CN101271959A - 相变存储装置 - Google Patents
相变存储装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101271959A CN101271959A CNA2007100884197A CN200710088419A CN101271959A CN 101271959 A CN101271959 A CN 101271959A CN A2007100884197 A CNA2007100884197 A CN A2007100884197A CN 200710088419 A CN200710088419 A CN 200710088419A CN 101271959 A CN101271959 A CN 101271959A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- width
- electrode
- change material
- material layers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 claims abstract description 76
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- -1 chalcogenide compound Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 64
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
本发明提供了一种相变存储装置，其包括：第一电极；第二电极；以及相变材料层，设置于该第一与第二电极之间。上述相变材料层包括：第一部，连结于该第一电极，具有第一宽度；第二部，连结于该第二电极，具有第二宽度；第三部，连结该第一部与该第二部，具有第三宽度；以及第四部，分别连结该第三部之一侧边，该第四部具有鳍状外形以及第四宽度，其中该第三宽度为固定宽度，而该第一宽度与该第二宽度为非固定宽度，该第一宽度与该第二宽度分别自该第一电极与该第二电极往该相变材料层的该第三部处渐减。
Description
技术领域
本发明涉及一种存储器装置，而特别涉及一种相变存储装置。
背景技术
相变存储器具有非易失性、高读取信号、高密度、高擦写次数以及低工作电压/电流的特质、是相当有潜力的非易失性存储器。其中提高记忆密度、降低电流密度是重要的技术指标。
相变材料至少可呈现两种固态，包括结晶态及非结晶态，一般利用温度的改变来进行两态间的转换，由于非结晶态混乱的原子排列而具有较高的电阻，因此通过简单的电性量测即可轻易区分出相变材料的结晶态与非结晶态。在各种相变材料中，硫属化物已广泛应用至各种光记录元件中。
由于相变材料的相转变为一种可逆反应，因此相变材料用来当作存储器材料时，是通过非结晶态与结晶态两态之间的转换来进行记忆，也就是说存储位阶(0、1)是利用两态间电阻的差异来区分。
请参照图1，部分显示了一种已知相变存储单元的剖面情形。如图1所示，相变存储单元包括了设置于绝缘层10内的加热电极12。在绝缘层10上则依序堆迭有图案化的相变材料层16与顶电极18，其中相变材料层16的底面部分接触了加热电极12，而相变材料层16与顶电极18则分别设置于绝缘层14与18中。在写入模式时，加热电极12将产生电流以加热介于相变材料层16与加热电极12间的界面，进而视流经加热电极12的电流量与时间长短而使得相变材料层16内的有源区A转变成非晶态相或结晶态相。
图2则部分显示了美国第5,789,758号专利中所披露的另一种已知相变存储单元的剖面情形。如图2所示，在此相变存储单元90包括依序埋设于氧化物层35内并相互堆迭的底电极接触层55、60与65，其中底电极接触层65包括相变材料。氧化物层35内形成有开口70，开口70部分露出了底电极接触层65。在氧化物层35上则依序形成有另一相变材料层75以及碳材料的上方接触电极层80以及钼材料的上方接触电极层85，相变材料层75填入于开口70中且实体接触了下方底电极接触层65内的相变材料。这些相变材料层、碳材料的上方接触电极层80以及钼材料的上方接触电极层85则为氧化物层95部分地包覆，在氧化物层95上则形成有铝导线100，铝导线100则部分设置于氧化物层95内并电性接触了钼材料的上方接触电极层85。在铝导线100上则形成有顶包覆层105。在如图2所示的存储单元结构中，在写入模式时，将加热位于开口70内的有源区A内的部分相变材料层75，并视电流量与时间长短而使得有源区A内的相变材料层75转变成非晶态相或结晶态相。
如图1与图2所示的已知相变存储单元的结构具有以下缺点，由于其存储单元内的有源区A实体上接触了邻近的绝缘层或氧化物层，故于有源区A内的加热效果不可避免的将为相邻的绝缘层或氧化物材料所传导逸散。此外，与相变材料相比，这些绝缘层或氧化物材料的热导率通常比相变材料高。因此，在写入模式时，前述的绝缘层或氧化物材料的传导散热效应将导致加热电极所需供应的电流密度增加，因而将增加此相变存储单元所需的操作功率且不利于其在存储装置中的应用。
因此，便需要一种结构改善的相变存储单元结构以解决上述问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种结构改善的相变存储装置，以改善其操作功率表现。
依据一实施例，本发明提供了一种相变存储装置，包括：
第一电极；第二电极；以及相变材料层，设置于该第一电极与第二电极之间。上述相变材料层包括：第一部，连结于该第一电极，具有第一宽度；第二部，连结于该第二电极，具有第二宽度；第三部，连结并部分接触该第一部与该第二部，具有第三宽度；以及第四部，分别连结该第三部的一侧边，该第四部具有鳍状外形以及第四宽度，其中该第三宽度为固定宽度，而该第一宽度与该第二宽度为非固定宽度，该第一宽度与该第二宽度分别自该第一电极与该第二电极往该相变材料层的该第三部处渐减。
为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：
附图说明
图1为剖面图，部分显示了已知相变存储单元结构；
图2为剖面图，部分显示了另一已知相变存储单元结构；
图3为剖面图，部分显示了依据本发明一实施例的相变存储单元结构；以及
图4为剖面图，部分显示了依据本发明另一实施例的相变存储单元结构。
附图标记说明
10、400、500～绝缘层；
12、402、502～第一电极；
14、404、504～绝缘层；
16、406、506～相变材料层；
18、408、508～绝缘层；
20、410、510～第二电极；
A～有源区；
35、95～氧化物层；
55、60、65～底接触电极层；
70～开口；
75～相变材料层；
80、85～上方接触电极层；
90～存储单元；
100～铝导线；
105～顶包覆层；
406a、506a～相变材料层的第二部；
406b、506b～相变材料层的第三部；
406c、506c～相变材料层的第一部；
406d、506d～相变材料层的第四部；
T1～相变材料层的第一部中具有较大宽度的台阶部的厚度；
T2～相变材料层的第一部中具有较小宽度的台阶部的厚度；
T3～相变材料层的第三部的厚度；
T4～相变材料层的第四部的厚度；
W1～相变材料层的第一部或第二部的较大宽度/相变材料层的第一部或第二部的最大宽度；
W2～相变材料层的第一部或第二部的较小宽度/相变材料层的第一部或第二部的最小宽度；
W3～相变材料层的第三部的宽度；
W4～相变材料层的第四部与第三部的结合宽度。
具体实施方式
本发明的相变存储装置将配合图3与图4作详细叙述如下。
请参照图3，部分显示了依据本发明一实施例的相变存储装置中存储单元结构的剖面情形。此相变存储装置包括了设置于绝缘层400内的第一电极402。在绝缘层400上则依序堆迭有图案化的相变材料层406与第二电极410，而相变材料层406与第二电极410则分别设置于绝缘层404与408中。在此，图3中仅绘示了相变存储装置中相变存储单元的结构，本领域的普通技术人员应能理解本实施例中的相变存储装置的存储单元还包括适当的导电构件(如内连插拴或内连导线等)以将的电性连结于有源装置(例如晶体管或二极管)与导线等元件，这些构件并未绘示于上述图式中以简化附图。
在此，第一电极402与第二电极410可包括导电材料，例如钛、铜、铝、钨或上述材料的合金，而相变材料层406可包括硫属化物化合物，例如是Ge-Te-Sb三元硫属化合物，Ge-Te-Sb三元硫属化合物的热导率约为0.003J/cmKs。而绝缘层400、404与408则可包括氧化硅或氮化硅等介电材料，其中氧化硅的热导率为0.014J/cmKs，氮化硅的热导率为0.02J/cmKs。
如图3所示，相变材料层406大体由第一部406c、第二部406a与第三部406b、以及至少两第四部406d等五个部分所组成，因而具有如“王”状的剖面。在此，第一部406c与第二部406a具有非固定宽度(在此显示为较大宽度W1以及较小宽度W2)，其分别沿第一电极402与第二电极410往相变材料层406的第三部406b的方向渐减(由宽度W1渐减至W2)。而第三部406b则具有固定宽度W3，此宽度W3少于第一部406c与第二部406b的宽度，而于第三部406b的两对应侧边则分别设置有至少第四部406d，其具有类似鳍状的外型，并与第三部结合后具有结合宽度(W4)，结合宽度W4大体不超过第一部406c与第二部406a的较大宽度W1。
请继续参照图3，在此，相变材料层406的第一部406c与第二部406a绘示为台阶(step)外形，其分别具有厚度为T1与T2的两台阶部(其中T1为具有较大宽度的台阶部的厚度，而T2为具有较小宽度的台阶部的厚度)，而第一部406c的底面与第二部406a的顶面(宽度皆为W1)分别完整地接触了第一电极402与第二电极410。此时，第三部406b则具有厚度T3，而第四部则具有薄的厚度T4。在此，第三部406b与第四部406d的宽度与厚度优选地满足以下关系：
(W4-W3)＞5.6×T42/W3
如此，在写入操作时，如图3所示的存储单元结构中第一电极402与第二电极410之一将可扮演加热电极的角色，因而供应电流至相变材料层406处，并在相变材料层406的第三部处406b得到最大的电流密度，并改变了第三部406b内的相变材料的结晶型态，故第三部406b处可做为与存储效应相关的有源区A，而此时邻近相变材料层406的第三部406b所设置的两第四部406d则有助于减少接触此第三部406b所接触的周围绝缘层404比例，因而可降低或甚至避免已知相变存储单元结构中相邻于有源区A的绝缘层所造成的传导散热效应并改善此存储单元结构的操作功率。另外，由于邻近相变材料层406的第四部406d的厚度与相变材料层406的第三部406b的厚度相比为薄，故相变材料层406的第四部406d的设置并不会对第三部406b处的电流密度造成影响。
另外，如图4所示，部分显示了依据本发明另一实施例的相变存储装置中存储单元结构的剖面情形。此相变存储装置包括了设置于绝缘层500内的第一电极502。在绝缘层500上则依序堆迭有图案化的相变材料层506与第二电极510，而相变材料层506与第二电极510则分别设置于绝缘层504与508中。在此，图4中仅绘示了相变存储装置中相变存储单元的结构，本领域的普通技术人员应能理解本实施例中的相变存储装置的存储单元还包括适当的导电构件(如内连插拴或内连导线等)以将的电性连结于有源装置(例如晶体管或二极管)与导线等元件，这些构件并未绘示于上述图式中以简化图式。
请参照图4，相变材料层506大体由第一部506c、第二部506a与第三部506b、以及至少两第四部506d等五个部分所组成，因而具有如“王”状的剖面。在此，第一部506c与第二部506a具有非固定宽度(在此显示为在W1至W3之间变化的非固定宽度)，其分别沿第一电极502与第二电极510往相变材料层506的第三部506b的方向渐减(宽度W1渐减至W3)。第三部506b则具有固定宽度W3，而在第三部506b的两对应侧边则分别设置有至少第四部506d，其具有类似鳍状的外型，并与第三部结合后具有结合宽度(W4)，其大体不超过第一部506c与第二部506a的最大宽度W1。
如图4所示，在此相变材料层506的第一部506c与第二部506a绘示为锥形(tapered)外形，分别具有宽度由W1渐减至W3的锥状部，而第一部506c的底面与第二部506a的顶面(宽度皆为W1)分别完整地接触了第一电极502与第二电极510。此时，第三部506b则具有厚度T3，而第四部506d则具有薄的厚度T4。在此，第三部506b与第四部506d的宽度与厚度优选地满足以下关系：
(W4-W3)＞5.6×T42/W3
如此，在写入操作时，如图4所示的存储单元结构中第一电极502与第二电极510之一将可扮演加热电极的角色，因而供应电流至相变材料层506处，并在相变材料层506的第三部处506b得到最大的电流密度，以改变了第三部506b内的相变材料的结晶型态，故第三部506b处可做为与存储效应相关的有源区A，而此时邻近相变材料层506的第三部506b所设置的两第四部506d则有助于减少接触此第三部506b所接触的周围绝缘层504比例，因而可降低或甚至避免已知相变存储单元结构中相邻于有源区A的绝缘层所造成的传导散热效应并改善此存储单元结构的操作功率。另外，由于邻近相变材料层506的第四部506d的厚度与相变材料层506的第三部506b的厚度相比为薄，故相变材料层506的第四部506d的设置并不会对第三部506b处的电流密度造成影响。
在如图3与图4所示的相变存储器亦可表现出如图2所示的已知相变存储装置的类似加热效果，因而确保了相变存储装置的可靠度并提升了相变存储单元的加热效果与加热效率，其同时有助于降低此相变存储器装置的操作功率表现。值得注意的，在图3与图4中第四部的设置情形与设置数量并不以上述附图中的情形而加以限制，可在相变材料层的第三部的对应侧分别地或对应地设置有一个以上的第四部(未显示)，以更进一步改善或甚至避免已知的绝缘层传导散热效应。
虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (10)
1. 一种相变存储装置，包括：
第一电极；
第二电极；以及
相变材料层，设置于该第一与第二电极之间，该相变材料层包括；
第一部，连结于该第一电极，具有第一宽度；
第二部，连结于该第二电极，具有第二宽度；
第三部，连结并部分接触该第一部与该第二部，具有第三宽度；以及
第四部，分别连结该第三部的一侧边，该第四部具有鳍状外形以及第四宽度。
其中该第三宽度为固定宽度，而该第一宽度与该第二宽度为非固定宽度，该第一宽度与该第二宽度分别自该第一电极与该第二电极往该相变材料层的该第三部处渐减。
2. 如权利要求1所述的相变存储装置，其中该相变材料层的该第一部与该第二部具有台阶外形。
3. 如权利要求1所述的相变存储装置，其中该相变材料层的该第一部与该第二部具有锥状外形。
4. 如权利要求1所述的相变存储装置，其中该相变材料层的第一部完全接触该第一电极。
5. 如权利要求1所述的相变存储装置，其中该相变材料层的第二部完全接触该第二电极。
6. 如权利要求1所述的相变存储装置，其中该相变材料层包括硫属化物化合物。
7. 如权利要求1所述的相变存储装置，其中该第一电极与该第二电极包括铝、铜、钨或上述材料的合金。
8. 如权利要求1所述的相变存储装置，其中第四宽度与该第三宽度的组合宽度不大于该第一宽度的最大值。
9. 如权利要求1所述的相变存储装置，其中该相变材料层具有“王”状的剖面。
10. 如权利要求1所述的相变存储装置，其中第四宽度与该第三宽度的组合宽度不大于该第二宽度的最大值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200710088419A CN100580969C (zh) | 2007-03-22 | 2007-03-22 | 相变存储装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200710088419A CN100580969C (zh) | 2007-03-22 | 2007-03-22 | 相变存储装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101271959A true CN101271959A (zh) | 2008-09-24 |
| CN100580969C CN100580969C (zh) | 2010-01-13 |
Family
ID=40005747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200710088419A Expired - Fee Related CN100580969C (zh) | 2007-03-22 | 2007-03-22 | 相变存储装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100580969C (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116113313A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-05-12 | 上海积塔半导体有限公司 | 相变存储器件及其制备方法 |
-
2007
- 2007-03-22 CN CN200710088419A patent/CN100580969C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116113313A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-05-12 | 上海积塔半导体有限公司 | 相变存储器件及其制备方法 |
| CN116113313B (zh) * | 2023-02-23 | 2024-02-02 | 上海积塔半导体有限公司 | 相变存储器件及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN100580969C (zh) | 2010-01-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101694561B1 (ko) | 유전체 메모리 소자를 가진 메모리 셀 | |
| EP2162887B1 (en) | Electric device comprising phase change material and heating element | |
| TWI458148B (zh) | 具有離子緩衝層之可程式金屬記憶胞裝置及其製造方法 | |
| US7667998B2 (en) | Phase change memory device and method of forming the same | |
| US6917532B2 (en) | Memory storage device with segmented column line array | |
| US6870751B2 (en) | Low-energy writing in cross-point array memory devices | |
| TWI296435B (en) | Phase change memory with ovonic threshold switch | |
| CN101241926B (zh) | 可编程相变材料结构及其形成方法 | |
| CN101740716B (zh) | 相变化存储元件及其形成方法 | |
| US20090219751A1 (en) | Phase change memory | |
| US10249680B2 (en) | Thermal management of selector | |
| KR100687709B1 (ko) | 멀티비트형 상변화 메모리 소자 및 그 구동 방법 | |
| US20060189045A1 (en) | Method for fabricating a sublithographic contact structure in a memory cell | |
| US7151300B2 (en) | Phase-change memory device and method for manufacturing the same | |
| CN110943102A (zh) | 一种高密度的相变存储器三维集成电路结构 | |
| CN101369628A (zh) | 相变化内存 | |
| CN111029362A (zh) | 一种高密度的相变存储器三维集成电路结构的制备方法 | |
| CN100580969C (zh) | 相变存储装置 | |
| US20200136037A1 (en) | Variable resistance memory device and method of manufacturing the same | |
| US7848139B2 (en) | Memory device structures including phase-change storage cells | |
| CN100580944C (zh) | 相变化存储器阵列及其制造方法 | |
| KR20050031733A (ko) | 상변환 기억소자의 가변저항체 및 그 형성 방법 | |
| TWI334197B (en) | Phase-change memory device | |
| JP5407864B2 (ja) | 抵抗変化素子および半導体記憶装置 | |
| CN101459191A (zh) | 相变化存储装置及其制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Free format text: FORMER OWNER: POWERCHIP SEMICONDUCTOR CORP. NAN YA TECHNOLOGY CORP. PROMOS TECHNOLOGIES INC. WINBOND ELECTRONICS CORPORATION |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: HSINCHU COUNTY, TAIWAN PROVINCE, CHINA TO: HSINCHU COUNTY, TAIWAN PROVINCE |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20100702 Address after: Hsinchu County of Taiwan Patentee after: Industrial Technology Research Institute Address before: Hsinchu County, Taiwan, China Co-patentee before: Powerchip Semiconductor Corp. Patentee before: Industrial Technology Research Institute Co-patentee before: Nanya Sci. & Tech. Co., Ltd. Co-patentee before: Maode Science and Technology Co., Ltd. Co-patentee before: Huabang Electronics Co., Ltd. |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100113 Termination date: 20150322 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |