可编程相变存储器及其方法技术

公开了一种非易失性存储器。设置有相变材料的邻接层（２１；３１；６１；８１）。邻近该相变材料的邻接层（２１；３１；６１；７１；８１）设置有第一对触点（２２；３２；６２；７２；８２）用于在二者之间提供电流，该电流流经相变材料的邻接层（２１；３１；６１；７１；８１），用于在第一区域内导致其加热。并且，该邻接层附近设置有第二对触点，设置成在二者之间提供电流，该电流流经相变材料的邻接层（２１；３１；６１；７１；８１），用于在其第二区域内导致加热，第二区域与第一区域不同。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及到非易失性存储器，更具体地涉及到通过对其中的相变 单元进行加热和冷却记录或擦除数据的非易失性存储器。
技术介绍
目前已知的非易失性存储器有闪存、FeRAM、 MRAM和相变存储 器。例如美国专利6,172,902公开了一种结合在薄膜中的MRAM，美国 专利5,166,758公开了相变存储器的结构。最近，由于稳定性显著，相变非易失性存储器引起了关注。目前在 现有技术文献中讨论了两种相变存储器单元集成概念。第一种相变存储 器单元集成概念依赖于垂直器件，该垂直器件与由于在其中进行局部加 热导致的可变接触电阻类似。不利的是，上述方法存在一定的限制，例如在可靠性和制造方面。 提供利用目前的集成电路制造设备配置可制造的用于提供电流收縮 (current constriction)的简单结构将是有利的。每项现有技术器件依赖 于将要形成的真有已知制造尺寸和要求图形化或几个步骤制造工艺的相 变单元。为了使这些结构最小化，要求相变单元较小，从而要求制造工 艺更为精确。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于支持基于相变材料的非图形化 (non-patterned)的一次可编程非易失性存储器的结构。按照本专利技术，提供一种非易失性存储器，包括相变材料的邻接层， 其中具有第一区域用于在其中对第一数据编码，另外的第二区域用于在 其中对不同的第二数据编码;第一对触点配置成用在二者之间提供电流，该电流流经相变材料的邻接层用于在第一区域内导致其加热；并且，第二对触点配置成用于在二者之间提供电流，该电流流经相变材料的邻接 层，用于在其另外的第二区域内导致其加热。按照本专利技术的另一个方面，提供一种形成存储器器件的方法，包括设置非晶态相变层；并且，设置彼此间隔开的电触点， 一对电触点用于 在导通时在非晶态相变层内导致局部加热，从而导致在非晶态相变层内 结晶相变层材料的区域，并且导致在该对电触点之间导电。按照本专利技术的另一个方面，提供一种在其中存储数据的存储器，该 数据用于在执行时导致非易失性存储器，包括相变材料的邻接层，其中第一区域用于在其中对第一数据编码，另外的第二区域用于在其中对不同的第二数据编码；第一对触点设置成用于在二者之间提供电流，该 电流流经相变材料的邻接层用于在第一区域内导致其加热；并且，第二 对触点配置成用于在二者之间提供电流，该电流流经相变材料的邻接层， 用于在其另外的第二区域内导致其加热。附图说明现在将结合以下绘图对本专利技术的示例性实施例进行描述，其中 图1是示出现有技术非易失性存储器的截面图2是邻接的未图形化相变层和多个隔开的触点的简化顶视图和简化截面一部分的侧视图3是示出在两个隔开的触点之间的低电阻桥的简化顶视图4示出相变材料的示例性电阻与温度关系图的图形表示；图5是示出对于不同的邻接未图形化层配置的不同触点配置的多个简化的布局图6是另一个实施例的简化截面侧视图，其中邻接未图形化相变层 设置成位于低电阻层上；图7是一个实施例的简化截面侧视图，其中对于两个电隔离层的系 统概括相变层中的间接加热；图8是一个实施例的简化截面侧视图，其中多对触点被设置在邻接 未图形化相变层的相对侧上；图9是示出触点配置的简化布局图，其中一对触点中的单个第一触 点也用作另 一对隔开的触点中的第一触点；图IO是模型的温度特性作为时间函数的图形表示；图11是模型的输入/输出特性作为时间函数的图形表示；图12是形貌图，示出不同节点的电压、结构内局部耗散的功率、局 部温度以及局部电阻；图13是形貌图，示出不同节点的电压、结构内局部耗散的功率、局 部温度以及局部电阻；以及，图14是紧接在形成低电阻桥之后，相变层内部和周围温度分布的图 形表示。具体实施例方式参照图1，示出典型的现有技术相变单元10。在此示出第一电极11。 通路形式的第一导体12被设置成与电极11电接触。邻接第一导体12 的是包含相变材料14的可编程块(programmable volume)的单元。通 路形式的第二导体15被设置在单元14的相对侧。与导体15电接触的是 第二电极16。在操作期间，将电流应用到第一电极11。电流被限制在第一导体12 内，导致对可编程块14内的相变材料的加热。采用缓慢的冷却，相变材 料进入晶态。采用更快速的冷却，相变材料进入非晶态。在其非晶态中， 相变材料具有与其晶态不同的电阻，并且同样基于其中相变材料的可编 程块的电阻可确定单元的状态。现有技术的基于相变的存储器结构依赖于限制在预定单元边界内 的图形化相变材料。在现有技术实施中，不同的存储器单元电隔离。因 此相变层中的掩模布局使得存储器阵列中的每一位是掩模上的孤岛。根 据本专利技术，公开了一种相变存储器，其中原则上未图形化的相变薄膜中 的材料性质通过提供由层内的特定电流流动导致的局部热量分布而被局 部改变。在此使用的未图形化指的是不同于与单个独立的存储器单元直 接相关的相变薄膜的形状和尺寸。有利地，未图形化相变薄膜是比单个 相变存储器单元所需的面积更大的实体表面，更为有利地，相变薄膜包括较大的未图形化表面面积，例如整个未图形化薄膜。正如下文中所述，本专利技术特别适用于一次可编程相变只读存储器。 可编程操作导致在高电阻非晶态材料的海洋中产生低电阻或晶态的区域 或沟道。目前制造一次可编程存储器阵列的途径可应用到各种应用，如用于消费电子产品的ROM代码存储，或者甚至内容发布。主要目标是 其中典型地使用掩模ROM (mask-ROM)的应用。参照图2，邻接的未图形化相变层21被设置在多个隔开的触点22 上。任一对隔开的触点22作为连接节点，用于驱动电流和/或电压流经 邻接的相变层21。参照图3，两个隔开的触点32作为触点，用于形成邻 接的未图形化相变层31内的电流流动路径33。由于在一对隔开的触点 32之间施加的电流和在邻接的未图形化相变层31内的电流导致特定电 流路径中的局部加热，在电流流动路径33内部和与之紧邻的相变材料中 温度开始略微上升。即使在较低温度下，即在结晶温度Tc以下，由于随 着温度上升局部电流路径更为限于局部，温度加速上升。 一旦局部地达 到结晶化温度，在两个隔开的电极之间出现低电阻路径。图4示出对于示例性相变材料典型的电阻率与温度关系图的图形表 示。该材料的转变温度Tc示出为大约275摄氏度。不同种类材料的转变 温度在摄氏100—300摄氏度之间变化，或者可能更高。在结晶化温度处 电阻率的突降表明材料内部的相变。同样值得注意的是在发生结晶化之 前，电阻率作为温度函数的连续下降。该结果对于上文叙述的器件操作 极为有利。根据目前的实施例，在邻接的未图形化相变层31内对材料的局部加 热通过与特定电流一致性(current compliance)相结合的驱动电压来实 现。逐渐地，由于在相变层31内的电阻不同，电流分布更明显。在相转 变处，电流达到最高(capped)以阻断电阻突降带来的加速效应。采用 20 — 50纳米之间的厚度，并且采用大约3 — 5伏电压，相变层可实现大 约200 — 300摄氏度及较高的温度。对于较高的应用电压偏置，所需要的 写时间减少(P-V2/11)。触点间的分隔(例如100纳米xl00纳米或更小) 为大约200纳米或更小。优选地，电流最高在大约100^A的范围内。设 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非易失性存储器，包括：相变材料的邻接层（２１；３１；６１；７１；８１），其中具有第一区域和另外的第二区域，第一区域用于在其中对第一数据编码，另外的第二区域用于在其中对不同的第二数据编码；第一对触点（２２；３２；６２；７２；８２），被设置成用于在二者之间提供电流，该电流流经相变材料的邻接层（２１；３１；６１；７１；８１），用于在第一区域内导致对该相变材料的邻接层（２１；３１；６１；７１；８１）的加热；以及第二对触点，被设置成用于在二者之间提供电流，该电流流经相变材料的邻接层（２１；３１；６１；７１；８１），用于在该相变材料的邻接层（２１；３１；６１；７１；８１）另外的第二区域内导致对该相变材料的邻接层（２１；３１；６１；７１；８１）的加热。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-12-13 60/593,1291.一种非易失性存储器，包括相变材料的邻接层(21；31；61；71；81)，其中具有第一区域和另外的第二区域，第一区域用于在其中对第一数据编码，另外的第二区域用于在其中对不同的第二数据编码；第一对触点(22；32；62；72；82)，被设置成用于在二者之间提供电流，该电流流经相变材料的邻接层(21；31；61；71；81)，用于在第一区域内导致对该相变材料的邻接层(21；31；61；71；81)的加热；以及第二对触点，被设置成用于在二者之间提供电流，该电流流经相变材料的邻接层(21；31；61；71；81)，用于在该相变材料的邻接层(21；31；61；71；81)另外的第二区域内导致对该相变材料的邻接层(21；31；61；71；81)的加热。2 .根据权利要求l的非易失性存储器，其中第一对触点(22; 32; 62; 72)中的两个都被设置在相变材料的邻接层(21; 31; 61; 71)的 同一侧。3. 根据权利要求2的非易失性存储器，包括被设置在相变材料的 邻接层(61; 71)附近的电阻加热层(64; 75)。4. 根据权利要求3的非易失性存储器，其中电阻加热层(64)被 设置在相变材料的邻接层(61)和触点(62)之间。5. 根据权利要求3的非易失性存储器，其中电阻加热层(75)被 设置在相变材料的邻接层(71)附近触点(72)的相对侧上。6. 根据权利要求l的非易失性存储器，其中第一对触点中的每一 个触点(82)被设置在相变材料的邻接层(81)的相对侧上。7. 根据权利要求6的非易失性存储器，其中第一对触点中的每一 个触点(82)被设置成一个触点与横跨相变材料的邻接层(81)彼此距 离大致最接近的另一个触点大致对准。8. 根据权利要求l的非易失性存储器，其中第一对触点包括第一 组两个触点，并且，第二对触点包括第二组两个触点，第一组两个触点 与第二组两个触点不同。9. 根据权利要求l的非易失性存储器，其中第一对触点包括第一 组两个触点，并且第二对触点包括第二组两个触点，第一组两个触点之 一与第二组两个触点之一是相同的触点。10. 根据权利要求1至9中任一项的非易失性存储器，其中相变材 料的邻接层(21; 31; 61; 71; 81)包括具有不同电阻值的至少两个稳 定相并且能够在相之间可逆转换的相变材料。11. 根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯波依，尼克兰伯特，维克托范阿赫特，卡伦阿藤伯勒，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]