电阻式存储器及其制造方法
【专利摘要】本发明关于一种电阻式存储器及其制造方法。此电阻式存储器包括第一电极、第二电极、可变电阻材料层、第一介电层以及第二介电层。第一电极具有第一部分及第二部分。第二电极相对于第一电极而配置。可变电阻材料层具有侧壁以及相对的第一表面及第二表面，其中可变电阻材料层的第一表面与第一电极的第一部分连接；可变电阻材料层的第二表面与第二电极电性连接，且第二部分围绕可变电阻材料层的侧壁且与第一部分连接。第一介电层配置于第一电极与第二电极之间。第二介电层配置于可变电阻材料层与第一电极的第二部分之间。
【专利说明】电阻式存储器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种半导体装置及其制造方法，且特别是有关于一种电阻式存储 器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]近年来，电阻式存储器因具有操作电压低、操作速度快、结构简单化且耐久性佳等 优点，而成为最具发展潜力的新型存储器。一般而言，电阻式存储器切换其储存状态的操作 模式包括单极切换(unipolar switching)与双极切换(bipolar switching)。其中，单极 切换的操作模式是利用同一极性的电压脉冲(例如，正电压脉冲或是负电压脉冲)来进行 存储胞的程序化操作与抹除操作。此外，双极切换的操作模式则是利用不同极性的电压脉 冲来分别进行存储胞的程序化操作与抹除操作。
[0003]此外，对于现有电阻式存储器，当操作电流经电极时会因电极的电阻特性而产生 热能，通过此热能可改变存储胞中可变电阻材料层的电阻状态，进而切换存储胞的存储状 态。然而，由于操作电流是对整个电极进行加热，而可变电阻材料层仅与部分电极接触，因 此当所产生的热能足以改变可变电阻材料层的电阻状态时，电极中未与可变电阻材料层接 触的区域处所产生的热能将不会被使用而造成浪费。此外，若为了避免能量耗费而降低操 作电流，则可能导致元件的操作效率降低。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种电阻式存储器，其电极在可变电阻材料层上方具有较小的厚度。
[0005]本发明提供一种电阻式存储器的制造方法，其用于制造本发明所提供的电阻式存 储器。
[0006]本发明提出一种电阻式存储器，其包括第一电极、第二电极、可变电阻材料层、第 一介电层以及第二介电层。第一电极具有第一部分及第二部分。第二电极相对于第一电 极而配置。可变电阻材料层具有侧壁以及相对的第一表面及第二表面，其中可变电阻材料 层的第一表面与第一电极的第一部分连接；可变电阻材料层的第二表面与第二电极电性连 接，且第二部分围绕可变电阻材料层的侧壁且与第一部分连接。第一介电层配置于第一电 极与第二电极之间。第二介电层配置于可变电阻材料层与第一电极的第二部分之间。
[0007]在本发明的一实施例中，上述第一部分的材料与第二部分的材料不同，且第一部 分的材料的电阻较第二部分的材料的电阻高。第一部分的材料包括氮化钛(TiN)、氮化钽 (TaN)或多晶硅，而第二部分的材料包括钨、铜、铝、铝-铜合金或铝-硅-铜合金。
[0008]在本发明的一实施例中，上述第一部分的材料与第二部分的材料相同，且第一电 极的材料包括氮化钛、氮化钽、钨、铜、铝、铝-铜合金或铝-硅-铜合金。
[0009]在本发明的一实施例中，上述的电阻式存储器还包括导体层，且导体层连接可变 电阻材料层与第二电极。
[0010]在本发明的一实施例中，上述可变电阻材料层的材料包括硫属化合物(chalcogenide)或过渡金属氧化物。
[0011]在本发明的一实施例中，上述的第二电极具有第三部分及第四部分，且可变电阻 材料层的第二表面与第二电极的第三部分连接，而第四部分围绕可变电阻材料层的侧壁且 与第三部分连接。
[0012]在本发明的一实施例中，上述的第二介电层配置于可变电阻材料层与第一电极的 第二部分之间，以及配置于可变电阻材料层与第二电极的第四部分之间。
[0013]在本发明的一实施例中，上述第二电极的第三部分的材料与第四部分的材料不 同，且第三部分的材料的电阻较第四部分的材料的电阻高。第三部分的材料包括氮化钛、氮 化钽或多晶硅，而第四部分的材料包括钨、铜、铝、铝-铜合金或铝-硅-铜合金。
[0014]在本发明的一实施例中，上述第二电极的第三部分的材料与第四部分的材料相 同，且第二电极的材料包括氮化钛、氮化钽、钨、铜、铝、铝-铜合金或铝-硅-铜合金。
[0015]本发明另提出一种电阻式存储器，其包括第一电极、第二电极、存储元件及介电 层。第一电极具有第一厚度及第二厚度，且第一厚度大于第二厚度。第二电极相对于第一 电极而配置。存储元件具有第一表面及第二表面，且存储元件位于具有第二厚度的第一电 极与第二电极之间。介电层围绕存储元件，其中介电层与存储元件的第一表面成共平面，且 介电层与存储元件的第一表面接触具有第二厚度的第一电极。
[0016]在本发明的另一实施例中，上述第一电极的材料包括氮化钛、氮化钽、鹤、铜、招、 铝-铜合金或铝-硅-铜合金。
[0017]在本发明的另一实施例中，上述的电阻式存储器还包括导体层，且导体层连接存 储元件与第二电极。
[0018]在本发明的另一实施例中，上述存储元件的材料包括硫属化合物或过渡金属氧化 物。
[0019]在本发明的另一实施例中，上述的第二电极具有第三厚度及第四厚度，第三厚度 大于第四厚度，存储元件位于具有第二厚度的第一电极与具有第四厚度的第二电极之间， 以及介电层与存储元件的第二表面成共平面，且介电层与存储元件的第二表面接触具有第 四厚度的第二电极。
[0020]在本发明的另一实施例中，上述第二电极的材料包括氮化钛、氮化钽、钨、铜、铝、 铝-铜合金或铝-硅-铜合金。
[0021]本发明再提出一种电阻式存储器的制造方法，其包括形成第一电极，所述第一电 极包括第一部分及第二部分。形成相对于第一电极的第二电极。于第一电极与第二电极之 间形成第一介电层。于第一介电层中形成第二介电层及可变电阻材料层，其中可变电阻材 料层具有侧壁以及相对的第一表面及第二表面，第二介电层围绕可变电阻材料层的侧壁， 第一电极的第一部分连接可变电阻材料层的第一表面，第二电极电性连接可变电阻材料层 的第二表面，第二部分围绕可变电阻材料层的侧壁且与第一部分连接，且第二介电层位于 第一电极的第二部分与可变电阻材料层之间。
[0022]在本发明的再一实施例中，上述电阻式存储器的制造方法包括下列步骤。形成第 二电极。于第二电极上形成第一介电层。在第一介电层中形成开孔，所述开孔暴露出部分第 二电极。在开孔的侧壁上形成第二介电层。于开孔中填入可变电阻材料层。移除部分第一 介电层，以暴露出部分第二介电层，以及于第一介电层与可变电阻材料层上形成第一电极。[0023]在本发明的再一实施例中，在形成第二介电层之后以及在填入可变电阻材料层之 前，还包括于开孔中填入导体层。
[0024]在本发明的再一实施例中，上述第一电极的第一部分为相对高电阻层，而第一电 极的第二部分为相对低电阻层。
[0025]在本发明的再一实施例中，于第一介电层与可变电阻材料层上形成第一电极的方 法包括下列步骤。于第一介电层与可变电阻材料层上形成相对低电阻材料层。进行平坦化 制程，移除部分相对低电阻材料层至暴露出第二介电层及可变电阻材料层的第一表面。于 相对低电阻材料层与可变电阻材料层上形成相对高电阻材料层，以及图案化相对低电阻材 料层及相对高电阻材料层，以形成第一电极。
[0026]在本发明的再一实施例中，上述电阻式存储器的制造方法包括下列步骤。形成第 一电极材料层。于第一电极材料层上形成第一介电层。移除部分第一介电层及部分第一电 极材料层，以形成开孔及第一电极，其中开孔周围的第一电极材料层为第二部分，且位于第 二部分下方的第一电极材料层为第一部分。在开孔的侧壁上形成第二介电层。于开孔中填 入可变电阻材料层，以及于第一介电层与可变电阻材料层上形成第二电极。
[0027]在本发明的再一实施例中，在填入可变电阻材料层之后以及在形成第二电极之 前，还包括于开孔中填入导体层。
[0028]在本发明的再一实施例中，上述第一电极的第一部分为相对高电阻层，而第一电 极的第二部分为相对低电阻层。
[0029]在本发明的再一实施例中，形成开孔及第一电极的方法包括下列步骤。形成相对 高电阻材料层。于相对高电阻材料层上形成相对低电阻材料层。图案化相对低电阻材料层 及相对高电阻材料层。于相对低电阻材料层上形成第一介电层，以及移除部分第一介电层 与部分相对低电阻材料层。
[0030]在本发明的再一实施例中，于第一介电层与可变电阻材料层上形成第二电极之 前，还包括移除部分第一介电层，以暴露出部分第二介电层，其中第二电极包括第三部分及 第四部分，第二电极的第三部分连接可变电阻材料层的第二表面，第四部分围绕可变电阻 材料层的侧壁且与第三部分连接，且第二介电层位于第二电极的第四部分与可变电阻材料 层之间。
[0031]在本发明的再一实施例中，上述第二电极的第三部分为相对高电阻层，而第二电 极的第四部分为相对低电阻层。
[0032]在本发明的再一实施例中，于第一介电层与可变电阻材料层上形成第二电极的方 法包括如下步骤。于第一介电层与可变电阻材料层上形成相对低电阻材料层。进行平坦化 制程，移除部分相对低电阻材料层至暴露出第二介电层及可变电阻材料层的第二表面。于 相对低电阻材料层与可变电阻材料层上形成相对高电阻材料层，以及图案化相对低电阻材 料层及相对高电阻材料层，以形成第二电极。
[0033]基于上述，在本发明的电阻式存储器中，电极的位于可变电阻材料层上的部分与 电极的其它部分相比具有较小的厚度，因此电极的位于可变电阻材料层上的部分可具有较 高的电阻。如此一来，当操作电流流经电极时，可在可变电阻材料层上产生较佳的发热效 果，进而有效地改变可变电阻材料层的电阻状态，且避免了能量的浪费而可提高元件的操 作效率。[0034]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式 作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为一电阻式存储器的立体结构示意图。
[0036]图2A至图2D为本发明的第一实施例的电阻式存储器的制造流程图。
[0037]图3为本发明的第二实施例的电阻式存储器的剖面示意图。
[0038]图4A至图4C为本发明的第三实施例的电阻式存储器的制造流程图。
[0039]图5为本发明的第四实施例的电阻式存储器的剖面示意图。
[0040]图6、图7A至图7B为本发明的第五实施例的电阻式存储器的制造流程图。
[0041]图8A和图SB为对本发明的第一实施例的电阻式存储器进行操作的示意图，其中 图8B为沿图8A的C-C线的剖面图。
[0042]图9A和图9B为对本发明的第一实施例的电阻式存储器进行另一操作的示意图， 其中图8B为沿图8A的C-C线的剖面图。
[0043]主要元件符号说明
[0044]100:介电基底
[0045]102、114、201、202、214、714:电极
[0046]104、108:介电层
[0047]106:开孔
[0048]110:导体层
[0049]112:可变电阻材料层
[0050]114a、202a:第一部分
[0051]114b、202b:第二部分
[0052]714a:第三部分
[0053]714b:第四部分
[0054]D1'D2、D3、D4:厚度
[0055]I” I2:电流
【具体实施方式】
[0056]下文请参照所附图式，以便更充分地了解本发明的实施例。然而，本发明可以许多 不同形式来实现，且不应将其解释为限于本文所述的实施例。
[0057]图1为一电阻式存储器的立体结构示意图。请参照图1，电阻式存储器10包括条 状的电极12、条状的电极14、导体层16及可变电阻材料层(未绘示)。在本实施例中，电极 12的延伸方向与电极14的延伸方向相交，电极12可视为上电极，电极14可视为下电极，而 导体层16则用以连接可变电阻材料层与电极12或电极14。
[0058]本发明所提出的电阻式存储器的结构即以如图1所示的结构来呈现，其中沿图1 中的A-A线所得的剖面为A剖面，而沿图1中的B-B线所得的剖面为B剖面。下文中，将以 A剖面及/或B剖面来详细说明本发明的电阻式存储器的制造方法。
[0059]图2A至图2D为本发明的第一实施例的电阻式存储器的制造流程图，其为沿A剖面的剖面图。
[0060]首先，请参照图2A，于介电基底100上形成条状的电极102。介电基底100例如是 形成于硅基底上的介电层。电极102的材料例如是氮化钛、氮化钽、钨、铜、铝、铝-铜合金 或铝-硅-铜合金。电极102的形成方法例如是于介电基底100上先形成导体材料层，接 着图案化所述导体材料层。然后，于电极102上形成介电层104。介电层104的材料例如是 氧化硅。介电层104的形成方法例如是进行化学气相沉积制程。继之，在介电层104中形 成开孔106，其中开孔106暴露出部分电极102。开孔106的形成方法例如是进行非等向性 蚀刻制程。在本实施例中，电极102为第二电极，且作为电阻式存储器的下电极。
[0061]接着，请参照图2B，在开孔106的侧壁上形成侧壁介电层108。侧壁介电层108的 材料例如是氮化硅。侧壁介电层108的形成方法例如是先于介电基底100上共形地形成介 电材料层，接着对介电材料层进行非等向性蚀刻制程，以移除介电层104上与位于开孔106 所暴露出的部分电极102上的介电材料层，而形成侧壁介电层108。然后，将导体材料填入 部分开孔106中，以形成导体层110。导体材料例如是氮化钛、氮化钽、钨、铜、铝、铝-铜合金 或铝-硅-铜合金。接着，将可变电阻材料填入开孔106中，以形成可变电阻材料层112(即 存储元件)。可变电阻材料例如是硫属化合物或过渡金属氧化物。硫属化合物例如是锗锑 締合金(GeSbTe)、银铟锑締合金(AgInSbTe)、铝砷締合金(AlAsTe)或其类似物。过渡金属 氧化物例如是氧化钨(WOx)、氧化铪(HfOx)、氧化钽(TaOx)、氧化钛(TiOx)、氧化铜(CuOx)、 氧化镍(NiOx)、氧化锌(ZnOx)或其类似物。在本实施例中，当导体层110的材料与电极102 的材料相同的情况下，导体层110可视为电极102的凸出部分。然而，本发明并不限于此。 在其它实施例中，依实际应用上的需求，电极102可不具有导体层110，而是可变电阻材料 层112形成于整个开孔106中，且与开孔106所暴露出的部分电极102连接。
[0062]在本实施例中，侧壁介电层108的蚀刻速率小于介电层104的蚀刻速率，以在后续 的蚀刻制程中(描述于下文中)作为可变电阻材料层112及导体层110的保护层，避免可 变电阻材料层112及导体层110暴露出来而导致短路的问题。在其它实施例中，若可避免 上述的短路问题，则无需于开孔106中形成侧壁介电层108。
[0063]请参照图2C，移除部分介电层104，以暴露出部分侧壁介电层108。移除部分介电 层104的方法例如是进行非等向性蚀刻制程。
[0064]请参照图2D，于介电层104与可变电阻材料层112上形成条状的电极114，以完成 本实施例的电阻式存储器的制作。电极114的材料例如是氮化钛、氮化钽、钨、铜、铝、铝-铜 合金或铝-硅-铜合金。电极114的形成方法例如是先形成导体材料层，接着图案化所述 导体材料层。电极114包括第一部分114a及第二部分114b，其中第二部分114b围绕可变 电阻材料层112并通过侧壁介电层108而与可变电阻材料层112隔离开，而第一部分114a 位于第二部分114b与可变电阻材料层112上，且第一部分114a与可变电阻材料层112连 接。在本实施例中，电极114为第一电极，且作为电阻式存储器的上电极。
[0065]此外，位于介电层104上的电极114(包含第一部分114a及第二部分114b)的厚 度D1大于可变电阻材料层112上的电极114(第一部分114a)的厚度D2。因此，操作本实 施例的电阻式存储器时，位于介电层104上的电极114的垂直电流方向的截面积大于位于 可变电阻材料层112上的电极114的垂直电流方向的截面积，从而使得位于可变电阻材料 层112上的电极114具有较高的电流密度。因此，在操作本发明的电阻式存储器时，当操作电流流经位于可变电阻材料层112上的电极114时，位于可变电阻材料层112上的电极 114可具有较佳的发热效果，进而可以有效地改变可变电阻材料层112的电阻状态，且因此 提高了电阻式存储器的操作效率。
[0066]另外一提的是，在本实施例中，电极114的第一部分114a及第二部分114b的材料 相同，意即电极114为单层结构。然而，本发明并不限于此。
[0067]图3为本发明的第二实施例的电阻式存储器的剖面示意图，其为沿A剖面的剖面 图。在本实施例中，与图2D相同的元件将以相同的标号表示。请参照图3，电极114的第 一部分114a及第二部分114b的材料不相同。也就是说，电极114具有双层结构，其中第一 部分114a的材料的电阻较第二部分114b的材料的电阻高，意即第一部分114a是相对高电 阻层，而第二部分114b是相对低电阻层。相对高电阻层的材料例如是氮化钛、氮化钽或多 晶硅，而相对低电阻层的材料例如是钨、铜、铝、铝-铜合金或铝-硅-铜合金。在本实施例 中，电极114的形成方法包括下列步骤:先于介电层104上形成相对低电阻材料层，且此相 对低电阻材料层覆盖可变电阻材料层112。接着，进行平坦化制程，以移除部分相对低电阻 材料层至暴露出可变电阻材料层112。然后，于相对低电阻材料层与可变电阻材料层112上 形成相对高电阻材料层。之后，图案化相对低电阻材料层及相对高电阻材料层，以形成具有 双层结构的电极114。
[0068]在操作上述具有双层结构的电阻式存储器时，当操作电流流入电极114且在流经 可变电阻材料层112之前，操作电流主要会流入相对低电阻层(第二部分114b)中。由于 相对低电阻层的电阻较低，因此此时不会产生过多的热能。当操作电流欲流经可变电阻材 料层112时，由于可变电阻材料层112上方为相对高电阻层(第一部分114a)且其具有较 小的电流流通面积，因此可变电阻材料层112上方的相对高电阻层具有较佳的发热效果， 进而能够有效地改变可变电阻材料层112的电阻状态。
[0069]图4A至图4C为本发明的第三实施例的电阻式存储器的制造流程图，其为沿B剖 面的剖面图。另外，第三实施例和第一实施例中相同的元件将以相同的标号表示，于此不另 行说明。
[0070]首先，请参照图4A，于介电基底100上形成条状的电极201。电极201的材料例如 是氮化钛、氮化钽、钨、铜、铝、铝-铜合金或铝-硅-铜合金。电极201的形成方法例如是 于介电基底100上先形成导体材料层，接着图案化所述导体材料层。然后，于电极201上形 成介电层104。
[0071]接着，请参照图4B，移除部分介电层104，以暴露出部分电极201。然后，移除所暴 露出的电极201的一部分，以形成电极202与开孔106。电极202包括第一部分202a及第 二部分202b，其中第二部分202b位于开孔106周围，而第一部分202a位于第二部分202b 下方。开孔106暴露出部分的第一部分202a。在本实施例中，电极202的第一部分202a及 第二部分202b的材料相同，意即电极202为单层结构。在本实施例中，电极202为第一电 极，且作为电阻式存储器的下电极。
[0072]此外，位于开孔106下方的电极202 (第一部分202a)的厚度D4小于其它区域中 的电极202 (包含第一部分202a及第二部分202b)的厚度D3。因此，当操作本实施例的电 阻式存储器时，位于开孔106下方的电极202的垂直电流方向的截面积小于其它区域中的 电极202的垂直电流方向的截面积。因此，位于开孔106下方的电极202的电流密度高于其它区域中的电极202的电流密度。
[0073]然后，请参照图4C，进行与图2B相似的步骤，在开孔106的侧壁上形成侧壁介电层 108。然后，将可变电阻材料填入部分开孔106中，以形成可变电阻材料层112。在本实施例 中，可变电阻材料层112与位于开孔106下方的电极202接触。接着，将导体材料填入开孔 106中，以形成导体层110。继之，于介电层104与可变电阻材料层112上形成条状的电极 214，以完成本实施例的电阻式存储器的制作。电极214的材料例如是氮化钛、氮化钽、钨、 铜、铝、铝-铜合金或铝-硅-铜合金。电极214的形成方法例如是于介电基底100上先形 成导体材料层，接着图案化所述导体材料层。在本实施例中，电极214为第二电极，且作为 电阻式存储器的上电极。
[0074]在本实施例中，当导体层110的材料与电极214的材料相同的情况下，导体层110 可视为电极214的凸出部分。然而，本发明并不限于此。在其它实施例中，依实际应用上的 需求，电极214可不具有上述导体层110，而是可变电阻材料层112形成于整个开孔106中。
[0075]根据第一实施例中所述应理解，当操作电流流经与可变电阻材料层112接触的电 极202时，与其它区域相比会产生较佳的发热效果，进而可以有效地改变可变电阻材料层 112的电阻状态，且因此提高电阻式存储器的操作效率。
[0076]在本实施例中，电极202为单层结构，然而本发明并不限于此。
[0077]图5为本发明的第四实施例的电阻式存储器的剖面示意图，其为沿B剖面的剖面 图。在本实施例中，与图4C相同的元件将以相同的标号表示。请参照图5，电极202的第 一部分202a及第二部分202b的材料不相同。也就是说，电极202具有双层结构，其中第一 部分202a的材料的电阻较第二部分202b的材料的电阻高，意即第一部分202a是相对高电 阻层，而第二部分202b是相对低电阻层。相对高电阻层的材料例如是氮化钛、氮化钽或多 晶硅，而相对低电阻层的材料例如是钨、铜、铝、铝-铜合金或铝-硅-铜合金。在本实施例 中，电极202的形成方法包括下列步骤:先在介电基底100上形成相对高电阻材料层。接 着，于相对高电阻材料层上形成相对低电阻材料层。然后，图案化相对低电阻材料层及相对 高电阻材料层。继之，在形成开孔106的过程中，移除部分相对低电阻材料层。
[0078]在操作上述具有双层结构的电阻式存储器时，当操作电流流入电极202且流经可 变电阻材料层112之前，操作电流主要会流入相对低电阻层(第二部分202b)中。由于相 对低电阻层的电阻较低，因此此时不会产生过多的热能。当操作电流欲流经可变电阻材料 层112时，由于可变电阻材料层112下方为相对高电阻层(第一部分202a)且其具有较小 的电流流通面积，因此可变电阻材料层112下方的相对高电阻层具有较佳的发热效果，进 而能够有效地改变可变电阻材料层112的电阻状态。
[0079]图6至图7B为本发明的第五实施例的电阻式存储器的制造流程图，其中图7A为 沿A剖面的剖面图，而图6及图7B为沿B剖面的剖面图。在图6至图7B中，与前述各实施 例相同的元件将以相同的标号表示，于此不另行说明。
[0080]首先，请参照图6，在进行图4B所述的步骤之后，进行与图2B相似的步骤，在开孔 106的侧壁上形成侧壁介电层108。然后，将可变电阻材料填入开孔106中，以形成可变电 阻材料层112。在本实施例中，由于可变电阻材料层112须与位于其下方的电极202及位于 其上方的电极(于后续步骤中形成)相接触，故可变电阻材料层112必须形成在整个开孔 106中。在本实施例中，电极202为第一电极,且作为电阻式存储器的下电极。[0081]接着，请同时参照图7A及图7B，进行与图2C至图2D相似的步骤，移除部分介电层 104，以暴露出部分侧壁介电层108。接着，于介电层104与可变电阻材料层112上形成条 状的电极714，以完成本实施例的电阻式存储器的制作。另外，电极714包括第三部分714a 及第四部分714b，且电极114可为单层结构或双层结构。在本实施例中，电极714为第二电 极，且作为电阻式存储器的上电极。
[0082]此外，在图7A及图7B中，虽然绘示电极714及电极202皆为单层结构，但本领域中 具有通常知识者根据前述各实施例应理解，可根据实际应用上的需求调整及搭配电极714 及电极202的结构。
[0083]另外一提的是，在本发明的电阻式存储器中，可通过调整电极的宽度来进一步地 提高操作效率。以下将以第一实施例的电阻式存储器为例进行说明。
[0084]图8A和图SB为对本发明的第一实施例的电阻式存储器进行操作的示意图，其中 图8B为沿图8A的C-C线的剖面图。请参照图8A和图8B，可将电极114的宽度设计成足够 宽，使得当操作电流I1流入电极114且在到达所要操作的存储胞的可变电阻材料层112之 前，操作电流I1可主要地由其它存储胞的可变电阻材料层112周围的电阻较低的部分(即 电极114的厚度较大的部分)流过，而不流经这些存储胞的可变电阻材料层112上的电阻 较高的部分(即电极114的厚度较小的部分)。因此，直至操作电流I1到达所要控制的存 储胞时，操作电流I1才流向所要操作的存储胞的可变电阻材料层112上的电阻较高的部分 (即电极114厚度较小的部分)并流经此可变电阻材料层112。
[0085]图9A和图9B为对本发明的第一实施例的电阻式存储器进行另一操作的示意图， 其中图9B为沿图9A的D-D线的剖面图。请参照图9A和图9B，可将电极114的宽度设计成 足够窄，以迫使操作电流I2在流经各存储胞时必须需流经各可变电阻材料层112上的电阻 较高的部分(即电极114厚度较小的部分)。
[0086]综上所述，在本发明各实施例的电阻式存储器中，电极的位于可变电阻材料层上 的部分具有较小的厚度，因此具有较高的电阻。如此一来，当操作电流流经可变电阻材料层 上的电极时，可产生较佳的发热效果，进而有效地改变可变电阻材料层的电阻状态，且因此 提高了操作效率。
[0087]虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属【技术领域】 中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明 的保护范围当视权利要求所界定为准。
【权利要求】
1.一种电阻式存储器，其特征在于，包括:第一电极，具有第一部分及第二部分；第二电极，相对于所述第一电极而配置；可变电阻材料层，具有侧壁以及相对的第一表面及第二表面，其中所述可变电阻材料层的所述第一表面与所述第一电极的所述第一部分连接，所述可变电阻材料层的所述第二表面与所述第二电极电性连接，且所述第二部分围绕所述可变电阻材料层的所述侧壁且与所述第一部分连接；第一介电层，配置于所述第一电极与所述第二电极之间；以及第二介电层，配置于所述可变电阻材料层与所述第一电极的所述第二部分之间。
2.如权利要求1所述的电阻式存储器，其特征在于，所述第一部分的材料与所述第二部分的材料不同，且所述第一部分的材料的电阻较所述第二部分的材料的电阻高。
3.如权利要求2所述的电阻式存储器，其特征在于，所述第一部分的材料包括氮化钛、 氮化钽或多晶硅，而所述第二部分的材料包括钨、铜、铝、铝-铜合金或铝-硅-铜合金。
4.如权利要求1所述的电阻式存储器，其特征在于，所述第一部分的材料与所述第二部分的材料相同，且所述第一电极的材料包括氮化钛、氮化钽、钨、铜、铝、铝-铜合金或铝-硅-铜合金。
5.如权利要求1所述的电阻式存储器，其特征在于，还包括导体层，且所述导体层连接所述可变电阻材料层与所述第二电极。
6.如权利要求1所述的电阻式存储器，其特征在于，所述可变电阻材料层的材料包括硫属化合物或过渡金属氧化物。
7.如权利要求1所述的电阻式存储器，其特征在于，所述第二电极具有第三部分及第四部分，所述可变电阻材料层的所述第二表面与所述第二电极的所述第三部分连接`，且所述第四部分围绕所述可变电阻材料层的所述侧壁且与所述第三部分连接。
8.如权利要求7所述的电阻式存储器，其特征在于，所述第二介电层配置于所述可变电阻材料层与所述第一电极的所述第二部分之间以及配置于所述可变电阻材料层与所述第二电极的所述第四部分之间。
9.如权利要求7所述的电阻式存储器，其特征在于，所述第三部分的材料与所述第四部分的材料不同，且所述第三部分的材料的电阻较所述第四部分的材料的电阻高。
10.如权利要求9所述的电阻式存储器，其特征在于，所述第三部分的材料包括氮化钛、氮化钽或多晶硅，而所述第四部分的材料包括钨、铜、铝、铝-铜合金或铝-硅-铜合金。
11.如权利要求7所述的电阻式存储器，其特征在于，所述第三部分的材料与所述第四部分的材料相同，且所述第二电极的材料包括氮化钛、氮化钽、钨、铜、铝、铝-铜合金或铝-硅-铜合金。
12.一种电阻式存储器，其特征在于，包括:第一电极，具有第一厚度及第二厚度，所述第一厚度大于所述第二厚度；第二电极，相对于所述第一电极而配置；存储元件，具有第一表面及第二表面，且位于具有所述第二厚度的所述第一电极与所述第二电极之间；以及介电层，围绕所述存储元件，其中所述介电层与所述存储元件的所述第一表面成共平面，且所述介电层与所述存储元件的所述第一表面接触具有所述第二厚度的所述第一电极。
13.如权利要求12所述的电阻式存储器，其特征在于，所述第一电极的材料包括氮化钛、氮化钽、钨、铜、铝、铝-铜合金或铝-硅-铜合金。
14.如权利要求12所述的电阻式存储器，其特征在于，还包括导体层，且所述导体层连接所述存储元件与所述第二电极。
15.如权利要求12所述的电阻式存储器，其特征在于，所述存储元件的材料包括硫属化合物或过渡金属氧化物。
16.如权利要求12所述的电阻式存储器，其特征在于，所述第二电极具有第三厚度及第四厚度，所述第三厚度大于所述第四厚度，所述存储元件位于具有所述第二厚度的所述第一电极与具有所述第四厚度的所述第二电极之间，以及所述介电层与所述存储元件的所述第二表面成共平面，且所述介电层与所述存储元件的所述第二表面接触具有所述第四厚度的所述第二电极。
17.如权利要求16所述的电阻式存储器，其特征在于，所述第二电极的材料包括氮化钛、氮化钽、钨、铜、铝、铝-铜合金或铝-硅-铜合金。
18.—种电阻式存储器的制造方法，其特征在于，包括:形成第一电极，所述第一电极包括第一部分及第二部分；形成相对于所述第一电极的第二电极；于所述第一电极与所述第二电极之间形成第一介电层；于所述第一介电层中形成第二介电层及可变电阻材料层，其中所述可变电阻材料层具有侧壁以及相对的第一表面及第二表面，所述第二介电层围绕所述可变电阻材料层的所述侧壁，所述第一电极的所述第一部分连接所述可变电阻材料层的所述第一表面，所述第二电极电性连接所述可`变电阻材料层的所述第二表面，所述第二部分围绕所述可变电阻材料层的所述侧壁且与所述第一部分连接，且所述第二介电层位于所述第一电极的所述第二部分与所述可变电阻材料层之间。
19.如权利要求18所述的电阻式存储器的制造方法，其特征在于，包括:形成所述第二电极；于所述第二电极上形成所述第一介电层；在所述第一介电层中形成开孔，所述开孔暴露出部分所述第二电极；在所述开孔的侧壁上形成所述第二介电层；于所述开孔中形成所述可变电阻材料层；移除部分所述第一介电层，以暴露出部分所述第二介电层；以及于所述第一介电层与所述可变电阻材料层上形成所述第一电极。
20.如权利要求19所述的电阻式存储器的制造方法，其特征在于，在形成所述第二介电层之后以及在填入所述可变电阻材料层之前，还包括于所述开孔中形成导体层。
21.如权利要求19所述的电阻式存储器的制造方法，其特征在于，所述第一电极的所述第一部分为相对高电阻层，而所述第一电极的所述第二部分为相对低电阻层。
22.如权利要求21所述的电阻式存储器的制造方法，其特征在于，于所述第一介电层与所述可变电阻材料层上形成所述第一电极的方法包括:于所述第一介电层与所述可变电阻材料层上形成相对低电阻材料层；进行平坦化制程，移除部分所述相对低电阻材料层至暴露出所述第二介电层及所述可变电阻材料层的所述第一表面；于所述相对低电阻材料层与所述可变电阻材料层上形成相对高电阻材料层；以及图案化所述相对低电阻材料层及所述相对高电阻材料层，以形成所述第一电极。
23.如权利要求18所述的电阻式存储器的制造方法，其特征在于，包括:形成第一电极材料层；于所述第一电极材料层上形成所述第一介电层；移除部分所述第一介电层及部分所述第一电极材料层，以形成开孔及所述第一电极， 其中，所述开孔周围的所述第一电极材料层为所述第二部分，且位于所述第二部分下方的所述第一电极材料层为所述第一部分；在所述开孔的侧壁上形成所述第二介电层；于所述开孔中填入所述可变电阻材料层；以及于所述第一介电层与所述可变电阻材料层上形成所述第二电极。
24.如权利要求23所述的电阻式存储器的制造方法，其特征在于，在填入所述可变电阻材料层之后以及在形成所述第二电极之前，还包括于所述开孔中填入导体层。
25.如权利要求23所述的电阻式存储器的制造方法，其特征在于，所述第一电极的所述第一部分为相对高电阻层，而所述第一电极的所述第二部分为相对低电阻层。
26.如权利要求25所述的电阻式存储器的制造方法，其特征在于，形成所述开孔及所述第一电极的方法，包括:形成相对高电阻材料层；`于所述相对高电阻材料层上形成相对低电阻材料层；图案化所述相对低电阻材料层及所述相对高电阻材料层；于所述相对低电阻材料层上形成所述第一介电层；以及移除部分所述第一介电层与部分所述相对低电阻材料层。
27.如权利要求23所述的电阻式存储器的制造方法，其特征在于，于所述第一介电层与所述可变电阻材料层上形成所述第二电极之前，还包括移除部分所述第一介电层，以暴露出部分所述第二介电层，其中所述第二电极包括第三部分及第四部分，所述第二电极的所述第三部分连接所述可变电阻材料层的所述第二表面，所述第四部分围绕所述可变电阻材料层的所述侧壁且与所述第三部分连接，且所述第二介电层位于所述第二电极的所述第四部分与所述可变电阻材料层之间。
28.如权利要求27所述的电阻式存储器的制造方法，其特征在于，所述第二电极的所述第三部分为相对高电阻层，而所述第二电极的所述第四部分为相对低电阻层。
29.如权利要求28所述的电阻式存储器的制造方法，其特征在于，于所述第一介电层与所述可变电阻材料层上形成所述第二电极的方法包括:于所述第一介电层与所述可变电阻材料层上形成相对低电阻材料层；进行平坦化制程，移除部分所述相对低电阻材料层至暴露出所述第二介电层及所述可变电阻材料层的所述第二表面；于所述相对低电阻材料层与所述可变电阻材料层上形成相对高电阻材料层；以及图案化所述相对低电阻材料层及所述`相对高电阻材料层，以形成所述第二电极。
【文档编号】H01L45/00GK103515530SQ201310096522
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年3月25日 优先权日:2012年6月25日
【发明者】李明修, 简维志 申请人:旺宏电子股份有限公司