[发明专利]多位可变电阻式存储器单元及其形成方法

说明书

本发明公开一种多位可变电阻式存储器单元及其形成方法，其中该多位可变电阻式存储器单元包含多个底电极、多个介电层、一顶电极以及一可变电阻层。底电极以及介电层构成交错堆叠的材料层，各底电极夹置于介电层之间，以及一通孔穿过交错堆叠的材料层。顶电极设置于通孔中。可变电阻层设置于通孔的一侧壁上以及位于顶电极以及交错堆叠的材料层之间，因而顶电极、可变电阻层以及底电极构成一多位可变电阻式存储器单元。

技术领域

本发明涉及一种可变电阻式存储器单元及其形成方法，且特别是涉及一种多位可变电阻式存储器单元及其形成方法。

背景技术

存储器分为挥发性和非挥发性两大类。当今，挥发性存储器最重要的两类是静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)；非挥发性存储器的种类很多，市场占比最大的是快闪存储器(FLASH)，其他的还有硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)、铁电随机存取存储器(FRAM)、相变化随机存取存储器(PRAM)、磁阻式随存取存储器(MRAM)和可变电阻式随机存取存储器(RRAM)等。此外，SRAM、DRAM、FLASH、SONOS和FRAM这五种是基于电荷的存储器，这类存储器本质上是通过电容的充放电实现；而PRAM、MRAM和RRAM则是基于电阻的转变实现。

在半导体制作工艺的电路中，最基本的可变电阻式存储器是由上下两层金属电极以及中间一层过渡金属氧化物(Transition metal oxide,TMO)所组成，主要的操作原理是利用过渡金属氧化物的阻值，会随着所加偏压改变而产生不同的阻值，而如何办别内部存储的值，则由内部的阻值高低来做分别。

发明内容

本发明提出一种多位可变电阻式存储器单元及其形成方法，其以交错堆叠的底电极以及介电层形成一多位可变电阻式存储器单元。此多位可变电阻式存储器单元具有垂直分布的位，能节省空间并简化制作工艺。

本发明提供一种多位可变电阻式存储器单元，包含多个底电极、多个介电层、一顶电极以及一可变电阻层。底电极以及介电层构成交错堆叠的材料层，各底电极夹置于介电层之间，以及一通孔穿过交错堆叠的材料层。顶电极设置于通孔中。可变电阻层设置于通孔的一侧壁上以及位于顶电极以及交错堆叠的材料层之间，因而顶电极、可变电阻层以及底电极构成一多位可变电阻式存储器单元。

本发明提供一种形成多位可变电阻式存储器单元的方法，包含下述步骤。首先，依序形成一第一介电层、一第一底电极、一第二介电层、一第二底电极、一第三介电层、一第三底电极以及一第四介电层于一层上。接着，进行一第一蚀刻制作工艺，图案化第四介电层、第三底电极、第三介电层、第二底电极、第二介电层、第一底电极以及第一介电层，以形成一通孔于第一介电层、第一底电极、第二介电层、第二底电极、第三介电层、第三底电极以及第四介电层中。接续，形成一可变电阻层顺应覆盖通孔的一侧壁以及填入一顶电极于通孔中，因而形成一多位可变电阻式存储器单元。

基于上述，本发明提出一种多位可变电阻式存储器单元及其形成方法，其依序形成一第一介电层、一第一底电极、一第二介电层、一第二底电极、一第三介电层、一第三底电极以及一第四介电层于一层上；进行一第一蚀刻制作工艺，图案化第四介电层、第三底电极、第三介电层、第二底电极、第二介电层、第一底电极以及第一介电层，以形成一通孔于第一介电层、第一底电极、第二介电层、第二底电极、第三介电层、第三底电极以及第四介电层中；以及形成一可变电阻层顺应覆盖通孔的一侧壁以及填入一顶电极于通孔中，因而形成一多位可变电阻式存储器单元。

附图说明

图1为本发明一实施例的形成多位可变电阻式存储器单元的方法的剖面示意图；

图2为本发明一实施例的形成多位可变电阻式存储器单元的方法的剖面示意图；

图3为本发明一实施例的形成多位可变电阻式存储器单元的方法的剖面示意图；

图4为本发明一实施例的形成多位可变电阻式存储器单元的方法的剖面示意图；