CN105448948B

CN105448948B - 电阻式随机存取存储器

Info

Publication number: CN105448948B
Application number: CN201410522708.3A
Authority: CN
Inventors: 张硕哲
Original assignee: Winbond Electronics Corp
Current assignee: Winbond Electronics Corp
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2019-01-11
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: CN105448948A

Abstract

本发明提供一种电阻式随机存取存储器，包括上电极、下电极以及介于上、下电极之间的转变金属氧化物层。上述电阻式随机存取存储器还包括位于上电极上方的金属盖层以及位于所述金属盖层与上电极之间的透明导电氧化物层。

Description

电阻式随机存取存储器

技术领域

本发明是有关于一种电阻式随机存取存储器(Resistive Random AccessMemory，简称RRAM)，且特别是有关于一种具有透明导电氧化物层的电阻式随机存取存储器。

背景技术

电阻式随机存取存储器一般是由上电极(Top Electrode，简称TE)、下电极(Bottom electrode，简称BE)及介于其间的转变金属氧化物(Transition Metal Oxides，简称TMO)所构成，并可通过上导线与下导线连接出去。由于电阻式随机存取存储器内的导电路径是通过氧空缺(oxygen vacancy)来控制低电阻态(low resistance state，简称LRS)，所以易受温度影响的氧离子扩散，将成为电阻式随机存取存储器的热稳定控制的重要关键。譬如目前所使用的钛/氧化铪(Ti/HfO₂)型电阻式随机存取存储器，在高温时往往难以保持在低电阻状态，造成所谓「高温数据保持能力(high-temperature dataretention，简称HTDR)」的劣化。

因此，目前已有数种针对降低氧离子扩散入转变金属氧化物的技术，譬如将设置(Set)功率增加，但是将影响重置(Reset)的良率。另外也有在电极与转变金属氧化物之间使用极薄的绝缘氧化物来阻挡氧离子扩散的技术，但是这样的方式不但需要精确的制程控制，还可能对存储器整体的导电性造成冲击。

发明内容

本发明提供一种电阻式随机存取存储器，能达到抑制氧离子扩散并具有导电特性的效果。

本发明另提供一种电阻式随机存取存储器，能达到抑制氧离子扩散并具有透明导电特性的效果。

本发明的一种电阻式随机存取存储器，包括上电极、下电极以及介于上、下电极之间的转变金属氧化物层。上述电阻式随机存取存储器还包括位于上电极上方的金属盖层以及位于所述金属盖层与上电极之间的透明导电氧化物层。

在本发明的第一实施例中，上述透明导电氧化物层的厚度在0.5nm～50nm之间。

本发明的另一种电阻式随机存取存储器，包括上电极、下电极、介于上、下电极之间的转变金属氧化物层以及位于上电极上方并与其直接接触的金属盖层。

在本发明的第二实施例中，上述透明导电氧化物层的厚度在0.5nm～250nm之间。

在本发明的各个实施例中，上述透明导电氧化物层的材料包括铟锡氧化物(Indium tin oxide，简称ITO)、铟锌氧化物(Indium zinc oxide，简称IZO)、铟镓锌氧化物(Indium gallium zinc oxide，简称IGZO)、氟锡氧化物(Fluorinated tin oxide，简称FTO)、铝锌氧化物(Aluminum zinc oxide，简称AZO)或铟钙氧化物(Calcium oxideindium，简称ICO)。

在本发明的各个实施例中，上述下电极的材料包括金属、合金或透明导电氧化物。

在本发明的各个实施例中，上述电阻式随机存取存储器还可在下电极与转变金属氧化物层之间设置另一透明导电氧化物层。这层透明导电氧化物层的材料包括铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、氟锡氧化物(FTO)、铝锌氧化物(AZO)或铟钙氧化物(ICO)。

基于上述，本发明通过在上电极上方设置透明导电氧化物层，能达到抑制氧离子扩散并具有导电特性的效果。而且透明导电氧化物层的厚度如控制得宜，也能提高透光率，使电阻式随机存取存储器能运用紫外线(ultraviolet，简称UV)抹除技术。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明的第一实施例的一种电阻式随机存取存储器的剖面示意图；

图2是依照本发明的第二实施例的一种电阻式随机存取存储器的剖面示意图；

图3是第一实施例的电阻式随机存取存储器的另一变形例的剖面示意图；

图4是第二实施例的电阻式随机存取存储器的另一变形例的剖面示意图；

图5是第一实施例的电阻式随机存取存储器的又一变形例的剖面示意图；

图6是第二实施例的电阻式随机存取存储器的又一变形例的剖面示意图。

附图标记说明：

100：基板；

102、300、400：下电极；

104：上电极；

106：转变金属氧化物层；

108：金属盖层；

110、200、500、600：透明导电氧化物层；

t1、t2：厚度。

具体实施方式

本文中请参照附图，以便更加充分地体会本发明的概念，随附图中显示本发明的实施例。但是，本发明还可采用许多不同形式来实践，且不应将其解释为限于下面所述的实施例。实际上，提供实施例仅为使本发明更加详尽且完整，并将本发明的范畴完全传达至本技术领域技术人员。

在附图中，为明确起见可能将各层以及区域的尺寸以及相对尺寸作夸张的描绘。

图1是依照本发明的第一实施例的一种电阻式随机存取存储器的剖面示意图。

在图1中，基板100上的电阻式随机存取存储器包括下电极102、上电极104以及介于上电极104和下电极102之间的转变金属氧化物(TMO)层106。而在上电极104上方有金属盖层108以及位在金属盖层108与上电极104之间的透明导电氧化物(TransparentConductive Oxide，简称TCO)层110，用以抑制氧离子扩散，且因为透明导电氧化物层110的材料例如为铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、氟锡氧化物(FTO)、铝锌氧化物(AZO)、铟钙氧化物(ICO)等透明且能导电的材料，所以透明导电氧化物层110在阻挡氧离子扩散的同时还能确保电性传导。上述透明导电氧化物层110的厚度t1例如在0.5nm～50nm之间。至于下电极102与上电极104的材料例如是金属或合金；举例来说，下电极102与上电极104可独立地选自由钛(Ti)、钽(Ta)、镍(Ni)、铜(Cu)、钨(W)、铪(Hf)、锆(Zr)、铌(Nb)、钇(Y)、锌(Zn)、钴(Co)、铝(Al)、硅(Si)、锗(Ge)及其合金所组成的族群中的至少一种材料。金属盖层108的材料则例如是氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、氮化钨(WN)、TiAlN、TaAlN、W、多晶硅(Poly-Si)、Al、TiSiN、铂(Pt)、铱(Ir)、金(Au)、钌(Ru)或其他合适的导线材料，以改进上电极104的导电率。

图2是依照本发明的第二实施例的一种电阻式随机存取存储器的剖面示意图，并在其中使用与第一实施例相同的附图标记来表示相同的构件。

请参照图2，第二实施例的电阻式随机存取存储器中除了上电极104和下电极102与转变金属氧化物层106，还包括一层透明导电氧化物层200，其厚度t2例如在0.5nm～250nm之间，较佳是在150nm～250nm之间，因为厚度t2在150nm以上，其面电阻率可低于50Ω/sq.；厚度t2在250nm以下，其透光率可在55％以上。透明导电氧化物层200明显比图1的透明导电氧化物层110要厚，所以可省略图1的金属盖层108，以降低处理的复杂性，并维持抑制氧离子扩散和导电的特性。而且，上电极104上方是整片透明导电氧化物层200，所以能进行UV抹除(UV erase)。

图3是第一实施例的电阻式随机存取存储器的另一变形例的剖面示意图，并在其中使用与第一实施例相同的附图标记来表示相同的构件。

在图3的电阻式随机存取存储器中，下电极300是透明导电氧化物层，可以阻挡转变金属氧化物层106的氧离子扩散。而且，因为透明导电氧化物层具有平坦的薄膜表面，所以采用其为下电极300，能改善目前以TiN作为下电极材料时，因为TiN粗糙的表面所面临的TMO导电路径被影响的问题。这层下电极300的材料例如可选自铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、氟锡氧化物(FTO)、铝锌氧化物(AZO)或铟钙氧化物(ICO)，且透明导电氧化物层110和下电极300的材料可以相同或不同。当下电极300为铟锌氧化物(IZO)，可采用反应式磁控共溅射(reactive magnetron co-sputtering)沉积形成，IZO薄膜平坦度可达1.19nm。当下电极300为铟锡氧化物(ITO)，可采用负离子溅射(negative ionsputtering)沉积形成(<1nm rms)。以ITO为例，溅射成膜的条件为：基板温度25～250℃、Ar/O₂流量的比例为(70～95):(30～5)，并可降低成膜功率(Power)或通过不同的成膜方式(例如加入离子源)得到较平坦的薄膜，并不会有类似TiN柱状结构的形成，也不会因此导致成膜愈厚其粗糙度(roughness)愈大。

图4是第二实施例的电阻式随机存取存储器的另一变形例的剖面示意图，并在其中使用与第二实施例相同的附图标记来表示相同的构件。

在图4的电阻式随机存取存储器中，下电极400是透明导电氧化物层。这层下电极400的材料例如可选自铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、氟锡氧化物(FTO)、铝锌氧化物(AZO)或铟钙氧化物(ICO)，且透明导电氧化物层200和下电极400的材料可以相同或不同。

图5是第一实施例的电阻式随机存取存储器的又一变形例的剖面示意图，并在其中使用与第一实施例相同的附图标记来表示相同的构件。

在图5中，下电极102与转变金属氧化物层106之间还设置一层透明导电氧化物层500，其材料例如可选自铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、氟锡氧化物(FTO)、铝锌氧化物(AZO)或铟钙氧化物(ICO)，且透明导电氧化物层500和透明导电氧化物层110的材料可以相同或不同。这层透明导电氧化物层500能抑制氧离子扩散同时维持导电性能。

图6是第二实施例的电阻式随机存取存储器的又一变形例的剖面示意图，并在其中使用与第二实施例相同的附图标记来表示相同的构件。

在图6中，下电极102与转变金属氧化物层106之间还设置一层透明导电氧化物层600，其材料例如可选自铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、氟锡氧化物(FTO)、铝锌氧化物(AZO)或铟钙氧化物(ICO)，且透明导电氧化物层600和透明导电氧化物层200的材料可以相同或不同。这层透明导电氧化物层600能抑制氧离子扩散同时维持导电性能。

综上所述，本发明在电阻式随机存取存储器的上电极上设置透明导电氧化物层，不但能抑制氧离子扩散，且因为透明导电氧化物层具有透光且能导电的特性，所以在阻挡氧离子扩散的同时还能确保电性传导，甚至能应用在UV抹除的操作。此外，下电极也可使用透明导电氧化物，同样具备阻挡氧离子扩散且能顾及电极导电的特性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种电阻式随机存取存储器，其特征在于，包括上电极、下电极以及介于该上电极与该下电极之间的转变金属氧化物层，所述电阻式随机存取存储器还包括：

金属盖层，位于该上电极上方；以及

第一透明导电氧化物层，位在该金属盖层与该上电极之间，且所述第一透明导电氧化物层与所述转变金属氧化物层设置于所述上电极的相对侧上。

2.根据权利要求1项所述的电阻式随机存取存储器，其特征在于，该第一透明导电氧化物层的厚度在0.5nm～50nm之间。

3.根据权利要求1所述的电阻式随机存取存储器，其特征在于，该第一透明导电氧化物层的材料包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、铟镓锌氧化物、氟锡氧化物、铝锌氧化物或铟钙氧化物。

4.根据权利要求1所述的电阻式随机存取存储器，其特征在于，该下电极的材料包括金属、合金或透明导电氧化物。

5.根据权利要求1所述的电阻式随机存取存储器，其特征在于，还包括第二透明导电氧化物层，位于该下电极与该转变金属氧化物层之间。

6.根据权利要求5所述的电阻式随机存取存储器，其特征在于，该第二透明导电氧化物层的材料包括铟锡氧化物、铟锌氧化物或铟镓锌氧化物、氟锡氧化物、铝锌氧化物或铟钙氧化物。

7.一种电阻式随机存取存储器，其特征在于，包括上电极、下电极以及介于该上电极与该下电极之间的转变金属氧化物层，所述电阻式随机存取存储器还包括：

第一透明导电氧化物层，位于该上电极上并与该上电极直接接触，且所述第一透明导电氧化物层与所述转变金属氧化物层设置于所述上电极的相对侧上。

8.根据权利要求7所述的电阻式随机存取存储器，其特征在于，该第一透明导电氧化物层的厚度在0.5nm～250nm之间。

9.根据权利要求7所述的电阻式随机存取存储器，其特征在于，该第一透明导电氧化物层的材料包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、铟镓锌氧化物、氟锡氧化物、铝锌氧化物或铟钙氧化物。

10.根据权利要求7所述的电阻式随机存取存储器，其特征在于，该下电极的材料包括金属、合金或透明导电氧化物。

11.根据权利要求7所述的电阻式随机存取存储器，其特征在于，还包括第二透明导电氧化物层，位在该下电极与该转变金属氧化物层之间。

12.根据权利要求11所述的电阻式随机存取存储器，其特征在于，该第二透明导电氧化物层的材料包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、铟镓锌氧化物、氟锡氧化物、铝锌氧化物或铟钙氧化物。