包含硫的切换装置、存储器装置及集成电路存储器装置制造方法及图纸

一种包含硫的切换装置、存储器装置及集成电路存储器装置。所述切换装置具有第一电极、第二电极以及在第一电极与第二电极之间的切换层，切换层使用掺杂有抑制氧化的元素的硫族化物组成物来形成，其引起改进的可制造性及合格率。对于基于AsSeGeSi、或包含硒或砷的其他硫族化物材料、或包含硒或砷及硅的其他硫族化物材料的选择器材料，经添加以抑制氧化的元素可为硫。可为硫。可为硫。

【技术实现步骤摘要】
包含硫的切换装置、存储器装置及集成电路存储器装置


[0001]本专利技术是关于在一种包含硫的切换装置、存储器装置及集成电路存储器装置。

技术介绍

[0002]集成电路中有许多用于切换装置(诸如晶体管及二极管)的应用，通过诸如储存类存储器、固态磁碟、嵌入式非易失性存储器以及神经形态计算的应用，来促进诸如相变存储器、电阻式存储器的新颖非易失性存储器(nonvolatile memory；NVM)技术的出现，意味着可将这些应用密集地封装在可提供数十亿位组的大量“交叉点”阵列中。
[0003]在此类阵列中，需要高度非线性关系的(在电流与电压中)IV特性，以存取用于准确读取或低功率写入的阵列的任何小子集，使得经由选定装置的电流极大地超过经由非选定装置的残余漏电流。可通过在每一交叉点处添加离散选择器装置，来明确地包含此非线性关系，或通过亦呈现高度非线性IV特性的NVM装置来隐含地包含此非线性关系。
[0004]一种用作开关及选择器类型的切换装置，称为基于双向材料的双向定限开关(ovonic threshold switch，OTS)，其中在切换阈值电压下电阻大幅度下降，以及在电压降低至保持阈值之下时恢复高电阻阻断状态。
[0005]砷硒锗硅(AsSeGeSi)OTS材料展示用于这些使用的潜能，但这些材料对空气极敏感。
[0006]期望提供一种具有良好选择器特性的切换装置，所述特性包含相对高阈值电压、低漏电流、快速切换速度以及在空气存在及在制造期间及在领域中操作期间遇到的其他条件下的耐劣化性。/>
技术实现思路

[0007]描述一种切换装置，包括第一电极、第二电极以及在第一电极与第二电极之间的切换层，其中切换层包括掺杂有抑制氧化的元素的硫族化物组成物，其引起改进的可制造性及合格率。对于基于AsSeGeSi或包含硒或砷的其他硫族化物材料或包含硒或砷及硅的其他硫族化物材料的选择器材料，经添加以抑制氧化的元素可为硫。描述由As、Se、Ge、Si以及S的组合构成的用于OTS切换层的组成物。
[0008]在所描述实施例中，切换层包括在25原子％至33原子％的范围内的砷As、在34原子％至46原子％的范围内的硒Se、在8原子％至12原子％的范围内的锗Ge、在6原子％至12原子％的范围内的硅Si以及在1原子％至5原子％的范围内的硫S的组成物，其中排除在制造中形成的氧污染物之外的切换层中的材料的量计算原子百分比。(若氧存在，则排除其对“100原子％”的贡献，且将其余元素的贡献标准化为100％)。呈原子百分比的浓度可在足以判定所列举范围的准确度下使用卢瑟福背向散射光谱法(Rutherford backscattering spectrometry；RBS)来量测。
[0009]切换材料以足以充当适合用于集成电路存储器中的切换装置包含As、Se、Ge、Si以及S的量的组合。举例而言，呈小于50纳米的厚度的切换层可为As、Se、Ge、Si以及S的组合，
所述组合呈有效地具有大于3伏特的阈值电压及切换层上偏压为2伏特下具有小于2纳安培(及在一些实施例中，小于100微微安培)的关闭状态漏电流I
OFF
。
[0010]在所描述实施例中，势垒层形成于切换层与第一电极及第二电极中的一者之间，其可为碳或其他势垒材料。在制造方法中，通过使用由As、Se、Ge、Si以及S组成的组合、或包括所述组合的溅射靶，进行溅射来沉积切换层，且通过在同一腔室中进行溅射来原位沉积具有碳的势垒层。
[0011]描述一种存储器装置，包含第一电极、第二电极、与第一电极接触的存储器元件、在第一电极与第二电极之间的切换层(选择器)，所述切换层包括如本文中所描述的组成物。
[0012]提供一种OTS材料，所述OTS材料基于具有硫添加剂的As
‑
Se
‑
Ge
‑
Si材料系统。
[0013]本专利技术实施例的一种集成电路存储器装置，包括存储器单元的交叉点阵列，所述交叉点阵列中的存储器单元各自包括第一电极；第二电极；与所述第一电极接触的存储器元件；以及在所述第一电极与所述第二电极之间的选择器，所述选择器包括包含硫族化物的组成物，所述硫族化物具有有效地抑制氧化的添加剂。
[0014]在审阅接下来的附图、实施方式及申请权利要求之后可见本专利技术的其他实施方式及优势。
附图说明
[0015]图1为包含包括S掺杂AsSeGeSi材料的组成物的切换层的切换装置的横截面的简图。
[0016]图2A为用于30纳米厚AsSeGeSi材料中的1.2原子％S的如本文所描述的切换装置的阈值电压分布与循环数的盒状图。
[0017]图2B为用于30纳米厚AsSeGeSi材料中的1.2原子％S的如本文所描述的切换装置的断开电流分布与循环数的盒状图。
[0018]图3为用于30纳米厚AsSeGeSi材料中的1.2原子％S的包括本文中所描述的材料的OTS开关的循环的强制V/感测I曲线图。
[0019]图4为包含如本文中所描述的切换装置的交叉点存储器装置中的存储器单元的简化3D透视图。
[0020]图5A及图5B为包含如本文中所描述的切换装置的交叉点存储器装置的替代叠层组态的简化层附图。
[0021]图6为用于制造如本文中所描述的切换装置的简化流程图。
[0022]图7为包括利用如本文中所描述的切换装置的3D存储器的集成电路存储器装置的简化方框图。
[0023]【符号说明】
[0024]10：切换层
[0025]11：第一电极
[0026]12：第二电极
[0027]14、16：介电材料
[0028]15、404、412、414、416、512、514、518：势垒层
[0029]401：列线
[0030]402：底部电极层
[0031]403：OTS切换层
[0032]405：存储器元件
[0033]406：行线/顶部电极
[0034]411、417、511、519：导体
[0035]413、513：S掺杂OTS材料层
[0036]415、516：相变存储器PCM材料层
[0037]515、517：电极层
[0038]610、612、614、616、618：步骤
[0039]700：集成电路
[0040]702：3D阵列
[0041]704：列/层级线译码器
[0042]706：字线
[0043]708：行/层级译码器
[0044]710：位线
[0045]712：总线
[0046]714：区块
[0047]716：数据总线
[0048]718：数据输入线
[0049]720：其他电路
[0050]722：数据输出线
[0051]724：控制器
[0052]726：偏压电路电压源及电流源...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种切换装置，其特征在于，包括：第一电极；第二电极；以及切换层，在所述第一电极与所述第二电极之间，所述切换层包括包含硫族化物的组成物，所述硫族化物具有抑制氧化的添加剂。2.根据权利要求1所述的切换装置，其特征在于所述组成物包含砷，且所述添加剂为硫。3.根据权利要求1所述的切换装置，其特征在于，所述组成物包含砷及硅，且所述添加剂为硫。4.根据权利要求1所述的切换装置，其特征在于，所述组成物包含硒，且所述添加剂为硫。5.根据权利要求1所述的切换装置，其特征在于，所述组成物包含硒及硅，且所述添加剂为硫。6.根据权利要求1所述的切换装置，其特征在于，所述组成物包含砷、硒以及硅，且所述添加剂为硫。7.根据权利要求1所述的切换装置，其特征在于，所述组成物包含在25原子％至33原子％的范围内的砷、在34原子％至46原子％的范围内的硒、在8原子％至12原子％的范围内的锗、在6原子％至12原子％的范围内的硅以及在1原子％至5原子％的范围内的硫。8.根据权利要求7所述的切换装置，其特征在于，所述组成物包含砷、硒、锗、硅以及硫的量，以在阈值电压Vth大于3伏特下使用持续时间小于50纳秒的所施加电压脉冲进行切换。9.根据权利要求7所述的切换装置，其特征在于，所述组成物包含砷、硒、锗、硅以及硫的量，以在2伏特下具有小于2纳安培的关闭状态漏电流(I
OFF
)。10.根据权利要求7所述的切换装置，其特征在于，所述组成物包含砷、硒、锗、硅以及硫的量，以在2伏特下具有小于100微微安培的关闭状态漏电流(I
OFF
)。11.根据权利要求1所述的切换装置，其特征在于，所述切换层的厚度小于50纳米。12.根据权利要求1所述的切换装置，其特征在于，所述切换层具有13纳米以上至45纳米以...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑怀瑜，郭奕廷，龙翔澜，郑政伟，布莱斯凯，
申请(专利权)人：国际商用机器公司，
类型：发明
国别省市：