、及其合金；以及设置在该存储器材料层上的至少一个上电极。