本公開內容涉及包括局部絲狀溝道的電阻性存儲器單元。還描述了包括所述電阻性存儲器單元的器件和制造這樣的電阻性存儲器單元的方法。

背景技術：

諸如電阻性隨機存取存儲器(reram或rram)之類的電阻性存儲器通常包括多個電阻性存儲器單元。這樣的單元可以采用兩個端子器件的形式，其中，相對絕緣的切換層或介質位于兩個導電電極之間。在一些實例中，器件包括一個晶體管(1t)或一個二極管(1d)連同一個電阻器(1r)，得到1t1r或1d1r構造。rram的電阻性存儲器單元可以在兩種不同的狀態之間改變，這兩種狀態為可以代表關斷或0狀態的高電阻狀態(hrs)；以及可以代表導通或1狀態的低電阻狀態(lrs)。在許多實例中，復位過程用于使用復位電壓來將rram器件的一個或多個單元切換到hrs，并且置位過程用于使用置位電壓來將rram器件的一個或多個單元切換到lrs。

一些電阻性存儲器件基于單獨的電阻性存儲器單元的切換層內的絲狀溝道(下文中為絲狀體)的形成和破壞來進行操作。這樣的器件(在本文中被稱為絲狀電阻性存儲器)需要執行初始形成過程，在該初始形成過程期間，相對高的電壓應力(被稱為形成電壓)被施加，以初始地使電阻性存儲器單元的切換層內的空位形成一個或多個絲狀體。這樣的絲狀體可以在單元的導電電極之間提供低電阻通路，并因此可以將單元置于低電阻狀態。在形成過程之后，絲狀體可以分別經由施加復位和置位電壓來破壞和重新形成，以便在高電阻狀態與低電阻狀態之間切換單元。

盡管現有的絲狀電阻性存儲器已經展現出是有前途的，但是執行形成過程可能導致在電阻性存儲器單元的切換層內產生不可預測的數量的絲狀體和絲狀體的分布。例如，執行形成過程可以產生均勻地分布在一個電阻性存儲器單元的切換層內的第一(例如，5個)數量的絲狀體，而且可以產生隨機地或不均勻地分布在另一電阻性存儲器單元中的第二(例如，8個)絲狀體。此外，通過形成過程創建的絲狀體的尺寸可以在絲狀電阻性存儲器器件的多個電阻性存儲器單元內和/或中顯著變化。因此，這樣的器件的電阻性存儲器單元的電氣特性(例如，置位和/或復位電壓)可以相對于彼此顯著變化。

附圖說明

在進行以下具體實施方式以及參考附圖時，所要求保護的主題的實施例的特征和優點將變得顯而易見，其中，類似的附圖標記描繪類似的部分，并且在附圖中：

圖1是電阻性存儲器單元結構的一個示例的結構的高層次圖；

圖2a-2d逐步示出了用于形成電阻性存儲器單元的一個示例性過程。

圖3描繪了與本公開內容一致的電阻性存儲器單元的一個示例的結構。

圖4描繪了與本公開內容一致的電阻性存儲器單元的另一個示例的結構。

圖5是用于形成與本公開內容一致的電阻性存儲器單元的一種方法的示例性操作的流程圖。

圖6a-6d逐步示出了與圖5的方法一致的電阻性存儲器單元的形成。

圖7是用于形成與本公開內容一致的電阻性存儲器單元的另一種方法的示例性操作的流程圖。

圖8a-8d逐步示出了與圖7的方法一致的電阻性存儲器單元的形成。

圖9是用于形成與本公開內容一致的集成電路的方法的示例性操作的流程圖。

圖10a-10g逐步示出了與圖9的方法一致的集成電路的形成。

圖11描繪了包括電阻性存儲器的計算系統的一個示例，該電阻性存儲器包括與本公開內容一致的一個或多個電阻性存儲器單元。

盡管將參考說明性實施例進行以下具體實施方式，但是對于本領域技術人員來說，其許多替代、修改、和變型將顯而易見。

具體實施方式

術語“在……之上”、“在……之下”、“在……之間”以及“在……上”在本文中通常用于指代一個材料層或部件相對于其它材料層或部件的相對位置。例如，設置在另一層上(例如，之上或上方)或之下(下方)的一個層可以與另一層直接接觸，或可以具有一個或多個中間層。此外，設置在兩個其它層之間的一個層可以與兩個其它層直接接觸，或者可以被一個或多個其它層分隔開，例如被一個或多個中間層分隔開。類似地，除非明確指示相反情況，否則與一個特征相鄰的另一個特征可以與相鄰特征直接接觸，或者可以通過一個或多個中間特征與相鄰特征分隔開。相比之下，術語“直接在……上”或者“直接在……下方”用于表示一個材料層分別與另一材料層的上表面或下表面直接接觸。類似地，術語“直接相鄰”表示兩個特征彼此直接接觸。

如在背景技術中簡要解釋的，在使用諸如電阻性隨機存取存儲器(rram)之類的電阻性存儲器以進行信息的短期或長期儲存的方面已經產生了許多興趣。一般來說，電阻性存儲器包括可以例如響應于施加電壓而在高電阻狀態(hrs)或導通狀態與低電阻狀態(lrs)或關斷狀態之間轉變的多個電阻性存儲器單元。因此，信息可以以邏輯1和0的形式被儲存在這樣的器件中，例如，通過適當地控制器件中的電阻性存儲器單元的狀態。

記住前述內容，參考圖1，圖1是電阻性存儲器單元100的一個示例的結構的高層次圖。盡管目前的討論關注于電阻性存儲器單元100自身的特征，但是應當理解的是，多個電阻性存儲器單元100可以耦合和/或以其它方式配置以形成電阻性存儲器件，例如rram或其它適合的存儲器。

如圖1中所示，電阻性存儲器單元100(例如，rram單元)包括底部(第一)電極101、切換層102、和頂部(第二)電極103。切換層102形成在底部電極101上，并且頂部電極103形成在切換層102上。底部電極101可以連接到電接地，并且頂部電極103可以連接到電壓源v。可以例如由1t1r中的晶體管或1d1r構造中的二極管供應電壓源。在沒有限制的情況下，在一些實施例中，切換層102直接形成在底部電極101上，并且頂部電極103直接形成在切換層102上。

在電阻性存儲器單元100是絲狀電阻性存儲器單元的實例中，切換層102可以由包含多個氧空位的氧化物形成。例如并且如將之后所述的，切換層102可以完全或部分由亞化學計量氧化物形成，亞化學計量氧化物可以被理解為不包含化學計量的量的氧的氧化物。根據形成切換層102的方式，氧或其它空位可以如被沉積地包括在切換層102中，或者它們可以在形成(例如，沉積)切換層102(或者，更具體來說，其前體)之后引入。

在任何情況下，形成過程可以被應用以使切換層102內的空位形成絲狀溝道，例如，其降低了單元100的電阻。在形成過程之后，復位電壓和置位電壓可以被施加以破壞和再形成絲狀溝道，在關斷(hrs)與導通(lrs)狀態之間切換電阻性存儲器單元。然而，如在背景技術中指出的，在形成過程期間在切換層102內創建的絲狀溝道的數量、尺寸、和位置(分布)可以在電阻性存儲器單元之間顯著變化。因此，電阻性存儲器件中的電阻性存儲器單元的電氣特性可以顯著變化，這可能是不期望的。

為了進一步解釋以上所提及的問題，參考圖2a-2d，其逐步示出了在執行形成過程之前形成電阻性存儲器單元的一個示例，在形成電阻性存儲器單元中，未在切換層內的分布空位之上施加控制。如圖2a中所示，形成電阻性存儲器單元可以從提供單元前體200開始。如所示的，前體200包括底部電極101、切換層前體102’、以及頂部電極103，它們通常以圖1中所示和以上所述的方式進行布置。

在圖2a的示例中，前體200具有總寬度w，總寬度w與切換層前體102’的寬度相同或大體上相同。切換層102’還包括多個空位201(例如，氧空位)，其分布在切換層前體102’的材料202內。就這點而言，并且如下將進一步解釋的，切換層前體102’的全部或部分可以包括亞化學計量氧化物或由亞化學計量氧化物形成，其可以被理解為不包括化學計量的量的氧的氧化物。

如圖2中進一步所示的，空位201跨切換層前體102’的整個寬度分布，并因此跨前體200的總寬度w分布。此外，與接近底部電極101和切換層前體102’的界面的空位濃度相比，接近切換層前體102’和頂部電極103的界面的空位201的濃度是相對高的。如可以理解的，例如通過最初地由化學計量的氧化物形成切換層前體102’、由導電但也與氧反應的電極材料形成頂部電極103、并對得到的結構進行熱處理可以得到這種分布。在熱處理期間，頂部電極103的電極材料(或者頂部電極103與切換層前體102’之間的中間氧交換層)可以與切換層前體102’中的氧的至少一部分反應，例如，使得在鄰近頂部電極103與切換層102之間的界面處形成氧空位201，如圖2a中所示的。

為了形成絲狀電阻性存儲器單元，可以在前體200上執行(或者更具體來說，在切換層前體102’上)執行形成過程。一般來說，執行形成過程可能使得絲狀溝道(絲狀體)形成在切換層前體102’內，使得形成切換層102，如在圖2b中總體上示出的。如本文中所使用的，術語“形成過程”指代在形成過程期間(相對高的)電壓被施加于電阻性單元前體(或者更具體來說，其切換層前體)的過程，以便使得切換層前體內的空位形成一個或多個絲狀溝道。在電阻性存儲器的背景中執行形成過程的參數和方式在本領域中是公知的，并且因此在本文中不再詳細討論。在任何情況下，形成過程的結果可以被理解為包含一個或多個絲狀體的切換層的形成。如可以理解的，這樣的絲狀體的形成可以在電阻性存儲器單元的底部與頂部電極之間提供低電阻通路，從而降低單元的電阻并使得單元處于低電阻(例如，導通)狀態。在圖2b中示出了這個概念，圖2b示出了響應于在前體200上執行形成過程而在切換層102中產生絲狀體203。

在執行形成過程之后，電阻性存儲器單元可以分別通過施加復位和置位電壓來在關斷狀態(hrs)與導通狀態(lrs)之間進行切換。如圖2c中所示，向切換層102施加復位電壓可以破壞絲狀體203，由此增加切換層102的電阻并使得電阻性存儲器單元處于關斷(hrs)狀態。隨后并且如圖2d中所示的，向切換層102施加置位電壓(例如，與復位電壓具有相等的值但具有相反極性)可能使得絲狀體203重新形成，由此減小切換層102的電阻并使得電阻性存儲器單元處于導通(lrs)狀態。

記住前述內容，再次參考圖2b，圖2b示出了前體200上的形成過程的結果。如所示的，在該示例中執行形成過程使得能夠創建包含4個絲狀體203的切換層102。然而，應當理解的是，該例示僅用于示例的目的，并且通過在前體200上執行形成過程所形成的絲狀體203的數量、尺寸和分布因不同單元而顯著不同。也就是說，在第一和第二前體200上執行相同或類似的形成過程可以使得在它們相應的切換層內形成不同數量、尺寸的和/或分布的絲狀體。例如，代替形成如圖2b中所示的4個絲狀體，在另一(例如，第二)前體200上執行形成過程可以使得產生8個絲狀體。此外，即使第一前體和第二前體可能具有相同或大體上相同的結構，通過在第一前體上執行形成過程所形成的絲狀體的尺寸和/或分布也可能與通過在第二前體上執行相同或類似的形成過程所形成的絲狀體的尺寸和/或分布不同。

當使用諸如結合圖2a-2d所描述的那些單元之類的單元以形成諸如rram之類的電阻性存儲器件時，這種變化性可能導致問題。事實上，這種可變性可能造成諸如這種器件中的多個單元的置位和復位電壓之類的電氣特性相對于彼此顯著變化，從而潛在地阻礙器件性能。在不希望受理論約束的情況下，要相信絲狀體形成中的可變性中的至少一些可能歸因于電阻性存儲器單元前體(例如，前體200)的切換層前體中的氧空位的分布。也就是說，由于切換層前體102’內的氧空位的濃度和分布可能因不同的前體200而顯著不同，要相信這種可變性可能導致當執行形成過程時產生的絲狀體的非預期的數量、尺寸和分布。

記住前述內容，本公開內容總體上涉及電阻性存儲器單元、其器件、和形成其的方法，其中，在執行形成過程之前對單元前體的切換層內的空位分布進行控制。如根據以下討論將顯而易見的，控制單元前體中的空位分布可以實現形成過程，以使得產生位于切換層的指定區域內的一個或多個絲狀體。此外，在一些實施例中，控制前體中的空位的分布還可以實現在指定區域內有利于形成預期數量的絲狀體以及在一些情況下形成具有類似物理特性(例如，寬度、分布等等)的絲狀體的形成過程。因此，此處所描述的技術可以使得能夠產生呈現相對一致的電氣特性(例如，置位電壓、復位電壓等等)的多個電阻性存儲器單元，例如，由于在它們相應的切換層內出現絲狀體的相同或類似的數量、尺寸、和/或分布。

記住前述內容，本公開內容的一個方面涉及電阻性存儲器單元，在該電阻性存儲器單元中絲狀溝道位于切換層的特定區域內。就這點而言，參考圖3，圖3示出了在這種情況下在適當的前體上執行形成過程之后與本公開內容一致的電阻性存儲器單元的一個示例的結構。如所示的，電阻性存儲器單元300包括底部(第一)電極101、形成在底部電極101上的切換層302、以及形成在切換層302上的頂部(第二)電極103。為了清楚起見，在圖3中未示出可以對單元300進行的電連接(例如，地、電壓源等等)。

如圖3中進一步所示的，單元300具有總寬度w，總寬度w可以是任何適合的寬度。在一些實施例中，單元300的總寬度w從大約1納米(nm)到大約100納米的范圍內，或甚至從大約1nm到大約50nm的范圍內。

底部電極101和頂部電極103可以是任何適合的電極材料。如可以形成底部電極101和/或頂部電極103的適合材料的非限制性示例，提及了諸如鋁、銅、鈦、鎢、釕、銠、鈀、銀、鋨、銥、鉑、和金之類的金屬、諸如氮化鈦、氮化鉭、其組合之類的金屬氮化物、等等。

底部電極101和頂部電極103的厚度可以寬泛地變化，并可以使用任何適合的厚度。在一些實施例中，底部電極和頂部電極均具有從大約2nm到大約50nm的范圍的厚度，例如大約2nm到大約25nm。類似地，切換層302(和本文中所述的其它切換層)可以寬泛地變化。在一些實施例中，切換層302(或本文中所述的另一切換層)可以具有從大約2nm到大約50nm的范圍的厚度，例如從大約2nm到大約25nm。在該示例中，切換層302包括第一側307和第二側307、內部區域(ir)、第一外部區域(or1)、以及第二外部區域(or2)。如所示的，第一外部區域和第二外部區域可以與內部區域(ir)相鄰(例如，直接相鄰)。記住這點，內部區域(ir)可以通常設置在第一側307與第二側307’之間。內部區域(ir)可以具有第一側和第二側(未標記)，其中，內部區域(ir)的第一側與第一側307隔開距離d1，內部區域(ir)的第二側與第二側307’隔開距離d2，并且d1和d2是單元300的總寬度w的分數或百分比。例如，在一些實施例中，d1和/或d2的范圍可以從大約w的10％到40％。因此，例如，在w為50納米(nm)的情況下，d1和/或d2的范圍可以從5nm到大約20nm。當然，這些具體的值僅用于示例的目的，并且d1和d2可以是任何適合的距離。

要指出，在圖3的示例中，d1和d2被示出為相同或者大體上相同。應當理解的是，這樣的例示僅用于清楚的目的，并且d1和d2不需要相同或大體上相同。事實上，本公開內容預見d1和d2相同或不同的實施例，并可以根據期望定制。例如，在一些實施例中，d1和d2可以被定制以便將內部區域(ir)橫向地定位在切換層302內的期望位置處。這可以通過調整受控氧化過程的參數來完成，如之后將討論的。

如可以根據前述內容意識到的，以及如圖3中進一步所示的，內部區域(ir)具有的寬度(w1)小于單元300和/或切換層302的總寬度(w)。在一些實施例中，w1的范圍從大于0到大約100nm，例如從大于0到大約30nm，從大于0到大約15nm，或者甚至從大于0到大約10nm。在無限制的情況下，在一些實施例中，w1為大約10nm。就其它方面而言，在一些實施例中，w1是單元300和/或切換層302的總寬度(w)的分數或百分比。因此例如在一些實施例中，w1的范圍可以從w的大約10％到大約40％，例如從w的大約10％到大約30％。

切換層302的至少一部分可以由亞化學計量氧化物形成。如本文中所使用的，術語“亞化學計量氧化物”指代不包含化學計量的量的氧的氧化物。就其它方面而言，術語亞化學計量氧化物指代氧的至少一部分已經被去除而在其中留下氧空位的氧化物。可以使用的亞化學計量氧化物的非限制性示例包括但不限于氧化鉿(hfo2-x)、氧化鉭(ta2o5-x)、氧化鎳(nio2-x)、氧化鎢(ⅲ)(w2o3-x)、氧化鎢(ⅳ)(wo2-x)、氧化鎢(ⅳ)(wo3-x)、五氧化鎢(w2o5-x)、氧化鈦(tio2-x)、氧化鋯(zro2-x)、氧化釩(vo2-x)、氧化銅(ⅱ)(cuo1-x)、氧化鋁(al2o3-x)、其組合等等，其中，x大于或等于對應的化學計量的氧的完全化學計量的氧含量的大約25％。因此在hfo2-x中，x可以大于或等于大約0.5。

例如并如圖3中所示的，在一些實施例中，切換層302的內部區域(ir)可以由亞化學計量的氧化物材料(例如，以上所提及的那些材料)形成。在無限制的情況下，在一些實施例中，切換層302由氧化鉿(hfo2-x)、氧化鉭(ta2o5-x)、或者其組合形成，其中，x大于或等于氧化物的完全化學計量的氧含量的大約5％。也就是說，在hfo2-x的情況下，x可以大于或等于大約0.1，然而，在ta2o5-x的情況下，x可以大于或等于大約0.25。

在一些實施例中，第一和第二外部區域(or1、or2)可以由大體上化學計量的氧化物形成或者包括大體上化學計量的氧化物。如本文中所使用的，術語“大體上化學計量的氧化物”指代包含完全化學計量的量的氧的氧化物，或者其中氧化物中的氧的摩爾分數與化學計量的量相差少于5％的氧化物。可以用于形成第一和第二外部區域(or1、or2)的適合的大體上化學計量的氧化物的非限制性示例包括但不限于如適于作為亞化學計量氧化物使用的以上所識別的氧化物，但是其中，x為0或者小于相關氧化物中的氧的化學計量的量的5％。因此，例如在一些實施例中，第一和第二外部區域or1、or2可以由大體上化學計量的hfo2-x形成，其中x的范圍可以從0到小于0.1(即，2的5％)。在其它實施例中，第一和第二外部區域or1、or2可以由大體上化學計量的ta2o5-x形成，其中，x的范圍可以從0到小于0.25(即，5的5％)。

在任何情況下，由于切換層302的至少一部分為亞化學計量氧化物或包括亞化學計量氧化物，因此切換層302可以包括多個氧空位。在圖3中示出了這個概念，其中，切換層302被示出為包括多個氧空位309。在無限制的情況下，氧空位優選地位于/集中于切換層302的內部區域(ir)內，如圖3中總體上示出的。

如以下將詳細描述的，可以例如通過在底部電極(101)上沉積一層或多層亞化學計量氧化物(例如，經由化學氣相沉積(cvd)、金屬有機cvd、反應cvd、反應濺射、原子層沉積等等)來實現氧空位在內部區域(ir)內的定位，例如，以使得多個氧空位遍布切換層302的整個寬度分布。所沉積的一層或多層亞化學計量氧化物隨后可以例如在退火過程期間進行處理，例如，經由所沉積的一層或多層的側暴露于包含氧的大氣的受控氧化過程。由于這種暴露，鄰近第一和第二側307、307’的氧空位(例如，在第一外部區域和第二外部區域(or1、or2)內)可以被氧占據，然而，位于從第一側和第二側307、307’進一步向內(例如，位于內部區域(ir)內)的氧空位可以保持未被占據。以此方式，氧空位可以位于內部區域(ir)內。

在利用受控氧化過程處理切換層102的實例中，單元300還可以可選地包括保護層310。一般來說，保護層310可以由不透氧的材料形成。這樣的材料的示例包括但不限于諸如氮化鈦、氮化鉭、氮化鈦鋁、氮化鉭鋁之類的二元和三元金屬氮化物、諸如碳化鈦之類的金屬碳化物、其組合等等。當使用保護層310時，它們可以被沉積或者以其它方式形成，以便覆蓋切換層302的暴露側的所有或一部分，例如，第一側和第二側307、307’。例如在切換層302已經經受受控氧化過程之后，保護層310可以被沉積以使得覆蓋側307、307’的所有或一部分。由于保護層310是不透氧的，因此它們可以限制或防止切換層302(或者更具體來說，第一和第二側307、307’)暴露于可能在周圍空氣中出現的氧。

不管是否使用保護層310，形成電壓可以被施加到所得到的前體(或者更具體來說，施加到其中的切換層前體)，以便產生氧空位在其內部區域(ir)內形成一個或多個絲狀體的切換層。圖3中示出了這個概念，圖3將單元300示出為(例如，在形成過程之后)包括內部區域(ir)內的單個絲狀體313。在一些實施例中，絲狀體313僅形成在內部區域(ir)內。

要指出，圖3中的單個絲狀體313的例示僅用于示例的目的，并且任何適合數量的絲狀體313可以形成在內部區域(ir)內。事實上，本公開內容預見了響應于形成或置位電壓而使得多個(例如，2、3、4、5、等等)絲狀體形成在切換層的內部區域(ir)內的實施例。在無限制的情況下，在一些實施例中，本文中所述的切換層前體被配置為使得僅單個絲狀體響應于施加形成或置位電壓(例如，小于或等于約1.5v)而形成在切換層302中。在一些實施例中，單個絲狀體僅形成在內部區域(ir)內，并提供低電阻通路以使得單元300處于低電阻(導通)狀態。在任何情況下，形成在切換層302中的一個或多個絲狀體(例如，響應于形成或置位電壓)可以通過施加復位電壓來破壞，以便使得單元300處于高電阻(關斷)狀態。

不管形成的絲狀體303的數量，當單元前體暴露于形成電壓時，或者當單元300暴露于置位電壓時(例如，當單元300處于導通(lrs)狀態時)，可能期望控制這樣的絲狀體在切換層102內的位置和/或分布。記住這點，在一些實施例中，單元300(或者其前體)可以被配置為使得絲狀體303僅形成在切換層102的一個或多個預定區域內，例如內部區域(ir)內。例如并且如圖3中所示的，單元300可以被配置為使得一個或多個絲狀體313僅形成在內部區域ir的寬度w1內。

現在參考圖4，圖4描繪了與本公開內容一致的電阻性存儲器單元的另一示例的結構。如所示的，單元400包括與單元300相同的若干部件。例如，單元400包括底部電極101和頂部電極103，其特征與以上結合圖3所描述的相同。另外，單元400包括切換層402(例如，在執行形成過程之后)，其形成在底部電極上，并包括內部區域(ir)、第一和第二外部區域(or1、or2)、第一和第二側(407、407’)和位于內部區域(ir)內的多個空位409。切換層402的特征總體上與上面結合圖3中的切換層302的對應部件所描述的那些特征相同。對這樣的特征的詳細描述因此不再重復。此外，當單元400的前體暴露于形成電壓(或者單元400暴露于置位電壓)時，一個或多個絲狀體413可以形成在其內部區域(ir)內，使得單元400處于低電阻(導通)狀態。絲狀體413的特征和特性總體上與絲狀體313的特征和特性相同，并因此對絲狀體413的詳細描述不再重復。

記住前述內容，單元400與單元300的不同之處在于其還包括氧交換層(oel)420。與前述討論一致，oel420可以包括可以與切換層402中的氧或者其前體反應和/或先前已經與切換層402中的氧或者其前體反應的材料或者由該材料形成。可以用于形成oel420的適合材料的非限制性示例包括諸如鉿、鈦、鉭之類的金屬或者其組合。當然，這樣的材料僅被識別用于示例的目的，并且可以使用其它適合的材料。如可以意識到的，這樣的材料可以與切換層402中的氧或者其前體反應，例如，以便形成它們的對應的氧化物(例如，氧化鉿、氧化鈦、氧化鉭、其組合等等)。

oel420的厚度可以顯著變化，并且可以使用任何適合厚度的oem。在一些實施例中，oem420的厚度的范圍從大于0到大約20nm，例如大于0到大約15nm，或甚至大于0到大約10nm。

假設oel420的寬度小于單元400的總寬度(w)，oel420的寬度可以顯著變化。在無限制的情況下，在一些實施例中，oel420具有與切換層402的內部區域(ir)的寬度(w1)相同或大體上相同的寬度。因此，oel420的寬度的范圍可以從大于0到大約100nm，例如從大于0到大約30nm，從大于0到大約15nm，或者甚至從大于0到大約10nm。在無限制的情況下，在一些實施例中，oel420的寬度為大約10nm。

如以下將詳細描述的，oel420可以實現在切換層402的內部區域(ir)內局部化空位的替代方法。例如，代替使用諸如以上結合圖3簡要描述的過程之類的受控氧化過程，可以部分地通過在切換層402的前體上的期望位置處選擇性地形成oel420來實現在切換層402的內部區域(ir)內的氧空位的局部化。

更具體來說并且如之后進一步詳細描述的，可以通過形成切換層402的前體、在前體上沉積oel420、以及處理所得到的結構以使得oel420的材料與切換層402的前體中的氧進行反應來實現氧空位的局部化。就這點而言，切換402的前體可以通過在底部電極101上沉積一層或多層大體上化學計量的氧化物(例如以上提及的那些)來形成切換層402的前體。oel420因此可以例如通過選擇性沉積或其它適合的過程形成在切換層前體的一部分上。頂部電極103因此可以形成在oel420和切換層前體的任何暴露部分上。所得到的前體隨后可以例如利用熱處理(例如，退火)過程來進行處理。

在熱處理過程期間或響應于熱處理過程，oel420可以與切換層前體中的氧進行反應，從大體上化學計量的氧化物中耗盡氧，形成切換層前體。這種反應可以局部化于鄰近oel420與切換層前體之間的界面的區域。該反應的結果可以是形成包含多個氧空位409的亞化學計量氧化物區域，其中，亞化學計量氧化物區域通常設置在oel420下方。另外，oel420中的氧反應材料的至少一部分可以被轉換為對應的氧，如以上所討論的。由于oel420與切換層402的前體中的氧之間的反應可以局限于和/局部化于鄰近切換層402與oel420之間的界面處的區域(即，鄰近于總體上位于oel420下方的區域)，因此內部區域(ir)的尺寸和布置、以及第一和第二外部區域(or1、or2)可以通過調整oel420的位置和/或尺寸來控制。隨后，可以應用形成過程以使得形成切換層402，其包含由空位409形成的一個或多個絲狀體。

顯著地，使用oel420可以避免使用保護層310來保護切換402的第一側和第二側407、407’免于暴露于氧的需要。這在單元400形成在溝槽內的實例中尤其正確，其中，溝槽的側壁可以接觸并保護第一和第二側407、407’免于暴露于氧。在無限制的情況下，在一些實施例中，當oel用在與本公開內容一致的電阻性存儲器單元的產生中，省略諸如圖3中所示的那些保護層之類的保護層。

本公開內容的另一方面涉及制造與本公開內容一致的電阻性存儲器單元的方法。就這點而言，參考圖5，圖5是制造以上在圖3中示出和描述的結構的電阻性存儲器單元的方法的一個示例的示例性操作的流程圖。為了理解的清楚和簡單，將結合圖6a-6d描述圖5的方法的操作。

如圖5中示出的，方法500在方框501開始。方法隨后可以繼續進行到方框502，其中可以形成電阻性存儲器單元。圖6a中示出了適合的電阻性存儲器單元前體的一個示例。如所示的，前體600包括底部電極101、形成在底部電極101上的切換層前體302’、以及形成在切換層前體302’上的頂部電極103。

底部電極101例如可以通過在襯底上(例如，在形成在其中的溝槽內的其表面上等)沉積或者以其它方式形成適合的電極材料來形成。可以以任何適當的方式執行底部電極101的沉積，例如經由化學氣相沉積(cvd)、物理氣相沉積(pvd)、濺射、原子層沉積(ald)、分子束外延(mbe)、其組合等等。

在形成底部電極101之后，可以形成切換層前體302’。在目前的情況下，切換層前體302’可以采用一層或多層亞化學計量氧化物的形式，例如先前所描述的那些。記住這點，切換層前體302’可以通過在底部電極101的上表面上沉積一層或多層亞化學計量氧化物來形成。沉積切換層前體302’可以以任何適合的方式執行，例如通過cvd、pvd、ald、mbe、反應濺射、其組合等等。在任何情況下，切換層前體302’可以在其中包括多個氧空位。在圖6a中示出了這個概念，其中，切換層前體302’被示出為包括空位309。

替代地，切換層前體302’可以通過在底部電極101上沉積一層或多層亞化學計量氧化物來形成。在這樣的沉積之后，頂部電極103可以形成在切換層前體302的整個表面之上，如圖6a中所示的。在該實施例中，頂部電極可以由一層或多層電極材料(例如，鈦、鎢、等等)形成或者包括一層或多層電極材料，該電極材料是導電的并且與切換層前體302中的氧反應。因此，頂部電極103的至少一部分可以作為氧交換層(oel)。在這樣的實施例中，可以在形成頂部電極103期間或之后施加熱量，從而使得頂部電極103的材料的至少一部分與切換層前體302’中的氧反應，使得形成空位309。

盡管預見到各種各樣的空位分布，但是在圖6a中的實施例中，空位309跨切換層前體302’的整個寬度分布，并鄰近其上表面。在這種情況下并進一步參考圖5，一旦已經提供了單元前體600，方法500就可以繼續進行以從方框502到方框503。依照方框503，切換層前體302’可以繼續進行以形成包括具有寬度(w1)的內部區域(ir)和第一和第二外部區域(or1、or2)的切換層302，如先前所描述的。更具體來說，可以執行受控氧化過程以將切換層前體302’的第一和第二側(在圖6a-6d中未標記)暴露于含氧的大氣。如以上所討論的，在這種暴露于氧期間，大氣中的氧可以占據鄰近切換層前體302’的第一和第二側的氧空位309，例如，將這樣的(多個)區域中的亞化學計量的氧化物轉換為大體上化學計量的氧化物。相比之下，切換層前體302’的內部區域內的空位可以保持不受影響。

在一些實施例中，受控氧化過程可以涉及在含氧大氣中暴露切換層前體302’的側并對前體600進行退火，以便在切換層前體302的內部區域(ir)內局部化氧空位309。在這樣的實例中，退火溫度的范圍可以從大約300攝氏度到大約600攝氏度。適合的含氧大氣的非限制性示例包括包含從大于0到大約5％的氧以及從大約5％到大約95％的氮的大氣，其中，大氣的總壓力的范圍從大約0.1到大約2個大氣壓，例如，從大約0.1到大約1個大氣壓。

通過圖6b示出了這個概念，圖6b示出了在已經經受受控氧化過程之后的前體600。如圖6b中所示的，在鄰近切換層前體302’的第一和第二側的受控氧化的氧空位309已經被氧占據之后，使得形成包括大體上化學計量的氧化物的第一和第二外部區域以及剩余的氧空位309被局部化的內部區域(ir)。在該實例中，內部區域(ir)的寬度可以與在受控氧化過程之后的切換層前體302’中的剩余氧空位的寬度相關。替代地或另外地，在相對少的氧空位保留在第一和/或第二外部區域中的情況下，w可以與形成在切換層前體302’內的亞化學計量的氧化物的連續區域的寬度相關。

就這點而言，剩余氧空位的寬度(或者亞化學計量的氧化物的連續區域)可以顯著變化，并且可以通過調整受控氧化過程的參數來進行控制。例如，如果退火時間保持恒定，則亞化學計量的氧化物的剩余氧空位/連續區域的寬度(并且因此，w1)可以隨著含氧大氣中的氧的部分壓力增加而減小。類似地，如果大氣中的氧的部分壓力保持恒定，則亞化學計量的氧化物的剩余氧空位/連續區域的寬度(并且因此，w1)可以隨著增加的退火時間而減小。在無限制的情況下，在一些實施例中，在受控氧化過程之后的亞化學計量的氧化物的剩余氧空位/連續區域的寬度(并且因此，w1)的范圍為從大于0到大約100nm，例如從大于0到大約50nm，從大于0到大約25nm，從大于0到大約15nm，或者甚至從大于0到大約10nm。

回到圖5，在執行受控氧化過程之后，方法500可以可選地繼續進行到可選的方框504，其中，切換層302的側可以用一個或多個保護層來保護。圖6b-6d中示出了這個概念，其描繪了使用保護層310來使得切換層302的側與不期望的氧暴露隔離。就這點而言，保護層310可以采用一層或多層不透氧材料(例如，氮化鈦)的形式。當使用時，保護層310可以以任何適合的方式沉積，例如通過以上提及的沉積過程。

一旦形成保護層310(或者如果不需要保護層310)，方法500就可以繼續進行到方框505，其中，形成過程可以在圖6b中的結構上執行。更具體來說，形成電壓可以施加于圖6b中的結構，例如，經由連接到頂部電極103的電壓源。在這樣的實施例中并且如先前所描述的，底部電極101可以連接到地。響應于將形成電壓施加到切換層前體302’，空位309可以形成一個或多個絲狀體，使得產生切換層302。

更具體來說，在一些實施例中，施加形成電壓可以使得形成切換層302，其中，一個或多個絲狀體形成在其內部區域內。通過圖6b和圖6c示出了這個概念，圖6b和圖6c描繪了通過施加形成電壓來形成電阻性存儲器單元300。如圖6c中所示的，在該實施例中，響應于將形成電壓施加到切換層前體302’而創建包括內部區域(ir)內的單個絲狀體313的切換層302，但是如以上指出的，可以形成任何數量的絲狀體。在無限制的情況下，切換層前體302’可以被配置為使得響應于形成電壓，可以形成包含單個或有限數量的絲狀體的切換層。在一些實施例中，形成這樣的(多個)絲狀體可能局限于切換層302的內部區域(ir)。在任何情況下，要理解的是，絲狀體313提供切換層302內的低電阻通路，并且因此可以使得電阻性存儲器單元300處于低電阻(導通)狀態。

此時，電阻性存儲器單元可以通過施加電壓(例如復位和置位電壓)來在低電阻(導通)與高電阻(關斷)狀態之間進行切換。就這點而言，方法500可以繼續進行到可選的方框506，依照方框506，可選的復位電壓可以被施加到圖6c的結構。一般來說，復位電壓可以是足以破壞絲狀體313并使得電阻性存儲器單元處于高電阻(關斷)狀態的任何適合的電壓。在無限制的情況下，在一些實施例中，所施加的復位電壓的范圍可以從小于0到大約-12v，例如從小于0到大約-6v，從小于0到大約-3v，或者甚至從小于0到大約-1.5v。在一些實施例中，范圍從0到大約-1.5v的復位電壓可以用于破壞絲狀體313。

在圖6c和圖6d中示出了前述概念。如圖6c中所示的，絲狀體313可以從頂部電極103延伸到底部電極101，由此在這樣的電極之間提供低電阻通路。如圖6d中所示的，當施加了復位電壓時，絲狀體313可以被破壞以形成破壞的絲狀體314。

此時，方法500可以從可選的方框506繼續進行到可選的方框507，其中，置位電壓可以被施加到圖6d的結構。如以上所討論的，置位電壓可以是足以使得在切換層302內重新形成一個或多個絲狀體的任何電壓。在無限制的情況下，在一些實施例中，所施加的置位電壓的范圍可以從大于0到大約12v，例如從大于0到大約6v，從大于0到大約3v，或者甚至從大于0到大約1.5v。在一些實施例中，范圍從0到大約1.5v的置位電壓可以用于重新形成絲狀體313，例如從破壞的絲狀體314。

在施加復位和/或置位電壓(或者如果不需要這種施加)之后，方法500可以繼續進行到方框508并結束。

現在參考圖7，圖7是制造與本公開內容一致的電阻性存儲器單元的另一方法的示例性操作的流程圖，在這種情況下為以上在圖4中示出和描述的結構的電阻性存儲器單元。為了理解的清楚和簡單，將結合圖8a-8d描述圖7的方法的操作。

如圖7中所示的，方法700可以在方框701開始。其隨后可以繼續進行到方框702，其中可以形成702電阻性存儲器單元前體。圖8a中示出了適合的電阻性存儲器單元前體的一個示例。如所示的，前體800包括底部電極101、形成在底部電極101上的切換層前體402’、形成在切換層前體402’的上表面的一部分上的氧交換層(oel)420、以及形成在切換層前體402’和周圍的oel420上的頂部電極103。

前體800的底部電極101例如可以通過在襯底上(例如，在形成在其中的溝槽內的其表面上等)沉積適合的電極材料來形成。可以以任何適合的方式執行底部電極101的沉積，例如經由化學氣相沉積(cvd)、物理氣相沉積(pvd)、濺射、原子層沉積(ald)、分子束外延(mbe)、其組合等等。

在形成底部電極101之后，可以形成切換層前體402’。在目前的情況中，切換層前體402’可以采用一層或多層大體上化學計量的氧化物的形式，例如先前描述的那些。記住這點，切換層前體402’可以以任何適合的方式來形成，例如通過經由cvd、pvd、ald、mbe、反應濺射、其組合等等在底部電極101的上表面上沉積一層或多層大體上化學計量的氧化物。

oel420隨后可以沉積或者以其它方式形成在切換層前體402’的上表面的至少一部分上。盡管oel420可以以任何適合的方式來形成，但是在一些實施例中，通過經由另外的沉積過程(例如cvd、pvd、ald、濺射、其組合等等)來在切換層前體402’上沉積一層或多層氧反應材料來形成oel420。在無限制的情況下，在一些實施例中，通過掩蔽切換層前體402’的上表面的一部分、在切換層前體402’的未掩蔽部分上沉積氧反應材料、以及去除掩模來形成oel420。替代地，在一些實施例中，可以通過在切換層前體402’的上表面上沉積氧反應材料的共形層、以及蝕刻共形層以形成具有期望尺寸的oel來形成oel。在如先前提及的任何情況下，在一些實施例中，oel420的尺寸可以與切換層內的待形成的內部區域(ir)的尺寸相同或類似。

隨后可以例如通過在切換層前體402’的暴露表面以及oel420上沉積電極材料的共形層來形成頂部電極103。因此，oel420可以嵌入在頂部電極103與切換層前體402’之間。記住這點，在前體800的一些實施例中，頂部電極103由導電的、但不與氧反應的(或者不高度反應的)材料形成。如可以意識到的，使用這種材料可以限制或防止形成頂部電極103的材料與切換層前體402’中的氧反應。也就是說，使用這種材料可以限制或防止頂部電極103作為另一氧交換層。記住這點，在這樣的實施例中，可以用于形成頂部電極103的材料的非限制性示例包括二元和三元氮化物，例如氮化鈦、氮化鉭、氮化鈦鋁、和氮化鉭鋁。

回到圖7，一旦提供電阻性存儲器單元前體(例如，前體800)，方法就可以從方框702繼續進行到方框703。依照方框703，電阻性存儲器單元前體可以被處理為在其中的切換層前體內形成氧空位。

更具體來說，并參考圖8a和圖8b，前體800可以經受熱處理/退火過程以便使得oel420的材料與切換層前體402’中的氧反應，使得在切換層前體409內形成包含氧空位409的亞化學計量氧化物的內部區域(ir)，如總體上在圖8b中所示的。在一些實施例中，熱處理過程涉及在惰性(例如，氮、氬、稀有氣體等)氣體中使前體800退火。這種退火可以例如在從大約200攝氏度到大約600攝氏度(例如，大約300攝氏度變化到大約600攝氏度)的范圍的溫度下執行，并持續足以使得oel420中的氧反應材料的至少一部分與切換層前體402’中的氧反應的時間。如先前所解釋的，這種反應可以使得在切換層前體402’內形成亞化學計量氧化物的(例如，連續)區域，以及使得oel420的至少一部分的材料轉換為對應的氧化物。

如以上結合圖4所描述的，oel420與切換層前體(例如，切換層前體402’)中的氧之間的反應可以局部化/局限于鄰近它們之間的界面的區域。因此，待形成的內部區域(ir)的尺寸和布置、以及切換層的相鄰第一和第二外部區域(or1、or2(在圖8a-8d中未標記))可以通過調整oel420的位置和/或尺寸、以及熱處理過程的參數來控制。以此方式，可以對通過熱處理過程的應用來對切換層前體402’內形成的亞化學計量氧化物(內部)區域的布置和尺寸施加顯著控制。

回到圖7，在熱處理過程之后，方法可以繼續進行到方框704，其中，可以應用形成過程以產生包含由空位409形成的一個或多個絲狀體的切換層402，如圖8c中總體上所示的。依照方框704執行的形成過程與以上針對圖5的方框505所描述的形成過程相同或大體上相同。因此不再重復對形成過程的詳細描述。一般來說，形成過程可以涉及向圖8b的結構施加形成電壓，例如，經由連接到頂部電極103的電壓源。響應于形成電壓的施加，空位409可以在所得到的切換層402內形成一個或多個絲狀體413，如先前在圖8c中所述的和總體上示出的。

要指出，盡管圖8c示出了在切換層802的內部區域(ir)內創建單個絲狀體413的實施例，但是這樣的例示僅用于示例的目的，并且可以形成任何適合數量的絲狀體。在無限制的情況下，切換層前體402’可以被配置為使得響應于形成電壓，可以在切換層402中形成單個或有限數量的絲狀體。在一些實施例中，形成這樣的(多個)絲狀體可以局限于/限于切換層402的內部區域(ir)。在任何情況下，可以理解的是，絲狀體413在切換層402內提供低電阻通路，并因此可以使得電阻性存儲器單元400處于低電阻(導通)狀態。

此時，電阻性存儲器單元400可以通過施加電壓(例如復位和置位電壓)來在低電阻(導通)與高電阻(關斷)狀態之間切換。因此，方法700可以繼續進行到可選的方框705和706，依照方框705和706，可選的復位和置位電壓可以施加到圖8c的電阻性存儲器單元400。向電阻性存儲器單元400施加復位和/或置位電壓的細節與以上結合圖5的可選的方框506和507所描述的細節相同或大體上相同。因此，為了簡潔起見，這樣的細節在本文中不再重復。在任何情況下，施加復位電壓可以使得絲狀體413被破壞，從而產生被破壞的絲狀體414，如圖8d中所示的。隨后施加置位電壓可以使得重新形成絲狀體413。

為了進一步解釋以上概念，本公開內容現在將繼續進行以在集成電路、電阻性隨機存取存儲器、或其它器件的背景下描述形成電阻性存儲器單元的具體過程的一個示例。因此，參考圖9，圖9是形成與本公開內容一致的存儲性存儲器單元的方法的示例性操作的流程圖。為了清楚起見，將結合圖10a-10g描述圖9中的操作，圖10a-10g逐步示出了在襯底(例如，集成電路器件的襯底)上形成與本公開內容一致的電阻性存儲器單元。

如圖9中所示的，方法900可以在方框901開始。方法隨后可以繼續進行到方框902，其中，可以提供用于隨后形成電阻性存儲器單元的襯底。在圖10a中總體上示出了這個概念，圖10a描繪了具有形成在其中的溝槽1002的襯底1001。一般來說，襯底1001可以包括一層或多層電介質或絕緣材料或者采用一層或多層電介質或絕緣材料的形式。可以用于形成襯底1001的適合的電介質/絕緣材料的非限制性示例包括諸如二氧化硅(sio2)、碳摻雜的氧化物(cdo)、氮化硅(sin)之類的絕緣氧化物，諸如聚氟環丁烷(polyflurocyclobutane)或聚四氟乙烯(ptfe)、氟硅酸鹽玻璃(fsg)之類的有機聚合物、諸如倍半硅氧烷和硅氧烷、有機硅酸鹽玻璃、其組合之類的有機硅酸鹽等等。溝槽1002可以以任何適合的方式形成在襯底1001中。例如，溝槽1002可以通過利用選擇性蝕刻過程蝕刻襯底1001來形成。

如圖10a中進一步所示的，在襯底1001中形成兩個層級的互連件(m1、m2)。另外，互連件1003形成在溝槽1002內。如所示的，互連件m1、m2和1003被形成襯底1001的電介質/絕緣材料包圍。互連件m1、m2、和1003可以由導電材料(例如，諸如銅、鈷、鉬、釕、鈹、鉻、錳、鋁、銀、金、其組合等等)形成，其可以以任何適合的方式(例如，經由金屬化過程)來沉積或者以其它方式形成。溝槽1002、互連件m1、m2和1003的尺寸可以被定制為給定的目標應用或最終用途。盡管未示出，但是在一些實施例中，互連件1003可以連接或者以其它方式耦合到電接地。

盡管在圖10a中僅描繪了一個溝槽1002，但是應當理解的是，這樣的例示僅用于示例的目的，并且可以形成任何適合數量的溝槽1002。事實上，本公開內容預見到多個(例如，幾百、幾千、幾百萬、或甚至幾十億)溝槽1002形成在襯底1001中的實施例，其中，每個溝槽用于容納電阻性存儲器單元。

回到圖9，方法可以從方框902繼續進行到方框903，依照框903，可以形成底部電極。在圖10b中示出這個概念，圖10b描繪了形成在溝槽1002內的、并且在這種情況下位于互連件1003的上表面上的底部(第一)電極101。底部電極可以由諸如以上所述的那些材料之類的電極材料形成或者包括那些電極材料，并且可以以任何適合的方式沉積。在該示例中，共形沉積過程可以用于在襯底1001的表面之上以及溝槽1002內形成底部電極101的共形層。在這樣的沉積之后，可以應用平坦化過程以從襯底1001的位于溝槽1002的外部的區域中去除共形層的部分。如果需要的話，隨后可以應用選擇性蝕刻過程以將溝槽1002內的底部電極101蝕刻到期望的厚度，和/或去除底部電極101的可能形成在溝槽1002的側壁上的部分。

回到圖9，方法可以從方框903繼續進行到方框904，依照方框904，可以形成切換層前體。在圖10c中示出了這個概念，圖10c描繪了在溝槽1002內形成切換層前體302’。如先前所指出的，切換層前體302’可以是或者可以包括一層或多層亞化學計量的氧化物，其可以在沉積切換層前體302’時本征地形成，或者可以在這樣的沉積之后形成。因此，例如，可以通過在底部電極101和襯底1001的表面上(例如經由反應濺射或者其它適合的沉積過程)來沉積亞化學計量的氧化物的共形層。替代地或另外地，可以通過在底部電極101和襯底1001上沉積大體上化學計量的氧化物的共形層、在亞化學計量的氧化物的共形層上沉積氧反應材料的共形層(例如，oel層)、以及對所得到的結構進行熱處理以使得氧反應材料的共形層與大體上亞化學計量氧化物的層中的氧反應來形成切換層前體。在任一情況下，平坦化過程可以被應用以從襯底1001的上表面去除所沉積的一層或多層共形層。選擇性蝕刻或其它去除過程還可以被應用以從溝槽1002的側壁去除所沉積的切換層前體，從而產生圖10c中的結構。

再次回到圖9，方法可以從方框904繼續進行到方框905，其中，可以在切換層前體上形成頂部電極。在圖10d中示出了這個概念，圖10d示出了在切換層前體302’的上表面上形成頂部電極103。先前已經對可以用于形成頂部電極103的材料的性質進行了描述，因此不再重復。類似地，頂部電極103可以以與底部電極102極為相同的方式來形成。因此，例如可以通過在襯底1001和切換層前體302’的上表面上創建電極材料的共形層的金屬化過程來形成頂部電極103。，平坦化和/或蝕刻過程隨后可以用于從襯底1001的表面以及如果期望/必要的話從溝槽1002的側壁去除電極材料，使得產生圖10d中示出的結構。

再次轉到圖9，方法可以從框905繼續進行到方框906，其中，可以形成出入孔(accesshole)以暴露切換層前體302’的側。圖10e中示出了這個概念，圖10e例示了出入孔1004的形成。在這個示例中，出入孔1004被示出為從鄰近頂部電極103的襯底1001的上表面延伸到切換層前體302’的第一側和第二側(未標記)。應當理解的是，圖10e中的出入孔1004的位置和配置僅用于示例的目的，并且出入孔1004可以形成在任何適合的位置中并具有任何適合的構造。在一些實施例中，出入孔1004可以使用選擇性蝕刻或其它材料去除過程(例如，光刻、濕法/干法蝕刻等等)來形成，其可以去除襯底1001的材料并暴露切換層前體302’的側。

出入孔1004的尺寸可以顯著變化，并且目標可以被設置為適應特定應用或最終用途。記住這點，并且如以下將描述的，出入孔1004可以在受控氧化過程中使用以將切換層前體302’的側暴露于含氧大氣。因此，切換層前體302’的側暴露于含氧大氣的程度可以被出入孔1004的尺寸影響。記住這點，在一些實施例中，出入孔1004具有從大約5nm到大約50nm的范圍的平均寬度，例如從大約5nm到大約25nm，或者甚至從大約5nm到大約10nm。

回到圖9，方法可以從方框906繼續進行到方框907，于是可以對圖10e的結構執行受控氧化過程。如以上所討論的，在一些實施例中，受控氧化過程涉及將切換層前體的側暴露于含氧大氣，并且在前體的側被這樣暴露時對結構進行退火。在一些實施例中，圖10e的結構在包含大約5％的氧和大約95％的氮的大氣中從大約300度到大約600度的范圍的溫度下進行退火。與先前討論一致，受控氧化過程可以使得鄰近切換層前體302’的側的氧空位被氧占據，使得形成內部區域(ir)和相鄰的第一和第二外部區域，其中，氧空位位于內部區域(ir)內。

方法隨后可以從方框907繼續進行到方框908，其中，可以保護切換層前體。例如可以通過用不透氧材料填充依照方框906所形成的出入孔的所有或一部分來執行對切換層前體的保護。在圖10f中示出了這個概念，圖10f描繪了如被填充有不透氧材料(例如，tin)的層310的出入孔1004。出入孔1004可以以任何適合的方式被完全填充或部分填充有不透氧材料。例如，可以通過在襯底1001的表面之上和出入孔1004內沉積不透氧材料的共形層來用不透氧材料填充出入孔1004。隨后可以使用平坦化和/或蝕刻過程來從襯底1001的表面去除不透氧材料，使得產生圖10f中所示的結構。

此時，方法可以從方框908繼續進行到方框909，其中，可以執行形成過程以將切換層前體轉換為與本公開內容一致的切換層。因此例如，耦合到頂部電極103的電壓源可以用于將形成電壓施加到圖10f的結構，使得產生具有包括由氧空位形成的一個或多個絲狀體的內部區域的切換層，例如，如圖3中總體上所示的。圖10g中示出了這個概念，圖10g總體上描繪了切換層前體302’轉換為切換層302的形成。此時，方法可以繼續進行到方框910并結束。

在形成過程之后，可以可選地施加復位和置位電壓以破壞絲狀體并在切換層302內重新形成絲狀體，如先前所述的。以此方式，如期望的，所產生的電阻性存儲器單元可以在低電阻(導通)與高電阻(關斷)狀態之間切換。

本公開內容的另一方面涉及計算系統，該計算系統包括具有與本公開內容一致的電阻性存儲器單元的集成電路(例如，電阻性存儲器器件)。就這點而言，參考圖11，圖11示出了根據示例性實施例的利用使用本文中公開的技術形成的集成電路30結構或器件實現的計算系統1100。如可以看到的，計算設備1100容納母板1102。母板1102可以包括多個部件，包括但不限于處理器1104和至少一個通信芯片1106，它們中的每個都可以物理和電氣地耦合到母板1102，或者以其它方式集成在其中。如將意識到的，母板1102可以是例如任何印刷電路板，不管是主板、安裝在主板上的子板、還是系統1100的唯一的板等等。

根據其應用，計算設備1100可以包括一個或多個其它部件，這些部件可以或可以不物理和電氣耦合到母板1102。這些其它部件可以包括但不限于易失性存儲器(例如，dram)、非易失性存儲器(例如，rom、reram1008等)、圖形處理器、數字信號處理器、密碼協處理器、芯片組、天線、顯示器、觸摸屏顯示器、觸摸屏控制器、電池、音頻編解碼器、視頻編解碼器、功率放大器、全球定位系統(gps)設備、羅盤、加速度計、陀螺儀、揚聲器、照相機、以及大容量儲存設備(例如硬盤驅動器、光盤(cd)、數字多功能盤(dvd)等等)。包括在計算系統1100中的部件中的任何部件可以包括使用本文中公開的技術形成的一個或多個集成電路結構或器件(例如，一個或多個電阻性存儲器單元)。

通信芯片1106實現了無線通信，以便將數據傳送到計算設備1100以及從計算設備1100傳送數據。術語“無線”及其派生詞可以用于描述可以通過使用經調制的電磁輻射來經由非固態介質傳送數據的電路、設備、系統、方法、技術、通信信道等。該術語并不暗示所關聯的設備不包含任何導線，盡管在一些實施例中它們可能不包含導線。通信芯片1106可以實施多個無線標準或協議中的任何標準或協議，這些標準或協議包括但不限于wi-fi(ieee802.11系列)、wimax(ieee802.16系列)、ieee802.20、長期演進(lte)、ev-25do、hspa+、hsdpa+、hsupa+、edge、gsm、gprs、cdma、tdma、dect、藍牙、及其衍生物、以及被指定為3g、4g、5g及更高代的任何其它無線協議。計算設備1000可以包括多個通信芯片1006。例如，第一通信芯片1006可以專用于較短距離無線通信(例如wi-fi和藍牙)，并且第二通信芯片1006可以30專用于較長距離無線通信(例如gps、edge、gprs、cdma、wimax、lte、ev-do以及其它)。

計算設備1100的處理器1104包括封裝在其中的集成電路管芯。在一些實施例中，處理器1104的集成電路管芯包括利用與本公開內容一致的一個或多個集成電路結構器件(例如一個或多個電阻性存儲器單元)來實施的板載電路。術語“處理器”可以指代對來自寄存器和/或存儲器的電子數據進行處理以便將該電子數據轉換成可以儲存在寄存器和/或存儲器中的其它電子數據的任何器件或器件的一部分。

通信芯片1106還可以包括封裝在通信芯片1106內的集成電路管芯。根據一些示例性實施例，通信芯片1106的集成電路管芯包括與本公開內容一致的一個或多個集成電路結構或器件(例如，一個或多個電阻性存儲器單元)。

在各種實施方式中，計算設備1100可以是膝上型電腦、上網本電腦、筆記本電腦、超極本電腦、智能電話、平板電腦、個人數字助理(pda)、超級移動pc、移動電話、臺式計算機、服務器、打印機、掃描儀、監視器、機頂盒、娛樂控制單元、數碼相機、便攜式音樂播放器、數字視頻錄像機、或處理數據或采用與本公開內容一致的一個或多個集成電路結構或器件(例如，一個或多個非平面電阻性存儲器單元)的任何其它電子器件。

示例

以下示例列舉了與本公開內容一致的附加的實施例。

示例1——根據該示例，提供了一種形成電阻性存儲器單元的方法，其包括：形成第一電極；在第一電極上形成具有總寬度w的切換層前體，切換層前體包括第一側和第二側；在切換層前體上形成第二電極；以及對切換層前體進行處理以形成內部區域和與內部區域相鄰的第一外部區域和第二外部區域，其中，在處理后：內部區域包括亞化學計量氧化物，該亞化學計量氧化物包括多個氧空位；內部區域具有小于切換層的總寬度w的寬度w1；并且第一外部區域和第二外部區域均包括大體上化學計量的氧化物；執行形成過程以形成切換層，該切換層包括至少一個絲狀體，其中，至少一個絲狀體僅存在于內部區域的寬度w1內。

示例2——該示例包括示例1的任何或所有特征，其中：形成切換層前體包括在第一電極上沉積亞化學計量氧化物的層；并且處理包括將切換層前體的第一側和第二側暴露于含氧大氣，以便用氧占據亞化學計量氧化物的層中的鄰近切換層的第一側和第二側的氧空位中的至少一部分，以便形成內部區域和第一外部區域和第二外部區域。

示例3——該示例包括示例2的任何或所有特征，并且還包括在切換層前體的第一側和第二側上形成保護層。

示例4——該示例包括示例3的任何或所有特征，其中，保護層包括不透氧材料。

示例5——該示例包括示例4的任何或所有特征，其中，保護層是二元或三元金屬氮化物、金屬碳化物、或者其組合。

示例6——該示例包括示例2的任何或所有特征，其中，處理還包括在含氧大氣中對切換層前體進行熱處理。

示例7——該示例包括示例6的任何或所有特征，其中，熱處理是在從大約300℃到大約600℃的范圍的溫度下執行的。

示例8——該示例包括示例2的任何或所有特征，并且還包括提供襯底，該襯底包括具有形成在其中的溝槽的電介質材料，其中：形成切換層前體包括在溝槽內沉積亞化學計量氧化物的層，以使得切換層前體的第一側和第二側分別接觸溝槽的相對側壁；并且暴露包括在電介質中形成一個或多個出入孔以暴露切換層前體的第一側和第二側的至少一部分，以及在含氧大氣中對所得到的結構進行熱處理。

示例9——該示例包括示例1的任何或所有特征，并且還包括：在切換層前體上形成氧交換層(oel)，以使得oel的至少一部分位于第二電極與切換層前體之間，其中，在處理之后，內部區域設置在oel下方。

示例10——該示例包括示例9的任何或所有特征，其中，oel具有與w1對應的寬度。

示例11——該示例包括示例9的任何或所有特征，其中：形成切換層前體包括在第一電極上沉積大體上化學計量的氧化物的層；并且處理包括對oel和切換層前體進行熱處理，以便形成大體上位于oel之下的內部區域。

示例12——該示例包括示例1的任何或所有特征，其中，w1是平均寬度并且范圍為從大于0到大約40納米(nm)。

示例13——該示例包括示例12的任何或所有特征，其中，w1的范圍為從大于0到大約10nm。

示例14——該示例包括示例9的任何或所有特征，其中，oel包括選自于由以下各項組成的組的金屬：鉿(hf)、鈦(ti)、鉭(ta)、或者其一個或多個組合。

示例15——該示例包括示例1的任何或所有特征，其中，亞化學計量氧化物由選自于由以下各項組成的組的亞化學計量金屬氧化物形成：氧化鉿(hfo2-x)、氧化鉭(ta2o5-x)、氧化鎳(nio2-x)、氧化鎢(ⅲ)(w2o3-x)、氧化鎢(ⅳ)(wo2-x)、氧化鎢(ⅳ)(wo3-x)、五氧化鎢(w2o5-x)、氧化鈦(tio2-x)、氧化鋯(zro2-x)、氧化釩(vo2-x)、氧化銅(ⅱ)(cuo1-x)、氧化鋁(al2o3-x)、或者其一個或多個組合，其中，x大于或等于對應的化學計量氧化物的完全化學計量的氧含量的大約25％。

示例16——該示例包括示例1的任何或所有特征，其中，內部區域的第一側與切換層的第一側間隔開距離d1；內部區域的第二側與切換層的第二側間隔開距離d2；d1和d2可以相同或不同；并且d1和d2的范圍均為從大于0到大約50nm。

示例17——該示例包括示例1的任何或所有特征，其中：形成過程使氧空位在內部區域內形成單個絲狀體。

示例18——該示例包括示例1的任何或所有特征，其中，在執行形成過程之后，方法還包括執行復位過程以破壞至少一個絲狀體。

示例19——該示例包括示例18的任何或所有特征，其中，在執行復位過程之后，方法還包括執行置位過程以在內部區域內重新形成絲狀體。

示例20——根據該示例，提供了一種電阻性存儲器單元，其包括：第一電極；形成在第一電極上的具有總寬度w的切換層；第二電極，第二電極形成在切換層上；其中：切換層包括第一側、第二側、內部區域、以及與內部區域相鄰的第一外部區域和第二外部區域，內部區域包括亞化學計量氧化物，第一外部區域和第二外部區域包括大體上化學計量的氧化物；并且內部區域具有寬度w1，該寬度w1小于切換層的總寬度w。

示例21——該示例包括示例20的任何或所有特征，其中，亞化學計量的氧化物包括多個氧空位。

示例22——該示例包括示例21的任何或所有特征，其中，電阻性存儲器單元能夠響應于所施加的電壓而在導通狀態與關斷狀態之間重新配置；并且當電阻性存儲器單元處于導通狀態時，多個氧空位的至少一部分僅在所述內部區域的所述寬度w1內形成至少一個絲狀體。

示例23——該示例包括示例22的任何或所有特征，其中，當電阻性存儲器單元處于關斷狀態時，至少一個絲狀體被破壞。

示例24——該示例包括示例20的任何或所有特征，并且還包括保護層，該保護層位于切換層的第一側和第二側上。

示例25——該示例包括示例24的任何或所有特征，其中，保護層包括透氧材料。

示例26——該示例包括示例25的任何或所有特征，其中，透氧材料是二元或三元金屬氮化物、金屬碳化物、或者其組合。

示例27——該示例包括示例20的任何或所有特征，并且還包括襯底，襯底包括具有形成在其中的溝槽的電介質材料，溝槽包括相對的側壁，其中，第一電極、第二電極、以及切換層形成在溝槽內。

示例28——該示例包括示例27的任何或所有特征，并且還包括第一出入孔和第二出入孔，該第一出入孔和第二出入孔分別延伸到切換層的第一側和第二側，其中，第一出入孔和第二出入孔至少部分地被填充有透氧材料。

示例29——該示例包括示例28的任何或所有特征，其中，透氧材料是二元或三元金屬氮化物、金屬碳化物、或者其組合。

示例30——該示例包括示例20的任何或所有特征，還包括氧交換層(oel)，該氧交換層(oel)形成在切換層上，以使得oel的至少一部分位于第二電極與切換層之間，其中，內部區域設置在oel下方。

示例31——該示例包括示例30的任何或所有特征，其中，oel具有與w1對應的寬度。

示例32——該示例包括示例20的任何或所有特征，其中，w1是平均寬度并且范圍為從大于0到大于40納米(nm)。

示例33——該示例包括示例32的任何或所有特征，其中，w1的范圍為從大于0到大于10nm。

示例34——該示例包括示例30的任何或所有特征，其中，oel包括選自于由以下各項組成的組的金屬：鉿(hf)、鈦(ti)、鉭(ta)、其一個或多個組合、或者其一個或多個氧化物。

示例35——該示例包括示例20的任何或所有特征，其中，亞化學計量氧化物選自與由以下亞化學計量的各項組成的組：氧化鉿(hfo2-x)、氧化鉭(ta2o5-x)、氧化鎳(nio2-x)、氧化鎢(ⅲ)(w2o3-x)、氧化鎢(ⅳ)(wo2-x)、氧化鎢(ⅳ)(wo3-x)、五氧化鎢(w2o5-x)、氧化鈦(tio2-x)、氧化鋯(zro2-x)、氧化釩(vo2-x)、氧化銅(ⅱ)(cuo1-x)、氧化鋁(al2o3-x)、或者其一個或多個組合，其中，x大于或等于對應的化學計量氧化物的完全化學計量的氧含量的大約25％。

示例36——該示例包括示例20的任何或所有特征，其中：內部區域的第一側與切換層的第一側間隔開距離d1；內部區域的第二側與切換層的第二側間隔開距離d2；d1和d2可以相同或不同；并且d1和d2的范圍均為從大于0到大約50納米。

示例37——該示例包括示例20的任何或所有特征，其中，當電阻性存儲器單元處于導通狀態時，切換層包括內部區域的寬度w1內的單個絲狀體。

示例38——根據該示例，提供了一種計算設備，其包括：處理器和存儲器，存儲器包括至少一個電阻性存儲器單元，電阻性存儲器單元包括：第一電極；形成在第一電極上的具有總寬度w的切換層；第二電極，第二電極形成在切換層上；其中：切換層包括第一側、第二側、內部區域、以及與內部區域相鄰的第一外部區域和第二外部區域，內部區域包括亞化學計量氧化物，第一外部區域和第二外部區域包括大體上化學計量的氧化物；并且內部區域具有寬度w1，該寬度w1小于切換層的總寬度w。

示例39——該示例包括示例38的任何或所有特征，其中，亞化學計量氧化物包括多個氧空位。

示例40——該示例包括示例39的任何或所有特征，其中，電阻性存儲器單元能夠響應于所施加的電壓而在導通狀態與關斷狀態之間重新配置；并且當電阻性存儲器單元處于導通狀態時，多個氧空位的至少一部分僅在內部區域的寬度w1內形成至少一個絲狀體。

示例41——該示例包括示例40的任何或所有特征，其中，當電阻性存儲器單元處于關斷狀態時，至少一個絲狀體被破壞。

示例42——該示例包括示例38的任何或所有特征，并且還包括保護層，該保護層位于切換層的第一側和第二側上。

示例43——該示例包括示例38的任何或所有特征，其中，保護層包括透氧材料。

示例44——該示例包括示例43的任何或所有特征，其中，透氧材料是二元或三元金屬氮化物、金屬碳化物、或者其組合。

示例45——該示例包括示例38的任何或所有特征，其中，電阻性存儲器單元還包括襯底，襯底包括具有形成在其中的溝槽的電介質材料，溝槽包括相對的側壁，其中，第一電極、第二電極、以及切換層形成在溝槽內。

示例46——該示例包括示例45的任何或所有特征，其中，電阻性存儲器單元還包括第一出入孔和第二出入孔，該第一出入孔和第二出入孔分別延伸到切換層的第一側和第二側，其中，第一出入孔和第二出入孔至少部分地被填充有透氧材料。

示例47——該示例包括示例46的任何或所有特征，其中，透氧材料是二元或三元金屬氮化物、金屬碳化物、或者其組合。

示例48——該示例包括示例38的任何或所有特征，其中，電阻性存儲器單元還包括氧交換層(oel)，該氧交換層(oel)形成在切換層上，以使得oel的至少一部分位于第二電極與切換層之間，其中，內部區域設置在oel下方。

示例49——該示例包括示例48的任何或所有特征，其中，oel具有與w1對應的寬度。

示例50——該示例包括示例38的任何或所有特征，其中，w1是平均寬度并且范圍為從大于0到大于40納米(nm)。

示例51——該示例包括示例50的任何或所有特征，其中，w1的范圍為從大于0到大于10nm。

示例52——該示例包括示例48的任何或所有特征，其中，oel包括選自于由以下各項組成的組的金屬：鉿(hf)、鈦(ti)、鉭(ta)、其一個或多個組合、或者其一個或多個氧化物。

示例53——該示例包括示例38的任何或所有特征，其中，亞化學計量氧化物選自于由以下亞化學計量的各項組成的組：二氧化鉿(hfo2-x)、氧化鉭(ta2o5-x)、氧化鎳(nio2-x)、氧化鎢(ⅲ)(w2o3-x)、氧化鎢(ⅳ)(wo2-x)、氧化鎢(ⅳ)(wo3-x)、五氧化鎢(w2o5-x)、氧化鈦(tio2-x)、氧化鋯(zro2-x)、氧化釩(vo2-x)、氧化銅(ⅱ)(cuo1-x)、氧化鋁(al2o3-x)、或者其一個或多個組合，其中，x大于或等于對應的化學計量氧化物的完全化學計量的氧含量的大約25％。

示例54——該示例包括示例38的任何或所有特征，其中：內部區域的第一側與切換層的第一側間隔開距離d1；內部區域的第二側與切換層的第二側間隔開距離d2；d1和d2可以相同或不同；并且d1和d2的范圍均為從大于0到大約50納米。

示例55——該示例包括示例40的任何或所有特征，其中，當電阻性存儲器單元處于導通狀態時，切換層包括內部區域的寬度w1內的單個絲狀體。

本文中所采用的術語和措辭被用作為描述而非限制的術語，并且因此在使用這樣的術語和措辭時，并沒有排除所示和所述的特征的任何等效形式的意圖，并且要認識到，在權利要求的范圍內各種修改是可能的。因此，權利要求旨在涵蓋所有這樣的等效形式。本文中已經描述了各種特征、方面、和實施例。如本領域技術人員將理解的，特征、方面、和實施例易于相互組合以及進行變型和修改。因此，本公開內容應當被認為包括這樣的組合、變型和修改。