介电掺杂且富含锑的GST相变存储器制造技术

提出的相变存储器材料为介电掺杂、富含锑(antimony‑rich)的GST家族材料，其相对于GST‑225具有较多的锑，此材料具有速度、保持、及耐受特性，适于储存级数据储存装置。一种存储装置包含含有多个存储单元的一阵列。各个存储单元包含一第一电极及一第二电极。第二电极耦接至一存储器元件。存储元件包含具有相变存储材料的一基底。相变存储材料包含Ge、Sb及Te的一组合与一介电添加物，其在总量上足以(effective to)提供大于160℃的晶型转变温度。在一些有效范例中可提供大于170℃的晶型转变温度。在其他有效范例中可提供大于190℃的晶型转变温度。一控制器耦接至阵列，且被设置以对阵列中的存储单元执行数个设定操作及数个复位操作。

【技术实现步骤摘要】
介电掺杂且富含锑的GST相变存储器
本专利技术涉及相变材料，及基于此相变存储材料的高密度存储装置。
技术介绍
基于相变存储材料(例如基于硫族化合物(chalcogenide)的材料或类似材料)通过适当集成电路来施加电流的多个电平，可以改变其固态相为非晶相及晶相之间。相较于晶相，非晶相通常具有较高的电性电阻特征，而可被感测以表示数据。用于存储器操作的相变材料可具有多种不同性能规格，包含设定及复位速度、数据保持、耐受度、复位电流、晶型转变温度Tx、及融化温度TM。此速度为脉冲长度的函数，需用于设定及复位操作以及其他因素。数据保持典型地为相变材料在经向或非晶相随着时间及温度变化而损失数据的情况。耐受度为当材料在多次设定/复位周期而使相化变材料变得难以设定或难以复位的情况。复位电流的值希望够低，但仍必须足以对有源区域加热，以造成相转换(例如：超过融化温度TM)，并且在设定状态的电性电平为低时有较高的电阻电平。相变材料Ge2Sb2Te5，也称为GST-225，被认为具有良好的特性。在GST-225家族中的材料包含GexSbyTez，(锗(germanium)-Ge、锑(antimony)-Sb、碲(tellurium)-Te)的组合物以及Sb2Te3与GeTe连接线(tieline)，如“E.Morales-Sanchez，“Structural，electricandkineticparametersofternaryalloysofGeSbTe”，ThinSolidFilms471(2005)243-247”所述。这些材料已首先被研究于光盘技术。然而，在应用于集成电路存储材料时，GST-225具有多种缺点。举例来说，这方面的应用需要相对高的复位电流。并且，已观察到的是，从GST-225家族中的材料所制成的相变存储单元会受到不受期待的转变而在升高的温度下从非晶的复位状态至晶态化的设定状态，从而限制使用这些材料的存储单元的数据保持特性。特别地，GST-255较差的高温容忍性阻碍此材料的使用于嵌入式存储器应用、汽车应用、及储存级存储器应用。并且，储存级存储器应用例如通常需有高于107周期的耐受性、数百纳秒等级的速度、及良好的数据保持性。使用GST-225材料无法达成这些需求。因此，需要提供一种基于相变材料的储存级存储器，并提供更适于储存级存储器应用、嵌入式存储器应用、及汽车应用的相变存储器。
技术实现思路
提出的相变存储材料为介电掺杂、富含锑的GST家族(相对于GST-25有较多的锑)的材料，并且具有适于用在储存级数据存的集成电路存储器速度、数据保持、耐受特性，及具有其他应用的良好数据保持、良好速度、及高耐受度。存储器装置包含存储单元阵列。各存储单元各包含一第一电极及一第二电极。第二电极耦接至一存储元件。存储元件包含具相变存储材料的一基底。基底位在第一电极及第二电极之间。其中具相变存储材料的基底包含Ge、Sb及Te的组合与一介电添加物(dielectricadditive)，其在总量上足以(effectiveto)提供大于160℃的一晶型转变温度。在一些有效范例中可提供大于170℃的一晶型转变温度，在其他有效范例中可提供大于190℃的一晶型转变温度。控制器耦接至阵列。控制器被设置以对阵列中的存储单元执行设定操作及复位操作。Ge、Sb及Te的组合可包含GexSbyTez，其中x、y、z为原子百分比，Ge原子浓度x为13％至18％，Sb原子浓度x为18％至32％，Te原子浓度z为34％至50％。且介电添加物的原子浓度为10％至30％。介电添加物的Si原子浓度为7％至17％，介电添加物的O原子浓度为0％至23％。使用相变材料的存储单元装置制造方法说明如下。为了对本专利技术上述及其他方面有更佳了解，下文特列举实施例，并配合所附附图详细说明如下：附图说明图1绘示GST-225及介电掺杂且富含锑的GST-225于GeTe-Sb2Te3连接线(tieline)上方GexSbyTez的三元图。图2绘示用于此处所述材料的电阻对比温度示意图。图3绘示电阻分布对比周期次数的箱型图以用于测量使用此处所述材料C的存储单元的耐受性。图4绘示电阻对比周期次数的折线图以显示使用此处所述材料C的存储单元的耐受性。图5绘示电阻对比使用一序列的设定/复位周期所产生的电压示意图，其中电压具有递增复位电压并用于材料C的200μA的复位电流。图6绘示电阻分布对比以140℃用于使用此处所述材料C的设定分布1000次周期后烘烤时间的箱型图。图7绘示电阻分布对比以140℃用于使用此处所述材料C的复位分布1000次周期后烘烤时间的箱型图。图8绘示电阻分布对比以140℃用于使用此处所述材料C的复位分布10,000次周期后烘烤时间的箱型图。图9绘示对使用此处所述材料C进行数据保持性寿命时间的计算。图10绘示电阻的复位分布对比材料E于125℃烘烤时间的箱型图。图11绘示电阻之复位分布对比材料E于140℃烘烤时间的箱型图。图12绘示电阻的复位分布对比材料E于150℃烘烤时间的箱型图。图13绘示电阻的复位分布对比材料C于125℃烘烤时间的箱型图。图14绘示电阻的复位分布对比材料C于140℃烘烤时间的箱型图。图15绘示电阻的复位分布对比材料C于150℃烘烤时间的箱型图。图16绘示适于此处所述存储材料的第一存储单元结构示意图。图17绘示适于此处所述存储材料的第二存储单元结构示意图。图18绘示适于此处所述存储材料的第三存储单元结构示意图。图19绘示可用于制造此处所述材料的溅射反应室的简易示意图。图20实现从介电掺杂且富Sb的GST-225家族材料制成的存储单元阵列的集成电路的简易方块图。【附图标记说明】A、B、C、D、E：材料10：区域11：连接线20：第一线段21：第二线段22：第三线段23：第四线段300、370、400：存储单元302、372、402：存储元件304、382、414：有源区306、374、404：第一电极308：介电层310、376、406：第二电极312、384：宽度378、408：顶表面380、410：底表面412：可变宽度320：反应室322、324：溅射靶材326：基板328：电源供应及控制器330：真空泵332：气体来源500：集成电路502：存储阵列504：字线译码器及驱动器506：字线508：位线译码器510：位线512：总线514：方块516：数据总线518：数据输入线520：其他电路522：数据输出线524：控制器526：偏压电路电压及电流源具体实施方式本专利技术将参照图1-20提供详细实施例说明。图1绘示GexSbyTez(锗(germanium)-Ge、锑(antimony)-Sb、碲(tellurium)-Te)的三元图，显示GeTe-Sb2Te3连接线(tieline)11上方的GST-225材料家族于区域10之中。在减去介电掺杂数量后，这些浓度经过正规化以使总量为100％。家族材料此处命名为“介电掺杂、富含锑GST-225家族”的材料，分布在富含锑线11的右侧。此家族包含此组GexSbyTez，Ge原子浓度x为13％至18％，Sb原子浓度x为18％至32％，Te原子浓度z为34％至50％。硅或氧化硅的介电添加物具有的原子浓度在10％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相变材料，包含GexSbyTez，其中x、y、z为原子百分比，该相变材料的一Ge原子浓度x为13％至18％，该相变材料的一Sb原子浓度x为18％至32％，该相变材料的一Te原子浓度z为34％至50％，且该相变材料还包含介电添加物，该介电添加物的一原子浓度为10％至30％。

【技术特征摘要】
2017.05.04 US 15/587,0851.一种相变材料，包含GexSbyTez，其中x、y、z为原子百分比，该相变材料的一Ge原子浓度x为13％至18％，该相变材料的一Sb原子浓度x为18％至32％，该相变材料的一Te原子浓度z为34％至50％，且该相变材料还包含介电添加物，该介电添加物的一原子浓度为10％至30％。2.如权利要求1所述的相变材料，其中该介电添加物的一Si原子浓度为7％至17％，该介电添加物的一O原子浓度为0％至23％。3.一种相变存储器装置，包含：含多个存储单元的一阵列，该阵列的所述存储单元各别包含一第一电极、一第二电极及具有相变存储材料的一基底，该基底位在该第一电极及该第二电极之间，其中具有相变存储材料的该基底包含Ge、Sb及Te的一组合与一介电添加物，其在总量上足以提供大于160℃的一晶型转变温度；以及一控制器，耦接至该阵列，该控制器被设置以对该阵列的所述存储单元执行多个设定操作及多个复位操作。4.如权利要求3所述的相变存储器装置，其中所述复位操作包含等于或低于200微安培(μAmp)的一复位电流。5.如权利要求3所述的相变存储器装置，其中该介电添加物的一Si原子浓度为7％至17％，该介电添加物的一O原...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑怀瑜，龙翔澜，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71