[發(fā)明專利]非揮發(fā)性存儲器及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210122112.5
• 申請日: 2012-04-24
• 公開（公告）號: CN103378103A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾俊元;黃駿揚(yáng);吳明锜
• 申請（專利權(quán)）人: 華邦電子股份有限公司
• 主分類號: H01L27/115
• 分類號: H01L27/115;H01L21/8247
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 李鶴松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是有關(guān)于一種非揮發(fā)性存儲器及其制造方法，特別是有關(guān)于一種電阻式非揮發(fā)性存儲器及其制造方法。

背景技術(shù)

目前非揮發(fā)性存儲器以快閃式存儲器(Flash?memory)為主流，但隨著元件不斷微縮，快閃式存儲器面臨柵極穿透氧化層過薄導(dǎo)致存儲時間縮短，以及操作電壓過大等缺點(diǎn)。因此，各種不同型態(tài)的非揮發(fā)性存儲器正積極的被研發(fā)以取代快閃式存儲器，其中電阻式非揮發(fā)性存儲器(Resistive?Random?Access?Memory，RRAM)具有操作電壓小、存儲時間長、多狀態(tài)存儲、結(jié)構(gòu)簡單及面積小等優(yōu)點(diǎn)，是極有潛力取代快閃式存儲器的元件。

以非晶質(zhì)二氧化鉿(HfO₂)為電阻轉(zhuǎn)態(tài)層的現(xiàn)有電阻式非揮發(fā)性存儲器元件(RRAM)具有優(yōu)異的電阻轉(zhuǎn)態(tài)特性，但是其熱穩(wěn)定性不佳，易于結(jié)晶，當(dāng)后續(xù)制造工藝溫度或退火處理溫度上升至400℃到500℃時，即會造成二氧化鉿的結(jié)晶態(tài)產(chǎn)生，影響二氧化鉿的存儲器電阻轉(zhuǎn)態(tài)特性。另一方面，以氧化鋁(Al₂O₃)為電阻轉(zhuǎn)態(tài)層的現(xiàn)有電阻式非揮發(fā)性存儲器元件具有極佳的熱穩(wěn)定性，其結(jié)晶態(tài)溫度可高達(dá)900℃，但是以氧化鋁為電阻轉(zhuǎn)態(tài)層的現(xiàn)有電阻式存儲器具有較高的形成電壓(forming?voltage)，當(dāng)形成一晶體管搭配一電阻(1T1R)時，此高電壓操作不適用于先進(jìn)互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)元件制造工藝當(dāng)中，不利未來電阻式存儲器商品化實(shí)現(xiàn)的可能。

因此，需要一種電阻式非揮發(fā)性存儲器及其制造方法，其具有熱穩(wěn)定性佳、初始形成電壓低和制作容易等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種非揮發(fā)性存儲器，包括一下導(dǎo)電層；一電阻轉(zhuǎn)態(tài)復(fù)合層，設(shè)置于上述下導(dǎo)電層上，上述電阻轉(zhuǎn)態(tài)復(fù)合層包括：具有一第一層數(shù)的第一氧化物原子層；具有一第二層數(shù)的第二氧化物原子層，設(shè)置于上述些第一氧化物原子層上；一上導(dǎo)電層，設(shè)置于上述電阻轉(zhuǎn)態(tài)復(fù)合層上。

本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種非揮發(fā)性存儲器的制造方法，包括提供一基板；于上述基板上形成一下導(dǎo)電層；進(jìn)行具有一第一制造工藝循環(huán)次數(shù)的第一原子層沉積制造工藝，以于上述下導(dǎo)電層上形成具有一第一層數(shù)的第一氧化物原子層；進(jìn)行具有一第二制造工藝循環(huán)次數(shù)的一第二原子層沉積制造工藝，于上述些第一氧化物原子層上形成具有一第二層數(shù)的第二氧化物原子層，上述些第一氧化物原子層和上述些第二氧化物原子層是共同制成一電阻轉(zhuǎn)態(tài)復(fù)合層；于上述電阻轉(zhuǎn)態(tài)復(fù)合層上形成一上導(dǎo)電層。

附圖說明

圖1a為本發(fā)明實(shí)施例的非揮發(fā)性存儲器的剖面示意圖。

圖1b為一比較例的非揮發(fā)性存儲器的剖面示意圖。

圖1c為另一比較例的非揮發(fā)性存儲器的剖面示意圖。

圖2a為本發(fā)明實(shí)施例的非揮發(fā)性存儲器的電壓電流量測結(jié)果。

圖2b為本發(fā)明不同實(shí)施例的不同成分組成的電阻轉(zhuǎn)態(tài)復(fù)合制成的非揮發(fā)性存儲器與圖1b、圖1c所示的比較例制成的非揮發(fā)性存儲器的形成電壓統(tǒng)計(jì)值比較結(jié)果。

圖2c為本發(fā)明不同實(shí)施例的不同成分組成的電阻轉(zhuǎn)態(tài)復(fù)合層制成的非揮發(fā)性存儲器與圖1b、圖1c所示的比較例制成的非揮發(fā)性存儲器的形成電壓平均值比較結(jié)果。

圖3a、圖3b分別為以Hf_0.7Al_0.3O薄膜作為電阻轉(zhuǎn)態(tài)復(fù)合層制成圖1a所示的非揮發(fā)性存儲器，與圖1b所示的非揮發(fā)性存儲器在實(shí)際轉(zhuǎn)態(tài)10次后的電壓電流關(guān)系圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的非揮發(fā)性存儲器在施予直流寫入電壓與抹除電壓的耐操度測試圖。

圖5為本發(fā)明元件本發(fā)明實(shí)施例的非揮發(fā)性存儲器500的非破壞性讀取測試圖。

圖6a為本發(fā)明實(shí)施例的非揮發(fā)性存儲器在進(jìn)行金屬后退火處理步驟后的電壓電流關(guān)系圖。

圖6b為本發(fā)明實(shí)施例的非揮發(fā)性存儲器在進(jìn)行金屬后退火處理步驟后的耐操度測試圖。

附圖標(biāo)號：

500、600、700～非揮發(fā)性存儲器；

200～基板；

202～絕緣層；

204～鈦薄膜；

206～鉑薄膜；

207～下導(dǎo)電層；

208～電阻轉(zhuǎn)態(tài)復(fù)合層；

210～第一氧化物原子層；

212～第二氧化物原子層；

214～上導(dǎo)電層；

216～單純二氧化鉿薄膜；

218～單純氧化鋁薄膜。

具體實(shí)施方式