电桥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一种电桥式随机存取存储器及其制造方法。此电桥式随机存取存储器包括底电极、金属间介电质、电阻转态组件以及顶电极。其中底电极位于基板上，金属间介电质位于底电极上。电阻转态组件位于底电极上和位于金属间介电质中，且具有倒T型的剖面。顶电极位于电阻转态组件以及金属间介电质上。本发明专利技术的电桥式随机存取存储器可以限制导电路径形成位置，还可以良好控制高电阻状态和低电阻状态之间的转换，并且降低电桥式随机存取存储器中不同的存储单元的操作变异性，进而提高最终产品的良率及可靠度。

【技术实现步骤摘要】
电桥式随机存取存储器及其制造方法
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式电阻存储器及其制造方法。
技术介绍
电桥式随机存取存储器(ConductiveBridgeRandomAccessMemory；CBRAM)具有低操作电压、写入及擦除时间短、存储时间长、多状态存储、低功率消耗、结构及制法简单、以及可扩充等优点。因此电桥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。电桥式随机存取存储器包括多个存储单元，其中各存储单元主要包含两电极及夹置于其中的电阻转态层。当对存储单元进行设定(set)操作时，电极的金属离子可扩散至电阻转态层中而构成两电极之间的导电路径，而形成低电阻状态(lowresistancestate，LRS)。当进行重置(reset)操作时，导电路径会断开或破裂，而使存储单元由低电阻状态转换为高电阻状态(highresistancestate，HRS)。而低电阻状态和高电阻状态可分别用于指示”1”与”0”的数字信号，从而提供对应的存储状态。然而每次将存储单元转换到低电阻状态时，电阻转态层中所产生的导电路径的位置及粗细皆不相同也无法控制，导致存储单元的操作电压的变异性很大，且装置稳定性差。再者，已知存储单元的电极之间的电阻转态层中所形成的导电路径除了连接上下电极的主要部分，还包含有一些由主要部分向侧向扩散的枝状部分，因此相邻的存储单元容易互相干扰。例如对某一个存储单元进行读取时，可能受到因相邻存储单元的导电路径的枝状部分互相连接而导致读取的电阻值产生错误，进而降低存储器的良率及可靠度。因此，如何避免上述情形的发生，实为一重要议题。
技术实现思路
本专利技术揭示一种电桥式随机存取存储器，包括底电极、金属间介电质、电阻转态组件以及顶电极。其中底电极位于基板上，金属间介电质位于底电极上。电阻转态组件位于底电极上和位于金属间介电质中，且具有倒T型的剖面。顶电极位于电阻转态组件以及金属间介电质上。本专利技术揭示一种电桥式随机存取存储器的制造方法，包括：形成底电极于基板上；形成金属间介电质于底电极上；形成一电阻转态组件于底电极上和位于金属间介电质中；以及形成一顶电极于电阻转态组件以及金属间介电质上。其中所形成的电阻转态组件具有倒T型的剖面。本专利技术的电桥式随机存取存储器可以限制导电路径形成位置，还可以良好控制高电阻状态和低电阻状态之间的转换，并且降低电桥式随机存取存储器中不同的存储单元的操作变异性，进而提高最终产品的良率及可靠度。附图说明图1A至图1E为根据本揭露的一些实施例的制造电桥式随机存取存储器的各步骤中所对应的剖面示意图。图2A为本揭露的一些实施例的电桥式随机存取存储器在进行设定(set)操作后的剖面示意图。图2B为本揭露的一些实施例的电桥式随机存取存储器在进行重置(reset)操作后的剖面示意图。图3为根据本揭露的另一些实施例的电桥式随机存取存储器的剖面示意图。附图标记：100～基板；110～层间介电层；111～扩散阻挡层；112～底电极；114～金属间介电质；116、118～介电层；122～第一孔洞；124～第二孔洞；126～贯孔；132、232～电阻转态组件；134、136、234、236～电阻转态层；112a、134a、136a～上表面；134b、136b～下表面；138～颈部；140～顶电极；W1B、W1U、W2B、W2U、W12、W14、W22、W24～宽度。具体实施方式以下参照本专利技术实施例的图式以更全面地阐述本专利技术。然而，本专利技术亦可以各种不同的形式体现，而不应限于本文中所述的实施例。图式中的层与区域的厚度会为了清楚起见而放大。相同或相似的元件标号表示相同或相似的元件，以下段落将不再一一赘述。本揭露实施例提供一种电桥式随机存取存储器及其制造方法，可以限制导电路径的形成位置以及控制导电路径的断开位置。因此可以稳定地转换存储器的电阻状态，并降低操作电压的变异性及增加装置稳定性，进而提升最终产品的良率及可靠度。另外，文中提出的电桥式随机存取存储器可包含一个或多个存储单元。而实施例所配合的图式是绘制两个存储单元。一个存储单元包含底电极、顶电极以及设置于底电极与顶电极之间的电阻转换组件，各个存储单元的电阻转换组件是以金属间介电质相隔开来，其细节将叙述于后。为简化叙述，以下是说明制造单个存储单元的相关部件的制造方法与结构。图1A至图1E为根据本揭露的一些实施例的制造电桥式随机存取存储器的各步骤中所对应的剖面示意图。请参照图1A，提供一基板100，并在基板100上方形成层间介电层110及底电极112。一些实施例中，基板100例如包括一半导体基底(未显示)、设置于半导体基底之上的主动元件例如晶体管(未显示)、以及设置于晶体管上的接触件(未显示)。底电极112例如是设置于基板100上的内连线结构的一层金属层。底电极112可通过内连线结构的导孔以及/或金属线电连接至基板100内的接触件以及晶体管。一些实施例中，底电极112的材料可包括铜、钨、镍、钼、铂、钛、钽、氮化钨、氮化钛、氮化钽、其他合适的导电材料或上述的组合。底电极112可为由单层结构或多层结构所构成。一些实施例中，层间介电层110围绕底电极112。在一实施例中，例如可通过沉积一层间介电材料于基板100上，接着对层间介电材料进行图案化以形成孔洞，之后沉积一底电极材料于层间介电材料上方并填满孔洞，并对底电极材料进行回刻蚀或平坦化制造工艺(例如化学机械研磨)，以于孔洞处形成底电极112。在一些实施例中，层间介电层110例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、四乙氧基硅烷、磷硅酸盐玻璃、硼磷硅酸盐玻璃、氟化硅酸盐玻璃、低介电常数介电材料、其他合适的介电材料或前述的组合。接着，形成一金属间介电质114于底电极112上。在一些实施例中，金属间介电质114包含介电层116和介电层118。在一些实施例中，介电层116和介电层118皆使用对于金属离子扩散的阻挡能力佳的材料，例如可包括碳氮化硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅、其他合适的介电材料或前述的组合。此外，在其他实施例中，介电层116与介电层118可选择不同的材料使得介电层118对于电极的金属离子扩散的阻挡能力大于介电层116对于金属离子扩散的阻挡能力。之后，对金属间介电质114进行图案化制造工艺，以形成暴露出底电极的贯孔(throughhole)。在一些实施例中，通过形成具有倒T形剖面形状的贯孔，可使后续形成于其中的电阻转态组件具有例如倒T形的剖面而在构型上形成窄缩的颈部。当对电桥式随机存取存储器进行重置操作时，导电路径会先自颈部处断开而破坏导电路径，藉此做为使存储器由低电阻状态转换至高电阻状态的一控制部。请参照图1B，对介电层118进行图案化制造工艺，以形成第一孔洞122。在一些实施例中，以第一刻蚀剂对介电层118进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电桥式随机存取存储器，其特征在于，包括：/n一底电极，位于一基板上；/n一金属间介电质，位于该底电极上；/n一电阻转态组件，位于该底电极上和位于该金属间介电质中，该电阻转态组件具有倒T型的剖面；以及/n一顶电极，位于该电阻转态组件以及该金属间介电质上。/n

【技术特征摘要】
1.一种电桥式随机存取存储器，其特征在于，包括：
一底电极，位于一基板上；
一金属间介电质，位于该底电极上；
一电阻转态组件，位于该底电极上和位于该金属间介电质中，该电阻转态组件具有倒T型的剖面；以及
一顶电极，位于该电阻转态组件以及该金属间介电质上。


2.如权利要求1所述的电桥式随机存取存储器，其特征在于，该电阻转态组件包括：
一第一电阻转态层，位于该底电极上；
一第二电阻转态层，位于该第一电阻转态层上，其中该第二电阻转态层的下表面的面积小于该第一电阻转态层的上表面的面积。


3.如权利要求2所述的电桥式随机存取存储器，其特征在于，该第一电阻转态层的下表面的面积大于该第二电阻转态层的下表面的面积。


4.如权利要求2所述的电桥式随机存取存储器，其特征在于，该第一电阻转态层与该底电极具有第一接触面积，该第二电阻转态层与该顶电极具有第二接触面积，该第一接触面积与该第二接触面积相等。


5.如权利要求2所述的电桥式随机存取存储器，其特征在于，该金属间介电质包括：
一第一介电层，位于该底电极上，且该第一电阻转态层位于该第一介电层中；以及
一第二介电层，位于该第一介电层上，且该第二电阻转态层位于该第二介电层中。


6.如权利要求5所述的电桥式随机存取存储器，其特征在于，该第二介电层的材料不同于该第一介电层的材料，并且该第二介电层对于金属离子扩散的阻挡能力大于该第一介电层对于金属离子扩散的阻挡能力。


7.如权利要求5所述的电桥式随机存取存储器，其特征在于，该第一介电层包括碳氮化硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅或前述的组合，该第二介电层包括碳氮化硅、碳化硅、氮化硅或前述的组合。


8.如权利要求2所述的电桥式随机存取存储器，其特征在于，该第一电阻转态层的下表面的面积等于或小于该底电极的顶表面的面积。


9.如权利要求2所述的电桥式随机存取存储器，其特征在于，更包括一层间介电层位于该基板上且围绕该底电极，其中该金属间介电质位于该层间介电层上方。


10.如权利要求9所述的电桥式随机存取存储器，其特征在于，更包括一扩散阻挡层位于该层间介电层上且围绕该底电极，其中该金属间介电质位于该扩散阻挡层上，该第一电阻转态层的下表面覆盖该底电极并接触部分的该扩散阻挡层。


11.如权利要求2所述的电桥式随机存取存储器，其特征在于，其中该底电极和该电阻转态组件分别为第一底电极和第一电阻转态组件，该电桥式随机存取存储器更包括：
第二底电极，位于该基板上并与该第一底电极相隔开来；以及
第二电阻转态组件，位于该第二底电极上，且该第二电...

【专利技术属性】
技术研发人员：林志曜，许博砚，吴伯伦，
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