專利名稱：含有摻雜相變層的相變隨機存取型存儲器及其操作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及存儲裝置，更具體地，本發(fā)明涉及具有摻雜相變層的相變 存儲裝置及該相變存儲裝置的操作。
背景技術：
相變隨機存取型存儲器(PRAM)是非易失性存儲裝置(例如閃存，鐵電隨 機存取型存儲器(FeRAM),以及磁性隨機存取型存儲器(MRAM))的 一種。 PRAM與其它非易失性存儲器之間的結構差異在于存儲節(jié)點。
PRAM的存儲節(jié)點包括相變層。在給定溫度下該相變層的相態(tài)由結晶 態(tài)轉變?yōu)榉墙Y晶態(tài)，而在低于該給定溫度的溫度下，該相變層的相態(tài)由非 結晶態(tài)轉化為結晶態(tài)。
假設相變層在非結晶態(tài)時的電阻為第 一 電阻，相變層在結晶態(tài)時的電 阻為第二電阻，則第一電阻大于第二電阻。
Ge2Sb2Tes層(GST層)被廣泛用作PRAM的相變層。用于PRAM相 變層的理想物質可具有低熔點，在結晶態(tài)和非結晶態(tài)之間大的電阻差異， 以及低傳熱性。
然而，目前被廣泛用作相變層的GST層的熔點高于600°C,且電阻相 對較低。因此，在使用GST層作為相變層的PRAM的情況中，必須對GST 層施加大的復位電流以將GST層轉變?yōu)榉墙Y晶態(tài)。
PRAM的復位電流必須低于可由PRAM內包含的晶體管供應的電流。 由于晶體管的驅動電流是由其尺寸大小決定的，不降低復位電流而減少晶
體管的尺寸是很困難的。也就是說，在不降低復位電流下增加PRAM的集 成密度是困難的。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種具有摻雜相變層的相變存儲器，該相變層具有降低的
復位電流，降低的熔點和增加的電阻。
本發(fā)明還提供了操作該相變存儲器的方法。
根據(jù)本發(fā)明中的一個方面，提供了一種相變存儲器，包括具有相變層
的存儲節(jié)點和開關裝置，其中該相變層中銦的含量al為5at%<al< 15at%。 相變層可以是包含銦的GST層。
此時，相變層中Ge的含量可以為10at%<X<25at°/o，相變層中Sb的含 量可以為15at%<Y<30at%，相變層中Te的含量可以為40at%<Z<70at%。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了操作相變存儲器的方法，該相變存 儲器包括具有相變層的存儲節(jié)點和開關裝置，其中相變層中銦的含量al為 5at0/。 <al< 15at。/。，所述方法可以包括，通過對相變層施加大于0但小于1 mA 的復位電流來寫入數(shù)據(jù)。
該相變層可以是含有銦的GST層。
本發(fā)明的相變層可具有降低至常規(guī)GST層的復位電流一半的復位電 流，且可具有比常規(guī)GST層增加的電阻。


通過參考附圖詳細地描述本發(fā)明的示例性實施方案，本發(fā)明的上述和 其他特征和優(yōu)點將變得更加顯而易見，在附圖中
圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方案的具有摻雜相變層的相變存儲器的截面變存儲器所用的相變層中，折射率和溫度之間關系的特性的曲線圖3為顯示本發(fā)明實施方案的相變存儲器的相變層的電阻和電流之間 關系的特性的曲線圖。
具體實施例方式
現(xiàn)參考顯示本發(fā)明示例性實施方案的附圖更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的 具有摻雜相變層的相變存儲器及操作該相變存儲器的方法。在附圖中，為 清楚起見，放大了區(qū)域和層的厚度。
圖l為根據(jù)本發(fā)明實施方案的具有摻雜相變層的相變存儲器的截面圖。 參見圖1,在基底40上將第一摻雜區(qū)SI和第二摻雜區(qū)Dl彼此隔開預 定距離。第一摻雜區(qū)SI和第二摻雜區(qū)Dl是用例如n-型摻雜物摻雜的區(qū)域。
基底40用與注入第一摻雜區(qū)域S1和第二摻雜區(qū)域D1的摻雜物不同類型的 摻雜物進行摻雜，且該基底可以是例如P-型硅基底。第一摻雜區(qū)域S1和第 二摻雜區(qū)Dl可以形成為各種形狀。第一摻雜區(qū)域Sl和第二摻雜區(qū)Dl之 一，例如，第一摻雜區(qū)Sl可以為源極區(qū)，而第二摻雜區(qū)Dl可以為漏極區(qū)。 在基底40上介于第一和第二摻雜區(qū)Sl和Dl之間順序形成柵極絕緣層42 和柵極44?；?0、第一摻雜區(qū)域Sl和第二摻雜區(qū)Dl，以及柵極44構 成場效應晶體管(以下簡稱晶體管)。
在基底40上形成覆蓋晶體管的第一絕緣夾層46。在第一絕緣夾層46 中形成暴露第一摻雜區(qū)Sl的接觸孔hl。接觸孔hl充有導電填塞物(plug)50。 在第一絕緣夾層46上形成覆蓋導電填塞物50上表面的下部電極60。該下 部電極60還充當填充物(pad)。下部電極60可以由例如TiN或TiAIN形成， 或者可以由不同于TiN或TiAIN的材料形成。在第一絕緣夾層46上形成覆 蓋下部電極60的第二絕緣夾層62。第二絕緣夾層62可以是與第一絕緣夾 層46相同的絕緣層。在第二絕緣夾層62中形成暴露下部電極60上表面的 第二通孔(viahole)h2。用下部電極接觸層64填充通孔h2。下部電極接觸層 64可以由與下部電極60相同的材料形成。在第二絕緣夾層62上形成覆蓋 下部電極接觸層64上表面的相變層66。相變層66可以是摻雜或添加銦的 GST層。當相變層66是摻雜銦的GST層時，相變層66中銦含量al可以為 5at%<al<15at%。因此，Ge含量X為10at%<X<25at%, Sb含量Y為 10at°/。<Y<30at%, Te含量Z為40at%<Z<70at%。在相變層66上形成上部電 極68。
當施加至相變存儲器的相變層66的復位電流大于0但小于1 mA,優(yōu) 選小于0.6 mA時，本發(fā)明的相變存儲器可以讀寫數(shù)據(jù)。
圖2為顯示相變層66的折射率和溫度之間關系的特性的曲線圖。第一 曲線Gl表示本發(fā)明實施方案的相變存儲器中所用的相變層66的折射率和 溫度的關系，而第二曲線G2表示常規(guī)相變存儲器中所用的GST層的折射 率和溫度的關系。
參見第一曲線Gl,折射率在第一點Pl處突然下降且持續(xù)下降至第二 點P2處。但是，在第二點P2處折射率突然上升。第一點P1的出現(xiàn)是由于 相變層66由非結晶態(tài)轉化為結晶態(tài)。第二點P2的出現(xiàn)是由于一部分相變 層66由結晶態(tài)轉化為非結晶態(tài)，即，由于一部分相變層66熔解。在190。C
的溫度處出現(xiàn)第一點Pl，而在505°C的溫度處出現(xiàn)第二點P2。
參見第二曲線G2，折射率在第三點P3處突然下降，且在第三點P3之 后逐漸下降的折射率在第四點P4處突然增加。出現(xiàn)第三點P3的原因和出 現(xiàn)第一曲線G1的第一點P1的原因相同，而出現(xiàn)第四點P4的原因和出現(xiàn)第 一曲線G1的第二點P2的原因相同。
當對第一曲線Gl和第二曲線G2進行比較時，出現(xiàn)第一曲線Gl的第 一點Pl時的溫度(190 。C)高于出現(xiàn)第二曲線G2的第三點P3時的溫度 Tc(GST)( 160。C)。出現(xiàn)第一曲線G1的第二點P2時的溫度(也就是本發(fā)明 的相變層66的熔點(505 。C))低于出現(xiàn)第二曲線G2的第四點P4時的溫度 Tm(GST) (>610oC)。
如上所述，由于本發(fā)明相變存儲器的相變層66的熔點(505 。C)比常規(guī) GST層的熔點(>600°0低得多，經(jīng)證實本發(fā)明的相變存儲器的復位電流比 常規(guī)存儲器的復位電流低。另外，從本發(fā)明的相變存儲器的相變層66的結 晶溫度(190。C)高于常規(guī)GST層的結晶溫度( 160。C)這一事實，可以說本發(fā) 明的相變存儲器比常規(guī)GST層可具有改進的保存特性(retention characteristics)。
圖3為顯示根據(jù)本發(fā)明實施方案的相變存儲器的相變層66的電阻與電 流之間關系的特性的曲線圖，該相變層66中銦含量為10.4at%, Ge含量為 17.3at%， Sb含量為20.1at%, Te含量為52.2at%。
在圖3中，A代表相變層66處于結晶態(tài)時的狀態(tài)，B、 C、 D和E表示 當對處于結晶態(tài)的相變層66施加電流時，電阻的變化過程。
參見圖3,當相變層66的狀態(tài)由C狀態(tài)變?yōu)镈狀態(tài)時，相變層66的 電阻大大增加。電阻大的增加表明相變層66的結晶態(tài)已轉變?yōu)榉墙Y晶態(tài)。 也就是說，它表明在相變層66的結晶態(tài)中形成了非結晶區(qū)。
當施加到相變層66的電流為大約0.6mA時，出現(xiàn)相變層66的D狀態(tài)。 相變層66的狀態(tài)轉變?yōu)镈狀態(tài)時的電流(嚴格來講，即復位電流)小于 0.6mA,但是為了便于解釋，看作是0.6mA。因此，相變層66的復位電流 0.6mA幾乎為使用GST層作為相變層的常規(guī)存儲器的復位電流(l.2mA)的一 半。F狀態(tài)表示相變層66處于非結晶態(tài)。
參見圖3，可以看到，當施加高于復位電流的電流來測量電阻時，相變 層66保持穩(wěn)定的非結晶態(tài)。當電流低于復位電流但高于施加至處于非結晶
態(tài)的相變層66的設定電流時，相變層66轉變成結晶態(tài)，即轉變成沒有非 結晶區(qū)的狀態(tài)，為簡化起見，圖3未顯示該非結晶區(qū)。
盡管參考其實施方案具體顯示并描述了本發(fā)明，但不應認為本發(fā)明受 限于在本文列出的僅僅作為示例的這些實施方案。例如，本領域的技術人 員可以將銦摻雜至除GST層以外的相變層中，或者可以用除銦以外的摻雜 物摻雜GST層。還可以將兩種以上的原子摻雜或添加在GST層中。另夕卜， 可以采用不同方式改變含有銦的相變層的存儲節(jié)點。因此，本發(fā)明的范圍 不是由本發(fā)明詳細的描述限定，而是由所附的權利要求限定的，在所述范 圍內所有的差異認為包含在本發(fā)明內。
如上所述，本發(fā)明的存儲器包含摻雜或添加有銦的GST層作為相變層。 因此該存儲器能夠將復位電流降低至具有未摻雜GST層的常規(guī)存儲器的復 位電流的一半。
權利要求
1.一種相變存儲器，包括具有相變層的存儲節(jié)點和開關裝置，其中相變層中銦的含量a1為5at％＜a1＜15at％。
2. 權利要求1所述的相變存儲器，其中相變層是含有銦的GST層。
3. 權利要求2所述的相變存儲器，其中相變層中Ge的含量為 10at%<X<25at%。
4. 權利要求2所述的相變存儲器，其中相變層中Sb的含量為 15at%<Y<30at%。
5. 權利要求2所述的相變存儲器，其中相變層中Te的含量為 40at%<Z<70at%。
6. 權利要求3所述的相變存儲器，其中相變層中Sb的含量為 15at%<Y<30at%。
7. —種操作相變存儲器的方法，該相變存儲器包括具有相變層的存儲節(jié) 點和開關裝置，其中相變層中銦的含量al為5at%<al< 15at%,所述方法包 括通過對相變層施加大于0但小于1mA的復位電流來寫入數(shù)據(jù)。
8. 權利要求7的方法，其中相變層為含有銦的GST層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有摻雜相變層的相變存儲器及操作該相變存儲器的方法。該相變存儲器包括具有相變層的存儲節(jié)點和開關裝置，其中相變層中銦的含量a1為5at％＜a1＜15at％，該相變層可以是含有銦的GST層。
文檔編號G11C11/56GK101101919SQ20071010811
公開日2008年1月9日 申請日期2007年5月30日 優(yōu)先權日2006年7月4日
發(fā)明者盧振瑞, 姜閏浩, 徐東碩, 申雄澈, 金基俊 申請人:三星電子株式會社