專利名稱：存儲器和存取器件及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及存儲器和存取器件，并涉及用于存儲器及存取器件的方法。
背景技術(shù)：
相變存儲器器件使用相變材料，即可以在一般的非晶和一般的結(jié)晶態(tài)之間電切換的材料，用于電子存儲器應(yīng)用。一種類型的存儲器元件使用一種相變材料，在一種應(yīng)用中這種材料可以為，在一般的非晶結(jié)構(gòu)狀態(tài)和一般的結(jié)晶局部有序的結(jié)構(gòu)狀態(tài)之間電切換，或者在完全非晶和完全結(jié)晶態(tài)之間跨越整個譜的不同的可檢測局部有序狀態(tài)之間電切換。相變材料的狀態(tài)也是非易失性的，因為當(dāng)置為代表阻值的結(jié)晶、半結(jié)晶、非晶或半非晶態(tài)，該值一直保持直到通過另一編程事件改變，比如代表材料(例如，結(jié)晶或非晶)的相或物理狀態(tài)的值。
晶體管或二極管可以連接至相變材料并用作選擇器件以在編程或讀操作期間存取相變材料。晶體管或二極管通常形成在硅單晶襯底中或硅單晶襯底的上表面。晶體管可以占用存儲器芯片的相對大部分，因此會增加存儲器單元的尺寸，不利地影響存儲器容量和存儲器芯片的成本/位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面提供一種裝置，其包括，襯底之上的相變材料；耦連至相變材料的開關(guān)材料，其中開關(guān)材料包括除了氧之外的硫?qū)僭?，且其中開關(guān)材料和相變材料形成襯底之上的垂直結(jié)構(gòu)的一些部分。
本發(fā)明的另一方面提供一種裝置，包括襯底之上的存儲器材料；存儲器材料之上的第一電極；以及第一電極之上的硫?qū)倩锊牧希渲写鎯ζ鞑牧虾土驅(qū)倩锊牧贤ㄟ^電極電耦連。
本發(fā)明的又一方面提供一種裝置，包括在襯底之上的雙向材料；在雙向材料之上的存儲器材料；第一電極，用來在雙向材料和存儲器材料之間傳導(dǎo)電流，其中第一電極在雙向材料之上并在存儲器材料之下。
本發(fā)明的又一方面提供一種裝置，包括在襯底之上的垂直堆疊，其中垂直堆疊包括耦連到雙向存儲器的雙向開關(guān)。
本發(fā)明提供一種方法，包括在襯底上形成存儲器材料；在存儲器材料上形成電極；以及在電極上形成硫?qū)倩锊牧?，其中存儲器材料和硫?qū)倩锊牧贤ㄟ^電極電耦連。
本發(fā)明還提供一種系統(tǒng)，包括處理器；耦連至處理器的無線接口；以及耦連至處理器的存儲器，該存儲器包括襯底之上的相變材料；耦連至相變材料的開關(guān)材料，其中開關(guān)材料包括除了氧之外的硫?qū)僭兀约捌渲虚_關(guān)材料和相變材料形成襯底上的垂直結(jié)構(gòu)的一些部分。


本發(fā)明考慮的主題在說明書的結(jié)論部分中特別指出并明確要求權(quán)利。然而，當(dāng)閱讀下列附圖時，本發(fā)明作為組織和操作方法，和目的、特征及其優(yōu)點一起，通過參考下列細節(jié)描述可以被最好地理解，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的存儲器的示意圖；圖2示出了一個選擇器件的電流-電壓特性曲線；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的選擇器件的剖視圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的存儲器的一部分的剖視圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在制作期間，圖1的存儲器的一部分的剖視圖；圖6為在制作的隨后階段，圖5的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖7為在制作的隨后階段，圖6的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖8為在制作的隨后階段，圖7的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖9為在制作的隨后階段，圖8的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖10為在制作的隨后階段，圖9的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖11為在制作的隨后階段，圖10的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖12為在制作的隨后階段，圖11的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的存儲器陣列的剖視圖；圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的存儲器的示意圖；
圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的存儲器的一部分的剖視圖；圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的存儲器單元的剖視圖；圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的存儲器的示意圖；圖18示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖17中所示的存儲器的一部分的剖視圖；圖19示出了存儲器單元的電流-電壓特性的曲線；及圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)的一部分的框圖；很明顯，為了簡單和清楚的介紹，圖中所示的元件沒必要按比例畫出。例如，為了清楚，某些元件的尺寸相對于其他元件被放大。而且，這里適當(dāng)?shù)剡M行考慮，在圖中重復(fù)的參考數(shù)字指示相應(yīng)的或類似的元件。
具體實施例方式
在下面的詳細描述中，給出了大量具體細節(jié)以便提供對本發(fā)明徹底的理解。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明可以無需這些具體細節(jié)而實施。在其他例子中，公知的方法、步驟、部件和電路未被具體描述以便不模糊本發(fā)明。
在下列描述和權(quán)利要求中，術(shù)語“耦連(coupled)”和連接(connected)”以及其派生詞都將用到。應(yīng)該理解，這些術(shù)語并不意味著彼此為同義詞。而是，在具體的實施例中，“連接(connected)”可以用來表示兩個或更多的元件彼此直接物理接觸或電接觸?！榜钸B(coupled)”可以意味著兩個或更多的元件彼此直接物理或電接觸。然而，“耦連(coupled)”還可以意味著兩個或更多的元件彼此不直接接觸，但是仍然彼此配合或相互作用。
轉(zhuǎn)到圖1，描述了存儲器100的一個實施例。存儲器100可以包括一個3X3的存儲器單元111-119的陣列，其中存儲器單元111-119每個包括一個選擇器件120和一個存儲器元件130。盡管在圖1中示出了3X3陣列，本發(fā)明的范圍不僅限于此方面。存儲器100可以具有更大的存儲器單元陣列。
在一個實施例中，存儲器元件130可以包括相變材料。在該實施例中，存儲器100可以稱為相變存儲器。相變材料可以為具有電特性(例如，電阻、電容等)的材料，其電特性可以通過施加諸如熱、光、電壓勢或電流的能量來改變。相變材料的示例可以包括硫?qū)倩锊牧匣螂p向材料。
雙向材料可以是經(jīng)受電的或結(jié)構(gòu)的變化的材料，當(dāng)被施加電壓勢、電流、光、熱等時，可以用作半導(dǎo)體。雙向材料可以用在存儲器元件或電子開關(guān)中。硫?qū)倩锊牧峡梢允前ㄖ辽僖环N來自元素周期表中第VI主族的元素的材料，或是可以為包括一種或多種硫?qū)僭?，例如碲、硫或硒元素中任一元素的材料?br> 存儲器100可以包括列線141-143和行線151-153，以便在寫或讀操作期間選擇陣列的一個特定存儲器單元。列線141-143和行線151-153可以稱為地址線，因為在編程或讀期間，這些線可以用來尋址存儲器單元111-119。列線141-143也可以稱作位線，行線151-153也可以稱作字線。
存儲器元件130可以連接至行線151-153，并可以通過選擇器件120耦連至列線141-143。因此，當(dāng)一個特定的存儲器單元(例如存儲器單元115)被選中時，電壓勢可以施加到存儲器單元的相關(guān)列線(例如142)和行線(例如152)，以便跨越存儲器單元施加電壓勢。
在編程或讀存儲器元件130期間，選擇器件120可以用來存取存儲器元件130。依賴于跨越存儲器單元施加的電壓勢量，選擇器件120可以操作作為開關(guān)“關(guān)”或“開”。關(guān)狀態(tài)可以為基本上電的非導(dǎo)電狀態(tài)，開狀態(tài)可以為基本上導(dǎo)電狀態(tài)。例如，選擇器件120可以具有閾值電壓，如果跨越選擇器件120施加小于選擇器件120的閾值電壓的電壓勢，則選擇器件120可以保持“關(guān)”或處于相對高阻狀態(tài)，使得很小或沒有電流通過存儲器單元。或者，如果跨越選擇器件120施加大于選擇器件120的閾值電壓的電壓勢，則選擇器件120可以“打開”，即操作在相對低阻狀態(tài)下，以便使電流通過存儲器單元。換句話說，如果跨越選擇器件120施加小于預(yù)定電壓勢，例如閾值電壓時，選擇器件120可以為基本上電的非導(dǎo)電狀態(tài)。如果跨越選擇器件120施加大于預(yù)定電壓勢時，選擇器件120可以為基本上導(dǎo)電狀態(tài)。選擇器件120也可以稱為存取器件、隔離器件或開關(guān)。
在一個實施例中，選擇器件120可以包括開關(guān)材料，諸如硫?qū)倩锘螂p向材料，并可以稱為雙向閾值開關(guān)，或簡單的稱為雙向開關(guān)。選擇器件120的開關(guān)材料可以為位于兩個電極之間的基本上的非晶態(tài)材料，通過施加一個預(yù)定電流或電壓勢，該材料可以重復(fù)地并可逆地切換于高阻“關(guān)”狀態(tài)(例如大于大約十兆歐姆)和相對低阻“開”狀態(tài)(例如大約零歐姆)之間。在該實施例中，選擇器件120可以為兩端器件，其具有類似于非晶態(tài)中的相變存儲器元件的電流-電壓(I-V)特性。但是，不同于相變存儲器元件，選擇器件120的開關(guān)材料可以不相變。即，選擇器件120的開關(guān)材料可以不是可編程材料，因此，選擇器件120可以不是能存儲信息的存儲器器件。例如，選擇器件120的開關(guān)材料可以永遠保持非晶，I-V特性可以在整個工作壽命期間保持相同。選擇器件120的I-V特性的一個示例如圖2所示。
轉(zhuǎn)到圖2，在低電壓或低電場模式下，即跨越選擇器件120施加的電壓小于閾值電壓(標(biāo)注為VTH)時，選擇器件120可以為“關(guān)”或不導(dǎo)電，并呈現(xiàn)出相對高阻，例如大于大約10兆歐姆。選擇器件120可以一直保持關(guān)狀態(tài)直到施加足夠的電壓，例如VTH，或施加足夠的電流，例如ITH，這可以將選擇器件120切換至導(dǎo)電、相對低阻的開狀態(tài)。在跨越選擇器件120施加大于VTH的電壓勢后，跨越選擇器件120的電壓勢可以下降(“快反向(snapback)”)到保持電壓勢，標(biāo)注為VH?？旆聪蚩梢陨婕斑x擇器件的VTH和VH之間的電壓差。
在開狀態(tài)下，隨著流過選擇器件120的電流增加，跨越選擇器件120的電壓勢可以保持接近保持電壓VH。選擇器件120可以保持開狀態(tài)直到流經(jīng)選擇器件120的電流下降到低于保持電流，標(biāo)注為IH。在該值之下，選擇器件120可以關(guān)閉并返回相對高阻、非導(dǎo)電關(guān)狀態(tài)，直到再次超過VTH和ITH。
盡管本發(fā)明的范圍不限于此方面，在一個實施例中，選擇器件120可以具有大約5.3伏的閾值電壓(VTH)，大約0.8伏的保持電壓(VH)，大約4納安的閾值電流(ITH)和大約100納安的保持電流(IH)。通過調(diào)整材料的厚度和類型，VTH可以為大約2伏，保持電壓為大約一伏。這允許快反向小于串聯(lián)存儲器元件的VTH以避免讀出干擾的可能，如果快反向超過存儲器元件的VTH，則促使其打開并驅(qū)動列和行線的電容，當(dāng)存儲器元件處于復(fù)位狀態(tài)時，反向流經(jīng)的電流能還原存儲器元件的電阻。
圖3示出了選擇器件120的一個實施例。在該實施例中，選擇器件120可以包括底部電極210和覆蓋在底部電極210上面的開關(guān)材料220。換句話說，開關(guān)材料220可以形成在底部電極210之上并與其相接觸。此外，選擇器件120可以包括覆蓋在開關(guān)材料220之上的頂部電極230。
盡管本發(fā)明的范圍不限于此方面，底部電極210可以為具有膜厚度范圍從大約20埃()到大約2000的薄膜材料。在一個實施例中，電極210的厚度范圍可以從大約100到大約1000。在另一個實施例中，電極210的厚度可以為大約300。用于底部電極210的合適材料可以包括鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鈦鎢(TiW)、碳(C)、碳化硅(SiC)、氮化鋁鈦(TiA1N)、氮化硅鈦(TiSiN)、多晶硅、氮化鉭(TaN)的薄膜以及這些膜的組合，或是其他合適的導(dǎo)體或和開關(guān)材料220相適合的電阻導(dǎo)體。
盡管本發(fā)明的范圍不限于該方面，開關(guān)材料220可以為具有厚度范圍從大約20到大約2000的薄膜材料。在一個實施例中，開關(guān)材料220的厚度范圍從大約200到大約1000。在另一個實施例中，開關(guān)材料220的厚度可以為大約500。
使用薄膜淀積技術(shù)，諸如化學(xué)汽相淀積(CVD)工藝或物理汽相淀積(PVD)，開關(guān)材料220可以形成覆蓋在底部電極210之上。開關(guān)材料220可以為硫?qū)倩锊牧匣蚧旧蠟榉蔷B(tài)的雙向材料的薄膜，從而通過施加一個預(yù)定電流或電壓勢，可以重復(fù)并可逆地切換于高阻“關(guān)”狀態(tài)和相對低阻“開”狀態(tài)之間。開關(guān)材料220可以不是能夠存儲信息的可編程材料。換句話說，開關(guān)材料220可以為非可編程材料。
盡管本發(fā)明的范圍不限于該方面，開關(guān)材料220可包括除氧之外的硫?qū)僭?。在一個實施例中，開關(guān)材料220可包括碲和/或硒。在另一個實施例中，開關(guān)材料220可包括硅(Si)、碲(Te)、砷(As)和鍺(Ge)，或是這些元素的組合。在其他實施例中，開關(guān)材料220的組分可包括硅(Si)、碲(Te)、砷(As)、鍺(Ge)和銦(In)的合金，或是Si、Te、As、Ge和磷(P)的合金。
盡管本發(fā)明的范圍不限于該方面，在一個示例中，開關(guān)材料220的組分可包括含量為約14％的Si、含量為約39％的Te、含量為約37％的As、含量為約9％的Ge和含量為約1％的In。在另一個示例中，開關(guān)材料220的組分可包括含量為約14％的Si、含量為約39％的Te、含量為約37％的As、含量為約9％的Ge和含量為約1％的P。在這些示例中，百分比為原子百分比，其組分元素的原子總共為100％。
在另一個實施例中，開關(guān)材料220的組分可包括砷(As)、碲(Te)、硫(S)、鍺(Ge)、硒(Se)和銻(Sb)的合金，其各自的原子百分比為10％、21％、2％、15％、50％和2％。
盡管本發(fā)明的范圍不限于該方面，在其他實施例中，開關(guān)材料220可包括Si、Te、As、Ge、硫(S)和硒(Se)。作為一個示例，開關(guān)材料220的組分可包括含量為約5％的Si、含量為約34％的Te、含量為約28％的As、含量為約11％的Ge、含量為約21％的S和含量為約1％的Se。
頂部電極230可以為具有厚度范圍從大約20埃()到大約2000的薄膜材料。在一個實施例中，電極230的厚度范圍可以從大約100到大約1000。在另一個實施例中，電極230的厚度可以為大約300。用于頂部電極230的合適的材料可以包括鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鈦鎢(TiW)、碳(C)、碳化硅(SiC)、氮化鋁鈦(TiAlN)、氮化鈦硅(TiSiN)、多晶硅、氮化鉭(TaN)的薄膜以及這些膜的組合，或是其他合適的導(dǎo)體或和開關(guān)材料220相適合的電阻導(dǎo)體。
在一個實施例中，頂部電極和底部電極可以包括碳，且可以具有厚度為大約500。頂部電極230也可以稱為上部電極，底部電極210也可以稱為下部電極。在該實施例中，選擇器件120可以稱為垂直結(jié)構(gòu)，由于電流可以在頂部電極230和底部電極210之間垂直流經(jīng)開關(guān)材料220。如果將薄膜用于開關(guān)材料220和電極210和230，選擇器件120可以稱為薄膜選擇器件。
選擇器件120的閾值電流(ITH)可以小于用于設(shè)置成高阻、非晶態(tài)的雙向存儲器器件的閾值電流。選擇器件120的閾值電壓(VTH)可以通過改變工藝變量，諸如開關(guān)材料220的厚度或合金組分來進行改變。例如，增加開關(guān)材料220的厚度可以增加選擇器件120的閾值電壓。選擇器件120的保持電壓(VH)可以通過接觸到開關(guān)器件120的類型來改變或設(shè)置，例如電極210和230的組分可以決定選擇器件120的保持電壓。
例如，在一個實施例中，如果包括硅(Si)、碲(Te)、砷(As)和鍺(Ge)的開關(guān)材料220的厚度為大約300，電極210和230為碳(C)層，則選擇器件120的閾值電壓可以為大約兩伏，選擇器件120的保持電壓可以為大約一伏?；蛘撸绻姌O210和230為厚度約300的TiSiN層，則選擇器件120的保持電壓可以為大約0.8伏。在另一個實施例中，如果電極210和230為厚度約300的TiAlN層，則選擇器件120的保持電壓可以為大約0.4伏。在另一個實施例中，如果電極210和230為硅化鈷層，則選擇器件120的保持電壓可以為大約0.15伏。
和其他開關(guān)器件相比，例如金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管或雙極結(jié)型晶體管(BJT)，選擇器件120可以為器件的一個給定區(qū)域提供相對高的“開電流”。處于接通狀態(tài)下的選擇器件120的相對更高的開電流允許可得到相對更高的編程電流，以選擇器件120對存儲器元件(例如130)進行編程。
使用圖3所示的選擇器件120的圖1所示的存儲器陣列可以通過在垂直結(jié)構(gòu)中堆疊選擇器件120和存儲器元件130來進行構(gòu)造。包括形成在存儲器元件130之上的選擇器件120的垂直結(jié)構(gòu)的示例如圖4所示。
轉(zhuǎn)到圖4，存儲器100的一部分的實施例如圖所示。存儲器100可以包括襯底240、覆蓋襯底240的絕緣材料260，以及覆蓋絕緣材料260的導(dǎo)電材料270。導(dǎo)電材料270可以為地址線(例如行線152)。在導(dǎo)電材料270上，開口(圖4中未示出)可以形成在絕緣材料280中。在開口中，可以形成下部電極340。在電極340上，存儲器材料350的連續(xù)層，電極材料360，阻擋材料370，電極210，開關(guān)材料220，電極230和導(dǎo)電材料380可以淀積形成一個垂直的存儲器單元結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電材料380可以為地址線(例如，列線142)。
在圖4中所示的實施例中，存儲器材料350和電極340和360可以形成存儲器元件130。如果存儲器材料350為雙向材料或硫?qū)倩锊牧希瑒t存儲器元件130可以稱為相變存儲器器件或雙向存儲器器件。而且，在如圖4所示的實施例中，選擇器件120形成在存儲器元件130上，以形成一個垂直結(jié)構(gòu)或垂直堆疊。在另外的實施例中，存儲器元件130可以形成在選擇器件120之上以形成垂直結(jié)構(gòu)。在如圖4所示的實施例中，選擇器件120和存儲器元件130僅采用薄膜材料形成，垂直堆疊可以稱為薄膜垂直堆疊。
薄膜材料可以為淀積在襯底或其他材料上的一類特殊的絕緣或?qū)щ姴牧希渚哂刑囟ǖ暮穸?，例如薄膜材料可以涉及具有厚度范圍從大于零到小于約25,000的材料。此外，薄膜材料可以為使用薄膜淀積技術(shù)，例如，PVD(物理汽相淀積)，CVD(化學(xué)汽相淀積)或PECVD(等離子體增強化學(xué)汽相淀積)等淀積的材料。
其他實施例可以包括垂直結(jié)構(gòu)中的變化。例如，在一個實施例中，阻擋材料370可以從垂直結(jié)構(gòu)中去除。在另一個實施例中，阻擋材料370可以從垂直結(jié)構(gòu)中去除，電極360可以與電極210結(jié)合成為單一導(dǎo)電層以形成單一電極。此外，在另一個實施例中，電極230可以與導(dǎo)電材料380結(jié)合以形成單一導(dǎo)電層或單一電極。
存儲器材料350可以是相變的、可以是通過對存儲器材料350施加電流能夠被編程為至少兩個存儲器狀態(tài)中的一個的可編程材料，以在基本上結(jié)晶態(tài)和基本上非晶態(tài)之間改變存儲器材料350的相，其中基本上非晶態(tài)下的存儲器材料350的電阻大于基本上結(jié)晶態(tài)下的存儲器材料350的電阻。
對存儲器材料350進行編程以改變材料的狀態(tài)或相可以通過對導(dǎo)電材料380和270施加電壓勢來完成，由此產(chǎn)生跨越選擇器件120和存儲器元件130的電壓勢。當(dāng)該電壓勢大于選擇器件120和存儲器元件130的閾值電壓時，電流可以流過存儲器材料350以響應(yīng)所施加的電壓勢，并可以致使存儲器材料350的加熱。
這一加熱可以改變存儲器材料350的存儲器狀態(tài)或相。改變存儲器材料350的相或狀態(tài)可以改變存儲器材料350的電學(xué)特性，例如，材料的電阻可以通過改變存儲器材料350的相來改變。存儲器材料350還可以稱為可編程電阻性材料。
在“復(fù)位”狀態(tài)下，存儲器材料350可以為非晶或半非晶態(tài)，而在“設(shè)置”狀態(tài)下，存儲器材料350可以為結(jié)晶態(tài)或半結(jié)晶態(tài)。非晶或半非晶態(tài)下的存儲器材料350的電阻大于結(jié)晶或半結(jié)晶態(tài)下的存儲器材料350的電阻。很明顯，復(fù)位和設(shè)置與非晶和結(jié)晶態(tài)之間的聯(lián)系，分別為約定，至少為可以采用的相反約定。
使用電流，存儲器材料350可以被加熱至相對更高的溫度以將存儲器材料350非晶化，并“復(fù)位”存儲器材料350(例如，將存儲器材料350編程為邏輯“0”值)。加熱存儲器材料350的體積至相對更低的結(jié)晶化溫度可以將存儲器材料350結(jié)晶化并“設(shè)置”存儲器材料350(例如，將存儲器材料350編程為邏輯“1”值)?？梢酝ㄟ^改變電流量和通過存儲器材料350的體積的持續(xù)時間獲得存儲器材料350的各種電阻以存儲信息。
如圖4所示的存儲器100可以稱為垂直相變存儲器結(jié)構(gòu)，這是因為電流可以在地址線之間穿過選擇器件120和存儲器元件130垂直流動。
在其他實施例中，存儲器100可以不同地排列，并包括附加的層和結(jié)構(gòu)。例如，可以按需要形成隔離結(jié)構(gòu)、外圍電路(例如，尋址電路)、襯底240中的晶體管等等。應(yīng)當(dāng)理解，在附圖中缺少這些元件并不是本發(fā)明的范圍的限制。
應(yīng)當(dāng)注意，圖4中所示的存儲器結(jié)構(gòu)不使用晶體管或二極管選擇器件。圖4所示的存儲器結(jié)構(gòu)可以構(gòu)架為獨立陣列或襯底上的陣列，或者可以構(gòu)架為插入到構(gòu)建其他結(jié)構(gòu)的更復(fù)雜工藝流程中的工藝模塊。例如，該模塊可以集成在全互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝中，該工藝還可以構(gòu)建N溝道和P溝道晶體管、其布線互連以及其他電路元件。在這種實施例中，行和列線可以分別由N和P溝道晶體管驅(qū)動，用來以對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的方式進行讀和寫。
回到圖1，可以描述尋址方案的一個實施例。對于選中的存儲器元件(例如115)，可以執(zhí)行“半選擇陣列偏壓方案”，其中例如V伏的電壓可以施加到選中的列線(例如142)上，接近零伏的電壓可以施加在選中的行線(例如152)上。
在一個實施例中，命名“半選擇陣列偏壓方案”以用于編程存儲器元件的情況，V可以選擇為大于選擇器件120的閾值電壓(VTHSD)+存儲器元件130的復(fù)位閾值電壓(VTHReset)，但是小于兩倍的VTHSD。換句話說，(VTHSD+VTHReset)＜V＜(2*VTHSD)。所有未選中的行和列可以設(shè)置偏壓為V/2。在該方法中，在未選中的行線和未選中的列線之間可以沒有電壓。這可以降低背景泄漏電流。在接連地以這種方式偏置存儲器陣列后，陣列的存儲器元件可以通過連續(xù)施加幅度足夠大的電流進行編程以改變存儲器材料的相，該電流對于復(fù)位狀態(tài)具有小于大約5納秒的快速下降沿，以及對于設(shè)置狀態(tài)具有大于大約200納秒的緩慢下降沿。
對于讀存儲器元件的情況，V可以選擇為大于選擇器件120的閾值電壓(VTHSD)，但是小于選擇器件120的閾值電壓(VTHSD)+存儲器元件130的復(fù)位閾值電壓(VTHReset)。換句話說，(VTHSD)＜V＜(VTHSD+VTHReset)。所有未選中的行和列可以設(shè)置偏壓為V/2。在該方法中，在未選中的行線和未選中的列線之間沒有電壓偏置。這可以降低背景泄漏電流。在以這種方式偏置存儲器陣列后，陣列的存儲器元件可以通過連續(xù)施加比需要寫或干擾一位所需的相對更低的電流或電壓來連續(xù)的讀出，以測定存儲器元件的存儲器材料的電阻。施加的電壓小于將超過存儲器元件的閾值的電壓，但仍然足夠大以產(chǎn)生通過設(shè)置位比復(fù)位位的可檢測的更大電流。或者，可以通過一位施加小于存儲器元件的ITH的電流。該電流可以產(chǎn)生可檢測的比跨越復(fù)位存儲器元件更小的跨越設(shè)置存儲器元件的電壓下降。例如，復(fù)位電流可以為約1.5毫安(ma)，ITH可以大于約0.03ma。Iread可以為約0.01ma以用于處理小于約10,000歐姆的Rset，使得跨越設(shè)置存儲器元件的最大壓降為約0.1伏以下，且不超過存儲器元件的ITH。對于VTH為約0.8伏的存儲器器件，復(fù)位器件可以將跨越存儲器器件的電壓鉗位在約0.6伏，而無需取閾值或快速恢復(fù)(snapping back)。這在設(shè)置和復(fù)位狀態(tài)之間提供了約0.6伏減去約0.1或0.5伏的讀電壓差，其可以提供在器件開關(guān)和存儲器元件的保持電壓中的變化。
尋址方案的另一個實施例可以稱為“三分之一選擇陣列偏置方案”。該實施例可以提高取消選定的余量。在該實施例中，對于編程存儲器元件的情況，V伏的電壓可以施加到選中的列線上，零伏的電壓可以施加到選中的行線上。V可以選擇為大于選擇器件120的閾值電壓(VTHSD)+存儲器元件130的復(fù)位閾值電壓(VTHReset)，但是小于三倍的VTHSD。換句話說，(VTHSD+VTHReset)＜V＜(3*VTHSD)。所有未選中的行可以設(shè)置偏壓為(2V)/3。所有未選中的列可以設(shè)置偏壓為V/3。在該方法中，在未選中的行線和未選中的列線之間有接近+/-V/3的電壓偏置。這可以為選擇器件120和存儲器元件130的閾值電壓變化提供額外的制造余量。在以這種方式偏置存儲器陣列后，陣列的存儲器元件可以通過施加足夠的電流進行編程以改變存儲器材料的相。
對于讀存儲器元件的情況，電壓V可以選擇為大于選擇器件120的閾值電壓(VTHSD)，但是小于選擇器件120的閾值電壓(VTHSD)+存儲器元件130的復(fù)位閾值電壓(VTHReset)。換句話說，(VTHSD)＜V＜(VTHSD+VTHReset)。所有未選中的行可以設(shè)置偏壓為(2V)/3。所有未選中的列可以設(shè)置偏壓為V/3。在該方法中，在未選中的行線和未選中的列線之間有接近+/-V/3的電壓偏置。這可以為選擇器件120的閾值電壓變化提供額外的制造余量。在以這種方式偏置存儲器陣列后，陣列的存儲器元件可以通過施加相對更低的電流進行讀出以測定存儲器元件的存儲器材料電阻，例如通過使用在上面討論的半選擇方法中的V/2方法中使用的方法。
對選中的存儲器單元進行編程可以包括偏置未選中的行和未選中的列線，如上面討論的“半選擇陣列偏置方案”和“三分之一選擇陣列偏置方案”實施例中一樣。在選中的列線上，施加符合大于選中的器件120的閾值電壓和存儲器元件130的閾值電壓的電流。電流幅度、持續(xù)時間和脈沖形狀可以選擇為將存儲器元件置于想要的相或存儲器狀態(tài)。
讀選中的陣列存儲器單元可以包括偏置未選中的行和列線，如上面討論的“半選擇陣列偏置方案”和“三分之一選擇陣列偏置方案”實施例中一樣。用于反映余量需求、陣列大小和產(chǎn)品中的漏電要求的傳統(tǒng)應(yīng)用的這些方案的結(jié)合，允許本領(lǐng)域的技術(shù)人員來決定滿足根據(jù)應(yīng)用變化的產(chǎn)品規(guī)范的適當(dāng)?shù)钠秒妷骸？梢栽谶x中的行線上施加零伏，在選中的列線上施加電壓V。符合該施加電壓的電流可以小于編程或干擾存儲器元件當(dāng)前相或存儲器狀態(tài)的電流。如果存儲器元件處于“復(fù)位”狀態(tài)，存儲器元件可以不切換至“開”并表現(xiàn)出對于讀取放大器(未示出)相對高的電壓、低電流條件。該讀取放大器可以將產(chǎn)生的列電壓與參考電壓比較，或是將產(chǎn)生的列電流與參考電流比較。
圖5-12可以用于描述一個實施例，以構(gòu)造或制作存儲器100的一部分。特別是，圖5-12可以用來描述一個實施例，以構(gòu)造選擇器件120和存儲器元件130。
轉(zhuǎn)到圖5，存儲器100可以包括襯底240，該襯底可以為例如半導(dǎo)體襯底(例如硅襯底)，盡管本發(fā)明的范圍沒有在這個方面加以限制。其它適合的襯底可以為，但不限于，包含陶瓷材料、有機材料或玻璃材料的襯底。
可以在襯底240之上形成一層絕緣材料260并與襯底240接觸。絕緣材料260可以為電介質(zhì)材料，其可以為熱和/或電絕緣材料，例如，氧化硅，盡管本發(fā)明的范圍沒有在這個方面加以限制。絕緣材料260可以具有厚度范圍從大約300到大約10,000，盡管本發(fā)明的范圍沒有在這個方面加以限制。絕緣材料260可以使用化學(xué)或化學(xué)機械拋光(CMP)技術(shù)進行平面化。
可以在絕緣材料270上使用例如PVD工藝覆蓋一層導(dǎo)電材料270薄膜。導(dǎo)電材料270可以使用光刻和刻蝕技術(shù)進行圖案制作，以形成在y方向上很小的寬度(垂直于圖5所示的視圖)。導(dǎo)電材料270的膜厚度范圍可以從大約20到大約2000。在一個實施例中，導(dǎo)電材料270的厚度范圍可以從大約200到大約1000。在另一個實施例中，導(dǎo)電材料270的厚度為大約500。
導(dǎo)電材料270可以為存儲器100的尋址線(例如行線151、152或153)。導(dǎo)電材料270可以為，例如，鎢(W)膜、摻雜的多晶硅膜、Ti膜、TiN膜、TiW膜、鋁(Al)膜、銅(Cu)膜或這些膜的某些組合。在一個實施例中，導(dǎo)電材料270可以為多晶硅膜，在其上表面具有難熔硅化物的電阻降低帶(resistance lowering strap)，類似于在厚歸檔氧化物(thick filed oxide)上的CMOS中使用的多晶硅柵，盡管本發(fā)明的范圍沒有在這個方面加以限制。
可以使用例如PECVD(等離子體增強化學(xué)汽相淀積)工藝、HDP(高密度等離子體)工藝或旋轉(zhuǎn)涂布和烘焙SOLGEL工藝形成一絕緣材料280以覆蓋導(dǎo)電材料270。絕緣材料280可以為電介質(zhì)材料，其可以為熱和/或電絕緣材料，例如，氧化硅，盡管本發(fā)明的范圍沒有在這個方面加以限制。絕緣材料280可以具有厚度范圍從大約100到大約4000，盡管本發(fā)明的范圍沒有在這個方面加以限制。在一個實施例中，絕緣材料280的厚度范圍可以從大約500到大約2500。在另一個實施例中，絕緣材料280的厚度為大約1200。
盡管本發(fā)明的范圍沒有在這個方面加以限制，絕緣材料280可以使用化學(xué)或CMP技術(shù)進行平面化。產(chǎn)生的絕緣材料280的厚度范圍可以從大約20到大約4000。在一個實施例中，在平面化絕緣材料280之后，絕緣材料280的厚度范圍可以從大約200到大約2000。在另一個實施例中，絕緣材料280的厚度可以為大約900。
可以淀積一層犧牲膜410以覆蓋絕緣材料280。犧牲膜410可以為，例如，氮化硅(SiN)膜或多晶硅膜。犧牲膜410的厚度范圍可以從大約20到大約4000。在一個實施例中，犧牲膜410的厚度范圍可以從大約200到大約2000。在另一個實施例中，犧牲膜410的厚度可以為大約1000。
可以使用光刻和刻蝕技術(shù)來對犧牲膜410進行圖案制作，以形成具有側(cè)壁416的開口415。開口415可以為空洞、通孔或溝槽，盡管本發(fā)明的范圍沒有在這個方面加以限制。
在一個實施例中，可以使用光刻和刻蝕技術(shù)形成開口415。作為一個示例，可以通過在犧牲膜410上涂覆一層光刻膠材料(未示出)并將該光刻膠材料曝光來形成開口415。掩模(未示出)可以用來暴露光刻膠材料的選中區(qū)域，其限定了被去除(即，被刻蝕)的區(qū)域。該刻蝕可以為化學(xué)刻蝕，稱為濕法刻蝕。或者，該刻蝕可以為等離子體(離子轟擊)刻蝕，稱為干法刻蝕。如果使用光刻技術(shù)形成開口415，開口415的直徑或?qū)挾瓤梢詾橹辽僖粋€最小特征尺寸。
一個結(jié)構(gòu)的最小特征尺寸稱為使用光刻能獲得的最小尺寸。例如，最小特征尺寸可以稱為結(jié)構(gòu)中的材料寬度或材料間距。正如所理解的那樣，光刻是指將圖案或圖像從一個介質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一個的工藝，例如，用特定波長的光形成對晶片的掩模。在IC制造領(lǐng)域中可得到的轉(zhuǎn)移圖案的最小特征尺寸由光源的波長限制所限制。小于最小特征尺寸的距離、尺寸或大小可以稱為亞光刻距離、尺寸或大小。例如，一些光刻工藝可以具有大約2500埃的最小特征尺寸。在該示例中，亞光刻距離可以涉及具有小于約2500埃的寬度的特征。
一些技術(shù)可以用于實現(xiàn)亞光刻尺寸。盡管本發(fā)明的范圍沒有在這個方面加以限制，相移掩模、電子束光刻或x射線光刻可以用來獲得亞光刻尺寸。電子束光刻可以涉及直接寫入光刻技術(shù)，采用電子束曝光晶片上的抗蝕劑。X射線光刻可以涉及高級光刻工藝，用于將圖案轉(zhuǎn)移到硅晶片上，其中使用的電磁輻射是X射線，而不是長波長輻射。X射線的更短波長(例如，約10-200埃，相對用于紫外線輻射的2000-3000埃)可以減少衍射，并可以用于獲得約1000埃及更小的特征尺寸。此外，側(cè)壁間隔物可以用來獲得亞光刻尺寸。圖6可以用來描述側(cè)壁間隔物420的使用，以獲得亞光刻尺寸。
圖6通過相同的剖面視圖描述了在形成側(cè)壁間隔物420后圖5的結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，側(cè)壁間隔物420可以沿犧牲膜410的側(cè)壁416形成。側(cè)壁416之間的距離可以為一個特征尺寸，可以使用光刻和刻蝕技術(shù)形成。側(cè)壁間隔物420可以通過在側(cè)壁416之間的間隔中淀積一層氮化硅、多晶硅或另一層犧牲材料，并使用干法刻蝕，例如各向異性刻蝕對該材料進行圖案制作來形成。
在側(cè)壁間隔物420之間的距離可以是亞光刻的。在一個實施例中，在形成側(cè)壁間隔物420后，可以采用另一各向異性的刻蝕來在薄膜280中形成具有亞光刻直徑的開口430(圖7)。
轉(zhuǎn)到圖7，在一個實施例中，犧牲膜410和間隔物420可以用作硬掩模，絕緣材料280可以采用選擇性刻蝕劑進行各向異性刻蝕，使得刻蝕劑停止在導(dǎo)電材料270處，或保護導(dǎo)電材料270。
如圖7所示，刻蝕操作通過開口430暴露導(dǎo)電材料270的一部分。在一方面，側(cè)壁間隔物420可以用來減少形成在開口430中的電極材料的數(shù)量(例如，圖8所示的340)。在一個實施例中，開口430的直徑可以小于約1000埃，盡管本發(fā)明的范圍沒有在這個方面加以限制。
應(yīng)當(dāng)指出，使用側(cè)壁間隔物420來形成開口430不是本發(fā)明的限制。其他亞光刻方法，如上述提到的，可以用來形成開口430，其中開口430可以具有亞光刻直徑。或者在另一實施例種，開口430可以使用光刻技術(shù)來形成，因此，具有大于或等于大約一個最小特征尺寸的直徑。
犧牲膜410和間隔物420可以在形成開口430之后被去除。例如，犧牲膜410和間隔物420可以有選擇地被刻蝕，而保留絕緣材料280和導(dǎo)電材料270。
圖8示出了在絕緣材料280上和開口430中(圖7)共形淀積電極材料340之后的存儲器100。電極材料340可以為一層C、SiC、TiSiN、TlAlN、多晶硅、TaN、這些材料的某些組合或是其他適合的電阻導(dǎo)體。作為一個示例，可以使用化學(xué)汽相淀積(CVD)工藝形成電極材料340，但是，本發(fā)明的范圍不受用來形成電極材料340的特定工藝限制。應(yīng)當(dāng)理解，另外的工藝可以用來形成電極材料340。作為一個示例，可以使用ALD(原子層淀積)。
在引入電極材料340之后，圖8中所示的結(jié)構(gòu)可以經(jīng)平面化處理，該平面化去除電極材料340的一部分，并可以去除絕緣層280的一部分。適當(dāng)?shù)钠矫婊夹g(shù)可以包括化學(xué)或CMP技術(shù)。其他技術(shù)也可以用來制作材料340和280的圖案。例如，可以使用覆蓋式刻蝕來去除絕緣層280和電極材料340的部分。圖9描述了在電極材料340的圖案制作后圖8所示的結(jié)構(gòu)。
圖10描述了在制作的后期階段中圖9的結(jié)構(gòu)。可以淀積一層存儲器材料350薄膜來覆蓋絕緣材料280和電極340。
可以使用例如PVD工藝形成存儲器材料350。存儲器材料350可以為可編程材料，例如相變材料。存儲器材料350可以為雙向材料或硫?qū)倩锊牧?。存儲器材?50的厚度范圍從約20到大約4000。在一個實施例中，存儲器材料350的厚度范圍可以從大約200到大約1000。在另一個實施例中，存儲器材料350的厚度可以為大約500。
可以淀積電極材料360來覆蓋存儲器材料350?？梢圆捎美鏟VD工藝形成電極材料360。電極材料360可以為Ti、TiN、TiW、C、SiC、TlAlN、TiSiN、多晶硅、TaN、這些材料的一些組合，或是其他適合的導(dǎo)體或電阻導(dǎo)體。電極材料360的厚度范圍從約20到大約2000。在一個實施例中，電極材料360的厚度范圍可以從大約100到大約1000。在另一個實施例中，電極材料360的厚度可以為大約300。
可以淀積阻擋材料370來覆蓋電極材料360?？梢圆捎美鏟VD工藝形成阻擋材料370。阻擋材料370可以為Ti、TiN、TiW、C、SiC、TlAlN、TiSiN、多晶硅、TaN、這些材料的某些組合，或是在電極材料360和210之間提供阻擋的其他適合的導(dǎo)體或電阻導(dǎo)體。在一個實施例中，阻擋材料可以包括TiN和Ti膜。阻擋材料370的厚度范圍從約20到大約2000。在一個實施例中，阻擋材料370的厚度范圍可以從大約100到大約1000。在另一個實施例中，阻擋材料370的厚度可以為大約300。
可以使用例如PVD工藝淀積電極210來覆蓋阻擋材料370?？梢允褂美鏟VD工藝淀積開關(guān)材料220來覆蓋電極210，而且可以使用例如PVD工藝淀積電極230來覆蓋開關(guān)材料220。電極210、開關(guān)材料220和電極230的組分和厚度的示例在上面參照圖3已有所討論。
在一個實施例中，薄膜層350、360、370、210、220和230或其子集，可以通過PVD工藝的裝置在原處淀積。即，所有層可以在濺射淀積工具中連續(xù)淀積，而無需在每層薄膜層淀積之間排氣回到大氣的壓強或暴露在大氣中。
圖11示出了圖10所示的結(jié)構(gòu)在使用例如光刻和刻蝕技術(shù)對材料230、220、210、370、360和350制作圖案后，形成三個圓柱形或盒形結(jié)構(gòu)500。圓柱形狀結(jié)構(gòu)可以使用單光刻/單刻蝕工藝實現(xiàn)。盒形狀結(jié)構(gòu)可以使用雙光刻/單刻蝕工藝實現(xiàn)。在替換的實施例中，盒形狀結(jié)構(gòu)可以使用單光刻/單刻蝕/單光刻/單刻蝕工藝實現(xiàn)。盡管描述了三個圓柱形或盒形結(jié)構(gòu)，這并不是本發(fā)明的限制。例如，在其他實施例中，可以形成超過三個圓柱形或盒形結(jié)構(gòu)。
此外，圖11描述了在絕緣材料280的上表面的一部分上，及沿結(jié)構(gòu)500的側(cè)壁和上表面共形淀積絕緣材料510后的存儲器100。絕緣材料510可以為二氧化硅或氮化硅材料。絕緣材料510可以具有厚度范圍從大約20到大約10,000。在一個實施例中，絕緣材料510的厚度范圍可以從大約100到大約1000。在另一個實施例中，絕緣材料510的厚度可以為大約250。絕緣材料510可以在相對更低的溫度下淀積，例如在200-600攝氏度范圍內(nèi)，在一個實施例中，在大約250攝氏度的溫度下。
可以淀積層間絕緣體520來覆蓋絕緣體510。例如，層間絕緣體520可以是使用高密度等離子體(HDP)工藝淀積的二氧化硅。層間絕緣體520可以具有厚度范圍從大約300到大約20,000。在一個實施例中，層間絕緣體520的厚度范圍可以從大約2000到大約10,000。在另一個實施例中，層間絕緣體520的厚度可以為大約6000。
圖12示出了在使用例如CMP工藝平面化材料510、520，可能還有230之后圖11中示出的結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電材料380可以通過例如淀積一層鋁并使用光刻和刻蝕技術(shù)制作該層的圖案以形成在y方向上(垂直于圖12中示出的x方向)延伸的平行條紋，從而形成在電極230之上并與其接觸。導(dǎo)電材料380可以為地址線，例如圖1中示意示出的列線141-143?？梢岳斫?，列線141-143可以垂直于行線151-153。
用于導(dǎo)電層380的其他適合材料可以包括鎢(W)膜，摻雜的多晶硅膜、Ti膜、TiN膜、TiW膜、銅膜或這些膜的一些組合。在一個實施例中，導(dǎo)電材料380可以為多晶硅膜，在其上表面上具有硅化鈷(CoSi2)的電阻降低帶。導(dǎo)電材料380可以具有厚度范圍從大約100到大約20,000。在一個實施例中，導(dǎo)電材料380的厚度范圍可以從大約300到大約5000。在另一個實施例中，導(dǎo)電材料380的厚度可以為大約2000。
在圖12所示的實施例中，存儲器材料350和電極340和360可以形成存儲器元件130(圖1)。開關(guān)材料220和電極210和230可以形成選擇器件120(圖1)。
采用圖12所示的結(jié)構(gòu)的存儲器陣列可以使用用于存儲器元件和選擇器件的薄膜來制造。在這類陣列中，諸如MOS晶體管或BJT的單晶硅器件沒有用在存儲器陣列中。因此，可以垂直地在一個接一個的頂部堆疊存儲器陣列，這將增加存儲器密度并相對少量增加晶片工藝成本。圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的四層存儲器陣列堆疊的示例。
盡管在圖13中未示出，片上晶體管、外圍電路和/或地址電路可以放置在存儲器陣列之下。這將降低芯片晶元面積。存儲器陣列效率可以定義為由存儲器單元構(gòu)成的總產(chǎn)品芯片面積和用于其他電路的芯片面積值相比的百分數(shù)。在一個實施例中，90％或更高的存儲器效率可以使用上述討論的薄膜存儲器結(jié)構(gòu)連同將片上晶體管、外圍電路和/或地址電路放置在存儲器陣列下面來實現(xiàn)。或者，可以將SRAM放置在存儲器陣列下面可用的位置上，以增加用于之后數(shù)據(jù)放置在芯片的非易失性存儲器部分的寫入芯片的帶寬。
堆疊的多層陣列可以獲得對片上CMOS晶體管布置的陣列支持子電路，例如行驅(qū)動器、列驅(qū)動器和讀取放大器的存取，如圖14中所示出的?；氐綀D14，示出了存儲器600。
存儲器600可以包括在行線610和垂直于行線610延伸的列線620之間耦連的存儲器單元630。存儲器單元630可以包括垂直堆疊的薄膜選擇器件和存儲器元件，諸如這里討論的相變存儲器元件。話句話說，存儲器單元630可以包括包含有選擇器件和諸如使用薄膜材料形成的相變存儲器元件的存儲器元件的垂直結(jié)構(gòu)。
支持子電路640可以在存儲器單元630的下面，并耦連至行線610和列線620。這些子電路可以包括用于陣列的驅(qū)動和讀取晶體管，以及其他對于有效使用系統(tǒng)中的存儲器例如，高速緩存SRAM存儲器有幫助的支持電路。以這種方式將支持子電路640放置在存儲器陣列的下面可以增加存儲器效率，并可以經(jīng)濟地允許每個行線和每個列線上更少的位。由于降低了寄生電阻和電容，這具有增加用于讀和寫操作的速度的優(yōu)點，還能提供用于更有效的冗余方案。
圖15示出了存儲器100的另一個實施例。在該實施例中，使用自對準(zhǔn)硅化的(salicided)單晶的N+或P+有源區(qū)形成行線。例如，可以使用P區(qū)720、N+區(qū)730和例如CoSi2、TiSi2或NiSi2的難熔自對準(zhǔn)硅化物帶(refractory salicide strap)740形成行線。該行線可以通過導(dǎo)電插頭710耦連至電極340。導(dǎo)電插頭710可以被諸如二氧化硅的絕緣材料750環(huán)繞。導(dǎo)電插頭710可以為，例如鎢，還可以包括例如Ti和/或TiN的襯墊(未示出)。在替換的實施例中，未示出，導(dǎo)電材料380可以通過導(dǎo)電插頭耦連至電極230。
圖16示出了存儲器100的存儲器單元(例如115)的一個替換實施例。盡管本發(fā)明的范圍沒有在這個方面加以限制，在該實施例中，存儲器單元115可以包括電極830，覆蓋電極830的開關(guān)材料820，以及覆蓋開關(guān)材料820的電極810以傳導(dǎo)在開關(guān)材料820和存儲器材料850之間的電流。此外，存儲器單元115可以包括覆蓋電極810的存儲器材料850。換句話說，電極810可以在存儲器材料850的下面并與之接觸。而且，存儲器單元115可以包括覆蓋存儲器材料850的電極840。
存儲器單元115為垂直結(jié)構(gòu)，可以由薄膜材料形成并形成在襯底(未示出)之上。選擇器件120可以包括隨同分別沿其上部和下部電極810和830一起的開關(guān)材料820，存儲器元件130可以包括隨同分別沿其上部和下部電極840和810一起的存儲材料850。
可以使用相同或類似的材料形成開關(guān)材料820，并使用這里描述的用于開關(guān)材料220的相同或類似的技術(shù)。而且，存儲器材料850可以由相同或類似的材料形成，并使用這里描述的用于存儲器材料350的相同或類似的技術(shù)。
電極830和840可以用作地址線(例如列或行線)。電極830、810和840可以包括類似于或相同于這里討論的用于材料380、370、230、210、360和340的示例的材料。在一個實施例中，電極830、810和840可以為一層碳，盡管本發(fā)明的范圍沒有在這個方面加以限制。此外，厚度、以及用于形成材料380、370、230、210、360和340的技術(shù)可以用于形成電極830、810和840。
圖17的示意圖示出了存儲器100的另一個實施例。在該實施例中，存儲器單元111-119每個包括選擇器件120、選擇器件125和存儲器元件130。在該實施例中，總的快速恢復(fù)(snapback)可以減少以允許使用更低閾值的存儲器元件。例如，如果用于一對雙向開關(guān)的總VTH為約兩伏，通過適當(dāng)選擇開關(guān)材料厚度，每個開關(guān)單獨的VTH可以為約一伏。如果每個VH的例如為0.8伏，如果使用單個器件，則快速恢復(fù)可以從約1.2伏減少至大約總共0.4伏。這種堆疊的開關(guān)器件序列組可以減少讀期間內(nèi)干擾一位的趨勢。這種堆疊可以包括一個開關(guān)、兩個開關(guān)或與存儲器元件串聯(lián)的多個開關(guān)，所有都放置在幫助可靠的存儲器選擇和操作的行和列線之間。
如上所示，存儲器元件130和選擇器件120和125以串聯(lián)排列連接。在一個實施例中，選擇器件120和125可以為雙向開關(guān)，存儲器元件130可以為雙向存儲器。
轉(zhuǎn)到圖18，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例描述了存儲器100的存儲器單元(例如115)的一個實施例。存儲器單元115可以包括襯底240、覆蓋襯底240的絕緣材料260，以及覆蓋絕緣材料260的導(dǎo)電材料270。導(dǎo)電材料270可以為地址線(例如行線152)。在導(dǎo)電材料270的上面，電極340可以形成在絕緣材料280的部分之間。在電極340之上，可以淀積存儲器材料350的連續(xù)層、電極材料360、開關(guān)材料920、電極材料930、開關(guān)材料940、電極材料950以及導(dǎo)電材料980，以形成垂直存儲器單元結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電材料980可以為地址線(例如列線142)。
圖18所示的存儲器單元115的實施例可以使用參考圖5-12和圖15所討論的類似材料和制造技術(shù)形成。在圖18所示的實施例中，選擇器件125和120形成在存儲器元件130之上以形成串聯(lián)耦連的薄膜垂直結(jié)構(gòu)或垂直堆疊。在替換的實施例中，存儲器元件130可以形成在選擇器件120和125之上，或者存儲器元件130可以形成在選擇器件120和125之間以形成串聯(lián)耦連的薄膜垂直結(jié)構(gòu)。在圖18所示的實施例中，選擇器件120和125和存儲器元件130可以使用薄膜材料形成，垂直堆疊可以稱為薄膜垂直堆疊。
在圖18所示的實施例中，存儲器材料350和電極340和360可以形成存儲器元件130。存儲器材料350可以為雙向材料和硫?qū)倩锊牧希⒖梢苑Q為雙向存儲器。開關(guān)材料920和電極360和930可以形成選擇器件125。開關(guān)材料920可以使用用于形成這里所述的開關(guān)材料220的類似的材料和類似的制造技術(shù)形成。開關(guān)材料940和電極930和950可以形成選擇器件120。開關(guān)材料940可以使用用于形成這里所述的開關(guān)材料220的類似的材料和類似的制造技術(shù)形成。在替換的實施例中，開關(guān)材料920和940可以包括相同的材料或不同的材料。例如，在一個實施例中，開關(guān)材料920可以包括硫?qū)倩锊牧?，開關(guān)材料940可以包括另一種不同的硫?qū)倩锊牧稀?br> 在一個實施例中，選擇器件120和125可以為雙向開關(guān)，存儲器元件130可以為雙向存儲器，存儲器單元115可以稱為雙向存儲器單元。如上所討論的，選擇器件120的I-V特性示例如圖2所示。選擇器件125可以具有類似于圖2所示的I-V特性。
轉(zhuǎn)到圖19，示出了存儲器單元115的I-V特性示例，其可以包括在該實施例中的存儲器元件130和選擇器件120和125。標(biāo)注為VH的存儲器單元115的保持電壓可以由選擇器件120和125以及存儲器元件130的保持電壓產(chǎn)生。存儲器單元115的閾值電壓可以等于存儲器元件130和選擇器件120和125相加的閾值電壓。
可以從這里的討論中理解，選擇器件或雙向開關(guān)的閾值電壓可以由雙向開關(guān)的開關(guān)材料的厚度或合金組分決定，雙向開關(guān)的保持電壓可以由接觸雙向開關(guān)的開關(guān)材料的電極的組分決定。由此，在一個實施例中，快速恢復(fù)電壓，即，雙向開關(guān)的閾值電壓和保持電壓之間的電壓差可以通過減少開關(guān)材料的厚度并使用一類特殊的電極來降低。
例如，參考圖18中描述的選擇器件120，如果電極930和950為碳層且如果開關(guān)材料940的厚度大約為200，則選擇器件120的保持電壓可以為大約一伏，選擇器件120的閾值電壓可以為大約1.2伏。在該示例中，快速恢復(fù)電壓可以為約0.2伏，該電壓為選擇器件120的保持電壓和閾值電壓之差。
在圖18所示的實施例中，存儲器單元115可以包括兩個串聯(lián)耦連到雙向存儲器的雙向開關(guān)，當(dāng)需要更高的開關(guān)和保持電壓時，以降低存儲器單元的保持電壓和閾值電壓之間的電壓差異。換句話說，不采用一個雙向開關(guān)，兩個雙向開關(guān)可以串聯(lián)耦連到雙向存儲器以減少存儲器單元的“快速恢復(fù)”，即，當(dāng)需要更高的開關(guān)和保持電壓時，以減少雙向存儲器單元的閾值電壓和保持電壓之間的電壓差。
在一個實施例中，電極360、930和950可以為碳。開關(guān)材料920的厚度可以為約200，開關(guān)材料940的厚度可以為約200。在該實施例中，選擇器件120的閾值電壓可以為大約1.2伏，選擇器件120的保持電壓可以為大約一伏。選擇器件125的閾值電壓可以為大約1.2伏，選擇器件125的保持電壓可以為大約一伏。如果復(fù)位/設(shè)置存儲器元件130的閾值電壓為大約0.8/0.0伏，則對于復(fù)位狀態(tài)和設(shè)置狀態(tài)下的存儲器單元115，存儲器單元115的閾值電壓分別為大約3.2/2.4伏，該電壓為存儲器元件130和選擇器件120和125相加的閾值電壓。即，可以跨越存儲器單元115施加大于約3.2伏的電壓勢以“接通”選擇器件120和125，并傳導(dǎo)流經(jīng)存儲器單元115的電流?？梢酝ㄟ^在列線142上施加大于約3.2伏的電壓勢，并在行線152上施加大約零伏的電壓勢，來跨越存儲器單元115施加大于約3.2伏的電壓。
在該示例中，為了編程選中的存儲器單元，例如，存儲器單元115，可以在未選中的列線和未選中的行線，例如線141、143、151和153上施加約1.8伏的電壓。可以在選中的列線，例如142上施加大于約3.2伏的電壓，在選中的行線，例如行線152上施加零伏的電壓。在該示例中，在選擇器件120和125“接通”后，由于快速恢復(fù)，跨越存儲器單元115的電壓降可以從大約3.2伏減少至大約2.0-2.8伏，這依賴于單元的存儲器狀態(tài)和由列提供的電流。接著，通過穿過存儲器單元115施加電流，信息可以存儲在存儲器元件130中，同時確保選中的列線保持在偏置在大約1.8伏下的未選中行線的約2.4伏之內(nèi)，使得未選中存儲器單元不被干擾。即，在編程期間，不可以允許列為高于4.2伏的更高電壓。
圖19可以用于圖示說明該示例，其中對于全存儲器單元(一起考慮所有三個部件)，對于復(fù)位狀態(tài)和設(shè)置狀態(tài)，VTH分別為3.2/2.4伏，VH為2.8伏。穿過存儲器單元115的電流接近零安培，直到超過例如大約3.2或2.4伏的閾值電壓VTH，這依賴于存儲器單元是否分別處于復(fù)位或設(shè)置狀態(tài)。接著，隨著電流的增加，跨越存儲器單元115的電壓下降到(對于一個復(fù)位位)或爬升至(對于一個設(shè)置位)保持電壓VH，例如，大約2.8伏。
為了讀出存儲在選中存儲器單元中的信息的值，在該示例中，跨越存儲器單元115可以施加約2.8伏的電壓?？梢宰x出存儲器元件130的電阻以決定存儲器元件130是否處于低阻結(jié)晶，“設(shè)置”狀態(tài)(例如，小于大約10,000歐姆)，或者存儲器元件130是否處于高阻非晶，“復(fù)位”狀態(tài)(例如，大于大約10,000歐姆)。
在另一個實施例中，為了讀出存儲在選中存儲器單元中的信息的值，可以通過在選中的列線上施加2.8伏的電壓，在選中的行線上施加零伏的電壓，以及在所有其他未選中的行和列上施加1.4伏的電壓，來跨越存儲器單元115施加約2.8伏的電壓?？梢宰x出從選中的列到選中的行的電阻以決定存儲器元件130是否處于低阻結(jié)晶，“設(shè)置”狀態(tài)，或者存儲器元件130是否處于高阻非晶，“復(fù)位”狀態(tài)。在該實施例中，串聯(lián)選擇器件可以不為復(fù)位狀態(tài)而“接通”，因此還提供在選中的列和選中的行之間的高阻。
應(yīng)當(dāng)理解，上述示例不是本發(fā)明的限制。通過改變開關(guān)材料920和940的厚度以及電極360、930和950的組分，可以獲得其他保持電壓和閾值電壓，以改變存儲器單元的快速恢復(fù)。減少存儲器單元的快速恢復(fù)的一個優(yōu)點是可以減少流經(jīng)存儲器單元的電容的位移電流，因此減少了在讀期間干擾一位進入不同狀態(tài)的趨勢。
在其他實施例中，圖18所示的存儲器單元115可以不同地排列，并包括附加的層和結(jié)構(gòu)。例如，可以希望形成絕緣結(jié)構(gòu)、阻擋層、外圍電路(例如，尋址電路)等。存儲器單元可以改為選用具有通過不同電流或極性編程的不同相的鐵電或鐵磁材料，因此當(dāng)編程為不同狀態(tài)時會產(chǎn)生不同的阻抗?；蛘?，存儲器單元可以為受益于小型存取器件的任意其他材料或器件。應(yīng)當(dāng)理解，缺少這些元件并不是本發(fā)明的限制。
轉(zhuǎn)到圖20，描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)860的一部分。系統(tǒng)860可以用于無線器件，例如，個人數(shù)字助理(PDA)、具有無線性能的膝上或便攜式計算機、網(wǎng)絡(luò)手寫板、無線電話、尋呼機、即時消息器件、數(shù)字音樂播放器、數(shù)字相機或其他適合無線發(fā)送和/或接收信息的器件。系統(tǒng)860可以用于下列任意系統(tǒng)中無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)系統(tǒng)、無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WPAN)系統(tǒng)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)，盡管本發(fā)明的范圍沒有在此方面加以限制。
系統(tǒng)860可以包括一個控制器865、一個輸入/輸出(I/O)器件870(例如，鍵盤、顯示器)、一個存儲器875和一個通過總線885彼此耦連的無線接口880。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的范圍不限于具有任意或所有這些部件的實施例。
控制器865可以包括，例如，一個或多個微處理器、數(shù)字信號處理器、微控制器等。存儲器875可以用來存儲發(fā)送到系統(tǒng)860或由系統(tǒng)860發(fā)送的消息。存儲器875還可選地用于存儲在系統(tǒng)860的運行期間由控制器865執(zhí)行的指令，并用于存儲用戶數(shù)據(jù)。存儲器875可以由一個或多個不同類型的存儲器提供。例如，存儲器875可以包括任意類型的隨機存取存儲器、易失性存儲器、諸如快閃(flash)存儲器的非易失性存儲器和/或諸如這里討論的存儲器100的存儲器。
I/O器件870可以由用戶使用來產(chǎn)生一條消息。系統(tǒng)860可以使用無線接口880，用射頻(RF)信號來發(fā)送消息到無線通信網(wǎng)絡(luò)，并接收來自無線通信網(wǎng)絡(luò)的消息。無線接口880的示例可以包括天線或無線收發(fā)器，盡管本發(fā)明的范圍沒有在此方面加以限制。
盡管本發(fā)明的范圍沒有在此方面加以限制，系統(tǒng)860可以采用下列通信空中接口協(xié)議之一來發(fā)送并接收消息碼分多路訪問(CDMA)、蜂窩無線電話通信系統(tǒng)、全球移動通信系統(tǒng)(GSM)蜂窩無線電話系統(tǒng)、北美數(shù)字蜂窩(NADC)蜂窩無線電話系統(tǒng)、時分多路接入(TDMA)系統(tǒng)、擴展時分多路接入(E-TDMA)蜂窩無線電話系統(tǒng)、第三代(3G)系統(tǒng)例如寬帶CDMA(WCDMA)、CDMA-2000等。
應(yīng)當(dāng)進一步理解，雙向存儲器具有基本的動態(tài)范圍，采用上述使用的技術(shù)，以及如果必要可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員實現(xiàn)的反饋，物理存儲器單元可以通過寫和讀多于兩個不重疊電阻范圍來存儲多于一位。
盡管這里已經(jīng)介紹并描述了本發(fā)明的一些特征，對于本發(fā)明的技術(shù)人員來說還會產(chǎn)生很多修改、代替、改變以及等效。因此，應(yīng)當(dāng)理解，附屬的權(quán)利要求意圖覆蓋所有這些修改和改變，以落在本發(fā)明的真正精神之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括襯底之上的相變材料；耦連至相變材料的開關(guān)材料，其中開關(guān)材料包括除了氧之外的硫?qū)僭?，且其中開關(guān)材料和相變材料形成襯底之上的部分垂直結(jié)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中相變材料和開關(guān)材料為薄膜材料。
3.權(quán)利要求1的裝置，其中相變材料和開關(guān)材料彼此串聯(lián)耦連。
4.權(quán)利要求1的裝置，其中開關(guān)材料在相變材料之上。
5.權(quán)利要求1的裝置，其中相變材料在開關(guān)材料之上。
6.權(quán)利要求1的裝置，其中相變材料為硫?qū)倩锊牧稀?br> 7.權(quán)利要求1的裝置，其中垂直結(jié)構(gòu)還包括在相變材料和開關(guān)材料之間、并串聯(lián)耦連至相變材料和開關(guān)材料的電極。
8.一種裝置，包括襯底之上的存儲器材料；存儲器材料之上的第一電極；以及第一電極之上的硫?qū)倩锊牧?，其中存儲器材料和硫?qū)倩锊牧贤ㄟ^電極電耦連。
9.權(quán)利要求8的裝置，還包括襯底之上、存儲器材料之下的第二電極，其中存儲器材料形成在第二電極上；形成在第一電極上的阻擋材料，其中第一電極形成在存儲器材料上；形成在阻擋材料上的第三電極，其中硫?qū)倩锊牧闲纬稍诘谌姌O上；以及形成在硫?qū)倩锊牧仙系牡谒碾姌O。
10.權(quán)利要求9的裝置，其中第一電極、存儲器材料和第二電極形成存儲器元件，且其中第三電極、硫?qū)倩锊牧虾偷谒碾姌O形成選擇器件，用來在編程或讀取存儲器元件期間存取存儲器元件。
11.權(quán)利要求8的裝置，其中硫?qū)倩锊牧蠟椴豢删幊滩牧稀?br> 12.權(quán)利要求10的裝置，其中存儲器元件和選擇器件以垂直結(jié)構(gòu)排列，使得電流以基本上垂直的方向在選擇器件和存儲器元件之間流動。
13.權(quán)利要求10的裝置，其中如果跨越硫?qū)倩锊牧鲜┘有∮陬A(yù)定電壓勢的電壓，則選擇器件處于基本上電學(xué)上不導(dǎo)電的狀態(tài)，且其中如果跨越硫?qū)倩锊牧鲜┘哟笥陬A(yù)定電壓勢的電壓，則選擇器件處于基本上導(dǎo)電的狀態(tài)。
14.權(quán)利要求10的裝置，其中通過在存儲器元件的存儲器材料上施加電流以在基本上結(jié)晶態(tài)和基本上非晶態(tài)之間改變存儲器材料的相，存儲器元件能夠被編程為至少兩個存儲器狀態(tài)中的一個，其中在基本上非晶態(tài)下的存儲器材料的電阻大于在基本上結(jié)晶態(tài)下的存儲器材料的電阻。
15.權(quán)利要求9的裝置，還包括在第二電極之下并與第二電極接觸的第一地址線；以及覆蓋第四電極的第二地址線，其中第二地址線正交于第一地址線。
16.權(quán)利要求15的裝置，其中第一地址線包含鋁或銅，第二地址線包含鋁或銅。
17.權(quán)利要求8的裝置，其中硫?qū)倩锊牧蠟樘幱诨旧戏蔷B(tài)下的材料，并適合通過施加預(yù)定電壓或電流，重復(fù)并可逆地在高阻態(tài)和相對低阻態(tài)之間切換。
18.權(quán)利要求8的裝置，還包括在存儲器材料之上、并與存儲器材料接觸的第二電極，其中第一電極在第二電極之上并與第二電極接觸。
19.權(quán)利要求8的裝置，其中第一電極接觸存儲器材料，并接觸硫?qū)倩锊牧稀?br> 20.權(quán)利要求8的裝置，其中硫?qū)倩锊牧习凇?br> 21.權(quán)利要求8的裝置，其中硫?qū)倩锊牧习ü?、碲、砷和鍺。
22.權(quán)利要求21的裝置，其中硫?qū)倩锊牧线€包括銦或磷。
23.權(quán)利要求8的裝置，其中硫?qū)倩锊牧蠟檫x自由硅、碲、砷、鍺及其組合組成的組的材料。
24.權(quán)利要求8的裝置，其中硫?qū)倩锊牧蠟榘搜踔獾牧驅(qū)僭氐牟牧稀?br> 25.權(quán)利要求8的裝置，其中存儲器材料為相變材料。
26.權(quán)利要求8的裝置，其中存儲器材料為可編程電阻性材料。
27.權(quán)利要求8的裝置，其中存儲器材料為硫?qū)倩锊牧稀?br> 28.權(quán)利要求8的裝置，其中存儲器材料為雙向材料。
29.權(quán)利要求8的裝置，其中存儲器材料為碲、銻、鍺(TeSbGe)合金。
30.一種裝置，包括在襯底之上的雙向材料；在雙向材料之上的存儲器材料；第一電極，用來在雙向材料和存儲器材料之間傳導(dǎo)電流，其中第一電極在雙向材料之上并在存儲器材料之下。
31.權(quán)利要求30的裝置，其中存儲器材料、第一電極和雙向材料形成襯底上的部分垂直結(jié)構(gòu)。
32.權(quán)利要求30的裝置，還包括在第一電極之上且在存儲器材料之下的第二電極，其中第二電極接觸存儲器材料，且其中第一電極接觸雙向材料；在襯底之上的第三電極，在雙向材料之下且與雙向材料接觸；以及在存儲器材料之上且與存儲器材料接觸的第四電極。
33.權(quán)利要求32的裝置，其中第二電極、存儲器材料和第四電極形成存儲器元件，其中第一電極、雙向材料和第三電極形成隔離器件。
34.權(quán)利要求32的裝置，還包括在第一和第二電極之間的阻擋材料。
35.權(quán)利要求30的裝置，其中雙向材料包括碲。
36.權(quán)利要求30的裝置，其中存儲器材料為相變材料。
37.一種裝置，包括在襯底之上的垂直堆疊，其中垂直堆疊包括耦連到雙向存儲器的雙向開關(guān)。
38.權(quán)利要求37的裝置，其中雙向開關(guān)包括開關(guān)材料。
39.權(quán)利要求38的裝置，其中開關(guān)材料為硫?qū)倩锊牧稀?br> 40.權(quán)利要求37的裝置，其中雙向開關(guān)在雙向存儲器之上。
41.權(quán)利要求37的裝置，其中雙向存儲器在雙向開關(guān)之上。
42.權(quán)利要求37的裝置，其中雙向開關(guān)串聯(lián)耦連至雙向存儲器。
43.權(quán)利要求37的裝置，其中使用薄膜材料形成雙向存儲器和雙向開關(guān)。
44.一種方法，包括在襯底上形成存儲器材料；在存儲器材料上形成電極；以及在電極上形成硫?qū)倩锊牧?，其中存儲器材料和硫?qū)倩锊牧贤ㄟ^電極電耦連。
45.權(quán)利要求44的方法，還包括從由碲(Te)、鍺(Ge)、銻(Sb)及其組合組成的組中選擇存儲器材料。
46.權(quán)利要求44的方法，還包括從由硅、碲、砷、鍺及其組合組成的組中選擇硫?qū)倩锊牧稀?br> 47.一種系統(tǒng)，包括處理器；耦連至處理器的無線接口；以及耦連至處理器的存儲器，該存儲器包括襯底之上的相變材料；耦連至相變材料的開關(guān)材料，其中開關(guān)材料包括除了氧之外的硫?qū)僭?，其中開關(guān)材料和相變材料形成襯底上的部分垂直結(jié)構(gòu)。
48.權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中相變材料和開關(guān)材料為薄膜材料。
49.權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中相變材料和開關(guān)材料彼此串聯(lián)耦連。
全文摘要
存儲器和存取器件及其方法根據(jù)本發(fā)明的實施例，簡要提供了存儲器和制造該存儲器的方法。存儲器可以包括襯底上的相變材料。存儲器還可以包括耦連至相變材料的開關(guān)材料，其中開關(guān)材料包括除了氧的硫?qū)僭兀移渲虚_關(guān)材料和相變材料形成襯底上的垂直結(jié)構(gòu)部分。
文檔編號H01L27/24GK1506972SQ0315465
公開日2004年6月23日 申請日期2003年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者T·A·勞里, T A 勞里 申請人:英特爾公司