[发明专利]用于制造电阻转换器件的方法和由此获得的器件

说明书

本申请要求2006年8月31日提交的美国临时专利申请第60/841358号的优先权。

技术领域

本发明涉及这样的器件：其中响应于施加给所述器件的电压而能够可逆地改变所述器件的电导率。特别是本发明涉及包括有机金属材料来作为电阻转换材料的存储器件。

背景技术

数据存储器市场的演进指示对于从几十亿字节到几千亿字节甚或几万亿字节的不断变大的容量的需要。在众多因素中，这种演进是由新数据消耗应用程序(例如多媒体和游戏)驱动的。例如，使用场效应晶体管的阈值电压的移位来指示位状态的闪存技术迄今已经能够满足这种尺度的要求，同时保持合理的每单位比特的成本。然而，预期的是由于基础物理的限制，闪存技术将面对超越45nm工艺节点的严重尺度问题。

电阻转换存储器构成了替换候选物，因为它们的物理转换机构可以不随着尺度而降级。这些类型的存储器包括能够在较高或较低的导电状态下对其进行可逆编程的电阻元件。可使用例如过渡金属氧化物、有机半导体或有机金属半导体之类的各种材料来制造这种电阻元件。

电阻转换存储器正在使用如在动态RAM中使用的从1T/1C(一个晶体管/一个电容器)概念获得结构来集成。包括电阻转换材料的电阻元件被堆叠在例如MOS晶体管、双极晶体管或二极管之类的半导体器件顶部，并通过位线来访问。电阻元件被放置在金属线之间或晶体管的触点和典型地在集成电路的线后端(BEOL)部分内的第一金属层面之间。

Baek等人在“Multilayer Cross-point Binary Oxide ResistiveMemory(0xRRAM)for Post-NAND Storage Application”(IEDM 2005)中披露了一种存储器阵列，其中金属/转换电阻材料/金属(MRM)电阻器被集成在接触插头和线后端部分中的第一金属层面之间的交叉点结构中。在该集成方案中，底部电极接触(BEC)层是接触插头的一部分，而过渡金属氧化物(TMO)和顶部电极接触(TEC)层的叠层是在所述两层沉积之后进行摹制的。因此电阻元件的面积是由顶部电极的面积定义的。另外，根据Baek获得的电阻元件需要插入至少用于形成顶部电极的附加处理步骤。

Chen等人在“Non-Volatile Resistive Switching for AdvancedMemory Applications”(IEDM 2005，Washington DC 2005年12月5-7日)中也披露了一种存储器阵列，其在电阻器元件中使用CuxO作为电阻转换材料。氧化铜从铜插座的顶部向前生长。与Baek等人的情况相同，需要在形成氧化铜和顶部电极接触(TE)层之后对它们的叠层图案进行摹制。因为蚀刻可能会损坏电阻器元件的有效面积，所以MRM元件和铜插座之间的重叠部分是必需。该重叠部分将限制这一构想的尺度潜能。

R.Muller等人在“Organic CuTCNQ non-volatile memories forintegration in the CMOS backend-of-line：preparation fromgas/solid reaction and downscaling to an area of 0.25um2”(ESSDERC会议的会报，法国格勒诺布尔，第216页)中披露了一种通过在减小压力下借助TCNQ蒸汽侵蚀Cu基底来制造CuTCNQ薄膜的方法。由Muller等人建立的处理流程包括在氧化物层上首次形成铜岛。这些铜岛将被用作底部电极和用作CuTCNQ生长的开始材料。然后在这些铜岛压点的暴露表面上形成CuTCNQ薄膜。最后，通过在所述铜图案上沉积铝层来形成顶部电极。该方法可适用于形成十字条存储器阵列，其中所述铜底部电极和铝顶部电极被形成为在垂直方向走向的平行线。顶部电极和底部电极之间的每次重叠都构成一个存储元件。因此，可将电压施加在两个电极之间的CuTCNQ薄膜上。虽然可使Muller等人给出的处理流程与CMOS后端生产线处理相适宜，但并没有披露集成的处理流程，也没有披露任何用于选择单独存储元件的装置。

因此，需要一种用于形成这样的电阻元件的方法，该电阻元件包括电阻转换层，尤其包括有机或有机金属半导体，该方法不会遇到现有技术的缺点。

需要一种用于形成这样的电阻元件的方法，该电阻元件包括作为电阻转换层的有机或有机金属半导体，该方法将便于在CMOS相宜处理流程中集成电阻转换材料。