CN112840460A - 相变存储单元及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
公开了相变存储器(PCM)单元和用于形成PCM单元的方法。在一个示例中，存储单元包括第一电极层、选择器件、中间电极层、相变材料和第二电极层。在第一电极层上形成选择器件，并且在选择器件上形成中间电极层。在中间电极层上形成相变材料，并且在相变材料上形成第二电极层。相变材料嵌有不同于相变材料的多个颗粒。
Description
背景技术
本公开涉及相变存储器(PCM)及其制造方法。
通过改善工艺技术、电路设计、编程算法、和制造工艺将平面存储单元缩放到较小的尺寸。然而，随着存储单元的特征尺寸接近下限，平面工艺和制造技术变得具有挑战性且成本高昂。结果，平面存储单元的存储密度接近上限。
3D存储架构可以解决平面存储单元中的密度限制。3D存储架构包括存储阵列和用于控制通往和来自存储阵列的信号的外围器件。例如，PCM可以基于以电热方式对相变材料进行的加热和淬火来利用相变材料中的非晶相和晶相的电阻率之间的差异。PCM阵列单元可以以3D形式垂直堆叠以形成3D PCM。
发明内容
本文公开了存储器件及其形成方法。
在示例中，存储单元包括第一电极层、选择器件、中间电极层、相变材料和第二电极层。在第一电极层上形成选择器件，并且在选择器件上形成中间电极层。在中间电极层上形成相变材料，并且在相变材料上形成第二电极层。相变材料嵌有不同于相变材料的多个颗粒。
在另一示例中，公开了用于制造PCM单元的方法。在第一电极层上形成选择器件，并且在选择器件上形成中间电极层。在中间电极层上形成嵌有多个颗粒的相变材料，并且在相变材料上形成第二电极层。
在又一个示例中，公开了用于制造相变存储器(PCM)单元的方法。在衬底上形成选择器，并且在选择器上形成PCM元件。PCM元件包括由相变材料和多个颗粒组成的夹层结构，并且相变材料和多个颗粒由不同的材料组成。
附图说明
被并入到本文并形成说明书一部分的附图示出了本公开的方面，并且附图与说明书一起进一步用于解释本公开并使相关领域中的技术人员能够制作和使用本公开。
图1示出了根据本公开的一些方面的示例性3D交叉点(XPoint)存储器件的透视图。
图2示出了根据本公开的一些方面的示例性存储器件的截面的侧视图。
图3A-图3C示出了根据本公开的一些方面的示例性存储单元的截面的侧视图。
图4A-图4G示出了根据本公开的一些方面的示例性相变材料的截面的侧视图。
图5示出了根据本公开的一些方面的用于制造相变材料的示例性方法的流程图。
图6示出了根据本公开的一些方面的用于制造存储单元的示例性反应室。
图7示出了根据本公开的一些方面的用于制造存储单元的示例性方法的流程图。
图8示出了根据本公开的一些方面的用于制造存储单元的另一示例性方法的流程图。
将参考附图描述本公开的方面。
具体实施方式
尽管讨论了具体构造和布置，但是应当理解这只是为了说明性目的。照此，在不脱离本公开的范围的情况下可以使用其他构造和布置。而且，还可以在各种各样的其他应用中采用本公开。如在本公开中描述的功能和结构特征可以彼此组合、调整、和修改，并且以未在附图中具体描绘的方式组合、调整、和修改，使得这些组合、调整、和修改在本公开的范围内。
通常，可以至少部分地根据上下文中的使用来理解术语。例如，至少部分地根据上下文，本文所使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数意义上的任何特征、结构、或特性，或者可以用于描述复数意义上的特征、结构、或特性的组合。类似地，至少部分地根据上下文，诸如“一个”或“所述”的术语可以同样被理解为表达单数用法或表达复数用法。另外，至少部分地根据上下文，术语“基于”可以被理解为不一定旨在传达一组排他的因素，并且可以代替地允许存在不一定清楚描述的附加因素。
应当容易理解，在本公开中“上”、“上方”和“之上”的含义应当以最广义的方式进行解释，使得“上”不仅意味着“直接在某物上”，而且还包括“在某物上”并且其间具有中间特征或层的含义，并且“上方”或“之上”不仅意味着在某物“上方”或“之上”的含义，而且还包括在某物“上方”或“之上”并且其间没有中间特征或层(即，直接在某物上)的含义。
此外，为了便于描述，在本文中可以使用诸如“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等空间相对术语，以描述一个元件或特征与另一个(一个或多个)元件或(一个或多个)特征的如图中所示的关系。除了在图中描述的取向以外，空间相对术语还旨在涵盖器件在使用或操作中的不同取向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或以其他取向)，并且在本文使用的空间相对描述语可以以类似方式被相应地解释。
如本文所使用的，术语“衬底”是指在其上添加了后续材料层的材料。衬底本身可以被图案化。添加到衬底顶部上的材料可以被图案化或可以保持未被图案化。此外，衬底可以包括各种各样的半导体材料，例如硅、锗、砷化镓、磷化铟等。替代性地，衬底可以由非导电材料制成，所述非导电材料例如玻璃、塑料、或蓝宝石晶圆。
如本文所使用的，术语“层”是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在整个下层结构或上覆结构之上延伸，或者可以具有小于下层结构或上覆结构的范围。此外，层可以是均质或不均质连续结构的区域，所述区域具有的厚度小于连续结构的厚度。例如，层可以位于在连续结构的顶表面和底表面之间或在连续结构的顶表面和底表面处的任何一对水平平面之间。层可以水平地、垂直地和/或沿锥形表面延伸。衬底可以是一层，可以在其中包括一个或多个层，和/或可以在其上、其上方和/或其下方具有一个或多个层。层可以包括多层。例如，互连层可以包括一个或多个导体和接触层(在其中形成互连线和/或过孔触点)和一个或多个电介质层。
如本文中所使用的，术语“3D存储器件”是指半导体器件，该半导体器件在横向定向的衬底上具有可以垂直布置的存储单元，使得存储单元的数量相对于衬底在垂直方向上可以按比例放大。如本文所使用的，术语“垂直的/垂直地”意味着标称地垂直于衬底的横向表面。
PCM可以基于以电热方式对相变材料进行的加热和淬火来利用相变材料(例如，硫族化物合金)中的非晶相和晶相的电阻率之间的差异。PCM单元中的相变材料可以位于两个电极之间，并且可以施加电流以使材料(或材料的阻挡电流路径的至少一部分)在两种相之间重复地切换来存储数据。PCM单元可以以3D形式垂直堆叠来形成3D PCM。在复位状态下，施加短的高电流/电压来使PCM单元材料加热到熔化，并将熔化的材料淬火为非晶高电阻状态，其示出了在结晶步骤之前的高于阈值电压Vt的电子阈值开关。在置位状态下，施加长的和中等的电流/电压来加热PCM单元材料，以使非晶材料结晶为晶体低电阻状态，其更像电阻器。
3D PCM包括3D XPoint存储器，3D XPoint存储器与可位寻址的可堆叠交叉点数据存取阵列相结合来基于体材料性质的电阻变化(例如，在高电阻状态或低电阻状态下)存储数据。例如，图1示出了根据本公开的一些方面的示例性3D XPoint存储器件100的透视图。根据一些实施方式，3D XPoint存储器件100具有无晶体管的交叉点架构，该交叉点架构使存储单元位于垂直导体的相交处。3D XPoint存储器件100包括在同一平面中的多条平行下部位线102以及在下部位线102上方的同一平面中的多条平行上部位线104。3D XPoint存储器件100还包括在同一平面中的垂直位于下部位线102和上部位线104之间的多条平行字线106。如图1所示，每条下部位线102和每条上部位线104在平面图(平行于晶圆平面)中沿位线方向横向延伸，并且每条字线106在平面图中沿字线方向横向延伸。每条字线106垂直于每条下部位线102和每条上部位线104。
要指出的是，在图1中包括x轴和y轴是为了说明晶圆平面中的两个正交方向。x方向是字线方向，并且y方向是位线方向。要指出的是，图1中还包括z轴，以进一步说明3DXPoint存储器件100中的部件的空间关系。3D XPoint存储器件100的衬底(未示出)包括在x-y平面中横向延伸的两个横向表面：在晶圆的正面上的顶表面；以及在与晶圆正面相对的背面上的底表面。z轴垂直于x轴和y轴两者。如本文中所使用的，当半导体器件(例如，3DXPoint存储器件100)的衬底在z方向(垂直于x-y平面的垂直方向)上放置在半导体器件的最低平面中时，半导体器件的一个部件(例如，层或器件)是在另一个部件(例如，层或器件)“上”、“上方”还是“下方”，是在z方向上相对于半导体器件的衬底来确定的。在整个本公开中，应用了用于描述空间关系的相同概念。
如图1所示，3D XPoint存储器件100包括均设置在下部位线102或上部位线104与相应的字线106的相交处的多个存储单元108。每个存储单元108具有垂直的方柱形状。每个存储单元108至少包括垂直堆叠的PCM元件110和选择器112。每个存储单元108存储单个数据位，并且可以通过改变施加到相应的选择器112(其取代了对晶体管的需求)的电压对每个存储单元108进行写入或读取。可以通过施加经过与每个存储单元108接触的顶部和底部导体(例如，相应的字线106以及下部位线102和上部位线104)的电流单独地访问每个存储单元108。3D XPoint存储器件100中的存储单元108被布置为存储阵列。
图2示出了根据本公开的一些方面的示例性存储器件200的截面的侧视图。在图2中，存储器件200包括衬底202、形成在衬底202上的多条平行位线204以及形成在位线204上方的多条平行字线206。衬底202可以包括硅(例如，单晶硅)、硅锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)、锗(Ge)、绝缘体上硅(SOI)、或任何其他合适的材料。位线204和字线206可以包括导电材料，包括但不限于钨(W)、钴(Co)、铜(Cu)、铝(Al)、多晶硅、掺杂硅、硅化物、或其任何组合。在一些实施方式中，位线204和字线206中的每个包括金属，例如，钨。
存储器件200可以通过绝缘结构208来划分，以形成多个分开的存储单元210。在一些实施方式中，每个存储单元210设置在位线204中的相应的一条与字线206中的相应的一条的相交处。可以通过施加经过与存储单元210接触的相应字线206和相应位线204的电流单独地访问每个存储单元210。每个存储单元210具有垂直的柱状(例如，与图1中的存储单元108类似)，并且绝缘结构208可以在x方向和y方向两者上横向延伸，以使柱状存储单元210分开。
每个存储单元210包括形成在位线204上的第一电极层212、形成在第一电极层212上的选择器件214以及形成在选择器件214上的中间电极层216。存储单元210还包括形成在中间电极层216上的相变材料218以及形成在相变材料218上的第二电极层220。第一电极层212、选择器件214和中间电极层216在存储单元210中充当并用作选择器。中间电极层216、相变材料218和第二电极层220在存储单元210中充当并用作储存元件。应当理解，中间电极层216在选择器和储存元件两者中用作公共电极。
第一电极层212形成在位线204上并且与选择器件214接触，使得第一电极层212充当电流路径并且可以由导电材料形成。在一些实施方式中，第一电极层212可以是金属、导电金属氮化物、导电金属氧化物、或其组合。在一些实施方式中，第一电极层212可以是氮化钛(TiN)层，但是本公开不限于此。
选择器件214形成在第一电极层212上，并且选择器件214的电阻响应于施加在第一电极层212和中间电极层216之间的选择电压而变化。在一些实施方式中，选择器件214可以是二极管、隧穿结、双极结型晶体管(BJT)、混合离子电子传导(MIEC)器件、金属氧化物半导体(MOS)晶体管、或者双向阈值开关(OTS)器件。在一些实施方式中，选择器件214可以是由氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、锗(Ge)、锑(Sb)、硅(Si)或砷(As)中的至少一种制成的OTS器件。OTS器件是由表现出OTS性质的OTS材料形成的。就包括OTS材料的选择器件214的功能而言，当在第一电极层212和中间电极层216之间施加低于阈值电压VT的电压时，选择器件214可以处于高电阻状态，从而防止电流流经其中，并且当在第一电极层212和中间电极层216之间施加高于阈值电压VT的电压时，选择器件214可以处于低电阻状态，从而允许电流流经其中。
中间电极层216形成在选择器和储存元件之间，并且充当选择器和储存元件两者的电极中的一个，因而中间电极层216应当由热绝缘的电绝缘材料形成，以减少来自选择器和储存元件的温度和电干扰。例如，中间电极层216可以由金属、导电金属氮化物、导电金属氧化物、或其组合形成，或者可以包括金属、导电金属氮化物、导电金属氧化物、或其组合。在一些实施方式中，中间电极层216可以是氮化钛(TiN)层或任何合适的导电层。在一些实施方式中，中间电极层216可以由非晶碳形成。
相变材料218形成在中间电极层216上。相变材料218是相能够根据加热时间在非晶状态和晶体状态之间可逆地切换的材料。通常，相变材料218可以以非晶相以及一个或有时候几个晶相存在，并且可以快速地和重复地在这些相之间切换。在一些实施方式中，相变材料218可以包括相能够使用当在中间电极层216和第二电极层220之间施加电压时生成的焦耳热而被可逆地改变的材料，并且相变材料218的电阻可以通过这样的相变而改变。在一些实施方式中，相变材料218可以包括硫族化物成分，包括锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、铟(In)、或镓(Ga)中的至少一种。在一些实施方式中，相变材料218可以是二元(二元素)化合物(例如GaSb、InSb、InSe、SbTe、或GeTe)、三元(三元素)化合物(例如GeSbTe、GaSeTe、InSbTe、SnSbTe、或InSbGe)、或四元(四元素)化合物(例如AgInSbTe、(GeSn)SbTe、GeSb(SeTe)、或TeGeSbS)。在一些实施方式中，相变材料218可以是GeSbTe。
如图2中所示，相变材料218还嵌有多个颗粒222。颗粒222由不同于相变材料218的材料形成，并且颗粒222在相变材料218的结晶操作期间充当用于相变材料的成核内核。在一些实施方式中，如图2中所示，颗粒222在相变材料218中均匀分布。在一些实施方式中，颗粒222在相变材料218中随机分布。在形成相变材料218的沉积工艺和相变材料218的结晶操作两者中，颗粒222具有在高温中稳定的物理特性。在一些实施方式中，颗粒222包括氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、或氧化铝(Al2O3)中的至少一种。由于充当相变材料218的成核内核，所以颗粒222具有的另一物理特性是具有微小的直径。在一些实施方式中，颗粒222具有在
和5nm之间的直径。在一些实施方式中，颗粒222具有在
和4nm之间的直径。在一些实施方式中，颗粒222具有在
和3nm之间的直径。
第二电极层220形成在相变材料218上。在一些实施方式中，第二电极层220的材料可以与第一电极层212的材料类似。在一些实施方式中，第二电极层220的材料可以与中间电极层216的材料类似。然后，字线206形成在第二电极层220上。
应当理解，根据不同的存储器设计，可以交换对应于存储单元210的位线204和字线206的位置。换言之，第一电极层212可以形成在字线上，并且位线可以形成在第二电极层220上。
图3A-图3C示出了根据本公开的一些方面的在结晶操作的不同阶段期间的示例性存储单元210的截面的侧视图。参考图3A，存储单元210包括形成在位线204上的第一电极层212、形成在第一电极层212上的选择器件214、形成在选择器件214上的中间电极层216、形成在中间电极层216上的相变材料218以及形成在相变材料218上的第二电极层220。
为了将存储单元210编程为复位状态或置位状态，从选择器件214向相变材料218提供复位电流或置位电流。复位电流将存储单元210编程为复位状态，并且置位电流将存储单元210编程为置位状态。存储单元210的状态是由电阻扩展确定的。在复位状态下的存储单元210具有高的电阻值，并且在置位状态下的存储单元210具有相对低的电阻值。非晶相和晶相通常是用于位储存(1和0)的两个相。这是因为非晶相和晶相在电阻方面具有可检测的差异。具体而言，非晶相具有比晶相高的电阻。在非晶相中，如图3A中所示，相变材料218嵌有颗粒222。颗粒222在相变材料218中均匀分布或随机分布。
在将存储单元210从复位状态改变为置位状态时，向相变材料218施加置位电流，并且在相变材料218中执行结晶操作。在结晶操作期间，如图3B中所示，相变材料218从颗粒222开始结晶。换言之，颗粒222在结晶操作期间是用于相变材料218的成核内核。在结晶操作期间，相变材料218从由颗粒222形成的成核内核逐渐从非晶相改变为晶相。
参考图3C，在结晶操作之后，相变材料218处于晶相，并且相变材料218变换为具有相对低的电阻的晶体材料。
通过在相变材料218中嵌入颗粒222，可以从成核内核发起结晶操作，并因此能够加快结晶操作。通过加快结晶操作，能够缩短使存储单元210从复位状态改变为置位状态的置位时间，并因此能够改善存储器件200的性能。
图4A-图4G示出了根据本公开的一些方面的示例性相变材料400的截面的侧视图，并且图5示出了根据本公开的一些方面的用于制造相变材料400的示例性方法的流程图500。出于更好地解释本公开的目的，可以一起参考图4A-图4G以及图5中的流程图。
参考图4A和图5的操作502，形成第一层相变材料402。在一些实施方式中，在中间电极上沉积第一层相变材料402。在一些实施方式中，相变材料402可以包括硫族化物成分，包括锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、铟(In)、或镓(Ga)中的至少一种。在一些实施方式中，相变材料402可以是二元(二元素)化合物(例如GaSb、InSb、InSe、SbTe、或GeTe)、三元(三元素)化合物(例如GeSbTe、GaSeTe、InSbTe、SnSbTe、或InSbGe)、四元(四元素)化合物(例如AgInSbTe、(GeSn)SbTe、GeSb(SeTe)、或TeGeSbS。在一些实施方式中，相变材料402可以是GeSbTe。
参考图4B和图5的操作504，在第一层相变材料402上沉积多个颗粒404以形成第一层颗粒404。在一些实施方式中，颗粒404包括氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、或氧化铝(Al2O3)中的至少一种。在一些实施方式中，颗粒404具有在
和5nm之间的直径。在一些实施方式中，颗粒404具有在
和4nm之间的直径。在一些实施方式中，颗粒404具有在
和3nm之间的直径。
参考图4C和图5的操作506，在第一层相变材料402和第一层颗粒404上形成第二层相变材料402。通过形成第二层相变材料402，第一层颗粒404嵌入在相变材料402中。
在一些实施方式中，可以将操作502-506重复几次以将相变材料402沉积到所需厚度，如图4D-图4G中所示。在图4D-图4E中，第二层颗粒404沉积到第二层相变材料402上，并且在第二层相变材料402和第二层颗粒404上形成第三层相变材料402。在图4F-图4G中，再次重复沉积操作，直到相变材料402具有所需厚度为止。
在一些实施方式中，嵌有颗粒404的相变材料402可以通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、或者原子层化学气相沉积(ALCVD)形成。在一些实施方式中，嵌有颗粒404的相变材料402可以在600华氏度和900华氏度之间的温度下形成。在一些实施方式中，嵌有颗粒404的相变材料402可以在700华氏度和800华氏度之间的温度下形成。
图6示出了根据本公开的一些方面的用于制造存储单元的示例性反应室600。参考图6，衬底602放置在支撑物604上。在一些实施方式中，支撑物604可以是加热器以将衬底602加热到预设反应温度。在一些实施方式中，衬底602可以是具有形成在其上的半导体元件的晶圆。在反应室600中提供第一靶材606和第二靶材608。在一些实施方式中，在形成相变材料之前，可以预先在衬底602上形成第一电极、选择器件和中间层。
第一靶材606可以包括相变材料，并且第二靶材608可以包括颗粒。然后，可以执行共溅射操作以在衬底602上形成嵌有颗粒的相变材料。共溅射操作是在反应室600中同时或者依次溅射两种或更多种靶材材料的操作。在一些实施方式中，共溅射操作可以在反应室600中使用超过一个的阴极，其中可以独立地控制到每个阴极的功率。两个阴极可以具有相同的靶材材料的同时操作的多个阴极以增加沉积速率，或者可以在反应室600中组合不同类型的靶材材料以在薄膜中生成独特的成分和性质。
在一些实施方式中，依次执行第一溅射操作和第二溅射操作。第一溅射操作使用第一靶材606作为沉积源，并且第二溅射操作使用第二靶材608作为沉积源。在这些操作下，可以重复依次执行的共溅射操作，直到具有足够厚度的相变材料为止。
在一些实施方式中，可以在相同或不同的功率下同时溅射第一靶材606和第二靶材608。在这些操作下，相变材料也可以具有嵌入其中的颗粒。应当理解，共溅射操作的工艺条件可以根据实际状况和要求来调整，并且不限于此。
图7示出了根据本公开的一些方面的用于制造存储单元的示例性方法的流程图700。在操作702中，在第一电极层上形成选择器件。应当理解，第一电极层可以形成在位线或字线上，并且在制造存储单元之前可以在衬底上形成更多的元件。在一些实施方式中，选择器件可以是二极管、隧穿结、双极结型晶体管(BJT)、混合离子电子传导(MIEC)器件、金属氧化物半导体(MOS)晶体管、或双向阈值开关(OTS)器件。在一些实施方式中，选择器件可以是OTS器件。
在操作704中，在选择器件上形成中间电极层，并且在操作706中，在中间电极层上形成相变材料。相变材料嵌有充当用于相变材料的成核内核的多个颗粒。
在一些实施方式中，相变材料可以包括硫族化物成分，包括锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、铟(In)、或镓(Ga)中的至少一种。在一些实施方式中，颗粒包括氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、或氧化铝(Al2O3)中的至少一种。在一些实施方式中，颗粒具有在
和5nm之间的直径。在一些实施方式中，颗粒具有在
和4nm之间的直径。在一些实施方式中，颗粒具有在
和3nm之间的直径。
在一些实施方式中，可以通过图5中所示的操作502-506形成嵌有颗粒的相变材料。在一些实施方式中，可以通过使用图6中所示的反应室600的其他操作形成嵌有颗粒的相变材料。
在形成嵌有颗粒的相变材料之后，在相变材料上形成第二电极，如操作708中所示。
图8示出了根据本公开的一些方面的用于制造存储单元的另一示例性方法的流程图800。在操作802中，在衬底上形成选择器，并且在操作804中，在选择器上形成相变存储器(PCM)元件。PCM元件包括由相变材料和多个颗粒组成的夹层结构，并且相变材料和多个颗粒由不同的材料组成。在一些实施方式中，相变材料可以包括硫族化物成分，包括锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、铟(In)、或镓(Ga)中的至少一种。在一些实施方式中，颗粒包括氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、或氧化铝(Al2O3)中的至少一种。在一些实施方式中，颗粒具有在
和5nm之间的直径。在一些实施方式中，颗粒具有在
和4nm之间的直径。在一些实施方式中，颗粒具有在
和3nm之间的直径。
在一些实施方式中，可以通过图5中所示的操作502-506形成嵌有颗粒的相变材料。在一些实施方式中，可以通过使用图6中所示的反应室600的其他操作形成嵌有颗粒的相变材料。
通过在相变材料中嵌入作为成核内核的颗粒，可以加快结晶操作。通过加快结晶操作，能够缩短使存储单元从复位状态改变为置位状态的设置时间，并因此能够改善存储器件的性能。
根据本公开的一个方面，公开了存储单元。该存储单元包括第一电极层、选择器件、中间电极层、相变材料和第二电极层。在第一电极层上形成选择器件，并且在选择器件上形成中间电极层。在中间电极层上形成相变材料，并且在相变材料上形成第二电极层。相变材料嵌有不同于相变材料的多个颗粒。
在一些实施方式中，多个颗粒是用于相变材料的成核内核。在一些实施方式中，多个颗粒包括氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、或氧化铝(Al2O3)中的至少一种。在一些实施方式中，多个颗粒具有在
和5nm之间的直径。
在一些实施方式中，相变材料包括硫族化物成分，包括锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、铟(In)、或镓(Ga)中的至少一种。在一些实施方式中，选择器件是二极管、隧穿结、双极结型晶体管(BJT)、混合离子电子传导(MIEC)器件、金属氧化物半导体(MOS)晶体管、或双向阈值开关(OTS)器件。在一些实施方式中，选择器件是由氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、锗(Ge)、锑(Sb)、硅(Si)、或砷(As)中的至少一种制成的OTS器件。
根据本公开的另一方面，公开了用于制造相变存储器(PCM)单元的方法。在第一电极层上形成选择器件，并且在选择器件上形成中间电极层。在中间电极层上形成嵌有多个颗粒的相变材料，并且在相变材料上形成第二电极层。
在一些实施方式中，多个颗粒是用于相变材料的成核内核。在一些实施方式中，多个颗粒包括氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、或氧化铝(Al2O3)中的至少一种。在一些实施方式中，多个颗粒具有在
和5nm之间的直径。在一些实施方式中，相变材料包括硫族化物成分，包括锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、铟(In)、或镓(Ga)中的至少一种。
在一些实施方式中，嵌有多个颗粒的相变材料通过以下操作形成：执行第一沉积以在中间电极层上形成第一相变材料层；执行第二沉积以在第一相变材料层上形成第一颗粒层；以及执行第三沉积以在第一颗粒层上形成第二相变材料层。此外，在一些实施方式中，该方法还可以包括：执行第四沉积以在第二相变材料层上形成第二颗粒层；以及执行第五沉积以在第二颗粒层上形成第三相变材料层。
在一些实施方式中，嵌有多个颗粒的相变材料通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、或原子层化学气相沉积(ALCVD)形成。在一些实施方式中，嵌有多个颗粒的相变材料在600华氏度和900华氏度之间的温度下形成。
在一些实施方式中，嵌有多个颗粒的相变材料通过以下操作形成：在具有衬底的反应室中提供第一靶材和第二靶材；以及执行共溅射操作以在衬底上形成嵌有多个颗粒的相变材料，其中，第一靶材包括相变材料，并且第二靶材包括多个颗粒。在一些实施方式中，共溅射操作通过依次执行使用第一靶材的第一溅射操作和执行使用第二靶材的第二溅射操作来执行，以在衬底上形成嵌有多个颗粒的相变材料。在一些实施方式中，共溅射操作通过同时溅射第一靶材和第二靶材两者来执行，以在衬底上形成嵌有多个颗粒的相变材料。在一些实施方式中，在形成嵌有多个颗粒的相变材料之前，在衬底上形成第一电极、选择器件和中间层。
根据本公开的另外的方面，公开了用于制造相变存储器(PCM)单元的方法。在衬底上形成选择器，并且在选择器上形成PCM元件。PCM元件包括由相变材料和多个颗粒组成的夹层结构，并且相变材料和多个颗粒由不同的材料组成。
在一些实施方式中，多个颗粒是用于相变材料的成核内核。在一些实施方式中，多个颗粒包括氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、或氧化铝(Al2O3)中的至少一种。在一些实施方式中，多个颗粒具有在
和5nm之间的直径。在一些实施方式中，相变材料包括硫族化物成分，包括锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、铟(In)、或镓(Ga)中的至少一种。
在一些实施方式中，夹层结构通过以下操作形成：执行第一沉积以形成第一相变材料层；执行第二沉积以在第一相变材料层上形成第一颗粒层；以及执行第三沉积以在第一颗粒层上形成第二相变材料层。在一些实施方式中，夹层结构还通过以下操作形成：执行第四沉积以在第二相变材料层上形成第二颗粒层；以及执行第五沉积以在第二颗粒层上形成第三相变材料层。
在一些实施方式中，PCM元件通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、或原子层化学气相沉积(ALCVD)形成。在一些实施方式中，PCM元件在600华氏度和900华氏度之间的温度下形成。
在一些实施方式中，通过以下操作在选择器上形成PCM元件：在具有衬底的反应室中提供第一靶材和第二靶材；以及执行共溅射操作以在衬底上形成由相变材料和多个颗粒组成的夹层结构，其中，第一靶材包括相变材料，并且第二靶材包括多个颗粒。
在一些实施方式中，共溅射操作通过依次执行使用第一靶材的第一溅射操作和执行使用第二靶材的第二溅射操作来执行，以在衬底上形成由相变材料和多个颗粒组成的夹层结构。在一些实施方式中，共溅射操作通过同时溅射第一靶材和第二靶材两者来执行，以在衬底上形成由相变材料和多个颗粒组成的夹层结构。在一些实施方式中，在形成PCM元件之前，在衬底上形成选择器。
可以容易地针对各种应用来修改和/或适应具体实施方式的前文描述。因此，基于文中提供的教导和指导，这样的适应和修改旨在落在所公开的实施方式的等同物的意义和范围内。
本公开的广度和范围不应当由任何上述示例性实施方式限制，而应当仅根据所附权利要求及其等同物来定义。
Claims (33)
1.一种存储单元，包括：
第一电极层；
选择器件，所述选择器件形成在所述第一电极层上；
中间电极层，所述中间电极层形成在所述选择器件上；
相变材料，所述相变材料形成在所述中间电极层上；以及
第二电极层，所述第二电极层形成在所述相变材料上，
其中，所述相变材料嵌有不同于所述相变材料的多个颗粒。
2.根据权利要求1所述的存储单元，其中，所述多个颗粒是用于所述相变材料的成核内核。
3.根据权利要求1-2中的任一项所述的存储单元，其中，所述多个颗粒包括氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、或氧化铝(Al2O3)中的至少一种。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的存储单元，其中，所述多个颗粒具有在
和5nm之间的直径。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的存储单元，其中，所述相变材料包括硫族化物成分，所述硫族化物成分包括锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、铟(In)、或镓(Ga)中的至少一种。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的存储单元，其中，所述选择器件是二极管、隧穿结、双极结型晶体管(BJT)、混合离子电子传导(MIEC)器件、金属氧化物半导体(MOS)晶体管、或双向阈值开关(OTS)器件。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的存储单元，其中，所述选择器件是由以下中的至少一种制成的OTS器件：氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、锗(Ge)、锑(Sb)、硅(Si)、或砷(As)。
8.一种用于制造相变存储器(PCM)单元的方法，包括：
在第一电极层上形成选择器件；
在所述选择器件上形成中间电极层；
在所述中间电极层上形成嵌有多个颗粒的相变材料；以及
在所述相变材料上形成第二电极层。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个颗粒是用于所述相变材料的成核内核。
10.根据权利要求8-9中的任一项所述的方法，其中，所述多个颗粒包括氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、或氧化铝(Al2O3)中的至少一种。
11.根据权利要求8-10中的任一项所述的方法，其中，所述多个颗粒具有在
和5nm之间的直径。
12.根据权利要求8-11中的任一项所述的方法，其中，所述相变材料包括硫族化物成分，所述硫族化物成分包括锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、铟(In)、或镓(Ga)中的至少一种。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，形成嵌有所述多个颗粒的所述相变材料包括：
执行第一沉积以在所述中间电极层上形成第一相变材料层；
执行第二沉积以在所述第一相变材料层上形成第一颗粒层；以及
执行第三沉积以在所述第一颗粒层上形成第二相变材料层。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
执行第四沉积以在所述第二相变材料层上形成第二颗粒层；以及
执行第五沉积以在所述第二颗粒层上形成第三相变材料层。
15.根据权利要求8和13-14中的任一项所述的方法，其中，嵌有所述多个颗粒的所述相变材料通过以下操作形成：物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、或原子层化学气相沉积(ALCVD)。
16.根据权利要求8和13-15中的任一项所述的方法，其中，嵌有所述多个颗粒的所述相变材料在600华氏度和900华氏度之间的温度下形成。
17.根据权利要求8所述的方法，其中，形成嵌有所述多个颗粒的所述相变材料包括：
在具有衬底的反应室中提供第一靶材和第二靶材；以及
执行共溅射操作以在所述衬底上形成嵌有所述多个颗粒的所述相变材料，
其中，所述第一靶材包括所述相变材料，并且所述第二靶材包括所述多个颗粒。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，执行所述共溅射操作以在所述衬底上形成嵌有所述多个颗粒的所述相变材料包括：
依次执行使用所述第一靶材的第一溅射操作和执行使用所述第二靶材的第二溅射操作，以在所述衬底上形成嵌有所述多个颗粒的所述相变材料。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，执行所述共溅射操作以在所述衬底上形成嵌有所述多个颗粒的所述相变材料包括：
同时溅射所述第一靶材和所述第二靶材两者以在所述衬底上形成嵌有所述多个颗粒的所述相变材料。
20.根据权利要求17-19中的任一项所述的方法，其中，在形成嵌有所述多个颗粒的所述相变材料之前，在所述衬底上形成所述第一电极层、所述选择器件和所述中间电极层。
21.一种用于制造相变存储器(PCM)单元的方法，包括：
在衬底上形成选择器；以及
在所述选择器上形成PCM元件，
其中，所述PCM元件包括由相变材料和多个颗粒组成的夹层结构，并且所述相变材料和所述多个颗粒由不同的材料组成。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述多个颗粒是用于所述相变材料的成核内核。
23.根据权利要求21-22中的任一项所述的方法，其中，所述多个颗粒包括氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、或氧化铝(Al2O3)中的至少一种。
24.根据权利要求21-23中的任一项所述的方法，其中，所述多个颗粒具有在
和5nm之间的直径。
25.根据权利要求21-24中的任一项所述的方法，其中，所述相变材料包括硫族化物成分，所述硫族化物成分包括锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、铟(In)、或镓(Ga)中的至少一种。
26.根据权利要求21所述的方法，其中，形成由所述相变材料和所述多个颗粒组成的所述夹层结构包括：
执行第一沉积以形成第一相变材料层；
执行第二沉积以在所述第一相变材料层上形成第一颗粒层；以及
执行第三沉积以在所述第一颗粒层上形成第二相变材料层。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括：
执行第四沉积以在所述第二相变材料层上形成第二颗粒层；以及
执行第五沉积以在所述第二颗粒层上形成第三相变材料层。
28.根据权利要求21和26-27中的任一项所述的方法，其中，所述PCM元件通过以下操作形成：物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、或原子层化学气相沉积(ALCVD)。
29.根据权利要求21和26-28中的任一项所述的方法，其中，所述PCM元件在600华氏度和900华氏度之间的温度下形成。
30.根据权利要求21所述的方法，其中，在所述选择器上形成所述PCM元件包括：
在具有所述衬底的反应室中提供第一靶材和第二靶材；以及
执行共溅射操作以在所述衬底上形成由所述相变材料和所述多个颗粒组成的所述夹层结构，
其中，所述第一靶材包括所述相变材料，并且所述第二靶材包括所述多个颗粒。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，执行所述共溅射操作以在所述衬底上形成由所述相变材料和所述多个颗粒组成的所述夹层结构包括：
依次执行使用所述第一靶材的第一溅射操作和执行使用所述第二靶材的第二溅射操作，以在所述衬底上形成由所述相变材料和所述多个颗粒组成的所述夹层结构。
32.根据权利要求30所述的方法，其中，执行所述共溅射操作以在所述衬底上形成由所述相变材料和所述多个颗粒组成的所述夹层结构包括：
同时溅射所述第一靶材和所述第二靶材两者，以在所述衬底上形成由所述相变材料和所述多个颗粒组成的所述夹层结构。
33.根据权利要求30-32中的任一项所述的方法，其中，在形成所述PCM元件之前，在所述衬底上形成所述选择器。
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|---|---|---|---|---|
| WO2023103555A1 (en) * | 2021-12-08 | 2023-06-15 | International Business Machines Corporation | Stacked cross-point phase change memory |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1812118A (zh) * | 2004-12-02 | 2006-08-02 | 三星电子株式会社 | 相变存储器及其制造方法 |
| KR20110000961A (ko) * | 2009-06-29 | 2011-01-06 | 삼성전자주식회사 | 상변화 물질을 포함하는 비휘발성 메모리 소자 |
| CN101958338A (zh) * | 2009-07-16 | 2011-01-26 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 相变随机存取存储器及制造方法、编程方法 |
| CN107665947A (zh) * | 2016-07-28 | 2018-02-06 | 三星电子株式会社 | 可变电阻存储器件 |
| CN110197837A (zh) * | 2018-02-27 | 2019-09-03 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 包括相变材料层的半导体存储器件及其制造方法 |
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| KR100682969B1 (ko) * | 2005-08-04 | 2007-02-15 | 삼성전자주식회사 | 상변화 물질, 이를 포함하는 상변화 램과 이의 제조 및 동작 방법 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1812118A (zh) * | 2004-12-02 | 2006-08-02 | 三星电子株式会社 | 相变存储器及其制造方法 |
| KR20110000961A (ko) * | 2009-06-29 | 2011-01-06 | 삼성전자주식회사 | 상변화 물질을 포함하는 비휘발성 메모리 소자 |
| CN101958338A (zh) * | 2009-07-16 | 2011-01-26 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 相变随机存取存储器及制造方法、编程方法 |
| CN107665947A (zh) * | 2016-07-28 | 2018-02-06 | 三星电子株式会社 | 可变电阻存储器件 |
| CN110197837A (zh) * | 2018-02-27 | 2019-09-03 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 包括相变材料层的半导体存储器件及其制造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023103555A1 (en) * | 2021-12-08 | 2023-06-15 | International Business Machines Corporation | Stacked cross-point phase change memory |
Also Published As
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