[发明专利]用于减小重置相变存储器件的存储单元中的部分相变材料用的重置电流的方法及相变存储器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于减小重置相变存储器件的存储单元中的部分相变材料用的重置电流的方法及相变存储器件。

背景技术

图1图示了相变存储单元的现有技术结构。如图所示，在衬底100上方形成下绝缘层102。在下绝缘层102中形成第一接触孔105，以及在第一接触孔105中形成下电极113(有时称为加热器)。典型地，下电极113由TiAlN、TiN等形成。在下电极113上方的下绝缘层102上形成相变材料115。典型地，该相变材料是诸如Ge₂Sb₂Te₅等的硫化物材料。在相变材料115上形成上电极119。上电极119可以由TiN、TaN、WN等形成。在衬底100上方形成上绝缘层122。在上绝缘层122中形成第二接触孔125，以露出部分上电极119。在第二接触孔125中形成导电栓塞127。导电栓塞127可以由W、Al、Cu等形成。然后在上绝缘层122上方可以形成与栓塞127接触的金属图形129(例如，导电线)。该金属图形可以由与栓塞127相同的材料形成。典型地，金属图形129是包括图1的相变存储单元的相变存储器件的位线。

图1的存储单元可基于施加到相变材料115的热量来编程。热量的施加可以通过使电流经过相变材料115(例如，通过施加电流到上电极119)来执行。图2A图示了用于编程相变材料115的电流重置脉冲和电流设置脉冲。如图2A所示，重置脉冲是短时间周期提供的强电流，而设置脉冲是较长时间周期提供的较低电流。如图2B所示，重置脉冲具有增加相变材料115的电阻的效果，而设置脉冲具有降低相变材料115的电阻的效果。通过改变相变材料115的状态，致使电阻改变。重置脉冲使得相变材料115的可编程体积(volume)变为非晶体，如图3所示。相反，设置脉冲使得相位材料115的可编程体积变为晶体。较高电阻的非晶态通常对应于逻辑“1”的存储，而较低电阻的结晶态对应于逻辑“0”的存储。

为了保持低功耗，希望重置电流和设置电流都较低。但是，也希望源于重置操作的相变材料的所得电阻相对于设置操作之后的相变材料电阻具有尽可能大的差值。通常，当重置电流被减小时，重置和设置状态之间的电阻率差值减小。因此，在设法获得低设置和重置电流之间存在相反的折衷，而在设置和重置电阻中也保持希望的差值。

发明内容

本发明提供一种用于减小重置相变存储器件的存储单元中的部分相变材料用的重置电流的方法。

根据一个实施例，包括第一晶相的至少部分相变材料被转变为晶相和非晶相之一。与第一晶相相比，第二晶相更容易转变为非晶相。例如，第一晶相可以是六边形闭合密集结构(hexagonal closed packedstructure)，以及第二晶相可以是面心立方结构(face centered cubicstructure)。

在一个实施例中，通过热处理执行该转变。例如，可以在大于相变材料的熔化温度的温度下执行快速热退火，以将第一晶相转变为非晶相。

根据另一实施例，该热处理可以包括在低于相变材料的熔化温度的温度下烘焙该相变存储器件一段时间，以便将第一晶相转变为第二晶相。

在本发明的另一实施例中，通过施加电流到相变材料实现该转变步骤。例如，如果不执行该转变步骤，那么施加电流大于重置电流。作为更具体的例子，如果不执行转变步骤，那么施加电流可以是重置电流的1.1倍。在本发明的另一实施例中，在如上所述烘焙相变存储器件之后，执行电流的施加。

在本发明的另一实施例中，通过将处于混合相态的至少部分相变材料转变为单相状态，实现重置电流的减小。例如，处于混合晶相态的至少部分相变材料被转变为单相态。该相态可以是非晶相，或可以是单晶相。

本发明还涉及一种相变存储器件。

在一个实施例中，该相变存储器件包括上电极、下电极和在上下电极之间布置的相变材料。该相变材料可以完全是单相，以及该单相可以是非晶相和面心立方相之一。

在另一实施例中，该相变材料包括与下电极接触的下部和剩余部分。该下部可以是第一晶相和非晶相之一。该剩余部分至少包括第二晶相。与第二晶相相比，第一晶相更容易转变为非晶相。

附图说明

由下面给出的详细描述和仅仅作为例示给出的附图将更完全地理解本发明，其中相同参考标记指各个附图中的相应部分，以及其中：

图1图示了现有技术相变存储单元的结构。

图2A图示了在编程图1的存储单元中施加的设置和重置脉冲。