[发明专利]电阻式非易失性存储器装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种电阻式非易失性存储器装置及其制造方法，特别是关于一种具有高可靠度的电阻式非易失性存储器装置及其制造方法。

背景技术

电阻式非易失性存储器(RRAM)因具有功率消耗低、操作电压低、写入抹除时间短、耐久度长、记忆时间长、非破坏性读取、多状态记忆、元件制作工艺简单及可微缩性等优点，所以成为新兴非易失性存储器的主流。现有的电阻式非易失性存储器的基本结构为底电极、电阻转态层及顶电极构成的一金属-绝缘体-金属(metal-insulator-metal,MIM)叠层结构，且电阻式非易失性存储器的电阻转换(resistive switching，RS)阻值特性为元件的重要特性。然而，电阻式非易失性存储器的存取速度、储存密度、以及可靠度仍受限于氧空缺(oxygen vacancy)分布区域的控制能力不佳而无法有效的提升。

因此，在此技术领域中，有需要一种非易失性存储器及其制造方法，以改善上述缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电阻式非易失性存储器装置及其制造方法，以提升电阻式非易失性存储器装置的可靠度。

本发明的一实施例提供一种电阻式非易失性存储器装置。上述电阻式非易失性存储器装置包括一第一电极；一第二电极，设置于上述第一电极上；一电阻转态层，设置于上述第一电极和上述第二电极之间，其中上述电阻转态层包括一第一区域，具有一第一氮原子浓度；一第二区域，相邻于上述第一区域，其中第二区域具有不同于上述第一氮原子浓度的一第二氮原子浓度。

本发明的一实施例提供一种电阻式非易失性存储器装置的制造方法。上述电阻式非易失性存储器装置的制造方法包括形成一第一电极材料层；于上述第一电极材料层上形成一电阻转态材料层；将多个氮原子注入部分上述电阻转态材料层中；于上述电阻转态材料层上形成一第二电极材料层；利用一第一遮罩，进行一图案化工艺，移除部分上述第二电极材料层、上述电阻转态材料层和上述第一电极材料层以分别形成一第二电极、一电阻转态层和一第一电极，其中上述电阻转态材料层包括一第一区域，具有一第一氮原子浓度；一第二区域，相邻于上述第一区域，其中第二区域具有不同于上述第一氮原子浓度的一第二氮原子浓度。

由上述技术方案可得,本发明能够减少电阻式非易失性存储器对氧空缺分布区域的控制能力不佳的限制，从而有效的提升电阻式非易失性存储器的存取速度、储存密度、以及可靠度。

附图说明

图1显示本发明的一实施例的电阻式非易失性存储器装置的剖面示意图。

图2显示本发明的另一实施例的电阻式非易失性存储器装置的剖面示意图。

图3～图7显示本发明的一实施例的电阻式非易失性存储器装置的中间工艺步骤的剖面示意图。

图8～图9显示本发明的另一实施例的电阻式非易失性存储器装置的中间工艺步骤的剖面示意图。

图10～图11显示本发明的又一实施例的电阻式非易失性存储器装置的中间工艺步骤的剖面示意图。

图12显示本发明的一实施例的电阻式非易失性存储器装置的剖面示意图，其显示位于电阻转态层中氮原子的分布具有的一种功效。

图13显示本发明的一实施例的电阻式非易失性存储器装置的剖面示意图，其显示位于电阻转态层中氮原子的分布具有的另一种功效。

图中符号说明：

500a、500b～电阻式非易失性存储器装置；

250a、250b～金属-绝缘体-金属叠层；

200～半导体基板；

202～电路；

204、218～层间介电层；

205、217～顶面；

206～第一电极接触插塞；

216～第二电极接触插塞；

208～第一电极；

210～电阻转态层；

212～第二电极；

208a～第一电极材料层；

210a～电阻转态材料层；

212a～第二电极材料层；

214～阻障衬垫层；

220～氮原子；

222～氧空缺；

224～阻障层；

224a～阻障材料层；

226、238～第一光阻图案；

230～第二光阻图案；

228～遮罩；

229、237～掺杂工艺；

232～第一区域；

234～第二区域；