使用锑-硒金属合金的相变存储装置及其制作方法制造方法及图纸

提供了一种使用具有低熔点和高结晶速度的相变材料的相变存储装置及其制作方法。该相变存储装置包括锑（Ｓｂ）－硒（Ｓｅ）硫族化物Ｓｂ↓［ｘ］Ｓｅ↓［１００－ｘ］相变材料层，该Ｓｂ↓［ｘ］Ｓｅ↓［１００－ｘ］相变材料层接触通过孔露出的热发生电极层并填充孔。由于在相变材料层内使用Ｓｂ↓［ｘ］Ｓｅ↓［１００－ｘ］，可以制造与ＧＳＴ存储装置相比速度更快，功耗更低的相变存储装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及非易失性相变存储装置及其制作方法，更具体而言涉及使用由锑(Sb)和础(Se)组成的硫族化物金属合金的相变存储装置及其制作方法。技术背景半导体存储装置通常分类为易失性或非易失性。DRAM (动态随机存取 存储器)为典型的易失性存储装置。DRAM需要周期性更新过程来维持数据。 当存储装置的集成度低时，该更新过程的功耗不显著。然而，随着集成度更 高，功耗也大幅增加。例如，在1至10ms/兆比特的更新速率，DRAM消耗 大量能量。1千兆比特DRAM的更新过程占据了装置的总功耗的大部分。然 而，DRAM存储器模块被广泛使用，因为其高功耗被高速度和有竟争力的价 格所弥补。如果易失性DRAM可以用非易失性存储装置来替代，则功耗和操作初 始化周期的减小被预期。因此，各种非易失性存储器技术已经被发展。技术 上最先进且使用最广泛的非易失性存储器为闪存存储器。然而，闪存存储器 慢且使用较高电压。这些问题限制了闪存存储器用于诸如数码相机和移动电 话的移动装置。存储装置所需的重要性能之一是重写操作中的可靠性。尽管 闪存存储器在重写性能方面可靠性低，但是当闪存存储器用于诸如个人数字 助理的移动装置时，重写操作数目可以设置为更小。然而，移动装置中闪存 存储器在重写方面的这种可靠性不能保证在通用PC中的稳定操作。恰当地组合DRAM/SRAM/闪存存储器的方法被使用以满足最近存储装 X的各种要求。然而，这种方法昂贵且大幅增加存储器芯片的尺寸。因此， 需要可以稳定地安装到各种装置内或者可以用于各种应用的集成存储装置。 该集成存储装置要求具有诸如非易失性、高速、低功耗、以及高度可靠的重 写的特性。然而，具有所有这些特性的半导体存储装置尚未商业生产。因此， 各种非易失性存储装置技术正蓬勃发展，且已经努力寻找这些技术在各个方 面的发展可能性和商业使用。同时，称为相变RAM (PRAM)的非易失性存储装置利用了根据晶体 结构来改变电阻的相变材料。PRAM装置通过控制电流以改变相变材料的晶 体结构而存储信息，以及利用电阻的变化来读取所存储的信息，由此实现其 存储操作。PRAM装置可以使用疏族化物金属合金相变材料，该相变材料主要用于 诸如CD-RW或DVD的光学信息存储介质。此外，由于PRAM装置的制 作工艺与传统硅基板装置的制作工艺紧密匹配，PRAM装置可以达到或超过 DRAM的集成密度。磁阻RAM ( MRAM )装置和铁电RAM ( FRAM )装 置与PRAM装置竟争，但是存在制造工艺及微型化困难的问题。因此，PRAM 装置作为可以替代当前闪存存储装置的主流的下一代非易失性存储装置而 引起注意。然而，PRAM装置的功耗必需大幅减小以使PRAM装置变得实用。如 上所述，由于PRAM装置是通过施加电流到电阻器并使用焦耳热来改变相 变材料的晶体结构而被驱动，功耗可能高。由于功耗问题，PRAM装置近年 来已经开始受到很大重视，即使其与其它非易失性存储装置相比具有优点。也就是说，当PRAM装置使用传统更大的半导体装置的制造工艺来制 作时，产生整个系统无法耐受的过量功率和热，由此使得无法实现实用的存 储装置。然而，由于设计规则和装置尺寸持续减小，当PRAM装置根据目 前常用设计规则来制作时，操作PRAM装置所需的功耗可以显著降低。降 低操作PRAM装置所需的电流与PRAM装置的高密度集成紧密相关。需要 发展一种低功率装置，从而保证高密度PRAM装置的可靠的存储器操作。 在该低功率装置中，相变存储器阵列的功耗低。除了低功耗的益处之外，使用低功率装置可以获得的另一重要益处为降 低的热发生。具体而言，存储于存储装置内的信息不应被当特定的邻近存储 装置工作产生的热所破坏或改变。特别地，在单元非常紧密布置的高度集成 的存储器阵列中，由特定存储器单元的工作而产生的热会成为噪声并中断邻 近单元的存储器操作。下述方法被应用于降低PRAM装置工作所需的电流。 (1 )第 一种方法是从材料方面的途径。通过使用具有较低熔点的材料， 改进相变材料以降低相变所需的温度，由此降低所需的电流。该方法通过改 变相变材料本身来降低整个PRAM装置的功耗，而与装置结构无关。(2) 第二种方法是通过最小化相变区域来降低所需的电流水平，其中 该相变区域是PRAM装置的操作涉及到的重要部分。PRAM装置由于在相 变材料和电极之间的接触部分内产生的热而改变相。因此，PRAM装置的总 功耗由于最小化该接触部分而降低。目前，该方法使用最广泛。(3) 第三种方法是优化PRAM装置的结构，从而充分利用装置内的相 变材料的热能。然而，即使在接触部分内产生的热可以如上述第二种方法所 述通过最小化相变区域而降低，如果所产生的热能无法有效利用，则需要施 加较大数量的电流。因此，在该方法中，合适的装置结构被设置，使得施加 于相变区域的热可以无泄漏地被充分利用以改变相变材料的相，由此最小化 该相变存储器的总功耗。当相变存储装置使用上述三种方法的组合来制造时，操作该相变存储装 置所消耗的功率可以最大程度降低。相变材料是由锗(Ge)-锑(Sb)-碲(Te)组成的硫族化物金属合金。最常见的 成份为Ge2Sb2Te5 (GST)，其中锗-锑-碲的成份的比例是2:2:5。由于该GST公知的。因此，GST可以容易地应用于PRAM装置。目前，大多数PRAM 装置使用GST。使用GST相变材料的半导体存储装置(下文中称为GST存储装置)的 集成密度可以增大到256Mb的容量，且GST存储装置的操作特性令人非常 满意(见S丄Ahn et al Tech. Dig. Symp. VLSI Tech 2005, ppl8-19 )。在寻找 下一代非易失性存储装置中，需要极大改进的工艺和技术以超过该集成密 度。由于制作工艺困难，FRAM或MRAM装置只能达到16至32Mb。因此， PRAM具有出色的按比例缩放特性，且是今天的闪存存储器的重要替代品。非易失性PRAM装置在高密度存储器模块中必需更可靠地工作以替代 传统闪存存储器。千兆比特的非易失性PRAM装置需要改进的相变材料。 由于传统GST相变材料具有高的熔点(约620°C ),工作电流的减小受限制。 此外，为了提高DRAM的工作速度，需要发展具有更高相变速度，具体地 更高结晶速度的相变材料。通过改善装置结构或者驱动电路的架构，可以部分地实现功耗的降低和 工作速度的提高。然而，由于这增加了制造复杂性并降低了装置特性的均匀性，因此期望改善PRAM装置的特性同时维持传统PRAM装置结构、制作 工艺和驱动电路架构。与GST相比具有更低熔点和更高结晶速度的新型相变材料将可以实现 廉价且容易地制作高速、低功耗的非易失性PRAM装置。
技术实现思路
技术问题本专利技术提供了 一种相变非易失性存储装置，其可以低功耗地高速工作， 并使用具有低熔点和高结晶速度的相变材料来制作。本专利技术还提供了 一种非易失性相变存储装置的制作方法，其中该非易失 性相变存储装置可以低功耗地高速工作，并使用具有低熔点和高结晶速度的 相变材料来制作。技术方案根据本专利技术一方面，提供了一种相变存储装置，包括热发生电极层； 以及第一绝缘层，部分覆盖该热发生电极层，露出部分的热发生电极层，且 其中具有孔。该相变存储装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储装置，包括：热发生电极层；第一绝缘层，部分覆盖所述热发生电极层，露出部分的热发生电极层，且其中具有孔；以及锑（Ｓｂ）－硒（Ｓｅ）硫族化物Ｓｂ↓［ｘ］Ｓｅ↓［１００－ｘ］相变材料层，接触通过所述孔露出的所述部分的热发生电极层，并填充所述孔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2005-9-7 10-2005-00834201.一种相变存储装置，包括热发生电极层；第一绝缘层，部分覆盖所述热发生电极层，露出部分的热发生电极层，且其中具有孔；以及锑(Sb)-硒(Se)硫族化物SbxSe100-x相变材料层，接触通过所述孔露出的所述部分的热发生电极层，并填充所述孔。2. 如权利要求1所述的相变存储装置，其中所述孔的宽度小于500nm。3. 如权利要求1所述的相变存储装置，其中所述SbxSe,o()-x相变材料层 中锑(Sb)的含量(x)在40至70的范围内。4. 如权利要求1所述的相变存储装置，其中所述SbxSeK)o-x相变材料层 的熔点在540。C至57(TC的范围内。5. 如权利要求1所述的相变存储装置，其中所述SbxSe^相变材料层 的熔点比Ge2Sb2丁e5相变材料层的熔点低50至80°C。6. 如权利要求1所述的相变存储装置，其中所述SbxSe,o^相变材料层 的结晶所需的时间随锑含量(x)的增大而减小。7. 如权利要求1所述的相变存储装置，其中所述513^61,相变材料层的结晶温度至少高于122°C。8. —种制作相变存储装置的方法，所述方法包括 提供基板；在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹圣民，李南烈，柳相旭，李承胤，朴永森，崔圭政，俞炳坤，
申请(专利权)人：韩国电子通信研究院，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]