極層208之間。在一實(shí)施例中，第一電阻轉(zhuǎn)換層204可鄰接第一電極層202，且第二電阻轉(zhuǎn)換層206可鄰接第二電極層208。
[0032]第一電極層202可包含一金屬兀素。在一實(shí)施例中，第一電極層202的金屬兀素的氧化物可為能隙相對(duì)較小的絕緣材料。第二電極層208可包含另一金屬元素(不同于第一電極層202的金屬兀素)。在一實(shí)施例中，第二電極層208的金屬兀素的氧化物可為能隙相對(duì)較大的絕緣材料。第一電極層202及第二電極層208的金屬元素可分別擇自下列組成的族群:T1、Ta、N1、Cu、W、Hf、Zr、Nb、Y、Zn、Co、Al、S1、Ge 及前述的合金。例如，在一實(shí)施例中，第一電極層202可為T(mén)i層,且第二電極層208可為T(mén)a層。在另一實(shí)施例中，第一電極層202可為T(mén)a層，且第二電極層208可為Hf層。
[0033]在本發(fā)明另一實(shí)施例中，第一電極層202可由一金屬元素的氮化物所構(gòu)成。例如，第一電極層202可為T(mén)iN層。再者，第二電極層208可為T(mén)a層。相較于由純金屬兀素(如，Ti)所構(gòu)成的電極層，由金屬元素的氮化物(如，TiN)所構(gòu)成的電極層具有更佳的抗氧化能力。
[0034]第一電阻轉(zhuǎn)換層204可由一具有第一能隙的絕緣體構(gòu)成。第二電阻轉(zhuǎn)換層206可由一具有第二能隙的絕緣體構(gòu)成，且第二能隙較第一能隙大。在一實(shí)施例中，第一能隙及第二能隙可為約leV至約9eV。在某些實(shí)施例中，第二能隙可較第一能隙大至少約0.5eV。
[0035]在一實(shí)施例中，第一電阻轉(zhuǎn)換層204可為第一電極層202的金屬元素的氧化物，且第二電阻轉(zhuǎn)換層206可為第二電極層208的金屬元素的氧化物。例如，在一實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝浑姌O層202為T(mén)i層或TiN層時(shí)，第一電阻轉(zhuǎn)換層204由Ti02構(gòu)成，且當(dāng)?shù)诙姌O層208為T(mén)a層時(shí)，第二電阻轉(zhuǎn)換層206由Ta205構(gòu)成。在另一實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝浑姌O層202為T(mén)a層時(shí)，第一電阻轉(zhuǎn)換層204由Ta205構(gòu)成，且當(dāng)?shù)诙姌O層208為Hf層時(shí)，第二電阻轉(zhuǎn)換層206由Hf02構(gòu)成。上述RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的各膜層的各種材料皆可使用目前于工業(yè)上廣泛應(yīng)用的材料。
[0036]在一實(shí)施例中，第一電阻轉(zhuǎn)換層204可通過(guò)直接氧化第一電極層202的外部部分形成。例如，第一電阻轉(zhuǎn)換層204可直接通過(guò)熱氧化法或激光氧化法自第一電極層202形成。在其他實(shí)施例中，第一電阻轉(zhuǎn)換層204可由任意沉積方法形成，例如原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子增強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積(PECVD)、有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(M0CVD)、物理氣相沉積(PVD)或其他合適沉積方式。第二電阻轉(zhuǎn)換層206可由任意合適的沉積方法形成，例如原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子增強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積(PECVD)、有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(M0CVD)、物理氣相沉積(PVD)或其他合適沉積方式。在某些實(shí)施例中，第一電阻轉(zhuǎn)換層204的厚度可為約lnm至約80nm。第二電阻轉(zhuǎn)換層206的厚度可為約lnm至約80nm。
[0037]請(qǐng)參照?qǐng)D3，其顯示為依照本發(fā)明另一實(shí)施例的RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例相似于圖2所揭露的結(jié)構(gòu)，其差異在于本實(shí)施例的RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)還包括夾設(shè)于第一電極層202與第一電阻轉(zhuǎn)換層204之間的第三電阻轉(zhuǎn)換層201。在本實(shí)施例中，第三電阻轉(zhuǎn)換層201是第一電極層202的金屬元素的非化學(xué)劑量比(non-stoich1metric)的氧化物，而第一電阻轉(zhuǎn)換層204第第一電極層202的金屬元素的化學(xué)劑量比(stoich1metric)的氧化物。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)谝浑姌O層202為T(mén)i層或TiN層時(shí)，第一電阻轉(zhuǎn)換層204是Ti02層，而第三電阻轉(zhuǎn)換層201系^(^層，其中0〈x〈2。上述第三電阻轉(zhuǎn)換層201的設(shè)置有助于降低第一電阻轉(zhuǎn)換層204與第一電極層202之間的肖特基勢(shì)壘(Schottky barrier),形成歐姆接觸，進(jìn)而可得到所需的雙極性電阻轉(zhuǎn)換(bipolar resistive-switching, BRS)特性。
[0038]此外,本發(fā)明所述的RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)具有自限流(self-compliance)及自整流(self-rectifying)的特性。電流在正極性時(shí)被重整，有效抑制潛電流。例如，本發(fā)明所述的RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)可具有一小于約10 2的電流限制極限(current compliance limitlevel) o在偏壓約±2V時(shí)，此RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)可具有一大于約104整流比(currentrectificat1n rat1)(例如限流水平對(duì)整流水平的比例)。在某些實(shí)施例中，由于第二電阻轉(zhuǎn)換層206的能隙較第一電阻轉(zhuǎn)換層204的能隙大，流向第二電極層208的電流流經(jīng)第二電阻轉(zhuǎn)換層206時(shí)，會(huì)被第二電阻轉(zhuǎn)換層206重整。流向第一電阻轉(zhuǎn)換層204的電流則可輕易通過(guò)第一電阻轉(zhuǎn)換層204。
[0039]因此，上述RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)可僅為1R存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，且顯現(xiàn)類(lèi)似于傳統(tǒng)與非線性選擇器連接的電阻器(例如1T1R、1D1R、1S1R、1BJT1R)的性質(zhì)。此外，上述RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)可免去初始形成步驟(forming-free),即RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)可不需初始形成電壓以作活化。通常而言，初始形成電壓的電壓較大，有時(shí)會(huì)傷害RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)。因此，免去初始形成步驟的RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)具有較佳的可靠度。
[0040]圖4顯示將本發(fā)明一實(shí)施例的RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)應(yīng)用至3D交錯(cuò)陣列。此RRAM3D交錯(cuò)陣列可包含一組彼此平行的水平導(dǎo)線302 (例如朝圖4的Y軸延伸)及一組彼此平行的垂直導(dǎo)線308 (例如朝圖4的Z軸延伸)。RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)形成于這些彼此平行的水平導(dǎo)線302與彼此平行的垂直導(dǎo)線308的交會(huì)處。每一 RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)可沿一水平方向設(shè)置(此水平方向垂直于彼此平行的水平導(dǎo)線302及彼此平行的垂直導(dǎo)線308的延伸方向，例如圖4所繪示的X軸方向)。
[0041]在一實(shí)施例中，這些彼此平行的水平導(dǎo)線302可用作于RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的第一電極層，且這些彼此平行的垂直導(dǎo)線308可用作于RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的第二電極層。彼此平行的水平導(dǎo)線302及彼此平行的垂直導(dǎo)線308可各自由與前述實(shí)施例的第一電極層202及第二電極層208相同或相似的材料形成。或者，彼此平行的水平導(dǎo)線302及彼此平行的垂直導(dǎo)線308可各自由與前述實(shí)施例的第二電極層208及第一電極層202相同或相似的材料形成。在一實(shí)施例中，彼此平行的水平導(dǎo)線302可作為位線，彼此平行的垂直導(dǎo)線308可為字線，或反之亦可。
[0042]第一電阻轉(zhuǎn)換層304與第二電阻轉(zhuǎn)換層306位于彼此平行的水平導(dǎo)線302及彼此平行的垂直導(dǎo)線308之間，且可形成于彼此平行的垂直導(dǎo)線308的側(cè)壁，其中第一電阻轉(zhuǎn)換層304可接觸彼此平行的水平導(dǎo)線302且第二電阻轉(zhuǎn)換層306可接觸彼此平行的垂直導(dǎo)線308。易言之，每一 RRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)形成于第一電阻轉(zhuǎn)換層304及第二電阻轉(zhuǎn)換層306所直接接觸之處。在一實(shí)施例中，當(dāng)彼此平行的水平導(dǎo)線302及彼此平行的垂直導(dǎo)線308各自由與前述實(shí)施例的第一電極層202及第二電極層208相同或相似的材料形成時(shí)，第一電阻轉(zhuǎn)換層304及第二電阻轉(zhuǎn)換層306可各自由與前述實(shí)施例中的第一電阻轉(zhuǎn)換層204及第二電阻轉(zhuǎn)換層206由相同或相似的材料形成?；蛘撸?dāng)彼此平行的水平導(dǎo)線302及彼此平行的垂直導(dǎo)線308可各自由與前述實(shí)施例的第二電極層208及第一電極層202相同或相似的材料形成時(shí)，第一電阻轉(zhuǎn)換層304及第二電阻轉(zhuǎn)換層306可各自由與前述實(shí)施例中的第二電阻轉(zhuǎn)換層206及第一電阻轉(zhuǎn)換層