專利名稱：存儲裝置及其制造方法和存儲器陣列及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種存儲裝置及其制造方法以及一種存儲器陣列及其制造方法背景技術(shù)傳統(tǒng)的半導(dǎo)體存儲裝置包括連接在電路中的許多存儲單元。在傳統(tǒng)的動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)中，例如，單位存儲單元可以由開關(guān)和電容器組成。 DRAM可以具有相對高的集成密度和相對快的操作速度。然而，由于當電源 被切斷時傳統(tǒng)的DRAM失去所有存儲的數(shù)據(jù)，所以這種裝置是易失性的。相 反，由于即使當電源被切斷時傳統(tǒng)的閃速存儲器也保留存儲的數(shù)據(jù)，所以閃 速存儲器是非易失性的。然而，當與傳統(tǒng)的DRAM相比時，傳統(tǒng)的閃速存儲 裝置具有較低的集成密度和較慢的操作速度。非易失性存儲裝置的示例包括磁性隨機存取存儲器(MRAM)、鐵電隨機 存取存儲器(FRAM)、相變隨機存取存儲器(PRAM)和電阻隨機存取存儲器 (RRAM)。傳統(tǒng)的RRAM利用其電阻根據(jù)特定的條件而變化的過渡金屬氧化 物的可變電阻特性。在傳統(tǒng)的電阻存儲裝置中，在下電極上形成二極管作為開關(guān)。存儲電阻 器和上電極順序地形成在二極管上。下電極和上電極中的每個可以由用于半 導(dǎo)體裝置的導(dǎo)電材料形成。存儲電阻器可以由過渡金屬氧化物(TMO)形成。 因為開關(guān)電流被用于改變存儲電阻器的電阻狀態(tài)，所以獲得穩(wěn)定的開關(guān)電流 是相對重要的。發(fā)明內(nèi)容示例實施例涉及存儲裝置，例如，可以獲得相對穩(wěn)定的開關(guān)電流以驅(qū)動 存儲裝置的存儲裝置。至少 一些示例實施例可以包括不同的開關(guān)區(qū)域和存儲 區(qū)域。示例實施例還提供制造存儲裝置的方法。至少一個示例實施例提供一種存儲裝置。至少根據(jù)該示例實施例，辨述電極和第二電極。存儲電阻器和開關(guān)結(jié)構(gòu)可以形成在 第一電極和第二電極之間。開關(guān)結(jié)構(gòu)可以控制提供到存儲電阻器的電流。存至少根據(jù)一些示例實施例，開關(guān)區(qū)域的尺寸可以大于存儲區(qū)域的尺寸。 存儲裝置還可以包括中間電極，中間電極形成在存儲電阻器和開關(guān)結(jié)構(gòu)之間。 開關(guān)結(jié)構(gòu)、第一電極和中間電極之間的重疊區(qū)域可以用作開關(guān)區(qū)域。存儲電 阻器、中間電極和第二電極之間的重疊區(qū)域可以用作存儲區(qū)域。至少根據(jù)一些示例實施例，中間電極可以具有接觸塞，接觸塞一體地形 成在中間電極上，使得中間電極經(jīng)過接觸塞接觸存儲電阻器。接觸塞的寬度 可以窄于中間電極的寬度。存儲電阻器可以形成在通過在中間電極的一部分 上的絕緣層而形成的接觸孔中。開關(guān)結(jié)構(gòu)可以為二極管、變阻器或閾值開關(guān)裝置。二極管可以具有包括雙層結(jié)構(gòu)，例如，所述雙層結(jié)構(gòu)包括n型氧化物層和p型氧化物層。至少根據(jù)一些示例實施例，存儲晶體管可以由從鎳(Ni)氧化物、鈦(Ti)氧 化物、鉿(Hf)氧化物、鋯(Zr)氧化物、鋅(Zn)氧化物、鎢(W)氧化物、鈷(Co) 氧化物、銅(Cu)氧化物、鐵(Fe)氧化物、鈮(Nb)氧化物、它們的組合等所組成 的組中選擇的一種形成。存儲電阻器可以包含一次可編程(OTP)材料。至少一個其它的示例實施例提供一種存儲器陣列，存儲器陣列包括沿第 一方向形成的第一電極；沿與第一方向垂直的第二方向形成的第二電極。第 一存儲電阻器和第一開關(guān)結(jié)構(gòu)可以形成在第一電極和第二電極之間。第一存 儲電阻器可以利用多電阻特性來存儲信息。第一開關(guān)結(jié)構(gòu)可以控制提供到第 一存儲電阻器的電流。第一存儲電阻器的存儲區(qū)域和第一開關(guān)結(jié)構(gòu)的開關(guān)區(qū) 域可以4皮此不同。至少根據(jù)一些示例實施例，存儲器陣列還可以包括與第二電極垂直相交 的多個第三電極以及形成在第二電極和第三電極之間的第二存儲電阻器和第二開關(guān)結(jié)構(gòu)。第二存儲電阻器可以利用多電阻特性來存儲信息。第二開關(guān)結(jié) 構(gòu)可以為雙層結(jié)構(gòu)并可以控制提供到第二存儲電阻器的電流。第二存儲電阻 器的存儲區(qū)域和第二開關(guān)結(jié)構(gòu)的開關(guān)區(qū)域可以彼此不同。至少一個其它的示例實施例提供一種存儲裝置。至少根據(jù)該示例實施例， 存儲裝置可以包括布置在第一電極和第二電極之間的開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)。開關(guān)存 儲結(jié)構(gòu)可以包括存儲電阻器和布置在第一電極和存儲電阻器之間的開關(guān)結(jié)構(gòu)。開關(guān)結(jié)構(gòu)可以被構(gòu)造為控制提供到存儲電阻器的電流。存儲電阻器的存 儲區(qū)域和開關(guān)結(jié)構(gòu)的開關(guān)區(qū)域可以彼此不同。至少 一個其它的示例實施例提供一種存儲陣列。存儲陣列可以包括沿第 一方向形成的多個第一電極和沿第二方向形成的多個第二電極。第二方向可 以垂直于第一方向。第一開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)可以形成在多個第一電極中的一個和 多個第二電極中對應(yīng)的一個第二電極之間。多個第二電極可以與多個第一電 極中的每個對應(yīng)。第 一開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)中的每個可以包括構(gòu)造為基于多電阻特 性來存儲信息的第 一存儲電阻器和結(jié)合到第 一存儲電阻器的第 一開關(guān)結(jié)構(gòu)。 第一開關(guān)結(jié)構(gòu)可以控制提供到第一存儲電阻器的電流。第一存儲電阻器的第 一存儲區(qū)域和第 一開關(guān)結(jié)構(gòu)的第 一開關(guān)區(qū)域可以彼此不同。至少一個其它的示例實施例提供一種制造存儲器陣列的方法。至少根據(jù) 一個示例實施例，第 一開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)可以形成在多個第 一 電極中的每個和多 個第二電極中的對應(yīng)的第二電極之間。多個第二電極可以與多個第 一 電極中的每個對應(yīng)。第一開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)中的每個可以包括被構(gòu)造為基于多電阻特性 來存儲信息的第 一存儲電阻器和結(jié)合到第 一存儲電阻器的第 一開關(guān)結(jié)構(gòu)。第 一開關(guān)結(jié)構(gòu)可以被構(gòu)造為控制提供到第 一 存儲電阻器的電流。第 一 存儲電阻 器的第 一存儲區(qū)域和第 一開關(guān)結(jié)構(gòu)的第 一開關(guān)區(qū)域可以彼此不同。至少一個其它的示例實施例提供一種制造存儲裝置的方法。至少根據(jù)該 示例實施例，開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)可以形成在第一電極和第二電極之間。開關(guān)存儲 結(jié)構(gòu)可以包括被構(gòu)造為基于多電阻特性來存儲信息的存儲電阻器和結(jié)合到存 儲電阻器的開關(guān)結(jié)構(gòu)。開關(guān)結(jié)構(gòu)可以被構(gòu)造為控制提供到存儲電阻器的電流。 存儲電阻器的存儲區(qū)域和開關(guān)結(jié)構(gòu)的開關(guān)區(qū)域可以彼此不同。至少根據(jù)一些示例實施例，開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)可以包括形成在存儲電阻器和 開關(guān)結(jié)構(gòu)之間的中間電極。開關(guān)區(qū)域可以為開關(guān)結(jié)構(gòu)與第 一 電極和中間電極 重疊的區(qū)域。存儲區(qū)域可以為存儲電阻器與中間電極和第二電極重疊的區(qū)域。 第 一 電極和中間電極可以與開關(guān)結(jié)構(gòu)的區(qū)域垂直地重疊。中間電極和第二電 極可以與存儲電阻器的區(qū)域垂直地重疊。至少根據(jù)一些示例實施例，開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)可以包括形成在開關(guān)結(jié)構(gòu)上的 中間電極和形成在中間電極上的絕緣層。絕緣層可以具有形成為通過絕緣層的接觸孔。存儲電阻器可以形成在接觸孔中。開關(guān)結(jié)構(gòu)可以為二極管r'變阻 器或闊值開關(guān)裝置。開關(guān)結(jié)構(gòu)可以為包括至少兩個氧化物層的多層結(jié)構(gòu)。


通過詳細描述附圖中示出的示例實施例，示例實施例將變得更清楚，附圖中圖1是根據(jù)一個示例實施例的存儲裝置的剖視圖；圖2A是示出圖1的存儲裝置的陣列結(jié)構(gòu)的一個示例實施例的平面圖；圖2B是沿圖2A的線L-L'截取的剖視圖；圖2C是示出圖1的存儲裝置的陣列結(jié)構(gòu)的另一示例實施例的平面圖；圖3是根據(jù)另 一示例實施例的存儲裝置的剖視圖；圖4A是根據(jù)另一示例實施例的存儲裝置的剖視圖；圖4B是示出圖4A的存儲裝置的陣列結(jié)構(gòu)的一個示例實施例的平面圖；圖5A是根據(jù)另一示例實施例的存儲裝置的透視圖；圖5B是示出圖5A的存儲裝置的陣列結(jié)構(gòu)的一個示例實施例的平面圖；圖6是示出圖5A的存儲裝置的多陣列結(jié)構(gòu)的一個示例實施例的透視圖；圖7是示出四個存儲裝置樣品的電特性的曲線圖，四個存儲裝置樣品中 的每個包括由鉑(Pt)形成的第一電極和第二電極，每個存儲裝置樣品具有不同 面積的作為開關(guān)結(jié)構(gòu)的二極管，每個二極管包括Ti02層和NiO層；圖8是示出具有不同面積的開關(guān)區(qū)域的兩個存儲裝置的示例實施例的電 流和電壓之間的關(guān)系的曲線圖；圖9是示出根據(jù)示例實施例的開關(guān)區(qū)域的面積和提供到存儲裝置的電流 之間的關(guān)系的曲線圖。
具體實施方式
現(xiàn)在，將參照示出了一些示例實施例的附圖來更充分地描述各種示例實 施例。在附圖中，為了清晰起見，夸大了層和區(qū)域的厚度。這里公開了詳細的說明性示例實施例。然而，這里公開的具體結(jié)構(gòu)和功 能的細節(jié)僅僅是代表性的，出于描述示例實施例的目的。然而，本發(fā)明可以 以許多可選的形式來實施，并不應(yīng)被理解為僅限于這里闡述的示例實施例。因此，盡管示例實施例能夠為各種修改和替換的形式，但是附圖中通過 示例的方式示出了示例實施例的實施例，并將在這里進行詳細的描述z然而， 應(yīng)該理解的是，不是意圖將示例實施例限制為公開的具體形式，而是相反，示例實施例意在覆蓋落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替換物。在 對附圖的整個描述中，相同的標號表示相同的元件。應(yīng)該理解的是，雖然術(shù)語第一、第二等可以在這里被用來描述不同的元 件，但是這些元件不應(yīng)該受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅是用來將一個元件與 另一元件區(qū)分開。例如，在不脫離示例實施例的范圍的情況下，第一元件可 以被稱為第二元件，類似地，第二元件可以被稱為第一元件。如這里使用的， 術(shù)語"和/或"包括一個或多個相關(guān)所列項的任意組合和所有組合。應(yīng)該理解的是，當元件或?qū)颖环Q為"形成在"另一元件或?qū)?上"時， 它可以直接或間接地形成在另一元件或?qū)由?。即，例如，可以存在中間元件 或?qū)?。相反，當元件或?qū)颖环Q為"直接形成在"另一元件上時，不存在中間 元件或中間層。用于描述元件或?qū)又g的關(guān)系的其它詞語(例如，"在……之 間"與"直接在……之間"，"與……相鄰"與"與……直接相鄰"等)應(yīng)該按 相似的方式來解釋。這里使用的術(shù)語只是出于描述具體實施例的目的，而不是意在限制示例 實施例。如這里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否則單數(shù)形式也意 在包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)該理解的是，當術(shù)語"包括"和/或"包含"在這里使 用時，表明存在所述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除 存在或添加一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們 的組。圖1是根據(jù)一個示例實施例的存儲裝置的剖視圖。參照圖l，開關(guān)結(jié)構(gòu)12和中間電極13可以順序地形成在第一電極11上。 存儲電阻器14可以形成在中間電極13上。存儲電阻器14可以被構(gòu)造為利用 電阻特性來存儲信息。中間電極13和存儲電阻器14可以經(jīng)過接觸塞(contact plug)P彼此連接。接觸塞P可以與中間電極13 —體地形成。在一個示例實施 例中，中間電極13可以形成為具有用作接觸塞P的突起的上部。仍然參照圖1，絕緣層16可以置于中間電極13和存儲電阻器14之間并 位于接觸塞P的每個側(cè)表面處。第二電極15可以形成在存儲電阻器14上。 開關(guān)結(jié)構(gòu)12、中間電極13、絕緣層16和存儲電阻器14可以被稱為開關(guān)存儲 結(jié)構(gòu)。存儲電阻器14的存儲區(qū)域M和開關(guān)結(jié)構(gòu)12的開關(guān)區(qū)域S可以彼此不同。 例如，開關(guān)區(qū)域S可以為開關(guān)結(jié)構(gòu)12與第 一 電極11和中間電極13重疊的區(qū)域。存儲區(qū)域M可以為存儲電阻器14與中間電極13的接觸塞P和第二電極15重疊的區(qū)域。開關(guān)區(qū)域S的面積可以大于存儲區(qū)域M的面積。將在下面更 詳細的解釋這些層的材料。圖2A是示出圖1的存儲裝置的陣列結(jié)構(gòu)的一個示例實施例的平面圖。 圖2B是沿圖2A的線L-L'截耳又的剖-見圖。參照圖2A和圖2B,多個第一電極11可以沿第一方向形成并彼此平行。 多個第二電極15可以沿第二方向形成并彼此平行。第一方向可以與第二方向 垂直。多個第一電極11和多個第二電極15可以形成為^皮此交叉(例如，垂直 交叉)。多個第一電極11可以彼此絕緣。多個第二電極15也可以彼此絕緣。 開關(guān)結(jié)構(gòu)12、中間電極13、利用多電阻特性來存儲信息的存儲電阻器14可 以形成在多個第一電極11中的每個和多個第二電極15中對應(yīng)的一個第二電 極15之間。在圖2A和圖2B中，如上面參照圖l所討論的，開關(guān)結(jié)構(gòu)12與第一電 極11和中間電4及13重疊的區(qū)域可以用作開關(guān)區(qū)域S。此外在圖2A和圖2B 中，存儲電阻器14與中間電極13和第二電極15重疊的區(qū)域可以用作存儲區(qū) 域M。圖2C是示出圖1的存儲裝置的陣列結(jié)構(gòu)的另一示例實施例的剖視圖。 如圖2C中所示，第一電極11可以形成為具有T型截面，中間電極13可以 形成為具有倒T型截面。至少根據(jù)該示例實施例，相鄰的存儲裝置的中間電 極13可以具有延伸不同垂直長度的上部。類似地，相鄰的存儲裝置的第一電 極11可以具有延伸不同長度的下部。在存儲器陣列中的相鄰的存儲裝置可以 具有重疊(例如，垂直重疊)的側(cè)表面。在至少一個示例實施例中，圖2C的陣 列結(jié)構(gòu)的集成度可以高于圖2B的陣列結(jié)構(gòu)的集成度。當與傳統(tǒng)的電阻存儲裝 置相比時，圖1的存儲裝置可以通過增加開關(guān)區(qū)域S的面積以使用更低的操 作電壓來獲得更高的開關(guān)電流，從而降低功耗?，F(xiàn)在將說明根據(jù)示例實施例的制造存儲裝置的方法。至少該示例實施例 可以至少被用于制造圖1中示出的存儲裝置，為了清晰起見，將參照圖1中 示出的存儲裝置來描述。至少^4居該示例實施例，可以形成第一電極11。開關(guān)結(jié)構(gòu)12可以形成 在第一電極ll上。開關(guān)結(jié)構(gòu)12可以具有多層(例如，雙層)結(jié)構(gòu)，例如，所述 多層結(jié)構(gòu)包括n型氧化物層和p型氧化物層?？梢栽陂_關(guān)結(jié)構(gòu)12上涂敷導(dǎo)電材料，以形成具有接觸塞P的中間電極13?？梢栽谥虚g電極13上的接觸塞P的側(cè)面涂敷絕緣材料，以形成絕緣層16。中間電極13和接觸塞P可以彼此 一體地形成。在另一示例中，可以在中間電極13上形成絕緣層16,并且可 以在絕緣層16的一部分中形成孔，從而暴露中間電極13的一部分?？梢詫?導(dǎo)電材料填充在孔中，以形成接觸塞P?？梢栽诮佑|塞P和絕緣層16上涂敷 諸如過渡金屬氧化物(TMO)等的可變電阻材料，以形成存儲電阻器14。可以 在存儲電阻器14上涂敷導(dǎo)電材料，以形成第二電極15。 圖3是根據(jù)另 一示例實施例的存儲裝置的剖視圖。參照圖3 ，開關(guān)結(jié)構(gòu)32和中間電極33可以順序地形成在第 一 電極31上。 存儲電阻器34和第二電極35可以順序地形成在中間電極33上。存儲電阻器 34和第二電極35中的每個的寬度可以窄于中間電極33和/或開關(guān)結(jié)構(gòu)32的 寬度。第二電極35和存儲電阻器34可以具有相等或基本相等的寬度。開關(guān)至少根據(jù)該示例實施例，開關(guān)結(jié)構(gòu)32的開關(guān)區(qū)域S的結(jié)構(gòu)和存儲電阻器 34的存儲區(qū)域M的結(jié)構(gòu)可以彼此不同。例如，開關(guān)結(jié)構(gòu)32與第一電極31 和中間電極33重疊的區(qū)域可以用作開關(guān)區(qū)域S。存儲電阻器34與中間電極 33和第二電極35重疊的區(qū)域可以用作存儲區(qū)域M。開關(guān)區(qū)域S的面積可以 大于存儲區(qū)域M的面積。圖4A是根據(jù)另一示例實施例的存儲裝置的剖視圖。圖4B是示出圖4A 的存儲裝置的陣列結(jié)構(gòu)的一個示例實施例的平面圖。參照圖4A,開關(guān)結(jié)構(gòu)42和中間電極43可以順序地形成在第一電極41 上。絕緣層46可以形成在中間電極43上。接觸孔可以形成在絕緣電極46中， 存儲電阻器44可以形成在接觸孔中。存儲電阻器44可以填充接觸孔。存儲 電阻器44的寬度可以窄于中間電極43的寬度。第二電極45可以形成在存儲 電阻器44和絕緣層46上。開關(guān)結(jié)構(gòu)42、中間電極43、存儲層46和存儲電 阻器44可以被稱為開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)。如圖4A和圖4B中所示，開關(guān)結(jié)構(gòu)42的開關(guān)區(qū)域S的結(jié)構(gòu)和存儲電阻 器44的存儲區(qū)域M的結(jié)構(gòu)可以彼此不同。例如，開關(guān)結(jié)構(gòu)42與第一電極41 和中間電極43重疊的區(qū)域可以用作開關(guān)區(qū)域S。存儲電阻器44與中間電極 43和第二電才及45重疊的區(qū)域可以用作存儲區(qū)域M。開關(guān)區(qū)域S的面積可以 大于存儲區(qū)域M的面積。參照圖4B，如所示出的，存儲區(qū)域M可以小于(例如，遠小于)開關(guān)區(qū)域S?，F(xiàn)在將描述根據(jù)另 一示例實施例的制造存儲裝置的方法的示例實施例。所述方法至少可以被用于制造圖4A的存儲裝置，為了清晰起見，將參照圖 4A中示出的示例實施例來描述。至少根據(jù)該示例實施例，可以形成第一電極41。可以在第一電極41上 形成開關(guān)結(jié)構(gòu)42。開關(guān)結(jié)構(gòu)42可以為具有多層(例如，雙層)結(jié)構(gòu)的二極管， 例如，所述多層結(jié)構(gòu)包括n型氧化物層和p型氧化物層?？梢栽陂_關(guān)結(jié)構(gòu)42 上形成中間電極43 ，可以在中間電極43上形成絕^彖層46?？梢酝ㄟ^絕》彖層 46的一部分形成孔，以暴露中間電極43的一部分?？梢栽诮佑|孔中沉積可 變電阻材料，以形成存儲電阻器44?？勺冸娮璨牧峡梢灾辽俨糠只蛲耆畛?孔。例如，可變電阻材料的上表面可以與絕緣層46的上表面處于同一平面。 可以在存儲電阻器44和絕緣層46上涂敷導(dǎo)電材料，以形成第二電極45。圖5A是根據(jù)另一示例實施例的存儲裝置的透視圖。參照圖5A,利用電阻特性來存儲信息的存儲電阻器52可以形成在第一 電極51上。存儲電阻器52的寬度可以等于或基本等于第一電極51的寬度。 中間電極53可以形成在存儲電阻器52上。開關(guān)結(jié)構(gòu)54可以形成在中間電極 53上。開關(guān)結(jié)構(gòu)54可以具有多層結(jié)構(gòu)，例如，所述多層結(jié)構(gòu)包括第一氧化 物層54a和第二氧化物層54b?？蛇x擇地，第一氧化物層54a和第二氧化物層 54b的位置可以互換。第一氧化物層54a和第二氧化物層54b可以分別由例如 n型氧化物和p型氧化物形成，反之亦然。開關(guān)結(jié)構(gòu)54、中間電極53和存儲 電阻器52可以被稱為開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)。中間電極53和開關(guān)結(jié)構(gòu)54可以具有相 同或基本相同的形狀。第二電極55可以形成在開關(guān)結(jié)構(gòu)54上。如圖5A和圖5B中所示，開關(guān)結(jié)構(gòu)54的開關(guān)區(qū)域S可以與存儲電阻器 52的存儲區(qū)域不同。例如，開關(guān)結(jié)構(gòu)54與第二電極55和中間電極53重疊 的區(qū)域可以用作開關(guān)區(qū)域S。存儲電阻器52與中間電極53和第一電極51重 疊的區(qū)域可以用作存儲區(qū)域M。開關(guān)區(qū)域S的面積可以大于存儲區(qū)域M的面 積。雖然在圖5A中沒有示出，但是圖5B中示出的是，絕緣層50可以形成 在第一電極51和存儲電阻器52的側(cè)表面上。圖5B是示出圖5A的存儲裝置的陣列結(jié)構(gòu)的一個示例實施例的平面圖。 參照圖5B,第一電極51可以沿第一方向形成，第二電極55可以沿第丄'方向 形成。第一方向和第二方向可以彼此垂直或基本垂直。雖然在圖5B中沒有示出，但是圖5A中示出的是，存儲電阻器52、中 間電極53和開關(guān)結(jié)構(gòu)54可以形成在第一電極51和第二電極55之間。如上 面所指出的，絕緣層50可以形成在第一電極51、存儲電阻器52、中間電極 53和開關(guān)結(jié)構(gòu)54的側(cè)表面上。參照圖5A和圖5B,當存儲電阻器52與第一電極51和中間電極53重 疊的區(qū)域用作存儲區(qū)域M并且開關(guān)結(jié)構(gòu)54與中間電極53和第二電極55重 疊的區(qū)域用作開關(guān)區(qū)域S時，開關(guān)區(qū)域S的面積可以大于存儲區(qū)域M的面積。 因此，至少根據(jù)該示例實施例，存儲區(qū)域M和開關(guān)區(qū)域S可以彼此不同。至少根據(jù)一些示例實施例的存儲裝置可以具有多陣列結(jié)構(gòu)。圖6是示出 圖5A的存儲裝置的多陣列結(jié)構(gòu)的一個示例實施例的透視圖。參照圖6,多個第一電極51可以沿第一方向形成。多個存儲電阻器52 可以形成在多個第一電極51上。開關(guān)結(jié)構(gòu)54可以形成在每個存儲電阻器52 上。第二電極55可以沿垂直于第一方向的第二方向形成在每個開關(guān)結(jié)構(gòu)54 上。例如，開關(guān)結(jié)構(gòu)54可以為二極管。每個開關(guān)結(jié)構(gòu)54可以包括至少兩個 氧化物層54a和54b。開關(guān)結(jié)構(gòu)56、中間電極57和存儲電阻器58可以形成在多個第二電極55 中的每個上。多個第三電極59可以形成在多個開關(guān)結(jié)構(gòu)56上。多個第三電 極59中的每個可以與多個第一電極51中的一個第一電極51對應(yīng)。例如，開 關(guān)結(jié)構(gòu)56可以為二極管。每個開關(guān)結(jié)構(gòu)56可以包括至少兩個氧化物層56a 和56b。第二電極55可以為驅(qū)動開關(guān)結(jié)構(gòu)54和56的共電極。雖然參照圖6 中的雙層陣列結(jié)構(gòu)來描述了存儲裝置的示例實施例，但是根據(jù)示例實施例的 存儲裝置可以為通過在第三電極59等上形成存儲電阻器、中間電極、開關(guān)結(jié) 構(gòu)和上電極以包括三層或更多層的多層陣列結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在將說明例如在圖1至圖6中示出的存儲裝置的示例實施例的元件的 材料。第一電極ll、 31、 41和51、第二電極15、 35、 45和55以及第三電極 59可以由用于半導(dǎo)體裝置的電極材料(例如，Al、 Hf、 Zr、 Zn、 W、 Co、 Au、 Ag、 Pd、 Pt、 Ru、 Ir、 Ti、它們的組合或?qū)щ娊饘傺趸?形成。術(shù)語"第一 電極"和"第二電極"可以互換。中間電極13、 33、 43、 53和57可以分別電連接存儲電阻器14、、4、 44、 52和58以及開關(guān)結(jié)構(gòu)12、 32、 42、 54和56。如果省略中間電極13、 33、43、 53和57,則開關(guān)結(jié)構(gòu)12、 32、 42、 54和56會起到電阻器的作用，這會 在操作期間產(chǎn)生問題。例如，如果開關(guān)結(jié)構(gòu)12、 32、 42、 54和56為二極管 并且省略中間電極13、 33、 43、 53和57,則當存4諸電阻器14、 34、 44、 52 和58執(zhí)行設(shè)置操作時會損壞開關(guān)結(jié)構(gòu)12、 32、 42、 54和56,從而損失整流 特性。中間電極13、 33、 43、 53和57可以由例如Al、 Hf、 Zr、 Zn、 W、 Co、 Au、 Ag、 Pd、 Pt、 Ru、 Ir、 Ti、它們的組合或?qū)щ娊饘傺趸镄纬?。開關(guān)結(jié)構(gòu)12、 32、 42、 54和56可以為諸如二極管、變阻器、閾值開關(guān) 裝置等的非歐姆裝置。如果開關(guān)結(jié)構(gòu)12、 32、 42和54為二極管，則開關(guān)結(jié) 構(gòu)12、 32、 42和54中的每個可以具有多層(例如，雙層)結(jié)構(gòu)，例如，所述多 層結(jié)構(gòu)包括n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層或包括n型氧化物層或p型氧化物 層。例如，開關(guān)結(jié)構(gòu)12、 32、 42和54中的每個可以通過順序堆疊例如CuO 的p型氧化物層和例如InZnO的n型氧化物層來形成?？蛇x擇地，開關(guān)結(jié)構(gòu) 12、 32、 42和54中的每個可以通過順序堆疊例如由NiO形成的p型氧化物 層和例如由Ti02形成的n型氧化物層形成。因為由自然產(chǎn)生的Cu缺失而導(dǎo) 致沒有與Cu結(jié)合的0^可以用作施主(donor)，所以CuO可以為p型半導(dǎo)體材 料。因為由自然產(chǎn)生的Zn間隙和O空位而導(dǎo)致存在于晶格外部或沒有與O 結(jié)合的Zn"可以用作受主(acceptor)，所以InZnO可以為n型半導(dǎo)體材料。開關(guān)結(jié)構(gòu)22、 32、 42和54可以由例如晶體氧化物或更易于在室溫下形 成的非晶氧化物形成。硅二極管會需要大約800。C的相對高的溫度處理，由 于所述相對高的溫度處理會使得電極和存儲電阻器劣化。然而，氧化物二極 管可以在例如大約300°C或400。C的相對低的溫度下形成。絕緣層16、 46和50可以由諸如Si氧化物、Si氮化物等絕緣材料形成。存儲電阻器14、 34、 44、 52和58中的每個可以由用于電阻存儲裝置的 可變電阻材料形成。在該示例中，根據(jù)提供到可變電阻材料的電流，可變電 阻材料可以包括兩個或更多的電阻狀態(tài)。例如，存儲電阻器14、 34、 44、 52 和58可以由諸如鎳(Ni)氧化物、鈦(Ti)氧化物、鉿(Hf)氧化物、鋯(Zr)氧化物、 鋅(Zn)氧化物、鎢(W)氧化物、鈷(Co)氧化物、銅(Cu)氧化物、鐵(Fe)氧化物、 或鈮(Nb)氧化物、它們的組合等的TMO形成。在該示例中，圖l至圖6的存 儲裝置可以為可重寫存儲裝置，即，可以可逆地從相對高電阻狀態(tài)切換到相 對低電阻狀態(tài)或從相對低電阻狀態(tài)切換到相對高電阻狀態(tài)。可選擇地，圖1 至圖6中示出的存儲裝置可以為包含一次可編程(OTP)材料的存儲裝置。巧列如，存儲電阻器l4、 34、 44、 52和58中的每個可以包包含反熔絲(antifuse), 即，可以不可逆地從相對高電阻狀態(tài)切換到相對低電阻狀態(tài)。當存儲電阻器 14、 34、 44、 52和58中的每個包括相對高電阻多晶體硅薄膜反熔絲時，編 程操作可以為不可逆的并僅可以被執(zhí)行一次。反熔絲可以由多晶硅、硅的氧 化物、硅的氮化物等形成?？梢允褂弥T如化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積 (ALD)等的半導(dǎo)體工藝來制造根據(jù)示例實施例的圖1至圖6的存儲裝置。圖7是示出四個半導(dǎo)體裝置樣品的電特性的曲線圖，四個半導(dǎo)體裝置樣 品中的每個包括由鉑(Pt)形成的第一電極和第二電極。存儲裝置包括作為開關(guān) 結(jié)構(gòu)的二極管，二極管具有不同面積，每個二極管包括TiO2層(20nm)和NiO 層(20nm)。如圖7中所示，對于相同或基本相同的電壓，當二極管的面積增力口日于，電;;危;t曽力口。圖8是示出具有不同面積的開關(guān)區(qū)域的兩個存儲裝置的示例實施例的電 流和電壓之間的關(guān)系的曲線圖。在該示例中，二極管形成在第一電極上。中 間電極和由Ni氧化物形成的存儲電阻器形成在二極管上。第二電極形成在中 間電極和存儲電阻器上。第一電極和第二電極以及中間電極由Pt形成。作為 開關(guān)結(jié)構(gòu)的二極管包含Ti02和NiO。兩個存儲裝置具有不同面積的開關(guān)區(qū)域, 例如，大約50(imx50|im的面積和大約3(Himx30pm的面積。為了獲得圖8中 示出的結(jié)果，將電流施加到兩個存儲裝置并進行測量。如圖8中所示，為了在50pmx50^im的開關(guān)區(qū)域中獲得大約10mA的重 置電流所需的電壓的量小于為了在30pmx30^im的開關(guān)區(qū)域中獲得大約1 OmA 的重置電流所需的電壓的量。因此，可以通過減小存儲電阻器的面積或通過置。圖9是示出根據(jù)示例實施例的開關(guān)區(qū)域的面積和施加到存儲裝置的電流 之間的關(guān)系的曲線圖。在圖9中，水平軸表示開關(guān)區(qū)域的面積((am2)，垂直軸 表示提供到開關(guān)區(qū)域的電流A,斜線表示關(guān)于開關(guān)區(qū)域的每單位面積的電流 的電流密度(A/cm2)。參照圖9，如果開關(guān)區(qū)域S為具有大約100nm的邊的正方形形狀，則開 關(guān)區(qū)域的面積為大約l(T2|im2。當存儲裝置的重置電流為大約lOOiaA時，存;者 裝置可以在電流密度為大約106八/^112時進行切換。然而，當開關(guān)區(qū)域S的面積增加到大約10"nn^時，即使當電流密度為大約1()SA/cm2時(如B中所示) 存儲裝置也可以進行切換。因此，可以通過減小存儲區(qū)域的面積或增加開關(guān) 區(qū)域的面積來使用相對低的電流密度。因此，至少根據(jù)該示例實施例的存儲 裝置可以獲得相對穩(wěn)定的開關(guān)電流，同時通過控制開關(guān)區(qū)域的面積與存儲區(qū) 域的面積的比率來抑制和/或防止集成密度的不利影響。雖然已經(jīng)參照附圖中示出的示例實施例具體地示出并描述了示例實施 例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明的由權(quán)利要求 限定的精神和范圍的情況下，可以在本發(fā)明中做出形式和細節(jié)上的各種改變。
權(quán)利要求
1、一種存儲裝置，包括第一電極；第二電極；開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)，布置在第一電極和第二電極之間，開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)包括存儲電阻器，開關(guān)結(jié)構(gòu)，布置在第一電極和存儲電阻器之間，開關(guān)結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為控制提供到存儲電阻器的電流，存儲電阻器的存儲區(qū)域和開關(guān)結(jié)構(gòu)的開關(guān)區(qū)域彼此不同。
2、 如權(quán)利要求1所述的存儲裝置，其中，開關(guān)區(qū)域的尺寸大于存儲區(qū)域 的尺寸。
3、 如權(quán)利要求1所述的存儲裝置，其中，開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)還包括 中間電極，形成在存儲電阻器和開關(guān)結(jié)構(gòu)之間，其中，開關(guān)區(qū)域為開關(guān)結(jié)構(gòu)與第一電極和中間電極重疊的區(qū)域，存儲區(qū) 域為存儲電阻器與中間電極和第二電極重疊的區(qū)域。
4、 如權(quán)利要求3所述的存儲裝置，其中，第一電極和中間電極與開關(guān)結(jié) 構(gòu)的區(qū)域垂直重疊。
5、 如權(quán)利要求3所述的存儲裝置，其中，中間電極和第二電極與存儲電 阻器的區(qū)域垂直重疊。
6、 如權(quán)利要求3所述的存儲裝置，其中，中間電極具有接觸塞，接觸塞 一體地形成在中間電極上，使得中間電極經(jīng)過接觸塞接觸存儲電阻器。
7、 如權(quán)利要求6所述的存儲裝置，其中，接觸塞的寬度窄于中間電極的 寬度。
8、 如權(quán)利要求1所述的存儲裝置，其中，開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)還包括 中間電極，形成在存儲電阻器和開關(guān)結(jié)構(gòu)之間；絕緣層，形成在中間電極上，絕緣層具有形成為通過絕緣層的接觸孔， 其中，存儲電阻器形成在接觸孔中。
9、 如權(quán)利要求1所述的存儲裝置，其中，開關(guān)結(jié)構(gòu)為二極管、變阻器或 閾值開關(guān)裝置。
10、 如權(quán)利要求1所述的存儲裝置，其中，開關(guān)結(jié)構(gòu)為包括至少兩個氧化物層的多層結(jié)構(gòu)。
11、 如權(quán)利要求1所述的存儲裝置，其中，存儲電阻器由從鎳氧化物、 鈦氧化物、鉿氧化物、鋯氧化物、鋅氧化物、鎢氧化物、鈷氧化物、銅氧化 物、鐵氧化物、鈮氧化物和它們的組合所組成的組中選擇的一種形成。
12、 如權(quán)利要求1所述的存儲裝置，其中，存儲電阻器由一次可編程材料形成。
13、 一種存儲器陣列，包括 多個第一電極，沿第一方向形成；多個第二電極，沿第二方向形成，第二方向與第一方向垂直； 多個第一開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)，布置在多個第一電極中的每個和多個第二電極 中的對應(yīng)的一個第二電極之間，每個第一開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)包括 第一存儲電阻器，第一開關(guān)結(jié)構(gòu)，結(jié)合到第一存儲電阻器，第一開關(guān)結(jié)構(gòu)控制提供到 第 一存儲電阻器的電流，第 一存儲電阻器的第 一存儲區(qū)域和第 一開關(guān)結(jié)構(gòu)的 第一開關(guān)區(qū)域彼此不同。
14、 如權(quán)利要求13所述的存儲器陣列，其中，第一開關(guān)區(qū)域的尺寸大于 第一存儲區(qū)域的尺寸。
15、 如權(quán)利要求13所述的存儲器陣列，其中，每個第一存儲結(jié)構(gòu)還包括 中間電極，形成在第一存儲電阻器和第一開關(guān)結(jié)構(gòu)之間， 其中，第一開關(guān)區(qū)域為第一開關(guān)結(jié)構(gòu)與第一電極和中間電極重疊的區(qū)域，第一存儲區(qū)域為第一存儲電阻器與中間電極和第二電極重疊的區(qū)域。
16、 如權(quán)利要求15所述的存儲器陣列，其中，第一電極和中間電極與第 一開關(guān)結(jié)構(gòu)的區(qū)域垂直重疊。
17、 如權(quán)利要求15所述的存儲器陣列，其中，中間電極和第二電極與第 一存儲電阻器的區(qū)域垂直重疊。
18、 如權(quán)利要求15所述的存儲器陣列，其中，中間電極具有接觸塞，接 觸塞一體地形成在中間電極上，使得中間電極經(jīng)過接觸塞接觸第一存儲電阻 器。
19、 如權(quán)利要求18所述的存儲器陣列，其中，接觸塞的寬度窄于中間電 極的寬度。
20、 如權(quán)利要求13所述的存儲器陣列，其中，第一開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)還包括:中間電極，形成在第 一 存儲電阻器和第 一 開關(guān)結(jié)構(gòu)之間；絕緣層，形成在中間電極上，絕緣層具有形成為通過絕緣層的接觸孔， 其中，第一存儲電阻器形成在接觸孔中。
21、 如權(quán)利要求13所述的存儲器陣列，其中，第一開關(guān)結(jié)構(gòu)為二極管、 變阻器或閾值開關(guān)裝置。
22、 如權(quán)利要求13所述的存儲器陣列，其中，第一開關(guān)結(jié)構(gòu)為包括至少 兩個氧化物層的多層結(jié)構(gòu)。
23、 如權(quán)利要求13所述的存儲器陣列，其中，第一存儲電阻器由從鎳氧 化物、鈦氧化物、鉿氧化物、鋯氧化物、鋅氧化物、鴒氧化物、鈷氧化物、 銅氧化物、鐵氧化物、鈮氧化物和它們的組合所組成的組中選4奪的一種形成。
24、 如權(quán)利要求13所述的存儲器陣列，還包括 多個第三電極，與多個第二電極垂直地布置； 多個第二開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)，每個第二開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)包括第二存儲電阻器，被構(gòu)造為基于多電阻特性來存儲信息， 第二開關(guān)結(jié)構(gòu)，結(jié)合到第二存儲電阻器，第二開關(guān)結(jié)構(gòu)控制提供到第二存儲電阻器的電流，第二存儲電阻器的第二存儲區(qū)域和第二開關(guān)結(jié)構(gòu)的第二開關(guān)區(qū)域彼此不同。
25、 一種制造存儲裝置的方法，所述方法包括的步驟如下在第一電極和第二電極之間形成開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)，開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)包括 存儲電阻器，被構(gòu)造為基于多電阻特性來存儲信息， 開關(guān)結(jié)構(gòu)，結(jié)合到存儲電阻器，開關(guān)結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為控制提供到存儲 電阻器的電流，存儲電阻器的存儲區(qū)域和開關(guān)結(jié)構(gòu)的開關(guān)區(qū)域彼此不同。
26、 如權(quán)利要求25所述的方法，其中，形成開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)的步驟包括 在第一電極上形成開關(guān)結(jié)構(gòu)；在開關(guān)結(jié)構(gòu)上形成中間電極，中間電極具有向上延伸的接觸塞； 在中間電極上形成環(huán)繞接觸塞的絕緣層，絕緣層的上表面與接觸塞的上 表面處于同一平面；在接觸塞和絕緣層的上表面上形成存儲電阻器。
27、 如權(quán)利要求25所述的方法，其中，形成開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)的步駛f包括 在第一電極上形成開關(guān)結(jié)構(gòu)；在開關(guān)結(jié)構(gòu)上形成中間電極；在中間電極的上表面形成存儲電阻器，存儲電阻器形成為其寬度窄于開 關(guān)結(jié)構(gòu)的寬度。
28、 如權(quán)利要求25所述的方法，其中，形成開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)的步驟包括 在第一電極上形成開關(guān)結(jié)構(gòu)；在開關(guān)結(jié)構(gòu)上形成中間電極； 在中間電極上形成絕緣層；通過絕緣層的 一部分形成接觸孔，以暴露中間電極的 一部分； 在接觸孔中形成存儲電阻器。
29、 一種制造存儲器陣列的方法，所述方法包括 在多個第一電極中的每個和對應(yīng)的第二電極之間形成第 一開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)，第一開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)中的每個包括第一存儲電阻器，被構(gòu)造為基于多電阻特性來存儲信息， 第一開關(guān)結(jié)構(gòu)，結(jié)合到第一存儲電阻器，第一開關(guān)結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為控制提供到第 一存儲電阻器的電流，第 一存儲電阻器的第 一存儲區(qū)域和第 一開關(guān)結(jié)構(gòu)的第 一開關(guān)區(qū)域彼此不同。
30、 如權(quán)利要求29所述的方法，還包括在多個第三電極中的每個和多個第二電極中的對應(yīng)的一個第二電極之間 形成第二開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)，第二開關(guān)存儲結(jié)構(gòu)中的每個包括第二存儲電阻器，被配置為基于多電阻特性來存儲信息， 第二開關(guān)結(jié)構(gòu)，結(jié)合到第二存儲電阻器，第二開關(guān)結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為控 制提供到第二存儲電阻器的電流，第二存儲電阻器的第二存儲區(qū)域與第二開 關(guān)結(jié)構(gòu)的第二開關(guān)區(qū)域彼此不同。
全文摘要
本發(fā)明提供了存儲裝置及其制造方法和存儲器陣列及其制造方法。在存儲裝置中，存儲開關(guān)結(jié)構(gòu)形成在第一電極和第二電極之間。存儲開關(guān)結(jié)構(gòu)包括存儲電阻器和開關(guān)結(jié)構(gòu)。開關(guān)結(jié)構(gòu)控制提供到存儲電阻器的電流。存儲電阻器的存儲區(qū)域和開關(guān)結(jié)構(gòu)的開關(guān)區(qū)域彼此不同。
文檔編號H01L21/82GK101325213SQ20081011017
公開日2008年12月17日 申請日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日
發(fā)明者安承彥, 樸永洙, 李明宰, 金錫必 申請人:三星電子株式會社