專(zhuān)利名稱(chēng)：電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
示例實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體裝置。其它的示例實(shí)施例涉及一種電阻隨機(jī) 存取存儲(chǔ)器裝置。
背景技術(shù)：
電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)裝置是在特定的電壓下改變例如過(guò)渡金屬 氧化物的材料的電阻的非易失性存儲(chǔ)裝置。當(dāng)將等于或大于設(shè)置電壓(set voltage)的電壓施力。到電阻改變(resistance-changing)材料時(shí)，可以降低電阻改 變材料的電阻，這與ON狀態(tài)對(duì)應(yīng)。當(dāng)將等于或大于重置電壓的電壓施加到 電阻改變材料時(shí)，可以增加電阻改變材料的電阻，這與OFF狀態(tài)對(duì)應(yīng)。多層 交叉點(diǎn)(multi-layer cross point)RRAM由于其較簡(jiǎn)單的單元結(jié)構(gòu)而具有較高集 成度的優(yōu)點(diǎn)。
RRAM的存儲(chǔ)結(jié)點(diǎn)(storage node)具有這樣的結(jié)構(gòu)，即，在該結(jié)構(gòu)中可以 順序堆疊下電極、由電阻改變材料形成的電阻改變層和上電極。傳統(tǒng)的RRAM 可以使用氧化鎳(NiOx)作為電阻改變層，可以將鉑(Pt)用作下電極和上電極。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上面和/或其它問(wèn)題，示例實(shí)施例提供一種包括具有減少的制造 成本和增加的與其它膜的粘附性的電極的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)裝置。
根據(jù)示例實(shí)施例， 一種電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置可以包括至少一個(gè)第 一電極；至少一個(gè)第二電極，與所述至少一個(gè)第一電極分開(kāi)；第一結(jié)構(gòu)，包 括在所述至少一個(gè)第一電極和所述至少一個(gè)第二電極之間的第一電阻改變 層；第一開(kāi)關(guān)元件，電連接到第一電阻改變層，其中，所述至少一個(gè)第一電 極和所述至少一個(gè)第二電極包括具有貴金屬和賤金屬的合金層。
貴金屬可以為從Pt、 Ir、 Ru、 Pd和Au中選擇的任意一種。合金層可以 由二元合金和三元合金組成的組中的至少一種形成。合金層可以為Pt-Ti合金 層或Pt-Ni合金層。在Pt-Ti合金層中，Ti的含量X可以為大約0mol%<X$大約40mol%。在Pt-Ni合金層中，Ni的含量Y可以為大約Omol。/?！碮^大約 90mol%。第一結(jié)構(gòu)可以包括第一開(kāi)關(guān)元件和在第一電阻改變層和第一開(kāi)關(guān)元 件之間的第一中間電極。
第 一 中間電極可以包括合金層。第 一開(kāi)關(guān)元件可以為第 一氧化物二極管。 第一電阻改變層、第一中間電極、第一開(kāi)關(guān)元件和所述至少一個(gè)第二電極可 以順序形成在所述至少一個(gè)第一電極上。第一開(kāi)關(guān)元件、第一中間電極、第 一電阻改變層和所述至少一個(gè)第二電極可以順序形成在所述至少一個(gè)第一電 極上。
所述至少一個(gè)第一電極和所述至少一個(gè)第二電極可以為彼此交叉的多條 線(xiàn)，第 一 結(jié)構(gòu)可以位于所述至少 一 個(gè)第 一 電極和所述至少 一 個(gè)第二電極之間 的交叉處。所述裝置還可以包括至少一個(gè)第三電極，與所述至少一個(gè)第二 電極分開(kāi)；第二結(jié)構(gòu)，包括在所述至少一個(gè)第二電極和所述至少一個(gè)第三電 極之間的第二電阻改變層；第二開(kāi)關(guān)元件，電連接到第二電阻改變層。所述
至少 一個(gè)第三電極可以包括合金層。
第二結(jié)構(gòu)可以包括第二開(kāi)關(guān)元件和在第二電阻改變層和第二開(kāi)關(guān)元件之
間的第二中間電極。第二中間電極可以包括合金層。第二開(kāi)關(guān)元件可以為第 二氧化物二極管。第二電阻改變層、第二中間電極、第二開(kāi)關(guān)元件和所述至 少一個(gè)第三電極可以順序形成在所述至少一個(gè)第二電極上。第二開(kāi)關(guān)元件、 第二中間電極、第二電阻改變層和所述至少一個(gè)第三電極可以順序形成在所 述至少一個(gè)第二電極上。
所述至少一個(gè)第二電極和所述至少一個(gè)第三電極可以為彼此交叉的多條 線(xiàn)，第二結(jié)構(gòu)可以位于所述至少一個(gè)第二電極和所述至少一個(gè)第三電極之間 的交叉處。RRAM裝置可以為具有一二極管-一電阻器(lD-lR)的單元結(jié)構(gòu)的 多層交叉點(diǎn)電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置。第一電阻改變層可以包括可逆地從高 電阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變到低電阻狀態(tài)或從低電阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變到高電阻狀態(tài)的元件。第一 電阻改變層可以包括不可逆地從高電阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變到低電阻狀態(tài)的元件。


通過(guò)下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將更清楚地理解示例實(shí)施例。圖1至圖9C 表示這里描述的非限制性示例實(shí)施例。
圖1是根據(jù)示例實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)裝置的透視圖；圖2A和圖2B是圖1的RRAM裝置的電路圖； 圖3是根據(jù)示例實(shí)施例的RRAM裝置的平面圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖5A和圖5B是示出了根據(jù)示例實(shí)施例 制造的RRAM的電壓-電流特性的曲線(xiàn)圖6是示出了根據(jù)對(duì)比示例制造的RRAM的電壓-電流特性的曲線(xiàn)圖7和圖8是示出了根據(jù)示例實(shí)施例和對(duì)比示例制造的RRAM根據(jù)開(kāi)關(guān) 數(shù)量的電阻改變的曲線(xiàn)圖9A和圖9B是示出了根據(jù)示例實(shí)施例制造的樣品的粘附性的光學(xué)顯微 鏡圖像；
圖9C是示出了根據(jù)對(duì)比示例制造的樣品的粘附性的光學(xué)顯微鏡圖像。 應(yīng)該注意的是，這些附圖意在示出在特定示例實(shí)施例中利用的方法、結(jié) 構(gòu)和/或材料的一般特性，并意在補(bǔ)充下面提供的書(shū)面描述。然而，這些附圖
能特性，并不應(yīng)該被解釋為限定或限制示例實(shí)施例所包含的值或性質(zhì)的范圍。 例如，為了清晰起見(jiàn)，可以減小或夸大分子、層、區(qū)域和/或結(jié)構(gòu)元件的相對(duì) 厚度和定位。各個(gè)附圖中的相似或相同標(biāo)號(hào)的使用意在表示存在相似或相同 的元件或特征。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參照示出了示例實(shí)施例的附圖來(lái)更充分地描述示例實(shí)施例。在 附圖中，為了清晰起見(jiàn)，夸大了層和區(qū)域的厚度，附圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相 同的元件。
應(yīng)該理解的是，當(dāng)元件^皮稱(chēng)為"連接"或"結(jié)合"到另一元件時(shí)，該元 件可以直接連接或直接結(jié)合到另一元件，或者可以存在中間元件。相反，當(dāng) 元件被稱(chēng)為"直接連接"或"直接結(jié)合"到另一元件時(shí)，不存在中間元件。 相同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的元件。如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)"和/或"包括一個(gè) 或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)的任意或所有組合
應(yīng)該理解的是，雖然術(shù)語(yǔ)"第一"、"第二"等可以在這里用來(lái)描述各種 元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分 不應(yīng)該受這些術(shù)語(yǔ)限制。這些術(shù)語(yǔ)僅是用來(lái)將一個(gè)元件、組件、區(qū)域、層或 部分與另一元件、組件、區(qū)域、層或部分區(qū)分開(kāi)。因此，在不脫離示例實(shí)施例的教導(dǎo)的情況下，下面討論的第一元件、組件、區(qū)域、層或部分可以被稱(chēng) 為第二元件、組件、區(qū)域、層或部分。
為了描述方便，在這里可以使用空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，諸如"在……之下" "在……下方"、"下面的"、"在……上方"、"上面的"等來(lái)描述如附圖中示 出的一個(gè)元件或特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，空間相對(duì)術(shù) 語(yǔ)意在包括除附圖中描述的方位之外的裝置在使用或操作中的不同方位。例 如，如果將附圖中的裝置翻轉(zhuǎn)，則被描述為"在"其它元件或特征"下方" 或"之下"的元件將隨后被定位為"在"其它元件或特征"上方"。因此，示 例性術(shù)語(yǔ)"在……下方"可以包括"在......上方"和"在……下方"兩個(gè)方
位。可將裝置另外定位(旋轉(zhuǎn)卯度或處于其它方位)，并相應(yīng)地解釋這里使用 的空間相對(duì)描述符。
這里使用的術(shù)語(yǔ)只是出于描述具體實(shí)施例的目的，而不意在成為示例實(shí) 施例的限制。除非上下文另外清楚地指出，否則這里所使用的單數(shù)形式也意 在包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)該理解的是，當(dāng)術(shù)語(yǔ)"包括"和/或"包含"在本說(shuō)明 書(shū)中使用時(shí)，表明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不 排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或 它們的組。
在這里參照作為示例實(shí)施例的理想的實(shí)施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖的剖 視圖來(lái)描述本發(fā)明的示例實(shí)施例。如此，將預(yù)料到由例如制造技術(shù)和/或公差 造成的示圖的形狀的變化。因此，示例實(shí)施例不應(yīng)該被理解為限于這里示出 的區(qū)域的具體形狀，而是將包括例如由制造造成的形狀的偏差。例如，示出 為矩形的注入?yún)^(qū)通常會(huì)在其邊緣處具有倒圓的或者彎曲的特征和/或具有注 入濃度梯度，而不是從注入?yún)^(qū)到非注入?yún)^(qū)的二元變化。同樣，由注入形成的 埋區(qū)會(huì)導(dǎo)致在埋區(qū)和發(fā)生注入的表面之間的區(qū)域中的一些注入。因此，附圖 中示出的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的，它們的形狀不意在示出裝置的區(qū)域的真實(shí) 形狀，并不意在限制示例實(shí)施例的范圍。
除非另外限定，否則這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))的 含義與示例實(shí)施例所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的含義相同。還應(yīng)該理 解的是，除非這里明確定義，否則術(shù)語(yǔ)(諸如那些在通用字典里定義的術(shù)語(yǔ)) 應(yīng)該被理解為其含義與本說(shuō)明書(shū)中和相關(guān)領(lǐng)域上下文中它們的含義一致，并 且不應(yīng)該被理想化或過(guò)度正式地理解。圖1是根據(jù)示例實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)裝置的透視圖。 RRAM可以為多層交叉點(diǎn)RRAM。參照?qǐng)D1，多個(gè)第一電極El可以彼此等 距地形成在基底(未示出)上。第一電極E1均可以具有線(xiàn)形形狀。線(xiàn)形形狀的 第二電極E2可以彼此等距形成為與第一電極E1的上表面分開(kāi)預(yù)定或給定的 距離。第二電極E2可以與第一電極E1交叉，并可以與第一電極E1垂直。
第一電極E1和第二電極E2中的至少一個(gè)可以包括至少由可以包括貴金 屬和賤金屬的二元合金形成的合金層。貴金屬可以與例如NiO的p型氧化物 接觸，以表現(xiàn)開(kāi)關(guān)特性；貴金屬可以與二極管的p型半導(dǎo)體層接觸，以展現(xiàn) 歐姆特性；貴金屬可以具有等于或大于大約5eV的逸出功。例如，貴金屬可 以為從Pt、 Ir、 Ru、 Pd和Au中選擇的任意一種。
賤金屬可以具有等于或小于大約5eV的逸出功，并可以起到提高合金層 的粘附強(qiáng)度的作用。例如，賤金屬可以為Ni或Ti,但是示例實(shí)施例不限于此。 例如，第一電極El和第二電極E2的合金層均可以為Pt-Ti合金層或Pt-Ni合 金層。在Pt-Ti合金層中，Ti的含量X(mol。/。)可以為大約0〈X^大約40,在 Pt-Ni合金層中，Ni的含量Y(mol。/。)可以為大約(KY^大約90。合金層可以使 用例如共濺射的物理氣相沉積(PVD)來(lái)形成，且可以使用各種方法。多個(gè)第一 結(jié)構(gòu)Sl可以形成在第一電極E1和第二電極E2之間的交叉處。
參照?qǐng)D1中的》文大部分，第一結(jié)構(gòu)Sl可以包括可順序形成在第一電極 El上的第一電阻改變層R1、第一中間電極M1和第一二極管Dl。第一電阻 改變層Rl可以由可變電阻材料(例如，過(guò)渡金屬氧化物(TMO))形成。例如， 第 一電阻改變層Rl可以由Ni氧化物、Cu氧化物、Ti氧化物、Co氧化物、 Hf氧化物、Zr氧化物、Zn氧化物、W氧化物、Nb氧化物、TiNi氧化物、 LiNi氧化物、Al氧化物、InZn氧化物、V氧化物、SrZr氧化物、SrTi氧化物、 Cr氧化物、Fe氧化物或Ta氧化物形成。第一中間電極Ml可以將第一電阻 改變層Rl電連接到第一二^f及管Dl，并可以由用于形成第一電4及El或第二 電極E2的合金來(lái)形成。在沒(méi)有第一中間電極M1的情況下，因?yàn)榈谝欢O管 Dl可以用作電阻器，所以第一二極管Dl會(huì)對(duì)RRAM裝置的操作產(chǎn)生不利的 影響。在沒(méi)有中間電極M1的情況下，當(dāng)設(shè)置第一電阻改變層R1時(shí)，會(huì)損壞 第一二極管D1，因此，會(huì)失去第一二極管D1的整流特性。第一電阻改變層 Rl、第一二極管Dl和第一中間電極M1可以具有相同尺寸的點(diǎn)形(dot)形狀， 但是示例實(shí)施例不限于此。第一二極管Dl可以為垂直二極管(vertical diode)，并可以為順序形成有p型氧化物層和n型氧化物層的堆疊結(jié)構(gòu)。
可選擇地，第一二極管Dl可以被構(gòu)造為順序形成有p型硅層和n型硅 層的堆疊結(jié)構(gòu)。例如，第一二極管D1可以被構(gòu)造為順序形成有例如CuO層 的p型氧化物層和例如InZnO層的n型氧化物層的堆疊結(jié)構(gòu)，或可選擇地， 第一二極管Dl可以被構(gòu)造為可順序形成有例如NiO層的p型氧化物層和例 如1102層的n型氧化物層的堆疊結(jié)構(gòu)。對(duì)于CuO層，由于可以自發(fā)地產(chǎn)生的 銅(Cu)缺失(deficiency)導(dǎo)致可以不與銅耦合的02 —作為施主(donor)，因此， CuO層可以為p型半導(dǎo)體層。對(duì)于InZnO層，由于自發(fā)地產(chǎn)生的鋅(Zn)間隙 (interstital)和氧(O)空位，存在于晶格之外或沒(méi)有與O耦合的Zn"可以作為受 主(acceptor)，因此，InZnO層可以為n型半導(dǎo)體層。
可以容易地在室溫下由非晶材料形成的氧化物層可以被用于制造第一二 極管Dl,但是也可以使用由晶體材料形成的氧化物層。對(duì)于硅二極管，因?yàn)?硅二極管需要在大約800。C的相對(duì)高的溫度下來(lái)生產(chǎn)，所以在所述較高的溫 度下會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。因此，在示例實(shí)施例中，更容易在室溫下形成的氧化 物層可以被用于形成第一二極管Dl。接觸電極(未示出)可以形成在第一二極 管Dl和第二電極E2之間。
第三電極E3可以形成為與第二電極E2的上表面分開(kāi)預(yù)定或給定的距 離。第三電極E3均可以具有線(xiàn)形形狀，并且可以彼此等距地形成。第三電極 E3可以與第二電極E2交叉，并且可以與第二電極E2垂直。第三電極E3可 以由與第一電極E1或第二電極E2的材料相同的材料形成。多個(gè)第二結(jié)構(gòu)S2 可以形成在第二電極E2和第三電極E3之間的交叉處。第二結(jié)構(gòu)S2和第一 結(jié)構(gòu)Sl可以具有相同的結(jié)構(gòu)或具有從電路方面看(a circuit point of view)的反 射對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)(reflection symmetry)。當(dāng)?shù)?一 結(jié)構(gòu)S1包括第 一 中間電極M1和第 一二極管SI順序形成在第一電阻改變層Rl上的堆疊結(jié)構(gòu)時(shí)，第二結(jié)構(gòu)S2 可以包括第二中間電極和第二電阻改變層順序形成在第二二極管上的堆疊結(jié) 構(gòu)。第二中間電4及可以由與第一中間電極Ml的材料相同的材料形成。
另外，第一結(jié)構(gòu)SI的第一二極管Dl和第二結(jié)構(gòu)S2的第二二極管可以 具有相同的堆疊結(jié)構(gòu)或可以具有從電路方面看的反射對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。例如，第一 結(jié)構(gòu)Sl、第二電極E2和第二結(jié)構(gòu)S2可以具有從電路方面看的如圖2A或圖 2B中示出的結(jié)構(gòu)。在圖2A和圖2B中，標(biāo)號(hào)D2和R2分別表示第二二極管 和第二電阻改變層。在圖2A和圖2B中，可以改變第一二極管Dl和第二二極管D2的整流方向。另外，在第一結(jié)構(gòu)S1中，可以顛倒第一電阻改變層R1 和第一二極管Dl的位置；在第二結(jié)構(gòu)S2中，可以顛倒第二電阻改變層R2 和第二二極管D2的位置。
另外，在圖2A中，因?yàn)榈谝欢O管D1和第二二極管D2具有關(guān)于第二 電極E2反射對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，所以通過(guò)使用第二電極E2作為共位線(xiàn)，可以在第 一電阻改變層R1和第二電阻改變層R2上同時(shí)地記錄信息。另一方面，在圖 2B中，因?yàn)榈谝欢O管Dl和第二二極管D2具有相同的整流方向，所以?xún)H 通過(guò)使用一次編程操作，可以在第一電阻改變層R1和第二電阻改變層R2中 的任意一個(gè)上記錄信息。
返回參照?qǐng)D1,第一結(jié)構(gòu)Sl和第二結(jié)構(gòu)S2可以被示出為具有圓柱形形 狀，且可以不同地改變形狀，例如，方柱形形狀或?qū)挾瘸蚱湎虏吭黾拥男?狀。例如，第一結(jié)構(gòu)Sl和第二結(jié)構(gòu)S2可以具有延伸到第一電極El和第二 電極E2之間的交叉處以及第二電極E2和第三電才及E3之間的交叉處之外的 不對(duì)稱(chēng)形狀?？梢栽趫D3中示出具有不對(duì)稱(chēng)形狀的第一結(jié)構(gòu)Sl的示例。
參照?qǐng)D3，第一結(jié)構(gòu)Sl均可以包括第一部分P1和第二部分P2，其中， 第一部分P1可以置于第一電極E1和第二電極E2之間的交叉處，第二部分 P2可以與第一部分P1接觸并延伸到該交叉處之外。第一結(jié)構(gòu)Sl可以具有延 伸到第一電極E1和第二電極E2之間的交叉處之外的非對(duì)稱(chēng)形狀。在示例實(shí) 施例中，第一二極管Dl和第一電阻改變層R1可以具有不同的形狀。例如， 第一二極管Dl可以具有與第一部分P1和第二部分P2對(duì)應(yīng)的面積，第一電 阻改變層R1可以具有與第一部分P1對(duì)應(yīng)的面積。當(dāng)?shù)谝欢O管Dl的面積 增大時(shí)，流過(guò)第一二極管Dl的前向電流的量可以增加，因此，可以改善開(kāi) 關(guān)特性。雖然沒(méi)有示出，但是第二結(jié)構(gòu)S2的平面結(jié)構(gòu)可以與圖3中示出的第 一結(jié)構(gòu)Sl的平面結(jié)構(gòu)相似。
雖然在圖1中沒(méi)有示出，但是根據(jù)示例實(shí)施例的多層交叉點(diǎn)RRAM還可 以包括具有在第三電極E3上的與第一結(jié)構(gòu)S1相同的堆疊結(jié)構(gòu)和第二電極E2 的堆疊結(jié)構(gòu)。根據(jù)示例實(shí)施例的多層交叉點(diǎn)RRAM還可以在第三電極E3上 包括至少一個(gè)堆疊結(jié)構(gòu)，其中，在所述堆疊結(jié)構(gòu)中，可以順序地形成第一結(jié) 構(gòu)S1、第二電極E2、第二結(jié)構(gòu)S2和第三電極E3。
另外，根據(jù)示例實(shí)施例的多層交叉點(diǎn)RRAM還可以在第三電極E3上包 括至少一個(gè)堆疊結(jié)構(gòu)，其中，在所述堆疊結(jié)構(gòu)中，可以順序地形成第一結(jié)構(gòu)Sl、第二電極E2、第二結(jié)構(gòu)S2、第三電極E3、第一結(jié)構(gòu)Sl和第二電極E2。 根據(jù)示例實(shí)施例的多層交叉點(diǎn)RRAM可以被用作可重寫(xiě)的存儲(chǔ)器或一 次可編程(OTP)存儲(chǔ)器。當(dāng)?shù)谝浑娮韪淖儗覴l和第二電阻改變層R2均包括 可以可逆地從較高的電阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變到較低的電阻狀態(tài)的第 一元件，或相反地， 第一電阻改變層Rl和第二電阻改變層R2均包括可以可逆地從較低的電阻狀 態(tài)轉(zhuǎn)變到較高的電阻狀態(tài)的第 一元件時(shí)，根據(jù)示例實(shí)施例的多層交叉點(diǎn) RRA M可以為可重寫(xiě)的存儲(chǔ)器。第 一 元件的示例可以為由上述的可變電阻材 料或燈絲熔絲(filamentfuse)形成的材料層。另一方面，當(dāng)?shù)谝浑娮韪淖儗覴1 和第二電阻改變層R2均包括可以不可逆地從較高的電阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變到較低的 電阻狀態(tài)的第二元件時(shí)，因?yàn)?一旦被編程的存儲(chǔ)單元不會(huì)恢復(fù)回到原始狀態(tài)， 所以根據(jù)示例實(shí)施例的多層交叉點(diǎn)RRAM可以為OTP存儲(chǔ)器。第二元件的 示例可以為由例如氧化硅、氮化硅或氧化鋁的氧化物或氮化物形成的反熔絲 (antifuse)。
圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖5A和圖5B是示出了氧化鎳(NiCg層 可以被用作在由合金形成的上電極和下電極之間的電阻改變層的RRAM的電 壓-電流特性的曲線(xiàn)圖。圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖5A和圖5B示出了 根據(jù)示例實(shí)施例的第一至第六RRAM樣品的電流-電壓特性。第一至第六 RRAM樣品均可以包括纟皮用作上電極和下電4及之間的電阻改變層的氧化4臬 (NiCg層。在第一至第四RRAM樣品中，上電極和下電極均可以由Pt-Ni合 金形成，在第五和第六RRAM樣品中，上電極和下電極均可以由Pt-Ti合金 形成。第一至第四RRAM樣品的上電極和下電極中Ni的含量可以分別為 10mol% 、 51 mol%、 73mol。/。和83mol% ，第五和第六RRAM樣品的上電極和 下電極中Ti的含量可以分別為11mol。/o和22mol%。
圖6是示出了第七RRAM樣品的電流-電壓特性的曲線(xiàn)圖，其中，第七 RRAM樣品具有的結(jié)構(gòu)除了上電極和下電極可以由Pt形成之外與第一 RRAM樣品的結(jié)構(gòu)相同。參照?qǐng)D4A和圖6，第一 RRAM樣品示出的開(kāi)關(guān)特 性與第七RRAM樣品的開(kāi)關(guān)特性相似。如圖4A中所示，當(dāng)將等于或大于設(shè) 置電壓Vs的電壓施加到上電極和下電極之間的電阻改變層時(shí)，可以降低電阻 改變層的電阻，這與ON狀態(tài)對(duì)應(yīng)。當(dāng)將等于或大于重置電壓Vr的電壓施加 到電阻改變層時(shí)，電阻改變層的電阻可以增加，這與OFF狀態(tài)對(duì)應(yīng)。圖6示 出了相同的結(jié)果。這樣的結(jié)果表示Pt-Ni合金可以被用于形成RRAM的電極。參照?qǐng)D4A和圖4C，第二和第三RRAM樣品示出的開(kāi)關(guān)特性與圖6中 示出的第七RRAM樣品的開(kāi)關(guān)特性相似。參照?qǐng)D4D,即4吏0FF電阻可以為 相對(duì)小，第四RRAM樣品也示出開(kāi)關(guān)特性。因此，包含大約80molQ/?；蚋?的鎳(Ni)的Pt-Ni合金可以被用于形成RRAM的電極。參照?qǐng)D5A、圖5B和 圖6，第五和第六RRAM樣品示出的開(kāi)關(guān)特性與第七RRAM樣品的開(kāi)關(guān)特性 相似。因此，含有20mol。/o或更多的鈥(Ti)的Pt-Ti合金可以被用作RRAM的 電極。因此，根據(jù)示例實(shí)施例，與僅昂貴的柏(Pt)可以被用于形成電極材料的 情況相比，可以降低RRAM的制造成本。
圖7和圖8是示出了根據(jù)第四和第七RRAM樣品的開(kāi)關(guān)數(shù)量的電阻改變 的曲線(xiàn)圖。在圖7和圖8中，標(biāo)號(hào)Gl表示在較低電阻狀態(tài)(即，ON狀態(tài))下 的電阻改變層的電阻值，標(biāo)號(hào)G2表示在較高電阻狀態(tài)(即，OFF狀態(tài))下的電 阻改變層的電阻值。參照?qǐng)D7,示例實(shí)施例的多層交叉點(diǎn)RRAM的電阻改變 層可以具有兩個(gè)電阻狀態(tài)。例如，當(dāng)電阻改變層具有較低的電阻值Gl時(shí)， 數(shù)據(jù)"0"可以被記錄在電阻改變層上。當(dāng)電阻改變層具有較高的電阻值G2 時(shí)，數(shù)據(jù)"1"可以,皮認(rèn)為被記錄在電阻改變層上。圖7中的Gl和G2的分 布可以小于圖8中的G1和G2的分布。在較低或較高的電阻狀態(tài)下的電阻的 較小的分布表示該裝置具有增加的可靠性。
圖9A至圖9C為示出在不同條件下制造的第八至第十樣品的劃傷的檢查 結(jié)果的光學(xué)顯微鏡圖像。通過(guò)在氧化硅層上形成Pt-Ni合金層來(lái)制造第八樣 品，通過(guò)在氧化硅層上形成Pt-Ti合金層來(lái)制造第九樣品，通過(guò)在氧化硅層上 形成Pt層來(lái)制造第十樣品。在將第八至第十樣品彼此相鄰地隨機(jī)布置并使用 例如鑷子的工具來(lái)將它們劃傷之后，觀察第八至第十樣品的表面。
參照?qǐng)D9A至圖9C,第八和第九樣品具有比第十樣品的劃傷更小和更少 的劃傷，這表示與Pt層的粘附性相比，Pt-Ni合金層或Pt-Ti合金層具有增加 的粘附性。在包括Pt層的傳統(tǒng)的RRAM的情況下，由于Pt層的不期望的粘 附性，導(dǎo)致必須在Pt層下方形成額外的粘附層。然而，根據(jù)示例實(shí)施例的多 層交叉點(diǎn)RRAM可以不需要額外的粘附層。
雖然已經(jīng)參照示例實(shí)施例的實(shí)施例詳細(xì)地示出和描述了示例實(shí)施例，但 是這不應(yīng)該被解釋為限于這里闡述的實(shí)施例，而應(yīng)該孝皮解釋為示例。本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是，例如，RRAM的構(gòu)成元件可以變化，并且 RRAM的結(jié)構(gòu)也可以;故改變。因此，示例實(shí)施例的范圍不是由對(duì)示例實(shí)施例的詳細(xì)描述來(lái)限定，而是由權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1、一種電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置，包括至少一個(gè)第一電極；至少一個(gè)第二電極，與所述至少一個(gè)第一電極分開(kāi)；第一結(jié)構(gòu)，包括在所述至少一個(gè)第一電極和所述至少一個(gè)第二電極之間的第一電阻改變層；第一開(kāi)關(guān)元件，電連接到第一電阻改變層，其中，所述至少一個(gè)第一電極和所述至少一個(gè)第二電極包括具有貴金屬和賤金屬的合金層。
2、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，合金層由二元合金和三元合金組成 的組中的至少一種形成。
3、 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，貴金屬為從Pt、 Ir、 Ru、 Pd和Au 中選擇的任意一種。
4、 如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，合金層為Pt-Ti合金層或Pt-Ni合 金層。
5、 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，在Pt-Ti合金層中，Ti的含量X為 0mol%<X￡40mol%。
6、 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，在Pt-Ni合金層中，Ni的含量Y 為0mol%<Y^90mol%。
7、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，第一結(jié)構(gòu)還包括第一開(kāi)關(guān)元件和在 第一電阻改變層和第一開(kāi)關(guān)元件之間的第 一中間電極。
8、 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，第一中間電極包括合金層。
9、 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，第一開(kāi)關(guān)元件為第一氧化物二極管。
10、 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，第一電阻改變層、第一中間電極、 第一開(kāi)關(guān)元件和所述至少一個(gè)第二電極順序形成在所述至少一個(gè)第一電極 上。
11、 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，第一開(kāi)關(guān)元件、第一中間電極、 第一電阻改變層和所述至少一個(gè)第二電極順序形成在所述至少一個(gè)第一電極 上。
12、 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述至少一個(gè)第一電極和所述至少一個(gè)第二電極為彼此交叉的多條線(xiàn)，第一結(jié)構(gòu)位于所述至少一個(gè)第一電極 和所述至少一個(gè)第二電極之間的交叉處。
13、 如權(quán)利要求l所述的裝置，還包括 至少一個(gè)第三電極，與所述至少一個(gè)第二電極分開(kāi)；第二結(jié)構(gòu)，包括在所述至少一個(gè)第二電極和所述至少一個(gè)第三電極之間 的第二電阻改變層；第二開(kāi)關(guān)元件，電連接到第二電阻改變層。
14、 如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述至少一個(gè)第三電極包括合金層。
15、 如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，第二結(jié)構(gòu)包括第二開(kāi)關(guān)元件和在 第二電阻改變層和第二開(kāi)關(guān)元件之間的第二中間電極。
16、 如權(quán)利要求15所示的裝置，其中，第二中間電極包括合金層。
17、 如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，第二開(kāi)關(guān)元件為第二氧化物二極管。
18、 如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，第二電阻改變層、第二中間電極、 第二開(kāi)關(guān)元件和所述至少一個(gè)第三電極順序形成在所述至少一個(gè)第二電極 上。
19、 如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，第二開(kāi)關(guān)元件、第二中間電極、 第二電阻改變層和所述至少一個(gè)第三電極順序形成在所述至少一個(gè)第二電極 上。
20、 如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述至少一個(gè)第二電極和所述至 少一個(gè)第三電極為彼此交叉的多條線(xiàn)，第二結(jié)構(gòu)位于所述至少一個(gè)第二電極 和所述至少一個(gè)第三電極之間的交叉處。
21、 如權(quán)利要求20所述的裝置，其中，電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置為具有 一二極管-一 電阻器的單元結(jié)構(gòu)的多層交叉點(diǎn)電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置。
22、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，第一電阻改變層包括可逆地從高 電阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變到低電阻狀態(tài)或從低電阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變到高電阻狀態(tài)的元件。
23、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，第一電阻改變層包括不可逆地從 高電阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變到低電阻狀態(tài)的元件。
全文摘要
本發(fā)明可以提供一種電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)裝置。所述電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置可以包括至少一個(gè)第一電極；至少一個(gè)第二電極，與所述至少一個(gè)第一電極分開(kāi)；第一結(jié)構(gòu)，包括在所述至少一個(gè)第一電極和所述至少一個(gè)第二電極之間的第一電阻改變層；第一開(kāi)關(guān)元件，電連接到第一電阻改變層，其中，所述至少一個(gè)第一電極和所述至少一個(gè)第二電極包括具有貴金屬和賤金屬的合金層。
文檔編號(hào)H01L45/00GK101315942SQ20081010883
公開(kāi)日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月30日
發(fā)明者姜保守, 安承彥, 樸永洙, 李昌范, 鮮于文旭 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社