實施方式涉及一種可變電阻存儲器件。

背景技術(shù)：

可變電阻存儲器件基于可變電阻層的根據(jù)施加電壓的電流傳輸特性，作為閃速存儲器件的替代物而引起關(guān)注。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

實施方式指向一種可變電阻存儲器件，該可變電阻存儲器件包括：第一電極層；可變電阻圖案結(jié)構(gòu)，位于第一電極層上并包括可變電阻層；覆蓋層，形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)的相反的側(cè)壁上并包括具有不同的雜質(zhì)濃度的區(qū)域；以及第二電極層，形成在覆蓋層上。

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個方面，提供一種可變電阻存儲器件，該可變電阻存儲器件包括：多個第一信號線，彼此間隔開并平行于彼此在第一方向上延伸；多個第二信號線，布置在多個第一信號線之上以彼此間隔開并在垂直于第一方向的第二方向上彼此平行地延伸；以及多個存儲器單元，布置在多個第一信號線和多個第二信號線之間的交叉點處以彼此間隔開，其中多個存儲器單元的每個包括：第一電極層，電連接到第一信號線或第二信號線；可變電阻圖案結(jié)構(gòu)，位于第一電極層上并包括可變電阻層；覆蓋層，形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)的相反的側(cè)壁上并包括具有不同的雜質(zhì)濃度的區(qū)域；以及第二電極層，形成在覆蓋層上并電連接到第一信號線或第二信號線。

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個方面，提供一種制造可變電阻存儲器件的方法，所述方法包括：在基板上形成第一電極層；在第一電極層上形成包括可變電阻層的可變電阻圖案結(jié)構(gòu)；形成覆蓋層以覆蓋可變電阻圖案結(jié)構(gòu)；發(fā)射紫外線到覆蓋層；以及在已經(jīng)向其發(fā)射紫外線的覆蓋層上形成第二電極層。

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個方面，提供一種制造可變電阻存儲器件的方法，所述方法包括：在基板上形成第一電極層；在第一電極層上形成包括可變電阻層的可變電阻圖案結(jié)構(gòu)；形成覆蓋層以覆蓋可變電阻圖案結(jié)構(gòu)；將包括覆蓋可變電阻圖案結(jié)構(gòu)的覆蓋層的基板安裝在腔室中的平臺上；保持腔室為真空狀態(tài)；通過使用提供在基板上方的紫外線發(fā)生器發(fā)射紫外線到覆蓋層；以及在已經(jīng)向其發(fā)射紫外線的覆蓋層上形成第二電極層。

附圖說明

通過參照附圖詳細描述示例實施方式，特征對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得明顯，附圖中：

圖1示出根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件的等效電路圖；

圖2示出根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件的透視圖；

圖3示出根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件的單位存儲器單元的透視圖；

圖4示出根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件的單位存儲器單元的電路圖；

圖5示出用于說明根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件的電流和電壓特性的圖形；

圖6a至6c示出用于說明根據(jù)示例實施方式的制造可變電阻存儲器件的方法的截面圖；

圖7示出根據(jù)示例實施方式的制造可變電阻存儲器件的方法的流程圖；

圖8a至8c示出根據(jù)示例實施方式的用于固化可變電阻存儲器件的覆蓋層的固化裝置的截面圖；

圖9示出根據(jù)示例實施方式的制造可變電阻存儲器件的方法的流程圖；

圖10a示出通過使用根據(jù)示例實施方式的制造可變電阻存儲器件的方法制造的覆蓋層的晶體結(jié)構(gòu)的視圖；

圖10b示出根據(jù)比較例的覆蓋層的晶體結(jié)構(gòu)的視圖；

圖11示出根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件的單元陣列的電路圖；

圖12示出圖11的磁阻存儲器單元的電路圖；

圖13示出圖12的磁阻存儲器單元的透視圖；

圖14和15示出用于說明圖11的磁阻存儲器單元的mtj層的寫操作的視圖；

圖16a至16e示出根據(jù)各種實施方式的圖11的磁阻存儲器單元的mtj層的視圖；

圖17至19示出用于說明根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件的平面圖和截面圖；

圖18示出沿圖17的線a-a'截取的截面圖；

圖19示出沿圖17的線b-b'截取的截面圖；

圖20至24示出用于說明制造圖17至19的可變電阻存儲器件的方法的截面圖；

圖25示出根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件的透視圖；

圖26示出沿圖25的線x-x'和y-y'截取的截面圖；

圖27示出用于說明對根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件的可變電阻層進行設(shè)定和復(fù)位編程操作的圖形；

圖28示出用于說明根據(jù)示例實施方式的可變電阻層根據(jù)施加到存儲器單元的電壓的離子擴散路徑的視圖；

圖29示出曲線圖，示出根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件的選擇器件層的電壓電流曲線；

圖30至32示出用于說明制造根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件的工藝的截面圖；

圖33示出根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件的方框圖；

圖34示出包括根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的方框圖；以及

圖35示出包括根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的方框圖。

具體實施方式

在下文將參照附圖更充分地描述示例實施方式；然而，它們可以以不同的形式實施，而不應(yīng)被解釋為限于這里闡述的實施方式。而是，提供這些實施方式使得本公開將透徹和完整，并將示例實施方式充分傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了圖示的清晰，層和區(qū)域的尺寸可以被夸大。同樣的附圖標(biāo)記始終指代同樣的元件。

圖1是根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件vrm的等效電路圖。

可變電阻存儲器件vrm可以包括在第一方向(例如x方向)上延伸并在垂直于第一方向的第二方向(例如y方向)上彼此間隔開的字線wl1和wl2?？勺冸娮璐鎯ζ骷rm可以包括在第三方向(例如z方向)上與字線wl1和wl2間隔開并在第二方向上延伸的位線bl1、bl2、bl3和bl4。

字線wl1和wl2可以被稱為第一信號線。位線bl1、bl2、bl3和bl4可以被稱為第二信號線。在另一個實施中，字線wl1和wl2可以被稱為第二信號線，位線bl1、bl2、bl3和bl4可以被稱為第一信號線。

存儲器單元mc可以設(shè)置在位線bl1、bl2、bl3和bl4與字線wl1和wl2之間。存儲器單元mc可以設(shè)置在位線bl1、bl2、bl3和bl4與字線wl1和wl2之間的交叉點處，并可以每個包括用于存儲信息的可變電阻層me和用于選擇存儲器單元的選擇器件sw。選擇器件sw可以被稱為開關(guān)器件或存取器件。

存儲器單元mc可以設(shè)置為在第三方向上的相同的結(jié)構(gòu)。存儲器單元mc可以構(gòu)成在x和y方向上的單層存儲器單元陣列。當(dāng)存儲器單元mc堆疊在z方向上，可以實現(xiàn)具有三維(3d)垂直結(jié)構(gòu)的存儲器單元陣列。

在字線wl1和位線bl1之間的存儲器單元mc中，選擇器件sw可以電連接到字線wl1，可變電阻層me可以電連接到位線bl1，可變電阻層me和選擇器件sw可以串聯(lián)連接到彼此?？勺冸娮鑼觤e可以被包括在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)中。覆蓋層可以形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)的相反的側(cè)壁上，覆蓋層保護可變電阻圖案結(jié)構(gòu)并包括具有不同的雜質(zhì)濃度的區(qū)域。

在另一個實施方式中，例如，與圖1中不同，選擇器件sw和可變電阻層me在存儲器單元mc中的位置可以交換。例如，在存儲器單元mc中，可變電阻層me可以連接到字線wl1，選擇器件sw可以連接到位線bl1。

現(xiàn)在將說明驅(qū)動可變電阻存儲器件vrm的方法。由于電壓通過字線wl1和wl2以及位線bl1、bl2、bl3和bl4被施加到每個存儲器單元mc的可變電阻層me，電流可以流動經(jīng)過可變電阻層me。例如，可變電阻層me可以是可在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間可逆地變化的磁隧道結(jié)(mtj)層。mtj層可以是單mtj層或雙mtj層?？勺冸娮鑼觤e可以包括可在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間可逆地變化的相變材料。

在示例實施方式中，可變電阻層me可以包括其電阻值根據(jù)施加電壓改變的適合的可變電阻器。例如，在被選擇的存儲器單元mc中，可變電阻層me的電阻可以根據(jù)施加到可變電阻層me的電壓而在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間可逆地變化。

由于可變電阻層me的電阻變化，存儲器單元mc可以存儲狀態(tài)'0'或'1'的數(shù)字信息并且該數(shù)字信息可以從存儲器單元mc去除。例如，當(dāng)存儲器單元mc在高電阻狀態(tài)'0'和低電阻狀態(tài)'1'之間變化時數(shù)據(jù)可以被寫入。因此，當(dāng)存儲器單元mc從高電阻狀態(tài)'0'變化到低電阻狀態(tài)'1'時的寫入數(shù)據(jù)的操作可以被稱為“設(shè)定操作”，當(dāng)存儲器單元mc從低電阻狀態(tài)'1'變化到高電阻狀態(tài)'0'時寫入數(shù)據(jù)的操作可以被稱為“復(fù)位操作”。然而，根據(jù)實施方式的存儲器單元mc不限于高電阻狀態(tài)'0'和低電阻狀態(tài)'1'的數(shù)字信息，并可以存儲各種其它的電阻狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

存儲器單元mc可以通過選擇字線wl1和wl2以及位線bl1、bl2、bl3和bl4而被尋址，并可以通過在字線wl1和wl2與位線bl1、bl2、bl3和bl4之間施加預(yù)定的信號而被編程。根據(jù)存儲器單元mc的可變電阻層的電阻值的信息(即被編程的信息)可以通過測量流動經(jīng)過位線bl1、bl2、bl3和bl4的電流而讀取。

圖2是根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件vrm的透視圖。

可變電阻存儲器件vrm可以包括多個存儲器單元mc。每個存儲器單元mc可以包括可變電阻圖案結(jié)構(gòu)17。可變電阻存儲器件vrm的存儲器單元mc構(gòu)成存儲器單元陣列?？勺冸娮璐鎯ζ骷rm包括多個第一信號線sl1和多個第二信號線sl2，存儲器單元mc設(shè)置在第一信號線sl1和第二信號線sl2以直角彼此交叉的交叉點處。

第一信號線sl1可以是第一導(dǎo)電線。第二信號線sl可以是第二導(dǎo)電線。第一信號線sl1可以在x方向上延伸并可以在y方向上彼此間隔開。第二信號線sl2可以在z方向上與第一信號線sl1間隔開。第二信號線sl2可以設(shè)置在第一信號線sl1之上，可以在y方向上延伸，并可以在x方向上彼此間隔開。

第一信號線sl1和第二信號線sl2可以布置為期望的方式。例如，當(dāng)?shù)谝恍盘柧€sl1布置在行方向上時，第二信號線sl2可以布置在列方向上。當(dāng)?shù)谝恍盘柧€sl1定義為字線時，第二信號線sl2可以定義為位線。

每個存儲器單元mc可以包括可變電阻圖案結(jié)構(gòu)17，可變電阻圖案結(jié)構(gòu)17包括如上所述的可變電阻層?？勺冸娮鑸D案結(jié)構(gòu)17可以包括一個或多個材料層。保護可變電阻圖案結(jié)構(gòu)17的覆蓋層可以形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)17的相反的側(cè)壁上，如下面所述的。存儲器單元mc可以存儲數(shù)字信息。當(dāng)電阻狀態(tài)在包括高電阻狀態(tài)和低電阻狀態(tài)的兩個狀態(tài)之間改變時，存儲器單元mc可以存儲數(shù)字信息，如上所述。

圖3是根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件vrm的單位存儲器單元的透視圖。

存儲器單元mc可以包括位于第一信號線sl1例如字線和第二信號線sl2例如位線之間的選擇器件sw和可變電阻層me。可變電阻層me可以被包括在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29中?？勺冸娮鑸D案結(jié)構(gòu)29可以為柱狀結(jié)構(gòu)。

選擇器件sw可以包括圖案21?？勺冸娮鑸D案結(jié)構(gòu)29可以包括堆疊圖案，該堆疊圖案包括第一圖案23、第二圖案25和第三圖案27。盡管為方便起見堆疊圖案被描述為包括在圖2中的三個圖案，但是其它數(shù)目的圖案可以被包括。可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29可以包括如上所述的可變電阻層me。保護可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的覆蓋層可以形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的相反的側(cè)壁上，如下面所述的。

圖4是根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件vrm的單位存儲器單元的電路圖。

具體地，單位存儲器單元可以包括在位線bl和字線wl之間的可變電阻層me和選擇器件sw。選擇器件sw可以被省略，如果需要。

選擇器件sw可以是用于控制電流的流動的電流調(diào)節(jié)器件。選擇器件sw可以包括選擇器件層。選擇器件sw可以包括基于硅的材料、過渡金屬氧化物或硫?qū)俨ＡР牧?。選擇器件sw可以具有金屬/硅/金屬結(jié)構(gòu)(例如msm選擇器)。選擇器件sw可以包括硅二極管、氧化物二極管或隧道二極管。選擇器件sw可以是單向二極管、雙向二極管或晶體管。

第一信號線sl1可以是字線wl或位線bl。第二信號線sl2可以是位線bl和字線wl中的另一個。可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29可以包括可變電阻層me。覆蓋層可以形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的相反的側(cè)壁上，覆蓋層保護可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29并包括具有不同的雜質(zhì)濃度的區(qū)域，如下面所述的。當(dāng)存儲器單元mc包括可變電阻層me時，存儲器單元mc可以是電阻型存儲器單元。

當(dāng)可變電阻層me是由ge-sb-te(gst)形成并位于上電極和下電極之間的相變層并且因此可變電阻層me的電阻根據(jù)溫度而改變時，可變電阻存儲器件vrm(見圖1)可以是相變隨機存取存儲器(pram)。當(dāng)可變電阻層me是包括上電極、下電極和位于上電極和下電極之間的過渡金屬氧化物(例如復(fù)合的金屬氧化物)的電阻變化層時，可變電阻存儲器件可以是電阻型ram(rram)。當(dāng)可變電阻層me是包括磁性的上電極、磁性的下電極和位于磁性的上電極和下電極之間的電介質(zhì)構(gòu)件的mtj層時，可變電阻存儲器件vrm(見圖1)可以是磁ram(mram)。

圖5是用于說明根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件vrm的電流和電壓特性的圖形。

在設(shè)定操作中，當(dāng)施加到可變電阻存儲器件vrm的電壓增大時，可變電阻存儲器件vrm(見圖1)可以從高電阻狀態(tài)hrs切換到低電阻狀態(tài)lrs。在復(fù)位操作中，當(dāng)施加到可變電阻存儲器件vrm的電壓減小時，可變電阻存儲器件vrm可以從低電阻狀態(tài)lrs切換到高電阻狀態(tài)hrs。

可變電阻存儲器件vrm(見圖1)可以通過檢測在預(yù)定電壓的讀電流ir而確定低電阻狀態(tài)lrs或高電阻狀態(tài)hrs。當(dāng)電阻狀態(tài)在低電阻狀態(tài)lrs和高電阻狀態(tài)hrs之間改變時，可變電阻存儲器件vrm(見圖1)可以存儲或除去數(shù)字信息。

圖6a至6c是用于說明制造根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件vrm的方法的截面圖。圖7是根據(jù)示例實施方式的制造可變電阻存儲器件vrm的方法的流程圖。

參照圖6a和7，在操作s100中，第一電極層32形成在基板30上?；?0可以是晶片w。基板30可以是硅基板、鍺基板、硅鍺基板、絕緣體上硅(soi)基板或絕緣體上鍺(goi)基板。第一電極層32可以是導(dǎo)電層。第一電極層32可以是存儲器單元mc的第一信號線sl1(見圖2至4)。例如，第一電極層32可以是字線wl。

第一電極層32可以由鋁(al)、銅(cu)、鈦氮化物(tin)、鈦鋁氮化物(tixalynz)、銥(ir)、鉑(pt)、銀(ag)、金(au)、釕(ru)、鎢(w)、鈦(ti)、鉭(ta)、鉭氮化物(tan)、鎢氮化物(wn)、鎳(ni)、鈷(co)、鉻(cr)、銻(sb)、鐵(fe)、鉬(mo)、鈀(pd)、錫(sn)、鋯(zr)、鋅(zn)、銠(rh)、鉿(hf)、銥氧化物(iro2)、銦錫氧化物(ito)、鍶鋯氧化物(srzro3)、用雜質(zhì)摻雜的多晶硅或其組合形成。

在操作s150中，包括可變電阻層me的可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29形成在第一電極層32上?？勺冸娮鑼觤e可以是如上所述的相變層、電阻變化層或mtj層?？勺冸娮鑸D案結(jié)構(gòu)29可以包括多個層?？勺冸娮鑸D案結(jié)構(gòu)29可以包括多個電極以及位于所述多個電極之間的相變層、電阻變化層或電介質(zhì)層。

繼續(xù)地，在操作s200中，覆蓋層40形成為覆蓋可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29。覆蓋層40可以形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的相反的側(cè)壁和頂表面上以及在第一電極32上。覆蓋層40可以為例如硅氧化物層、硅氮化物層、金屬氧化物層、金屬氮化物層、其組合等。例如，覆蓋層40可以由sin、sicn、aln、alo或sio2形成。

當(dāng)覆蓋層40被形成時覆蓋源材料可能沒有完全地分解，因此相當(dāng)數(shù)量的雜質(zhì)38例如氫可以被包括在如圖6a所示的膜中。當(dāng)覆蓋層40中的雜質(zhì)濃度高時，它可能影響可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29，從而降低可變電阻存儲器件vrm的特性。

參照圖6b、6c和7，在操作s250中，紫外線42被發(fā)射到覆蓋層40。紫外線42被發(fā)射到覆蓋可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的覆蓋層40的前表面。因此，覆蓋層40通過發(fā)射紫外線42到覆蓋可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的覆蓋層40而被固化。以下將參照圖8a至8c詳細地說明用于固化覆蓋層40的固化裝置。

在實施方式中，紫外線42和熱可以同時施加到覆蓋層40。在實施方式中，紫外線42和磁場可以同時施加到覆蓋層40。在實施方式中，紫外線42和紅外線可以同時施加到覆蓋層40。在實施方式中，紫外線42可以在惰性氣氛中發(fā)射到覆蓋層40。

覆蓋層40可以包括第一區(qū)域44和第二區(qū)域46。第一區(qū)域44覆蓋可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29并具有高的第一雜質(zhì)濃度，例如第一氫濃度。第二區(qū)域46在第一區(qū)域44上并具有低于第一區(qū)域44的第一雜質(zhì)濃度的第二雜質(zhì)濃度。

覆蓋層40可以是還形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的頂表面上并密封可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的密封層。因此，覆蓋層40可以防止可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的退化。第一區(qū)域44和第二區(qū)域46之間的體積比或厚度比可以根據(jù)施加到覆蓋層40的紫外線42、紅外線、磁場或熱而變化或調(diào)整。

第一區(qū)域44可以形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的相反的側(cè)壁和頂表面上。第二區(qū)域46可以形成在第一區(qū)域44上，第一區(qū)域44形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的相反的側(cè)壁和頂表面上。第二區(qū)域的形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的頂表面之上的部分46-l可以具有低于第二區(qū)域46的形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的相反的側(cè)壁的每個之上的部分46-h的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度。

繼續(xù)地，在操作s300中，第二電極層(未示出)形成在對其已經(jīng)發(fā)射紫外線42的覆蓋層40上，如圖7所示。第二電極層可以由與第一電極層32的材料相同的材料形成。第二電極層可以是存儲器單元mc的第二信號線sl2(見圖2至4)。例如，第二電極可以是位線bl。為方便起見，第二電極層沒有在圖6a至6c中示出。

圖8a至8c是根據(jù)示例實施方式的用于固化可變電阻存儲器件vrm的覆蓋層40的固化裝置的截面圖。盡管圖8a至8c是用于說明固化裝置的分解截面圖，但是固化裝置的元件可以組裝為一體。

具體地，固化裝置包括腔室60。泵68通過閥70連接到腔室60。因此，腔室60可以保持在約10^-4torr至約10^-10torr的高真空狀態(tài)。腔室60可以保持在約1torr至約10^-3torr的低真空狀態(tài)。

支撐基板30(例如晶片w)的平臺62可以位于腔室60中。用于加熱位于平臺62上的基板30的加熱器66可以提供在平臺62中。加熱器66可以用于施加熱到覆蓋層40(見圖6b)。

此外，冷卻管線64可以提供在平臺62中以保持位于平臺62上的基板30在適當(dāng)?shù)臏囟?，例如約400℃或更低。氣體諸如冷卻劑、氦、氬或氮可以被引入到冷卻管線64中。

紫外線發(fā)生器72可以在腔室60中提供在安裝于平臺62上的基板30之上，如圖8a所示。紫外線42可以通過紫外線發(fā)生器72發(fā)射到基板30。紫外線發(fā)生器72可以產(chǎn)生具有約160nm至約400nm的波長的紫外線42。紫外線發(fā)生器72可以是燈光源或脈沖光源。當(dāng)紫外線發(fā)生器72是燈光源時，紫外線發(fā)生器72可以具有約1w/cm²至約10kw/cm²的輸出。當(dāng)紫外線發(fā)生器72是脈沖光源時，紫外線發(fā)生器72可以具有1kj/脈沖的輸出。

紫外線發(fā)生器72可以用于施加紫外線42到覆蓋層40(見圖6b)。紫外線發(fā)生器72可以連續(xù)地或脈沖地發(fā)射紫外線42到覆蓋層40(見圖6b)。紫外線42可以通過短時間(例如1ps)或長時間(例如3小時或更少)使用紫外線發(fā)生器72而發(fā)射。

紅外線發(fā)生器77可以在腔室60中提供在安裝于平臺62上的基板30之上，如圖8c所示。紅外線54可以通過紅外線發(fā)生器77發(fā)射到基板30。紅外線發(fā)生器77可以用于施加紅外線54到覆蓋層40(見圖6b)。

磁體結(jié)構(gòu)76和78可以在腔室60中提供在平臺62中并在安裝于平臺62上的基板30之上，如圖8b所示。磁場52可以通過磁體結(jié)構(gòu)76和78施加到基板30。磁體結(jié)構(gòu)76和78可以用于施加磁場52覆蓋層40(見圖6b)。

此外，氣體入口56可以提供在腔室60的上部。惰性氣體諸如氦、氬或氮可以通過氣體入口56引入。當(dāng)紫外線42被施加到覆蓋層40(見圖6b)時，氣體入口56可以用于引入惰性氣體并因此在腔室60中產(chǎn)生惰性氣氛。

圖9是根據(jù)示例實施方式的制造可變電阻存儲器件vrm的方法的流程圖。

將參照圖8a至8c的固化裝置和圖6a至6c的截面圖來說明圖9的制造可變電阻存儲器件vrm(見圖1)的方法。圖9的制造可變電阻存儲器件vrm的方法類似于圖7的方法，因此一些細節(jié)可以不重復(fù)。

參照圖6a和9，在操作s100中，第一電極層32形成在基板30上。形成第一電極層32的操作與參照圖7描述的相同。在操作s150中，包括可變電阻層me的可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29形成在第一電極層32上。形成可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的操作與參照圖7描述的相同。

繼續(xù)地，在操作s200中，覆蓋層40形成為覆蓋可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29。形成覆蓋層40的操作與參照圖7描述的相同。在操作s210中，包括覆蓋可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的覆蓋層40的基板30安裝在腔室60(見圖8a至8c)中的平臺62(見圖8a至8c)上。

接下來，腔室60保持在真空狀態(tài)。在實施方式中，腔室60保持在約10^-4torr至約10^-10torr的高真空狀態(tài)。在實施方式中，腔室60保持在約1torr至約10^-3torr的低真空狀態(tài)。

參照圖6b、6c和9，在操作s250a中，紫外線42通過紫外線發(fā)生器72(見圖8a)發(fā)射到覆蓋可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的覆蓋層40。紫外線42通過紫外線發(fā)生器72(見圖8a)發(fā)射到覆蓋層40的覆蓋可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的前表面。因此，覆蓋層40通過發(fā)射紫外線42到覆蓋可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的覆蓋層40而被固化。

在實施方式中，當(dāng)腔室60處于約10^-4torr至約10^-10torr的高真空狀態(tài)時，覆蓋層40可以通過發(fā)射紫外線42到覆蓋層40而固化。在實施方式中，當(dāng)腔室60處于約1torr至約10^-3torr的低真空狀態(tài)和惰性氣氛時，覆蓋層40可以通過發(fā)射紫外線42到覆蓋層40而固化。

在實施方式中，當(dāng)紫外線42發(fā)射到覆蓋層40時，熱也可以通過使用加熱器被施加到覆蓋層40。在實施方式中，當(dāng)紫外線42發(fā)射到覆蓋層40時，磁場也可以通過使用磁體結(jié)構(gòu)被施加到覆蓋層40。

在實施方式中，當(dāng)紫外線42發(fā)射到覆蓋層40時，紅外線也可以通過使用紅外線發(fā)生器被施加到覆蓋層40。在實施方式中，紫外線42可以在惰性氣氛中通過氣體入口發(fā)射到覆蓋層40。

以此方式形成的覆蓋層40可以包括第一區(qū)域44和第二區(qū)域46，第一區(qū)域44覆蓋可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29并具有高的第一雜質(zhì)濃度，第二區(qū)域46形成在第一區(qū)域44上并具有低于第一區(qū)域44的第一雜質(zhì)濃度的第二雜質(zhì)濃度，如圖6c所示。因此，覆蓋層40可以防止可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29的退化。

繼續(xù)地，在操作s300中，第二電極層(未示出)形成在對其已經(jīng)發(fā)射紫外線42的覆蓋層40上，如圖9所示。形成第二電極層的操作與參照圖7描述的相同。

圖10a是示出通過使用根據(jù)示例實施方式的制造可變電阻存儲器件vrm的方法制造的覆蓋層29的晶體結(jié)構(gòu)的視圖。圖10b是示出根據(jù)比較例的覆蓋層的晶體結(jié)構(gòu)的視圖。

具體地，圖10a是示出通過在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29(見圖6a至6c)上形成硅氮化物層作為覆蓋層40(見圖6a至6c)然后發(fā)射紫外線到覆蓋層40而獲得的晶體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖10b是示出通過在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29上形成硅氮化物層作為覆蓋層40獲得的晶體結(jié)構(gòu)的視圖以便與圖10a的晶體結(jié)構(gòu)比較。

不受理論束縛，人們認(rèn)為，少量的氫原子由于發(fā)射到圖10a的覆蓋層40的紫外線而保留在膜的空位中。膜中的n-h和si-h鍵可以被離解并且氫可以由于發(fā)射到圖10a的覆蓋層40的紫外線而揮發(fā)。相反，大量的氫原子保留在圖10b的覆蓋層40的空位中。由于紫外線沒有發(fā)射到圖10b的覆蓋層40，所以所述膜中的n-h和si-h鍵可以是強的并且氫可以不揮發(fā)。因而，由于圖10a的覆蓋層40通過發(fā)射紫外線被固化而獲得，所以雜質(zhì)濃度例如氫濃度低于圖10b的覆蓋層40中的雜質(zhì)濃度。

圖11至圖16是根據(jù)示例實施方式的作為可變電阻存儲器件vrm的磁阻存儲器件的視圖。圖11至16是用于說明包括可變電阻層(也就是，mtj層)的可變電阻圖案結(jié)構(gòu)的視圖。

包括mtj層的可變電阻圖案結(jié)構(gòu)可以包括覆蓋層以如上所述幫助防止退化。覆蓋層與上面描述的覆蓋層相同，因此將不在圖11至圖16中描述。

圖11是根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件vrm的單元陣列的電路圖。

具體地，圖11的可變電阻存儲器件vrm可以是磁阻存儲器件。圖11的可變電阻存儲器件vrm可以包括磁阻存儲器單元陣列80。磁阻存儲器單元陣列80可以連接到寫驅(qū)動器82、選擇電路84、源極線電壓發(fā)生器88和感測放大器86。

磁阻存儲器單元陣列80可以包括多個磁阻存儲器單元80u。磁阻存儲器單元陣列80可以包括多個字線wl1至wlm和多個位線bl1至bln。磁阻存儲器單元陣列80可以包括位于字線wl1至wlm和位線bl1至bln之間的磁阻存儲器單元80u。

磁阻存儲器單元陣列80可以包括具有連接到字線wl1至wlm的柵極的單元晶體管mn11至mnmn以及連接在單元晶體管mn11至mnmn和位線bl1至bln之間并用于形成可變電阻層的mtj層mtj11至mtjmn。

單元晶體管mn11至mnmn的源極可以連接到源極線sl。選擇電路84可以響應(yīng)于列選擇信號csl_s1至csl_sn而選擇性地連接位線bl1至bln到感測放大器86。感測放大器86可以通過放大選擇電路84的輸出電壓信號和參考電壓vref之間的差異而產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)dout。

寫驅(qū)動器82連接到位線bl1至bln，并根據(jù)寫數(shù)據(jù)產(chǎn)生編程電流以及供應(yīng)該編程電流到位線bl1至bln。比施加到位線bl1至bln的電壓強的電壓可以施加到源極線sl以便磁化磁阻存儲器單元陣列80的mtj層mtj11至mtjmn。源極線電壓發(fā)生器88可以產(chǎn)生源極線驅(qū)動電壓vsl并可以施加源極線驅(qū)動電壓vsl到磁阻存儲器單元陣列80的源極線sl。

圖12是圖11的磁阻存儲器單元80u的電路圖。圖13是圖12的磁阻存儲器單元80u的透視圖。

具體地，如圖12所示，磁阻存儲器單元80u可以包括mtj層mtj11和單元晶體管mn11，單元晶體管mn11是noms晶體管。單元晶體管nm11包括連接到字線wl1的柵極和連接到源極線sl的源極。mtj層mtj11連接在單元晶體管mn11的漏極與位線bl1之間。

如圖13所示，mtj層mtj11可以包括具有固定不變的磁化方向的被釘扎層pl、具有通過外部磁場切換的磁化方向的自由層fl以及包括形成在被釘扎層pl和自由層fl之間的絕緣層的隧道阻擋層tbl。

圖13的mtj層mtj11可以被包括在自旋轉(zhuǎn)移扭矩磁性ram(stt-mram)的單元中。為了進行stt-mram的寫操作，單元晶體管mn11可以通過施加邏輯高電壓到字線wl1而被導(dǎo)通并且寫電流可以供應(yīng)在位線bl1和源極線sl之間。為了進行stt-mram的讀操作，單元晶體管mn11可以通過施加邏輯高電壓到字線wl1而導(dǎo)通，讀電流可以從位線bl1供應(yīng)到源極線sl，存儲在磁阻存儲器單元80u中的數(shù)據(jù)可以由于讀電流根據(jù)mtj層mtj11的電阻值來確定。

mtj層mtj11的電阻值根據(jù)自由層fl的磁化方向而改變。例如，mtj層mtj11的自由層fl的磁化方向和被釘扎層pl的磁化方向可以平行于彼此。在這種情況下，mtj層mtj11可以具有低電阻值并可以讀取狀態(tài)'0'的數(shù)據(jù)。在另一個實施方式中，mtj層mtj11的自由層fl的磁化方向和被釘扎層pl的磁化方向可以反平行于彼此。在這種情況下，mtj層mtj11可以具有高電阻值并可以讀取狀態(tài)'1'的數(shù)據(jù)。

盡管mtj層mtj11在圖12和13中是其中mtj層mtj11的自由層fl和被釘扎層pl的磁化方向是水平的水平磁器件，但是mtj層mtj11可以在另一些實施方式中為其中自由層fl和被釘扎層pl的磁化方向為垂直的垂直磁器件，如下所述。

圖14和15是用于說明圖11的磁阻存儲器單元80u的mtj層的寫操作的視圖。

具體地，mtj層在圖14中是其中自由層fl和被釘扎層pl的磁化方向是水平的水平磁器件。在此mtj層中，電流流動的方向和易磁化軸可以基本上彼此垂直。圖15示出其中自由層fl和被釘扎層pl的磁化方向是垂直的垂直磁器件。在此mtj層中，電流流動的方向和易磁化軸可以基本上彼此平行。

自由層fl的磁化方向可以根據(jù)其中第一和第二寫電流wc1和wc2流過mtj層的方向確定。例如，當(dāng)?shù)谝粚戨娏鱳c1被供應(yīng)時，具有與被釘扎層pl的自由電子相同的自旋方向的自由電子施加扭矩到自由層fl。因此，自由層fl可以被磁化為平行于被釘扎層pl。

當(dāng)?shù)诙戨娏鱳c2被施加時，具有與被釘扎層pl的自旋方向相反的自旋方向的電子施加扭矩到自由層fl。因此，自由層fl可以被磁化為反平行于被釘扎層pl。因此，mtj層的自由層fl的磁化方向可以根據(jù)自旋轉(zhuǎn)移扭矩(stt)改變。

圖16a至16e是根據(jù)各種實施方式的圖11的磁阻存儲器單元80u的mtj層的視圖。

參照圖16a，mtj層mtj-1可以包括自由層fl、隧道阻擋層tbl、被釘扎層pl和反鐵磁層afl。mtj層mtj-1可以是單mtj層。反鐵磁層afl可以不被包括在mtj層mtj-1中。自由層fl可以包括具有可變的磁化方向的材料。自由層fl的磁化方向可以由于提供在磁阻存儲器單元80u的外面和/或內(nèi)部的電/磁因素而變化。自由層fl可以包括鐵磁材料，該鐵磁材料包含鈷(co)、鐵(fe)和鎳(ni)中的至少一種。例如，自由層fl可以包括從feb、fe、co、ni、gd、dy、cofe、nife、mnas、mnbi、mnsb、cro2、mnofe2o3、feofe2o3、niofe2o3、cuofe2o3、mgofe2o3、euo和y3fe5o12選擇的至少一種。

隧道阻擋層tbl可以具有小于自旋擴散距離的厚度。隧道阻擋層tbl可以包括非磁性材料。例如，隧道阻擋層tbl可以包括從鎂(mg)、鈦(ti)、鋁(al)、鎂鋅(mgzn)和鎂硼(mgb)的氧化物、以及鈦(ti)和釩(v)的氮化物選擇的至少一種。

被釘扎層pl可以由于反鐵磁層afl而具有固定的磁化方向。被釘扎層pl可以包括鐵磁材料。例如，被釘扎層fl可以包括從cofeb、fe、co、ni、gd、dy、cofe、nife、mnas、mnbi、mnsb、cro2、mnofe2o3、feofe2o3、niofe2o3、cuofe2o3、mgofe2o3、euo和y3fe5o12選擇的至少一種。

反鐵磁層afl可以包括反鐵磁材料。例如，反鐵磁層afl可以包括從ptmn、irmn、mno、mns、mnte、mnf2、fecl2、feo、cocl2、coo、nicl2、nio和cr選擇的至少一種。

參照圖16b，mtj層mtj-2的被釘扎層pl被提供為合成的反鐵磁主體。被釘扎層pl可以包括第一鐵磁層11、耦合層12和第二鐵磁層13。第一鐵磁層11和第二鐵磁層13的每個可以包括從cofeb、fe、co、ni、gd、dy、cofe、nife、mnas、mnbi、mnsb、cro2、mnofe2o3、feofe2o3、niofe2o3、cuofe2o3、mgofe2o3、euo和y3fe5o12選擇的至少一種。在這種情況下，第一鐵磁層11的磁化方向和第二鐵磁層13的磁化方向可以彼此相反并可以被固定。耦合層12可以包括釕(ru)。

參照圖16c，mtj層mtj-3可以是單mtj層。為了形成具有垂直磁化方向的mtj層mtj-3，自由層fl和被釘扎層pl的每個可以由具有高的磁各向異性能的材料形成。具有高的磁各向異性能量的材料的示例可以包括非晶稀土元素合金或多層薄膜諸如(co/pt)n或(fe/pt)n。

例如，自由層fl可以是有序合金，并可以包括鐵(fe)、鎳(ni)、鈀(pa)和鉑(pt)當(dāng)中的至少一種。例如，自由層fl可以包括fept合金、fepd合金、copd合金、copt合金、fenipt合金、cofept合金和conipt合金當(dāng)中的至少一種。所述合金可以例如化學(xué)定量表示為fe50pt50、fe50pd50、co50pd50、co50pt50、fe30ni20pt50、co30fe20pt50或co30ni20pt50。

被釘扎層pl可以由有序合金形成，并可以包括鐵(fe)、鈷(co)、鎳(ni)、鈀(pa)和鉑(pt)當(dāng)中的至少一種。例如，被釘扎層pl可以包括fept合金、fepd合金、copd合金、copt合金、fenipt合金、cofept合金和conipt合金當(dāng)中的至少一種。所述合金可以例如化學(xué)定量表示為fe50pt50、fe50pd50、co50pd50、co50pt50、fe30ni20pt50、co30fe20pt50或co30ni20pt50。

圖16d和16e示出雙mtj層mtj-4和mtj-5。在雙mtj層mtj-4和mtj-5中，第二和第一隧道阻擋層tbl1和tbl2以及第二和第一被釘扎層pl1和pl2設(shè)置在自由層fl的相反的端部上。

參照圖16d，為水平磁器件的雙mtj層mtj-4可以包括第一被釘扎層pl2、第一隧道阻擋層tbl2、自由層fl、第二隧道阻擋層tbl1以及第二被釘扎層pl1。第一被釘扎層pl2、第一隧道阻擋層tbl2、自由層fl、第二隧道阻擋層tbl1以及第二被釘扎層pl1的材料可以與圖16a的自由層fl、隧道阻擋層tbl和被釘扎層pl的材料相同或相似。當(dāng)?shù)谝槐会斣鷮觩l2的磁化方向和第二被釘扎層pl1的磁化方向被固定為彼此相反時，第二和第一被釘扎層pl1和pl2的磁力被實質(zhì)上抵消。因此，雙mtj層mtj-4可以通過使用比mtj層mtj-1(其是單mtj層)更少量的電流來執(zhí)行寫操作。此外，由于雙mtj層mtj-4因第二隧道阻擋層tbl1導(dǎo)致在讀操作期間提供更大的電阻，所以可以獲得清楚的數(shù)據(jù)值。

參照圖16e，為垂直磁器件的雙mtj層mtj-5包括第一被釘扎層pl2、第一隧道阻擋層tbl2、自由層fl、第二隧道阻擋層tbl1以及第二被釘扎層pl1。第一被釘扎層pl2、第一隧道阻擋層tbl2、自由層fl、第二隧道阻擋層tbl1以及第二被釘扎層pl1的材料可以與圖16a的自由層fl、隧道阻擋層tbl和被釘扎層pl的材料相同或相似。當(dāng)?shù)谝槐会斣鷮觩l2的磁化方向和第二被釘扎層pl1的磁化方向被固定為彼此相反時，第二和第一被釘扎層pl1和pl2的磁力被實質(zhì)上抵消。因此，雙mtj層mtj-5可以通過使用比mtj層mtj-3(其是單mtj層)更少量的電流來執(zhí)行寫操作。

圖17至圖24是用于說明根據(jù)示例實施方式的作為可變電阻存儲器件的磁阻存儲器件的視圖。圖17至24被提供來說明包括可變電阻層(也就是，mtj層)的可變電阻圖案結(jié)構(gòu)。

圖17至19是用于說明根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件的平面圖和截面圖。圖18是沿圖17的線a-a'截取的截面圖。圖19是沿圖17的線b-b'截取的截面圖。

參照圖17至19，制備包括第一部分和第二部分的基板100。第一部分可以是形成磁阻存儲器單元的單元區(qū)域。第二部分可以是位于第一部分周圍并形成周邊電路的周邊區(qū)。包括第一部分和第二部分的基板100可以分為有源區(qū)100a和場效應(yīng)區(qū)(fieldregion)。

在第一部分中，有源區(qū)100a可以規(guī)則地布置為隔離的島。第一晶體管可以提供在每個有源區(qū)100a中。例如，包括兩個第一柵極的兩個第一晶體管116可以形成在每個有源區(qū)100a中，有源區(qū)100a的中央部可以提供為公共的第一源極區(qū)112，有源區(qū)100a的相反的邊緣部分可以提供為第一漏極區(qū)114。

每個第一晶體管116可以是埋入柵極晶體管。第一柵極可以包括位于形成在基板100中的溝槽中的第一柵絕緣層圖案106、第一柵電極108和第一硬掩模圖案110。在另一個實施方式中，第一晶體管116可以是具有形成在基板100上的第一柵極的平面晶體管。

第一柵極可以具有在第一方向(例如x方向)上延伸的線形。接觸有源區(qū)100a的第一源極區(qū)112的源極線132可以例如在第一方向上延伸。源極線132可以包括例如金屬諸如鎢、鈦或鉭以及金屬氮化物諸如鎢氮化物、鈦氮化物或鉭氮化物當(dāng)中的至少一種。

周邊電路的第二晶體管118可以提供在基板100上在第二部分中。第二晶體管118可以是平面晶體管。例如，第二晶體管118可以包括形成在基板100上和基板中且在第二部分中的第二柵絕緣層圖案120、第二柵電極122和第二源/漏區(qū)域126。

第一層間絕緣層130提供在基板100上在第一部分和第二部分中。第一層間絕緣層130可以充分地覆蓋源極線132以及第一和第二晶體管116和118。例如，第一層間絕緣層130可以包括第一下層間絕緣層130a和第二下層間絕緣層130b。源極線132可以穿過第一下層間絕緣層130a

接觸插塞134穿過第一部分中的第一層間絕緣層130并接觸第一漏極區(qū)114。因此，接觸插塞134可以穿過第一下層間絕緣層130a和第二下層間絕緣層130b。接觸插塞134的頂表面可以比源極線132的頂表面高。

焊盤電極136可以提供在接觸插塞134上。此外，絕緣層圖案138a可以提供在焊盤電極136之間。當(dāng)接觸插塞134和可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151之間的直接接觸是困難的時，可以布置焊盤電極136。因此，當(dāng)接觸插塞134和可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151布置為彼此直接接觸時，焊盤電極136可以不被提供。

可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151可以提供在焊盤電極136上?？勺冸娮鑸D案結(jié)構(gòu)151可以規(guī)則地布置為隔離的島。每個可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151可以具有其中下電極140、mtj圖案148和上電極150堆疊的結(jié)構(gòu)。mtj圖案148可以用于形成可變電阻層，并可以包括被釘扎層圖案142、隧道阻擋層圖案144和自由層圖案146?？勺冸娮鑸D案結(jié)構(gòu)151可以對應(yīng)于圖6a至6c的可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29。

下電極140和上電極150的每個可以包括金屬或金屬氮化物。在實施方式中，被釘扎層圖案142可以包括例如鐵錳(femn)、鉑錳(ptmn)、錳氧化物(mno)、錳硫化物(mns)、錳碲化物(mnte)、錳氟化物(mnf2)、鐵氟化物(fef2)、鐵氯化物(fecl2)、鐵氧化物(feo)、鈷氯化物(cocl2)、鈷氧化物(coo)、鎳氯化物(nicl2)、鎳氧化物(nio)或鉻(cr)。下鐵磁層(未示出)、反鐵磁耦合間隔層(未示出)和上鐵磁層(未示出)可以進一步提供在被釘扎層圖案142上。

上鐵磁層和下鐵磁層的每個可以是包括例如fe、ni和co當(dāng)中的至少一種的鐵磁體。反鐵磁耦合間隔層可以包括例如ru、ir和rh當(dāng)中的至少一種。隧道阻擋層圖案144可以包括例如鋁氧化物或鎂氧化物。自由層圖案146可以是包括例如fe、ni和co當(dāng)中的至少一種的鐵磁體。

可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151可以以多種方式修改，例如可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151可以不包括下電極。覆蓋層圖案152a沿焊盤電極136和絕緣層圖案138a的表面提供以覆蓋可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151的側(cè)壁。覆蓋層圖案152a對應(yīng)于圖6a至6c的覆蓋層40。覆蓋層圖案152a可以提供為保護可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151。

覆蓋層圖案152a可以僅提供在基板100的第一部分中并且可以不提供在基板100的第二部分中。覆蓋層圖案152a可以包括絕緣材料。覆蓋層圖案152a可以包括相對于提供到埋入層圖案154a的硅氧化物具有蝕刻選擇性的材料。覆蓋層圖案152a可以包括例如硅氮化物層。

填充可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151之間的間隙的埋入層圖案154a提供在覆蓋層圖案152a上。埋入層圖案154a可以僅提供在基板100的第一部分中并且可以不提供在基板100的第二部分中。埋入層圖案154a和可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151可以具有平坦的第二頂表面。埋入層圖案154a可以包括具有優(yōu)良的臺階覆蓋性并容易地覆蓋可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151之間的間隙的絕緣材料。

埋入層圖案154a可以包括硅氧化物。硅氧化物可以通過使用原子層沉積來沉積。因而，埋入層圖案154a和可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151提供在第一部分中的第一層間絕緣層130上，埋入層圖案154a和可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151沒有提供在第二部分中的第一層間絕緣層130上。第一部分的第二頂表面和第二部分的第一頂表面可以處于不同的水平。

延伸以接觸可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151的頂表面的位線162提供在埋入層圖案154a和可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151上。位線162可以接觸可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151的上電極150。位線162可以在垂直于第一方向的第二方向上延伸。多個位線162可以提供為平行于彼此。

位線162可以具有其中阻擋金屬層162a和金屬層162b堆疊的結(jié)構(gòu)。阻擋金屬層162a可以包括鈦、鈦氮化物、鉭或鉭氮化物。金屬層162b可以包括銅、鎢或鋁。

蝕刻停止層156a提供在位于第一部分中的位線162之間的埋入層圖案154a的頂表面上以及在第二部分中的第一層間絕緣層130的頂表面上。由于第二部分中的第一層間絕緣層130的頂表面和埋入層圖案154的頂表面處于不同的水平，所以蝕刻停止層156a可以形成為在第一部分和第二部分中形成臺階。在第一部分和第二部分的每個中，蝕刻停止層156a可以形成為具有平坦的頂表面和均勻的厚度。

蝕刻停止層156a可以連續(xù)地形成在第二部分中的第一層間絕緣層130的整個表面上以及在第一部分和第二部分之間的邊界中的埋入層圖案154a的頂表面的一部分和埋入層圖案154a的側(cè)壁上。蝕刻停止層156a可以不在第一部分和第二部分之間的邊界中被切斷并可以延伸到第一部分中的埋入層圖案154a的頂表面。

蝕刻停止層156a可以包括相對于提供到第二層間絕緣層158的硅氧化物具有蝕刻選擇性的絕緣材料。蝕刻停止層156a可以在蝕刻硅氧化物的工藝期間幾乎不被蝕刻。例如，蝕刻停止層156a可以包括硅氮化物、硅氮氧化物、或鋁氧化物。

在實施方式中，蝕刻停止層156a可以由與覆蓋層圖案152a的材料相同的材料形成。在另一個實施方式中，蝕刻停止層156a可以由不同于覆蓋層圖案152a的材料的材料形成。第二層間絕緣層158提供在形成在第一部分和第二部分中的蝕刻停止層156a上。蝕刻停止層156a可以提供在第二部分中的第一層間絕緣層130和第二層間絕緣層158之間。第二層間絕緣層158的頂表面和位線162的頂表面可以在相同的平面上。

上絕緣層可以提供在第二層間絕緣層158和位線162上。磁存儲裝置可以包括提供在形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151之間的埋入層圖案154a上的蝕刻停止層156a。當(dāng)蝕刻工藝通過使用蝕刻停止層156a進行時，可以減少對可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151的頂表面的損傷。此外，可以減少可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151和位線162之間的不良接觸。

圖20至24是用于說明制造圖17至19的可變電阻存儲器件的方法的截面圖。

參照圖20，器件隔離層102形成在基板100中以包括有源區(qū)和場效應(yīng)區(qū)?；?00可以分為形成可變電阻存儲器單元的第一部分和形成周邊電路的第二部分。器件隔離層102可以通過使用淺溝槽隔離(sti)工藝形成。有源區(qū)可以規(guī)則地布置為隔離的島。

第一晶體管116形成在第一部分中的基板100上。兩個第一晶體管116可以形成在每個有源區(qū)中。例如，第一晶體管116可以是埋入柵極晶體管。為了形成第一晶體管116，具有在第一方向上延伸的線形的溝槽104通過在基板100上形成掩模圖案并利用掩模圖案蝕刻基板100而形成。兩個溝槽104可以形成在每個有源區(qū)中。包括第一柵絕緣層圖案106、第一柵電極108和第一硬掩模圖案110的第一柵極形成在每個溝槽104中。

第一源極區(qū)112和第一漏極區(qū)114通過注入雜質(zhì)到第一柵極的相反側(cè)的有源區(qū)中而形成。第一源極區(qū)112可以提供為第一晶體管116的公共源極區(qū)。盡管第一晶體管116在本實施方式中為埋入柵極晶體管，但是第一晶體管116可以是例如平面柵極晶體管。

包括在周邊電路中的第二晶體管118形成在基板100上在第二部分中。例如，第二晶體管118可以是平面柵極晶體管。為了形成第二晶體管118，第二柵絕緣層和第二柵電極層形成在基板100上。

第二柵絕緣層圖案120和第二柵電極122通過利用第二硬掩模圖案124蝕刻第二柵絕緣層和第二柵電極層而形成。第二源/漏區(qū)域126通過注入雜質(zhì)到第二柵電極122的相反側(cè)的有源區(qū)中而形成。

繼續(xù)地，覆蓋第一晶體管116和第二晶體管118的第一下層間絕緣層130a形成在第一部分和第二部分中的基板100上。接下來，可以進行平坦化工藝以平坦化第一下層間絕緣層130a的頂表面。

平坦化工藝的示例可以包括化學(xué)機械拋光(cmp)和回蝕刻。第一開口131通過蝕刻第一部分中的第一下層間絕緣層130a的一部分而形成，第一源極區(qū)112的表面通過第一開口131暴露。第一開口131可以在第一方向上延伸。

接觸第一源極區(qū)112的源極線132通過在第一開口131中形成并平坦化第一導(dǎo)電層而形成。源極線132可以包括例如金屬諸如鎢、鈦或鉭以及金屬氮化物諸如鎢氮化物、鈦氮化物或鉭氮化物當(dāng)中的至少一種。

第二下層間絕緣層130b形成在第一下層間絕緣層130a和源極線132上。由于第一下層間絕緣層130a的頂表面是平坦的，所以第二下層間絕緣層130b可以具有平坦的頂表面。第一和第二下層間絕緣層130a和130b的每個可以由硅氧化物形成。

穿過第一部分中的第一和第二下層間絕緣層130a和130b的第二開口133被形成，第一漏極區(qū)114通過第二開口133暴露。分別接觸第一漏極區(qū)114的接觸插塞134通過在每個第二開口133中形成并平坦化第二導(dǎo)電層而形成。接觸插塞134可以包括例如金屬諸如鎢、鈦或鉭以及金屬氮化物諸如鎢氮化物、鈦氮化物或鉭氮化物當(dāng)中的至少一種。

包括第一下層間絕緣層130a和第二下層間絕緣層130b的第一層間絕緣層130形成在第一部分和第二部分中的基板100上。接觸插塞134和源極線132形成在第一部分中的第一層間絕緣層130中。接觸插塞134的頂表面可以比源極線132的頂表面高。

繼續(xù)地，焊盤層形成在第一層間絕緣層130上。焊盤層可以包括例如金屬諸如鎢、鈦或鉭以及金屬氮化物諸如鎢氮化物、鈦氮化物或鉭氮化物當(dāng)中的至少一種。接觸接觸插塞134的焊盤電極136通過蝕刻焊盤層而形成。

填充焊盤電極136之間的空間的預(yù)絕緣層圖案138被形成。預(yù)絕緣層圖案138可以由硅氮化物或硅氧化物形成。

參照圖21，接觸焊盤電極136的可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151形成為隔離的島。每個可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151可以包括下電極140、mtj圖案148和上電極150，并可以具有其中下電極140、mtj圖案148和上電極150堆疊的結(jié)構(gòu)。mtj圖案148可以包括順序地堆疊的被釘扎層142、隧道阻擋層圖案144和自由層圖案146。

具體地，下電極層、被釘扎層、隧道阻擋層、自由層和上電極層順序地形成在每個焊盤電極136和預(yù)絕緣層圖案138上，上電極150通過利用光刻圖案化上電極層而形成。接下來，接觸焊盤電極136的每個可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151可以通過經(jīng)由使用上電極150作為蝕刻掩模的干蝕刻來圖案化自由層、隧道阻擋層、被釘扎層和下電極層而形成。下電極層和上電極層的每個可以由金屬或金屬氮化物形成。在實施方式中，被釘扎層還可以包括下鐵磁層、反鐵磁耦合間隔層和上鐵磁層。

在這種情況下，被釘扎層可以由例如femn、irmn、ptmn、mno、mns、mnte、mnf2、fef2、fecl2、feo、cocl2、coo、nicl2、nio或cr形成。上鐵磁層和下鐵磁層的每個可以由包括例如fe、ni和co當(dāng)中的至少一種的鐵磁材料形成。反鐵磁耦合間隔層可以由例如ru、ir和rh當(dāng)中的至少一種形成。

隧道阻擋層可以由例如鋁氧化物或鎂氧化物形成。自由層可以由包括例如fe、ni和co當(dāng)中的至少一種的鐵磁材料形成?？勺冸娮鑸D案結(jié)構(gòu)151不限于此，可以以各種方式修改。

各種電阻圖案結(jié)構(gòu)151僅形成在基板100的第一部分中。因此，形成在基板100的第二部分中的下電極層、被釘扎層、隧道阻擋層、自由層和上電極層都在蝕刻工藝期間被除去。在這種情況下，堆疊在第二部分中的層可以比堆疊在第一部分中的可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151之間的層更快速地被蝕刻。因此，形成在第二部分中的預(yù)絕緣層圖案138可以在蝕刻工藝中被大部分除去，因此絕緣層圖案138a可以形成在第一部分中。因此，第一層間絕緣層130的頂表面可以暴露在第二部分中。然而，預(yù)絕緣層圖案138的一部分可以保留在第二部分中。

參照圖22，預(yù)覆蓋層152形成在第一層間絕緣層130、可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151和絕緣層圖案138a上。預(yù)覆蓋層152可以對應(yīng)于如上所述的圖6a至6c的覆蓋層40。

預(yù)覆蓋層152可以在第一部分中沿可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151的表面形成而不覆蓋可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151之間的空間。因此，預(yù)覆蓋層152在第一部分中的各部分的頂表面的高度可以根據(jù)位置而不同。預(yù)覆蓋層152的形成在第一部分中的可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151的頂表面上的部分的表面可以是最高的。

然而，由于預(yù)覆蓋層152形成在第一層間絕緣層130(其在第二部分中是平坦的)上，所以第二部分中的預(yù)覆蓋層152的各部分的頂表面的高度可以是相同的，第二部分中的預(yù)覆蓋層152可以具有平坦的頂表面。預(yù)覆蓋層152可以是用于在蝕刻硅氧化物的工藝中檢測蝕刻停止位置的絕緣材料層。預(yù)覆蓋層152可以包括硅氮化物。

由于預(yù)覆蓋層152形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151的表面上，所以預(yù)覆蓋層152可以用作用于在隨后的工藝中保護可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151的保護層。預(yù)覆蓋層152可以具有約至約的厚度。

參照圖23，由絕緣材料形成的埋入層形成在預(yù)覆蓋層152(見圖22)上以填充可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151之間的間隙，并被回蝕刻。因此，埋入層圖案154a形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151之間。埋入層圖案154a可以由硅氧化物形成。

當(dāng)形成埋入層圖案154a時，埋入層通過使用第二部分中的預(yù)覆蓋層152的頂表面作為蝕刻停止位置檢測層而被回蝕刻。因此，埋入層圖案154a可以形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151之間。

暴露在第一部分和第二部分的每個中的預(yù)覆蓋層152(見圖22)被回蝕刻。預(yù)覆蓋層152(見圖22)在第二部分中的部分被完全地除去，預(yù)覆蓋層152在第一部分中的部分被部分地除去，以形成覆蓋層圖案152a。覆蓋層圖案152a可以形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151之間的絕緣層圖案138a和焊盤電極136上以及在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151的側(cè)壁上。

第一部分中的可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151的頂表面可以通過此工藝暴露。第一層間絕緣層130的頂表面可以在第二部分中暴露。

參照圖24，預(yù)蝕刻停止層和預(yù)第二層間絕緣層形成在第一層間絕緣層130、可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151、埋入層圖案154a和覆蓋層圖案152a的表面上，然后被圖案化。

因此，蝕刻停止層156a和第二層間絕緣層158通過經(jīng)由光刻圖案化預(yù)蝕刻停止層和預(yù)第二層間絕緣層而形成。蝕刻停止層156a可以由相對于硅氧化物具有蝕刻選擇性的絕緣材料形成。蝕刻停止層156a可以由例如硅氮化物形成。第二層間絕緣層158可以包括硅氧化物。

因此，蝕刻停止層156a和第二層間絕緣層158形成在第二部分中。溝槽160a可以形成在第一部分中以暴露可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151、覆蓋層圖案152a和埋入層圖案154a。

繼續(xù)地，位線162形成在溝槽160a中，如圖18所示。位線162可以通過在溝槽160a的側(cè)壁和底表面上形成阻擋金屬層162a、在阻擋金屬層162a上形成填充溝槽160a的金屬層162b以及平坦化阻擋金屬層162a和金屬層162b而形成。阻擋金屬層162a可以包括例如鈦、鈦氮化物、鉭或鉭氮化物。金屬層162b可以包括例如銅、鎢或鋁。位線162可以接觸可變電阻圖案結(jié)構(gòu)151的上電極150。

圖25至圖29是用于說明根據(jù)示例實施方式的可變阻擋存儲器件(具體地，相變存儲器件)的視圖。圖25至圖29被提供來說明包括可變電阻層(具體地相變層)的可變電阻圖案結(jié)構(gòu)。

圖25是根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件vrm的透視圖。圖26是沿圖25的線x-x'和y-y'截取的截面圖。

具體地，可變電阻存儲器件vrm可以包括提供在基板201上的第一信號線層210l、第二信號線層220l和存儲器單元層mcl。在圖25中，存儲器單元mcl構(gòu)成在x和y方向上的單層存儲器單元陣列。此外，當(dāng)存儲器單元mcl堆疊在z方向上時，存儲器單元mcl可以構(gòu)成具有3d垂直結(jié)構(gòu)的存儲器單元陣列。

如圖25和圖26所示，層間絕緣層205可以設(shè)置在基板201上。層間絕緣層205可以由氧化物諸如硅氧化物或氮化物諸如硅氮化物形成，并可以使第一信號線層210l與基板201電隔離。

盡管層間絕緣層205在本實施方式的可變電阻存儲器件vrm中被描述為設(shè)置在基板201上，但是在可變電阻存儲器件vrm中，集成電路層可以設(shè)置在基板201上并且存儲器單元可以布置在集成電路層上。集成電路層可以包括例如用于操作存儲器單元的周邊電路和/或用于執(zhí)行計算操作的核心電路。參考的，其中包括周邊電路和/或核心電路的集成電路層設(shè)置在基板上并且存儲器單元設(shè)置在集成電路層上的結(jié)構(gòu)被稱為周邊上單元(cop)結(jié)構(gòu)。

第一信號線層210l可以包括在第一方向(例如x方向)上平行于彼此延伸的多個第一信號線210。第二信號線層220l可以包括在交叉第一方向的第二方向(例如y方向)上平行于彼此延伸的多個第二信號線220。第一方向和第二方向可以彼此垂直。

當(dāng)可變電阻存儲器件vrm被驅(qū)動時，第一信號線210可以對應(yīng)于圖1的字線wl，第二信號線220可以對應(yīng)于位線bl(見圖1)。在另一個實施方式中，第一信號線210可以對應(yīng)于位線bl，第二信號線220可以對應(yīng)于字線wl。

第一信號線210和第二信號線220的每個可以由金屬、導(dǎo)電的金屬氮化物、導(dǎo)電的金屬氧化物或其組合形成。例如，第一信號線210和第二信號線220的每個可以由w、wn、au、ag、cu、al、tialn、ir、pt、pd、ru、zr、rh、ni、co、cr、sn、zn、ito、其合金或其組合形成。此外，第一信號線210和第二信號線220的每個可以包括金屬層和覆蓋金屬層的至少一部分的導(dǎo)電的阻擋層。導(dǎo)電的阻擋層可以由例如ti、tin、ta、tan或其組合形成。

存儲器單元層mcl可以包括在第一方向和第二方向上彼此間隔開的多個存儲器單元240(對應(yīng)于圖1的存儲器單元mc)。如圖25和26所示，第一信號線210和第二信號線220可以彼此交叉。存儲器單元240可以設(shè)置在第一信號線210和第二信號線220之間且在第一信號線層210l和第二信號線層220l之間的交叉點處。

每個存儲器單元240可以形成為具有正方形柱形狀或各種形狀諸如圓形的圓柱形的形狀、橢圓的圓柱形形狀或多邊的柱形狀。

存儲器單元240可以形成為使得下部比上部更寬或更窄，根據(jù)形成存儲器單元240的方法。例如，當(dāng)存儲器單元240通過使用浮雕蝕刻(embossedetching)工藝形成時，下部可以比上部更寬。此外，當(dāng)存儲器單元240通過使用鑲嵌工藝形成時，上部可以比下部更寬。在浮雕蝕刻工藝或鑲嵌工藝中，通過精確控制蝕刻工藝蝕刻材料層使得側(cè)表面幾乎垂直，上部和下部的寬度可以類似于彼此。

盡管存儲器單元240的側(cè)表面在圖25和26中是垂直的，但是下部可以比上部更寬或更窄。

每個存儲器單元240可以包括下電極層241、選擇器件層243、中間電極層245、加熱電極層247、可變電阻層249和上電極層248。存儲器單元240可以是如上所述的可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29(見圖6a至6c)。當(dāng)沒有考慮位置關(guān)系時，下電極層241可以稱為第一電極層，中間電極層245和加熱電極層247可以稱為額外的電極層，上電極層248可以稱為第三電極層。

覆蓋層250(覆蓋層圖案)可以形成在存儲器單元240的相反的側(cè)壁上。覆蓋層250可以對應(yīng)于圖6a至6c的覆蓋層40。覆蓋層250可以形成為保護存儲器單元240。

在一些實施方式中，可變電阻層249(對應(yīng)于圖1的可變電阻層me)可以包括根據(jù)加熱時間在非晶態(tài)和結(jié)晶態(tài)之間可逆地變化的相變材料。例如，可變電阻層249可以包括其相可通過由于施加到可變電阻層249的相反的端部的電壓導(dǎo)致產(chǎn)生的焦耳熱而可逆地改變并且其電阻可通過相的這樣的變化而變化的材料。

具體地，相變材料可以在非晶相具有高電阻并可以在結(jié)晶相具有低電阻。當(dāng)高電阻狀態(tài)定義為'0'并且低電阻狀態(tài)定義為'1'時，數(shù)據(jù)可以存儲在可變電阻層249中。

在一些實施方式中，可變電阻層249可以包括硫族化物材料作為相變材料。例如，可變電阻層249可以包括ge-sb-te(gst)。由連字符(-)標(biāo)記的化學(xué)成分可以指示包括在特定的混合物或化合物中的元素，并可以由包括所述元素的任何化學(xué)式表示。例如，ge-sb-te可以是ge2sb2te5、ge2sb2te7、ge1sb2te4或ge1sb4te7。

可變電阻層249可以包括除了ge-sb-te(gst)之外的各種適合的硫族化物材料?？勺冸娮鑼?49可以包括除了ge-sb-te(gst)之外的各種適合的相變材料。例如，可變電阻層249可以包括例如ge-te、sb-te、in-se、ga-sb、in-sb、as-te、al-te、bi-sb-te(bst)、in-sb-te(ist)、ge-sb-te、te-ge-as、te-sn-se、ge-se-ga、bi-se-sb、ga-se-te、sn-sb-te、in-sb-ge、in-ge-te、ge-sn-te、ge-bi-te、ge-te-se、as-sb-te、sn-sb-bi、ge-te-o、te-ge-sb-s、te-ge-sn-o、te-ge-sn-au、pd-te-ge-sn、in-se-ti-co、ge-sb-te-pd、ge-sb-te-co、sb-te-bi-se、ag-in-sb-te、ge-sb-se-te、ge-sn-sb-te、ge-te-sn-ni、ge-te-sn-pd、ge-te-sn-pt、in-sn-sb-te和as-ge-sb-te或其組合當(dāng)中的至少一種。

可變電阻層249的每種元素可以具有各種化學(xué)成分比率(例如化學(xué)計量)中的任一種。可變電阻層249的結(jié)晶溫度、熔點、根據(jù)結(jié)晶能量的相變速度和信息保持力可以根據(jù)每個元素的化學(xué)成分比率來調(diào)整。

此外，包括氮(n)、氧(o)、硅(si)、碳(c)、硼(b)、鏑(dy)或其組合的雜質(zhì)可以被摻雜?？勺冸娮鑼?49還可以包括金屬。例如，可變電阻層249可以包括從例如鋁(al)、鎵(ga)、鋅(zn)、鈦(ti)、鉻(cr)、錳(mn)、鐵(fe)、鈷(co)、鎳(ni)、鉬(mo)、釕(ru)、鈀(pd)、鉿(hf)、鉭(ta)、銥(ir)、鉑(pt)、鋯(zr)、鉈(tl)、鈀(pd)和釙(po)中選擇的至少一種。金屬材料可以增大可變電阻層249的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，因此可以增大結(jié)晶速度和設(shè)定速度。金屬材料可以改善可變電阻層249的信息保持力。

可變電阻層249可以具有其中具有不同的物理性能的兩個或更多層堆疊的多層結(jié)構(gòu)。所述多個層的數(shù)目或厚度可以自由地選擇。阻擋層可以進一步形成在所述多個層之間。阻擋層可以防止所述多個層之間的材料擴散。因此，當(dāng)多個層當(dāng)中的隨后的層被形成時阻擋層可以減少先前的層的擴散。

可變電阻層249可以具有其中包括不同的材料的多個層被交替地堆疊的超晶格結(jié)構(gòu)。例如，可變電阻層249可以具有其中由例如ge-te形成的第一層和由例如sb-te形成的第二層交替地堆疊的結(jié)構(gòu)。

盡管可變電阻層249包括相變材料，但是可變電阻存儲器件vrm的可變電阻層249可以包括其電阻變化的各種材料。

在一些實施方式中，當(dāng)可變電阻層249包括過渡金屬氧化物時，可變電阻存儲器件vrm可以是電阻ram(reram)。當(dāng)可變電阻層249包括過渡金屬氧化物時，至少一個電路徑可以在編程操作期間在可變電阻層249中產(chǎn)生或從可變電阻層249消除。當(dāng)電路徑被產(chǎn)生時，可變電阻層249可以具有低電阻值。當(dāng)電路徑被消除時，可變電阻層249可以具有高電阻值?？勺冸娮璐鎯ζ骷rm可以通過使用可變電阻層249的電阻值差異而存儲數(shù)據(jù)。

當(dāng)可變電阻層249由過渡金屬氧化物形成時，過渡金屬氧化物可以包括從ta、zr、ti、hf、mn、y、ni、co、zn、nb、cu、fe和cr中選擇的至少一種金屬。例如，過渡金屬氧化物可以具有由從ta2o5-x、zro2-x、tio2-x、hfo2-x、mno2-x、y2o3-x、nio1-y、nb2o5-x、cuo1-y和fe2o3-x中選擇的至少一種材料形成的單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。在所述材料中，x和y可以分別在例如0≤x≤1.5和0≤y≤0.5的范圍內(nèi)選擇。

在實施方式中，當(dāng)可變電阻層249包括兩個磁電極以及設(shè)置在所述兩個磁電極之間的包含電介質(zhì)材料的mtj層時，可變電阻存儲器件vrm可以是磁ram(mram)。

兩個磁電極可以是磁化被釘扎層和磁化自由層，設(shè)置在所述兩個磁電極之間的電介質(zhì)材料可以是隧道阻擋層。磁化被釘扎層可以具有固定到一個方向的磁化方向，磁化自由層可以具有可改變?yōu)槠叫杏诨蚍雌叫杏诖呕会斣鷮拥拇呕较虻拇呕较颉４呕会斣鷮拥拇呕较蚝痛呕杂蓪拥拇呕较蚩梢岳缙叫杏谒淼雷钃鯇拥囊粋€表面。磁化被釘扎層和磁化自由層的磁化方向可以垂直于隧道阻擋層的一個表面。

當(dāng)磁化自由層的磁化方向平行于磁化被釘扎層的磁化方向時，可變電阻層249可以具有第一電阻值。當(dāng)磁化自由層的磁化方向反平行于磁化被釘扎層的磁化方向時，可變電阻層249可以具有第二電阻值。可變電阻存儲器件vrm可以通過使用電阻值差異來存儲數(shù)據(jù)。磁化自由層的磁化方向可以通過編程電流中的電子的自旋轉(zhuǎn)矩改變。

磁化被釘扎層和磁化自由層的每個可以包括磁性材料。在這種情況下，磁化被釘扎層還可以包括固定磁化被釘扎層中的鐵磁材料的磁化方向的反鐵磁材料。隧道阻擋層可以由從(但是不限于)mg、ti、al、mgzn和mgb選擇的氧化物形成。

選擇器件層243(對應(yīng)于圖1的選擇器件sw)可以是用于控制電流的流動的電流調(diào)整層。選擇器件層243可以包括其電阻可根據(jù)施加到選擇器件層243的相反的端部的電壓的大小而改變的材料層。例如，選擇器件層243可以包括雙向閾值開關(guān)(ots)材料?，F(xiàn)在將簡要地說明根據(jù)ots材料的選擇器件層243的作用。當(dāng)小于閾值電壓vt的電壓被施加到選擇器件層243時，選擇器件層243保持在其中電流幾乎不流過選擇器件層243的高電阻狀態(tài)，當(dāng)比閾值電壓vt強的電壓被施加到選擇器件層243時，選擇器件層243改變?yōu)槠渲须娏鏖_始流過選擇器件層243的低電阻狀態(tài)。此外，當(dāng)流過選擇器件層243的電流小于保持電流時，選擇器件層243可以改變?yōu)楦唠娮锠顟B(tài)。

選擇器件層243可以包括硫族化物開關(guān)材料作為ots材料。通常，硫族元素的特點在于二價鍵和孤對電子。二價鍵導(dǎo)致通過結(jié)合硫族元素形成鏈和環(huán)狀結(jié)構(gòu)以形成硫族化物材料，孤對電子提供用于形成導(dǎo)電細絲的電子的源。例如，三價或四價的改性劑(modifier)諸如鋁(al)、鎵(ga)、銦(in)、鍺(ge)、錫(sn)、硅(si)、磷(p)、砷(as)或銻(sb)進入硫族元素的鏈和環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并確定硫族化物材料的結(jié)構(gòu)剛度并且根據(jù)它們的經(jīng)受結(jié)晶或其它的結(jié)構(gòu)重新布置的能力將硫族化物材料分為開關(guān)材料和相變材料。

加熱電極層247可以設(shè)置在中間電極層245和可變電阻層249之間以接觸可變電阻層249?？勺冸娮鑼?47可以在設(shè)定或復(fù)位操作中加熱可變電阻層249。加熱電極層247可以包括不與可變電阻層249反應(yīng)的導(dǎo)電材料并可以產(chǎn)生足夠高的熱以改變可變電阻層249的相。加熱電極層247可以包括基于碳的導(dǎo)電材料。在一些實施方式中，加熱電極層247可以由tin、tisin、tialn、tasin、taaln、tan、wsi、wn、tiw、mon、nbn、tibn、zrsin、wsin、wbn、zraln、moaln、tial、tion、tialon、won、taon、碳(c)、碳化硅(sic)、硅碳氮化物(sicn)、碳氮化物(cn)、鈦碳氮化物(ticn)、鉭碳氮化物(tacn)、其組合(例如高熔點金屬)或其氮化物形成。加熱電極層247的材料不限于此。

用作電流路徑的下電極層241、中間電極層245和上電極層248的每個可以由導(dǎo)電材料形成。例如，下電極層241、中間電極層245和上電極層248的每個可以由金屬、導(dǎo)電的金屬氮化物、導(dǎo)電的金屬氧化物或其組合形成。

下電極層241和上電極層248可以選擇性地形成。因此，下電極層241和上電極層248可以省略。為了幫助防止當(dāng)選擇器件層243和可變電阻層249直接接觸第一和第二信號線210和220時可能發(fā)生的污染或接觸不良，下電極層241和上電極層248可以設(shè)置在第一和第二信號線210和220與選擇器件層243和可變電阻層249之間。

中間電極層245可以幫助防止熱從加熱電極層247轉(zhuǎn)移到選擇器件層243。選擇器件層243可以包括例如非晶硫族化物開關(guān)材料?？勺冸娮鑼?49、選擇器件層243、加熱電極層247和中間電極層245的厚度、寬度和它們之間的距離可以隨著可變電阻存儲器件vrm按比例縮小而減小。

在驅(qū)動可變電阻存儲器件vrm的過程中，當(dāng)加熱電極層247產(chǎn)生熱以改變可變電阻層249的相時，熱可以影響鄰近于加熱電極層247的選擇器件層243。例如，對選擇器件層243(例如，選擇器件層243的部分結(jié)晶)的退化和損傷可能由于來自加熱電極層247的熱而發(fā)生。在本實施方式的可變電阻存儲器件vrm中，中間電極層245可以具有大的厚度，這可以幫助防止加熱電極層247的熱傳遞到選擇器件層243。盡管中間電極層245具有類似于圖25和26中的下電極層241或上電極層248的厚度，但是中間電極層245可以比下電極層241或上電極層248厚以便阻擋熱。例如，中間電極層245可以具有在(但是不限于)約10nm至約100nm的范圍內(nèi)的厚度。中間電極層245可以包括至少一個熱阻擋層以便阻擋熱。當(dāng)中間電極層245包括兩個或更多熱阻擋層時，中間電極層245可以具有其中熱阻擋層和電極材料層交替地堆疊的結(jié)構(gòu)。

第一絕緣層260a可以設(shè)置在第一信號線210之間，第二絕緣層260b可以設(shè)置在存儲器單元層mcl的存儲器單元240之間。此外，第三絕緣層260c可以設(shè)置在第二信號線220之間。第一至第三絕緣層260a至260c可以由相同的材料形成或者第一至第三絕緣層260a至260c中的至少一個可以由不同的材料形成。第一至第三絕緣層260a至260c的每個可以由氧化物或氮化物的電介質(zhì)材料形成，并可以電隔離每個層的器件?？梢孕纬煽諝忾g隙，而不是第二絕緣層260b。當(dāng)形成空氣間隙時，具有預(yù)定厚度的絕緣襯層可以形成在空氣間隙和存儲器單元240之間。

圖27是用于說明對根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件vrm的可變電阻層249進行的設(shè)定和復(fù)位編程操作的圖形。

具體地，當(dāng)可變電阻層249(見圖25和26)的相變材料被加熱在結(jié)晶溫度tx和熔點tm之間的溫度持續(xù)預(yù)定的時間段然后被慢慢地冷卻時，相變材料具有結(jié)晶態(tài)。結(jié)晶態(tài)被稱為“設(shè)定狀態(tài)”，其中狀態(tài)“0”的數(shù)據(jù)被存儲。相反，當(dāng)相變材料被加熱到比熔點tm高的溫度并被快速地冷卻時，相變材料具有非晶態(tài)。非晶態(tài)被稱為“復(fù)位狀態(tài)”，其中狀態(tài)“l(fā)”的數(shù)據(jù)被存儲，如上所述。

因此，數(shù)據(jù)可以通過供應(yīng)電流到可變電阻層249而存儲，數(shù)據(jù)可以通過測量可變電阻層249的電阻值而讀取。相變材料的加熱溫度與電流的量成比例，當(dāng)電流的量增大時會更難以具有高集成度。由于變化為非晶態(tài)使用比變化為結(jié)晶態(tài)更大的電流，所以可變電阻存儲器件vrm的功耗會增大。為了降低功耗，期望通過使用少量的電流加熱相變材料并改變相變材料為結(jié)晶態(tài)或非晶態(tài)。為了具有高集成度，期望減少電流，例如用于改變相變材料為非晶態(tài)的復(fù)位電流。

圖28是用于說明根據(jù)示例實施方式的依照施加到存儲器單元的電壓的可變電阻層的離子擴散路徑的視圖。

具體地，第一存儲器單元350a可以包括順序地堆疊的第一電極320a、可變電阻層330a和第二電極340a。第一電極320a可以包括可產(chǎn)生足夠高的熱以改變可變電阻層330a的相的導(dǎo)電材料，并可以對應(yīng)于圖25和26的加熱電極層247。正電壓可以施加到第一電極320a，負(fù)電壓可以施加到第一存儲器單元350a中的第二電極340a，因此電流可以從第一電極320a經(jīng)由可變電阻層330a流動到第二電極340a，如由第一箭頭c_a標(biāo)記的。

熱可以由于電流流過第一電極320a而在第一電極320a中產(chǎn)生，因此相變可以從可變電阻層330a的鄰近于第一電極320a和可變電阻層330a之間的界面的部分330a_p而開始發(fā)生。例如，在復(fù)位操作(其中可變電阻層330a的部分330a_p從結(jié)晶態(tài)(低電阻狀態(tài))改變?yōu)榉蔷B(tài)(也就是說，高電阻狀態(tài))中，部分330a_p中的正離子和負(fù)離子可以由于施加的電壓而以不同的速度擴散。具體地，可變電阻層330a的部分330a_p中的正離子(例如銻離子(sb⁺))的擴散速度可以比負(fù)離子(例如碲離子(te^-))的擴散速度強。因此，銻離子(sb⁺)可以更多地擴散到負(fù)電壓被施加到其上的第二電極340a。銻離子(sb⁺)擴散到第二電極340a的速度可以比碲離子(te^-)擴散到第一電極320a的速度更大。

在示例實施方式中，第二存儲器單元350b可以包括第一電極320b、可變電阻層330b和第二電極340b。當(dāng)負(fù)電壓被施加到第一電極320b并且正電壓被施加到第二電極340b時，電流可以從第二電極340b經(jīng)由可變電阻層330b流動到第一電極320b，如由第二箭頭c_b標(biāo)記的。

熱可以由于電流流過第一電極320b而產(chǎn)生，因此相變可以從可變電阻層330b的鄰近于第一電極320b和可變電阻層330b之間的界面的部分330b_p開始發(fā)生。在這種情況下，可變電阻層330b的部分330b_p中的銻離子(sb⁺)的擴散速度可以比碲離子(te^-)的擴散速度更強，銻離子(sb⁺)可以更多地擴散到負(fù)電壓被施加到其上的第一電極320b。

因此，在第二存儲器單元350b中，由于銻離子濃度比第一電極320b和可變電阻層330b之間的界面處的碲離子濃度更，所以局部濃度變化可以發(fā)生在可變電阻層330b中。相反，在第一存儲器單元350a中，由于碲離子濃度比第一電極320a和可變電阻層330a之間的界面處的銻離子濃度高，所以局部濃度變化可能發(fā)生在可變電阻層330a中。

可變電阻層330a和330b中的離子或空位的分布可以依照施加到可變電阻層330a和330b的電壓的大小、電流流過可變電阻層330a和330b的方向以及可變電阻層330a和330b和第一電極320a和320b的幾何形狀而改變。即使當(dāng)相同的電壓被施加時，由于可變電阻層330a和330b的這樣的局部濃度變化，可變電阻層330a和330b的電阻會變化，因此第一和第二存儲器單元350a和350b可以具有不同的操作特性，例如不同的電阻值。

盡管離子擴散路徑在圖28中通過使用銻離子(sb⁺)和碲離子(te^-)說明，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。具體地，像圖25和26的存儲器單元240的可變電阻層249一樣，可變電阻層330a和330b的每個可以包括硫族化物材料并可以用雜質(zhì)摻雜。因此，可變電阻層330a和330b的每個中的離子擴散程度還可以根據(jù)包括在可變電阻層330a和330b的每個中的材料的類型和成分、雜質(zhì)的類型和雜質(zhì)濃度而改變，因此第一和第二存儲器單元350a和350b的每個的操作特性的變化可以進一步增大。

由于本實施方式的可變電阻存儲器件vrm包括包含硫族化物開關(guān)材料的選擇器件層243，所以可以不需要用于形成晶體管或二極管的工藝。例如，當(dāng)二極管被形成然后高溫處理被進行以激活二極管中的雜質(zhì)時，包括相變材料的可變電阻層249可能在高溫處理環(huán)境中被損傷或污染。然而，本實施方式的可變電阻存儲器件vrm不需要用于形成晶體管或二極管的復(fù)雜的工藝，以幫助防止由于復(fù)雜的工藝引起的對可變電阻層249的不期望的損壞或污染。

因此，本實施方式的可變電阻存儲器件vrm可以顯著地改善半導(dǎo)體器件的可靠性。

此外，通常，當(dāng)晶體管或二極管被形成時，由于晶體管或二極管需要形成在基板中，所以會難以實現(xiàn)其中多個層垂直地堆疊的可變電阻存儲器件。具體地，由于可變電阻層249會由于用于激活二極管的高溫處理而被損傷或污染，所以會非常難以實現(xiàn)其中二極管需要設(shè)置在可變電阻層249上的交叉點結(jié)構(gòu)。然而，由于使用包括硫族化物開關(guān)材料的選擇器件層243而不是二極管，所以本實施方式的可變電阻存儲器件vrm可以容易地實現(xiàn)3d其中多個層被垂直地堆疊的交叉點結(jié)構(gòu)。因此，可變電阻存儲器件vrm的集成度可以顯著地增大。

圖29是示出根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件vrm的選擇器件層243的電壓電流曲線的圖形。

具體地，第一曲線361示出當(dāng)電流沒有流過選擇器件層243(見圖25和26)時的電壓-電流關(guān)系。選擇器件層243可以用作具有第一電壓電平363的閾值電壓vt的開關(guān)器件。當(dāng)電壓從電壓和電流為0的狀態(tài)慢慢地增大時，電流可以幾乎不流過選擇器件層243，直到電壓達到具有第一電壓電平363的閾值電壓vt。然而，一旦電壓超過閾值電壓vt，流過選擇器件層243的電流可以快速地增大，并且施加到選擇器件層243的電壓減小為具有第二電壓電平364的飽和電壓vs。

第二曲線362示出當(dāng)電流流過選擇器件層243時的電壓-電流關(guān)系。由于流過選擇器件層243的電流增大為超過第一電流水平366，所以施加到選擇器件層243的電壓可以增大為略微地超過第二電壓電平364。

例如，當(dāng)流過選擇器件層243的電流從第一電流水平366顯著地增大到第二電流水平367時，施加到選擇器件層243的電壓可以從第二電壓電平364略微地增大。因此，一旦電流流過選擇器件層243，施加到選擇器件層243的電壓可以保持在飽和電壓vs附近。如果電流被減小為具有等于或低于保持電流水平(也就是，第一電流水平366)的水平時，選擇器件層243可以返回到電阻狀態(tài)并可以有效地阻擋電流直到電壓增大到閾值電壓vt。

圖30至32是用于說明根據(jù)示例實施方式的制造可變電阻存儲器件vrm的工藝的截面圖。

參照圖30，層間絕緣層205形成在基板201上。層間絕緣層205可以由例如硅氧化物或硅氮化物形成。然而，層間絕緣層205的材料不限于此。第一信號線層210l形成在層間絕緣層205上，第一信號線層210l包括在第一方向(例如x方向)上延伸并彼此間隔開的多個第一信號線210。第一信號線210可以通過使用浮雕蝕刻工藝或鑲嵌工藝形成。第一信號線210的材料與參照圖25和26描述的材料相同。在第一方向上延伸的第一絕緣層260a可以設(shè)置在第一信號線210之間。

堆疊結(jié)構(gòu)240k通過在第一信號線層210l和第一絕緣層260a上順序地堆疊下電極材料層241k、選擇器件材料層243k、中間電極材料層245k、加熱電極材料層247k、可變電阻材料層249k和上電極材料層148k而形成。堆疊結(jié)構(gòu)240k的每個材料層的材料或功能與參照圖2和3描述的相同。

參照圖31，在形成堆疊結(jié)構(gòu)240k(見圖30)之后，在第一方向(例如x方向)和第二方向(例如y方向)上彼此間隔開的掩模圖案(未示出)形成在堆疊結(jié)構(gòu)240k上。接下來，多個存儲器單元240通過使用掩模圖案蝕刻堆疊結(jié)構(gòu)240k以暴露第一絕緣層260a和第一信號線210的頂表面的部分而形成。

存儲器單元240可以根據(jù)掩模圖案的結(jié)構(gòu)而在第一方向和第二方向上彼此間隔開，并可以電連接到設(shè)置在存儲器單元240下面的第一信號線210。此外，每個存儲器單元240可以包括下電極層241、選擇器件層243、中間電極層245、加熱電極層247、可變電阻層249和上電極層248。存儲器單元240可以對應(yīng)于圖6a至6c的可變電阻圖案結(jié)構(gòu)29。在形成存儲器單元240之后，剩余的掩模圖案通過使用灰化和剝離除去。

繼續(xù)地，預(yù)覆蓋層250k可以形成在存儲器單元240的相反的側(cè)壁上以及在存儲器單元240之間。預(yù)覆蓋層250k可以對應(yīng)于圖6a至6c的覆蓋層40。

參照圖32和26，如圖26和32所示，覆蓋層250(覆蓋層圖案)通過蝕刻預(yù)覆蓋層250k而形成在存儲器單元240的相反的側(cè)壁上，填充其上形成覆蓋層250的存儲器單元240之間的空間的第二絕緣層260b被形成。第二絕緣層260b可以由與第一絕緣層260a相同的氧化物或氮化物形成，或由與第一絕緣層260a不同的氧化物或氮化物形成。第二絕緣層260b可以通過形成具有足夠大的厚度的絕緣材料層以完全地填充存儲器單元240之間的空間并通過使用cmp等進行平坦化以暴露上電極層248的頂表面而形成。

接下來，第二信號線220可以通過形成用于第二信號線層的導(dǎo)電層并使用蝕刻圖案化該導(dǎo)電層而形成。第二信號線220可以在第二方向(例如y方向)上延伸并可以彼此間隔開。繼續(xù)地，在第二方向上延伸的第三絕緣層260c形成在第二信號線220之間。

圖33是根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件vrm的方框圖。

具體地，根據(jù)示例實施方式的可變電阻存儲器件vrm包括存儲器單元陣列410、解碼器420、讀/寫電路430、輸入/輸出緩沖器440和控制器450。存儲器單元陣列410與上面描述的相同。

存儲器單元陣列410中的多個存儲器單元通過字線wl連接到解碼器420并通過位線bl連接到讀/寫電路430。解碼器420接收外部地址add，并在控制器450的控制下解碼行地址和列地址以在存儲器單元陣列410中存取，控制器450根據(jù)控制信號ctrl操作。

讀/寫電路430從輸入輸出緩沖器440和數(shù)據(jù)線dl接收數(shù)據(jù)data，并在控制器450的控制下寫數(shù)據(jù)到存儲器單元陣列410的已選擇的存儲器單元或在控制器450的控制下將從存儲器單元陣列4140的已選擇的存儲器單元讀取的數(shù)據(jù)發(fā)送到輸入/輸出緩沖器440。

圖34是根據(jù)示例實施方式的包括可變電阻存儲器件vrm的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)500的方框圖。

具體地，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)500可以包括連接在主機和可變電阻存儲器件vrm之間的存儲器控制器520。存儲器控制器520可以配置為響應(yīng)于主機的請求而存取可變電阻存儲器件vrm。存儲器控制器520可以包括處理器5201、運行存儲器5203、主機接口5205和存儲器接口5207。

處理器5201可以控制存儲器控制器520的整個操作，運行存儲器5203可以存儲操作存儲器控制器520所需要的應(yīng)用、數(shù)據(jù)和控制信號。主機接口5205進行協(xié)議轉(zhuǎn)換以在主機和存儲器控制器520之間交換數(shù)據(jù)和/或控制信號。存儲器接口5207進行協(xié)議轉(zhuǎn)換以在存儲器控制器520和可變電阻存儲器件vrm之間交換數(shù)據(jù)和/或控制信號。可變電阻存儲器件vrm與參照圖33描述的相同。實施方式的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)500可以是(但是不限于)存儲卡。

圖35是根據(jù)示例實施方式的包括可變電阻存儲器件vrm的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)600的方框圖。

具體地，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)600可以包括可變電阻存儲器件vrm、處理器620、運行存儲器630和用戶接口640，還可以包括通信模塊650，如果需要。處理器620可以是中央處理器(cpu)。

運行存儲器630存儲操作數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)600所需要的應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)和控制信號。用戶接口640允許用戶存取數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)600并將數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)600的數(shù)據(jù)處理過程和數(shù)據(jù)處理過程的結(jié)果提供到用戶。

可變電阻存儲器件vrm與參照圖33描述的相同。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)600可以用作盤裝置、便攜式電子設(shè)備的內(nèi)部/外部存儲卡、圖像處理器或應(yīng)用芯片組。

通過總結(jié)和回顧，可變電阻存儲器件的示例可以包括相變隨機存取存儲器(pram)、磁ram(mram)和電阻ram(rram)?？勺冸娮璐鎯ζ骷勺冸娮鑸D案結(jié)構(gòu)。期望防止可變電阻圖案結(jié)構(gòu)的特性的退化。

如上所述，實施方式涉及可防止可變電阻圖案結(jié)構(gòu)的特性的退化的可變電阻存儲器件以及制造該可變電阻存儲器件的方法。

根據(jù)一個或多個實施方式，一種可變電阻存儲器件可以包括圍繞可變電阻圖案結(jié)構(gòu)并包括具有不同的雜質(zhì)濃度的區(qū)域的覆蓋層，該可變電阻圖案結(jié)構(gòu)包括可變電阻層。因此，覆蓋層可以圍繞可變電阻圖案結(jié)構(gòu)或可以形成在可變電阻圖案結(jié)構(gòu)的相反的側(cè)壁上。

覆蓋層可以包括接觸可變電阻圖案結(jié)構(gòu)并具有高的第一雜質(zhì)濃度的第一區(qū)域以及形成在第一區(qū)域上并具有低于第一區(qū)域的第一雜質(zhì)濃度的第二雜質(zhì)濃度的第二部分。

包括具有第二雜質(zhì)濃度的第二區(qū)域的覆蓋層可以幫助防止可變電阻圖案結(jié)構(gòu)的特性的退化。包括具有彼此不同的第一和第二雜質(zhì)濃度的第一和第二區(qū)域的覆蓋層可以通過形成覆蓋層以圍繞可變電阻圖案結(jié)構(gòu)然后發(fā)射紫外線而形成。

示例實施方式已經(jīng)在這里公開，盡管采用了特定的術(shù)語，但是它們僅以一般的和描述的含義來使用和被解釋，而不是為了限制的目的。在某些情況下，如對本申請申請時為止對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將是明顯的，結(jié)合特定實施方式描述的特征、特性和/或元件可以單獨地使用或與結(jié)合其它的實施方式描述的特征、特性和/或元件結(jié)合地使用，除非另外地特別地指示。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以進行形式和細節(jié)上的各種變化，而沒有背離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書闡述。

于2015年12月11日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的名稱為“可變電阻存儲器件及其制造方法”的韓國專利申請第10-2015-0177373號以及于2016年5月4日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的名稱為“可變電阻存儲器件及其制造方法”的韓國專利申請第10-2016-0055772號通過引用整體結(jié)合于此。