[发明专利]非易失性存储器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及非易失性存储器件及其制造方法，更具体地说，涉及使用电阻相变的电阻切换式随机存取存储器(resistance switchingrandom access memory，ReRAM)技术。

背景技术

一般而言，半导体存储器件包括连接成电路的多个存储单元。一种示例性的半导体存储器件是动态随机存取存储器(dynamicrandom access memory，DRAM)。典型的DRAM单位存储单元是由一个开关和一个电容器构成，提供例如高集成度和快速操作等优点。

然而，由于DRAM存储单元在电荷变化方面产生”0”和”1”两个状态，当切断电源时便丧失所有存储的数据(即，易失性存储器件)，因此难以保持数据。

为了便于保持数据，对于新型存储器技术的研究尝试使用新的变量(而非电荷)在DRAM中产生对应于”0”和”1”的二元状态。

目前研究的非易失性存储器件包括磁性随机存取存储器(magnetic random access memory，MRAM)、铁电随机存取存储器(ferroelectric random access memory，FRAM)、相变随机存取存储器(phase-change random access memory，PRAM)等。

MRAM利用隧道结处的磁化方向的变化来存储数据，而FRAM利用铁电物质的极化来存储数据。虽然这两类存储器件各有优缺点，但是基本上已知的是都具有高集成密度、高操作速度，能够低功率操作，并且具有提供良好的数据保持性的潜力。

PRAM利用因特定材料的相变所造成的电阻值变化来存储数据，并且由一个电阻器和一个开关(晶体管)构成。PRAM所用的电阻器是硫族化物(chalcogenide)电阻器，其取决于形成温度而以晶态或非晶态存在。因为非晶态的电阻大于晶态的电阻，所以可以利用这些特性来制造存储器件。当将DRAM工序用于制造PRAM时，蚀刻操作可能难以执行，甚至要花费较长的时间。此外，虽然存储器件使用晶体管或二极管来进行切换，但是其结构复杂，不容易实现正确的切换操作。而存储器件的简化结构是优选的，也是正在努力追求的。

对于电阻切换式随机存取存储器(ReRAM)的研究和开发正在取得快速的发展，其中可以依据外部施加的电压而可重复地切换高、低电阻值状态。举例而言，一种ReRAM器件在其本质状态下是作为绝缘体而存在的，但是由于外部施加电压而相变成为金属或半导体状态，因而表现出物理性质的变化。

发明内容

通过沿着下方电极的上边缘形成决定ReRAM相的电阻层，本发明的非易失性存储器件及其制造方法可以确保器件设计过程中临界驱动电压的裕量。

举例而言，非易失性存储器件可以包括：第一电极；第一电阻层，其沿着所述第一电极的边缘形成；第二电阻层，其填充所述第一电阻层的内部；以及第二电极，其形成于所述第一电阻层和所述第二电阻层之上。

在示例性的实施例中，所述第一电极和所述第二电极由包括铂(Pt)、铱(Ir)、及其冶金等同物的铂族元素构成。

所述第一电阻层优选地由含铌(Nb)氧化物构成，例如由NbO₂或Nb₂O₅构成的氧化物。

所述第二电阻层可以是由相切换的临界驱动电压高于所述第一电阻层的材料构成。所述第二电阻层优选地包括含铝(Al)氧化物，所述含铝(Al)氧化物主要由Al₂O₃构成。

制造非易失性存储器件的方法可以包括：在半导体基板的上方形成包括第一电极的第一层间绝缘膜；在所述第一层间绝缘膜的上方形成包括接触孔的第二层间绝缘膜，所述接触孔露出所述第一电极；在所述接触孔的侧壁上形成第一电阻层；形成填充所述第一电阻层内部的第二电阻层；在所述第一电阻层和所述第二电阻层之上形成第二电极；以及在所述第二电极的一部分之上形成带有接触插塞的第三层间绝缘膜，所述接触插塞与所述第一电极重叠。

所述第一电极和所述第二电极优选地由包括铂(Pt)、铱(Ir)及其冶金等同物的铂族元素构成。

所述第一电阻层可以是氧化物，例如包含NbO₂或Nb₂O₅的含铌(Nb)氧化物。此外，所述第一电阻层可以采用化学气相沉积(CVD)法而形成。