[發明專利]電阻式存儲器元件及其形成方法

無效

• 申請號: 200810080410.6
• 申請日: 2008-02-18
• 公開（公告）號: CN101515630A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發明（設計）人: 曾俊元;林志洋;林群杰
• 申請（專利權）人: 華邦電子股份有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24;G11C11/56;G11C16/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 任默聞

技術領域

本發明有關于一種非易失性存儲器元件及其形成方法，且特別是有關于電阻式非易失性存儲器元件及其形成方法。

背景技術

近年來可攜式電子產品的流行(例如行動電話、數字相機、筆記型計算機等)促使存儲器的使用量大增。一般而言，存儲器元件通常可分為兩大類，即易失性存儲器與非易失性存儲器(non-volatile?memory)兩種。易失性存儲器是指存儲器內的數據需仰賴持續性地電源供應才能維持和保存，而非易失性存儲器即使電源中斷，仍可保持存儲器內部的數據。而在各種非易失性存儲器中，又以可快速寫入與抹除的快閃存儲器(flash?RAM)格外受到重視。但隨著元件不斷的縮小，快閃存儲器也逐漸面臨到過大的寫入電壓、過長的寫入時間與柵極過薄而導致存儲時間縮短的困境。因此，各方也不斷努力于開發新的非易失性存儲器來取代快閃存儲器。其中，電阻式非易失性存儲器元件具有寫入抹除時間短、操作電壓及電流低、存儲時間長、多狀態存儲、結構簡單、簡化的寫入與讀出方式及所需面積小等優點，是一種極有潛力的產品，而受到各界的重視。

請參考圖1，其顯示一現有電阻式非易失性存儲器10的剖面示意圖。如圖1所示，電阻式非易失性存儲器10設置于一基底12上，并依序包含有一絕緣層14、一下導電層16、一電阻層18以及一上導電層20，其中下導電層16例如是白金薄膜，而電阻層18則例如是鉻摻雜的鈦酸鍶單晶體，并具有電阻轉換的特性。

圖2顯示電阻式非易失性存儲器10的偏壓與漏電流關系示意圖。如圖2所示，當施加于電阻式非易失性存儲器10上的偏壓由0開始正向增加時，漏電流會沿著曲線C₁逐漸上升，但是一旦正偏壓超過V₁時，漏電流與偏壓間的關系會由原本的曲線C₁瞬間跳到曲線C₂，而使得漏電流瞬間下降，亦即電阻瞬間增加，之后即使再將偏壓降低，漏電流與偏壓間的關系仍然會依循著曲線C₂運作，直到施加于電阻式非易失性存儲器10上的負偏壓小于V₂之后，才會又再跳回曲線C₁，而使得負向的漏電流瞬間提升(即切換至一較小的電阻值)。由于電阻式非易失性存儲器10具有這種可利用直流偏壓來造成電阻轉換的特性，且可以重復操作而得到一樣的電阻轉換，因此可被用來制作存儲元件，舉例來說，這兩種不同的電阻值可分別用來代表0或1，一旦需要對存儲器的內容進行寫入或抹除時，僅需施加適當大小的電壓于電阻式非易失性存儲器10上，即可通過電阻值的改變而達到寫入或抹除的目的，且一旦此電阻值改變后，并不需要持續提供電源供應來維持，而可在中斷電源供應的狀況下，繼續保存存儲器內部的數據。

然而在現有的電阻式非易失性存儲器制作方法中，電阻層18的制作方法大多在形成(100)方向的鈦酸鍶單晶體后，再利用燃燒融化法形成鉻摻雜的鈦酸鍶單晶體，或是利用脈沖激光濺鍍法成長鉻摻雜的鋯酸鍶薄膜，但是前者所使用的單晶材料同樣需要相當高的成本，而后者又不適合大面積薄膜的制作，且濺鍍標靶的制作有一定難度，因此均不適合量產。

因此，業界亟需要一種新的電阻式非易失性存儲器結構及其制作方法，以解決前述問題。

發明內容

本發明提供一種電阻式存儲器元件，包括基底，位于基底上的下導電層，位于下導電層上的第一電阻層，位于第一電阻層上的擴散摻雜層，位于擴散摻雜層上的第二電阻層，以及位于第二電阻層上的上導電層。其中擴散摻雜層的部分材質擴散進入第一電阻層或第二電阻層。

本發明另提供一種電阻式存儲器元件的形成方法，包括提供基底，于基底上形成下導電層，于下導電層上形成第一電阻層，于第一電阻層上形成擴散摻雜層，于擴散摻雜層上形成第二電阻層，于第二電阻層上形成上導電層，以及實施熱制造工藝使部分的擴散摻雜層的材質擴散進入第一電阻層或第二電阻層。

附圖說明

圖1顯示現有的電阻式非易失性存儲器的剖面圖。

圖2顯示電阻式非易失性存儲器10的偏壓與漏電流關系示意圖。

圖3為一電阻式存儲器的剖面圖，用來說明發明人所知的一種電阻式存儲器的結構及其制法。

圖4顯示以凝膠法制備鋯酸鍶薄膜于下導電層316上以作為電阻層318的流程。

圖5a-圖5b顯示對于存儲器310在連續操作過程中，操作電壓與兩存儲狀態電阻值的紀錄。

圖6顯示本發明一實施例的電阻式存儲器元件的剖面圖。