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TWI397152B - 電阻式隨機存取記憶體結構及其製作方法 - Google Patents

電阻式隨機存取記憶體結構及其製作方法 Download PDF

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TWI397152B TW097136838A TW97136838A TWI397152B TW I397152 B TWI397152 B TW I397152B TW 097136838 A TW097136838 A TW 097136838A TW 97136838 A TW97136838 A TW 97136838A TW I397152 B TWI397152 B TW I397152B
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Chang Rong Wu
Neng Tai Shih
Kou Chen Liu
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Nanya Technology Corp
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Description

電阻式隨機存取記憶體結構及其製作方法
本發明係關於一種電阻式隨機存取記憶體結構及其製作方法，特別是一種具有較佳電阻轉換特性之電阻式隨機存取記憶體結構及其製作方法。
電阻式隨機存取記憶體(resistive random access memory, RRAM)為目前業界所研發出之眾多新穎記憶體之一，其係利用電阻轉換的特性來儲存位元資料。
第1圖所繪示的是理想的電阻式隨機存取記憶體其低電阻態和高電阻態的電流-電壓曲線圖。如第1圖所示，在理想的狀態下，當電阻式隨機存取記憶體進行資料寫入(set)的過程中，隨著電壓升高，通過電阻式隨機存取記憶體的電流也會逐漸升高，也就是說，電阻式隨機存取記憶體的電阻會由高電阻態逐漸轉換到低電阻態，而在資料抹除(reset)的過程中，隨著電壓升高，通過電阻式隨機存取記憶體的電流會發生大幅下降的現象，也是說電阻式隨機存取記憶體的電阻會由低電阻態轉換到高電阻態。一般來說，一個理想的電阻式隨機存取記憶體，其低電阻態和高電阻態的電流-電壓曲線不應有重疊的現象。
然而，習知的電阻式隨機存取記憶體其電壓對電流值會發生跳 動的情況，其低電阻態和高電阻態的電流對電壓曲線會發生重疊，造成元件訊號判讀困難。因此，目前業界急需一種具良好電阻轉換特性之電阻式隨機存取記憶體，以確保存取資料的正確性。
因此，本發明提供一種新穎的電阻式隨機存取記憶體之結構和製作方式，以獲得具有良好電阻轉換特性的電阻式隨機存取記憶體。
本發明提供一種電阻式隨機存取記憶體的結構，包含：一下電極、一電阻層，位於該下電極上以及一上電極，位於該電阻層上，其中該上電極係選自下列群組：氧化銦錫(indium tin oxide, ITO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide, IZO)以及鈀(palladium, Pd)。
本發明另提供一種電阻式隨機存取記憶體的製作方法，包含：首先，形成一下電極，其次，於下電極上，形成一電阻層，然後，於電阻層上，形成一上電極，其中上電極係選自下列群組：氧化銦錫以及氧化銦鋅，最後以一紫外線照射上電極。
發明人基於多年的研究經驗發現，使用外線照射透明電極，例如氧化銦錫或氧化銦鋅，可以使電阻式隨機存取記憶體有良好的高低電阻轉態，此外使用鈀作為上電極，亦可以達到使電阻式隨機存取記憶體具有良好高低電阻轉態的效果。
第2圖至第3圖繪示的是本發明電阻式隨機存取記憶體之製作方法示意圖。首先，如第2圖所示，經過沉積、濺鍍、曝光、顯影、蝕刻等步驟，分別形成一下電極12，一電阻層14，一上電極16，作為一電阻式隨機存取記憶體10。下電極12可以使用如鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鎢(W)、氮化鎢(WN)、鉑(Pt)、金(Au)、銅(Cu)、銅鋁合金(AlCu)以及其它的導電材料作為電極材料，但以不含氧的導電材料較佳。電阻層14可以使用的材料例如：氧化鈦(TiO)、氧化鎳(NiO)、氧化鎢(WO3 )、氧化鋯(ZrO)、氧化銅(CuO)、氧化鉿(HfO)、氧化鉭(TaO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化鉬(MoO)以及其它的介電材料。電阻層14不限於單層，多層結構亦適用於本發明。此外，在下電極12和電阻層14之間可選擇性的增加一層介面層(圖未示)以增加在下電極12和電阻層14之間的貼附性。
接著，如第3圖所示，使用一紫外線全面照射電阻式隨機存取記憶體10，特別是上電極16，根據本發明之較佳實施例，使用的紫外線波長為365 nm，照射時間約為30秒至60秒即可產生效果。至此，本發明之電阻式隨機存取記憶體10業己完成，其具有良好的電阻轉換特性。
本發明的特徵在於上電極16所使用的材料為氧化銦錫、氧化銦鋅或是其它透明導電材料，經由紫外光照射後，會使上電極16 和電阻層14介面上產生懸空鍵(dangling bond)，讓氧離子可自由進出上電極16與電阻層14的介面，藉此改善電阻轉換特性。
本發明另提供一種電阻式隨機存取記憶體結構，如第4圖所示，電阻式隨機存取記憶體20，包含：一下電極22，一電阻層24位於下電極22上以及一上電極26，位於電阻層24上，其中上電極26可選自下列群組：氧化銦錫、氧化銦鋅以及鈀(palladium, Pd)。
根據本發明之較佳實施例，若電阻式隨機存取記憶體20之上電極26為氧化銦錫、氧化銦鋅時，在電阻式隨機存取記憶體20完成後，使用紫外線照射上電極26，可以得到較佳的電阻轉換效果。而上電極26為鈀時，即使沒有經過紫外線照射，電阻式隨機存取記憶體20也可以呈現良好的電阻轉換效果。此外，下電極22可以使用如鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、氮化鎢、鉑、金、銅、銅鋁合金以及其它的導電材料作為電極材料，但以不含氧的導電材料較佳。而電阻層24可以使用的材料例如：氧化鈦、氧化鎳、氧化鎢、氧化鋯、氧化銅、氧化鉿、氧化鉭、氧化鋅、氧化鋁、氧化鉬以及其它的介電材料，電阻層24不限於單層，多層結構亦適用於本發明。除此之外，在下電極22和電阻層24之間可選擇性的增加一層介面層(圖未示)以增加在下電極22和電阻層24之間的貼附性。
以下的圖示皆是使用方形符號表示電阻式隨機存取記憶體低 電阻態的電流-電壓曲線(IV curve)，而圓形符號表示電阻式隨機存取記憶體高電阻態的電流-電壓曲線。
第5圖繪示的是以氧化銦錫為上電極、氧化鉿為電阻層、氮化鈦為下電極的電阻式隨機存取記憶體之電流-電壓曲線圖，其中此電阻式隨機存取記憶體未經紫外光照射。第6圖繪示的是以氧化銦錫為上電極、氧化鉿為電阻層、氮化鈦為下電極的電阻式隨機存取記憶體之電流-電壓曲線圖，其中此電阻式隨機存取記憶體係經紫外光照射。第7圖繪示的是以氧化銦鋅為上電極、及氧化鉿為電阻層、氮化鈦為下電極的電阻式隨機存取記憶體之電流-電壓曲線圖，其中此電阻式隨機存取記憶體係經紫外光照射。第8圖繪示的是以鈀為上電極、氧化鉿為電阻層、氮化鈦為下電極的電阻式隨機存取記憶體之電流-電壓曲線圖。
和第1圖相較，第5圖中的低電阻態曲線和高電阻態明顯發生重疊現象，此現象會影響到資料判讀，然而，在經過紫外光照射後，由第6、7圖可看出，低電阻態之電流-電壓曲線和高電阻態之電流-電壓曲線產生明顯的分離，如此一來，可使得元件訊號判讀便容易。由此可知，前述本發明教導使用透明電極例如：氧化銦錫和氧化銦鋅為上電極，並且以紫外光照射電阻式隨機存取記憶體後，的確可以提供穩定的資料寫入電壓和資料抺除電壓。此外，由第8圖亦可看出低電阻態曲線和高電阻態明顯分離的現象，因此，前述使用鈀做為上電極的方式，亦可以有效改善習知技術之 低電阻態之電流-電壓曲線和高電阻態之電流-電壓重疊曲線的問題，進而促進元件訊號判讀的正確性。
本發明之特徵在於：使用紫外光照射透明電極，因此會上電極和電阻層介面上產生懸空鍵，使得氧離子可自由進出上電極與電阻層的介面，藉此改善電阻轉換特性，進而促進元件訊號判讀的正確性。本發明之另一特徵在於：使用鈀作為電阻式隨機存取記憶體之上電極，因為鈀不易在介面與電阻層中的氧反應，因此可以避免功函數發生變化而造成漏電增加，所以可以維持高低電阻態的特性，並且氧離子可自由進出鈀，使得高低電阻態可做良好的轉換操作，進而增進元件資料的可靠性。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10、20‧‧‧電阻式隨機存取記憶體
12、22‧‧‧下電極
16、26‧‧‧上電極
14、24‧‧‧電阻層
第1圖所繪示的是理想的電阻式隨機存取記憶體其低電阻態和高電阻態的電流-電壓曲線圖。
第2圖至第3圖繪示的是本發明電阻式隨機存取記憶體之製作方法示意圖。
第4圖繪示的是電阻式隨機存取記憶體的結構示意圖。
第5圖繪示的是以氧化銦錫為上電極、氧化鉿為電阻層、氮化鈦為下電極的電阻式隨機存取記憶體之電流-電壓曲線圖，其中此電 阻式隨機存取記憶體未經紫外光照射。
第6圖繪示的是以氧化銦錫為上電極、氧化鉿為電阻層、氮化鈦為下電極的電阻式隨機存取記憶體之電流-電壓曲線圖，其中此電阻式隨機存取記憶體係經紫外光照射。
第7圖繪示的是以氧化銦鋅為上電極、及氧化鉿為電阻層、氮化鈦為下電極的電阻式隨機存取記憶體之電流-電壓曲線圖，其中此電阻式隨機存取記憶體係經紫外光照射。
第8圖繪示的是以鈀為上電極、氧化鉿為電阻層、氮化鈦為下電極的電阻式隨機存取記憶體之電流-電壓曲線圖。
20‧‧‧電阻式隨機存取記憶體
22‧‧‧下電極
24‧‧‧電阻層
26‧‧‧上電極

Claims (9)

  1. 一種電阻式隨機存取記憶體結構，由下列群組所組成：一下電極；一電阻層，位於該下電極上；以及一單層上電極，位於該電阻層上，其中該單層上電極係選自下列群組：氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide,IZO)以及鈀(palladium,Pd)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電阻式隨機存取記憶體結構，其中該下電極係選自由鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鎢(W)、氮化鎢(WN)、鉑(Pt)、金(Au)、銅(Cu)以及銅鋁合金(AlCu)所組成之群組。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電阻式隨機存取記憶體結構，其中該電阻層為至少二種之金屬氧化物所形成的層狀結構。
  4. 如申請專利範圍第1或3項所述之電阻式隨機存取記憶體結構，其中該電阻層係選自由氧化鈦(TiO)、氧化鎳(NiO)、氧化鎢(WO3 )、氧化鋯(ZrO)、氧化銅(CuO)、氧化鉿(HfO)、氧化鉭(TaO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋁(Al2 O3 )以及氧化鉬(MoO)所組成之群組。
  5. 一種由一下電極、一電阻層以及一單層上電極組成之電阻式隨機存取記憶體的製作方法，包含： 形成該下電極；於該下電極上，形成該電阻層；於該電阻層上，形成該單層上電極，其中該單層上電極係選自下列群組：氧化銦錫以及氧化銦鋅；以及以一紫外線照射該單層上電極，以形成該電阻式隨機存取記憶體。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之製作方法，其中該紫外線之波長為365 nm。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之製作方法，其中該紫外線之照射時間為30秒至60秒。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之製作方法，其中該電阻層係選自由氧化鈦、氧化鎳、氧化鎢、氧化鋯、氧化銅、氧化鉿、氧化鉭、氧化鋅、氧化鋁以及氧化鉬所組成之群組。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之記憶體結構，其中該下電極係選自由鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、氮化鎢、鉑、金、銅以及銅鋁合金所組成之群組。
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