具有倾斜底部电极的电阻式存储器单元制造技术

本发明专利技术揭示了一种形成电阻式存储器单元(例如CBRAM或ReRAM单元)的方法，其可包含：形成多个底部电极连接件(302)；将底部电极层(310)沉积于所述底部电极连接件上；执行蚀刻以移除所述底部电极层的部分，以使至少一个指向上底部电极区域(340)形成于所述底部电极连接件上方，每一指向上底部电极区域界定底部电极尖端；及使电解质区域(350)及顶部电极(352)形成于每一底部电极尖端上，使得所述电解质区域布置于所述顶部电极与所述相应底部电极顶部之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有倾斜底部电极的电阻式存储器单元，例如导电桥接随机存取存储器(CBRAM)或电阻式随机存取存储器(ReRAM)单元。
技术介绍
电阻式存储器单元(例如导电桥接存储器(CBRAM)及电阻式RAM(ReRAM)单元)是提供优于常规快闪存储器单元的尺度及成本的新型非易失性存储器单元。CBRAM是基于固体电解质内的离子的物理再定位。CBRAM存储器单元可由两个固体金属电极制成，一个固体金属电极相对惰性(例如钨)，另一固体金属电极具电化学活性(例如银或铜)，由非传导材料的薄层或薄膜使所述两个固体金属电极彼此分离。所述CBRAM单元通过横跨所述非传导膜施加偏压电压而产生横跨所述非传导膜的可编程传导纤丝。所述传导纤丝可由单一或极少纳米级离子形成。所述非传导膜可称为电解质，因为其提供通过氧化/还原过程而横跨所述膜使所述传导纤丝蔓延，非常类似于电池。在ReRAM单元中，通过在绝缘体中建立空位链而发生传导。所述传导纤丝/空位链的产生建立接通状态(所述电极之间的高传导)，同时(例如)通过施加与焦耳加热电流相同的极性或以较小电流施加相反极性而溶解所述传导纤丝/空位链，以使所述电解质/绝缘体恢复到其非传导切断状态。在本专利技术中，为简单起见，CBRAM单元的电解质膜、层或区域及ReRAM单元的绝缘体膜、层或区域两者均称为“电解质”。已证实，各种材料可用于电阻式存储器单元中的电解质及电极两者。一个实例是基于Cu/SiOx的单元，其中Cu是活性金属-源电极且SiOx是电解质。电阻式存储器单元面临的一个常见问题是接通状态保持，即，使传导路径(纤丝或空位链)尤其在存储器部件通常可承受的高温(例如85℃/125℃)处稳定的能力。图1展示具有布置于底部电极12(例如钨)上的顶部电极10(例如铜)的常规CBRAM单元1A，其中电解质或中间电极14(例如SiO2)布置于顶部电极与底部电极之间。当将偏压电压施加于单元1A时，传导纤丝18通过电解质14而从底部电极12蔓延到顶部电极10。此结构具有各种潜在限制或缺点。例如，用于纤丝形成的有效横截面区域(其可称为“局限区”或指示为AFF的“纤丝形成区域”)相对较大且不受限，以使纤丝形成区域易受非本质缺陷影响。此外，多纤丝根部形成很可能归因于可导致较弱(不稳健)纤丝的相对较大区域。一般来说，纤丝形成区域AFF的直径或宽度(由“x”指示)与从底部电极12到顶部电极10的纤丝蔓延距离(在此情况中为电解质14的厚度，由“y”指示)之间的比率越大，多根部纤丝形成的概率就越大。此外，大电解质区域包围纤丝，其提供纤丝的扩散路径且因此可提供较差的保持性。因此，限制其中形成传导路径的电解质材料的体积可提供归因于空间局限的更稳健纤丝。可通过减少底部电极12与电解质14之间的接触区域而限制其中形成传导路径的电解质材料的体积。如本文中所使用，“传导路径”是指传导纤丝(例如，在CBRAM单元中)、空位链(例如，在基于氧空位的ReRAM单元中)或任何其它类型的传导路径(其通常通过布置于电极之间的电解质层或区域而连接非易失性存储器单元的电极)。如本文中所使用，“电解质层”或“电解质区域”是指传导路径通过其而蔓延的底部电极与顶部电极之间的电解质/绝缘体/存储器层或区域。图2展示CBRAM单元形成的某些原理。传导路径18可横向地形成及生长，或分支化成多个平行路径。此外，传导路径的位置可随着每一编程/擦除循环而改变。此可促成边际切换性能、可变性、高温保持问题及/或切换持久性。图中已展示限制切换体积有益于操作。这些原理适用于ReRAM单元及CBRAM单元。采用这些技术的关键障碍是切换一致性。图3A及3B展示CBRAM单元(例如，其具有1T1R架构)的实例已知底部电极配置1B的示意图及电子显微镜图像。在此实例中，底部电极12是圆柱形通孔，例如具有Ti/TiN衬里的钨填充通孔。顶部接触件及/或阳极20可连接到顶部电极10，如图中所展示。底部电极12可提供(例如)约30,000平方纳米的相对较大纤丝形成区域AFF，其可导致上文所讨论的问题或缺点中的一或多者。
技术实现思路
一些实施例提供电阻式存储器单元(例如CBRAM或ReRAM单元)及形成此类电阻式存储器单元的方法，所述电阻式存储器单元具有由界定指向上尖端(取决于实施例，其可为点、边缘或表面)的一或多个倾斜表面形成的底部电极。所述底部电极可具有界定指向上尖端的任何形状。例如，所述底部电极可具有：长棱柱形状，其具有横跨一或多个底部电极连接件而延伸的三角形横截面；或凹碗形状，其界定指向上环形尖端边缘；或指向上角锥形形状。当将电压偏压施加于此电阻式存储器单元时，所述底部电极的所述指向上尖端可比已知单元中的底部电极的指向上尖端更精确地聚焦电场，其可提供更一致的纤丝形成，因此(例如)与某些常规设计相比，改良了编程电压及单元可预测性的一致性。根据一个实施例，一种形成电阻式存储器单元的方法包括：形成多个底部电极连接件；将底部电极层沉积于所述底部电极连接件上；执行第一蚀刻以移除所述底部电极层的部分，使得所述剩余底部电极层界定至少一个倾斜表面；使氧化层形成于所述剩余底部电极层的每一倾斜表面上；对所述剩余底部电极层及每一倾斜表面上的所述氧化层执行第二蚀刻以界定每一底部电极连接件上方的至少一个指向上底部电极区域，每一指向上底部电极区域界定底部电极尖端；及使电解质区域及顶部电极形成于每一底部电极尖端上，使得所述电解质区域布置于所述顶部电极与所述相应底部电极顶部之间。根据另一实施例，一种电阻式存储器单元包括：多个底部电极连接件；至少一个底部电极区域，其形成于所述底部电极连接件上且传导性地耦合到所述底部电极连接件，每一底部电极区域具有至少一个倾斜侧壁且界定指向上尖端；电解质区域及顶部电极，其位于每一底部电极尖端上，使得所述电解质区域布置于所述顶部电极与所述相应底部电极顶部之间；及顶部电极连接件，其传导性地耦合到每一顶部电极。根据另一实施例，一种形成电阻式存储器单元的方法包括：形成多个底部电极连接件；将底部电极层沉积于所述底部电极连接件上；执行蚀刻以移除所述底部电极层的部分，以使至少一个指向上底部电极区域形成于所述底部电极连接件上方，每一指向上底部电极区域界定底部电极尖端；及使电解质区域及顶部电极形成于每一底部电极尖端上，使得所述电解质区域布置于所述顶部电极与所述相应底部电极顶部之间。根据另一实施例，一种电阻式存储器单元包括：多个底部电极连接件；至少一个底部电极区域，其形成于所述底部电极连接件上且传导性地耦合到所述底部电极连接件，每一底部电极区域具有至少两个倾斜侧壁且界定指向上尖端；电解质区域及顶部电极，其位于每一底部电极尖端上，使得所述电解质区域布置于所述顶部电极与所述相应底部电极顶部之间；及顶部电极连接件，其传导性地耦合到每一顶部电极。附图说明下文参考图式来讨论实例实施例，其中：图1展示实例常规CBRAM单元；图2展示CBRAM单元形成的某些原理；图3A及3B展示实例已知CBRAM单元配置的示意图及电子显微镜图像；图4A1到4N2说明根据本专利技术的一个实施例的用于形成电阻式存储器单元结构(例如CBRAM或ReRAM单元结构)(其包含具有界定尖锐上边缘的倾斜表面的底部电极)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成电阻式存储器单元的方法，其包括：形成多个底部电极连接件；将底部电极层沉积于所述底部电极连接件上；执行蚀刻以移除所述底部电极层的部分，以使至少一个指向上底部电极区域形成于所述底部电极连接件上方，每一指向上底部电极区域界定底部电极尖端；及使电解质区域及顶部电极形成于每一底部电极尖端上，使得所述电解质区域布置于所述顶部电极与所述相应底部电极顶部之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.19 US 14/184,0341.一种形成电阻式存储器单元的方法，其包括：形成多个底部电极连接件；将底部电极层沉积于所述底部电极连接件上；执行蚀刻以移除所述底部电极层的部分，以使至少一个指向上底部电极区域形成于所述底部电极连接件上方，每一指向上底部电极区域界定底部电极尖端；及使电解质区域及顶部电极形成于每一底部电极尖端上，使得所述电解质区域布置于所述顶部电极与所述相应底部电极顶部之间。2.根据权利要求1所述的方法，其中当将电压偏压施加于所述电阻式存储器单元时，形成于每一底部电极尖端上的所述电解质区域经配置以提供用于经由所述电解质区域形成从所述底部电极尖端到所述相应顶部电极的传导纤丝或空位链的路径。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述电阻式存储器单元是导电桥接存储器CBRAM单元。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述电阻式存储器单元是电阻式RAMReRAM单元。5.根据权利要求1所述的方法，其包括在执行所述蚀刻之前，使硬掩模形成及图案化于所述底部电极层上，使得所述经图案化硬掩模包含暴露所述底部电极层的部分的开口。6.根据权利要求1所述的方法，其中：所述蚀刻形成所述底部电极层中的至少一个细长沟槽，所述底部电极层在多个底部电极连接件上或在多个底部电极连接件相邻处延伸；且所述至少一个指向上底部电极区域包括在多个底部电极连接件上延伸且传导性地连接到多个底部电极连接件的至少一个细长底部电极区域。7.根据权利要求6所述的方法，其中每一指向上底部电极区域具有在尖端边缘处汇合且界定三角形横截面形状的一对倾斜侧壁。8.根据权利要求1所述的方法，其中每一指向上底部电极区域呈角锥形形状。9.根据权利要求8所述的方法，其中每一锥形底部电极区域具有三个倾斜侧壁。10.根据权利要求8所述的方法，其中每一锥形底部电极区域具有四个倾斜侧壁。11.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆士·沃尔斯，保罗·菲思特，
申请(专利权)人：密克罗奇普技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US