具有金属保护层的可变电阻式存储器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种具有金属保护层的可变电阻式存储器及其制造方法。存储单元的制造方法包括：于一存取装置上形成一绝缘层，其次是形成通过绝缘层的通孔以暴露第一存取装置端子以及第二存取装置端子。接着形成延伸通过通孔的第一层间导体以及第二层间导体。氧化层间导体的上表面以形成氧化层。位于第一层间导体上的氧化层形成一存储层。于绝缘层的顶部上形成覆盖氧化层的一保护金属层。图案化并刻蚀保护金属层以形成覆盖存储层的一顶电极层。移除第二层间导体上的氧化层。接着分别形成平行的第一存取线路以及第二存取线路于顶电极层上以及第二层间导体上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于基于金属氧化物的存储器装置及其制造方法。
技术介绍
可变电阻式存储器(Resistive Random Access Memory，RRAM))是一种非易失性存储器的类型，提供下列优点：小的存储单元尺寸、可扩缩性、超高速操作、低功率操作、高耐久性、好的保持性、大的开关比以及CMOS兼容性。RRAM的一种类型包括金属氧化物层，通过施加适用于集成电路中的实施的各种程度的电脉冲，可以产生金属氧化物层以改变二或更多稳定电阻范围之间的电阻。形成过渡金属氧化物(Transition Metal Oxide,TMO)存储层的先前方法中，使用光刻胶作为刻蚀掩模以保护将会成为存储层的TMO在指定区域中的部分，而刻蚀并非存储层的部分的TMO的其他部分。刻蚀之后剥离光刻胶，而剥离的过程可能对TMO存储层造成损害。避免因为剥离而产生此损害的先前方法，包括在氧化前使用硬掩模如二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)以定义将被氧化形成TMO存储层的表面。通过定义氧化的区域，排除刻蚀不想要的氧化区域的步骤。然而，使用硬掩模的工艺添加两道额外的工艺至先前所述包含通过光刻胶剥离导致损害的方法中。工艺中这些额外的步骤增加不想要的制造的时间以及成本。因此，希望提供消除通过光刻胶剥离导致TMO存储层损害的可能性的一种存储单元以及制造方法，并且添加最小量的制造步骤以提供具有成本效益的制造方法。
技术实现思路
本专利技术是叙述基于金属氧化物的存储层的存储器装置，并配合其制造方法作叙述。在此叙述一存储器装置的存储单元，包括：具有一第一端子以及一第二端子的存取装置、接触存取装置的第一端子的一第一层间导体、位于第一层间导体的一电极表面上的一存储器元件、存储器元件上的一顶电极层以及位于存取装置的第二端子上的一第二层间导体。第一层间导体的电极表面与顶电极层建立与存储器元件之间电性接触的电极。第一层间导体上的顶电极层以及第二层间导体是分别连接至第一存取线路以及第二存取线路，如一位线以及一源极线。顶电极层自第一存取线路分开地形成，且可包括不同于第一存取线路的材料。于实施例中，顶电极层包括势垒金属或者做为存储器元件与掩模层之间的势垒的金属化合物，举例来说，在制造存储器的过程中一光刻胶层防止存储器元件损害。存储器元件包括过渡金属氧化物(Transition Metal Oxide,TMO)材料层，如氧化钨(WOX)。存储器元件是夹设于第一层间导体以及顶电极层之间。于实施例中，存储器元件是由第一层间导体的材料的氧化物所组成，并通过氧化第一层间导体形成存储器元件。可编程存储器元件至至少两个电阻状态。存取装置可为晶体管、二极管或另一相似的装置。存取装置是位于一绝缘层的第一侧(例如下面)上。存储器元件以及第一层间导体的配件自存取装置的第一端子延伸，自第一侧至第二侧通过绝缘层。第二层间导体自存取装置的第二端子延伸，自绝缘层的第一侧至第二侧通过绝缘层。顶电极层位于存储器元件上，且亦可覆盖绝缘层的第二侧的一部分。于实施例中，顶电极层接触第一存取线路，例如存储器装置的位线。顶电极层以及第一存取线路可由不同的材料组成。再者，于实施例中，绝缘层的第二侧上的第二层间导体的末端接触第二存取线路，例如存储器装置的源极线。于实施例中，第一与第二存取线路是平行的，且位于装置的相同的层中。于实施例中，第一与第二存取线路垂直于第三存取线路，第三存取线路被连接至晶体管存取装置的栅极的字线。在此叙述一种存储器装置的存储单元的制造方法，包括形成绝缘层于存取装置上，存取装置包括第一端子以及第二端子。此步骤之后的步骤可形成通过绝缘层的通孔，以暴露第一端子以及第二端子。接着可形成延伸通过绝缘层中的通孔来分别接触第一以及第二端子的第一层间导体与第
二层间导体。接着可氧化第一与第二层间导体的上表面以形成自对准氧化层于导体的顶部上。第一层间导体上的氧化层形成基于金属氧化物的自对准存储层。于绝缘层的顶部上可形成保护金属层覆盖第一以及第二层间导体的氧化层。接着可图案化保护金属层，使得刻蚀步骤之后仅有一部份的保护金属层留下，形成顶电极层覆盖第一层间导体上的存储层。在相同或后续的步骤中，自第二层间导体移除氧化层。此步骤之后形成第一存取线路于第一层间导体的顶电极层上。在相同或后续的步骤中，形成第二存取线路于平行于第一存取线路的第二层间导体上。第一以及第二存取线路可由相同或不同于顶电极层的材料所组成。下文的实施例中揭露本专利技术的结构以及方法。经由下文的图式、实施例以及权利要求范围可以看出本专利技术的其他的方面以及优点。以下将配合所附图式叙述本专利技术的特定的实施例，如下：附图说明图1绘示存储器装置中的存储单元的图式。图2A绘示存储单元的上视图。图2B绘示图2A中的存储单元的剖面图。图3A至图3P绘示根据一实施例的制造方法的上视图以及剖面图。图4绘示实施在此叙述的存储单元的存储器阵列的图式。【符号说明】100、100A、100B、100C、100D：存储单元102：晶体管104：第一端子106：第二端子108：存储器元件109：顶电极层110、110A、110B：第一存取线路112、112A、112B：第二存取线路114、114A、114B：第三存取线路200：绝缘层202：第一层间导体204：第二层间导体302：通孔304：第一侧306：第二侧308：氧化层309：保护金属层310：光刻胶层312：存取线路材料层400：存储器装置402：位线译码器404：源极线终端电路406：字线译码器具体实施方式本专利技术的下列叙述将典型地参照具体的结构实施例和方法。应该理解的是，无意将本专利技术限制到具体揭露的实施例和方法，本专利技术可以使用其它特征，元件，方法和实施例来实践。描述较佳的实施例以说明本专利技术，而不是限制其范围，此范围由权利要求范围定义。本专利技术所属
具有通常知识者将理解到下列叙述的各种等效的变化。在各个实施例中类似的元素通常具有类似的元件符号。图1绘示根据一实施例的存储单元100的图式。存储单元包括具有第一端子104以及第二端子106的晶体管102型式的存取装置。存储单元更包括位于第一端子104与第一存取线路110之间的存储器元件108以及连接至第二端子106的第二存取线路112，于此范例中，第一存取线路110为位线，第二存取线路112为源极线。位于存储器元件108与第一存取线路110之间的是顶电极层109。存取装置是晶体管102的实施例中，存储器装置更包括连接至晶体管102的栅极的第三存取线路114，于此范例中，第三存取线路114为字线。存取装置为二极管的实施例中，不需要第三存取线路。图2A绘示在制造过程中符合一实施例的存储单元的上视图。此存储单元包括第一存取线路110、第二存取线路112以及绝缘层200。此图式更包括断掉的线路以显示因为位于可见的元件下而无法被看见的元件。无法被看见的元件包括第一层间导体202、第二层间导体204、顶电极层109以及第三存取线路114。图2B绘示图2A中的存储单元实施例的剖面图。存储单元100的实施例包括具有第一端子104与第二端子106的晶体管102存取装置。存取装置的顶部上是绝缘层200。绝缘层是介电质，且实施例中绝缘层是由二氧化硅所组成。位于绝缘层200的第一侧上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储器，包括：一存取装置，具有一第一端子以及一第二端子；一绝缘层；一第一层间导体，接触该第一端子，该第一层间导体延伸通过该绝缘层，且具有一电极表面；一第二层间导体，接触该第二端子，该第二层间导体延伸通过该绝缘层；一金属氧化物层，接触该电极表面；一顶电极层，接触该金属氧化物层，该顶电极层包括一第一材料；一第一存取线路，电性连接至该顶电极层；以及一第二存取线路，电性连接至该第二层间导体；其中由该第一材料形成的一层并未存在于该第二层间导体以及该第二存取线路之间。

【技术特征摘要】
2015.01.15 US 14/598,1161.一种存储器，包括：一存取装置，具有一第一端子以及一第二端子；一绝缘层；一第一层间导体，接触该第一端子，该第一层间导体延伸通过该绝缘层，且具有一电极表面；一第二层间导体，接触该第二端子，该第二层间导体延伸通过该绝缘层；一金属氧化物层，接触该电极表面；一顶电极层，接触该金属氧化物层，该顶电极层包括一第一材料；一第一存取线路，电性连接至该顶电极层；以及一第二存取线路，电性连接至该第二层间导体；其中由该第一材料形成的一层并未存在于该第二层间导体以及该第二存取线路之间。2.根据权利要求1所述的存储器，其中由一金属氧化物制成的一层并未存在于该第二层间导体以及该第二存取线路之间。3.根据权利要求1所述的存储器，其中该第一端子以及该第二端子是位于该绝缘层的一第一侧上，该第一存取线路以及该第二存取线路是位于该绝缘层的一第二侧上。4.根据权利要求1所述的存储器，其中该金属氧化物层的特征在于具有一可编程电阻。5.根据权利要求1所述的存储器，其中该第一层间导体的该电极表面由一金属或一过渡金属所组成，该金属氧化物层包括该金属的一氧化物或该过渡金属的一氧化物。6.根据权利要求1所述的存储器，其中该顶电极层包括一势垒金属或一金属化合物，制造该存储器的过程中该金属化合物做为该金属氧化物层以及一掩模层之间的一势垒层。7.根据权利要求1所述的存储器，其中该存取装置是一晶体管，该第一端子是该晶体管的一第一传导端子，而该第二端子是该晶体管的一第
\t二传导端子，其中该晶体管包括一第三存取线路，该第三存取线路接触或做为该晶体管的一栅极，该第一存取线路是由一第二材料所制成，该第二材料不同于该第一材料。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰旻，赖二琨，林昱佑，
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