[发明专利]低功率相变存储器单元

说明书

存储器可包括两个电极和耦合在两个电极之间具有非晶重置状态和部分结晶设置状态的相变材料。设置状态中的相变材料可在亚阈值电压区域中具有高度非线性电流电压响应。相变材料可以是铟、锑和碲的合金。

技术领域

本主题涉及半导体相变存储器，并且更具体地说，涉及在带有开关的相变存储器(PCMS)半导体存储器中使用的低功率相变存储器。

背景技术

用于计算机或其它电子装置的存储器能够包括集成到更大集成电路或独立集成电路的存储器单元块。有许多不同类型的存储器，包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态RAM (SRAM)、同步动态RAM (SDRAM)、闪存存储器及相变存储器。相变存储器装置利用在其结晶和非晶阶段具有不同电气属性的材料。每个相变存储器单元可通过使存储器单元中的材料置于结晶阶段或非晶阶段而进行编程，提供不要求电源以保持其内容的非易失性存储器。相变存储器经常使用电流产生的热量进行编程以控制相变材料的状态。

相变存储器单元可由硫属化物材料制成。硫属化物材料包括来自周期表的第16族（也称为第VIA族）的至少一个元素，如硫(S)、硒(Se)和碲(Te)。硫属相变材料在加热到高于其熔点的温度并且被允许快速冷却时，将保持在带有高电阻的非晶玻璃类状态。硫属相变材料在加热到高于其玻璃转化温度T_g但低于熔点时，将变换成带有更低得多的电阻的结晶阶段。材料属性在硫属化物材料的结晶与非晶相之间的此不同可用于形成相变存储器装置。

附图说明

包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出各种实施例。图形与通用描述一起，用于解释各种原理。在图中：

图1A和1B分别示出在重置状态和设置状态的相变存储器元件的一实施例的横截面图；

图2示出对实施例有用的相变材料的电流电压响应的图形；

图3示出用于各种实施例，包括接入装置和相关联电路的相变存储器单元的阵列；以及

图4示出利用相变存储器的一实施例的系统的一实施例。

具体实施方式

在下面的详细说明中，为提供相关教导的详尽理解而通过示例陈述了多个特定的细节。然而，本领域的技术人员应明显领会本教导可在此类细节不存在的情况下实践。在其它情况下，相对高级而未详细描述了熟知的方法、过程和组件以免不必要地混淆本概念的各方面。多个描述性术语和短语用于描述本公开内容的各种实施例。除非本说明书中提供不同定义，否则，这些描述性术语和短语用于向本领域技术人员表达普遍同意的含意。现在详细参照附图示出且在下面描述的示例。

图1A和1B分别示出在重置状态100A和设置状态100B的相变存储器元件的一实施例的横截面图。相变存储器元件100A/B可以是交叉点存储器阵列的一部分，并且可制作在半导体衬底101上，半导体衬底101可包括各种层、图案、掺杂层级或其它材料，并且可包括电路、导体和/或绝缘体。第一电极111可在衬底101上形成，并且在一些实施例中可通过诸如氧化物的绝缘层102与其它导体或电路分隔。相变材料120的层可沉积在第一电极111的上方。相变材料可处在非传导或高度电阻非晶重置状态，以便存储器元件121/122的相变材料与相邻存储器元件绝缘。在一些实施例中，可将相变材料图案化，即使有也是很少的相变材料在存储器单元区域外，但一些实施例可具有由相变材料的未图案化层覆盖的大面积的裸晶，从而利用非晶相变材料的非传导状态以使存储器单元或其它元件相互绝缘。可通过绝缘层103与其它导体分隔的第二电极112可沉积在相变材料120的顶部。在其它实施例中，存储器单元的布局可以是水平而不是垂直的，两个电极在存储器单元的相变材料的相对侧上。