[發明專利]使用SiGe材料的電阻型存儲器

無效

• 申請號: 201110179980.2
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102315242A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 盧偉
• 申請（專利權）人: 科洛斯巴股份有限公司
• 主分類號: H01L27/24
• 分類號: H01L27/24;H01L45/00;G11C13/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 林錦輝;許向彤

技術領域

本發明涉及用于存儲器存儲的固態電阻型器件。

背景技術

近來，作為用于超高密度非易失性信息存儲的可能的候選者，電阻型隨機存取存儲器(RRAM，Resistive?random-access?memory)已經引起了濃厚的興趣。典型的RRAM器件具有設置在一對電極之間的絕緣層，并且表現出電脈沖誘導的滯后的電阻轉變效應。

已經說明了由于在二元氧化物(例如，NiO和TiO₂)中的焦耳加熱和電化學處理，或用于包括氧化物、硫族化合物和聚合物的離子導電體的氧化還原處理，而在絕緣體內形成導電細絲的電阻轉變。已經說明了通過在TiO₂和無定形硅(a-Si)膜中的場輔助的離子擴散的電阻轉變。

在a-Si結構的情況下，金屬離子由于電壓誘導而擴散到硅中，導致使a-Si結構的電阻減小的導電細絲的形成。這些細絲在消除偏壓之后保留，由此使所述器件具有非易失性特性，并且在反極性施加的電壓的動力下，通過反向流回金屬電極的離子可以去除這些細絲。

已經示出了通過在兩個金屬電極之間設置a-Si結構而形成電阻型器件，以具有其可控制的電阻特性。然而，這些器件通常具有微米大小的細絲，該細絲可以防止這些器件被降級到100納米范圍以下。該器件也可能需要高形成電壓，該電壓會造成器件損壞和限制產率。

發明內容

本發明涉及用于存儲器存儲的固態電阻型器件。

在一個實施例中，存儲器件具有縱橫陣列。所述存儲器件包括：第一電極的第一陣列，所述第一電極的第一陣列沿著第一方向延伸；第二電極的第二陣列，所述第二電極的第二陣列沿著第二方向延伸，每個第二電極具有包含硅的多晶半導體層的；非晶體硅結構，所述非晶體硅結構設置在所述第一電極和所述第二電極之間的由所述第一陣列和所述第二陣列限定的相交點處。所述第一陣列和所述第二陣列的每個相交點構成兩端電阻型存儲器單元(two-terminal?resistive?memory?cell)。

在另一個實施例中，非晶體硅結構包括無定形硅，并且所述多晶半導體層包括多晶硅-鍺。

在另一個實施例中，電阻型存儲器件包括：第一電極；第二電極，所述第二電極具有包括硅的多晶半導體層；非晶體硅結構，所述非晶體硅結構設置在所述第一電極和所述第二電極之間。所述第一電極、所述第二電極和所述非晶體硅結構構成兩端電阻型存儲器單元。

在又一個實施例中，一種用于制造電阻型存儲器件的方法，所述方法包括：設置襯底；在所述襯底上形成底電極，所述底電極包括多晶半導體層，所述多晶半導體層包括硅；在所述底電極上形成轉變介質(switching?medium)，所述轉變介質限定當施加寫入電壓時形成細絲的區域；以及在所述轉變介質上形成頂電極，所述頂電極構造為在所述轉變介質中所限定的區域中設置形成所述細絲所需的至少一部分金屬粒子。

以下在附圖和說明書中描述了一個或多個實施例的細節。從說明書、附圖和權利要求，其它特征、目的和優點將是顯而易見的。

如本文所使用的，術語“納米級”或“納米結構”指具有納米級范圍的至少一維的結構；例如，具有0.1到200納米的一般范圍的直徑或多個截面維數的結構。這包括具有納米級的所有三個空間維數的結構；例如，其長度與其納米級直徑同階的圓柱形納米圓柱或納米柱子。納米結構可以包括本領域技術人員已知的不同納米結構；例如，納米管、納米絲、納米桿、納米圓柱、納米柱子、納米粒子和納米纖維。

附圖說明

以下將結合附圖描述示例性實施例，其中相同的附圖標記表示相同的元件，并且其中：

圖1示出了根據本發明的實施例的包括底電極、轉變介質和頂電極的非易失性固態電阻型器件；

圖2示出了根據本發明的實施例的器件的電阻轉變特性；

圖3A示出了通過將寫入電壓(program?voltage)V_pth施加到頂電極而使兩端器件處于接通狀態；

圖3B示出了通過將擦除電壓V_eth施加到頂電極而使兩端器件處于斷開狀態；

圖4示出根據本發明的實施例在后端過程(backend?process)中實現具有兩端電阻型存儲器的半導體器件；

圖5示出根據本發明的實施例在縱橫的存儲器陣列中布置的兩端電阻型存儲器單元；

圖6A示出根據本發明的實施例的多晶硅層作為底電極的一部分的納米級非易失性固態電阻型存儲器；