[发明专利]切换装置及存储器装置

说明书

本发明公开了一种切换装置及存储器装置，该切换装置具有一第一电极；一第二电极；以及一切换层，位于第一电极以及第二电极之间，切换层包括碳C、砷As、硒Se及锗Ge的组成物，此组成物是热稳定至超过400℃的温度。此切换装置是使用于3D交叉点存储器之中。

技术领域

本发明是有关于一种切换装置及存储器装置，使用于集成电路之中，包括集成电路存储器装置(integrated circuit memory device)。

背景技术

切换装置具有许多应用，例如集成电路之中的晶体管以及二极管。新的非易失性存储器(nonvolatile memory,NVM)技术的兴起，例如相变化存储器及电阻式存储器(resistive memory)，已被令人兴奋的应用所激励(motivated)，例如存储级存储器(storage class memory)、固态硬盘(solid-state disk)、嵌入式非易失性存储器(embedded nonvolatile memory)以及类神经计算(neuromorphic computing)。许多的这些应用在巨形「交叉点」阵列(vast crosspoint array)之中是显示密集叠层的(packeddensely)，可提供许多的千兆位组(gigabyte)。

此阵列之中，准确读取或低功率(low-power)写入的任何小子集阵列的存取是需要强非线性(strong nonlinearity)的IV特性，以使通过选择的装置的电流大幅超过通过未选择的装置的残余漏电(residual leakage)。此非线性可通过在每一交叉点添加一分立式存取装置(discrete access device)被明确地包括，或使用亦显示高非线性IV特性(highly nonlinear IV characteristic)的非易失性存储器装置(NVM device)被隐含地包括。

其他类型的切换装置基于双向材料(ovonic material)是已知为双向定限开关(ovonic threshold switch)，其特征是于切换阈值电压(switching threshold voltage)的电阻大幅下降，当电压下降至低于一保持临界值(holding threshold)，阻挡状态(blocking state)下复原(recovery)为高电阻。

切换装置已被使用于例如是各种可编程电阻式存储器装置(programmableresistance memory device)之中，包括一交叉点架构(crosspoint architecture)中所组织的多个单元(cell)的高密度阵列。一些交叉点架构使用多个存储器单元(memory cell)，例如包括一相变化存储器元件(phase change memory element)或串联一双向定线开关的其他电阻式存储器元件(resistive memory element)。其他架构(architecture)是被使用，包括各种2维及3维阵列结构，亦可使用切换装置以选择阵列之中的存储器元件。此外，双向定限开关已被提出，用于各种其他用途，包括所谓的类神经计算。

使用于集成电路的材料的热稳定性(thermal stability)可以是一重要特性。举例而言，集成电路的后段工艺(back end of line,BEOL)之中，高达400℃的温度可被产生，可超过结晶转换温度(crystallization transition temperature)或可劣化双向材料的稳定性。此外，设备的元件中，集成电路可在焊接接合(solder bonding)或其他高温元件工艺期间被曝露于高温。此外，集成电路可在所属领域之中的操作期间被曝露于高温。举例而言，GeTe₆材料的热稳定性是低的(200℃)。举例而言，可相信的是，由于严重的相分离(serious phase separation)是被预期，碲(Te)首先结晶高于200℃，接着斜方六面体锗碲(rhombohedral GeTe)在300℃结晶。因此，其不幸地无法具有用于后段工艺CMOS整合(BEOLCMOS integration)的必需的热稳定性。