具有與容納區(qū)處于熱平衡的溝道區(qū)的憶阻器的制造方法【專(zhuān)利摘要】一種具有與容納區(qū)處于熱平衡的溝道區(qū)的憶阻器。該溝道區(qū)具有可變濃度的移動(dòng)離子。由化學(xué)計(jì)量晶體材料制成的容納區(qū)容納溝道區(qū)且與溝道區(qū)處于熱平衡。【專(zhuān)利說(shuō)明】具有與容納區(qū)處于熱平衡的溝道區(qū)的憶阻器【
背景技術(shù)：
】[0001]當(dāng)前諸如DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、SRAM(靜態(tài)RAM)和NAND閃存之類(lèi)的存儲(chǔ)器技術(shù)正接近其擴(kuò)展性極限。對(duì)能夠滿(mǎn)足未來(lái)存儲(chǔ)器應(yīng)用的增長(zhǎng)性能需求的新存儲(chǔ)器技術(shù)存在逐漸增長(zhǎng)的需求。憶阻器技術(shù)具有滿(mǎn)足此需求的潛力。憶阻器依賴(lài)于移動(dòng)電荷在施加電場(chǎng)時(shí)的漂移。憶阻器包括設(shè)置在兩個(gè)接觸區(qū)之間的導(dǎo)電溝道。可以在交叉(crossbar)結(jié)構(gòu)中制造大量憶阻器。憶阻器提供非易失性的及多狀態(tài)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。它們可以在三個(gè)維度上堆疊，并且與CMOS技術(shù)兼容。由像鉭的氧化物這樣的材料制造的憶阻器已顯示出高耐用性，在一些情況下超過(guò)IO12個(gè)開(kāi)關(guān)循環(huán)?！緦?zhuān)利附圖】【附圖說(shuō)明】[0002]附圖不是按比例繪制的。它們通過(guò)示例說(shuō)明本公開(kāi)。[0003]圖1是具有與容納區(qū)處于熱平衡的溝道區(qū)的憶阻器的示例的透視圖。[0004]圖2是沿圖1的線(xiàn)2-2的剖面圖。[0005]圖3是具有與容納區(qū)處于熱平衡的溝道區(qū)的憶阻器的另一示例的剖面圖。[0006]圖4是具有與容納區(qū)處于熱平衡的溝道區(qū)的憶阻器的電流-電壓(1-V)曲線(xiàn)。[0007]圖5是憶阻器的交叉結(jié)構(gòu)的透視圖，每個(gè)憶阻器具有與容納區(qū)處于熱平衡的溝道區(qū)。[0008]圖6是具有與容納區(qū)處于熱平衡的圓柱形溝道區(qū)的憶阻器的示例的透視圖。[0009]圖7是示出制造具有與容納區(qū)處于熱平衡的溝道區(qū)的憶阻器的方法的示例的流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】[0010]說(shuō)明性示例和細(xì)節(jié)在附圖中和在本說(shuō)明書(shū)中使用，但是其它配置可以存在且可以體現(xiàn)自己。諸如電壓、溫度、尺寸以及組件值之類(lèi)的參數(shù)是近似的。諸如上、下、頂部及底部之類(lèi)的方向術(shù)語(yǔ)僅用于方便表示組件相對(duì)于彼此的空間關(guān)系，并且除另有說(shuō)明以外，相對(duì)于外部軸線(xiàn)的方向不是重要的。為了清楚，未詳細(xì)地描述一些已知的方法和結(jié)構(gòu)。由權(quán)利要求限定的方法可以包括除所列出的那些以外的步驟，并且除權(quán)利要求本身中另有說(shuō)明以夕卜，這些步驟可以以所給出的順序不同的另一順序執(zhí)行。因此，限定僅由權(quán)利要求實(shí)施，而非由附圖或本說(shuō)明書(shū)實(shí)施。[0011]憶阻器制造遭受在小尺寸下的相對(duì)低產(chǎn)率及大可變性。這不利地影響這些設(shè)備的制造的擴(kuò)展性和可控性。[0012]圖1和圖2示出包括溝道區(qū)101及容納區(qū)103的憶阻器，溝道區(qū)101具有可變濃度的移動(dòng)離子，容納區(qū)103具有化學(xué)計(jì)量晶體材料、容納溝道區(qū)并且與溝道區(qū)處于熱平衡。在此示例中，溝道區(qū)101被示出為大體圓柱形的形狀，并且容納區(qū)103被示出為大體矩形。然而，如將在此討論的，這些形狀不是關(guān)鍵的。[0013]“熱平衡”意味著溝道區(qū)和容納區(qū)相對(duì)于彼此是熱力學(xué)穩(wěn)定的。換句話(huà)說(shuō)，即使在升高的溫度下，它們也不與彼此發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。[0014]溝道區(qū)可以由作為憶阻器系統(tǒng)中的導(dǎo)電溝道工作的任意材料形成。溝道區(qū)可以包括芯以及梯度區(qū)。在一些示例中，溝道區(qū)包括雙穩(wěn)金屬氧化物固溶體(bistablemetal-oxidesolidsolution)和非晶氧化物相(amorphousoxidephase)。[0015]容納區(qū)可以由與溝道區(qū)處于熱平衡的任意絕緣相組成。[0016]在包括鉭的憶阻器的示例中，溝道區(qū)101包括Ta(O)金屬氧化物固溶體以及非晶氧化物TaOx，并且容納區(qū)包括化學(xué)計(jì)量晶體Ta205?？梢允褂闷渌牧舷到y(tǒng)。由鉿制造的憶阻器的示例包括具有Hf(O)金屬氧化物固溶體和非晶氧化物HfOx的溝道區(qū)，以及與溝道區(qū)處于熱平衡的具有化學(xué)計(jì)量晶體HfO2的容納區(qū)。[0017]圖3示出具有導(dǎo)電區(qū)301和容納區(qū)303的憶阻器的另一示例，容納區(qū)303包圍溝道區(qū)301且與溝道區(qū)301處于熱平衡。憶阻器被制造在基板305上。絕緣層307與基板相鄰，第一接觸區(qū)309與絕緣層相鄰。第二接觸區(qū)311與第一接觸區(qū)309間隔開(kāi)，并且容納區(qū)303被設(shè)置在接觸區(qū)之間。在一些示例中，可以比其它組件更薄的貼附層313被設(shè)置在絕緣層307和第一接觸區(qū)309之間。[0018]在一些示例中，基板305包括硅，絕緣層307包括二氧化硅。第一接觸區(qū)309可以包括鉬，第二接觸區(qū)311可以包括鉭。如果使用貼附層313，則其可以包括鈦。[0019]尺寸不是關(guān)鍵的，且可以被選擇為適合于制造中設(shè)備。在一個(gè)示例中，憶阻器約100微米寬。接觸區(qū)各自約100至400納米厚，容納區(qū)和溝道區(qū)介于小于7納米至約18納米厚之間，絕緣層約200納米厚，并且貼附層(如果使用)約一個(gè)納米厚。[0020]圖4示出說(shuō)明憶阻器的活動(dòng)(例如具有溝道區(qū)以及與溝道區(qū)處于熱平衡的容納區(qū)的憶阻器的活動(dòng))的電流VS電壓的圖。[0021]圖5示出交叉憶阻器結(jié)構(gòu)的示例，其中多個(gè)第一接觸區(qū)501彼此間隔開(kāi)且彼此大體地平行，并且多個(gè)第二接觸區(qū)503彼此間隔開(kāi)且彼此大體地平行。第二接觸區(qū)大體地以直角覆蓋在第一接觸區(qū)上。具有包圍溝道區(qū)507的容納區(qū)505的憶阻器形成在第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)的交叉位置一即在第二接觸區(qū)中的一個(gè)跨過(guò)第一接觸區(qū)中的一個(gè)的地方。位于這種交叉位置的單獨(dú)的憶阻器可以通過(guò)對(duì)限定交叉位置的那些接觸區(qū)施加適當(dāng)?shù)目刂齐妷夯螂娏鱽?lái)訪(fǎng)問(wèn)。[0022]如上所述，圖中描繪的示例的形狀不是關(guān)鍵的。容納區(qū)不需要是矩形的，并且溝道區(qū)不需要是圓形的。圖6示出具有包圍圓柱形溝道區(qū)603的容納區(qū)601的示例。圓柱形溝道區(qū)603具有中空的內(nèi)部605。為方便，可以使用容納區(qū)、溝道區(qū)或者容納區(qū)和溝道區(qū)的其它形狀。[0023]圖7中示出制造具有與容納區(qū)處于熱平衡的溝道區(qū)的憶阻器的方法的示例。該方法包括:在支撐結(jié)構(gòu)上沉積第一接觸區(qū)(701)，在第一接觸區(qū)上沉積容納區(qū)(703)，在容納區(qū)上沉積第二接觸區(qū)(705)，以及形成在接觸區(qū)之間的且與容納區(qū)處于熱平衡的溝道區(qū)(707)。在一些示例中，形成溝道區(qū)包括跨接觸區(qū)施加電勢(shì)，以產(chǎn)生穿過(guò)容納區(qū)的電場(chǎng)。在其它示例中，形成溝道區(qū)包括使容納區(qū)暴露于電子束或離子束，或?qū)θ菁{區(qū)進(jìn)行真空退火，或去除粗糙工藝。在一些示例中，形成溝道區(qū)包括在容納區(qū)中注入雜質(zhì)(溝道種子)。[0024]具有受容納區(qū)保護(hù)的、與容納區(qū)處于熱平衡的溝道區(qū)的憶阻器，提供提高的擴(kuò)展性、耐久性以及可控性。與用其它技術(shù)制造的現(xiàn)有憶阻器相比，這樣的憶阻器將更好地實(shí)現(xiàn)大大改進(jìn)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)的潛力。【權(quán)利要求】1.一種具有與容納區(qū)處于熱平衡的溝道區(qū)的憶阻器，所述憶阻器包括:溝道區(qū)，具有可變濃度的移動(dòng)離子；以及具有化學(xué)計(jì)量晶體材料的容納區(qū)，容納所述溝道區(qū)且與所述溝道區(qū)處于熱平衡。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的憶阻器，其中所述溝道區(qū)包括芯和梯度區(qū)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的憶阻器，其中所述溝道區(qū)包括雙穩(wěn)金屬氧化物固溶體和非晶氧化物相。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的憶阻器，其中所述溝道區(qū)包括Ta(O)和TaOx，所述容納區(qū)包括Ta205。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的憶阻器，其中所述溝道區(qū)包括Hf(O)和HfOx，所述容納區(qū)包括HfO2。6.一種具有與容納區(qū)處于熱平衡的溝道區(qū)的憶阻器，所述憶阻器包括:基板；絕緣層，與所述基板相鄰；第一接觸區(qū)，與所述絕緣層相鄰；第二接觸區(qū)，與所述第一接觸區(qū)間隔開(kāi)；容納區(qū)，被設(shè)置在接觸區(qū)之間；以及溝道區(qū)，由所述容納區(qū)、所述第一接觸區(qū)以及所述第二接觸區(qū)包圍，所述溝道區(qū)具有可變濃度的移動(dòng)離子且與所述容納區(qū)處于熱平衡。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的憶阻器，其中所述溝道區(qū)包括芯和梯度區(qū)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的憶阻器，其中所述溝道區(qū)包括金屬氧化物固溶體和非晶氧化物相。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的憶阻器，其中所述溝道區(qū)包括Ta(O)和TaOx，所述容納區(qū)包括Ta205。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的憶阻器，其中所述溝道區(qū)包括Hf(O)和HfOx，所述容納區(qū)包括HfO2。11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的憶阻器，進(jìn)一步包括位于所述絕緣層與所述第一接觸區(qū)之間的貼附層。12.一種制造憶阻器的方法，所述方法包括:在支撐結(jié)構(gòu)上沉積第一接觸區(qū)；在所述第一接觸區(qū)上沉積容納區(qū)；在所述容納區(qū)上沉積第二接觸區(qū)；以及形成在接觸區(qū)之間的且與所述容納區(qū)處于熱平衡的溝道區(qū)。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中形成溝道區(qū)包括跨接觸區(qū)施加電勢(shì)，以產(chǎn)生穿過(guò)所述容納區(qū)的電場(chǎng)。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中形成溝道區(qū)包括使所述容納區(qū)暴露于離子束和電子束中的一個(gè)。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中形成溝道區(qū)包括對(duì)所述容納區(qū)進(jìn)行真空退火?！疚臋n編號(hào)】H01L21/8247GK104011863SQ201280065140【公開(kāi)日】2014年8月27日申請(qǐng)日期:2012年2月29日優(yōu)先權(quán)日:2012年2月29日【發(fā)明者】苗峰,楊建華,約翰·保羅·斯特羅恩,易偉,吉爾貝托·梅代羅斯·里貝羅,R·斯坦利·威廉姆斯申請(qǐng)人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)