DE102009006402B4

DE102009006402B4 - Resistiv arbeitende Speicherzelle, resistiv arbeitende Speichervorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE102009006402B4
Application number: DE102009006402.8A
Authority: DE
Inventors: Yun-Taek HWANG; Yu-jin Lee
Original assignee: Hynix Semiconductor Inc
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2029-01-29
Also published as: CN101740601A; JP2010114422A; CN101740601B; US20100117041A1; DE102009006402A1; KR20100052080A; US8148708B2; TW201019468A

Abstract

Resistiv arbeitende Speicherzelle, umfassend: eine erste leitfähige Leitung auf einem Substrat; eine vertikale Selektionsdiode, umfassend eine Nanoröhre, welche über der ersten leitfähigen Leitung angeordnet ist; ein resistiv arbeitendes Element, einschließlich einer resistiv arbeitenden Schicht, welches über der vertikalen Selektionsdiode angeordnet ist; und eine zweite leitfähige Leitung, welche über dem resistiv arbeitenden Element angeordnet ist; und und wobei die vertikale Selektionsdiode einen unteren Teil mit Dotierstoffen vom n-Typ bzw. p-Typ und einen oberen Teil mit Dotierstoffen vom p-Typ bzw. n-Typ einschließt, wobei das resistiv arbeitende Element einschließt: die resistiv arbeitende Schicht angeordnet auf und in direktem elektrischen Kontakt mit der vertikalen Selektionsdiode, und eine obere Elektrode angeordnet auf der resistiv arbeitenden Schicht und in elektrischem Kontakt mit der zweiten leitfähigen Leitung.

Description

HINTERGRUND
Die Offenbarung betrifft eine Speicherzelle, eine Speichervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Speichervorrichtung und genauer gesagt eine resistiv arbeitende Speichervorrichtung, wie eine nicht volatile resistiv arbeitende Random-Access-Memory-Vorrichtung (ReRAM) und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Vor kurzem wurde die nächste Generation von Speichervorrichtungen, die Dynamic-Random-Access-Memory-Vorrichtung (DRAM) und Flash-Memory-Vorrichtungen ersetzten, untersucht.
Eine der Speichervorrichtungen der nächsten Generation ist eine resistiv arbeitende Speichervorrichtung unter Verwendung eines Materials, dass zwischen mindestens zwei Widerstandszuständen durch eine scharfe Varianz von Widerständen als Antwort auf eine Vorspannung, die auf das Material angewendet wird, geschaltet werden kann. Ein binäres Oxid, einschließlich eines Übergangsmetalloxids oder eines Perovskit-Materials, wird als die resistiv arbeitende Schicht verwendet.
Im allgemeinen weißt jede Zelle in der resistiv arbeitenden Speichervorrichtung ein Selektionselement auf zum Auswählen dieser Zelle und ein im Widerstand variables resistiv arbeitendes Element, dass mit dem Selektionselement elektrisch verbunden ist, auf. Ein Selektionstransistor oder eine Selektionsdiode wird als das Selektionselement verwendet. Zusätzlich weißt das resistiv arbeitende Element eine obere Elektrode, eine untere Elektrode und die resistiv arbeitende Schicht auf, die zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode eingeschoben ist.
Aus der US 2006/0 034 116 A1 , der US 2007/0 278 530 A1 , WO 2006/059 313 A2 , US 2006/0 250 837 A1 , US 2007/0 183 189 A1 und der US 2007/0 132 049 A1 sind entsprechende Speichervorrichtungen bekannt.
Eine entsprechende Selektionsdiode ist aus der US 2007/0 268 042 A1 bekannt.
Vor kurzem wurde eine Speicherzellenstruktur vorgeschlagen, in welcher eine vertikale Selektionsdiode und ein resistiv arbeitendes Element aufeinander gestapelt sind. Genauer gesagt weißt die vertikale Selektionsdiode in der vorgeschlagenen Struktur eine binäre Oxidstruktur auf, in welcher ein Oxid vom n-Typ, wie etwa TiO₂, und ein Oxid vom p-Typ, wie etwa NiO, aufeinander gestapelt sind.
Die Verwendung eines binären Oxids für die vertikale Selektionsdiode verursacht jedoch Probleme dahingehend, dass die Stromdichte durch die Diode nicht ausreichend hoch ist und die Rektivikationscharakteristik durch die Diode für bestimmt Anwendungen nicht ausreichend gut ist.
Die Probleme werden gelöst durch eine resistiv arbeitende Speicherzelle gemäß dem Anspruch 1, einer resistiv arbeitenden Speichervorrichtung gemäß dem Anspruch 4 und einem Verfahren zur Herstellung derselben gemäß dem Anspruch 8.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine resistiv arbeitende Speicherzelle: Eine erste leitfähige Leitung auf einem Substrat; eine vertikale Selektionsdiode, umfassend einen Nanodraht oder eine Nanoröhre, angeordnet über der ersten leitfähigen Leitung; ein resistiv arbeitendes Element, einschließlich einer resistiv arbeitenden Schicht, angeordnet über der vertikalen Selektionsdiode; und eine zweite leitfähige Leitung, angeordnet über dem resistiv arbeitenden Element.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst eine resistiv arbeitende Speichervorrichtung mit Kreuzungsstruktur: Erste leitfähige Leitungen, die parallel über einem Substrat angeordnet sind; zweite leitfähige Leitungen, die parallel, nach obenhin beabstandet von den ersten leitfähigen Leitungen angeordnet sind und sich kreuzweise aber die ersten leitfähigen Leitungen erstrecken; und eine Vielzahl von ersten resistiv arbeitenden Speicherzellen, welche jeweils zwischen einer der ersten leitfähigen Leitungen und einer der zweiten leitfähigen Leitungen an einem Kreuzungspunkt der ersten leitfähigen Leitung und der zweiten leitfähigen Leitung eingeschoben sind. Jede erste resistiv arbeitende Speicherzelle umfasst eine erste vertikale Selektionsdiode und ein erstes resistiv arbeitendes Element, welche übereinander gestapelt sind. Die erste vertikale Selektionsdiode umfasst einen Nanodraht oder eine Nanoröhre und das erste resistiv arbeitende Element schließt eine erste resistiv arbeitende Schicht ein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer resistiv arbeitenden Speichervorrichtung: Bilden einer ersten leitfähigen Leitung über einem Substrat; Bilden einer vertikalen Selektionsdiode durch Wachsen lassen eines Nanodrahts oder einer Nanoröhre über der ersten leitfähigen Leitung; Bilden eines resistiv arbeitenden Elements welches eine resistiv arbeitende Schicht einschließt, über der vertikalen Selektionsdiode; und Bilden einer zweiten leitfähigen Leitung über dem resistiv arbeitenden Element.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Verschiedene Ausführungsformen sind beispielhaft in den Figuren und beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ohne beschränkend zu sein.
1A ist eine perspektivische Sicht einer resistiv arbeitenden Speichervorrichtung, gemäß einer Ausführungsform, und 1B ist eine entlang der Linie A-A' in 1A genommene Querschnittsicht der resistiv arbeitenden Speichervorrichtung.
2A ist eine perspektivische Sicht einer resistiv arbeitenden Speichervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform und 2B ist eine entlang der Linie B-B' in 2A genommene Querschnittansicht der resistiv arbeitenden Speichervorrichtung.
3A bis 3F sind Querschnittansichten, welche ein Verfahren zur Herstellung einer resistiv arbeitenden Speichervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform beschreiben.
4A und 4B sind I-V-Graphen, welche die Charakteristika einer vertikalen Diode gemäß einer Ausführungsform zeigen.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Dimensionen der Schichten und Bereiche in den Figuren sind wegen der Klarheit der Darstellung übertrieben. Es ist auch selbstverständlich, dass wenn eine Schicht als „auf/unter” einer anderen Schicht oder einem Substrat bezeichnet wird, diese direkt auf/unter der anderen Schicht oder dem Substrat vorliegen kann, oder auch Zwischenschichten vorliegen können. Ebenso kann, wenn eine Schicht als „zwischen” zwei Schichten bezeichnet wird, diese die einzige Schicht zwischen den beiden Schichten sein oder eine oder mehrere Zwischenschichten können ebenso vorhanden sein. Gleiche Bezugszahlen betreffen gleiche Elemente durchgehend in den Zeichnungen. Zusätzlich bezeichnen verschiedene Buchstaben des englischen Alphabets die auf eine Bezugszahl einer Schicht folgen verschiedene Zustände der Schicht nach einem oder mehreren Verfahrensschritten, wie etwa einem Ätzverfahren oder einem Polierverfahren.
1A ist eine perspektivische Sicht einer resistiv arbeitenden Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform, und 1B ist eine entlang der Linie A-A' in 1A genommene Querschnittansicht der resistiv arbeitenden Speichervorrichtung. Genauer gesagt zeigen diese Figuren eine resistiv arbeitende Speichervorrichtung mit Kreuzungsstruktur. Die Kreuzungsstruktur schließt erste leitfähige Leitungen, zweite leitfähige Leitungen, welche die ersten leitfähigen Leitungen kreuzen, und Zelleinheiten ein, wobei die Zelleinheiten zwischen einer der ersten leitfähigen Leitungen und einer der zweiten leitfähigen Leitungen an deren jeweiligen Kreuzungspunkten eingeschoben sind. Hier bezieht sich „Kreuzung” auf jede Position, in welcher eine der ersten leitfähigen Leitungen und eine der zweiten leitfähigen Leitungen einander kreuzen. In einigen Ausführungsformen sind die ersten leitfähigen Leitungen parallel zueinander angeordnet und die zweiten leitfähigen Leitungen sind parallel zu einander angeordnet. Ferner enthält jede Zelleinheit eine vertikale Selektionsdiode und ein resistiv arbeitendes Element. Die Kreuzungsstruktur weist einen Vorteil dahingehend auf, dass eine hochintegrierte Speichervorrichtung erhalten werden kann.
In den 1A und 1B sind leitfähige Leitungen 11 über einem Substrat angeordnet, einschließlich einer vorbestimmten darunterliegenden Struktur (nicht gezeigt). In einigen Ausführungsformen sind die ersten leitfähigen Leitungen 11 auf einem Metall gebildet, wie etwa Al, W oder Cu, und sind parallel angeordnet.
Zweite leitfähige Leitungen 14 sind über den ersten leitfähigen Leitungen 11 angeordnet. Die zweiten leitfähigen Leitungen 14 sind von den ersten leitfähigen Leitungen 11 in Richtung der Breite oder Höhe der Speichervorrichtung beabstandet und erstrecken sich in eine Richtung, welche die ersten leitfähigen Leitungen 11 kreuzt. In einigen Ausführungsformen sind die zweiten leitfähigen Leitungen 14 aus einem Metall gebildet, wie etwa Al, W oder Cu, und sind parallel angeordnet.
Eine Einheitszellenstruktur, in welcher eine vertikale Selektionsdiode 12, verwendet als ein Selektionselement, und ein resistiv arbeitendes Element 13, verwendet, als ein Datenspeicherelement, übereinander gestapelt sind, ist zwischen den ersten leitfähigen Leitungen 11 und den zweiten leitfähigen Leitungen 14 an den jeweiligen Kreuzungspunkten der ersten leitfähigen Leitungen 11 und der zweiten leitfähigen Leitungen 14 eingeschoben. „Kreuzung” betrifft jede Position, in welcher eine der ersten leitfähigen Leitungen 11 und eine der zweiten leitfähigen Leitungen 14 einander kreuzen, wie vorstehend beschrieben.
Die vertikale Selektionsdiode 12 wird aus einem Nanodraht oder einer Nanoröhre gebildet. Genauer gesagt ist der Nanodraht in einigen Ausführungsformen ein halbleitender Nanodraht, wie etwa ein Si-Nanodraht, ein SiGe-Nanodraht, ein Ge-Nanodraht, ein halbleitender Nanodraht von Verbindungen der Gruppen III bis V oder ein halbleitender Nanodraht von Verbindungen der Gruppen II bis VI, und die Nanoröhre ist eine Kohlenstoff-Nanoröhre. Ferner schließt in einigen Ausführungsformen die vertikale Selektionsdiode 12 einen unteren Teil 12A mit Dotterstoffen vom n-Typ und einen oberen Teil 12B mit Dotterstoffen vom p-Typ ein. In anderen Ausführungsformen schließt die vertikale Selektionsdiode 12 einen unteren Teil mit Dotierstoffen vom p-Typ und einen oberen Teil mit Dotterstoffen vom n-Typ ein.
Ein beispielhaftes resistiv arbeitendes Element 13, welches über der vertikalen Selektionsdiode 12 angeordnet ist, schließt eine Struktur ein, in welcher eine untere Elektrode 13A, eine resistiv arbeitende Schicht 13B und eine obere Elektrode 13C übereinander gestapelt sind. In einigen Ausführungsformen ist das Material, dass die untere Elektrode 13A und/oder die obere Elektrode 13C bildet ein Metall, wie etwa Pt, Ni, W, Au, Cu, Ti, Zn, Al, Ta oder Ir, und die resistiv arbeitende Schicht 13B wird aus einem binären Oxid oder einem mit Metall dotiertem binären Oxid gebildet, wobei die Metalldotierstoffe Ti, Ni, Al, Au, Pt, Zn oder Co einschließen. Da das resistiv arbeitende Element 13 in einigen Ausführungsformen mittels eines Bemusterungsverfahrens gebildet wird, während die vertikale Selektionsdiode 12 aus einem Nanodraht oder einer Nanoröhre gebildet wird, ist die Breite des resistiv arbeitenden Elements größer als die der vertikalen Selektionsdiode 12.
In der vorstehend beschriebenen resistiv arbeitenden Speichervorrichtung reicht der Durchmesser eines Nanodrahts oder einer Nanoröhre, die als ein Selektionselement verwendet werden, von einigen Nanometer bis mehreren zehn Nanometer, so dass die resistiv arbeitende Speichervorrichtung hoch integriert werden kann, was vorteilhaft ist. Zusätzlich weißt eine aus einem halbleitenden Nanodraht oder eine Kohlenstoff-Nanoröhre gebildete Diode eine erhöhte Stromdichte und verbesserte Rektifikationscharakteristika im Vergleich mit herkömmlichen Dioden, die aus einem Oxid gebildet sind auf.
Die Bezugszahlen ILD1 und ILD2 bezeichnen nicht-leitende Zwischenschichten, welche zur Vereinfachung in 1A nicht gezeigt sind, aber in 1B gezeigt sind.
Obwohl dies in den vorstehenden Figuren nicht gezeigt wird, ist in der erfindungsgemäßen Ausführungsform die untere Elektrode 13A der resistiv arbeitenden Speichervorrichtung in den 1A und 1B wegzulassen. In diesem Fall fungiert die vertikale Selektionsdiode 12 nicht nur als ein Selektionselement sondern auch als eine untere Elektrode, und die resistiv arbeitende Schicht 13B steht im direktem Kontakt mit der vertikalen Selektionsdiode 12.
Das Weglassen der unteren Elektrode 13A weist die folgenden Vorteile auf. Der Durchmesser der aus einem Nanodraht oder einer Nanoröhre gebildeten vertikalen Selektionsdiode 12 ist sehr klein, da er von einigen Nanometer bis einigen zehn Nanometer reicht. Daher nimmt die Kontaktfläche zwischen der vertikalen Selektionsdiode 12 und der resistiv arbeitenden Schicht 13B ab, so dass der Reset-Strom in der resistiv arbeitenden Speichervorrichtung abnimmt.
Wenn die resistiv arbeitende Speichervorrichtung mit einer Kreuzungsstruktur wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, ist es einfach eine mehrfach gestapelte Struktur zu implementieren, einschließlich einer Vielzahl von Schichten, die übereinander gestapelt sind, so dass die resistiv arbeitende Speichervorrichtung sehr viel höher integriert werden kann. Eine solche mehrfach gestapelte Struktur wird unter Bezug auf die 2A und 2B nachstehend im Detail beschrieben.
2A ist eine perspektivische Sicht einer resistiv arbeitenden Speichervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform, und 2B ist eine entlang der Linie B-B' in 2A genommene Querschnittansicht der resistiv arbeitenden Speichervorrichtung. Genauer gesagt zeigen diese Figuren eine resistiv arbeitende Speichervorrichtung mit einer mehr gestapelten Struktur.
In den 2A und 2B ist der erste Stapel 210 der in den 1A und 1B beschriebenen resistiv arbeitenden Speichervorrichtung dahingehend ähnlich, dass er erste leitfähige Leitungen 21, eine erste vertikale Selektionsdiode 22, gebildet aus einem Nanodraht oder einer Nanoröhre und einschließlich einem ersten unteren Teil 22A mit Dotierstoffen vom n-Typ (oder p-Typ) und einem ersten oberen Teil 22B mit Dotierstoffen vom p-Typ (oder n-Typ), ein erstes resistiv arbeitendes Element 23, gebildet durch aufeinander stapeln einer ersten unteren Elektrode 23A, einer ersten resistiv arbeitenden Schicht 23B und einer ersten oberen Elektrode 23C, und zweite leitfähige Leitungen 24, welche die ersten leitfähigen Leitungen 21 kreuzen, einschließt.
In einigen Ausführungsformen kann die resistiv arbeitende Speichervorrichtung mindestens eine weitere Struktur, die dem ersten Stapel 210 ähnlich ist, einschließen.
Beispielsweise wird in diesen Figuren eine resistiv arbeitende Speichervorrichtung mit zwei Stapeln gezeigt. Insbesondere ist ein zweiter Stapel 220 über dem ersten Stapel 210 angeordnet. Der zweite Stapel 220 schließt die zweiten leitfähigen Leitungen 24, eine zweite vertikale Selektionsdiode 25, gebildet aus einem Nanodraht oder einer Nanoröhre und einschließlich eines zweiten unteren Teils 25A mit Dotierstoffen vom n-Typ (oder p-Typ) und eines zweiten oberen Teils 25B mit Dotterstoffen vom p-Typ (oder n-Typ), ein zweites resistiv arbeitendes Element 26, gebildet durch aufeinander stapeln einer zweiten unteren Elektrode 26A, einer zweiten resistiv arbeitenden Schicht 26B und einer zweiten oberen Elektrode 26C, und dritte leitfähige Linien 27 ein, welche die zweiten leitfähigen Linien 24 kreuzen. In dieser Ausführungsform werden die zweiten leitfähigen Leitungen 24 als gemeinsame Leitungen für den ersten Stapel 210 und den zweiten Stapel 220 verwendet.
In diesen Figuren wird eine resistiv arbeitende Speichervorrichtung mit zwei Stapeln gezeigt, aber dies ist nicht beschränkend, die Stapelstruktur kann wiederholt werden. In anderen Worten kann eine resistiv arbeitende Speichervorrichtung mehr als drei Stapel in anderen Ausführungsformen einschließen.
Die Bezugszeichen ILD1, ILD2, ILD3 und ILD4 bezeichnen nichtleitende Zwischenschichten, die in 2A zur Vereinfachung nicht gezeigt sind, aber 2B gezeigt sind.
Die 3A bis 3F sind Querschnittansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer resistiv arbeitenden Speichervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform beschreiben. Genauer gesagt zeigen diese Figuren einen Querschnittbereich basierend auf der Linie A-A' der 1A.
In 3A wird eine erste leitfähige Leitung 31 über einem Substrat gebildet, einschließlich einer vorbestimmten darunter liegenden Struktur (nicht gezeigt), durch Abscheiden eines Metalls über dem Substrat und Bemustern des Metalls. Andere leitfähige Materialien sind nicht ausgeschlossen. Die Verwendung des Metalls als die erste leitfähige Leitung 31 weist jedoch einen Vorteil dahingehend auf, dass das wachsen lassen eines Nanodrahts oder einer Nanoröhre einfach ist.
Als nächstes wird ein erste nicht leitender Film 32A über der gesamten resultierenden Struktur, einschließlich der ersten leitfähigen Leitung 31, gebildet.
In 3B wird ein erstes nichtleitendes Filmmuster 32A' mit einem Loch (H), welches die erste leitfähige Leitung 31 freilegt, durch selektives Ätzen des ersten nichtleitenden Films 32A in einem Bereich, wo eine vertikale Selektionsdiode gebildet werden soll, gebildet.
Als nächstes wird ein Nanodraht oder eine Nanoröhre, verwendet als eine vertikale Selektionsdiode 33, über der ersten leitfähigen Leitung 31 innerhalb des Lochs (H) wachsen gelassen. Ein Beispiel eines Verfahrens zum Wachsen lassen des Nanodrahts oder der Nanoröhre wird nachstehend beschrieben. Als erstes wird ein Metall (nicht gezeigt) welches als eine Katalysatorschicht verwendet wird, über der ersten leitfähigen Leitung 31 innerhalb des Lochs (H) abgeschieden, wobei das Metall eines ist, welches aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Fe, Co, Pt, Mo, W, Yt, Au, Pd, Ru und Legierungen davon ausgewählt ist, wobei die Dicke des Metalls von 3 nm bis 50 nm beträgt. Dann wird das Metall, welches als eine Katalysatorschicht verwendet wird, thermisch behandelt, wodurch Quantenpunkte mit einer Größe im Nanometerbereich gebildet werden. Dann wird der Nanodraht oder die Nanoröhre wachsen gelassen durch injizieren eines Quellgases auf die Quantenpunkte.
Beim Wachsen lassen des Nanodrahts oder der Nanoröhre wird der Nanodraht oder die Nanoröhre mit Dotierstoffen vom n-Typ bis zu einer vorbestimmten Teilhöhe des Nanodrahts oder der Nanoröhre dotiert, und dann wird der Nanodraht oder die Nanoröhre mit Dotierstoffen vom p-Typ von der vorbestimmten Teilhöhe bis zu einer vorbestimmten Zielhöhe des Nanodrahts oder der Nanoröhre dotiert. Daher kann die vertikale Selektionsdiode 33 einen unteren Teil 33A mit Dotierstoffen vom n-Typ und einem oberen Teil 33B mit Dotierstoffen vom p-Typ einschließen.
3C wird ein zweiter nichtleitender Film 32B über der gesamten resultierenden Struktur, einschließlich der vertikalen Selektionsdiode 33, gebildet, wodurch das Loch (H) mit dem zweiten nichtleitenden Film 32B gefüllt wird.
In 3D wird ein Planarisierverfahren auf der resultierenden Struktur, einschließlich des zweiten nichtleitenden Films 32B und der vertikalen Selektionsdiode 33, durchgeführt bis das Muster des ersten nichtleitenden Films 32A' freigelegt ist. Die Bezugszahlen 32b', 33b' und 33' bezeichnen den planarisierten zweiten nichtleitenden Film, den oberen Teil mit Dotierstoffen vom p-Typ bzw. die vertikale Selektionsdiode.
In 3E werden nacheinander ein leitfähiger Film für eine untere Elektrode, ein Materialfilm für eine resistiv arbeitende Schicht und ein leitfähiger Film für eine obere Elektrode über der planarisierten resultierenden Struktur gebildet und dann bemustert. Daher wird ein resistiv arbeitendes Element 34, einschließlich einer Struktur, in welcher eine untere Elektrode 34A, eine resistiv arbeitende Schicht 34B und eine obere Elektrode 34C aufeinander gestapelt sind, gebildet.
Als nächstes wird ein dritter nichtleitender Film über der gesamten resultierenden Struktur, einschließlich des resistiv arbeitenden Elements 34, gebildet, und dann wird ein Planarisierungsverfahren auf dem dritten nichtleitenden Film durchgeführt bis die obere Elektrode 34C freigelegt ist. Daher wird ein drittes nichtleitendes Filmmuster 35 gebildet.
In 3F wird eine zweite leitfähige Leitung 36 über der planarisierten resultierenden Struktur durch Abscheiden eines Metalls über der planarisierten resultierenden Struktur und Bemusterung des Metalls gebildet, wobei sich die zweite leitfähige Leitung 36 in einer Richtung erstreckt, welche die erste leitfähige Leitung 31 kreuzt.
Als nächstes wird ein vierter nichtleitender Film über der gesamten resultierenden Struktur, einschließlich der zweiten leitfähigen Leitung 36, gebildet, und dann wird ein Planarisierungsverfahren auf dem vierten nichtleitenden Film durchgeführt bis die zweite leitfähige Leitung 36 freigelegt ist. Daher wird ein viertes nichtleitendes Filmmuster 37 gebildet.
Eine resistiv arbeitende Speichervorrichtung mit einer vorstehend beschriebenen mehrfach Stapelstruktur kann durch Widerholen der in den 3A bis 3F beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Wie 4A und 4B sind I-V-Graphen, welche die Charakteristika einer vertikalen Selektionsdiode gemäß einer Ausführungsform zeigen. Genauer gesagt sind die Charakteristika einer Si-Nanodrahtdiode gezeigt.
In den 4A und 4B ist ein Bereich eines Vorwärtsstroms und ein Bereich eines Rückwärtsstroms der Si-Nanodrahtdiode gezeigt.
Die resistiv arbeitende Speichervorrichtung und das Verfahren zur Herstellung derselben, wie vorstehend beschrieben, können die Stromdichte durch eine vertikale Selektionsdiode erhöhen und die Rektifikationscharakteristika durch die vertikale Selektionsdiode verbessern, und weiterhin die resistiv arbeitende Speichervorrichtung durch Bilden der vertikalen Selektionsdiode unter Verwendung einer Nanoröhre oder eines Nanodrahts hochintegrieren.

Claims

Resistiv arbeitende Speicherzelle, umfassend: eine erste leitfähige Leitung auf einem Substrat; eine vertikale Selektionsdiode, umfassend eine Nanoröhre, welche über der ersten leitfähigen Leitung angeordnet ist; ein resistiv arbeitendes Element, einschließlich einer resistiv arbeitenden Schicht, welches über der vertikalen Selektionsdiode angeordnet ist; und eine zweite leitfähige Leitung, welche über dem resistiv arbeitenden Element angeordnet ist; und und wobei die vertikale Selektionsdiode einen unteren Teil mit Dotierstoffen vom n-Typ bzw. p-Typ und einen oberen Teil mit Dotierstoffen vom p-Typ bzw. n-Typ einschließt, wobei das resistiv arbeitende Element einschließt: die resistiv arbeitende Schicht angeordnet auf und in direktem elektrischen Kontakt mit der vertikalen Selektionsdiode, und eine obere Elektrode angeordnet auf der resistiv arbeitenden Schicht und in elektrischem Kontakt mit der zweiten leitfähigen Leitung.
Speicherzelle gemäß Anspruch 1, wobei die erste leitfähige Leitung oder die zweite leitfähige Leitung aus einem Metall gebildet ist.
Speicherzelle gemäß Anspruch 1, wobei die Nanoröhre eine Kohlenstoff-Nanoröhre einschließt.
Resistiv arbeitende Speichervorrichtung mit Kreuzungsstruktur, wobei die Vorrichtung umfasst: erste leitfähige Leitungen, die parallel über einem Substrat angeordnet sind; zweite leitfähige Leitungen, die parallel, nach obenhin beabstandet von den ersten leitfähigen Leitungen angeordnet sind und sich kreuzweise über die ersten leitfähigen Leitungen erstrecken; und eine Vielzahl von ersten resistiv arbeitenden Speicherzellen, welche jeweils zwischen einer der ersten leitfähigen Leitungen und einer der zweiten leitfähigen Leitungen an einem Kreuzungspunkt der ersten leitfähigen Leitung und der zweiten leitfähigen Leitung eingeschoben sind, wobei jede erste resistiv arbeitende Speicherzelle eine erste vertikale Selektionsdiode und ein erstes resistiv arbeitendes Element umfasst, welche übereinander gestapelt sind; wobei die erste vertikale Selektionsdiode eine Nanoröhre umfasst, und das erste resistiv arbeitende Element eine erste resistiv arbeitende Schicht einschließt, wobei die erste Selektionsdiode einen unteren Teil mit Dotierstoffen vom n-Typ bzw. p-Typ und einen oberen Teil mit Dotierstoffen vom p-Typ bzw. n-Typ einschließt, und wobei das erste resistiv arbeitende Element einschließt, eine erste resistiv arbeitende Schicht angeordnet auf und in direktem elektrischem Kontakt mit der ersten vertikalen Selektionsdiode, und eine erste obere Elektrode angeordnet auf der ersten resistiv arbeitenden Schicht und in elektrischem Kontakt mit der entsprechenden zweiten leitfähigen Leitung.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die ersten leitfähigen Leitungen oder die zweiten leitfähigen Leitungen aus einem Metall gebildet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Nanoröhre eine Kohlenstoff-Nanoröhre einschließt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, weiterhin umfassend: dritte leitfähige Leitungen, welche parallel, nach obenhin beabstandet von den zweiten leitfähigen Leitungen angeordnet sind und sich kreuzweise über die zweiten leitfähigen Leitungen erstrecken; und eine Vielzahl von zweiten resistiv arbeitenden Speicherzellen, welche jeweils zwischen einer der zweiten leitfähigen Leitungen und einer der dritten leitfähigen Leitungen an Kreuzungspunkten der zweiten leitfähigen Leitung und der dritten leitfähigen Leitung eingeschoben sind, wobei jede zweite resistiv arbeitende Speicherzelle eine zweite vertikale Selektionsdiode und ein zweites resistiv arbeitendes Element umfasst, welche aufeinander gestapelt sind; wobei die zweite vertikale Selektionsdiode eine Nanoröhre umfasst, und das zweite resistiv arbeitende Element eine zweite resistiv arbeitende Schicht einschließt.
Verfahren zum Herstellen einer resistiv arbeitenden Speichervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Bilden einer ersten leitfähigen Leitung über einem Substrat, Bilden einer vertikalen Selektionsdiode durch wachsen lassen einer Nanoröhre über der ersten leitfähigen Leitung; Bilden eines resistiv arbeitenden Elements, welches eine resistiv arbeitende Schicht einschließt, über der vertikalen Selektionsdiode; und Bilden einer zweiten leitfähigen Leitung über dem resistiv arbeitenden Element, wobei das Bilden der vertikalen Selektionsdiode umfasst: Wachsen lassen der Nanoröhre unter Dotieren oberer und unterer Teile der wachsenden Nanoröhre mit Dotierstoffen unterschiedlicher Leitfähigkeitstypen, und wobei das Bilden des resistiv arbeitenden Elements umfasst: Bilden einer zweiten nichtleitenden Schicht über dem Substrat, einschließlich der gewachsenen Nanoröhre; Planarisieren der zweiten nichtleitenden Schicht bis der obere Teil der Nanoröhre freigelegt ist; Stapeln mindestens der resistiv arbeitenden Schicht und eines oberen leitfähigen Films welcher eine obere Elektrode definiert, auf dem freigelegten oberen Teil der Nanoröhre, um eine resistiv arbeitendes Element zu bilden, wobei die resistiv arbeitende Schicht angeordnet auf und in direktem elektrischen Kontakt mit der vertikalen Selektionsdiode ist.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Bilden der ersten leitfähigen Leitung oder das Bilden der zweiten leitfähigen Leitung durch Abscheiden eines Metalls und Bemusterung des Metalls durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Bilden der vertikalen Selektionsdiode umfasst: Bilden einer gemusterten ersten nichtleitenden Schicht über dem Substrat, einschließlich der darauf gebildeten ersten leitfähigen Leitung, um einen Bereich der ersten leitfähigen Leitung, wo die Nanoröhre wachsen gelassen werden soll, freizulegen; Bilden einer Metallkatalysatorschicht über dem freigelegten Bereich der ersten leitfähigen Leitung; und Wachsen lassen der Nanoröhre basierend auf der Metallkatalysatorschicht.
Verfahren gemäß Anspruch 8, weiterhin umfassend: Bilden einer weiteren vertikalen Selektionsdiode durch wachsen lassen einer weiteren Nanoröhre über der zweiten leitfähigen Leitung; Bilden eines weiteren resistiv arbeitenden Elements, einschließlich einer weiteren resistiv arbeitenden Schicht, über der weiteren vertikalen Selektionsdiode; und Bilden einer dritten leitfähigen Leitung über dem weiteren resistiv arbeitenden Element.