[发明专利]可变电阻式内存及其制造方法

说明书

本发明提供一种可变电阻式内存及其制造方法。该可变电阻式内存，包括：一下电极；一金属氧化层，形成于该下电极上，其中该金属氧化层包括多个导电丝区域，每一导电丝区域具有一底部与一顶部，且该底部的宽度大于该顶部的宽度，其中所述导电丝区域包括氧空缺，该金属氧化层中所述导电丝区域以外的区域为含氮区域；以及多个上电极，形成于该金属氧化层上，分别对应所述导电丝区域。

技术领域

本发明是有关于一种可变电阻式内存，特别是有关于一种可增强局部电场的可变电阻式内存。

背景技术

可变电阻式内存(resistive random access memories，RRAM)具有指令周期快、低功率消耗等优点，是下一代非挥发性内存的理想选择。可变电阻式内存于两金属电极间设置有过渡金属氧化物(transition metal oxide，TMO)层，其操作过渡金属氧化物层中导电丝(filament)的状态以在高电阻状态(HRS)以及低电阻状态(LRS)之间进行电性切换。

然而，在可变电阻式内存的操作过程中，由于导电丝对于周围环境相当敏感，造成对导电丝的形成与断裂控制不易，而降低了可变电阻式内存的可靠性，例如反复读写能力(endurance)与记忆保持力(retention)。

发明内容

根据本发明的一实施例，提供一种可变电阻式内存。该可变电阻式内存，包括：一下电极；一金属氧化层，形成于该下电极上，其中该金属氧化层包括多个导电丝区域，每一导电丝区域具有一底部与一顶部，且该底部的宽度大于该顶部的宽度；以及多个上电极，形成于该金属氧化层上，分别对应所述导电丝区域，其中每一导电丝区域的该底部与该下电极相邻，该顶部与该上电极相邻。

根据本发明的一实施例，提供一种可变电阻式内存的制造方法，包括下列步骤：提供一基板；形成多个沟槽于该基板中；形成多个下电极于所述沟槽中；形成多个金属氧化层于所述下电极上，并为所述下电极所包围；对所述金属氧化层进行一氮离子工艺，以于所述金属氧化层中形成多个导电丝区域以及所述导电丝区域以外的含氮区域；以及形成多个上电极于所述金属氧化层上。

本发明通过氮离子植入的相关工艺(例如离子注入、等离子体、退火等)来定义、限制导电丝(filament)于过渡金属氧化(TMO)层中的分布区域(即氧离子迁移形成的导通路径)，有效增强组件中的局部电场(即导电丝区域的电场)。本发明具有特定导电丝分布态样的可变电阻式内存(RRAM)可有效控制单一导电丝的形成与断裂，避免多重导电丝的形成，促内存维持其可靠性，例如良好的反复读写能力(endurance)与记忆保持力(retention)，且可降低成形(forming)/操作(operation)电压，并抑制高电阻状态(HRS)以及低电阻状态(LRS)之间的波动，使组件保持良好操作窗口。

附图说明

图1为根据本发明的一实施例的剖面示意图。

图2为根据本发明的一实施例的剖面示意图。

图3为根据本发明的一实施例的剖面示意图。

图4为根据本发明的一实施例的剖面示意图。

图5为根据本发明的一实施例的剖面示意图。

图6A至图6H为根据本发明的一实施例的制造方法。

图7A至图7H为根据本发明的一实施例的制造方法。

图8A至图8I为根据本发明的一实施例的制造方法。

附图标号

10 可变电阻式内存

10’ 可变电阻式内存单元

12 基板

14 (图案化)下电极(层)