含有硫属化合物的存储器单元的组分、其结构、其制造方法及其操作方法技术

本发明专利技术的目的是与包括硫属化合物的存储器元件相关地提供一种用于存储器元件的稳定操作的组分、适用于该组分的存储器结构、用于制造其的方法以及用于操作其的方法。为实现上述目的，本发明专利技术可以提供一种具有交叉点结构的存储器阵列，该存储器阵列包括：彼此相交的第一电极线和第二电极线；以及由硫属化合物形成的选择存储器元件，其被设置在第一电极线和第二电极线的每个相交点处。第一电极线形成在基板上。第一功能电极可以形成在第一电极线与选择存储器元件之间。第二功能电极可以形成在第二电极线与选择存储器元件之间。第一功能电极可以被形成为沿着第一电极线的线。可以被形成为沿着第一电极线的线。可以被形成为沿着第一电极线的线。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有硫属化合物的存储器单元的组分、其结构、其制造方法及其操作方法


[0001]本专利技术提供一种用于改善存储器单元的稳定操作和特性的材料组分、存储器单元的结构以及改善漂移的算法，该存储器单元包括执行在存储器阵列中选择存储器单元的功能的两端子选择器元件或一个元件同时执行存储逻辑状态的功能和选择存储器单元的功能的选择存储器元件。

技术介绍

[0002]由于最近数据服务器市场的爆炸性增长和开发新的AI半导体的需要，所以非易失性存储器的重要性不断增加。
[0003]在各种非易失性存储器当中，相变随机存取存储器(PRAM)是利用硫属化合物的特性的非易失性存储器，该硫属化合物的物相根据施加的热量在无定形状态与结晶状态之间来回变化。最近，具有交叉点结构的存储器已被开发和商业化，其中通过设置和连接存储器单元形成存储器阵列，该存储器单元包括改变了物相的硫属化合物以及当施加的电压等于或大于预定电压时在沿水平方向和垂直方向设置的电极的相交处表现出急剧增加的电流流动的两端子切换选择器。
[0004]具有交叉点结构的存储器装置需要两端子切换选择器，并且通过两端子切换选择器，可以在许多存储器单元当中选择读取和写入所需的存储器单元。许多两端子切换选择器是硫属化合物。
[0005]此外，为了形成如上所述的交叉点结构，将用于存储逻辑状态的相变材料和用于选择存储器单元的两端子切换选择器连接以形成存储器单元，并且最近的美国专利No.10134470描述了一种具有交叉点结构的存储器装置以及存储器装置的操作方法，该存储器装置利用包括单个硫属化合物层的存储器单元，该单个硫属化合物层通过使用硫属化合物代替相变材料而同时用作两端子切换选择器和存储器。
[0006]为了通过包括选择存储器元件的存储器单元(其中在单个硫属化合物层中同时执行逻辑状态存储作用和选择器作用)制造具有交叉点结构的存储器阵列，需要形成彼此相交的电极线(位线、字线)和位于电极线的相交处的包括作为硫属化合物的选择存储器元件的柱，但是考虑到硫属化合物的低刚性，用于形成包括硫属化合物的柱的工艺中存在许多困难。因此，需要一种选择存储器元件的结构及其合适的工艺，以便于使用作为硫属化合物的选择存储器元件更有效且成本更低地制造具有交叉点结构的存储器装置。
[0007]此外，与包括两端子选择器和相变存储器元件的存储器单元1S1P类似，包括选择存储器元件的存储器单元1S表示被划分为置位状态(该置位状态为低电阻状态)和复位状态(该复位状态为高电阻状态)的逻辑状态。
[0008]存储器单元1S或1S1P中的根据电压的电流变化在图1中示出，其中，处于置位状态的存储器单元在施加电流时仅流过低电流，但在阈值电压V
th_set
或更高时电流急剧增加，这表示为导通。处于复位状态的存储器单元也在阈值电压V
th_reset
或更高时导通，并示出电流
急剧增加。
[0009]为了确定存储器单元的这种逻辑状态，如图1所示，在处于置位状态下的阈值电压V
th_set
与复位状态下的阈值电压V
th_reset
之间的范围内的读取窗口RW中施加读取电压V
reading
以测量流过的电流，从而确定所选存储器单元是处于置位状态还是处于复位状态。
[0010]然而，随着时间流逝，包括由硫属化合物构成的两端子选择器和相变存储器元件的存储器单元1S1P或包括选择存储器元件的存储器单元1S的阈值电压由于材料的特性而向逐渐增加的方向移动。这种现象称为漂移(drift)现象，其导致读取窗口发生变化，因此很可能发生读取错误。为了解决这种漂移问题，需要相对较少发生漂移现象以使读取窗口稳定的硫属化合物的组分，并且另一方面，需要一种用于发生了漂移的存储器单元的稳定读取方法。

技术实现思路

[0011]技术问题
[0012]本专利技术的目的是提供用于稳定操作和制造存储器单元的组分、存储器结构、制造方法及其操作方法，该存储器单元包括选择存储器元件或由硫属化合物构成的两端子选择器。
[0013]技术方案
[0014]为了实现所述目的，本专利技术的第一方面可以提供一种针对选择存储器元件的组分，其中，就原子比而言，Ge在5at％至20at％的范围内，As在10at％至30at％的范围内，Se在50at％或更大的范围内，S在0.5at％或更大的范围内，并且Si在大于0至小于或等于1at％的范围内。
[0015]另外，本专利技术的第二方面可以提供一种具有交叉点结构的存储器阵列，所述交叉点结构包括：彼此相交的第一电极线和第二电极线，以及设置在所述第一电极线和所述第二电极线的每个相交处并且是硫属化合物的选择存储器元件，其中，所述存储器阵列包括：所述第一电极线，所述第一电极线形成在基板上；第一功能电极，所述第一功能电极形成在所述第一电极线与所述选择存储器元件之间；以及第二功能电极，所述第二功能电极形成在所述第二电极线与所述选择存储器元件之间，其中，所述第一功能电极被形成为沿着所述第一电极线的线。
[0016]在制造具有包括第二方面中提出的结构的交叉点结构的存储器阵列的方法中，本专利技术的第三方面可以提供包括以下步骤的制造方法：(a)在基板上沉积第一电极层；(b)在所述第一电极层上沉积第一功能电极层；(c)一起蚀刻所述第一电极层和所述第一功能电极层，以形成第一电极线和第一功能电极线；(d)在形成有所述第一电极线和所述第一功能电极线的基板上沉积第一ILD层；(e)第一平坦化步骤，所述第一平坦化步骤对所述第一ILD层进行平坦化以形成第一表面，其中，当从上表面观察时，所述第一功能电极线的上表面的至少一部分暴露在经平坦化的第一ILD层之间；(f)在所述第一表面上沉积第二层间电介质(ILD)层；(g)通过蚀刻在所述第二ILD层上形成孔的孔形成步骤，其中，所述孔形成在所述第一功能电极线上；以及(h)在形成有所述孔的所述第二ILD层上沉积构成所述选择存储器元件的硫属化合物以在所述孔中形成选择存储器元件。
[0017]另外，在包括作为硫属化合物的两端子选择器或选择存储器的存储器单元的初始
化方法中，本专利技术的第四方面可以提供包括以下步骤的对存储器单元进行初始化的方法：(a)向所述存储器单元施加初始化电压；(b)确定所述存储器单元是否导通；以及(c)当所述存储器单元导通时，终止所述初始化，并且当所述存储器单元未导通时，增大初始化电压并且重复步骤(a)和步骤(b)，其中，当增大的初始化电压超过第一电压时，终止所述初始化，其中，首先从所述初始化电压施加的第一初始化电压小于或等于漂移前处于置位状态的存储器单元的最大阈值电压，并且所述第一电压在漂移读取窗口范围内，所述漂移读取窗口范围是所述漂移后预期的处于复位状态的存储器单元的最小阈值电压与处于所述置位状态的存储器单元的最大阈值电压之间的电压范围。
[0018]有益效果
[0019]因为可以稳定地操作根据本专利技术的包括硫属化合物的存储器元件，所以可以增加存储器元件对各种领域的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种针对选择存储器元件的组分，其中，就原子比而言，Ge在5at％至25at％的范围内，As在10at％至30at％的范围内，Se在50at％或更大的范围内，S在0.5at％或更大的范围内，并且Si在大于0至小于或等于1at％的范围内。2.根据权利要求1所述的针对选择存储器元件的组分，所述组分还包括来自由B、Al、In、Ga和Tl构成的组的至少一种元素，所述至少一种元素的原子比在大于0至小于或等于15at％的范围内。3.根据权利要求1所述的针对选择存储器元件的组分，其中，所述S在1at％至2at％的范围内。4.一种具有交叉点结构的存储器阵列，所述交叉点结构包括：彼此相交的第一电极线和第二电极线，以及设置在所述第一电极线和所述第二电极线的每个相交处并且是硫属化合物的选择存储器元件，所述存储器阵列包括：所述第一电极线，所述第一电极线形成在基板上；第一功能电极，所述第一功能电极形成在所述第一电极线与所述选择存储器元件之间；以及第二功能电极，所述第二功能电极形成在所述第二电极线与所述选择存储器元件之间，其中，所述第一功能电极被形成为沿着所述第一电极线的线。5.根据权利要求4所述的具有交叉点结构的存储器阵列，其中，所述第二功能电极被形成为沿着所述第二电极线的线。6.根据权利要求4所述的具有交叉点结构的存储器阵列，其中，所述第一功能电极或所述第二功能电极由氧化物、硅氧化物、氮化物、硼化物、无定形碳或其组合构成。7.根据权利要求4所述的具有交叉点结构的存储器阵列，其中，所述第一功能电极或所述第二功能电极是无定形碳，并且厚度在至的范围内。8.根据权利要求4所述的具有交叉点结构的存储器阵列，其中，所述第一功能电极或所述第二功能电极由氧化物、硅氧化物、氮化物、硼化物、无定形碳或其组合构成，并且厚度在至的范围内。9.根据权利要求4所述的具有交叉点结构的存储器阵列，其中，所述第一功能电极或所述第二功能电极由两个层构成，其中，所述两个层中的第一层与所述选择存储器元件接触，并且所述两个层中的第二层与第一电极或第二电极接触，所述第一层由氧化物、硅氧化物、氮化物或其组合构成，并且厚度在至的范围内，所述第二层是无定形碳，并且厚度在至的范围内。10.根据权利要求4所述的具有交叉点结构的存储器阵列，其中，所述选择存储器元件是硫属化合物，其中，就原子比而言，Ge在5at％至25at％的范围内，As在10at％至30at％的范围内，Se在50at％或更大的范围内，S在0.5at％或更大的范围内，并且Si在大于0至小于或等于1at％的范围内。11.根据权利要求10所述的具有交叉点结构的存储器阵列，其中，所述选择存储器元件是还包括来自由B、Al、In、Ga和Tl构成的组的至少一种元素的硫属化合物，所述至少一种元素的原子比在大于0至小于或等于15at％的范围内。12.一种用于制造根据权利要求4至权利要求11中任一项所述的具有交叉点结构的存
储器阵列的方法，所述方法包括以下步骤：(a)在基板上沉积第一电极层；(b)在所述第一电极层上沉积第一功能电极层；(c)一起蚀刻所述第一电极层和所述第一功能电极层以形成第一电极线和第一功能电极线；(d)在形成有所述第一电极线和所述第一功能电极线的基板上沉积第一层间电介质ILD层；(e)第一平坦化步骤，所述第一平坦化步骤对所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：金俊成，李承桓，尹相勋，
申请(专利权)人：金俊成，
类型：发明
国别省市：