電阻式存儲(chǔ)器及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明關(guān)于一種電阻式存儲(chǔ)器及其制造方法。此電阻式存儲(chǔ)器包括第一電極、第二電極、可變電阻材料層、第一介電層以及第二介電層。第一電極具有第一部分及第二部分。第二電極相對(duì)于第一電極而配置。可變電阻材料層具有側(cè)壁以及相對(duì)的第一表面及第二表面，其中可變電阻材料層的第一表面與第一電極的第一部分連接；可變電阻材料層的第二表面與第二電極電性連接，且第二部分圍繞可變電阻材料層的側(cè)壁且與第一部分連接。第一介電層配置于第一電極與第二電極之間。第二介電層配置于可變電阻材料層與第一電極的第二部分之間。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電阻式存儲(chǔ)器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，且特別是有關(guān)于一種電阻式存儲(chǔ) 器及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，電阻式存儲(chǔ)器因具有操作電壓低、操作速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化且耐久性佳等 優(yōu)點(diǎn)，而成為最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦痛鎯?chǔ)器。一般而言，電阻式存儲(chǔ)器切換其儲(chǔ)存狀態(tài)的操作 模式包括單極切換(unipolar switching)與雙極切換(bipolar switching)。其中，單極 切換的操作模式是利用同一極性的電壓脈沖(例如，正電壓脈沖或是負(fù)電壓脈沖)來(lái)進(jìn)行 存儲(chǔ)胞的程序化操作與抹除操作。此外，雙極切換的操作模式則是利用不同極性的電壓脈 沖來(lái)分別進(jìn)行存儲(chǔ)胞的程序化操作與抹除操作。
[0003]此外，對(duì)于現(xiàn)有電阻式存儲(chǔ)器，當(dāng)操作電流經(jīng)電極時(shí)會(huì)因電極的電阻特性而產(chǎn)生 熱能，通過(guò)此熱能可改變存儲(chǔ)胞中可變電阻材料層的電阻狀態(tài)，進(jìn)而切換存儲(chǔ)胞的存儲(chǔ)狀 態(tài)。然而，由于操作電流是對(duì)整個(gè)電極進(jìn)行加熱，而可變電阻材料層僅與部分電極接觸，因 此當(dāng)所產(chǎn)生的熱能足以改變可變電阻材料層的電阻狀態(tài)時(shí)，電極中未與可變電阻材料層接 觸的區(qū)域處所產(chǎn)生的熱能將不會(huì)被使用而造成浪費(fèi)。此外，若為了避免能量耗費(fèi)而降低操 作電流，則可能導(dǎo)致元件的操作效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種電阻式存儲(chǔ)器，其電極在可變電阻材料層上方具有較小的厚度。
[0005]本發(fā)明提供一種電阻式存儲(chǔ)器的制造方法，其用于制造本發(fā)明所提供的電阻式存 儲(chǔ)器。
[0006]本發(fā)明提出一種電阻式存儲(chǔ)器，其包括第一電極、第二電極、可變電阻材料層、第 一介電層以及第二介電層。第一電極具有第一部分及第二部分。第二電極相對(duì)于第一電 極而配置?？勺冸娮璨牧蠈泳哂袀?cè)壁以及相對(duì)的第一表面及第二表面，其中可變電阻材料 層的第一表面與第一電極的第一部分連接；可變電阻材料層的第二表面與第二電極電性連 接，且第二部分圍繞可變電阻材料層的側(cè)壁且與第一部分連接。第一介電層配置于第一電 極與第二電極之間。第二介電層配置于可變電阻材料層與第一電極的第二部分之間。
[0007]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第一部分的材料與第二部分的材料不同，且第一部 分的材料的電阻較第二部分的材料的電阻高。第一部分的材料包括氮化鈦(TiN)、氮化鉭 (TaN)或多晶硅，而第二部分的材料包括鎢、銅、鋁、鋁-銅合金或鋁-硅-銅合金。
[0008]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第一部分的材料與第二部分的材料相同，且第一電 極的材料包括氮化鈦、氮化鉭、鎢、銅、鋁、鋁-銅合金或鋁-硅-銅合金。
[0009]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的電阻式存儲(chǔ)器還包括導(dǎo)體層，且導(dǎo)體層連接可變 電阻材料層與第二電極。
[0010]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述可變電阻材料層的材料包括硫?qū)倩衔?chalcogenide)或過(guò)渡金屬氧化物。
[0011]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的第二電極具有第三部分及第四部分，且可變電阻 材料層的第二表面與第二電極的第三部分連接，而第四部分圍繞可變電阻材料層的側(cè)壁且 與第三部分連接。
[0012]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的第二介電層配置于可變電阻材料層與第一電極的 第二部分之間，以及配置于可變電阻材料層與第二電極的第四部分之間。
[0013]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第二電極的第三部分的材料與第四部分的材料不 同，且第三部分的材料的電阻較第四部分的材料的電阻高。第三部分的材料包括氮化鈦、氮 化鉭或多晶硅，而第四部分的材料包括鎢、銅、鋁、鋁-銅合金或鋁-硅-銅合金。
[0014]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第二電極的第三部分的材料與第四部分的材料相 同，且第二電極的材料包括氮化鈦、氮化鉭、鎢、銅、鋁、鋁-銅合金或鋁-硅-銅合金。
[0015]本發(fā)明另提出一種電阻式存儲(chǔ)器，其包括第一電極、第二電極、存儲(chǔ)元件及介電 層。第一電極具有第一厚度及第二厚度，且第一厚度大于第二厚度。第二電極相對(duì)于第一 電極而配置。存儲(chǔ)元件具有第一表面及第二表面，且存儲(chǔ)元件位于具有第二厚度的第一電 極與第二電極之間。介電層圍繞存儲(chǔ)元件，其中介電層與存儲(chǔ)元件的第一表面成共平面，且 介電層與存儲(chǔ)元件的第一表面接觸具有第二厚度的第一電極。
[0016]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，上述第一電極的材料包括氮化鈦、氮化鉭、鶴、銅、招、 鋁-銅合金或鋁-硅-銅合金。
[0017]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，上述的電阻式存儲(chǔ)器還包括導(dǎo)體層，且導(dǎo)體層連接存 儲(chǔ)元件與第二電極。
[0018]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，上述存儲(chǔ)元件的材料包括硫?qū)倩衔锘蜻^(guò)渡金屬氧化 物。
[0019]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，上述的第二電極具有第三厚度及第四厚度，第三厚度 大于第四厚度，存儲(chǔ)元件位于具有第二厚度的第一電極與具有第四厚度的第二電極之間， 以及介電層與存儲(chǔ)元件的第二表面成共平面，且介電層與存儲(chǔ)元件的第二表面接觸具有第 四厚度的第二電極。
[0020]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，上述第二電極的材料包括氮化鈦、氮化鉭、鎢、銅、鋁、 鋁-銅合金或鋁-硅-銅合金。
[0021]本發(fā)明再提出一種電阻式存儲(chǔ)器的制造方法，其包括形成第一電極，所述第一電 極包括第一部分及第二部分。形成相對(duì)于第一電極的第二電極。于第一電極與第二電極之 間形成第一介電層。于第一介電層中形成第二介電層及可變電阻材料層，其中可變電阻材 料層具有側(cè)壁以及相對(duì)的第一表面及第二表面，第二介電層圍繞可變電阻材料層的側(cè)壁， 第一電極的第一部分連接可變電阻材料層的第一表面，第二電極電性連接可變電阻材料層 的第二表面，第二部分圍繞可變電阻材料層的側(cè)壁且與第一部分連接，且第二介電層位于 第一電極的第二部分與可變電阻材料層之間。
[0022]在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，上述電阻式存儲(chǔ)器的制造方法包括下列步驟。形成第 二電極。于第二電極上形成第一介電層。在第一介電層中形成開(kāi)孔，所述開(kāi)孔暴露出部分第 二電極。在開(kāi)孔的側(cè)壁上形成第二介電層。于開(kāi)孔中填入可變電阻材料層。移除部分第一 介電層，以暴露出部分第二介電層，以及于第一介電層與可變電阻材料層上形成第一電極。[0023]在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，在形成第二介電層之后以及在填入可變電阻材料層之 前，還包括于開(kāi)孔中填入導(dǎo)體層。
[0024]在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，上述第一電極的第一部分為相對(duì)高電阻層，而第一電 極的第二部分為相對(duì)低電阻層。
[0025]在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，于第一介電層與可變電阻材料層上形成第一電極的方 法包括下列步驟。于第一介電層與可變電阻材料層上形成相對(duì)低電阻材料層。進(jìn)行平坦化 制程，移除部分相對(duì)低電阻材料層至暴露出第二介電層及可變電阻材料層的第一表面。于 相對(duì)低電阻材料層與可變電阻材料層上形成相對(duì)高電阻材料層，以及圖案化相對(duì)低電阻材 料層及相對(duì)高電阻材料層，以形成第一電極。
[0026]在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，上述電阻式存儲(chǔ)器的制造方法包括下列步驟。形成第 一電極材料層。于第一電極材料層上形成第一介電層。移除部分第一介電層及部分第一電 極材料層，以形成開(kāi)孔及第一電極，其中開(kāi)孔周?chē)牡谝浑姌O材料層為第二部分，且位于第 二部分下方的第一電極材料層為第一部分。在開(kāi)孔的側(cè)壁上形成第二介電層。于開(kāi)孔中填 入可變電阻材料層，以及于第一介電層與可變電阻材料層上形成第二電極。
[0027]在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，在填入可變電阻材料層之后以及在形成第二電極之 前，還包括于開(kāi)孔中填入導(dǎo)體層。
[0028]在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，上述第一電極的第一部分為相對(duì)高電阻層，而第一電 極的第二部分為相對(duì)低電阻層。
[0029]在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，形成開(kāi)孔及第一電極的方法包括下列步驟。形成相對(duì) 高電阻材料層。于相對(duì)高電阻材料層上形成相對(duì)低電阻材料層。圖案化相對(duì)低電阻材料層 及相對(duì)高電阻材料層。于相對(duì)低電阻材料層上形成第一介電層，以及移除部分第一介電層 與部分相對(duì)低電阻材料層。
[0030]在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，于第一介電層與可變電阻材料層上形成第二電極之 前，還包括移除部分第一介電層，以暴露出部分第二介電層，其中第二電極包括第三部分及 第四部分，第二電極的第三部分連接可變電阻材料層的第二表面，第四部分圍繞可變電阻 材料層的側(cè)壁且與第三部分連接，且第二介電層位于第二電極的第四部分與可變電阻材料 層之間。
[0031]在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，上述第二電極的第三部分為相對(duì)高電阻層，而第二電 極的第四部分為相對(duì)低電阻層。
[0032]在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，于第一介電層與可變電阻材料層上形成第二電極的方 法包括如下步驟。于第一介電層與可變電阻材料層上形成相對(duì)低電阻材料層。進(jìn)行平坦化 制程，移除部分相對(duì)低電阻材料層至暴露出第二介電層及可變電阻材料層的第二表面。于 相對(duì)低電阻材料層與可變電阻材料層上形成相對(duì)高電阻材料層，以及圖案化相對(duì)低電阻材 料層及相對(duì)高電阻材料層，以形成第二電極。
[0033]基于上述，在本發(fā)明的電阻式存儲(chǔ)器中，電極的位于可變電阻材料層上的部分與 電極的其它部分相比具有較小的厚度，因此電極的位于可變電阻材料層上的部分可具有較 高的電阻。如此一來(lái)，當(dāng)操作電流流經(jīng)電極時(shí)，可在可變電阻材料層上產(chǎn)生較佳的發(fā)熱效 果，進(jìn)而有效地改變可變電阻材料層的電阻狀態(tài)，且避免了能量的浪費(fèi)而可提高元件的操 作效率。[0034]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附圖式 作詳細(xì)說(shuō)明如下。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1為一電阻式存儲(chǔ)器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖2A至圖2D為本發(fā)明的第一實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器的制造流程圖。
[0037]圖3為本發(fā)明的第二實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器的剖面示意圖。
[0038]圖4A至圖4C為本發(fā)明的第三實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器的制造流程圖。
[0039]圖5為本發(fā)明的第四實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器的剖面示意圖。
[0040]圖6、圖7A至圖7B為本發(fā)明的第五實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器的制造流程圖。
[0041]圖8A和圖SB為對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器進(jìn)行操作的示意圖，其中 圖8B為沿圖8A的C-C線的剖面圖。
[0042]圖9A和圖9B為對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器進(jìn)行另一操作的示意圖， 其中圖8B為沿圖8A的C-C線的剖面圖。
[0043]主要元件符號(hào)說(shuō)明
[0044]100:介電基底
[0045]102、114、201、202、214、714:電極
[0046]104、108:介電層
[0047]106:開(kāi)孔
[0048]110:導(dǎo)體層
[0049]112:可變電阻材料層
[0050]114a、202a:第一部分
[0051]114b、202b:第二部分
[0052]714a:第三部分
[0053]714b:第四部分
[0054]D1'D2、D3、D4:厚度
[0055]I” I2:電流
【具體實(shí)施方式】
[0056]下文請(qǐng)參照所附圖式，以便更充分地了解本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以許多 不同形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，且不應(yīng)將其解釋為限于本文所述的實(shí)施例。
[0057]圖1為一電阻式存儲(chǔ)器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，電阻式存儲(chǔ)器10包括條 狀的電極12、條狀的電極14、導(dǎo)體層16及可變電阻材料層(未繪示)。在本實(shí)施例中，電極 12的延伸方向與電極14的延伸方向相交，電極12可視為上電極，電極14可視為下電極，而 導(dǎo)體層16則用以連接可變電阻材料層與電極12或電極14。
[0058]本發(fā)明所提出的電阻式存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)即以如圖1所示的結(jié)構(gòu)來(lái)呈現(xiàn)，其中沿圖1 中的A-A線所得的剖面為A剖面，而沿圖1中的B-B線所得的剖面為B剖面。下文中，將以 A剖面及/或B剖面來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的電阻式存儲(chǔ)器的制造方法。
[0059]圖2A至圖2D為本發(fā)明的第一實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器的制造流程圖，其為沿A剖面的剖面圖。
[0060]首先，請(qǐng)參照?qǐng)D2A，于介電基底100上形成條狀的電極102。介電基底100例如是 形成于硅基底上的介電層。電極102的材料例如是氮化鈦、氮化鉭、鎢、銅、鋁、鋁-銅合金 或鋁-硅-銅合金。電極102的形成方法例如是于介電基底100上先形成導(dǎo)體材料層，接 著圖案化所述導(dǎo)體材料層。然后，于電極102上形成介電層104。介電層104的材料例如是 氧化硅。介電層104的形成方法例如是進(jìn)行化學(xué)氣相沉積制程。繼之，在介電層104中形 成開(kāi)孔106，其中開(kāi)孔106暴露出部分電極102。開(kāi)孔106的形成方法例如是進(jìn)行非等向性 蝕刻制程。在本實(shí)施例中，電極102為第二電極，且作為電阻式存儲(chǔ)器的下電極。
[0061]接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2B，在開(kāi)孔106的側(cè)壁上形成側(cè)壁介電層108。側(cè)壁介電層108的 材料例如是氮化硅。側(cè)壁介電層108的形成方法例如是先于介電基底100上共形地形成介 電材料層，接著對(duì)介電材料層進(jìn)行非等向性蝕刻制程，以移除介電層104上與位于開(kāi)孔106 所暴露出的部分電極102上的介電材料層，而形成側(cè)壁介電層108。然后，將導(dǎo)體材料填入 部分開(kāi)孔106中，以形成導(dǎo)體層110。導(dǎo)體材料例如是氮化鈦、氮化鉭、鎢、銅、鋁、鋁-銅合金 或鋁-硅-銅合金。接著，將可變電阻材料填入開(kāi)孔106中，以形成可變電阻材料層112(即 存儲(chǔ)元件)。可變電阻材料例如是硫?qū)倩衔锘蜻^(guò)渡金屬氧化物。硫?qū)倩衔锢缡擎N銻 締合金(GeSbTe)、銀銦銻締合金(AgInSbTe)、鋁砷締合金(AlAsTe)或其類(lèi)似物。過(guò)渡金屬 氧化物例如是氧化鎢(WOx)、氧化鉿(HfOx)、氧化鉭(TaOx)、氧化鈦(TiOx)、氧化銅(CuOx)、 氧化鎳(NiOx)、氧化鋅(ZnOx)或其類(lèi)似物。在本實(shí)施例中，當(dāng)導(dǎo)體層110的材料與電極102 的材料相同的情況下，導(dǎo)體層110可視為電極102的凸出部分。然而，本發(fā)明并不限于此。 在其它實(shí)施例中，依實(shí)際應(yīng)用上的需求，電極102可不具有導(dǎo)體層110，而是可變電阻材料 層112形成于整個(gè)開(kāi)孔106中，且與開(kāi)孔106所暴露出的部分電極102連接。
[0062]在本實(shí)施例中，側(cè)壁介電層108的蝕刻速率小于介電層104的蝕刻速率，以在后續(xù) 的蝕刻制程中(描述于下文中)作為可變電阻材料層112及導(dǎo)體層110的保護(hù)層，避免可 變電阻材料層112及導(dǎo)體層110暴露出來(lái)而導(dǎo)致短路的問(wèn)題。在其它實(shí)施例中，若可避免 上述的短路問(wèn)題，則無(wú)需于開(kāi)孔106中形成側(cè)壁介電層108。
[0063]請(qǐng)參照?qǐng)D2C，移除部分介電層104，以暴露出部分側(cè)壁介電層108。移除部分介電 層104的方法例如是進(jìn)行非等向性蝕刻制程。
[0064]請(qǐng)參照?qǐng)D2D，于介電層104與可變電阻材料層112上形成條狀的電極114，以完成 本實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器的制作。電極114的材料例如是氮化鈦、氮化鉭、鎢、銅、鋁、鋁-銅 合金或鋁-硅-銅合金。電極114的形成方法例如是先形成導(dǎo)體材料層，接著圖案化所述 導(dǎo)體材料層。電極114包括第一部分114a及第二部分114b，其中第二部分114b圍繞可變 電阻材料層112并通過(guò)側(cè)壁介電層108而與可變電阻材料層112隔離開(kāi)，而第一部分114a 位于第二部分114b與可變電阻材料層112上，且第一部分114a與可變電阻材料層112連 接。在本實(shí)施例中，電極114為第一電極，且作為電阻式存儲(chǔ)器的上電極。
[0065]此外，位于介電層104上的電極114(包含第一部分114a及第二部分114b)的厚 度D1大于可變電阻材料層112上的電極114(第一部分114a)的厚度D2。因此，操作本實(shí) 施例的電阻式存儲(chǔ)器時(shí)，位于介電層104上的電極114的垂直電流方向的截面積大于位于 可變電阻材料層112上的電極114的垂直電流方向的截面積，從而使得位于可變電阻材料 層112上的電極114具有較高的電流密度。因此，在操作本發(fā)明的電阻式存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)操作電流流經(jīng)位于可變電阻材料層112上的電極114時(shí)，位于可變電阻材料層112上的電極 114可具有較佳的發(fā)熱效果，進(jìn)而可以有效地改變可變電阻材料層112的電阻狀態(tài)，且因此 提高了電阻式存儲(chǔ)器的操作效率。
[0066]另外一提的是，在本實(shí)施例中，電極114的第一部分114a及第二部分114b的材料 相同，意即電極114為單層結(jié)構(gòu)。然而，本發(fā)明并不限于此。
[0067]圖3為本發(fā)明的第二實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器的剖面示意圖，其為沿A剖面的剖面 圖。在本實(shí)施例中，與圖2D相同的元件將以相同的標(biāo)號(hào)表示。請(qǐng)參照?qǐng)D3，電極114的第 一部分114a及第二部分114b的材料不相同。也就是說(shuō)，電極114具有雙層結(jié)構(gòu)，其中第一 部分114a的材料的電阻較第二部分114b的材料的電阻高，意即第一部分114a是相對(duì)高電 阻層，而第二部分114b是相對(duì)低電阻層。相對(duì)高電阻層的材料例如是氮化鈦、氮化鉭或多 晶硅，而相對(duì)低電阻層的材料例如是鎢、銅、鋁、鋁-銅合金或鋁-硅-銅合金。在本實(shí)施例 中，電極114的形成方法包括下列步驟:先于介電層104上形成相對(duì)低電阻材料層，且此相 對(duì)低電阻材料層覆蓋可變電阻材料層112。接著，進(jìn)行平坦化制程，以移除部分相對(duì)低電阻 材料層至暴露出可變電阻材料層112。然后，于相對(duì)低電阻材料層與可變電阻材料層112上 形成相對(duì)高電阻材料層。之后，圖案化相對(duì)低電阻材料層及相對(duì)高電阻材料層，以形成具有 雙層結(jié)構(gòu)的電極114。
[0068]在操作上述具有雙層結(jié)構(gòu)的電阻式存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)操作電流流入電極114且在流經(jīng) 可變電阻材料層112之前，操作電流主要會(huì)流入相對(duì)低電阻層(第二部分114b)中。由于 相對(duì)低電阻層的電阻較低，因此此時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的熱能。當(dāng)操作電流欲流經(jīng)可變電阻材 料層112時(shí)，由于可變電阻材料層112上方為相對(duì)高電阻層(第一部分114a)且其具有較 小的電流流通面積，因此可變電阻材料層112上方的相對(duì)高電阻層具有較佳的發(fā)熱效果， 進(jìn)而能夠有效地改變可變電阻材料層112的電阻狀態(tài)。
[0069]圖4A至圖4C為本發(fā)明的第三實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器的制造流程圖，其為沿B剖 面的剖面圖。另外，第三實(shí)施例和第一實(shí)施例中相同的元件將以相同的標(biāo)號(hào)表示，于此不另 行說(shuō)明。
[0070]首先，請(qǐng)參照?qǐng)D4A，于介電基底100上形成條狀的電極201。電極201的材料例如 是氮化鈦、氮化鉭、鎢、銅、鋁、鋁-銅合金或鋁-硅-銅合金。電極201的形成方法例如是 于介電基底100上先形成導(dǎo)體材料層，接著圖案化所述導(dǎo)體材料層。然后，于電極201上形 成介電層104。
[0071]接著，請(qǐng)參照?qǐng)D4B，移除部分介電層104，以暴露出部分電極201。然后，移除所暴 露出的電極201的一部分，以形成電極202與開(kāi)孔106。電極202包括第一部分202a及第 二部分202b，其中第二部分202b位于開(kāi)孔106周?chē)?，而第一部?02a位于第二部分202b 下方。開(kāi)孔106暴露出部分的第一部分202a。在本實(shí)施例中，電極202的第一部分202a及 第二部分202b的材料相同，意即電極202為單層結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，電極202為第一電 極，且作為電阻式存儲(chǔ)器的下電極。
[0072]此外，位于開(kāi)孔106下方的電極202 (第一部分202a)的厚度D4小于其它區(qū)域中 的電極202 (包含第一部分202a及第二部分202b)的厚度D3。因此，當(dāng)操作本實(shí)施例的電 阻式存儲(chǔ)器時(shí)，位于開(kāi)孔106下方的電極202的垂直電流方向的截面積小于其它區(qū)域中的 電極202的垂直電流方向的截面積。因此，位于開(kāi)孔106下方的電極202的電流密度高于其它區(qū)域中的電極202的電流密度。
[0073]然后，請(qǐng)參照?qǐng)D4C，進(jìn)行與圖2B相似的步驟，在開(kāi)孔106的側(cè)壁上形成側(cè)壁介電層 108。然后，將可變電阻材料填入部分開(kāi)孔106中，以形成可變電阻材料層112。在本實(shí)施例 中，可變電阻材料層112與位于開(kāi)孔106下方的電極202接觸。接著，將導(dǎo)體材料填入開(kāi)孔 106中，以形成導(dǎo)體層110。繼之，于介電層104與可變電阻材料層112上形成條狀的電極 214，以完成本實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器的制作。電極214的材料例如是氮化鈦、氮化鉭、鎢、 銅、鋁、鋁-銅合金或鋁-硅-銅合金。電極214的形成方法例如是于介電基底100上先形 成導(dǎo)體材料層，接著圖案化所述導(dǎo)體材料層。在本實(shí)施例中，電極214為第二電極，且作為 電阻式存儲(chǔ)器的上電極。
[0074]在本實(shí)施例中，當(dāng)導(dǎo)體層110的材料與電極214的材料相同的情況下，導(dǎo)體層110 可視為電極214的凸出部分。然而，本發(fā)明并不限于此。在其它實(shí)施例中，依實(shí)際應(yīng)用上的 需求，電極214可不具有上述導(dǎo)體層110，而是可變電阻材料層112形成于整個(gè)開(kāi)孔106中。
[0075]根據(jù)第一實(shí)施例中所述應(yīng)理解，當(dāng)操作電流流經(jīng)與可變電阻材料層112接觸的電 極202時(shí)，與其它區(qū)域相比會(huì)產(chǎn)生較佳的發(fā)熱效果，進(jìn)而可以有效地改變可變電阻材料層 112的電阻狀態(tài)，且因此提高電阻式存儲(chǔ)器的操作效率。
[0076]在本實(shí)施例中，電極202為單層結(jié)構(gòu)，然而本發(fā)明并不限于此。
[0077]圖5為本發(fā)明的第四實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器的剖面示意圖，其為沿B剖面的剖面 圖。在本實(shí)施例中，與圖4C相同的元件將以相同的標(biāo)號(hào)表示。請(qǐng)參照?qǐng)D5，電極202的第 一部分202a及第二部分202b的材料不相同。也就是說(shuō)，電極202具有雙層結(jié)構(gòu)，其中第一 部分202a的材料的電阻較第二部分202b的材料的電阻高，意即第一部分202a是相對(duì)高電 阻層，而第二部分202b是相對(duì)低電阻層。相對(duì)高電阻層的材料例如是氮化鈦、氮化鉭或多 晶硅，而相對(duì)低電阻層的材料例如是鎢、銅、鋁、鋁-銅合金或鋁-硅-銅合金。在本實(shí)施例 中，電極202的形成方法包括下列步驟:先在介電基底100上形成相對(duì)高電阻材料層。接 著，于相對(duì)高電阻材料層上形成相對(duì)低電阻材料層。然后，圖案化相對(duì)低電阻材料層及相對(duì) 高電阻材料層。繼之，在形成開(kāi)孔106的過(guò)程中，移除部分相對(duì)低電阻材料層。
[0078]在操作上述具有雙層結(jié)構(gòu)的電阻式存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)操作電流流入電極202且流經(jīng)可 變電阻材料層112之前，操作電流主要會(huì)流入相對(duì)低電阻層(第二部分202b)中。由于相 對(duì)低電阻層的電阻較低，因此此時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的熱能。當(dāng)操作電流欲流經(jīng)可變電阻材料 層112時(shí)，由于可變電阻材料層112下方為相對(duì)高電阻層(第一部分202a)且其具有較小 的電流流通面積，因此可變電阻材料層112下方的相對(duì)高電阻層具有較佳的發(fā)熱效果，進(jìn) 而能夠有效地改變可變電阻材料層112的電阻狀態(tài)。
[0079]圖6至圖7B為本發(fā)明的第五實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器的制造流程圖，其中圖7A為 沿A剖面的剖面圖，而圖6及圖7B為沿B剖面的剖面圖。在圖6至圖7B中，與前述各實(shí)施 例相同的元件將以相同的標(biāo)號(hào)表示，于此不另行說(shuō)明。
[0080]首先，請(qǐng)參照?qǐng)D6，在進(jìn)行圖4B所述的步驟之后，進(jìn)行與圖2B相似的步驟，在開(kāi)孔 106的側(cè)壁上形成側(cè)壁介電層108。然后，將可變電阻材料填入開(kāi)孔106中，以形成可變電 阻材料層112。在本實(shí)施例中，由于可變電阻材料層112須與位于其下方的電極202及位于 其上方的電極(于后續(xù)步驟中形成)相接觸，故可變電阻材料層112必須形成在整個(gè)開(kāi)孔 106中。在本實(shí)施例中，電極202為第一電極,且作為電阻式存儲(chǔ)器的下電極。[0081]接著，請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D7A及圖7B，進(jìn)行與圖2C至圖2D相似的步驟，移除部分介電層 104，以暴露出部分側(cè)壁介電層108。接著，于介電層104與可變電阻材料層112上形成條 狀的電極714，以完成本實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器的制作。另外，電極714包括第三部分714a 及第四部分714b，且電極114可為單層結(jié)構(gòu)或雙層結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，電極714為第二電 極，且作為電阻式存儲(chǔ)器的上電極。
[0082]此外，在圖7A及圖7B中，雖然繪示電極714及電極202皆為單層結(jié)構(gòu)，但本領(lǐng)域中 具有通常知識(shí)者根據(jù)前述各實(shí)施例應(yīng)理解，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用上的需求調(diào)整及搭配電極714 及電極202的結(jié)構(gòu)。
[0083]另外一提的是，在本發(fā)明的電阻式存儲(chǔ)器中，可通過(guò)調(diào)整電極的寬度來(lái)進(jìn)一步地 提高操作效率。以下將以第一實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器為例進(jìn)行說(shuō)明。
[0084]圖8A和圖SB為對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器進(jìn)行操作的示意圖，其中 圖8B為沿圖8A的C-C線的剖面圖。請(qǐng)參照?qǐng)D8A和圖8B，可將電極114的寬度設(shè)計(jì)成足夠 寬，使得當(dāng)操作電流I1流入電極114且在到達(dá)所要操作的存儲(chǔ)胞的可變電阻材料層112之 前，操作電流I1可主要地由其它存儲(chǔ)胞的可變電阻材料層112周?chē)碾娮栎^低的部分(即 電極114的厚度較大的部分)流過(guò)，而不流經(jīng)這些存儲(chǔ)胞的可變電阻材料層112上的電阻 較高的部分(即電極114的厚度較小的部分)。因此，直至操作電流I1到達(dá)所要控制的存 儲(chǔ)胞時(shí)，操作電流I1才流向所要操作的存儲(chǔ)胞的可變電阻材料層112上的電阻較高的部分 (即電極114厚度較小的部分)并流經(jīng)此可變電阻材料層112。
[0085]圖9A和圖9B為對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器進(jìn)行另一操作的示意圖， 其中圖9B為沿圖9A的D-D線的剖面圖。請(qǐng)參照?qǐng)D9A和圖9B，可將電極114的寬度設(shè)計(jì)成 足夠窄，以迫使操作電流I2在流經(jīng)各存儲(chǔ)胞時(shí)必須需流經(jīng)各可變電阻材料層112上的電阻 較高的部分(即電極114厚度較小的部分)。
[0086]綜上所述，在本發(fā)明各實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器中，電極的位于可變電阻材料層上 的部分具有較小的厚度，因此具有較高的電阻。如此一來(lái)，當(dāng)操作電流流經(jīng)可變電阻材料層 上的電極時(shí)，可產(chǎn)生較佳的發(fā)熱效果，進(jìn)而有效地改變可變電阻材料層的電阻狀態(tài)，且因此 提高了操作效率。
[0087]雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】 中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，故本發(fā)明 的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，包括:第一電極，具有第一部分及第二部分；第二電極，相對(duì)于所述第一電極而配置；可變電阻材料層，具有側(cè)壁以及相對(duì)的第一表面及第二表面，其中所述可變電阻材料層的所述第一表面與所述第一電極的所述第一部分連接，所述可變電阻材料層的所述第二表面與所述第二電極電性連接，且所述第二部分圍繞所述可變電阻材料層的所述側(cè)壁且與所述第一部分連接；第一介電層，配置于所述第一電極與所述第二電極之間；以及第二介電層，配置于所述可變電阻材料層與所述第一電極的所述第二部分之間。
2.如權(quán)利要求1所述的電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，所述第一部分的材料與所述第二部分的材料不同，且所述第一部分的材料的電阻較所述第二部分的材料的電阻高。
3.如權(quán)利要求2所述的電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，所述第一部分的材料包括氮化鈦、 氮化鉭或多晶硅，而所述第二部分的材料包括鎢、銅、鋁、鋁-銅合金或鋁-硅-銅合金。
4.如權(quán)利要求1所述的電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，所述第一部分的材料與所述第二部分的材料相同，且所述第一電極的材料包括氮化鈦、氮化鉭、鎢、銅、鋁、鋁-銅合金或鋁-硅-銅合金。
5.如權(quán)利要求1所述的電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，還包括導(dǎo)體層，且所述導(dǎo)體層連接所述可變電阻材料層與所述第二電極。
6.如權(quán)利要求1所述的電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，所述可變電阻材料層的材料包括硫?qū)倩衔锘蜻^(guò)渡金屬氧化物。
7.如權(quán)利要求1所述的電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，所述第二電極具有第三部分及第四部分，所述可變電阻材料層的所述第二表面與所述第二電極的所述第三部分連接`，且所述第四部分圍繞所述可變電阻材料層的所述側(cè)壁且與所述第三部分連接。
8.如權(quán)利要求7所述的電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，所述第二介電層配置于所述可變電阻材料層與所述第一電極的所述第二部分之間以及配置于所述可變電阻材料層與所述第二電極的所述第四部分之間。
9.如權(quán)利要求7所述的電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，所述第三部分的材料與所述第四部分的材料不同，且所述第三部分的材料的電阻較所述第四部分的材料的電阻高。
10.如權(quán)利要求9所述的電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，所述第三部分的材料包括氮化鈦、氮化鉭或多晶硅，而所述第四部分的材料包括鎢、銅、鋁、鋁-銅合金或鋁-硅-銅合金。
11.如權(quán)利要求7所述的電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，所述第三部分的材料與所述第四部分的材料相同，且所述第二電極的材料包括氮化鈦、氮化鉭、鎢、銅、鋁、鋁-銅合金或鋁-硅-銅合金。
12.一種電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，包括:第一電極，具有第一厚度及第二厚度，所述第一厚度大于所述第二厚度；第二電極，相對(duì)于所述第一電極而配置；存儲(chǔ)元件，具有第一表面及第二表面，且位于具有所述第二厚度的所述第一電極與所述第二電極之間；以及介電層，圍繞所述存儲(chǔ)元件，其中所述介電層與所述存儲(chǔ)元件的所述第一表面成共平面，且所述介電層與所述存儲(chǔ)元件的所述第一表面接觸具有所述第二厚度的所述第一電極。
13.如權(quán)利要求12所述的電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，所述第一電極的材料包括氮化鈦、氮化鉭、鎢、銅、鋁、鋁-銅合金或鋁-硅-銅合金。
14.如權(quán)利要求12所述的電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，還包括導(dǎo)體層，且所述導(dǎo)體層連接所述存儲(chǔ)元件與所述第二電極。
15.如權(quán)利要求12所述的電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，所述存儲(chǔ)元件的材料包括硫?qū)倩衔锘蜻^(guò)渡金屬氧化物。
16.如權(quán)利要求12所述的電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，所述第二電極具有第三厚度及第四厚度，所述第三厚度大于所述第四厚度，所述存儲(chǔ)元件位于具有所述第二厚度的所述第一電極與具有所述第四厚度的所述第二電極之間，以及所述介電層與所述存儲(chǔ)元件的所述第二表面成共平面，且所述介電層與所述存儲(chǔ)元件的所述第二表面接觸具有所述第四厚度的所述第二電極。
17.如權(quán)利要求16所述的電阻式存儲(chǔ)器，其特征在于，所述第二電極的材料包括氮化鈦、氮化鉭、鎢、銅、鋁、鋁-銅合金或鋁-硅-銅合金。
18.—種電阻式存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，包括:形成第一電極，所述第一電極包括第一部分及第二部分；形成相對(duì)于所述第一電極的第二電極；于所述第一電極與所述第二電極之間形成第一介電層；于所述第一介電層中形成第二介電層及可變電阻材料層，其中所述可變電阻材料層具有側(cè)壁以及相對(duì)的第一表面及第二表面，所述第二介電層圍繞所述可變電阻材料層的所述側(cè)壁，所述第一電極的所述第一部分連接所述可變電阻材料層的所述第一表面，所述第二電極電性連接所述可`變電阻材料層的所述第二表面，所述第二部分圍繞所述可變電阻材料層的所述側(cè)壁且與所述第一部分連接，且所述第二介電層位于所述第一電極的所述第二部分與所述可變電阻材料層之間。
19.如權(quán)利要求18所述的電阻式存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，包括:形成所述第二電極；于所述第二電極上形成所述第一介電層；在所述第一介電層中形成開(kāi)孔，所述開(kāi)孔暴露出部分所述第二電極；在所述開(kāi)孔的側(cè)壁上形成所述第二介電層；于所述開(kāi)孔中形成所述可變電阻材料層；移除部分所述第一介電層，以暴露出部分所述第二介電層；以及于所述第一介電層與所述可變電阻材料層上形成所述第一電極。
20.如權(quán)利要求19所述的電阻式存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，在形成所述第二介電層之后以及在填入所述可變電阻材料層之前，還包括于所述開(kāi)孔中形成導(dǎo)體層。
21.如權(quán)利要求19所述的電阻式存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述第一電極的所述第一部分為相對(duì)高電阻層，而所述第一電極的所述第二部分為相對(duì)低電阻層。
22.如權(quán)利要求21所述的電阻式存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，于所述第一介電層與所述可變電阻材料層上形成所述第一電極的方法包括:于所述第一介電層與所述可變電阻材料層上形成相對(duì)低電阻材料層；進(jìn)行平坦化制程，移除部分所述相對(duì)低電阻材料層至暴露出所述第二介電層及所述可變電阻材料層的所述第一表面；于所述相對(duì)低電阻材料層與所述可變電阻材料層上形成相對(duì)高電阻材料層；以及圖案化所述相對(duì)低電阻材料層及所述相對(duì)高電阻材料層，以形成所述第一電極。
23.如權(quán)利要求18所述的電阻式存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，包括:形成第一電極材料層；于所述第一電極材料層上形成所述第一介電層；移除部分所述第一介電層及部分所述第一電極材料層，以形成開(kāi)孔及所述第一電極， 其中，所述開(kāi)孔周?chē)乃龅谝浑姌O材料層為所述第二部分，且位于所述第二部分下方的所述第一電極材料層為所述第一部分；在所述開(kāi)孔的側(cè)壁上形成所述第二介電層；于所述開(kāi)孔中填入所述可變電阻材料層；以及于所述第一介電層與所述可變電阻材料層上形成所述第二電極。
24.如權(quán)利要求23所述的電阻式存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，在填入所述可變電阻材料層之后以及在形成所述第二電極之前，還包括于所述開(kāi)孔中填入導(dǎo)體層。
25.如權(quán)利要求23所述的電阻式存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述第一電極的所述第一部分為相對(duì)高電阻層，而所述第一電極的所述第二部分為相對(duì)低電阻層。
26.如權(quán)利要求25所述的電阻式存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，形成所述開(kāi)孔及所述第一電極的方法，包括:形成相對(duì)高電阻材料層；`于所述相對(duì)高電阻材料層上形成相對(duì)低電阻材料層；圖案化所述相對(duì)低電阻材料層及所述相對(duì)高電阻材料層；于所述相對(duì)低電阻材料層上形成所述第一介電層；以及移除部分所述第一介電層與部分所述相對(duì)低電阻材料層。
27.如權(quán)利要求23所述的電阻式存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，于所述第一介電層與所述可變電阻材料層上形成所述第二電極之前，還包括移除部分所述第一介電層，以暴露出部分所述第二介電層，其中所述第二電極包括第三部分及第四部分，所述第二電極的所述第三部分連接所述可變電阻材料層的所述第二表面，所述第四部分圍繞所述可變電阻材料層的所述側(cè)壁且與所述第三部分連接，且所述第二介電層位于所述第二電極的所述第四部分與所述可變電阻材料層之間。
28.如權(quán)利要求27所述的電阻式存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述第二電極的所述第三部分為相對(duì)高電阻層，而所述第二電極的所述第四部分為相對(duì)低電阻層。
29.如權(quán)利要求28所述的電阻式存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，于所述第一介電層與所述可變電阻材料層上形成所述第二電極的方法包括:于所述第一介電層與所述可變電阻材料層上形成相對(duì)低電阻材料層；進(jìn)行平坦化制程，移除部分所述相對(duì)低電阻材料層至暴露出所述第二介電層及所述可變電阻材料層的所述第二表面；于所述相對(duì)低電阻材料層與所述可變電阻材料層上形成相對(duì)高電阻材料層；以及圖案化所述相對(duì)低電阻材料層及所述`相對(duì)高電阻材料層，以形成所述第二電極。
【文檔編號(hào)】H01L45/00GK103515530SQ201310096522
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月25日
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