[发明专利]包括具有不同相变材料的存储器单元的相变存储器件以及相关方法和系统

说明书

技术领域

本发明一般涉及存储器件，并且更具体地涉及相变存储器件和相关方法。

背景技术

在相变随机存取存储器(PRAM)器件中，可以使用相变材料的状态来存储信息，从而提供非易失性存储器。相变材料可以呈现至少两种不同状态，表示为非晶状态和结晶状态。例如，可以通过使用电流引发温度循环，来选择性地启动非晶状态和结晶状态之间的转换。因为非晶状态通常呈现比结晶状态更高的电阻率，所以可以区别这些状态。非晶状态可以具有更无序的原子结构，而结晶状态可以具有更有序的原子结构。通常，在相变存储器件中可以使用任何相变材料，但是薄膜硫族化合物合金材料被发现是特别适合的。

在相变存储器件中，存储器单元中的相变材料的相可以在非晶和结晶状态之间来回变化。实际上，每个相变存储器单元可以是可编程电阻器，其响应由电阻加热所引发的温度循环而在更高和更低的电阻状态之间可逆地变化。例如在美国专利No.6,507,061中讨论了相变存储器件。

发明内容

根据本发明的一些实施例，相变存储器件可以包括集成电路衬底以及该集成电路衬底的第一和第二相变存储元件。第一相变存储元件可以包括具有第一结晶温度的第一相变材料。第二相变存储元件可以包括具有第二结晶温度的第二相变材料。此外，第一和第二结晶温度可以不同，这样，可以在不同的温度下对第一和第二相变存储元件进行编程。

第二相变存储元件可以不具有第一相变材料。第一相变存储元件可以不具有第二相变材料，或第一相交存储元件可以包括第一相变材料的第一层和第二相变材料的第二层。如果第一相变存储元件包括第一和第二相变材料层，可以在第一相变材料的第一层和第二相变材料的第二层之间设置阻挡层。

第一结晶温度可以比第二结晶温度至少高50摄氏度，更具体地，第一结晶温度可以比第二结晶温度至少高100摄氏度。第一和第二相变材料可以包括不同的硫族化合物材料(chalcogenide materials)。例如，第一相变材料可以从由GaSb、InGaSb₂和/或Ge₁₅Sb8₅组成的组中进行选择，而第二相变材料可以从由InSb、InGaSb₂、Ge₁Sb₄Te₇、Ge₁Sb₂Te₄、Ge₂Sb₂Te₅、GeTe和/或Sb₂Te组成的组中进行选择，以及第一和第二相变材料可以不同。

此外，可以在集成电路衬底上提供第三相变存储元件，其中，该第三相变存储元件包括具有第三结晶温度的第三相变材料。第三结晶温度可以不同于第一和第二结晶温度，以使得可以在不同温度下对第一、第二和第三相变存储元件进行编程。

第一二极管可以与第一相变存储元件串联地电连接在第一字线和第一位线之间，以及第二二极管可以与第二相变存储元件串联地电连接在第二字线和第二位线之间。在其他可选择的实施例中，可以将第一相变存储元件电连接在第一位线和第一存储器存取晶体管的终端之间，以及可以将第二相变存储元件电连接在第二位线和第二存储器存取晶体管的终端之间。在又一个可选择的实施例中，可以将二极管与第一相变存储元件串联地电连接在第一字线和第一位线之间，以及可以将第二相变存储元件电连接在第二位线和存储器存取晶体管的终端之间。

此外，可以将电子衬底电连接和机械连接到(例如，使用焊点)到集成电路衬底，以及可以通过电子衬底将处理器电连接到集成电路衬底。此外，第一结晶温度可以高于第二结晶温度，处理器可以被配置为从第一相变存储元件读取数据而不向第一相变存储元件写入数据，以及处理器可以被配置为向第二相变存储元件写入数据并且从其读取数据。

根据本实施例的一些其他实施例，形成相变存储器件的方法可以包括在集成电路衬底上形成第一和第二相变存储元件。可以在集成电路衬底的第一存储区域上形成第一相变存储元件，并且该第一相变存储元件可以包括具有第一结晶温度的第一相变材料。可以在集成电路衬底的第二存储区域上形成第二相变存储元件，以及第二相变存储元件可以包括具有第二结晶温度的第二相变材料。此外，第一和第二结晶温度可以不同，以使得可以在不同的温度下对第一和第二相变存储元件进行编程。