存储装置与电阻式存储单元的操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种存储装置与电阻式存储单元的操作方法。该存储装置包括电阻式存储单元。该电阻式存储单元包括第一电极、第二电极及存储膜。该存储膜在第一电极与第二电极之间。第一电极包括底电极部分与从底电极部分向上延伸的壁电极部分。壁电极部分在存储膜与底电极部分之间。壁电极部分与存储膜的宽度是小于底电极部分的宽度。

Storage device and method of operating resistive memory cell

The invention provides a storage device and an operation method of a resistive memory cell. The memory device includes a resistive memory cell. The resistive memory cell includes a first electrode, a second electrode, and a storage film. The storage film is between the first electrode and the second electrode. The first electrode includes a bottom electrode portion and a wall electrode portion extending upwardly from the bottom electrode portion. The wall electrode portion is between the storage film and the bottom electrode portion. The width of the wall electrode portion and the storage film is smaller than the width of the bottom electrode portion.

【技术实现步骤摘要】
存储装置与电阻式存储单元的操作方法
本专利技术是有关于一种存储单元及其操作方法，且特别是有关于一种电阻式存储单元及其操作方法。
技术介绍
随着半导体技术的进步，电子元件的微缩能力不断提高，使得电子产品能够在维持固定大小，甚至更小的体积之下，能够拥有更多的功能。而随着信息的处理量愈来愈高，对于大容量、小体积的存储器需求也日益殷切。目前的可擦写存储器是以晶体管结构配合存储单元作信息的储存，但是此种存储器架构随着制造技术的进步，可微缩性(scalability)已经达到一个瓶颈。因此先进的存储器架构不断的被提出，例如相变化随机存取存储器(phasechangerandomaccessmemory，PCRAM)、磁性随机存取存储器(magneticrandomaccessmemory，MRAM)、电阻式随机存取存储器(resistiverandomaccessmemory，RRAM)。其中RRAM具有读写速度快、非破坏性读取、对于极端温度的耐受性强，并可与现有CMOS(complementarymetaloxidesemiconductor，CMOS)工艺整合等优点，被视为具有能够取代现今所有储存媒体潜力的新兴存储器技术。
技术实现思路
本专利技术是有关于一种存储装置及电阻式存储单元的操作方法。电阻式存储单元可具有大且稳定的切换窗，可靠性佳。根据本专利技术的一实施例，提出一种存储装置，其包括电阻式存储单元。电阻式存储单元包括第一电极、第二电极及存储膜。存储膜在第一电极与第二电极之间。第一电极包括底电极部分与从底电极部分向上延伸的壁电极部分。壁电极部分在存储膜与底电极部分之间。壁电极部分与存储膜的宽度是小于底电极部分的宽度。根据本专利技术的另一实施例，提出一种存储装置，其包括电阻式存储单元。电阻式存储单元包括第一电极、第二电极及存储膜。存储膜在第一电极与第二电极之间。第一电极包括氮化钛。存储膜包括氮氧化钛。第二电极包括氮化钛。根据本专利技术的又另一实施例，提出一种电阻式存储单元的操作方法，其包括以下步骤。写入步骤，其包括以第一宽度的脉冲或第一次数的射击写入电阻式存储单元。在写入步骤之后，验证电阻式存储单元是否达到一预定电阻或电流。若电阻式存储单元未达到预定电阻或电流，验证第一宽度或第一次数是否达到最大宽度或最大次数。若第一宽度或第一次数未达到最大宽度或最大次数，以第二宽度的脉冲或第二次数的射击写入电阻式存储单元。第二次数大于第一次数。第二宽度大于第一宽度。为了对本专利技术的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举优选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：附图说明图1绘示根据一实施例的电阻式存储单元的剖面图。图2A绘示根据一实施例的电阻式存储单元的剖面图。图2B绘示根据一实施例的电阻式存储单元的剖面图。图3至图13绘示根据一些实施例的存储装置的制造方法。图14为根据一实施例的电阻式存储单元在设定(SET)状态与重置(RESET)状态的电阻与机率的关系。图15为电阻式存储单元在设定状态与重置状态的操作循环次数(cyclingcount)与存储单元电阻(cellresistance)的关系。图16为电阻式存储单元以增阶型脉冲程序化(ISPP)方法操作的结果。图17为电阻式存储单元在重置状态下写入时序(writetiming)与电阻特性。图18为电阻式存储单元在设定状态下写入时序与电阻特性。图19绘示根据一实施例的电阻式存储单元的操作方法。图20显示实施例与比较例的电阻式存储单元的操作结果。【符号说明】102、102A、102B：第一电极104：存储膜106：材料膜108：第二电极110：底电极部分112：壁电极部分128：底结构130：半导体基底131：晶体管132：源/漏极133：介电层134：栅结构135：栅介电层136：导电层137：栅电极层138：硬屏蔽层140：开口142：牺牲层144：导电层270、272、274、276、278、280、282、284、286：步骤H1、H2：高度L1、L2：宽度具体实施方式此揭露内容的实施例提出了一种存储装置及电阻式存储单元的操作方法。电阻式存储单元可具有大且稳定的切换窗，可靠性佳。需注意的是，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方面也可能可以应用。再者，附图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之用，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。根据实施例，电阻式存储单元包括第一电极、第二电极及存储膜，其中存储膜在第一电极与第二电极之间。材料膜可在存储膜与第二电极之间。实施例中可通过电阻式存储单元的材料及结构设计达到优异的电性。图1绘示根据一实施例的电阻式存储单元的剖面图。电阻式存储单元包括第一电极102、第一电极102上的存储膜104、存储膜104上的材料膜106、及材料膜106上的第二电极108。一实施例中，材料膜106包括存储材料的组成。实施例中，存储膜104与材料膜106的存储材料的组成包括具有不同电阻(高电阻状态与低电阻状态)的材料，其中电阻可通过提供至存储膜104与材料膜106的存储材料的偏压改变。存储膜104的组成可不同于材料膜106。一实施例中，举例来说，电阻式存储单元为电阻式随机存取存储器(RRAM、ReRAM)，其中第一电极102包括氮化钛(TiN)，存储膜104包括氮氧化钛(TiOxNy)，材料膜106包括氧化钛(TiOx)，第二电极108包括氮化钛，此材料设计使得电阻式存储单元具有大的切换窗(switchingwindow)，且可靠度佳，例如存储功能在250℃下维持3小时以上。另一实施例中，材料膜106包括电极材料。第二电极108的材质可不同于材料膜106。一实施例中，举例来说，电阻式存储单元为电阻式随机存取存储器，其中第一电极102包括氮化钛(TiN)，存储膜104包括氮氧化钛(TiOxNy)，材料膜106包括钛(Ti)，第二电极108包括氮化钛，此材料设计使得电阻式存储单元具有大的切换窗，且可靠度佳，例如存储功能在250℃下维持3小时以上。一些实施例中，氧化钛材料膜106可能是在沉积钛材料膜106之后在大气环境下氧化所造成的薄膜。一些实施例中，是对钛材料膜106进行额外的氧化步骤而形成氧化钛材料膜106。本专利技术的电阻式存储单元的材质并不限于上述所举的例子。其他实施例中，第一电极102、第二电极108与材料膜106的电极材料可使用其他合适的导电材质，例如金属或金属氮化物，包括过渡金属或其氮化物，例如钽(Ta)、氮化钽(TaN)、铪(Hf)、氮化铪(HfN)等等。在各种实施例中，存储膜104与材料膜106的存储材料可使用其他合适的存储材质，例如应用于电阻式存储材质的金属氧化物或金属氮氧化物。举例来说，金属氧化物包括含有过渡金属的氧化物，例如氧化钽(TaOx)、氧化铪(HfOx)、等等。举例来说，金属氮氧化物包括含有过渡金属的氮氧化物，例如氮氧化钽(TaOxNy)、氮氧化铪(HfOxNy)等等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储装置，其特征在于，包括：一电阻式存储单元，包括一第一电极、一第二电极及一存储膜，其中该存储膜在该第一电极与该第二电极之间，其中：该第一电极包括一底电极部分与从该底电极部分向上延伸的一壁电极部分，该壁电极部分在该存储膜与该底电极部分之间，该壁电极部分与该存储膜的宽度是小于该底电极部分的宽度。

【技术特征摘要】
2016.01.20 US 62/280,7131.一种存储装置，其特征在于，包括：一电阻式存储单元，包括一第一电极、一第二电极及一存储膜，其中该存储膜在该第一电极与该第二电极之间，其中：该第一电极包括一底电极部分与从该底电极部分向上延伸的一壁电极部分，该壁电极部分在该存储膜与该底电极部分之间，该壁电极部分与该存储膜的宽度是小于该底电极部分的宽度。2.根据权利要求1所述的存储装置，其中该存储膜具有一高度H1，该第一电极具有一高度H2，0＜H1/H2＜0.1。3.根据权利要求1所述的存储装置，还包括一导电层，其中该第一电极在该导电层上，该壁电极部分具有一宽度L1，该导电层具有一宽度L2，0＜L1/L2＜0.5。4.根据权利要求1所述的存储装置，其中该壁电极部分与该存储膜具有相同的宽度。5.根据权利要求1所述的存储装置，其中该底电极部分与该壁电极部分之间具有一夹角，介于45度至90度。6.根据权利要求1所述的存储装置，其中该第一电极具有一L形状。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴昭谊，李岱萤，李明修，王典彦，
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