电阻式存储器元件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种电阻式存储器元件及其制造方法，该电阻式存储器元件包括一底部电极，具有通孔的一图案化介电层形成于底部电极上，一势垒层形成于通孔的侧壁和底表面上为一衬里，一环形金属层形成于势垒层的侧壁和底表面上，以及一环形金属氧化物形成于环形金属层的上表面处。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种电阻式存储器元件及其制造方法，且特别是有关于一种具有改良电子特性的电阻式存储器元件及其制造方法。
技术介绍
存储器元件，例如非易失性存储器元件，一般是设计为，当存储器元件失去或移除电源后仍能保存数据状态的完整性。目前业界已有许多不同型态的非易失性存储器元件被提出。不过相关业者仍不断研发新的设计或是结合现有技术，进行存储单元平面的叠层以达到具有更高储存容量的存储器元件的结构。例如已有一些三维叠层与非门(NAND)型闪存结构被提出。可变电阻式存储器(Resistive random-access memory，RRAM或ReRAM)是非易失性存储器的其中一种型态。电阻式存储器由于其简单的金属-绝缘物-金属(Metal-Insulator-Metal，MIM)的结构和有前途的可扩展性而受到许多注目。根据介电材料的不同种类，从钙钛矿(perovskites)到过渡金属氧化物到硫属化合物(chalcogenides)，不同形式的可变电阻式存储器已经被揭露。然而，传统的电阻式存储器元件在进行制造程序的填充步骤时，仍会产生接缝(seams)和空孔(voids)等缺陷于金属层中。图1是绘示一种具有缺陷的传统电阻式存储器元件的一部分。如图1所示，具有通孔的一图案化介电层12是形成于一底部电极11上，一势垒层13沿着图案化介电层12的通孔的侧壁和底表面形成，和一金属层14填满通孔，之后再进行研磨和氧化工艺以形成金属氧化物做为电阻式存储器元件的存储器层。在传统的金属填充步骤中，很容易在金属层14中产生接缝14a和空孔14b等缺陷，特别是在金属层14的中央部分最容易产生。接缝14a和/或空孔14b等缺陷会造成金属层14内部的较弱区域(weaker region)(例如，产生接缝的区域比起金属层14的其他区域更容易被氧化)，氧化工艺之后较弱区
域的电阻值将产生变异，因而降低电阻式存储器元件的电子特性的可靠度。因此，相关业者无不希望可以研发和制造出一种兼具可靠结构和优异电子特性的电阻式存储器元件。
技术实现思路
本专利技术是有关于一种电阻式存储器元件及其制造方法。实施例的电阻式存储器元件提供了一种简单又可靠的结构以缩小接触孔的尺寸(即，环形金属氧化物)，并大幅增进存储器元件的电子特性。根据一实施例，是提出一种电阻式存储器元件，包括一底部电极，具有通孔的一图案化介电层形成于底部电极上，一势垒层形成于通孔的侧壁和底表面上为一衬里，一环形金属层形成于势垒层的侧壁和底表面上，以及一环形金属氧化物形成于环形金属层的上表面处。根据实施例，是提出一种电阻式存储器元件的制造方法，包括：提供一底部电极，形成具有通孔的一图案化介电层于底部电极上，形成一势垒层于通孔侧壁和底表面上为一衬里，形成一环形金属层于势垒层的侧壁和底表面上，以及形成一环形金属氧化物于环形金属层的上表面处。为了对本专利技术的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。然而，本专利技术的保护范围当视随附的权利要求范围所界定的为准。附图说明图1是绘示一种具有缺陷的传统电阻式存储器元件的一部分。图2A是根据本专利技术一实施例的一电阻式存储器元件的剖面示意图。图2B是根据本专利技术一实施例的一电阻式存储器元件的上视图。图3A显示一种传统电阻式存储器元件的操作，包括初次形成、设定和复位的过程。图3B显示一实施例的一电阻式存储器元件的操作，包括初次形成、设定和复位的过程。图4显示相关实验中以RTO进行氧化工艺的传统和实施例的电阻式存储器元件的起始电阻。图5为形成过程中实施例的电阻式存储器元件的形成电压与起始电阻的关系曲线图，其中环形金属氧化物以不同RTO工艺温度形成。图6显示一种实施例的电阻式存储器元件的初次形成、设定和复位)的模拟操作，其中操作条件为5V/500μA。图7A至图7F绘示本专利技术一实施例的电阻式存储器元件的第一种制造方法。图8A至图8F绘示本专利技术一实施例的电阻式存储器元件的第二种制造方法。【符号说明】2：电阻式存储器元件11、21、71：底部电极12、22、72：图案化介电层22t、72t：图案化介电层的上表面13、23、73、73’、73”：势垒层23s、73s：势垒层的侧壁23b、73b：势垒层的底表面23t、73t：势垒层的上表面14：金属层14a：接缝14b：空孔24、74、74’、74”：环形金属层24t、74t：环形金属层的上表面25、75：环形金属氧化物26、74h：孔洞27：中间层72v：通孔77：势垒氧化物78：导电氧化物Vs：通孔的侧壁Vb：通孔的底表面IL、IL'：绝缘层ML：导体ML’、ML”：导电层具体实施方式本专利技术的实施例是提出一种电阻式存储器元件及其制造方法。实施例的电阻式存储器元件可以广泛地被应用于各种电阻式存储器(例如可变电阻式存储器，ReRAM)阵列。根据实施例，电阻式存储器元件提供了一种简单又可靠的结构以缩小接触孔的尺寸(即，环形金属氧化物)，并增进了电阻式存储器元件的电子特性。再者，实施例的电阻式存储器元件显示了高起始电阻(high initial resistance)，代表了实施例是具有良好且均匀的氧化物。须注意的是，本专利技术并非显示出所有可能的实施例，未于本专利技术提出的其他实施态样也可能可以应用。再者，图式上的尺寸比例并非按照实际产品等比例绘制。因此，说明书和图示内容仅作叙述实施例的用，而非作为限缩本专利技术保护范围之用。另外，实施例中的叙述，例如细部结构、工艺步骤和材料应用等等，仅为举例说明之用，并非对本专利技术欲保护的范围做限缩。实施例的步骤和结构各元素的细节可在不脱离本专利技术的精神和范围内根据实际应用工艺的需要而加以变化与修饰。图2A是根据本专利技术一实施例的一电阻式存储器元件的剖面示意图。图2B是根据本专利技术一实施例的一电阻式存储器元件的上视图。如图2A和图2B所示，一电阻式存储器元件2包括一底部电极(bottom electrode)21，一图案化介电层22形成于底部电极21上且具有一通孔(via)，一势垒层23形成于通孔的侧壁Vs和底表面Vb上如一衬里，一环形金属层(ring-shaped metal layer)24形成于势垒层23的侧壁23s和底表面23b上，和一环形金属氧化物(ring-shaped metal oxide)25形成于环形金属层24的上表面24t处。根据实施例，形成于环形金属层24的上表面24t处的环形金属氧化物定义出一孔洞26，一中间层(a medium layer)27例如一绝缘物(insulation)或一导电层(conductive layer)填满孔洞26(其制法详述于后)。一实施例中，一上电极(未绘示)可形成于环形金属氧化物25上，其中上电极和环形金属氧
化物25产生一自整流特性(self-rectified property)。一实施例中，势垒层23的上表面23t是低于图案化介电层22的上表面22t。一实施例中，环形金属层24的上表面24t是低于图案化介电层22的上表面22t。一实施例中，环形金属层24的上表面24t是实质上齐平于图案化介电层22的上表面22t(如图2A所示)，或稍微高过于图案化介电层22的上表面22t。注意的是，电阻式存储本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻式存储器元件，至少包括：一底部电极(bottom electrode)；一图案化介电层具有一通孔(via)，该图案化介电层形成于该底部电极上；一势垒层，形成于该通孔的侧壁和一底表面上作为一衬里；一环形金属层(ring‑shaped metal layer)形成于该势垒层的侧壁和一底表面上；和一环形金属氧化物(ring‑shaped metal oxide)形成于该环形金属层的一上表面处。

【技术特征摘要】
1.一种电阻式存储器元件，至少包括：一底部电极(bottom electrode)；一图案化介电层具有一通孔(via)，该图案化介电层形成于该底部电极上；一势垒层，形成于该通孔的侧壁和一底表面上作为一衬里；一环形金属层(ring-shaped metal layer)形成于该势垒层的侧壁和一底表面上；和一环形金属氧化物(ring-shaped metal oxide)形成于该环形金属层的一上表面处。2.根据权利要求1所述的电阻式存储器元件，更包括一势垒氧化物(barrier oxide)形成于该势垒层的一上表面处。3.根据权利要求1所述的电阻式存储器元件，其中该环形金属层定义一孔洞于该通孔中，且一中间层(a medium layer)填满该孔洞。4.根据权利要求1所述的电阻式存储器元件，其中该导电层和该势垒层包括相同材料。5.一种电阻式存储器元件的制造方法，至少包括：提供一底部电极(bottom electrode)；形成一图案化介电层于该底部电极上，该图案化介电层具有一通孔(via)；形成一势垒层于该通孔的侧壁和一底表面上作为一衬里；形成一环形金属层(ring-shaped metal layer)于该势垒层的侧壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：林昱佑，李峰旻，蒋光浩，李明修，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71