低功率相变存储器单元制造技术

存储器可包括两个电极和耦合在两个电极之间具有非晶重置状态和部分结晶设置状态的相变材料。设置状态中的相变材料可在亚阈值电压区域中具有高度非线性电流电压响应。相变材料可以是铟、锑和碲的合金。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低功率相变存储器单元
本主题涉及半导体相变存储器，并且更具体地说，涉及在带有开关的相变存储器 (PCMS)半导体存储器中使用的低功率相变存储器。
技术介绍
用于计算机或其它电子装置的存储器能够包括集成到更大集成电路或独立集成 电路的存储器单元块。有许多不同类型的存储器，包括随机存取存储器（RAM)、只读存储器 (ROM)、动态随机存取存储器（DRAM)、静态RAM (SRAM)、同步动态RAM (SDRAM)、闪存存储器 及相变存储器。相变存储器装置利用在其结晶和非晶阶段具有不同电气属性的材料。每个 相变存储器单元可通过使存储器单元中的材料置于结晶阶段或非晶阶段而进行编程，提供 不要求电源以保持其内容的非易失性存储器。相变存储器经常使用电流产生的热量进行编 程以控制相变材料的状态。 相变存储器单元可由硫属化物材料制成。硫属化物材料包括来自周期表的第16 族(也称为第VIA族）的至少一个元素，如硫（S)、硒（Se)和碲（Te)。硫属相变材料在加热 到高于其熔点的温度并且被允许快速冷却时，将保持在带有高电阻的非晶玻璃类状态。硫 属相变材料在加热到高于其玻璃转化温度T g但低于熔点时，将变换成带有更低得多的电阻 的结晶阶段。材料属性在硫属化物材料的结晶与非晶相之间的此不同可用于形成相变存储 器装置。 【附图说明】 包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出各种实施例。图形与通用描述一 起，用于解释各种原理。在图中： 图1A和1B分别示出在重置状态和设置状态的相变存储器元件的一实施例的横截面 图； 图2示出对实施例有用的相变材料的电流电压响应的图形； 图3示出用于各种实施例，包括接入装置和相关联电路的相变存储器单元的阵列；以 及 图4不出利用相变存储器的一实施例的系统的一实施例。 【具体实施方式】 在下面的详细说明中，为提供相关教导的详尽理解而通过示例陈述了多个特定的 细节。然而，本领域的技术人员应明显领会本教导可在此类细节不存在的情况下实践。在 其它情况下，相对高级而未详细描述了熟知的方法、过程和组件以免不必要地混淆本概念 的各方面。多个描述性术语和短语用于描述本公开内容的各种实施例。除非本说明书中提 供不同定义，否则，这些描述性术语和短语用于向本领域技术人员表达普遍同意的含意。现 在详细参照附图示出且在下面描述的示例。 图1A和1B分别示出在重置状态100A和设置状态100B的相变存储器元件的一实 施例的横截面图。相变存储器元件100A/B可以是交叉点存储器阵列的一部分，并且可制作 在半导体衬底101上，半导体衬底101可包括各种层、图案、掺杂层级或其它材料，并且可包 括电路、导体和/或绝缘体。第一电极111可在衬底101上形成，并且在一些实施例中可通 过诸如氧化物的绝缘层102与其它导体或电路分隔。相变材料120的层可沉积在第一电极 111的上方。相变材料可处在非传导或高度电阻非晶重置状态，以便存储器元件121/122的 相变材料与相邻存储器元件绝缘。在一些实施例中，可将相变材料图案化，即使有也是很少 的相变材料在存储器单元区域外，但一些实施例可具有由相变材料的未图案化层覆盖的大 面积的裸晶，从而利用非晶相变材料的非传导状态以使存储器单元或其它元件相互绝缘。 可通过绝缘层103与其它导体分隔的第二电极112可沉积在相变材料120的顶部。在其它 实施例中，存储器单元的布局可以是水平而不是垂直的，两个电极在存储器单元的相变材 料的相对侧上。 相变材料120具有非晶重置状态，该状态可以是相变材料120沉 积在存储器装置上时的状态。相变材料120可在非晶重置状态是基本上不 传导，这可定义为对于典型几何形状的相变材料具有超过大约1000兆欧（ MO )的电阻。相变材料120的厚度可在实施例之间不同，但在一些实施例中可在大约30 纳米（nm)与100 nm之间。电极111、112的面积也可影响电阻，并且电极的面积可在实施 例之间不同，但一些实施例可在一侧上具有在大约10 nm与大约100 nm之间的电极。位于 两个电极111U12之间的相变材料121的部分可处在图1A中的非晶状态，以便在两个电极 111、112之间的电阻可超过大约1000 Mfi。 传统相变材料可形成可具有相对低电阻的完全结晶状态，如在典型几何形状低于 1000欧姆，并且可以不具有阈值电压。阈值电压可定义为相变材料的电阻率大幅更改的电 压。本文中所述相变材料可部分结晶，并且可具有阈值电压，类似于双向阈值开关（0TS)，因 此，相变材料120也具有部分结晶设置状态。在图1B中，存储器100B在设置状态，因此，位 于两个电极111、112之间的相变材料122的部分是在部分结晶状态。在部分结晶状态中，如 图2所示，相变材料122可在亚阈值电平具有高度非线性电流-电压响应。在亚阈值电压 电平，如在部分结晶设置状态中对于一些相变材料120的低于大约1. 5 V，在两个电极111、 112之间相变材料的电阻在典型几何形状可超过大约100-200千欧（)，并且在一些实 施例中超过1 Mfl。 各种材料成分可用于相变材料120。【专利技术者】认为范围广泛的相变材料可适合用于 本文中所述的实施例。相变材料可以是硫属化合物材料，并且可包括碲。在一些实施例中， 相变材料可以是铟（In)、锗（Ge)和碲（Te)的合金，这可称为IGT合金，但对于一些IGT合 金，可包括其它元素。在一些实施例中，相变材料可以是铟（In)、锑（Sb)和碲（Te)的合金， 这可称为1ST合金，但对于一些1ST合金，可包括其它元素。可适合用于实施例的1ST合金 可包括原子百分比铟（In)在大约25%与大约40%之间、锑（Sb)在大约1%与大约15%之间 及碲（Te)在大约50%与大约70%之间的1ST合金。 通过在预定义的时间期内将相变材料加热到特定温度，相变材料120可从非晶重 置状态更改到部分结晶状态。由于在设置状态中相变材料120的相对高电阻造成的自热 效应，本文中描述的相变材料可使用更少的功率将相变材料从设置状态重置到重置状态。 在传统相变材料中，由于在完全结晶设置状态中传统相变材料的低电阻原因，超过1毫安 (mA)的编程电流可用于将相变材料从设置状态转换回重置状态。相变材料120可使用低于 200微安培（yA )的电流，并且在一些情况下使用低于100 pA的电流将在部分结晶设置 状态122中存储器的相变材料更改到非晶重置状态121。这可以是由于与传统相变材料相 比在设置状态122中相变材料的更高得多的电阻的原因。在至少一个实施例中，在低于大 约100 ns内通过相变材料的低于大约200 pA的电流的脉冲可将相变材料从设置状态更 改到重置状态，这可比传统相变材料可用于执行重置的功率低得多。 相变材料120中设置状态的更高电阻也可降低相变存储器单元的泄漏电流。这可 允许制成更低功率装置和/或可构建更大的存储器单元。对于使用带开关的相变存储器 (PCMS)体系结构的实施例，与传统相变材料相比，在设置状态122中相变材料的更高阈值 电压也可增大阻塞裕度。 图2示出对实施例有用的相变材料的电流电压响应的图形200。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储器，包括：两个电极；以及具有非晶重置状态和部分结晶设置状态的相变材料，所述相变材料耦合在所述两个电极之间；其中所述设置状态中的所述相变材料在亚阈值电压区域中具有高度非线性电流‑电压响应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.27 US 13/534,2671. 一种存储器，包括： 两个电极；以及 具有非晶重置状态和部分结晶设置状态的相变材料，所述相变材料耦合在所述两个电 极之间； 其中所述设置状态中的所述相变材料在亚阈值电压区域中具有高度非线性电流-电 压响应。2. 如权利要求1所述的存储器，其中所述相变材料包括铟、锗和碲。3. 如权利要求1所述的存储器，其中所述相变材料包括铟、锑和碲。4. 如权利要求1所述的存储器，其中如果在所述两个电极之间的所述 电压低于大约1. 5 V，则所述设置状态中的所述相变材料具有超过大约200 Wi的电阻。5. 如权利要求1所述的存储器，其中如果在所述两个电极之间的所述电压低于大约 1.5 V，则低于大约I pA的电流流过所述设置状态中的所述相变材料。6. 如权利要求1所述的存储器，其中如果跨所述两个电极的电压增大到阈值电压，则 所述设置状态中的所述相变材料的电阻降低超过一个数量级。7. 如权利要求1所述的存储器，其中在低于大约100 ns内通过所述相变材料的低于大 约200 的电流的脉冲将所述相变材料从所述设置状态更改到所述重置状态。8. 如权利要求1所述的存储器，其中所述亚阈值电压区域包括在大约0 V与大约2 V 之间的电压电平。9. 如权利要求1所述的存储器，还包括耦合在控制线与所述两个电极之一之间的接入 装直。10. 如权利要求9所述的存储器，其中所述接入装置是双向阈值开关或半导体二极管。11. 一种系统，包括： 生成存储器控制命令的处理器；以及 耦合到所述处理器，以响应所述存储器控制命令的至少一个存储器，所述至少一个存 储器包括：两个电极；以及 具有非晶重置状态和部分结晶设置状态的相...

【专利技术属性】
技术研发人员：EV卡波夫，张国维，G斯帕迪尼，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US