[发明专利]相变层及其制造方法和相变存储器件及其制造和操作方法

说明书

技术领域

示例性实施例涉及半导体存储器件。其它示例性实施例涉及相变层及其制造方法，和具有相变材料的相变存储器件以及制造和操作相变存储器件的方法。

背景技术

相变随机存取存储器(PRAM)是一种相变存储器件，其是下一代非易失性存储器件。PRAM可以包括包含相变层的存储节点。相变层可以从非晶态转换到晶态并且可以恢复回非晶态，或者从晶态转换到非晶态并且可以恢复回晶态。晶态中的相变层可以具有比非晶态低的电阻。PRAM可以基于相变层的电阻根据相变层的相而改变的原则记录数据。

相变层从晶态转换到非晶态的第一温度(熔点)可以比相变层从非晶态转换到晶态的第二温度(结晶点)高。当电流在PRAM操作期间流过相变层时，可以产生焦耳热，其导致将相变层加热到第一温度或第二温度。当通过在PRAM操作期间引入第一电流以流过相变层从而达到第一温度时，第一电流可以称作‘复位电流’。  当通过引入第二电流以流过相变层从而达到第二温度时，第二电流可以称作“置位电流”。在PRAM操作期间电流可以通过开关器件流进相变层以产生焦耳热，并且因此在PRAM操作期间流进相变层的电流量不可以比开关器件可以承受的电流量大。

与其它存储器件类似，增加集成密度对于PRAM的发展是重要的。增加PRAM的集成密度的一个方法是减少开关器件的尺寸。然而，随着开关器件例如晶体管的尺寸减少，开关器件可以承受的电流量也减少了，这意味着减少了可以流过相变层的最大电流。因此，流过相变层的复位电流可以足够低以增加PRAM的集成密度。

Ge₂Sb₂Te₅(GST)层可以用作相变层。GST层可以具有大约620℃的相对高的熔点并且可能需要相对高的复位电流来将GST层的温度增加到大约620℃。因此，当在使用GST层作为相变层的PRAM(此后称为‘传统PRAM’)中的电流条件下减少开关器件的尺寸时，开关器件不能允许所需的复位电流将GST层的温度增加到大约620℃。例如，传统PRAM在不替换GST层时不能实质上获得增加的集成密度。

传统PRAM的另一个缺点是在两个邻近单元之间会发生单元串扰，这是因为传统PRAM中的GST层具有大约620℃的相对高的熔点，然而，仅具有大约160℃的相对低的结晶点。单元串扰指的是这样一种现象，与所选定的存储单元相邻的单元被干扰。传统PRAM还可表现出不希望的数据保持和/或IR回流特性。

发明内容

示例性实施例提供一种相变层，其具有高于Ge₂Sb₂Te₅(GST)层的结晶点Tc和低于GST层的熔点Tm从而是热稳定和结构稳定的。示例性实施例提供形成相变层的方法。示例性实施例还提供包括相变层的相变存储器件。示例性实施例还提供制造相变存储器件的方法。示例性实施例还提供操作相变存储器件的方法。

依据示例性实施例，相变层可以包括包含数量a的铟(In)的四元化合物，其中a的范围是大约15at.％≤a≤大约20at.％。相变层可以是In_aGe_bSb_cTe_d(“IGST”)，其中锗(Ge)的数量b的范围可以是大约10at.％≤b≤大约15at.％，锑(Sb)的数量c的范围可以是大约20at.％≤c≤大约25at.％，以及碲(Te)的数量d的范围可以是大约40at.％≤d≤大约55at.％。

依据示例性实施例，形成相变层的方法可以包括在反应室中准备包括第一靶和第二靶的共溅射靶，该反应室用作溅射沉积相变层、将在其上即将形成相变层的衬底载入反应室和分别向第一靶和第二靶施加第一(RF)射频功率和第二射频(RF)功率。

例如，第一靶可以是Ge-Sb-Te基靶，例如Ge₂Sb₂Te₅靶。第二靶可以是In-Sb-Te基靶、In-Sb基靶、In-Te基靶和In靶中之一。如果第二靶是In-Sb-Te基靶，第二靶可以是In₃Sb₁Te₂靶。在向第一靶和第二靶施加第一RF功率和第二RF功率时，第一RF功率水平可以不同于第二RF功率水平。