本發(fā)明是有關(guān)于一種非易失性存儲器，且特別是有關(guān)于一種電阻式隨機存取存儲器。

背景技術(shù)：

目前，業(yè)界積極發(fā)展的一種非易失性存儲器組件是電阻式隨機存取存儲器(resistive random access memory，簡稱RRAM)，其具有寫入操作電壓低、寫入抹除時間短、記憶時間長、非破壞性讀取、多狀態(tài)記憶、結(jié)構(gòu)簡單以及所需面積小等優(yōu)點，因此在未來將可成為個人計算機和電子設(shè)備所廣泛采用的非易失性存儲器組件之一。

電阻式隨機存取存儲器一般是由上電極、下電極及介于其間的可變電阻氧化物層(resistance changeable oxide layer)所構(gòu)成。由于電阻式隨機存取存儲器內(nèi)的導(dǎo)電路徑是通過氧空缺(oxygen vacancy)來控制低電阻態(tài)(low resistance state，簡稱LRS)，所以易受溫度影響的氧離子擴散成為電阻式隨機存取存儲器的熱穩(wěn)定控制的重要關(guān)鍵。詳言之，電阻式隨機存取存儲器常會在高溫時難以保持在低電阻狀態(tài)，造成所謂“高溫數(shù)據(jù)保持能力(high-temperature data retention，簡稱HTDR)”的劣化。

目前發(fā)現(xiàn)可使用如氮氧化硅(TiON)等的富氧層(oxygen-rich layer)來防止電流擴散，以增加電流密度，進而提升高溫數(shù)據(jù)保持能力。

然而，當(dāng)富氧層(如，氮氧化鈦)失脫氧離子時，富氧層將會失去其功能，而無法有效地提升電阻式隨機存取存儲器的高溫數(shù)據(jù)保持能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種電阻式隨機存取存儲器，其可有效地防止富氧層失脫氧離子，進而可提升電阻式隨機存取存儲器的高溫數(shù)據(jù)保持能力。

本發(fā)明提出一種電阻式隨機存取存儲器，包括第一電極、第二電極以及 設(shè)置于第一電極與第二電極之間的可變電阻氧化物層。所述電阻式隨機存取存儲器還包括氧交換層(oxygen exchange layer)、富氧層及第一氧阻障層(first oxygen barrier layer)。氧交換層設(shè)置于可變電阻氧化物層與第二電極之間。富氧層設(shè)置于氧交換層與第二電極之間。第一氧阻障層設(shè)置于氧交換層與富氧層之間。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第一電極包括富鈦層(Ti-rich layer)。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，氧交換層的氧親和力(oxygen affinity)大于第一電極的氧親和力。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第二電極的材料例包括氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)或鉭(Ta)。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，可變電阻氧化物層的材料包括過渡金屬氧化物(transition metal oxide，簡稱TMO)。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，氧交換層的材料包括鈦、鉭(Ta)、鉿(Hf)、鋯(Zr)、鉑(Pt)或鋁(Al)。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，富氧層的材料包括氮氧化鈦或氮氧化鉭(TaON)。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第一氧阻障層的材料包括氮化鈦或氮化鉭。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，還包括第二氧阻障層，設(shè)置于富氧層與第二電極之間。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第二氧阻障層的材料包括氮化鈦或氮化鉭。

基于上述，在本發(fā)明所提出的電阻式隨機存取存儲器中，由于第一氧阻障層設(shè)置于氧交換層與富氧層之間，所以通過第一氧阻障層可阻擋富氧層中的氧離子進入氧交換層中，而可有效地防止富氧層失脫氧離子。因此，在電阻式隨機存取存儲器具有第一氧阻障層的情況下，富氧層可保有防止電流分散與增加電流密度的功能，進而提升電阻式隨機存取存儲器的高溫數(shù)據(jù)保持能力。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細說明如下。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例的電阻式隨機存取存儲器的剖面圖；

圖2為本發(fā)明另一實施例的電阻式隨機存取存儲器的剖面圖；

圖3為本發(fā)明另一實施例的電阻式隨機存取存儲器的剖面圖。

附圖標(biāo)記說明：

100：電阻式隨機存取存儲器；

102、104：電極；

102a、102c：氮化鈦層；

102b：鈦層；

106：可變電阻氧化物層；

108、116：氧空缺區(qū)塊；

110：氧交換層；

112：富氧層；

114、118：氧阻障層。

具體實施方式

本文中請參照圖式，以便更加充分地體會本發(fā)明的概念，隨附圖中顯示本發(fā)明的實施例。但是，本發(fā)明還可采用許多不同形式來實踐，且不應(yīng)將其解釋為限于底下所述的實施例。實際上，提供實施例僅為使本發(fā)明更將詳盡且完整，并將本發(fā)明的范疇完全傳達至所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者。

在圖式中，為明確起見可能將各層以及區(qū)域的尺寸以及相對尺寸作夸張的描繪。

圖1為本發(fā)明一實施例的電阻式隨機存取存儲器的剖面圖。圖2為本發(fā)明另一實施例的電阻式隨機存取存儲器的剖面圖。圖3為本發(fā)明另一實施例的電阻式隨機存取存儲器的剖面圖。

請同時參照圖1至圖3，電阻式隨機存取存儲器100包括電極102、電極104以及設(shè)置于電極102與電極104之間的可變電阻氧化物層106。

電極102可作為下電極。電極102除了可為一般的導(dǎo)電層之外，還可為富鈦層。在本實施例中，電極102是以富鈦層為例來進行說明。當(dāng)電極102為富鈦層時，有利于在電極102與可變電阻氧化物層106的接口產(chǎn)生氧空缺區(qū)塊(oxygen vacancy patch)108，因此有助于導(dǎo)電細絲(filament)的形成。此外，電極102可為單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。

在圖1的實施例中，電極102是以單層結(jié)構(gòu)為例進行說明。電極102的材料例如是氮化鈦，如TiNx(x<1)，其可通過在氮化鈦的濺鍍過程中降低氮氣的流量而達成。

在圖2與圖3的實施例中，電極102是以多層結(jié)構(gòu)為例進行說明。請參照圖2，電極102包括堆棧設(shè)置的氮化鈦層102a與鈦層102b，其中氮化鈦層102a與可變電阻氧化物層106相互接觸。在熱制程中，氮化鈦層102a中的氮會移動到鈦層102b中，因此可使得氮化鈦層102a成為富含鈦的狀態(tài)。此外，電極102的富含鈦的程度(degree of Ti-richness)可通過氮化鈦層102a與鈦層102b的厚度比來進行調(diào)整。此外，也可如同圖3所示，使電極102包括氮化鈦層102a、氮化鈦層102c與位于氮化鈦層102a與氮化鈦層102c之間的鈦層102b，而使得電極102成為富鈦層。氮化鈦層102a、鈦層102b與氮化鈦層102c的形成方法例如是物理氣相沉積法。

電極104可作為上電極。電極104的材料例如是氮化鈦、氮化鉭、鈦或鉭。電極104的形成方法例如是物理氣相沉積法或原子層沉積法(ALD)。

請繼續(xù)參照圖1至圖3，可變電阻氧化物層106的材料例如是過渡金屬氧化物，如氧化鉿或其它適當(dāng)?shù)慕饘傺趸??？勺冸娮柩趸飳?06的形成方法例如是物理氣相沉積法或原子層沉積法。

電阻式隨機存取存儲器100還包括氧交換層110、富氧層112及氧阻障層114。

氧交換層110設(shè)置于可變電阻氧化物層106與電極104層之間，而可在氧交換層110與可變電阻氧化物層106的接口產(chǎn)生氧空缺區(qū)塊116，因此有助于導(dǎo)電細絲的形成。氧交換層110的氧親和力例如是大于電極102的氧親和力，而可使得氧空缺區(qū)塊116與氧空缺區(qū)塊108互不對稱，進而可減少互補切換(complementary switching，簡稱CS)的情況產(chǎn)生。氧交換層110的材料例如是鈦、鉭、鉿、鋯、鉑或鋁。氧交換層110的形成方法例如是物理氣相沉積法或原子層沉積法。

富氧層112設(shè)置于氧交換層110與電極104層之間。富氧層112可防止 電流分散，以增加電流密度，進而提升高溫數(shù)據(jù)保持能力。富氧層112的材料例如是氮氧化鈦或氮氧化鉭。富氧層112的形成方法例如是物理氣相沉積法或原子層沉積法。富氧層112的電阻值例如是500ohm(歐姆)至5Kohm(千歐姆)，如1Kohm。富氧層112的片電阻值例如是超過1Kohm/sq(千歐姆/平方)。

氧阻障層114設(shè)置于氧交換層110與富氧層112之間。氧阻障層114可阻擋富氧層112中的氧離子從富氧層112內(nèi)部移動到富氧層112外部，因此通過氧阻障層114可阻擋富氧層112中的氧離子進入氧交換層110中，而可有效地防止富氧層112失脫氧離子。如此一來，富氧層112可保有防止電流分散與增加電流密度的功能，進而提升電阻式隨機存取存儲器100的高溫數(shù)據(jù)保持能力。氧阻障層114的材料例如是氮化鈦或氮化鉭。氧阻障層114的形成方法例如是物理氣相沉積法或原子層沉積法。

此外，電阻式隨機存取存儲器100還可選擇性地包括氧阻障層118。氧阻障層118設(shè)置于富氧層112與電極104層之間。氧阻障層118可還進一步地防止富氧層112在高溫解離時失脫氧離子。如此一來，富氧層118可保有防止電流分散與增加電流密度的功能，進而提升電阻式隨機存取存儲器100的高溫數(shù)據(jù)保持能力。氧阻障層118的材料例如是氮化鈦或氮化鉭。氧阻障層118的形成方法例如是物理氣相沉積法或原子層沉積法。在其它實施例中，當(dāng)電極104的材料為氧阻障材料(如，氮化鈦或氮化鉭)時，也可不在富氧層112與電極104層之間設(shè)置氧阻障層118。

基于上述實施例可知，由于氧阻障層114設(shè)置于氧交換層110與富氧層112之間，所以通過氧阻障層114可阻擋富氧層112中的氧離子進入氧交換層110中，而可有效地防止富氧層112失脫氧離子。因此，在電阻式隨機存取存儲器110具有氧阻障層114的情況下，富氧層112可保有防止電流分散與增加電流密度的功能，進而提升電阻式隨機存取存儲器110的高溫數(shù)據(jù)保持能力。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。