[发明专利]包含硫的切换装置、存储器装置及集成电路存储器装置

说明书

一种包含硫的切换装置、存储器装置及集成电路存储器装置。所述切换装置具有第一电极、第二电极以及在第一电极与第二电极之间的切换层，切换层使用掺杂有抑制氧化的元素的硫族化物组成物来形成，其引起改进的可制造性及合格率。对于基于AsSeGeSi、或包含硒或砷的其他硫族化物材料、或包含硒或砷及硅的其他硫族化物材料的选择器材料，经添加以抑制氧化的元素可为硫。

技术领域

本发明是关于在一种包含硫的切换装置、存储器装置及集成电路存储器装置。

背景技术

集成电路中有许多用于切换装置(诸如晶体管及二极管)的应用，通过诸如储存类存储器、固态磁碟、嵌入式非易失性存储器以及神经形态计算的应用，来促进诸如相变存储器、电阻式存储器的新颖非易失性存储器(nonvolatile memory；NVM)技术的出现，意味着可将这些应用密集地封装在可提供数十亿位组的大量“交叉点”阵列中。

在此类阵列中，需要高度非线性关系的(在电流与电压中)IV特性，以存取用于准确读取或低功率写入的阵列的任何小子集，使得经由选定装置的电流极大地超过经由非选定装置的残余漏电流。可通过在每一交叉点处添加离散选择器装置，来明确地包含此非线性关系，或通过亦呈现高度非线性IV特性的NVM装置来隐含地包含此非线性关系。

一种用作开关及选择器类型的切换装置，称为基于双向材料的双向定限开关(ovonic threshold switch，OTS)，其中在切换阈值电压下电阻大幅度下降，以及在电压降低至保持阈值之下时恢复高电阻阻断状态。

砷硒锗硅(AsSeGeSi)OTS材料展示用于这些使用的潜能，但这些材料对空气极敏感。

期望提供一种具有良好选择器特性的切换装置，所述特性包含相对高阈值电压、低漏电流、快速切换速度以及在空气存在及在制造期间及在领域中操作期间遇到的其他条件下的耐劣化性。

发明内容

描述一种切换装置，包括第一电极、第二电极以及在第一电极与第二电极之间的切换层，其中切换层包括掺杂有抑制氧化的元素的硫族化物组成物，其引起改进的可制造性及合格率。对于基于AsSeGeSi或包含硒或砷的其他硫族化物材料或包含硒或砷及硅的其他硫族化物材料的选择器材料，经添加以抑制氧化的元素可为硫。描述由As、Se、Ge、Si以及S的组合构成的用于OTS切换层的组成物。

在所描述实施例中，切换层包括在25原子％至33原子％的范围内的砷As、在34原子％至46原子％的范围内的硒Se、在8原子％至12原子％的范围内的锗Ge、在6原子％至12原子％的范围内的硅Si以及在1原子％至5原子％的范围内的硫S的组成物，其中排除在制造中形成的氧污染物之外的切换层中的材料的量计算原子百分比。(若氧存在，则排除其对“100原子％”的贡献，且将其余元素的贡献标准化为100％)。呈原子百分比的浓度可在足以判定所列举范围的准确度下使用卢瑟福背向散射光谱法(Rutherford backscatteringspectrometry；RBS)来量测。

切换材料以足以充当适合用于集成电路存储器中的切换装置包含As、Se、Ge、Si以及S的量的组合。举例而言，呈小于50纳米的厚度的切换层可为As、Se、Ge、Si以及S的组合，所述组合呈有效地具有大于3伏特的阈值电压及切换层上偏压为2伏特下具有小于2纳安培(及在一些实施例中，小于100微微安培)的关闭状态漏电流I_OFF。

在所描述实施例中，势垒层形成于切换层与第一电极及第二电极中的一者之间，其可为碳或其他势垒材料。在制造方法中，通过使用由As、Se、Ge、Si以及S组成的组合、或包括所述组合的溅射靶，进行溅射来沉积切换层，且通过在同一腔室中进行溅射来原位沉积具有碳的势垒层。

描述一种存储器装置，包含第一电极、第二电极、与第一电极接触的存储器元件、在第一电极与第二电极之间的切换层(选择器)，所述切换层包括如本文中所描述的组成物。