相变存储器单元、存储器设备、以及相应的方法技术

本公开的实施例涉及相变存储器单元、存储器设备、以及相应的方法。一种相变存储器单元包括加热器，位于所述加热器上方的由相变材料制成的存储器区域，以及在加热器的第一侧处邻近存储器区域和加热器定位的导电元件。导电元件平行于第一轴线延伸，并且平行于第一轴线，在第一侧的第一尺寸大于在与第一侧相对的第二侧的第二尺寸。二侧的第二尺寸。二侧的第二尺寸。

【技术实现步骤摘要】
相变存储器单元、存储器设备、以及相应的方法
[0001]优先权要求
[0002]本申请要求于2022年1月24日提交的意大利专利申请No.102022000001130的优先权，该申请的内容在法律允许的最大程度上通过引用整体并入本文。


[0003]本专利技术大体上涉及一种相变存储器单元，一种包括所述相变存储器单元的存储器设备及一种用于制造所述相变存储器单元的方法。具体地，相变存储器单元被配置为支持多位存储。

技术介绍

[0004]相变材料是能够在热的作用下在结晶相和非晶相之间，或在完全非晶态和完全晶态之间的、在跨整个频谱的局部有序的不同可检测状态之间切换的材料。由于非晶材料的电阻显著大于相同材料的结晶相的电阻，因此这种现象用于定义两个存储状态，例如0和1，这两个存储状态由通过相变材料测量的电阻区域分。
[0005]众所周知，相变存储器设备使用相变材料以用于电子存储应用。相变材料的状态也是非易失性的，因为当设定为表示电阻值的结晶、半结晶、非晶或半非晶状态时，保持该值直到被另一编程事件改变，这是因为该值表示材料的相或物理状态(例如，结晶或非晶)。该状态不受去除电力的影响。
[0006]目前，周期表VI族的合金，例如Te或Se，被称为硫属化物或硫属化物材料，可以有利地在相变电池中用作相变材料。最有希望的硫族化物由Ge、Sb和Te合金(Ge2Sb2Te5)形成，也称为GST，其目前广泛用于在可重写盘中存储信息。
[0007]在硫属化物中，当材料从非晶相(更具电阻性)转变为晶相(更具导电性)时，电阻率变化两个或更多个数量级，反之亦然。
[0008]相变可以通过局部升高温度来获得。在150℃以下所有相是稳定的。在200℃以上(即，成核开始的温度)，发生微晶的快速成核，并且如果材料在结晶温度处保持足够长的时间，则其改变其相并变成结晶(所谓的置位状态)。为了使硫属化物回到非晶态(复位状态)，需要将温度升高到熔融温度(约600℃)以上，然后快速冷却硫属化物。可以在不同的时间合适的温度获得中间相，这导致与加热器接触的不同尺寸的非晶“斑点”或“气泡”的形成。
[0009]从电学观点来看，可以通过使电流流过称为加热器的电阻元件来使硫属化物材料改变状态，所述加热器通过焦耳效应加热硫属化物材料。
[0010]按照上述原理工作的PCM元件1的基本结构在图1中示出，它包括加热器元件2和硫族化物材料的存储器元件3。存储器元件3的一部分(通常是晶体或多晶体)与加热器2热接触，并且在非晶和结晶之间发生相变。图1示出了处于中间状态的PCM元件，其中没有改变相并且能够实现良好电流流动的部分被称为结晶部分4，并且已经改变状态的部分被称为非晶部分5。非晶部分5的尺寸限定了存储器区域3的总电阻率，从而限定了PCM元件1的总电阻率。因此，不同的电阻等级可以与不同的位相关联，并且可以通过产生使非晶部分5呈现不
同尺寸的适当编程电流来获得。
[0011]导电层7(具有预定的电阻，因此在此也称为“电阻层”)插置在存储器元件3和加热器2之间，并且导电层7在存储器元件3和横向围绕加热器2的绝缘层或介电层6之间。换句话说，电阻层7形成并搁置在介电层6的上表面和加热器2的上表面上，电阻层7与加热器2电接触。存储器元件3形成并搁置在电阻层7的上表面上。电阻层7例如由任何难熔金属和/或难熔金属氮化物制成，例如TiN(氮化钛)、Ta(钽)、TaN(氮化钽)或W(钨)。
[0012]还参考图2A－2D，图2A－2D示出了在不同编程条件下的图1的PCM元件1，其使用逐渐升高的编程电流获得。在图2A－2D中，使用与图1中相同的附图标记，而数字6表示包围加热器2的绝缘或介电材料层。
[0013]如图2A－2D所示，非晶部分5具有不同的尺寸(半径)。详细地，在图2A中，在使用较低编程电流ip的情况下(例如，ip＝160－200μA)，相变部分5仅稍微延伸超过加热器2的边缘，而在图2B，2C、2D中(用逐渐更高的编程电流ip获得－高达300－350μA)，相变部分5的超过加热器2的边缘的突出部分逐渐更大。
[0014]从加热器2到结晶部分4的电流路径受到高电阻非晶部分5的影响；因此，电流路径电阻在所有四个条件下都非常高。因此，四个条件之间的电阻差与其绝对值相比是小的。
[0015]此外，编程电阻与非晶化部分的高电阻率完全相关。
[0016]欧洲专利No.2034536B1(在此引入作为参考)讨论了PCM的多级结构。两个编程状态(也称为SET和RESET)之间的中间状态的电阻由非晶部分5的体积(几何地)控制。
[0017]在读取过程中，电流流过两条平行的路径(未示出)，从而环绕非晶部分5。也就是说，读取电流在电阻层7而不是非晶部分5中流动。这两个路径中的每个路径包括电阻层7的两个分支中的相应一个分支，其从加热器2的上表面沿相对方向延伸，并且被非晶部分5覆盖(每个分支具有电阻R
L
)。对于特定的编程状态SET/RESET，部分5的非晶体体积仅确定读取电流流过的电阻层7的长度(以及因此由电流看到的电阻)。
[0018]这种方法的益处包括极大地减轻了温度依赖性、漂移和1/f噪声。然而，两个状态(SET/RESET)的电阻值之间的间隙由于以下事实而减小：对于每个非晶体体积配置，存在并联的两个相同电流路径(由于电阻层7的布局的对称性)。例如，通过定义：SET状态中的电阻为R
SET
＝R
H
；RESET状态中的电阻为R
RESET
＝R
H
+R
L
/2(其中R
L
/2是当在RESET状态中编程时在读取存储器元件3期间电流流过的电阻层7的部分的等效电阻)。
[0019]R
RESET
和R
SET
之间的比率表示两个状态SET/RESET的电阻值之间的窗口W或间隙：
[0020][0021]窗口W越高，在读取期间对相应状态SET/RESET的检测越容易。
[0022]在本领域中需要提供一种相变存储器单元，一种包括该相变存储器单元的存储器设备，以及一种用于制造该相变存储器单元的方法，该相变存储器单元具有改进的性能并克服了上述缺点。

技术实现思路

[0023]在一个实施例中，一种相变存储器单元包括：加热器，所述加热器具有沿着第一轴线彼此相对的第一横向侧和第二横向侧，以及沿着与所述第一轴线正交的第二轴线彼此相
对的顶侧和底侧；由相变材料制成的存储器区域，其电和热耦合到所述加热器的所述顶侧；以及具有电阻特性的导电元件，所述导电元件在所述第一横向侧处平行于所述第一轴线延伸，并且导电元件邻近于所述加热器的所述第一横向侧并且邻近于所述存储器区域。
[0024]实施例还包括包含相变存储器单元的存储器设备。
[0025]在一个实施例中，一种用于制造相变存储器单元的方法包括：形成加热器，所述加热器具有沿着第一轴线彼此相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相变存储器单元，包括：加热器，具有沿着第一轴线彼此相对的第一横向侧和第二横向侧，以及沿着与所述第一轴线正交的第二轴线彼此相对的顶侧和底侧；以及存储器区域，由相变材料制成，所述存储器区域被电和热耦合到所述加热器的所述顶侧；以及导电元件，具有电阻特性，所述导电元件平行于所述第一轴线远离所述第一横向侧延伸；其中所述导电元件被定位为邻近所述第一横向侧，并且与所述存储器区域接触。2.根据权利要求1所述的相变存储器单元，其中所述导电元件在所述第一横向侧处并且沿着所述第一轴线具有第一延伸部，所述第一延伸部的长度等于所述存储器区域在所述第一横向侧处沿着所述第一轴线的对应第一长度。3.根据权利要求2所述的相变存储器单元，其中所述导电元件仅在所述第一横向侧处平行于所述第一轴线延伸，而所述导电元件在所述第二横向侧处缺失。4.根据权利要求2所述的相变存储器单元，其中所述导电元件进一步平行于所述第一轴线远离所述第二横向侧以第二延伸部延伸，所述第二延伸部的长度小于所述存储器区域在所述第二横向侧处沿着所述第一轴线的对应第二长度。5.根据权利要求1所述的相变存储器单元，其中所述存储器区域的所述相变材料能够被配置为晶态和非晶态，并且其中所述电阻特性使得所述导电元件的电阻率在所述相变材料的所述晶态的电阻率与所述相变材料的所述非晶态的电阻率之间。6.根据权利要求1所述的相变存储器单元，其中所述导电元件由与所述加热器相同的材料制成。7.根据权利要求1所述的相变存储器单元，其中所述导电元件由与所述加热器不同的材料制成。8.根据权利要求1所述的相变存储器单元，其中所述导电元件与所述加热器是一体的，并且以电和物理连续性从所述加热器突出。9.根据权利要求1所述的相变存储器单元，其中所述导电元件被夹层在第一绝缘区域与所述存储器区域之间。10.根据权利要求9所述的相变存储器单元：其中所述第一绝缘区域通过所述导电元件与所述存储器区域物理分隔；以及还包括在所述加热器的所述第二侧的第二绝缘区域，所述第二绝缘区域至少部分地与所述存储器区域直接接触。11.根据权利要求1所述的相变存储器单元，其中所述加热器相对于所述存储器区域居中。12.根据权利要求1所述的相变存储器单元，其中所述加热器相对于所述存储器区域的平行于所述第二轴线的对称轴线交错或偏移。13.一种存储器设备，包括：至少一个根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：