[发明专利]电阻式随机存取存储器及其制造方法

说明书

本发明公开一种电阻式随机存取存储器及其制造方法，其中该电阻式随机存取存储器包括堆叠结构、至少一垂直电极、选择元件以及多个可变电阻结构。堆叠结构是由交替堆叠的多个水平电极与多个第一介电层所组成，其中堆叠结构具有至少一孔道贯穿水平电极与第一介电层。垂直电极形成于至少一孔道内。选择元件形成于垂直电极与堆叠结构之间的孔道内。可变电阻结构设置于每个水平电极的表面并与孔道内的选择元件接触。

技术领域

本发明涉及一种随机存取存储器及其制造方法，且特别是涉及一种电阻式随机存取存储器及其制造方法。

背景技术

由于电阻式随机存取存储器(resistive random access memory，RRAM)具备优越的可扩缩性(scalability)、易操作性、低耗能以及较简单的制作工艺，所以已成为目前最具前景的非挥发性存储器技术之一。

如图1所示，现今电阻式随机存取存储器100的构成多具有垂直电极102、可变电阻层104、水平电极106、位线108以及由MOS构成的字符线110等。可变电阻层104形成于垂直电极102与水平电极106之间，且每个垂直电极102连接位线108，以进行电荷的判读，并通过字符线110控制电阻式随机存取存储器100的开或关。

由于电阻式随机存取存储器需要设置如MOS的选择元件，来控制电流的流路，以避免电阻式随机存取存储器由于潜泄电流(sneak current)所造成的读取错误，因此其体积由于元件设计的关系无法进一步缩减，而对于电阻式随机存取存储器的集成度造成限制。

发明内容

本发明提供一种电阻式随机存取存储器，其可有效提升电阻式随机存取存储器的集成度，进而提升元件的性能。

本发明另提供一种电阻式随机存取存储器的制造方法，能整合于现有制作工艺并制作出高集成度的电阻式随机存取存储器。

本发明的电阻式随机存取存储器包括堆叠结构、至少一垂直电极、选择元件以及多个可变电阻结构。堆叠结构是由交替堆叠的多个水平电极与多个第一介电层所组成，其中堆叠结构具有至少一孔道贯穿水平电极与第一介电层。垂直电极形成于至少一孔道内。选择元件(selector element)形成于垂直电极与堆叠结构之间的孔道内。可变电阻结构设置于每个水平电极的表面并与孔道内的选择元件接触。

在本发明的一实施例中，上述可变电阻结构包括存储层、介于存储层与选择元件之间的氧化层以及介于存储层与水平电极的表面之间的阻障层。

在本发明的一实施例中，上述选择元件包括：过渡金属氧化物(Transition MetalOxide，TMO)选择元件、双向阈值开关(Ovonic Threshold Switching，OTS)选择元件、金属/硅/金属(metal/silicon/metal，MSM)选择元件或混合离子与电子导体(Mixed IonicElectronic Conduction，MIEC)二极管。

在本发明的一实施例中，上述选择元件包括与垂直电极接触的栅极层、与氧化层接触的通道层以及介于通道层与栅极层之间的栅极绝缘层。

在本发明的一实施例中，上述选择元件还可包括第一导电态掺杂区以及第一导电态外延层。第一导电态掺杂区形成于孔道的第一端的通道层内，其中通道层为第二导电态。第一导电态外延层形成于孔道的第二端，第一导电态外延层与通道层接触并与栅极层通过栅极绝缘层隔绝，其中栅极层为第二导电态。

在本发明的一实施例中，上述第一导电态为N型，第二导电态为P型。

在本发明的一实施例中，上述第一导电态为P型，第二导电态为N型。