[發明專利]用于提升保存能力的雙穩態阻抗隨機存取存儲器結構

有效

• 申請號: 200710186747.0
• 申請日: 2007-11-16
• 公開（公告）號: CN101183681A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發明（設計）人: 何家驊;賴二琨;謝光宇
• 申請（專利權）人: 旺宏電子股份有限公司
• 主分類號: H01L27/24
• 分類號: H01L27/24;H01L45/00;G11C11/56
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發明是有關于一種具相變化型存儲材料的高密度存儲元件、其操作方法以及此元件的制造方法，具相變化型存儲材料包括金屬氧化型材料和其他材料。

背景技術

相變化型存儲材料是一種廣泛使用在讀寫光碟片的材料。這一些材料至少具有兩個固相，包括例如是一般非晶型固相(generally?amorphous)和一般結晶固相。以激光脈沖可使得讀寫光碟片可以在不同的相之間轉換，以讀取兩種相的不同的光學特性。

相變化型存儲材料，如硫屬化合物材料及其相似材料，也可以透過在集成電路施加適當電平的電流而改變其相態。一般非晶型態的電阻高于一般結晶態的電阻，其可快速感應以顯示其數據。這一些特性被研究用于可編程的阻抗材料，以用來形成可以隨機存取來讀取和寫入非易失性存儲電路。

非晶態可以在低電流操作下改變為結晶態。由結晶態改變為非晶態，在此處用做為重置，則通常需要在較高電流下操作，該操作包括一短而高電流密度脈沖，以熔化或破壞(break?down)結晶結構，其后，相變化材料快速冷卻，停止相變化程序，且使得至少一部份的相變化結構穩定于非晶態。通常都希望使得相變化材料由結晶態轉變為非晶態的重置電流可以最小化。縮小存儲單元中相變化材料單元的尺寸以及電極和相變化材料之間的接觸面積可減小用于重置的重置電流的大小，藉以使得可以以絕對小的通過相變化材料單元的電流值達到最大的電流密度。

目前發展的方向是在集成電路結構中形成小孔洞，再以少量的可編程阻抗材料來填充小孔洞。有關小孔洞的發展的專利包括：Ovshinsky于1997年11月11日核準的名稱為“具有錐形接觸窗的多位元單胞存儲單元”的美國專利第5,687,112號；Zahorik等人于1998年8月4日獲準的名稱為“硫屬化合物的存儲元件”的美國專利第5,789,277號；Doan等人于2000年11月21日獲準的名稱為?“可控制Ovnic相變化半導體存儲元件”的美國專利第6,150,253號。

在制造小尺寸元件以及符合大尺度存儲元件的嚴格規格在工藝上所產生的變異，會衍生一些問題。隨著存儲容量需求的增加，相變化存儲器中每一存儲層可以儲存多個位元，令人高度期待。

發明內容

一種雙穩態阻抗隨機存取存儲器，用于增加阻抗隨機存取存儲器的數據保存能力。介電部例如是下介電部，位于阻抗存儲部(RRAM)下方，其可以改善數據保存的設定/重置窗。下介電部的沉積方法可以采用等離子體增強型化學氣相沉積法或是高密度等離子體化學氣相沉積法。一種適合用來形成下介電部的材料為氧化硅。下介電部的厚度例如是約為1nm至約為10nm，或小于1nm。適合用來形成可編程阻抗存儲部的材料包括，但不限于，金屬氧化物、超巨磁電阻(CMR)阻抗材料、二元素氧化物、聚合物型材料以及硫屬化合物材料。例如，可用來形成可編程阻抗存儲部的兩元素化合物包括Ni_xO_y；Ti_xO_y；Al_xO_y；W_xO_y；Zn_xO_y；Zr_xO_y；Cu_xO_y，其中x∶y＝0.5∶0.5，或是其他組成物x：0～1；y：0～1。金屬摻雜型的金屬氧化物材料包括Al:ZnO以及Al:ZrO。

在一實施例中，雙穩態阻抗隨機存取存儲器包括下介電部，其位于阻抗存儲部和下電極或下接觸窗插塞之間。其他層，包括位線、上接觸窗插塞和上電極位于阻抗存儲部的上表面之上。上電極和阻抗存儲部的側邊基本上對齊。在另一實施例中，雙穩態阻抗隨機存取存儲器包括下介電部，其位于阻抗存儲部和接觸窗插塞之間，其中阻抗存儲部包覆下介電部。下介電部具有一上表面上和側壁。阻抗存儲部基本上覆蓋下介電部的上表面以及下介電部的側壁。

大體來說，存儲結構包括第一電極以及導電部；下介電部，覆蓋導電部，下介電部具有多個側邊；阻抗存儲部，覆蓋下介電部，且具有多個側邊，其基本上對齊下介電部的側邊；以及上介電質，位于第一電極之下，且基本上覆蓋阻抗存儲部的側邊以及下介電部的側邊。

本發明可以增進阻抗隨機存取存儲器的保存時間。

本發明的結構與方法將詳述于后。此發明內容并非用于限制本發明，本發明當以權利要求的范圍為準。本技術的這些實施例以及其他的實施例、特征、目的和優點當可由以下的說明、權利要求以及附圖來了解。