電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置及其制造方法
【專利說(shuō)明】電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置及其制造方法
[0001]對(duì)相關(guān)串請(qǐng)案的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)案是基于且主張先前于2014年9月3日申請(qǐng)的第2014-178787號(hào)日本專利申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)的權(quán)利；所述案的整個(gè)內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本文所描述的實(shí)施例大體上涉及一種電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置及一種用于制造其的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]最近，已積極地進(jìn)行以ReRAM(電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)為代表的兩端子電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的開(kāi)發(fā)。此電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置允許實(shí)現(xiàn)低電壓操作、高速度切換及小型化，且因此為替換浮門(mén)類(lèi)型與非(NAND)快閃存儲(chǔ)器的下一代大容量存儲(chǔ)器裝置的強(qiáng)有力候選者。作為使用此電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置作為存儲(chǔ)器單元的大容量存儲(chǔ)器裝置，已提議了具有交叉點(diǎn)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器。
[0005]在具有交叉點(diǎn)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器中，當(dāng)過(guò)大電流流過(guò)存儲(chǔ)器單元時(shí)，存儲(chǔ)器單元被破壞，且因此較佳通過(guò)將負(fù)載電阻串聯(lián)連接至存儲(chǔ)器單元的方法或其類(lèi)似者來(lái)抑制電流。
[0006]此負(fù)載電阻的材料相較于待用于互連件或其類(lèi)似者的材料較佳具有較高電阻率，且具有實(shí)質(zhì)上線性的電流電壓特性。舉例來(lái)說(shuō)，例如氮化硅(SiN)、氧化硅(Si02)及氮化鋁(A1N)等的每一者皆具有絕緣性質(zhì)的絕緣材料具有高電阻但并不具有線性的電流電壓特性，且因此并不非常合適用作負(fù)載電阻的材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置包含第一電極及第二電極。所述電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置還包含連接于所述第一電極與所述第二電極之間的電阻改變層。所述電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置還包含在所述第一電極與所述第二電極之間串聯(lián)地連接至所述電阻改變層的導(dǎo)電層。所述電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置，其中所述導(dǎo)電層包含:包含第一材料的多個(gè)第一材料層，及包含不同于所述第一材料的第二材料的多個(gè)第二材料層。
[0008]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置包含第一電極及第二電極。所述電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置還包含連接于所述第一電極與所述第二電極之間的電阻改變層。電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置還包含導(dǎo)電層，其在所述第一電極與所述第二電極之間串聯(lián)連接至所述電阻改變層，具有高于所述第一電極及所述第二電極的電阻率的電阻率，且包含至少第一元素及第二元素。所述導(dǎo)電層中沿著自所述第一電極至所述第二電極的方向的所述第一元素的濃度分布重復(fù)高濃度及低濃度。
[0009]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種用于制造電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的方法包含在第一電極上形成電阻改變層，及在所述電阻改變層上形成第二電極。用于制造電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的方法還包含形成具有高于所述第一電極及所述第二電極的電阻率的電阻率的導(dǎo)電層，以便連接至所述第一電極或所述第二電極。用于制造電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的方法還包含:所述形成導(dǎo)電層包含通過(guò)沉積第一材料而形成第一材料層，且形成包含不同于所述第一材料的第二材料的第二材料層。所述形成所述第一材料層及所述形成所述第二材料層被重復(fù)多次。
[0010]根據(jù)所述實(shí)施例，分散施加至存儲(chǔ)器單元的電壓，且可防止歸因于流過(guò)電阻改變層的過(guò)大電流的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的損壞。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的透視圖。
[0012]圖2為說(shuō)明圖1中所展示的部分a的橫截面圖。
[0013]圖3為說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的導(dǎo)電層的橫截面圖。
[0014]圖4A為說(shuō)明根據(jù)實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的導(dǎo)電層中鉭、硅及氮的濃度分布的曲線圖，其中橫坐標(biāo)表示垂直方向上的位置，且縱坐標(biāo)表示濃度。
[0015]圖4B為說(shuō)明根據(jù)實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的導(dǎo)電層中鉭、硅及氮的濃度分布的曲線圖，其中橫坐標(biāo)表示垂直方向上的位置，且縱坐標(biāo)表示濃度。
[0016]圖5為說(shuō)明使用濺射法制造根據(jù)第一實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的方法的視圖。
[0017]圖6A及6B為說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的操作的橫截面圖。
[0018]圖7為說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的電流-電壓特性的曲線圖。
[0019]圖8為說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施例的變化的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的橫截面圖。
[0020]圖9為說(shuō)明根據(jù)第二實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的導(dǎo)電層的橫截面圖。
[0021]圖10A至10C為說(shuō)明制造根據(jù)第二實(shí)施例的導(dǎo)電層34的方法的橫截面圖。
[0022]圖11為說(shuō)明根據(jù)第三實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的支柱的橫截面圖。
[0023]圖12為說(shuō)明根據(jù)第四實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的支柱的橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]在下文中，將參考圖式描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0025]首先，將描述第一實(shí)施例。
[0026]圖1為說(shuō)明根據(jù)實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的透視圖。
[0027]圖2為說(shuō)明圖1中所展示的部分A的橫截面圖。
[0028]圖3為說(shuō)明根據(jù)實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的導(dǎo)電層的橫截面圖。
[0029]圖4A為說(shuō)明根據(jù)實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的導(dǎo)電層中鉭、硅及氮的濃度分布的曲線圖，其中橫坐標(biāo)表示垂直方向上的位置，且縱坐標(biāo)表示濃度。
[0030]圖4B為說(shuō)明根據(jù)實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的導(dǎo)電層中鉭、硅及氮的濃度分布的曲線圖，其中橫坐標(biāo)表示垂直方向上的位置，且縱坐標(biāo)表示濃度。
[0031 ] 根據(jù)實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置為CBRAM(導(dǎo)電橋RAM)。
[0032]如圖1中所示，根據(jù)實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置1具備硅襯底11，且電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置1的驅(qū)動(dòng)電路(圖中未示)形成于上部層部分中及硅襯底11的上表面上。在硅襯底11上，設(shè)有由例如氧化硅構(gòu)成的層間絕緣薄膜12以便將驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)埋于其中，且在層間絕緣薄膜12上，設(shè)有存儲(chǔ)器單元區(qū)段13。
[0033]在存儲(chǔ)器單元區(qū)段13中，包含在平行于硅襯底11的上表面的方向(下文中被稱作“字線方向”)上延伸的多個(gè)字線WL的字線配線層14與包含在平行于硅襯底11的上表面且與字線方向交叉(例如，正交于字線方向)的方向(下文被稱作“位線方向”)上延伸的多個(gè)位線BL的位線配線層15交替地堆疊于彼此上。相鄰字線WL、相鄰位線BL以及相鄰字線WL及位線BL并不彼此接觸。字線WL及位線BL由例如娃(Si)、媽(W)、碳(C)等形成。
[0034]在字線WL中的每一者與位線BL中的每一者的最近相鄰點(diǎn)處，提供在垂直于硅襯底11的上表面的方向(下文被稱作“垂直方向”)上延伸的支柱16。支柱16的形狀為例如圓柱體、四角棱柱或具有修圓邊緣的實(shí)質(zhì)上四角棱柱。支柱16形成于字線WL與位線BL之間，且一個(gè)存儲(chǔ)器單元MC由一個(gè)支柱16構(gòu)成。電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置1為交叉點(diǎn)類(lèi)型裝置，其中支柱16安置于每一字線WL與每一位線BL的每個(gè)最近相鄰點(diǎn)處。字線WL、位線BL及支柱16之間的空間填充有層間絕緣薄膜17 (參見(jiàn)圖2)。
[0035]接著，將描述支柱16。
[0036]如圖2中所展示，在根據(jù)實(shí)施例的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置的支柱16中，自字線WL側(cè)至位線BL側(cè)，下部障壁金屬層21、導(dǎo)電層22、上部障壁金屬層23、下部電極24、可變電阻層25、金屬層26及上部電極27以此次序堆疊。