本发明专利技术揭示相变存储器元件、使用所述相变存储器元件的装置及系统以及形成所述相变存储器元件的方法。存储器元件（２０１）包含第一及第二电极（３１、３２）以及位于所述第一与第二电极之间的相变材料层（１６）。所述相变材料层具有第一部分（３１６ｂ），所述第一部分具有小于所述相变材料层的第二部分（３１６ａ）的宽度的宽度。所述第一电极、第二电极及相变材料层可至少部分地沿同一水平面而定向。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术实施例涉及半导体装置，且更特定来说涉及相变存储器元件及形成及使用 相变存储器元件的方法。
技术介绍
非易失性存储器因其在无供电的情况下维持数据的能力而成为集成电路的有用 元件。相变材料已经研究而用于非易失性存储器单元中。相变存储器元件包含相变材 料，例如，能够在非晶相与晶相之间稳定转换的硫属化物合金。每一相位呈现特定的 电阻状态且所述电阻状态区分所述存储器元件的逻辑值。具体来说，非晶状态呈现相 对高的电阻，且结晶状态呈现相对低的电阻。图1A及1B中所图解说明的常规相变存储器元件1具有一层相变材料8，其在 第一与第二电极2、 4之间且由介电材料6支撑。根据施加在第一与第二电极2、 4之 间的电流量将相变材料8设置到一特定电阻状态。为获得非晶状态(图1B)，施加 通过常规相变存储器元件l的相对高的写入电流脉冲(重置脉冲)以熔化相变材料8 中覆盖第一电极2达第一时间周期的至少一部分9。移除电流，且相变材料8迅速冷 却到低于结晶温度的温度，此导致相变材料8的部分9覆盖具有非晶状态的第一电极 2。为获得结晶状态(图1A)，向常规相变存储器元件l施加较低电流写入脉冲(设 置脉冲)达第二时间周期(通常比非晶相变材料的结晶时间的持续时间要长)以将相 变材料8的非晶部分9加热到低于其熔点但高于其结晶温度的温度。此致使相变材料 8的非晶部分9再结晶为结晶状态， 一旦移除电流且冷却常规的相变存储器元件1即 维持所述结晶状态。通过施加不会改变相变材料8的相位状态的读取电压来读取相变 存储器元件1 。常规相变存储器的一个缺点是需要很大的编程电流来实现相变。此要求导致需要 较大存取晶体管设计来实现充分的电流驱动。与存储器元件1相关联的另一问题是归 因于可编程体积的边缘处(即部分9)非晶状态与结晶状态的不可控制的混合的不良 可靠性。因此，需要具有编程需要减少且可靠性增加的相变存储器装置。另外，由于 在存储器元件1中相变材料8与大面积的第一电极2直接接触，因此存在较大的热损 失，从而产生较大的重置电流要求。因此，需要替代设计来解决上文所述问题。
技术实现思路
附图说明图1A及IB图解说明常规的相变存储器元件；图2分别图解说明根据本专利技术实施例的相变存储器装置的局部截面图。图3A—3D图解说明根据本专利技术实施例的图2的相变存储器装置沿线3-3'的俯视图。图4A-4D图解说明制作图2A及2B的相变存储器装置的方法的局部截面图。 图5是图2的相变存储器装置的局部截面图，其显示根据本专利技术实施例的额外电路。图6是具有并入根据本专利技术实施例而构造的相变存储器元件的存储器装置的处 理器系统的方块图。具体实施例方式在以下详细说明中，参照本专利技术的各种实施例。以足够的细节描述这些实施例以 使所属领域的技术人员能够实践本专利技术。应了解，可采用其它实施例，且可作出各种 结构、逻辑及电改变。以下说明中使用的术语衬底可包含任何支撑结构，其中包含但不限于具有暴 露的衬底表面的半导体衬底。半导体衬底应被理解为包含硅、绝缘体上硅(SOI)、 蓝宝石上硅(SOS)、经掺杂及未经掺杂的半导体、由基础半导体基底支撑的硅外延层及其它半导体结构，其中包含由除硅以外的半导体制成的结构。当在以下说明中提 及半导体衬底或晶片时，可能已利用先前的处理步骤在基础半导体或基底中或上方形成了若干区或结。所述衬底无需基于半导体，但可以是适合支撑集成电路的任何支撑 结构，其中包含但不限于金属、合金、玻璃、聚合物、陶瓷及此项技术中己知的任何其它支撑材料。本专利技术实施例提供具有平面存储器元件的相变存储器装置。现在参照图式解释所述实施例，图中图解说明实施例且在所有图式中相同的参考编号指示相同特征。图2 图解说明根据本专利技术实施例而构造的相变存储器装置200的一部分的截面图。图 3A-3D是根据本专利技术的存储器装置200的一部分沿线3-3'的俯视图。存储器装置200包含存储器元件201，每一存储器元件用于存储至少一个位，即 逻辑1或0。如下文更详细描述，存储器元件201是平面的且经配置以具有与存储器 元件l (图1A)相比减小的编程体积及/或编程电压。参照图2，在第一介电层20内及衬底11上方形成传导插头14。如图5中所示及 下文更详细描述，衬底11可包含额外的装置及结构。每一存储器元件210均形成于 相应的传导插头14上方并与其连通。每一存储器元件201均包含一相变材料层16及自对准第一及第二电极31、 32。每一第一电极31均与相应的传导插头14接触。或 者， 一个以上第一电极31可与同一传导插头14接触。每一第二电极均与传导互连 40接触，传导互连连接到第二电极选择线546 (图5)。在存储器元件201中，第一电极31与第二电极32位于相变材料16的至少部分 地沿同一水平面的相对端处。因此，存储器元件201是平面的。在所图解说明的实施 例中，相变材料层16垂直设置在第二与第三介电层17、 18之间。相变材料层16与 第二及第三介电层17、 18布置在堆栈211中。第一及第二电极31、 32形成于堆栈 211的侧壁上。如图3A中所示，从俯视的角度看，包含相变材料层16的堆栈211沿相变材料 层16的长度317具有可变的宽度(例如，宽度316a、 316b)。出于此说明书的目的， 从图3A的俯视角度沿第一与第二电极31、 32之间的距离测量相变材料层的长度。沿 垂直于图3A中所指示的长度的距离测量相变材料层16的宽度。在图3A的实施例中，相变材料层16的邻近电极31、 32的部分具有比相变材料 层16的位于电极31、 32之间在远处的部分的宽度316b更大的宽度316a。显示图3A 的相变材料层16的宽度从每一电极31、 32到大约中心315处逐渐地线性减小，中心 315具有宽度316b。应了解，相变材料层16的最窄部分无需位于电极31、 32之间的 中央，而是可替代地更接近于电极31、 32中的一者或另一者。图3B-3D是根据其它实施例的存储器装置200的沿线3-3'的部分的俯视图。如图 3B中所示，相变材料层的具有较窄宽度的部分与图3A中所示相比已延伸。或者，如 图3C及3D中所示，相变材料层的宽度从每一电极31、 32以逐步方式逐渐减小直到 大约中心315处，中心315具有宽度316b。此外，虽然显示相变材料层16在中心315 处具有最窄的宽度，但相变材料层16也可在其它点处具有最窄宽度。此外，其它形 状(例如其他形状当中的沙漏形状)也是可能的，以使得相变材料层16在第一与第 二电极31、 32之间的宽度不同。通过在电极31、 32之间提供较窄宽度316b，在操作期间引发了电流拥挤且可编 程体积16a对应于相变材料层16的在具有较窄宽度316b的部分处且邻近所述部分的 区。此减少了通过电极31、 32的热损失。由于縮放不会受电极31、 32热损失限制， 因此此配置可实现较好的可縮放性。所引发的电流拥挤还使得可编程体积16a的整个 重置状态能够改善元件201的导通/关断电阻比且减小阈值电压。另外，可编程体积 16a及可编程电压与常规垂直存储器元件l (图1A)中的可编程体积及可编程电压相 比可减小。存储器装置200经操作以具有两个或两个以上电阻状态。此通过施加重置电流脉 冲以在结晶状态与非晶本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种存储器装置，其包括： 至少一个存储器元件，其包括： 第一及第二电极；及 相变材料层，其位于所述第一与第二电极之间，所述相变材料层具有至少第一及第二部分，所述第一部分具有小于所述第二部分的宽度的宽度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-8-25 11/509,7111、一种存储器装置，其包括至少一个存储器元件，其包括第一及第二电极；及相变材料层，其位于所述第一与第二电极之间，所述相变材料层具有至少第一及第二部分，所述第一部分具有小于所述第二部分的宽度的宽度。2、 如权利要求l所述的存储器装置，其中所述第一及第二电极自对准到所述相 变材料层。3、 如权利要求1所述的存储器装置，其中所述第一电极、第二电极及相变材料 层至少部分地沿同一水平面而定向。4、 如权利要求3所述的存储器装置，其中所述第一部分在所述第一与第二电极 之间间隔开。5、 如权利要求3所述的存储器装置，其中所述第一部分大约中心定位在所述第一与第二电极之间。6、 如权利要求3所述的存储器装置，其中所述相变材料层的宽度从邻近所述第 一及第二电极的点到所述第一部分逐渐减小。7、 如权利要求3所述的存储器装置，其中所述相变材料层的宽度从邻近所述第 一及第二电极的点到所述第一部分以逐步方式减小。8、 如权利要求3所述的存储器装置，其中所述相变材料层的宽度从邻近所述第 一及第二电极的点到所述第一部分线性地减小。9、 如权利要求3所述的存储器装置，其中所述至少一个存储器元件进一步包括 位于所述第一与第二电极之间的第一及第二介电层，且其中所述相变材料层垂直地设 置在所述第一与第二介电层之间并与其接触。10、 如权利要求l所述的存储器装置，其进一步包括至少一个传导插头，其中所 述第一电极与所述至少一个传导插头接触。11、 如权利要求1所述的存储器装置，其进一步包括至少两个存储器元件及一传 导互连，其中所述传导互连与所述至少两个存储器元件的第二电极接触。12、 一种处理器系统，其包括处理器，其耦合到存储器装置，所述存储器装置包括 多个存储器元件，至少两个存储器元件包括 相变材料层，及第 一及第二电极，其沿水平面位于所述相变材料层的相对端处； 介电层，其位于所述至少两个存储器元件上方；传导互连，其位于所述介电层内，所述传导互连与所述至少两个存储器元件的所述第二电极接触。13、 如权利要求12所述的系统，其中所述相变材料层中位于所述第一与第二电极之间的第一部分的宽度小于所述相变材料层中位于邻近所述第一电极处的第二部 分的宽度及所述相变材料层中位于邻近所述第二电极处的第三部分的宽度中的每一 者。14、 如权利要求13所述的系统，其中所述第一部分大约中心定位在所述第一与 第二电极之间。15、 如权利要求12所述的系统，其中所述相变材料层经配置以使得所述相变材 料层的可编程体积与所述第一及第二电极间隔开。16、 如权利要求12所述的系统，其中所述传导互连与所述至少两个存储器元件 的所述第二电极自对准。17、 一种存储器元件，其包括 第一及第二电极；及相变材料层，其位于所述第一与第二电极之间，所述相变材料层经配置以使得所 述相变材料层的可编程体积与所述第一及第二电极间隔开。18、 如权利要求17所述的存储器元件，其中所述第一电极、第二电极及相变材 料层至少部分地沿同一水平面而定向。19、 如权利要求18所述的存储器元件，其进一步包括位于所述第一与第二电极 之间的第一及第二介电层，其中所述相变材料层垂直地设置在所述第一与第二介电层 之间并与其接触。20、 如权利要求17所述的存储器元件，其中所...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘峻，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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