[发明专利]包括相变材料和加热元件的电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括电阻器的电装置，该电装置包括能够在转 变带内在第一相和第二相之间改变的相变材料，该电阻器具有当相变 材料在第一相时的第一电阻值和与第一电阻值不同的当相变材料在 第二相时的第二电阻值，该电阻器能够传导第一电流，并且所述装置 具有能够传导第二电流的加热元件，该第二电流用于使相变材料在电 阻器的转变带内从第一相转变到第二相。

本发明还涉及包括这种电装置的存储器装置，以及用于对这种 存储器装置编程的编址方法和用于读取这种存储器装置的寻址方法。

本发明还涉及一种包括这种存储器装置的半导体装置。

背景技术

已经提出了基于相变材料(PCM)的各种各样构思的电子存储应 用，相变材料在其晶态和非晶态具有不同的电阻率并且可以在这些状 态间电转变。例如，在US 5,933,365中提出了将相变材料应用于顶 孔或通孔的结构(即，在垂直方向上导电)，其中相变材料经由一个 或多个中间层与相变材料通路的上方和下方的金属导体(电极)相接 触。而且，其公开了应用脉冲方案来从低电阻率状态转变到高电阻率 状态，或者相反。并且，可以将加热层与相变材料串联以更好地控制 相变范围(volume)及其环境的加热。

在WO04057618中公开了一种替代结构，其中将相变材料沉积为 线，即处于平面内，典型地在水平方向(在与该结构所处平面平行的 平面内)，连接到远离PCM线的转变区域处的电极。在这些线发明构 思中，通过发送电流通过(窄的)线来加热PCM线。按照加热量和 PCM冷却的速率，在线内被称为转变带(switching zone)的一部分 PCM将从非晶体转变为晶体，或从晶体转变为非晶体。由于这些相在 时间上稳定，因此可以将晶相和非晶相的相应不同电阻值用于存储器 应用。通过线发送小的读出电流来测量电阻值，可以进行读出。

上述文献还公开了加热元件，其电并联到相变材料，其中，该 相变材料在编程期间对PCM电阻器的电阻值差异较不敏感。

这些存储器可以用作(嵌入式)闪速浮栅存储器(flash floating gate memory)，其被编程和擦除很多次并即使在断电时也可保存信 息，这些存储器还可以用作(嵌入式)SRAM和/或DRAM，只要其电、 热和物理特性允许，即当编程电压和耗散功率足够低并且其耐久性足 够良好以适应大量的编程循环而同时保持良好性能。线的构思尤其有 吸引力，因为利用这个构思的结构可以相对容易地制造并且理论上可 以很好地整体缩小到存储器元件的小尺寸，并特别是缩小到相变范围 的转变部分的小尺寸。

WO2005/057618公开了具有电阻器的电装置的实施例，该电阻器 包括能够在转变带内在第一相(例如晶相)与第二相(例如非晶相) 之间改变或转变的相变材料，该电阻器具有当相变材料处于第一相时 的第一电阻值和当相变材料处于第二相时的与第一电阻值不同的第 二电阻值，该相变材料构成了第一接触区和第二接触区间的导电路 径，导电路径的横截面比第一接触区和第二接触区小，类似于所谓的 “狗骨”结构。该电装置还包括能够传导电流的加热元件，该电流能 够使得从第一相转变为第二相。第一相和/或第二相可以是部分非晶 体和部分晶体。在下文中，术语“晶体”用于指晶相或主要为晶相， “非晶体”用于指非晶相或主要为非晶相。

电阻器以可以测量其电阻值的方式电连接到第一导体和第二导 体。从具有相对良好电导率的晶相转变到具有相对较差电导率的非晶 相，需要足够强的热量来融化相变材料。当加热结束时相变材料冷却， 当冷却足够快，则得到更多的非晶相。

当热量输入足够高以将相变材料的温度增加到其结晶温度以上 时，可以发生从低电导率的非晶相到高电导率的晶相的相变。

如WO04/057618所公开的存储器材料的线的“狗骨”结构用于 提高耐久性。在“狗骨”结构中，在线型部分中的相变材料范围具有 比第一和/或第二接触区处的接触电阻更大的电阻，与相变材料是在 第一相还是第二相中无关。在这种装置中，第一接触区和/或第二接 触区处的焦耳热小于线型部分中相变材料范围内部(其中电流密度很 高)的焦耳热。这减小了相变材料与第一和/或第二接触区处的其它 材料之间的相互作用，导致与没有“狗骨”结构的结构相比耐久性提 高。另外，主要在相变发生的位置处消耗了电功率，即转变成了热。 通过减小没有发生相变的位置处的消耗，减小了引发相变所需的总电 功率。