KR20140002032A - 선택 장치들 - Google Patents

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Abstract

제 1 전극 상에 형성된 적어도 하나의 반도전성 재료의 반도전성 적층체를 포함할 수 있는 선택 장치를 위한 방법들, 장치들, 및 시스템들이 제공되고, 반도전성 적층체는 약 700 옹스트롬 이하의 두께를 가질 수 있다. 적어도 하나의 반도전성 재료의 각각은 약 4 전자볼트(eV) 이하의 연관된 밴드갭을 가질 수 있고, 제 2 전극은 반도전성 적층체 상에 형성될 수 있다.

Description

선택 장치들{SELECT DEVICES}
본 발명은 일반적으로 반도체 전자 장치들 및 방법들에 관한 것으로, 더욱 구체적으로, 선택 장치들에 관한 것이다.
메모리 장치들은 컴퓨터들 또는 다른 전자 장치들에서 내부의 반도체 집적 회로들로서 전형적으로 제공된다. 휘발성(volatile) 및 비-휘발성(non-volatile) 메모리를 포함하는 다수의 상이한 유형들의 메모리가 존재한다. 휘발성 메모리는 그 정보를 유지하기 위하여 전력을 필요로 하고, 특히, 랜덤-액세스 메모리(RAM : random-access memory), 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM : dynamic random access memory), 및 동기식 동적 랜덤 액세스 메모리(SDRAM : synchronous dynamic random access memory)를 포함한다. 비-휘발성 메모리는 전력이 공급되지 않을 때에 저장된 정보를 유지함으로써 지속적인 정보를 제공할 수 있고, 특히, NAND 플래쉬 메모리(flash memory), NOR 플래쉬 메모리, 판독 전용 메모리(ROM : read only memory), 전기적 소거가능 프로그램가능 ROM(EEPROM : electrically erasable programmable ROM), 소거가능 프로그램가능 ROM(EPROM : erasable programmable ROM), 상변화 랜덤 액세스 메모리(PCRAM : phase change random access memory), 저항성 랜덤 액세스 메모리(RRAM : resistive random access memory), 및 스핀 토크 전달 랜덤 액세스 메모리(STT RAM : spin torque transfer random access memory)와 같은 자기적 랜덤 액세스 메모리(MRAM : magnetic random access memory)
선택 장치들은 메모리 셀들에 결합될 수 있다. 선택 장치들은 트랜지스터가 완전-온(fully-on) 또는 완전-오프(fully-off)인 스위치로서 이용될 수 있다. 완전-온은 거의 제로(zero)의 트랜지스터 양단 전압을 가지고, 트랜지스터는 더 이상 전류를 통과시킬 수 없으므로 "포화(saturated)"된다. 선택 장치들의 예들은 박막 트랜지스터(TFT : thin film transistor)들을 포함한다. TFT들은 통상적으로 실리콘 필름을 이용한다. 일반적으로, 다결정(polycrystalline) 실리콘 재료들은 높은 전계-효과 이동도(field-effect mobility)를 가지므로, TFT들을 위한 반도체 재료들로서 폭넓게 이용되었고, 고속 회로들에 적용될 수 있고 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS : complementary metal oxide semiconductor) 회로들을 구성할 수 있다. 다결정 실리콘 재료들을 이용하는 TFT들은 능동-매트릭스 액정 디스플레이(AMLCD : active-matrix liquid crystal display) 장치들의 능동 소자들 및 유기 발광 다이오드(OLED : organic light emitting diode)들의 스위칭 및 구동 소자들로서 이용될 수 있다.
비정질 실리콘 재료를 다결정 실리콘 재료로 결정화하는 방법들은 고체상 결정화(SPC : solid phase crystallization), 엑시머 레이저 결정화(ELC : excimer laser crystallization), 금속 유도 결정화(MIC : metal induced crystallization), 및 금속 유도 측면 결정화(MILC : metal induced lateral crystallization)를 포함한다. SPC는 박막 트랜지스터를 채용하는 디스플레이 장치의 기판으로서 이용되는 유리(glass)의 전이 온도(transition temperature) 이하의 온도(전형적으로, 약 700 ℃ 이하)에서 수 시간 내지 수십 시간 동안 비정질 실리콘 재료를 어닐링(annealing)하는 방법이다. ELC는 비정질 실리콘 재료를 엑시머 레이저로 조사하고 비정질 실리콘 재료를 매우 짧은 시간 동안에 고온으로 국부적으로 가열함으로써 비정질 실리콘 재료를 결정화하는 방법이다. MIC는 비정질 실리콘 재료를 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 금(Au), 및 알루미늄(Al)과 같은 금속들과 접촉시키거나 이러한 금속들을 비정질 실리콘 재료 내부로 주입함으로써 비정질 실리콘으로부터 폴리실리콘(polysilicon)으로의 상이동 유도(phase transfer induction)를 이용하는 방법이다. MILC는 금속을 실리콘과 반응시킴으로써 형성되는 실리사이드(silicide)의 측면 확산(lateral diffusion)에 의해 비정질 실리콘 재료의 순차적인 결정화를 유도하는 방법이다.
그러나, SPC는 긴 처리 시간의 단점들과, 긴 처리 시간 및 어닐링을 위해 이용되는 고온으로 인해 기판의 변형의 위험을 가진다. ELC는 고가의 레이저 장비가 요구된다고 하는 단점들을 가지고, 반도체 재료 및 게이트 절연 재료 사이의 계면 특성들은 만들어진 다결정화된 표면 상에 발생된 돌출부들로 인해 열악할 수 있다. MIC 및 MILC는 TFT의 반도체 재료의 누설 전류를 증가시키기 위하여, 결정화된 다결정 실리콘 재료 상에 다량의 결정화-유도 금속이 남아 있다고 하는 단점들을 가진다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라 반도체 적층체를 가지는 선택 장치의 예를 예시한다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라 반도체 적층체를 가지는 선택 장치의 예를 예시한다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라 반도체 적층체를 가지는 선택 장치의 예를 예시한다.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라 적어도 하나의 선택 장치를 포함하는 크로스-포인트(cross-point) 메모리 어레이의 예를 예시한다.
선택 장치들과 연관된 방법들, 장치들, 및 시스템들이 본 명세서에 설명된다. 하나 이상의 선택 장치들은 제 1 전극 상에 형성된 적어도 하나의 반도전성 재료(semiconductive material)의 반도전성 적층체(semiconductive stack)를 포함할 수 있다. 반도전성 적층체는 약 700 옹스트롬(angstrom)(Å) 이하의 두께를 가질 수 있고, 적어도 하나의 반도전성 재료의 각각은 약 4 전자볼트(eV : electron volt) 이하의 연관된 밴드갭(band gap)을 가질 수 있다. 제 2 전극은 반도전성 적층체 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 종래의 선택 장치들에 비해 증가된 전류 밀도들을 지원할 수 있는 선택 장치들을 제공할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 선택 장치의 구조는 예를 들어, 대칭 또는 비대칭 전류 대 전압 특징과 같은 상이한 메모리 셀 특성들을 수용하도록 튜닝가능한(tunable) 반도전성 적층체를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서는, 제공된 선택 장치들이 조기 피로 파괴(premature fatigue failure)를 경험하지 않으면서 다수의 로딩 사이클(loading cycle)들(예를 들어, 106)에 종속될 수 있다.
본 발명의 다음의 상세한 설명에서는, 명세서의 일부를 구성하고, 발명의 하나 이상의 예들이 어떻게 실시될 수 있는지에 대한 예시로서 도시되어 있는 첨부한 도면들을 참조한다. 이 예들은 당업자들이 본 발명의 예들을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명되어 있고, 다른 예들이 사용될 수 있고 본 발명의 범위로부터 이탈하지 않으면서 프로세스, 전기적 및/또는 구조적 변화들이 행해질 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 명세서의 도면들은 첫 번째 숫자가 도면의 도면 번호에 대응하고 나머지 숫자들이 도면에서의 구성요소 또는 부품을 식별하는 번호부여 관례를 따른다. 상이한 도면들 사이의 유사한 구성요소들 또는 부품들은 유사한 숫자들의 이용에 의해 식별될 수 있다. 예를 들어, 203은 도 2에서 구성요소 "03"을 참조할 수 있고, 유사한 구성요소가 도 3에서 303으로서 참조될 수 있다. 인식되는 바와 같이, 본 명세서의 다양한 예들에서 도시된 구성요소들은 본 발명의 다수의 추가적인 예들을 제공하도록 추가, 교환, 및/또는 제거될 수 있다. 또한, 도면들에서 제공된 구성요소들의 비율 및 상대적인 축척은 본 발명의 다양한 예들을 예시하도록 의도된 것이며, 제한하는 의미로 이용되는 것은 아니다.
선택 장치의 예들은 특히, 바이폴라 선택 장치들, 에사키 다이오드(Esaki diode)들(예를 들어, 터널 다이오드들), 및 쇼트키 다이오드(Schottky diode)들을 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되지 않는다. 설명의 용이함을 위하여 그리고 예시를 위하여, 본 발명에 따른 실시예들은 그렇게 제한되지 않지만, 도면들에서 예시된 선택 장치들은 바이폴라 선택 장치의 측면에서 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라 형성된 바이폴라 선택 장치(100)의 예를 예시한다. 이 예에서, 바이폴라 선택 장치(100)는 제 1 전극(101) 상에 형성된 반도전성 적층체(105)를 포함한다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 반도전성 적층체(예를 들어, 105)는 적층된 구성으로(예를 들어, 다수의 층들로 또는 그 외의 방식으로) 형성된 하나 이상의 반도전성 재료들을 포함한다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 반도전성 재료들은 반절연성(semi-insulative) 재료들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 바이폴라 선택 장치(100)는 저항성 랜덤 액세스 메모리(RRAM) 셀과 같은 메모리 셀을 위한 선택 장치로서 작동할 수 있다. 실시예들이 그렇게 제한되지 않지만, 선택 장치(100)는 예를 들어, 다이오드일 수 있다.
도 1에 예시된 예에서, 반도전성 적층체(105)는 제 1 전극(101) 상에 형성된 두께(t)를 갖는 하나의 반도전성 재료(105)를 포함한다. 제 2 전극(103)은 반도전성 적층체(105) 상에 형성된다. 제 1 전극(101) 및/또는 제 2 전극(103)은 예를 들어, 금속 재료를 포함할 수 있다. 금속 재료는 다른 금속 재료들 중에서, 티타늄(titanium), 티타늄 질화물(TiN), 백금(Pt), 텅스텐(W), 텅스텐 질화물(WN), 루테늄(Ru), 및/또는 이리듐(Ir), 및/또는 그 조합들을 포함할 수 있다. 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103)은 동일하거나 상이한 재료들로 만들어질 수 있고, 동일하거나 상이한 물리적 구성을 가질 수 있다. 즉, 전극들(101 및 103)은 대칭적이거나 비대칭적일 수 있다. 하나의 예에서, 제 1 전극(101)은 TiN일 수 있고 제 2 전극(103)은 루테늄(Ru)일 수 있다. 제 1 및/또는 제 2 전극들(101 및 103)은 예를 들어, 실리콘 질화물(SiN)과 같은 유전체 재료 내의 플러그(plug)로서 형성될 수 있다. 실시예들은 특정한 재료들을 포함하는 전극들 또는 특정한 물리적 구성을 갖는 전극들로 제한되지 않는다. 예를 들어, 전극들의 특정한 재료들 및/또는 물리적 구성은 다른 인자(factor)들 중에서도, 반도전성 적층체(105)의 특성들 및/또는 선택 장치(100)를 통한 희망하는 전류 밀도와 같은 인자들에 의존할 수 있다.
제 1 전극(101) 상에 형성된 반도전성 재료(105)는 특히, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘 탄화물(SiC), 갈륨 질화물(GaN), 인듐 갈륨 질화물(InGaN), 및/또는 알루미늄 갈륨 질화물(AlGaN)과 같은 다양한 반도전성 재료들일 수 있다. 반도전성 재료(105)는 예를 들어, 비정질 반도전성 재료를 포함할 수 있다. 비정질 반도전성 재료는 결정의 원거리 정렬(long-range order) 특성들을 결여하는 반도전성 재료를 지칭할 수 있다.
하나 이상의 실시예들에서는, 반도전성 재료(105)가 약 700 옹스트롬 이하의 두께(t)를 가지고, 약 4 eV 이하의 연관된 밴드갭을 가질 수 있다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 밴드갭(예를 들어, 에너지 밴드갭)은 가전자대(valence band)의 상단 및 특정한 재료와 연관된 전도대(conduction band)의 하단 사이의 에너지 차이를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라 형성된 바이폴라 선택 장치(200)의 예를 예시한다. 이 예에서, 바이폴라 선택 장치(200)는 2개의 반도전성 재료들(207 및 209)을 포함하는, 두께(t)를 갖는 반도전성 적층체를 포함하고, 반도전성 재료(207)는 제 1 전극(201) 상에 형성된다. 반도전성 재료(209)는 반도전성 재료(207) 상에 형성되고, 제 2 전극(203)은 반도전성 재료(209) 상에 형성된다. 다양한 실시예들에서, 전극들(201, 203)은 금속 전극들이다.
하나 이상의 실시예들에서, 반도전성 적층체의 재료(209)는 비정질 반도전성 재료(209)일 수 있고, 반도전성 재료(207)는 부분적으로 나노결정화된(nanocrystallized) 반도전성 재료(207)일 수 있다. 용어 나노결정화는 재료의 비정질(amorphous)로부터 미정질(microcrystalline) 상으로의 전이 영역(transition region) 주위의 재료들을 포함하여, 재료의 비정질 상 내에 결정질 재료의 작은 그레인(grain)들을 가지는 재료들을 포함한다. 대안적으로, 바이폴라 선택 장치(200)의 반도전성 적층체의 재료(209)는 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료(209)일 수 있고, 재료(207)는 비정질 반도전성 재료(207)일 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 실시예들에서는, 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료의 결정화된 백분율(percentage)이 0 % 및 50 % 사이에서 나노결정화될 수 있다.
하나의 예로서, 2개의 반도전성 재료들(207, 209)은 동일한 두께를 가질 수 있다(예를 들어, 재료들(207, 209)의 각각은 t/2의 두께를 가질 수 있음). 그러나, 실시예들은 재료들(207 및 209)의 특정한 두께들로 제한되지 않는다. 반도전성 적층체의 특정한 재료들(207 및 209)뿐만 아니라 그 각각의 두께들은 다양한 인자들, 예를 들어, 선택 장치(200) 및/또는 그와 연관된 메모리 셀을 통한 희망하는 전류 밀도에 의존할 수 있다. 유사하게, 전극들(201 및 203)의 특정한 재료들 및/또는 물리적 구성은 다양한 인자들, 예를 들어, 선택 장치(200) 및/또는 그와 연관된 메모리 셀을 통한 희망하는 전류 밀도에 의존할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 하나 이상의 바이폴라 선택 장치들(예를 들어, 100, 200, 300)은 특정한 특성들을 수용하도록 "튜닝가능(tunable)"할 수 있다. 하나의 예로서, 그 연관된 전류 밀도를 가져올 수 있는 바이폴라 선택 장치(200)의 인자들은 다른 인자들 중에서도, 반도전성 재료들(207, 209) 및 전극들(201, 203) 사이의 장벽 높이(예를 들어, 쇼트키 장벽 높이), 금속 전극들(201, 203)의 일함수(work function), 반도전성 재료들(207, 209)의 유전 상수들, 및 재료들(207, 209)의 유효 전자 질량(effective electron mass)을 포함할 수 있다. 그러므로, 바이폴라 선택 장치들의 구성은 예를 들어, 희망하는 전류 밀도 및/또는 누설 전류 특성들을 달성하도록 튜닝될 수 있다.
하나 이상의 실시예들에서, 바이폴라 선택 장치는 약 100 Å로부터 약 500 Å까지의 범위 내에서 반도전성 적층체의 두께를 조절함으로써 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 약 500 Å의 반도전성 적층체는 약 200 Å의 비정질 반도전성 재료 및 약 300 Å의 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서는, 바이폴라 선택 장치를 튜닝하기 위하여, 약 500 ℃로부터 약 700 ℃까지의 범위의 저온 프로세스에서 어닐링이 수행될 수 있다. 이러한 실시예들은 금속-반도체 접합(junction)에서 형성된 쇼트키 장벽들과 연관된 장점들을 제공할 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 바이폴라 선택 장치는 터널링 기반 다이오드(예를 들어, 에사키 다이오드)일 수 있고, 당업계에서 통상적으로 알려진 바와 같이 이러한 장치들의 다수의 특성들을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라 형성된 바이폴라 선택 장치(300)의 예를 예시한다. 이 예에서, 바이폴라 선택 장치(300)는 두께(t)를 가지며 제 1 전극(301) 상에 형성된 3개의 반도전성 재료들(311, 313, 및 315)을 포함하는 반도전성 적층체를 포함한다. 반도전성 재료(313)는 반도전성 재료(311) 상에 형성되고, 반도전성 재료(315)는 반도전성 재료(313) 상에 형성되고, 제 2 전극(303)은 반도전성 재료(315) 상에 형성된다. 3개를 초과하는 반도전성 재료들의 선택 장치들이 고려된다.
하나의 예로서, 반도전성 재료(311)는 제 1 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료일 수 있고, 반도전성 재료(313)는 비정질 반도전성 재료일 수 있고, 반도전성 재료(315)는 제 2 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료일 수 있다. 또 다른 예에서, 반도전성 재료(311)는 제 1 비정질 반도전성 재료일 수 있고, 반도전성 재료(313)는 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료일 수 있고, 반도전성 재료(315)는 제 2 비정질 반도전성 재료일 수 있다. 다른 적층체 구성들이 고려된다. 도 3에 도시된 예에서, 전극들(301 및 303)에 인접해 있는 반도전성 재료들(예를 들어, 311 및 315)은 동일한 재료이므로(예를 들어, 비정질 반도전성 재료 또는 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료), 바이폴라 선택 장치(300)는 대칭적인 바이폴라 선택 장치라고 지칭될 수 있다. 대칭적인 바이폴라 선택 장치들은 대칭적인 전류 밀도 대 전압 곡선을 만들 수 있고, 이것은 다른 장점들 중에서도, 동작 동안에 그 예측가능성에 있어서 유익할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 바이폴라 선택 장치(100, 200, 300)는 약 500 ℃ 이하의 온도에서 형성될 수 있다. 도 1의 반도전성 재료들(105), 도 2의 반도전성 재료들(207 및 209), 및 도 3의 반도전성 재료들(311, 313, 315)은 물리 기상 증착(PVD : physical vapor deposition), 화학 기상 증착(CVD : chemical vapor deposition), 전기화학 증착(ECD : electrochemical deposition), 분자빔 에피택시(MBE : molecular beam epitaxy), 펄스화된 레이저 증착(PLD : pulsed laser deposition), 마이크로파 CVD(microwave CVD), 어닐링, 및 원자층 증착(ALD : atomic layer deposition)과 같은 다양한 기술들을 통해 형성될 수 있지만, 이것으로 제한되지 않는다.
바이폴라 선택 장치(200, 300)의 반도전성 적층체를 형성하는 것은 반도전성 적층체의 반도전성 재료들(예를 들어, 도 2의 207, 209, 및 도 3의 311, 313, 315) 중의 적어도 하나에, 예를 들어, 탄소(C), 산소(O), 및/또는 질소(N)와 같은 결정화 지연제(crystallization retardant)를 도핑하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 반도전성 적층체를 형성하는 것은 결정화도(crystallinity)를 촉진하기 위하여, 반도전성 적층체의 반도전성 재료들(예를 들어, 도 2의 207, 209, 및 도 3의 311, 313, 315) 중의 적어도 하나에 예를 들어, 게르마늄(Ge)과 같은 재료를 도핑하는 것을 포함할 수 있다. 결정화도 촉진제(crystallinity promoter)들의 다른 예들은 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 금(Au), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 구리(Cu), 테르븀(Tb) 및 카드뮴(Cd)을 포함한다. 하나 이상의 실시예들에서, 반도전성 적층체에 결정화 지연제 및 결정화도 촉진제를 도핑하는 것은 동시에 또는 실질적으로 동시에 발생할 수 있다. 예를 들어, 재료(313)가 부분적으로 결정화된 반도전성 재료이고 재료들(311 및 315)이 비정질 반도전성 재료들인 예에서는, 재료(313)에 결정화 촉진제가 도핑될 수 있고, 재료들(311 및 315)에 결정화 지연제가 도핑될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 반도전성 적층체를 형성하는 것은 제 2 전극(예를 들어, 103, 203, 303)을 형성하기 전에 어닐링을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 어닐링은 반도체 재료들 중의 적어도 하나를 변경할 수 있다. 예를 들어, 어닐링은 결정화도 촉진제가 도핑된 적어도 하나의 반도전성 재료를 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료로 변경할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 반도전성 재료에는 결정화 지연제가 도핑되었으므로, 적어도 하나의 반도전성 재료는 비정질 반도전성 재료를 유지할 것이다. 결정화도 촉진제의 농도들을 낮추는 것은 (예를 들어, 결정화가 진행하는 부위들 사이에 넓은 간격을 둠으로써) 생성되는 결정 반도체 재료의 그레인 크기(grain size)를 증가시킬 수 있다. 하나의 예에서, 어닐링은 약 500 ℃ 이하의 온도에서 행해질 수 있지만, 실시예들은 그렇게 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 하나 이상의 실시예들에서는, 1 밀리초(millisecond)로부터 20 분(minute)까지의 범위 도안에 약 500 ℃로부터 약 700 ℃까지의 범위의 온도에서 어닐링이 행해질 수 있다.
동작 시에, 본 명세서에서 설명된 실시예들에 따른 하나 이상의 바이폴라 선택 장치들은 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 형성된 반도전성 적층체 양단의 전압의 인가에 의해 동작될 수 있다. 하나의 예에서, 반도전성 적층체 양단의 인가된 전압은 바이폴라 선택 장치의 양단에서 적어도 약 1.0 x 106 JㆍA/cm2의 전류 밀도를 생성할 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서는, 약 3 볼트(volt) 이하의 인가된 전압에 응답하여 적어도 약 1.0 x 106 JㆍA/cm2의 전류 밀도가 달성된다.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라 적어도 하나의 바이폴라 선택 장치를 포함하는 크로스-포인트 메모리 어레이(420)의 예를 예시한다. 크로스-포인트 메모리 어레이(420)는 제 1 수(number)의 도전성 라인들(423-1, 423-2)과, 제 1 수의 도전성 라인들(423-1, 423-2)과 교차하는 제 2 수의 도전성 라인들(425-1, 425-2)을 포함할 수 있다. 도 4는 2개의 도전성 라인들(423-1, 423-2) 및 2개의 도전성 라인들(425-1, 425-2)을 도시하지만, 예들은 특정한 개수의 도전성 라인들로 제한되지 않는다. 하나의 예에서, 제 1 수의 도전성 라인들(423-1, 423-2)은 액세스 라인들(예를 들어, 워드 라인(word line)들)일 수 있고, 제 2 수의 도전성 라인들(425-1, 425-2)은 데이터 라인들(예를 들어, 비트 라인들)일 수 있다. 제 1 수의 도전성 라인들(423-1, 423-2) 및/또는 제 2 수의 도전성 라인들(425-1, 425-2)은 다른 다양한 도전성 재료들 중에서도 구리(copper)로 구성될 수 있다. 크로스-포인트 메모리 어레이(420)는 예를 들어, RRAM 어레이일 수 있고, 벌크(bulk) 실리콘 집적 회로(IC) 상에서 구성될 수 있다. 하나의 예에서, 하나 이상의 추가적인 크로스 포인트 메모리 어레이들은 크로스-포인트 메모리 어레이(420) 상에 적층될 수 있다.
도 4에 예시된 바와 같이, 어레이(420)는 도전성 라인들(423-1, 423-2) 및 도전성 라인들(425-1, 425-2)의 다수의 교차점들의 각각에 위치된 다수의 바이폴라 선택 장치들(400-1, 400-2, 400-3, ... 400-N)을 포함한다. 다수의 바이폴라 선택 장치들(400-1, 400-2, 400-3, ... 400-N)의 각각은 가변 저항 소자(429-1, 429-2, 429-3, ... 429-N)에 접속된다. 가변 저항 소자들(429-1, 429-2, 429-3, ... 429-N)은 다른 가변 저항 재료들 중에서도, 전이 금속 산화물들, 칼코겐화물(chalcogenide)들, 및 페로브스카이트(perovskite)들을 포함하는 다양한 유형들의 가변 저항을 포함할 수 있다. 바이폴라 선택 장치들(400-1, 400-2, 400-3, ... 400-N)은 도 1 내지 도 3과 관련하여 위에서 설명된 바와 같은 선택 장치들일 수 있다.
특정한 예들이 본 명세서에서 예시되고 설명되었지만, 당업자들은 동일한 결과들을 달성하도록 계산된 구성이 도시된 특정한 예들과 대체될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이 발명은 본 발명의 하나 이상의 예들의 개조된 것들 또는 변형들을 커버하도록 의도된다. 상기 설명은 제한적인 방식이 아니라 예시적인 방식으로 행해졌다는 것을 이해해야 한다. 상기 예들의 조합과, 본 명세서에서 구체적으로 설명되지 않은 다른 예들은 상기 설명을 검토할 경우에 당업자들에게 명백할 것이다. 본 발명의 하나 이상의 예들의 범위는 상기 구조들 및 방법들이 이용되는 다른 응용들을 포함한다. 그러므로, 본 발명의 하나 이상의 예들의 범위는 첨부된 청구항들에 부여되는 등가물들의 전체 범위와 함께, 첨부된 청구항들을 참조하여 결정되어야 한다.
명세서 및 청구항들의 전반에 걸쳐, 아래에 식별된 의미들은 반드시 용어들을 제한하는 것이 아니라, 용어들에 대하여 예시적인 예들을 제공하는 것에 불과하다. "a", "an", 및 "the"의 의미는 복수 참조를 포함하고, "in"의 의미는 "in" 및 "on"을 포함한다. 용어 "다수의"는 적어도 하나를 포함하지만 하나로 제한되지 않는 것으로 이해되도록 의도된다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같은 어구 "하나의 예에서"는 동일한 예를 지칭할 수도 있지만, 반드시 동일한 예를 지칭하는 것은 아니다.
상기한 상세한 설명에서는, 발명을 간소화하기 위하여 다양한 특징들이 하나의 예에서 함께 그룹화된다. 발명의 이러한 방법은 본 발명의 개시된 예들이 각각의 청구항에서 명시적으로 기재된 것보다 더 많은 특징들을 이용해야 한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 다음의 청구항들이 반영하는 바와 같이, 발명의 요지는 단일의 개시된 예의 전부가 아닌 특징들에 있다. 따라서, 다음의 청구항들은 상세한 설명으로 통합되고, 각각의 청구항은 별개의 예로서 독립적이다.

Claims (38)

  1. 제 1 전극 상에 형성된 적어도 하나의 반도전성 재료를 포함하는 반도전성 적층체로서, 상기 반도전성 적층체는 700 옹스트롬(angstrom) 이하의 두께를 가지고, 상기 적어도 하나의 반도전성 재료의 각각은 4 전자볼트(electron volt) 이하의 연관된 밴드갭(band gap)을 가지는, 상기 반도전성 적층체; 및
    상기 반도전성 적층체 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는, 선택 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 선택 장치는 섭씨 700도 이하의 온도에서 형성되는, 선택 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도전성 적층체는 Si, Ge, SiC, GaN, InGaN, 및 AlGaN을 포함하는 그룹으로부터의 적어도 하나의 재료를 포함하는, 선택 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도전성 적층체는 하나의 비정질 재료를 포함하는, 선택 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도전성 적층체는 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료 상에 형성된 비정질 반도전성 재료를 포함하는, 선택 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도전성 적층체는 비정질 반도전성 재료 상에 형성된 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료를 포함하는, 선택 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도전성 적층체는 제 1 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료, 상기 제 1 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료 상에 형성된 비정질 반도전성 재료, 및 상기 비정질 반도전성 재료 상에 형성된 제 2 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료를 포함하는, 선택 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도전성 적층체는 제 1 비정질 반도전성 재료, 상기 제 1 비정질 반도전성 재료 상에 형성된 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료, 및 상기 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료 상에 형성된 제 2 비정질 반도전성 재료를 포함하는, 선택 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도전성 적층체의 적어도 하나의 반도전성 재료에는 결정화 지연제(crystallization retardant)가 도핑(dopping)되는, 선택 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도전성 적층체의 적어도 하나의 반도전성 재료에는 결정화도를 촉진하기 위하여 Ge가 도핑되는, 선택 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중의 적어도 하나는 금속 재료인, 선택 장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중의 적어도 하나는 금속 질화물 재료인, 선택 장치.
  13. 제 1 전극 상에 형성된 반도전성 적층체로서, 상기 반도전성 적층체는 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료 상에 형성된 비정질 반도전성 재료를 포함하고, 상기 반도전성 적층체는 700 옹스트롬 이하의 두께를 가지고, 상기 비정질 반도전성 재료 및 상기 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료는 4 전자볼트 이하의 연관된 밴드갭을 각각 가지는, 상기 반도전성 적층체; 및
    상기 반도전성 적층체 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는, 바이폴라 선택 장치.
  14. 제 1 전극 상에 형성된 반도전성 적층체로서, 상기 반도전성 적층체는 비정질 반도전성 재료 상에 형성된 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료를 포함하고, 상기 반도전성 적층체는 700 옹스트롬 이하의 두께를 가지고, 상기 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료 및 상기 비정질 반도전성 재료는 4 전자볼트 이하의 연관된 밴드갭을 각각 가지는, 상기 반도전성 적층체; 및
    상기 반도전성 적층체 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는, 바이폴라 선택 장치.
  15. 제 1 전극 상에 형성된 반도전성 적층체로서, 상기 반도전성 적층체는 제 1 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료, 비정질 반도전성 재료, 및 제 2 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료를 포함하고, 상기 반도전성 적층체는 700 옹스트롬 이하의 두께를 가지고, 상기 반도전성 적층체의 각각의 재료는 4 전자볼트 이하의 연관된 밴드갭을 가지는, 상기 반도전성 적층체; 및
    상기 반도전성 적층체 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는, 바이폴라 선택 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 1 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료는 상기 제 1 전극 상에 형성되고, 상기 비정질 반도전성 재료는 상기 제 1 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료 상에 형성되고, 상기 제 2 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료는 상기 비정질 반도전성 재료 상에 형성되는, 바이폴라 선택 장치.
  17. 제 1 전극 상에 형성된 반도전성 적층체로서, 상기 반도전성 적층체는 제 1 비정질 반도전성 재료, 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료, 및 제 2 비정질 반도전성 재료를 포함하고, 상기 반도전성 적층체는 700 옹스트롬의 두께를 가지고, 상기 반도전성 적층체의 각각의 재료는 4 전자볼트 이하의 연관된 밴드갭을 가지는, 상기 반도전성 적층체; 및
    상기 반도전성 적층체 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는, 바이폴라 선택 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제 1 비정질 반도전성 재료는 상기 제 1 전극 상에 형성되고, 상기 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료는 상기 제 1 비정질 반도전성 재료 상에 형성되고, 상기 제 2 비정질 반도전성 재료는 상기 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료 상에 형성되는, 바이폴라 선택 장치.
  19. 바이폴라 선택 장치를 형성하는 방법으로서,
    제 1 전극 상에 700 옹스트롬 이하의 두께를 갖는 반도전성 적층체를 형성하는 단계로서, 상기 반도전성 적층의 각각의 재료는 4 전자볼트 이하의 연관된 밴드갭을 가지는, 상기 반도전성 적층체를 형성하는 단계; 및
    상기 반도전성 적층체 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는, 바이폴라 선택 장치를 형성하는 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 반도전성 적층체를 형성하는 단계는, 상기 제 1 전극 상에 비정질 반도전성 재료를 형성하는 단계를 포함하는, 바이폴라 선택 장치를 형성하는 방법.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 반도전성 적층체를 형성하는 단계는, 상기 제 1 전극 상에 비정질 반도전성 재료를, 그리고 상기 비정질 반도전성 재료 상에 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료를 형성하는 단계를 포함하는, 바이폴라 선택 장치를 형성하는 방법.
  22. 청구항 19에 있어서,
    상기 반도전성 적층체를 형성하는 단계는, 상기 제 1 전극 상에 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료를, 그리고 상기 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료 상에 비정질 반도전성 재료를 형성하는 단계를 포함하는, 바이폴라 선택 장치를 형성하는 방법.
  23. 청구항 19에 있어서,
    상기 반도전성 적층체를 형성하는 단계는, 상기 제 1 전극 상에 제 1 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료를, 상기 제 1 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료 상에 비정질 반도전성 재료를, 그리고 상기 비정질 반도전성 재료 상에 제 2 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료를 형성하는 단계를 포함하는, 바이폴라 선택 장치를 형성하는 방법.
  24. 청구항 19에 있어서,
    상기 반도전성 적층체를 형성하는 단계는, 상기 제 1 전극 상에 제 1 비정질 반도전성 재료를, 상기 제 1 비정질 반도전성 재료 상에 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료를, 그리고 상기 부분적으로 나노결정화된 재료 상에 제 2 비정질 반도전성 재료를 형성하는 단계를 포함하는, 바이폴라 선택 장치를 형성하는 방법.
  25. 청구항 19 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    섭씨 500도 이하의 온도에서 상기 바이폴라 선택 장치를 형성하는 단계를 포함하는, 바이폴라 선택 장치를 형성하는 방법.
  26. 청구항 19 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도전성 적층체의 적어도 하나의 반도전성 재료에 결정화 지연제를 도핑하고, 실질적으로 동시에, 결정화도를 촉진하기 위하여 상기 반도전성 적층체의 적어도 하나의 반도전성 재료에 Ge를 도핑하는 단계를 포함하는, 바이폴라 선택 장치를 형성하는 방법.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 반도전성 적층체의 적어도 하나의 반도전성 재료에 결정화 지연제를 도핑하는 것은 C, O, 및 N의 적어도 하나의 도펀트(dopant)를 포함하는, 바이폴라 선택 장치를 형성하는 방법.
  28. 청구항 26에 있어서,
    상기 반도전성 적층체 상에 제 2 전극을 형성하기 전에 상기 반도전성 적층체의 어닐링을 수행하는 단계를 포함하는, 바이폴라 선택 장치를 형성하는 방법.
  29. 청구항 28에 있어서,
    상기 어닐링을 수행하는 단계는 섭씨 500도 이하의 어닐링 온도에서 어닐링하는 단계를 포함하는, 바이폴라 선택 장치를 형성하는 방법.
  30. 청구항 19 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 형성하는 단계는, 금속 재료로부터 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중의 적어도 하나를 형성하는 단계를 포함하는, 바이폴라 선택 장치를 형성하는 방법.
  31. 청구항 19 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 형성하는 단계는, 금속 질화물 재료로부터 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중의 적어도 하나를 형성하는 단계를 포함하는, 바이폴라 선택 장치를 형성하는 방법.
  32. 제 1 수의 도전성 라인들;
    상기 제 1 수의 도전성 라인들과 교차하는 제 2 수의 도전성 라인들; 및
    상기 제 1 수 및 상기 제 2 수의 도전성 라인들의 다수의 교차점들의 각각에 있는 바이폴라 선택 장치를 포함하는 크로스-포인트 메모리 어레이로서,
    상기 바이폴라 선택 장치는,
    700 옹스트롬 이하의 두께를 가지며 제 1 전극 상에 형성된 적어도 하나의 반도전성 재료를 포함하는 반도전성 적층체로서, 상기 반도전성 적층체의 각각의 반도전성 재료는 4 전자볼트 이하의 연관된 밴드갭을 가지는, 상기 반도전성 적층체; 및
    상기 반도전성 적층체 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는, 크로스-포인트 메모리 어레이.
  33. 청구항 32에 있어서,
    상기 제 1 수의 도전성 라인들은 액세스 라인들이고, 상기 제 2 수의 도전성 라인들은 데이터 라인들인, 크로스-포인트 메모리 어레이.
  34. 청구항 32에 있어서,
    상기 반도전성 적층체는 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료 상에 형성된 비정질 반도전성 재료를 포함하는, 크로스-포인트 메모리 어레이.
  35. 청구항 32에 있어서,
    상기 반도전성 적층체는 비정질 반도전성 재료 상에 형성된 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료를 포함하는, 크로스-포인트 메모리 어레이.
  36. 청구항 32에 있어서,
    상기 반도전성 적층체는 상기 제 1 전극 상에 형성된 제 1 비정질 반도전성 재료, 상기 제 1 비정질 반도전성 재료 상에 형성된 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료, 및 상기 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료 상에 형성된 제 2 비정질 반도전성 재료를 포함하는, 크로스-포인트 메모리 어레이.
  37. 청구항 32에 있어서,
    상기 반도전성 적층체는 상기 제 1 전극 상에 형성된 제 1 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료, 상기 제 1 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료 상에 형성된 비정질 반도전성 재료, 및 상기 비정질 반도전성 재료 상에 형성된 제 2 부분적으로 나노결정화된 반도전성 재료를 포함하는, 크로스-포인트 메모리 어레이.
  38. 청구항 32에 있어서,
    상기 반도전성 적층체의 적어도 하나의 반도전성 재료에는 결정화 지연제가 도핑되고, 결정화도를 촉진하기 위하여 상기 반도전성 적층체의 적어도 하나의 반도전성 재료에는 Ge가 도핑되는, 크로스-포인트 메모리 어레이.
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