[发明专利]经气体团簇离子束处理的电阻性装置

说明书

技术领域

本发明一般来说涉及半导体装置领域。更明确地说，本发明在一个或一个以上实施例中涉及经气体团簇离子束(GCIB)处理的电阻性装置及形成所述经GCIB处理的电阻性装置的方法。

背景技术

电阻性装置还可用作半导体电阻器、开关或存储器元件(例如，存储器装置的存储器单元)等等应用。通常提供存储器装置作为计算机或其它电子装置中的内部半导体集成电路。存在许多不同类型的存储器，包含随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)、快闪存储器及电阻性随机存取存储器(RRAM)等等。

应高存储密度、高可靠性及低电力消耗的需要，将存储器装置用作宽广范围的电子应用的非易失性存储器。非易失性存储器可用于个人计算机、便携式存储棒、固态驱动器(SSD)、个人数字助理(PDA)、数码相机、蜂窝式电话、便携式音乐播放器(例如，MP3播放器)、电影播放器及其它电子装置等等。程序码及系统数据(例如基本输入/输出系统(BIOS))通常存储于非易失性存储器装置中。

存储器单元可布置成矩阵(例如，阵列)。举例来说，若干个存储器单元的存取装置(例如，晶体管)可耦合到存取线(其一个实例为“字线”)，从而形成阵列的“行”。每一存储器单元的存储器元件耦合到所述阵列的“列”中的数据线(其一个实例为“位线”)。以此方式，经由行解码器来存取存储器单元的存取装置，所述行解码器通过选择耦合到其栅极的字线激活一行存储器单元。通过取决于与特定存储器单元的经编程状态相关联的电阻致使不同电流在存储器元件中流动来确定一行所选择存储器单元的经编程状态。

可将存储器单元编程(例如，写入、擦除)为所要状态。即，可针对一存储器单元设定若干个经编程(例如，电阻)状态中的一者。举例来说，单电平单元(SCL)可表示两个逻辑状态(例如，1、0)中的一者。电阻性存储器单元也可经编程为两种以上经编程状态中的一者(例如)以表示两个以上二进制数字(例如，1111、0111、0011、1011、1001、0001、0101、1101、1100、0100、0000、1000、1010、0010、0110、1110)。此些单元可称为多状态存储器单元、多数字单元或多电平单元(MLC)。

非易失性电阻性存储器(例如RRAM)通过使电阻性存储器元件的电阻变化来存储数据。可通过将预定电压以预定极性施加到特定电阻性元件达预定持续时间来将数据写入到RRAM中的所选择存储器单元。可通过施加各种量值、极性及/或持续时间的电压来将RRAM编程为若干个电阻状态。

一种类型的电阻性存储器元件为忆阻器。忆阻器可用来形成RRAM。此RRAM可由可经配置以提供可变电阻的材料形成，例如氧化物(例如，例如过渡金属氧化物(TMO)的金属氧化物、氮化物等)。所述RRAM可利用TMO的电阻过渡特性，通过所述特性，所述材料的电阻根据电压施加的改变而变化。忆阻器可实施于纳米级装置中，借此使存储元件能够在不具有电荷存储型存储器的读取/写入循环耐久性限制的情况下提供高密度、低成本、非易失性、高速度RAM。

电阻性装置可具有由半导电(例如，名义上电绝缘)并且为弱离子导体的一种或一种以上材料形成的有源区域。所述有源区域的材料可能够托管及输送充当掺杂剂的离子以控制电子穿过所述材料的流动。类似于通过表示缺少电子的“空洞”的移动来理解电流，离子输送还可理解为缺少特定离子(例如，离子空位)的输送。即，离子空位呈现为沿与对应离子的方向相反的方向移动。

根据一种先前方法，通过沉积在某一初始特性(例如，离子空位浓度)上不同的两种离散材料来形成电阻性装置的有源区域。电阻性装置的操作涉及离子空位从第一区域跨越两个离散区域之间的边界到达第二区域的材料的输送。举例来说，所述有源区域因此包括用于输送及托管充当掺杂剂的离子以控制电子的流动的主要材料及用于为所述主要材料提供离子掺杂剂源的辅助材料。然而，在某一初始特性上不同的两个材料区域之间的物理边界可导致一些非所要的后果。

一种或一种以上先前电阻性装置制作方法的一个限制是在膜堆叠形成期间不能控制原子及空位布置的大小改变，也不能做到在图案化期间不损坏薄膜堆叠。从金属形成氧化物的先前方法还往往是颗粒边界敏感的。颗粒边界可因在形成多个离散区域(例如，材料)时缺乏制作控制而产生。由于小特征大小限制(例如，20nm以下)，直接沉积方法受到限制。