一种存储器器件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种存储器器件，属于微电子技术以及存储器器件【技术领域】。该存储器器件结构由阻变存储单元和位于阻变存储单元之上的选择单元构成。其中，阻变存储单元结构包括：底层电极、位于底层电极之上的阻变存储层、位于阻变存储层之上的上电极。选择单元结构是由两个反向并联的肖特基二极管构成。本发明提出的存储器器件能够有效抑制双极性阻变器件在交叉阵列中的读串扰问题，可以实现双极性阻变存储器的高密度集成。
【专利说明】一种存储器器件
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子技术以及存储器器件【技术领域】，具体涉及一种由一个双极性电阻转变特性的阻变存储单元和两个反向并联的肖特基二极管选择单元构成的存储器器件。
【背景技术】
[0002]随着诸如手机、笔记本电脑等可携式个人设备的逐渐流行，非挥发性存储器在半导体行业中扮演越来越重要的角色。由于现在主流的闪存(Flash)非挥发性存储器在半导体器件尺寸缩小化过程中存在操作电压大、操作速度慢、耐久力不够好以及记忆时间不够长等缺点，这在很大程度上限制了其在市场以及高科技领域的广泛应用，因此性能更加优越的新兴非挥发性存储器的开发成为了当前研究的热点。
[0003]目前已研制出的新兴非挥发性存储器包括:铁电存储器(FeRAM)、磁存储器(MRAM)、相变存储器(PRAM)以及阻变存储器(RRAM)。在这些存储器当中，以薄膜材料的电阻在外加电压的作用下能够在高阻态(HRS)和低阻态(LRS)之间实现可逆转换为基本工作原理的阻变存储器被认为是下一代存储器的有力候选。主要是因为阻变存储器具有简单的器件结构、较低的功耗、较快的读写速度、存储密度高和良好的可缩小性特点。
[0004]阻变存储器由于具有最理想的4F2(F为每个工艺技术代的特征尺寸)单元面积，交叉阵列结构被认为是阻变存储器实现高密度存储最有效的方法。但是，基于单个阻变存储单元的交叉阵列存在严重的读串扰问题。如图1所示，在一个最简单的2X2交叉阵列结构中，如果有一个阻变存储单元A处于高阻态而其他三个阻变存储单元B，C，D处于低阻态，在读取存储单元A的状态时电流将沿着三个处于低阻态的存储器单元形成一条漏电通道，如图1中的虚线所示，使得读出来的电阻值不是存储单元A的真实电阻值，即所谓的读串扰问题。当阵列mXn(m，n> 2)变得很大时，所述漏电通道将增多，误读现象更加严重。由此可见，采用传统IR结构的交叉阵列实现高密度存储受到很大的限制。
[0005]为了避免IR存储单元结构在交叉阵列中的误读现象，最简单的办法之一是在每个RRAM存储单元上集成一个具有整流特性的二极管形成IDlR存储器单元结构。考虑到与CMOS工艺的兼容性、器件的可缩小性、易于3D集成等特点，最理想的选择是采用基于氧化物材料的肖特基二极管作为IDlR结构中的选择单元。
[0006]目前IDlR结构主要采用具有单极性电阻转变特性的RRAM作为阻变存储单元。这主要是因为单极性的RRAM实现由高阻态向低阻态转变(Set过程)以及由低阻态向高阻态转变(Reset过程)所需要的电压极性相同，如图2(a)所示。对二极管来说，正向电流很大，反向电流很小。当单极性的RRAM和二极管集成构成IDlR结构时，可以在同一种极性电压下实现重复的Set和Reset操作。与单极性的RRAM存储单元相比，发生Set和Reset过程所需电压极性相反的双极性RRAM存储单元具有更加稳定、可靠的电阻转变特性，如图2 (b)所示。然而，当双极性的RRAM和二极管集成构成IDlR结构时，由于二极管的反向电流很小，使得相反电压极性下的Reset操作无法实现，这限制了双极性RRAM器件在IDlR交叉阵列中的应用，进一步阻碍了双极性RRAM器件的高密度集成。因此提出了一种将两个反向并联 的肖特基二极管作为选择单元的存储器器件结构。
【发明内容】
[0007](一 )要解决的技术问题
[0008]有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种存储器器件，以解决双极性阻变存储单元在交叉阵列集成中的读串扰问题。
[0009]( 二 )技术方案
[0010]为达到上述目的，本发明提供了一种存储器器件，该存储器器件由阻变存储单元和位于该阻变存储单元之上的选择单元构成，该阻变存储单元具有双极性电阻转变特性，该选择单元由两个反向并联的肖特基二极管构成。
[0011]上述方案中，所述阻变存储单元结构包括:底层电极、位于底层电极之上的阻变存储层和位于阻变存储层之上的上电极。所述底层电极和上电极采用金属电极材料T1、Al、W或Cu，或者采用导电金属化合物材料TiN或TaN。所述阻变存储层采用二元金属氧化物材料Ti02、NiO、CuO、A1203、ZrO2, HfO2或W03，或者采用多元金属氧化物SrZr03、SrTiO3或PrCaMnO3,或者采用有机材料PVK、CuTCNQ或AgTCNQ，或者采用固态电解液材料Ag2SXu2S或Ag-Ge-Se，或者采用上述任一种材料经过掺杂改性后形成的材料。
[0012]上述方案中，所述选择单元是由两个反向并联的肖特基二极管构成。所述构成选择单元的两个反向并联的肖特基二极管结构相同，均包括:下电极、位于下电极之上的功能层和上电极。所述肖特基二极管的下电极位于阻变存储单元的上电极之上，两个肖特基二极管的上电极由一顶层电极连接；所述肖特基二极管的下电极和上电极采用的材料包括导电电极材料T1、Al、W、Cu、N1、Ag、Au或Pt ;所述顶层电极采用的材料包括导电电极材料T1、Al、W、Cu、N1、Ag、Au或Pt。所述肖特基二极管的功能层材料是氧化物材料NiO、CuO、SnO2,TiO2, HfO2, WO3或ZnO中的至少一种材料，或者是由上述氧化物材料NiO、CuO、SnO2, TiO2,HfO2, WO3或ZnO中的任一种材料经过掺杂改性后形成的材料。
[0013]上述方案中，所述肖特基二极管的上电极与功能层之间形成整流接触，所述肖特基二极管的下电极与功能层之间形成整流接触。
[0014](三)有益效果
[0015]本发明的有益效果是:本发明提出的存储器器件由一个双极性电阻转变特性的阻变存储单元和两个反向并联的肖特基二极管选择单元构成。由于将两个反向并联的肖特基二极管作为选择单元，因此能够提供较大的反向电流来实现双极性阻变存储单元的Reset操作。同时，该存储器器件结构能够有效抑制双极性阻变器件在交叉阵列中的读串扰问题，可以实现双极性阻变存储器的高密度集成。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是阻变存储器交叉阵列中读串扰问题的示意图；
[0017]图2是阻变存储器的电阻转变特性:(a)单极，(b)双极；
[0018]图3是依照本发明实施例的存储器器件的结构示意图:(a)基本结构示意图，(b)等效电路不意图。【具体实施方式】
[0019]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。在此提供的附图及其描述仅用于例示本发明的实施例。在各附图中的形状和尺寸仅用于示意性例示，并不严格反映实际形状和尺寸比例。此外，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示区域的特定形状，图中的表示是示意性的，而不是用于限制本发明的范围。
[0020]图3是依照本发明实施例的存储器器件的结构示意图，其中图3(a)所示为本发明提供的实施例存储器器件的基本结构示意图，如图3(a)所示，本发明提出的存储器器件包括一个双极性电阻转变特性的阻变存储单元和两个反向并联的肖特基二极管选择单元。其结构包括:底层电极10、阻变存储单元的阻变存储层11、阻变存储单元的上电极12、肖特基二极管SBDl的下电极13a、肖特基二极管SBD2的下电极13b、肖特基二极管SBDl的功能层14a、肖特基二极管SBD2的功能层14b、肖特基二极管SBDl的上电极15a、肖特基二极管SBD2的上电极15b、连接肖特基二极管SBDl上电极15a和肖特基二极管SBD2上电极15b的顶层电极16。
[0021]所述构成底层电极10、阻变存储单元的上电极12材料不受限制，包括T1、Al、W、Cu等金属电极，也包括TiN、TaN等导电金属化合物或者其他的导电电极材料。可以理解，所述构成电极10、12的材料和厚度可以相同，也可以不同。
[0022]所述构成阻变存储单元的阻变存储层11的材料不受限制，至少由Ti02、Ni0、Cu0、Al2O3、ZrO2、HfO2、WO3 等二元金属氧化物，SrZrO3、SrTiO3、PrCaMnO3 等多元金属氧化物，PVK、CuTCNQ, AgTCNQ等有机材料，Ag2S、Cu2S、Ag-Ge-Se等固态电解液材料中的一种材料构成，或者由上述任一种材料经过掺杂改性后形成的材料构成。
[0023]所述由底层电极10、阻变存储层11、阻变存储单元的上电极12构成的阻变存储单元具有双极性的电阻转变特性。
[0024]所述构成肖特基二极管SBDl的下电极13a、肖特基二极管SBD2的下电极13b、肖特基二极管SBDl的上电极15a、肖特基二极管SBD2的上电极15b的材料不受限制，包括T1、Al、W、Cu、N1、Ag、Au、Pt等导电电极材料。可以理解，所述构成电极13a、13b、15a、15b的材料和厚度可以相同，也可以不同。
[0025]所述构成肖特基二极管SBDl的功能层14a、肖特基二极管SBD2的功能层14b的材料不受限制，至少由NiO、CuO、SnO2> Ti02、HfO2> WO3> ZnO等氧化物材料中的一种材料构成，或者由上述任一种材料经过掺杂改性后形成的材料构成。
[0026]所述连接肖特基二极管SBDl上电极15a和肖特基二极管SBD2上电极15b的顶层电极16的材料不受限制，包括T1、Al、W、Cu、N1、Ag、Au、Pt等导电电极材料。
[0027]所述构成肖特基二极管SBDl的上电极15a与功能层14a之间形成整流接触。
[0028]所述构成肖特基二极管SBD2的下电极13b与功能层14b之间形成整流接触。
[0029]由上可知，本发明的存储器器件是由一个双极性电阻转变特性的阻变存储单元和两个反向并联的肖特基二极管选择单元构成。对单个肖特基二极管作为选择单元的IDlR结构来说，由于反向电流较小，使得双极性阻变存储单元在相反电压极性下的Reset操作无法实现。当将两个肖特基二极管反向并联时，能够获得较大的反向电流。因此，将两个反向并联的二极管作为选择单元与双极性的RRAM存储单元集成，可以实现双极性阻变存储单元在反向的Reset操作。解决了双极性阻变存储单元不能与肖特基二极管集成的问题。
[0030]综上所述，由于本发明提出的存储器器件是由一个双极性电阻转变特性的阻变存储单元和两个反向并联的肖特基二极管选择单元构成。当将两个反向并联的肖特基二极管作为选择单元，能够提供较大的反向电流来实现双极性阻变存储单元的Reset操作。另外，该存储器器件结构能够抑制双极性阻变器件在交叉阵列中的读串扰问题，可以实现双极性阻变存储器的高密度集成。
[0031]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种存储器器件，其特征在于，该存储器器件由阻变存储单元和位于该阻变存储单元之上的选择单元构成，该阻变存储单元具有双极性电阻转变特性，该选择单元由两个反向并联的肖特基二极管构成。
2.根据权利要求1所述的存储器器件，其特征在于，所述阻变存储单元结构包括:底层电极、位于底层电极之上的阻变存储层和位于阻变存储层之上的上电极。
3.根据权利要求2所述的存储器器件，其特征在于，所述底层电极和上电极采用金属电极材料T1、Al、W或Cu，或者采用导电金属化合物材料TiN或TaN。
4.根据权利要求2所述的存储器器件，其特征在于，所述阻变存储层采用二元金属氧化物材料Ti02、NiO, CuO、A1203、ZrO2, HfO2或W03，或者采用多元金属氧化物SrZr03、SrTiO3或PrCaMnO3，或者采用有机材料PVK、CuTCNQ或AgTCNQ，或者采用固态电解液材料Ag2S、Cu2S或Ag-Ge-Se，或者采用上述任一种材料经过掺杂改性后形成的材料。
5.根据权利要求1所述的存储器器件，其特征在于，所述选择单元是由两个反向并联的肖特基二极管构成。
6.根据权利要求5所述的存储器器件，其特征在于，所述构成选择单元的两个反向并联的肖特基二极管结构相同，均包括:下电极、位于下电极之上的功能层和上电极。
7.根据权利要求6所述的存储器器件，其特征在于， 所述肖特基二极管的下电极位于阻变存储单元的上电极之上，两个肖特基二极管的上电极由一顶层电极连接； 所述肖特基二极管的下电极和上电极采用的材料包括导电电极材料T1、Al、W、Cu、N1、Ag、Au 或 Pt ; 所述顶层电极采用的材料包括导电电极材料T1、Al、W、Cu、N1、Ag、Au或Pt。
8.根据权利要求6所述的存储器器件，其特征在于，所述肖特基二极管的功能层材料是氧化物材料NiO、CuO、SnO2, TiO2, HfO2, WO3或ZnO中的至少一种材料，或者是由上述氧化物材料NiO、CuO、SnO2, TiO2, HfO2, WO3或ZnO中的任一种材料经过掺杂改性后形成的材料。
9.根据权利要求6所述的存储器器件，其特征在于，所述肖特基二极管的上电极与功能层之间形成整流接触。
10.根据权利要求6所述的存储器器件，其特征在于，所述肖特基二极管的下电极与功能层之间形成整流接触。
【文档编号】H01L27/10GK103579238SQ201210285423
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月10日 优先权日:2012年8月10日
【发明者】刘明, 李颖弢, 龙世兵, 吕杭炳, 刘琦 申请人:中国科学院微电子研究所