[发明专利]具有分层固体电解质结构的可编程金属化存储器单元

说明书

背景技术

存储器设备在电子系统和计算机中常用于存储数据。这些存储器设备可以是易失性存储器，当电源断开或移除时，存储于其中的数据会丢失，或是非易失性存储器，即使在电源中断期间，存储于其中的数据仍被保存。非易失性存储器设备的一个示例是可编程金属化单元(PMC)，也称为导电桥接RAM(CBRAM)、纳米桥存储器或电解质存储器。

PMC采用诸如硫属化物类型或氧化物类型的离子导体或固体电解质以及至少两个电极(例如，阳极和阴极)，其中离子导体或固体电解质在电极之间。当在电极两端上施加电压时，传导丝(conducting filaments)从阴极通过离子导体或固体电解质向阳极快速生长。这产生低电阻状态。当在电极两端上施加相反极性的电场时，传导丝消失(dissolve)且传导路径中断。这产生高电阻状态。可通过施加合适的电场切换的两种电阻状态可用于储存存储器数据位“1”或“0”。

虽然传导丝提供从一个电极到另一电极的电流的精确路径，但是传导丝的产生和消失是不可预知的。当施加适当数值和极性的电位时，传导路径在随机位置产生和消失。因此，传导丝的位置和出现是不准确的或不可重现的。这些因素引起单元特性的波动，尤其当单元的尺寸缩小以用于高密度封装时。因此，PMC需要改进以减少单个单元性能变化。

发明内容

本公开涉及具有分层固体电解质的可编程金属化存储器单元并且公开了其形成方法。

在一个示例性实施例中，该可编程金属化存储器单元包括活性电极、反向惰性电极以及将活性电极和惰性电极分离的可变电阻元件。该可变电阻元件包括多个交替的固体电解质层和导电层。导电层将活性电极电耦合至惰性电极。

形成可编程金属化存储器单元的一个示例性方法包括在第一电极上沉积多个交替的固体电解质层和导电层、形成可变电阻元件以及然后在可变电阻元件上沉积第二电极，导电层将第一电极电耦合至第二电极。

通过阅读下面的详细描述，这些以及各种其它的特征和优点将会显而易见。

附图简述

考虑以下联系如下附图的本发明的多个实施例的详细描述，能更完整地理解本发明，在附图中：

图1是示例性的可编程金属化存储器单元在低电阻状态的示意图。

图2是在图1中示出的示例性的可编程金属化存储器单元在高电阻状态的示意图。

图3是另一示例性的可编程金属化存储器单元在低电阻状态的示意图。

图4是在图3中示出的示例性的可编程金属化存储器单元在高电阻状态的示意图。

图5是包括半导体晶体管的示例性的可编程金属化存储器部件的示意图。

图6是示例性的可编程金属化存储器阵列的示意图。

图7是形成具有固体电解质和导电层的可编程金属化存储器单元的示例性方法的流程图。

图8A-8F是具有分层可变电阻元件的可编程金属化存储器单元在各个制造阶段的截面示意图。

图9是形成具有固体电解质和导电层的可编程金属化存储器单元的示例性方法的流程图。

图10A-10C是另一具有分层可变电阻元件的可编程金属化存储器单元在各个制造阶段的截面示意图。

图11是形成具有成角度的固体电解质和导电层的可编程金属化存储器单元的另一示例性方法的流程图。

图12A-12C是另一具有成角度的分层可变电阻元件的可编程金属化存储器单元在各个制造阶段的截面示意图。

这些附图不一定按比例示出。附图中使用的相同数字表示相同部件。然而，将理解在给定附图中使用数字来指代部件不旨在限制另一附图中用同一数字标记的部件。

具体实施方式

在以下描述中，参照形成本说明书一部分的附图集，其中通过图示示出了若干特定实施例。应当理解的是，可构想和作出其他实施例，而不背离本公开内容的范围或精神。因此，以下详细描述不应按照限制的意义来理解。本文中所提供的定义用于便于对本文中频繁使用的某些术语的理解，而不是为了限制本公开内容的范围。

通过术语“约”，在说明书和权利要求中使用的表示部件大小、量以及物理性质的所有数字应被理解为在任何情况下被修改，除非另外指明。因此，除非相反地指明，否则在上述说明书和所附权利要求中陈述的数值参数是近似值，这些近似值可根据利用本文中公开的示教的本领域技术人员所寻求的期望性质而变化。

通过端点对数值范围的陈述包括包含在该范围内的所有数值(例如1到5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4以及5)以及该范围内的任何范围。