TWI303846B - Layered resistance variable memory device and method of fabrication - Google Patents

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TWI303846B
TWI303846B TW094111035A TW94111035A TWI303846B TW I303846 B TWI303846 B TW I303846B TW 094111035 A TW094111035 A TW 094111035A TW 94111035 A TW94111035 A TW 94111035A TW I303846 B TWI303846 B TW I303846B
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Jiutao Li
Allen Mcteer
John T Moore
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Micron Technology Inc
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1303846 •九、發明說明： - 【發明所屬之技術領域】 本發明_於使用電阻可變材料所形成之隨機存取記憶 '體（RAM)之領域。 二【先前技術】
近來’已對電阻可變記憶體元件(包括可程式化導電隨機 存取記憶體（PCRAM)元件）進行作為半揮發性及非揮發性 # 隨機存取記憶體裝置之適用性研究。Moore及Gilton之美國 專利第6,348,365號中揭示一典型PCRAM裝置。典型pCRAM 哀置中，諸如銀之導電材料倂入硫族化物材料中。硫族化 物材料之電阻可程式化成穩定較高電阻及較低電阻狀態。 未經程式化之PCRAM裝置一般在高電阻狀態中。寫操作藉 由在硫私化物材料上施加電壓電位來將PCram裝置程式 化成較低電阻狀態。 移除電壓電位之後’經程式化之較低電阻狀態可於一段 _ 時間内保持不變，通常其範圍為數小時至數週。藉由施加 一反向電屬電位可將該PCRAM裝置恢復至其較高電阻狀 態，該反向電壓電位與用於將該裝置寫為較低電阻狀態的 電壓電位之數量級大約相同。同樣，一旦移除電壓電位， 較咼電阻狀態便保持為半揮發性方式。以此方式，該裝置 可充當電阻可變記憶體元件，其具有可界定兩邏輯狀態的 兩電阻狀態。 PCRAM裝置可倂入包括蜂化鍺（GexSe1G(Kx)的硫族化物玻 璃。硒化鍺玻璃亦可倂入銀（Ag)或硒化銀（Ag2Se)。 100714.doc 1303846 用於PCRAM裝置中的硫族化物玻璃之非晶性直接影變 其程式化特徵。因此，將銀倂入硫族化物玻璃中要求精確 控制玻璃組合物及銀的濃度，以便不致引起硫族化物玻璃 自所要非晶狀態變為結晶狀態。 因此，存在對具有改良之記憶保存能力及切換特徵的電 阻可變記憶體元件之需要。 【發明内容】 本發明提供一種電阻可變記憶體元件及一種形成電阻可 變記憶體元件之方法。 在一實施例中，本發明提供一記憶體元件，其具有介於 第一硫族化物玻璃層與一導電黏著層之間的至少二硒化銀 |。導電黏著層亦可為硫族化物玻璃層。於兩導電層或電 極之間形成包括一第一硫族化物玻璃層、一砸化銀層及一 第二硫族化物玻璃層之層堆疊。本發明之另一實施例中， 層堆疊可能包括介於硫族化物玻璃層與導電黏著層之間的 一個以上硒化銀層。另一實施例中，記憶體元件可包括介 於電極之間各種次序的若干硫族化物玻璃層、若干銀層及 若干栖化銀層。本發明提供具有改良之記憶特徵的PCRAM 裝置之結構。 【實施方式】 以下詳細說明中，參考本發明之各種特定實施例。充分 詳細地說明此等實施例以使熟習此項技術者能夠實踐本發 明。應瞭解，可使用其它實施例，且在不脫離本發明之精 神或範疇的情況下可允許作出各種結構改變、邏輯改變及 I007l4.doc 1303846 電改變。
用於以下說明中的術語”基板”可包括任一支撐結構，其 包括但不限於具有曝露之基板表面的半導體基板。半導體 基板應理解為包括絕緣物上矽（S0I)、藍寶石上矽（S〇s)、 摻雜及非摻雜半導體、由一基礎半導體底座支撐的磊晶層 矽及其它半導體結構。以下說明中當參考半導體基板或晶 圓時，可能已利用先前處理步驟於基礎半導體或底座之中 或之上形成區域或接面。基板不一定基於半導體，而可為 適合支撐積體電路之任一支撐結構。 術語”銀”意欲不僅包括元素銀，而且包括具有其它痕量 金屬之銀或與半導體工業所熟知的其它金屬之各種合金組 合物中的銀，只要該銀合金導電，且只要銀的物理及電特 性保持不變。 術語"石西化銀"意欲包括各種砸化銀，其包括具有稍過量 或不足量銀的一些種類。例如’通式Ag2+/xse可表示硒化 銀種類。儘管Ag與se之間不限於特定化學計量比 (st〇iChi〇metric rati0)，但本發明之裝置通常包括仏心 種類，其中X之範圍為約i至約〇。 術語"半揮發性記憶體,，意欲包括在電源自裂置移除後能 夠於-段時間内保持其記憶狀態的任—記憶體裝置或元 I持戶：半揮發性記憶體裝置在電源斷開或移除後能夠 ==資術語”半揮發性記憶體”亦意欲不 僅匕括半揮發性記憶體裝置， 置及具有低揮發性之震置。 非揮，"生記憶體裝 100714.doc 1303846 術語”電阻可變材料”意欲包括硫族化物玻璃及包含金屬 (諸如銀）或金屬離子之硫族化物玻璃。例如，術語"電阻可 變材料”可包括摻銀硫族化物玻璃、硒化銀鍺玻璃、包含一 石西化銀層的硫族化物玻璃及非摻雜硫族化物玻璃。 術語π電阻可變記憶體元件"意欲包括回應所施加電壓而 展示出電阻變化的任一記憶體元件，其包括可程式化導體 隨機存取記憶體元件。
術語”硫族化物玻璃"意欲包括包含來自元素週期表中群 VIA(或群16)之一元素的玻璃。群VIA元素，亦稱為硫族元 素，其包括硫（S)、石西（Se)、碲（Te)、釙（p〇)及氧。 現將參考圖式來說明本發明，該等圖式說明例示性實施 例且其中相同參考數字表示相同特點。圖丨描述形成於一半 導體基板10(例如石夕基板）之上的一可選絕緣層12之一部 分。應瞭解，本發明之記憶體元件可形成於各種基板材料 之上且不僅可形成於諸如矽之半導體基板之上如上所示。 例如，可選絕緣層12可形成於陶莞或基於聚合物之基板 上。可藉由任一熟知沉積方法來形成絕緣層12，諸如藉由 化學氣相沉積（C VD)、t聚增強c VD(PEC VD)或物理氣相沉 積(PVD)之錢鍍。絕緣層12可由f知絕緣氧化物形成，諸如 氧化石夕（SiQ2)、氮化梦⑻火）或低介電常數材料。 —亦如圖1所說明’—第—電極14形成於絕緣層12之上。第 一電極14可包括任-導電材料，例如，鎢、鎳、组、銘、 姜白、導電氮化物及其它材料。一第二絕緣心接著形成於 電極14之上。第一絕緣層15可包括與以上關於絕緣層 100714.doc 1303846 12所述之材料相同或不同的材料。 多考圖2延伸至第—電極的開口形成於第二絕 ， θ 5中可藉由此項技術中已知之方法來形成開口 13， — ❹藉由習知圖案化及_方法。-第-硫族化物玻璃層 '!7接著形成於第二絕緣層b之上硫族化物，以填充開口 Ϊ3，如圖3所示。 根據本發明之—實施例，第-硫族化物玻璃層17可為具 Φ 有GexSeiG()-x化學計量（st〇ichiometry)的硒化鍺玻璃。較佳化 :計量範圍在大約Ge2()Se8。與大約GenSe”之間且更佳為大 約Ge^Se^。硫族化物玻璃層17較佳具有自大約1〇〇 a至大 約1000 A的厚度且更佳為大約15〇 a。 可藉由任一適當方法來完成具有根據本發明之化學計量 組合物的第一硫族化物玻璃層17之形成。例如，硒化鍺玻 璃可藉由蒸鍍、以適當比率共濺鍍鍺及硒、使用具有所要 化學計量之硒化鍺目標的濺鍍或用GeH4及SeH2氣體（或此 _ 等氣體之各種組合物）之化學計量之量的化學氣相沉積來 形成，其導致產生所要化學計量之硒化鍺薄膜，係可使用 之方法之實例。 如圖4所示，令金屬層18可直接沉積於第一硫族化物玻璃 曰—i表面上。當^供與硫族化物玻璃接觸的含金屬声 1’(諸如硒化鍺層）時，藉由光摻雜或熱擴散來摻雜硫族化物 玻璃層17變得不必要。然而，使用金屬（例如銀）來摻雜硫族 化物破璃層17係一可選變體。 含金屬層18可係任一適當之含金屬層。例如，適當之含 100714.doc -10- 1303846 金屬層包括硫族化銀（silver chalcogenide)層，諸如硫化 銀、氧化銀、碲化銀及硒化銀。可用各種方法形成較佳之 含金屬層18(其係硒化銀）。例如，可使用諸如蒸發沉積之物 理氣相沉積技術及濺鍍。亦可用其它方法，諸如化學氣相 -沉積、共蒸鍍或於一銀層之上沉積一硒層以形成一硒化銀 層。 較佳地，含金屬層17、1 8之厚度可係如此以使得含金屬 φ 層18與第一硫族化物玻璃層17厚度之比率在大約5:1與1:1 之間。換言之，含金屬層18之厚度比第一硫族化物玻璃層 Η之厚度大大約1至5倍。甚至更佳，該比率在大約31:1與 大約2:1之間。 現參考圖5，第二玻璃層20可形成於第一含金屬層18之 上。其中含金屬層係硒化銀，第二玻璃層2〇允許銀沉積於 硒化銀層上，同時防止銀凝聚於硒化銀之表面上。第二玻 璃層20可防止或調整諸如銀之金屬自電極22(圖6)遷移至記 瞻 憶體元件内。 第二玻璃層2〇亦可作為銀擴散控制層或黏著層。當用作 擴散控制層時，可使用任一適當玻璃，其包括但不限於硫 族化物玻璃。第二硫族化物玻璃層2〇可能，但不必要，具 有與第一硫族化物玻璃層相同的化學計量組合物，例如， GexSe⑽_χ。因此，第二玻璃層2〇可為不同材料、不同化學 計量，及/或比第一硫族化物玻璃層17硬。當用作擴散控制 層時，第二玻璃層20可包括SiSe(硒化矽）、AsSe(硒化砷， 諸如AhSed、GeS(硫化鍺），及Ge、^及以之組合。此等 100714.doc -11 - 1303846 適t玻璃材料中之任—者可進—步包括小濃度（例如小於 力3/。)摻雜物以包括氮化物、來自金屬及元素週期表之其它 群13-16元素。
層18、20之厚度係如此以使得含金屬層18厚度大於第二 玻璃層20之厚度。較佳地，含金屬層18厚度與第二玻璃層 2〇厚度之比率在大約5:1與大約1:1之間。更佳地，含金屬層 18厚度與第二玻璃層20厚度之比率在大約3.3:1與大約2: i 之間。第二玻璃層20較佳具有大約1〇〇A至大約1〇〇〇A之間 的厚度且更佳為大約150 A。可藉由任一適當方法來形成 第二玻璃層20。例如，可使用化學氣相沉積、蒸艘、共濺 鍍或使用具有所要化學計量之目標的濺鍍。 現參考圖6,第二導電電極22形成於第二玻璃層2〇之上。 第二導電電極22可包括任一導電材料，例如，鎢、鈕、鈦、 導包氮化物或其它材料。因此，有利地，可選擇第二玻璃 層20以大大減緩或防止諸如銀之導電材料經由電阻可變記 憶體元件100遷移。 現參考圖7, 一或多個額外絕緣層3〇可形成於第二電極22 及第二絕緣層15之上，以隔離電阻可變記憶體元件1〇〇與基 板10之上製造的其它結構。接著可執行習知處理步驟來將 電阻可變記憶體元件電耦接至記憶體陣列之各種電路。 根據本發明之另一實施例，一或多個含金屬材料（諸如硒 化銀）層可沉積於第一硫族化物玻璃層丨7之上。可使用複數 個含金屬層。如圖8所示，在產生如圖4所示之結構的處理 步驟之後，可於第一硒化銀層18上沉積一可選第二硒化銀 100714.doc 12 1303846 層19 〇 含金屬層18、19之厚度係如此以使得此等組合層（例如若 干砸化銀層）之總厚度大於或等於第一硫族化物玻璃層17 之厚度。組合之含金屬層18、19之總厚度亦大於第二玻璃 層20之厚度。組合之含金屬層18、丨9之總厚度較佳比第一 硫族化物玻璃層17之厚度大大約1倍與大約5倍之間且因此 比第二玻璃層20之厚度大大約1倍與大約5倍之間。組合之 含金屬層18、19之總厚度甚至更佳比第一硫族化物玻璃層 1 7及第二玻璃層20之厚度大大約2倍與大約3.3倍之間。 根據本發明之另一實施例，第一硫族化物玻璃層17可包 括複數個硫族化物玻璃材料層，諸如硒化鍺。第二硫族化 物玻璃層20亦可包括複數個玻璃材料層。任一適當數量層 可用於組成第一硫族化物玻璃層17及/或第二玻璃層2〇。然 而應瞭解’含金屬層18、19之總厚度應比複數個硫族化物 玻璃層17之總厚度厚且另外含金屬層1 §、19之總厚度應第 二玻璃層20之一或多層之總厚度厚。較佳地，含金屬層丨8、 19之總厚度與複數個硫族化物玻璃層丨7之總厚度之比率在 大約5:1與大約1:1之間。且較佳地，含金屬層1 $、1 9之總厚 度與第二玻璃層20之複數個層之總厚度的比率在大約5 : j 與大約1:1之間。 現參考圖7，根據本發明之另一實施例，亦可用摻雜物（諸 如金屬，較佳為銀）來摻雜硫族化物玻璃層17、2〇中之一或 多個玻璃層。 如圖9所說明，根據本發明之另一實施例，其展示如圖* 100714.doc -13 - 1303846 所示處理階段之後的一處理階段，形成於第一電極與第二 電極之間的層堆疊可包括硫族化物玻璃17、117、217、3 17 及含金屬層18、118、218之交互層。一所要含金屬層為硒 化銀。如圖9所示，第一硫族化物玻璃層17位於第一電極14 之上’第一砸化銀層1 8位於第一硫族化物玻璃層17之上， 第二硫族化物玻璃層117位於第一硒化銀層18之上，第二磁 化銀層11 8位於第二硫族化物玻璃層117之上，第三硫族化 物玻璃層2 1 7位於第二石西化銀層11 8之上，第三石西化銀層2 1 8 位於第三硫族化物玻璃層21 7之上，且第四硫族化物玻璃層 3 17位於第三硒化銀層21 8之上。第二導電電極22可形成於 第四硫族化物玻璃層317之上。 根據該相同實施例，記憶體元件100包括至少兩個含金屬 層18、118及至少三個硫族化物玻璃層17、117、217。然而， 應瞭解記憶體元件100可包括硫族化物玻璃17、117、2 17及 硒化銀1 8、11 8之複數個交互層，只要該等交互層以第一硫 族化物玻璃層（例如17)開始，且以最後硫族化物玻璃層（例 如3 17)結束，而第一硫族化物玻璃層與第一電極14接觸且 最後的硫族化物玻璃層與第二電極22接觸。硒化銀1 8、 118、21 8與硫族化物玻璃17、117、217、317之交互層的厚 度及比率與上文所述相同，此係由於硒化銀層1 8、i丨8、2 i 8 較佳比相接觸的硫族化物玻璃層1 7、117、21 7、3 1 7厚，硒 化銀層1 8、11 8、21 8與相接觸的硫族化物玻璃層1 7、11 7、 2 1 7、3 1 7之比率為大約5:1與大約1:1之間，且砸化銀層1 8、 118、218與相接觸的硫族化物玻璃層17、117、217、317之 100714.doc -14- 1303846 比率更佳為大約3·3:1與2:1之間。 如圖10所示，在本發明另一實施例中，一或多個含金屬 材料層18、41 8(諸如硒化銀）可沉積於硫族化物玻璃層17與 117之間。可使用複數個硒化銀層18、418。因此，如圖1〇 所示，在圖4所示處理步驟之後的一處理步驟中，可於第一 石西化銀層1 8之上沉積一額外砸化銀層41 8且可能於第三石西 化銀層21 8之上沉積一額外硒化銀層5丨8。 根據本發明之另一實施例，圖10中所示之硫族化物玻璃 層17、117、217、317中之每一層可包括複數個較薄硫族化 物玻璃材料層，諸如硒化鍺。可使用任一適當數量之層來 組成硫族化物玻璃層17、11 7、217、3 17。 本發明之另一實施例中，硫族化物玻璃層丨7、丨丨7、2丨7、 317中之一或多者亦可用摻雜物（諸如金屬，其較佳為銀）加 以摻雜。應注意當於一硒化銀層（諸如層418)之上濺鍍沉積 一硫族化物玻璃層（諸如層丨丨7)時，濺鍍方法之高能特徵可 導致少量Ag倂入硫族化物玻璃層中。 根據本發明之實施例所建構之裝置，尤其是具有安置於 兩硫族化物玻璃層（例如層17、2〇)之間的一硒化銀層（例如 層1 8)之裝置，展示出優於習知記憶體裝置的改良之記憶保 存能力及寫/擦除效能。在室溫下此等裝置亦已展示出大於 1200小時的資料保存能力。與以大約1000奈秒之脈衝切換 的先前技術之摻雜電阻可變記憶體元件相比，該裝置以小 於2奈秒之脈衝寬度切換。 如圖11所示，根據本發明之另一實施例且類似於第一例 100714.doc 15 1303846 示丨生只％例，於第二硫族化物玻璃層2〇之上提供一銀層 5〇。接著於該銀層5〇之上提供一導電黏著層3〇且於該導電 ^占著層3 0之上知供一頂部電極22。可藉由任一適當方法， 諸如瀹鍍或包括電鍍及無電極鍍敷之鍍敷技術，於第二玻 璃層20之上沉積銀層5〇。銀層之所要厚度為大約2〇〇人。導 電黏著層的適當材料包括能夠於銀層5〇與頂部電極層22之 間提供良好黏著力的導電材料。導電黏著層之所要材料包 括硫族化物玻璃。接著於導電黏著層3〇之上形成頂部電極 22 〇 該例示性實施例之硫族化物玻璃層17、2〇可為具有 學計量之硒化鍺玻璃，其中义之範圍為”至“。 較佳化學計量為大約GewSew至大約Ge43Se„，最佳為大約 Ge^Se^。當玻璃未經摻雜時，第一及第二硫族化物玻璃層 17、20較佳具有大約1〇〇 A至大約1〇〇〇 a且更佳為大約 A的一厚度。 含金屬層1 8可為任一適當含金屬材料。例如，適當含金 屬層18包括硫族化銀層，諸如如硒化銀、硫化銀、氧化銀 及蹄化銀。所要含金屬層為砸化銀。可使用各種方法來形 成含硒化銀金屬層1 8。例如，可使用諸如蒸發沉積之物理 氣相沉積技術及濺鍍。亦可使用其它方法，諸如化學氣相 沉積、共蒸鍍或於一銀層之上沉積一硒層以形成硒化銀。 含金屬層18可比第一及第二硫族化物玻璃層17、2〇之厚度 大大約1至5倍且較佳為大約4 7 0人 頂部及底部電極22、14可為任一導電材料，諸如鎢、鈕、 100714.doc -16- 1303846 . 紹、錄、銀、導電氮化物及其它。底部電極14較佳為鶴。 • 頂部電極22較佳為鎢或氮化鈕。 • 導電黏著層30可係與用於上述第-及第二硫族化物玻璃 ' 層Η、Μ中之硫族化物玻璃材料相同的硫族化物玻璃材 ' 料在此情況下，可藉由將硫族化物玻璃濺鍍至銀層5〇上 來形成導電黏著層30。正如以上所述，當銀麟沉積於一 硒化銀層之上時其會倂入硫族化物玻璃層中，濺鍍方法之 φ 间此特被可導致少量銀自銀層50倂入硫族化物玻璃黏著層 30中。因此，頂部電極與硫族化物玻璃黏著層％短路，產 生自頂部電極至第一玻璃層17的—導電路徑。硫族化物玻 璃導電黏著層30之所要厚度為大約1〇〇 A。 銀層50與頂部電極22之間使用導電黏著層3〇可防止頂部 電極22材料在諸如光阻剝離之隨後處理步驟期間剝落。包 括鎢、鈕、氮化鈕及鈦之電極22材料可能不會如圖u中所 不很好地黏附至銀層50。例如，兩層5〇、22之間的黏著力 • 可能不足以防止電極22層自下部銀層50至少部分地分離 (剝落）並因此使得與記憶體元件1〇〇之下部層2〇、18、17、 14的電接觸鬆動。頂部電極22與下部記憶體元件層2〇、18、 1 7、I4之間的不良接觸可導致電效能問題及不可靠的切換 特徵。使用導電結合層30可充分消除該問題。 如上所述，使用與硫族化物玻璃層丨7相接觸的含金屬層 18(諸如硒化銀）可消除對在形成記憶體元件1〇〇期間用金屬 摻雜硫族化物玻璃層17之需要。根據最後所述實施例，硒 化銀層18提供硒化銀之來源，形成記憶體元件1〇〇(圖丨丨）之 100714.doc -17- 1303846 後的一調節步驟使其進入硫族化物玻璃層1 7中。具體言 之，調節步驟包括於記憶體元件結構100上施加一電位以使 來自砸化銀層1 8之砸化銀進入第一硫族化物玻璃層丨7中， ，從而形成一導電通道。Ag+離子進入或離開該通道之運動引 * 起記憶體元件1 00之總電阻變化。脈衝寬度及振幅係調節電 位的關鍵參數，其一般具有比用於程式化記憶體元件之典 型電位更長的脈衝寬度及更高的振幅。調節步驟之後，可 _ 程式化記憶體元件1 〇 〇，其限制條件為一些銀在調節期間移 入導電通道中。 當將銀直接濺鍍至硒化銀上時，沉積期間銀層50/硒化銀 層18界面處可發生銀凝聚。該銀凝聚可於記憶體單元操 作期間引起隨後之處理問題。銀層5〇與硒化銀層18之間使 用硫族化物玻璃層20可防止硒化銀層18之表面上的銀凝 聚0 本發明之另—例示性實施例中，如圖12所示，於下層硫 • 族化物玻璃層17與砸化銀玻璃層18之間沉積一額外銀層 40。因此’如圖12所說明，記憶體元件2〇〇包括—第一硫族 化物玻璃層17、一第一銀層4〇、一石西化銀玻璃層Μ、一第 二硫族化物玻璃層20、一第二銀層5〇，、一導電黏著層％及 乂頁4電極層22。添加第一銀層4〇使在寫及擦除操作之前 而要之调即電位的振幅及脈衝寬度最小化。層17、18、2〇、 Γ之:::::與本發明之其它實施例中之材料相同或類 似之材枓且可由類似方法形成。 ® 1 7 ^ 乐 石爪知化物玻璃 層17 了為㈣雜之硫族化物玻璃。例如，第—硫族化物玻 1007I4.doc -18- 1303846 璃層可為摻銀砸化銀。 根據本發明之該實施例，調節步驟允許硒化銀自场化銀 層u倂入第一硫族化物玻璃層17中。在銀層40之上沉積硒 化銀層1 8導致硒化銀層丨8變得富含銀。在所施加之調節脈 衝之影響下，該富含銀之硒化銀更容易倂入硫族化物玻璃 層1 7中。結果，調節脈衝可具有較短脈衝寬度及較低振幅， 從而有效加快調節過程。
為P方止過量銀在調節期間倂入下層硫族化物層中（這會 細短記憶體元件之壽命），與第二銀層5〇,相比第一銀層4〇 必須相對較薄。當第一玻璃層17為大約15〇 A時，第一銀層 4〇具有大約33-50 A之所要厚度。 如圖13所示，根據本發明之另一實施例且類似於第一例 不性貫施例，於硫族化物玻璃層17之上提供一銀層40,。因 此，如圖13中所說明，記憶體元件3〇〇包括一第一硫族化物 玻璃層17、一銀層40,、一硒化銀玻璃層18、一第二硫族化 物玻璃層20及一頂部電極層22。根據本發明之該實施例， 一調節步驟使來自硒化銀層18之硒化銀進入第一硫族化物 玻璃層17中，從而開放一導電通道。 士圖14所示，根據本發明之另一實施例且類似於圖u中 所示實施例，於第二玻璃層20之上提供銀層5〇，，。可藉由任 -適當方法，諸如濺鍍或包括電鍍或無電極鍍敷之鍍敷技 術，於第二玻璃層20之上沉積銀層50"。銀層之所要厚度為 大約200Α。接著於銀層5G，，之上形成—頂部電極22。因此， 如圖U所說明’記憶體元件彻包括_第_硫族化物玻璃層 100714.doc -19- 1303846 —、一銀層40"、-石西化銀層18、一第二硫族化物玻璃層2〇、 銀層50"及一頂部電極層22。第—硫族化物玻璃層Η 、卩為經摻雜之硫族化物玻璃，如，第一硫族化物玻璃層 可為換銀碼化銀。 ’ 上述實施例僅涉及根據本發明之少數可能的電阻可變記 憶體元件職構之形成。然而，必須瞭解本發明涵蓋其它 此種電阻可變記憶體元件之形成，其可製造為一記憶體陣 φ 列且用與記憶體元件存取電路來操作。 S 1 5 w兒明使用根據本發明所製造之電阻可變記憶體元 =之典型處理器系統400，其包括一記憶體電路，例如 可矛壬式化導體RAM。諸如電腦系統之處理器系統一般包括 中央處理單元（CpU)444，諸如微處理器、數位訊號處理 器或其它可程式化數位邏輯裝置，其經由一匯流排452與一 輸入/輸出（I/O)裝置446通信。記憶體448一般經由一記憶體 控制器通過匯流排452與系統通信。 _ 在電腦系統之情況下，處理器系統可包括周邊裝置，諸 如如軟碟機（floppy disk drive)454及緊密光碟（CD) R〇M(唯 項5己k體）驅動器456，其亦通過匯流排452與CPU 444通 信。較佳將記憶體448建構為積體電路，其包括一或多個電 阻可變記憶體元件1〇〇。若須要，可將記憶體448與處理器 (例如CPU 444)組合在單一積體電路中。 應说為以上描述及圖示僅係對達成本發明之特點及優點 的例不性實施例之說明。在不脫離本發明之精神及範疇的 情況下可對特定方法條件及結構進行修改及替代。因此， 100714.doc -20- 1303846 ^、為本务明雙限於先前描述及圖示，而僅由附加之專 利申請範圍所限制。 【圖式簡單說明】 圖1-7說明根據本發明之一實施例及在不同處理階段所 製造的記憶體元件之橫截面視圖。 圖8說明在圖4所示處理階段之後的一處理階段中，如圖J 所不之記憶體元件之橫截面視圖。 圖9說明在圖4所示處理階段之後的一處理階段中，根據 本發明之一實施例之記憶體元件之橫截面視圖。 圖1 〇說明在圖4所示處理階段之後的一處理階段中，根據 本發明之一實施例之記憶體元件之橫截面視圖。 圖Π說明根據本發明之一實施例之記憶體元件之橫截面 視圖。 圖12說明根據本發明之另一實施例之記憶體元件之橫截 面視圖。 圖13說明根據本發明之另一實施例之記憶體元件之橫截 面視圖。 圖14說明根據本發明之另一實施例之記憶體元件之橫截 面視圖。 圖1 5說明具有根據本發明之記憶體元件之一電腦系統。 【主要元件符號說明】 10 基板 12 絕緣層 14 第一電極 100714.doc -21 - 1303846
15 第二絕緣層 17 第一硫族化物玻璃層 18 含金屬層 19 第二硒化銀層 20 弟二硫族化物玻璃層 22 第二電極/頂部電極 30 額外絕緣層 40 第一銀層 40， 銀層 40，， 銀層 50 銀層 50f 第二銀層 50，， 銀層 100 電阻可變記憶體元件 117 第二硫族化物玻璃層 118 第二硒化銀層 200 記憶體元件 217 第三硫族化物玻璃層 218 第三砸化銀層 300 記憶體元件 317 第四硫族化物玻璃層 400 處理器系統 418 額外砸化銀層 444 中央處理單元（CPU) 100714.doc -22- 1303846 446 輸入/輸出（I/O)裝置 448 記憶體 452 匯流排 454 軟碟機 456 CD ROM驅動器 518 額外砸化銀層 100714.doc -23-

Claims (1)

  1. 修(更)正本 130^8^4^110¾5號專利申請案 — 中文申請專利範圍替換本(97年5月） ， 十、申請專利範圍： 一種電阻可變記憶體元件，其包括·· 一第一電極； 電♦馬接至該第一電極的一第一硫族化物玻璃層； 位於該第一硫族化物玻璃層之上的一第一金屬層； 位於該第一金屬層之上的一含金屬層； 位於該含金屬層之上的一第二硫族化物玻璃層； 位於該第二硫族化物玻璃層之上一第二金屬層； 位於該第二金屬層之上的一導電黏著層；及 電麵接至該導電黏著層的一第二電極。 2.如請求項1之電阻可變記憶體元件，其中該含金屬層係一 硫族化銀層。 3·如請求項2之電阻可變記憶體元件，其中該含金屬層係硒 化銀。 4·如請求項1之電阻可變記憶體元件，其中該含金屬層具有 一厚度，該厚度為該等第一及第二硫族化物玻璃層之厚 度的大約1至5倍。 5·如請求項1之電阻可變記憶體元件，其中該含金屬層具有 一大約470 A之厚度。 6.如請求項丨之電阻可變記憶體元件，其中該第一金屬層及 該第二金屬層係銀。 7·如請求項6之電阻可變記憶體元件，其中該第一銀層具有 一大約35A至大約5〇 A之厚度。 8.如請求項6之電阻可變記憶體元件，其中該第二銀層具有 100714-970523.doc 1303846 一大約200 A之厚度。 9·如請求項6之電阻可變記憶體元件，其中該第一硫族化物 玻璃層及該第二硫族化物玻璃層各自具有一大約100 Α至 大約1〇〇〇 A之厚度。 10·如請求項1之電阻可變記憶體元件，其中該第一硫族化物 玻璃層包括摻銀硫族化物玻璃。 U·如請求項1之電阻可變記憶體元件，其中該第一硫族化物 玻璃層及該第二硫族化物玻璃層各自具有一大約丨50人之 厚度。 12·如請求項1之電阻可變記憶體元件，其中該第一硫族化物 玻璃層及該第二硫族化物玻璃層包括一具有一式 GexSe100-x之材料，其中又=17至43。 13·如請求項1之電阻可變記憶體元件，其中該第一硫族化物 玻璃層及該第二硫族化物玻璃層包括具有一約為 Ge^Sew之化學計量的硒化鍺玻璃。 14·如請求項1之電阻可變記憶體元件，其中該導電黏著層係 一硫族化物玻璃層。 15·如請求項14之電阻可變記憶體元件，其中該導電黏著層 係具有一約為Ge4〇Se6G之化學計量的硒化鍺玻璃。 16·如請求項14之電阻可變記憶體元件，其中該導電黏著層 具有一大約100 A之厚度。 17·如請求項1之電阻可變記憶體元件，其中該等第一及第二 電極係選自於由鎢、鎳、钽、鋁、鉑及導電氮化物組成 之群。 100714-970523.doc !3〇3846 8 ’如請求項17之電阻可變記憶體元件，其中該第一電極係 鶴。 19·如請求項17之電阻可變記憶體元件，其中該第二電極係 氮化组。 2G· 一種形成一電阻可變記憶體元件之方法，其包括： 形成一第一電極； 形成一第一硫族化物玻璃層；
    形成一電耦接至該第一硫族化物玻璃層之第一金屬 層； 於該金屬層之上形成一含金屬層； 於4 §金屬層之上形成一苐二硫族化物玻璃層； 於該第二硫族化物玻璃層之上形成一第二金屬層； 於該第二金屬層之上形成一導電黏著層；及 形成一電麵接至該導電黏著層之頂部電極。 1 ·如凊求項20之方法，其中該含金屬層係一硫族化銀層。 22·如請求項21之方法，其中該含金屬層係硒化銀。 23·如請求項20之方法，其中該含金屬層具有一厚度，該厚 度為該等第一及第二硫族化物玻璃層之厚度的大約丨至5 倍。 八中°亥έ金屬層具有一大約470 A之 24·如請求項20之方法 厚度。 其中該等第 其中該第_ 25·如請求項20之方法， 26·如請求項25之方法， 大約50 A之厚度。 一及第二金屬層係銀。 銀層具有一大約3 5 A至 100714-970523.doc 1303846 27·如請求項25之方法，其中該第二銀層具有一大約200 A之 厚度。 28·如請求項20之方法，其中該第一硫族化物玻璃層及該第 二硫族化物玻璃層各自具有一大約100 A至大約1000人之 厚度。 29·如請求項28之方法，其中該第一硫族化物玻璃層及該第 二硫族化物玻璃層各自具有一大約150 A之厚度。
    30.如請求項20之方法，其中該第一硫族化物玻璃層及該第 二硫族化物玻璃層包括一具有一式GexSe1G()_x之材料，其 中 x=17至 43。 3 1 ·如請求項20之方法，其中該第一硫族化物玻璃層及該第 二硫族化物玻璃層包括具有一約為Ge4GSe6()之化學計量 的硒化鍺玻璃。 32.如請求項20之方法，其中該導電黏著層係一硫族化物玻 璃層。 33 ·如請求項32之方法，其中該導電黏著層係具有大約為 Ge^Se^之一化學計量的硒化鍺玻璃。 34·如請求項33之方法，其中該導電黏著層具有一大約1〇〇 a 之厚度。 35·如請求項33之方法，其進一步包括於該記憶體元件結構 上施加一調節電位之該步驟。 36·如明求項34之方法，其中該調節電位之該脈衝寬度範圍 為大約100奈秒至大約5〇0奈秒。 3 7· —種電阻可變記憶體元件，其包括： 100714-970523.doc 1303846 一第一電極； 電耦接至該第一電極的一第一硫族化物玻璃層； 位於該第一硫族化物玻璃層之上的一第二硫族化物玻 璃層； 介於該第一硫族化物玻璃層與該第二硫族化物玻璃層 之間的一含金屬層； 介於該第一硫族化物玻璃層與該含金屬之間的一金屬層；及
    38. 39. 40. 電耦接至該第二硫族化物玻璃層的一第二電極。 如請求項37之電阻可變記憶體㈣，其中該含金屬層係 一硫族化銀層。 如請求項38之電阻可變記憶體㈣，其中該含金屬層係 石西化銀。
    如請求項37之電阻可變記憶體元件，其中該含金屬層具 有厚度，該厚度為該等第一及第二硫族化物玻璃層之 厚度的大約1至5倍。 41. 42. 43. 44. 如請求項37之電阻可變記憶體元件，其中該含金屬層具 有一大約470 A之厚度。 如請求項37之電阻可變記憶體元件，其中該金屬層係銀。 如請求項37之電阻可變記憶體元件，其中該第一硫族化物玻璃層及該第二硫族化物玻璃層各自具有-大約100 A 至大約looo A之厚度。 如滑來項37之電阻可變記憶 〆、I ~ AjJ]物玻璃層及該第-# A儿从* # p 禾一硫知化物玻璃層包括一具有 100714-970523.doc 1303846 GexSe100_x之材料，其中χ=ΐ7至43。 如睛求項37之電阻可變記憶體元件，纟中該第-硫族化 物玻璃層及該第二硫族化物玻璃層包括具有一約為 : GewSew之化學計量的硒化鍺玻璃。 46·如請求項37之電阻可變記憶體元件，其中該等第一及第 一電極係選自於由鎢、鎳、钽、鋁、鉑、銀及導電氮化 物組成之群。 47. 如請求項37之電阻可變記憶體元件，其中該第一硫族化 物玻璃層包括摻銀硫族化物玻璃。 48. -種形成一電阻可變記憶體元件之方法，其包括以下步 驟： 形成一第一電極； 形成一電耦接至該第一電極之第一硫族化物玻璃層； 於該第無化物玻璃層之上形成一第二硫族化物玻 璃層； | 於該第一硫族化物玻璃層與第二硫族化物玻璃層之間 形成一含金屬層； 於該第一硫族化物玻璃層與該含金屬層之間形成一金 屬層；及 形成一電耦接至該第二硫族化物玻璃層之頂部電極。 49·如請求項48之方法，其中該含金屬層係一硫族化銀層。 50.如請求項48之方法，其中該含金屬層係硒化銀。 51·如請求項48之方法，其中該含金屬層具有_厚度，該厚 度為該等第一及第二硫族化物玻璃層之厚度的大約丨至5 100714-970523.doc 1303846 倍。 52·如請求項48之方法，其中該含金屬層具有一大約47〇 A之 厚度。 • 53.如請求項48之方法，其中該金屬層係銀。 54.如請求項48之方法，其中該第一硫族化物玻璃層及該第 二硫族化物玻璃層各自具有一大約1〇〇 A至大約1〇〇〇人之 厚度。 55·如請求項48之方法，其中該第一硫族化物玻璃層及該第 一硫族化物玻璃層包括一具有一式GexSei()()_x之材料，其 中 x=17至 43。 5 6.如凊求項55之方法，其中該第一硫族化物玻璃層及該第 二硫族化物玻璃層包括具有一約為之化學計量 的硒化鍺玻璃。 57·如叫求項48之方法，其進一步包括於該記憶體元件結構 上施加一調節電位之該步驟。 _ 5 8·如明求項57之方法，其中該調節電位之脈衝寬度範圍為 大約100奈秒至大約5〇〇奈秒。 59. —種電阻可變記憶體元件，其包括： 一第一電極； 電輕接至該第一電極的一第一硫族化物玻璃層； 4於該第硫私化物玻璃層之上的一第二硫族化物玻 璃層； 介於該第-硫族化物玻璃層與該第二硫族化物玻璃層 之間的一含金屬層； 100714-970523.doc -7 · 1303846 介於該第一硫族化物玻璃層與該含金屬之間的一第一 金屬層； 位於該第二硫族化物玻璃層之上的一第二金屬層；及 電麵接至該弟二硫族化物玻璃層的一第二電極。 60. 如請求項59之電阻可變記憶體元件，其中該含金屬層係 一硫族化銀層。 61. 如請求項60之電阻可變記憶體元件，其中該含金屬層係 石西化銀。 62. 如請求項59之電阻可變記憶體元件，其中該第一金屬層 係銀。 63. 如請求項62之電阻可變記憶體元件，其中該第二金屬層 係銀。 64. 如請求項59之電阻可變記憶體元件，其中該第一硫族化 物玻璃層及該第二硫族化物玻璃層包括一具有一式 GexSe100_x之材料，其中χ=17至43。 65. 如請求項59之電阻可變記憶體元件，其中該第一硫族化 物玻璃層及該第二硫族化物玻璃層包括具有一約為 Ge^Sew之化學計量的硒化鍺玻璃。 66 士月求貢59之電阻可變記憶體元件’其中該第一硫族化 物玻璃層包括摻銀硫族化物玻璃。 67· —種形成一電阻可變記憶體元件之方法，其包括： 形成一第一電極； 形成電耦接至該第一電極之第一硫族化物玻璃層； 於该第一硫族化物玻璃層之上形成一第二硫族化物玻 100714-970523.doc 1303846 璃層； 於違第一硫族化物玻璃層與該第二硫族化物玻璃層之 間形成一含金屬層； 於遠第一硫族化物玻璃層與該含金屬層之間形成一第 一金屬層； 於該第二硫族化物玻璃層之上形成一第二金屬層；及 升y成電耗接至該第二硫族化物玻璃層之第二電極。 68. 鲁69. 70. 71. 72.
    73. 如咕求項67之方法，其中該含金屬層係硒化銀。 如叫求項67之方法，其中該等金屬層之至少一者係銀。 月求項6 7之方法’其中該第一硫族化物玻璃層及該第 二硫族化物玻璃層包括一具有一式GexSeiGQx之材料，其 中 x=17至43 。 月求項67之方法，其中該第一硫族化物玻璃層及該第 二硫族化物玻璃層包括具有一約為之化學計量 的石西化鍺破璃。 如明求項67之方法，其進一步包括於該記憶體元件結構 上施加一調節電位之該步驟。 如明求項67之方法，其中該調節電位之脈衝寬度範圍為 大約100奈秒至大約5〇〇奈秒。 100714-970523.doc
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