[发明专利]氧化铝铜为主的存储器元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种以金属氧化物为主的存储器元件及其制造方法。

背景技术

在集成电路中使用一次可编程(one time programmable；OTP)存储 器作各种非易失性存储器的应用。典型地，使用电荷储存、熔丝或反熔丝 技术来执行一次可编程存储器。

通过施加电压脉冲遍及介电或其它高电阻材料以造成崩溃 (breakdown)及形成经材料的低电阻电流路径来编程反熔丝型存储器。 各种材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝及氧化铪已被提出使用 于反熔丝型存储器。典型地，需要的编程电压为10V或更大，而增加应用 这些材料的存储器元件的电路的复杂性。此外，崩溃过程花上相对长的时 间(例如是大于百万分之一秒)及需要大电流，而导致相对慢的编程速度 及高耗电量。

因此，希望提供具有相对低的编程电压及快的编程时间的高密度反熔 丝型存储器。

发明内容

本发明的存储器元件包括第一电极及第二电极。存储器元件更包括二 极管及包括氧化铝及氧化铜的反熔丝金属氧化物存储器构件。二极管与金 属氧化物存储器构件电串联排列在第一电极与第二电极之间。在一些实施 例中，金属氧化物存储器构件的金属材料为0.5～2.0wt％的铜。

本发明的存储器元件的制造方法包括形成第一电极，形成二极管及形 成包括氧化铝及氧化铜的反熔丝金属氧化物存储器构件。此方法更包括形 成第二电极，其中二极管与金属氧化物存储器构件电串联排列在第一电极 与第二电极之间。

有利地，本发明的包括氧化铝及氧化铜的反熔丝金属氧化物存储器构 件具有相对低的编程电压(例如为6V)及快的编程时间(例如为30nsec)。 因此，与其它形式的反熔丝为主的存储器相比，本发明的存储器构件在编 程时的耗电量较低。此外，本发明的存储器构件在高电阻状态及低电阻状 态之间具有大的电阻比(resistance ratio)，且在两种状态展现非常好的数 据保存力。

本发明的具有存储单元的存储器阵列可导致高密度存储器。在一些实 施例中，阵列的存储单元的剖面区域由字线及位线的尺寸全权决定，可允 许阵列的高存储器密度。字线具有字线宽度及隔开邻近字线的字线分开距 离，且位线具有位线宽度及隔开邻近位线的位线分开距离。在一些实施例 中，字线宽度及字线分开距离的总和等于两倍的用以形成阵列的特征尺寸 F，且位线宽度及位线分开距离的总和等于两倍的特征尺寸F。此外，F为 形成字线及位线的工艺(典型为光刻工艺)的最小尺寸，使得阵列的存储 单元具有存储单元的面积为4F²。

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。

附图说明

图1A绘示第一实施例的包括反熔丝金属氧化物存储器构件的存储单 元的剖面图，其中反熔丝金属氧化物存储器构件包括铝及铜。

图1B绘示图1A的存储单元的示意图。

图2A至2D绘示图1A的存储单元的制作方法的步骤。

图3A及3B显示形成存储器构件的顺流等离子体工艺随时间长度的 编程速度的测量值。

图4为存储器构件160的测量电阻vs时间的关系图，其中分别于150℃ 下在高电阻状态及低电阻状态下进行。

图5A绘示第二实施例的存储单元的剖面图，其中二极管在存储器构 件的上方。

图5B为图5A的存储单元的示意图。

图6A至6D绘示图5A的存储单元的制作方法的步骤。

图7为包括存储单元的存储器阵列的集成电路的简单方块图，其中存 储单元具有氧化物存储器构件。

图8绘示图7的集成电路的部分阵列的示意图。

图9A及9B绘示第一实施例的排列在图8的阵列的存储单元的部分 剖面图。

图10A及10B绘示第二实施例的排列在图8的阵列的存储单元的部 分剖面图。

【主要元件符号说明】

10：集成电路

14：字线(行)译码器及驱动器

16：字线

18：位线(列)译码器

20：位线

22：总线

24：感应放大器/数据输入结构

26：数据总线

28：数据输入线

30：其它电路