[發(fā)明專利]電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、其制造方法及其操作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610863789.2
• 申請(qǐng)日: 2016-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN107887507A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯拓宏;胡博瑞;張哲嘉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華邦電子股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00;G11C13/00
• 代理公司: 北京同立鈞成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11205
• 代理人: 馬雯雯,臧建明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是有關(guān)于一種存儲(chǔ)器、其制造方法及其操作方法，且特別是有關(guān)于一種電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、其制造方法及其操作方法。

背景技術(shù)

憶阻器(memristor)為一種二端點(diǎn)(two-terminal)元件，其使用電場(chǎng)誘導(dǎo)電阻開關(guān)以改變其電阻狀態(tài)。由于所述電阻狀態(tài)的改變?yōu)榉且资缘模虼耍瑧涀杵骺蓱?yīng)用在人造神經(jīng)突觸(artificial neuromorphic synapse)、模糊邏輯(fuzzy-logic)元件以及電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(resistive random access memory，RRAM)等領(lǐng)域中。

RRAM廣泛地應(yīng)用在非易失性存儲(chǔ)器領(lǐng)域中。由于RRAM具有簡(jiǎn)單的交錯(cuò)陣列并可低溫制造，使得RRAM具有最佳的潛力來(lái)取代現(xiàn)有的閃存存儲(chǔ)器(flash memory)。雖然RRAM的交錯(cuò)陣列理論上可容許4F²的最小單元胞尺寸(其中F為最小特征尺寸)，且低溫工藝可容許存儲(chǔ)器陣列的堆疊達(dá)到前所未有的積體密度。然而，在1R結(jié)構(gòu)中(也就是僅具有一電阻元件)，會(huì)有潛電流(sneak current)通過相鄰的未被選擇的存儲(chǔ)單元，而嚴(yán)重地影響讀取裕量(read margin)，且限制交錯(cuò)陣列的最大尺寸。此問題可通過額外的非線性選擇裝置與這些電阻轉(zhuǎn)換元件串聯(lián)予以解決。因此，一個(gè)二極管搭配一個(gè)電阻(1D1R)以及一個(gè)選擇器搭配一個(gè)電阻(1S1R)等架構(gòu)似乎已成為三維(3D)堆疊存儲(chǔ)器應(yīng)用的主要競(jìng)爭(zhēng)者。

然而，將上述1D1R以及1S1R的架構(gòu)應(yīng)用在3D交錯(cuò)陣列時(shí)容易產(chǎn)生工藝問題，而無(wú)法被實(shí)際應(yīng)用在3D存儲(chǔ)器的工藝上。因此，如何實(shí)現(xiàn)一非線性的電阻轉(zhuǎn)換元件，且不需要額外的選擇元件將成為發(fā)展具有RRAM的3D存儲(chǔ)器的重要課題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、其制造方法及其操作方法，其具有非線性電阻值且不需要額外的選擇元件，因此，可縮小面積，進(jìn)而達(dá)到高密度的三維堆疊式RRAM陣列。

本發(fā)明提供一種電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、其制造方法及其操作方法，其不具有現(xiàn)有的生成(forming)、燈絲(filament)以及離子移動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到低功耗的功效。

本發(fā)明提供一種電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，包括第一電極、第二電極以及電荷捕捉層(charge trapping layer)。第二電極位于第一電極上。電荷捕捉層位于第一電極與第二電極之間。電荷捕捉層包括第一區(qū)域與第二區(qū)域。第一區(qū)域具有第一摻質(zhì)并靠近第一電極。第二區(qū)域具有第二摻質(zhì)并靠近第二電極。

本發(fā)明提供一種電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的制造方法，其步驟如下。提供第一電極。并于第一電極上形成電荷捕捉層。于電荷捕捉層上形成第二電極。

本發(fā)明提供一種存儲(chǔ)元件的操作方法，其步驟如下。提供上述電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。在設(shè)定(set)時(shí)，對(duì)第二電極施加正偏壓，使得多個(gè)電子從第一電極注入電荷捕捉層的第一區(qū)域中且被電荷捕捉層的第二區(qū)域阻擋。在重設(shè)(reset)時(shí)，對(duì)第二電極施加負(fù)偏壓，使得電子從電荷捕捉層的該第一區(qū)域逸至第一電極。

基于上述，本發(fā)明的電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器僅為1R存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其具有非線性電阻值且不需要額外的選擇元件。因此，相較于現(xiàn)有的RRAM(例如1D1R與1S1R架構(gòu))，本發(fā)明的RRAM具有較小的面積。另外，本發(fā)明的RRAM可省略初始生成步驟(forming-free)，因此，可不需具有較大電壓的初始生成電壓以作活化，以避免RRAM結(jié)構(gòu)的損傷，進(jìn)而提升可靠度。另一方面，本發(fā)明的RRAM也不需形成燈絲以及離子移動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到低功耗的功效。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的一種電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的剖面示意圖。

圖2A為本發(fā)明第二實(shí)施例的一種電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的立體圖。

圖2B為圖2A的存儲(chǔ)單元的剖面示意圖。

圖3A至圖3D為圖1的電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的操作示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

10、20：電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器；

201：基底；

102、202：第一電極；

203：介電層；

104、204：電荷捕捉層；

205：存儲(chǔ)單元；

106、206：第一區(qū)域；

108、208：第二區(qū)域；

110、210：第二電極；

D1：第一方向；