CN106062879B - 切换组件及存储器单元 - Google Patents
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Abstract
一些实施例包含在一对电极之间包含选择器区域的切换组件。所述选择器区域含有掺杂有氮、氧、锗及碳中的一或多者的硅。一些实施例包含存储器单元，其包含存储单元及电耦合到所述存储单元的选择装置。所述选择装置具有介于一对电极之间的选择器区域。所述选择器区域含有掺杂有氮、氧、锗及碳中的一或多者的半导体。所述选择装置具有包含突返电压行为的电流对电压特性。
Description
技术领域
本发明涉及切换组件及存储器单元。
背景技术
存储器是集成电路的一种类型，且在系统中用于存储数据。存储器通常被制成一或多个阵列的个别存储单元。所述存储单元经配置以保留或存储呈至少两个不同可选择状态的信息。在二进制系统中，所述状态被视为“0”或“1”。在其它系统中，至少一些个别存储单元可经配置以存储两个以上电平或状态的信息。
集成电路制造持续努力生产较小及较密集的集成电路。因此，可用于在一对电极之间具有可编程材料的结构中的存储单元已引起极大关注；其中所述可编程材料具有两个或两个以上可选电阻状态以能够存储信息。此类存储单元的实例是电阻RAM(RRAM)单元、相变RAM(PCRAM)单元及可编程金属化单元(PMC)—其可替代地称为导电桥接RAM(CBRAM)单元、纳米桥存储单元或电解质存储单元。所述存储单元类型并不互斥。举例来说，RRAM可被视为涵盖PCRAM及PMC。额外实例存储器包含铁电存储器、磁性RAM(MRAM)及自旋转矩RAM。
上述类型的可编程存储单元可为高度可缩放且因此适用于未来存储器的产生。然而，当试图利用此类存储单元时遇到问题。例如，所述存储单元可能“泄漏”；且因此可与选择装置配对以便更好地控制电流流动到存储单元及从存储单元流出。
图1中展示实例现有技术存储器阵列1。存储器阵列1包括多个存储器单元2，每一单元包含存储单元3及选择装置4。存储器单元2插入于行6(也称为字线或存取线)与列5(也称为位线或感测线)之间的交叉点处。在每一存储器单元2中，存储单元3具有连接到字线6的第一端子及连接到选择装置4的第二端子。选择装置4具有连接到位线5的第二端子。
选择装置可被视为可切换组件(或切换组件)，这是因为其可使电路从“断开”配置切换到“闭合”配置。可通过闭合相邻切换组件同时在字线与位线之间产生电压差而选择个别存储单元。
期望开发改进的切换组件，且在一些方面中开发适合用作选择装置的改进的切换组件。
附图说明
图1示意地说明实例现有技术存储器阵列。
图2以曲线图说明具有突返特性的实例实施例组件的电流(I)与电压(V)之间的关系；且图2A展示来自图2的曲线图的扩展区域。
图3概略地说明并入到存储器单元中的实例实施例切换组件。
图4概略地说明并入到存储器单元中的另一实例实施例切换组件。
图5概略地说明并入到存储器单元中的另一实例实施例切换组件。
图6A到E概略地说明一系列实例实施例切换组件。
图7A到E概略地说明另一系列实例实施例切换组件。
图8A到E概略地说明另一系列实例实施例切换组件。
图9A到E概略地说明另一系列实例实施例切换组件。
图10A到E概略地说明另一系列实例实施例切换组件。
图11A及B概略地说明另一系列实例实施例切换组件。
具体实施方式
一些实施例包含在一对电极之间包括半导体材料的切换组件。所述半导体材料可为(例如)硅；及在一些实施例中可掺杂有氮、氧、锗及碳中的一或多者。本文中所描述的切换组件的优点在于此类组件可具有包含突返电压行为的电流对电压特性。
图2以曲线图说明展现突返电压行为的实例实施例装置的电流(I)对电压(V)。具体来说，流过装置的正电流随着正电压增加而沿着第一路径10增加直到实现足够电压以使所述装置跳到第二路径12。所说明的装置是对称，因此路径10及12也利用负电压及负电流彼此互换。以双头箭头14概略地说明突返电压型态。
图2的装置从路径12转变回到路径10时的电压可不同于所述装置从路径10转变到路径12时的电压，如图2A中所展示。具体来说，图2A利用虚线轨迹15概略地说明实例装置的电流对电压行为。所述轨迹包括沿着第一路径10且接着在阈值电压17处跳到第二路径12的区域16。随后，在电压下降期间所述轨迹跟随第二路径12向下直到达到保持电压18，所述轨迹在所述保持电压处跳回到第一路径。突返电压可定义为保持电压18与阈值电压17之间的电压差。
展现图2及2A的突返行为的切换组件可有利地用作存储器单元中的选择装置。具体来说，切换组件可展现行为使得选定存储单元将具有远高于相邻的非选定存储单元的电流，这相对于常规系统可改进存取时间及/或改进可靠性。
参考图3到11描述一些实例实施例切换组件。
参考图3，图中展示存储器阵列20的区域，其包括电耦合到位线5及存储单元3的切换组件22。因此，所述切换组件经配置以用作上文参考图1所描述的类型的选择装置4。
切换组件22包括一对电极30及32，及介于所述电极之间的选择器区域34。
电极30及32可分别称为第一电极及第二电极。电极30及32分别包括电极组合物31及33。此类电极组合物可彼此相同或可彼此不同。
在一些实施例中，所述电极中的一或两者可包括碳(单独地或与氮组合)、基本上由碳组成(单独地或与氮组合)或由碳组成(单独地或与氮组合)。如果存在氮，那么其存在可小于或等于约75原子百分比。
在一些实施例中，所述电极中的一或两者可包括与氮组合的Ta、Ti及W中的一或多者。所述氮的存在可小于或等于约75原子百分比。在一些实施例中，所述电极中的一或两者可包括TaN、TiN及WN中的一或多者(与O、C及Al中的一或多者组合)、基本上由TaN、TiN及WN中的一或多者组成(与O、C及Al中的一或多者组合)或由TaN、TiN及WN中的一或多者组成(与O、C及Al中的一或多者组合)。化学式TaN、TiN及WN用于指示元素组成，而非指示任何特定化学计量。
选择器区域34包括选择器材料35。此材料包含半导体且在一些实施例中可包括掺杂有氮、氧、锗及碳中的一或多者的硅、基本上由掺杂有氮、氧、锗及碳中的一或多者的硅组成或由掺杂有氮、氧、锗及碳中的一或多者的硅组成。在其中选择器材料包括掺杂有氮及/或氧的硅的实施例中，掺杂剂的总浓度可在从大于0原子百分比到约10原子百分比的范围内。在其中选择器材料包括掺杂有碳及锗中的一或两者的硅的实施例中，掺杂剂的存在可为在从大于0原子百分比到约50原子百分比的范围内的总浓度(且在一些实施例中可存在于在从大于约一原子百分比到约50原子百分比的范围内)。
选择器材料35包括厚度“T”；其在一些实施例中可在从约到约的范围内。可期望材料35经保持为相对薄，只要存在足够的所述材料以用于所要切换特性。切换组件22可具有更好缩放性以在装置保持紧凑时进行更高水平的集成；且所述切换组件可进一步在其保持紧凑时具有更好耐久性(例如，对倾斜的易感性较低)。在一些实施例中，发现到：在本文所描述的切换装置中，掺杂硅(例如，掺杂有氮及/或氧、碳及锗中的一或多者的硅)的相对较薄层可匹配未掺杂硅的较厚层的性能特性。
在所展示的实施例中，选择器区域34包括单一均质选择器材料35，其直接接触电极30及32中的每一者。在其它实施例(例如，下文参考图4及5所论述的实施例)中，所述选择器区域可包括两种或两种以上不同材料。
图6A、7A、8A、9A及10A中展示仅具有单一均质选择器材料34的一些实例切换组件22。在此类实施例中所展示的电极30及32可包括上述电极组合物中的任何者。例如，在一些实例实施例中，所述电极可包括碳、基本上由碳组成或由碳组成。
参考图4，图中展示存储器阵列20a的区域，其包括电耦合到位线5及存储单元3的切换组件22a。因此，所述切换组件经配置以用作上文参考图1所描述的类型的选择装置4。
切换组件22a包括电极30及32，且包括介于所述电极之间的选择器区域34a。
电极30及32可包括上文参考图3所论述的相同电极组合物。
选择器区域34a包括交替的材料40及42。在一些实施例中，材料40及42可分别称为第一材料及第二材料。所述材料中的至少一者包括半导体，且此材料可包括上文关于图3的材料35所论述的任何组合物。
图6B、6C、7B、7C、8B、8C、9B、9C、10B及10C中展示具有具备交替的第一材料40及第二材料42的选择器区域34a的切换组件22a的一些实例实施例。
图6B及6C的实施例展示：在一些实施例中，材料40及42中的一者可由硅组成或基本上由硅组成；而另一者包括掺杂有氮的硅。在一些实施例中，所述硅可直接抵靠电极，且在其它实施例中，所述掺杂有氮的硅可直接抵靠电极。在一些实施例中，掺杂有氮的硅可包括浓度在从大于0原子百分比到小于或等于约10原子百分比的范围内的氮。
图7B及7C的实施例展示：在一些实施例中，材料40及42中的一者可由硅组成或基本上由硅组成；而另一者包括掺杂有氧的硅。在一些实施例中，所述硅可直接抵靠电极，且在其它实施例中，所述掺杂有氧的硅可直接抵靠电极。在一些实施例中，掺杂有氧的硅可包括浓度在从大于0原子百分比到小于或等于约10原子百分比的范围内的氧。
图8B及8C的实施例展示：在一些实施例中，材料40及42中的一者可由硅组成或基本上由硅组成；而另一者包括掺杂有锗的硅。在一些实施例中，所述硅可直接抵靠电极，且在其它实施例中，所述掺杂有锗的硅可直接抵靠电极。在一些实施例中，掺杂有锗的硅可包括浓度在从大于或等于约一原子百分比到小于或等于约50原子百分比的范围内的锗。
图9B及9C的实施例展示：在一些实施例中，材料40及42中的一者可由硅组成或基本上由硅组成；而另一者包括掺杂有碳的硅。在一些实施例中，所述硅可直接抵靠电极，且在其它实施例中，所述掺杂有碳的硅可直接抵靠电极。在一些实施例中，掺杂有碳的硅可包括浓度在从大于或等于约一原子百分比到小于或等于约50原子百分比的范围内的碳。
图10B及10C的实施例展示：在一些实施例中，材料40及42中的一者可包括硅(其可或可未掺杂有氮、氧、锗及碳中的一或多者)；而另一者包括氧(其可包括选自由以下各物组成的群组的一或多个氧化物：氧化铪、氧化锆、氧化锶、氧化钛及氧化镧)。在一些实施例中，所述硅可直接抵靠电极，且在其它实施例中，所述氧化物可直接抵靠电极。
图4的选择器材料40及42经展示以包括厚度T1及T2；其在一些实施例中可在从约到约的范围内。在一些实施例中，对应于图10B及10C的氧化物的材料可具有从约到约的厚度，而图6到9的其它材料可具有从约到约的厚度。尽管材料40的两个区段经展示为彼此具有相同厚度，但在其它实施例中，所述区段中的一者可具有不同于另一者的厚度。此外，尽管材料42经展示为具有不同于材料40的厚度，但在其它实施例中，材料42可具有约与材料40相同的厚度。
图4的实施例可被视为构造的实例，在所述构造中选择器区域包括布置成第一材料/第二材料/第一材料的配置的第一材料及第二材料的堆叠。相反，图5说明具有选择器区域34b的切换组件22b，选择器区域34b具有包括第一材料/第二材料/第一材料/第二材料/第一材料的较大堆叠。在其它实施例中，可利用除图4及5中所展示的堆叠之外的其它堆叠。
图5的材料40及42可为与上文参考图4所描述的材料相同的材料；且图6D、6E、7D、7E、8D、8E、9D、9E、10D及10E说明图5的选择器区域34b的一些实例配置。
在一些实施例中，切换组件可经形成以包括上文图3到10中所描述的类型的多个构造，其中所述构造堆叠于彼此的顶部上。例如，图11A及B说明具有电极50到52及60到63且在所述电极之间包括半导体材料34的实例切换组件22c及22d。在所说明的配置中，半导体材料包括掺杂有氮、氧、锗及碳中的一或多者的硅。尽管展示贯穿所述构造利用相同的半导体材料34，但在其它实施例中可利用不同的半导体材料。电极50到52及60到63可包括上文关于图3的电极30及32所描述的任何组合物。
上文所论述的电子装置可并入到电子系统中。此类电子系统可用于(例如)存储器模块、装置驱动器、功率模块、通信模块、处理器模块及特定应用模块中，且可包含多层、多芯片模块。所述电子系统可为广泛范围的系统中的任何者，例如(例如)时钟、电视、移动电话、个人计算机、汽车、工业控制系统、飞机等等。
除非另有说明，否则可以任何适当方法(现已知或仍待开发，包含(例如)原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等等)形成本文中所描述的各种材料、物质、组合物等等。
图式中的各种实施例的特定定向仅为说明的目的，且在一些应用中可相对于所展示的定向旋转所述实施例。本文中提供的描述及所附权利要求书涉及在各种特征之间具有所描述的关系的任何结构，而与所述结构是否处于图式的特定定向或是否相对于此定向旋转无关。
附图说明的横截面视图仅展示所述横截面的平面内的特征，而并未展示在所述横截面的平面后面的材料，从而简化图式。
当结构在上文中被称为“在”另一结构“上”或“抵靠”另一结构时，其可直接位于另一结构上或也可存在介入结构。相反地，当结构被称为“直接在”另一结构“上”或“直接抵靠”另一结构时，不存在介入结构。当结构被称为“连接”或“耦合”到另一结构时，其可直接连接或耦合到另一结构，或可存在介入结构。相反地，当结构被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一结构时，不存在介入结构。
一些实施例包含在一对电极之间包括选择器区域的切换组件。所述选择器区域包括掺杂有氮、氧、锗及碳中的一或多者的硅。
一些实施例包含切换组件，其包括第一电极、位于所述第一电极上方的选择器区域及位于所述选择器区域上方的第二电极。所述选择器区域包括交替的第一材料及第二材料的堆叠，其中所述第一材料及所述第二材料中的至少一者包括半导体。
一些实施例包含存储器单元，其包括存储单元及电耦合到所述存储单元的选择装置。所述选择装置包括一对电极之间的选择器区域。所述选择器区域包括掺杂有氮、氧、锗及碳中的一或多者的半导体；且所述选择装置具有包含突返电压行为的电流对电压特性。
在遵循法规的情况下，已使用或多或少专用于结构性特征及方法特征的语言描述本文中所揭示的标的物。然而，应理解，权利要求书并未受限于所展示及所描述的特定特征，这是因为本文中所揭示的手段包括实例实施例。权利要求书因此被赋予如字面措辞的全部范围且应根据等效物的规定加以适当解释。
Claims (13)
1.一种切换组件，其包括位于一对电极之间的选择器区域；所述选择器区域包括掺杂有总浓度在从大于0原子百分比到10原子百分比的范围内的氮的硅；
其中所述选择器区域包括交替的第一材料及第二材料的堆叠，其中所述第一材料由硅组成且所述第二材料中是掺杂有浓度在从大于0原子百分比到10原子百分比的范围内的氮的硅；并且
其特征在于所述选择器区域包括直接抵靠所述电极中的每一者的所述第一材料及所述第二材料中的一者。
2.根据权利要求1所述的切换组件，其中所述选择器区域包括直接抵靠所述电极中的每一者的所述第一材料。
3.根据权利要求2所述的切换组件，其中所述堆叠包括第一材料，第二材料，第一材料。
4.根据权利要求2所述的切换组件，其中所述堆叠包括第一材料，第二材料，第一材料，第二材料，第一材料。
5.根据权利要求1所述的切换组件，其中所述选择器区域包括直接抵靠所述电极中的每一者的所述第二材料。
6.根据权利要求5所述的切换组件，其中所述堆叠包括第二材料，第一材料，第二材料。
7.根据权利要求5所述的切换组件，其中所述堆叠包括第二材料，第一材料，第二材料，第一材料，第二材料。
8.根据权利要求1所述的切换组件，其中所述电极中的至少一者包括与氮组合的Ta、Ti及W中一或多者。
9.根据权利要求1所述的切换组件，其中所述电极两者均包括碳。
10.根据权利要求1所述的切换组件，其中所述电极中的至少一者由碳及氮组成。
11.根据权利要求1所述的切换组件，其中所述选择器区域是直接接触所述对电极中的每一电极的单一均质材料。
12.根据权利要求1所述的切换组件，其中所述选择器区域包括两种或更多种不同材料。
13.一种存储器单元，其包括：
存储单元；及
选择装置，其电耦合到所述存储单元；所述选择装置为根据权利要求1所述的切换组件。
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