存儲(chǔ)器單元及存儲(chǔ)器單元陣列的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一些實(shí)施例包含存儲(chǔ)器單元。所述存儲(chǔ)器單元可具有第一電極，及在所述第一電極之上的溝槽形狀的可編程材料結(jié)構(gòu)。所述溝槽形狀界定開(kāi)口。所述可編程材料可經(jīng)配置以可逆地保持導(dǎo)電橋。所述存儲(chǔ)器單元可具有直接抵著所述可編程材料的離子源材料，并且可具有在由所述溝槽形狀的可編程材料界定的所述開(kāi)口內(nèi)的第二電極。一些實(shí)施例包含存儲(chǔ)器單元陣列。所述陣列可具有第一導(dǎo)電線，及在所述第一線之上的溝槽形狀的可編程材料結(jié)構(gòu)。所述溝槽形狀的結(jié)構(gòu)可界定其內(nèi)的開(kāi)口。離子源材料可直接抵著所述可編程材料，并且第二導(dǎo)電線可在所述離子源材料之上并且在由所述溝槽形狀的結(jié)構(gòu)界定的所述開(kāi)口內(nèi)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】存儲(chǔ)器單元及存儲(chǔ)器單元陣列
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 存儲(chǔ)器單元及存儲(chǔ)器單元陣列。
【背景技術(shù)】
[0002]存儲(chǔ)器是一種類(lèi)型的集成電路，并且在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。集成存儲(chǔ)器一般以個(gè)別存儲(chǔ)器單元的一個(gè)或一個(gè)以上陣列制造。所述存儲(chǔ)器單元經(jīng)配置而以至少兩個(gè)不同可選擇狀態(tài)保持或者存儲(chǔ)存儲(chǔ)器。在二進(jìn)制系統(tǒng)中，所述狀態(tài)被認(rèn)為是“O”或者“I”。在其它系統(tǒng)中，至少一些個(gè)別存儲(chǔ)器單元可經(jīng)配置以存儲(chǔ)多于兩個(gè)電平或者狀態(tài)的信息。
[0003]實(shí)例存儲(chǔ)器裝置為可編程金屬化單元(PMC)。此可替代地稱(chēng)為導(dǎo)電橋接RAM (CBRAM)、納米橋存儲(chǔ)器或者電解質(zhì)存儲(chǔ)器。PMC可使用夾于一對(duì)電流導(dǎo)電電極之間的離子導(dǎo)電材料(例如，適合的硫族化合物或者各種適合氧化物中的任一者)，并且此材料可稱(chēng)為“切換”材料或者稱(chēng)為“可編程”材料。橫跨所述電極施加的適合電壓可產(chǎn)生電流導(dǎo)電超離子團(tuán)簇或者導(dǎo)電細(xì)絲。此可由于通過(guò)所述離子導(dǎo)電材料的離子輸送，其從所述電極中的一者(陰極)生長(zhǎng)所述團(tuán)簇/細(xì)絲并且通過(guò)所述離子導(dǎo)電材料。所述團(tuán)簇或者細(xì)絲建立所述電極之間的電流導(dǎo)電路徑。橫跨所述電極施加的相反電壓本質(zhì)上使過(guò)程逆向并且因此移除所述導(dǎo)電路徑。PMC因此包括高電阻狀態(tài)(對(duì)應(yīng)于缺乏延伸穿過(guò)所述切換材料的導(dǎo)電橋的狀態(tài))及低電阻狀態(tài)(對(duì)應(yīng)于具有延伸穿過(guò)所述切換材料的所述導(dǎo)電橋的狀態(tài))，其中此類(lèi)狀態(tài)可逆地可彼此互換。
[0004]雖然已經(jīng)做出一些努力來(lái)開(kāi)發(fā)PMC裝置，但是仍然需要經(jīng)改進(jìn)的存儲(chǔ)器單元，及經(jīng)改進(jìn)的存儲(chǔ)器單元陣列。相應(yīng)地，期望開(kāi)發(fā)新存儲(chǔ)器單元及存儲(chǔ)器單元陣列。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1及2為一實(shí)例實(shí)施例存儲(chǔ)器單元的圖解橫截面圖。圖1的視圖是沿圖2的線1-1，并且圖2的視圖是沿圖1的線2-2。
[0006]圖3為另一實(shí)例實(shí)施例存儲(chǔ)器單元的圖解橫截面圖。圖3的視圖是沿與圖1的視圖相似的橫截面。
[0007]圖4及5為一實(shí)例實(shí)施例存儲(chǔ)器單元陣列的圖解橫截面圖。圖4的視圖是沿圖5的線4-4，并且圖5的視圖是沿圖4的線5-5。
[0008]圖6到8為可在一些實(shí)例實(shí)施例存儲(chǔ)器單元陣列中利用的各種層級(jí)堆疊配置的圖解說(shuō)明。圖6的配置包含圖4及5的實(shí)例實(shí)施例存儲(chǔ)器單元陣列。
[0009]圖9及10為另一實(shí)例實(shí)施例存儲(chǔ)器單元陣列的圖解橫截面圖。圖9的視圖是沿圖10的線9-9，并且圖10的視圖是沿圖9的線10-10。
【具體實(shí)施方式】
[0010]一些實(shí)施例包含新存儲(chǔ)器單元架構(gòu)。所述存儲(chǔ)器單元可為PMC裝置，其中可編程材料以向上開(kāi)放的溝槽形狀形成。所述PMC裝置的額外結(jié)構(gòu)(例如，電極及/或離子源材料)可經(jīng)形成以在所述溝槽形狀中的開(kāi)口內(nèi)延伸。此可使PMC裝置能夠用比常規(guī)處理中所利用的掩蓋步驟更少的掩蓋步驟形成。此外，所述PMC裝置與常規(guī)存儲(chǔ)器單元相比可相對(duì)緊湊，這是因?yàn)樗鲅b置的一些組件嵌套于所述溝槽形狀的可編程材料之內(nèi)。舉例來(lái)說(shuō)，此可使本文描述的所述PMC裝置能夠在高度集成的電路(例如存儲(chǔ)器陣列)中得到利用。
[0011]參考圖1到10描述實(shí)例實(shí)施例。
[0012]參照?qǐng)D1及2，實(shí)例存儲(chǔ)器單元12經(jīng)展示為半導(dǎo)體構(gòu)造10的部分。所述半導(dǎo)體構(gòu)造包含具有在其之上的電介質(zhì)材料14并且具有在電介質(zhì)材料14之上的導(dǎo)電線16的半導(dǎo)體基底12。
[0013]在一些實(shí)施例中，基底12可包括半導(dǎo)體材料。例如，基底12可包括單晶硅、本質(zhì)上由單晶硅構(gòu)成或者由單晶硅構(gòu)成。在此類(lèi)實(shí)施例中，所述基底可稱(chēng)為半導(dǎo)體襯底，或者稱(chēng)為半導(dǎo)體襯底的一部分。術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)電襯底”、“半導(dǎo)體構(gòu)造”及“半導(dǎo)體襯底”表示包括半導(dǎo)電材料的任何構(gòu)造，包含但不限于例如半導(dǎo)電晶片(單獨(dú)地或者在包括其它材料的組合件中)的大塊半導(dǎo)電材料，及半導(dǎo)電材料層(單獨(dú)地或者在包括其它材料的組合件中)。術(shù)語(yǔ)“襯底”是指任何支撐結(jié)構(gòu)，包含但不限于上文描述的半導(dǎo)電襯底。雖然基底12展示是同質(zhì)的，但是在一些實(shí)施例中所述基底可包括許多材料。例如，基底12可對(duì)應(yīng)于含有與集成電路制造相關(guān)聯(lián)的一種或一種以上材料的半導(dǎo)體襯底。在此類(lèi)實(shí)施例中，此類(lèi)材料可對(duì)應(yīng)于耐熔金屬材料、勢(shì)壘材料、擴(kuò)散材料、絕緣體材料等中的一者或一者以上；及/或可包含額外集成電路，例如晶體管存取裝置。
[0014]所述電介質(zhì)材料14可包括任何適合的成分或者成分的組合；并且在一些實(shí)施例中可包括氧化硅、本質(zhì)上由氧化硅構(gòu)成或者由氧化硅構(gòu)成。
[0015]導(dǎo)電線16沿平行于圖1的橫截面并且正交于圖2的橫截面的軸5延伸。在所展示的實(shí)施例中，導(dǎo)電線16包括沿所述線的側(cè)壁及底部延伸的勢(shì)魚(yú)17、在勢(shì)魚(yú)17之上的芯19及在芯19之上的另一勢(shì)壘21。芯19可包括任何適合的材料，并且在一些實(shí)施例中可包括銅、本質(zhì)上由銅構(gòu)成或者由銅構(gòu)成。勢(shì)壘層17及21可為對(duì)銅遷移起作用的勢(shì)壘，并且可包括任何適合的材料。例如，勢(shì)魚(yú)層17及21可包括鈷、鉭及釕中的一者或一者以上。在一些實(shí)施例中，所述勢(shì)魚(yú)層中的一者或兩者可包括鈷、鶴及磷的混合物。在一些實(shí)施例中，芯19可包括不具有遷移性組分的導(dǎo)電材料(例如，所述芯可由除了銅以外的金屬構(gòu)成，例如，鎢、鈦、鉬等)，并且在此類(lèi)實(shí)施例中，勢(shì)壘層17及21可省略。
[0016]導(dǎo)電線16包括對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)器單元12的電極的區(qū)域18。所述導(dǎo)電線為可與所述存儲(chǔ)器單元的電極電耦合的布線組件的實(shí)例。在其它實(shí)施例中，替代地或除了所述導(dǎo)電線外，可利用其它布線組件。此外，雖然所述導(dǎo)電線被展示為包含電極18，但在其它實(shí)施例中，所述電極可通過(guò)例如選擇裝置(例如，二極管或者雙向閾值開(kāi)關(guān))等另一電組件而與所述線間隔開(kāi)。
[0017]電介質(zhì)材料20是沿著所述導(dǎo)電線16的側(cè)壁，如圖2中所展示。電介質(zhì)材料20可包括任何適合成分，并且在一些實(shí)施例中可包括二氧化硅。在一些實(shí)施例中，電介質(zhì)材料20可為與電介質(zhì)材料14相同的成分,并且在其它實(shí)施例中可為不同于電介質(zhì)材料14的成分。導(dǎo)電線16可通過(guò)(例如)常規(guī)鑲嵌處理或者其它已知方法形成以在電介質(zhì)材料20內(nèi)延伸。
[0018]可編程材料22在電極18之上。所述可編程材料是溝槽形狀的(如圖1中所展示)，并且具有界定于其中的開(kāi)口 23。在圖1及2的實(shí)施例中，所述溝槽形狀的可編程材料22形成沿圖2中所展示的軸7的方向延伸的凹槽。此凹槽正交于軸5(圖1)的方向而延伸；或者換句話說(shuō)正交于線16而延伸。
[0019]離子源材料24在通過(guò)溝槽形狀的材料22界定的開(kāi)口 23內(nèi)。所述離子源材料直接抵著可編程材料22。在所展示的實(shí)施例中，所述離子源材料僅部分填充開(kāi)口 23以保留所述開(kāi)口在所述離子源材料之上的剩余部分。
[0020]導(dǎo)電線26在所述離子源材料之上并且在開(kāi)口 23內(nèi)。
[0021]在所展示的實(shí)施例中，導(dǎo)電線26包括沿所述線的側(cè)壁及底部延伸的導(dǎo)電勢(shì)壘27、在勢(shì)壘27之上的芯29及在所述芯29之上的另一勢(shì)壘31。芯29可包括任何適合材料，并且在一些實(shí)施例中可包括銅、本質(zhì)上由銅構(gòu)成或者由銅構(gòu)成。勢(shì)壘層27及31可為對(duì)銅遷移起作用的勢(shì)壘及/或?qū)λ鲭x子源材料起作用的勢(shì)壘，并且可包括任何適合的材料。例如，勢(shì)魚(yú)層27及31可包括鈷、鉭及釕中的一者或一者以上。在一些實(shí)施例中，勢(shì)魚(yú)層中的一者或兩者可包括鈷、鎢及磷的混合物。在一些實(shí)施例中，芯29可包括不具有遷移性組分的導(dǎo)電材料(例如，所述芯可由除了銅以外的材料構(gòu)成)，并且在此類(lèi)實(shí)施例中勢(shì)壘層27及31可省略。
[0022]導(dǎo)電線26包括對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)器單元12的電極的區(qū)域28。在一些實(shí)施例中，電極18及28可分別稱(chēng)為第一及第二電極。雖然電極28經(jīng)展示為被線26包圍，但是在其它實(shí)施例中，所述電極可通過(guò)例如選擇裝置(例如二極管或者雙向閾值開(kāi)關(guān))的另一電組件與線26間隔。
[0023]電極18可包括抵著鄰近可編程材料22的電化學(xué)活性表面?？裳厮霰砻胬萌魏芜m合的電化學(xué)活性材料，例如銅、銀、包含銅及銀中的至少一者的合金等。相比之下，電極28可包括抵著離子源材料24的電化學(xué)非活性表面。所述電化學(xué)非活性表面可包括任何適合的導(dǎo)電成分或者成分的組合，并且可舉例來(lái)說(shuō)包括各種金屬(例如，鈦、鉭、釕、鶴、鉬、混合金屬合金等)及含有金屬的化合物(例如，金屬氮化物、金屬碳化物、金屬硅化物等)中的一者或一者以上、本質(zhì)上由其構(gòu)成或者由其構(gòu)成。
[0024]可編程材料22可為固態(tài)、凝膠或者任何其它適合的相，并且可包括硫族化合物類(lèi)型材料(例如，包括與鋪、締、硫及硒中的一者或一者以上組合的鍺的材料)、氧化物(例如，氧化鋯、氧化鈦、氧化鉿、氧化鋁、氧化鎢、氧化硅等)及/或任何其它適合的材料。在操作存儲(chǔ)器單元期間所述可編程材料可逆地保持電極18與離子源材料24之間的至少一個(gè)導(dǎo)電橋。具體來(lái)說(shuō)，所述可編程材料可在高電阻狀態(tài)與低電阻狀態(tài)之間可逆地切換以對(duì)所述存儲(chǔ)器單元進(jìn)行編程。所述可編程材料在所述導(dǎo)電橋保持于所述可編程材料內(nèi)時(shí)在低電阻狀態(tài)中，并且在所述導(dǎo)電橋跨所述可編程材料而不連續(xù)時(shí)在高電阻狀態(tài)中。所述導(dǎo)電橋可通過(guò)以下方式形成:在電極18與28之間提供第一極性的適合電場(chǎng)以致使從離子源材料24到可編程材料22中的離子遷移，借此建立對(duì)應(yīng)于此導(dǎo)電橋的一個(gè)或一個(gè)以上細(xì)絲。所述導(dǎo)電橋可通過(guò)以下方式來(lái)移除:在電極18與28之間提供與所述第一極性相反的第二極性的電場(chǎng)，使得所述導(dǎo)電橋的材料經(jīng)分散以有效地解除此導(dǎo)電橋。
[0025]離子源材料24貢獻(xiàn)離子，所述離子最終形成橫跨可編程材料22的導(dǎo)電橋。所述離子源材料可包括任何適合成分或者成分的組合；并且在一些實(shí)施例中將包括銅及銀中的一者或兩者，并且因此可經(jīng)配置以貢獻(xiàn)銅陽(yáng)離子及/或銀陽(yáng)離子以形成所述導(dǎo)電橋。例如，所述離子源材料可包括銅及碲的組合。所述離子源材料是導(dǎo)電的，但在圖1及2中未用交叉影線展示以簡(jiǎn)化所述圖式。
[0026]在圖1及2的實(shí)施例中，可編程材料22的溝槽形狀的結(jié)構(gòu)中的開(kāi)口內(nèi)完全容納離子源材料24及第二電極28兩者。在其它實(shí)施例中，所述離子源材料可不在此開(kāi)口內(nèi)(例如，圖3展示其中所述離子源材料不在所述可編程材料的溝槽形狀的結(jié)構(gòu)中的開(kāi)口內(nèi)的實(shí)施例)，或者頂部電極可不在此開(kāi)口內(nèi)(例如，在一些實(shí)施例中，所述離子源材料可完全填充所述可編程材料的溝槽形狀的結(jié)構(gòu)內(nèi)的開(kāi)口)。
[0027]構(gòu)造10包括沿可編程材料22的溝槽形狀的外側(cè)壁的電介質(zhì)材料34。電介質(zhì)材料34經(jīng)配置為沿此類(lèi)側(cè)壁的襯料。在一些實(shí)施例中，所述電介質(zhì)材料可包括高k材料；并且可舉例來(lái)說(shuō)包括氮化硅、本質(zhì)上由氮化硅構(gòu)成或者由氮化硅構(gòu)成?！案遦”電介質(zhì)材料為具有大于3.9的介電常數(shù)或者換句話說(shuō)具有大于二氧化硅的介電常數(shù)的介電常數(shù)的任何電介質(zhì)材料。
[0028]電介質(zhì)材料34可形成沿所述存儲(chǔ)器單元的側(cè)向勢(shì)壘，并且可為用以排除所述存儲(chǔ)器單元的組件從所述存儲(chǔ)器單元向外側(cè)向遷移的勢(shì)壘。例如，在離子源材料24包括銅及碲的組合的實(shí)施例中，電介質(zhì)材料34可為相對(duì)于碲及/或銅的遷移的勢(shì)壘。在一些實(shí)施例中，材料17、21、27及31可視為導(dǎo)電勢(shì)壘材料，并且材料34可視為電絕緣勢(shì)壘材料。所述存儲(chǔ)器單元的區(qū)域被所述導(dǎo)電及電絕緣勢(shì)壘材料囊封；并且此類(lèi)區(qū)域可借此受到保護(hù)而使組件不從其遷移出，及/或使組件不遷移到其中。
[0029]從電介質(zhì)材料34向外側(cè)向提供另一電介質(zhì)材料36。在一些實(shí)施例中，電介質(zhì)材料36可包括低k材料(其中“低k”電介質(zhì)材料為具有小于或者等于二氧化硅的介電常數(shù)的介電常數(shù)的電介質(zhì)材料)；并且可舉例來(lái)說(shuō)包括二氧化硅、真空及氣體中的一者或一者以上。例如，電介質(zhì)材料36可包括多孔二氧化硅，及/或可對(duì)應(yīng)于在材料34的鄰近襯料之間的空隙。
[0030]雖然構(gòu)造10經(jīng)展示為包括與高k電介質(zhì)材料34組合利用的低k電介質(zhì)材料36，但在一些實(shí)施例中，低k材料36可省略并且用額外高k電介質(zhì)材料34替換，或者反之亦然。
[0031]圖1及2的實(shí)施例具有在可編程材料22與第二電極28之間的離子源材料24。在其它實(shí)施例中，所述離子源材料可提供于所述可編程材料與所述第一電極之間。圖3展示說(shuō)明實(shí)例實(shí)施例存儲(chǔ)器單元12a的構(gòu)造10a，其中所述可編程材料在所述離子源材料與所述第一電極之間。在適當(dāng)?shù)那闆r下，將利用與上文用以描述圖1及2的實(shí)施例相似的編號(hào)來(lái)描述圖3的實(shí)施例。
[0032]構(gòu)造IOa具有提供于在材料34的襯料之間的開(kāi)口底部處并且直接抵著底部電極18的上表面的離子源材料24?？删幊滩牧?2的溝槽形狀的結(jié)構(gòu)形成于離子源材料24之上并且直接抵著離子源材料24，并且上電極28形成于所述溝槽形狀的結(jié)構(gòu)中的開(kāi)口內(nèi)。
[0033]圖3的實(shí)施例可包括直接抵著可編程材料22的電極28的電化學(xué)活性表面，并且可包括直接抵著離子源材料24的電極18的電化學(xué)非活性表面。因此，相對(duì)于圖1及2的實(shí)施例，在圖3的實(shí)施例中，電極18及28的電化學(xué)活性可顛倒。
[0034]圖4及5說(shuō)明包括實(shí)例實(shí)施例存儲(chǔ)器單元陣列的構(gòu)造50。在適當(dāng)?shù)那闆r下，將利用與上文用以描述圖1到3的實(shí)施例相似的編號(hào)來(lái)描述圖4及5的實(shí)施例。
[0035]構(gòu)造50包括布置于三個(gè)不同層級(jí)L1到L3中的多個(gè)存儲(chǔ)器單元52。層級(jí)L1內(nèi)的存儲(chǔ)器單元標(biāo)記為單元52i，層級(jí)L2內(nèi)的存儲(chǔ)器單元標(biāo)記為單元522，并且層級(jí)L3內(nèi)的存儲(chǔ)器單元標(biāo)記為523。所說(shuō)明的存儲(chǔ)器單元類(lèi)似于圖3的單元12a。在其它實(shí)施例中，可利用類(lèi)似于圖1及2的單元12的單元。
[0036]每一層級(jí)包括一對(duì)導(dǎo)電線16及26。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，所述導(dǎo)電線在鄰近層級(jí)之間共享，并且因此即使存在三個(gè)層級(jí)，也僅存在四個(gè)導(dǎo)電線。最下線標(biāo)記為Ie1，并且包括用于存儲(chǔ)器單元52i的底部電極。下一層級(jí)的線標(biāo)記為26i，并且包括用于存儲(chǔ)器單元52i的頂部電極及用于存儲(chǔ)器單元522的底部電極。下一層級(jí)的線標(biāo)記為162，并且包括用于存儲(chǔ)器單元522的頂部電極及用于存儲(chǔ)器單元523的底部電極。最后，頂部層級(jí)的線標(biāo)記為262并且包括用于存儲(chǔ)器單元523的頂部電極。
[0037]利用交替標(biāo)記16及26來(lái)輔助描述相對(duì)于所述存儲(chǔ)器單元的線的布置，并且不指示標(biāo)記為16的線與標(biāo)記為26的線之間的成分差異。線26被展示為包括與圖1到3 —致的材料27、29及31，并且線16被展示為包括與此類(lèi)圖一致的材料17、19及21。然而如上文參考圖1到3所討論，材料27、29及31可與材料17、19及21 —樣。因此，在一些實(shí)施例中，標(biāo)記為16的線可在成分上與標(biāo)記為26的線一樣。線16沿第一方向延伸，并且線26沿與所述第一方向相交的第二方向延伸，使得線26與線16重疊。存儲(chǔ)器單元52形成于線26與線16重疊的交叉點(diǎn)處。
[0038]在所展示的實(shí)施例中，存儲(chǔ)器單元52的可編程材料22被配置為實(shí)質(zhì)上正交于線16而延伸的溝槽形狀的結(jié)構(gòu)，并且線26被完全容納在此類(lèi)溝槽形狀的結(jié)構(gòu)中的開(kāi)口內(nèi)。存儲(chǔ)器單元52包括直接在線16及26的重疊區(qū)段之間的可編程材料22及離子源24的區(qū)域。
[0039]在所展示的實(shí)施例中，離子源材料24形成多個(gè)線，所述線直接在容納可編程材料22的溝槽形狀的結(jié)構(gòu)之下，并且與此類(lèi)溝槽形狀的結(jié)構(gòu)共同延伸。
[0040]在所展示的實(shí)施例中，包括電介質(zhì)材料34的結(jié)構(gòu)鄰近存儲(chǔ)器單元52，并且完全沿離子源材料24的線的側(cè)。此類(lèi)結(jié)構(gòu)可稱(chēng)為襯料。在所展示的實(shí)施例中，低k電介質(zhì)材料36提供于電介質(zhì)材料34的鄰近襯料之間。如先前所討論，在一些實(shí)施例中，電介質(zhì)材料34可包括高k電介質(zhì)材料(例如氮化硅)，并且低k電介質(zhì)材料可包括二氧化硅及氣體中的一者或兩者。在一些實(shí)施例中，低k電介質(zhì)材料36可省略并且高k電介質(zhì)材料34可完全橫跨鄰近存儲(chǔ)器單元之間的空隙而延伸，或者反之亦然。
[0041]下線Iei經(jīng)展示為通過(guò)導(dǎo)電互連線54電耦合到外部電路56。所述導(dǎo)電互連線可包括任何適合的材料，并且在一些實(shí)施例中可包括例如鎢的金屬。可利用外部電路56從鄰近線Iei的存儲(chǔ)器單元進(jìn)行讀取，及/或?qū)懭氲剿龃鎯?chǔ)器單元。其它線162、26i及262可電連接到相似電路。在操作中，個(gè)別存儲(chǔ)器單元中的每一者可通過(guò)所述導(dǎo)電線的成對(duì)組合唯一地尋址。
[0042]所說(shuō)明的層級(jí)L1到L3代表存儲(chǔ)器陣列的多個(gè)垂直層級(jí)或者層疊。每一垂直層級(jí)可視為具有在可編程材料22的向上開(kāi)放的溝槽結(jié)構(gòu)下方的底部，并且具有與所述底部呈相對(duì)關(guān)系的頂部。層級(jí)L1到L3的頂部標(biāo)記為T(mén)1到T3,并且此類(lèi)層級(jí)的底部標(biāo)記為B1到B30術(shù)語(yǔ)“底部”及“頂部”用于界定存儲(chǔ)器單元相對(duì)于所述存儲(chǔ)器單元的溝槽形狀的可編程材料的定向，并且提供用于比較存儲(chǔ)器陣列的各種層級(jí)的垂直定向的術(shù)語(yǔ)。存儲(chǔ)器單元的“底部”為所述存儲(chǔ)器單元鄰近所述溝槽形狀的可編程材料的閉合末端的部分，并且所述“頂部”為所述存儲(chǔ)器單元鄰近此溝槽的開(kāi)放末端的部分。如將從后面的討論將變得明白，存儲(chǔ)器單元有時(shí)可經(jīng)布置成“底部”在“頂部”下方，并且有時(shí)可經(jīng)布置成“底部”在“頂部”上方。
[0043]層級(jí)L1到L3中的每一者具有其中容納的存儲(chǔ)器單元的所述“頂部”與“底部“之間的垂直布置，其中此類(lèi)垂直布置用從所述層級(jí)的底部到頂部延伸的箭頭(例如從B1到T1延伸的箭頭)展示。在所展示的實(shí)施例中，每一層級(jí)具有與其它層級(jí)相同的垂直布置(具體來(lái)說(shuō)，每一層級(jí)的“頂部”垂直地在“底部”上方)。圖6到8圖解地說(shuō)明可在一些實(shí)施例中利用的存儲(chǔ)器陣列內(nèi)的層級(jí)的垂直布置的一些實(shí)例實(shí)施例。
[0044]圖6展示與圖4及5的實(shí)施例中存在的垂直布置相同的垂直布置。值得注意的是，所有所述層級(jí)在相同方向上定向，其中“頂部”在“底部”之上，并且所述層級(jí)垂直地重疊以使得層級(jí)的“底部”與緊接在其下方的層級(jí)的“頂部”重疊。
[0045]圖7展示與圖6的實(shí)施例相似的實(shí)施例，除了垂直存儲(chǔ)器單元層級(jí)通過(guò)絕緣層級(jí)(^及^彼此間隔以外，并且因此所述存儲(chǔ)器單元層級(jí)不彼此垂直地重疊。所述絕緣層級(jí)可包括任何適合的電介質(zhì)材料，并且在一些實(shí)施例中可包括二氧化硅。
[0046]圖8展示一實(shí)施例，其中所述垂直存儲(chǔ)器單元層級(jí)通過(guò)絕緣層級(jí)(^及^)彼此間隔，并且其中一些所述存儲(chǔ)器單元層級(jí)相對(duì)于其它存儲(chǔ)器單元層級(jí)倒置(具體來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)器單元層級(jí)L1及L3經(jīng)布置成“頂部”在“底部”上方，并且存儲(chǔ)器單元層級(jí)L2經(jīng)布置成“底部”在“頂部”上方)。雖然圖8展示在各種存儲(chǔ)器單元層級(jí)之間的絕緣層級(jí)I1及I2，但是在其它實(shí)施例中，此類(lèi)絕緣層級(jí)可省略。
[0047]圖9及10說(shuō)明包括存儲(chǔ)器單元的另一實(shí)例實(shí)施例陣列的構(gòu)造80。
[0048]構(gòu)造80包括多個(gè)存儲(chǔ)器單元82。所說(shuō)明的存儲(chǔ)器單元類(lèi)似于圖1及2的單元12。在其它實(shí)施例中，可利用類(lèi)似于圖3的單元12a的單元。
·[0049]所述存儲(chǔ)器單元包括可編程材料22的溝槽形狀的結(jié)構(gòu)，并且包括在通過(guò)所述溝槽形狀界定的開(kāi)口內(nèi)的離子源材料24。所述溝槽形狀的結(jié)構(gòu)形成在下導(dǎo)電線16與上導(dǎo)電線26之間延伸的多個(gè)間隔開(kāi)的臺(tái)座84。在所述間隔開(kāi)的臺(tái)座內(nèi)完全容納所述離子源材料24。
[0050]在所展示的實(shí)施例中，電介質(zhì)材料36完全沿臺(tái)座84的側(cè)向周邊。從圖9及10的實(shí)施例省略電介質(zhì)材料36 (圖4及5)，使得電介質(zhì)材料34完全橫跨鄰近臺(tái)座84之間的空隙而延伸。在其它實(shí)施例中，電介質(zhì)材料36可包含于鄰近電介質(zhì)材料襯料之間的區(qū)域中，其類(lèi)似于上文參考圖4及5討論的實(shí)施例。
[0051]上文討論的存儲(chǔ)器單元及陣列可并入到電子系統(tǒng)中。此類(lèi)電子系統(tǒng)可在(舉例來(lái)說(shuō))存儲(chǔ)器模塊、裝置驅(qū)動(dòng)器、電力模塊、通信調(diào)制解調(diào)器、處理器模塊及專(zhuān)用模塊中使用，并且可包含多層、多芯片模塊。所述電子系統(tǒng)可為廣泛范圍的系統(tǒng)中中的任一者，例如時(shí)鐘、電視、手機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、汽車(chē)、工業(yè)控制系統(tǒng)、飛機(jī)等。
[0052]圖式中的各種實(shí)施例的特定定向僅出于說(shuō)明目的，并且在一些應(yīng)用中所述實(shí)施例可相對(duì)于所展示的定向旋轉(zhuǎn)。本文提供的描述及所附權(quán)利要求書(shū)涉及具有在各種特征之間的經(jīng)描述關(guān)系的任何結(jié)構(gòu)，而無(wú)論所述結(jié)構(gòu)是否為圖式的特定定向，或者相對(duì)于此定向旋轉(zhuǎn)。
[0053]所附說(shuō)明的橫截面圖僅展示橫截面的平面內(nèi)的特征，并且不展示所述橫截面的平面后方的材料以簡(jiǎn)化所述圖式。
[0054]當(dāng)上文將一結(jié)構(gòu)稱(chēng)為“在另一結(jié)構(gòu)上”或者“抵著”另一結(jié)構(gòu)時(shí)，其可直接在另一結(jié)構(gòu)上或者也可存在中介結(jié)構(gòu)。相比之下，當(dāng)一結(jié)構(gòu)稱(chēng)為“直接在另一結(jié)構(gòu)上”或者“直接抵著”另一結(jié)構(gòu)時(shí)，不存在中介結(jié)構(gòu)。當(dāng)一結(jié)構(gòu)稱(chēng)為“連接”或者“耦合”到另一結(jié)構(gòu)時(shí)，其可直接連接或者耦合到另一結(jié)構(gòu)，或者可存在中介結(jié)構(gòu)。相比之下，當(dāng)一結(jié)構(gòu)稱(chēng)為“直接連接”或者“直接耦合”到另一結(jié)構(gòu)時(shí)，不存在中介結(jié)構(gòu)。
[0055]在一些實(shí)施例中，存儲(chǔ)器單元包括第一電極，及在所述第一電極之上的溝槽形狀的可編程材料結(jié)構(gòu)。所述溝槽形狀界定其中的開(kāi)口。所述可編程材料經(jīng)配置以可逆地保持導(dǎo)電橋。所述存儲(chǔ)器單元在所述導(dǎo)電橋保持于所述可編程材料內(nèi)時(shí)在低電阻狀態(tài)中，并且在所述導(dǎo)電橋不在所述可編程材料內(nèi)時(shí)在高電阻狀態(tài)中。離子源材料直接抵著所述可編程材料。第二電極延伸到通過(guò)所述溝槽形狀的可編程材料界定的開(kāi)口中。
[0056]在一些實(shí)施例中，存儲(chǔ)器單元包括第一電極，及在所述第一電極之上的溝槽形狀的可編程材料結(jié)構(gòu)。所述溝槽形狀界定其中的開(kāi)口。所述可編程材料經(jīng)配置以可逆地保持導(dǎo)電橋。所述存儲(chǔ)器單元在所述導(dǎo)電橋保持于所述可編程材料內(nèi)時(shí)在低電阻狀態(tài)中，并且在所述導(dǎo)電橋不在所述可編程材料內(nèi)時(shí)在高電阻狀態(tài)中。在通過(guò)所述溝槽形狀的可編程材料結(jié)構(gòu)界定的開(kāi)口內(nèi)完全容納離子源材料。第二電極在所述離子源材料之上。
[0057]在一些實(shí)施例中，存儲(chǔ)器單元陣列包括沿第一方向延伸的第一導(dǎo)電線，及在所述第一線之上的多個(gè)溝槽形狀的可編程材料結(jié)構(gòu)。所述溝槽形狀的結(jié)構(gòu)沿與所述第一方向相交的第二方向延伸。個(gè)別溝槽形狀的結(jié)構(gòu)具有界定于其中的開(kāi)口。所述可編程材料經(jīng)配置以可逆地保持個(gè)別存儲(chǔ)器單元內(nèi)的導(dǎo)電橋以在低與高電阻狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變所述存儲(chǔ)器單元。離子源材料由所述個(gè)別存儲(chǔ)器單元包含并且直接抵著所述可編程材料。第二導(dǎo)電線延伸到通過(guò)所述溝槽形狀的可編程材料結(jié)構(gòu)界定的開(kāi)口中。個(gè)別存儲(chǔ)器單元包括直接在所述第一及第二線之間的可編程材料及離子源材料的區(qū)域。
【權(quán)利要求】
1.一種存儲(chǔ)器單元，其包括: 第一電極； 在所述第一電極之上的溝槽形狀的可編程材料結(jié)構(gòu)；所述溝槽形狀界定其中的開(kāi)口，所述可編程材料經(jīng)配置以可逆地保持導(dǎo)電橋；所述存儲(chǔ)器單元在所述導(dǎo)電橋保持于所述可編程材料內(nèi)時(shí)處在低電阻狀態(tài)中，并且在所述導(dǎo)電橋不在所述可編程材料內(nèi)時(shí)處在高電阻狀態(tài)中； 直接抵著所述可編程材料的離子源材料；及 第二電極，其延伸到由所述溝槽形狀的可編程材料界定的所述開(kāi)口中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器單元，其中所述離子源材料在所述第一電極與所述可編程材料之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲(chǔ)器單元，其中所述離子源材料包括銅及碲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器單元，其中所述離子源材料在由所述溝槽形狀的可編程材料界定的所述開(kāi)口內(nèi)，并且在所述可編程材料與所述第二電極之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的存儲(chǔ)器單元，其中所述離子源材料包括銅及碲。
6.—種存儲(chǔ)器單兀,其包括: 第一電極； 在所述第一電極之上的溝槽形狀的可編程材料結(jié)構(gòu)；所述溝槽形狀界定其中的開(kāi)口，所述可編程材料經(jīng)配置 以可逆地保持導(dǎo)電橋；所述存儲(chǔ)器單元在所述導(dǎo)電橋保持于所述可編程材料內(nèi)時(shí)處在低電阻狀態(tài)中，并且在所述導(dǎo)電橋不在所述可編程材料內(nèi)時(shí)處在高電阻狀態(tài)中； 離子源材料，其被完全容納在由所述溝槽形狀的可編程材料結(jié)構(gòu)界定的所述開(kāi)口內(nèi)；及 在所述離子源材料之上的第二電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)器單元，其中所述第二電極被完全容納在由所述溝槽形狀的可編程材料結(jié)構(gòu)界定的所述開(kāi)口內(nèi)。
8.一種存儲(chǔ)器單元陣列，其包括: 沿第一方向延伸的第一導(dǎo)電線； 在所述第一導(dǎo)電線之上的多個(gè)溝槽形狀的可編程材料結(jié)構(gòu)；所述溝槽形狀的結(jié)構(gòu)沿與所述第一方向相交的第二方向延伸；所述個(gè)別溝槽形狀的結(jié)構(gòu)具有界定于其中的開(kāi)口，所述可編程材料經(jīng)配置以可逆地保持個(gè)別存儲(chǔ)器單元內(nèi)的導(dǎo)電橋以在低與高電阻狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變所述存儲(chǔ)器單元； 離子源材料，其由所述個(gè)別存儲(chǔ)器單元包含并且直接抵著所述可編程材料；及 第二導(dǎo)電線，其延伸到由所述溝槽形狀的可編程材料結(jié)構(gòu)界定的所述開(kāi)口中；個(gè)別存儲(chǔ)器單元包括直接在所述第一及第二導(dǎo)電線之間的可編程材料及離子源材料的區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陣列，其中所述第一及第二導(dǎo)電線及在所述第一及第二導(dǎo)電線之間的所述可編程材料及離子源材料一起形成所述陣列的第一層級(jí)；所述層級(jí)具有從所述第一導(dǎo)電線到所述第二導(dǎo)電線的垂直布置；并且進(jìn)一步包括在所述第一層級(jí)之上的第二層級(jí)；所述第二層級(jí)具有與所述第一層級(jí)相同的垂直布置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陣列，其中所述第一及第二導(dǎo)電線及在所述第一及第二導(dǎo)電線之間的所述可編程材料及離子源材料一起形成所述陣列的第一層級(jí)；所述層級(jí)具有從所述第一導(dǎo)電線到所述第二導(dǎo)電線的垂直布置；并且進(jìn)一步包括在所述第一層級(jí)之上的第二層級(jí)；所述第二層級(jí)具有相對(duì)于所述第一層級(jí)的相反垂直布置。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陣列，其中所述個(gè)別存儲(chǔ)器單元包括在所述第一導(dǎo)電線與所述可編程材料之間的所述離子源材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的陣列，其中所述離子源材料被配置為與所述溝槽形狀的可編程材料結(jié)構(gòu)共同延伸的線。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的陣列，其進(jìn)一步包括完全沿所述離子源材料線的側(cè)邊的高k介電襯料。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的陣列，其中所述可編程材料結(jié)構(gòu)為在所述第一導(dǎo)電線與所述第二導(dǎo)電線之間延伸的多個(gè)間隔開(kāi)的臺(tái)座。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的陣列，其進(jìn)一步包括沿所述間隔開(kāi)的臺(tái)座的側(cè)向周邊的高k電介質(zhì)材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陣列，其中所述第一導(dǎo)電線包括含有銅的芯，并且其中所述第一導(dǎo)電線進(jìn)一步包括在所述芯與所述可編程材料之間的銅勢(shì)壘材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的陣列，其中所述銅勢(shì)壘材料包括鈷、鎢及磷。
18.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陣列，其中所述第二導(dǎo)電線包括含有銅的芯，并且其中所述第二導(dǎo)電線進(jìn)一步包括直接抵著所述含有銅的芯的銅勢(shì)壘材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求1 8所述的陣列，其中所述銅勢(shì)壘材料包括鈷、鎢及磷。
20.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陣列，其包括沿所述溝槽形狀的可編程材料結(jié)構(gòu)的外側(cè)壁邊緣的高k介電結(jié)構(gòu)，并且包括在鄰近的高k介電結(jié)構(gòu)之間的低k電介質(zhì)材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的陣列，其中所述高k介電結(jié)構(gòu)包括氮化硅。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的陣列，其中所述低k電介質(zhì)材料包括二氧化硅及/或氣體。
【文檔編號(hào)】H01L21/8247GK103858231SQ201280049413
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月17日
【發(fā)明者】斯科特·E·西里斯, 古爾特杰·S·桑胡, 山·D·唐, 約翰·斯邁思 申請(qǐng)人:美光科技公司