[发明专利]具有聚焦的电场的电阻式随机存取存储器单元

说明书

技术领域

本公开的实施例总体上涉及数据存储和计算机存储器系统，并且更具体地，涉及电阻式随机存取存储器装置结构及其制造方法。

背景技术

任何计算机的重要部分是大容量存储装置，其典型地可包括旋转磁介质或固态介质装置。如今存在许多不同的存储器技术，用于存储在计算系统中使用的信息。

近年来，已经有在大容量存储应用中使用更高密度的装置的需求，这维持每位相对低的成本。如今，通常主导计算行业的存储器技术是磁介质和NAND闪存；然而，这些存储器技术可能无法解决下一代计算系统的当前和未来的容量需求。

电阻式随机存取存储器(ReRAM)是用于下一代非易失性存储器(NVM)装置的新兴技术。ReRAM装置的存储器结构包括单元的阵列，每个单元都携带一个或多个数据位。ReRAM装置的存储器结构利用电阻值而不是电荷来存储数据。ReRAM装置由电介质材料制成，其电阻率可以通过电信号的施加来切换。典型的ReRAM单元包括夹在导电电极之间的一个或多个电介质层。一些现有的ReRAM单元通过丝极状(filamentary)切换机制工作，并且丝极(filament)形成的关键驱动器是由施加到ReRAM单元电极的电势差形成的电场。然而，控制丝极位置已经显示出是有问题的。维持丝极位置的控制是重要的，以避免装置边缘附近的丝极形成，并且从而控制装置良率和切换再现性。此外，典型ReRAM装置的金属合金具有对蚀刻和/或研磨的各种敏感性。

虽然其它ReRAM单元中的切换机制可能仅部分地或根本不由丝极的形成所调整，但是所有类型的ReRAM通过电介质上的电场的作用而工作，从而在任何类型的ReRAM中出现对聚焦电场的需要。

因此，在技术中存在对能够将电场聚焦在单元中心处的改进的ReRAM存储单元的需要。

发明内容

本公开总体上涉及用于将电场聚焦在单元中心处的电阻式随机存取存储器(ReRAM)装置单元的电极结构及其制造方法。因此，可将非均匀金属电极沉积到ReRAM装置上，随后在单元制造期间将其暴露于氧化或氮化工艺。电极结构可以包含包括第一材料和第二材料的至少一个层，其中第一材料和第二材料的浓度基于电极内的位置而变化。通过使得第二材料更加电绝缘的工艺，形成金属电极轮廓以有利于使单元中心作为具有最大电场的位置。该轮廓可以是圆锥或金字塔状，这取决于在处理之前的电极的形状。因此，非易失性存储器组件的尺寸缩放和可靠性均增加。

在一个实施例中，公开了一种电阻式随机存取存储器(ReRAM)装置。该ReRAM装置包括多层金属电极结构和切换介质。多层金属电极结构可包括多个层。多个层中的每个层可包括选自第一组的第一材料和选自第二组的第二材料。第一组由Ag、Au、Pt、Pd、Cu、Rh、或者其合金或混合物组成。第二组由Mg、Ta、TaN、Si、Al、Ti、TIN、W、Hf、Nb、Zr、或者其合金或混合物组成。多个层中的最接近切换介质的第一层可包括第二组的第二材料的最大浓度。多个层中的最远离切换介质的第二层可包括第二组的第二材料的最低浓度。

在另一个实施例中，公开了一种存储器装置。该存储器装置可包括至少一个层、切换介质和接触体。该层可位于切换介质和接触体之间。至少一个层可包括第一组的元素中的一个和第二组的元素中的一个。第一元素选自由Ag、Au、Pt、Pd、Cu、Rh、或者其合金或混合物组成的第一组。第二元素选自由Mg、Ta、TaN、Si、Al、Ti、TiN、W、Hf、Nb、Zr、或者其合金或混合物组成的第二组。第一组的元素的浓度可连续地变化，第二组的元素的浓度可连续地变化。在切换介质附近的第二组的元素的浓度可以最大。最远离切换介质的第一组的元素的浓度最大。