[发明专利]具有切换玻璃层的存储器装置

说明书

本申请案是2004年8月12日申请的题为PCRAM Device With Switching Glass Layer的第10/916,421号美国专利申请案的部分接续申请案，且也是2004年7月19日申请的题为Resistance Variable Memory Device and Method of Fabrication的第10/893,299号美国专利申请案的部分接续申请案。这些申请案中每一者的全文特此以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及使用电阻可变材料形成的随机存取存储器(RAM)装置的领域。

背景技术

针对作为半易失性和非易失性随机存取存储器装置的适合性，已经对包含可编程导电随机存取存储器(PCRAM)元件的电阻可变存储器元件进行研究。在典型的PCRAM装置中，硫属化物玻璃骨干的电阻可被编程到稳定的较低传导率(即，较高电阻)和较高传导率(即，较低电阻)状态。未经编程的PCRAM装置通常处于较低传导率、较高电阻状态。

调节操作在PCRAM装置中形成金属-硫属化物的传导沟道，其支持用于改变装置的传导率/电阻率状态的传导性通道。所述传导沟道即使在装置被擦除之后也保留在玻璃骨干中。在调节操作之后，写入操作将把PCRAM装置编程到较高传导率状态，其中金属离子沿传导沟道累积。可通过施加量值小于对PCRAM装置进行编程所需的量值的电压来读取PCRAM装置；将存储器装置上的电流或电阻读出为较高或较低，以界定逻辑“一”和“零”状态。可通过施加相对于写入电压的反向电压(相反偏压)来擦除PCRAM，所述反向电压会破坏传导性通道，但通常使传导沟道保持完整。以此方式，这种装置可充当具有至少两种传导率状态的可变电阻存储器，所述传导率状态可界定两个相应的逻辑状态，即至少一个数据位。

一个示范性PCRAM装置使用硒化锗(即，Ge_xSe_100-x)硫属化物玻璃作为骨干。在现有技术中，硒化锗玻璃已通过(光或热)掺杂或共同沉积而并入有银(Ag)。其它示范性PCRAM装置已经通过以下方式取消了此类掺杂或共同沉积：并入有金属-硫属化物材料作为与金属层结合的硒化银(例如，Ag₂Se)、硫化银(AgS)或硒化锡(SnSe)层(其最接近硫属化物玻璃层)，所述层在调节PCRAM期间提供用以形成玻璃骨干中的传导沟道和传导性通道的材料。

已经进行了广泛的研究来确定用于PCRAM装置中的玻璃骨干的合适材料及其化学计量。已经发现具有大约为Ge₄₀Se₆₀(即Ge₂Se₃)(例如与Ge₂₃Se₇₇或Ge₃₀Se₇₀相对比)的化学计量的硒化锗对于此用途非常奏效。具有附带的金属-硫属化物(例如，通常是硒化银)层的Ge₄₀Se₆₀玻璃骨干允许在调节期间在玻璃骨干中形成传导沟道，其此后可经编程以形成传导性通道。在调节步骤处，将金属-硫属化物并入到硫属化物玻璃层中。具体来说，调节步骤包括在装置的存储器单元结构上施加电位(大约0.20V)，使得金属-硫属化物材料被并入到硫属化物玻璃层中，从而在硫属化物玻璃层内形成传导沟道。理论上，在Ge-Ge部位处经由新的Ge-Se键将Ag₂Se并入到玻璃骨干上，这允许银(Ag)在编程期间迁入和迁出传导沟道。金属(例如，通常是银)离子在随后的编程和擦除期间移入或移出传导沟道会沿传导沟道形成或分解传导性通道，这致使存储器装置上的可发觉的传导率(或电阻)变化。

已经确定Ge₄₀Se₆₀作为PCRAM装置中的玻璃骨干起到良好的作用，因为这种化学计量对刚性且以热动方式并入有不稳定的锗-锗(Ge-Ge)键的玻璃有利。在有所施加的电位的情况下，另一种类的物质(例如从附带层提供的硒化银)的存在可能使Ge-Ge键断开，并且与先前共价键合的Ge键合以形成传导沟道。这些特征使得这种“40/60”化学计量在相对于传导沟道和传导性通道的形成而使用硒化锗硫属化物玻璃时是最佳的。

虽然锗-硫属化物(例如，Ge₄₀Se₆₀)玻璃层对于PCRAM装置来说非常理想，但其它玻璃可能对于改进装置的切换特性或热限是理想的。

发明内容