專利名稱：碳絲存儲器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明總的來說涉及存儲器并且在 一 個實施例中涉及碳絲存
儲器(carbon filament memory )。
背景技術：
非易失性存儲器甚至在功率不存在時也保留其存儲數(shù)據(jù)。這種 類型的存儲器用在多種電子設備中(包括數(shù)碼照相機、便攜式音頻 播放器、無線通信設備、個人數(shù)字助理、以及外圍設備)以及用于 將固件存儲在計算機或其它設備中。
非易失性存儲器技術包括閃存、磁阻隨機存取存儲器 (MRAM)、相變4匕隨才幾存取存々者器(PCRAM)、以及導電橋式隨 機存取存儲器(CBRAM)。由于對非易失性存儲設備的大量需求， 研究者一直在開發(fā)新型的非易失性存儲器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種包括碳層系統(tǒng)的非易失性存儲單元，該碳層 系統(tǒng)包纟舌富含sp2的(sp2-rich )無定形>暖層和富含sp3的無定形,灰層， 其中，通過在富含sp3的無定形石友層中可逆地形成富含sp2的細絲來 在非易失性存儲單元中存儲信息。
當結合考慮下面的附圖和詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它特 征將得以更好地理解。


在附圖中，在不同示圖中相同的參考標號通常表示的相同部 件。附圖中的元件不一定按比例繪制，其重點是示出本發(fā)明的原理。
在以下描述中，參考以下附圖描述本發(fā)明的不同實施例，其中 圖1A和圖1B示出了傳統(tǒng)的導電橋式存儲元件； 圖2A、圖2B和圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的碳絲存儲元
件；
圖4是示出表示根據(jù)本發(fā)明實施例的碳絲存儲元件的存儲效果 的V-I曲線的示圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于存儲信息的方法的框圖6是4艮據(jù)本發(fā)明實施例的存儲單元的示意圖7是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的用于制造存儲單元陣列的方法 的才匡圖8A、圖8B、和圖8C示出了在制造存儲陣列的中間步驟之 后的根據(jù)本發(fā)明實施例的存儲陣列的頂視圖和截面圖9A和圖9B示出了在制造存儲陣列的另一步驟之后的根據(jù) 本發(fā)明實施例的存儲陣列的頂—見圖和截面圖；以及
圖10示出了包括利用根據(jù)本發(fā)明實施例的存儲單元的存儲設
備的計算系統(tǒng)的實例。
具體實施例方式
圖1A示出了用在導電橋隨機存取存儲器(CBRAM )單元中的 傳統(tǒng)導電橋結點(CBJ)。 CBJ 100包括第一電極102、第二電極104、 以及夾在第一電極102和第二電極104之間的固體電解質塊106。 第一電極102接觸固體電解質塊106的第一表面108，第二電極104 接觸固體電解質塊106的第二接觸表面110。第一電極102和第二 電極104中的一個是活性電極，另一個是惰性電極。在該實例中， 第一電極102是活性電極，第二電極104是惰性電極。第一電4及102 包括銀(Ag),固體電解質塊106包括摻雜銀的氧族材料。
當在固體電解質塊106上施加電壓時，開始氧化還原反應，其 驅使第 一 電極102中的Ag+離子進入固體電解質塊106 ，在這里Ag+ 離子變?yōu)锳g,由此在固體電解質塊i06中形成富含Ag的簇。如果 長時間對固體電解質塊106施加電壓，則固體電解質塊106中的富 含Ag的簇的大小和數(shù)量將會增加到在第 一 電極102和第二電極104 之間形成導電橋114的程度。
如圖1B所示，當在固體電解質106上施加圖1中所施加電壓 的反向電壓，則開始氧化還原反應，其驅使固體電解質106中的 Ag+離子進入第一電極102，在這里Ag+離子變?yōu)锳g。結果，減小 了固體電解質塊106中富含Ag的簇的大小和數(shù)量，從而減小并最 后去除了導電橋114。
為了確定CBJ 100的當前存々者狀態(tài)，通過CBJ 100傳送感測電 流。如果在CBJIOO中不存在導電橋"114,則感測電流遇到高電阻，
而當存在導電橋114時遇到低電阻。例如，高電阻可表示"0",而 寸氐電阻表示"1"，反之亦然。
才艮據(jù)本發(fā)明，形成可逆導電細絲的處理可用于4吏用包4舌富含sp2 的和富含spS的(也被稱為類金剛石碳，或DLC)無定形碳膜的碳 層系統(tǒng)來構造信息存儲元件。
參考圖2，描述了根據(jù)本發(fā)明的存儲結點的實施例。存儲結點 200包括頂部接觸202、包括富含sp2雜化(hybridized )碳原子的無 定形-友材料的第一》灰層204、包括富含sp3雜化-灰原子的無定形碳 材料的第二碳層206、以及底部接觸208。如下所述，第一碳層204 和第二碳層206形成其中可形成導電細絲的碳雙層(bi-layer)系統(tǒng) 210。通常，富含spS的碳是導電的，而富含spS的碳是具有低導電 性的電絕緣體。如果第一碳層204 (即，富含spS的碳層)的電阻用 Rl表示，第二碳層206 (富含sp3的碳層)的電阻用R2表示，對 于多H實施例，比率R2/R1會大于100,例々o大于1000,例力o大于 10000。
如圖2B和圖2C中所示，通過強制^f吏電流通過石友雙層系統(tǒng)210， 可在富含spS的第二碳層206中形成spZ細絲250，改變了碳雙層系 統(tǒng)的導電率(和電阻)。在第二> 友層206中，由于spS遷移的缺點， 電流使材料結構從原子標度sp2/sp3無序變?yōu)闊o序石墨sp2域 (domain)網(wǎng)絡。電流導致富含sp2的蔟的遷移以形成石墨sp 域的 滲透路徑網(wǎng)絡，這引起絕緣體到金屬的轉變。富含spZ的金屬狀態(tài) 中電子轉移的特征在于利用多數(shù)孔和少數(shù)電子載體弱化了隨溫度 變化的導電性。由于通過在spS石灰屏障中(尤其在鄰4妄于電子注入 器的屏障)中固定的富含sp2的區(qū)域的細絲傳導，出現(xiàn)一維溝道。 這在低偏壓下限制了導電性。此外，盡管本發(fā)明并不限于特定的理 論操作，但當處于高電場時，這可能涉及sp2接合(bonded )碳分 子的TT軌的定向，導致增加的電子傳輸。
施加具有反向極性的電流使富含sp3的第二碳層206中的sp2 域的遷移反向，減少了 spM田絲250以及碳雙層系統(tǒng)210的導電性 (以及增加電阻)。形成sp2細絲的可逆性允許碳雙層系統(tǒng)210用作 存々者單元的基礎，其中，通過碳雙層系統(tǒng)210的高和^f氐導電性(與 J氐和高電阻相對應)表示存々者單元的狀態(tài)。
雖然細絲的形成甚至會發(fā)生在不存在富含sp2的第一碳層204 的情況下，但基本上可通過富含spS層(諸如，第一碳層204)的存 在來增強富含spS的材料中spZ細絲的可靠生成。
富含spS的第二碳層206的厚度與存儲器操作的期望電壓和速 度有關。轉換(即，形成或去除細絲)可發(fā)生在小于每nm材料厚 度1V的電場中。例如，對于3V的操作電壓，第二碳層206的厚 度可大約為4nm。富含spS的第一層碳204的厚度并不具有實質的 影響，并且第一石灰層204可具有從單分子層到幾百nm厚度的幾乎 任意的厚度。
，i設不同的電阻可用在單存儲單元中的多位存儲器的 一些實 施例中，隨著施加電壓的增加，可在富含spS的第二碳層206中形 成額外的導電溝道。圖3示出了表示8nm厚度的富含spS的薄膜中 的電阻隨電壓變化的曲線300。曲線300包括以h/(2e"的倍數(shù)量化 的電阻步驟302a~302e，其中，h是普朗克常數(shù)，e是電子電荷， 表示富含sp3的碳薄膜中額外導電溝道的形成。
圖4示出了在將電壓施加到富含spS的薄膜以后的存儲效果。 I-V曲線400示出了在富含spS的薄膜中形成碳絲之前大約8 nm厚 的富含sp3的薄膜的電流/電壓關系。I-V曲線402示出了在使用約6 伏的電壓脈沖形成細絲之后的電流/電壓關系，從而表示存儲效果。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于存儲信息的方法的框圖。 在步驟502中，如上所述，提供包括富含spZ的無定形碳層和富含 spS的無定形碳層的碳雙層系統(tǒng)。在步驟504中，施加電流通過碳雙 層系統(tǒng)以在富含sp3的層中生長富含sp2的碳絲來將信息存儲在碳雙 層系統(tǒng)中，降低了碳雙層系統(tǒng)的電阻。通過施加具有反向極性的電 流，可使細絲的生長逆轉。此外，諸如圖3所示的量化電阻步驟可 用于將多位信息存儲在碳雙層系統(tǒng)中。
圖6示出了4吏用諸如圖2A-圖2C所示出存々者結點的存儲單 元，對本領域技術人員來說顯而易見的其他內(nèi)容也包括在其中。根 據(jù)本發(fā)明，存儲單元600包括選擇晶體管602和使用碳雙層系統(tǒng)的 存儲結點604。選擇晶體管602包括連接至位線608的源極606、 連接至存儲結點604的漏極610、以及連接至字線614的柵極612。 存4渚結點604還連4妄至7>用線616，該7>用線可連4妻至地或用于讀 取的其它電路(例如，用于確定存儲單元600電阻的電路(未示出))。 應該注意，這里^f吏用的術語連接和耦合用于分別包括直接和間接連 接和耦合。
為了向存儲單元寫入，字線614用于選擇單元600，并強迫位 線608上的電流通過存^f諸結點604以形成或去除存〗諸結點604中的 細絲，改變存，者結點604的電阻。類4以i也，當讀取單元600時，字 線614用于選擇單元600，且字線608用于在存儲結點604上施加 電壓以測量存^f諸結點604的電阻。
存^f諸單元600可以凈皮稱作1T1J單元，因為其4吏用一個晶體管 和一個存儲結點。典型地，存儲器件將包括多個這種單元的陣列。 應該理解，可根據(jù)本發(fā)明的碳雙層存儲結點使用1T1J存儲單元的 其它配置。此外，可使用不同于1T1J配置的單元配置。
參考圖7，描述了用于制造包括利用碳雙層系統(tǒng)的存儲結點的 1T1J存儲單元陣列的示例性方法。然而，可通過現(xiàn)有技術中的任何 方法或此后開發(fā)適于形成本發(fā)明結構的方法實現(xiàn)制造。
在方法700開始時，已經(jīng)在半導體晶片或其它適當?shù)囊r底上制 造了陣列中的淺槽隔離(STI)結構和外圍。在步驟702中，在STI 結構上形成柵極和字線。這包括柵極氧化層、柵極導體沉積和結構 化、側壁隔離物形成、以及相關注入的傳統(tǒng)應用。
在步驟704中，從源極和漏極區(qū)去除Si02。例如，這可以通過 應用稀釋的HF來實現(xiàn)?？蛇x地，Si的選擇外延生長可用于形成升 高的源才及區(qū)和漏才及區(qū)。
在步驟706中，這之后有矽化金屬沉積(salicidation )處理， 例如形成CoSi、 NiSi、 TiSi、或另一種適當?shù)墓杌?。通過使用屏 蔽掩才莫可以省略部分或全部外圍中的砂4b金屬;冗積。可選;也，可以 用光刻膠覆蓋不制造接觸的自對準多晶硅化物區(qū)域。
步驟708是ILD (層間絕緣)沉積步驟，其例如可以是Si02 沉積和平面化步驟，隨后在步驟710中，蝕刻接觸孑L(通孔)并將 其填充有包括適當導電材料(諸如，鎢、多晶硅、或導電碳材料) 的才妄觸4悉銷(contact plug)。反向蝕刻和平面4匕可用于為晶片準備 水平面。
在步驟712中，形成連接至兩個鄰近晶體管的公共源極的位線。 這可以通過使用光刻處理以掩蔽部分Si02層，蝕刻Si02和用于形 成位線的公共源極接觸插銷來實現(xiàn)。這之后沉積位線(利用多晶硅、 鴒或其它適當?shù)膶щ姴牧?和凹槽。
在步驟714中，沉積又一 (ILD) Si02,掩埋位線?；瘜W才幾械 拋光(CMP)可用于停止接觸插銷上的平面化，以準備其它步驟的 表面。
在步驟716中，沉積富含sp3的碳層和富含sp2的碳層以形成存 儲結點的碳雙層系統(tǒng)。可通過物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉 積(CVD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)、利用248 nm 的脈沖紫外線準分子激光器消除石墨目標、或在襯底上沉積材料的 另 一種適當方法完成這些層的沉積。
根據(jù)所使用的沉積技術，沉積碳材料中spS與spZ的比率可以隨 不同方法而變化。例如，如果利用PEVCD生成產(chǎn)生碳層，則可通 過調整材沖+沉積期間的偏壓、氣壓、以及溫度來控制該比率。以大 約20 MHz到大約40 MHz的;敫厲力頻率(例3。，以大約25 MHz到 大約30 MHz的激勵頻率，例如，以大約27.26 MHz的激勵頻率) 在感應耦合高密度等離子中執(zhí)行PECVD處理。在這種情況下，包 括已制造的疊層的襯底被設置在可以施加RF偏壓的基板保持件 上?？赏ㄟ^RF偏壓將具有適當能量的附加離子拉向基板。此外， 可以加熱襯底。在一些實施例中，可將例如C2H2或CH4的CxHy ( x 和y是任意自然數(shù))用作活性氣體?？蛇x地，可使用Ne、 H2或Ar 來稀釋活性氣體。
通過反應堆幾何條件(即，反應堆中質量載流(mass carrying ) 電極和RF載流電極的尺寸比)以及通過經(jīng)由外部施加的電容性耦 合RJF場所施加或調節(jié)的自偏壓，來確定襯底偏壓的電平。具體地， 外部施加的電容性耦合RF場確定了層特性以及例如如同spS或sp2 結合的發(fā)生結合(occuring bonding )及其相對數(shù)量和混合。在本示 例性實施例中， 一起施加大約50 V至大約350 V范圍內(nèi)的負電壓 以及大約10 mTorr至大約500 mTorr范圍內(nèi)的氣壓?？蓪?氐導電層 施力口例如50 V的^f氐電壓，可對高導電層施加例如300 V的電壓。
可選地，可通過濺射形成層來確定spZ與spS的比率。例如，這 可以使用氬氣體中的石墨目標以大約1 Pa的壓力、距離目標大約3 cm的襯底來實現(xiàn)。通過在大約77 K至500K的范圍內(nèi)改變溫度， 以及從大約5W至大約300W的賊射功率，可改變材料的電阻?？?對低導電層施加5 W的小功率，可對高導電層施加大約300 W的功 率。
可選地，可通過激光消融形成層來確定spS與spS的比率?？稍?大約10_7mbar的室壓力下4吏用248 nm月永沖紫外線自對準激光器 (例如，Lambda Physik LPX 210i )，并可改變激光器的流量以合成 兩種類型的無定形碳層(例如，使用富含spZ的碳層的大約4 Jcm々 以及富含sp3的碳層的大約20 J cnT2 )。
也可以通過沉積后退火或通過用于沉積類金剛石^灰薄膜的其 它傳統(tǒng)技術來調整在沉積膜中存在的spZ和spS雜化^灰的量。
在步驟718中，在石友雙層系統(tǒng)上沉積包括i者如多晶石圭、W、 Ti、 或Ta的高導電材術牛的上電才及。
在步驟720中，光刻和蝕刻用于定義由碳雙層系統(tǒng)和上電極覆 蓋的區(qū)域。在該步驟之后，可使用傳統(tǒng)處理執(zhí)行半導體晶片的附加 處理。
圖8A 圖8C示出了上述處理中的一個中間步驟。具體地，示 出了步驟710之后的陣列的一部分，其中，蝕刻接觸孔并用諸如W、 多晶硅、或碳的材料進行填充。圖8A示出了存儲器陣列8Q0的一 部分的頂^L圖，其包括有源區(qū)802、字線804、和填充的接觸孔806。 從部分存儲器陣列800的頂視圖可以看出，可通過在兩個單元(每 個都具有其字線)之間共享每個有源區(qū)802 (在這種情況下，共享 源極區(qū))增加陣列中存儲單元的密度。有源區(qū)802的交4晉配置還有
助于增加陣列中存儲單元的密度。應該理解，也可以使用存儲單元
和有源區(qū)的其它布局，圖8A~圖8C所示的布局是為了說明的目的。
圖8B示出了沿圖8A的虛線A-A的部分存^f渚器陣列800的截 面圖。該截面圖示出了一個有源區(qū)802和連接至晶體管柵極820的 兩條字線804。已經(jīng)通過Si02層822來蝕刻填充的接觸孔806以與 源極接觸區(qū)824連接，并與兩個漏極接觸區(qū)826連接。通過STI區(qū) 828來隔離有源區(qū)802。
圖8C示出了沿圖8A的虛線B-B的部分存儲器陣列800的第 二截面圖。該截面圖示出了由STI區(qū)828隔離的三個有源區(qū)802的 部分。通過Si02層822蝕刻的填充4妾觸孔806連^妻至漏扭^妄觸區(qū) 826。
圖9A和圖9B示出了上面參考圖7描述的方法700的步驟720 之后的類似示圖。圖9A是示出與參考圖8A~圖8C描述的部分存 儲器陣列800相同但在稍后處理階段中的部分存儲器陣列900頂視 圖?？梢钥闯?，現(xiàn)在部分存4諸器陣列900包括沉積在石友雙層存4諸結 點上的上電極卯2。
圖9B示出了與上面圖8B所示截面位置類似的沿虛線A-A的 部分存4諸器陣列900的截面圖。截面示出了有源區(qū)920和連4妄至晶 體管柵極924的兩條字線922。通孔(或接觸插銷)926連接至兩 個漏極接觸區(qū)928，并與連接至上電極902的碳雙層存儲結點930 連接。位線932通過通孔936連接至源極接觸區(qū)934。 STI區(qū)938 將有源區(qū)920與其它有源區(qū)分開。
乂人該截面可以看出，位線932、通孔936以及源極4妄觸區(qū)934 -故兩個存儲單元共享，這兩個存儲單元的每一個都包括晶體管和石友
雙層存儲結點930。應該理解，可根據(jù)本發(fā)明的原理使用存儲單元 的其它布局。
諸如如上所述的存儲單元可用在包含大量這種單元的存儲器 件中。例如，這些單元可祐J且織成具有單元的多^亍和多列的存儲單 元陣列，這些存儲單元的每一個都存儲一位或多位信息。這類存儲 器件可用在各種應用或系統(tǒng)中，例如圖IO所示出的系統(tǒng)。
圖10示出了使用根據(jù)本發(fā)明的存儲單元構造的存儲器件的計 算系統(tǒng)的實例。計算系統(tǒng)1000包括可利用4艮據(jù)本發(fā)明的存儲單元 的存儲器件1002。該系統(tǒng)還包括處理器1004以及一個或多個輸入/ 輸出設備(例如，鍵盤1006、顯示器1008和無線通信設備1010 )。 通過總線1012互聯(lián)存〗諸器件1002、處理器1004、 4定盤1006、顯示 器1008以及無線通信設備1010。
無線通信設備1010可包括用于經(jīng)由蜂窩電話網(wǎng)絡、WiFi無線 網(wǎng)絡、或其它無線通信網(wǎng)絡發(fā)送和接收傳輸?shù)碾娐?未示出)。應 該理解，圖10中示出的多種輸入/輸出設備僅是實例，其中，計算 系統(tǒng)1000可浮皮配置為蜂窩電話或其它無線通信i殳備。可在各種系 統(tǒng)中使用包括才艮據(jù)本發(fā)明的存儲單元的存儲器件。可選的系統(tǒng)設計 可包括不同的輸入/輸出設備、多個處理器、選擇性的總線配置、以 及"i午多其它配置。
總的來說，在一些實施例中，非易失性存儲單元包括碳層系統(tǒng)， 該碳層系統(tǒng)包括富含sp3的無定形碳層和富含sp2的無定形碳層，其 中，通過在富含sp3的無定形碳層中可逆地形成富含sp2的細絲來將 信息存儲在非易失性存儲單元中。在一些這樣的實施例中，富含sp2 的細絲改變碳層系統(tǒng)的導電性。在一些實施例中，富含spS的無定 形^碳層具有5 nm或更小的厚度。 一些實施例還包括連4妄至^暖層系 統(tǒng)的選擇晶體管。在一些實施例中，碳層系統(tǒng)存儲多位信息。在一
些這樣的實施例中，^談層系統(tǒng)的不同電阻狀態(tài)(例如，才艮據(jù)具體實 施例的量化電阻步驟)用于存儲多位信息。在一些實施例中，施加
第一電流通過碳層系統(tǒng)引起富含spZ的細絲的生長，以及在一些這
樣的實施例中，施力口相對于第 一 電流具有反向極性的第二電流引起 富含spS的細絲的減少。在一些實施例中，碳層系統(tǒng)可以是碳雙層系統(tǒng)。
在本發(fā)明的其它實施例中，信息存儲元件包括第一》灰層和第二
碳層，其中，第 一碳層包括含有sp2雜化碳和sp3雜化碳的無定形碳 膜，第一碳層的spS雜化碳的比例充分高于spS雜化碳的比例，相鄰 于第一碳層設置第二碳層，第二碳層包括含有sp2雜化碳和sp3雜化 碳的無定形碳膜，第二碳層的spS雜化碳的比例充分高于spZ雜化石友
的比例。通過強迫第 一電流通過第 一石友層和第二碳層以使在第二碳
層中生長細絲來存儲信息，該細絲的spS雜化碳的比例充分高于sp3
雜化的比例。在這些實施例的一些中，通過迫^f吏相對于第一電流具 有反向極性的第二電流通過第一碳層和第二碳層來減少細絲。在一
些實施例中，第二碳層具有5nm或更小的厚度。
在一些實施例中，第一碳層具有電阻(特定電阻)Rl，第二碳 層具有特定電阻R2，并且當不存在細絲時R2/R1的比大于100,例 如大于1000，例如大于10000。在特定實施例中，細絲的生長增力口 了信息存儲元件的導電性，在一些實施例中，信息存儲元件的不同 電阻狀態(tài)用于將多位信息存儲在信息存儲元件中。
在一些實施例中，本發(fā)明提供了包括晶體管的非易失性存儲器 以及碳層系統(tǒng)，該碳層系統(tǒng)包括具有第 一特定電阻Rl的第 一碳層 和具有第二特定電阻R2的第二碳層，使得R2/R1的比大于100, 例如大于1000,例如大于10000。石友層系統(tǒng)中的一層連4姿至用作存 儲單元的晶體管的漏4及部分。
在一些實施例中，本發(fā)明提供了用于存儲信息的方法，包括提
供包括富含sp2的無定形^暖層和富含sp3的無定形碳層的石灰層系統(tǒng)， 以及在富含sp3的無定形碳層中可逆地形成富含sp2的細絲以存儲信 息。在一些實施例中，可逆地形成富含sp2的細絲包4舌施加第一電 流通過石灰層系統(tǒng)以引起富含spS的細絲的生長。在這些具體實施例 中，可逆地形成富含sp2的細絲包括施加相對于第一電流具有反向 才及性的第二電流以4吏富含sp2的細絲減少。
在一些實施例中，可逆地形成富含sp2的細絲包括「改變,灰層系
統(tǒng)的電阻，其包括在這些特定實施例中不斷改變電阻，以及在另外 的這些實施例中，在諸如量化步驟的步驟中改變電阻。在一些實施 例中，逐步改變電阻包括利用不同的步驟來表示多位信息，以及在 一些實施例中，改變電阻包括利用不同的電阻值來表示多位信息。
在其它實施例中，本發(fā)明提供了制造非易失性存儲設備的方
法，包括沉積包括無定形-友膜的第一石友層，該無定形-友膜包括sp2 雜化碳和spS雜化碳，第一碳層的spS雜化碳比例充分高于spS雜化
碳的比例。該方法還包括沉積鄰近于第一碳層的第二碳層，第二,友
層包括含有spZ雜化碳和spS雜化碳的無定形碳膜，第二碳層的sp3 雜化碳的比例充分高于sp2雜化碳的比例。此外，該方法包括形成
允許選擇性施加電流通過第 一碳層和第二碳層的接觸。在一些實施 例中，該方法還包括形成具有與這些4妻觸中的至少一個連接的漏招> 區(qū)的晶體管以選擇性地施加電流通過第 一碳層和第二碳層。
在一些實施例中，本發(fā)明提供了制造非易失性存儲設備的方
法，包括在半導體晶片上沉積包括具有第一電阻Rl的第一石灰層和 具有第二電阻R2的第二碳層的碳層系統(tǒng)，使得R2/R1大于100， 侈寸^口大于1000，侈寸^口大于10000。 在本發(fā)明的其他實施例中，本發(fā)明提供了包括輸入設備、輸出 設備、處理器、以及非易失性存儲器的計算系統(tǒng)，非易失性存儲器
包括具有富含sp2的無定形-友層和富含sp3的無定形石友層的碳層系 統(tǒng)，其中，通過在富含spS的無定形碳層中可逆地形成富含spS的細
絲來將信息存儲在非易失性存儲單元中。在一些這樣的實施例中， 輸出設備包括無線通信設備。
雖然參考特定實施例示出并描述了本發(fā)明，但本領域技術人員 在不背離由所附權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可 以進行各種形式和細節(jié)的改變。由此，通過所附4又利要求表示的本 發(fā)明的范圍以及所有改變均包括在權利要求的等效意義和范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種非易失性存儲單元，包括碳層系統(tǒng)，包括富含sp2的無定形碳層和富含sp3的無定形碳層，其中，通過在所述富含sp3的無定形碳層中可逆地形成富含sp2的細絲將信息存儲在所述非易失性存儲單元中。
2. 根據(jù)權利要求1所述的非易失性存儲單元，其中，所述富含 sp2的細絲改變所述-友層系統(tǒng)的導電性。
3. 根據(jù)權利要求1所述的非易失性存儲單元，其中，所述富含 sp3的無定形>談層具有5 nm以下的厚度。
4. 根據(jù)權利要求1所述的非易失性存儲單元，還包括連接至所述 碳層系統(tǒng)的選擇晶體管。
5. 根據(jù)權利要求1所述的非易失性存儲單元，其中，所述碳層系 統(tǒng)存儲多位信息。
6. 根據(jù)權利要求5所述的非易失性存儲單元，其中，所述碳層系 統(tǒng)的不同電阻狀態(tài)用于存儲所述多位信息。
7. 根據(jù)權利要求1所述的非易失性存儲單元，其中，施加第一電 流通過所述石灰層系統(tǒng)51起所述富含sp2的細絲的生長。
8. 根據(jù)權利要求7所述的非易失性存儲單元，其中，施加相對于 所述第 一 電流具有反向極性的第二電流51起所述富含sp2的細 絲的減少。
9. 根據(jù)權利要求1所述的非易失性存儲單元，其中，所述碳層系 統(tǒng)包括碳雙層系統(tǒng)。
10. —種信息存〗渚元件，包括第一碳層，包括含有sp"雜化碳和spS雜化碳的無定形碳 膜，所述第 一碳層的sp2雜化碳的比例高于sp3雜化碳的比例； 以及第二碳層，其鄰近于所述第一碳層設置，所述第二碳層 包括含有spZ雜化碳和spS雜化碳的無定形碳膜，所述第二碳 層的sp3雜化碳的比例高于sp2雜化碳的比例，其中，通過強迫第一電流通過所述第一碳層和所述第二 碳層以引起所述第二碳層中細絲的生長來存儲信息，所述細絲 的sp2雜化石灰的比例充分高于sp3雜化石灰的比例。
11. 根據(jù)權利要求IO所述的信息存儲元件，其中，通過強迫相對 于所述第 一 電流具有反向極性的第二電流通過所述第一> 友層 和所述第二碳層來減少所述細絲。
12. 根據(jù)權利要求IO所述的信息存儲元件，其中，所述第一碳層 具有電阻R1，所述第二碳層具有電阻R2，以及其中，當所述 細絲不存在時R2/R1的比大于100。
13. 根據(jù)權利要求IO所述的信息存儲元件，其中，所述細絲的生 長增加所述信息存儲元件的導電性。
14. 根據(jù)權利要求IO所述的信息存儲元件，其中，所述第二碳層 具有5nm以下的厚度。
15. 根據(jù)權利要求IO所述的信息存儲元件，其中，所述偉息存儲 元件的不同電阻狀態(tài)用于將多位信息存儲在所述信息存4諸元 件中。
16. —種非易失性存儲單元，包括晶體管；以及碳層系統(tǒng)，包括具有第一電阻R1的第一碳層和具有第二 電阻R2的第二碳層，R2/R1的比大于100,其中，所述碳層系統(tǒng)各層中的一層連接至所述晶體管的 漏極部分。
17. —種用于存儲信息的方法，包括4是供包括富含sp2的無定形^談層和富含sp3的無定形^碳層 的石友層系統(tǒng)；以及在所述富含sp3的無定形石友層中可逆地形成富含sp2的細 絲以存儲所述信息。
18. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中，可逆地形成所述富含sp2 的細絲包括施加第一電流通過所述碳層系統(tǒng)以引起所述富含 spS的細絲的生長。
19. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其中，可逆地形成所述富含sp2 的細絲還包4舌施加相對于所述第 一 電流具有反向才及性的第二 電;危以引起所述富含sp2的細絲的減少。
20. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中，可逆地形成所述富含sp2 的細絲包4舌改變所述,友層系統(tǒng)的電阻。
21. 根據(jù)權利要求20所述的方法，其中，改變所述碳層系統(tǒng)的所 述電阻包4舌逐步改變所述電阻。
22. 根據(jù)權利要求21所述的方法，其中，逐步改變所述電阻還包 括使用不同的步驟以表示多位信息。
23. —種用于制造非易失性存儲設備的方法，包括沉積包括無定形^J莫的第一碳層，所述無定形碳膜包括 sp2雜化碳和sp3雜化碳，所述第 一碳層的sp2雜化碳的比例高 于spS雜化石友的比例；沉積鄰接于所述第一碳層的第二碳層，所述第二碳層包 括無定形碳膜，所述無定碳薄膜包括sp2雜化碳和sp3雜化碳， 所述第二碳層的sp3雜化碳的比例高于sp2雜化碳的比例；以 及形成允許選擇性施加電流通過所述第一-友層和所述第二 碳層的接觸。
24. 才艮據(jù)^又利要求23所述的方法，還包4舌形成具有連4妾至所述4妄 觸中的至少 一個的漏極區(qū)的晶體管，以選擇性地施加電流通過 所述第 一碳層和第二碳層。
25. —種用于制造非易失性存儲設備的方法，包括在半導體晶片上 沉積^談層系統(tǒng)，所述-灰層系統(tǒng)包括具有第一電阻Rl的第一石友 層和具有第二電阻R2的第二碳層，使得R2/R1的比大于100。
26. —種計算系統(tǒng)，包才舌輸入設備； 輸出設備； 處理器，連接至所述輸入設備和所述輸出設備；以及非易失性存儲器，連接至所述處理器，所述非易失性存 儲器包括碳層系統(tǒng)，所述碳層系統(tǒng)包括富含sp2的無定形碳層 和富含spS的無定形)談層，其中，通過在所述富含spS的無定 形碳層中可逆地形成富含sp2的細絲來將信息存儲在所述非易 失性存儲器中。
27. 根據(jù)權利要求26所述的計算系統(tǒng)，其中，所述輸出設備包括 無線通信設備。
全文摘要
描述了非易失性存儲，其包括碳層系統(tǒng)，該碳層系統(tǒng)包括富含sp²的無定形碳層和富含sp³的無定形碳層，其中，通過在富含sp³的無定形碳層中可逆地形成富含sp²的細絲來將信息存儲在非易失性存儲器中。
文檔編號H01L45/00GK101170159SQ200710165128
公開日2008年4月30日 申請日期2007年10月29日 優(yōu)先權日2006年10月27日
發(fā)明者克勞斯-迪特·尤弗特, 弗朗茨·科魯普爾, 邁克爾·庫德 申請人:奇夢達股份公司