[发明专利]包括碳基存储器元件的存储器单元及其形成方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年4月11日提交的题为“用于3D阵列的薄沉积碳可切换电阻和二极管矩阵单元(Thin Deposited Carbon Switchable Resistor And Diode Matrix Cell For 3D Arrays)”的美国临时专利申请号No.61/044399的权益，并要求2009年4月6日提交的题为“包括碳基存储器元件的存储器单元及其形成方法(A Memory Cell That Includes A Carbon-Based Memory ElementAnd Methods Of Forming The Same)”的美国专利申请号No.12/418855的优先权，为了所有目的通过参考将其全部内容合并于此。

技术领域

本发明涉及非易失性存储器，更具体地涉及包括碳基存储器元件的存储器单元及其形成方法。

背景技术

已知由可逆(reversible)电阻切换元件形成的非易失性存储器。例如，2007年12月31日提交的题为“使用选择性构造的碳纳米管可逆电阻切换元件的存储器单元及其形成方法(Memory Cell That Employs A SelectivelyFabricated Carbon Nano-Tube Reversible Resistance Switching Element AndMethods Of Forming The Same)”的美国专利申请号No.11/968154(“154申请”)描述了包括与碳基可逆电阻率切换材料串联耦接的二极管的可再写非易失性存储器单元，为了所有目的在此通过全部参考将其合并于此。

但是，采用碳基材料制造存储器器件在技术上存在问题(challenging)，并且期望一些形成采用碳基材料的存储器器件的改进方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了形成存储器单元的方法，该方法包括：在衬底上形成操纵元件；以及形成与所述操纵元件耦接的存储器元件，其中所述存储器元件包括具有不大于十个原子层的厚度的碳基材料。

根据本发明的第二方面，提供了形成存储器单元的方法，包括：在衬底上形成操纵元件；以及通过重复进行以下步骤形成与所述操纵元件耦接的存储器元件：形成碳基材料的层，该层具有大约一个单层的厚度；以及使所述碳基材料的层经历热退火。

根据本发明的第三方面，提供了一种存储器单元，其包括：在衬底上的操纵元件；以及与所述操纵元件耦接的存储器元件，其中所述存储器元件包括具有不大于十个原子层的厚度的碳基材料。

从以下详细描述、所附权利要求书及附图，本发明的其他特征和方面将变得更加充分显而易见。

附图说明

从结合以下附图考虑的以下详细描述可以更清楚地理解本发明的特征，贯穿附图中相同的参考标记表示相同的元件，附图中：

图1是根据本发明的示例存储器单元的示意图；

图2A是根据本发明的示例存储器单元的简化透视图；

图2B是由多个图2A的存储器单元形成的第一示例存储器级的一部分的简化透视图；

图2C是根据本发明的第一示例三维存储器阵列的一部分的简化透视图；

图2D是根据本发明的第二示例三维存储器阵列的一部分的简化透视图；

图3是根据本发明的存储器单元的示例实施例的截面图；以及

图4A-4E图示了根据本发明的单个存储器级的示例制造期间的衬底的一部分的截面图。

具体实施方式

某些碳基膜、包括但不限于石墨烯(graphene)、包含微晶或其他区域的石墨烯的无定形碳(“aC”)、其他石墨碳膜等可以展现可以用于形成微电子非易失性存储器的电阻率切换特性。因此这样的膜是三维存储器阵列内的用于集成的候选。

实际上，碳基材料已经在具有在接通和断开状态之间的100x间隔(separation)的实验室规模的器件上展示了存储器切换特性，并展示了中到高范围的电阻改变。这种在接通和断开状态之间的间隔使得碳基材料是其中碳基材料与垂直二极管、薄膜晶体管或其他操纵元件串联耦接的存储器单元的可行候选。例如，由夹在两个金属或其他导电层之间的碳基材料形成的金属-绝缘体-金属(“MIM”)堆叠可以用作存储器单元的电阻切换元件。