專利名稱：電可擦相變存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電可擦相變存儲(chǔ)器。
使用電可擦相變材料(即使用電可以使材料在一般非結(jié)晶態(tài)和結(jié)晶態(tài)之間轉(zhuǎn)換)的一般概念，在電存儲(chǔ)器方面應(yīng)用已經(jīng)屬于現(xiàn)有技術(shù)并且已經(jīng)公開(kāi)了，例如US專利3，271，591-Ovshinsky，1966，9.6.發(fā)表和US專利3，530.441-Orshinsky，1970.9.22.發(fā)表，兩者都轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的同一受讓人。
正如上面Ovshinsky的專利所公開(kāi)的，這樣的相變材料能夠用電氣方法在一般非結(jié)晶的和一般結(jié)晶的局部序(Local order)結(jié)構(gòu)狀態(tài)之間，或者在完全沒(méi)有結(jié)晶和完全結(jié)晶態(tài)的橫跨整個(gè)光譜的局部有序的不同檢測(cè)狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這就是說(shuō)，這種材料的轉(zhuǎn)換并不需要在完全非結(jié)晶態(tài)和完全結(jié)晶態(tài)之間發(fā)生，寧可是按局部序變化遞增的步驟去提供由在完全非結(jié)晶的和完全結(jié)晶狀態(tài)之間橫跨光譜的大量局部有序的條件所表示的“灰度”。所描述的材料也僅能在一般非結(jié)晶的和一般結(jié)晶局部序兩個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)存儲(chǔ)和恢復(fù)數(shù)字信息。
Orshinsky電可擦相變存儲(chǔ)器在它們最初引用時(shí)對(duì)許多應(yīng)用是適合的，并且在大量的應(yīng)用中被采用，然而，由于缺乏必要的手段繼續(xù)前進(jìn)，早期技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展是不可能的，在隨后其它固態(tài)領(lǐng)域的發(fā)展過(guò)程中，電存儲(chǔ)器和一般來(lái)說(shuō)是其他類型的存儲(chǔ)器，例如使用磁和光介質(zhì)逐步地取代了早期電可擦相變技術(shù)。
由于上面所述的缺乏繼續(xù)發(fā)展支持的結(jié)果，在目前這里存在著Ovshinsky相變材料做的電可擦存儲(chǔ)器應(yīng)用的一些限制，這些限制已經(jīng)阻礙了它在電可擦相變存儲(chǔ)器中廣泛使用。這些限制之一是較慢的電轉(zhuǎn)換速度(和現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)相比)，而這一點(diǎn)現(xiàn)有技術(shù)的材料已經(jīng)展示了，特別是在主要的局部有序方向或在增長(zhǎng)的結(jié)晶化方向。另一限制是需要相對(duì)高的能量來(lái)初始激勵(lì)從一個(gè)狀態(tài)到另一狀態(tài)之間的相變化。
例如，從非結(jié)晶態(tài)到結(jié)晶態(tài)的設(shè)置時(shí)間這種現(xiàn)有技術(shù)的相變材料的轉(zhuǎn)換時(shí)間典型的是在幾毫秒范圍內(nèi)和或許需約一微秒的復(fù)原時(shí)間使結(jié)晶態(tài)返回到非結(jié)晶態(tài)。轉(zhuǎn)換現(xiàn)有技術(shù)材料所需電能的典型測(cè)試值是在約微焦?fàn)柗秶鷥?nèi)。
利用Ovshinsky相變材料在非可擦的或非逆轉(zhuǎn)的，只寫一次的電可編程存儲(chǔ)器中的概念在現(xiàn)有技術(shù)中也已經(jīng)公知了。這一類電可編程相變存儲(chǔ)器例如在美國(guó)專利4，499，557-Holmberg等在1985.2.12.發(fā)表和4，599，705-Holmberg等在1986.7.8.發(fā)表的均已經(jīng)公開(kāi)了，并且和本發(fā)明一樣轉(zhuǎn)讓給同一受讓人。上述的Holmberg等的專利包括了四化合價(jià)鍵材料例如碳、硅和鍺及其它們的合金作為相變材料，這些材料在非逆轉(zhuǎn)的或非可重調(diào)的模型中使用。這些材料的特性例如需要設(shè)置閾值電壓高到10V，電流到25毫安和設(shè)置時(shí)間到100微秒都已公知了，這樣當(dāng)設(shè)置時(shí)間達(dá)到100微秒時(shí)所需的能量為250毫瓦。
依此，由于缺乏進(jìn)一步發(fā)展的支持，這些材料在可逆轉(zhuǎn)的或電可擦存儲(chǔ)器應(yīng)用范圍內(nèi)并沒(méi)有找到擴(kuò)展的使用，在那里其他類型的存儲(chǔ)器實(shí)質(zhì)上呈現(xiàn)較少的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間和能量。而其他類型的固態(tài)電子存儲(chǔ)器已經(jīng)卷入在這方面的應(yīng)用中并享有一些有限的用途。這些存儲(chǔ)器為每個(gè)存儲(chǔ)器2進(jìn)制位使用幾個(gè)固態(tài)微電子電路元件，例如在一些存儲(chǔ)器應(yīng)用中每位需三個(gè)或四個(gè)晶體管。在這種固態(tài)存儲(chǔ)器內(nèi)主要的存儲(chǔ)元件典型的是浮動(dòng)?xùn)艌?chǎng)效應(yīng)晶體管器件，該器件在場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極上保持電荷以存儲(chǔ)二進(jìn)制位。由于該電荷隨時(shí)間泄漏，存儲(chǔ)信息并非真是非易失的，而在相變介質(zhì)內(nèi)信息是通過(guò)材料真實(shí)結(jié)構(gòu)的變化而存儲(chǔ)的。
當(dāng)前使用的固態(tài)電子存儲(chǔ)器在制造上也相對(duì)昂貴，和磁盤存儲(chǔ)器相比，每個(gè)二進(jìn)制存儲(chǔ)能力代價(jià)是后者的二倍。在另一方面，固態(tài)電存儲(chǔ)器有超過(guò)磁盤存儲(chǔ)器的特定優(yōu)點(diǎn)，在固態(tài)存儲(chǔ)器中沒(méi)有移動(dòng)的部分，更容易傳送和存儲(chǔ)，對(duì)使用便攜式計(jì)算機(jī)和其他便攜式電子器件來(lái)說(shuō)有更通用的適用性。進(jìn)而，固態(tài)存儲(chǔ)器通常是真正的隨機(jī)存取系統(tǒng)，而磁盤類型則不然，它要求磁頭在適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)磁道上進(jìn)行物理移動(dòng)，以達(dá)到所希望的存儲(chǔ)位置。
然而盡管固態(tài)電可擦存儲(chǔ)器有這樣的優(yōu)點(diǎn)，但它們實(shí)質(zhì)上的較高費(fèi)用已經(jīng)阻止了它們分享主要由磁盤類型存儲(chǔ)系統(tǒng)所支配的市場(chǎng)。雖然基于相變材料的固態(tài)存儲(chǔ)器已經(jīng)顯示了在制造上減少成本的潛力，但根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)的從這樣的系統(tǒng)得到的性能參數(shù)還不能允許它們更廣泛地使用以取代磁盤系統(tǒng)或其他上述所說(shuō)的其他類型的固態(tài)存儲(chǔ)器系統(tǒng)。
本發(fā)明提供的一種使用獨(dú)特相變材料的新型固態(tài)可擦電存儲(chǔ)器為新穎的特別采用的構(gòu)型，該構(gòu)型在能級(jí)比現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)所能達(dá)到的能級(jí)要顯著地減少的條件下，顯示了在數(shù)量級(jí)上更高的轉(zhuǎn)換速度。新的存儲(chǔ)器是穩(wěn)定的，而且確是非易失性的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，這樣為了能應(yīng)用到典型的數(shù)字系統(tǒng)，它能從可檢出的不同局部有序的兩種可轉(zhuǎn)換狀態(tài)中被選擇出來(lái)，或者從能檢出的不同局部序的大量中間結(jié)構(gòu)狀態(tài)中選擇出來(lái)，以提供設(shè)置條件適用的存儲(chǔ)器的灰度。開(kāi)關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)能量的改善幅度是巨大的，由于是在幾個(gè)數(shù)量級(jí)的范圍內(nèi)，恰恰不是自然增長(zhǎng)，因此，是完全意想不到的，超出了從現(xiàn)有技術(shù)材料可以想象的范圍。
發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用化學(xué)合成電轉(zhuǎn)換材料和進(jìn)行化學(xué)計(jì)算使得材料成份以非結(jié)晶態(tài)分配在材料內(nèi)，并在晶體狀態(tài)以一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)定的結(jié)晶態(tài)晶相按單位體積材料完全地被吸收。在呈現(xiàn)非結(jié)晶狀態(tài)時(shí)，成份最好被吸收以基本上與組成成分的局部原子密度相同的一個(gè)或多個(gè)晶相內(nèi)。在轉(zhuǎn)換變換過(guò)程中，在材料內(nèi)成份的遷移如此最小化，使得轉(zhuǎn)換時(shí)間和能級(jí)要比現(xiàn)有技術(shù)的電可擦相變系統(tǒng)所能達(dá)到的水平有了實(shí)質(zhì)上的減少。
在另一個(gè)實(shí)施例中，電轉(zhuǎn)換參數(shù)特性相對(duì)于材料變換參數(shù)而形成，這樣提供最佳轉(zhuǎn)換變換，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言進(jìn)一步增強(qiáng)了性能。
在另一實(shí)施例中，使用本發(fā)明新型材料存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，可以看出，和現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)相比，存儲(chǔ)器的位密度極大地增加了，性能參數(shù)進(jìn)一步改善了。
和附圖相結(jié)合，下面詳細(xì)描述的實(shí)施例進(jìn)一步給出發(fā)明的特點(diǎn)和其他優(yōu)點(diǎn)，并使它們變得明顯。


圖1給出了反映本發(fā)明實(shí)施例的電可擦相變存儲(chǔ)器集成電路部分的斷面圖。
圖2給出了反映本發(fā)明另一實(shí)施例的電可擦相變存儲(chǔ)器集成電路部分的斷面圖。
圖3給出了圖1和圖2集成電路構(gòu)型的部分的俯視圖。
圖4給出了圖1和圖2集成電路構(gòu)型的部分電路示意圖。
圖4a給出了反映本發(fā)明的帶有集成電路存儲(chǔ)器和可尋址矩陣的單晶半導(dǎo)體基片的示意圖。
圖5給出了實(shí)施本發(fā)明電可擦相變材料樣品上提取的數(shù)據(jù)的圖形表示，給出了在轉(zhuǎn)換非晶態(tài)后晶態(tài)電阻和開(kāi)關(guān)能量之間的關(guān)系。
圖6給出了在不同脈沖寬度下開(kāi)關(guān)能量和器件電阻之間的關(guān)系。
圖7給出了裝置在“通導(dǎo)”時(shí)電阻作為一組連續(xù)施加到裝置上脈沖的函數(shù)的圖形表示，并表示出了灰度等級(jí)性能。
圖8給出了裝置在“通導(dǎo)”時(shí)電阻作為在激活裝置后控制電流的負(fù)載電阻的函數(shù)的圖形表示。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)的可擦電相變存儲(chǔ)器是基于局部結(jié)構(gòu)次序的變化，通過(guò)在材料內(nèi)某些形式的原子移動(dòng)，它們已經(jīng)獨(dú)特地容納了這樣的變化，當(dāng)材料從非結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)換到多相結(jié)晶態(tài)時(shí)就允許相分離。例如在由碲和鍺形成的電可轉(zhuǎn)換的硫族合金的例中，這些包含了80%-85%的碲，大約15%的鍺，象砷和硫等特定成分占量較少，大約各占1-2%，更多有序的或結(jié)晶態(tài)由存儲(chǔ)材料中可轉(zhuǎn)換孔隙內(nèi)的高電導(dǎo)結(jié)晶Te絲的形成為特征。現(xiàn)有技術(shù)材料的典型結(jié)構(gòu)例如是Te81Ge15S2As2?，F(xiàn)有技術(shù)材料的另一例為Te81Ge15S2Sb2。由于Te在其結(jié)晶態(tài)是高導(dǎo)電性的，非常低的電阻狀態(tài)由結(jié)晶Te絲加以建立，該結(jié)晶Te絲電阻要比低序的或非結(jié)晶態(tài)的孔隙電阻要小好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
然而形成結(jié)晶態(tài)的導(dǎo)電Te絲結(jié)構(gòu)要求在非結(jié)晶態(tài)Te原子從它們的原子結(jié)構(gòu)遷移成在結(jié)晶Te絲的新的局部集中的原子結(jié)構(gòu)，類似地，當(dāng)材料被轉(zhuǎn)換回非結(jié)晶態(tài)，已經(jīng)沉淀成結(jié)晶絲的Te在材料內(nèi)被要求從局部濃縮的絲形遷移返回到非結(jié)晶態(tài)的原子結(jié)構(gòu)。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在非結(jié)晶態(tài)和結(jié)晶態(tài)之間原子遷移、擴(kuò)散或重新安排的每一種情況下都需要保持或延長(zhǎng)容納遷移所必要的時(shí)間，這樣，產(chǎn)生轉(zhuǎn)換時(shí)間和能量都比其它類型的可擦半導(dǎo)體存儲(chǔ)器相對(duì)要高。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)特定的新的原理，該原理允許對(duì)這類型的電可擦相變存儲(chǔ)器所需的轉(zhuǎn)換時(shí)間和能量做出顯著的改進(jìn)。
符合本發(fā)明選取標(biāo)準(zhǔn)的材料的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)式是Te52Ge24Sb24，按原子百分?jǐn)?shù)的平均組成，在非結(jié)晶態(tài)它們分布在整個(gè)材料內(nèi)，在結(jié)晶狀態(tài)下分成兩個(gè)結(jié)晶體相，近似組成Te52Ge18Sb30為一相;Te52Ge30Sb18為另一相，它們大約呈現(xiàn)相等的原子百分率，但互相成比例，導(dǎo)致呈現(xiàn)在非晶態(tài)成分的所有原子被在晶態(tài)下兩種晶相所吸收。這樣，可得到的已經(jīng)形成的多成分晶相基本上吸收或消耗了呈現(xiàn)在非結(jié)晶態(tài)的所有成分，從而避免了在已經(jīng)形成的主晶相內(nèi)任何基本沒(méi)有被完全吸收的單獨(dú)成分從晶格中析出。
由于在非結(jié)晶和結(jié)晶結(jié)構(gòu)之間缺乏同相變有關(guān)的任何實(shí)質(zhì)上的原子遷移，相變發(fā)生迅速，并且在非結(jié)晶和結(jié)晶態(tài)兩者有高度的穩(wěn)定性。
發(fā)明另一實(shí)施例的進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)是，半導(dǎo)體材料的帶隙從非結(jié)晶到結(jié)晶態(tài)變換時(shí)極大地減小了，或基本上或完全地消失了。這樣價(jià)帶和導(dǎo)帶相互接近或疊加。如果結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)相比帶隙非常小，在正常操作條件下由熱產(chǎn)生的載流子在晶態(tài)和非晶態(tài)相比情況下提供好的導(dǎo)電性和低電阻。
符合發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)的另一組成成分是Te51Ge40Sb9，它形成了和非結(jié)晶態(tài)成分基本相同的單晶相，這樣，在非結(jié)晶態(tài)和材料電轉(zhuǎn)換到結(jié)晶態(tài)時(shí)所形成的單晶相時(shí)材料在組成成份上基本上是相同的。結(jié)合另一上述所說(shuō)的發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)，材料呈現(xiàn)進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，即在從非晶態(tài)到晶態(tài)變換時(shí)它的電子帶隙消失，這樣它已經(jīng)不再是半導(dǎo)體而是金屬或半金屬，即帶隙消失了，在晶態(tài)時(shí)導(dǎo)帶和價(jià)帶重合，而提供了非常高的導(dǎo)電性和基本呈現(xiàn)了金屬形式的導(dǎo)電性。這就產(chǎn)生了在“通”和“斷”之間或“設(shè)置”和“恢復(fù)”狀態(tài)之間的非常高的電阻比率。
前述材料到半金屬態(tài)的變換通過(guò)測(cè)試材料導(dǎo)電性對(duì)溫度依存關(guān)系加以確定的。在半導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)電性隨溫度增加而增加，發(fā)現(xiàn)的事實(shí)卻與此不同，前述材料在結(jié)晶態(tài)的導(dǎo)電性隨溫度增加卻實(shí)際上略微減少，這就呈現(xiàn)了材料的特性，在此材料內(nèi)價(jià)帶和導(dǎo)帶實(shí)際上是重合了。
對(duì)這些成分的另外可得的晶結(jié)構(gòu)的晶相被確定是Te52Ge43Sb5和Te20Ge20Sb60，依照本發(fā)明的教導(dǎo)類似的優(yōu)選的晶結(jié)構(gòu)的晶相能確定成分的其他組合，這樣可得多成分晶相形式實(shí)質(zhì)上吸收了在非晶態(tài)呈現(xiàn)的全部成分。
可擦可變換的合金成份應(yīng)如此選取，使得組成的全部成分分布在非晶態(tài)內(nèi)，在從非結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)換成晶態(tài)時(shí)以單位體積材料變成穩(wěn)定的晶相時(shí)所有的成份基本上被吸收。這個(gè)結(jié)果使得在非常低的能量情況下使材料非常迅速地在兩個(gè)狀態(tài)下轉(zhuǎn)換，即在轉(zhuǎn)換時(shí)間和能級(jí)上遠(yuǎn)低于那些可以得到的或由此甚至可能想到的現(xiàn)有技術(shù)的可擦電存儲(chǔ)器材料。
對(duì)在材料內(nèi)的組成成分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)計(jì)算，使得在結(jié)晶態(tài)時(shí)所形成的一種或多種晶相時(shí)所有組成成分基本上以材料單位體積完全被吸收。此外，組成成分最好被吸收在具有相同平均局部原子密度分布的一個(gè)或多個(gè)晶相內(nèi)，也就是說(shuō)和非結(jié)晶態(tài)的組成成分一樣具有相同的平均局部濃度。這樣材料以單位體積完全地被結(jié)晶化。組成成分的原子密度在從非結(jié)晶態(tài)到結(jié)晶態(tài)變換時(shí)僅受到小的干擾。這樣，在相變期間材料內(nèi)的原子遷移被最小化，同時(shí)與現(xiàn)有技術(shù)相比電轉(zhuǎn)換速度和能量都成數(shù)量級(jí)地減少了。
在最初沉積時(shí)材料成分將通?；旧暇鶆虻胤植荚诓牧蟽?nèi)，但能變?yōu)榫植康芈詽饪s在材料的特定區(qū)域，以便符合晶相配置和基質(zhì)內(nèi)原子的濃度。然而，在從晶態(tài)向非晶態(tài)變換中，材料開(kāi)始熔化和發(fā)生了把原子多少均勻地分配在材料塊中的擴(kuò)散。在非晶態(tài)時(shí)多少均勻分布不是必要的，然而按本發(fā)明起作用的材料是必要的，這樣，正如遍及非結(jié)晶態(tài)材料進(jìn)行分配的那樣，這里描述相變材料的成分，但是可以理解到這樣的分配可以包括若干或全部成分的某些局部集中，這些成分可以在非結(jié)晶態(tài)和結(jié)晶態(tài)之間來(lái)回產(chǎn)生轉(zhuǎn)換。
當(dāng)然，應(yīng)這樣理解，組成成分的局部原子密度在非結(jié)晶態(tài)和結(jié)晶態(tài)不可能完全精確地相同，某些局部原子排列的調(diào)節(jié)是必需的，以允許非晶態(tài)和晶態(tài)之間的結(jié)構(gòu)調(diào)配。在應(yīng)用本發(fā)明原理時(shí)要避開(kāi)的是，現(xiàn)在理解的是局部原子密度的整個(gè)畸變，這也是現(xiàn)有技術(shù)電可擦相變存儲(chǔ)器的特性。相的“基本上相同的平均局部原子密度分布”應(yīng)解釋為允許合理范圍內(nèi)的原子重新安排并產(chǎn)生了在非結(jié)晶和結(jié)晶態(tài)之間局部原子密度的變化，但這種變化仍產(chǎn)生出依本發(fā)明教導(dǎo)的性能優(yōu)點(diǎn)。
在此使用的述語(yǔ)“基本非結(jié)晶的”或“非結(jié)晶的”意指一種狀態(tài)，在這種狀態(tài)下原子很少按序的或是雜亂的，這樣的結(jié)果只能檢測(cè)出不同的電性能，例如低導(dǎo)電率。術(shù)語(yǔ)“基本上結(jié)晶的”和“結(jié)晶的”意指一種狀態(tài)，在這種狀態(tài)下原子相對(duì)更有序的，這樣的結(jié)果可檢測(cè)出不同的電特性，例如較高的導(dǎo)電率。
現(xiàn)已確定，在發(fā)明的一個(gè)實(shí)施中，在結(jié)晶態(tài)材料形成多成分和多相結(jié)晶結(jié)構(gòu)。在這種狀態(tài)下晶相具有相互之間接近的晶化溫度，例如，在非結(jié)晶態(tài)具有成分Te52Ge24Sb24的相變材料如這里所述的結(jié)晶晶化為兩種不同的晶相。已經(jīng)確定，這兩種晶相之一是在155℃結(jié)晶，而一個(gè)在172℃結(jié)晶。使人確信的是，形成溫度相互接近的具有晶相的多相結(jié)晶結(jié)構(gòu)是本發(fā)明材料的優(yōu)選的結(jié)晶結(jié)構(gòu)形式，因?yàn)榇瞬牧媳淮_定為能更迅速地從結(jié)晶態(tài)向非結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)換和在非晶態(tài)也更穩(wěn)定。
如果材料僅僅有一種晶相(如有時(shí)這里被參考稱之為“單晶相”)但此外符合發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)，它對(duì)一些應(yīng)用是完全滿意，但對(duì)另外一些應(yīng)用卻不是最佳，因?yàn)樗诮Y(jié)晶態(tài)是如此之穩(wěn)定，致使很難將它轉(zhuǎn)回到非結(jié)晶態(tài)，而從非結(jié)晶態(tài)再轉(zhuǎn)回那個(gè)狀態(tài)時(shí)穩(wěn)定性較差。然而，這樣的性質(zhì)更適合于發(fā)明的特定應(yīng)用和能提供確實(shí)對(duì)某應(yīng)用是最佳的特性。事實(shí)上，這樣的單晶相材料將更典型呈現(xiàn)本發(fā)明的極大增強(qiáng)速度和低轉(zhuǎn)換能量的特性。
此外，由于單或多晶相是穩(wěn)定的，并且容易形成相，變換可靠執(zhí)行并提供了兩種穩(wěn)定的確實(shí)非易失的狀況。
然而本發(fā)明重要原則之一在于，當(dāng)材料轉(zhuǎn)換到晶態(tài)時(shí)，呈現(xiàn)在非晶態(tài)的基本上全部成分實(shí)質(zhì)上全部被吸收在晶相或多晶相里，這極大地減少了原子遷移并允許相之間轉(zhuǎn)換極快地發(fā)生而使用低的轉(zhuǎn)換能量。使人確信，如上提請(qǐng)注意的，在多相結(jié)晶結(jié)構(gòu)下，不同結(jié)晶相的晶化溫度應(yīng)盡可能有利于相互接近，以便在同一一般溫度范圍內(nèi)去調(diào)節(jié)多晶相結(jié)構(gòu)。
更進(jìn)一步確信的是，在晶相或多晶相內(nèi)相對(duì)小的結(jié)晶尺寸能進(jìn)而貢獻(xiàn)于結(jié)晶相或多晶相的快速形成以及非結(jié)晶態(tài)和結(jié)晶態(tài)之間轉(zhuǎn)換的較低的能量要求。
依照本發(fā)明的其他方面，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這樣材料的轉(zhuǎn)換特性能被控制，致使形成最佳轉(zhuǎn)換變換。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了使本發(fā)明的材料能執(zhí)行實(shí)質(zhì)上遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)特性參數(shù)所能達(dá)到的水平，嚴(yán)格的組成化學(xué)計(jì)量是不需要的，因?yàn)椴牧暇Ц駥ⅹ?dú)特地容忍額外原子材料的特定密度而不降低材料的性能水平。在這里使用的字“實(shí)質(zhì)上”意指符合在這里所教導(dǎo)的化學(xué)計(jì)量原理的程度，當(dāng)它由本發(fā)明提供時(shí)所達(dá)到的改進(jìn)的性能參數(shù)超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)電可擦存儲(chǔ)器。
如上面所提示的，可以確信，多晶相的相對(duì)小的結(jié)晶尺寸范圍可為從晶態(tài)到非晶態(tài)的快速變換作出貢獻(xiàn)。我們假定在結(jié)構(gòu)上接近微晶格的晶體結(jié)構(gòu)從非晶態(tài)到晶態(tài)轉(zhuǎn)換得更快，這是因?yàn)槲⒔Y(jié)構(gòu)需要較少的原子調(diào)整去容納從非晶態(tài)到晶態(tài)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變換。在與此同時(shí)，結(jié)晶態(tài)的多相特性進(jìn)一步增強(qiáng)和穩(wěn)定到非結(jié)晶態(tài)的變換。
本發(fā)明相變材料特性之一是在每單位材料體積呈現(xiàn)傾向于形成較多而且較小的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明實(shí)施例有代表性的材料的結(jié)晶尺寸已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大約是100至500埃范圍的較小的結(jié)晶尺寸，遠(yuǎn)小于大約范圍從1000至5000埃的現(xiàn)有技術(shù)材料的特性。或者在這里所指的結(jié)晶尺寸一般是指晶本的直徑。當(dāng)晶體不是球形狀時(shí)也稱等效于直徑的“特性尺寸”。這樣，術(shù)語(yǔ)“特性尺寸”意指橫跨晶體的平均距離，這就是說(shuō)，不是直徑就是等效的尺寸。
已經(jīng)確定，符合本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)的TeGeSb類材料在非結(jié)晶態(tài)下的組成是通過(guò)實(shí)質(zhì)上減少到低于現(xiàn)有技術(shù)中用來(lái)作為電可擦相變材料中Te的濃度為一般特性的。在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的提供實(shí)質(zhì)上改進(jìn)電轉(zhuǎn)換性能特性的這一類的組成中，在非結(jié)晶狀態(tài)下Te的平均濃度很低于70%，典型的低于60%Te的范圍從低的大約23%升高到大約56%.
Ge的濃度大約在15%以上，在非結(jié)晶態(tài)范圍從大約低的17%上升到大約44%的平均值。其余均低于50%的Ge。在這一類基本組成成份中剩余的是Sb，給出的百分?jǐn)?shù)是原子百分?jǐn)?shù)，組成成份原子的全部百分?jǐn)?shù)是100%。這樣這類材料可以表征為TeaGebSb100-(a+b)，a是等于或少于大約70%，而最好等于或小于大約60%，b是在大約15%以上和小于50%，最好是在大約17%到44%，而剩余的是Sb。
在TeGeSb類材料的情況下，對(duì)于落入上述非結(jié)晶態(tài)的各種近似合成，下述的晶相被發(fā)現(xiàn)不是呈現(xiàn)單結(jié)晶就是各種形式的結(jié)晶組合表Ⅰ觀察的TeGeSb的晶相相的名稱 %Te %Ge %Sbα 51 44 5β 51 40 9γ 45 28 27δ 23 19 58η 56 17 27k 53 30 17在非晶態(tài)的這些成分的平均值在一個(gè)樣品中大約是53%Te、21%Ge和26%Sb。
參照?qǐng)D1，這里給出實(shí)施發(fā)明的電可擦相變存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)部分的斷面圖。存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)是在單晶硅半導(dǎo)體晶片10上形成的，它是P攙雜，它形成用于沉積圖示的其余成分的P-型基片。
在P-型基片10內(nèi)形成n+溝道12，它是以現(xiàn)有技術(shù)公知的方式通過(guò)擴(kuò)散形成的。這些n+溝道沿著與圖示平面垂直的方向延伸跨過(guò)整個(gè)片子，并形成一組電極，在該情況下，形成供尋址單獨(dú)存儲(chǔ)單元的X-Y電極柵網(wǎng)中的Y組。
在這n+柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)的上面形成n一攙雜的晶體外延層14，再次使用公知的現(xiàn)有技術(shù)，n攙雜外延層14可以是5000埃厚，作為實(shí)例，使用公知掩模和摻攙技術(shù)，P-攙雜隔離溝道16然后在n-外延層14內(nèi)形成。P-攙雜隔離溝道16一直向下至P基片10，如圖1還表示它完全圍繞著n-外延層14的島18延伸，并隔離和限定n一外延層14的島18。島18在圖2的頂視圖內(nèi)看得更清楚，其中該P(yáng)隔離溝道形成確定和隔離n-外延材料的島18的隔離柵網(wǎng)。不是P-攙雜隔離溝道，而是SiO2隔離溝道能被用來(lái)隔離島18。形成SiO2隔離溝的技術(shù)也屬于現(xiàn)有技術(shù)。
然后在剛描述的結(jié)構(gòu)上形成用熱生長(zhǎng)的SiO2層20，并腐蝕掉去形成在島18上面的孔徑22。如圖1所示，擴(kuò)散P+材料區(qū)域24爾后形成在所示的由孔22所定義的區(qū)域內(nèi)。p+區(qū)域和n外延層的半導(dǎo)體結(jié)形成p-n結(jié)二極管26，它與每一個(gè)通過(guò)SiO2層20的孔徑22露出的n外延層的區(qū)域相串連。
存儲(chǔ)元件30沉積在p+區(qū)域24之上并與二極管26進(jìn)行單獨(dú)的歐姆電串連接觸。存儲(chǔ)元件30由鉬32和炭34的底部薄電接觸層和如上述材料形成的存儲(chǔ)層36及炭38和鉬40上部電接觸層組成。炭和鉬的接觸層32、34、38和40同存儲(chǔ)器層36形成極好的電接觸并還形成擴(kuò)散壁壘，它有效地阻礙了成分?jǐn)U散入存儲(chǔ)器36，也有效地阻止成分從存儲(chǔ)器36擴(kuò)散出。
炭層34和38具有相對(duì)高的電阻，而且很難腐蝕，因而最好相對(duì)地薄，典型是在100-1000埃范圍內(nèi)。鉬層32和34應(yīng)當(dāng)厚些，可以說(shuō)在范圍1000-2000埃內(nèi)，以便對(duì)存儲(chǔ)器層36形成有效的擴(kuò)散壁壘。
如這里所公開(kāi)的，存儲(chǔ)層36是由多一成分相變材料形成的。層36最好是在基本上非結(jié)晶態(tài)濺射沉積，但也可以通過(guò)其他方式形成例如通過(guò)蒸發(fā)或通過(guò)化學(xué)汽相沉積，這些能夠通過(guò)等離子體技術(shù)例如RF輝光放電來(lái)加強(qiáng)。存儲(chǔ)層36的典型厚度范圍從200埃到5000埃，但最好厚度是從200-1000埃。相變材料36孔隙直徑或橫向的尺寸可以在約一微米的范圍，雖然這里對(duì)橫向尺寸并沒(méi)有實(shí)際的限制。已經(jīng)確定，在“設(shè)置”狀態(tài)下形成的結(jié)晶材料實(shí)際傳導(dǎo)路徑的直徑是1/4-1/3微米這樣小，孔隙直徑可以和金屬版印刷術(shù)限制所允許的那樣小。
在發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，孔隙直徑可以如此選取，使它基本上和晶化低阻路徑相符合，該路徑在轉(zhuǎn)換到結(jié)晶態(tài)時(shí)形成的，如上所指出的，晶化低阻路徑的實(shí)際直徑被確定在1/4微米到1/3微米或多一點(diǎn)的范圍內(nèi)。存儲(chǔ)材料36孔隙直徑因此最好少于大約一微米，使得存儲(chǔ)器材料36的體積盡可能限制到在晶態(tài)和非晶態(tài)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換的相變材料36的體積，這進(jìn)一步減少了產(chǎn)生相變所需的轉(zhuǎn)換時(shí)間和電能。在這里使用的孔隙直徑意指存儲(chǔ)層36的斷面橫向尺寸，如圖1所示，該部分在由存儲(chǔ)層36低p+層和上導(dǎo)體層42形成的接觸區(qū)域下延伸。在圖2實(shí)施例的情況下，在帶肖特基二極管的低金屬層29形成的接觸區(qū)域下延伸。
這一步優(yōu)選的是，存儲(chǔ)成分30的孔隙區(qū)域是熱隔離的或是熱受控的，除非僅要求和較上和較下接觸的電接觸對(duì)于正常操作存儲(chǔ)元件是必要的。這進(jìn)而限制，限定和控制來(lái)自孔隙的轉(zhuǎn)換容量的熱傳送和相變換所需要的電能量。在圖1和圖2實(shí)施例中，由氧化層20和圍繞存儲(chǔ)元件30的橫向外圍部分的氧化層39來(lái)完成。
這里所使用的“設(shè)置”狀態(tài)是指低阻的基本上是結(jié)晶態(tài)的，而“重置”狀態(tài)是指高阻或基本上是非結(jié)晶態(tài)的。
如圖所示，層32、34、36、38和40被腐蝕掉，在上面形成氧化層39。腐蝕后在存儲(chǔ)元件30上面留下許多開(kāi)口。另一方面，存儲(chǔ)元件能按兩腐蝕步驟形成。對(duì)于層32和34首先沉積和腐蝕，而后保留層36、層38和40在其上面沉積，并單獨(dú)腐蝕到選定的尺寸。正如所描述的在整個(gè)結(jié)構(gòu)頂上是由鋁導(dǎo)體42形成的第二個(gè)電極柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)，沿導(dǎo)體12相垂直的方向延伸并實(shí)現(xiàn)X-Y柵網(wǎng)連接到各單獨(dú)存儲(chǔ)元件。蓋在整個(gè)集成結(jié)構(gòu)上面的是由合適密封材料例如Si3N4或可塑材料例如聚酰胺組成的頂部密封層44，密封該結(jié)構(gòu)并使其防潮，防備其他外部單元可能引起性能降低和惡化，特別是存儲(chǔ)層36中的相變材料的性能降低和惡化。Si3N4密封層可以沉積，例如使用低溫等離子沉積工藝。聚酰胺材料可以旋轉(zhuǎn)沉積，并按已知的技術(shù)沉積后進(jìn)行烘烤去形成密封層44。
圖2的實(shí)施例和圖1的實(shí)施例相同，不同的是二極管27在n層14和金屬層29之間形成肖特基壁壘，它可能例如是硅化鉑。在其他方面，圖2的實(shí)施例和圖1以相同的方法形成的，并且一樣的成分標(biāo)以同樣的數(shù)字。
如圖3所示，這樣形成的集成結(jié)構(gòu)是一個(gè)X-Y存儲(chǔ)矩陣。在圖中每一個(gè)存儲(chǔ)元件30都與在水平X-線42和垂直Y-線12之間的二極管26串連連接。二極管26在電氣上起隔離每一存儲(chǔ)元件30的作用。本發(fā)明電可擦存儲(chǔ)器的其他電路結(jié)構(gòu)當(dāng)然是可能實(shí)施的和可行實(shí)施的。
然而，使用圖1和圖2實(shí)施例中示出的集成結(jié)構(gòu)可以形成存儲(chǔ)單元和其隔離二極管的完全立式的結(jié)構(gòu)，這樣，通過(guò)存儲(chǔ)元件和二極管的每一個(gè)組合可以使占用基片的面積最小化。這就意味著在片上存儲(chǔ)元件的密度基本上僅僅受到印制板分辨率的限制。
在圖4A示意性地給出了反映本發(fā)明實(shí)施例的帶有存儲(chǔ)矩陣51的單晶半導(dǎo)體基片50的部分。在同一基片50上形成尋址矩陣52，它通過(guò)集成連線53適當(dāng)?shù)嘏c存儲(chǔ)矩陣51相連。尋址矩陣52包括了確定和控制設(shè)置，恢復(fù)和施加到存儲(chǔ)矩陣51的讀脈沖的信號(hào)產(chǎn)生裝置。尋址矩陣52能同存儲(chǔ)矩陣51一起集成，并與存儲(chǔ)矩陣51同時(shí)形成。
在現(xiàn)有技術(shù)中具有高轉(zhuǎn)換速度和低轉(zhuǎn)換能量的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的絕大部分應(yīng)用而言被認(rèn)為是必要的，至少對(duì)這樣的每一個(gè)存儲(chǔ)元件要求一個(gè)晶體管帶一個(gè)電容。以集成電路構(gòu)形的這樣的存儲(chǔ)器需要至少3根連接線而帶來(lái)了附加的復(fù)雜性，它們占有特定最小的基片面積卻沒(méi)有考慮集成電路是如何布局的。本發(fā)明的電可擦存儲(chǔ)器的集成電路結(jié)構(gòu)對(duì)每一個(gè)存儲(chǔ)元件卻僅需要兩根連接線，而且它們彼此按立式關(guān)系制做。進(jìn)而，每一存儲(chǔ)元件整個(gè)具有隔離二極管和一對(duì)用于元件的接點(diǎn)，它們本身完全是被立式集成的，以致達(dá)到非常高的位密度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了執(zhí)行相同或類似功能的現(xiàn)有技術(shù)可能達(dá)到的密度水平。
事實(shí)上，本發(fā)明存儲(chǔ)器允許的位密度甚至要比固態(tài)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM′S)所能達(dá)到的密度還大，但DRAM′S是易失的，因而缺乏本發(fā)明提供的非易失的存儲(chǔ)器進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。由于每位集成電路結(jié)構(gòu)占據(jù)較小的片面積。本發(fā)明達(dá)到的位密度的增加可解釋為減少制造成本。這就允許本發(fā)明的存儲(chǔ)器不僅在性能上而且在成分上和在寬范圍內(nèi)應(yīng)用的其他可能得到的存儲(chǔ)器進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)并且超過(guò)它們。
和至少用一個(gè)晶體管和一個(gè)電容組成一位的現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器相比較，本發(fā)明在圖1和圖2中給出的集成電路結(jié)構(gòu)能在一芯片上形成，具有近似3倍于用于相同制版分辨率的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的位密度。除了較高位密度給于的價(jià)格優(yōu)點(diǎn)外，本發(fā)明的集成電路結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的性能參數(shù)進(jìn)一步改進(jìn)了，在這里元件位置更緊，引線長(zhǎng)度，電容和其他有關(guān)參數(shù)由此而進(jìn)一步最小化，這樣進(jìn)一步增強(qiáng)了性能。
圖4是圖1-3實(shí)施例部分線路圖。該電路包括一個(gè)X-Y柵網(wǎng)以及包括如圖所示在X地址線42和Y地址線12交叉點(diǎn)上與二極管26串聯(lián)的每一個(gè)存儲(chǔ)元件30。地址線12和42以現(xiàn)有技術(shù)公知的方式和外部尋址電路相連接。
圖5給出了實(shí)施本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的取樣數(shù)據(jù)性能的圖形表示。給出在“設(shè)置”狀態(tài)或結(jié)晶狀態(tài)下的電阻數(shù)據(jù)以及對(duì)每一種情況從最初沉積的非晶態(tài)轉(zhuǎn)換材料到晶態(tài)所需的轉(zhuǎn)換能量(用焦?fàn)柋硎?，非結(jié)晶重置狀態(tài)的高電阻在圖5的右上角示出，剛好在20，000歐姆之下，和設(shè)置電阻大約為150歐姆，設(shè)置能量大約為10-9焦?fàn)栃纬蓪?duì)照。轉(zhuǎn)換時(shí)間典型的是在10-80毫微秒范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換設(shè)置能量大約為10-9焦?fàn)?。這些數(shù)據(jù)可以和現(xiàn)有技術(shù)的電可擦相變存儲(chǔ)器的性能數(shù)據(jù)相比較，現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)換時(shí)間是在微秒到毫微秒的范圍內(nèi)，而轉(zhuǎn)換能量在10-3到10-6焦?fàn)柗秶鷥?nèi)。這樣，本發(fā)明電可擦存儲(chǔ)器材料的性能參數(shù)比使用現(xiàn)有技術(shù)電可擦相變存儲(chǔ)器材料好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
進(jìn)而，參考圖5并強(qiáng)調(diào)，“設(shè)置”電阻基本上隨設(shè)置脈沖能量水平線性變化，設(shè)置脈沖約為10-9焦?fàn)枙r(shí)大約為150歐姆，設(shè)置脈沖約為10-11焦?fàn)枙r(shí)大約為2000歐姆，在這些點(diǎn)之間有相當(dāng)好的線性特性，這就提供了灰度特性，它允許本發(fā)明的存儲(chǔ)元件有可采用的存儲(chǔ)器響應(yīng)關(guān)系，并由此允許應(yīng)用到可采用的存儲(chǔ)系統(tǒng)。
圖6給出了按本發(fā)明實(shí)施例制造的樣品的電轉(zhuǎn)換特性數(shù)據(jù)的圖形表示，對(duì)于重新設(shè)置脈沖寬度在30-80毫微秒范圍，圖示轉(zhuǎn)換能量以焦?fàn)柋硎?，?duì)應(yīng)的器件電阻以歐姆表示。設(shè)置電阻與重新設(shè)置電阻比都幾乎被整整一個(gè)或多個(gè)數(shù)量級(jí)分開(kāi)，而且對(duì)于數(shù)字存儲(chǔ)應(yīng)用，完全足夠地確保在設(shè)置和重新設(shè)置狀態(tài)之間的無(wú)誤差電檢測(cè)，在30毫微秒時(shí)重新設(shè)置能量是小于10-7焦?fàn)枴?br> 圖7給出了與連續(xù)施加到器件上的設(shè)置脈沖數(shù)和反映器件的以千歐表示的設(shè)置電阻數(shù)據(jù)的圖形關(guān)系，要指出的是，設(shè)置電阻的減少是設(shè)置脈沖數(shù)目的函數(shù)，并由此提供了灰度或可采用的存儲(chǔ)能力。如圖7所示的數(shù)據(jù)，施加的設(shè)置脈沖約50毫微秒，5V和約40毫安，在每一個(gè)脈沖施加后并在下一個(gè)脈沖施加前測(cè)量電阻值。隨著連續(xù)施加脈沖的增加，從圖示的數(shù)據(jù)可以看出設(shè)置電阻值連續(xù)下降，由此允許材料被設(shè)置在完全非結(jié)晶態(tài)到完全結(jié)晶態(tài)之間復(fù)蓋光譜的各個(gè)不同的等級(jí)上。
圖8的數(shù)據(jù)給出了器件以歐姆表示在“通導(dǎo)”狀態(tài)下與以歐姆表示的負(fù)載電阻之間的關(guān)系，負(fù)載電阻與器件串連并由此決定點(diǎn)火時(shí)的電流幅度。數(shù)據(jù)是使用閾值電壓12V時(shí)得到的，器件的“通導(dǎo)”電阻作為增加設(shè)置電流的函數(shù)迅速地減小到100歐姆的水平。
從前面的敘述可以看出本發(fā)明的可擦相變存儲(chǔ)器提供了性能顯著的改進(jìn)，大大超過(guò)了現(xiàn)有技術(shù)的電可擦相變存儲(chǔ)器所能達(dá)到的性能，這允許廣泛地應(yīng)用這種存儲(chǔ)器，并超出了現(xiàn)有技術(shù)存儲(chǔ)器可能應(yīng)用的范圍。應(yīng)該這樣理解，在這里進(jìn)行的公開(kāi)是以詳細(xì)描述實(shí)施例的形式出現(xiàn)的，以達(dá)到充分完整公開(kāi)本發(fā)明的目的，而這些細(xì)節(jié)絕不能以任何方式被解釋為限制在所附的權(quán)利要求中確立和定義的發(fā)明的真實(shí)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電可擦相變存儲(chǔ)器包括(a)至少一個(gè)相變材料孔隙，該材料是能從至少在兩個(gè)電可檢測(cè)狀態(tài)之間進(jìn)行可逆的電轉(zhuǎn)換，在所說(shuō)至少兩個(gè)可檢測(cè)狀態(tài)的第一個(gè)狀態(tài)的局部原子序(local atomic order)，它可檢測(cè)出比所說(shuō)至少兩個(gè)可檢測(cè)狀態(tài)的第二個(gè)狀態(tài)的局部原子序要低；(b)電接觸裝置，它們?yōu)樗f(shuō)孔隙的至少兩部分實(shí)現(xiàn)電氣接觸，在同所說(shuō)至少兩部分接觸的接觸點(diǎn)之間通過(guò)所說(shuō)孔隙建立電路徑；(c)施加電信號(hào)到所說(shuō)電接觸裝置的裝置，在所說(shuō)的孔隙內(nèi)的所說(shuō)電路徑內(nèi)的至少所說(shuō)相變材料的體積部分形成至少兩種，可檢測(cè)狀態(tài)之間的形成可逆的轉(zhuǎn)換，所說(shuō)的第一種狀態(tài)是以電導(dǎo)率為特征，它低于所說(shuō)的第二種可檢測(cè)的狀態(tài)的電導(dǎo)率；(d)由大量成分組成所說(shuō)的相變材料，這些成分在組成上和化學(xué)計(jì)量上這樣安排，它們以第一種可檢測(cè)的狀態(tài)分布在所說(shuō)相變材料內(nèi)，然后和呈現(xiàn)在第一種可檢測(cè)的狀態(tài)一樣，在所說(shuō)的體積部分轉(zhuǎn)變?yōu)樗f(shuō)第二種可檢測(cè)狀態(tài)，所說(shuō)體積部分基本上具有組成成分相同的平均局部密度分布；
2.權(quán)利要求1的電可擦相變存儲(chǔ)器，其中在所說(shuō)相變材料內(nèi)以所說(shuō)第一個(gè)可檢測(cè)狀態(tài)分布的大量成分，基本上完全被吸收在在所說(shuō)第二個(gè)可檢測(cè)狀態(tài)下所說(shuō)體積內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)晶相內(nèi)。
3.權(quán)利要求1的電可擦相變存儲(chǔ)器，其中由Te Ge和Sb組成所說(shuō)相變材料作為主要成分，它們以非結(jié)晶態(tài)基本上按Tea Geb Sb100(a+b)的比率分布，下標(biāo)是原子百分?jǐn)?shù)，組成成分的總百分?jǐn)?shù)是100，a是等于或小于大約70%，b是在大約15%至大約50%之間。
4.權(quán)利要求3的電可擦相變存儲(chǔ)器，其中a是等于或小于大約60%和b是在大約17%至大約44%之間。
5.權(quán)利要求1的電可擦相變存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)相變材料的帶隙在從第一可檢測(cè)狀態(tài)到第二種檢測(cè)狀態(tài)變換時(shí)實(shí)質(zhì)上減小了。
6.權(quán)利要求2的電可擦相變存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)的一個(gè)或多個(gè)晶相包括了至少一個(gè)多成分晶相。
7.權(quán)利要求2的電可擦相變存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)一個(gè)或多個(gè)晶相包括了大量多成分晶相。
8.權(quán)利要求2的電可擦相變存儲(chǔ)器，其中單或多晶相包括了大量的晶相。
9.權(quán)利要求8的電可擦相變存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)大量晶相的結(jié)晶溫度均相互在大約100℃內(nèi)。
10.權(quán)利要求2的電可擦相變存儲(chǔ)器，其中在所說(shuō)的多成分晶相的晶體具有小于大約1000埃的特性尺寸。
11.一種集成電路電可擦相變存儲(chǔ)器包括(a)單晶半導(dǎo)體基片;(b)在基片上形成的大量電可擦相變存儲(chǔ)元件;(c)所說(shuō)的每一個(gè)存儲(chǔ)元件包括相變材料孔隙和在基片上彼此垂直安置的集成電路二極管，所說(shuō)二極管與相變材料孔隙在電氣上相互串連連接;(d)所說(shuō)相變材料由大量成分組成，它們?cè)诮M成上和化學(xué)計(jì)量上如此安排，它們以第一種基本非結(jié)晶狀態(tài)分布在所說(shuō)相變材料內(nèi)，然后和呈現(xiàn)在非結(jié)晶狀態(tài)一樣在至少所說(shuō)孔隙的體積部分轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙N基本結(jié)晶狀態(tài)，所說(shuō)體積部分基本上具有組成成分相同的平均局部密度分布;(e)集成電接觸裝置穿越所說(shuō)基片分別超過(guò)所說(shuō)存儲(chǔ)元件的上側(cè)和下側(cè)，在所說(shuō)每一存儲(chǔ)元件的一側(cè)與所說(shuō)的相變材料孔隙實(shí)現(xiàn)電接觸以及在所說(shuō)每一存儲(chǔ)元件的另一側(cè)和所說(shuō)二極管實(shí)現(xiàn)電接觸由此提供了一個(gè)可分別有選擇地設(shè)置，擦去和讀出所說(shuō)的存儲(chǔ)元件。
12.權(quán)利要求11的電可擦相變存儲(chǔ)器，進(jìn)而包括連接到接觸裝置上的信號(hào)產(chǎn)生裝置，以產(chǎn)生和有選擇地加到所說(shuō)存儲(chǔ)元件設(shè)置擦去和讀出脈沖。
13.權(quán)利要求12的電可擦相變存儲(chǔ)器集成電路，其中所說(shuō)信號(hào)產(chǎn)生裝置還包括能產(chǎn)生并施加脈寬小于100毫微秒的脈沖的裝置。
14.權(quán)利要求11的集成電路電可擦相變存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)的二極管包括半導(dǎo)體結(jié)。
15.權(quán)利要求14的集成電路電可擦相變存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)的半導(dǎo)體結(jié)是在基片上與所說(shuō)基片表面平行延伸而形成的。
16.權(quán)利要求14的集成電路電可擦相變存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)的半導(dǎo)體結(jié)是由肖特基壁壘組成。
17.權(quán)利要求14的集成電路電可擦相變存儲(chǔ)器，其中半導(dǎo)體結(jié)是由p-n結(jié)組成。
18.權(quán)利要求17的集成電路電可擦相變存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)的p-n結(jié)是在基本上與所說(shuō)基片表面平行延伸的表面上形成的。
19.權(quán)利要求16的集成電路電可擦相變存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)的肖特基壁壘是在基本上與基片表面平行延伸的表面上形成的。
20.權(quán)利要求15的集成電路電可擦相變存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)每一存儲(chǔ)元件的一側(cè)和另一側(cè)形成與所說(shuō)集成電接觸裝置的電接觸，并且它們相互之間相垂直。
21.權(quán)利要求20的集成電路電可擦相變存儲(chǔ)器，其中每一所說(shuō)存儲(chǔ)元件的一側(cè)以及所說(shuō)的另一側(cè)和所說(shuō)集成電接觸裝置形成的電接觸包括了接觸面，該接觸面基本上相互平行延伸并和所說(shuō)基片表面上基本平行。
22.權(quán)利要求11的集成電路電可擦相變存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)的相變材料包括Te、Ge和Sb作為基本材料，在非晶態(tài)時(shí)它們基本上按TeaGebSb100-(a+b)的比例分配在其中，腳標(biāo)是原子百分?jǐn)?shù)，總組成成分是100%，a是等于或小于70%和b是在大約15%至大約50%之間。
23.權(quán)利要求12的集成電路電可擦相變存儲(chǔ)器，其中a是等于或小于大約60%和b是在大約17%至大約44%之間。
24.權(quán)利要求11的集成電路電可擦相變存儲(chǔ)器，其中它進(jìn)而包括密封材料層，該層從上方延伸密封和密閉所說(shuō)的存儲(chǔ)元件以防它們受外界環(huán)境的影響。
25.權(quán)利要求11的集成電路電可擦相變存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)相變材料孔隙的直徑小于1微米。
26.權(quán)利要求1的電可擦相變存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)孔隙的直徑小于1微米。
27.權(quán)利要求2的電可擦相變存儲(chǔ)器，其中孔隙直徑小于1微米。
全文摘要
一種使用化學(xué)計(jì)量平衡相變材料的電可擦相變存儲(chǔ)器，在該材料內(nèi)從非晶態(tài)到晶態(tài)之間變換所需的轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換能量實(shí)際上低于使用現(xiàn)有技術(shù)電可擦相變存儲(chǔ)器所能達(dá)到的轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換能量。發(fā)明的實(shí)施例包括一高位密度結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的集成電路，在該電路中，制造成本相應(yīng)地減少，而性能參數(shù)進(jìn)一步改進(jìn)。
文檔編號(hào)H01H45/00GK1064366SQ9210095
公開(kāi)日1992年9月9日 申請(qǐng)日期1992年1月18日 優(yōu)先權(quán)日1991年1月18日
發(fā)明者S·R·奧夫辛斯基, S·J·赫金斯, W·丘巴蒂, D·A·施特蘭德, G·C·威克 申請(qǐng)人:能源變換設(shè)備有限公司