专利名称：用于电阻可变存储器的硒化银/硫族化物玻璃叠层的制作方法
技术领域：
发明涉及使用电阻可变材料形成的随机存取存储器(RAM)器件领域，并尤其涉及使用硫族化物玻璃形成的电阻可变存储元件。
背景技术：
诸如随机存取存储器(RAM)的半导体存储器是公知的半导体元件。RAM允许在存储元件上进行重复的读和写操作。典型地，RAM器件是易失性的，即一旦电源被断开或撤去所存储的数据就会丢失。RAM器件的非限制性例子包括动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)和静态随机存取存储器(SARM)。此外，DRAM和SDRAM也通常将数据存储在电容器中，所述电容器需要周期性刷新以保持所存储的数据。
近年来，存储器件中的存储元件的数量和密度一直在增加。因此，每个元件的尺寸缩小了，这对于DRAM来说元件的数据保持时间也缩短了。典型地，DRAM存储器器件依靠元件电容存储数据并在大约每100毫秒的传统标准周期中接收刷新命令。然而，随着元件数量和密度的增加，在一个刷新周期内至少刷新一次所有的存储器元件变得越来越困难。此外，刷新操作耗电。
最近，已经研究了包括可编程导体存储元件在内的电阻可变存储元件作为半易失和非易失随机存取存储元件的适用性。Kozicki等在美国专利Nos.5,761,115；5,896,312；5,914,893和6,084,796中公开了包括绝缘介电材料的可编程导体存储元件，该绝缘介电材料由硫族化物玻璃形成置于两个电极之间。在该介电材料中引入导电材料，例如银。该介电材料的电阻可以在高电阻状态和低电阻状态之间变化。该可编程导体存储器在不工作的状态下通常是处于高电阻状态。通过在两个电极之间施加电压电势进行到低电阻状态的写操作。该元件的电阻的变化机制不完全清楚。在Kozicki等提出的一个理论中，在一定的施加电压下导电掺杂的介电材料经历了结构变化，电极之间的导电枝状晶或丝的生长有效地互联两个电极并将存储元件设定为低电阻状态。枝状晶被认为在电阻可变材料中沿最小电阻的路径生长。
低电阻状态在撤去电压电势后将会保持完整几天或几周。可以通过在电极之间施加反向电压电势使所述材料回到其高电阻状态，所述反向电压电势至少与写该元件到低电阻状态所用的电压电势幅度是相同量级。一旦该电压电势撤去后再次保持了高电阻状态。这样，这种器件能够用作例如具有两个电阻状态的的电阻可变存储元件，该两个电阻状态能定义两个逻辑状态。
一种优选电阻可变材料包括硫族化物玻璃。一个具体的例子是包含银(Ag)的锗的硒化物(GexSe100-x)。向锗的硒化物成分提供银的一种方法是开始形成锗的硒化物玻璃，然后通过例如溅射、物理气相沉积或本领域中其它已知技术在该玻璃上沉积银的薄层。优选使用波长小于600纳米的电磁能量照射该银层，因而该能量穿透银并到达银/玻璃界面，破坏硫族化物材料的硫族化物键使得该玻璃被掺杂或光掺杂银。也可以通过将该玻璃与银一起加工从而将银提供给该玻璃，例如在银-锗的硒化物玻璃的情况下。向该玻璃提供金属的另一种方法是在锗的硒化物玻璃上提供一层硒化银。
根据当前的将银引入玻璃中的方法，存储元件的硫族化物材料的结晶性的程度和性质对其编程特性有直接影响。因此，引入银的当前工艺需要精确控制GexSe100-x玻璃和银的量，以避免不正确地掺杂玻璃和不适当地改变硫族化物材料的结晶性。当前工艺也需要谨慎选择玻璃的准确化学计量以保证银被引入玻璃而在玻璃形成区域中保持玻璃骨架(backbone)。
此外，在半导体处理和/或结合存储器元件的制成的原始结构的封装期间，该元件经历热循环或热处理。热处理会导致相当大量的银不受控地迁入该存储元件中。在存储元件中引入太多的银可能会导致更快的退化，即寿命短，并且最终器件失效。
因此，需要具有改善的存储保持和转换特性的电阻可变存储元件。也需要能够在热处理期间抵抗银迁移的硫族化物玻璃存储元件。
发明内容
在第一实施方案中，本发明提供了一种电阻可变存储元件以及形成电阻可变存储元件的方法，在该电阻可变存储元件中在第一硫族化物玻璃层和第二玻璃层之间形成金属含有层(metalcontaining layer)。所述玻璃层中的一层或两层可以用金属掺杂，且可以在所述玻璃层之间提供一层或更多层金属含有层。
在该第一实施方案的一个更具体的方面，本发明提供一种存储元件以及形成该存储元件的方法，该存储元件中在第一硫族化物玻璃层和第二玻璃层之间形成至少一层银的硒化物。第二玻璃层也可以是硫族化物玻璃层。包括第一硫族化物玻璃、银的硒化物层和第二玻璃层的层的叠层(stack of layers)在两个导电层或电极之间形成。在本发明的第一实施方案的一个变体中，该叠层可以在硫族化物玻璃层和第二玻璃层之间包含不止一层银的硒化物层。在该第一实施方案的另一个变体中，第一硫族化物玻璃层可以包含多个硫族化物玻璃层，且第二玻璃层可以包含多个玻璃层。因此，该叠层可以包含在多层的硫族化物玻璃层和多层的第二玻璃层之间形成的一个或多个连续相互接触的银的硒化物层。在该第一实施方案的另一个变体中，第一硫族化物玻璃层和第二玻璃层中的每一个的一层或多层可以包含金属掺杂剂，例如银掺杂剂。
根据第二实施方案，本发明提供一种存储元件以及形成包含多个硫族化物玻璃和金属含有层的交替层的存储元件的方法，其中这些层一第一硫族化物玻璃层开始且以最后一层硫族化物玻璃层终止，第一硫族化物玻璃层接触第一电极且最后一层硫族化物玻璃层接触第二电极。因此，该多个硫族化物玻璃层和金属含有层的交替层叠置在两个电极之间。金属含有层优选包含银的硫族化物(silver-chalcogenide)，例如银的硒化物。在该第二实施方案的一个变体中，每个金属含有层可以包含多个金属含有层。在该第二实施方案的另一个变体中，每个硫族化物玻璃层可以包含多个硫族化物玻璃层。在该第二实施方案的另一变体中，硫族化物玻璃层中的一层或多层可以包含金属掺杂剂，例如银掺杂剂。
从下面参照附图的描述中，本发明的这些和其它特征和优点将会被更好地理解。
图1示出了根据本发明的第一实施方案制造且在处理的初始阶段的存储元件的截面视图。
图2示出了在图1所示的处理阶段之后的处理阶段的图1的存储元件的截面视图。
图3示出了在图2所示的处理阶段之后的处理阶段的图1的存储元件的截面视图。
图4示出了在图3所示的处理阶段之后的处理阶段的图1的存储元件的截面视图。
图5示出了在图4所示的处理阶段之后的处理阶段的图1的存储元件的截面视图。
图6示出了在图5所示的处理阶段之后的处理阶段的图1的存储元件的截面视图。
图7示出了在图6所示的处理阶段之后的处理阶段的图1的存储元件的截面视图。
图8示出了在图4所示的处理阶段之后的处理阶段的根据本发明的第一实施方案的一种变体的图1的存储元件的截面视图。
图9示出了在图4所示的处理阶段之后的处理阶段的本发明的存储元件的第二实施方案的截面视图。
图10示出了图4所示的处理阶段之后的处理阶段的本发明的存储元件的第二实施方案的一个变体的截面视图。
图11示出了具有根据本发明形成的存储元件的计算机系统。
具体实施例方式
在下面的详细描述中，参照的是本发明的各种特定实施方案。这些实施方案的描述足够详细使得本领域的技术人员能够实践本发明。应当理解，采用其它的实施方案，以及不脱离本发明的宗旨和范围作出各种结构上的、逻辑上的和与电有关的改变也是可以的。
下面的描述中使用的术语“衬底”可以包括任何支撑结构，所述支撑结构包含但不限于具有暴露的衬底表面的半导体衬底。半导体衬底应当被理解为包括绝缘体上硅(SOI)、蓝宝石上硅(SOS)、掺杂和非掺杂的半导体、由底部半导体基底支撑的硅的外延层以及其它半导体结构。当在下面的描述中提到半导体衬底或晶片时，已经使用了在前的工艺步骤在底部半导体或基底内或上面形成区域或结。
术语“银”不仅意图包含元素银，也意图包含银与其它痕量金属或与半导体工业中已知的其它金属以各种合金化组合物，只要所述银合金是导电的，并且只要银的物理和电特性保持不变。
术语“银的硒化物”意图包括各种银的硒化物，包括其中具有略微过量或不足的银的一些种类，例如Ag2Se、Ag2+xSe和Ag2-xSe。
术语“半-易失存储器”意图包括任何在从该器件撤去电源后能够保持其存储状态延长的时间周期的存储器件或元件。因此，半易失存储器件能够在电源断开或撤去后保持所存储的数据。因此，术语“半-易失存储器”也意图不仅包括半-易失存储器件，也包括非易失存储器件。
术语“电阻可变材料”意图包括硫族化物玻璃以及包含诸如银的金属的硫族化物玻璃。例如，术语“电阻可变材料”包括银掺杂的硫族化物玻璃、银-锗-硒化物玻璃以及包含硒化银层的硫族化物玻璃。
术语“电阻可变存储元件”意图包括任何响应于施加电压表现出电阻变化的任何存储元件，包括可编程导体存储元件、半-易失存储元件以及非易失存储元件。
术语“硫族化物玻璃”意图包括这样的玻璃，其包含元素周期表的VIA族(或16族)中的元素。VIA族元素也指硫族元素，包括硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、钋(Po)和氧(O)。
现在将参照图1-10解释本发明，这些图示出了根据本发明的电阻可变存储元件100的典型实施方案。图1描述了在例如硅衬底的半导体衬底上形成的绝缘层12的局部。应当理解，该电阻可变存储元件可以在多种衬底材料上形成并不仅限于诸如硅的半导体衬底。例如，绝缘层12可以在塑料衬底上形成。可以使用任何已知的沉积方法形成绝缘层12，诸如使用化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)或物理气相沉积(PVD)溅射。绝缘层12可以用传统的绝缘氧化物形成，其中有例如氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)或低介电常数材料。
第一电极14接着在绝缘层12上形成，也如图1中所示。第一电极14可以包括任何导电材料，其中有例如钨、镍、钽、铝、铂或银。接着第一介电层15在第一电极14上形成。第一介电层15可以包括与上述的绝缘层12相同或不同的材料。
现在参考图2，在第一介电层15中形成延伸至第一电极14的开口13。开口13可以使用本领域中已知的方法形成，例如通过传统的图形化和蚀刻工艺。第一硫族化物玻璃层17接着在第一介电层15上形成以填充开口13，如图3所示。
根据本发明的第一实施方案，第一硫族化物玻璃层17是具有GexSe100-x化学计量的锗的硒化物玻璃。优选的化学计量范围是大约Ge20Se80～大约Ge43Se57，且优选为约Ge40Se60。第一硫族化物玻璃层17的厚度优选为约100～约1000，且更优选为150。
第一硫族化物玻璃层充当玻璃基干用于允许金属含有层，例如银的硒化物层直接沉积在其上。使用金属含有层，例如银的硒化物层，与硫族化物玻璃的接触使得不必要提供金属(银)掺杂的硫族化物玻璃，该金属掺杂的硫族化物玻璃可能需要使用紫外辐射对衬底光掺杂。然而，作为一个可选择的变体，对与银的硒化物层接触的硫族化物玻璃层进行金属(银)掺杂也是可能的。
根据本发明的具有化学计量成份的第一硫族化物玻璃层17的形成，可以通过任何适当的方法完成。例如，蒸发、以适当的比例共同溅射锗和硒、使用具有所要求的化学计量的锗的硒化物靶溅射、或者使用GeH4和SeH2气体(或这些气体的各种组合物)的化学计量量的化学气相沉积，这些产生所要求的化学计量的锗的硒化物薄膜的方法是用于形成第一硫族化物玻璃层17的方法的实例。
现在参考图4，第一金属含有层18，优选银的硒化物，沉积在第一硫族化物玻璃层17上。可以使用任何适当的金属含有层。例如，适当的金属含有层包括银的硫族化物层。银的硫化物、银的氧化物和银的碲化物都是可以用于与任何适合的硫族化物玻璃层结合的适合的银的硫族化物。可以使用多种工艺形成银的硒化物层18。例如，可以使用诸如蒸发沉积和溅射的物理气相沉积技术。也可以使用诸如化学气相沉积、共同蒸发或在银层上沉积硒层的其它工艺形成银的硒化物。
这些层可以有任何适当的厚度。这些层的厚度依赖于转换的机制。这些层的厚度是这样的，即金属含有层比第一硫族化物玻璃层厚。该金属含有层也比第二玻璃层厚，如下所述。更优选地，这些层的厚度是这样的，即银的硒化物层的厚度与第一硫族化物玻璃层的厚度之比为约5∶1～约1∶1。换言之，银的硒化物层的厚度是第一硫族化物玻璃层厚度的大约1倍～大约5倍。更优选地，银的硒化物层厚度与第一硫族化物玻璃层厚度之比为大约3.1∶1～大约2∶1。
现在参照图5，第二玻璃层20在第一银的硒化物层18上形成。由于银不能直接沉积在银的硒化物上，所以该第二玻璃层允许银沉积在银的硒化物层上。同样，该第二玻璃层被认为可以阻挡或控制诸如银的金属从电极向元件中的迁移。因此，虽然并不是清楚地理解该第二玻璃层可以控制或阻止金属迁移的确切机制，但是该第二玻璃层可以作为银扩散控制层。对于用作扩散控制层，任何合适的玻璃都可以使用，包括但不限于硫族化物玻璃。该第二硫族化物玻璃层可以，但是不必要与第一硫族化物玻璃层有相同的化学计量成份，例如GexSe100-x。因此，第二玻璃层20与第一硫族化物玻璃层17相比可能是不同的材料、不同的化学计量和/或更硬。
当用作扩散控制层时，该第二玻璃层20通常可以包括除SiGe和GaAs之外的任何合适的玻璃材料。对于第二玻璃层20适合的玻璃材料包括SiSe(硅的硒化物)、AsSe(砷的硒化物，例如As3Se2)、GeS(锗的硫化物)、以及Ge、Ag和Se的组合物。这些适合的玻璃材料中的任何一种还可以包括低浓度的，例如小于约3％的掺杂剂，以包括氮化物、金属以及周期表中其它13-16族元素。
这些层的厚度是这样的，银的硒化物层的厚度大于第二玻璃层的厚度。优选地，银的硒化物层厚度与第二玻璃层厚度之比为约5∶1～约1∶1。更优选地，银的硒化物层厚度与第二玻璃层厚度之比为约3.3∶1～约2∶1。第二玻璃层20优选厚度为约100～约1000，且更优选为150。
可以使用任何合适的方法形成第二玻璃层20。例如，可以使用化学气相沉积、蒸发、共溅射、或使用具有所要求的化学计量的靶溅射。
现在参照图6，在第二玻璃层20上形成第二导电电极材料22。第二导电电极材料22可以由任何导电材料构成，其中有例如钨、钽、钛、或银。典型地，第二导电电极材料22包括银。因此，可以有利地选择第二玻璃层20以显著减慢或阻止诸如银的导电材料迁移透过电阻可变存储元件100。
现在参照图7，可以在第二电极22和第一介电层15上形成一层或多层额外的介电层30以将电阻可变存储元件100与在衬底10上制造的其它结构分隔开。然后，可以进行传统的工艺步骤将第二电极22电耦合到存储器阵列的各个电路。
根据本发明的第一实施方案的一个变体，可以在第一硫族化物玻璃层17上沉积一层或多层含有金属的材料，例如银的硒化物。可以使用任意数量的银的硒化物层。如图8所示，可以紧接着图4所示的工艺步骤在银的第一硒化物层18上沉积可选择的第二银的硒化物层19。
这些层的厚度是这样的，结合在一起的金属含有层，例如(多层)银的硒化物层的总厚度，大于或等于第一硫族化物玻璃层的厚度。结合在一起的金属含有层的总厚度也大于第二玻璃层的厚度。优选结合在一起的金属含有层的总厚度是第一硫族化物玻璃层厚度的约1倍～约5倍，因此是第二玻璃层厚度的约1倍～约5倍。更优选结合在一起的金属含有层的总厚度是第一硫族化物玻璃层的厚度和第二玻璃层厚度的约2倍～约3.3倍。
因此，根据本发明的另一个变体，第一硫族化物玻璃层可以包括一层或更多层硫族化物玻璃材料，诸如锗的硒化物。第二玻璃层也可以包括一层或多层玻璃材料。可以使用任何适当数量的层包括第一硫族化物玻璃层和/或第二玻璃层。然而，可以理解，(多个)金属含有层的总厚度应当比一层或多层硫族化物玻璃层的总厚度要厚，此外(多个)金属含有层的总厚度应当比一层或多层第二玻璃层的总厚度要厚。优选(多个)金属含有层的总厚度与一层或多层硫族化物玻璃层的总厚度之比为约5∶1～约1∶1。同样，优选(多个)金属含有层的总厚度与一层或多层第二玻璃层的总厚度之比为约5∶1～约1∶1。更优选(多个)金属含有层的总厚度是组合的一层或多层硫族化物玻璃层的总厚度和组合的一层或多层第二玻璃层总厚度的约2倍～约3.3倍。
根据本发明的另一个变体，硫族化物玻璃层和第二玻璃层的一层或多层也可以使用例如金属的掺杂剂掺杂，优选银。
现在参照图9，该图示出了紧接着图4所示的工艺步骤之后本发明的第二实施方案，在第一和第二电极之间形成的叠层可以包括硫族化物玻璃和诸如银的硒化物层的金属含有层的(多个)交替层。如图9所示，第一硫族化物玻璃层17叠置在第一电极14上。第一银的硒化物层18叠置在第一硫族化物玻璃层17上，第二硫族化物玻璃层117叠置在第一银的硒化物层18上，第二银的硒化物层118叠置在第二硫族化物玻璃层117上，第三硫族化物玻璃层217叠置在第二银的硒化物层118上，第三银的硒化物层218叠置在第三硫族化物玻璃层217上，以及第四硫族化物玻璃层叠置在第三银的硒化物层218上。第二导电电极22在第四硫族化物玻璃层上形成。
根据该第二实施方案，所述叠层包括至少两层金属含有层和至少三层硫族化物玻璃层。然而，应当理解该叠层可以包括大量硫族化物玻璃和银的硒化物的交替层，只要这些交替层以第一硫族化物玻璃层开始且以最后一层硫族化物玻璃层终止，第一硫族化物玻璃层接触第一电极且最后一层硫族化物玻璃层接触第二电极即可。银的硒化物和硫族化物玻璃的交替层的厚度和比例同前面所述，其中优选银的硒化物层厚于相连的硫族化物玻璃层，银的硒化物层与相连的硫族化物玻璃层厚度之比为约5∶1～约1∶1，更优选银的硒化物层与相连的硫族化物玻璃层厚度之比为约3.3∶1～约2∶1。
在该第二实施方案的一个变体中，可以在硫族化物玻璃层之间沉积一层或多层诸如银的硒化物的含有金属的材料。可以使用任何数量的银的硒化物层。如图10所示，在紧接着图4所示的工艺步骤之后的工艺步骤，可以在第一银的硒化物层18上沉积额外的银的硒化物层418，以及在第三银的硒化物层218上沉积额外的银的硒化物层518。
因此，根据本发明的另一变体，硫族化物玻璃层中的每一层包括一层或多层更薄的硫族化物玻璃材料，诸如锗的硒化物。可以使用任何适当数量的层构成硫族化物玻璃层。
在本发明的第二实施方案的另一个变体中，硫族化物玻璃层的一层或多层可以使用诸如金属的掺杂剂掺杂，所述金属优选包括银。
根据本发明的第一实施方案构造的器件，尤其是那些具有置于两个硫族化物玻璃层之间的银的硒化物层的器件，相对于传统的存储器器件表现出改善的存储保持和写/擦性能。这些器件也表现了在室温下大于1200小时的低电阻存储保持。相对于在大约100纳秒转换的传统掺杂电阻可变存储元件，这些器件在小于2纳秒的脉冲宽度转换。
虽然上述的实施方案只涉及一个电阻可变存储元件100的形成，应该理解本发明预期形成任何数量的所述电阻可变存储元件，这些元件可以形成为存储器阵列并与存储元件存取电路一起工作。
图10示出了典型的基于处理器的系统400，其包括存储器电路448，例如采用根据本发明制造的电阻可变存储元件的可编程导体RAM。诸如计算机系统的处理系统通常包括与输入/输出(I/O)器件446在总线452上通讯的例如微处理器、数字信号处理器或其它可编程数字逻辑器件的中央处理器(CPU)444。存储器448通常通过存储器控制器在总线452上与系统通讯。
在计算机系统的情况下，处理器系统可以包括诸如软盘驱动器454和光盘(CD)ROM驱动器456的外围设备，这些外围设备也在总线452上与CPU444通讯。优选存储器448构造成集成电路，其包括一个或多个电阻可变存储器元件100。如果需要，存储器448可以与例如CPU444的处理器结合在单个集成电路中。
上面的描述和附图只应当被认为是对取得本发明的特征和优点的典型实施方案的说明。在不脱离本发明的范围内，可以对具体的工艺条件和结构作出修改和替换。因此，本发明并不被认为受前面的描述和附图限制，而只受附加权利要求限制。
权利要求
1.一种电阻可变存储元件，包括至少一层金属含有层，至少一层硫族化物玻璃层，至少一层其它玻璃层，所述金属含有层设于所述至少一层硫族化物玻璃层和所述至少一层其它玻璃层之间。
2.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层硫族化物玻璃层包括多层硫族化物玻璃层。
3.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层其它玻璃层包括多层玻璃层。
4.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层金属含有层包含银的硫族化物。
5.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层金属含有层包含银的硒化物。
6.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层金属含有层包含银的硫化物。
7.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层金属含有层包含银的氧化物。
8.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层金属含有层包含银的碲化物。
9.权利要求4的存储元件，其中所述至少一层硫族化物玻璃层包含具有化学式GexSe100-x的材料，其中x＝20～43。
10.权利要求4的存储元件，其中所述至少一层硫族化物玻璃层的化学计量大约为Ge40Se60。
11.权利要求4的存储元件，其中所述至少一层其它玻璃层包括第二硫族化物玻璃层。
12.权利要求4的存储元件，其中所述至少一层其它玻璃层包含SiSe成份。
13.权利要求4的存储元件，其中所述至少一层其它玻璃层包含AsSe成份。
14.权利要求4的存储元件，其中所述至少一层其它玻璃层包含GeS成份。
15.权利要求4的存储元件，其中所述至少一层其它玻璃层包含锗、银和硒的组合物。
16.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层其它玻璃层的厚度为约100～约1000。
17.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层其它玻璃层的厚度约为150。
18.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层硫族化物玻璃层的厚度为约100～约1000。
19.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层硫族化物玻璃层的厚度约为150。
20.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层金属含有层具有第一厚度，所述至少一层硫族化物玻璃层具有第二厚度，其中所述第一厚度和所述第二厚度之比为约5∶1～约1∶1。
21.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层金属含有层具有第一厚度，所述至少一层硫族化物玻璃层具有第二厚度，其中所述第一厚度和所述第二厚度之比为约3.3∶1～约2∶1。
22.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层金属含有层包括多个叠置的金属含有层。
23.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层其它玻璃层包括至少一层第二硫族化物玻璃层。
24.权利要求23的存储元件，还包括与所述至少一层第二硫族化物玻璃层接触的另一金属含有层，以及与所述至少一层第二金属含有层接触的至少一层第三硫族化物玻璃层。
25.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层硫族化物玻璃层中的一层或多层包含金属掺杂剂。
26.权利要求25的存储元件，其中所述金属掺杂剂包括银。
27.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层金属含有层具有第一厚度，所述至少一层其它玻璃层具有第二厚度，其中所述第一厚度和所述第二厚度的厚度比为约5∶1～约1∶1。
28.权利要求1的存储元件，其中所述至少一层金属含有层具有第一厚度，所述至少一层其它玻璃层具有第二厚度，其中所述第一厚度和所述第二厚度的厚度比为约3.3∶1～约2∶1。
29.权利要求1的电阻可变存储元件，其中，所述至少一层金属含有层的厚度等于或大于所述至少一层硫族化物玻璃层和所述至少一层其它玻璃层中每一层的厚度。
30.一种电阻可变存储元件，包括基体，所述基体包括与至少一层银的硫族化物层接触的第一玻璃层，所述银的硫族化物层与第二玻璃层接触，其中所述第一和第二玻璃层中的至少一层由硫族化物玻璃材料形成；以及分别与所述第一和第二玻璃层接触的第一电极和第二电极。
31.权利要求30的存储元件，其中所述至少一层银的硫族化物层包括银的硒化物。
32.权利要求30的存储元件，其中所述至少一层银的硫族化物层包括银的硫化物。
33.权利要求30的存储元件，其中所述至少一层银的硫族化物层包括银的氧化物。
34.权利要求30的存储元件，其中所述至少一层银的硫族化物层包括银的碲化物。
35.权利要求30的存储元件，其中所述硫族化物玻璃材料具有分子式GexSe100-x，其中x＝20～43。
36.权利要求30的存储元件，其中所述硫族化物玻璃材料的化学计量大约是Ge40Se60。
37.权利要求30的存储元件，其中所述第一玻璃层和所述第二玻璃层包含硫族化物玻璃材料。
38.权利要求30的存储元件，其中所述第一和第二玻璃层中的至少一层含有金属掺杂剂。
39.权利要求30的存储元件，其中所述金属掺杂剂包括银。
40.权利要求30的存储元件，其中所述第一和第二玻璃层中的至少另一层包含SiSe成份。
41.权利要求30的存储元件，其中所述第一和第二玻璃层中的至少另一层包含AsSe成份。
42.权利要求30的存储元件，其中所述第一和第二玻璃层中的至少另一层包含GeS成份。
43.权利要求30的存储元件，其中所述第一和第二玻璃层中的至少另一层包含锗、银和硒的组合物。
44.权利要求30的存储元件，其中所述银的硫族化物层具有第一厚度，所述第二玻璃层具有第二厚度，且所述第一厚度与所述第二厚度的厚度比为约5∶1～约1∶1。
45.权利要求30的存储元件，其中所述银的硫族化物层具有第一厚度，所述第二玻璃层具有第二厚度，且所述第一厚度与所述第二厚度的厚度比为约3.3∶1～约2∶1。
46.权利要求30的存储元件，其中所述银的硫族化物层具有第一厚度，所述第一玻璃层具有第二厚度，且所述第一厚度与所述第二厚度的厚度比为约5∶1～约1∶1。
47.权利要求30的存储元件，其中所述银的硫族化物层具有第一厚度，所述第二玻璃层具有第二厚度，且所述第一厚度与所述第二厚度的厚度比为约3.3∶1～约2∶1。
48.权利要求30的存储元件，其中所述银的硫族化物层的厚度大于或等于所述第一和第二玻璃层中的每一个的厚度。
49.权利要求30的存储元件，其中所述第一和第二玻璃层中的至少一层含有金属掺杂剂。
50.权利要求30的存储元件，其中所述金属掺杂剂包括银。
51.一种存储元件，包括第一电极；包含GexSe100-x的第一玻璃层，其中x＝20～43，所述第一玻璃层与所述第一电极接触；与所述第一玻璃层接触的第一金属含有层；与所述第一金属含有层接触的第二玻璃层；以及与所述第二玻璃层接触的第二电极。
52.权利要求51的存储元件，其中x大约为40。
53.权利要求51的存储元件，其中所述第一金属含有层包含银的硫族化物。
54.权利要求51的存储元件，其中所述第一金属含有层包含银的硒化物。
55.权利要求51的存储元件，其中所述第一金属含有层包含银的硫化物。
56.权利要求51的存储元件，其中所述第一金属含有层包含银的氧化物。
57.权利要求51的存储元件，其中所述第一金属含有层包含银的碲化物。
58.权利要求54的存储元件，其中所述第二玻璃层作为扩散控制层用于控制所述第二电极中的成份扩散透过所述金属含有层和所述第一玻璃层。
59.权利要求58的存储元件，其中所述第二玻璃层包含SiSe成份。
60.权利要求58的存储元件，其中所述第二玻璃层包含AsSe成份。
61.权利要求58的存储元件，其中所述第二玻璃层包含GeS成份。
62.权利要求58的存储元件，其中所述第二玻璃层包含锗、银和硒的组合物。
63.权利要求51的存储元件，其中所述第一金属含有层包括连续相互接触的多个金属含有层。
64.权利要求51的存储元件，其中所述第一玻璃层和所述第二玻璃层中的至少一层包括连续相互接触的多个玻璃层。
65.权利要求51的存储元件，其中所述第一和第二玻璃层中的至少一层含有金属掺杂剂。
66.权利要求65的存储元件，其中所述金属掺杂剂包括银。
67.一种硫族化物玻璃叠层，包括硫族化物玻璃层；与所述硫族化物玻璃层接触的至少一层金属含有层；以及扩散控制层，与所述金属含有层接触用于控制元素向所述硫族化物玻璃层中的扩散。
68.权利要求67的硫族化物玻璃叠层，其中所述扩散控制层是第二玻璃层。
69.权利要求67的硫族化物玻璃叠层，还包括与所述扩散控制层接触的含有金属的电极，且其中所述扩散控制层减缓金属从所述电极向所述硫族化物玻璃层中的扩散。
70.权利要求67的硫族化物玻璃叠层，其中所述至少一层金属含有层包括银的硫族化物。
71.权利要求67的硫族化物玻璃叠层，其中所述至少一层金属含有层包括银的硒化物。
72.权利要求67的硫族化物玻璃叠层，其中所述至少一层金属含有层包括银的硫化物。
73.权利要求67的硫族化物玻璃叠层，其中所述至少一层金属含有层包括银的氧化物。
74.权利要求67的硫族化物玻璃叠层，其中所述至少一层金属含有层包括银的碲化物。
75.权利要求67的硫族化物玻璃叠层，其中所述硫族化物玻璃层和所述扩散控制层中的至少一层或两层都含有金属掺杂剂。
76.权利要求75的硫族化物玻璃叠层，其中所述金属掺杂剂包括银。
77.一种存储元件，包括第一电极；与所述第一电极接触的至少一层第一硫族化物玻璃层；与所述至少一层第一硫族化物玻璃层接触的至少一层第一金属含有层；与所述至少一层第一金属含有层接触的至少一层第二硫族化物玻璃层；与所述至少一层第二硫族化物玻璃层接触的至少一层第二金属含有层；与所述至少一层第二金属含有层接触的至少一层第三硫族化物玻璃层；与所述至少一层第三硫族化物玻璃层接触的第二电极。
78.权利要求77的存储元件，其中所述金属含有层包含一层或多层银的硒化物层。
79.权利要求77的存储元件，其中所述硫族化物玻璃层中的一层或多层包含多个硫族化物玻璃层。
80.权利要求77的存储元件，其中所述金属含有层中的一层或多层包括多个金属含有层。
81.权利要求77的存储元件，其中所述硫族化物玻璃层中的一层或多层包含金属掺杂剂。
82.权利要求81的存储元件，其中所述金属掺杂剂包括银。
83.一种形成电阻可变存储元件的方法，包括步骤形成第一电极；形成与所述第一电极接触的第一硫族化物玻璃层；形成与所述第一硫族化物玻璃层接触的第一金属含有层；形成与所述第一金属含有层接触的第二硫族化物玻璃层；形成与所述第一硫族化物玻璃层接触的第二金属含有层；形成与所述第二金属含有层接触的第三硫族化物玻璃层；以及形成与所述第三硫族化物玻璃层接触的第二电极。
84.权利要求83的方法，其中所述硫族化物玻璃层包含具有化学式GexSe100-x的材料，其中x为约20～约43。
85.权利要求84的方法，其中所述硫族化物玻璃层的化学计量大约是Ge40Se60。
86.权利要求83的方法，其中所述硫族化物玻璃层包括多个硫族化物玻璃层。
87.权利要求83的方法，其中所述金属含有层包括多个金属含有层。
88.权利要求83的方法，其中所述硫族化物玻璃层中的一层或多层包含金属掺杂剂。
89.权利要求83的方法，其中所述金属含有层中的一层或多层包括银的硒化物。
90.权利要求88的方法，其中所述金属掺杂剂包括银。
91.权利要求83的方法，其中所述金属含有层的厚度等于或大于各个所述硫族化物玻璃层的厚度。
92.权利要求83的方法，其中每个所述金属含有层具有第一厚度且每个硫族化物玻璃层具有第二厚度，其中所述第一厚度和所述第二厚度的厚度比为约5∶1～约1∶1。
93.权利要求92的方法，其中进一步所述第一厚度与所述第二厚度的厚度比为约3.3∶1～约2∶1。
94.一种形成电阻可变存储元件的方法，包括形成第一玻璃层；形成与所述第一玻璃层接触的银的硒化物层；以及形成与所述银的硒化物层接触的第二玻璃层，其中所述第一和第二玻璃层中的一层由硫族化物玻璃材料形成。
95.权利要求94的方法，其中所述硫族化物玻璃材料的化学计量成份大约是Ge40Se60。
96.权利要求94的方法，其中所述玻璃层中的至少一层含有金属掺杂剂。
97.权利要求96的方法，其中所述金属掺杂剂包括银。
98.权利要求94的方法，其中所述第一和第二玻璃层都包含硫族化物玻璃材料。
99.权利要求98的方法，进一步包括形成所述硫族化物玻璃材料和所述银的硒化物层的交替层的步骤。
100.权利要求94的方法，其中由所述硫族化物玻璃材料形成的所述层还包含金属掺杂剂。
101.权利要求100的方法，其中所述金属掺杂剂包括银。
102.权利要求94的方法，其中所述第一和第二玻璃层中的另一层控制金属离子从电极穿透所述存储元件的扩散。
103.权利要求102的方法，其中所述其它玻璃层包含SiSe成份。
104.权利要求102的方法，其中所述其它玻璃层包含AsSe成份。
105.权利要求102的方法，其中所述其它玻璃层包含GeS成份。
106.权利要求102的方法，其中所述其它玻璃层包括锗、银和硒的组合物。
107.权利要求94的方法，其中所述金属含有层的厚度等于或大于所述第一和第二玻璃层中的每一个的厚度。
108.权利要求94的方法，其中所述金属含有层包括连续相互接触的多个银的硒化物层。
109.一种基于处理器的系统，包括处理器；以及连接到所述处理器的存储器电路，所述存储器电路包括电阻可变存储元件，所述电阻可变存储元件包括至少一层金属含有层，至少一层硫族化物玻璃层，至少一层其它玻璃层，所述金属含有层设于所述至少一层硫族化物玻璃层和所述至少一层其它玻璃层之间。
110.权利要求109的系统，其中所述硫族化物玻璃层包括具有化学式GexSe100-x的材料，其中x＝20～43。
111.权利要求109的系统，其中所述硫族化物玻璃层化学计量大约是Ge40Se60。
112.权利要求109的系统，其中所述玻璃层中的至少一层含有金属掺杂剂。
113.权利要求112的系统，其中所述金属掺杂剂包括银。
114.权利要求109的系统，其中所述其它玻璃层包括第二硫族化物玻璃层。
115.权利要求114的系统，还包括与所述至少一层第二硫族化物玻璃层接触的另一金属含有层，以及与所述至少一层第二金属含有层接触的至少一层第三硫族化物玻璃层。
116.权利要求114的系统，其中所述硫族化物玻璃层包括多个叠置的硫族化物玻璃层。
117.权利要求114的系统，其中所述金属含有层包括多个叠置的金属含有层。
118.权利要求115的系统，其中所述硫族化物玻璃层中的至少一层包含金属掺杂剂。
119.权利要求109的系统，其中所述金属含有层包括银的硒化物层。
120.权利要求119的系统，其中所述其它玻璃层包含SiSe成份。
121.权利要求119的系统，其中所述其它玻璃层包含AsSe成份。
122.权利要求109的系统，其中所述其它玻璃层包括GeS成份。
123.权利要求109的系统，其中所述其它玻璃层包括锗、银和硒的组合物。
124.权利要求109的系统，其中所述其它玻璃层是扩散控制层，用于减缓来自与其相连的电极的金属离子的迁移。
125.一种基于处理器的系统，包括处理器；连接到所述处理器的存储器电路，所述存储器电路包括第一电极；与所述第一电极接触的至少一层第一硫族化物玻璃层；与所述至少一层第一硫族化物玻璃层接触的至少一层第一金属含有层；与所述至少一层第一金属含有层接触的至少一层第二硫族化物玻璃层；与所述至少一层第二硫族化物玻璃层接触的至少一层第二金属含有层；与所述至少一层第二金属含有层接触的至少一层第三硫族化物玻璃层；以及与所述至少一层第三硫族化物玻璃层接触的第二电极。
126.权利要求125的系统，其中所述金属含有层包括一层或多层银的硒化物层。
127.权利要求125的系统，其中所述硫族化物玻璃层中的一层或多层包括多个硫族化物玻璃层。
128.权利要求125的系统，其中所述金属含有层中的一层或多层包含多个金属含有层。
129.权利要求125的系统，其中所述硫族化物玻璃层中的一层或多层包含金属掺杂剂。
130.权利要求129的系统，其中所述金属掺杂剂包括银。
131.一种存储元件，包括第一电极；第二电极；以及在所述第一和第二电极之间的多个硫族化物玻璃层和多个金属含有层，其中所述多个硫族化物玻璃层与所述金属含有层交替，所述硫族化物玻璃层中的一层与所述第一电极接触且所述硫族化物玻璃层中的另一层与所述第二电极接触。
132.权利要求131的存储元件，其中所述多个金属含有层包括一个或多个银的硒化物层。
133.权利要求131的存储元件，其中所述多个硫族化物玻璃层中的一层或多层包括多个硫族化物玻璃层。
134.权利要求131的存储元件，其中所述多个金属含有层中的一层或多层包括多个金属含有层。
135.权利要求131的存储元件，其中所述多个硫族化物玻璃层中的一层或多层包含金属掺杂剂。
136.权利要求135的存储元件，其中所述金属掺杂剂包括银。
137.一种形成电阻可变存储元件的方法，包括形成第一电极；形成第二电极；以及在所述第一和第二电极之间形成多个硫族化物玻璃层和多个金属含有层，其中所述多个硫族化物玻璃层与所述金属含有层交替，所述硫族化物层中的一层与所述第一电极接触，所述硫族化物层的另一层与所述第二电极接触。
138.权利要求137的方法，其中所述多个金属含有层包括一层或更多层银的硒化物层。
139.权利要求137的方法，其中所述多个硫族化物玻璃层中的一层或多层包括多个硫族化物玻璃层。
140.权利要求137的方法，其中所述多个金属含有层中的一层或多层包括多个金属含有层。
141.权利要求137的方法，其中所述多个硫族化物玻璃层中的一层或多层包含金属掺杂剂。
142.权利要求141的方法，其中所述金属掺杂剂包括银。
全文摘要
本发明涉及用于提供具有改善的数据保持和转换特性的电阻可变存储器元件的方法和装置。根据本发明的一个实施方案，电阻可变存储器元件在玻璃层(17，20)之间设有至少一层银的硒化物层(18)，其中玻璃层中的至少一层是硫族化物玻璃，优选具有Ge
文档编号H01L27/148GK1647292SQ03808878
公开日2005年7月27日 申请日期2003年2月14日 优先权日2002年2月20日
发明者K·A·坎贝尔, J·穆尔 申请人:微米技术有限公司