[發明專利]電阻式非易失性存儲器裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 201410315518.4
• 申請日: 2014-07-03
• 公開（公告）號: CN105280811B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 吳伯倫;林孟弘;沈鼎瀛
• 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
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 湯在彥

技術領域

本發明是關于一種電阻式非易失性存儲器裝置及其制造方法，特別是關于一種具有高可靠度的電阻式非易失性存儲器裝置及其制造方法。

背景技術

電阻式非易失性存儲器(RRAM)因具有功率消耗低、操作電壓低、寫入抹除時間短、耐久度長、記憶時間長、非破壞性讀取、多狀態記憶、元件制作工藝簡單及可微縮性等優點，所以成為新興非易失性存儲器的主流。現有的電阻式非易失性存儲器的基本結構為底電極、電阻轉態層及頂電極構成的一金屬-絕緣體-金屬(metal-insulator-metal,MIM)疊層結構，且電阻式非易失性存儲器的電阻轉換(resistive switching，RS)阻值特性為元件的重要特性。然而，電阻式非易失性存儲器的存取速度、儲存密度、以及可靠度仍受限于氧空缺(oxygen vacancy)分布區域的控制能力不佳而無法有效的提升。

因此，在此技術領域中，有需要一種非易失性存儲器及其制造方法，以改善上述缺點。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種電阻式非易失性存儲器裝置及其制造方法，以提升電阻式非易失性存儲器裝置的可靠度。

本發明的一實施例提供一種電阻式非易失性存儲器裝置。上述電阻式非易失性存儲器裝置包括一第一電極；一第二電極，設置于上述第一電極上；一電阻轉態層，設置于上述第一電極和上述第二電極之間，其中上述電阻轉態層包括一第一區域，具有一第一氮原子濃度；一第二區域，相鄰于上述第一區域，其中第二區域具有不同于上述第一氮原子濃度的一第二氮原子濃度。

本發明的一實施例提供一種電阻式非易失性存儲器裝置的制造方法。上述電阻式非易失性存儲器裝置的制造方法包括形成一第一電極材料層；于上述第一電極材料層上形成一電阻轉態材料層；將多個氮原子注入部分上述電阻轉態材料層中；于上述電阻轉態材料層上形成一第二電極材料層；利用一第一遮罩，進行一圖案化工藝，移除部分上述第二電極材料層、上述電阻轉態材料層和上述第一電極材料層以分別形成一第二電極、一電阻轉態層和一第一電極，其中上述電阻轉態材料層包括一第一區域，具有一第一氮原子濃度；一第二區域，相鄰于上述第一區域，其中第二區域具有不同于上述第一氮原子濃度的一第二氮原子濃度。

由上述技術方案可得,本發明能夠減少電阻式非易失性存儲器對氧空缺分布區域的控制能力不佳的限制，從而有效的提升電阻式非易失性存儲器的存取速度、儲存密度、以及可靠度。

附圖說明

圖1顯示本發明的一實施例的電阻式非易失性存儲器裝置的剖面示意圖。

圖2顯示本發明的另一實施例的電阻式非易失性存儲器裝置的剖面示意圖。

圖3～圖7顯示本發明的一實施例的電阻式非易失性存儲器裝置的中間工藝步驟的剖面示意圖。

圖8～圖9顯示本發明的另一實施例的電阻式非易失性存儲器裝置的中間工藝步驟的剖面示意圖。

圖10～圖11顯示本發明的又一實施例的電阻式非易失性存儲器裝置的中間工藝步驟的剖面示意圖。

圖12顯示本發明的一實施例的電阻式非易失性存儲器裝置的剖面示意圖，其顯示位于電阻轉態層中氮原子的分布具有的一種功效。

圖13顯示本發明的一實施例的電阻式非易失性存儲器裝置的剖面示意圖，其顯示位于電阻轉態層中氮原子的分布具有的另一種功效。

圖中符號說明：

500a、500b～電阻式非易失性存儲器裝置；

250a、250b～金屬-絕緣體-金屬疊層；

200～半導體基板；

202～電路；

204、218～層間介電層；

205、217～頂面；

206～第一電極接觸插塞；

216～第二電極接觸插塞；

208～第一電極；

210～電阻轉態層；

212～第二電極；

208a～第一電極材料層；

210a～電阻轉態材料層；

212a～第二電極材料層；

214～阻障襯墊層；

220～氮原子；

222～氧空缺；

224～阻障層；

224a～阻障材料層；

226、238～第一光阻圖案；

230～第二光阻圖案；

228～遮罩；

229、237～摻雜工藝；

232～第一區域；

234～第二區域；