[发明专利]具有多层器件结构的电阻式随机存取存储器（RRAM）

说明书

技术领域

本专利文件中描述的技术涉及电阻式随机存取存储器(RRAM)，更具体地，涉及RRAM器件中的氧化物基电阻层。

背景技术

电阻式随机存取存储器(RRAM)是一种具有存储器单元的非易失性存储器，该存储单元由夹在两个电极之间的氧化物基电阻层构成。由于RRAM的成本低、结构简单、运行速度快、运行功率低和非破坏性读出的特性，所以RRAM是下一代非易失性存储器的候选器件。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种电阻式存储器，包括：第一电极和第二电极；以及多层电阻切换网络，设置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述多层电阻切换网络包括：IV族元素掺杂层；第一碳掺杂层，设置在所述IV族元素掺杂层和所述第一电极之间；和第二碳掺杂层，设置在所述IV族元素掺杂层和所述第二电极之间。

在上述存储器中，所述IV族元素掺杂层包括掺杂到介电材料内的金属材料。

在上述存储器中，所述介电材料包括氧化硅或氧化铪。

在上述存储器中，所述金属材料包括锆、钛或铪。

在上述存储器中，所述第一碳掺杂层包括掺杂到第一介电材料内的碳，并且所述第二碳掺杂层包括掺杂到第二介电材料内的碳。

在上述存储器中，所述第一介电材料和所述第二介电材料的每种均包括氧化硅或氧化铪。

在上述存储器中，所述第一介电材料和所述第二介电材料包括相同的元素。

在上述存储器中，所述第一碳掺杂层中的碳的浓度与所述第二碳掺杂层中的碳的浓度不同。

在上述存储器中，所述第一碳掺杂层的厚度与所述第二碳掺杂层的厚度不同。

在上述存储器中，所述IV族元素掺杂层的厚度高于所述第一碳掺杂层的厚度或所述第二碳掺杂层的厚度。

根据本发明的另一方面，还提供了一种制造电阻式存储器的方法，包括：使用溅射在第一电极上形成第一碳掺杂层；使用溅射在所述第一碳掺杂层上形成IV族元素掺杂层；使用溅射在所述IV族元素掺杂层上形成第二碳掺杂层；以及使用溅射在所述第二碳掺杂层上形成第二电极。

在上述方法中，使用溅射在所述第一电极上形成所述第一碳掺杂层包括：将导电膜用作电极层；以及通过使用溅射将介电材料和碳靶共沉积在所述电极层上使得所述介电材料掺杂有碳来形成碳掺杂薄膜。

在上述方法中，所述导电膜是氮化钛膜。

在上述方法中，所述介电材料包括氧化硅或氧化铪。

在上述方法中，使用溅射在所述第一碳掺杂层上形成所述IV族元素掺杂层包括：通过使用溅射将介电材料和IV族元素靶共沉积在所述第一碳掺杂层上使得所述介电材料掺杂有所述IV族元素来形成IV族元素掺杂膜。

在上述方法中，所述IV族元素包括锆、钛或铪。

在上述方法中，所述介电材料包括氧化硅或氧化铪。

在上述方法中，使用溅射在所述IV族元素掺杂层上形成所述第二碳掺杂层包括：通过使用溅射将介电材料和碳靶共沉积在所述IV族元素掺杂层上使得所述介电材料掺杂有碳来形成碳掺杂膜。

在上述方法中，所述介电材料包括氧化硅或氧化铪。

根据本发明的又一方面，还提供了一种电阻式存储器单元，包括：一对电极；以及多层电阻切换网络，设置在所述一对电极之间，所述多层电阻切换网络包括：一对碳掺杂层，每个碳掺杂层均包括掺杂有碳的氧化硅；和IV族元素掺杂层，设置在所述一对碳掺杂层之间，所述IV族元素掺杂层包括掺杂有IV族元素的氧化硅。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1示出了根据一些实施例的示例性RRAM单元的截面图。

图2示出了根据一些实施例的示例性电阻切换网络的截面图。

图3是示出通过在电阻切换网络中使用碳掺杂剂可以增大电阻切换网络从一种状态切换至另一种状态的电阻切换速度的图。

图4是根据一些实施例示出形成在电阻切换网络中具有多个层的RRAM单元的示例性方法的工艺流程图。

图5是示出形成在电阻切换网络中具有多个层的RRAM单元的另一示例性方法的工艺流程图。

具体实施方式