具有多个阈值电压的存储单元的存储器件及其形成和操作方法技术

公开了存储器件的实施例及其形成和操作方法。在示例中，存储器件包括多条位线、多条字线和多个存储单元，每个存储单元布置在多条位线中的相应位线和多条字线中的相应字线的交点处。多个存储单元中的每个存储单元包括没有选择器的单元元件。单元元件被配置为具有多个阈值电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多个阈值电压的存储单元的存储器件及其形成和操作方法
技术介绍
本公开内容的实施例涉及存储器件及其加工和操作方法。通过改进工艺技术、电路设计、编程算法和制造工艺，平面存储单元被缩小到更小的尺寸。然而，随着存储单元的特征尺寸接近下限，平面工艺和制造技术变得具有挑战性且成本高昂。结果，平面存储单元的存储密度接近上限。三维(3D)存储器架构可以解决平面存储单元中的密度限制。3D存储器架构包括存储器阵列和外围设备，用于控制去往和来自存储器阵列的信号。例如，相变存储器(PCM)可以利用相变材料中非晶质和晶态的电阻率之间的差异，这是基于电热地加热和淬火相变材料。PCM阵列单元可以在3D中垂直地堆叠，以形成3DPCM。
技术实现思路
本文公开了存储器件的实施例和用于形成和操作存储器件的方法。在示例中，存储器件包括多条位线、多条字线和多个存储单元，每个存储单元布置在多条位线中的相应位线和多条字线中的相应字线的交点处。多个存储单元中的每个存储单元包括没有选择器的单元元件。单元元件被配置为具有多个阈值电压。在另一示例中，存储器件包括多条位线、多条字线和多个存储单元，每个存储单元布置在多条位线中的相应位线和多条字线中的相应字线的交点处。多个存储单元中的每个存储单元包括堆叠的金属离子储存器、固体电解质和垂直位于金属离子储存器和固体电解质之间的分离器。在又一示例中，存储器件包括多条位线、多条字线和多个存储单元，每个存储单元布置在多条位线中的相应位线和多条字线中的相应字线的交点处。多个存储单元中的每个存储单元都包括掺杂的硒化砷。在又一示例中，公开了一种用于形成存储器件的方法。形成单元元件层。穿过单元元件层形成多个间隙，以将单元元件层分成多个单元元件，每个单元元件被配置为具有多个阈值电压。多个绝缘结构形成在多个单元元件之间的多个间隙中。在又一示例中，公开了一种用于操作存储器件的方法。3D存储器件包括多条位线、多条字线和多个存储单元，每个存储单元布置在多条位线中的相应位线和多条字线中的相应字线的交点处。通过在多条位线中的相应位线和多条字线中的相应字线之间施加第一电压脉冲，将存储单元中的一个存储单元编程为第一阈值电压。通过在位线和字线之间施加第二电压脉冲，将存储单元编程为第二阈值电压。存储单元在第一和第二阈值电压之间的感测电压下被感测。附图说明结合到本文中并且形成说明书一部分的附图示出了本公开内容的实施例，并且与说明书一起进一步用于解释本公开内容的原理，并且使相关领域的技术人员能够制作和使用本公开内容。图1示出了根据本公开内容的一些实施例的示例性3D交叉点(XPoint)存储器件的透视图。图2示出了具有双向阈值开关(OTS)选择器的3D交叉点存储器件的横截面的侧视图。图3A-3C示出了根据本公开内容的一些实施例的包括具有多个阈值电压的存储单元的示例性存储器件的横截面的侧视图。图4示出了根据本公开内容的一些实施例的具有多个阈值电压的另一示例性存储单元的横截面的侧视图。图5A和5B示出了根据本公开内容的一些实施例的具有多个阈值电压的示例性存储单元阵列的操作的示意图。图6A-6H示出了根据本公开内容的一些实施例的用于形成包括具有多个阈值电压的存储单元的存储器件的示例性制造过程。图7示出了根据本公开内容的一些实施例的用于形成包括具有多个阈值电压的存储单元的存储器件的示例性方法的流程图。图8示出了根据本公开内容的一些实施例的用于操作包括具有多个阈值电压的存储单元的存储器件的示例性方法的流程图。图9示出了根据本公开内容的一些实施例的存储单元的示例性第一和第二阈值电压。将参考附图描述本公开内容的实施例。具体实施方式尽管讨论了具体的配置和布置，但是应当理解的是，这仅仅是出于说明的目的。相关领域的技术人员将认识到的是，在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，可以使用其它配置和布置。对相关领域的技术人员来说显而易见的是，本公开内容也可以用于各种其它应用。注意，说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”等表示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例不一定包括特定的特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定指代相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其它实施例实现这样的特征、结构或特性都在相关领域的技术人员的知识范围内。一般来说，术语可以至少部分地根据上下文中的使用来理解。例如，本文使用的术语“一个或多个”，至少部分取决于上下文，可以用于以单数形式描述任何特征、结构或特性，或可以用于以复数形式描述特征、结构或特性的组合。类似地，术语诸如“一”、“一个”或“所述”同样可以被理解为至少部分地根据上下文来传达单数用法或复数用法。此外，术语“基于”可以被理解为不一定旨在传达一组排他性的因素，而是可以允许存在不一定明确地描述的另外的因素，同样，至少部分取决于上下文。应当容易理解的是，本公开内容中的“上”、“上面”和“上方”的含义应该以最广泛的方式解释，以使得“上”不仅意指直接在某物上，而且还包括在具有中间特征或其之间的层的某物上的含义，并且“上面”或“上方”不仅意指在某物“上面”或“上方”的含义，而且还可以包括它是在某物“上面”或“上方”而其间没有中间特征或层的含义(即，直接在某物上)。此外，为了便于描述，本文可以使用空间相对术语，例如“下方”、“下面”、“下层”、“上面”、“上层”等来描述如图所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。空间上相关的术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方向(除了图中所示的方位之外)。所述装置可以以面向其它方向(旋转90度或在其它方向)，并且本文使用的空间上相关的描述符同样可以相应地解释。如本文使用的，术语“衬底”指代其上添加了后续材料层的材料。衬底本身可以图案化。添加在衬底顶部的材料可以被图案化或者可以保持未被图案化。此外，衬底可以包括多种半导体材料，例如硅、锗、砷化镓、磷化铟等。替代地，衬底可以由非导体材料制成，例如玻璃、塑料或蓝宝石晶圆。如本文使用的，术语“层”指代包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在整个底层或上层的结构上延伸，或可以具有小于底层或上层的结构的范围。此外，层可以是厚度小于连续结构厚度的均匀或非均匀连续结构的区域。例如，层可以位于连续结构的顶部表面和底部表面之间或在顶部表面和底部表面处的任何一对水平面之间。层能够水平地、垂直地和/或沿着锥形表面延伸。衬底可以是一层，可以在其中包括一层或多层，和/或可以在其上、其上面和/或其下具有一层或多层。层可以包括多个层。例如，互连层可以包括一个或多个导电和接触层(其中形成互连线和/或通路触点)以及一个或多个电介质层。如本文使用的，术语“额定的/额定地”指代在产品或工艺的设计阶段设置的部件或工艺操作的特性或参数的期望或目标值，以及高于和/或低于期望值的值的范围。值的范围可能是由于制造工艺或容差的微小变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种存储器件，所述存储器件包括：/n多条位线；/n多条字线；以及/n多个存储单元，每个存储单元布置在所述多条位线中的相应位线和所述多条字线中的相应字线的交点处，/n其中，所述多个存储单元中的每个存储单元包括没有选择器的单元元件，并且所述单元元件被配置为具有多个阈值电压。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种存储器件，所述存储器件包括：
多条位线；
多条字线；以及
多个存储单元，每个存储单元布置在所述多条位线中的相应位线和所述多条字线中的相应字线的交点处，
其中，所述多个存储单元中的每个存储单元包括没有选择器的单元元件，并且所述单元元件被配置为具有多个阈值电压。


2.根据权利要求1所述的存储器件，其中，所述单元元件包括堆叠的金属离子储存器、固体电解质以及垂直地位于所述金属离子储存器和所述固体电解质之间的分离器。


3.根据权利要求2所述的存储器件，其中，所述金属离子储存器包括银、铜、硫化银、硫化铜、硒化银或硒化铜中的至少一项。


4.根据权利要求2或3所述的存储器件，其中，所述固体电解质包括硒化锗、硫化锗、硒化银、硫化银或碲化铜中的至少一项。


5.根据权利要求2-4中任一项所述的存储器件，其中，所述分离器包括电介质。


6.根据权利要求5所述的存储器件，其中，所述电介质包括氧化硅、氧化铝或氧化钆中的至少一项。


7.根据权利要求2-6中任一项所述的存储器件，其中，所述固体电解质的厚度在约10纳米到约100纳米之间，所述金属离子储存器的厚度在约5纳米到约50纳米之间，并且所述分离器的厚度在约1纳米到约10纳米之间。


8.根据权利要求2-7中任一项所述的存储器件，其中
当从所述金属离子储存器向所述固体电解质施加第一正电压脉冲时，所述单元元件被配置为具有所述多个阈值电压中的第一阈值电压；
当从所述金属离子储存器向所述固体电解质施加第二正电压脉冲时，所述单元元件被配置为具有所述多个阈值电压中的第二阈值电压；以及
当从所述固体电解质向所述金属离子储存器施加负电压脉冲时，所述单元元件被配置为是绝缘的。


9.根据权利要求8所述的存储器件，其中，在以下各项中的至少一项的情况下，所述第二阈值电压大于所述第一阈值电压：(i)所述第二正电压脉冲的第二幅度大于所述第一正电压脉冲的第一幅度，或(ii)所述第一正电压脉冲的第一宽度大于所述第二正电压脉冲的第二宽度。


10.根据权利要求1所述的存储器件，其中，所述单元元件包括掺杂的硒化砷。


11.根据权利要求10所述的存储器件，其中，所述硒化砷掺杂有银、铜、硅或锗中的至少一项。


12.根据权利要求10或11所述的存储器件，其中
当在所述单元元件上施加第一电压脉冲时，所述单元元件被配置为具有所述多个阈值电压中的第一阈值电压；以及
当在所述单元元件上施加第二电压脉冲时，所述单元元件被配置为具有所述多个阈值电压中的第二阈值电压。


13.根据权利要求12所述的存储器件，其中，在以下各项中的至少一项的情况下，所述第二阈值电压大于所述第一阈值电压：(i)所述第二电压脉冲的第二幅度大于所述第一电压脉冲的第一幅度，或(ii)所述第一电压脉冲的第一宽度大于所述第二电压脉冲的第二宽度。


14.根据权利要求1-13中任一项所述的存储器件，其中，所述多条字线和所述多条位线处于交叉点架构中。


15.一种存储器件，所述存储器件包括：
多条位线；
多条字线；以及
多个存储单元，每个存储单元布置在所述多条位线中的相应位线和所述多条字线中的相应字线的交点处，
其中，所述多个存储单元中的每个存储单元包括堆叠的金属离子储存器、固体电解质和垂直位于所述金属离子储存器和所述固体电解质之间的分离器。


16.根据权利要求15所述的存储器件，其中
所述金属离子储存器包括银、铜、硫化银、硫化铜、硒化银或硒化铜中的至少一项；
所述固体电解质包括硒化锗、硫化锗、硒化银、硫化银或碲化铜中的至少一项；以及
所述分离器包括氧化硅、氧化铝或氧化钆中的至少一项。


17.根据权利要求15或16所述的存储器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘峻，
申请(专利权)人：长江先进存储产业创新中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42