DE102016013178A1

DE102016013178A1 - Widerstandsbehaftete RAM-Zelle mit konzentriertem elektrischen Feld

Info

Publication number: DE102016013178A1
Application number: DE102016013178.0A
Authority: DE
Inventors: Daniel Bedau; Jeffrey Robinson Childress; Oleksandr Mosendz; John C. Read; Derek Stewart
Original assignee: HGST Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2017-05-11
Also published as: JP2017103453A; KR20170058275A; CN107026234A; US20170133588A1

Abstract

Die hier offenbarten Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf eine Elektrodenstruktur für eine Zelle einer widerstandsbehafteten Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung (ReRAM-Vorrichtung), die das elektrische Feld in einer Mitte der Zelle konzentriert, und auf Verfahren zum Herstellen derselben. Eine ungleichmäßige Metallelektrode als solche kann auf der ReRAM-Vorrichtung abgeschieden werden, die anschließend während der Zellenherstellung einem Oxidation- oder Nitrogenisierungsprozess unterworfen wird. Die Elektrodenstruktur kann konisch oder pyramidenförmig sein und wenigstens eine Schicht, die ein erstes Material und ein zweites Material umfasst, umfassen, wobei sich die Konzentrationen des ersten Materials und des zweiten Materials basierend auf dem Ort innerhalb der Elektrode ändern. Es wird ein Metallelektrodenprofil gebildet, das die Mitte der Zelle als den Ort mit dem größten elektrischen Feld begünstigt. Als solche sind sowohl die Größenskalierung als auch die Zuverlässigkeit der nichtflüchtigen Speicherkomponente vergrößert.

Description

HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Gebiet der Offenbarung
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich im Allgemeinen auf einen Datenspeicher und auf Computerspeichersysteme und spezieller auf die Strukturen einer widerstandsbehafteten Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung und auf Verfahren zum Herstellen derselben.
Beschreibung der verwandten Technik
Ein wichtiger Teil eines Computers ist eine Massenspeichervorrichtung, die typischerweise rotierende magnetische Medien oder eine Festkörpermedienvorrichtung enthalten können. Heute ist eine Anzahl verschiedener Speichertechnologien zum Speichern von Informationen für die Verwendung in einem Computersystem vorhanden.
In den letzten Jahren hat es einen Bedarf an Vorrichtungen mit höheren Dichten, die relativ geringe Kosten pro Bit aufrechterhalten, für die Verwendung in Speicheranwendungen mit hoher Kapazität gegeben. Heute sind die Speichertechnologien, die im Allgemeinen die Computerindustrie beherrschen, magnetische Medien und NAND-Flash; diese Speichertechnologien können jedoch nicht imstande sein, die aktuellen und künftigen Kapazitätsbedarfe der Computersysteme der nächsten Generation zu behandeln.
Der widerstandsbehaftete Schreib-Lese-Speicher (ReRAM) ist eine aufkommende Technologie für die nichtflüchtigen Speichervorrichtungen (NVM-Vorrichtungen) der nächsten Generation. Die Speicherstruktur einer ReRAM-Vorrichtung enthält eine Anordnung von Zellen, von denen jede ein oder mehrere Bits der Daten führt. Die Speicherstruktur der ReRAM-Vorrichtung verwendet anstatt einer elektrischen Ladung die Widerstandswerte, um die Daten zu speichern. Die ReRAM-Vorrichtungen sind aus dielektrischen Materialien hergestellt, deren spezifischer elektrischer Widerstand durch das Anlegen eines elektrischen Signals geschaltet werden kann. Eine typische ReRAM-Zelle umfasst eine oder mehrere dielektrische Schichten, die zwischen leitfähigen Elektroden eingelegt sind. Einige vorhandene ReRAM-Zellen arbeiten durch einen faserartigen Schaltmechanismus, wobei ein Schlüsselfaktor der Faserbildung das durch die an die Elektroden der ReRAM-Zelle angelegte Potentialdifferenz erzeugte elektrische Feld ist. Es ist jedoch gezeigt worden, dass das Steuern des Faserorts problematisch ist. Das Aufrechterhalten der Steuerung des Faserorts ist beim Vermeiden der Faserbildung in der Nähe der Vorrichtungsränder wichtig, und ist deshalb wichtig, um die Vorrichtungsausbeute und Reproduzierbarkeit des Schaltens zu steuern. Weiterhin weisen die Metalllegierungen der typischen ReRAM-Vorrichtungen eine Empfindlichkeit gegen das Ätzen und/oder das Fräsen auf.
Während der Schaltmechanismus in anderen ReRAM-Zellen nur teilweise oder überhaupt nicht durch die Bildung einer Faser vermittelt werden kann, arbeiten alle Typen des ReRAM durch die Wirkung eines elektrischen Feldes auf ein Dielektrikum, wobei sich folglich ein Bedarf zum Konzentrieren des elektrischen Feldes in jedem Typ des ReRAM ergibt.
Deshalb gibt es in der Technik einen Bedarf an einer verbesserten ReRAM-Speicherzelle, die das elektrische Feld in der Mitte der Zelle konzentrieren kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Elektrodenstruktur für eine Zelle einer widerstandsbehafteten Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung (ReRAM-Vorrichtung), die das elektrische Feld in einer Mitte der Zelle konzentriert, und auf Verfahren zum Herstellen derselben. Eine ungleichmäßige Metallelektrode als solche kann auf der ReRAM-Vorrichtung abgeschieden werden, die anschließend während der Zellenherstellung einem Oxidations- oder Nitrogenisierungsprozess unterworfen wird. Die Elektrodenstruktur kann wenigstens eine Schicht enthalten, die ein erstes Material und ein zweites Material umfasst, wobei die Konzentrationen des ersten Materials und des zweiten Materials basierend auf einem Ort innerhalb der Elektrode variiert werden. Durch einen Prozess, der das zweite Material mehr elektrisch isolierend macht, wird ein Metallelektrodenprofil gebildet, um die Mitte der Zelle als den Ort mit dem größten elektrischen Feld zu begünstigen. Dieses Profil kann in Abhängigkeit von der Form der Elektrode vor der Behandlung konisch oder pyramidenförmig sein. Sowohl die Größenskalierung als auch die Zuverlässigkeit der nichtflüchtigen Speicherkomponente als solche werden vergrößert.
In einer Ausführungsform wird eine widerstandsbehaftete Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung (ReRAM-Vorrichtung) offenbart. Die ReRAM-Vorrichtung enthält eine mehrschichtige Metallelektrodenstruktur und ein Schaltmedium. Die mehrschichtige Metallelektrodenstruktur kann mehrere Schichten enthalten. Jede Schicht der mehreren Schichten kann ein erstes Material, das aus einer ersten Gruppe ausgewählt ist, und ein zweites Material, das aus einer zweiten Gruppe ausgewählt ist, enthalten. Die erste Gruppe umfasst Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen. Die zweite Gruppe umfasst Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen. Eine erste Schicht der mehreren Schichten, die sich dem Schaltmedium am nächsten befindet, kann die größte Konzentration des zweiten Materials der zweiten Gruppe enthalten. Eine zweite Schicht der mehreren Schichten am weitesten entfernt von dem Schaltmedium kann die geringste Konzentration des zweiten Materials der zweiten Gruppe enthalten.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Speichervorrichtung offenbart. Die Speichervorrichtung kann wenigstens eine Schicht, ein Schaltmedium und einen Kontakt enthalten. Die Schicht kann sich zwischen dem Schaltmedium und dem Kontakt befinden. Wenigstens eine Schicht kann eines von einem Element einer ersten Gruppe und eines von einem Element einer zweiten Gruppe enthalten. Das erste Element ist aus der Gruppe ausgewählt, die Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst. Das zweite Element ist aus der Gruppe ausgewählt, die Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst. Die Konzentration des Elements der ersten Gruppe kann sich kontinuierlich ändern und die Konzentration des Elements der zweiten Gruppe kann sich kontinuierlich ändern. Die Konzentration des Elements der zweiten Gruppe kann in der Nähe des Schaltmediums am größten sein. Die Konzentration des Elements der ersten Gruppe ist entfernt von dem Schaltmedium am größten.
In einer noch weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bilden einer Speichervorrichtung offenbart. Das Verfahren kann das Bilden einer ersten Schicht enthalten. Die erste Schicht kann ein Material aus einer ersten Gruppe und ein Material aus einer zweiten Gruppe enthalten. Die erste Gruppe kann Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen enthalten. Die zweite Gruppe kann Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen enthalten. Das Verfahren kann ferner das Bilden einer zweiten Schicht enthalten. Die zweite Schicht kann ein Material aus einer ersten Gruppe und ein Material aus einer zweiten Gruppe enthalten. Die erste Gruppe kann Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen enthalten. Die zweite Gruppe kann Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen enthalten. Die zweite Schicht kann sich unter der ersten Schicht befinden. Die zweite Schicht kann eine größere Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe als die erste Schicht enthalten. Die erste Schicht und die zweite Schicht können gemeinsam eine Elektrode bilden. Das Verfahren kann außerdem das Ätzen oder das Ionendünnen der Speichervorrichtung enthalten. Das Verfahren kann zusätzlich enthalten, die Speichervorrichtung einer sauerstoffreichen oder einer stickstoffreichen Umgebung auszusetzen, um die Schichten in einer konischen Struktur zu bilden. Die Bereiche der Elektrode mit der größten Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe enthalten die größte Konzentration eines Oxids oder eines Isolatormaterials.
In einer noch weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bilden einer Speichervorrichtung offenbart. Das Verfahren kann das Bilden einer ersten Schicht, einer zweiten Schicht, einer dritten Schicht, einer vierten Schicht und einer fünften Schicht enthalten. Die erste Schicht kann ein Material aus einer ersten Gruppe und ein Material aus einer zweiten Gruppe enthalten. Die erste Gruppe kann Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen enthalten. Die zweite Gruppe kann Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen enthalten. Die zweite Schicht kann ein Material aus einer ersten Gruppe und ein Material aus einer zweiten Gruppe enthalten. Die erste Gruppe kann Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen enthalten. Die zweite Gruppe kann Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen enthalten. Die zweite Schicht kann sich unter der ersten Schicht befinden. Die zweite Schicht kann eine größere Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe als die erste Schicht enthalten. Die erste Schicht und die zweite Schicht können gemeinsam eine erste Elektrode bilden. Die dritte Schicht kann ein Material aus einer dritten Gruppe enthalten. Die dritte Gruppe kann Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen enthalten. Die vierte Schicht kann ein Material aus der ersten Gruppe und ein Material aus der zweiten Gruppe enthalten. Die fünfte Schicht kann ein Material aus der ersten Gruppe und ein Material aus der zweiten Gruppe enthalten. Die fünfte Schicht kann sich unter der vierten Schicht befinden. Die fünfte Schicht kann eine geringere Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe als die vierte Schicht enthalten. Die vierte Schicht und die fünfte Schicht können gemeinsam eine zweite Elektrode bilden. Die dritte Schicht kann sich zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode befinden. Das Verfahren kann ferner das Ätzen oder das Ionendünnen der Speichervorrichtung enthalten. Das Verfahren kann außerdem enthalten, die erste Elektrode, die zweite Elektrode und die dritte Schicht einer sauerstoffreichen oder einer stickstoffreichen Umgebung auszusetzen, um die erste Elektrode und die zweite Elektrode in einer konischen Struktur zu bilden. Die Bereiche der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode mit der größten Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe können die größte Konzentration eines Oxids oder eines Isolatormaterials enthalten. Das Aussetzen kann die dritte Schicht in ein Schaltmedium formen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Damit die Weise, in der die oben dargestellten Merkmale der vorliegenden Offenbarung ausführlich verstanden werden können, kann eine speziellere Beschreibung der Offenbarung, die oben kurz zusammengefasst worden ist, bezüglich der Ausführungsformen, von denen einige in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind, gegeben werden. Es sei jedoch angegeben, dass die beigefügten Zeichnungen nur typische Ausführungsformen dieser Offenbarung veranschaulichen und deshalb nicht als ihren Schutzumfang einschränkend zu betrachten sind, weil die Offenbarung andere gleichermaßen wirksame Ausführungsformen zulassen kann.
1 veranschaulicht eine Speicherzelle einer herkömmlichen widerstandsbehafteten Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung.
2A veranschaulicht eine mehrschichtige Elektrodenstruktur einer widerstandsbehafteten Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung gemäß einer hier offenbarten Ausführungsform.
2B und 2C veranschaulichen die Struktur nach 2A nach dem Aussetzen einer sauerstoffreichen oder einer stickstoffreichen Umgebung gemäß wenigstens einer hier offenbarten Ausführungsform.
2D veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der Struktur nach 2B gemäß einer hier offenbarten Ausführungsform.
2E veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der Struktur nach 2D gemäß einer hier offenbarten Ausführungsform.
3 veranschaulicht die Operationen eines Verfahrens zum Bilden einer Speichervorrichtung gemäß wenigstens einer hier offenbarten Ausführungsform.
4A und 4B veranschaulichen die Operationen eines Verfahrens zum Bilden einer Speichervorrichtung gemäß wenigstens einer hier offenbarten Ausführungsform.
Um das Verständnis zu fördern, sind völlig gleiche Bezugszeichen verwendet worden, wo es möglich ist, um völlig gleiche Elemente, die den Figuren gemeinsam sind, zu bezeichnen. Es wird in Betracht gezogen, dass die in einer Ausführungsform offenbarten Elemente ohne eine spezifische Darstellung vorteilhaft in anderen Ausführungsformen verwendet werden können.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird auf die Ausführungsformen der Offenbarung Bezug genommen. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die Offenbarung nicht auf die spezifisch beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt ist. Stattdessen wird in Betracht gezogen, dass irgendeine Kombination der folgenden Merkmale und Elemente, ob sie auf verschiedene Ausführungsformen bezogen sind oder nicht, die Offenbarung implementiert und praktiziert. Obwohl die Ausführungsformen der Offenbarung Vorteile gegenüber anderen möglichen Lösungen und/oder gegenüber dem Stand der Technik erreichen können, ist es weiterhin die Offenbarung nicht einschränkend, ob ein spezieller Vorteil durch eine gegebene Ausführungsform erreicht wird oder nicht. Folglich sind die folgenden Aspekte, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile lediglich veranschaulichend und werden nicht als Elemente oder Einschränkungen der beigefügten Ansprüche betrachtet, mit Ausnahme, wo es in dem Anspruch (den Ansprüchen) explizit dargestellt ist. Gleichermaßen soll ein Verweis auf ”die Offenbarung” nicht als eine Verallgemeinerung irgendeines hier offenbarten erfinderischen Gegenstands ausgelegt werden, wobei er nicht als ein Element oder eine Einschränkung der beigefügten Ansprüche betrachtet werden soll, mit Ausnahme, wo es in dem Anspruch (den Ansprüchen) explizit dargestellt ist.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Elektrodenstruktur für eine Zelle einer widerstandsbehafteten Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung (ReRAM-Vorrichtung), die das elektrische Feld in einer Mitte der Zelle konzentriert, und auf Verfahren zum Herstellen derselben. Eine ungleichmäßige Metallelektrode als solche kann auf der ReRAM-Vorrichtung abgeschieden werden, die anschließend während der Zellenherstellung einem Oxidations- oder Nitrogenisierungsprozess ausgesetzt wird. Die Elektronenstruktur kann wenigstens eine Schicht, die ein erstes Material und ein zweites Material umfasst, umfassen, wobei sich die Konzentrationen des ersten Materials und des zweiten Materials basierend auf einem Ort innerhalb der Elektrode ändern. Durch einen Prozess, der das zweite Material mehr elektrisch isolierend macht, wird ein Metallelektrodenprofil gebildet, das die Mitte der Zelle als den Ort mit dem größten elektrischen Feld begünstigt. Dieses Profil kann in Abhängigkeit von der Form der Elektrode vor der Behandlung konisch oder pyramidenförmig sein. Sowohl die Größenskalierung als auch die Zuverlässigkeit der nichtflüchtigen Speicherkomponente als solche werden vergrößert.
1 veranschaulicht eine Speicherzelle 102 einer herkömmlichen widerstandsbehafteten Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung (ReRAM-Vorrichtung) 100. Die ReRAM-Vorrichtung 100 kann eine obere Metallelektrode 104, eine untere Metallelektrode 106 und ein Schaltmedium 108 enthalten. Die obere Metallelektrode 104 kann eine positive Spannung aufrechterhalten. Die untere Metallelektrode 106 kann eine negative Spannung aufrechterhalten. Das Schaltmedium 108 kann ein Isolatormaterial oder ein Halbleitermaterial sein. Ein Schlüsselfaktor der Faserbildung ist das elektrische Feld, das durch die Bezugspfeile A in 1 angegeben ist. Das elektrische Feld kann durch die Potentialdifferenz erzeugt werden, die an die obere Metallelektrode 104 und die untere Metallelektrode 106 angelegt ist.
2A veranschaulicht eine widerstandsbehaftete Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung (ReRAM-Vorrichtung) 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die ReRAM-Vorrichtung 200 kann eine mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 und ein Schaltmedium 216 enthalten. In einigen Ausführungsformen kann die mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 eine mehrschichtige Metallelektrodenstruktur sein. In bestimmten Ausführungsformen kann die ReRAM-Vorrichtung 200 ferner einen Kontakt 214 enthalten. In einigen Ausführungsformen kann die mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 eine obere Elektrodenstruktur sein. Die obere Elektrodenstruktur kann eine positive Spannung oder eine negative Spannung aufrechterhalten. In einigen Ausführungsformen kann die mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 eine untere Elektrodenstruktur sein. Die untere Elektrodenstruktur kann eine Spannungspolarität aufrechterhalten, die zu der der oberen Elektrodenstruktur entgegengesetzt ist. In einigen Ausführungsformen kann die mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 eine obere Elektrodenstruktur und eine untere Elektrodenstruktur sein. Die mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 als solche kann zwischen dem Kontakt 214 und dem Schaltmedium 216 eingelegt sein. Der Kontakt 214 kann auf einer ersten Seite 218 der Elektrodenstruktur 202 an die mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 gekoppelt sein. Das Schaltmedium 216 kann auf einer zweiten Seite 220 der Elektrodenstruktur 202 an die mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 gekoppelt sein, wobei die zweite Seite 220 der ersten Seite 218 gegenüberliegt. Das Schaltmedium 216 kann an die mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 auf der ersten Seite 218 der Elektrodenstruktur 202 gekoppelt sein.
Die mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 kann mehrere Schichten 204, 206, 208, 210, 212 enthalten. Jede Schicht der mehreren Schichten 204, 206, 208, 210, 212 kann eine Elektrode sein. Obwohl fünf Schichten 204, 206, 208, 210, 212 gezeigt sind, wird in Betracht gezogen, dass irgendeine Anzahl von Schichten verwendet werden kann. In einer Ausführungsform können die mehreren Schichten 204, 206, 208, 210, 212 zwischen etwa zwei und etwa zehn Schichten enthalten. In einer weiteren Ausführungsform können die mehreren Schichten 204, 206, 208, 210, 212 mehr als zehn Schichten enthalten. Jede Schicht 204, 206, 208, 210, 212 kann eine Metallschicht sein. Jede Schicht kann eine Dicke zwischen etwa 0,05 nm und etwa 4 nm aufrechterhalten. In einigen Ausführungsformen kann jede Schicht 204, 206, 208, 210, 212 der mehreren Schichten eine andere Dicke aufweisen.
Jede Schicht 204, 206, 208, 210, 212 der mehreren Schichten kann ein erstes Material, das aus einer ersten Gruppe ausgewählt ist, und ein zweites Material, das aus einer zweiten Gruppe ausgewählt ist, umfassen. Die erste Gruppe kann Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen enthalten. Die zweite Gruppe kann Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen enthalten. Das zweite Material kann durch einen Oxidations- oder Nitrogenisierungsprozess halbleitend oder isolierend gemacht werden.
Die Schichten 204, 206, 208, 210, 212, die sich dem Schaltmedium 216 am nächsten befinden, können die größte Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe enthalten. Die Schicht 204, 206, 208, 210, 212 am weitesten entfernt von dem Schaltmedium 216 kann die geringste Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe enthalten. In einigen Ausführungsformen können die Schichten 204, 206, 208, 210, 212 am weitesten entfernt von dem Schaltmedium 216 kein Material aus der zweiten Gruppe enthalten. Die Schichten 204, 206, 208, 210, 212 können zunehmend höhere Konzentrationen des Materials aus der zweiten Gruppe enthalten, wenn die Schichten 204, 206, 208, 210, 212 näher zu dem Schaltmedium 216 kommen. Die Zusammensetzung des Materials aus der ersten Gruppe und die Zusammensetzung des Materials aus der zweiten Gruppe innerhalb jeder Schicht als solche können in Abhängigkeit von dem Ort der Schicht 204, 206, 208, 210, 212 variieren. In einigen Ausführungsformen kann die Schicht, z. B. die Schicht 204, die an den Kontakt 214 gekoppelt ist, nur Material aus der ersten Gruppe enthalten. Weiterhin kann in einigen Ausführungsformen die Schicht, z. B. die Schicht 212, die an das Schaltmedium 216 gekoppelt ist, nur Material aus der zweiten Gruppe enthalten. Wenn lediglich beispielhaft X ein Material aus der ersten Gruppe repräsentiert, Y ein Material der zweiten Gruppe repräsentiert und B, C, D und E einen Prozentsatz der Konzentration repräsentieren, wobei E% > D% > C% > B% gilt, dann kann jede Schicht durch die folgenden Gleichungen dargestellt sein: X (1)(Schicht 204) X_100-BY_B (2) (Schicht 206) X_100-CY_C (3) (Schicht 208) X_100-DY_D (4) (Schicht 210) X_100-EY_E (5) (Schicht 212)
Das Schaltmedium 216 kann ein Isolatormaterial und/oder ein Halbleitermaterial sein. In einigen Ausführungsformen kann das Schaltmedium 216 als ein Metall abgeschieden sein und/oder kann das Schaltmedium aus Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen bestehen.
Die mehreren Schichten 204, 206, 208, 210, 212 der ReRAM-Vorrichtung 200 können während der Herstellung geätzt werden, um die Elektroden darin zu definieren. In einigen Ausführungsformen können die mehreren Schichten 204, 206, 208, 210, 212 ionengedünnt werden, um die Elektroden darin zu definieren. Anschließend an das Ätzen und/oder das Ionendünnen kann jede Schicht 204, 206, 208, 210, 212 einer sauerstoffreichen und/oder stickstoffreichen Umgebung, wie z. B. einem Gas und/oder einem Plasma, ausgesetzt werden. Das Gas und/oder das Plasma können jede Schicht 204, 206, 208, 210, 212 bis zu einer Konzentration, die von der Konzentration des Materials der zweiten Gruppe, das in jeder Schicht 204, 206, 208, 210, 212 vorhanden ist, abhängig sein kann, oxidieren und/oder nitrogenisieren. Die Abscheidung der mehreren Schichten 204, 206, 208, 210, 212 kann die Empfindlichkeit gegen das Ätzen und/oder Fräsen auf einer ausgesetzten Seite der Schichten 204, 206, 208, 210, 212 allmählich vergrößern.
In einigen Ausführungsformen kann das Schaltmedium 216 der sauerstoffreichen und/oder stickstoffreichen Umgebung gleichzeitig wie jede der Schichten 204, 206, 208, 210, 212 ausgesetzt sein. In einigen Ausführungsformen kann das Schaltmedium als solches ein metallisches mehrschichtiges Schaltmedium in der ReRAM-Vorrichtung sein und kann vollständig oxidiert und/oder nitrogenisiert sein. Das Oxidieren und/oder das Nitrogenisieren des Schaltmediums kann es ermöglichen, dass die gesamte ReRAM-Vorrichtung in einem einzelnen Schritt einer sauerstoffreichen und/oder einer stickstoffreichen Umgebung ausgesetzt wird.
2B und 2C veranschaulichen eine Ausführungsform der ReRAM-Vorrichtung 200 nach 2A, die einer sauerstoffreichen und/oder einer stickstoffreichen Umgebung ausgesetzt worden ist. Die ReRAM-Vorrichtung 200 nach 2B veranschaulicht die Schichten 204, 206, 208, 210, 212 der mehrschichtigen Elektrodenstruktur 202 als eine obere Elektrode 232. In der Ausführungsform nach 2B kann die untere Elektrode 230 nicht geschichtet sein. Die mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 als solche kann eine positive Spannung aufrechterhalten. In einigen Ausführungsformen kann die mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 eine negative Spannung aufrechterhalten. Die untere Elektrode 230 kann eine Spannungspolarität aufrechterhalten, die zu der oberen Elektrode 232 entgegengesetzt ist. Die ReRAM-Vorrichtung 200 nach 2C veranschaulicht die Schichten 204, 206, 208, 210, 212 der mehrschichtigen Elektrodenstruktur 202 als eine untere Elektrode 230. In der Ausführungsform nach 2C kann die obere Elektrode 232 nicht geschichtet sein. Die mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 als solche kann eine negative Spannung aufrechterhalten. In einigen Ausführungsformen kann die mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 eine positive Spannung aufrechterhalten. Die obere Elektrode 232 kann eine Spannungspolarotät aufrechterhalten, die zu der unteren Elektrode 230 entgegengesetzt ist.
Das Variieren des Grades der Oxidation und/oder der Nitrogenisierung kann die Schichten 204, 206, 208, 210, 212 mit einer kegelartigen oder einer pyramidenartigen Metallelektrodenstruktur innerhalb jeder Schicht 204, 206, 208, 210, 212, wie in den 2B und 2C gezeigt ist, erzeugen, wobei das Oxid 222 oder ein anderer Isolator in der Nähe eines äußeren Randes 224 der mehrschichtigen Elektrodenstruktur 202 ausgebildet ist. Die Menge des Oxids 222 oder des anderen Isolators in jeder Schicht 204, 206, 208, 210, 212 als solche kann in Abhängigkeit von denn Ort der Schicht 204, 206, 208, 210, 212 variieren. Wie gezeigt ist, kann die Schicht 212 das meiste Oxid 222 oder den meisten anderen Isolator vorhanden aufweisen, da sie sich dem Schaltmedium 216 am nächsten befindet. Jede Schicht 204, 206, 208, 210, 212 kann zunehmend weniger Oxid oder anderes isolierendes Material darin vorhanden aufweisen, wenn der Abstand zwischen der Schicht 204, 206, 208, 210, 212 und dem Schaltmedium 216 zunimmt. Die Schichten 204, 206, 208, 210, 212, die die kegelartige oder pyramidenartige Elektrodenstruktur aufweisen, können in der Nähe des Punktes 226 der kegelartigen oder pyramidenartigen Elektrodenstruktur ein höheres elektrisches Feld erzeugen, was durch die Bezugspfeile B angegeben ist, wenn eine Spannung angelegt ist. Das höhere elektrische Feld in der Nähe des Punktes 226 als solches kann die Bildung einer Faser in der Umgebung des Punktes 226 begünstigen.
2D veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der ReRAM-Vorrichtung 200 nach den 2B und 2C. Wie in 2D gezeigt ist, können sowohl die obere Elektrode 232 als auch die untere Elektrode 230 jede die mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 nach den 2B und 2C umfassen.
Die untere Elektrode 230 kann eine zweite mehrschichtige Elektrodenstruktur 280 sein, die zweite mehrere Schichten 240, 242, 244, 246, 248 umfasst, wobei jede Schicht der zweiten mehreren Schichten 240, 242, 244, 246, 248 ein erstes Material, das aus einer ersten Gruppe ausgewählt ist, und ein zweites Material, das aus einer zweiten Gruppe ausgewählt ist, umfasst. Die erste Gruppe kann Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfassen. Die zweite Gruppe kann Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfassen. Eine erste Schicht 248 der zweiten mehreren Schichten 240, 242, 244, 246, 248, die sich dem Schaltmedium 216 am nächsten befindet, kann die größte Konzentration des zweiten Materials der zweiten Gruppe umfassen. Eine zweite Schicht 240 der zweiten mehreren Schichten 240, 242, 244, 246, 248, die sich am weitesten entfernt von dem Schaltmedium 216 befindet, kann die geringste Konzentration des ersten Materials der zweiten Gruppe umfassen.
Die mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 der oberen Elektrode 232 kann die Schichten 204, 206, 208, 210, 212 enthalten. Die zweite mehrschichtige Elektrodenstruktur 280 der unteren Elektrode 230 kann die Schichten 240, 242, 244, 246, 248 enthalten, die im Wesentlichen zu den Schichten 204, 206, 208, 210, 212 der mehrschichtigen Elektrodenstruktur 202 ähnlich sein können, wobei jedoch die Schichten 240, 242, 244, 246, 248 der zweiten mehrschichtigen Elektrodenstruktur 280 ein Spiegelbild der Schichten 204, 206, 208, 210, 212 der oberen Elektrode 232 sein können. In der in 2D gezeigten Ausführungsform können die Schichten 204, 206, 208, 210, 212 der mehrschichtigen Elektrodenstruktur 202 und die Schichten 240, 242, 244, 246, 248 der zweiten mehrschichtigen Elektrodenstruktur 280 der unteren Elektrode 230 jede einer sauerstoffreichen und/oder einer stickstoffreichen Umgebung ausgesetzt werden, wie oben bezüglich der 2B und 2C beschrieben worden ist. Die Schicht 204 als solche kann mit der Schicht 240 ähnliche Eigenschaften teilen, beide Schichten 204 und 240 können sich z. B. am weitesten entfernt von dein Schaltmedium 216 befinden. Die Schicht 206 kann ähnliche Eigenschaften mit der Schicht 242 teilen, die Schicht 208 kann ähnliche Eigenschaften mit der Schicht 244 teilen, die Schicht 210 kann ähnliche Eigenschaften mit der Schicht 246 teilen und die Schicht 212 kann insofern ähnliche Eigenschaften mit der Schicht 248 teilen, als sich die Schichten 212 und 248 dem Schaltmedium 216 am nächsten befinden können.
Der variierende Grad der Oxidation und/oder Nitrogenisierung kann die Schichten 204, 206, 208, 210, 212 der mehrschichtigen Elektrodenstruktur 202 der oberen Elektrode 232 und die Schichten 240, 242, 244, 246, 248 der zweiten mehrschichtigen Elektrodenstruktur 280 der unteren Elektrode 230 mit einer kegelartigen oder einer pyramidenartigen Metallelektrodenstruktur innerhalb jeder Schicht 204, 206, 208, 210, 212, 240, 242, 244, 246, 248 erzeugen, wie in 2D gezeigt ist, wobei das Oxid 222 oder der andere Isolator in der Nähe eines äußeren Randes 224 sowohl der mehrschichtigen Elektrodenstruktur 202 als auch der zweiten mehrschichtigen Elektrodenstruktur 280 ausgebildet ist. Die Menge des Oxids 222 oder des anderen Isolators als solche auf jeder Schicht 204, 206, 208, 210, 212, 240, 242, 244, 246, 248 kann in Abhängigkeit von dem Ort der Schicht 204, 206, 208, 210, 212, 240, 242, 244, 246, 248 variieren. Wie gezeigt ist, können die Schichten 212 und 248 das meiste Oxid oder den meisten anderen Isolator vorhanden aufweisen, da sie sich dem Schaltmedium 216 am nächsten befinden. Jede Schicht 204, 206, 208, 210, 212, 240, 242, 244, 246, 248 kann zunehmend weniger Oxid oder anderes isolierendes Material, das darauf vorhanden ist, aufweisen, wenn der Abstand zwischen der Schicht 204, 206, 208, 210, 212, 240, 242, 244, 246, 248 und dem Schaltmedium 216 zunimmt. Die Schichten 204, 206, 208, 210, 212, 240, 242, 244, 246, 248, die die kegelartige oder pyramidenartige Elektrodenstruktur aufweisen, können in der Nähe der Punkte 226 der kegelartigen oder der pyramidenartigen Elektrodenstruktur ein höheres elektrisches Feld erzeugen, das durch die Bezugspfeile B angegeben ist, wenn eine Spannung angelegt ist. Das höhere elektrische Feld in der Nähe der Punkte 226 als solches kann die Bildung einer Faser in der Umgebung der Punkte 226 begünstigen.
Jede Schicht 204, 206, 208, 210, 212, 240, 242, 244, 246, 248 kann, wie in den 2B, 2C und/oder 2D gezeigt ist, durch Dünnschicht-Mitabscheidungsverfahren abgeschieden werden. Eine Legierungszusammensetzung als solche kann durch das Variieren der relativen Abscheidungsrate von zwei oder mehr gleichzeitig abgeschiedenen Elementen variiert werden.
2E veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der Struktur nach 2D. Wie in 2E gezeigt ist, kann die mehrschichtige Elektrodenstruktur 202 für die obere Elektrode 232 durch eine einzelne Schicht 270 ersetzt sein. Die zweite mehrschichtige Elektrodenstruktur 280 für die untere Elektrode 230 kann durch eine einzelne Schicht 270 ersetzt sein. Die obere Elektrode 232, die untere Elektrode 230 und/oder sowohl die obere Elektrode 232 als auch die untere Elektrode 230 können die einzelne Schicht 270 umfassen. Die einzelne Schicht kann den relativen Prozentsatz des Elements aus der ersten Gruppe und des Elements aus der zweiten Gruppe kontinuierlich variieren, so dass die einzelne Schicht 270 in der Nähe des Schaltmediums 216 reichhaltiger ist und/oder die größte Konzentration des Elements aus der zweiten Gruppe enthält, wie oben erörtert worden ist.
Die einzelnen Schichten 270 der ReRAM-Vorrichtung 200 können während der Herstellung geätzt werden, um die Elektroden darin zu definieren. In einigen Ausführungsformen können die einzelnen Schichten 270 ionengedünnt werden, um die Elektroden dann zu definieren. Anschließend an das Ätzen und/oder das Ionendünnen können die einzelnen Schichten 270 einer sauerstoffreichen und/oder stickstoffreichen Umgebung, wie z. B. einem Gas und/oder einem Plasma, ausgesetzt werden. Das Gas und/oder das Plasma können jede einzelne Schicht 270 bis zu einer Konzentration oxidieren und/oder nitrogenisieren, die von der Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe, das in jeder einzelnen Schicht 270 vorhanden ist, abhängig sein kann.
Die ReRAM-Vorrichtung 200 nach 2E kann einer sauerstoffreichen und/oder einer stickstoffreichen Umgebung ausgesetzt werden. Die obere Elektrode 232 kann eine positive Spannung oder eine negative Spannung aufrechterhalten. Die untere Elektrode 230 kann eine Polarität aufrechterhalten, die zu der oberen Elektrode 232 entgegengesetzt ist. Der variierende Grad der Oxidation und/oder Nitrogenisierung kann in den einzelnen Schichten 270 eine kegelartige oder eine pyramidenartige Elektrodenstruktur erzeugen. Wie in 2E gezeigt ist, kann das Oxid 222 oder der andere Isolator in der Nähe eines äußeren Randes 224 der ReRAM-Vorrichtung 200 ausgebildet sein. Die Menge des Oxids 222 oder des anderen Isolators auf jeder einzelnen Schicht 270 als solche kann in Abhängigkeit von dem Ort innerhalb der einzelnen Schicht 270 variieren. Die Konzentration des Oxids 222 oder des anderen Isolators als solche kann variieren. Wie gezeigt ist, kann mehr Oxid 222 oder anderer Isolator in jeder einzelnen Schicht 270 vorhanden sein, wenn die Schicht näher zu dem Schaltmedium 216 kommt. Es kann weiterhin ein höheres elektrisches Feld, das durch die Bezugspfeile B angegeben ist, in der Nähe des Punktes 226 der kegelartigen oder pyramidenartigen Elektrodenstruktur vorhanden sein, so dass das elektrische Feld konzentriert ist. Das höhere elektrische Feld als solches in der Nähe des Punktes 226 kann die Bildung einer Faser in der Umgebung des Punktes 226 begünstigen.
Im Vergleich zu dem elektrischen Feld nach 1, das durch die Bezugsfeile A angegeben ist, ist das elektrische Feld nach den 2B, 2C, 2D und 2E, das durch die Bezugspfeile B angegeben ist, verschmälert. Die Bezugspfeile B zeigen, dass das elektrische Feld nach den 2B, 2C, 2D und 2E zur Mitte der Zelle konzentriert ist.
3 veranschaulicht schematisch die Operationen eines Verfahrens 300 zum Bilden einer Speichervorrichtung gemäß einer hier beschriebenen Ausführungsform. In der Operation 310 kann eine erste Schicht gebildet werden. Die erste Schicht kann ein Material aus einer ersten Gruppe und ein Material aus einer zweiten Gruppe umfassen. Die erste Gruppe kann Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfassen. Die zweite Gruppe kann Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfässen.
In der Operation 320 kann eine zweite Schicht gebildet werden. Die zweite Schicht kann ein Material aus einer ersten Gruppe und ein Material aus einer zweiten Gruppe umfassen. Die erste Gruppe kann Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfassen. Die zweite Gruppe kann Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfassen. Die zweite Schicht kann sich unter der ersten Schicht befinden. Die zweite Schicht kann eine größere Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe als die erste Schicht umfassen. Die erste Schicht und die zweite Schicht können gemeinsam eine Elektrode bilden.
In der Operation 330 kann die Speichervorrichtung geätzt oder ionengedünnt werden. In der Operation 340 kann die Speichervorrichtung einer sauerstoffreichen oder einer stickstoffreichen Umgebung ausgesetzt werden, um die Elektrode in einer konischen Struktur zu bilden. Die Bereiche der Elektrode mit der größten Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe können die größte Konzentration eines Oxids oder eines Isolatormaterials enthalten.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 300 außerdem das Bilden einer dritten Schicht enthalten. Die dritte Schicht kann ein Material aus einer ersten Gruppe und ein Material aus einer zweiten Gruppe umfassen, wobei die erste Gruppe Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst und wobei die zweite Gruppe Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst. Das Verfahren 300 kann ferner das Bilden einer vierten Schicht, die ein Material aus einer ersten Gruppe und ein Material aus einer zweiten Gruppe umfasst, enthalten. Die erste Gruppe kann Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfassen, während die zweite Gruppe Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfassen kann. Die vierte Schicht kann sich unter der dritten Schicht befinden. Die dritte Schicht kann eine größere Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe als die vierte Schicht umfassen. Die dritte Schicht und die vierte Schicht können gemeinsam eine zweite Elektrode bilden. Die zweite Elektrode kann vor denn Aussetzen der ersten Elektrode einer sauerstoffreichen oder stickstoffreichen Umgebung gebildet werden. Das Verfahren 300 kann in einigen Ausführungsformen außerdem das Aussetzen der zweiten Elektrode einer sauerstoffreichen oder einer stickstoffreichen Umgebung enthalten, um die zweite Elektrode in einer konischen Struktur zu bilden. Die Bereiche der zweiten Elektrode mit der größten Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe enthalten die größte Konzentration eines Oxids oder eines Isolatormaterials. In bestimmten Ausführungsformen kann das Aussetzen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode der sauerstoffreichen oder der stickstoffreichen Umgebung gleichzeitig stattfinden.
Die 4A und 4B veranschaulichen schematisch die Operationen eines Verfahrens 400 zum Bilden einer Speichervorrichtung gemäß einer hier beschriebenen Ausführungsform. In der Operation 410 kann eine erste Schicht gebildet werden. Die erste Schicht kann ein Material aus einer ersten Gruppe und ein Material aus einer zweiten Gruppe umfassen. Die erste Gruppe kann Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfassen. Die zweite Gruppe kann Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfassen.
In der Operation 420 kann eine zweite Schicht gebildet werden. Die zweite Schicht kann ein Material aus einer ersten Gruppe und ein Material aus einer zweiten Gruppe umfassen. Die erste Gruppe kann Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfassen. Die zweite Gruppe kann Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfassen. Die zweite Schicht kann sich unter der ersten Schicht befinden. Die zweite Schicht kann eine größere Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe als die erste Schicht umfassen. Die erste Schicht und die zweite Schicht können gemeinsam eine erste Elektrode bilden.
In der Operation 430 kann eine dritte Schicht gebildet werden. Die dritte Schicht kann ein Material aus einer dritten Gruppe umfassen. Die dritte Gruppe kann Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfassen.
In der Operation 440 kann eine vierte Schicht gebildet werden. Die vierte Schicht kann ein Material aus der ersten Gruppe und ein Material aus der zweiten Gruppe umfassen.
In der Operation 450 kann eine fünfte Schicht gebildet werden. Die fünfte Schicht kann ein Material aus der ersten Gruppe und ein Material aus der zweiten Gruppe umfassen. Die fünfte Schicht kann sich unter der vierten Schicht befinden. Die fünfte Schicht kann eine geringere Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe als die vierte Schicht umfassen. Die vierte Schicht und die fünfte Schicht können gemeinsam eine zweite Elektrode bilden. Die dritte Schicht kann sich zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode befinden. In einigen Ausführungsformen können die erste Schicht, die zweite Schicht, die vierte Schicht und die fünfte Schicht jede eine Dicke zwischen etwa 0,05 nm und etwa 4 nm aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die erste Schicht und die zweite Schicht jede eine andere Dicke aufweisen und/oder können die vierte Schicht und die fünfte Schicht jede eine andere Dicke aufweisen.
In der Operation 460 kann die Speichervorrichtung. geätzt oder ionengedünnt werden.
In der Operation 470 können die erste Elektrode, die zweite Elektrode und die dritte Schicht einer sauerstoffreichen oder einer stickstoffreichen Umgebung ausgesetzt werden. Das Aussetzen kann die erste Elektrode und die zweite Elektrode in einer konischen Struktur bilden. Die Bereiche der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode mit der größten Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe können die größte Konzentration eines Oxids oder eines Isolatormaterials enthalten. Das Aussetzen kann die dritte Schicht in ein Schaltmedium formen. In einigen Ausführungsformen kann das Oxid oder das Isolatormaterial auf einem äußeren Rand jeder der ersten Schicht, der zweiten Schicht, der vierten Schicht und/oder der fünften Schicht gebildet werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 ferner das Kombinieren der ersten Schicht und der zweiten Schicht enthalten, um eine erste mehrschichtige Elektrodenstruktur zu bilden. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 ferner das Kombinieren der vierten Schicht und der fünften Schicht enthalten, um eine zweite mehrschichtige Elektrodenstruktur zu bilden. Die erste und/oder die zweite mehrschichtige Elektrodenstruktur können eine obere Elektrode, eine untere Elektrode und/oder sowohl die obere Elektrode als auch die untere Elektrode innerhalb der Speichervorrichtung sein.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 ferner das Bilden einer sechsten Schicht enthalten. Die sechste Schicht kann ein Material aus der ersten Gruppe und ein Material aus der zweiten Gruppe enthalten.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 ferner das Bilden einer siebenten Schicht enthalten. Die siebente Schicht kann ein Material aus der ersten Gruppe und ein Material aus der zweiten Gruppe enthalten. Die siebente Schicht kann sich unter der sechsten Schicht befinden. Die siebente Schicht kann eine größere Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe als die sechste Schicht umfassen. Die sechste Schicht und die siebente Schicht können gemeinsam eine dritte Elektrode bilden.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 ferner das Bilden einer achten Schicht, die ein Material aus der dritten Gruppe umfasst, enthalten. Das Verfahren 400 kann außerdem das Bilden einer neunten Schicht enthalten. Die neunte Schicht kann ein Material aus der ersten Gruppe und ein Material aus der zweiten Gruppe enthalten. Das Verfahren 400 kann außerdem das Bilden einer zehnten Schicht enthalten. Die zehnte Schicht kann ein Material aus der ersten Gruppe und ein Material aus der zweiten Gruppe umfassen. Die zehnte Schicht kann sich unter der neunten Schicht befinden. Die zehnte Schicht kann eine geringere Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe als die neunte Schicht umfassen. Die neunte Schicht und die zehnte Schicht können gemeinsam eine vierte Elektrode bilden. Die achte Schicht kann sich zwischen der dritten Elektrode und der vierten Elektrode befinden. Die dritte Elektrode und die vierte Elektrode können vor dem Aussetzen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode einer sauerstoffreichen oder einer stickstoffreichen Umgebung gebildet werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 außerdem das Aussetzen der dritten Elektrode, der vierten Elektrode und der achten Schicht einer sauerstoffreichen oder einer stickstoffreichen Umgebung enthalten, um die dritte Elektrode und die vierte Elektrode in einer konischen Struktur zu bilden. Die Bereiche der dritten Elektrode und der vierten Elektrode mit der größten Konzentration des Materials von der zweiten Gruppe können die größte Konzentration eines Oxids oder eines Isolatormaterials enthalten.
In einigen Ausführungsformen können das Aussetzen der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode, der dritten Elektrode und der vierten Elektrode der sauerstoffreichen oder der stickstoffreichen Umgebung gleichzeitig stattfinden.
Die Vorteile der vorliegenden Offenbarung enthalten eine ReRAM-Faservorrichtung mit einer verbesserten Vorhersagbarkeit des Faserorts. Der Faserort als solcher wird gesteuert, wobei eine Faserbildung in der Nähe der Vorrichtungsränder vermieden wird. Die Bildung einer Faser in der Nähe eines Punktes der konischen Struktur oder der pyramidenartigen Struktur kann die Vorrichtungsausbeute verbessern, die Bildungsspannungen, die für die Faserbildung notwendig sind, verringern und die Reproduzierbarkeit verbessern.
Die vorliegende Offenbarung stellt einen Stapel von Materialien und ein Verfahren zum Erzeugen einer verbesserten Zelle eines faserartigen nichtflüchtigen ReRAM-Speichers durch das Konzentrieren des elektrischen Feldes in der Mitte der Zelle bereit. Durch das Abscheiden einer ungleichmäßigen Metallelektrode, die entweder kompositorisch moduliert oder mehrschichtig ist, die anschließend während der Zellenherstellung z. B. einem Oxidationsprozess ausgesetzt wird, wird ein Metallelektrodenprofil automatisch erzeugt, das die Mitte der Zelle als den Ort mit dein höchsten elektrischen Feld begünstigt. Für ReRAM-Zellen, in denen die Fasererzeugung/-auflösung der Schaltmechanismus ist, z. B. OxRAM oder CBRAM, vergrößern die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung die Wahrscheinlichkeit der Faserbildung in der Nähe der Mitte der Zelle, was für die Größenskalierung und die Zuverlässigkeit der nichtflüchtigen Speicherkomponente vorteilhaft ist.
Während das Vorhergehende auf die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gerichtet ist, können andere und weitere Ausführungsformen der Offenbarung entwickelt werden, ohne von ihrem grundlegenden Schutzumfang abzuweichen, wobei ihr Schutzumfang durch die folgenden Ansprüche bestimmt ist.

Claims

Widerstandsbehaftete Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung (ReRAM-Vorrichtung), die Folgendes umfasst: eine mehrschichtige Metallelektrodenstruktur, die mehrere Schichten umfasst, wobei jede Schicht der mehreren Schichten ein erstes Material, das aus einer ersten Gruppe ausgewählt ist, und ein zweites Material, das aus einer zweiten Gruppe ausgewählt ist, umfasst, wobei die erste Gruppe Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst und wobei die zweite Gruppe Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst; und ein Schaltmedium, wobei eine erste Schicht der mehreren Schichten, die sich dem Schaltmedium am nächsten befindet, die größte Konzentration des zweiten Materials der zweiten Gruppe umfasst und wobei eine zweite Schicht der mehreren Schichten, die sich am weitesten entfernt von dem Schaltmedium befindet, die geringste Konzentration des zweiten Materials der zweiten Gruppe umfasst.
Widerstandsbehaftete Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede Schicht der mehreren Schichten eine Dicke zwischen etwa 0,05 nm und etwa 4 nm aufweist.
Widerstandsbehaftete Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede Schicht der mehreren Schichten eine andere Dicke aufweist.
Widerstandsbehaftete Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Schichten zwischen zwei Schichten und zehn Schichten umfassen.
Widerstandsbehaftete Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Schichten mehr als zehn Schichten umfassen.
Widerstandsbehaftete Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Konzentration des zweiten Materials der zweiten Gruppe der zweiten Schicht null Prozent beträgt.
Widerstandsbehaftete Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenstruktur in einer kegelförmigen Struktur ausgebildet ist, wobei ein Oxid oder ein Isolatormaterial auf einem äußeren Rand jeder Schicht ausgebildet ist.
Widerstandsbehaftete Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Schicht, die die größte Konzentration des zweiten Materials umfasst, ferner die größte Menge Oxid oder Isolatormaterial umfasst.
Widerstandsbehaftete Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehrschichtige Metallelektrodenstruktur eine obere Elektrode, eine untere Elektrode oder beides innerhalb der widerstandsbehafteten Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung sein kann.
Widerstandsbehaftete Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine zweite Elektrodenstruktur umfasst, wobei die mehrschichtige Metallelektrodenstruktur mit einer ersten Seite des Schaltmediums gekoppelt ist und die zweite Elektrodenstruktur mit einer zweiten Seite des Schaltmediums, die der ersten Seite gegenüberliegt, gekoppelt ist.
Widerstandsbehaftete Schreib-Lese-Speicher-Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die zweite Elektrodenstruktur eine zweite mehrschichtige Metallelektrodenstruktur ist, die zweite mehrere Schichten umfasst, wobei jede Schicht der zweiten mehreren Schichten ein erstes Material, das aus einer ersten Gruppe ausgewählt ist, und ein zweites Material, das aus einer zweiten Gruppe ausgewählt ist, umfasst, wobei die erste Gruppe Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst, wobei die zweite Gruppe Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst und wobei eine erste Schicht der zweiten mehreren Schichten, die sich dem Schaltmedium am nächsten befindet, die größte Konzentration des zweiten Materials der zweiten Gruppe umfasst, und wobei eine zweite Schicht der zweiten mehreren Schichten, die sich am weitesten entfernt von dem Schaltmedium befindet, die geringste Konzentration des ersten Materials der zweiten Gruppe umfasst.
Speichervorrichtung, die Folgendes umfasst: wenigstens eine Schicht, die eines von einem Element einer ersten Gruppe und eines von einem Element einer zweiten Gruppe umfasst, wobei die erste Gruppe aus der Gruppe ausgewählt ist, die Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst, und wobei die zweite Gruppe aus der Gruppe ausgewählt ist, die Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst; ein Schaltmedium, wobei sich die Konzentration des Elements der ersten Gruppe kontinuierlich ändert und sich die Konzentration des Elements der zweiten Gruppe kontinuierlich ändert, wobei die Konzentration des Elements der zweiten Gruppe in der Nähe des Schaltmediums am größten ist und die Konzentration des Elements der ersten Gruppe entfernt von dem Schaltmedium am größten ist; und einen Kontakt, wobei sich die Schicht sich zwischen dem Schaltmedium und dem Kontakt befindet.
Speichervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Schicht eine Dicke zwischen etwa 0,05 nm und etwa 4 nm aufweist.
Speichervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Konzentration des Elements der zweiten Gruppe an einem Ort in der wenigstens einen Schicht am weitesten entfernt von dem Schaltmedium null Prozent beträgt.
Speichervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Elektrodenstruktur in einer kegelförmigen Struktur ausgebildet ist, wobei ein Oxid oder ein Isolatormaterial auf einem äußeren Rand der Schicht ausgebildet ist.
Verfahren zum Bilden einer Speichervorrichtung, das Folgendes umfasst: Bilden einer ersten Schicht, die ein Material aus einer ersten Gruppe und ein Material aus einer zweiten Gruppe umfasst, wobei die erste Gruppe Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst und wobei die zweite Gruppe Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst; Bilden einer zweiten Schicht, die ein Material aus einer ersten Gruppe und ein Material aus einer zweiten Gruppe umfasst, wobei die erste Gruppe Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst, wobei die zweite Gruppe Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst, wobei sich die zweite Schicht unter der ersten Schicht befindet, wobei die zweite Schicht eine größere Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe als die erste Schicht umfasst und wobei die erste Schicht und die zweite Schicht gemeinsam eine erste Elektrode bilden; Ätzen oder Ionendünnen der Speichervorrichtung; und Aussetzen der ersten Elektrode einer sauerstoffreichen oder einer stickstoffreichen Umgebung, um die erste Elektrode in einer konischen Struktur zu bilden, wobei Bereiche der ersten Elektrode mit der größten Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe die größte Konzentration eines Oxids oder eines Isolatormaterials enthalten.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht jede eine Dicke zwischen etwa 0,05 nm und etwa 4 nm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht jede eine andere Dicke aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Oxid oder das Isolatormaterial auf einem äußeren Rand sowohl der ersten Schicht als auch der zweiten Schicht gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner das Kombinieren der ersten Schicht und der zweiten Schicht, um eine mehrschichtige Elektrodenstruktur zu bilden, umfasst, und wobei die mehrschichtige Elektrodenstruktur eine obere Elektrode, eine untere Elektrode oder beide innerhalb der Speichervorrichtung sein kann.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner Folgendes umfasst: Bilden einer dritten Schicht, die ein Material aus einer ersten Gruppe und ein Material aus einer zweiten Gruppe umfasst, wobei die erste Gruppe Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst und wobei die zweite Gruppe Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst; Bilden einer vierten Schicht, die ein Material aus einer ersten Gruppe und ein Material aus einer zweiten Gruppe umfasst, wobei die erste Gruppe Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst und wobei die zweite Gruppe Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst, wobei sich die vierte Schicht unter der dritten Schicht befindet, wobei die dritte Schicht eine größere Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe als die vierte Schicht umfasst und wobei die dritte Schicht und die vierte Schicht gemeinsam eine zweite Elektrode bilden und wobei die zweite Elektrode vor dem Aussetzen der ersten Elektrode einer sauerstoffreichen oder einer stickstoffreichen Umgebung gebildet wird; und Aussetzen der zweiten Elektrode einer sauerstoffreichen oder einer stickstoffreichen Umgebung, um die zweite Elektrode in einer konischen Struktur zu bilden, wobei Bereiche der zweiten Elektrode mit der größten Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe die größte Konzentration eines Oxids oder eines Isolatormaterials enthalten.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Aussetzen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode der sauerstoffreichen oder der stickstoffreichen Umgebung gleichzeitig stattfindet.
Verfahren zum Bilden einer Speichervorrichtung, das Folgendes umfasst: Bilden einer ersten Schicht, die ein Material aus einer ersten Gruppe und ein Material aus einer zweiten Gruppe umfasst, wobei die erste Gruppe Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst und wobei die zweite Gruppe Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst; Bilden einer zweiten Schicht, die ein Material aus einer ersten Gruppe und ein Material aus einer zweiten Gruppe umfasst, wobei die erste Gruppe Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Rh oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst, wobei die zweite Gruppe Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst, wobei sich die zweite Schicht unter der ersten Schicht befindet, wobei die zweite Schicht eine größere Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe als die erste Schicht umfasst und wobei die erste Schicht und die zweite Schicht gemeinsam eine erste Elektrode bilden; Bilden einer dritten Schicht, die ein Material aus einer dritten Gruppe umfasst, wobei die dritte Gruppe Mg, Ta, TaN, Si, Al, Ti, TiN, W, Hf, Nb, Zr oder deren Legierungen oder Mischungen umfasst; Bilden einer vierten Schicht, die ein Material aus der ersten Gruppe und ein Material aus der zweiten Gruppe umfasst; Bilden einer fünften Schicht, die ein Material aus der ersten Gruppe und ein Material aus der zweiten Gruppe umfasst, wobei sich die fünfte Schicht unter der vierten Schicht befindet, wobei die fünfte Schicht eine geringere Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe als die vierte Schicht umfasst, wobei die vierte Schicht und die fünfte Schicht gemeinsam eine zweite Elektrode bilden und wobei sich die dritte Schicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode befindet; Ätzen oder Ionendünnen der Speichervorrichtung; und Aussetzen der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode und der dritten Schicht einer sauerstoffreichen oder einer stickstoffreichen Umgebung, um die erste Elektrode und die zweite Elektrode in einer konischen Struktur zu bilden, wobei Bereiche der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode mit der größten Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe die größte Konzentration eines Oxids oder eines Isolatormaterials enthalten und wobei das Aussetzen die dritte Schicht in ein Schaltmedium formt.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die erste Schicht, die zweite Schicht, die vierte Schicht und die fünfte Schicht jede eine Dicke zwischen etwa 0,05 nm und etwa 4 nm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht jede eine andere Dicke aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die vierte Schicht und die fünfte Schicht jede eine andere Dicke aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Oxid oder das Isolatormaterial auf einem äußeren Rand sowohl der ersten Schicht, der zweiten Schicht, der vierten Schicht als auch der fünften Schicht gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 23, das ferner das Kombinieren der ersten Schicht und der zweiten Schicht, um eine mehrschichtige Elektrodenstruktur zu bilden, umfasst, und wobei die mehrschichtige Elektrodenstruktur eine obere Elektrode, eine untere Elektrode oder beide innerhalb der Speichervorrichtung sein kann.
Verfahren nach Anspruch 23, das ferner das Kombinieren der vierten Schicht und der fünften Schicht, um eine mehrschichtige Elektrodenstruktur zu bilden, umfasst, und wobei die mehrschichtige Elektrodenstruktur eine obere Elektrode, eine untere Elektrode oder beide innerhalb der Speichervorrichtung sein kann.
Verfahren nach Anspruch 23, das ferner Folgendes umfasst: Bilden einer sechsten Schicht, die ein Material aus der ersten Gruppe und ein Material aus der zweiten Gruppe umfasst; Bilden einer siebenten Schicht, die ein Material aus der ersten Gruppe und ein Material aus der zweiten Gruppe umfasst, wobei sich die siebente Schicht unter der sechsten Schicht befindet, wobei die siebente Schicht eine größere Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe als die sechste Schicht umfasst und wobei die sechste Schicht und die siebente Schicht gemeinsam eine dritte Elektrode bilden; Bilden einer achten Schicht, die ein Material aus der dritten Gruppe umfasst; Bilden einer neunten Schicht, die ein Material aus der ersten Gruppe und ein Material aus der zweiten Gruppe umfasst; Bilden einer zehnten Schicht, die ein Material aus der ersten Gruppe und ein Material aus der zweiten Gruppe umfasst, wobei sich die zehnte Schicht unter der neunten Schicht befindet, wobei die zehnte Schicht eine geringere Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe als die neunte Schicht umfasst, wobei die neunte Schicht und die zehnte Schicht gemeinsam eine vierte Elektrode bilden, wobei sich die achte Schicht zwischen der dritten Elektrode und der vierten Elektrode befindet und wobei die dritte Elektrode und die vierte Elektrode vor- dem Aussetzen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode einer sauerstoffreichen oder einer stickstoffreichen Umgebung gebildet werden; und Aussetzen der dritten Elektrode, der vierten Elektrode und der achten Schicht einer sauerstoffreichen oder einer stickstoffreichen Umgebung, um die dritte Elektrode und die vierte Elektrode in einer konischen Struktur zu bilden, wobei Bereiche der dritten Elektrode und der vierten Elektrode mit der größten Konzentration des Materials aus der zweiten Gruppe die größte Konzentration eines Oxids oder eines Isolatormaterials enthalten.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Aussetzen der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode, der dritten Elektrode und der vierten Elektrode der sauerstoffreichen oder der stickstoffreichen Umgebung gleichzeitig stattfindet.