204由相同或相似的材料形成。在某些實(shí)施例中，RRAM存儲單元結(jié)構(gòu)的3D交錯陣列形成于半導(dǎo)體基材中。
[0043]請參照圖5，其顯示將本發(fā)明另一實(shí)施例的RRAM存儲單元結(jié)構(gòu)應(yīng)用至3D交錯陣列。本實(shí)施例與圖4的實(shí)施例的差異在于，本實(shí)施例的RRAM存儲單元結(jié)構(gòu)還包括夾設(shè)于第一電阻轉(zhuǎn)換層304與彼此平行的水平導(dǎo)線302之間的第三電阻轉(zhuǎn)換層301。在本實(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，第一電阻轉(zhuǎn)換層304、第二電阻轉(zhuǎn)換層306及第三電阻轉(zhuǎn)換層301可各自由與前述實(shí)施例中的第一電阻轉(zhuǎn)換層204、第二電阻轉(zhuǎn)換層206及第三電阻轉(zhuǎn)換層201相同或相似的材料形成。
[0044]可理解的是本發(fā)明不局限于上述配置。在其他實(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)施例的第二電極層208及第一電極層202相同或相似的材料形成時，第三電阻轉(zhuǎn)換層301亦可夾設(shè)于第二電阻轉(zhuǎn)換層306與彼此平行的垂直導(dǎo)線308之間(未繪示)。在本實(shí)施例中，第一電阻轉(zhuǎn)換層304、第二電阻轉(zhuǎn)換層306及第三電阻轉(zhuǎn)換層301可各自由與前述實(shí)施例中的第二電阻轉(zhuǎn)換層206、第一電阻轉(zhuǎn)換層204及第三電阻轉(zhuǎn)換層201相同或相似的材料形成。
[0045]如圖4及5所示，RRAM 3D交錯陣列僅包含1R存儲單元結(jié)構(gòu)。因?yàn)楸景l(fā)明的1R存儲單元結(jié)構(gòu)不需中間金屬層，故RRAM 3D交錯陣列可被輕易制造。并且，由于在此所述的1R存儲單元結(jié)構(gòu)具有自限流及自整流的特性，其亦可解決傳統(tǒng)RRAM3D交錯陣列的1R存儲單元的潛電流的問題。因此，本發(fā)明所述的RRAM 3D交錯陣列可用于下一代的非易失性存儲器，且具有極大的潛力可取代快閃式存儲器裝置。
[0046]圖6顯示依照本發(fā)明一些實(shí)施例的RRAM的電流對電壓圖。在一實(shí)施例中，RRAM由Ta層、Ta205層、Ti02層及TiN層依序堆疊形成。在另一實(shí)施例中，RRAM由Ta層、Ta205層、Ti02層、T1x層及TiN層依序堆迭形成，其中0〈x〈2。
[0047]如圖6所示，本發(fā)明各個實(shí)施例的RRAM可看出明顯的自整流特性。此外，上述RRAM為一雙極型(bipolar)的RRAM,其可通過施予一正電壓而轉(zhuǎn)換至設(shè)定(set)狀態(tài),且通過施予一負(fù)電壓而轉(zhuǎn)換至重設(shè)(reset)狀態(tài)。上述RRAM可被約+4V的最小電壓轉(zhuǎn)換至設(shè)定狀態(tài)及被約-4V的最小電壓轉(zhuǎn)換至重設(shè)狀態(tài)(+/-2V的電壓用以進(jìn)行讀取而非用以設(shè)定或重設(shè)此裝置)。并且，當(dāng)負(fù)電壓增加時(甚至增加至-4V)，本發(fā)明的RRAM可具有一小于約10 2 的電流限制極限(current compliance limit level)。
[0048] 雖然本發(fā)明已以數(shù)個較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作任意的更動與潤飾。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種自整流電阻式隨機(jī)存取存儲器RRAM存儲單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，包含: 一第一電極層，由一第一金屬元素的氮化物構(gòu)成； 一第二電極層，由一與該第一金屬兀素不同的第二金屬兀素構(gòu)成；以及 一第一電阻轉(zhuǎn)換層與一第二電阻轉(zhuǎn)換層，其中該第一電阻轉(zhuǎn)換層夾設(shè)于該第一電極層與該第二電阻轉(zhuǎn)換層之間，且該第二電阻轉(zhuǎn)換層夾設(shè)于該第一電阻轉(zhuǎn)換層與該第二電極層之間； 其中該第一電阻轉(zhuǎn)換層具有一第一能隙，該第二電阻轉(zhuǎn)換層具有一第二能隙，該第一能隙小于該第二能隙。2.如權(quán)利要求1所述的自整流RRAM存儲單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一金屬元素及該第二金屬元素分別擇自組成的族群:T1、Ta、N1、Cu、W、Hf、Zr、Nb、Y、Zn、Co、Al、S1、Ge及其口 ο3.如權(quán)利要求1所述的自整流RRAM存儲單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一電阻轉(zhuǎn)換層是由該第一金屬元素的氧化物構(gòu)成，且該第二電阻轉(zhuǎn)換層是由該第二金屬元素的氧化物構(gòu)成。4.如權(quán)利要求3所述的自整流RRAM存儲單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括一第三電阻轉(zhuǎn)換層，夾設(shè)于該第一電阻轉(zhuǎn)換層與該第一電極層之間，其中該第三電阻轉(zhuǎn)換層為非化學(xué)計量比的該第一金屬元素的氧化物，該第一電阻轉(zhuǎn)換層為化學(xué)計量比的該第一金屬元素的氧化物。5.如權(quán)利要求4所述的自整流RRAM存儲單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一電阻轉(zhuǎn)換層是Ti02層，該第二電阻轉(zhuǎn)換層是Ta205層，該第三電阻轉(zhuǎn)換層是T1x層，其中0〈x〈2。6.如權(quán)利要求1所述的自整流RRAM存儲單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，該自整流RRAM存儲單元結(jié)構(gòu)是一雙極型的RRAM。7.如權(quán)利要求1所述的自整流RRAM存儲單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第二能隙比該第一能隙大至少0.5eV。8.一種RRAM 3D交錯陣列，其特征在于，包含: 一組彼此平行的水平導(dǎo)線，由一第一金屬元素的氮化物構(gòu)成； 一組彼此平行的垂直導(dǎo)線，由一與該第一金屬元素不同的第二金屬元素構(gòu)成；以及 一第一電阻轉(zhuǎn)換層與一第二電阻轉(zhuǎn)換層，形成于每一水平導(dǎo)線的側(cè)壁上并接觸于該組彼此平行的垂直導(dǎo)線； 其中該第一電阻轉(zhuǎn)換層具有一第一能隙，該第二電阻轉(zhuǎn)換層具有一第二能隙，該第一能隙小于該第二能隙。9.如權(quán)利要求8所述的RRAM3D交錯陣列，其特征在于，該第一電阻轉(zhuǎn)換層是由該第一金屬元素的氧化物構(gòu)成，且該第二電阻轉(zhuǎn)換層是由該第二金屬元素的氧化層構(gòu)成。10.如權(quán)利要求9所述的RRAM3D交錯陣列，其特征在于，還包括一第三電阻轉(zhuǎn)換層，設(shè)置于該第一電阻轉(zhuǎn)換層與對應(yīng)該第一電阻轉(zhuǎn)換層的水平導(dǎo)線之間，其中該第三電阻轉(zhuǎn)換層為非化學(xué)計量比的該第一金屬元素的氧化物，該第一電阻轉(zhuǎn)換層為化學(xué)計量比的該第一金屬元素的氧化物。11.如權(quán)利要求10所述的RRAM3D交錯陣列，其特征在于，該第一電阻轉(zhuǎn)換層是Ti02層，該第二電阻轉(zhuǎn)換層是Ta205層，該第三電阻轉(zhuǎn)換層是T1x層，其中0〈x〈2。12.如權(quán)利要求8所述的RRAM3D交錯陣列，其特征在于，該第一金屬元素及該第二金屬元素系分別擇自組成的族群:T1、Ta、N1、Cu、W、Hf、Zr、Nb、Y、Zn、Co、Al、S1、Ge及其合金。13.如權(quán)利要求8所述的RRAM3D交錯陣列，其特征在于，該第二能隙比該第一能隙大至少0.5eV014.如權(quán)利要求8所述的RRAM3D交錯陣列，其特征在于，該組彼此平行的水平導(dǎo)線為位線，且該組彼此平行的垂直導(dǎo)線為字線。15.如權(quán)利要求8所述的RRAM3D交錯陣列，其特征在于，該組彼此平行的水平導(dǎo)線為字線，且該組彼此平行的垂直導(dǎo)線為位線。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種自整流電阻式隨機(jī)存取存儲器存儲單元結(jié)構(gòu)RRAM及3D交錯陣列，該存儲單元結(jié)構(gòu)包括由第一金屬元素的氮化物所構(gòu)成的一第一電極層、由與第一金屬元素不同的第二金屬元素所構(gòu)成的一第二電極層以及一第一電阻轉(zhuǎn)換層與一第二電阻轉(zhuǎn)換層，其中第一電阻轉(zhuǎn)換層夾設(shè)于第一電極層與第二電阻轉(zhuǎn)換層之間，且第二電阻轉(zhuǎn)換層夾設(shè)于第一電阻轉(zhuǎn)換層與第二電極層之間，且第一電阻轉(zhuǎn)換層具有一第一能隙，第二電阻轉(zhuǎn)換層具有一第二能隙，第一能隙小于第二能隙。本發(fā)明的存儲單元結(jié)構(gòu)不需中間金屬層，且具有自限流及自整流的特性，可方便制造RRAM？3D交錯陣列，并解決潛電流問題。
【IPC分類】H01L27/24
【公開號】CN105470277
【申請?zhí)枴緾N201410461333
【發(fā)明人】侯拓宏, 徐崇威, 周群策, 賴韋利
【申請人】華邦電子股份有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2014年9月11日