[发明专利]介电掺杂且富含锑的GST相变存储器

说明书

提出的相变存储器材料为介电掺杂、富含锑(antimony‑rich)的GST家族材料，其相对于GST‑225具有较多的锑，此材料具有速度、保持、及耐受特性，适于储存级数据储存装置。一种存储装置包含含有多个存储单元的一阵列。各个存储单元包含一第一电极及一第二电极。第二电极耦接至一存储器元件。存储元件包含具有相变存储材料的一基底。相变存储材料包含Ge、Sb及Te的一组合与一介电添加物，其在总量上足以(effective to)提供大于160℃的晶型转变温度。在一些有效范例中可提供大于170℃的晶型转变温度。在其他有效范例中可提供大于190℃的晶型转变温度。一控制器耦接至阵列，且被设置以对阵列中的存储单元执行数个设定操作及数个复位操作。

技术领域

本发明涉及相变材料，及基于此相变存储材料的高密度存储装置。

背景技术

基于相变存储材料(例如基于硫族化合物(chalcogenide)的材料或类似材料)通过适当集成电路来施加电流的多个电平，可以改变其固态相为非晶相及晶相之间。相较于晶相，非晶相通常具有较高的电性电阻特征，而可被感测以表示数据。

用于存储器操作的相变材料可具有多种不同性能规格，包含设定及复位速度、数据保持、耐受度、复位电流、晶型转变温度Tx、及融化温度TM。此速度为脉冲长度的函数，需用于设定及复位操作以及其他因素。数据保持典型地为相变材料在经向或非晶相随着时间及温度变化而损失数据的情况。耐受度为当材料在多次设定/复位周期而使相化变材料变得难以设定或难以复位的情况。复位电流的值希望够低，但仍必须足以对有源区域加热，以造成相转换(例如：超过融化温度TM)，并且在设定状态的电性电平为低时有较高的电阻电平。

相变材料Ge2Sb2Te5，也称为GST-225，被认为具有良好的特性。在GST-225家族中的材料包含GexSbyTez，(锗(germanium)-Ge、锑(antimony)-Sb、碲(tellurium)-Te)的组合物以及Sb2Te3与GeTe连接线(tie line)，如“E.Morales-Sanchez，“Structural，electricand kinetic parameters ofternary alloys of GeSbTe”，Thin Solid Films 471(2005)243-247”所述。

这些材料已首先被研究于光盘技术。然而，在应用于集成电路存储材料时，GST-225具有多种缺点。举例来说，这方面的应用需要相对高的复位电流。

并且，已观察到的是，从GST-225家族中的材料所制成的相变存储单元会受到不受期待的转变而在升高的温度下从非晶的复位状态至晶态化的设定状态，从而限制使用这些材料的存储单元的数据保持特性。

特别地，GST-255较差的高温容忍性阻碍此材料的使用于嵌入式存储器应用、汽车应用、及储存级存储器应用。并且，储存级存储器应用例如通常需有高于107周期的耐受性、数百纳秒等级的速度、及良好的数据保持性。使用GST-225材料无法达成这些需求。

因此，需要提供一种基于相变材料的储存级存储器，并提供更适于储存级存储器应用、嵌入式存储器应用、及汽车应用的相变存储器。

发明内容

提出的相变存储材料为介电掺杂、富含锑的GST家族(相对于GST-25有较多的锑)的材料，并且具有适于用在储存级数据存的集成电路存储器速度、数据保持、耐受特性，及具有其他应用的良好数据保持、良好速度、及高耐受度。