[发明专利]基于纳米颗粒的电阻式存储器设备及其制造方法

说明书

含有纳米颗粒的电阻式存储器单元形成在两个电极之间。所述纳米颗粒可包埋在基体中，或在没有基体的情况下烧结在一起。所述存储器单元可为投射式存储器单元或屏障调制单元。聚合物配体可用于在衬底之上沉积所述纳米颗粒，然后任选的去除或替换所述聚合物配体。

相关申请

本申请要求2017年1月23日提交的美国临时专利申请序列号62/449,351以及2017年6月29日提交的美国非临时申请序列号15/637,357的优先权权益，这些申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及半导体设备领域，并且具体地涉及采用纳米颗粒的电阻式存储器设备及其制造方法。

背景技术

电阻式随机存取存储器(ReRAM)设备是指采用材料的多个电阻状态的非易失性存储器(NVM)设备。ReRAM设备具有以低成本提供高存储器密度的潜力，并且具有快速读取/写入存取时间和高耐久性。

发明内容

根据本公开的一个实施方案，一种制造存储器单元的方法，包括形成第一电极；提供聚合物接枝的存储器材料纳米颗粒，其形成由聚合物配体制成的包埋存储器材料纳米颗粒的聚合物基体；以及形成第二电极。

根据本公开的另一个实施方案，一种屏障调制存储器单元，包括第一电极；可变电阻区，该可变电阻区包括金属氧化物纳米颗粒和与金属氧化物纳米颗粒接触的屏障材料；和第二电极。

根据本公开的另一个实施方案，一种投射式存储器单元，包括第一电极、第二电极以及定位在第一电极和第二电极之间的可变电阻区。可变电阻区包括硫属元素化物相变存储器材料纳米颗粒和投射材料衬垫，该投射材料衬垫将第一电极连接到第二电极。投射材料衬垫具有介于硫属元素化物相变存储器材料的低电阻状态和高电阻状态之间的电阻率。

附图说明

图1A示出聚合物接枝的纳米颗粒。根据本公开的第一实施方案，聚合物链(配体)被接枝到纳米颗粒核。

图1B示出通过旋涂沉积到衬底上的聚合物接枝的纳米颗粒。根据本公开的第一实施方案，为了清楚起见，单独的聚合物链未示出，并且通过由聚合物链形成的均匀基体表示。

图1C示出干燥的聚合物接枝的纳米颗粒，其形成密集阵列并且配体互穿并形成均匀基体。根据本公开的第一实施方案，这些配体使颗粒保持处于均匀距离并且形成包埋聚合物基体。

根据本公开的第一实施方案，图1D示出溶剂退火步骤，该步骤用于促进自组装并重新布置纳米颗粒。

根据本公开的第一实施方案，图2A、图2B和图2C示意性地示出用于制造第一示例性电阻式存储器单元的工艺流程，该第一示例性电阻式存储器单元包括穿过第一电极之上的绝缘层的开口。

根据本公开的第一实施方案，图3A、图3B和图3C示意性地示出在第一示例性电阻式存储器单元的不同构型内组装的聚合物接枝的纳米颗粒，每个构型包括具有不同尺寸和纵横比的开口。

根据本公开的第一实施方案，图4A、图4B和图4C示出在通过热处理和/或使样品暴露于脱下配体的酸或溶剂蒸气而去除聚合物基体以及沉积第二电极之后第一示例性电阻式存储器单元的各种构型。

根据本公开的第二实施方案，图5A、图5B和图5C示出在形成第二电极之前去除配体的第二示例性电阻式存储器单元的第一、第二和第三构型的制造工艺。

根据本公开的第三实施方案，图6示出用于制造第三示例性电阻式存储器单元的ALD渗透合成、聚合物去除、基体硬化、剥离和第二电极沉积的加工步骤。

根据本公开的第四实施方案，图7A和图7B示出沿着单元的壁具有“投射材料”的第四示例性存储器单元。可按与第一实施方案或第二实施方案中相同的方式沉积和处理纳米颗粒。