非易失性存储器制造技术

公开了一种非易失性存储器（５０）。提供了第二电极（５６）。也提供了第一电极（５１）。在第一电极（５１）和第二电极（５６）之间提供了具有多个电阻可变的相变单元（５４）的记录层。将非均匀隧穿势垒（５４０）设置为与记录层和第一电极中的每一个相邻。在使用时，第一电极与非均匀隧穿势垒电连通，第一电极经由非均匀隧穿势垒与第二电极电连通。

【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存储器，更具体地涉及其中通过加热和制冷其中的相变单元(phase change cell)来记录或擦除数据的非易失性存储 器。
技术介绍
已经公知为非易失性存储器的是闪速存储器、FeRAM、 MRAM和相变 存储器。例如，美国专利No. 6,172,902，公开了组合在薄膜中的MRAM， 而美国专利No. 5， 166， 758公开了相变存储器的结构。由于在便携式信息终端等中的使用要求存储器有较高密度，因此关 注相变非易失性存储器，并且已经在这样的存储器中作出了各种改进 [W097/05665(日本未审专利公布No. 1999-510317)， W098/19350(曰本 未审专利公布No. 2001-502848) ， W099/54128 (日本未审专利公布 No. 2002-512439)，美国专利No. 6， 339， 544，和美国专利No. 5， 536， 947]。广泛采用相变存储器的一个限制是他们的物理尺寸。相变单元的尺 寸受限于与之相关联的电阻加热器。尽管有很多研究己经集中在基于相 变单元存储器的改进上，相变单元的尺寸仍然较大。减小相变单元尺寸的一种途径是限制(constrict)电阻加热器中 的电流来增加局部加热。在W098/336446 (日本未审专利公布 No. 2001-504279)和美国专利申请2004/0001374中已经建议了这样的途 径，其中紧靠相变层的电阻加热器非常窄。不幸的是，上面的每一个方法都有局限，例如在可靠性和制造上。 提供采用当前的集成电路制造设备可以制造的电流限制的简单结构将是 有利的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供支持其中相变单元尺度减小的非易失性存储器。根据本专利技术，提出了一种非易失性存储器，包括第二电极；包括多个电阻可变的相变单元的记录层；与记录层相邻的非均匀隧穿势垒(tunnel barrier);以及处于与非均匀隧穿势垒电连通中的第一电极，所 述第一电极经由隧穿势垒与第二电极电连通。根据本专利技术的另一方面，提出了一种用于形成相变单元存储器的方 法，包括提供包括相变材料的单元；提供与相变材料相邻的非均匀隧 穿势垒；以及提供第一电极和第二电极，所述第一电极用于向非均匀隧 穿势垒提供电流，所述第二电极用于接收已经通过隧穿势垒的电流。根据本专利技术，还提出了一种非易失性存储器，包括多个第二电极， 按照规则间隔开的阵列进行排列；记录层，包括多个相变单元，每一个 相变单元均是电阻可变的，并且按照规则间隔开的阵列进行排列；非均 匀隧穿势垒，形成与记录层中的多个相变单元相邻的近似邻接层；以及 多个第一电极，按照规则间隔开的阵列进行排列，并且每一个均与多个 第二电极中的一个电极以及多个相变单元的一个相变单元相关联，第一 电极与非均匀隧穿势垒电连通，第一电极经由隧穿势垒与其相对应的第 二电极电连通。附图说明现在将结合以下附图描述本专利技术的示范性实施例，其中 图1是表示现有技术非易失性存储器的截面侧视图； 图2是表示具有其中具有相变材料的较小单元的现有技术非易失性 存储器的截面侧视图；图3是表示具有用于提供由于电流限制导致的局部加热的锥形电极的现有技术非易失性存储器的截面侧视图；图4是表示具有用于提供由于电流限制导致的局部加热的纳米线的现有技术非易失性存储器的截面侧视图；图5a是基于相变单元并且具有用于提供由于电流限制导致的局部加热的非均匀隧穿势垒的非易失性存储器的截面侧视图；图5b是基于相变单元并且具有用于提供由于电流限制导致的非均匀隧穿势垒的非易失性存储器的截面侧视图；图6是用于形成非均匀隧穿势垒的方法的简化流程图；图7a是根据图6方法制造所得出的隧穿势垒的简化侧视图；图7b是根据图6方法的变体制造所得出的隧穿势垒的简化侧视图；图7c是根据图6方法的另一种变体制造所得出的隧穿势垒的简化图8是基于自组织形成非均匀隧穿势垒的方法的简化流程图；以及 图9是根据图8的方法制造所得出的隧穿势垒的截面侧视图。具体实施方式参考图l，示出了典型的现有技术相变单元IO。这里，示出了第一 电极11。将通孔(via)形式的第一导线12设置为与电极11电接触。 与第一导线12相邻的是包括可编程的相变材料块14的单元。将通孔形 式的第二导线15设置在单元14的相对一侧上。与导线15电接触的是第 二电极16。在操作期间，将电流施加到第一电极11。将电流限制在第一导线 12中，导致可编程块(programmable volume) 14中相变材料的加热。 随着较慢的冷却，相变材料进入晶态。随着更快的冷却，相变材料进入 非晶态(amorphous state)。在其非晶态中，相变材料具有与在其晶态 中不同的电阻，并且同样地单元的状态可基于其中可编程的相变材料块 的电阻确定。参考图2，示出了根据现有技术的另一个相变单元20。这里示出了 第一电极21。将通孔形式的第一导线22设置为与电极21电接触。与第 一导线22相邻的是从第一导线向包括可编程的相变材料块24的单元侧 向延伸的另一个导线23。将通孔形式的第二导线25设置在单元24的相 对侧上。与导线25电接触的是第二电极26。相变单元20的操作与相变 单元10的操作类似。如图3所示，W098/336446 (日本未审专利公布No. 2001-504279)公开了一种相变非易失性存储器30，将其示出为具有下电极31、上电极 36以及形成在其间的可编程的相变材料块34，经由电极31、导线35和 电极36，电流流过所述可编程的相变材料块。相变材料34包括硫属化 物材料，所述硫属化物材料可在高电阻的非晶态(非晶体)和低电阻的 晶态之间相可逆变化。利用电流的通过来控制电阻值将材料变成非晶态 或晶态。例如当存储(写)数据时，将可编程的相变材料块34从非晶态 变成晶态并且从而给予低电阻值，而当擦除数据时，将相变材料34从晶 态变成非晶态并且从而给予高电阻值。因此读取电阻值的差以便将该层 作为存储器。替代地，通过将相变材料变成非晶态来写数据，并且通过 将相变材料变成晶态来擦除数据。在图3所示的结构中，下电极31和可编程的相变材料块34之间的连接部分31a形状为截头圆锥体形式从而在其尖端附近提供改善的电流 密度。对通过光刻在相变层340上形成的图案(未示出)进行底切 (undercutting)来形成连接部分31a。在去除图案后，通过光刻在连 接部分31a上形成层340。W097/40499(日本未审专利公布No. 2000-509204)也公开了与以上 类似的结构，并且其中在下电极和相变材料层之间的连接部分是朝向相 变材料层的锥形，具有递减的截面积以在锥形末端处给出更高的电流密 度。从实现节省电力和存储器写入和擦除数据速度的角度来看，按照这 种方式给出增加的电流密度是有效的。然而，如果在电极和相变材料层 之间的接触减小，会出现在电极和层之间容易发生不完全传导而导致较 低产量的问题。精确地在形成连接部分31a的位置处形成相变材料的需 要进一步加重了减小设计自由度的问题。参考图4，示出了如美国专利申请2004/0001374中所公开的相变单 元40的替代的现有技术实施例。示出了第一电极41具有与其相接触的 多个纳米线42。纳米线提供与图3实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非易失性存储器（５０），包括：第二电极（５６）；包括多个电阻可变的相变单元（５４）的记录层；与记录层相邻的非均匀隧穿势垒（５３）；以及与非均匀隧穿势垒电连通中的第一电极（５１），所述第一电极（５１）经由隧穿势垒（５３）与第二电极（５６）电连通。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-12-2 60/593,0431. 一种非易失性存储器(50)，包括第二电极(56)；包括多个电阻可变的相变单元(54)的记录层；与记录层相邻的非均匀隧穿势垒(53)；以及与非均匀隧穿势垒电连通中的第一电极(51)，所述第一电极(51)经由隧穿势垒(53)与第二电极(56)电连通。2. 根据权利要求1的非易失性存储器，其中通过提供初始表面、 并且将非均匀隧穿势垒沉积到初始表面上来形成非均匀隧穿势垒，所述 初始表面相对于隧穿势垒的平均厚度是粗糙的。3. 根据权利要求2的非易失性存储器，其中所述初始表面包括记录层的表面。4. 根据权利要求2的非易失性存储器，其中所述初始表面包括金 属层的表面。5. 根据权利要求2的非易失性存储器，其中所述初始表面包括在记录层和导电层之一上形成的具有变化厚度的前体层。6. 根据权利要求5的非易失性存储器，其中所述非均匀隧穿势垒采用导致隧穿势垒具有变化厚度的氧化工艺和氮化工艺之一形成。7. 根据权利要求1的非易失性存储器，其中所述非均匀隧穿势垒 包括具有非均匀成分的均匀厚度层。8. 根据权利要求1至7任一项的非易失性存储器，其中所述隧穿势垒的非均匀性导致局部非均匀的电流流动。9. 根据权利要求7的非易失性存储器，其中所述非均匀隧穿势垒包括易于氧化的原子和较不易于氧化的金属原子。10. 根据权利要求9的非易失性存储器，其中将所述易于氧化的原子和所述较不易于氧化的原子一起沉积到所述表面上，并且允许对易于 氧化的原子进行氧化。11. 根据权利要求10的非易失性存储器，其中所述非均匀隧穿势垒包括A1和Cu原子。12. 根据权利要求9的非易失性存储器，其中将所述易于氧化的原 子和所述较不易于氧化的原子交替地沉积到多个层中，选择较不易于氧 化的原子对于易于氧化的原子难以浸润，13. 根据权利要求12的非易失性存储器，其中所述原子包括交替 地沉积在多个层中的Al和Cu原子，所述Cu原子公知为难以浸润Al。14. 根据权利要求1至13任一项的非易失性存储器，其中记录层 包括相变材料，所述相变材料具有电阻值不同的至少两个稳定相，并且 能够在所述相之间可逆地转换。15. 根据权利要求1至14任一项的非易失性存储器，其中所述相 变材料包含硫属化物材料。16. 根据权利要求1至6任一项的非易失性存储器，其中所述非均 匀隧穿势垒包括较窄的部分和较厚的部分，将较窄的部分和较厚的部分 相对于彼此随机地排列。17. —种用于形成相变单元存储器的方法，包括 提供包含相变材料的单元(61); 提供与相变材料相邻的非均匀隧穿势垒(62);以及 提供第一电极和第二电极，所述第一电极用于向非均匀隧穿势垒提供电流，所述第二电...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯波依，卡伦阿滕伯勒，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[]