存储器单元和形成存储器单元的方法

文档序号:9204380阅读:417来源:国知局
存储器单元和形成存储器单元的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及存储器单元和形成存储器单元的方法。
【背景技术】
[0002] 集成存储器可用于计算机系统中W用来存储数据。集成存储器通常是在个别存储 器单元的一或多个阵列中制得。所述存储器单元经配置W呈至少两种不同可选状态保留或 存储记忆。在二进制系统中,将所述状态视为"0"或"1"。在其它系统中,至少某些个别存 储器单元可经配置W存储两种W上层级或状态的信息。
[0003] -种实例存储器单元为可编程的金属锻层单元(PMC)。其可替代性地称为导电桥 接随机存取存储器(CBRAM)、纳米桥存储器或电解质存储器。PMC可使用离子导电切换材料 (例如,适合的硫族化物(chalcogenide)或任何各种适合的氧化物)和与所述切换材料相 邻的离子源材料。所述离子源材料和切换材料可设置在电极对之间。在电极两端施加的适 合的电压会导致离子从所述离子源材料迁移到所述切换材料中,从而建立一或多个贯穿所 述切换材料的电流传导路径。施加在电极两端的反向电压基本上反转所述过程并且因此移 动电流传导路径。PMC因此包含高电阻状态(对应于不具有延伸贯穿切换材料的导电桥的 状态)和低电阻状态(对应于具有延伸贯穿切换材料的导电桥的状态),其中所述状态可彼 此可逆互换。
[0004] 虽然已致力于开发PMC和其它存储器单元,但仍存在对改进存储器单元的需求。
【附图说明】
[0005] 图1图解说明在低电阻状态与高电阻状态之间可逆地转变的实例实施例PMC。
[0006] 图2到4显示半导体结构的横截面视图,并且图解说明形成实例实施例存储器单 元的实例实施例工艺的工艺步骤。
[0007] 图5到7显示半导体结构的横截面视图,并且图解说明形成另一个实例实施例存 储器单元的另一个实例实施例工艺的工艺步骤。
[0008] 图8与9显示半导体结构的横截面视图,并且图解说明形成另一个实例实施例存 储器单元的另一个实例实施例工艺的工艺步骤。
[0009] 图10图解说明另一个实例实施例存储器单元。
[0010] 图11图解说明另一个实例实施例存储器单元。
【具体实施方式】
[0011] PMC的两个性能方面为切换和保留。期望切换相对容易,使得PMC可W相对较低电 压快速地从一种存储器状态切换到另一种存储器状态。还期望PMC具有良好保留特征,使 得PMC不会在无适当电压输入情况下无意地在存储状态之间切换。导致容易切换的特征通 常与导致良好保留的特征相反。制造PMC中遇到的困难为很难平衡容易切换与良好保留的 竞争性目标。文中所提供的一些实施例在切换区中使用两种或两种W上不同组合物W调整 切换区特征来实现可切换性与保留之间的所需平衡。参考图1到11描述实例实施例。
[001引参考图1,PMC10是W对应于高电阻状态化R巧和低电阻状态(LR巧的两种模式 来说明。该两种模式彼此通过施加电场邸+和EF-可逆地互换,其中EF+与EF-极性相反。
[0013]PMC装置包含电极对12和14;并且包含切换区16和在所述电极之间的离子源区 18。
[0014] 电极12和14可包含任何适合的导电组合物或组合物的组合;并且可为彼此相同 的组合物或可为相对彼此不同的组合物。在一些实施例中,所述电极可包含W下一或多者, 基本上由或由W下一或多者组成:各种金属(例如,鹤、铁等);含金属组合物(例如,金属 氮化物、金属碳化物、金属娃化物等);W及导电渗杂的半导体材料(例如,导电渗杂的娃、 导电渗杂的错等)。举例来说,在一些实施例中,电极12可包含氮化铁,基本上由或由氮化 铁组成;并且电极14可包含鹤,基本上由或由鹤组成。
[0015]在所显示的实施例中,电极12延伸贯穿电介质材料13。在一些实施例中,该类电 介质材料可包含氮化娃,基本上由或由氮化娃组成。
[0016] 显示存储器单元10具有连接到外电路30的底部电极12,并且具有连接到外电路 32的顶部电极14。电路30和32可包括禪接到所述电极的感测线和/或接入线,并且经配 置W在读取/写入操作中提供在存储器单元两端的适合电场。在一些实施例中,所说明存 储器单元可为存储器阵列的多个存储器单元之一,并且电路30和32可为用于独特地寻址 阵列的各存储器单元的电路配置的一部分。在一些实施例中,可邻近存储器单元10设置 "所选装置"(未显示)W在使用存储器阵列中的存储器单元期间减少非所需电流泄漏到存 储器单元中和/或来自存储器单元的非所需电流泄漏。实例所选装置包括二极管、晶体管、 双向阔值开关等。
[0017] 离子源区18有助于最终形成跨切换区16的一或多个导电桥的离子。所述离子源 区可包含任何适合的组合物或组合物的组合。在一些实施例中,所述离子源区可包含侣、 铜、银W及蹄中的一或多者;并且可经配置W贡献用于形成一或多个导电桥的侣阳离子、铜 阳离子和/或银阳离子。
[0018]虽然显示离子源区包含单一组合物,但在其它实施例中,离子源区可包含两种 或两种W上不同组合物。举例来说,在一些实施例中,离子源区可具有包含AlTeN的第 一部分,其中所列组合物根据元素组成而非根据特定化学计量描述;并且可具有包含 化ZrAlTeO的第二部分,其中所列组合物根据元素组成而非根据特定化学计量描述。第一 部分可直接抵靠切换区16,并且第二部分可在第一部分与顶部电极14之间。下文参考图4 来描述包含两个部分的离子源区。
[0019] 切换区16的至少一部分可通过原子层沉积(ALD)形成W使得该部分针对组成和 厚度进行调整。举例来说,显示图1的所说明切换区16包含相对于彼此具有不同组合物的 两个部分20和22,其中该两个部分之间的界面W线19进行图解说明;并且在一些实施例 中,所述部分中的至少一个部分可通过ALD形成。
[0020] 在一些实施例中,通过ALD形成的切换区部分可具有在大于0埃(A)到小于或 等于约20A范围内的厚度;并且在一些实施例中,可具有小于或等于约12A的厚度。在其 中切换区包括两个部分20和22的图1所显示应用中,在一些实施例中,该两个部分均可通 过ALD形成;并且在其它实施例中,一个部分可通过ALD形成,而另一部分可通过任何其它 适合的方法形成,包括例如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和/或该一部分下方 的表面的氧化。举例来说,在一些实施例中,部分20可通过电极12的表面氧化来形成,并 且因此其在其中电极12包含氮化铁的实施例中可包含氧化铁或TiOyNy。如果部分20是通 过电极12之表面氧化来形成,那么部分20可能只延伸跨电极12的上表面,而非具有其中 部分20还延伸跨越电介质材料13的表面的所显示配置。
[0021] 切换区的多个部分可包含任何适合的组合物或组合物的组合;并且在一些实施例 中,可包含W下一或多者,基本上由或由W下一或多者组成;GeS、GeSe、SiO、ZrO、TiO、TaO、 HfO、AlO、WO、SnO、NbO、HfSiO、ZrTiO、ZrWO、AlTiO、VO、MoO、NiO、YO、ReO、MnO、化0、SiAlO、 SiTiO等;其中所列组合物是根据元素组成而非根据特定化学计量描述(例如,AlO可对应 于Al2〇3)。在一些实施例中,由ALD形成的部分可包含经形成而厚度在大于0埃到小于或等 于约16埃范围内的HfSiO;并且在一些实施例中,两部分式切换区的总厚度可为约20埃, 其中所述部分中为经ALD形成的HfSiO的一部分具有约16埃的厚度。
[0022] 在一些实施例中,部分20和22中的一者可由氧与一或多种过渡金属(特定来说, 周期表第3族到第12族中的金属)的组合组成;并且部分20和22中的另一者可由氧与 一或多种非过渡元素(即,不在周期表第3族到第12族中的元素)的组合组成;其中在一 些实施例中所述非过渡元素可选自由金属、半金属、碱±元素W及其混合物组成的群组。举 例来说,在一些实施例中,所述部分中的一者可包含氧化給、氧化错W及氧化铁中的一或多 者;并且所述部分中的另一者可包含二氧化娃和氧化侣中的一者或两者。在使用碱±元素 的一个实例实施例中,所述部分中的一者可包含氧
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