[发明专利]存储单元及其制程

说明书

技术领域

本发明是有关于一种存储单元及其制程，且特别是有关于一种电阻式存储器(resistance memory)的存储单元及其制程。

背景技术

随着消费性电子产品的普及与系统产品的广泛应用，对于具有低功率耗损、低成本、高读取/写入速度与多次编程的存储器的需求也越来越高。因此，来自不同市场的存储器的新技术呈现出突破存储器的目前的限制，且期望成为新一代存储器的主流技术。

在目前的存储器中，具有一种借由改变数据储存层(data storage layer)的电阻率来记录数据的存储器。一般来说，电阻式存储器利用电气脉冲(electricalpulse)，以及施加转换电压(switching voltage)以改变位于设定状态(set state)与重置状态(reset state)之间的简单的二进位金属氧化物薄膜(simple binary metaloxide thin film)或复杂的的钙钛矿氧化物薄膜(complex perovskite oxide thin film)的状态，以在不同的状态中基于不同的电阻率来储存数据。此技术具有静态随机存取存储器(static random access memory，SRAM)的高速度、动态随机存取存储器(dynamic random access memory，DRAM)的高密度、低成本、低功率耗损与非挥发性(non-volatility)的优点，且在半导体工业的发展中扮演重要的角色。此种存储器的一个例子为非挥发性随机存取存储器(non-volatile random-accessmemory，NVRAM)。

通常，电阻式存储器的数据储存层是借由沉积一层镨钙锰氧(PrCaMnO，PCMO)、氧化镍(NiO)或氧化钛(TiO_x)而形成。然而，使用上述材料的电阻式存储器具有制程复杂、高沉积温度(约300℃)、高转换电压(约10V)与数据保持时间短的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种存储单元及其制程。此存储单元包括数据储存层。数据储存层为借由对过渡金属层(transition metal layer)进行等离子体氧化步骤而形成的过渡金属氧化物层。此存储单元具有长的数据保持时间、低转换电压、高产品品质与节省制程开发成本的优点。

本发明提出一种存储单元制程。首先，于位于基底上方的导体层上形成第一电极层。然后，于第一电极层上形成过渡金属层。接着，对过渡金属层进行等离子体氧化步骤，以形成作为数据储存层的前驱物(precursor)的过渡金属氧化物层。之后，于过渡金属氧化物层上形成第二电极层。

上述制程还可以包括分别将第二电极层、过渡金属氧化物层与第一电极层图案化成第二电极、数据储存层与第一电极的步骤。接着，于导体层上形成介电层，此介电层覆盖第二电极、数据储存层与第一电极的侧壁。在形成介电层之后，位元线可形成于介电层与第二电极上。

本发明另提出一种存储单元，其包括第一电极、第二电极与作为数据储存层的过渡金属氧化物层。第一电极配置于位于基底上方的导体层上。过渡金属氧化物层配置于第一电极上，且以等离子体氧化步骤形成。第二电极配置于过渡金属氧化物层上。

此存储单元还可以包括配置于导体层上且覆盖第一电极、过渡金属氧化物层与第二电极的侧壁的介电层，其中介电层的顶面与第二电极的顶面共平面。此外，存储单元还可以包括配置于第二电极与介电层上的位元线。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1A至图1G为依照本发明实施例所绘示的存储单元的制程剖面示意图，其中图1G绘示为所形成的存储单元。

图2A为分别于NVRAM存储单元的设定状态与重置状态中的电阻率-时间曲线图，其中NVRAM存储单元的过渡金属氧化物层是依照现有技术而借由沉积所形成。

图2B为分别于NVRAM存储单元的设定状态与重置状态中的电阻率-时间曲线图，其中NVRAM存储单元的过渡金属氧化物层是依照本发明实施例而借由等离子体氧化步骤所形成。

主要元件符号说明：

10：存储单元

11：基底

12：导体层

13：第一电极层

14：过渡金属层

15：过渡金属氧化物层

16：第二电极层

16a：顶面

17：介电材料

17’：介电层

18：位元线

具体实施方式