存储器装置及其相变材料制造方法及图纸

本公开提供了一种相变材料和存储器装置。相变材料包括多个元素，具有从9至14at％的锗、从15至22at％的锑、从44至55at％的碲、从5.5至9at％的硅及从14.5至20at％的碳的一组成。一种存储器装置包括相变材料。包括相变材料的多个存储器元件配置成一阵列以形成一交叉点存储器，或配置成二或多个阵列的一堆叠以形成一3D交叉点存储器。这些存储器元件可各包括相变材料、一缓冲层和一选择装置。一缓冲层和一选择装置。一缓冲层和一选择装置。

【技术实现步骤摘要】
存储器装置及其相变材料


[0001]本公开是有关于多种使用一相变材料做为储存媒体的存储器装置，且更特别是有关于多种使用具有添加物SiC的一相变材料做为储存介质的3D交叉点存储器。

技术介绍

[0002]相变材料(phase
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change material，PCM)可改变相(phase)，以回应热或其他激发。举例为在非结晶(amorphous)态至结晶态之间的相变导致物理性质的改变，物理性质可能包括电阻和/或光反射率。此效应可使用于存储器装置，例如是相变存储器和/或光盘。
[0003]先前例如是说明于CHEN，Yi
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Chou的美国专利案第7,501,648号及LUNG，Hsiang
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Lan的美国专利案第6,579,760号的作法已经阐述如何可利用相变材料制造出单片存储器(monolithic memory)，相变材料例如是掺杂GeSb及硫族化合物(举例为Ge2Sb2Te5)。此种存储器仰赖通过其的电流加热PCM，以改变它的相。存储器通过利用小电流测量材料的电阻来读取。通过够大的电流及加热至结晶转变温度(crystallization transition temperature)Tx，它可设定成结晶态(低电阻)。当接着进行冷却时，它将保持在结晶态。多个结晶态各具有它们各自的结晶转变温度。通过较大的电流及加热至高于PCM的熔点Tm，存储器可复位至非结晶态。它将在接着进行冷却时再度保持非结晶态。Manuel Le Gallo及Abu Sebastian在2020年于J.Phys.D：Appl.Phys.53213002的“An overview of phase
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change memory device physics”已经发表相变存储器技术的概述。
[0004]科学工作已经专注于改善此技术的许多方面，以产生具有所需规格的单片存储器，所需规格包括温度特性(temperature behavior)、速度、功率、存储密度、寿命、可靠度及制造成本。
[0005]多种材料性质决定PCM是否适用于做为存储器元件，及此种存储器元件是否适用于特定应用。举例来说，在芯片存储器中，芯片的工作温度可从
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40至+125℃，及其储存温度范围可从
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65至150℃。PCM的相必须在其工作温度范围及其储存温度范围保持稳定。一般来说，芯片存储器会利用具有结晶转变温度远高于额定最高储存温度的PCM建构。
[0006]存储器元件一般通过让较低电流的略长的脉冲通过材料来设定，及通过让较高电流的较短的脉冲通过材料来复位。
[0007]对使用于半导体存储器中的PCM而言，重要的电性性质为电阻率(做为温度及材料相的函数)、设定及复位时间(做为通过焦耳热提供材料加热的电性脉冲的形状及电流的函数)、以及阈值电压(thresholdvoltage)。其他重要的材料性质为材料的耐久性(endurance)，也就是存储器元件可在其损失所需的其他性质之前再编程写入(reprogrammed)的次数。
[0008]多种形式的存储器使用于计算机服务器中。此些范围从例如是硬盘驱动器(hard
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disk drives，HDDs)的储存装置到动态RAM(DRAM)及静态RAM(SRAM)存储器。HDDs具有非常低的单位位成本(per
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bitcost)，但随机存取可能较慢。DRAM及SRAM具有非常高的随机存取表现，以及非常高的单位成本。举例为固态驱动器(solid
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state drives，SSDs)的形式的快
闪存储器已经成为HDDs的替代品或辅助物，执行速度提高一至两个数量级。然而，DRAM的执行速度比快闪存储器快多个数量级，而留下庞大的性能差距。使用者可从填补此差距的存储器得到好处。因此，他们指定了需高读写速度(举例为少于100ns的目标存取时间)的储存级存储器(storage class memory，SCM)。优于快闪存储器的耐久性亦有需求。然而，快闪存储器可达到105周期，SCM则以至少107周期，或较佳地108或甚至3亿周期为目标。
[0009]相变存储器因其高速及确保耐久性表现而在做为SCM处于有利的地位。然而，因在不同操作相中密度变化大，基于Ge2Sb2Te5(GST
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225)的相变存储器仅具有中等周期耐久性(100万到1000万周期的数量级)。通过物理气相沉积(PVD)共溅射工艺来增加适量的掺杂材料至GST中可显著地改善耐久性，但此举往往以牺牲速度做为代价。

技术实现思路

[0010]本公开的一方面提供一种相较于GST
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225具有增加锑(Sb)和碲(Te)浓度以及添加物硅(Si)和碳(C)的相变材料。这些材料以有效的量组合，以提供快速的设定时间、具有良好的读取余量(read margins)及具有高耐久性。
[0011]本公开的另一方面提供一种相变存储器装置，包括一相变材料(phase
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change material，PCM)。该相变材料(PCM)包括元素锗(Ge)、锑(Sb)、以及碲(Te)，以及添加物硅(Si)和碳(C)。相变材料(PCM)具有从9至14at％的元素Ge、从15至22at％的元素Sb、从44至55at％的元素Te、从5.5至9at％的元素Si以及从14.5至20at％的元素C的一组成。相变材料(PCM)展现出高于250℃的一结晶转变温度、少于200ns的一结晶时间和高于一千万(107)设定/复位周期的一耐久性。
[0012]在一些实施例中，相变材料(PCM)可具有100纳米(nm)以下的一厚度。在一些实施例中，此组成包括此些元素，在使用做为一相变存储器材料时以有效的量组合以具有少于200ns、100ns、60ns的一设定脉冲宽度。在一些实施例中，此组成包括此些元素，在使用做为一相变存储器材料时以有效的量组合以具有多于250℃的一结晶转变温度。在一些实施例中，此组成包括此些元素，在使用做为一存储器材料时以有效的量组合以具有多于一千万设定/复位周期、一亿设定/复位周期及三亿设定/复位周期的一耐久性。
[0013]相变材料(PCM)可包括于一相变存储器装置中。相变存储器装置耦合于一第一导体及一第二导体。第一导体及第二导体装配以提供电流和/或电压至存储器元件，及其中电流和/或电压适用于(a)决定存储器元件的电阻；(b)加热相变材料(PCM)至结晶发生的一温度；以及(c)加热(PCM)至一结晶态改变成一非结晶态的一温度。存储器元件可还包括一电阻材料，适用于加热存储器元件；以及一选择装置。多个存储器元件可配置成一阵列以形成一交叉点存储器，或可配置成二或多个阵列的一堆叠以形成一3D交叉点存储器。
[0014]在一些实施例中，提供一种相变材料(PCM)，具有从9至14at％的Ge、从15至22at％的Sb、从44至55at％的Te、从5.5至9at本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种存储器装置，包括：一相变材料，具有9at％至14at％的一范围中的锗、15at％至22at％的一范围中的锑、44at％至55at％的一范围中的碲、5.5at％至9at％的一范围中的硅以及14.5at％至20at％的一范围中的碳的一组成。2.根据权利要求1所述的存储器装置，其中该相变材料具有9at％至14at％的一范围中的Ge、15at％至22at％的一范围中的Sb、44at％至55at％的一范围中的Te、5.2at％至6.8at％的一范围中的Si以及14.5at％至18.5at％的一范围中的C的一组成。3.根据权利要求1所述的存储器装置，其中该相变材料包括元素Ge、Sb和Te以及添加物Si和C，其以有效的量组合，以让该相变材料具有少于200ns的一设定时间。4.根据权利要求1所述的存储器装置，其中该相变材料包括元素Ge、Sb和Te以及添加物Si和C，其以有效的量组合，以让该相变材料具有高于一千万的设置/重置周期的一耐久性。5.根据权利要求1所述的存储器装置，其中Si和...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑怀瑜，亚历山大格伦，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：