[发明专利]阻变型非易失性存储元件

说明书

本专利申请要求2007年5月9日提交的第60/928,648号美国临时专 利申请的权益，在此以引用方式将其全部并入本发明。

技术领域

本发明涉及由阻变型金属氧化物形成的非易失性存储元件。

背景技术

这种阻变型非易失性存储元件用在需要持续稳定存储的系统中。例 如，数码相机用非易失性存储卡存储图像，数码音乐播放器用非易失性 存储元件存储音频数据。非易失性存储器还可用在计算机环境中持续稳 定地存储数据。

随着器件尺寸的减小，缩放问题向传统非易失性存储工艺的制造发 起了挑战。这导致了对可替代的非易失性存储工艺的研究，包括阻变型 非易失性存储器。

使用具有不同电阻的两个或更多个稳态的存储元件，可形成阻变型 非易失性存储。双稳态存储具有两个稳态。使用合适的电压或电流，可 将双稳态存储元件放置于一种高阻态或低阻态中。具体地，使用电压脉 冲将所述存储元件从一种阻态转换至另一种阻态。使用非破坏性的读操 作能够确定存储单元中存储的数据位的值。

已经披露了基于金属氧化物转换元件的阻变。但是，这种转换元件 经常具有以下至少其中一项：i)用于“高”(即“关”)和/或“低”(即“开”) 状态的高阻不够高；ii)关状态和/或重置电流不够低；iii)转换行为差； iv)电分散性差；v)成品率低；vi)热稳定性差和/或vii)用于实际器件 时的可靠性差。

因此，希望能够形成高质量的阻变型非易失性存储元件，该元件能 够解决这些方面中的至少一部分和可能的其他方面。

发明内容

根据本发明，形成用于集成电路如存储阵列的阻变型非易失性存储 元件。每个所述非易失性存储元件可具有第一导电层、阻变型金属氧化 物层和第二导电层。所述非易失性存储元件可层层堆叠以形成一种堆栈 式存储阵列。

使用金属如过渡金属可形成所述金属氧化物，可将掺杂剂添加至所 述金属氧化物。

所述第一导电层可由一种金属氮化物形成。所述金属氮化物可为二 元或三元金属氮化物，并且可包括多于一种的金属。所述金属氮化物中 最流行的金属与所述金属氧化物层中最流行的金属是相同的。

所述第二导电层可包括i)(可选的)粘附层/阻障层和ii)逸出功控 制层，该逸出功控制层由高逸出功金属(例如铂、铱、钯、镍、铼、铑 等等)或金属化合物(例如氧化铱、氧化钌、氮化铝钛等等)形成。

所述金属氧化物可形成与所述第一导电层欧姆接触(ohmiccontact) 或肖特基接触(Schottkycontact)。所述第二导电层可形成与所述金属氧 化物层欧姆接触或肖特基接触。优选地，所述第一或第二导电层形成与 所述金属氧化物欧姆接触，并且与之相对的接触(opposingcantact)形成 与所述金属氧化物肖特基接触。

在一个优选实施例中，所述第一导电层为金属氮化物，其中所述金 属氮化物中最流行的金属与所述金属氧化物层中最流行的金属是相同 的。并且所述第一导电层形成与所述金属氧化物欧姆接触，而第二导电 层形成与所述金属氧化物肖特基接触。在另一个实施例中，前述的第二 导电层由高逸出功金属(例如铂、铱、钯、镍、铼、铑等等)或金属化 合物(例如氧化铱、氧化钌、氮化铝钛等等)形成。在另一个实施例中， 前述的金属氧化物是非化学计量的。

根据附图以及下面的详细描述，本发明的进一步特征、本质和各项 优点将更加显而易见。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的示例性阻变型存储元件阵列的示意 图；

图2A是根据本发明一个实施例的示例性阻变型非易失性存储元件的 剖面图；

图2B是根据本发明另一个实施例的示例性阻变型非易失性存储元件 的剖面图；

图3是根据本发明一个实施例的具有图2A和图2B所示类型的阻变型 非易失性存储元件如何具有双稳态行为的曲线图；

图4是根据本发明一个实施例的示例性阻变型存储元件与一个二极 管串联的示意图；

图5是根据本发明一个实施例的示例性阻变型存储元件与一个电子 器件串联的示意图；

图6是根据本发明一个实施例的示例性阻变型存储元件与两个电子 器件串联的示意图；

图7是根据本发明一个实施例的示例性的含有多层阻变型非易失性 存储元件的堆栈式存储器的剖面示意图；