基于纳米颗粒的电阻式存储器设备及其制造方法技术

含有纳米颗粒的电阻式存储器单元形成在两个电极之间。所述纳米颗粒可包埋在基体中，或在没有基体的情况下烧结在一起。所述存储器单元可为投射式存储器单元或屏障调制单元。聚合物配体可用于在衬底之上沉积所述纳米颗粒，然后任选的去除或替换所述聚合物配体。

Resistance Memory Device Based on Nanoparticles and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于纳米颗粒的电阻式存储器设备及其制造方法相关申请本申请要求2017年1月23日提交的美国临时专利申请序列号62/449,351以及2017年6月29日提交的美国非临时申请序列号15/637,357的优先权权益，这些申请的全部内容以引用方式并入本文。
本公开整体涉及半导体设备领域，并且具体地涉及采用纳米颗粒的电阻式存储器设备及其制造方法。
技术介绍
电阻式随机存取存储器(ReRAM)设备是指采用材料的多个电阻状态的非易失性存储器(NVM)设备。ReRAM设备具有以低成本提供高存储器密度的潜力，并且具有快速读取/写入存取时间和高耐久性。
技术实现思路
根据本公开的一个实施方案，一种制造存储器单元的方法，包括形成第一电极；提供聚合物接枝的存储器材料纳米颗粒，其形成由聚合物配体制成的包埋存储器材料纳米颗粒的聚合物基体；以及形成第二电极。根据本公开的另一个实施方案，一种屏障调制存储器单元，包括第一电极；可变电阻区，该可变电阻区包括金属氧化物纳米颗粒和与金属氧化物纳米颗粒接触的屏障材料；和第二电极。根据本公开的另一个实施方案，一种投射式存储器单元，包括第一电极、第二电极以及定位在第一电极和第二电极之间的可变电阻区。可变电阻区包括硫属元素化物相变存储器材料纳米颗粒和投射材料衬垫，该投射材料衬垫将第一电极连接到第二电极。投射材料衬垫具有介于硫属元素化物相变存储器材料的低电阻状态和高电阻状态之间的电阻率。附图说明图1A示出聚合物接枝的纳米颗粒。根据本公开的第一实施方案，聚合物链(配体)被接枝到纳米颗粒核。图1B示出通过旋涂沉积到衬底上的聚合物接枝的纳米颗粒。根据本公开的第一实施方案，为了清楚起见，单独的聚合物链未示出，并且通过由聚合物链形成的均匀基体表示。图1C示出干燥的聚合物接枝的纳米颗粒，其形成密集阵列并且配体互穿并形成均匀基体。根据本公开的第一实施方案，这些配体使颗粒保持处于均匀距离并且形成包埋聚合物基体。根据本公开的第一实施方案，图1D示出溶剂退火步骤，该步骤用于促进自组装并重新布置纳米颗粒。根据本公开的第一实施方案，图2A、图2B和图2C示意性地示出用于制造第一示例性电阻式存储器单元的工艺流程，该第一示例性电阻式存储器单元包括穿过第一电极之上的绝缘层的开口。根据本公开的第一实施方案，图3A、图3B和图3C示意性地示出在第一示例性电阻式存储器单元的不同构型内组装的聚合物接枝的纳米颗粒，每个构型包括具有不同尺寸和纵横比的开口。根据本公开的第一实施方案，图4A、图4B和图4C示出在通过热处理和/或使样品暴露于脱下配体的酸或溶剂蒸气而去除聚合物基体以及沉积第二电极之后第一示例性电阻式存储器单元的各种构型。根据本公开的第二实施方案，图5A、图5B和图5C示出在形成第二电极之前去除配体的第二示例性电阻式存储器单元的第一、第二和第三构型的制造工艺。根据本公开的第三实施方案，图6示出用于制造第三示例性电阻式存储器单元的ALD渗透合成、聚合物去除、基体硬化、剥离和第二电极沉积的加工步骤。根据本公开的第四实施方案，图7A和图7B示出沿着单元的壁具有“投射材料”的第四示例性存储器单元。可按与第一实施方案或第二实施方案中相同的方式沉积和处理纳米颗粒。根据本公开的第五实施方案，图8A和图8B示出沿着单元的壁具有“投射材料”的第五示例性存储器单元。根据第三实施方案，可沉积纳米颗粒并且利用ALD渗透合成来填充单元。根据本公开的第六实施方案，图9A至图9C示出在第二电极和第一电极之间具有收缩区的第六示例性存储器单元。根据第一实施方案至第三实施方案中的任一项，可形成纳米颗粒。根据本公开的第七实施方案，图10A和图10B示出屏障存储器单元类型的第七示例性存储器单元。根据本公开的第八实施方案，图11示出包括纳米颗粒核的第七示例性存储器单元，每个纳米颗粒核具有内核和外壳。根据本公开的第八实施方案，图12A是包括平面层的第九示例性存储器单元的第一构型的透视图。图12B是图12A的第九示例性存储器单元的第一构型的示意性竖直截面图。根据本公开的第八实施方案，图12C是包括平面层的第九示例性存储器单元的第二构型的透视图。图12D是图12C的第九示例性存储器单元的第二构型的示意性竖直截面图。根据本公开的第十实施方案，图13是第十示例性存储器单元的竖直截面图。图14A至图14E示出可用于形成本公开的第三至第十二示例性结构中的任何一者的加工步骤的序列。图15A至图15F示出可用于形成本公开的第三至第十二示例性结构中的任何一者的加工步骤的另一个序列。具体实施方式如上所讨论，本公开涉及采用纳米颗粒的电阻式存储器设备及其制造方法，在下面描述了其各个方面。附图未按比例绘制。在其中示出元件的单个实例的情况下可以重复元件的多个实例，除非明确地描述或以其他方式清楚地指出不存在元件的重复。序号诸如“第一”、“第二”和“第三”仅仅被用于标识类似的元件，并且在本公开的整个说明书和权利要求书中可采用不同序号。如本文所用，定位在第二元件“上”的第一元件可以定位在第二元件的表面的外侧上或者第二元件的内侧上。如本文所用，如果在第一元件的表面和第二元件的表面之间存在物理接触，则第一元件“直接”定位在第二元件上。如本文所用，“过程中”结构或“瞬态”结构是指随后被修改的结构。如本文所用，“纳米颗粒”是最大尺寸(诸如直径)小于100微米(诸如小于1微米，例如1nm至900nm，诸如2nm至500nm，包括5nm至100nm)的颗粒。多个纳米颗粒包括平均最大尺寸在一个或多个上述范围内的颗粒。纳米颗粒可以是单晶的(即，纳米晶体)、多晶的或无定形的。如本文所用，“聚合物”是指通过聚合形成且包括重复结构单元(例如，基本上由重复结构单元组成)的化合物或化合物的混合物。例如，在一个实施方案中，聚合物可以是由以一种或多种类型的单体单元的序列为特征的分子组成的物质，并且包含含有与至少一个其他单体单元或其他反应物共价键合的至少三个单体单元的单一主要重量的分子，并且由小于具有相同分子量的单一主要重量的分子组成。聚合度(即，聚合物中的单体单元的数量)可在1,000至100,000的范围内，但也可采用更小和更大的数量。单体单元是聚合物中的单体的反应形式。如本文所用，“层”是指包括具有厚度的区的材料部分。层可在下层或上覆结构的整体之上延伸，或者可具有小于下层的或上覆结构的范围的范围。另外，层可以是均匀或不均匀的连续结构的厚度小于连续结构的厚度的区。例如，层可以定位在连续结构的顶部表面和底部表面之间或在连续结构的顶部表面和底部表面处的任何一对水平平面之间。层可水平地、竖直地和/或沿着锥形表面延伸。衬底可以是层，可以在其中包括一个或多个层，和/或可以在其上、在其上方和/或在其下方具有一个或多个层。如本文所用，“半导体材料”是指具有在1.0×10-6S/cm至1.0×105S/cm的范围内的电导率的材料。如本文所用，“半导体材料”是指在其中不存在电掺杂剂的情况下具有在1.0×10-6S/cm至1.0×105S/cm的范围内的电导率的材料，并且能够在适当掺杂电掺杂剂时产生具有在1.0S/cm至1.0×105S/cm的范围内的电导率的掺杂材料。如本文所用，“电掺杂剂”是指将空穴添加到带结构内的价带的p型掺杂剂，或者将电子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造存储器单元的方法，包括：形成第一电极；提供聚合物接枝的存储器材料纳米颗粒，其形成由聚合物配体制成的包埋所述存储器材料纳米颗粒的聚合物基体；以及形成第二电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.23 US 62/449,351;2017.06.29 US 15/637,3571.一种制造存储器单元的方法，包括：形成第一电极；提供聚合物接枝的存储器材料纳米颗粒，其形成由聚合物配体制成的包埋所述存储器材料纳米颗粒的聚合物基体；以及形成第二电极。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述存储器单元包括电阻式存储器单元，并且所述存储器材料纳米颗粒包括电阻式存储器纳米颗粒。3.根据权利要求2所述的方法，其中提供所述聚合物接枝的存储器材料纳米颗粒包括将包含聚合物配体接枝的纳米颗粒的液体分散体分配在所述第一电极上。4.根据权利要求3所述的方法，其中在形成所述第二电极之后将所述纳米颗粒包埋在所述聚合物基体中。5.根据权利要求3所述的方法，还包括在形成所述第二电极之前从所述存储器材料纳米颗粒去除所述聚合物基体。6.根据权利要求5所述的方法，其中：去除所述聚合物基体包括通过热分解、等离子处理或暴露于从所述纳米颗粒脱下所述聚合物配体的溶剂或酸蒸气来去除所述聚合物配体；在去除所述聚合物配体之后，所有纳米颗粒的至少50％接触另一个纳米颗粒；并且在去除所述聚合物配体之后，在所述第一电极和所述第二电极之间形成基本上由所述纳米颗粒的子集组成的连续路径。7.根据权利要求6所述的方法，还包括在去除所述聚合物配体之后所述纳米颗粒塌陷之后将所述纳米颗粒烧结在一起。8.根据权利要求5所述的方法，其中从所述存储器材料纳米颗粒去除所述聚合物基体包括使用原子层沉积渗透工艺引起前体材料渗透到所述液体分散体的材料中，从而用无机基体替换所述聚合物基体，其中所述前体材料在与所述聚合物配体接枝的纳米颗粒的材料反应或所述聚合物配体接枝的纳米颗粒的材料的取代后形成所述基体。9.根据权利要求8所述的方法，其中：所述纳米颗粒包括硫属元素化物相变存储器材料纳米颗粒；所述无机基体形成投射材料衬垫，所述投射材料衬垫将所述第一电极连接到所述第二电极；所述投射材料衬垫具有介于所述硫属元素化物相变存储器材料的低电阻状态和高电阻状态之间的电阻率；并且所述电阻式存储器单元包括投射式存储器单元。10.根据权利要求8所述的方法，其中：所述纳米颗粒包括金属氧化物纳米颗粒；所述无机基体形成所述金属氧化物纳米颗粒的屏障材料；并且所述电阻式存储器单元包括屏障调制单元。11.根据权利要求3所述的方法，还包括使用原子层沉积渗透工艺在定位在所述聚合物基体中的每个所述纳米颗粒周围形成无机壳。12.根据权利要求11所述的方法，其中：所述纳米颗粒包括金属氧化物纳米颗粒；所述无机壳形成所述金属氧化物纳米颗粒的屏障材料；并且所述电阻式存储器单元包括屏障调制单元。13.根据权利要求2所述的方法，其中：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·卢兹，J·里尔，M·D·阿波达卡，D·斯图尔特，万雷，B·特里斯，
申请(专利权)人：闪迪技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US