并入有阻挡层的1S1R存储单元制造技术

薄膜1S1R位单元包含位于选择器元件与存储器元件之间的阻挡部。还描述了包含这些位单元的器件和形成这些位单元的方法。在实施例中，选择器元件和存储器元件均为电介质材料，并且有利地为金属氧化物。位于选择器元件与存储器元件之间的是阻挡部，其用于减小选择器材料和存储器材料的混合和/或反应。将具有适合的材料属性的阻挡层添加到1S1R叠置体中可以通过抵抗由位单元在操作期间经历的热和/或电场应力驱动的选择器薄膜材料和存储器薄膜材料的混合和/或反应来延长包含叠置体的位单元的操作寿命。在实施例中，阻挡部层可以包括具有与选择器元件和存储器元件的(多种)材料组分不同的组分的一个或多个材料层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】并入有阻挡层的1S1R存储单元
技术介绍
非易失性存储器(NVM)是广泛用在微电子产业中的存储器的形式。迄今为止，NVM的主要形式已经为闪速存储器(例如，NAND、NOR等等)。然而，许多替代的NVM技术在下一代器件的发展之下。对于下一代NVM技术的一种考虑是其可以多容易与CMOS逻辑电路集成。嵌入式非易失性存储器(e-NVM)是与逻辑器件(例如，在CMOS技术中制造)在片上集成的非易失性存储器。因此e-NVM与独立式NVM不同，在独立式NVM中，存储器阵列在专用于存储器的衬底上被制造。嵌入式NVM有利地消除了对处理器与片外存储器之间的芯片间通信的需要，并因此实现了对在片上实现的任何逻辑单元以及e-NVM(例如，CPU的核、图形处理器执行单元等等)的高速数据访问和宽的总线宽度的性能。关于各种NVM技术，电阻式存储器技术针对分立和e-NVM应用两者继续表明是大有前途的。在电阻式存储器(例如电阻随机存取存储器(ReRAM或RRAM))中，位单元通常包括可切换的相对绝缘的存储器材料设置在两个相对较导电的电极之间的两端器件。在位单元内，存储器材料可以在两种不同状态之间切换：高电阻状态(HRS)，其可以代表关闭或0状态；以及低电阻状态(LRS)，其可以代表打开或1状态。典型地，重置过程用于使用重置电压来将ReRAM器件切换到HRS，并且设置过程用于使用设置电压来将ReRAM器件切换到LRS。对于电阻式存储器技术的重要度量之一是编程电压。由于在现有技术CMOS中发现的有限的操作电压(例如，Vcc<0.9V)，获得足够低的编程电压对于e-NVM应用是尤其具有挑战性的。针对低编程电压的许多ReRAM器件架构已经被高的潜通路泄漏困扰。如果位单元关闭状态泄漏太高，则大的纵横制(cross-bar)阵列可能消耗太多功率。一些混合ReRAM位单元架构还包含薄膜选择器元件(1S)以及电阻式存储器元件(1R)，以便以与选择器元件相关联的编程电压开销的一些代价减少关闭状态的泄漏。这种“1R1S”位单元架构可以用许多存储器元件技术中的任何技术单片集成的许多选择器元件技术中的任何技术来实现。针对电阻式存储器技术的重要度量中的另一个是位单元可靠性。可靠性通常被描述有多个设置/重置周期的特征。对于商业应用，位单元可能需要在百万或更多的周期上显示稳定性。附图说明在附图中通过示例的方式而不是通过限制的方式示出了本文中所描述的材料。为了说明的简单和清楚，附图中所示的元件并不必须按比例绘制。例如，为了清楚，一些元件的尺寸可以相对于其它元件放大。此外，在被认为是适当的情况下，已经在附图中重复了附图标记以指示对应的或类似的元件。在附图中：图1A是根据实施例的包含位于选择器元件与存储器元件之间的阻挡部的薄膜1S1R位单元的电路原理图；图1B是根据实施例的示出薄膜1S1R位单元的I-V响应的图，所述薄膜1S1R位单元包含位于选择器元件与存储器元件之间的阻挡部；图2A是根据实施例的包含位于选择器电介质材料与存储器氧化物材料之间的体导电氧化物阻挡部材料的薄膜1S1R位单元的截面视图；图2B是根据实施例的包含位于选择器电介质材料与存储器氧化物材料之间的非氧化物金属化合物的薄膜1S1R位单元的截面视图；图3A和图3B是根据实施例的包含位于选择器电介质材料与存储器氧化物材料之间的多层阻挡部的薄膜1S1R位单元的截面视图；图4是根据实施例的包含位于选择器电介质材料与存储器氧化物材料之间的导电氧化物阻挡部的非平面薄膜1S1R位单元的截面视图；图5是根据实施例的示出叠置式薄膜1S1R位单元的截面视图；图6是根据实施例的示出形成包含位于选择器氧化物材料与存储器氧化物材料之间的阻挡部的薄膜1S1R位单元的方法的流程图；图7是根据实施例的示出形成包含位于选择器氧化物材料与存储器氧化物材料之间的多层阻挡部的薄膜1S1R位单元的方法的流程图；图8是根据实施例的包括多个薄膜1S1R位单元的NVM的原理图，所述多个薄膜1S1R位单元包含位于选择器元件与存储器元件之间的阻挡部；图9示出了根据实施例的e-NVM的截面；图10示出了根据本专利技术的实施例的示出采用包括具有1S1R位单元的e-NVM的SoC的移动计算平台和数据服务器机器，所述1S1R位单元包括位于选择器元件与存储器元件之间的阻挡部；以及图11是根据本专利技术的实施例的电子计算设备的功能性框图。具体实施方式参考附图描述了一个或多个实施例。尽管详细描绘和讨论了具体构造和布置，但应当理解的是，其仅用于说明性目的。相关领域技术人员将认识到，在不脱离本说明书的精神和范围的情况下，其它构造和布置是可能的。对于相关领域技术人员将显而易见的是，除了本文中详细描述的系统和应用以外，本文中所描述的技术和/或布置可以用在各种其它系统和应用中。在以下具体实施方式中参考了附图，附图形成了本文的部分并示出了示例性的实施例。此外，将理解的是，在不脱离所要求保护的主题的范围的情况下可以利用其它实施例并可以作出结构和/或逻辑改变。还应当指出，方向和参考(例如，上、下、顶、底等等)可仅用于促进对附图中的特征的描述。因此，以下具体实施方式并非以限制性的意义来理解，并且所要求保护的主题的范围仅通过所附权利要求及它们的等同形式来限定。在以下描述中，阐述了许多具体细节。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术。在一些实例中，用框图形式而不是详细示出了公知的方法和设备，以避免使本专利技术难以理解。在整个说明书中对“实施例”或“一个实施例”的引用表示结合实施例描述的特定特征、结构、功能、或特性包括在本专利技术的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中的不同地方出现的短语“在实施例中”或“在一个实施例中”并不一定指代本专利技术的相同实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定特征、结构、功能、或特性可以以任何适合的方式进行组合。例如，第一实施例可以与第二实施例进行组合，其中与这两个实施例相关联的特定特征、结构、功能、或特性并不是相互排斥的。如本专利技术的实施例和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确指示。还将理解的是，如本文中所使用的术语“和/或”指代和包括相关联的列出项目中的一个或多个项目的任何和所有可能的组合。术语“耦合”和“连接”连同它们的派生词可以在本文中用于描述部件之间的功能或结构关系。应当理解的是，这些术语并非旨在作为彼此的同义词。相反，在具体实施例中，“连接”可以用于指示两个或更多个元件彼此直接物理、光、或电接触。“耦合”可以用于指示两个或更多个元件彼此直接或间接(在它们之间具有其它中间元件)物理或电接触，和/或两个或更多个元件彼此协作或相互作用(例如，如在因果关系中)。如本文中所使用的术语“在……之上”、“在……之下”、“在……之间”以及“在……上”指代一个部件或材料相对于其它部件或材料的相对位置，其中，这种物理关系是值得注意的。例如在材料的背景中，设置在另一种材料之上或之下的一种材料或材料可以与一种或多种中间材料直接接触或可以具有一种或多种中间材料。此外，设置在两种材料或材料之间的一种材料可以与两层直接接触或可以具有一个或多个中间层。相反，“在”第二材料或材料“之上”的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻式存储器单元，包括：衬底；第一电极材料和第二电极材料，所述第一电极材料和所述第二电极材料设置在所述衬底之上；薄膜存储器元件和薄膜选择器元件，所述薄膜存储器元件和所述薄膜选择器元件设置在所述第一电极材料与所述第二电极材料之间；以及电浮置的导电薄膜阻挡部，所述电浮置的导电薄膜阻挡部设置在所述存储器元件与所述选择器元件之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电阻式存储器单元，包括：衬底；第一电极材料和第二电极材料，所述第一电极材料和所述第二电极材料设置在所述衬底之上；薄膜存储器元件和薄膜选择器元件，所述薄膜存储器元件和所述薄膜选择器元件设置在所述第一电极材料与所述第二电极材料之间；以及电浮置的导电薄膜阻挡部，所述电浮置的导电薄膜阻挡部设置在所述存储器元件与所述选择器元件之间。2.根据权利要求1所述的电阻式存储器单元，其中：所述选择器元件还包括第一组分的选择器氧化物材料，所述第一组分的选择器氧化物材料在阈值电压经历低电阻状态与高电阻状态之间的易失性过渡；所述存储器元件还包括第二组分的存储器氧化物材料，所述第二组分的存储器氧化物材料在设置/重置电压经历低电阻状态与高电阻状态之间的非易失性过渡；并且所述薄膜阻挡部包括以下各项的至少其中之一：体导电金属氧化物层；或者包括难熔金属氮化物、碳化物、或碳氮化物的非氧化物金属化合物层。3.根据权利要求2所述的电阻式存储器单元，其中，所述难熔金属氮化物、碳化物、或碳氮化物包括以下各项的至少其中之一：TiN、TaN、WN、TiC、TaC、WC、或TaCN。4.根据权利要求2所述的电阻式存储器单元，其中，所述阻挡部包括体导电金属氧化物层，所述体导电金属氧化物层包括以下各项的至少其中之一：RuO2、CrO2、WO2、IrO2、MoO2、PtO2、或RhO2。5.根据权利要求2所述的电阻式存储器单元，其中，所述阻挡部是包括所述非氧化物金属化合物层以及所述体导电氧化物层的叠置体，所述体导电氧化物层设置在所述选择器氧化物材料和所述存储器氧化物材料的至少其中之一与所述非氧化物金属化合物层之间。6.根据权利要求5所述的电阻式存储器单元，其中：所述选择器氧化物材料设置在所述存储器氧化物材料之上，并且所述阻挡部是包括设置在所述存储器氧化物材料之上的所述体导电氧化物层的叠置体，并且所述非氧化物金属化合物层设置在所述体导电氧化物层之上，或者所述存储器氧化物材料设置在所述选择器氧化物材料之上，并且所述阻挡部是包括设置在所述选择器氧化物材料之上的所述体导电氧化物层的叠置体，并且所述非氧化物金属化合物层设置在所述体导电氧化物层之上。7.根据权利要求2所述的电阻式存储器单元，其中，所述阻挡部是包括设置在第一体导电金属氧化物层与第二体导电金属氧化物层之间的所述非氧化物金属化合物层的叠置体。8.根据权利要求7所述的电阻式存储器单元，其中：所述非氧化物金属化合物层包括以下各项的至少其中之一：TiN、TaN、WN、TiC、TaC、WC、或TaCN；所述第一体导电金属氧化物层和所述第二体导电金属氧化物层包括以下各项的至少其中之一：RuO2、CrO2、WO2、IrO2、MoO2、PtO2、或RhO2。9.根据权利要求1所述的电阻式存储器单元，其中：所述第一电极材料和所述第二电极材料的至少其中之一还包括具有位于体电极材料与所述选择器元件或存储器元件之间的第二薄膜阻挡部的叠置体。10.根据权利要求2所述的电阻式存储器单元，其中：所述选择器氧化物材料包括主要处于第一氧化状态的过渡金属；并且所述选择器氧化物材料包括主要处于第二氧化状态的所述过渡金属，所述第二氧化状态与所述第一氧化状态不同。11.根据权利要求2所述的电阻式存储器单元，其中：所述选择器氧化物材料包括以下各项的至少其中之一：VO2、Ta2O5...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·V·卡尔波夫，N·慕克吉，P·马吉，R·S·周，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US