[发明专利]包括n+界面层的可变电阻随机存取存储器

说明书

技术领域

本发明涉及非易失性存储器，更特别地，涉及通过在由普通金属形成的下电极与缓冲层之间包括n+界面层而以低操作电压操作的可变电阻随机存取存储器。

背景技术

具有高集成密度、高速操作特性、和低操作电压的半导体存储器是更优越的。

常规存储器包括连接到存储单元的多个电路。在作为半导体存储器的代表的动态随机存取存储器(DRAM)的情况下，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操作速度。然而，所存储的数据在关闭电源后被擦除。

非易失性存储器在电源被关闭后能保持所存储的数据，这样的非易失性存储器的例子是闪存(flash memory)。闪存是非易失性存储器，其与易失性存储器的区别在于非易失性存储器比DRAM具有较低的集成密度和较慢的操作速度。

正在对非易失性存储器进行很多研究，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)、及电阻随机存取存储器(RRAM)。

上述非易失性存储器中，RRAM主要利用取决于过渡氧化物的电压的可变电阻特性。

图1A是横截面图，示出使用可变电阻材料的具有常规结构的RRAM的结构。使用过渡金属氧化物作为可变电阻材料的RRAM器件具有开关特性以用作存储器。

参照图1A，RRAM具有其中下电极12、氧化物层14、和上电极16顺序形成在衬底10上的结构。下电极12和上电极16由普通导电金属形成，氧化物层14由具有可变电阻特性的过渡金属氧化物形成。该过渡金属氧化物包括ZnO、TiO₂、Nb₂O₅、ZrO₂、NiO等。

图1B是曲线图，示出图1A所示的非易失性可变电阻存储器的操作特性。更具体地，电流通过对样品施加电压来测量，样品中下电极12由Ru形成，氧化物层14由NiO形成，上电极16由Ru形成。参照图1B，当在第一开关周期施加约0.7V到样品时，重置电流为约3mA。然而，在50个开关周期之后，重置电流增加到约50mA。随着开关周期被重复，氧化物层14的电阻状态继续改变，操作电压和重置电压增大，因而降低了非易失性可变电阻存储器的可靠性。因此，需要能具有稳定操作特性的存储器的结构。

由于在闪存器件中高集成是结构上困难的，所以对交叉点(cross-point)型存储器进行了很多研究。因此，需要开发利用可变电阻材料的具有新结构的交叉点型存储器。

另外，还需要具有使用普通金属代替昂贵的贵金属的下电极的存储器。

发明内容

本发明提供一种非易失性存储器，通过在下电极和可变电阻氧化物层之间包括缓冲层且在该缓冲层和该下电极之间包括n+界面层，即使重复进行开关操作时该非易失性存储器也具有稳定的重置电流。

本发明还提供通过使用普通金属作为下电极而具有低制造成本的高集成存储器。

根据本发明的一个方面，提供一种可变电阻随机存取存储器，包括：下电极；n+界面层，其形成在所述下电极上；形成在所述n+界面层上的缓冲层；氧化物层，其形成在所述缓冲层上并具有可变电阻特性；以及上电极，其形成在所述氧化物层上。

所述氧化物层可由p型过渡金属氧化物形成。

所述氧化物层可以是Ni氧化物层。

所述n+界面层可以由选自包括ZnOx、TiOx和IZOx的欠氧(oxygendeficicent)氧化物、及包括ZnO、TiO和IZO的高度掺杂以n型杂质的氧化物构成的组的至少一种形成。

该下电极可以由选自包括Ni、Co、Cr、W、Cu、Ti、或这些金属的合金的组的一种形成。

所述缓冲层可以由n型氧化物形成。

所述缓冲层可以由选自包括Ir氧化物、Ru氧化物、Zn氧化物、和IZO的组的至少一种形成。

所述n+界面层和所述缓冲层可以由相同材料形成。

附图说明

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

图1A是横截面图，示出了使用可变电阻材料具有常规结构的电阻随机存取存储器(RRAM)的结构；

图1B是曲线图，示出了图1A所示的非易失性可变电阻存储器的操作特性；

图2是曲线图，示出了其中缓冲层形成在下电极上的RRAM的重置电流根据开关周期数目的变化；

图3是曲线图，示出使用钨作为下电极的RRAM器件的电流特性；

图4是横截面图，示出根据本发明一实施例具有n+界面层的可变电阻随机存取存储器；