電阻式存儲(chǔ)器裝置的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】電阻式存儲(chǔ)器裝置
[0001]優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)案
[0002]本申請(qǐng)案主張2012年8月30日申請(qǐng)的第13/599，865號(hào)美國(guó)申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)益，所述申請(qǐng)案的全文是以引用方式并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0003]半導(dǎo)體裝置產(chǎn)業(yè)具有對(duì)改善存儲(chǔ)器裝置的操作的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)需要。對(duì)存儲(chǔ)器裝置的改善可通過(guò)存儲(chǔ)器裝置設(shè)計(jì)的進(jìn)步而解決。存儲(chǔ)器裝置的增強(qiáng)也可通過(guò)處理的進(jìn)步而實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0004]圖1展示根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的實(shí)例存儲(chǔ)器裝置的方框圖。
[0005]圖2展示根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的實(shí)例存儲(chǔ)器裝置的特征的方框圖，實(shí)例存儲(chǔ)器裝置包含具有存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)器陣列，存儲(chǔ)器單元具有存取組件及存儲(chǔ)器元件。
[0006]圖3展示根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的實(shí)例存儲(chǔ)器單元的示意圖，實(shí)例存儲(chǔ)器單元具有耦合到存儲(chǔ)器元件的存取組件。
[0007]圖4展示根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的實(shí)例存儲(chǔ)器單元的示意圖，實(shí)例存儲(chǔ)器單元具有耦合到存儲(chǔ)器元件的存取組件。
[0008]圖5展示根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的實(shí)例存儲(chǔ)器單元的示意圖，實(shí)例存儲(chǔ)器單元具有耦合到存儲(chǔ)器元件的存取組件。
[0009]圖6展示根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的實(shí)例設(shè)備的方框圖，實(shí)例設(shè)備具有被布置為電阻式存儲(chǔ)器單元的組件。
[0010]圖7展示根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的實(shí)例設(shè)備的方框圖，實(shí)例設(shè)備具有被布置為電阻式存儲(chǔ)器單元的組件。
[0011]圖8展示根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的實(shí)例設(shè)備的方框圖，實(shí)例設(shè)備具有被布置為電阻式存儲(chǔ)器單元的組件。
[0012]圖9展示根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的形成具有存儲(chǔ)器單元的設(shè)備的實(shí)例方法的特征。
[0013]圖10展示根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的形成結(jié)構(gòu)的實(shí)例方法的特征，形成結(jié)構(gòu)包含形成電阻式存儲(chǔ)器單元。
[0014]圖11展示根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的操作存儲(chǔ)器單元的實(shí)例方法的特征。
[0015]圖12展示根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的成品晶片。
[0016]圖13展示根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的電子系統(tǒng)的各個(gè)特征的方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下詳細(xì)描述參看作為說(shuō)明而展示本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的附圖。這些實(shí)施例經(jīng)足夠詳細(xì)地描述以使所屬領(lǐng)域的一股技術(shù)人員能夠?qū)嵺`這些及其它實(shí)施例。可利用其它實(shí)施例，且可對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行結(jié)構(gòu)、邏輯及電改變。所述各個(gè)實(shí)施例未必互斥，這是因?yàn)橐恍?shí)施例可與一或多個(gè)其它實(shí)施例組合以形成新實(shí)施例。因此，以下詳細(xì)描述不采取限制性意義。
[0018]不同存儲(chǔ)器單元體系結(jié)構(gòu)提供多種不同存儲(chǔ)器裝置。例如，電阻式存儲(chǔ)器裝置使用其中存儲(chǔ)器單元的材料區(qū)域的電阻狀態(tài)被用以對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的體系結(jié)構(gòu)。所述電阻狀態(tài)可對(duì)應(yīng)于低電阻狀態(tài)(LRS)及高電阻狀態(tài)(HRS)。在使用兩個(gè)以上電阻區(qū)域的情況下，其它狀態(tài)是可能的。電阻式存儲(chǔ)器裝置可被結(jié)構(gòu)化為電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)。
[0019]此外，存在其中可實(shí)現(xiàn)電阻式存儲(chǔ)器裝置的不同格式。一種格式是如細(xì)絲狀電阻式存儲(chǔ)器裝置。在細(xì)絲狀電阻式存儲(chǔ)器單元中，存儲(chǔ)器裝置經(jīng)結(jié)構(gòu)化以有效地產(chǎn)生更改存儲(chǔ)器單元的電阻的細(xì)絲。電阻式存儲(chǔ)器單元的另一格式是區(qū)域電阻式存儲(chǔ)器單元。區(qū)域電阻式存儲(chǔ)器單元作為區(qū)域相關(guān)結(jié)構(gòu)而非基于細(xì)絲狀的結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作。與細(xì)絲狀電阻式存儲(chǔ)器單元相比較，區(qū)域電阻式存儲(chǔ)器單元可展示單元電流-電壓特性的優(yōu)越的可擴(kuò)展性及內(nèi)置非線性。此類(lèi)性質(zhì)可使裝置的構(gòu)造能夠用于低于20nm的非易失性存儲(chǔ)器應(yīng)用中。
[0020]一種區(qū)域電阻式存儲(chǔ)器單元是多價(jià)氧化物(MVO)單元。在將電場(chǎng)施加到MVO單元的情況下，可發(fā)生氧移動(dòng)，使得MVO可接收或提供氧離子，從而改變價(jià)態(tài)。MVO單元可包含連接到絕緣金屬氧化物(MO)區(qū)域的導(dǎo)電金屬氧化物(CMO)區(qū)域，其中經(jīng)組合的CMO區(qū)域與MO區(qū)域連接到兩個(gè)電極且在兩個(gè)電極之間，其中MO區(qū)域在外加電場(chǎng)下提供可改變電阻。在使用CMO及IMO分層裝置的情況下，氧離子可移進(jìn)及移出IMO材料，從而改變其能障高度，這種情形可改變所述分層裝置的電阻率(電導(dǎo)率)。MVO裝置可以雙極方式進(jìn)行操作，在雙極方式中，一個(gè)極性的電場(chǎng)針對(duì)設(shè)置操作在一個(gè)方向上移動(dòng)氧，且反極性在另一方向上移動(dòng)氧以提供重置能力。
[0021]然而，使用常規(guī)MVO技術(shù)來(lái)提供可靠存儲(chǔ)器操作的挑戰(zhàn)包含歸因于在使MVO單元處于HRS或LRS中之后的氧擴(kuò)散/漂移的不良數(shù)據(jù)保留。此外，歸因于用作電極的貴金屬及其連接到的導(dǎo)電金屬氧化物材料的高效功函數(shù)，常規(guī)MVO單元的隧穿電阻對(duì)于快速感測(cè)而目過(guò)尚。
[0022]在各個(gè)實(shí)施例中，電阻式存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)包含插入在氧化物與電介質(zhì)之間的區(qū)域，經(jīng)組合的結(jié)構(gòu)布置在兩個(gè)電極之間。此類(lèi)結(jié)構(gòu)與常規(guī)MVO單元相比較可用以增強(qiáng)保留特性，且增加操作電流密度。插入?yún)^(qū)域可用作針對(duì)氧的擴(kuò)散障壁。插入?yún)^(qū)域可被結(jié)構(gòu)化為氧化物與電介質(zhì)之間的相對(duì)薄區(qū)域。氧化物可為例如導(dǎo)電金屬氧化物的導(dǎo)電氧化物，且電介質(zhì)可為絕緣氧化物。例如，為了增加單元讀取電流，可選擇氧化物與電介質(zhì)之間的區(qū)域插入層的材料及厚度。障壁可包含可使氧有效地傳導(dǎo)穿過(guò)的金屬材料。金屬材料是:金屬；金屬合金；金屬的組合；包含金屬及非金屬的組合物，使得所述組合物具有金屬電導(dǎo)率(電阻率)性質(zhì)；或此類(lèi)組合物的組合。障壁的材料及結(jié)構(gòu)可根據(jù)給定準(zhǔn)則而被選擇以具有例如下列特性的一或多個(gè)特性:在編程/擦除操作期間具有良好氧擴(kuò)散率，且在保留期間展現(xiàn)低氧擴(kuò)散率；在單元操作及氧移動(dòng)期間維持金屬或半導(dǎo)體導(dǎo)電性質(zhì)以允許低單元電阻；及在與電阻式存儲(chǔ)器單元的電介質(zhì)接觸時(shí)展現(xiàn)低效功函數(shù)。
[0023]圖1展示存儲(chǔ)器裝置100的實(shí)例實(shí)施例的方框圖。存儲(chǔ)器裝置100可包含具有多個(gè)存儲(chǔ)器單元101的存儲(chǔ)器陣列102。存儲(chǔ)器陣列是可根據(jù)多個(gè)參數(shù)而邏輯上布置的存儲(chǔ)器單元的系統(tǒng)布置。在各個(gè)實(shí)施例中，每一存儲(chǔ)器單元可根據(jù)兩個(gè)參數(shù)的值而尋址。所述兩個(gè)參數(shù)可被稱(chēng)為行及列。存儲(chǔ)器單元可邏輯上定位于根據(jù)行的值及列的值而唯一地編索引的存儲(chǔ)器陣列中。行及列不限于特定物理定向或線性關(guān)系。存儲(chǔ)器陣列的行可被布置為可在相同時(shí)間由指派給行值的解碼器存取的存儲(chǔ)器單元的群。存儲(chǔ)器陣列的列可被布置為可在相同時(shí)間由指派給列值的解碼器存取的存儲(chǔ)器單元的群。存儲(chǔ)器單元101可連同存取線104及第一數(shù)據(jù)線106 —起被布置成行及列。例如，存取線可被結(jié)構(gòu)化為字線以傳導(dǎo)信號(hào)WLO到WLm，且第一數(shù)據(jù)線可被結(jié)構(gòu)化為位線以傳導(dǎo)信號(hào)BLO到BLn。存儲(chǔ)器裝置100可使用存取線104及第一數(shù)據(jù)線106以將信息傳送到存儲(chǔ)器單元101及從存儲(chǔ)器單元101傳送信息。行解碼器107及列解碼器108解碼地址線109上的地址信號(hào)AO到AX以確定哪些存儲(chǔ)器單元101將被存取。
[0024]感測(cè)放大器電路110操作以確定從存儲(chǔ)器單元101讀取的信息的值，且所讀取的信息是以信號(hào)的形式傳達(dá)到第一數(shù)據(jù)線106。感測(cè)放大器電路110還可使用第一數(shù)據(jù)線106上的信號(hào)以確定待寫(xiě)入到存儲(chǔ)器單元101的信息的值。
[0025]存儲(chǔ)器裝置100可包含電路系統(tǒng)112以在存儲(chǔ)器陣列102與輸入/輸出(I/O)線105之間傳送信息。I/O線105上的信號(hào)DQO到DQN可表示從存儲(chǔ)器單元101讀取或?qū)懭氲酱鎯?chǔ)器單元101中的信息。I/O線105可在其中存儲(chǔ)器裝置100可駐留的封裝上包含存儲(chǔ)器裝置100內(nèi)的節(jié)點(diǎn)(或替代地，引腳、焊球，或例如控制崩潰芯片連接(C4)或倒裝芯片附接(FCA)的其它互連技術(shù))。在存儲(chǔ)器裝置100外部的其它裝置可通過(guò)I/O線105、地址線109或控制線120而與存儲(chǔ)器裝置100通信。例如，此類(lèi)外部裝置可包含存儲(chǔ)器控制器或處理器。
[0026]存儲(chǔ)器裝置100可執(zhí)行用以從選定存儲(chǔ)器單元101讀取信息的存儲(chǔ)器操作(例如，讀取操作)，及用以將信息編程(例如，寫(xiě)入)到選定存儲(chǔ)器單元101中的編程操作(也稱(chēng)作寫(xiě)入操作)。存儲(chǔ)器裝置100還可執(zhí)行用以從一些或所有存儲(chǔ)器單元101清除信息的存儲(chǔ)器擦除操作。存儲(chǔ)器控制單元118基于控制線120上的信號(hào)來(lái)控制存儲(chǔ)器操作?？刂凭€120上的信號(hào)的實(shí)例可包含用以指示存儲(chǔ)器裝置100可或應(yīng)執(zhí)行哪一操作(例如，編程或讀取操作)的一或多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)及其它信號(hào)。在存儲(chǔ)器裝置100外部的其它裝置可控制所述控制線120上的控制信號(hào)的值。外部裝置可包含(例如)處理器或存儲(chǔ)器控制器?？刂凭€120上的信號(hào)的組合的特定值可產(chǎn)生可致使存儲(chǔ)器裝置100執(zhí)行對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器操作的命令，例如，編程或讀取命令。所述對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器操作可包含(例如)編程、讀取或擦除操作。
[0027]每一存儲(chǔ)器單元101可經(jīng)編程以存儲(chǔ)表示單一位的值或多個(gè)位(例如，兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更高數(shù)目個(gè)位)的值的信息。例如，每一存儲(chǔ)器單元101可經(jīng)編程以存儲(chǔ)表示單一位的二