双稳态可编程电阻式随机存取存储器制造技术

一双稳态可编程电阻式随机存取存储器包括多个存储单元，每个存储单元具有多个存储层堆叠。每个存储层堆叠包括导电层，位于可编程电阻式随机存取存储层上。第一存储层堆叠位于第二存储层堆叠上，且第二存储层堆叠位于第三存储层堆叠上。第一存储层堆叠具有第一导电层，位于第一可编程电阻式随机存取存储层上。第二存储层堆叠具有第二导电层，位于第二可编程电阻式随机存取存储层上。第二可编程电阻式随机存取存储层所具有的存储面积较第一可编程电阻式随机存取存储层所具有的存储面积大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于以可编程电阻式存储材料为基料的高密度的存储装置 及制造这些装置的方法，可编程电阻式存储材料包括以金属氧化物为基料的 材料及其他材料。
技术介绍
相变化存储材料广泛的应用于可读写光碟片(read-write optical disk)。此 材料具有至少两种固相(solid phase),例如一般的非晶形固相(amorphous solid phase)及一般的晶形固相(crystalline solid phase)。激光脉冲施加于可读写光碟 片上以转换相位，及于相位改变后读入材料的光学属性。相变化存储材料，如硫属化合物(chalcogenide)材料及类似的材料，可藉 由集成电路内适当的电流达成相位改变。 一般的非晶形状态较一般的晶形状 态具有高电阻率的特征，其可迅速地感应至指定的数据。这些特性引起使用 可编程电阻式存储材料，以制作可随机存取的非挥发性存储电路的注意。一般系以低电流的操作使非晶形状态改变至晶形状态。此处将由晶形状 态改变至非晶形状态的变化归类为重置(reset)。重置是高电流的操作，其包 括一短暂的高密度电流脉冲，以融化或崩溃晶形结构。且于相变化材料迅速 冷却后，抑制相位改变的过程，以使至少一部份的相变化结构可以稳定在非 晶形状态。此部分需最小化重置电流的大小，重置电流用以改变材料相位由 晶形状态转变至非晶形状态。藉由减少相变化材料元件的胞体大小，及减少 电极与相变化材料的接触面积的大小，可降低重置时重置电流的大小，以实 现高电流密度中具有小绝对值的电流通过相变化材料元件。制作小孔隙于集成电路结构，且应用小量的可编程电阻式材料以填充小 孔隙为一发展方向。阐述发展小孔隙的专利包括Ovshinsky于1997年11月 11 日所发布的Multibit Single Cell Memory Element Having Tapered Contact(美国专利号码5687112); Zahorik等人于1998年8月4日所发布的 Method of Making Chalogenide [sic] Memory Device(美国专利号石马 5789277); Doan等人于2000年11月21日所发布的Controllable Ovonic Phase-Change Semiconductor Memory Device and Methods of Fabricating the Same(美国专利号码6150253)。制造具非常小尺寸的这些装置面临问题，且大尺寸的存储装置的工艺变 化亦须符合较为严谨的规格需求。为寻求更大的存储空间，可储存多个位元 的相变化存储器将炙手可热。
技术实现思路
一双稳态可编程电阻式随机存取存储器包括多个可编程电阻式随机存 取存储单元。每个可编程电阻式随机存取存储单元具有多个存储层堆叠。每 个存储层堆叠包括一导电层，位于一可编程电阻式随机存取存储层上。每个可编程电阻式随机存取存储层具有多层次存储态，例如一第一位元 用以储存一第一状态，及一第二位元用以储存一第二状态。第一存储层堆叠 系与第二存储层堆叠串联，且第二存储层堆叠与第三存储层堆叠串联。 一存 储单元具有三个存储层堆叠可提供八个逻辑状态，或2k个逻辑状态。k表示 存储层或存储层堆叠的数量。存储层堆叠的数量可依据存储器设计而增减。 例如一个存储单元具有两个存储层堆叠，则存储层堆叠减少，又如一个存储 单元具有四个存储层堆叠，则存储层堆叠增加。第一可编程电阻式随机存取存储层、第二可编程电阻式随机存取存储层 或第三可编程电阻式随机存取存储层的适合材料包括金属氧化物、巨磁阻 (colossal megnetoresistance， CMR)材料、三元氧化物(three- element oxide)、相 变化材料及以聚合物为基料的材料。上述所提的材料并非用以限定材料的选材料与用于第二可编程电阻式随机存取存储层的RRAM材料系可为相同或 相异。用于第三可编程电阻式随机存取存储层的RRAM材料与第一可编程 电阻式随机存取存储层的RRAM材料系可为相同或相异。用于第三可编程 电阻式随机存取存储层的RRAM材料与用以第二可编程电阻式随机存取存 储层的RRAM材料系可为相同或相异。每个用于第一、第二及第三可编程 电阻式随机存取存储层的材料的厚度具有一范围，举例而言，大约为1 nm 至200 nm。广泛而论， 一存储装置包括一第一导电构件，位于一第一可编程电阻式随机存取存储构件上。第一可编程电阻式随机存取存储构件具有一表示一第 一电阻值的面积。第 一导电构件及第 一可编程电阻式随机存取存储构件具有 数个侧边。 一第二导电构件位于一第二可编程电阻式随机存取存储构件上。 第 一可编程电阻式随机存取存储构件位于第二导电构件上，第 一可编程电阻 式随机存取存储构件与第二可编程电阻式随机存取存储构件串联。第二可编 程电阻式随机存取存储构件具有一表示一第二电阻值的面积。第二可编程电 阻式随机存取存储构件所具有的面积较第 一可编程电阻式存储构件所具有 的面积、大。一种用以制造一具有多个存储层堆叠的双稳态可编程电阻式随机存取 存储器亦于此陈述。 一第一存储层堆叠包括一第一导电层，位于一第一可编 程电阻式随机存取存储材料上。第一存储层堆叠置放于一第二存储层堆叠 上。第二存储层堆叠包括一第二导电层，位于一第二可编程电阻式随机存取 存储层上。 一掩模藉由干蚀刻或湿蚀刻化学物设置于部分的第 一导电层上。 蚀刻第 一 导电层与第 一 可编程电阻式随机存取存储层的左侧及右侧至第二 导电层的顶面上，以形成一第一导电构件及一第一可编程电阻式随机存取存 储构件。 一介电间隙壁沉积于第一导电构件及第一可编程电阻式随机存取存 储构件的左侧及右侧上。介电间隙壁的厚度影响第二导电构件及第二可编程电阻式随机存取存储构件的面积大小。例如，掩才莫的关键尺寸(criticaldimension)约为0.15 (im, 则介电间隙壁的厚度可选择为31 nm。也就是说，第二可编程电阻式随机存 取存储构件的面积约为第 一可编程电阻式随机存取存储构件的面积的两倍。 面积与电阻值成反比，如数学关系式！^p(l/A)所示，l表示可编程电阻式随 机存取存储构件的长度，及符号A表示可编程电阻式随机存取存储构件的面 积。在此例中，第二可编程电阻式随机存取存储构件的电阻约为第一可编程 电阻式随机存取存储构件的一半。第 一及第二可编程电阻式随机存取存储构 件所需求的电阻差根据可编程电阻式随机存取存储构件的设定/重置 (SET/RESET)的电阻窗(resistancewindow)决定(电阻窗定义为一状态与另一 状态的电阻比)。蚀刻第二导电层与第二可编程电阻式随机存取存储层的左 侧及右侧，以形成一第二导电构件及一第二可编程电阻式随机存取存储构 件。 一介电间隙壁置放于第一导电构件及第一可编程电阻式随机存取存储构 件的左侧上。蚀刻第二导电层与第二可编程电阻式随机存取存储层的左侧及右侧至下一层，或蚀刻至穿过下一层。 一接触孔(viaplug)沉积于下一层。根据本专利技术的第二方面，揭露一种操作一具有两串联排列的存储层堆叠 的可编程电阻式随机存取存储器。第一存储层堆叠包括一第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储装置，包括：　　　　第一导电构件，位于第一可编程电阻式随机存取存储构件上，该第一可编程电阻式随机存取存储构件具有表示第一电阻值的面积，该第一导电构件及该第一可编程电阻式随机存取存储构件皆具有数个侧边；及　　　　第二导电构件，位于第二可编程电阻式随机存取存储构件上，该第一可编程电阻式随机存取存储构件位于该第二导电构件上，该第一可编程电阻式随机存取存储构件与该第二可编程电阻式随机存取存储构件串联，该第二可编程电阻式随机存取存储构件具有表示第二电阻值的面积，该第二可编程电阻式随机存取存储构件所具有的面积大于该第一可编程电阻式随机存取存储构件所具有的面积。

【技术特征摘要】
US 2006-10-24 11/552,4331.一种存储装置，包括第一导电构件，位于第一可编程电阻式随机存取存储构件上，该第一可编程电阻式随机存取存储构件具有表示第一电阻值的面积，该第一导电构件及该第一可编程电阻式随机存取存储构件皆具有数个侧边；及第二导电构件，位于第二可编程电阻式随机存取存储构件上，该第一可编程电阻式随机存取存储构件位于该第二导电构件上，该第一可编程电阻式随机存取存储构件与该第二可编程电阻式随机存取存储构件串联，该第二可编程电阻式随机存取存储构件具有表示第二电阻值的面积，该第二可编程电阻式随机存取存储构件所具有的面积大于该第一可编程电阻式随机存取存储构件所具有的面积。2. 如权利要求1所述的装置，其中该第二可编程电阻式随机存取存储构 件的面积大约为该第一可编程电阻式随机存取存储构件的面积的两倍。3. 如权利要求l所述的装置，其中该存储装置还包括第一介电间隙壁， 置放于该第一导电构件及该第一可编程电阻式随机存取存储构件的侧边上， 且该第一介电间隙壁亦置放于该第二导电构件的一顶面上，其中该第二可编 程电阻式随机存取存储构件的面积为该第 一介电间隙壁的厚度的函数。4. 如权利要求1所述的装置，其中该存储装置还包括第三导电构件，位 于第三可编程电阻式随机存取存储构件上，该第二可编程电阻式随机存取存 储构件位于该第三导电构件上，该第二可编程电阻式随机存取存储构件与该 第三可编程电阻式随机存取存储构件串联，该第三可编程电阻式随机存取存 储构件具有表示第三电阻值的面积，该第三可编程电阻式随机存取存储构件 所具有的面积大于该第二可编程电阻式随机存取存储构件所具有的面积。5. 如权利要求4所述的装置，其中该存储装置还包括第二介电间隙壁， 置放于该第二导电构件及该第二可编程电阻式随机存取存储构件的侧边上， 其中该第三可编程电阻式随机存取存储构件的面积为该第二介电间隙壁的 厚度的函数。6. 如权利要求1所述的装置，其中该第一及该第二可编程电阻式随机存 取存储构件提供两逻辑状态，该第一可编程电阻式随机存取存储构件与该第7. 如权利要求4所述的装置，其中该第一、该第二及该第三可编程电阻 式随机存取存储构件各自提供两逻辑状态，该第一可编程电阻式随机存取存 储构件与该第二可编程电阻式随机存取存储构件及该第三可编程电阻式随 机存取存储构件的串联组合提供八种逻辑状态。8. 如权利要求1所述的装置，其中该第一可编程电阻式随机存取存储构 件具有一位于1 nm至200 nm间的厚度。9. 如权利要求1所述的装置，其中该第一可编程电阻式随机存取存储构 件包括第一金属氧化物，该第一金属氧化物为氧化镍、氧化钛、氧化鴒、氧 化铝、氧化锆、氧化锌或氧化铜，该第二可编程电阻式随机存取存储构件包 括第二金属氧化物，该第二金属氧化物为氧化镍、氧化钛、氧化钨、氧化铝、 氧化锆、氧化锌或氧化铜。10. 如权利要求l所述的装置，其中该第一可编程电阻式随机存取存储 构件包括第 一 巨磁阻材料，该第 一 巨磁阻材料为镨-钙-锰氧化物或镨-锶-锰 氧化物，该第二可编程电阻式随机存取存储构件包括第二巨磁阻材料，该第 二巨磁阻材料为镨-4丐-锰氧化物或镨-锶-锰氧化物。11. 如权利要求l所述的装置，其中该第一可编程电阻式随机存取存储 构件包括第一三元化合物，该第一三元化合物为掺杂铬的锶-钛氧化物或掺 杂铌的锶-钛氧化物，该第二可编程电阻式随机存取存储构件包括第二三元 化合物，该第二三元化合物为掺杂Cr的SrTi03或掺杂Nb的...

【专利技术属性】
技术研发人员：何家骅，赖二琨，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]