相变存储器及其制造方法技术

提供一种包括具有相变纳米颗粒的相变材料层的相变存储器及其制造方法。相变存储器可包括：相互面对的第一电极和第二电极；插入在第一电极和第二电极之间的含有相变纳米颗粒的相变材料层；以及电连接到第一电极的开关器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术示例实施例涉及一种，更具体地，涉及一种消耗更少电功率及/或具有改善的电流-电压(I-V)特性的。
技术介绍
按照断开电源时它们保持数据的能力，可将半导体存储器分为易失性存储器和非易失性存储器。动态随机存取存储器(DRAM)和静态随机存取存储器(SRAM)是易失性存储器的例子。这类存储器根据所存储的电势存储数据为逻辑0或逻辑1。由于DRAM经常刷新，所以DRAM可存储许多电荷。因此，已进行研究来增加DRAM的电容器电极的表面积。然而，增加电容器电极的表面积会使得很难集成DRAM器件。快闪存储器可包括半导体衬底，栅极绝缘层、浮置栅极、电介质膜及/或作为控制栅极的栅极图案堆叠在半导体衬底上。闪存单元可通过使电子隧穿栅极绝缘层来记录或擦除数据。为使电子隧穿，会要求工作电压大于电源电压。由此，会需要升压电路来提供工作电压，用于记录及/或擦除闪存器件。因此，已经进行研究来开发具有简单结构、高集成度及/或非易失特性及/或提供随机存取模式的新型存储器的研究。近年来，已关注相变存储器来作为下一代存储器。相变存储器使用相变材料。相变材料根据供应电流大小即焦耳热成为非晶或晶体，并根据其为非晶状态或结晶状态而具有截然不同的电导率。图1是根据常规技术的一种操作相变存储器的方法的示例图。将参考图1中的图来说明在相变存储器中记录和擦除数据的方法。在图中，横坐标表示时间，而纵坐标表示相变材料层的温度。参考图1，如果加热相变材料层到比相变材料的熔化温度Tm高的温度，然后迅速冷却，如第一曲线1中所示，则相变材料层进入非晶状态。另一方面，如果加热相变材料层到比相变材料的熔化温度Tm低、而比相变材料的结晶温度Tc高的温度超过时间T2，时间T2比T1长，如图中第二曲线2所示，已加热的相变材料层被退火并进入结晶状态。相变材料层在非晶状态的电阻大于相变材料层在结晶状态的电阻。因此，在读取模式下，通过检测流经相变材料层的电流，可以识别所存储的数据为逻辑1或逻辑0。广泛使用硫族化物材料作为相变材料。在硫族化物材料中，含有锗(Ge)、锑(Sb)和碲(Te)的化合物材料层(GST)广泛用于相变存储器。图2是根据常规技术的相变存储器的截面图。参考图2，传统的相变存储器包括底部导电层10、顶部导电层18、在底部导电层10和顶部导电层18之间插入的薄膜型相变材料层16、及/或电连接到底部导电层10和相变材料层16的接触单元14。可用绝缘层12包围底部导电层10和接触单元14的侧面。接触单元14的接触表面可电耦接到相变材料层16。晶体管5可电连接到底部导电层10，并可通过晶体管5提供电流给底部导电层10、顶部导电层18、及置于底部导电层10和顶部导电层18之间的相变材料层16。提供给顶部导电层18的电流可流经相变材料层16、接触单元14、底部导电层10和晶体管5。在相变存储器中，如果电流在底部导电层10和顶部导电层18之间流动，那么电流通过接触单元14和接触表面20流到相变材料层16。根据由电流产生的焦耳热，在接触表面20附近的相变材料层从结晶状态变成非晶状态。把相变材料从结晶状态改变所需的电流取决于接触表面20的大小。也就是说，接触表面20越小，把相变材料从结晶状态改变所需的电流越小。然而，当减小接触表面20的大小时，限制了具有薄膜型相变材料的传统相变存储器的配置。
技术实现思路
本专利技术示例实施例提供一种消耗更少电功率及/或具有改善的电流-电压特性的。本专利技术示例实施例提供一种相变存储器，当换到结晶状态时其保证更少的电流。本专利技术示例实施例提供一种相变存储器，其包括含有相变纳米颗粒的相变材料层。根据本专利技术的示例实施例，提供一种相变存储器，包括相互面对的第一电极和第二电极；插入在第一电极和第二电极之间的含有相变纳米颗粒的相变材料层；以及电连接到第一电极的开关器件。本专利技术示例实施例提供制造包括含有相变纳米颗粒的相变材料层的相变存储器的方法。根据本专利技术的另一示例实施例，提供一种制造相变存储器的方法，包括制备开关器件；制备电连接到晶体管的第一电极；在第一电极上形成含有相变纳米颗粒(nano particle)的相变材料层；以及在相变材料层上形成第二电极。根据本专利技术的另一示例实施例，提供一种制造相变材料层的方法，该方法包括制备相变纳米颗粒及将含有相变纳米颗粒的相变材料层形成在另一层上。在本专利技术的一个实施例中，所述相变材料层的相变纳米颗粒掺以氮化物粒子(particle)。在另一实施例中，所述相变纳米颗粒掺以硅粒子。附图说明通过参考附图，详细描述其示例实施例，本专利技术将变得更加清楚，其中图1是操作相变存储器的传统方法的示例图；图2是根据常规技术的相变存储器的截面图；图3是根据本专利技术一个示例实施例的相变存储器的截面图；图4是根据本专利技术一个示例实施例的相变存储器与传统的相变存储器的估算复位电流的示例图；图5A至5E是分别在100、200、300、400和500℃热处理的相变纳米颗粒的SEM图；图6A是用于EDX分析的Ge2Sb2Te5纳米颗粒的SEM图象；图6B是纳米颗粒的EDX分析的结果的图；图7是根据热处理的温度，Ge2Sb2Te5纳米颗粒的化学成分比率的图；图8A至8C示出了根据本专利技术一个示例实施例制造相变存储器的方法；图9是根据示例实施例所制造的相变存储器用于观察电流-电压(I-V)特性的截面图；图10是用于使图9中所示的相变存储器复位的电压和电流脉冲的图；以及图11是图9中所示的相变存储器的电流-电压(I-V)特性的图。具体实施例方式现在将参照附图更充分地描述本专利技术的各种示例实施例，附图中示出了本专利技术的一些示例实施例。为清楚起见，图中层的厚度和区域被放大。这里公开了本专利技术的详细的示例性实施例。但是，这里公开的特定结构和功能细节只是示例性的，用于描述本专利技术示例实施例的目的。然而，本专利技术能够以很多替代形式实施并且本专利技术不应看成仅局限于这里提出的因此，本专利技术的示例实施例能够有各种修改和替代形式的同时，其实施例以示例的形式在图中示出并将在这里详细描述。然而，应当理解，并非意图限制本专利技术的示例实施例于公开的特定形式，相反，本专利技术的示例实施例将覆盖落在本专利技术范围内的所有修改、等价、及替代。相同的附图标记始终表示相同的元件。应当理解，尽管这里可使用术语第一、第二等等来描述各种元件，这些元件不应当被这些术语限制。这些术语只是用来区分一个元件与另一个元件。例如，第一元件可称为第二元件，类似地，第二元件可称为第一元件，而不会偏离本专利技术示例实施例的范围。这里使用时，术语“及/或”包括一个或更多相关所列项目的任何及所有组合。应当理解，当元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，其可以直接连接或耦接到其它元件或者可以存在居间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，没有居间元件。用来描述元件之间关系的其它词语应当以类似方式理解(例如，“在...之间”与“直接在...之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。这里使用的术语仅是用于描述特定实施例，并非意图限制本专利技术的示例实施例。这里使用时，单数形式的“一”“该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚地表明是其它情况。还应理解，术语“包括”在这里使用时，表示所述特征、整数、步骤、操作、元件、及/或成分的存在，但不排除一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储器，包括：相互面对的第一电极和第二电极；插入在所述第一电极和所述第二电极之间的含有相变纳米颗粒的相变材料层；以及电连接到所述第一电极的开关器件。

【技术特征摘要】
KR 2004-12-2 100358/04;KR 2005-3-15 21340/051.一种相变存储器，包括相互面对的第一电极和第二电极；插入在所述第一电极和所述第二电极之间的含有相变纳米颗粒的相变材料层；以及电连接到所述第一电极的开关器件。2.如权利要求1的相变存储器，其中所述开关器件是晶体管或二极管。3.如权利要求1的相变存储器，其中所述相变纳米颗粒得自于化合物，该化合物选自包括S、Se、Te、As、Sb、Ge、Sn、In和Ag的组中的至少一种。4.如权利要求1的相变存储器，其中所述纳米颗粒的直径在1至100nm的范围内。5.如权利要求1的相变存储器，其中所述纳米颗粒之间的孔隙用材料来填充。6.如权利要求5的相变存储器，其中所述材料是绝缘材料。7.如权利要求6的相变存储器，其中所述绝缘材料是SiO2或Si3N4的至少一种。8.如权利要求1的相变存储器，其中所述相变材料层的相变纳米颗粒掺有掺加材料。9.如权利要求8的相变存储器，其中所述掺加材料是氮化物和硅中的至少一种。10.一种制造相变存储器的方法，该方法包括制备开关器件；制备电连接到所述开关器件的第一电极；在所述第一电极上形成含有相变纳米颗粒的相变材料层；以及在所述相变材料层上形成第二电极。11.如权利要求10的方法，其中所述相变材料是含有选自包括S、Se、Te、As、Sb、Ge、Sn、In和Ag的组中的至少一种的化合物。12.如权利要求10的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜闰浩，赵郁廉，徐东硕，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]