【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种可重写非易失性存储器阵列,其中每一单元均包括串联的二极管和 电阻切换元件。
技术介绍
可在高电阻状态与低电阻状态之间可逆转换的电阻切换材料是已知的。这两种稳定 的电阻状态使此类材料成为用于可重写非易失性存储器阵列中的有吸引力的选择。然而, 由于单元之间的干扰危险、高泄漏电流和无数制造挑战的缘故,很难形成此类单元的较 大高密度阵列。因此,需要一种使用可容易制造且可靠编程的电阻切换元件的较大可重写非易失性 存储器阵列。
技术实现思路
本专利技术由所附权利要求书界定,且本部分中的所有内容都不应作为对这些权利要求 的限制。一般来说,本专利技术针对于包括二极管和电阻切换材料的非易失性存储器单元。本专利技术的第一方面提供一种非易失性存储器单元,其包括二极管;以及电阻切换元件,其包括电阻率切换金属氧化物或氮化物化合物层,所述金属氧化物或氮化物化合 物仅包含一种金属,其中所述二极管和电阻切换元件是所述存储器单元的部分。本专利技术的另一方面提供多个非易失性存储器单元,其包括在第一方向上延伸的第 一多个大体上平行且大体上共面的导体;第一多个二极管;第一多个电阻切换元件;以及在与所述第一方向不同的第二方向上延伸的第二多个大体上平行且大体上共面的导 体,其中在每一存储器单元中,所述第一二极管中的一者与所述第一电阻切换元件中的一者串联布置,且设置在所述第一导体中的一者与所述第二导体中的一者之间,且其中 所述第一多个电阻切换元件包括选自由以下物质组成的群组的材料层NixOy、 NbxOy、TixOy、 Hfx0y、 Alx0y、 Mgx0y、 Cox0y、 Crx0y ...
【技术保护点】
一种非易失性存储器单元,其包括: 二极管;以及 电阻切换元件,其包括电阻率切换金属氧化物或氮化物化合物层,所述金属氧化物或氮化物化合物仅包含一种金属,其中所述二极管和电阻切换元件是所述存储器单元的部分。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-5-9 11/125,939;US 2006-3-31 11/395,9951.一种非易失性存储器单元,其包括二极管;以及电阻切换元件,其包括电阻率切换金属氧化物或氮化物化合物层,所述金属氧化物或氮化物化合物仅包含一种金属,其中所述二极管和电阻切换元件是所述存储器单元的部分。2. 根据权利要求1所述的非易失性存储器单元,其中所述金属氧化物或氮化物化合物 选自由以下物质组成的群组NixOy、 NbxOy、 TixOy、 HfxOy、 AlxOy、 MgxOy、 CoxOy、 CrxOy、 VxOy、 ZnxOy、 ZrxOy、 B為和AlxNy。3. 根据权利要求1所述的非易失性存储器单元,其中所述二极管和所述电阻切换元件 串联连接。4. 根据权利要求3所述的非易失性存储器单元,其中所述二极管和所述电阻切换元件 设置在第一导体与第二导体之间。5. 根据权利要求4所述的非易失性存储器单元,其中所述第二导体在所述第一导体上 方,且所述二极管和所述电阻切换元件垂直设置在所述第二导体与所述第一导体之 间。6. 根据权利要求5所述的非易失性存储器单元,其中所述二极管在所述电阻切换元件 上方。7. 根据权利要求5所述的非易失性存储器单元,其中所述电阻切换元件在所述二极管 上方。8. 根据权利要求5所述的非易失性存储器单元,其进一步包括支柱,其中所述二极管 驻留在所述支柱中且垂直定向。9. 根据权利要求8所述的非易失性存储器单元,其中所述第一导体和所述第二导体为 轨道形状。10. 根据权利要求9所述的非易失性存储器单元,其中所述第一导体在第一方向上延伸, 且所述第二导体在与所述第一方向不同的第二方向上延伸。11. 根据权利要求10所述的非易失性存储器单元,其中所述电阻切换元件设置在所述 支柱中。12. 根据权利要求IO所述的非易失性存储器单元,其中所述电阻切换元件为轨道形状, 设置在所述第二导体与所述二极管之间,且在所述第二方向上延伸。13. 根据权利要求IO所述的非易失性存储器单元,其中所述电阻切换元件为轨道形状, 设置在所述第一导体与所述二极管之间,且在所述第一方向上延伸。14. 根据权利要求8所述的非易失性存储器单元,其中所述第一导体或所述第二导体包 括铝。15. 根据权利要求8所述的非易失性存储器单元,其中所述第一导体或所述第二导体包 括钨。16. 根据权利要求3所述的非易失性存储器单元,其中所述二极管为半导体结二极管。17. 根据权利要求16所述的非易失性存储器单元,其中所述半导体结二极管包括硅、 锗或者硅或锗合金。18. 根据权利要求17所述的非易失性存储器单元,其中所述硅、锗或者硅或锗合金不 是单晶的。19. 根据权利要求18所述的非易失性存储器单元,其中所述硅、锗或者硅或锗合金是 多晶的。20. 根据权利要求17所述的非易失性存储器单元,其中所述半导体结二极管垂直定向, 包括具有第一导电类型的底部重掺杂区、中间本征或轻掺杂区以及具有第二导电类 型的顶部重掺杂区。21. 根据权利要求17所述的非易失性存储器单元,其中所述半导体结二极管是Zener 二极管。22. 根据权利要求21所述的非易失性存储器单元,其中所述Zener二极管经垂直定向, 包括具有第一导电类型的底部重掺杂区以及具有第二导电类型的顶部重掺杂区。23. 根据权利要求3所述的非易失性存储器单元,其中所述存储器单元是第一存储器层 级的部分。24. 根据权利要求23所述的非易失性存储器单元,其中所述第一存储器层级形成在单 晶硅衬底上方。25. 根据权利要求23所述的非易失性存储器单元,其中在单片三维存储器阵列中至少 一第二存储器层级以单片形式形成在所述第一存储器层级上方。26. 根据权利要求1所述的非易失性存储器单元,其中所述电阻切换元件邻近于贵金属。27. 根据权利要求26所述的非易失性存储器单元,其中所述贵金属选自由Pt、 Pd、 Ir 和Au组成的群组。28. 根据权利要求3所述的非易失性存储器单元,其中所述电阻率切换金属氧化物或氮化物化合物层可处于多种电阻率状态中的一种。29. 根据权利要求28所述的非易失性存储器单元,其中在对所述电阻切换元件施加设 定脉冲之后,所述电阻率切换金属氧化物或氮化物化合物层从较高电阻率状态转换 到较低电阻率状态。30. 根据权利要求28所述的非易失性存储器单元,其中在对所述电阻切换元件施加复 位脉冲之后,所述电阻率切换金属氧化物或氮化物化合物层从较低电阻率状态转换 到较高电阻率状态。31. 根据权利要求l所述的非易失性存储器单元,其中所述存储器单元是可重写的。32. 根据权利要求1所述的非易失性存储器单元,其中所述电阻率切换金属氧化物或氮 化物化合物层可处于多种电阻率状态中的一种。33. 根据权利要求32所述的非易失性存储器单元,其中在对所述电阻切换元件施加设 定脉冲之后,所述电阻率切换金属氧化物或氮化物化合物层从较高电阻率状态转换 到较低电阻率状态。34. 根据权利要求32所述的非易失性存储器单元,其中在对所述电阻切换元件施加复 位脉冲之后,所述电阻率切换金属氧化物或氮化物化合物层从较低电阻率状态转换 到较高电阻率状态。35. 根据权利要求1所述的非易失性存储器单元,其中所述电阻率切换金属氧化物或氮 化物化合物层包含金属添加剂,其中所述金属添加剂在所述金属氧化物或氮化物化 合物层中的金属原子的约0.01%与约5%之间。36. 根据权利要求35所述的非易失性存储器单元,其中所述金属添加剂选自由以下金 属组成的群组钴、铝、镓、铟、锰、镍、铌、锆、钛、铪、钽、镁、铬、钒、硼、 钇和镧。37. —种多个非易失性存储器单元,其包括在第一方向上延伸的第一多个大体上平行且大体上共面的导体; 第一多个二极管;第一多个电阻切换元件;以及在与所述第一方向不同的第二方向上延伸的第二多个大体上平行且大体上共面 的导体,其中在每一存储器单元中,所述第一二极管中的一者与所述第一电阻切换元件中 的一者串联布置,且设置在所述第一导体中的一者与所述第二导体中的一者之间,且其中所述第一多个电阻切换元件包括选自由以下物质组成的群组的材料的层NixOy、 NbxOy、 TixOy、 HfxOy、 AlxOy、 MgxOy、 CoxOy、 CrxOy、 VxOy、 ZnxOy、 ZrxOy、BxNy禾卩AlXNy。38.根据权利要求37所述的多个非易失性存储器单元,其中所述第一导体形成在第一 高度处且所述第二导体形成在第二高度处,所述第二高度在所述第一高度上方。39. 根据权利要求38所述的多个非易失性存储器单元,其中所述第一二极管是垂直定 向的半导体结二极管。40.根据权利要求39所述的多个非易失性存储器单元,其中所述第一二极管是p-i-n 二极管。41.根据权利要求39所述的多个非易失性存储器单元,其中所述第一二极管是Zener 二极管。42.根据权利要求39所述的多个非易失性存储器单元,其进一步包括第一多个支柱, 每一支柱均设置在所述第一导体中的一者与所述第二导体中的一者之间。43. 根据权利要求42所述的多个非易失性存储器单元,其中所述第一二极管中的每一 者均设置在所述第一支柱中的一者中。44.根据权利要求43所述的多个非易失性存储器单元,其中所述第一电阻切换元件中 的每一者均设置在所述第一支柱中的一者中。45.根据权利要求43所述的多个非易失性存储器单元,其中所述第一电阻切换元件中 的每一者均不设置在所述第一支柱中的一者中。46.根据权利要求37所述的多个非易失性存储器单元,其中所述第一多个二极管包括 硅、锗或者硅或锗合金。47.一种单片三维存储器阵列,其包括a) 形成在衬底上方的第一存储器层级,所述第一存储器层级包括 第一多个存储器单元,其中所述第一存储器的每一存储器单元均包括电阻切换元件,所述电阻切换元件包括电阻率切换金属氧化物或氮化物化合物层,所述金 属氧化物或氮化物化合物仅具有一种金属;以及b) 以单片形式形成在所述第一存储器层级上方的至少一第二存储器层级。48.根据权利要求47所述的单片三维存储器阵列,其中所述金属氧化物或氮化物选自 由以下物质组成的群组NixOy、 NbxOy、 TixOy、 HfxOy、 AlxOy、 MgxOy、 CoxOy、CrxOy、 VxOy、 ZnxOy、 ZrxOy、 BxNy和AlxNy。49. 根据权利要求47所述的单片三维存储器阵列,其中所述第一存储器单元是可重写 存储器单元。50. 根据权利要求47所述的单片三维存储器阵列,其中所述第一存储器单元是一次性 可编程存储器单元。51. 根据权利要求47所述的单片三维存储器阵列,其中所述第一存储器单元能够存储 多种可检测数据状态中的一种。52. 根据权利要求51所述的单片三维存储器阵列,其中所述多个可检测数据状态包含 两个数据状态。53. 根据权利要求51所述的单片三维存储器阵列,其中所述多个可检测数据状态包含 至少三个数据状态。54. 根据权利要求51所述的单片三维存储器阵列,其中所述多个可检测数据状态包含 至少四个数据状态。55. 根据权利要求47所述的单片三维存储器阵列,其中所述衬底包括单晶硅。56. 根据权利要求47所述的单片三维存储器阵列,其中所述第一存储器层级进一步包 括第一多个二极管,其中所述第一存储器层级的每一存储器单元均包括所述第一二 极管中的一者。57. 根据权利要求56所述的单片三维存储器阵列,其中在所述第一存储器层级的每一 存储器单元中,所述二极管和所述电阻切换元件串联布置。58. 根据权利要求57所述的单片三维存储器阵列,其中所述第一存储器层级进一步包 括在第一方向上延伸的第一多个大体上平行且大体上共面的底部导体;以及在与所述第一方向不同的第二方向上延伸的第二多个大体上平行且大体上共面 的导体,所述第二导体在所述第一导体上方,其中在所述第一存储器层级的每一存储器单元中,所述第一二极管和所述电阻切 换元件设置在所述第一导体中的一者与所述第二导体中的一者之间。59. 根据权利要求58所述的单片三维存储器阵列,其中所述第一存储器层级进一步包 括第一多个支柱,其中每一第一支柱均垂直设置在所述第一导体中的一者与所述第 二导体中的一者之间。60. 根据权利要求58所述的单片三维存储器阵列,其中所述第一导体或所述第二导体 包括與。61. 根据权利要求58所述的单片三维存储器阵列,其中所述第一导体或所述第二导体 包括铝。62. 根据权利要求58所述的单片三维存储器阵列,其中所述第一二极管是半导体结二 极管。63. 根据权利要求62所述的单片三维存储器阵列,其中所述第一二极管包括锗、硅或 者锗和/或硅合金。64. 根据权利要求63所述的单片三维存储器阵列,其中所述第一二极管本质上由锗或 至少80原子%锗的半导体合金组成。65. 根据权利要求64所述的单片三维存储器阵列,其中所述半导体合金是至少90原子 %的锗。66. 根据权利要求57所述的单片三维存储器阵列,其中所述第一存储器层级进一步包 括电阻率切换材料连续层,其中所述电阻切换元件的每一者均设置在所述电阻率切 换材料连续层内。67. 根据权利要求66所述的单片三维存储器阵列,其中所述电阻率切换材料连续层在所述第一二极管上方。68. 根据权利要求66所述的单片三维存储器阵列,其中所述电阻率切换材料连续层在 所述第一二极管下方。69. 根据权利要求47所述的单片三维存储器阵列,其中所述第二存储器层级包括第二 多个存储器单元,其中所述第二存储器层级的每一存储器单元均包括电阻切换元 件,所述电阻切换元件包括选自由以下物质组成的群组的材料的层NixOy、 NbxOy、TixOy、HfxOy、AlxOy、MgxOy、C。XOy、CrxOy、VXOy 、ZllXOy 、Zl^Oy 、BX^P AlXNy 。70. —种用于形成多个非易失性存储器单元的方法,所述方法包括以下步骤形成第一多个大体上平行且大体上共面的第一导体; 在所述第一导体上方形成第一多个二极管; 形成第一多个电阻切换元件;以及在所述第一二极管上方形成第二多个大体上平行且大体上共面的导体, 其中所述第一电阻切换元件包括选自由以下物质组成的群组的材料NixOy、 NbxOy、 TixOy、 HfxOy、 AlxOy、 MgxOy、 CoxOy、 CrxOy、 VxOy、 ZnxOy、 ZrxOy、 BxNy和AlxNy 。71. 根据权利要求70所述的方法,其中在衬底上方形成所述第一导体。72. 根据权利要求71所述的方法,其中所述衬底包括单晶硅。73. 根据权利要求70所述的方法,其中所述第一二极管的每一者均与所述第一电阻切 换元件中的一者串联布置。74. 根据权利要求73所述的方法,其中所述形成所述第一导体的步骤包括沉积第一导电材料层或堆叠;图案化和蚀刻所述第一导电材料层或堆叠以形成第一导体;以及 在所述第一导体之间沉积介电填充物。75. 根据权利要求73所述的方法,其中所述形成所述第一二极管的步骤包括在所述第一导体上方沉积半导体层堆叠;以及 图案化和蚀刻所述半导体层堆叠以形成所述第一二极管。76. 根据权利要求75所述的方法,其中所述半导体层堆叠包括硅、锗或其合金。77. 根据权利要求73所述的方法,其中所述形成所述第一电阻切换元件的步骤包括在 所述第一导体上方沉积电阻切换材料层,所述层包括选自由以下物质组成的群组的材料NixOy、NbXOy、TixOy、HfXOy、AlXOy、MgXOy、C。XOy、ClxOy、VxOy 、 ZllX0ZrxOy、 BxNy禾t] AlxNy。78. 根据权利要求77所述的方法,其中所述形成所述第一电阻切换元件的步骤进一步 包括在用于图案化和蚀刻所述第一二极管的相同图案化步骤中图案化和蚀刻所述 电阻切换材料层。79. 根据权利要求73所述的方法,其中所述第一导体包括铝。80. 根据权利要求73所述的方法,其中所述第一导体包括钨。81. 根据权利要求73所述的方法,其中所述第一二极管具有垂直定向的支柱的形式。82. 根据权利要求73所述的方法,其中所述形成所述第二导体的步骤包括沉积第二导电材料层或堆叠;以及图案化和蚀刻所述第二导电材料层或堆叠以形成第二导体。83. 根据权利要求82所述的方法,其中所述形成所述第一电阻切换元件的步骤包括在 所述第一二极管上方沉积电阻切换材料层,所述层包括选自由以下物质组成的群组 的材料NixOy、 NbxOy、 TixOy、 HfxOy、 AIxOy、 MgxOy、 CoxOy、 CrxOy、 VxOy、 ZnxOy、 ZrxOy、 BxNy禾n AlxNy。84.根据权利要求83所述的方法,其中所述形成所述第一电阻切换元件的步骤进一步包括在用于图案化和蚀刻所述第二导体的相同图案化步骤中图案化和蚀刻所述电 阻切换材料层。85. —种用于形成单片三维存储器阵列的方法,所述方法包括以下步骤a) 在衬底上方形成第一存储器层级,所述第一存储器层级通过包括以下步骤的方 法来形成i) 形成第一多个二极管;以及ii) 形成第一多个电阻切换元件,其包括选自由以下物质组成的群组的材料 NixOy、 NbxOy、 TixO...
【专利技术属性】
技术研发人员:S布拉德赫纳,坦迈库马尔,克里斯托弗J佩蒂,
申请(专利权)人:桑迪士克三D公司,
类型:发明
国别省市:US[美国]
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