CN104040746A

Composition of memory cell with resistance-switching layers

Abstract

A memory cell is proposed, which includes a first electrode, a second electrode, and an indicating first resistance switching layer located between the first and second electrodes, wherein the resistance switching layer includes amorphous hafnium silicon oxynitride. Manufacturing the memory cell may include depositing a hafnium silicon oxide film, followed by nitriding the film to form a resistance switching layer.

CN104040746A, drawing sheet 1
Sheet 1 of 26

Term

Projected expiry 6 September 2032.

  1. Priority
  2. Filed
  3. Published
  4. Today
  5. Projected expiry

29 claims: 5 independent, 24 dependent

  1. 1
    一种存储器单元,包括: 第一电极; 第二电极;以及 第一电阻切换层,位于第一和第二电极之间, 其中该第一电阻切换层包括非晶错硅氮氧化物。
  2. 2
    如权利要求1所述的存储器单元,还包括操纵元件,该操纵元件包括位于与第一电 阻切换层串联设置的二极管。
  3. 3
    如权利要求2所述的存储器单元,还包括: 第二电阻切换层,在该第一和第二电极之间;以及 导电或半导电的层,在第一电阻切换层和第二电阻切换层之间。
  4. 4
    如权利要求3所述的存储器单元,其中: 从由以下构成的组中选择导电或半导电的中间层:TiN'Al'Zr'La'Y'Ti'TiAlXTi’Ny、 W和TiAl合金。
  5. 5
    如权利要求3所述的存储器单元,其中第二电阻切换层包括错硅氮氧化物。
  6. 6
    如权利要求1所述的存储器单元,其中从由以下构成的组中选择该第一和第二电极 的至少一个:W、WSix、WN、TiN、TiSix、SiGe、TiAlN、NiSi、Ni、Co、CoSi、n+Si 和 p+Si、n+n+SiC 和 p+SiCo
  7. 7
    如权利要求1所述的存储器单元,其中: 该存储器单元位于包含多个存储器器件级的三维存储器器件中;以及 在该包含多个存储器器件级的三维存储器器件的制造之后,该第一电阻切换层保留非 晶性。 &如权利要求1所述的存储器单元,其中所述第一电阻切换层的氮含量大于0并且小 于 20%。
  8. 8
    9. 如权利要求8所述的存储器单元,其中所述第一电阻切换层包括15-30%的错、 10-20%的硅以及30-70%的氧。
  9. 9
    10. 如权利要求1所述的存储器单元,其中该第一电阻切换层的厚度是10A-5nm o
  10. 10
    11. 一种制造存储器单元的方法,包括: 在基板上形成第一电极; 在第一电极上形成包括错硅氮氧化物的非晶第一电阻切换层;以及 在该第一电阻切换层上形成第二电极。
  11. 11
    12. 如权利要求11所述的方法,还包括形成包括位于与该第一电阻切换层串联的二极 管的操纵元件。
  12. 12
    13. 如权利要求12所述的方法,还包括: 在第一和第二电极之间形成第二电阻切换层;以及 在第一电阻切换层和第二电阻切换层之间形成导电或半导电的层。
  13. 13
    14. 如权利要求13所述的方法,其中: 从由以下构成的组中选择导电或半导电的中间层:TiN'Al'Zr'La'Y'Ti'TiAlXTi’Ny、 W和TiAl合金。
  14. 14
    15. 如权利要求13所述的方法,其中该第二电阻切换层包括错硅氮氧化物。
  15. 15
    16. 如权利要求11所述的方法,其中从由以下构成的组中选择该第一和第二电极的至 少一个:W、WSix、WN、TiN、TiSix、SiGe、TiAlN、NiSi、Ni、Co、CoSi、n+Si 和 p+Si、n+SiC 和 p+SiCo
  16. 16
    17. 如权利要求11所述的方法,还包括形成包含多个存储器器件级的三维存储器器 件,使得该存储器单元包括该存储器器件的一部分,其中在形成该三维存储器器件的步骤 期间在被退火高达1100Ό期间以及之后,该第一电阻切换层保持非晶性。 1&如权利要求11所述的方法,还包括将非晶存储器单元加热到在600和1100C之间 的温度,使得第一电阻切换层在加热的步骤之后保持非晶性。
  17. 17
    19. 如权利要求11所述的方法,其中所述第一电阻切换层的氮含量大于0并且小于 20%。
  18. 18
    20. 如权利要求19所述的方法,其中所述第一电阻切换层包括15-30%的错、10-20% 的硅以及30-70%的氧。
  19. 19
    21. 如权利要求11所述的方法,其中所述第一电阻切换层的厚度是10 A-5nm.
  20. 20
    22. 如权利要求11所述的方法,其中形成第一电阻切换层的步骤包括在该第一电极之 上覆盖沉积错硅氮氧化物膜。
  21. 21
    23. 如权利要求11所述的方法,其中覆盖沉积的步骤包括在250-400Ό的温度下通过 原子层沉积、化学气相沉积或者物理气相沉积而覆盖沉积,使得在非晶错硅氮氧化物膜中 基本上不形成晶粒。
  22. 22
    24. 如权利要求11所述的方法,其中形成第一电阻切换层的步骤包括在第一电极之上 覆盖沉积错硅氧化物膜,跟着通过对该膜氮化,以将该膜转化为错硅氮氧化物。
  23. 23
    25. 如权利要求24所述的方法,其中从等离子体氮化、热氮化或氮离子植入中选择氮 化的步骤。
  24. 24
    26. 一种存储器器件,包括: 存储器阵列,包括多个存储器单元,每个存储器单元包括与电阻切换存储器元件串联 的操纵元件,每个电阻切换存储器元件包括在第一和第二电阻切换层之间的中间层,该第 一和第二电阻切换层包括非晶错硅氮氧化物; 多个字线和位线; 每个存储器单元具有与多个位线中的相应位线通信的一端以及与多个字线中的相应 字线通信的另一端;以及 控制电路,与该多个字线和位线通信,该控制电路经由存储器单元的至少一个的相应 的字线和位线向存储器单元的该至少一个施加电压,以致使存储器单元的该至少一个的电 阻切换存储器元件从一个电阻状态切换到另一电阻状态。
  25. 25
    27. 如权利要求26所述的存储器器件,其中每个操纵元件包括二极管。 2&如权利要求26所述的方法,其中该存储器阵列是包括多级存储器单元的单片三维 阵列,每个存储器级包括在交叉点阵列中的多个存储器单元。
  26. 26
    29. 一种存储器单元,包括: 第一电极; 第二电极;以及 第一电阻切换层,位于第一和第二电极之间, 其中该第一电阻切换层包括错硅氮氧化物,该错硅氮氧化物具有大于0并且小于20% 的氮含量。
  27. 27
    30. 如权利要求29所述的存储器单元,其中该第一电阻切换层包括15-30%的错、 10-20%的硅以及30-70%的氧。
  28. 28
    31. 一种制造存储器单元的方法,包括: 在基板上形成第一电极; 在该第一电极上形成包括错硅氮氧化物的第一电阻切换层;以及 在该第一电阻切换层上形成第二电极, 其中形成第一电阻切换层的步骤包括在该第一电极上覆盖沉积错硅氧化物,跟着通过 对该膜氮化,以将该膜转化为哈硅氮氧化物。
  29. 29
    32. 如权利要求31所述的方法,其中从等离子体氮化、热氮化或氮离子植入中选择氮 化的步骤。
Independent claims29