电阻式随机存取存储器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种电阻式随机存取存储器及其制造方法。该电阻式随机存取存储器包括第一电极层、第二电极层以及位于该第一电极层与该第二电极层之间的堆栈结构。该堆栈结构包括成分为HfOx的导电层与成分为HfOy的可变电阻层，其中x<y，且氧离子在该导电层中的扩散速率低于其在金属中的扩散速率。通过本发明专利技术可以改善一般电阻式随机存取存储器常遭遇的高温数据保持能力不佳的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种存储器及其制造方法，且特别涉及一种电阻式随机存取存储器及 其制造方法。
技术介绍
电阻式随机存取存储器（RRAM或ReRAM)因其记忆密度高(记忆单元的面积小)、操 作速度快、功耗低且成本低，是近年来广为研究的一种存储器组件。其运作原理在于，某些 介电材料在被施予高电压时内部会产生导电路径，从而自高电阻状态转变至低电阻状态， 此后，又可经"重设"步骤而回到高电阻状态。藉此，该介电材料得以提供对应"0"和"1"的 两种截然不同的状态，因此可以作为储存数字信息的记忆单元。 在各类电阻式随机存取存储器中，氧化铪型电阻式随机存取存储器因耐久性优、 切换速度快而备受瞩目。可是，目前所使用的钛/氧化铪（Ti/Hf02)型电阻式随机存取存储 器在高温时往往难以保持在低电阻状态，造成所谓"高温数据保持能力"的劣化。对此，有 进行研究并加以改善的必要。
技术实现思路
要解决的技术问题 本专利技术提供一种，可以改善电阻式随机存取 存储器在高温状态下数据保持能力不佳的问题。 技术方案 本专利技术的电阻式随机存取存储器包括第一电极层、第二电极层以及位于该第一电 极层与该第二电极层之间的堆栈结构。该堆栈结构包括成分为!lf〇x的导电层与成分为!lf〇y 的可变电阻层，其中X〈y，且氧离子在该导电层中的扩散速率低于其在金属(例如铪或钛)中 的扩散速率。 本专利技术的电阻式随机存取存储器的制造方法包括以下步骤。在基底上形成第一电 极层；在该第一电极层上形成堆栈结构；在该堆栈结构上形成第二电极层。该堆栈结构包 括成分为JlfOx的导电层与成分为的可变电阻层，其中X〈y，且氧离子在该导电层中的 扩散速率低于其在金属中的扩散速率。 在一种实施方式中，0? 05〈x〈0. 5,l〈y〈3。 在一种实施方式中，x约等于0? 25,y约等于2。 在一种实施方式中，该导电层为包括单斜晶系（monoclinic)结构和六方最密堆积 (hexagonalclosedpacked,HCP)结构的多晶材料，该可变电阻层包括单斜晶系结构和非 晶结构。 在一种实施方式中，单斜晶系结构在该导电层中以体积计占50%到80%。 在一种实施方式中，该导电层的电阻率为200yQcm到100000yQcm。 在一种实施方式中，该导电层的厚度为5nm到50nm。 在一种实施方式中，该可变电阻层的厚度为2nm到10nm。 在一种实施方式中，该第一电极层和该第二电极层的材料分别选自由氮化钛 (11幻、氮化钽（1 &幻、钼（？〇、铱（1〇和石墨组成的族群。 有益效果 基于上述可知，本专利技术提出一种，通过在可 变电阻层和电极层之间置入一层可暂时储存氧离子的导电层，可以避免氧离子在高温环境 下扩散回到可变电阻层的情形，从而改善一般电阻式随机存取存储器常遭遇的高温数据保 持能力不佳的问题。 为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例作详细说明如下。【附图说明】 图1到图4是根据本专利技术的第一实施方式所示出的电阻式随机存取存储器的剖面 流程图。 图5是根据本专利技术的第二实施方式所示出的电阻式随机存取存储器的剖面示意 图。 其中，附图标记说明如下： 100:基底 102:第一电极层 104:堆栈结构 106:导电层 108:可变电阻层110:第二电极层 2〇0 :氧离子 300:导电细丝M:记忆单元【具体实施方式】 以下将参照随附图式更全面地描述本专利技术的示范性实施方式；然而，本专利技术可按 不同的形式体现，且不局限于本文阐述的实施方式。 本专利技术的第一实施方式涉及一种电阻式随机存取存储器的制造方法，根据此实施 方式，图1到图4示出了制造电阻式随机存取存储器的流程。 请参照图1，首先，提供基底100。基底100的材料不受特别限制，例如可以是常见 的硅基底等半导体基底。在图1中虽然没有示出，但基底100中可能已经形成了其他组件， 例如二极管或晶体管等半导体组件和导电插塞，前述二极管或晶体管等组件可以作为电阻 式随机存取存储器的切换组件。 请参照图2,接着，在基底100上形成第一电极层102。第一电极层102的材料不 受特别限制，凡现有的导电材料均可使用，例如可以是氮化钛（TiN)、氮化钽（TaN)、氮化钛 铝（TiAIN)、钛钨（TiW)合金、钨（W)、钌（Ru)、钼（Pt)、铱（Ir)、石墨或上述材料的混合物或 叠层；其中，优选氮化钛、氮化钽、钼、铱、石墨或其组合。第一电极层102的形成方法不受特 别限制，例如可以是直流溅镀或射频磁控溅镀等物理气相沉积工艺。第一电极层102的厚 度亦不受特别限制，但通常在5nm到500nm之间。 请参照图3,接着，在第一电极层102上形成堆栈结构104。在本实施方式中，堆栈 结构104包括由导电层106和可变电阻层108组成的双层结构。 在本实施方式中，导电层106和可变电阻层108的成分都是铪的氧化物，然而， 氧在其中的莫耳分率不同，使得两者展现出实质上导电(例如电阻率在200yQcm到 100000iiQcm之间)和未施加电压前实质上绝缘两种不同的性质。具体而言，导电层106的 成分为HfOx，可变电阻层108的成分为HfOy，其中x〈y;换言之，导电层106是相较之下氧含 量较低（〇-deficient)的材料。x的数值以介于0. 05到0. 5之间较佳，y的数值以介于1到 3之间较佳。由于铪和氧的二元系统在不超过2000K的温度下，存在两种稳定相，即HfOQ.25 和Hf02。因此，当x和y的数值落于前述范围内时，导电层106和可变电阻层108的材料在 整个存储器工艺期间都能保有非常稳定的内部结构，这可以提高工艺的良率。基于同一理 由，更佳的情况是x约等于0. 25,y约等于2。但需注意的是，本文中使用"约"来修饰特定 数值，即表示应容许至少10%的误差范围。 导电层106可以通过任何现有的薄膜工艺来形成，例如反应性溅镀等物理气相沉 积工艺，其厚度例如是介于5nm到50nm之间。可变电阻层108也可以通过物理气相沉积 工艺来形成；或者，考虑到可变电阻层108的厚度通常需限制在很薄的范围(例如2nm到 l〇nm)，优选通过原子层沉积（ALD)工艺来形成。根据前述方法分别形成导电层106和可变 电阻层108之后，导电层106可以是包括单斜晶系结构和六方当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻式随机存取存储器，包括：第一电极层；第二电极层；以及堆栈结构，位于该第一电极层与该第二电极层之间，该堆栈结构包括成分为HfOx的导电层与成分为HfOy的可变电阻层，其中x<y，且氧离子在该导电层中的扩散速率低于其在金属中的扩散速率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张硕哲，何家骅，
申请(专利权)人：华邦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71