[發明專利]適于高溫操作的相變存儲器器件

無效

• 申請號: 201080050550.4
• 申請日: 2010-11-10
• 公開（公告）號: CN102686770A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: M·J·布萊特韋斯;C·H·拉姆;B·拉簡德蘭;S·勞克斯;A·G·施羅特;D·科雷布斯
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: C23C16/00
• 分類號: C23C16/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 酆迅;董典紅

技術領域

本發明總體涉及相變存儲器單元，并且更具體而言涉及適于高溫操作的相變存儲器單元。

背景技術

相變材料在諸如光學存儲介質和固態相變存儲器器件之類的微電子器件中具有多種應用。相變隨機存取存儲器(PRAM)器件，例如使用諸如硫屬化合物合金之類的、在熱處理之后的冷卻期間轉換成晶態或非晶態的相變材料存儲數據。相變材料的各個狀態具有不同的電阻特性。具體而言，晶態的相變材料具有低的電阻而非晶態的相變材料具有高電阻。晶態通常稱為具有邏輯電平“0”的“設置狀態”，而非晶態通常稱為具有邏輯電平“1”的“重置狀態”。流經相變材料的電流產生歐姆加熱并且使得相變材料熔化。熔化和逐漸冷卻相變材料允許使相變材料形成晶態的時間。熔化和驟然冷卻相變材料使相變材料淬火成非晶態。高阻值有可能因晶化而在高溫下改變。具有高晶化溫度的材料更適于高溫操作。然而，一旦淬火，晶化溫度降低并且非晶態區域被充當例如如圖1中所示的用于生長的籽晶的晶體層所圍繞。

圖1是示出了在標稱操作條件下以重置狀態操作的柱形相變存儲器單元的圖。如圖1所示，柱形相變存儲器單元100包括底部電極10、填充有相變材料的柱104以及頂部電極106。底部電極102形成在導電接觸108上。絕緣材料110和111圍繞底部電極102、柱104、頂部電極106和導電接觸108。如圖1所示，在執行重置操作之后，晶態區域104a保持并且圍繞非晶態區域104b并且充當用于成核和晶體生長的籽晶。因此，如果相變存儲器單元100被提升至更高的溫度，則存儲在存儲器單元100內的數據可以因非晶態區域104b的尺寸和形狀的改變而丟失或退化。

發明內容

本發明提供了一種相變存儲器單元，其包括生長主導型相變材料并且在過度重置的條件下操作以獲得在高溫(即，在約150攝氏度之上的溫度)下優良的數據保持質量。

根據本發明的一個實施例，提供了一種相變存儲器單元。相變存儲器單元包括底部電極、與底部電極隔開的頂部電極、以及沉積于底部電極和頂部電極之間并且接觸底部電極和頂部電極并且在其側壁處由絕緣材料圍繞的生長主導型相變材料。在重置狀態，相變存儲器單元僅包括在相變存儲器單元的有效體積內的生長主導型相變材料的非晶相。即，根據本發明的一個實施例，相變存儲器單元的有效體積并不包括生長主導型相變材料的任何多晶相。

根據本發明的另一實施例，提供了一種用于操作相變存儲器單元的方法。該方法包括以在標稱重置條件之上的預定值向形成于底部電極和頂部電極之間并且在其側壁處被絕緣材料圍繞的生長主導型相變材料供應重置電流，其中相變存儲器單元中的有效體積僅包括生長主導型相變材料的處于重置狀態的非晶相。

通過本發明的技術實現一些附加的特征和優勢。本文詳細描述本發明的其他一些實施例和方面，并且將其認為是要求保護的發明的一部分。為了更好地理解具有這些優勢和特征的本發明，參見說明書和附圖。

附圖說明

被認為是本發明的主題在說明書的末尾處具體指出和明確要求保護。本發明的前述和其他特征和優勢根據下面結合所附附圖的具體描述而顯而易見，其中：

圖1是示出了常規相變存儲器單元的圖。

圖2是示出了可以在本發明的一些實施例內實施的相變存儲器單元的圖。

圖3A至圖3D是示出了用于制造可以在本發明的一些實施例內實施的相變存儲器單元的制造方法的圖。

圖4A至圖4D是示出了用于制造可以在本發明的一些備選實施例內實施的相變橋式(PCB)存儲器單元的制造方法的圖。

具體實施方式

現在參見圖2，根據本發明的一個實施例提供了一種相變存儲器單元200。根據本發明的一個實施例，相變存儲器單元200是柱形相變存儲器單元。本發明不限于柱形相變存儲器單元，而是可以相應地變化。在本發明的一個備選實施例中，相變存儲器單元可以是在圖4D中描繪的相變橋式存儲器單元。

相變存儲器單元200包括底部電極202、柱204和與底部電極202分開的頂部電極206。柱204填充有相變材料205并且存儲一個或多個比特的數據。相變材料205可以由化學氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)或任何其他合適的沉積技術沉積。填充有相變材料205的柱204的直徑范圍在約5納米(nm)至約500納米(nm)。此外，根據本發明的一個實施例，柱204的寬高比的范圍為約0.5至約10。