[发明专利]具有快速写入特性的相变存储装置

说明书

技术领域

国际商用机器公司(International Business Machines Corporation)，是纽约公司，以及旺宏电子股份有限公司(Macronix International Corporation，Ltd.)，是台湾公司，为联合研究协议的当事人。

本发明是关于包括相变基存储材料的存储装置，该相变基存储材料包括硫属化物基材料与其它可编程阻抗材料，以及用于制造如此装置的方法。

背景技术

基于相变化的存储材料，像硫属化物基材料与类似材料，能够通过一适合在集成电路中实施的电流的施加而产生在一非晶状态与一结晶状态之间的相(phase)改变，普通非晶状态其特征在于较高电阻率，这些材料是集成电路相变存储装置，与其它存储科技的基础。

从非晶至结晶状态的改变通常是一较低电流操作，从结晶至非晶的改变，在此是指如复位(reset)，通常是一较高电流操作，其包括一短高电流密度脉冲以熔化或者击穿结晶结构，此后相变材料迅速冷却，淬火(quench)相变过程并允许相变材料的至少一部分在非晶状态中稳定。

复位所需要的电流强度能够经由减少单元及/或电极与相变材料之间的接触面积内的相变材料元件的大小而减少，如此以至于以少量的绝对电流值通过相变材料元件来达成较高电流密度。

研究已经取得进展以提供经由调整在相变材料中的掺杂浓度，与经由提供具有非常小尺寸的结构而得以低复位电流来操作的存储装置，非常小尺寸相变装置的一个问题涉及耐久度，具体地，使用在一设定状态的相变材料而制作的存储单元其电阻会漂移当相变材料合成物缓慢地随着装置寿命期间的时间而改变时。本案申请人于此同时另一名为“Dielectric Mesh Isolated Phase Change Structure for Phase Change Memory”的待审美国专利申请，其美国申请号12/286,874(现为美国专利公开号2010-0084624)，在2008年10月2日提出申请(MXIC 1849-1)，说明了前述所讨论关于在前几个循环的操作期间相变存储器合成物的变化的若干问题，美国申请号12/286,874在此并入以供参考就像在此完全地提出一样，此外，复合掺杂已经被描述为用于稳定相变材料的科技，在本案申请人于此同时另一待审美国专利申请号12/729,837之中，其名为“Phase Change Memory Having One or More non-Constant Doping Profiles”，于2010年3月23日提出申请(MXIC 1911-2)，在此并入以供参考就像在此完全地提出一样。

漂移会造成可靠度的问题并增加需要用来操作装置的控制电路的复杂度，例如，如果电阻在设定或/及复位状态单元上漂移，则相变速度改变，单元的动态电阻可能会改变，遭遇到不同保持行为(电阻稳定度)，以及等等，这些问题的一个结果就是装置所需要的感应电路必须处理每个电阻状态的更宽电阻范围，其典型地导致更低速度操作，此外，设定与复位流程必须视为改变存储单元的主体条件(bulk condition)，即使在单一存储状态内，典型地导致跨阵列的不均匀设定与复位速度。