[發(fā)明專利]電阻式存儲(chǔ)器元件及其制作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810927758.8
• 申請(qǐng)日: 2018-08-15
• 公開（公告）號(hào): CN110838542A
• 公開（公告）日: 2020-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王超鴻;李岱螢;蔣光浩;林榆瑄;陳宗銘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 旺宏電子股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發(fā)明公開了一種電阻式存儲(chǔ)器元件及其制作方法，該電阻式存儲(chǔ)器元件包括：第一電極層、電阻轉(zhuǎn)態(tài)層以及第二電極層。電阻轉(zhuǎn)態(tài)層位于第一電極層上，且包括三元過渡金屬氧化物。第二電極層，位于該電阻轉(zhuǎn)態(tài)層上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是有關(guān)于一種非易失性存儲(chǔ)器(non-volatile memory，NVM)及其制作方法，特別是有關(guān)于一種電阻式存儲(chǔ)器元件(resistive memory)及其制作方法。

背景技術(shù)

非易失性存儲(chǔ)器元件，具有在移除電源時(shí)亦不丟失儲(chǔ)存于存儲(chǔ)單元中的信息的特性。目前較被廣泛使用的是屬于采用電荷儲(chǔ)存式(charge trap)的電荷儲(chǔ)存式快閃(ChargeTrap Flash，CTF)存儲(chǔ)器元件。然而，隨著存儲(chǔ)器元件的集成密度增加，元件關(guān)鍵尺寸(critical size)和間隔(pitch)縮小，電荷儲(chǔ)存式閃存元件面臨其物理極限，而無法動(dòng)作。

電阻式存儲(chǔ)器元件，例如電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器元件(Resistive random-accessmemory，ReRAM)，是透過向存儲(chǔ)元件的金屬氧化物薄膜施加脈沖電壓，以產(chǎn)生電阻差值來作為信息儲(chǔ)存狀態(tài)例如“0”和“1”的判讀依據(jù)。其不論在元件密度(device density)、電力消耗、編程/擦除速度或三維空間堆棧特性上，都優(yōu)于閃存。因此，目前已成為倍受業(yè)界關(guān)注的存儲(chǔ)器元件之一。

典型的電阻式存儲(chǔ)器元件包括一個(gè)垂直堆棧的下金屬電極層/存儲(chǔ)層/上金屬電極層(Metal-Insulator-Metal，MIM)堆棧結(jié)構(gòu)，可用以實(shí)現(xiàn)立體交叉桿陣列結(jié)構(gòu)(crossbararray configuration)的高密度儲(chǔ)存。其中，存儲(chǔ)層一般是由過渡金屬氧化物(transitionmetal oxides，TMO)所構(gòu)成的電阻轉(zhuǎn)態(tài)層(resistance switching layer)，而過渡金屬氧化物的氧化程度，是影響電阻式存儲(chǔ)器元件的電阻轉(zhuǎn)態(tài)特性(resistance switchingcharacteristics)及其操作效能的主要因素。目前多采二元氧化物(binary oxide)，例如氧化鈦(TiOx)，作為電阻式存儲(chǔ)器元件的電阻轉(zhuǎn)態(tài)層的過渡金屬氧化物。然而，在制作電阻轉(zhuǎn)態(tài)層的過程中，二元氧化物的氧化程度較不易控制，無法精細(xì)調(diào)節(jié)電阻式存儲(chǔ)器元件的電阻轉(zhuǎn)態(tài)特性。

因此，有需要提供一種先進(jìn)的電阻式存儲(chǔ)器元件及其制作方法，來解決已知技術(shù)所面臨的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一實(shí)施例揭露一種一種電阻式存儲(chǔ)器元件包括：第一電極層、電阻轉(zhuǎn)態(tài)層以及第二電極層。電阻轉(zhuǎn)態(tài)層位于第一電極層上，且包括三元過渡金屬氧化物(ternarytransition metal oxide)。第二電極層，位于該電阻轉(zhuǎn)態(tài)層上。

本發(fā)明的另一實(shí)施例揭露一種電阻式存儲(chǔ)器元件的制作方法，其包括下述步驟：首先提供第一電極層。再于第一電極層上，提供包三元過渡金屬氧化物的電阻轉(zhuǎn)態(tài)層。后續(xù)，于電阻轉(zhuǎn)態(tài)層上，形成第二電極層。

根據(jù)上述實(shí)施例，本發(fā)明是在提供一種電阻式存儲(chǔ)器元件及其制作方法。其中電阻式存儲(chǔ)器元件包括依序排列的第一電極、電阻轉(zhuǎn)態(tài)層以及第二電極。其中，電阻轉(zhuǎn)態(tài)層包括三元過渡金屬氧化物。通過在制作電阻轉(zhuǎn)態(tài)層的過程中調(diào)控三元過渡金屬氧化物的氧化程度(即電阻轉(zhuǎn)態(tài)層中的含氧量)，可較精準(zhǔn)控制電阻式存儲(chǔ)器元件的電阻轉(zhuǎn)態(tài)特性，進(jìn)而提高及電阻式存儲(chǔ)器元件的操作效能。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，電阻轉(zhuǎn)態(tài)層的形成包括下述步驟：于第一電極層上形成第一過渡金屬層和材料層層，并對(duì)第一過渡金屬層和材料層進(jìn)行退火處理，藉以形成金屬合金層。之后再氧化此金屬合金層，以形成具有三元過渡金屬氧化物的電阻轉(zhuǎn)態(tài)層。通過簡單的工藝步驟，即可控制形成電阻轉(zhuǎn)態(tài)層的金屬合金氧化物的氧化程度，以精準(zhǔn)地調(diào)控電阻式存儲(chǔ)器元件的電阻轉(zhuǎn)態(tài)特性。