[發明專利]電阻式隨機存取存儲器及其制造方法

有效

• 申請號: 201410256914.4
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN105280810B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 張碩哲;溫松穎
• 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
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司72003
• 代理人: 蘇捷,向勇

技術領域

本發明涉及一種電阻式隨機存取存儲器(Resistive RAM，RRAM)技術，且特別涉及一種電阻式隨機存取存儲器及其制造方法。

背景技術

電阻式隨機存取存儲器一般是由轉變金屬氧化物(TMO)、上電極(top electrode，TE)、下電極(bottom electrode，BE)所構成，并以上導線與下導線連接出去。電阻式隨機存取存儲器可藉由外加的操作電壓/電流而進行電阻態0到1或1到0的切換。由于導電路徑是藉由氧空缺(oxygen vacancy)控制低電阻態(low resistance state，LRS)，所以一旦因高溫而使氧離子擴散到轉變金屬氧化物層內，將會導致其內部的氧空缺減少，使存儲器的操作變得不穩定。

因此，目前已有數種針對降低氧離子擴散入轉變金屬氧化物的技術，譬如將設置(Set)功率增加，但是將影響重置(Reset)的良率。另外也有利用氧化物層作為阻擋氧離子擴散的技術，但是這樣一來將對存儲器整體的導電性造成沖擊。

在各類電阻式隨機存取存儲器中，轉變金屬氧化物(TMO)層為氧化鉿型電阻式隨機存取存儲器因耐久性優、切換速度快而備受矚目。可是，目前所使用的鈦/氧化鉿(Ti/HfO₂)型電阻式隨機存取存儲器在高溫時往往難以保持在低電阻狀態，造成所謂“高溫數據保持能力”的劣化。對此，有進行研究并加以改善的必要。

發明內容

本發明提供一種電阻式隨機存取存儲器，能改善數據持久性并提高導電率。

本發明另提供一種電阻式隨機存取存儲器的制造方法，能制作出數據保持良率佳且操作電壓低的存儲器。

本發明的電阻式隨機存取存儲器，包括第一電極、第二電極以及介于第一與第二電極之間的轉變金屬氧化物層。上述電阻式隨機存取存儲器還包括介于第一電極與轉變金屬氧化物層之間的活性化金屬層以及一層金屬氮氧化層，這層金屬氮氧化層是在含氧元素與氮元素的氣體環境下形成于活性化金屬層的表面。

在本發明的一實施例中，上述金屬氮氧化層的厚度約為1nm～20nm之間。

在本發明的一實施例中，上述活性化金屬層的材料包括鈦、鉭、鎢、鉿、鎳、鋁、釩、鈷、鋯或硅。

在本發明的一實施例中，上述金屬氮氧化層介于第二電極與轉變金屬氧化物層之間。

在本發明的一實施例中，上述第一電極為上電極且第二電極為下電極。

在本發明的一實施例中，上述第一電極為下電極且第二電極為上電極。

在本發明的一實施例中，上述第一電極的材料與活性化金屬層的材料可相同。

在本發明的一實施例中，上述電阻式隨機存取存儲器還可包括一第一緩沖層，位于轉變金屬氧化物層與金屬氮氧化層之間。所述第一緩沖層的材料與第一電極的材料可相同。

在本發明的一實施例中，上述活性化金屬層還包括一第二緩沖層，位于上述表面處與金屬氮氧化層直接接觸。

本發明的電阻式隨機存取存儲器的制造方法，包括依序形成第一電極、轉變金屬氧化物層與第二電極，且此制造方法還包括在形成第一電極或轉變金屬氧化物層的步驟后，形成活性化金屬層，并在含氧元素與氮元素的氣體環境下，于上述活性化金屬層表面形成金屬氮氧化層。

在本發明的另一實施例中，上述氣體是由N₂O、NO₂、NO、N₂O₂、N₂/O₂、N₂/O₃、N₂、NH₃、O₂、H₂O、H₂O₂、O₃所組成的氣體群中所選擇的至少一種。

在本發明的另一實施例中，上述形成金屬氮氧化層的方法還可搭配使用等離子體。

在本發明的另一實施例中，在形成上述金屬氮氧化層之后還可于金屬氮氧化層上形成一第一緩沖層。

在本發明的另一實施例中，形成上述活性化金屬層的步驟還包括在上述表面處形成一第二緩沖層。

基于上述，本發明藉由在含氧元素與氮元素的氣體環境下形成的金屬氮氧化層抑制氧離子擴散，進而提升低電阻態(LRS)的高溫數據持久性(HTDR)。而且，因為本發明的金屬氮氧化層的厚度可控制得極薄，所以在提升數據持久性的同時也不影響存儲器本身的導電率。

為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合說明書附圖作詳細說明如下。