[發明專利]用于相變存儲器的具有復合摻雜的相變結構

無效

• 申請號: 201010273818.2
• 申請日: 2010-09-03
• 公開（公告）號: CN102013455A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 龍翔瀾;陳介方;施彥豪;鄭懷瑜;賴二琨;李明修;馬修·J·布雷杜斯克;西蒙·拉梧;林仲漢
• 申請（專利權）人: 旺宏電子股份有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明是有關于一種以相變材料(phase?change?material)為基礎的存儲器裝置及其制造方法，其中相變材料包括硫屬化合物(chalcogenide)材料。

背景技術

相變式(phase?change?based)存儲材料，如硫屬化合物式材料和類似的材料，可以由施加適于集成電路操作的位準的電流，導致其在非晶相(amorphous?phase)和結晶相(crystalline?phase)之間改變。相較于結晶相，非晶相有著高電阻的特性，而可輕易地被感測以指出資料。這些特性已經引起了人們對利用可程序化電阻材料來形成非揮發性存儲器電路的關注，這種非揮發性存儲器電路可由隨機存取來進行讀寫。

從非晶相轉變為結晶相通常是低電流操作。從結晶相轉變為非晶相(在此被稱為重設(reset))則通常是高電流操作，其包括較短的高電流密度脈沖以熔化或分解(breakdown)晶體結構，然后相變材料迅速冷卻下來，而使相變過程驟熄(quench)，且允許至少一部分相變材料能夠穩定于非晶相。

研究已進行以由調整相變材料中的摻雜濃度并由提供具有極小尺寸的結構，來提供以低重設電流操作的存儲器裝置。極小尺寸相變裝置的一個問題涉及耐久性(endurance)。具體而言，使用相變材料制造的存儲單元可能因部分相變材料的成分隨時間緩慢地由非晶相轉變成結晶相而失效。舉例來說，存儲單元中的主動區(active?region)被重設至一般非晶態(generally?amorphous?state)，存儲單元可能會在主動區中超時(over?time)成長結晶區域的分布。若這些結晶區域相連接而穿過主動區形成低電阻路徑，則當讀取存儲單元時，將偵測到較低電阻狀態，而導致資料錯誤。參閱Gleixner在2007年發表于tutorial.22nd?NVSMW的“Phase?Change?Memory?Reliability”。

從由材料的多晶相(polycrystalline?phase)所引起的可制造性(manufacturability)議題，出現相變存儲單元的另一個問題。大的晶粒尺寸會導致空穴(void)的形成，而以出乎意料的方式干擾電流，并造成故障。

由對相變材料進行摻雜可影響引起相變所需的重設電流大小。可將雜質摻雜于硫屬化合物及其它的相變材料，以改變使用摻雜的硫屬化合物的存儲器件((memory?element)的導電率、轉移溫度(transition?temperature)、熔化溫度(melting?temperature)以及其它的特性。用于摻雜硫屬化合物的代表性雜質包括氮、硅、氧、氧化硅、氮化硅、銅、銀、金、鋁、氧化鋁、鉭、氧化鉭、氮化鉭、鈦以及氧化鈦。例如，參閱美國專利第6,800,504號(金屬摻雜)及美國專利申請公開案第2005/0029502號(氮摻雜)。

Ovshinsky等人提出的美國專利第6,087,674號以及其母案美國專利第5,825,046號說明將相變材料與較高濃度的介電材料混合而形成復合存儲材料(composite?memory?material)，以便控制復合存儲材料的電阻。這些專利所述的復合存儲材料的性質并不清楚，因為所述的復合材料不但是分層結構而且是混合結構。這些專利所述的介電材料包含非常廣的范圍。