專利名稱：經(jīng)氣體團(tuán)簇離子束處理的電阻性裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來說涉及半導(dǎo)體裝置領(lǐng)域。更明確地說，本發(fā)明在ー個或ー個以上實(shí)施例中涉及經(jīng)氣體團(tuán)簇離子束 (GCIB)處理的電阻性裝置及形成所述經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的方法。
背景技術(shù)：
電阻性裝置還可用作半導(dǎo)體電阻器、開關(guān)或存儲器元件(例如，存儲器裝置的存儲器單元)等等應(yīng)用。通常提供存儲器裝置作為計(jì)算機(jī)或其它電子裝置中的內(nèi)部半導(dǎo)體集成電路。存在許多不同類型的存儲器，包含隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)、同步動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SDRAM)、快閃存儲器及電阻性隨機(jī)存取存儲器(RRAM)等等。應(yīng)高存儲密度、高可靠性及低電カ消耗的需要，將存儲器裝置用作寬廣范圍的電子應(yīng)用的非易失性存儲器。非易失性存儲器可用于個人計(jì)算機(jī)、便攜式存儲棒、固態(tài)驅(qū)動器(SSD)、個人數(shù)字助理(PDA)、數(shù)碼相機(jī)、蜂窩式電話、便攜式音樂播放器(例如，MP3播放器)、電影播放器及其它電子裝置等等。程序碼及系統(tǒng)數(shù)據(jù)(例如基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS))通常存儲于非易失性存儲器裝置中。存儲器単元可布置成矩陣(例如，陣列)。舉例來說，若干個存儲器単元的存取裝置(例如，晶體管)可耦合到存取線(其ー個實(shí)例為“字線”)，從而形成陣列的“行”。每ー存儲器単元的存儲器元件耦合到所述陣列的“列”中的數(shù)據(jù)線(其ー個實(shí)例為“位線”)。以此方式，經(jīng)由行解碼器來存取存儲器單元的存取裝置，所述行解碼器通過選擇耦合到其柵極的字線激活一行存儲器単元。通過取決干與特定存儲器単元的經(jīng)編程狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電阻致使不同電流在存儲器元件中流動來確定一行所選擇存儲器單元的經(jīng)編程狀態(tài)?？蓪⒋鎯ζ鲉卧幊?例如，寫入、擦除)為所要狀態(tài)。即，可針對一存儲器單元設(shè)定若干個經(jīng)編程(例如，電阻)狀態(tài)中的一者。舉例來說，單電平単元(SCL)可表示兩個邏輯狀態(tài)(例如，1、0)中的一者。電阻性存儲器単元也可經(jīng)編程為兩種以上經(jīng)編程狀態(tài)中的一者(例如)以表示兩個以上ニ進(jìn)制數(shù)字(例如，1111、0111、0011、1011、1001、0001、0101、1101、1100、0100、0000、1000、1010、0010、0110、1110)。此些單元可稱為多狀態(tài)存儲器單元、多數(shù)字單元或多電平單元(MLC)。非易失性電阻性存儲器(例如RRAM)通過使電阻性存儲器元件的電阻變化來存儲數(shù)據(jù)。可通過將預(yù)定電壓以預(yù)定極性施加到特定電阻性元件達(dá)預(yù)定持續(xù)時間來將數(shù)據(jù)寫入到RRAM中的所選擇存儲器單元?？赏ㄟ^施加各種量值、極性及/或持續(xù)時間的電壓來將RRAM編程為若干個電阻狀態(tài)。一種類型的電阻性存儲器元件為憶阻器。憶阻器可用來形成RRAM。此RRAM可由可經(jīng)配置以提供可變電阻的材料形成，例如氧化物(例如，例如過渡金屬氧化物(TMO)的金屬氧化物、氮化物等)。所述RRAM可利用TMO的電阻過渡特性，通過所述特性，所述材料的電阻根據(jù)電壓施加的改變而變化。憶阻器可實(shí)施于納米級裝置中，借此使存儲元件能夠在不具有電荷存儲型存儲器的讀取/寫入循環(huán)耐久性限制的情況下提供高密度、低成本、非易失性、高速度RAM。電阻性裝置可具有由半導(dǎo)電(例如，名義上電絕緣)并且為弱離子導(dǎo)體的ー種或ー種以上材料形成的有源區(qū)域。所述有源區(qū)域的材料可能夠托管及輸送充當(dāng)摻雜劑的離子以控制電子穿過所述材料的流動。類似于通過表示缺少電子的“空洞”的移動來理解電流，離子輸送還可理解為缺少特定離子(例如，離子空位)的輸送。即，離子空位呈現(xiàn)為沿與對應(yīng)離子的方向相反的方向移動。 根據(jù)ー種先前方法，通過沉積在某ー初始特性(例如，離子空位濃度)上不同的兩種離散材料來形成電阻性裝置的有源區(qū)域。電阻性裝置的操作涉及離子空位從第一區(qū)域跨越兩個離散區(qū)域之間的邊界到達(dá)第二區(qū)域的材料的輸送。舉例來說，所述有源區(qū)域因此包括用于輸送及托管充當(dāng)摻雜劑的離子以控制電子的流動的主要材料及用于為所述主要材料提供離子摻雜劑源的輔助材料。然而，在某ー初始特性上不同的兩個材料區(qū)域之間的物理邊界可導(dǎo)致ー些非所要的后果。ー種或ー種以上先前電阻性裝置制作方法的ー個限制是在膜堆疊形成期間不能控制原子及空位布置的大小改變，也不能做到在圖案化期間不損壞薄膜堆疊。從金屬形成氧化物的先前方法還往往是顆粒邊界敏感的。顆粒邊界可因在形成多個離散區(qū)域(例如，材料)時缺乏制作控制而產(chǎn)生。由于小特征大小限制(例如，20nm以下)，直接沉積方法受到限制。根據(jù)另一先前方法，通過沉積ー種材料(例如，一材料)及在形成電阻性裝置時使用電壓(例如，5V到10V)來形成所述電阻性裝置的有源區(qū)域，所述電壓強(qiáng)于此后用來操作所述電阻性裝置以在所述有源區(qū)域內(nèi)形成在某一特性(例如，離子空位濃度)上不同的兩個區(qū)域的電場(例如，2V到2. 5V)。所述兩個區(qū)域可形成梯度，其中所述梯度的一端充當(dāng)?shù)谝弧皡^(qū)域”且所述梯度的相對端充當(dāng)?shù)诙皡^(qū)域”。然而，在最初用ー種材料形成兩個區(qū)域時施加強(qiáng)電場(可能達(dá)延長的時間周期)可導(dǎo)致ー些非所要的后果。舉例來說，施加足夠大以最初形成所述兩個區(qū)域的電壓(例如，5V到10V)可致使電介質(zhì)泄漏及/或電介質(zhì)的閾值的改變。此外，將較高電壓偏置施加到電阻裝置致使電子流及離子流兩者流動，而在較低電壓偏置下，離子流的流動可忽略不計(jì)，此允許開關(guān)保持其電阻狀態(tài)。因此，在最初使用強(qiáng)電場形成兩個區(qū)域的情形下，較高電壓偏置可致使分子結(jié)構(gòu)中的非既定離子移動(例如，鈉離子可變得游離且隨移動氧空位而移動)。出于此些及其它原因，一種用于在不必使用相對強(qiáng)的電場移動離子種類的情況下形成有源區(qū)域的兩個區(qū)域(例如，部分)(基于離子種類濃度(例如，氧空位之濃度)定義所述區(qū)域)的方法將是有利的。在形成之后操作電阻性裝置的一個先前模式是，跨越所述電阻性裝置施加超過某一閾值的相對大的電場，從而使得材料中的離子(或空位)能夠運(yùn)動以致使經(jīng)由離子輸送(例如，從第二材料輸送到第一材料中或從第一材料輸送到第二材料，或者從第二區(qū)域輸送到第一區(qū)域中或從第一區(qū)域輸送到第二區(qū)域，所述第一區(qū)域及第ニ區(qū)域最初由類似材料形成且隨后通過施加強(qiáng)電場而更改)而輸送離子種類(或其空位)。因此，一種用于在不具有與沉積兩種單獨(dú)材料(例如，顆粒邊界)或施加最初用于形成兩個區(qū)域的強(qiáng)電場相關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)的情況下形成電阻性裝置的方法將是有益的。發(fā)明內(nèi)容


圖I是使用根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例的經(jīng)氣體團(tuán)簇離子束(GCIB)處理的電阻性裝置實(shí)施的非易失性存儲器的功能框圖。圖2A是根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例操作為第一電阻性狀態(tài)的經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的透視圖。圖2B是根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例操作為第二電阻性狀態(tài)的經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的透視圖。圖3A是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例的經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的一個實(shí)例性物理布局的圖示。圖3B是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例的經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的可變電阻的等效電路圖。圖4A到4D是圖解說明用于形成根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例的的電阻裝置的エ藝的橫截面圖。圖5A到是圖解說明用于形成根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例的包含金屬氧化物膜的生長的經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的エ藝的橫截面圖。圖6A到6C是圖解說明用于形成根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例的包含金屬氧化物膜的部分生長的經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的エ藝的橫截面圖。圖7A到7E是圖解說明用于形成根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例的包含凹入有源區(qū)域的經(jīng)GCIB處理的電阻存儲器的エ藝的橫截面圖。圖8是圖解說明可實(shí)施為根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例的圖I中的存儲器元件的具有多個電阻狀態(tài)的實(shí)例性堆疊式RRAM結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包含經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置、利用經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的裝置(例如，如開關(guān)、存儲器単元)及用于形成經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的方法。ー種形成經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的方法包含形成下部電極及在所述下部電極上形成氧化物材料。將所述氧化物材料暴露于氣體團(tuán)簇離子束(GCIB)直到所述氧化物材料的第一部分的電阻相對于所述氧化物材料的第二部分的電阻發(fā)生改變?yōu)橹?。在所述第一部分上形成上部電極。本文中的各圖遵循其中第一個數(shù)字或前幾個數(shù)字對應(yīng)于圖式圖編號且剰余數(shù)字識別圖式中的元件或組件的編號慣例。不同圖之間的類似元件或組件可通過使用類似數(shù)字來識別。舉例來說，元件“ 02”可在圖I中參考為102，而類似元件可在圖2中參考為202。離子種類具體選自為材料充當(dāng)電摻雜劑且借此將材料的導(dǎo)電性從未經(jīng)摻雜半導(dǎo)體(例如，絕緣體)的較低導(dǎo)電性改變?yōu)榻?jīng)摻雜半導(dǎo)體的較高導(dǎo)電性的那些物種。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，所述電阻性裝置可因此充當(dāng)使用較低導(dǎo)電性狀態(tài)(例如，較高電阻性狀態(tài))作為接通配置且使用較高導(dǎo)電性狀態(tài)(例如，較低電阻性狀態(tài))作為切斷配置的開關(guān)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將進(jìn)一歩了解，所述電阻性裝置可因此充當(dāng)其中一個電阻性狀、態(tài)對應(yīng)于第一邏輯狀態(tài)且另ー電阻性狀態(tài)對應(yīng)于另ー邏輯狀態(tài)的存儲器元件。圖I是使用根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例的電阻性裝置102實(shí)施的非易失性存儲器100的功能框圖。所述電阻性裝置可包含形成于第一電極105與第二電極107之間的注入有氣體團(tuán)簇離子束(GCIB)的區(qū)域104(例如，第一區(qū)域)及第ニ區(qū)域106。所述經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置102可具有第一端子114及第ニ端子118。盡管圖I展示經(jīng)形成而僅具有兩個區(qū)域(例如，第一區(qū)域104及第ニ區(qū)域106)的經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置102，但本發(fā)明的實(shí)施例不限于此。舉例來說，本發(fā)明的實(shí)施例可在具有額外區(qū)域、材料、配置及/或特征的情況下實(shí)施，為了清楚起見而從圖I省略了所述額外區(qū)域、材料、配置及/或特征。存取裝置(例如，晶體管)110與經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置102串聯(lián)耦合以形成存儲器單元112。存取裝置110用作用于啟用及停用流動穿過經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置102的電流的開關(guān)。舉例來說，存取裝置110可為具有耦合到字線124的柵極的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管。然而，本發(fā)明的實(shí)施例不限于任何特定類型的存取裝置，且可使 用其它類型的切換裝置實(shí)施。因此，當(dāng)字線124電壓經(jīng)施加以將存取裝置110激活/去激活時，穿過經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置102適當(dāng)?shù)赝瓿稍礃O線122與位線120之間的電路。如所展示，存儲器単元112通過第一端子114耦合到位線120，且通過第二端子116耦合到源極線122。根據(jù)ー個或ー個以上實(shí)施例，位線120及源極線122耦合到用于從存儲器單元112讀取的邏輯及用于向存儲器單元112寫入的邏輯。例如，讀取/寫入控制多路復(fù)用器130具有耦合到位線120的輸出。所述讀取/寫入控制多路復(fù)用器130由讀取/寫入控制邏輯線132控制以在耦合到雙極寫入脈沖產(chǎn)生器126的第一輸入與耦合到讀取感測邏輯128的第二輸入之間選擇。施加到存儲器元件102以用于編程的電壓電位的量、極性及/或持續(xù)時間可由其在與所選擇存儲器單元112相關(guān)聯(lián)的位線120與源極線122之間的施加控制。根據(jù)ー個或ー個以上實(shí)施例，在讀取操作期間，偏置產(chǎn)生器129建立(經(jīng)由讀取感測邏輯128)在與所選擇存儲器單元112相關(guān)聯(lián)的位線120與源極線122之間的讀取偏置電壓電位差(例如，固定電壓)。所述讀取偏置電壓致使特定量值的電流對應(yīng)于經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置102的電阻流動(例如，根據(jù)歐姆定律，經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置102的電阻越大，針對給定讀取偏置電壓流動的電流越小)。在讀取操作期間流動穿過經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置102的電流量(或與其成比例的電壓)可由讀取感測邏輯128感測(例如，感測放大器可將電路導(dǎo)出輸入與對應(yīng)于兩個經(jīng)編程狀態(tài)之間的邊界條件的參考輸入相比較)以確定對應(yīng)于由經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置102的當(dāng)前電阻表示的經(jīng)編程狀態(tài)的輸出。根據(jù)ー個或ー個以上實(shí)施例，穿過經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置102施加讀取電流，從而致使開發(fā)可被感測且與參考電壓相比較的對應(yīng)電壓。根據(jù)所述比較，可確定存儲器元件的電阻(例如，基于歐姆定律的原理)。雖然圖I圖解說明且以上論述描述了存儲器單元112包含經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置102的ー個配置及特定讀取及寫入邏輯布置，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例可使用經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置102的其它配置及/或用于切換及/或編程經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置102的邏輯的其它配置來實(shí)施。RRAM可包含其中可根據(jù)穿過經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置102的所施加電壓的極性寫入不同數(shù)據(jù)值的RRAM類型。此些裝置有時稱為“雙極RRAM”。在雙極RRAM的情形下，位線及源極線可與每一存儲器單元一起使用以將不同數(shù)據(jù)值寫入到所述雙極RRAM。圖2A是根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例操作為第一電阻性狀態(tài)的經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的透視圖。在圖2A到3A中所圖解說明的實(shí)施例中，有源區(qū)域(例如，圖2A到2B中的203)最初使用氧化物材料(例如，TiOx, NiOx, CuOx, AlOx)及/或氮化物材料(例如，例如氮化鋁的金屬氮化物)的薄膜形成。以下操作論述基于使用化學(xué)計(jì)量TiO2來形成有源區(qū)域，其中移動離子種類為氧空位。然而，本發(fā)明的實(shí)施例不限于此，且可(舉例來說)由其中移動離子種類為氮化物的金屬氮化物制作。
化學(xué)計(jì)量TiO2有源區(qū)域隨后經(jīng)暴露于氣體團(tuán)簇離子束以形成第一區(qū)域(例如，有源區(qū)域的第一部分)及第ニ區(qū)域(例如，有源區(qū)域的第二部分)，所述區(qū)域基于初始TiO2的分子結(jié)構(gòu)中的氧空位的位置來定義。下文關(guān)于圖4A到7E進(jìn)ー步論述各種經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的額外制作細(xì)節(jié)。圖2A圖解說明操作以獲得高導(dǎo)電性狀態(tài)(例如，低電阻狀態(tài))的經(jīng)GCIB處理的電阻裝置202。為獲得低電阻狀態(tài)，使帶正電荷的施體(例如TiO2中的氧空位)圍繞有源區(qū)域203移動，從而通過跨越經(jīng)GCIB處理的電阻裝置202施加超過用于使特定經(jīng)離子化物種漂移的閾值電場的正電壓213而從第一區(qū)域204驅(qū)動到第二區(qū)域206中。正電壓213可施加于第一電極205與第二電極207之間。第二電極207可連接到參考電位215。當(dāng)?shù)诙^(qū)域206變得耗盡電荷載子時，第二區(qū)域206可獲取凈正電荷。在施加正電壓213及移動氧空位之前，第一區(qū)域204(例如，Ti02_x)含有其化學(xué)計(jì)量極接近TiO2的相對高氧空位濃度(例如，正處于氧化狀態(tài)中)。因此，Ti02_x區(qū)域204為相對良好的離子導(dǎo)體。然而，TiO2區(qū)域206耗盡了氧空位。S卩，TiO2區(qū)域206基本上為純質(zhì)的，且在晶格中存在極少摻雜劑。如此，Ti02_x區(qū)域204與TiO2區(qū)域206之間的過渡可充當(dāng)肖特基阻擋層。跨越經(jīng)GCIB處理的電阻裝置202施加正電壓213(其中極性展示于圖2A中)致使Ti02_x區(qū)域204變?yōu)殡娀瘜W(xué)単元的陽極。Ti02_x區(qū)域204通過電能輸入氧化。如箭頭219所指示，氧空位從Ti02_x區(qū)域204驅(qū)動出且進(jìn)入到TiO2區(qū)域206中，借此減小TiO2區(qū)域206。由于僅從Ti02_x區(qū)域204推出相對少數(shù)目的氧空位，因此對Ti02_x區(qū)域204的相對良好的導(dǎo)電性的影響相當(dāng)小。然而，由于TiO2區(qū)域206從在分子結(jié)構(gòu)中具有極低氧空位濃度(例如，基本上無氧空位)改變?yōu)榫哂些`些氧空位的分子結(jié)構(gòu)(例如，晶格)，因此其導(dǎo)電性顯著增加。以此方式，Ti02_x區(qū)域204及TiO2區(qū)域206兩者均導(dǎo)電，從而形成經(jīng)GCIB處理的電阻裝置202的低電阻性狀態(tài)。用于改變經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的電阻狀態(tài)的所施加電壓的量值可取決于有源區(qū)域及/或其特定部分的厚度及材料。根據(jù)ー個或ー個以上實(shí)施例，使用在2. O伏到2. 5伏的范圍中的電壓量值來實(shí)現(xiàn)電阻狀態(tài)改變。圖2B是根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例開始操作為第二電阻狀態(tài)的經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的透視圖。為獲得高電阻狀態(tài)，通過施加反極性電壓217來將帶正電荷的施體(例如TiO2中的氧空位)從TiO2區(qū)域206驅(qū)動到Ti02_x區(qū)域204中。當(dāng)反極性電壓217超過用于使特定經(jīng)離子化物種(例如，空位)漂移的閾值電場時，TiO2區(qū)域206丟失其凈正電荷且再次變?yōu)殡姾芍行缘摹?br> Ti02_x區(qū)域204仍含有相對高氧空位濃度，且因此仍為相當(dāng)良好的導(dǎo)體。在施加反極性電壓217后，Ti02_x區(qū)域204現(xiàn)在變?yōu)殡娀瘜W(xué)単元的陰極。朝著純質(zhì)TiO2氧化TiO2區(qū)域206，從而將氧空位從TiO2區(qū)域206驅(qū)動出且往回驅(qū)動到Ti02_x區(qū)域204 (其借此減小)中，如箭頭223所展示。對Ti02_x區(qū)域204的導(dǎo)電性的影響相對較小，但由于氧空位濃度接近零，因此TiO2區(qū)域206的導(dǎo)電性顯著降低。如果將經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的較高電阻狀態(tài)指定為邏輯值“O”且將較低電阻狀態(tài)指定為邏輯值“ I ”，則經(jīng)GCIB處理的電阻裝置可由于電阻狀態(tài)在移除經(jīng)施加以改變電阻狀態(tài)的電壓之后保持不變而用作非易失性存儲器裝置。再次參考圖1，為讀取存儲于可用作非易失性存儲器裝置的經(jīng)GCIB處理的電阻裝置中的信息，可將問詢電壓施加到經(jīng)GCIB處理的電阻裝置且可測量流動穿過其的電流。圖3A是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例的經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的一個實(shí)例性物理布局的圖示。根據(jù)ー個或ー個以上實(shí)施例，經(jīng)GCIB處理的電阻裝置可經(jīng)制作以具有大約2nm的有源區(qū)域?qū)挾?W)及大約3nm的有源區(qū)域深度(包含Ti02_x區(qū)域304 及TiO2區(qū)域306)。然而，本發(fā)明的特定實(shí)施例不限于上述尺寸，且可以更大或更小特征尺寸制作。TiO2區(qū)域306 (鄰近第二電極307)可最初接近化學(xué)計(jì)量TiO2且因此最初為高電阻性。Ti02_x區(qū)域204(鄰近第一電極305)可最初高度缺乏氧且因此此區(qū)域最初為高導(dǎo)電性。圖3B是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例的經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的可變電阻的等效電路圖。圖3B中所展示的可變電阻器302對應(yīng)于圖3A中所展示的經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的物理布局。所述經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的總電阻R為Ti02_x區(qū)域304的電阻(Rl)加上TiO2區(qū)域306的電阻(R2)的和。如上文所描述，由于跨越經(jīng)GCIB處理的電阻裝置施加電壓造成的Ti02_x區(qū)域304的氧空位濃度的改變相對較小，因此電阻Rl保持相對恒定。由于跨越經(jīng)GCIB處理的電阻裝置施加電壓造成的TiO2區(qū)域306的氧空位濃度的改變相對較大，因此電阻R2顯著改變(例如，從實(shí)際上不導(dǎo)電變?yōu)閷?dǎo)電)。因此在圖3B中，將Rl表示為(大致)固定電阻器，且將R2表示為可變電阻器302。圖4A到7E圖解說明用于形成根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例的經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的方法。圖4A是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例用于在沉積保形氧化物膜之后形成經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的エ藝的橫截面圖。根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例，在底部(例如，第二)電極440上形成襯底442。襯底442可由硅(Si)、ニ氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)或其它電介質(zhì)材料形成。底部電極440可由形成與氧化物的肖特基接觸的金屬或金屬氧化物形成。如果氧化物膜446由η型氧化物(例如TiO2)形成，則底部電極440可由具有相對高功函數(shù)的材料形成，例如鉬(Pt)、釕(Ru)、銥(Ir)、氧化銥(IrOx)等等。如果氧化物膜446由P型氧化物(例如氧化氮(NiO))形成，則舉例來說，底部電極440可由具有較低功函數(shù)的材料形成(例如，鈦(Ti)或銀(Ag))。襯底442可經(jīng)形成以在其中具有將含納經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的有源區(qū)域的特征(例如開ロ、通孔)，所述特征大約垂直于底部電極440表面定向，或者所述特征可在沉積襯底之后(例如)通過掩蔽及蝕刻形成于襯底中。所述特征可能或可能不具有高縱橫比。根據(jù)ー個或ー個以上實(shí)施例，所述特征經(jīng)制作以在深度上為20nm或更小。
在形成所述特征之后，且根據(jù)ー個或ー個以上實(shí)施例，在所述特征及襯底442內(nèi)及上方形成保形氧化物膜446。所述氧化物膜可由具有較低電子導(dǎo)電性、較高氧導(dǎo)電性及至少兩個電阻狀態(tài)的材料形成。所述氧化物膜可為金屬氧化物膜，例如TiOx、NiOx, CuOx,AlOx及/或氮化物材料(例如，例如氮化鋁的金屬氮化物)的薄膜。舉例來說，所述氧化物膜可為過渡金屬氧化物，例如氧化鎳(NiO)、ニ氧化銫(CsO2)、氧化釩(VO2或V2O5)、氧化鈮(Nb2O5)、氧化鈦(TiO2或Ti2O3)、氧化鎢(WO3)、氧化鉭(Ta2O5)或氧化鋯(ZrO2)。然而,本發(fā)明的實(shí)施例不受上述氧化物限制，且所述有源區(qū)域可由氧化物、氮化物及其組合等等形成。圖4B是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例用于在移除保形氧化物膜的一部分之后形成經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的エ藝的橫截面圖。圖4B圖解說明(例如)通過化學(xué)-機(jī)械平面化/拋光(CMP)或其它回蝕エ藝移除保形氧化物膜446在所述特征外部的部分。圖4C是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例用于在氣體團(tuán)簇離子束(GCIB)注入氧化物膜之后形成經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的エ藝的橫截面圖。在移除保形氧化物膜446在所述特征外部的部分之后，將剩余氧化物膜446 (例如，在襯底442中的特征內(nèi)部)暴露于GCIB以注入氧化物膜446的第一(例如，頂部)部分。本發(fā)明的制作方法利用GCIB技術(shù)的某些特性來形成離子梯度。GCIB處理產(chǎn)生具有已知離子(例如，氧)性質(zhì)的均勻材料到經(jīng)良好控制的深度。GCIB處理可取決于開始金屬氧化物膜446而為氧化或還原。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，使用GCIB處理來在氧化、沉積或還原期間作為交互作用的部分將表面材料改變?yōu)榉蔷У摹Ｒ虼?，由于GCIBエ藝為自限制的，因此GCIB處理可導(dǎo)致形成顆粒不敏感區(qū)域，從而產(chǎn)生經(jīng)精確定義的區(qū)域(例如，在有源區(qū)域內(nèi)的區(qū))。氧氣、氮?dú)?、氨氣、氫氣、氘氣、其組合或其它適當(dāng)?shù)臍怏w可用于GCIB處理。氣體的組合可經(jīng)選擇以提供原子比及空位濃度的所要調(diào)諧。根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例，使用GCIB處理來形成金屬與氧比(例如，Ti與氧化物比、Ni與氧化物比)的在Inm到50nm的標(biāo)度內(nèi)的梯度。根據(jù)ー些實(shí)施例，使用GCIB處理來形成金屬與氧比的在從約5nm到約20nm的范圍內(nèi)的梯度。根據(jù)其它實(shí)施例，使用GCIB處理來形成金屬與氧比的在從約5nm到約15nm的范圍內(nèi)的梯度。暴露于GCIB (例如)通過致使氧空位從第一區(qū)域448 (例如，有源區(qū)域的第一部分)移動到第二區(qū)域447 (例如，有源區(qū)域的第二部分)導(dǎo)致形成第一區(qū)域448及第ニ區(qū)域447。舉例來說，均勻金屬氧化物膜446可具有初始氧空位濃度。GCIB暴露可導(dǎo)致致使若干個特定氧空位從其在金屬氧化物膜446的分子結(jié)構(gòu)(例如，晶格)中的初始位置移動，借此形成兩個區(qū)域-具有所得耗盡的氧空位濃度的第一區(qū)域448及具有所得增強(qiáng)的氧空位濃度的第二區(qū)域447。在GCIB處理期間晶片表面保持在室溫下，因此當(dāng)前所掲示的制作方法不限于熱穩(wěn)定形式的材料。舉例來說，可使用光抗蝕劑來維持自對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(例如，施加掩膜以用于在電介質(zhì)442內(nèi)形成特征(在所述特征內(nèi)形成有有源區(qū)域)、僅在所述特征內(nèi)沉積氧化物材料、GCIB處理、后跟移除所述光抗蝕劑材料)。圖4D是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例用于在頂部電極形成之后形成經(jīng)GCIB處理的電阻裝置402的エ藝的橫截面圖。在形成第一區(qū)域448及第ニ區(qū)域447、之后，可鄰近第一區(qū)域448形成頂部(例如，第一)電極450。頂部電極450可由形成與氧化物的歐姆接觸的金屬或金屬氧化物形成。舉例來說，頂部電極450可由鉬(Pt)、釕(Ru)、銥(Ir)、氧化銥(IrOx)等等形成。根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例，用于形成經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的有源區(qū)域的材料及摻雜劑物種經(jīng)選擇以使得有源區(qū)域的若干部分內(nèi)的離子(或空位)可能但不容易發(fā)生漂移以確保經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置將保持在其被編程的任何電阻性狀態(tài)下達(dá)一段時間(例如，在移除操作電場之后在室溫下保持許多年)。舉例來說，可通過物理汽相沉積(PVD)エ藝(例如濺鍍)、原子材料沉積(ALD)エ藝或化學(xué)汽相沉積(CVD)エ藝等等形成金屬氧化物膜。離子摻雜劑物種可為雜質(zhì)原子，例如氫或ー些其它陽離子種類(例如堿)或?yàn)橛性磪^(qū)域的第一部分充當(dāng)電子施體的過渡金屬。替代地，所述摻雜劑物種可為陰離子空位，所述陰離子空位為帶電的且因此還是分子晶格的施體。還可在有源區(qū)域的區(qū)域之間驅(qū)動陽離子種類，ー個區(qū)域變?yōu)殡娮邮荏w(例如，空洞施體)。 有源區(qū)域材料可為金屬氧化物膜(小于約50nm厚)，且在許多情形下為納米晶體、納米孔或非晶的。由于在非晶材料中可穿過顆粒邊界、孔或穿過局部結(jié)構(gòu)缺陷發(fā)生擴(kuò)散，因此摻雜劑物種在此些納米結(jié)構(gòu)化材料中的移動率比在塊晶體材料中高得多。并且，由于金屬氧化物膜的結(jié)構(gòu)，將足夠摻雜劑物種移動到金屬氧化物膜的特定區(qū)域中或移出所述特定區(qū)域以大致改變其導(dǎo)電性所需的時間量可為迅速的。舉例來說，擴(kuò)散過程所需的時間t可隨所覆蓋的距離的平方而變化。因此，擴(kuò)散納米的距離的時間為擴(kuò)散微米的時間的約百萬分之一。有源區(qū)域的材料(在完成制作之后)可在任ー側(cè)上通過金屬電極或電線接觸。金屬與有源區(qū)域的材料的接觸可耗盡自由電荷載子的半導(dǎo)體，以使得有源區(qū)域的特定部分的材料可具有取決于摻雜劑物種的身份的凈電荷，所述凈電荷在施體的情形下為正且在受體的情形下為負(fù)。金屬-半導(dǎo)體接觸區(qū)域在電カ方面與肖特基阻擋層相似?？赏ㄟ^以下事實(shí)關(guān)于本發(fā)明的經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置來修改對金屬-半導(dǎo)體肖特基阻擋層的傳統(tǒng)描述材料的結(jié)構(gòu)為納米級的且因此結(jié)構(gòu)及電性質(zhì)在超過已開發(fā)出的半導(dǎo)體-金屬觸點(diǎn)理論的大距離上是不平均的。經(jīng)由電子的量子機(jī)械穿隧實(shí)現(xiàn)穿過有源區(qū)域材料的電子的導(dǎo)電。當(dāng)已將大量摻雜劑物種注入到有源區(qū)域的ー個部分的半導(dǎo)電材料中(例如，通過下文所論述的GCIB)時，穿隧阻擋層的寬度及(或許)高度由帶電物種的電位減小。此導(dǎo)致穿過有源區(qū)域的導(dǎo)電性的增加(低電阻性狀態(tài))。如上文所提及，有源區(qū)域的材料(例如，金屬氧化物)具有適用于本發(fā)明的實(shí)踐的某些性質(zhì)。所述材料的此些性質(zhì)中的ー者為，其為弱離子導(dǎo)體。弱離子導(dǎo)體的定義基于針對其設(shè)計(jì)經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的應(yīng)用。經(jīng)由“愛因斯坦關(guān)系”，晶格中的物種的移動率與擴(kuò)散常數(shù)彼此直接成比例。因此，如果晶格中的經(jīng)離子化物種的移動率極高，則擴(kuò)散常數(shù)也極高。一般來說，期望切換裝置(例如經(jīng)GCIB處理的電阻裝置)保持處于特定狀態(tài)(例如，電阻性狀態(tài))中達(dá)ー時間量，所述時間量可取決于應(yīng)用而在從片刻到幾年的范圍中。因此，特定經(jīng)GCIB處理的電阻裝置可經(jīng)制作以具有有源區(qū)域材料，所述有源區(qū)域材料具有足夠低以確保所要的穩(wěn)定性水平且避免無意地經(jīng)由經(jīng)離子化物種擴(kuò)散將裝置從一個電阻性狀態(tài)切換到另ー電阻性狀態(tài)而是通過有意地以所施加電壓信號設(shè)定經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的狀態(tài)的擴(kuò)散常數(shù)。因此，“弱離子導(dǎo)體”為其中離子移動率且因此擴(kuò)散常數(shù)足夠小以確保經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的各種電阻狀態(tài)在既定使用的條件下穩(wěn)定達(dá)必要長的時間的導(dǎo)體?！皬?qiáng)離子導(dǎo)體”將具有大經(jīng)離子化物種移動率且因此對于擴(kuò)散將不穩(wěn)定。圖5A是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例用于在生長金屬氧化物膜之后形成經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的エ藝的橫截面圖。根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例，在底部(例如，第二)電極540上形成襯底542。所述襯底542可經(jīng)形成以在其中具有大約垂直于底部電極表面的特征(例如，開ロ、通孔)，或者所述特征可在沉積襯底之后(例如)通過掩蔽及蝕刻形成于襯底中。所述特征可能或可能不具有高縱橫比。根據(jù)ー個或一個以上實(shí)施例，所述特征可經(jīng)制作以在深度上為20nm或更小。在形成用于含納經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的有源區(qū)域的特征之后，且根據(jù)ー個或ー個以上實(shí)施例，(例如)通過在所述特征內(nèi)從底部向上生長來在所述特征內(nèi)形成氧化物膜346，例如金屬氧化物膜(例如，TiOx、Ni Ox、CuOx)。 圖5B是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例用于在移除所述所生長金屬氧化物膜的一部分之后形成經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的エ藝的橫截面圖。圖5B圖解說明(例如)通過CMP或其它回蝕エ藝移除所述所生長金屬氧化物膜546的延伸到所述特征外部的部分以達(dá)到類似于圖4B中所示的結(jié)構(gòu)的中間結(jié)構(gòu)。圖5C及中所展示的后續(xù)エ藝可分別如關(guān)于圖4C及4D描述。圖5C是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例用于在金屬氧化物膜的GCIB處理之后形成電阻裝置的エ藝的橫截面圖。在移除所生長金屬氧化物膜546的延伸到所述特征外部的部分之后，將剩余金屬氧化物膜546(例如，在襯底542中的特征內(nèi)部)暴露于GCIB以形成所生長金屬氧化物膜546的第一(例如，頂部)部分。GCIB處理可取決于開始金屬氧化物膜546而為氧化或還原。氧氣、氮?dú)?、氨氣、氫氣、氘氣、其組合或其它適當(dāng)?shù)臍怏w可用于GCIB處理。氣體的組合可經(jīng)選擇以提供原子比及空位濃度的所要調(diào)諧。暴露于GCIB導(dǎo)致基于氧空位濃度形成第一區(qū)域548及第ニ區(qū)域547，第一區(qū)域548具有通過GCIB處理耗盡的氧空位濃度，且第二區(qū)域547具有通過GCIB處理增強(qiáng)的氧空位濃度。圖是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例用于在頂部電極定義之后形成經(jīng)GCIB處理的電阻裝置502的エ藝的橫截面圖。在形成第一區(qū)域548及第ニ區(qū)域547之后，鄰近第一區(qū)域548形成頂部(例如，第一)電極550。圖6A是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例用于在金屬氧化物膜的部分生長之后形成經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的エ藝的橫截面圖。圖6A描繪除部分生長有源區(qū)域金屬氧化物材料646以使得其不延伸到形成于襯底642中的特征外部外類似于圖5A中所展示的制作方法。即，有源區(qū)域金屬氧化物材料646可完全含納于形成于襯底642中的特征內(nèi)及電極640上。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，使有源區(qū)域材料隨特征部分地生長消除移除エ藝步驟的必要性，例如圖5A與5B之間所圖解說明的移除エ藝步驟。金屬氧化物材料646在襯底642的特征內(nèi)的部分生長產(chǎn)生有些凹入于所述特征中的有源區(qū)域。圖6B是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例用于在部分生長的金屬氧化物膜的GCIB處理之后形成經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的エ藝的橫截面圖。由于GCIB處理的各向異性本質(zhì)，GCIB暴露仍可基于(例如)氧空位濃度有效地形成初始有源區(qū)域材料646以形成第一區(qū)域649及第ニ區(qū)域647，如前文已描述。圖6C是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例用于在頂部電極定義之后形成經(jīng)GCIB處理的電阻裝置602的エ藝的橫截面圖。在形成第一區(qū)域649及第ニ區(qū)域647之后，鄰近第一區(qū)域649形成頂部(例如，第一)電 極650以使得電極650延伸到特征中，如圖6C中所示。圖7A是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例用于在金屬氧化物膜的部分生長之后形成包含凹入有源區(qū)域的經(jīng)GCIB處理的電阻存儲器的エ藝的橫截面圖。使用GCIB來通過部分生長有源區(qū)域材料，通過GCIB進(jìn)行處理以在其中形成兩個區(qū)域，且然后以經(jīng)沉積金屬氧化物覆蓋所述有源區(qū)域來定義凹入于用于含納經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的特征內(nèi)(例如，在經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的中間)的ー個或ー個以上原子調(diào)諧帶(例如，具有特定氧空位特性的有源區(qū)域)。圖7A類似于圖6A，其展示部分生長有源區(qū)域金屬氧化物材料646以使得其不延伸到形成于襯底742中的特征外部。即，有源區(qū)域金屬氧化物材料746在電極740上完全含納于形成于襯底742中的特征內(nèi)。根據(jù)ー個或ー個以上實(shí)施例，有源區(qū)域金屬氧化物材料746可比圖6A中所示的有源區(qū)域金屬氧化物材料646凹入更多或更少。如先前關(guān)于圖6A所論述，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，完全在形成于襯底742中且在電極740上的特征內(nèi)部分生長有源區(qū)域金屬氧化物材料746消除移除エ藝步驟的必要性，例如圖5A與5B之間所圖解說明的移除エ藝步驟。金屬氧化物材料746在襯底642的特征內(nèi)的部分生長產(chǎn)生凹入于所述特征中的有源區(qū)域。圖7B是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例用于在部分生長的金屬氧化物膜的GCIB處理之后形成經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的エ藝的橫截面圖。如關(guān)于圖6B所論述，由于GCIB處理的各向異性本質(zhì)，GCIB暴露有效地形成初始有源區(qū)域材料746以便形成第一區(qū)域752及第ニ區(qū)域747，所述區(qū)域(舉例來說)基于氧空位濃度而定義。圖7C是圖解說明用于根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例在沉積保形金屬氧化物膜之后形成經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的エ藝的橫截面圖。在有源區(qū)域金屬氧化物材料746的部分生長及其GCIB暴露以在凹入有源區(qū)域內(nèi)形成第一區(qū)域752及第ニ區(qū)域747之后，根據(jù)ー個或ー個以上實(shí)施例，在第一區(qū)域752及襯底742頂上的凹入有源區(qū)域上方形成保形氧化物膜754。保形氧化物膜754可由與最初生長于特征內(nèi)的有源區(qū)域材料746相同或不同的材料形成。例如，所述保形氧化物膜可為金屬氧化物膜，例如TiOx、NiOx、CuOx。舉例來說，可通過原子材料沉積(ALD)或化學(xué)汽相沉積(CVD)等等方法形成薄金屬氧化物膜。圖7D是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例用于在移除保形金屬氧化物膜754的部分之后形成經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的エ藝的橫截面圖。圖7D圖解說明(例如)通過化學(xué)-機(jī)械平面化/拋光(CMP)或其它回蝕エ藝移除保形金屬氧化物膜754的在特征外部的部分。根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例，且不同于關(guān)于圖2C所展示及描述的內(nèi)容，保形金屬氧化物膜754不進(jìn)ー步經(jīng)受GCIB處理。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，在第一區(qū)域752上方形成保形金屬氧化物膜754產(chǎn)生具有完全凹入于特征內(nèi)的有源區(qū)域的經(jīng)GCIB處理的電阻裝置。所述特征名義上經(jīng)配置以具有在20nm或更小范圍中的垂直于區(qū)域邊界的尺寸。
圖7E是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例用于在頂部電極定義之后形成經(jīng)GCIB處理的電阻裝置702的エ藝的橫截面圖。在移除保形金屬氧化物膜754的部分之后，鄰近保形金屬氧化物膜754形成頂部(例如，第一)電極750。掩埋經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的有源區(qū)域(例如，第一區(qū)域747及第ニ區(qū)域752)可具有維持有源區(qū)域中的穩(wěn)定氧濃度的優(yōu)點(diǎn)。另外，與有源區(qū)域的焦耳加熱相關(guān)聯(lián)的某些熱考慮因素受益于掩埋有源區(qū)域，因?yàn)榇伺渲脤㈦娊橘|(zhì)襯底742內(nèi)的有源區(qū)域隔離。由于GCIB的循環(huán)能力，所述所掲示的制作方法還可用來制作具有微分原子比的疊層以最優(yōu)化經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的某些特性。例如，可通過氧化物材料的重復(fù)沉積/生長后跟GCIB來形成疊層。 所述所掲示方法還可應(yīng)用于電解質(zhì)単元存儲器制作，其中薄氧化物用于在存儲器単元的循環(huán)期間充當(dāng)離子及電子移動的調(diào)節(jié)阻擋層。舉例來說，可通過形成GeOx材料(通過GCIB處理)(其中在所述GeOx材料頂上形成Ge材料)來制作基于Ge的電解質(zhì)存儲器 單元。圖8圖解說明可實(shí)施為根據(jù)本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例的圖I中的經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的具有多個電阻狀態(tài)的實(shí)例性堆疊式RRAM結(jié)構(gòu)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可通過以串聯(lián)及/或并聯(lián)組合耦合多個經(jīng)GCIB處理的電阻裝置來實(shí)現(xiàn)多個電阻狀態(tài)。圖8展示串聯(lián)連接的第一經(jīng)GCIB處理的電阻裝置802-1與第二經(jīng)GCIB處理的電阻裝置802-2。第一經(jīng)GCIB處理的電阻裝置802-1可經(jīng)制作以具有第一電阻特性，且第二經(jīng)GCIB處理的電阻裝置802-2可經(jīng)制作而具有第二電阻特性。經(jīng)串聯(lián)連接的經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的總電阻R為經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的電阻的和。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可推斷如關(guān)于圖7A到7E所展示可借以將有源區(qū)域掩埋于特征內(nèi)以形成具有多個有源區(qū)域的經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的方法。借助適當(dāng)?shù)目刂七壿嫞虼丝蓪?shí)現(xiàn)總電阻R的四個離散值，借此使得能夠制作多電平存儲器單元。本發(fā)明的實(shí)施例不限于如關(guān)于圖8所展示及描述的四個電阻狀態(tài)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可通過經(jīng)GCIB處理的電阻裝置的各種組合獲得更多或更少的狀態(tài)，從而具有各種低及高電阻狀態(tài)。雖然本文中已圖解說明及描述了特定實(shí)施例，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，經(jīng)計(jì)算以實(shí)現(xiàn)相同結(jié)果的布置可替代所展示的特定實(shí)施例。本發(fā)明打算涵蓋對本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例的更改或變化形式。應(yīng)理解，已以說明性方式而非限定性方式作出以上描述。在審閱以上描述后，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了以上實(shí)施例的組合及本文中未具體描述的其它實(shí)施例。本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例的范圍包含其中使用以上結(jié)構(gòu)及方法的其它應(yīng)用。因此，本發(fā)明的ー個或ー個以上實(shí)施例的范圍應(yīng)參考所附權(quán)利要求書連同此權(quán)利要求書授權(quán)的等效物的全部范圍來確定。在前述具體實(shí)施方式
中，出于簡化本發(fā)明的目的，將ー些特征一起分組于單個實(shí)施例中。本發(fā)明的此方法不應(yīng)解釋為反映本發(fā)明的所掲示實(shí)施例必須使用比明確陳述于每ー權(quán)利要求中更多的特征的意圖。而是，如以上權(quán)利要求書反映，發(fā)明性標(biāo)的物在于少于單個所掲示實(shí)施例的所有特征。因此，將以上權(quán)利要求書并入具體實(shí)施方式
中，其中每ー權(quán)利要求獨(dú)立地作為單獨(dú)實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于形成經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的方法，其包括 形成下部電極； 在所述下部電極上形成氧化物材料； 將所述氧化物材料暴露于氣體團(tuán)簇離子束GCIB直到所述氧化物材料的第一部分的電阻相對于所述氧化物材料的第二部分的電阻發(fā)生改變?yōu)橹?；? 在所述第一部分上形成上部電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述GCIB經(jīng)配置以相對于所述氧化物材料的所述第二部分的分子結(jié)構(gòu)中的離子種類的濃度改變所述氧化物材料的所述第一部分的分子結(jié) 構(gòu)中的離子種類的濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述GCIB經(jīng)配置以相對于所述第二部分的所述分子結(jié)構(gòu)中的氧空位濃度改變所述氧化物材料的所述第一部分的分子結(jié)構(gòu)中的氧空位濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述氧化物材料具有分子結(jié)構(gòu)，所述分子結(jié)構(gòu)具有初始均勻氧空位濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中將所述氧化物材料暴露于所述GCIB將所述氧化物材料的所述分子結(jié)構(gòu)中的所述氧空位中的ー些氧空位從所述第一部分驅(qū)動到所述第二部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中將所述氧化物材料暴露于所述GCIB將所述氧化物材料的所述分子結(jié)構(gòu)中的所述氧空位中的ー些氧空位從所述第二部分驅(qū)動到所述第一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其包含在所述將所述氧化物材料暴露于所述GCIB期間將所述氧化物材料的表面維持于室溫下。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中將所述氧化物材料暴露于所述GCIB在氧化期間將所述第一部分的所述分子結(jié)構(gòu)改變?yōu)榉蔷У摹?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，將所述氧化物材料暴露于所述GCIB在還原期間將所述第一部分的所述分子結(jié)構(gòu)改變?yōu)榉蔷У摹?br> 10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中形成所述氧化物材料包含形成金屬氧化物材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中將所述氧化物材料暴露于所述GCIB形成金屬與氧化物比的梯度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其包含形成所述金屬與氧化物比的在Inm到50nm的范圍內(nèi)的所述梯度。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中形成所述金屬氧化物材料包含形成TiOx材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中形成所述金屬氧化物材料包含形成NiOx材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中形成所述金屬氧化物材料包含形成CuOx材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其包含將所述氧化物材料暴露于具有選自包含以下各項(xiàng)的群組的至少ー種氣體的所述GCIB :氧氣、氮?dú)?、氨氣及氘氣?br> 17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中形成所述金屬氧化物材料包含形成過渡金屬氧化物材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其包含在所述金屬氧化物材料中形成具有20nm或更小的深度的特征。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述金屬氧化物材料的所述第一部分為顆粒不
20.一種存儲器単元，其包括 經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置，其通過根據(jù)權(quán)利要求I到19中任ー權(quán)利要求所述的方法而形成且耦合到位線 '及 存取晶體管，其耦合到所述經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置且具有耦合到字線的柵扱。
21.ー種操作通過根據(jù)權(quán)利要求I到19中任ー權(quán)利要求所述的方法形成的經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的方法，其包括 施加足以致使所述經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置采取第一電阻狀態(tài)的第一極性、量值及持續(xù)時間的第一電壓信號；及 施加足以致使所述經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置采取第二電阻狀態(tài)的第二極性、量值及持續(xù)時間的第二電壓信號， 其中所述第一及第ニ電壓信號的施加致使氧空位在通過氣體團(tuán)簇離子束暴露而在所述經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置中建立的第一區(qū)域與第二區(qū)域之間移動。
22.ー種根據(jù)權(quán)利要求I到19中任ー權(quán)利要求所述的エ藝產(chǎn)生的經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置。
23.—種經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置，其包括 下部電極； 氧化物材料，其形成于所述下部電極上，所述氧化物材料包含各自具有初始氧空位濃度的第一部分及第二部分，所述氧化物材料被暴露于氣體團(tuán)簇離子束GCIB以相對于所述氧化物材料的所述第二部分中的所述氧空位濃度改變所述氧化物材料的所述第一部分中的所述氧空位濃度 '及 上部電極，其形成于所述第一部分上， 其中所述氧化物材料部分的電阻對應(yīng)于所述氧化物材料的所述第一部分的分子結(jié)構(gòu)中的所述氧空位濃度相對于所述第二部分的分子結(jié)構(gòu)中的所述氧空位濃度而變化。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置，其中所述經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置配置為存儲器元件。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置，其中所述經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置配置為開關(guān)。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置，其中所述經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置配置為可變電阻器。
27.一種用于形成經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的方法，其包括 形成下部電極； 在所述下部電極上形成半導(dǎo)體材料，所述半導(dǎo)體由包含所述半導(dǎo)體的分子結(jié)構(gòu)中的離子種類的初始濃度的材料形成； 將所述半導(dǎo)體材料暴露于氣體團(tuán)簇離子束GCIB直到所述半導(dǎo)體材料的第一部分的電阻相對于氧化物材料的第二部分的電阻發(fā)生改變?yōu)橹梗患霸谒龅谝徊糠稚闲纬缮喜侩姌O。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述GCIB經(jīng)配置以相對于所述半導(dǎo)體材料的所述第二部分的所述分子結(jié)構(gòu)中的離子種類的濃度改變所述半導(dǎo)體材料的所述第一部分的所述分子結(jié)構(gòu)中的離子種類的濃度。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述半導(dǎo)體材料具有分子結(jié)構(gòu)，所述分子結(jié)構(gòu)具有可通過GCIB暴露修改的初始均勻離子種類濃度。
30.根據(jù)權(quán)利要求27到29中任ー權(quán)利要求所述的方法，其中離子種類包含氮離子。
31.根據(jù)權(quán)利要求27到29中任ー權(quán)利要求所述的方法，其中形成半導(dǎo)體材料包含形成氮化鋁材料。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中將所述半導(dǎo)體材料暴露于所述GCIB將所述半導(dǎo)體材料的所述分子結(jié)構(gòu)中的所述氮離子中的一些氮離子從所述第一部分驅(qū)動到所述第二部分。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中將所述半導(dǎo)體材料暴露于所述GCIB將所述半導(dǎo)體材料的所述分子結(jié)構(gòu)中的所述氮離子中的一些氮離子從所述第二部分驅(qū)動到所述第一部分。
34.一種用于形成經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的方法，其包括 形成下部電極； 在所述下部電極上形成電介質(zhì)材料； 在所述電介質(zhì)材料中形成具有從所述下部電極測量的20nm或更小尺寸的特征； 在所述特征中生長氧化物材料； 將所述氧化物材料暴露于氣體團(tuán)簇離子束GCIB直到所述氧化物材料的第一部分的分子結(jié)構(gòu)中的氧空位濃度相對于所述氧化物材料的第二部分發(fā)生改變?yōu)橹?；及在所述第一部分上形成上部電極， 其中所述氧化物材料部分的電阻對應(yīng)于所述氧化物材料的所述第一部分的所述分子結(jié)構(gòu)中的所述氧空位濃度相對于所述第二部分的分子結(jié)構(gòu)中的氧空位濃度而變化。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其包含在將所述氧化物材料暴露于所述GCIB之前移除所述氧化物材料的延伸到所述特征外部的一部分。
36.ー種根據(jù)權(quán)利要求34到35中任ー權(quán)利要求所述的エ藝產(chǎn)生的經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置。
37.一種用于形成經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的方法，其包括 形成下部電極； 在所述下部電極上形成電介質(zhì)材料； 在所述電介質(zhì)材料中形成具有從所述下部電極測量的20nm或更小尺寸的特征； 在所述特征中生長第一氧化物材料； 將所述第一氧化物材料暴露于氣體團(tuán)簇離子束GCIB直到所述第一氧化物材料的第一部分的分子結(jié)構(gòu)中的氧空位濃度相對于所述第一氧化物材料的第二部分發(fā)生改變?yōu)橹?；及在所述第一部分上形成第二氧化物材料；及在所述第二氧化物材料上形成上部電極， 其中所述第一氧化物材料部分的電阻對應(yīng)于所述第一氧化物材料的所述第一部分的所述分子結(jié)構(gòu)中的所述氧空位濃度相對于所述第二部分的分子結(jié)構(gòu)中的氧空位濃度而變化。
38. ー種根據(jù)權(quán)利要求37所述的エ藝產(chǎn)生的經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置。
全文摘要
本發(fā)明包含經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置、利用經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的裝置(例如，如開關(guān)、存儲器單元)及用于形成所述經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的方法。一種形成經(jīng)GCIB處理的電阻性裝置的方法包含形成下部電極及在所述下部電極上形成氧化物材料。將所述氧化物材料暴露于氣體團(tuán)簇離子束GCIB直到所述氧化物材料的第一部分的電阻相對于所述氧化物材料的第二部分的電阻改變?yōu)橹埂Ｔ谒龅谝徊糠稚闲纬缮喜侩姌O。
文檔編號H01L21/8247GK102725846SQ201180007199
公開日2012年10月10日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者古爾特杰·S·桑胡, 約翰·A·斯邁思三世 申請人:美光科技公司