展示減少的分層的基于碳的存儲器元件和形成其的方法技術

提供一種形成可逆電阻－切換金屬－絕緣體－金屬（″ＭＩＭ″）堆棧的方法，該方法包括：形成包括退化摻雜的半導體材料的第一導電層；以及在所述第一導電層之上形成基于碳的可逆電阻－切換材料。還提供其他方面。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及非易失性存儲器，且更具體地涉及包括展示減少的分層的基于碳的存儲器元件，以及形成其的方法。
技術介紹
已知從可逆電阻-切換元件形成的非易失性存儲器。例如，在2007年12月31日提交的題為“Memory Cell That Employs A Selectively Fabricated Carbon Nano-Tube Reversible Resistance-Switching Element And Methods Of Forming The Same，，的美國專利申請序列號No. 11/968，154( "'154申請”)(律師案號SD-MXA-241)，其為了所有目的被引用附于此，其描述了包括與基于碳的可逆電阻率-可切換材料串聯耦合的二極管的可重寫非易失性存儲器單元。但是，從基于碳的材料制造存儲器器件面臨技術挑戰，且期望使用基于碳的材料來形成存儲器器件的改進方法。
技術實現思路
在本專利技術的第一方面中，提供一種形成可逆電阻-切換金屬-絕緣體-金屬 (“MIM")堆棧的方法，該方法包括形成包括退化摻雜的半導體材料的第一導電層；以及在所述第一導電層之上形成基于碳的可逆電阻-切換材料。在本專利技術的第二方面中，提供一種形成可逆電阻-切換MIM堆棧的方法，該方法包括形成包括硅化物的第一導電層；以及在所述第一導電層之上形成基于碳的可逆電阻-切換材料，其中，在相同處理室中形成所述第一導電層和基于碳的可逆電阻切換材料。在本專利技術的第三方面中，提供一種形成存儲器單元的方法，所述方法包括形成包括退化摻雜的半導體材料的第一導電層；在所述第一導電層之上形成基于碳的可逆電阻-切換材料；以及在基于碳的可逆電阻-切換材料之上形成第二導電層。在本專利技術的第四方面中，提供一種形成存儲器單元的方法，所述方法包括形成包括硅化物的第一導電層；在所述第一導電層之上形成基于碳的可逆電阻-切換材料，其中， 在相同處理室中形成所述第一導電層和基于碳的可逆電阻切換材料；以及在基于碳的可逆電阻-切換材料之上形成第二導電層。在本專利技術的第五方面中，提供一種存儲器單元，該存儲器單元包括包括退化摻雜的半導體材料的第一導電層；在所述第一導電層之上的基于碳的可逆電阻-切換材料；以及在基于碳的可逆電阻-切換材料之上的第二導電層。從以下詳細描述、所附權利要求和附圖，本專利技術的其他特征和方面將變得更明顯。 附圖說明可以從結合以下附圖考慮的以下詳細描述中更清楚地理解本專利技術的特征，在附圖中，通篇相同的附圖標記指示相同的元件，且其中圖1是根據本專利技術的示例存儲器單元的圖；圖2A是根據本專利技術的示例存儲器單元的簡化透視圖；圖2B是從圖2A的多個存儲器單元中形成的第一示例存儲器級的一部分的簡化透視圖；圖2C是根據本專利技術的第一示例三維存儲器陣列的一部分的簡化透視圖；圖2D是根據本專利技術的第二示例三維存儲器陣列的一部分的簡化透視圖；圖3A-3D圖示了根據本專利技術的存儲器單元的示例實施例的截面圖；以及圖4A-4H圖示了根據本專利技術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。具體實施例方式諸如包含納米結晶石墨烯(在此稱為"石墨碳")的非晶碳(“aC")、石墨烯、 石墨、碳納米管、非晶類似金剛石的碳(“DLC")、碳化硅、碳化硼、和其他類似的基于碳的材料的碳膜可以展示可以使得這種材料適用于在微電子非易失性存儲器中使用的電阻切換行為。確實，一些基于碳的材料已經示范了具有ON和OFF狀態之間的IOOx隔開和中到高范圍電阻改變的在實驗室規模的器件上的可逆電阻切換存儲器屬性。在ON和OFF狀態之間的這種分離使得基于碳的材料可用于使用存儲器元件中的碳材料形成的存儲器單元的候選。如在此使用的，DLC是趨于具有首要的四面碳-碳單個鍵(通常稱為sp3-鍵)的碳材料，且趨于相對于長范圍順序的非晶。可以通過在底部和頂部電極之間排列基于碳的電阻切換材料而形成MIM結構來形成基于碳的存儲器元件。在這種配置中，夾在兩個金屬或者導電層之間的基于碳的電阻切換材料用作基于碳的可逆電阻切換元件。然后，可以通過將MIM結構串聯連接到諸如二極管、隧道結、薄膜晶體管等的操縱元件來形成存儲器單元。在傳統形成的MIM結構中，可以從氮化鈦(“TiN")、氮化鉭(“TaN")、氮化鎢 (“WN")、鉬(“Mo")或其他類似材料中形成頂部和底部電極。在一些實例中，這種MIM 結構展示出由于碳材料在使用期間從TiN底部電極分層或剝落而導致的故障。研究表明分層/剝落是由于熱膨脹系數在碳材料和TiN之間的差異而導致的過度壓力和在碳材料和 TiN之間的弱的界面粘合的結果。例如，在其中通過等離子體化學汽相沉積(“PECVD“) 工藝以550°C在1200埃的TiN薄板膜上形成400埃的碳材料層的試驗中，以大約2Gpa測量在碳元件中的熱引起的張應力(tensile stress) 0根據本專利技術的實施例，形成更不容易從底部電極的碳層分層和/或剝落的基于碳的MIM結構。在一個示例實施例中，形成其中底部電極被制造為半導體材料(例如，硅、鍺、硅鍺合金或其他類似的半導體材料)的相對薄的、退化摻雜的(很高地摻雜的)層的基于碳的MIM結構。在第二示例實施例中，形成其中底部電極被制造為導電硅化物(例如，硅化鈦〃 TiSi"、硅化鉭〃 TaSi"、硅化鎢〃 WSi"、硅化銅〃 CuSi"、或其他類似硅化物)材料的層的基于碳的MIM結構。可以通過物理汽相沉積(〃 PVD" )、PEVCD或其他類似的方法來形成導電的硅化物底部電極。在第三示例實施例中，形成其中底部電極具有減少的體積和/或在底部電極和碳材料之間的減少的界面面積的基于碳的MIM結構。以下參考圖1-4H來進一步描述本專利技術的這些和其他實施例。示例的本專利技術的存儲器單元圖1是根據本專利技術的示例存儲器單元10的示意圖。存儲器單元10包括耦合于操縱元件14的基于碳的可逆電阻-切換元件12。基于碳的可逆電阻切換可翻轉電阻切換元件12包括具有可以在兩個或多個狀態之間可逆地切換的電阻率的基于碳的可逆電阻切換材料(未示出)。例如，元件12的基于碳的可逆電阻切換材料可以在制造之后處于初始的、低電阻率狀態。在施加第一電壓和/或電流之后，該材料可切換到高電阻率狀態。施加第二電壓和/或電流可以將可逆電阻率切換材料返回到低電阻率狀態。或者，基于碳的可逆切換元件12可以在制造之后處于初始的、高電阻狀態，其在施加了適當的(一個或多個)電壓和 /或(一個或多個)電流之后可逆地切換到低電阻狀態。當在存儲器單元中使用時，一個電阻狀態可以表示二進制"0"，而另一電阻狀態可以表示二進制"1"，雖然可以使用多于兩個數據/電阻狀態。例如，在美國專利申請序列號11/125,939、在2005年5月9日且題為"Rewriteable Memory Cell Comprising A Diode And A Resistance Switching Material, “ (" ' 939申請〃)(律師號SD-MA-146)中描述若干可逆電阻率切換材料和使用可逆電阻切換元件的存儲器單元的操作，其全部為了所有目的被引用附于此。操縱元件14可以包括薄膜晶體管、二極管、金屬-絕緣體-金屬遂穿電流器件、或通過選擇性地限制跨越基于碳的可逆電阻-切換元件本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種形成可逆電阻－切換金屬－絕緣體－金屬（″ＭＩＭ″）堆棧的方法，該方法包括：形成包括退化摻雜的半導體材料的第一導電層；以及在所述第一導電層之上形成基于碳的可逆電阻－切換材料。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：許匯文，
申請(專利權)人：桑迪士克三D有限責任公司，
類型：發明
國別省市：US