專利名稱：存儲設(shè)備和存取設(shè)備的制作方法
背景相變存儲設(shè)備將相變材料(即可以在一般的非晶體狀態(tài)與一般的結(jié)晶體狀態(tài)之間加以電轉(zhuǎn)換的材料)用于電子存儲應(yīng)用。一種類型的存儲元件利用相變材料；在一項應(yīng)用中，該相變材料可以在一般的非晶體與一般的結(jié)晶體局部順序的結(jié)構(gòu)狀態(tài)之間、或在跨越完全非晶體狀態(tài)與完全結(jié)晶體狀態(tài)之間的整個光譜的局部順序的不同的可檢測狀態(tài)之間加以電轉(zhuǎn)換。這些相變材料的該狀態(tài)也是非易失性的，體現(xiàn)在當(dāng)被設(shè)置處于表示一電阻值的結(jié)晶體、半結(jié)晶體、非晶體或半非晶體狀態(tài)時，那個值被保留，直到被另一個編程事件更改為止，因為那個值表示該材料的相態(tài)或物理狀態(tài)(例如，結(jié)晶體的或非晶體的)。
晶體管或二極管可以被連接到該相變材料，并可以用作選擇設(shè)備，以便在編程操作或讀操作期間存取該相變材料。該晶體管或二極管通常被形成在硅單一晶體基層的頂面的里面或上面。晶體管可以占據(jù)該存儲器芯片的相對大的部分，所以，可以增加該存儲單元尺寸，從而對存儲容量和成本/存儲器芯片的位產(chǎn)生不利的影響。
附圖簡述

圖1是示意圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的存儲器；以及，圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖17中所展示的該存儲器的一部分的橫截面視圖；圖3展示了存儲單元的電流-電壓特征；以及，圖4展示了選擇設(shè)備的電流-電壓特征。
詳細說明選擇設(shè)備120可以被用來在存儲元件130的編程或讀取期間存取存儲元件130。選擇設(shè)備120可以作為開關(guān)來進行操作，該開關(guān)要么“關(guān)閉”，要么“打開”，這取決于跨越該存儲單元而施加的電壓勢能數(shù)量。該關(guān)閉狀態(tài)可能是實質(zhì)上的不導(dǎo)電狀態(tài)，該打開狀態(tài)可能是實質(zhì)上的導(dǎo)電狀態(tài)。例如，選擇設(shè)備120可以具有閾值電壓；并且，如果跨選擇設(shè)備120被施加比選擇設(shè)備120的該閾值電壓更小的電壓勢能，那么，選擇設(shè)備120可以保持“關(guān)閉”或處于相對高的電阻狀態(tài)，以便很少或沒有電流通過該存儲單元。作為選擇，如果跨選擇設(shè)備120被施加比選擇設(shè)備120的該閾值電壓更大的電壓勢能，那么，選擇設(shè)備120可以“打開”(即，在相對低的電阻狀態(tài)中進行操作)，以便電流通過該存儲單元。換言之，如果跨選擇設(shè)備120被施加小于預(yù)定的電壓勢能(例如，該閾值電壓)，那么，選擇設(shè)備120可以處于實質(zhì)上的不導(dǎo)電狀態(tài)。如果跨選擇設(shè)備120被施加大于該預(yù)定的電壓勢能，那么，選擇設(shè)備120可以處于實質(zhì)上的導(dǎo)電狀態(tài)。選擇設(shè)備120也可以被稱作“存取設(shè)備”、“隔離設(shè)備”或“開關(guān)”。
在一個實施例中，選擇設(shè)備120可以包含開關(guān)材料(例如，硫族化物或用雙向半導(dǎo)體的材料)，并可以被稱作“雙向半導(dǎo)體器件閾值開關(guān)”，或只被稱作“雙向半導(dǎo)體器件開關(guān)”。選擇設(shè)備120的該開關(guān)材料可能是處于被置于兩個電極之間的實質(zhì)上的非晶體狀態(tài)的材料；通過預(yù)定電流或電壓勢能的施加，它可以在較高電阻“關(guān)閉”狀態(tài)(例如，大于大約10兆歐)與相對較低電阻“打開”狀態(tài)(例如，大約零歐姆)之間加以重復(fù)、可逆地轉(zhuǎn)換。在這個實施例中，選擇設(shè)備120可能是二終端設(shè)備，該二終端設(shè)備可以具有類似于處于該非晶體狀態(tài)的相變存儲元件的電流-電壓(I-V)特征。但是，與相變存儲元件不同的是，選擇設(shè)備120的該開關(guān)材料可能不會更改相位。也就是說，選擇設(shè)備120的該開關(guān)材料可能不是可編程材料，并且，結(jié)果，選擇設(shè)備120可能不是能夠存儲信息的存儲設(shè)備。例如，選擇設(shè)備120的該開關(guān)材料可以永久地保持是非晶體的，并且，該I-V特征可以在整個的該操作壽命期間保持不變。
圖1是示意圖，展示了存儲器100的實施例。在這個實施例中，存儲單元111-119每個包括選擇設(shè)備120、選擇設(shè)備125和存儲元件130。在這個實施例中，可以減少總的快速返回，以允許使用較低閾值存儲元件。例如，如果關(guān)于那一對雙向半導(dǎo)體器件開關(guān)的總VTH是大約2伏特，那么，通過適當(dāng)?shù)剡x擇該開關(guān)材料厚度，每個開關(guān)的個別的VTH可以是大約1伏特。如果每個開關(guān)的VH是(例如)0.8伏特，那么，若使用單一設(shè)備，則可以將該快速返回從大約1.2伏特減少到總共大約0.4伏特。開關(guān)設(shè)備的這種堆疊串聯(lián)設(shè)置可以減少“在讀取期間干擾位”的趨向。這種堆?？梢杂膳c該存儲元件串聯(lián)的一個開關(guān)、兩個開關(guān)或多個開關(guān)組成，它們都被放置在該行線路與列線路之間，從而可協(xié)助可靠的存儲選擇和操作。
如所展示的，存儲元件130以及選擇設(shè)備120和125按串行布置來加以連接。在一個實施例中，選擇設(shè)備120和125可能是用雙向半導(dǎo)體器件開關(guān)，存儲元件130可能是用雙向半導(dǎo)體器件存儲器。
參考圖2，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例來展示存儲器100的存儲單元(例如，115)的實施例。存儲單元115可以包含基層240、覆蓋在基層240上面的絕緣材料260、以及覆蓋在絕緣材料260上面的導(dǎo)電材料270。導(dǎo)電材料270可能是地址線(例如，行線路152)。在導(dǎo)電材料270以上，可以在絕緣材料280的各個部分之間形成電極340。在電極340上，可以沉淀存儲材料350、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和導(dǎo)電材料980的順序?qū)?，以形成垂直的存儲單元結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電材料980可能是地址線(例如，列線路142)。
在圖2所展示的該實施例中，在存儲元件130上形成選擇設(shè)備125和120，以形成被串連耦合的薄膜垂直結(jié)構(gòu)或垂直堆棧。在另一種實施例中，可以在選擇設(shè)備120和125以上形成存儲元件130，或者，可以在選擇設(shè)備120與125之間形成存儲元件130，以形成被串連耦合的薄膜垂直結(jié)構(gòu)。在圖2所展示的該實施例中，可以使用薄膜材料來形成選擇設(shè)備120和125以及存儲元件130；并且，該垂直堆棧可以被稱作“薄膜垂直堆?！?。
在圖2所展示的該實施例中，存儲材料350以及電極340和360可以形成存儲元件130。存儲材料350可能是用雙向半導(dǎo)體材料或硫族化物材料，并且可以被稱作“雙向半導(dǎo)體器件存儲器”。開關(guān)材料920以及電極360和930可以形成選擇設(shè)備125?？梢允褂帽挥脕硇纬蛇@里所描述的開關(guān)材料220的類似的材料和類似的制造技術(shù)，來形成開關(guān)材料920。開關(guān)材料940以及電極930和950可以形成選擇設(shè)備120。可以使用被用來形成這里所描述的開關(guān)材料220的類似的材料和類似的制造技術(shù)，來形成開關(guān)材料940。在替代實施例中，開關(guān)材料920和940可以由相同的材料或不同的材料構(gòu)成。例如，在一個實施例中，開關(guān)材料920可以由硫族化物材料構(gòu)成，開關(guān)材料940可以由另一種不同的硫族化物材料構(gòu)成。
在一個實施例中，選擇設(shè)備120和125可能是用雙向半導(dǎo)體器件開關(guān)，存儲元件130可能是雙向半導(dǎo)體器件存儲器，并且，存儲單元115可以被稱作“雙向半導(dǎo)體器件存儲單元”。如上所述，圖4中示出關(guān)于選擇設(shè)備120的I-V特征的例子。選擇設(shè)備125可以具有類似于圖4中所展示的特征的I-V特征。
參考圖3，示出存儲單元115的I-V特征的例子(可以包括這個實施例中的存儲元件130以及選擇設(shè)備120和125)。存儲單元115的該維持電壓(被標(biāo)注為VH)可以產(chǎn)生于選擇設(shè)備120和125以及存儲元件130的這些維持電壓。存儲元件115的該閾值電壓可以等同于存儲元件130以及選擇設(shè)備120和125的這些組合閾值電壓。
如從這里的討論中可以理解的，選擇設(shè)備或雙向半導(dǎo)體器件開關(guān)的該閾值電壓可以由這個雙向半導(dǎo)體器件開關(guān)的該開關(guān)材料的厚度或合金組成成分來確定，并且，雙向半導(dǎo)體器件開關(guān)的該維持電壓可以由接觸這個雙向半導(dǎo)體器件開關(guān)的該開關(guān)材料的這些電極的組成成分來確定。相應(yīng)地，在一個實施例中，通過減小該開關(guān)材料的厚度并使用特定類型的電極，可以減小該快速返回電壓(即雙向半導(dǎo)體器件開關(guān)的該閾值電壓與維持電壓之間的電壓差)。
例如，參考圖2中所展示的選擇設(shè)備120，如果電極930和950是碳層，并且如果開關(guān)材料940的厚度是大約200，那么，選擇設(shè)備120的該維持電壓可能是大約1伏特，選擇設(shè)備120的該閾值電壓可能是大約1.2伏特。在這個例子中，該快速返回電壓可能是大約0.2伏特——它是選擇設(shè)備120的該維持電壓與閾值電壓之間的差。
在圖2所展示的該實施例中，存儲單元115可以包括被串連耦合到雙向半導(dǎo)體器件存儲器的兩個雙向半導(dǎo)體器件開關(guān)，以便當(dāng)需要較高的開關(guān)電壓和維持電壓時，減小存儲單元的該維持電壓與該閾值電壓之間的電壓差。換言之，兩個雙向半導(dǎo)體器件開關(guān)可以被串連耦合到雙向半導(dǎo)體器件存儲器，以減少存儲單元的“快速返回”，即，當(dāng)需要較高的開關(guān)電壓和維持電壓時，減小雙向半導(dǎo)體的存儲單元的該閾值電壓與維持電壓之間的電壓差。
在一個實施例中，電極360、930和950可能是碳，開關(guān)材料920的厚度可能是大約200，并且，開關(guān)材料940的厚度可能是大約200。在這個實施例中，選擇設(shè)備120的該閾值電壓可能是大約1.2伏特，并且，選擇設(shè)備120的該維持電壓可能是大約1伏特。選擇設(shè)備125的該閾值電壓可能是大約1.2伏特，選擇設(shè)備125的該維持電壓可能是大約1伏特。如果復(fù)位/設(shè)置存儲元件130的該閾值電壓是大約0.8/0.0伏特，那么，存儲單元115的該閾值電壓對于處于復(fù)位狀態(tài)和設(shè)置狀態(tài)的存儲單元115而言可能是大約3.2/2.4伏特——它是存儲元件130以及選擇設(shè)備120和125的這些組合閾值電壓。也就是說，可以跨越存儲單元115來施加比大約3.2伏特更大的電壓勢能，以便“打開”選擇設(shè)備120和125并且將電流傳導(dǎo)通過存儲單元115。通過將比大約3.2伏特更大的電壓勢能施加于列線路142并將大約零伏特的電壓勢能施加于行線路152，可以跨存儲單元115來施加比大約3.2伏特更大的電壓。
在這個例子中，為了對被選擇的存儲單元(例如，存儲單元115)進行編程，可以將大約1.8伏特的電壓施加于未經(jīng)選擇的列和未經(jīng)選擇的行線路(例如，線路141、143、151和153)。可以將比大約3.2伏特更大的電壓施加于被選擇的列線路(例如，142)，并且，可以將零伏特施加于被選擇的行線路(例如，行線路152)。在這個例子中，在選擇設(shè)備120和125“打開”之后，由于快速返回，可以根據(jù)該單元的存儲狀態(tài)和該列所提供的電流，來將跨存儲單元115的該電壓降從大約3.2伏特減少到大約2.0-2.8伏特。然后，通過迫使電流通過存儲單元115，同時，保證“該被選擇的列線路保留在偏壓大約1.8伏特的這些未經(jīng)選擇的行線路的大約2.4伏特以內(nèi)，以便未經(jīng)選擇的存儲單元不被干擾”，可以將信息存儲在存儲元件130中。也就是說，該列可能不被允許在編程期間高于大約4.2伏特。
圖3可以被用來用圖表展示這個例子——其中，關(guān)于該充滿的存儲單元(所有3個部件被一起采用)，VTH分別對于復(fù)位狀態(tài)和設(shè)置狀態(tài)而言是3.2/2.4伏特，VH是2.8伏特。通過存儲單元115的該電流接近零安培，直到超過(例如)大約3.2或2.4伏特的該閾值電壓VTH為止，這取決于該存儲單元是否分別處于復(fù)位或設(shè)置狀態(tài)。然后，隨著該電流的增加，跨越存儲單元115的該電壓下降到(關(guān)于復(fù)位位)或攀升到(關(guān)于置位)(例如)大約2.8伏特的該維持電壓VH。
為了讀取被存儲在這個被選擇的存儲單元中的該信息的該值，在這個例子中，可以跨越存儲單元115來施加大約2.8伏特的電壓?？梢愿袦y存儲元件130的該電阻，以確定存儲元件130是否處于低電阻結(jié)晶體狀態(tài)，即“設(shè)置”狀態(tài)(例如，小于大約10,000歐姆)，或者，存儲元件130是否處于高電阻非晶體狀態(tài)，即“復(fù)位”狀態(tài)(例如，大于大約10,000歐姆)。
在另一個實施例中，為了讀取被存儲在這個被選擇的存儲單元中的該信息的該值，通過將2.8伏特施加于該被選擇的列、將零伏特施加于該被選擇的行并將1.4伏特施加于所有其他未經(jīng)選擇的行和列，可以跨存儲單元115來施加大約2.8伏特的電壓?？梢愿袦y從該被選擇的列到該被選擇的行的該電阻，以確定存儲元件130是否處于低電阻結(jié)晶體狀態(tài)，即“設(shè)置”狀態(tài)，或者，存儲元件130是否處于高電阻非晶體狀態(tài)，即“復(fù)位”狀態(tài)。在這個實施例中，這些串聯(lián)選擇設(shè)備可能不為復(fù)位狀態(tài)的情況而“打開”，這樣，也提供了該被選擇的列與被選擇的行之間的高電阻。
應(yīng)該理解以上例子不是本發(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的這些組成成分，可以實現(xiàn)其他維持電壓和閾值電壓，以改變存儲單元的快速返回。“減少存儲單元的快速返回”的一個優(yōu)點是可以減少通過該存儲單元的電容性位移電流，從而在讀取的同時，減少了使“干擾位”的趨向處于不同的狀態(tài)。
在其他實施例中，圖2中所展示的存儲單元115可以按不同的方式被排列，并且包括額外的層和結(jié)構(gòu)。例如，可能需要形成隔離結(jié)構(gòu)、阻擋層、外圍電路(例如，尋址電路)等。而該存儲單元可能是由不同的電流或極性來編程的具有不同的相位的鐵電體或鐵磁體材料，并且，當(dāng)被編程為這些不同的狀態(tài)時，這些不同的相位會導(dǎo)致不同的阻抗。另一種方式，該存儲單元可能是得益于小型存取設(shè)備的任何其他的材料或設(shè)備。應(yīng)該理解這些元件的缺乏不是對本發(fā)明的范圍的限制。
這里已展示和描述本發(fā)明的某些特點，但精通該技術(shù)領(lǐng)域的人現(xiàn)在將會想到有許多修改、替換、變化和等效物。所以，將會理解所附權(quán)利要求書意在包括處于本發(fā)明的真實精神以內(nèi)的所有這類修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種裝置，其特征在于包括存儲元件；被耦合到該存儲元件的第一存取設(shè)備，其中，該第一存取設(shè)備包含第一硫族化物材料；以及，被耦合到該第一存取設(shè)備的第二存取設(shè)備，其中，該第二存取設(shè)備包含第二硫族化物材料。
2.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于進一步包括基層上的垂直結(jié)構(gòu)，其中，該垂直結(jié)構(gòu)包括串連彼此耦合的該第一存取設(shè)備、該第二存取設(shè)備和該存儲元件。
3.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于其中，使用薄膜材料來形成該第一存取設(shè)備、該第二存取設(shè)備和該存儲元件。
4.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于其中，該第二存取設(shè)備在該第一存取設(shè)備上，并且，該第一存取設(shè)備在該存儲元件上。
5.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于其中，該第一選擇設(shè)備包括開關(guān)材料，該開關(guān)材料處于實質(zhì)上的非晶體狀態(tài)，并且，通過施加一預(yù)定電壓或電流，該開關(guān)材料適合在較高的電阻狀態(tài)與相對較低的電阻狀態(tài)之間加以重復(fù)、可逆的轉(zhuǎn)換。
6.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于其中，該存儲元件包含相變材料，通過將電流施加于該相變材料，該相變材料能夠被編程為至少兩個存儲狀態(tài)之一，以改變實質(zhì)上的結(jié)晶體狀態(tài)與實質(zhì)上的非晶體狀態(tài)之間的該相變材料的該相位；其中，處于該實質(zhì)上的非晶體狀態(tài)的該相變材料的電阻大于處于該實質(zhì)上的結(jié)晶體狀態(tài)的該相變材料的該電阻。
7.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于其中，該存儲元件包含基層上的存儲材料；并且，其中，該第一硫族化物材料在該存儲材料上，該第二硫族化物材料在該第一硫族化物材料上。
8.權(quán)利要求7的裝置，其特征在于進一步包括存儲材料與該第一硫族化物材料之間的第一電極；以及，該第一硫族化物材料與該第二硫族化物材料之間的第二電極。
9.權(quán)利要求8的裝置，其特征在于其中，該第一電極和該第二電極是碳薄膜。
10.權(quán)利要求7的裝置，其特征在于其中，該第一硫族化物材料、該第二硫族化物材料和該存儲材料每個包含碲。
11.權(quán)利要求7的裝置，其特征在于其中，該第一硫族化物材料是從一組中選擇的材料，該組包括硅、碲、砷、鍺及其組合。
12.權(quán)利要求7的裝置，其特征在于其中，該存儲材料是碲、銻、鍺合金。
13.一種裝置，其特征在于包括雙向半導(dǎo)體器件第一開關(guān)；雙向半導(dǎo)體器件第二開關(guān)，它被耦合到該雙向半導(dǎo)體器件第一開關(guān)；以及，存儲元件，它被耦合到該雙向半導(dǎo)體器件第二開關(guān)。
14.權(quán)利要求13的裝置，其特征在于其中，使用薄膜材料來形成該存儲元件、該雙向半導(dǎo)體器件第一開關(guān)、以及該雙向半導(dǎo)體器件第二開關(guān)。
15.權(quán)利要求13的裝置，其特征在于進一步包括基層上的垂直結(jié)構(gòu)，其中，該垂直結(jié)構(gòu)包括串連彼此耦合的該雙向半導(dǎo)體器件第一開關(guān)、該雙向半導(dǎo)體器件第二開關(guān)、以及該存儲元件。
16.一種裝置，其特征在于包括基層上的存儲材料；該存儲材料上的第一電極；該第一電極上的第一硫族化物材料；該第一硫族化物材料上的第二電極；以及，該第二電極上的第二硫族化物材料。
17.權(quán)利要求16的裝置，其特征在于其中，該存儲材料、該第一電極、該第一硫族化物材料、該第二電極和該第二硫族化物材料在該基層上形成垂直堆棧的各個部分。
18.權(quán)利要求16的裝置，其特征在于其中，該存儲材料、該第一電極、該第一硫族化物材料、該第二電極和該第二硫族化物材料每個是薄膜材料。
19.一種裝置，其特征在于包括具有維持電壓的存儲單元，其中，該存儲單元包括存儲元件；以及，至少兩個被串連耦合的存取設(shè)備，它們被耦合到該存儲元件，以增加該存儲單元的該維持電壓。
20.權(quán)利要求19的裝置，其特征在于其中，該存儲元件包括相變材料；以及，其中，這兩個被串連耦合的存取設(shè)備中的第一存取設(shè)備包括第一硫族化物材料，并且，其中，這兩個被串連耦合的存取設(shè)備中的該第二存取設(shè)備包括第二硫族化物材料。
21.權(quán)利要求20的裝置，其特征在于其中，該第一硫族化物材料不同于該第二硫族化物材料。
22.權(quán)利要求19的裝置，其特征在于其中，使用薄膜材料來形成這至少兩個被串連耦合的存取設(shè)備中的第一存取設(shè)備、這至少兩個被串連耦合的存取設(shè)備中的第二存取設(shè)備、以及該存儲元件。
23.一種系統(tǒng)，其特征在于包括處理器；被耦合到該處理器的無線接口；以及，被耦合到該處理器的存儲器，該存儲器包括存儲元件；被耦合到該存儲元件的第一存取設(shè)備，其中，該第一存取設(shè)備包含第一硫族化物材料；以及，被耦合到該第一存取設(shè)備的第二存取設(shè)備，其中，該第二存取設(shè)備包含第二硫族化物材料。
24.權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其特征在于其中，該存儲元件包含基層上的存儲材料；并且，其中，該第一硫族化物材料在該存儲材料上，該第二硫族化物材料在該第一硫族化物材料上。
25.權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其特征在于其中，該存儲器進一步包括基層上的垂直結(jié)構(gòu)，其中，該垂直結(jié)構(gòu)包括串連彼此耦合的該第一存取設(shè)備、該第二存取設(shè)備和該存儲元件。
全文摘要
簡而言之，根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種存儲器(100)。該存儲器(100)可以包括存儲元件(130)和被耦合到該存儲元件(130)的第一存取設(shè)備(120)，其中，該第一存取設(shè)備(120)包含第一硫族化物材料(940)。該存儲器(100)可以進一步包括被耦合到該第一存取設(shè)備(120)的第二存取設(shè)備(125)，其中，該第二存取設(shè)備(125)包含第二硫族化物材料(920)。
文檔編號H01L27/24GK1714406SQ03825609
公開日2005年12月28日 申請日期2003年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者W·D·帕金森, T·A·勞里 申請人:奧沃尼克斯股份有限公司