[发明专利]记忆体结构及形成记忆体结构的方法

说明书

本发明揭露一种记忆体结构及形成记忆体结构的方法。记忆体结构包含一控制单元以及一记忆单元，记忆单元电性连接至控制单元。控制单元包含一源极与一漏极；一主动层，接触源极的一部分及漏极的一部分；一栅极层；以及一栅极绝缘层，位于主动层与栅极层之间。记忆单元包含一底电极层；一顶电极层；以及一电阻切换层，电阻切换层位于底电极层以及顶电极层之间，其中电阻切换层与主动层的材质为氧化铝锌锡。本发明的功效在于，本发明主动层与电阻切换层的材质均为氧化铝锌锡，能在低温下制备并达到系统整合与减少成本等目的。

技术领域

本发明是有关于一种记忆体结构及其制备方法，特别是有关于一种通过晶体管控制的电阻式记忆体结构及其制备方法。

背景技术

记忆体主要可分为挥发性记忆体(volatile memory)和非挥发性记忆体(non-volatile memory)，其中挥发性记忆体可分为DRAM和SRAM两种，因有着快速存取速度的优点，所以被广泛的运用。而现今使用最广泛的非挥发性记忆体为快闪记忆体(flashmemory)，但其具有操作电压过高、操作速度慢及耐久度低等缺点。此外，在元件不断微缩的趋势下，栅极绝缘层变薄进而导致漏电流变大，而使可靠度降低等问题。

近年来，电阻式记忆体的发展被视为下世代高密度低功耗非挥发性记忆体的关键新技术。其具有结构简单、低操作电压、操作时间快速、可多位元记忆、耐久性佳、记忆元件面积缩小、非破坏性读取和低成本等优点，而被广泛地研究中。电阻式记忆体最常用的基本结构为金属-绝缘层-金属(metal-insulator-metal,MIM)结构，通过外加偏压来改变电阻值，以执行写入与抹除的动作，使元件形成高、低电阻的状态，也就是数字信号中的“0”与“1”。而由金属氧化物形成的电阻切换层，更被广泛的应用与研究中。然而电阻式记忆体在电阻切换时，常会因测量机台的反应时间过慢而导致过多的电流骤升(currentovershoot)，更严重会造成电阻式记忆体的崩溃。

因此，如何设计一个具有控制单元的电阻式记忆体，在电阻的连续切换下仍具有良好的稳定性，乃为此一业界亟待解决的问题。

发明内容

因此，本发明提供一种具有控制单元的电阻式记忆体结构及形成记忆体结构的方法，用以降低电阻式记忆体电流骤升的情形发生，并能增加电阻式记忆体的操作稳定性。

本发明的一方面是提供一种记忆体结构，包含一控制单元以及一记忆单元电性连接至控制单元。控制单元包含一源极与一漏极；一主动层，接触该源极的一部分及该漏极的一部分；一栅极层；以及一栅极绝缘层，位于该主动层与该栅极层之间。记忆单元包含一底电极层；一顶电极层；以及一电阻切换层，该电阻切换层位于该底电极层以及该顶电极层之间，其中该电阻切换层与该主动层的材质为氧化铝锌锡。

根据本发明一实施方式，其中栅极层的材质为硅，栅极绝缘层的材质为二氧化硅。

根据本发明一实施方式，其中源极以及漏极的材质为钛。

根据本发明一实施方式，其中顶电极层的材质为钛、氮化钛或氧化铟锡，底电极层的材质为金或铂。

根据本发明一实施方式，其中还包含一氧化铪层位于电阻切换层以及底电极层之间。

根据本发明一实施方式，其中记忆单元是位于源极或漏极上。

本发明的一方面是提供一种形成记忆体结构的方法，包含形成一控制单元以及形成一记忆单元。先提供一栅极层，并湿氧退火栅极层以形成一栅极绝缘层于栅极层上。溅镀一主动层于该栅极绝缘层上，以及蒸镀一源极以及一漏极于主动层的两侧。接着蒸镀一底电极层于漏极上，并溅镀一电阻切换层于底电极层上，其中电阻切换层与主动层的材质为氧化铝锌锡。最后蒸镀一顶电极层于电阻切换层上。

根据本发明一实施方式，其中形成该控制单元的温度范围为400℃至450℃。

根据本发明一实施方式，其中形成该记忆单元的温度范围为15℃至35℃。