[发明专利]电阻式随机存取存储器阵列及其制造方法

说明书

本发明提供一种电阻式随机存取存储器阵列及其制造方法。电阻式随机存取存储器阵列包括基板，此基板的阵列区包括第一区及第二区。电阻式随机存取存储器阵列包括位于基板上的底电极层、位于底电极层上的氧离子储藏层、位于氧离子储藏层上的扩散阻障层、位于扩散阻挡层上的电阻转换层以及位于电阻转换层上的顶电极层。位于第一区的扩散阻挡层不同于位于第二区的扩散阻挡层。

技术领域

本发明有关于一种存储器装置，且特别是有关于一种电阻式随机存取存储器阵列及其制造方法。

背景技术

在现有的电阻式随机存取存储器(RRAM)中，在一个芯片的阵列区中包括多个存储器单元，且各存储器单元包括图案化的底电极层、电阻转换层与顶电极层。当对存储器单元施加形成电压或写入电压时，氧离子会受到电压驱动而离开电阻转换层。留在电阻转换层中的等效正价氧空缺形成导电路径(或导电细丝)，进而使电阻转换层由高电阻态转换为低电阻态。当施加抹除电压时，氧离子回到电阻转换层并与等效正价氧空缺结合。因此，上述导电路径消失，而使电阻转换层由低电阻态转换为高电阻态。一般而言，高电阻态对应到逻辑状态「0」，而低电阻态对应到逻辑状态「1」。

当对一个芯片施加一特定操作电压时，自这些存储器单元所读出的电流值的最大值与最小值的差值定义为此芯片在此特定操作电压的「操作视窗」。在现有的RRAM中，在同一个芯片上的各层通常具有均一的厚度，使这些存储器单元的高电阻态与低电阻态分布在特定范围，且期望将上述操作视窗配置的愈小愈好，以利分别出逻辑状态「0」与「1」。然而，现有的RRAM受限于较小的操作视窗与特定范围，将不利于配置成多状态存储。

在某些应用领域(例如，人工智能、加密等)中，需要较大的操作视窗以进行多状态存储。再者，在这些应用领域中，自这些存储器单元所读出的电流值最好是难以预测的。亦即，存储器单元的乱度(randomness)越高越好。因此，现有的RRAM中，其操作视窗与乱度均不足以满足人工智能等应用领域的需求。

为了增加电阻式随机存取存储器阵列的操作视窗与乱度，现有的方法是使用额外的控制电路对不同位置的存储器单元施加不同的电压。然而，这样的方法需要复杂的电路设计，大幅提高工艺复杂度、生产时间与生产成本。再者，此额外的控制电路也会占据较大的可用空间，而不利于存储器装置的微小化。

对存储器产业的业者而言，为了满足人工智能、加密等应用领域的需求，并且降低工艺复杂度、生产时间与生产成本，仍有需要对电阻式随机存取存储器及其工艺进行改良。

发明内容

本发明实施例提供一种电阻式随机存取存储器阵列及其制造方法，能够明显增加电阻式随机存取存储器的操作视窗与乱度，并且降低工艺的复杂度、生产成本及生产时间。

本发明的一实施例揭示一种电阻式随机存取存储器阵列，包括：基板，其中基板的阵列区包括第一区及第二区；底电极层，位于基板上；氧离子储藏层，位于底电极层上；扩散阻挡层，位于氧离子储藏层上，其中位于第一区的扩散阻挡层不同于位于第二区的扩散阻挡层；电阻转换层，位于扩散阻挡层上；以及顶电极层，位于电阻转换层上。

本发明的一实施例揭示一种电阻式随机存取存储器阵列的制造方法，包括：提供基板，其中基板的阵列区包括第一区及第二区；形成底电极层于基板上；形成氧离子储藏层于底电极层上；形成扩散阻挡层于氧离子储藏层上，其中位于第一区的扩散阻挡层不同于位于第二区的扩散阻挡层；形成电阻转换层于扩散阻挡层上；以及形成顶电极层于电阻转换层上。

在本发明实施例所提供的电阻式随机存取存储器阵列中，不同存储器单元中的扩散阻挡层可具有不同的厚度及/或材料。因此，可大幅增加电阻式随机存取存储器的操作视窗与乱度。此外，本发明实施例所提供的电阻式随机存取存储器阵列的制造方法不需要使用额外的控制电路。因此，能够降低工艺的复杂度、生产成本及生产时间。

附图说明

图1A至图1F为本发明一些实施例的制造电阻式随机存取存储器阵列的各步骤中所对应的剖面示意图。