本發(fā)明構(gòu)思涉及存儲器件以及制造該存儲器件的方法，更具體地，涉及交叉點堆疊存儲器件以及制造該交叉點堆疊存儲器件的方法。
背景技術(shù)：
為了滿足對于小且輕的電子產(chǎn)品的日益增加的需求，通常需要高集成的半導(dǎo)體器件。為此，已經(jīng)提出了在其中存儲單元位于兩個相交的電極的交點處的三維(3d)交叉點堆疊存儲器件。所提出的存儲器件可以為高密度數(shù)據(jù)存儲提供最小的單元尺寸。然而，由于對于交叉點堆疊存儲器件的按比例縮小的日益增加的需求，可能需要進一步減小存儲器件中每個層的尺寸。在這種情形下，為了獲得存儲器件的期望可靠性，會需要控制存儲單元的電特性的變化。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明構(gòu)思提供一種配置為減小存儲單元的電特性的變化并從而提高可靠性的存儲器件、包括該存儲器件的電子設(shè)備以及制造該存儲器件的方法。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一方面，提供一種存儲器件，該存儲器件包括：提供在基板上的第一電極線層，該第一電極線層包括在第一方向上延伸并且彼此間隔開的多條第一電極線；提供在第一電極線層上的第二電極線層，該第二電極線層包括在不同于第一方向的第二方向上延伸并且彼此間隔開的多條第二電極線；提供在第二電極線層上的第三電極線層，該第三電極線層包括在第一方向上延伸并且彼此間隔開的多條第三電極線；提供在第一和第二電極線層之間的第一存儲單元層，該第一存儲單元層包括布置在所述多條第一電極線和所述多條第二電極線的相應(yīng)交叉處的多個第一存儲單元；提供在第二和第三電極線層之間的第二存儲單元層，該第二存儲單元層包括布置在所述多條第二電極線與所述多條第三電極線的相應(yīng)交叉處的多個第二存儲單元；第一間隔物，覆蓋所述多個第一存儲單元的每個的側(cè)表面；以及第二間隔物，覆蓋所述多個第二存儲單元的每個的側(cè)表面。所述多個第一和第二存儲單元的每個可以包括在向上方向或向下方向上堆疊的選擇器件、電極和可變電阻圖案，并且第一間隔物可以具有不同于第二間隔物的厚度的厚度。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一方面，提供一種存儲器件，該存儲器件包括：提供在基板上的第一電極線層，該第一電極線層包括在第一方向上延伸并且彼此間隔開的多條第一電極線；提供在第一電極線層上的第二電極線層，該第二電極線層包括在不同于第一方向的第二方向上延伸并且彼此間隔開的多條第二電極線；提供在第二電極線層上的第三電極線層，該第三電極線層包括在第一方向上延伸并且彼此間隔開的多條第三電極線；提供在第一和第二電極線層之間的第一存儲單元層，該第一存儲單元層包括布置在所述多條第一電極線與所述多條第二電極線的相應(yīng)交叉處的多個第一存儲單元；提供在第二和第三電極線層之間的第二存儲單元層，該第二存儲單元層包括布置在所述多條第二電極線與所述多條第三電極線的相應(yīng)交叉處的多個第二存儲單元；第一間隔物，覆蓋所述多個第一存儲單元的每個的側(cè)表面；以及第二間隔物，覆蓋所述多個第二存儲單元的每個的側(cè)表面。所述多個第一和第二存儲單元的每個可以包括在向上方向或向下方向上堆疊的選擇器件、電極和可變電阻圖案，第一間隔物和第二間隔物的至少之一可以包括在可變電阻圖案上施加壓應(yīng)力或張應(yīng)力的材料。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一方面，提供一種電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括：處理器，配置為執(zhí)行命令并處理數(shù)據(jù)；存儲通道，包括連接到處理器的至少一條信號線；第一存儲器件，通過存儲通道連接到處理器，第一存儲器件包括具有第一操作速度和非易失性能的第一級存儲器；以及第二存儲器件，通過存儲通道連接到處理器，第二存儲器件包括具有比第一操作速度快的第二操作速度的第二級存儲器。第一級存儲器可以包括至少兩個存儲單元層，所述至少兩個存儲單元層的每個具有交叉點結(jié)構(gòu)并包括多個存儲單元。所述多個存儲單元的每個可以包括選擇器件、電極和可變電阻圖案。覆蓋所述至少兩個存儲單元層的其中之一中的所述多個存儲單元的每個的側(cè)表面的第一間隔物可以具有不同于覆蓋所述至少兩個存儲單元層中的至少一個其它存儲單元層中的所述多個存儲單元的每個的側(cè)表面的第二間隔物的厚度的厚度。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一方面，提供一種制造存儲器件的方法，該方法包括：在基板上形成第一電極線層，該第一電極線層包括在第一方向上延伸并且在不同于第一方向的第二方向上彼此間隔開的多條第一電極線；在第一電極線層上形成第一存儲單元層，該第一存儲單元層包括多個第一存儲單元，每個第一存儲單元包括順序地堆疊的第一下電極、第一選擇器件、第一中間電極、第一加熱電極和第一可變電阻圖案，所述多個第一存儲單元電連接到所述多條第一電極線并且在第一和第二方向上彼此間隔開；對于所述多個第一存儲單元的每個，在第一下電極和第一選擇器件的側(cè)表面上形成第一內(nèi)部間隔物；對于所述多個第一存儲單元的每個，在第一內(nèi)部間隔物、第一中間電極、第一加熱電極和第一可變電阻圖案的側(cè)表面上形成第一間隔物；在第一存儲單元層上形成第二電極線層，該第二電極線層包括在第二方向上延伸且在第一方向上彼此間隔開并且電連接到所述多個第一存儲單元的多條第二電極線；在第二電極線層上形成第二存儲單元層，該第二存儲單元層包括多個第二存儲單元，每個第二存儲單元包括順序地堆疊的第二電極、第二選擇器件、第二中間電極、第二加熱電極和第二可變電阻圖案，所述多個第二存儲單元電連接到所述多條第二電極線并且在第一和第二方向上彼此間隔開；對于所述多個第二存儲單元的每個，在第二下電極和第二選擇器件的側(cè)表面上形成第二內(nèi)部間隔物；對于所述多個第二存儲單元的每個，在第二中間電極、第二加熱電極和第二可變電阻圖案的至少側(cè)表面上形成第二間隔物；以及在第二存儲單元層上形成第三電極線層，該第三電極線層包括在第一方向上延伸并且在第二方向上彼此間隔開以及電連接到所述多個第二存儲單元的多條第三電極線，其中第一間隔物可以具有不同于第二間隔物的厚度的厚度。
附圖說明
從以下結(jié)合附圖的詳細描述，本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式將被更清楚地理解，在附圖中：
圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件的等效電路圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件的透視圖；
圖3是沿圖2的線x-x'和y-y'截取的截面圖；
圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的由間隔物的厚度變化所致的存儲單元的設(shè)置電阻和復(fù)位電阻(rset和rreset)的變化的曲線圖；
圖5是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的通過施加到存儲單元的電壓而在可變電阻圖案中形成的離子擴散路徑的圖；
圖6是示意性地顯示表現(xiàn)出雙向閾值開關(guān)(ots)性能的選擇器件的電壓電流曲線的曲線圖；
圖7至14、15a和15b是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件的并且對應(yīng)于圖3的截面圖的截面圖；
圖16是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件的透視圖；
圖17是沿圖16的線2x-2x'和2y-2y'截取的截面圖；
圖18是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件的透視圖；
圖19是沿圖18的線3x-3x'和3y-3y'截取的截面圖；
圖20是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件的并且對應(yīng)于圖17的截面圖的截面圖；
圖21是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件的并且對應(yīng)于圖19的截面圖的截面圖；
圖22a至22l是用于描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的制造存儲器件(例如圖3的存儲器件)的工藝的截面圖；
圖23a至23c是用于描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的制造存儲器件(例如圖3的存儲器件)的工藝的截面圖；以及
圖24是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的計算機系統(tǒng)的框圖。
因為圖1-24中的圖旨在說明目的，所以圖中的元件不必按比例描繪。例如，為了清晰起見，一些元件可以被放大或夸大。
具體實施方式
在下文，將參考附圖更全面地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式。
圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件100的等效電路圖。
參考圖1，存儲器件100可以包括下字線wl11和wl12以及上字線wl21和wl22，該下字線wl11和wl12在第一方向x上延伸并且在垂直于第一方向x的第二方向y上彼此間隔開，該上字線wl21和wl22在第一方向x上延伸并且在第二方向y上彼此間隔開并且在垂直于第一和第二方向x和y的第三方向z上與下字線wl11和wl12間隔開。此外，存儲器件100可以包括公共位線bl1、bl2、bl3和bl4，該公共位線bl1、bl2、bl3和bl4在第一方向x上彼此間隔開并且在第三方向z上與上字線wl21和wl22以及下字線wl11和wl12間隔開，且在第二方向y上延伸。
第一和第二存儲單元mc1和mc2可以分別提供在公共位線bl1、bl2、bl3和bl4與下字線wl11和wl12之間以及公共位線bl1、bl2、bl3和bl4與上字線wl21和wl22之間。例如，第一存儲單元mc1可以布置在公共位線bl1、bl2、bl3和bl4與下字線wl11和wl12的相應(yīng)交叉處，每個第一存儲單元mc1可以包括用于存儲數(shù)據(jù)的可變電阻圖案me和用于選擇可變電阻圖案me的選擇器件sw。第二存儲單元mc2可以布置在公共位線bl1、bl2、bl3和bl4與上字線wl21和wl22的相應(yīng)交叉處，每個第二存儲單元mc2也可以包括用于存儲數(shù)據(jù)的可變電阻圖案me和用于選擇可變電阻圖案me的選擇器件sw。同時，選擇器件sw可以被稱為開關(guān)器件、隔離器件或訪問器件。選擇器件sw可以用于在可變電阻圖案me的編程或讀取期間訪問可變電阻圖案me。
第一和第二存儲單元mc1和mc2可具有基本上相同的結(jié)構(gòu)并且可以在第三方向z上布置。例如，在布置于下字線wl11和公共位線bl1之間的第一存儲單元mc1中，選擇器件sw可以電連接到下字線wl11，可變電阻圖案me可以電連接到公共位線bl1，可變電阻圖案me和選擇器件sw可以彼此串聯(lián)連接。類似地，在布置于上字線wl21和公共位線bl1之間的第二存儲單元mc2中，可變電阻圖案me可以電連接到上字線wl21，選擇器件sw可以電連接到公共位線bl1，可變電阻圖案me和選擇器件sw可以彼此串聯(lián)連接。
本發(fā)明構(gòu)思不限于以上示例。例如，與在圖1中示出的不同，在第一和第二存儲單元mc1和mc2的每個中，選擇器件sw和可變電阻圖案me的位置可以彼此交換。此外，當沿第三方向z看時，第一和第二存儲單元mc1和mc2可以布置為具有關(guān)于公共位線bl1、bl2、bl3和bl4的對應(yīng)一個的對稱配置。例如，第一和第二存儲單元mc1和mc2可以以第一存儲單元mc1的可變電阻圖案me和選擇器件sw可以分別連接到下字線wl11和公共位線bl1并且第二存儲單元mc2的可變電阻圖案me和選擇器件sw可以分別連接到上字線wl21和公共位線bl1這樣的方式關(guān)于公共位線bl1對稱地布置。
在下文中，將簡要地描述操作存儲器件100的方法。例如，在電壓通過字線wl11、wl12、wl21和wl22以及公共位線bl1、bl2、bl3和bl4被施加到第一存儲單元mc1或第二存儲單元mc2的可變電阻圖案me的情形下，電流可以流過可變電阻圖案me?？勺冸娮鑸D案me可以包括例如在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間可逆地可切換的相變材料(pcm)層。然而，可變電阻圖案me不限于此，并且其電阻能夠通過施加到其的電壓而變化的任何可變電阻材料可以被用作可變電阻圖案me。例如，如果第一和第二存儲單元mc1和mc2的至少之一被選擇，則被選擇的存儲單元的可變電阻圖案me的電阻可以通過施加到可變電阻圖案me的電壓而在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間可逆地切換。
取決于可變電阻圖案me的電阻的變化，諸如“0”或“1”的數(shù)字數(shù)據(jù)可以被存儲在第一和第二存儲單元mc1和mc2中。類似地，隨著可變電阻圖案me的電阻變回到其原始值，所存儲的數(shù)字數(shù)據(jù)可以被從第一和第二存儲單元mc1和mc2擦除。例如，高阻態(tài)“0”和低阻態(tài)“1”可以作為數(shù)據(jù)被寫入第一和第二存儲單元mc1和mc2中。這里，將高阻態(tài)“0”改變?yōu)榈妥钁B(tài)“1”的操作可以被稱為“設(shè)置操作”，將低阻態(tài)“1”改變?yōu)楦咦钁B(tài)“0”的操作可以被稱為“復(fù)位操作”。然而，存儲在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的第一和第二存儲單元mc1和mc2中的數(shù)字數(shù)據(jù)不限于高阻態(tài)“0”和低阻態(tài)“1”，而是各種電阻態(tài)可以被存儲在第一和第二存儲單元mc1和mc2中。例如，通過施加不同振幅的電壓到某些材料，電阻可以切換到多個值。代替二元電阻態(tài)，這些多個電阻值可以用于存儲數(shù)據(jù)。
第一和第二存儲單元mc1和mc2可以通過選擇字線wl11、wl12、wl21和wl22以及公共位線bl1、bl2、bl3和bl4而被選擇性地尋址，第一和第二存儲單元mc1和mc2可以通過施加信號到字線wl11、wl12、wl21和wl22以及公共位線bl1、bl2、bl3和bl4而被編程。此外，第一和第二存儲單元mc1和mc2的可變電阻圖案的電阻(或編程數(shù)據(jù))可以通過測量流過公共位線bl1、bl2、bl3和bl4的電流而被確定。
圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件的透視圖，圖3是沿圖2的線x-x'和y-y'截取的截面圖。為了減小圖中的復(fù)雜性并為了提供本發(fā)明構(gòu)思的更好理解，從圖3省略了絕緣層160a、160b、160c、160d和160e。
參考圖2和3，存儲器件100可以包括基板101、第一電極線層110l、第二電極線層120l、第三電極線層130l、第一存儲單元層mcl1、第二存儲單元層mcl2、第一間隔物150-1和第二間隔物150-2。
如圖2和3所示，層間絕緣層105可以布置在基板101上。層間絕緣層105可以由氧化物材料(例如，硅氧化物)或氮化物材料(例如，硅氮化物)形成，并且可以用于電分離第一電極線層110l與基板101。雖然，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100中，層間絕緣層105布置在基板101上，但是這僅是本實施方式的一示例。例如，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100中，集成電路層可以布置在基板101上，并且存儲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存儲單元的操作的外圍電路和/或用于計算的磁心電路。這里，其中包括外圍電路和/或磁心電路的集成電路層布置在基板上并且存儲單元布置在集成電路層上的結(jié)構(gòu)可以被稱為“外圍上單元(cop)結(jié)構(gòu)”。
第一電極線層110l可以包括在第一方向x上延伸并且提供為彼此平行且在不同于第一方向x的第二方向y上彼此間隔開的多條第一電極線110。第二電極線層120l可以包括在第二方向y上延伸并且提供為彼此平行且在第一方向x上彼此間隔開的多條第二電極線120。此外，第三電極線層130l可以包括在第一方向x上延伸并且提供為彼此平行且在第二方向y上彼此間隔開的多條第三電極線130。雖然第三電極線130在第三方向z上在它們的位置上不同于第一電極線110，但是第三電極線130可以在延伸方向或布置方面與第一電極線110基本上相同。在這種意義上講，第三電極線130可以被稱為“第三電極線層130l的第一電極線”。
在存儲器件的運行方面，第一和第三電極線110和130可以用作字線，第二電極線120可以用作位線。或者，第一和第三電極線110和130可以用作位線，第二電極線120可以用作字線。在第一和第三電極線110和130用作字線的情形下，第一電極線110可以用作下字線并且第三電極線130可以用作上字線。此外，第二電極線120可以被下字線和上字線共用。也就是，第二電極線120可以用作公共位線。
第一電極線110、第二電極線120和第三電極線130的每個可以包括例如金屬、導(dǎo)電的金屬氮化物、導(dǎo)電的金屬氧化物或其組合。例如，第一電極線110、第二電極線120和第三電極線130的每個可以包括鎢(w)、鎢氮化物(wn)、金(au)、銀(ag)、銅(cu)、鋁(al)、鈦鋁氮化物(tialn)、銥(ir)、鉑(pt)、鈀(pd)、釕(ru)、鋯(zr)、銠(rh)、鎳(ni)、鈷(co)、鉻(cr)、錫(sn)、鋅(zn)、銦錫氧化物(ito)、其合金或其組合，或由之形成。此外，第一電極線110、第二電極線120和第三電極線130的每個可以包括金屬層以及覆蓋金屬層的至少一部分的導(dǎo)電阻擋層。導(dǎo)電阻擋層可以包括例如ti、tin、ta、tan或其組合，或者由之形成。
第一存儲單元層mcl1可以包括在第一和第二方向x和y彼此間隔開并且可以用作圖1的第一存儲單元mc1的多個第一存儲單元140-1。第二存儲單元層mcl2可以包括在第一和第二方向x和y彼此間隔開并且可以用作圖1的第二存儲單元mc2的多個第二存儲單元140-2。如圖2所示，第一電極線110和第二電極線120可以提供為彼此交叉，并且第二電極線120和第三電極線130可以提供為彼此交叉。第一存儲單元140-1可以提供在第一電極線層110l和第二電極線層120l之間并且在第一電極線110和第二電極線120的相應(yīng)交叉處，并且可以連接到第一電極線110和第二電極線120。第二存儲單元140-2可以提供在第二和第三電極線層120l和130l之間并且在第二和第三電極線120和130的相應(yīng)交叉處，并且可以連接到第二和第三電極線120和130。
第一和第二存儲單元140-1和140-2的每個可以提供為有具有矩形剖面的柱狀結(jié)構(gòu)。當然，第一和第二存儲單元140-1和140-2的結(jié)構(gòu)不限于此。例如，第一和第二存儲單元140-1和140-2可以提供為有具有圓形、橢圓形和多邊形部分的各種柱結(jié)構(gòu)。此外，取決于用于形成它們的方法，第一和第二存儲單元140-1和140-2可以提供為具有在向上或向下方向上減小的寬度。例如，在第一和第二存儲單元140-1和140-2經(jīng)由蝕刻工藝形成的情形下，第一和第二存儲單元140-1和140-2可以形成為具有在向上方向上減小的寬度。在第一和第二存儲單元140-1和140-2經(jīng)由鑲嵌工藝形成的情形下，第一和第二存儲單元140-1和140-2可以形成為具有在向下方向上減小的寬度。在蝕刻或鑲嵌工藝被控制以實現(xiàn)實質(zhì)上豎直輪廓的情形下，第一和第二存儲單元140-1和140-2的每個在寬度上的豎直差異可以減小或被消除。雖然在圖中第一和第二存儲單元140-1和140-2被示為具有豎直側(cè)表面輪廓從而減小復(fù)雜度，但是第一和第二存儲單元140-1和140-2可以提供為具有其底部寬度大于或小于其頂部寬度的結(jié)構(gòu)。
每個第一存儲單元140-1和每個第二存儲單元140-2可以分別包括下電極141-1和下電極141-2、選擇器件143-1和選擇器件143-2、中間電極145-1和中間電極145-2、加熱電極147-1和加熱電極147-2、以及可變電阻圖案149-1和可變電阻圖案149-2。因為第一和第二存儲單元140-1和140-2具有實質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)，所以為了描述的方便，將參考第一存儲單元140-1給出以下描述。
在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，可變電阻圖案149-1(或圖1的me)可以包括其相取決于加熱時間能夠在非晶態(tài)和結(jié)晶態(tài)之間可逆地切換的相變材料。一般而言，相變材料可以以非晶相和一個晶相或有時若干晶相存在，并且它們能夠在這些相之間快速地且重復(fù)地切換。例如，可變電阻圖案149-1可以包括其相位能夠使用在電壓被施加到可變電阻圖案149-1的兩個端子時產(chǎn)生的焦耳熱而可逆地變化并且其電阻能夠通過相的這樣的變化而變化的材料。詳細地，相變材料可以在它具有非晶相時處于高阻態(tài)并且可以在它具有晶相時處于低阻態(tài)。在存儲器件中，可變電阻圖案149-1的高阻態(tài)和低阻態(tài)可以分別被定義和存儲為“數(shù)據(jù)0”和“數(shù)據(jù)1”。
在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，可變電阻圖案149-1可以包括在周期表的第vi族中的元素的至少之一(例如硫族元素)并且可選地包括包含在第iii、iv或v族中的化學元素的至少之一的化學修飾劑。例如，可變電阻圖案149-1可以由ge-sb-te(鍺-銻-碲，gst)形成，或者包括ge-sb-te(鍺-銻-碲，gst)。這里，在以上化學式中，連字符(-)用于表示在其中包括列出的元素的所有化學混合物或化合物。例如，表達式“ge-sb-te”可以表示各種材料，諸如ge2sb2te5、ge2sb2te7、ge1sb2te4和ge1sb4te7。
除以上材料(即，ge-sb-te(gst))以外，可變電阻圖案149-1可以包括其它各種相變材料。用于可變電阻圖案149-1的相變材料的成分可以包含包括但是不限于以下元素的不同元素的混合物：鍺(ge)、銻(sb)、碲(te)、銦(in)、硒(se)、鎵(ga)、砷(as)、鋁(al)、鉍(bi)、錫(sn)、氧(o)、硫(s)、氮(n)、金(au)、鈀(pd)、鈦(ti)、鈷(co)、銀(ag)和鎳(ni)。例如，可變電阻圖案149-1可以包括ge-te、sb-te、in-se、ga-sb、gesb、in-sb、as-te、al-te、bi-sb-te(bst)、in-sb-te(ist)、ge-sb-te(gst)、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、ge-sb-te-n、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、ge-bi-sb-te、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、ge-in-sb-te、in-sn-sb-te、as-ge-sb-te及其組合中的至少一種。
可變電阻圖案149-1可以形成為具有各種化學計量成分?？勺冸娮鑸D案149-1的結(jié)晶溫度、熔化溫度和結(jié)晶能量可以取決于化學計量成分而變化，并因而，通過改變化學計量成分，可變電阻圖案149-1的相變速度和數(shù)據(jù)保持性能可以被控制。
可變電阻圖案149-1還可以包括例如用作雜質(zhì)的碳(c)、氮(n)、硅(si)、氧(o)、鉍(bi)、硼(b)、銦(in)和錫(sn)的至少一種。存儲器件100的驅(qū)動電流可以由于雜質(zhì)的存在而變化。此外，可變電阻圖案149-1還可以包括金屬元素。例如，可變電阻圖案149-1可以包括鋁(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)、鑭(la)、鉭(ta)、銥(ir)、鉑(pt)、鋯(zr)、鉈(tl)、鉛(pb)和釙(po)的至少一種。所述金屬元素的存在可以導(dǎo)致可變電阻圖案149-1的電和熱傳導(dǎo)性的提高，因而，可變電阻圖案149-1的結(jié)晶速度和設(shè)置速度(setspeed)可以提高。此外，在其中所述金屬元素被包括在可變電阻圖案149-1中的情形下，可變電阻圖案149-1的數(shù)據(jù)保持性能可以增強。
可變電阻圖案149-1可具有其中具有不同物理性質(zhì)的兩個或更多層被堆疊的多層結(jié)構(gòu)?？勺冸娮鑸D案149-1的層的數(shù)量或厚度可以不同地變化。阻擋層可以進一步提供在可變電阻圖案149-1的層之間。阻擋層可以配置為防止材料在可變電阻圖案149-1的層之間擴散。例如，阻擋層可以防止材料從所述層中的先形成的層擴散到所述層中的后形成的層。阻擋層可以包括但是不限于：sin、tin、ta2o5、wn、tan、tisin、tasin、氮重摻雜的gst或其組合。
可變電阻圖案149-1可以提供為包括交替地堆疊在彼此上并且包括彼此不同的材料的多個層，從而具有超晶格結(jié)構(gòu)。例如，可變電阻圖案149-1可以包括分別由ge-te和sb-te形成并且交替地堆疊在彼此上的第一和第二層。然而，第一和第二層的材料不限于ge-te和sb-te，前述各種材料可以被用于第一和第二層。
如上所述，可變電阻圖案149-1可以包括所述相變材料，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。例如，根據(jù)本實施方式的存儲器件100的可變電阻圖案149-1可以包括表現(xiàn)出可變電阻性能的各種其它材料。
在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，可變電阻圖案149-1可以包括過渡金屬氧化物，并且在這種情形下，存儲器件100可以是電阻式隨機存取存儲器(reram)。在可變電阻圖案149-1包括過渡金屬氧化物的情形下，編程操作可以被執(zhí)行以在可變電阻圖案149-1中產(chǎn)生或破壞至少一個電路徑。在電路徑產(chǎn)生時，可變電阻圖案149-1可具有低電阻，在電路徑被破壞時，可變電阻圖案149-1可具有高電阻?？勺冸娮鑸D案149-1的電阻水平的這樣的差異可以用于在存儲器件100中存儲數(shù)據(jù)。
在可變電阻圖案149-1由過渡金屬氧化物形成的情形下，過渡金屬氧化物可以包括至少一種金屬元素(例如ta、zr、ti、hf、mn、釔(y)、ni、co、zn、鈮(nb)、cu、fe和cr)。例如，過渡金屬氧化物可以包括每個由ta2o5-x、zro2-x、tio2-x、hfo2-x、mno2-x、y2o3-x、nio1-y、nb2o5-x、cuo1-y和fe2o3-x中的至少之一形成的一個或更多層。在以上列出的材料中，未知參數(shù)(即，x和y)可以被選擇以滿足0≤x≤1.5和0≤y≤0.5的條件，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。
在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，可變電阻圖案149-1可具有在其中提供兩個磁電極和插置在其間的電介質(zhì)材料的磁隧道結(jié)(mtj)結(jié)構(gòu)，并且在這種情形下，存儲器件100可以是磁ram(mram)。
以上描述的兩個磁電極可以用作磁化固定層和磁化自由層，并且插置在其間的電介質(zhì)材料可以用作隧穿勢壘層。磁化固定層可具有固定的磁化方向，磁化自由層可具有能夠被切換為平行或反平行于磁化固定層的磁化方向的磁化方向。磁化固定層和磁化自由層的磁化方向可以平行于隧穿勢壘層的表面，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。例如，磁化固定層和磁化自由層可具有垂直于隧穿勢壘層的表面的磁化方向。
在磁化自由層和磁化固定層的磁化方向彼此平行的情形下，可變電阻圖案149-1可具有第一電阻。作為比較，在其中磁化自由層和磁化固定層的磁化方向彼此反平行的情形下，可變電阻圖案149-1可具有第二電阻?？勺冸娮鑸D案149-1的電阻水平的這樣的差異可以用于在存儲器件100中存儲數(shù)據(jù)。磁化自由層的磁化方向可以使用編程電流中的電子的自旋扭矩而改變。
磁化固定層和磁化自由層的每個可以包括磁性材料。這里，磁化固定層還可以包括反鐵磁材料，允許磁化固定層中的鐵磁材料具有固定的磁化方向。隧穿勢壘層可以由至少一種氧化物材料形成或包括至少一種氧化物材料，每個氧化物材料包括例如mg、ti、al、mgzn和mgb的其中之一，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。鐵磁材料的示例可以包括，但是不限于：fe、ni、co和它們的合金中的許多。反鐵磁材料的示例可以包括，但是不限于：mno、feo、coo、nio、cr、mn、mno4、mns、fecl3和mnf2。
選擇器件143-1(或圖1的sw)可以用作控制流過其的電流的流動的電流調(diào)整層。選擇器件143-1可以包括其電阻能夠通過施加到選擇器件143-1的兩側(cè)的電壓而變化的層。例如，選擇器件143-2可以包括表現(xiàn)出ots性能的雙向閾值開關(guān)(ots)材料。關(guān)于包括ots材料的選擇器件143-1的功能，當比閾值電壓vt低的電壓被施加到選擇器件143-1時，選擇器件143-1可以處于防止電流流過的高阻態(tài)，并且當比閾值電壓vt高的電壓被施加到選擇器件143-1時，選擇器件143-1可以處于允許電流流過的低阻態(tài)。此外，在流過選擇器件143-1的電流小于保持電流的情形下，選擇器件143-1可以切換到高阻態(tài)。將參考圖6更詳細地描述選擇器件143-1的ots性能。
選擇器件143-1可以包括用作ots材料的硫族化物材料。ots材料和相變材料(pcm)可以處于同一類，但是ots材料通常在非晶相被凍結(jié)。在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，硫族化物材料可以包括在周期表的第vi族中的元素的至少之一(例如硫族元素)并且選擇性地包括包含在第iii、iv或v族中的化學元素的至少之一的化學修飾劑。硫(s)、硒(se)和碲(te)可以是典型的硫族元素，其可以被包括在選擇器件143-1中。二價鍵和孤對電子的存在可以被認為是硫族元素的顯著特性。在硫族化物材料中，硫族元素可以通過二價鍵彼此鍵合以形成鏈結(jié)構(gòu)和環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并且孤對電子可以用作用于形成導(dǎo)電細絲的電子源。例如，三價或四價修飾劑(例如鋁(al)、鎵(ga)、銦(in)、鍺(ge)、錫(sn)、硅(si)、磷(p)、砷(as)和銻(sb))可以被包含在硫族元素的鏈和環(huán)狀結(jié)構(gòu)中以調(diào)節(jié)硫族化物材料的結(jié)構(gòu)剛度，并且基于它的結(jié)晶或其它結(jié)構(gòu)重排能力，硫族化物材料可以被分為切換材料和相變材料。
在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，選擇器件143-1可以包括硅(si)、碲(te)、砷(as)、鍺(ge)、銦(in)、或其任何組合。例如，選擇器件143-1的化合物可以包括大約14at.％的硅(si)、大約39at.％的碲(te)、大約37at.％的砷(as)、大約9at.％的鍺(ge)以及大約1at.％的銦(in)。這里，原子百分數(shù)“at.％”可以通過一種原子相對原子總數(shù)的百分比給出，并且該術(shù)語在以下將以相同含義使用。
在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，選擇器件143-1可以包括硅(si)、碲(te)、砷(as)、鍺(ge)、硫(s)、硒(se)或其組合。例如，選擇器件143-1的化合物可以包括大約5at.％的硅(si)、大約34at.％的碲(te)、附近28at.％的砷(as)、大約11at.％的鍺(ge)、大約21at.％的硫(s)以及大約1at.％的硒(se)。
在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，選擇器件143-1可以包括碲(te)、砷(as)、鍺(ge)、硫(s)、硒(se)、銻(sb)或其組合。例如，選擇器件143-1的成分可以包括大約21at.％的碲(te)、大約10at.％的砷(as)、大約15at.％的鍺(ge)、大約2at.％的硫(s)、大約50at.％的硒(se)以及大約2at.％的銻(sb)。
在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件100中，選擇器件143-1不限于ots材料。例如，選擇器件143-1可以包括能夠提供切換功能或器件選擇功能的各種材料。例如，選擇器件143-1可以包括例如二極管、隧道結(jié)、pnp二極管、雙極結(jié)晶體管(bjt)或混合離子電子傳導(dǎo)(miec)器件。
加熱電極147-1可以布置在中間電極145-1和可變電阻圖案149-1之間。加熱電極147-1可以用于在設(shè)置或復(fù)位操作中加熱可變電阻圖案149-1。加熱電極147-1可以由導(dǎo)電材料形成或包括導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料不與可變電阻圖案149-1反應(yīng)并且產(chǎn)生足夠的熱量以改變可變電阻圖案149-1的相。在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，加熱電極147-1可以包括例如tin、tisin、tialn、tasin、taaln、tan、wsi、wn、tiw、mon、nbn、tibn、zrsin、wsin、wbn、zraln、moaln、tial、tion、tialon、won、taon、碳(c)、硅碳化物(sic)、硅碳氮化物(sicn)、碳氮化物(cn)、鈦碳氮化物(ticn)、鉭碳氮化物(tacn)、包括其組合的高熔點金屬、或其氮化物，或者由之形成。然而，加熱電極147-1的材料不限于此。
在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，加熱電極147-1可以由碳基材料形成，該碳基材料包括但是不限于：非晶碳(c)、石墨烯、石墨、碳納米管(cnt)、非晶類金剛石碳(dlc)、硅碳化物(sic)、硼碳化物(bc)、硅碳氮化物(sicn)、碳氮化物(cn)、鈦碳氮化物(ticn)、鉭碳氮化物(tacn)和其它類似的碳基材料。
下電極141-1和中間電極145-1可以與選擇器件143-1接觸，并且可以用作電流路徑以及可以由導(dǎo)電材料形成。例如，下電極141-1和中間電極145-1的每個可以由例如金屬、導(dǎo)電金屬氮化物、導(dǎo)電金屬氧化物或其組合形成，或包括例如金屬、導(dǎo)電金屬氮化物、導(dǎo)電金屬氧化物或其組合。例如，下電極141-1和中間電極145-1可以包括tin層，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，下電極141-1和中間電極145-1的每個可以包括由金屬或?qū)щ娊饘俚镄纬傻膶?dǎo)電層以及形成為覆蓋導(dǎo)電層的至少一部分的至少一個導(dǎo)電阻擋層。導(dǎo)電阻擋層可以由例如金屬氧化物、金屬氮化物或其組合形成，或者包括例如金屬氧化物、金屬氮化物或其組合，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。
一般而言，當選擇器件143-1是基于ots性能時，選擇器件143-1可以包括處于非晶態(tài)的硫族化物材料。然而，存儲器件100的按比例縮小可能導(dǎo)致可變電阻圖案149-1、選擇器件143-1、加熱電極147-1、下電極141-1和/或中間電極145-1的厚度、寬度和距離的減小。因此，當在存儲器件100的操作期間可變電阻圖案149-1的相位通過在加熱電極147-1中產(chǎn)生的熱而變化時，與加熱電極147-1相鄰的選擇器件143-1可能受加熱工藝影響。例如，選擇器件143-1可以通過在與其相鄰的加熱電極147-1中產(chǎn)生的熱而部分地結(jié)晶。也就是，可能存在選擇器件143-1的劣化或損壞。
作為比較，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100中，中間電極145-1可以厚地形成以防止在加熱電極147-1中產(chǎn)生的熱傳遞到選擇器件143-1。為了這樣的隔熱，中間電極145-1可以形成為比下電極141-1厚，如圖2和3所示。例如，中間電極145-1可具有在大約10nm至大約100nm的范圍內(nèi)的厚度。然而，中間電極145-1的厚度不限于這個范圍。此外，為了隔熱，中間電極145-1可以包括至少一個熱阻擋層。阻擋層的厚度可以在大約1nm至大約50nm的范圍內(nèi)。在中間電極145-1包括兩個或更多熱阻擋層的情形下，中間電極145-1可具有其中熱阻擋層和電極層交替地堆疊的結(jié)構(gòu)。
第一間隔物150-1可以提供為圍繞第一存儲單元140-1的側(cè)表面。第二間隔物150-2可以提供為圍繞第二存儲單元140-2的側(cè)表面。因為第一和第二間隔物150-1和150-2提供為圍繞第一和第二存儲單元140-1和140-2的側(cè)表面，所以第一和第二間隔物150-1和150-2可以用于保護第一和第二存儲單元140-1和140-2(具體地，可變電阻圖案149-1和149-2和/或選擇器件143-1和143-2)。例如，第一和第二間隔物150-1和150-2可以防止第一和第二存儲單元140-1和140-2在隨后的工藝中(例如在清潔工藝或金屬圖案化工藝中)被不必要地污染或蝕刻。例如，第一和第二間隔物150-1和150-2可具有關(guān)于在隨后的工藝中使用的蝕刻劑的抗蝕刻性。
第一和第二間隔物150-1和150-2可以在第一和第二存儲單元140-1和140-2上施加張應(yīng)力或壓應(yīng)力，從而增強第一和第二存儲單元140-1和140-2的電流特性。從第一和第二間隔物150-1和150-2施加于第一和第二存儲單元140-1和140-2上的張應(yīng)力或壓應(yīng)力將參考圖18至21被更詳細地描述。
第一和第二間隔物150-1和150-2可以包括例如能夠保護第一和第二存儲單元140-1和140-2的氧化物(例如硅氧化物(sio2)或鋁氧化物(al2o3))、氮化物(例如硅氮化物(si3n4))和氮氧化物(例如硅氮氧化物)中的至少一種材料，或者由之形成。第一和第二間隔物150-1和150-2可以使用至少一種共形沉積方法(例如熱和等離子體化學氣相沉積(cvd)或原子層沉積(ald)技術(shù))形成。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100中，第一間隔物150-1可具有第一厚度t1，第二間隔物150-2可具有第二厚度t2。如圖2和3所示，第一間隔物150-1的第一厚度t1可以大于第二間隔物150-2的第二厚度t2。這里，第一和第二間隔物150-1和150-2的每個的厚度可以被定義為在垂直于第一和第二存儲單元140-1和140-2的每個的側(cè)表面的方向上測量的厚度。例如，第一和第二間隔物150-1和150-2的每個的厚度可以被定義為實質(zhì)上平行于第一和第二存儲單元140-1和140-2的側(cè)表面的部分的厚度。此外，第一間隔物150-1的第一厚度t1可以是在垂直于第一存儲單元140-1的可變電阻圖案149-1的側(cè)表面的方向上測量的厚度，第二間隔物150-2的第二厚度t2可以是在垂直于第二存儲單元140-2的可變電阻圖案149-2的側(cè)表面的方向上測量的厚度。也就是，厚度是在間隔物覆蓋可變電阻圖案的位置處的度量。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100中，通過厚地形成第一存儲單元140-1的第一間隔物150-1并且薄地形成第二存儲單元140-2的第二間隔物150-2，第一和第二存儲單元140-1和140-2的電阻特性可以增強。這可以減小第一和第二存儲單元140-1和140-2之間的電特性的變化，其中第一和第二存儲單元140-1和140-2在根據(jù)本實施方式的存儲器件100中被提供在不同的水平或?qū)犹帯?/p>
在其中存儲器件具有三維(3d)交叉點堆疊結(jié)構(gòu)的情形下，存儲器件中的存儲單元可能遭受電特性的變化的增加和感測裕度(s/m)的減小。詳細地，當與傳統(tǒng)的單層結(jié)構(gòu)比較時，3d堆疊結(jié)構(gòu)可具有增加的存儲單元密度和存儲單元的特性方面的增加的豎直變化，其引起在3d堆疊結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)的存儲單元的電特性的增加的變化。將參考圖5更詳細地描述存儲單元特性的豎直變化。
s/m的減小可能由存儲器件的按比例縮小引起。也就是，存儲器件的按比例縮小可能引起設(shè)置電阻的增加，而沒有復(fù)位電阻的任何實質(zhì)變化，并因此引起設(shè)置電阻和復(fù)位電阻之間的比值(即，感測裕度)的減小。一般而言，存儲器件的設(shè)置電阻可以較低(例如kω量級)，并且復(fù)位電阻可能非常高(例如mω量級)。假設(shè)面積的減小導(dǎo)致電阻的增加，存儲器件的按比例縮小(即，減小存儲器件中的面積)可能導(dǎo)致設(shè)置電阻的增加，但是可能在復(fù)位電阻方面實質(zhì)上沒有變化。只是，在電流路徑由導(dǎo)體形成的情形下，電流的量可以取決于電流路徑的截面積而變化，而在電流路徑由絕緣體形成的情形下，可能沒有電流流過電流路徑，與它的截面積無關(guān)。
對于存儲器件的3d交叉點堆疊結(jié)構(gòu)，可能需要控制存儲單元的電特性的變化并且可能還需要增加或最大化存儲器件的s/m。在根據(jù)本實施方式的存儲器件100中，因為覆蓋不同水平的存儲單元的間隔物形成為具有不同的厚度，所以它們可以增加或最大化存儲器件的s/m并且可以減小存儲單元的電特性的變化。例如，在第一和第二間隔物150-1和150-2形成為具有實質(zhì)上相同的厚度的情形下，第一存儲單元層mcl1的第一存儲單元140-1的設(shè)置電阻可以高于第二存儲單元層mcl2的第二存儲單元140-2的設(shè)置電阻。在這種情形下，如果第一存儲單元140-1的第一間隔物150-1厚地形成并且第二存儲單元140-2的第二間隔物150-2薄地形成，則第一和第二存儲單元140-1和140-2之間的設(shè)置電阻的差異可以減小或被消除。在相反的情形下，第一和第二存儲單元140-1和140-2之間的設(shè)置電阻的差異可以通過薄地形成第一存儲單元140-1的第一間隔物150-1并且通過厚地形成第二存儲單元140-2的第二間隔物150-2而減小或被消除。
基于以上描述的理由，間隔物厚度的調(diào)整可以用于控制存儲單元的設(shè)置電阻。然而，由于與參考按比例縮小描述的相同理由，間隔物厚度的調(diào)整可能導(dǎo)致存儲單元的復(fù)位電阻的細微變化。因此，間隔物厚度的調(diào)整可以通過存儲單元的設(shè)置電阻的變化而影響存儲單元的電特性或s/m性能的變化。將參考圖4更詳細地描述由間隔物厚度的變化所致的設(shè)置電阻和復(fù)位電阻的變化。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件100還可以包括第一內(nèi)部間隔物152-1和第二內(nèi)部間隔物152-2。第一內(nèi)部間隔物152-1可以提供為覆蓋第一存儲單元140-1的下電極141-1和選擇器件143-1，第二內(nèi)部間隔物152-2可以提供為覆蓋第二存儲單元140-2的下電極141-2和選擇器件143-2。為了選擇器件143-1和143-2的更有效保護，第一和第二內(nèi)部間隔物152-1和152-2可以使用與用于第一和第二間隔物150-1和150-2的工藝分開的工藝形成。然而，在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，第一和第二內(nèi)部間隔物152-1和152-2可以被省略。
如圖2和3所示，第一內(nèi)部間隔物152-1可以用第一間隔物150-1覆蓋，而第二內(nèi)部間隔物152-2可以不用第二間隔物150-2覆蓋。然而，在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，第二內(nèi)部間隔物152-2也可以用第二間隔物150-2覆蓋。此外，雖然第一和第二內(nèi)部間隔物152-1和152-2被示出為具有基本上相同的結(jié)構(gòu)和基本上相同的厚度，但是它們可以形成為具有不同的結(jié)構(gòu)和/或不同的厚度。
如上所述，第一和第二間隔物150-1和150-2的厚度可以被調(diào)整以控制存儲單元的電特性(例如設(shè)置電阻)的變化，但是這種調(diào)整或控制可以主要與可變電阻圖案149-1和149-2的電阻特性相關(guān)。換言之，這指的是第一和第二間隔物150-1和150-2的厚度的控制可以用于改變可變電阻圖案149-1和149-2的每個的結(jié)晶狀態(tài)或控制對應(yīng)于這樣的結(jié)晶狀態(tài)的電阻(即，分別對應(yīng)于結(jié)晶態(tài)和非晶態(tài)的設(shè)置電阻和復(fù)位電阻)。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100中，電特性通過間隔物厚度調(diào)整的變化的控制不限于可變電阻圖案149-1和149-2的電阻的控制。例如，間隔物厚度的調(diào)整可以用于控制選擇器件143-1和143-2的電流特性。同時，與可變電阻圖案149-1和149-2不同，因為選擇器件143-1和143-2沒有相變材料，所以選擇器件143-1和143-2的電流特性的控制可以指的是選擇器件143-1和143-2的閾值電壓的控制。
選擇器件143-1和143-2的電流特性可以通過調(diào)整第一間隔物150-1和第二間隔物150-2的厚度而被控制。然而，選擇器件143-1和143-2的電流特性可以通過調(diào)整第一和第二間隔物150-1和150-2和/或第一和第二內(nèi)部間隔物152-1和152-2的厚度而被控制。
如圖2所示，第一絕緣層160a可以布置在第一電極線110之間，第二絕緣層160b可以布置在第一存儲單元層mcl1的第一存儲單元140-1之間。此外，第三絕緣層160c可以布置在第二電極線120之間，第四絕緣層160d可以布置在第二存儲單元層mcl2的第二存儲單元140-2之間，第五絕緣層160e可以布置在第三電極線130之間。第一至第五絕緣層160a-160e可以由相同的絕緣材料形成，但是在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，第一至第五絕緣層160a-160e的至少之一可以由與其它層不同的絕緣材料形成。第一至第五絕緣層160a-160e可以由電介質(zhì)材料(例如氧化物或氮化物)形成并且可以使在每個層中的器件彼此電分離。同時，代替第二和第四絕緣層160b和160d的至少之一，可以形成氣隙。在形成了氣隙的情形下，具有特定厚度的絕緣襯層可以形成在氣隙與第一存儲單元140-1之間和/或氣隙與第二存儲單元140-2之間。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100中，因為在不同水平或?qū)拥牡谝缓偷诙鎯卧?40-1和140-2的間隔物150-1和150-2形成為具有不同的厚度，所以第一和第二存儲單元140-1和140-2的電阻(例如設(shè)置電阻)可以被控制。因此，通過調(diào)整第一和第二存儲單元140-1和140-2的間隔物150-1和150-2的厚度，根據(jù)本實施方式的存儲器件100的第一和第二存儲單元140-1和140-2的電阻特性的豎直變化可以減小。此外，通過調(diào)整第一和第二存儲單元140-1和140-2的間隔物150-1和150-2的厚度，根據(jù)本實施方式的存儲器件100的第一和第二存儲單元140-1和140-2的s/m可以增加。因此，通過調(diào)整間隔物150-1和150-2的厚度，可以實現(xiàn)具有3d交叉點堆疊結(jié)構(gòu)(例如高集成密度)和增強的可靠性的存儲器件。
圖4是顯示由間隔物的厚度(或間隔物厚度)變化所致的存儲單元的設(shè)置電阻和復(fù)位電阻(rset和rreset)的變化的曲線圖。在圖4中，x軸表示間隔物厚度，左手和右手y軸表示設(shè)置電阻(●)和復(fù)位電阻(■)。間隔物厚度以及設(shè)置電阻和復(fù)位電阻是相對值，其以任意單位(a.u.)給出以允許在其間的相對比較。
參考圖4，隨著間隔物厚度增加，設(shè)置電阻和復(fù)位電阻二者均減小。這里，如上所述，間隔物厚度被限定為在垂直于第一和第二存儲單元140-1和140-2的每個的側(cè)表面的方向上測量的厚度。如圖所示，間隔物厚度的增加導(dǎo)致設(shè)置電阻和復(fù)位電阻之間的減小率的差異。例如，間隔物厚度的增加導(dǎo)致設(shè)置電阻的大的減小，但是導(dǎo)致復(fù)位電阻的小的減小。這個結(jié)果可以由與存儲器件的按比例縮小相關(guān)的電阻變化相同的原因獲得。換言之，當存儲單元具有設(shè)置電阻(即，相對低電阻)時，存儲單元的電阻可以由于面積、結(jié)構(gòu)或任何外部環(huán)境的變化而容易地變化。作為比較，當存儲單元具有復(fù)位電阻(即，非常高的電阻)時，存儲單元的電阻可以幾乎不受面積、結(jié)構(gòu)或任何外部環(huán)境的變化影響。
如上所述，s/m被定義為設(shè)置電阻和復(fù)位電阻之間的比值，顯然，如果復(fù)位電阻沒有變化并且設(shè)置電阻增加，則s/m將減小。例如，在圖4的曲線中，s/m在左方向(即，朝向tmin)減小并且在右方向(即，朝向tmax)增加。因此，在本實施方式中，通過控制存儲器件100的間隔物厚度以及設(shè)置電阻和復(fù)位電阻之間的比值，s/m可以增加或最大化。此外，s/m的這樣的增加可以大大增強存儲器件100的可靠性。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100中，具有不同厚度的間隔物150-1和150-2可以形成為覆蓋在不同水平或?qū)犹峁┑牡谝缓偷诙鎯卧?40-1和140-2，并且間隔物150-1和150-2之間在厚度上的差異可以用于控制在不同水平或?qū)拥牡谝缓偷诙鎯卧?40-1和140-2的電阻(具體地，設(shè)置電阻)。因此，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100中，通過控制間隔物150-1和150-2的厚度，第一和第二存儲單元140-1和140-2的s/m可以增加，并因此，可以實現(xiàn)具有增強的可靠性的存儲器件。
圖5是示意性地示出通過施加到存儲單元的電壓而在可變電阻圖案中形成的離子擴散路徑的圖。
參考圖5，第一存儲單元50a可以包括順序堆疊的第一電極20a、可變電阻圖案30a和第二電極40a。第一電極20a可以包括能夠產(chǎn)生改變可變電阻圖案30a的相位所需要的足夠的熱量的導(dǎo)電材料，并且可以用作圖2和3的加熱電極147-1和147-2。在正電壓被施加到第一電極20a并且負電壓被施加到第二電極40a的情形下，可以在存儲單元50a中產(chǎn)生從第一電極20a經(jīng)可變電阻圖案30a流到第二電極40a的電流，如箭頭c_a描繪的。
在電流流過第一電極20a的情形下，熱可以在第一電極20a中產(chǎn)生，因而，可變電阻圖案30a的相的改變可以在與第一電極20a和可變電阻圖案30a之間的界面相鄰的部分30a_p處開始發(fā)生。例如，在“復(fù)位”操作中，可變電阻圖案30a的部分30a_p可以從結(jié)晶態(tài)(即，低阻態(tài))變?yōu)榉蔷B(tài)(即，高阻態(tài))，因而，當電壓施加到其時，在部分30a_p中的陽離子和陰離子之間可以有擴散速度上的差異。更詳細地，在可變電阻圖案30a的部分30a_p中的陽離子(例如銻離子(sb+))可具有比陰離子(例如碲離子(te-))的擴散速度高的擴散速度。這會導(dǎo)致朝向負電壓被施加到其上的第二電極40a擴散的銻離子(sb+)的量的增加。例如，在朝向第二電極40a的方向上的銻離子(sb+)的擴散速度可以高于在朝向第一電極20a的方向上的碲離子(te-)的擴散速度。
作為比較，第二存儲單元50b可以包括第一電極20b、可變電阻圖案30b和第二電極40b，并且負電壓和正電壓分別被施加到第一和第二電極20b和40b以產(chǎn)生從第二電極40b經(jīng)可變電阻圖案30b流到第一電極20b的電流，如箭頭c_b描繪的。
在電流流過第一電極20b的情形下，熱可以在第一電極20b中產(chǎn)生，因而，可變電阻圖案30b的相位的改變可以在與第一電極20b和可變電阻圖案30b之間的界面相鄰的部分30b_p處開始發(fā)生。這里，在可變電阻圖案30b的部分30b_p中，銻離子(sb+)的擴散速度可以比碲離子(te-)的擴散速度快，因而，可以存在朝向負電壓被施加到其的第一電極20b擴散的銻離子(sb+)的量的增加。
在第二存儲單元50b的情形下，銻離子(sb+)可以在第一電極20b和可變電阻圖案30b之間的界面附近具有增加的濃度。例如，可以有可變電阻圖案30b的濃度的局部變化。作為比較，在第一存儲單元50a的情形下，碲離子(te-)可以在第一電極20a和可變電阻圖案30a之間的界面附近具有增加的濃度。例如，可以有可變電阻圖案30a的濃度的局部變化。
取決于被施加到可變電阻圖案30a和30b的電壓的大小、流過可變電阻圖案30a和30b的電流的方向、以及可變電阻圖案30a和30b以及第一電極20a和20b的幾何結(jié)構(gòu)，可變電阻圖案30a和30b中的離子或空位分布可以變化。也就是，在可變電阻圖案30a和30b中，離子濃度或空位可以局部地變化，因而，即使可變電阻圖案30a和30b被施加有基本上相同的電壓，也可以有可變電阻圖案30a和30b的電阻的變化并且存儲單元50a和50b可以表現(xiàn)出不同的操作特性(例如不同的電阻特性)。
雖然已經(jīng)參考圖5簡要地描述了銻離子(sb+)和碲離子(te-)的離子擴散路徑，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。具體地，類似于參考圖2和3描述的第一存儲單元140-1的可變電阻圖案149-1，可變電阻圖案30a和30b可以用例如碲(te)、硒(se)、鍺(ge)、銻(sb)、鉍(bi)、鉛(pb)、錫(sn)、銦(in)、銀(ag)、砷(as)、硫(s)、磷(p)和其混合物的至少之一摻雜，并且可以用諸如例如氮(n)、氧(o)、硅(si)、碳(c)、硼(b)、鏑(dy)或其組合的雜質(zhì)摻雜。因此，可變電阻圖案30a和30b中的離子擴散可以取決于可變電阻圖案30a和30b中包括的材料的種類和成分以及雜質(zhì)的種類和濃度而變化，因而，存儲單元50a和50b的操作特性的變化可以增加。
返回參考圖2和3，多個第一存儲單元140-1和多個第二存儲單元140-2可以關(guān)于第二電極線120豎直地彼此間隔開。在正的復(fù)位電壓vreset被施加到第二電極線120并且接地電壓被施加到第一和第三電極線110和130的情形下，基本上相同的電壓(即，復(fù)位電壓vreset)可以被施加到第一存儲單元140-1和第二存儲單元140-2。然而，第一存儲單元140-1和第二存儲單元140-2可以被提供在第二電極線120下面和第二電極線120上，因而，如上所述，在離子分布或濃度分布方面，可變電阻圖案149-1的鄰近于可變電阻圖案149-1與第一存儲單元140-1的加熱電極147-1之間的界面定位的部分可以不同于可變電阻圖案149-2的鄰近于可變電阻圖案149-2與第二存儲單元140-2的加熱電極147-2之間的界面定位的部分。因此，第一和第二存儲單元140-1和140-2可具有彼此不同的操作特性(例如不同的電阻特性)。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100中，因為間隔物150-1和150-2形成在第一和第二存儲單元140-1和140-2的側(cè)表面上，所以它們可以防止可變電阻圖案149-1和149-2和/或選擇器件143-1和143-2劣化或被污染或損壞。此外，因為覆蓋處于不同水平或?qū)拥牡谝缓偷诙鎯卧?40-1和140-2的間隔物150-1和150-2形成為具有不同的厚度，所以在不同水平或?qū)拥牡谝缓偷诙鎯卧?40-1和140-2的電阻或電流特性的豎直變化可以減小或最小化。
因為根據(jù)本實施方式的存儲器件100包括包含ots材料的選擇器件143-1和143-2，所以用于形成晶體管或二極管的工藝可以被省略。例如，在提供二極管的情形下，必須執(zhí)行高溫熱處理工藝以激活在二極管中包括的雜質(zhì)，但是高溫熱處理工藝可能導(dǎo)致包括相變材料的可變電阻圖案149-1和149-2的損壞或污染。作為比較，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100的情形下，不必執(zhí)行用于形成晶體管或二極管的復(fù)雜工藝，因而，可以防止可變電阻圖案149-1和149-2被所述復(fù)雜工藝損壞或污染。因此，根據(jù)本實施方式的存儲器件100的使用可以實現(xiàn)高可靠的半導(dǎo)體器件。
在晶體管或二極管被提供為選擇器件的情形下，必須在基板中提供晶體管或二極管，這會導(dǎo)致在實現(xiàn)包括多個豎直堆疊層的堆疊型存儲器件中的困難。具體地，因為存在可變電阻圖案149-1和149-2可能被用于激活二極管的高溫熱處理損壞或污染的風險，所以可能很難實現(xiàn)其中二極管被提供在可變電阻圖案149-1和149-2上的交叉點堆疊結(jié)構(gòu)。然而，在使用具有ots性能的選擇器件143-1和143-2代替二極管的情形下，根據(jù)本實施方式的存儲器件100能夠以包括多個豎直堆疊層的3d交叉點堆疊結(jié)構(gòu)的形式被實現(xiàn)。因此，存儲器件100能夠具有大大增加的集成密度。
圖6是示意性地顯示表現(xiàn)出ots性能的選擇器件的電壓電流行為的圖。
參考圖6，第一曲線61顯示了當基本上沒有電流流過選擇器件時選擇器件的電壓電流行為。這里，選擇器件可以用作具有閾值電壓vt(或第一電壓電平63)的開關(guān)器件。流過選擇器件的電流可以實質(zhì)上是可忽略的，而被施加到選擇器件的電壓從零電壓和零電流的狀態(tài)逐漸增加到閾值電壓vt(即，第一電壓電平63)。然而，如果所施加的電壓超過閾值電壓vt，則流過選擇器件的電流可以急劇增加，并且所施加的電壓可以跌至飽和電壓vs(或第二電壓電平64)。
第二曲線62顯示了當有電流流過選擇器件時選擇器件的電壓電流行為。如果流過選擇器件的電流超過第一電流水平66，則被施加到選擇器件的電壓可以增加直至稍高于第二電壓電平64的電平。例如，即使流過選擇器件的電流從第一電流水平66增加到相當高的水平(例如第二電流電平67)，被施加到選擇器件的電壓也可以從第二電壓電平64稍微增加。也就是，一旦電流開始流過選擇器件，施加到選擇器件的電壓可以保持在飽和電壓vs(即，第二電壓電平64)左右。如果電流被減小至保持電流水平(即，第一電流水平66)或更低，則選擇器件可以再次切換至電阻狀態(tài)，因而，電流可以被有效地阻擋直到電壓增加到閾值電壓vt。
圖7至14、15a和15b是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的并且對應(yīng)于圖3的截面圖的存儲器件的截面圖。在以下的描述中，為了避免重復(fù)，與圖2至3的特征相同的特征的描述將保持最少或被省略。
參考圖7，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件100a可以在以下方面不同于圖3的存儲器件100：沒有提供內(nèi)部間隔物。例如，在圖3的存儲器件100中，第一內(nèi)部間隔物152-1可以提供為圍繞第一存儲單元140-1的下電極141-1和選擇器件143-1，并且第二內(nèi)部間隔物152-2可以提供為圍繞第二存儲單元140-2的下電極141-2和選擇器件143-2。
作為比較，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100a中可以不提供第一和第二內(nèi)部間隔物。因此，第一存儲單元140-1的下電極141-1和選擇器件143-1以及中間電極145-1、加熱電極147-1和可變電阻圖案149-1可以被第一間隔物150a-1圍繞，并且第二存儲單元140-2的下電極141-2和選擇器件143-2以及中間電極145-2、加熱電極147-2和可變電阻圖案149-2可以被第二間隔物150a-2圍繞。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100a中，第一間隔物150a-1可以厚地形成，第二間隔物150a-2可以薄地形成。因此，第一存儲單元140-1的電阻的減小可以比第二存儲單元140-2的大。換言之，在間隔物沒有形成或形成為具有相同厚度的情形下，第一存儲單元140-1的電阻可以高于第二存儲單元140-2的電阻。在這種情況下，像根據(jù)本實施方式的存儲器件100a一樣，通過厚地形成第一存儲單元140-1的間隔物150a-1并且薄地形成第二存儲單元140-2的間隔物150a-2，第一和第二存儲單元140-1和140-2之間的電阻的差異可以減小，并因此，在不同水平或?qū)拥牡谝缓偷诙鎯卧?40-1和140-2的電阻特性的豎直變化可以減小。在相反情形下，第一間隔物150a-1可以薄地形成，第二間隔物150a-2可以厚地形成。因而，第一間隔物150a-1或第二間隔物150a-2的厚度可以被調(diào)整以使得第一和第二存儲單元140-1和140-2可具有基本上相同的電阻。通過控制間隔物150a-1和150a-2的厚度，第一和第二存儲單元140-1和140-2的s/m可以增加，并因此，可以實現(xiàn)具有增強的可靠性的存儲器件?；蛘?，或此外，第一間隔物150a-1和第二間隔物150a-2的至少之一可以獨立地包括在對應(yīng)的可變電阻圖案149-1和149-2上施加壓應(yīng)力的材料和施加張應(yīng)力的材料之一，并且第一間隔物150a-1或第二間隔物150a-2的壓應(yīng)力或張應(yīng)力性能可以被調(diào)整以使得第一和第二存儲單元140-1和140-2可具有基本上相同的電阻。因此，存儲器件100a可具有增強的可靠性。將參考圖18至21更詳細地描述被施加于存儲單元上以減小或增加電阻的張應(yīng)力或壓應(yīng)力的作用。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100a中，可以不提供第一和第二內(nèi)部間隔物，因而，當需要控制選擇器件143-1和143-2的電流特性(例如閾值電壓)時，調(diào)整第一和第二間隔物150a-1和150a-2的厚度的方法可以用于增強選擇器件143-1和143-2的電流特性。
參考圖8，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件100b可以在以下方面不同于圖3的存儲器件100：第一間隔物150b-1形成為具有多層結(jié)構(gòu)。例如，在圖3的存儲器件100的情形下，第一間隔物150-1可以由單層形成。作為比較，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100b中，第一間隔物150b-1可具有包括內(nèi)層151和外層153的雙層結(jié)構(gòu)。因為第一間隔物150b-1具有多層結(jié)構(gòu)，所以第一存儲單元140-1(具體地，可變電阻圖案149-1和/或選擇器件143-1)的電特性可以被更精確地控制。換言之，通過不同地改變組成第一間隔物150b-1的每個層的材料性能，第一存儲單元140-1的電阻特性可以被不同地控制。例如，取決于內(nèi)層151是由張應(yīng)力材料還是壓應(yīng)力材料形成，即使第一間隔物150b-1形成為具有相同的厚度，第一存儲單元140-1的電阻特性也可以改變。
在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件100b中，第一間隔物150b-1可具有包括三個或更多層的多層結(jié)構(gòu)。此外，第二間隔物150-2也可以具有包括兩個或更多層的多層結(jié)構(gòu)。然而，像圖3的存儲器件100一樣，第一間隔物150b-1可以形成為比第二間隔物150-2厚。為了減小第一和第二存儲單元140-1和140-2的電阻特性的豎直變化，可能要求適當?shù)剡x擇用于內(nèi)層151的張應(yīng)力材料或壓應(yīng)力材料，并且要求調(diào)整第一間隔物150b-1或第二間隔物150-2的厚度，從而第一和第二存儲單元140-1和140-2可具有基本上相同的電阻。因此，存儲器件100b可具有增強的可靠性。在第一和第二間隔物150b-1和150-2形成為具有多層結(jié)構(gòu)的情形下，共形沉積技術(shù)(例如ald)可以用于形成第一和第二間隔物150b-1和150-2。
參考圖9，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件100c可以在第一和第二存儲單元140a-1和140a-2的加熱電極147-1和147-2的位置方面不同于圖3的存儲器件100。例如，在圖3的存儲器件100中，加熱電極147-1和147-2可以布置在中間電極145-1和145-2與可變電阻圖案149-1和149-2之間。作為比較，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100c中，第一存儲單元140a-1的加熱電極147-1可以布置在可變電阻圖案149-1和第二電極線120之間，第二存儲單元140a-2的加熱電極147-2可以布置在可變電阻圖案149-2和第三電極線130之間。
因為，如上所述，加熱電極147-1和147-2可以用于加熱可變電阻圖案149-1和149-2，所以加熱電極147-1和147-2可以提供在允許它們分別與可變電阻圖案149-1和149-2接觸的位置。因此，加熱電極147-1和147-2可以分別提供在可變電阻圖案149-1和149-2上或下面。同時，加熱電極147-1和147-2可以分別提供在可變電阻圖案149-1和149-2上，并且這可以抑制或防止加熱電極147-1和147-2的熱被傳遞到選擇器件143-1和143-2。此外，在加熱電極147-1和147-2被提供在可變電阻圖案149-1和149-2上的情形下，可以在執(zhí)行圖案化工藝以形成第三電極線130時，它們防止可變電阻圖案149-1和149-2被污染或蝕刻。
參考圖10，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件100d可以在以下方面不同于圖3的存儲器件100：另外形成了上電極148-1和148-2。例如，在圖3的存儲器件100中，第一存儲單元140-1的可變電阻圖案149-1可以直接連接到第二電極線120，第二存儲單元140-2的可變電阻圖案149-2可以直接連接到第三電極線130。作為比較，根據(jù)本實施方式的存儲器件100d可以包括第一存儲單元140b-1和第二存儲單元140b-2，該第一存儲單元140b-1包括提供在可變電阻圖案149-1和第二電極線120之間的上電極148-1，該第二存儲單元140b-2包括提供在可變電阻圖案149-2和第三電極線130之間的上電極148-2。
上電極148-1和148-2可以用作電流路徑，像下電極和中間電極141-1、141-2、145-1和145-2一樣。此外，上電極148-1和148-2可以在執(zhí)行圖案化工藝以形成第三電極線130時防止可變電阻圖案149-1和149-2被污染或蝕刻。此外，上電極148-1和148-2可以防止在可變電阻圖案149-1和149-2與第二電極線120和第三電極線130之間的接觸故障。上電極148-1和148-2可以由與下電極和中間電極141-1、141-2、145-1和145-2相同的導(dǎo)電材料形成。
參考圖11，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件100e可以在以下方面圖3的存儲器件100：存儲器件100e可以包括形成為比其它圖案窄的可變電阻圖案149'-1和149'-2。例如，在圖3的存儲器件100中，可變電阻圖案149-1和149-2可以形成為具有與其它圖案(例如加熱電極147-1和147-2)的寬度基本上相同的寬度。作為比較，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100e中，可變電阻圖案149'-1和149'-2可以形成為具有比其它圖案(例如加熱電極147-1和147-2)的寬度小的寬度。
同時，假設(shè)存儲器件100e的存儲單元140c和140c-2具有柱形狀，可變電阻圖案149'-1和149'-2的每個的水平截面積可以小于其它圖案(例如加熱電極147-1和147-2)的每個的水平截面積。
存儲器件100e的可靠性可以強烈地取決于可變電阻圖案149'-1或149'-2的結(jié)構(gòu)或尺寸。因而，可變電阻圖案149'-1和149'-2可以使用與用于其它圖案的方法不同的方法形成，并因而可具有與其它圖案的尺寸不同的尺寸。當然，可變電阻圖案149'-1和149'-2可以形成為具有比其它圖案的尺寸大的尺寸。
雖然未示出，但是選擇器件143-1和143-2可具有與其它圖案的尺寸不同的尺寸。
參考圖12，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件100f可以在以下方面不同于圖3的存儲器件100：存儲器件100f可以包括形成為鑲嵌結(jié)構(gòu)的下電極141'-1和141'-2以及選擇器件143'-1和143'-2。如上所述，存儲單元140d-1和140d-2可以經(jīng)由蝕刻工藝或鑲嵌工藝形成。
蝕刻工藝可以包括順序地形成組成存儲單元的層并且然后使用掩模圖案蝕刻所述層以形成組成存儲單元的圖案。在蝕刻工藝用于形成存儲單元的情形下，每個存儲單元可以形成為具有窄的上部分和寬的下部分。作為比較，鑲嵌工藝可以包括形成絕緣層，使用掩模圖案圖案化絕緣層以在絕緣層中形成溝槽，然后，用組成存儲單元的層填充該溝槽。在使用鑲嵌工藝形成存儲單元的情形下，每個存儲單元可以形成為具有寬的上部分和窄的下部分。然而，在鑲嵌工藝的情形下，可能難以在溝槽中順序地形成多個層，因而，鑲嵌工藝可以通常被應(yīng)用于一個或兩個層，并且其它層可以使用蝕刻工藝被圖案化。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100f中，下電極141'-1和141'-2以及選擇器件143'-1和143'-2可以經(jīng)由鑲嵌工藝形成，并且在其上提供的中間電極145-1和145-2、加熱電極147-1和147-2以及可變電阻圖案149-1和149-2可以經(jīng)由蝕刻工藝形成。因此，下電極141'-1和141'-2以及選擇器件143'-1和143'-2可以形成為具有向下減小的寬度。
通過精確地控制鑲嵌工藝中的蝕刻步驟，存儲單元140d-1和140d-2的側(cè)表面可以形成為基本上垂直于基板101的頂表面。在這種情形下，下電極141'-1和141'-2以及選擇器件143'-1和143'-2的每個的上和下部分可具有基本上相同的寬度。同時，為了清晰地示出下電極141'-1和141'-2以及選擇器件143'-1和143'-2經(jīng)由鑲嵌工藝形成，它們的側(cè)表面的斜度在圖12中被夸張地示出。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100f中，因為下電極141'-1和141'-2以及選擇器件143'-1和143'-2經(jīng)由鑲嵌工藝形成，所以間隔物150c-1和150c-2可以僅形成在中間電極145-1和145-2、加熱電極147-1和147-2以及可變電阻圖案149-1和149-2的側(cè)表面上。也就是，雖然未示出，但是在下電極141'-1和141'-2和選擇器件143'-1和143'-2經(jīng)由鑲嵌工藝形成的情形下，間隔物150c-1和150c-2可以不形成在下電極141'-1和141'-2以及選擇器件143'-1和143'-2的被之前形成的絕緣層覆蓋的側(cè)表面上。
參考圖13，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件100g可以在以下方面類似于圖12的存儲器件100f：下電極141'-1和141'-2以及選擇器件143'-1和143'-2形成在鑲嵌結(jié)構(gòu)中。然而，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100g中，下間隔物152a-1和152a-2可以形成在下電極141'-1和141'-2以及選擇器件143'-1和143'-2的側(cè)表面上。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100g的情形下，當下電極141'-1和141'-2以及選擇器件143'-1和143'-2經(jīng)由鑲嵌工藝形成時，間隔物可以形成在溝槽的側(cè)表面上，然后，下電極141'-1和141'-2以及選擇器件143'-1和143'-2可以形成在提供有該間隔物的溝槽中。因此，根據(jù)本實施方式的存儲器件100g可以包括形成在下電極141'-1和141'-2以及選擇器件143'-1和143'-2的側(cè)表面上的下間隔物152a-1和152a-2。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100g中，通過控制下間隔物152a-1和152a-2的厚度，選擇器件143'-1和143'-2的電流特性(例如閾值電壓)可以被控制。當然，存儲單元140d-1和140d-2或可變電阻圖案149-1和149-2的電阻特性可以通過調(diào)整間隔物150c-1和150c-2的厚度被控制。
參考圖14，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件100h可以在以下方面不同于圖3的存儲器件100：可變電阻圖案149”-1和149”-2被形成在鑲嵌結(jié)構(gòu)中。更詳細地，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100h中，下電極141-1和141-2、選擇器件143-1和143-2、中間電極145-1和145-2以及加熱電極147-1和147-2可以經(jīng)由蝕刻工藝形成，并且可變電阻圖案149”-1和149”-2可以經(jīng)由鑲嵌工藝形成。此外，內(nèi)部間隔物152-1和152-2可以形成在下電極141-1和141-2以及選擇器件143-1和143-2的側(cè)表面上。在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，內(nèi)部間隔物152-1和152-2可以被省略。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100h中，上間隔物155-1和155-2可以形成在可變電阻圖案149”-1和149”-2的側(cè)表面上。上間隔物155-1和155-2可以通過使用與圖13的存儲器件100g的下間隔物152a-1和152a-2的方法相同的方法形成。例如，溝槽可以形成在絕緣層上，然后，上間隔物155-1和155-2可以形成在溝槽的側(cè)表面上。在這種情形下，可變電阻圖案149”-1和149”-2可以形成為填充提供有上間隔物155-1和155-2的溝槽的剩余空間。在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，上間隔物155-1和155-2可以被省略。
上間隔物155-1和155-2的厚度可以被調(diào)整以增強可變電阻圖案149”-1和149”-2的電阻特性。此外，內(nèi)部間隔物152-1和152-2的厚度可以被調(diào)整以增強選擇器件143-1和143-2的電流特性。也就是，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100h中，可變電阻圖案149”-1和149”-2以及選擇器件143-1和143-2的電特性能夠被獨立地控制。
為了減小圖中的復(fù)雜度，上間隔物155-1和155-2的側(cè)表面在圖14中被示為幾乎垂直于基板101的頂表面。然而，在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，上間隔物155-1和155-2的側(cè)表面可以形成為以關(guān)于基板101的頂表面的一角度而稍微傾斜。例如，在鑲嵌工藝被用于形成上間隔物155-1和155-2以及可變電阻圖案149”-1和149”-2的情形下，上間隔物155-1和155-2可以形成為在向下方向上具有減小的寬度。
參考圖15a，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件100i可以在以下方面不同于圖14的存儲器件100h：存儲器件100i可以包括形成在鑲嵌結(jié)構(gòu)中但是具有“l(fā)”形結(jié)構(gòu)的可變電阻圖案149a-1和149a-2。更詳細地，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100i中，下電極141-1和141-2、選擇器件143-1和143-2、中間電極145-1和145-2以及加熱電極147-1和147-2可以經(jīng)由蝕刻工藝形成，并且可變電阻圖案149a-1和149a-2可以經(jīng)由鑲嵌工藝形成。此外，內(nèi)部間隔物152-1和152-2可以形成在下電極141-1和141-2以及選擇器件143-1和143-2的側(cè)表面上。在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，內(nèi)部間隔物152-1和152-2可以被省略。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100i中，上間隔物155a-1和155a-2可以形成在可變電阻圖案149a-1和149a-2的側(cè)表面上。然而，因為可變電阻圖案149a-1和149a-2具有“l(fā)”形結(jié)構(gòu)，所以上間隔物155a-1和155a-2可以形成為具有不對稱結(jié)構(gòu)。在鑲嵌工藝用于形成具有“l(fā)”形結(jié)構(gòu)的可變電阻圖案149a-1和149a-2的情形下，絕緣層可以形成在加熱電極147-1和147-2上，然后，溝槽可以形成在絕緣層中。這里，溝槽可以形成為與存儲單元140f-1和140f-2當中的相鄰單元交疊。此后，將被用作可變電阻圖案的第一層可以薄地形成在溝槽的內(nèi)表面上和絕緣層上，然后，將被用作上間隔物的第二層可以形成在第一層上。接著，可以執(zhí)行平坦化工藝(例如化學機械拋光(cmp))以暴露絕緣層的頂表面。在平坦化工藝之后，掩模圖案可以形成為與存儲單元140f-1和140f-2對準，然后，第一層和第二層可以使用掩模圖案被蝕刻。結(jié)果，可以形成具有“l(fā)”形結(jié)構(gòu)的可變電阻圖案149a-1和149a-2以及上間隔物155a-1和155a-2。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100i中，上間隔物155a-1和155a-2的厚度可以被調(diào)整以增強可變電阻圖案149a-1和149a-2的電阻特性。此外，內(nèi)部間隔物152-1和152-2的厚度可以被調(diào)整以增強選擇器件143-1和143-2的電流特性。
參考圖15b，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件100j可以在以下方面不同于圖15a的存儲器件100i：存儲器件100j可以包括形成為具有破折號(“-”)結(jié)構(gòu)的可變電阻圖案149b-1和149b-2?？勺冸娮鑸D案149b-1和149b-2的破折號形(“-”)結(jié)構(gòu)可以使用與用于“l(fā)”形結(jié)構(gòu)的方法類似的方法形成。例如，將被用作可變電阻圖案的第一層可以薄地形成在溝槽的內(nèi)表面上和絕緣層上，然后，可以執(zhí)行各向異性蝕刻工藝以使第一層的一部分保留在溝槽的側(cè)表面上。此后，第二層可以形成為覆蓋第一層的剩余部分。接著，可以執(zhí)行平坦化工藝(例如化學機械拋光(cmp))以暴露絕緣層的頂表面。在平坦化工藝之后，掩模圖案可以形成為與存儲單元140f-1和140f-2對準，然后，第二層可以使用掩模圖案被蝕刻。結(jié)果，可以形成具有破折號(“-”)結(jié)構(gòu)的可變電阻圖案149b-1和149b-2以及形成上間隔物155a-1和155a-2。
為了分別區(qū)分可變電阻圖案的其他結(jié)構(gòu)與圖15a和15b的“l(fā)”形結(jié)構(gòu)和破折號形(“-”)結(jié)構(gòu)，根據(jù)上述實施方式(例如圖1至14)的可變電阻圖案的結(jié)構(gòu)將被稱為“柱結(jié)構(gòu)”，并且具有大的側(cè)表面斜度的可變電阻圖案將被稱為“棱錐結(jié)構(gòu)”。同時，該分類可以不僅應(yīng)用于可變電阻圖案而且應(yīng)用于選擇器件；也就是，選擇器件可以形成為具有柱結(jié)構(gòu)、“l(fā)”形結(jié)構(gòu)、棱錐結(jié)構(gòu)和破折號形(“-”)結(jié)構(gòu)的其中之一。
直到現(xiàn)在，已經(jīng)描述了各種結(jié)構(gòu)的存儲器件。然而，本發(fā)明構(gòu)思不限于此。例如，本發(fā)明構(gòu)思可以應(yīng)用于實現(xiàn)存儲器件的任何3d交叉點堆疊結(jié)構(gòu)，其中具有不同厚度的間隔物形成于在不同水平定位的存儲單元的側(cè)表面上。
圖16是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件的透視圖，圖17是沿圖16的線2x-2x'和2y-2y'截取的截面圖。在以下的描述中，為了避免重復(fù)，與圖2至3的特征相同的特征的描述將保持最少或被省略。
參考圖16和17，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件1000可以包括堆疊在基板101上的四個存儲單元層mcl1、mcl2、mcl3和mcl4，從而具有四層結(jié)構(gòu)。例如，第一存儲單元層mcl1可以提供在第一電極線層110l和第二電極線層120l之間，第二存儲單元層mcl2可以提供在第二電極線層120l和第三電極線層130l之間。第二層間絕緣層170可以形成在第三電極線層130l上，并且第一上電極線層210l、第二上電極線層220l和第三上電極線層230l可以設(shè)置在第二層間絕緣層170上。第一上電極線層210l可以包括具有基本上與第一電極線110的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)的第一上電極線210，第二上電極線層220l可以包括具有基本上與第二電極線120的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)的第二上電極線220，第三上電極線層230l可以包括具有基本上與第一電極線110或第三電極線130的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)的第三上電極線230。第一上存儲單元層mcl3可以提供在第一和第二上電極線層210l和220l之間，第二上存儲單元層mcl4可以提供在第二和第三上電極線層220l和230l之間。
第一、第二和第三電極線層110l、120l和130l以及第一和第二存儲單元層mcl1和mcl2可具有與參考圖2和3描述的那些基本上相同的特征。第一、第二和第三上電極線層210l、220l和230l以及第一和第二上存儲單元層mcl3和mcl4也可以具有與第一、第二和第三電極線層110l、120l和130l以及第一和第二存儲單元層mcl1和mcl2的特征基本上相同的特征，除了它們提供在第二層間絕緣層170上而不是在第一層間絕緣層105上之外。因而，將省略每個元件的詳細描述。
因為第三上電極線層230l的第三上電極線230以及第一上電極線層210l的第一上電極線210可以包括基本上與第一電極線110的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，所以第三上電極線層230l可以被看作第一上電極線層。因而，存儲器件1000可以被看作具有兩個第一上電極線層和一個第二上電極線層，并且第一和第二上存儲單元層mcl3和mcl4的每個可以位于所述兩個第一上電極線層的其中之一與第二上電極線層之間。對于包括6個存儲單元層的存儲器件，第三層間絕緣層可以提供在上述結(jié)構(gòu)上，然后額外的第一、第二和第一上電極線層可以順序堆疊在第三層間絕緣層上。所述兩個額外的上存儲單元層的每個可以位于所述兩個額外的第一上電極線層的其中之一與所述額外的第二上電極線層之間。
根據(jù)本實施方式的存儲器件1000可具有可以通過另外形成第二層間絕緣層170和雙層結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，其中該雙層結(jié)構(gòu)位于圖2和3中顯示的存儲器件100的基板101上。然而，根據(jù)本實施方式的存儲器件1000的結(jié)構(gòu)不限于此。例如，根據(jù)本實施方式的存儲器件1000可具有可以通過另外形成雙層結(jié)構(gòu)以及第二層間絕緣層170而實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，該雙層結(jié)構(gòu)位于圖7至14、15a和15b的存儲器件100a-100j的每個的基板101上。在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，根據(jù)本實施方式的存儲器件1000可以以圖3的存儲器件100提供在第二層間絕緣層170下面并且圖7的存儲器件100a提供在第二層間絕緣層170上這樣的方式配置，從而具有混合結(jié)構(gòu)。然而，提供在第二層間絕緣層170上或下面的結(jié)構(gòu)可以配置為具有相同的雙層結(jié)構(gòu)，這可以減小存儲單元的電特性的豎直變化。
根據(jù)本實施方式的存儲器件1000可以配置為包括四個存儲單元層mcl1、mcl2、mcl3和mcl4(即，配置為具有四層結(jié)構(gòu))，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。例如，本發(fā)明構(gòu)思可以應(yīng)用于實現(xiàn)通過堆疊該雙層結(jié)構(gòu)至少三次以及層間絕緣層而形成的存儲器件的任何3d交叉點堆疊結(jié)構(gòu)。這里，在這樣的3d存儲器件中，存儲單元的側(cè)表面可以用提供在公共電極線(例如第二電極線120)上的高水平間隔物以及提供在公共電極線下面并且具有不同于高水平間隔物的厚度的低水平間隔物覆蓋。
圖18是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件的透視圖，圖19是沿圖18的線3x-3x'和3y-3y'截取的截面圖。在以下的描述中，為了避免重復(fù)，與圖2至3的特征相同的特征的描述將保持最少或被省略。
參考圖18和19，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件100k可以在以下方面類似于圖2和3的存儲器件100：存儲器件100k可以配置為包括兩個存儲單元層mcl1和mcl2(即，配置為具有雙層結(jié)構(gòu))。然而，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100k中，第一存儲單元140-1的第一間隔物150t-1和第二存儲單元140-2的第二間隔物150c-2可以提供為具有基本上相同的厚度但是具有彼此不同的材料性質(zhì)。例如，第一間隔物150t-1可具有張應(yīng)力性能，第二間隔物150c-2可具有壓應(yīng)力性能。換言之，第一間隔物150t-1可以配置為在被其圍繞的第一存儲單元140-1(具體地，可變電阻圖案149-1)上施加張應(yīng)力，第二間隔物150c-2可以配置為在被其圍繞的第二存儲單元140-2(具體地，可變電阻圖案149-2)上施加壓應(yīng)力。
根據(jù)實驗結(jié)果，當壓應(yīng)力被施加于第一和第二存儲單元140-1和140-2上時，存在其電阻(例如設(shè)置電阻)的增加，而當施加張應(yīng)力時，存在電阻(例如設(shè)置電阻)的減小。因此，通過在高電阻的存儲單元上形成具有張應(yīng)力性能的間隔物，存儲單元的電阻可以減小。此外，通過在低電阻的存儲單元上形成具有壓應(yīng)力性能的間隔物，在不同水平或?qū)犹峁┑拇鎯卧碾娞匦缘呢Q直變化可以減小。
在具有相同厚度和相同材料性能的間隔物形成在第一和第二存儲單元140-1和140-2的側(cè)表面上的情形下，第一存儲單元140-1的電阻可以高于第二存儲單元140-2的電阻。在這種情況下，通過向在第一存儲單元140-1的側(cè)表面上的第一間隔物150t-1提供張應(yīng)力性能，第一存儲單元140-1的設(shè)置電阻可以減小。此外，通過向在第二存儲單元140-2的側(cè)表面上的第二間隔物150c-2提供壓應(yīng)力性能，第二存儲單元140-2的設(shè)置電阻可以增加。也就是，在間隔物的材料性質(zhì)考慮到第一和第二存儲單元140-1和140-2的電阻特性而被調(diào)整的情形下，第一和第二存儲單元140-1和140-2的電阻特性可以增強。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100k中，具有張應(yīng)力性能的第一間隔物150t-1可以形成在第一存儲單元140-1的側(cè)表面上，具有壓應(yīng)力性能的第二間隔物150c-2可以形成在第二存儲單元140-2的側(cè)表面上。因此，可以增強第一和第二存儲單元140-1和140-2的電阻特性，并因此，可以減小在不同水平或?qū)犹峁┑拇鎯卧碾娞匦缘呢Q直變化。當然，取決于第一和第二存儲單元140-1和140-2的電阻特性，具有張應(yīng)力性能的第一間隔物150t-1可以形成在第二存儲單元140-2的側(cè)表面上，具有壓應(yīng)力性能的第二間隔物150c-2可以形成在第一存儲單元140-1的側(cè)表面上。
圖20是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式并且對應(yīng)于圖19的截面圖的存儲器件的截面圖。在以下描述中，為避免重復(fù)，與圖2、3、16、17、18和19的特征相同的特征的描述將保持最少或被省略。
參考圖20，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件100l可以在以下方面不同于圖19的存儲器件100k：存儲器件100l可以包括形成為具有與第一間隔物150t-1的厚度不同的厚度的第二間隔物150ca-2。例如，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100l中，第一存儲單元140-1的第一間隔物150t-1可具有張應(yīng)力性能，第二存儲單元140-2的第二間隔物150ca-2可具有壓應(yīng)力性能。此外，如圖20所示，第一間隔物150t-1可以形成為具有比第二間隔物150ca-2的厚度(例如第二厚度t2)大的第一厚度t1。
因為具有張應(yīng)力性能的第一間隔物150t-1厚地形成，所以第一存儲單元140-1的電阻可以有效地減小。例如，在某些情況下，在第一和第二存儲單元140-1和140-2之間的電阻可以有大的差異，并且可能必須形成保護第一和第二存儲單元140-1和140-2的間隔物。在這樣的情況下，通過在具有高電阻的第一存儲單元140-1的側(cè)壁上厚地形成具有張應(yīng)力性能的第一間隔物150t-1并且在第二存儲單元140-2的側(cè)壁上形成具有壓應(yīng)力性能的第二間隔物150ca-2，第一和第二存儲單元140-1和140-2之間的電阻特性的變化可以減小或最小化。
在根據(jù)本實施方式的存儲器件100l中，通過調(diào)整間隔物的材料性能和厚度，第一和第二存儲單元140-1和140-2的電阻特性可以被更精確地控制。因此，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100l中，第一和第二存儲單元140-1和140-2的電阻的豎直變化可以減小或最小化。
如上所述，在根據(jù)本實施方式的存儲器件100l中，具有不同的材料性能和不同的厚度的間隔物可以應(yīng)用于位于不同的水平或?qū)拥拇鎯卧?，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。例如，圖7至15b的存儲器件100a-100j的間隔物還可以配置為具有至少兩種不同的材料性能。此外，技術(shù)構(gòu)思不限于存儲器件的上述結(jié)構(gòu)。例如，本發(fā)明構(gòu)思可以應(yīng)用于實現(xiàn)配置為具有3d交叉點堆疊結(jié)構(gòu)并且在其中具有不同材料性能的間隔物被用于在不同水平或?qū)拥拇鎯卧?40-1和140-2的任何存儲器件。
圖21是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式并且對應(yīng)于圖17的截面圖的存儲器件的截面圖。在以下描述中，為避免重復(fù)，與圖2、3、16、17、18、19和20的特征相同的特征的描述將保持最少或被省略。
參考圖21，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲器件1000a可以在以下方面類似于圖17的存儲器件1000：存儲器件1000a可以被提供為具有四層結(jié)構(gòu)。然而，根據(jù)本實施方式的存儲器件1000a可以在以下方面不同于圖17的存儲器件1000：存儲器件1000a可以包括用具有不同材料性能的間隔物覆蓋的存儲單元140-1、140-2、240-1和240-2。例如，在根據(jù)本實施方式的存儲器件1000a中，具有張應(yīng)力性能的間隔物150t-1和250t-1可以形成在第一存儲單元140-1和第一上存儲單元240-1的側(cè)表面上，具有壓應(yīng)力性能的間隔物150ca-2和250ca-2可以形成在第二存儲單元140-2和第二上存儲單元240-2的側(cè)表面上。這里，具有張應(yīng)力性能的間隔物150t-1和250t-1可以形成為第一厚度t1，具有壓應(yīng)力性能的間隔物150ca-2和250ca-2可以形成為具有小于第一厚度t1的第二厚度t2。
根據(jù)本實施方式的存儲器件1000a可具有四層結(jié)構(gòu)，該四層結(jié)構(gòu)可以通過在存儲器件100l上另外堆疊上結(jié)構(gòu)以及第二層間絕緣層170而實現(xiàn)，該上結(jié)構(gòu)位于圖20的存儲器件100l的基板101上。然而，存儲器件1000a的結(jié)構(gòu)不限于此。例如，存儲器件的四層結(jié)構(gòu)可以通過在存儲器件100k上另外提供上結(jié)構(gòu)以及第二層間絕緣層170而實現(xiàn)，該上結(jié)構(gòu)位于圖19的存儲器件100k的基板101上。此外，存儲器件的四層結(jié)構(gòu)可以通過在存儲器件100a-100j的每個上另外提供上結(jié)構(gòu)以及第二層間絕緣層170而實現(xiàn)，該上結(jié)構(gòu)位于圖7至14、15a和15b的存儲器件100a-100j的每個的基板101上并且在其中提供具有不同材料性能的間隔物。此外，在具有四層結(jié)構(gòu)的存儲器件1000a中，圖7至14、15a和15b的存儲器件100a-100j的間隔物的厚度和材料性質(zhì)可以被適當?shù)靥峁┖驼{(diào)整，使得這四個存儲單元當中的電阻特性的變化可以減小或最小化，并且可能導(dǎo)致這四個存儲單元具有基本上相同的電阻。
本發(fā)明構(gòu)思不限于存儲器件的前述結(jié)構(gòu)。例如，本發(fā)明構(gòu)思可以應(yīng)用于實現(xiàn)通過堆疊該雙層結(jié)構(gòu)至少三次以及層間絕緣層而形成的存儲器件的任何3d交叉點堆疊結(jié)構(gòu)。這里，在這樣的3d存儲器件中，存儲單元的側(cè)表面可以用提供在公共電極線(例如第二電極線120)上的高水平間隔物以及提供在公共電極線下面并且具有不同于高水平間隔物的材料性能的低水平間隔物覆蓋。
圖22a至22l是用于描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的制造存儲器件(例如圖3的存儲器件)的工藝的截面圖。在以下的描述中，為了避免重復(fù)，與圖1至21的特征相同的特征的描述將保持最少或被省略。
參考圖22a，層間絕緣層105可以形成在基板101上。層間絕緣層105可以由例如硅氧化物或硅氮化物形成，或包括例如硅氧化物或硅氮化物。然而，層間絕緣層105的材料不限于此。此后，第一電極線層110l可以形成在層間絕緣層105上，并且第一電極線層110l可以包括在第一方向x上延伸并且在第二方向y上彼此間隔開的多條第一電極線110。第一電極線110的形成可以包括使用蝕刻工藝或鑲嵌工藝的圖案化步驟。第一電極線110可以由與參考圖2和3描述的材料相同的材料形成。第一絕緣層160a可以形成在第一電極線110之間以在第一方向x上延伸。
下電極層141l-1、選擇器件層143l-1、第二中間電極層145l-1、加熱電極層147l-1和可變電阻圖案層149l-1可以順序堆疊在第一電極線層110l和第一絕緣層160a上以形成第一堆疊140l-1。組成第一堆疊140l-1的層的每個可以在其材料或功能方面與圖2和3中的對應(yīng)一個相同。
參考圖22b，在第一堆疊140l-1的形成之后，在第一方向x和第二方向y上彼此間隔開的掩模圖案可以形成在第一堆疊140l-1上。接著，第一堆疊140l-1可以使用該掩模圖案作為蝕刻掩模被蝕刻以部分地暴露第一絕緣層160a和第一電極線110的頂表面。結(jié)果，多個第一存儲單元140-1可以形成在基板101上。
第一存儲單元140-1可以形成為具有與該掩模圖案相同的布置。也就是，第一存儲單元140-1可以在第一方向x和第二方向y上彼此間隔開。此外，第一存儲單元140-1可以電連接到在其下的第一電極線110。每個第一存儲單元140-1可以包括順序地堆疊在第一電極線110上的下電極141-1、選擇器件143-1、第二中間電極145-1、加熱電極147-1和可變電阻圖案149-1。在存儲單元140-1的形成之后，掩模圖案可以經(jīng)由灰化和/或剝離工藝被去除。
參考圖22c，內(nèi)部間隔物層152l-1可以在第一存儲單元140-1、第一絕緣層160a和第一電極線110上形成為均一厚度。內(nèi)部間隔物層152l-1可以通過使用適當?shù)墓残纬练e技術(shù)(例如cvd或ald)形成。內(nèi)部間隔物層152l-1可以在其材料或功能方面與圖2和3的內(nèi)部間隔物152-1和152-2相同。
參考圖22d，內(nèi)部間隔物層152l-1可以使用例如回蝕工藝和/或干法蝕刻工藝被蝕刻以使部分的內(nèi)部間隔物層152l-1保留在下電極141-1和選擇器件143-1的側(cè)表面上并且從其它區(qū)域去除其它部分。保留在下電極141-1和選擇器件143-1的側(cè)表面上的部分可以組成第一內(nèi)部間隔物152-1。
參考圖22e，第一間隔物層150l-1可以在第一存儲單元140-1、第一絕緣層160a、第一電極線110和第一內(nèi)部間隔物152-1上形成為均一厚度。第一間隔物層150l-1可以通過使用適當?shù)墓残纬练e技術(shù)(例如cvd或ald)形成并且可以在其材料或功能方面與圖2和3的間隔物150-1和150-2基本上相同。
第一間隔物層150l-1可以形成為具有第一初始厚度t1'。第一初始厚度t1'可以考慮到第一間隔物150-1的第一厚度t1而被適當?shù)卮_定，該第一厚度t1將作為隨后的蝕刻工藝的結(jié)果被確定。
參考圖22f，第一間隔物層150l-1可以使用例如回蝕工藝和/或干法蝕刻工藝被蝕刻，因而，第一間隔物150-1可以形成在第一存儲單元140-1的側(cè)表面上。如上所述，第一間隔物150-1可以形成為具有第一厚度t1并且形成為覆蓋第一內(nèi)部間隔物152-1。
參考圖22g，第二絕緣層160b可以形成為填充第一存儲單元140-1之間的空間。第二絕緣層160b可以由絕緣材料(例如氧化物或氮化物)形成，該絕緣材料可以與第一絕緣層160a的絕緣材料相同或不同。絕緣層可以形成至足夠大以完全填充第一存儲單元140-1之間的間隙區(qū)域的厚度，然后可以執(zhí)行化學機械拋光(cmp)工藝以暴露可變電阻圖案149-1的頂表面，從而形成第二絕緣層160b。
第二電極線120可以通過形成用于第二電極線層的導(dǎo)電層并且使用蝕刻工藝圖案化該導(dǎo)電層而形成。第二電極線120可以在第二方向y上延伸并且可以在第一方向x上彼此間隔開。在第二方向y上延伸的第三絕緣層160c可以提供在第二電極線120之間。
如上所述，第二電極線120可以經(jīng)由蝕刻工藝形成，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。例如，第二電極線120可以經(jīng)由鑲嵌工藝形成。用于形成第二電極線120的鑲嵌工藝可以包括在第一存儲單元140-1和第二絕緣層160b上形成絕緣層以及蝕刻該絕緣層從而形成在第二方向y上延伸并且暴露可變電阻圖案149-1的頂表面的溝槽。此后，導(dǎo)電材料可以形成為填充該溝槽，并且第二電極線120可以通過平坦化導(dǎo)電材料而形成。在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，填充第一存儲單元140-1之間的間隙區(qū)域的絕緣層可以形成至足夠厚以在其中形成溝槽，并且第二電極線120可以形成在該溝槽中。在這種情形下，第二和第三絕緣層160b和160c可以由相同的材料形成并且可以彼此連接，從而具有單一體結(jié)構(gòu)。
參考圖22h，第二堆疊，其具有與圖22a的第一堆疊140l-1的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，可以形成在第二電極線120上。第二堆疊可以被圖案化以形成在第一方向x和第二方向y上彼此間隔開并且電連接到第二電極線120的第二存儲單元140-2。類似于第一存儲單元140-1，每個第二存儲單元140-2可以包括順序地堆疊在第二電極線120上的下電極141-2、選擇器件143-2、第二中間電極145-2、加熱電極147-2和可變電阻圖案149-2。
參考圖22i，第二內(nèi)部間隔物152-2可以形成在第二存儲單元140-2的側(cè)表面上。第二內(nèi)部間隔物152-2可以通過使用與參考圖22c和22d描述的用于第一內(nèi)部間隔物152-1的方法相同的方法形成。每個第二內(nèi)部間隔物152-2可以形成為覆蓋下電極141-2和選擇器件143-2的側(cè)表面。
參考圖22j，第二間隔物層150l-2可以在第二存儲單元140-2、第三絕緣層160c、第二電極線120和第二內(nèi)部間隔物152-2上形成為均一厚度。第二間隔物層150l-2可以通過使用適當?shù)墓残纬练e技術(shù)(例如cvd或ald)形成并且可以在其材料或功能方面與圖2和3的間隔物150-1和150-2基本上相同。
第二間隔物層150l-2可以形成為具有初始第二厚度t2'。初始第二厚度t2'可以考慮到第二間隔物150-2的第二厚度t2而被適當?shù)卮_定，該第二厚度t2將作為隨后的蝕刻工藝的結(jié)果被確定。
參考圖22k，第二間隔物層150l-2可以使用例如回蝕工藝和/或干法蝕刻工藝被蝕刻以在第二存儲單元140-2的側(cè)表面上形成第二間隔物150-2。如上所述，第二間隔物150-2可具有第二厚度t2。如圖22k所示，第二間隔物150-2可以不覆蓋第二內(nèi)部間隔物152-2。第二間隔物150-2可以僅覆蓋第二中間電極145-2、加熱電極147-2和可變電阻圖案149-2的側(cè)表面。然而，在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，第二間隔物150-2可以形成為覆蓋第二內(nèi)部間隔物152-2。
參考圖22l，第四絕緣層160d可以形成為填充第二存儲單元140-2之間的間隙區(qū)域，然后，第三電極線130可以形成在第二存儲單元140-2和第四絕緣層160d上。提供有第三電極線130的所得結(jié)構(gòu)可以與圖3的存儲器件100的結(jié)構(gòu)相同。第三電極線130可以通過使用與參考圖22g描述的用于第二電極線120的方法類似的方法形成。然而，像第一電極線110一樣，第三電極線130可以在第一方向x上延伸并且可以在第二方向y上彼此間隔開，并且在第一方向x上延伸的第五絕緣層160e可以提供在第三電極線130之間。在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，第四絕緣層160d和第五絕緣層160e可以形成為具有單一體結(jié)構(gòu)。
此后，第二層間絕緣層170可以形成在第三電極線130上，并且可以在第二層間絕緣層170上再次執(zhí)行圖22a至22l的工藝步驟以實現(xiàn)參考圖17描述的四層結(jié)構(gòu)的存儲器件1000。此外，工藝步驟可以被進一步執(zhí)行以實現(xiàn)具有六層或更多層結(jié)構(gòu)的存儲器件。
圖23a至23c是用于描述通過與用于圖22b的第一存儲單元140-1的方法不同的方法制造存儲器件(例如圖3的存儲器件)的工藝的截面圖。
參考圖23a，可以在(例如圖22a的)第一堆疊140l-1上執(zhí)行使用在第一方向x上延伸的線形第一掩模圖案的圖案化工藝以形成在第一方向x上延伸并且在第二方向y上彼此間隔開的多個第一線結(jié)構(gòu)140x-1。
參考圖23b，絕緣層可以形成為填充第一線結(jié)構(gòu)140x-1之間的間隙區(qū)域并且可以被平坦化以暴露可變電阻圖案149x-1的頂表面。第一間隙填充層190可以作為絕緣層的平坦化的結(jié)果被形成。
參考圖23c，在第二方向y上延伸的線形的第二掩模圖案可以形成在第一線結(jié)構(gòu)140x-1和第一間隙填充層190上。第一線結(jié)構(gòu)140x-1和第一間隙填充層190可以使用第二掩模圖案被蝕刻以形成在第一方向x和第二方向y上彼此間隔開的(例如圖22b的)多個第一存儲單元140-1。此后，第一間隙填充層的剩余部分190可以被去除以形成在圖22b中顯示的第一存儲單元140-1。
圖24是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的計算機系統(tǒng)的框圖。
參考圖24，計算機系統(tǒng)1200可以包括處理器1220和存儲系統(tǒng)1210。處理器1220可以包括配置為執(zhí)行命令并處理數(shù)據(jù)的多個核心以及配置為存儲該命令和數(shù)據(jù)的一個或更多處理器緩存。此外，處理器還可以包括配置為控制一個或更多緩存以及提供在存儲系統(tǒng)1210中的存儲器件的存儲控制器。例如，處理器1220可以包括存儲器側(cè)緩存(msc)控制器、非易失性ram控制器和集成存儲控制器的至少之一。同時，處理器1220可以包括i/o子系統(tǒng)，并且處理器1220可以通過i/o子系統(tǒng)連通外部網(wǎng)絡(luò)和/或i/o器件。
存儲系統(tǒng)1210可以包括第一存儲器件1210-1和第二存儲器件1210-2。第一和第二存儲器件1210-1和1210-2可以被分類，基于此，存儲通道用于將它們連接到處理器1220。因而，存儲通道可以包括連接到處理器的至少一條信號線。第一存儲器件1210-1可以通過第一存儲通道ch1連接到處理器1220。第一存儲器件1210-1可以包括兩種存儲器件。例如，第一存儲器件1210-1可以包括第一級存儲器1202-1和第二級存儲器1204-1。第一級存儲器1202-1可具有第一操作速度(例如第一讀訪問和第一寫訪問速度)。此外，第二級存儲器1204-1可具有第二操作速度(例如第二讀訪問速度和第二寫訪問速度)。這里，第一操作速度可以比第二操作速度快。同時，具有高操作速度的第一級存儲器1202-1可以被用作暫時地存儲要被存儲在第二級存儲器1204-1中的命令或數(shù)據(jù)的緩存。
第二存儲器件1210-2可以通過第二存儲通道ch2連接到處理器1220。第二存儲器件1210-2也可以包括兩種存儲器件。例如，第二存儲器件1210-2可以包括第一級存儲器1202-2和第二級存儲器1204-2。第一級存儲器1202-2可具有第一操作速度，第二級存儲器1204-2可具有第二操作速度。在第二存儲器件1210-2中，具有高操作速度的第一級存儲器1202-2可以被用作用于暫時地存儲要被存儲在第二級存儲器1204-2中的命令或數(shù)據(jù)的緩存。
第一級存儲器1202-1和1202-2的每個可以包括例如dram器件。第二級存儲器1204-1和1204-2的每個可以包括例如非易失性ram器件。這里，非易失性ram器件可以包括相變ram(pram)、reram和mram器件的其中之一。在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，非易失性ram可以包括在圖1至3中顯示的存儲器件100、在圖7至14、15a和15b中顯示的存儲器件100a-100j、在圖16和17中顯示的存儲器件1000、在圖18和19中顯示的存儲器件100k、在圖20中顯示的存儲器件100l和在圖21中顯示的存儲器件1000a的至少一個。
雖然已經(jīng)參考本發(fā)明構(gòu)思的示例實施方式具體地顯示和描述了本發(fā)明構(gòu)思，但是將理解，可以在其中進行形式和細節(jié)中的各種變化而不脫離權(quán)利要求的精神和范圍。
本申請要求享有2016年1月27日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的第10-2016-0010078號韓國專利申請的權(quán)益，該韓國專利申請的公開通過引用被整體合并于此。