本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式涉及可變電阻存儲器件，并且更具體地涉及制造該可變電阻存儲器件的方法。

背景技術(shù)：

可變電阻存儲器件可以包括包含硫族化物材料的選擇器件。當(dāng)電壓被施加于包括處在非晶態(tài)的硫族化物材料的選擇器件時，選擇器件的電子結(jié)構(gòu)可以被改變。因此，選擇器件的電性質(zhì)也可以從非傳導(dǎo)狀態(tài)改變?yōu)閭鲗?dǎo)狀態(tài)。當(dāng)施加的電壓被移除時，選擇器件的電性質(zhì)可以恢復(fù)到初始的非傳導(dǎo)狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式提供一種包括選擇器件的可變電阻存儲器件，該選擇器件包含其中摻雜硼(b)和碳(c)中的至少一種的硫族化物材料。因此，該選擇器件的結(jié)晶溫度可以升高，該選擇器件的耐久性可以增加，并且通過該選擇器件的截止電流可以減小。

本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式提供一種制造具有選擇器件的可變電阻存儲器件的方法，該選擇器件包括其中摻雜硼和碳中的至少一種的硫族化物材料。因此，該選擇器件的結(jié)晶溫度可以升高，該選擇器件的耐久性可以增加，并且通過該選擇器件的截止電流可以減小。

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例性實施方式，一種可變電阻存儲器件包括第一電極層和在第一電極層上的選擇器件層。選擇器件層包括通過將硼和碳中的至少一種摻雜進硫族化物開關(guān)材料中所獲得的第一硫族化物材料。第二電極層在選擇器件層上?？勺冸娮鑼釉诘诙姌O層之上?？勺冸娮鑼影ê兄辽僖环N與硫族化物開關(guān)材料不同的元素的第二硫族化物材料。第三電極層在可變電阻層上。

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例性實施方式，一種可變電阻存儲器件包括在第一方向上延伸的第一電極線層。第一電極線層包括彼此間隔開的多條第一電極線。第二電極線層在第一電極線層之上。第二電極線層在不同于第一方向的第二方向上延伸。第二電極線層包括彼此間隔開的多條第二電極線。第三電極線層在第二電極線層之上。第三電極線層包括多條第三電極線。第一存儲單元層在第一電極線層與第二電極線層之間。第一存儲單元層包括布置在第一電極線與第二電極線之間的交叉點處的多個第一存儲單元。第二存儲單元層在第二電極線層與第三電極線層之間。第二存儲單元層包括布置在第三電極線與第二電極線之間的交叉點處的多個第二存儲單元。多個第一存儲單元的每一個和多個第二存儲單元的每一個包括選擇器件層，電極層和可變電阻層。選擇器件層包括通過將硼和碳中的至少一種摻雜進硫族化物開關(guān)材料中所獲得的第一硫族化物材料。可變電阻層包括具有與硫族化物開關(guān)材料中包括的元素不同的至少一種元素的第二硫族化物材料。

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例性實施方式，一種可變電阻存儲器件包括第一電極層和在第一電極層上的選擇器件層。選擇器件層包括通過將硼和碳中的至少一種摻雜進硫族化物開關(guān)材料中所獲得的第一硫族化物材料。第一硫族化物材料具有第一熔點。第二電極層在選擇器件層上?？勺冸娮鑼釉诘诙姌O層上?？勺冸娮鑼影ò辽僖环N與硫族化物開關(guān)材料不同的元素的第二硫族化物材料。第二硫族化物材料具有低于第一熔點的第二熔點。第三電極層在可變電阻層上。

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例性實施方式，一種制造可變電阻存儲器件的方法包括形成第一電極層和在第一電極層上形成選擇器件層。選擇器件層包括通過將硼和碳中選出的至少一種摻雜進硫族化物開關(guān)材料中所獲得的第一硫族化物材料。第二電極層形成在選擇器件層上。可變電阻層形成在第二電極層上?？勺冸娮鑼影ò辽僖环N與硫族化物開關(guān)材料不同的元素的第二硫族化物材料。第三電極層形成在可變電阻層上。

附圖說明

通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式，本發(fā)明構(gòu)思的上述和其它特征將變得更加明顯，在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件的等效電路圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件的透視圖；

圖3是沿圖2的線x-x'和y-y'截取的剖面圖；

圖4是在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件的可變電阻層上進行的設(shè)置和復(fù)位編程操作的曲線圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式，當(dāng)電壓被施加到存儲單元時，可變電阻層的離子擴散路徑的示意圖；

圖6是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的選擇器件層的電壓-電流(v-i)曲線的示意圖；

圖7至10是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的可變電阻存儲器件的剖面圖，其對應(yīng)于圖3的剖面圖；

圖11是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件的透視圖；

圖12是沿圖11的線2x-2x'和2y-2y'截取的剖面圖；

圖13是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件的透視圖；

圖14是沿圖13的線3x-3x'和3y-3y'截取的剖面圖；

圖15是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件的透視圖；

圖16是沿圖15的線4x-4x'截取的剖面圖；

圖17至19是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的制造圖2的可變電阻存儲器件的方法的剖面圖；以及

圖20是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的存儲器件的框圖。

具體實施方式

圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件的等效電路圖。

參照圖1，可變電阻存儲器件100可以包括字線wl1和wl2，其可以在第一方向(例如x方向)上延伸并且可以在垂直于第一方向的第二方向(例如y方向)上彼此間隔開?？勺冸娮璐鎯ζ骷?00可以包括位線bl1、bl2、bl3和bl4，其可以在第三方向(例如z方向)上與字線wl1和wl2間隔開并且可以在第二方向上延伸。

存儲單元mc可以分別位于位線bl1、bl2、bl3和bl4與字線wl1和wl2之間。存儲單元mc可以位于位線bl1、bl2、bl3和bl4與字線wl1和wl2之間的交叉點處，并且每一個存儲單元mc可以包括配置為存儲信息的可變電阻層me和配置為選擇存儲單元的選擇器件層sw。選擇器件層sw可以被稱為開關(guān)器件層或存取器件層。

每一個存儲單元mc可以具有基本相同的結(jié)構(gòu)并且可以布置在第三方向上。例如，位于字線wl1與位線bl1之間的存儲單元mc中，選擇器件層sw可以電連接到字線wl1，可變電阻層me可以電連接到位線bl1，并且可變電阻層me和選擇器件層sw可以串聯(lián)連接。

然而，本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此。例如，在存儲單元mc中，選擇器件層sw和可變電阻層me的位置可以互換。例如，在存儲單元mc中，可變電阻層me可以連接到字線wl1，選擇器件層sw可以連接到位線bl1。

以下將更詳細(xì)地描述驅(qū)動可變電阻存儲器件100的方法。電壓可以通過字線wl1和wl2和位線bl1、bl2、bl3和bl4被施加到存儲單元mc的可變電阻層me，使得電流可以流進可變電阻層me中。例如，可變電阻層me可以包括可以在第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)換的相變材料層。然而，本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此，可變電阻層me可以包括其電阻根據(jù)施加的電壓而變化的任意可變電阻器。例如，在選中的存儲單元mc中，可變電阻層me的電阻可以根據(jù)施加于可變電阻層me的電壓在第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)換。

諸如“0”或“1”的數(shù)字信息可以取決于可變電阻層me電阻的變化而被存儲在存儲單元mc中。數(shù)字信息可以從存儲單元mc中擦除。例如，高電阻態(tài)“0”和低電阻態(tài)“1”可以作為數(shù)據(jù)被寫入存儲單元mc中。將高電阻態(tài)“0”改變?yōu)榈碗娮钁B(tài)“1”的操作可以被稱為“設(shè)置操作”，將低電阻態(tài)“1”改變?yōu)楦唠娮钁B(tài)“0”的操作可以被稱為“復(fù)位操作”。然而，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的存儲單元mc不限于上述數(shù)據(jù)信息(例如高電阻態(tài)“0”和低電阻態(tài)“1”)，并且可以存儲各種各樣的其它電阻狀態(tài)。

期望的存儲單元mc可以通過選擇字線wl1和wl2中的一條和位線bl1、bl2、bl3和bl4中的一條而被尋址。存儲單元mc可以通過在字線wl1和wl2與位線bl1、bl2、bl3和bl4之間施加預(yù)定信號被編程。對應(yīng)于存儲單元mc的可變電阻層me的電阻的信息(例如編程的信息)可以通過測量經(jīng)過位線bl1、bl2、bl3和bl4的電流被讀取。

圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件的透視圖。圖3是沿圖2的線x-x'和y-y'截取的剖面圖。

參照圖2和3，可變電阻存儲器件100可以包括設(shè)置在襯底101上的第一電極線層110l、第二電極線層120l和存儲單元層mcl。

層間絕緣層105可以設(shè)置在襯底101上。層間絕緣層105可以包括氧化物(例如硅氧化物)或氮化物(例如硅氮化物)，并且可以使第一電極線層110l與襯底101電絕緣。在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100中，層間絕緣層105可以設(shè)置在襯底101上，但本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此。例如，在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100中，ic層可以設(shè)置在襯底101上，存儲單元可以設(shè)置在ic層上。ic層可以包括例如用于存儲單元的運行的外圍電路和/或用于計算的核心電路。供參考地，在其中包括外圍電路和/或核心電路的ic層設(shè)置在襯底上且存儲單元設(shè)置在ic層上的結(jié)構(gòu)可以被稱為外圍電路上單元(cop)結(jié)構(gòu)。

第一電極線層110l可以包括可以在第一方向(例如x方向)上彼此平行延伸的多條第一電極線110。第二電極線層120l可以包括可以在交叉第一方向的第二方向(例如y方向)上彼此平行延伸的多條第二電極線120。第一方向可以與第二方向以直角相交。

以下將更詳細(xì)地描述可變電阻存儲器件100的運行。第一電極線110可以是字線(參見例如圖1中所示的字線wl)，第二電極線120可以是位線(參見例如圖1中所示的位線bl)。替換地，第一電極線110可以是位線，第二電極線120可以是字線。

第一電極線110和第二電極線120的每一條可以包括金屬、導(dǎo)電金屬氮化物、導(dǎo)電金屬氧化物或其組合。第一電極線110和第二電極線120的每一條可以包括鎢(w)、鎢氮化物(wn)、金(au)、銀(ag)、銅(cu)、鋁(al)、鈦鋁氮化物(tialn)、銥(ir)、鉑(pt)、鈀(pd)、釕(ru)、鋯(zr)、銠(rh)、鎳(ni)、鈷(co)、鉻(cr)、錫(sn)、鋅(zn)、銦錫氧化物(ito)、其合金、或其組合。第一電極線110和第二電極線120的每一條可以包括金屬層和覆蓋至少一部分金屬層的導(dǎo)電阻擋層。導(dǎo)電阻擋層可以包括例如鈦(ti)、鈦氮化物(tin)、鉭(ta)、鉭氮化物(tan)或其組合。

存儲單元層mcl可以包括可以在第一方向和第二方向上彼此間隔開的多個存儲單元140(參見例如圖1中所示的存儲單元mc)。第一電極線110可以交叉第二電極線120。存儲單元140可以放置在第一電極線層110l與第二電極線層120l之間在第一電極線110與第二電極線120的交叉點處。

存儲單元140可以具有正方柱形結(jié)構(gòu)。然而，本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此，存儲單元140不限于正方形柱結(jié)構(gòu)。例如，存儲單元140可以具有諸如圓柱形結(jié)構(gòu)、橢圓柱結(jié)構(gòu)或多邊形柱結(jié)構(gòu)的各種其它柱結(jié)構(gòu)。存儲單元140可以具有比上部分寬的下部分或者具有比下部分寬的上部分。例如，當(dāng)存儲單元140通過使用蝕刻工藝形成時，存儲單元140可以具有比上部分寬的下部分。當(dāng)存儲單元140通過使用鑲嵌工藝形成時，存儲單元140可以具有比下部分寬的上部分。在蝕刻過程或鑲嵌過程中，材料層可以通過精確控制蝕刻操作被蝕刻，以使存儲單元140的側(cè)表面基本豎直并且使存儲單元140的上部分與存儲單元140的下部分幾乎一樣寬。圖2和3示出其中存儲單元140的側(cè)表面是基本豎直的情況，以下將更詳細(xì)地描述其中存儲單元140的側(cè)表面是基本豎直的本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式。然而，本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此，存儲單元140可以具有比上部分寬的下部分或者具有比下部分寬的上部分。

每一個存儲單元140可以包括下電極層141、選擇器件層143、中間電極層145、加熱電極層147、可變電阻層149和上電極層148。下電極層141可以被稱為第一電極層，中間電極層145和加熱電極層147可以被稱為第二電極層，上電極層148可以被稱為第三電極層。

在本發(fā)明構(gòu)思的一些示例性實施方式中，可變電阻層149(參見例如圖1中所示的可變電阻層me)可以包括可以根據(jù)加熱時間在非晶態(tài)與晶態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)換的相變材料。例如，可變電阻層149的相可以由于施加到可變電阻層149兩端的電壓而產(chǎn)生的焦耳熱被可逆地改變，并且可變電阻層149可以包括其電阻可以根據(jù)相變化而改變的相變材料。例如，相變材料可以在非晶相中處于高電阻態(tài)，在晶相中處于低電阻態(tài)。通過定義高電阻態(tài)為“0”和定義低電阻態(tài)為“1”，數(shù)據(jù)可以被存儲在可變電阻層149中。

在本發(fā)明構(gòu)思的一些示例性實施方式中，可變電阻層149可以包括用作相變材料的硫族化物材料。例如，可變電阻層149可以包括鍺-銻-碲(ge-sb-te,縮寫為gst)。這里所使用的帶有聯(lián)字符(-)的化學(xué)成分可以表示具體混合物或化合物中包括的元素，并且可以指包括被表示的元素的所有化學(xué)式。例如，gst可以指諸如ge2sb2te5、ge2sb2te7、ge1sb2te4或ge1sb4te7的材料。

除了ge-sb-te(gst)，可變電阻層149可以包括各種其它硫族化物材料。例如，可變電阻層149可以包括是從硅(si)、鍺(ge)、銻(sb)、碲(te)、鉍(bi)、銦(in)、錫(sn)和硒(se)中選出的至少兩種元素或其組合的硫族化物材料。

可變電阻層149中包括的每種元素可以具有各種化學(xué)計量成分。根據(jù)每種元素的化學(xué)計量成分可以控制可變電阻層149的結(jié)晶溫度和熔點、可變電阻層149與結(jié)晶能相關(guān)的相變速率、和可變電阻層149的數(shù)據(jù)保持。在本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式中，可變電阻層149中包括的硫族化物材料的熔點可以在從約500℃到約800℃的范圍內(nèi)。

可變電阻層149可以包括諸如硼(b)、碳(c)、氮(n)、氧(o)、磷(p)和硫(s)中至少一種的雜質(zhì)?？勺冸娮璐鎯ζ骷?00的驅(qū)動電流可以由于雜質(zhì)而變化?？勺冸娮鑼?49可以包括金屬。例如，可變電阻層149可以包括鋁(al)、鎵(ga)、鋅(zn)、鈦(ti)、鉻(cr)、錳(mn)、鐵(fe)、鈷(co)、鎳(ni)、鉬(mo)、釕(ru)、鈀(pd)、鉿(hf)、鉭(ta)、銥(ir)、鉑(pt)、鋯(zr)、鉈(tl)、和釙(po)中的至少一種。上述金屬可以增加可變電阻層149的導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率，從而增大結(jié)晶速率和設(shè)置速率。上述金屬可以增加可變電阻層149的數(shù)據(jù)保持。

可變電阻層149可以具有通過堆疊至少兩個具有不同物理性質(zhì)的層而形成的多層結(jié)構(gòu)?？勺冸娮鑼?49中包括的多個層的數(shù)量和厚度可以按需選擇。阻擋層可以形成在多個層之間。阻擋層可以減少或防止多個層之間的材料擴散。阻擋層可以在多個層中的后續(xù)層的形成期間減少多個層中的在先層的擴散。

可變電阻層149可以具有通過交替堆疊包含不同材料的多個層形成的超晶格結(jié)構(gòu)。例如，可變電阻層149可以包括通過交替堆疊包括鍺-碲(ge-te)的第一層和包括銻-碲(sb-te)的第二層形成的結(jié)構(gòu)。然而，第一層和第二層中包括的材料不限于ge-te和sb-te，而是可以按需包括各種材料，諸如一種或更多種上述材料。

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式，可變電阻層149可以包括相變材料，然而，本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此。可變電阻存儲器件100中包括的可變電阻層149可以包括具有電阻變化特性的各種材料。

在本發(fā)明構(gòu)思的一些示例性實施方式中，當(dāng)可變電阻層149包括過渡金屬氧化物時，可變電阻存儲器件100可以是電阻式ram(reram)。至少一條電通路可以由于編程操作而在包括過渡金屬氧化物的可變電阻層149中產(chǎn)生或消除。當(dāng)產(chǎn)生電通路時，可變電阻層149可以具有低電阻值。當(dāng)消除電通路時，可變電阻層149可以具有高電阻值?？勺冸娮璐鎯ζ骷?00可以通過利用可變電阻層149的電阻差來存儲數(shù)據(jù)。

當(dāng)可變電阻層149包括過渡金屬氧化物時，該過渡金屬氧化物可以包括諸如ta、zr、ti、hf、mn、y、ni、co、zn、nb、cu、fe或cr的至少一種金屬。例如，過渡金屬氧化物可以包括含有ta2o5-x、zro2-x、tio2-x、hfo2-x、mno2-x、y2o3-x、nio1-y、nb2o5-x、cuo1-y和fe2o3-x中至少一種的單層或多層結(jié)構(gòu)。在上述材料中，x可以在0≤x≤1.5的范圍中選擇，y可以在0≤y≤0.5的范圍中選擇，但本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此。

在本發(fā)明構(gòu)思的一些示例性實施方式中，當(dāng)可變電阻層149具有包括兩個含磁性材料的電極和設(shè)置在所述兩個電極之間的介電材料的磁性隧道結(jié)(mtj)結(jié)構(gòu)時，可變電阻存儲器件100可以是磁性ram(mram)。

所述兩個電極可以是被釘扎磁性層和自由磁性層，并且設(shè)置在所述兩個電極之間的介電材料可以是隧道勢壘層。被釘扎磁性層可以具有被釘扎的磁化方向，而自由磁性層可以具有可以平行于或反平行于被釘扎磁性層的磁化方向的可變的磁化方向。被釘扎磁性層和自由磁性層的磁化方向可以平行于隧道勢壘層的一個表面，但本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此。被釘扎磁性層和自由磁性層的磁化方向可以垂直于隧道勢壘層的一個表面。

當(dāng)自由磁性層的磁化方向平行于被釘扎磁性層的磁化方向時，可變電阻層149可以具有第一電阻值。當(dāng)自由磁性層的磁化方向反平行于被釘扎磁性層的磁化方向時，可變電阻層149可以具有第二電阻值。可變電阻存儲器件100可以通過利用第一和第二電阻值之間的差值來存儲數(shù)據(jù)。自由磁性層的磁化方向可以由于編程電流中電子的自旋轉(zhuǎn)矩而改變。

被釘扎磁性層和自由磁性層的每一個可以包括磁性材料。被釘扎磁性層可以包括能夠釘扎包括在被釘扎磁性層中的鐵磁材料的磁化方向的反鐵磁材料。隧道勢壘層可以包括任一種氧化物諸如鎂(mg)、鈦(ti)、鋁(al)、鎂鋅(mgzn)或鎂硼(mgb)的氧化物，但本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此。

選擇器件層143(參見例如圖1中所示的選擇器件層sw)可以是能夠調(diào)節(jié)電流流動的電流調(diào)節(jié)層。選擇器件層143可以包括其電阻可以根據(jù)施加到選擇器件層143兩端的電壓大小而改變的材料層。例如，選擇器件層143可以包括雙向閥值開關(guān)(ots)材料。以下將更詳細(xì)地描述包括ots材料的選擇器件層的功能。當(dāng)?shù)陀陂y值電壓vt的電壓被施加到選擇器件層143時，選擇器件層143可以保持其中電流幾乎不流動的高電阻態(tài)。當(dāng)高于閥值電壓vt的電壓被施加到選擇器件層143時，選擇器件層143可以進入低電阻態(tài)以使電流可以開始流動。當(dāng)流過選擇器件層143的電流小于保持電流時，選擇器件層143可以改變至高電阻態(tài)。

選擇器件層143可以包括是ots材料的硫族化物開關(guān)材料。在本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式中，硫族化物開關(guān)材料可以包括砷(as)并且可以還包括硅(si)、鍺(ge)、銻(sb)、碲(te)、硒(se)、銦(in)和錫(sn)中的至少兩種元素。硫族化物開關(guān)材料可以包括硒(se)并且可以還包括硅(si)、鍺(ge)、銻(sb)、碲(te)、砷(as)、銦(in)和錫(sn)中的至少兩種元素。

一般而言，硫族元素可以具有二價鍵合和存在孤對電子的特性。硫族元素的二價鍵合可以導(dǎo)致鏈和環(huán)結(jié)構(gòu)的形成以形成硫族化物材料，并且孤對電子可以為形成導(dǎo)電絲提供電子源。例如，如鋁(al)、鎵(ga)、銦(in)、鍺(ge)、錫(sn)、硅(si)、磷(p)、砷(as)和銻(sb)的三價或四價改性劑可以被包括在硫族元素的鏈和環(huán)結(jié)構(gòu)中并且決定硫族化物材料的結(jié)構(gòu)剛度。硫族化物材料可以取決于結(jié)晶度或其它結(jié)構(gòu)再分布能力被歸類為開關(guān)材料或相變材料。以下將參照圖6更詳細(xì)地描述選擇器件層143。

加熱電極層147可以位于在中間電極層145與可變電阻層149之間并且可以接觸可變電阻層149。加熱電極層147可以在設(shè)置操作或復(fù)位操作期間加熱可變電阻層149。加熱電極層147可以包括能夠產(chǎn)生足夠的熱量來改變可變電阻層149的相的導(dǎo)電材料。加熱電極層147可以包括碳基導(dǎo)電材料。在本發(fā)明構(gòu)思的一些示例性實施方式中，加熱電極層147可以包括具有高熔點的金屬或其氮化物，如tin、tisin、tialn、tasin、taaln、tan、wsi、wn、tiw、mon、nbn、tibn、zrsin、wsin、wbn、zraln、moaln、tial、tion、tialon、won、taon、碳(c)、硅碳化物(sic)、硅碳氮化物(sicn)，碳氮化物(cn)、鈦碳氮化物(ticn)、鉭碳氮化物(tacn)或其組合。加熱電極層147中包括的材料不限于上述材料。

下電極層141、中間電極層145和上電極層148可以是電流通路并且可以包括導(dǎo)電材料。例如，下電極層141、中間電極層145和上電極層148的每一個可以包括金屬、導(dǎo)電金屬氮化物、導(dǎo)電金屬氧化物或其組合。例如，下電極層141、中間電極層145和上電極層148的每一個可以包括碳(c)、鈦氮化物(tin)、鈦硅氮化物(tisin)、鈦碳氮化物(ticn)、鈦碳硅氮化物(ticsin)、鈦鋁氮化物(tialn)、鉭(ta)、鉭氮化物(tan)、鎢(w)和鎢氮化物(wn)中的至少一種，但本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此。

下電極層141和上電極層148可以選擇性地形成。例如，下電極層141和上電極層148可以被省略。下電極層141可以位于第一電極線110與選擇器件層143之間以及上電極層148可以位于第二電極線120與可變電阻層149之間，這可以防止由于選擇器件層143和可變電阻層149與第一和第二電極線110和120直接接觸所致的污染的產(chǎn)生或接觸故障。

中間電極層145可以減少或防止熱量從加熱電極層147到選擇器件層143的傳輸。選擇器件層143可以包括處于非晶態(tài)的硫族化物開關(guān)材料。然而，隨著可變電阻存儲器件100的尺寸減小，可變電阻層149、選擇器件層143、加熱電極層147和中間電極層145的厚度和寬度以及其間的距離可以減小。因此，在可變電阻存儲器件100的運行期間，當(dāng)可變電阻層149的相由于加熱電極層147所產(chǎn)生的熱量而被改變時，與加熱電極層147相鄰設(shè)置的選擇器件層143可以受產(chǎn)生的熱量影響。例如，與選擇器件層143相鄰的加熱電極層147所產(chǎn)生的熱量可以使選擇器件層143部分結(jié)晶。因此，選擇器件層143可以被退化和損壞。

在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100中，中間電極層145可以是相對厚的，從而由加熱電極層147所產(chǎn)生的熱量不必被傳輸至選擇器件層143。圖2和圖3示出其中中間電極層145具有與下電極層141或上電極層148的厚度相似的厚度的例子。然而，中間電極層145可以形成為比下電極141或上電極148更大的厚度，這可以減少或防止熱量的傳輸。例如，中間電極層145可以具有約10nm至約100nm的厚度，但本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此。中間電極層145可以包括至少一個可以減少或防止熱量傳輸?shù)母魺釋?。?dāng)中間電極層145包括至少兩個隔熱層時，中間電極層145可以具有通過交替堆疊隔熱層和電極材料層而形成的結(jié)構(gòu)。

第一絕緣層160a可以位于第一電極線110之間，而第二絕緣層160b可以位于存儲單元層mcl的存儲單元140之間。第三絕緣層160c可以位于在第二電極線120之間。第一至第三絕緣層160a至160c可以包括相同的材料。替換地，第一至第三絕緣層160a至160c中至少一個可以包括與其余絕緣層不同的材料。第一至第三絕緣層160a至160c可以包括例如介電材料，諸如可以使每層的器件彼此電絕緣的氧化物或氮化物?？梢孕纬蓺庀叮娴诙^緣層160b。當(dāng)氣隙形成時，具有預(yù)定厚度的絕緣襯墊可以形成在氣隙與存儲單元140之間。

圖4是在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件的可變電阻層上進行的設(shè)置和復(fù)位編程操作的曲線圖。

參照圖4，可變電阻層(參見例如圖3中所示的可變電阻層149)中包括的相變材料可以在結(jié)晶溫度tx和熔點tm之間的溫度下被加熱預(yù)定的時間并緩慢冷卻。相變材料可以處于晶態(tài)。該晶態(tài)可以被稱為其中存儲數(shù)據(jù)“0”的“設(shè)置狀態(tài)”。相比之下，當(dāng)相變材料被加熱至等于或高于熔點tm的溫度并快速冷卻時，相變材料可以處于非晶態(tài)。該非晶態(tài)可以被稱為其中存儲數(shù)據(jù)“1”的“復(fù)位狀態(tài)”。相變材料的這些相變特性可以與上文更詳細(xì)描述的相變特性基本相同。

因此，可以通過給可變電阻層149供應(yīng)電流來存儲數(shù)據(jù)，并且可以通過測量可變電阻層149的電阻值來讀取數(shù)據(jù)。相變材料的加熱溫度可以與電流的量成比例，并且隨著電流的量增大，獲得高集成密度可以變得更加困難。因為轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)相比轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)可以由于更大的電流而發(fā)生，所以可變電阻存儲器件的功耗可以增加。因此，相變材料可以通過用相對小的電流來加熱相變材料而被改變?yōu)榫B(tài)或非晶態(tài)，這樣可以減少功耗。例如，可以減小用于轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)的電流(例如復(fù)位電流)，從而可以產(chǎn)生高集成密度。

減小復(fù)位電流的各種材料可以被包括在可變電阻層149中。在本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式中，包括硅(si)、鍺(ge)、銻(sb)、碲(te)、鉍(bi)、銦(in)、錫(sn)和硒(se)中至少兩種的硫族化物材料可以被用作可變電阻層149中包括的相變材料。包括諸如硼(b)、碳(c)、氮(n)、氧(o)、磷(p)和硫(s)中至少一種的雜質(zhì)的硫族化物材料可以被用作可變電阻層149中包括的相變材料。

圖5是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式，當(dāng)電壓被施加到存儲單元時，可變電阻層的離子擴散路徑的示意圖。

參照圖5，第一存儲單元50a可以包括順序堆疊的第一電極20a、可變電阻層30a和第二電極40a。第一電極20a可以包括能夠產(chǎn)生足夠熱量來改變可變電阻層30a的相的導(dǎo)電材料。第一電極20a可以對應(yīng)于參照圖2和3描述的加熱電極層147。在第一存儲單元50a中，正電壓可以被施加于第一電極20a，負(fù)電壓可以被施加于第二電極40a。因此，如第一箭頭c_a所指示的，電流可以從第一電極20a經(jīng)可變電阻層30a流到第二電極40a。

熱量可以由于電流流經(jīng)第一電極20a而在第一電極20a中產(chǎn)生。因此，可變電阻層30a的與第一電極20a和可變電阻層30a之間的界面相鄰的部分30a_p的相可以被改變。例如，在其中可變電阻層30a的部分30a_p從晶態(tài)(例如低電阻態(tài))改變?yōu)榉蔷B(tài)(例如高電阻態(tài))的“復(fù)位操作”期間，部分30a_p中的正離子和負(fù)離子可以由于施加的電壓以各自不同的速率擴散。例如，在可變電阻層30a的部分30a_p中，正離子(例如銻離子(sb+))的擴散速率可以高于負(fù)離子(例如碲離子(te-))的擴散速率。因此，銻離子(sb+)可以相比碲離子(te-)以更大的數(shù)量向被施加負(fù)電壓的第二電極40a擴散。銻離子(sb+)朝向第二電極40a擴散的速率可以高于碲離子(te-)朝向第一電極20a擴散的速率。

第二存儲單元50b可以包括第一電極20b、可變電阻層30b和第二電極40b。負(fù)電壓可以施加到第一電極20b，正電壓可以施加到第二電極40b，以使電流可以如第二箭頭c_b所指示的從第二電極40b經(jīng)可變電阻層30b流至第一電極20b。

熱量可以由于電流流經(jīng)第一電極20b而在第一電極20b中產(chǎn)生。因此，可變電阻層30b的與第一電極20b和可變電阻層30b之間的界面相鄰的部分30b_p的相可以被改變。在可變電阻層30b的部分30b_p中，銻離子(sb+)的擴散速率可以高于碲離子(te-)的擴散速率。銻離子(sb+)可以相比碲離子(te-)以更大的數(shù)量向被施加負(fù)電壓的第一電極20b擴散。

因此，在第二存儲單元50b中，銻離子(sb+)的濃度可以在第一電極20b與可變電阻層30b之間的界面附近處比在其它區(qū)域中更高，從而導(dǎo)致可變電阻層30b的濃度的局部變化。在第一存儲單元50a中，碲離子(te-)的濃度可以在第一電極20a與可變電阻層30a之間的界面附近處比在其它區(qū)域中更高，從而導(dǎo)致可變電阻層30a的濃度的局部變化。

因此，可變電阻層30a和30b中離子或空穴的分布可以根據(jù)施加到可變電阻層30a和30b的電壓大小、流經(jīng)可變電阻層30a和30b的電流方向和可變電阻層30a和30b及第一電極20a和20b的幾何形狀而改變。由于可變電阻層30a和30b的濃度的局部變化，即使施加相同的電壓，可變電阻層30a和30b的電阻也可以不同。因此，第一和第二存儲單元50a和50b可以顯示不同的操作特性，例如，不同的電阻。

在圖5中，銻離子(sb+)和碲離子(te-)作為例子被描述以描述離子擴散路徑，但本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此。例如，可變電阻層30a和30b可以包括包含硅(si)、鍺(ge)、銻(sb)、碲(te)、鉍(bi)、銦(in)、錫(sn)和硒(se)中至少兩種或其組合的硫族化物材料?？勺冸娮鑼?0a和30b可以包括諸如硼(b)、碳(c)、氮(n)、氧(o)、磷(p)和硫(s)中至少一種的雜質(zhì)。因此，可變電阻層30a和30b中的離子擴散程度可以根據(jù)可變電阻層30a和30b中包括的材料的種類和組分以及雜質(zhì)的種類和濃度而改變。結(jié)果，第一和第二存儲單元50a和50b的操作特性的變化可以進一步增加。

因為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100包括包含硫族化物開關(guān)材料的選擇器件層143，所以可以不執(zhí)行用來形成晶體管或二極管的工藝。例如，在二極管形成后，可以執(zhí)行用來激活二極管中包含的雜質(zhì)的高溫退火工藝。然而，包括相變材料的可變電阻層149在高溫退火環(huán)境下可能被損壞或污染。然而，形成根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100不必包括用來形成晶體管或二極管的工藝。因此，可以減少或防止可變電阻層149在用來形成晶體管或二極管的工藝期間可能出現(xiàn)的損壞或污染。因此，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100可以提高包括可變電阻存儲器件100的半導(dǎo)體器件的可靠性。

一般而言，當(dāng)晶體管或二極管形成時，晶體管或二極管可以形成在襯底中?？勺冸娮璐鎯ζ骷梢酝ㄟ^在垂直方向上堆疊多個層而形成。例如，可變電阻層149可能由于用來激活二極管的高溫退火工藝而被損壞或污染。因此，在形成其中二極管位于可變電阻層149上的交叉點堆疊結(jié)構(gòu)中可能發(fā)生錯誤。然而，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100可以使用包括硫族化物開關(guān)材料的選擇器件層143代替二極管，從而可以形成具有增強的可靠性和增大的成品率的在其中多個層在垂直方向上堆疊的三維(3d)交叉點堆疊結(jié)構(gòu)。因此，可以增大可變電阻存儲器件100的集成密度。

圖6是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的選擇器件層的電壓-電流(v-i)曲線的示意圖。

參照圖6，第一曲線61示出在其中無電流流過選擇器件層(參見例如圖3中所示的選擇器件層143)的狀態(tài)下的v-i關(guān)系。選擇器件層143可以作為具有閥值電壓vt的開關(guān)器件，該閥值電壓vt具有第一電壓電平63。當(dāng)電壓在0電壓和0電流處緩慢增加時，電流可以幾乎不流過選擇器件層143直到電壓達(dá)到閥值電壓vt(例如第一電壓電平63)。然而，當(dāng)電壓超過閥值電壓vt時，流過選擇器件層143的電流可以急劇增加，且施加于選擇器件層143的電壓可以降至飽和電壓vs(例如第二電壓電平64)。

第二曲線62示出在其中電流流過選擇器件層143的狀態(tài)下的v-i關(guān)系。隨著流過選擇器件層143的電流變得高于第一電流電平66，施加于選擇器件層143的電壓可以略高于第二電壓電平64。例如，當(dāng)流過選擇器件層143的電流從第一電流水平66增大至第二電流水平67時，施加于選擇器件層143的電壓可以從第二電壓電平64略微增大。就是說，一旦電流流過選擇器件層143，施加于選擇器件層143的電壓就可以基本維持在飽和電壓vs。如果電流減小至保持電流水平(例如第一電流電平66)或更小，選擇器件層143就可以再次轉(zhuǎn)換為電阻狀態(tài)。因此，電流可以被基本阻擋直到電壓增大至閥值電壓vt。

選擇器件層143可以包括硫族化物開關(guān)材料。當(dāng)選擇器件層143包括無摻雜的硫族化物開關(guān)材料時，該無摻雜的硫族化物開關(guān)材料的結(jié)晶溫度可以太低而無法應(yīng)用于制造存儲器件的工藝。因此，在制造3d交叉點堆疊結(jié)構(gòu)過程中可能發(fā)生錯誤。此外，由于大的截止電流流過硫族化物開關(guān)材料,可以同時操作相對小數(shù)量的存儲器件?？勺冸娮璐鎯ζ骷目煽啃钥梢杂捎诹蜃寤镩_關(guān)材料相對差的耐久性而降低。因此，可以增大硫族化物開關(guān)材料的結(jié)晶溫度和耐久性，并且可以減小流過硫族化物開關(guān)材料的截止電流，以使使用硫族化物開關(guān)材料的選擇器件層143可以代替二極管而被用于3d交叉點堆疊結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式，輕元素可以被摻雜進硫族化物開關(guān)材料中。在本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式中，當(dāng)硼和/或碳被摻雜進硫族化物開關(guān)材料中時，可以減少硫族化物開關(guān)材料中包括的載流子跳躍點(carrierhoppingsite)。因此，包括在其中摻雜進硼和/或碳的硫族化物開關(guān)材料的選擇器件層143的電阻率可以增大，并且流過選擇器件層143的截止電流可以減小。選擇器件層143的密度可以增大，由電場所致的電子遷移可以減少，從而增加選擇器件層143的耐久性。

當(dāng)硼和/或碳被摻雜進硫族化物開關(guān)材料中時，可以減少硫族化物開關(guān)材料中原子核的產(chǎn)生和生長，從而增大硫族化物開關(guān)材料的結(jié)晶溫度。因此，具有3d交叉點堆疊結(jié)構(gòu)的可變電阻存儲器件可以使用制造存儲器件的典型工藝被制造。因此，可以減小制造成本。

在本發(fā)明構(gòu)思的一些示例性實施方式中，硫族化物開關(guān)材料可以包括砷(as)并且可以還包括硅(si)、鍺(ge)、銻(sb)、碲(te)、硒(se)、銦(in)和錫(sn)中的至少兩種。替換地，硫族化物開關(guān)材料可以包括硒(se)并且可以還包括硅(si)、鍺(ge)、銻(sb)、碲(te)、砷(as)、銦(in)和錫(sn)中的至少兩種。

在本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式中，選擇器件層143可以包括在其中硼和/或碳以從約0wt％到小于或等于約30wt％的含量被摻雜的硫族化物開關(guān)材料。氮(n)、氧(o)、磷(p)和硫(s)中的至少一種可以被進一步摻雜進包括在其中摻雜進硼和/或碳的硫族化物開關(guān)材料的選擇器件層143中。

可以有選擇地控制摻雜濃度以使其中摻雜進硼和/或碳的硫族化物開關(guān)材料的熔點在從約600℃到約900℃范圍?？梢杂羞x擇地控制摻雜濃度以使選擇器件層143中包括的且摻雜有硼和/或碳的硫族化物開關(guān)材料的熔點高于可變電阻層(參見例如圖3中示出的可變電阻層149)中包括的硫族化物材料的熔點。

以下將更詳細(xì)地描述選擇器件層143的熱穩(wěn)定性。例如，當(dāng)硼和/或碳以從約5wt％到約30wt％的含量被摻雜進砷-硅-鍺-碲(as-si-ge-te)基硫族化物開關(guān)材料中時，因為可以抑制原子核的產(chǎn)生和生長，所以摻雜的as-si-ge-te基硫族化物開關(guān)材料的結(jié)晶溫度可以比無摻雜的as-si-ge-te基硫族化物開關(guān)材料的結(jié)晶溫度高至少約50℃。

以下將更詳細(xì)地描述選擇器件層143的耐蝕刻性和耐化學(xué)性。例如，當(dāng)硼和/或碳以從約5wt％到約30wt％的含量被摻雜進as-si-ge-te基硫族化物開關(guān)材料中時，選擇器件層143的密度可以增大。因此，摻雜的as-si-ge-te基硫族化物開關(guān)材料的蝕刻速率可以比無摻雜的as-si-ge-te基硫族化物開關(guān)材料的蝕刻速率低至少約25％，并且摻雜的as-si-ge-te基硫族化物開關(guān)材料的化學(xué)損傷可以比無摻雜的as-si-ge-te基硫族化物開關(guān)材料的化學(xué)損傷小至少約20％。

以下將更詳細(xì)地描述流過可變電阻存儲器件的截止電流。例如，當(dāng)硼和/或碳以從約5wt％到約30wt％的含量被摻雜進as-si-ge-te基硫族化物開關(guān)材料中時，可以減少as-si-ge-te基硫族化物開關(guān)材料中包括的載流子跳躍點。因此，選擇器件層143的電阻率可以比as-si-ge-te基硫族化物開關(guān)材料不摻雜時高至少約25％。流過可變電阻存儲器件的截止電流可以比as-si-ge-te基硫族化物開關(guān)材料不摻雜時低至少約25％。

以下將更詳細(xì)地描述可變電阻存儲器件的耐久性。例如，當(dāng)硼和/或碳以從約5wt％到約30wt％的含量被摻雜進as-si-ge-te基硫族化物開關(guān)材料中時，可以增大選擇器件層143的密度，從而可以抑制空穴的產(chǎn)生并且由電場所致的原子的遷移可以減緩。因此，可變電阻存儲器件的耐久性可以比as-si-ge-te基硫族化物開關(guān)材料不摻雜時高至少約10倍。

以下將更詳細(xì)地描述可變電阻存儲器件的退化性能。例如，當(dāng)硼和/或碳以從約5wt％到約30wt％的含量被摻雜進as-si-ge-te基硫族化物開關(guān)材料中時，可以增大選擇器件層143的密度，從而可以抑制空穴的產(chǎn)生并且可以減緩由電場所致的原子的遷移。因此，可變電阻存儲器件的退化性能可以比as-si-ge-te基硫族化物開關(guān)材料不摻雜時減小更多。

圖7至10是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的可變電阻存儲器件的剖面圖，其對應(yīng)于圖3的剖面圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100a的剖面圖。與參照圖2和3描述的部件基本相同的部件的描述可以被省略。

參照圖7，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100a可以與參照圖3描述的可變電阻存儲器件100不同之處在于：下電極層141和選擇器件層143可以具有鑲嵌結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100a中，下電極層141和選擇器件層143可以通過使用鑲嵌工藝形成，而中間電極層145、加熱電極層147、可變電阻層149和上電極層148可以通過使用蝕刻工藝形成。因此，下電極層141和選擇器件層143的每一個的下端可以具有比下電極層141和選擇器件層143的每一個的上端相對更小的寬度。

在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100a中，下間隔物152可以形成在下電極層141和選擇器件層143的側(cè)面上。在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100a中，當(dāng)下電極層141和選擇器件層143通過使用鑲嵌工藝形成時，下間隔物152可以預(yù)先形成在溝槽的側(cè)壁上，并且下電極層141和選擇器件層143可以被形成。因此，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100a可以包括可以形成在下電極層141和選擇器件層143的側(cè)壁上的下間隔物152。然而，本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此，下間隔物152可以被省略。

在本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式中，選擇器件層143可以包括在其中以從約0wt％到小于或等于約30wt％的含量摻雜硼和/或碳的硫族化物開關(guān)材料。

圖8是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100b的剖面圖。與參照圖2和3描述的部件基本相同的部件的描述可以被省略。

參照圖8，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100b可以與參照圖3描述的可變電阻存儲器件100不同之處在于：可變電阻層149可以具有鑲嵌結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100b中，下電極層141、選擇器件層143、中間電極層145、加熱電極層147和上電極層148可以通過使用蝕刻工藝形成，而可變電阻層149可以通過使用鑲嵌工藝形成。在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100b中，上間隔物155可以形成在可變電阻層149的側(cè)面上。上間隔物155可以通過與參照圖7描述的形成可變電阻存儲器件100a的下間隔物152的上述方法基本相同的方法形成。例如，上間隔物155的形成可以包括在絕緣層中形成溝槽，在溝槽的內(nèi)側(cè)壁上形成上間隔物155，和用可變電阻層149中包括的材料填充溝槽的剩余空間。然而，本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此，上間隔物155可以被省略。

在本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式中，選擇器件層143可以包括在其中以從約0wt％到小于或等于約30wt％的含量摻雜硼和/或碳的硫族化物開關(guān)材料。

圖9是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100c的剖面圖。與參照圖2和3描述的部件基本相同的部件的描述可以被省略。

參照圖9，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100c可以與參照圖8描述的可變電阻存儲器件100b不同之處在于：可變電阻層149可以具有鑲嵌結(jié)構(gòu)和“l(fā)”形結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100c中，下電極層141、選擇器件層143、中間電極層145、加熱電極層147和上電極層148可以通過蝕刻工藝形成，可變電阻層149可以通過鑲嵌工藝形成。

在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100c中，上間隔物155可以形成在可變電阻層149的側(cè)面上。然而，因為可變電阻層149具有“l(fā)”形結(jié)構(gòu)，所以上間隔物155可以具有不對稱結(jié)構(gòu)。以下將更詳細(xì)地描述通過使用鑲嵌工藝形成具有“l(fā)”形結(jié)構(gòu)的可變電阻層149的方法。絕緣層可以形成在加熱電極層147上，溝槽可以形成在絕緣層中。溝槽可以是相對寬的并且可以重疊與溝槽相鄰的存儲單元140。形成可變電阻層149的第一材料層可以具有相對小的厚度形成在溝槽中和在絕緣層上。形成上間隔物155的第二材料層可以形成在第一材料層上。所得到的結(jié)構(gòu)可以通過使用化學(xué)機械拋光(cmp)工藝被平坦化以暴露絕緣層的頂面。在cmp工藝之后，掩模圖案可以形成為對準(zhǔn)存儲單元140，且第一和第二材料層可以通過使用掩模圖案被蝕刻。因此，可以形成上間隔物155和具有“l(fā)”形結(jié)構(gòu)的可變電阻層149。

在本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式中，選擇器件層143可以包括在其中以從約0wt％到小于或等于約30wt％的含量摻雜硼和/或碳的硫族化物開關(guān)材料。

圖10是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100d的剖面圖。與參照圖2和3描述的部件基本相同的部件的描述可以被省略。

參照圖10，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件100d可以與參照圖9描述的可變電阻存儲器件100c不同之處在于：可變電阻層149可以具有棒形結(jié)構(gòu)。具有棒形結(jié)構(gòu)的可變電阻層149可以以與形成“l(fā)”形結(jié)構(gòu)的方法相似的方法形成。例如，在形成可變電阻層149的第一材料層在在溝槽中和絕緣層上形成為相對小的厚度之后，第一材料層可以通過使用各向異性蝕刻工藝只保留在溝槽的側(cè)壁上。第二材料層可以被形成為覆蓋保留的第一材料層。第二材料層可以通過使用cmp工藝被平坦化以暴露絕緣層的頂面。掩模圖案可以對準(zhǔn)存儲單元140形成，且第二材料層可以通過使用掩模圖案被蝕刻，從而形成上間隔物155和具有棒形結(jié)構(gòu)的可變電阻層149。

在本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式中，選擇器件層143可以包括在其中以從約0wt％到小于或等于約30wt％的含量摻雜硼和/或碳的硫族化物開關(guān)材料。

圖11是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件的透視圖。圖12是沿圖11的線2x-2x'和2y-2y'截取的剖面圖。與參照圖2和3描述的部件基本相同的部件的描述可以被省略。

參照圖11和12，可變電阻存儲器件200可以包括可以位于襯底101上的第一電極線層110l、第二電極線層120l、第三電極線導(dǎo)130l、第一存儲單元層mcl1和第二存儲單元層mcl2。

層間絕緣層105可以設(shè)置在襯底101上。第一電極線層110l可以包括在第一方向(例如x方向)上彼此平行延伸的多條第一電極線110。第二電極線層120l可以包括在垂直于第一方向的第二方向(例如y方向)上彼此平行延伸的多條第二電極線120。第三電極線層130l可以包括在第一方向(例如x方向)上彼此平行延伸的多條第三電極線130。第三電極線130可以與第一電極線110在第三方向(例如z方向)上的位置方面不同，但可以與第一電極線110在延伸方向或排列結(jié)構(gòu)方面基本相同。因此，第三電極線130可以被稱為第三電極線層130l的第一電極線。

以下將更詳細(xì)地描述可變電阻存儲器件200的運行。第一電極線110和第三電極線130可以是字線，且第二電極線120可以是位線。或者，第一電極線110和第三電極線130可以是位線，且第二電極線120可以是字線。當(dāng)?shù)谝浑姌O線110和第三電極線130是字線時，第一電極線110可以是下字線，第三電極線130可以是上字線。因為第二電極線120可以在下字線與上字線之間被共享，所以第二電極線120可以是公共位線。

第一電極線110、第二電極線120和第三電極線130的每一條可以包括金屬、導(dǎo)電金屬氮化物、導(dǎo)電金屬氧化物或其組合。第一電極線110、第二電極線120和第三電極線130的每一條可以包括金屬層和覆蓋金屬層的至少一部分的導(dǎo)電阻擋層。

第一存儲單元層mcl1可以包括在第一方向和第二方向上彼此間隔開的多個第一存儲單元140-1。第二存儲單元層mcl2可以包括在第一方向和第二方向上彼此間隔開的多個第二存儲單元140-2。第一電極線110可以交叉第二電極線120，第二電極線120可以交叉第三電極線130。第一存儲單元140-1可以位于第一電極線層110l與第二電極線層120l之間在第一電極線110與第二電極線120之間的交叉點處。第二存儲單元140-2可以位于第二電極線層120l與第三電極線層130l之間在第二電極線120與第三電極線130之間的交叉點處。

第一存儲單元140-1的每一個可以包括下電極層141-1、選擇器件層143-1、中間電極層145-1、加熱電極層147-1、可變電阻層149-1和上電極層148-1。第二存儲單元140-2的每一個可以包括下電極層141-2、選擇器件層143-2、中間電極層145-2、加熱電極層147-2、可變電阻層149-2和上電極層148-2。第一存儲單元140-1可以具有與第二存儲單元140-2基本相同的結(jié)構(gòu)。

第一絕緣層160a可以位于第一電極線110之間，第二絕緣層160b可以位于第一存儲單元層mcl1的第一存儲單元140-1之間。第三絕緣層160c可以位于第二電極線120之間，第四絕緣層160d可以位于第二存儲單元層mcl2的第二存儲單元140-2之間，第五絕緣層160e可以位于第三電極線130之間。第一至第五絕緣層160a至160e可以包括相同的材料，或者第一至第五絕緣層160a至160e中的至少一個可以包括不同的材料。第一至第五絕緣層160a至160e可以包括例如氧化物或氮化物的介電材料，并且可以使每層中包括的器件彼此電絕緣?？梢孕纬蓺庀?，代替第二絕緣層160b和第四絕緣層160d中的至少一個。當(dāng)氣隙形成時，具有預(yù)定厚度的絕緣襯墊可以形成在氣隙與第一存儲單元140-1之間和/或氣隙與第二存儲單元140-2之間。

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件200可以具有通過重復(fù)堆疊可變電阻存儲器件100而形成的結(jié)構(gòu)。然而，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的可變電阻存儲器件200的結(jié)構(gòu)不限于此。例如，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件200可以具有在其中堆疊具有各種結(jié)構(gòu)的可變電阻存儲器件100a至100d的結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式中，第一存儲單元140-1的選擇器件層143-1和第二存儲單元140-2的選擇器件層143-2的每一個可以包括在其中以從約0wt％到小于或等于約30wt％的含量摻雜硼和/或碳的硫族化物開關(guān)材料。

圖13是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件的透視圖。圖14是沿圖13的線3x-3x'和3y-3y'截取的剖面圖。與參照圖2和3描述的部件基本相同的部件的描述可以被省略。

參照圖13和14，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件300可以具有包括4個堆疊的存儲單元層mcl1、mcl2、mcl3和mcl4的四重結(jié)構(gòu)。例如，第一存儲單元層mcl1可以位于第一電極線層110l與第二電極線層120l之間，第二存儲單元層mcl2可以位于第二電極線層120l與第三電極線層130l之間。第二層間絕緣層170可以形成在第三電極線層130l上。第一上電極線層210l、第二上電極線層220l和第三上電極線層230l可以位于第二層間絕緣層170上。第一上電極線層210l可以包括具有與第一電極線110基本相同的結(jié)構(gòu)的第一上電極線210。第二上電極線層220l可以包括具有與第二電極線120基本相同的結(jié)構(gòu)的第二上電極線220。第三上電極線層230l可以包括具有與第三電極線130基本相同的結(jié)構(gòu)的第三上電極線230。第一上存儲單元層mcl3可以位于第一上電極線層210l與第二上電極線層220l之間。第二上存儲單元層mcl4可以位于第二上電極線層220l與第三上電極線層230l之間。

第一至第三電極線層110l至130l以及第一和第二存儲單元層mcl1和mcl2可以與參照圖2、3、11和12描述的第一至第三電極線層110l至130l以及第一和第二存儲單元層mcl1和mcl2基本相同。除了第一至第三上電極線層210l至230l以及第一和第二上存儲單元層mcl3和mcl4可以位于第二層間絕緣層170上而非第一層間絕緣層105上之外，第一至第三上電極線層210l至230l以及第一和第二上存儲單元層mcl3和mcl4可以與第一至第三電極線層110l至130l以及第一和第二存儲單元層mcl1和mcl2基本相同。

在本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式中，第一存儲單元140-1、第二存儲單元140-2、第一上存儲單元240-1和第二上存儲單元240-2中包括的選擇器件層143-1、143-2、243-1和243-2的每一個可以包括在其中以從約0wt％到小于或等于約30wt％的含量摻雜硼和/或碳的硫族化物開關(guān)材料。

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件300可以具有通過重復(fù)堆疊可變電阻存儲器件100而形成的結(jié)構(gòu)。然而，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式的可變電阻存儲器件300的結(jié)構(gòu)不限于此。例如，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件300可以具有通過堆疊具有各種結(jié)構(gòu)的可變電阻存儲器件100a至100d而形成的結(jié)構(gòu)。

圖15是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件的透視圖。圖16是沿圖15的線4x-4x'截取的剖面圖。與參照圖2和3描述的部件基本相同的部件的描述可以被省略。

參照圖15和圖16，可變電阻存儲器件400可以包括形成在襯底101上的第一水平處的驅(qū)動器電路區(qū)域410和形成在襯底101上的第二水平處的第一存儲單元層mcl1和第二存儲單元層mcl2。

術(shù)語“水平”可以指在垂直方向(例如就關(guān)于圖15和圖16中所示的z)上距離襯底101的高度。第一水平可以比在襯底101上的第二水平更靠近襯底101。

驅(qū)動器電路區(qū)域410可以是在其中設(shè)置第一存儲單元層mcl1和第二存儲單元層mcl2中包括的外圍電路或用來驅(qū)動存儲單元的驅(qū)動器電路的區(qū)域。例如，位于在驅(qū)動器電路區(qū)域410中的外圍電路可以是能夠以相對高速處理輸入到第一存儲單元層mcl1和第二存儲單元層mcl2或從第一存儲單元層mcl1和第二存儲單元層mcl2輸出的數(shù)據(jù)的電路。例如，外圍電路可以是頁面緩沖器、鎖存電路、高速緩沖存儲器電路、列解碼器、讀出放大器、數(shù)據(jù)輸入/輸出電路或行解碼器。

用于驅(qū)動器電路的有源區(qū)ac可以由襯底101中的器件隔離層104限定。驅(qū)動電路區(qū)域410中包括的多個晶體管tr可以形成在襯底101的有源區(qū)ac上。多個晶體管tr的每一個可以包括柵極g、柵絕緣層gd和源極及漏極區(qū)sd。柵極g的兩個側(cè)壁可以被絕緣間隔物106覆蓋，并且蝕刻停止層108可以形成在柵極g和絕緣間隔物106上。蝕刻停止層108可以包括諸如硅氮化物或硅氮氧化物的絕緣材料。

多個層間絕緣層412a、412b和412c可以順序堆疊在蝕刻停止層108上。多個層間絕緣層412a、412b和412c可以包括硅氧化物、硅氮化物或硅氮氧化物。

驅(qū)動電路區(qū)域410可以包括可以電連接到多個晶體管tr的多層互連結(jié)構(gòu)414。多層互連結(jié)構(gòu)414可以通過多個層間絕緣層412a、412b和412c彼此電絕緣。

多層互連結(jié)構(gòu)414的每一個可以包括順序堆疊在襯底101上并且電連接到彼此的第一接觸416a、第一互連層418a、第二接觸416b和第二互連層418b。在一些本發(fā)明構(gòu)思的一些示例性實施方式中，第一互連層418a和第二互連層418b可以包括金屬、導(dǎo)電金屬氮化物、金屬硅化物或其組合。例如，第一互連層418a和第二互連層418b可以包括諸如鎢、鉬、鈦、鈷、鉭、鎳、鎢硅化物、鈦硅化物、鈷硅化物、鉭硅化物或鎳硅化物的導(dǎo)電材料。

圖16示出其中多層互連結(jié)構(gòu)414的每一個是包括第一互連層418a和第二互連層418b的雙重互連結(jié)構(gòu)的例子，但本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此。例如，根據(jù)驅(qū)動電路區(qū)域410的布局和柵極g的類型和布置，多層互連結(jié)構(gòu)414的每一個可以包括至少三個層。

層間絕緣層105可以形成在多個層間絕緣層412a、412b和412c上。第一存儲單元層mcl1和第二存儲單元層mcl2可以位于層間絕緣層105上。

互連結(jié)構(gòu)可以連接在第一存儲單元層mcl1與第二存儲單元層mcl2之間，并且可以穿透層間絕緣層105。

在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的可變電阻存儲器件400中，第一存儲單元層mcl1和第二存儲單元層mcl2可以位于驅(qū)動器電路區(qū)域410上，從而增大可變電阻存儲器件400的密度。

在本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式中，第一存儲單元140-1的選擇器件層143-1和第二存儲單元140-2的選擇器件層143-2的每一個可以包括在其中以從約0wt％到小于或等于約30wt％的含量摻雜硼和/或碳的硫族化物開關(guān)材料。

圖17至圖19是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的制造圖2的可變電阻存儲器件的方法的剖面圖。

參照圖17，層間絕緣層105可以形成在襯底101上。層間絕緣層105可以包括例如硅氧化物或硅氮化物。然而，本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此，層間絕緣層105中包括的材料不限于上述材料。第一電極線層110l可以形成在層間絕緣層105上。第一電極線層110l可以包括在第一方向(例如x方向)上延伸且可以彼此間隔開的多條第一電極線110。第一電極線110可以通過蝕刻工藝或鑲嵌工藝形成。第一電極線110中包括的材料可以與參照圖2和3描述的相同。第一絕緣層160a可以位于第一電極線110之間并且在第一方向上延伸。

下電極材料層141k、選擇器件材料層143k、中間電極材料層145k、加熱電極材料層147k、可變電阻材料層149k和上電極材料層148k可以順序堆疊在第一電極線層110l和第一絕緣層160a上并且可以形成堆疊結(jié)構(gòu)140k。堆疊結(jié)構(gòu)140k中包括的每個材料層的材料或功能可以與參照圖2和3描述的基本相同。

選擇器件材料層143k可以通過使用包括硼和碳中至少一種的靶以及硫族化物開關(guān)材料由物理氣相沉積(pvd)工藝形成。或者，選擇器件材料層143k可以通過使用包括硼和碳中至少一種的源以及硫族化物開關(guān)材料由化學(xué)氣相沉積(cvd)工藝或原子層沉積(ald)工藝形成。

在本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式中，選擇器件材料層143k可以包括在其中以從約0wt％到小于或等于約30wt％的含量摻雜硼和/或碳的硫族化物開關(guān)材料。期望的摻雜濃度可以通過控制靶或源中包括的硼和/或碳的含量而獲得。

參照圖18，在堆疊結(jié)構(gòu)(例如圖17中所示的堆疊結(jié)構(gòu)140k)形成之后，掩模圖案可以形成在堆疊結(jié)構(gòu)140k上并且可以在第一方向(例如x方向)和第二方向(例如y方向)上彼此間隔開。因此，堆疊結(jié)構(gòu)140k可以通過使用掩模圖案被蝕刻以暴露第一絕緣層160a和第一電極線110的部分的頂面，從而形成多個存儲單元140。

存儲單元140可以基于掩模圖案的結(jié)構(gòu)在第一方向和第二方向上彼此間隔開，并且可以電連接到設(shè)置在存儲單元140之下的第一電極線110。存儲單元140的每一個可以包括下電極層141、選擇器件層143、中間電極層145、加熱電極層147、可變電阻層149和上電極層148。在存儲單元140形成之后，剩余的掩模圖案可以通過灰化工藝和剝除工藝被去除。

形成存儲單元140的方法可以包括蝕刻工藝。然而，本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此，形成存儲單元140的方法不限于蝕刻工藝。在發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式中，存儲單元140可以通過鑲嵌工藝形成。例如，存儲單元140的可變電阻層149的形成可以包括形成絕緣材料層并蝕刻該絕緣材料層以形成暴露加熱電極層147頂面的溝槽。該溝槽可以用相變材料填充，并且該相變材料可以通過使用cmp工藝被平坦化，從而形成可變電阻層149。

參照圖19，第二絕緣層160b可以形成為填充存儲單元140之間的空間。第二絕緣層160b可以包括可以與第一絕緣層160a相同或不同的氧化物或氮化物。絕緣材料層可以形成至足夠的厚度以完全填充存儲單元140之間的間隙，并且通過cmp工藝被平坦化直到上電極層148的頂面被暴露。因此，可以形成第二絕緣層160b。

用于第二電極線層的導(dǎo)電層可以被形成并且通過蝕刻工藝被圖案化以形成第二電極線120。第二電極線120可以在第二方向(例如y方向)上延伸并且可以彼此間隔開。第三絕緣層160c可以位于第二電極線120之間并且可以在第二方向上延伸。形成第二電極線120的方法可以包括蝕刻工藝。然而，本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式不限于此，并且形成第二電極線120的方法不限于蝕刻工藝。例如，第二電極線120可以通過鑲嵌工藝形成。通過鑲嵌工藝形成第二電極線120可以包括在存儲單元140和第二絕緣層160b上形成絕緣材料層，蝕刻該絕緣材料層以形成在第二方向上延伸的溝槽并暴露上電極層148的頂面，用導(dǎo)電材料填充該溝槽，并且平坦化該導(dǎo)電材料。第二電極線120的形成可以包括形成絕緣材料層以填充存儲單元140之間的間隙，平坦化絕緣材料層，和在絕緣材料層中形成溝槽。第二絕緣層160b和第三絕緣層160c可以通過使用相同材料形成為一體型。

圖20是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思一示例性實施方式的存儲器件的框圖。

參照圖20，存儲器件800可以包括存儲單元陣列810、解碼器820、讀/寫電路830、i/o緩沖器840和控制器850。存儲單元陣列810可以包括至少一個可變電阻存儲器件，諸如可變電阻存儲器件100、可變電阻存儲器件100a至100d、可變電阻存儲器件200、可變電阻存儲器件300或可變電阻存儲器件400。

存儲單元陣列810中包括的多個存儲單元可以通過字線wl連接到解碼器820并且可以通過位線bl連接到讀/寫電路830。解碼器820可以在響應(yīng)控制信號ctrl而操作的控制器850的控制下接收外部地址add并解碼將要在存儲單元陣列810中被存取的行地址和列地址。

讀/寫電路830可以在控制器850的控制下從i/o緩沖器840和數(shù)據(jù)線dl接收數(shù)據(jù)data并將數(shù)據(jù)寫入存儲單元陣列810中的選中的存儲單元，或者可以在控制器850的控制下將從存儲單元陣列810中的選中的存儲單元中讀取的數(shù)據(jù)提供到i/o緩沖器840。

雖然已經(jīng)參照本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式具體顯示和描述了本發(fā)明構(gòu)思，但將理解，在不背離本發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍的情況下，可以作出形式和細(xì)節(jié)上的不同變化。

本申請要求2016年2月23日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請第10-2016-0021316號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。