[發(fā)明專利]非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210328180.7
• 申請(qǐng)日: 2012-09-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103000653A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 迫坪行廣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 瑞薩電子株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L27/24
• 分類號(hào): H01L27/24;H01L45/00;G11C16/02
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 李蘭;孫志湧

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用?

2011年9月9日提交的日本專利申請(qǐng)No.2011-197398的公開(kāi)，包括說(shuō)明書(shū)、附圖和摘要，以其整體作為合并在這里。?

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件及其制造方法，具體地涉及一種電阻隨機(jī)存取非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件及其制造方法。?

背景技術(shù)

在非易失性存儲(chǔ)器領(lǐng)域中，已經(jīng)積極研究了閃速存儲(chǔ)器、FeRAM（Ferroelectric?Random?Access?Memory：鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）、MRAM（Magnetic?Random?Access?Memory：磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）、OUM（Ovonic?Unified?Memory：奧弗辛斯基電效應(yīng)統(tǒng)一存儲(chǔ)器）、PRAM（Phase?change?Random?Access?Memory：相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器；專利文獻(xiàn)1）等。?

近年來(lái)，已經(jīng)提出了一種與該非易失性存儲(chǔ)器不同的電阻隨機(jī)存取非易失性存儲(chǔ)器（ReRAM：resistance?random?access?nonvolatile?memory）（非專利文獻(xiàn)1）。在這種電阻隨機(jī)存取非易失性存儲(chǔ)器中，通過(guò)施加電壓脈沖并改變存儲(chǔ)單元的電阻變化部分的電阻值來(lái)寫(xiě)入信息。電阻隨機(jī)存取非易失性存儲(chǔ)器能夠無(wú)損地讀寫(xiě)信息。另外，電阻隨機(jī)存取非易失性存儲(chǔ)器具有小元件面積，因而能夠被多值化。從而，由于電阻隨機(jī)存取非易失性存儲(chǔ)器比現(xiàn)有的非易失性存儲(chǔ)器具有更高的電位，所以期望其是有前景的。?

電阻隨機(jī)存取非易失性存儲(chǔ)器的電阻變化機(jī)制分為兩種主要類?型：電化學(xué)型和細(xì)絲型（filament?type）。電化學(xué)型需要正電壓和負(fù)電壓來(lái)改變電阻，而細(xì)絲型使得單極操作成為可能。（非專利文獻(xiàn)1和2）?

電阻變化元件具有通過(guò)在電極之間插入電阻變化層形成的結(jié)構(gòu)。這意味著是兩端子元件。通常使用諸如WO_x（氧化鎢）、NiO_x（氧化鎳）、TaO_x（氧化鉭）、ZrO_x（氧化鋯）、HfO_x（氧化鉿）等過(guò)渡金屬氧化物作為細(xì)絲型電阻變化元件的電阻變化層的材料。在許多種情況下，初始狀態(tài)處于絕緣態(tài)。通常使用諸如Pt（鉑）、Ru（釕）、W（鎢）、Al（鋁）、Cu（銅）等單物質(zhì)金屬、尤其是貴金屬作為電極的材料。?

圖1是示出典型細(xì)絲型電阻變化元件的操作方法的實(shí)例的示意圖。該電阻變化元件：具有通過(guò)堆疊上電極252、電阻變化層241和下電極251形成的結(jié)構(gòu)；并且與電阻器250串聯(lián)耦合。?

通過(guò)電極之間的介電擊穿進(jìn)行初始化。也就是，如（a）所示，將施加到上電極252的電壓V_T.E.、施加到下電極251的電壓V_B.E.和施加到晶體管250柵極的電壓V_G分別設(shè)定為2.5V、0V和2V。由此將介電擊穿電壓施加在上電極252和下電極251之間。結(jié)果，如（b）所示，在電阻變化層241的一部分中，在上電極252和下電極251之間形成（也稱為“成型（forming）”）了類似橋的、稱為細(xì)絲（filament）241a的低電阻導(dǎo)電路徑。該狀態(tài)稱為低電阻狀態(tài)（LRS）。在這種情況下，在介電擊穿之后，通過(guò)經(jīng)由外部電路（在圖中未示出）來(lái)控制在細(xì)絲241a中流動(dòng)的電流，控制細(xì)絲241a的電阻，使其不要太小。例如，調(diào)整流動(dòng)的電流，使其具有1kW的電阻。?

通過(guò)切斷細(xì)絲的一部分執(zhí)行電阻增加。也就是，如(b)所示，將施加到上電極252的電壓V_T.E.、施加到下電極251的電壓V_B.E.和施加到晶體管250柵極的電壓V_G分別設(shè)定為1.0V、0V和5V。結(jié)果，如（c）所示，細(xì)絲的一部分被切斷（也稱為“復(fù)位（Reset）”）。這種狀?態(tài)稱為高電阻狀態(tài)（HRS）。通過(guò)對(duì)細(xì)絲241a提供不小于閾值的功率來(lái)使細(xì)絲241a切斷。在這種情況下，必須將超過(guò)閾值的電壓施加到細(xì)絲241a的兩端（P=V²/R,V>(RP)^0.5）。已經(jīng)知道，可以通過(guò)隧道勢(shì)壘模式來(lái)解釋細(xì)絲241a切斷的部分。?