電阻式存儲器裝置的制造方法
【專利說明】電阻式存儲器裝置
[0001]優(yōu)先權申請案
[0002]本申請案主張2012年8月30日申請的第13/599，865號美國申請案的優(yōu)先權益，所述申請案的全文是以引用方式并入本文中。
【背景技術】
[0003]半導體裝置產業(yè)具有對改善存儲器裝置的操作的市場驅動需要。對存儲器裝置的改善可通過存儲器裝置設計的進步而解決。存儲器裝置的增強也可通過處理的進步而實現。
【附圖說明】
[0004]圖1展示根據各個實施例的實例存儲器裝置的方框圖。
[0005]圖2展示根據各個實施例的實例存儲器裝置的特征的方框圖，實例存儲器裝置包含具有存儲器單元的存儲器陣列，存儲器單元具有存取組件及存儲器元件。
[0006]圖3展示根據各個實施例的實例存儲器單元的示意圖，實例存儲器單元具有耦合到存儲器元件的存取組件。
[0007]圖4展示根據各個實施例的實例存儲器單元的示意圖，實例存儲器單元具有耦合到存儲器元件的存取組件。
[0008]圖5展示根據各個實施例的實例存儲器單元的示意圖，實例存儲器單元具有耦合到存儲器元件的存取組件。
[0009]圖6展示根據各個實施例的實例設備的方框圖，實例設備具有被布置為電阻式存儲器單元的組件。
[0010]圖7展示根據各個實施例的實例設備的方框圖，實例設備具有被布置為電阻式存儲器單元的組件。
[0011]圖8展示根據各個實施例的實例設備的方框圖，實例設備具有被布置為電阻式存儲器單元的組件。
[0012]圖9展示根據各個實施例的形成具有存儲器單元的設備的實例方法的特征。
[0013]圖10展示根據各個實施例的形成結構的實例方法的特征，形成結構包含形成電阻式存儲器單元。
[0014]圖11展示根據各個實施例的操作存儲器單元的實例方法的特征。
[0015]圖12展示根據各個實施例的成品晶片。
[0016]圖13展示根據各個實施例的電子系統的各個特征的方框圖。
【具體實施方式】
[0017]以下詳細描述參看作為說明而展示本發(fā)明的各個實施例的附圖。這些實施例經足夠詳細地描述以使所屬領域的一股技術人員能夠實踐這些及其它實施例?？衫闷渌鼘嵤├?，且可對這些實施例進行結構、邏輯及電改變。所述各個實施例未必互斥，這是因為一些實施例可與一或多個其它實施例組合以形成新實施例。因此，以下詳細描述不采取限制性意義。
[0018]不同存儲器單元體系結構提供多種不同存儲器裝置。例如，電阻式存儲器裝置使用其中存儲器單元的材料區(qū)域的電阻狀態(tài)被用以對應于存儲數據的體系結構。所述電阻狀態(tài)可對應于低電阻狀態(tài)(LRS)及高電阻狀態(tài)(HRS)。在使用兩個以上電阻區(qū)域的情況下，其它狀態(tài)是可能的。電阻式存儲器裝置可被結構化為電阻式隨機存取存儲器(RRAM)。
[0019]此外，存在其中可實現電阻式存儲器裝置的不同格式。一種格式是如細絲狀電阻式存儲器裝置。在細絲狀電阻式存儲器單元中，存儲器裝置經結構化以有效地產生更改存儲器單元的電阻的細絲。電阻式存儲器單元的另一格式是區(qū)域電阻式存儲器單元。區(qū)域電阻式存儲器單元作為區(qū)域相關結構而非基于細絲狀的結構進行操作。與細絲狀電阻式存儲器單元相比較，區(qū)域電阻式存儲器單元可展示單元電流-電壓特性的優(yōu)越的可擴展性及內置非線性。此類性質可使裝置的構造能夠用于低于20nm的非易失性存儲器應用中。
[0020]一種區(qū)域電阻式存儲器單元是多價氧化物(MVO)單元。在將電場施加到MVO單元的情況下，可發(fā)生氧移動，使得MVO可接收或提供氧離子，從而改變價態(tài)。MVO單元可包含連接到絕緣金屬氧化物(MO)區(qū)域的導電金屬氧化物(CMO)區(qū)域，其中經組合的CMO區(qū)域與MO區(qū)域連接到兩個電極且在兩個電極之間，其中MO區(qū)域在外加電場下提供可改變電阻。在使用CMO及IMO分層裝置的情況下，氧離子可移進及移出IMO材料，從而改變其能障高度，這種情形可改變所述分層裝置的電阻率(電導率)。MVO裝置可以雙極方式進行操作，在雙極方式中，一個極性的電場針對設置操作在一個方向上移動氧，且反極性在另一方向上移動氧以提供重置能力。
[0021]然而，使用常規(guī)MVO技術來提供可靠存儲器操作的挑戰(zhàn)包含歸因于在使MVO單元處于HRS或LRS中之后的氧擴散/漂移的不良數據保留。此外，歸因于用作電極的貴金屬及其連接到的導電金屬氧化物材料的高效功函數，常規(guī)MVO單元的隧穿電阻對于快速感測而目過尚。
[0022]在各個實施例中，電阻式存儲器單元結構包含插入在氧化物與電介質之間的區(qū)域，經組合的結構布置在兩個電極之間。此類結構與常規(guī)MVO單元相比較可用以增強保留特性，且增加操作電流密度。插入區(qū)域可用作針對氧的擴散障壁。插入區(qū)域可被結構化為氧化物與電介質之間的相對薄區(qū)域。氧化物可為例如導電金屬氧化物的導電氧化物，且電介質可為絕緣氧化物。例如，為了增加單元讀取電流，可選擇氧化物與電介質之間的區(qū)域插入層的材料及厚度。障壁可包含可使氧有效地傳導穿過的金屬材料。金屬材料是:金屬；金屬合金；金屬的組合；包含金屬及非金屬的組合物，使得所述組合物具有金屬電導率(電阻率)性質；或此類組合物的組合。障壁的材料及結構可根據給定準則而被選擇以具有例如下列特性的一或多個特性:在編程/擦除操作期間具有良好氧擴散率，且在保留期間展現低氧擴散率；在單元操作及氧移動期間維持金屬或半導體導電性質以允許低單元電阻；及在與電阻式存儲器單元的電介質接觸時展現低效功函數。
[0023]圖1展示存儲器裝置100的實例實施例的方框圖。存儲器裝置100可包含具有多個存儲器單元101的存儲器陣列102。存儲器陣列是可根據多個參數而邏輯上布置的存儲器單元的系統布置。在各個實施例中，每一存儲器單元可根據兩個參數的值而尋址。所述兩個參數可被稱為行及列。存儲器單元可邏輯上定位于根據行的值及列的值而唯一地編索引的存儲器陣列中。行及列不限于特定物理定向或線性關系。存儲器陣列的行可被布置為可在相同時間由指派給行值的解碼器存取的存儲器單元的群。存儲器陣列的列可被布置為可在相同時間由指派給列值的解碼器存取的存儲器單元的群。存儲器單元101可連同存取線104及第一數據線106 —起被布置成行及列。例如，存取線可被結構化為字線以傳導信號WLO到WLm，且第一數據線可被結構化為位線以傳導信號BLO到BLn。存儲器裝置100可使用存取線104及第一數據線106以將信息傳送到存儲器單元101及從存儲器單元101傳送信息。行解碼器107及列解碼器108解碼地址線109上的地址信號AO到AX以確定哪些存儲器單元101將被存取。
[0024]感測放大器電路110操作以確定從存儲器單元101讀取的信息的值，且所讀取的信息是以信號的形式傳達到第一數據線106。感測放大器電路110還可使用第一數據線106上的信號以確定待寫入到存儲器單元101的信息的值。
[0025]存儲器裝置100可包含電路系統112以在存儲器陣列102與輸入/輸出(I/O)線105之間傳送信息。I/O線105上的信號DQO到DQN可表示從存儲器單元101讀取或寫入到存儲器單元101中的信息。I/O線105可在其中存儲器裝置100可駐留的封裝上包含存儲器裝置100內的節(jié)點(或替代地，引腳、焊球，或例如控制崩潰芯片連接(C4)或倒裝芯片附接(FCA)的其它互連技術)。在存儲器裝置100外部的其它裝置可通過I/O線105、地址線109或控制線120而與存儲器裝置100通信。例如，此類外部裝置可包含存儲器控制器或處理器。
[0026]存儲器裝置100可執(zhí)行用以從選定存儲器單元101讀取信息的存儲器操作(例如，讀取操作)，及用以將信息編程(例如，寫入)到選定存儲器單元101中的編程操作(也稱作寫入操作)。存儲器裝置100還可執(zhí)行用以從一些或所有存儲器單元101清除信息的存儲器擦除操作。存儲器控制單元118基于控制線120上的信號來控制存儲器操作?？刂凭€120上的信號的實例可包含用以指示存儲器裝置100可或應執(zhí)行哪一操作(例如，編程或讀取操作)的一或多個時鐘信號及其它信號。在存儲器裝置100外部的其它裝置可控制所述控制線120上的控制信號的值。外部裝置可包含(例如)處理器或存儲器控制器?？刂凭€120上的信號的組合的特定值可產生可致使存儲器裝置100執(zhí)行對應存儲器操作的命令，例如，編程或讀取命令。所述對應存儲器操作可包含(例如)編程、讀取或擦除操作。
[0027]每一存儲器單元101可經編程以存儲表示單一位的值或多個位(例如，兩個、三個、四個或更高數目個位)的值的信息。例如，每一存儲器單元101可經編程以存儲表示單一位的二