專利名稱：電阻存儲裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電阻存儲裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
電阻隨機存取存儲器(RRAM)是一種利用具有在特定電壓下顯著改變的 可變電阻的材料的電阻改變特性的非易失性存儲裝置。在一個示例中，所述 材料可以為過渡金屬氧化物。當將設(shè)置電壓施加到可變電阻材料時，所述可 變電阻材料的電阻減小。該狀態(tài)被稱為ON狀態(tài)。當將重置電壓施加到可變 電阻材料時，所述可變電阻材料的電阻增加。該狀態(tài)被稱為OFF狀態(tài)。在傳 統(tǒng)的RRAM中，多層交叉點(multi-layer cross point)RRAM具有相對簡單的單 元結(jié)構(gòu)和相對高的密度。
傳統(tǒng)的RRAM的存儲結(jié)點包括由可變電阻材料構(gòu)成的可變電阻層。傳統(tǒng) 的RRAM利用諸如鎳的氧化物NiOx的金屬氧化物層作為電阻切換層。

發(fā)明內(nèi)容
示例實施例涉及半導體裝置和制造半導體裝置的方法，例如，電阻存儲 裝置及其制造方法。
至少一個示例實施例提供一種利用可變電阻材料的電阻改變特性的電阻 存儲裝置以及制造該電阻存儲裝置的方法。
根據(jù)至少 一個示例實施例， 一種電阻存儲裝置可以包括第 一電極和設(shè)置 在第一電極上的第一絕緣層?？梢酝ㄟ^第一絕緣層中的第一孔暴露第一電極 的一部分。第一可變電阻層可以接觸第一電極的暴露部分，并在第一孔周圍 的第一絕緣層上延伸。第一開關(guān)裝置可以電連接到第一可變電阻層。
根據(jù)至少一些示例實施例，第一開關(guān)裝置可以為第一二極管。第一開關(guān) 裝置可以設(shè)置在第一可變電阻層上。第一中間電極可以設(shè)置在第一可變電阻 層和第一開關(guān)裝置之間，第二電極可以設(shè)置在第一開關(guān)裝置上。第一開關(guān)裝置可以形成在第一孔外。第一開關(guān)裝置的至少一部分形成在第一孔內(nèi)。第一 電極和第二電極可以布置為彼此交叉的電線的圖案。所述電阻存儲裝置還可 以包括設(shè)置在第 一絕緣層上在第 一可變電阻層、第 一 中間電極和第 一開關(guān)裝 置周圍的層間絕緣層。
根據(jù)至少 一些示例實施例，所述電阻存儲裝置還可以包括順序堆疊在第 二電極上的第二開關(guān)裝置和第二中間電極?？梢酝ㄟ^第二絕緣層中的第二孔 暴露第二中間電極的一部分。第二可變電阻層可以接觸第二中間電極的暴露 部分，并在第二孔周圍的第二絕緣層上延伸。第三電極可以接觸第二可變電 阻層。第二絕緣層可以覆蓋第二中間電極、第二開關(guān)裝置和第二電極的側(cè)表 面。第二電極和第三電極可以布置為彼此交叉的電線的圖案。所述電阻存儲 裝置可以為具有1 二極管1電阻器(1D-1R)單元結(jié)構(gòu)的多層交叉點電阻存儲 器。
至少一個其它的示例實施例提供一種制造電阻存儲裝置的方法。所述電 阻存儲裝置可以包括可變電阻層和電連接到所述可變電阻層的開關(guān)裝置。至 少根據(jù)該示例實施例，可以在第一電極上形成第一絕緣層。可以對第一絕緣 層執(zhí)行蝕刻工藝來形成暴露第 一 電極的 一部分的第 一孔?？梢栽诘?一 電極的 暴露部分周圍形成覆蓋第一電極的暴露部分和第一絕緣層的第一可變電阻 層。
根據(jù)至少 一些示例實施例，可以在第 一可變電阻層上順序形成第 一 中間 電極和第一開關(guān)裝置。第一開關(guān)裝置可以形成在第一孔外。可選擇地，第一 開關(guān)裝置的至少一部分可以形成在第一孔內(nèi)?？梢酝ㄟ^使用相同或基本相同 的蝕刻掩模來形成第一可變電阻層、第一中間電極和第一開關(guān)裝置。
根據(jù)至少一些示例實施例，可以在第一絕緣層上在第一可變電阻層、第 一中間電極和第一開關(guān)裝置周圍形成層間絕緣層?？梢栽诘谝婚_關(guān)裝置上形 成第二電極。第一電極和第二電極可以布置為彼此交叉的電線的圖案。所述 方法還可以包括在第二電極上順序形成第二開關(guān)裝置和第二中間電極。
根據(jù)至少一些示例實施例，可以在第二中間電極上形成第二絕緣層?？?以通過第二絕緣層中的第二孔暴露第二中間電極的 一部分。可以形成第二可 變電阻層，以覆蓋第二中間電極的暴露部分和第二絕緣層。還可以在所述暴 露部分周圍形成第二可變電阻層。可以形成接觸第二可變電阻層的第三電極。 第二電極和第三電極可以布置為彼此交叉的電線的圖案。至少 一 個其它的示例實施例提供 一種電阻存儲裝置。至少根據(jù)該示例實 施例，多個第一電極可以平行地布置。第一絕緣層可以布置在所述多個第一 電極上?？梢酝ㄟ^第一絕緣層中的多個第一孔暴露第一電極的多個單獨的部 分。所述電阻存儲器還可以包括與所述多個第一孔中的每個第一孔對應(yīng)的堆 疊結(jié)構(gòu)。每個堆疊結(jié)構(gòu)可以包括第一可變電阻層部分和第一開關(guān)裝置。第一 可變電阻層部分可以接觸所述多個第一電極的對應(yīng)的暴露部分，并可以延伸 到第 一 絕緣層上。第 一 開關(guān)裝置可以電連接到第 一可變電阻層部分。
根據(jù)至少一些示例實施例，第一開關(guān)裝置可以布置在第一可變電阻層部 分上。所述堆疊結(jié)構(gòu)還可以包括設(shè)置在第一可變電阻層部分和第一開關(guān)裝置 之間的第 一 中間電極和設(shè)置在第 一開關(guān)裝置上的第二電極。中間絕緣層可以 布置在第一絕緣層上在每個堆疊結(jié)構(gòu)的第一可變電阻層、第一中間電極和第
一開關(guān)裝置周圍。所述電阻存儲裝置還可以包括第二開關(guān)裝置和第二中間 電極，順序堆疊在第二電極上；第二絕緣層，布置在第二中間電極上，通過 第二絕緣層中的第二孔暴露第二中間電極的一部分；第二可變電阻層部分， 接觸第二中間電極的暴露部分，并延伸到第二孔周圍的第二絕緣層上；第三 電極，接觸第二可變電阻層部分。


通過參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例實施例，本發(fā)明將變得更明顯，附 圖中
圖1是示出根據(jù)示例實施例的電阻存儲器的剖視圖2A、圖2B和圖3是示出根據(jù)示例實施例的電阻存儲器的電路圖4和圖5是示出根據(jù)示例實施例的電阻存儲器的俯視圖6是示出根據(jù)另 一示例實施例的電阻存儲器的剖視圖視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將參照示出了一些示例實施例的附圖來更充分地描述各種示例實 施例。在附圖中，為了清晰起見，夸大了層和區(qū)域的厚度。
這里公開了詳細示出的示例實施例。然而，這里公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)僅表示出于描述示例實施例的目的。然而，本發(fā)明可以以許多替換形式 來實施，并不應(yīng)該被解釋為僅限于這里闡述的示例實施例。
因此，雖然示例實施例能夠具有各種修改和可替換的形式，但是以附圖 中的示例的方式示出其實施例，并將在這里進行詳細描述。然而，應(yīng)該理解 的是，沒有意圖將示例實施例限制為公開的具體形式，而是相反，示例實施 例意在覆蓋所有落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的修改、等同物和替換物。在附圖的整 個描述中，相同的標號表示相同的元件。
應(yīng)該理解的是，雖然可以在這里使用術(shù)語第一、第二等來描述各種元件， 但是這些元件不應(yīng)該受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅被用于區(qū)分一個元件與另 一元件。例如，在不脫離示例實施例的范圍的情況下，第一元件可以被稱為 第二元件，類似地，第二元件可以;故稱為第一元件。如這里所使用的，術(shù)語 "和/或"包括一個或多個相關(guān)所列項的任意和所有組合。
應(yīng)該理解的是，當元件或?qū)颖环Q為"形成在"另一元件或?qū)?上"時， 它可以直接或間接地形成在另一元件或?qū)由?。即，例如，可以存在中間元件 或?qū)?。相反，當元件或?qū)颖环Q為"直接形成在"另一元件"上"時，不存在 中間元件或?qū)?。?yīng)該以相同的方式來解釋用于描述元件或?qū)又g的關(guān)系的其 它詞(例如，"在……之間"與"直接在……之間"、"相鄰"與"直接相鄰"等)。
這里使用的術(shù)語僅出于描述特定實施例的目的，并不意在限制示例實施 例。如這里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否則單數(shù)形式意在包括 復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)該理解的是，當在這里使用術(shù)語"包括"和/或"包含"時， 表明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或添 加一個或多個其它的特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。 在附圖中，為了清晰起見，夸大了層的厚度。附圖中的相同標號表示相同元 件。
圖1示出根據(jù)示例實施例的電阻存儲器。
參照圖1,第一電極100可以設(shè)置在基底10上?；?0可以為硅基底、
玻璃基底、硬性塑料基底、柔性塑料基底等中的一種?？梢酝ㄟ^按給定、期
望或預(yù)定的形狀(例如，線形形狀)將金屬層圖案化來形成第一電極100。第一 中間絕緣層(未示出)可以設(shè)置在基底10上圍繞第一電極100。第一中間絕緣 層的高度可以與第一電極100的高度相似或基本相似。具有第一孔Gl的第一下絕緣層110可以設(shè)置在第一電極100上。第一孔Gl可以暴露第一電極
100的上表面的一部分。第一下絕緣層110可以覆蓋第一中間絕緣層的上表面。
可以通過執(zhí)行傾斜蝕刻工藝來形成第一孔Gl,使得第一孔G1的直徑沿 朝向第一電極100的方向減小。另外，第一孔Gl的直徑可以恒定或基本恒 定，而不根據(jù)高度變化。第一下絕緣層110可以為由諸如氧化鋁A1203、氧化
鈦1102、氧化硅Si02、氮化硅Si3N4等的絕緣材料構(gòu)成的層。在一個示例中，
第一下絕緣層110可以為八1203層。在第一下絕緣層110為八1203層或由特性
或防止第一下絕緣層110和第一可變電阻層120之間的硅化反應(yīng)。還可以抑 制氫滲透到第一可變電阻層120中。
接觸第一電極100的由第一孔Gl暴露的部分的第一可變電阻層120可 以延伸到第一孔G1周圍的第一下絕緣層110上。因此，第一可變電阻層120 的側(cè)表面，例如，第一可變電阻層120的蝕刻過的邊緣可以不接觸第一電極 100。根據(jù)至少一個示例實施例，第一可變電阻層120的示出電阻改變特性的 有效區(qū)域是接觸第一電極100的部分。第一可變電阻層120的存在于第一下 絕緣層110的上表面上的部分可以不接觸第一電極100,因此，第一可變電 阻層120的這些部分可能不會有效地運行。因此，即使第一可變電阻層120 的側(cè)表面由于蝕刻工藝而被損壞，也可以抑制第一可變電阻層120的電阻改 變特性的劣化。具有非計量化合物的金屬氧化物(例如，鎳的氧化物(Ni-O)、 鈦的氧化物(Ti-O)、鉿的氧化物(Hf-O)、鋯的氧化物(Zr-O)、鋅的氧化物(Zn-O)、 鎢的氧化物(W-O)、鈷的氧化物(Co-O)、鈮的氧化物(Nb-O)、鈦-鎳氧化物 (Ti-Ni-O)、鋰-鎳氧化物(Li-Ni-O)、鋁的氧化物(Al-O)、銦-鋅氧化物(In-Zn-O)、 釩的氧化物(V-O)、鍶-鋯氧化物(Sr-Zr-O)、鍶-鈦氧化物(Sr-Ti-O)、鉻的氧化物 (Cr-O)、鐵的氧化物(Fe-O)、銅的氧化物(Cu-O)、鉭的氧化物(Ta-O)等)可以被 用作第一可變電阻層120的材料。
第一中間電極130和第一開關(guān)裝置140可以順序設(shè)置在第一可變電阻層 120上。在這個示例中，第一中間電極130可以將第一可變電阻層120和第 一開關(guān)裝置140電連接。因此，在沒有第一中間電極130的情況下，第一開 關(guān)裝置140可以用作電阻器，這可能使所述裝置的操作出現(xiàn)問題。第一開關(guān) 裝置140可以為二極管(例如，垂直二極管(vertical diode)),并可以具有P型氧化物層和N型氧化物層順序堆疊的結(jié)構(gòu)，或可以具有P型硅層和N型硅層順序堆疊的結(jié)構(gòu)。例如，第一開關(guān)裝置140可以為這樣的結(jié)構(gòu)，即，P型氧化物層(例如，CuO層等)和N型氧化物層(例如，InZnO層等)可以順序堆疊。
可以通過利用相同或基本相同的蝕刻掩模的單個蝕刻工藝來形成第一可變電阻層120、第一中間電極130和第一開關(guān)裝置140。因此，第一可變電阻層120、第一中間電極130和第一開關(guān)裝置140可以具有相同或基本相同的平面形狀。第一接觸電極層(未示出)可以設(shè)置在第一二極管140上。在這個示例中，第一接觸電極層可以與第一可變電阻層120、第一中間電極130和第一開關(guān)裝置140 —起被圖案化。
包括第一可變電阻層120、第一中間電極130和第一開關(guān)裝置140的堆疊結(jié)構(gòu)可以被稱為第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl。將在后面更詳細地描述第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl的平面結(jié)構(gòu)。
第一層間絕緣層160可以設(shè)置在第一下絕緣層IIO上在第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl周圍。第一保護絕緣層150可以設(shè)置在第一層間絕緣層160和第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl之間。第一保護絕緣層150還可以形成在第一層間絕緣層160和第一下絕緣層110之間。第一保護絕緣層150可以由與第一層間絕緣層160的材料不同的材料構(gòu)成。
可選擇地，第一保護絕緣層150可以設(shè)置在第一層間絕緣層160和第一堆疊結(jié)構(gòu)S1之間，但是不在第一層間絕緣層160和第一下絕緣層110之間。第一保護絕緣層150可以由與第一下絕緣層110的材料相同或基本相同的材料制成，從而保護第一可變電阻層120和第一開關(guān)裝置140不受氫滲透的影響。例如，在第一保護絕緣層150為Al203層或類似的材料的示例中，當形成第一保護絕緣層150時，可以抑制和/或防止第一保護絕緣層150和第一可變電阻層120之間以及第一保護絕緣層150和第一開關(guān)裝置140之間的硅化反應(yīng)。第一層間絕緣層160可以形成為高度大于等于第一堆疊結(jié)構(gòu)S1的高度。形成在第 一層間絕緣層160和第 一堆疊結(jié)構(gòu)S1之間的第 一保護絕緣層150可以形成為高度大于等于第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl的高度。
第二電極200可以設(shè)置在第一開關(guān)裝置140上?？梢酝ㄟ^按線形形狀將金屬層圖案化來形成第二電極200,使得第二電極200和第一電極100彼此交叉(例如，彼此垂直交叉)。在這個示例中，第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl可以設(shè)置在第一電極100和第二電極200之間的交叉點處。第二中間絕緣層205可以設(shè)置在第一層間絕緣層160和第一保護絕緣層150上在第二電極200周圍。第二中間絕緣層205的高度可以與第二電極200的高度相同或基本相同。第二開關(guān)裝置210和第二中間電極220可以順序設(shè)置在第二電極200上。第二開關(guān)裝置210的整流方向可以與第一開關(guān)裝置140的整流方向相反，或者第二開關(guān)裝置210的整流方向可以與第一開關(guān)裝置140的整流方向相同?？梢酝ㄟ^執(zhí)行利用相同或基本相同的蝕刻掩模的圖案化工藝來形成第二開關(guān)裝置210和第二中間電極220。具有與第二開關(guān)裝置210的平面形狀相同或基本相同的平面形狀的第二接觸電極層(未示出)可以設(shè)置在第二開關(guān)裝置210和第二電極200之間。
具有用于暴露第二中間電極220的上表面的一部分的第二孔G2的第二下絕緣層230可以設(shè)置在第二中間電極220上。第二下絕緣層230可以形成為覆蓋第二中間電極220和第二開關(guān)裝置210的側(cè)表面。第二下絕緣層230還可以覆蓋第二中間絕緣層205的上表面。第二下絕緣層230可以由與第一下絕緣層110的材料相同或基本相同的材料構(gòu)成。第二層間絕緣層240可以設(shè)置為圍繞第二下絕緣層230。第二層間絕緣層240的高度可以與第二下絕緣層230的高度相似或基本相似。
可以設(shè)置接觸由第二孔G2暴露的第二中間電極220的第二可變電阻層250。第二可變電阻層250可以由與第一可變電阻層120的材料相同或基本相同的材料構(gòu)成，并可以具有與第一可變電阻層120的形狀相似或基本相似的形狀。例如，第二可變電阻層250可以延伸到第二孔G2周圍的第二下絕緣層230上。
第三電極300可以設(shè)置在第二層間絕緣層240上，從而接觸第二可變電阻層250。第三電極300可以具有線形形狀，以延伸到第二可變電阻層250的兩側(cè)處的第二下絕緣層230和第二層間絕緣層240，使得第三電極300和第二電極220彼此交叉(例如，彼此垂直交叉)。在這個示例中，第二開關(guān)210、第二中間電極200和第二可變電阻層250可以設(shè)置在第二電極200和第三電極300之間的交叉點處。包括第二開關(guān)裝置210、第二中間電極220和第二可變電阻層250的堆疊結(jié)構(gòu)被稱為第二堆疊結(jié)構(gòu)S2?？梢砸跃€形形狀形成第二可變電阻層250。例如，第二可變電阻層250可以在第三電極300和第二層間絕緣層240之間延伸。在這個示例中，可以通過單個工藝將第二可變電阻層250和第三電極300圖案化，從而降低工藝數(shù)量。第二可變電阻層250和第二中間電極220之間的接觸區(qū)域可以由第二孔G2的尺寸來確定，僅第二可變電阻層250的接觸第二中間電極220的區(qū)域可以是有效的電阻改變區(qū)域。因此，即使第二可變電阻層250的圖案化的形狀改變，所述裝置的操作也不會改變。第二開關(guān)裝置210可以為二極管。
雖然沒有在圖1中示出，但是可以將與第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl相似或基本相似的堆疊結(jié)構(gòu)(未示出)以及與第二電極200相似或基本相似的第四電極(未示出)順序設(shè)置在第三電極300上。還可以將與第二堆疊結(jié)構(gòu)S2相似或基本相似的堆疊結(jié)構(gòu)(未示出)以及與第三電極300相似或基本相似的第五電極(未示出)順序設(shè)置在第四電極上。還可以將包括可變電阻層和二極管的堆疊結(jié)構(gòu)(未示出)和電極(未示出)交替地堆疊在第五電極上。
在圖1中示出的結(jié)構(gòu)中可以不包括第二電極200上方的結(jié)構(gòu)。在這個示例中，可以設(shè)置包括第一電極100、第二電極200以及設(shè)置在第一電極100和第二電極200之間的第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl的交叉點電阻存儲器?？蛇x擇地，在圖1中示出的結(jié)構(gòu)中，可以省略第二電極200下方的結(jié)構(gòu)。在這個示例中，可以設(shè)置包括第二電極200、第三電極300以及設(shè)置在第二電極200和第三電極300之間的第二堆疊結(jié)構(gòu)S2的交叉點電阻存儲器。
圖1中示出的第一電極100、第一堆疊結(jié)構(gòu)S1、第二電極200、第二堆疊結(jié)構(gòu)S2和第三電極300可以具有圖2A或圖2B中示出的電路構(gòu)造。圖2A和圖2B中示出的第一二極管140和第二二極管210的整流方向可以改變。另外，第一可變電阻層120和第一開關(guān)裝置140在第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl中的位置可以彼此交換。這可以在第二堆疊結(jié)構(gòu)S2中應(yīng)用。
在圖l中，可以設(shè)置多個第一電極100、第二電極200和第三電極300。在這個示例中，第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl可以設(shè)置在第一電才及100和第二電極200之間的每個交叉點處，第二堆疊結(jié)構(gòu)S2可以設(shè)置在第二電極200和第三電極300之間的每個交叉點處。包括圖1中示出的結(jié)構(gòu)的多層交叉點電阻存儲器可以具有圖3中示出的電路構(gòu)造。
參照圖3,多個第二電極200可以設(shè)置在多個第一電極100上，從而彼此交叉，第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl可以設(shè)置在第二電極200和第一電極IOO之間的每個交叉點處。另外，多個第三電極300可以設(shè)置在多個第二電極200上，從而彼此交叉，第二堆疊結(jié)構(gòu)S2可以設(shè)置在第三電極300和第二電極200之間的每個交叉點處。在圖3中，第一開關(guān)裝置140和第二開關(guān)裝置210的整流方向可以改變，第一可變電阻層120和第一開關(guān)裝置140的位置可以互換，
第二可變電阻層250和第二開關(guān)裝置210的位置可以互換。
圖4和圖5示出圖3中示出的第一電極100、第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl和第二電極200的平面結(jié)構(gòu)。
參照圖4,具有矩形柱形狀的堆疊結(jié)構(gòu)Sl可以設(shè)置在第一電極100和第二電極200之間。第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl的寬度可以大于第一電極100的寬度。第一孔Gl(可以為圓柱形狀)的直徑可以小于第一電極100的寬度?？梢砸愿鞣N形式來修改第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl和第一孔G1的形狀和尺寸。例如，第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl可以具有圓柱形狀或其它形狀，第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl的寬度可以根據(jù)第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl的高度而改變。雖然沒有在附圖中示出，但是第二堆疊結(jié)構(gòu)S2和第二孔G2的平面結(jié)構(gòu)可以與圖4中示出的第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl和第一孔Gl的平面結(jié)構(gòu)相同或基本相同。第三電極300的平面結(jié)構(gòu)可以與第一電極100的平面結(jié)構(gòu)相同或基本相同。然而，第二堆疊結(jié)構(gòu)S2中的第二可變電阻層250和第二電極210可以具有彼此不同的平面結(jié)構(gòu)。
參照圖5，第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl可以包括設(shè)置在第一電極100和第二電極200之間的交叉點處的第一部分P1和連接到第一部分P1并延伸到所述交叉點外的第二部分P2。第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl可以具有延伸到第一電極100和第二電極200之間的交叉點之外的不對稱的形狀。例如，第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl可以具有"L，，形狀。
隨著第一堆疊結(jié)構(gòu)S1的寬度增加，第一二極管140的寬度會增力口。因此，第一二極管140的正向電流增加，并可以改善開關(guān)特性。雖然沒有在附圖中示出，但是第二堆疊結(jié)構(gòu)S2和第二孔G2的平面結(jié)構(gòu)可以分別與圖5中示出的第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl和第一孔G1的平面結(jié)構(gòu)相同或基本相同，第三電極300的平面結(jié)構(gòu)可以與第一電極100的平面結(jié)構(gòu)相同或基本相同。然而，第二堆疊結(jié)構(gòu)S2中的第二可變電阻層250和第二開關(guān)裝置210可以具有彼此不同的平面結(jié)構(gòu)。
考慮到制造工藝，如圖4和圖5中所示，第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl的平面寬度可以大于第一孔Gl的平面直徑。然而，第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl和第一孔Gl可以形成為具有相同或基本相同的平面尺寸、形狀和/或位置。例如，圖l中示出的第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl可以形成為寬度與第一孔G1的上直徑相同或基本相同。類似地，可以以各種形式來修改第二二極管210和第二中間電極220的平面形狀和尺寸。
在至少一個其它示例實施例中，從圖1中示出的第一下絕緣層110至第二電極200的結(jié)構(gòu)可以改變?yōu)閳D6中示出的結(jié)構(gòu)。
將圖6與圓1進行比較，在圖6中示出的第一下絕緣層110'可以厚于圖1中示出的第一下絕緣層110，圖6中示出的第一孔G1'可以形成得深于并大于圖1中示出的第一孔G1。因此，在圖l中示出的結(jié)構(gòu)中，第一二極管140可以設(shè)置在第一孔G1外。然而，在圖6中示出的結(jié)構(gòu)中，第一開關(guān)裝置140的至少一部分可以設(shè)置在第一孔G1'內(nèi)。在圖6中示出的結(jié)構(gòu)中，第一開關(guān)裝置140和第一中間電極130可以彎曲(例如，明顯地彎曲)，使得它們之間的接觸面積大于圖1中示出的接觸面積。
圖7A至圖7K示出根據(jù)示例實施例的制造電阻存儲器的方法。
參照圖7A，可以將多個第一電極IOO設(shè)置在基底IO上。多個第一電極100可以為按相等或基本相等的間距平行布置的電線?？梢酝ㄟ^按線的陣列將金屬層圖案化來形成第一電極100。在基底10上的第一電極100的兩側(cè)和第一中間絕緣層105可以形成為高度與第一電極100的高度相似、基本相似、相同或基本相同?？蛇xl奪地，可以省略第一中間絕緣層105。
參照圖7B，可以在第一電極IOO和第一中間絕緣層105上形成第一下絕緣層IIO。第一下絕緣層IIO可以由諸如A1203、 Ti02、 Si02、 SbN4等的絕緣材料構(gòu)成。在一個示例中，第一下絕緣層UO可以由八1203形成。當省略第一中間絕緣層105時，第一下絕緣層110可以形成為覆蓋第一電極100。在這個示例中，可以執(zhí)行化學機械拋光(CMP)工藝以將第一下絕緣層110的上表面平坦化。
參照圖7C,可以通過對第一下絕緣層110執(zhí)行蝕刻工藝來形成第一孔Gl。第一孔G1可以暴露第一電極100的一部分。第一孔G1可以形成為圓柱形狀，且可以形成為具有錐形側(cè)壁?？梢栽诿總€第一電極100的不同部分處在第一下絕緣層110中形成多個第一孔G1。在一個示例中，可以按規(guī)則(相等或基本相等)的間距形成多個第一孔Gl?？梢酝ㄟ^執(zhí)行傾斜蝕刻工藝來形成每個第一孔Gl,因此，第一孔G1的直徑可以沿朝向第一電極100的方向減小。另外，第一孔G1的直徑可以恒定或基本恒定而不管高度如何。
參照圖7D ，可以在第 一 電極100的暴露部分和所述暴露部分周圍的第一下絕緣層IIO上形成包括第一可變電阻層120、第一中間電極130、第一開關(guān)裝置140和第一接觸電極層145的堆疊結(jié)構(gòu)。第一可變電阻層120、第一中間電極130和第一開關(guān)裝置140可以形成圖1中示出的第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl。才艮據(jù)示例實施例，可以省略第一接觸電極層145。第一可變電阻層120、第一中間電極130、第一開關(guān)裝置140和第一接觸電極層145可以為通過利用相同或基本相同的蝕刻掩模層的圖案化工藝形成的層。因此，所述層可以具有相同或基本相同的平面形狀。在這個示例中，第一堆疊層Sl和第一接觸電極層145的平面結(jié)構(gòu)可以與圖5中示出的第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl的平面結(jié)構(gòu)相同或基本相同，但是可以以各種形式來修改。第一可變電阻層120可以由具有非計量化合物的金屬氧化物(例如，Ni-O、 Ti-O、 Hf-O、 Zr-O、 Zn-O、 W-O、 Co-O、Nb-O、 Ti-Ni-O、 Li-Ni-O、 Al-O、 In-Zn-O、 V-O、 Sr-Zr-O、 Sr-Ti-O、 Cr-O、Fe-O、 Cu-O、 Ta-O、它們的組合等)構(gòu)成。
參照圖7E,可以在第一下絕緣層110上形成用于覆蓋第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl和第一接觸電極層145的側(cè)表面的保護絕緣層150?？梢栽诒Ｗo絕緣層150上形成第一層間絕緣層160。保護層150可以由與第一下絕緣層110的材料相同或基本相同的材料形成。第一接觸電極層145、保護絕緣層150和第一層間絕緣層160的暴露的上表面可以具有相似、基本相似、相同或基本相同的高度。然而，保護絕緣層150和第一層間絕緣層160可以形成為高于第一接觸電極層145。另外，保護絕緣層150可以設(shè)置在第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl和第一接觸電極層145的側(cè)表面處并在第一下絕緣層110上。在可選的示例實施例中，可以省略保護絕緣層150。
參照圖7F,多個第二電極200可以形成為接觸第一接觸絕緣層145。多個第二電極200中的每個可以設(shè)置為與第一電極交叉(例如，垂直交叉)的多條電線。因此，第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl可以設(shè)置在第一電極100和第二電極200之間的交叉點處。第二電極200的平面結(jié)構(gòu)可以與第二電極200和第一電極100之間的交叉點處的第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl的平面結(jié)構(gòu)相似或基本相似。在第一電極100和第二電極200的交叉點處，第二電極200的一部分可以延伸到第一堆疊結(jié)構(gòu)S1的上部。如上所述，在第二電極200的一部分具有延伸到第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl的上部的結(jié)構(gòu)(下文中，稱為修改結(jié)構(gòu))的示例實施例中，可以省略第一接觸絕緣層145,第二電極200可以直接接觸第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl的整個上表面。另外，在第二電極200具有所述修改結(jié)構(gòu)的示例實施例中，可以在后面執(zhí)行的制造工藝中省略第二接觸電極層207(見圖7G)。在形成第二電極200之后，在第一層間絕緣層160、保護絕緣層150和 第一接觸電極層145上，在第二電極200的兩側(cè)處，可以形成第二中間絕緣 層205，以具有與第二電極200的高度相似、基本相似、相同或基本相同的尚度。
參照圖7G,可以形成這樣的堆疊結(jié)構(gòu)，其中，第二接觸電極層207、第 二開關(guān)裝置210和第二中間電極220順序堆疊在第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl上方的第二 電極200上?？蛇x4奪地，可以省略第二接觸電極層207?？梢允褂美孟嗤?或基本相同的蝕刻掩模層的圖案化工藝來形成第二接觸電極層207、第二二 極管210和第二中間電極220。所述層的平面結(jié)構(gòu)可以與第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl的 平面結(jié)構(gòu)相同或基本相同，但是在可選的示例實施例中，所述層的平面結(jié)構(gòu) 也可以與第一堆疊結(jié)構(gòu)Sl的平面結(jié)構(gòu)不同。
參照圖7 H,可以在第二中間絕緣層20 5和第二電極200上形成第二下絕 緣層230,從而覆蓋第二接觸電極層207、第二開關(guān)裝置210和第二中間電極 220。可以在第二下絕緣層230上形成絕緣層，可以對所述絕緣層執(zhí)行CMP 工藝，從而在第二中間電極220上暴露第二下絕緣層230。在執(zhí)行了CMP工 藝之后，剩余的絕緣層可以變?yōu)榈诙娱g絕緣層240。
參照圖71，可以去除第二下絕緣層230的多個部分，從而形成多個第二 孔G2。每個第二孔G2可以暴露第二中間電極220的一部分。第二孔G2的 形狀可以與第一孔G1的形狀類似或基本類似。
參照圖7J,可以在第二中間電極220的暴露部分和第二中間電極220的 暴露部分周圍的第二下絕緣層230上形成第二可變電阻層250。第二可變電 阻層250可以由與第一可變電阻層120的材料相同或基本相同的材料制成， 并可以具有與第二中間電極220的平面形狀相同或基本相同的平面形狀。然 而，第二可變電阻層250的形狀可以修改。例如，第二可變電阻層250可以 具有正方形、矩形、圓形、線形等平面形狀。第二開關(guān)裝置210、第二中間 電極220和第二可變電阻層250可以形成第二堆疊結(jié)構(gòu)S2,第二堆疊結(jié)構(gòu)S2 可以與圖1中示出的第二堆疊結(jié)構(gòu)S2對應(yīng)。
參照圖7K,多個第三電極300可以形成為接觸第二可變電阻層250。可 以以線的陣列來形成第三電極300,從而延伸到第二可變電阻層250的每側(cè) 處的第二下絕緣層230和第二層間絕緣層240。第三電極可以與第二電極200 交叉(例如，垂直交叉)。然后，雖然沒有在附圖中示出，但是可以在第三電極300上交替地形成包括可變電阻層、開關(guān)裝置和電極的堆疊結(jié)構(gòu)。在這個示
例中，可以在對應(yīng)的下絕緣層的孔內(nèi)形成可變電阻層。
雖然已經(jīng)參照本發(fā)明示例實施例具體示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域 技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況 下，可以在其中做出各種形式和細節(jié)上的改變。例如，可以以各種形成來修 改根據(jù)示例實施例的電阻存儲器的結(jié)構(gòu)和組件。例如，作為在圖1中示出的 結(jié)構(gòu)或修改結(jié)構(gòu)中的開關(guān)裝置，可以使用晶體管或閾值裝置來代替二極管。
另外，可以使用各種類型的二極管來代替普通的PN二極管。另外或可選擇 地，可以以各種形式來修改參照圖7A至圖7K描述的制造方法。
權(quán)利要求
1、一種電阻存儲裝置，包括第一電極；第一絕緣層，布置在第一電極上，通過第一絕緣層中的第一孔暴露第一電極的第一部分；第一可變電阻層，接觸第一電極的暴露的第一部分，并延伸到第一絕緣層上；第一開關(guān)裝置，電連接到第一可變電阻層。
2、 如權(quán)利要求1所述的電阻存儲裝置，其中，第一開關(guān)裝置為二極管。
3、 如權(quán)利要求1所述的電阻存儲裝置，其中，第一開關(guān)裝置布置在第一可變電阻層上，所述電阻存儲裝置還包括第 一 中間電極，設(shè)置在第 一可變電阻層和第 一開關(guān)裝置之間；第二電極，設(shè)置在第一開關(guān)裝置上。
4、 如權(quán)利要求3所述的電阻存儲裝置，其中，第一開關(guān)裝置形成在第一孔外。
5、 如權(quán)利要求3所述的電阻存儲裝置，其中，第一開關(guān)裝置的至少一部分形成在第一孔內(nèi)。
6、 如權(quán)利要求3所述的電阻存儲裝置，其中，第一電極和第二電極布置為彼此交叉的電線的圖案。
7、 如權(quán)利要求3所述的電阻存儲裝置，還包括層間絕緣層，布置在第一絕緣層上在第一可變電阻層、第一中間電極和第一開關(guān)裝置周圍。
8、 如權(quán)利要求3所述的電阻存儲裝置，還包括第二開關(guān)裝置和第二中間電極，順序堆疊在第二電極上；第二絕緣層，布置在第二中間電極上，通過第二絕緣層中的第二孔暴露第二中間電極的一部分；第二可變電阻層，接觸第二中間電極的暴露部分，并在第二孔周圍的第二絕緣層上延伸；第三電極，接觸第二可變電阻層。
9、 如權(quán)利要求8所述的電阻存儲裝置，其中，第二絕緣層覆蓋第二中間電極、第二開關(guān)裝置和第二電極的側(cè)表面。
10、 如權(quán)利要求8所述的電阻存儲裝置，其中，第二電極和第三電極布置為彼此交叉的電線的圖案。
11、 如權(quán)利要求IO所述的電阻存儲裝置，其中，所述電阻存儲裝置是具有一二極管一 電阻器單元結(jié)構(gòu)的多層交叉點電阻存儲器。
12、 一種電阻存儲裝置，包括多個第一電極，平行布置；第一絕緣層，布置在所述多個第一電極上，通過第一絕緣層中的多個第一孔暴露所述多個第一電極中的至少一個第一電極的多個單獨的部分；堆疊結(jié)構(gòu)，與所述多個第一孔中的每個第一孔對應(yīng)，每個堆疊結(jié)構(gòu)包括第一可變電阻層部分和第一開關(guān)裝置，第一可變電阻層部分接觸所述多個第一電極中的一個第一電極的對應(yīng)的暴露部分，并延伸到第一絕緣層上，第一開關(guān)裝置電連接到第一可變電阻層部分。
13、 如權(quán)利要求12所述的電阻存儲裝置，其中，第一開關(guān)裝置布置在第一可變電阻層部分上，堆疊結(jié)構(gòu)還包括第一中間電極，設(shè)置在第一可變電阻層部分和第一開關(guān)裝置之間；第二電極，設(shè)置在第一開關(guān)裝置上。
14、 如權(quán)利要求13所述的電阻存儲裝置，還包括第二開關(guān)裝置和第二中間電極，順序堆疊在第二電極上；第二絕緣層，布置在第二中間電極上，通過第二絕緣層中的第二孔暴露第二中間電極的一部分；第二可變電阻層部分，接觸第二中間電極的暴露部分，并在第二孔周圍的第二絕緣層上延伸；第三電極，接觸第二可變電阻層部分。
15、 一種制造電阻存儲裝置的方法，所述方法包括形成第一電極；在第一電極上形成第一絕緣層；蝕刻第一絕緣層，以通過第一孔來暴露第一電極的一部分；形成第一可變電阻層，以覆蓋第一電極的暴露部分，第一可變電阻層延伸到第一絕緣層上。
16、 如權(quán)利要求15所述的方法，還包括在第一可變電阻層上順序形成第一中間電極和第一開關(guān)裝置。
17、 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，第一開關(guān)裝置形成在第一孔外。
18、 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，第一開關(guān)裝置的至少一部分形成在第一孔內(nèi)。
19、 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，利用相同的蝕刻掩模來形成第一可變電阻層、第一中間電極和第一開關(guān)裝置。
20、 如權(quán)利要求16所述的方法，還包括在第一絕緣層上在第一可變電阻層、第一中間電極和第一開關(guān)裝置周圍形成層間絕緣層。
21、 如權(quán)利要求16所述的方法，還包括在第一開關(guān)裝置上形成第二電極。
22、 如權(quán)利要求21所述的方法，其中，第一電極和第二電極布置為彼此交叉的電線的圖案。
23、 如權(quán)利要求21所述的方法，還包括在第二電極上順序形成第二開關(guān)裝置和第二中間電極。
24、 如權(quán)利要求23所述的方法，還包括在第二中間電極上形成第二絕緣層，通過第二絕緣層中的第二孔暴露第二中間電極的一部分；形成第二可變電阻層，以覆蓋第二中間電極的暴露部分，第二電阻層在第二絕緣層上延伸；形成接觸第二可變電阻層的第三電極。
25、 如權(quán)利要求24所述的方法，其中，第二電極和第三電極布置為彼此交叉的電線的圖案。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電阻存儲裝置及其制造方法。所述電阻存儲裝置包括第一電極和布置在第一電極上的第一絕緣層。通過第一絕緣層中的第一孔暴露第一電極的一部分。第一可變電阻層接觸第一電極的暴露部分，并在第一孔周圍的第一絕緣層上延伸。第一開關(guān)裝置電連接到第一電阻切換層。
文檔編號H01L27/02GK101494220SQ200910003249
公開日2009年7月29日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月23日
發(fā)明者姜保守, 安承彥, 樸永洙, 李昌范, 李明宰, 金起煥, 鮮于文旭 申請人:三星電子株式會社