熱優(yōu)化相變存儲器單元及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文所揭示的標(biāo)的物大體上涉及集成電路中的裝置，且特定來說，涉及并入硫族 化物材料的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 并入相變材料（例如，硫族化物材料）的裝置（例如（舉例來說）開關(guān)及存儲元 件）可發(fā)現(xiàn)于各種電子裝置中。舉例來說，并入相變材料的裝置可用于計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、 蜂窩電話、個人數(shù)字助理等等中。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可在針對特定應(yīng)用來確定是否并入相變材料 及并入相變材料的方式時考慮的因素可包含（舉例來說）物理大小、存儲密度、可延展性、 操作電壓及電流、讀取/寫入速度、讀取/寫入通量、傳輸速率及/或電力消耗。系統(tǒng)設(shè)計(jì) 者所關(guān)注的其它實(shí)例因素包含制造成本及/或制造難易性。
【附圖說明】
[0003] 圖1為描繪根據(jù)一個實(shí)施例的交叉點(diǎn)存儲器陣列的三維說明圖。
[0004] 圖2A為描繪根據(jù)一個實(shí)施例的沿列線截取的相變存儲器單元的橫截面的說明 圖。
[0005] 圖2B為描繪根據(jù)一個實(shí)施例的沿行線截取的相變存儲器單元的橫截面的說明 圖。
[0006] 圖3A為描繪根據(jù)另一實(shí)施例的沿列線截取的相變存儲器單元的橫截面的說明 圖。
[0007] 圖3B為描繪根據(jù)另一實(shí)施例的沿行線截取的相變存儲器單元的橫截面的說明 圖。
[0008] 圖4A為描繪根據(jù)另一實(shí)施例的沿列線截取的相變存儲器單元的橫截面的說明 圖。
[0009] 圖4B為描繪根據(jù)另一實(shí)施例的沿行線截取的相變存儲器單元的橫截面的說明 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 并入相變材料的裝置（例如，存儲器裝置）可發(fā)現(xiàn)于各種電子裝置中。舉例來說， 并入相變材料的裝置可用于計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、蜂窩電話、個人數(shù)字助理等等中。系統(tǒng)設(shè)計(jì) 者可在針對特定應(yīng)用來確定裝置的穩(wěn)定性時考慮的因素（其與并入相變材料的裝置相關(guān)） 可包含（舉例來說）物理大小、存儲密度、可延展性、操作電壓及電流、讀取/寫入速度、讀 取/寫入通量、傳輸速率及/或電力消耗。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者所關(guān)注的其它實(shí)例因素包含制造成 本及/或制造難易性。
[0011] 特定來說，并入相變材料的存儲器裝置可提供優(yōu)于其它存儲器裝置（例如，快閃 存儲器裝置及動態(tài)隨機(jī)存取存儲器裝置（DRAM))的若干性能優(yōu)點(diǎn)。舉例來說，一些相變存 儲器裝置可為非易失性的；即，如果無任何外部電力供應(yīng)到存儲器裝置，那么存儲器裝置的 物理狀態(tài)及電狀態(tài)在保留時間（例如，一年以上）內(nèi)無實(shí)質(zhì)變化。另外，一些相變存儲器裝 置可提供快速讀取及寫入存取時間（例如，快于10納秒）及/或高讀取及寫入存取帶寬 (例如，大于每秒100百萬位）。另外，一些相變存儲器裝置可布置于極高密度的存儲器陣 列（例如，在與局部電鍍金屬連接的最小存儲器陣列單元中具有超過1百萬個單元的交叉 點(diǎn)陣列）中。
[0012] 相變存儲器裝置相對于上述特性的性能取決于許多因素。特定來說，存儲器裝置 內(nèi)的相變材料元件具有良好熱隔離性及相變材料元件與介接電極之間的低電阻可減少編 程所述裝置所需的能量且減少裝置與裝置的熱擾動（即，熱串?dāng)_）。此外，相變材料與介接 電極之間具有低電阻也可改進(jìn)讀取操作期間的存儲器裝置的信噪比。然而，提供良好熱隔 離性可導(dǎo)致與低界面電阻的折衷，且反之亦然。舉例來說，介接電極通常包括金屬、其可與 相變材料元件形成低電阻接觸點(diǎn)。然而，此類低接觸材料也趨向于成為良好熱導(dǎo)體，即，提 供不良熱隔離性。因此，需要一種具有相變材料元件（其具有低電阻及良好熱隔離性）的 熱局限相變存儲器裝置。盡管本文已相對于存儲器陣列來描述實(shí)施例，但應(yīng)了解，如本文所 描述具有減小的界面電阻的熱局限性相變存儲器裝置也可具有存儲器陣列背景外的應(yīng)用。
[0013] 圖1展示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的具有NXM個相變存儲器單元的交叉點(diǎn)存儲 器陣列10的部分。交叉點(diǎn)存儲器陣列10包括第一到第N列線20-U20-2···及20-N、第一 到第Μ行線22-U22-2···及22-M、及多個存儲器單元，所述多個存儲器單元安置于由第一到 第Ν列線及第一到第Μ行線形成的相交點(diǎn)的至少一個子集處。
[0014] 交叉點(diǎn)存儲器陣列10包含呈第一到第Ν列線20-U20-2···及20-Ν的形式的存 取線，其可稱為數(shù)字線，例如，位線（BL)。交叉點(diǎn)陣列10也包含呈第一到第Μ行線22-1、 22-2…及22-Μ的形式的交叉存取線，其可稱為字線（WL)。列線及行線以及其替代名稱的涉 及內(nèi)容可互換。在此實(shí)施例中，坐標(biāo)軸標(biāo)記12指示：第一到第Ν列線20-U20-2…及20-Ν 沿y方向（在本文也稱為列方向）上延伸，且第一到第Μ行線22-1、22-2…及22-Μ在X方 向（在本文也稱為行方向）上定向。如所說明，第一到第Ν列線20-U20-2…及20-Ν實(shí)質(zhì) 上彼此平行。類似地，第一到第Μ行線22-1、22-2···22-Μ實(shí)質(zhì)上彼此平行。然而，其它實(shí)施 例為可能的，且字線及數(shù)字線可具有非垂直定向。通常，行線彼此平行且列線以某一角度彼 此平行，使得所述列線與所述行線交叉。如本文所使用，術(shù)語"實(shí)質(zhì)上"意指經(jīng)修改的特性 無需絕對，但足夠接近以便實(shí)現(xiàn)特性的優(yōu)點(diǎn)。
[0015] 交叉點(diǎn)存儲器陣列10進(jìn)一步包含安置于由第一到第Ν列線及第一到第Μ行線形 成的相交點(diǎn)的至少一個子集處的多個存儲器單元。在此配置中，交叉點(diǎn)存儲器陣列10包含 高達(dá)ΝΧΜ個存儲器單元。然而，為清楚起見，圖1中僅展示四個相變存儲器單元。如所說 明，在圖1的實(shí)例中，所述四個相變存儲器單元包含分別位于第η列線20-η與第m行線22-m 的相交點(diǎn)、第η列線2〇-n與第（m+1)行線22_(m+l)的相交點(diǎn)、第（n+1)列線2〇-(n+l)與第 m行線22-m的交叉點(diǎn)、及第（n+1)列線20-(n+l)與第（m+1)行線22-(m+l)的交叉點(diǎn)處的 第一存儲器單元30a到第四存儲器單元30d。在此實(shí)例中，應(yīng)了解，四個存儲器單元30a到 30d中的每一者在X方向上具有兩個最接近的相鄰單元，在y方向上具有兩個最接近的相鄰 單元，且在X方向與y方向之間的對角線方向上具有四個次接近的相鄰單元。舉例來說，在 X方向上，第一單元30a具有兩個最接近的相鄰單元，即，第（n-1)列線20-(n-1)與第m行 線22-m的相交點(diǎn)處的第五存儲器單元30e (未展示）及第（n+1)列線20-(n+l)與第m行 線22-m的相交點(diǎn)處的第三存儲器單元30c。此外，在y方向上，第一單元30a具有兩個最接 近的相鄰單元，即，第η列線20-n與第（m-Ι)行線22-(m-l)的相交點(diǎn)處的第八存儲器單元 30h(未展示）及第η列線20-n與第（m+Ι)行線22-(m+l)的相交點(diǎn)處的第二存儲器單元 30b。此外，在兩個對角線方向上，第一單元30a具有四個次接近的相鄰單元，即，第（n+1) 列線20-(n+l)與第（m+1)行線22-(m+l)的相交點(diǎn)處的第四存儲器單元30d、第（n-1)列線 20-(n-l)與第（m+Ι)行線22-(m+l)的相交點(diǎn)處的第六存儲器單元30f (未展示）、第（n-1) 列線20-(n-l)與第（m-1)行線22-(m-l)的相交點(diǎn)處的第七存儲器單元30g(未展示）、及 第（n+1)列線20-(n+1)與第（m-Ι)行線22-(m-Ι)的相交點(diǎn)處的第九存儲器單元30i (未 展示）。
[0016] 在一個實(shí)施例中，列線可包括：合適的導(dǎo)電及/或半導(dǎo)電材料，其包含η型摻雜多 晶硅、Ρ型摻雜多晶硅；金屬，其包含Al、Cu及W ;導(dǎo)電金屬氮化物，其包含TiN、TaN及TaCN。 此外，在各種實(shí)施例中，下述頂部電極及底部電極可包括：合適的導(dǎo)電材料，其包含摻雜半 導(dǎo)體（例如，η型摻雜多晶硅及p型摻雜多晶硅）及/或金屬材料（例如，包含C、Al、Cu、 Ni、Cr、Co、Ru、Rh、Pd、Ag、Pt、Au、Ir、Ta 及 W 的金屬）；導(dǎo)電金屬氮化物，其包含 TiN、TaN、 WN及TaCN ;導(dǎo)電金屬硅化物，其包含鉭硅化物、鎢硅化物、鎳硅化物、鈷硅化物及鈦硅化物； 及導(dǎo)電金屬氧化物，其包含Ru02。在一些實(shí)施例中，行線也可包括與列線相同或相似的導(dǎo)電 及/或半導(dǎo)電材料。
[0017] 在圖1中，根據(jù)一個實(shí)施例，存儲器單元30a到30d中的每一者配置成堆疊配置以 包含第m行線22-m及第（m+Ι)行線22-(m+l)中的一者上的第一選擇器節(jié)點(diǎn)38a到第四選 擇器節(jié)點(diǎn)38d、選擇器節(jié)點(diǎn)38a到38d上的第一底部電極36a到第四底部電極36d、底部電 極36a到36d上的第一存儲節(jié)點(diǎn)34a到第四存儲節(jié)點(diǎn)34d、及存儲節(jié)點(diǎn)34a到34d上的第一 頂部電極32a到第四頂部電極32d。堆疊配置的其它實(shí)施例為可能的。舉例來說，堆疊配置 內(nèi)的存儲節(jié)點(diǎn)34a到34d及選擇器節(jié)點(diǎn)38a到38d的位置可彼此互換。
[0018] 在一個實(shí)施例中，存儲節(jié)點(diǎn)34a到34d中的每一者包含相變材料。合適的相變 材料包含硫族化物組合物，例如，包含銦（In)-銻（Sb)-碲（Te) (1ST)合金系統(tǒng)（例如， In2Sb2Te5、Ir^Sl^Te^p Ir^SbJeY等等）內(nèi)的元素中的至少兩者的合金、包含鍺（Ge)_鋪 (Sb)-碲（Te) (GST)合金系統(tǒng)（例如， 等）內(nèi)的元素中的至少兩者的合金、及其它硫族化物合金系統(tǒng)。如本文所使用，帶連字符的 化學(xué)組合物符號指示包含于特定混合物及化合物中的元素、且意欲表示涉及所指示元素的 所有化學(xué)計(jì)量?？捎糜谙嘧兇鎯?jié)點(diǎn)中的其它硫族化物合金系統(tǒng)包含（舉例來說）Ge-Te、 In-Se、Sb-Te、Ga-Sb、In-Sb、As-Te、Al-Te、In-Ge-Te、Ge-Sb-Te、Te-Ge-As、In-Sb-Te、 Te-Sn-Se、Ge-Se-Ga、Bi-Se-Sb、Ga-Se-Te、Sn-Sb-Te、In-Sb-Ge、Te-Ge-Sb-S、Te-Ge-Sn-0、 Te-Ge-Sn-Au、Pd-Te-Ge-Sn、In-Se-Ti-Co、Ge-Sb-Te-Pd、Ge-Sb-Te-Co、Sb-Te-Bi-Se、 Ag-In-Sb-Te、Ge-Sb-Se-Te、Ge-Sn-Sb-Te、Ge-Te-Sn-Ni、Ge-Te-Sn-Pd 及 Ge-Te-Sn-Pt。
[0019] 當(dāng)選擇器節(jié)點(diǎn)38a到38d包含于存儲器單元30a到30d中時，選擇器節(jié)點(diǎn)38a到 38d可通過一側(cè)上的底部電極36a到36d來電親合到存儲節(jié)點(diǎn)34a到34d且電連接到另一 側(cè)上的行線22以形成兩個終端選擇器裝置。
[0020] 根據(jù)一個實(shí)施例，當(dāng)選擇器節(jié)點(diǎn)38a到38d包括硫族化物材料時，兩個終端選擇器 裝置可為雙向閾值開關(guān)（OTS)。在此實(shí)施例中，選擇器節(jié)點(diǎn)可包含硫族化物組合物，其包含 上文針對存儲器節(jié)點(diǎn)所描述的硫族化物合金系統(tǒng)中的任一者。另外，所述選擇器節(jié)點(diǎn)可進(jìn) 一步包括一元素以抑制結(jié)晶，例如，砷（As)。當(dāng)添加例如As的元素時，所述元素通過約束合 金的任何非暫時性成核及/或生長而抑制結(jié)晶。相應(yīng)地，當(dāng)橫跨選擇器節(jié)點(diǎn)