具有局限細(xì)絲形成的電阻性存儲(chǔ)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明描述具有局限細(xì)絲形成的電阻性存儲(chǔ)器。一或多個(gè)方法實(shí)施例包含：在具有硅材料及所述硅材料上的氧化物材料的堆疊中形成開(kāi)口；及在所述開(kāi)口中鄰近所述硅材料形成氧化物材料，其中形成于所述開(kāi)口中的所述氧化物材料將所述電阻性存儲(chǔ)器單元中的細(xì)絲形成局限于通過(guò)形成于所述開(kāi)口中的所述氧化物材料圍封的區(qū)域。
【專利說(shuō)明】具有局限細(xì)絲形成的電阻性存儲(chǔ)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置、方法及系統(tǒng)，且更特定來(lái)說(shuō)涉及具有局限細(xì)絲形成的電阻性存儲(chǔ)器。

【背景技術(shù)】
[0002]存儲(chǔ)器裝置通常提供為計(jì)算機(jī)或其它電子裝置中的內(nèi)部半導(dǎo)體集成電路及/或外部可抽換式裝置。存在許多不同類型的存儲(chǔ)器，包含隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)、同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SDRAM)、快閃存儲(chǔ)器及電阻性(例如，電阻可變)存儲(chǔ)器等。電阻性存儲(chǔ)器的類型包含可編程導(dǎo)體存儲(chǔ)器、電阻性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)、相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PCRAM)、磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM;也稱為磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)及導(dǎo)電橋接隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(CBRAM)等。
[0003]針對(duì)需要高存儲(chǔ)器密度、高可靠性及低功率消耗的廣泛范圍的電子應(yīng)用，存儲(chǔ)器裝置(例如電阻性存儲(chǔ)器裝置)可用作為非易失性存儲(chǔ)器。非易失性存儲(chǔ)器可用于(例如)個(gè)人計(jì)算機(jī)、便攜式記憶棒、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器(SSD)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、數(shù)字相機(jī)、蜂窩式電話、便攜式音樂(lè)播放器(例如MP3播放器)、電影播放器及其它電子裝置中。數(shù)據(jù)(例如程序代碼)、用戶數(shù)據(jù)及/或系統(tǒng)數(shù)據(jù)(例如基本輸入/輸出系統(tǒng)(B1S))通常存儲(chǔ)于非易失性存儲(chǔ)器裝置中。
[0004]電阻性存儲(chǔ)器(例如RRAM)包含可基于存儲(chǔ)元件(例如，具有可變電阻的電阻性存儲(chǔ)器元件)的電阻狀態(tài)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的電阻性存儲(chǔ)器單元。因而，電阻性存儲(chǔ)器單元可經(jīng)編程以通過(guò)改變電阻性存儲(chǔ)器元件的電阻電平而存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于目標(biāo)數(shù)據(jù)狀態(tài)的數(shù)據(jù)。可通過(guò)施加電場(chǎng)或能量的源(例如正或負(fù)電脈沖)到電阻性存儲(chǔ)器單元(例如，到所述單元的電阻性存儲(chǔ)器元件)達(dá)特定持續(xù)時(shí)間而將所述單元編程到例如對(duì)應(yīng)于特定電阻狀態(tài)的目標(biāo)數(shù)據(jù)狀態(tài)。電脈沖可為(例如)正或負(fù)電壓或電流脈沖。
[0005]可針對(duì)電阻性存儲(chǔ)器單元設(shè)定若干數(shù)據(jù)狀態(tài)(例如，電阻狀態(tài))中的一者。例如，單電平單元(SLC)可經(jīng)編程到兩個(gè)數(shù)據(jù)狀態(tài)中的一者(例如，邏輯I或O)，這可取決于所述單元是否編程到高于或低于特定電平的電阻。作為額外實(shí)例，多種電阻性存儲(chǔ)器單元可經(jīng)編程到對(duì)應(yīng)于多個(gè)數(shù)據(jù)狀態(tài)的多個(gè)不同電阻狀態(tài)中的一者。此類單元可稱為多狀態(tài)單元、多數(shù)字單元及/或多電平單元(MLC)，且可表示數(shù)據(jù)的多個(gè)二進(jìn)制數(shù)(例如，10、01、00、11、111、101、100、1010、1111、0101、0001 等)。
[0006]電阻性存儲(chǔ)器單元(例如RRAM單元)可包含形成于其中的導(dǎo)電細(xì)絲。導(dǎo)電細(xì)絲可用作為單元的(例如，單元的電阻性存儲(chǔ)器元件的)電阻性切換元件。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1A到IE說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例的與形成電阻性存儲(chǔ)器單元相關(guān)聯(lián)的過(guò)程步驟。
[0008]圖2A到2C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例的與形成電阻性存儲(chǔ)器單元相關(guān)聯(lián)的過(guò)程步驟。
[0009]圖3A到3C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例的與形成電阻性存儲(chǔ)器單元相關(guān)聯(lián)的過(guò)程步驟。
[0010]圖4A到4C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例的與形成電阻性存儲(chǔ)器單元相關(guān)聯(lián)的過(guò)程步驟。

【具體實(shí)施方式】
[0011]本文描述具有局限細(xì)絲形成的電阻性存儲(chǔ)器。一或多個(gè)方法實(shí)施例包含:在具有硅材料及所述硅材料上的氧化物材料的堆疊中形成開(kāi)口 ；及在所述開(kāi)口中鄰近所述硅材料形成氧化物材料，其中形成于所述開(kāi)口中的氧化物材料將電阻性存儲(chǔ)器單元中的細(xì)絲形成局限于通過(guò)形成于所述開(kāi)口中的所述氧化物材料圍封的區(qū)域。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例的電阻性存儲(chǔ)器(例如，電阻性存儲(chǔ)器單元)可具有單元的離子源材料與單元的電阻性存儲(chǔ)器材料之間的較小接觸面積。因此，與先前電阻性存儲(chǔ)器相比，根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例的電阻性存儲(chǔ)器(例如，電阻性存儲(chǔ)器單元)可具有可形成導(dǎo)電細(xì)絲的較小區(qū)域。即，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例的電阻性存儲(chǔ)器可具有小于先前電阻性存儲(chǔ)器的離子源材料與電阻性存儲(chǔ)器材料之間的接觸面積，所以根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例的電阻性存儲(chǔ)器可將細(xì)絲形成局限于電阻性存儲(chǔ)器中小于先前電阻性存儲(chǔ)器的區(qū)域。因此，與先前電阻性存儲(chǔ)器相比，根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例的電阻性存儲(chǔ)器在單元之間可具有較高切換均勻性及/或較低可變性，這可增加電阻性存儲(chǔ)器的性能、一致性及/或可靠性。
[0013]在本發(fā)明的下文詳細(xì)描述中，參考附圖(其形成本發(fā)明的一部分，且其中以說(shuō)明的方式展示可如何實(shí)踐本發(fā)明的若干實(shí)施例)。足夠詳細(xì)地描述這些實(shí)施例以使得所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明的若干實(shí)施例，且應(yīng)了解在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可利用其它實(shí)施例且可做出過(guò)程、電或機(jī)械改變。
[0014]本文中的圖遵循編號(hào)慣例，其中第一個(gè)數(shù)字或前幾位數(shù)字對(duì)應(yīng)于圖式編號(hào)且剩余數(shù)字識(shí)別圖式中的元件或組件。可通過(guò)使用類似數(shù)字識(shí)別不同圖之間的類似元件或組件。例如，104可參考圖1A到IE中的元件“04”，且類似元件可在圖2A到2C中參考為204。
[0015]如將了解，在本文的多種實(shí)施例中展示的元件可經(jīng)添加、互換及/或消除以便提供本發(fā)明的若干額外實(shí)施例。此外，如將了解，在圖中所提供的元件的比例及相對(duì)尺度旨在說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，且不應(yīng)視為限制意義。
[0016]如在本文中所使用，“若干”某物可指代一或多個(gè)此類事物。例如，若干存儲(chǔ)器單元可指代一或多個(gè)存儲(chǔ)器單元。
[0017]圖1A到IE說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例的與形成電阻性存儲(chǔ)器單元相關(guān)聯(lián)的過(guò)程步驟。圖1A說(shuō)明具有電阻性存儲(chǔ)器材料102、電阻性存儲(chǔ)器材料102上的硅材料104及硅材料104上的氧化物材料106的垂直(例如，膜)堆疊100的示意橫截面視圖。
[0018]電阻性存儲(chǔ)器材料102可為(例如)電阻性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)材料，例如二氧化鋯(ZrO2)或氧化釓(GdOx)。其它RRAM材料可包含(例如)龐磁阻材料，例如Pr(1_x)CaxMnO3 (PCMO)、La(1_x)CaxMnO3 (LCMO)及 Ba(1_x)SrxT13。RRAM 材料還可包含金屬氧化物，例如堿金屬氧化物(例如，Li20、Na20、K20、Rb20、Cs20、Be0、Mg0、Ca0、Sr0 及 BaO)、折射金屬氧化物(例如，Nb。、NbO2、Nb2O5、MoO2、MoO3、Ta2O5' W203、W02、WO3> ReO2, ReO3 及 Re2O7)及二元金屬氧化物(例如，Cux0y、W0x、Nb205、Al203、Ta205、Ti0x、Zr0x、Nix0 及 FexO)。RRAM 材料還可包含GexSey及可支持固相電解質(zhì)行為的其它材料。除了其它類型的RRAM材料以外，其它RRAM材料可包含鈣鈦礦氧化物(例如，摻雜或未摻雜SrTi03、SrZrO3及BaT13)及聚合物材料(例如，孟加拉國(guó)玫瑰紅(Bengala Rose)、AlQ3Ag、Cu_TCNQ、DDQ、TAPA及基于熒光物的聚合物)。本發(fā)明的實(shí)施例不限于特定類型的RRAM材料。
[0019]除了其它類型的硅材料以外，硅材料104可為(例如)硅(Si)或氮化硅(Si3N4)。除了其它類型的氧化物材料以外，氧化物材料106可為(例如)氧化物電介質(zhì)，例如二氧化硅(S12)或二氧化鋯(ZrO2)。本發(fā)明的實(shí)施例不限于特定類型的硅材料或氧化物材料。
[0020]圖1B說(shuō)明在后續(xù)處理步驟之后的圖1A中展示的結(jié)構(gòu)的示意橫截面視圖。垂直堆疊100的一部分經(jīng)移除(例如，經(jīng)蝕刻及/或經(jīng)圖案化)以形成圖1B中展示的垂直堆疊100中的開(kāi)口 108。開(kāi)口 108可為(例如)形成于硅材料104及氧化物材料106中的溝槽。在圖1B中說(shuō)明的實(shí)施例中，溝槽經(jīng)形成而一路穿過(guò)氧化物材料106及硅材料104，且停止于電阻性存儲(chǔ)器材料102上。然而，在一些實(shí)施例中，溝槽可延伸到電阻性存儲(chǔ)器材料102中。
[0021]如在圖1B中展示，電阻性存儲(chǔ)器材料102、硅材料104及氧化物材料106形成開(kāi)口 108的邊界。例如，如在圖1B中說(shuō)明，電阻性存儲(chǔ)器材料102的頂表面的一部分界定開(kāi)口 108的底部，且硅材料104及氧化物材料106的一或多側(cè)界定開(kāi)口 108的側(cè)壁。盡管在圖1B中展示的開(kāi)口 108的側(cè)壁彼此平行或近似平行，但本發(fā)明的實(shí)施例并不限于此。例如，開(kāi)口 108可具有除圖1B中展示的形狀外的形狀。
[0022]開(kāi)口 108可具有(例如)30納米到40納米的寬度109 (例如，側(cè)壁之間的距離)。在一些實(shí)施例中，開(kāi)口 108的寬度可等于一個(gè)特征寬度，例如，光刻尺寸。
[0023]開(kāi)口 108可以此項(xiàng)技術(shù)中已知的方式形成于垂直堆疊100中。例如，如圖1B中展示，可通過(guò)蝕刻穿過(guò)垂直堆疊100而形成開(kāi)口 108。此外，可以穿過(guò)垂直堆疊100的單個(gè)蝕刻或以穿過(guò)垂直堆疊100的一系列蝕刻(例如，移除氧化物材料106的一部分的第一蝕刻及移除硅材料104的一部分的第二后續(xù)蝕刻)形成開(kāi)口 108。
[0024]圖1C說(shuō)明后續(xù)處理步驟之后的圖1B中展示的結(jié)構(gòu)的示意橫截面視圖。如在圖1C中說(shuō)明，在開(kāi)口 108中鄰近硅材料104且在電阻性存儲(chǔ)器材料102的一部分上選擇性地形成(例如，選擇性地沉積)金屬材料110。例如，可使用選擇性原子層沉積(ALD)工藝在開(kāi)口 108中鄰近硅材料104且在電阻性存儲(chǔ)器材料102的一部分上選擇性地形成金屬材料110。
[0025]金屬材料110可為(例如)銅材料。然而，本發(fā)明的實(shí)施例并不限于特定類型的金屬材料，且可包含可選擇性地形成于開(kāi)口 108中鄰近硅材料104且在電阻性存儲(chǔ)器材料102的一部分上的任意類型的金屬。
[0026]如本文中使用，在開(kāi)口 108中選擇性地形成金屬材料110可包含在開(kāi)口 108中形成金屬材料110使得金屬材料110不在開(kāi)口 108中鄰近氧化物材料106而形成，例如使得金屬材料110專門經(jīng)形成而鄰近硅材料104且在電阻性存儲(chǔ)器材料102的一部分上，如在圖1C中說(shuō)明。即，金屬材料110粘著到硅材料104而非氧化物材料106，使得開(kāi)口 108為其中形成金屬材料110的唯一位置，如在圖1C中說(shuō)明。
[0027]圖1D說(shuō)明在后續(xù)處理步驟之后的圖1C中展示的結(jié)構(gòu)的示意橫截面視圖。金屬材料110經(jīng)氧化以在開(kāi)口 108中形成金屬氧化物(例如，銅氧化物(CuOx))材料112。金屬氧化物材料108可呈環(huán)形且還可鄰近氧化物材料106的一部分。S卩，如在圖1D中展示，金屬氧化物材料112可覆蓋開(kāi)口 108的底部的一部分(例如，并非全部)、界定開(kāi)口 108的側(cè)壁的硅材料104的側(cè)及界定開(kāi)口 108的側(cè)壁的氧化物材料106的側(cè)的一部分(例如，并非全部)。此外，金屬氧化物材料112不完全填充由開(kāi)口 108的底部和界定開(kāi)口 108的側(cè)壁的硅材料104的側(cè)形成的開(kāi)口 108的部分，如在圖1D中說(shuō)明。
[0028]金屬氧化物材料112可將電阻性存儲(chǔ)器單元中的細(xì)絲形成局限(例如，限制)于通過(guò)金屬氧化物材料112圍封的區(qū)域。例如，金屬氧化物材料112可防止細(xì)絲(例如，導(dǎo)電細(xì)絲)形成于單元中通過(guò)金屬氧化物材料112圍封的區(qū)域的外部。通過(guò)金屬氧化物材料112圍封的區(qū)域(其中可形成細(xì)絲)可包含(例如)通過(guò)開(kāi)口 108的底部及界定開(kāi)口 108的側(cè)壁的硅材料104的側(cè)形成的開(kāi)口 108的未填充部分。
[0029]圖1E說(shuō)明在后續(xù)處理步驟之后的圖1D中展示的結(jié)構(gòu)的示意橫截面視圖。在開(kāi)口108中及氧化物材料106上形成離子源材料114。例如，在開(kāi)口 108中鄰近氧化物材料106及金屬氧化物材料112且在電阻性存儲(chǔ)器材料102的一部分上形成離子源材料114。例如，可使用化學(xué)氣相沉積(CVD)或ALD工藝而在開(kāi)口 108中及氧化物材料106上形成離子源材料 114。
[0030]如在圖1E中展示，離子源材料114完全填充通過(guò)金屬氧化物材料112圍封的區(qū)域。此外，如在圖1E中說(shuō)明，離子源材料114完全填充通過(guò)界定開(kāi)口 108的側(cè)壁的氧化物材料106的側(cè)形成的開(kāi)口 108的部分。
[0031]離子源材料114可為(例如)用于RRAM的離子源材料，例如碲化銅(CuTe)或硫化銀(Ag2S)。然而，本發(fā)明的實(shí)施例并不限于特定類型的離子源材料。
[0032]在圖1E中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)可為電阻性存儲(chǔ)器單元(例如，電阻性存儲(chǔ)器單元116)的一部分。例如，電阻性存儲(chǔ)器材料102可為電阻性存儲(chǔ)器單元116的存儲(chǔ)元件。電阻性存儲(chǔ)器單元116可為(例如)RRAM單元。
[0033]通過(guò)金屬氧化物材料112圍封的區(qū)域可具有(例如)5納米到15納米的寬度115(例如，直徑)。因而，電阻性存儲(chǔ)器材料102與離子源材料114之間的接觸面積可小于先前電阻性存儲(chǔ)器單元中的接觸面積。因此，電阻性存儲(chǔ)器單元116中可形成細(xì)絲的區(qū)域可小于先前電阻性存儲(chǔ)器單元中可形成細(xì)絲的區(qū)域。即，因?yàn)榻饘傺趸锊牧?12可產(chǎn)生小于先前電阻性存儲(chǔ)器單元中的電阻性存儲(chǔ)器材料102與離子源材料114之間的接觸面積，所以金屬氧化物材料112可將電阻性存儲(chǔ)器單元中的細(xì)絲形成局限于小于先前電阻性存儲(chǔ)器單元中的區(qū)域。因此，與先前電阻性存儲(chǔ)器單元相比，電阻性存儲(chǔ)器單元在其它電阻性存儲(chǔ)器單元之間可具有較高切換均勻性及/或較低可變性，這可增加電阻性存儲(chǔ)器單元的性能、一致性及/或可靠性。
[0034]圖2A到2C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例的與形成電阻性存儲(chǔ)器單元相關(guān)聯(lián)的過(guò)程步驟。在圖2A中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)(例如，垂直堆疊200)可類似于在圖1D中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)(例如，垂直堆疊100)，區(qū)別僅在于已通過(guò)電極222取代電阻性存儲(chǔ)器材料102。例如，垂直堆疊200包含電極222上類似于硅材料104的硅材料204、硅材料204上類似于氧化物材料106的氧化物材料206、形成于垂直堆疊200中的類似于開(kāi)口 108的開(kāi)口 208及形成于開(kāi)口208中的類似于金屬(例如，銅)氧化物材料112的金屬(例如，銅)氧化物材料212。
[0035]除了其它金屬以外，電極222還可為(例如)例如鎢或鉬的金屬。然而，本發(fā)明的實(shí)施例并不限于特定類型的電極。
[0036]圖2B說(shuō)明在后續(xù)處理步驟之后的圖2A中展示的結(jié)構(gòu)的示意橫截面視圖。在開(kāi)口208中形成(例如，沉積)電阻性存儲(chǔ)器材料224。例如，在開(kāi)口 208中鄰近氧化物材料206及金屬氧化物材料212且在電極222的一部分上形成電阻性存儲(chǔ)器材料224。
[0037]如在圖2B中展示，電阻性存儲(chǔ)器材料224并未完全填充通過(guò)金屬氧化物材料212圍封的區(qū)域。此外，如在圖2B中說(shuō)明，電阻性存儲(chǔ)器材料224并未完全填充通過(guò)界定開(kāi)口208的側(cè)壁的氧化物材料206的側(cè)形成的開(kāi)口 208的部分。
[0038]電阻性存儲(chǔ)器材料224可為(例如)ZrO2或GdOx或在本文中(例如，結(jié)合圖1A)先前描述的其它電阻性存儲(chǔ)器(例如，RRAM)材料中的一者。然而，本發(fā)明的實(shí)施例并不限于特定類型的電阻性存儲(chǔ)器材料。
[0039]圖2C說(shuō)明在后續(xù)處理步驟之后的圖2B中展示的結(jié)構(gòu)的示意橫截面視圖。在開(kāi)口208中形成離子源材料226。例如，在開(kāi)口 208中鄰近電阻性存儲(chǔ)器材料224、電阻性存儲(chǔ)器材料224之間及電阻性存儲(chǔ)器材料224上形成離子源材料226。例如，可使用CVD或ALD工藝在開(kāi)口 208中形成離子源材料226。
[0040]離子源材料226可為(例如)用于RRAM的離子源材料，例如CuTe或Ag2S。然而，本發(fā)明的實(shí)施例并不限于特定類型的離子源材料。
[0041]在圖2C中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)可為電阻性存儲(chǔ)器單元(例如，電阻性存儲(chǔ)器單元228)的一部分。例如，電阻性存儲(chǔ)器材料224可為電阻性存儲(chǔ)器單元228的存儲(chǔ)元件。電阻性存儲(chǔ)器單元228可為(例如)RRAM單元。
[0042]圖3A到3C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例的與形成電阻性存儲(chǔ)器單元相關(guān)聯(lián)的過(guò)程步驟。在圖3A中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)(例如，垂直堆疊300)可類似于在圖1B中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)(例如，垂直堆疊100)。例如，垂直堆疊300包含類似于電阻性存儲(chǔ)器材料102的電阻性存儲(chǔ)器材料302、電阻性存儲(chǔ)器材料302上類似于硅材料104的硅材料304、硅材料304上類似于氧化物材料106的氧化物材料306及形成于垂直堆疊300中的類似于開(kāi)口 108的開(kāi)口308。
[0043]圖3B說(shuō)明在后續(xù)處理步驟之后的圖3A中展示的結(jié)構(gòu)的示意橫截面視圖。如在圖3B中說(shuō)明，鄰近開(kāi)口 308的硅材料304經(jīng)氧化以在開(kāi)口 308中鄰近硅材料304且在電阻性存儲(chǔ)器材料302的一部分上形成二氧化硅(例如，S12)材料332。如在圖3B中展示，二氧化硅材料332可呈環(huán)形且可覆蓋開(kāi)口 308的底部的一部分(例如，并非全部)。此外，如在圖3B中說(shuō)明，硅材料304的氧化(例如，二氧化硅材料322的形成)可消耗硅材料304的一部分(例如，界定開(kāi)口 308的側(cè)壁的硅材料304的側(cè))。此外，如在圖3B中說(shuō)明，二氧化硅材料332并未完全填充通過(guò)開(kāi)口 308的底部及界定開(kāi)口 308的側(cè)壁的硅材料304的側(cè)形成的開(kāi)口 308的部分。
[0044]二氧化硅材料332可以類似于在本文中(例如，結(jié)合圖1D)先前描述的金屬氧化物材料112的方式將電阻性存儲(chǔ)器單元中的細(xì)絲形成局限于通過(guò)二氧化硅材料332圍封的區(qū)域，例如，通過(guò)開(kāi)口 308的底部及界定開(kāi)口 308的側(cè)壁的硅材料304的側(cè)形成的開(kāi)口 308的未填充部分。
[0045]圖3C說(shuō)明在后續(xù)處理步驟之后的圖3B中展示的結(jié)構(gòu)的示意橫截面視圖。離子源材料314以類似于如本文中(例如，結(jié)合圖1E)先前描述的離子源材料114形成于開(kāi)口 108中及氧化物材料106上的方式形成于開(kāi)口 308中及氧化物材料306上。
[0046]如在圖3C中展示，離子源材料314完全填充通過(guò)二氧化硅材料332圍封的區(qū)域。此外，如在圖3C中說(shuō)明，離子源材料314完全填充通過(guò)界定開(kāi)口 308的側(cè)壁的氧化物材料306的側(cè)形成的開(kāi)口 308的部分。
[0047]離子源材料314可為(例如)用于RRAM的離子源材料，例如CuTe或Ag2S。然而，本發(fā)明的實(shí)施例并不限于特定類型的離子源材料。
[0048]在圖3C中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)可為電阻性存儲(chǔ)器單元(例如，電阻性存儲(chǔ)器單元336)的一部分。例如，電阻性存儲(chǔ)器材料302可為電阻性存儲(chǔ)器單元336的存儲(chǔ)元件。電阻性存儲(chǔ)器單元336可為(例如)RRAM單元。
[0049]通過(guò)二氧化硅材料332圍封的區(qū)域可具有(例如)5納米到15納米的寬度333(例如，直徑)。因而，電阻性存儲(chǔ)器材料302與離子源材料314之間的接觸面積可小于先前電阻性存儲(chǔ)器單元中的接觸面積。因此，在電阻性存儲(chǔ)器單元336中可形成細(xì)絲的區(qū)域以類似于本文中(例如，結(jié)合圖1E)先前描述的電阻性存儲(chǔ)器單元116的方式可小于先前電阻性存儲(chǔ)器單元中可形成細(xì)絲的區(qū)域。因此，與先前電阻性存儲(chǔ)器單元相比，電阻性存儲(chǔ)器單元在其它電阻性存儲(chǔ)器單元之間可具有較高切換均勻性及/或較低可變性，此可增加單元的性能、一致性及/或可靠性。
[0050]圖4A到4C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例的與形成電阻性存儲(chǔ)器單元相關(guān)聯(lián)的過(guò)程步驟。在圖4A中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)(例如，垂直堆疊400)可類似于在圖3B中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)(例如，垂直堆疊300)，區(qū)別僅在于已通過(guò)電極422取代電阻性存儲(chǔ)器材料302。例如，垂直堆疊400包含電極422上類似于硅材料304的硅材料404、硅材料404上類似于氧化物材料306的氧化物材料406、形成于垂直堆疊400中類似于開(kāi)口 308的開(kāi)口 408及形成于開(kāi)口408中的類似于二氧化硅材料332的二氧化硅材料432。
[0051]除其它金屬以外，電極422可為(例如)例如鎢或鉬的金屬。然而，本發(fā)明的實(shí)施例并不限于特定類型的電極。
[0052]圖4B說(shuō)明在后續(xù)處理步驟之后的圖4A中展示的結(jié)構(gòu)的示意橫截面視圖。在開(kāi)口408中形成(例如，沉積)電阻性存儲(chǔ)器材料424。例如，在開(kāi)口 408中鄰近氧化物材料406及二氧化硅材料432且在電極422的一部分上形成電阻性存儲(chǔ)器材料424。
[0053]如在圖4B中展示，電阻性存儲(chǔ)器材料424并未完全填充通過(guò)二氧化硅材料432圍封的區(qū)域。此外，如在圖4B中說(shuō)明，電阻性存儲(chǔ)器材料424并未完全填充通過(guò)界定開(kāi)口 408的側(cè)壁的氧化物材料406的側(cè)形成的開(kāi)口 408的部分。
[0054]電阻性存儲(chǔ)器材料424可為(例如)ZrO2或GdOx或在本文中(例如，結(jié)合圖1A)先前描述的其它電阻性存儲(chǔ)器(例如，RRAM)材料中的一者。然而，本發(fā)明的實(shí)施例并不限于特定類型的電阻性存儲(chǔ)器材料。
[0055]圖4C說(shuō)明在后續(xù)處理步驟之后的圖4B中展示的結(jié)構(gòu)的示意橫截面視圖。離子源材料426以類似于本文中(例如，結(jié)合圖2C)先前描述的離子源材料226形成在開(kāi)口 208中的方式形成在開(kāi)口 408中。
[0056]離子源材料426可為(例如)用于RRAM的離子源材料，例如CuTe或Ag2S。然而，本發(fā)明的實(shí)施例并不限于特定類型的離子源材料。
[0057]在圖4C中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)可為電阻性存儲(chǔ)器單元(例如，電阻性存儲(chǔ)器單元440)的一部分。例如，電阻性存儲(chǔ)器材料424可為電阻性存儲(chǔ)器單元440的存儲(chǔ)元件。電阻性存儲(chǔ)器單元440可為(例如)RRAM單元。
[0058]結(jié)論
[0059]在本文中描述具有局限細(xì)絲形成的電阻性存儲(chǔ)器。一或多個(gè)方法實(shí)施例包含在具有硅材料及硅材料上的氧化物材料的堆疊中形成開(kāi)口 ；及在開(kāi)口中鄰近硅材料形成氧化物材料，其中形成于開(kāi)口中的氧化物材料將電阻性存儲(chǔ)器單元中的細(xì)絲形成局限于通過(guò)形成于開(kāi)口中的氧化物材料圍封的區(qū)域。
[0060]盡管已在本文中說(shuō)明及描述特定實(shí)施例，但所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將了解經(jīng)計(jì)算以實(shí)現(xiàn)相同結(jié)果的布置可代替所展示的特定實(shí)施例。本發(fā)明旨在涵蓋本發(fā)明的多種實(shí)施例的調(diào)適或變動(dòng)。應(yīng)了解，已以闡釋性方式而非限制性方式進(jìn)行以上描述。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在檢視以上描述之后將清楚以上實(shí)施例的組合及并未在本文中具體描述的其它實(shí)施例。本發(fā)明的多種實(shí)施例的范圍包含其中使用以上結(jié)構(gòu)及方法的其它應(yīng)用。因此，應(yīng)參考所附權(quán)利要求書(shū)連同此權(quán)利要求書(shū)所授權(quán)的等效物的全范圍確定本發(fā)明的多種實(shí)施例的范圍。
[0061]在前述實(shí)施方式中，將多種特征集合于單個(gè)實(shí)施例中用于簡(jiǎn)化本發(fā)明的目的。本發(fā)明的此方法并非解釋為反映本發(fā)明的所揭示實(shí)施例必須使用多于在每一項(xiàng)權(quán)利要求中明文敘述的特征的意圖。實(shí)情是，如所附權(quán)利要求書(shū)反映，本發(fā)明標(biāo)的物在于少于單個(gè)揭示實(shí)施例的所有特征。因此，所附權(quán)利要求書(shū)借此并入實(shí)施方式中，其中每一項(xiàng)權(quán)利要求獨(dú)立地作為單獨(dú)實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種處理電阻性存儲(chǔ)器單元的方法，其包括: 在具有硅材料及所述硅材料上的氧化物材料的堆疊中形成開(kāi)口 ；及 在所述開(kāi)口中鄰近所述硅材料形成氧化物材料，其中形成于所述開(kāi)口中的所述氧化物材料將所述電阻性存儲(chǔ)器單元中的細(xì)絲形成局限于通過(guò)形成于所述開(kāi)口中的所述氧化物材料圍封的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述開(kāi)口中鄰近所述硅材料形成所述氧化物材料包含: 在所述開(kāi)口中鄰近所述硅材料選擇性地形成金屬材料；及 氧化所述金屬材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述方法包含在所述開(kāi)口中鄰近所述經(jīng)氧化的金屬材料及所述氧化物材料形成離子源材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述方法包含: 在所述開(kāi)口中鄰近所述經(jīng)氧化的金屬材料及所述氧化物材料形成電阻性存儲(chǔ)器材料；及 在所述開(kāi)口中鄰近所述電阻性存儲(chǔ)器材料及在通過(guò)形成于所述開(kāi)口中的所述氧化物材料圍封的所述區(qū)域中形成離子源材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述開(kāi)口中鄰近所述硅材料形成所述氧化物材料包含氧化鄰近所述開(kāi)口的所述硅材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述方法包含在所述開(kāi)口中鄰近所述經(jīng)氧化的硅材料及所述氧化物材料形成離子源材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述方法包含: 在所述開(kāi)口中鄰近所述經(jīng)氧化的硅材料及所述氧化物材料形成電阻性存儲(chǔ)器材料；及 在所述開(kāi)口中鄰近所述電阻性存儲(chǔ)器材料及在通過(guò)形成于所述開(kāi)口中的所述氧化物材料圍封的所述區(qū)域中形成離子源材料。
8.—種電阻性存儲(chǔ)器單元，其包括: 垂直堆疊，其具有硅材料及所述硅材料上的氧化物材料； 氧化物材料，其鄰近所述硅材料且在所述硅材料之間，其中鄰近所述硅材料且在所述硅材料之間的所述氧化物材料將所述電阻性存儲(chǔ)器單元中的細(xì)絲形成局限于通過(guò)鄰近所述硅材料且在所述硅材料之間的所述氧化物材料圍封的區(qū)域；及 離子源材料，其在通過(guò)鄰近所述硅材料且在所述硅材料之間的所述氧化物材料圍封的所述區(qū)域中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電阻性存儲(chǔ)器單元，其中所述垂直堆疊包含電阻性存儲(chǔ)器材料，所述電阻性存儲(chǔ)器材料鄰近于鄰近所述硅材料且在所述硅材料之間的所述氧化物材料及鄰近于在通過(guò)鄰近所述硅材料且在所述硅材料之間的所述氧化物材料圍封的所述區(qū)域中的所述離子源材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電阻性存儲(chǔ)器單元，其中所述垂直堆疊包含電極，所述電極鄰近于鄰近所述硅材料且在所述硅材料之間的所述氧化物材料及鄰近于在通過(guò)鄰近所述硅材料且在所述硅材料之間的所述氧化物材料圍封的所述區(qū)域中的所述離子源材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求8到10中任一權(quán)利要求所述的電阻性存儲(chǔ)器單元，其中: 所述硅材料為氮化硅；且 鄰近所述硅材料且在所述硅材料之間的所述氧化物材料為氧化銅。
12.根據(jù)權(quán)利要求8到10中任一權(quán)利要求所述的電阻性存儲(chǔ)器單元，其中: 所述硅材料為硅；且 鄰近所述硅材料且在所述硅材料之間的所述氧化物材料為二氧化硅。
13.根據(jù)權(quán)利要求8到10中任一權(quán)利要求所述的電阻性存儲(chǔ)器單元，其中鄰近所述硅材料且在所述硅材料之間的所述氧化物材料為環(huán)形氧化物材料。
14.一種處理電阻性存儲(chǔ)器單元的方法，其包括: 在垂直堆疊中形成開(kāi)口，所述垂直堆疊具有電阻性存儲(chǔ)器材料、所述電阻性存儲(chǔ)器材料上的硅材料及所述硅材料上的氧化物材料； 在所述開(kāi)口中鄰近所述硅材料選擇性地形成金屬材料； 氧化所述金屬材料，其中氧化所述金屬材料在所述開(kāi)口中鄰近所述硅材料且在所述電阻性存儲(chǔ)器材料上形成金屬氧化物材料，所述金屬氧化物材料將所述電阻性存儲(chǔ)器單元中的細(xì)絲形成局限于通過(guò)所述金屬氧化物材料圍封的區(qū)域；及 在所述開(kāi)口中在所述電阻性存儲(chǔ)器材料上且鄰近所述金屬氧化物材料及所述氧化物材料形成離子源材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述方法包含使用選擇性原子層沉積工藝在所述開(kāi)口中鄰近所述硅材料選擇性地形成所述金屬材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中在所述開(kāi)口中鄰近所述硅材料選擇性地形成所述金屬材料包含在所述開(kāi)口中形成所述金屬材料使得金屬材料不在所述開(kāi)口中鄰近所述氧化物材料而形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求14到16中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述電阻性存儲(chǔ)器材料為二氧化鋯。
18.—種電阻性存儲(chǔ)器單元，其包括: 垂直堆疊，其具有電極、所述電極上的硅材料及所述硅材料上的氧化物材料； 金屬氧化物材料，其在所述電極上并鄰近所述硅材料且在所述硅材料之間，其中所述金屬氧化物材料將所述電阻性存儲(chǔ)器單元中的細(xì)絲形成局限于通過(guò)所述金屬氧化物材料圍封的區(qū)域； 電阻性存儲(chǔ)器材料，其在所述電極上并鄰近所述金屬氧化物材料及所述氧化物材料且在所述金屬氧化物材料及所述氧化物材料之間；及 離子源材料，其鄰近所述電阻性存儲(chǔ)器材料且在所述電阻性存儲(chǔ)器材料之間且在通過(guò)所述金屬氧化物材料圍封的所述區(qū)域中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電阻性存儲(chǔ)器單元，其中所述硅材料為氮化硅。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電阻性存儲(chǔ)器單元，其中所述電阻性存儲(chǔ)器材料為氧化釓。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電阻性存儲(chǔ)器單元，其中所述離子源材料為碲化銅。
22.根據(jù)權(quán)利要求18到21中任一權(quán)利要求所述的電阻性存儲(chǔ)器單元，其中所述金屬氧化物材料為環(huán)形金屬氧化物材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求18到21中任一權(quán)利要求所述的電阻性存儲(chǔ)器單元，其中所述金屬氧化物材料為氧化銅材料。
24.一種電阻性存儲(chǔ)器單元，其包括: 垂直堆疊，其具有電阻性存儲(chǔ)器材料、所述電阻性存儲(chǔ)器材料上的硅材料及所述硅材料上的氧化物材料； 二氧化硅材料，其在所述電阻性存儲(chǔ)器材料上并鄰近所述硅材料且在所述硅材料之間，其中所述二氧化硅材料將所述電阻性存儲(chǔ)器單元中的細(xì)絲形成局限于通過(guò)所述二氧化硅材料圍封的區(qū)域 '及 離子源材料，其在所述電阻性存儲(chǔ)器材料上并鄰近所述二氧化硅材料及所述氧化物材料且在所述二氧化硅材料及所述氧化物材料之間。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的電阻性存儲(chǔ)器單元，其中所述電阻性存儲(chǔ)器材料為電阻性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器材料。
26.根據(jù)權(quán)利要求24到25中任一權(quán)利要求所述的電阻性存儲(chǔ)器單元，其中所述硅材料為娃。
27.根據(jù)權(quán)利要求24到25中任一權(quán)利要求所述的電阻性存儲(chǔ)器單元，其中所述離子源材料為硫化銀。
28.根據(jù)權(quán)利要求24到25中任一權(quán)利要求所述的電阻性存儲(chǔ)器單元，其中通過(guò)所述二氧化硅材料圍封的所述區(qū)域的寬度小于所述硅材料之間的距離及所述氧化物材料之間的距離。
29.根據(jù)權(quán)利要求24到25中任一權(quán)利要求所述的電阻性存儲(chǔ)器單元，其中所述二氧化硅材料為環(huán)形二氧化硅材料。
30.一種處理電阻性存儲(chǔ)器單元的方法，其包括: 在垂直堆疊中形成開(kāi)口，所述垂直堆疊具有電極、電阻性存儲(chǔ)器材料上的硅材料及所述硅材料上的氧化物材料； 氧化鄰近所述開(kāi)口的所述硅材料，其中氧化鄰近所述開(kāi)口的所述硅材料在所述開(kāi)口中鄰近所述硅材料且在所述電極上形成二氧化硅材料，所述二氧化硅材料將所述電阻性存儲(chǔ)器單元中的細(xì)絲形成局限于通過(guò)所述二氧化硅材料圍封的區(qū)域； 在所述開(kāi)口中在所述電極上及鄰近所述二氧化硅材料及所述氧化物材料形成電阻性存儲(chǔ)器材料 '及 在所述開(kāi)口中鄰近所述電阻性存儲(chǔ)器材料及在通過(guò)所述二氧化硅材料圍封的所述區(qū)域中形成離子源材料。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述氧化物材料為二氧化硅。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述氧化物材料為二氧化鋯。
33.根據(jù)權(quán)利要求30到32中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述開(kāi)口具有等于一個(gè)特征覽度的覽度。
【文檔編號(hào)】H01L21/8247GK104303286SQ201380024006
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月7日
【發(fā)明者】尤金·P·馬什, 劉峻 申請(qǐng)人:美光科技公司