多位相变存储单元制造技术

提供了一种相变存储单元，具有多于一个的存储区域（１４，１８），每个存储区域是变窄的相变存储材料区域（２），其在第一和第二电极（４，６）之间延伸。可以通过应用合适的电流和／或电压编程条件将多个存储区域（１４，１８）中的每个存储区域编程为处于低电阻状态或高电阻状态。在多个存储区域中的每个存储区域中，高电阻状态的电阻和用于将高电阻状态转换为低电阻状态的编程条件均是不同的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有多位的相变存储单元，以及用于在这种单元中存储数据的方法。
技术介绍
相变存储单元包括相变材料，相变材料通常地在低电阻状态和高电阻状态之间改 变状态。常常使用硫属化物材料。这种材料可以在晶态下具有低电阻，而在非晶态下具有高 电阻。在低电阻晶态下施加合适的电流会引起足够的发热以将状态改变为高电阻非晶态， 称为复位。对高电阻非晶态施加合适的低电压会将材料变回低电阻晶态。因此，单元可以用作存储单元，每个存储单元存储一位，由低或高电阻状态来表 示。状态的改变是可逆的，使得可以根据需要来擦除和重新编程。相变存储单元可以以垂直格式实现，如在W02007/0732308(Philips/IMEC)中更 详细解释的，W02007/0732308还公开了合适的制造方法。横向格式也是可能的，如在W02006/123306(Philips/IMEC)中所示。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种根据权利要求1所述的多位相变存储单元。通过提供多个存储区域，可以得到每单元多于一位，并从而得到增加的数据存储。这可以通过将存储区域布置为具有不同特性来实现。具体地，存储区域可以具有 不同的电阻，使得所有存储区域的状态都可以仅通过测量电极之间的电阻来确定。存储区 域还需要是独立可编程的，通过确保将每个区域的状态改变为高电阻状态所需要的复位电 流和为将每个区域的状态改变为低电阻状态所需要的置位电压因元件的不同而不同，可以 实现这一点。每个存储区域可以是被宽度比存储区域大的区域所环绕的存储区域，S卩，存储区 域可以具有减小的宽度。这种存储区域也可以称作颈缩(constriction)。相变存储材料可以在每个不同的存储区域中具有不同的几何结构，以实现不同的 电阻和编程条件。在另一方面，本专利技术还涉及这种相变存储单元的操作方法。附图说明现在将参考附图仅通过示例来描述本专利技术的实施例，在附图中图1是本专利技术第一实施例的顶视图2是本专利技术第二实施例的顶视图3是本专利技术第三实施例的侧视图4是本专利技术第四实施例的侧视图5是本专利技术第五实施例的顶视图6是本专利技术第六实施例的侧视图是示意性的而不是按比例绘制的。图中相同或相似的组件具有相同的参考标号。具体实施例方式参考图1，第一实施例涉及横向二位相变存储单元。相变存储材料2第一电极4与 第二电极6之间横向地延伸，具有多个存储区域8。应注意，在实施例中电极4、6在相变存 储材料2之上以允许与电极相接触。从第一电极4开始，相变存储材料首先具有恒定宽度的第一片状物10，之后是宽 度减少至第一颈缩14的第一锥形区域12，第一颈缩14具有恒定宽度W1和长度L1。接着 是宽度为W2且长度为L2的中间区域16，以及长度为L3且宽度为L3的第二颈缩18。然后 第二锥形区域20扩大宽度以连至第二片状物22，第二片状物22继而连接至第二电极。第 一和第二颈缩14、18是第一和第二存储区域8。因此，在该实施例中，第一和第二存储区域 串联地布置。宽度和长度，尤其是第一和第二颈缩14、18的宽度和长度被选择为允许向第一和 第二存储区域8独立地写入并且还允许独立地读取第一和第二存储区域8。在具体示例中，L3 = W3，使得第二颈缩是正方形的，W3 < W1，以在第二颈缩18中 获得比在第一颈缩14中获得的电流密度高的电流密度。这确保了将第二颈缩复位到高电 阻状态所需的电流比为将第一颈缩复位到高电阻状态所需的电流要少。此外，L1大约是W1的两倍，使得第一颈缩14的电阻大约是第二颈缩18的电阻的 两倍。为更好地理解，将给出具体示例；应理解的是，该示例仅仅是示例，电流、电阻和电 压的值可以根据所使用的材料和其他因素而改变。在该示例中相变存储材料2是硫属玻璃，可以通过施加电流使硫属玻璃从晶态转 换到非晶态，并且可以通过施加电压使硫属玻璃从非晶态转换到晶态。起初，考虑第一和第二颈缩14、18都是具有低电阻的晶体的情况。在这种状态下， 第一和第二电极4、6之间的电阻大约是lkQ。大约0. 5mA的电流在第一和第二电极4、6之间通过。这在第二颈缩18中产生了 更大的电流密度，该电流密度足够将第二颈缩18转换为非晶态，同时第一颈缩14中的低电 流密度使得第一颈缩保持在低电阻晶态。在第二颈缩18处于非晶态的情况下，第二颈缩18 的电阻率是大约每平方500kQ，并且由于长度大约是宽度，所以电极4、6之间的电阻由第 二颈缩来控制，大约是500k Q。不使用0. 5mA电流，而是所使用更高的大约1mA的电流，其足够在第一和第二颈缩 中都产生足够的电流强度以将第一和第二颈缩都变为高电阻率非晶态。在这种状态下，第 一颈缩(其长度大约是宽度的两倍)具有大约1MQ的电阻，所以电极4、6之间的总电阻是 大约1. 5MQ。传统上，这种向非晶态的转换称作复位，所施加的电流称作复位电流。 为单独置位第二颈缩，即，将第二颈缩转换回低电阻状态，可以在电极4、6上施加 大约0. 3V的置位电压。尽管在第一颈缩14中的电阻更高，但第二颈缩18的长度仅仅是第 一颈缩14的长度的大约四分之一，所以在第二颈缩18中所施加的电场是第一颈缩14中所施加的电场的两倍。该电压足够使第二颈缩呈晶体(即，导电)，第一颈缩保持高电阻，即， 大约1M Q。取而代之地，可以施加更高的0. 8V电压。这足够将第一和第二颈缩14、18都转换 为晶态并且因此回到大约lkQ的低电阻状态。可以看出，在示例中电阻可以是lkQ、500kQ、lMQ或1.5MQ，因此单一电阻测量 明确地确定两个颈缩14、18的状态。因此，该存储单元是二位单元，两个位都可以使用单一电阻测量来独立地读取。换言之，可以分别控制每个颈缩(即，每个存储区域)处于完全非晶态或完全晶 态，也就是说每个存储区域存储一位。本领域技术人员将领悟到，可以从上述示例中调整尺寸、比率和材料。然而，这些 尺寸、比率和材料应当被选择为，使得通过确保每个存储元件的高电阻状态是不同的，单一 电阻测量能够确定两个存储元件的状态。此外，应注意，实施例中电极4、6是位于相变存储材料2上方以允许接触电极。在 备选实施例中，电极也可以位于相变存储材料下方，其中，PCM片状物仅仅部分地重叠，并留 下空间用于进行顶部接触。备选编程方法使用不同的编程时间来编程不同区域。例如，在上面的实施例中，在 非常短的时间内施加0. 8V也可以用于仅设置一个区域。当施加0. 8V的电压时，第一颈缩 14和第二颈缩18将开始结晶。因为第二颈缩18中的电流密度比第一颈缩14高，所以第 二颈缩18将具有比第一颈缩14高的结晶速率。结果，第二颈缩比第一颈缩14先结晶。通 过在合适的时间中断置位脉冲，仅第二颈缩呈晶体，而第一颈缩保持高电阻，即，大约1MQ。 可以更长时间地施加0. 8V的电压脉冲，以使两个颈缩都结晶。可以有差别地形成、省略或用非锥形区域来取代锥形区域12、20。为了允许仅使用 两个电极4、6来编程多个存储元件，复位每个颈缩所需的复位电流应该是不同的，同样，置 位每个颈缩所需的置位电压也是不同的。这样，可以独立地编程存储元件。如有需要的话，可以通过以下方式来实现特定状态置位一个或多个存储元件，然 后复位一个或多个元件，以实现所期望的状态。在上面的示例中，从两个存储元件都处于低 电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储单元，包括：在第一电极和第二电极（４，６）之间延伸的相变存储材料（２）；以及在第一电极和第二电极之间的相变存储材料中的多个存储区域（８），其中，通过应用合适的电流和／或电压编程条件，多个存储区域（８）中的每个存储区域（８）能被编程为处于低电阻状态或高电阻状态；以及不同的存储区域具有不同的高电阻状态电阻以及不同的用于在高电阻状态和低电阻状态之间转换的编程条件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢多维克RA古，托马斯吉勒，朱迪特G利松尼，迪克尔JCCM武泰，大卫I马德恩，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，校际微电子中心，
类型：发明
国别省市：NL[]