电子装置的制作方法

电子装置
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2021年3月24日提交的韩国专利申请第10-2021-0038231号的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本专利文件涉及存储器电路或器件以及它们在电子装置或系统中的应用。


背景技术：

4.近来，随着电子设备趋向于小型化、低功耗、高性能、以及多功能等，在本领域中需要能够在诸如计算机和便携式通信装置等的各种电子设备中存储信息的半导体器件，并且已对半导体器件进行了研究。这种半导体器件可以通过根据施加的电压或电流而在不同的电阻状态之间切换来存储数据。半导体器件可以包括rram(电阻式随机存取存储器)、pram(相变随机存取存储器)、fram(铁电随机存取存储器)、mram(磁随机存取存储器)、以及电熔丝等。


技术实现要素：

5.本专利文件中公开的技术包括能够改善半导体存储器的操作特性并防止工艺缺陷的电子装置的各种实施方式。
6.在一个实施方式中，一种电子装置包括半导体存储器，其包括：第一线；第二线，设置在第一线之上而与第一线间隔开；可变电阻层，设置在第一线与第二线之间；选择元件层，设置在第一线与可变电阻层之间或在第二线与可变电阻层之间；以及一个或更多个电极层，设置在选择元件层之上或之下或设置在选择元件层之上和之下，一个或更多个电极层与选择元件层相邻，其中，一个或更多个电极层中的每一个包括第一电极层和第二电极层，第二电极层包括含有氮的第二碳层，第一电极层包括含有相比于第二电极层的第二碳层中所含的氮而具有较低浓度的氮的或不含氮的第一碳层，第一电极层置于第二电极层和选择元件层之间。
7.在另一实施方式中，一种包括半导体存储器的电子装置，该半导体存储器包括：第一线；第二线，设置在第一线之上而与第一线间隔开；可变电阻层，设置在第一线与第二线之间；选择元件层，设置在第一线与可变电阻层之间或在第二线与可变电阻层之间；电极层，设置在第二线之下而与第二线相邻；以及电阻层，设置在第二线和电极层之间，其中，电极层包括第一电极层和第二电极层，第二电极层包括含氮的第二碳层，第一电极层包括含有相比于第二电极层的第二碳层中所含的氮而具有较低浓度的氮的或不含氮的第一碳层，第一电极层置于第二电极层和电阻层之间。
附图说明
8.图1a和图1b示出了根据本公开的第一实施方式的半导体存储器。
9.图2示出了根据本公开的第二实施方式的半导体存储器。
10.图3示出了根据本公开的第三实施方式的半导体存储器。
11.图4示出了根据本公开的第四实施方式的半导体存储器。
12.图5示出了根据本公开的第五实施方式的半导体存储器。
13.图6示出了根据本公开的第六实施方式的半导体存储器。
14.图7示出了包括基于所公开的技术的半导体存储器的微处理器。
15.图8示出了包括基于所公开的技术的半导体存储器的处理器。
16.图9示出了包括基于所公开的技术的半导体存储器的系统。
17.图10示出了包括基于所公开的技术的半导体存储器的存储器系统。
具体实施方式
18.以下，将参照附图详细描述本公开的各种实施方式。
19.附图不必然依比例绘制。在一些情况下，附图中至少一些结构的比例可能已被夸大以清楚地说明所描述的实施方式的某些特征。在附图或说明中介绍具有多层结构中的两个或更多个层的特定示例中，如所示出的这些层的相对位置关系或布置层的顺序反映了所描述或图示的示例的特定实现方式，并且不同的相对位置关系或布置层的顺序是可能的。此外，所描述或图示的多层结构的示例可能不会反映该特定多层结构中存在的所有层(例如，一个或更多个附加层可以存在于两个图示的层之间)。作为具体示例，当所描述或图示的多层结构中的第一层被称为在第二层“上”或“之上”或在衬底“上”或“之上”时，第一层可以直接形成在第二层或衬底上，但也可以表示其中在第一层和第二层或衬底之间可以存在一个或更多个其他中间层的结构。
20.图1a和图1b示出了根据本公开的第一实施方式的半导体存储器。图1a是平面图，图1b是沿图1a的线a-a’和b-b’截取的截面图。
21.参照图1a和图1b，半导体存储器可以包括衬底100、形成在衬底100之上并沿第一方向延伸的第一线110、形成在第一线110之上而沿第三方向与第一线110间隔开并且在与第一方向交叉的第二方向上延伸的第二线120、以及在垂直于第一方向和第二方向的第三方向上设置在第一线110和第二线120之间处于第一线110和第二线120的交叉点处的存储单元130。
22.衬底100可以包括诸如硅的半导体材料。可以在衬底100中形成所需的下部结构(未示出)。例如，衬底100可以包括电连接到第一线110和/或第二线120的驱动电路(未示出)以控制存储单元130的操作。
23.第一线110和第二线120可以包括各种导电材料中的一种或更多种，例如，诸如铂(pt)、钨(w)、铝(al)、铜(cu)或钽(ta)的金属，诸如氮化钛(tin)或氮化钽(tan)的金属氮化物、或它们的组合，并且可以具有单层结构或多层结构。第一线110和第二线120可以分别连接到存储单元130的下端和上端，并且可以将电压或电流传送到存储单元130以驱动存储单元130。当第一线110用作字线时，第二线120可以用作位线。相反，当第一线110用作位线时，第二线120可用作字线。
24.存储单元130可以包括可变电阻元件，其通过根据施加到第一线110和第二线120的电压或电流而在不同电阻状态之间切换来存储不同的数据。例如，如图1a的平面图中所
示，存储单元130可以具有矩形形状，其中第一方向上的两个侧壁与第二线120对准并且第二方向上的两个侧壁与第一线110对准。然而，实施方式不限于此。只要存储单元130与第一线110和第二线120的交叉点交叠，可以对存储单元130的平面形状进行各种修改。
25.存储单元130可以包括下电极层131、选择元件层132、中间电极层133、可变电阻层135和上电极层137的堆叠结构。此外，存储单元130可以包括置于可变电阻层135和中间电极层133之间的第一界面电极层134，以及置于可变电阻层135和上电极层137之间的第二界面电极层136。
26.下电极层131可以置于第一线110和选择元件层132之间，并且可以将第一线110和选择元件层132彼此电连接，同时将第一线110和选择元件层132彼此物理间隔开。在本实施方式中，下电极层131可以包括第一下电极层131-1和第二下电极层131-2的堆叠结构。第二下电极层131-2可以包括含有相对高浓度的氮的碳层，而第一下电极层131-1可以包括含有相对低浓度的氮或不含氮的碳层。因此，第二下电极层131-2的碳层中的氮浓度高于第一下电极层131-1的碳层中的氮浓度。此处，含氮的碳层可以是指包括碳原子和氮原子的层，其中主要原子是作为添加元素的碳和氮。第一下电极层131-1可以置于第二下电极层131-2和选择元件层132之间。此外，第一下电极层131-1的厚度t1可以小于第二下电极层131-1的厚度t2。将与比较例相比较来描述本实施方式的优点。
27.在使用单层碳层作为下电极层的第一比较例中，存在下电极层的表面粗糙度差的问题。在这种情况下，在下电极层上形成的层(例如选择元件层)由于下电极层的表面粗糙度差而可能具有劣化的膜质量，从而在存储单元的操作期间操作电压可以不均匀。
28.为了解决第一比较例的问题，可以考虑其中通过使用pvd(物理气相沉积)在相对低的温度下形成用作下电极层的碳层的第二比较例。这是因为与第一比较例的碳层相比，通过低温pvd方法沉积的碳层具有降低的表面粗糙度。然而，在第二比较例中，下电极层的电阻率可能大大增大，因此可能难以将下电极层用作存储单元的部件。
29.为了解决第一比较例和第二比较例的问题，可以考虑其中使用掺杂有高浓度的氮的碳层作为下电极层的第三比较例。这是因为与第一比较例的碳层相比，掺杂有高浓度的氮的碳层具有降低的表面粗糙度和相似水平的电阻率。然而，在这种情况下，由于在下电极层和选择元件层之间的界面处的氮掺杂，界面电阻可能增大。增大的界面电阻可以增大用于使选择元件层导通的阈值电压，结果存储单元的操作电压可以增大。
30.另一方面，在本实施方式中，通过使用含有相对高浓度的氮的碳层作为第二下电极层131-2并将包括含有相对低浓度的氮的碳层或不含氮的碳层的第一下电极层131-1置于选择元件层132和第二下电极层131-2之间，下电极层131的表面粗糙度问题和下电极层131与选择元件层132之间的界面电阻增大二者可以减轻。
31.更具体地，当含有相对高浓度的氮的碳层用作第二下电极层131-2时，第二下电极层131-2的表面粗糙度可以降低。当第一下电极层131-1形成在第二下电极层131-2上时，第二下电极层131-2的表面粗糙度可以反映到第一下电极层131-1，因此，第一下电极层131-1的表面粗糙度也可以减小。特别地，由于第一下电极层131-1的厚度t1相对薄，因此第一下电极层131-1的表面粗糙度可以进一步减小。这是因为碳层的表面粗糙度与其厚度成正比，不管是否掺杂氮以及氮浓度如何。即，随着碳层的厚度增大，其表面粗糙度可以增大，并且随着碳层的厚度减小，其表面粗糙度可以降低。结果，随着用作第一下电极层131-1的碳层
的厚度降低，下电极层131的表面粗糙度可以降低。
32.此外，通过将第一下电极层131-1置于第二下电极层131-2和选择元件层132之间，可以抑制下电极层131和选择元件层132之间的界面电阻的增大。此外，第一下电极层131-1可以防止第二下电极层131-2的氮扩散到选择元件层132中。氮扩散到选择元件层132中可以影响选择元件层132的特性。
33.为了降低下电极层131的表面粗糙度，第二下电极层131-2的氮含量可以在3at％至10at％的范围内。因为第一下电极层131-1的氮含量低于第二下电极层131-2的氮含量，所以第一下电极层131-1的氮含量可以在0at％至3at％的范围内。
34.此外，为了降低下电极层131的表面粗糙度并防止氮扩散到选择元件层132，第一下电极层131-1的厚度tl可以在至的范围内。当第一下电极层131-1的厚度小于时，可能难以阻止氮从第二下电极层132-2扩散到选择元件层132。此外，当下电极层131-1的厚度大于时，第一下电极层131-1的表面粗糙度可以增大，从而增大下电极层131的表面粗糙度。
35.选择元件层132可以防止共享第一线110或第二线120的存储单元130之间的电流泄漏。为此，选择元件层132可以具有阈值切换特性，用于在施加电压的幅度小于预定阈值时阻止或极大地限制流过存储单元130的电流，以及用于在施加电压的幅度等于或大于阈值时允许流过存储单元130的电流突然增大。选择元件层132可以基于该阈值而实现为导通状态或关断状态。选择元件层132可以包括二极管、诸如硫属化物材料的ots(双向阈值开关)材料、诸如含有硫属化物材料的金属的miec(混合离子电子导电)材料、诸如nbo2或vo2等的mit(金属绝缘体过渡)材料，或诸如sio2或al2o3等的具有相对宽带隙的隧穿绝缘材料。
36.中间电极层133可以置于选择元件层132和可变电阻层135之间，并且可以将选择元件层132和可变电阻层135彼此电连接，同时将选择元件层132和可变电阻层135物理地彼此分离。在本实施方式中，中间电极层133可以包括第一中间电极层133-1和第二中间电极层133-2的堆叠结构。第一中间电极层133-1可以包括含有相对低浓度的氮或不含氮的碳层，第二中间电极层133-2可以包括含有相对高浓度的氮的碳层。因此，第二中间电极层133-2的碳层中的氮浓度高于第一中间电极层133-1的碳层中的氮浓度。第一中间电极层133-1可以置于第二中间电极层133-2和选择元件层132之间。此外，第一中间电极层133-1的厚度t3可以小于第二中间电极层133-2的厚度t4。
37.根据本实施方式，可以减轻中间电极层133的表面粗糙度问题以及中间电极层133和选择元件层132之间的界面电阻的增大。
38.更具体地，因为第一中间电极层133-1的厚度t3相对薄，所以第一中间电极层133-1的表面粗糙度可以减小。因为形成在第一中间电极层133-1上的第二中间电极层133-2包括含有相对高浓度的氮的碳层，所以第二中间电极层133-2的表面粗糙度也可以降低。结果，可以降低中间电极层133的表面粗糙度。
39.此外，通过将包括含有相对低浓度的氮的碳层或不含氮的碳层的第一中间电极层133-1置于第二中间电极层133-2和选择元件层132之间，可以抑制中间电极层133和选择元件层132之间的界面电阻的增大。此外，第一中间电极层133-1可以防止第二中间电极层133-2的氮扩散到选择元件层132中。
40.第二中间电极层133-2的氮含量可以在3at％至10at％的范围内，并且第一中间电
极层133-1的氮含量可以在0at％至3at％的范围内。此外，第一中间电极层133-1的厚度t3可以在至的范围内。
41.相对于置于中间电极层133与下电极层131之间的选择元件层132，中间电极层133可以具有与下电极层131对称的结构。
42.可变电阻层135可以是在存储单元130中存储数据的元件。为此，可变电阻层135可以具有根据施加的电压或电流而在不同电阻状态之间切换的可变电阻特性。可变电阻层135可以具有包括用于rram、pram、mram和fram等的材料中的至少一种材料的单层结构或多层结构。即，可变电阻层135可以包括诸如钙钛矿基氧化物或过渡金属氧化物等的金属氧化物、诸如硫属化物基材料的相变材料，铁磁材料或铁电材料等。
43.在一个实施方式中，可变电阻层135可以包括相变材料，该相变材料通过根据流过其中的电流产生的焦耳热而在非晶态和晶态之间切换。当相变材料处于非晶态时，相变材料可以处于相对高电阻状态，而当相变材料处于晶态时，相变材料可以处于相对低电阻状态。可以使用相变材料的电阻差异将数据存储在可变电阻层135中。
44.当中间电极层133包括碳层时，置于中间电极层133和可变电阻层135之间的第一界面电极层134可以增大粘附性，同时降低中间电极层133和可变电阻层135之间的接触电阻。特别地，第一界面电极层134可以降低在可变电阻层135从高电阻状态变为低电阻状态的置位操作期间施加的置位电压。第一界面电极层134可以包括电阻比中间电极层133低并且具有良好粘合性的导电材料。例如，第一界面电极层134可以包括诸如钨(w)、锂(li)、铝(al)、锡(sn)、铋(bi)、锑(sb)、镍(ni)、铜(cu)、钛(ti)、钒(v)、铬(cr)、锰(mn)、铁(fe)、钴(co)、锌(zn)或钼(mo)等的金属。
45.上电极层137可以置于可变电阻层135和第二线120之间，并且可以在将可变电阻层135和第二线120彼此物理分离的情况下电连接它们。上电极层137可以包括各种导电材料中的一种或多种，例如，诸如铂(pt)、钨(w)、铝(al)、铜(cu)或钽(ta)的金属，诸如氮化钛(tin)或氮化钽(tan)的金属氮化物，或它们的组合。替选地，上电极层137可以包括添加了诸如氮的掺杂剂的碳层或未添加掺杂剂的碳层。上电极层137可以具有与下电极层131和/或中间电极层133不同的材料或结构。
46.当上电极层137包括碳层时，置于上电极层137和可变电阻层135之间的第二界面电极层136可以增大粘附性，同时降低上电极层137和可变电阻层135之间的接触电阻。具体地，第二界面电极层136可以降低在可变电阻层135从高电阻状态变为低电阻状态的置位操作期间施加的置位电压。第二界面电极层136可以包括电阻比上电极层137低并且具有良好粘合性的导电材料。例如，第二界面电极层136可以包括诸如钨(w)、锂(li)、铝(al)、锡(sn)、铋(bi)、锑(sb)、镍(ni)、铜(cu)、钛(ti)、钒(v)、铬(cr)、锰(mn)、铁(fe)、钴(co)、锌(zn)或钼(mo)等的金属。
47.假设包括用于数据存储的可变电阻层135，上述存储单元130的分层结构可以做各种修改。
48.在一个实施方式中，下电极层131和中间电极层133中的一个可以包括导电材料，例如，诸如铂(pt)、钨(w)、铝(al)、铜(cu)或钽(ta)的金属，诸如氮化钛(tin)或氮化钽(tan)的金属氮化物，或它们的组合，而不是碳层。在另一实施方式中，可以省略下电极层131和中间电极层133中的一个。
49.在又一实施方式中，可以省略第一界面电极层134、第二界面电极层136和上电极层137中的至少一个。
50.在又一实施方式中，除了上述层131至137之外，存储单元130还可以包括用于改善存储单元130的特性的一个或更多个层。
51.在又一实施方式中，选择元件层132和可变电阻层135的位置可以彼此反转。在这种情况下，也可以修改下电极层131、中间电极层133、第一和第二界面电极层134和136以及上电极层137的相对位置/结构。这将参照图4至图6更详细地描述。
52.第一线110之间的空间、第二线120之间的空间和存储单元130之间的空间可以用绝缘材料填充(未示出)。
53.根据上述半导体存储器，通过优化分别位于选择元件层132下方和上方的下电极层131和中间电极层133的结构，可以改善存储单元130的操作特性，例如，可以降低操作电压的电平或增大操作电压的均匀性。
54.此外，下面将简要描述根据本实施方式的半导体存储器的制造方法。
55.首先，在衬底100之上顺次形成用于形成第一线110的导电层和用于形成存储单元130的材料层。具体地，可以通过在导电层之上沉积具有相对高的氮含量的第一碳层并且在第一碳层上沉积具有相对低的氮含量或不含氮的第二碳层来形成用于形成下电极层131的层。例如，第一碳层和第二碳层中的每一个可以通过物理气相沉积(pvd)方法形成。更具体地，第一碳层可以通过使氮气流入被提供有碳源的沉积室中来形成，然后，第二碳层可以通过降低氮气的流速和流动时间或阻止氮气来形成。然而，实施方式不限于此。在另一实施方式中，第一碳层和第二碳层中的每一个可以通过各种沉积方法中的任何沉积方法形成，例如化学气相沉积(cvd)或原子层沉积(ald)等。
56.类似地，可以通过在用于形成选择元件层132的层之上沉积具有相对低的氮浓度或不含氮的第三碳层，以及在第三碳层之上沉积具有相对高的氮含量的第四碳层来形成用于形成中间电极层133的层。
57.随后，可以使用在第一方向上延伸的线形掩模图案来蚀刻用于形成第一线110的导电层和用于形成存储单元130的材料层。结果，堆叠结构可以形成在衬底100之上。每个堆叠结构可以包括第一线110和具有与第一线110交叠的形状并且设置在第一线110之上的用于形成存储单元130的材料层图案。堆叠结构之间的空间可以用绝缘材料填充。
58.随后，可以在堆叠结构和填充堆叠结构之间的空间的绝缘材料之上形成用于形成第二线120的导电层。
59.随后，可以使用在第二方向上延伸的线形掩模图案蚀刻用于形成第二线120的导电层和堆叠结构，从而形成第二线120和存储单元130。
60.图2示出了根据本公开的第二实施方式的半导体存储器。为了方便说明，图2仅示出了一个存储单元及其上线和下线的一部分，但是如参照图1a和图1b所描述的，多个存储单元可以布置在下线和与下线交叉的上线之间。图2所示的第二实施方式将集中于与图1b所示的上述第一实施方式的不同来描述。
61.参照图2，存储单元230可以设置在第一线210和第二线220之间。
62.存储单元230可以包括下电极层231、选择元件层232、中间电极层233、可变电阻层235和上电极层237的堆叠结构。此外，存储单元230可以包括在可变电阻层235和中间电极
层233之间的第一界面电极层234，以及在可变电阻层235和上电极层237之间的第二界面电极层236。此外，存储单元230可以包括在上电极层237和第二线220之间的电阻层238。
63.下电极层231和/或中间电极层233可以包括各种导电材料中的任何导电材料，例如，诸如铂(pt)、钨(w)、铝(al)、铜(cu)或钽(ta)的金属，诸如氮化钛(tin)或氮化钽(tan)的金属氮化物，或它们的组合。或者，下电极层231和/或中间电极层233可以包括添加了诸如氮的掺杂剂或不添加掺杂剂的碳层。
64.选择元件层232、第一界面电极层234、可变电阻层235和第二界面电极层236可以分别与如图1b所示的选择元件层132、第一界面电极层134、可变电阻层135和第二界面电极层136实质相同。
65.上电极层237可以包括第一上电极层237-1和第二上电极层237-2的堆叠结构。第二上电极层237-2可以包括含有相对高浓度的氮的碳层，而第一上电极层237-1可以包括含有相对低浓度的氮或不含氮的碳层。因此，第二上电极层237-2的碳层中的氮浓度高于第一上电极层237-1的碳层中的氮浓度。第一上电极层237-1可以置于第二上电极层237-2和电阻层238之间。此外，第一上电极层237-1的厚度t5可以小于第二上电极层237-2的厚度t6。
66.根据本实施方式，可以减轻上电极层237的表面粗糙度以及上电极层237和电阻层238之间的界面电阻的增大。具体地，如稍后将描述的，电阻层238可以防止过大的电流流过存储单元230，并且可以具有相对高的电阻。因此，当除了形成具有相对高电阻的电阻层238之外通过将上电极层237形成为具有第一上电极层237-1和第二上电极层237-2的堆叠结构来增大电阻层238和上电极层237之间的界面电阻时，存储单元230的操作电压可以显著地增大。为了防止这种情况，可以将第一上电极层237-1而不是第二上电极层237-2设置为与电阻层238相邻。即，第一上电极层237-1设置在第二上电极层237-2和电阻层238之间。
67.第二上电极层237-2的氮含量可以在3at％至10at％的范围内，并且第一上电极层237-1的氮含量可以在0at％至3at％的范围内。此外，第一上电极层237-1的厚度t5可以在至的范围内。
68.当提供大量电流以驱动存储单元230时，电阻层238可以防止由于流过存储单元230的过冲电流或尖峰电流而导致的存储单元230的操作故障。电阻层238可以包括电阻比下电极层231、中间电极层233和上电极层237高的导电材料。例如，电阻层238可以包括氮化硅钨(wsin)。然而，实施方式不限于此。在另一实施方式中，电阻层238可以包括绝缘材料层，该绝缘材料层具有在几埃到几十埃的范围内的小厚度以使在存储单元230的操作电压下电流能够在上电极层237和第二线220之间流动。
69.根据图2所示的本实施方式，通过优化与电阻层238相邻的上电极层237的结构，可以改善存储单元230的操作特性，例如，可以降低存储单元230的操作电压并且提高操作电压的均匀性。
70.图3示出了根据本公开的第三实施方式的半导体存储器。将集中于与图1b和图2所示的上述实施方式的不同进行描述。
71.参照图3，存储单元330可以设置在第一线310和第二线320之间。
72.存储单元330可以包括下电极层331、选择元件层332、中间电极层333、可变电阻层335和上电极层337的堆叠结构。此外，存储单元330可以包括在可变电阻层335和中间电极层333之间的第一界面电极层334，以及在可变电阻层335和上电极层337之间的第二界面电
极层336。此外，存储单元330可以包括在上电极层337和第二线320之间的电阻层338。
73.下电极层331可以与图1b的实施方式的下电极层131实质相同。即，下电极层331可以包括第一下电极层331-1和第二下电极层331-2的堆叠结构。第二下电极层331-2可以包括含有相对高浓度的氮的碳层，而第一下电极层331-1可以包括含有相对低浓度的氮或不含氮的碳层。不是第二下电极层331-2而是第一下电极层331-1可被设置为更靠近选择元件层332。即，第一下电极层331-1设置在第二下电极层331-2和选择元件层332之间。
74.中间电极层333可以与图1b的实施方式的中间电极层133实质相同。即，中间电极层333可以包括第一中间电极层333-1和第二中间电极层333-2的堆叠结构。第一中间电极层333-1可以包括含有相对低浓度的氮或不含氮的碳层，而第二中间电极层333-2可以包括含有相对高浓度的氮的碳层。不是第二中间电极层333-2而是第一中间电极层333-1可被设置为更靠近选择元件层332。即，第一中间电极层333-1设置在第二中间电极层333-2和选择元件层332之间。
75.选择元件层332、第一界面电极层334、可变电阻层335和第二界面电极层336可以分别与图1b所示的选择元件层132、第一界面电极层134、可变电阻层135和第二界面电极层136实质相同。
76.上电极层337可以与图2所示的上电极层237实质相同。即，上电极层337可以包括第一上电极层337-1和第二上电极层337-2的堆叠结构。第二上电极层337-2可以包括含有相对高浓度的氮的碳层，而第一上电极层337-1可以包括含有相对低浓度的氮或不含氮的碳层。不是第二上电极层337-2而是第一上电极层337-1可被设置为更靠近电阻层338。即，第一上电极层337-1设置在第二上电极层337-2和电阻层338之间。
77.电阻层338可以与图2的实施方式的电阻层238实质相同。
78.根据图3所示的本实施方式，通过优化分别位于选择元件层332下方和上方的下电极层331和中间电极层333的结构，以及通过优化与电阻层338相邻的上电极层337的结构，可以改善存储单元330的操作特性。
79.图4示出了根据本公开的第四实施方式的半导体存储器。将集中于与图1b、图2和图3所示的上述实施方式的不同进行描述。
80.参照图4，存储单元430可以设置在第一线410和第二线420之间。
81.存储单元430可以包括下电极层431、可变电阻层433、中间电极层435、选择元件层436和上电极层437的堆叠结构。此外，存储单元430可以包括在可变电阻层433和下电极层431之间的第一界面电极层432，以及在可变电阻层433和中间电极层435之间的第二界面电极层434。
82.下电极层431可以包括各种导电材料中的任何导电材料，例如，诸如铂(pt)、钨(w)、铝(al)、铜(cu)或钽(ta)的金属，诸如氮化钛(tin)或氮化钽(tan)的金属氮化物，或它们的组合。替选地，下电极层431可以包括添加有诸如氮的掺杂剂或不添加掺杂剂的碳层。
83.第一界面电极层432、可变电阻层433和第二界面电极层434可以与如上所述的图1b、图2和图3的实施方式中的任何一个实施方式的第一界面电极层、可变电阻层和第二界面电极层实质相同。
84.中间电极层435可以包括第一中间电极层435-1和第二中间电极层435-2的堆叠结构。第二中间电极层435-2可以包括含有相对高浓度的氮的碳层，而第一中间电极层435-1
可以包括含有相对低浓度的氮或不含氮的碳层。不是第二中间电极层435-2而是第一中间电极层435-1可被设置为与选择元件层436相邻。即，第一中间电极层435-1设置在第二中间电极层435-2和选择元件层436之间。
85.选择元件层436可以与如上所述的图1b、图2和图3的实施方式中的任何一个实施方式的选择元件层实质相同。
86.上电极层437可以包括第一上电极层437-1和第二上电极层437-2的堆叠结构。第一上电极层437-1可以包括含有相对低浓度的氮或不含氮的碳层，而第二上电极层437-2可以包括含有相对高浓度的氮的碳层。不是第二上电极层437-2而是第一上电极层437-1可被设置为与选择元件层436相邻。即，第一上电极层437-1设置在第二上电极层437-2和选择元件层436之间。
87.存储单元430的结构可以对应于其中构成图1b的存储单元130的材料层的位置在第一线110和第二线120之间反转的结构。
88.根据本实施方式，通过优化分别位于选择元件层436下方和上方的中间电极层435和上电极层437的结构，可以改善存储单元430的操作特性。
89.图5示出了根据本公开的第五实施方式的半导体存储器。将集中于与图1b和图2至图4所示的上述实施方式的不同进行描述。
90.参照图5，存储单元530可以设置在第一线510和第二线520之间。
91.存储单元530可以包括下电极层531、可变电阻层533、中间电极层535、选择元件层536和上电极层537的堆叠结构。此外，存储单元530可以在包括可变电阻层533和下电极层531之间的第一界面电极层532，以及在可变电阻层533和中间电极层535之间的第二界面电极层534。此外，存储单元530可以包括在上电极层537和第二线520之间的电阻层538。
92.下电极层531、第一界面电极层532、可变电阻层533和第二界面电极层534可以与图4的实施方式的下电极层431、第一界面电极层432、可变电阻层433和第二界面电极层434实质相同。
93.中间电极层535可以包括各种导电材料中的任何导电材料，例如，诸如铂(pt)、钨(w)、铝(al)、铜(cu)或钽(ta)的金属，诸如氮化钛(tin)或氮化钽(tan)的金属氮化物，或它们的组合。替选地，中间电极层535可以包括添加有诸如氮的掺杂剂或不添加掺杂剂的碳层。
94.选择元件层536可以与图4的实施方式的选择元件层436实质相同。
95.上电极层537可以包括第一上电极层537-1和第二上电极层537-2的堆叠结构。第二上电极层537-2可以包括含有相对高浓度的氮的碳层，而第一上电极层537-1可以包括含有相对低浓度的氮或不含氮的碳层。不是第二上电极层537-2而是第一上电极层537-1可被设置为与电阻层538相邻。即，第一上电极层537-1设置在第二上电极层537-2和电阻层538之间。
96.电阻层538可以与图2和图3中任一个的实施方式的电阻层实质相同。
97.存储单元530的结构可以对应于其中图2所示的选择元件层232的位置以及第一界面电极层234、可变电阻层235和第二界面电极层236的位置在第一线210和第二线220之间切换的结构。根据图5所示的本实施方式，通过优化与电阻层538相邻的上电极层537的结构，可以改善存储单元530的操作特性。
98.图6示出了根据本公开的第六实施方式的半导体存储器。将集中于与图1b和图2至图5所示的上述实施方式的不同进行描述。
99.参照图6，存储单元630可以设置在第一线610和第二线620之间。
100.存储单元630可以包括下电极层631、可变电阻层633、中间电极层635、选择元件层636和上电极层637的堆叠结构。此外，存储单元630可以包括在可变电阻层633和下电极层631之间的第一界面电极层632，以及在可变电阻层633和中间电极层635之间的第二界面电极层634。此外，存储单元630可以包括上电极层637和第二线620之间的电阻层638。
101.下电极层631、第一界面电极层632、可变电阻层633和第二界面电极层634可以与上文所述的图4的实施方式或图5的实施方式的下电极层、第一界面电极层、可变电阻层和第二界面电极层实质相同。
102.中间电极层635可以与上文所述的图4的实施方式的中间电极层435实质相同。即，中间电极层635可以包括第一中间电极层635-1和第二中间电极层635-2。第二中间电极层635-2可以包括含有相对高浓度的氮的碳层，而第一中间电极层635-1可以包括含有相对低浓度的氮或不含氮的碳层。不是第二中间电极层635-2而是第一中间电极层635-1可被设置为与选择元件层636相邻。即，第一中间电极层635-1设置在第二中间电极层635-2和选择元件层636之间。
103.选择元件层636可以与上文所述的图4的实施方式或图5的实施方式的选择元件层实质相同。
104.上电极层637可以包括第一上电极层637-1、第二上电极层637-2和第三上电极层637-3的堆叠结构。第二上电极层637-2可以包括含有相对高浓度的氮的碳层，而第一和第三上电极层637-1和637-3可以包括含有相对低浓度的氮或不含氮的碳层。第一上电极层637-1可被设置为与选择元件层636相邻。第三上电极层637-3可被设置为与电阻层638相邻。第二上电极层637-2可以置于第一上电极层637-1和第三上电极层637-3之间。第二上电极层637-2的厚度可以大于第一上电极层637-1的厚度和第三上电极层637-3的厚度。
105.电阻层638可以与上文所述的图5的实施方式的电阻层538实质相同。
106.根据图6所示的本实施方式，通过优化位于选择元件层636下方的中间电极层635的结构以及位于选择元件层636和电阻层638之间的上电极层637的结构，可以改善存储单元630的操作特性。
107.基于所公开的技术的上述和其他存储器电路或半导体存储器件可用于一系列装置或系统中。图7至图10提供了可以实现这里公开的半导体存储器的装置或系统的一些示例。
108.图7是基于所公开的技术实现存储器电路的微处理器的配置图的示例。
109.参照图7，微处理器1000可以执行用于控制和调整从各种外部装置接收数据、处理数据以及将处理结果输出到外部装置的一系列处理的任务。微处理器1000可以包括存储部1010、运算单元1020和控制单元1030等。微处理器1000可以是各种数据处理单元，诸如中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、数字信号处理器(dsp)和应用处理器(ap)。
110.存储部1010是在微处理器1000中存储数据的部件，作为处理器寄存器、寄存器等。存储部1010可以包括各种寄存器，诸如数据寄存器、地址寄存器和浮点寄存器等。存储部1010可以执行临时存储的功能，即临时存储：要被运算单元1020执行运算的数据、执行运算
的结果数据和用于执行运算的数据被存储的地址。
111.存储部1010可以包括根据实施方式的上述半导体器件中的一个或更多个。例如，存储部1010可以包括：第一线；第二线，设置在第一线之上而与第一线间隔开；可变电阻层，设置在第一线与第二线之间；选择元件层，设置在第一线与可变电阻层之间或在第二线与可变电阻层之间；以及一个或更多个电极层，设置在选择元件层之上或之下或设置在选择元件层之上和之下，一个或更多个电极层与选择元件层相邻，其中，一个或更多个电极层中的每一个包括第一电极层和第二电极层，第二电极层包括含有氮的第二碳层，第一电极层包括含有相比于第二电极层的第二碳层中所含的氮而具有较低浓度的氮的或不含氮的第一碳层，第一电极层置于第二电极层和选择元件层之间。由此，在存储部1010中，可以改善存储单元特性和制造工艺。结果，可以改善微处理器1000的操作特性。
112.运算单元1020可以根据控制单元1030解码命令的结果执行四个算术运算或逻辑运算。运算单元1020可以包括至少一个算术逻辑单元(alu)等。
113.控制单元1030可以从存储部1010、运算单元1020和微处理器1000的外部装置接收信号，执行命令的提取、解码以及控制微处理器1000的信号的输入和输出，并且执行由程序表示的处理。
114.根据本实施方式的微处理器1000可以另外包括缓存部1040，其可以临时存储要从不同于存储部1010的外部装置输入或要向外部装置输出的数据。在这种情况下，缓存部1040可以通过总线接口1050而与存储部1010、运算单元1020和控制单元1030交换数据。
115.图8是基于所公开的技术实现存储器电路的处理器的配置图的示例。
116.参照图8，处理器1100可以通过包括不同于上述微处理器1000的功能的各种功能来提高性能并实现多功能性。处理器1100可以包括用作微处理器的核心单元1110、用于临时存储数据的缓存部1120以及用于在内部和外部装置之间传输数据的总线接口1130。处理器1100可以包括各种片上系统(soc)，诸如多核处理器、图形处理单元(gpu)和应用处理器(ap)。
117.本实施方式的核心单元1110是对从外部装置输入的数据进行算术逻辑运算的部件，可以包括存储部1111、运算单元1112和控制单元1113。存储部1111、运算单元1112和控制单元1113可以与存储部1010、运算单元1020和控制单元1030实质相同。
118.缓存部1120是临时存储数据以补偿以高速操作的核心单元1110与以低速操作的外部装置之间的数据处理速度差异的部件。缓存部1120可以包括一级储存部1121和二级储存部1122。此外，在需要高存储容量的情况下，缓存部1120可以包括三级储存部1123。根据场合需要，缓存部1120可以包括增加数量的储存部。即，可以根据设计改变缓存部1120中包括的储存部的数量。一级、二级和三级储存部1121、1122和1123存储和区分数据的速度可以相同或不同。在各个储存部1121、1122和1123的速度不同的情况下，一级储存部1121的速度可以是最大的。缓存部1120的一级储存部1121、二级储存部1122和三级储存部1123中的至少一个储存部可以包括根据实施方式的上述半导体器件中的一个或更多个。例如，缓存部1120可以包括：第一线；第二线，设置在第一线之上而与第一线间隔开；可变电阻层，设置在第一线与第二线之间；选择元件层，设置在第一线与可变电阻层之间或在第二线与可变电阻层之间；以及一个或更多个电极层，设置在选择元件层之上或之下或设置在选择元件层之上和之下，一个或更多个电极层与选择元件层相邻，其中，一个或更多个电极层中的每一
个包括第一电极层和第二电极层，第二电极层包括含有氮的第二碳层，第一电极层包括含有相比于第二电极层的第二碳层中所含的氮而具有较低浓度的氮的或不含氮的第一碳层，第一电极层置于第二电极层和选择元件层之间。由此，可以改善缓存部1120中的存储单元特性和制造工艺。因此，可以改善处理器1100的操作特性。
119.虽然在本实施方式中示出了一级、二级和三级储存部1121、1122和1123全部都配置在缓存部1120内部，但是缓存部1120的一级、二级和三级储存部1121、1122和1123中的至少一个可以被配置在核心单元1110外部并且可以补偿核心单元1110和外部装置之间的数据处理速度的差异。
120.总线接口1130是连接核心单元1110、缓存部1120和外部装置并且允许高效传输数据的部件。
121.根据本实施方式的处理器1100可以包括多个核心单元1110，并且多个核心单元1110可以共享缓存部1120。多个核心单元1110与缓存部1120可以直接连接或通过总线接口1130连接。多个核心单元1110可以以与核心单元1110的上述配置相同的方式配置。每个核心单元1110中的储存部可以被配置为通过总线接口1130而与核心单元1110外部的储存部一起被共享。
122.根据本实施方式的处理器1100还可包括存储数据的嵌入式存储部1140、能够以有线或无线方式向外部装置发送数据和从外部装置接收数据的通信模块单元1150、驱动外部存储器件的存储器控制单元1160、以及处理在处理器1100中处理的数据或从外部输入装置输入的数据并将经处理的数据输出到外部接口装置等的媒体处理单元1170。此外，处理器1100可以包括多个各种模块和装置。在这种情况下，添加的多个模块可以通过总线接口1130而与核心单元1110和缓存部1120以及彼此交换数据。
123.嵌入式存储部1140不仅可以包括易失性存储器，还可以包括非易失性存储器。易失性存储器可以包括dram(动态随机存取存储器)、移动dram、sram(静态随机存取存储器)以及与上述存储器功能类似的存储器等。非易失性存储器可以包括rom(只读存储器)、nor闪存、nand闪存、相变随机存取存储器(pram)、电阻式随机存取存储器(rram)、自旋转移矩随机存取存储器(sttram)、磁随机存取存储器(mram)、具有类似功能的存储器。
124.通信模块单元1150可以包括能够与有线网络连接的模块、能够与无线网络连接的模块以及它们两者。有线网络模块可以包括诸如通过传送线发送和接收数据的各种装置的局域网(lan)、通用串行总线(usb)、以太网、电力线通信(plc)等。无线网络模块可以包括诸如各种无需传送线即可发送和接收数据的装置的红外数据协会(irda)、码分多址(cdma)、时分多址(tdma)、频分多址(fdma)、无线局域网、zigbee、泛在传感器网络(usn)、蓝牙、射频识别(rfid)、长期演进(lte)、近场通信(nfc)、无线宽带互联网(wibro)、高速下行分组接入(hsdpa)、宽带cdma(wcdma)、以及超宽带(uwb)等。
125.存储器控制单元1160用于管理和处理在处理器1100和根据不同通信标准操作的外部储存装置之间传送的数据。存储器控制单元1160可以包括各种存储器控制器，例如，可以控制ide(集成电子装置)、sata(串行高级技术附件)、scsi(小型计算机系统接口)、raid(独立磁盘冗余阵列)、ssd(固态硬盘)、esata(外置sata)、pcmcia(个人计算机存储卡国际协会)、usb(通用串行总线)、安全数字(sd)卡、迷你安全数字(msd)卡、微型安全数字(microsd)卡、安全数字高容量(sdhc)卡、记忆棒卡、智能媒体(sm)卡、多媒体卡(mmc)、嵌入
式mmc(emmc)和紧凑型闪存(cf)卡等的装置。
126.媒体处理单元1170可以处理在处理器1100中处理的数据或者从外部输入装置以图像和语音等形式输入的数据，并将数据输出到外部接口装置。媒体处理单元1170可以包括图形处理单元(gpu)、数字信号处理器(dsp)、高清晰度音频装置(hd音频)、以及高清晰度多媒体接口(hdmi)控制器等。
127.图9是基于所公开的技术实现存储器电路的系统的配置图的示例。
128.参照图9，作为用于处理数据的装置的系统1200可以执行输入、处理、输出、通信、存储等以对数据进行一系列操作。系统1200可以包括处理器1210、主存储器件1220、辅助存储器件1230和接口装置1240等。本实施方式的系统1200可以是使用处理器进行操作的各种电子系统，诸如计算机、服务器、pda(个人数字助理)、便携式计算机、网络平板电脑、无线电话、移动电话、智能移动电话、数字音乐播放器、pmp(便携式多媒体播放器)、相机、全球定位系统(gps)、摄像机、录音机、远程信息处理、视听(av)系统和智能电视等。
129.处理器1210可以对输入的命令进行解码，并对存储在系统1200中的数据进行运算、比较等处理，并控制这些操作。处理器1210可以与上述微处理器1000或上述处理器1100实质相同。
130.主存储器件1220是可以在执行程序时临时存储、调用和运行来自辅助存储器件1230的程序代码或数据的存储器，并且即使在电源被切断时也可以保存存储的内容。辅助存储器件1230是用于存储程序代码或数据的存储器件。虽然辅助存储器件1230的速度比主存储器件1220慢，但辅助存储器件1230可以存储更大量的数据。主存储器件1220或辅助存储器件1230可以包括根据实施方式的上述半导体器件中的一个或更多个。例如，主存储器件1220或辅助存储器件1230可以包括：第一线；第二线，设置在第一线之上而与第一线间隔开；可变电阻层，设置在第一线与第二线之间；选择元件层，设置在第一线与可变电阻层之间或在第二线与可变电阻层之间；以及一个或更多个电极层，设置在选择元件层之上或之下或设置在选择元件层之上和之下，一个或更多个电极层与选择元件层相邻，其中，一个或更多个电极层中的每一个包括第一电极层和第二电极层，第二电极层包括含有氮的第二碳层，第一电极层包括含有相比于第二电极层的第二碳层中所含的氮而具有较低浓度的氮的或不含氮的第一碳层，第一电极层置于第二电极层和选择元件层之间。由此，可以在主存储器件1220或辅助存储器件1230中改善存储单元特性和制造工艺。因此，可以改善系统1200的操作特性。
131.此外，主存储器件1220或辅助存储器件1230可以包括存储器系统(参见图10的附图标记1300)，附加包括上述半导体器件或不包括上述半导体器件。
132.接口装置1240可以用于在本实施方式的系统1200和外部装置之间执行命令和数据的交换。接口装置1240可以是小键盘、键盘、鼠标、扬声器、麦克风、显示器、各种人机接口装置(hid)和通信装置等。通信装置可以与上述通信模块单元1150实质相同。
133.图10是基于所公开的技术实现存储器电路的存储器系统的配置图的示例。
134.参照图10，存储器系统1300可以包括作为用于存储数据的部件的具有非易失性特性的存储器1310、控制存储器1310的控制器1320、用于与外部装置连接的接口1330和用于临时存储数据以便在接口1330和存储器1310之间高效传输数据的缓冲存储器1340。存储器系统1300可以简单地意指用于存储数据的存储器，也可以意指用于长期保存所存储的数据
的数据储存装置。存储器系统1300可以是诸如固态硬盘(ssd)等的磁盘类型，以及诸如usb存储器(通用串行总线存储器)、安全数字(sd)卡、迷你安全数字(msd)卡、微型安全数字(microsd)卡、安全数字高容量(sdhc)卡、记忆棒卡、智能媒体(sm)卡、多媒体卡(mmc)、嵌入式mmc(emmc)和紧凑型闪存(cf)卡等的卡类型。
135.存储器1310或缓冲存储器1340可以包括根据实施方式的上述半导体器件中的一个或更多个。例如，存储器1310或缓冲存储器1340可以包括：第一线；第二线，设置在第一线之上而与第一线间隔开；可变电阻层，设置在第一线与第二线之间；选择元件层，设置在第一线与可变电阻层之间或在第二线与可变电阻层之间；以及一个或更多个电极层，设置在选择元件层之上或之下或设置在选择元件层之上和之下，一个或更多个电极层与选择元件层相邻，其中，一个或更多个电极层中的每一个包括第一电极层和第二电极层，第二电极层包括含有氮的第二碳层，第一电极层包括含有相比于第二电极层的第二碳层中所含的氮而具有较低浓度的氮的或不含氮的第一碳层，第一电极层置于第二电极层和选择元件层之间。由此，在存储器1310或缓冲存储器1340中，可以改善存储单元特性和制造工艺。结果，可以改善存储器系统1300的操作特性。
136.存储器1310或缓冲存储器1340可以包括各种存储器，例如非易失性存储器或易失性存储器，附加包括上述半导体器件或不包括上述半导体器件。
137.控制器1320可以控制存储器1310和接口1330之间的数据交换。为此，控制器1320可以包括处理器1321，用于执行操作以处理从存储器系统1300外部通过接口1330输入的命令等。
138.接口1330用于在存储器系统1300和外部装置之间执行命令和数据的交换。在存储器系统1300为卡式或盘式的情况下，接口1330可以兼容具有卡类型或盘类型的装置中使用的接口，或者兼容与上述装置相似的装置中使用的接口。接口1330可以与具有彼此不同类型的一个或更多个接口兼容。
139.基于在本文中公开的存储器件的图7至图10中的电子装置或系统的以上示例中的特征可以在各种装置、系统或应用中实现。一些示例包括移动电话或其他便携式通信装置、平板电脑、笔记本或膝上型电脑、游戏机、智能电视机、电视机顶盒、多媒体服务器、具有或不具有无线通信功能的数码相机、手表或其他具有无线通信能力的可穿戴装置。
140.尽管本专利文件包含许多细节，但这些不应该被解释为对任何公开的范围或要求保护的范围的限制，而是对特定于具体公开内容的具体实施方式的特征的描述。本专利文件中以分立的实施方式的情况描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实现。相反，以单个实施方式的情况描述的各种特征也可以分立地或以任何合适的子组合在多个实施方式中实现。此外，尽管上文将特征描述为在某些组合中起作用，甚至也是这样要求保护的，但在某些情况下可以从要求保护的组合中删除一个或更多个特征，并且要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变型。
141.相似地，尽管在附图中以特定顺序示出了操作，但这不应被理解为要求以所示的特定顺序或顺次的顺序执行这些操作，或者要求执行所有图示的操作，以实现期望的结果。此外，本专利文件中描述的实施方式中的各种系统部件的分离不应理解为在所有实施方式中都需要这样的分离。
142.仅描述了几个实施方式和示例。可以基于本专利文件中描述和图示的内容实现其
他实施方式、增强和变化。
143.尽管为了说明的目的已经描述了各种实施方式，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离如所附权利要求中限定的本教导的精神和范围的情况下可以进行各种改变和修改。