專利名稱：納米級開關(guān)器件的制作方法
納米級開關(guān)器件 政府利益的聲明
本發(fā)明是根據(jù)國防高級研究計(jì)劃署授予的合同N0.HR0011-09-3-0001在政府支持下做出的。政府享有本發(fā)明中的一定權(quán)利。
_2] 相關(guān)申請的交叉引用
本申請與2010年3月31日提交的申請序列號(hào)PCT/US2010/029423有關(guān)，該申請使用金屬氧化物位封裝涂層來最小化寄生電阻并且消除側(cè)壁短路。
背景技術(shù)：
重大研究和發(fā)展努力目前針對設(shè)計(jì)和制造納米級電子器件，諸如納米級存儲(chǔ)器。納米級電子技術(shù)有顯著發(fā)展的前景，包括顯著降低的特征尺寸和電位以用于自組裝及用于其他相對便宜的、基于非光刻的制作方法。然而，納米級電子器件的設(shè)計(jì)和制造提出了許多新的挑戰(zhàn)。例如，近來已報(bào)告了使用諸如示出電阻性開關(guān)行為的氧化鈦的開關(guān)材料的納米級器件。此類器件的開關(guān)行為已被鏈接到原來由L.0.Chua在1971年預(yù)測的憶阻器電路元件理論。納米級開關(guān)中的憶阻性行為的發(fā)現(xiàn)已產(chǎn)生了重大利益，并且存在基本上持續(xù)的研究努力以進(jìn)一步發(fā)展這樣的納米級開關(guān)并且將它們實(shí)現(xiàn)在各種應(yīng)用中。許多重要的潛在應(yīng)用中的一個(gè)是將此類開關(guān)器件用作為存儲(chǔ)器單元以存儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其中有源區(qū)被夾在兩個(gè)電極之間。存儲(chǔ)器器件可以被構(gòu)建作為處于交叉(crossbar)配置中的此類開關(guān)器件的陣列以提供非常高的器件密度。然而，存在必須解決以便使開關(guān)器件用于實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)挑戰(zhàn)。一個(gè)重大問題是如何維持開關(guān)器件在多個(gè)0N/0FF (導(dǎo)通/關(guān)斷)周期期間的開關(guān)特性以提供相當(dāng)長的工作壽命。


通過示例的方式針對以下附圖對本發(fā)明的一些實(shí)施例進(jìn)行描述:
圖1是依照本發(fā)明的示例的位(bit)構(gòu)造的側(cè)視圖。圖2是示出該位構(gòu)造的可能問題、與圖1的視圖類似的視圖。圖3是示出依照本發(fā)明的教導(dǎo)的封裝位、與圖1的視圖類似的視圖。圖4是示出依照本發(fā)明的示例的在有源區(qū)中采用徑向變化的氧分布的可替換示例、與圖1的視圖類似的視圖。圖5是依照本發(fā)明的示例的在有源區(qū)中具有徑向變化的氧分布的圖4的納米級開關(guān)器件的示意性透視圖。圖6是更詳細(xì)的圖5的納米級開關(guān)器件的示意性截面圖。圖7是示出了依照本發(fā)明的教導(dǎo)的用于制作具有保護(hù)性包覆層的納米級開關(guān)器件的示例方法的流程圖。圖8A-8F是示出了與圖7的方法的步驟相對應(yīng)的襯底上的層的形成的示意截面圖。
圖9是依照本發(fā)明的示例的每個(gè)都具有保護(hù)性包覆層的納米級開關(guān)器件的交叉陣列的示意性透視圖。
具體實(shí)施例方式在納米級交叉存儲(chǔ)器的構(gòu)造中，有源區(qū)被置于第一和第二電極之間，每個(gè)電極具有納米級寬度。有源區(qū)包含開關(guān)材料。在一些示例中，由介電材料形成的層間介電層被置于有源區(qū)之外的第一和第二電極之間。圖1示出了本發(fā)明的位構(gòu)造100，其中底部電極102被置于襯底104上。有源區(qū)106 (在下面更完整地討論)被置于底部電極102上。頂部電極108被置于有源區(qū)106上并且被定向?yàn)榕c底部電極102大致正交?；蛘叩撞侩姌O102或者頂部電極108可以為第一電極，而另一個(gè)為第二電極。介電材料110填充在鄰近的有源區(qū)108之間的空間中；該介電材料在下面被更詳細(xì)地討論。包括夾在兩個(gè)電極102、108之間的有源區(qū)106的單個(gè)單元被稱為位112。在相鄰的有源區(qū)106之間存在并聯(lián)的等效寄生電容Cs和寄生電阻Rs(在圖1中未示出，但被示出在圖2中)。該構(gòu)造可能出現(xiàn)的潛在問題包括側(cè)壁傳導(dǎo)、鄰近的位112之間的泄露通路、不可靠的位傳導(dǎo)通路(沿著器件邊界)以及器件特性的易變性。圖2示出了這些潛在問題。側(cè)壁傳導(dǎo)被示出為沿著側(cè)壁116的短路114。鄰近的位112之間的泄露通路通過寄生電容Cs和寄生電阻Rs的存在被示出。不可靠的位傳導(dǎo)通路通過由大括號(hào)118來示出而被表示，在所述大括號(hào)118中傳導(dǎo)可以取許多通路中的一個(gè)，所述許多通路每個(gè)都可以具有不同的長度，從而影響開關(guān)時(shí)間。器件特性的易變性通過傳導(dǎo)通路120a、120b被示出，因?yàn)樾∽兓梢悦看味及l(fā)生在該傳導(dǎo)通路中。圖3示出了作為相對于圖1和2的結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的結(jié)構(gòu)300的示例，即，用介電包覆層302封裝位112。該封裝的添加通過使位112彼此絕緣來最小化寄生電阻的影響。進(jìn)一步地，消除了沿著側(cè)壁116行進(jìn)的短路114 (在圖2中示出)。在圖3中示出的實(shí)施例中，包覆層302環(huán)繞有源區(qū)106并且在高度上從至少底部電極102延伸到頂部電極108。以這種方式，保護(hù)性包覆層使有源區(qū)106與層間介電層110絕緣或者屏蔽，并且防止開關(guān)材料接觸層間介電層的介電材料和/或與層間介電層的介電材料以化學(xué)方式交互。保護(hù)性包覆層可以由非導(dǎo)電的包覆材料形成，所述非導(dǎo)電的包覆材料在化學(xué)上是穩(wěn)定的并且與開關(guān)材料不起反應(yīng)，而且對于開關(guān)材料中的摻雜劑而言是基本上不可透過的。如本文所用的那樣，術(shù)語“不可透過的”意味著摻雜劑不能夠在正常工作條件下遷移通過包覆材料。在這方面，層間電介質(zhì)典型地被選擇為具有低介電常數(shù)以使得器件的電容將是低的以便允許更快的存取時(shí)間。然而，此類介電材料可能具有與開關(guān)材料以化學(xué)方式相互作用的趨勢。與此相對照，包覆材料被選擇為基本上在化學(xué)方面為惰性的。因此，開關(guān)材料中的摻雜劑被限制在有源區(qū)106中并且無法透過保護(hù)性包覆層302而失去或者被得到。作為示例，當(dāng)包括有源區(qū)106的開關(guān)材料是TiO2時(shí)(在下面對開關(guān)材料進(jìn)行更詳細(xì)的描述)，摻雜劑是氧空位。包括包覆層302的材料在這種情況下可以為二氧化鉿(HfO2),其是熱力學(xué)上更穩(wěn)定的氧化物并且因此在防止氧空位或防止氧遠(yuǎn)離TiO2開關(guān)材料移動(dòng)方面是有效的?？墒褂玫陌膊牧系钠渌纠ㄑ趸?ZrO2)、氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、氧化鋁(Al2O3)等。與此相對照，形成層間介電層的介電材料不同于包覆材料并且可以為例如氧化物、氮化物或碳化物，諸如二氧化硅(S i O2)、氮化硅(S i 3N4 )、氮碳化硅(SiCxNy)、氮氧化硅(SiOxNy)等。層間介電層通常具有低介電常數(shù)。例如，介電常數(shù)可以為4或更小。圖4示出了依照本發(fā)明的示例的納米級開關(guān)器件400。器件400被構(gòu)建得很像圖1中示出的器件100，但具有差異，S卩，將第一電極與第二電極之間的電流流動(dòng)約束到有源區(qū)的中心部分的有源區(qū)內(nèi)的區(qū)域402。更具體地，該區(qū)域可以包括絕緣材料，諸如其中氧含量徑向地變化的橫向氧化，所述橫向氧化在位112的外圍處較高(即，在有源區(qū)106的外圍處較高)而在位的中心附近較低(即，在有源區(qū)的中心處較低)。如上所述，雖然有源區(qū)能夠攜帶摻雜劑種類并在電場下運(yùn)送該摻雜劑，但是橫向氧化物不能夠攜帶摻雜劑種類并在電場下運(yùn)送摻雜劑。可以以諸如使用氧氣的等離子氧化之類的各種方式來獲得電流流動(dòng)約束區(qū)域。作為采用電流流動(dòng)約束區(qū)域的結(jié)果，解決了以下問題:通過使位絕緣而使得寄生電阻的影響最小化；消除沿著側(cè)壁行進(jìn)的短路；獲得在位的中心處的電流約束；介電常數(shù)沿著徑向方向的調(diào)制(在向外移動(dòng)時(shí)損失較少)；以及電流的減小和因此的工作功率的減小以及耐久性的提聞。圖5示出了器件400的單個(gè)位112的透視圖。開關(guān)器件400包括:底部接觸結(jié)構(gòu)，其包括字線404和底部電極102 ;以及頂部接觸結(jié)構(gòu)，其包括頂部電極108和位線406。置于頂部電極108與底部電極102之間的是包含開關(guān)材料的有源區(qū)106。如在下面更詳細(xì)地描述的那樣，開關(guān)材料具有能夠被可控地修改以允許器件被切換到具有低電阻值的ON (導(dǎo)通)狀態(tài)和具有高電阻值的OFF (關(guān)斷)狀態(tài)或ON和OFF狀態(tài)之間的中間狀態(tài)的電氣特性。氧分布402在該視圖中是不可見的。頂部電極108和底部電極102中的每一個(gè)都可以具有納米級的寬度。如在下文中使用的那樣，術(shù)語“納米級”意指物體具有小于一微米并且在一些示例中小于500納米以及常常小于100納米的一個(gè)或多個(gè)尺寸。例如，電極108和102可以具有在5 nm 500 nm范圍內(nèi)的寬度。同樣地，有源區(qū)106可以具有納米級的高度并且該高度典型地從幾納米到數(shù)十納米。字線404、位線406以及電極102和108是導(dǎo)電的但可以由不同的材料形成。在該示例中，字線404和位線406用于提供高導(dǎo)電率或低電阻，并且可以例如通過Cu鑲嵌工藝或Al導(dǎo)體工藝來形成。電極102和108可以由被選擇為防止字線404或位線406的材料與開關(guān)材料相互作用的導(dǎo)電材料形成，并且可以為諸如鉬、金、銅、鉭、鎢等之類的金屬，諸如氮化鈦、氮化鎢等之類的金屬化合物或摻雜的半導(dǎo)體材料。在一些其他示例中，電極102和104可以提供足夠的導(dǎo)電性并且字線404和位線406可能不是必需的。在圖5中示出的示例中，頂部電極108以與底部電極102成一定角度的方式延伸。該角度可以為例如大約90度，但取決于器件設(shè)計(jì)可以是其他值。當(dāng)頂部和底部電極108和102處在不同的高度水平上并且有源區(qū)106大體上僅占據(jù)電極之間的重疊區(qū)域時(shí)，結(jié)構(gòu)支撐對于頂部電極108來說是需要的。為此，頂部電極108之下和有源區(qū)106之外的空間可以大部分用介電材料填充以形成層間介電層110。層間介電層110提供結(jié)構(gòu)支撐并且還使電極108和102電絕緣。它還使開關(guān)器件與任何相鄰的開關(guān)器件絕緣。
為了促進(jìn)對本發(fā)明所解決的問題的更好理解，參考圖6描述了一個(gè)示例中的開關(guān)器件400的部件和操作原理。如圖6中所示，置于頂部電極108與底部電極102之間的有源區(qū)106包含開關(guān)材料。開關(guān)材料能夠攜帶移動(dòng)離子摻雜劑種類，使得摻雜劑能夠被可控制地運(yùn)送通過開關(guān)材料并且被重新分布以改變或者開關(guān)材料或者開關(guān)材料和電極的界面的電屬性，所述電極在所圖示的圖6的示例中可以為頂部電極108。根據(jù)摻雜劑分布而改變電屬性的該能力允許通過將來自電壓源408的開關(guān)電壓施加到電極108和102來將開關(guān)器件400置于不同的開關(guān)狀態(tài)下。
通常，開關(guān)材料可以是半導(dǎo)電的或標(biāo)稱絕緣的并且可以是弱離子導(dǎo)體。具有它們各自的適當(dāng)摻雜劑的許多不同材料能夠被用作為開關(guān)材料。展示出用于開關(guān)的適當(dāng)屬性的材料包括過渡和稀土金屬的氧化物、硫化物、硒化物、氮化物、碳化物、磷化物、砷化物、氯化物以及溴化物。適當(dāng)?shù)拈_關(guān)材料還包括諸如Si和Ge之類的元素半導(dǎo)體，以及諸如II1-V和I1-VI化合物半導(dǎo)體之類的化合物半導(dǎo)體。II1-V半導(dǎo)體包括例如BN、BP、BSb、AlP、AlSb、GaAs, GaP、GaN、InN、InP, InAs和InSb以及三元及四元化合物。I1-VI化合物半導(dǎo)體包括例如CdSe、CdS、CdTe, ZnSe, ZnS, ZnO以及三元化合物。I1-VI化合物開關(guān)材料還可以包括相變材料。開關(guān)材料還可以包括絲狀體結(jié)構(gòu)，諸如在非晶硅(a-Si)矩陣中具有Ag絲的非晶硅:銀(a-S1:Ag)。可能的開關(guān)材料的這些列表是非窮舉性的并且不限制本發(fā)明的范圍。
用來改變開關(guān)材料的電屬性的摻雜劑種類取決于所選開關(guān)材料的特定類型，并且可以為陽離子、陰離子或空位，或者為作為電子施主或受主的雜質(zhì)。例如，在諸如TiO2之類的過渡金屬氧化物的情況下，摻雜劑種類可以為氧空位(Vo2+)。對于GaN，摻雜劑種類可以為氮空位或硫離子摻雜劑。對于化合物半導(dǎo)體，摻雜劑可以為η型或P型雜質(zhì)或金屬絲狀內(nèi)含物。
作為示例，如圖6中所圖示的那樣，開關(guān)材料可以為TiO2，而摻雜劑可以為氧空位(Vo2+)。當(dāng)來自電壓源408的DC (直流)開關(guān)電壓被施加到頂部和底部電極108和102時(shí)，跨越有源區(qū)106建立了電場。如果有足夠的強(qiáng)度和正確的極性，這個(gè)電場可以驅(qū)動(dòng)氧空位通過有源區(qū)106中的開關(guān)材料朝頂部電極108漂移，從而使器件處于ON狀態(tài)。
如果電場的極性被翻轉(zhuǎn)，則氧空位可以在相反方向上跨越有源區(qū)106漂移并且遠(yuǎn)離頂部電極108，從而使器件處于OFF狀態(tài)。以這種方式，開關(guān)是可逆的并且可以被重復(fù)。由于引起摻雜劑漂移所需的相對大的電場，在開關(guān)電壓被移除之后，摻雜劑的位置在開關(guān)材料中保持穩(wěn)定。換句話說，開關(guān)可能是非易失性的。
開關(guān)器件400的狀態(tài)可以通過將來自電壓源408的讀取電壓施加到頂部和底部電極108和110以便感測這兩個(gè)電極兩端的電阻而被讀取。讀取電壓典型地比引起有源區(qū)106中的離子摻雜劑的漂移所需要的開關(guān)電壓低得多，以致讀取操作不會(huì)改變開關(guān)器件的0N/0FF 狀態(tài)。
上述開關(guān)行為可能是基于不同的機(jī)制。在一個(gè)機(jī)制中，開關(guān)行為可以為“界面”現(xiàn)象。例如，在所圖示的圖6的示例中，最初，在靠近頂部電極108的TiO2開關(guān)材料中具有低濃度的氧空位的情況下，開關(guān)材料和頂部電極108的界面可以表現(xiàn)得像肖特基(Schottky)勢壘，具有對于電子來說難以穿過的電子勢壘。相似地，開關(guān)材料和底部電極106的界面也可以表現(xiàn)得像肖特基勢壘，具有與頂部電極106處的類似肖特基的勢壘的流動(dòng)方向相反的流動(dòng)方向。結(jié)果，器件在任一流動(dòng)方向上具有相對高的電阻。當(dāng)開關(guān)電壓被施加到頂部和底部電極108和102從而使器件被導(dǎo)通時(shí)，在頂部電極作為負(fù)側(cè)的情況下，氧空位朝著頂部電極108漂移?？拷敳侩姌O108的摻雜劑的增大的濃度將界面的電屬性從類似肖特基勢壘的電屬性改變?yōu)轭愃茪W姆接觸的電屬性，其中伴隨顯著降低的電子勢壘高度或?qū)挾?。結(jié)果，電子能夠更加容易得多地隧穿界面，并且開關(guān)器件400現(xiàn)在處于具有顯著減小的總電阻的ON狀態(tài)，從而得到從底部電極102向頂部電極108流動(dòng)的電流。在另一機(jī)制中，有源區(qū)106的電阻的減小可以是開關(guān)材料的“體積(bulk)”屬性。開關(guān)材料中摻雜劑水平的重新分布導(dǎo)致跨越開關(guān)材料的電阻降低，并且這可以成為頂部和底部電極108和102之間的器件的電阻減小的原因。電阻的改變是體積和界面機(jī)制兩者組合的結(jié)果也是可能的。即使可能存在用于解釋開關(guān)行為的不同機(jī)制，也應(yīng)該注意的是，本發(fā)明不依賴或者取決于用于驗(yàn)證的任何特定機(jī)制，并且本發(fā)明的范圍不受哪一個(gè)開關(guān)機(jī)制實(shí)際上在工作的限制。如可以從上述描述中看到的，開關(guān)材料中的摻雜劑在有源區(qū)中的重新分布可以是開關(guān)器件的開關(guān)行為的原因。如果有源區(qū)中的摻雜劑的量被以非預(yù)謀的方式改變，則器件的開關(guān)特性可能不受控制地被改變。不希望的摻雜劑量的改變的一個(gè)可能機(jī)制是摻雜劑從開關(guān)材料到周圍材料中的擴(kuò)散或者開關(guān)材料或摻雜劑與周圍材料的反應(yīng)。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)觀察到，當(dāng)諸如TiO2之類的過渡金屬氧化物被用作為開關(guān)材料時(shí)，如果開關(guān)材料與層間介電層直接接觸則隨著時(shí)間的推移可以發(fā)生氧空位的數(shù)量方面的顯著改變，所述層間介電層典型地由氧化硅、氮化硅或氮碳化硅形成。由于開關(guān)器件的有源區(qū)中的少量的開關(guān)材料和摻雜劑的相對低的濃度，即使少量的摻雜劑損失(或增加)也可以對器件的開關(guān)特性具有重大影響。如果摻雜劑量被改變太多則器件甚至可能喪失它的開關(guān)能力，或者可能使得器件的邊緣由于邊緣處的摻雜劑量的改變而成為導(dǎo)電的。摻雜劑改變的該問題通過徑向變化的氧分布402在納米級開關(guān)器件400中的包含而被有效地解決了。圖7示出了用于形成具有保護(hù)性包覆層的納米級開關(guān)器件的本發(fā)明的示例的方法。該方法結(jié)合圖8A-8F被描述，圖8A-8F圖示了由圖7中的方法的步驟產(chǎn)生的器件堆疊結(jié)構(gòu)的演化。首先，字線404被形成在襯底104中(步驟700)，并且底部電極102被形成在字線404上面(步驟702)，如圖8A中所示。底部電極102可以為細(xì)長結(jié)構(gòu)，但在圖8A的截面圖中僅看見它的寬度。開關(guān)材料的層然后被沉積在底部電極102上并且被形成為有源區(qū)106(步驟704)，如圖SB中所示。有源區(qū)可以具有大體矩形的或正方形的形狀，或者圓形的或卵形的形狀。形成有源區(qū)的該步驟可以包括首先在整個(gè)襯底上沉積一層開關(guān)材料并且覆蓋底部電極，并且然后使用光致抗蝕劑將有源區(qū)圖案化并且蝕刻掉在圖案化的有源區(qū)之外的開關(guān)材料。有源區(qū)106的側(cè)壁被氧化以產(chǎn)生徑向變化的分布402。例如，可以在限定位112的等離子蝕刻工藝的末期使用等離子氧化來執(zhí)行該氧化。結(jié)果得到的結(jié)構(gòu)被示出在圖8C中。還可以通過在氧化環(huán)境中進(jìn)行退火或者將氧等離子與加熱相結(jié)合來執(zhí)行該氧化。介電材料的層110然后被沉積在圖8C的結(jié)構(gòu)上面，并且使用電化學(xué)平面化(CMP)工藝來使介電層110變平并暴露有源區(qū)106的頂部(步驟708)，如圖8D中所示。頂部電極108然后被形成在有源區(qū)106和層間介電層110上面(步驟710)，并且在頂部電極108上面形成形式為相對厚的導(dǎo)電層的位線406 (步驟712)，如圖SE中所示。該步驟可以包括在有源區(qū)和介電層上面沉積一層電極材料、將頂部電極圖案化以及蝕刻掉過量的電極材料以形成頂部電極108。上述圖7的方法僅僅是如何形成具有包覆層的開關(guān)器件的示例，并且其他方法可以被用來形成這樣的結(jié)構(gòu)。每個(gè)都具有保護(hù)性包覆層的多個(gè)納米級開關(guān)器件可以被形成為交叉陣列以用于各種應(yīng)用。圖9示出了此類開關(guān)器件的二維陣列900的示例。該陣列在頂層中具有第一組901大體平行的納米線902，并且在底層中具有第二組903大體平行的納米線904。第一組901中的納米線902沿著第一方向行進(jìn)，而第二組903中的納米線904沿著與第一方向成諸如90度的角度的第二方向行進(jìn)。兩層納米線形成二維交叉結(jié)構(gòu)，其中頂層中的每個(gè)納米線902和底層的多個(gè)納米線904相交。納米級開關(guān)器件910可以形成在該交叉結(jié)構(gòu)中的每個(gè)納米線交叉點(diǎn)處。開關(guān)器件910具有作為其頂部電極的第一組901的納米線902，并且具有作為其底部電極的第二組903的納米線904。包括開關(guān)材料的有源區(qū)912被置于頂部和底部納米線902和904之間。盡管在圖9中不可見，但是有源區(qū)912包括徑向變化的氧分布。納米級開關(guān)器件910的有源區(qū)912之外的在頂層與底層之間的空間可以用介電材料來填充，以形成層間介電層，為了說明的清楚起見在圖9中未明確地示出所述層間介電層。電極102、108以及902、904在橫截面方面可以是方形的或矩形的，如各種圖中所示的。然而，還可以采用其他的橫截面形狀，諸如圓形的、卵形的以及其他的。在前述描述中，對許多細(xì)節(jié)進(jìn)行了闡述以提供對本發(fā)明的理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可以在沒有這些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。雖然已經(jīng)針對有限數(shù)目的示例對本發(fā)明進(jìn)行了公開，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將從其中認(rèn)識(shí)到許多修改和變化。意圖是使所附權(quán)利要求涵蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的此類修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種納米級開關(guān)器件(400)，包括: 具有納米級寬度的第一電極(102)； 具有納米級寬度的第二電極(108)； 被置于所述第一和第二電極之間的有源區(qū)(106)，所述有源區(qū)包含開關(guān)材料； 所述有源區(qū)內(nèi)的區(qū)域(402)，其將所述第一電極與所述第二電極之間的電流約束到所述有源區(qū)的中心部分；以及 層間介電層(110)，其由介電材料形成并且被置于所述有源區(qū)之外在所述第一和第二電極之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米級開關(guān)器件，其中，所述開關(guān)材料能夠攜帶摻雜劑的種類并且在電場下運(yùn)送所述摻雜劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米級開關(guān)器件，其中，將電流流動(dòng)約束在所述有源區(qū)內(nèi)的所述區(qū)域包括絕緣材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的納米級開關(guān)器件，其中，將電流流動(dòng)約束在所述有源區(qū)內(nèi)的所述區(qū)域包括不能夠攜帶摻雜劑的種類并在電場下運(yùn)送所述摻雜劑的橫向氧化層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的納米級開關(guān)器件，其中，所述橫向氧化層具有徑向地變化的氧含量，其在所述有源區(qū)的外圍處較高而在所述有源區(qū)的中心附近較低。
6.根據(jù)權(quán) 利要求1所述的納米級開關(guān)器件，其中，所述介電材料是氧化物、碳化物、氮化物或它們的組合。
7.—種納米級交叉陣列(900)，其包括: 沿第一方向行進(jìn)的第一組(901)導(dǎo)電納米線(902)； 沿第二方向行進(jìn)并且和所述第一組納米線相交的第二組(903)導(dǎo)電納米線(904)； 多個(gè)開關(guān)器件(400，910)，其被形成在所述第一組納米線與所述第二組納米線的交叉點(diǎn)處，每個(gè)開關(guān)器件都具有:由所述第一組的第一納米線形成的第一電極和由所述第二組的第二納米線形成的第二電極，被置于所述第一和第二電極之間的交叉點(diǎn)處的有源區(qū)(912)，將所述第一電極與所述第二電極之間的電流流動(dòng)約束到所述有源區(qū)的中心部分的所述有源區(qū)內(nèi)的區(qū)域(402)，以及被置于所述有源區(qū)之外在所述第一和第二組納米線之間的介電材料的層間介電層(110)，所述有源區(qū)包含開關(guān)材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的納米級交叉陣列，其中，所述開關(guān)材料能夠攜帶摻雜劑的種類并在電場下運(yùn)送所述摻雜劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的納米級交叉陣列，其中，將電流流動(dòng)約束在所述有源區(qū)內(nèi)的所述區(qū)域包括不能夠攜帶摻雜劑的種類并在電場下運(yùn)送所述摻雜劑的橫向氧化層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的納米級交叉陣列，其中，所述橫向氧化層具有徑向地變化的氧含量，其在所述有源區(qū)的外圍處較高而在所述有源區(qū)的中心附近較低。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的納米級交叉陣列，其中，所述介電材料是具有為4或更低的介電常數(shù)的氧化物、碳化物、氮化物或它們的組合。
12.—種形成納米級開關(guān)器件(400)的方法，包括: 形成具有納米級寬度的第一電極(102)和具有納米級寬度的第二電極(108)； 在所述第一和第二電極之間形成有源區(qū)(106)，所述有源區(qū)包括能夠攜帶摻雜劑的種類并在電場下運(yùn)送所述摻雜劑的開關(guān)材料；形成所述有源區(qū)內(nèi)的區(qū)域(402)，其將所述第一電極與所述第二電極之間的電流流動(dòng)約束到所述有源區(qū)的中心部分；以及 在所述有源區(qū)之外形成介電材料的層間介電層(110)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述開關(guān)材料是第一金屬氧化物，并且約束電流流動(dòng)的所述區(qū)域是不能夠攜帶摻雜劑的種類并在電場下運(yùn)送所述摻雜劑的橫向氧化層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述橫向氧化層具有徑向地變化的氧含量，其在所述有源區(qū)的外圍處較高而在所述有源區(qū)的中心附近較低。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，形成約束電流流動(dòng)的所述區(qū)域的步驟包括用來在所述納米級開關(guān)器件的陣列中限定位(112)的等離子蝕刻和在升溫或沒有升溫的情況下對所述有源區(qū)的氧化。`
全文摘要
一種納米級開關(guān)器件(400)包括具有納米級寬度的第一電極(102)；具有納米級寬度的第二電極(108)；被置于所述第一和第二電極之間的有源區(qū)(106)，所述有源區(qū)包含開關(guān)材料；所述有源區(qū)5內(nèi)的區(qū)域(402)，其將所述第一電極與所述第二電極之間的電流流動(dòng)約束到所述有源區(qū)的中心部分；以及層間介電層(110)，其由介電材料形成并且被置于所述有源區(qū)之外在所述第一和第二電極之間。還公開了一種納米級交叉陣列(900)和形成所述納米級開關(guān)器件的方法。
文檔編號(hào)H01L27/115GK103201837SQ201080070196
公開日2013年7月10日 申請日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者G.里貝羅, J.H.尼克爾, J.楊 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)