[发明专利]非挥发性存储器

说明书

技术领域

本发明系有关于一种存储器元件，特别是有关于一种电阻式非挥发性存储器。

背景技术

电阻式非挥发性存储器(RRAM)因具有功率消耗低、操作电压低、写入抹除时间短、耐久度长、存储时间长、非破坏性读取、多状态存储、元件制造工艺简单及可微缩性等优点，所以成为新兴非挥发性存储器的主流。然而，以半导体制造工艺制作的习知电阻式非挥发性存储器(RRAM)，会因为同一片晶圆上的不同晶片之间的电阻转态层的晶粒尺寸无法缩小且变异量大，而造成例如电阻转换(resistive switching，RS)阻值、高电阻态对低电阻态的比值、元件耐久度(endurance)等特性不佳的缺点。

习知技术会于电阻转态层中加入掺质以改善上述缺点。然而，上述方式会影响电阻式非挥发性存储器的电阻转换特性，例如增加操作电压、增加操作电流、降低高电阻态对低电阻态的比值等缺点。

因此，在此技术领域中，有需要一种非挥发性存储器及其制造方法，以改善上述缺点。

发明内容

本发明提供一种非挥发性存储器。本发明之一实施例提供一种非挥发性存储器，包括一底电极，其具有一第一晶格常数；一电阻转态层，设置于上述底电极上方，其具有一第二晶格常数；一顶电极，设置于上述电阻转态层上；一分隔层，设置于上述底电极和上述电阻转态层之间，其具有不同于上述第一晶格常数和上述第二晶格常数的一第三晶格常数。

本发明最终形成的非挥发性存储器的电阻转态层的晶格常数不会受下方底电极本身的晶格常数影响而使晶粒尺寸(grain size)变大，可降低在同一晶圆不同晶片上的电阻转态层的晶粒尺寸变异量，大幅提升元件的电阻转换(resistive switching，RS)阻值、高电阻态对低电阻态的比值、元件耐久度(endurance)等特性。

为使本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1为本发明实施例的非挥发性存储器的剖面示意图。

主要元件符号说明：

500~非挥发性存储器；

200~基板；

202~绝缘层；

204~底电极；

206~分隔层；

208~电阻转态层；

210~顶电极；

T1、T2、T3~厚度。

具体实施方式

本发明实施例系提供一种非挥发性存储器，例如为一电阻式非挥发性存储器，其利用外加偏压改变非挥发性存储器的电阻转态层的电阻值来达到存储效应。本发明实施例之非挥发性存储器系于底电极和电阻转态层之间插入一分隔层，使最终形成的非挥发性存储器的电阻转态层的晶格常数不会受下方底电极本身的晶格常数影响而使晶粒尺寸(grain size)变大。此方法可大幅提升元件高电阻存储状态与低电阻存储状态之间的电阻比值。

图1系为本发明一实施例之非挥发性存储器500的剖面示意图。如图1所示，本发明一实施例之非挥发性存储器500系设置于基板200上，且藉由一绝缘层202与基板200隔开。在本发明之一实施例中，非挥发性存储器500的主要元件包括一底电极204，设置于绝缘层202上。一电阻转态层208，设置于底电极204上方。一顶电极210，设置于电阻转态层208上，以及一分隔层206，设置于底电极204和电阻转态层208之间。

在本发明之一实施例中，基板200可包括例如硅基板之半导体基板。绝缘层202可包括二氧化硅薄膜。在本发明之一实施例中，底电极204可为单层结构或为两层金属层堆迭而成的复合层结构，如图1所示，在本实施例中，底电极204可为氮化钛(TiN)，且其结晶取向为(1,1,1)。电阻转态层208可包括二氧化铪(HfO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、铬掺杂的钛酸锶、铬掺杂的锆酸锶、二氧化锆薄膜。另外在本发明之一实施例中，顶电极212可包括铝(Al)、钛、氮化钛或上述组合。