相变存储器器件制造技术

本公开涉及一种相变存储器器件(2)，该相变存储器器件在第一电极(23)和第二电极(21)之间包括：相变材料的第一层(25)；以及与第一层接触的第二氮化锗基层(27)，第二层中的氮百分比在20％和35％之间并且第二层具有第一层的相变材料穿过的通道。的相变材料穿过的通道。的相变材料穿过的通道。

【技术实现步骤摘要】
相变存储器器件


[0001]本专利技术总体上涉及非易失性存储器，并且更特别地，涉及相变存储器(phase change memories，PCM)及其结构。

技术介绍

[0002]相变存储器或PCM是利用相变材料的特性的非易失性存储器。相变材料具有通过被加热从低电阻状态切换到高电阻状态的能力。相变存储器利用相变材料的非晶相的电阻与晶相的电阻不同的事实来存储数据。
[0003]图1示出了相变存储器器件1的局部示意透视图。
[0004]更特别地，图1示出了相变存储器器件1，该相变存储器器件包括例如对应于高电极的第一电极13、相变材料层15和例如对应于低电极的第二电极11。
[0005]器件1可选地包括在第二电极11和相变材料层15之间的加热元件(加热器)14。
[0006]图1中示出的器件1的一个问题是，它需要相当大的电流才能被编程，如现在将更详细地描述的那样。
[0007]通过在借助于其两个电极11和13施加的特定电脉冲的作用下加热材料，相变材料具有从电阻状态切换到电阻较小的状态(即切换到低电阻状态)的能力。
[0008]从电阻状态切换到电阻较小的状态对应于被称为置位的激活操作(即写入二进制数据值(诸如逻辑值“1”)的操作)，而从电阻较小的状态切换到电阻状态对应于被称为复位的去激活操作(即写入相反的二进制数据值(诸如逻辑值“0”)的操作)。
[0009]受相变影响的层15的体积是受限的，以避免使用过高的电流。为此，电极11或加热器14(如果适用的话)仅在标记为A的面积上与层15接触，并且受相变影响的体积对应于其基部大于或等于面积A的圆顶19。在图1中示出的示例中，加热器14具有圆柱形形状。在一个实施例中，加热器14具有直角平行六面体形状。在包括加热器14的一个器件中，加热器14被例如绝缘体16包围，以便增加器件的热阻并防止通过加热器14的边缘的热量耗散。
[0010]为了执行复位操作，圆顶或体积19被切换到电阻状态，并且为了执行置位操作，圆顶或体积19被切换到低电阻状态。
[0011]置位和复位操作中的每一个包括第一所谓的电子转变，例如，在此期间相对较长的(几纳秒)和低强度的电脉冲通过电极11和13。这个第一转变的目的是使体积19从电阻状态切换到导电状态，从而允许电流的转变。
[0012]在此之后，当对于置位操作触发相材料从电阻状态到电阻较小的状态的切换，或者对于复位操作触发相材料从电阻较小的状态到电阻状态的切换时，发生第二所谓的“相转变”。
[0013]在置位操作的相转变期间：
[0014]在第一步骤中，相变材料的温度达到高于熔化温度的温度；以及
[0015]在第二步骤中，温度以相对较慢的速度降低，从而触发体积19的结晶。
[0016]如果在第二步期间速率不够慢，则体积19返回到电阻状态。
[0017]施加在两个电极13和11之间的电流和电流密度由下式关联：
[0018][数学式1][0019]I
prog
＝A.J
prog
[0020]其中，I
prog
是施加在电极11和13之间的编程电流17，J
prog
是编程电流密度，以及在图1所示的实施例中，A是层15和电极11之间或层15和加热器14之间(如果适用的话)的面积。
[0021]因此，为了允许编程电流的减小，期望的是减小面积A。然而，在保持器件的相同操作电压范围的同时实现这个目标方面仍然存在技术问题。

技术实现思路

[0022]需要相变存储器器件的改进。
[0023]一个实施例解决了已知相变存储器器件的缺点中的全部或一些。
[0024]一个实施例提供了一种相变存储器器件，该相变存储器器件在第一和第二电极之间包括：
[0025]相变材料的第一层；以及
[0026]与第一层接触的第二氮化锗基层，其中第二层中的氮原子百分比在20％和35％之间并且第二层具有第一层的相变材料穿过其的通道。
[0027]根据一个实施例，第一层包括基于流过第一层的电流密度而改变状态的圆顶形区。
[0028]根据一个实施例，通道宽度基于第二层中的氮百分比。
[0029]根据一个实施例：
[0030]第二电极与第二层接触，使得通道在由通道尺寸确定的面积上与第二电极接触；或者加热器与第二层接触，使得通道在由通道尺寸确定的面积上与加热器接触。
[0031]根据一个实施例，相变材料基于锗、锑和碲。
[0032]根据一个实施例，第二层具有在2nm至30nm之间，诸如在3nm至25nm之间的厚度。
[0033]根据一个实施例，该器件包括在第一电极和第一层之间的第四氮化锗基层。
[0034]根据一个实施例，该器件包括在第二层和第二电极之间的相变材料的第三层。
[0035]根据一个实施例，第三层包括锗、锑和碲。
[0036]根据一个实施例，第二层包括多个子层，并且第二层的每个子层具有与第二层的其他子层的氮百分比不同的氮百分比。
[0037]根据一个实施例，第二层包括两个其它子层之间的至少一个中间子层，其中中间子层的氮百分比大于其它子层的氮百分比。
[0038]一个实施例提供了一种系统，该系统包括以阵列形式组织的一个或多个如所描述的那样的器件以及编程单元。
[0039]一个实施例提供了一种用于制造所描述的器件的方法，包括：
[0040]形成第一层和第二层；以及
[0041]执行初始化操作以在第二层中形成通道。
[0042]根据一个实施例，初始化步骤在1μA至1.5mA之间的电流强度下执行，诸如在100μA至1.2mA之间的电流强度下执行。
附图说明
[0043]前述特征和优点以及其他特征和优点将在以下通过说明而非限制的方式给出的具体实施例的描述中参照附图进行详细描述，在附图中：
[0044]图1以局部示意透视图示出了相变存储器器件；
[0045]图2是相变器件的一个实施例的局部示意透视图；
[0046]图3是示出氮化锗层的电阻和这个层中的氮浓度之间的关系的示例的曲线图；
[0047]图4是示出氮化锗层的击穿电压和这个层中的氮浓度之间的关系的示例的曲线图；
[0048]图5是示出相变材料的初始化、激活和去激活阶段的编程的框图；
[0049]图6是图2中示出的器件的局部示意性剖视图；
[0050]图7是图2和图6中示出的器件的变型的局部示意性剖视图；
[0051]图8是图2和图6中示出的器件的另一变型的局部示意性剖视图；
[0052]图9是图2和图6中示出的器件的又一变型的局部示意性剖视图；
[0053]图10是示出相变存储器系统的框图；
[0054]图11示出了图2和图6至图9中示出的器件中的电流密度演变的一个实施例；
[0055]图12示出了图2和图6至图9中示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相变存储器器件(2；3；4；5)，所述相变存储器器件在第一电极(23)和第二电极(21)之间包括：相变材料的第一层(25)；以及与所述第一层接触的第二氮化锗基层(27)，其中所述第二层中的氮原子百分比在20％和35％之间，并且所述第二层具有所述第一层的相变材料穿过的通道。2.根据权利要求1所述的器件，其中所述第一层(25)包括基于流过所述第一层的电流密度来改变状态的圆顶形区(31)。3.根据权利要求2所述的器件，其中所述通道宽度基于所述第二层(27)中的氮百分比。4.根据权利要求1至3中任一项所述的器件，包括在所述第二层(27)和所述第二电极(21)之间的相变材料的第三层(35)。5.根据权利要求4所述的器件，其中所述第三层(35)包括锗、锑和碲。6.根据权利要求2或3所述的器件，其中：所述第二电极(21)与所述第二层(27)接触，使得所述通道在由通道尺寸确定的面积(A)上与所述第二电极接触；或者加热器(24)电极(21)与所述第二层(27)接触，使得所述通道在由所述通道尺寸确定的面积(A)上与所述加热器接触。7.根据权利要求1至6中任一项所述的器件，其中所述相...

【专利技术属性】
技术研发人员：加布里埃莱，
申请(专利权)人：原子能与替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：