CN111902955A - 相变存储器结构和器件 - Google Patents

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Abstract

相变存储器(PCM)单元可以包括PCM层、金属陶瓷复合材料层、以及设置在PCM材料层与金属陶瓷复合材料层之间的氮化碳(CNx)电极层。CNx电极层在室温下可以具有约1mOhm‑cm至约2000mOhm‑cm的电阻率，并且在650℃下可以具有约1mOhm‑cm至约100mOhm‑cm的电阻率。

Description

相变存储器结构和器件
背景技术
相变材料具有可以在诸如卵形阈值开关和相变存储器(PCM)等许多应用中使用的性质。相变材料的不同的物理状态具有不同水平的电阻。例如，一种状态(例如，非晶态)可以具有高电阻，而另一种状态(例如，晶态)可以具有低电阻。在PCM中，这些不同水平的电阻可以用于存储二进制信息。每个状态被指定为不同的二进制值，并且一旦被存储，就可以通过检测材料的电阻来读取信息。每个状态一旦固定就会保持不变，这使得PCM成为一种很有价值的非易失性存储器(NVM)类型。
附图说明
图1A示出了根据示例性实施例的相变存储器(PCM)单元；
图1B示出了根据示例性实施例的PCM单元；
图1C示出了根据示例性实施例的PCM单元；
图2示出了根据示例性实施例的PCM单元；
图3A示出了根据示例性实施例的PCM器件；
图3B示出了根据示例性实施例的图3A的PCM器件的替代视图；以及
图4示出了根据示例性实施例的计算系统。
具体实施方式
虽然以下具体实施方式出于说明的目的包含许多细节，但是本领域普通技术人员将理解，可以对以下细节进行许多变换和替换，并且被认为包括在本文中。因此，在不对所提出的任何权利要求具有任何一般性损失且不对其施加任何限制的情况下阐述了以下实施例。还应理解，本文所使用的术语仅出于描述特定的实施例的目的，并且不旨在造成限制。除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语与本公开所属领域的普通技术人员通常所理解的具有相同的含义。
如在本书面描述中所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式的“一”和“所述”包括对复数对象的明确支持。因此，例如，对“层”的引用包括多个这样的层。
在该申请中，“包括(comprise)”、“包含”和“具有”等可以具有美国专利法中赋予它们的含义，并且可以意味着“包括(include)”等，并且通常被解释为开放式术语。术语“由……组成”是封闭式术语，并且仅包括结合这样的术语而具体列出的部件、结构、步骤等，以及根据美国专利法的术语。“基本上由......组成”具有美国专利法中通常赋予它们的含义。特别地，除了允许包括不会实质性影响用于一起的项目的基本和新颖性特性或功能的其他项目、材料、部件、步骤、或要素之外，这样的术语通常是封闭式术语。例如，如果以“基本上由……组成”的语言出现，存在于组合物中但不影响组合物性质或特性的痕量要素将是允许的，即使在该术语后面的项目列表中没有明确记载。在本书面描述中，使用开放式术语(例如“包括”)时，如明确指出的，应理解为也应直接支持“基本由……组成”的语言以及“由……组成”的语言，并且反之亦然。
说明书和权利要求中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果有的话)用于区分类似的要素，并且不必用于描述特定的顺序或时间顺序。应理解的是，这样使用的任何术语在适当的情况下是可互换的，使得本文所描述的实施例能够例如以不同于本文所示的或以其他方式描述的顺序操作。类似地，如果本文中描述的方法包括一系列步骤，则本文中呈现的这些步骤的顺序不一定是可以执行这些步骤的唯一顺序，并且所指出的步骤中的某些步骤可以省略和/或可以在方法中添加本文未描述的某些其他步骤。
说明书和权利要求中的术语“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等(如果有的话)仅用于描述性目的，并且不必用于描述永久性相对位置。应理解，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，使得本文所描述的实施例能够例如以不同于本文所示的或以其他方式描述的其它取向来操作。
如本文所使用的，诸如“增加”、“降低”、“更好”、“更差”、“更高”、“更低”、“增强”、“最小化”、“最大化”、“增加”、“降低”、“减少”等的比较性术语指的是器件、部件、功能、或活动的性质与周围或相邻区域中、可以进行比较的单个设备中、或多个可比较的设备中、在一组或类别中、在多个组或类别中的其他设备、部件、或活动是可测量地不同的、或与相关或类似的过程或功能、或与已知的现有技术相比较是可测量的不同的。例如，具有“增加的”损坏风险的数据区域可以指的是存储器件的区域与同一存储器件中的其他区域相比，更可能具有对该区域的写入错误。多种因素可能导致这种风险增加，包括位置、制造工艺、施加到该区域的编程脉冲数等。
如本文中所使用的，术语“耦合”被定义为以电或非电的方式直接或间接地连接。“直接耦合”的结构或元件直接接触并附接。本文所描述的彼此“相邻”的对象可以彼此物理接触、彼此紧密靠近、或者彼此处于相同的大致区域或面积中，这适用于使用该短语的上下文。
如本文所用，术语“基本”是指动作、特性、性质、状态、结构、项目或结果的完全或接近完全的水平或程度。例如，“基本”封闭的对象意味着该对象要么完全封闭，要么几乎完全封闭。在一些情况下，从绝对完全偏离的确切允许程度取决于特定的上下文。然而，一般而言，接近完全将具有与获得与绝对和全部完全相同的总体结果。当以否定含义使用时，“基本”的使用同等适用，指的是完全或几乎完全缺乏动作、特性、性质、状态、结构、项目或结果。例如，“基本不含”颗粒的复合物要么完全缺少颗粒、要么几乎完全缺少颗粒，其效果将与完全缺少颗粒的效果相同。换句话说，只要没有可测量到的效果，“基本上不含”成分或元素的复合物实际上仍可以包含这样的项目。
如本文所使用的，术语“约”用于通过提供给定值可以“略高于”或“略低于”端点来为数值范围端点提供灵活性。除非另有说明，否则根据特定数字或数字范围使用术语“约”也应理解为对没有术语“约”的这样的数字术语或范围提供支持。例如，为了方便和简洁起见，“约50埃至约80埃”的数值范围也应理解为对“50埃至80埃”的范围提供支持。此外，应理解，即使在本说明书中使用术语“约”时，也对实际数值提供支持。例如，对“约”30的记载应被解释为不仅对略高于30和略低于30的值提供支持，而且还对30的实际数值提供支持。
如本文所用，术语“非晶态”用于指代具有一定程度的非晶态的材料。“非晶态程度”是指给定的材料至少部分是非晶态的。因此，术语“非晶态”可以指至少部分为非晶态的材料、或基本或完全为非晶态的材料。在一些实施例中，给定的材料(例如CNx或硫族化物)可以是至少50％非晶态的。在其他示例中，材料可以是至少70％非晶态的。在其他示例中，该材料可以是至少80％非晶态的。在进一步的示例中，材料可以是至少90％非晶态的。在另外的示例中，材料可以是至少95％非晶态的、至少98％非晶态的或甚至100％非晶态的。
如本文使用的，为了方便，可以在共同的列表中呈现多个项目、结构要素、组成要素和/或材料。然而，这些列表应被解释为好像列表的每个成员都被个体地标识为单独且唯一的成员。因此，该列表的任何个体的成员仅基于它们在共同组中的呈现而没有相反指示，都不应被解释为同一列表中任何其他成员的事实上的等同物。
浓度、量、和其他数值数据可以在本文中以范围格式表示或呈现。应理解，这样的范围格式仅是为了方便和简洁而使用，并因此应灵活地解释为不仅包括明确记载为范围限制的数值，而且包括所有个体的数值或被包含在该范围内的子范围，就像每个数值和子范围都被明确记载一样。作为说明，“约1至约5”的数值范围应被解释为不仅包括约1至约5的明确记载的值，而且包括所指示的范围内的个体的值和子范围。因此，被包括在该数值范围内的是个体的值，例如2、3和4、以及诸如从1-3、从2-4和从3-5等的子范围、以及个体地1、2、3、4和5。
同样的原理适用于仅列举一个数值作为最小值或最大值的范围。此外，无论所描述的范围的广度或特性如何，都应采用这种解释。
在整个说明书中，对“示例”的引用意味着结合该示例描述的特定的特征、结构、或特性被包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在示例中”并不一定都指同一实施例。
示例性实施例
下面提供技术实施例的初步概述，并且随后进一步详细描述具体实施例。该初始总结旨在帮助读者更快地理解技术概念，但是既不旨在识别其关键或必要特征，也不旨在限制所要求保护的主题的范围。
相变存储器(PCM)器件已经被开发为包括连接到位线和字线的存储器单元的阵列，例如，可字节寻址的、就地写入非易失性存储器(NVM)，例如三维(3D)交叉点存储器。在许多情况下，每个相变存储器单元由许多不同材料的层组成。这样的层可以包括相变材料、电极、选择器件材料、扩散阻挡材料、绝热材料等。在一些情况下，个体的存储器单元可以被电介质材料分开以使存储器单元彼此电绝缘。位线和字线可以是沿着存储器单元的列和行沉积的金属线或其他导电材料的线，以允许存储器单元能够被单独寻址。有时将诸如穿透在其上形成有存储器阵列的衬底的导电过孔的附加结构结合到存储器阵列中。
组成相变存储器件的各种材料层和结构可能会带来各种操作和制造挑战。例如，可能希望使这些结构尽可能小以便制造高密度存储器。此外，可能需要使个体的存储器单元的操作效率最大化。然而，这可以与处理限制以及对一致和可靠的存储器操作的需求进行权衡。
本公开描述了PCM单元、结构、器件、系统以及相关的方法，其可以提供良好的单元编程效率并且可以使电极和金属陶瓷复合材料层之间的界面处的电阻率最小化，以维持或使产品良率最大化。更详细地，如本文所描述的，PCM单元可以包括PCM材料层、金属陶瓷复合材料层、以及位于PCM材料层与金属陶瓷复合材料层之间的非晶态氮化碳(CNx，其中x是N的原子比)电极层。这可以在图1A-图1C中进一步示出。
例如，图1A示出了具有PCM材料层105、非晶态CNx电极层110、和金属陶瓷复合材料层120的PCM单元100A。在该特定示例中，非晶态CNx电极层110被定位为与PCM材料层105和金属陶瓷复合材料层120直接接触。非晶态CNx电极层110可以形成第一电极(或CNx电极)。注意，非晶态CNx电极层110通常可以具有比碳电极层高的电阻率，这可以相对于碳电极层提高PCM单元的单元编程效率。为了维持合适的金属陶瓷复合材料层界面，非晶态CNx电极层110中的氮含量可以从PCM材料层侧101处的较高氮含量或浓度分级至靠近金属陶瓷复合材料层120的相对侧103处(即，金属陶瓷复合材料层界面)的较低氮含量或浓度。因此，非晶态CNx电极层可以提供高电阻率以使单元编程效率最大化，同时维持合适的金属陶瓷复合材料层界面以维持或使产品良率最大化。
图1B示出了具有PCM材料层105、非晶态CNx电极层110、上部阻挡层112和金属陶瓷复合材料层120的PCM单元100B的替代配置。非晶态CNx电极层110和上部阻挡层112可以形成第一电极(或CNx电极)。在该特定示例中，非晶态CNx电极层110可以具有如关于PCM单元100A所描述的分级的氮含量，或者具有均匀的或基本均匀的成分。例如，在一些情况下，上部阻挡层112可以提供合适的金属陶瓷复合材料层界面，而不会使非晶态CNx电极层110的氮含量分级。因此，非晶态CNx电极层110由于其较高的体电阻率而可以使编程电流最小化，并且上部阻挡层112可以使金属陶瓷复合材料层界面处的电阻率最小化。然而，需要强调的是，根据所期望的，无论非晶态CNx电极层110具有梯度(gradient)成分还是均匀成分，都可以使用上部阻挡层112。
图1C示出了具有PCM材料层105、非晶态CNx电极层110、上部(或第一上部)阻挡层112、下部(或第一下部)阻挡层114和金属陶瓷复合材料层120的PCM单元100C的另一示例。在该示例中，上部阻挡层112和下部阻挡层114位于非晶态CNx电极层110的相对侧。非晶态CNx电极层110、上部阻挡层112和下部阻挡层114可以形成第一电极(或CNx电极)。如关于PCM单元100B所描述的，非晶态CNx电极层110可以具有分级成分、或均匀成分、或基本均匀的成分。例如，在一些情况下，上部阻挡层112可以提供合适的金属陶瓷复合材料层界面，而不会使非晶态CNx电极层110的成分分级。因此，非晶态CNx电极层110由于其较高的体电阻率可以使编程电流最小化，并且上部阻挡层112可以使金属陶瓷复合材料层界面处的电阻率最小化。在该特定示例中，PCM单元100C还可以包括下部阻挡层114，下部阻挡层114可以为PCM单元提供附加的热稳定性并且使PCM材料向非晶态CNx电极层中的扩散最小化。尽管在该特定示例中未示出，但是如关于PCM单元100A所描述的，可以从其中非晶态CNx电极层具有分级成分的PCM单元100C去除上部阻挡层112。因此，在一些示例中，PCM单元可以包括非晶态CNx电极层110和下部阻挡层114，而不包括上部阻挡层112。再次强调，根据所期望的，无论非晶态CNx电极层具有梯度成分还是均匀成分，上部阻挡层112、下部阻挡层114或两者均可以与非晶态CNx电极层110结合使用。
在其他示例中，还可以在下部阻挡层114和PCM材料层105之间包括附加的CNx电极层(未示出)。根据所期望的，附加的CNx电极层可以具有分级的氮含量或均匀的成分。在一些示例中，附加的CNx电极层也可以是非晶态的。
更详细地，PCM单元中的PCM材料层可以包括多种PCM材料中的一种或多种。通常，相变材料可以包括具有稳定且可检测的相变的任何有用的材料。在一些示例中，相变材料可以包括锗、锑、碲、硅、镍、镓、砷、银、锡、金、铅、铋、铟、钇、硒、钪、硼、氧、硫、氮、碳等、或其组合。这样的材料的具体示例可以包括多种硫族化物或硫族化物合金中的任何一种，包括但不限于Ge-Te、In-Se、Sb-Te、Ge-Sb、Ga-Sb、In-Sb、As-Te、Al-Te、Ge-Sb-Te、Te-Ge-As、In-Sb-Te、In-Se-Te、Te-Sn-Se、Ge-Se-Ga、Bi-Se-Sb、Ga-Se-Te、Sn-Sb-Te、In-Sb-Ge、Te-Ge-Sb-S、Te-Ge-Sn-O、Te-Ge-Sn-Au、Pd-Te-Ge-Sn、In-Se-Ti-Co、Ge-Sb-Te-Pd、Ge-Sb-Te-Co、Sb-Te-Bi-Se、Ag-In-Sb-Te、Ge-Sb-Se-Te、Ge-Sn-Sb-Te、Ge-Te-Sn-Ni、Ge-Te-Sn-Pd、和Ge-Te-Sn-Pt等。如本文所使用的，连字符化学成分表示法表示特定混合物或化合物(例如，硫族化物合金)中所包括的元素，并且旨在表示涉及所示元素的所有化学计量，例如，具有化学计量变化的GeXSbYTeZ(例如，Ge2Sb2Te5、Ge2Sb2Te7、Ge1Sb2Te4、Ge1Sb4Te7等)以形成梯度。在一些另外的示例中，硫族化物合金可以被掺杂，例如被铟、钇、钪、硼、氮、氧等、或其组合掺杂。
金属陶瓷复合材料层可以包括金属陶瓷复合材料的各种组合。在一些示例中，金属陶瓷复合材料可以包括与硅、碳、氮、硼、氧等、或其组合进行组合的钨、钛、钽等(例如，难熔金属等)。在一些示例中，金属陶瓷复合材料可以包括任何合适的金属陶瓷材料。在一些特定示例中，金属陶瓷复合材料可以包括氮化钨硅、氮化钽硅、氮化铌硅、氮化钼硅、氮化钛硅、氮化碳、氮化钨碳、掺杂的α硅、掺杂的α锗等、或其组合。在一些其他示例中，金属陶瓷复合材料可以包括氮化钨硅(WSiN)。
非晶态CNx电极层可以包括各种各样的成分。例如，在一些情况下，非晶态CNx电极层可以具有均匀的或基本均匀的成分。在这种情况下，氮通常以约0.1at％至约35at％的原子百分比(at％)存在于非晶态CNx电极层中。在其他示例中，氮可以以约0.5at％至约30at％的量存在于CNx电极层中。在其他示例中，氮可以以约1at％至约25at％的量存在于CNx电极层中。
如先前所讨论的，在一些示例中，非晶态CNx电极层可以具有梯度成分。例如，在一些情况下，非晶态CNx电极层可具有以下这样的氮浓度：从在靠近PCM材料层的非晶态CNx电极层的PCM材料层侧的约15at％至约35at％的氮浓度，过渡至在靠近金属陶瓷复合材料层的非晶态CNx电极层的相对侧的约0.1at％至约1at％的氮浓度。在一些其他示例中，非晶态CNx电极层可具有以下这样的氮浓度：从在靠近PCM材料层的非晶态CNx电极层的PCM材料层侧的约20at％至约30at％的氮浓度，过渡至在靠近金属陶瓷复合材料层的非晶态CNx电极层的相对侧的约0.3at％至约3at％的氮浓度。在其他示例中，非晶态CNx电极层可具有以下这样的氮浓度：从在靠近PCM材料层的非晶态CNx电极层的PCM材料层侧的约25at％至约40at％的氮浓度，过渡至在靠近金属陶瓷复合材料层的非晶态CNx电极层的相对侧的约0.5at％至约5at％的氮浓度。也可以使用其他合适的非晶态CNx电极层中氮含量的范围。在一些示例中，可以在相对方向上(即，从靠近金属陶瓷复合材料层的相对侧过渡至PCM材料层侧)形成梯度浓度。在这种情况下，可以在相对方向上应用相同的范围(例如，从在靠近金属陶瓷复合材料层的非晶态CNx电极层的相对侧的约15at％至约35at％的氮过渡至在靠近PCM材料层的PCM材料侧的约0.1at％至约1at％的氮浓度等)。
在非晶态CNx电极层具有梯度成分的情况下，可以使用各种各样的梯度成分。在一些示例中，梯度可以是包括一个或多个不同浓度变化(例如1个浓度阶梯、2个浓度阶梯、3个浓度阶梯等)的阶梯梯度。在一些其他示例中，梯度可以是连续梯度，例如线性或基本线性的梯度、抛物线梯度、或其他合适的连续梯度。
取决于非晶态CNx电极层的期望的电气性质、该层的成分等，该晶态CNx电极层可以具有各种各样的厚度。在一些示例中，CNx电极层可以具有约1纳米(nm)至约30nm的厚度。在其他示例中，CNx电极层可以具有约2nm至约20nm的厚度。
非晶态CNx电极层可以具有各种各样的电阻率。例如，在一些情况下，非晶态CNx电极层在室温下可以具有约1mOhm-cm至约2000mOhm-cm的可调电阻率，并且在650℃下可以具有约1mOhm-cm至约100mOhm-cm的可调电阻率。在一些其他示例中，非晶态CNx电极层在室温下可以具有约5mOhm-cm至约1000mOhm-cm的可调电阻率，并且在650℃下可以具有约5mOhm-cm至约50mOhm-cm的可调电阻率。
无论CNx电极层具有均匀的成分还是梯度成分，PCM单元都可以可选地还包括上部阻挡层、下部阻挡层或两者。上部阻挡层和下部阻挡层可以具有各种各样的厚度。在一些示例中，上部阻挡层可以具有约2nm至约20nm、或者约3nm至约10nm的厚度。类似地，下部阻挡层可具有约2nm至约20nm、或约3nm至约10nm的厚度。然而，在采用上部阻挡层和下部阻挡层这两者的情况下，注意，两层不需要具有相同的厚度。
上部阻挡层和下部阻挡层也可以包括多种材料。在一些示例中，上部阻挡层和下部阻挡层可以包括碳(C)、n型掺杂的多晶硅、p型掺杂的多晶硅、金属(例如，Al、Cu、Ni、Cr、Co、Ru、Rh、Pd、Ag、Pt、Au、Ir、Ta和W)等、或其组合。在一些具体示例中，上部阻挡层、下部阻挡层或两者由碳材料形成。合适的碳材料的非限制性示例可以包括非晶态碳、晶态碳、石墨碳、纳米结构的碳、金刚石状碳、纳米金刚石、硼掺杂的碳等、或其组合。
根据所期望的，PCM单元可以包括各种各样的附加部件。在图2中示出了一些非限制性示例，图2也可以表示PCM结构。如上所述，PCM单元200可以包括PCM材料层205。PCM单元还可以包括非晶态CNx电极层210、上部阻挡层212和金属陶瓷复合材料层220。非晶态CNx电极层210与上部阻挡层212可以形成第一电极或CNx电极。根据所期望的，非晶态CNx电极层210可以具有分级的氮含量或均匀的氮含量。
PCM单元200还可以包括设置在PCM层205的相对两侧或任一侧上的上部或第一薄片层202和/或下部或第二薄片层204。这些薄片层可以是粘合层，或者可以以其他方式促进PCM层205与周围的电极层210、230之间具有良好的电连接。薄片层可以由各种各样的材料形成。非限制性示例可以包括钨、钽、钛等、或其组合。
PCM单元200还可以包括第二电极230。第二电极可以包括一种或多种导电或半导电材料。非限制性示例可以包括碳(C)、氮化碳(CxNy)、n型掺杂的多晶硅、p型掺杂的多晶硅、金属(例如，Al、Cu、Ni、Cr、Co、Ru、Rh、Pd、Ag、Pt、Au、Ir、Ta和W)、导电金属氮化物(例如，TiN、TaN、WN和TaCN)、导电金属硅化物(例如，硅化钽、硅化钨、硅化镍、硅化钴和硅化钛)、导电金属硅化氮化物(例如，TiSiN和WSiN)、导电金属碳化氮化物(例如，TiCN和WCN)、导电金属氧化物(例如，RuO2)等、或其组合。
在一些示例中，第二电极也可以包括第二CNx电极层。在一些示例中，第二CNx电极层也可以是非晶态的。在其他示例中，可能期望第二CNx电极层是晶态的。第二CNx电极层的参数一般可以包括与关于第一电极的CNx电极层所描述的参数相同的参数。例如，在一些情况下，第二CNx电极层可以具有基本均匀的成分。在一些示例中，如关于第一电极的非晶态CNx电极层所描述的，第二CNx电极层可以具有以下这样的梯度成分：从在靠近选择器件层的选择器件层侧的约15at％至约35at％的氮，例如过渡至在靠近PCM材料层的相对侧的约0.1at％至约1at％的氮，或关于第一电极描述的其他合适的范围。在一些示例中，如关于第一电极的非晶态CNx电极层所描述的，可以在相对方向上(即，从靠近PCM层的相对侧过渡到SD层侧)形成梯度浓度。在这种情况下，可以在相对方向上应用相同的范围(例如，从在靠近PCM材料层的第二CNx电极层的相对侧的约15at％到约35at％的氮过渡至在靠近SD层的SD层侧的约0.1at％至约1at％的氮浓度、或关于第一电极所描述的其他范围)。然而，在使用时，第二CNx电极层不需要与第一电极的非晶态CNx电极层具有相同的成分、厚度等。在一些其他示例中，第二电极还可以包括第二上部阻挡层、第二下部阻挡层、或两者。这些阻挡层的参数一般还可以包括与关于第一电极的上部阻挡层和下部阻挡层所描述的参数相同的参数。然而，在第一电极中使用的任何阻挡层不需要与在第二电极中使用的任何阻挡层具有相同的成分、厚度等。第二上部阻挡层可以位于第二CNx电极层与PCM材料层之间。第二下部阻挡层可以位于第二CNx电极层与字线之间。在一些示例中，第二电极中也可以包括附加的CNx电极层。在这种情况下，通常可以将中间阻挡层(例如，第二上部阻挡层或第二下部阻挡层)放置在CNx电极层之间。
PCM单元200还可以包括选择器件(SD)层240。注意，选择器件材料通常由硫族化物材料制成，并因此，本文关于PCM材料层描述的材料在此也适用。取决于器件的设计，在给定存储结构中用于PCM材料层和SD层的实际材料可以是不同的或相同的。在另一示例中，SD层中的选择器件材料可以是导体、半导体、或电介质材料。可以根据需要选择这样的材料以在相变存储器单元中执行预期的功能。
PCM单元200还可以包括第三电极232。第三电极可以包括一种或多种导电或半导电材料。非限制性示例可以包括碳(C)、氮化碳(CxNy)、n型掺杂的多晶硅、p型掺杂的多晶硅、金属(例如，Al、Cu、Ni、Cr、Co、Ru、Rh、Pd、Ag、Pt、Au、Ir、Ta、和W)、导电金属氮化物(例如，TiN、TaN、WN、和TaCN)、导电金属硅化物(例如，硅化钽、硅化钨、硅化镍、硅化钴和硅化钛)、导电金属硅化氮化物(例如，TiSiN和WSiN)、导电金属碳化氮化物(例如，TiCN和WCN)、导电金属氧化物(例如，RuO2)等、或其组合。
在一些示例中，第三电极也可以包括第三CNx电极层。在一些示例中，第三CNx电极层也可以是非晶态的。然而，在一些示例中，可能期望第三CNx电极层是晶态的。第三CNx电极层的参数通常可以包括与关于第一电极的非晶态CNx电极层所描述的参数相同的参数。例如，在一些情况下，第三CNx电极层可以具有基本均匀的成分。在一些示例中，如关于第一电极的非晶态CNx电极层所描述的，例如，第三CNx电极层可具有以下这样的梯度成分：从在靠近字线的字线侧的约15at％至约35at％的氮过渡至在靠近SD层的相对侧的约0.1at％至约1at％的氮、或如关于第一电极描述的其他合适的范围。在一些示例中，如关于第一电极的非晶态CNx电极层所描述的，可以在相对方向上(即，从靠近SD层的相对侧过渡至字线侧)形成梯度浓度。在这种情况下，可以在相对方向上应用相同的范围(例如，从在靠近SD层的第三CNx电极层的相对侧的约15at％至约35at％的氮，过渡到靠近字线的字线侧的约0.1at％至约1at％的氮浓度、或关于第一电极所描述的其他范围)。然而，在使用时，第三CNx电极层不需要与第一电极的非晶态CNx电极层具有相同的成分、厚度等。在一些其他示例中，第三电极还可以包括第三上部阻挡层、第三下部阻挡层、或两者。这些阻挡层的参数一般还可以包括与关于第一电极的上部阻挡层和下部阻挡层所描述的参数相同的参数。然而，在第一电极中使用的任何阻挡层不需要与在第三电极中使用的任何阻挡层具有相同的成分、厚度等。第三上部阻挡层可以位于第三CNx电极层和PCM材料层之间。第三下部阻挡层可以位于第三CNx电极层和字线之间。在一些示例中，第三电极中也可以包括附加的CNx电极层。在这种情况下，通常可以将中间阻挡层(例如，第三上部阻挡层或第三下部阻挡层)放置在CNx电极层之间。
例如，图2还示出了位线250和字线252。然而，注意，这些特征是针对上下文而呈现的，并且不一定旨在形成个体的PCM单元200的一部分。然而，位线250和字线252可以形成PCM结构的一部分。例如，如图2所示，PCM结构可以包括使个体的位线和个体的字线互连的本文所述的PCM单元。在一些其他示例中，PCM结构可以包括电耦合到公共位线或字线的多个PCM单元。导电位线和字线可以由各种各样的导电材料制成。非限制性示例可以包括钨(W)、氮化钨(WN)、镍(Ni)、氮化钽(TaN)、铂(Pt)、金(Au)、氮化钛(TiN)、氮化钛硅(TiSiN)、氮化钛铝(TiAlN)、氮化钼(MoN)等、或其组合。在一些示例中，字线和位线可以由相同的材料形成。在其他示例中，字线和位线可以由不同的材料形成。还要注意，在一些示例中，PCM结构的字线可以以与位线基本垂直的取向来进行定向。这在示出了示例性PCM器件的图3A-图3B更加清楚地示出。
如本文所描述的个体的PCM单元可以被包括在PCM器件中以形成PCM单元的阵列。PCM器件可以另外地包括字线的阵列和位线的阵列。PCM单元的阵列可以使字线的阵列和位线的阵列互连。个体PCM单元可以单独寻址。
图3A-图3B示出了具有如本文所描述的PCM单元的阵列的PCM器件300的不同视图。更具体地，图3A示出了沿个体位线350截取的截面图，其中个体字线352延伸到页面中，并且位线350被定向为垂直于个体字线352。图3B示出了沿着个体字线352截取的截面图，其中个体位线350延伸到页面中，并且字线352被定向为垂直于个体位线350。在PCM器件300的该特定示例中，个体的PCM单元包括非晶态CNx电极层310、金属陶瓷复合材料层320和设置在其间的上部阻挡层312。非晶态CNx电极层310和上部阻挡层312可以形成第一电极或CNx电极。如本文其他地方所描述的，非晶态CNx电极层310可以具有梯度成分或均匀的成分。位线350位于金属陶瓷复合材料层320上。上部薄片层302和下部薄片层304位于PCM层305的相对侧上。PCM层位于第二电极330上。第二电极330设置在SD层340上。SD层340位于第三电极332上。个体的PCM单元形成在字线352上。个体字线352形成在合适的衬底301上。可以使用任何合适的衬底材料。例如，衬底可以是常规的硅衬底或包括半导体材料层的其他体衬底。体衬底可以包括但不限于在基础半导体基底上的硅、绝缘体上硅(SOI)、蓝宝石上硅(SOS)、外延硅、等或其组合、或另一种半导体或光电材料，例如硅锗、锗、砷化镓、磷化铟等、或其组合。衬底可以是掺杂的或未掺杂的。
电介质材料364可以位于个体的PCM单元之间，以使个体的PCM单元电隔离。在一些示例中，电介质材料可以包括SiO2或其他合适的电介质材料。还要注意，第二电介质材料360和第三电介质材料362也可以用于封装或进一步使个体的PCM单元隔离。在一些示例中，第二电介质材料、第三电介质材料、或两者都可以包括氮化硅(例如，Si3N4或通常为SixNy，其中x和y表示任何合适的相对量)或其他合适的电介质材料。
在一些示例中，如本文所描述的PCM器件可以被包括在计算系统中。计算系统可以包括主板和如本文所描述的可操作地耦合到主板的PCM器件。在一个方面，如图4所示，计算系统490还可以包括可以可操作地耦合到主板491的处理器492、PCM器件493、无线电设备494、散热器495、端口496、插槽497、或任何其他合适的器件或部件。计算系统490可以包括任何类型的计算系统，例如台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能手机、可穿戴设备、服务器等。其他实施例不需要包括图4中所指定的所有特征，并且可以包括图4中未指定的替代特征。
PCM器件的电子部件或器件(例如，管芯)中使用的电路可以包括硬件、固件、程序代码、可执行代码、计算机指令和/或软件。电子部件和器件可以包括非暂时性计算机可读存储介质，其可以是不包括信号的计算机可读存储介质。在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，本文所述的计算系统可以包括处理器、可由处理器读取的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)、至少一个输入设备、和至少一个输出设备。易失性和非易失性存储器和/或存储元件可以是RAM、EPROM、闪存驱动器、光学驱动器、磁性硬盘驱动器、固态驱动器、或其他用于存储电子数据的介质。节点和无线设备还可以包括收发器模块、计数器模块、处理模块、和/或时钟模块或计时器模块。可以实施或利用本文描述的任何技术的一个或多个程序可以使用应用程序编程接口(API)、可重用控件等。可以以高级过程或面向对象的编程语言来实施这样的程序，以与计算机系统通信。然而，如果期望的话，可以用汇编语言或机器语言来实施(一个或多个)程序。在任何情况下，该语言都可以是编译的或解释的语言，并且可以与硬件实施方式组合。
如上所述，本文描述的PCM单元可以具有良好的编程效率。因此，本公开还描述了使PCM单元的编程电流最小化的方法。该方法可以包括在PCM材料层和金属陶瓷复合材料层之间形成如本文所描述的非晶态CNx电极层。非晶态CNx电极层可以提供比碳电极层更高的电阻率，以使PCM单元的编程电流最小化。此外，在一些示例中，非晶态CNx电极层可以包括梯度氮含量，所述梯度氮含量使非晶态CNx电极层与金属陶瓷复合材料层之间的界面处的电阻率最小化。另外地或替代地，可以在非晶态CNx电极层与金属陶瓷复合材料层之间设置上部阻挡层，以使非晶态CNx电极层与金属陶瓷复合材料层之间的界面处的电阻率最小化。在非晶态CNx电极层和金属陶瓷复合材料层之间采用上部阻挡层的情况下，非晶态CNx电极层可以具有均匀的成分而不是梯度成分。在本文其他地方描述了这些层的各种特性。
本公开还描述了制造PCM单元的方法。一般而言，制造方法可以包括在PCM材料层和金属陶瓷复合材料层之间形成CNx电极(或第一电极)。(例如，参见图1A-图1C)。CNx电极(或第一电极)可以包括如本文所描述的非晶态CNx电极层。
CNx电极可以具有各种各样的形式。在一些示例中，CNx电极可以包括具有梯度成分的单个非晶态CNx电极层。在其他示例中，CNx电极可以包括具有均匀成分的非晶态CNx电极层和定位成与金属陶瓷复合材料层接触的上部阻挡层。注意，CNx电极的特定成分可以影响形成CNx电极所需的沉积室的数量。例如，在一些情况下，在CNx电极包括上部阻挡层的情况下，可能需要两个单独的沉积室来沉积单独的非晶态CNx电极层和上部阻挡层。然而，在CNx电极包括单个梯度非晶态CNx电极层的情况下，例如，可以在单个沉积室中形成CNx电极。在一些其他示例中，CNx电极可以包括具有足够相似的成分的非晶态CNx电极层和上部阻挡层以允许在单个沉积室中形成两个层。在另外的示例中，CNx电极可以包括非晶态CNx电极层、上部阻挡层和下部阻挡层。在这样的示例中，取决于每一层的具体成分，可以在1至3个沉积室中形成CNx电极。
在一些示例中，制造PCM单元的方法还可以包括在PCM材料层的一侧或多侧(例如，相对的两侧)上形成上部薄片层和/或下部薄片层。例如，可以在PCM材料层和CNx电极之间形成上部薄片层，并且可以在PCM材料层和第二电极之间形成下部薄片层。在一些示例中，可以在选择器件层上形成第二电极。在一些其他示例中，形成第二电极可以包括形成第二CNx电极层。在一些其他示例中，形成第二电极可以包括形成第二上部阻挡层、第二下部阻挡层、或两者。在一些示例中，可以在第三电极上形成选择器件层。在一些附加的示例中，形成第三电极可以包括形成第三CNx电极层。在一些其他示例中，形成第三电极可以包括形成第三上部阻挡层、第三下部阻挡层、或两者。在本文其他地方描述了PCM单元的各个层的一般特征。此外，可以使用任何适当的技术来形成PCM单元的各个层，例如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)等、或其组合。
示例
在一个示例中，提供了一种相变存储器(PCM)单元，其包括PCM材料层、金属陶瓷复合材料层、以及设置在PCM材料层与金属陶瓷复合材料层之间的非晶态氮化碳(CNx)电极层。
在PCM单元的一个示例中，PCM材料层包括锗、锑、碲、硅、镍、镓、砷、银、锡、金、铅、铋、铟、硒、氧、硫、氮、碳、或其组合。
在PCM单元的一个示例中，金属陶瓷复合材料层包括氮化钨硅、氮化钽硅、氮化铌硅、氮化钼硅、氮化钛硅、氮化碳、氮化钨碳、掺杂的α硅、掺杂的α锗、或其组合。
在PCM单元的一个示例中，金属陶瓷复合材料层包括金属氮化硅，并且非晶态CNx电极层是至少50％非晶态的。
在PCM单元的一个示例中，金属陶瓷复合材料层包括金属氮化硅，并且非晶态CNx电极层是至少70％非晶态的。
在PCM单元的一个示例中，金属陶瓷复合材料层包括金属氮化硅，并且非晶态CNx电极层是至少90％非晶态的。
在PCM单元的一个示例中，非晶态CNx电极层在室温下具有约1mOhm-cm至约2000mOhm-cm的电阻率。
在PCM单元的一个示例中，非晶态CNx电极层在650℃下具有约1mOhm-cm至约100mOhm-cm的电阻率。
在PCM单元的一个示例中，非晶态CNx电极层在室温下具有约1mOhm-cm至约2000mOhm-cm的电阻率，并且在650℃下具有约1mOhm-cm至约100mOhm-cm的电阻率。
在PCM单元的一个示例中，氮以约0.1at％至约35at％的原子百分比(at％)存在于非晶态CNx电极层中。
在PCM单元的一个示例中，非晶态CNx电极层具有约2nm至约20nm的厚度。
在PCM单元的一个示例中，PCM单元还包括位于非晶态CNx电极层与金属陶瓷复合材料层之间的上部阻挡层。
在PCM单元的一个示例中，上部阻挡层包括第一碳材料。
在PCM单元的一个示例中，上部阻挡层具有2nm至20nm的厚度。
在PCM单元的一个示例中，PCM单元还包括位于PCM材料层与非晶态CNx电极层之间的下部阻挡层。
在PCM单元的一个示例中，下部阻挡层包括碳材料。
在PCM单元的一个示例中，下部阻挡层具有2nm至20nm的厚度。
在PCM单元的一个示例中，非晶态CNx电极层与金属陶瓷复合材料层直接接触。
在PCM单元的一个示例中，非晶态CNx电极层具有以下这样的氮的梯度浓度：从在靠近PCM材料层的PCM材料层侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近金属陶瓷复合材料层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
在PCM单元的一个示例中，梯度浓度是基本上线性的梯度。
在PCM单元的一个示例中，PCM材料层设置在非晶态CNx电极层和第二电极之间。
在PCM单元的一个示例中，第二电极包括碳、氮化碳、掺杂的多晶硅、金属、导电金属氮化物、导电金属硅化物、或其组合。
在PCM单元的一个示例中，第二电极包括第二CNx电极层。
在PCM单元的一个示例中，PCM单元还包括位于第二CNx电极层和PCM材料层之间的第二上部阻挡层。
在PCM单元的一个示例中，PCM单元还包括位于第二CNx电极层和选择器件层之间的第二下部阻挡层。
在PCM单元的一个示例中，第二CNx电极层具有以下这样的氮的梯度浓度：从在靠近选择器件层的选择器件层侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近PCM材料层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
在PCM单元的一个示例中，第二电极设置在PCM材料层和选择器件层之间。
在PCM单元的一个示例中，选择器件层设置在第二电极与第三电极之间。
在PCM单元的一个示例中，第三电极包括碳、氮化碳、掺杂的多晶硅、金属、导电金属氮化物、导电金属硅化物、或其组合。
在PCM单元的一个示例中，第三电极包括第三CNx电极层。
在PCM单元的一个示例中，PCM单元还包括位于第三CNx电极层与选择器件层之间的第三上部阻挡层。
在PCM单元的一个示例中，PCM单元还包括位于第三CNx电极层与个体字线之间的第三下部阻挡层。
在PCM单元的一个示例中，第三CNx电极层具有以下这样的氮的梯度浓度：从在靠近字线的字线侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近选择器件层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
在PCM单元的一个示例中，PCM单元还包括位于非晶体CNx电极层与PCM材料层之间的薄片层。
在一个示例中，提供了一种相变存储器(PCM)器件，其包括字线的阵列、位线的阵列、以及使字线的阵列和位线的阵列互连的PCM单元的阵列，所述PCM单元的阵列可单独寻址并且分别包括：PCM材料层、金属陶瓷复合层、以及设置在PCM材料层与金属陶瓷复合层之间的非晶态氮化碳(CNx)电极层。
在PCM器件的一个示例中，PCM材料层包括锗、锑、碲、硅、镍、镓、砷、银、锡、金、铅、铋、铟、硒、氧、硫、氮、碳、或其组合。
在PCM器件的一个示例中，金属陶瓷复合材料层包括氮化钨硅、氮化钽硅、氮化铌硅、氮化钼硅、氮化钛硅、氮化碳、氮化钨碳、掺杂的α硅、掺杂的α锗、或其组合。
在PCM器件的一个示例中，金属陶瓷复合材料层包括金属氮化硅，并且非晶态CNx电极层是至少50％非晶态的。
在PCM器件的一个示例中，金属陶瓷复合材料层包括金属氮化硅，并且非晶态CNx电极层是至少70％非晶态的。
在PCM器件的一个示例中，金属陶瓷复合材料层包括金属氮化硅，并且非晶态CNx电极层是至少90％非晶态的。
在PCM器件的一个示例中，非晶态CNx电极层在室温下具有约1mOhm-cm至约2000mOhm-cm的电阻率。
在PCM器件的一个示例中，非晶态CNx电极层在650℃下具有约1mOhm-cm至约100mOhm-cm的电阻率。
在PCM器件的一个示例中，非晶态CNx电极层在室温下具有约1mOhm-cm至约2000mOhm-cm的电阻率，并且在650℃下具有约1mOhm-cm至约100mOhm-cm的电阻率。
在PCM器件的一个示例中，氮以约0.1at％至约35at％的原子百分比(at％)存在于非晶态CNx电极层中。
在PCM器件的一个示例中，非晶态CNx电极层具有约2nm至约20nm的厚度。
在PCM器件的一个示例中，PCM器件还包括位于个体的PCM单元中的非晶态CNx电极层与金属陶瓷复合材料层之间的上部阻挡层。
在PCM器件的一个示例中，上部阻挡层包括碳材料。
在PCM器件的一个示例中，上部阻挡层具有2nm至20nm的厚度。
在PCM器件的一个示例中，PCM器件还包括位于个体的PCM单元中的PCM材料层和非晶态CNx电极层之间的下部阻挡层。
在PCM器件的一个示例中，下部阻挡层包括碳材料。
在PCM器件的一个示例中，下部阻挡层具有2nm至20nm的厚度。
在PCM器件的一个示例中，非晶态CNx电极层与金属陶瓷复合材料层直接接触。
在PCM器件的一个示例中，非晶态CNx电极层具有以下这样的氮的梯度浓度：从在靠近PCM材料层的PCM材料层侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近金属陶瓷复合材料层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
在PCM器件的一个示例中，梯度浓度是基本线性的梯度。
在PCM器件的一个示例中，PCM材料层设置在个体的PCM单元中的非晶态CNx电极层与第二电极之间。
在PCM器件的一个示例中，第二电极包括碳、氮化碳、掺杂的多晶硅、金属、导电金属氮化物、导电金属硅化物、或其组合。
在PCM器件的一个示例中，第二电极包括第二CNx电极层。
在PCM器件的一个示例中，PCM器件还包括位于第二CNx电极层和PCM材料层之间的第二上部阻挡层。
在PCM器件的一个示例中，PCM器件还包括位于第二CNx电极层和选择器件层之间的第二下部阻挡层。
在PCM器件的一个示例中，第二CNx电极层具有以下这样的氮的梯度浓度：从在靠近选择器件层的选择器件层侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近PCM材料层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
在PCM器件的一个示例中，第二电极设置在个体的PCM单元中的PCM材料层和选择器件层之间。
在PCM器件的一个示例中，选择器件层设置在个体的PCM单元中的第二电极和第三电极之间。
在PCM器件的一个示例中，第三电极包括碳、氮化碳、掺杂的多晶硅、金属、导电金属氮化物、导电金属硅化物、或其组合。
在PCM器件的一个示例中，第三电极包括第三CNx电极层。
在PCM器件的一个示例中，PCM器件还包括位于第三CNx电极层和选择器件层之间的第三上部阻挡层。
在PCM器件的一个示例中，PCM器件还包括位于第三CNx电极层和个体字线之间的第三下部阻挡层。
在PCM器件的一个示例中，第三CNx电极层具有以下这样的氮的梯度浓度：从在靠近字线的字线侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近选择器件层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
在PCM器件的一个示例中，PCM器件还包括位于个体的PCM单元中的非晶态CNx电极层与PCM材料层之间的薄片层。
在PCM器件的一个示例中，位线的阵列和字线的阵列基本彼此垂直地定向。
在PCM器件的一个示例中，个体的PCM单元的非晶态CNx电极层位于PCM材料层与个体位线之间。
在PCM器件的一个示例中，个体的PCM单元的PCM材料层位于非晶态CNx电极层与个体字线之间。
在一个示例中，提供了一种计算系统，其包括主板以及可操作地耦合到主板的本文所述的PCM存储器件。
在计算系统的一个示例中，该计算系统包括台式计算机、膝上型计算机、平板电脑、智能电话、可穿戴设备、服务器或其组合。
在计算系统的一个示例中，该计算系统还包括可操作地耦合到主板的处理器、存储器件、散热器、无线电设备、插槽、端口、或其组合。
在一个示例中，提供了一种使相变存储器(PCM)单元的编程电流最小化的方法，该方法包括在PCM材料层和金属陶瓷复合层之间沉积非晶态氮化碳(CNx)电极层。
在使PCM单元的编程电流最小化的方法的一个示例中，非晶态CNx电极层在室温下具有约1mOhm-cm至约2000mOhm-cm的电阻率，并且在650℃下具有约1mOhm-cm到约100mOhm-cm的电阻率。
在使PCM单元的编程电流最小化的方法的一个示例中，金属陶瓷复合材料层包括氮化钨硅、氮化钽硅、氮化铌硅、氮化钼硅、氮化钛硅、氮化碳、氮化钨碳、掺杂的α硅、掺杂的α锗、或其组合。
在使PCM单元的编程电流最小化的方法的一个示例中，氮以约0.1at％至约35at％的原子百分比(at％)存在于非晶态CNx电极层中。
在使PCM单元的编程电流最小化的方法的一个示例中，非晶态CNx电极层具有约2nm至约20nm的厚度。
在使PCM单元的编程电流最小化的方法的一个示例中，该方法还包括在非晶态CNx电极层与金属陶瓷复合材料层之间设置上部阻挡层。
在使PCM单元的编程电流最小化的方法的一个示例中，上部阻挡层包括碳材料。
在使PCM单元的编程电流最小化的方法的一个示例中，该方法还包括在PCM材料层与非晶态CNx电极层之间设置下部阻挡层。
在使PCM单元的编程电流最小化的方法的一个示例中，下部阻挡层包括碳材料。
在使PCM单元的编程电流最小化的方法的一个示例中，非晶态CNx电极层与金属陶瓷复合材料层直接接触。
在使PCM单元的编程电流最小化的方法的一个示例中，非晶态CNx电极层具有以下这样的氮的梯度浓度：从在靠近PCM材料层的PCM材料层侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近金属陶瓷复合材料层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
在使PCM单元的编程电流最小化的方法的一个示例中，梯度浓度是基本线性的梯度。
在一个示例中，提供了一种制造相变存储器(PCM)单元的方法，该方法包括在PCM材料层与金属陶瓷复合材料层之间形成氮化碳(CNx)电极，该CNx电极包括非晶态CNx电极层。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，非晶态CNx电极层在室温下具有约1mOhm-cm至约2000mOhm-cm的电阻率，并且在650℃下具有约1mOhm-cm至约100mOhm-cm的电阻率。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，PCM材料层包括锗、锑、碲、硅、镍、镓、砷、银、锡、金，铅、铋、铟、硒、氧、硫、氮、碳、或其组合。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，CNx电极包括非晶态CNx电极层和上部阻挡层，其中上部阻挡层位于非晶态CNx电极层与金属陶瓷复合材料层之间。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，氮以约0.1at％至约35at％的原子百分数(at％)存在于非晶态CNx电极层中。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，非晶态CNx电极层具有约2nm至约20nm的厚度。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，上部阻挡层包括碳材料。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，上部阻挡层具有2nm至20nm的厚度。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，在两个单独的沉积室中沉积CNx电极。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，该方法还包括在PCM材料层与非晶态CNx电极层之间形成下部阻挡层。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，下部阻挡层包括碳材料。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，下部阻挡层具有约2nm至约20nm的厚度。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，在两个单独的沉积室中沉积CNx电极。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，CNx电极由非晶态CNx电极层构成，并且金属陶瓷复合材料层形成为与非晶态CNx电极层直接接触。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，非晶态CNx电极层具有以下这样的氮的梯度浓度：从在靠近PCM材料层的PCM材料层侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近金属陶瓷复合材料层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，梯度浓度是基本线性的梯度。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，在单个沉积室中沉积CNx电极。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，该方法还包括在PCM材料层和CNx电极之间形成薄片层。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，该方法还包括在第二电极上形成PCM材料层。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，第二电极包括第二CNx电极层。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，该方法还包括形成位于第二CNx电极层与PCM材料层之间的第二上部阻挡层。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，该方法还包括形成位于第二CNx电极层与选择器件层之间的第二下部阻挡层。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，第二CNx电极层具有以下这样的氮的梯度浓度：从在靠近选择器件层的选择器件层侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近PCM材料层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，该方法还包括在选择器件层上形成第二电极。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，该方法还包括在第三电极上形成选择器件层。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，第三电极包括第三CNx电极层。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，该方法还包括形成位于第三CNx电极层与选择器件层之间的第三上部阻挡层。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，该方法还包括形成位于第三CNx电极层与个体字线之间的第三下部阻挡层。
在制造PCM单元的方法的一个示例中，第三CNx电极层具有以下这样的氮的梯度浓度：从在靠近字线的字线侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近选择器件层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
尽管前述示例在一个或多个特定应用中说明了本技术的原理，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，在无需运用创造力并且在不背离本技术的原理和概念的情况下，可以对实施方式的形式、用法、和细节进行众多修改。

Claims (86)

1.一种相变存储器(PCM)单元，包括：
PCM材料层；
金属陶瓷复合材料层；以及
非晶态氮化碳(CNx)电极层，其设置在所述PCM材料层与所述金属陶瓷复合材料层之间。
2.一种相变存储器(PCM)器件，包括：
字线的阵列；
位线的阵列；以及
使所述字线的阵列和所述位线的阵列互连的PCM单元的阵列，所述PCM单元能够单独寻址，并且分别包括：
PCM材料层；
金属陶瓷复合层，以及
非晶态氮化碳(CNx)电极层，其设置在所述PCM材料层和所述金属陶瓷复合层之间。
3.根据权利要求1所述的PCM单元或根据权利要求2所述的器件，其中，所述PCM材料层包括锗、锑、碲、硅、镍、镓、砷、银、锡、金、铅、铋、铟、钇、硒、硼、钪、氧、硫、氮、碳、或其组合。
4.根据权利要求1所述的PCM单元或根据权利要求2所述的器件，其中，所述金属陶瓷复合材料层包括氮化钨硅、氮化钽硅、氮化铌硅、氮化钼硅、氮化钛硅、氮化碳、氮化钨碳、掺杂的α硅、掺杂的α锗、或其组合。
5.根据权利要求1所述的PCM单元或根据权利要求2所述的器件，其中，所述金属陶瓷复合材料层包括金属氮化硅，并且所述非晶态CNx电极层是至少50％非晶态的。
6.根据权利要求1所述的PCM单元或根据权利要求2所述的器件，其中，所述金属陶瓷复合材料层包括金属氮化硅，并且所述非晶态CNx电极层是至少70％非晶态的。
7.根据权利要求1所述的PCM单元或根据权利要求2所述的器件，其中，所述金属陶瓷复合材料层包括金属氮化硅，并且所述非晶态CNx电极层是至少90％非晶态的。
8.根据权利要求1所述的PCM单元或根据权利要求2所述的器件，其中，所述非晶态CNx电极层在室温下具有约1mOhm-cm至约2000mOhm-cm的电阻率。
9.根据权利要求1所述的PCM单元或根据权利要求2所述的器件，其中，所述非晶态CNx电极层在650℃下具有约1mOhm-cm至约100mOhm-cm的电阻率。
10.根据权利要求1所述的PCM单元或根据权利要求2所述的器件，其中，所述非晶态CNx电极层在室温下具有约1mOhm-cm至约2000mOhm-cm的电阻率，并且在650℃下具有约1mOhm-cm至约100mOhm-cm的电阻率。
11.根据权利要求1所述的PCM单元或根据权利要求2所述的器件，其中，存在于所述非晶态CNx电极层中的氮的原子百分比(at％)从约0.1at％至约35at％。
12.根据权利要求1所述的PCM单元或根据权利要求2所述的器件，其中，所述非晶态CNx电极层具有梯度的氮成分。
13.根据权利要求1所述的PCM单元或根据权利要求2所述的器件，还包括位于所述非晶态CNx电极层与所述金属陶瓷复合材料层之间的上部阻挡层。
14.根据权利要求13所述的PCM单元或器件，其中，所述上部阻挡层包括碳材料。
15.根据权利要求13所述的PCM单元或器件，其中，所述上部阻挡层具有2nm至20nm的厚度。
16.根据权利要求1所述的PCM单元或根据权利要求2所述的器件，还包括位于所述PCM材料层和所述非晶态CNx电极层之间的下部阻挡层。
17.根据权利要求16所述的PCM单元或器件，其中，所述下部阻挡层包括碳材料。
18.根据权利要求16所述的PCM单元或器件，其中，所述下部阻挡层具有2nm至20nm的厚度。
19.根据权利要求1所述的PCM单元或根据权利要求2所述的器件，其中，所述非晶态CNx电极层与所述金属陶瓷复合材料层直接接触。
20.根据权利要求19所述的PCM单元或器件，其中，所述非晶态CNx电极层具有以下这样的氮的梯度浓度：从在靠近所述PCM材料层的PCM材料层侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近所述金属陶瓷复合材料层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
21.根据权利要求20所述的PCM单元或器件，其中，所述梯度浓度是基本线性的梯度。
22.根据权利要求1所述的PCM单元或根据权利要求2所述的器件，其中，所述PCM材料层设置在所述非晶态CNx电极层与第二电极之间。
23.根据权利要求22所述的PCM单元或器件，其中，所述第二电极包括碳、氮化碳、掺杂的多晶硅、金属、导电金属氮化物、导电金属硅化物、或其组合。
24.根据权利要求22所述的PCM单元或器件，其中，所述第二电极包括第二CNx电极层。
25.根据权利要求24所述的PCM单元或器件，还包括位于所述第二CNx电极层与所述PCM材料层之间的第二上部阻挡层。
26.根据权利要求24所述的PCM单元或器件，还包括位于所述第二CNx电极层与选择器件层之间的第二下部阻挡层。
27.根据权利要求24所述的PCM单元或器件，其中，所述第二CNx电极层具有以下这样的氮的梯度浓度：从在靠近选择器件层的选择器件层侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近所述PCM材料层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
28.根据权利要求22所述的PCM单元或器件，其中，所述第二电极设置在所述PCM材料层与选择器件层之间。
29.根据权利要求28所述的PCM单元或器件，其中，所述选择器件层设置在所述第二电极与第三电极之间。
30.根据权利要求29所述的PCM单元或器件，其中，所述第三电极包括碳、氮化碳、掺杂的多晶硅、金属、导电金属氮化物、导电金属硅化物、或其组合。
31.根据权利要求29所述的PCM单元或器件，其中，所述第三电极包括第三CNx电极层。
32.根据权利要求31所述的PCM单元或器件，还包括位于所述第三CNx电极层与所述选择器件层之间的第三上部阻挡层。
33.根据权利要求31所述的PCM单元或器件，还包括位于所述第三CNx电极层与个体字线之间的第三下部阻挡层。
34.根据权利要求31所述的PCM单元或器件，其中，所述第三CNx电极层具有以下这样的氮(N)的梯度浓度：从在靠近字线的字线侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近所述选择器件层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
35.根据权利要求1所述的PCM单元或根据权利要求2所述的器件，还包括位于所述CNx电极层与所述PCM材料层之间的薄片层。
36.根据权利要求2所述的PCM器件，还包括在个体的PCM单元中位于所述非晶态CNx电极层与所述金属陶瓷复合材料层之间的上部阻挡层。
37.根据权利要求2所述的PCM器件，还包括在个体的PCM单元中位于所述PCM材料层与所述非晶态CNx电极层之间的下部阻挡层。
38.根据权利要求2所述的PCM器件，其中，所述PCM材料层被设置在在个体的PCM单元中的所述非晶态CNx电极层与第二电极之间。
39.根据权利要求2所述的PCM器件，其中，所述位线的阵列和所述字线的阵列基本彼此垂直地定向。
40.根据权利要求2所述的PCM器件，其中，个体的PCM单元的所述CNx电极层位于所述PCM材料层与个体位线之间。
41.根据权利要求2所述的PCM器件，其中，个体的PCM单元的所述PCM材料层位于所述CNx电极层与个体的字线之间。
42.一种计算系统，包括：
主板；以及
根据权利要求2-41中任一项所述的PCM存储器件，所述PCM存储器件可操作地耦合到所述主板。
43.根据权利要求42所述的计算系统，其中，所述计算系统包括台式计算机、膝上型计算机、平板电脑、智能电话、可穿戴设备、服务器、或其组合。
44.根据权利要求42所述的计算系统，其中，所述计算系统还包括可操作地耦合到所述主板的处理器、存储器件、散热器、无线电设备、插槽、端口、或其组合。
45.一种使相变存储器(PCM)单元的编程电流最小化的方法，包括：
在PCM材料层和金属陶瓷复合层之间沉积非晶态氮化碳(CNx)电极层。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，所述非晶态CNx电极层在室温下具有约1mOhm-cm至约2000mOhm-cm的电阻率，并且在650℃下具有约1mOhm-cm至约100mOhm-cm的电阻率。
47.根据权利要求45所述的方法，其中，所述金属陶瓷复合材料层包括氮化钨硅、氮化钽硅、氮化铌硅、氮化钼硅、氮化钛硅、氮化碳、氮化钨碳、掺杂的α硅、掺杂的α锗、或其组合。
48.根据权利要求45所述的方法，其中，存在于所述非晶态CNx电极层中的氮的原子百分比(at％)从约1at％至约35at％。
49.根据权利要求45所述的方法，其中，所述非晶态CNx电极层具有约2nm至约20nm的厚度。
50.根据权利要求45所述的方法，还包括：在所述非晶态CNx电极层与所述金属陶瓷复合材料层之间设置上部阻挡层。
51.根据权利要求50所述的方法，其中，所述上部阻挡层包括碳材料。
52.根据权利要求45所述的方法，还包括：在所述PCM材料层与所述非晶态CNx电极层之间设置下部阻挡层。
53.根据权利要求52所述的方法，其中，所述下部阻挡层包括碳材料。
54.根据权利要求45所述的方法，其中，所述非晶态CNx电极层与所述金属陶瓷复合材料层直接接触。
55.根据权利要求45所述的方法，其中，所述非晶态CNx电极层具有以下这样的氮的梯度浓度：从在靠近所述PCM材料层的PCM材料层侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近所述金属陶瓷复合材料层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
56.根据权利要求45所述的方法，其中，所述梯度浓度是基本线性的梯度。
57.一种制造相变存储器(PCM)单元的方法，包括：
在PCM材料层与金属陶瓷复合材料层之间形成氮化碳(CNx)电极，所述CNx电极包括非晶态CNx电极层。
58.根据权利要求57所述的方法，其中，所述非晶态CNx电极层在室温下具有约1mOhm-cm至约2000mOhm-cm的电阻率，并且在650℃下具有约1mOhm-cm至约100mOhm-cm的电阻率。
59.根据权利要求57所述的方法，其中，所述PCM材料层包括锗、锑、碲、硅、镍、镓、砷、银、锡、金、铅、铋、铟、硒、氧、硫、氮、碳、或其组合。
60.根据权利要求57所述的方法，其中，所述CNx电极包括非晶态CNx电极层和上部阻挡层，其中，所述上部阻挡层位于所述非晶态CNx电极层与所述金属陶瓷复合材料层之间。
61.根据权利要求60所述的方法，其中，存在于所述非晶态CNx电极层中的氮的原子百分比(at％)从约1at％至约35at％。
62.根据权利要求60所述的方法，其中，所述非晶态CNx电极层具有梯度的氮成分。
63.根据权利要求60所述的方法，其中，所述上部阻挡层包括碳材料。
64.根据权利要求60所述的方法，其中，所述上部阻挡层具有2nm至20nm的厚度。
65.根据权利要求60所述的方法，其中，在两个单独的沉积室中沉积所述CNx电极。
66.根据权利要求60所述的方法，还包括在所述PCM材料层和所述非晶态CNx电极层之间形成下部阻挡层。
67.根据权利要求66所述的方法，其中，所述下部阻挡层包括碳材料。
68.根据权利要求66所述的方法，其中，所述下部阻挡层具有约2nm至约20nm的厚度。
69.根据权利要求66所述的方法，其中，在两个单独的沉积室中沉积所述CNx电极。
70.根据权利要求57所述的方法，其中，所述CNx电极由非晶态CNx电极层组成，并且其中，所述金属陶瓷复合材料层形成为与所述非晶态CNx电极层直接接触。
71.根据权利要求70所述的方法，其中，所述非晶态CNx电极层具有以下这样的氮的梯度浓度：从在靠近所述PCM材料层的PCM材料层侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近所述金属陶瓷复合材料层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
72.根据权利要求70所述的方法，其中，所述梯度浓度是基本线性的梯度。
73.根据权利要求70所述的方法，其中，在单个沉积室中沉积所述CNx电极。
74.根据权利要求57所述的方法，其中，在单个沉积室中沉积所述CNx电极。
75.根据权利要求57所述的方法，还包括在所述PCM材料层与所述CNx电极之间形成薄片层。
76.根据权利要求57所述的方法，还包括在第二电极上形成所述PCM材料层。
77.根据权利要求76所述的方法，其中，所述第二电极包括第二CNx电极层。
78.根据权利要求77所述的方法，还包括形成位于所述第二CNx电极层与所述PCM材料层之间的第二上部阻挡层。
79.根据权利要求77所述的方法，还包括形成位于所述第二CNx电极层与选择器件层之间的第二下部阻挡层。
80.根据权利要求77所述的方法，其中，所述第二CNx电极层具有以下这样的氮的梯度浓度：从在靠近选择器件层的选择器件层侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近所述PCM材料层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
81.根据权利要求76所述的方法，还包括在选择器件层上形成所述第二电极。
82.根据权利要求81所述的方法，还包括在第三电极上形成所述选择器件层。
83.根据权利要求81所述的方法，其中，所述第三电极包括第三CNx电极层。
84.根据权利要求83所述的方法，还包括形成位于所述第三CNx电极层与所述选择器件层之间的第三上部阻挡层。
85.根据权利要求83所述的方法，还包括形成位于所述第三CNx电极层与字线之间的第三下部阻挡层。
86.根据权利要求83所述的方法，其中，所述第三CNx电极层具有以下这样的氮(N)的梯度浓度：从在靠近字线的字线侧的约15at％至约35at％的N过渡至在靠近所述选择器件层的相对侧的约0.1at％至约1at％的N。
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