基于碳的电阻率－切换材料及其形成方法技术

提供了包括基于碳的电阻率－可切换材料的存储器器件及形成这种存储器器件的方法，所述方法包括：将处理气体引入处理室中，其中，该处理气体包括烃化合物和运载气体；以及在处理室中产生处理气体的等离子体以在基底上沉积基于碳的电阻率切换材料的层。提供了一些另外的方面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及诸如非易失性存储器的微电子结构，且更具体地涉及诸如用在这种存 储器中的基于碳的电阻率_切换材料及其形成方法。
技术介绍
已知从可逆电阻-可切换元件形成的非易失性存储器。例如，在2005年5月9日提 交的题为"Rewriteable Memory Cell Comprising A Diode And AResistance-Switching Material"的美国专利申请序列号11/125，939描述了包括与诸如金属氧化物或金属氮化 物的可逆电阻率_可切换材料串联耦接的二极管的三维可重写非易失性存储器单元，为了 所有目的将该申请全部引用附于此。还已知某些基于碳的膜可以呈现可逆电阻率-切换属性，使得这种膜成为在 三维存储器阵列内的集成的候选。例如，在2007年12月31日提交的题为“Memory Cell That Employs A Selectively Fabricated Carbon Nano-TubeReversible Resistance-Switching Element And Methods Of Forming The Same” 白勺禾Ij串i青· 列号No. 11/968，154(下文中称为"‘154申请")描述了包括与诸如碳的基于碳的可逆 电阻率-可切换材料串联耦接的二极管的可重写非易失性存储器单元，为了所有目的将该 申请全部引用附于此。但是，在存储器器件中集成基于碳的电阻率-可切换材料是困难的，且形成使用 基于碳的可逆电阻率_可切换材料的存储器器件的改进方法是期望的。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面中，提供了形成包括基于碳的电阻率-可切换材料的存储器 器件的方法，该方法包括(1)将处理气体引入处理室中，所述处理气体包括烃化合物和运 载气体；以及( 在处理室中产生处理气体的等离子体以在基底上沉积基于碳的电阻率可 切换材料的层。在本专利技术的第二方面中，提供了微电子结构，该微电子结构包括(1)第一导体; (2)布置在第一导体之上并且与其串联的基于碳的电阻率可切换材料的层，所述基于碳的 电阻率可切换材料包括石墨纳米微晶；以及(3)布置在基于碳的电阻率可切换材料的层之 上并且与其串联的第二导体。在本专利技术的第三方面中，提供了形成微电子结构的方法，所述方法包括(1)形成 第一导体；(2)在第一导体之上并且与其串联地形成基于碳的电阻率可切换材料的层，所 述基于碳的电阻率可切换材料包括石墨纳米微晶；以及(3)在基于碳的电阻率可切换材料 的层之上并且与其串联地形成第二导体。从以下详细描述、所附权利要求和附图，本专利技术的其他特征和方面将变得更加完 全显而易见。附图说明可以从结合以下附图考虑的以下详细描述中更清楚地理解本专利技术的特征，在附图 中，通篇相类似的附图标记指示类似的元件，且其中图1表示根据本专利技术的存储器单元。图2是根据本专利技术的示例方法的流程图。图3是根据本专利技术形成的示例的基于碳的可切换层的剖面侧视示；图4是根据本专利技术提供的示例的金属-绝缘体-金属的基于碳的结构的剖面侧视 图；图5是由与二极管串联的镶嵌(damascene)集成而形成的且根据本专利技术提供的示 例的基于碳的结构的剖面侧视图；以及图6是根据本专利技术提供的单片三维存储器阵列的示例存储器级的透视图。 具体实施例方式某些基于碳(“基于C”)的膜、包括但不限于碳纳米管(〃 CNT")、石墨烯 (graphene)、包含微晶和/或纳米结晶石墨烯的非晶碳和其他石墨碳膜等可以呈现可以用 于形成微电子非易失性存储器的可逆电阻率切换属性。因此，这种膜是在三维存储器阵列 内集成的候选。例如，CNT材料已经展示出具有在ON和OFF状态之间隔开IOOx和中到高 范围电阻改变的在实验室规模的器件上的存储器切换属性。在ON和OFF状态之间的这种 隔开使得CNT材料成为使用与垂直二极管、薄膜晶体管或其他操纵元件串联的CNT材料形 成的存储器单元的可行候选。在上述例子中，由夹在两金属或其他导电层之间的基于碳的电阻率-切换材料而 形成的金属-绝缘体-金属("MIM")堆栈可以用作存储器单元的电阻改变材料。在MIM 存储器结构中，每个"M"表示金属电极或其他导电层，且"I"表示用于存储数据状态的绝缘体类型层。另外，可以与二极管或晶体管串联地集成基于碳的MIM堆栈，以建立可读写 存储器器件，如例如在'154申请中描述的。图1是根据本专利技术的示例存储器单元100的示意图。存储器单元100包括耦接到 操纵元件104的基于C的可逆电阻-切换元件102。例如，诸如图4中的MIM堆叠的基于C 的电阻率切换元件102可以被置于与诸如图5中的二极管510的操纵元件104串联，以形 成存储器单元100。操纵元件104可以包括薄膜晶体管(“TFT" )、二极管、或通过选择性 地限制跨越可逆电阻-切换元件102的电压和/或流过可逆电阻-切换元件102的电流而 呈现非欧姆导电性的另一适当的操纵元件。根据本专利技术的示例实施例，方法和装置可以涉及诸如存储器器件的、具有MIM堆 栈中的基于碳的电阻率-切换材料的微电子结构。可以使用等离子体增强化学汽相沉积 (“PECVD“)来形成基于碳的电阻率-切换材料。碳层可以是非晶的，且包括基于碳的可 切换材料。基于碳的可切换材料可以包括纳米大小或更大区域的结晶石墨烯(在此称为" 石墨纳米微晶")。可以与诸如二极管的操纵元件串联地集成MIM，以形成存储器单元。基于碳的电阻率-可切换材料可以包括许多形式的碳，包括CNT、石墨烯、石墨、 非晶碳、石墨碳和/或类似于金刚石的碳。基于碳的电阻率-切换材料的特性可以通过其 碳-碳键合的构成的比率来刻画。碳通常与碳键合以形成SP2-键(三角型碳-碳双键(“C =C"))或SP3-键(四角型碳-碳单键(“C-C"))。在每个情况下，可以经由拉曼光谱 学(Raman spectroscopy)通过评估D和G波段(band)来确定sp2-键与sp3-键的比率。 在一些实施例中，材料的范围可以包括具有诸如MyNz的比率的那些材料，其中，M是sp3材 料，N是sp2材料，并且y和ζ是从0到1的任意分数值，只要y+z = 1。类似于金刚石的碳 主要包括形成非晶层的sp3-键合的碳。本专利技术的各方面涉及使用PECVD技术来形成具有石墨纳米微晶的非晶基于碳的 电阻率-切换材料。PECVD沉积温度的范围可以从大约300°C到900°C。处理气体可以包括 一种或多种前体(precursor)气体和也已知为运载气体的一种或多种稀释气体(diIutant gas)。前体气体源可以包括但不限于己烷、环己烷、乙炔、单和双短链烃(例如，甲烷)、各种 基于苯的烃、多环芳烃、短链酯、乙醚、酒精或其组合。在一些情况下，"籽晶(seeding)“表 面可以用于在降低的温度下促进生长(例如，大约1-100埃的铁(“Fe")，镍(“Ni")， 钴(“Co")等等，虽然可以使用其他厚度)。可以按任意厚度来沉积基于碳的电阻率-可切换材料。在一些实施例中，基于碳 的电阻率-可切换材料可以在大约50-1000埃之间，虽然可以使用其他厚度。取决于器件构 造，比如在此描述的，层厚度范围可以包括100-400埃、400-600埃、600-800埃和800-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种形成存储器器件的方法，所述方法包括：将处理气体引入处理室中，其中所述处理气体包括烃化合物和运载气体；以及在处理室中产生处理气体的等离子体以在基底上沉积基于碳的电阻率切换材料的层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：许汇文，
申请(专利权)人：桑迪士克三D有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US