[發明專利]具有切換玻璃層的存儲器裝置

無效

• 申請號: 200680028186.5
• 申請日: 2006-05-26
• 公開（公告）號: CN101233625A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: 克里斯蒂·A·坎貝爾
• 申請（專利權）人: 美光科技公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;G11C16/02;G11C13/02
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 王允方

本申請案是2004年8月12日申請的題為PCRAM?Device?With?Switching?Glass?Layer的第10/916,421號美國專利申請案的部分接續申請案，且也是2004年7月19日申請的題為Resistance?Variable?Memory?Device?and?Method?of?Fabrication的第10/893,299號美國專利申請案的部分接續申請案。這些申請案中每一者的全文特此以引用的方式并入本文中。

技術領域

本發明涉及使用電阻可變材料形成的隨機存取存儲器(RAM)裝置的領域。

背景技術

針對作為半易失性和非易失性隨機存取存儲器裝置的適合性，已經對包含可編程導電隨機存取存儲器(PCRAM)元件的電阻可變存儲器元件進行研究。在典型的PCRAM裝置中，硫屬化物玻璃骨干的電阻可被編程到穩定的較低傳導率(即，較高電阻)和較高傳導率(即，較低電阻)狀態。未經編程的PCRAM裝置通常處于較低傳導率、較高電阻狀態。

調節操作在PCRAM裝置中形成金屬-硫屬化物的傳導溝道，其支持用于改變裝置的傳導率/電阻率狀態的傳導性通道。所述傳導溝道即使在裝置被擦除之后也保留在玻璃骨干中。在調節操作之后，寫入操作將把PCRAM裝置編程到較高傳導率狀態，其中金屬離子沿傳導溝道累積。可通過施加量值小于對PCRAM裝置進行編程所需的量值的電壓來讀取PCRAM裝置；將存儲器裝置上的電流或電阻讀出為較高或較低，以界定邏輯“一”和“零”狀態。可通過施加相對于寫入電壓的反向電壓(相反偏壓)來擦除PCRAM，所述反向電壓會破壞傳導性通道，但通常使傳導溝道保持完整。以此方式，這種裝置可充當具有至少兩種傳導率狀態的可變電阻存儲器，所述傳導率狀態可界定兩個相應的邏輯狀態，即至少一個數據位。

一個示范性PCRAM裝置使用硒化鍺(即，Ge_xSe_100-x)硫屬化物玻璃作為骨干。在現有技術中，硒化鍺玻璃已通過(光或熱)摻雜或共同沉積而并入有銀(Ag)。其它示范性PCRAM裝置已經通過以下方式取消了此類摻雜或共同沉積：并入有金屬-硫屬化物材料作為與金屬層結合的硒化銀(例如，Ag₂Se)、硫化銀(AgS)或硒化錫(SnSe)層(其最接近硫屬化物玻璃層)，所述層在調節PCRAM期間提供用以形成玻璃骨干中的傳導溝道和傳導性通道的材料。

已經進行了廣泛的研究來確定用于PCRAM裝置中的玻璃骨干的合適材料及其化學計量。已經發現具有大約為Ge₄₀Se₆₀(即Ge₂Se₃)(例如與Ge₂₃Se₇₇或Ge₃₀Se₇₀相對比)的化學計量的硒化鍺對于此用途非常奏效。具有附帶的金屬-硫屬化物(例如，通常是硒化銀)層的Ge₄₀Se₆₀玻璃骨干允許在調節期間在玻璃骨干中形成傳導溝道，其此后可經編程以形成傳導性通道。在調節步驟處，將金屬-硫屬化物并入到硫屬化物玻璃層中。具體來說，調節步驟包括在裝置的存儲器單元結構上施加電位(大約0.20V)，使得金屬-硫屬化物材料被并入到硫屬化物玻璃層中，從而在硫屬化物玻璃層內形成傳導溝道。理論上，在Ge-Ge部位處經由新的Ge-Se鍵將Ag₂Se并入到玻璃骨干上，這允許銀(Ag)在編程期間遷入和遷出傳導溝道。金屬(例如，通常是銀)離子在隨后的編程和擦除期間移入或移出傳導溝道會沿傳導溝道形成或分解傳導性通道，這致使存儲器裝置上的可發覺的傳導率(或電阻)變化。

已經確定Ge₄₀Se₆₀作為PCRAM裝置中的玻璃骨干起到良好的作用，因為這種化學計量對剛性且以熱動方式并入有不穩定的鍺-鍺(Ge-Ge)鍵的玻璃有利。在有所施加的電位的情況下，另一種類的物質(例如從附帶層提供的硒化銀)的存在可能使Ge-Ge鍵斷開，并且與先前共價鍵合的Ge鍵合以形成傳導溝道。這些特征使得這種“40/60”化學計量在相對于傳導溝道和傳導性通道的形成而使用硒化鍺硫屬化物玻璃時是最佳的。

雖然鍺-硫屬化物(例如，Ge₄₀Se₆₀)玻璃層對于PCRAM裝置來說非常理想，但其它玻璃可能對于改進裝置的切換特性或熱限是理想的。

發明內容