CN101728480B - 电阻式随机存取存储器结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电阻式随机存取存储器结构及其制作方法。在该制作方法中，首先，形成下电极，接着，在下电极上，形成电阻层，然后，在电阻层上，形成上电极，其中上电极选自下列群组：氧化铟锡以及氧化铟锌，最后，以紫外线照射上电极。

Description

电阻式随机存取存储器结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种电阻式随机存取存储器结构及其制作方法，特别是一种具有优选电阻转换特性的电阻式随机存取存储器结构及其制作方法。
背景技术
电阻式随机存取存储器(resistive random access memory，RRAM)为目前业界所研发出的众多新颖存储器之一，其利用电阻转换的特性来储存位元数据。
图1所绘示的是理想的电阻式随机存取存储器其低电阻态和高电阻态的电流-电压曲线图。如图1所示，在理想的状态下，当电阻式随机存取存储器进行数据写入(set)的过程中，随着电压升高，通过电阻式随机存取存储器的电流也会逐渐升高，也就是说，电阻式随机存取存储器的电阻会由高电阻态逐渐转换到低电阻态，而在数据抹除(reset)的过程中，随着电压升高，通过电阻式随机存取存储器的电流会发生大幅下降的现象，也是说电阻式随机存取存储器的电阻会由低电阻态转换到高电阻态。一般来说，一个理想的电阻式随机存取存储器，其低电阻态和高电阻态的电流-电压曲线不应有重叠的现象。
然而，已知的电阻式随机存取存储器其电压对电流值会发生跳动的情况，其低电阻态和高电阻态的电流对电压曲线会发生重叠，造成元件信号判读困难。因此，目前业界急需一种具良好电阻转换特性的电阻式随机存取存储器，以确保存取数据的正确性。
发明内容
因此，本发明提供一种新颖的电阻式随机存取存储器的结构和制作方式，以获得具有良好电阻转换特性的电阻式随机存取存储器。
本发明提供一种电阻式随机存取存储器的结构，包含：下电极、电阻层，位于该下电极上以及上电极，位于该电阻层上，其中该上电极选自下列群组：氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)、氧化铟锌(indium zinc oxide，IZO)以及钯(palladium，Pd)。
本发明另提供一种电阻式随机存取存储器的制作方法，包含：首先，形成下电极，其次，在下电极上，形成电阻层，然后，在电阻层上，形成上电极，其中上电极选自下列群组：氧化铟锡以及氧化铟锌，最后以紫外线照射上电极。
发明人基于多年的研究经验发现，使用外线照射透明电极，例如氧化铟锡或氧化铟锌，可以使电阻式随机存取存储器有良好的高低电阻转态，此外使用钯作为上电极，亦可以达到使电阻式随机存取存储器具有良好高低电阻转态的效果。
附图说明
图1所绘示的是理想的电阻式随机存取存储器其低电阻态和高电阻态的电流-电压曲线图。
图2至图3绘示的是本发明电阻式随机存取存储器的制作方法示意图。
图4绘示的是电阻式随机存取存储器的结构示意图。
图5绘示的是以氧化铟锡为上电极、氧化铪为电阻层、氮化钛为下电极的电阻式随机存取存储器的电流-电压曲线图，其中此电阻式随机存取存储器未经紫外光照射。
图6绘示的是以氧化铟锡为上电极、氧化铪为电阻层、氮化钛为下电极的电阻式随机存取存储器的电流-电压曲线图，其中此电阻式随机存取存储器经紫外光照射。
图7绘示的是以氧化铟锌为上电极、氧化铪为电阻层、氮化钛为下电极的电阻式随机存取存储器的电流-电压曲线图，其中此电阻式随机存取存储器经紫外光照射。
图8绘示的是以钯为上电极、氧化铪为电阻层、氮化钛为下电极的电阻式随机存取存储器的电流-电压曲线图。
附图标记说明
10、20   电阻式随机存取存储器
12、22   下电极
14、24   电阻层
16、26   上电极
具体实施方式
图2至图3绘示的是本发明电阻式随机存取存储器的制作方法示意图。首先，如图2所示，经过沉积、溅镀、曝光、显影、蚀刻等步骤，分别形成下电极12，电阻层14，上电极16，作为电阻式随机存取存储器10。下电极12可以使用如钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)、钨(W)、氮化钨(WN)、铂(Pt)、金(Au)、铜(Cu)、铜铝合金(AlCu)以及其它的导电材料作为电极材料，但以不含氧的导电材料优选。电阻层14可以使用的材料例如：氧化钛(TiO)、氧化镍(NiO)、氧化钨(WO3)、氧化锆(ZrO)、氧化铜(CuO)、氧化铪(HfO)、氧化钽(TaO)、氧化锌(ZnO)、氧化铝(Al2O3)、氧化钼(MoO)以及其它的介电材料。电阻层14不限于单层，多层结构亦适用于本发明。此外，在下电极12和电阻层14之间可选择性的增加一层介面层(图未示)以增加在下电极12和电阻层14之间的贴附性。
接着，如图3所示，使用紫外线全面照射电阻式随机存取存储器10，特别是上电极16，根据本发明的优选实施例，使用的紫外线波长为365nm，照射时间约为30秒至60秒即可产生效果。至此，本发明的电阻式随机存取存储器10业己完成，其具有良好的电阻转换特性。
本发明的特征在于上电极16所使用的材料为氧化铟锡、氧化铟锌或是其它透明导电材料，经由紫外光照射后，会使上电极16和电阻层14介面上产生悬空键(dangling bond)，让氧离子可自由进出上电极16与电阻层14的介面，由此改善电阻转换特性。
本发明另提供一种电阻式随机存取存储器结构，如图4所示，电阻式随机存取存储器20，包含：下电极22，电阻层24位于下电极22上以及上电极26，位于电阻层24上，其中上电极26可选自下列群组：氧化铟锡、氧化铟锌以及钯(palladium，Pd)。
根据本发明的优选实施例，若电阻式随机存取存储器20的上电极26为氧化铟锡、氧化铟锌时，在电阻式随机存取存储器20完成后，使用紫外线照射上电极26，可以得到优选的电阻转换效果。而上电极26为钯时，即使没有经过紫外线照射，电阻式随机存取存储器20也可以呈现良好的电阻转换效果。此外，下电极22可以使用如钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、氮化钨、铂、金、铜、铜铝合金以及其它的导电材料作为电极材料，但以不含氧的导电材料优选。而电阻层24可以使用的材料例如：氧化钛、氧化镍、氧化钨、氧化锆、氧化铜、氧化铪、氧化钽、氧化锌、氧化铝、氧化钼以及其它的介电材料，电阻层24不限于单层，多层结构亦适用于本发明。除此之外，在下电极22和电阻层24之间可选择性的增加一层介面层(图未示)以增加在下电极22和电阻层24之间的贴附性。
以下的附图皆是使用方形符号表示电阻式随机存取存储器低电阻态的电流-电压曲线(IV curve)，而圆形符号表示电阻式随机存取存储器高电阻态的电流-电压曲线。
图5绘示的是以氧化铟锡为上电极、氧化铪为电阻层、氮化钛为下电极的电阻式随机存取存储器的电流-电压曲线图，其中此电阻式随机存取存储器未经紫外光照射。图6绘示的是以氧化铟锡为上电极、氧化铪为电阻层、氮化钛为下电极的电阻式随机存取存储器的电流-电压曲线图，其中此电阻式随机存取存储器经紫外光照射。图7绘示的是以氧化铟锌为上电极、及氧化铪为电阻层、氮化钛为下电极的电阻式随机存取存储器的电流-电压曲线图，其中此电阻式随机存取存储器经紫外光照射。图8绘示的是以钯为上电极、氧化铪为电阻层、氮化钛为下电极的电阻式随机存取存储器的电流-电压曲线图。
与图1相比较，图5中的低电阻态曲线和高电阻态明显发生重叠现象，此现象会影响到数据判读，然而，在经过紫外光照射后，由图6、7可看出，低电阻态的电流-电压曲线和高电阻态的电流-电压曲线产生明显的分离，如此一来，可使得元件信号判读便容易。由此可知，前述本发明教导使用透明电极例如：氧化铟锡和氧化铟锌为上电极，并且以紫外光照射电阻式随机存取存储器后，的确可以提供稳定的数据写入电压和数据抹除电压。此外，由图8亦可看出低电阻态曲线和高电阻态明显分离的现象，因此，前述使用钯作为上电极的方式，亦可以有效改善已知技术的低电阻态的电流-电压曲线和高电阻态的电流-电压重叠曲线的问题，进而促进元件信号判读的正确性。
本发明的特征之一在于：使用紫外光照射透明电极，因此会上电极和电阻层介面上产生悬空键，使得氧离子可自由进出上电极与电阻层的介面，由此改善电阻转换特性，进而促进元件信号判读的正确性。本发明的另一特征在于：使用钯作为电阻式随机存取存储器的上电极，因为钯不易在介面与电阻层中的氧反应，因此可以避免功函数发生变化而造成漏电增加，所以可以维持高低电阻态的特性，并且氧离子可自由进出钯，使得高低电阻态可做良好的转换操作，进而增进元件数据的可靠性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种电阻式随机存取存储器的制作方法，包含：
形成下电极；
于该下电极上，形成电阻层；
于该电阻层上，形成上电极，其中该上电极选自下列群组：氧化铟锡以及氧化铟锌；以及
在该下电极、该电阻层和该上电极形成之后，以紫外线照射并穿透该上电极以在该上电极和该电阻层的界面上产生悬空键。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，该紫外线的波长为365nm。
3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，该紫外线的照射时间为30秒至60秒。
4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，该电阻层选自由氧化钛、氧化镍、氧化钨、氧化锆、氧化铜、氧化铪、氧化钽、氧化锌、氧化铝以及氧化钼所组成的群组。
5.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，该下电极选自由钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、氮化钨、铂、金、铜以及铜铝合金所组成的群组。
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