電阻式隨機存取存儲器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種存儲器，特別是涉及一種電阻式隨機存取存儲器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著各種電子產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展及功能需求的提高，使得當(dāng)前全球存儲器市場需求急速擴張，其中又以非揮發(fā)性存儲器(Non-Volatile Memory, NVM)的快速成長最引人注目。為了應(yīng)對此產(chǎn)業(yè)變化，全球各大廠與研究機構(gòu)對于下一個世代存儲器技術(shù)開發(fā)均早已如火如荼般地展開。在各種可能的技術(shù)中，電阻式隨機存取存儲器(Resistive Random AccessMemory,RRAM)具有結(jié)構(gòu)簡單、寫入操作電壓低、可高速操作以及非揮發(fā)性等特性，因此電阻式隨機存取存儲器具有與其它非揮發(fā)性存儲器競爭的潛力。
[0003]然而，當(dāng)電阻式隨機存取存儲器的電極的可供進行氧化還原的部分完全被氧化時，電阻式隨機存取存儲器將無法繼續(xù)使用。因此，如何提高電阻式隨機存取存儲器的耐用性為目前業(yè)界積極研究開發(fā)的目標(biāo)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種電阻式隨機存取存儲器，其具有較佳的耐用性(endurance)。
[0005]為了達上述目的，本發(fā)明提出一種電阻式隨機存取存儲器，包括第一電極、介電層、至少一第一納米結(jié)構(gòu)及第二電極。介電層設(shè)置于第一電極上。第一納米結(jié)構(gòu)設(shè)置于第一電極與介電層之間，且第一納米結(jié)構(gòu)包括多個第一群聚型金屬納米粒子及多個第一包覆型金屬納米粒子。第一群聚型金屬納米粒子設(shè)置于第一電極上。第一包覆型金屬納米粒子包覆第一群聚型金屬納米粒子，其中第一群聚型金屬納米粒子的擴散系數(shù)大于第一包覆型金屬納米粒子的擴散系數(shù)。第二電極設(shè)置于介電層上。
[0006]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第一電極的材料例如是過渡金屬或其氮化物。
[0007]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第一電極例如是比第二電極容易氧化。
[0008]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，介電層的材料例如是高介電常數(shù)材料。
[0009]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第一群聚型金屬納米粒子與第一電極例如是具有相同的金屬元素。
[0010]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第一群聚型金屬納米粒子例如是具有可氧化性(oxidizability)。
[0011]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第一群聚型金屬納米粒子的材料與第一包覆型金屬納米粒子的材料可分別為過渡金屬。
[0012]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第一包覆型金屬納米粒子的電位例如是高于該些第一群聚型金屬納米粒子的電位。
[0013]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第一包覆型金屬納米粒子的擴散系數(shù)例如是大于介電層的材料的擴散系數(shù)。
[0014]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第一包覆型金屬納米粒子的材料包括一種或兩種以上金屬。
[0015]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第二電極的材料例如是過渡金屬或其氮化物。
[0016]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，還包括第一放熱電極，且第一電極設(shè)置于第一放熱電極上。
[0017]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，還包括至少一第二納米結(jié)構(gòu)，設(shè)置于第二電極與介電層之間，且第二納米結(jié)構(gòu)包括多個第二群聚型金屬納米粒子及多個第二包覆型金屬納米粒子。第二群聚型金屬納米粒子設(shè)置于第二電極上。第二包覆型金屬納米粒子包覆第二群聚型金屬納米粒子，其中第二群聚型金屬納米粒子的擴散系數(shù)大于第二包覆型金屬納米粒子的擴散系數(shù)。
[0018]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第二群聚型金屬納米粒子與第二電極例如是具有相同的金屬元素。
[0019]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第二群聚型金屬納米粒子例如是具有可氧化性。
[0020]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第二群聚型金屬納米粒子的材料與第二包覆型金屬納米粒子的材料可分別為過渡金屬。
[0021]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第二包覆型金屬納米粒子的電位例如是高于該些第二群聚型金屬納米粒子的電位。
[0022]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第二包覆型金屬納米粒子的擴散系數(shù)例如是大于介電層的材料的擴散系數(shù)。
[0023]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，第二包覆型金屬納米粒子的材料包括一種或兩種以上金屬。
[0024]依照本發(fā)明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取存儲器中，還包括第二放熱電極，設(shè)置于第二電極上。
[0025]基于上述，由于本發(fā)明所提出的電阻式隨機存取存儲器具有第一納米結(jié)構(gòu)，且在電阻式隨機存取存儲器進行操作時，第一納米結(jié)構(gòu)中的第一群聚型金屬納米粒子可作為氧化還原反應(yīng)的材料，因此可提高電阻式隨機存取存儲器的耐用性。
[0026]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附附圖作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0027]圖1所繪示為本發(fā)明的一實施例的電阻式隨機存取存儲器的示意圖。
[0028]圖2所繪示為圖1中的電阻式隨機存取存儲器在進行操作時的示意圖。
[0029]圖3所繪示為本發(fā)明的另一實施例的電阻式隨機存取存儲器的示意圖。
[0030]符號說明
[0031]100、200:電阻式隨機存取存儲器
[0032]102、108、208:電極
[0033]104:介電層
[0034]106、206:納米結(jié)構(gòu)
[0035]110、210:群聚型金屬納米粒子
[0036]112、212:包覆型金屬納米粒子
[0037]114、214:放熱電極
[0038]116:氧化物
【具體實施方式】
[0039]圖1所繪示為本發(fā)明的一實施例的電阻式隨機存取存儲器的示意圖。圖2所繪示為圖1中的電阻式隨機存取存儲器在進行操作時的示意圖。
[0040]請參照圖1，電阻式隨機存取存儲器100，包括電極102、介電層104、至少一納米結(jié)構(gòu)106及電極108。電極102的材料例如是過渡金屬或其氮化物，如Zr、Al、Ta、Hf、T1、Cu、TiN或TaN。電極102的形成方法例如是物理氣相沉積法，如濺鍍法。
[0041]介電層104設(shè)置于電極102上。介電層104的材料例如是高介電常數(shù)材料。介電層104的材料例如是金屬氧化物，如Hf02、Al203、Ta205、Zr02、Ti02、Cu20或CuO。在此實施例中，介電層104的材料是以HfO2為例進行說明，但本發(fā)明并不以此為限。介電層104的形成方法例如是原子層沉積法(atomic layer deposit1n,ALD)或化學(xué)氣相沉積法(chemicalvapor deposit1n, CVD)。
[0042]納米結(jié)構(gòu)106設(shè)置于電極102與介電層104之間，且納米結(jié)構(gòu)106包括多個群聚型金屬納米粒子110及多個包覆型金屬納米粒子112。納米結(jié)構(gòu)106例如是設(shè)置于電極102上且暴露出部分電極102。納米結(jié)構(gòu)106的形成方法例如是旋轉(zhuǎn)涂布法(spin coating)。在此實施例中，雖然納米結(jié)構(gòu)106是以多個為例進行說明，然而只要電阻式隨機存取存儲器100具有至少一個納米結(jié)構(gòu)106即屬于本發(fā)明所保護的范圍。
[0043]群聚型金屬納米粒子110設(shè)置于電極102上，且群聚型金屬納米粒子110可于電極102上形成群聚結(jié)構(gòu)。群聚型金屬納米粒子110例如是具有可氧化性。群聚型金屬納米粒子110的材料例如是過渡金屬，如Zr、Al、Ta、Hf、Ti或Cu。群聚型金屬納米粒子110與電極102例如是具有相同的金屬元素。在此實施例中，群聚型金屬納米粒子110與電極102的材料例如是同為Zr，而具有相同的金屬元素，但本發(fā)明并不以此為限。群聚型金屬納米粒子110的尺寸例如是3nm?300nm。
[0044]包覆型金屬納米粒子112包覆群聚型金屬納米粒子110,其中群聚型金屬納米粒子110的擴散系數(shù)大于包覆型金屬納米粒子112的擴散系數(shù)。包覆型金屬納米粒子112的擴散系數(shù)例如是大于介電層104的材料的擴散系數(shù)。包覆型金屬納米粒子112的材料例如是過渡金屬，如Pt、Zr、Al、Ta、Hf、Ti或Cu。包覆型金屬納米粒子112的電位例如是高于群聚型金屬納米粒子110的電位，且通過包覆型金屬納米粒子112與群聚型金屬納米粒子110之間的電位差，可使得包覆型金屬納米粒子112包覆群聚型金屬納米粒子110。舉例來說，材料為Pt的包覆型金屬納米粒子112的電位高于材料為Zr的群聚型金屬納米粒子110的電位,但本發(fā)明并不以此為限。
[0045]此外，包覆型金屬納米粒子112的材料可為一種或兩種以上金屬。在此實施例中，雖然包覆型金屬納米粒子112的材料是以單一種金屬(如，Pt)為例進行說明。然而，在其他實施例中，包覆型金屬納米粒子112的材料亦可為兩種以上金屬。包覆型金屬納米粒子112的尺寸例如是3nm?300nm。
[0046]電極108設(shè)置于介電層104上。電極108的材料例如是過渡金屬或其氮化物，如Pt、Zr、Al、Ta、Hf、T1、Cu、TiN或TaN。電極108的形成方法例如是物理氣相沉積法，如濺鍍法。電極102例如是比電極108容易氧化。舉例來說，材料為Zr的電極102比材料為Pt的電極108容易氧化，但本發(fā)明并不以此為限。
[0047]電阻式隨機存取存儲器100還可包括放熱電極114，且電極102可設(shè)置于放熱電極114上。放熱電極114的材料例如是放熱金屬材料，如TiSiN或TaSiN。放熱電極114的形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。