專利名稱：存儲(chǔ)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器，特別是涉及使用了相變材料的記錄裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在已知使用了相變膜的非易失性存儲(chǔ)器，如美國(guó)專利第5883827號(hào)中所述。其是根據(jù)在存儲(chǔ)元件自身中流動(dòng)的電流所產(chǎn)生的焦耳熱，存儲(chǔ)元件的結(jié)晶狀態(tài)進(jìn)行變化，由此寫(xiě)入存儲(chǔ)信息的相變存儲(chǔ)器。為了在進(jìn)行非晶質(zhì)化時(shí)，焦耳熱到了超過(guò)600℃的溫度后記錄層熔化，寫(xiě)入電流大，根據(jù)結(jié)晶狀態(tài)電阻值變化2到3位。由于該存儲(chǔ)器使用電阻值作為信號(hào)，因此，讀出信號(hào)大，讀出動(dòng)作容易。
圖2中示出上述美國(guó)專利第5883827號(hào)的

圖12的相變存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)的略圖。該相變存儲(chǔ)器由存儲(chǔ)器陣列和行譯碼器XDEC、列譯碼器YDEC、讀出電路RC、寫(xiě)入電路WC構(gòu)成。在存儲(chǔ)器陣列中，將存儲(chǔ)單元MCpr(p＝0、1、…、n，r＝0、1、…、m)配置在字線WLp(p＝1、…、n)和數(shù)據(jù)線DLr(r＝1、…、m)的各交點(diǎn)上。各存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)為，在數(shù)據(jù)線DL與接地電位之間插入串聯(lián)的存儲(chǔ)元件RM和選擇晶體管QM。字線WL與選擇晶體管的柵連接，列選擇線YSr(r＝1、…、m)分別與對(duì)應(yīng)的列選擇開(kāi)關(guān)QAr連接。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，由行譯碼器XDEC選擇的字線上的選擇晶體管導(dǎo)通，另外，與由列譯碼器YDEC選擇的列選擇線相對(duì)應(yīng)的列選擇開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，在選擇存儲(chǔ)單元內(nèi)形成電流路徑，在公用數(shù)據(jù)線I/O上產(chǎn)生讀出信號(hào)。由于選擇存儲(chǔ)單元內(nèi)的電阻值根據(jù)存儲(chǔ)信息而有差別，因此，向公用數(shù)據(jù)線I/O輸出的電壓根據(jù)存儲(chǔ)信息而產(chǎn)生差異。通過(guò)用讀出電路RC辨別該差異，來(lái)讀出選擇存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)信息。
另一方面，在JP-A-2001-502848中敘述了作為使用于電氣性的存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)器材料，包含過(guò)渡金屬元素。在現(xiàn)有的定義中，過(guò)渡金屬元素多數(shù)不包括IIB族，但在本說(shuō)明書(shū)中，將直到IIB族作為過(guò)渡金屬元素。在實(shí)施例中敘述了在Ge-Sb-Te系材料中包括≤10原子％的Ti等。

發(fā)明內(nèi)容
但是，作為下一代半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器所期待的相變存儲(chǔ)器，有使用了光盤(pán)的記錄膜材料作為相變層的存儲(chǔ)器，但在要求比光盤(pán)高的高溫下使用的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，以Ge2Sb2Te5為代表的光盤(pán)的記錄膜材料的耐熱性不充分。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種作為小面積元件時(shí)的電阻值最佳且可高溫工作的非易失性存儲(chǔ)器。
為了達(dá)到上述目的，作為非易失性存儲(chǔ)器的相變膜，利用在結(jié)晶相與非晶質(zhì)相之間引起可逆的相變化來(lái)記錄信息，使用包含(1)Ge或Sb；(2)40原子％以上的Te；(3)≥20原子％且≤50原子％的從IIB族、IB族、IIIA至VIIA族、VIII族元素中選擇的至少一種元素的材料。
在此，相變膜包含≥40原子％的Te，并且包含≥20原子％且≤50原子％的從IIB族、IB族、IIIA至VIIA族、以及VIII族元素中選擇的至少一種元素，這是為了保持高的結(jié)晶溫度。以將Zn作為IIB族、IB族、IIIA至VIIA族、以及VIII族元素的代表，將Ge作為Ge或Sb的代表為例進(jìn)行說(shuō)明。在含Zn多的組成的情況下，由于成為在結(jié)合力強(qiáng)的Zn-Te的非晶質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中取入了Ge-Te的形式，穩(wěn)定的結(jié)晶系也相互不同，因此，作為全體，考慮保持高的結(jié)晶溫度。在此考慮到，在Ge的添加中，與離子性強(qiáng)的ZnTe相比，共價(jià)性增加，非晶質(zhì)網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)眼結(jié)構(gòu))難以變形，另一方面，一旦一開(kāi)始結(jié)晶，就象多米諾骨牌堆倒一樣高速結(jié)晶。
圖13中示出了向Ge25Te75添加Zn的添加量與熔點(diǎn)的關(guān)系。Zn在≥20原子％且≤50原子％時(shí)，固相部分的熔點(diǎn)≥900℃。即使≥50原子％，固相部分的熔點(diǎn)也高，但若多于50原子％，則耐氧化性急劇降低，在元件制作工序中記錄層損傷或剝離，難以進(jìn)行到最終工序。圖14中示出了向Ge25Te75添加Zn的添加量與實(shí)施例中延伸的存儲(chǔ)元件的工作上限溫度的關(guān)系。Zn在≥20原子％且≤50原子％的范圍內(nèi)可以進(jìn)行≥140℃的元件工作。在用于汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)控制的情況下，在高于通常的存儲(chǔ)元件的工作溫度上限120℃的140℃中的工作，成為汽車廠商的要求規(guī)格，在本申請(qǐng)的結(jié)構(gòu)中，能夠滿足該要求規(guī)格。另一方面，在JP-A-2001-502848中的包含≤10原子％的Ti的材料組成中，不能達(dá)到該要求規(guī)格。
此外，與Zn同屬IIB族的Cd示出同等的耐熱性。IB族、IIIA至VIIA族、以及VIII族的各元素的熔點(diǎn)和結(jié)晶溫度低于包含IIB族元素的情況，但由于耐得住130℃，因此，若收容在具有隔熱性的箱內(nèi)，能耐得住10小時(shí)以內(nèi)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
從而，在使用了本發(fā)明的材料的存儲(chǔ)裝置中，結(jié)晶溫度高，可以期待高溫工作和高溫存儲(chǔ)保持。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1是示出本發(fā)明的使用了由電阻根據(jù)存儲(chǔ)信息而變化的一個(gè)存儲(chǔ)元件和一個(gè)選擇晶體管構(gòu)成的存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)器陣列的結(jié)構(gòu)例的圖。
圖2是示出使用了由電阻根據(jù)存儲(chǔ)信息而變化的一個(gè)存儲(chǔ)元件和一個(gè)選擇晶體管構(gòu)成的存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有例的圖。
圖3是示出存儲(chǔ)元件的相變化所需的脈沖寬度與溫度的關(guān)系的圖。
圖4是示出存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性的圖。
圖5是示出本發(fā)明的存儲(chǔ)器陣列的讀出動(dòng)作定時(shí)的圖。
圖6是示出本發(fā)明的存儲(chǔ)器陣列的寫(xiě)入動(dòng)作定時(shí)的圖。
圖7是示出本發(fā)明的存儲(chǔ)器陣列的布圖的圖。
圖8是模式地示出圖7的布中示出的存儲(chǔ)器陣列的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖9是示出本發(fā)明的存儲(chǔ)器陣列的另一布圖的圖。
圖10是示出沿圖9的布中示出的A-A’線的部分的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖11是示出沿圖9的布中示出的B-B’線的部分的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖12是示出與反光鏡陣列組合使用的多層存儲(chǔ)元件陣列的結(jié)構(gòu)的圖。
圖13是示出在Ge25Te75中添加了Zn時(shí)的固相部分的熔點(diǎn)的變化的圖。
圖14是示出在Ge25Te75中添加了Zn時(shí)的存儲(chǔ)元件的工作上限溫度的變化的圖。
具體實(shí)施例方式
(實(shí)施例1)以下，用附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。對(duì)構(gòu)成實(shí)施例的各塊的電路元件無(wú)特別限制，但通常是，根據(jù)公知的CMOS(互補(bǔ)型MOS晶體管)等的半導(dǎo)體集成電路技術(shù)，在單晶硅的一個(gè)半導(dǎo)體基板上形成。而且，在集成電路的制作技術(shù)中與顯示出相變的硫?qū)倩锊牧系认嘟Y(jié)合而制成。
(存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu))圖1示出了本發(fā)明的存儲(chǔ)器陣列的結(jié)構(gòu)例。在該圖中，同時(shí)也示出了存儲(chǔ)器陣列工作所需的行譯碼器XDEC、列譯碼器YDEC、讀出電路RC、寫(xiě)入電路WC。該結(jié)構(gòu)的特征在于，通過(guò)設(shè)置與數(shù)據(jù)線平行的源線，配置將雙方驅(qū)動(dòng)成等電位的預(yù)充電電路和選擇性地驅(qū)動(dòng)選擇源線的電路，只在位于選擇的字線和選擇的源線的交點(diǎn)上的選擇單元中產(chǎn)生電流路徑。
與上述圖2同樣地，示出了存儲(chǔ)器陣列具有n×m位的存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)。構(gòu)成存儲(chǔ)單元的元件是選擇晶體管QM和利用硫?qū)倩锊牧系目勺冸娮璧拇鎯?chǔ)元件RM。
行譯碼器XDEC選擇對(duì)應(yīng)于行地址的字線WL。此外，列譯碼器YDEC驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)于列地址的列選擇線YS。利用對(duì)應(yīng)于被選擇列選擇線YS的列選擇開(kāi)關(guān)QA導(dǎo)通，被選擇存儲(chǔ)單元就通過(guò)公用數(shù)據(jù)線I/O，與讀出電路RC和寫(xiě)入電路WC連接。在此，可以看到，QA1～QAm可以選擇多條數(shù)據(jù)線(DL1～DLm)中的一條，構(gòu)成用于與公用數(shù)據(jù)線連接的第一開(kāi)關(guān)電路。此外，可以看到，QB1～QBm選擇多條源線(SL1～SLm)中的一條，構(gòu)成用于與源電壓供給線連接的第二開(kāi)關(guān)電路。
該存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)具有以下三個(gè)特征。第一，配置與數(shù)據(jù)線DL平行的多條(在此是m條)源線SLr(r＝1、…、m)，列方向的晶體管QM的源共同與源線SL連接。第二，在各自的源線SLr與源電壓端子VSL之間插入多個(gè)(在此是m個(gè))NMOS晶體管QAr和QBr(r＝1、…、m)，用列譯碼器選擇這些晶體管。在圖1中，示出了直接連接對(duì)應(yīng)于它們的柵的列選擇線Ysr的例子。第三，配置了多個(gè)(在此是m個(gè))NMOS晶體管QCr和QDr(r＝1、…、m)，這些NMOS晶體管驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線DL和源線SL成預(yù)充電電壓VDL，預(yù)充電允許信號(hào)PC與這些晶體管的柵連接。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，就能夠從被驅(qū)動(dòng)成預(yù)充電電壓VPC的多條數(shù)據(jù)線DL和源線SL中，驅(qū)動(dòng)與想選擇的數(shù)據(jù)線相對(duì)應(yīng)的源線。即，只有與想選擇的數(shù)據(jù)線和源線連接的存儲(chǔ)單元，才能施加電壓差。從而，就能只在選擇字線上的期望的存儲(chǔ)單元中形成電流路徑，只在選擇數(shù)據(jù)線上產(chǎn)生讀出信號(hào)。
再有，預(yù)充電電路可以理解為QC1、QD1～QCm、QDm全體，可以看到，QC1和QD1是設(shè)置在每對(duì)DL1和SL1上的元件預(yù)充電電路。
(存儲(chǔ)元件的特性)存儲(chǔ)元件使用至少包含鋅(Zn)和鍺(Ge)及碲(Te)的Zn-Ge-Te系等的硫?qū)倩锊牧?，作為記錄層的材料。該材料的特征在于，與被嘗試用于現(xiàn)有存儲(chǔ)元件的Ge-Sb-Te系等的材料相比，由于熔點(diǎn)和結(jié)晶溫度同時(shí)大幅提升，因此，能夠在高溫中使用，電阻高，光學(xué)透射率高，相變化導(dǎo)致的多折射率的變化不大等。使用了硫?qū)倩锊牧系南嘧兇鎯?chǔ)器的特征在于，例如IEEEinternational electron devices meeting，TECHNICAL DIGEST，PP.803-806，2001所述，在此，所述的硫?qū)倩锸侵赴?、硒、碲中的至少一種元素的材料。在向該存儲(chǔ)元件寫(xiě)入存儲(chǔ)信息0’的情況下，如圖3所示，施加將元件加熱到硫?qū)倩锊牧系娜埸c(diǎn)Ta以上后驟冷這樣的復(fù)位脈沖。復(fù)位脈沖短，則施加的全部能量就小，通過(guò)較短地設(shè)定冷卻時(shí)間t1，例如，設(shè)定為大約1ns，硫?qū)倩锊牧暇统蔀楦唠娮璧姆蔷з|(zhì)狀態(tài)。反之，在寫(xiě)入存儲(chǔ)信息1’的情況下，保持存儲(chǔ)元件在低于熔點(diǎn)、與玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)相同或高于它的高于結(jié)晶溫度Tx的溫度區(qū)域中，通過(guò)施加這樣的置位脈沖，硫?qū)倩锊牧暇妥優(yōu)榈碗娮璧亩嘟Y(jié)晶狀態(tài)。結(jié)晶所需的時(shí)間t2根據(jù)硫?qū)倩锊牧系慕M成而不同，例如大約50ns。該圖中示出的元件的溫度取決于存儲(chǔ)元件自身產(chǎn)生的焦耳熱和向周圍的熱擴(kuò)散。從而，如圖4的I-V特性所示，通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)元件施加對(duì)應(yīng)于寫(xiě)入信息的值的電流脈沖，來(lái)控制存儲(chǔ)元件的結(jié)晶狀態(tài)。該圖中，模式地示出了使用了硫?qū)倩锊牧系拇鎯?chǔ)元件的工作原理，在施加從IW1至IW0范圍內(nèi)的置位電流的情況下，寫(xiě)入存儲(chǔ)信息1’，在施加IW0以上的復(fù)位電流的情況下，寫(xiě)入存儲(chǔ)信息0’。但是，也可以將某種狀態(tài)設(shè)置為0’，將某種狀態(tài)設(shè)置為1’。以下，按照該圖詳細(xì)地說(shuō)明四種寫(xiě)入動(dòng)作。
第一，在對(duì)初始狀態(tài)1’的存儲(chǔ)元件進(jìn)行1’寫(xiě)入的情況下，如果施加置位電流，就沿著置位(結(jié)晶)狀態(tài)的低電阻曲線，在初始狀態(tài)和置位區(qū)域之間往復(fù)，所以狀態(tài)被保持。第二，在對(duì)初始狀態(tài)1’的存儲(chǔ)元件進(jìn)行0’寫(xiě)入的情況下，如果施加復(fù)位電流，就沿著置位狀態(tài)的低電阻曲線，達(dá)到復(fù)位電流。接著，由于焦耳熱而開(kāi)始部分地熔化，因此，導(dǎo)電率慢慢下降。另外，如果開(kāi)始熔化，就成為高電阻狀態(tài)。如果驟冷液相的存儲(chǔ)元件，就相變成非晶質(zhì)狀態(tài)，沿著比液相時(shí)的電阻低一些的復(fù)位(非晶質(zhì))狀態(tài)的高電阻曲線，返回到初始狀態(tài)。圖4中用點(diǎn)劃線示出的部分是假想的線，已經(jīng)切斷復(fù)位脈沖，但若仍繼續(xù)加原樣的電壓，根據(jù)電阻值的變化而電流應(yīng)該這樣地變化。第三，在對(duì)初始狀態(tài)0’的存儲(chǔ)元件進(jìn)行1’寫(xiě)入的情況下，如果施加置位電流，則在存儲(chǔ)元件的端子電壓超過(guò)了閾值電壓Vth時(shí)，切換成低電阻狀態(tài)。進(jìn)行切換后，利用焦耳熱進(jìn)行結(jié)晶。電流值一達(dá)到置位電流，結(jié)晶區(qū)域就變寬而進(jìn)行相變化，另外，由于電阻值降低，因此，就沿著低電阻曲線，返回到初始狀態(tài)。從中途開(kāi)始，電壓-電流曲線的傾斜變緩慢，這是因?yàn)?，向低電阻狀態(tài)進(jìn)行切換的區(qū)域變?yōu)殚_(kāi)關(guān)OFF，僅殘留利用結(jié)晶的電阻降低。第四，在對(duì)初始狀態(tài)0’的存儲(chǔ)元件進(jìn)行0’寫(xiě)入的情況下，在上述進(jìn)行切換之后，幾乎沒(méi)有進(jìn)行結(jié)晶的時(shí)間，沿著切換后的低電阻曲線，到達(dá)復(fù)位區(qū)域，進(jìn)行熔化、驟冷、固化，返回到初始狀態(tài)。
根據(jù)這樣的存儲(chǔ)元件的工作原理，為了在讀出時(shí)不破壞存儲(chǔ)信息，必須要抑制在最高也要低于閾電壓Vth的電壓下進(jìn)行工作。實(shí)際上，閾電壓也依存于電壓施加時(shí)間，若時(shí)間長(zhǎng)，就有降低的傾向，因此，就需要將電壓設(shè)置成在讀出時(shí)間內(nèi)不因超過(guò)閾電壓而引起向低電阻狀態(tài)的切換。于是，以下說(shuō)明基于這些原理的、實(shí)現(xiàn)圖1中示出的存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)的工作。
(讀出動(dòng)作)下面，按照?qǐng)D5，對(duì)使用了圖1中示出的陣列結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元的讀出動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。在此，圖5示出了選擇存儲(chǔ)單元MC11的情況下的工作波形。
首先，在待機(jī)狀態(tài)中，將預(yù)充電允許信號(hào)PC保持在電源電壓VDD(例如1.5V)，利用NMOS晶體管QC和QD，將數(shù)據(jù)線DL和源線SL維持在預(yù)充電電壓VDL。在此，VDL是比VDD僅下降了晶體管的閾電壓的值，例如，是1.0V。此外，公用數(shù)據(jù)線I/O也由讀出電路RC預(yù)充電為預(yù)充電電壓VDL。
如果讀出動(dòng)作開(kāi)始，成為電源電壓VDD的預(yù)充電允許信號(hào)PC就被驅(qū)動(dòng)為接地電位VSS，成為接地電位VSS的列選擇線YS1就被驅(qū)動(dòng)為升壓電位VDH(例如1.5以上)，由此，晶體管QA1、QB1導(dǎo)通。這時(shí)，由于數(shù)據(jù)線DL1位于與公用數(shù)據(jù)線I/O等電位，故保持在預(yù)充電電壓VDL，但源線SL1被晶體管QB1驅(qū)動(dòng)為源電壓VSL(例如0.5V)。設(shè)定源電壓VSL和預(yù)充電電壓VDL，使預(yù)充電電壓VDL高于源電壓VSL，其差的關(guān)系為，電阻RM的端子電壓集中在如圖4所示的讀出電壓區(qū)域的范圍內(nèi)。接著，如果成為接地電位VSS的字線WL1被驅(qū)動(dòng)為升壓電位VDH，字線WL1上的全部存儲(chǔ)單元中的晶體管QM就導(dǎo)通。這時(shí)，存儲(chǔ)元件RM中產(chǎn)生了電位差的存儲(chǔ)單元MC11內(nèi)產(chǎn)生電流路徑，數(shù)據(jù)線DL1和公用數(shù)據(jù)線I/O按對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)元件RM的電阻值的速度，向源電壓VSL放電。在該圖中，由于保持著存儲(chǔ)信息1’的情況其電阻值小于存儲(chǔ)信息0’的情況，故放電快。從而，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)信息的信號(hào)電壓。由于在非選擇存儲(chǔ)單元MC12～MC1m中，存儲(chǔ)元件RM的電位差是0，故非選擇數(shù)據(jù)線DL12～DL1m保持在預(yù)充電電壓VDL。即，只有由字線WL1和源線SL1選擇的存儲(chǔ)單元MC11，通過(guò)數(shù)據(jù)線DL1流動(dòng)讀出電流。在此，辨別了讀出電路RC中讀出的信息之后，就能夠使字線WL1下降。再有，在該辨別晚的情況下，若字線WL1繼續(xù)上升，則即使在讀出存儲(chǔ)信息0’的情況中，選擇的數(shù)據(jù)線DL1也放電，直到源電壓VSL附近，0’讀出的信號(hào)電壓與1’讀出的信號(hào)電壓的差減少，有時(shí)就不能正確地讀出存儲(chǔ)信息。在這樣的情況下，如該圖所示，在0’讀出時(shí)的數(shù)據(jù)線電壓超過(guò)參照電壓VDR之前的定時(shí)中，利用使字線WL1下降，能夠防止誤動(dòng)作。由于通過(guò)使字線下降后遮斷電流路徑，保持公用數(shù)據(jù)線I/O上的信號(hào)電壓，因此，讀出電路RC就能夠以參照電壓VDR為基準(zhǔn)，辨別發(fā)生的正或負(fù)的信號(hào)。以上的讀出動(dòng)作一結(jié)束，就驅(qū)動(dòng)公用數(shù)據(jù)線I/O成預(yù)充電電位VDL，返回到待機(jī)狀態(tài)。
再有，在待機(jī)狀態(tài)中，若使存儲(chǔ)器陣列的數(shù)據(jù)線和源線懸浮，則在讀出動(dòng)作開(kāi)始時(shí)連接了數(shù)據(jù)線和公用數(shù)據(jù)線時(shí)，就從公用數(shù)據(jù)線充電了電壓不確定的數(shù)據(jù)線的容量。因此，在該圖中，根據(jù)字線WL1，列選擇線YS1也下降，另外，通過(guò)將等于接地電位VSS的預(yù)充電允許信號(hào)PC驅(qū)動(dòng)為電源電壓VDD，將數(shù)據(jù)線和源線驅(qū)動(dòng)為預(yù)充電電位VDL，作為待機(jī)狀態(tài)。此外，升壓電位VDH是廣泛使用于現(xiàn)有的DRAM中的電壓，使用電源電壓VDD和NMOS晶體管的閾電壓VTN，設(shè)定為滿足VDH＞VDD+VTN的關(guān)系。例如，在相變存儲(chǔ)器的寫(xiě)入動(dòng)作中，如后所述，需要流過(guò)大于讀出動(dòng)作的電流。因此，在本發(fā)明中，通過(guò)將字線WL和列選擇線YS驅(qū)動(dòng)成升壓電位VDH，降低NMOS晶體管的電阻，就能夠進(jìn)行正確的寫(xiě)入。此外，通過(guò)將預(yù)充電電壓VDL設(shè)定得高于源電壓VSL，就能夠?qū)⑦x擇源線設(shè)為選擇存儲(chǔ)單元中的晶體管QM的源，不取決于存儲(chǔ)元件RM的電阻，而確保晶體管的柵源間電壓。再有，即使是相反的電位關(guān)系，只要將其差設(shè)定成集中在如圖3所示的讀出電壓區(qū)域的范圍內(nèi)，就可以進(jìn)行同樣的選擇動(dòng)作。
再有，圖5是驅(qū)動(dòng)源線SL1后驅(qū)動(dòng)字線WL1的例子，但也可以根據(jù)設(shè)計(jì)情況，驅(qū)動(dòng)字線WL1后再驅(qū)動(dòng)源線SL1。該情況下，由于最初驅(qū)動(dòng)字線WL1后選擇晶體管QM導(dǎo)通，因此，確保存儲(chǔ)元件RM的端子電壓為0V。之后，如果驅(qū)動(dòng)源線SL1，則存儲(chǔ)元件RM的端子電壓大于0V，但其值可以按照源線SL1的驅(qū)動(dòng)速度進(jìn)行控制，可以集中在上述的讀出區(qū)域的范圍內(nèi)。同樣地，也可以大致同時(shí)驅(qū)動(dòng)字線WL1和源線SL1。此外，在字線WL1和源線SL1中，若驅(qū)動(dòng)定時(shí)晚的脈沖先行驅(qū)動(dòng)列選擇線YS1，就減少對(duì)I/O的輸出等待時(shí)間，存取時(shí)間就變快。當(dāng)然，該情況下，也可以改變結(jié)線，使得能夠獨(dú)立驅(qū)動(dòng)圖1中示出的晶體管QA1和QB1。
以上示出了選擇存儲(chǔ)單元MC11的例子，但不能選擇相同數(shù)據(jù)線上的存儲(chǔ)單元，因?yàn)檫@些字線電壓被固定在接地電位VSS。此外，由于其他數(shù)據(jù)線和源線是相同的電位VDL，因此，也可以把剩余的存儲(chǔ)單元維持在非選擇單元的狀態(tài)。
在以上的說(shuō)明中，將待機(jī)狀態(tài)的字線設(shè)為接地電位VSS，將選擇狀態(tài)的源線設(shè)為0.5V的正的源電壓VSL。設(shè)定該電壓關(guān)系，使得通過(guò)非選擇存儲(chǔ)單元流過(guò)的電流對(duì)動(dòng)作不產(chǎn)生影響。即，也可以設(shè)定為，選擇源線，在選擇非選擇的存儲(chǔ)單元例如存儲(chǔ)單元MC11時(shí)，字線的非選擇存儲(chǔ)單元MC21～MCn1的晶體管QM成為充分關(guān)斷。在此，如所示那樣，利用將待機(jī)狀態(tài)的字線設(shè)為接地電位VSS，將源電壓VSL設(shè)為正的電壓，能夠降低晶體管QM的閾值電壓。也可以根據(jù)情況，將被選擇的源線設(shè)為接地電位0V，將待機(jī)狀態(tài)的字線設(shè)為負(fù)的電壓。該情況下，也能夠降低晶體管QM的閾值電壓。需要使待機(jī)時(shí)的字線中產(chǎn)生負(fù)電壓，但由于選擇時(shí)的源線的電壓是從外部施加的接地電位VSS，故容易穩(wěn)定。若將晶體管QM的閾值電壓設(shè)得十分高，就也可以將選擇時(shí)的源線和待機(jī)狀態(tài)的字線設(shè)為接地電位0V。該情況下，在從外部施加的接地電位VSS的基礎(chǔ)上，使待機(jī)狀態(tài)的字線的容量作為穩(wěn)定容量進(jìn)行工作，就能夠進(jìn)一步使選擇時(shí)的源線的電壓穩(wěn)定。
另外，在此，對(duì)由讀出電路RC辨別對(duì)公用數(shù)據(jù)線I/O讀出的信號(hào)電壓的動(dòng)作進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以辨別流向公用數(shù)據(jù)線I/O的電流。該情況下，在讀出電路RC中使用例如前述的美國(guó)專利第5883827號(hào)中敘述的輸入阻抗小的讀出電路。通過(guò)將電流設(shè)為這樣的讀出方式，能夠減小公用數(shù)據(jù)線的配線容量的影響，縮短讀出時(shí)間。
(寫(xiě)入動(dòng)作)另外，按照?qǐng)D6，對(duì)使用了圖1中示出的陣列結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元的寫(xiě)入動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。其中，圖6是選擇存儲(chǔ)單元MC11的情況下的動(dòng)作波形。
首先，與讀出動(dòng)作同樣地進(jìn)行存儲(chǔ)單元MC11的選擇動(dòng)作。如果選擇存儲(chǔ)單元MC11，則利用寫(xiě)入電路WC驅(qū)動(dòng)公用數(shù)據(jù)線I/O，來(lái)產(chǎn)生寫(xiě)入電流IWC。在0’寫(xiě)入的情況下，對(duì)存儲(chǔ)單元MC11施加設(shè)定為圖4中示出的范圍的值的復(fù)位電流。復(fù)位電流的脈沖寬度短，驅(qū)動(dòng)后就直接返回到待機(jī)狀態(tài)，電流值變?yōu)?。利用這樣的復(fù)位電流，產(chǎn)生與圖3所示的復(fù)位脈沖相同的焦耳熱。反之，在1’寫(xiě)入的情況下，施加設(shè)定為圖4中示出的范圍的值的置位電流。該脈沖寬度大約是50ns。利用這樣的置位電流，產(chǎn)生與圖3所示的置位脈沖相同的焦耳熱。這樣地，由于用寫(xiě)入電路WC控制寫(xiě)入脈沖的施加時(shí)間和電流值，因此，不管在寫(xiě)入什么存儲(chǔ)信息的情況下，存儲(chǔ)單元僅在置位電流的脈沖寬度處于選擇狀態(tài)。
(存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu))下面說(shuō)明存儲(chǔ)器陣列的結(jié)構(gòu)例。該結(jié)構(gòu)的特征在于，對(duì)于字線和數(shù)據(jù)線及源線，傾斜配置MOS晶體管的活性區(qū)。實(shí)現(xiàn)用第一金屬層配線成源線，用第二金屬層配線成數(shù)據(jù)線，對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)線設(shè)置源線的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)。
圖7中示出布圖。在該圖中，F(xiàn)L是活性區(qū)圖形，F(xiàn)M是源線SL和電源供電線等的第一金屬層圖形，SM是數(shù)據(jù)線DL用的第二金屬層圖形，TM是列選擇線YS用的第三金屬層圖形，F(xiàn)G是形成在硅基板上的晶體管的第一柵電極圖形，F(xiàn)CT是第一金屬層觸點(diǎn)圖形，SCT是第二金屬層觸點(diǎn)圖形，TCT是第三金屬層觸點(diǎn)圖形，WBF是存儲(chǔ)元件的上部電極層。在這些圖形的圖案形成中可以使用周知的光刻技術(shù)。再有，在該圖中，在各上部電極層WBF的下面形成了存儲(chǔ)元件。此外，在圖形名后面的括號(hào)內(nèi)示出了對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)名，例如，存儲(chǔ)單元MC1m可以容易地理解成配置在字線WL1與數(shù)據(jù)線DLm及源線SLm的交點(diǎn)上示出的位置上。
圖8模式地示出了在與數(shù)據(jù)線垂直的方向上看存儲(chǔ)器陣列的剖面圖。100是P型半導(dǎo)體基板，101是埋在P型半導(dǎo)體基板內(nèi)的元件分離用的絕緣物，102是圖7中的活性區(qū)圖形FL中的N型擴(kuò)散層區(qū)域，103是形成在基板上的晶體管的柵氧化膜，104是形成在基板上的晶體管的柵電極，105是用絕緣膜在形成在基板上的晶體管上形成的側(cè)面壁。此外，200是使用于源線SL和電源供電線等的第一金屬層。此外，201是用于數(shù)據(jù)線DL等的第二金屬層，202是用于列選擇線YS的第三金屬層，203是層間絕緣膜，204是連接N型擴(kuò)散層區(qū)域102和第一金屬層的觸點(diǎn)，205是連接第一金屬層和第二金屬層的觸點(diǎn)。另外，208是存儲(chǔ)元件RM的下部發(fā)熱材料即Ti-Al-N層，304是W80Ti20上部電極，305是成為存儲(chǔ)元件RM的硫?qū)倩锊牧夏ぃ?06是連接下部發(fā)熱材料208和N型擴(kuò)散層區(qū)域102的觸點(diǎn)。上部電極也使面積小于硫?qū)倩锊牧夏?，使得?lái)自硫?qū)倩锊牧夏さ臒釘U(kuò)散變得過(guò)大，置位電流不變大。在此，在圖8中，從陣列端看數(shù)據(jù)線DLm和源線SLm，在層名后面的括號(hào)內(nèi)示出了節(jié)點(diǎn)名。例如，根據(jù)圖8中的104示出的柵電極的節(jié)點(diǎn)名，可以容易地理解選擇晶體管和預(yù)充電用晶體管QCm、QDm的配置。
為了防止形成上層部時(shí)的熱處理而產(chǎn)生的電氣特性劣化、多次重寫(xiě)時(shí)的硫?qū)倩锊牧吓c電極的化學(xué)反應(yīng)和相互擴(kuò)散，例如，用熔點(diǎn)高的鎢或其合金，例如W80Ti20，形成金屬層和觸點(diǎn)。此外，將觸點(diǎn)形成為埋進(jìn)側(cè)面壁107的間隙中。該加工技術(shù)稱作自整合工藝，廣泛使用于現(xiàn)有的DRAM中。
本實(shí)施例的存儲(chǔ)元件使用如圖8所示的絕緣膜203，由于使硫?qū)倩锊牧?05與下部發(fā)熱材料208的接觸面積小，因此，電阻值大。因此，能夠用小電流產(chǎn)生高焦耳熱，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)可低功率進(jìn)行寫(xiě)入動(dòng)作的相變存儲(chǔ)器。此外，利用圖7中示出的布圖，分別能用最小間距的2F(F是最小加工尺寸)配置字線，用字線的1.5倍的3F間距配置數(shù)據(jù)線，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)F的二次方的6倍的相變存儲(chǔ)單元。
以下集中說(shuō)明以上所述的存儲(chǔ)器陣列和存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作帶來(lái)的效果。第一，本實(shí)施例的存儲(chǔ)器陣列如圖1所示，通過(guò)設(shè)置與數(shù)據(jù)線平行的源線，構(gòu)成為存儲(chǔ)單元內(nèi)的選擇晶體管QM的源與對(duì)應(yīng)的源線SL連接，能夠降低讀出動(dòng)作中的消耗功率。具體地說(shuō)，在數(shù)據(jù)線DL和源線SL上分別配置選擇晶體管QA、QB，還分別配置預(yù)充電用晶體管QC、QD。在這樣的結(jié)構(gòu)中，能夠?qū)⑴c選擇的數(shù)據(jù)線相對(duì)應(yīng)的源線驅(qū)動(dòng)為源電壓VSL。因此，僅在選擇字線和選擇源線的交點(diǎn)的單元上形成電流路徑，能夠僅在選擇數(shù)據(jù)線上產(chǎn)生讀出信號(hào)。從而，通過(guò)抑制非選擇數(shù)據(jù)線的充放電，能夠降低例如相變存儲(chǔ)器和MRAM的讀出動(dòng)作中的消耗功率。再有，在相變存儲(chǔ)器中適用本發(fā)明的情況下，由于在寫(xiě)入動(dòng)作中也進(jìn)行與讀出動(dòng)作同樣的選擇動(dòng)作，因此，作為全體，能夠?qū)崿F(xiàn)低功率的相變存儲(chǔ)器。
此外，本實(shí)施例的存儲(chǔ)器陣列由于利用如第一效果中敘述的選擇動(dòng)作，保持非選擇數(shù)據(jù)線的電位，因此，能夠減小數(shù)據(jù)線間的電容耦合所產(chǎn)生的噪聲，產(chǎn)生穩(wěn)定的讀出信號(hào)。從而，能夠?qū)崿F(xiàn)讀出動(dòng)作穩(wěn)定的相變存儲(chǔ)器。
(使用了縱型晶體管的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu))下面說(shuō)明存儲(chǔ)器陣列的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子。該結(jié)構(gòu)的特征在于，作為圖1中示出的子陣列內(nèi)的選擇晶體管QM，使用縱型結(jié)構(gòu)的MOS晶體管。
圖9中示出布圖。與圖7同樣地，F(xiàn)L是活性區(qū)圖形，F(xiàn)M是源線SL等的第一金屬層圖形，SM是數(shù)據(jù)線DL用的第二金屬層圖形，TM是列選擇線YS用的第三金屬層圖形，F(xiàn)G是形成在硅基板上的晶體管的第一柵電極圖形，SG是字線WL即縱型晶體管的第二柵電極圖形，F(xiàn)CT是第一金屬層觸點(diǎn)圖形，SCT是第二金屬層觸點(diǎn)圖形，TCT是第三金屬層觸點(diǎn)圖形。在此，在第二柵電極圖形SG與第二金屬層圖形SM的交叉區(qū)域上層疊著縱型晶體管和硫?qū)倩?，制成存?chǔ)單元。在這些圖形的圖案形成中可以使用周知的光刻技術(shù)。再有，在該圖中，A-A’線示出在數(shù)據(jù)線DLm上的、B-B’線示出在字線WL1上的、在圖形名后面的括號(hào)內(nèi)示出了對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)名。例如，存儲(chǔ)單元MC1m可以理解為配置在字線WL1與數(shù)據(jù)線DLm的交點(diǎn)上示出的位置上。
圖10示出了沿圖9中示出的A-A’線部分的剖面(以下稱作A-A’剖面)。同樣地，圖11示出了沿圖9中示出的B-B’線部分的剖面(以下稱作B-B’剖面)。在這些圖中，100是P型半導(dǎo)體基板，101是埋在P型半導(dǎo)體基板內(nèi)的元件分離用的絕緣物，102是圖9中的活性區(qū)圖形FL中的N型擴(kuò)散層區(qū)域，103是形成在基板上的晶體管的柵氧化膜，104是形成在基板上的晶體管的柵電極，105是用絕緣膜在形成在基板上的晶體管上形成的側(cè)面壁。此外，200是用于源線SL和電源供電線、公用數(shù)據(jù)線I/O等的第一金屬層，201是用于數(shù)據(jù)線DL等的第二金屬層，202是用于列選擇線YS的第三金屬層，203是層間絕緣膜，204是連接N型擴(kuò)散層區(qū)域102和第一金屬層的觸點(diǎn)，205是連接第一金屬層和第二金屬層的觸點(diǎn)，206是連接第二金屬層和第三金屬層的觸點(diǎn)，207是連接第一金屬層和形成在基板上的晶體管的柵電極104的觸點(diǎn)，208是由ZnTe構(gòu)成的電阻發(fā)熱層。也可以是在ZnTe中添加了≤10原子％的其他III至V族元素的材料。另外，301是成為縱型晶體管PM的源電極的N型多晶硅，302是未添加成為縱型晶體管PM的溝道的雜質(zhì)的本征多晶硅，303是成為縱型晶體管PM的漏電極的N型多晶硅，305是成為存儲(chǔ)元件RM的硫?qū)倩锊牧希?04是上部電極，306是形成在縱型晶體管的側(cè)壁上的柵氧化膜，307是縱型晶體管的柵電極即字線WL，308是形成在數(shù)據(jù)線DL與字線WL之間的層間絕緣膜，309是側(cè)壁氧化膜。
若在存儲(chǔ)用硫?qū)倩锊牧吓c某一個(gè)電極之間或電阻發(fā)熱材料層之間，形成薄的氧化物、氮化物、硫化物、碳化物等的介電體層、或這些介電體與硫?qū)倩锊牧系幕旌夏?，則在最初的設(shè)置成低電阻狀態(tài)時(shí)，在該區(qū)域的介電體中形成硫?qū)倩锏臒艚z狀區(qū)域，成為細(xì)的導(dǎo)電通路，僅在這兒流過(guò)電流，進(jìn)行相變，因此能夠得到高的電阻值和低的工作電流值。最好的介電體材料是以氧化鍺、氮化鍺、氧化硅、氮化硅、氮化鋁、氮化鈦、氧化鋁、氧化鈦、氧化鉻、氧化鉭、氧化鉬、碳化硅、硫化鋅為主成分(含≥60％)的材料，或它們的混合材料。最好該混合膜區(qū)域與某個(gè)電極相接，利用陽(yáng)離子形成燈絲，因此，與負(fù)極相接的設(shè)置在存儲(chǔ)器工作的穩(wěn)定性來(lái)講最好，但在不與兩電極相接的狀態(tài)中也能工作。在設(shè)置為介電體材料和硫?qū)倩锏幕旌蠈拥那闆r下，若不將硫?qū)倩锏暮吭O(shè)為≤60摩爾％，就沒(méi)發(fā)現(xiàn)高電阻化效果。在本實(shí)施例中，設(shè)置了70％的Ta2O5和30％的記錄層材料的混合物的膜，厚度為5nm。膜厚在2nm至25nm的范圍中，可以保持電阻比在1位以上，確保2倍以上的電阻上升。但是，若膜厚太薄，則原來(lái)介電體層上就具有氣孔，硫?qū)倩锊牧线M(jìn)入，故沒(méi)有問(wèn)題，但在膜厚≥15nm時(shí)，就需要最初穩(wěn)定工作電壓1.5倍以上的高電壓，而引起絕緣破壞，形成燈絲。設(shè)置總是形成這樣的燈絲狀區(qū)域的層的方法及其效果，在本發(fā)明的記錄層材料組成范圍以外的、例如使用了Ge2Sb2Te5記錄層的情況中也通用，但若組合電阻值高于Ge2Sb2Te5記錄層的本發(fā)明的記錄層，則還具有高電阻、低電流化的效果。復(fù)位(非晶質(zhì)化)電流等于80微安。
在此，在圖10和圖11中，與圖9同樣地，A-A’線示出在數(shù)據(jù)線DLm上的，B-B’線示出在字線WL1上的，在層名后面的括號(hào)內(nèi)示出了節(jié)點(diǎn)名。例如，根據(jù)圖10中的104示出的柵電極的節(jié)點(diǎn)名，可以容易地理解為晶體管Qam、QBm、QCm、QDm的柵電極的配置。
這樣地，通過(guò)使用縱型晶體管，能夠在字線與數(shù)據(jù)線的各交點(diǎn)上形成所謂的交叉點(diǎn)單元。即，若用最小加工尺寸F加工字線和數(shù)據(jù)線，則存儲(chǔ)單元的面積等于F的平方的4倍。從而，能夠?qū)崿F(xiàn)集成度高和大容量的相變存儲(chǔ)器。
在此使用的縱型晶體管在關(guān)斷狀態(tài)中，溝道區(qū)域即本征多晶硅302完全耗盡，作為所謂的完全耗盡型SOI(Silicon On Insulator即，絕緣體上硅)晶體管進(jìn)行工作。因此，與基板上的MOS晶體管相比，難以調(diào)整閾值電壓。如與圖5中示出的讀出動(dòng)作相關(guān)聯(lián)進(jìn)行說(shuō)明的，對(duì)于選擇狀態(tài)的源線的電位，由于該字線晶體管的閾值電壓低好，因此最好電壓設(shè)定降低了待機(jī)狀態(tài)的字線的電位。
以上，主要對(duì)具有由一個(gè)硫?qū)倩锊牧系拇鎯?chǔ)元件和一個(gè)晶體管構(gòu)成的存儲(chǔ)單元的相變存儲(chǔ)器進(jìn)行了說(shuō)明。但是，存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)不限定于此。
本實(shí)施例的元件可以重寫(xiě)100萬(wàn)次以上，可以高成品率制作。
本實(shí)施例的元件的各特性對(duì)硫?qū)倩镉涗泴硬牧系囊来嫘匀缦隆n的最佳含量范圍是≥20原子％且≤50原子％，若更少，則可連續(xù)工作的上限溫度就不足140度，難以在要求高溫工作的用途中實(shí)用。若更多，則耐氧化性降低，在元件制作工序中記錄層損傷或剝離，不能到達(dá)最終工序。特別好的范圍是25原子％以上且≤35原子％。在該范圍內(nèi)，在Ge或Sb的含量在≥25原子％且≤35原子％的范圍中，工藝上沒(méi)有問(wèn)題，且可以在140℃以上工作。除Zn以外，包含其他從IIB族、IB族、IIIA至VIIA族、以及VIII族元素中選擇的至少一種元素的元件的特性也良好。但是，在得到高結(jié)晶溫度的這點(diǎn)上，Zn更好，接著是Cd較好。Ge或Sb的最佳含量范圍是≤40％原子。若超過(guò)40％原子，則熔點(diǎn)降低，同時(shí)，相變導(dǎo)致的體積變化就超過(guò)容許值，在重寫(xiě)10萬(wàn)次以下就產(chǎn)生剝離。更好的范圍是≥25原子％以上且≤35原子％以下。在Ge的情況下，若太少，則濺射時(shí)從靶落下微粒子，成品率在50％以下。若太多，則熔點(diǎn)和結(jié)晶溫度同時(shí)下降，可連續(xù)工作的上限溫度就不足130度，難以實(shí)用。Sb的情況下，由于在≤25原子％，耐氧化性不足，工藝的成品率≤50％，故≥25％好，但由于基本沒(méi)有防止靶的微粒子落下的效果，因此，在能夠用向?yàn)R射方式進(jìn)行濺射的情況下，沒(méi)有問(wèn)題，但在向下濺射方式中有問(wèn)題。若Te的含量不足40原子％，則非晶質(zhì)化變得困難，重寫(xiě)10次以下不變化。除上述以外，也可以包含≤10原子％的In、Si、Sn、Bi、Pb、Se、N、O、H和Au、Ag、Ti等過(guò)渡金屬元素。若添加≥3原子％以上的In、Sn、Bi、Pb，則有結(jié)晶速度提高30％以上的效果。Si和Se在防止制造工藝中的氧化中有效果。
也可以包含上述Ge和Sb這兩者。該情況下，最好兩元素的含量的和，位于分別單獨(dú)含有時(shí)的最佳含量范圍中。若Ge∶Sb的比在1∶2至2∶1的范圍，則能夠具有兩者的長(zhǎng)處。
下部的觸點(diǎn)(插頭接點(diǎn))的上部的發(fā)熱材料，若取代TiAlN，使用與上述記錄層材料相比Zn或Cd的含量≥10原子％、熔點(diǎn)≥1000℃的同樣的材料，就能夠利用該部分的焦耳發(fā)熱，輔助加熱記錄層下部，與W觸點(diǎn)的情況相比，若復(fù)位電流降低約30％，就能夠得到良好的許多次的重寫(xiě)特性。
若與硫?qū)倩镉涗泴余徑?，堆積TiAlN等過(guò)渡金屬的氮化物和氧化物的阻擋膜、與記錄層材料相比的Zn或Cd的含量≥10原子％的熔點(diǎn)≥1000℃的同樣材料的膜、W80Ti20等的金屬導(dǎo)電膜、或這些層積膜，就有可重寫(xiě)次數(shù)增大的優(yōu)點(diǎn)。或者，以抑制改變硫?qū)倩锏南酄顟B(tài)中所需的熱擴(kuò)散為目的時(shí)，當(dāng)然可以在之間夾例如ITO(銦和錫的氧化物的混合物)之類的熱傳導(dǎo)率差的導(dǎo)電膜。
根據(jù)上述實(shí)施例，由于電阻值高，因此能夠與高電阻的晶體管等組合，也能夠減小復(fù)位電流。由于光透射率高，因此，也可以實(shí)現(xiàn)利用光照射和施加電壓的多層存儲(chǔ)器。在工藝上，也能夠抑制濺射靶表面的凸凹，提高制造成品率。若在記錄層下部的觸點(diǎn)中使用類似的材料，也有可重寫(xiě)次數(shù)提高和復(fù)位電流降低的效果。
(實(shí)施例2)在本實(shí)施例中，不僅電氣性地指定存儲(chǔ)元件的地址，而且也利用光進(jìn)行。在與基板面垂直的方向上層疊4層元件，增多了單位面積的元件數(shù)量。該情況下，包含Zn和Cd的II族元素的記錄層，具有光學(xué)頻帶間隔寬的優(yōu)點(diǎn)。例如，使用了Zn25Ge25Te50的記錄層。
如圖12所示，利用導(dǎo)向鏡，將波長(zhǎng)660nm的半導(dǎo)體激光91的光93，導(dǎo)向500×500個(gè)的反射鏡陣列97，所述反射鏡陣列97是MEMS技術(shù)之一，由硅單晶體形成，每個(gè)反射鏡成16μm角。反射鏡陣列的各個(gè)反光鏡，在面內(nèi)用20個(gè)×20個(gè)來(lái)負(fù)責(zé)4層的存儲(chǔ)元件群，可以在1個(gè)軸的周圍旋轉(zhuǎn)±15度。各反光鏡中，在存儲(chǔ)元件群側(cè)形成有圓筒透鏡，形成寬0.5μm、長(zhǎng)16μm的細(xì)長(zhǎng)光斑。由于反光鏡的角度變化，光就對(duì)準(zhǔn)圖上下方的該反光鏡負(fù)責(zé)的32行元件群中的一行。如部分放大圖所示，各元件為4層，各層是用ITO透明電極夾硫?qū)倩镉涗泴拥慕Y(jié)構(gòu)，在層間形成了厚50nm的SiO2隔熱層。各層元件單側(cè)的透明電極被一個(gè)反光鏡分割成上下方向長(zhǎng)的16條短冊(cè)子形，利用電極的選擇，進(jìn)行圖左右方向的地址指定。利用選擇透明電極對(duì)后施加電壓，進(jìn)行垂直方向的層選擇。通過(guò)這樣做，即使是4層，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)也變得簡(jiǎn)單，能夠降低價(jià)格。這樣，若高精度地組合反光鏡陣列和存儲(chǔ)器陣列的位置，從裝置拆卸存儲(chǔ)器陣列后進(jìn)行交換，也很有價(jià)值。利用其下部的晶體管陣列，由靜電力或電磁力來(lái)驅(qū)動(dòng)各反光鏡。
利用激光照射，在存儲(chǔ)元件內(nèi)產(chǎn)生光生載流子，用電場(chǎng)將其加速，引起載流子倍增，就能僅用施加了光和電壓這兩者的元件，進(jìn)行記錄和電阻值的讀出。用記錄的1/5光強(qiáng)度進(jìn)行讀出。
在本實(shí)施例的情況下，各層的存儲(chǔ)元件的光透射率必須≥30％，實(shí)際中設(shè)計(jì)為≥50％。
本實(shí)施例的情況下最佳記錄層組成的范圍與實(shí)施例1相同。本實(shí)施例中記錄層的透射率高很重要，從該點(diǎn)上看最好用Zn50Te50的組成，但有實(shí)施例1中敘述的工藝和相變化上的條件，最好的組成范圍和更好的組成范圍與實(shí)施例1相同。
在激光光源中使用了例如陣列激光的情況下，同時(shí)向多個(gè)反光鏡發(fā)送激光，能夠提高數(shù)據(jù)傳輸速度接近于4倍。
在要求大容量的用途中，可以增加反射鏡陣列數(shù)量到1500×1500。
根據(jù)上述實(shí)施例，能夠以簡(jiǎn)單裝置結(jié)構(gòu)得到大存儲(chǔ)容量。
根據(jù)本發(fā)明，在利用了相變化材料的存儲(chǔ)器中，得到了高的耐熱性。使用了本發(fā)明的材料的存儲(chǔ)元件可以在高溫工作，因此，能夠充分地使用于汽車車載用等周圍溫度容易上升的用途中。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)裝置，具有存儲(chǔ)元件，該存儲(chǔ)元件包含記錄膜，該記錄膜包含Ge或Sb；≥40原子％的Te；≥20原子％且≤50原子％的從IIB族、IB族、IIIA至VIIA族、以及VIII族元素中選擇的至少一種元素，且通過(guò)在結(jié)晶相與非晶質(zhì)相之間引起可逆的相變化來(lái)記錄信息；以及用于對(duì)上述記錄膜施加電壓的電極。
2.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于，上述從組中選擇的元素是IIB族的Zn或Cd。
3.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于，上述Ge或Sb的含量≤40原子％。
4.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于，上述Ge或Sb的含量≥25原子％且≤35原子％。
5.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于，上述存儲(chǔ)裝置在≥140℃的氣氛中使用。
6.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于，具有與上述記錄膜鄰接且Zn或Cd的含量相對(duì)上述記錄膜至少多出10原子％的區(qū)域。
7.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于，上述存儲(chǔ)元件透過(guò)≥30％的記錄或再生光。
8.一種存儲(chǔ)裝置，具有多個(gè)存儲(chǔ)單元；選擇上述多個(gè)存儲(chǔ)單元的多條字線；與上述多條字線相正交地配置，且從上述多個(gè)存儲(chǔ)單元讀出信號(hào)的多條數(shù)據(jù)線；上述多個(gè)存儲(chǔ)單元分別包含記錄膜，該記錄膜包含Ge或Sb；≥40原子％的Te；≥20原子％且≤50原子％的從IIB族、IB族、IIIA至VIIA族、以及VIII族元素中選擇的至少一種元素，且通過(guò)在結(jié)晶相與非晶質(zhì)相之間引起可逆的相變化來(lái)記錄信息；以及用于對(duì)上述記錄膜施加電壓的電極。
9.如權(quán)利要求8所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于，在上述記錄膜與上述電極之間設(shè)置有絕緣膜。
全文摘要
提供一種存儲(chǔ)裝置，是由使用了存儲(chǔ)元件和選擇晶體管的存儲(chǔ)單元構(gòu)成的相變存儲(chǔ)裝置，具有可在130度以上工作的高耐熱性。作為該裝置的結(jié)構(gòu)，在記錄層上使用Zn－Ge－Te的Zn或Cd等的含量≥25原子％、Ge的含量≥5原子％且≤25原子％、Te的含量≥40原子％的材料。這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)用于車載用途等有可能變?yōu)楦邷氐挠猛局械拇鎯?chǔ)裝置。
文檔編號(hào)H01L27/10GK1571160SQ200410071440
公開(kāi)日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月25日
發(fā)明者寺尾元康, 高浦則克, 黑土健三, 松岡秀行, 山內(nèi)豪 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所