(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン材料、および前記シリコン材料上に第１酸化物材料を有する積層体に、開口部を形成する工程と、
前記開口部内に、前記シリコン材料に隣接させて第２酸化物材料を形成する工程と、
前記シリコン材料の間で前記シリコン材料に隣接する前記第２酸化物材料に囲まれた領域にイオン源材料を形成する工程と、
を含み、
前記開口部内に形成された前記第２酸化物材料は、抵抗型メモリセル内でのフィラメント形成を、前記開口部内に形成された前記第２酸化物材料に囲まれた領域に限局する、
抵抗型メモリセルを処理する方法。
【請求項２】
シリコン材料、および前記シリコン材料上に第１酸化物材料を有する積層体に、開口部を形成する工程と、
前記開口部内に、前記シリコン材料に隣接させて第２酸化物材料を形成する工程と、
を含み、
前記開口部内に前記シリコン材料に隣接させて前記第２酸化物材料を形成する工程は、
前記開口部内に、前記シリコン材料に隣接させて、選択的に金属材料を形成する工程と、
前記金属材料を酸化させて金属酸化物材料を形成する工程と、
をさらに含み、
前記開口部内に形成された前記金属酸化物材料は、抵抗型メモリセル内でのフィラメント形成を、前記開口部内に形成された前記金属酸化物材料に囲まれた領域に限局する、
抵抗型メモリセルを処理する方法。
【請求項３】
前記開口部内に、前記金属酸化物材料および前記第１酸化物材料に隣接させて、イオン源材料を形成する工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記開口部内に、前記金属酸化物材料および前記第１酸化物材料に隣接させて、抵抗型メモリ材料を形成する工程と、
前記開口部内に、前記抵抗型メモリ材料に隣接させて、また、前記開口部内に形成された前記金属酸化物材料に囲まれた領域内に、イオン源材料を形成する工程と
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記開口部内に、前記シリコン材料に隣接させて前記金属材料を選択的に形成することが、前記金属材料が前記開口部内の第１酸化物材料に隣接して形成されないように、前記金属材料を形成することを含む、請求項２〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
シリコン材料、および前記シリコン材料上に第１酸化物材料を有する積層体に、開口部を形成する工程と、
前記開口部内に、前記シリコン材料に隣接させて第２酸化物材料を形成する工程と、
を含み、
前記開口部内に、前記シリコン材料に隣接させて前記第２酸化物材料を形成する工程は、前記開口部に隣接する前記シリコン材料を選択的に酸化して、前記シリコン材料に隣接する酸化シリコン材料を形成する工程と、
を含み、
前記開口部内に形成された前記酸化シリコン材料は、抵抗型メモリセル内でのフィラメント形成を、前記開口部内に形成された前記酸化シリコン材料に囲まれた領域に限局する、
抵抗型メモリセルを処理する方法。
【請求項７】
前記開口部内に、前記酸化シリコン材料および前記第１酸化物材料に隣接させて、イオン源材料を形成する工程を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記開口部内に、前記酸化シリコン材料および前記第１酸化物材料に隣接させて、抵抗型メモリ材料を形成する工程と、
前記開口部内に、前記抵抗型メモリ材料に隣接させて、かつ、前記開口部内に形成された前記酸化シリコン材料に囲まれた領域内に、イオン源材料を形成する工程
を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記積層体は前記シリコン材料の下に抵抗型メモリ材料をさらに有し、前記イオン源材料は前記酸化シリコン材料で囲まれた前記開口部を介して前記抵抗型メモリ材料に接するように形成される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
シリコン材料および前記シリコン材料上に第１酸化物材料を有する垂直積層体と、
前記シリコン材料の間で前記シリコン材料に隣接する第２酸化物材料であって、抵抗型メモリセル内でのフィラメント形成を、前記シリコン材料の間で前記シリコン材料に隣接する前記第２酸化物材料に囲まれた領域に限局する、前記シリコン材料の間で前記シリコン材料に隣接する前記第２酸化物材料と、
前記シリコン材料の間で前記シリコン材料に隣接する前記第２酸化物材料に囲まれた領域内のイオン源材料と
を備える、抵抗型メモリセル。
【請求項１１】
前記垂直積層体は、前記シリコン材料の間で前記シリコン材料に隣接する前記第２酸化物材料に隣接する抵抗型メモリ材料であって、前記シリコン材料の間で前記シリコン材料に隣接する前記第２酸化物材料に囲まれた領域内の前記イオン源材料に隣接する前記抵抗型メモリ材料を備える、請求項１０に記載の抵抗型メモリセル。
【請求項１２】
前記垂直積層体は、前記シリコン材料の下に位置する電極材料をさらに備え、前記第２酸化物材料で囲まれた領域内の前記抵抗型メモリ材料は、前記電極材料の上面の一部に接している、請求項１１に記載の抵抗型メモリセル。
【請求項１３】
前記垂直積層体は、前記シリコン材料の下に位置する抵抗型メモリ材料をさらに備え、前記シリコン材料に隣接する前記第２酸化物材料に囲まれた領域内のイオン源材料は、前記抵抗型メモリ材料の上面の一部に接している、請求項１０に記載の抵抗型メモリセル。
【請求項１４】
前記シリコン材料が窒化シリコンであり、
前記シリコン材料の間で前記シリコン材料に隣接する前記第２酸化物材料が、酸化銅である請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の抵抗型メモリセル。
【請求項１５】
前記シリコン材料がシリコンであり、
前記シリコン材料の間で前記シリコン材料に隣接する前記第２酸化物材料が、二酸化シリコンである、
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の抵抗型メモリセル。
【請求項１６】
前記シリコン材料の間で前記シリコン材料に隣接する前記第２酸化物材料は、環状の第２酸化物材料である、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の抵抗型メモリセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、半導体メモリデバイス、方法、およびシステムに関し、より詳細には、フィラメント形成が限局された抵抗型メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
メモリデバイスは、一般に、内蔵の半導体集積回路および／または外付けの取り外し可能装置として、コンピュータやその他の電子機器に備えられる。メモリとしては、とりわけ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、同期型ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）、フラッシュメモリ、および抵抗型メモリ、例えば、可変抵抗型メモリなどの、多くの異なるタイプが存在する。抵抗型メモリの種類に含まれるものとしては、特に、プログラム可能導体メモリ、抵抗ランダムアクセスメモリ（ＲＲＡＭ（登録商標））、相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＣＲＡＭ）、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ；磁気ランダムアクセスメモリとも呼ばれる）、および、導電性ブリッジ型ランダムアクセスメモリ（ＣＢＲＡＭ）などのものがある。
【０００３】
抵抗型メモリデバイスなどのメモリデバイスは、高記録密度、高信頼性、および低消費電力が求められる幅広い電子的応用において、不揮発性メモリとして利用され得る。不揮発性メモリは、例えば、パーソナルコンピュータ、ポータブルメモリスティック、固体素子ドライブ（ＳＳＤ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルカメラ、携帯電話、ＭＰ３プレーヤーなどのポータブルミュージックプレーヤー、動画プレーヤー、およびその他の電気機器で使用され得る。プログラムコード、ユーザデータ、および／または、例えば基本入出力システム（ＢＩＯＳ）などのシステムデータなどのデータは、不揮発性メモリに記憶される典型的なものである。
【０００４】
ＲＲＡＭなどの抵抗型メモリは、記憶素子の抵抗の状態（例えば、抵抗型メモリ素子が可変抵抗を有する）に基づいてデータを記憶できる抵抗型メモリセルを備えている。よって、抵抗型メモリセルは、抵抗型メモリ素子の抵抗レベルを変更することによりプログラムされ、目的のデータ状態に対応するデータを記憶できる。正または負の電気パルスなどの電界源または電気エネルギー源をセル、例えば、セルの抵抗型メモリ素子に特定の継続時間印加することにより、例えば特定の抵抗状態に対応する目的のデータ状態に、抵抗型メモリセルをプログラムできる。電気パルスは、例えば、正または負の、電圧または電流パルスでもよい。
【０００５】
いくつかのデータ状態、例えば抵抗状態のうちの１つが、抵抗型メモリセルにセットできる。例えば、シングルレベルセル（ＳＬＣ）は、２つのデータ状態のうち１つに、例えば、論理１または０にプログラムでき、これはセルが特定のレベル以上か以下のどちらの抵抗にプログラムされているかによって決まる。さらなる例として、様々な抵抗型メモリセルは、複数のデータ状態に対応する複数の異なる抵抗状態の１つにプログラムできる。そのようなセルは、多状態セル、多桁セル、および／または多レベルセル（ＭＬＣ）と呼ばれ、データの複数の２進数を表現できる（例えば、１０、０１、００、１１、１１１、１０１、１００、１０１０、１１１１、０１０１、０００１等）。
【０００６】
ＲＲＡＭセルなどの抵抗型メモリセルは、導電性フィラメントが内部に形成されている。導電性フィラメントは、セルの（例えば、セルの抵抗型メモリ素子の）抵抗スイッチング素子として機能する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。
【図１Ｂ】本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。
【図１Ｃ】本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。
【図１Ｄ】本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。
【図１Ｅ】本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。
【図２Ａ】本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。
【図２Ｂ】本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。
【図２Ｃ】本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。
【図３Ａ】本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。
【図３Ｂ】本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。
【図３Ｃ】本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。
【図４Ａ】本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。
【図４Ｂ】本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。
【図４Ｃ】本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書において、フィラメント形成が限局された抵抗型メモリについて説明する。１つ以上の方法の実施態は、シリコン材料、および前記シリコン材料上に酸化物材料を有する積層体に、開口部を形成する工程と、前記開口部内に、前記シリコン材料に隣接させて酸化物材料を形成する工程とを含み、前記開口部内に形成された前記酸化物材料は、抵抗型メモリセル内でのフィラメント形成を、前記開口部内に形成された前記酸化物材料に囲まれた領域に限局する。
【０００９】
本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリ、例えば抵抗型メモリセルは、セルのイオン源材料とセルの抵抗型メモリ材料との間のコンタクト領域が小さい。従って、本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリ、例えば抵抗型メモリセルは、導電性フィラメントの形成される領域が、従来の抵抗型メモリよりも小さくなる。すなわち、本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリは、イオン源材料と抵抗型メモリ材料との間で、従来の抵抗型メモリよりも小さなコンタクト領域を有するので、フィラメント形成を、従来の抵抗型メモリよりも、抵抗型メモリの小さな領域に制限することができる。従って、本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリは、従来の抵抗型メモリより、セル間で高いスイッチング均一性および／または低い可変性を有し、これにより抵抗型メモリの性能、一貫性、および／または信頼性を向上する。
【００１０】
以下の本開示の詳細な説明では、本開示の一部を成す添付図面を参照する。添付図面では、本開示のいくつかの実施形態がどのように実施されるかを例として示す。これらの実施形態は、当該技術分野で通常の知識を有する当業者が、本開示のいくつかの実施形態を実施するに十分な程度詳細に説明される。その他の実施形態が利用され得ること、および、工程的、電気的、または機械的変更を本開示の趣旨を逸脱しない範囲で行い得ることは、理解されるべきである。
【００１１】
本明細書において図面は、番号付けの慣例に従い、最初の桁が図面番号を示し、残りの桁が図面の要素または構成要素を示す。異なる図面間で同様の要素または構成要素は、類似の符号を用いて示す。例えば、図１Ａ〜１Ｅで１０４は要素“０４”を指し、同様の要素は、図２Ａ〜２Ｃにおいて、２０４で参照される。
【００１２】
理解されるように、本開示のいくつかの追加的実施形態を提供するため、種々の実施形態に示された要素を、追加、交換、および／または削除してもよい。加えて、理解されるように、図面における要素の比率および相対的寸法は、本発明の実施形態を説明するためのものであり、限定的な意味で理解されるべきではない。
【００１３】
ここで使われているように、“いくつかの”という表現は、そのものが１つ以上存在することを指す。例えば、“いくつかのメモリセル”は、１つ以上のメモリセルを指す。
【００１４】
図１Ａ〜１Ｅは、本開示の１以上の実施形態に係る抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。図１Ａは、抵抗型メモリ材料１０２、抵抗型メモリ材料１０２上のシリコン材料１０４、およびシリコン材料１０４上の酸化物材料１０６を備える、例えば、垂直積層膜である垂直積層体１００の概略断面図である。
【００１５】
抵抗型メモリ材料１０２は、例えば、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）または酸化ガドリニウム（ＧｄＯｘ）などの抵抗ランダムアクセスメモリ（ＲＲＡＭ）材料である。その他のＲＲＡＭ材料には、例えば、Ｐｒ（１−ｘ）ＣａｘＭｎＯ３（ＰＣＭＯ）、Ｌａ（１−ｘ）ＣａｘＭｎＯ３（ＬＣＭＯ）、およびＢａ（１−ｘ）ＳｒｘＴｉＯ３などの、巨大磁気抵抗材料が含まれる。また、ＲＲＡＭ材料としては金属酸化物、例えばＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯなどのアルカリ金属酸化物、例えばＮｂＯ、ＮｂＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ２、ＭｏＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｗ２Ｏ３、ＷＯ２、ＷＯ３、ＲｅＯ２、ＲｅＯ３、およびＲｅ２Ｏ７などの屈折金属酸化物、および、例えばＣｕｘＯｙ、ＷＯｘ、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯｘ、ＺｒＯｘ、ＮｉｘＯ、およびＦｅｘＯなどの二元金属酸化物も含まれる。ＲＲＡＭ材料としては、ＧｅｘＳｅｙや、固相電解質挙動を支援できるその他の材料も含まれる。その他のＲＲＡＭ材料には、とりわけ、ドープされたまたはドープされていないＳｒＴｉＯ３、ＳｒＺｒＯ３、およびＢａＴｉＯ３などのペロブスカイト酸化物、および、ローズベンガル、ＡｌＱ３Ａｇ、Ｃｕ−ＴＣＮＱ、ＤＤＱ、ＴＡＰＡ、およびフルオレセインベースのポリマーなどのポリマー材料が含まれる。本開示の実施形態は、ＲＲＡＭ材料の特定の種類に限定されるものではない。
【００１６】
シリコン材料１０４は、シリコン材料の種類のうちとりわけ、例えば、シリコン（Ｓｉ）または窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）である。酸化物材料１０６は、酸化物材料の種類のうちとりわけ、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）または二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）などの酸化物誘電体である。本開示の実施形態は、シリコン材料または酸化物材料の特定の種類に限定されるものではない。
【００１７】
図１Ｂは、後続のプロセスステップ後の図１Ａの構造を示す概略断面図である。垂直積層体１００の一部が、例えばエッチングおよび／またはパターニングにより除去され、開口部１０８が図１Ｂに示す垂直積層体１００に形成される。開口部１０８は、例えば、シリコン材料１０４内および酸化物材料１０６内に形成された溝である。図１Ｂに示す実施形態では、溝は、酸化物材料１０６およびシリコン材料１０４を貫通して、抵抗型メモリ材料１０２上まで形成される。しかし、一部の実施形態では、溝は抵抗型メモリ材料１０２内へ延びてもよい。
【００１８】
図１Ｂに示すように、抵抗型メモリ材料１０２、シリコン材料１０４、および酸化物材料１０６は、開口部１０８の境界を形成している。例えば、図１Ｂに示すように、抵抗型メモリ材料１０２の上面の一部は、開口部１０８の底面を画定し、シリコン材料１０４と酸化物材料１０６の１つ以上の側面は、開口部１０８の側壁を画定している。図１Ｂに示した開口部１０８の側壁は平行か、平行に近いが、本開示の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、開口部１０８は、図１Ｂに示したものとは異なる形状を有していてもよい。
【００１９】
開口部１０８は、幅１０９を有する。幅１０９は、例えば、側壁の間の距離であり、例えば３０〜４０ナノメートルである。一部の実施形態では、開口部１０８の幅は、１つのフィーチャ幅、例えば、フォトリソグラフィーの寸法であってもよい。
【００２０】
開口部１０８は、当業界において公知の方法で、垂直積層体１００内に形成する。例えば、図１Ｂに示すように、開口部１０８は、垂直積層体１００内をエッチングすることで形成する。さらに、開口部１０８は、垂直積層体１００内を１回エッチングして形成するか、垂直積層体１００内を連続エッチングして形成する。この連続エッチングでは、例えば、最初のエッチングで酸化物材料１０６の一部を除去し、２回目の後続のエッチングで、シリコン材料１０４の一部を除去する。
【００２１】
図１Ｃは、後続のプロセスステップ後の図１Ｂの構造を示す概略断面図である。金属材料１１０は、図１Ｃに示すように、開口部１０８内に、シリコン材料１０４に隣接させて、抵抗型メモリ材料１０２の一部の上に、選択的に形成、例えば、選択的に堆積される。金属材料１１０は、開口部１０８内に、シリコン材料１０４に隣接させて、抵抗型メモリ材料１０２の一部の上に、例えば、選択的原子層堆積（ＡＬＤ）法を用いて、選択的に形成される。
【００２２】
金属材料１１０は、例えば、銅材料である。しかし、本開示の実施形態は、特定の種類の金属材料に限定されるものではなく、開口部１０８内に、シリコン材料１０４に隣接させて、抵抗型メモリ材料１０２の一部の上に選択的に形成され得るいかなる種類の金属も、本開示の実施形態に含まれる。
【００２３】
ここで行われているように、開口部１０８内での金属材料１１０の選択的形成には、金属材料１１０を開口部１０８内で、酸化物材料１０６に隣接しないように形成することが含まれる。例えば、図１Ｃに示すように、金属材料１１０を、シリコン材料１０４にのみ隣接するように、抵抗型メモリ材料１０２の一部の上に形成することが含まれる。すなわち、図１Ｃに示すように、金属材料１１０は、シリコン材料１０４に付着するが、酸化物材料１０６には付着せず、開口部１０８は、金属材料１１０が形成される唯一の位置となる。
【００２４】
図１Ｄは、後続のプロセスステップ後の図１Ｃの構造を示す概略断面図である。金属材料１１０は酸化され、金属酸化物、例えば、酸化銅（ＣｕＯｘ）となり、金属酸化物材料１１２が開口部１０８内に形成される。金属酸化物材料１０８は、環状であり、また、酸化物材料１０６の一部に隣接している。すなわち、図１Ｄに示すように、金属酸化物材料１１２は、開口部１０８の底面の、例えば全てではなく、その一部と、開口部１０８の側壁を画定するシリコン材料１０４の側面と、開口部１０８の側壁を画定する酸化物材料１０６の側面の、例えば全てではなく、その一部を覆っている。さらに、図１Ｄに示すように、金属酸化物材料１１２は、開口部１０８の底面および、開口部１０８の側壁を画定するシリコン材料１０４の側面により画定された開口部１０８の部分を、完全には埋めない。
【００２５】
金属酸化物材料１１２は、抵抗型メモリセル内のフィラメント形成を、金属酸化物材料１１２に囲まれた領域に限局、例えば、制限する。例えば、金属酸化物材料１１２は、フィラメント、例えば導電性フィラメントが、セル内で、金属酸化物材料１１２に囲まれた領域外に形成されることを防ぐ。フィラメントが形成される金属酸化物材料１１２に囲まれた領域は、例えば、開口部１０８の底面と、開口部１０８の側壁を画定するシリコン材料１０４の側面により画定された、開口部１０８の埋められていない部分を含む。
【００２６】
図１Ｅは、後続のプロセスステップ後の図１Ｄの構造を示す概略断面図である。イオン源材料１１４は、開口部１０８内および酸化物材料１０６の上に形成される。例えば、イオン源材料１１４は、開口部１０８内で、酸化物材料１０６および金属酸化物材料１１２に隣接させて、抵抗型メモリ材料１０２の一部の上に形成される。イオン源材料１１４は、開口部１０８内および酸化物材料１０６上に、例えば、化学的蒸着（ＣＶＤ）法またはＡＬＤ法を用いて形成する。
【００２７】
図１Ｅに示すように、イオン源材料１１４は、金属酸化物材料１１２に囲まれた領域を完全に埋める。さらに、イオン源材料１１４は、図１Ｅに示すように、開口部１０８の側壁を画定する酸化物材料１０６の側面により画定された、開口部１０８の部分を完全に埋める。
【００２８】
イオン源材料１１４は、例えば、テルル化銅（ＣｕＴｅ）や硫化銀（Ａｇ２Ｓ）などの、ＲＲＡＭ用のイオン源材料である。しかし、本開示の実施形態は、特定の種類のイオン源材料に限定されるものではない。
【００２９】
図１Ｅに示した構造は、抵抗型メモリセル、例えば、抵抗型メモリセル１１６の一部である。例えば、抵抗型メモリ材料１０２は、抵抗型メモリセル１１６の記憶素子である。抵抗型メモリセル１１６は、例えば、ＲＲＡＭセルである。
【００３０】
金属酸化物材料１１２に囲まれた領域は、幅１１５を有する。幅１１５は、例えば、直径で、５〜１５ナノメートルである。よって、抵抗型メモリ材料１０２とイオン源材料１１４との間のコンタクト領域は、従来の抵抗型メモリセルより小さくなっている。従って、抵抗型メモリセル１１６の、フィラメントが形成される領域は、従来の抵抗型メモリセルよりも小さい。すなわち、金属酸化物材料１１２は、抵抗型メモリ材料１０２とイオン源材料１１４との間に、従来の抵抗型メモリセルよりも小さなコンタクト領域を形成するため、金属酸化物材料１１２は、抵抗型メモリセル内でのフィラメント形成を、従来の抵抗型メモリセルよりも小さな領域に限局する。従って、抵抗型メモリセルは、従来の抵抗型メモリセルよりも、抵抗型メモリセル間で、高いスイッチング均一性および／または低い可変性を有し、これにより、抵抗型メモリセルの性能、一貫性、および／または信頼性を向上させる。
【００３１】
図２Ａ〜図２Ｃは、本開示の１以上の実施形態に係る、抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。図２Ａに示す構造、例えば、垂直積層体２００は、抵抗型メモリ材料１０２に代えて電極２２２が使用されている点を除き、図１Ｄに示す構造、例えば、垂直積層体１００と同様である。例えば、垂直積層体２００は、シリコン材料１０４と同様の電極２２２上のシリコン材料２０４と、酸化物材料１０６と同様のシリコン材料２０４上の酸化物材料２０６と、開口部１０８と同様の垂直積層体２００内に形成された開口部２０８と、例えば金属の種類が銅である金属酸化物材料１１２と同様の開口部２０８内に形成された、例えば金属の種類が銅であるである金属酸化物材料２１２とを有する。
【００３２】
電極２２２は、金属の中でも、例えば、タングステンや白金などの金属である。しかし、本開示の実施形態は、特定の種類の電極に限定されるものではない。
【００３３】
図２Ｂは、後続のプロセスステップ後の図２Ａの構造を示す概略断面図である。抵抗型メモリ材料２２４は、開口部２０８内に形成、例えば、堆積される。例えば、抵抗型メモリ材料２２４は、開口部２０８内で、酸化物材料２０６および金属酸化物材料２１２に隣接させて、電極２２２の一部の上に形成される。
【００３４】
図２Ｂに示すように、抵抗型メモリ材料２２４は、金属酸化物材料２１２に囲まれた領域を完全には埋めない。さらに、抵抗型メモリ材料２２４は、図２Ｂに示すように、開口部２０８の側壁を画定する酸化物材料２０６の側面により画定された、開口部２０８の部分を完全には埋めない。
【００３５】
抵抗型メモリ材料２２４は、例えば、ＺｒＯ２もしくはＧｄＯｘ、または、抵抗型メモリ、例えばＲＲＡＭの、図１Ａに関して上記で説明したその他の抵抗型メモリ材料の１つである。しかし、本開示の実施形態は、特定の種類の抵抗型メモリ材料に限定されるものではない。
【００３６】
図２Ｃは、後続のプロセスステップ後の図２Ｂの構造を示す概略断面図である。イオン源材料２２６は、開口部２０８内に形成される。例えば、イオン源材料２２６は、開口部２０８内で、抵抗型メモリ材料２２４の間で抵抗型メモリ材料２２４に隣接させて、抵抗型メモリ材料２２４上に形成される。イオン源材料２２６は、開口部２０８内に、例えばＣＶＤ法またはＡＬＤ法を用いて形成される。
【００３７】
イオン源材料２２６は、例えば、ＣｕＴｅやＡｇ２Ｓなどの、ＲＲＡＭ用のイオン源材料である。しかし、本開示の実施形態は、特定の種類のイオン源材料に限定されるものではない。
【００３８】
図２Ｃに示した構造は、抵抗型メモリセル、例えば、抵抗型メモリセル２２８の一部である。例えば、抵抗型メモリ材料２２４は、抵抗型メモリセル２２８の記憶素子である。抵抗型メモリセル２２８は、例えば、ＲＲＡＭセルである。
【００３９】
図３Ａ〜図３Ｃは、本開示の１以上の実施形態に係る、抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。図３Ａに示す構造、例えば、垂直積層体３００は、図１Ｂに示す構造、例えば、垂直積層体１００と同様である。例えば、垂直積層体３００は、抵抗型メモリ材料１０２と同様の抵抗型メモリ材料３０２と、シリコン材料１０４と同様の抵抗型メモリ材料３０２上のシリコン材料３０４と、酸化物材料１０６と同様のシリコン材料３０４上の酸化物材料３０６と、開口部１０８と同様の垂直積層体３００内に形成された開口部３０８とを有する。
【００４０】
図３Ｂは、後続のプロセスステップ後の図３Ａの構造を示す概略断面図である。開口部３０８に隣接するシリコン材料３０４は酸化され、二酸化シリコン、例えば、ＳｉＯ２となり、二酸化シリコン材料３３２が、図３Ｂに示すように、開口部３０８内で、シリコン材料３０４に隣接させて、抵抗型メモリ材料３０２の一部の上に形成される。二酸化シリコン材料３３２は、環状であり、図３Ｂに示すように、開口部３０８の底面の、例えば全てではなく、一部を覆っている。さらに、シリコン材料３０４の酸化、例えば二酸化シリコン材料３２２の形成では、図３Ｂに示すように、シリコン材料３０４の一部、例えば、開口部３０８の側壁を画定するシリコン材料３０４の側面を消費する。加えて、二酸化シリコン材料３３２は、図３Ｂに示すように、開口部３０８の底面、および、開口部３０８の側壁を画定するシリコン材料３０４の側面により画定された、開口部３０８の部分を完全には埋めない。
【００４１】
二酸化シリコン材料３３２は、例えば図１Ｄに関して上記で説明した金属酸化物材料１１２と同様に、抵抗型メモリセル内でのフィラメント形成を、二酸化シリコン材料３３２に囲まれた領域、例えば、開口部３０８の底面と、開口部３０８の側壁を画定するシリコン材料３０４の側面とにより画定された、開口部３０８の埋められていない部分に限局する。
【００４２】
図３Ｃは、後続のプロセスステップ後の図３Ｂの構造を示す概略断面図である。例えば図１Ｅに関して上記で説明した、開口部１０８内で酸化物材料１０６上に形成されるイオン源材料１１４と同様に、イオン源材料３１４は、開口部３０８内で酸化物材料３０６上に形成される。
【００４３】
図３Ｃに示すように、イオン源材料３１４は、二酸化シリコン材料３３２に囲まれた領域を完全に埋める。加えて、イオン源材料３１４は、図３Ｃに示すように、開口部３０８の側壁を画定する酸化物材料３０６の側面により画定された、開口部３０８の部分を完全に埋める。
【００４４】
イオン源材料３１４は、例えば、ＣｕＴｅやＡｇ２Ｓなどの、ＲＲＡＭ用のイオン源材料である。しかし、本開示の実施形態は、特定の種類のイオン源材料に限定されるものではない。
【００４５】
図３Ｃに示した構造は、抵抗型メモリセル、例えば、抵抗型メモリセル３３６の一部である。例えば、抵抗型メモリ材料３０２は、抵抗型メモリセル３３６の記憶素子である。抵抗型メモリセル３３６は、例えば、ＲＲＡＭセルである。
【００４６】
二酸化シリコン材料３３２に囲まれた領域は、幅３３３を有する。幅３３３は、例えば、直径で、５〜１５ナノメートルである。よって、抵抗型メモリ材料３０２とイオン源材料３１４との間のコンタクト領域は、従来の抵抗型メモリセルより小さくなっている。従って、例えば図１Ｅに関して上記で説明した抵抗型メモリセル１１６と同様に、抵抗型メモリセル３３６の、フィラメントが形成される領域は、従来の抵抗型メモリセルよりも小さい。従って、抵抗型メモリセルは、従来の抵抗型メモリセルよりも、抵抗型メモリセル間で、高いスイッチング均一性および／または低い可変性を有し、これにより、抵抗型メモリセルの性能、一貫性、および／または信頼性を向上させる。
【００４７】
図４Ａ〜図４Ｃは、本開示の１以上の実施形態に係る、抵抗型メモリセルを形成するプロセスのステップを示す。図４Ａに示す構造、例えば、垂直積層体４００は、抵抗型メモリ材料３０２に代えて電極４２２が使用されている点を除き、図３Ｂに示す構造、例えば、垂直積層体３００と同様である。例えば、垂直積層体４００は、シリコン材料３０４と同様の電極４２２上のシリコン材料４０４と、酸化物材料３０６と同様のシリコン材料４０４上の酸化物材料４０６と、開口部３０８と同様の垂直積層体４００内に形成された開口部４０８と、二酸化シリコン材料３３２と同様の開口部４０８内に形成された二酸化シリコン材料４３２とを有する。
【００４８】
電極４２２は、金属の中でも、例えば、タングステンや白金などの金属である。しかし、本開示の実施形態は、特定の種類の電極に限定されるものではない。
【００４９】
図４Ｂは、後続のプロセスステップ後の図４Ａの構造を示す概略断面図である。抵抗型メモリ材料４２４は、開口部４０８内に形成、例えば、堆積される。例えば、抵抗型メモリ材料４２４は、開口部４０８内で、酸化物材料４０６および二酸化シリコン材料４３２に隣接させて、電極４２２の一部の上に形成される。
【００５０】
図４Ｂに示すように、抵抗型メモリ材料４２４は、二酸化シリコン材料４３２に囲まれた領域を完全には埋めない。さらに、抵抗型メモリ材料４２４は、図４Ｂに示すように、開口部４０８の側壁を画定する酸化物材料４０６の側面により画定された、開口部４０８の部分を完全には埋めない。
【００５１】
抵抗型メモリ材料４２４は、例えば、ＺｒＯ２もしくはＧｄＯｘ、または、抵抗型メモリ、例えばＲＲＡＭの、図１Ａに関して上記で説明したその他の抵抗型メモリ材料の１つである。しかし、本開示の実施形態は、特定の種類の抵抗型メモリ材料に限定されるものではない。
【００５２】
図４Ｃは、後続のプロセスステップ後の図４Ｂの構造を示す概略断面図である。イオン源材料４２６は、例えば図２Ｃに関して上記で説明した、開口部２０８に形成されるイオン源材料２２６と同様に、開口部４０８内に形成される。
【００５３】
イオン源材料４２６は、例えば、ＣｕＴｅやＡｇ２Ｓなどの、ＲＲＡＭ用のイオン源材料である。しかし、本開示の実施形態は、特定の種類のイオン源材料に限定されるものではない。
【００５４】
図４Ｃに示した構造は、抵抗型メモリセル、例えば、抵抗型メモリセル４４０の一部である。例えば、抵抗型メモリ材料４２４は、抵抗型メモリセル４４０の記憶素子である。抵抗型メモリセル４４０は、例えば、ＲＲＡＭセルである。
【００５５】
＜結論＞
本明細書において、フィラメント形成が限局された抵抗型メモリを説明した。１つ以上の方法の実施形態は、シリコン材料、および前記シリコン材料上に酸化物材料を有する積層体に、開口部を形成する工程と、前記開口部内に、前記シリコン材料に隣接させて酸化物材料を形成する工程とを含み、前記開口部内に形成された前記酸化物材料は、抵抗型メモリセル内でのフィラメント形成を、前記開口部内に形成された前記酸化物材料に囲まれた領域に限局する。
【００５６】
本明細書において具体的な実施形態を例示および説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する当業者であれば、同様の結果を達成するよう想到される構成が、上記で示した具体的な実施形態の代替となり得ることを理解するであろう。本開示は、本開示における種々の実施形態の改変または変形を含むよう意図されている。上記の記載が、限定的ではなく例示的になされたことは、理解されるべきである。ここで具体的に記載されていない上記実施形態の組み合わせ、および、その他の実施形態は、上記記載を再検討すれば、当業者にとっては明らかであろう。本開示における種々の実施形態の範囲には、上記の構造や方法が用いられる、その他の応用が含まれる。従って、本開示における種々の実施形態の範囲は、添付の請求項に相当する全ての均等物とともに、請求項を参照の上、定められるべきである。
【００５７】
上記の発明を実施するための形態において、種々の特徴を、本開示を簡潔にする目的で、１つの実施形態にまとめた。この開示の方法は、本開示の実施形態が各請求項に明示的に記載されている以上の特徴を使用しなければならない意図を反映していると、理解されるべきはでない。むしろ、下記の請求項が示すように、発明の主題は、単一の開示された実施形態の全ての特徴に存在するわけではない。従って、下記の請求項は、各請求項が分離された実施形態として独立して、発明を実施するための形態に援用される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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