含有具有电流聚焦层的选择器的存储器装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种存储器单元，该存储器单元包含双向阈值开关(OTS)选择器和定位成与该OTS选择器电串联的存储器装置，该双向阈值开关选择器含有第一电极、第二电极、位于该第一电极与该第二电极之间的OTS和含有离散的导电电流聚焦区的电流聚焦层，该离散的导电电流聚焦区位于该第一电极与该OTS之间，具有30nm或更小的宽度。更小的宽度。更小的宽度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有具有电流聚焦层的选择器的存储器装置及其制造方法


[0001]本公开大体上涉及存储器装置领域，并且具体地涉及用于磁阻随机存取存储器(MRAM)和相变存储器(PCM)装置的具有电流聚焦层的双向阈值开关(OTS)选择器及其制造方法。

技术介绍

[0002]自旋转移矩(“STT”)是指磁性隧道结或自旋阀中的磁层取向由自旋极化电流修改的效应。一般地，电流是非极化的，其中电子具有随机自旋取向。自旋极化电流是电子由于优先自旋取向分布而具有非零净自旋的电流。自旋极化电流可通过使电流通过磁性极化层来生成。当自旋极化电流流过磁性隧道结或自旋阀的自由层时，自旋极化电流中的电子可将其角动量中的至少一些转移到自由层，从而对自由层的磁化产生扭矩。当足够量的自旋极化电流通过自由层时，可采用自旋转移矩以翻转自由层中的自旋取向(例如，改变磁化)。可采用自由层的不同磁化状态之间的磁性隧道结的电阻差以将数据存储在磁阻随机存取存储器(MRAM)单元内，取决于自由层的磁化是平行于还是反平行于偏振层(其也被称为参考层)的磁化。

技术实现思路

[0003]根据本公开的一个方面，存储器单元包括双向阈值开关(OTS)选择器，该双向阈值开关选择器含有：第一电极；第二电极；OTS，该OTS位于该第一电极与该第二电极之间；和电流聚焦层，该电流聚焦层含有位于该第一电极与该OTS之间具有30nm或更小的宽度的离散的导电电流聚焦区；和存储器装置，该存储器装置定位成与该OTS选择器电串联。
附图说明
[0004]图1和图2A是根据本公开的第一实施方案的制造具有电流聚焦层的OTS选择器的方法中的步骤的竖直横截面图。
[0005]图2B、图2C和图2D是根据本公开的第一实施方案的替代配置的具有电流聚焦层的OTS选择器的竖直横截面图。
[0006]图3A和图3B分别是根据本公开的第一实施方案的操作图2A和图2B的OTS选择器的方法中的步骤的竖直横截面图。
[0007]图4A是根据本公开的第二实施方案的具有电流聚焦层的OTS选择器的竖直横截面图。
[0008]图4B是根据本公开的第二实施方案的操作图4A的OTS选择器的方法中的步骤的竖直横截面图。
[0009]图5A是根据本公开的第三实施方案的具有电流聚焦层的OTS选择器的竖直横截面图。
[0010]图5B是根据本公开的第三实施方案的操作图5A的OTS选择器的方法中的步骤的竖
直横截面图。
[0011]图5C是根据本公开的第三实施方案的替代配置的操作具有电流聚焦层的OTS选择器的方法中的步骤的竖直横截面图。
[0012]图6A和图6B是根据本公开的各种实施方案的位于MRAM存储器单元中的具有电流聚焦层的OTS选择器的竖直横截面图。
[0013]图7是根据本公开的各种实施方案的位于相变存储器单元中的具有电流聚焦层的OTS选择器的竖直横截面图。
具体实施方式
[0014]本公开的实施方案提供用于存储器装置(诸如，磁阻随机存取存储器(MRAM)和相变存储器(PCM)单元)的具有电流聚焦层的双向阈值开关(OTS)选择器(即，转向元件)及其制造方法。MRAM单元可以在高密度交叉点存储器阵列中使用，其中每个交叉点结由与MRAM单元串联的选择器组成。为了以低错误率进行操作，应控制选择器的电特性并使该电特性与MRAM单元的特性匹配。电流聚焦层改进选择器的电特性，并且当在交叉点阵列中与MRAM或PCM单元结合使用时实现较低的位错误率。具体地，电流聚焦层促进OTS的小区中的电流聚焦和电场增强，这促进在OTS中在一个或多个离散位置处形成导电细丝。因此，OTS的特性可以以一种或多种方式改进。第一种是在第一次启动和/或操作期间减小接通选择器所需的电压。阈值电压的减小限制由于阈值电压过高而不能操作的交叉点阵列中的装置的数目，因此减小位错误率。第二种可能的改进是减小在关闭之前可维持选择器的最小电流。这一电流也称为保持电流。低保持电流允许在较低电流下读取存储器单元，从而降低存储器状态受读取操作干扰的概率，由此减小位错误率。额外的可能的改进包括改进的选择器特性分布和更长的耐久性。并非所有实施方案都必须提供所有可能的改进。
[0015]在第一实施方案中，由金属纳米团簇构成的不连续的导电除尘层用作电流聚焦层。在第二实施方案中，包括受限电流路径的金属
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电介质复合层用作电流聚焦层。在第三实施方案中，跨该层施加电流和/或电压时形成导电细丝的丝状击穿层用作电流聚焦层。
[0016]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。术语“至少一个”元件是指包括单个元件的可能性和多个元件的可能性的所有可能性。
[0017]相同的附图标号表示相同的元件或相似的元件。除非另有说明，具有相同附图标号的元件被假定具有相同的组成和相同的功能。除非另外指明，否则元件之间的“接触”是指提供元件共享的边缘或表面的元件之间的直接接触。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，如果在第一元件和第二元件之间存在由至少一种导电材料构成的导电路径，则第一元件“电连接到”第二元件。如本文所用，“原型”结构或“过程中”结构是指随后在其中至少一个部件的形状或组成中被修改的瞬态结构。
[0018]图1和图2A是根据本公开的第一实施方案的制造具有电流聚焦层的OTS选择器130
的方法中的步骤的竖直横截面图，该OTS选择器包括金属除尘层142。如图1所展示，金属除尘层142沉积在存储器单元的过程中的OTS选择器(例如，转向元件)130的第一电极132上。
[0019]第一电极132可包括任何合适的导电材料，诸如金属，诸如钨、铜、钛、钌、金属合金；导电金属氮化物，诸如氮化钛、氮化钨或氮化钽；或导电碳类材料，诸如无定形碳、无定形硼掺杂碳、无定形氮掺杂碳(CN)、金属
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碳合金或其它碳合金以及它们的层堆叠。
[0020]在一个实施方案中，本公开的第一实施方案的除尘层142是由多个离散纳米团簇构成的具有小于一个单层的厚度的亚单层膜。可例如通过至少一种元素金属的物理气相沉积来沉积金属除尘层142。金属除尘层142可基本上由至少一种元素金属(即，呈元素形式的金属元素)组成。至少一种元素金属可选自Ti、Zr、Ir、Mg、Pt、W、Ta、Hf、Cr、Fe、Cu、Nb、Mo、Sc、Y、Pd、Au、Os、Ru或Rh。替代地，除尘层可包括金属氮化物，诸如TiN。如果将除尘层142结合到MRAM存储器单元中，那么除尘层142可包括非磁性材料。
[0021]举例来说，在沉积除尘层142的一种方法中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种存储器单元，包括：双向阈值开关(OTS)选择器，所述双向阈值开关选择器包括：第一电极；第二电极；OTS，所述OTS位于所述第一电极与所述第二电极之间；和电流聚焦层，所述电流聚焦层包括位于所述第一电极与所述OTS之间具有30nm或更小的宽度的离散的导电电流聚焦区；和存储器装置，所述存储器装置定位成与所述OTS选择器电串联。2.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述离散的导电电流聚焦区具有0.5nm至20nm的宽度。3.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述电流聚焦层包括导电除尘层，并且所述离散的导电电流聚焦区包括所述除尘层的导电纳米团簇。4.根据权利要求3所述的存储器单元，其中所述导电纳米团簇包括选自Ti、Zr、Ir、Mg、Pt、W、Ta、Hf、Cr、Fe、Cu、Nb、Mo、Sc、Y、Pd、Au、Os、Ru或Rh或导电金属氮化物的元素金属。5.根据权利要求4所述的存储器单元，其中所述导电纳米团簇位于所述第一电极的金属层上，所述金属层与所述导电纳米团簇的材料不混溶。6.根据权利要求5所述的存储器单元，其中所述导电纳米团簇和所述金属层包括选自Zr/Ti、Au/Cr、Cu/Nb、Fe/Os、Fe/Ru、Mo/Sc、Os/Pt、Sc/Y或Ti/Zr的不混溶金属层对。7.根据权利要求3所述的存储器单元，其中所述OTS包围以及直接接触所述导电纳米团簇。8.根据权利要求3所述的存储器单元，其中：所述导电纳米团簇嵌入于电绝缘层中，使得所述导电纳米团簇的表面暴露于所述绝缘层的直接接触所述OTS的表面；并且所述OTS直接接触所述导电纳米团簇的所述暴露表面。9.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述电流聚焦层包括金属
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电介质复合层，并且所述离散的导电电流聚焦区包括嵌入于所述金属
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电介质复合层的介电基质中的金属相区。10.根据权利要求9所述的存储器单元，其中：所述金属相区包括铜、银、金、铟或它们的合金；并且所述介电基质包括氧化铝、氧化锆、稳定的氧化锆或氧化硅。11.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述电流聚焦层包括丝状击穿层，所述丝状击穿层在跨所述丝状击穿层施加电流和/或电压时形成导电细丝，并且所述离散的导电电流聚焦区包括所述导电细丝。12.根据权利要求11所述的存储器单元，所述存储器单元进一步包括：源电极，所述源电极位于所述第一电极与所述丝状击穿层之间；和缓冲电极，所述缓冲电极位于所述丝状击穿层与所述OTS之间。13.根据权利要求12所...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：西部数据技术公司，
类型：发明
国别省市：