[发明专利]非挥发性存储器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种非挥发性存储器及其制造方法，特别是有关于一种电阻式非挥发性存储器及其制造方法。

背景技术

目前非挥发性存储器以快闪式存储器(Flash memory)为主流，但随着元件不断微缩，快闪式存储器面临栅极穿透氧化层过薄导致存储时间缩短，以及操作电压过大等缺点。因此，各种不同型态的非挥发性存储器正积极的被研发以取代快闪式存储器，其中电阻式非挥发性存储器(Resistive Random Access Memory，RRAM)具有操作电压小、存储时间长、多状态存储、结构简单及面积小等优点，是极有潜力取代快闪式存储器的元件。

以非晶质二氧化铪(HfO₂)为电阻转态层的现有电阻式非挥发性存储器元件(RRAM)具有优异的电阻转态特性，但是其热稳定性不佳，易于结晶，当后续制造工艺温度或退火处理温度上升至400℃到500℃时，即会造成二氧化铪的结晶态产生，影响二氧化铪的存储器电阻转态特性。另一方面，以氧化铝(Al₂O₃)为电阻转态层的现有电阻式非挥发性存储器元件具有极佳的热稳定性，其结晶态温度可高达900℃，但是以氧化铝为电阻转态层的现有电阻式存储器具有较高的形成电压(forming voltage)，当形成一晶体管搭配一电阻(1T1R)时，此高电压操作不适用于先进互补式金属氧化物半导体(CMOS)元件制造工艺当中，不利未来电阻式存储器商品化实现的可能。

因此，需要一种电阻式非挥发性存储器及其制造方法，其具有热稳定性佳、初始形成电压低和制作容易等优点。

发明内容

本发明的一实施例提供一种非挥发性存储器，包括一下导电层；一电阻转态复合层，设置于上述下导电层上，上述电阻转态复合层包括：具有一第一层数的第一氧化物原子层；具有一第二层数的第二氧化物原子层，设置于上述些第一氧化物原子层上；一上导电层，设置于上述电阻转态复合层上。

本发明的一实施例提供一种非挥发性存储器的制造方法，包括提供一基板；于上述基板上形成一下导电层；进行具有一第一制造工艺循环次数的第一原子层沉积制造工艺，以于上述下导电层上形成具有一第一层数的第一氧化物原子层；进行具有一第二制造工艺循环次数的一第二原子层沉积制造工艺，于上述些第一氧化物原子层上形成具有一第二层数的第二氧化物原子层，上述些第一氧化物原子层和上述些第二氧化物原子层是共同制成一电阻转态复合层；于上述电阻转态复合层上形成一上导电层。

附图说明

图1a为本发明实施例的非挥发性存储器的剖面示意图。

图1b为一比较例的非挥发性存储器的剖面示意图。

图1c为另一比较例的非挥发性存储器的剖面示意图。

图2a为本发明实施例的非挥发性存储器的电压电流量测结果。

图2b为本发明不同实施例的不同成分组成的电阻转态复合制成的非挥发性存储器与图1b、图1c所示的比较例制成的非挥发性存储器的形成电压统计值比较结果。

图2c为本发明不同实施例的不同成分组成的电阻转态复合层制成的非挥发性存储器与图1b、图1c所示的比较例制成的非挥发性存储器的形成电压平均值比较结果。

图3a、图3b分别为以Hf_0.7Al_0.3O薄膜作为电阻转态复合层制成图1a所示的非挥发性存储器，与图1b所示的非挥发性存储器在实际转态10次后的电压电流关系图。

图4为本发明实施例的非挥发性存储器在施予直流写入电压与抹除电压的耐操度测试图。

图5为本发明元件本发明实施例的非挥发性存储器500的非破坏性读取测试图。

图6a为本发明实施例的非挥发性存储器在进行金属后退火处理步骤后的电压电流关系图。

图6b为本发明实施例的非挥发性存储器在进行金属后退火处理步骤后的耐操度测试图。

附图标号：

500、600、700～非挥发性存储器；

200～基板；

202～绝缘层；

204～钛薄膜；

206～铂薄膜；

207～下导电层；

208～电阻转态复合层；

210～第一氧化物原子层；

212～第二氧化物原子层；

214～上导电层；

216～单纯二氧化铪薄膜；

218～单纯氧化铝薄膜。

具体实施方式