專利名稱：具有電介質(zhì)存儲器元件的存儲器單元的制作方法
具有電介質(zhì)存儲器元件的存儲器單元相關(guān)申請案交叉參考本專利申請案主張來自2009年1月12日提出申請的第12/352,402號美國申請案的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，所述美國申請案以引用的方式并入本文中。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)及其它電子產(chǎn)品通常具有存儲器裝置，所述存儲器裝置具有存儲數(shù)據(jù)及其它信息的眾多存儲器單元。一些常規(guī)存儲器裝置可基于存儲器單元的存儲節(jié)點(diǎn)上的電荷量來存儲信息。存儲節(jié)點(diǎn)上的電荷的不同值可表示存儲于存儲器單元中的信息的不同值(例如，二進(jìn)制值“0”及“1”)。存儲節(jié)點(diǎn)通常包括半導(dǎo)體材料，例如硅。在一些應(yīng)用中，上述存儲器裝置可能因例如大小及制作工藝挑戰(zhàn)的因素而不適用。


圖1展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有包括存儲器單元的存儲器陣列的存儲器裝置的框圖。圖2展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有包括具有存儲器元件及存取組件的存儲器單元的存儲器陣列的存儲器裝置的局部框圖。圖3展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有導(dǎo)電路徑的存儲器單元的橫截面。圖4展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例包括具有電介質(zhì)及中間組件的存儲器元件的存儲器單元的橫截面。圖5A及圖5B是圖解說明圖3及圖4的存儲器單元的存取組件的電流對電壓(I_V) 特性的曲線圖的實(shí)例性實(shí)施例。圖6展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例在存儲器裝置的各種存儲器操作期間施加到所述存儲器裝置的存儲器單元的各種電壓的實(shí)例。圖7展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例在另一存儲器裝置的各種存儲器操作期間施加到所述存儲器裝置的存儲器單元的各種電壓的另一實(shí)例。圖8到圖16展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成存儲器裝置的各種過程。
具體實(shí)施例方式圖1展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有包括存儲器單元110的存儲器陣列102的存儲器裝置100的框圖。存儲器單元110可與線123(例如，具有信號VxO到VxM的字線)及線 124(例如，具有信號VyO到VyN的位線)一起布置成若干行及若干列。存儲器裝置100可使用線123及線IM來傳送存儲器單元110內(nèi)的信息。存儲器單元110可在物理上位于多個(gè)裝置層級上使得一個(gè)存儲器單元110群組可堆疊于一個(gè)或一個(gè)以上其它存儲器單元110 群組上。行解碼器132及列解碼器134可解碼線125(例如，地址線)上的地址信號AO到 AX以確定將存取哪些存儲器單元110。分別屬于行解碼器及列解碼器132及134的行層級解碼器及列層級解碼器136及138可確定待存取的存儲器單元110位于裝置100的多個(gè)裝置層級中的哪一者上。讀出放大器電路140可操作以確定從存儲器單元110讀取的信息值并以信號形式將所述信息提供到線123或線124。讀出放大器電路140還可使用線123或線IM上的信號來確定待寫入到存儲器單元110的信息值。存儲器裝置100可包括在存儲器陣列102與線(例如，數(shù)據(jù)線)126之間傳送信息的電路150。線1 上的信號DQO到DQN可表示從存儲器單元110讀取或?qū)懭氲酱鎯ζ鲉卧?10中的信息。在存儲器裝置100外部的其它裝置 (例如，存儲器控制器或處理器)可經(jīng)由線125、1 及127與存儲器裝置100通信。存儲器裝置100可執(zhí)行存儲器操作，例如從存儲器單元110讀取信息的讀取操作及將信息寫入(例如，編程)到存儲器單元110中的寫入操作(有時(shí)稱作編程操作)。存儲器控制單元118可基于線127上的控制信號來控制存儲器操作。線127上的控制信號的實(shí)例包括一個(gè)或一個(gè)以上時(shí)鐘信號及指示存儲器裝置100可執(zhí)行哪一操作(例如，寫入或讀取操作)的其它信號。在存儲器裝置100外部的其它裝置(例如，處理器或存儲器控制器)可控制線127上的控制信號的值。所述線上的信號的組合的特定值可產(chǎn)生可致使存儲器裝置100執(zhí)行對應(yīng)的存儲器操作(例如，寫入或讀取操作)的命令(例如，寫入或讀取命令)。存儲器裝置100可接收供應(yīng)電壓，包括分別位于線141及142上的供應(yīng)電壓信號 Vcc及Vss。供應(yīng)電壓信號Vss可在接地電位(例如，具有大約零伏的值)下操作。供應(yīng)電壓信號Vcc可包括從外部電源(例如電池或交流/直流(AC/DC)轉(zhuǎn)換器電路)供應(yīng)到存儲器裝置100的外部電壓。存儲器裝置100的電路150可包括選擇電路152及輸入/輸出(I/O)電路116。選擇電路152可響應(yīng)于信號SELO到SELn而選擇線IM及128上的可表示從存儲器單元110 讀取或?qū)懭氲酱鎯ζ鲉卧?10中的信息的信號。列解碼器134可基于線125上的AO到AX 地址信號選擇性地激活SELO到SELn信號。選擇電路152可在讀取及寫入操作期間選擇線 124及128上的信號以提供存儲器陣列102與I/O電路116之間的通信。存儲器裝置100可包括非易失性存儲器裝置且存儲器單元110可包括非易失性存儲器單元使得存儲器單元110可在從存儲器裝置100斷開電力(例如，Vcc或Vss或兩者) 時(shí)保持存儲于其上的信息。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可認(rèn)識到，存儲器裝置100可包括為有助于集中于本文中所描述的實(shí)施例而未展示于圖1中的其它特征。裝置100可選擇性地讀取或?qū)懭氪鎯ζ鲉卧?10。為了寫入選定存儲器單元110， 存儲器裝置100可向所述選定存儲器單元施加寫入電流或跨越所述選定存儲器單元施加電壓以改變所述選定存儲器單元的電阻。存儲于存儲器單元中的信息值可基于所述存儲器單元的電阻的值。為了讀取選定存儲器單元110，存儲器裝置100可向所述選定存儲器單元施加讀取電流或跨越所述選定存儲器單元施加電壓并接著基于來自所述選定存儲器單元的所測量讀取電流或電壓來確定其電阻從而確定存儲于其中的對應(yīng)信息值。存儲器裝置100可包括下文參考圖2到圖16所描述的存儲器裝置及存儲器單元中的至少一者。圖2展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有包括存儲器單元211、212、213、214、215、216、 217,218及219的存儲器陣列202的存儲器裝置200的局部框圖。存儲器陣列202可對應(yīng)于圖1的存儲器陣列102。在圖2中，存儲器單元211到219可耦合到分別具有信號Vxl、Vx2、Vx3的數(shù)據(jù)/讀出線230、231及232(例如，位線)以及分別具有信號Vyl、Vy2及Vy3 的存取線240、241及例如，字線)。存儲器單元211到219中的每一者可包括串聯(lián)耦合于線230、231及232中的一者與線240、241及M2中的一者之間的存儲器元件222及存取組件M4。存儲器裝置200可以不同的電阻來編程存儲器單元211到219中的每一者。存儲于存儲器單元中的信息值是基于所述存儲器單元的電阻的值。每一存儲器單元中的電阻值取決于穿過所述存儲器單元的導(dǎo)電路徑的存在或不存在(或中斷)。每一存儲器元件222可包括電極，其中所述電極中的一者可耦合到線230、231及 232中的一者且另一電極可耦合到線240、241及M2中的一者。圖3及圖4展示可用于圖 2的存儲器單元211到219的存儲器單元的不同實(shí)例。在圖2中，取決于待在寫入操作期間存儲于選定存儲器單元中的信息值，存儲器裝置200可在線230、231及232以及線M0、 241及242上施加各種電壓以在所述選定存儲器單元的存儲器元件222中形成導(dǎo)電路徑或中斷其中的現(xiàn)有導(dǎo)電路徑。圖6及圖7展示在各種存儲器操作期間施加到存儲器單元(例如存儲器單元211到219)的各種電壓的實(shí)例。在圖2中，在讀取或?qū)懭氩僮髌陂g，存儲器裝置200可對信號Vxl、Vx2、Vx3、VyU Vy2及Vy3使用適當(dāng)?shù)碾妷褐狄越油ㄕ贿x擇為讀取或?qū)懭氲拇鎯ζ鲉卧?選定存儲器單元)的存取組件對4，使得存儲器裝置200可存取(例如，讀取或?qū)懭?所述選定存儲器單元。存儲器裝置200可關(guān)斷未被選擇的存儲器單元中的每一者(未選存儲器單元)的存取組件M4。舉例來說，在寫入操作中，存儲器裝置200可選擇待將信息寫入到其中的存儲器單元215。在此實(shí)例中，存儲器裝置200跨越存儲器單元215施加電壓差(例如，寫入電壓) 以接通存儲器單元215的存取組件244并在存儲器單元215的存儲器元件222中形成導(dǎo)電路徑。存儲器裝置200還可施加具有與用于在存儲器單元215中形成所述導(dǎo)電路徑的電壓差相反的極性的電壓差以中斷存儲器單元215的存儲器元件222中的現(xiàn)有導(dǎo)電路徑。在另一實(shí)例中，在讀取操作中，存儲器裝置200可選擇待讀取存儲于其中的信息的存儲器單元215。在此實(shí)例中，存儲器裝置200可跨越存儲器單元215施加另一電壓差 (例如，讀取電壓)以接通存儲器單元215的存取組件M4。接著，存儲器裝置200可基于來自存儲器單元215的所測量讀取電流或電壓來確定存儲器單元215的電阻(例如，線231 與241之間的存儲器單元215的電阻)以確定存儲于其中的對應(yīng)信息值。在本文中的寫入及讀取實(shí)例兩者中，存儲器裝置200可關(guān)斷未選存儲器單元(存儲器單元210、211、212、213、216、217、218及219)中的每一者的存取組件244使得所述未選存儲器單元中的每一者的存儲器元件222可保持不被存取。用于寫入選定存儲器單元的電壓差(例如，寫入電壓)與用于讀取選定存儲器單元的電壓差(例如，讀取電壓)可具有不同的值，使得在讀取所述選定存儲器單元之后存儲于所述選定存儲器單元中的信息的值保持不變。舉例來說，如果用于寫入選定存儲器單元的寫入電壓差具有2伏的值，那么用于讀取選定存儲器單元的讀取電壓差將具有小于2伏的值，使得所述讀取電壓差不足以寫入所述選定存儲器單元(例如，不足以在所述選定存儲器單元中形成導(dǎo)電路徑)，但足以接通所述選定存儲器單元的存取組件以讀取所述選定存儲器單元。讀取電壓差小于寫入電壓差的原因?yàn)?，如果在讀取選定存儲器單元之前尚未寫入所述選定存儲器單元，那么允許存儲于所述選定存儲器單元中的信息的值在讀取所述選定存儲器單元之后保持不變。在以上實(shí)例中，由于將存儲器單元215假定為選定存儲器單元，因此存儲器裝置 200可對線231及241 (耦合到存儲器單元215的對應(yīng)線)上的信號Vx2及Vy2使用適當(dāng)?shù)碾妷褐担沟每缭酱鎯ζ鲉卧?15的電壓差(例如，電壓降)可具有足以接通存儲器單元 215的存取組件M4的值。當(dāng)被接通時(shí)，存儲器單元215的存取組件244可允許電流(例如，讀取或?qū)懭腚娏?傳導(dǎo)穿過存儲器單元215的存儲器元件222，使得存儲器裝置200可從存儲器單元215讀取信息或?qū)⑿畔懭氲酱鎯ζ鲉卧?15中。針對未選存儲器單元，存儲器裝置200可對信號Vxl、Vx3、Vyl及Vy3使用適當(dāng)?shù)碾妷褐狄允顾鑫催x存儲器單元中的每一者的存取組件244保持?jǐn)嚅_(或?qū)⑵潢P(guān)斷)以防止電流傳導(dǎo)穿過所述未選存儲器單兀。存儲器單元211到219可包括類似于或等同于圖3或圖4的存儲器單元的存儲器單元。圖3展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有導(dǎo)電路徑399的存儲器單元310的橫截面。存儲器單元310可包括電極301及302、存儲器元件333以及存取組件；344。圖3的線323上的信號Vx可對應(yīng)于圖2的信號Vxl、Vx2及Vx3中的一者。圖3的線3 上的信號Vy可對應(yīng)于圖2的信號Vyl、Vy2及Vy3中的一者。如圖3中所示，存儲器元件333可包括介于電極301與302之間的電介質(zhì)331。為清晰起見，本文中所描述的圖式可省略一些特征的一些橫截面線(平行對角線)。舉例來說，圖3省略電介質(zhì)331的一部分的橫截面線。在圖3中，存儲于存儲器單元310中的信息值可取決于電介質(zhì)331中的導(dǎo)電路徑 (例如導(dǎo)電路徑399)的存在或不存在。舉例來說，在具有導(dǎo)電路徑399的情況下，如圖3中所示，存儲器單元310可存儲第一值(例如，邏輯1或二進(jìn)制1)。當(dāng)導(dǎo)電路徑399被中斷 (例如，不連續(xù))時(shí)，存儲器單元310可存儲不同于第一值的第二值(例如，邏輯0或二進(jìn)制 0)。在寫入操作期間，存儲器裝置(其中駐存有存儲器單元310)可施加具有電壓值的信號Vx及Vy使得沿從線323到線3M的方向(例如，第一方向)的電壓差為正電壓值。舉例來說，信號Vx可具有V伏的值，其中V表示實(shí)數(shù)，且信號Vy可具有零伏的值。所述電壓差可在電介質(zhì)331的材料中形成擊穿路徑(例如，通道)。電極301的材料的一部分可移動 (例如，擴(kuò)散或漂移)到電介質(zhì)331中的擊穿路徑中從而形成導(dǎo)電路徑399。舉例來說，電極301的材料的離子388(例如，帶正電荷的離子)可移動到所述擊穿路徑中以形成導(dǎo)電路徑399。由于導(dǎo)電路徑399可由來自電極301的離子形成，因此導(dǎo)電路徑399可包括離子導(dǎo)電路徑。為了中斷導(dǎo)電路徑399，所述存儲器裝置可施加具有電壓值的信號Vx及Vy使得沿從線323到線324的方向的電壓差為負(fù)值，此意味著沿從線3M到線323的方向(例如， 第二方向)的電壓差為正電壓值。舉例來說，為了中斷導(dǎo)電路徑399，信號Vx可具有零伏的值，且信號Vy可具有V伏的值。所述負(fù)電壓差可形成負(fù)電場并致使導(dǎo)電路徑399中的電極301材料從存儲器元件333移動回到電極301。因此，導(dǎo)電路徑399可中斷或變成不連續(xù)的。
如圖3中所示，整個(gè)存儲器元件333可僅包括電介質(zhì)331。因此，在導(dǎo)電路徑(例如導(dǎo)電路徑399)形成于存儲器元件333中之前，存儲器元件333的材料可僅包括電介質(zhì)331 的材料。電介質(zhì)331的材料的實(shí)例尤其包括Alx0y、MgO、A1N、SiN、CaOx, NiOx, HfO2, Ta2O5, ZrO2, NiMnOx、MgF2、SiC、SiOxNy、HfOx、Nb2O5、WOx, TiOx, ZrOx 及 CuxO。在這些組成中，“χ” 及 “y”表示材料組成中的對應(yīng)組分元素的相對量。此整個(gè)說明中的材料組成中的一些材料組成僅列出組分元素。然而，這些材料組成中的每一者中的每一組分元素的相對量并非限于特定值。在圖3的存儲器單元310中，電極301包括具有快速擴(kuò)散率的導(dǎo)電材料。電極301 的材料的實(shí)例包括Ag、Cu及Au。在存儲器元件333及電極301的以上實(shí)例性材料中，可優(yōu)先于其它材料選取SiN 作為電介質(zhì)331的材料，這是因?yàn)镾iN是不滲透Ag(或Cu或Au)的，使得在Ag(或Cu或 Au)存在于擊穿路徑內(nèi)部之后，Ag(或Cu或Au)不容易擴(kuò)散到所述擊穿路徑周圍的其它區(qū)中。此外，可選取SiN是因?yàn)槠涮峁╇姌O301與302之間的良好電絕緣。在電極301的以上實(shí)例性材料中，可優(yōu)先于Cu或Au選取Ag，這是因?yàn)锳g具有比 Cu或Au離子快的擴(kuò)散率。此外，可選取Ag是因?yàn)槠涮峁┝己脤?dǎo)電細(xì)絲或?qū)щ娐窂剑鐖D 3的導(dǎo)電路徑399。圖3將電極302展示為單一組分。然而，電極302可包括多種組分，例如金屬及額外材料(例如耐火金屬氮化物、碳化物或硼化物)。電極302的材料的實(shí)例包括耐火金屬氮化物、碳化物及硼化物，例如 TiN、ZrN, HfN, VN、NbN, TaN, TiC、ZrC, HfC, VC、NbC, TaC, TiB2、ZrB2、HfB2、VB2、NbB2、TaB2、Cr3C2、Mo2C、WC、CrB2、Mo2B5、W2B5 ；化合物，例如 TiAIN、 TiSiN、Tiff, TaSiN、TiCN、SiC、B4C、WSix、MoSi2 ；金屬合金，例如 NiCr ；及元素材料，例如摻雜硅、碳、鉬、鈮、鎢、鉬。在圖3中，如上文所描述，存儲器單元310可在讀取或?qū)懭氩僮髌陂g接通存取組件 344(或使其保持?jǐn)嚅_)以允許(或防止)對存儲器元件333的存取。存取組件344可具有接通狀態(tài)及斷開狀態(tài)。存取組件344在所述斷開狀態(tài)中具有較高電阻以防止電流傳導(dǎo)而在所述接通狀態(tài)中具有較低電阻以允許電流傳導(dǎo)。存取組件344可基于信號Vx及Vy的電壓值而在所述斷開狀態(tài)(例如，較高電阻)與所述接通狀態(tài)(例如，較低電阻)之間切換。舉例來說，當(dāng)選擇存儲器單元310來讀取或?qū)懭霑r(shí)，可相對于線323將信號Vx與Vy之間的電壓值(例如，電壓電位)差設(shè)定為正值以將存取組件344切換為接通狀態(tài)。當(dāng)未選擇存儲器單元310來讀取或?qū)懭霑r(shí)，可相對于線323將信號Vx與Vy之間的電壓值差設(shè)定為負(fù)值。 圖5A及圖5B是圖解說明圖3的存儲器單元310的存取組件344的電流對電壓(I-V)特性的曲線圖的實(shí)例性實(shí)施例。在圖3中，存取組件344可包括硫?qū)倩锊牧稀＝M件344的材料的實(shí)例包括 As-I^e-I、TiAsSe2, TiAsTe2, Si-Te-As-Ge、Si-Te-As-Ge-P, Al-As-Te, Al-Ge-As-Te、 Te39As36Si17Ge7P>As40Te(60_x)Inx(5 < χ < 16. 5)、As35Te(65_x)Inx (12. 5 < χ < 21. 5) >As30Te(70_x) (12. 5<x<21.5), Ge20Te (80_x)Pbx O < χ < 8)?；蛘?，存取組件344可包括可提供雙極性整流的金屬-絕緣體-金屬(MIM) 二極管。在本說明中，所述MIM 二極管中的絕緣體可包括單一絕緣材料或多種不同絕緣材料。舉例來說，存取組件344可包括MIM 二極管，例如 TaSiN/Si02/Zr02/Pt 堆疊、TaSiN/Ta205/Zr02/Pt 堆疊、TaSi/ZrOx/TiN 堆疊、TaSiN/ZrOx/TiN 堆疊及 TaSi/Si02/Zr02/Pt 堆疊。存儲器單元310可配置為一次可編程存儲器以永久地存儲一個(gè)信息值?；蛘?，存儲器單元310可經(jīng)配置使得其可用作多次可編程存儲器(例如，快閃存儲器)以一次用一個(gè)值且另一次用另一個(gè)值來存儲信息。圖4展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例包括具有電介質(zhì)331及中間組件432的存儲器元件 433的存儲器單元410的橫截面。存儲器單元410可包括類似于圖3的存儲器單元310的特征的特征，只不過在圖4的存儲器元件433中添加了中間組件432。為簡單起見，對存儲器單元310(圖幻及410(圖4)兩者中類似的特征賦予相同的參考編號。圖4還展示導(dǎo)電路徑499，其包括電介質(zhì)331中的一個(gè)導(dǎo)電部分及中間組件432 中的另一導(dǎo)電部分。導(dǎo)電路徑499是以類似于導(dǎo)電路徑399的方式的方式由電極301的材料的一部分形成。舉例來說，存儲器裝置(其中駐存有存儲器單元410)可施加具有電壓值的信號Vx及Vy使得沿從線323到線324的方向的電壓差為正值。所述電壓差可在電介質(zhì) 331的材料中形成擊穿路徑。電極301的材料(例如，離子)的一部分可移動到所述擊穿路徑中以形成一個(gè)導(dǎo)電部分導(dǎo)電路徑499。所述電壓差還可致使電極301的材料的所述部分移動到中間組件432中并形成另一導(dǎo)電部分導(dǎo)電路徑499。當(dāng)存儲器單元410用作多次可編程存儲器時(shí)，導(dǎo)電路徑499在電介質(zhì)331中的導(dǎo)電部分應(yīng)能夠被中斷(例如，在擦除操作中被擦除)。因此，緊挨電介質(zhì)331的組件(例如， 存取組件或電介質(zhì)331與所述存取組件之間的材料)應(yīng)為不允許電極301的材料(例如， Ag離子)流過且不給導(dǎo)電路徑499提供離子的阻擋組件。在負(fù)電場下，可迫使形成導(dǎo)電路徑499的電極301材料從電介質(zhì)331中出來以中斷導(dǎo)電路徑499。當(dāng)存儲器單元410用作一次可編程存儲器時(shí)，導(dǎo)電路徑499在電介質(zhì)331中為永久的且中間組件432的至少一部分填塞有電極301的材料(例如，Ag離子)并提供永久導(dǎo)電路徑。因此，當(dāng)存儲器單元410用作一次可編程存儲器時(shí)，如圖4中所示，添加中間組件 432使得電極301的材料還可遷移穿過導(dǎo)電路徑499在電介質(zhì)331中的導(dǎo)電部分并在中間組件432中提供電極301的實(shí)質(zhì)量的材料可為有利的。中間組件432中存在電介質(zhì)301的材料可給導(dǎo)電路徑499提供離子并防止導(dǎo)電路徑499中的離子丟失。中間組件432可包括硫?qū)倩锊牧稀Ａ驅(qū)倩锊牧系膶?shí)例包括Ge-Se、Ge-S, Sn-Se, Sn-S, As-Se, As-S, Pb-Se, Pb-S, Hg-Se, Hg-S, AdSICs、KAg4I5, RbAg4I5、硒化銀(例如，Ag-Se)、硫化銀(Ag-S)、硒化錫(Sn-Se)、Sn-S、Cu-Se 及 Cu-S。在中間組件432的以上實(shí)例性材料中，可優(yōu)先于其它材料選取Gele或Ag_Se，這是因?yàn)锳g^e是良好超離子導(dǎo)體且Ag離子可在此材料中快速移動。圖5A及圖5B是圖解說明圖3及圖4的存取組件344的I-V特性的曲線圖的實(shí)例性實(shí)例性。如圖5A中所示，存取組件344能夠在兩種電壓極性下切換(允許電流從中流過)，使得存取組件344可稱為雙極性切換組件或雙極性整流組件。存取組件344可在沿第一方向跨越其的電壓差超過存取組件344的第一閾值電壓Vtl的情況下具有接通狀態(tài)(例如，較低電阻)。所述第一方向可對應(yīng)于圖3或圖4中的從線323到線324的方向。在圖 5A中，在存取組件344處于接通狀態(tài)中之后，其可在跨越存取組件344維持最小保持電流 Ihl或恒定保持電壓Vhl的情況下保持處于接通狀態(tài)中。存取組件344可在電流降到低于保持電流Ihl或跨越其的電壓差降到低于保持電壓Vhl的情況下切換為斷開狀態(tài)。
如上所提及，存取組件344能夠在兩種電壓極性下切換。如圖5A中所示，存取組件344還可在相對于第一方向跨越其的電壓差小于第二閾值電壓Vt2的情況下具有接通狀態(tài)。換句話說，存取組件344還可在相對于第二方向跨越其的電壓差超過(大于)電壓Vt 的情況下具有接通狀態(tài)，其中Vt = -Vt2 (Vt是正值，這是因?yàn)閂t2小于零或是負(fù)值，如圖5A中所示)。第二方向可對應(yīng)于從線3 到線323的方向(圖3或圖4)。在圖5A中，存取組件 344可在相對于第二方向跨越存取組件344維持最小保持電流Ih2或恒定保持電壓Vh2的情況下保持處于接通狀態(tài)中。閾值電壓Vtl及Vt2可具有不同的絕對值。保持電流‘及‘也可具有不同的絕對值。類似地，保持電壓Vhl及Vh2也可具有不同的絕對值。圖3及圖4的存取組件344還可具有圖5B中所示的I-V特性。 存取組件344可具有上文參考圖3所描述的材料，使得所述材料可在存取組件344 的接通狀態(tài)及斷開狀態(tài)兩者中均保持處于相同的相。因此，存取組件344本質(zhì)上以電子方式切換，使得在接通或斷開狀態(tài)中其材料中不發(fā)生結(jié)晶或熔化。圖6展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例在存儲器裝置600的各種存儲器操作期間施加到存儲器單元211到219的各種電壓的實(shí)例。存儲器裝置600包括類似于或等同于圖2的存儲器裝置200的組件。因此，對存儲器裝置200及600兩者中類似的組件賦予相同的參考編號。存儲器裝置600可使用分別位于線230、231及232 (例如，位線)上的信號Vxl、 Vx2及Vx3以及分別位于線240、241及M2 (例如，字線)上的信號Vyl、Vy2及Vy3來選擇存儲器單元211到219。在讀取或?qū)懭氩僮髌陂g，存儲器裝置600可使用適當(dāng)電壓值的信號 VxUVx2及Vx3以及Vyl、Vy2及Vy3來接通待讀取或?qū)懭氲倪x定存儲器單元的存取組件并關(guān)斷未選存儲器單元的存取組件。圖6展示0伏、(1/3) V伏及0/3) V伏的實(shí)例性電壓值。在圖6中(且還在圖7 中)，v并非意指單位“伏”。而是，V表示正實(shí)數(shù)(例如，1、2、3或其它正實(shí)數(shù))。因此，(1/3) V伏在V的值分別為3、6或9的情況下意指1、2或3伏。圖6的實(shí)例假定所述存儲器單元中的每一者的存取組件244均處于斷開狀態(tài)中，且存儲器裝置600選擇存取存儲器單元215 以讀取或?qū)懭氪鎯ζ鲉卧?15。如圖6中所示，存儲器裝置600可對信號VXl、VX2、VX3、Vyl、 Vy2及Vy3選擇性地使用0伏、(1/ V伏及0/3) V伏的電壓值，使得存儲器裝置600可接通存儲器單元215的存取組件并接著經(jīng)由存儲器元件222施加讀取或?qū)懭腚娏?且使其它存儲器單元中的每一者的存取組件244保持處于斷開狀態(tài)中。在圖6中所示的電壓值的情況下，從線231到線241跨越選定存儲器單元215的存取組件M4的電壓差為V伏(V-0 = V)，且跨越每一未選存儲器單元(單元211到219，單元215除外)的存取組件244的電壓差為(1/3) V伏或-(1/3) V伏(負(fù)1/3V伏)。如果每一存取組件M4僅在兩條對應(yīng)線之間(例如，從對應(yīng)位線到對應(yīng)字線)的電壓差大于(1/3) V伏時(shí)才接通(例如，傳導(dǎo)電流)，那么所有未選存取組件244將關(guān)斷(不傳導(dǎo))且僅選定存取組件244將接通。在以上實(shí)例中，V將具有一值使得電壓差V-O (V減零)足以在選擇存儲器單元215 來寫入的情況下寫入選定存儲器單元215(例如，在選定單元215中形成導(dǎo)電路徑)。如果選擇存儲器單元215來讀取，那么將V具有一值使得電壓差V-O足以接通存儲器單元215 的存取組件以讀取存儲器單元215，但不足以寫入存儲器單元215，使得在讀取存儲器單元215之后存儲于其中的信息的值可保持不變。如上文所描述，可向選定存儲器單元施加具有相反極性的電壓以改變(例如，擦除)所述選定存儲器單元中的信息值。在圖6中，例如，為了在于選定存儲器單元215中形成導(dǎo)電路徑之后改變存儲器單元215中的信息值，將切換線231及241上的電壓。舉例來說，將向線231施加0伏且將向線Ml施加V伏，同時(shí)將(1/3)V改變?yōu)?2/3)V并將(2/3) V 改變?yōu)?1/3)V。因此，跨越選定單元215的電壓差將沿從線241到線231的方向?yàn)檎齎伏或沿從線231到線241的方向?yàn)樨?fù)V伏。此負(fù)電壓值將干擾導(dǎo)電路徑(例如，圖3的導(dǎo)電路徑399或圖4的導(dǎo)電路徑499)并致使其中斷，借此改變存儲于選定存儲器單元215中的信息值。在圖6中，使用0伏、(1/:3)V伏及伏的電壓值僅為了便于描述所述實(shí)例。 存儲器裝置600可使用其它電壓值使得每一存儲器單元中沿從存儲器元件222到存取組件 244的方向的電壓差為適當(dāng)值以接通選定存儲器單元的存取組件244并關(guān)斷未選存儲器單元的存取組件對4。圖7展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例在存儲器裝置700的各種存儲器操作期間施加到存儲器單元211到219的各種電壓的另一實(shí)例。存儲器裝置700包括類似于或等同于圖2的存儲器裝置200的組件的組件。因此，對存儲器裝置200及700中類似的組件賦予相同的
參考編號。圖7展示0伏、(1/2) V伏及-(1/2) V伏的實(shí)例性電壓值。類似于圖6，以下實(shí)例假定存儲器單元中的每一者的存取組件244均處于斷開狀態(tài)中，且存儲器裝置700選擇存取存儲器單元215以讀取或?qū)懭氪鎯ζ鲉卧?15。在圖7中所示的電壓值的情況下，從線231 到線241跨越選定存儲器單元215的存取組件244的電壓差為V伏((1/2) V-(-(1/2) V)= V)，且跨越每一未選存儲器單元(單元211到219，單元215除外)的存取組件M4的電壓差為(1/2)V伏或0伏。如果每一存取組件244僅在兩條對應(yīng)線之間(例如，從對應(yīng)位線到對應(yīng)字線)的電壓差大于(1/2) V伏時(shí)才接通，那么所有未選存取組件244將關(guān)斷且僅選定存取組件244將接通。在以上實(shí)例中，V將具有一值使得電壓差(1/2)7-(-(1/ )足以在選擇存儲器單元215來寫入的情況下寫入選定存儲器單元215 (例如，在選定存儲器單元215中形成導(dǎo)電路徑)。如果選擇存儲器單元215來讀取，那么V將具有一值使得電壓差(l/2)V-(-(l/2) V)足以接通存儲器單元215的存取組件以讀取存儲器單元215，但不足以寫入存儲器單元 215，使得在讀取存儲器單元215之后存儲于其中的信息的值可保持不變。在圖7中，為了在于選定存儲器單元215中形成導(dǎo)電路徑之后改變存儲器單元215 中的信息值，將向線231施加_(1/2)V伏且將向線241施加(1/2)V伏，同時(shí)線230、232、Μ0 及Μ2中的每一者上的電壓將可在0伏下保持相同。因此，跨越選定單元215的電壓差將沿從線241到線231的方向?yàn)檎齎伏或沿從線231到線Ml的方向?yàn)樨?fù)V伏。此負(fù)電壓值將干擾導(dǎo)電路徑(例如，圖3的導(dǎo)電路徑399或圖4的導(dǎo)電路徑499)并致使其中斷，借此改變存儲于選定存儲器單元215中的信息值。圖8到圖16展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成存儲器裝置800的各種過程。圖8展示在已于襯底850上方形成多個(gè)組件854、802、803、844及832之后存儲器裝置800的橫截面。圖9展示存儲器裝置800的具有X方向線及垂直于X方向線的Y方向線的俯視圖。圖8中的存儲器裝置800的橫截面是沿圖9中的X方向截取的。圖10展示沿圖9的Y方向截取的存儲器裝置800的另一橫截面。為清晰起見，圖8到圖16省略一些特征的一些橫截面線(平行對角線)，例如在圖8及圖10中省略組件832的橫截面線。形成組件802、803、844及832可包括在組件邪4的材料(例如，SiO2)及襯底850 上方沉積組件802、803、844及832的多種材料；對所述多種材料進(jìn)行圖案化(例如，蝕刻) 以形成條帶852 ；及在條帶852之間沉積額外絕緣材料(例如，SiO2)以使其彼此絕緣從而獲得具有如圖8、圖9及圖10中所示的結(jié)構(gòu)的存儲器裝置800。對所述多種材料進(jìn)行圖案化以形成條帶852可在同一圖案化過程中執(zhí)行。舉例來說，形成條帶852的圖案化過程可包括在組件854、802、803、844及832的材料上方放置具有沿Y方向(圖1 延續(xù)的開口的經(jīng)圖案化掩?；蚬庵驴刮g劑，并接著經(jīng)由所述開口來蝕刻所述材料以形成條帶852。如本文中所使用，相對于彼此上下的兩種或兩種以上材料(或組件)所使用的術(shù)語“在…上”意指所述材料之間的至少某種程度上的接觸，而“在…上方”意指所述材料(或組件)非常接近，但可能具有一種或一種以上額外介入材料(或組件)使得可能有接觸但并非必須。如本文中所使用，“在…上”及“在…上方”均不暗示任何方向性，除非如此陳述。在圖8中，組件802與803共同可形成存儲器單元的電極，例如圖3及圖4的電極 302。因此，組件802及803的材料可包括圖3及圖4的電極302的材料。舉例來說，組件 802的材料可包括金屬且組件803的材料可包括TiN。圖8的組件844可形成存儲器單元的存取組件，例如圖3及圖4的存取組件344。 因此，組件844的材料可包括圖3及圖4的存取組件344的材料。圖8的組件832可形成存儲器單元的中間組件，例如圖4的中間組件432。因此， 圖8的組件832的材料可包括圖4的中間組件432的材料。舉例來說，組件832的材料可包括Ge4e或Ag4e。圖11展示在已于組件854、802、803、844及832上方形成額外組件1131及1101之后存儲器裝置800的橫截面。圖12展示包括組件1131及位于組件1131下方的組件1101 的存儲器裝置800的俯視圖。圖11中的存儲器裝置800的橫截面是沿圖12中的X方向截取。圖13展示沿圖12的Y方向截取的存儲器裝置800的另一橫截面。為清晰起見，圖11 到圖16省略一些特征的一些橫截面線，例如在圖11及圖13中省略組件1131的橫截面線。 形成組件1131及1101可包括在組件854、802、803、844及832的材料上方沉積不同的材料。 舉例來說，可在組件854、802、803、844及832的材料上方沉積組件1131的材料。接著，可在組件1131、802、803、844及832的材料上方沉積組件1101的材料。組件1131可形成存儲器單元的電介質(zhì)，例如圖3及圖4的電介質(zhì)331。因此，組件 1131的材料可包括圖3及圖4的電介質(zhì)331的材料(例如，SiN)。組件1101可形成存儲器單元的電極，例如圖3及圖4的電極301。因此，電極1131 的材料可包括圖3及圖4的電極301的材料(例如，Ag)。圖14展示在已對組件邪4、1101、1131、832及844的材料執(zhí)行圖案化過程(其停止于組件803的材料處)之后存儲器裝置800的橫截面。圖15展示存儲器裝置800的具有X方向線及Y方向線的俯視圖。圖14中的存儲器裝置800的橫截面是沿圖15中的X方向截取的。圖16展示沿圖15的Y方向截取的存儲器裝置800的另一橫截面。如圖14中所示，可在于圖案化過程中對組件854、1101、1131、832及844的材料進(jìn)行圖案化之后形成若干個(gè)柱1410。對所述材料進(jìn)行圖案化以形成柱1410可在同一圖案化過程中執(zhí)行。舉例來說，所述圖案化過程可包括在組件854、1101、1131、832及844的材料上方形成具有沿Y方向(圖1 延續(xù)的開口的經(jīng)圖案化掩?；蚬庵驴刮g劑，并接著經(jīng)由所述開口來蝕刻所述材料以形成例如圖14的柱1410的自對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。柱1410中的每一者可形成若干個(gè)存儲器單元1510(圖15)中的一者的一部分。如圖15中所示，存儲器裝置800 可包括數(shù)據(jù)/讀出線1530、1531、1532(例如，位線)，其中的每一者包括沿Y方向線在同一列中的存儲器單元1510的組件1101(例如，電極)的一部分。存儲器裝置800可包括存取線1M0、1541、1M2(例如，字線)，其中的每一者包括沿X方向線在同一行中的存儲器單元 1510的組件803的一部分(例如，電極的一部分)。圖15的存儲器單元1510可包括類似于或等同于圖4的存儲器單元410的組件。 舉例來說，在圖14的每一柱1410中，組件802與803可形成存儲器單元1510(圖1 的一個(gè)電極，組件1101可形成存儲器單元1510的另一電極。組件1131可形成電介質(zhì)存儲器單元1510，組件832可形成存儲器單元1510的中間組件，且組件844可形成存儲器單元1510 的存取組件。在一些替代裝置中，可省略圖8到圖16的組件832(中間組件)，使得可直接在組件844上形成電介質(zhì)1101。在這些替代裝置中，存儲器單元1510(不具有組件83 可包括類似于或等同于圖3的存儲器單元310的組件。本文中所描述的一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例包括具有包括第一電極、第二電極及位于所述第一與第二電極之間的電介質(zhì)的存儲器單元的設(shè)備及方法。所述電介質(zhì)可經(jīng)配置以允許所述存儲器單元由所述第一電極的材料的一部分在所述電介質(zhì)中形成導(dǎo)電路徑以表示存儲于所述存儲器單元中的第一信息值。所述電介質(zhì)還可經(jīng)配置以允許所述存儲器單元中斷所述導(dǎo)電路徑以表示存儲于所述存儲器單元中的第二信息值。上文參考圖1到圖16描述了包括額外設(shè)備方法的其它實(shí)施例。對例如存儲器裝置200、600、700及800以及存儲器單元310、410及1510的設(shè)備
的圖解說明旨在提供對各種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的一般理解而非對可利用本文中所描述的結(jié)構(gòu)的設(shè)備的所有元件及特征的完整說明。各種實(shí)施例的設(shè)備可包括或包括于用于高速計(jì)算機(jī)、通信及信號處理電路、存儲器模塊、便攜式存儲器存儲裝置(例如，拇指驅(qū)動器)、單處理器或多處理器模塊、單個(gè)或多個(gè)嵌入式處理器、多核心處理器、數(shù)據(jù)交換機(jī)及包括多層、多芯片模塊的專用模塊中的電子電路中。此些設(shè)備可作為子組件進(jìn)一步包括在各種電子系統(tǒng)內(nèi)，例如電視、蜂窩式電話、個(gè)人計(jì)算機(jī)(例如，膝上型計(jì)算機(jī)、桌上型計(jì)算機(jī)、手持式計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)等)、工作站、無線電、視頻播放器、音頻播放器(例如，MP3(動畫專家組音頻層幻播放器)、車輛、醫(yī)用裝置 (例如，心臟監(jiān)測器、血壓監(jiān)測器等)、機(jī)頂盒及其它電子系統(tǒng)。上文說明及圖式圖解說明本發(fā)明的一些實(shí)施例以使得所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明的實(shí)施例。其它實(shí)施例可并入有結(jié)構(gòu)、邏輯、電、過程及其它改變。在圖式中，在所有數(shù)個(gè)視圖中，相似特征或相似編號描述大致類似特征。一些實(shí)施例的部分及特征可包括于其它實(shí)施例的部分及特征中或替代其它實(shí)施例的部分及特征。在閱讀并理解上文說明之后，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了許多其它實(shí)施例。提供本發(fā)明摘要以遵循37C. F. R. § 1. 72 (b)，其需要將允許讀者快速探知技術(shù)揭示內(nèi)容的本質(zhì)及要旨的摘要。提交本發(fā)明摘要，條件是其不會用于解釋或限定權(quán)利要求書的范圍或含意。
權(quán)利要求
1.一種存儲器單元，其包含第一電極；第二電極；及電介質(zhì)，其位于所述第一與第二電極之間且經(jīng)配置以允許所述存儲器單元由所述第一電極的材料的一部分在所述電介質(zhì)中形成導(dǎo)電路徑以表示存儲于所述存儲器單元中的第一信息值，且經(jīng)配置以允許所述存儲器單元中斷所述導(dǎo)電路徑以表示存儲于所述存儲器單元中的第二信息值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器單元，其進(jìn)一步包含介于所述電介質(zhì)與所述第二電極之間的存取組件，所述存取組件經(jīng)配置以在沿第一方向跨越所述第一及第二電極的第一電壓差超過第一電壓值時(shí)接通且在沿第二方向跨越所述第一及第二電極的第二電壓差超過第二電壓值時(shí)接通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器單元，其中所述第一電極包括銀。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲器單元，其中所述電介質(zhì)包括氮化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的存儲器單元，其中所述第二電極包括氮化鈦。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的存儲器單元，其中所述第二電極進(jìn)一步包括額外導(dǎo)電材料使得所述氮化鈦介于所述額外導(dǎo)電材料與所述存取組件之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器單元，其進(jìn)一步包含介于所述電介質(zhì)與所述第二電極之間的硫?qū)倩锊牧稀?br> 8.一種存儲器單元，其包含第一電極；第二電極；存儲器元件，其包括位于所述第一與第二電極之間的中間組件及位于所述第一電極與所述中間組件之間的電介質(zhì)，所述存儲器元件經(jīng)配置以允許所述存儲器單元由所述第一電極的材料的一部分在所述電介質(zhì)及所述中間組件中形成導(dǎo)電路徑；及存取組件，其位于所述存儲器元件與所述第二電極之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲器單元，其中所述第一電極包括銀、銅及金中的一者，且其中所述中間組件包括硒化鍺(GeSe)及硒化銀(AgSe)中的一者，且所述電介質(zhì)包括氮化娃。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲器單元，其中所述存取組件包括硫?qū)倩锊牧稀?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲器單元，其中所述存取組件包括以下各項(xiàng)中的一者As-Te_I ；TiAsSe2 ；TiAsTe2 ；Si-Te-As-Ge ；Si-Te-As-Ge-P ；Al-As-Te ；Al-Ge-As-Te ； Te39As36Si17Ge7P ；A 0Tete0_x) Inx,其中 5 < χ < 16. 5 ；A&5Tete5_x)Inx,其中 12. 5 < χ < 21. 5 ； Asje^)，其中 12. 5<x< 21. 5 ；及 Ge2tlTe (8Q_X) Pbx，其中 2 < χ < 8。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲器單元，其中所述存取組件包括金屬-絕緣體-金屬二極管。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的存儲器單元，其中所述第二電極包括氮化鈦。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的存儲器單元，其中所述第二電極包括金屬材料，且所述氮化鈦介于所述金屬材料與所述中間組件之間。
15.一種方法，其包含沿第一方向跨越存儲器單元的第一電極及第二電極施加第一電壓差以在介于所述存儲器單元的所述第一與第二電極之間的電介質(zhì)中形成導(dǎo)電路徑以表示存儲于所述存儲器單元中的第一信息值；及沿第二方向跨越所述第一及第二電極施加第二電壓差來中斷所述導(dǎo)電路徑以將所述第一值改變?yōu)榈诙怠?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中施加所述第一電壓差使得所述第一電極的材料的一部分移動到所述電介質(zhì)中以形成所述導(dǎo)電路徑。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中施加所述第一電壓差使得所述第一電極的材料的離子移動到所述電介質(zhì)中以形成所述導(dǎo)電路徑。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中施加所述第一電壓差包括將第一電壓置于所述第一電極上，且其中施加所述第二電壓差包括將第二電壓置于所述第一電極上，且其中所述第一與第二電壓具有不同的值。
19.一種方法，其包含形成存儲器單元的第一電極；形成所述存儲器單元的第二電極；及在所述第一與第二電極之間形成電介質(zhì)以允許所述存儲器單元由所述第一電極的材料的一部分在所述電介質(zhì)中形成導(dǎo)電路徑以表示存儲于所述存儲器單元中的第一信息值且允許所述存儲器單元中斷所述導(dǎo)電路徑以表示存儲于所述存儲器單元中的第二信息值。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中形成所述第一電極包括在所述電介質(zhì)上方沉積導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料包括Ag、Cu及Au中的一者。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中形成所述電介質(zhì)包括在所述第二電極上方沉積電介質(zhì)材料，所述電介質(zhì)材料包括々1!￡(\、]\%0、4115丨1030!￡、慰0!￡、!1 )2、13205、2102、慰]\1110!￡、 MgF2、SiC、SiOxNy、HfOx、Nb2O5、WOx, TiOx, ZrOx 及 CuxO 中的一者。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其進(jìn)一步包含在所述第一與第二電極之間形成存取組件，包括在所述第二電極上方沉積材料，所述材料包括硫?qū)倩锊牧稀?br> 23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其進(jìn)一步包含在所述存取組件與所述電介質(zhì)之間形成中間組件，所述中間組件包括硒化鍺(GeSe) 及硒化銀(AgSe)中的一者。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其進(jìn)一步包含在所述存取組件與所述電介質(zhì)之間形成中間組件，其中形成所述第一電極、所述電介質(zhì)、所述存取組件及所述中間組件包括在襯底上方形成多種材料；及在同一圖案化過程中對所述多種材料進(jìn)行圖案化以形成所述第一電極、所述電介質(zhì)、 所述中間組件及所述存取組件。
全文摘要
一些實(shí)施例包括具有存儲器單元的設(shè)備及方法，所述存儲器單元具有第一電極、第二電極及位于所述第一與第二電極之間的電介質(zhì)。所述電介質(zhì)可經(jīng)配置以允許所述存儲器單元由所述第一電極的材料的一部分在所述電介質(zhì)中形成導(dǎo)電路徑以表示存儲于所述存儲器單元中的第一信息值。所述電介質(zhì)還可經(jīng)配置以允許所述存儲器單元中斷所述導(dǎo)電路徑以表示存儲于所述存儲器單元中的第二信息值。
文檔編號H01L21/8239GK102318057SQ201080007404
公開日2012年1月11日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月12日
發(fā)明者劉峻 申請人:美光科技公司