[发明专利]并入有阻挡层的1S1R存储单元

说明书

薄膜1S1R位单元包含位于选择器元件与存储器元件之间的阻挡部。还描述了包含这些位单元的器件和形成这些位单元的方法。在实施例中，选择器元件和存储器元件均为电介质材料，并且有利地为金属氧化物。位于选择器元件与存储器元件之间的是阻挡部，其用于减小选择器材料和存储器材料的混合和/或反应。将具有适合的材料属性的阻挡层添加到1S1R叠置体中可以通过抵抗由位单元在操作期间经历的热和/或电场应力驱动的选择器薄膜材料和存储器薄膜材料的混合和/或反应来延长包含叠置体的位单元的操作寿命。在实施例中，阻挡部层可以包括具有与选择器元件和存储器元件的(多种)材料组分不同的组分的一个或多个材料层。

背景技术

非易失性存储器(NVM)是广泛用在微电子产业中的存储器的形式。迄今为止，NVM的主要形式已经为闪速存储器(例如，NAND、NOR等等)。然而，许多替代的NVM技术在下一代器件的发展之下。对于下一代NVM技术的一种考虑是其可以多容易与CMOS逻辑电路集成。嵌入式非易失性存储器(e-NVM)是与逻辑器件(例如，在CMOS技术中制造)在片上集成的非易失性存储器。因此e-NVM与独立式NVM不同，在独立式NVM中，存储器阵列在专用于存储器的衬底上被制造。嵌入式NVM有利地消除了对处理器与片外存储器之间的芯片间通信的需要，并因此实现了对在片上实现的任何逻辑单元以及e-NVM(例如，CPU的核、图形处理器执行单元等等)的高速数据访问和宽的总线宽度的性能。

关于各种NVM技术，电阻式存储器技术针对分立和e-NVM应用两者继续表明是大有前途的。在电阻式存储器(例如电阻随机存取存储器(ReRAM或RRAM))中，位单元通常包括可切换的相对绝缘的存储器材料设置在两个相对较导电的电极之间的两端器件。在位单元内，存储器材料可以在两种不同状态之间切换：高电阻状态(HRS)，其可以代表关闭或0状态；以及低电阻状态(LRS)，其可以代表打开或1状态。典型地，重置过程用于使用重置电压来将ReRAM器件切换到HRS，并且设置过程用于使用设置电压来将ReRAM器件切换到LRS。

对于电阻式存储器技术的重要度量之一是编程电压。由于在现有技术CMOS中发现的有限的操作电压(例如，V_cc0.9V)，获得足够低的编程电压对于e-NVM应用是尤其具有挑战性的。

针对低编程电压的许多ReRAM器件架构已经被高的潜通路泄漏困扰。如果位单元关闭状态泄漏太高，则大的纵横制(cross-bar)阵列可能消耗太多功率。一些混合ReRAM位单元架构还包含薄膜选择器元件(1S)以及电阻式存储器元件(1R)，以便以与选择器元件相关联的编程电压开销的一些代价减少关闭状态的泄漏。这种“1R1S”位单元架构可以用许多存储器元件技术中的任何技术单片集成的许多选择器元件技术中的任何技术来实现。

针对电阻式存储器技术的重要度量中的另一个是位单元可靠性。可靠性通常被描述有多个设置/重置周期的特征。对于商业应用，位单元可能需要在百万或更多的周期上显示稳定性。

附图说明

在附图中通过示例的方式而不是通过限制的方式示出了本文中所描述的材料。为了说明的简单和清楚，附图中所示的元件并不必须按比例绘制。例如，为了清楚，一些元件的尺寸可以相对于其它元件放大。此外，在被认为是适当的情况下，已经在附图中重复了附图标记以指示对应的或类似的元件。在附图中：

图1A是根据实施例的包含位于选择器元件与存储器元件之间的阻挡部的薄膜1S1R位单元的电路原理图；

图1B是根据实施例的示出薄膜1S1R位单元的I-V响应的图，所述薄膜1S1R位单元包含位于选择器元件与存储器元件之间的阻挡部；

图2A是根据实施例的包含位于选择器电介质材料与存储器氧化物材料之间的体导电氧化物阻挡部材料的薄膜1S1R位单元的截面视图；

图2B是根据实施例的包含位于选择器电介质材料与存储器氧化物材料之间的非氧化物金属化合物的薄膜1S1R位单元的截面视图；