(57)【要約】【課題】集束電場を有する抵抗変化メモリセルを提供する。【解決手段】本明細書に開示された実施形態は一般的に、電場をセルの中心に集束する抵抗変化メモリ（ＲｅＲＡＭ）デバイスセルのための電極構造物および同構造物を製造するための方法に関する。それ故、不均一な金属電極をＲｅＲＡＭデバイス上に堆積させてもよく、それをその後、セルの製造中に酸化または窒化プロセスに暴露する。電極構造物は円錐または角錐の形状であってもよく、そして第１の材料および第２の材料を含む少なくとも１つの層を含んでもよく、第１の材料および第２の材料の濃度は、電極内の位置に基づいて変化させられる。セルの中心を最大の電場を有する位置にするように促す金属電極形材が形成される。それ故、不揮発性メモリ成分のサイズスケーリングおよび信頼性がそれぞれ増大する。【選択図】図２Ｄ
2017103453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の層を含む複数層金属電極構造物であって、複数の層の各層が、第１の群から選択される第１の材料および第２の群から選択される第２の材料を含み、前記第１の群がＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物からなり、前記第２の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物からなる、複数層金属電極構造物と、
スイッチング媒体であって、前記複数の層のうちのスイッチング媒体に最も近い第１の層が前記第２の群の前記第２の材料の最も高い濃度を含み、前記複数の層のうちのスイッチング媒体から最も遠い第２の層が前記第２の群の前記第２の材料の最も低い濃度を含む、スイッチング媒体と
を含む、抵抗変化メモリ（ＲｅＲＡＭ）デバイス。
【請求項２】
前記複数の層の各層が約０．０５ｎｍ〜約４ｎｍの間の厚さを有する、請求項１に記載の抵抗変化メモリデバイス。
【請求項３】
前記複数の層の各層が異なった厚さを有する、請求項１に記載の抵抗変化メモリデバイス。
【請求項４】
前記複数の層が２層〜１０層を含む、請求項１に記載の抵抗変化メモリデバイス。
【請求項５】
前記複数の層が１０より多い層を含む、請求項１に記載の抵抗変化メモリデバイス。
【請求項６】
前記第２の層の前記第２の群の前記第２の材料の濃度がゼロパーセントである、請求項１に記載の抵抗変化メモリデバイス。
【請求項７】
前記電極構造物が、酸化物または絶縁体材料が各層の外縁上に形成される円錐状構造物に形成される、請求項１に記載の抵抗変化メモリデバイス。
【請求項８】
前記第２の材料の前記最も高い濃度を含む前記層が、酸化物または絶縁体材料の最大量をさらに含む、請求項７に記載の抵抗変化メモリデバイス。
【請求項９】
前記複数層金属電極構造物が、抵抗変化メモリデバイス内の頂部電極、底部電極、または両方であってもよい、請求項１に記載の抵抗変化メモリデバイス。
【請求項１０】
第２の電極構造物をさらに含む、請求項１に記載の抵抗変化メモリデバイスであって、前記複数層金属電極構造物が前記スイッチング媒体の第１の面と結合され、前記第２の電極構造物が前記第１の面の反対側の前記スイッチング媒体の第２の面と結合される、請求項１に記載の抵抗変化メモリデバイス。
【請求項１１】
前記第２の電極構造物が、第２の複数の層を含む第２の複数層金属電極構造物であり、前記第２の複数の層の各層が、第１の群から選択される第１の材料および第２の群から選択される第２の材料を含み、前記第１の群がＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物からなり、前記第２の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物からなり、前記第２の複数の層のうちの前記スイッチング媒体に最も近い第１の層が、前記第２の群の前記第２の材料の最も高い濃度を含み、前記第２の複数の層のうちの前記スイッチング媒体から最も遠い第２の層が、前記第２の群の前記第１の材料の最も低い濃度を含む、請求項１０に記載の抵抗変化メモリデバイス。
【請求項１２】
第１の群の元素の１つおよび第２の群の元素の１つを含む、少なくとも１つの層であって、前記第１の群が、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物からなる群から選択され、前記第２の群が、Ｍｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物からなる群から選択される、少なくとも１つの層と、
スイッチング媒体であって、前記第１の群の前記元素の濃度が連続的に変化させられ、前記第２の群の前記元素の濃度が連続的に変化させられ、前記第２の群の前記元素の濃度がスイッチング媒体の近くで最も高く、前記第１の群の前記元素の濃度がスイッチング媒体から離れて最も高い、スイッチング媒体と、
接点であって、前記層が前記スイッチング媒体と前記接点との間に置かれる、接点と
を含む、メモリデバイス。
【請求項１３】
前記層が約０．０５ｎｍ〜約４ｎｍの間の厚さを有する、請求項１２に記載のメモリデバイス。
【請求項１４】
前記第２の群の前記元素の前記濃度が、スイッチング媒体から最も遠い前記少なくとも１つの層上の位置でゼロパーセントである、請求項１２に記載のメモリデバイス。
【請求項１５】
前記電極構造物が、酸化物または絶縁体材料が前記層の外縁上に形成される円錐状構造物に形成される、請求項１２に記載のメモリデバイス。
【請求項１６】
第１の群からの材料および第２の群からの材料を含む第１の層を形成する工程であって、前記第１の群がＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物を含み、前記第２の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含む工程と、
第１の群からの材料および第２の群からの材料を含む第２の層を形成する工程であって、前記第１の群がＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物を含み、前記第２の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含み、前記第２の層が前記第１の層の下にあり、前記第２の層が、前記第１の層よりも高い濃度の、前記第２の群からの前記材料を含み、前記第１の層および前記第２の層が一緒に第１の電極を形成する工程と、
メモリデバイスをエッチングまたはイオンミリングする工程と、
前記第１の電極を高酸素または高窒素環境に暴露して前記第１の電極を円錐構造物に形成する工程であって、前記第２の群からの前記材料の最も高い濃度を有する前記第１の電極の領域が、酸化物または絶縁体材料の最も高い濃度を含有する工程と
を含む、メモリデバイスを形成するための方法。
【請求項１７】
前記第１の層および前記第２の層がそれぞれ、約０．０５ｎｍ〜約４ｎｍの間の厚さを有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
第１の層および前記第２の層がそれぞれ、異なった厚さを有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記酸化物または絶縁体材料が、前記第１の層および前記第２の層それぞれの外縁上に形成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の層と前記第２の層とを組み合わせて複数層電極構造物を形成する工程をさらに含む請求項１６に記載の方法であって、前記複数層電極構造物が前記メモリデバイス内の頂部電極、底部電極、または両方であってもよい、方法。
【請求項２１】
第１の群からの材料および第２の群からの材料を含む第３の層を形成する工程であって、前記第１の群がＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物を含み、前記第２の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含む工程と、
第１の群からの材料および第２の群からの材料を含む第４の層を形成する工程であって、前記第１の群がＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物を含み、前記第２の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含み、前記第４の層が前記第３の層の下にあり、前記第３の層が、前記第４の層よりも高い濃度の、前記第２の群からの前記材料を含み、前記第３の層および前記第４の層が一緒に第２の電極を形成し、前記第２の電極が、高酸素または高窒素環境への前記第１の電極の暴露前に形成される工程と、
前記第２の電極を高酸素または高窒素環境に暴露して前記第２の電極を円錐構造物に形成する工程であって、前記第２の群からの前記材料の最も高い濃度を有する前記第２の電極の領域が、酸化物または絶縁体材料の最も高い濃度を含有する工程と
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記高酸素または前記高窒素環境への前記第１の電極および前記第２の電極の前記暴露が同時に行なわれる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
第１の群からの材料および第２の群からの材料を含む第１の層を形成する工程であって、前記第１の群がＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物を含み、前記第２の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含む工程と、
第１の群からの材料および第２の群からの材料を含む第２の層を形成する工程であって、前記第１の群がＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物を含み、前記第２の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含み、前記第２の層が前記第１の層の下にあり、前記第２の層が、前記第１の層よりも高い濃度の、前記第２の群からの前記材料を含み、前記第１の層および前記第２の層が一緒に第１の電極を形成する工程と、
第３の群からの材料を含む第３の層を形成する工程であって、前記第３の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含む工程と、
前記第１の群からの材料および前記第２の群からの材料を含む第４の層を形成する工程と、
前記第１の群からの材料および前記第２の群からの材料を含む第５の層を形成する工程であって、前記第５の層が前記第４の層の下にあり、前記第５の層が、前記第４の層よりも低い濃度の、前記第２の群からの前記材料を含み、前記第４の層および前記第５の層が一緒に第２の電極を形成し、前記第３の層が前記第１の電極と前記第２の電極との間にある工程と、
メモリデバイスをエッチングまたはイオンミリングする工程と、
前記第１の電極、前記第２の電極、および前記第３の層を高酸素または高窒素環境に暴露して前記第１の電極および前記第２の電極を円錐構造物に形成する工程であって、前記第２の群からの前記材料の最も高い濃度を有する前記第１の電極および前記第２の電極の領域が酸化物または絶縁体材料の最も高い濃度を含有し、前記暴露が、前記第３の層をスイッチング媒体に形成する工程とを含む、メモリデバイスを形成するための方法。
【請求項２４】
前記第１の層、前記第２の層、前記第４の層、および前記第５の層がそれぞれ、約０．０５ｎｍ〜約４ｎｍの間の厚さを有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
第１の層および前記第２の層がそれぞれ、異なった厚さを有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記第４の層および前記第５の層がそれぞれ、異なった厚さを有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記酸化物または絶縁体材料が、前記第１の層、前記第２の層、前記第４の層、および前記第５の層それぞれの外縁上に形成される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１の層と前記第２の層とを組み合わせて複数層電極構造物を形成する工程をさらに含む請求項２３に記載の方法であって、前記複数層電極構造物が前記メモリデバイス内の頂部電極、底部電極、または両方であってもよい、方法。
【請求項２９】
前記第４の層と前記第５の層とを組み合わせて複数層電極構造物を形成する工程をさらに含む請求項２３に記載の方法であって、前記複数層電極構造物が前記メモリデバイス内の頂部電極、底部電極、または両方であってもよい、方法。
【請求項３０】
前記第１の群からの材料および前記第２の群からの材料を含む第６の層を形成する工程と、
前記第１の群からの材料および前記第２の群からの材料を含む第７の層を形成する工程であって、前記第７の層が前記第６の層の下にあり、前記第７の層が、前記第６の層よりも高い濃度の、前記第２の群からの前記材料を含み、前記第６の層および前記第７の層が一緒に第３の電極を形成する工程と、
前記第３の群からの材料を含む第８の層を形成する工程と、
前記第１の群からの材料および前記第２の群からの材料を含む第９の層を形成する工程と、
前記第１の群からの材料および前記第２の群からの材料を含む第１０の層を形成する工程であって、前記第１０の層が前記第９の層の下にあり、前記第１０の層が、前記第９の層よりも低い濃度の前記第２の群からの前記材料を含み、前記第９の層および前記第１０の層が一緒に第４の電極を形成し、前記第８の層が前記第３の電極と前記第４の電極との間にあり、前記第３の電極および前記第４の電極が、高酸素または高窒素環境への前記第１の電極および前記第２の電極の暴露前に形成される工程と、
前記第３の電極、前記第４の電極、および前記第８の層を高酸素または高窒素環境に暴露して前記第３の電極および前記第４の電極を円錐構造物に形成する工程であって、前記第２の群からの前記材料の最も高い濃度を有する前記第３の電極および前記第４の電極の領域が、酸化物または絶縁体材料の最も高い濃度を含有する工程と
をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記高酸素または前記高窒素環境への前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極、および前記第４の電極の前記暴露が同時に行なわれる、請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は一般的に、データ記憶およびコンピュータメモリシステムに関し、より詳しくは、抵抗変化メモリデバイス構造物および同構造物を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
任意のコンピュータの重要部分は、典型的に回転磁気媒体またはソリッドステートメディア媒体を備えてもよい大容量記憶装置である。計算システムにおいて使用するための情報を記憶する多数の異なったメモリ技術が現在は存在している。
【０００３】
近年、大容量記憶用途において使用するために１ビット当たり比較的低コストを維持する、より高密度のデバイスに対する需要がある。現在、コンピューティング産業を一般的に方向づけるメモリ技術は、磁気媒体およびＮＡＮＤフラッシュである。しかしながら、これらのメモリ技術は、次世代計算システムの現在および将来の性能要求に対処することができない場合がある。
【０００４】
抵抗変化メモリ（ＲｅＲＡＭ）は、次世代不揮発性メモリ（ＮＶＭ）デバイスのための新たな技術である。ＲｅＲＡＭデバイスのメモリ構造は、１または複数ビットのデータをそれぞれ保持する一連のセルを備える。ＲｅＲＡＭデバイスのメモリ構造は、電荷ではなく抵抗値を利用してデータを記憶する。ＲｅＲＡＭデバイスは誘電体材料から製造され、それらの抵抗率は、電気信号の印加によって切り換えられ得る。典型的なＲｅＲＡＭセルは、導電性電極の間に挟まれた１つまたは複数の誘電体層を含む。既存のＲｅＲＡＭセルには、フィラメントスイッチング機構によって機能するものがあり、フィラメントの形成を主に促進するのは、ＲｅＲＡＭセル電極に印加される電位の差によって生じる電場である。しかしながら、フィラメントの位置を制御するのは、問題が多いことが示されている。フィラメントの位置の制御を維持することは、デバイスの縁付近のフィラメントの形成を避け、したがって、デバイス収量およびスイッチングの再現性を制御するのに重要である。さらに、典型的なＲｅＲＡＭデバイスの金属合金は、エッチングおよび／またはミリングに対する様々な感受性を有する。
【０００５】
他のＲｅＲＡＭセル内のスイッチング機構はフィラメントの形成によって部分的にしかまたは全く影響されない場合があるが、ＲｅＲＡＭの全てのタイプが誘電体上の電場の作用によって機能し、したがってＲｅＲＡＭのいずれのタイプにおいても電場を集束する必要が生じる。
【０００６】
したがって、電場をセルの中心に集束することができる改良されたＲｅＲＡＭメモリセルの技術が必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は一般的に電場をセルの中心に集束する抵抗変化メモリ（ＲｅＲＡＭ）デバイスセルのための電極構造物および同構造物を製造するための方法に関する。それ故、不均一な金属電極をＲｅＲＡＭデバイス上に堆積させてもよく、それをその後、セルの製造中に酸化または窒化プロセスに暴露する。電極構造物が、第１の材料および第２の材料を含む少なくとも１つの層を備えてもよく、そこで第１の材料および第２の材料の濃度は、電極内の位置に基づいて変化させられる。第２の材料をより電気絶縁性にする方法によって、金属電極形材は、セルの中心を最大の電場を有する位置にするように形成される。この形材は、処理前の電極の形状に応じて円錐または角錐の形状であってもよい。それ故、不揮発性メモリ成分のサイズスケーリングおよび信頼性がそれぞれ増大する。
【０００８】
一実施形態において、抵抗変化メモリ（ＲｅＲＡＭ）デバイスが開示される。ＲｅＲＡＭデバイスが、複数層金属電極構造物とスイッチング媒体とを備える。複数層金属電極構造物が複数の層を含有してもよい。複数の層の各層が第１の群から選択される第１の材料と第２の群から選択される第２の材料とを含有してもよい。第１の群がＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物からなる。第２の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物からなる。複数の層のうちのスイッチング媒体に最も近い第１の層が、第２の群の第２の材料の最も高い濃度を含有してもよい。複数の層のうちのスイッチング媒体から最も遠い第２の層が、第２の群の第２の材料の最も低い濃度を含有してもよい。
【０００９】
別の実施形態において、メモリデバイスが開示される。メモリデバイスが少なくとも１つの層と、スイッチング媒体と、接点とを備えてもよい。層がスイッチング媒体と接点との間に置かれてもよい。少なくとも１つの層が第１の群の元素の１つと第２の群の元素の１つとを含有してもよい。第１の元素が、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物からなる第１の群から選択される。第２の元素が、Ｍｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物からなる第２の群から選択される。第１の群の元素の濃度が連続的に変化させられてもよく、そして第２の群の元素の濃度が連続的に変化させられてもよい。第２の群の元素の濃度がスイッチング媒体の近くで最も高くてもよい。第１の群の元素の濃度がスイッチング媒体から離れて最も高い。
【００１０】
さらに別の実施形態において、メモリデバイスを形成するための方法が開示される。方法が、第１の層を形成する工程を有してなってもよい。第１の層が、第１の群からの材料と第２の群からの材料とを含有してもよい。第１の群が、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物を含有してもよい。第２の群が、Ｍｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含有してもよい。方法がさらに、第２の層を形成する工程を有してなってもよい。第２の層が、第１の群からの材料と第２の群からの材料とを含有してもよい。第１の群が、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物を含有してもよい。第２の群が、Ｍｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含有してもよい。第２の層が第１の層の下であってもよい。第２の層が、第１の層よりも高い濃度の、第２の群からの材料を含有してもよい。第１の層および第２の層が一緒に電極を形成してもよい。また、方法が、メモリデバイスをエッチングまたはイオンミリングする工程を有してなってもよい。方法がさらに、メモリデバイスを高酸素または高窒素環境に暴露して層を円錐構造物に形成する工程を有してなってもよい。第２の群からの材料の最も高い濃度を有する電極の領域が、酸化物または絶縁体材料の最も高い濃度を含有する。
【００１１】
さらに別の実施形態において、メモリデバイスを形成するための方法が開示される。方法が、第１の層、第２の層、第３の層、第４の層、および第５の層を形成する工程を有してなってもよい。第１の層が、第１の群からの材料と第２の群からの材料とを含有してもよい。第１の群が、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物を含有してもよい。第２の群が、Ｍｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含有してもよい。第２の層が、第１の群からの材料と第２の群からの材料とを含有してもよい。第１の群がＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物を含有してもよい。第２の群が、Ｍｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含有してもよい。第２の層が第１の層の下であってもよい。第２の層が、第１の層よりも高い濃度の、第２の群からの材料を含有してもよい。第１の層および第２の層が一緒に第１の電極を形成してもよい。第３の層が第３の群からの材料を含有してもよい。第３の群が、Ｍｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含有してもよい。第４の層が第１の群からの材料と第２の群からの材料とを含有してもよい。第５の層が第１の群からの材料と第２の群からの材料とを含有してもよい。第５の層が第４の層の下であってもよい。第５の層が、第４の層よりも低い濃度の、第２の群からの材料を含有してもよい。第４の層および第５の層が一緒に第２の電極を形成してもよい。第３の層が第１の電極と第２の電極との間にあってもよい。方法がさらに、メモリデバイスをエッチングまたはイオンミリングする工程を有してなってもよい。また、方法が、第１の電極、第２の電極、および第３の層を高酸素または高窒素環境に暴露して第１の電極および第２の電極を円錐構造物に形成する工程を有してなってもよい。第２の群からの材料の最も高い濃度を有する第１の電極および第２の電極の領域が、酸化物または絶縁体材料の最も高い濃度を含有してもよい。暴露が、第３の層をスイッチング媒体に形成する場合がある。
【００１２】
本開示の上に列挙された特徴を詳細に理解することができるように、上に簡単に要約された開示のより詳しい説明が、実施形態を参照して加えられてもよく、それらのいくつかは添付した図面において示される。しかしながら、添付した図面は本開示の典型的な実施形態のみを説明し、したがって、その範囲を限定すると考えられるべきでなく、開示は他の同様に有効な実施形態に及んでもよいことに留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の抵抗変化メモリデバイスのメモリセルを示す。
【図２Ａ】本明細書に開示される一実施形態による、抵抗変化メモリデバイスの複数層電極構造物を示す。
【図２Ｂ】本明細書に開示される少なくとも１つの実施形態による、高酸素または高窒素環境に暴露後の図２Ａの構造物を示す。
【図２Ｃ】本明細書に開示される少なくとも１つの実施形態による、高酸素または高窒素環境に暴露後の図２Ａの構造物を示す。
【図２Ｄ】本明細書に開示される一実施形態による、図２Ｂの構造物の代替実施形態を示す。
【図２Ｅ】本明細書に開示される一実施形態による、図２Ｄの構造物の代替実施形態を示す。
【図３】本明細書に開示される少なくとも１つの実施形態による、メモリデバイスを形成するための方法の作業を示す。
【図４Ａ】本明細書に開示される少なくとも１つの実施形態による、メモリデバイスを形成するための方法の作業を示す。
【図４Ｂ】本明細書に開示される少なくとも１つの実施形態による、メモリデバイスを形成するための方法の作業を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
理解を容易にするために、可能である場合、図に共通である同じ要素を示すために、同じ参照符号が使用されている。一実施形態において開示される要素は、特に列挙しなくても他の実施形態で有益に利用される場合があると考えられる。
【００１５】
以下において、本開示の実施形態が参照される。しかしながら、本開示が、特定の説明された実施形態に限定されないことは理解されるはずである。代わりに、本開示を達成および実施するために、異なった実施形態に関するか否かにかかわらず、以下の特徴および要素の任意の組合せが考えられる。さらに、本開示の実施形態が他の可能な解決策よりもおよび／または先行技術よりも利点がある場合があるが、特定の利点が、与えられた実施形態によって達成されるかどうかということは、本開示を限定しない。したがって、以下の態様、特徴、実施形態および利点は例示にすぎず、請求の範囲に明確に列挙される場合を除いて添付した請求の範囲の要素または制限条件であると考えられない。同じく、「開示」への言及は、本明細書に開示される任意の本発明の主題の一般化として解釈されるべきでなく、請求の範囲に明確に列挙される場合を除いて添付した請求の範囲の要素または制限条件であると考えられるべきではない。
【００１６】
本開示は一般的に電場をセルの中心に集束する抵抗変化メモリ（ＲｅＲＡＭ）デバイスセルのための電極構造物および同構造物を製造するための方法に関する。それ故、不均一な金属電極をＲｅＲＡＭデバイス上に堆積させてもよく、それをその後、セルの製造中に酸化または窒化プロセスに暴露する。電極構造物は第１の材料および第２の材料を含む少なくとも１つの層を含んでもよく、そこで第１の材料および第２の材料の濃度は、電極内の位置に基づいて変化させられる。第２の材料をより電気絶縁性にする方法によって、セルの中心を最大の電場を有する位置にするように促す金属電極形材が形成される。この形材は、処理前の電極の形状に応じて円錐または角錐の形状であってもよい。それ故、不揮発性メモリ成分のサイズスケーリングおよび信頼性がそれぞれ増大する。
【００１７】
図１は、従来の抵抗変化メモリ（ＲｅＲＡＭ）デバイス１００のメモリセル１０２を示す。ＲｅＲＡＭデバイス１００は、上側の金属電極１０４、下側の金属電極１０６、およびスイッチング媒体１０８を備えてもよい。上側の金属電極１０４は正電圧を維持してもよい。下側の金属電極１０６は負電圧を維持してもよい。スイッチング媒体１０８は絶縁体材料または半導体であってもよい。フィラメントの形成を主に促進するのは、図１において基準矢印Ａによって示される、電場である。電場は、上側の金属電極１０４と下側の金属電極１０６とに印加される電位の差によって生じさせられてもよい。
【００１８】
図２Ａは、本開示による抵抗変化メモリ（ＲｅＲＡＭ）デバイス２００を示す。ＲｅＲＡＭデバイス２００は、複数層電極構造物２０２およびスイッチング媒体２１６を備えてもよい。いくつかの実施形態において、複数層電極構造物２０２は複数層金属電極構造物であってもよい。特定の実施形態において、ＲｅＲＡＭデバイス２００は接点２１４をさらに備えてもよい。いくつかの実施形態において、複数層電極構造物２０２は上側の電極構造物であってもよい。上側の電極構造物は正電圧または負電圧を維持してもよい。いくつかの実施形態において、複数層電極構造物２０２は下側の電極構造物であってもよい。下側の電極構造物は、上側の電極構造物の電圧極性の反対側の電圧極性を維持してもよい。いくつかの実施形態において、複数層電極構造物２０２は上側の電極構造物および下側の電極構造物であってもよい。それ故、複数層電極構造物２０２は、接点２１４とスイッチング媒体２１６との間に挟まれてもよい。接点２１４は、複数層電極構造物２０２に電極構造物２０２の第１の面２１８で結合されてもよい。スイッチング媒体２１６は、複数層電極構造物２０２に電極構造物２０２の第２の面２２０で結合されてもよく、そこで第２の面２２０は第１の面２１８の反対側である。スイッチング媒体２１６は、複数層電極構造物２０２に電極構造物２０２の第１の面２１８で結合されてもよい。
【００１９】
複数層電極構造物２０２が複数の層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２を含有してもよい。複数の層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２の各層が電極であってもよい。５つの層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２が示されるが、任意の層数が使用されてもよいと考えられる。一実施形態において、複数の層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２が約２層〜約１０層を含有してもよい。別の実施形態において、複数の層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２が１０より多い層を含有してもよい。各層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２が金属層であってもよい。各層が約０．０５ｎｍ〜約４ｎｍの間の厚さを維持してもよい。いくつかの実施形態において、複数の層の各層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２が異なった厚さを有してもよい。
【００２０】
複数の層の各層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２が、第１の群から選択される第１の材料および第２の群から選択される第２の材料を含んでもよい。第１の群が、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物からなってもよい。第２の群が、Ｍｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物からなってもよい。第２の材料が、酸化または窒化プロセスによって半導性または絶縁性にされてもよい。
【００２１】
層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２のうちのスイッチング媒体２１６に最も近い層が、第２の群からの材料の最も高い濃度を含有してもよい。層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２のうちのスイッチング媒体２１６から最も遠い層が、第２の群からの材料の最も低い濃度を含有してもよい。いくつかの実施形態において、層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２のうちのスイッチング媒体２１６から最も遠い層が、第２の群からの材料を全く含有しなくてもよい。層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２がスイッチング媒体２１６に近づくにしたがって層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２が、漸次より高い濃度の、第２の群からの材料を含有してもよい。それ故、各層中の第１の群からの材料の組成および第２の群からの材料の組成が、層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２の位置に応じて変化してもよい。いくつかの実施形態において、接点２１４に結合された層、例えば層２０４が、第１の群からの材料だけを含有してもよい。さらに、いくつかの実施形態において、スイッチング媒体２１６に結合された層、例えば層２１２が、第２の群からの材料だけを含有してもよい。単に例としてだが、Ｘが第１の群の材料を表わす場合、Ｙが第２の群の材料を表わし、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥが、濃度のパーセンテージ（Ｅ％＞Ｄ％＞Ｃ％＞Ｂ％）を表わし、そこで各層が以下の式によって表わされてもよい：
Ｘ                （１）  （層２０４）
Ｘ１００−ＢＹＢ      （２）  （層２０６）
Ｘ１００−ＣＹＣ      （３）  （層２０８）
Ｘ１００−ＤＹＤ      （４）  （層２１０）
Ｘ１００−ＥＹＥ      （５）  （層２１２）
【００２２】
スイッチング媒体２１６が絶縁体材料および／または半導体であってもよい。いくつかの実施形態において、スイッチング媒体２１６が金属として堆積されてもよくおよび／またはスイッチング媒体が、Ｍｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物からなってもよい。
【００２３】
製造中にＲｅＲＡＭデバイス２００の複数の層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２をエッチングして電極をそこに画定してもよい。いくつかの実施形態において、複数の層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２をイオンミリングして電極をそこに画定してもよい。エッチングおよび／またはイオンミリングの後、各層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２を例えば、ガスおよび／またはプラズマなどの高酸素および／または高窒素環境に暴露してもよい。ガスおよび／またはプラズマによって、各層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２中に存在している第２の群からの材料の濃度に依存してもよい濃度に各層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２を酸化および／または窒化してもよい。複数の層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２の堆積は、層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２の露出面のエッチングおよび／またはミリングに対する感受性を漸次増加させる場合がある。
【００２４】
いくつかの実施形態において、スイッチング媒体２１６は、層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２のそれぞれと同時に高酸素および／または高窒素環境に暴露されてもよい。それ故、いくつかの実施形態において、スイッチング媒体は、ＲｅＲＡＭデバイス内の金属複数層スイッチング媒体であってもよく、完全に酸化および／または窒化されてもよい。スイッチング媒体の酸化および／または窒化は、ＲｅＲＡＭデバイス全体を単一工程において高酸素および／または高窒素環境に暴露することを可能にする場合がある。
【００２５】
図２Ｂおよび２Ｃは、高酸素および／または高窒素環境に暴露された図２ＡのＲｅＲＡＭデバイス２００の実施形態を示す。図２ＢのＲｅＲＡＭデバイス２００は、複数層電極構造物２０２の層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２を上側の電極２３２として示す。図２Ｂの実施形態において、下側の電極２３０は層にされなくてもよい。それ故、複数層電極構造物２０２は正電圧を維持してもよい。いくつかの実施形態において、複数層電極構造物２０２は負電圧を維持してもよい。下側の電極２３０は、上側の電極２３２の反対側の電圧極性を維持してもよい。図２ＣのＲｅＲＡＭデバイス２００は、複数層電極構造物２０２の層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２を下側の電極２３０として示す。図２Ｃの実施形態において、上側の電極２３２は層にされなくてもよい。それ故、複数層電極構造物２０２は負電圧を維持してもよい。いくつかの実施形態において、複数層電極構造物２０２は正電圧を維持してもよい。上側の電極２３２は、下側の電極２３０の反対側の電圧極性を維持してもよい。
【００２６】
さまざまな程度の酸化、および／または窒化によって層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２を形成してもよく、図２Ｂおよび２Ｃに示されるように円錐状または角錐状金属電極構造物が各層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２内にあり、酸化物２２２または他の絶縁体が複数層電極構造物２０２の外縁２２４の近くに形成される。それ故、各層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２上の酸化物２２２または他の絶縁体の量は、層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２の位置に応じて変化してもよい。示されるように、層２１２は、それがスイッチング媒体２１６に最も近いので最も多い酸化物２２２または他の絶縁体が存在していてもよい。層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２とスイッチング媒体２１６との間の距離が増加するにしたがって各層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２は、その上に存在している酸化物または他の絶縁材が漸次少なくなってもよい。円錐状または角錐状電極構造物を特徴とする層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２は、電圧が印加される時に円錐状または角錐状電極構造物の箇所２２６の近くに、基準矢印Ｂによって示されるように、より高い電場を生じる場合がある。それ故、箇所２２６の近くの電場が高くなることによって箇所２２６付近でのフィラメントの形成を促す場合がある。
【００２７】
図２Ｄは、図２Ｂおよび２ＣのＲｅＲＡＭデバイス２００の代替実施形態を示す。図２Ｄに示されるように、上側の電極２３２および下側の電極２３０の両方がそれぞれ、図２Ｂおよび２Ｃの複数層電極構造物２０２を含んでもよい。
【００２８】
下側の電極２３０は、第２の複数の層２４０、２４２、２４４、２４６、２４８を含む第２の複数層電極構造物２８０であってもよく、そこで第２の複数の層２４０、２４２、２４４、２４６、２４８の各層が、第１の群から選択される第１の材料および第２の群から選択される第２の材料を含む。第１の群が、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物からなってもよい。第２の群が、Ｍｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物からなってもよい。第２の複数の層２４０、２４２、２４４、２４６、２４８のうちのスイッチング媒体２１６に最も近い第１の層２４８が、第２の群の第２の材料の最も高い濃度を含んでもよい。第２の複数の層２４０、２４２、２４４、２４６、２４８のうちのスイッチング媒体２１６から最も遠い第２の層２４０が、第２の群の第１の材料の最も低い濃度を含んでもよい。
【００２９】
上側の電極２３２の複数層電極構造物２０２が層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２を含有してもよい。下側の電極２３０の第２の複数層電極構造物２８０が、複数層電極構造物２０２の層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２に実質的に似ていてもよい層２４０、２４２、２４４、２４６、２４８を含有してもよいが、しかしながら第２の複数層電極構造物２８０の層２４０、２４２、２４４、２４６、２４８が、上側の電極２３２の層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２の鏡像であってもよい。図２Ｄに示される実施形態において、複数層電極構造物２０２の層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２および下側の電極２３０の第２の複数層電極構造物２８０の層２４０、２４２、２４４、２４６、２４８が、図２Ｂおよび２Ｃを参照して上に説明されたように、それぞれ高酸素および／または高窒素環境に暴露されてもよい。それ故、層２０４が層２４０と同様な性質を共有してもよく、例えば層２０４および２４０の両方がスイッチング媒体２１６から最も遠くてもよい。層２１２および２４８がスイッチング媒体２１６に最も近くてもよいので、層２０６が層２４２と同様な性質を共有してもよく、層２０８が層２４４と同様な性質を共有してもよく、層２１０が層２４６と同様な性質を共有してもよく、そして層２１２が層２４８と同様な性質を共有してもよい。
【００３０】
さまざまな程度の酸化、および／または窒化によって上側の電極２３２の複数層電極構造物２０２の層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２および下側の電極２３０の第２の複数層電極構造物２８０の層２４０、２４２、２４４、２４６、２４８を形成してもよく、図２Ｄに示されるように円錐状または角錐状金属電極構造物が各層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２４０、２４２、２４４、２４６、２４８内にあり、酸化物２２２または他の絶縁体が複数層電極構造物２０２および第２の複数層電極構造物２８０それぞれの外縁２２４の近くに形成される。それ故、各層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２４０、２４２、２４４、２４６、２４８上の酸化物２２２または他の絶縁体の量は、層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２４０、２４２、２４４、２４６、２４８の位置に応じて変化してもよい。示されるように、層２１２および２４８は、それらがスイッチング媒体２１６に最も近いので最も多い酸化物または他の絶縁体が存在していてもよい。層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２４０、２４２、２４４、２４６、２４８とスイッチング媒体２１６との間の距離が増加するにしたがって各層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２４０、２４２、２４４、２４６、２４８は、その上に存在している酸化物または他の絶縁材が漸次少なくなってもよい。円錐状または角錐状電極構造物を特徴とする層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２４０、２４２、２４４、２４６、２４８は、電圧が印加される時に円錐状または角錐状電極構造物の箇所２２６の近くに、基準矢印Ｂによって示されるように、より高い電場を生じる場合がある。それ故、箇所２２６の近くの電場が高くなることによって箇所２２６付近でのフィラメントの形成を促す場合がある。
【００３１】
図２Ｂ、２Ｃ、および／または２Ｄに示される各層２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２４０、２４２、２４４、２４６、２４８は、薄膜同時堆積法によって堆積されてもよい。それ故、合金の組成は、同時に堆積される２つ以上の元素の相対的堆積速度を変えることによって変えられてもよい。
【００３２】
図２Ｅは、図２Ｄの構造物の代替実施形態を示す。図２Ｅに示されるように上側の電極２３２のための複数層電極構造物２０２の代わりに単一層２７０を用いてもよい。下側の電極２３０のための第２の複数層電極構造物２８０の代わりに単一層２７０を用いてもよい。上側の電極２３２、下側の電極２３０、および／または上側の電極２３２および下側の電極２３０の両方が単一層２７０を含んでもよい。単一層は第１の群からの元素と第２の群からの元素との相対的なパーセンテージを連続的に変化させてもよく、単一層２７０は、上記のように、スイッチング媒体２１６の近くで第２の群からの元素がより豊富でありおよび／または最も高い濃度を含有するようにする。
【００３３】
製造中にＲｅＲＡＭデバイス２００の単一層２７０をエッチングして電極をそこに画定してもよい。いくつかの実施形態において、単一層２７０をイオンミリングして電極をそこに画定してもよい。エッチングおよび／またはイオンミリングの後、単一層２７０を例えば、ガスおよび／またはプラズマなどの高酸素および／または高窒素環境に暴露してもよい。ガスおよび／またはプラズマによって、各単一層２７０中に存在している第２の群からの材料の濃度に依存してもよい濃度に各単一層２７０を酸化および／または窒化してもよい。
【００３４】
図２ＥのＲｅＲＡＭデバイス２００が、高酸素および／または高窒素環境に暴露されてもよい。上側の電極２３２が正電圧または負電圧を維持してもよい。下側の電極２３０が上側の電極２３２の反対側の極性を維持してもよい。さまざまな程度の酸化、および／または窒化によって、円錐状または角錐状電極構造物を単一層２７０に形成してもよい。図２Ｅに示されるように、酸化物２２２または他の絶縁体がＲｅＲＡＭデバイス２００の外縁２２４の近くに形成されてもよい。それ故、各単一層２７０上の酸化物２２２または他の絶縁体の量が、単一層２７０内の位置に応じて変化してもよい。それ故、酸化物２２２または他の絶縁体の濃度は変化してもよい。示されるように、層がスイッチング媒体２１６に近づくにしたがってより多くの酸化物２２２または他の絶縁体が各単一層２７０中に存在していてもよい。さらに、円錐状または角錐状電極構造物の箇所２２６の近くに、基準矢印Ｂによって示されるように、より高い電場が存在していてもよく、その結果電場が集束される。それ故、箇所２２６の近くの電場が高くなることによって箇所２２６付近でのフィラメントの形成を促す場合がある。
【００３５】
基準矢印Ａによって示される図１の電場と比較したとき、基準矢印Ｂによって示される図２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、および２Ｅの電場は狭くなる。基準矢印Ｂは、図２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、および２Ｅの電場がセルの中心に向って集束されることを示す。
【００３６】
図３は、本明細書において説明された一実施形態に従って、メモリデバイスを形成するための方法３００の作業を概略的に示す。作業３１０において第１の層が形成されてもよい。第１の層が第１の群からの材料および第２の群からの材料を含んでもよい。第１の群がＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物を含んでもよい。第２の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含んでもよい。
【００３７】
作業３２０において第２の層が形成されてもよい。第２の層が第１の群からの材料および第２の群からの材料を含んでもよい。第１の群がＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物を含んでもよい。第２の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含んでもよい。第２の層が第１の層の下であってもよい。第２の層が、第１の層よりも高い濃度の、第２の群からの材料を含んでもよい。第１の層および第２の層が一緒に電極を形成してもよい。
【００３８】
作業３３０においてメモリデバイスがエッチまたはイオンミルされてもよい。作業３４０においてメモリデバイスを高酸素または高窒素環境に暴露して電極を円錐構造物に形成してもよい。第２の群からの材料の最も高い濃度を有する電極の領域が、酸化物または絶縁体材料の最も高い濃度を含有してもよい。
【００３９】
いくつかの実施形態において、方法３００はまた、第３の層を形成する工程を有してなってもよい。第３の層が第１の群からの材料および第２の群からの材料を含んでもよく、そこで第１の群がＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物を含み、第２の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含む。方法３００がさらに、第１の群からの材料および第２の群からの材料を含む第４の層を形成する工程を有してなってもよい。第１の群がＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物を含んでもよく、第２の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含んでもよい。第４の層が第３の層の下であってもよい。第３の層が、第４の層よりも高い濃度の、第２の群からの材料を含んでもよい。第３の層および第４の層が一緒に第２の電極を形成してもよい。高酸素または高窒素環境への第１の電極の暴露前に第２の電極が形成されてもよい。いくつかの実施形態において、方法３００はまた、第２の電極を高酸素または高窒素環境に暴露して第２の電極を円錐構造物に形成する工程を有してなってもよい。第２の群からの材料の最も高い濃度を有する第２の電極の領域が、酸化物または絶縁体材料の最も高い濃度を含有する。特定の実施形態において、高酸素または高窒素環境への第１の電極および第２の電極の暴露が同時に行なわれてもよい。
【００４０】
図４Ａおよび４Ｂは、本明細書において説明された一実施形態に従って、メモリデバイスを形成するための方法４００の作業を概略的に示す。作業４１０において、第１の層が形成されてもよい。第１の層が第１の群からの材料および第２の群からの材料を含んでもよい。第１の群がＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物を含んでもよい。第２の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含んでもよい。
【００４１】
作業４２０において第２の層が形成されてもよい。第２の層が第１の群からの材料および第２の群からの材料を含んでもよい。第１の群がＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはそれらの合金もしくは混合物を含んでもよい。第２の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含んでもよい。第２の層が第１の層の下であってもよい。第２の層が、第１の層よりも高い濃度の、第２の群からの材料を含んでもよい。第１の層および第２の層が一緒に第１の電極を形成してもよい。
【００４２】
作業４３０において第３の層が形成されてもよい。第３の層が第３の群からの材料を含んでもよい。第３の群がＭｇ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、またはそれらの合金もしくは混合物を含んでもよい。
【００４３】
作業４４０において第４の層が形成されてもよい。第４の層が第１の群からの材料および第２の群からの材料を含んでもよい。
【００４４】
作業４５０において第５の層が形成されてもよい。第５の層が第１の群からの材料および第２の群からの材料を含んでもよい。第５の層が第４の層の下であってもよい。第５の層が、第４の層よりも低い濃度の、第２の群からの材料を含んでもよい。第４の層および第５の層が一緒に第２の電極を形成してもよい。第３の層が第１の電極と第２の電極との間にあってもよい。いくつかの実施形態において、第１の層、第２の層、第４の層、および第５の層がそれぞれ、約０．０５ｎｍ〜約４ｎｍの間の厚さを有してもよい。いくつかの実施形態において、第１の層および第２の層がそれぞれ、異なった厚さを有してもよく、および／または第４の層および第５の層がそれぞれ、異なった厚さを有してもよい。
【００４５】
作業４６０においてメモリデバイスがエッチまたはイオンミルされてもよい。
【００４６】
作業４７０において、第１の電極、第２の電極、および第３の層が高酸素または高窒素環境に暴露されてもよい。暴露が、第１の電極および第２の電極を円錐構造物に形成する場合がある。第２の群からの材料の最も高い濃度を有する第１の電極および第２の電極の領域が、酸化物または絶縁体材料の最も高い濃度を含有してもよい。暴露が、第３の層をスイッチング媒体に形成してもよい。いくつかの実施形態において、酸化物または絶縁体材料が第１の層、第２の層、第４の層、および／または第５の層それぞれの外縁上に形成されてもよい。
【００４７】
いくつかの実施形態において、方法４００がさらに、第１の層と第２の層とを組み合わせて第１の複数層電極構造物を形成する工程を有してなってもよい。いくつかの実施形態において、方法４００がさらに、第４の層と第５の層とを組み合わせて第２の複数層電極構造物を形成する工程を有してなってもよい。第１のおよび／または第２の複数層電極構造物は、メモリデバイス内の頂部電極、底部電極、および／または頂部電極および底部電極の両方であってもよい。
【００４８】
いくつかの実施形態において、方法４００がさらに、第６の層を形成する工程を有してなってもよい。第６の層が第１の群からの材料と第２の群からの材料とを含有してもよい。
【００４９】
いくつかの実施形態において、方法４００がさらに、第７の層を形成する工程を有してなってもよい。第７の層が第１の群からの材料と第２の群からの材料とを含有してもよい。第７の層が第６の層の下であってもよい。第７の層が、第６の層よりも高い濃度の、第２の群からの材料を含んでもよい。第６の層および第７の層が一緒に第３の電極を形成してもよい。
【００５０】
いくつかの実施形態において、方法４００がさらに、第３の群からの材料を含む第８の層を形成する工程を有してなってもよい。また、方法４００が、第９の層を形成する工程を有してなってもよい。第９の層が第１の群からの材料と第２の群からの材料とを含有してもよい。また、方法４００が、第１０の層を形成する工程を有してなってもよい。第１０の層が第１の群からの材料および第２の群からの材料を含んでもよい。第１０の層が第９の層の下であってもよい。第１０の層が、第９の層よりも低い濃度の、第２の群からの材料を含んでもよい。第９の層および第１０の層が一緒に第４の電極を形成してもよい。第８の層が第３の電極と第４の電極との間にあってもよい。高酸素または高窒素環境への第１の電極および第２の電極の暴露前に第３の電極および第４の電極が形成されてもよい。
【００５１】
いくつかの実施形態において、方法４００はまた、第３の電極、第４の電極、および第８の層を高酸素または高窒素環境に暴露して第３の電極および第４の電極を円錐構造物に形成する工程を有してなってもよい。第２の群からの材料の最も高い濃度を有する第３の電極および第４の電極の領域が、酸化物または絶縁体材料の最も高い濃度を含有してもよい。
【００５２】
いくつかの実施形態において、高酸素または高窒素環境への第１の電極、第２の電極、第３の電極、および第４の電極の暴露が同時に行なわれてもよい。
【００５３】
本開示の利点には、フィラメントの位置の改良された予測性を有するＲｅＲＡＭフィラメントデバイスが含まれる。それ故、フィラメントの位置が制御され、デバイスの縁付近のフィラメントの形成は回避される。円錐構造物または角錐状構造物の箇所の近くのフィラメントの形成は、デバイス収量を改良し、フィラメントの形成のために必要なフォーミング電圧を下げ、再現性を改良する場合がある。
【００５４】
本開示は材料の積層体を提供し、ならびに電場をセルの中心に集束することによって改良されたフィラメントＲｅＲＡＭ不揮発性メモリセルを作るための方法に関する。不均一な金属電極を組成変調または複数層のどちらかで堆積させ、それをその後、セルの製造中に例えば、酸化プロセスに暴露することによって、セルの中心を最大の電場を有する位置にするように促す金属電極形材が自動的に作られる。フィラメントの形成／溶解がスイッチング機構であるＲｅＲＡＭセル、例えばＯｘＲＡＭまたはＣＢＲＡＭのために、本開示の装置および方法は、セルの中心の近くのフィラメントの形成の確率を増加させ、それは不揮発性メモリ成分のサイズスケーリングおよび信頼性のために適している。
【００５５】
前述の内容は本開示の実施形態に関するが、本開示の他のおよびさらなる実施形態がその基本的範囲から逸脱せずに考案されてもよく、その範囲は以下の請求の範囲によって決められる。
【符号の説明】
【００５６】
１００  ＲｅＲＡＭデバイス
１０２  メモリセル
１０４  上側の金属電極
１０６  下側の金属電極
１０８  スイッチング媒体
２００  ＲｅＲＡＭデバイス
２０２  複数層電極構造物
２０４  層
２０６  層
２０８  層
２１０  層
２１２  層
２１４  接点
２１６  スイッチング媒体
２１８  複数層電極構造物の第１の面
２２０  複数層電極構造物の第２の面
２２２  酸化物
２２４  複数層電極構造物の外縁
２２６  円錐状または角錐状電極構造物の箇所
２３０  下側の電極
２３２  上側の電極
２４０  層
２４２  層
２４４  層
２４６  層
２４８  層
２７０  単一層
２８０  第２の複数層電極構造物
３００  方法
３１０  作業
３２０  作業
３３０  作業
４００  方法
４１０  作業
４２０  作業
４３０  作業
４４０  作業
４５０  作業
４６０  作業
４７０  作業
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【外国語明細書】
2017103453000001.pdf