JP2016506635A - メモリセルおよびメモリセルの形成方法 - Google Patents
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Abstract
幾つかの実施形態は、メモリセルの形成方法を含む。スイッチング領域の第一部分は、第一の電極上に形成される。スイッチング領域の第二部分は、原子層堆積を利用して、第一部分上に形成される。第二部分は、第一部分とは異なる組成である。イオンソース領域は、スイッチング領域上に形成される。第二の電極は、イオンソース領域上に形成される。幾つかの実施形態は、一対の電極間のスイッチング領域を有するメモリセルを含む。スイッチング領域は、低抵抗状態と高抵抗状態との間で可逆的に遷移するように構成される。スイッチング領域は、二つ以上の個別部分を含み、部分のうちの一方は、高抵抗状態においてそれに直接面する如何なる組成と共通の非酸素成分も有さない。【選択図】図４
Description
メモリセルおよびメモリセルの形成方法。
集積メモリは、データを格納するためにコンピュータシステム内で使用されることがある。集積メモリは、個々のメモリセルの一つ以上のアレイで通常製造される。メモリセルは、少なくとも二つの異なる選択可能な状態において、メモリを保持もしくは格納するように構成される。二進法においては、状態は、“０”もしくは“１”のいずれかと考えられる。他のシステムにおいては、少なくとも幾つかの個々のメモリセルは、３レベル以上、もしくは３つ以上の状態の情報を格納するように構成されてもよい。
例示的なメモリセルは、プログラマブルメタライゼーションセル（ＰＭＣ）である。これらは、導電性ブリッジランダムアクセスメモリ（ＣＢＲＡＭ）、ナノブリッジメモリもしくは電解質メモリとも称されることがある。ＰＭＣは、イオン伝導性スイッチング材料（例えば、好適なカルコゲナイドもしくはあらゆる種々の好適な酸化物）およびスイッチング材料に隣接するイオンソース材料を利用することがある。イオンソース材料およびスイッチング材料は、一対の電極間に提供されてもよい。電極に印加される適切な電圧によって、イオンをイオンソース材料からスイッチング材料へと移動させ、それによって、スイッチング材料を通る一つ以上の電流伝導経路を生成することができる。電極に逆方向の電圧を印加すると、この過程は本質的に逆転し、電流伝導経路を取り除く。ＰＭＣは、このように、高抵抗状態（スイッチング材料を通って伸びる導電性ブリッジを欠く状態に対応する）および低抵抗状態（スイッチング材料を通って伸びる導電性ブリッジを有する状態に対応する）を含み、このような状態は、互いに可逆的に入れ換えることができる。
ＰＭＣおよび他のメモリセルの開発に向けて努力がなされてきたが、メモリセルの改良に対する必要性はいまだ存在する。
ＰＭＣの二つの性能の態様は、スイッチング（切換え）と保持である。ＰＭＣがあるメモリ状態から別の比較的低い電圧へと素早く切換えられるように、スイッチングは比較的容易であることが望ましい。また、適切な電圧入力がないときに、メモリ状態間で偶然ＰＭＣが切り替わらないように、ＰＭＣが良好な保持特性を有することも望ましい。容易なスイッチングにつながる特性は、しばしば、良好な保持につながる特性とは相反するものである。ＰＭＣ製造において遭遇する困難は、容易なスイッチングと良好な保持との競合する目的のバランスをとることが困難であるということである。本明細書で提供される幾つかの実施形態は、切り換え性と保持との間の所望のバランスを実現するために、スイッチング領域の特性を適合させることを可能にするために、スイッチング領域内に２以上の異なる組成を利用する。例示的実施形態は、図１−図１１を参照して記述される。
図１を参照すると、ＰＭＣ１０は、高抵抗状態（ＨＲＳ）および低抵抗状態（ＬＲＳ）に対応する二つのモードで示される。二つのモードは、電界ＥＦ＋およびＥＦ−の印加によって、互いに可逆的に入れ換えられ、ＥＦ＋は、ＥＦ−に対して逆の極性を有する。
ＰＭＣデバイスは、一対の電極１２、１４を含み、電極間にスイッチング領域１６およびイオンソース領域１８を含む。
電極１２、１４は、任意の適切な導電性組成、もしくは組成の組み合わせを含んでもよく、組成の組み合わせは互いに同一の組成であってもよいし、互いに異なる組成であってもよい。幾つかの実施形態においては、電極は、種々の金属（例えば、タングステン、チタンなど）、金属含有組成物（例えば、金属窒化物、金属炭化物、金属シリサイドなど）および導電性を有するようにドープされた半導体材料（例えば、導電性を有するようにドープされたシリコン、導電性を有するようにドープされたゲルマニウムなど）のうちの一つ以上を含むか、実質的にそれらで構成されるか、それらだけで構成されてもよい。例えば、幾つかの実施形態においては、電極１２は窒化チタンを含むか、窒化チタンで実質的に構成されるか、窒化チタンだけで構成されてもよい。電極１４は、タングステンを含むか、タングステンで実質的に構成されるか、タングステンだけで構成されてもよい。
示された実施形態においては、電極１２は、誘電性材料１３を通って伸びる。幾つかの実施形態においては、このような誘電性材料は、窒化シリコンを含むか、窒化シリコンで実質的に構成されるか、窒化シリコンだけで構成されてもよい。
メモリセル１０は、外部回路３０に接続された底部電極１２を有し、外部回路３２に接続された上部電極１４を有するように示される。回路３０および３２は、電極に結合されたセンス線および／もしくはアクセス線を含み、読み出し／書き込み動作中のメモリセルにわたって適切な電界を提供するために構成されてもよい。幾つかの実施形態においては、示されたメモリセルは、メモリアレイのうちの複数のメモリセルのうちのひとつであって、回路３０および３２は、アレイのうちの各メモリセルを一意的にアドレス指定するために利用される回路構成のうちの一部であってもよい。幾つかの実施形態においては、“選択デバイス”（図示されていない）は、メモリアレイ内のメモリセルの使用中、メモリセルへの／メモリセルからの望ましくない電流漏出を低減するために、メモリセル１０に隣接して提供されてもよい。例示的な選択デバイスは、ダイオード、トランジスタ、オボニック閾値スイッチなどを含む。
イオンソース領域１８は、スイッチング領域１６にわたって、一つ以上の導電性ブリッジを最終的に形成するイオンを提供する。イオンソース領域は、任意の適切な組成もしくは組成の組み合わせを含んでもよい。幾つかの実施形態においては、イオンソース領域は、アルミニウム、銅、銀およびテルルのうちの一つ以上を含み、一つ以上の導電性ブリッジの形成用に、アルミニウムカチオン、銅カチオンおよび／もしくは銀カチオンを提供するように構成されてもよい。
イオンソース領域は、単一の組成を含むように示されているが、他の実施形態においては、イオンソース領域は、二つ以上の異なる組成を含んでもよい。例えば、幾つかの実施形態においては、イオンソース領域は、ＡｌＴｅＮを含む第一部分を有し、記載された組成は、化学量論的ではなく、元素構成で記述されている。イオンソース領域は、ＣｕＺｒＡｌＴｅＯを含む第二部分を有し、記載された組成は、化学量論的ではなく元素構成で記述されている。第一部分は、スイッチング領域１６に直接面し、第二部分は、第一部分と上部電極１４との間にあってもよい。二つの部分を含むイオンソース領域は、図４を参照して以下に記述される。
スイッチング領域１６のうちの少なくとも一部は、原子層堆積（ＡＬＤ）によって形成され、当該部分の組成および厚さを適合させることを可能にする。例えば、図１の示されたスイッチング領域１６は、互いに対して異なる組成を有する二つの部分２０、２２を含むように示されているが、その二つの部分の間の界面は、直線１９で概略的に示される。幾つかの実施形態においては、これらの部分のうちの少なくとも一方は、ＡＬＤで形成されてもよい。
幾つかの実施形態においては、ＡＬＤによって形成されたスイッチング領域部分は、０オングストローム（Å）から約２０Å以下の範囲内の厚さを有してもよい。幾つかの実施形態においては、約１２Å以下の厚さを有してもよい。図１に示された用途においては、スイッチング領域は二つの部分２０、２２を含み、幾つかの実施形態においては当該部分の双方が、ＡＬＤによって形成され、他の実施形態においては、当該部分のうちの一方がＡＬＤによって形成され、他方は、例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）および／もしくは当該部分の下層表面の酸化を含む他の任意の好適な方法によって形成されてもよい。例えば、幾つかの実施形態においては、部分２０は、電極１２の表面の酸化によって形成され、それによって、電極１２が窒化チタンを含む実施形態においては、酸化チタンもしくはＴｉＯｘＮｙを含んでもよい。部分２０が電極１２の表面の酸化によって形成される場合、部分２０は、部分２０が誘電性材料１３の表面にわたってまで伸びるような示された構成を有するのではなく、電極１２の上部表面のみにわたって伸びる。
スイッチング領域の種々の部分は、任意の適切な組成もしくは組成の組み合わせを含んでもよく、幾つかの実施形態においては、ＧｅＳ，ＧｅＳｅ，ＳｉＯ，ＺｒＯ，ＴｉＯ，ＴａＯ，ＨｆＯ，ＡｌＯ，ＷＯ，ＳｎＯ，ＮｂＯ，ＨｆＳｉＯ，ＺｒＴｉＯ，ＺｒＷＯ，ＡｌＴｉＯ，ＶＯ，ＭｏＯ，ＮｉＯ，ＹＯ，ＲｅＯ，ＭｎＯ，ＦｅＯ，ＳｉＡｌＯ，ＳｉＴｉＯなどのうちの一つ以上を含むか、それらで実質的に構成されるか、それらだけで構成されてもよい。記載された組成は、化学量論的ではなく、元素組成で記述されている（例えば、ＡｌＯは、Ａｌ２Ｏ３に対応する）。幾つかの実施形態においては、ＡＬＤ形成部分は、０オングストロームから１６オングストローム以下の範囲内の厚さに形成されたＨｆＳｉＯを含んでもよく、幾つかの実施形態においては、二部分スイッチング領域の総厚は約２０オングストロームであり、部分のうちの一方は、約１６オングストロームの厚さを有するＡＬＤ形成されたＨｆＳｉＯである。
幾つかの実施形態においては、部分２０、２２のうちの一方は、一つ以上の遷移金属（具体的には、周期表の３−１２族内の金属）と組み合わせられた酸素で構成されてもよい。部分２０、２２のうちの他方は、一つ以上の非遷移元素（即ち、周期表の３−１２族以外の元素）と組み合わせられた酸素で構成されてもよい。ここで、非遷移元素は、幾つかの実施形態においては、金属、半金属、アルカリ土類元素、それらの混合物から成る群から選択されてもよい。例えば、幾つかの実施形態においては、部分のうちの一方は、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタンのうちの一つ以上を含み、部分のうちの他方は、二酸化シリコンおよび酸化アルミニウムのうちの一方もしくはその双方を含んでもよい。アルカリ土類元素を利用する例示的一実施形態においては、部分のうちの一方は酸化マグネシウムを含んでもよい。部分のうちの一方もしくはその双方は、ＡＬＤによって形成されてもよく、部分のうちの一方もしくはその双方は、０Åから約２０Å以下の範囲内、幾つかの実施形態においては、約１２Å以下の範囲内の厚さを有してもよい。
スイッチング領域１６内で互いに対して異なる組成を有する二つの部分を利用することによって、切り替え性と保持との間の所望のバランスを実現するようにスイッチング領域の特性を適合させることを可能にすることができる。幾つかの実施形態においては、スイッチング領域のＡＬＤ形成部分の利用によって、このようなＡＬＤ形成部分のない場合に実現される特性よりもより良好な特性でスイッチング領域を形成することを可能にすることができることが見出された。例えば、幾つかの実施形態においては、スイッチング領域のうちの第一部分および第二部分のうちの一方は、酸化ハフニウムを含み、他方は、酸化アルミニウムを含み、部分のうちの少なくとも一つはＡＬＤによって形成される。スイッチング領域は、酸化ハフニウムのみを含むか、酸化アルミニウムのみをふくむスイッチング領域と比較して、より良好な切り替え性および保持特性を有することが分かった。さらに、切り替え性と保持との間のバランスは、酸化ハフニウムおよび酸化アルミニウムの相対的な厚さに相関し、このように、当該バランスは、相対的厚さの調整を利用して適合されてもよい。
図１のスイッチング領域は、二つの部分を含むが、他の実施形態においては、スイッチング領域は３つ以上の領域を含むように形成されてもよい。３つ以上の領域を含むスイッチング領域の一実施例は、図１０を参照して以下に記述される。また、幾つかの実施形態においては、スイッチング領域は、複数の部分ではなく、単一の均質なＡＬＤ形成材料を含むように形成されてもよい。単一の均質なＡＬＤ形成材料だけを含むスイッチング領域の一実施例は、図１１を参照して以下に記述される。
幾つかの実施形態においては、スイッチング領域のＡＬＤ形成部分は、単一の単分子層（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）よりも薄い厚さを有してもよく、換言すると、完全な単分子層を完成させるには不十分なあまりにも少ない周期で形成されてもよい。例えば、幾つかの実施形態においては、ＡＬＤ形成部分は、完全な単分子層を完了させられない状況下で、１回から５回のＡＬＤ周期を利用して形成され、このようにして、表面にわたって分散された改変領域を含んでもよい。完全な単分子層ではなく、分散された改変領域を含むようにスイッチング領域の一部が形成される例示的一実施形態は、図８および図９を参照して以下に記述される。
図１のスイッチング領域１６は、ＬＲＳモードで導電性ブリッジ２６を含み、ＨＲＳモードではこの導電性ブリッジを含まないように示される。唯一つの導電性ブリッジが示されているが、幾つかの実施形態においては、ＬＲＳモードにおいて複数の導電性ブリッジが存在してもよい。また、導電性ブリッジ２６は電極１２の上部表面からイオンソース１８の底部表面への全行程に及ぶように示されているが、他の実施形態においては、導電性ブリッジは、このような距離を部分的にわたって伸びるだけでも良い。例えば、幾つかの実施形態においては、導電性ブリッジは非連続であってもよく、一つ以上の小さい間隙によって分割されてもよい。動作においては、電荷キャリアは、スイッチング領域にわたる回路を完成させるために、このような間隙を“飛び越え”てもよい。導電性ブリッジ２６は、セルのＨＲＳモードにおいては全体として存在しないように示されているが、他の実施形態においては、導電性ブリッジの一部がＨＲＳモードにおいて存在してもよい。
例示的実施形態のメモリセルを形成する幾つかの例示的方法は、図２−図９を参照して記述され、図２−図４は例示的一方法を示し、図５−図７は別の例示的方法を示し、図８および図９はさらに別の例示的方法を示す。
図２を参照すると、構造１０ａは、図１を参照して上述されたように、電極１２および誘電性材料１３を含む。スイッチング領域１６の第一部分２０は、電極１２上に形成され、示された実施形態においては、電極の上部表面に直接面している。第一部分２０は、任意の好適な処理で形成され、幾つかの例示的実施形態においては、ＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＶＤおよび電極１２の上部表面の酸化によって形成されてもよい。
図３を参照すると、スイッチング領域の第二部分２２は、ＡＬＤを利用して第一部分２０上に形成される。スイッチング領域１６は、総厚“Ｔ”を有し、幾つかの実施形態においては、この厚さは、約６Åから約２０Åの範囲内にあってもよい。幾つかの実施形態においては、ＡＬＤ形成部分２２は、０Åから約１２Å以下の厚さを有してもよい。このように、ＡＬＤ形成部分２２は、体積で、スイッチング領域１６の総厚のうちの少なくとも約５０％を含んでもよく、他の実施形態においては、体積で総厚の約５０％未満を含んでもよい。
第一部分および第二部分２０、２２は、スイッチング領域１６のうちの分離された個別部分であり、したがって、互いに対して異なる組成を含む。幾つかの実施形態においては、部分２０，２２のうちの一方は、遷移金属酸化物を含み、他方は含まない。例えば、幾つかの実施形態においては、部分２０は、酸素と組み合わせられた一つ以上の遷移金属を含むか、実質的にそれらで構成されるか、それらだけで構成されてもよく、ＡＬＤ形成部分２２は、酸素と組み合わせられた一つ以上の非遷移元素を含むか、それらで実質的に構成されるか、それらだけで構成されてもよく、ここで、非遷移元素のうちの少なくとも一つは、金属、半金属、アルカリ土類元素およびそれらの混合物から成る群から選択されてもよい。他の実施形態においては、第一部分２０は、酸素と組み合わせられた一つ以上の非遷移元素を含むか、それらで実質的に構成されるか、それらだけで構成されてもよい。第二部分２２は、酸素と組み合わせられた一つ以上の遷移金属を含むか、それらで実質的に構成されるか、それらだけで構成されてもよい。幾つかの実施形態においては、非遷移元素は、シリコンおよびアルミニウムのうちの一方もしくはその双方を含み、遷移金属は、ハフニウム、チタンおよびジルコニウムのうちの一つ以上を含んでもよい。したがって、幾つかの実施形態においては、ＡＬＤ形成部分２２および部分２０は、互いに異なる組成を含んでもよく、当該組成は、アルミニウム、ハフニウム、シリコン、チタンおよびジルコニウムのうちの一つ以上と組み合わせられた酸素を含む。
ＡＬＤ形成部分２２が遷移金属酸化物を含む実施形態においては、部分２２のＡＬＤ形成は、部分２０の表面上の一つ以上の遷移金属の堆積を含むと考えられてもよく、ＡＬＤ形成部分２２が非遷移元素酸化物を含む実施形態においては、部分２２のＡＬＤ形成は、部分２０の表面上の一つ以上の非遷移元素の堆積を含むと考えられてもよい（幾つかの実施形態においては、当該非遷移元素は、金属、半金属、アルカリ土類元素およびそれらの混合物から成る群から選択される）。
図４を参照すると、イオンソース領域１８は、スイッチング領域１６上に形成され、上部電極１４は、イオンソース領域上に形成される。示された実施形態においては、イオンソース領域１８は、二つの個別部分４０、４２を含み、其々第一部分、第二部分と称されてもよい。幾つかの実施形態においては、各部分４０、４２は、銅、銀およびアルミニウムのうちの少なくとも一つを含む。例えば、幾つかの実施形態においては、第一部分４０は、ＡｌＴｅＮを含み、記載された組成は、化学量論的ではなく、元素構成で記述されている。第二部分４２は、ＣｕＺｒＡｌＴｅＯを含み、記載された組成は、化学量論的ではなく、元素構成で記述されている。第一部分は、示された実施形態においては、スイッチング領域１６に直接面し、第二部分は、第一部分と上部電極１４の間にある。
図４の構造は、複数部分スイッチング領域１６を含む。このようなスイッチング領域は、部分２０および２２の厚さおよび組成を調整することによって特定の用途に対して、適合され、スイッチング領域の至るところで単一の材料のみを利用する従来技術の構成に対する利点を提供することができる。複数部分スイッチング領域を有する構造は、従来技術で記述されており、具体的には、米国特許出願公開２０１１／０１９４３２９号明細書に記述されている。当該構造は、表面を酸化することによって複数部分スイッチング領域の一部を形成し、このようにして、複数部分スイッチング領域の当該部分の構造は、スイッチング領域の下層にある表面によって規定される。対照的に、図４の複数部分スイッチング領域１６の各部分は、堆積プロセスによって形成されてもよい。したがって、米国特許出願公開２０１１／０１９４３２９号明細書に記述された構造のスイッチング領域の部分のうちの少なくとも一方は、当該部分に直接面する組成と共通の非酸素成分を有し、図４のスイッチング領域１６の両方の部分の組成は、当該部分に直接面する組成と共通の如何なる非酸素成分も有さない組成を有してもよい。幾つかの実施形態においては、スイッチング領域１６の双方の部分が、当該部分に直接面する組成と共通の如何なる非酸素成分も有さない組成を有する関係は、メモリセルのＨＲＳモード（即ち、導電性フィラメントがスイッチング材料を通って伸びていないモード）において成立するが、メモリセルのＬＲＳモードにおいては成立しない。なぜなら、導電性フィラメントは、スイッチング材料に直接面する組成から移動するイオンで形成されうるからである。しかしながら、幾つかの実施形態においては、スイッチング領域１６の各部分は、導電性フィラメントの組み立ておよび解体中にイオンがその内部を移動する主要マトリクス（ｐｒｉｍａｒｙ ｍａｔｒｉｘ）を含むと考えられてもよく、当該実施形態においては、各部分の主要マトリクスは、メモリセルがＨＲＳモードにあるかＬＲＳモードにあるかに関わらず、当該主要マトリクスに直接面する任意の組成と共通の如何なる非酸素成分も有さないように形成されてもよい。
スイッチング材料に直接面する組成と共通の如何なる非酸素成分も有さないスイッチング材料の組成を利用できることによって、米国特許出願公開２０１１／０１９４３２９号明細書で記述された実施形態に対して、さらなる自由度を加えて図４の構造を形成することが可能となり、それによって、図４の構造は、幾つかの用途に対してより良好に適合させることができる。
幾つかの実施形態においては、スイッチング材料と直接面する構造と共通の如何なる非酸素成分も有さない組成のスイッチング材料を形成することは有利なことがあるが、他の実施形態においては、スイッチング材料と直接面する構造と共通の一つ以上の非酸素成分を有する組成のスイッチング材料を形成することが望まれることがありうる。したがって、幾つかの実施形態は、スイッチング材料の当該部分に直接面する構造と共通の一つ以上の非酸素成分を含む部分を有するスイッチング材料の形成を含む。当該実施形態においては、スイッチング材料の一部は、例えば、ＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＶＤおよび／もしくはスイッチング材料の当該部分に直接面する構造の酸化によって形成されてもよい。
図２−図４の実施形態は、ＡＬＤによって形成されてもよいし、形成されなくてもよい第一部分２０と、ＡＬＤ形成部分である第二部分２２とを有するものとして記述されているが、他の実施形態においては、処理は逆転されて、第一部分２０がＡＬＤ形成部分であって、第二部分２２はＡＬＤによって形成されてもよいし、形成されなくてもよい。図５−図７は、第一部分２０がＡＬＤ形成部分である例示的一実施形態を示す。
図５を参照すると、構造１０ｂは、図１を参照して上述されたように、電極１２および誘電性材料１３を含む。スイッチング領域１６の第一部分２０は、電極１２上に形成され、示された実施形態においては電極１２の上部表面に直接面する。第一部分２０は、ＡＬＤによって形成され、幾つかの実施形態においては、０Åから約１２Å以下の範囲内の厚さに形成されてもよい。
図６を参照すると、スイッチング領域の第二部分２２は、例えば、ＡＬＤ、ＣＶＤおよびＰＶＤのうちの一つ以上を利用して、第一部分２０上に形成される。スイッチング領域１６は、総厚“Ｔ”を有し、幾つかの実施形態においては、総厚は、約６Åから約２０Åの範囲内であってもよい。幾つかの実施形態においては、ＡＬＤ形成部分２０は、体積でスイッチング領域１６の総厚の少なくとも約５０％を含み、他の実施形態においては、体積で、総厚の約５０％未満しか含まず、幾つかの実施形態においては、体積で、総厚の約５０％を含んでもよい。
第一部分および第二部分２０、２２は、スイッチング領域１６のうち、分離された個別の部分であって、図３を参照して上述されたような組成を含んでもよい。したがって、幾つかの実施形態においては、図６の部分２０、２２のうちの一方は遷移金属酸化物を含み、他方は含んでいない。例えば、幾つかの実施形態においては、ＡＬＤ形成部分２０は、酸素と組み合わせられた一つ以上の遷移金属を含むか、それらで実質的に構成されるか、それらだけで構成されてもよく、部分２２は、酸素と組み合わせられた一つ以上の非遷移元素を含むか、それらで実質的に構成されるか、それらだけで構成されてもよく、ここで、非遷移元素のうちの少なくとも一つは、金属、半金属、アルカリ土類元素、およびそれらの混合物から成る群から選択されてもよい。他の実施形態においては、ＡＬＤ形成部分２０は、酸素と組み合わせられた一つ以上の非遷移元素を含むか、それらで実質的に構成されるか、それらだけで構成されてもよく、第二部分２２は、酸素と組み合わせられた一つ以上の遷移金属を含むか、それらで実質的に構成されるか、それらだけで構成されてもよい。幾つかの実施形態においては、双方の層は、一つ以上の遷移金属酸化物（例えば、酸化ハフニウム、酸化タンタルなど）で構成されてもよい。幾つかの実施形態においては、層のうちの一方もしくはその双方は、一つ以上の金属窒化物（窒化アルミニウムなど）を含み、当該実施形態においては、金属窒化物は、絶縁金属窒化物であってもよい。
図７を参照すると、イオンソース領域１８は、スイッチング領域１６上に形成され、上部電極１４は、イオンソース領域上に形成される。示された実施形態においては、イオンソース領域１８は、単一で均質な組成を含むが、他の実施形態においては、二つ以上の分離された個別部分を含んでもよい（例えば、図４を参照して上述されたような部分４０および４２など）。幾つかの実施形態においては、イオンソース領域１８は、銅、銀およびアルミニウムのうちの少なくとも一つを含み、テルルも含んでもよい。
図１を参照して上述されたように、幾つかの実施形態は、一つの単分子層よりも略小さい厚さへの、スイッチング領域の一部のＡＬＤ形成を含んでもよい。図８および図９は、当該実施形態の一実施例を示す。
図８を参照すると、構造１０ｃは、図１を参照して上述されたような電極１２および誘電性材料１３を含む。スイッチング領域１６の第一部分２０は、電極１２上に形成され、示された実施形態においては、電極１２の上部表面に直接面する。第一部分２０は、任意の好適な処理で形成され、幾つかの例示的実施形態においては、ＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＶＤおよび電極１２表面の酸化のうちの一つ以上を利用して形成されてもよい。
スイッチング領域の第二部分は、ＡＬＤを利用して第一部分２０上に形成され、示された実施形態においては、第二部分は、部分２０表面にわたって形成された分散された改変領域５０を含む。改変領域５０は、幾つかの実施形態においては、遷移金属含有前駆体を利用して形成され、したがって、一つ以上の遷移金属を含んでもよい。代替的にまたは追加的に、改変領域５０は、非遷移元素含有前駆体を利用して形成され、したがって、一つ以上の非遷移元素を含んでもよい。幾つかの実施形態においては、当該非遷移元素は、金属、半金属、アルカリ土類元素およびそれらの混合物から成る群から選択されてもよく、したがって、例えば、アルミニウムおよびシリコンのうちの一方もしくはその双方を含んでもよい。
改変領域５０は、完全な単分子層を形成するためには十分ではないＡＬＤ周期を利用して形成され、幾つかの実施形態においては、１回から５回のＡＬＤ周期を利用して形成されてもよい。
図９を参照すると、イオンソース領域１８は、スイッチング領域１６上に形成され、上部電極１４は、イオンソース領域上に形成される。示された実施形態においては、イオンソース領域１８は、単一の均質な組成を含むが、他の実施形態においては、二つ以上の分離された個別部分（例えば、図４を参照して上述されたような部分４０および４２など）を含んでもよい。幾つかの実施形態においては、イオンソース領域１８は、銅、銀およびアルミニウムのうちの少なくとも一つを含み、テルルも含んでもよい。
図１−図７の実施形態は、二つの個別部分を含むスイッチング領域を利用する。他の実施形態においては、スイッチング領域は、３つ以上の個別部分を含んでもよい。例えば、図１０は、第二部分２２上に第三部分５２を含むスイッチング領域１６を有する例示的一実施形態のメモリセルを示す構造１０ｄを示す。幾つかの実施形態においては、部分２０、２２および５２の全ては、ＡＬＤを利用して形成されてもよい。他の実施形態においては、一つ以上の部分がＡＬＤ以外の処理を利用して形成されるが、当該部分の組成および厚さの慎重な調整を可能とするために、部分のうちの少なくとも一つは、ＡＬＤを利用して形成される。図１−図１０の複数の個別部分は、幾つかの実施形態においては、最終構造のままであってもよく、他の実施形態においては、構造は、加熱されるか、または処理されて、統合された組成へと部分のうちの少なくともいくらかを一体化する（例えば、合金組成など）。例えば、幾つかの実施形態においては、交互の酸化ハフニウム層および酸化シリコン層が、ＡＬＤ（もしくはＣＶＤ、ＰＶＤなどの他の好適な堆積）によって個別部分として形成され、当該層は、その後、スイッチング領域にわたってハフニウムシリケートを形成するために処理されてもよい。個々の層は、任意の適切な厚さを有し、幾つかの実施形態においては、約２０Å以下、約１２Å以下、約１０Å以下の厚さなどを有してもよい。約２０Å以下の厚さを有する層などの薄層を形成するためにＡＬＤを利用することは好都合である。別の例示的実施形態においては、酸化ハフニウムアルミニウムは、酸化ハフニウム層と酸化アルミニウム層とを一体化することによって、スイッチング領域にわたって形成されてもよい。別の例示的実施形態においては、アルミニウム、酸素およびシリコンを含む材料（例えば、アルミニウムシリケート）は、酸化アルミニウム層と二酸化シリコン層とを一体化することによってスイッチング領域にわたって形成されてもよい。
部分５２は、任意の適切な組成を含み、幾つかの実施形態においては、部分２０および２２に対して上述されたような組成のうちの一つ以上を含んでもよい。さらに、部分５２は連続層として示されているが、他の実施形態においては、完全な単分子層を一つ未満しか含まないように形成されてもよく、したがって、図８および図９の分散された領域５０に類似して形成されてもよい。
幾つかの実施形態においては、スイッチング領域の全体は、０Åから約２０Å以下、もしくは約１２Å以下の範囲内の厚さを有する単一組成として、ＡＬＤによって形成されてもよい。例えば、図１１は、単一のＡＬＤ形成組成５４を含むスイッチング領域１６を有する例示的一実施形態のメモリセルを示す構造１０ｅを示す。幾つかの実施形態においては、当該構造は、ＧｅＳ，ＣｅＳｅ，ＳｉＯ，ＺｒＯ，ＴｉＯ，ＴａＯ，ＨｆＯ，ＡｌＯ，ＷＯ，ＳｎＯ，ＮｂＯ，ＺｒＴｉＯ，ＺｒＷＯ，ＡｌＴｉＯ，ＶＯ，ＭｏＯ，ＮｉＯ，ＹＯ，ＲｅＯ，ＭｎＯ，ＦｅＯ，ＳｉＡｌＯ，ＳｉＴｉＯなどのうちの一つ以上を含むか、それらで実質的に構成されるか、それらだけで構成されてもよい。ここで、記載された組成は、元素構成で記述されている。幾つかの実施形態においては、当該構造は、アルミニウム、ハフニウム、シリコン、チタンおよびジルコニウムのうちの一つ以上と組み合わせられた酸素を含むか、それらで実質的に構成されるか、それらだけで構成されてもよい。
スイッチング領域１６の全体を形成するためにＡＬＤを利用する利点は、このようにすることで、スイッチング領域の組成および厚さを確実に制御することが可能になることである。スイッチング領域を薄く（即ち、０Åから約２０Å以下、もしくは１２Å以下の範囲内）維持する利点は、このようにすることによって、変化する電圧（即ち、高い切り替え性を可能にしうる）にＰＭＣが迅速に対応することができるようになることであって、それは、幾つかの用途において望まれることがある。
図１−図１１の種々のメモリセルは、集積回路メモリアレイを形成するために、同時に製造されうる多数のメモリセルを表すことがある。
上述されたようなメモリセルおよびアレイは、電子システムに組み込まれてもよい。当該電子システムは、例えば、メモリモジュール、デバイスドライバ、電源モジュール、通信モデム、プロセッサモジュールおよびアプリケーション専用モジュールで利用され、マルチレイヤ、マルチチップモジュールを含んでもよい。電子システムは、例えば、時計、テレビ、携帯電話、パーソナルコンピュータ、自動車、産業制御システム、航空機などの広範囲のシステムのうちの任意のシステムであってもよい。
図面内の種々の実施形態の特定の方向は、例示する目的のためだけのものであって、実施形態は、幾つかの用途においては、示された方向に対して回転されてもよい。本明細書で提供された説明およびそれに続く請求項は、構造が図面の特定の方向にあるか、または当該方向に対して回転されているか否かに関わらず、種々の形体間の記述された関係を有する任意の構造に関するものである。
添付の図面の断面は、断面平面内の形体のみを示しており、図面を簡略化するために、断面平面より後ろにある物体は示していない。
ある構造が別の構造“上（ｏｎ）”もしくは“接して（ａｇａｉｎｓｔ）”いるものとして上記で称されるとき、この構造は別の構造上に直接存在するか、または、中間構造が存在してもよい。対照的に、ある構造が別の構造の“直接上（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎ）”もしくは“直接、接して（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｇａｉｎｓｔ）”いるものとして称されるとき、中間構造は存在しない。ある構造が、別の構造に対して“接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）”もしくは“結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）”ものとして称されるとき、別の構造に対して直接接続されるか結合されるか、または中間構造が存在してもよい。対照的に、ある構造が別の構造に対して、“直接接続される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）”か“直接結合される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）”ものとして称されるとき、中間構造は存在しない。
幾つかの実施形態は、メモリセルの形成方法を含む。スイッチング領域の少なくとも一部は、０オングストロームから２０オングストローム以下の範囲内の厚さへと第一電極上に堆積された原子層である。第二電極はスイッチング領域上に形成される。
幾つかの実施形態は、メモリセルの形成方法を含む。スイッチング領域の第一部分は、第一電極上に形成される。スイッチング領域の第二部分は、第一部分上に形成され、第二部分は、原子層堆積によって、０オングストロームから約２０オングストローム以下の範囲内の厚さへと形成される。第二部分は、第一部分とは異なる組成である。イオンソース領域はスイッチング領域上に形成される。第二電極は、イオンソース領域上に形成される。
幾つかの実施形態は、一対の電極間のスイッチング領域を有するメモリセルを含む。スイッチング領域は、導電性ブリッジを可逆的に保持するように構成される。メモリセルは、導電性ブリッジがスイッチング領域内に保持されるときに低抵抗状態にあり、導電性ブリッジがスイッチング領域内にないときに高抵抗状態にある。スイッチング領域は、二つ以上の個別部分を含み、部分のうちの一方は、０オングストロームから約２０オングストローム以下の範囲内の厚さを有し、メモリセルの高抵抗状態において、部分のうちの前記一方に直接面する如何なる組成と共通の非酸素成分も有さない。
Claims (34)
- メモリセルの形成方法であって、
第一電極上に、互いに対して異なる組成の複数の層を堆積することと、
前記複数の層から組み合わせられた組成を有するスイッチング領域を形成するために、前記複数の層を一体化することと、
前記スイッチング領域上に第二電極を形成することと、
を含む、
ことを特徴とする方法。 - 前記複数の層は、ＡＬＤ、ＣＶＤ、およびＰＶＤのうちの一つ以上を利用して形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記複数の層は、ＡＬＤを利用して、０オングストロームから約２０オングストローム以下の範囲内の厚さへと形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記複数の層は、酸化ハフニウムおよび酸化シリコンを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記複数の層は、酸化ハフニウムおよび酸化アルミニウムを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記複数の層は、酸化アルミニウムおよび酸化シリコンを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - メモリセルの形成方法であって、
０オングストロームから約２０オングストローム以下の範囲内の厚さへの、第一電極上のスイッチング領域のうちの少なくとも一部の原子層堆積と、
前記スイッチング領域上の第二電極を形成することと、
を含む、
ことを特徴とする方法。 - 前記原子層堆積は、一つ以上の遷移金属を堆積する、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 前記原子層堆積は、一つ以上の遷移金属と組み合わせられた酸素を含む材料を形成する、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 前記原子層堆積は、一つ以上の金属と組み合わせられた窒素を含む材料を形成する、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 前記原子層堆積は、一つ以上の非遷移元素を堆積し、前記非遷移元素は、金属、半金属、アルカリ土類元素、およびそれらの混合物から成る群から選択される、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 前記原子層堆積は、一つ以上の非遷移元素と組み合わせられた酸素を含む材料を形成し、前記非遷移元素は、金属、半金属、アルカリ土類元素、およびそれらの混合物から成る群から選択される、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 前記原子層堆積は、アルミニウム、ハフニウム、シリコン、チタンおよびジルコニウムのうちの一つ以上と組み合わせられた酸素を含む材料を形成する、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 前記スイッチング領域上にイオンソース領域を形成することと、その後、前記イオンソース領域上に前記第二電極を形成することと、をさらに含む、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 前記イオンソース領域は、アルミニウム、銅、銀およびテルルのうちの一つ以上を含む、
ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。 - 前記第一電極は窒化チタンを含み、
前記原子層堆積は、前記第一電極の前記窒化チタン上に酸化物を形成し、
前記スイッチング領域上に第一の材料を形成することであって、前記第一の材料はＡｌＴｅＮを含み、記載された組成は、化学量論的ではなく、元素構成で記述されている、ことと、
前記第一の材料上に第二の材料を形成することであって、前記第二の材料はＣｕＺｒＡｌＴｅＯを含み、記載された組成は、化学量論的ではなく、元素構成で記述されている、ことと、
前記第二の材料上に前記第二の電極を形成することと、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 前記原子層堆積は、前記スイッチング領域の一部のみを形成する、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 前記スイッチング領域は二つ以上の個別の部分を含む、
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。 - メモリセルの形成方法であって、
第一電極上にスイッチング領域の第一部分を形成することと、
前記第一部分上に前記スイッチング領域の第二部分を形成することであって、前記第二部分は、０オングストロームから約２０オングストローム以下の範囲内の厚さへと原子層堆積によって形成され、前記第一部分とは異なる組成である、ことと、
前記スイッチング領域上にイオンソース領域を形成することと、
前記イオンソース領域上に第二電極を形成することと、
を含む、
ことを特徴とする方法。 - 前記スイッチング領域は、約６オングストロームから約２０オングストロームの範囲内の総厚を有する、
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。 - 前記第二部分は、少なくとも一回の原子層堆積周期から合計５回以内の原子層堆積周期で形成される、
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。 - 前記原子層堆積は、一つ以上の遷移金属を堆積する、
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。 - 前記原子層堆積は、一つ以上の非遷移元素を堆積し、前記非遷移元素は、金属、半金属、アルカリ土類元素、およびそれらの混合物から成る群から選択される、
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。 - 前記第二部分は、一つ以上の遷移金属と組み合わせられた酸素で構成され、
前記第一部分は、一つ以上の非遷移元素を組み合わせられた酸素で構成され、前記非遷移元素は、金属、半金属、アルカリ土類元素、およびそれらの混合物から成る群から選択される、
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。 - 前記第二部分は、前記スイッチング領域の総厚の内、体積で少なくとも約５０％である、
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。 - 前記第二部分は、前記スイッチング領域の総厚のうち、体積で約５０％未満である、
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。 - 前記第二部分は、一つ以上の非遷移元素と組み合わせられた酸素で構成され、前記非遷移元素は、金属、半金属、アルカリ土類元素、およびそれらの混合物から成る群から選択され、
前記第一部分は、一つ以上の遷移金属と組み合わせられた酸素で構成される、
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。 - 前記第二部分上に前記スイッチング領域の少なくとも一つの追加部分を形成することをさらに含む、
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。 - 第一の個別部分と第二の個別部分とを含み、一対の電極間に配置されたスイッチング領域であって、前記第一の個別部分は、０オングストロームから約２０オングストローム以下の範囲内の厚さを有し、前記メモリセルの高抵抗状態において、前記第一の個別部分に直接面する如何なる組成と共通の非酸素成分も有さない、スイッチング領域を含む、
ことを特徴とするメモリセル。 - 第一および第二の個別部分のうちの一方は他方よりも厚い、
ことを特徴とする請求項２９に記載のメモリセル。 - 前記スイッチング領域の前記第一および第二の個別部分のうちの一方は、アルミニウム、ハフニウム、シリコン、チタンおよびジルコニウムのうちの一つ以上を含む、
ことを特徴とする請求項２９に記載のメモリセル。 - 前記第一および第二の個別部分のうちの一方は、一つの単分子層よりも小さい厚さを有する、
ことを特徴とする請求項２９に記載のメモリセル。 - 前記第一の個別部分は、一つ以上の遷移金属と組み合わせられた酸素で構成され、
前記第二の個別部分は、一つ以上の非遷移元素と組み合わせられた酸素で構成され、前記非遷移元素は、金属、半金属、アルカリ土類元素、およびそれらの混合物から成る群から選択される、
ことを特徴とする請求項２９に記載のメモリセル。 - 前記第一の個別部分は、一つ以上の非遷移元素と組み合わせられた酸素で構成され、前記非遷移元素は、金属、半金属、アルカリ土類元素、およびそれらの混合物から成る群から選択され、
前記第二の個別部分は、一つ以上の遷移金属と組み合わせられた酸素で構成される、
ことを特徴とする請求項２９に記載のメモリセル。
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