204由相同或相似的材料形成。在某些实施例中，RRAM存储单元结构的3D交错阵列形成于半导体基材中。
[0043]请参照图5，其显示将本发明另一实施例的RRAM存储单元结构应用至3D交错阵列。本实施例与图4的实施例的差异在于，本实施例的RRAM存储单元结构还包括夹设于第一电阻转换层304与彼此平行的水平导线302之间的第三电阻转换层301。在本实施例中，当彼此平行的水平导线302及彼此平行的垂直导线308各自由与前述实施例的第一电极层202及第二电极层208相同或相似的材料形成时，第一电阻转换层304、第二电阻转换层306及第三电阻转换层301可各自由与前述实施例中的第一电阻转换层204、第二电阻转换层206及第三电阻转换层201相同或相似的材料形成。
[0044]可理解的是本发明不局限于上述配置。在其他实施例中，当彼此平行的水平导线302及彼此平行的垂直导线308各自由与前述实施例的第二电极层208及第一电极层202相同或相似的材料形成时，第三电阻转换层301亦可夹设于第二电阻转换层306与彼此平行的垂直导线308之间(未绘示)。在本实施例中，第一电阻转换层304、第二电阻转换层306及第三电阻转换层301可各自由与前述实施例中的第二电阻转换层206、第一电阻转换层204及第三电阻转换层201相同或相似的材料形成。
[0045]如图4及5所示，RRAM 3D交错阵列仅包含1R存储单元结构。因为本发明的1R存储单元结构不需中间金属层，故RRAM 3D交错阵列可被轻易制造。并且，由于在此所述的1R存储单元结构具有自限流及自整流的特性，其亦可解决传统RRAM3D交错阵列的1R存储单元的潜电流的问题。因此，本发明所述的RRAM 3D交错阵列可用于下一代的非易失性存储器，且具有极大的潜力可取代快闪式存储器装置。
[0046]图6显示依照本发明一些实施例的RRAM的电流对电压图。在一实施例中，RRAM由Ta层、Ta205层、Ti02层及TiN层依序堆叠形成。在另一实施例中，RRAM由Ta层、Ta205层、Ti02层、T1x层及TiN层依序堆迭形成，其中0〈x〈2。
[0047]如图6所示，本发明各个实施例的RRAM可看出明显的自整流特性。此外，上述RRAM为一双极型(bipolar)的RRAM,其可通过施予一正电压而转换至设定(set)状态,且通过施予一负电压而转换至重设(reset)状态。上述RRAM可被约+4V的最小电压转换至设定状态及被约-4V的最小电压转换至重设状态(+/-2V的电压用以进行读取而非用以设定或重设此装置)。并且，当负电压增加时(甚至增加至-4V)，本发明的RRAM可具有一小于约10 2 的电流限制极限(current compliance limit level)。
[0048] 虽然本发明已以数个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰。因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的为准。
【主权项】
1.一种自整流电阻式随机存取存储器RRAM存储单元结构，其特征在于，包含: 一第一电极层，由一第一金属元素的氮化物构成； 一第二电极层，由一与该第一金属兀素不同的第二金属兀素构成；以及 一第一电阻转换层与一第二电阻转换层，其中该第一电阻转换层夹设于该第一电极层与该第二电阻转换层之间，且该第二电阻转换层夹设于该第一电阻转换层与该第二电极层之间； 其中该第一电阻转换层具有一第一能隙，该第二电阻转换层具有一第二能隙，该第一能隙小于该第二能隙。2.如权利要求1所述的自整流RRAM存储单元结构，其特征在于，该第一金属元素及该第二金属元素分别择自组成的族群:T1、Ta、N1、Cu、W、Hf、Zr、Nb、Y、Zn、Co、Al、S1、Ge及其口 ο3.如权利要求1所述的自整流RRAM存储单元结构，其特征在于，该第一电阻转换层是由该第一金属元素的氧化物构成，且该第二电阻转换层是由该第二金属元素的氧化物构成。4.如权利要求3所述的自整流RRAM存储单元结构，其特征在于，还包括一第三电阻转换层，夹设于该第一电阻转换层与该第一电极层之间，其中该第三电阻转换层为非化学计量比的该第一金属元素的氧化物，该第一电阻转换层为化学计量比的该第一金属元素的氧化物。5.如权利要求4所述的自整流RRAM存储单元结构，其特征在于，该第一电阻转换层是Ti02层，该第二电阻转换层是Ta205层，该第三电阻转换层是T1x层，其中0〈x〈2。6.如权利要求1所述的自整流RRAM存储单元结构，其特征在于，该自整流RRAM存储单元结构是一双极型的RRAM。7.如权利要求1所述的自整流RRAM存储单元结构，其特征在于，该第二能隙比该第一能隙大至少0.5eV。8.一种RRAM 3D交错阵列，其特征在于，包含: 一组彼此平行的水平导线，由一第一金属元素的氮化物构成； 一组彼此平行的垂直导线，由一与该第一金属元素不同的第二金属元素构成；以及 一第一电阻转换层与一第二电阻转换层，形成于每一水平导线的侧壁上并接触于该组彼此平行的垂直导线； 其中该第一电阻转换层具有一第一能隙，该第二电阻转换层具有一第二能隙，该第一能隙小于该第二能隙。9.如权利要求8所述的RRAM3D交错阵列，其特征在于，该第一电阻转换层是由该第一金属元素的氧化物构成，且该第二电阻转换层是由该第二金属元素的氧化层构成。10.如权利要求9所述的RRAM3D交错阵列，其特征在于，还包括一第三电阻转换层，设置于该第一电阻转换层与对应该第一电阻转换层的水平导线之间，其中该第三电阻转换层为非化学计量比的该第一金属元素的氧化物，该第一电阻转换层为化学计量比的该第一金属元素的氧化物。11.如权利要求10所述的RRAM3D交错阵列，其特征在于，该第一电阻转换层是Ti02层，该第二电阻转换层是Ta205层，该第三电阻转换层是T1x层，其中0〈x〈2。12.如权利要求8所述的RRAM3D交错阵列，其特征在于，该第一金属元素及该第二金属元素系分别择自组成的族群:T1、Ta、N1、Cu、W、Hf、Zr、Nb、Y、Zn、Co、Al、S1、Ge及其合金。13.如权利要求8所述的RRAM3D交错阵列，其特征在于，该第二能隙比该第一能隙大至少0.5eV014.如权利要求8所述的RRAM3D交错阵列，其特征在于，该组彼此平行的水平导线为位线，且该组彼此平行的垂直导线为字线。15.如权利要求8所述的RRAM3D交错阵列，其特征在于，该组彼此平行的水平导线为字线，且该组彼此平行的垂直导线为位线。
【专利摘要】本发明提供一种自整流电阻式随机存取存储器存储单元结构RRAM及3D交错阵列，该存储单元结构包括由第一金属元素的氮化物所构成的一第一电极层、由与第一金属元素不同的第二金属元素所构成的一第二电极层以及一第一电阻转换层与一第二电阻转换层，其中第一电阻转换层夹设于第一电极层与第二电阻转换层之间，且第二电阻转换层夹设于第一电阻转换层与第二电极层之间，且第一电阻转换层具有一第一能隙，第二电阻转换层具有一第二能隙，第一能隙小于第二能隙。本发明的存储单元结构不需中间金属层，且具有自限流及自整流的特性，可方便制造RRAM？3D交错阵列，并解决潜电流问题。
【IPC分类】H01L27/24
【公开号】CN105470277
【申请号】CN201410461333
【发明人】侯拓宏, 徐崇威, 周群策, 赖韦利
【申请人】华邦电子股份有限公司
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2014年9月11日