專利名稱：阻變型非易失性存儲(chǔ)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由阻變型金屬氧化物形成的非易失性存儲(chǔ)元件。
背景技術(shù)：
這種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件用在需要持續(xù)穩(wěn)定存儲(chǔ)的系統(tǒng)中。例如，數(shù)碼相機(jī) 用非易失性存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)圖像，數(shù)碼音樂(lè)播放器用非易失性存儲(chǔ)元件存儲(chǔ)音頻數(shù)據(jù)。非易失 性存儲(chǔ)器還可用在計(jì)算機(jī)環(huán)境中持續(xù)穩(wěn)定地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 隨著器件尺寸的減小，縮放問(wèn)題向傳統(tǒng)非易失性存儲(chǔ)工藝的制造發(fā)起了挑戰(zhàn)。這
導(dǎo)致了對(duì)可替代的非易失性存儲(chǔ)工藝的研究，包括阻變型非易失性存儲(chǔ)器。 使用具有不同電阻的兩個(gè)或更多個(gè)穩(wěn)態(tài)的存儲(chǔ)元件，可形成阻變型非易失性存
儲(chǔ)。雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)。使用合適的電壓或電流，可將雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)元件放置于一種
高阻態(tài)或低阻態(tài)中。具體地，使用電壓脈沖將所述存儲(chǔ)元件從一種阻態(tài)轉(zhuǎn)換至另一種阻態(tài)。
使用非破壞性的讀操作能夠確定存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)位的值。 已經(jīng)披露了基于金屬氧化物轉(zhuǎn)換元件的阻變。但是，這種轉(zhuǎn)換元件經(jīng)常具有以下 至少其中一項(xiàng):i)用于"高"(即"關(guān)")和/或"低"(即"開(kāi)")狀態(tài)的高阻不夠高;ii)關(guān) 狀態(tài)和/或重置電流不夠低；iii)轉(zhuǎn)換行為差；iv)電分散性差；v)成品率低；vi)熱穩(wěn)定 性差和/或vii)用于實(shí)際器件時(shí)的可靠性差。 因此，希望能夠形成高質(zhì)量的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，該元件能夠解決這些方 面中的至少一部分和可能的其他方面。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，形成用于集成電路如存儲(chǔ)陣列的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件。每個(gè)所 述非易失性存儲(chǔ)元件可具有第一導(dǎo)電層、阻變型金屬氧化物層和第二導(dǎo)電層。所述非易失 性存儲(chǔ)元件可層層堆疊以形成一種堆棧式存儲(chǔ)陣列。 使用金屬如過(guò)渡金屬可形成所述金屬氧化物，可將摻雜劑添加至所述金屬氧化 物。 所述第一導(dǎo)電層可由一種金屬氮化物形成。所述金屬氮化物可為二元或三元金屬 氮化物，并且可包括多于一種的金屬。所述金屬氮化物中最流行的金屬與所述金屬氧化物 層中最流行的金屬是相同的。 所述第二導(dǎo)電層可包括i)(可選的)粘附層/阻障層和ii)逸出功控制層，該逸 出功控制層由高逸出功金屬(例如鉑、銥、鈀、鎳、錸、銠等等)或金屬化合物(例如氧化銥、 氧化釕、氮化鋁鈦等等)形成。 所述金屬氧化物可形成與所述第一導(dǎo)電層歐姆接觸(ohmic contact)或肖特基接
3觸(Schottky contact)。所述第二導(dǎo)電層可形成與所述金屬氧化物層歐姆接觸或肖特基接 觸。優(yōu)選地，所述第一或第二導(dǎo)電層形成與所述金屬氧化物歐姆接觸，并且與之相對(duì)的接觸 (o卯osing cantact)形成與所述金屬氧化物肖特基接觸。 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)電層為金屬氮化物，其中所述金屬氮化物中最 流行的金屬與所述金屬氧化物層中最流行的金屬是相同的。并且所述第一導(dǎo)電層形成與所 述金屬氧化物歐姆接觸，而第二導(dǎo)電層形成與所述金屬氧化物肖特基接觸。在另一個(gè)實(shí)施 例中，前述的第二導(dǎo)電層由高逸出功金屬(例如鉑、銥、鈀、鎳、錸、銠等等)或金屬化合物 (例如氧化銥、氧化釕、氮化鋁鈦等等)形成。在另一個(gè)實(shí)施例中，前述的金屬氧化物是非化 學(xué)計(jì)量的。 根據(jù)附圖以及下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的進(jìn)一步特征、本質(zhì)和各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)將更加顯 而易見(jiàn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性阻變型存儲(chǔ)元件陣列的示意圖；
圖2A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性阻變型非易失性存儲(chǔ)元件的剖面圖；
圖2B是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的示例性阻變型非易失性存儲(chǔ)元件的剖面圖；
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有圖2A和圖2B所示類型的阻變型非易失性存 儲(chǔ)元件如何具有雙穩(wěn)態(tài)行為的曲線圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性阻變型存儲(chǔ)元件與一個(gè)二極管串聯(lián)的示
圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性阻變型存儲(chǔ)元件與兩個(gè)電子器件串聯(lián)的 圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性阻變型存儲(chǔ)元件與一個(gè)電子器件串聯(lián)的
示意圖；
示意圖； 圖7是根據(jù)本發(fā)明
堆棧式存儲(chǔ)器的剖面示意圖
圖8是根據(jù)本發(fā)明
性存儲(chǔ)器件的阻變型存儲(chǔ)元件
一水
實(shí)施例的示例性的含有多層阻變型非易失性存儲(chǔ)元件的
一水
實(shí)施例的示例性步驟流程圖，該步驟包括形成用于非易失
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例涉及由阻變型元件形成的非易失性存儲(chǔ)器。本發(fā)明的實(shí)施例還涉 及阻變型非易失性存儲(chǔ)元件的結(jié)構(gòu)和用于形成這種結(jié)構(gòu)的制造方法。 阻變型元件可形成在任何合適的類型的集成電路上。更具體地，阻變型存儲(chǔ)元件 可形成為高容量的非易失性存儲(chǔ)集成電路的一部分。非易失性存儲(chǔ)集成電路常用于便攜器 件，如數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)電話、手提電腦和音樂(lè)播放器。在一些設(shè)置中，非易失性存儲(chǔ)器件可被 制成移動(dòng)設(shè)備，如移動(dòng)電話。在另外的設(shè)置中，非易失性存儲(chǔ)器件被封裝在能夠由使用者可 拆除地安裝于電子設(shè)備的存儲(chǔ)卡或存儲(chǔ)鍵中。 使用阻變型存儲(chǔ)元件形成存儲(chǔ)器件中的存儲(chǔ)陣列僅僅是示例性的。 一般而言，使 用本發(fā)明所述的阻變結(jié)構(gòu)可形成任何合適的集成電路。下面的例子描述了由阻變型存儲(chǔ)元造方法。 圖1示出了示例性的非易失性阻變型存儲(chǔ)元件12的存儲(chǔ)陣列10。存儲(chǔ)陣列10可 為存儲(chǔ)器件或其他集成電路的一部分。讀寫(xiě)電路通過(guò)導(dǎo)體16和正交導(dǎo)體18與存儲(chǔ)元件12 相連。導(dǎo)體如導(dǎo)體16和導(dǎo)體18有時(shí)候被稱為字元線和位元線，并且用于從/向陣列10的 元件12中讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)。通過(guò)合適的導(dǎo)體16和18組合，可為單獨(dú)的存儲(chǔ)元件12或成組的 存儲(chǔ)元件12編址。如圖1中的輪廓線14所示意性指示，存儲(chǔ)單元12可由一層或更多層材 料形成。此外，存儲(chǔ)陣列如存儲(chǔ)陣列IO能夠以豎直的方式堆疊以形成多層存儲(chǔ)陣列結(jié)構(gòu)。
在讀操作的過(guò)程中，通過(guò)向合適的導(dǎo)體16和18組合施加傳感電壓，可感知存儲(chǔ)元 件12的狀態(tài)。以這種方式編址的存儲(chǔ)元件依據(jù)其歷史可處在高阻態(tài)(即"關(guān)"狀態(tài))或低 阻態(tài)(即"低"狀態(tài))。因此，所述存儲(chǔ)元件的電阻決定了哪些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)正在被其存儲(chǔ)元件 存儲(chǔ)。如果存儲(chǔ)元件具有高阻，例如，可以認(rèn)為存儲(chǔ)元件包含邏輯l(即"l"位)。如果，從 另一方面說(shuō)，存儲(chǔ)元件具有低阻，可以認(rèn)為存儲(chǔ)元件包含邏輯O(S卩"O"位)。在寫(xiě)操作的過(guò) 程中，通過(guò)向合適的導(dǎo)體16和18組合施加合適的寫(xiě)信號(hào)，可改變存儲(chǔ)元件的狀態(tài)。
圖2A示出了阻變型非易失性存儲(chǔ)元件的一個(gè)示例性實(shí)施例的剖面圖。在圖2A的 例子中，存儲(chǔ)元件12由金屬氧化物22形成，并且具有導(dǎo)電電極20和24。當(dāng)導(dǎo)電線如線16 和18被構(gòu)建為陣列(如圖1的陣列10)的一部分時(shí)，其可與電極20和24物理地且電連 接。這種導(dǎo)電線可由金屬或其他導(dǎo)電材料(例如鎢、鋁、銅、金屬硅化物、摻雜多晶硅、摻雜 硅、這些材料的組合等等)形成。若需要，導(dǎo)電線16和導(dǎo)電線18既可作為導(dǎo)電線又可作為 電極。在這種類型的設(shè)置中，線16可作為電極20，這樣無(wú)需單獨(dú)的導(dǎo)體來(lái)形成元件12的上 電極。同理，線18可作為電極24，這樣對(duì)于元件12的下電極不需要單獨(dú)的導(dǎo)體。
在圖2A的圖形中，示意性地示出導(dǎo)電線16和18與電極20和24形成接觸。若需 要可使用其他設(shè)置。例如，可存在介入電子器件(例如二極管、p-i-n二極管、硅二極管、硅 p-i-n 二極管、晶體管等等)，該電子器件形成于線16和電極20之間或線18和電極24之 間。 金屬氧化物層22可由單層材料或多個(gè)亞層材料形成。例如，如虛線23所示，金屬 氧化物22可由金屬氧化物亞層22A和金屬氧化物亞層22B形成。通常，在金屬氧化物22中 可存在任何合適的數(shù)目的亞層(例如三個(gè)或更多個(gè)亞層，四個(gè)或更多個(gè)亞層等等)。圖2A 中對(duì)兩個(gè)亞層的描述僅僅是示例性的。 通過(guò)不同的制造過(guò)程和/或使用不同的材料，可形成金屬氧化物22的每個(gè)亞層。 例如，通過(guò)氧化導(dǎo)電層24可形成亞層22A和22B，該導(dǎo)電層由氮化鈦形成。從而所形成的亞 層22B和22A可分別具有組分TixlOylNzl和Tix2Oy2Nz2。 z2的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于zl的值(例如小十 倍或更多倍數(shù))。在這種類型的設(shè)置中，金屬氧化物層22的亞層22B和22A含有氮。層22 的大部分(即層22A)通常不含任何顯著數(shù)量的氮，但是一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的亞層(例如 層22B)可富含氮。若需要，層如層22A和22B可通過(guò)濺射工藝沉積(舉例)。在濺射過(guò)程 中，氣體壓強(qiáng)可連續(xù)地或離散地變化以生成具有連續(xù)變化或離散變化的組分的層。
亞層(如亞層22A或22B)可具有任何合適的厚度。例如，亞層22A和22B具有的 層厚可為5-150 ±矣、20-250 ±矣、50-2000 ±矣等等。 若需要，在器件12的所述導(dǎo)電層之一和所述阻變型金屬氧化物之間，可存在串聯(lián) 連接的電子器件。在圖2B的一個(gè)示例性設(shè)置中，示出了位于導(dǎo)體24和金屬氧化物22之間
5的介入電子器件38。 如虛線21所示，用于諸如電極24和20的結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電材料可由一層或更多層材料 形成。這些層包括粘附層、阻障和逸出功控制層(舉例)。 粘附層可具有例如大約5至50埃的厚度，并且可形成與金屬氧化物層22直接接 觸以促使其他層粘附于金屬氧化物層22。 一些材料如高逸出功貴重材料(例如鉑)，當(dāng)其 形成與金屬氧化物層22直接接觸時(shí)，并不粘附。粘附層可由任何合適的材料形成，例如，粘 附層可由鈦、鉭或鎢及其任何氮化物、碳化物、硅化物和/或這些物質(zhì)的組合形成。
阻障層可用于阻止形成元件12的導(dǎo)電電極材料與金屬氧化物層22中材料之間 的相互擴(kuò)散。該阻障層可由任何合適的材料形成。該阻障層可具有大約5-1000埃的厚度 (舉例)，但優(yōu)選大約5至50埃。該阻障層還可作為粘附層。阻障層的例子包括高熔點(diǎn)金 屬(例如鈦、鉭、鎢等等)的氮化物、碳化物、碳氮化物和/或硅氮化物。在具有單獨(dú)的粘附 層和阻障層的元件12中，所述粘附層可形成與金屬氧化物層22接觸，并且所述阻障層可形 成與所述粘附層接觸。 逸出功控制層為有效地確定位于金屬氧化物層22上電極的逸出功的材料(例如 金屬)層。該逸出功控制層可形成在金屬氧化物22上或可形成在粘附層和/或阻障層上。 所述逸出功控制層可具有高逸出功(例如大于4. 5eV或5. OeV)。在所述逸出功控制層與粘 附層和/或阻障層結(jié)合使用的實(shí)例中，優(yōu)選地，粘附層的厚度、阻障層的厚度或粘附層與阻 障層的總和的厚度小于或等于100埃，并且更優(yōu)選地，小于或等于50埃，以便所述逸出功控 制層仍然保持為用于設(shè)定金屬氧化物層上電極的有效逸出功的主要層。典型地，所述逸出 功控制層的厚度接近為50?；虼笥?0埃。 可用于形成電極20和24的材料的例子包括金屬(例如高熔點(diǎn)或過(guò)渡金屬)、金屬 合金、金屬氮化物(例如高熔點(diǎn)金屬的氮化物)、金屬硅氮化物(即含有高熔點(diǎn)金屬、過(guò)渡 金屬或其他金屬以及硅和氮的材料)、金屬碳化物、金屬碳氮化物、金屬硅化物或其他導(dǎo)體。 用于電極20和24的金屬氮化物可為二元氮化物(即Me，y，其中Me為一種金屬)、三元氮 化物(例如Mel,Me2yNz，其中Mel和Me2為金屬)或其他合適的氮化物。
金屬氧化物22可由一種金屬氧化物(如過(guò)渡金屬的氧化物)形成，例如鈷基、鎳 基、銅基、鋅基、鈦基、鋯基、鉿基、釩基、鈮基、鉭基、鉻基、鉬基、鴇基或錳基氧化物或者其他 氧化物(如鋁基氧化物)?？稍诮饘傺趸?2中加入一種或更多種摻雜劑。可與金屬氧化 物混合的摻雜金屬氧化物22中加入一種或更多種摻雜劑。可與金屬氧化物混合的摻雜劑 的例子包括但不限于Ti、Ni、Co、Zr、V、Al和Nb。 通常，每個(gè)電極20和24和金屬氧化物22可包含一種或更多種金屬。在本文中， 將特定層內(nèi)具有最大的原子濃度的金屬稱為該層最流行的金屬。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所述第一電極24或第二電極20形成與金屬氧化物22歐姆接觸時(shí)， 可獲得改善的非易失性轉(zhuǎn)換行為(包括但不限于成品率和穩(wěn)定性)。而且，優(yōu)先選擇與歐姆 接觸相對(duì)的電極以形成與金屬氧化物22肖特基接觸。優(yōu)選地，選擇非化學(xué)計(jì)量金屬氧化物 22(例如，通過(guò)包括但不限于貧金屬、富金屬、貧氧、富氧材料)，從而使缺陷(例如，包括但 不限于金屬空位、金屬填隙、氧空位或氧填隙)和/或電荷載體能夠在所述金屬氧化物中形 成。 此外，希望選擇熱穩(wěn)定(例如，不凝聚、潤(rùn)濕、不分層等等)的電極層并且在隨后的處理步驟中(例如在形成硅基二極管、摻雜劑活化過(guò)程中，等等，其中處理溫度分別超過(guò) 50(TC和700°C )，所述電極層不與金屬氧化物產(chǎn)生負(fù)面反應(yīng)。 將所述電極的一個(gè)選為金屬氮化物(例如MexNy)、金屬硅氮化物(例如MexSiyNz) 或金屬碳氮化物(例如M CyN》能夠形成具有良好的轉(zhuǎn)換特性的熱穩(wěn)定的歐姆接觸或肖特 基接觸，其中在該電極中最流行的金屬與非化學(xué)計(jì)量金屬氧化物22中最流行的金屬是相 同的。例如，第一電極24可為氮化鈦并且含有鈦，而金屬氧化物22可為(摻雜的或未摻雜 的)名為n型的非化學(xué)計(jì)量氧化鈦層。當(dāng)所述金屬氧化物表現(xiàn)為n型材料時(shí)，逸出功小于 金屬氧化物逸出功的電極材料通常形成歐姆接觸。IVB族、VB族、VIB族和VIIB族金屬的 氮化物通常形成低逸出功的化合物。因此，與氧化鈦接觸的氮化鈦形成熱穩(wěn)定的歐姆接觸。 在名為P型的非化學(xué)計(jì)量金屬氧化物的實(shí)例中，逸出功小于金屬氧化物的逸出功的電極材 料通常形成肖特基接觸。最流行的金屬的其他例子包括但不限于鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬和 鎢。此外，與由元素周期表靠上方位置的金屬形成的金屬氮化物相比，基于元素周期表中靠 下方位置的金屬的金屬氮化物通常形成較低逸出功的材料。因此，在其中所述金屬氧化物 是氧化鈦基的例子中，也可使用氮化鉭電極獲得與氮化鈦相似的結(jié)果。
由與所述電極中的金屬相同的金屬形成金屬氧化物22的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠潛在 地消除在形成電極的操作和形成金屬氧化物層22的操作之間改變處理室的需要。
在電極20和金屬氧化物22之間形成的界面可為肖特基接觸或歐姆接觸。在電極 24和金屬氧化物22之間形成的界面也可為肖特基接觸或歐姆接觸。優(yōu)選地，相對(duì)的電極形 成相反的接觸類型。通過(guò)合適的設(shè)置，電極24和金屬氧化物22形成歐姆接觸(例如將金 屬氮化物作為電極24)，并且金屬氧化物22和電極20形成肖特基接觸(例如將一個(gè)可選 的粘附層和逸出功層控制層作為電極20)。在鈦基n型金屬氧化物實(shí)例中，將電極24選為 氮化鈦以形成與所述鈦基n型金屬氧化物歐姆接觸。此外，將高逸出功材料如Pt、 Ir、 Ir02 等等選作相對(duì)的電極20以形成肖特基接觸(即該電極的逸出功大于n型金屬氧化物的逸 出功)?？蛇x地，使用薄的粘附層/阻障層，優(yōu)選小于或等于大約50埃，并且更優(yōu)選小于或 等于大約20埃。應(yīng)選擇所述粘附層/阻障層的厚度，從而使粘附得到改善，同時(shí)對(duì)逸出功 控制層材料無(wú)負(fù)面影響。 阻變型存儲(chǔ)元件12具有雙穩(wěn)態(tài)電阻。當(dāng)阻變型存儲(chǔ)元件12處在高阻態(tài)時(shí)，可認(rèn) 為其含有邏輯l。當(dāng)阻變型存儲(chǔ)元件12處在低阻態(tài)時(shí)，可認(rèn)為其含有邏輯0。(若需要，高 阻可以用邏輯0而低阻可以用邏輯1表示)通過(guò)使用傳感電壓，可感知阻變型存儲(chǔ)元件12 的狀態(tài)。當(dāng)希望改變阻變型存儲(chǔ)元件12的狀態(tài)時(shí)，讀寫(xiě)電路可將合適的控制信號(hào)施加于合 適的線16和18。 通過(guò)對(duì)用于制造金屬氧化物22的工藝參數(shù)的合理選擇，可形成具有相對(duì)大的電 阻的阻變型金屬氧化物。例如，器件12中的金屬氧化物22可具有至少1歐姆_厘米、至少 10歐姆-厘米或至少100歐姆-厘米或更大的高態(tài)電阻系數(shù)。元件12的高態(tài)電阻與元件 12的低態(tài)電阻之比可大于5或IO(舉例)。 圖3示出了元件12的電流(I) 電壓(V)的曲線圖。起始，元件12處在高阻態(tài) (例如存儲(chǔ)邏輯1)。在這種狀態(tài)下，實(shí)線HRS26代表元件12的電流 電壓特征。通過(guò)與元 件12陣列相關(guān)聯(lián)的讀寫(xiě)電路可感知元件12的高阻態(tài)。例如，讀寫(xiě)電路可將讀電壓V^，施 加于元件12并且可感知因此而產(chǎn)生的流經(jīng)元件12的低電流L。當(dāng)希望元件12存儲(chǔ)邏輯
70時(shí)，將元件12置于其低阻態(tài)。這可通過(guò)使用讀寫(xiě)電路向元件12的終端16和18施加電 壓V^(設(shè)置電壓)而實(shí)現(xiàn)。如虛線30所示，向元件12施加電壓V^使元件12進(jìn)入其低阻 態(tài)。在這個(gè)區(qū)域，改變了元件12的結(jié)構(gòu)(例如通過(guò)形成流經(jīng)金屬氧化物22或其他合適的 機(jī)構(gòu)的電流絲)。這樣，在移走電壓VSET之后，元件12具有低阻曲線LRS28所示的特征。
通過(guò)讀寫(xiě)電路，可感知元件12的低阻狀態(tài)。當(dāng)將讀電壓V鵬D施加于阻變性存儲(chǔ)元 件12時(shí)，讀寫(xiě)電路將感知相對(duì)高的電流值I"表明元件12處在其低阻態(tài)。當(dāng)希望元件12 存儲(chǔ)邏輯1時(shí)，通過(guò)將電壓V目^(重置電壓)施加于元件12，將元件12再次置于其高阻態(tài)。 當(dāng)讀寫(xiě)電路將V目^施加于元件12時(shí)，元件12進(jìn)入如虛線32所示的其高阻態(tài)HRS。當(dāng)從元 件12移走電壓VKESET之后，元件12再次具有高阻曲線HRS26所示的特征。
阻變型存儲(chǔ)元件12的雙穩(wěn)態(tài)電阻使存儲(chǔ)元件12適用于存儲(chǔ)數(shù)字化數(shù)據(jù)。由于在 不施加電壓VSET或VKESET的情況下存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不發(fā)生改變，因此源自元件如元件12的存儲(chǔ)是 非易失性的。 任何合適的讀寫(xiě)電路和陣列布局方案設(shè)置可用于從阻變型存儲(chǔ)元件如元件12構(gòu)
建非易失性存儲(chǔ)器件。例如，水平和垂直線16和18可與阻變型存儲(chǔ)元件12的終端直接相
連。這僅僅是示例性的。若需要，其他電子器件可與每個(gè)元件12關(guān)聯(lián)。 圖4示出了一個(gè)例子。如圖4所示，可將二極管36與阻變型存儲(chǔ)元件12串聯(lián)設(shè)
置。二極管36可為肖特基二極管、p-n型二極管、p-i-n型二極管或任何其他合適的二極管。 若需要，可將其他電子器件與阻變型存儲(chǔ)元件12串聯(lián)設(shè)置。如圖5所示，串聯(lián)連 接的電子器件38可與阻變型存儲(chǔ)元件12聯(lián)接。器件38可為二極管、晶體管或任何其他合 適的電子器件。由于器件如前述這些器件，能夠矯正或反之改變電流流動(dòng)，有時(shí)這些器件被 稱為整流元件或電流導(dǎo)引元件。如圖6所示，可將兩個(gè)電子器件38與阻變型存儲(chǔ)元件12 串聯(lián)設(shè)置。電子器件38可形成為非易失性存儲(chǔ)元件的一部分，或可形成為相對(duì)于阻變型金 屬氧化物及其關(guān)聯(lián)電極的在可能地遠(yuǎn)程的位置上的獨(dú)立器件。 存儲(chǔ)元件12可制成陣列10中的一個(gè)單層，或可制成多層形成三維堆疊(具有或 沒(méi)有關(guān)聯(lián)的電子器件38)。通過(guò)多層存儲(chǔ)元件方案設(shè)置形成存儲(chǔ)陣列(如圖1的存儲(chǔ)陣列 10)的優(yōu)點(diǎn)是這種類型的方法允許在指定芯片尺寸下存儲(chǔ)元件密度最大化。
圖7示出了包含多層存儲(chǔ)元件的示例性集成電路40。如圖7所示，集成電路40具 有基片44(例如硅片)。由阻變型非易失性存儲(chǔ)元件12構(gòu)成的多個(gè)層42已經(jīng)形成在基片 44上。在圖7的例子中，基片44上有四個(gè)層42。這僅僅是示例性的。由集成電路中的阻 變型存儲(chǔ)元件12構(gòu)成的層數(shù)可為任何合適的數(shù)字。具體地，每一層設(shè)置以與圖1中描繪的 陣列相似的交點(diǎn)陣列布局。 每個(gè)層42可包含完全一致的存儲(chǔ)元件12，或者部分或所有的層42可包含不同類 型的存儲(chǔ)元件。假設(shè)，例如，第一層存儲(chǔ)元件12形成在基片44上，并且第二層存儲(chǔ)元件12 形成在所述第一層存儲(chǔ)元件上。在這種情況下，第一層存儲(chǔ)元件的所述第一層可具有下電 極和金屬氧化物層，其中，兩者的最流行的金屬(例如鈦)是相同的，第二層存儲(chǔ)元件可具 有下電極和金屬氧化物層，其中兩者的最流行的金屬(例如鉿)是相同的，但其中該最流行 的金屬不同于所述第一層中最流行的金屬。若需要，在元件12的下電極和金屬氧化物層中 的最流行的金屬可完全一致。例如，在堆棧式存儲(chǔ)集成電路中，鈦可用于所有層的元件12的下電極和金屬氧化物層中。 在制造元件12時(shí)所形成的材料層可通過(guò)利用合適的工藝來(lái)沉積。舉例來(lái)說(shuō)，沉積 工藝包括物理氣相沉積(例如濺射沉積或蒸發(fā))、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積、電化學(xué)沉積 (例如無(wú)電沉積或電鍍)、離子注入(例如退火處理前的離子注入)和熱氧化等等。
圖8示出了典型的制造過(guò)程。在步驟46中，形成一個(gè)或更多個(gè)可選層。例如，構(gòu) 成底層布線結(jié)構(gòu)的材料層或元件12的下層可形成在硅片上或其他合適的基片上。若需要， 可沉積構(gòu)成電流導(dǎo)引元件(如圖6所示的電流導(dǎo)引元件38)的材料層。
在步驟48中，形成第一導(dǎo)電層，如圖2A和2B所示的導(dǎo)電層24。導(dǎo)電層24可形成 在下電路層上。例如，導(dǎo)電層24可以形成在件10的下線(underlying line)18上或可形 成為線18的一部分。導(dǎo)電層24可沉積在來(lái)自于步驟46的下層結(jié)構(gòu)上。例如，層24沉積 于基片、非易失性存儲(chǔ)元件層(例如，當(dāng)形成的集成電路為堆棧式存儲(chǔ)器件)、導(dǎo)電層如傳 送線(line for routing) 18、用于使導(dǎo)電傳送線和非易失性存儲(chǔ)元件彼此絕緣的絕緣層或 任何其他合適的材料層。 層24可由金屬、金屬氮化物、金屬硅化物或其他合適的導(dǎo)電材料形成。優(yōu)選地，層 24由具有MemNn形式的金屬氮化物組成，其中Me為選自IVB、 VB或VIB族的金屬。這種類 型的導(dǎo)電層與隨后沉積的金屬氧化物層形成穩(wěn)定的導(dǎo)電介面，并且可獲得導(dǎo)電層24和金 屬氧化物層22之間良好的逸出功匹配，以根據(jù)隨后生成的金屬氧化物是n型還是p型來(lái)分 別形成歐姆接觸或肖特基接觸。選自IVB、 VB或VIB族的金屬在周期表的列中從上往下逸 出功減小。例如，在族IVB中，Ti的逸出功大于Zr的逸出功，Zr的逸出功大于Hf的逸出 功。同理，在族VB中，V的逸出功大于Nb的逸出功，Nb的逸出功又大于Ta的逸出功。這種 特性使材料能夠被選用于適合用于所使用的阻變型材料的層24。 經(jīng)常希望制造含有金屬的電極，其中該含有金屬的電極的逸出功小于該金屬純態(tài) 時(shí)的逸出功。例如，為了在電極和n型金屬氧化物層之間形成歐姆接觸，希望使用其逸出功 小于金屬氧化物的逸出功的電極。由于指定金屬的氮化物通常具有比其純態(tài)時(shí)小的逸出 功，因此希望由一種金屬的氮化物而非由該金屬本身形成電極。此外，金屬氮化物通常比 純金屬的熱穩(wěn)定性更好。在步驟48中形成二元氮化物的例子包括TimNn、 WmNn和NbmNn(例
如，與Tix0y、 Wx0y和Nbx0y金屬氧化物層一起使用}，還可形成三元氮化物{例如1^1^、
NbxAlyNz和WxAlyNz)，但是應(yīng)選擇可用于所需逸出功的三元氮化物。 用于形成層24的工藝包括物理氣相沉積(例如濺射沉積或蒸發(fā))、化學(xué)氣相沉積、 原子層沉積和電化學(xué)沉積(例如無(wú)電沉積或電鍍)。若需要，可用多于一種的材料形成導(dǎo)電 層，例如，導(dǎo)電層24可由不同材料構(gòu)成的多個(gè)亞層形成，或可由多于一種成分的混合物形 成。層24的組分還可通過(guò)摻雜來(lái)調(diào)節(jié)(例如通過(guò)離子注入將摻雜劑添加至金屬或其他材 料)。層24的厚度在10-10000埃的范圍內(nèi)(舉例)。層24可用作器件12的下電極。
在步驟48已經(jīng)形成導(dǎo)電層后，在步驟50中可形成一個(gè)或更多個(gè)可選層。例如，這 些層可以用于形成諸如圖2B的器件38的電子器件(電流導(dǎo)引元件)。在步驟52的過(guò)程 中，可制得一層或更多層半導(dǎo)體(例如摻雜和/或本征硅)，并且，若需要，可形成一層或更 多層導(dǎo)體或其他材料。如果形成二極管，可沉積n型和p型硅層。通過(guò)合適的工藝(例如 物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或電化學(xué)沉積)，步驟50的層可沉積于導(dǎo)電層24 上。這種電子器件是可選的并且不需要形成所述步驟中的層，特別地，如果所述電極和所述
9金屬氧化物之間未插入所述導(dǎo)引元件。 在步驟52中，金屬氧化物層22可沉積于第一導(dǎo)電層上方。如果在步驟52中沒(méi)有 形成可選層，金屬氧化物層可直接沉積于第一導(dǎo)電層或可通過(guò)氧化第一導(dǎo)電層而形成(例 如使用爐內(nèi)熱氧化，使用快速熱氧化工具內(nèi)的氧化，或使用退火處理之前的氧離子的離子 注入)。如果步驟50的可選層沉積于第一導(dǎo)電層，金屬氧化物層22可形成在所述可選層 上，在第一導(dǎo)電層的上方。 金屬氧化物層22可由任何合適的氧化物形成。例如，金屬氧化物層22可由一種 過(guò)渡金屬如鎳(即形成氧化鎳)形成。可形成金屬氧化物的其他金屬包括Ti、 V、 Cr、 Mn、 Zr、 Nb、 Mo、 Hf 、 Ta和W。摻雜劑如Ti、 Co、 Zr、 V、 Al和Nb可用于形成層22 (舉例)，摻雜劑 可以任何合適的濃度引入(例如0-30%的原子濃度)。 金屬氧化物層22可由非化學(xué)計(jì)量材料Me,Oy形成，其中Me為選自族IVB、VB或VIB 的金屬。富金屬的金屬氧化物易形成n型半導(dǎo)體。貧金屬的金屬氧化物易形成P型半導(dǎo) 體。非化學(xué)計(jì)量金屬氧化物比化學(xué)計(jì)量金屬氧化物可具有更好的阻變特性。特別地，在步 驟52中可形成的合適的金屬氧化物包括Tix0y、 Zrx0y、 Hfx0y、 Vx0y、 Nbx0y、 Tax0y、 Crx0y、 Mox0y 和W,Oy(舉例)。 在步驟52中，金屬氧化物層22可沉積為單層材料或沉積為多個(gè)亞層。在層22由 多個(gè)亞層組成的設(shè)置中，每個(gè)亞層可使用潛在的不同材料組通過(guò)潛在的不同工藝形成。例 如，金屬氧化物層22的不同亞層可在不同的沉積壓力、溫度和功率級(jí)(例如，當(dāng)使用物理氣 相沉積工藝沉積層22時(shí)的不同濺射功率)下形成。金屬氧化物層22的不同亞層可由不同 材料形成。例如，一個(gè)亞層可包括摻雜劑，而另一個(gè)亞層可不包括摻雜劑。若需要，層22中 材料(即金屬和/或摻雜劑)的濃度可連續(xù)變化，從而使一個(gè)層到下一層無(wú)突變的界面。
在步驟52形成金屬氧化物層22后，在步驟54中， 一個(gè)或更多個(gè)可選層可形成在 金屬氧化物層22上。例如，這些層可以用于形成電子器件(電流導(dǎo)引元件)，如圖2B的元 件38。在步驟54中，可形成一層或更多層半導(dǎo)體(例如，摻雜和/或本征硅)，并且，若需 要，可形成一層或更多層導(dǎo)體或其他材料。如果形成二極管，可將n型和p型硅層沉積?？?通過(guò)任何合適的工藝(例如物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或電化學(xué)沉積)將步 驟54中沉積的層沉積于金屬氧化物層22。這種電子器件是可選的，并且不需要執(zhí)行該步 驟，特別地，如果所述電極和所述金屬氧化物之間未插入所述導(dǎo)引元件。
在步驟56中，可形成第二導(dǎo)電層。例如，可形諸如圖2A和2B的導(dǎo)體20的導(dǎo)電材 料層。如果已經(jīng)沉積了步驟54的一個(gè)或更多個(gè)可選層，所述第二導(dǎo)電層可沉積于可選層， 位于在步驟52中沉積的金屬氧化物層22的上方。如果沒(méi)有沉積步驟54的可選層，所述第 二導(dǎo)電層可沉積于所述金屬氧化物層22上方。所述第二導(dǎo)電層可用作器件12的上電極。 在所述第二導(dǎo)電層和所述金屬氧化物層22之間的界面形成歐姆接觸或肖特基接觸。優(yōu)選 地，當(dāng)所述第一導(dǎo)電層形成與金屬氧化物層歐姆(肖特基)接觸時(shí)，所述第二導(dǎo)電層被選為 肖特基(歐姆)。 所述第二導(dǎo)電層可由金屬、金屬氮化物(例如二元或三元金屬氮化物)、金屬硅化 物或其他合適的導(dǎo)電材料形成?？捎糜谂c(n-型)金屬氧化物形成肖特基接觸的高逸出功 材料包括Pt、 Ir、 Ru、 Rh、 Re、 Pd、 TixAlyNz、 TaxAlyNz、 WxAlyNz、 Ir02和Ru02?？捎糜谛纬伤?第二導(dǎo)電層的工藝包括物理氣相沉積(例如濺射沉積或蒸發(fā))、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積和電化學(xué)沉積(例如無(wú)電沉積或電鍍)。若需要，多于一種的材料可用于形成所述第二導(dǎo)電 層。例如，導(dǎo)電層20可由如圖2B中所示的不同材料構(gòu)成的多個(gè)亞層形成或可由多于一種 成分的混合物形成。所述第二導(dǎo)電層中最流行的金屬與第一導(dǎo)電層和金屬氧化物層中的最 流行金屬可以是相同或不同的。所述第二導(dǎo)電層可包含所述金屬氧化物和所述第一導(dǎo)電層 的最流行的金屬(例如金屬氮化物)，其原子濃度小于10% (舉例)。 在步驟58中，一個(gè)或更多個(gè)可選層可形成在步驟56的導(dǎo)電層上。例如，可沉積一 層或更多層材料。例如，這些層可以用以形成諸如圖5或圖6所示的器件38的電子器件 (電流導(dǎo)引元件)。在步驟58的過(guò)程中，可形成一層或更多層半導(dǎo)體(例如摻雜和/或本 征硅)，并且，若需要，可形成一層或更多層導(dǎo)體或其他材料。如果形成二極管，可沉積n型 和P型硅層?？赏ㄟ^(guò)合適的工藝(例如物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或電化學(xué) 沉積)將步驟58中沉積的層沉積于所述第二導(dǎo)電層。 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其包括第一金屬氮化物導(dǎo) 電層、第二導(dǎo)電層和非化學(xué)計(jì)量阻變型金屬氧化物層，所述金屬氧化物層位于所述第一金 屬氮化物導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層之間，其中所述第一金屬氮化物導(dǎo)電層包含一種最流行 的金屬，所述非化學(xué)計(jì)量阻變型金屬氧化物層包含一種最流行的金屬，并且所述第一金屬 氮化物導(dǎo)電層中最流行的金屬與所述非化學(xué)計(jì)量阻變型金屬氧化物層中最流行的金屬是 相同的。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，肖特基接觸形成
于至少兩種情形之一的界面1)所述第一金屬氮化物導(dǎo)電層和所述非化學(xué)計(jì)量金屬氧化
物層之間以及2)所述第二導(dǎo)電層和所述非化學(xué)計(jì)量金屬氧化物層之間。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述金屬氧化物
包含至少一種摻雜劑。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，歐姆接觸形成于 至少兩種情形之一的界面1)所述第一金屬氮化物導(dǎo)電層和所述金屬氧化物層之間以及 2)所述第二導(dǎo)電層和所述金屬氧化物層之間。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述第一金屬氮 化物和所述第二導(dǎo)電層中的至少一個(gè)為三元金屬氧化物。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述第一金屬氮 化物導(dǎo)電層形成與所述金屬氧化物歐姆接觸，而其中所述第二導(dǎo)電層形成與所述金屬氧化 物肖特基接觸。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述第一金屬氮 化物導(dǎo)電層包括由一種過(guò)渡金屬形成的過(guò)渡金屬氮化物，其中，所述金屬氧化物包括所述 過(guò)渡金屬的一種氧化物，而其中所述第二導(dǎo)電層形成與所述金屬氧化物肖特基接觸。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述非化學(xué)計(jì)量 金屬氧化物中最流行的金屬包括一種過(guò)渡金屬。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述非化學(xué)計(jì)量 金屬氧化物中最流行的金屬選自Ti、 V、 Cr、 Mn、 Zr、 Nb、 Mo、 Hf 、 Ta和W。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述第二導(dǎo)電層 的材料選自Pt、 Ir、 Ru、 Rh、 Re、 Pd、 TixAlyNz、 TaxAlyNz、 WxAlyNz、 Ir02和Ru02。
11
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述阻變型非易 失性存儲(chǔ)元件形成在集成電路上，所述集成電路包括電流導(dǎo)引元件，并且其中1)所述第一 金屬氮化物導(dǎo)電層和2)所述第二導(dǎo)電層中至少一個(gè)與所述電流導(dǎo)引元件串聯(lián)聯(lián)接。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述阻變型非易 失性存儲(chǔ)元件形成在集成電路上，所述集成電路包括垂直堆疊于集成電路上的阻變型非易 失性存儲(chǔ)元件層。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述阻變型非易 失性存儲(chǔ)元件形成在集成電路上，所述集成電路包括垂直堆疊于集成電路上的阻變型非易 失性存儲(chǔ)元件層，并且其中所述垂直堆疊的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件與電流導(dǎo)引元件電聯(lián) 接。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述金屬氧化物 層中的最流行的金屬包括鋁。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述第二導(dǎo)電層 包含最流行的金屬，并且所述第二導(dǎo)電層中最流行的金屬不同于所述第一金屬氮化物導(dǎo)電 層中最流行的金屬和所述金屬氧化物層中最流行的金屬。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述第二導(dǎo)電層
的材料選自Pt、 Ir、 Ru、 Rh、 Re、 Pd、 TixAlyNz、 TaxAlyNz、 WxAlyNz、 Ir02和Ru02。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述第二導(dǎo)電層
包含所述第一金屬氮化物導(dǎo)電層的最流行的金屬，其原子濃度小于10%。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其包括第一電極、第二
電極和插在所述第一和第二電極之間的阻變型非化學(xué)計(jì)量金屬氧化物層，其中，第一電極
和阻變型金屬氧化物包含相同的最流行的金屬。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述阻變型非易 失性存儲(chǔ)元件形成在集成電路上，所述集成電路包括垂直堆疊于集成電路上的阻變型非易 失性存儲(chǔ)元件層。其中，所述阻變型非易失性存儲(chǔ)元件形成在所述堆疊層中的一個(gè)層上，其 中所述堆疊層中的與含有阻變型非易失性存儲(chǔ)元件的堆疊層相鄰的一個(gè)層包含附加的阻 變型非易失性存儲(chǔ)元件。并且其中所述附加的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件具有包含最流行金 屬的金屬氮化物電極層，并且具有包含最流行金屬的金屬氧化物，所述金屬氧化物中最流 行的金屬與所述附加的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件的所述金屬氮化物電極層中的最流行的 金屬是相同的。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述第二導(dǎo)電層
包括至少第一和第二層，并且其中所述第一層包括選自粘附層和阻障層中的層。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述第一層具有
第一厚度，并且所述第二層具有第二厚度，并且其中所述第二厚度大于所述第一厚度。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述第二電極形
成與所述金屬氧化物肖特基接觸，而其中所述第二層為逸出功控制層。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述逸出功控制 層的逸出功大于5eV。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述阻變型非易失性存儲(chǔ)元件形成在集成電路上，所述集成電路包括垂直堆疊的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件
層。并且，其中垂直堆疊的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件層中至少一層包括一種金屬氧化物，該
氧化物具有的最流行的金屬與所述阻變型金屬氧化物中最流行的金屬是相同的。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述阻變型非易
失性存儲(chǔ)元件形成在集成電路上，所述集成電路包括垂直堆疊的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件
層。并且，其中垂直堆疊的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件層中至少一層包括一種金屬氧化物，該
氧化物具有的最流行的金屬與阻變型金屬氧化物中最流行的金屬是不同的。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其包括第一電極、第二
電極和插于所述第一和第二電極之間的阻變型非化學(xué)計(jì)量金屬氧化物層。并且，其中所述
第一電極和所述阻變型金屬氧化物包含的最流行的金屬是相同的，并且其中，所述第一電
極和所述第二電極中的至少一個(gè)包括一種貴重材料。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種方法，其包括形成具有第一最流行的金屬的第一導(dǎo) 電層，在所述第一導(dǎo)電層上形成具有第二最流行的金屬的阻變型非化學(xué)計(jì)量金屬氧化物 層。其中所述第一最流行的金屬與所述第二最流行的金屬是相同的，然后在所述金屬氧化 物層上形成第二導(dǎo)電層。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種方法，其包括對(duì)所述金屬氧化物層摻雜。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的方法，其包括將一種摻雜劑注入所述金屬氧化物層。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種方法，其中，形成所述金屬氧化物層包括形成第一 亞層和形成第二亞層。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種方法，其包括由不同的材料形成所述第一亞層和所 述第二亞層。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種方法，其包括通過(guò)不同的制造過(guò)程形成所述第一亞 層和所述第二亞層。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其包括第一金屬氮化物 導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層和位于第一金屬氮化物導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的非化學(xué)計(jì)量阻變型 金屬氧化物層。其中，所述第一金屬氮化物導(dǎo)電層包含一種最流行的金屬，所述非化學(xué)計(jì)量 阻變型金屬氧化物層包含一種最流行的金屬，并且所述第一金屬氮化物導(dǎo)電層中最流行的 金屬與所述非化學(xué)計(jì)量阻變型金屬氧化物層中最流行的金屬是相同的。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，金屬氧化物層包 括不同材料構(gòu)成的第一亞層和第二亞層。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述第一金屬氮 化物層的材料不同于所述第二導(dǎo)電層的材料。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述第二導(dǎo)電層 包括一種材料，該材料選自Pt、 Ir、 Ru、 Rh、 Re、 Pd、 TixAlyNz、 TaxAlyNz、 WxAlyNz、 Ir02和Ru02。 并且其中非化學(xué)計(jì)量金屬氧化物包括一種金屬，該金屬選自過(guò)渡金屬、Al、Ti、 V、Cr、Mn、Zr、 Nb、Mo、Hf、Ta禾口 W。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例提供的一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中，所述第一導(dǎo)電層 和所述第二導(dǎo)電層中的至少一個(gè)包含貴重材料。 前述內(nèi)容僅僅旨在說(shuō)明本發(fā)明的原則，本領(lǐng)域技術(shù)人員可進(jìn)行各種修改而不背離
13本發(fā)明的范圍和主旨.
權(quán)利要求
一種阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，包括第一電極；第二電極；阻變型非化學(xué)計(jì)量金屬氧化物層，其介于所述第一和所述第二電極之間，其中所述第一電極和所述阻變型金屬氧化物中包含相同的最流行的金屬。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1定義的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中所述第一電極為金屬氮化物 導(dǎo)電層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1定義的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中所述金屬氧化物包含至少一 種摻雜劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1定義的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中所述非化學(xué)計(jì)量金屬氧化物 中最流行的金屬選自過(guò)渡金屬、Al、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Zr、 Nb、 Mo、 Hf 、 Ta和W。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1定義的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中所述第二電極的材料選自 Pt、 Ir、Ru、Rh、Re、Pd、TixAlyNz、TaxAlyNz、WxAlyNz、 Ir02和Ru02。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1定義的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中所述阻變型非易失性存儲(chǔ)元 件形成在集成電路上，該集成電路包括電流導(dǎo)引元件，并且其中1)第一電極和2)第二電極 中至少一個(gè)與所述電流導(dǎo)引元件串聯(lián)聯(lián)接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1定義的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中所述金屬氧化物層由多個(gè)亞 層材料形成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1定義的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中所述第二電極包含最流行的 金屬，并且其中所述第二電極中最流行的金屬不同于所述第一電極中最流行的金屬和所述 金屬氧化物層中最流行的金屬。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1定義的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中所述第二電極包括至少第一 和第二層，并且，其中所述第一層包括選自粘附層和阻障層中的層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9定義的阻變型非易失性存儲(chǔ)元件，其中所述第二層為逸出功控制層。
11. 一種方法，包括形成具有第一最流行的金屬的第一導(dǎo)電層；在所述第一導(dǎo)電層上形成具有第二最流行的金屬的阻變型非化學(xué)計(jì)量金屬氧化物層， 其中所述第一最流行的金屬和第二最流行的金屬是相同的； 在所述金屬氧化物層上形成第二導(dǎo)電層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11定義的方法，其中形成所述第一導(dǎo)電層包括形成具有金屬氮化物 的第一導(dǎo)電層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11定義的方法，其中，使用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層氣 相沉積、無(wú)電沉積和電化學(xué)沉積中的至少一種方法形成所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電 層，并且其中使用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積、氧化、無(wú)電沉積和電化學(xué)沉積 中的至少一種方法形成所述金屬氧化物層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13定義的方法，進(jìn)一步包括將所述存儲(chǔ)元件退火。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11定義的方法，進(jìn)一步包括對(duì)所述金屬氧化物層摻雜。
全文摘要
本發(fā)明提供了具有阻變型金屬氧化物的非易失性存儲(chǔ)元件。所述非易失性存儲(chǔ)元件可在集成電路上形成一個(gè)或更多個(gè)層。每個(gè)存儲(chǔ)元件可具有一個(gè)第一導(dǎo)電層、一個(gè)金屬氧化物層和一個(gè)第二導(dǎo)電層。電子器件如二極管可與所述存儲(chǔ)元件串聯(lián)聯(lián)接。所述第一導(dǎo)電層可由一種金屬氮化物形成。所述金屬氧化物層可包含與第一導(dǎo)電層相同的金屬。所述金屬氧化物層與可形成與所述第一導(dǎo)電層歐姆接觸或肖特基接觸。所述第二導(dǎo)電層可形成與所述金屬氧化物層歐姆接觸或肖特基接觸。所述第一導(dǎo)電層、所述金屬氧化物層和所述第二導(dǎo)電層可包括亞層。所述第二導(dǎo)電層可包括一個(gè)粘附層或阻障層和一個(gè)逸出功控制層。
文檔編號(hào)H01L27/115GK101711431SQ200880015322
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2008年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月9日
發(fā)明者托尼·江, 普拉加提·庫(kù)馬爾, 桑德拉·G.·馬爾霍特拉, 肖恩·巴斯托 申請(qǐng)人:分子間公司