电阻式随机存取存储器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种存储器，特别是涉及一种电阻式随机存取存储器。
【背景技术】
[0002]随着各种电子产品的蓬勃发展及功能需求的提高，使得当前全球存储器市场需求急速扩张，其中又以非挥发性存储器(Non-Volatile Memory, NVM)的快速成长最引人注目。为了应对此产业变化，全球各大厂与研究机构对于下一个世代存储器技术开发均早已如火如荼般地展开。在各种可能的技术中，电阻式随机存取存储器(Resistive Random AccessMemory,RRAM)具有结构简单、写入操作电压低、可高速操作以及非挥发性等特性，因此电阻式随机存取存储器具有与其它非挥发性存储器竞争的潜力。
[0003]然而，当电阻式随机存取存储器的电极的可供进行氧化还原的部分完全被氧化时，电阻式随机存取存储器将无法继续使用。因此，如何提高电阻式随机存取存储器的耐用性为目前业界积极研究开发的目标之一。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种电阻式随机存取存储器，其具有较佳的耐用性(endurance)。
[0005]为了达上述目的，本发明提出一种电阻式随机存取存储器，包括第一电极、介电层、至少一第一纳米结构及第二电极。介电层设置于第一电极上。第一纳米结构设置于第一电极与介电层之间，且第一纳米结构包括多个第一群聚型金属纳米粒子及多个第一包覆型金属纳米粒子。第一群聚型金属纳米粒子设置于第一电极上。第一包覆型金属纳米粒子包覆第一群聚型金属纳米粒子，其中第一群聚型金属纳米粒子的扩散系数大于第一包覆型金属纳米粒子的扩散系数。第二电极设置于介电层上。
[0006]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，第一电极的材料例如是过渡金属或其氮化物。
[0007]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，第一电极例如是比第二电极容易氧化。
[0008]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，介电层的材料例如是高介电常数材料。
[0009]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，第一群聚型金属纳米粒子与第一电极例如是具有相同的金属元素。
[0010]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，第一群聚型金属纳米粒子例如是具有可氧化性(oxidizability)。
[0011]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，第一群聚型金属纳米粒子的材料与第一包覆型金属纳米粒子的材料可分别为过渡金属。
[0012]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，第一包覆型金属纳米粒子的电位例如是高于该些第一群聚型金属纳米粒子的电位。
[0013]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，第一包覆型金属纳米粒子的扩散系数例如是大于介电层的材料的扩散系数。
[0014]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，第一包覆型金属纳米粒子的材料包括一种或两种以上金属。
[0015]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，第二电极的材料例如是过渡金属或其氮化物。
[0016]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，还包括第一放热电极，且第一电极设置于第一放热电极上。
[0017]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，还包括至少一第二纳米结构，设置于第二电极与介电层之间，且第二纳米结构包括多个第二群聚型金属纳米粒子及多个第二包覆型金属纳米粒子。第二群聚型金属纳米粒子设置于第二电极上。第二包覆型金属纳米粒子包覆第二群聚型金属纳米粒子，其中第二群聚型金属纳米粒子的扩散系数大于第二包覆型金属纳米粒子的扩散系数。
[0018]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，第二群聚型金属纳米粒子与第二电极例如是具有相同的金属元素。
[0019]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，第二群聚型金属纳米粒子例如是具有可氧化性。
[0020]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，第二群聚型金属纳米粒子的材料与第二包覆型金属纳米粒子的材料可分别为过渡金属。
[0021]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，第二包覆型金属纳米粒子的电位例如是高于该些第二群聚型金属纳米粒子的电位。
[0022]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，第二包覆型金属纳米粒子的扩散系数例如是大于介电层的材料的扩散系数。
[0023]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，第二包覆型金属纳米粒子的材料包括一种或两种以上金属。
[0024]依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取存储器中，还包括第二放热电极，设置于第二电极上。
[0025]基于上述，由于本发明所提出的电阻式随机存取存储器具有第一纳米结构，且在电阻式随机存取存储器进行操作时，第一纳米结构中的第一群聚型金属纳米粒子可作为氧化还原反应的材料，因此可提高电阻式随机存取存储器的耐用性。
[0026]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，并配合所附附图作详细说明如下。
【附图说明】
[0027]图1所绘示为本发明的一实施例的电阻式随机存取存储器的示意图。
[0028]图2所绘示为图1中的电阻式随机存取存储器在进行操作时的示意图。
[0029]图3所绘示为本发明的另一实施例的电阻式随机存取存储器的示意图。
[0030]符号说明
[0031]100、200:电阻式随机存取存储器
[0032]102、108、208:电极
[0033]104:介电层
[0034]106、206:纳米结构
[0035]110、210:群聚型金属纳米粒子
[0036]112、212:包覆型金属纳米粒子
[0037]114、214:放热电极
[0038]116:氧化物
【具体实施方式】
[0039]图1所绘示为本发明的一实施例的电阻式随机存取存储器的示意图。图2所绘示为图1中的电阻式随机存取存储器在进行操作时的示意图。
[0040]请参照图1，电阻式随机存取存储器100，包括电极102、介电层104、至少一纳米结构106及电极108。电极102的材料例如是过渡金属或其氮化物，如Zr、Al、Ta、Hf、T1、Cu、TiN或TaN。电极102的形成方法例如是物理气相沉积法，如溅镀法。
[0041]介电层104设置于电极102上。介电层104的材料例如是高介电常数材料。介电层104的材料例如是金属氧化物，如Hf02、Al203、Ta205、Zr02、Ti02、Cu20或CuO。在此实施例中，介电层104的材料是以HfO2为例进行说明，但本发明并不以此为限。介电层104的形成方法例如是原子层沉积法(atomic layer deposit1n,ALD)或化学气相沉积法(chemicalvapor deposit1n, CVD)。
[0042]纳米结构106设置于电极102与介电层104之间，且纳米结构106包括多个群聚型金属纳米粒子110及多个包覆型金属纳米粒子112。纳米结构106例如是设置于电极102上且暴露出部分电极102。纳米结构106的形成方法例如是旋转涂布法(spin coating)。在此实施例中，虽然纳米结构106是以多个为例进行说明，然而只要电阻式随机存取存储器100具有至少一个纳米结构106即属于本发明所保护的范围。
[0043]群聚型金属纳米粒子110设置于电极102上，且群聚型金属纳米粒子110可于电极102上形成群聚结构。群聚型金属纳米粒子110例如是具有可氧化性。群聚型金属纳米粒子110的材料例如是过渡金属，如Zr、Al、Ta、Hf、Ti或Cu。群聚型金属纳米粒子110与电极102例如是具有相同的金属元素。在此实施例中，群聚型金属纳米粒子110与电极102的材料例如是同为Zr，而具有相同的金属元素，但本发明并不以此为限。群聚型金属纳米粒子110的尺寸例如是3nm?300nm。
[0044]包覆型金属纳米粒子112包覆群聚型金属纳米粒子110,其中群聚型金属纳米粒子110的扩散系数大于包覆型金属纳米粒子112的扩散系数。包覆型金属纳米粒子112的扩散系数例如是大于介电层104的材料的扩散系数。包覆型金属纳米粒子112的材料例如是过渡金属，如Pt、Zr、Al、Ta、Hf、Ti或Cu。包覆型金属纳米粒子112的电位例如是高于群聚型金属纳米粒子110的电位，且通过包覆型金属纳米粒子112与群聚型金属纳米粒子110之间的电位差，可使得包覆型金属纳米粒子112包覆群聚型金属纳米粒子110。举例来说，材料为Pt的包覆型金属纳米粒子112的电位高于材料为Zr的群聚型金属纳米粒子110的电位,但本发明并不以此为限。
[0045]此外，包覆型金属纳米粒子112的材料可为一种或两种以上金属。在此实施例中，虽然包覆型金属纳米粒子112的材料是以单一种金属(如，Pt)为例进行说明。然而，在其他实施例中，包覆型金属纳米粒子112的材料亦可为两种以上金属。包覆型金属纳米粒子112的尺寸例如是3nm?300nm。
[0046]电极108设置于介电层104上。电极108的材料例如是过渡金属或其氮化物，如Pt、Zr、Al、Ta、Hf、T1、Cu、TiN或TaN。电极108的形成方法例如是物理气相沉积法，如溅镀法。电极102例如是比电极108容易氧化。举例来说，材料为Zr的电极102比材料为Pt的电极108容易氧化，但本发明并不以此为限。
[0047]电阻式随机存取存储器100还可包括放热电极114，且电极102可设置于放热电极114上。放热电极114的材料例如是放热金属材料，如TiSiN或TaSiN。放热电极114的形成方法例如是化学气相沉积法。