CN115148901A

CN115148901A - 具有受限丝状体的电阻切换存储器及其方法

Info

Publication number: CN115148901A
Application number: CN202111537928.XA
Authority: CN
Inventors: S·纳拉亚南; 甘为辰; N·小瓦斯克斯; 李伟提
Original assignee: Crossbar Inc
Current assignee: Xinyuan Semiconductor Shanghai Co ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2022-10-04
Also published as: US20220320432A1; US11997932B2

Abstract

提供了具有基于细丝的切换机制的电阻切换存储单元。通过示例，公开了具有被限制到单元的芯的电阻丝的电阻切换存储单元。在其他示例中，公开了用于制造电阻切换存储单元以将形成在电阻切换存储单元中的导电细丝限制到单元的芯的中心部分的方法。

Description

具有受限丝状体的电阻切换存储器及其方法

相关申请的交叉引用

2014年12月31日提交的标题为“两端存储器的选择器装置(SELECTOR DEVICE FORTWO-TERMINAL MEMORY)”的美国专利第9,425,237号、2017年3月24日提交的标题为“使用铝作为蚀刻止层(USING ALUMINUM AS ETCH STOP LAYER)”的美国专利第10,873,023号、2017年4月5日提交的标题为“用于介电块层的衬层(LINER LAYER FOR A DIELECTRIC BLOCKLAYER)”的美国专利第10,522,754号以及2017年4月13日提交的标题为“包括介电块层材料的存储堆叠体内衬”的美国专利第10,749,110号均通过引用各自整体并入本文并用于所有目的。

技术领域

本公开的实施例涉及电子存储器结构；例如，各种实施例公开了用于制造电阻切换存储器结构的装置和方法。

背景技术

电阻切换存储器代表了集成电路技术领域内的最新创新。尽管大部分电阻切换存储器处于开发阶段，但发明人已经论证了电阻切换存储器的各种技术概念，并且各种技术概念处于一个或多个验证阶段以证明或反驳相关理论或技术。发明人相信电阻切换存储器技术显示出令人信服的证据来证明其在半导体电子工业中与竞争技术相比具有实质性优势。

发明人相信电阻切换存储单元可以被配置为具有电阻值不同的多个状态。例如，对于一位单元，电阻切换存储单元可以被配置为以相对低电阻状态存在，或者，以相对高电阻状态存在。多位单元可能具有各个电阻彼此不同并且与相对低电阻状态和相对高电阻状态不同的附加状态。电阻切换存储单元的不同电阻状态代表不同的逻辑信息状态，便于数字存储操作。因此，发明人相信许多这样的存储单元的阵列可以提供许多位的数字存储器存储。

发明人已经成功地诱导电阻切换存储器响应于外部条件而进入一种或另一种电阻状态。因此，在晶体管用语中，施加或去除外部条件可以用于对存储器进行编程或去除编程(例如，擦除)。此外，根据物理构成和电气布置，电阻切换存储单元通常可以保持编程或去除编程状态。根据存储器单元装置的特性，保持状态可能需要满足其他条件(例如，存在最小工作电压、存在最小工作温度等)或不满足条件。

发明人已经提出了实际利用电阻切换技术以包括基于晶体管的存储器应用的若干提议。例如，电阻切换元件通常被理论化为可行的替代品，至少部分是用于数字信息的电子存储的金属氧化物半导体(MOS)型存储器晶体管。与非易失性FLASH MOS型晶体管相比，电阻切换存储器装置的模型提供了一些潜在技术优势。

鉴于上述，发明人期望有新的机构来处理半导体晶片，特别是处理一个或多个半导体晶片内的电阻存储器结构，并且征服发明人遇到的本领域当前的挑战。

发明内容

下面给出了本主题公开的简化概述，以便提供对本文描述的一些方面的基本理解。该概述不是所公开主题的广泛概述。它既不旨在识别所公开主题的重要或关键要素，也不旨在描绘主题创新的范围。其唯一目的是以简化形式呈现所公开主题的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的前序。

本公开的实施例提供具有基于细丝的切换机制的电阻切换存储单元。此外，这些电阻切换存储单元可以具有被限制到单元的芯的电阻丝。在实施例中，公开了用于制造这种电阻切换存储单元的方法。

在实施例中，提供一种用于制造电阻切换装置的方法。该方法可以包括提供在覆盖装置的基板的介电材料内形成的底部电极以及形成覆盖底部电极和介电层并与底部电极和介电层接触的导电层。此外，该方法可以包括：形成覆盖导电层的第一电阻切换层，其中第一电阻切换层是电阻材料；以及蚀刻第一电阻切换层中的间隙并且将导电层的一部分暴露于该间隙。此外，该方法可以包括：沉积第二电阻切换层，产生第二电阻切换层中的第二间隙，第二电阻切换层共形地(conformally)覆盖第一电阻切换层和导电层的由间隙暴露的部分，其中第二电阻切换层被配置为允许导电粒子在第二电阻切换层内的扩散。另外，该方法可以包括形成覆盖第二电阻切换层并填充第二间隙的顶部电极，其中顶部电极包括导电粒子并且响应于施加到电阻切换装置的电激励提供用于在第二电阻切换层内扩散的导电粒子。除了前述外，该方法可以包括：形成覆盖顶部电极的可选阻挡层和覆盖顶部电极和可选阻挡层的硬掩模材料；形成并图案化覆盖硬掩模材料的光刻胶；以及蚀刻硬掩模、可选阻挡层、顶部电极、第二电阻切换层和第一电阻切换层，形成分立电阻切换装置。

在另一实施例中，本主题公开提供一种形成电阻切换装置的方法。该方法可以包括：形成覆盖底部电极并与底部电极和底部电极所位于的介电层物理接触的导电金属层，其中底部电极和介电层覆盖基板；以及在导电层的上方形成具有第一厚度的切换层，其中切换层包括至少部分可渗透导电粒子的电阻切换材料。此外，该方法可以包括：形成覆盖切换层的阻挡层，该阻挡层阻挡导电粒子在其中的渗透性；蚀刻阻挡层中的间隙并将切换层的一部分暴露于间隙，并以第二蚀刻来蚀刻切换层的暴露于阻挡层中的间隙的部分；以及使切换层的该部分具有小于切换层的第一厚度的第二厚度。另外，该方法可以包括形成覆盖并接触阻挡层和电阻切换层的该部分这两者的顶部电极，以及以第三蚀刻来蚀刻顶部电极、阻挡层和切换层以形成分立电阻切换装置。

在又一实施例中，该方法可以包括制造电阻切换装置。该方法可以包括：在位于半导体基板的介电层内的底部电极上形成导电层；以及形成覆盖导电层并与导电层物理接触的切换层，其中切换层包括至少部分可渗透导电粒子的电阻材料。该方法还可以包括：形成覆盖切换层并与切换层物理接触的顶部电极层，其中顶部电极层提供响应于施加跨越底部电极和顶部电极的电激励而漂移到切换层中的导电粒子；以及形成覆盖顶部电极层的覆盖层。该方法还可以包括蚀刻覆盖层、顶部电极层和切换层以形成分立电阻切换装置，其中蚀刻包括化学蚀刻至少切换层以产生蚀刻的切换层的湿蚀刻部分。除了前述外，该方法可以包括钝化蚀刻的切换层或蚀刻的顶部电极层的周边直至电阻切换装置内的一定深度以及形成围绕电阻切换装置的芯的钝化壳，其中钝化壳的电阻高于切换层的电阻材料，并且钝化壳对导电粒子的渗透性低于切换层的电阻材料。

以下描述和附图阐述了本说明书的某些说明性方面。然而，这些方面仅指示可以采用本说明书的原理的各种方式中的几种。当结合附图考虑时，本说明书的其他优点和新颖特征将从说明书的以下详细描述中变得显而易见。

附图说明

参考附图描述了本发明的多个方面或特征，其中相同的附图标记始终用于指代相同的元件。在本说明书中，阐述了许多具体细节以提供对本公开的透彻理解。然而，应当理解，本主题公开的某些方面可以在没有这些具体细节的情况下实践，或者用其他方法、组件、材料等来实践。在其他情况下，公知的结构和装置以框图形式示出以便于描述主题公开。

图1描绘了根据一个或多个公开的实施例的示例电阻存储单元沉积的框图；

图2至图7示出了沉积图1的示例电阻存储单元的步骤的框图；

图8描绘了在实施例中用于形成具有被限制在装置的芯附近的丝状体的电阻存储单元的示例蚀刻的框图；

图9示出了在一个实施例中，公开的电阻存储单元的示例丝状体的框图；

图10描绘了在另外的实施例中用于电阻存储单元的下层的示例沉积的框图；

图11示出了根据另外的公开实施例的示例中央阻挡层蚀刻的框图；

图12描绘了在一些实施例中通过图11的中央阻挡层蚀刻暴露的中央切换层的处理工艺的框图；

图13示出了根据其他实施例的覆盖阻挡层和图12的中央切换层的顶部电极沉积的框图；

图14描绘了在另外的实施例中，覆盖激活的中央切换层的上层沉积的框图；

图15示出了在一个实施例中，用于形成分立电阻装置的电阻存储单元蚀刻的框图；

图16描绘了根据本公开的另外的实施例的电阻存储单元的示例沉积的框图；

图17示出了在实施例中用于图16的沉积的示例蚀刻的框图；

图18描绘了在另外的实施例中电阻切换丝状体的示例钝化侧壁和非钝化芯的框图；

图18A、18B和18C描绘了在一些实施例中电阻切换装置的示例钝化的框图；

图18D、18E和18F描绘了根据替代或附加实施例的电阻切换装置的样本钝化的框图；

图19示出了在各实施例中制造电阻切换装置的示例方法的流程图；

图20描绘了根据附加实施例的制造电阻切换装置的样本方法的流程图；

图21描绘了根据另外的实施例的制造电阻切换装置的示例方法的流程图；

图22示出了根据本公开的实施例的示例电子操作环境的框图；

图23描绘了用于实现在此呈现的一个或多个公开的实施例的示例计算环境的框图。

具体实施方式

顾名思义，两端子电阻切换装置具有两个端子或电极。在本文中，术语“电极”和“端子”可互换使用；此外，两端子电阻切换装置包括非易失性两端子存储器装置以及易失性两端子切换装置。通常，两端子电阻切换装置的第一电极被称为“顶部电极”(TE)，两端子电阻切换装置的第二电极被称为“底部电极”(BE)，尽管应当理解，两端子电阻切换装置的电极可以根据任意合适的布置，包括水平布置，其中存储单元的部件(基本上)并排而不是彼此重叠。在两端子电阻切换装置的TE和BE之间通常有界面层，有时也称为切换层、电阻切换介质(RSM)或电阻切换层(RSL)；此类装置不限于这些层，然而，如本文公开的、在通过引用并入本文的或合并的出版物中公开的，如本领域一般理解和利用的、或通过本文提供的上下文及其对本领域一般理解的补充或合并的出版物合理地传达给本领域普通技术人员的，一个或多个阻挡层、粘附层、离子传导层、种子层、粒子源层等可以被包括在与这种装置的适当操作一致的TE、BE或界面层之间或与其中的一个或多个相邻。

一般而言，存储单元的组成可以随装置不同而不同，所述装置具有被选择来实现所需的特性(例如，化学计量/非化学计量、易失性/非易失性、开/关电流比、切换时间、读取时间、存储持久性、编程/擦除周期等)的不同的部件、材料或沉积工艺。基于细丝的装置的一个示例可以包括：导电层，例如金属、金属合金、金属氮化物(例如，包括TiN、TaN、TiW或其他合适的金属化合物)；可选界面层(例如，掺杂的p型(或n型)硅(Si)承载层(例如，p型或n型Si承载层、p型或n型多晶硅、p型或n型多晶SiGe等))；电阻切换层(RSL)；以及能够被电离的含活性金属层。在合适的条件下，含活性金属层可以向RSL提供形成细丝的离子。在这样的实施例中，导电细丝(例如，由离子形成)可以通过RSL的至少一个子集促进导电性，并且作为一个示例，可以通过细丝和导电层之间的隧穿电阻来确定基于细丝的装置的电阻。具有这样的特性的存储单元可以被描述为基于细丝的装置。

RSL(其在本领域中也可称为电阻切换介质(RSM))可以包括例如含非掺杂非晶Si层、具有本征特性的半导体层、化学计量的或非化学计量的氮化硅(例如，SiN、Si₃N₄、SiN_x等)、Si亚氧化物(例如，SiO_x，其中x的值在0.1和2之间)、Si亚氮化物、金属氧化物、金属氮化物、非化学计量的硅化合物等。适合于RSL的材料的其他示例可以包括Si_xGe_yO_z(其中x、y和z分别是合适的正数)、硅氧化物(例如，SiO_N，其中N是合适的正数)、氮氧化硅、非掺杂非晶Si(a-Si)、非晶SiGe(a-SiGe)、TaO_B(其中B是合适的正数)、HfO_C(其中C是合适的正数)、TiO_D(其中D是合适的数)、Al₂O_E(其中E是合适的正数)等、氮化物(例如，AlN、SiN)、或其合适的组合。

在一些实施例中，用作非易失性存储器装置(非易失性RSL)的一部分的RSL可以包括相对大量(例如，与易失性选择器装置相比)的材料空隙或缺陷以捕获RSL内的中性金属粒子(例如，在低电压下)。大量空隙或缺陷可促进形成厚的、稳定的中性金属粒子的结构。在这种结构中，这些被捕获的粒子可以在没有外部激励(例如，电力)的情况下将非易失性存储器装置保持在低电阻状态，从而实现非易失性操作。在其他实施例中，用于易失性选择器装置(易失性RSL)的RSL可以具有非常少的材料空隙或缺陷来捕获粒子。由于捕获粒子的空隙/缺陷很少，因此在这种RSL中形成的导电细丝可以非常细(例如，根据场强度、粒子材料或RSL材料、或前述的适当组合，为一至几个粒子宽度)，并且在没有适当高的外部激励(例如，电场、电压、电流、焦耳热、或其适当组合)的情况下不稳定。此外，粒子可以选择为具有高表面能和在RSL内有良好扩散性。这使得导电细丝能够响应于合适的激励而快速形成，但是例如也响应于低于变形量级的外部激励(其可以低于与形成挥发性导电细丝相关联的外部激励的形成量级，例如响应于流过选择器装置的电流；参见全部内容通过引用并入本文并用于所有目的的美国专利No.9,633,724B2)很容易变形。请注意，用于选择器装置的易失性RSL和导电细丝可以具有与用于非易失性存储器装置的导电细丝和非易失性RSL不同的电特性。例如，其中，选择器装置RSL可以具有更高的材料电阻，并且可以具有更高的开/关电流比。

其中，用于基于细丝的存储单元的含活性金属层可以包括：银(Ag)、金(Au)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)或其他合适的钛化合物、镍(Ni)、铜(Cu)、铝(Al)、铬(Cr)、钽(Ta)、铁(Fe)、锰(Mn)、钨(W)、钒(V)、钴(Co)、铂(Pt)、铪(Hf)和钯(Pd)。其他合适的导电材料，以及化学计量的或非化学计量的：化合物、氮化物、氧化物、合金，前述或类似材料的混合物或组合，可用于本主题公开的一些方面中的含活性金属层。此外，在至少一个实施例中，非化学计量的化合物，例如非化学计量的金属氧化物/氧金属或氮金属/金属氮化物(例如，AlO_x、AlN_x、CuO_x、CuN_x、AgO_x、AgN_x等，其中x是合适的正数或数范围，例如：0<x<2、0<x<3、0<x<4或其他数字/数字范围，取决于金属化合物，其对于不同的非化学计量的化合物可以具有不同的值)或其他合适的金属化合物可用于含活性金属层。

在一个或多个实施例中，所公开的丝状电阻切换装置可以包括活性金属层，该活性金属层包含选自由TiN_x、TaN_x、AlN_x、CuN_x、WN_x和AgN_x组成的组中的氮金属，其中x为可以随氮金属材料不同而不同的正数(或数范围)。在另外的实施例中，活性金属层可以包含选自由TiO_x、TaO_x、AlO_x、CuO_x、WO_x和AgO_x组成的组中的氧金属，其中x为可以同样随氧金属材料不同而不同的正数(或数范围)。在另外的实施例中，活性金属层可以包含选自由TiO_aN_b、AlO_aN_b、CuO_aN_b、WO_aN_b和AgO_aN_b组成的组中的氮氧金属，其中a和b是合适的正数/数范围。所公开的丝状电阻切换装置可以进一步包括切换层，该切换层包含选自由SiO_y、AlN_y、TiO_y、TaO_y、AlO_y、CuO_y、TiN_x、TiN_y、TaN_x、TaN_y、SiO_x、SiN_y、AlN_x、CuN_x、CuN_y、AgN_x、AgN_y、TiO_x、TaO_x、AlO_x、CuO_x、AgO_x和AgO_y组成的组中的切换材料，其中x和y是正数(或范围)，y大于x。在本发明的实施例的范围内设想和考虑上述的各种组合。

在一个示例中，所公开的丝状电阻切换装置包括包含化学计量或非化学计量的金属化合物(或混合物)的粒子施主层(particle donor layer)(例如，含活性金属层)以及电阻切换层。在该示例的一个替代实施例中，粒子施主层包括氮金属：MN_x，例如AgN_x、TiN_x、AlN_x等，并且电阻切换层包括氮金属：MN_y，例如AgO_y、TiO_y、AlO_y等，其中y和x是正数(或范围)，并且在某些情况下y大于x。在该示例的替代实施例中，粒子施主层包括氧金属：MO_x，例如AgO_x、TiO_x、AlO_x等，并且电阻切换层包括氧金属：MO_y，例如AgO_y、TiO_y、AlO_y等，其中y和x是正数(或范围)，并且在某些情况下y大于x。在又一替代方案中，粒子施主层的金属化合物为MN_x(例如AgN_x、TiN_x、AlN_x等)，并且电阻切换层选自由MO_y(例如AgO_y、TiO_y、AlO_y等)和SiO_y组成的组，其中x和y通常是非化学计量值，或在又一实施例中，反之亦然。

如本文中所用，代表化合物或混合物中一种元素相对于另一种(或其他)元素的值或比率的变量x、y、a、b等可以具有适合于各化合物/混合物的不同的值(或范围)，并不旨在表示化合物之间的相同或相似的值或比率。混合物可以指其中含有游离元素的非化学计量材料(例如，富含金属的氮化物或氧化物(具有游离金属原子的金属氧化物/氮化物)、贫金属氮化物或氧化物(具有游离氧/氮原子的金属氧化物/氮化物))以及不形成本领域所理解的传统化学计量化合物的元素的其他组合。与本主题公开的实施例有关的一些细节可以在以下授权给本专利申请的受让人的美国专利申请中找到：2007年10月19日提交的申请号11/875,541和2009年10月8日提交的申请号12/575,921；除了通过引用在其他地方并入本文的专利申请之外，前述专利申请中的每一个均通过引用以其各自的整体并入本文并用于所有目的。

应当理解，本文中的各种实施例可以利用具有不同物理特性的各种存储单元技术。例如，不同的电阻切换存储单元技术可以具有不同的分立可编程电阻、不同的关联编程/擦除电压以及其他差异化特性。例如，本主题公开的各种实施例可以采用双极切换装置，其对第一极性的电信号表现出第一切换响应(例如，编程到一组程序状态中的一个)并对第二极性的电信号表现出第二切换响应(例如，擦除到擦除状态)。例如，双极切换装置与响应于具有相同极性和不同幅度的电信号表现出第一切换响应(例如，编程)和第二切换响应(例如，擦除)这两者的单极装置对比。

在各种实施例中，基于细丝的电阻切换装置可以以双极方式操作，响应于不同极性(或方向、能量流、能量源方向等)外部激励而不同地表现。对于易失性的基于细丝的选择器装置，作为说明性示例，响应于超过第一阈值电压(或电压组)的第一极性激励，丝状选择器装置可以从第一电阻状态改变到第二电阻状态。此外，响应于超过第二阈值电压的第二极性激励，丝状选择器装置可以从第一状态改变到第三状态。在一些实施例中，第三状态可以与第一状态基本相同，具有相同或相似的可测量的不同特性(例如，电导率等)，具有相同或相似的阈值激励大小(尽管极性或方向相反)等。在其他实施例中，第三状态可以不同于第二状态，无论是在可测量的特性方面(例如，与正向极性相比，响应于反向极性的不同电导率值)还是在与转换离开第一状态相关的阈值激励方面(例如，与转换到第三状态所需的负电压的大小相比，转换到第二状态所需的正电压的不同的大小)。

对于非易失性的基于细丝的存储单元的双极操作，响应于施加在存储单元上的合适的编程电压，通过非易失性RSL，导电路径或细丝形成。特别地，在施加编程电压时，金属离子从含活性金属层产生并迁移到非易失性RSL层中。金属离子可以占据非易失性RSL层内的空隙或缺陷位置。在一些实施例中，在去除偏置电压后，金属离子变成中性金属粒子并保持被困在非易失性RSL层的空隙或缺陷中。当足够多的粒子被捕获时，形成细丝并且存储单元从相对高电阻状态切换到相对低电阻状态。更具体地，被捕获的金属粒子通过非易失性RSL层提供导电路径或细丝，并且电阻通常由通过非易失性RSL层的隧穿电阻确定。在一些电阻切换装置中，可以实施擦除过程以使导电细丝变形，至少部分地使存储单元从低电阻状态返回到高电阻状态。更具体地，在施加擦除偏置电压时，被困在非易失性RSL的空隙或缺陷中的金属粒子变成移动离子并朝向活性金属层迁回。在存储器的背景中，这种状态变化可以与二进制位的各状态相关联。对于多个存储单元的阵列，存储单元的字、字节、页面、块等可以被编程或擦除以表示二进制信息的零或一，并且通过在有效存储二进制信息时随时间的推移保留这些状态。在各种实施例中，多级信息(例如，多个位)可以被存储在这样的存储单元中。

在没有针对本文的各个方面和实施例指定特定存储单元技术或编程/擦除电压的情况下，如本领域普通技术人员已知的或通过本文提供的上下文使普通技术人员已知的，这些方面和实施例旨在结合任何合适的存储单元技术并且由适合于该技术的编程/擦除电压操作。还应当理解，在替换不同的存储单元技术将需要本领域普通技术人员已知的电路修改或此类技术人员已知的操作信号电平的改变的情况下，包括被替代的存储单元技术或信号电平变化的实施例被认为在本主题公开的范围内。

如上所述，向两端存储器的电极中的一个施加编程电压(也称为“编程脉冲”)可以导致在界面层(例如，RSL)中形成导电细丝。按照惯例并且如本文中一般描述，TE接收编程脉冲并且BE接地(或保持在与编程脉冲相比较低的电压或相反的极性)，但这并不旨在限制所有实施例。相反，将“擦除脉冲”施加到电极中的一个(通常与编程脉冲相反极性的脉冲或与编程脉冲相反电极)可以破坏细丝的连续性，例如，通过将金属粒子或形成细丝的其他材料驱动返回活性金属源。这种导电细丝的特性及其存在与否影响两端子存储单元的电特性，例如，当存在导电细丝时，相对于不存在时，降低电阻和/或增加两端子之间的电导。

在编程或擦除脉冲之后，可以明确读脉冲。该读脉冲的幅度通常低于编程或擦除脉冲，并且通常不足以影响导电细丝和/或改变两端子存储单元的状态。通过向两端子存储器的电极中的一个施加读脉冲，当与预定阈值电流相比时测量的电流(例如，Ion)可以指示两端子存储单元的导电状态。阈值电流可以基于两端子存储器装置在不同状态(例如，高阻态电流；一个或多个低阻态的各个电流等)下的预期电流值来预先设定，适用于给定的两端子存储技术。例如，当已经形成导电细丝时(例如，响应于编程脉冲的施加)，单元的电导大于其他情况，并且响应于读脉冲读取的测量电流(例如，Ion)将更大。另一方面，当去除导电细丝时(例如，响应于施加擦除脉冲)，由于界面层具有相对较高的电阻，所以单元的电阻较高，因此单元的电导较低并且响应于读脉冲读取的测量电流(例如，Ioff)将更低。按照惯例，当形成导电细丝时，存储单元被称为处于“导通状态”且具有高电导。当导电细丝不存在时，存储单元被称为处于“截止状态”。处于导通状态或截止状态的存储单元可以逻辑地映射到二进制值，例如“1”和“0”。应当理解，在此使用的与单元的状态或相关联的逻辑二进制映射相关联的惯例并不旨在进行限制，因为可以结合所公开的主题使用包括相反惯例在内的其他惯例。结合单级单元(SLC)存储器来描述和说明本文详述的技术，但应理解，所公开的技术还可用于多级单元(MLC)存储器，其中单个存储单元可保留一组代表多位信息的可测量的不同状态。

通过将数字信息映射到两端子存储单元的非易失性电阻状态，数字信息可以存储在这种装置中。包含许多这些两端子存储单元的电子装置同样能够存储大量数据。高密度阵列被配置为对于给定面积的芯片空间包含尽可能多的存储单元，从而最大化存储芯片或芯片上系统装置的数据存储容量。

对于在晶片内的金属线的交叉处形成的两端子存储器(例如，纵横制阵列)，本公开的发明人认识到用于存储单元的布置的两种一般惯例。第一个惯例是1T1R存储器阵列，其中每个存储单元通过相关晶体管与周围电路的电效应(例如，电流，包括泄漏路径电流)隔离。第二个惯例是1TnR存储器阵列(n是大于1的正数)，其中一组多个存储单元通过一个(或多个)晶体管与周围电路的电效应隔离。在1T1R背景下，单个存储单元可以配置为在存储单元之间具有高电流抑制，从而显著降低1T1R存储阵列的泄漏路径电流。在1TnR背景下，在给定量的硅空间中具有高装置密度的许多单独存储单元可以连接到具有非常低的密度的单个晶体管。因此，1TnR背景促进了半导体芯片上的电阻存储单元的更高的位密度。

用于连接1T1R存储器阵列的一个示例机制包括与晶体管的漏极连接的两端子电阻存储器装置的第一端子。两端子电阻存储器装置的第二端子可以连接到1T1R存储阵列的位线。根据存储器阵列的擦除/编程条件，晶体管的源极接地或用作擦除或编程信号的源极。另一个示例机制涉及包括耦合到易失性两端子电阻切换装置的晶体管的三端子存储器。易失性RSD的第一端子连接到晶体管的栅极，易失性RSD的第二端子连接到电压源。当激活时，易失性RSD允许电荷在晶体管的栅极处积累，当停用时，可以捕获在晶体管栅极处积累的电荷。在本公开的范围内，可以使用其他电阻切换装置(RSD)电路。

概述

图1示出了根据本公开的各种实施例的示例电阻存储器装置沉积100的框图。电阻存储器装置沉积包括形成为覆盖嵌入介电层104内的分立底部电极102的层的导电底板106。在各种实施例中，导电底板106可以是任何合适的导电材料。示例包括掺杂的半导体材料(例如，适当掺杂的硅、多晶硅、硅锗等)以及导电金属、导电化合物、合金、混合物等。作为示例，导电底板106可以包括W、TiN、TaN等。在至少一个实施例中，导电底板106可以是具有平坦上表面的W金属，如图1的图示中的朝向(也参见，例如，通过引用并入本文的美国专利No.10,522,754)。

在一个或多个实施例中，导电底板106可以具有约

至约

范围内的厚度。如本文所用，术语“近似”、“大约”和其他相关术语在用于修改所公开结构的数字描述时指的是关于给定数字的合适范围，其将实现与针对所公开结构所描述的相同或相似的功能。在没有明确公开这些范围的情况下，可以暗示在本领域普通技术人员理解的典型制造公差内的范围。可替代地，在一些实施例中，可以暗示所述数字的1％至5％之间或1％至10％之间的范围，或在其他实施例中，可以暗示本领域普通技术人员将理解为适于实现所述功能和所公开的结构的特征的范围。用于定性(而不是定量)描述的相关术语可以被理解为暗示明确陈述的替代或变化、本领域理解的变化以实现针对特定组件或过程描述的功能或目的、或者前述的适当组合。

电阻存储器装置沉积100包括被构造成将形成在所得电阻切换存储器装置内的细丝定位到电阻切换存储器装置的芯(例如，靠近中心)的第一切换层(也可以称为牺牲切换层)108和第二切换层110。作为说明性对比，考虑具有与导电底板106接触的、导电粒子可渗透的单个电绝缘切换层的电阻存储器沉积的一般情况(例如，下文参见图3)。只要存在良好的导电性和电场强度，就可以通过电绝缘切换层形成导电粒子的细丝结构。在电绝缘切换层和导电底板106之间存在良好的表面连续性的情况下，通常满足该条件。对于图3的沉积，可以在切换层108和底板206的整个共享表面上观察到良好的表面连续性。然而，由于蚀刻工艺，对于这样的分立蚀刻装置(例如，下文参见图17)可能会出现问题，在该分立蚀刻装置的周边或外表面处具有表面杂质、化学蚀刻副产物等。例如，在分立蚀刻装置的周边形成近表面杂质或蚀刻副产物的细丝可能由于由蚀刻产生的表面或材料杂质而受损。受损的细丝会削弱切换装置的预期性能特性，在管芯(die)上的不同单元之间或晶片中的不同管芯之间产生不均匀性，降低单元寿命，防止正确的反向切换，导致短路或其他问题。本公开的实施例提供电阻切换装置和用于制造将丝状体限制在电阻切换装置的芯或中心的此类装置的手段(means)，其中材料更纯并且在切换装置的周边处的蚀刻影响减少了或对导电细丝没有影响。因此，这些实施例可以增强装置性能、均匀性和整体效力。

在各种实施例中，与第二切换层110相比，第一切换层108可以被构造为抵抗第一切换层108内的导电粒子的漂移或扩散(例如，第一切换层108内的导电粒子的一般渗透性)。例如，第一切换层108可以比第二切换层110在结构上更致密。提供这种设计以减轻或避免在第一切换层108内形成导电细丝，并将细丝限制到第二切换层110。在一个或多个实施例中，第一切换层108可以用原子层沉积工艺形成。作为一个示例，原子层沉积工艺可以针对第一电阻切换层108产生化学计量组分。在其他实施例中，第二切换层110可以形成为允许其中的导电粒子的漂移或扩散。在一个实施例中，第二切换层110可以由物理气相沉积工艺形成。作为另一示例，物理气相沉积工艺可以针对第二电阻切换层110产生非化学计量组分。在至少一个实施例中，第一切换层108和第二切换层110可以包括相同的材料。作为一个示例，但不是限制性的，第一切换层108可以包括化学计量形式的材料并且第二切换层110也可以包括非化学计量形式的材料。在其他实施例中，第一切换层108和第二切换层110可以部分地由不同的材料和部分地由共同的材料形成，或者可以完全由不同的材料形成。

如图1所示，第一切换层108中的间隙允许第二切换层110接触(或接近接触)导电底板106。通过利用导致在第二切换层110内优先形成导电细丝的材料或工艺，第一切换层108可以用作将丝状体限制到第二切换层110与导电底板106相邻的区域的边界或阻挡区域。因此，当从电阻存储器沉积100蚀刻电阻切换装置时(例如，下文参见图8和图9)，细丝将远离电阻切换装置的外部并且不会被装置蚀刻的副产物损坏。

除上述之外，电阻存储器沉积100包括覆盖第二切换层110的顶部电极-细丝施主层112。顶部电极-细丝施主层112可以是在第二切换层110(例如，活性金属层等)内形成导电细丝的导电粒子的源。此外，阻挡层114和可选的一个或多个附加层可以设置在顶部电极-细丝施主层112上，该一个或多个附加层可以包括粘附层、离子传导层、钝化层、扩散缓和层等。

图2至图7更详细地描绘了图1的电阻存储器沉积100。如图2所示，底板层206形成为覆盖底部电极102和介电层104。在各种实施例中，介电层104可以包括任何合适的非导电介电材料，例如硅材料、氧化硅材料等。底部电极102可包括导电材料，例如金属、导电金属化合物、金属合金、金属混合物等，或掺杂半导体等，或前述的适当组合。

参考图3，第一切换层308形成为覆盖底板层206。第一切换层308可以包括金属-氮材料、金属-氧材料、硅材料、硅化合物等。在一个实施例中，第一切换层308可以是上述任何一种的化学计量组分。在另一个实施例中，可以利用原子层沉积工艺来沉积第一切换层308。在至少一个实施例中，第一切换层308可以由AlOx或AlNx材料、HfOx材料等或前述的适当组合形成，其中x是合适的化学计量值(或在至少一个实施例中，非化学计量值)。

如图4所示，可以在第一切换层308中形成间隙以形成蚀刻的第一切换层408。在一个实施例中，间隙可以是镶嵌工艺，在另一个实施例中，可以是化学蚀刻，或在其他实施例中，可以是物理蚀刻。在至少一个实施例中，间隙可以将底板层206的表面410暴露于间隙。然而，在替代实施例中，第一切换层308的非常薄的层(例如，几埃到两纳米)可以保持覆盖底板层206，并且在其他进一步的实施例中，间隙可以不均匀地暴露底板层206的表面，使得第一切换层308的岛仍然覆盖底板层206的暴露表面410的小部分(patches)。

参考图5，第二切换层510形成为覆盖蚀刻的第一切换层408和底板层206的暴露表面410。在各种实施例中，第二切换层510可以由物理气相沉积工艺形成。在一些实施例中，第二切换层510可以形成为至少部分可渗透导电粒子(例如离子、原子、分子等)的非化学计量组分。作为特定示例，第二切换层510可以形成为至少部分可渗透顶部电极的导电粒子的非化学计量组分(例如，下文参见图6)。用于第二切换层510的合适材料的示例，尽管不是详尽无遗的，但可以包括SiOx、非晶Si、Si、TiO_x、AlO_x、HfO_x、NiO_x、TaO_x、NbO_x、ZnO₂、ZrO_x、GdO_x、氮金属(例如，AlN_x)等，或上述的适当组合。X是根据作为化学计量和非化学计量结构或混合物的上述化合物的各自特性来定义化学计量或非化学计量组分以实现上述切换矩阵108的功能的合适的值。例如，普通技术人员可能理解非化学计量的AlO_x适合于允许导电粒子漂移或扩散并响应于激励在其中形成此类粒子的非挥发性细丝，“x”可以具有适合于实现这样的AlOx的非化学计量组分的值或值范围。相反，在另一种化合物作为化学计量化合物允许导电粒子漂移或扩散并形成此类粒子的细丝的情况下，“x”可以具有适合于实现此类其他化合物的化学计量组分的值或值范围。在另一种化合物作为非化学计量化合物和作为化学计量化合物允许导电粒子漂移或扩散并形成此类粒子的细丝的情况下，“x”可以具有适合于实现这种非化学计量和化学计量组分的值或值范围。

基于第一切换层510被蚀刻的深度，第二切换层510可以与底板层206物理接触、部分地与底板层206进行物理接触、或不与底板层206进行物理接触。例如，在蚀刻的第一切换层的薄层(例如，几埃到几纳米)保持覆盖暴露表面410的情况下，第二切换层510将不与底板层206进行物理接触。在一些实施例中，在第一切换层308的岛仍然覆盖底板层206的暴露表面410的小部分的情况下，第二切换层510可以部分地与底板层206进行物理接触。相反，在暴露表面410完全没有被第一切换层308覆盖的情况下，第二切换层510可以在整个暴露表面410上与底板层206进行物理接触。

如图5所示，第二切换层510可以在第二切换层510的顶表面中具有凹坑512。凹坑512可以由形成第二切换层510以填充在蚀刻的第一切换层408中蚀刻的间隙而产生。第二切换层510的任何后沉积清洁或处理，例如可以实施平坦化第二切换层510的顶表面(远离凹坑512)的CMP或其他工艺，或去除第二切换层510顶部上的杂质的表面处理以保留凹坑512。

参考图6，顶部电极-细丝施主层612沉积为覆盖第二切换层510。顶部电极-细丝施主层612填充覆盖底板层206的暴露表面410的凹坑512。这使得顶部电极-细丝施主层612的位于凹坑512内的区域仅在底板层206的暴露表面410区域内更靠近底板层206。响应于施加在底部电极102和顶部电极-细丝施主612之间的电压的在顶部电极-细丝施主层612和底板层206之间的缩短的距离使得底板层206的暴露表面410区域中的电场增加。反过来，这种增加的电场使得顶部电极-细丝施主层612的导电离子优先形成在底板层206的该暴露表面410区域内，减少或避免在底板层206的暴露表面410区域之外(例如，下文参见图9)形成导电离子的导电细丝。这将导电细丝的形成限制于电阻存储器装置的芯。

在各种实施例中，顶部电极-细丝施主层612可以选自包括能够例如响应于电场、电压、电流、合适的温度等而被电离的粒子的材料，或前述的适当组合。此外，材料可以选择为包括除了能够被电离之外还至少部分地可渗透到第二切换层510的材料的粒子。响应于合适的物理激励(例如，电场、电压、电流、温度等，或上述的适当组合)，(电离的)导电粒子从顶部电极-细丝施主层612漂移到第二切换层510中以在第二切换层510内形成导电细丝，以实现如本文所述或本领域已知的电阻切换。在一些示例中，顶部电极-细丝施主层612的材料可以包括非化学计量的(或在合适的情况下，化学计量的)金属-氮材料、Al材料、Al金属、非化学计量的AlN_x、化学计量的或非化学计量的AlNO_x、TiN、Ti、W等，或前述的适当组合。

在其他实施例中，用于顶部电极-细丝施主层612的金属(例如Al)或金属氮化物(或金属氧化物)，例如贫氮金属氮化物或富氮金属氮化物，可以按原子量计具有小于2％Si的在金属材料中的Si掺杂剂。因此，例如，铝金属或包括AlN_x的金属-氮材料也可以包含按原子量计2％以下的Si(例如，在一个实施例中，在约0.5％和约1％之间)。硅掺杂可以通过将按原子量计小于2％的硅包含到包含金属氮化物的金属的溅射靶中来实现。当硅掺杂金属沉积在切换矩阵108的顶部上时，在硅掺杂金属的沉积期间向电阻存储器装置沉积100提供氮气以形成具有硅掺杂的氮金属。在一个或多个实施例中，同样可以向第二切换层510或第一切换层308或两者提供Si掺杂剂。在另外的实施例中，在合适的情况下可以向本文公开的其他切换层或顶部电极提供Si掺杂剂。

图7示出了覆盖顶部电极-细丝施主层612的一个或多个可选层的沉积700。描绘了可选阻挡层/附加层714，其在一些实施例中可以被排除。在一个实施例中，可选阻挡层/附加层714可以包括选自抵抗顶部电极-细丝施主层612的导电粒子的渗透性的材料的阻挡层。在其他实施例中，阻挡层可以包括抵抗半导体制造中使用的氧气或其他反应气体或等离子体的渗透性、抵抗大气气体的渗透性、抵抗与用于半导体制造的一种或多种蚀刻材料的化学结合等的材料。在一些实施例中，阻挡层可以选自包括TiN、Ti、W、TaN等或前述的适当组合的材料。可选的附加层可以包括以下中的一个或多个：粘附层、蚀刻停止层、钝化层、种子层、介电层、导电插塞层、或本领域已知的其他合适层，或前述的适当组合。可以在可选阻挡层/附加层714上设置介电硬掩模716。在一个实施例中，介电硬掩模716可以包括选自SiO₂、SiN、SiC、SiON、无定形碳等的材料，或前述的适当组合。此外，如本领域已知的，图案化光刻胶718可以覆盖在介电硬掩模716上。

图8描绘了示例电阻装置蚀刻和图案去除800的框图。一个或多个蚀刻工序可以包括蚀刻介电硬掩模716、可选阻挡层/附加层714、顶部电极-细丝施主层612、第二切换层512和蚀刻的第一切换层408。在一些实施例中，一个或多个蚀刻工序还可以蚀刻底板层206以形成蚀刻的底板806，尽管在其他实施例中底板层206未被蚀刻并且可选的未蚀刻底板仍然如图8中虚线所示。

在各种实施例中，电阻装置蚀刻和图案去除800可以包括第一蚀刻工序以蚀刻介电硬掩模716并形成经蚀刻的介电硬掩模816。在一个实施例中，第一蚀刻工序可以停止在可选的阻挡层/附加层714上，或者可以蚀刻一个或多个阻挡层/附加层714以形成蚀刻的可选阻挡层/附加层814。在不存在可选阻挡层/附加层714的情况下，第一蚀刻工序可以停止在顶部电极-细丝施主层612上。在第一蚀刻工序停止在(一个或多个)可选阻挡层/附加层714上的情况下，可以利用第二蚀刻来去除可选阻挡层/附加层714的剩余部分并停止在顶部电极-细丝施主层612上。

在至少一个公开的实施例中，第一蚀刻工序可以是利用选自由C₄F₈、C₄F₆、CHF₃、CF₄、CO、O₂、N₂和Ar组成的组中的气体的等离子体蚀刻。随后，可以实施可选光刻胶(PR)剥离/蚀刻后清洁。在一个实施例中，PR条(在第一蚀刻工序之后去除图案化光刻胶)可以利用O₂灰、O₂/CF₄灰等，或者前述的适当组合。可以实施一种可选清洁工艺以去除因去除PR条而产生的碎屑或残余物，或准备蚀刻的介电硬掩模816的停止表面，或可选阻挡层/附加层714或顶部电极-细丝施主层612的后续表面以进一步蚀刻。可选清洁工艺可以采用二甲亚砜(DMSO)冲洗、EKC冲洗、氟化氢(HF)清洁、去离子(DI)水冲洗等，或前述的适当组合。

在第一蚀刻工序和可选PR剥离/第一蚀刻清洁之后，可以实施第二蚀刻工序以蚀刻附加材料层。第二蚀刻工序可以利用蚀刻的介电硬掩模816作为用于第二蚀刻工序的掩模。第二蚀刻工序可以可选地蚀刻任何剩余的可选阻挡层/附加层714(如果存在)以可选地形成蚀刻的可选阻挡层/附加层814。不管可选阻挡层/附加层714如何，第二蚀刻工序可以蚀刻顶部电极-细丝施主层612以形成蚀刻的顶部电极812，可以蚀刻第二切换层510以形成蚀刻的第二切换层810，可以蚀刻先前蚀刻的第一切换层408以形成进一步蚀刻的第一切换层808。在一个实施例中，第二蚀刻工序可以蚀刻底板层206，或者在另一个实施例中，第三蚀刻工序可以蚀刻底板层206，或者在又一个实施例中，底板层206可以保持不被蚀刻。第二蚀刻可以是利用选自由Cl₂、BCl₃、HBr、Ar、N₂、He、O₂、CHF₃、CF₄和SF₆组成的组中的气体的等离子体蚀刻。利用O₂灰、稀HF、超稀HF、EKC清洁、过氧化硫混合物(SPM)冲洗、H₂O₂冲洗、四甲基氢氧化铵(TMAH)冲洗、DI水冲洗等的蚀刻后清洁或前述的适当组合可任选地用于完成第二蚀刻工序。

在电阻装置蚀刻和图案去除800完成之后，形成分立电阻切换装置820。分立电阻切换装置820可以被配置为具有在蚀刻的顶部电极812(或蚀刻的硬掩模816，取决于实施例)和底部电极102之间测量的多个电阻状态。多个电阻状态包括高电阻状态，其中没有导电细丝通过蚀刻的第二切换层810在蚀刻的顶部电极812和蚀刻的底板806之间提供电连续性。多个电阻状态还包括低电阻状态，其中在蚀刻的顶部电极812和蚀刻的底板806之间在蚀刻的第二切换层810内形成导电细丝。

图9描绘了分立电阻切换装置820的示例丝状体900的框图。示例导电细丝920被示出，其代表了从蚀刻的顶部电极812到蚀刻的底板806的导电粒子的示例路径。细丝920可以由来自蚀刻的顶部电极812的导电粒子或粒子组形成，这些粒子响应于施加到分立电阻切换装置820的合适的激励(或激励)在蚀刻的第二切换层810内漂移。在形成在蚀刻的顶部电极812和蚀刻的底板806之间建立足够的电连续性的细丝920时，分立电阻切换装置820进入低电阻模式。响应于第二电激励(例如，相反的极性，或不同的场、电流、电压、温度等，或组合)，电细丝920可以变形(例如，通过形成细丝的导电粒子的分散或导电粒子远离蚀刻的底板806的漂移)足以破坏电细丝920的电连续性，导致分立电阻切换装置820进入高电阻模式。

图10示出了根据本公开的另外的实施例的底板、切换层和阻挡层沉积1000的框图。如本文其它地方公开的或本领域已知的，底部电极102形成在介电层104内。底板层1006形成为覆盖底部电极102和介电层104。在一些实施例中，可以在底部电极102和介电层104与底板层1006之间形成一个或多个可选层。该一个或多个可选层可以包括粘附层、种子层、导电层等，或合适的组合。在其他实施例中，底板层1006可以与底部电极102和介电层104直接进行物理接触。电阻切换层1008形成为覆盖底板层1006，并且阻挡层1010形成为覆盖电阻切换层1008。

图11示出了阻挡层蚀刻1100，其在阻挡层1010内形成间隙，将切换层1008的表面暴露于该间隙。阻挡层蚀刻1100导致蚀刻的阻挡层1110。图12描绘了受控蚀刻/处理工艺1200以形成经处理/激活的切换段1212。受控蚀刻/处理工艺1200可以被配置为增加在经处理/激活的切换段1212内形成导电细丝的可能性。在一个实施例中，受控蚀刻/处理工艺1200可以去除切换层1008的一部分，导致经处理/激活的切换段1212更薄，从而响应于电压而增强经处理/激活的切换段1212内的电场密度。在另一个实施例中，与切换层1008的周围区域相比，受控蚀刻/处理工艺1200可以提高经处理/激活的切换段1212内导电粒子的渗透性，以增加在经处理/激活的切换段1212内形成细丝的可能性。例如，通过降低经处理/蚀刻的切换段1212的密度、经处理/蚀刻的切换段1212的适当掺杂(例如，用离子施主材料)、经处理/激活的切换段1212的轻粒子轰击等，或上述的适当组合，可以实现改善的渗透性。

如图13所示，顶部电极-细丝施主层1314可以沉积在蚀刻的阻挡层1110上。顶部电极-细丝施主层1314与蚀刻的阻挡层1110和经处理/蚀刻的切换段1212进行物理接触。如本文所述或本领域已知的，顶部电极-细丝施主层1314可以由向经处理/蚀刻的切换段1212提供导电粒子的材料形成。图14示出了可选阻挡层/附加层1416、介电硬掩模层1418和图案化光刻胶1420的形成。这些层可以是如本公开所描述的，或者是如本领域已知的。

图15描绘了根据进一步公开的实施例的用于图14的材料层的堆叠的电阻装置蚀刻和抗蚀剂去除1500。电阻装置蚀刻和抗蚀剂去除1500可以利用两个以上蚀刻工序来形成如图所示的分立电阻装置1520。特别地，电阻装置蚀刻和抗蚀剂去除1500可以形成蚀刻的介电硬掩模1518、可选地蚀刻的阻挡层/附加层1516(如果存在)、蚀刻的顶部电极1514、蚀刻的阻挡层1510和蚀刻的电阻切换层1508。在一些实施例中，电阻装置蚀刻和抗蚀剂去除1500可以蚀刻底板层1006以形成蚀刻的底板1506。在其他实施例中，电阻装置蚀刻和抗蚀剂去除1500可以停止在底板层1006上并且可选的未蚀刻的底板可以保留，如虚线所示。

图16描绘了根据本公开的另外的实施例的底板、切换层、顶部电极和覆盖层沉积1600。如图所示，底板层1606设置为覆盖底部电极102和介电层104。在一些实施例中，底板层1606是与底部电极102和介电层104进行物理接触的导电材料，而在其他实施例中，可以存在一个或多个可选的中间层(例如，粘附层、种子层、导电层、扩散阻挡层等)。

如图所示，覆盖底板层1606的是切换层1608、顶部电极层1610和覆盖层1612。切换层1608和顶部电极层1610可以包括本说明书中公开的或本领域已知的适合用作电阻切换存储器或选择器装置的这些层的材料。在各种实施例中，如本文所述，覆盖层1612可以是阻挡层。例如，覆盖层1612可以包括导电材料，例如W金属、TiN、TaN、铝材料、掺杂硅材料或其他合适的导电材料，这些材料用作通过覆盖层1612减轻或避免顶部电极层1612的金属扩散的扩散阻挡材料，减轻或避免覆盖层1612上方的元素(例如，氧、其他反应性气体或元素)的污染到达顶部电极层1612的钝化材料，用于停止覆盖层1612上方的层蚀刻的蚀刻停止材料，用于粘附沉积在覆盖层1612上方的材料的粘附层等，或前述的适当组合。

图17示出了用于图16的沉积堆叠的电阻装置蚀刻1700。电阻装置蚀刻1700可以包括形成蚀刻的覆盖层1712、蚀刻的顶部电极层1710、蚀刻的切换层1708和可选地蚀刻的底板1706的一个或多个蚀刻工序。在一个实施例中，电阻装置蚀刻1706停止在底板层1606上并且可选的未蚀刻的底板保留，如图17中的虚线所示。如图所示，分立电阻切换装置1720由电阻装置蚀刻1700产生，但是本领域的普通技术人员将理解，在半导体加工中，管芯或晶片上的许多分立电阻切换装置1720可以由蚀刻的沉积堆叠产生。

参考图18，侧壁钝化工艺1800在蚀刻的顶部电极层1710和蚀刻的切换层1708的周边或外部区域的周围形成钝化侧壁1814。在一些实施例中，作为包括如图18所示的蚀刻的顶部电极层1710和蚀刻的切换层1708两者(例如，下文参见图18A、18B和18C)的替代方案，侧壁钝化1800可以限于蚀刻的切换层1708或限于蚀刻的顶部电极层1710(例如，下文参见图18D、18E和18F)。

侧壁钝化1800可以在蚀刻的顶部电极层1710或蚀刻的切换层1708的外部部分周围产生一定厚度的材料，其减轻或避免在钝化侧壁1814内形成导电细丝。从分立电阻切换装置1720的外表面到分立电阻切换装置1720内的深度来测量材料的厚度。深度不需要关于装置是均匀的。尽管如此，因为钝化侧壁1814被限制于外周/外部部分，所以导电细丝可以(有效地)被限制在分立电阻切换装置1720的中心或核心区域。

图18A、18B和18C示出了侧壁钝化的第一实施例1800A。图18A描绘了用于电阻装置蚀刻1700的化学蚀刻，其适合在蚀刻的顶部电极层1710和蚀刻的切换层1708的外部部分内形成蚀刻裂缝/空隙/副产物1802A。在一些实施例中，蚀刻裂缝/空隙/副产物1802A的深度可以为至少

并且在其他实施例中可以更大。在各种实施例中，用于产生蚀刻裂缝/空隙/副产物1802A的化学蚀刻可以是湿化学蚀刻或利用液体/气体例如Cl₂、BCl₃、HBr或CHF₃的等离子体蚀刻。在一个实施例中，可以使用可选的蚀刻后清洁(其可以包括非反应性或最低反应性湿式清洁，例如超稀HF清洁、EKC清洁、SPM冲洗、H₂O₂冲洗、去离子水冲洗等，或合适的组合)来从蚀刻裂缝/空隙/副产物1802A中去除一些蚀刻副产物。图18B示出了氧化处理1802B，其用于将材料氧化至蚀刻的顶部电极层1710和蚀刻的切换层1708中大于

的深度以形成图18C所示的高电阻氧化壳1814C。与切换层芯1812C相比，高电阻氧化壳1814C响应于施加到分立电阻切换装置1720的电压将具有相对低的电场。这使切换层芯1812C内的细丝的形成局部化，并且减轻或避免了高电阻氧化壳1814C内导电细丝的形成。

在各种实施例中，蚀刻的顶部电极层1710可以是铝-氮材料，例如非化学计量的富铝氮或非化学计量的富铝氧。可替代地或另外地，在一些实施例中，蚀刻的切换层1708可以是非化学计量的富铝氮或非化学计量的富铝氧。因为铝倾向于以一种称为阳极氧化的自限性方式氧化，所以很难在含铝材料中将铝显著地氧化至

深度。因此，选择用于形成蚀刻裂缝/空隙/副产物1802A的化学/等离子体蚀刻以在含铝材料中实现空隙和裂缝的大于

深度，以使氧化处理1802B达到材料中的大于

的深度。在各种实施例中，氧化处理1802B可以是高温氧气(例如，140至270摄氏度，或高达350摄氏度或140至350摄氏度之间的任何合适的值或范围)，或氧等离子体或O₂灰。

通过对这些材料实现大于

的氧渗透，可以实现大于

厚度的高电阻氧化壳1814C。这又使切换层芯1812C被限制到小于蚀刻的切换层1708和蚀刻的顶部电极层1710的宽度的小于

的直径。尽管铝金属具有物理自限阳极氧化特性。因此，相信侧壁钝化的第一实施例1800A能够实现传统含铝材料所不知道的钝化效果。

图18D、18E和18F描绘了根据本公开的另外的实施例的侧壁钝化的第二实施例1800B。在图17所示的电阻装置蚀刻1700之后，可以在分立电阻切换装置1720上执行高选择性蚀刻1802D。高选择性蚀刻1802D可以对蚀刻的顶部电极层1710的材料具有选择性，去除达到大于

的深度的蚀刻的顶部电极层1710的外部部分。然后，高选择性蚀刻1802D形成双蚀刻的细丝施主1810D，其限定分立电阻切换装置1720的中心核。随后，实施高电阻共形氧化物沉积1804F以共形填充由高选择性蚀刻1802D去除的蚀刻的顶部电极层1710的外部。在一个实施例中，共形氧化物沉积1804F可以是原子层沉积(ALD)氧化物沉积。此外，氧化物沉积1804F覆盖分立电阻切换装置1720的外围表面、蚀刻的覆盖层1712的顶表面和介电层104(或底板1606)的顶表面。共形氧化物沉积1804F具有高电阻，最小化其中的电流和电场，从而减轻或避免共形氧化物沉积1804F内导电细丝的形成。作为侧壁钝化的第二实施例1800B的结果，这有效地将细丝限制到切换层芯1810D。

在一个实施例中，高选择性蚀刻1802D可以包括非常稀的氢氧化铵或非常稀的TMAH。在一个实施例中，稀释比可以大于约8000份氢氧化铵或TMAH对溶剂(例如水)。在另一个实施例中，稀释比可以在约10000:1氢氧化铵或TMAH对溶剂至约14000:1氢氧化铵或TMAH对溶剂的范围内。在另外的实施例中，蚀刻的顶部电极层1710可以是非化学计量的富铝氮材料(例如，用PVD工艺形成)。在另一个实施例中，蚀刻的切换层1708可以是化学计量的或非化学计量的氧化铝材料(例如，用PVD工艺形成)，其抵抗非常稀的氢氧化铵或TMAH高选择性蚀刻1802D。在另外的实施例中，蚀刻的覆盖层1712或蚀刻的底板1706可以是Ti或W金属或其他适当地抵抗高选择性蚀刻1802D的导电材料。

在此包括的图是关于电阻切换装置或包括许多电阻切换装置的管芯或晶片的若干部件、层和材料来描述的。应当理解，此类图可以包括其中指定的那些部件、层和材料，指定的那些部件、层和材料的部分、或未明确描绘但本领域已知或以本文提供的上下文的方式合理地传达给本领域技术人员的附加部件/层/材料。子层也可以被实现为所描绘层内的相邻其他子层。此外，应注意，一个或多个公开的工艺可以组合成提供聚合功能的单个工艺。例如，沉积工艺可以包括蚀刻工艺，或反之亦然，以促进通过单个工艺沉积和蚀刻集成电路装置的部件。所公开架构的部件还可以与本文未具体描述但本领域技术人员已知的一个或多个其他部件交互。

鉴于上述示例性图，参考图19-21的流程图将更好地理解可根据所公开的主题实施的工艺方法。尽管为了解释的简单起见，图19-21的方法被示出和描述为一系列框，但应理解和领会，要求保护的主题不受框的顺序限制，因为一些框可以以不同的顺序发生和/或与本文所描绘和描述的其他框同时发生。此外，并非所有图示的框都可能需要实施本文描述的方法，并且在一些实施例中，本领域已知的或通过本文提供的上下文合理地传达给本领域普通技术人员的附加步骤也被认为在本公开的范围内。此外，作为一个工艺的一部分示出的一些步骤可以在合适的另一工艺中实施(例如，图14中所示的可选阻挡层/附加层、介电硬掩模和图案化光刻胶可以用于本发明公开的其他工艺(例如，覆盖图16的沉积)；在本公开的范围内，一个或多个工艺的其他步骤可以在本文公开的其他工艺中添加或替代)。此外，应当进一步理解，本说明书通篇公开的方法能够存储在制品上以促进将这些方法传输和转移到电子设备。所使用的制品术语旨在涵盖从任何计算机可读设备、与载体结合的设备或存储介质可访问的计算机程序。

参考图19，描绘了根据本公开的一个或多个实施例的用于制造电阻存储器装置的示例方法1900的流程图。在1902，方法1900可以包括在底部电极和介电层上方形成导电层。在一个实施例中，导电层可以是金属层(例如，W金属)、导电金属化合物(例如，诸如TiN、TaN等的金属氮化物)或其他合适的导电材料。在一些实施例中，导电层与底部电极或介电层进行物理接触；而在其他实施例中，一个或多个中间层可以位于它们之间(例如，粘附层、种子层、钝化层、扩散阻挡层、离子传导层等，或合适的组合)。

在1904，方法1900可以包括形成覆盖导电层的第一切换层。在一个或多个实施例中，第一切换层可以与导电层进行物理接触。第一切换层可以形成为具有在约

和约

的范围内的厚度。此外，第一切换层可以由电阻材料形成。在各种实施例中，第一切换层可以包括电阻性金属-氮材料或电阻性金属-氧材料。在一个实施例中，第一切换层可以形成为相对分子密集的层(与第二切换层相比；参见下文)，其抵抗电阻存储器装置的导电粒子的第一切换层内的渗透性。在至少一个实施例中，第一切换层可以是通过ALD工艺形成的化学计量金属氧化物材料(例如，AlO_x等)。

在1906，方法1900可以包括蚀刻第一切换层中的间隙以形成蚀刻的第一切换层。蚀刻间隙可以包括去除第一切换层的厚度。在一个实施例中，蚀刻间隙可以包括去除第一切换层的一部分中的第一切换层的整个厚度，将导电层的顶表面暴露于间隙。在另一个实施例中，蚀刻间隙可以包括保留第一切换层的薄层(例如，几埃到几纳米)以覆盖在间隙中的导电层的顶表面上。在又一个实施例中，蚀刻间隙可以包括仅保留第一切换层的非常薄的岛(例如，几埃厚)使得导电层的顶表面的部分暴露于未被第一切换层的非常薄的岛覆盖的间隙。用于第一切换层的材料的示例包括SiOx、非晶Si、Si、TiO_x、AlO_x、HfO_x、NiO_x、TaO_x、NbO_x、ZnO₂、ZrO_x、GdO_x、氮金属(例如，AlN_x)等，或前述的适当组合。

在1908，方法1900可以包括在间隙和第一切换层上方沉积第二切换层，在第二切换层中形成第二间隙。第二切换层可以具有在约

和约

的范围内的第二厚度。在一个或多个实施例中，第二切换层可以包括金属-氧材料或金属-氮材料。在一个或多个实施例中，第二切换层可以包括与第一切换层相同的材料，而在其他实施例中，第二切换层可以是与第一切换层不同的材料(例如，与以上对于第一切换材料所提供的列表不同的材料，或在至少一个实施例中完全不同的材料)。在至少一个实施例中，第二切换层可以由与第一切换层相同的材料形成，但是利用不同的沉积工艺导致相同材料的不同的相对原子浓度。作为一个示例，第二切换层可以是用PVD工艺生产的非化学计量的AlO_y材料，其中y是氧原子与铝原子的合适的非化学计量的相对浓度，并且第一切换层可以是用ALD工艺生产的化学计量的AlO_x材料，其中x是氧原子与铝原子的合适的化学计量相对浓度。在一个或多个实施例中，第一切换层或第二切换层可以进一步掺杂有以原子百分比计从约0.5％至约1.0％的Si原子，或者其间的任何合适的值或范围。在一个实施例中，第二切换层与导电层的暴露于间隙的顶表面直接进行物理接触，但在其他实施例中，第一切换层的薄层(或其非连续岛)可以保留在第二切换层与导电层的顶表面之间。

在1910，方法1900可以包括在第二切换层上方形成顶部电极-细丝施主层，以及填充第二间隙。顶部电极-细丝施主层可以包括在第二切换层内至少部分可渗透的导电粒子。在一个实施例中，导电粒子在第一切换层内的渗透性较低(例如，由于用于第一切换层的化学计量材料的密度增加)。在一个或多个实施例中，顶部电极-细丝施主层可以选自包括(在一个实施例中)或不包括(在另一个实施例中)以下各项的材料：Al、非化学计量的AlN_x、化学计量的或非化学计量的AlNO_x、TiN、Ti、W等，或前述的适当组合。

在1912，方法1900可以包括形成可选阻挡层以及在顶部电极-细丝施主层上方形成硬掩模层和图案化光刻胶。可选阻挡层可以是TiN、TaN、W或Ti材料。硬掩模层可以由SiO₂、SiN、SiC、SiON、无定形碳等，或前述的适当组合组成。在1914，方法1900可以包括蚀刻分立电阻切换装置以及去除图案化光刻胶。由蚀刻产生的分立电阻切换装置可以包括蚀刻的硬掩模、任选地蚀刻的可选阻挡层、蚀刻的顶部电极-细丝施主、蚀刻的第二切换层和进一步蚀刻的第一切换层。在一个实施例中，导电层也可以被蚀刻作为分立电阻切换装置的一部分以形成蚀刻的导电层，但在其他实施例中，分立电阻切换装置的蚀刻可以停止在导电层上。

在一些实施例中，蚀刻分立电阻切换装置可以包括两次蚀刻工艺，其通过第一蚀刻工序蚀刻硬掩模层并且形成蚀刻的硬掩模。取决于实施例，第一蚀刻工序可以停止在可选阻挡层(如果存在)上或可以停止在顶部电极-细丝施主层上。两次蚀刻工艺的第二蚀刻工序可以形成蚀刻的顶部电极-细丝施主、蚀刻的第二切换层和进一步蚀刻的第一切换层。在一个实施例中，第二蚀刻工序也可以形成蚀刻的导电层。在至少一个实施例中，形成蚀刻的顶部电极-细丝施主、蚀刻的第二切换层和进一步蚀刻的第一切换层的第二蚀刻工序可以包括BCl₃或HBr湿蚀刻化学品。

在替代实施例中，蚀刻分立电阻切换装置可以包括三步工艺。三步工艺的第一蚀刻工序可以蚀刻硬掩模层(以及所有的可选阻挡层(如果存在)或可选阻挡层的一部分)。第二蚀刻工序可以蚀刻可选阻挡层(如果存在)的任何剩余部分，以及顶部电极-细丝施主、第二切换层和蚀刻的第一切换层。然后，三次蚀刻工艺的第三蚀刻可以蚀刻导电层以形成蚀刻的导电层。

图20示出了根据本公开的替代或附加实施例的用于形成电阻切换装置的示例方法2000的流程图。在2002，方法2000可以包括形成覆盖半导体装置的底部电极和介电层的导电层。在一个实施例中，导电层可以是导电金属层(例如，W金属、Ti金属或其他合适的导电金属)。在各种实施例中，底部电极和介电层覆盖在半导体装置的基板上，并且在至少一个实施例中，介电层可以形成在基板的顶表面上。在一些实施例中，导电层与底部电极和介电层进行物理接触；而在其他实施例中，在它们之间设置一个或多个中间层。示例中间层可以包括粘附层、种子层、导电层、离子传导层、扩散阻挡层、钝化层等，或前述的适当组合。

在2004，方法2000可以包括形成覆盖导电层的切换层。在各种实施例中，切换层可以具有第一厚度，并且可以包括至少部分地可渗透导电粒子的电阻切换材料。在进一步的实施例中，切换层可以与导电层进行物理接触，但在一些实施例中，可以存在一个或多个中间层。在2006，方法2000可以包括形成覆盖切换层的阻挡层。在一个或多个实施例中，阻挡层可以包括在阻挡层内抵抗导电粒子渗透的材料。

在2008，方法2000可以包括蚀刻阻挡层中的间隙，将切换层的一部分暴露于该间隙。在2010，方法2000可以包括处理或控制蚀刻切换层的暴露于间隙的部分。在一个或多个实施例中，处理或控制蚀刻可以包括用第二蚀刻来蚀刻切换层的暴露于阻挡层中的间隙的部分，以及使切换层的该部分具有小于切换层的第一厚度的第二厚度。

在2012，方法2000可以包括形成覆盖阻挡层和经处理的切换层的顶部电极。在一个实施例中，顶部电极可以与阻挡层并且与电阻切换层的一部分进行物理接触。此外，顶部电极可以选自包含导电粒子并且响应于电激励向电阻切换层的该部分提供导电粒子的材料。在2014，方法2000可以包括用第三蚀刻来蚀刻包括顶部电极、阻挡层和切换层的分立电阻切换装置。

在至少一个实施例中，第三蚀刻还包括在形成分立电阻切换装置时蚀刻导电金属层。在另一个实施例中，方法2000可以进一步包括形成覆盖顶部电极的硬掩模层。在这样的实施例中，用第三蚀刻进行蚀刻可以进一步包括在形成分立电阻切换装置时蚀刻硬掩模层。

在另外的实施例中，方法2000可以包括在第二蚀刻之后执行清洁工艺。清洁工艺可以针对切换层的用第二蚀刻进行蚀刻的部分。例如，第二蚀刻和清洁工艺可以对于掩模至少部分地利用阻挡材料。在各种实施例中，清洁工艺可以包括氧等离子体或氩气溅射，并且可以进一步包括从切换层的该部分的顶表面去除由第二蚀刻产生的蚀刻剂副产物。

参考图21，其描绘了根据本公开的又一个实施例的用于制造电阻切换装置的方法2100。在2102，方法2100可以包括在位于半导体基板的介电层内的底部电极上方形成导电层。在2104，方法2100可以包括形成覆盖导电层并与导电层进行物理接触的切换层。在一个或多个实施例中，切换层可以包括至少部分地可渗透导电粒子的电阻材料。此外，在2106，方法2100可以包括形成覆盖切换层并与切换层进行物理接触的顶部电极层。顶部电极可以包括提供响应于施加在底部电极和顶部电极上的电激励而漂移到切换层中的导电粒子的材料。

在2108，方法2100可以包括形成覆盖顶部电极层的覆盖层。在2110，方法2100可以包括蚀刻覆盖层、顶部电极层和切换层以形成分立电阻切换装置。在一个或多个实施例中，蚀刻可以包括化学蚀刻至少切换层以产生蚀刻的切换层的湿蚀刻部分。在2112，方法2100可以包括钝化蚀刻的切换层或蚀刻的顶部电极层的周边直至电阻切换装置内的一定深度以及形成围绕电阻切换装置的芯的钝化壳。在一个实施例中，钝化壳可以具有比切换层的电阻材料更高的电阻。在另一个实施例中，钝化壳可以比切换层的电阻材料具有对顶部电极层的导电粒子的更低的渗透性。在又一个实施例中，钝化壳可以比切换层的电阻材料具有更高的电阻并且具有对导电粒子的更低的渗透性。

在至少一个实施例中，钝化蚀刻的切换层的周边可以进一步包括，在化学蚀刻至少切换层的湿蚀刻部分之后，将蚀刻的切换层的周边氧化至大于

的深度(从周边向内朝向电阻切换装置的芯)以形成钝化壳。在一个或多个实施例中，氧化周边可以形成用于钝化壳的材料，该材料的氧原子量高于电阻材料的氧原子量。在进一步的实施例中，切换层的电阻材料是氧化铝材料，并且化学蚀刻至少切换层的湿蚀刻部分在氧化铝材料内从周边向内朝向蚀刻的切换层的芯形成多孔空隙。在另外的实施例中，氧化周边可以进一步包括利用O₂灰、氧等离子体或高温氧流来促进将切换层的氧化铝材料的周边氧化至大于

的深度。在一个实施例中，O₂灰、氧等离子体或高温氧流可以在约140摄氏度到约350摄氏度或者在它们之间的任何合适的值或范围的温度下实施。在一个或多个实施例中，氧化进一步产生用于钝化壳的富氧氧化铝，其的氧的原子量高于电阻材料的原子量。

在替代或附加实施例中，方法2000可以包括钝化经蚀刻的切换层的周边，可以进一步包括，在化学蚀刻至少切换层的湿蚀刻部分之后，通过用蚀刻剂(相比切换层快得多地蚀刻顶部电极层)选择性蚀刻顶部电极层直至电阻切换装置内的深度，以选择性地去除顶部电极层直至电阻切换装置内的深度。此外，方法2000可以包括在为了形成分立电阻切换装置通过蚀刻而暴露的、以及通过选择性蚀刻顶部电极层直至电阻切换装置内的深度而暴露的电阻切换装置的暴露表面上共形地沉积化学计量的ALD氧化物介电材料。在一个或多个实施例中，钝化壳由包围包括顶部电极层的材料的顶部电极层的芯的ALD氧化物介电材料形成。在各种另外的实施例中，顶部电极层材料可以是通过PVD工艺形成的非化学计量的铝-氮材料AlN_x，切换层可以是通过PVD工艺形成的非化学计量的铝-氧材料AlO_y，或者选择性地蚀刻顶部电极层的蚀刻剂是稀释的氢氧化铵或稀释的TMAH。在至少一个实施例中，稀释的TMAH或稀释的氢氧化铵可以稀释到约8000份稀释剂对1份TMAH或氢氧化铵至约14000份稀释剂对1份TMAH或氢氧化铵的范围，或在它们之间的任何合适的值或范围之间。

示例操作环境

图22示出了根据本主题公开的各方面的用于存储单元阵列的存储器阵列2202的示例操作和控制环境2200的框图。在一些实施例中，控制环境2200和存储器阵列2202可以形成在单个半导体管芯内，但是本公开不限于此，并且在其他实施例中，控制环境2200的一些部件可以形成在单独的半导体管芯上。在本主题公开的至少一个方面，存储器阵列2202可以包括选自多种存储单元技术的存储器。在至少一个实施例中，存储器阵列2202可以包括以紧凑的二维或三维架构布置的两端存储技术。合适的两端存储技术可以包括电阻切换存储器、导电桥接存储器、相变存储器、有机存储器、磁阻存储器等，或前述的适当组合。在进一步的实施例中，两端存储技术可以是通过本文公开的工艺形成的电阻存储技术。

列控制器2206和传感放大器2208可以与存储器阵列2202相邻形成。此外，列控制器2206可以被配置为激活(或识别激活)存储器阵列2202的位线的子集。列控制器2206可以利用由基准和控制信号发生器2218提供的控制信号来激活位线子集中的相应位线以及对其进行操作，向这些位线施加合适的编程、擦除或读取电压。未激活的位线可以保持在抑制电压(也由基准和控制信号发生器2218施加)，以减轻或避免对这些未激活的位线的位干扰影响。

此外，操作和控制环境2200可以包括行控制器2204。行控制器2204可以形成为与存储器阵列2202的字线相邻并电连接。另外，利用基准和控制信号发生器2218的控制信号，行控制器2204可以选择具有合适的选择电压的特定行的存储单元。此外，行控制器2204可以通过在所选的字线上施加合适的电压来促进编程、擦除或读取操作。

传感放大器2208可以从由列控制2206和行控制2204选择的存储器阵列2202的激活的存储单元读取数据或将数据写入到存储器阵列2202的激活的存储单元。从存储器阵列2202读出的数据可以提供给输入/输出缓冲器2212。同样地，要写入存储器阵列2202的数据可以从输入/输出缓冲器2212接收并写入存储器阵列2202的激活的存储单元。

时钟源2210可以提供各个时钟脉冲以便于行控制器2204和列控制器2206的读取、写入和编程操作的时序。时钟源2210可以响应于由操作和控制环境2200接收的外部或内部命令进一步促进字线或位线的选择。输入/输出缓冲器2212可以包括命令和地址输入，以及双向数据输入和输出。通过命令和地址输入提供指令，并且要写入到存储器阵列2202的数据以及从存储器阵列2202读取的数据在双向数据输入和输出上传送，便于连接到外部主机设备，例如计算机或其他处理设备(未描绘，但下文参见例如图23的计算机2302)。

输入/输出缓冲器2212可以被配置为接收写数据、接收擦除指令、接收状态或维护指令、输出读出数据、输出状态信息，接收地址数据和命令数据，以及用于各指令的地址数据。地址数据可以通过地址寄存器2214传输到行控制器2204和列控制器2206。此外，输入数据通过传感放大器2208和输入/输出缓冲器2212之间的信号输入线传输到存储器阵列2202，并且通过从传感放大器2208到输入/输出缓冲器2212的信号输出线从存储器阵列2202接收输出数据。输入数据可以从主机设备接收，并且输出数据可以经由I/O总线传送到主机设备。

从主机设备接收的命令可以提供到命令接口2216。命令接口2216可以被配置为从主机设备接收外部控制信号，并确定输入到输入/输出缓冲器2212的数据是否为写数据、命令或地址。输入命令可以传输到状态机2220。

状态机2220可以被配置为管理存储器阵列2202(以及多组存储器阵列的其他存储器组)的编程和重新编程。提供给状态机2220的指令是根据控制逻辑配置实现的，使状态机2220能够管理读取、写入、擦除、数据输入、数据输出以及与存储单元阵列2202相关联的其他功能。在一些方面，状态机2220可以发送和接收有关各种命令的成功接收或执行的确认和否定确认。在进一步的实施例中，状态机2220可以解码和实施与状态相关的命令、解码和实施配置命令等。

为了实现读取、写入、擦除、输入、输出等功能，状态机2220可以控制时钟源2210或基准和控制信号发生器2218。时钟源2210的控制可以引起被配置为促进行控制器2204和列控制器2206实现特定功能的输出脉冲。输出脉冲可以例如通过列控制器2206传输到选定的位线，或者例如通过行控制器2204传输到字线。

结合图23，本文描述的系统、设备和/或过程可以在例如单个集成电路(IC)芯片、多个IC、专用集成电路(ASIC)等的硬件内实施。此外，一些或所有进程框出现在每个进程中的顺序不应被视为限制性的。相反，应理解的是，一些进程框可以以多种顺序执行，本文中并未对所有情况进行明确说明。

参考图23，用于实现要求保护的主题的各个方面的合适环境2300包括计算机2302。计算机2302包括处理单元2304、系统存储器2310、编解码器2314和系统总线2308。系统总线2308将包括但不限于系统存储器2310的系统组件耦合到处理单元2304。处理单元2304可以是各种可用处理器中的任何一个。双微处理器和其他多处理器架构也可以用作处理单元2304。

系统总线2308可以是多种类型的总线结构中的任何一种，多种类型的总线结构包括存储器总线或存储器控制器、外围总线或外部总线、和/或使用任何多种可用总线架构的本地总线，可用总线架构包括但不限于，工业标准架构(ISA)、微通道架构(MSA)、扩展ISA(EISA)、智能驱动电子(IDE)、VESA本地总线(VLB)、外围组件互连(PCI)、卡总线、通用串行总线(USB)、高级图形端口(AGP)、个人计算机存储卡国际协会总线(PCMCIA)、火线(IEEE1394)和小型计算机系统接口(SCSI)。

系统存储器2310包括易失性存储器2310A和非易失性存储器2310B。基本输入/输出系统(BIOS)(包含在计算机2302内的元件之间传输信息的基本例程，例如在启动期间)存储在非易失性存储器2310B中。此外，根据本发明，编解码器2314可以包括编码器或解码器中的至少一者，其中编码器或解码器中的至少一者可以由硬件、软件或硬件与软件的组合组成。尽管编解码器2314被描绘为单独的部件，但是编解码器2314可以被包含在非易失性存储器2310B内。作为说明而非限制，非易失性存储器2310B可以包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存、两端存储器等。易失性存储器2310A包括随机存取存储器(RAM)，并且在一些实施例中，可以实现为高速缓冲存储器。作为说明而非限制，RAM有多种形式，例如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双倍数据速率SDRAM(DDR SDR AM)和增强型SDRAM(ESDRAM)。

计算机2302还可以包括可移动/不可移动、易失性/非易失性计算机存储介质。作为示例，图23示出了磁盘存储器2306。磁盘存储器2306包括但不限于诸如磁盘驱动器、固态磁盘(SSD)软盘驱动器、磁带驱动器、Jaz驱动器、Zip驱动器、LS-100驱动器、闪存卡或记忆棒的装置。此外，磁盘存储器2306可以包括单独的或与其他存储介质组合的存储介质，所述其他存储介质包括但不限于诸如高密度磁盘制度存储器的光盘驱动器(CD-ROM)、CD可记录驱动器(CD-R Drive)、CD可重写驱动器(CD-RW Drive)或数字多功能磁盘ROM驱动器(DVD-ROM)。为了便于将磁盘存储装置2306连接到系统总线2308，通常使用可移动或不可移动接口，例如存储接口2312。可以理解，存储装置2306可以存储与用户相关的信息。此类信息可存储在或提供给服务器或提供给在用户设备上运行的应用。在一个实施例中，可以将存储到磁盘存储器2306或传输到服务器或应用的信息类型通知(例如，通过输出设备2332)用户。可以向用户提供选择加入或选择退出收集的此类信息和/或与服务器或应用共享的此类信息的机会(例如，通过来自输入设备2342的输入)。

应理解，图23描述了在合适的操作环境2300中用作所描述的在用户和基本计算机资源之间的媒介的软件。这样的软件包括操作系统2306A。可以存储在磁盘存储器2306上的操作系统2306A用于控制和分配计算机系统2302的资源。应用2306C利用由操作系统2306A通过程序模块2306D对资源的管理，以及存储在系统存储器2310中或磁盘存储器2306上的程序数据2306D例如启动/关闭事务表等。应理解，要求保护的主题可以用各种操作系统或操作系统的组合来实现。

用户通过输入设备2342向计算机2302输入命令或信息。输入设备2342包括但不限于诸如鼠标、轨迹球、触控笔、触摸板、键盘、麦克风、操纵杆、游戏手柄、卫星天线、扫描仪、电视调谐卡、数码相机、数码摄像机、网络摄像机等的定点设备。这些和其他的输入设备经由输入端口2340通过系统总线2308连接到处理单元2304。输入端口2340包括例如串行端口、并行端口、游戏端口和通用串行总线(USB)。输出设备2332使用一些与输入设备2342相同类型的端口。因此，例如，USB端口可用于向计算机2302提供输入并将信息从计算机2302输出到输出设备2332。提供输出适配器2330以说明在其他输出设备2332中存在一些需要特殊适配器的输出设备2332，例如监视器、扬声器和打印机。作为说明而非限制，输出适配器2330包括提供输出设备2332和系统总线2308之间的连接手段的视频卡和声卡。应当注意，其他设备和/或设备系统提供输入和输出能力这两者，例如远程计算机2338。

计算机2302可以使用与一个或多个远程计算机(例如远程计算机2324)的逻辑连接在网络环境中操作。远程计算机2324可以是个人计算机、服务器、路由器、网络PC、工作站、基于微处理器的装置、对等设备、智能手机、平板电脑或其他网络节点，并且通常包括与计算机2302相关的许多元件。为了简洁起见，仅用远程计算机2324示出了存储器存储设备2326。远程计算机2324通过网络2322被逻辑连接到计算机2302，然后通过通信接口2320连接。网络2322包括有线或无线通信网络，例如局域网(LAN)和广域网(WAN)以及蜂窝网络。LAN技术包括光纤分布式数据接口(FDDI)、铜线分布式数据接口(CDDI)、以太网、令牌环等。WAN技术包括但不限于点对点链路、电路交换网络如综合业务数字网络(ISDN)及其变体、分组交换网络和数字用户线路(DSL)。

通信接口2320是指用于将网络2322连接到总线2308的硬件/软件。尽管为了说明清楚，通信接口2320示出为在计算机2302内部，但它也可以在计算机2302的外部。连接到网络2322所需的硬件/软件包括(仅出于示例目的)内部和外部技术，例如调制解调器(包括常规电话级调制解调器、电缆调制解调器和DSL调制解调器)、ISDN适配器以及有线和无线以太网卡、集线器以及路由器。

本公开的所示方面也可以在分布式计算环境中实践，其中某些任务由通过由通信网络链接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，程序模块或存储的信息、指令等可以位于本地或远程存储器存储设备中。

此外，应理解，本文描述的各种部件可以包括电路，该电路可以包括合适值的部件和电路元件，以便实现本主题公开的实施例。此外，可以理解，可以在一个或多个IC芯片上实现许多不同的部件。例如，在一个实施例中，可以在单个IC芯片中实现一组部件。在其他实施例中，在单独的IC芯片上制造或实施一个或多个相应部件。

关于由上述的部件、架构、电路、过程等执行的各种功能，用于描述这些部件的术语(包括对“方式(means)”的引用)旨在对应于，除非另有说明，执行所描述的部件的指定功能的任何部件(例如，功能等效物)，即使在结构上不等同于所公开的结构，其执行在此示出的实施例的示例性方面中的功能。在这点上，还将认识到，实施例包括系统以及具有用于执行各种过程的动作和/或事件的计算机可执行指令的计算机可读介质。

此外，尽管特定特征可能仅关于若干实施方式中的一个被公开，但是这种特征可以与其他实施方式的一个或多个其他特征组合，如对于任何给定或特定应用可能是期望的和有利的。此外，就在详细说明或权利要求中使用术语“包括”和“包含”及其变体而言，这些术语旨在以类似于术语“包括”的方式包含在内。

如在本申请中使用的，术语“或”旨在表示包含性的“或”而不是排除性的“或”。也就是说，除非另有说明或从上下文中明确，否则“X采用A或B”旨在表示任何自然包容性排列。即，如果X采用A；X采用B；或X采用A和B，则在上述任何一种情况下都满足“X采用A或B”。此外，除非另有说明或从上下文清楚指向单数形式，否则本申请和所附权利要求中使用的冠词“一”和“一个”通常应被解释为表示“一个或多个”。

在阅读了本公开之后，本领域的普通技术人员可以设想进一步的实施例。例如，在各种实施例中，可以同时对多个ReRAM设备(例如16、32等)启动擦除操作。

在其他实施例中，可以有利地进行上述公开的实施例的组合或子组合。为了便于理解，对架构的框图以及流程图进行了分组。然而，应当理解，在本公开的替代实施例中考虑了框的组合、新框的添加、框的重新排列等。

还应理解的是，本文中描述的示例和实施例仅用于说明目的，并且将向本领域技术人员建议根据其进行的各种修改或改变，并且修改或改变将被包括在本申请的精神和范围及所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种用于制造电阻切换装置的方法，包括：

提供在覆盖装置的基板的介电材料内形成的底部电极；

形成覆盖所述底部电极和介电层并与所述底部电极和所述介电层接触的导电层；

形成覆盖所述导电层的第一电阻切换层，其中所述第一电阻切换层是电阻材料；

蚀刻所述第一电阻切换层中的间隙并且将所述导电层的一部分暴露于所述间隙；

沉积第二电阻切换层，产生所述第二电阻切换层中的第二间隙，其中所述第二电阻切换层共形地覆盖所述第一电阻切换层和所述导电层的由所述间隙暴露的部分，其中所述第二电阻切换层被配置为容许导电粒子在所述第二电阻切换层内的扩散；

形成覆盖所述第二电阻切换层并填充所述第二间隙的顶部电极，其中所述顶部电极包括所述导电粒子并且响应于施加到所述电阻切换装置的电激励提供用于在所述第二电阻切换层内扩散的所述导电粒子；

形成覆盖所述顶部电极的可选阻挡层和覆盖所述顶部电极并可选地覆盖所述可选阻挡层的硬掩模材料；

形成覆盖所述硬掩模材料的抗蚀剂并且图案化所述抗蚀剂；以及

蚀刻所述硬掩模、所述可选阻挡层、所述顶部电极、所述第二电阻切换层以及所述第一电阻切换层，形成分立电阻切换装置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电阻切换层和所述第二电阻切换层均由所述电阻材料形成。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述电阻材料是金属-氧材料或金属-氮材料。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电阻材料是铝-氧材料，并且其中形成所述第一电阻切换层还包括利用原子层沉积，所述原子层沉积产生用于所述第一电阻切换层的化学计量的氧化铝材料或基本化学计量的氧化铝材料，并且其中沉积所述第二电阻切换层还包括利用物理气相沉积即PVD，所述物理气相沉积产生用于所述第二电阻切换层的非化学计量的铝-氧材料AlOx。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述导电层是与所述第一电阻切换层的所述金属-氧材料或所述金属-氮材料进行物理接触的W金属，并且在所述导电层的由所述间隙暴露的所述部分处与所述第二电阻切换层进行物理接触。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可选阻挡层由包括W、Ti、TiN或TaN的材料形成。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蚀刻还包括利用BCl₃或HBr湿蚀刻化学物来至少蚀刻所述顶部电极、所述第二电阻切换层和所述第一电阻切换层。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电阻切换层的厚度在

至

的范围内，并且所述第二电阻切换层的第二厚度在

至

的范围内。

9.一种形成电阻切换装置的方法，包括：

形成导电金属层，其中所述导电金属层覆盖底部电极和所述底部电极所位于的介电层并且与所述底部电极和所述介电层进行物理接触，其中所述底部电极和所述介电层覆盖基板；

在所述导电层的上方形成具有第一厚度的切换层，其中所述切换层包括使导电粒子至少部分可渗透的电阻切换材料；

形成覆盖所述切换层的阻挡层，所述阻挡层阻挡所述导电粒子在所述阻挡层中的渗透性；

蚀刻所述阻挡层中的间隙并将所述切换层的部分暴露于所述间隙；

以第二蚀刻来蚀刻所述切换层的暴露于所述阻挡层中的所述间隙的所述部分，并且使所述切换层的所述部分具有小于所述切换层的所述第一厚度的第二厚度；

形成覆盖所述阻挡层和所述电阻切换层的所述部分并且与所述阻挡层和所述电阻切换层的所述部分进行接触的顶部电极；以及

以第三蚀刻来蚀刻所述顶部电极、所述阻挡层和所述切换层，以形成分立电阻切换装置。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第三蚀刻还包括在形成所述分立电阻切换装置时蚀刻所述导电金属层。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述导电金属层包括钨(W)金属。

12.根据权利要求9所述的方法，还包括形成覆盖所述顶部电极的硬掩模层，并且其中以所述第三蚀刻进行蚀刻还包括在形成所述分立电阻切换装置时蚀刻所述硬掩模层。

13.根据权利要求9所述的方法，还包括对所述切换层的以所述第二蚀刻进行蚀刻的所述部分执行清洁工艺，所述清洁工艺包括氧等离子体溅射或氩溅射，并且还包括从所述切换层的所述部分的顶表面去除由所述第二蚀刻产生的蚀刻剂副产物作为所述清洁工艺的一部分。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二蚀刻和所述清洁工艺至少部分地利用阻挡材料用于掩模。

15.一种制造电阻切换装置的方法，包括：

在位于半导体基板的介电层内的底部电极的上方形成导电层；

形成覆盖所述导电层并与所述导电层进行物理接触的切换层，其中所述切换层包括使导电粒子至少部分可渗透的电阻材料；

形成覆盖所述切换层并与所述切换层进行物理接触的顶部电极层，其中所述顶部电极层提供响应于施加在所述底部电极和所述顶部电极上的电激励而漂移到所述切换层中的所述导电粒子；

形成覆盖所述顶部电极层的覆盖层；

蚀刻所述覆盖层、所述顶部电极层和所述切换层以形成分立电阻切换装置，其中所述蚀刻包括至少化学蚀刻所述切换层以产生被蚀刻的切换层的湿蚀刻部分；以及

钝化被蚀刻的所述切换层的周边或被蚀刻的所述顶部电极层的周边直至所述电阻切换装置内的一定深度并形成围绕所述电阻切换装置的芯的钝化壳，其中，所述钝化壳的电阻高于所述切换层的所述电阻材料，或者与所述切换层的所述电阻材料相比，所述钝化壳对所述导电粒子的渗透性更低。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，钝化被蚀刻的所述切换层的所述周边还包括，在至少化学蚀刻所述切换层的所述湿蚀刻部分之后，将被蚀刻的所述切换层的所述周边从所述周边向内朝向所述电阻切换装置的所述芯氧化至大于

的深度以形成所述钝化壳，并且其中氧化所述周边形成用于所述钝化壳的材料，其中用于所述钝化壳的所述材料的氧原子量比所述电阻材料更高。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述切换层的所述电阻材料是氧化铝材料，并且其中至少化学蚀刻所述切换层的所述湿蚀刻部分在所述氧化铝材料内从所述周边向内朝向被蚀刻的所述切换层的所述芯形成多孔空隙，并且其中氧化所述周边还包括利用O₂灰、氧等离子体或高温氧流来促进将所述切换层的所述氧化铝材料的所述周边氧化至大于

的深度，并且产生用于所述钝化壳的富氧氧化铝，其中所述钝化壳的所述富氧氧化铝比所述电阻材料具有更高的氧原子量。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，钝化被蚀刻的所述切换层的所述周边还包括，在至少化学蚀刻所述切换层的所述湿蚀刻部分之后，

用蚀刻剂选择性蚀刻所述顶部电极层直至所述电阻切换装置内的所述一定深度，以选择性地去除所述顶部电极层直至所述电阻切换装置内的所述一定深度，其中所述蚀刻剂蚀刻所述顶部电极层比蚀刻所述切换层快得多；以及

在所述电阻切换装置的暴露表面的上方共形地沉积化学计量的ALD氧化物介电材料，其中所述钝化壳由包围包括所述顶部电极层的材料的所述顶部电极层的芯的所述ALD氧化物介电材料形成，其中为了形成所述分立电阻切换装置通过蚀刻而暴露所述电阻切换装置的所述暴露表面并且通过选择性蚀刻所述顶部电极层直至所述电阻切换装置内的所述一定深度而暴露所述电阻切换装置的所述暴露表面。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，具有下述各项中的至少一个：

所述顶部电极层的材料是通过PVD工艺形成的非化学计量的铝-氮材料AlNx；

所述切换层是通过PVD工艺形成的非化学计量的铝-氧材料AlOy；或者

选择性地蚀刻所述顶部电极层的所述蚀刻剂是稀释的氢氧化铵或稀释的四甲基氢氧化铵即TMAH。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述稀释的TMAH或所述稀释的氢氧化铵被稀释到8000份稀释剂对1份TMAH或氢氧化铵至14000份稀释剂对1份TMAH或氢氧化铵的范围。