CN1965418A - 分层电阻可变存储装置和制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及提供一种具有改进的数据保持和切换特性的电阻可变存储元件的方法和设备。按照本发明，所提供的电阻可变存储元件具有至少一个含金属层(18)以及顶部和底部电极(14，22)，所述含金属层(18)优选地为硒化银层，位于两个硫属化物玻璃层(17，20)之间，所述两个硫属化物玻璃层(17，20)优选地具有GexSe100－x的成分。在至少第二硫属化物玻璃层(20)的上面设置金属层(50)，其优选地为银层，并且在所述银层上面布置导电粘合层(30)。按照本发明的另一个实施例，所提供的电阻可变存储元件具有第一硫属化物玻璃层(17)，银层(40′)位于所述第一硫属化物玻璃层上面，硒化银层(18)位于所述银层上面，第二硫属化物玻璃层(20)位于所述硒化银层上面，并且可选地使第二银层位于所述第二硫属化物玻璃层上面。

Description

分层电阻可变存储装置和制造方法
本申请是2002年4月12日提出的美国专利申请No.10/120,521的部分继续，后者是2002年2月2日提出的美国专利申请No.10/077,867的继续，通过引用两个申请的内容而将其结合在此。
技术领域
本发明涉及利用电阻可变材料形成的随机存取存储器(RAM)装置的领域。
背景技术
最近针对作为半易失性和非易失性随机存取存储装置的适用性研究了包括可编程导电随机存取存储器(PCRAM)元件的电阻可变存储元件。Moore和Gilton的美国专利No.6,348,365公开了一种典型的PCRAM装置。在典型PCRAM装置中，将导电材料(诸如银)加入硫属化物材料中。硫属化物材料的电阻可以编程为稳定的较高电阻和较低电阻状态。未编程的PCRAM装置通常处于高电阻状态。通过在硫属化物材料两端施加一个电压电势，写入操作将PCRAM装置编程为较低的电阻状态。
在除去电压电势之后，被编程的较低电阻状态可以在一段不确定的时期内(一般在几小时至几周的范围内)保持原样。通过施加大约和写入该元件至较低电阻状态所用的量级相同的反向电压电势可使PCRAM装置返回到它的较高电阻状态。此外，一旦除去该电压电势，会以半易失方式维持较高的电阻状态。这样，这种装置可以起电阻可变存储元件的作用，所述电阻可变存储元件具有两种电阻状态，这可以定义两种逻辑状态。
PCRAM装置可以结合包含硒化锗(GexSe100-x)的硫属化物玻璃。硒化锗玻璃还可以结合银(Ag)或硒化银(Ag2Se)。
用于PCRAM装置的硫属化物玻璃材料的无定形属性与其编程特性有直接关系。因而，把银加入硫属化物玻璃需要精确控制该玻璃的成份和银的浓度，以免导致该硫属化物玻璃从所期望的无定形状态变为结晶状态。
相应地，需要具有改进的存储保持和切换特性的电阻可变存储元件。
发明内容
本发明提供一种电阻可变存储元件和形成电阻可变存储元件的方法。
在一个实施例中，本发明提供一种在第一硫属化物玻璃层和导电粘合层之间具有至少一个硒化银层的存储元件。导电粘合层也可以是硫属化物玻璃层。在两个导电层或电极之间形成包含第一硫属化物玻璃层、硒化银层和第二硫属化物玻璃层的层的堆叠。在本发明的另一个实施例中，层的堆叠可以在硫属化物玻璃层和导电粘合层之间包含一个以上硒化银层。在另一个实施例中，在这些电极之间，该存储元件可以以不同的顺序包含若干硫属化物玻璃层、若干银层和若干硒化银层。本发明提供了用于具有改进的存储特性的PCRAM装置的结构。
附图说明
以下结合附图提供的详细说明，将能更好地理解本发明的上面所讨论的以及其他的特征和优点。
图1-7举例说明按照本发明实施例制造的存储元件在不同处理阶段时的剖面视图；
图8举例说明如图1所示的存储元件在图4所示处理之后的处理阶段时的剖面视图；
图9举例说明按照本发明实施例的存储元件在图4所示处理之后的处理阶段时的剖面视图；
图10举例说明按照本发明实施例的存储元件在图4所示处理之后的处理阶段时的剖面视图；
图11举例说明按照本发明实施例的存储元件的剖面视图；
图12举例说明按照本发明的另一个实施例的存储元件的剖面视图；
图13举例说明按照本发明的另一个实施例的存储元件的剖面视图；
图14举例说明按照本发明的另一个实施例的存储元件的剖面视图；而
图15举例说明具有按照本发明的存储元件的计算机系统。
具体实施方式
在以下的详细说明中，将涉及本发明不同的具体实施例。下面以足够的细节描述这些实施例，以便使本领域的技术人员能够实现本发明。将会明白，可以使用其它的实施例，而且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以进行各种结构的、逻辑的和电学的改变。
在以下描述中使用的术语″衬底″可以包括任何支持结构，所述支持结构包括但不限于具有暴露的衬底表面的半导体衬底。半导体衬底应该理解为包括绝缘体上的硅(SOI)、兰宝石上的硅(SOS)、掺杂和未掺杂的半导体、由基本半导体基础支持的硅外延层及其他半导体结构。在以下的描述涉及半导体衬底或晶片时，以前的处理步骤可能已经用来在基本半导体或基础内或其上形成区域或结。衬底不必是基于半导体的，而是可以是适于支持集成电路的任何支持结构。
术语″银″打算不仅包括元素银，而且包括具有其它痕量金属的银或与半导体行业已知的其它金属组成各种合金组合的银，只要这样的银合金是导电的，并且只要银的物理和电学特性保持不变。
术语″硒化银″打算包括各种硒化银，包括具有略微过量或不足的银的某些种类。例如，硒化银种类可以用通式Ag2+/-xSe表示。尽管在Ag和Se之间不受特定的化学计量比限制，本发明的装置一般包含Ag2+/-xSe种类，其中x的范围约为1至0。
术语″半易失性存储器″打算包括在使该装置掉电一段时间之后仍能够保持其存储状态的任何存储装置或元件。因而，半易失性存储装置在断开或除去电源之后仍能够保持所存储的数据。因此，术语″半易失性存储器″还打算不仅包括半易失性存储装置，而且包括非易失性存储装置和低易失性存储装置。
术语″电阻可变材料″打算包括硫属化物玻璃和包含有金属(诸如银或金属离子)的硫属化物玻璃。例如，术语″电阻可变材料″可以包括掺杂银的硫属化物玻璃、锗硒化银玻璃、包含有硒化银层的硫属化物玻璃，非掺杂的硫属化物玻璃。
术语″电阻可变存储元件”打算包括根据所施加的电压呈现电阻变化的任何存储元件，包括可编程导体随机存取存储器元件。
术语″硫属化物玻璃″打算包括由来自周期表VIA族(或16族)的元素组成的玻璃。VIA族元素，又称硫族元素，包括硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、钋(Po)和氧(O)。
现将参照说明示范性实施例并且其中相同的附图标记表示相同的特征的附图来说明本发明。图1描述了在半导体衬底10(如硅衬底)上面形成的可选的绝缘层12的一部分。应该明白，如上所述，本发明的存储元件可以在各种各样的衬底材料上面形成，而不仅仅是在半导体衬底(如硅)上形成。例如，可选的绝缘层12可以在陶瓷或基于聚合物的衬底上形成。绝缘层12可以通过任何已知的沉积方法来形成，诸如通过化学汽相淀积(CVD)的溅射、等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)或物理汽相淀积(PVD)。绝缘层12可以由传统的绝缘氧化物形成，诸如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)或低介电常数材料等。
还如图1所示，在绝缘层12上面形成第一电极14。第一电极14可以包含任何导电材料，例如，钨、镍、钽、铝、铂、导电氮化物及其他材料。在第一电极14上面接着形成第二绝缘层15。第二绝缘层15可以包含与上面就绝缘层12所描述的相同或不同的材料。
现参见图2，在第二绝缘层15内形成延伸至第一电极14的开口13。开口13可以通过本领域已知的方法形成，例如，通过传统的形成图案和蚀刻处理形成。如图3所示，在第二绝缘层15上面接着形成第一硫属化物玻璃层17以此填充开口13。
按照本发明的实施例，第一硫属化物玻璃层17可以是具有GexSe100-x化学计量的硒化锗玻璃。最佳的化学计量范围介于大约Ge20Se80至Ge43Se57之间，并且更优选地约为Ge40Se60。第一硫属化物玻璃层17优选地具有大约100至1000的厚度并且更优选地约为150。
具有按照本发明的化学计量成分的第一硫属化物玻璃层17的形成可以通过任何适当的方法来完成。例如，硒化锗玻璃可以通过蒸发、以适当的比率共同溅射锗和硒、利用具有所期望的化学计量的硒化锗目标的溅射、或利用GeH4和SeH2气体(或这些气体的不同成分)的化学计量量的化学汽相淀积来形成，这些导致所期望的化学计量的硒化锗薄膜的方法是可以使用的方法示例。
如图4所示，含金属层18可以直接在第一硫属化物玻璃层17的表面上沉积成。当含金属层17(诸如硒化银层)设置得与硫属化物玻璃接触时，通过光掺杂或热扩散来掺杂硫属化物玻璃层17便变得不必要了。但是，用金属(例如，银)掺杂硫属化物玻璃层17是一种可选的变型。
含金属层18可以是任何适当的含金属层。例如，适当的含金属层包括银-硫属化物层，诸如硫化银、氧化银、碲化银和硒化银。可以用各种各样的处理过程来形成最佳的含金属层18，所述的含金属层18为硒化银。例如，可以使用物理汽相淀积技术，诸如蒸发沉积和溅射。也可以在银层上面使用其它的处理过程来形成硒化银层，诸如化学汽相淀积、共蒸发或沉积一个硒层。
优选地，含金属层17、18的厚度可以使得含金属层18与第一硫属化物玻璃层17的厚度比率在约5∶1和约1∶1之间。换句话说，含金属层18的厚度是第一硫属化物玻璃层17的厚度的大约1至5倍。甚至更优选地，该比率在约3.1∶1和约2∶1之间。
现参见图5，可以在第一含金属层18的上面形成第二玻璃层20。在含金属层是硒化银的地方，第二玻璃层20允许在硒化银层上面沉积银，而同时要防止银在硒化银表面上凝聚。第二玻璃层20可以防止或调节金属(诸如银)从电极22(图6)迁移进入存储元件。
第二玻璃层20还可以起银扩散控制层或粘合层的作用。为了用作扩散控制层，任何适当的玻璃都可以使用，包括但不限于硫属化物玻璃。第二硫属化物玻璃层20可以但不必一定具有与第一硫属化物玻璃层相同的化学计量成分，例如GexSe100-x。因而，第二玻璃层20可以是不同的材料、不同的化学计量、和/或比第一硫属化物玻璃层17更坚硬。当用作扩散控制层时，第二玻璃层20可以包含SiSe(硒化硅)、AsSe(硒化砷，诸如As3Se2)、GeS(硫化锗)以及Ge、Ag和Se的化合物。这些适当的玻璃材料中的任何一种还可以包含小浓度(例如，小于约3％)的掺杂剂，以便包括氮化物、金属及来自周期表的其他族13-16的元素。
层18、20的厚度使得含金属层18的厚度大于第二玻璃层20的厚度。优选地，含金属层18的厚度与第二玻璃层20的厚度的比率在约5∶1和约1∶1之间。更优选地，含金属层18的厚度与第二玻璃层20的厚度的比率在约3.3∶1和约2∶1之间。第二玻璃层20优选地具有介于大约100至1000之间的厚度，而且更优选地约为150。第二玻璃层20可以通过任何适当的方法形成。例如，可以使用化学汽相淀积、蒸发、共同溅射、或利用具有所期望的化学计量的目标的溅射。
现参见图6，在第二玻璃层20上面形成第二导电电极22。该第二导电电极22可以包含任何导电材料，例如，钨、钽、钛、导电氮化物或其它的材料。因而，有利的是，可以选择第二玻璃层20用来显著地减慢或防止导电金属(诸如银)移过电阻可变存储元件100。
现参见图7，可以在第二电极22和第二绝缘层15上面形成一个或多个附加的绝缘层30，以便使电阻可变存储元件100与在衬底10上面制造的其它结构隔离。然后可以进行传统的处理步骤，以此使电阻可变存储元件电耦合至存储器阵列的不同电路。
按照本发明的另一个实施例，一个或多个含金属材料层(诸如硒化银)可以在第一硫属化物玻璃层17的上面沉积成。可以使用多个含金属层。如图8所示，可以在导致如图4所示结构的处理步骤之后在第一硒化银层18上沉积可选的第二硒化银层19。
含金属层18、19的厚度使得这些组合层(例如，硒化银层)的总厚度大于或等于第一硫属化物玻璃层17的厚度。组合的含金属层18、19的总厚度还大于第二玻璃层20的厚度。优选地，组合的含金属层18、19的总厚度是第一硫属化物玻璃层17的厚度的大约1至5倍并且因此是第二玻璃层20的厚度的大约1至5倍。甚至更优选地，组合的含金属层18、19的总厚度是第一硫属化物玻璃层17和第二玻璃层20的厚度的大约2至3.3倍。
按照本发明的另一个实施例，第一硫属化物玻璃层17可以包括多层硫属化物玻璃材料，诸如硒化锗。第二玻璃层20还可以包含多层玻璃材料。任何适当数目的层可用来包含第一硫属化物玻璃层17和/或第二玻璃层20。但要明白，含金属层18、19的总厚度应该比多个硫属化物玻璃层17的总厚度更厚并且另外含金属层18、19的总厚度应该比一层或多层第二玻璃层20的总厚度更厚。优选地，含金属层18、19的总厚度与多层硫属化物玻璃17的总厚度的比率在约5∶1和约1∶1之间。同样优选地，含金属层18、19的总厚度与多层第二玻璃层20的总厚度的比率在约5∶1和约1∶1之间。
现参见图7，按照本发明的另一个实施例，一个或多个硫属化物玻璃层17、20也可以用掺杂剂(诸如金属，优选地为银)进行掺杂。
按照如图9所示的本发明的另一个实施例，图9表示图4所示处理之后的处理阶段，如图9所示，在第一和第二电极之间形成的层的堆叠可以包括交替出现的硫属化物玻璃层17、117、217、317和含金属层18、118、218。所期望的含金属层是硒化银。如图9所示，第一硫属化物玻璃层17位于第一电极14的上面，第一硒化银层18位于第一硫属化物玻璃层17的上面，第二硫属化物玻璃层117位于第一硒化银层18的上面，第二硒化银层118位于第二硫属化物玻璃层117的上面，第三硫属化物玻璃层217位于第二硒化银层118的上面，第三硒化银层218位于第三硫属化物玻璃层217的上面，和第四硫属化物玻璃层317位于第三硒化银层218的上面。第二导电电极22可以在第四硫属化物玻璃层317上面形成。
按照同一实施例，存储元件100包含至少两个含金属层18、118和至少3个硫属化物玻璃层17、117、217。但要明白，存储元件100可以包含硫属化物玻璃17、117、217和硒化银18、118的多个交替层，只要这些交替层由第一硫属化物玻璃层(例如，17)开始并且以最后的硫属化物玻璃层(例如，317)结束，其中第一硫属化物玻璃层接触第一电极14以及最后的硫属化物玻璃层接触第二电极22。硒化银18、118、218和硫属化物玻璃17、117、217、317的交替层的厚度和比率与上述相同，因为硒化银层18、118、218优选地比连接的硫属化物玻璃层17、117、217、317更厚，硒化银层18、118、218与所连接的硫属化物玻璃层17、117、217、317的比率在约5∶1和约1∶1之间，更优选的是硒化银层18、118、218与所连接的硫属化物玻璃层17、117、217、317的比率在约3.3∶1和2∶1之间。
如图10所示，在本发明的另一个实施例中，一层或多层含金属材料18、418(诸如硒化银)可以在硫属化物玻璃层17、117之间沉积。可以使用多个硒化银层18、418。因而，如图10所示，在图4所示处理之后的处理步骤中，可以在第一硒化银层18上沉积附加的硒化银层418并且可以在第三硒化银层218上沉积附加的硒化银层518。
按照本发明的另一个实施例，图10所示的硫属化物玻璃层17、117、217、317中的每一个可以包含多个更薄的硫属化物玻璃材料层，诸如硒化锗。任何适当数目的层可用来包含硫属化物玻璃层17、117、217、317。
在本发明的另一个实施例中，一个或多个硫属化物玻璃层17、117、217、317也可以用掺杂剂(诸如金属，优选地为银)进行掺杂。应该注意的是，当硫属化物玻璃层(诸如层117)在硒化银层(诸如层418)上溅射沉积时，溅射过程的高能属性可导致少量的Ag加入硫属化物玻璃层。
按照本发明各实施例构造的装置，特别是那些具有在两个硫属化物玻璃层(例如，层17、20)之间布置的硒化银层(例如，层18)的装置，较之传统的存储装置，呈现出改进的存储保持力和写入/擦除性能。这些装置还呈现出在室温下大于1200小时的数据保持力。该装置在小于2纳秒的脉冲宽度下切换，相比之下，现有技术的掺杂的电阻可变存储元件在约为100纳秒的脉冲下切换。
如图11所示，按照本发明的另一个实施例以及类似于第一示范性实施例，在第二硫属化物玻璃层20上面设置银层50。然后在银层50上面设置导电粘合层30，并在导电粘合层30上面设置顶部电极22。银层50可以通过任何适当的手段(诸如溅射或镀覆技术，包括电镀或无电镀覆)在第二玻璃层20上面沉积。银层所期望的厚度约为200。用于导电粘合层的适当材料包括能够在银层50和顶部电极层22之间提供良好的附着力的导电材料。用于导电粘合层30的所期望的材料包括硫属化物玻璃。然后在导电粘合层30上面形成顶部电极22。
该示范性实施例的硫属化物玻璃层17、20可以是具有GexSe100-x化学计量的硒化锗玻璃，其中x的范围为从17至43。最佳的化学计量约为Ge20Se80至Ge43Se57，最优选地约为Ge40Se60。当玻璃未掺杂时，第一和第二硫属化物玻璃层17、20优选地具有大约100至1000的厚度并且更优选地为大约150。
含金属层18可以是任何适当的含金属材料。例如适当的含金属层18包括银-硫属化物层，诸如硒化银、硫化银、氧化银和碲化银等等。所期望的含金属层是硒化银。各种各样的处理过程可用来形成硒化银含金属层18。例如，可以使用物理汽相淀积技术，诸如蒸发沉积和溅射。也可以使用其它的处理过程，诸如化学汽相淀积、在银层上面共蒸发或沉积一层硒以此形成硒化银。含金属层18可以比第一和第二硫属化物玻璃层17、20的厚度大约1至5倍并且优选地约为470。
顶部和底部电极22、14可以是任何导电材料，诸如钨、钽、铝、铂、银、导电氮化物等等。底部电极14优选地为钨。顶部电极22优选地为钨或氮化钽。
导电粘合层30可以是在上面所讨论的第一和第二硫属化物玻璃层17、20中使用的同一硫属化物玻璃材料。在这种情况下，导电粘合层30可以通过在银层50上溅射硫属化物玻璃来形成。正象如上所述当在硒化银层上面溅射沉积时银被加入硫属化物玻璃层一样，溅射处理的高能属性可导致少量银从银层50加入硫属化物玻璃粘合层30。从而，使顶部电极对硫属化物玻璃粘合层30短路，建立从顶部电极至第一玻璃层17的导电路径。硫属化物玻璃导电粘合层30的所期望的厚度约为100。
在银层50和顶部电极22之间使用导电粘合层30可以防止顶部电极22材料在后续处理步骤(诸如光刻胶剥去过程)中剥离。电极22的材料(包括钨、钽、氮化钽和钛等等)可能无法很好地粘附到银层50，诸如图11所示。例如，两个层50、22之间的粘合可能不足以防止电极层22至少部分地从下面的银层50中分离(剥落)并因此使得同存储元件100的下面的层20、18、17、14的电接触松开。顶部电极22和下面的存储元件层20、18、17、14之间接触不良可能导致电气性能问题和不可靠的切换特性。导电结合层30的使用可以基本上消除这个问题。
正如上面所讨论的，与硫属化物玻璃层17接触的含金属层18(诸如硒化银)的使用可以消除在存储元件100的形成过程中用金属掺杂硫属化物玻璃层17的必要性。按照刚才讨论的实施例，硒化银层18提供硒化银的来源，它通过存储元件100(图11)形成之后的调节步骤被驱使进入硫属化物玻璃层17。具体地说，该调节步骤包含在存储元件结构100的两端施加电势以使硒化银从硒化银层18被驱使进入第一硫属化物玻璃层17，形成导电沟道。Ag+离子进出该沟道导致存储元件100的总电阻变化。脉冲宽度和振幅是调节电势的关键参数，调节电势通常具有比用来编程存储元件的典型电势更长的脉冲宽度和更高的振幅。在调节步骤之后，存储元件100可以被编程，在调节过程中提供某些银移进导电沟道。
当银直接在硒化银上被溅射时，在沉积过程中可能会出现银在银层50/硒化银层18的界面上凝聚。在存储单元100的操作过程中，这样的银凝聚可能会引起后续处理问题。银层50和硒化银层18之间硫属化物玻璃层20的使用可以防止硒化银层18表面上的银凝聚。
在本发明另一个示范性实施例中，如图12所示，可以在较低的硫属化物玻璃层17和硒化银玻璃层18之间沉积附加的银层40。因而，正如图12举例说明的，存储元件200包含第一硫属化物玻璃层17、第一银层40、硒化银玻璃层18、第二硫属化物玻璃层20、第二银层50′、导电粘合层30和顶部电极层22。第一银层40的添加将写入和擦除操作之前所需要的调节电势的振幅和脉冲宽度减到最小。层17、18、20、22、50′和30可以是与本发明的其他实施例中的相同或类似的材料并且可以通过类似的手段来形成。另外，第一硫属化物玻璃层17可以是掺杂的硫属化物玻璃。例如，第一硫属化物玻璃层可以是掺杂银的硒化银。
按照本发明的这个实施例，调节步骤允许硒化银从硒化银层18加入第一硫属化物玻璃层17。在银层40上面沉积硒化银层18导致硒化银层18变得富银。这种富银的硒化银在所施加的调节脉冲的影响下更容易加入第一硫属化物玻璃层17。结果，该调节脉冲可以具有更短的脉冲宽度和更低的振幅，从而有效地加快调节处理过程。
与第二银层50′比较，第一银层40必须是相对较薄的，以便避免在调节过程中银过量加入较低的硫属化物层，这可缩短存储元件的寿命。当第一玻璃层17约为150时，第一银层40具有约为35-50的所期望的厚度。
如图13所示，按照本发明的另一个实施例以及类似于第一示范性实施例，银层40′设置在硫属化物玻璃层17上面。因而，正如图13举例说明的，存储元件300包含第一硫属化物玻璃层17、银层40′、硒化银玻璃层18、第二硫属化物玻璃层20和顶部电极层22。按照本发明的这个实施例，调节步骤驱使硒化银从硒化银层18进入第一硫属化物玻璃层17，打开导电沟道。
如图14所示，按照本发明的另一个实施例以及类似于图13所示的实施例，银层50′设置在第二玻璃层20上面。银层50′可以通过任何适当的手段(诸如溅射或镀覆技术，包括电镀或无电镀覆)在第二玻璃层20的上面沉积成。该银层所期望的厚度约为200。然后在银层50′上面形成顶部电极22。因而，正如图14举例说明的，存储元件400包含第一硫属化物玻璃层17、银层40″、硒化银玻璃层18、第二硫属化物玻璃层20、第二银层50′和顶部电极层22。第一硫属化物玻璃层17可以是掺杂的硫属化物玻璃。例如，该第一硫属化物玻璃层可以是掺杂银的硒化银。
上述的实施例涉及了仅仅少数的按照本发明的可能的电阻可变存储元件100结构的形成。但应明白，本发明预计了其它这样的电阻可变存储元件的形成，它们可以制成存储器阵列并且可以利用存储元件存取电路来操作。
图15举例说明了包括存储电路448(例如，可编程导体RAM)的典型处理器系统400，该存储电路448使用按照本发明制造的电阻可变存储元件。处理器系统(诸如计算机系统)通常包含中央处理器(CPU)444，诸如微处理器、数字信号处理器或其它的可编程数字逻辑器件，它们在总线452上与输入/输出(I/O)装置446进行通信。存储器448通常通过存储器控制器在总线452上与系统进行通信。
在计算机系统的情况下，处理器系统可以包括外围装置，诸如软盘驱动器454和光盘(CD)ROM驱动器456，它们也在总线452上与CPU 444进行通信。存储器448优选地被构造成集成电路，其包括一个或多个电阻可变存储元件100。必要时，存储器448可以与处理器(例如，CPU 444)结合在单个集成电路中。
以上的描述和附图仅仅被认为是对实现本发明的特征和优点的示范性实施例的说明。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对特定的处理状态和结构进行修改和替换。因此，不认为本发明受限于上面的描述和附图，本发明只受限于后附的权利要求书的范围。

Claims (107)

1.一种电阻可变存储元件，包含：
第一电极；
第一硫属化物玻璃层，电耦合至所述第一电极；
第二硫属化物玻璃层，位于所述第一硫属化物玻璃层上面；
含金属层，位于所述第一和第二硫属化物玻璃层之间；
金属层，位于所述第二硫属化物玻璃层上面；
导电粘合层，位于所述金属层上面；以及
第二电极，电耦合至所述导电粘合层。
2.如权利要求1所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述含金属层是银-硫属化物层。
3.如权利要求2所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述含金属层是硒化银。
4.如权利要求3所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述硒化银层用通式Ag2+/-xSe表示，并且其中x的范围为大约1至大约0。
5.如权利要求1所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述含金属层具有的厚度是所述第一和第二硫属化物玻璃层厚度的约1至5倍。
6.如权利要求1所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述含金属层具有约为470的厚度。
7.如权利要求1所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述金属层是银。
8.如权利要求7所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述银层具有约为200的厚度。
9.如权利要求1所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层各自具有大约100至大约1000的厚度。
10.如权利要求1所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层各自具有约为150的厚度。
11.如权利要求1所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层包含具有通式GexSe100-x的材料，其中x＝17至43。
12.如权利要求1所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层包含具有约为Ge40Se60的化学计量的硒化锗玻璃。
13.如权利要求1所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述导电粘合层是硫属化物玻璃层。
14.如权利要求13所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述导电粘合层是具有约为Ge40Se60的化学计量的硒化锗玻璃。
15.如权利要求13所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述导电粘合层具有约为100的厚度。
16.如权利要求1所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一和第二电极选自由钨、镍、钽、铝、铂、银和导电氮化物构成组。
17.如权利要求15所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一电极是钨。
18.如权利要求15所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第二电极是氮化钽。
19.一种电阻可变存储元件，包含：
第一电极；
第一硫属化物玻璃层，电耦合至所述第一电极；
第一金属层，位于所述第一硫属化物玻璃层上面；
含金属层，位于所述金属层上面；
第二硫属化物玻璃层，位于所述含金属层上面；
第二金属层，位于所述第二硫属化物玻璃层上面；
导电粘合层，位于所述第二银层上面；以及
第二电极，电耦合至所述导电粘合层。
20.如权利要求19所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述含金属层是银-硫属化物层。
21.如权利要求20所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述含金属层是硒化银。
22.如权利要求19所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述含金属层具有的厚度是所述第一和第二硫属化物玻璃层厚度的约1至5倍。
23.如权利要求19所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述含金属层具有约为470的厚度。
24.如权利要求19所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一金属层和所述第二金属层是银。
25.如权利要求24所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一银层具有约35至约50的厚度。
26.如权利要求24所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第二银层具有约为200的厚度。
27.如权利要求24所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层各自具有约100至约1000的厚度。
28.如权利要求19所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层包含掺杂银的硫属化物玻璃。
29.如权利要求19所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层各自具有约为150的厚度。
30.如权利要求19所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层包含具有通式GexSe100-x的材料，其中x＝17至43。
31.如权利要求19所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层包含具有约为Ge40Se60的化学计量的硒化锗玻璃。
32.如权利要求19所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述导电粘合层是硫属化物玻璃层。
33.如权利要求32所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述导电粘合层是具有约为Ge40Se60的化学计量的硒化锗玻璃。
34.如权利要求32所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述导电粘合层具有约为100的厚度。
35.如权利要求19所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一和第二电极选自由钨、镍、钽、铝、铂和导电氮化物构成的组。
36.如权利要求35所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一电极是钨。
37.如权利要求35所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第二电极是氮化钽。
38.一种形成电阻可变存储元件的方法，所述方法包含以下步骤：
形成第一电极；
形成电耦合至所述第一电极的第一硫属化物玻璃层；
在所述第一硫属化物玻璃层上面形成第二硫属化物玻璃层；
在所述第一和第二硫属化物玻璃层之间形成含金属层；
在所述第二硫属化物玻璃层上面形成金属层；
在所述金属层上面形成导电粘合层；以及
形成电耦合至所述导电粘合层的顶部电极。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，其中所述含金属层是银-硫属化物层。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，其中所述含金属层是硒化银。
41.如权利要求39所述的方法，其特征在于，其中所述含金属层具有的厚度是所述第一和第二硫属化物玻璃层厚度的约1至5倍。
42.如权利要求39所述的方法，其特征在于，其中所述含金属层具有约为470的厚度。
43.如权利要求38所述的方法，其特征在于，其中所述金属层是银。
44.如权利要求42所述的方法，其特征在于，其中所述银层具有约为200的厚度。
45.如权利要求38所述的方法，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层各自具有约100至约1000的厚度。
46.如权利要求45所述的方法，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层各自具有约为150的厚度。
47.如权利要求38所述的方法，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层包含具有通式GexSe100-x的材料，其中x＝17至43。
48.如权利要求47所述的方法，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层包含具有约为Ge40Se60的化学计量的硒化锗玻璃。
49.如权利要求38所述的方法，其特征在于，其中所述导电粘合层是硫属化物玻璃层。
50.如权利要求49所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述导电粘合层是具有约为Ge40Se60的化学计量的硒化锗玻璃。
51.如权利要求49所述的方法，其特征在于，其中所述导电粘合层具有约为100的厚度。
52.如权利要求38所述的方法，其特征在于，还包含在存储元件结构的两端施加调节电势的步骤。
53.如权利要求52所述的方法，其特征在于，其中所述调节电势的脉冲宽度的范围约为100纳秒至约500纳秒。
54.一种形成电阻可变存储元件的方法，所述方法包含：
形成顶部电极；
形成第一硫属化物玻璃层；
形成电耦合至所述第一硫属化物玻璃层的第一金属层；
在所述金属层上面形成含金属层；
在所述含金属层上面形成第二硫属化物玻璃层；
在所述第二硫属化物玻璃层上面形成第二金属层；
在所述第二金属层上面形成导电粘合层；以及
形成电耦合至所述导电粘合层的顶部电极。
55.如权利要求54所述的方法，其特征在于，其中所述含金属层是银-硫属化物层。
56.如权利要求55所述的方法，其特征在于，其中所述含金属层是硒化银。
57.如权利要求54所述的方法，其特征在于，其中所述含金属层具有的厚度是所述第一和第二硫属化物玻璃层厚度的约1至5倍。
58.如权利要求54所述的方法，其特征在于，其中所述含金属层具有约为470的厚度。
59.如权利要求54所述的方法，其特征在于，其中所述第一和第二金属层是银。
60.如权利要求59所述的方法，其特征在于，其中所述第一银层具有约为35至约50的厚度。
61.如权利要求59所述的方法，其特征在于，其中所述第二银层具有约为200的厚度。
62.如权利要求54所述的方法，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层各自具有约为100至约1000的厚度。
63.如权利要求62所述的方法，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层各自具有约为150的厚度。
64.如权利要求54所述的方法，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层包含具有通式GexSe100-x的材料，其中x＝17至43。
65.如权利要求54所述的方法，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层包含具有约为Ge40Se60的化学计量的硒化锗玻璃。
66.如权利要求54所述的方法，其特征在于，其中所述导电粘合层是硫属化物玻璃层。
67.如权利要求66所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述导电粘合层是具有约为Ge40Se60的化学计量的硒化锗玻璃。
68.如权利要求67所述的方法，其特征在于，其中所述导电粘合层具有约为100的厚度。
69.如权利要求67所述的方法，其特征在于，还包含在存储元件结构的两端施加调节电势的步骤。
70.如权利要求68所述的方法，其特征在于，其中所述调节电势的脉冲宽度的范围约为100纳秒至约500纳秒。
71.一种电阻可变存储元件，包含：
第一电极；
第一硫属化物玻璃层，电耦合至所述第一电极；
第二硫属化物玻璃层，位于所述第一硫属化物玻璃层上面；
含金属层，位于所述第一和第二硫属化物玻璃层之间；
金属层，位于第一硫属化物玻璃层和所述含金属层之间；以及
第二电极，电耦合至所述第二硫属化物玻璃层。
72.如权利要求61所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述含金属层是银-硫属化物层。
73.如权利要求72所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述含金属层是硒化银。
74.如权利要求71所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述含金属层具有的厚度是所述笫一和第二硫属化物玻璃层厚度的约1至5倍。
75.如权利要求71所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述含金属层具有约为470的厚度。
76.如权利要求71所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述金属层是银。
77.如权利要求71所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层各自具有约为100至约1000的厚度。
78.如权利要求71所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层包含具有通式GexSe100-x的材料，其中x＝17至43。
79.如权利要求71所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层包含具有约为Ge40Se60的化学计量的硒化锗玻璃。
80.如权利要求71所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一和第二电极选自由钨、镍、钽、铝、铂、银和导电氮化物构成的组。
81.如权利要求71所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层包含掺杂银的硫属化物玻璃。
82.一种形成电阻可变存储元件的方法，所述方法包含以下步骤：
形成第一电极；
形成电耦合至所述第一电极的第一硫属化物玻璃层；
在所述第一硫属化物玻璃层上面形成第二硫属化物玻璃层；
在所述第一和第二硫属化物玻璃层之间形成含金属层；
在所述第一硫属化物玻璃层和所述含金属层之间形成金属层；以及
形成电耦合至所述第二硫属化物玻璃层的顶部电极。
83.如权利要求82所述的方法，其特征在于，其中所述含金属层是银-硫属化物层。
84.如权利要求82所述的方法，其特征在于，其中所述含金属层是硒化银。
85.如权利要求82所述的方法，其特征在于，其中所述含金属层具有的厚度是所述第一和第二硫属化物玻璃层厚度的约1至5倍。
86.如权利要求82所述的方法，其特征在于，其中所述含金属层具有约为470的厚度。
87.如权利要求82所述的方法，其特征在于，其中所述金属层是银。
88.如权利要求82所述的方法，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层各自具有约为100至约1000的厚度。
89.如权利要求82所述的方法，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层包含具有通式GexSe100-x的材料，其中x＝17至43。
90.如权利要求89所述的方法，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层包含具有约为Ge40Se60的化学计量的硒化锗玻璃。
91.如权利要求82所述的方法，其特征在于，还包含在存储元件结构的两端施加调节电势的步骤。
92.如权利要求91所述的方法，其特征在于，其中所述调节电势的脉冲宽度的范围约为100纳秒至约500纳秒。
93.一种电阻可变存储元件，包括：
第一电极；
第一硫属化物玻璃层，电耦合至所述第一电极；
第二硫属化物玻璃层，位于所述第一硫属化物玻璃层上面；
含金属层，位于所述第一和第二硫属化物玻璃层之间；
第一金属层，位于所述第一硫属化物玻璃层和所述含金属层之间；
第二金属层，位于所述第二硫属化物玻璃层上面；以及
第二电极，电耦合至所述第二硫属化物玻璃层。
94.如权利要求93所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述含金属层是银-硫属化物层。
95.如权利要求94所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述含金属层是硒化银。
96.如权利要求93所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一金属层是银。
97.如权利要求96所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第二金属层是银。
98.如权利要求93所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层包含具有通式GexSe100-x的材料，其中x＝17至43。
99.如该权利要求93所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层包含具有约为Ge40Se60的化学计量的硒化锗玻璃。
100.如权利要求93所述的电阻可变存储元件，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层包含掺杂银的硫属化物玻璃。
101.一种形成电阻可变存储元件的方法，所述方法包含：
形成第一电极；
形成电耦合至所述第一电极的第一硫属化物玻璃层；
在所述第一硫属化物玻璃层上面形成第二硫属化物玻璃层；
在所述第一和第二硫属化物玻璃层之间形成含金属层；
在所述第一硫属化物玻璃层和所述含金属层之间形成第一金属层；
在所述第二硫属化物玻璃层上面形成第二金属层；以及
形成电耦合至所述第二硫属化物玻璃层的第二电极。
102.如权利要求101所述的方法，其特征在于，其中所述含金属层是硒化银。
103.如权利要求101所述的方法，其特征在于，其中所述金属层是银。
104.如权利要求101所述的方法，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层包含具有通式GexSe100-x的材料，其中x＝17至43。
105.如权利要求101所述的方法，其特征在于，其中所述第一硫属化物玻璃层和所述第二硫属化物玻璃层包含具有约为Ge40Se60的化学计量的硒化锗玻璃。
106.如权利要求101所述的方法，其特征在于，还包含在存储元件结构的两端施加调节电势的步骤。
107.如权利要求106所述的方法，其特征在于，其中所述调节电势的脉冲宽度的范围约为100纳秒至约500纳秒。
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