[发明专利]受限相变存储器与阈值切换材料的集成

说明书

相变存储器阵列以及用于制造相变存储器阵列的方法。相变存储器阵列包括多个底部电极、顶部电极和存储器柱。存储器柱中的每个存储器柱包括由介电壳体围绕的相变材料。相变材料被定位在来自底部电极的相应底部电极和来自顶部电极的相应顶部电极之间并与它们在串联电路中。选择器材料的连续层被定位在存储器柱和多个底部电极之间。选择器材料被配置为仅当跨选择器材料的电压超过电压阈值时导电。

背景技术

本发明涉及计算机存储器，并且更特别地涉及电阻存储器设备设计和用于制造电阻存储器设备的方法。

在计算机存储器中存在两个主要的组：非易失性存储器和易失性存储器。为了保留信息的恒定能量输入在非易失性存储器中不是必须的，但是在易失性存储器中是要求的。非易失性存储器设备的示例是只读存储器(ROM)、快闪电可擦除只读存储器、铁电随机存取存储器、磁性随机存取存储器(MRAM)和相变存储器(PCM)；非易失性存储器设备是如下存储器，在这些存储器中存储器元件的状态可以被保持几天到几十年而没有功耗。易失性存储器设备的示例包括动态随机存取存储器(DRAM)和静态随机存取存储器(SRAM)；其中DRAM要求存储器元件被不断刷新，而SRAM要求恒定的能量供应以维持存储器元件的状态。

利用相变存储器，信息被存储在可以被操纵到不同相位的材料中。这些相位中的每个相位展现可以被用于存储信息的不同的电特性。非晶相和晶相通常是被用于位存储的两个相(1和0)，因为它们具有可检测的电阻差异。具体地，非晶相位具有比结晶相位更高的电阻。

硫属化物是通常被用作相变材料的一组材料。这一组材料含有硫属元素(周期表第16族/VIA)和另一元素。硒(Se)和碲(Te)是被用于在创建相变存储器单元时产生硫属化物的组中的两种最常见的半导体。硫属化物的示例可以是Ge₂Sb₂Te₅(GST)、SbTe和In₂Se₃。

驱动相变材料中的状态之间的变化所必需的热传播到相邻的材料。传播到相邻存储器单元中的热可能导致热串扰和位存储中的错误。

相变存储器单元设计还试图将每个单元的面积最小化，以便将存储器阵列的密度最大化。随着密度增加，相邻的PCM单元变得越来越近，并且到相邻的存储器单元中的热传播成为一个问题。因此，希望将热保持远离相邻的存储器单元。

发明内容

因此，本发明的各方面包括具有受限PCM的1-选择器1-电阻器(1S1R)存储器结构。所公开的受限PCM制造工艺可有利地将从蚀刻相变材料和选择器材料导致的损坏最小化，并且减少相邻存储器单元之间的热串扰。

本发明的一个示例方面是一种相变存储器阵列。相变存储器阵列包括多个底部电极、顶部电极和存储器柱。存储器柱中的每个存储器柱包括由介电壳体围绕的相变材料。相变材料被定位在来自底部电极的相应底部电极和来自顶部电极的相应顶部电极之间并且与该相应底部电极和该相应顶部电极在串联电路中。选择器材料的连续层被定位在存储器柱和多个底部电极之间。选择器材料被配置为仅当跨选择器材料的电压超过电压阈值时导电。

本发明的另一示例方面是一种用于制造相变存储器阵列的方法。该方法包括形成多个底部电极。沉积操作将选择器材料沉积在底部电极之上并且与底部电极接触的连续层中。选择器材料被配置为仅当跨选择器材料的电压超过电压阈值时导电。形成操作在选择器材料之上的牺牲介电层内形成多个存储器柱。存储器柱中的每个存储器柱包括由介电壳体围绕的相变材料。相变材料被定位在来自底部电极的相应底部电极和选择器材料之间并且与该相应底部电极和选择器材料在串联电路中。去除操作去除牺牲介电层，同时保持存储器柱和选择性材料的连续层。形成操作在存储器柱之上形成多个顶部电极。顶部电极被电连接到存储器柱。

附图说明

在说明书的结论处的权利要求中特别指出并清楚地要求保护被视为本发明的主题。通过结合附图而被进行的以下详细描述，本发明的前述和其他目的、特征和优点是显而易见的，在附图中：