[發(fā)明專利]反相可變電阻存儲器單元及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200880014773.8
• 申請日: 2008-04-11
• 公開（公告）號: CN101675524A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發(fā)明（設計）人: 威廉·斯坦頓
• 申請（專利權）人: 美光科技公司
• 主分類號: H01L27/24
• 分類號: H01L27/24;H01L45/00
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 沈錦華

技術領域

所揭示的實施例大體上涉及存儲器裝置以及用于制造存儲器裝置的方法，且特定來說，涉及反相可變電阻存儲器單元及其制造方法。

背景技術

半導體存儲器裝置廣泛用于電子系統和計算機中以存儲呈二進制數據形式的信息。這些存儲器裝置的特征可為：易失性存儲器，其中在斷開或移除電源的情況下，所存儲的數據丟失；或非易失性存儲器，其中即使在功率中斷期間仍能保持所存儲的數據。然而，傳統上，非易失性存儲器裝置占用大量空間，且消耗大量功率，從而使得這些裝置不適合在便攜式裝置中使用或作為被頻繁存取的易失性存儲器裝置的替代物。另一方面，易失性存儲器裝置傾向于比非易失性存儲器裝置提供更大的存儲能力和更多的編程選項。易失性存儲器裝置一般還比非易失性裝置消耗更少的功率。

非易失性隨機存取存儲器裝置的實例是可變電阻存儲器裝置，其含有許多類型的電阻變化材料，尤其包含磁性材料、經摻雜的硫族化物材料、相變材料。

非易失性隨機存取存儲器裝置中所使用的一類可變電阻變化材料是磁性材料。這些裝置采用磁阻效應來存儲存儲器狀態(tài)，且通常使用磁阻材料層的磁化定向來表示和存儲二進制狀態(tài)。舉例來說，可將一個方向上的磁化定向界定為邏輯“0”，而可將另一方向上的磁化定向界定為邏輯“1”。

讀取所存儲的二進制狀態(tài)的能力是磁阻效應的結果。此效應的特征在于多層磁阻材料的電阻的變化，所述變化取決于所述層的相對磁化定向。因此，磁阻存儲器單元通常具有可相對于彼此而改變定向的兩個磁性層。在磁化向量的方向指在同一方向上的情況下，可稱所述層處于平行定向，且在磁化向量指在相反的方向上的情況下，可稱所述層反平行定向。實際上，通常允許一個層、自由或“軟”磁性層改變定向，而另一層、釘住的或“硬”磁性層具有固定的磁化定向以為自由磁性層的定向提供參考。隨后可通過確定存儲器單元的相對電阻來檢測兩個層的磁化定向。如果存儲器單元的磁性層的磁化定向大體上平行，那么存儲器單元通常處于低電阻狀態(tài)。相反，如果存儲器單元的磁性層的磁化定向大體上反平行，那么所述存儲器單元通常處于高電阻狀態(tài)。因此，理想上，在典型的磁阻存儲器中，二進制邏輯狀態(tài)被存儲為磁阻材料中的二進制磁化定向，且被讀取為含有磁阻材料的磁阻存儲器單元的二進制電阻狀態(tài)。

巨磁阻(GMR)和隧穿式磁阻(TMR)存儲器單元是利用此電阻行為的兩種常見類型的存儲器單元。在GMR單元中，使穿過位于自由磁性層與釘住磁性層之間的導體的電子流視所述導體兩側的磁性層的相對磁化定向而變化。通過切換自由磁性層的磁化定向，穿過導體的電子流被更改，且導體的有效電阻被改變。

在TMR單元中，電勢壘層(而非導體)位于自由磁性層與釘住磁性層之間。電荷量子機械隧穿通過勢壘層。歸因于隧穿的自旋相關性質，電荷穿過勢壘的程度隨著勢壘兩側的兩個磁性層的相對磁化定向而變化。因此，可通過切換自由磁性層的磁化定向來切換TMR單元的測得電阻。

在轉讓給美光科技公司(Micron?Technology?Inc.)并以引用的方式并入本文中的第7,200,035號、第7,196,882號、第7,189,583號、第7,072,209號和第6,982,450號美國專利中揭示了磁阻存儲器的一些實例。

非易失性隨機存取存儲器裝置中所使用的另一類可變電阻變化材料是經摻雜的硫族化物材料。硫族化物是周期表的第VI族元素(例如，Te或Se)的合金。在此些裝置中，例如硫族化物金屬離子等快離子導體以及具有導電材料并被安置在快離子導體的表面處的至少兩個電極(例如，陽極和陰極)被設置成彼此遠離一段距離。經摻雜的硫族化物的特定實例是具有銀離子的硒化鍺。通常，為了在硒化鍺材料內提供銀離子，使用化學氣相沉積將硒化鍺沉積到第一電極上。隨后(例如)通過物理氣相沉積或另一技術將薄銀層沉積在玻璃上。隨后用紫外線輻射照射所述銀層。所沉積的銀的薄性質允許能量穿過銀到達銀/玻璃界面，以致使銀擴散到硫族化物材料中。所施加的能量以及上覆的銀導致銀遷移到玻璃層中，使得最終實現銀在整個層上的同質分布。

當將電壓施加到陽極和陰極時，非易失性金屬枝晶從陰極沿著快離子導體的表面朝陽極快速生長。枝晶的生長速率是所施加電壓和時間的函數；通過移除所述電壓，可使枝晶的生長停止，或通過使陽極和陰極處的電壓極性顛倒，枝晶可朝陰極縮回，或甚至分裂。枝晶的長度和寬度的改變影響可變電阻存儲器裝置的電阻和電容。