>[0085]图12显示电阻式非易失性存储器装置的金属-绝缘体-金属叠层250a剖面示意图，其显示位于电阻转态层210中氮原子220的分布具有的一种功效。如图12所示，由于氮原子220分布于电阻转态层210的外围部分(第二区域234)，所以氮原子220可视为包围用以形成导电丝的氧空缺222的障壁物，使氧空缺222局限分布于电阻转态层210的中间部分(第一区域232)并远离于电阻式非易失性存储器装置250a的侧壁。因此，当进行定义电阻式非易失性存储器装置250a位置及面积的刻蚀工艺时，上述刻蚀工艺会对电阻式非易失性存储器装置的金属-绝缘体-金属叠层250a造成的侧壁损伤240并不会影响氧空缺222的分布区域(第一区域232)而对导电丝造成损伤。所以，分布于电阻转态层210的外围部分(第二区域234)的氮原子220有助于降低于电阻式非易失性存储器装置的等离子体诱发损伤，因而可提升电阻式非易失性存储器装置的数据保存能力。
[0086]图13显示电阻式非易失性存储器装置的金属-绝缘体-金属叠层250a剖面示意图，其显示位于电阻转态层210中氮原子220的分布具有的另一种功效。如图13所示，由于氮原子220分布于电阻转态层210的外围部分(第二区域234)，所以氮原子220可视为包围用以形成导电丝的氧空缺222的障壁物(barrier)，使氧空缺222局限分布于电阻转态层210的中间部分(第一区域232)并远离于金属-绝缘体-金属叠层250a的侧壁。因此，当电阻式非易失性存储器装置在高温状态下，多余的氧原子在扩散进入电阻转态层210时会被作为障壁物的氮原子220阻挡而仅会分布于接近电阻式金属-绝缘体-金属叠层250a的侧壁位置(图13中氧原子242的分布位置)，多余的氧原子无法占据位于电阻转态层210的中间部分(第一区域232)的氧空缺222。所以，分布于电阻转态层210的外围部分(第二区域234)的氮原子220有助于改善因氧原子占据氧空缺所造成的低电阻状态的电流值下降、低形成电流、低设定电流等可靠度问题，且可提升电阻式非易失性存储器装置的数据保存能力。
[0087]本发明实施例提供一种电阻式非易失性存储器装置及其制造方法。电阻式非易失性存储器装置于接近电阻转态层侧壁的外围部分掺杂多个氮原子。上述多个氮原子可以作为障壁物，将提供导电丝形成的氧空缺局限分布于电阻转态层的中间部分并远离于电阻式非易失性存储器装置的侧壁。位于导电丝形成区域的外围的氮原子可以防止电阻转态层在后续刻蚀工艺中因破坏侧壁损伤导电丝而降低RRAM的数据保存能力。位于导电丝形成区域的外围的氮原子可以防止氧原子扩散进入用以形成导电丝的氧空缺而导致RRAM的低电阻状态电流下降，因而无法读取RRAM的电阻状态。并且，位于导电丝形成区域的外围的氮原子掺质可改善氧原子在扩散进入电阻转态层造成的低形成电流、低设定电流等可靠度问题。因而可提升电阻式非易失性存储器装置的数据保存能力。再者，用以进行氮原子掺杂工艺与定义金属-绝缘体-金属叠层的图案化工艺共用同一遮罩。所以，电阻式非易失性存储器装置的制造方法可在不增加工艺成本的情况下，提升电阻式非易失性存储器装置的可靠度。
[0088]虽然本发明已以实施例揭露于上，然其并非用以限定本发明，任何相关领域技术人员，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，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。
【主权项】
1.一种电阻式非易失性存储器装置，其特征在于，包括: 一第一电极; 一第二电极，设置于该第一电极上；以及 一电阻转态层，设置于该第一电极和该第二电极之间，其中该电阻转态层包括: 一第一区域，具有一第一氮原子浓度；以及 一第二区域，相邻于该第一区域，其中第二区域具有不同于该第一氮原子浓度的一第二氮原子浓度。2.如权利要求1所述的电阻式非易失性存储器装置，其特征在于，该电阻式非易失性存储器装置还包括一阻障层，位于该电阻转态层和该第二电极之间。3.如权利要求1所述的电阻式非易失性存储器装置，其特征在于，该电阻式非易失性存储器装置还包括: 一第一电极接触插塞，设置于该第一电极下方，其中该第一电极接触该第一电极接触插塞；以及 一第二电极接触插塞，设置于该第二电极上方，其中该第二电极接触该第二电极接触插塞。4.如权利要求3所述的电阻式非易失性存储器装置，其特征在于，该第一区域沿一上视方向与该第一电极接触插塞和该第二电极接触插塞完全重叠。5.如权利要求4所述的电阻式非易失性存储器装置，其特征在于，该第一氮原子浓度小于该第二氮原子浓度。6.如权利要求3所述的电阻式非易失性存储器装置，其特征在于，该第二区域沿一上视方向与该第一电极接触插塞和该第二电极接触插塞完全不重叠。7.—种电阻式非易失性存储器装置的制造方法，其特征在于，包括下列步骤: 形成一第一电极材料层； 于该第一电极材料层上形成一电阻转态材料层； 将多个氮原子注入部分该电阻转态材料层中； 于该电阻转态材料层上形成一第二电极材料层；以及 利用一第一遮罩，进行一图案化工艺，移除部分该第二电极材料层、该电阻转态材料层和该第一电极材料层以分别形成一第二电极、一电阻转态层和一第一电极，其中该电阻转态材料层包括: 一第一区域，具有一第一氮原子浓度；以及 一第二区域，相邻于该第一区域，其中第二区域具有不同于该第一氮原子浓度的一第二氮原子浓度。8.如权利要求7所述的电阻式非易失性存储器装置的制造方法，其特征在于，形成该第二电极材料层之前还包括进行一退火工艺。9.如权利要求7所述的电阻式非易失性存储器装置的制造方法，其特征在于，将所述氮原子注入部分该电阻转态材料层中包括: 于该电阻转态材料层上形成一第一光阻材料； 利用该第一遮罩，进行一光刻工艺，将该第一遮罩的一图案转移至该第一光阻材料，以于该电阻转态材料层上形成一第一光阻图案，该第一光阻图案覆盖部分该电阻转态材料层； 利用该第一光阻图案作为一遮罩，进行一掺杂工艺，将多个氮原子注入未被该光阻图案覆盖的该电阻转态材料层；以及 移除该第一光阻图案。10.如权利要求9所述的电阻式非易失性存储器装置的制造方法，其特征在于，形成该第二电极材料层之后还包括: 于该第二电极材料层上形成一第二光阻材料； 利用该第一遮罩，进行一光刻工艺，将该第一遮罩的一图案转移至该第二光阻材料，以于该第二电极材料层上形成一第二光阻图案，该第二光阻图案覆盖部分该第二电极材料层； 利用该第二光阻图案作为一遮罩，进行一刻蚀工艺，移除未被该第二光阻图案覆盖的该第二电极材料层、该电阻转态材料层和该第一电极材料层以分别形成该第二电极、该电阻转态层和该第一电极，其中该第一电极、该电阻转态层和该第二电极构成一金属-绝缘体-金属叠层；以及 移除该第二光阻图案。11.如权利要求8所述的电阻式非易失性存储器装置的制造方法，其特征在于，形成该电阻转态材料层之后还包括于该电阻转态材料层上形成一绝缘层，且其中进行该退火工艺之后还包括移除该绝缘层。12.如权利要求8所述的电阻式非易失性存储器装置的制造方法，其特征在于，进行该退火工艺之后还包括于该电阻转态材料层上形成一阻障材料层。13.如权利要求7所述的电阻式非易失性存储器装置的制造方法，其特征在于，形成该第一电极材料层之前还包括: 形成一第一电极接触插塞，其中该第一电极材料层接触该第一电极接触插塞。14.如权利要求13所述的电阻式非易失性存储器装置的制造方法，其特征在于，形成进行该图案化工艺之后还包括: 于该第二电极上形成一第二电极接触插塞，其中该第二电极接触该第二电极接触插塞。15.如权利要求14所述的电阻式非易失性存储器装置的制造方法，其特征在于，该第一区域沿一上视方向与该第一电极接触插塞和该第二电极接触插塞完全重叠。16.如权利要求15所述的电阻式非易失性存储器装置的制造方法，其特征在于，该第一氮原子浓度小于该第二氮原子浓度。17.如权利要求14所述的电阻式非易失性存储器装置的制造方法，其特征在于，该第二区域沿一上视方向与该第一电极接触插塞和该第二电极接触插塞完全不重叠。
【专利摘要】本发明提供了一种电阻式非易失性存储器装置及其制造方法。上述电阻式非易失性存储器装置包括一第一电极；一第二电极，设置于上述第一电极上；一电阻转态层，设置于上述第一电极和上述第二电极之间，其中上述电阻转态层包括一第一区域，具有一第一氮原子浓度；一第二区域，相邻于上述第一区域，其中第二区域具有不同于上述第一氮原子浓度的一第二氮原子浓度。本发明能够提升电阻式非易失性存储器装置的可靠度。
【IPC分类】H01L45/00, H01L27/24, G11C11/56
【公开号】CN105280811
【申请号】CN201410315518
【发明人】吴伯伦, 林孟弘, 沈鼎瀛
【申请人】华邦电子股份有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2014年7月3日