可變電阻存儲(chǔ)器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可變電阻存儲(chǔ)器件及其形成方法。根據(jù)本發(fā)明的可變電阻存儲(chǔ)器件包括：第一電極；第二電極，與第一電極間隔開(kāi)；電阻可變層和金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層，提供在第一電極與第二電極之間；以及熱阻擋層，提供在（i）第一電極和金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層之間，（ii）金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層和電阻可變層之間，或者（iii）第二電極和金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層之間。本發(fā)明利用熱邊界電阻TBR現(xiàn)象來(lái)防止在金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層中產(chǎn)生的熱的耗散，因而可以減小操作可變電阻存儲(chǔ)器件的電流和電壓。
【專利說(shuō)明】可變電阻存儲(chǔ)器件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2012年11月29日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?0-2012-0137216的韓國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種可變電阻存儲(chǔ)器件(或電阻可變存儲(chǔ)器件)及其形成方法。更具體而言，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種包括電阻可變層的可變電阻存儲(chǔ)器件及其形成方法，所述電阻可變層的電阻根據(jù)施加到所述電阻可變層的電壓或電流而變化，使得可以在至少兩種不同的電阻狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作。
【背景技術(shù)】
[0004]可變電阻存儲(chǔ)器件具有至少兩種電阻狀態(tài)，并且根據(jù)外部輸入信號(hào)(諸如施加到可變電阻存儲(chǔ)器件的電壓)來(lái)轉(zhuǎn)換其電阻狀態(tài)?？勺冸娮璐鎯?chǔ)器件通過(guò)執(zhí)行轉(zhuǎn)換操作來(lái)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)?？勺冸娮璐鎯?chǔ)器件的實(shí)例包括:阻變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ReRAM)、相變RAM (PCRAM)、自旋轉(zhuǎn)移力矩RAM (STT-RAM)等。由于可變電阻存儲(chǔ)器件的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)以及即使不再施加外部輸入也能保留儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)的良好性能，已經(jīng)對(duì)可變電阻存儲(chǔ)器件進(jìn)行了許多研究。
[0005]在可變電阻存儲(chǔ)器件之中，ReRAM可以包括(i)由例如基于鈣鈦礦的材料或過(guò)渡金屬氧化物形成的電阻可變層，和(ii)上電極和下電極。在ReRAM中，充當(dāng)電流路徑的細(xì)絲根據(jù)施加到電極的電壓電平而在電阻可變層中重復(fù)地形成或斷裂。
[0006]當(dāng)細(xì)絲形成時(shí)，電阻可變層處于低電阻狀態(tài)。相反，當(dāng)細(xì)絲斷裂時(shí)，電阻可變層處于高電阻狀態(tài)。從高電阻狀態(tài)到低電阻狀態(tài)和從低電阻狀態(tài)到高電阻狀態(tài)的轉(zhuǎn)換操作分別被稱作為“設(shè)定”和“復(fù)位”操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件及其形成方法利用熱邊界電阻(TBR)效應(yīng)來(lái)減小在金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層中產(chǎn)生的熱的耗散，并且與不使用TBR效應(yīng)相比引起了 MIT層在更低電平的操作電流和電壓處轉(zhuǎn)變。因此，可以減小用于可變電阻存儲(chǔ)器件的操作電流和電壓的電平。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件可以包括:第一電極；第二電極，所述第二電極與第一電極間隔開(kāi)；電阻可變層和金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層，所述電阻可變層和所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層提供在第一電極與第二電極之間；以及熱阻擋層，所述熱阻擋層提供在(i)第一電極與MIT層之間，(ii)MIT層與電阻可變層之間，或者(iii)第二電極與MIT層之間。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件可以包括:垂直電極，所述垂直電極從襯底垂直延伸；多個(gè)層間絕緣圖案和多個(gè)水平電極，所述多個(gè)層間絕緣圖案和所述多個(gè)水平電極沿著垂直電極延伸的方向以交替的方式層疊；電阻可變層和金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層，所述電阻可變層和所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層中的每個(gè)提供在垂直電極與水平電極之間；以及熱阻擋層，所述熱阻擋層提供在(i )水平電極與MIT層之間，(ii ) MIT層與電阻可變層之間，或者(i i i )垂直電極與MIT層之間。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以利用熱邊界電阻(TBR)現(xiàn)象來(lái)抑制來(lái)自金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層的熱耗散，因而可以減小用于可變電阻存儲(chǔ)器件的操作電流和電壓。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1A至圖1E示出包括金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層的可變電阻存儲(chǔ)器件的不同方面。
[0012]圖2A至圖2B示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件及其形成方法。
[0013]圖3A至圖3D示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件的優(yōu)點(diǎn)。
[0014]圖4A至圖4E分別示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例至第六實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件的截面。
[0015]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)器單元陣列(MCA)的立體圖。
[0016]圖6A至圖6F示出根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件及其形成方法。
[0017]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件及其形成方法。
[0018]圖8示出根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件及其形成方法。
[0019]圖9示出根據(jù)本發(fā)明的第十實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件及其形成方法。
[0020]圖1OA至圖1OD示出根據(jù)本發(fā)明的第十一實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件及其形成方法。
[0021]圖11示出包括外圍器件和根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件的系統(tǒng)。
[0022]圖12示出使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件的信息處理系統(tǒng)。【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將參照附圖更詳細(xì)地描述各種實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以用不同的方式實(shí)施，而不應(yīng)解釋為局限于本文所列的實(shí)施例。確切地說(shuō)，提供這些實(shí)施例是為了使本說(shuō)明書(shū)充分與完整，并向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。在說(shuō)明書(shū)中，相似的附圖標(biāo)記在本發(fā)明的不同附圖與實(shí)施例中表示相似的部分。
[0024]附圖并非按比例繪制，在某些情況下，為了清楚地示出實(shí)施例的特征可能對(duì)比例做夸大處理。當(dāng)提及第一層在第二層“上”或在襯底“上”時(shí)，其不僅涉及第一層直接形成在第二層上或在襯底上的情況，還涉及在第一層與第二層之間或在第一層與襯底之間存在第三層的情況。
[0025]圖1A至圖1E示出包括金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層的可變電阻存儲(chǔ)器件的不同方面。
[0026]圖1A示出的圖說(shuō)明了材料的金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)行為，所述材料的晶體結(jié)構(gòu)在臨界溫度Tc處變化。結(jié)果是，材料經(jīng)歷從金屬到絕緣體的轉(zhuǎn)變或從絕緣體到金屬的轉(zhuǎn)變，并且材料的電阻相應(yīng)地在臨界溫度Tc處突然改變?？勺冸娮璐鎯?chǔ)器件可以利用由具有這種MIT特性的材料形成的層來(lái)作為選擇單元。
[0027]參見(jiàn)圖1B，利用MIT層作為選擇單元的可變電阻存儲(chǔ)器件可以具有包括下電極10、MIT層20、電阻可變層30以及上電極40的層疊結(jié)構(gòu)。
[0028]參見(jiàn)圖1C，當(dāng)電流經(jīng)過(guò)MIT層20時(shí)，在MIT層20中產(chǎn)生焦耳熱，并且內(nèi)部產(chǎn)生的熱耗散到相鄰的層，諸如下電極10和電阻可變層30。由于熱耗散到相鄰的層，因此與不存在熱耗散的情況相比，MIT層20達(dá)到臨界溫度Tc需要更高電平的電流或電壓。當(dāng)MIT層的溫度達(dá)到臨界溫度Tc時(shí)，產(chǎn)生MIT層20從絕緣體到金屬的轉(zhuǎn)變。
[0029]參見(jiàn)圖1D，當(dāng)離MIT層20中心的距離增加時(shí)，溫度減小。溫度下降與耗散到相鄰的層的熱量成比例地增加。在下電極10與金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層20之間的界面(D)處以及電阻可變層30與金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層20之間的界面(D)處存在溫度分布上的不連續(xù)。
[0030]參見(jiàn)圖1E，在交叉點(diǎn)單元陣列結(jié)構(gòu)下，存儲(chǔ)器單元布置在多個(gè)位線和多個(gè)字線的每個(gè)交叉處。在交叉點(diǎn)單元陣列結(jié)構(gòu)下，當(dāng)將電壓Vt施加到位于選中位線和選中字線之間的交叉處的選中單元時(shí)，還可將電壓量大約為電壓Vt的一半的較低電壓施加到未選中單元，這引起潛行電流(sneak current)流經(jīng)未選中單元。
[0031]圖1E示出不包括金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層的存儲(chǔ)器單元在從高電阻狀態(tài)(HRS)到低電阻狀態(tài)(LRS)的操作中的電流電壓圖。如圖1E中所示，較高的潛行電流Is可能流經(jīng)施加有大約為電壓Vt的一半的未選中存儲(chǔ)器單元。因而，為了減小潛行電流Is，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以利用諸如MIT層的選擇單元，這將在下文中更加詳細(xì)地說(shuō)明。
[0032]圖2A和圖2B是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件及其形成方法的截面圖。圖2B是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件的截面圖。圖2A示出圖2B中所示的可變電阻存儲(chǔ)器件的一部分。
[0033]參見(jiàn)圖2A，第一電極100形成在具有底層結(jié)構(gòu)(未示出)的襯底(未示出)之上。第一電極100可以由導(dǎo)電材料形成。導(dǎo)電材料可以包括諸如TiN、TaN、WN等的金屬氮化物，諸如W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、N1、Cr、Co、T1、Ru、Hf、Zr等的金屬，或者摻雜的多晶硅。
[0034]雖然在圖2A和圖2B中未示出，但是襯底可以包括用于驅(qū)動(dòng)可變電阻存儲(chǔ)器件的外圍電路。
[0035]第一熱阻擋層110、金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層120、以及第二熱阻擋層130順序地形成在第一電極100之上。MIT層120可以包括晶體結(jié)構(gòu)在臨界溫度處改變的材料，使得材料從絕緣體轉(zhuǎn)變成金屬，或者從金屬轉(zhuǎn)變成絕緣體。例如，這種材料可以包括氧化鈮(NbOx，2 ^ X ^ 2.5)或氧化釩(V0x，2 ≤ X ^ 2.5)。
[0036]具體地，典型地使用諸如NbO2和VO2的二氧化物(即，x=2)作為金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)材料。Nb2O5和V2O5 (B卩，x=2.5)通過(guò)局部地產(chǎn)生NbO2和VO2通道也展示了金屬絕緣體轉(zhuǎn)變特性。
[0037]當(dāng)電流流經(jīng)MIT層120時(shí)，在MIT層120中產(chǎn)生焦耳熱以增加MIT層120的溫度，這引起在預(yù)定的閾值電壓處的轉(zhuǎn)換。可以使用MIT層120作為交叉點(diǎn)單元陣列中的選擇單元，以有效地減小流經(jīng)未選中單元的潛行電流。
[0038]形成第一阻擋層110和第二阻擋層130以利用熱邊界電阻(TBR)來(lái)減小在MIT層120中產(chǎn)生的熱到相鄰的層的耗散。在一個(gè)實(shí)施例中，第一阻擋層110和第二阻擋層130可以包括德拜溫度(Debye temperature)與MIT層120不同的材料。例如,第一阻擋層110和第二阻擋層130可以包括:金屬、氧化物、氮化物、或者它們的組合。
[0039]在一個(gè)實(shí)施例中，第一阻擋層110和第二阻擋層130可以形成得薄。例如，第一擋層和第二阻擋層可以具有從幾埃(A)至幾十埃(A)范圍的厚度。在這個(gè)厚度范圍內(nèi)，第一阻擋層110和第二阻擋層130不會(huì)明顯地妨礙電子隧穿和電流流動(dòng)。
[0040]當(dāng)諸如聲子和電子的熱能載體散射在具有不同振動(dòng)特性和電子特性的材料之間的界面處時(shí)，產(chǎn)生熱邊界電阻(TBR)。聲子或電子根據(jù)界面處的材料的散射是由材料中和界面處的晶格缺陷和的其他缺點(diǎn)引起。TBR充當(dāng)額外的熱電阻，并且減小經(jīng)由界面的熱傳遞，引起界面處的溫度不連續(xù)。
[0041]德拜溫度是材料的固有熱屬性。在界面處材料之間的熱屬性差異越大，TBR效應(yīng)變得越強(qiáng)。當(dāng)TBR效應(yīng)變得較強(qiáng)時(shí)，來(lái)自MIT層120的熱耗散減小，如以上所討論的。因而，第一阻擋層110和第二阻擋層130與MIT層120之間的德拜溫度差異越大，從金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層120中耗散的熱越少。
[0042]參見(jiàn)圖2B，第三電極140、電阻可變層150以及第二電極160順序地形成在第二熱阻擋層130之上。[0043]第三電極140和第二電極160可以包括導(dǎo)電材料，例如(i )諸如TiN、TaN以及WN的金屬氮化物，(ii)諸如 W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、N1、Cr、Co、T1、Ru、Hf、Zr 等金屬，或(iii)摻雜的娃。
[0044]電阻可變層150可以包括電阻由于氧空位上的改變、離子遷移、或者材料的相變而變化的材料。
[0045]例如，在一個(gè)實(shí)施例中，電阻值由于氧空位上的改變或離子遷移而改變的材料可以包括:(i)基于鈣鈦礦的材料，諸如 STO (SrTiO3)^BTO (BaTiO3)^PCMO (PivxCaxMnO3)等，或者(ii)包括諸如 Ti02、HfO2, ZrO2, Al2O3' Ta2O5'氧化鈮(Nb2O5)' Co3O4, Ni。、WO3、氧化鑭(La2O3)等的過(guò)渡金屬氧化物(TMO)的氧化物材料。
[0046]電阻值由于材料的相變而變化的材料可以包括在結(jié)晶結(jié)構(gòu)和非晶結(jié)構(gòu)之間變化的材料，諸如硫族化物材料。例如，可以使用GST(GeSbTe)，其中鍺、銻、碲以指定比例組合。
[0047]根據(jù)以上描述，可以獲得如圖2B中所示的根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件。
[0048]參見(jiàn)圖2B，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件的單位存儲(chǔ)器單元(MO可以具有第一電極100、第一熱阻擋層110、MIT層120、第二熱阻擋層130、第三電極140、電阻可變層150以及第二電極160的層疊結(jié)構(gòu)。
[0049]MIT層120可以包括電阻值在臨界溫度處突然改變的材料，例如，氧化鈮(NbOx，2 ≤ X ≤ 2.5)和氧化釩(V0x，2 ≤ X ≤ 2.5)。
[0050]電阻可變層150可以包括電阻值根據(jù)氧空位上的改變、離子遷移或材料的相變而變化的材料。
[0051]第一熱阻擋層110和第二熱阻擋層130可以包括德拜溫度與MIT層120不同的材料。例如，第一阻擋層110和第二阻擋層130可以包括金屬、氧化物、氮化物、或者它們的組合，并且可以具有從幾埃(A)至幾十埃(A)范圍的厚度。
[0052]圖3A至圖3D說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件的優(yōu)點(diǎn)。
[0053]參見(jiàn)圖3A和圖3B，利用熱邊界電阻(TBR)，第一熱阻擋層110和第二熱阻擋層130可以有效地減小在MIT層120中由焦耳熱產(chǎn)生的熱耗散到相鄰的層。
[0054]圖3B中所示的圖說(shuō)明根據(jù)離MIT層120中心的距離而來(lái)的溫度分布。溫度在MIT層120內(nèi)連續(xù)地改變，但在以下界面處在溫度變化上不連續(xù):(i) MIT層120與第一熱阻擋層110和第二熱阻擋層130之間的界面處(D1)，以及(ii)第一熱阻擋層110與第一電極100之間的界面處(D2)和第二熱阻擋層130與第三電極140之間的界面處(D2)。
[0055]參見(jiàn)圖3C，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖示出了根據(jù)施加到三種不同存儲(chǔ)器單元的電壓而來(lái)的電流。圖上的三種電流中的每一種分別表示在具有MIT層(S)的存儲(chǔ)器單元中的電流變化、在具有電阻可變層(R)的存儲(chǔ)器單元中的電流變化、以及在具有MIT層和電阻可變層(ISlR)的存儲(chǔ)器單元中的電流變化。具有MIT層(S)的存儲(chǔ)器單元在施加的電壓達(dá)到閾值Vth之前具有高電阻值(S卩，低斜率，如(S)所示)，然后具有低電阻值(S卩，(S)中的高斜率)。此外，當(dāng)施加電壓Vsw時(shí)，具有電阻可變層(R)的存儲(chǔ)器單元從高電阻狀態(tài)變成低電阻狀態(tài)，或從低電阻狀態(tài)變成高電阻狀態(tài)。因此，包括串聯(lián)耦接的MIT層和電阻可變層(ISlR)的存儲(chǔ)器單元在施加的電壓達(dá)到閾值電壓Vth之前具有非常高的電阻值，然后具有中等的電阻值，這是因?yàn)槠淇傠娮柚蹬cMIT層(S)和電阻可變層(R)的電阻值之和成比例。
[0056]如上所述，在交叉點(diǎn)單元陣列結(jié)構(gòu)下，當(dāng)將電壓Vsw施加到選中單元時(shí)，可將電壓量大約為所述電壓的一半(Vsw/2)的較低電壓施加到未選中單元。結(jié)果，潛行電流可流經(jīng)未選中的單元。
[0057]然而，在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電阻可變存儲(chǔ)器件中，可變電阻存儲(chǔ)器單元(ISlR)中使用的MIT層(S)在特定的閾值電壓Vth處執(zhí)行轉(zhuǎn)換操作，所述特定的閾值電壓Vth具有比施加到選中單元的電壓的一半(Vsw/2)更高的電平。如上所述，MIT層在閾值電壓Vth以下具有高電阻值。因而，存儲(chǔ)器單元(ISlR)的與小于閾值電壓Vth的電壓電平相對(duì)應(yīng)的電流比僅具有電阻可變層(R)的存儲(chǔ)器單元小得多。結(jié)果，可以顯著地減小經(jīng)過(guò)具有MIT層和電阻可變層的存儲(chǔ)器單元(ISlR)中的未選中單元的潛行電流Is。
[0058]參見(jiàn)圖3D，圖示出了根據(jù)施加到MIT層的電壓而來(lái)的電流。在圖中，①表示包括熱阻擋層的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，②表示沒(méi)有熱阻擋層的存儲(chǔ)器單元。
[0059]由于熱耗散的緣故，沒(méi)有熱阻擋層的MIT層達(dá)到發(fā)生MIT層從絕緣體到金屬的轉(zhuǎn)變的臨界溫度與具有熱阻擋層的MIT層達(dá)到所述臨界溫度所需的電流和電壓(II，Vl)相比需要更高電平的電流12和電壓V2。因此，沒(méi)有熱阻擋層的存儲(chǔ)器單元與具有熱阻擋層的存儲(chǔ)器單元相比需要更高電平的電流12和電壓V2。
[0060]圖4A至圖4E是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例至第六實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件的截面圖。在下文中，將省略對(duì)已經(jīng)討論的元件的詳細(xì)描述，以避免重復(fù)說(shuō)明。
[0061]參見(jiàn)圖4A，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器單元的單位存儲(chǔ)器單元(MC)可以包括順序地層疊有第一電極100、電阻可變層150、第三電極140、第一熱阻擋層110、金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層120、第二熱阻擋層130以及第二電極160的層疊結(jié)構(gòu)。
[0062]S卩，第一熱阻擋層110、MIT層120以及第二熱阻擋層130設(shè)置在電阻可變層150和第三電極140之上。具體地，在上存儲(chǔ)器單元(MC)和下存儲(chǔ)器單元(MC)共用導(dǎo)線的交叉點(diǎn)單元陣列結(jié)構(gòu)下，上存儲(chǔ)器單元(MC)和下存儲(chǔ)器單元中(MC)中的一個(gè)可以配置成第一實(shí)施例(見(jiàn)圖2B)所示的層疊結(jié)構(gòu)。上存儲(chǔ)器單元(MC)和下存儲(chǔ)器單元(MC)中的另一個(gè)可以配置成本發(fā)明的第二實(shí)施例(見(jiàn)圖4A)所示的層疊結(jié)構(gòu)，使得一個(gè)層疊結(jié)構(gòu)設(shè)置在另一個(gè)層疊結(jié)構(gòu)之上，共用的導(dǎo)線插入在它們之間。
[0063]參見(jiàn)圖4B，根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器單元的單位存儲(chǔ)器單元(MC)可以包括順序地層疊有第一電極100、第一熱阻擋層110、金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層120、第三電極140、電阻可變層150以及第二電極160的層疊結(jié)構(gòu)。
[0064]參見(jiàn)圖4C，根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器單元的單位存儲(chǔ)器單元(MO可以包括順序地層疊有第一電極100、金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層120、第二熱阻擋層130、第三電極140、電阻可變層150以及第二電極160的層疊結(jié)構(gòu)。
[0065]在第三實(shí)施例和第四實(shí)施例中，可以省略第一實(shí)施例所示的第一熱阻擋層110和第二熱阻擋層130中的一個(gè)。此外，在對(duì)其的組合中，例如可以如第二實(shí)施例所示改變第三實(shí)施例和第四實(shí)施例中的層的層疊順序。
[0066]參見(jiàn)圖4D，根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器單元的單位存儲(chǔ)器單元(MO可以包括順序地層疊有第一電極100、第一熱阻擋層110、金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層120、第二熱阻擋層130、電阻可變層150、以及第二電極160的層疊結(jié)構(gòu)。
[0067]即，在第五實(shí)施例中，可以省略第一實(shí)施例中的第三電極140。此外，在對(duì)其的組合中，可以改變第五實(shí)施例中的層的層疊順序。
[0068]參見(jiàn)圖4E，根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器單元的單位存儲(chǔ)器單元(MO可以包括順序地層疊有第一電極100、第一熱阻擋層110、金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層120、第二熱阻擋層130、第三電極140、電阻可變層150以及第二電極160的層疊結(jié)構(gòu)。第一熱阻擋層110和第二熱阻擋層130中的每個(gè)包括多個(gè)層。在一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)層中的至少一個(gè)可以由具有不同德拜溫度的不同材料形成，以增強(qiáng)熱邊界電阻(TBR)效應(yīng)。另夕卜，可以改變第六實(shí)施例的層疊順序。
[0069]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)器單元陣列(MCA)的立體圖。
[0070]參見(jiàn)圖5，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)器單元(MC)布置成交叉點(diǎn)單元陣列配置。在交叉點(diǎn)單元陣列配置下，存儲(chǔ)器單元布置在多個(gè)平行位線BL和多個(gè)平行字線WL的交叉處。每個(gè)存儲(chǔ)器單元包括電阻可變層，所述電阻可變層響應(yīng)于施加到存儲(chǔ)器單元的電壓或電流而經(jīng)歷電阻變化，使得產(chǎn)生在至少兩種不同電阻狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換操作。
[0071]圖6A至圖6F示出說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件及其形成方法的截面圖。圖6F示出說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件的截面圖。圖6A至圖6E示出用于形成根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的器件的方法。在下文中，將省略對(duì)已經(jīng)說(shuō)明過(guò)的元件的描述。
[0072]參見(jiàn)圖6A，在襯底200和底層結(jié)構(gòu)(未示出)之上交替地層疊多個(gè)層間絕緣層210、和多個(gè)犧牲層220。即，提供多個(gè)絕緣層210和多個(gè)犧牲層220，使得在襯底之上層疊絕緣層210和犧牲層220的交替層。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底200可以是諸如單晶硅的半導(dǎo)體襯底，層間絕緣層210可以由基于氧化物的材料形成。
[0073]犧牲層220將在隨后的工藝中被去除，以產(chǎn)生用于水平電極290(見(jiàn)圖6F)的空間，犧牲層220可以由濕法刻蝕選擇性與層間絕緣層210不同的材料形成。例如，犧牲層220可以由基于氮化物的材料形成。
[0074]在圖6A中，示出了四個(gè)犧牲層220，但是本發(fā)明的實(shí)施例不局限于此。因而，在另一個(gè)實(shí)施例中，犧牲層220的數(shù)目可以不同。[0075]參見(jiàn)圖6B，利用沿著指定方向的線延伸的線型掩模(未示出)作為刻蝕掩模，刻蝕層間絕緣層210和犧牲層220，以形成第一縫隙Tl。用絕緣層230來(lái)填充第一縫隙Tl。在一個(gè)實(shí)施例中，可以形成多個(gè)第一縫隙Tl。在一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)第一縫隙Tl可以彼此平行。絕緣層230可以由濕法刻蝕選擇性與犧牲層220不同的材料形成。例如，絕緣層230可以由基于氧化物的材料形成。
[0076]參見(jiàn)圖6C，選擇性地刻蝕絕緣層230以形成孔H，所述孔H暴露出襯底200的表面和犧牲層220的側(cè)壁。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)孔H可以形成為矩陣圖案。當(dāng)從頂部觀察時(shí)，孔H可以是正方形、圓形、矩形或橢圓形。
[0077]在孔H中順序地形成第一熱阻擋層240、金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層250、第二熱阻擋層260以及電阻可變層270。在一個(gè)實(shí)施例中，在孔H的側(cè)壁和底部之上保形地(conformally)形成第一熱阻擋層240、MIT層250、第二熱阻擋層260以及電阻可變層270。
[0078]MIT層250可以包括在臨界溫度處從絕緣體轉(zhuǎn)變成金屬或從金屬轉(zhuǎn)變成絕緣體的材料，因而MIT層250的電阻值在臨界溫度處突然改變。例如，MIT層250可以由氧化鈮(NbOx, 2 < X < 2.5)和氧化f凡(VOx, 2 ^ x ^ 2.5)中的任意一種形成。
[0079]電阻可變層270可以包括電阻值根據(jù)氧空位上的改變、離子遷移、或者材料的相變而變化的材料。
[0080]形成第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260以利用熱邊界電阻(TBR)效應(yīng)來(lái)減小在MIT層250中由焦耳熱產(chǎn)生的熱的耗散，第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260可以包括德拜溫度與MIT層250不同的材料。例如，第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260可以包括:金屬、氧化物、氮化物或者它們的組合。
[0081]第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260可以形成得薄。在一個(gè)實(shí)施例中，第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260可以具有從幾埃(A)至十幾埃(A)范圍的厚度。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以不形成第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260中的一個(gè)。
[0082]參見(jiàn)圖6D，刻蝕第一熱阻擋層240、金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層250、第二熱阻擋層260、以及電阻可變層270的在孔H的底部的一部分，以暴露出襯底200。隨后，用導(dǎo)電材料來(lái)填充孔H以形成垂直電極280。導(dǎo)電材料可以包括:例如(i)諸如TiN、TaN以及WN的金屬氮化物，(ii)諸如 W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、N1、Cr、Co、T1、Ru、Hf、Zr 等的金屬，或者(iii)摻雜的硅。
[0083]參見(jiàn)圖6E，利用沿著與第一縫隙Tl相同方向的線延伸的線型掩模圖案作為刻蝕掩模，刻蝕層間絕緣層210和犧牲層220的設(shè)置在孔H的側(cè)面的遠(yuǎn)端的一部分，以形成第二縫隙T2。隨后，去除由縫隙T2暴露出的犧牲層220。在一個(gè)實(shí)施例中，可以形成多個(gè)第二縫隙T2。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將所述多個(gè)第二縫隙T2布置成彼此平行?？梢岳脿奚鼘?20與層間絕緣層210不同的刻蝕選擇性通過(guò)濕法刻蝕工藝來(lái)去除犧牲層220。在下文中，余留的層間絕緣層210將被稱作多個(gè)層間絕緣圖案210A。
[0084]參見(jiàn)圖6F，在犧牲層220被去除之處形成水平電極290。水平電極290可以由導(dǎo)電材料形成，例如(i)諸如TiN,TaN以及WN的金屬氮化物，(ii)諸如W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、N1、Cr、Co、T1、Ru、Hf、Zr等的金屬，或者(iii)摻雜的硅。
[0085]可以利用化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)等來(lái)形成水平電極290?？梢员Ｐ蔚爻练e導(dǎo)電材料，使得導(dǎo)電材料可以在犧牲層220被去除的區(qū)域中形成水平電極層(未示出)。刻蝕水平電極層直到暴露出層間絕緣圖案210A的側(cè)壁，由此形成通過(guò)層間絕緣圖案2IOA而彼此分開(kāi)的水平電極290。
[0086]根據(jù)以上描述的方法，可以獲得如圖6F所示的根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件。
[0087]參見(jiàn)圖6F，根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件可以包括:垂直電極280，所述垂直電極280從襯底200垂直延伸；以及多個(gè)層間絕緣圖案210A和多個(gè)水平電極290，所述多個(gè)層間絕緣圖案210A和所述多個(gè)水平電極290層疊，使得它們沿著垂直電極280延伸的方向交替。根據(jù)第七實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件還包括:電阻可變層270和金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層250，所述電阻可變層270和所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層250設(shè)置在垂直電極280與水平電極290之間；第一熱阻擋層240，所述第一熱阻擋層240插入在水平電極290與MIT層250之間；以及第二熱阻擋層260，所述第二熱阻擋層260插入在MIT層250與電阻可變層270之間。
[0088]MIT層250可以包括電阻值在臨界溫度處突然改變的材料。所述材料例如可以包括氧化鈮(Nb0x，2 < X ^ 2.5)和氧化釩(V0x，2 < x ^ 2.5)中的任意一種。電阻可變層270可以包括電阻值根據(jù)氧空位上的改變、離子遷移，或材料的相變而變化的材料。
[0089]第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260可以包括德拜溫度與MIT層250不同的材料。例如，第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260可以包括:金屬、氧化物、氮化物或它們的組合。第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260可以具有從幾埃(A)至幾十埃(A)范圍的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260可以由多個(gè)層形成。
[0090]垂直電極280和水平電極290可以彼此相交叉。垂直電極280的上端部或下端部中的至少一個(gè)可以與導(dǎo)線(未示出)耦接。
[0091]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件及其形成方法。在下文中，將省略在第七實(shí)施例中說(shuō)明過(guò)的元件的描述。
[0092]參見(jiàn)圖7，根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件可以包括:垂直電極280，所述垂直電極280從襯底200垂直延伸；多個(gè)層間絕緣圖案2IOA和多個(gè)水平電極290，所述多個(gè)層間絕緣圖案210A和所述多個(gè)水平電極290層疊，使得它們沿著垂直電極280延伸的方向交替；電阻可變層270和金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層250，所述電阻可變層270和所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層250設(shè)置在垂直電極280與水平電極290之間；第一熱阻擋層240，所述第一熱阻擋層240插入在垂直電極280與MIT層250之間；以及第二熱阻擋層260，所述第二熱阻擋層260插入在MIT層250與電阻可變層270之間。
[0093]即，在第八實(shí)施例中，順序地形成電阻可變層270、第二熱阻擋層260、MIT層250以及第一熱阻擋層240。如此，設(shè)置用以填充孔H的層的順序與第七實(shí)施例(見(jiàn)圖6F)不同。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以不形成第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260中的一個(gè)。
[0094]圖8示出根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件及其形成方法。在下文中，將省略在第七實(shí)施例中說(shuō)明過(guò)的元件的描述。
[0095]參見(jiàn)圖8，根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件可以包括:垂直電極280，所述垂直電極280相對(duì)于襯底200垂直延伸；多個(gè)層間絕緣圖案210A和多個(gè)水平電極290，所述多個(gè)層間絕緣圖案210A和所述多個(gè)水平電極290層疊，使得它們沿著垂直電極280延伸的 方向交替地設(shè)置；電阻可變層270和金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層250，所述電阻可變層270和所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層250設(shè)置在垂直電極280與水平電極290之間；第一熱阻擋層240，所述第一熱阻擋層240插入在水平電極290與金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層250之間；以及第二熱阻擋層260，所述第二熱阻擋層260插入在MIT層250與電阻可變層270之間。
[0096]在第九實(shí)施例中，不刻蝕電阻可變層270、第二熱阻擋層260、MIT層250以及第一熱阻擋層240的底部。即，電阻可變層270、第二熱阻擋層260、MIT層250以及第一熱阻擋層240保留在垂直電極280的底表面之下。因而，如在第七實(shí)施例中所描述的，在刻蝕最終設(shè)置在垂直電極280之下的區(qū)域的過(guò)程中電阻可變層270不被破壞。在第九實(shí)施例中，導(dǎo)線(未示出)布置在垂直電極280的上部。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以省略第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260中的一個(gè)。
[0097]圖9示出根據(jù)本發(fā)明的第十實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件及其形成方法。在下文中，將省略在第七實(shí)施例中說(shuō)明過(guò)的元件的描述。
[0098]參見(jiàn)圖9，根據(jù)本發(fā)明的第十實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件可以包括:垂直電極280，所述垂直電極280從襯底200垂直延伸；多個(gè)層間絕緣圖案2IOA和多個(gè)水平電極290，所述多個(gè)層間絕緣圖案210A和所述多個(gè)水平電極290層疊，使得它們沿著垂直電極280延伸的方向交替；電阻可變層270和金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層250，所述電阻可變層270和所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層250設(shè)置在垂直電極280與水平電極290之間；中間電極265，所述中間電極265插入在電阻可變層270與MIT層250之間；第一熱阻擋層240，所述第一熱阻擋層240插入在水平電極290與MIT層250之間；以及第二熱阻擋層260，所述第二熱阻擋層260插入在MIT層250與電阻可變層270之間。
[0099]即，在第十實(shí)施例中，中間電極265可以設(shè)置在電阻可變層270與MIT轉(zhuǎn)變層250之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以省略第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260中的一個(gè)。
[0100]圖1OA至圖1OD示出根據(jù)本發(fā)明的第十一實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件及其形成方法。在下文中，將省略在第七實(shí)施例中說(shuō)明過(guò)的元件的描述。在執(zhí)行圖6A中所示的工藝之后，可以執(zhí)行以下工藝以形成圖1OA中所示的結(jié)構(gòu)。
[0101]參見(jiàn)圖10A，選擇性地刻蝕多個(gè)層間絕緣層210和多個(gè)犧牲層220 (未示出)以形成孔H，由此暴露出犧牲層220 (未示出)的側(cè)壁。然后，利用犧牲層220與層間絕緣層210不同的刻蝕選擇性來(lái)去除暴露出的犧牲層220。在一個(gè)實(shí)施例中，可以形成多個(gè)孔H。在這種情況下，所述多個(gè)孔H可以布置成矩陣圖案。當(dāng)從頂部觀察時(shí)，孔H可以形成為正方形、圓形、矩形或橢圓形。
[0102]參見(jiàn)圖10B，在犧牲層220被去除的區(qū)域中形成水平電極290。水平電極290可以由導(dǎo)電材料形成，例如(i)諸如TiN、TaN以及WN的金屬氮化物，(ii)諸如W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、N1、Cr、Co、T1、Ru、Hf、Zr等的金屬，或者(iii)摻雜的硅。
[0103]參見(jiàn)圖10C，可以在孔H的內(nèi)壁上順序地形成第一熱阻擋層240、MIT層250、第二熱阻擋層260以及電阻可變層270。
[0104]MIT層250可以包括電阻值在臨界溫度處突然改變的材料，例如，氧化鈮(NbOx，2 ^ X ^ 2.5)和氧化釩(V0x，2 < X ^ 2.5)。電阻可變層270可以包括電阻值根據(jù)氧空位上的改變、離子遷移，或者材料的相位改變而變化的材料。
[0105]第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260可以包括德拜溫度與金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層250不同的材料。例如，第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260可以由金屬、氧化物、氮化物或它們的組合來(lái)形成。在一個(gè)實(shí)施例中，第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260可以具有從幾埃(A)至幾十埃(A)范圍的厚度。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以省略第一熱阻擋層240和第二熱阻擋層260中的一個(gè)。
[0106]參見(jiàn)圖10D，刻蝕位于包括第一熱阻擋層240、MIT層250、第二熱阻擋層260以及電阻可變層270的孔H底部的區(qū)域，以暴露出襯底200的相對(duì)應(yīng)區(qū)域。隨后，在孔H中形成垂直電極280。
[0107]垂直電極280可以由導(dǎo)電材料形成，例如，(i)諸如TiN、TaN以及WN的金屬氮化物，(ii)諸如 W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、N1、Cr、Co、T1、Ru、Hf、Zr 等的金屬，或者(iii)摻雜的硅。
[0108]在第十實(shí)施例中，垂直電極280的下端部穿過(guò)電阻可變層270、第二熱阻擋層260、金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層250、以及第一熱阻擋層240，但是本發(fā)明不局限于這種結(jié)構(gòu)。例如，如第九實(shí)施例所示，垂直電極280可以不穿過(guò)這些層。
[0109]在第^^一實(shí)施例中，不同于第七實(shí)施例，水平電極290不被第二縫隙T2 (見(jiàn)圖6F)分開(kāi)。因而，水平電極290可以形成為板形，而不是多個(gè)線形。
[0110]圖11示出包括外圍器件和根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件的系統(tǒng)。
[0111]參見(jiàn)圖11，在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件中，存儲(chǔ)器單元陣列300中的存儲(chǔ)器單元(MC)布置成矩陣圖案。在存儲(chǔ)器單元陣列300的外圍區(qū)域中，可以提供位線譯碼器310、字線譯碼 器320、控制電路330、電壓發(fā)生電路340以及讀取電路350。
[0112]位線譯碼器310與存儲(chǔ)器單元陣列300的多個(gè)位線BL中的每個(gè)耦接，并且響應(yīng)于與選中位線BL相對(duì)應(yīng)的地址信號(hào)來(lái)選擇位線BL。同樣地，字線譯碼器320與存儲(chǔ)器單元陣列300的多個(gè)字線WL中的每個(gè)耦接，并且響應(yīng)于與選中字線WL相對(duì)應(yīng)的地址信號(hào)來(lái)選擇字線WL。即，存儲(chǔ)器單元陣列300中的設(shè)置在選中位線BL與選中字線WL之間的交叉處的特定存儲(chǔ)器單元(MC)可以響應(yīng)于地址信號(hào)而被選中。
[0113]控制電路330在寫(xiě)入操作的過(guò)程中響應(yīng)于地址信號(hào)、控制輸入信號(hào)以及數(shù)據(jù)輸入而控制位線譯碼器310、字線譯碼器320以及電壓發(fā)生電路340，由此控制存儲(chǔ)器單元陣列300的寫(xiě)入、刪除以及讀取操作。在一個(gè)實(shí)施例中，控制電路330也用作一般的地址緩沖器電路、數(shù)據(jù)輸入/輸出緩沖器電路、或控制輸入緩沖器電路。
[0114]電壓發(fā)生電路340產(chǎn)生在存儲(chǔ)器單元陣列300中寫(xiě)入、刪除、以及讀取數(shù)據(jù)所需的電壓，并且將電壓提供給位線BL和字線WL。
[0115]讀取電路350檢測(cè)選中的存儲(chǔ)器單元(MC)的電阻狀態(tài)，讀取儲(chǔ)存在選中的存儲(chǔ)器單元(MC)中的數(shù)據(jù)、以及將讀取的數(shù)據(jù)傳送到控制電路330。
[0116]圖12示出使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件的信息處理系統(tǒng)。
[0117]參見(jiàn)圖12，使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件的信息處理系統(tǒng)可以包括通過(guò)總線1500彼此通信的存儲(chǔ)系統(tǒng)1100、中央處理單元1200、用戶接口 1300、以及電源單元1400。
[0118]存儲(chǔ)系統(tǒng)1100可以包括可變電阻存儲(chǔ)器件1110和存儲(chǔ)器控制器1120?？勺冸娮璐鎯?chǔ)器件1110可以儲(chǔ)存通過(guò)中央處理單元1200處理的數(shù)據(jù)，或者經(jīng)由用戶接口 1300從外部傳送的數(shù)據(jù)。
[0119]信息處理系統(tǒng)1000可以由用于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的任何電子設(shè)備(例如，存儲(chǔ)卡，固態(tài)盤(pán)(SSD)),任何移動(dòng)通信設(shè)備等使用。
[0120]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可變電阻存儲(chǔ)器件及其形成方法利用熱邊界電阻(TBR)現(xiàn)象來(lái)減小在金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)層中產(chǎn)生的熱的耗散，因而可以減小操作可變電阻存儲(chǔ)器件的電流和電壓。
[0121]盡管已經(jīng)出于說(shuō)明的目的描述了各種實(shí)施例，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然的是，在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種變化和修改。
[0122]通過(guò)以上實(shí)施例可以看出，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘韵碌募夹g(shù)方案。
[0123]技術(shù)方案1.一種可變電阻存儲(chǔ)器件，包括:第一電極；第二電極，所述第二電極與所述第一電極間隔開(kāi)；電阻可變層和金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層，所述電阻可變層和所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層提供在所述第一電極與所述第二電極之間；以及熱阻擋層，所述熱阻擋層提供在所述第一電極與所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層之間、在所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層與所述電阻可變層之間、或者在所述第二電極與所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層之間。
[0124]技術(shù)方案2.如技術(shù)方案I所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述熱阻擋層包括德拜溫度與所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層不同的材料。
[0125]技術(shù)方案3.如技術(shù)方案I所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述熱阻擋層包括:金屬、氧化物、氮化物、或它們的組合。
[0126]技術(shù)方案4.如技術(shù)方案I所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述熱阻擋層包括多個(gè)不同的層，所述不同的層中的至少一個(gè)由不同的材料形成。
[0127]技術(shù)方案5.如技術(shù)方案I所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述熱阻擋層具有從幾A至幾十A范圍的厚度。
[0128]技術(shù)方案6.如技術(shù)方案I所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層包括電阻值在臨界溫度處突然改變的材料。
[0129]技術(shù)方案7.如技術(shù)方案I所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層包括氧化銀NbOx, 2 ^ X ^ 2.5和氧化I凡VOx, 2 ^ x ^ 2.5中的至少一種。
[0130]技術(shù)方案8.如技術(shù)方案I所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述電阻可變層包括電阻值根據(jù)材料相變、離子遷移、或氧空位的改變而變化的材料。
[0131]技術(shù)方案9.如技術(shù)方案I所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述器件還包括:第三電極，所述第三電極提供在所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層與所述電阻可變層之間。
[0132]技術(shù)方案10.如技術(shù)方案I所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述器件還包括:第一導(dǎo)線，所述第一導(dǎo)線與所述第一電極耦接，并且沿著第一方向延伸，以及第二導(dǎo)線，所述第二導(dǎo)線與所述第二電極耦接，并且沿著第二方向延伸。
[0133]技術(shù)方案11.如技術(shù)方案I所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述熱阻擋層被配置成減小在所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層中產(chǎn)生的熱的耗散。
[0134]技術(shù)方案12.—種可變電阻存儲(chǔ)器件，包括:垂直電極，所述垂直電極從襯底垂直延伸；多個(gè)層間絕緣圖案和多個(gè)水平電極，所述多個(gè)層間絕緣圖案和所述多個(gè)水平電極中的每個(gè)沿著所述垂直電極延伸的方向以交替的方式層疊；電阻可變層和金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層，所述電阻可變層和所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層提供在所述垂直電極與所述水平電極之間；以及熱阻擋層，所述熱阻擋層提供在所述水平電極與所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層之間、在所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層與所述電阻可變層之間、或者在所述垂直電極與所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層之間。
[0135]技術(shù)方案13.如技術(shù)方案12所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述熱阻擋層包括德拜溫度與所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層不同的材料。
[0136]技術(shù)方案14.如技術(shù)方案12所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述熱阻擋層包括:金屬、氧化物、氮化物、或者它們的組合。
[0137]技術(shù)方案15.如技術(shù)方案12所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述熱阻擋層包括多個(gè)不同的層，所述不同的層中的至少一個(gè)由不同的材料形成。
[0138]技術(shù)方案16.如技術(shù)方案12所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述熱阻擋層具有從幾A至幾十A范圍的厚度。
[0139]技術(shù)方案17.如技術(shù)方案12所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層包括電阻值在臨界溫度處突然改變的材料。
[0140]技術(shù)方案1 8.如技術(shù)方案12所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層包括氧化銀NbOx, 2 ^ X ^ 2.5和氧化I凡VOx, 2 ^ x ^ 2.5中的至少一種。
[0141]技術(shù)方案19.如技術(shù)方案12所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述電阻可變層包括電阻值根據(jù)材料相變、離子遷移、或氧空位的改變而變化的材料。
[0142]技術(shù)方案20.如技術(shù)方案12所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，所述器件還包括:中間電極，所述中間電極提供在所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層與所述電阻可變層之間。
[0143]技術(shù)方案21.如技術(shù)方案12所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述垂直電極橫跨所述多個(gè)水平電極而延伸。
[0144]技術(shù)方案22.如技術(shù)方案12所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述熱阻擋層被配置成減小在所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層中產(chǎn)生的熱的耗散。
【權(quán)利要求】
1.一種可變電阻存儲(chǔ)器件，包括: 第一電極； 第二電極，所述第二電極與所述第一電極間隔開(kāi)； 電阻可變層和金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層，所述電阻可變層和所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層提供在所述第一電極與所述第二電極之間；以及 熱阻擋層，所述熱阻擋層提供在所述第一電極與所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層之間、在所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層與所述電阻可變層之間、或者在所述第二電極與所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層之間。
2.如權(quán)利要求1所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述熱阻擋層包括德拜溫度與所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層不同的材料。
3.如權(quán)利要求1所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述熱阻擋層包括:金屬、氧化物、氮化物、或它們的組合。
4.如權(quán)利要求1所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述熱阻擋層包括多個(gè)不同的層，所述不同的層中的至少一個(gè)由不同的材料形成。
5.如權(quán)利要求1所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述熱阻擋層具有從幾A至幾十A范圍的厚度。
6.如權(quán)利要求1所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層包括電阻值在臨界溫度處突然改變的材料。
7.如權(quán)利要求1所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層包括氧化鈮NbOx, 2 ^ X ^ 2.5和氧化f·凡VOx, 2 ^ x ^ 2.5中的至少一種。
8.如權(quán)利要求1所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述電阻可變層包括電阻值根據(jù)材料相變、離子遷移、或氧空位的改變而變化的材料。
9.如權(quán)利要求1所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述器件還包括: 第三電極，所述第三電極提供在所述金屬絕緣體轉(zhuǎn)變層與所述電阻可變層之間。
10.如權(quán)利要求1所述的可變電阻存儲(chǔ)器件，其中，所述器件還包括: 第一導(dǎo)線，所述第一導(dǎo)線與所述第一電極耦接，并且沿著第一方向延伸，以及 第二導(dǎo)線，所述第二導(dǎo)線與所述第二電極耦接，并且沿著第二方向延伸。
【文檔編號(hào)】H01L45/00GK103855304SQ201310170875
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月29日
【發(fā)明者】金秀吉 申請(qǐng)人:愛(ài)思開(kāi)海力士有限公司