本发明专利技术公开了一种制造存储器元件的方法。钨氧化合物存储部是使用非关键掩膜氧化钨材料形成，或者在部分实施例中不需要任何掩膜亦可形成。在此揭露的存储器装置包括一底电极及一存储器元件，且存储器元件位于底电极上。存储器元件包括至少一钨氧化合物且至少可编程为至少二种电阻状态。上电极包括一阻隔材料，位于存储器元件上，且此阻隔材料是用以避免金属离子从上电极移动到存储器中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是有关于，且特别是有关于一种具有以钨氧 化物为一数据储存材料的存储器装置。
技术介绍
非易失性存储器装置包括磁性随机存取存储器(magnetic random access memory, MRAM)、铁电式随机存取存储器(ferroelectric random access memory, FRAM)、相变化随机存取存储器(phase-change random access memory, PCRAM)以及其 它电阻式随机存取存储器(resistive random access memory，RRAM)。 电阻式随机存取存储器由于其简单的结构及存储单元尺寸小而引起了许多注意。适当地通过于集成电路中施加各电平的电子脉冲来使氧化金属衬底的电阻式随 机存取存储器介于二个或更多稳定范围内改变其电阻值，而且电阻值可被随机存取的读 取及写入来指出储存的数据。以氧化镍(NiO)、二氧化钛(TiO2)、二氧化铪(HfO2)以及二氧化锆(ZrO2)为存 储单元中的存储器材料的电阻式随机存取存储器已经做过研究。如Baek等人发表「以 非对称单极电压脉冲驱动二元氧化物的高度可微缩非易失性电阻式存储器(High Scalable Non-Volatile Resistive Memory using Simple Binary Oxide Driven by Asymmetric Unipolar Voltage Pulses, IEDM Technical Digest pp.23.6.1-23.6.4, IEEE International Electron Devices Meeting 2004) J 一文。这些存储单元是以一非自我对准工艺形成于MIM结构中，其中 M为作为电极的贵重金属以及I为氧化镍(NiO)、二氧化钛(TiO2)、二氧化铪(HfO2)以 及二氧化锆(ZrO2)其中之一。MIM结构需要许多额外的掩膜及图案化工艺才能形成贵 重金属电极及存储器材料，此外更导致较大尺寸的存储单元。以氧化铜(CuxO)作为存储单元的存储器材料的电阻式随机存取存储器也已做过 研究。如Chen等人的「作为先进存储器应用的非易失性电阻开关(Non-Volatile Resistive Switching for Advanced Memory Applications, IEDM Technical Digest pp.746-749, IEEE International Electron Devices Meeting 2005)」一文。氧化铜材料是通过将作为存储单元的底电极的铜热氧化而形成，而上电极是由双层的钛/氮化钛膜组成的薄膜沉积及刻蚀 而成。然而，此结构需要许多额外的掩膜来形成上电极及底电极，并因此会导致较大尺 寸的存储单元。如Chen等人所揭露的，在擦除过程所施加的电场会将铜离子推入氧化铜 中，而使得具有铜的底电极会让存储单元的擦除变得复杂化。此外，氧化铜则具有一相 对10倍小的电阻窗。以铜-三氧化钨(Cu-WO3)作为存储单元的存储器材料的电阻式随机存取存储器 也已做过研究。如Kozicki等人所发表的「基于铜-氧化钨固态电解质的低电压非易失3性开关兀件(A Low-Power Nonvolatile Switching Element Based on Copper-Tungsten Oxide Solid Electrolyte, IEEE Transactions on Nanotechnology pp.535-544, Vol.5, September2006)」一文。其揭露利用钨金属、以氧化钨及光扩散铜(photodiffused copper)为主的固态电解质以及铜的上电极来制造开关元件。开关元件通过成长或沉积氧化钨于钨材料上 形成，再形成一层铜于氧化钨上且铜通过光扩散至氧化钨中以形成固态电解质，并且将 铜层形成于固态电解质上及图案化以作为一上电极。开关元件通过施加偏压来改变电阻 值，而导致铜离子从上电极电沉积至固态电解质中，并且于第539页第一行叙述「上 电极若缺乏铜会导致无法预测的开关动作」。此结构需要一铜上电极，包含几个工艺步 骤来形成固态电解质，以及需要相对两极的偏压引发铜离子注入来编程及擦除固态电解 质。因此，希望能提供具有大电阻窗且具有小尺寸的存储单元的自我对准金属氧化 物存储器材料的存储单元结构应用于高密度的电阻式随机存取存储器中。此外，需要最 少的制造步骤的高密度的电阻式随机存取存储器的制造方法也希望能与现有的制造技术 兼容，且兼容于同一集成电路中的外围电路的制造。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种具钨氧化合物存储部的存储器装 置，与其制造方法及编程方法。此处所描述的存储器装置包括一底电极及位于底电极上的存储器元件。存储器 元件包括至少一钨氧化合物且可编程为至少二种电阻状态。上电极包括一阻隔材料，且 位于存储器元件上。阻隔材料是用以避免金属离子自上电极移动至存储器元件中。此处所描述的存储器制造方法，包括提供一次元件，次元件具有一存储单元区 以及一外围区。存储单元区包括一存取装置及一第一钨元件，且第一钨元件与存取装置 耦接。外围区包括一逻辑装置以及一第二钨元件，且第二钨元件与逻辑装置耦接。第一 钨元件及第二钨元件延伸至次元件的一上表面上。一掩膜形成于次元件的上表面上。部 分第一钨元件被氧化，以形成一存储器元件，其中存储器元件包括至少一钨氧化物且可 编程为至少二种电阻状态。形成一上电极，其中上电极包括位于存储器元件上的一阻隔 材料，且阻隔材料是用以避免金属离子从上电极移动至存储器元件中。此处所描述的存储单元编程方法包括选取一存储单元，其中存储单元包括一存 储器元件，且存储器元件包括至少一钨氧化合物以及可编程为至少二种电阻状态。该方 法包括决定存储单元的数据值，以及施加一脉冲波序列以储存数据值，脉冲波序列用于 设定存储器元件的电阻状态为对应数据值的一电阻值。此处所描述的存储单元包括，以自我对准钨氧化物为主的存储部，且存储部可 经由钨材料的氧化形成。钨材料通常使用于后段工艺(back-end-of-line，BE0L)中，使 存储部能以最少步骤完成。由于存储部的自我对准，所以存储部的形成能以非关键掩膜 形成，且于部分实施例中更不需要额外的掩膜。另外，存储部的形成更可兼容于现有集 成电路的外围电路工艺。为让本专利技术的上述内容能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图 式，作详细说明。附图说明图IA绘示依照一实施例的存储单元的剖面图，其中存储单元具有一与底电极接 触且延伸通过一介电层与上电极接触的插塞结构。图IB至图ID绘示依照本实施例的图IA中制造存储单元的方法。图2至图12是绘示实施例中具有存储部的存储单元储存二可切换的数据值， 包括一高电阻值关闭态(high-resistance Off state)及低电阻值开启态(low-resistance On state)图2绘示测量钨插塞距表面的不同深度的氧离子及钨离子的X射线光电子光谱 (X-ray Phtelectron Spectroscopy, XPS)数据。图3绘示依照图2中钨离子的X本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制造存储器元件的方法，其特征在于，包括：提供一次元件，其中该次元件包括一存储单元区以及一外围区，该存储单元区包括具有一第一掺杂区的一存取装置及一第一钨元件，且该第一钨元件与该存取装置的该第一掺杂区耦接，该外围区包括具有一第二掺杂区的一逻辑装置以及一第二钨元件，且该第二钨元件与该逻辑装置的该第二掺杂区耦接，该第一钨元件及该第二钨元件延伸至该次元件的一上表面上；形成一掩膜于该次元件的该上表面上；氧化该第一钨元件的一部分，以形成一存储器元件，该存储器元件包括至少一钨氧化物且可编程为至少二种电阻状态；以及形成一上电极，其中该上电极包括位于该存储器元件上的一阻隔材料，且该阻隔材料是用以避免金属离子从该上电极移动至该存储器元件中。
【技术特征摘要】
US 2007-6-11 60/943,300;US 2007-12-12 11/955,1371.一种制造存储器元件的方法，其特征在于，包括提供一次元件，其中该次元件包括一存储单元区以及一外围区，该存储单元区包括 具有一第一掺杂区的一存取装置及一第一钨元件，且该第一钨元件与该存取装置的该第 一掺杂区耦接，该外围区包括具有一第二掺杂区的一逻辑装置以及一第二钨元件，且该 第二钨元件与该逻辑装置的该第二掺杂区耦接，该第一钨元件及该第二钨元件延伸至该 次元件的一上表面上；形成一掩膜于该次元件的该上表面上；氧化该第一钨元件的一部分，以形成一存储器元件，该存储器元件包括至少一钨氧 化物且可编程为至少二种电阻状态；以及形成一上电极，其中该上电极包括位于该存储器元件上的一阻隔材料，且该阻隔材 料是用以避免金属离子从该上电极移动至该存储器元...
【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
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