具有多等级单元的无形成电阻式随机存储器的结构和方法技术

本发明专利技术提供用于操作多等级电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的方法的一个实施例，该存储器单元具有连接在一起的电流控制器件和RRAM器件。该方法没有“形成”步骤，并且包括通过电流控制器件控制电流等级中的一个将RRAM器件设定为电阻等级中的一个。设定RRAM器件包括对RRAM器件的顶部电极施加第一电压以及对RRAM器件的底部电极施加第二电压。第二电压高于第一电压。本发明专利技术还提供了具有多等级单元的无形成电阻式随机存储器的结构和方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供用于操作多等级电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的方法的一个实施例，该存储器单元具有连接在一起的电流控制器件和RRAM器件。该方法没有“形成”步骤，并且包括通过电流控制器件控制电流等级中的一个将RRAM器件设定为电阻等级中的一个。设定RRAM器件包括对RRAM器件的顶部电极施加第一电压以及对RRAM器件的底部电极施加第二电压。第二电压高于第一电压。本专利技术还提供了。【专利说明】相关申请的交叉参考本申请要求于2012年6月15日提交的美国临时专利申请第61/660，116号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
本专利技术一般地涉及半导体
，更具体地来说，涉及多等级电阻式随机存取存储器单元。
技术介绍
在集成电路(IC)器件中，对于下一代非易失性存储器来说，电阻式随机存取存储器(RRAM)是新兴技术。RRAM是包括RRAM单元阵列的存储器结构，每个RRAM单元均使用电阻值而不是电荷来存储数据位。具体地，每个RRAM单元都包括电阻材料层，可以调节其电阻来表示逻辑“O”或逻辑“ I ”。在高级技术节点中，部件尺寸按比例减小，存储器件的尺寸也相应减小。然而，由于“形成(forming)”操作，RRAM器件的减小程度受到限制。在“形成”工艺中，对RRAM器件施加高电压以在DRRAM器件的电阻材料层中生成导电路径。高“形成”电压引起可靠性问题。而且，RRAM器件操作期间的大电流导致高功耗以及可靠性问题，这是因为大电流意味着大电流密度。为了降低电流密度，RRAM器件的尺寸需要足够大，而这会以电路封装密度为代价。因此，期望提供一种没有上述缺点的改进RRAM结构及其制造方法。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本专利技术的一方面，提供了一种用于操作多等级电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的方法，所述多等级电阻式随机存取存储器单元具有连接在一起的电流控制器件和RRAM器件，所述方法没有“形成”步骤，并且包括通过将所述电流控制器件控制为一个电流等级来将所述RRAM器件设定为一个电阻等级，其中，设定所述RRAM器件包括对所述RRAM器件的顶部电极施加第一电压以及对所述RRAM器件的底部电极施加第二电压，所述第二电压高于所述第一电压。在该方法中，设定所述RRAM器件包括对所述RRAM器件施加第一极性的设定电压。该方法进一步包括通过施加与所述第一极性相反的第二极性的重置电压来重置所述RRAM器件。在该方法中，所述第一极性是从所述顶部电极至所述底部电极；以及所述设定电压限定为所述第二电压和所述第一电压之间的差值。在该方法中，将所述RRAM器件设定为一个电阻等级包括将所述RRAM器件的所述顶部电极接地。在该方法中，所述第一电压等于或高于vsrt。在该方法中，重置所述RRAM器件包括:将所述RRAM单元的顶部电极偏置为高电压；以及将所述RRAM单元的底部电极偏置为低电压。在该方法中，重置所述RRAM器件包括将所述RRAM器件的底部电极接地。在该方法中，所述第二电压被限定为所述高电压和所述低电压之间的差值，其中，所述第二电压等于或高于Vs_。该方法进一步包括通过对所述RRAM器件施加所述第一极性的第三电压来读取所述RRAM器件。在该方法中，所述第三电压小于所述第一电压。根据本专利技术的另一方面，提供了一种制造电阻式随机存取存储器(RRAM)结构的方法，包括:在衬底上形成电流控制器件；以及形成RRAM器件，所述RRAM器件被设置成与所述电流控制器件连接，形成所述RRAM器件进一步包括:形成底部电极；在所述底部电极上形成介电材料层；实施缺陷工程处理(DET)工艺；以及在所述介电材料层上形成顶部电极。在该方法中，所述DET工艺包括在约200°C至约500°C的范围内的处理温度下对所述RRAM结构施加NH3气体。在该方法中，所述DET工艺包括施加从由NH3、N2、02、O3> H2O, Cl2, Ar、CF4, H2, N2O,SiH4, CF4和它们的组合所组成的组中选择的气体。在该方法中，实施所述DET工艺包括在形成所述介电材料层之前对所述底部电极实施所述DET工艺。该方法进一步包括:在形成所述顶部电极之前在所述介电材料层上形成保护层。在该方法中，实施所述DET工艺包括:在形成所述保护层之前对所述介电材料层实施所述DET工艺。在该方法中，在所述底部电极上形成所述介电材料层以及在所述介电材料层上形成所述保护层包括:形成过渡金属氧化物层和金属层，其中，所述过渡金属氧化物层和所述金属层从由氧化锆和钛、氧化钽和钽、以及氧化铪和铪所组成的组中进行选择。该方法进一步包括:对所述RRAM器件实施沉积后退火(PDA)工艺，其中，退火温度在约300°C至约500°C的范围内。根据本专利技术的又一方面，提供了一种用于操作多等级电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的方法，其中，所述多等级电阻式随机存取存储器单元具有连接在一起的电流控制器件和RRAM器件，所述方法包括:通过对所述RRAM器件施加第一极性的第一电压将所述RRAM器件设定为一个电阻等级；以及通过对所述RRAM器件施加第二极性的第二电压重置所述RRAM器件，其中，所述第二极性与所述第一极性相反，所述电流控制器件被配置成用于将所述RRAM器件调节为不同的电阻等级，以及所述RRAM器件包括具有缺陷工程膜的电阻材料层。【专利附图】【附图说明】当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本专利技术。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件尺寸可以被任意增大或减少。图1是在一个实施例中具有根据本专利技术的多个方面构造的多个存储单元的存储结构的不意图；图2和图3是在多个实施例中具有根据本专利技术的多个方面构造的电阻式随机存取存储器(RRAM)器件和电流控制器件的图1的存储单元的示意图；图4是在一个实施例中具有根据本专利技术的多个方面构造的电阻式随机存取存储器(RRAM)器件和电流控制器件的图1的存储单元的截面图；图5是在一个或多个实施例中制造根据本专利技术的多个方面构造的图2的RRAM器件的方法的流程图；图6是示出在一个实施例中根据本专利技术的多个方面构造的图2的RRAM器件的实施例的截面图；图7示出在多个实施例中根据本专利技术的多个方面构造的图6的存储器件中的介电材料层的截面图；图8提供了示出多个实施例中的多个存储器件的特性数据的曲线图；图9是示出了一个实施例中的图2的RRAM器件的电流与电压性能的曲线图；图10是示出一个或多个实施例中根据本专利技术的多个方面构造的图2的RRAM器件的各种操作的表格。【具体实施方式】以下
技术实现思路
提供了用于实现多个实施例的不同特征的多种不同实施例或实例。以下将描述部件和布置的特定实例以简化本专利技术。当然，这些仅是实例并且不旨在限制本专利技术。另外，本专利技术可以在多个实例中重复参考符号和/或字符。这种重复是为了简化和清楚的目的，并且其本身并没有规定所述多个实施例和/或配置之间的关系。此外，为了容易描述，本文中可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…上方”以及“上部”等的空间相对位置关系术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除附图中所示的定向之外，空间相对位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作多等级电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的方法，所述多等级电阻式随机存取存储器单元具有连接在一起的电流控制器件和RRAM器件，所述方法没有“形成”步骤，并且包括通过将所述电流控制器件控制为一个电流等级来将所述RRAM器件设定为一个电阻等级，其中，设定所述RRAM器件包括对所述RRAM器件的顶部电极施加第一电压以及对所述RRAM器件的底部电极施加第二电压，所述第二电压高于所述第一电压。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：蔡竣扬，丁裕伟，黄国钦，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：