具有热辅助开关控制的非易失性存储器元件制造技术

公开了具有热辅助开关控制的非易失性存储器元件。非易失性存储器元件布置在热喷墨电阻器上。还公开了用于制造组合的方法以及使用组合的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】公开了具有热辅助开关控制的非易失性存储器元件。非易失性存储器元件布置在热喷墨电阻器上。还公开了用于制造组合的方法以及使用组合的方法。【专利说明】具有热辅助开关控制的非易失性存储器元件
技术介绍
非易失性存储器是甚至当未加电时也能取回存储的信息的计算机存储器。非易失 性存储器的类型可包括电阻RAM(随机存取存储器KRRAM或ReRAM)、相变RAM(PCRAM)、导电 桥RAM(CBRAM)、铁电RAM(F-RAM)，等等。 电阻式存储器元件能够通过施加编程能量而被编程到不同的电阻状态。在编程之 后，电阻式存储器元件的状态能够被读取且在规定时间段内保持稳定。电阻式存储器元件 的大的阵列能够用于创建各种电阻式存储器设备，包括非易失性固态存储器、可编程逻辑、 信号处理、控制系统、模式识别设备W及其它应用。电阻式存储器设备的示例包括价态变化 存储器和电化学金属存储器，两者均设及到在电开关过程中的离子运动并且属于记忆电阻 器的类别。 记忆电阻器是能够通过施加编程能量，例如电压或电流脉冲，而被编程到不同的 电阻状态的设备。该能量产生了电场和热效应的组合，其能够调制记忆电阻元件中非易失 性开关和非线性选择函数二者的传导性。在编程后，记忆电阻器的状态能够被读取且在规 定时间段内保持稳定。【附图说明】 图IA和IB是在本文的教导的实践中采用的两种不同的热喷墨结构的示例的剖视 图。 图2是根据示例的在热元件(此处为热喷墨结构)上形成的多个记忆电阻器的剖视 图。 图2A是根据示例的在图2的热喷墨结构上形成的多个记忆电阻器的等距视图。 图2B是根据示例的采用在图2的热喷墨结构上形成的多个记忆电阻器的横杆的等 距视图。[000引图3A和3B各自具有表示电阻的纵轴，描绘了根据示例的具有1位/单元(图3A)的记 忆电阻器单元和具有2位/单元(图3B)的记忆电阻器单元的电阻水平。 图4在电流(安培)和电压(伏特)的坐标上描绘了根据示例的针对具有2位/单元的 记忆电阻器的一系列I-V曲线。【具体实施方式】 在下面的说明书中，阐述了大量细节W提供本文公开的示例的理解。然而，将理解 的是，可W在没有运些细节的情况下实现示例。虽然已经公开了有限数量的示例，但应当理 解的是，可从中得出若干修改例和变型例。图中相似或相同的元件可利用相同的附图标记 来指代。 如在本文的说明书和权利要求书中使用的，单数形式"一"、"一个"和"该"包括复 数指代物，除非上下文另外明确规定。[001^ 如本说明书和随附权利要求书中使用的，"近似"和"大纷'意指由于例如制造过程 中的变化引起的±10%的偏差。 在下面的【具体实施方式】中，参考了本公开的附图，附图示出了可实践本公开的具 体的示例。示例的组件可定位在多个不同的方位，并且关于组件的方位所使用的任何方向 术语用于示例说明的目的，而绝不是限制。方向术语包括诸如"上"、"下前"、"后"、"最先 (leading)''、"最末(trailing)''等词语。 应当理解的是，存在可W实践本公开的其它示例，并且可W在不偏离本公开的范 围的情况下做出结构或逻辑上的改变。因此，下面的【具体实施方式】不应在限制的意义上考 量。相反，本公开的范围由随附的权利要求书来限定。 非易失性存储器元件能够用于各种应用，诸如只读存储器，可编程存储器W及需 要长期持久存储的其它用途。 电阻器存储器元件能够用于各种应用，包括非易失性固态存储器、可编程逻辑、信 号处理、控制系统、模式识别W及其它应用。 如本说明书和随附权利要求书中所使用的，术语"电阻器存储器元件"广义地指可 编程非易失性电阻器，其中开关机构设及到原子运动和重新排列，包括价态变化存储器、电 化学金属存储器W及其它。 记忆电阻器或者记忆电阻设备是纳米级设备，它们可用作各种各样电子电路中的 组件，诸如存储器、开关W及逻辑电路和系统。在存储器结构中，可使用记忆电阻器的横杆。 例如，当用作存储器基础时，记忆电阻器可用于存储信息位1或0,对应于记忆电阻器是处于 高阻态还是低阻态(或者反之亦然）。当用作逻辑电路时，记忆电阻器可用作类似现场可编 程口阵列的逻辑电路中的配置位和开关，或者可W是有线逻辑可编程逻辑阵列的基础。还 可能的是，使用能够实现用于运些W及其它应用的多态或模拟行为的记忆电阻器。 当用作开关时，记忆电阻器可W在交叉点存储器中处于低电阻（关闭）或高电阻 (打开)状态。在过去几年中，研究者已经在寻找使得运些记忆电阻器的开关功能高效表现 的方式方面做出了巨大的进步。例如，基于氧化粗(TaOx)的记忆电阻器已经被证实相对于 其它能够电子开关的纳米级设备具有优良的耐久性。在实验室设置中，基于氧化粗的记忆 电阻器能够经过100亿开关周期。 记忆电阻器可W包括夹在两个电极之间的开关材料，诸如TiOx或者化Ox。记忆电阻 行为是通过离子种类(例如，氧离子或空位)在开关材料内移动而经由两个电极之间的导电 细丝的调制产生导电率的区域性变化来实现的，运得到了低电阻"导通(ON)"状态、高电阻 "关断(OFF)"状态或者中间状态。初始地，当记忆电阻器被首次制作时，整个开关材料可W 是非导电的。因此，可能需要成形过程来在两个电极之间的开关材料中形成导电通道。已知 的成形过程，通常称为"电成形"，包括在充足长度的时间内在电极两端施加足够高（阔值） 电压，而使得开关材料中区域化导电通道(或有源区）的成核和成形。成形过程所需的阔值 电压和时间长度可取决于用于开关材料、第一电极W及第二电极的材料的类型、W及设备 几何结构。 在记忆电阻设备中可采用金属或半导体氧化物;示例包括过渡金属氧化物，诸如 氧化粗、氧化铁、氧化锭、氧化给、氧化妮、氧化错、或其它类似的氧化物，或者非过渡金属氧 化物，诸如氧化侣、氧化巧、氧化儀、氧化铺、氧化铜、二氧化娃或其它类似的氧化物。进一步 的示例包括过渡金属氮化物，诸如氮化侣、氮化嫁、氮化粗、和氮化娃。 记忆电阻设备可包括电极之间的连续氧化物膜。细丝/离子扩散W随机样式形成 在电极之间的氧化物膜中，非常类似闪电，其可W取最小电阻的路径。该随机路径引起了记 忆电阻器I-V特性的从开关周期到开关周期的变化W及尤其是从设备到设备的变化。或者 是单极或者是双极的较旧的记忆电阻或非易失性电阻式存储器设备趋于具有电极间的该 随机导电路径;也即，空位必须找到它们自己的通往相对电极的路径。导电通道形成的运种 随机性会引起可复制性和/或可靠性问题的变化，运是运些设备的商业化的最大挑战之一。 热喷墨(TIJ)技术采用了电阻器来煮沸墨而产生喷射墨滴的蒸汽"驱动"气泡，设 及到快速成核和气泡生长。兼容于标准的CMOS, TIJ电阻器经常可W采用高薄片电阻率W及 低薄片电阻率双金属层沉积，随后是蚀刻工艺。图1A-1B描绘了 TIJ结构的两个示例。 图IA所示的TIJ结构100可使用高电阻合金，诸如TaAl、WSiN、TaA10x、TiN或者其它 适合的合金作为下层102,低电阻合金诸如Al化在上面的上层104。在该结构中，可首先沉积 具有30至120ohm/sq的相对高的薄片电阻率的下层102。接着，可W沉积具有约0.04至 0.08ohm/sq的相对低的薄片电阻率的上层104。在沉积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有热辅助开关控制的非易失性存储器元件，其中，电阻式存储器元件布置在热元件上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：葛宁，杨建华，李智勇，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国;US