[發明專利]使用銻－硒金屬合金的相變存儲裝置及其制作方法

無效

• 申請號: 200680032890.8
• 申請日: 2006-08-30
• 公開（公告）號: CN101258598A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 尹圣民;李南烈;柳相旭;李承胤;樸永森;崔圭政;俞炳坤
• 申請（專利權）人: 韓國電子通信研究院
• 主分類號: H01L27/115
• 分類號: H01L27/115
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發明涉及非易失性相變存儲裝置及其制作方法，更具體而言涉及使用由銻(Sb)和硒(Se)組成的硫族化物金屬合金的相變存儲裝置及其制作方法。

背景技術

半導體存儲裝置通常分類為易失性或非易失性。DRAM(動態隨機存取存儲器)為典型的易失性存儲裝置。DRAM需要周期性更新過程來維持數據。當存儲裝置的集成度低時，該更新過程的功耗不顯著。然而，隨著集成度更高，功耗也大幅增加。例如，在1至10ms/兆比特的更新速率，DRAM消耗大量能量。1千兆比特DRAM的更新過程占據了裝置的總功耗的大部分。然而，DRAM存儲器模塊被廣泛使用，因為其高功耗被高速度和有競爭力的價格所彌補。

如果易失性DRAM可以用非易失性存儲裝置來替代，則功耗和操作初始化周期的減小被預期。因此，各種非易失性存儲器技術已經被發展。技術上最先進且使用最廣泛的非易失性存儲器為閃存存儲器。然而，閃存存儲器慢且使用較高電壓。這些問題限制了閃存存儲器用于諸如數碼相機和移動電話的移動裝置。存儲裝置所需的重要性能之一是重寫操作中的可靠性。盡管閃存存儲器在重寫性能方面可靠性低，但是當閃存存儲器用于諸如個人數字助理的移動裝置時，重寫操作數目可以設置為更小。然而，移動裝置中閃存存儲器在重寫方面的這種可靠性不能保證在通用PC中的穩定操作。

恰當地組合DRAM/SRAM/閃存存儲器的方法被使用以滿足最近存儲裝置的各種要求。然而，這種方法昂貴且大幅增加存儲器芯片的尺寸。因此，需要可以穩定地安裝到各種裝置內或者可以用于各種應用的集成存儲裝置。該集成存儲裝置要求具有諸如非易失性、高速、低功耗、以及高度可靠的重寫的特性。然而，具有所有這些特性的半導體存儲裝置尚未商業生產。因此，各種非易失性存儲裝置技術正蓬勃發展，且已經努力尋找這些技術在各個方面的發展可能性和商業使用。

同時，稱為相變RAM(PRAM)的非易失性存儲裝置利用了根據晶體結構來改變電阻的相變材料。PRAM裝置通過控制電流以改變相變材料的晶體結構而存儲信息，以及利用電阻的變化來讀取所存儲的信息，由此實現其存儲操作。

PRAM裝置可以使用硫族化物金屬合金相變材料，該相變材料主要用于諸如CD-RW或DVD的光學信息存儲介質。此外，由于PRAM裝置的制作工藝與傳統硅基板裝置的制作工藝緊密匹配，PRAM裝置可以達到或超過DRAM的集成密度。磁阻RAM(MRAM)裝置和鐵電RAM(FRAM)裝置與PRAM裝置競爭，但是存在制造工藝及微型化困難的問題。因此，PRAM裝置作為可以替代當前閃存存儲裝置的主流的下一代非易失性存儲裝置而引起注意。

然而，PRAM裝置的功耗必需大幅減小以使PRAM裝置變得實用。如上所述，由于PRAM裝置是通過施加電流到電阻器并使用焦耳熱來改變相變材料的晶體結構而被驅動，功耗可能高。由于功耗問題，PRAM裝置近年來已經開始受到很大重視，即使其與其它非易失性存儲裝置相比具有優點。

也就是說，當PRAM裝置使用傳統更大的半導體裝置的制造工藝來制作時，產生整個系統無法耐受的過量功率和熱，由此使得無法實現實用的存儲裝置。然而，由于設計規則和裝置尺寸持續減小，當PRAM裝置根據目前常用設計規則來制作時，操作PRAM裝置所需的功耗可以顯著降低。降低操作PRAM裝置所需的電流與PRAM裝置的高密度集成緊密相關。需要發展一種低功率裝置，從而保證高密度PRAM裝置的可靠的存儲器操作。在該低功率裝置中，相變存儲器陣列的功耗低。

除了低功耗的益處之外，使用低功率裝置可以獲得的另一重要益處為降低的熱發生。具體而言，存儲于存儲裝置內的信息不應被當特定的鄰近存儲裝置工作產生的熱所破壞或改變。特別地，在單元非常緊密布置的高度集成的存儲器陣列中，由特定存儲器單元的工作而產生的熱會成為噪聲并中斷鄰近單元的存儲器操作。

下述方法被應用于降低PRAM裝置工作所需的電流。

(1)第一種方法是從材料方面的途徑。通過使用具有較低熔點的材料，改進相變材料以降低相變所需的溫度，由此降低所需的電流。該方法通過改變相變材料本身來降低整個PRAM裝置的功耗，而與裝置結構無關。

(2)第二種方法是通過最小化相變區域來降低所需的電流水平，其中該相變區域是PRAM裝置的操作涉及到的重要部分。PRAM裝置由于在相變材料和電極之間的接觸部分內產生的熱而改變相。因此，PRAM裝置的總功耗由于最小化該接觸部分而降低。目前，該方法使用最廣泛。