[發明專利]包括碳基存儲器元件的存儲器單元及其形成方法

有效

• 申請號: 200980122112.1
• 申請日: 2009-04-10
• 公開（公告）號: CN102067312A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 羅伊·E·肖伊爾萊因;阿爾珀·伊爾克巴哈;阿普里爾·D·施里克
• 申請（專利權）人: 桑迪士克3D有限責任公司
• 主分類號: H01L27/10
• 分類號: H01L27/10;H01L27/102;H01L51/00;G11C13/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 黃小臨

相關申請的交叉引用

本申請要求2008年4月11日提交的題為“用于3D陣列的薄沉積碳可切換電阻和二極管矩陣單元(Thin?Deposited?Carbon?Switchable?Resistor?And?Diode?Matrix?Cell?For?3D?Arrays)”的美國臨時專利申請號No.61/044399的權益，并要求2009年4月6日提交的題為“包括碳基存儲器元件的存儲器單元及其形成方法(A?Memory?Cell?That?Includes?A?Carbon-Based?Memory?ElementAnd?Methods?Of?Forming?The?Same)”的美國專利申請號No.12/418855的優先權，為了所有目的通過參考將其全部內容合并于此。

技術領域

本發明涉及非易失性存儲器，更具體地涉及包括碳基存儲器元件的存儲器單元及其形成方法。

背景技術

已知由可逆(reversible)電阻切換元件形成的非易失性存儲器。例如，2007年12月31日提交的題為“使用選擇性構造的碳納米管可逆電阻切換元件的存儲器單元及其形成方法(Memory?Cell?That?Employs?A?SelectivelyFabricated?Carbon?Nano-Tube?Reversible?Resistance?Switching?Element?AndMethods?Of?Forming?The?Same)”的美國專利申請號No.11/968154(“154申請”)描述了包括與碳基可逆電阻率切換材料串聯耦接的二極管的可再寫非易失性存儲器單元，為了所有目的在此通過全部參考將其合并于此。

但是，采用碳基材料制造存儲器器件在技術上存在問題(challenging)，并且期望一些形成采用碳基材料的存儲器器件的改進方法。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供了形成存儲器單元的方法，該方法包括：在襯底上形成操縱元件；以及形成與所述操縱元件耦接的存儲器元件，其中所述存儲器元件包括具有不大于十個原子層的厚度的碳基材料。

根據本發明的第二方面，提供了形成存儲器單元的方法，包括：在襯底上形成操縱元件；以及通過重復進行以下步驟形成與所述操縱元件耦接的存儲器元件：形成碳基材料的層，該層具有大約一個單層的厚度；以及使所述碳基材料的層經歷熱退火。

根據本發明的第三方面，提供了一種存儲器單元，其包括：在襯底上的操縱元件；以及與所述操縱元件耦接的存儲器元件，其中所述存儲器元件包括具有不大于十個原子層的厚度的碳基材料。

從以下詳細描述、所附權利要求書及附圖，本發明的其他特征和方面將變得更加充分顯而易見。

附圖說明

從結合以下附圖考慮的以下詳細描述可以更清楚地理解本發明的特征，貫穿附圖中相同的參考標記表示相同的元件，附圖中：

圖1是根據本發明的示例存儲器單元的示意圖；

圖2A是根據本發明的示例存儲器單元的簡化透視圖；

圖2B是由多個圖2A的存儲器單元形成的第一示例存儲器級的一部分的簡化透視圖；

圖2C是根據本發明的第一示例三維存儲器陣列的一部分的簡化透視圖；

圖2D是根據本發明的第二示例三維存儲器陣列的一部分的簡化透視圖；

圖3是根據本發明的存儲器單元的示例實施例的截面圖；以及

圖4A-4E圖示了根據本發明的單個存儲器級的示例制造期間的襯底的一部分的截面圖。

具體實施方式

某些碳基膜、包括但不限于石墨烯(graphene)、包含微晶或其他區域的石墨烯的無定形碳(“aC”)、其他石墨碳膜等可以展現可以用于形成微電子非易失性存儲器的電阻率切換特性。因此這樣的膜是三維存儲器陣列內的用于集成的候選。

實際上，碳基材料已經在具有在接通和斷開狀態之間的100x間隔(separation)的實驗室規模的器件上展示了存儲器切換特性，并展示了中到高范圍的電阻改變。這種在接通和斷開狀態之間的間隔使得碳基材料是其中碳基材料與垂直二極管、薄膜晶體管或其他操縱元件串聯耦接的存儲器單元的可行候選。例如，由夾在兩個金屬或其他導電層之間的碳基材料形成的金屬-絕緣體-金屬(“MIM”)堆疊可以用作存儲器單元的電阻切換元件。