[发明专利]相变存储器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明总的涉及相变存储器。

背景技术

相变存储器件使用相变材料，即可以在一般非晶态和一般晶态之间电切换的材料，用于电子存储器应用。一种类型的存储元件使用相变材料，该相变材料可在一般非晶态的结构状态和一般晶态局部有序之间或者在全部频谱上局部有序的不同可检测状态之间电切换，所述全部频谱是在完全非晶态和完全晶态之间。相变材料的状态也是非易失性的，其中当设置为表示电阻值的晶态、半晶态、非晶态或半非晶态时，该值被保持直到由另一个编程事件改变，因为该值表示材料的相位或物理状态(例如晶态或非晶态)。该状态不受移除电源的影响。

图1示出相变存储器100的方案。存储器100包括n×n个存储单元111-119的阵列，每个存储单元包括选择器件120和存储元件130。存储器100具有任意数量的存储单元。

存储元件130包括相变材料，因此存储器100可被称为相变存储器。相变材料是具有电属性(例如电阻、电容等)的材料，该材料可通过施加诸如热、光、电压或电流的能量而变化。相变材料的例子可包括硫族化物材料。

硫族化物合金可在存储元件中或在电子开关中使用。硫族化物材料是包括至少一个来自周期表的列VI的元素的材料或包括一个或多个硫族化物元素，例如任何的碲、硫、或硒元素。

存储器100包括列线141-143和行线151-153，用于在写或读操作期间选择阵列的特殊存储单元。列线141-143和行线151-153还可被称为地址线，因为这些线可用于在编程或读取期间寻址存储单元111-119。列线141-143还可被称为位线，并且行线151-153还可被称为字线。

存储元件130可连接到行线151-153并经由选择器件120耦合到列线141-143。尽管一个选择器件120被描述，但是也可以使用更多的选择器件。因此，当选择特殊的存储单元(例如存储单元115)时，将电压施加到与存储单元115关联的列线(例如142)和行线(例如152)，以便在其两端施加电压。

串联连接的选择器件120用于在编程或读取存储单元130期间访问存储单元130。选择器件是由硫族化物合金形成的双向半导体阈值开关，硫族化物合金不展现非晶态到晶态的相变并且导电性发生快速的电场初始变化，只要吸持电压存在导电性才保持。选择器件120作为“断开”或“接通”的开关操作，这取决于在存储单元两端施加的电压量，并且更特别地取决于经过选择器件的电流是否超过了其阈值电流或电压，接着将器件触发到接通状态。断开状态是基本上不导电状态，并且接通状态是基本上导电状态，其电阻要小于断开状态。在接通状态下，选择器件两端的电压等于其吸持电压V_H加上I×Ron，其中Ron是来自V_H的动态电阻。

例如，选择器件120具有阈值电压，并且如果在选择器件120两端施加小于选择器件120的阈值电压的电压，则至少一个选择器件120保持“断开”或者处于相对高的有阻力状态，使得几乎没有或没有电流穿过存储单元并且从选择行到选择列的大部分电压降是在选择器件两端。可替换地，如果在选择器件120两端施加大于选择器件120的阈值电压的电压，则选择器件120“接通”，即在相对低的有阻力状态下操作，使得电流穿过存储单元。换句话说，如果在选择器件120两端施加小于预定电压，例如阈值电压，则选择器件120处于基本上不导电状态。如果在选择器件120两端施加大于预定电压的电压，则选择器件120处于基本上导电状态。选择器件120还可被称为访问器件、隔离器件或开关。

每个选择器件120包括开关材料，比如硫族化物合金，并可称作为双向半导体阈值开关，或简单地称为双向半导体开关。选择器件120的开关材料是设置在两个电极之间基本上为非晶态的材料，两个电极可通过施加预定电流或电压而在更高的电阻“断开”状态(例如大于大约10MΩ)和相对更低电阻“接通”状态(例如大约与V_H串联的1000欧姆)之间重复和反向地切换。每个选择器件120是两端器件，其具有与处于非晶态的相变存储元件类似的电流-电压(I-V)特性。但是，与相变存储元件不同，选择器件120的开关材料不改变相位。即是，选择器件120的开关材料不是可编程材料，因此选择器件120不是能够存储信息的存储器件。例如，选择器件120的开关材料可保持为永久非晶态并且I-V特性可在整个工作寿命中保持相同。在图2中示出选择器件120的I-V特性的代表例子。