导电桥接式随机存取存储器制造技术

本发明专利技术提供一种导电桥接式随机存取存储器。此导电桥接式随机存取存储器包括底电极层形成于半导体基板上；电阻转态层形成于底电极层上；阻挡层形成于电阻转态层上；顶电极层形成于阻挡层上；以及高导热材料层形成于底电极层与阻挡层之间。此高导热材料层的导热系数为70(W/mK)-5000(W/mK)。通过实施本发明专利技术，有助于提升存储器装置的稳定性及产品生命周期。

Conductive bridged random access memory

The present invention provides a conductive bridged random access memory. The bridge type random access memory comprises a bottom electrode layer is formed on the semiconductor substrate; the resistance switching layer is formed on the bottom electrode layer; a barrier layer is formed on the resistance switching layer; the top electrode layer is formed on the barrier layer; and high conductivity material layer is formed on the bottom electrode layer and the barrier layer. The thermal conductivity of this high thermal conductive material layer is 70 (W/mK) -5000 (W/mK). By implementing the invention, the stability of the memory device and the product life cycle are improved.

【技术实现步骤摘要】
导电桥接式随机存取存储器
本专利技术是有关于一种存储器装置，且特别是有关于一种导电桥接式随机存取存储器。
技术介绍
电阻式随机存取存储器(resistiverandomaccessmemory,RRAM)具有结构简单、面积小、操作电压小、操作速度快、记忆时间长、多状态记忆及耗功率低等优点。因此电阻式随机存取存储器极有潜力取代目前的快闪式存储器，成为下世代的非挥发性存储器主流。在电阻式随机存取存储器中，有一种称为导电桥接式随机存取存储器(conductive-bridgingRAM,CBRAM)，其转态机制是利用施加电压产生氧化还原反应，并且驱动金属离子移动，当金属离子移动至介电层并与下层金属连接后形成金属桥(metalbridge)或金属细丝(metalfilament)等导电路径，使得电阻值下降。接着，可通过施加反向电压驱使金属离子离开介电层，造成金属桥或金属细丝等导电路径的断裂，电阻值便会上升。换句话说，导电桥接式随机存取存储器就是利用上述电阻值转换来达到记忆功能。在此类导电桥接式随机存取存储器中，可利用铜(Cu)、银(Ag)或其合金作为主要金属离子来源。在电阻式随机存取存储器中，有另一种称为氧离子式随机存取存储器(oxygen-anion-migration-basedresistiveRAM)，其通过氧阴离子(oxygenanion)或等效正价氧空缺(positive-chargedoxygenvacancy)的移动，以达到电阻值的转换。具体而言，在氧离子式随机存取存储器中，可以通过上层活性电极钛金属的使用，而在上层活性电极与氧化层之间产生一层介面层，使得在操作过程中的电阻转换区域(即氧空缺细丝形成或断裂的区域)得以有效地被控制在这一层介面层当中，进而改善其电阻转换效果。然而，在导电桥接式随机存取存储器中，其上层电极材质以铜、银或其合金为主要材料，因此无法与氧离子式随机存取存储器产生功能相同的有效介面层。此外，在导电桥接式随机存取存储器由低电阻状态转变成高电阻状态的过程中，铜或银形成的金属细丝导电路径会全部还原到上层电极当中。随后，当导电桥接式随机存取存储器由高电阻状态转变成低电阻状态时，金属细丝导电路径则会随机的形成于介电层之间。换句话说，无法将操作过程中的电阻转换区域(即，金属细丝形成或断裂的区域)有效控制在特定的范围内。上述电阻转换区域的变异性，大幅降低了导电桥接式随机存取存储器的效能稳定性与产品生命周期。因此，仍有需要对导电桥接式随机存取存储器进行改良。
技术实现思路
本专利技术的一实施例提供一种导电桥接式随机存取存储器，包括：底电极层形成于半导体基板上；电阻转态层形成于底电极层上；阻挡层形成于电阻转态层上；顶电极层形成于阻挡层上；以及高导热材料层形成于底电极层与阻挡层之间，其中高导热材料层的导热系数为70(W/mK)-5000(W/mK)。通过实施本专利技术，有助于提升存储器装置的稳定性及产品生命周期。为让本专利技术的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，作详细说明如下。附图说明图1A为一些实施例的导电桥接式随机存取存储器的剖面示意图。图1B为图1A的导电桥接式随机存取存储器的变化例。图2为另一些实施例的导电桥接式随机存取存储器的剖面示意图。图3A-图3C绘示出比较例及实施例1-2的导电桥接式随机存取存储器的形成电压实验结果。图4A-图4C绘示出比较例及实施例1-2的导电桥接式随机存取存储器的电阻转态电压-电流曲线图。图5绘示出比较例及实施例1-2的导电桥接式随机存取存储器的操作电压实验结果。图6A-图6C绘示出比较例及实施例1-2的导电桥接式随机存取存储器的耐久性测试实验结果。图7绘示出实施例1的导电桥接式随机存取存储器的高温操作数据维持能力实验结果。附图标号100A、100B、200导电桥接式随机存取存储器110半导体基板120底电极层130高导热材料层140电阻转态层150阻挡层160顶电极层170粘着层180导电层具体实施方式为使本专利技术的上述和其他目的、特征、优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。本专利技术提供一种导电桥接式随机存取存储器及其制造方法，图1A为一些实施例的导电桥接式随机存取存储器100A的剖面示意图。请参照图1A，提供半导体基板110。半导体基板110可包括块材半导体基板(例如，硅基板)、化合物半导体基板(例如，IIIA-VA族半导体基板)、绝缘层上覆硅(silicononinsulator,SOI)基板或其他合适的基板。在本实施例中，半导体基板110为硅基板。基板110可为经掺杂或未经掺杂的半导体基板。在一些实施例中，半导体基板110可更包括：含有硅及金属层的栅极结构、含有多晶硅及磊晶硅的插塞接触平台结构(plugcontactlandingstructure)、其他合适的含硅结构或上述结构的组合。接着，形成底电极层120于半导体基板110上。底电极层120与后续形成的顶电极层160可用于施加电压，以将导电桥接式随机存取存储器100A转换成不同的电阻状态。底电极层120可包括合适的导电材料。在一些实施例中，底电极层120可包括钛、氮化钛、白金、铝、钨、铱、氧化铱、钌、钽、氮化钽、镍、钼、锆、铟锡氧化物、重掺杂硅半导体或上述的组合。可利用合适的工艺形成底电极层120，包括溅射(sputtering)工艺、原子层沉积(ALD)工艺、化学气相沉积(CVD)工艺、蒸发(evaporation)工艺或上述的组合。若底电极层120的厚度太薄，则因导电性太差而无法用以施加电压。反之，若底电极层120的厚度太厚，则将不利于装置的小型化且提高成本。在一些实施例中，底电极层120的厚度为1nm-5000nm。在另一些实施例中，底电极层120的厚度为1nm-2000nm。在又一些实施例中，底电极层120的厚度为10nm-500nm。请参照图1A，接着形成高导热材料层130于底电极层120上。在一些实施例中，高导热材料层130的导热系数为70(W/mK)-5000(W/mK)。在另一些实施例中，高导热材料层的导热系数为170(W/mK)-280(W/mK)。在又一些实施例中，高导热材料层的导热系数为170(W/mK)-190(W/mK)。高导热材料层130可包括氮化物、氧化物、碳化物、金属、合金或上述的组合。在一些实施例中，高导热材料层130可包括氮化铝、氧化铍、金、白金、镍、钨、铁、锌、石墨、纳米碳管或上述的组合。可利用合适的工艺形成高导热材料层130，包括溅射工艺、原子层沉积工艺、化学气相沉积工艺、蒸发工艺、高温炉管沉积工艺或上述的组合。当后续形成的导电桥接式随机存取存储器进行高电阻状态与低电阻状态的转换时，由于有高导热材料层130的存在，因而能够将电阻转换区域(即，金属细丝形成或断裂的区域)有效地控制在特定的范围内，此部分将于下文中详细讨论。接着，形成电阻转态层140于高导热材料层130上。当后续施加写入电压时，源自于顶电极层160的金属离子进入电阻转态层140中而形成金属细丝导电路径。如此一来，电阻转态层140的电阻值下降，导电桥接式随机存取存储器由高电阻状态转换成为低电阻状态。反之，当施加抹除电压时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导电桥接式随机存取存储器，其特征在于，该导电桥接式随机存取存储器包括：一半导体基板；一底电极层，形成于该半导体基板上；一电阻转态层，形成于该底电极层上；一阻挡层，形成于该电阻转态层上；一顶电极层，形成于该阻挡层上；以及一高导热材料层，形成于该底电极层与该阻挡层之间，其中该高导热材料层的导热系数为70(W/mK)‑5000(W/mK)。

【技术特征摘要】
2015.11.05 TW 1041364481.一种导电桥接式随机存取存储器，其特征在于，该导电桥接式随机存取存储器包括：一半导体基板；一底电极层，形成于该半导体基板上；一电阻转态层，形成于该底电极层上；一阻挡层，形成于该电阻转态层上；一顶电极层，形成于该阻挡层上；以及一高导热材料层，形成于该底电极层与该阻挡层之间，其中该高导热材料层的导热系数为70(W/mK)-5000(W/mK)。2.如权利要求1所述的导电桥接式随机存取存储器，其特征在于，该高导热材料层形成于该底电极层与该电阻转态层之间。3.如权利要求1所述的导电桥接式随机存取存储器，其特征在于，该高导热材料层形成于该电阻转态层与该阻挡层之间。4.如权利要求1所述的导电桥接式随机存取存储器，其特征在于，该高导热材料层包括氮化物、氧化物、碳化物、金属、合金或上述的组合。5.如权利要求4所述的导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾俊元，蔡宗霖，江法伸，
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