CN100530432C - 电阻可变存储装置和制造方法 - Google Patents

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CN100530432C CNB2005800308295A CN200580030829A CN100530432C CN 100530432 C CN100530432 C CN 100530432C CN B2005800308295 A CNB2005800308295 A CN B2005800308295A CN 200580030829 A CN200580030829 A CN 200580030829A CN 100530432 C CN100530432 C CN 100530432C
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Abstract

提供带有防止结块和热稳定性的电阻可变存储装置用的方法和设备。按照一个实施例，提供一种具有贴近至少一个硫族化物玻璃层的至少一个硫族化锡层的电阻可变存储装置。本发明还涉及形成这样的存储装置的方法。

Description

电阻可变存储装置和制造方法
技术领域
本发明涉及利用电阻可变材料形成的随机存取存储(RAM)装置的领域。
背景技术
人们已经研究包括可编程传导随机存取存储(PCRAM)元件的电阻可变存储元件作为半易失和非易失随机存取存储装置的适用性。Moore和Gilton的美国专利No.6348365公开了一种典型的PCRAM装置。
在典型的PCRAM装置中，把传导材料，诸如银包含进硫族化物玻璃中。硫族化物玻璃的电阻可以编程至稳定的较高电阻和较低电阻的状态。未编程的PCRAM装置一般呈现较高电阻状态。写操作通过在该硫族化物玻璃两端施加一个电压并形成传导路径，把该PCRAM装置编程为较低电阻状态。然后该PCRAM装置可以通过施加一个振幅比对其进行编程时所要求的低的电压脉冲读出；然后检测该存储装置两端的电阻，把较高或较低的定义为通(ON)和断(OFF)状态。
PCRAM装置编程后的较低电阻状态在一个不确定的周期，一般在除去电压之后从几小时至几星期的范围仍旧保持完整；但是，某些刷新可能是有用的。通过施加一个与把该装置写入至较低电阻状态用的同一数量级的反向电压，可以使该PCRAM装置回到它的较高电阻状态。一旦除去电压，再次以半易失或非易失方式维持较高电阻状态。于是，这样的装置可以用作电阻可变存储器，具有至少两个电阻状态，它可以定义两个相应的逻辑状态，亦即，至少一个数据位。
一个示例性PCRAM装置使用硒化锗(即GexSe100-x)的硫族化物玻璃作为主要成分。在现有技术中，硒化锗玻璃包含银(Ag)和硒化银(Ag2+/-xSe)。
本发明人以前的工作已经针对PCRAM装置，包括银的硫族化物材料，作为与银金属层和硫族化物玻璃层结合的硒化银或硫化银层。尽管现有技术存储装置的银的硫族化物材料适用于协助形成通过该硫族化物玻璃层的传导沟道，用以使银离子移入，其它非银基硫族化物材料可能是所希望的，因为某些缺点与银的使用相联系。例如，使用含银的化合物/合金，诸如Ag2Se可能导致PCRAM装置分层中的结块问题，而基于银的硫族化物的装置无法承受较高的处理温度，例如，接近260℃和更高。与银相比，锡(Sn)在GexSe100-x中的热移动性较小，而且锡的硫族化物比银的硫族化物毒性较少。
已经研究在膜两端施加电压的情况下使用SnSe(硒化锡)薄膜作为转换器件。已经发现，当通过形成富Sn材料例如(如松树石)施加5-15V的电压时，
Figure C20058003082900121
的SnSe膜表现出较高电阻状态(以MΩ计)和较低电阻状态(以kΩ计)的非易失转换。另外，已经发现，把Sn加入作为硫族化物玻璃的GexSe100-x玻璃，会产生一种存储器，若在硫族化物玻璃两端施加足够高的电压，例如＞40V，便会转换。但是，对于可行的存储装置而言，这样的转换电压太高了。
发明内容
本发明提供一种电阻可变存储装置和形成电阻可变存储装置的方法。
在一个示例性实施例中，本发明提供一种具有在第一硫族化物玻璃层附近带有至少一个锡的硫族化物层(例如，Sn1+/-xSe，其中x在约1和0之间)的堆叠的存储装置。在两个传导层或电极之间形成一个包括第一硫族化物玻璃层和锡的硫族化物层的层堆叠。在本发明其它示例性实施例中，类似的存储装置堆叠可以包含一个以上的硫族化物玻璃层和可选的金属层。本发明提供具有改善了的耐温性的PCRAM装置用的结构和形成这样的装置用的方法。
从以下结合附图提供的详细说明中可以更好地理解本发明的上述及其他特征和优点。
附图说明
图1-10是按照本发明的存储装置的示例性实施例的例图；
图11-14举例说明在按照本发明的图1的存储装置的制造过程中，示例性顺序的处理阶段。
图15表示包括按照本发明的存储装置的示例性的基于处理器的系统。
图16a、16b、17a和17b是表示按照本发明的存储装置的示例性工作参数的曲线图。
具体实施方式
在以下的详细说明中，涉及本发明不同的具体的实施例。这些实施例以足够的细节进行描述，使本领域的技术人员可以实施本发明。要明白，可以使用其它的实施例，而且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以作出不同的结构上的、逻辑上的和电气上的改变。
在以下描述中使用的术语“衬底”可以包括任何支持结构，包括但是不限于，具有暴露的衬底表面的半导体衬底。半导体衬底应该理解为包括绝缘体上的硅(SOI)、兰宝石上的硅(SOS)、搀杂和未搀杂的半导体、由基本半导体基础支持的硅外延层及其他半导体结构。在以下描述中，当涉及半导体衬底或晶片时，可以用以前的工艺步骤在基本半导体或基础内或其上形成区域或结。衬底不需要是基于半导体的，而可以是任何适用于支持集成电路的支持结构，包括但不限于，金属、合金、玻璃、聚合物、陶瓷和任何其它支持性材料，正如本领域所已知的。
术语“银”拟不仅包括元素银，而且包括带有其它痕量金属的银，或在与其它金属不同的合金组合中的银，正如在半导体工业中已知的，只要这样的银合金是传导的，而且只要银的物理和电气特性仍旧不变。
术语“锡”拟不仅包括元素锡，而且包括带有其它痕量金属的锡，或在与其它金属的不同合金组合中的锡，正如在半导体工业中已知的，只要这样的锡合金是传导的，而且只要锡的物理和电气特性仍旧不变。
术语“锡的硫族化物”拟包括锡和硫族元素(例如，硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、钋(Po)和氧(O))的不同合金、化合物和混合物，包括锡略微过剩或短缺的某些物种。例如，硒化锡、锡的硫族化物物种可以用通式Sn1+/-xSe表达。尽管不限于Sn和Se特定的化学计量比，本发明的装置一般包括物种Sn1+/-xSe，其中x在约1和约0之间。
术语“硫族化物玻璃”拟包括来自周期表VIA族(或16族)的至少一个元件的玻璃。VIA族元素(例如，O，S，Se，Te和Po)又称硫族元素。
现将参照举例说明示例性实施例的附图说明本发明，而且在所有附图中，类似的附图标记指示类似的特征。图1表示按照本发明构造的存储装置100的一个示例性实施例；图1所示的装置100由衬底10支持。在该衬底10的上面，尽管不一定直接如此，是用作所示装置100与存储阵列一部分的多个其它类似的装置互联用的传导地址线12，其中所示装置100是该存储阵列的一部分。在衬底10和地址线12之间可以包含可选的绝缘层(未示出)，若衬底10是基于半导体的，则这可以是优选地。该传导地址线12可以是本领域已知对提供互联线路有用的任何材料，诸如搀杂的多晶硅、银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、钨(W)、镍(Ni)、铝(Al)、铂(Pt)、钛(Ti)及其他材料。在地址线12的上面是第一电极16，它被限定在绝缘层14内，后者也在地址线12的上面。该电极16可以是不会迁移进入硫族化物玻璃的任何传导材料，但最好是钨(W)。绝缘层14应不允许银离子的迁移，而且可以是绝缘氮化物，诸如氮化硅(Si3N4)、低介电常数材料、绝缘玻璃或绝缘聚合物，但不限于这样的材料。
在第一电极16上面形成存储器元件，亦即存储装置100中储存信息的部分。在图1所示实施例中，把硫族化物玻璃层18，最好是硒化锗(GexSe100-x)，设置在第一电极16上面。硒化锗宜在约Ge20Se80至约Ge43Se57的化学计量范围内，最好约Ge40Se60。硫族化物玻璃层18的厚度宜在约和约
Figure C20058003082900152
之间，最好厚约层18不一定是单个玻璃层，还可以包括多个具有同一或不同的化学计量比例的硫族化物玻璃子层。该硫族化物玻璃层18在电气上与下面的电极16接触。
在硫族化物玻璃层18上面是锡的硫族化物层20，最好是硒化锡(Sn1+/-xSe，其中x在约1和0之间)。其它的硫族化物材料可以代替这里的硒，诸如硫、氧或碲。锡的硫族化物层20的厚度最好约为
Figure C20058003082900154
但是，它的厚度部分地取决于下面的硫族化物玻璃层18的厚度。锡的硫族化物层20的厚度对下面的硫族化物玻璃层18厚度的比率应在约5∶1和约1∶1之间，最好约为2.5∶1。
仍旧参见图1，在锡的硫族化物层20上面设置金属层22，最好用银(Ag)作为该金属。该金属层22应厚约该银(或其它金属)层22协助存储装置的转换操作。在金属层22上面是第二电极24。该第二电极24可以由与第一电极16相同的材料制成，但并不要求如此。在图1所示的示例性实施例中，第二电极24最好是钨(W)。该装置可以用绝缘层26绝缘。
按照本发明的实施例构造的装置，具体地说具有设置在紧接硫族化物玻璃层(例如，层18)的硒化锡层的装置表现出改善了的耐温性。
按照图1所示的实施例，在一个完成的存储装置100中，锡的硫族化物层20提供硒化锡的来源，它在存储装置100形成后的调节步骤中包含进硫族化物玻璃层18。具体地说，该调节步骤包括在装置100的存储元件结构两端施加一个电压，使来自锡的硫族化物层20的硒化锡被包含进硫族化物玻璃层18，以此形成一个通过该硫族化物玻璃层18的传导沟道。在后续的编程过程中，银离子进出该传导沟道的运动形成一个传导路径，它使该存储装置100两端发生可察觉的电阻变化。
在PCRAM装置中，银的硫族化物，诸如硒化银已经用来代替所举例说明的锡的硫族化物层20。已经发现，当较厚的银层直接溅射在硒化银上(作为电极或金属层)时，一般在银和硒化银的界面上发生银的结块。在存储装置制造过程中，这样的结块可能引起后续的处理问题。在这样的位置上用锡的硫族化物层20代替银的硫族化物层，可避免这种银的结块，而且在形成传导沟道方面，至少和现有技术中银的硫族化物工作得一样有效。
另外，在本发明的这个及其他实施例使用锡的硫族化物层，诸如层20，提供所得装置100改善了的温度稳定性。例如，包括按照本发明的锡的硫族化物层的装置能够承受260℃持续5分钟的处理过程中的退火温度；这是一个利用银的硫族化物层的PCRAM装置无法承受的热处理步骤。
图2表示按照本发明构造的存储装置101的另一个示例性实施例。存储装置101与图1的存储装置100有许多相似性，而且用类似的附图标记标示的各层最好采用和图1所示实施例所描述的同一材料并具有同一厚度。装置100和装置101之间的主要差异是给装置101增加了可选的第二硫族化物玻璃层18a和可选的第三硫族化物玻璃层18b。
可选的第二硫族化物玻璃层18a是在锡的硫族化物层20上面形成的，最好是Ge40Se60，而且最好厚约
Figure C20058003082900161
在该可选的第二硫族化物玻璃层18a上面，是金属层22，它最好是银(Ag)，而且最好厚
Figure C20058003082900171
在该金属层22上面是可选的第三硫族化物玻璃层18b，它最好是Ge40Se60，而且最好厚约该可选的第三硫族化物玻璃层18b提供后续电极形成用的粘结层。和图1的层18一样，层18a和18b不一定是单层，可以包括多个子层。另外，该可选的第二和第三硫族化物层18a和18b可以是不同于第一硫族化物玻璃层18的或者彼此不同的硫族化物玻璃。可能适用于此目的的其它的硫族化物玻璃包括，但不限于，硫化锗(GeS)以及锗(Ge)、银(Ag)和硒(Se)的结合。
在可选的第三硫族化物玻璃层18b的上面是第二电极24，它可以是任何传导材料，迁移进入该堆叠并改变存储器操作的(例如，Cu或Ag)除外，正如上面针对前面的实施例讨论的。该第二电极24最好是钨(W)。
上面讨论的实施例是本发明的示例性实施例；但也可以使用图3-10所示的其它示例性实施例。图3表示一个示例性实施例(其中各附图之间类似的附图标记标示类似的特征)，其中存储装置102不包含与地址线12分开的第一电极16。存储装置102利用结合的地址线和电极结构12/16，以此允许该装置在设计上略微简单一些，并用比图1-2所示的实施例少的步骤制造。该地址线和电极结构12/16可以是与上面讨论的第一电极16用的相同的材料。
图4表示存储装置103，主要由该第二电极24的位置定义。存储器元件的下面各层，亦即硫族化物玻璃层18、锡的硫族化物层20和金属层22，在结合的地址线和电极结构12/16和衬底10上面形成覆盖层。或者，与图1所示的存储装置100一样，可以使用与下面的地址线12分开的第一电极16。第二电极24的位置规定在该调节步骤中形成的传导沟道的位置和在该存储装置103工作的过程中该传导路径的位置，因而，该第二电极24这样规定了存储装置103的位置。
图5表示一个示例性实施例(其中各附图之间类似的附图标记标示类似的特征)，其中存储元件在地址线和电极结构12/16上面的绝缘层14中形成的通孔28中制造。在绝缘层14和衬底10的上面并在通孔28内，在该地址线和电极结构12/16的上面，共形地淀积存储元件的各层，亦即，硫族化物玻璃层18、锡的硫族化物层20和金属层22以及第二电极24。使层18，20，22，和24形成图案并来定义过孔28上面的堆叠，该过孔28被蚀刻以形成该完成的存储装置104。作为另一方案，可以使用与下面的地址线12分开的第一电极16。作为另一个替换方案，该单独的电极16也可以在硫族化物玻璃层18形成之前在该过孔28中形成。
图6表示按照本发明构造的存储装置105的另一个示例性实施例。存储装置105与图1的存储装置100的有许多相似性，而且用类似的附图标记标示的各层最好是与图1所示实施例所描述的同一材料并具有同一尺寸。装置105由衬底10支持并在地址线12的上面。该装置105具有第一电极16、第一电极16上面的硫族化物玻璃层18和硫族化物玻璃层18上面的锡的硫族化物层20。在该示例性实施例中，第二电极24定位在该锡的硫族化物层20的上面并包含金属，诸如银，可供该单元从低至高传导率单元(高至低电阻)的转换时使用。
图7表示按照本发明构造的存储装置106的另一个示例性实施例。存储装置106与图1的存储装置100和图2的装置101有许多相似性，而且用类似的附图标记标示的各层最好是与图1和2所示的实施例所描述的同一材料并具有同一尺寸。图7的装置106由衬底10支持并定位在地址线12的上面。装置106具有第一电极16、该第一电极上面的硫族化物玻璃层18和该硫族化物玻璃层18上面的锡的硫族化物层20。金属层22，最好是银，定位在该锡的硫族化物层20上面。在金属层22上面定位第二硫族化物玻璃层18a，它可以是与第一硫族化物玻璃层18相同的材料。在第二硫族化物玻璃层18a的上面是第二电极24。
图8表示按照本发明构造的存储装置107的另一个示例性实施例。存储装置107与图1的存储装置100有许多相似性，而且用类似的附图标记标示的各层最好是与图1所示的实施例所描述的同一材料并具有同一尺寸。图8的装置107由衬底10支持并定位在地址线12上面。107装置具有第一电极16、该第一电极上面的硫族化物玻璃层18和该硫族化物玻璃层18上面的锡的硫族化物层20。在该锡的硫族化物层20上面是合金控制层21，它最好是硒(Se)或氧化锡(SnO)。该合金控制层21可以厚约
Figure C20058003082900191
至约
Figure C20058003082900192
最好厚约
Figure C20058003082900193
金属层22，最好是银，定位在该合金控制层21上面。在该金属层22上面是第二电极24。增加合金控制层21(在锡的硫族化物层20的上面或下面)改善PCRAM单元的电气性能。
PCRAM堆叠中过量的锡可能抑制PCRAM单元的转换。这至少部分地是由于Ag/Sn合金的形成，它妨碍Ag参与转换。为了避免形成随后会危害装置性能的过量Sn(或Sn2+或Sn4+)，PCRAM堆叠可以在两个不同的位置上形成带有Se或SnO的合金控制层21：锡的硫族化物层20的上面和该锡的硫族化物层20的下面。这些示例都呈现良好的电气转换。但是，最佳的转换是在具有优选的SnSe的锡硫族化物层20的装置中发现的，它直接与硫族化物玻璃层18接触，其中该合金控制层21是在锡的硫族化物层20的上面，如图8所示。
据认为，因为在转换过程中(当Se从优选的锡的硫族化物层移动到硫族化物玻璃层18结构中并建立一个传导路径时)释放出Sn(或Sn2+或Sn4+)，来自合金控制层21的过量Se或SnO与这个Sn相互作用，并避免它与Ag形成合金或迁移进入硫族化物玻璃层18。
改善包括数据保持能力和可能的循环，以及减少OFF状态的读出扰动。该读出扰动是该装置当编程为OFF状态时，在多次读数之后转为ON的趋势。
图9表示按照本发明构造的存储装置108的另一个示例性实施例。存储装置108与图1的存储装置100、图2的装置101和图8的装置107有许多相似性，而且用类似的附图标记标示的各层最好是与图1、2和8所示实施例所描述的同一材料并具有同一尺寸。图9的装置108由衬底10支持并定位在地址线12上面。装置108具有第一电极16、该第一电极上面的硫族化物玻璃层18和该硫族化物玻璃层18上面的锡的硫族化物层20。在该锡的硫族化物层20上面设置合金控制层21。在该合金控制层21上面定位第二硫族化物玻璃层18a，它可以是与第一硫族化物玻璃18相同的材料。金属层22，最好是银，定位在该第二硫族化物玻璃层18a的上面。在该金属层22上面，是第三硫族化物玻璃层18b，它可以是与头两个硫族化物玻璃层18和18b相同的材料。在第三个硫族化物玻璃层18b上面是第二电极24。
图10表示按照本发明构造的存储装置109的另一个示例性实施例。存储装置109与图1的存储装置100、图2的装置101、图8的装置107和图9的装置108有许多相似性，而且用类似的附图标记标示的各层最好是与图1、2、8和9所示实施例所描述的同一材料并具有同一尺寸。图10的装置109由衬底10支持，而且定位在地址线12上面。装置108具有第一电极16和该第一电极上面的硫族化物玻璃层18。在该硫族化物玻璃层18上面设置合金控制层21。锡的硫族化物层20在该合金控制层21的上面。在该锡的硫族化物层20的上面定位第二硫族化物玻璃层18a，它可以是与第一硫族化物玻璃层18相同的材料。金属层22，最好是银，定位在该第二硫族化物玻璃层18a的上面。在该金属层22上面，是第三硫族化物玻璃层18b，它可以是与该头两个硫族化物玻璃层18和18b相同的材料。在第三个硫族化物玻璃层18b的上面是第二电极24。
图11-14举例说明图1所示存储装置100的制造过程中晶片的截面视图。具体地说，尽管图11-14所示的处理步骤是就图1的存储装置100提出的，但是正如本领域技术人员在阅读本说明书时将会理解的，所讨论的方法和技术也可以用来制造存储装置101-109。
如图11所示，提供衬底10。如上所述，衬底10可以是基于半导体的或正如现有技术已知的作为支持结构有用的其他材料。必要时，可以在该衬底10上面形成可选的绝缘层(未示出)；该可选的绝缘层可以是氮化硅或本领域使用的其它绝缘材料。在该衬底10(或必要时，可选的绝缘层)的上面，通过淀积传导材料，诸如搀杂多晶硅、铝、铂、银、金、镍，但最好用钨，形成一个或多个导线的图案，例如用光刻技术和蚀刻来定义该地址线12，来形成传导的地址线12。该传导材料可以通过现有技术已知的任何技术淀积，诸如溅射、化学气相淀积、等离子体增强化学气相淀积、蒸镀或电镀。
仍旧参见图11，在该地址线12上面形成绝缘层14。该层14可以是氮化硅、低介电常数材料或现有技术已知的不允许银离子迁移的其它许多绝缘材料，而且可以通过现有技术已知的任何方法淀积。在绝缘层形成一个开口14a，例如通过光刻和蚀刻技术，以此暴露出下面的地址线12的一部分。在该绝缘层14的上面，在该开口14a内，和在该地址线12上面形成传导材料，最好是钨(W)。然后可以利用化学机械抛光步骤从绝缘层14上面去除该传导材料，将其作为该地址线12上面的第一电极16留下，并对该晶片进行平面化。
图12表示后续处理阶段上图11的晶片的截面图。构成存储装置100(图1)的一系列层覆盖淀积在该晶片上面。在该第一电极16和绝缘层14的上面形成硫族化物玻璃层18至优选厚度
Figure C20058003082900211
硫族化物玻璃层18最好Ge40Se60。该硫族化物玻璃层18的淀积可以通过任何适当的方法完成，诸如蒸发技术或利用四氢化锗(GeH4)和二氢化硒(SeH2)气体的化学气相淀积；但是，该优选的技术利用从具有要求的化学计量比例的硒化锗靶的溅射或适当的比率的锗和硒的共溅射。
仍旧参见图12，在硫族化物玻璃层18上面形成锡的硫族化物层20。该锡的硫族化物层20最好是硒化锡(Sn1+/-xSe，x在约1和0之间)。物理气相淀积、化学气相淀积、共蒸发、溅射或现有技术已知的其它技术，都可以用来把层20淀积至优选厚度约
Figure C20058003082900221
再一次，层20的厚度部分地根据层18的厚度和锡的硫族化物层20对下面的硫族化物玻璃层18的厚度的比率选定，该比率宜从约5∶1至约1∶1，最好约为2.5∶1。应该指出，因为结合图11-14简要描述的处理步骤可以适应按照图2-10所示装置的形成，装置107-109所示的合金控制层21可以在接近锡的硫族化物层20处，在其任一侧形成。
仍旧参见图12，在该锡硫族化物层20上面形成金属层22。金属层22最好是银(Ag)，或至少含银，并形成至约
Figure C20058003082900222
的优选厚度。该金属层22可以通过现有技术已知的任何技术淀积。
仍旧参见图12，在该金属层22的上面淀积第二电极24用的传导材料24。这种传导材料再一次可以是任何适用于传导电极的材料，但最好是钨；但是，其它的材料也可以使用，诸如氮化钛或钽，例如。
现参见图13，在顶部电极层24的上面淀积光刻胶层30，掩模并形成图案，以便定义该存储装置100用的堆叠，但它只是存储阵列多个类似的存储装置中的一个。用蚀刻步骤除去层18、20、22和24的部分，用绝缘层14作蚀刻停止，留下如图13所示的堆叠。然后，除去光刻胶30，留下一个基本上完成的存储装置，如图14所示。可以在装置100上面形成绝缘层26，以便达到如图1所示的结构。这个绝缘步骤之后可以形成与存储装置100作为其一部分的集成电路的其它电路(例如，逻辑电路、检测放大器等)的连接，正如现有技术已知的。
通过施加给定持续时间和振幅的电压脉冲完成调节步骤，以便使来自锡硫族化物层20的材料包括进硫族化物玻璃层18，以便在该硫族化物玻璃层18中形成传导沟道。该传导沟道将在存储装置100工作过程中支持传导路径。
上述实施例只涉及可以作为存储阵列一部分的按照本发明的几个可能的电阻可变存储装置结构(例如，PCRAM)的形成。但应明白，本发明预期了本发明的精神内其它存储器结构的形成，它可以制造成为存储阵列并与存储元件访问电路一起工作。
图15举例说明一个典型的处理器系统400，它包括存储电路，例如，使用按照本发明制造的电阻可变存储装置(例如，装置100-109)的PCRAM装置。一个处理器系统，诸如计算机系统，一般包括中央处理单元(CPU)444，诸如微处理器、数字信号处理器或其它的可编程的数字逻辑装置，它们通过总线452与输入/输出(I/O)装置446通信。存储电路448通过总线452，一般通过存储器控制器与该CPU 444通信。
在计算机系统的情况下，该处理器系统可以包括外围设备，诸如软盘驱动器454和光盘(CD)只读存贮器驱动器456，它也通过总线452与CPU 444通信。存储电路448最好构造为集成电路，它包括一个或多个电阻可变存储装置，例如，装置100。必要时，该存储电路448可以和该处理器、例如CPU 444结合在一个单个的集成电路中。
图16a-17b是与用具有按照图2示例性实施例的结构的实际装置获得的试验结果有关的曲线图。该被测装置有一个钨的底部电极(例如，层16)、该底部电极上面的
Figure C20058003082900231
的Ge40Se60第一层(例如，层18)、该Ge40Se60层上面的
Figure C20058003082900232
的SnSe层(例如，层20)、该SnSe层上面的
Figure C20058003082900233
的第二层(例如，层18a)、该第二Ge40Se60层上面的的银(Ag)层(例如，层22)、该银层上面的
Figure C20058003082900235
的第三Ge40Se60层(例如，层18b)和钨的顶部电极(例如，层24)。该试验在这些装置上利用电气探针使每个装置运行而完成。第一探针放置在该顶部电极(例如，层24)上，而第二探针放置在该底部电极(例如，层16)上。在两个探针之间施加电压。这些被测装置相对于以前的PCRAM装置呈现改善了的热学特性。例如，当处理包括260℃温度下持续5分钟的退火时，该阵列在运行的存储装置上呈现至少一个90％成品率。90％的成品率是指能工作的装置在测试总数中占的百分数。每一100个被测装置中，在室温下未经退火约有90个是能工作的存储装置，260℃下退火之后100个中约有90个工作。因而，在统计上，退火后能工作的装置总数没有改变。
图16a和16b的曲线图表示该装置如何响应直流电压扫描而转换。图16a是直流转换I-V(电流与电压)的迹线，它们表示在写电压扫描过程中被测装置在约0.2V处从传导较低的状态转换到传导较高的状态。图16b表示直流转换I-V迹线，它们表示该装置在直流电压扫描过程中在约0.5V处利用小于3微安电流，从传导较高的状态擦除或转换至传导较低的状态。
图17a的曲线图是连续波装置响应的电压与时间迹线，它表示被测装置如何响应该装置两端的连续波信号。在正电压侧，该装置编程至其较低的电阻状态并“跟随”该输入信号。在负电压侧，该装置“跟随”该输入信号直到该装置擦除或被编程至较高电阻状态为止。图17b是一个涉及该存储装置两端的电压与输入电压的曲线图。如图所示，在该示例中，把该装置转换到它的传导较高的状态的″阈值电压″约为0.4V，而把该装置转换到它的传导较低的状态约为-0.3V。
以上的描述和附图只应该被认为是举例说明达到本发明的特征和优点的示例性实施例而已。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对特定的加工条件和结构作出修改和替代。相应地，不应认为本发明只限于上面的描述和附图，而是只受所附的权利要求书的范围限制。
要求作为新的并要求受到美国专利证保护的是所附的权利要求书。

Claims (106)

1.一种电阻可变存储装置，包括：
第一电极；
第二电极；
所述第一电极和所述第二电极之间的硫族化物玻璃层；和
所述硫族化物玻璃层和所述第二电极之间的锡的硫族化物层，其中所述锡的硫族化物层包括硒化锡。
2.权利要求1的电阻可变存储装置，还包括所述锡的硫族化物层和所述第二电极之间的含金属层。
3.权利要求2的电阻可变存储装置，还包括所述含金属层和所述第二电极之间的第二硫族化物玻璃层。
4.权利要求2的电阻可变存储装置，其中所述含金属层包括银。
5.权利要求1的电阻可变存储装置，其中所述第一电极包括钨。
6.权利要求1的电阻可变存储装置，其中所述第二电极是在所述锡的硫族化物层的上面并包括银。
7.权利要求1的电阻可变存储装置，其中所述硫族化物玻璃层包括硒化锗。
8.权利要求7的电阻可变存储装置，其中所述硒化锗包括Ge40Se60。
9.权利要求1的电阻可变存储装置，其中所述第二电极包括钨。
10.权利要求1的电阻可变存储装置，还包括合金控制层。
11.权利要求10的电阻可变存储装置，其中所述合金控制层包括硒。
12.权利要求10的电阻可变存储装置，其中所述合金控制层包括氧化锡。
13.权利要求10的电阻可变存储装置，其中所述合金控制层是在所述锡的硫族化物层的上面。
14.权利要求1的电阻可变存储装置，还包括：
所述锡的硫族化物层和所述第二电极之间的第二硫族化物玻璃层；
所述第二硫族化物玻璃层和所述第二电极之间的含金属层；和
所述含金属层和所述第二电极之间的第三硫族化物玻璃层。
15.权利要求14的电阻可变存储装置，其中所述硫族化物玻璃层、所述第二硫族化物玻璃层和所述第三硫族化物玻璃层包括Ge40Se60，而且其中所述含金属层包括银。
16.权利要求15的电阻可变存储装置，其中所述第一电极包括钨，而且所述第二电极包括钨。
17.权利要求1的电阻可变存储装置，其中所述装置能够承受约260℃持续约5分钟的退火，此后用作存储装置。
18.权利要求1的电阻可变存储装置，其中所述硫族化物玻璃层和所述锡的硫族化物层设置在过孔内。
19.权利要求1的电阻可变存储装置，其中所述第二电极规定了所述存储装置在衬底上的位置。
20.权利要求1的电阻可变存储装置，其中所述存储装置是PCRAM装置。
21.权利要求1的电阻可变存储装置，其中所述硫族化物玻璃层具有一个传导沟道。
22.权利要求21的电阻可变存储装置，其中所述传导沟道包括来自所述锡的硫族化物层的材料。
23.权利要求1的电阻可变存储装置，其中所述硫族化物玻璃层内传导路径的形成把所述存储装置编程至较低电阻存储状态。
24.权利要求23的电阻可变存储装置，其中所述传导路径包括锡和银中的至少一个。
25.权利要求14的电阻可变存储装置，还包括合金控制层。
26.权利要求25的电阻可变存储装置，其中所述合金控制层包括硒。
27.权利要求25的电阻可变存储装置，其中所述合金控制层包括氧化锡。
28.权利要求25的电阻可变存储装置，其中所述合金控制层是在所述锡的硫族化物层的上面。
29.权利要求25的电阻可变存储装置，其中所述合金控制层是在所述锡的硫族化物层的下面。
30.一种存储装置，包括：
衬底；
所述衬底上面的传导地址线；
所述传导地址线上面的第一电极；
所述第一电极上面的第一硫族化物玻璃层；
所述第一硫族化物玻璃层上面的锡的硫族化物层；
所述锡的硫族化物层上面的第二硫族化物玻璃层；
所述第二硫族化物玻璃层上面的银层；
所述银层上面的第三硫族化物玻璃层；和
所述第三硫族化物玻璃层上面的第二电极。
31.权利要求30的存储装置，其中所述第一电极包括钨。
32.权利要求30的存储装置，其中所述第一硫族化物玻璃层包括Ge40Se60。
33.权利要求30的存储装置，其中所述锡的硫族化物层包括SnSe、Sn1+xSe或Sn1-xSe，其中x在1和0之间。
34.权利要求30的存储装置，其中所述第二层硫族化物玻璃层包括Ge40Se60。
35.权利要求30的存储装置，其中所述第三硫族化物玻璃层包括Ge40Se60。
36.权利要求30的存储装置，其中所述第二电极包括钨。
37.权利要求30的存储装置，其中所述第二电极包括锡。
38.权利要求30的存储装置，其中所述第一电极包括钨，所述第一硫族化物玻璃层包括硒化锗，所述锡的硫族化物层包括硒化锡，所述第二硫族化物玻璃层包括硒化锗，所述第三硫族化物玻璃层包括硒化锗，和所述第二电极包括钨和锡中的一个。
39.权利要求30的存储装置，其中所述第一硫族化物玻璃层具有包括来自所述锡的硫族化物层的材料的传导沟道。
40.权利要求39的存储装置，其中所述传导沟道包括金属离子，以便形成传导路径。
41.权利要求30的存储装置，其中所述装置是PCRAM。
42.权利要求30的存储装置，还包括合金控制层。
43.权利要求42的存储装置，其中所述合金控制层包括硒。
44.权利要求42的存储装置，其中所述合金控制层包括氧化锡。
45.权利要求42的存储装置，其中所述合金控制层是在所述锡的硫族化物层的上面。
46.权利要求42的存储装置，其中所述合金控制层是在所述锡的硫族化物层的下面。
47.一种处理器系统，包括：
处理器；和
存储装置，所述存储装置包括第一电极、所述第一电极上面的第一硫族化物玻璃层、所述第一硫族化物玻璃层上面的锡的硫族化物层和所述锡的硫族化物层上面的第二电极，其中所述锡的硫族化物层包括硒化锡。
48.权利要求47的处理器系统，其中所述存储装置还包括所述锡的硫族化物层和所述第二电极之间的含银层和含锡层中的一个。
49.权利要求47的处理器系统，其中所述第一硫族化物玻璃层包括硒化锗。
50.权利要求47的处理器系统，其中所述第二电极包括钨。
51.权利要求47的处理器系统，其中所述存储装置包括合金控制层。
52.权利要求47的处理器系统，其中所述存储装置还包括：
所述锡的硫族化物层上面的第二硫族化物玻璃层；
所述第二硫族化物玻璃层上面的含银层；和
所述含银层上面的第三硫族化物玻璃层。
53.权利要求52的处理器系统，其中所述第一硫族化物玻璃层、所述第二硫族化物玻璃层和所述第三硫族化物玻璃层包括Ge40Se60。
54.权利要求47的处理器系统，其中所述存储装置能够承受约260℃持续约5分钟的退火，而且此后用作存储装置。
55.权利要求47的处理器系统，其中所述存储装置是PCRAM。
56.权利要求47的处理器系统，其中所述硫族化物玻璃层有传导沟道。
57.权利要求56的处理器系统，其中所述传导沟道包括来自所述锡的硫族化物层的材料。
58.权利要求47的处理器系统，其中所述硫族化物玻璃层内传导路径的形成把所述存储装置编程至较低电阻存储状态。
59.权利要求58的处理器系统，其中所述传导路径包括锡和银中的至少一个。
60.一种形成电阻可变存储装置的方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底上面提供第一电极；
在所述衬底上面提供第二电极；
在所述第一电极和所述第二电极之间形成第一硫族化物玻璃材料；和
在所述第一硫族化物玻璃材料和所述第二电极之间形成锡的硫族化物材料，其中所述锡的硫族化物材料包括硒化锡。
61.权利要求60的方法，还包括提供与所述第一电极电气连接的地址线。
62.权利要求61的方法，其中所述地址线和所述第一电极是同一层。
63.权利要求60的方法，其中所述第一电极包括钨。
64.权利要求60的方法，其中所述第二电极包括钨。
65.权利要求60的方法，其中所述第二电极包括银。
66.权利要求60的方法，还包括在所述锡的硫族化物材料和所述第二电极之间形成含金属材料。
67.权利要求66的方法，还包括在所述锡的硫族化物材料和所述第二电极之间形成第二硫族化物玻璃材料。
68.权利要求66的方法，其中所述含金属材料包括银。
69.权利要求60的方法，还包括提供合金控制材料。
70.权利要求69的方法，其中所述合金控制材料包括硒。
71.权利要求69的方法，其中所述合金控制材料包括氧化锡。
72.权利要求69的方法，其中所述合金控制材料是在所述锡的硫族化物材料上面。
73.权利要求69的方法，其中所述合金控制材料是在所述锡的硫族化物材料与所述第一硫族化物玻璃材料之间。
74.权利要求60的方法，还包括在所述锡的硫族化物材料和所述第二电极之间形成第二硫族化物玻璃材料。
75.权利要求74的方法，还包括在所述第二硫族化物玻璃材料和所述第二电极之间形成第三硫族化物玻璃材料。
76.权利要求75的方法，其中所述第二硫族化物玻璃材料和所述第三硫族化物玻璃材料中的至少一个包括硒化锗。
77.权利要求75的方法，还包括在所述第二硫族化物玻璃材料和所述第三硫族化物玻璃材料之间形成含金属材料的步骤。
78.权利要求77的方法，其中所述含金属材料包括银。
79.权利要求60的方法，其中所述第一硫族化物玻璃材料包括硒化锗。
80.权利要求79的方法，其中所述硒化锗具有Ge40Se60的化学计量。
81.权利要求60的方法，其中所述硒化锡具有SnSe、Sn1+xSe或Sn1-xSe的化学计量，其中x在1和0之间。
82.权利要求60的方法，还包括用调节步骤在所述第一硫族化物玻璃材料内形成传导沟道的步骤。
83.权利要求82的方法，其中所述调节步骤包括在所述第一硫族化物玻璃材料和所述锡的硫族化物材料两端施加电压脉冲。
84.权利要求82的方法，还包括在所述传导沟道形成传导路径。
85.权利要求60的方法，其中所述第一硫族化物玻璃材料在所述第一电极上面形成。
86.权利要求60的方法，其中所述第一硫族化物玻璃材料和所述锡的硫族化物材料是覆盖淀积的。
87.权利要求60的方法，其中蚀刻所述第一硫族化物玻璃材料和所述锡的硫族化物材料，以便形成垂直堆叠。
88.权利要求60的方法，其中所述第一硫族化物玻璃材料和所述锡的硫族化物材料在过孔内形成。
89.权利要求75的方法，还包括提供合金控制材料。
90.权利要求89的方法，其中所述合金控制材料包括硒。
91.权利要求89的方法，其中所述合金控制材料包括氧化锡。
92.权利要求89的方法，其中所述合金控制材料是在所述锡的硫族化物材料与所述第二电极之间。
93.权利要求89的方法，其中所述合金控制材料是在所述锡的硫族化物材料与所述第一电极之间。
94.一种形成电阻可变存储装置的方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底上面形成传导地址线；
在所述地址线和所述衬底上面形成第一绝缘材料；
在所述第一绝缘材料中形成开口，以便暴露所述开口中所述地址线的一部分；
在所述开口内和在所述地址线上面形成第一电极；
在所述第一电极的上面形成第一硫族化物玻璃材料；
在所述第一硫族化物玻璃材料上面形成锡的硫族化物材料，其中所述锡的硫族化物材料包括硒化锡；
在所述锡的硫族化物材料的上面形成第二硫族化物玻璃材料；
在所述第二硫族化物玻璃材料的上面形成金属材料；
在所述金属材料上面形成第三硫族化物玻璃材料；
在所述第三硫族化物玻璃材料上面形成第二电极；和
进行蚀刻，以便在所述第一电极的上面形成所述第一硫族化物玻璃材料、所述锡的硫族化物材料、所述第二硫族化物玻璃材料、所述金属材料、所述第三硫族化物玻璃材料和所述第二电极的堆叠。
95.权利要求94的方法，其中所述第一、第二和第三硫族化物玻璃材料包括Ge40Se60。
96.权利要求94的方法，其中所述锡的硫族化物材料包括SnSe、Sn1+xSe或Sn1-xSe，其中x在1和0之间。
97.权利要求94的方法，其中所述第一电极包括钨。
98.权利要求94的方法，其中所述金属材料包括银。
99.权利要求94的方法，其中所述第二电极包括钨。
100.权利要求94的方法，还包括在所述第一硫族化物玻璃材料内形成传导沟道的步骤。
101.权利要求100的方法，还包括在所述传导沟道形成传导路径。
102.权利要求94的方法，还包括提供合金控制材料。
103.权利要求102的方法，其中所述合金控制材料包括硒。
104.权利要求102的方法，其中所述合金控制材料包括氧化锡。
105.权利要求102的方法，其中所述合金控制材料是在所述锡的硫族化物材料与所述第二电极之间。
106.权利要求102的方法，其中所述合金控制材料是在所述锡的硫族化物材料与所述第一电极之间。
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