專利名稱：制造電阻可變材料單元的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及存儲(chǔ)器技術(shù)。具體地，本發(fā)明涉及使用硫族化物玻璃形成的存儲(chǔ)器器件。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)以及其它數(shù)字系統(tǒng)使用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器的一種通常形式是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)。很多存儲(chǔ)器件，諸如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件(DRAM)和靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件(SRAM)都是易失性存儲(chǔ)器。當(dāng)移去電源時(shí)，易失性存儲(chǔ)器會(huì)丟失其數(shù)據(jù)。此外，某些易失性存儲(chǔ)器，諸如DRAM器件甚至在持續(xù)供電時(shí)仍需要周期性更新循環(huán)以保持其數(shù)據(jù)。
相對(duì)于易失性存儲(chǔ)器件可能會(huì)遇到數(shù)據(jù)丟失，非易失性存儲(chǔ)器件在移去電源時(shí)仍能保持?jǐn)?shù)據(jù)。非易失性存儲(chǔ)器件的例子包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)、可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM)，可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)等。
Kozicki等在名為“Programmable metallization cellstructure and method of making same”的美國(guó)專利No.6,084,796中公開了被稱為可編程導(dǎo)體存儲(chǔ)單元或可編程金屬化單元(PMC)的另一種類型的非易失性存儲(chǔ)器件。這種存儲(chǔ)單元可以集成在存儲(chǔ)器件中，這種存儲(chǔ)器件被稱為可編程導(dǎo)體隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PCRAM)?？删幊探饘倩瘑卧硗獾膽?yīng)用包括用作可編程電阻和可編程電容。
制造可編程導(dǎo)體存儲(chǔ)單元的一種傳統(tǒng)技術(shù)是向諸如鍺硒化物(GexSe(1-x))的硫族化物玻璃中光摻雜銀(Ag)。正如Mitkova等在“Dual Chemical Role of Ag as an Additive in ChalcogenideGlasses”，Physical Review Letters，Vol.83，no.19(Nov.8，1999)，pp.3848-3851中報(bào)道的Ag只能光摻雜摻入形成硒化銀和新的玻璃化學(xué)計(jì)量主鏈的特殊化學(xué)計(jì)量的玻璃中。此外，能夠采用銀(Ag)摻雜的玻璃是“軟”的，并且相對(duì)于剛性玻璃轉(zhuǎn)換相對(duì)慢。Boolchand等在Onset of Rigidity in steps in Chalcogenide Glass，Properties and Applications of Amorphous Materials，pp.97-132，(2001)中，觀察到當(dāng)x＝0.23時(shí)GexSe(1-x)玻璃從軟到剛性轉(zhuǎn)變，其中x對(duì)應(yīng)于鍺的摩爾濃度。
此外，Mitkova等發(fā)現(xiàn)在Mitkova的參考文獻(xiàn)的圖1中區(qū)域II定義的化學(xué)計(jì)量范圍內(nèi)的玻璃在摻入銀(Ag)時(shí)不會(huì)形成硒化銀。例如，諸如鍺硒化物(Ge40Se60)的剛性玻璃當(dāng)使用銀(Ag)光摻雜時(shí)不會(huì)形成硒化銀，因此不能用作存儲(chǔ)開關(guān)。
在使用銀(Ag)光摻雜的GexSe1-x玻璃中出現(xiàn)硒化銀使得這種玻璃可以用作存儲(chǔ)開關(guān)。用于通過光摻雜引入銀(Ag)的玻璃是軟的，并且相對(duì)于剛性玻璃，其電開關(guān)更慢且具有更差的存儲(chǔ)保持力。當(dāng)使用銀(Ag)光摻雜時(shí)，優(yōu)選的剛性玻璃例如Ge40Se60不形成硒化銀。然而，在引入硒化銀的系統(tǒng)中以及諸如Ge40Se60的剛性玻璃中有相對(duì)快的開關(guān)時(shí)間和相對(duì)好的存儲(chǔ)保持力。所需要的是制備這種類型的存儲(chǔ)器的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。本發(fā)明的實(shí)施例包括可以有利地以相對(duì)高的速率和相對(duì)高的產(chǎn)量制造電阻可變材料存儲(chǔ)單元的工藝。所述電阻可變存儲(chǔ)單元的特征還在于相對(duì)于傳統(tǒng)可編程導(dǎo)體存儲(chǔ)單元可以有利地提高開關(guān)速度、改善轉(zhuǎn)換一致性以及改善數(shù)據(jù)保持力和工作溫度范圍。
有利地是，本發(fā)明的實(shí)施例可以在相對(duì)寬的硫族化銀和玻璃層的厚度范圍內(nèi)制造。因此，可以不用相對(duì)精確地控制銀和玻璃厚度來制造存儲(chǔ)單元，而精確控制在傳統(tǒng)光摻雜工藝中為保持玻璃中適量的銀(Ag)而不在存儲(chǔ)單元中引入結(jié)晶化是必須的。此外，本發(fā)明的實(shí)施例可以有利地在諸如Ge40Se60的剛性玻璃上形成存儲(chǔ)單元，而正常地在所述玻璃主鏈中引入銀(Ag)使得難以獲得存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換。這些玻璃另外的優(yōu)點(diǎn)在于具有較高的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。
在一個(gè)實(shí)施例中，銀(Ag)不直接加入鍺硒化物(GexSe(1-x))中。因此，有利地是不用考慮銀(Ag)層與鍺硒化物(GexSe(1-x))層的粘附。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括具有硫族化銀層和諸如鍺硒化物(GexSe(1-x))的硫族化物玻璃層的存儲(chǔ)單元。硫族化銀層和硫族化物玻璃層形成在兩個(gè)電極之間，這兩個(gè)電極也是制備而成的。這些電極可以由諸如鎢(W)、氮化鎢(WN)、鈦(Ti)等制成。硫族化銀可以對(duì)應(yīng)于多種材料，例如硒化銀、硫化銀、碲化銀和氧化銀。硫族化物玻璃可以對(duì)應(yīng)于多種材料，例如鍺硒化物(GexSe(1-x))、鍺硫化物(GexS(1-x))和砷硒化物(AsxSey)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例包括在兩個(gè)電極之間放置銀(Ag)層、諸如鍺硒化物(GexSe(1-x))的硫族化物玻璃層和硒化銀層。在一個(gè)實(shí)施例中，這些層的排列使得硫族化物玻璃放置在銀(Ag)層和硒化銀層之間。硫族化物玻璃可以從諸如Ge40Se60和Ge25Se75的各種玻璃中選擇。在一個(gè)實(shí)施例中，硒化銀層含銀略少并且銀(Ag)在銀(Ag)層中的出現(xiàn)允許存儲(chǔ)單元按要求工作。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例包括具有共沉積的硒化銀和鍺硒化物(GexSe(1-x))的存儲(chǔ)單元。該存儲(chǔ)單元可以對(duì)應(yīng)于非易失性存儲(chǔ)器或易失性存儲(chǔ)器。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是制造存儲(chǔ)器的工藝。該工藝在底電極上形成有源層。該工藝基本不使用紫外(UV)光摻雜步驟，形成包括諸如硒化銀的硫族化銀和諸如鍺硒化物的含硒玻璃的有源層。該工藝也形成頂電極層使得施加在頂電極層和底電極層之間的電壓在這兩個(gè)電極之間產(chǎn)生導(dǎo)電通路，或者使已經(jīng)連接這兩個(gè)電極的導(dǎo)電通路中斷。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例包括在存儲(chǔ)單元中制造有源層的物理氣相沉積(PVD)工藝。該P(yáng)VD工藝通過基本同時(shí)在底電極上共沉積諸如硒化銀的硫族化銀和諸如鍺硒化物(GexSe(1-x))的硫族化物玻璃制造有源層。該工藝在該有源層上形成頂電極使得施加在頂電極層和底電極之間的電壓或電勢(shì)差能夠在該有源層中形成或中斷導(dǎo)電通路。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例包括通過形成硫族化物玻璃層和形成硒化銀層而在襯底組件中形成有源層的沉積工藝。這些層放置在頂電極層和底電極層之間。在一個(gè)實(shí)施例中，硫族化物玻璃是鍺硒化物(GexSe(1-x))，并且除了硒化銀之外沒有其它的銀(Ag)源。在另一實(shí)施例中，硫族化物玻璃是鍺硒化物(GexSe(1-x))并且所述電極中的至少一個(gè)是銀(Ag)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例包括通過形成鍺硒化物(GexSe(1-x))和銀(Ag)的層以及形成硒化銀層而制備存儲(chǔ)單元的有源層的工藝。


現(xiàn)在將參照下述附圖描述本發(fā)明的這些和其它特征。這些附圖和相關(guān)的描述只是為了說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不意圖限制本發(fā)明的范圍。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工藝，該工藝通過形成硒化銀和硫族化物玻璃層而形成有源層。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工藝，該工藝通過共沉積硒化銀和硫族化物玻璃而形成有源層。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工藝，該工藝通過沉積鍺硒化物(GexSe(1-x))和銀(Ag)的層以及硒化銀層而形成有源層。
圖4示出了一個(gè)存儲(chǔ)單元，其有源層通過形成硒化銀和硫族化物玻璃層而形成。
圖5示出了一個(gè)存儲(chǔ)單元，其有源層通過共沉積硒化銀和硫族化物玻璃形成。
圖6示出了一個(gè)存儲(chǔ)單元，其有源層通過形成銀(Ag)層、形成硫族化物玻璃層和形成硒化銀層而形成。
具體實(shí)施例方式
雖然本發(fā)明將根據(jù)特定的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，但是對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的其它實(shí)施例，包括那些不具備此處描述的所有優(yōu)點(diǎn)和特征的實(shí)施例也都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求定義。
雖然說明書中使用硒化銀和鍺硒化物為例說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠理解此處所描述的原理和優(yōu)點(diǎn)也適用于其它類型的銀的硫族化物和硫族化物玻璃。例如，其它銀的硫族化物包括硫化銀、碲化銀和氧化銀。另一種硫族化物玻璃包括砷硒化物(AsxSey)。
本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在鍺硒化物(GexSe(1-x))內(nèi)的硒化銀區(qū)域是電阻可變材料存儲(chǔ)單元中的銀(Ag)紫外(UV)光摻雜鍺硒化物玻璃的存儲(chǔ)開關(guān)特征的來源。Mitkova等使用調(diào)制差示掃描量熱法(MDSC)實(shí)驗(yàn)觀察到玻璃形成區(qū)域I(富硒玻璃)的鍺硒化物(GexSe(1-x))玻璃的銀(Ag)光摻雜會(huì)導(dǎo)致硒化銀的相分離以及新化學(xué)計(jì)量的鍺硒化物(GeySe(1-y))主鏈。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工藝100，該工藝100通過形成硒化銀層和硫族化物玻璃層來制備存儲(chǔ)單元的有源層。此處所使用的術(shù)語“硒化銀”包括化學(xué)計(jì)量的硒化銀(Ag2Se)、富銀的硒化銀(Ag2+xSe)以及含銀少的硒化銀(Ag2-xSe)。此處所使用的術(shù)語“硫族化物玻璃”，包括具有元素周期表的VIA族(或16族)元素的玻璃。VIA族元素包括硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、釙(Po)和氧(O)。在一個(gè)實(shí)施例中，該工藝有利地消除了UV光摻雜步驟。
該工藝可應(yīng)用于相當(dāng)多種的襯底組件。有利地，電阻可變材料單元的許多結(jié)構(gòu)，諸如Kozicki等在美國(guó)專利No.6,084,796中所描述的“PROM構(gòu)造的MDM”，不需要局部晶體管(local transistor)作為存儲(chǔ)元件的部件，因此可以在各種襯底上形成而不只是在半導(dǎo)體上形成。例如，電阻可變材料單元可以在諸如塑料襯底的其它材料上形成。襯底組件應(yīng)當(dāng)是電絕緣的以便施加在電極之間的電勢(shì)差在所述單元中形成或中斷導(dǎo)電通路。當(dāng)襯底組件并不本征絕緣時(shí)，該工藝也可以形成絕緣層，例如氧化硅層(SiO2)，以電絕緣該電阻可變材料單元。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底組件是硅以便于將制成的存儲(chǔ)單元與諸如開關(guān)或晶體管的電子器件集成。
該工藝在襯底組件上形成110導(dǎo)電膜以形成存儲(chǔ)單元的第一電極。用于形成導(dǎo)電膜的材料可以從多種導(dǎo)電材料中選取。在一個(gè)實(shí)施例中，該工藝沉積鎢(W)作為第一電極。該工藝在形成110第一電極后形成120硒化銀層。
該工藝在第一電極上形成120硒化銀薄膜或?qū)印Ｔ趫D1所示的工藝中，該工藝首先形成120硒化銀層，然后形成130鍺硒化物(GexSe(1-x))層。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在另一個(gè)實(shí)施例中，該工藝首先形成130鍺硒化物(GexSe(1-x))層，然后形成120硒化銀層?？梢允褂枚喾N工藝形成120硒化銀層。優(yōu)選使用物理氣相沉積(PVD)技術(shù)，例如蒸發(fā)沉積和濺射，形成120硒化銀層。也可以使用其它技術(shù)，例如化學(xué)氣相沉積(CVD)、共蒸發(fā)以及在銀(Ag)層上沉積硒(Se)層來形成硒化銀。
直接沉積硒化銀是有利的，因此消除了使用UV輻射對(duì)襯底光摻雜的需要。當(dāng)然，仍然可以使用UV光摻雜。當(dāng)仍然使用UV光摻雜時(shí)，直接形成硒化銀層仍能夠有利地減少所施加的UV輻射的強(qiáng)度和/或持續(xù)時(shí)間。此外有利的是，由于光不需要照在硒化銀層上，可以如圖1所示在形成130硫族化物層之前形成120硒化銀層。該工藝從形成120硒化銀層前進(jìn)到形成130硫族化物層。
該工藝形成130硫族化物玻璃層。例如，硫族化物玻璃可以是鍺硒化物(GexSe(1-x))、硒化砷(As2Se3)等。優(yōu)選形成的硫族化物玻璃是鍺硒化物(GexSe(1-x))。在一個(gè)實(shí)施例中，x的范圍是約0.2～約0.43。典型的硫族化物玻璃是Ge40Se60。
優(yōu)選該工藝形成120硒化銀層，以及該工藝形成130鍺硒化物(GexSe(1-x))層，使得硒化銀層的厚度為約300?！?000埃()，且鍺硒化物(GexSe(1-x))層的厚度為約200～1000。在一個(gè)實(shí)施例中，硒化銀層的厚度約為400，且鍺硒化物(GexSe(1-x))層是厚度約為250的Ge40Se60層。
該工藝形成140電阻可變材料單元的第二電極，并且工藝結(jié)束。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解第一電極和第二電極可以分別對(duì)應(yīng)于，例如頂電極和底電極，或?qū)?yīng)于側(cè)電極。由該工藝形成的硒化銀層120和由該工藝形成130的硫族化物玻璃層置于第一電極和第二電極之間。當(dāng)在第一電極和第二電極之間施加電勢(shì)時(shí)，在硒化銀層和硫族化物玻璃層中形成或中斷導(dǎo)電通路。
導(dǎo)電通路的形成降低了電極之間的電阻。在除去所施加的電勢(shì)后所述導(dǎo)電通路保持。這種性質(zhì)允許電阻可變材料單元的一些實(shí)施例以非易失的方式保持信息。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的形成存儲(chǔ)單元的有源層的另一個(gè)工藝200。在所示的工藝中，通過基本在單個(gè)步驟中沉積硒化銀和硫族化物玻璃來形成有源層。在一個(gè)實(shí)施例中，該工藝有利地消除了UV光摻雜步驟。
圖2所示的工藝也可以廣泛地應(yīng)用于早前結(jié)合圖1所述的各種襯底組件。該工藝在襯底組件上形成210導(dǎo)電膜以形成存儲(chǔ)單元的第一電極。用于形成所述導(dǎo)電膜的材料可以從結(jié)合圖1所述的多種導(dǎo)電材料中選取。該工藝從形成210第一電極前進(jìn)到形成220有源層。
該工藝形成220有源層，在該有源層中形成導(dǎo)電通路或?qū)щ娡繁恢袛?。所示的工藝共沉積220硒化銀和硫族化物玻璃以形成220有源層。在一個(gè)實(shí)施例中，使用諸如蒸發(fā)沉積、濺射等的物理氣相沉積(PVD)技術(shù)形成220有源層。硫族化物玻璃包括諸如鍺硒化物(GexSe(1-x))、砷的硒化物(As2Se3)等的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，硫族化物玻璃是鍺硒化物(GexSe(1-x))，其中x為約0.2～約0.43。
由該工藝形成的有源層的厚度可以在相對(duì)寬的范圍內(nèi)變化。優(yōu)選該工藝形成220厚度為約500～約2000的有源層。更優(yōu)選該工藝形成220厚度為約500～約700的有源層。在一個(gè)實(shí)例中，形成220厚度約為500埃()的有源層。
有利地，所示的工藝可以不使用UV輻射光摻雜銀Ag來形成有源層。在另一個(gè)實(shí)施例中，仍然使用UV光摻雜。該工藝從形成220有源層前進(jìn)到形成230第二電極。
該工藝在襯底組件上形成230導(dǎo)電膜以形成存儲(chǔ)單元的第二電極，并且該工藝結(jié)束。形成220的有源層布置在第一電極和第二電極之間。當(dāng)在第一電極和第二電極之間施加電勢(shì)時(shí)，根據(jù)所施加的電勢(shì)的極性形成或中斷導(dǎo)電通路。導(dǎo)電通路的形成和/或中斷是穩(wěn)定的并且可以作為阻抗的變化探測(cè)出。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工藝300，在該工藝中通過沉積鍺硒化物(GexSe(1-x))和銀(Ag)的層以及硒化銀層形成存儲(chǔ)單元的有源層。在一個(gè)實(shí)施例中，x為約0.2～約0.43。
該工藝在襯底組件上形成310導(dǎo)電膜以形成存儲(chǔ)單元的第一電極。用于形成導(dǎo)電膜的材料可以從多種導(dǎo)電材料中選取。在一個(gè)實(shí)施例中，該工藝沉積鎢(W)作為第一電極。該工藝從形成310第一電極前進(jìn)到形成320鍺硒化物(GexSe(1-x))和銀(Ag)的層或薄膜。
該工藝在第一電極上形成320鍺硒化物(GexSe(1-x))和銀(Ag)的(多)層。該工藝可以形成一層鍺硒化物(GexSe(1-x))和銀(Ag)的層或者分別形成鍺硒化物(GexSe(1-x))層和銀(Ag)層分開的層。在一個(gè)實(shí)施例中，該工藝共沉積鍺硒化物(GexSe(1-x))和銀(Ag)以形成320層。在另一個(gè)實(shí)施例中，該工藝通過分別沉積鍺硒化物(GexSe(1-x))層和銀(Ag)層形成320鍺硒化物(GexSe(1-x))和銀(Ag)的(多)層。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，形成相對(duì)薄的銀(Ag)層，然后形成鍺硒化物(GexSe(1-x))層。在一個(gè)實(shí)施例中，相對(duì)薄的銀(Ag)層的厚度大約為50。硒化銀層不應(yīng)當(dāng)鄰近該相對(duì)薄的銀(Ag)層形成。優(yōu)選該工藝形成320的鍺硒化物(GexSe(1-x))和銀(Ag)的膜或?qū)拥暮穸葹榧s250～約1000。
在圖3所示的工藝中，該工藝先形成320鍺硒化物(GexSe(1-x))和銀(Ag)的(多)層，然后形成330硒化銀層。優(yōu)選該工藝形成330硒化銀層的厚度為約300～約1000。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，可以理解在另一實(shí)施例中該工藝先形成330硒化銀層，然后形成320鍺硒化物(GexSe(1-x))和銀(Ag)的(多)層。此外，沉積相對(duì)薄的銀(Ag)膜有利地允許形成含銀稍少的硒化銀層，這是因?yàn)閷?duì)于該存儲(chǔ)單元有額外量的銀可以利用。
可以使用多種工藝形成320鍺硒化物(GexSe(1-x))和銀(Ag)的(多)層。優(yōu)選使用諸如蒸發(fā)沉積和濺射的物理氣相沉積(PVD)技術(shù)來形成320鍺硒化物(GexSe(1-x))和銀(Ag)的層。也可以使用諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)和共蒸發(fā)的其它技術(shù)。該工藝從形成320鍺硒化物(GexSe(1-x))和銀(Ag)的(多)層前進(jìn)到形成330硒化銀層。
該工藝形成330硒化銀層。該硒化銀層應(yīng)當(dāng)在鍺硒化物(GexSe(1-x))層上或在共沉積的銀(Ag)和鍺硒化物(GexSe(1-x))層上形成，而不直接在銀(Ag)層上形成。有利的是，硒化銀是直接沉積的并且不需要UV光摻雜步驟。
該工藝形成340存儲(chǔ)單元的第二電極并且工藝結(jié)束。對(duì)于本領(lǐng)域的一個(gè)普通技術(shù)人員，可以理解第一電極和第二電極可以分別對(duì)應(yīng)于例如頂電極和底電極，或者對(duì)應(yīng)于側(cè)電極。通過該工藝形成320的鍺硒化物(GexSe(1-x))和銀(Ag)的(多)層和通過該工藝形成330的硒化銀層夾在第一電極和第二電極之間。當(dāng)在第一電極和第二電極之間施加電勢(shì)時(shí)，在硒化銀層和鍺硒化物(GexSe(1-x))和銀(Ag)的(多)層中形成或中斷導(dǎo)電通路。
存儲(chǔ)的信息可對(duì)應(yīng)于可編程的電阻以及對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在一個(gè)實(shí)施例中，該存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，第一狀態(tài)對(duì)應(yīng)于電極間相對(duì)低的電阻，第二狀態(tài)對(duì)應(yīng)于電極間相對(duì)高的電阻。此外，電極的極性可以被反向以改變?cè)搶?dǎo)電通路，因而允許該存儲(chǔ)單元被擦除以及被再次編程。
圖4示出樂根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)單元400，其具有通過形成硒化銀和硫族化物玻璃層而制成的有源層。所示的存儲(chǔ)單元400包括第一電極402、第一體層404、第二體層406、絕緣體408和第二電極410。
第一電極形成在襯底組件上并與其接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，該襯底組件是硅，第一電極402連接到諸如交叉點(diǎn)的導(dǎo)體上以便存儲(chǔ)單元400能被編程和讀取。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解存儲(chǔ)單元400可以在多種襯底材料上形成，并不僅限于例如硅的半導(dǎo)體。例如，存儲(chǔ)單元400可以在塑料襯底上形成。第一電極402可以由多種材料以及由多種材料的組合制成。例如，第一電極402可以由鎢(W)、氮化鎢(WN)、多晶硅等制成。
當(dāng)制成存儲(chǔ)單元400后，第一體層404和第二體層406形成該存儲(chǔ)單元400的體。第一體層404在第一電極402上形成，第二體層406在第一體層404上形成。
在所示的實(shí)施例中，第一體層404是硒化銀層，第二體層是諸如鍺硒化物(GexSe(1-x))的硫族化物玻璃的層。在另一實(shí)施例中，第一體層404是硫族化物玻璃層而第二體層406是硒化銀層。
在所示的實(shí)施例中，絕緣體408包圍由第一體層404和第二體層406形成的體。絕緣體408使該體與其它存儲(chǔ)單元的體絕緣，同時(shí)防止有源材料不希望的擴(kuò)散。絕緣體408可以用多種材料形成，例如氮化硅(Si3N4)。當(dāng)然，可以在多個(gè)步驟中形成絕緣體408并可以包含多個(gè)結(jié)構(gòu)。
第二電極410在第二體層406上和絕緣體408上形成。第二電極410可以由多種材料形成，例如銀(Ag)、鈦(Ti)、鎢(W)、氮化鎢(WN)等。第一電極402和第二電極410之間施加的電壓使得在存儲(chǔ)單元400的體內(nèi)形成導(dǎo)電通路或使形成的導(dǎo)電通路變化。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)單元500，其具有通過共沉積硒化銀和硫族化物玻璃形成的有源層。所示的存儲(chǔ)單元500包括第一電極502、有源層506、絕緣體508和第二電極510。
第一電極502形成在襯底組件上。該襯底組件可以對(duì)應(yīng)于多種材料，包括塑料和硅。優(yōu)選第一電極502與諸如交叉點(diǎn)的導(dǎo)體連接以便對(duì)存儲(chǔ)單元500編程和讀取。第一電極可以由多種材料以及由多種材料的組合形成。
有源層506在第一電極502上形成。在所示的實(shí)施例中，有源層506是共沉積的硒化銀和例如鍺硒化物(GexSe(1-x))的硫族化物玻璃的層。
在所示的實(shí)施例中，絕緣體508圍繞有源層506。絕緣體508使有源層506與其它存儲(chǔ)單元絕緣并同時(shí)防止有源材料不希望的擴(kuò)散。絕緣體508可以用多種材料形成，例如氮化硅(Si3N4)。
第二電極510形成在有源層506上和絕緣體508上。第二電極510可以用多種材料形成，例如銀(Ag)、鈦(Ti)、鎢(W)、氮化鎢(WN)等。施加在第一電極502和第二電極510之間的電勢(shì)使得有源層506中的導(dǎo)電通路響應(yīng)于該施加的電勢(shì)形成或中斷。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)單元600，其具有通過形成銀層、硫族化物玻璃層和硒化銀層而形成的有源層。所示的存儲(chǔ)單元600包括第一電極602、第一體層603、第二體層604、第三體層606、絕緣體608和第二電極610。
第一電極602在襯底組件上形成并與其接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，該襯底組件是硅，并且第一電極602連接到諸如交叉點(diǎn)的導(dǎo)體上以便存儲(chǔ)單元600可以被編程和讀取。第一電極可以由多種材料以及由多種材料的組合形成，例如鎢(W)、氮化鎢(WN)、鈦(Ti)等。
當(dāng)制備存儲(chǔ)單元600時(shí)，第一體層603、第二體層604以及第三體層606形成存儲(chǔ)單元600的體。第一體層603形成在第一電極602上，第二體層604形成在第一體層603上，第三體層606形成在第二體層604上。
在所示的實(shí)施例中，第一體層603是銀(Ag)層，第二體層604是諸如鍺硒化物(GexSe(1-x))的硫族化物玻璃的層，第三體層606是硒化銀層。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一體層603是硒化銀層，第二體層604是硫族化物玻璃層，第三體層603是銀(Ag)層。
在所示的實(shí)施例中，絕緣體608圍繞由第一體層603、第二體層604和第三體層606形成的體。絕緣體608使該體與其它存儲(chǔ)單元的體絕緣并且同時(shí)阻止有源材料不希望的擴(kuò)散。絕緣體608可以由多種材料形成，例如氮化硅(Si3N4)。當(dāng)然，絕緣體608可以在多個(gè)步驟中形成并且可以包括多個(gè)結(jié)構(gòu)。
第二電極610形成在第三體層606上和絕緣體608上。第二電極610可以由多種材料形成，例如鎢(Ag)。施加在第一電極602和第二電極610之間的電勢(shì)引起在存儲(chǔ)單元600內(nèi)體的導(dǎo)電通路的形成或變換。
上面描述了本發(fā)明的各種不同實(shí)施例。雖然參照這些具體的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但這些描述只是對(duì)本發(fā)明的說明并不意圖限制本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的真正實(shí)質(zhì)和范圍的情況下作出各種修改和應(yīng)用，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)單元，包括沉積在襯底體上的第一電極；第二電極，第一電極和第二電極提供對(duì)該存儲(chǔ)單元的訪問；置于第一電極和第二電極之間的硫族化銀第一層，該第一層形成存儲(chǔ)單元體的第一部分；以及形成該存儲(chǔ)單元體的第二部分的硫族化物玻璃的第二層，該第二層也置于第一電極和第二電極之間，該硫族化物玻璃允許響應(yīng)于施加在第一電極和第二電極之間的電勢(shì)在第一電極和第二電極之間形成導(dǎo)電通路。
2.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)單元，其中硫族化銀第一層直接形成在第一電極上。
3.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)單元，其中硫族化物玻璃的第二層直接形成在第一電極上。
4.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)單元，其中硫族化銀包括硒化銀。
5.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)單元，其中硫族化銀包括硫化銀。
6.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)單元，其中硫族化銀包括碲化銀。
7.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)單元，其中硫族化銀包括氧化銀。
8.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)單元，其中硫族化物玻璃包括鍺硒化物(GexSe(1-x))。
9.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)單元，其中硫族化物玻璃包括砷硒化物(AsxSey)。
10.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)單元，其中硫族化物玻璃包括鍺硫化物(GexS(1-x))。
11.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)單元，其中硫族化物玻璃從包含硒、能夠摻雜銀并且能夠在用銀摻雜后保持為非晶材料的硫族化物玻璃的組中選取。
12.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)單元，還包括形成該存儲(chǔ)單元體的第三部分的銀(Ag)的第三層，該第三層也位于第一電極和第二電極之間，其中第一層、第二層和第三層的布置使得硫族化物玻璃的第二層置于硫族化銀第一層和銀(Ag)第三層之間。
13.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)單元，其中第一電極和第二電極中的至少一個(gè)包含鎢(W)。
14.一種存儲(chǔ)單元，包括第一電極；第二電極，該第一電極和該第二電極提供對(duì)該存儲(chǔ)單元的訪問；以及置于該第一電極和第二電極之間的存儲(chǔ)單元體，其中該存儲(chǔ)單元體包括共沉積的硒化銀和鍺硒化物(GexSe(1-x))。
15.權(quán)利要求14的存儲(chǔ)單元，其中x的范圍是約0.2～約0.43。
16.權(quán)利要求14的存儲(chǔ)單元，其中鍺硒化物(GexSe(1-x))是Ge40Se60。
17.權(quán)利要求14的存儲(chǔ)單元，其中鍺硒化物(GexSe(1-x))是Ge25Se75。
18.權(quán)利要求14的存儲(chǔ)單元，其中該存儲(chǔ)單元體中硒化銀與鍺硒化物(GexSe(1-x))之比為約1∶1～約5∶1。
19.權(quán)利要求14的存儲(chǔ)單元，其中該存儲(chǔ)單元體中硒化銀與鍺硒化物(GexSe(1-x))之比為約1.43∶1～約2∶1。
20.權(quán)利要求14的存儲(chǔ)單元，其中該存儲(chǔ)單元體中硒化銀與鍺硒化物(GexSe(1-x))之比為約1.72∶1～約1.75∶1。
21.一種在襯底組件中制造存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的工藝，該工藝包括形成與在襯底組件中的導(dǎo)電區(qū)域接觸的底電極；在該底電極上形成有源層，其中該有源層包括硫族化銀和含硒的玻璃，該有源層的形成基本不使用紫外(UV)光摻雜步驟并且不使用熱摻雜步驟；以及形成頂電極層以便施加在頂電極層和底電極層之間的電壓在該有源層中產(chǎn)生電場(chǎng)。
22.權(quán)利要求21的工藝，其中含硒的玻璃是鍺硒化物(GexSe(1-x))，其中x的范圍是約0.2～約0.43。
23.權(quán)利要求21的工藝，其中硫族化銀包括硒化銀。
24.一種在存儲(chǔ)單元中制備有源層的物理氣相沉積(PVD)工藝，該工藝包括形成與半導(dǎo)體基底材料中的導(dǎo)電區(qū)域接觸的底電極；在該底電極上同時(shí)沉積硫族化銀和硫族化物玻璃；以及形成頂電極層，其中施加到該頂電極層和該底電極層上的電壓在該有源層中產(chǎn)生電場(chǎng)。
25.權(quán)利要求24的工藝，其中沉積硫族化銀和硫族化物玻璃進(jìn)一步包括蒸發(fā)硒化銀作為硫族化銀；蒸發(fā)鍺硒化物(GexSe(1-x))作為硫族化物玻璃；在沉積室內(nèi)部引入氣化的硒化銀和氣化的鍺硒化物(GexSe(1-x))；以及同時(shí)在底電極上沉積氣化的硒化銀和氣化的鍺硒化物(GexSe(1-x))以形成有源層。
26.權(quán)利要求24的工藝，其中x的范圍是約0.2～約0.43。
27.權(quán)利要求24的工藝，其中沉積有源層使得在有源層中作為硫族化銀的硒化銀與作為硫族化物玻璃的鍺硒化物(GexSe(1-x))體積比為約1∶1～約5∶1。
28.制造集成電路的至少一部分的沉積工藝，該工藝包括形成與半導(dǎo)體基底材料中導(dǎo)電區(qū)域接觸的底電極；形成硫族化物玻璃層；形成硫族化銀層，其中硫族化物玻璃層和硫族化銀層彼此相鄰并形成有源層，該有源層在有電場(chǎng)的情況下能夠支持導(dǎo)電通路的形成；以及形成頂電極層，使得硫族化物玻璃層和硫族化銀層位于頂電極層和底電極層之間，其中施加在頂電極層和底電極層之間的電勢(shì)在該有源層內(nèi)產(chǎn)生電場(chǎng)。
29.權(quán)利要求28的工藝，其中硫族化物玻璃層是鍺硒化物(GexSe(1-x))，并且該工藝形成的該硫族化物玻璃層的厚度為約200埃()～約1000。
30.權(quán)利要求28的工藝，其中硫族化物玻璃包括鍺硒化物(GexSe(1-x))。
31.權(quán)利要求28的工藝，其中硫族化物玻璃包括硒化砷(As2Se3)。
32.權(quán)利要求28的工藝，其中硫族化物玻璃包括鍺硫化物(GexS(1-x))。
33.權(quán)利要求28的工藝，其中硫族化銀包括硒化銀。
34.權(quán)利要求28的工藝，其中硫族化銀包括硫化銀。
35.權(quán)利要求28的工藝，其中硫族化銀包括碲化銀。
36.權(quán)利要求28的工藝，其中硫族化銀包括氧化銀。
37.權(quán)利要求28的工藝，其中該工藝使用蒸發(fā)沉積形成硫族化物玻璃層和硫族化銀層。
38.權(quán)利要求28的工藝，其中該工藝使用濺射沉積形成硫族化物玻璃層和硫族化銀層。
39.一種在襯底組件中形成有源層的工藝，在向電極施加電勢(shì)時(shí)該有源層能夠支持導(dǎo)電通路的形成，該工藝包括提供第一量的鍺硒化物(GexSe(1-x))和第二量的銀(Ag)；沉積該第一量的鍺硒化物(GexSe(1-x))和該第二量的銀(Ag)；提供第三量的硒化銀；以及沉積該第三量的硒化銀。
40.權(quán)利要求39的工藝，其中所沉積的第一量的鍺硒化物(GexSe(1-x))和第二量的銀(Ag)形成厚約250埃()～約1000的層。
41.權(quán)利要求39的工藝，其中第三量的硒化銀厚約300埃()～1000。
42.權(quán)利要求39的工藝，其中第一量的鍺硒化物(GexSe(1-x))和第二量的銀(Ag)是分別沉積的，并且沉積第一量的鍺硒化物(GexSe(1-x))使得所淀積的鍺硒化物(GexSe(1-x))位于所沉積的銀(Ag)和所沉積的硒化銀之間。
43.一種在襯底組件中形成有源層的工藝，在有電場(chǎng)時(shí)該有源能夠支持導(dǎo)電通路的形成，該工藝包括提供硒化銀并且不提供其它銀(Ag)源；提供鍺硒化物(GexSe(1-x))；以及通過結(jié)合該硒化銀和該鍺硒化物(GexSe(1-x))形成所述有源層。
44.權(quán)利要求43的工藝，其中x為約0.2～約0.43。
45.權(quán)利要求43的工藝，其中該工藝通結(jié)合硒化銀和鍺硒化物(GexSe(1-x))使得硒化銀和鍺硒化物(GexSe(1-x))的體積比為約1∶1～約5∶1形成所述有源層。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造具有改進(jìn)的數(shù)據(jù)保持特性和更高的轉(zhuǎn)換速度的存儲(chǔ)單元(400)或電阻可變材料的方法和裝置。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)單元(400)中，在有源層中結(jié)合硒化銀(406)和諸如鍺硒化物(Ge
文檔編號(hào)H01L27/24GK1842924SQ03810896
公開日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2003年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月14日
發(fā)明者K·A·坎貝爾 申請(qǐng)人:微米技術(shù)有限公司