CN102244195A - 形成用于含硫属化物装置的电极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种形成用于含硫属化物装置的电极。相变存储器的电极可由金属与非金属的混合物形成，所述电极具有比金属原子少的氮原子。因此，在一些实施例中，所述电极的至少一部分与在金属氮化物中将会有的情况相比具有较少氮。作为两个实例，所述混合物可包含金属和氮或金属与硅。此种材料因与具有金属氮化物可能有的情况相比具有较低反应性而可具有对硫属化物的良好附着性。
Description
技术领域
本发明大体来说涉及含硫属化物装置，例如相变存储器。
背景技术
相变存储器装置将相变材料(即，可在大体非晶状态与大体结晶状态之间电切换的材料)用于电子存储器应用。一种类型的存储器元件利用相变材料，在一个应用中，所述相变材料可在大体非晶局部次序与大体结晶局部次序的结构状态之间或在跨越完全非晶状态与完全结晶状态之间的整个谱的局部次序的不同可检测状态之间电切换。相变材料的状态也为非易失性的，在于当设定于表示电阻值的结晶、半结晶、非晶或半非晶状态中时，所述值保持直到由另一编程事件改变为止，因为所述值表示所述材料的相或物理状态。
相变存储器包含与硫属化物接触或紧密接近的电极。在使用纯金属电极的情况下，那些金属可与硫属化物反应。然而，许多金属具有对硫属化物的非常良好的粘附性，包含钛。
附图说明
图1是并入有一些实施方案的实例性布置的框图；
具体实施方式
根据一些实施例，用于含硫属化物半导体装置的电极可包含金属与充分地降低所述金属的反应性以避免与硫属化物的有害反应的另一材料的混合物。同时，那些电极的氮浓度保持低到足以避免所述电极与其它层(例如硫属化物)之间的粘附问题。举例来说，在一些实施例中，可使用小于在金属氮化物中所使用的氮浓度的相对低氮浓度来实现良好粘附性及较低反应性两者。作为另一实例，可使用掺杂有氮的硅化物或单独的硅化物。
参考图1，含硫属化物半导体装置10可包含顶部电极12、层14、硫属化物膜16、层18及底部电极20。在一个实施例中，硫属化物膜16可为在相变存储器元件中所使用的有源切换材料。作为一个实例，膜16可为称为GST的锗、锑、碲合金。作为另一实例，其还可为用于双向阈值开关的硫属化物。
顶部及底部电极12及20可由常规金属形成，例如钛(举一个实例)及钽(举另一实例)。在一些实施例中，其还可由金属氮化物形成。
层14及18中的任一者或两者可由金属与降低所述金属相对于硫属化物的反应性的另一材料的混合物形成。举例来说，可包含相对低浓度的氮，所述浓度低于金属氮化物中的金属与氮的1/1原子比(也称为全氮化)。举例来说，在一些实施例中，可利用约30％到40％的氮/金属原子比。作为另一实例，可利用为金属与硅的混合物的金属硅化物。举例来说，在一些实施例中可利用硅化钛。
在一些情况下，金属与另一材料的混合物和纯金属相比可降低所述金属与硫属化物的反应性且可改进相对于金属氮化物的粘附性。在一些实施例中，可使用掺杂有氮的硅化物及未经掺杂的硅化物以及掺杂有少于50原子％的氮的金属。
在热预算下，纯金属与硫属化物且还与硅极具反应性。对金属的氮掺杂通过降低将与硫属化物反应的金属原子的化学可用性而降低金属与硫属化物的反应性。在一些实施例中，结果可为具有充分反应性以在经掺杂金属与硫属化物之间的界面处建立表面接合从而以与硫属化物的较低反应性实现充足表面粘附性的金属混合物。
此外，在一些实施例中，可降低或消除金属到硫属化物的块体中的扩散，从而降低以不期望的化学元素对装置10的有源切换材料的污染。
在一些实施例中，可使用物理气相沉积来形成掺杂有氮的金属膜。可使用氩气将金属从靶标溅镀到晶片。氩气在工艺室中流动且使用施加到所述室的充分高偏置来形成等离子。在溅镀期间大致不将氩包含在所沉积的膜中，因为其不与金属反应。可通过使氮通常以比氩流率低的流率流动到具有氩的工艺室中而将氮包含在所述膜中。氮并非良好的溅镀气体但与通过氩等离子溅镀的金属良好地反应，从而导致掺杂有氮的金属的沉积而不形成金属氮化物，只要氮流维持在充分低的水平下即可。可通过将所述流保持充分低同时仍实现金属和氮的混合物与硫属化物的粘附性来避免金属的全氮化。
在一些实施例中，可在相同沉积室中在各层之间不进行通气的情况下连续地形成电极12及层14及/或电极20及层18。在一些实施例中，层14可比电极12薄且层18可比电极20薄。举例来说，在一些实施例中，层14及18可小于100埃，而在一些实施例中电极12及20可大于300埃。在一些实施例中，层14及18直接接触硫属化物膜16。
在未经掺杂的硅化物的情况下还可借助纯氩等离子使用物理气相沉积溅镀来沉积硅化物，或者视需要而在包含氮的情况下进行。
如本文中所使用，术语“电极层”用来指代传导电流穿过硫属化物层的导电层。在如本文中所使用的术语“电极层”下，并不涵盖作为加热器操作以加热硫属化物且导致相变的电阻材料。如本文中所使用的“电极层”具有小于200μΩ·cm的电阻率。因此，层14及18可为电极层。
在一些实施例中，电极12与层14中可使用相同金属。类似地，电极20与层18中可使用相同金属。在一些实施例中，电极12及20与层14及18中可使用相同金属。
编程以更改材料的状态或相可通过向电极12及20施加电压电位借此跨越包含硫属化物膜16的存储器元件产生电压电位来实现。当所述电压电位大于任何选择装置及存储器元件的阈值电压时，则电流可响应于所施加的电压电位而流动穿过硫属化物膜16且可导致对膜16的加热。
在一个实施例中，此加热可更改膜16的存储器状态或相。更改膜16的相或状态可更改存储器材料的电特性，例如所述材料的电阻或阈值电压可因更改所述存储器材料的相而更改。存储器材料还可称为可编程电阻材料。
在“复位”状态中，存储器材料可处于非晶或半非晶状态中，且在“设定”状态中，存储器材料可处于结晶或半结晶状态中。存储器材料在非晶或半非晶状态中的电阻可大于存储器材料在结晶或半结晶状态中的电阻。应了解，使复位及设定分别与非晶及结晶状态相关联为惯例且可采用至少一相反惯例。
使用电流，存储器材料可被加热到相对较高温度而熔化且接着经猝熄以将存储器材料玻璃化及“复位”于非晶状态中(例如，将存储器材料编程到逻辑“0”值)。将一定体积的存储器材料加热到相对较低结晶温度可使存储器材料结晶或去玻璃化并“设定”存储器材料(例如，将存储器材料编程到逻辑“1”值)。可通过改变穿过所述体积的存储器材料的电流量及持续时间来实现存储器材料的各种电阻以存储信息。
双向阈值开关取决于跨越所述开关施加的电压电位的量且更特定来说取决于穿过所述开关的电流是否超过其阈值电流或电压(超过其阈值电流或电压接着将装置触发成接通状态)而为接通或关断的。关断状态可为大致不导电的且接通状态可为大致导电状态，具有小于关断状态的电阻。
在接通状态中，在一个实施例中，跨越开关的电压等于其保持电压Vhold+IRon，其中Ron为来自经外推X轴截距Vhold的动态电阻。举例来说，双向阈值开关可具有阈值电压Vth，且如果跨越所述开关施加小于所述开关的阈值电压的电压电位，那么所述开关可保持关断或处于相对高电阻状态中使得甚少或无电流穿过。
或者，如果跨越选择装置施加大于所述装置的阈值电压的电压电位，那么所述装置可接通，即，在相对低电阻状态中操作使得显著的电流穿过开关。换句话说，在跨越开关施加的小于预定电压(例如，阈值电压)下，一个或一个以上串联连接的开关可处于大致不导电状态中。如果跨越开关施加大于预定电压，那么所述开关可处于大致导电状态中。
在一个实施例中，每一开关可包括为硫属化物合金的开关材料16。所述开关材料可为定位于两个电极之间的处于实质非晶状态中的材料，其可通过施加电流或电位而在与保持电压串联的通常大于约1兆欧的较高电阻关断状态与通常小于约1000欧的相对较低电阻接通状态之间重复地且可逆地切换。
每一开关为具有类似于处于非晶状态中的相变存储器元件的IV曲线的IV曲线的双端子装置。然而，不同于相变存储器元件，双向阈值开关不改变相。也就是说，双向阈值开关的切换材料并非相可编程材料，且因此所述开关可并非能够存储信息的存储器装置。举例来说，所述切换材料可永久性地保持非晶且IV特性可在整个使用寿命中保持相同。
在其中跨越开关施加的电压小于阈值电压Vth的低电压低电场模式中，所述开关可为关断或不导电的且展现相对高电阻。所述开关可保持处于关断状态中直到施加将装置切换为导电相对低电阻接通状态的充分电压(即，阈值电压)或施加将装置切换为导电相对低电阻接通状态的充分电流(即，阈值电流)为止。在跨越装置施加大于约阈值电压的电压电位之后，跨越所述装置的电压电位可下降或急速返回到保持电压Vhold。急速返回可指代开关的阈值电压与保持电压之间的电压差。
在接通状态中，跨越开关的电压电位可随着穿过所述开关的电流增加而保持接近于保持电压。所述开关可保持接通直到穿过开关的电流下降到低于保持电流为止。低于此值，开关便可关断且返回到相对高电阻不导电关断状态中，直到再次超过阈值电压及电流为止。
可使用一个或一个以上MOS或双极晶体管或者一个或一个以上二极管(MOS或双极)作为选择装置。如果使用二极管，那么可通过将行线从较高取消选择电平降低来选择位。作为另一非限制性实例，如果使用n沟道MOS晶体管作为选择装置而其源极(举例来说)处于接地，那么可提升行线以选择连接于所述MOS晶体管的漏极与列线之间的存储器元件。当使用单个MOS或单个双极晶体管作为选择装置时，可在“行线”上使用控制电压电平来接通及关断所述选择装置以存取存储器元件。
本说明书通篇中对“一个实施例”或“一实施例”的提及意指结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包含于本发明内所涵盖的至少一个实施方案中。因此，短语“一个实施例”或“在一实施例中”的出现未必指代相同实施例。此外，特定特征、结构或特性可以其它适合形式而非所图解说明的特定实施例来设置且所有此些形式可涵盖在本申请案的权利要求书内。
尽管已关于有限数目个实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将了解本发明的众多修改及变化形式。所附权利要求书打算涵盖归属于本发明真实精神及范围内的所有此些修改及变化形式。
Claims (20)
1.一种设备，其包括：
硫属化物层；及
电极层，其包含金属与非金属的混合物，所述电极层具有比金属原子少的氮原子。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述电极层包含氮原子。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述电极层包含从30％到40％的原子氮。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述电极层包含硅化物。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述电极层包含氮。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述硫属化物层为存储器元件的一部分。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述硫属化物层为双向阈值开关的一部分。
8.根据权利要求1所述的设备，其包含金属层及所述硫属化物层，所述金属层及所述硫属化物层将所述电极层夹在当中。
9.一种方法，其包括：
形成具有电极层的含硫属化物装置，所述电极层为金属与非金属的混合物，所述电极层具有比金属原子少的氮原子。
10.根据权利要求9所述的方法，其包含通过溅镀来形成所述电极层。
11.根据权利要求10所述的方法，其包含在硫属化物层上溅镀所述电极层。
12.根据权利要求9所述的方法，其包含形成相变存储器。
13.根据权利要求9所述的方法，其包含形成双向阈值开关。
14.根据权利要求9所述的方法，其包含形成为约30原子％到40原子％的氮的电极层。
15.根据权利要求9所述的方法，其包含由硅化物形成所述电极层。
16.根据权利要求9所述的方法，其包含将所述电极层夹在金属层与硫属化物层之间。
17.一种相变存储器，其包括：
一对电极，所述对电极中的至少一者包含金属氮化物层及含氮电极层；
硫属化物层，其位于所述电极之间；及
所述电极层包含少于50原子％的氮。
18.根据权利要求17所述的相变存储器，其包含将所述硫属化物层夹在当中的一对电极层，所述电极层中的每一者具有少于50原子％的氮。
19.根据权利要求17所述的相变存储器，其中所述电极层包含从30原子％到40原子％的氮。
20.根据权利要求17所述的相变存储器，其中所述金属氮化物层与所述电极层包含相同金属。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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