富含锗的GST-212相变存储器材料制造技术

本发明专利技术是关于一种相变材料，包括GexSbyTez，其中Ge(锗)的原子浓度x介于30％～65％的范围之间，Sb(锑)的原子浓度y介于13％～27％的范围之间，以及Te(碲)的原子浓度z介于20％～45％的范围之间。此材料的富含锗族也描述于此。一种包括此材料、适于整合电路的存储器装置也描述于此。该GST-212族的相变存储器材料具有比GST-225相变存储器材料较高的结晶温度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于基于相变存储器材料的高密度存储器装置。
技术介绍
相变存储器材料如硫族元素化合物材料以及相似的材料，可以在非结晶形状态与结晶形状态间，通过施加适于在整合电路中实施的电流而导致相变。通常非结晶形状态的特征在于比通常结晶形状态较高的电阻，可以稳定地被感应以指出数据。这些特性在使用可编程的阻抗性材料形成不易变的存储器电路产生影响，该不易变的存储器电路可随机存取读写。通常一个较低电流的操作可以从非结晶形改变至结晶形状态。而从结晶形改变至非结晶形，在此指复位，通常是一个较高电流的操作，包括一个短暂高电流密度的脉冲以熔解或破坏结晶结构，之后相变材料快速冷却，冷却相变过程，使得至少相变材料的一部分在·非结晶形状态中稳定。在相变存储器中，数据是通过导致在非结晶形与结晶形状态间相变材料的活性区域的转变而存储。低电阻结晶设定状态的最高电阻R1与高电阻非结晶复位状态的最低电阻R2之间的不同定义出用来从非结晶复位状态中区分出结晶设定状态的单元的读值限度。存储于存储器单元的数据可由决定是否存储器单元具有对应于低电阻状态或高电阻状态的一电阻来决定，例如通过测量是否该存储器单元的电阻在读值限度内，高于或低于一电阻值阈值。在GST-225族中的材料包括如在“GeSbTe三合金的结构、电以及动力参数”(E.Morales-Sanchez, Thin Solid Films 471(2005)243-247)所报导的 GeSbTe (锗锑碲)组合物以及Sb2Te3、GeTe连接线。从GST-225族中的材料所制造的传统相变存储器单元在升高的温度中会进行不希望得到的从非结晶形复位状态至结晶形设定状态的转变。在升高的操作温度中的阵列中的存储器单元的活性区域中的相变材料的不希望得到的转变，会导致错误数据的产生以及想要存储数据的丢失。努力改善GST-225相变存储器单元的热稳定度导致在存储器单元中在较高的复位电流、较慢的设定与复位速度下操作，具有在结晶形设定状态的低电阻与非结晶形复位状态的高电阻之间差异的减少。因此亟需提供一种具有较高结晶温度的相变存储器材料，以防止在升高的操作温度中从非结晶形复位状态至结晶形设定状态的不想要的转变。还需要该相变存储器材料在复位状态的电阻值范围与设定状态的电阻值范围间维持大的差异。在此也描述在仍然保持快速设定与复位速度时，相变存储器材料具有较高结晶温度。最后，尚需在比传统GST-225相变存储器材料的复位电流低时，可从设定结晶状态转变至复位结晶状态的相变存储器材料。
技术实现思路
在此所述的GST-212族以及富含锗的GST-212族的相变存储器材料，比本领域使用的典型GST-225相变存储器材料可具有较高结晶温度、较低复位电流的需求、以及较好的保持特性。在GST-212族中的材料具有高于170°C的结晶温度，相比于GST-225相变存储器材料，该材料可在具有快速设定速度时，维持高结晶温度。相比于在GST-225族中的材料，在GST-212族中的相变存储器材料具有降低的复位电流。在此所述的相变存储器材料不会形成大空隙，也不会在后段制成程序暴露于升高的温度后，在微粒尺寸保留大的变化。此外，在此所述的相变存储器材料在升高的温度中延长暴露后，保持在非结晶形复位状态。在GST-212族中的相变存储器材料在升高的温度以及重复的操作循环之后，在非结晶形复位状态的高电阻与结晶形设定状态的低电阻间的电阻维持大的差异。在GST-212族内的材料以生长支配机制(growth dominated mechanism)结晶，而相对地，GST-225族内的材料通过成核支配机制(nucleation dominated mechanism)结晶。从GST-212族的相变存储器材料制造的存储器单元装置具有比此处所述的GST-225较高的结晶温度。存储器单元装置包括存储器单元阵列。每一个存储器单元包括耦合至存储器单元存储器元件的第一电极与第二电极。存储器元件包括在设定与复位状态实质发生相转变的一活性区域。在此描述用于制造存储器单元装置的方法使用具有比GST-225高的结晶温度的相变存储器材料。本专利技术的其他面向与优点可以参考以下的附图、详细叙述以及权利要求。附图说明图I为在各种原子百分比浓度下，GST组合物的结晶温度的三相图。图2为说明GST-212族与GST-225族材料的电阻作为温度函数的图示。图3为复位电流作为从GST-212族与GST-225族材料的单元的常态化数目函数的图示(10X复位电流比较图)。图4为时间解析X射线衍射数据作为用于GST-212族材料的温度函数。图5(a)为在后段工艺程序后，GST-225族材料的透射式电子显微镜图像。图5(b)为在后段工艺程序后，GST-212族材料的透射式电子显微镜图像。图6 (a)为反射能力的改变作为用于GST-212族材料的沉积样本的激光功率与期间的函数的图示。图6 (b)为反射能力的改变作为用于GST-212族材料的激光熔化冷却样本的激光功率与期间的函数的图示。图7(a)为从结晶设定状态具有从GST-212族最适性能特性的材料的样本的非晶形制图。图7(b)为在各种擦除功率脉冲时间，结晶片段作为擦除功率函数的图示，该各种擦除功率脉冲时间用于具有从GST-212族最适性能特性的材料。图8为具有从GST-212族最适性能特性的材料制造的相变存储器装置的电阻-电流图(具有42. 9锗、20. 5%锑、36. 6%碲的电阻电流图)。图9为结晶设定状态作为设定速度函数的Shmoo图，该设定速度用于具有从GST-212族最适性能特性的材料。图10为设定电阻作为设定脉冲时间函数，该设定脉冲时间函数用于在GST-212族与GST-225族中的各种材料(设定速度比较)。图11为在结晶设定状态与非结晶复位状态中单元的电阻作为具有从GST-212族最适性能特性的材料所制造的存储器单元的操作循环函数。图12为具有从GST-212族最适性能特性的材料所制造的存储器单元的位计数作为电阻函数的图示。图13为在暴露于190°C于各种时间的期间后，具有从GST-212族最适性能特性的材料所制造的存储器单元的位计数作为电阻函数的图示。图14为在暴露于190°C于各种时间的期间后，从GST-225族的材料所制造的存储器单元的位计数作为电阻函 数的图示。图15为具有存储器元件的存储器单元的横剖面图，该存储器元件是由具有从GST-212族材料的体积计量的材料所制成。图16为具有存储器元件的另一存储器单元设计的横剖面图，该存储器元件是由具有从GST-212族材料的体积计量的材料所制成。图17为具有存储器元件的另一存储器单元设计的横剖面图，该存储器元件是由具有从GST-212族材料的体积计量的材料所制成。图18为通过溅射系统制造GST-212存储器装置的方法的简化图。图19为通过另一种溅射系统制造GST-212存储器装置的方法的简化图。图20为使用溅射系统形成GST-212相变材料层的流程图。图21为从GST-212材料制造存储器单元的制造流程图。图22为整合电路实施从GST-212材料制造的存储器单元的阵列。主要元件符号说明102-形状；104_Ge/Sb2Te3 连结线；108-椭圆形状；300、370、400本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变材料，包括GexSbyTez，其中Ge的原子浓度x介于30％～65％的范围之间，Sb的原子浓度y介于13％～27％的范围之间，以及Te的原子浓度z介于20％～45％的范围之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑怀瑜，龙翔澜，施彦豪，西蒙·拉梧，马修·J·布雷杜斯克，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，国际商用机器公司，
类型：发明
国别省市：