使用SiGe材料的电阻型存储器制造技术

本发明专利技术公开了一种电阻型存储器件，该器件包括：第一电极；第二电极，所述第二电极具有包括硅的多晶半导体层；非晶体硅结构，所述非晶体硅结构设置在所述第一电极和所述第二电极之间。所述第一电极、所述第二电极和所述非晶体硅结构构成两端电阻型存储器单元。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于存储器存储的固态电阻型器件。
技术介绍
近来，作为用于超高密度非易失性信息存储的可能的候选者，电阻型随机存取存储器(RRAM，Resistive random-access memory)已经引起了浓厚的兴趣。典型的RRAM器件具有设置在一对电极之间的绝缘层，并且表现出电脉冲诱导的滞后的电阻转变效应。已经说明了由于在二元氧化物(例如，NiO和TiO2)中的焦耳加热和电化学处理， 或用于包括氧化物、硫族化合物和聚合物的离子导电体的氧化还原处理，而在绝缘体内形成导电细丝的电阻转变。已经说明了通过在TiO2和无定形硅(a-Si)膜中的场辅助的离子扩散的电阻转变。在a-Si结构的情况下，金属离子由于电压诱导而扩散到硅中，导致使a-Si结构的电阻减小的导电细丝的形成。这些细丝在消除偏压之后保留，由此使所述器件具有非易失性特性，并且在反极性施加的电压的动力下，通过反向流回金属电极的离子可以去除这些细丝。已经示出了通过在两个金属电极之间设置a-Si结构而形成电阻型器件，以具有其可控制的电阻特性。然而，这些器件通常具有微米大小的细丝，该细丝可以防止这些器件被降级到100纳米范围以下。该器件也可能需要高形成电压，该电压会造成器件损坏和限制产率。
技术实现思路
本专利技术涉及用于存储器存储的固态电阻型器件。在一个实施例中，存储器件具有纵横阵列。所述存储器件包括第一电极的第一阵列，所述第一电极的第一阵列沿着第一方向延伸；第二电极的第二阵列，所述第二电极的第二阵列沿着第二方向延伸，每个第二电极具有包含硅的多晶半导体层的；非晶体硅结构，所述非晶体硅结构设置在所述第一电极和所述第二电极之间的由所述第一阵列和所述第二阵列限定的相交点处。所述第一阵列和所述第二阵列的每个相交点构成两端电阻型存储器单兀(two-terminal resistive memory cell)。在另一个实施例中，非晶体硅结构包括无定形硅，并且所述多晶半导体层包括多晶娃错。在另一个实施例中，电阻型存储器件包括第一电极；第二电极，所述第二电极具有包括硅的多晶半导体层；非晶体硅结构，所述非晶体硅结构设置在所述第一电极和所述第二电极之间。所述第一电极、所述第二电极和所述非晶体硅结构构成两端电阻型存储器单元。在又一个实施例中，一种用于制造电阻型存储器件的方法，所述方法包括设置衬底；在所述衬底上形成底电极，所述底电极包括多晶半导体层，所述多晶半导体层包括硅；在所述底电极上形成转变介质(switching medium)，所述转变介质限定当施加写入电压时形成细丝的区域；以及在所述转变介质上形成顶电极，所述顶电极构造为在所述转变介质中所限定的区域中设置形成所述细丝所需的至少一部分金属粒子。以下在附图和说明书中描述了一个或多个实施例的细节。从说明书、附图和权利要求，其它特征、目的和优点将是显而易见的。如本文所使用的，术语“纳米级”或“纳米结构”指具有纳米级范围的至少一维的结构；例如，具有0. 1到200纳米的一般范围的直径或多个截面维数的结构。这包括具有纳米级的所有三个空间维数的结构；例如，其长度与其纳米级直径同阶的圆柱形纳米圆柱或纳米柱子。纳米结构可以包括本领域技术人员已知的不同纳米结构；例如，纳米管、纳米丝、 纳米杆、纳米圆柱、纳米柱子、纳米粒子和纳米纤维。附图说明以下将结合附图描述示例性实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中图1示出了根据本专利技术的实施例的包括底电极、转变介质和顶电极的非易失性固态电阻型器件；图2示出了根据本专利技术的实施例的器件的电阻转变特性；图3A示出了通过将写入电压(program voltage) Vpth施加到顶电极而使两端器件处于接通状态；图;3B示出了通过将擦除电压Vrth施加到顶电极而使两端器件处于断开状态；图4示出根据本专利技术的实施例在后端过程(backend process)中实现具有两端电阻型存储器的半导体器件；图5示出根据本专利技术的实施例在纵横的存储器阵列中布置的两端电阻型存储器单元；图6A示出根据本专利技术的实施例的多晶硅层作为底电极的一部分的纳米级非易失性固态电阻型存储器；图6B示出根据本专利技术的实施例的多晶硅-锗(多晶-SiGe)层作为底电极的一部分的纳米级非易失性固态电阻型存储器；以及图7A-7E示出根据本专利技术的实施例用于形成电阻型存储器的过程。 具体实施例方式图1示出了根据本专利技术的实施例的包括底电极102、转变介质104和顶电极106的非易失性固态电阻型器件100中的存储器单元101。利用合适的控制电路，可以使转变介质104表现为可以被选择性地设定到不同值和重新设定的电阻。在本实施例中，存储器单元101是两端纳米级电阻型随机存取存储器(RRAM)。虽然未示出，本领域技术人员应该理解器件100包括多个存储器单元101。本领域技术人员还应该理解存储器单元101可以用作为可编程互连、可变电容或其它类型的器件。RRAM是具有设置在顶电极和底电极之间的转变介质的两端存储器。可以通过将电信号施加到电极上来控制该转变介质的电阻。该电信号可以是基于电流的或基于电压的。如本文使用的，术语“RRAM”或“电阻型存储器件”指使用通过施加电信号可控制其电阻的转变介质的存储器件(或存储器单元)，而没有改变转变介质的铁电、磁化和相位。为了说明方便，以下存储器单元101和器件100统称为“器件100”，除非上下文中明确该术语仅仅指器件100。在本实施例中，器件100是无定形硅基RRAM并且利用无定形硅作为转变介质104。 根据a-Si转变介质内的导电细丝随着所施加电压的形成或取回(retrieval)，转变介质 104的电阻不同。顶电极106是包含银(Ag)的导电层，并且顶电极106用作a-Si结构中的细丝形成离子(filament-forming ion)的源。虽然在本实施例中使用银，但是可以理解， 顶电极可以用各种其它适当的金属形成，诸如金(Au)、镍(Ni)、铝(Al)、铬(Cr)、铁(Fe)、锰 (Mn)、钨(W)、钒(V)和钴(Co)。底电极102是与a_Si结构的下端表面接触的硼掺杂或其它P型多晶硅电极130。图2示出了根据本专利技术的实施例的器件100的电阻转变特性。该转变介质显示了双极转变机制。转变介质的电阻根据经由顶电极和底电极施加到转变介质的信号的极性和大小而不同。当施加等于或大于写入阈值电压(或写入电压)Vpth的正电压时，所述器件变为接通状态(低电阻状态)。在一个实施例中，根据用于转变介质和顶电极的材料，写入电压的范围在1伏到4伏之间。当施加等于或大于擦除阈值电压(或擦除电压)Vrth的负电压时，所述器件变回断开状态(高电阻状态)。在一个实施例中，擦除电压的范围在-ι 伏到-4伏之间。如果在两个阈值电压Vpth和Vrth之间施加有偏压，这使得能够进行低压读取过程，器件状态也不受影响。一旦器件100被设定到特定的电阻状态，在没有供电源时该器件在一段时间(或保持时间)内保留信息，如2009年10月8日提交的美国专利申请 No. 12/575，921、2009年10月20日提交的美国专利申请No. 12/582，086和2010年6月11 日提交的美国专利申请No. 12/814,410中所说明的，其全部内容通过引本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种具有纵横阵列的存储器件，所述存储器件包括：第一电极的第一阵列，所述第一电极的第一阵列沿着第一方向延伸；第二电极的第二阵列，所述第二电极的第二阵列沿着第二方向延伸，每个第二电极具有包含硅的多晶半导体层；非晶体硅结构，所述非晶体硅结构设置在所述第一电极和所述第二电极之间的由所述第一阵列和所述第二阵列限定的相交点处，其中，所述第一阵列和所述第二阵列的每个相交点构成两端电阻型存储器单元。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：卢伟，
申请(专利权)人：科洛斯巴股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US