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研究生: 陳昱丞
Chen, Ying-Chan
論文名稱: 二氧化鉿電阻式隨機存取記憶體元件之雙極切換特性研究
Bipolar Switching properties of HfO2 based Resistive Random Access Memory Devices
指導教授: 張廖貴術
Chang-Liao, Kuei-Shu
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年: 2010
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 110
中文關鍵詞: 電阻轉換
外文關鍵詞: Bipolar Switching, Resistive switching, RRAM
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  • 近年來,人類對於電子產品的需求越來越高,而記憶體成為科技中不可或缺的重要部分,為了追求更卓越的性能,記憶體不斷朝著輕薄短小的高密度尺寸、高速度、低耗能等目標前進。
    FLASH 是利用浮動閘 (floating gate)來儲存載子單元,然而其中的穿遂氧化層 (tunneling oxide)卻會影響FLASH的特性,如當FLASH微縮時,可能導致穿遂氧化層 (tunneling oxide)太薄而漏電,使得記憶體記憶能力變差,且讀取方式為破壞性讀取,傷其元件,其他如耐久力和操作速度慢都是FLASH的缺點。
    然而電阻式記憶體 (RRAM)製成簡單,且擁有高速率、低耗能、結構簡單化、高操作週期、並且擁有非破壞讀取及非揮發性等多項優勢,所以除了在特性上的突破與改進,在生產成本上亦有相當大的優勢,因此受到學術界及業界等眾多矚目,是目前唯一能與具備低成本競爭力的 NAND 型快閃記憶體對抗的記憶體。
    並有機會成為下個世代記憶體的領航者。
    本論文主要分為兩部分去探討二氧化鉿 (Hf O2 )在雙極電阻轉換上的現象。
    第一部分以濺鍍方式鍍製不同氧通量Hf O2薄膜,並以TiN當下電極,Pt 當上電極形成 Pt/TiO 2 /TiN 的結構。討論元件其電性的改變。
    第二部分是以原子層化學氣相沉積系統 (ALD)成長的HfOx薄膜,並在HfOx薄膜上面分別沉積Ti CAP與Zr CAP,再沉積1500Å TaN,並以Pt做為下電極,形
    成TaN/ Ti (或Zr) / HfOx / Pt結構的RRAM,進而討論其電特性有何不一樣。


    目錄 摘要……………………………………………………………………………………i 致謝……………………………………………………………………………………ii 目錄…………………………………………………………………………………...iv 圖目錄………………………………………………………………………………..vii 表目錄………………………………………………………………………………...xi 第一章序論……………………………………………1 1-1-1簡介 1 1-1-2非揮發性記憶體簡介 1 1-2電阻式記憶體(RRAM) 4 1-3電阻轉換現象 & 操作方法 6 1-3-1 current compliance (CC)與電阻轉換 6 1-3-2電阻轉換效應的量測方式 6 1-4電阻轉換效應機制 8 1-4-1燈絲理論( filamentary model ) 8 1-4-2Conducting path (Oxygen Vacancy) 8 1-4-3Charge­trap in small domains 9 1-5研究動機 10 第二章 實驗規劃及元件製程 …………………….24 2-1 HfOx介電層在下電極TiN和上電極Pt之MIM(金屬-絕緣層-金屬)結構元 件製作流程 24 2-1-1 基板清洗與下電極TiN的製作 24 2-1-2 介電層HfOx與上電極Pt的沉積 25 2-1-3 利用B.O.E去除介電層HfOx 25 2-2以不同的通氧量鍍製HfOx在下電極TiN和上電極Pt之MIM結構元件電特 性之研究 25 2-2-1 基板清洗與下電極TiN的製作 25 2-2-2 介電層HfOx與上電極Pt的沉積 26 2-2-3 利用B.O.E去除介電層HfOx 26 2-3 HfOx介電層分別在不同上電極Ti及Zr下MIM結構RRAM元件電特性之 比較 26 2-3-1 基板清洗與下電極Pt的製作 27 2-3-2 介電層HfOx與Ti & Zr Cap沉積 27 2-3-3 金屬閘極TaN的沉積及利用B.O.E去除介電層HfOx 28 第三章 HfOx介電層在下電極TiN和上電極Pt之 MIM結構元件電特性之研究 ……………..29 3-1 研究動機 29 3-2 實驗製程與量測 30 3-2-1 製程條件 30 3-2-2 測量參數 30 3-3 實驗結果與討論 31 3-4 結論 36 第四章 以不同的通氧量鍍製HfOx在下電極TiN和上 電極Pt之MIM結構元件電特性之研究...... 52 4-1 研究動機 52 4-2 實驗製程與量測 53 4-2-1 製程條件 53 4-2-2 測量參數 54 4-3 實驗結果與討論 55 4-4 結論 61 第五章 HfOx介電層在不同上電極Ti及Zr下MIM 結構RRAM元件電特性之比較…………..81 5-1 研究動機 81 5-2 實驗製程與量測 83 5-2-1 製程條件 83 5-2-2 測量參數 84 5-3 實驗結果與討論 84 5-4 結論 89 第六章 結論與建議……………………………….. 106 6-1 結論 106 6-2 建議 106

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