[发明专利]以高密度电阻材料为主的半导体存储装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种以高密度电阻材料为主的半导体存储装置及用 来制造该存储装置的方法，更特别是在具有多个以金属氧化物化合物为主 的电阻存储元件的高密度三维空间(3D)存储装置。

背景技术

金属氧化物材料为主的非易失电阻随机存取存储器(RRAM)深获极 大的重视在于其简单的结构以及卓越的特性，像是低功率、高速度及在电 阻状态之间较大的存储操作区间。

以氧化钨(WO_x)材料为主的电阻随机存取存储器(RRAM)借着电 性脉冲的施加在适合实施于集成电路上的程度时，可以造成在两种或更多 的电阻稳定范围间改变，以及该电阻可被读取或被写入随机存取以指示储 存的数据。可参见“Memory Devices Having as Embedded Resistance Memory with Tungsten Compound and Manufacturing Methods”于2007年12 月12日申请的美国专利申请号第11/955,137号，在此列为参考引证案。

多级操作包含改变该金属氧化物材料的该电阻在多于两种电阻状态 之间，因为可以增加数据储存的密度而需要多级操作。

此外，为了达到更高的密度因此需要将存储单元阵列中个别存储单元 的截面面积的大小或是占据的面积缩减。然而，在制造非常小尺寸的装置 上，以及符合大型高密度存储装置的更严格容忍度的工艺变异规范需求， 会产生一些问题。

因此，需要提供一种以金属氧化物材料为主的存储单元结构使用在具 有多级操作上的高密度存储装置，以及可以符合大型高密度存储装置上更 严格容忍度需求的制造方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种存储装置，包含多条字线 以及多条位线。该装置包含多个存储单元位于该字线及该位线之间。每一 存储单元包含一二极管，以及多个存储元件，每一存储元件包含一种或多 种金属氧化物化合物，该二极管及该多个存储元件沿着一电流路径以电性 串联安置在该多个字线的一对应的字线和该多个位线的一对应的位线之 间。

本发明的另一目的在于提供一种用来制造一存储装置的方法，该方法 包含形成多条具有第一导电类型的字线，形成一第一介电质覆盖于该字线 之上，以及形成一第一介层孔阵列在该第一介电质内以露出该字线的部 位。形成多个半导体区域在该字线的该露出部位，该半导体区域具有一不 同于该第一导电类型的导电类型。形成多个第一存储元件在该第一介层孔 阵列内，该第一存储元件包含一种或多种金属氧化物化合物。形成一第二 介电质覆盖该第一存储元件。形成一第二介层孔阵列在该第二介电质内以 露出该第一存储元件的顶表面。形成多个第二存储元件在该第二介层孔阵 列内，该第二存储元件包含一种或多种金属氧化物化合物。形成多条位线 覆盖该第二存储阵列。

本发明所揭露的存储阵列具有存储单元并得到高密度存储器及提供 多级操作。在实施例中，该存储阵列的该存储单元的截面面积是由字线和 位线来决定，而允许对于该阵列的高密度。该字线具有字线宽度，以及跟 邻近的字线以一字线分隔距离所隔开，而该位线具有位线宽度，以及跟邻 近的位线以一为元线分隔距离所隔开，在较佳的实施例中，该字线距离和 该字线分隔距离总和等于用来形成该存储单元阵列工艺上的特征尺寸F的 两倍，以及该位线距离和该位线分隔距离总和等于该特征尺寸F的两倍。 此外，F较佳为用来形成该位线及该字线的一工艺(通常为一光刻工艺) 的一最小特征尺寸，使得该存储单元阵列的该存储单元具有一4F²的存储 单元面积。

举凡本发明的特征、目的及优点等将可透过下列说明所附图式、实施 方式及权利要求范围获得充分了解。

附图说明

【图式简单说明】

图1绘示一使用本发明所述的三维空间存储单元的交点存储单元阵列 的简单图式。

图2概念性地绘示一单金属氧化物材料为主存储元件编程至多个电阻 状态的该电阻状态变化特性。

图3及图4概念性地绘示具有串联安置一第一氧化钨材料为主的存储 元件和一第二氧化钨材料为主的存储元件的一存储单元的该电阻状态变 化行为。

图5A及图5B绘示安置在该交点阵列上一存储单元一实施例的一部 位的剖视图。