[发明专利]相变随机存取存储器的菱形式四电阻器单元

说明书

本发明涉及相变随机存取存储器的菱形式四电阻器单元。本发明揭示一种形成相变随机存取存储器PRAM单元的方法及相变随机存取存储器PRAM单元的结构。所述PRAM单元包括：底部电极；加热器电阻器，其耦合到所述底部电极；相变材料PCM，其形成于所述加热器电阻器之上且耦合到所述加热器电阻器；及顶部电极，其耦合到所述相变材料。所述相变材料接触所述加热器电阻器的垂直表面的一部分及所述加热器电阻器的水平表面的一部分，以形成所述加热器电阻器与所述相变材料之间的作用区域。

分案申请的相关信息

本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2010年4月9日、申请号为201410022151.7、发明名称为“相变随机存取存储器的菱形式四电阻器单元”的发明专利申请案；该母案是申请日为2010年4月9日、申请号为201080014953.3、发明名称为“相变随机存取存储器的菱形式四电阻器单元”的发明专利申请案的分案申请。

技术领域

所揭示的实施例涉及形成相变随机存取存储器(PRAM)单元的方法及相变随机存取存储器(PRAM)单元的实施例。更明确地说，所揭示的实施例涉及形成相变随机存取存储器(PRAM)的菱形式四电阻器单元的方法及相变随机存取存储器(PRAM)的菱形式四电阻器单元的实施例。

背景技术

相变存储器(PCM)是具有非易失性特征及位存取能力的新兴存储器。相变存储器(PCM)有益地提供快速读取/写入速度，持久耐用，良好地保留数据，且可按比例调整。PCM可提供随机位存取能力。因此，PCM可称为相变随机存取存储器(PRAM)。

现在将参看图1描述常规PRAM单元。PRAM单元通常包括晶体管112及PRAM电阻器110。PRAM电阻器110的射极串联连接到位线114，晶体管112连接到字线116，且晶体管112的集极连接到Vss 120。所述PRAM电阻器110用作PRAM单元的存储元件118。

图2展示可用作图1的常规PRAM单元的存储元件118的常规PRAM电阻器110。常规PRAM电阻器110通常包括相变材料(PCM)232、加热器电阻器234、顶部电极230及底部电极236。作用区域238由PCM 232与加热器电阻器234之间的界面界定。

PRAM单元使用硫族化物玻璃的特性行为，所述硫族化物玻璃可因热量的施加而在两个状态(即，结晶与非晶)之间“切换”。PRAM电阻器110的相变材料(PCM)232通常由第Ⅵ族硫族元素S、Se、Te与第Ⅳ族及第Ⅴ族元素的相变化合物形成。举例来说，常规PRAM通常使用锗、锑及碲(GeSbTe)(称为GST)的硫族化物合金。

可通过施加不同温度来改变硫族合金的相。举例来说，可将硫族化物合金加热到高温(高于600℃)，在所述高温下，所述硫族化物变为液体。一旦冷却，所述硫族化物合金凝结为非晶类玻璃状态，在所述状态下，所述硫族化物合金的电阻较高。通过将所述硫族化物合金加热到高于其结晶点但低于熔点的温度，可将硫族化物合金转化为具有低得多的电阻的结晶状态。可在短达5纳秒的时间内完成此相转变过程。

举例来说，如图3A中所展示，可通过施加不同温度(例如，Tm及Tx)历时预定时间周期来设定或改变硫族合金的相。举例来说，如果PCM 232处于非晶相，那么可将较低温度Tx施加到PCM 232历时较长时间周期，以将PCM 232的相设定或改变为结晶相。如果PCM 232处于结晶相，那么可将较高温度(例如，高于其熔点温度)Tm施加到PCM 232历时较短时间，以将PCM 232复位或改变为非晶相。

如上文所阐释，非晶相通常具有高电阻率，而结晶相通常具有低电阻率。PRAM单元使用硫族合金的非晶相与多晶相之间的电阻率差异来提供存储机制。举例来说，可将非晶高电阻状态界定为表示二进制“0”，且可将结晶低电阻状态界定为表示“1”。