电阻式随机存取存储器制造技术

本发明专利技术提供一种电阻式随机存取存储器，包括：一底电极；多个存储器堆叠，分别形成于底电极上；一第三氧气扩散阻隔层，形成于这些存储器堆叠之间；以及一顶电极，形成于这些存储器堆叠和第三氧气扩散阻隔层上。其中，每一个这些存储器堆叠包括：一电阻转换层，形成于底电极上；一第一氧气扩散阻隔层，形成于电阻转换层上；一导电氧气储存层，形成于第一氧气扩散阻隔层上；以及一第二氧气扩散阻隔层，形成于导电氧气储存层上。

Resistance random access memory

The invention provides a resistive random access memory comprises a bottom electrode; a plurality of memory stack are respectively formed on the bottom electrode; a third oxygen diffusion barrier formed between the memory stack; and a top electrode formed on the memory stack and third oxygen diffusion barrier layer. Among them, each one of these memory stack includes a resistance conversion layer formed on the bottom electrode; a first oxygen diffusion barrier layer, formed on the resistance conversion layer; a conductive layer is formed on the first storage of oxygen, the oxygen diffusion barrier layer; and a second oxygen diffusion barrier layer formed on the conductive layer, oxygen storage on.

【技术实现步骤摘要】
电阻式随机存取存储器
本专利技术关于电阻式随机存取存储器(resistiverandomaccessmemory；RRAM)装置，特别关于具有多个图案化存储器堆叠的电阻式随机存取存储器装置及其制造方法。
技术介绍
电阻式随机存取存储器具有低功率消耗、低操作电压、写入及擦除时间短、持久性长、数据保留时间长、非破坏性读取操作、多重状态(multi-state)、制造简单、及可扩充(scalable)性质的优点，因而成为新发展的非挥发性存储器的主流。RRAM装置的基本结构包括一底电极、一电阻转换层(resistiveswitchinglayer)、及一顶电极的一金属-绝缘体-金属(MIM)堆叠。其中，通过电阻转换层，当对RRAM装置施以一写入电压(包括起始电压；turn-onvoltage)，电阻转换层中的氧原子可迁移至顶电极以从高电阻状态转变为低电阻状态。然而，氧原子可能扩散回电阻转换层，或甚至从顶电极逸散出来而导致RRAM装置难以维持在低电阻状态。因此，需要一种新颖的RRAM装置及其制造方法来克服上述缺点。
技术实现思路
根据一实施例，本专利技术提供一种电阻式随机存取存储器，包括：一底电极；多个存储器堆叠，分别形成于底电极上；一第三氧气扩散阻隔层，形成于这些存储器堆叠之间；以及一顶电极，形成于这些存储器堆叠和第三氧气扩散阻隔层上。其中，每一个这些存储器堆叠包括：一电阻转换层，形成于底电极上；一第一氧气扩散阻隔层，形成于电阻转换层上；一导电氧气储存层，形成于第一氧气扩散阻隔层上；以及一第二氧气扩散阻隔层，形成于导电氧气储存层上。本专利技术的有益效果在于，本专利技术的电阻式随机存取存储器，允许更大的面积用来制造RRAM装置，进而降低RRAM装置中的形成电压和噪音。并且两相邻的存储器堆叠之间没有氧气扩散，进而避免相邻的存储器堆叠干扰彼此，确保RRAM装置的功能性。更容易将氧气空缺限制于每一个存储器堆叠的导电氧气储存层中，并允许更多稳定的细丝形成于存储器堆叠中及RRAM装置更好的细丝再现率。为让本专利技术的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为一剖面示意图，其根据本专利技术一实施例显示一电阻式随机存取存储器装置；图2A～图2F为剖面示意图，其根据本专利技术一实施例显示形成存储器堆叠的图案化工艺；图3为一剖面示意图，其根据本专利技术一实施例显示一电阻式随机存取存储器装置的制造方法；图4为一剖面示意图，其根据本专利技术一实施例显示一电阻式随机存取存储器装置的制造方法；图5为一剖面示意图，其根据本专利技术一实施例显示一电阻式随机存取存储器装置的制造方法；图6为根据本专利技术一实施例的图4所示电阻式随机存取存储器装置的俯视示意图；图7为根据本专利技术一实施例的电阻式随机存取存储器装置的俯视示意图；图8为根据本专利技术另一实施例的图4所示电阻式随机存取存储器装置的俯视示意图；图9为根据本专利技术一实施例的电阻式随机存取存储器装置的俯视示意图；图10为根据本专利技术一实施例的一电阻式随机存取存储器装置的俯视剖面图；图11为根据本专利技术另一实施例的电阻式随机存取存储器装置的俯视剖面图；以及图12为一俯视剖面图，其根据本专利技术一实施例显示一电阻式随机存取存储器装置的偏压路径(biasingpath)。附图标号：100～底电极；102～电阻转换层；102a～图案化电阻转换层；104～第一氧气扩散阻隔层；104a～图案化第一氧气扩散阻隔层；106～导电氧气储存层；106a～图案化导电氧气储存层；108～第二氧气扩散阻隔层；108a～图案化第二氧气扩散阻隔层；110～第三氧气扩散阻隔层；110a～图案化第三氧气扩散阻隔层；120～顶电极；200～存储器堆叠；300～晶体管；302～半导体基板；304～栅极结构；306～漏极区；308～源极区；310、400、502、600～介电层；312、402、504、602～导电接触；404、500、604～导线；700～偏压路径；800～电阻图案；802～第一硬掩膜图案；804～间隔子；806～额外的间隔子；808～间隙；810～第二硬掩膜图案；C～间隔；P～宽度；W、W’～宽度。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域相关技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护的范围。图1、图3～图5为剖面示意图，其显示形成一示例电阻式随机存取存储器(RRAM)装置的方法。于图1中，形成底电极100于半导体结构(未显示)上。半导体结构可包括半导体基板(未显示)，例如硅芯片，及一存储器控制元件(未显示)，例如形成于半导体基板之上的一主动控制元件(例如晶体管)或一被动控制元件(例如导线)。本实施例中，底电极100可为一图案化导电层，形成于一绝缘层(未显示)的一部分中。接下来，形成电阻转换层102于底电极100上，且接着形成第一氧气扩散阻隔层104于电阻转换层102上。接下来，形成导电氧气储存层106于第一氧气扩散阻隔层104上，且接着形成第二氧气扩散阻隔层108于导电氧气储存层106上。即，电阻转换层102、第一氧气扩散阻隔层104、导电氧气储存层106、及第二氧气扩散阻隔层108依序并覆盖式地(blanketly)形成于底电极100和半导体结构上。于一实施例中，底电极100可包括钨(W)、铂(Pt)、铝(Al)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、或其组合，且厚度可约为10至100nm。于另一实施例中，电阻转换层102可包括氧化铪、氧化钛、氧化钨、氧化钽、氧化锆、或其组合，且厚度可约为3nm至10nm。又于另一实施例中，第一氧气扩散阻隔层104可包括氧化铝，且厚度可约为0.3nm至1nm。于另一实施例中，导电氧气储存层106可包括铝、钛、或其组合，且厚度可约为5nm至40nm。又于另一实施例中，第二氧气扩散阻隔层108可包括氧化铝，且厚度可约为0.3nm至1nm，或可包括氮氧化钛(TiON)，且厚度可约为3nm至10nm。于本实施例中，可通过电子束蒸发(E-beamevaporation)、溅射、或物理气相沉积(PVD)形成底电极100、电阻转换层102、第一氧气扩散阻隔层104、导电氧气储存层106、及第二氧气扩散阻隔层108。接下来，利用合适的掩膜图案(未显示)实施一图案化工艺以图案化第二氧气扩散阻隔层108、导电氧气储存层106、第一氧气扩散阻隔层104、及电阻转换层102，以使得多个存储器堆叠200分别形成于底电极100上(如图3所示)。以下说明图案化工艺以形成对应于一个电极的多个存储器堆叠200的一示范例。于图2A中，多个电阻图案800形成于第二氧气扩散阻隔层108之上。电阻图案800可用来定义存储器堆叠200于俯视图中的形状。然而，若在底电极100和顶电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻式随机存取存储器，其特征在于，包括：一底电极；多个存储器堆叠，分别形成于该底电极上，其中每一个该些存储器堆叠包括：一电阻转换层，形成于该底电极上；一第一氧气扩散阻隔层，形成于该电阻转换层上；一导电氧气储存层，形成于该第一氧气扩散阻隔层上；以及一第二氧气扩散阻隔层，形成于该导电氧气储存层上；一第三氧气扩散阻隔层，形成于该些存储器堆叠之间；以及一顶电极，形成于该些存储器堆叠和该第三氧气扩散阻隔层上。

【技术特征摘要】
2016.07.07 US 15/204,2151.一种电阻式随机存取存储器，其特征在于，包括：一底电极；多个存储器堆叠，分别形成于该底电极上，其中每一个该些存储器堆叠包括：一电阻转换层，形成于该底电极上；一第一氧气扩散阻隔层，形成于该电阻转换层上；一导电氧气储存层，形成于该第一氧气扩散阻隔层上；以及一第二氧气扩散阻隔层，形成于该导电氧气储存层上；一第三氧气扩散阻隔层，形成于该些存储器堆叠之间；以及一顶电极，形成于该些存储器堆叠和该第三氧气扩散阻隔层上。2.如权利要求1所述的电阻式随机存取存储器，其特征在于，该电阻转换层包括氧化铪、氧化钛、氧化钨、氧化钽、氧化锆、或其组合，且该电阻转换层的厚度为3nm至10nm。3.如权利要求1所述的电阻式随机存取存储器，其特征在于，该第一氧气扩散阻隔层包括氧化铝，且该第一氧气扩散阻隔层的厚度为0.3nm至1nm。4.如权利要求1所述的电阻式随机存取存储器，其特征在于，该导电氧气储存层包括铝、钛、或其组合，且该导电氧气储存层的厚度为5nm至40nm。5.如权利要求1所述的电阻式随机...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈达，
申请(专利权)人：华邦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71