包含电阻随机存取存储器和选择器的基本单元和包含该单元的级和级的基体及其制造方法技术

本发明专利技术涉及基本单元，其包括与易失性选择器装置串联安装的非易失性电阻随机存取存储器，存储器包括上电极、下电极和由第一活性材料制成的层；存储器通过在上和下电极之间施加阈值电压从高电阻状态进入低电阻状态，选择器装置包括上电极、下电极和由第二活性材料制成的层；选择器装置通过在上和下电极之间施加阈值电压从高电阻状态进入低电阻状态，当流过选择器装置的电流或上和下电极的端子处的电压分别返回到保持电流或电压以下，则选择器装置返回高电阻状态；单元包括一件式导体元件，其包括：具有与存储器活性层的下表面接触的一个面以形成存储器的下电极的第一分支，具有与选择器活性层的上表面接触的一个面以形成存储器的上电极的第二分支。

The basic unit including resistive random access memory and selector, the matrix containing stages and stages of the unit and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
包含电阻随机存取存储器和选择器的基本单元和包含该单元的级和级的基体及其制造方法
本专利技术的
是非易失性电阻随机存取存储器。本专利技术涉及包括电阻随机存取存储器和选择器的基本单元，包括多个所述单元的级(stage)和包括多个所述级的基体。本专利技术还涉及获得所述级和所述基体的制造方法。
技术介绍
对于即使在电压被切断时也需要存储信息的应用，通常使用在场效应晶体管的浮栅上存储电荷的EEPROM或FLASH型非易失性存储器。然而，这些存储器有缺点如下：-写入时间长(几微秒)，-有限的密度，因为晶体管尺寸的减小导致读取信号的减少，也就是说存储点(memorypoint)的两个状态之间的差异的降低，以及信息保持的持续时间的减少，-有限数量的写入周期，因为随着写入周期的进行，由于在晶体管的栅极氧化物中产生缺陷，允许电子从浮动栅极逸出，导致保留信息的能力降低。因此，这种类型的存储器不具有支持诸如SCM(存储类存储器)之类的新技术的开发所需的特性，这些新技术正在经历显著的激增，这尤其归功于它们在降低其消耗的同时增强计算机性能的能力。最近，基于诸如离子导电材料(CBRAMs或导电桥接RAMs)、金属氧化物材料(OxRAMs或氧化物电阻RAMs)、铁电材料(FERAMs或铁电RAMs)、磁性材料(MRAMs或磁性RAMs)、具有自旋转移的磁性材料(STTRAMs或自旋扭矩转移RAMs)或具有相变的材料(PCRAMs或相变RAMs)的活性材料，出现了其它类型的可重写非易失性存储器。这些存储器是电阻型存储器(也就是说它们可以具有至少两个状态“OFF”或“ON”，对应于从电阻状态(“OFF”状态)到较低电阻状态(“ON”状态)的通道)。电阻随机存取存储器需要两个电极才能工作。例如，CBRAM包括基于离子导电材料的活性区，该活性区形成固体电解质，其中离子传导布置在形成惰性阴极的电极和包含部分可电离金属的电极之间，也就是说部分金属能够容易地形成金属离子，并形成阳极。CBRAMs的运行基于当两个电极被带到合适的电位时在这两个电极之间在固体电解中的形成一个或多个金属丝(也称为“树枝状晶体”)。丝的形成使得能够在两个电极之间获得给定的导电性。通过改变施加到电极的电位，可以改变丝的分布，从而改变两个电极之间的电传导。PCRAM包括基于硫属化物材料的活性区。PCRAM的运行基于硫属化物材料的相变，相变通过在其两个电极产生的特定电脉冲的作用下加热该材料而诱导。这种相变发生在低电阻和热力学稳定的有序晶相与高电阻和热力学不稳定的无序非晶相之间。电阻随机存取存储器特别具有能够经由“交叉条”(也称为“交叉点”)类型集成的高密度集成的益处。这种架构200在图1中示出并且包括多个存取线201、202、203和204，以及基于活性材料的非易失性可重写类型的多个存储器单元(例如CBRAM单元)(这里是四个单元C11、C21、C22和C12)。存取线由上平行位线201和202以及垂直于位线的下字线203和204形成，基本单元C11、C21、C22和C12夹在位线201和202以及字线203和204之间的交叉处。架构200由此形成一个阵列，其中每个存储器单元可以通过选择正确的位线和正确的字线来单独寻址。然而，这种类型的架构具有某些缺点。因此，通过所需行和列的极化来执行读取单元状态的相位；然后可以观察到流过相邻单元的寄生漏电流。这里的假设是：-单元C11处于断开(OFF)状态(高电阻状态)；-单元C21处于接通(ON)状态(低电阻状态)；-单元C22处于ON状态(低电阻状态)；-单元C12处于ON状态(低电阻状态)。读取单元C11的电阻状态包括分别使位线201和字线204极化(在这两条线之间施加电位差V偏置)。理论上，测量电流应沿着用虚线表示的箭头205唯一地循环。实际上，由于三个其它单元处于ON状态的事实，由箭头206表示的寄生漏电流流过非电阻单元C21、C22和C12。该泄漏电流，特别是在要测量的单元的相邻元件处于ON状态的不利情况下，可能扰乱测量，以防止待测量的单元的ON状态和OFF状态之间的区别。该问题的一种已知解决方案在于，与每个单元串联地添加p/n结二极管207以起到选择器的作用。图2中示出了这种架构300。图1和图2中的共同元件具有相同的附图标记，应当理解，图2的单元C11、C21、C22和C12与图1的单元C11、C21、C22和C12处于相同的电阻状态。在这种情况下，二极管207是单极的，它们阻止寄生电流的通过，从而唯一地授权由位线201和字线204(在这两条线之间施加电位差V偏置)的极化引起的箭头210表示的电流。然而，如图2所示的架构也带来某些困难，特别是与二极管在ON模式中具有仍然有限的电流强度这一事实有关。因此，目前，对于给定的硅表面区域，不可能生产与存储器单元具有相同表面积的二极管，并且具有足够的ON电流ION(二极管的电流密度太低)并且同时具有很低的漏电流IOFF。在使用与需要大量切换电流(switchingcurrent)的PCRAM相变型单元串联的二极管的情况下，这种情况特别困难。这就是近年来研究了几种替代解决方案的原因。在文献中，发现了不同类型的选择器，诸如FAST(场辅助超线性阈值(FieldAssistedSuperlinearThreshold))，混合离子电子传导(MIEC(Mixed-Ionic-ElectronicConduction))和OTS(双向阈值切换(OvonicThresholdSwitching))。选择器装置由两个电极和活性材料组成，这些电极设置在活性材料的任一侧，并且可以向所述活性材料施加电压。在OTS型选择器的情况下，活性材料可以是硫属合金。选择器装置运行的基本原理如图3所示。该装置在OFF状态下具有很高的阻抗性。一旦施加高于阈值电压的电压，电流就快速增加以达到装置的ON状态，即低电阻状态。一旦电流或电压降低到指定“保持”值的特定值以下，装置就会返回OFF。为了能够与电阻随机存取存储器集成，选择器必须具有几个特性。实际上，它必须具备：-与共同集成存储器的尺寸接近的尺寸；-低泄漏电流IOFF：当选择器处于“OFF”状态，因此具有低电场时，选择器的电阻必须非常高。这种特性可以通过减少例如选择器与其上电极之间的接触表面或通过增加选择器的活性材料的厚度来实现，选择器的活性材料的厚度是沿着与选择器与其上电极之间的接触表面形成的平面垂直的方向的选择器的活性材料的尺寸；-低阈值电压：这是通过相反地减小选择器的活性材料的厚度而获得的。为了进一步提高电阻随机存取存储器的集成密度，传统的解决方案是减小电阻随机存取存储器的活性材料与其下电极之间的表面积的大小，以减小电阻随机存取存储器的写电流(propgammingcurrent)。因此，通常，对于存储器装置和对于选择器，表面积的减小，特别是选择器与其上电极之间的接触表面积以及存储器的活性材料与其下电极之间的接触表面积的减少，使得有可能回应所有广受欢迎的特征，即：-减小整个装置的尺寸，整个装置此后将用术语“基本单元”表示；-减少漏电流IOFF；-减少存储器的写电流；-增加存储器的集成密度。本专利技术中提出的集成特别专用于PCRAM和OTS选择器之间的协同集成，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基本单元(500)，其包括与易失性选择器装置(511)串联安装的非易失性电阻随机存取存储器(510)，所述存储器(510)包括：‑电阻随机存取存储器的上电极(509)，‑电阻随机存取存储器的下电极，‑由第一活性材料制成的层，称为存储器活性层(508)，所述存储器(510)通过在电阻随机存取存储器的上电极(509)和电阻随机存取存储器的下电极之间施加阈值电压而从高电阻状态进入低电阻状态，所述选择器装置(511)，包括：‑选择器装置的上电极，‑选择器装置的下电极(501)，‑由第二活性材料制成的层，称为选择器活性层(503b)，所述选择器装置(511)通过在选择器装置的上电极和选择器装置的下电极(501)之间施加阈值电压而从高电阻状态进入低电阻状态，一旦流过所述选择器装置(511)的电流或选择器装置的上电极和选择器装置(501)的下电极的端子处的电压分别返回到保持电流或电压以下，则所述选择器装置(511)返回进入高电阻状态，所述单元(500)的特征在于，它包括一件式导体元件(504)，该一件式导体元件包括：‑基本上为长方体形状的第一分支(504a)，所述第一分支(504a)具有与存储器活性层(508)的下表面接触的一个面，以形成电阻随机存取存储器的下电极，‑基本上为长方体形状的第二分支(504b)，所述第二分支(504b)具有与选择器活性层(503b)的上表面接触的一个面，以形成选择器装置(511)的上电极。...

【技术特征摘要】
2017.12.26 FR 17632081.基本单元(500)，其包括与易失性选择器装置(511)串联安装的非易失性电阻随机存取存储器(510)，所述存储器(510)包括：-电阻随机存取存储器的上电极(509)，-电阻随机存取存储器的下电极，-由第一活性材料制成的层，称为存储器活性层(508)，所述存储器(510)通过在电阻随机存取存储器的上电极(509)和电阻随机存取存储器的下电极之间施加阈值电压而从高电阻状态进入低电阻状态，所述选择器装置(511)，包括：-选择器装置的上电极，-选择器装置的下电极(501)，-由第二活性材料制成的层，称为选择器活性层(503b)，所述选择器装置(511)通过在选择器装置的上电极和选择器装置的下电极(501)之间施加阈值电压而从高电阻状态进入低电阻状态，一旦流过所述选择器装置(511)的电流或选择器装置的上电极和选择器装置(501)的下电极的端子处的电压分别返回到保持电流或电压以下，则所述选择器装置(511)返回进入高电阻状态，所述单元(500)的特征在于，它包括一件式导体元件(504)，该一件式导体元件包括：-基本上为长方体形状的第一分支(504a)，所述第一分支(504a)具有与存储器活性层(508)的下表面接触的一个面，以形成电阻随机存取存储器的下电极，-基本上为长方体形状的第二分支(504b)，所述第二分支(504b)具有与选择器活性层(503b)的上表面接触的一个面，以形成选择器装置(511)的上电极。2.根据权利要求1所述的单元(500)，其特征在于，所述选择器装置(511)包括一件式选择器元件(503)，所述一件式选择器元件包括：-基本上为长方体形状的第一分支(503a)，所述第一分支(503a)具有与一件式导体元件(504)的第一分支(504a)的一个面接触的一个面，-基本上为长方体形状的第二分支(503b)，其由选择器活性层(503b)构成，以这样的方式，一件式选择器元件(503)具有一件式导体元件(504)的轮廓。3.根据权利要求1或2所述的单元(500)，其特征在于，一件式导体元件(504)的两个分支之间的角度基本上是直角。4.根据前述权利要求中任一项所述的单元(500)，其特征在于，该选择器装置(511)具有OTS、FAST或MIEC类型。5.根据前述权利要求中任一项所述的单元(500)，其特征在于，该电阻随机存取存储器(510)具有PCRAM、OxRAM或CbRAM类型。6.级(600)，其包括多个根据前述权利要求中任一项所述的单元(500)，其特征在于，该单元(500)沿着彼此平行的若干直线分布。7.基体(700)，其包括多个根据权利要求6所述的级(600)，其特征在于，该级(600)以一个级在另一个级的顶部布置，所述级(600)的单元(500)沿着所述直线的方向从一个级到下一个级交替分布，使得级(600)的直线的方向垂直于紧邻下面和/或上面的级(600)的直线的方向。8.用于制造根据权利要求6所述的级(600)的方法(400)，其特征在于，所述方法包括：-保形沉积的步骤(401)，选择器装置的下电极的导体材料层(602)在基底(601)上保形沉积，然后在选择器装置的下电极的导体材料层(602)上保形沉积第一介电材料层(603)；-刻蚀的步骤(402)，在第一介电材料层(603)中刻蚀彼此平行的多个沟槽(605)，在选择器装置的下电极的导体材料层(602)上终止刻蚀；-保形沉积的步骤(403)，选择器活性层(606)的保形沉积，以便覆盖沟槽(605)和在刻蚀步骤(402)期间第一介电材料层的未被刻蚀的部分(604)，然后在选择器活性层(606)上保形沉积一件式导体元件的材料层(607)，然后在一件式导体元件的材料层(607)上保形沉积第二介电层(608)，使得沟槽(605)未被填满；-沿着沟槽(605)的方向的各向异性刻蚀的步骤(404)，该各向异性刻蚀终止在沟槽(605)的底部处选择器装置的下电极的导体材料层(602)上，并且终止在在刻蚀步骤(402)期间第一介电材料层的未被刻蚀的部分(604)上，以获得基本单元(500)的每个一件式导体元件(504)；-...

【专利技术属性】
技术研发人员：加布里尔·纳瓦罗，
申请(专利权)人：法国原子能及替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国,FR