[发明专利]在下电极上具有缓冲层的可变电阻存储器件

说明书

技术领域

本发明涉及非易失性存储器件，更特别地，涉及非易失性可变电阻存储器件，其在包括具有可变电阻特性的过渡金属氧化物的存储器件的下电极上采用缓冲层，从而导致复位电流(reset current)减小。

背景技术

已经进行了许多努力来研发具有增大的每单位面积存储单元数，即增大的集成密度的半导体器件，且该半导体器件可以以低功耗高速运行。

通常，半导体存储器件包括通过电路连接的多个存储单元。在用作一般半导体存储器件的动态随机存取存储器(DRAM)中，单位存储单元通常包括一个开关和一个电容器。DRAM具有高集成密度和高运行速度的优点。但是，问题在于当切断电源时，丢失其所存储的所有数据。

在非易失性存储器件例如闪存器件中，即使切断电源，仍然保持所存储的全部数据。与易失性存储器不同，闪存具有非易失性特点，但其缺点在于相较于DRAM，其具有低集成密度和低运行速度。

目前研究较多的非易失性存储器件可包括磁随机存取存储器(MRAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)、相变随机存取存储器(PRAM)、电阻随机存取存储器(RRAM)等。

诸如上述RRAM的非易失性存储器利用过渡金属氧化物的电阻根据施加到该过渡金属氧化物的电压而变化的特性(可变电阻特性)。

图1A示出可变电阻RAM(RRAM)的一般结构。使用过渡金属氧化物(TMO)作为可变电阻材料的RRAM具有开关特性，使其能用作存储器。

参考图1A，形成下电极10、氧化物层12和上电极14。下电极10和上电极14通常由导电材料构成，一般为金属，氧化物层12由具有可变电阻特性的过渡金属氧化物构成。过渡金属氧化物的特别示例包括ZnO、TiO₂、Nb₂O₅、ZrO₂、NiO等。

图1B是示出图1A所示的常规非易失性可变电阻存储器件的操作特性的曲线图。下电极由具有约20nm厚度的Ru构成，在下电极上形成氧化物层。氧化物层由具有约50nm厚度的NiO构成。在氧化物层上形成上电极且上电极由具有约20nm厚度的Ru构成。然后，施加电压并测量电流。

参考图1B，当第一开关循环中施加约0.7V的电压时，复位电流约为3mA。但是，当进行了50次开关操作循环时，复位电流大大增加至约50mA。由此得知，当重复进行开关操作时，氧化物层12的电阻状态连续改变。结果，操作电压增大且复位电压增大，其导致存储器件可靠性下降的问题。因此，需要研发具有稳定操作特性的存储器件。

发明内容

本发明提供一种非易失性存储器件，通过在下电极和氧化物层之间采用缓冲层，尽管重复开关操作，该存储器件仍能表现出稳定的复位电流。

根据本发明的一个方面，提供一种包括可变电阻材料的非易失性存储器件，该存储器件包括：下电极；形成在该下电极上的缓冲层，该缓冲层由氧化物构成；形成在该缓冲层上的氧化物层，该氧化物层具有可变电阻特性；以及形成在该氧化物层上的上电极。

该缓冲层的功函数可以高于该下电极的功函数。

该上电极的功函数可以高于该氧化物层的功函数。

该下电极可以由具有低于5.0eV的功函数的材料构成。

该下电极可以由W、Ta、Cu、Hf、Mo、Sr、Ag、In或Cr构成。

该缓冲层可以由具有高于5.0eV的功函数的材料构成。

该缓冲层可以由Ru氧化物、Ir氧化物、Cu氧化物、Mn氧化物或Ta氧化物构成。

该氧化物层可以由具有可变电阻特性的p型过渡金属氧化物构成。

该氧化物层可以由Ni氧化物或Cu氧化物构成。

该上电极可以由选自Ru、Rh、Co、Pd、Ni、Re、Pt、Ru-Ta合金、Pt-Hf合金、Pt-Ti合金、Co-Ni合金或Ni-Ta合金的材料，或这些材料的合金构成。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例性实施例，本发明的上述和其他特征和优点将变得更加明显，附图中：

图1A是示出常规非易失性可变电阻存储器件的视图；

图1B是示出常规非易失性可变电阻存储器件的操作特性的图示；

图2是示出根据本发明一实施例的具有形成在下电极上的缓冲层的可变电阻存储器件的视图；

图3是曲线图，示出电压-电流(V-I)特性以说明可变电阻存储器件的操作原理；

图4A是示出根据本发明一实施例具有形成在Ru下电极上的缓冲层的可变电阻存储器件中根据开关循环的阈值电压的图示；