包括局部丝状沟道的电阻性存储器单元、包括其的器件、以及制造其的方法与流程

本公开内容涉及包括局部丝状沟道的电阻性存储器单元。还描述了包括所述电阻性存储器单元的器件和制造这样的电阻性存储器单元的方法。

背景技术：

诸如电阻性随机存取存储器(reram或rram)之类的电阻性存储器通常包括多个电阻性存储器单元。这样的单元可以采用两个端子器件的形式，其中，相对绝缘的切换层或介质位于两个导电电极之间。在一些实例中，器件包括一个晶体管(1t)或一个二极管(1d)连同一个电阻器(1r)，得到1t1r或1d1r构造。rram的电阻性存储器单元可以在两种不同的状态之间改变，这两种状态为可以代表关断或0状态的高电阻状态(hrs)；以及可以代表导通或1状态的低电阻状态(lrs)。在许多实例中，复位过程用于使用复位电压来将rram器件的一个或多个单元切换到hrs，并且置位过程用于使用置位电压来将rram器件的一个或多个单元切换到lrs。

一些电阻性存储器件基于单独的电阻性存储器单元的切换层内的丝状沟道(下文中为丝状体)的形成和破坏来进行操作。这样的器件(在本文中被称为丝状电阻性存储器)需要执行初始形成过程，在该初始形成过程期间，相对高的电压应力(被称为形成电压)被施加，以初始地使电阻性存储器单元的切换层内的空位形成一个或多个丝状体。这样的丝状体可以在单元的导电电极之间提供低电阻通路，并因此可以将单元置于低电阻状态。在形成过程之后，丝状体可以分别经由施加复位和置位电压来破坏和重新形成，以便在高电阻状态与低电阻状态之间切换单元。

尽管现有的丝状电阻性存储器已经展现出是有前途的，但是执行形成过程可能导致在电阻性存储器单元的切换层内产生不可预测的数量的丝状体和丝状体的分布。例如，执行形成过程可以产生均匀地分布在一个电阻性存储器单元的切换层内的第一(例如，5个)数量的丝状体，而且可以产生随机地或不均匀地分布在另一电阻性存储器单元中的第二(例如，8个)丝状体。此外，通过形成过程创建的丝状体的尺寸可以在丝状电阻性存储器器件的多个电阻性存储器单元内和/或中显著变化。因此，这样的器件的电阻性存储器单元的电气特性(例如，置位和/或复位电压)可以相对于彼此显著变化。

附图说明

在进行以下具体实施方式以及参考附图时，所要求保护的主题的实施例的特征和优点将变得显而易见，其中，类似的附图标记描绘类似的部分，并且在附图中：

图1是电阻性存储器单元结构的一个示例的结构的高层次图；

图2a-2d逐步示出了用于形成电阻性存储器单元的一个示例性过程。

图3描绘了与本公开内容一致的电阻性存储器单元的一个示例的结构。

图4描绘了与本公开内容一致的电阻性存储器单元的另一个示例的结构。

图5是用于形成与本公开内容一致的电阻性存储器单元的一种方法的示例性操作的流程图。

图6a-6d逐步示出了与图5的方法一致的电阻性存储器单元的形成。

图7是用于形成与本公开内容一致的电阻性存储器单元的另一种方法的示例性操作的流程图。

图8a-8d逐步示出了与图7的方法一致的电阻性存储器单元的形成。

图9是用于形成与本公开内容一致的集成电路的方法的示例性操作的流程图。

图10a-10g逐步示出了与图9的方法一致的集成电路的形成。

图11描绘了包括电阻性存储器的计算系统的一个示例，该电阻性存储器包括与本公开内容一致的一个或多个电阻性存储器单元。

尽管将参考说明性实施例进行以下具体实施方式，但是对于本领域技术人员来说，其许多替代、修改、和变型将显而易见。

具体实施方式

术语“在……之上”、“在……之下”、“在……之间”以及“在……上”在本文中通常用于指代一个材料层或部件相对于其它材料层或部件的相对位置。例如，设置在另一层上(例如，之上或上方)或之下(下方)的一个层可以与另一层直接接触，或可以具有一个或多个中间层。此外，设置在两个其它层之间的一个层可以与两个其它层直接接触，或者可以被一个或多个其它层分隔开，例如被一个或多个中间层分隔开。类似地，除非明确指示相反情况，否则与一个特征相邻的另一个特征可以与相邻特征直接接触，或者可以通过一个或多个中间特征与相邻特征分隔开。相比之下，术语“直接在……上”或者“直接在……下方”用于表示一个材料层分别与另一材料层的上表面或下表面直接接触。类似地，术语“直接相邻”表示两个特征彼此直接接触。

如在背景技术中简要解释的，在使用诸如电阻性随机存取存储器(rram)之类的电阻性存储器以进行信息的短期或长期储存的方面已经产生了许多兴趣。一般来说，电阻性存储器包括可以例如响应于施加电压而在高电阻状态(hrs)或导通状态与低电阻状态(lrs)或关断状态之间转变的多个电阻性存储器单元。因此，信息可以以逻辑1和0的形式被储存在这样的器件中，例如，通过适当地控制器件中的电阻性存储器单元的状态。

记住前述内容，参考图1，图1是电阻性存储器单元100的一个示例的结构的高层次图。尽管目前的讨论关注于电阻性存储器单元100自身的特征，但是应当理解的是，多个电阻性存储器单元100可以耦合和/或以其它方式配置以形成电阻性存储器件，例如rram或其它适合的存储器。

如图1中所示，电阻性存储器单元100(例如，rram单元)包括底部(第一)电极101、切换层102、和顶部(第二)电极103。切换层102形成在底部电极101上，并且顶部电极103形成在切换层102上。底部电极101可以连接到电接地，并且顶部电极103可以连接到电压源v。可以例如由1t1r中的晶体管或1d1r构造中的二极管供应电压源。在没有限制的情况下，在一些实施例中，切换层102直接形成在底部电极101上，并且顶部电极103直接形成在切换层102上。

在电阻性存储器单元100是丝状电阻性存储器单元的实例中，切换层102可以由包含多个氧空位的氧化物形成。例如并且如将之后所述的，切换层102可以完全或部分由亚化学计量氧化物形成，亚化学计量氧化物可以被理解为不包含化学计量的量的氧的氧化物。根据形成切换层102的方式，氧或其它空位可以如被沉积地包括在切换层102中，或者它们可以在形成(例如，沉积)切换层102(或者，更具体来说，其前体)之后引入。

在任何情况下，形成过程可以被应用以使切换层102内的空位形成丝状沟道，例如，其降低了单元100的电阻。在形成过程之后，复位电压和置位电压可以被施加以破坏和再形成丝状沟道，在关断(hrs)与导通(lrs)状态之间切换电阻性存储器单元。然而，如在背景技术中指出的，在形成过程期间在切换层102内创建的丝状沟道的数量、尺寸、和位置(分布)可以在电阻性存储器单元之间显著变化。因此，电阻性存储器件中的电阻性存储器单元的电气特性可以显著变化，这可能是不期望的。

为了进一步解释以上所提及的问题，参考图2a-2d，其逐步示出了在执行形成过程之前形成电阻性存储器单元的一个示例，在形成电阻性存储器单元中，未在切换层内的分布空位之上施加控制。如图2a中所示，形成电阻性存储器单元可以从提供单元前体200开始。如所示的，前体200包括底部电极101、切换层前体102’、以及顶部电极103，它们通常以图1中所示和以上所述的方式进行布置。

在图2a的示例中，前体200具有总宽度w，总宽度w与切换层前体102’的宽度相同或大体上相同。切换层102’还包括多个空位201(例如，氧空位)，其分布在切换层前体102’的材料202内。就这点而言，并且如下将进一步解释的，切换层前体102’的全部或部分可以包括亚化学计量氧化物或由亚化学计量氧化物形成，其可以被理解为不包括化学计量的量的氧的氧化物。

如图2中进一步所示的，空位201跨切换层前体102’的整个宽度分布，并因此跨前体200的总宽度w分布。此外，与接近底部电极101和切换层前体102’的界面的空位浓度相比，接近切换层前体102’和顶部电极103的界面的空位201的浓度是相对高的。如可以理解的，例如通过最初地由化学计量的氧化物形成切换层前体102’、由导电但也与氧反应的电极材料形成顶部电极103、并对得到的结构进行热处理可以得到这种分布。在热处理期间，顶部电极103的电极材料(或者顶部电极103与切换层前体102’之间的中间氧交换层)可以与切换层前体102’中的氧的至少一部分反应，例如，使得在邻近顶部电极103与切换层102之间的界面处形成氧空位201，如图2a中所示的。

为了形成丝状电阻性存储器单元，可以在前体200上执行(或者更具体来说，在切换层前体102’上)执行形成过程。一般来说，执行形成过程可能使得丝状沟道(丝状体)形成在切换层前体102’内，使得形成切换层102，如在图2b中总体上示出的。如本文中所使用的，术语“形成过程”指代在形成过程期间(相对高的)电压被施加于电阻性单元前体(或者更具体来说，其切换层前体)的过程，以便使得切换层前体内的空位形成一个或多个丝状沟道。在电阻性存储器的背景中执行形成过程的参数和方式在本领域中是公知的，并且因此在本文中不再详细讨论。在任何情况下，形成过程的结果可以被理解为包含一个或多个丝状体的切换层的形成。如可以理解的，这样的丝状体的形成可以在电阻性存储器单元的底部与顶部电极之间提供低电阻通路，从而降低单元的电阻并使得单元处于低电阻(例如，导通)状态。在图2b中示出了这个概念，图2b示出了响应于在前体200上执行形成过程而在切换层102中产生丝状体203。

在执行形成过程之后，电阻性存储器单元可以分别通过施加复位和置位电压来在关断状态(hrs)与导通状态(lrs)之间进行切换。如图2c中所示，向切换层102施加复位电压可以破坏丝状体203，由此增加切换层102的电阻并使得电阻性存储器单元处于关断(hrs)状态。随后并且如图2d中所示的，向切换层102施加置位电压(例如，与复位电压具有相等的值但具有相反极性)可能使得丝状体203重新形成，由此减小切换层102的电阻并使得电阻性存储器单元处于导通(lrs)状态。

记住前述内容，再次参考图2b，图2b示出了前体200上的形成过程的结果。如所示的，在该示例中执行形成过程使得能够创建包含4个丝状体203的切换层102。然而，应当理解的是，该例示仅用于示例的目的，并且通过在前体200上执行形成过程所形成的丝状体203的数量、尺寸和分布因不同单元而显著不同。也就是说，在第一和第二前体200上执行相同或类似的形成过程可以使得在它们相应的切换层内形成不同数量、尺寸的和/或分布的丝状体。例如，代替形成如图2b中所示的4个丝状体，在另一(例如，第二)前体200上执行形成过程可以使得产生8个丝状体。此外，即使第一前体和第二前体可能具有相同或大体上相同的结构，通过在第一前体上执行形成过程所形成的丝状体的尺寸和/或分布也可能与通过在第二前体上执行相同或类似的形成过程所形成的丝状体的尺寸和/或分布不同。

当使用诸如结合图2a-2d所描述的那些单元之类的单元以形成诸如rram之类的电阻性存储器件时，这种变化性可能导致问题。事实上，这种可变性可能造成诸如这种器件中的多个单元的置位和复位电压之类的电气特性相对于彼此显著变化，从而潜在地阻碍器件性能。在不希望受理论约束的情况下，要相信丝状体形成中的可变性中的至少一些可能归因于电阻性存储器单元前体(例如，前体200)的切换层前体中的氧空位的分布。也就是说，由于切换层前体102’内的氧空位的浓度和分布可能因不同的前体200而显著不同，要相信这种可变性可能导致当执行形成过程时产生的丝状体的非预期的数量、尺寸和分布。

记住前述内容，本公开内容总体上涉及电阻性存储器单元、其器件、和形成其的方法，其中，在执行形成过程之前对单元前体的切换层内的空位分布进行控制。如根据以下讨论将显而易见的，控制单元前体中的空位分布可以实现形成过程，以使得产生位于切换层的指定区域内的一个或多个丝状体。此外，在一些实施例中，控制前体中的空位的分布还可以实现在指定区域内有利于形成预期数量的丝状体以及在一些情况下形成具有类似物理特性(例如，宽度、分布等等)的丝状体的形成过程。因此，此处所描述的技术可以使得能够产生呈现相对一致的电气特性(例如，置位电压、复位电压等等)的多个电阻性存储器单元，例如，由于在它们相应的切换层内出现丝状体的相同或类似的数量、尺寸、和/或分布。

记住前述内容，本公开内容的一个方面涉及电阻性存储器单元，在该电阻性存储器单元中丝状沟道位于切换层的特定区域内。就这点而言，参考图3，图3示出了在这种情况下在适当的前体上执行形成过程之后与本公开内容一致的电阻性存储器单元的一个示例的结构。如所示的，电阻性存储器单元300包括底部(第一)电极101、形成在底部电极101上的切换层302、以及形成在切换层302上的顶部(第二)电极103。为了清楚起见，在图3中未示出可以对单元300进行的电连接(例如，地、电压源等等)。

如图3中进一步所示的，单元300具有总宽度w，总宽度w可以是任何适合的宽度。在一些实施例中，单元300的总宽度w从大约1纳米(nm)到大约100纳米的范围内，或甚至从大约1nm到大约50nm的范围内。

底部电极101和顶部电极103可以是任何适合的电极材料。如可以形成底部电极101和/或顶部电极103的适合材料的非限制性示例，提及了诸如铝、铜、钛、钨、钌、铑、钯、银、锇、铱、铂、和金之类的金属、诸如氮化钛、氮化钽、其组合之类的金属氮化物、等等。

底部电极101和顶部电极103的厚度可以宽泛地变化，并可以使用任何适合的厚度。在一些实施例中，底部电极和顶部电极均具有从大约2nm到大约50nm的范围的厚度，例如大约2nm到大约25nm。类似地，切换层302(和本文中所述的其它切换层)可以宽泛地变化。在一些实施例中，切换层302(或本文中所述的另一切换层)可以具有从大约2nm到大约50nm的范围的厚度，例如从大约2nm到大约25nm。在该示例中，切换层302包括第一侧307和第二侧307、内部区域(ir)、第一外部区域(or1)、以及第二外部区域(or2)。如所示的，第一外部区域和第二外部区域可以与内部区域(ir)相邻(例如，直接相邻)。记住这点，内部区域(ir)可以通常设置在第一侧307与第二侧307’之间。内部区域(ir)可以具有第一侧和第二侧(未标记)，其中，内部区域(ir)的第一侧与第一侧307隔开距离d1，内部区域(ir)的第二侧与第二侧307’隔开距离d2，并且d1和d2是单元300的总宽度w的分数或百分比。例如，在一些实施例中，d1和/或d2的范围可以从大约w的10％到40％。因此，例如，在w为50纳米(nm)的情况下，d1和/或d2的范围可以从5nm到大约20nm。当然，这些具体的值仅用于示例的目的，并且d1和d2可以是任何适合的距离。

要指出，在图3的示例中，d1和d2被示出为相同或者大体上相同。应当理解的是，这样的例示仅用于清楚的目的，并且d1和d2不需要相同或大体上相同。事实上，本公开内容预见d1和d2相同或不同的实施例，并可以根据期望定制。例如，在一些实施例中，d1和d2可以被定制以便将内部区域(ir)横向地定位在切换层302内的期望位置处。这可以通过调整受控氧化过程的参数来完成，如之后将讨论的。

如可以根据前述内容意识到的，以及如图3中进一步所示的，内部区域(ir)具有的宽度(w1)小于单元300和/或切换层302的总宽度(w)。在一些实施例中，w1的范围从大于0到大约100nm，例如从大于0到大约30nm，从大于0到大约15nm，或者甚至从大于0到大约10nm。在无限制的情况下，在一些实施例中，w1为大约10nm。就其它方面而言，在一些实施例中，w1是单元300和/或切换层302的总宽度(w)的分数或百分比。因此例如在一些实施例中，w1的范围可以从w的大约10％到大约40％，例如从w的大约10％到大约30％。

切换层302的至少一部分可以由亚化学计量氧化物形成。如本文中所使用的，术语“亚化学计量氧化物”指代不包含化学计量的量的氧的氧化物。就其它方面而言，术语亚化学计量氧化物指代氧的至少一部分已经被去除而在其中留下氧空位的氧化物。可以使用的亚化学计量氧化物的非限制性示例包括但不限于氧化铪(hfo2-x)、氧化钽(ta2o5-x)、氧化镍(nio2-x)、氧化钨(ⅲ)(w2o3-x)、氧化钨(ⅳ)(wo2-x)、氧化钨(ⅳ)(wo3-x)、五氧化钨(w2o5-x)、氧化钛(tio2-x)、氧化锆(zro2-x)、氧化钒(vo2-x)、氧化铜(ⅱ)(cuo1-x)、氧化铝(al2o3-x)、其组合等等，其中，x大于或等于对应的化学计量的氧的完全化学计量的氧含量的大约25％。因此在hfo2-x中，x可以大于或等于大约0.5。

例如并如图3中所示的，在一些实施例中，切换层302的内部区域(ir)可以由亚化学计量的氧化物材料(例如，以上所提及的那些材料)形成。在无限制的情况下，在一些实施例中，切换层302由氧化铪(hfo2-x)、氧化钽(ta2o5-x)、或者其组合形成，其中，x大于或等于氧化物的完全化学计量的氧含量的大约5％。也就是说，在hfo2-x的情况下，x可以大于或等于大约0.1，然而，在ta2o5-x的情况下，x可以大于或等于大约0.25。

在一些实施例中，第一和第二外部区域(or1、or2)可以由大体上化学计量的氧化物形成或者包括大体上化学计量的氧化物。如本文中所使用的，术语“大体上化学计量的氧化物”指代包含完全化学计量的量的氧的氧化物，或者其中氧化物中的氧的摩尔分数与化学计量的量相差少于5％的氧化物。可以用于形成第一和第二外部区域(or1、or2)的适合的大体上化学计量的氧化物的非限制性示例包括但不限于如适于作为亚化学计量氧化物使用的以上所识别的氧化物，但是其中，x为0或者小于相关氧化物中的氧的化学计量的量的5％。因此，例如在一些实施例中，第一和第二外部区域or1、or2可以由大体上化学计量的hfo2-x形成，其中x的范围可以从0到小于0.1(即，2的5％)。在其它实施例中，第一和第二外部区域or1、or2可以由大体上化学计量的ta2o5-x形成，其中，x的范围可以从0到小于0.25(即，5的5％)。

在任何情况下，由于切换层302的至少一部分为亚化学计量氧化物或包括亚化学计量氧化物，因此切换层302可以包括多个氧空位。在图3中示出了这个概念，其中，切换层302被示出为包括多个氧空位309。在无限制的情况下，氧空位优选地位于/集中于切换层302的内部区域(ir)内，如图3中总体上示出的。

如以下将详细描述的，可以例如通过在底部电极(101)上沉积一层或多层亚化学计量氧化物(例如，经由化学气相沉积(cvd)、金属有机cvd、反应cvd、反应溅射、原子层沉积等等)来实现氧空位在内部区域(ir)内的定位，例如，以使得多个氧空位遍布切换层302的整个宽度分布。所沉积的一层或多层亚化学计量氧化物随后可以例如在退火过程期间进行处理，例如，经由所沉积的一层或多层的侧暴露于包含氧的大气的受控氧化过程。由于这种暴露，邻近第一和第二侧307、307’的氧空位(例如，在第一外部区域和第二外部区域(or1、or2)内)可以被氧占据，然而，位于从第一侧和第二侧307、307’进一步向内(例如，位于内部区域(ir)内)的氧空位可以保持未被占据。以此方式，氧空位可以位于内部区域(ir)内。

在利用受控氧化过程处理切换层102的实例中，单元300还可以可选地包括保护层310。一般来说，保护层310可以由不透氧的材料形成。这样的材料的示例包括但不限于诸如氮化钛、氮化钽、氮化钛铝、氮化钽铝之类的二元和三元金属氮化物、诸如碳化钛之类的金属碳化物、其组合等等。当使用保护层310时，它们可以被沉积或者以其它方式形成，以便覆盖切换层302的暴露侧的所有或一部分，例如，第一侧和第二侧307、307’。例如在切换层302已经经受受控氧化过程之后，保护层310可以被沉积以使得覆盖侧307、307’的所有或一部分。由于保护层310是不透氧的，因此它们可以限制或防止切换层302(或者更具体来说，第一和第二侧307、307’)暴露于可能在周围空气中出现的氧。

不管是否使用保护层310，形成电压可以被施加到所得到的前体(或者更具体来说，施加到其中的切换层前体)，以便产生氧空位在其内部区域(ir)内形成一个或多个丝状体的切换层。图3中示出了这个概念，图3将单元300示出为(例如，在形成过程之后)包括内部区域(ir)内的单个丝状体313。在一些实施例中，丝状体313仅形成在内部区域(ir)内。

要指出，图3中的单个丝状体313的例示仅用于示例的目的，并且任何适合数量的丝状体313可以形成在内部区域(ir)内。事实上，本公开内容预见了响应于形成或置位电压而使得多个(例如，2、3、4、5、等等)丝状体形成在切换层的内部区域(ir)内的实施例。在无限制的情况下，在一些实施例中，本文中所述的切换层前体被配置为使得仅单个丝状体响应于施加形成或置位电压(例如，小于或等于约1.5v)而形成在切换层302中。在一些实施例中，单个丝状体仅形成在内部区域(ir)内，并提供低电阻通路以使得单元300处于低电阻(导通)状态。在任何情况下，形成在切换层302中的一个或多个丝状体(例如，响应于形成或置位电压)可以通过施加复位电压来破坏，以便使得单元300处于高电阻(关断)状态。

不管形成的丝状体303的数量，当单元前体暴露于形成电压时，或者当单元300暴露于置位电压时(例如，当单元300处于导通(lrs)状态时)，可能期望控制这样的丝状体在切换层102内的位置和/或分布。记住这点，在一些实施例中，单元300(或者其前体)可以被配置为使得丝状体303仅形成在切换层102的一个或多个预定区域内，例如内部区域(ir)内。例如并且如图3中所示的，单元300可以被配置为使得一个或多个丝状体313仅形成在内部区域ir的宽度w1内。

现在参考图4，图4描绘了与本公开内容一致的电阻性存储器单元的另一示例的结构。如所示的，单元400包括与单元300相同的若干部件。例如，单元400包括底部电极101和顶部电极103，其特征与以上结合图3所描述的相同。另外，单元400包括切换层402(例如，在执行形成过程之后)，其形成在底部电极上，并包括内部区域(ir)、第一和第二外部区域(or1、or2)、第一和第二侧(407、407’)和位于内部区域(ir)内的多个空位409。切换层402的特征总体上与上面结合图3中的切换层302的对应部件所描述的那些特征相同。对这样的特征的详细描述因此不再重复。此外，当单元400的前体暴露于形成电压(或者单元400暴露于置位电压)时，一个或多个丝状体413可以形成在其内部区域(ir)内，使得单元400处于低电阻(导通)状态。丝状体413的特征和特性总体上与丝状体313的特征和特性相同，并因此对丝状体413的详细描述不再重复。

记住前述内容，单元400与单元300的不同之处在于其还包括氧交换层(oel)420。与前述讨论一致，oel420可以包括可以与切换层402中的氧或者其前体反应和/或先前已经与切换层402中的氧或者其前体反应的材料或者由该材料形成。可以用于形成oel420的适合材料的非限制性示例包括诸如铪、钛、钽之类的金属或者其组合。当然，这样的材料仅被识别用于示例的目的，并且可以使用其它适合的材料。如可以意识到的，这样的材料可以与切换层402中的氧或者其前体反应，例如，以便形成它们的对应的氧化物(例如，氧化铪、氧化钛、氧化钽、其组合等等)。

oel420的厚度可以显著变化，并且可以使用任何适合厚度的oem。在一些实施例中，oem420的厚度的范围从大于0到大约20nm，例如大于0到大约15nm，或甚至大于0到大约10nm。

假设oel420的宽度小于单元400的总宽度(w)，oel420的宽度可以显著变化。在无限制的情况下，在一些实施例中，oel420具有与切换层402的内部区域(ir)的宽度(w1)相同或大体上相同的宽度。因此，oel420的宽度的范围可以从大于0到大约100nm，例如从大于0到大约30nm，从大于0到大约15nm，或者甚至从大于0到大约10nm。在无限制的情况下，在一些实施例中，oel420的宽度为大约10nm。

如以下将详细描述的，oel420可以实现在切换层402的内部区域(ir)内局部化空位的替代方法。例如，代替使用诸如以上结合图3简要描述的过程之类的受控氧化过程，可以部分地通过在切换层402的前体上的期望位置处选择性地形成oel420来实现在切换层402的内部区域(ir)内的氧空位的局部化。

更具体来说并且如之后进一步详细描述的，可以通过形成切换层402的前体、在前体上沉积oel420、以及处理所得到的结构以使得oel420的材料与切换层402的前体中的氧进行反应来实现氧空位的局部化。就这点而言，切换402的前体可以通过在底部电极101上沉积一层或多层大体上化学计量的氧化物(例如以上提及的那些)来形成切换层402的前体。oel420因此可以例如通过选择性沉积或其它适合的过程形成在切换层前体的一部分上。顶部电极103因此可以形成在oel420和切换层前体的任何暴露部分上。所得到的前体随后可以例如利用热处理(例如，退火)过程来进行处理。

在热处理过程期间或响应于热处理过程，oel420可以与切换层前体中的氧进行反应，从大体上化学计量的氧化物中耗尽氧，形成切换层前体。这种反应可以局部化于邻近oel420与切换层前体之间的界面的区域。该反应的结果可以是形成包含多个氧空位409的亚化学计量氧化物区域，其中，亚化学计量氧化物区域通常设置在oel420下方。另外，oel420中的氧反应材料的至少一部分可以被转换为对应的氧，如以上所讨论的。由于oel420与切换层402的前体中的氧之间的反应可以局限于和/局部化于邻近切换层402与oel420之间的界面处的区域(即，邻近于总体上位于oel420下方的区域)，因此内部区域(ir)的尺寸和布置、以及第一和第二外部区域(or1、or2)可以通过调整oel420的位置和/或尺寸来控制。随后，可以应用形成过程以使得形成切换层402，其包含由空位409形成的一个或多个丝状体。

显著地，使用oel420可以避免使用保护层310来保护切换402的第一侧和第二侧407、407’免于暴露于氧的需要。这在单元400形成在沟槽内的实例中尤其正确，其中，沟槽的侧壁可以接触并保护第一和第二侧407、407’免于暴露于氧。在无限制的情况下，在一些实施例中，当oel用在与本公开内容一致的电阻性存储器单元的产生中，省略诸如图3中所示的那些保护层之类的保护层。

本公开内容的另一方面涉及制造与本公开内容一致的电阻性存储器单元的方法。就这点而言，参考图5，图5是制造以上在图3中示出和描述的结构的电阻性存储器单元的方法的一个示例的示例性操作的流程图。为了理解的清楚和简单，将结合图6a-6d描述图5的方法的操作。

如图5中示出的，方法500在方框501开始。方法随后可以继续进行到方框502，其中可以形成电阻性存储器单元。图6a中示出了适合的电阻性存储器单元前体的一个示例。如所示的，前体600包括底部电极101、形成在底部电极101上的切换层前体302’、以及形成在切换层前体302’上的顶部电极103。

底部电极101例如可以通过在衬底上(例如，在形成在其中的沟槽内的其表面上等)沉积或者以其它方式形成适合的电极材料来形成。可以以任何适当的方式执行底部电极101的沉积，例如经由化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)、溅射、原子层沉积(ald)、分子束外延(mbe)、其组合等等。

在形成底部电极101之后，可以形成切换层前体302’。在目前的情况下，切换层前体302’可以采用一层或多层亚化学计量氧化物的形式，例如先前所描述的那些。记住这点，切换层前体302’可以通过在底部电极101的上表面上沉积一层或多层亚化学计量氧化物来形成。沉积切换层前体302’可以以任何适合的方式执行，例如通过cvd、pvd、ald、mbe、反应溅射、其组合等等。在任何情况下，切换层前体302’可以在其中包括多个氧空位。在图6a中示出了这个概念，其中，切换层前体302’被示出为包括空位309。

替代地，切换层前体302’可以通过在底部电极101上沉积一层或多层亚化学计量氧化物来形成。在这样的沉积之后，顶部电极103可以形成在切换层前体302的整个表面之上，如图6a中所示的。在该实施例中，顶部电极可以由一层或多层电极材料(例如，钛、钨、等等)形成或者包括一层或多层电极材料，该电极材料是导电的并且与切换层前体302中的氧反应。因此，顶部电极103的至少一部分可以作为氧交换层(oel)。在这样的实施例中，可以在形成顶部电极103期间或之后施加热量，从而使得顶部电极103的材料的至少一部分与切换层前体302’中的氧反应，使得形成空位309。

尽管预见到各种各样的空位分布，但是在图6a中的实施例中，空位309跨切换层前体302’的整个宽度分布，并邻近其上表面。在这种情况下并进一步参考图5，一旦已经提供了单元前体600，方法500就可以继续进行以从方框502到方框503。依照方框503，切换层前体302’可以继续进行以形成包括具有宽度(w1)的内部区域(ir)和第一和第二外部区域(or1、or2)的切换层302，如先前所描述的。更具体来说，可以执行受控氧化过程以将切换层前体302’的第一和第二侧(在图6a-6d中未标记)暴露于含氧的大气。如以上所讨论的，在这种暴露于氧期间，大气中的氧可以占据邻近切换层前体302’的第一和第二侧的氧空位309，例如，将这样的(多个)区域中的亚化学计量的氧化物转换为大体上化学计量的氧化物。相比之下，切换层前体302’的内部区域内的空位可以保持不受影响。

在一些实施例中，受控氧化过程可以涉及在含氧大气中暴露切换层前体302’的侧并对前体600进行退火，以便在切换层前体302的内部区域(ir)内局部化氧空位309。在这样的实例中，退火温度的范围可以从大约300摄氏度到大约600摄氏度。适合的含氧大气的非限制性示例包括包含从大于0到大约5％的氧以及从大约5％到大约95％的氮的大气，其中，大气的总压力的范围从大约0.1到大约2个大气压，例如，从大约0.1到大约1个大气压。

通过图6b示出了这个概念，图6b示出了在已经经受受控氧化过程之后的前体600。如图6b中所示的，在邻近切换层前体302’的第一和第二侧的受控氧化的氧空位309已经被氧占据之后，使得形成包括大体上化学计量的氧化物的第一和第二外部区域以及剩余的氧空位309被局部化的内部区域(ir)。在该实例中，内部区域(ir)的宽度可以与在受控氧化过程之后的切换层前体302’中的剩余氧空位的宽度相关。替代地或另外地，在相对少的氧空位保留在第一和/或第二外部区域中的情况下，w可以与形成在切换层前体302’内的亚化学计量的氧化物的连续区域的宽度相关。

就这点而言，剩余氧空位的宽度(或者亚化学计量的氧化物的连续区域)可以显著变化，并且可以通过调整受控氧化过程的参数来进行控制。例如，如果退火时间保持恒定，则亚化学计量的氧化物的剩余氧空位/连续区域的宽度(并且因此，w1)可以随着含氧大气中的氧的部分压力增加而减小。类似地，如果大气中的氧的部分压力保持恒定，则亚化学计量的氧化物的剩余氧空位/连续区域的宽度(并且因此，w1)可以随着增加的退火时间而减小。在无限制的情况下，在一些实施例中，在受控氧化过程之后的亚化学计量的氧化物的剩余氧空位/连续区域的宽度(并且因此，w1)的范围为从大于0到大约100nm，例如从大于0到大约50nm，从大于0到大约25nm，从大于0到大约15nm，或者甚至从大于0到大约10nm。

回到图5，在执行受控氧化过程之后，方法500可以可选地继续进行到可选的方框504，其中，切换层302的侧可以用一个或多个保护层来保护。图6b-6d中示出了这个概念，其描绘了使用保护层310来使得切换层302的侧与不期望的氧暴露隔离。就这点而言，保护层310可以采用一层或多层不透氧材料(例如，氮化钛)的形式。当使用时，保护层310可以以任何适合的方式沉积，例如通过以上提及的沉积过程。

一旦形成保护层310(或者如果不需要保护层310)，方法500就可以继续进行到方框505，其中，形成过程可以在图6b中的结构上执行。更具体来说，形成电压可以施加于图6b中的结构，例如，经由连接到顶部电极103的电压源。在这样的实施例中并且如先前所描述的，底部电极101可以连接到地。响应于将形成电压施加到切换层前体302’，空位309可以形成一个或多个丝状体，使得产生切换层302。

更具体来说，在一些实施例中，施加形成电压可以使得形成切换层302，其中，一个或多个丝状体形成在其内部区域内。通过图6b和图6c示出了这个概念，图6b和图6c描绘了通过施加形成电压来形成电阻性存储器单元300。如图6c中所示的，在该实施例中，响应于将形成电压施加到切换层前体302’而创建包括内部区域(ir)内的单个丝状体313的切换层302，但是如以上指出的，可以形成任何数量的丝状体。在无限制的情况下，切换层前体302’可以被配置为使得响应于形成电压，可以形成包含单个或有限数量的丝状体的切换层。在一些实施例中，形成这样的(多个)丝状体可能局限于切换层302的内部区域(ir)。在任何情况下，要理解的是，丝状体313提供切换层302内的低电阻通路，并且因此可以使得电阻性存储器单元300处于低电阻(导通)状态。

此时，电阻性存储器单元可以通过施加电压(例如复位和置位电压)来在低电阻(导通)与高电阻(关断)状态之间进行切换。就这点而言，方法500可以继续进行到可选的方框506，依照方框506，可选的复位电压可以被施加到图6c的结构。一般来说，复位电压可以是足以破坏丝状体313并使得电阻性存储器单元处于高电阻(关断)状态的任何适合的电压。在无限制的情况下，在一些实施例中，所施加的复位电压的范围可以从小于0到大约-12v，例如从小于0到大约-6v，从小于0到大约-3v，或者甚至从小于0到大约-1.5v。在一些实施例中，范围从0到大约-1.5v的复位电压可以用于破坏丝状体313。

在图6c和图6d中示出了前述概念。如图6c中所示的，丝状体313可以从顶部电极103延伸到底部电极101，由此在这样的电极之间提供低电阻通路。如图6d中所示的，当施加了复位电压时，丝状体313可以被破坏以形成破坏的丝状体314。

此时，方法500可以从可选的方框506继续进行到可选的方框507，其中，置位电压可以被施加到图6d的结构。如以上所讨论的，置位电压可以是足以使得在切换层302内重新形成一个或多个丝状体的任何电压。在无限制的情况下，在一些实施例中，所施加的置位电压的范围可以从大于0到大约12v，例如从大于0到大约6v，从大于0到大约3v，或者甚至从大于0到大约1.5v。在一些实施例中，范围从0到大约1.5v的置位电压可以用于重新形成丝状体313，例如从破坏的丝状体314。

在施加复位和/或置位电压(或者如果不需要这种施加)之后，方法500可以继续进行到方框508并结束。

现在参考图7，图7是制造与本公开内容一致的电阻性存储器单元的另一方法的示例性操作的流程图，在这种情况下为以上在图4中示出和描述的结构的电阻性存储器单元。为了理解的清楚和简单，将结合图8a-8d描述图7的方法的操作。

如图7中所示的，方法700可以在方框701开始。其随后可以继续进行到方框702，其中可以形成702电阻性存储器单元前体。图8a中示出了适合的电阻性存储器单元前体的一个示例。如所示的，前体800包括底部电极101、形成在底部电极101上的切换层前体402’、形成在切换层前体402’的上表面的一部分上的氧交换层(oel)420、以及形成在切换层前体402’和周围的oel420上的顶部电极103。

前体800的底部电极101例如可以通过在衬底上(例如，在形成在其中的沟槽内的其表面上等)沉积适合的电极材料来形成。可以以任何适合的方式执行底部电极101的沉积，例如经由化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)、溅射、原子层沉积(ald)、分子束外延(mbe)、其组合等等。

在形成底部电极101之后，可以形成切换层前体402’。在目前的情况中，切换层前体402’可以采用一层或多层大体上化学计量的氧化物的形式，例如先前描述的那些。记住这点，切换层前体402’可以以任何适合的方式来形成，例如通过经由cvd、pvd、ald、mbe、反应溅射、其组合等等在底部电极101的上表面上沉积一层或多层大体上化学计量的氧化物。

oel420随后可以沉积或者以其它方式形成在切换层前体402’的上表面的至少一部分上。尽管oel420可以以任何适合的方式来形成，但是在一些实施例中，通过经由另外的沉积过程(例如cvd、pvd、ald、溅射、其组合等等)来在切换层前体402’上沉积一层或多层氧反应材料来形成oel420。在无限制的情况下，在一些实施例中，通过掩蔽切换层前体402’的上表面的一部分、在切换层前体402’的未掩蔽部分上沉积氧反应材料、以及去除掩模来形成oel420。替代地，在一些实施例中，可以通过在切换层前体402’的上表面上沉积氧反应材料的共形层、以及蚀刻共形层以形成具有期望尺寸的oel来形成oel。在如先前提及的任何情况下，在一些实施例中，oel420的尺寸可以与切换层内的待形成的内部区域(ir)的尺寸相同或类似。

随后可以例如通过在切换层前体402’的暴露表面以及oel420上沉积电极材料的共形层来形成顶部电极103。因此，oel420可以嵌入在顶部电极103与切换层前体402’之间。记住这点，在前体800的一些实施例中，顶部电极103由导电的、但不与氧反应的(或者不高度反应的)材料形成。如可以意识到的，使用这种材料可以限制或防止形成顶部电极103的材料与切换层前体402’中的氧反应。也就是说，使用这种材料可以限制或防止顶部电极103作为另一氧交换层。记住这点，在这样的实施例中，可以用于形成顶部电极103的材料的非限制性示例包括二元和三元氮化物，例如氮化钛、氮化钽、氮化钛铝、和氮化钽铝。

回到图7，一旦提供电阻性存储器单元前体(例如，前体800)，方法就可以从方框702继续进行到方框703。依照方框703，电阻性存储器单元前体可以被处理为在其中的切换层前体内形成氧空位。

更具体来说，并参考图8a和图8b，前体800可以经受热处理/退火过程以便使得oel420的材料与切换层前体402’中的氧反应，使得在切换层前体409内形成包含氧空位409的亚化学计量氧化物的内部区域(ir)，如总体上在图8b中所示的。在一些实施例中，热处理过程涉及在惰性(例如，氮、氩、稀有气体等)气体中使前体800退火。这种退火可以例如在从大约200摄氏度到大约600摄氏度(例如，大约300摄氏度变化到大约600摄氏度)的范围的温度下执行，并持续足以使得oel420中的氧反应材料的至少一部分与切换层前体402’中的氧反应的时间。如先前所解释的，这种反应可以使得在切换层前体402’内形成亚化学计量氧化物的(例如，连续)区域，以及使得oel420的至少一部分的材料转换为对应的氧化物。

如以上结合图4所描述的，oel420与切换层前体(例如，切换层前体402’)中的氧之间的反应可以局部化/局限于邻近它们之间的界面的区域。因此，待形成的内部区域(ir)的尺寸和布置、以及切换层的相邻第一和第二外部区域(or1、or2(在图8a-8d中未标记))可以通过调整oel420的位置和/或尺寸、以及热处理过程的参数来控制。以此方式，可以对通过热处理过程的应用来对切换层前体402’内形成的亚化学计量氧化物(内部)区域的布置和尺寸施加显著控制。

回到图7，在热处理过程之后，方法可以继续进行到方框704，其中，可以应用形成过程以产生包含由空位409形成的一个或多个丝状体的切换层402，如图8c中总体上所示的。依照方框704执行的形成过程与以上针对图5的方框505所描述的形成过程相同或大体上相同。因此不再重复对形成过程的详细描述。一般来说，形成过程可以涉及向图8b的结构施加形成电压，例如，经由连接到顶部电极103的电压源。响应于形成电压的施加，空位409可以在所得到的切换层402内形成一个或多个丝状体413，如先前在图8c中所述的和总体上示出的。

要指出，尽管图8c示出了在切换层802的内部区域(ir)内创建单个丝状体413的实施例，但是这样的例示仅用于示例的目的，并且可以形成任何适合数量的丝状体。在无限制的情况下，切换层前体402’可以被配置为使得响应于形成电压，可以在切换层402中形成单个或有限数量的丝状体。在一些实施例中，形成这样的(多个)丝状体可以局限于/限于切换层402的内部区域(ir)。在任何情况下，可以理解的是，丝状体413在切换层402内提供低电阻通路，并因此可以使得电阻性存储器单元400处于低电阻(导通)状态。

此时，电阻性存储器单元400可以通过施加电压(例如复位和置位电压)来在低电阻(导通)与高电阻(关断)状态之间切换。因此，方法700可以继续进行到可选的方框705和706，依照方框705和706，可选的复位和置位电压可以施加到图8c的电阻性存储器单元400。向电阻性存储器单元400施加复位和/或置位电压的细节与以上结合图5的可选的方框506和507所描述的细节相同或大体上相同。因此，为了简洁起见，这样的细节在本文中不再重复。在任何情况下，施加复位电压可以使得丝状体413被破坏，从而产生被破坏的丝状体414，如图8d中所示的。随后施加置位电压可以使得重新形成丝状体413。

为了进一步解释以上概念，本公开内容现在将继续进行以在集成电路、电阻性随机存取存储器、或其它器件的背景下描述形成电阻性存储器单元的具体过程的一个示例。因此，参考图9，图9是形成与本公开内容一致的存储性存储器单元的方法的示例性操作的流程图。为了清楚起见，将结合图10a-10g描述图9中的操作，图10a-10g逐步示出了在衬底(例如，集成电路器件的衬底)上形成与本公开内容一致的电阻性存储器单元。

如图9中所示的，方法900可以在方框901开始。方法随后可以继续进行到方框902，其中，可以提供用于随后形成电阻性存储器单元的衬底。在图10a中总体上示出了这个概念，图10a描绘了具有形成在其中的沟槽1002的衬底1001。一般来说，衬底1001可以包括一层或多层电介质或绝缘材料或者采用一层或多层电介质或绝缘材料的形式。可以用于形成衬底1001的适合的电介质/绝缘材料的非限制性示例包括诸如二氧化硅(sio2)、碳掺杂的氧化物(cdo)、氮化硅(sin)之类的绝缘氧化物，诸如聚氟环丁烷(polyflurocyclobutane)或聚四氟乙烯(ptfe)、氟硅酸盐玻璃(fsg)之类的有机聚合物、诸如倍半硅氧烷和硅氧烷、有机硅酸盐玻璃、其组合之类的有机硅酸盐等等。沟槽1002可以以任何适合的方式形成在衬底1001中。例如，沟槽1002可以通过利用选择性蚀刻过程蚀刻衬底1001来形成。

如图10a中进一步所示的，在衬底1001中形成两个层级的互连件(m1、m2)。另外，互连件1003形成在沟槽1002内。如所示的，互连件m1、m2和1003被形成衬底1001的电介质/绝缘材料包围。互连件m1、m2、和1003可以由导电材料(例如，诸如铜、钴、钼、钌、铍、铬、锰、铝、银、金、其组合等等)形成，其可以以任何适合的方式(例如，经由金属化过程)来沉积或者以其它方式形成。沟槽1002、互连件m1、m2和1003的尺寸可以被定制为给定的目标应用或最终用途。尽管未示出，但是在一些实施例中，互连件1003可以连接或者以其它方式耦合到电接地。

尽管在图10a中仅描绘了一个沟槽1002，但是应当理解的是，这样的例示仅用于示例的目的，并且可以形成任何适合数量的沟槽1002。事实上，本公开内容预见到多个(例如，几百、几千、几百万、或甚至几十亿)沟槽1002形成在衬底1001中的实施例，其中，每个沟槽用于容纳电阻性存储器单元。

回到图9，方法可以从方框902继续进行到方框903，依照框903，可以形成底部电极。在图10b中示出这个概念，图10b描绘了形成在沟槽1002内的、并且在这种情况下位于互连件1003的上表面上的底部(第一)电极101。底部电极可以由诸如以上所述的那些材料之类的电极材料形成或者包括那些电极材料，并且可以以任何适合的方式沉积。在该示例中，共形沉积过程可以用于在衬底1001的表面之上以及沟槽1002内形成底部电极101的共形层。在这样的沉积之后，可以应用平坦化过程以从衬底1001的位于沟槽1002的外部的区域中去除共形层的部分。如果需要的话，随后可以应用选择性蚀刻过程以将沟槽1002内的底部电极101蚀刻到期望的厚度，和/或去除底部电极101的可能形成在沟槽1002的侧壁上的部分。

回到图9，方法可以从方框903继续进行到方框904，依照方框904，可以形成切换层前体。在图10c中示出了这个概念，图10c描绘了在沟槽1002内形成切换层前体302’。如先前所指出的，切换层前体302’可以是或者可以包括一层或多层亚化学计量的氧化物，其可以在沉积切换层前体302’时本征地形成，或者可以在这样的沉积之后形成。因此，例如，可以通过在底部电极101和衬底1001的表面上(例如经由反应溅射或者其它适合的沉积过程)来沉积亚化学计量的氧化物的共形层。替代地或另外地，可以通过在底部电极101和衬底1001上沉积大体上化学计量的氧化物的共形层、在亚化学计量的氧化物的共形层上沉积氧反应材料的共形层(例如，oel层)、以及对所得到的结构进行热处理以使得氧反应材料的共形层与大体上亚化学计量氧化物的层中的氧反应来形成切换层前体。在任一情况下，平坦化过程可以被应用以从衬底1001的上表面去除所沉积的一层或多层共形层。选择性蚀刻或其它去除过程还可以被应用以从沟槽1002的侧壁去除所沉积的切换层前体，从而产生图10c中的结构。

再次回到图9，方法可以从方框904继续进行到方框905，其中，可以在切换层前体上形成顶部电极。在图10d中示出了这个概念，图10d示出了在切换层前体302’的上表面上形成顶部电极103。先前已经对可以用于形成顶部电极103的材料的性质进行了描述，因此不再重复。类似地，顶部电极103可以以与底部电极102极为相同的方式来形成。因此，例如可以通过在衬底1001和切换层前体302’的上表面上创建电极材料的共形层的金属化过程来形成顶部电极103。，平坦化和/或蚀刻过程随后可以用于从衬底1001的表面以及如果期望/必要的话从沟槽1002的侧壁去除电极材料，使得产生图10d中示出的结构。

再次转到图9，方法可以从框905继续进行到方框906，其中，可以形成出入孔(accesshole)以暴露切换层前体302’的侧。图10e中示出了这个概念，图10e例示了出入孔1004的形成。在这个示例中，出入孔1004被示出为从邻近顶部电极103的衬底1001的上表面延伸到切换层前体302’的第一侧和第二侧(未标记)。应当理解的是，图10e中的出入孔1004的位置和配置仅用于示例的目的，并且出入孔1004可以形成在任何适合的位置中并具有任何适合的构造。在一些实施例中，出入孔1004可以使用选择性蚀刻或其它材料去除过程(例如，光刻、湿法/干法蚀刻等等)来形成，其可以去除衬底1001的材料并暴露切换层前体302’的侧。

出入孔1004的尺寸可以显著变化，并且目标可以被设置为适应特定应用或最终用途。记住这点，并且如以下将描述的，出入孔1004可以在受控氧化过程中使用以将切换层前体302’的侧暴露于含氧大气。因此，切换层前体302’的侧暴露于含氧大气的程度可以被出入孔1004的尺寸影响。记住这点，在一些实施例中，出入孔1004具有从大约5nm到大约50nm的范围的平均宽度，例如从大约5nm到大约25nm，或者甚至从大约5nm到大约10nm。

回到图9，方法可以从方框906继续进行到方框907，于是可以对图10e的结构执行受控氧化过程。如以上所讨论的，在一些实施例中，受控氧化过程涉及将切换层前体的侧暴露于含氧大气，并且在前体的侧被这样暴露时对结构进行退火。在一些实施例中，图10e的结构在包含大约5％的氧和大约95％的氮的大气中从大约300度到大约600度的范围的温度下进行退火。与先前讨论一致，受控氧化过程可以使得邻近切换层前体302’的侧的氧空位被氧占据，使得形成内部区域(ir)和相邻的第一和第二外部区域，其中，氧空位位于内部区域(ir)内。

方法随后可以从方框907继续进行到方框908，其中，可以保护切换层前体。例如可以通过用不透氧材料填充依照方框906所形成的出入孔的所有或一部分来执行对切换层前体的保护。在图10f中示出了这个概念，图10f描绘了如被填充有不透氧材料(例如，tin)的层310的出入孔1004。出入孔1004可以以任何适合的方式被完全填充或部分填充有不透氧材料。例如，可以通过在衬底1001的表面之上和出入孔1004内沉积不透氧材料的共形层来用不透氧材料填充出入孔1004。随后可以使用平坦化和/或蚀刻过程来从衬底1001的表面去除不透氧材料，使得产生图10f中所示的结构。

此时，方法可以从方框908继续进行到方框909，其中，可以执行形成过程以将切换层前体转换为与本公开内容一致的切换层。因此例如，耦合到顶部电极103的电压源可以用于将形成电压施加到图10f的结构，使得产生具有包括由氧空位形成的一个或多个丝状体的内部区域的切换层，例如，如图3中总体上所示的。图10g中示出了这个概念，图10g总体上描绘了切换层前体302’转换为切换层302的形成。此时，方法可以继续进行到方框910并结束。

在形成过程之后，可以可选地施加复位和置位电压以破坏丝状体并在切换层302内重新形成丝状体，如先前所述的。以此方式，如期望的，所产生的电阻性存储器单元可以在低电阻(导通)与高电阻(关断)状态之间切换。

本公开内容的另一方面涉及计算系统，该计算系统包括具有与本公开内容一致的电阻性存储器单元的集成电路(例如，电阻性存储器器件)。就这点而言，参考图11，图11示出了根据示例性实施例的利用使用本文中公开的技术形成的集成电路30结构或器件实现的计算系统1100。如可以看到的，计算设备1100容纳母板1102。母板1102可以包括多个部件，包括但不限于处理器1104和至少一个通信芯片1106，它们中的每个都可以物理和电气地耦合到母板1102，或者以其它方式集成在其中。如将意识到的，母板1102可以是例如任何印刷电路板，不管是主板、安装在主板上的子板、还是系统1100的唯一的板等等。

根据其应用，计算设备1100可以包括一个或多个其它部件，这些部件可以或可以不物理和电气耦合到母板1102。这些其它部件可以包括但不限于易失性存储器(例如，dram)、非易失性存储器(例如，rom、reram1008等)、图形处理器、数字信号处理器、密码协处理器、芯片组、天线、显示器、触摸屏显示器、触摸屏控制器、电池、音频编解码器、视频编解码器、功率放大器、全球定位系统(gps)设备、罗盘、加速度计、陀螺仪、扬声器、照相机、以及大容量储存设备(例如硬盘驱动器、光盘(cd)、数字多功能盘(dvd)等等)。包括在计算系统1100中的部件中的任何部件可以包括使用本文中公开的技术形成的一个或多个集成电路结构或器件(例如，一个或多个电阻性存储器单元)。

通信芯片1106实现了无线通信，以便将数据传送到计算设备1100以及从计算设备1100传送数据。术语“无线”及其派生词可以用于描述可以通过使用经调制的电磁辐射来经由非固态介质传送数据的电路、设备、系统、方法、技术、通信信道等。该术语并不暗示所关联的设备不包含任何导线，尽管在一些实施例中它们可能不包含导线。通信芯片1106可以实施多个无线标准或协议中的任何标准或协议，这些标准或协议包括但不限于wi-fi(ieee802.11系列)、wimax(ieee802.16系列)、ieee802.20、长期演进(lte)、ev-25do、hspa+、hsdpa+、hsupa+、edge、gsm、gprs、cdma、tdma、dect、蓝牙、及其衍生物、以及被指定为3g、4g、5g及更高代的任何其它无线协议。计算设备1000可以包括多个通信芯片1006。例如，第一通信芯片1006可以专用于较短距离无线通信(例如wi-fi和蓝牙)，并且第二通信芯片1006可以30专用于较长距离无线通信(例如gps、edge、gprs、cdma、wimax、lte、ev-do以及其它)。

计算设备1100的处理器1104包括封装在其中的集成电路管芯。在一些实施例中，处理器1104的集成电路管芯包括利用与本公开内容一致的一个或多个集成电路结构器件(例如一个或多个电阻性存储器单元)来实施的板载电路。术语“处理器”可以指代对来自寄存器和/或存储器的电子数据进行处理以便将该电子数据转换成可以储存在寄存器和/或存储器中的其它电子数据的任何器件或器件的一部分。

通信芯片1106还可以包括封装在通信芯片1106内的集成电路管芯。根据一些示例性实施例，通信芯片1106的集成电路管芯包括与本公开内容一致的一个或多个集成电路结构或器件(例如，一个或多个电阻性存储器单元)。

在各种实施方式中，计算设备1100可以是膝上型电脑、上网本电脑、笔记本电脑、超极本电脑、智能电话、平板电脑、个人数字助理(pda)、超级移动pc、移动电话、台式计算机、服务器、打印机、扫描仪、监视器、机顶盒、娱乐控制单元、数码相机、便携式音乐播放器、数字视频录像机、或处理数据或采用与本公开内容一致的一个或多个集成电路结构或器件(例如，一个或多个非平面电阻性存储器单元)的任何其它电子器件。

示例

以下示例列举了与本公开内容一致的附加的实施例。

示例1——根据该示例，提供了一种形成电阻性存储器单元的方法，其包括：形成第一电极；在第一电极上形成具有总宽度w的切换层前体，切换层前体包括第一侧和第二侧；在切换层前体上形成第二电极；以及对切换层前体进行处理以形成内部区域和与内部区域相邻的第一外部区域和第二外部区域，其中，在处理后：内部区域包括亚化学计量氧化物，该亚化学计量氧化物包括多个氧空位；内部区域具有小于切换层的总宽度w的宽度w1；并且第一外部区域和第二外部区域均包括大体上化学计量的氧化物；执行形成过程以形成切换层，该切换层包括至少一个丝状体，其中，至少一个丝状体仅存在于内部区域的宽度w1内。

示例2——该示例包括示例1的任何或所有特征，其中：形成切换层前体包括在第一电极上沉积亚化学计量氧化物的层；并且处理包括将切换层前体的第一侧和第二侧暴露于含氧大气，以便用氧占据亚化学计量氧化物的层中的邻近切换层的第一侧和第二侧的氧空位中的至少一部分，以便形成内部区域和第一外部区域和第二外部区域。

示例3——该示例包括示例2的任何或所有特征，并且还包括在切换层前体的第一侧和第二侧上形成保护层。

示例4——该示例包括示例3的任何或所有特征，其中，保护层包括不透氧材料。

示例5——该示例包括示例4的任何或所有特征，其中，保护层是二元或三元金属氮化物、金属碳化物、或者其组合。

示例6——该示例包括示例2的任何或所有特征，其中，处理还包括在含氧大气中对切换层前体进行热处理。

示例7——该示例包括示例6的任何或所有特征，其中，热处理是在从大约300℃到大约600℃的范围的温度下执行的。

示例8——该示例包括示例2的任何或所有特征，并且还包括提供衬底，该衬底包括具有形成在其中的沟槽的电介质材料，其中：形成切换层前体包括在沟槽内沉积亚化学计量氧化物的层，以使得切换层前体的第一侧和第二侧分别接触沟槽的相对侧壁；并且暴露包括在电介质中形成一个或多个出入孔以暴露切换层前体的第一侧和第二侧的至少一部分，以及在含氧大气中对所得到的结构进行热处理。

示例9——该示例包括示例1的任何或所有特征，并且还包括：在切换层前体上形成氧交换层(oel)，以使得oel的至少一部分位于第二电极与切换层前体之间，其中，在处理之后，内部区域设置在oel下方。

示例10——该示例包括示例9的任何或所有特征，其中，oel具有与w1对应的宽度。

示例11——该示例包括示例9的任何或所有特征，其中：形成切换层前体包括在第一电极上沉积大体上化学计量的氧化物的层；并且处理包括对oel和切换层前体进行热处理，以便形成大体上位于oel之下的内部区域。

示例12——该示例包括示例1的任何或所有特征，其中，w1是平均宽度并且范围为从大于0到大约40纳米(nm)。

示例13——该示例包括示例12的任何或所有特征，其中，w1的范围为从大于0到大约10nm。

示例14——该示例包括示例9的任何或所有特征，其中，oel包括选自于由以下各项组成的组的金属：铪(hf)、钛(ti)、钽(ta)、或者其一个或多个组合。

示例15——该示例包括示例1的任何或所有特征，其中，亚化学计量氧化物由选自于由以下各项组成的组的亚化学计量金属氧化物形成：氧化铪(hfo2-x)、氧化钽(ta2o5-x)、氧化镍(nio2-x)、氧化钨(ⅲ)(w2o3-x)、氧化钨(ⅳ)(wo2-x)、氧化钨(ⅳ)(wo3-x)、五氧化钨(w2o5-x)、氧化钛(tio2-x)、氧化锆(zro2-x)、氧化钒(vo2-x)、氧化铜(ⅱ)(cuo1-x)、氧化铝(al2o3-x)、或者其一个或多个组合，其中，x大于或等于对应的化学计量氧化物的完全化学计量的氧含量的大约25％。

示例16——该示例包括示例1的任何或所有特征，其中，内部区域的第一侧与切换层的第一侧间隔开距离d1；内部区域的第二侧与切换层的第二侧间隔开距离d2；d1和d2可以相同或不同；并且d1和d2的范围均为从大于0到大约50nm。

示例17——该示例包括示例1的任何或所有特征，其中：形成过程使氧空位在内部区域内形成单个丝状体。

示例18——该示例包括示例1的任何或所有特征，其中，在执行形成过程之后，方法还包括执行复位过程以破坏至少一个丝状体。

示例19——该示例包括示例18的任何或所有特征，其中，在执行复位过程之后，方法还包括执行置位过程以在内部区域内重新形成丝状体。

示例20——根据该示例，提供了一种电阻性存储器单元，其包括：第一电极；形成在第一电极上的具有总宽度w的切换层；第二电极，第二电极形成在切换层上；其中：切换层包括第一侧、第二侧、内部区域、以及与内部区域相邻的第一外部区域和第二外部区域，内部区域包括亚化学计量氧化物，第一外部区域和第二外部区域包括大体上化学计量的氧化物；并且内部区域具有宽度w1，该宽度w1小于切换层的总宽度w。

示例21——该示例包括示例20的任何或所有特征，其中，亚化学计量的氧化物包括多个氧空位。

示例22——该示例包括示例21的任何或所有特征，其中，电阻性存储器单元能够响应于所施加的电压而在导通状态与关断状态之间重新配置；并且当电阻性存储器单元处于导通状态时，多个氧空位的至少一部分仅在所述内部区域的所述宽度w1内形成至少一个丝状体。

示例23——该示例包括示例22的任何或所有特征，其中，当电阻性存储器单元处于关断状态时，至少一个丝状体被破坏。

示例24——该示例包括示例20的任何或所有特征，并且还包括保护层，该保护层位于切换层的第一侧和第二侧上。

示例25——该示例包括示例24的任何或所有特征，其中，保护层包括透氧材料。

示例26——该示例包括示例25的任何或所有特征，其中，透氧材料是二元或三元金属氮化物、金属碳化物、或者其组合。

示例27——该示例包括示例20的任何或所有特征，并且还包括衬底，衬底包括具有形成在其中的沟槽的电介质材料，沟槽包括相对的侧壁，其中，第一电极、第二电极、以及切换层形成在沟槽内。

示例28——该示例包括示例27的任何或所有特征，并且还包括第一出入孔和第二出入孔，该第一出入孔和第二出入孔分别延伸到切换层的第一侧和第二侧，其中，第一出入孔和第二出入孔至少部分地被填充有透氧材料。

示例29——该示例包括示例28的任何或所有特征，其中，透氧材料是二元或三元金属氮化物、金属碳化物、或者其组合。

示例30——该示例包括示例20的任何或所有特征，还包括氧交换层(oel)，该氧交换层(oel)形成在切换层上，以使得oel的至少一部分位于第二电极与切换层之间，其中，内部区域设置在oel下方。

示例31——该示例包括示例30的任何或所有特征，其中，oel具有与w1对应的宽度。

示例32——该示例包括示例20的任何或所有特征，其中，w1是平均宽度并且范围为从大于0到大于40纳米(nm)。

示例33——该示例包括示例32的任何或所有特征，其中，w1的范围为从大于0到大于10nm。

示例34——该示例包括示例30的任何或所有特征，其中，oel包括选自于由以下各项组成的组的金属：铪(hf)、钛(ti)、钽(ta)、其一个或多个组合、或者其一个或多个氧化物。

示例35——该示例包括示例20的任何或所有特征，其中，亚化学计量氧化物选自与由以下亚化学计量的各项组成的组：氧化铪(hfo2-x)、氧化钽(ta2o5-x)、氧化镍(nio2-x)、氧化钨(ⅲ)(w2o3-x)、氧化钨(ⅳ)(wo2-x)、氧化钨(ⅳ)(wo3-x)、五氧化钨(w2o5-x)、氧化钛(tio2-x)、氧化锆(zro2-x)、氧化钒(vo2-x)、氧化铜(ⅱ)(cuo1-x)、氧化铝(al2o3-x)、或者其一个或多个组合，其中，x大于或等于对应的化学计量氧化物的完全化学计量的氧含量的大约25％。

示例36——该示例包括示例20的任何或所有特征，其中：内部区域的第一侧与切换层的第一侧间隔开距离d1；内部区域的第二侧与切换层的第二侧间隔开距离d2；d1和d2可以相同或不同；并且d1和d2的范围均为从大于0到大约50纳米。

示例37——该示例包括示例20的任何或所有特征，其中，当电阻性存储器单元处于导通状态时，切换层包括内部区域的宽度w1内的单个丝状体。

示例38——根据该示例，提供了一种计算设备，其包括：处理器和存储器，存储器包括至少一个电阻性存储器单元，电阻性存储器单元包括：第一电极；形成在第一电极上的具有总宽度w的切换层；第二电极，第二电极形成在切换层上；其中：切换层包括第一侧、第二侧、内部区域、以及与内部区域相邻的第一外部区域和第二外部区域，内部区域包括亚化学计量氧化物，第一外部区域和第二外部区域包括大体上化学计量的氧化物；并且内部区域具有宽度w1，该宽度w1小于切换层的总宽度w。

示例39——该示例包括示例38的任何或所有特征，其中，亚化学计量氧化物包括多个氧空位。

示例40——该示例包括示例39的任何或所有特征，其中，电阻性存储器单元能够响应于所施加的电压而在导通状态与关断状态之间重新配置；并且当电阻性存储器单元处于导通状态时，多个氧空位的至少一部分仅在内部区域的宽度w1内形成至少一个丝状体。

示例41——该示例包括示例40的任何或所有特征，其中，当电阻性存储器单元处于关断状态时，至少一个丝状体被破坏。

示例42——该示例包括示例38的任何或所有特征，并且还包括保护层，该保护层位于切换层的第一侧和第二侧上。

示例43——该示例包括示例38的任何或所有特征，其中，保护层包括透氧材料。

示例44——该示例包括示例43的任何或所有特征，其中，透氧材料是二元或三元金属氮化物、金属碳化物、或者其组合。

示例45——该示例包括示例38的任何或所有特征，其中，电阻性存储器单元还包括衬底，衬底包括具有形成在其中的沟槽的电介质材料，沟槽包括相对的侧壁，其中，第一电极、第二电极、以及切换层形成在沟槽内。

示例46——该示例包括示例45的任何或所有特征，其中，电阻性存储器单元还包括第一出入孔和第二出入孔，该第一出入孔和第二出入孔分别延伸到切换层的第一侧和第二侧，其中，第一出入孔和第二出入孔至少部分地被填充有透氧材料。

示例47——该示例包括示例46的任何或所有特征，其中，透氧材料是二元或三元金属氮化物、金属碳化物、或者其组合。

示例48——该示例包括示例38的任何或所有特征，其中，电阻性存储器单元还包括氧交换层(oel)，该氧交换层(oel)形成在切换层上，以使得oel的至少一部分位于第二电极与切换层之间，其中，内部区域设置在oel下方。

示例49——该示例包括示例48的任何或所有特征，其中，oel具有与w1对应的宽度。

示例50——该示例包括示例38的任何或所有特征，其中，w1是平均宽度并且范围为从大于0到大于40纳米(nm)。

示例51——该示例包括示例50的任何或所有特征，其中，w1的范围为从大于0到大于10nm。

示例52——该示例包括示例48的任何或所有特征，其中，oel包括选自于由以下各项组成的组的金属：铪(hf)、钛(ti)、钽(ta)、其一个或多个组合、或者其一个或多个氧化物。

示例53——该示例包括示例38的任何或所有特征，其中，亚化学计量氧化物选自于由以下亚化学计量的各项组成的组：二氧化铪(hfo2-x)、氧化钽(ta2o5-x)、氧化镍(nio2-x)、氧化钨(ⅲ)(w2o3-x)、氧化钨(ⅳ)(wo2-x)、氧化钨(ⅳ)(wo3-x)、五氧化钨(w2o5-x)、氧化钛(tio2-x)、氧化锆(zro2-x)、氧化钒(vo2-x)、氧化铜(ⅱ)(cuo1-x)、氧化铝(al2o3-x)、或者其一个或多个组合，其中，x大于或等于对应的化学计量氧化物的完全化学计量的氧含量的大约25％。

示例54——该示例包括示例38的任何或所有特征，其中：内部区域的第一侧与切换层的第一侧间隔开距离d1；内部区域的第二侧与切换层的第二侧间隔开距离d2；d1和d2可以相同或不同；并且d1和d2的范围均为从大于0到大约50纳米。

示例55——该示例包括示例40的任何或所有特征，其中，当电阻性存储器单元处于导通状态时，切换层包括内部区域的宽度w1内的单个丝状体。

本文中所采用的术语和措辞被用作为描述而非限制的术语，并且因此在使用这样的术语和措辞时，并没有排除所示和所述的特征的任何等效形式的意图，并且要认识到，在权利要求的范围内各种修改是可能的。因此，权利要求旨在涵盖所有这样的等效形式。本文中已经描述了各种特征、方面、和实施例。如本领域技术人员将理解的，特征、方面、和实施例易于相互组合以及进行变型和修改。因此，本公开内容应当被认为包括这样的组合、变型和修改。