專利名稱：交錯式存儲器陣列裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交錯式存儲器陣列裝置，特別涉及一種交錯式存儲器陣列裝置具 有一存儲器堆疊包括導電橋接式存儲器構(gòu)件與電阻開關(guān)式存儲器構(gòu)件相串聯(lián)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)非易失性存儲器需要三個端點的MOSFET元件。上述元件的布局并非理想地 適用于非易失性存儲器，因各存儲胞通常需要的構(gòu)造面積為8f2，其中f為最小的構(gòu)造面 積。而交錯式存儲器陣列裝置，例如可編程金屬胞隨機存取存儲器(簡稱PMCRAM，又被稱為 導電橋接式隨機存取存儲器(CBRAM))、相變化存儲器(PCM)、及電阻開關(guān)式隨機存取存儲 器(RRAM)具有取代傳統(tǒng)三端點MOSFET元件的存儲器，因每個交錯點具有較小的構(gòu)造面積 8f2。在已公開的現(xiàn)有技術(shù)中，美國專利第US 6, 753, 561號，其全部內(nèi)容再此引為參 考，揭示一種交錯式存儲器陣列，包括陣列式交錯導線以及多層薄膜構(gòu)成的存儲器堆疊。此 多層薄膜所構(gòu)成的存儲器堆疊包括一存儲器構(gòu)件和一非歐姆裝置(non-ohmic device)。此 多層薄膜存儲器的切換是從第一電阻態(tài)，在施以第一寫入電壓脈沖于存儲器之后，轉(zhuǎn)換成 第一電阻態(tài)。另一方面，反向地從第二電阻態(tài)，在施以第二寫入電壓脈沖(也即與第一寫入 電壓脈沖具相反的極性)于存儲器之后，轉(zhuǎn)換成第二電阻態(tài)。圖1為顯示一傳統(tǒng)交錯式存儲器陣列具有多層薄膜堆疊的剖面示意圖。請參閱圖 1，一存儲器堆疊5具有七層單獨的薄膜層，夾置于兩條交錯的陣列導線10和15之間。此 七層薄膜包括一電極層20、一金屬氧化物材料25(作為存儲器構(gòu)件)、另一選用的電極層 30、三層的結(jié)構(gòu)包含金屬-絕緣-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)35、40、45(作為非歐姆裝置)、以及一選 用的最終電極層50。上述金屬-絕緣-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)用以驅(qū)動該存儲器構(gòu)件。然而，此 MIM穿隧結(jié)具有驅(qū)動速度慢、可靠度不佳、且缺乏單軸驅(qū)動的功效。于一些相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù) 中，半導體二極管元件例如p-n結(jié)二極管被用于作為一電流驅(qū)動元件。然而，整合配置p-n 結(jié)二極管于交錯式存儲器陣列中是復雜的，且很難將存儲器陣列微縮化，受限于其電流供 應的限定。然而，對于傳統(tǒng)交錯式存儲器陣列，相鄰存儲胞之間所發(fā)生的串音(crosstalk) 為關(guān)鍵的問題，這是因為存儲器陣列的起始電壓太小，以致無法抑制噪聲。美國專利第US 7，236，389號，其全部內(nèi)容再此引為參考，揭示一種電路用以消除 交錯式RRAM存儲器陣列于位元線之間的串音。將高-開路-電路(high-open-circuit) 電壓增益放大器作為位元線感側(cè)差分放大器以降低位元線之間的串音影響。然而，此額外 的電路和高-開路-電路電壓增益放大器占去額外的元件空間，且增加制造上的復雜度
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的實施例提供一種交錯式存儲器陣列 裝置，包括一第一組實質(zhì)上相互平行的導線；一第二組實質(zhì)上相互平行的導線，其位向?qū)嵸|(zhì)上垂直于該第一組 相互平行的導線；以及多個存儲器堆疊所構(gòu)成的一陣列，設置于該第 一組相互平行的導線與該第二組相互平行的導線的交錯位置；其中各個存儲器堆疊包括一 導電橋接式存儲器構(gòu)件與一電阻開關(guān)式存儲器構(gòu)件相串聯(lián)。本發(fā)明的實施例另提供一種交錯式存儲器陣列裝置，包括一第一組實質(zhì)上相互 平行的導線；一第二組實質(zhì)上相互平行的導線，其位向?qū)嵸|(zhì)上垂直于該第一組相互平行的 導線；以及多個存儲器堆疊所構(gòu)成的一陣列，設置于該第一組相互平行的導線與該第二組 相互平行的導線的交錯位置；其中各個存儲器堆疊包括一電阻開關(guān)式存儲器構(gòu)件，其通過 一單軸向選擇裝置開關(guān)。本發(fā)明的優(yōu)點在于，各個存儲胞堆疊包括一電阻開關(guān)式存儲器構(gòu)件，通過單軸向 驅(qū)動的選擇元件切換。相較于傳統(tǒng)的MIM結(jié)裝置，此CBRAM裝置比MIM裝置更快運行且更 具有可靠度。另一方面，相較于傳統(tǒng)的p-n結(jié)二極管，此CBRAM裝置可于較低的電壓運行且 輸出較高的電流。為使本發(fā)明能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。
圖1為顯示一傳統(tǒng)交錯式存儲器陣列具多層薄膜堆疊的剖面示意圖。圖2為顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的交錯式存儲器陣列裝置立體示意圖。圖3為顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的交錯式存儲器堆疊的剖面示意圖。圖4為顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的交錯式存儲器陣列的等效電路示意圖。圖5為顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的三維交錯式存儲器陣列裝置立體示意圖。上述附圖中的附圖標記說明如下5 存儲器堆疊；10 導線；15 導線；20 電極層；25 金屬氧化物材料；30 電極層；35、40、45 金屬-絕緣-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)；50 最終電極層；100、200 交錯式存儲器陣列裝置；112、212 導線；114、214、224 導線；115、225 電阻開關(guān)式存儲器構(gòu)件；116、226 交錯式存儲器堆疊；117、227 導電橋接式存儲器構(gòu)件；152 電極層；154 金屬氧化物材料層；156 電極層；172 陽極；174 固態(tài)電解質(zhì)層；176 陰極。
具體實施例方式以下以各實施例詳細說明并伴隨著
的范例，作為本發(fā)明的參考依據(jù)。在 附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。且在附圖中，實施例的形狀 或是厚度可擴大，并以簡化或是方便標示。再者，附圖中各元件的部分將以分別描述說明， 值得注意的是，圖中未示出或描述的元件，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，另外，特定的實施例僅為揭示本發(fā)明使用的特定方式，其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明的主要方式及實施例提出一種交錯式存儲器陣列裝置。此交錯式存儲器陣 列具有雙重的RRAM元件，包括一第一組實質(zhì)上相互平行的導線，以及一第二組實質(zhì)上相互 平行的導線，其位向?qū)嵸|(zhì)上垂直于該第一組相互平行的導線。多個存儲器堆疊所構(gòu)成的一 陣列，設置于該第一組相互平行的導線與該第二組相互平行的導線的交錯位置；其中各個 存儲器堆疊包括一導電橋接式存儲器構(gòu)件與一電阻開關(guān)式存儲器構(gòu)件相串聯(lián)。在眾多電阻開關(guān)式存儲器技術(shù)中，導電橋接式隨機存取存儲器(CBRAM)最受業(yè)界 青睞，主要因其具有可微縮至20nm世代以下工藝的潛力并且具低耗能的特性。此技術(shù)利用 電化學氧化還原反應已形成納米級金屬絲于絕緣的非晶質(zhì)固態(tài)電解質(zhì)中。一導電橋接式隨 機存取存儲器(CBRAM)具有一存儲胞，其包含一電阻變化有源式固態(tài)電解質(zhì)埋藏于一頂電 極與一底電極之間。于頂電極與底電極之間施以既定的電場以切換高電阻的OFF態(tài)與低電 阻的ON態(tài)。圖2為顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的交錯式存儲器陣列裝置立體示意圖。請參閱 圖2，在一范例中，一交錯式存儲器陣列裝置100包括一交錯式存儲器堆疊116夾置于兩交 錯的陣列導線112和114之間。該交錯式存儲器堆疊116包括一導電橋接式存儲器構(gòu)件 117與一電阻開關(guān)式存儲器構(gòu)件115相串聯(lián)。上述導電橋接式存儲器構(gòu)件117作為一選擇元件，當以低電流驅(qū)動時，可較快速 運行，而電阻開關(guān)式存儲器115當以高電流驅(qū)動時可較慢速運行。圖3為顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的交錯式存儲器堆疊的剖面示意圖。請參閱圖 3，一交錯式存儲器堆疊116具有六層單獨的薄膜層，夾置于兩條交錯的陣列導線112和114 之間。此六層薄膜包括一電極層156、一金屬氧化物材料層154、另一電極層152、一陰極 176、一固態(tài)電解質(zhì)層174、以及一陽極172。上述電極層156、金屬氧化物材料層154、及另一 電極層152構(gòu)成一電阻開關(guān)式存儲器結(jié)構(gòu)115。該金屬氧化物材料層154可為PCM0、Ti0x、 A10x、Ta0x、Hf0x、W0x、Ni0x、及同類型的材料。該陰極176、固態(tài)電解質(zhì)層174、以及陽極172 構(gòu)成一導電橋接式隨機存取存儲器(CBRAM)構(gòu)件117。該CBRAM構(gòu)件117為一單軸向的電 流驅(qū)動元件，可作為對電阻開關(guān)式存儲器構(gòu)件115的選擇驅(qū)動裝置。在一實施例中，該電阻開關(guān)式存儲器構(gòu)件115包括一存儲器構(gòu)件154夾置于兩電 極152和156之間。該一存儲器構(gòu)件154可為金屬氧化物材料具有鈣鈦礦(perovskite) 結(jié)構(gòu)。該金屬氧化物材料包括兩種或多種金屬元素，并且所述金屬元素擇自一群組包 含過渡金屬、堿金屬、及堿土金屬。再者，該金屬氧化物材料也可包括Pra7Caa3MnO3或 Pr0.7Ca03Mn03。在另一實施例中，該導電橋接式存儲器構(gòu)件117包括一電阻變化有源式固態(tài)電解 質(zhì)174埋藏于一頂電極172與一底電極176之間。典型的電極172與176常使用于制造中 的包括Pt、Au、Ag、及Al。有源式固態(tài)電解質(zhì)174可為一化合物電解質(zhì)包括SeGe。該頂電 極172可為一陽極包括Ag或Cu。該底電極176可為一陰極包括Pt或TiN。圖4為顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的交錯式存儲器陣列的等效電路示意圖。于圖4中， 由于各個存儲器堆疊的CBRAM構(gòu)件Cij比RRAM構(gòu)件可較快的速度地被驅(qū)動，且單軸向電流 驅(qū)動的CBRAM可有效地抑制反向電流，而能消除相鄰存儲胞堆疊的串音效應。當一電SVu 施加于字元線與位元線Vb3，則存儲胞堆疊C13被程序化(如實線所示)。然而，若無單軸向的CBRAM構(gòu)件，該交錯式存儲器陣列會發(fā)生多重漏電流路徑(如虛線所示)于各交錯點，導 致在位元線之間發(fā)生嚴重的串音現(xiàn)象，并使存儲器的輸出信號被扭曲。
圖5為顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的三維交錯式存儲器陣列裝置立體示意圖。在 圖5的范例中，三維交錯式存儲器陣列裝置200包括一第一交錯式存儲器堆疊216夾置于 兩交錯的陣列導線212和214之間。該交錯式存儲器堆疊216包括一第一導電橋接式存儲 器構(gòu)件217與一電阻開關(guān)式存儲器構(gòu)件215相串聯(lián)。第二交錯式存儲器堆疊226夾置于兩 交錯的陣列導線212和224之間。該交錯式存儲器堆疊226包括一第一導電橋接式存儲器 構(gòu)件227與一電阻開關(guān)式存儲器構(gòu)件225相串聯(lián)。因此，交錯式存儲器堆疊可沿垂直方向 復制已構(gòu)成多重位元存儲于單一的交錯點中。本發(fā)明上述實施例所揭示的優(yōu)點在于，各個存儲胞堆疊包括一電阻開關(guān)式存儲器 構(gòu)件，通過單軸向驅(qū)動的選擇元件切換。相較于傳統(tǒng)的MIM結(jié)裝置，此CBRAM裝置比MIM裝 置更快運行且更具有可靠度。另一方面，相較于傳統(tǒng)的p-n結(jié)二極管，此CBRAM裝置可于較 低的電壓運行且輸出較高的電流。本發(fā)明雖以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何所屬技 術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可做些許的更動與潤飾，因此 本發(fā)明的保護范圍當視所附的權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，包括 一第一組實質(zhì)上相互平行的導線；一第二組實質(zhì)上相互平行的導線，其位向?qū)嵸|(zhì)上垂直于該第一組相互平行的導線；以及多個存儲器堆疊所構(gòu)成的一陣列，設置于該第一組相互平行的導線與該第二組相互平 行的導線的交錯位置；其中各個存儲器堆疊包括一導電橋接式存儲器構(gòu)件與一電阻開關(guān)式存儲器構(gòu)件相串聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該導電橋接式存儲器構(gòu) 件包括一電阻變化有源式固態(tài)電解質(zhì)埋藏于一頂電極與一底電極之間。
3.如權(quán)利要求2所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該有源式固態(tài)電解質(zhì)包 含 GeSe。
4.如權(quán)利要求2所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該頂電極為一陽極，其包 括Ag或Cu。
5.如權(quán)利要求2所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該底電極為一陰極，其包括一貴金屬。
6.如權(quán)利要求2所述交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該底電極為一陰極，其包括 Pt 或 TiN。
7.如權(quán)利要求1所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該電阻開關(guān)式存儲器構(gòu) 件包括_存儲器構(gòu)件夾置于兩電極之間。
8.如權(quán)利要求7所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該存儲器構(gòu)件包括一金 屬氧化物材料。
9.如權(quán)利要求8所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該金屬氧化物材料包括 一鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求8所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該金屬氧化物材料包括 兩種或多種金屬元素，并且所述金屬元素擇自一群組包含過渡金屬、堿金屬、及堿土金屬。
11.如權(quán)利要求8所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該金屬氧化物材料包括 Pr0.7CaO. 3Μη03 或 Pr0.7Ca0.3Μη03。
12.—種交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，包括 一第一組實質(zhì)上相互平行的導線；一第二組實質(zhì)上相互平行的導線，其位向?qū)嵸|(zhì)上垂直于該第一組相互平行的導線；以及多個存儲器堆疊所構(gòu)成的一陣列，設置于該第一組相互平行的導線與該第二組相互平 行的導線的交錯位置；其中各個存儲器堆疊包括一電阻開關(guān)式存儲器構(gòu)件，其通過一單軸向選擇裝置開關(guān)。
13.如權(quán)利要求12所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該電阻開關(guān)式存儲器 構(gòu)件包括一存儲器構(gòu)件夾置于兩電極之間。
14.如權(quán)利要求13所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該存儲器構(gòu)件包括一 金屬氧化物材料。
15.如權(quán)利要求14所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該金屬氧化物材料包 括一鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求14所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該金屬氧化物材料包 括兩種或多種金屬元素，并且所述金屬元素擇自一群組包含過渡金屬、堿金屬、及堿土金屬。
17.如權(quán)利要求14所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該金屬氧化物材料包 括 Prtl. 7CaO. 3Μη03 或 Pra 7CaO. 3Μη03。
18.如權(quán)利要求12所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該單軸向選擇裝置包 括一可編程金屬胞隨機存取存儲器或一導電橋接式隨機存取存儲器。
19.如權(quán)利要求18所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該導電橋接式隨機存 取存儲器包括一電阻變化有源式固態(tài)電解質(zhì)埋藏于一頂電極與一底電極之間。
20.如權(quán)利要求19所述的交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該有源式固態(tài)電解質(zhì) 包含GeSe。
21.如權(quán)利要求19項所述之交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該頂電極為一陽極， 其包括Ag或Cu。
22.如權(quán)利要求19項所述之交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該底電極為一陰極，其包括一貴金屬。
23.如權(quán)利要求19項所述之交錯式存儲器陣列裝置，其特征在于，該底電極為一陰極， 其包括Pt或TiN。
全文摘要
本發(fā)明提供交錯式存儲器陣列裝置具有CBRAM與RRAM堆疊。上述交錯式存儲器陣列裝置包括一第一組實質(zhì)上相互平行的導線，一第二組實質(zhì)上相互平行的導線，其位向?qū)嵸|(zhì)上垂直于該第一組相互平行的導線，以及多個存儲器堆疊所構(gòu)成的一陣列，設置于該第一組相互平行的導線與該第二組相互平行的導線的交錯位置，其中各個存儲器堆疊包括一導電橋接式存儲器構(gòu)件與一電阻開關(guān)式存儲器構(gòu)件相串聯(lián)。本發(fā)明能更快運行且更具有可靠度，且可于較低的電壓運行且輸出較高的電流。
文檔編號H01L45/00GK102044293SQ200910225929
公開日2011年5月4日 申請日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者吳昌榮, 謝君毅 申請人:南亞科技股份有限公司