專利名稱：多位存儲(chǔ)元件、存儲(chǔ)裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及多位(multi-bit)存儲(chǔ)元件、包括多位存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
非易失性存儲(chǔ)裝置的示例包括電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)、磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(FRAM)、相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PRAM)等。在它們之中，RRAM為基于材料的電阻變化存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的電阻式存儲(chǔ)裝置。在RRAM中，當(dāng)施加到電阻變化材料的 電壓大于或等于設(shè)定電壓時(shí)，電阻變化材料的電阻從高電阻狀態(tài)變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)(也稱為“0N狀態(tài)”)。當(dāng)施加到電阻變化材料的電壓大于或等于復(fù)位電壓時(shí)，電阻變化材料的電阻轉(zhuǎn)換回高電阻狀態(tài)(也稱為“OFF狀態(tài)”)。通常，電阻式存儲(chǔ)裝置包括存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)和開關(guān)器件。存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)具有電阻變化材料層。開關(guān)器件電連接到存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)并控制對(duì)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)存取。對(duì)諸如上述電阻式存儲(chǔ)裝置的各種非易失性存儲(chǔ)裝置的高密度和高性能的需要正持續(xù)增加。

發(fā)明內(nèi)容
提供的是具有多位存儲(chǔ)特性的存儲(chǔ)元件。提供的是可以以低電壓操作的存儲(chǔ)元件。提供的是包括所述存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)裝置。提供的是制造所述存儲(chǔ)元件和所述存儲(chǔ)裝置的方法。附加的方面將部分地在下面的描述中闡述，部分地通過說明將是明顯的，或者可通過對(duì)給出的實(shí)施例實(shí)踐而明了。根據(jù)本發(fā)明的一方面，ー種存儲(chǔ)兀件包括第一電極；第二電極，與第一電極分隔開；存儲(chǔ)層，位于第一電極和第二電極之間；輔助層，位于存儲(chǔ)層與第一電極和第二電極中的ー個(gè)電極之間，輔助層為存儲(chǔ)層提供多位存儲(chǔ)特性。存儲(chǔ)層可包括第一材料層和第二材料層，存儲(chǔ)層可因第一材料層和第二材料層之間的離子物種的移動(dòng)而具有電阻變化特性。第一材料層可為供氧層，第二材料層可為氧交換層。第一材料層可包括第一金屬氧化物。第一金屬氧化物可包括鉭(Ta)氧化物、鋯(Zr)氧化物、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)、鈦(Ti)氧化物、鉿(Hf)氧化物、錳(Mn)氧化物、鎂(Mg)氧化物和它們的混合物中的至少ー種。
例如，第一金屬氧化物可包括TaOx (這里，O < χ < 2. 5)。第二材料層可包括第二金屬氧化物，所述第二金屬氧化物與第一金屬氧化物同族或不同族。第二金屬氧化物可包括鉭(Ta)氧化物、鋯(Zr)氧化物、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)、鈦(Ti)氧化物、鉿(Hf)氧化物、錳(Mn)氧化物、鎂(Mg)氧化物和它們的混合物中的至少ー種。第二材料層的氧濃度可高于第一材料層的氧濃度。第一材料層可位于第一電極和第二電極之間，第二材料層可位于第一材料層和第ニ電極之間，輔助層可位于第二材料層和第二電極之間。 輔助層可包括氧化物。輔助層可為氧化硅層。輔助層可具有小于或等于大約IOnm的厚度?？捎弥T如鎢(W)的金屬摻雜輔助層。可用諸如鎢(W)的金屬摻雜存儲(chǔ)層的至少一部分。所述存儲(chǔ)元件還可包括位于第一電極和存儲(chǔ)層之間的緩沖層。緩沖層可包括使第一電極和存儲(chǔ)層之間的勢(shì)壘增加的材料。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種存儲(chǔ)裝置包括上面描述的存儲(chǔ)元件。存儲(chǔ)裝置還可包括連接到存儲(chǔ)元件的開關(guān)元件。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種存儲(chǔ)裝置包括多條第一導(dǎo)線，彼此平行；多條第二導(dǎo)線，彼此平行并與所述多條第一導(dǎo)線交叉以形成多個(gè)第一交叉點(diǎn)；多個(gè)存儲(chǔ)単元，每個(gè)存儲(chǔ)單元布置在第一交叉點(diǎn)中的一個(gè)處，其中，每個(gè)存儲(chǔ)單元包括存儲(chǔ)層和輔助電阻層，存儲(chǔ)位于第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線之間，存儲(chǔ)層具有多位存儲(chǔ)特性，輔助電阻層位于存儲(chǔ)層與第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線中的一條導(dǎo)線之間。每個(gè)存儲(chǔ)單元還可包括開關(guān)元件，位于存儲(chǔ)層和第二導(dǎo)線之間；中間電極，位于存儲(chǔ)層和開關(guān)元件之間。輔助電阻層可位于存儲(chǔ)層和中間電極之間。存儲(chǔ)層可包括第一材料層和第二材料層，存儲(chǔ)層可因第一材料層和第二材料層之間的離子物種的移動(dòng)而具有電阻變化特性。第一材料層可為供氧層，第二材料層可為氧交換層。第一材料層可包括第一金屬氧化物，第二材料層可包括第二金屬氧化物，所述第ニ金屬氧化物與第一金屬氧化物同族或不同族。第一材料層可包括鉭(Ta)氧化物、鋯(Zr)氧化物、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)、鈦(Ti)氧化物、鉿(Hf)氧化物、錳(Mn)氧化物、鎂(Mg)氧化物和它們的混合物中的至少ー種。例如，第一金屬氧化物可包括TaOx (這里，O < χ < 2. 5)。第二金屬氧化物可包含Ta氧化物、Zr氧化物、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物和它們的混合物中的至少ー種。輔助電阻層可包括氧化物。輔助電阻層可為氧化硅層。
輔助電阻層可具有小于或等于大約IOnm的厚度。可用諸如鎢(W)的金屬摻雜輔助電阻層。可用諸如鎢(W)的金屬摻雜存儲(chǔ)層的至少一部分。每個(gè)存儲(chǔ)單元還可包括位于第一導(dǎo)線和存儲(chǔ)層之間的緩沖層。緩沖層可包含Al氧化物、Si氧化物、Si氧化物、Zr氧化物、Hf氧化物及它們的混合物中的至少ー種。每個(gè)存儲(chǔ)單元可為第一存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)裝置還可包括多條第三導(dǎo)線，彼此平行并與第二導(dǎo)線交叉并形成多個(gè)第二交叉點(diǎn)；多個(gè)第二存儲(chǔ)單元，每個(gè)第二存儲(chǔ)單元位于第二交叉點(diǎn)中的一個(gè)處。每個(gè)第二存儲(chǔ)單元可具有第一存儲(chǔ)單元的倒置結(jié)構(gòu)和與第一存儲(chǔ)單元相同的結(jié) 構(gòu)中的ー種結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，ー種制造存儲(chǔ)裝置的方法包括以下步驟形成第一電極；在第一電極上形成存儲(chǔ)層；形成為存儲(chǔ)層提供多位存儲(chǔ)特性的輔助層；在存儲(chǔ)層上形成第ニ電極。形成存儲(chǔ)層的步驟可包括在第一電極上形成第一材料層；在第一材料層上形成第二材料層，其中，存儲(chǔ)層可因第一材料層和第二材料層之間的離子物種的移動(dòng)而具有電阻變化特性。第一材料層可為供氧層，第二材料層可為氧交換層。輔助層可包括氧化物。輔助層可包括氧化硅。所述方法還可包括用諸如鎢(W)的金屬摻雜輔助層的至少一部分。所述方法還可包括用諸如鎢(W)的金屬摻雜存儲(chǔ)層的至少一部分。所述方法還可包括在第一電極和存儲(chǔ)層之間形成緩沖層。所述方法還可包括形成可以電連接到存儲(chǔ)層的開關(guān)元件。


通過下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述，這些和/或其它方面將會(huì)變得明顯并更容易理解，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)元件的剖視圖；圖2A和圖2B是用來描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)元件的電阻變化機(jī)理的剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的存儲(chǔ)元件的剖視圖；圖4是示出根據(jù)開關(guān)條件的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)元件的ON和OFF電流變化的曲線圖；圖5是示出了根據(jù)依開關(guān)條件的開關(guān)操作的次數(shù)的根據(jù)本發(fā)明另ー實(shí)施例的存儲(chǔ)元件的ON和OFF電流變化的曲線圖；圖6是示出根據(jù)對(duì)比示例的ON和OFF電流相對(duì)于存儲(chǔ)元件的開關(guān)操作的次數(shù)的曲線圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)裝置的透視圖8A至圖SG是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示出制造存儲(chǔ)裝置的方法的剖視圖；圖9A至圖9G是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的示出制造存儲(chǔ)裝置的方法的剖視圖；圖10是示出指示根據(jù)獲取時(shí)間的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造的存儲(chǔ)元件的組成變化的二次離子質(zhì)譜(SIMS)數(shù)據(jù)的曲線圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照示出了示例實(shí)施例的附圖來更充分地描述多種示例實(shí)施例。應(yīng)該理解的是，當(dāng)元件被稱作“連接”或“結(jié)合”到另一元件吋，該元件可以直接連接或結(jié)合到該另一元件，或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱作“直接連接”或“直接結(jié)合”到另一元件時(shí)，不存在中間元件。如在這里使用的，術(shù)語“和/或”包括ー個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列的項(xiàng)目的任意組合和所有組合。
應(yīng)該理解的是，盡管在這里可使用術(shù)語“第一”、“第二”等來描述各個(gè)元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分并不受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅是用來將ー個(gè)元件、組件、區(qū)域、層或部分與另ー個(gè)元件、組件、區(qū)域、層或部分區(qū)分開來。因此，在不脫離示例實(shí)施例的教導(dǎo)的情況下，下面討論的第一元件、組件、區(qū)域、層或部分可被命名為第二元件、組件、區(qū)域、層或部分。在這里可使用空間相對(duì)術(shù)語，如“在...之下”、“在...下方”、“下面的”、“在...上方”、“上面的”等，用來容易地描述如圖中所示的一個(gè)元件或特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，空間相對(duì)術(shù)語意在包含除了在附圖中描述的方位之外的裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果在附圖中裝置被翻轉(zhuǎn)，則描述為“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件隨后將被定位為“在”其它元件或特征的“上方”。因此，示例性術(shù)語“在...下方”可包括“在...上方”和“在...下方”兩種方位。所述裝置可被另外定位(旋轉(zhuǎn)90度或者在其它方位)，并相應(yīng)地解釋這里使用的空間相對(duì)描述符。這里使用的術(shù)語僅為了描述實(shí)施例的目的，而不意圖限制示例實(shí)施例。如這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式。還將理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，說明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加ー個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。在此參照作為示例實(shí)施例的理想實(shí)施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意性圖示的剖視圖來描述示例實(shí)施例。這樣，預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)例如由制造技術(shù)和/或公差引起的圖示的形狀變化。因此，示例實(shí)施例不應(yīng)該被解釋為局限于在此示出的區(qū)域的具體形狀，而應(yīng)該包括例如由制造導(dǎo)致的形狀上的偏差。例如，示出為矩形的注入?yún)^(qū)域在其邊緣通常將具有倒圓的或曲線的特征和/或注入濃度的梯度，而不是從注入?yún)^(qū)域到非注入?yún)^(qū)域的ニ元變化。同樣地，通過注入形成的掩埋區(qū)域可導(dǎo)致在掩埋區(qū)域和通過其發(fā)生注入的表面之間的區(qū)域中出現(xiàn)一定程度的注入。因此，在圖中示出的區(qū)域?qū)嶋H上是示意性的，它們的形狀并不意圖示出裝置的區(qū)域的實(shí)際形狀，并且不意圖限制示例實(shí)施例的范圍。除非另有定義，否則這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與示例實(shí)施例所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的意思相同的意思。應(yīng)該進(jìn)一歩理解的是，除非這里明確定義，否則術(shù)語例如在通用的字典中定義的術(shù)語應(yīng)該被解釋為具有與相關(guān)領(lǐng)域的上下文中它們的意思相一致的意思，而不是以理想地或者過于正式的方式來解釋它們的意思。圖I是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)元件MEl的剖視圖。參照?qǐng)DI，根據(jù)本實(shí)施例的存儲(chǔ)元件MEl可包括設(shè)置在第一電極El和第二電極E2之間的存儲(chǔ)層Ml。存儲(chǔ)層Ml可具有多層結(jié)構(gòu)。例如，存儲(chǔ)層Ml可具有由第一材料層10和第二材料層20構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)層Ml可以具有因第一材料層10和第二材料層20之間的離子物種(ionic specie)的運(yùn)動(dòng)而引起的電阻變化特性。隨后將提供對(duì)其的詳細(xì)描述。輔助層Al可布置在存儲(chǔ)層Ml和第二電極E2之間，即，在第二材料層20和第二電極E2之間。輔助層Al可影響存儲(chǔ)層Ml的存儲(chǔ)性能。詳細(xì)地，輔助層Al可以是向存儲(chǔ)層Ml提供多位存儲(chǔ)特性的層。換句話說，存儲(chǔ)層Ml可由于輔助層Al而具有多位存儲(chǔ)特性。隨后將詳細(xì)描述通過輔助層Al引入的多位存儲(chǔ)特性?？梢栽诖鎯?chǔ)層Ml和第一電極El之 間(即，在第一材料層10和第一電極El之間)布置緩沖層BI。緩沖層BI可以改善存儲(chǔ)元件MEl的可靠性、再現(xiàn)性和穩(wěn)定性。隨后還將提供對(duì)其的詳細(xì)描述。在下文中，將更詳細(xì)地描述根據(jù)本實(shí)施例的存儲(chǔ)元件MEI。存儲(chǔ)層Ml的第一材料層10可以由第一金屬氧化物形成。例如，第一材料層10可以包括Ta氧化物、Zr氧化物、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物和它們的混合物中的至少ー種。在第一金屬氧化物包括Ta氧化物的情況下，第一金屬氧化物可以是TaOx(這里,O < X < 2. 5或O. 5彡X彡2. O)。氧離子和/或氧空位可以存在于第一材料層10中。相對(duì)于第二材料層20,第一材料層10可以起到供氧層(或氧儲(chǔ)存層)的作用。第一材料層10的厚度可以為大約Inm至大約IOOnm,例如,大約5nm至大約 50nm。第二材料層20可以與第一材料層10交換氧離子和/或氧空位，并且可以誘發(fā)存儲(chǔ)層Ml的電阻變化。關(guān)于這點(diǎn)，第二材料層20可以稱作氧交換層。第二材料層20可以由與第一金屬氧化物同族或不同族的第二金屬氧化物形成。例如，第二金屬氧化物可以包含Ta氧化物、Zr氧化物、YSZ、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物和它們的混合物中的至少ー種。第二金屬氧化物可以具有化學(xué)計(jì)量組成或與化學(xué)計(jì)量組成相近的組成。例如，當(dāng)?shù)诙饘傺趸锇═a氧化物吋，Ta氧化物可以是Ta2O5層或者組成與Ta2O5接近的層。與第一材料層10相似，第二材料層20可以包括氧離子和/或氧空位。第二材料層20的氧遷移率(或氧擴(kuò)散率)可以等于或大于第一材料層10的氧遷移率(或氧擴(kuò)散率)。第二材料層20的電阻率可以不同于第一材料層10的電阻率。例如，第二材料層20的電阻率可以大于第一材料層10的電阻率。在第二材料層20中形成電流通路時(shí)的ON狀態(tài)下，可以通過第一材料層10的電阻來確定存儲(chǔ)層Ml的電阻。在第二材料層20中不存在電流通路的OFF狀態(tài)下，可以通過第二材料層20的電阻來確定存儲(chǔ)層Ml的電阻。第二材料層20的氧濃度可以高于第一材料層10的氧濃度。然而，在一些情況下，第二材料層20的氧濃度可以不高于第一材料層10的氧濃度。在第二材料層20由與第一材料層10相同的金屬氧化物形成的情況下，第二材料層20的氧濃度可以高于第一材料層10的氧濃度。然而，在第二材料層20由與第一材料層10的金屬氧化物不同的金屬氧化物形成的情況下，第二材料層20的氧濃度不必高于第一材料層10的氧濃度。第二材料層20的厚度可以為大約Inm至大約50nm,例如,大約5nm至大約20nm。第二材料層20的厚度可以小于第一材料層10的厚度。根據(jù)第二材料層20 (即氧交換層)的材料性質(zhì)，存儲(chǔ)元件MEl的電阻變化特性(例如開關(guān)速度、ON/OFF比等)可以變化。輔助層Al可以是電阻層。換句話說，輔助層Al可以是包含預(yù)定電阻材料的層。此夕卜，輔助層Al可包含接觸存儲(chǔ)層Ml并誘發(fā)存儲(chǔ)層Ml的性質(zhì)(存儲(chǔ)特性)的預(yù)定改變的材料。例如，輔助層Al可包含氧化物。詳細(xì)地，輔助層Al可包含氧化硅。在這種情況下，輔助層Al可以是SiOx層(這里，O < X < 2)。輔助層Al可為存儲(chǔ)層Ml提供多位存儲(chǔ)特性。在未設(shè)置輔助層Al的情況下，存儲(chǔ)層Ml可具有単位(single-bit)存儲(chǔ)特性，當(dāng)設(shè)置輔助層Al吋，存儲(chǔ)層Ml可表現(xiàn)出多位存儲(chǔ)特性。換句話說，輔助層Al可以起到使存儲(chǔ)層Ml具有多位存儲(chǔ)特性的作用。輔助層Al可具有合適的厚度以允許電流流動(dòng)。例如，輔助層Al的厚度可小于或等于大約10nm。在輔助層Al具有過大的厚度的情況下，輔助層Al的絕緣性質(zhì)可能不期望地増大。緩沖層BI可以改善存儲(chǔ)層Ml的電阻變化特性的可靠性、再現(xiàn)性、穩(wěn)定性等。緩沖 層BI可以包括原子間結(jié)合能大于存儲(chǔ)層Ml的材料的原子間結(jié)合能的材料。換句話說，緩沖層BI的原子間結(jié)合能可以大于第一材料層10的原子間(例如，Ta-O)結(jié)合能。換言之，在結(jié)合能方面，緩沖層BI可以由比存儲(chǔ)層Ml的材料更為穩(wěn)定的材料形成。此外，緩沖層BI可以包含増大第一電極El和存儲(chǔ)層Ml之間的勢(shì)壘的材料。換言之，緩沖層BI和第一電極El之間的導(dǎo)帶偏移可以大于第一材料層10和第一電極El之間的導(dǎo)帶偏移。換言之，緩沖層BI可以由抑制第一電極El和第一材料層10之間的過多電流流動(dòng)的材料形成。為了獲得類似的效果，緩沖層BI可以包含電阻率高于存儲(chǔ)層Ml的電阻率的材料。例如，緩沖層BI可以包含A10x、SiOx, SiNx, ZrOx, HfOx和它們的混合物中的至少ー種。緩沖層BI可以具有化學(xué)計(jì)量組成或可以不具有化學(xué)計(jì)量組成。緩沖層BI可以具有合適的組成和厚度，以用作緩沖件并允許電流流動(dòng)。例如，緩沖層BI的厚度可以小于或等于大約10nm。如果緩沖層BI具有化學(xué)計(jì)量組成，則緩沖層BI的厚度可以小于或等于大約5nm。當(dāng)緩沖層BI具有過大的厚度時(shí)，會(huì)不期望地提高緩沖層BI的絕緣性質(zhì)。因此，如上所述，可以將緩沖層BI形成為厚度小于或等于大約10nm。輔助層Al不僅可如上所述地誘發(fā)多位存儲(chǔ)特性，而且還可起到類似緩沖層BI的作用。換言之，輔助層Al可抑制存儲(chǔ)層Ml和第二電極E2之間的過量的電流流動(dòng)和不期望的物理/化學(xué)反應(yīng)。在這點(diǎn)上，輔助層Al也可被認(rèn)為是“緩沖層”。然而，在本實(shí)施例中，如上所述，輔助層Al基本上是為存儲(chǔ)層Ml提供多位存儲(chǔ)特性的層，作為緩沖層的功能是可選的。第一電極El可以由諸如W、Ni、Al、Ti、Ta、TiN, Tiff, TaN等的賤金屬形成，或者由諸如氧化銦鋅(IZO)、氧化銦錫(ITO)等的導(dǎo)電氧化物形成。在當(dāng)前實(shí)施例中，由于設(shè)置了緩沖層BI，所以無需形成昂貴貴金屬的第一電極El就可以獲得穩(wěn)定的存儲(chǔ)性能。在第一電極El由具有低反應(yīng)性的昂貴貴金屬形成的情況下，緩沖層BI可以不是必需的，但是制造成本上升。此外，即使第一電極El由貴金屬形成，也可能難以獲得電阻變化特性的再現(xiàn)性/穩(wěn)定性。根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例，由于使用了緩沖層BI，所以即使第一電極El由低價(jià)材料形成，也可以易于獲得電阻變化特性的再現(xiàn)性/穩(wěn)定性。然而，當(dāng)前實(shí)施例不限于此。如果需要，第一電極El可以由諸如Ir、Ru、Pd、Au、Pt等的貴金屬或者諸如IrO2的金屬氧化物形成。因此，第一電極 El 可以包含從由 W、Ni、Al、Ti、Ta、TiN、TiW、TaN、IZO、ITO、Ir、Ru、Pd、Au、Pt和IrO2組成的組中選擇的至少ー種。此外，雖然在此沒有陳述，但是第一電極El可以由通常在半導(dǎo)體裝置中使用的各種電極材料中的任意材料形成。與第一電極El類似，第二電極E2可以由各種材料中的任意材料形成。例如，第二電極E2可由諸如Ir、Ru、Pd、Au和Pt的貴金屬、諸如IrO2的金屬氧化物、諸如W、Ni、Al、Ti、Ta、TiN、TiW和TaN的非貴金屬(即，賤金屬)、或者諸如IZO和ITO的導(dǎo)電氧化物形成。由于設(shè)置在第二電極E2和存儲(chǔ)層Ml之間的輔助層Al可用作緩沖層，因此可在不用昂貴的貴金屬形成第二電極E2的情況下獲得穩(wěn)定的存儲(chǔ)性能。然而，構(gòu)成第二電極E2的材料不限于上述材料。在下文中，參照?qǐng)D2A和圖2B來詳細(xì)地描述存儲(chǔ)元件MEl的電阻變化機(jī)理。如圖2A中所示，在正⑴電壓被施加到第一電極El且負(fù)㈠電壓被施加到第二電極E2的設(shè)定操作過程中，氧空位從第一材料層10移動(dòng)到第二材料層20，因此可以在第ニ材料層20中形成電流通路(未示出)。結(jié)果，存儲(chǔ)層Ml的電阻可以減小。換言之，存儲(chǔ) 層Ml可以從OFF狀態(tài)切換到ON狀態(tài)。在設(shè)定操作中，氧離子可以沿與氧空位移動(dòng)的方向相反的方向移動(dòng)，即，沿從第二材料層20到第一材料層10的方向移動(dòng)。如圖2B所示，在向第一電極El施加負(fù)㈠電壓并且向第二電極E2施加正⑴電壓的復(fù)位操作期間，氧空位從第二材料層20移動(dòng)到第一材料層10，即，氧離子從第一材料層10移動(dòng)到第二材料層20，因此，在第二材料層20中形成的電流通路會(huì)斷開。結(jié)果，存儲(chǔ)層Ml的電阻可以増大。換言之，存儲(chǔ)層Ml可以從ON狀態(tài)切換到OFF狀態(tài)。如上所述，輔助層Al可為存儲(chǔ)層Ml提供多位存儲(chǔ)特性。換言之，通過輔助層Al可將存儲(chǔ)層Ml的電阻狀態(tài)分為多個(gè)狀態(tài)，例如，四個(gè)或更多個(gè)狀態(tài)。將參照?qǐng)D4至圖6更詳細(xì)地描述輔助層Al的作用。緩沖層BI可以改善在設(shè)定/復(fù)位操作過程中存儲(chǔ)元件MEl電阻變化特性的穩(wěn)定性、可靠性和再現(xiàn)性。在不設(shè)置緩沖層B I的情況下，在設(shè)定/復(fù)位操作過程中影響電阻變化的氧離子和/或氧空位會(huì)朝著第一電極El移動(dòng)并與第一電極El發(fā)生物理/化學(xué)反應(yīng)，或者存儲(chǔ)層Ml自身可與第一電極El發(fā)生物理/化學(xué)反應(yīng)。結(jié)果，可能存在電阻變化特性的穩(wěn)定性、可靠性和再現(xiàn)性方面的問題。例如，第一電極El和存儲(chǔ)層Ml之間的電流可能迅速且不期望地増大。此外，由于存儲(chǔ)層Ml和第一電極El之間的反應(yīng)，可能在存儲(chǔ)層Ml和第一電極El之間形成不期望的材料層，因此，電阻變化特性可能劣化。在第一電極El由低價(jià)非貴金屬形成的情況下，問題可能會(huì)更為嚴(yán)重。此外，ON狀態(tài)和OFF狀態(tài)之間的重復(fù)的開關(guān)操作可能増加上述那些問題的可能性。當(dāng)TaOx層用作電阻變化材料吋，電阻變化特性會(huì)根據(jù)TaOx層的形成方法、沉積條件和氧的含量而發(fā)生顯著的變化，因此難以確保電阻變化特性的再現(xiàn)性和穩(wěn)定性。然而，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，通過在第一電極El和存儲(chǔ)層Ml之間形成緩沖層BI，可抑制/防止前述問題，同時(shí)改善/確保了電阻變化特性的穩(wěn)定性、可靠性和再現(xiàn)性。具體地講，緩沖層BI可用來抑制/防止在初始設(shè)定操作(即，形成操作)過程中第一電極El與第一材料層10之間的化學(xué)反應(yīng)和第一電極El與第一材料層10的離子物種之間的化學(xué)反應(yīng)。此外，緩沖層BI可以防止在形成第一材料層10的過程中第一材料層10和第一電極El相互反應(yīng)。通過引入緩沖層BI，第一電極El不僅可以由貴金屬形成，而且可以由低價(jià)非貴金屬或?qū)щ娧趸镄纬?。?shí)際上可能難以在不形成緩沖層B I的情況下由具有高反應(yīng)性的非貴金屬或者導(dǎo)電氧化物形成第一電極El。對(duì)第一電極El使用貴金屬會(huì)増加制造成本，并且還會(huì)對(duì)存儲(chǔ)元件的制造エ藝設(shè)置ー些限制。當(dāng)?shù)谝浑姌OEl由非貴金屬或?qū)щ娧趸锎尜F金屬形成時(shí)，可以降低制造成本，并且還在制造エ藝方面有著進(jìn)ー步的優(yōu)點(diǎn)。在一些情況下，輔助層Al還可起到與緩沖層BI相似的作用。在這種情況下，輔助層Al可防止第二電極E2與第二材料層20之間及第ニ電極E2與第二材料層20的離子物種之間的化學(xué)反應(yīng)。例如，輔助層Al可抑制/防止在設(shè)定操作期間過量的氧空位朝第二電極E2移動(dòng)。然而，輔助層Al作為緩沖層的功能是可選的。根據(jù)構(gòu)成第二電極E2的材料，輔助層Al可不用作緩沖層。在圖I示出的結(jié)構(gòu)中，輔助層Al和存儲(chǔ)層Ml中的至少ー個(gè)可用金屬摻雜。其示例示出在圖3中。參照?qǐng)D3，輔助層Al'可用預(yù)定金屬摻雜。此外，第二材料層20'的至少一部分 可用預(yù)定金屬摻雜。例如，輔助層Al'和第二材料層20'可用鎢(W)摻雜。如此，在輔助層Al'與第二材料層20’的至少一部分用金屬(例如W)摻雜的情況下，可降低存儲(chǔ)元件MEl'的操作電壓。原因可能是由于輔助層Al'和存儲(chǔ)層Ml'摻雜有金屬(例如W)，輔助層Al'和存儲(chǔ)層Ml'的電阻降低。如果存儲(chǔ)元件MEl'的操作電壓降低，則存儲(chǔ)元件MEl'的功耗可降低。盡管圖3示出了輔助層Al'和第二材料層20'用金屬摻雜的情況，但其僅是示例。在其它實(shí)施例中，可以用金屬僅摻雜輔助層Al'和第二材料層20'中的ー個(gè)。可選地，第一材料層10的至少一部分可用金屬摻雜。除了鎢(W)之外的各種材料可用作摻雜金屬。圖4是示出根據(jù)開關(guān)條件的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)元件的ON和OFF電流變化的曲線圖。用于獲取圖4中示出的結(jié)果的存儲(chǔ)元件具有W/Al203/Ta0x/Ta205/Si0x/Pt的結(jié)構(gòu)。換言之，存儲(chǔ)元件具有圖I中示出的結(jié)構(gòu)，其中，第一電極E1、緩沖層BI、第一材料層10、第二材料層20、輔助層Al和第二電極E2分別由W、A1203、TaOx, Ta2O5, SiOx和Pt形成。通過將復(fù)位電壓設(shè)置為3. 5V、4. 5V、5. 5V、6. 5V和7. 5V來測(cè)量ON/OFF電流的變化。設(shè)定電壓為-3. 5V，施加每個(gè)電壓脈沖的時(shí)間周期(脈沖寬度)為100ns。在圖4中，高電流水平Il指示ON電流水平，而低電流水平12指示OFF電流水平。如圖4中所示，根據(jù)開關(guān)條件OFF電流水平改變。換言之，根據(jù)復(fù)位電壓的強(qiáng)度，出現(xiàn)多種OFF電流水平。這意味著存儲(chǔ)元件的電阻狀態(tài)根據(jù)開關(guān)條件可改變。這里，存儲(chǔ)元件的電阻狀態(tài)可以有四種或更多種。換言之，存儲(chǔ)元件可具有分別與數(shù)據(jù)“00”、“01”、“10”和“ 11”對(duì)應(yīng)的四種或更多種電阻狀態(tài)。例如，ON電流水平可對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)“00”，在復(fù)位電壓為3. 5V的情況下OFF電流水平可對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)“01”，在復(fù)位電壓為4. 5V的情況下OFF電流水平可對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)“10”，在復(fù)位電壓為6. 5V的情況下OFF電流水平可對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)“II”。因此，根據(jù)本實(shí)施例的存儲(chǔ)元件可具有多位存儲(chǔ)特性。上述的電流水平和數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)僅是示例并可以改變。圖5是示出了根據(jù)每開關(guān)條件的開關(guān)操作的次數(shù)的根據(jù)本發(fā)明另ー實(shí)施例的存儲(chǔ)元件的ON和OFF電流變化的曲線圖。用于獲取圖5中示出的結(jié)果的存儲(chǔ)元件具有W/Al203/Ta0x/Ta205/Si0x/Pt的結(jié)構(gòu)。換言之，存儲(chǔ)元件具有圖3中示出的結(jié)構(gòu)，其中，第一電極E1、緩沖層BI、第一材料層10、第二材料層20'、輔助層Al'和第二電極E2分別由W、A1203、TaOx、Ta205、SiOx和Pt形成。這里，用作第二材料層20'的Ta2O5層和用作輔助層ΑΓ的SiOx層摻雜有鎢(W)。通過利用復(fù)位電壓3. 5V、3. 7V和4. IV重復(fù)地執(zhí)行存儲(chǔ)元件的開關(guān)操作達(dá)IO4次來測(cè)量0N/0FF電流的改變。第一曲線Gl指示ON電流，第二曲線G2指示在復(fù)位電壓為3. 5V的情況下的OFF電流，第三曲線G3指示在復(fù)位電壓為3. 7V的情況下的OFF電流，第四曲線G4指示在復(fù)位電壓為4. IV的情況下的OFF電流。如圖5所示，四條曲線(即第一至第四曲線Gl至G4)的電流水平顯示了清楚的區(qū)別且彼此沒有重疊。因此，即使開關(guān)操作(即0N/0FF操作)重復(fù)地執(zhí)行了 IO4次，也穩(wěn)定地保持了存儲(chǔ)元件的多位存儲(chǔ)特性。這里，第一曲線Gl可對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)“00”、第二曲線G2可對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)“01”、第三曲線G3可對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)“10”、第四曲線G4可對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)“11”。如此，根據(jù)本實(shí)施例的存儲(chǔ)元件可具有可被持續(xù)保持的多位存儲(chǔ)特性。比較圖4和圖5，需要大約4. 5V的復(fù)位電壓以獲取圖4中的大約10_6A的電流水平，而需要小于或等于3. 7V的復(fù)位電壓以獲取圖5中的大約KT6A的電流水平。因此，圖5中的存儲(chǔ)元件的操作電壓低于圖4中的存儲(chǔ)元件的操作電壓。與圖4中的存儲(chǔ)元件相比，在圖5中的存儲(chǔ)元件中，用金屬(W)摻雜第二材料層20'和輔助層Al'，因此，清楚的是， 由于摻雜的金屬，可以降低操作電壓。圖6是示出相對(duì)于根據(jù)對(duì)比示例的存儲(chǔ)元件的開關(guān)操作的次數(shù)ON和OFF電流變化的曲線圖。用于獲取圖6中示出的結(jié)果的存儲(chǔ)元件具有W/Al203/Ta0x/Ta205/Pt的結(jié)構(gòu)。換言之，除了根據(jù)對(duì)比示例的存儲(chǔ)元件不具有輔助層(SiOx層)之外，根據(jù)對(duì)比示例的存儲(chǔ)元件與圖4中的存儲(chǔ)元件相同。在圖6中，第一曲線Gll指示ON電流，而第二曲線G22指示OFF電流。如圖6所示，根據(jù)對(duì)比示例的存儲(chǔ)元件(S卩，不具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的輔助層的存儲(chǔ)元件)僅具有兩個(gè)電阻狀態(tài)。換言之，根據(jù)對(duì)比示例的存儲(chǔ)元件具有単位存儲(chǔ)特性。參照?qǐng)D4至圖6，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)元件因輔助層而可具有多位存儲(chǔ)特性，并且可持續(xù)地保持多位存儲(chǔ)特性。此外，如果用金屬(例如W)摻雜輔助層與存儲(chǔ)層的至少一部分，則可降低存儲(chǔ)元件的操作電壓。如上所述，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)元件可應(yīng)用于具有各種結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)裝置。這里，存儲(chǔ)裝置還可包括連接到存儲(chǔ)元件的開關(guān)裝置。圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)裝置的透視圖。圖7中示出的存儲(chǔ)裝置為交叉點(diǎn)電阻式存儲(chǔ)裝置。參照?qǐng)D7，可以布置沿第一方向(例如，X軸方向)彼此平行地形成的多條第一導(dǎo)線W10?？梢圆贾醚嘏c第一導(dǎo)線WlO交叉的方向(例如，y軸方向)形成的多條第二導(dǎo)線W20。第一堆疊結(jié)構(gòu)(第一存儲(chǔ)單元)SSl可布置在第一導(dǎo)線WlO和第二導(dǎo)線W20彼此交叉的點(diǎn)處。第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl可以包括按所述順序堆疊在第一導(dǎo)線WlO上的第一緩沖層B10、第一存儲(chǔ)層M10、第一輔助層A10、第一中間電極NlO和第一開關(guān)元件S10。第一存儲(chǔ)層MlO可包括第一材料層11和第二材料層22。在第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl中，包括B10+M10+A10的下結(jié)構(gòu)和包括SlO的上結(jié)構(gòu)的位置可以圍繞第一中間電極NlO進(jìn)行轉(zhuǎn)換。第一緩沖層B10、第一存儲(chǔ)層MlO和第一輔助層AlO可以分別對(duì)應(yīng)于圖I中的緩沖層BI、存儲(chǔ)層Ml和輔助層Al，或者可以分別對(duì)應(yīng)于圖3中的緩沖層B I、存儲(chǔ)層Ml'和輔助層Al'。第一開關(guān)元件SlO可以由雙向ニ極管、閾值開關(guān)器件、變阻器等形成。在第一開關(guān)元件SlO是雙向ニ極管的情況下，該雙向ニ極管可以是氧化物ニ極管。在使用硅ニ極管的情況下，需要在大約800°C的相對(duì)高的溫度下形成該硅ニ極管，因此，在選擇基底時(shí)存在著限制。此外，也可能發(fā)生由于高溫造成的各種問題。因此，通過使用易于在室溫下形成的氧化物層形成第一開關(guān)元件S10，可以獲得各種優(yōu)點(diǎn)。然而，本發(fā)明不限于此。如果期望，第一開關(guān)元件SlO可以由硅或者各種其它材料中的任ー種來形成。第一導(dǎo)線WlO和第一中間電極NlO可以分別對(duì)應(yīng)于圖I中的第一電極El和第二電極E2。第二導(dǎo)線W20可以由與第一導(dǎo)線WlO的材料相同的材料形成，或者可以不由與第一導(dǎo)線WlO的材料相同的材料形成。多條第三導(dǎo)線W30還可以設(shè)置在與第二導(dǎo)線W20的頂表面隔開的預(yù)定空間處。第三導(dǎo)線W30可以與第二導(dǎo)線W20交叉，并且可以布置成彼此隔開相同的間隔。第二堆疊結(jié)構(gòu)(第二存儲(chǔ)單元)SS2可布置在第二導(dǎo)線W20和第三導(dǎo)線W30彼此交叉的點(diǎn)處。第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2可以具有第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl的倒置結(jié)構(gòu)或與第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。這里，示出了第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2具有第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl的倒置結(jié)構(gòu)的情況。詳細(xì)地，第ニ堆疊結(jié)構(gòu)SS2可以包括按所述順序堆疊在第二導(dǎo)線W20上的第二開關(guān)元件S20、第二中間電極N20、第二輔助層A20、第二存儲(chǔ)層M20和第二緩沖層B20。第二存儲(chǔ)層M20可包括第三 材料層33和第四材料層44。第三材料層33和第四材料層44可分別為與第二材料層22和第一材料層11相同的層。第二開關(guān)元件S20可以具有第一開關(guān)元件SlO的倒置結(jié)構(gòu)，或者可以具有與第一開關(guān)元件SlO的堆疊結(jié)構(gòu)相同的堆疊結(jié)構(gòu)。換言之，第二開關(guān)元件S20的開關(guān)方向可以與第一開關(guān)元件SlO的開關(guān)方向相反或相同。第二緩沖層B20可以是與第一緩沖層BlO相同的材料層。在第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2中，包括S20的下結(jié)構(gòu)和包括A20+M20+B20的上結(jié)構(gòu)的位置可以圍繞第二中間電極N20進(jìn)行轉(zhuǎn)換。第三導(dǎo)線W30和第二中間電極N20可以分別對(duì)應(yīng)于圖I中的第一電極El和第二電極E2，或者可以分別對(duì)應(yīng)于第二電極E2和第一電極El。雖然在圖7中第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl和第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2示出為圓柱形形狀，但是第ー堆疊結(jié)構(gòu)SSl和第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2可以具有其它各種形狀。例如，第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl和第ニ堆疊結(jié)構(gòu)SS2可以具有方柱形形狀或?qū)挾认蛳略黾拥闹鶢?。第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl和第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2可以具有不對(duì)稱形狀，作為示例，第一堆疊結(jié)構(gòu)和/或第二堆疊結(jié)構(gòu)可具有橫截面積大于由相鄰導(dǎo)線(例如WlO和W20或者W20和W30)形成的交叉點(diǎn)的面積的截面。第一堆疊結(jié)構(gòu)和/或第二堆疊結(jié)構(gòu)也可具有中心偏離由相鄰導(dǎo)線形成的交叉點(diǎn)的中心的部分。在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，圖7中示出的存儲(chǔ)裝置的形成可進(jìn)ー步修改。雖然未示出，但是圖7中示出的電阻式存儲(chǔ)裝置還可以在第三導(dǎo)線W30上包括與包括第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl和第二導(dǎo)線W20的堆疊結(jié)構(gòu)相同的堆疊結(jié)構(gòu)?？蛇x擇地，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)裝置可以在第三導(dǎo)線W30上包括至少ー組堆疊結(jié)構(gòu)，所述至少一組堆疊結(jié)構(gòu)與包括第一堆疊結(jié)構(gòu)SS1、第二導(dǎo)線W20、第二堆疊結(jié)構(gòu)SS20和第三導(dǎo)線W30的堆疊結(jié)構(gòu)相同?？蛇x擇地，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)裝置可以在第三導(dǎo)線W30上包括至少ー組堆疊結(jié)構(gòu)，所述至少一組堆疊結(jié)構(gòu)與包括順序堆疊的第一堆疊結(jié)構(gòu)SS1、第二導(dǎo)線W20、第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2、第三導(dǎo)線W30、第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl和第二導(dǎo)線W20的堆疊結(jié)構(gòu)相同。在圖7中示出的存儲(chǔ)裝置中，第一存儲(chǔ)層MlO由于第一輔助層AlO可具有多位存儲(chǔ)特性，第二存儲(chǔ)層M20由于第二輔助層A20可具有多位存儲(chǔ)特性。其原因?yàn)樯厦鎱⒄請(qǐng)DI至圖6所描述的，因此，省略了對(duì)其的詳細(xì)描述。此外，在第一存儲(chǔ)層MlO和/或第一輔助層AlO的至少一部分用金屬(例如W)摻雜的情況下，可降低第一存儲(chǔ)層MlO的操作電壓。在相同的方面，在第二存儲(chǔ)層M20和/或第二輔助層A20的至少一部分用金屬摻雜的情況下，可降低第二存儲(chǔ)層M20的操作電壓。由于上面參照?qǐng)D4和圖5描述了由于摻雜的金屬降低操作電壓，因此省略了對(duì)其的詳細(xì)描述。因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置具有多位存儲(chǔ)特性，因此，可以容易地增加每単位面積存儲(chǔ)的信息的量。換言之，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置可適于實(shí)現(xiàn)高度集成的存儲(chǔ)裝置。在通過減小存儲(chǔ)裝置的線寬度的減小尺寸的方法中，由于エ藝局限性，在改善存儲(chǔ)裝置的集成度方面存在各種困難。然而，正如在本發(fā)明的實(shí)施例中，如果將多位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在單個(gè)存儲(chǔ)單元中，則每單位面積存儲(chǔ)的信息的量可以是單位存儲(chǔ)器的兩倍或更多。因此，本發(fā)明的實(shí)施例可適于提高存儲(chǔ)裝置的集成度。以下，描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造存儲(chǔ)元件的方法和包括存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)裝 置。圖8A至圖SG是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示出制造存儲(chǔ)裝置的方法的剖視圖。參照?qǐng)D8A，可在基底SUBll上形成第一導(dǎo)線W11。第一導(dǎo)線Wll可具有線形。盡管未示出，但是還可在基底SUBll上圍繞第一導(dǎo)線Wll形成與第一導(dǎo)線Wll高度相同的絕緣層。第一導(dǎo)線Wll可對(duì)應(yīng)于圖I中的第一電極El或圖7中的第一導(dǎo)線W10。第一導(dǎo)線Wll的形狀不限于線形并可改變。參照?qǐng)DSB，可將緩沖層Bll、存儲(chǔ)層Ml I和輔助層Al I按所述順序形成在第一導(dǎo)線Wll上。存儲(chǔ)層Mll可包括第一材料層100和第二材料層200。構(gòu)成緩沖層Bll的材料可對(duì)應(yīng)于構(gòu)成圖I中的緩沖層BI的材料，構(gòu)成第一材料層100和第二材料層200的材料可分別對(duì)應(yīng)于構(gòu)成圖I中的第一材料層10和第二材料層20的材料。構(gòu)成輔助層All的材料可對(duì)應(yīng)于構(gòu)成圖I中的輔助層Al的材料?？稍谳o助層All上形成預(yù)定的金屬層L11。金屬層Lll可由例如鎢(W)形成。換言之，金屬層Lll可以是鎢(W)層。金屬層Lll的厚度可以為大約幾nm。例如,金屬層Lll的厚度可以為大約2nm。參照?qǐng)D8C，可以對(duì)形成在基底SUBll上的堆疊結(jié)構(gòu)(W11+B11+M11+A11+L11)進(jìn)行退火?？梢栽跀?shù)百攝氏度(°C)執(zhí)行退火。例如，可以在大約300°C至大約400°C的溫度下執(zhí)行退火。結(jié)果，金屬層Lll的金屬原子(例如鎢原子)可擴(kuò)散到輔助層All和存儲(chǔ)層Mll中。結(jié)果，如圖8D所示，輔助層All和第二材料層200可用金屬原子(例如鎢原子)摻雜。由于在圖SB示出的操作中形成的金屬層Lll的厚度薄，所以金屬層Lll中的大多數(shù)原子會(huì)通過退火進(jìn)行散布，因此，在退火之后，如圖8D所示，沒有金屬層Lll可保留在輔助層All上。然而，在某些情況下，金屬層Lll的一部分可保留在輔助層All上。參照?qǐng)D8E，可在輔助層All上形成中間電極Nil。構(gòu)成中間電極Nll的材料可對(duì)應(yīng)于構(gòu)成圖I中的第二電極E2或者圖7中的第一中間電極NlO的材料。可在中間電極Nll上形成開關(guān)元件S11。開關(guān)元件Sll可對(duì)應(yīng)于圖7的第一開關(guān)元件S10。然后，可將開關(guān)元件S11、中間電極Nil、輔助層All、存儲(chǔ)層Mll和緩沖層Bll圖案化。其結(jié)果示出在圖8F中。參照?qǐng)D8F，圖案化的緩沖層B11、存儲(chǔ)層Mil、輔助層All、中間電極NI I和開關(guān)元件Sll構(gòu)成堆疊結(jié)構(gòu)SSl I。堆疊結(jié)構(gòu)SSll可對(duì)應(yīng)于圖7中的第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl。
參照?qǐng)DSG，可圍繞堆疊結(jié)構(gòu)SSll形成層間絕緣層IL11。層間絕緣層ILll可具有與堆疊結(jié)構(gòu)SSll的厚度相似或相同的厚度。然后，第二導(dǎo)線W21可形成在堆疊結(jié)構(gòu)SSll和層間絕緣層ILll上。第二導(dǎo)線W21可具有線形。第二導(dǎo)線W21可沿與第一導(dǎo)線Wll交叉的方向延伸。盡管未示出，但還可進(jìn)ー步圍繞第二導(dǎo)線W21形成與第二導(dǎo)線W21高度相同的絕緣層。第二導(dǎo)線W21可對(duì)應(yīng)于圖7的第二導(dǎo)線W20。第二導(dǎo)線W21的形狀不限于線形并可改變。圖8A至圖SG中示出的制造方法僅是示例，可對(duì)其作出各種修改。例如，可控制金屬層Lll的厚度和退火條件，使得僅輔助層All摻雜金屬，而第二材料層200不摻雜金屬。此外，可用除了金屬層Lll的形成和退火之外的方法來代替金屬摻雜方法。如果期望，第二材料層200的至少一部分可用金屬摻雜,而輔助層All可不用金屬摻雜。可選地，第一材料層100的至少一部分可用金屬摻雜。可選地，可省略金屬摻雜操作。換言之，可不執(zhí)行圖SB和圖SC中示出的金屬層Lll的形成和退火。還可對(duì)此進(jìn)行各種其它修改。圖9A至圖9G是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的示出制造存儲(chǔ)裝置的方法的剖視圖。 參照?qǐng)D9A，可在基底SUB12上形成第一導(dǎo)線W12。第一導(dǎo)線W12可具有線形。盡管未示出，但是還可在基底SUB12上圍繞第一導(dǎo)線W12形成與第一導(dǎo)線W12高度相同的絕緣層。參照?qǐng)D9B，可將開關(guān)元件S12、中間電極N12和輔助層A12按所述順序形成在第一導(dǎo)線W12上，并且可在輔助層A12上形成第三材料層300。構(gòu)成第三材料層300的材料可對(duì)應(yīng)于構(gòu)成圖I中的第二材料層20或圖7中的第三材料層33的材料?？稍诘谌牧蠈?00上形成預(yù)定的金屬層L12。金屬層L12可由例如鶴(W)形成。金屬層L12的厚度可以為大約幾nm。參照?qǐng)D9C，可以對(duì)金屬層L12、第三材料層300和輔助層A12進(jìn)行退火?？梢栽跀?shù)百攝氏度執(zhí)行退火。例如，可以在大約300°C至大約400°C的溫度下執(zhí)行退火。結(jié)果，金屬層L12的金屬原子(例如鎢原子)可擴(kuò)散到第三材料層300和輔助層A12中。結(jié)果，如圖9D所示，第三材料層300和輔助層A12可用金屬原子(例如鎢原子)摻雜。由于在圖9B示出的操作中形成的金屬層L12的厚度薄，所以在退火之后，沒有金屬層L12可保留在輔助層A12 上。參照?qǐng)D9E，可在第三材料層300上形成第四材料層400。第四材料層400可對(duì)應(yīng)于圖I中的第一材料層10或圖7中的第四材料層44。第三材料層300和第四材料層400可構(gòu)成存儲(chǔ)層M12?？稍诘谒牟牧蠈?00上形成緩沖層B12。然后，可將緩沖層B 12、存儲(chǔ)層M12、輔助層A12、中間電極N12和開關(guān)元件S12圖案化。其結(jié)果示出在圖9F中。參照?qǐng)D9F，圖案化的開關(guān)元件S12、中間電極N12、輔助層A12、存儲(chǔ)層M12、和緩沖層B12構(gòu)成堆疊結(jié)構(gòu)SS22。堆疊結(jié)構(gòu)SS22可對(duì)應(yīng)于圖7中的第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2。參照?qǐng)D9G，層間絕緣層IL12可圍繞堆疊結(jié)構(gòu)SS22形成。層間絕緣層IL12可具有與堆疊結(jié)構(gòu)SS22的厚度相似或相同的厚度。然后，可在堆疊結(jié)構(gòu)SS22和層間絕緣層IL12上形成第二導(dǎo)線W22。第二導(dǎo)線W22可具有線形。第二導(dǎo)線W22可沿與第一導(dǎo)線W12交叉的方向延伸。盡管未示出，但還可進(jìn)ー步圍繞第二導(dǎo)線W22形成與第二導(dǎo)線W22高度相同的絕緣層。第二導(dǎo)線W22的形狀不限于線形并可改變。
圖9A至圖9G中示出的制造方法僅是示例，可對(duì)其作出各種修改。例如，可控制金屬層L12的厚度和退火條件，使得僅第三材料層300摻雜金屬，而輔助層A12不摻雜金屬。此外，在圖9B中示出的操作中，可在輔助層A12上形成金屬層L12，可不形成第三材料層300而執(zhí)行退火操作。在這種情況下，可用金屬僅摻雜輔助層A12，而不用金屬摻雜第三材料層300。可用除了金屬層L12的形成和退火之外的方法來代替金屬摻雜方法。如果期望，第四材料層400的至少一部分可用金屬摻雜。可選地，可省略金屬摻雜操作。換言之，可省略圖9B和圖9C中示出的金屬層L12的形成和退火。還可對(duì)此進(jìn)行各種其它修改。圖10是示出指示根據(jù)獲取時(shí)間的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造的存儲(chǔ)元件的組成變化的二次離子質(zhì)譜(SMS)數(shù)據(jù)的曲線圖。這里，存儲(chǔ)元件具有W/Al203/Ta0x/Ta205/Si0x/Pt的結(jié)構(gòu)。根據(jù)圖8A至圖8G中示出的方法制造所述結(jié)構(gòu)。在圖10中，X軸指示獲取時(shí)間(S)。獲取時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)量深度越深。參照?qǐng)D10，Si0材料存在干與輔助層區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域A中。因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)元件在輔助層中包含SiOx。 盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例具體示出并描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在此作出形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。例如，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明顯的是，可在圖I和圖3中示出的存儲(chǔ)元件的每個(gè)中布置至少ー個(gè)附加材料層，圖I和圖3中示出的存儲(chǔ)元件不僅可應(yīng)用于如圖7所示的交叉點(diǎn)式存儲(chǔ)裝置，而且可應(yīng)用于任意各種其它存儲(chǔ)裝置。此夕卜，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明顯的是，除了電阻式存儲(chǔ)裝置之外，本發(fā)明的構(gòu)思還可應(yīng)用于各種存儲(chǔ)裝置。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)元件，所述存儲(chǔ)元件包括 第一電極； 第二電極，與第一電極分隔開； 存儲(chǔ)層，位于第一電極和第二電極之間； 輔助層，位于存儲(chǔ)層與第一電極和第二電極中的一個(gè)電極之間，輔助層為存儲(chǔ)層提供多位存儲(chǔ)特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的存儲(chǔ)元件，其中，存儲(chǔ)層包括第一材料層和第二材料層， 存儲(chǔ)層因第一材料層和第二材料層之間的離子物種的移動(dòng)而具有電阻變化特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲(chǔ)元件，其中，第一材料層為供氧層，第二材料層為氧交換層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲(chǔ)元件，其中，第一材料層包括第一金屬氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的存儲(chǔ)元件，其中，第一金屬氧化物包括鉭氧化物、鋯氧化物、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、鈦氧化物、鉿氧化物、錳氧化物、鎂氧化物和它們的混合物中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的存儲(chǔ)元件，其中，第一金屬氧化物包括TaOx，這里，O< X< 2. 5。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的存儲(chǔ)元件，其中，第二材料層包括第二金屬氧化物，所述第二金屬氧化物與第一金屬氧化物同族或不同族。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的存儲(chǔ)元件，其中，第二金屬氧化物包括鉭氧化物、鋯氧化物、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、鈦氧化物、鉿氧化物、錳氧化物、鎂氧化物和它們的混合物中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲(chǔ)元件，其中，第二材料層具有比第一材料層的氧濃度高的氧濃度。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲(chǔ)元件，其中，第一材料層位于第一電極和第二電極之間， 第二材料層位于第一材料層和第二電極之間， 輔助層位于第二材料層和第二電極之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的存儲(chǔ)元件，其中，輔助層包括氧化物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)元件，其中，輔助層為氧化硅層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)元件，其中，輔助層具有小于或等于IOnm的厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)元件，其中，用鎢摻雜輔助層。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的存儲(chǔ)元件，其中，用鎢摻雜存儲(chǔ)層的至少一部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的存儲(chǔ)元件，所述存儲(chǔ)元件還包括位于第一電極和存儲(chǔ)層之間的緩沖層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的存儲(chǔ)元件，其中，緩沖層包括使第一電極和存儲(chǔ)層之間的勢(shì)壘增加的材料。
18.一種存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置包括根據(jù)權(quán)利要求I所述的存儲(chǔ)元件。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置還包括連接到存儲(chǔ)元件的開關(guān)元件。
20.一種存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置包括 多條第一導(dǎo)線，彼此平行； 多條第二導(dǎo)線，彼此平行并與所述多條第一導(dǎo)線交叉以形成多個(gè)第一交叉點(diǎn)；以及 多個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元位于第一交叉點(diǎn)中的一個(gè)處， 每個(gè)存儲(chǔ)單元包括存儲(chǔ)層和輔助電阻層，存儲(chǔ)層位于第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線之間，存儲(chǔ)層具有多位特性，輔助電阻層位于存儲(chǔ)層與第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線中的一條導(dǎo)線之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的存儲(chǔ)裝置，其中，每個(gè)存儲(chǔ)單元還包括 開關(guān)元件，位于存儲(chǔ)層和第二導(dǎo)線之間； 中間電極，位于存儲(chǔ)層和開關(guān)元件之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的存儲(chǔ)裝置，其中，輔助電阻層位于存儲(chǔ)層和中間電極之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的存儲(chǔ)裝置，其中，存儲(chǔ)層包括第一材料層和第二材料層， 存儲(chǔ)層因第一材料層和第二材料層之間的離子物種的移動(dòng)而具有電阻變化特性。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的存儲(chǔ)裝置，其中，第一材料層為供氧層，第二材料層為氧交換層。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的存儲(chǔ)裝置，其中，第一材料層包括第一金屬氧化物，第二材料層包括第二金屬氧化物，所述第二金屬氧化物與第一金屬氧化物同族或不同族。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的存儲(chǔ)裝置，其中，第一金屬氧化物包括鉭氧化物、鋯氧化物、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、鈦氧化物、鉿氧化物、錳氧化物、鎂氧化物和它們的混合物中的至少一種。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的存儲(chǔ)裝置，其中，第一金屬氧化物包括TaOx，這里，O< X< 2. 5。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的存儲(chǔ)裝置，其中，第二金屬氧化物包括鉭氧化物、鋯氧化物、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、鈦氧化物、鉿氧化物、錳氧化物、鎂氧化物和它們的混合物中的至少一種。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的存儲(chǔ)裝置，其中，輔助電阻層包括氧化物。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的存儲(chǔ)裝置，其中，輔助電阻層為氧化硅層。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的存儲(chǔ)裝置，其中，輔助電阻層具有小于或等于IOnm的厚度。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的存儲(chǔ)裝置，其中，用鎢摻雜輔助電阻層。
33.根據(jù)權(quán)利要求20所述的存儲(chǔ)裝置，其中，用鎢摻雜存儲(chǔ)層的至少一部分。
34.根據(jù)權(quán)利要求20所述的存儲(chǔ)裝置，其中，每個(gè)存儲(chǔ)單元還包括位于在第一導(dǎo)線和存儲(chǔ)層之間的緩沖層。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的存儲(chǔ)裝置，其中，緩沖層包括Al氧化物、Si氧化物、Si氮化物、Zr氧化物、Hf氧化物和它們的混合物中的至少一種。
36.根據(jù)權(quán)利要求20所述的存儲(chǔ)裝置，其中，每個(gè)存儲(chǔ)單元為第一存儲(chǔ)單元， 存儲(chǔ)裝置還包括 多條第三導(dǎo)線，彼此平行并且與第二導(dǎo)線交叉以形成多個(gè)第二交叉點(diǎn)； 多個(gè)第二存儲(chǔ)單元，每個(gè)第二存儲(chǔ)單元位于第二交叉點(diǎn)中的一個(gè)處。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的存儲(chǔ)裝置，其中，每個(gè)第二存儲(chǔ)單元具有第一存儲(chǔ)單元的倒置結(jié)構(gòu)和與第一存儲(chǔ)單元相同的結(jié)構(gòu)中的一種結(jié)構(gòu)。
38.一種制造存儲(chǔ)裝置的方法，所述方法包括以下步驟 形成第一電極； 在第一電極上形成存儲(chǔ)層； 形成為存儲(chǔ)層提供多位存儲(chǔ)特性的輔助層； 在存儲(chǔ)層上形成第二電極。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中，形成存儲(chǔ)層的步驟包括 在第一電極上形成第一材料層；以及 在第一材料層上形成第二材料層， 存儲(chǔ)層因第一材料層和第二材料層之間的離子物種的移動(dòng)而具有電阻變化特性。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中，第一材料層為供氧層，第二材料層為氧交換層。
41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中，輔助層包括氧化物。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，輔助層包括氧化硅。
43.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，所述方法還包括用鎢摻雜輔助層的至少一部分。
44.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，所述方法還包括用鎢摻雜存儲(chǔ)層的至少一部分。
45.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，所述方法還包括在第一電極和存儲(chǔ)層之間形成緩沖層。
46.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，所述方法還包括形成電連接到存儲(chǔ)層的開關(guān)元件。
全文摘要
本發(fā)明提供多位存儲(chǔ)元件、包括多位存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)裝置及其制造方法。所述存儲(chǔ)元件可包括存儲(chǔ)層和為存儲(chǔ)層提供多位存儲(chǔ)特性的輔助層。存儲(chǔ)層可具有包括第一材料層和第二材料層的多層結(jié)構(gòu)，并可因第一材料層和第二材料層之間的離子物種的移動(dòng)而具有電阻變化特性。第一材料層可為供氧層，而第二材料層可為氧交換層。輔助層可包含氧化物。例如，輔助層可包含氧化硅層。可用金屬至少部分地?fù)诫s輔助層和/或存儲(chǔ)層。例如，所述金屬可以是鎢。
文檔編號(hào)H01L45/00GK102832337SQ20121011346
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者李昌范, 金昌楨, 金英培, 李明宰, 李東洙, 張晚, 李承烈, 金京旻 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社