DE102008027025A1 - Speicher mit gemeinsam genutztem Speichermaterial - Google Patents
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Abstract
Description
- Querverweis auf verwandte Anmeldungen
- Diese Patentanmeldung ist mit der US-Patentanmeldung, Seriennummer ##/###,###, Anwaltsaktenzeichen I331.321.101, mit dem Titel „MEMORY HAVING SHARED STORAGE MATERIAL", eingereicht am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung und durch Bezugnahme in diese aufgenommen, verwandt.
- Hintergrund
- Eine Art von Speicher ist ein resistiver Speicher. Ein resistiver Speicher nutzt den Widerstandswert eines Speicherelements, um eines oder mehrere Datenbits zu speichern. Beispielsweise kann ein Speicherelement, das so programmiert ist, dass es einen hohen Widerstandswert aufweist, einen logischen Datenbitwert „1" darstellen, und ein Speicherelement, das so programmiert ist, dass es einen niedrigen Widerstandswert aufweist, kann eine logischen Datenbitwert „0" darstellen. Der Widerstandswert des Speicherelements wird elektrisch durch Anlegen eines Spannungsimpulses oder eines Stromimpulses an das Speicherelement geändert. Eine Art von resistivem Speicher ist ein Phasenwechselspeicher. Ein Phasenwechselspeicher verwendet ein Phasenwechselmaterial für das resistive Speicherelement.
- Phasenwechselspeicher beruhen auf Phasenwechselmaterialien, die mindestens zwei unterschiedliche Zustände zeigen. Das Phasenwechselmaterial kann in Speicherzellen verwendet werden, um Datenbits zu speichern. Die Zustände des Phasenwechselmaterials können als der amorphe Zustand und der kristalline Zustand bezeichnet werden. Die Zustände können unterschieden werden, weil der amorphe Zustand im Allgemeinen eine höhere Resistivität zeigt als der kristalline Zustand. Im Allgemeinen beinhaltet der amorphe Zustand eine weniger geordnete Atomstruktur, während der kristalline Zustand ein stärker geordnetes Gitter beinhaltet. Einige Phasenwechselmaterialien zeigen mehr als einen kristallinen Zustand, z. B. einen flächenzentriert kubischen (face-centered cubic, FCC) Zustand und einen hexagonal dichtest gepackten (hexagonal closest packing, HCP) Zustand. Diese beiden kristallinen Zustände weisen unterschiedliche Resistivitäten auf und können verwendet werden, um Datenbits zu speichern. In der folgenden Beschreibung bezeichnet der amorphe Zustand allgemein den Zustand mit der höheren Resistivität, und der kristalline Zustand bezeichnet allgemein den Zustand mit der niedrigeren Resistivität.
- Phasenwechsel in Phasenwechselmaterialien können reversibel induziert werden. Auf diese Weise kann der Speicher ansprechend auf Temperaturänderungen vom amorphen Zustand in den kristallinen Zustand und vom kristallinen Zustand in den amorphen Zustand wechseln. Die Temperaturänderungen des Phasenwechselmaterials können dadurch erreicht werden, dass man Strom durch das Phasenwechselmaterial selbst schickt oder Strom durch einen Widerstandsheizer schickt, der dem Phasenwechselmaterial benachbart ist. Anhand von beiden Verfahren bewirkt eine gesteuerte Erwärmung des Phasenwechselmaterials einen steuerbaren Phasenwechsel im Phasenwechselmaterial.
- Ein Phasenwechselspeicher, der ein Speicherfeld bzw. Speicher-Array mit einer Vielzahl von Speicherzellen, die aus Phasenwechselmaterial bestehen, aufweist, kann unter Ausnutzung der Speicherzustände des Phasenwechselmaterials so programmiert werden, dass er Daten speichert. Eine Möglichkeit, Daten aus einer solchen Phasenwechsel-Speichervorrichtung auszulesen bzw. in diese zu schreiben, besteht darin, einen Strom- und/oder einen Spannungsimpuls, der an das Phasenwechselmaterial angelegt wird, zu steuern. Der Pegel des Stroms und/oder der Spannung entspricht im Allgemeinen der Temperatur, die im Phasenwechselmaterial der einzelnen Speicherzellen induziert wird.
- Um Phasenwechselspeicher mit höherer Dichte zu erhalten, kann eine Phasenwechsel-Speicherzelle mehrere Datenbits speichern. Eine Multibit-Speicherung in einer Phasenwechsel-Speicherzelle kann dadurch erreicht werden, dass das Phasenwechselmaterial so programmiert wird, dass es Zwischenwiderstandswerte oder -zustände aufweist. Wenn die Phasenwechsel-Speicherzelle auf einen von drei unterschiedlichen Widerstandspegeln programmiert wird, können 1,5 Datenbits pro Zelle gespeichert werden. Wenn die Phasenwechsel-Speicherzelle auf einen von vier unterschiedlichen Widerstandspegeln programmiert wird, können zwei Datenbits pro Zelle gespeichert werden, und so weiter.
- Während der Fertigung der Phasenwechsel-Speicherzellen wird das Phasenwechselmaterial in der Regel geätzt, um Speicherorte bereitzustellen. Das Ätzen des Phasenwechselmaterials kann jedoch die Ränder des Phasenwechselmaterials beschädigen und kann schwierig zu steuern sein. Der Einfluss des beschädigten Phasenwechselmaterials nimmt zu, je kleiner die kritische Abmessung der Phasenwechsel-Speicherzelle wird. Je kleiner die kritische Abmessung der Phasenwechsel-Speicherzelle wird, desto höher wird der Prozentanteil an Speicherplatz, den das beschädigte Phasenwechselmaterial einnimmt. Wenn der Prozentanteil an beschädigtem Phasenwechselmaterial zu groß ist, funktioniert die Phasenwechsel-Speicherzelle möglicherweise nicht richtig.
- Aus diesen und anderen Gründen besteht Bedarf an der vorliegenden Erfindung.
- Zusammenfassung
- Eine Ausführungsform schafft eine integrierte Schaltung. Die integrierte Schaltung schließt eine Bitleitung und eine Vielzahl von Zugriffseinrichtungen ein, die mit der Bitleitung verbunden sind. Die integrierte Schaltung schließt eine Vielzahl von Phasenwechselelementen, welche die Platte aus Phasenwechselmaterial kontaktieren, und eine Vielzahl von ersten Kontakten ein. Jeder erste Kontakt ist zwischen eine Zugriffseinrichtung und ein Phasenwechselelement gekoppelt.
- Kurze Beschreibung der Zeichnung
- Die begleitende Zeichnung ist eingeschlossen, um ein weitergehendes Verstehen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, und ist in diese Schrift aufgenommen und bildet einen Teil von ihr. Die Zeichnung stellt Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar und dient zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundlagen der Erfindung zu erläutern. Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und viele der angestrebten Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ohne Weiteres zu erkennen sein, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnung sind nicht unbedingt maßstabsgetreu zueinander. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
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1 ist ein Schema, das eine Ausführungsform eines Feldes bzw. Arrays aus Phasenwechsel-Speicherzellen darstellt. -
2 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen. -
3A zeigt eine vereinfachte Seitenansicht einer Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen. -
3B zeigt eine vereinfachte Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen. -
4A ist Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines Speicherorts. -
4B ist eine Querschnittsdarstellung einer anderen Ausführungsform eines Speicherorts. -
4C ist eine Querschnittsdarstellung einer anderen Ausführungsform eines Speicherorts. -
4D ist eine Querschnittsdarstellung einer anderen Ausführungsform eines Speicherorts. -
4E ist eine Querschnittsdarstellung einer anderen Ausführungsform eines Speicherorts. -
5A ist eine Querschnittsdarstellung einer anderen Ausführungsform eines Speicherorts. -
5B ist eine senkrechte Querschnittsdarstellung der Ausführungsform des in5A dargestellten Speicherorts. -
6A ist eine Querschnittsdarstellung einer anderen Ausführungsform eines Speicherorts. -
6B ist eine senkrechte Querschnittsdarstellung der Ausführungsform des in6A dargestellten Speicherorts. -
7 ist ein Schema, das eine andere Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen darstellt. -
8A ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen einschließlich einer Platte aus Phasenwechselmaterial. -
8B ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen einschließlich einer Platte aus Phasenwechselmaterial. -
8C ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen einschließlich einer Platte aus Phasenwechselmaterial. -
9A ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen einschließlich einer Platte aus Phasenwechselmaterial. -
9B ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen einschließlich einer Platte aus Phasenwechselmaterial. -
9C ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen einschließlich einer Platte aus Phasenwechselmaterial. -
10A ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen einschließlich mehrerer Miniplatten aus Phasenwechselmaterial. -
10B ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen einschließlich mehrerer Miniplatten aus Phasenwechselmaterial. -
10C ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen einschließlich mehrerer Miniplatten aus Phasenwechselmaterial. -
11A ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen einschließlich mehrerer Miniplatten aus Phasenwechselmaterial. -
11B ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen einschließlich mehrerer Miniplatten aus Phasenwechselmaterial. -
11C ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen einschließlich mehrerer Miniplatten aus Phasenwechselmaterial. -
12A ist eine vereinfachte Seitenansicht einer Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen einschließlich einer Platte aus Phasenwechselmaterial. -
12B ist eine vereinfachte Seitenansicht einer Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen einschließlich einer Platte aus Phasenwechselmaterial. -
12C ist eine vereinfachte Seitenansicht einer Ausführungsform eines Array aus Phasenwechsel-Speicherzellen einschließlich einer Platte aus Phasenwechselmaterial. - Ausführliche Beschreibung
- In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die begleitende Zeichnung Bezug genommen, die einen Teil von ihr bildet und in der zur Erläuterung bestimmte Ausführungsformen dargestellt sind, in denen die Erfindung verwirklicht werden kann. In diesem Zusammenhang wird Richtungsterminologie, wie „oben", „unten", „vorne", „hinten", „vorangehend", „nachgehend" usw. mit Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit einer Reihe von unterschiedlichen Ausrichtungen angeordnet werden können, wird die Richtungsterminologie für die Zwecke der Darstellung verwendet und ist in keiner Weise beschränkend. Es sei darauf hingewiesen, dass auch andere Ausführungsformen verwendet werden können und dass bauliche oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung soll daher nicht beschränkend aufgefasst werden, und der Bereich der vorliegenden Erfindung wird in den beigefügten Ansprüchen definiert.
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1 ist ein Schema, das eine Ausführungsform eines Array100 aus Phasenwechsel-Speicherzellen darstellt. Das Speicher-Array100 schließt eine Vielzahl von Phasenwechsel-Speicherzellen104a –104d (gemeinsam als Phasenwechsel-Speicherzellen104 bezeichnet), eine Vielzahl von Bitleitungen (BLs)112a –112b (gemeinsam als Bitleitungen112 bezeichnet), eine Vielzahl von Wortleitungen (WLs)110a –110b (gemeinsam als Wortleitungen110 bezeichnet) und eine Vielzahl von Masseleitungen (GLs)114a –114b (gemeinsam als Masseleitungen114 bezeichnet) ein. Das Speicher-Array100 schließt auch eine Vielzahl von Leitungen aus Phasenwechselmaterial ein, wobei jede Leitung aus Phasenwechselmaterial an einer Bitleitung112 ausgerichtet ist, diese kontaktiert und an dieser entlang verläuft. - Wie hierin verwendet, soll der Ausdruck „elektrisch verkoppelt” nicht bedeuten, dass die Elemente direkt miteinander verkoppelt sein müssen, und es können Zwischenelemente zwischen den „elektrisch verkoppelten" Elementen vorgesehen sein.
- Jede Phasenwechsel-Speicherzelle
104 ist elektrisch mit einer Wortleitung110 , einer Bitleitung112 und einer Masse- bzw. Erdleitung114 verkoppelt. Beispielsweise ist die Phasenwechsel-Speicherzelle104a elektrisch mit einer Bitleitung112a , einer Wortleitung110a und einer Masseleitung114a verkoppelt, und eine Phasenwechsel-Speicherzelle104b ist elektrisch mit einer Bitleitung112a , einer Wortleitung110b und einer Masseleitung114b verkoppelt. Eine Phasenwechsel-Speicherzelle104c ist elektrisch mit einer Bitleitung112b , einer Wortleitung110a und einer Masseleitung114a verkoppelt, und die Phasenwechsel- Speicherzelle104d ist elektrisch mit einer Bitleitung112b , einer Wortleitung110b und einer Masseleitung114b verkoppelt. - Jede Phasenwechsel-Speicherzelle
104 schließt ein Phasenwechselelement106 und einen Transistor108 ein. Zwar ist der Transistor108 in der vorliegenden Ausführungsform ein Feldeffekttransistor (FET), aber in anderen Ausführungsformen kann der Transistor108 eine andere geeignete Einrichtung sein, wie ein bipolarer Transistor oder eine 3D-Transistorstruktur. Die Phasenwechsel-Speicherzelle104a schließt ein Phasenwechselelement106a und einen Transistor108a ein. Eine Seite des Phasenwechselelements106a ist über eine Leitung aus Phasenwechselmaterial, die entlang der Bitleitung112a verläuft, elektrisch mit der Bitleitung112a verkoppelt, und die andere Seite des Phasenwechselelements106a ist elektrisch mit einer Seite eines Source/Drain-Pfads des Transistors108a verkoppelt. Die andere Seite des Source/Drain-Pfads des Transistors108a ist elektrisch mit einer Masseleitung114a verkoppelt. Das Gate des Transistors108a ist elektrisch mit der Wortleitung110a verkoppelt. - Die Phasenwechsel-Speicherzelle
104b schließt ein Phasenwechselelement106b und einen Transistor108b ein. Eine Seite des Phasenwechselelements106b ist über die Leitung aus Phasenwechselmaterial, die entlang der Bitleitung112a verläuft, elektrisch mit der Bitleitung112a verkoppelt, und die andere Seite des Phasenwechselelements106b ist elektrisch mit einer Seite eines Source/Drain-Pfads des Transistors108b verkoppelt. Die andere Seite des Source/Drain-Pfads des Transistors108b ist elektrisch mit einer Erd- oder Masseleitung114b verkoppelt. Das Gate des Transistors108b ist elektrisch mit der Wortleitung110b verkoppelt. - Die Phasenwechsel-Speicherzelle
104c schließt ein Phasenwechselelement106c und einen Transistor108c ein. Eine Seite des Phasenwechselelements106c ist über eine Leitung aus Phasenwechselmaterial, die entlang der Bitleitung112b verläuft, elektrisch mit der Bitleitung112b verkoppelt, und die andere Seite des Phasenwechselelements106c ist elektrisch mit einer Seite eines Source/Drain-Pfads des Transistors108c verkoppelt. Die andere Seite des Source/Drain-Pfads des Transistors108c ist elektrisch mit einer Masseleitung114a verkoppelt. Das Gate des Transistors108c ist elektrisch mit der Wortleitung110a verkoppelt. - Die Phasenwechsel-Speicherzelle
104d schließt ein Phasenwechselelement106d und einen Transistor108d ein. Eine Seite des Phasenwechselelements106d ist über eine Leitung aus Phasenwechselmaterial, die entlang der Bitleitung112b verläuft, elektrisch mit der Bitleitung112b verkoppelt, und die andere Seite des Phasenwechselelements106d ist elektrisch mit einer Seite eines Source/Drain-Pfads des Transistors108d verkoppelt. Die andere Seite des Source/Drain-Pfads des Transistors108d ist elektrisch mit einer Masseleitung114b verkoppelt. Das Gate des Transistors108d ist elektrisch mit der Wortleitung110b verkoppelt. - Jedes Phasenwechselelement
106 und jede Leitung aus Phasenwechselmaterial umfasst ein Phasenwechselmaterial, das gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer Reihe von Materialien bestehen kann. Im Allgemeinen sind Chalkogenid-Legierungen, die eines oder mehrere Elemente der Gruppe VI des Periodensystems enthalten, als solche Materialien geeignet. In einer Ausführungsform besteht das Phasenwechselmaterial aus einer Chalkogenidverbindung, wie GeSbTe, SbTe, GeTe oder AgInSbTe. In einer anderen Ausführungsform ist das Phasenwechselmaterial frei von Chalkogen, wie GeSb, GaSb, InSb oder GeGaInSb. In anderen Ausführungsformen besteht das Phasenwechselmaterial aus irgendeinem geeigneten Material, das eines oder mehrere der Elemente Ge, Sb, Te, Ga, As, In, Se und S einschließt. - Während einer Einstell- bzw. Setzoperation der Phasenwechsel-Speicherzelle
104a wird ein Einstell- bzw. Setzstrom- oder Setzspannungsimpuls selektiv freigegeben und durch eine Bitleitung112a und die Leitung aus Phasenwechselmaterial zu einem Phasenwechselelement106a geschickt, wodurch das Phasenwechselelement106a über seine Kristallisationstemperatur (aber üblicherweise nicht bis auf seine Schmelztemperatur) erwärmt wird, wobei eine Wortleitung110a ausgewählt wird, um den Transistor108a zu aktivieren. Auf diese Weise erreicht das Phasenwechselelement106a während dieser Setzoperation seinen kristallinen Zustand. Während einer Rücksteil- bzw. Rücksetzoperation der Phasenwechsel-Speicherzelle104a wird ein Rücksteil- bzw. Rücksetzstrom- oder Rücksetz spannungsimpuls selektiv zugelassen und durch die Bitleitung112a und die Leitung aus Phasenwechselmaterial an ein Phasenwechselelement106a geschickt. Der Rücksetzstrom oder die Rücksetzspannung erwärmt das Phasenwechselelement106a schnell über seine Schmelztemperatur hinaus. Nach Abstellen des Strom- oder Spannungsimpulses wird das Phasenwechselelement106a schnell auf seinen amorphen Zustand gequencht. Die Phasenwechsel-Speicherzellen104b –104d und andere Phasenwechsel-Speicherzellen104 im Speicher-Array100 werden auf ähnliche Weise wie die Phasenwechsel-Speicherzelle104a anhand eines ähnlichen Strom- oder Spannungsimpulses eingestellt und zurückgesetzt. -
2 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Array200 aus Phasenwechsel-Speicherzellen. Das Array200 aus Phasenwechsel-Speicherzellen schließt Bitleitungen und Leitungen aus Phasenwechselmaterial, die mit202 bezeichnet sind, Masseleitungen114 und Wortleitungen110 ein. Die Speicherzellen sind über Kontakte204 elektrisch mit Bitleitungen und Leitungen aus Phasenwechselmaterial202 verkoppelt. Die Speicherzellen sind über Kontakte206 elektrisch mit den Masseleitungen114 verkoppelt. Die Wortleitungen sind gerade Leitungen und die Bitleitungen und die Leitungen aus Phasenwechselmaterial202 sind gerade Leitungen. Die Bitleitungen und die Leitungen aus Phasenwechselmaterial202 verlaufen senkrecht zu den Wortleitungen. Die Masseleitungen114 verlaufen parallel zu und zwischen den Wortleitungen110 . - Das Array
200 aus Phasenwechsel-Speicherzellen schließt Phasenwechsel-Speicherzellen mit zwei Gates ein. Das Array200 aus Phasenwechsel-Speicherzellen hat eine Zellengröße von so wenig wie bis auf 8F2 herunter, wobei F die minimale Merkmalsgröße ist. Bitleitungen und Leitungen aus Phasenwechselmaterial202 sind elektrisch mit einer Seite der Phasenwechsel-Speicherelemente verkoppelt. Die anderen Seiten der Phasenwechsel-Speicherelemente sind über Kontakte204 elektrisch mit einer Seite der Source/Drain-Pfade der Transistoren verkoppelt. Wortleitungen110 sind mit den Gates der Transistoren verkoppelt. Die anderen Seiten der Source/Drain-Pfade der Transistoren sind über Kontakte206 mit Masseleitungen114 verkoppelt. Jeder Kontakt206 wird von zwei Transistoren gemeinsam genutzt, um auf zwei Phasenwechsel-Speicherelemente zuzugreifen. In einer Ausführungsform sind Masseleitungen114 tiefer angeordnet als Bitleitungen und Leitungen aus Phasenwechselmaterial202 . In einer anderen Ausführungsform sind Bitleitungen und Leitungen aus Phasenwechselmaterial202 tiefer angeordnet als Massenleitungen114 . - Die aktiven Bereiche von Transistoren innerhalb des Array
200 aus Phasenwechsel-Speicherzellen sind mit208 bezeichnet. Kontakte204 und206 sind entlang von Bitleitungen und Leitungen aus Phasenwechselmaterial202 ausgerichtet. Ebenso sind auch die aktiven Bereiche208 von Transistoren innerhalb von Phasenwechsel-Speicherzellen200 an Bitleitungen und Leitungen aus Phasenwechselmaterial202 ausgerichtet. -
3A ist eine vereinfachte Seitenansicht einer Ausführungsform eines Array240a aus Phasenwechsel-Speicherzellen. In einer Ausführungsform ähnelt das Array240a aus Phasenwechsel-Speicherzellen240a dem Array100 aus Phasenwechsel-Speicherzellen (1 ). Das Array240a schließt ein Substrat248 , Bitleitungen und Leitungen aus Phasenwechselmaterial202 , Masseleitungen114 , Transistoren108 , Kontakte204 , Kontakte206 , Elektroden246 und Speicherorte einschließlich von Phasenwechselelementen106 und Isoliermaterial244 ein. Jede Bitleitung und Leitung aus Phasenwechselmaterial202 schließt eine Bitleitung112 und eine Leitung242 aus Phasenwechselmaterial ein. Bitleitungen112 und Masseleitungen114 befinden sich in separaten Metallisationsschichten. In einer Ausführungsform umfassen die Bitleitungen112W oder ein anderes geeignetes Metall und befinden sich in einer tieferen Metallisationsschicht als die Masseleitungen114 , die Al, Cu oder ein anderes geeignetes Metall umfassen. In einer anderen Ausführungsform umfassen die Bitleitungen112 Al, Cu oder ein anderes geeignetes Metall und befinden sich in einer höheren Metallisationsschicht als die Masseleitungen114 , die W oder ein anderes geeignetes Metall umfassen. - In einer Ausführungsform verlaufen die Bitleitungen
112 senkrecht zu den Masseleitungen114 . Eine Seite des Source/Drain-Pfads jedes Transistors ist über einen Kontakt206 , der Cu, W oder ein anderes geeignetes elektrisch leitfähiges Material umfasst, mit einer Masseleitung114 verkoppelt. Die andere Seite des Source/Drain-Pfads jedes Transistors108 ist über einen Kontakt204 , der Cu, W oder ein anderes geeignetes elektrisch leitfähiges Material umfasst, elektrisch mit einer Elektrode246 verkoppelt. Jede Elektrode246 ist elektrisch mit einem Phasenwechselelement106 verkoppelt. Jedes Phasenwechselelement106 ist lateral von Isoliermaterial244 umgeben. Jedes Phasenwechselelement106 kontaktiert eine Leitung242 aus Phasenwechselmaterial, die die Bitleitung112 kontaktiert. Das Gate jedes Transistors108 ist elektrisch mit einer Wortleitung110 verkoppelt, die dotiertes Polt-Si, W, TiN, NiSi, CoSi, TiSi, WSix oder ein anderes geeignetes Material umfasst. In einer Ausführungsform ist das Speicherelement ein Durchkontaktierungselement oder ein anderes geeignetes Phasenwechsel-Speicherelement. - Während der Fertigung eines Array
240a aus Phasenwechsel-Speicherzellen wird Phasenwechselmaterial über einer Isolierschicht, in die V-förmige Öffnungen geätzt wurden, um Abschnitte der Elektroden246 freizulegen, abgeschieden. Das Phasenwechselmaterial füllt die Öffnungen, wodurch Phasenwechselelemente106 gebildet werden, und deckt die Schicht aus Isoliermaterial ab. Dann wird das Phasenwechselmaterial planarisiert und anhand von Linienlithographie geätzt, um Leitungen242 aus Phasenwechselmaterial zu bilden. In einer anderen Ausführungsform wird leitfähiges Material über dem Phasenwechselmaterial abgeschieden, und das leitfähige Material und das Phasenwechselmaterial werden gleichzeitig geätzt, um Bitleitungen112 und Leitungen242 aus Phasenwechselmaterial zu bilden. In jeder Ausführungsform wird ein individuelles Ätzen der einzelnen Phasenwechselelemente106 und somit ein Randschaden aufgrund eines Ätzens vermieden. -
3B ist eine vereinfachte Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Array240b aus Phasenwechsel-Speicherzellen. Das Array240b aus Phasenwechsel-Speicherzellen ist dem Array240a aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das zuvor mit Bezug auf3A beschrieben und dargestellt wurde, ähnlich, außer dass das Array240b aus Phasenwechsel-Speicherzellen Einkerbungen243 in der Leitung242 aus Phasenwechselmaterial aufweist. Die Einkerbungen in der Leitung aus Phasenwechselmaterial kommen daher, dass das Phasenwechselmaterial nach der Abscheidung des Phasenwechselmaterials nicht planarisiert wurde. Die Einkerbungen243 werden mit leitfähigem Material gefüllt, wenn das leitfähige Material abgeschieden wird. Die Einkerbungen243 verringern den Abstand zwischen Bitleitungen112 und Elektroden246 , wodurch das Risiko eines Übersprechens zwischen benachbarten Speicherzellen verringert wird. -
4A ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Speicherorts250a . Der Speicherort250a kann in einem Array240a aus Phasenwechsel-Speicherzellen (3A ) oder einem Array240b aus Phasenwechsel-Speicherzellen (3B ) verwendet werden. Der Speicherort250a kann elektrisch zwischen die Elektrode246 und die Leitung242 aus Phasenwechselmaterial gekoppelt sein. Der Speicherort250a schließt ein Phasenwechselelement106 und ein Isoliermaterial244 ein. In dieser Ausführungsform weist das Phasenwechselelement106 eine zylindrische Form auf, und Isoliermaterial244 umgibt das Phasenwechselelement106 lateral. -
4B ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Speicherorts250b . Der Speicherort250b kann in einem Array240a aus Phasenwechsel-Speicherzellen (3A ) oder einem Array240b aus Phasenwechsel-Speicherzellen (3B ) verwendet werden. Der Speicherort250b kann elektrisch zwischen die Elektrode246 und die Leitung242 aus Phasenwechselmaterial gekoppelt sein. Der Speicherort250b schließt einen Heizerkontakt260 , ein Phasenwechselelement106 und ein Isoliermaterial244 ein. In dieser Ausführungsform weist das Phasenwechselelement106 eine V-Form auf und der Heizerkontakt weist eine zylindrische Form auf und kontaktiert den Boden des Phasenwechselelements106 . Isoliermaterial244 umgibt das Phasenwechselelement106 und den Heizerkontakt260 lateral. -
4C ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Speicherorts250c . Der Speicherort250c kann in einem Array240a aus Phasenwechsel-Speicherzellen (3A ) oder einem Array240b aus Phasenwechsel-Speicherzellen (3B ) verwendet werden. Der Speicherort250c kann elektrisch zwischen die Elektrode246 und die Leitung242 aus Phasenwechselmaterial gekoppelt sein. Der Speicherort250c schließt einen Heizerkontakt260 , ein Phasenwechselelement106 und ein Isoliermaterial244 ein. In dieser Ausführungsform weist das Phasenwechselelement106 eine zylindrische Form auf und der Heizerkontakt weist ebenfalls eine zylindrische Form auf und kontaktiert den Boden des Phasenwechselelements106 . Isoliermaterial244 umgibt das Phasenwechselelement106 und den Heizerkontakt260 lateral. -
4D ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Speicherorts250d . Der Speicherort250d kann in einem Array240a aus Phasenwechsel-Speicherzellen (3A ) oder einem Array240b aus Phasenwechsel-Speicherzellen (3B ) verwendet werden. Der Speicherort250d kann elektrisch zwischen die Elektrode246 und die Leitung242 aus Phasenwechselmaterial gekoppelt sein. Der Speicherort250d schließt einen Heizerkontakt260 , ein Phasenwechselelement106 und ein Isoliermaterial244 ein. In dieser Ausführungsform weist das Phasenwechselelement106 einen zylindrischen oberen Abschnitt262 auf, der einen V-förmigen unteren Abschnitt264 kontaktiert. Der Heizerkontakt weist eine zylindrische Form auf und kontaktiert den Boden des unteren Abschnitts264 des Phasenwechselelements106 . Isoliermaterial244 umgibt das Phasenwechselelement106 und den Heizerkontakt260 lateral. -
4E ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Speicherorts250e . Der Speicherort250e kann in einem Array240a aus Phasenwechsel-Speicherzellen (3A ) oder einem Array240b aus Phasenwechsel-Speicherzellen (3B ) verwendet werden. Der Speicherort250e kann elektrisch zwischen die Elektrode246 und die Leitung242 aus Phasenwechselmaterial gekoppelt sein. Der Speicherort250e schließt ein Phasenwechselelement106 und ein Isoliermaterial244 ein. In dieser Ausführungsform weist das Phasenwechselelement106 einen zylindrischen oberen Abschnitt262 auf, der einen V-förmigen unteren Abschnitt264 kontaktiert. Isoliermaterial244 umgibt das Phasenwechselelement106 lateral. -
5A ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform von zwei Speicherorten250f , und5B ist eine senkrechte Querschnittsdarstellung der beiden Speicherorte250f . Jeder Speicherort250f kann in einem Array240a aus Phasenwechsel-Speicherzellen (3A ) oder einem Array240b aus Phasenwechsel-Speicherzellen (3B ) verwendet werden. Jeder Speicherort250f kann elektrisch zwischen die Elektrode246 und die Leitung242 aus Phasenwechselmaterial gekoppelt sein. Die Speicherorte250f schließen Phasenwechselelemente106 , Isoliermaterial244 und Heizerkontakte260 ein. In dieser Ausführungsform sind zwei Phasenwechselelemente106 für jeden V-förmigen Phasenwechselabschnitt im Isoliermaterial244 vorhanden. Die Heizerkontakte260 weisen eine Becherform auf. Am Schnittpunkt der Heizerkontakte260 und des Phasenwechselmaterials sind Phasenwechselelemente106 ausgebildet. -
6A ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform von zwei Speicherorten250g , und6B ist eine senkrechte Querschnittsdarstellung der beiden Speicherorte250g . Jeder Speicherort250g kann in einem Array240a aus Phasenwechsel-Speicherzellen (3A ) oder einem Array240b aus Phasenwechsel-Speicherzellen (3B ) verwendet werden. Jeder Speicherort250g kann elektrisch zwischen die Elektrode246 und die Leitung242 aus Phasenwechselmaterial gekoppelt sein. Die Speicherorte250g schließen Phasenwechselelemente106 , Isoliermaterial244 und Heizerkontakte260 ein. In dieser Ausführungsform sind zwei Phasenwechselelemente106 für jede V-förmige Phasenwechsel-Grabenöffnung im Isoliermaterial244 vorhanden. Die Heizerkontakte260 weisen eine Becherform auf. Am Schnittpunkt der Heizerkontakte260 und des Phasenwechselmaterials sind Phasenwechselelemente106 ausgebildet. -
7 ist ein Schema, das eine andere Ausführungsform eines Array101 aus Phasenwechsel-Speicherzellen darstellt. Das Speicher-Array101 schließt Phasenwechsel-Speicherzellen104a –104d , Bitleitungen112a –112b , Wortleitungen110a –110b und eine Erd- oder Masseplatte115 ein. Das Speicher-Array101 schließt auch eine Platte aus Phasenwechselmaterial ein, die an der Erd- oder Masseplatte115 ausgerichtet ist und mit dieser in Kontakt steht. - Jede Phasenwechsel-Speicherzelle
104 ist elektrisch mit einer Wortleitung110 , einer Bitleitung112 und einer Erd- oder Masseplatte115 verkoppelt. Beispielsweise ist die Phasenwechsel-Speicherzelle104a elektrisch mit der Bitleitung112a , der Wortleitung110a und der Erd- oder Masseplatte115 verkoppelt, und die Phasenwechsel-Speicherzelle104b ist elektrisch mit der Bitleitung112a , der Wortleitung110b und der Erd- oder Masseplatte115 verkoppelt. Die Phasenwechsel-Speicherzelle104c ist elektrisch mit der Bitleitung112b , der Wortleitung110a und der Erd- oder Masseplatte115 verkoppelt, und die Phasenwechsel-Speicherzelle104d ist elektrisch mit der Bitleitung112b , der Wortleitung110b und der Erd- oder Masseplatte115 verkoppelt. - Jede Phasenwechsel-Speicherzelle
104 schließt ein Phasenwechselelement106 und einen Transistor108 ein. Die Phasenwechsel-Speicherzelle104a schließt ein Phasenwechselelement106a und einen Transistor108a ein. Eine Seite des Phasenwechselelements106a ist über die Platte aus Phasenwechselmaterial elektrisch mit einer Erd- oder Masseplatte115 verkoppelt, und die andere Seite des Phasenwechselelements106a ist elektrisch mit einer Seite des Source/Drain-Pfads des Transistors108a verkoppelt. Die andere Seite des Source/Drain-Pfads des Transistors108a ist elektrisch mit der Bitleitung112a verkoppelt. Das Gate des Transistors108a ist elektrisch mit einer Wortleitung110a verkoppelt. Die Phasenwechsel-Speicherzelle104b schließt ein Phasenwechselelement106b und einen Transistor108b ein. Eine Seite des Phasenwechselelements106b ist über die Platte aus Phasenwechselmaterial elektrisch mit einer Erd- oder Masseplatte115 verkoppelt, und die andere Seite des Phasenwechselelements106b ist elektrisch mit einer Seite des Source/Drain-Pfads des Transistors108b verkoppelt. Die andere Seite des Source/Drain-Pfads des Transistors108b ist elektrisch mit der Bitleitung112a verkoppelt. Das Gate des Transistors108b ist elektrisch mit der Wortleitung110b verkoppelt. - Die Phasenwechsel-Speicherzelle
104c schließt ein Phasenwechselelement106c und einen Transistor108c ein. Eine Seite des Phasenwechselelements106c ist über die Platte aus Phasenwechselmaterial elektrisch mit einer Erd- oder Masseplatte115 verkoppelt, und die andere Seite des Phasenwechselelements106c ist elektrisch mit einer Seite des Source/Drain-Pfads des Transistors108c verkoppelt. Die andere Seite des Source/Drain-Pfads des Transistors108c ist elektrisch mit der Bitleitung112b verkoppelt. Das Gate des Transistors108c ist elektrisch mit der Wortleitung110a verkoppelt. Die Phasenwechsel-Speicherzelle104d schließt ein Phasenwechselelement106d und einen Transistor108d ein. Eine Seite des Phasenwechselelements106d ist über die Platte aus Phasenwechselmaterial elektrisch mit einer Erd- oder Masseplatte115 verkoppelt, und die andere Seite des Phasenwechselelements106d ist elektrisch mit einer Seite des Source/Drain-Pfads des Transistors108d verkoppelt. Die andere Seite des Source/Drain-Pfads des Transistors108d ist elektrisch mit der Bitleitung112b verkoppelt. Das Gate des Transistors108d ist elektrisch mit der Wortleitung110b verkoppelt. - Im Betrieb wird in einer Ausführungsform während einer Schreiboperation der Phasenwechsel-Speicherzelle
104a ein Massepotential an die Erd- oder Masseplatte115 angelegt, und die Wortleitung110a wird ausgewählt, um den Transistor108a zu aktivieren. Eine negative Programmierspannung wird an die Bitleitung112a angelegt, während die Bitleitung112b und die anderen nicht-ausgewählten Bitleitungen112 im Speicher-Array101 mit der Masse verbunden oder in der Schwebe gelassen werden. In einer Ausführungsform wird während einer Leseoperation der Phasenwechsel-Speicherzelle104a ein Massepotential an die Erd- oder Masseplatte115 angelegt, und die Wortleitung110a wird ausgewählt, um den Transistor108a zu aktivieren. Eine positive oder negative Lesespannung wird an die Bitleitung112a angelegt, während die Bitleitung112b und die anderen nicht-ausgewählten Bitleitungen112 im Speicher-Array101 mit der Masse verbunden werden. Bei Anlegen einer Lesespannung an die Bitleitung112a wird der Strom durch das Phasenwechselelement106a auf der Bitleitung112a erfasst, um den Zustand des Phasenwechselelements106a zu bestimmen. - Im Betrieb einer anderen Ausführungsform wird während einer Schreiboperation der Phasenwechsel-Speicherzelle
104a eine positive Versorgungsspannung (Vdd) an die Erd- oder Masseplatte115 angelegt, und die Wortleitung110a wird ausgewählt, um den Transistor108a zu aktivieren. Eine Null-Volt-Programmierspannung wird an die Bitleitung112a angelegt, während die Bitleitung112b und die anderen nicht-ausgewählten Bitleitungen112 im Speicher-Array101 mit Vdd verbunden werden. In einer anderen Ausführungsform wird während einer Leseoperation der Phasenwechsel-Speicherzelle104a Vdd an die Erd- oder Masseplatte115 angelegt, und die Wortleitung110a wird ausgewählt, um den Transistor108a zu aktivieren. Eine positive Lesespannung wird an die Bitleitung112a angelegt, während die Bitleitung112b und die anderen nicht-ausgewählten Bitleitungen112 im Speicher-Array101 mit Vdd verbunden werden. Bei Anlegung einer Lesespannung an die Bitleitung112a wird der Strom durch das Phasenwechselelement106a auf der Bitleitung112a erfasst, um den Zustand des Phasenwechselelements106a zu bestimmen. - Im Betrieb einer anderen Ausführungsform wird während einer Schreiboperation der Phasenwechsel-Speicherzelle
104a ein Massepotential an die Erd- oder Masseplatte115 angelegt, und die Wortleitung110a wird ausgewählt, um den Transistor108a zu aktivieren. - Eine Programmierspannung Vdd wird an die Bitleitung
112a angelegt, während die Bitleitung112b und die anderen nicht-ausgewählten Bitleitungen112 im Speicher-Array101 mit der Masse verbunden oder in der Schwebe gelassen werden. In einer anderen Ausführungsform wird während einer Leseoperation der Phasenwechsel-Speicherzelle104a ein Massepotential an die Erd- oder Masseplatte115 angelegt, und die Wortleitung110a wird ausgewählt, um den Transistor108a zu aktivieren. Eine positive oder negative Lesespannung wird an die Bitleitung112a angelegt, während die Bitleitung112b und die anderen nichtausgewählten Bitleitungen112 im Speicher-Array101 mit Vdd verbunden werden. Wenn die Lesespannung an die Bitleitung112a angelegt wird, wird der Strom durch das Phasenwechselelement106a auf der Bitleitung112a erfasst, um den Zustand des Phasenwechselelements106a zu bestimmen. - Im Betrieb einer anderen Ausführungsform wird während einer Schreiboperation der Phasenwechsel-Speicherzelle
104a Vdd/2 oder ein anderer geeigneter Bruch f an die Erd- oder Masseplatte115 angelegt, und die Wortleitung110a wird ausgewählt, um den Transistor108a zu aktivieren. Eine –Vdd/2- oder eine entsprechende f – 1-Programmierspannung wird an die Bitleitung112a angelegt, während die Bitleitung112b und die anderen nichtausgewählten Bitleitungen112 im Speicher-Array101 mit Vdd/2 oder f verbunden werden. In einer anderen Ausführungsform wird während einer Leseoperation der Phasenwechsel-Speicherzelle104a Vdd/2 oder ein anderer geeigneter Bruch f an die Erd- oder Masseplatte115 angelegt, und die Wortleitung110a wird ausgewählt, um den Transistor108a zu aktivieren. Eine positive oder negative Lesespannung wird an die Bitleitung112a angelegt, während die Bitleitung112b und die anderen nicht-ausgewählten Bitleitungen112 im Speicher-Array101 mit Vdd/2 oder f verbunden werden. Bei Anlegung einer Lesespannung an die Bitleitung112a wird der Strom durch das Phasenwechselelement106a auf der Bitleitung112a erfasst, um den Zustand des Phasenwechselelements106a zu bestimmen. Die Phasenwechsel-Speicherzelle104b –104d und die anderen Phasenwechsel-Speicherzellen104 im Speicher-Array101 werden ähnlich wie die Phasenwechsel-Speicherzelle104a unter Verwendung ähnlicher Lese- und Schreiboperationen gelesen und beschrieben. -
8A ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Array300a aus Phasenwechsel-Speicherzellen einschließlich einer leitfähigen Platte und einer Platte aus Pha senwechselmaterial, wie bei302 angegeben. Die leitfähige Platte kontaktiert die Platte aus Phasenwechselmaterial und ist über dieser angeordnet. Das Array300a aus Phasenwechsel-Speicherzellen schließt Bitleitungen112 , die leitfähige Platte und die Platte aus Phasenwechselmaterial302 , sowie Wortleitungen110 ein. Die Speicherzellen sind über Kontakte204 elektrisch mit der leitfähigen Platte und der Platte aus Phasenwechselmaterial302 verbunden. Die Speicherzellen sind über Kontakte206 elektrisch mit Bitleitungen112 verbunden. Die Wortleitungen110 verlaufen senkrecht zu den Bitleitungen112 . - Das Array
300a aus Phasenwechsel-Speicherzellen schließt Phasenwechsel-Speicherzellen mit Einzel-Gates ein. Das Array300a aus Phasenwechsel-Speicherzellen weist eine Zellengröße von so wenig wie bis 6F2 hinunter auf, wobei F die minimale Merkmalsgröße ist. In anderen Ausführungsformen werden breitere Transistoren verwendet, so dass der Abstand zwischen den Kontakten204 vergrößert ist. Die Bitleitungen112 sind über Kontakte206 elektrisch mit einer Seite der Source/Drain-Pfade der Transistoren verbunden. Jeder Kontakt206 wird von zwei Transistoren gemeinsam verwendet, um auf zwei Phasenwechsel-Speicherelemente zuzugreifen. Die Wortleitungen110 sind elektrisch mit den Gates der Transistoren verkoppelt. Die anderen Seiten der Source/Drain-Pfade der Transistoren sind über Kontakte204 elektrisch mit einer Seite der Phasenwechsel-Speicherelemente verkoppelt. Die anderen Seiten der Phasenwechsel-Speicherelemente sind elektrisch mit der Platte aus Phasenwechselmaterial verkoppelt. In einer Ausführungsform befinden sich die leitfähige Platte und die Platte aus Phasenwechselmaterial302 über den Bitleitungen112 . - Die aktiven Bereiche der Transistoren innerhalb des Array
300a aus Phasenwechsel-Speicherzellen sind mit208 bezeichnet. Aktive Bereiche208 sind so entworfen, dass sie von einem oberen linken Kontakt204 zu einem unteren rechten Kontakt204 diagonal über das Array300a aus Phasenwechsel-Speicherzellen verlaufen. Die aktiven Bereiche208 verlaufen von einem Kontakt204 quer über eine erste Wortleitung110 zu einer Bitleitung112 und von der Bitleitung112 quer über eine zweite Wortleitung110 zu einem zweiten Kontakt204 . -
8B zeigt eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array300b aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das eine leitfähige Platte und eine Platte aus Phasen wechselmaterial aufweist, wie bei302 angezeigt. Das Array300b aus Phasenwechsel-Speicherzellen ähnelt dem zuvor mit Bezug auf6A beschriebenen und dargestellten Array300a aus Phasenwechsel-Speicherzellen, außer dass in dem Array300b aus Phasenwechsel-Speicherzellen aktive Bereiche208 so entworfen sind, dass ihre Richtungen diagonal über dem Array abwechseln. Die aktiven Bereiche208 wechseln zwischen solchen, die von einem oberen rechten Kontakt204 zu einem linken unteren Kontakt204 verlaufen, und solchen, die von einem oberen linken Kontakt204 zu einem unteren rechten Kontakt204 verlaufen, ab. -
8C zeigt eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform in einem Array300c aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das eine leitfähige Platte und eine Platte aus Phasenwechselmaterial aufweist, wie bei302 angezeigt. Das Array300c aus Phasenwechsel-Speicherzellen ähnelt dem zuvor mit Bezug auf8B beschriebenen und dargestellten Array300b aus Phasenwechsel-Speicherzellen, außer dass in dem Array300c aus Phasenwechsel-Speicherzellen die Bitleitungen112 keine geraden Leitungen sind. Die Bitleitungen112 verlaufen im Zickzack zwischen Kontakten quer über das Array300c aus Phasenwechsel-Speicherzellen. -
9A zeigt eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array320a aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das eine leitfähige Platte und eine Platte aus Phasenwechselmaterial aufweist, wie bei302 angezeigt. Das Array320a aus Phasenwechsel-Speicherzellen schließt Bitleitungen112 , die leitfähige Platte und die Platte aus Phasenwechselmaterial302 und Wortleitungen110 ein. Speicherzellen sind über Kontakte204 elektrisch mit der leitfähigen Platte und der Platte aus Phasenwechselmaterial302 verkoppelt. Die Speicherzellen sind über Kontakte206 elektrisch mit den Bitleitungen112 verkoppelt. Die Wortleitungen110 sind gerade Leitungen und die Bitleitungen112 sind keine geraden Leitungen. Die Bitleitungen112 verlaufen im Zickzack zwischen den Kontakten204 quer über das Array300c aus Phasenwechsel-Speicherzellen. - Das Array
302a aus Phasenwechsel-Speicherzellen schließt Phasenwechsel-Speicherzellen mit Doppel-Gates ein. Das Array320a aus Phasenwechsel-Speicherzellen weist eine Zellengröße von so wenig wie bis 8F2 hinunter auf, wobei F die minimale Merk malsgröße ist. Die Bitleitungen112 sind über Kontakte206 elektrisch mit einer Seite der Source/Drain-Pfade der Transistoren verbunden. Jeder Kontakt206 wird von zwei Transistoren gemeinsam verwendet, um auf zwei Phasenwechsel-Speicherelemente zuzugreifen. Die Wortleitungen110 sind im Wesentlichen mit den Gates der Transistoren verkoppelt. Die anderen Seiten der Source/Drain-Pfade der Transistoren sind über Kontakte204 elektrisch mit einer Seite der Phasenwechsel-Speicherelemente verkoppelt. Die anderen Seiten der Phasenwechsel-Speicherelemente sind elektrisch mit der Platte aus Phasenwechselmaterial verkoppelt. In einer Ausführungsform befinden sich die leitfähige Platte und die Platte aus Phasenwechselmaterial302 über den Bitleitungen112 . - Die aktiven Bereiche der Transistoren innerhalb des Array
320a aus Phasenwechsel-Speicherzellen sind mit208 bezeichnet. Aktive Bereiche208 sind so entworfen, dass sie in alternierenden Richtungen quer über das Array320a aus Phasenwechsel-Speicherzellen verlaufen. Die aktiven Bereiche208 alternieren zwischen einem Verlauf von einem oberen rechten Kontakt204 zu einem unteren linken Kontakt204 und von einem oberen linken Kontakt zu einem unteren rechten Kontakt. Die aktiven Bereiche208 verlaufen von einem Kontakt204 quer über eine erste Wortleitung110 zu einer Bitleitung112 und von der Bitleitung112 quer über eine zweite Wortleitung110 zu einem zweiten Kontakt204 . -
9B zeigt eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array320b aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das eine leitfähige Platte und eine Platte aus Phasenwechselmaterial aufweist, wie bei302 angezeigt. Das Array320b aus Phasenwechsel-Speicherzellen ähnelt dem zuvor mit Bezug auf9A beschriebenen und dargestellten Array320a aus Phasenwechsel-Speicherzellen, außer dass in dem Array320b aus Phasenwechsel-Speicherzellen Bitleitungen112 gerade Leitungen sind und im Wesentlichen senkrecht zu den Wortleitungen110 verlaufen. -
9C zeigt eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array320c aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das eine leitfähige Platte und eine Platte aus Phasenwechselmaterial aufweist, wie bei302 angezeigt. Das Array320c aus Phasenwechsel-Speicherzellen ähnelt dem zuvor mit Bezug auf9B beschriebenen und dargestellten Array320b aus Phasenwechsel-Speicherzellen, außer dass in dem Array320c aus Phasen wechsel-Speicherzellen aktive Bereiche208 ihre Richtung an jedem Phasenwechselelement ändern. Die aktiven Bereiche208 verlaufen im Zickzack quer über dem Array320c aus Phasenwechsel-Speicherzellen entlang den einzelnen Bitleitungen112 . -
10A ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Array400a aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das mehrere Miniplatten aus leitfähigem Material und Phasenwechselmaterial aufweist, wie bei402a –402d angezeigt. Jede leitfähige Miniplatte kontaktiert jede Miniplatte aus Phasenwechselmaterial und befindet sich über dieser. Das Array400a aus Phasenwechsel-Speicherzellen ähnelt dem Array300a aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das zuvor mit Bezug auf8A beschrieben und dargestellt wurde, außer dass im Array400a aus Phasenwechsel-Speicherzellen die leitfähige Platte und die Platte aus Phasenwechselmaterial302 durch Miniplatten402a –402d ersetzt sind. Jede Miniplatte402a –402d kontaktiert 4, 8, 16, 32, 64, 128 oder eine andere geeignete Zahl von Phasenwechselelementen. In einer Ausführungsform verringern die Miniplatten402a –402d den Leistungsverbrauch des Array400a aus Phasenwechsel-Speicherzellen im Vergleich zum Array300a aus Phasenwechsel-Speicherzellen, indem sie den Strom, der verwendet wird, um eine Platte während Lese- und Schreiboperationen zu laden, verringern. -
10B ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array400b aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das mehrere Miniplatten aus leitfähigem Material und Phasenwechselmaterial aufweist, wie bei402a –402d angezeigt. Jede leitfähige Miniplatte kontaktiert jede Miniplatte aus Phasenwechselmaterial und befindet sich über diesen. Das Array400b aus Phasenwechsel-Speicherzellen ähnelt dem Array300b aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das zuvor mit Bezug auf8B beschrieben und dargestellt wurde, außer dass im Array400b aus Phasenwechsel-Speicherzellen die leitfähige Platte und die Platte aus Phasenwechselmaterial302 durch Miniplatten402a –402d ersetzt sind. Jede Miniplatte402a –402d kontaktiert 4, 8, 16, 32, 64, 128 oder eine andere geeignete Zahl von Phasenwechselelementen. In einer Ausführungsform verringern die Miniplatten402a –402d den Leistungsverbrauch des Array400b aus Phasenwechsel-Speicherzellen im Vergleich zum Array300b aus Phasenwechsel-Speicherzellen, indem sie den Strom, der verwendet wird, um eine Platte während Lese- und Schreiboperationen zu laden, verringert. -
10C ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array400c aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das mehrere Miniplatten aus leitfähigem Material und Phasenwechselmaterial aufweist, wie bei402a –402d angezeigt. Jede leitfähige Miniplatte kontaktiert jede Miniplatte aus Phasenwechselmaterial und befindet sich über diesen. Das Array400c aus Phasenwechsel-Speicherzellen ähnelt dem Array300c aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das zuvor mit Bezug auf8C beschrieben und dargestellt wurde, außer dass im Array400c aus Phasenwechsel-Speicherzellen die leitfähige Platte und die Platte aus Phasenwechselmaterial302 durch Miniplatten402a –402d ersetzt sind. Jede Miniplatte402a –402d kontaktiert 4, 8, 16, 32, 64, 128 oder eine andere geeignete Zahl von Phasenwechselelementen. In einer Ausführungsform verringern die Miniplatten402a –402d den Leistungsverbrauch des Array400c aus Phasenwechsel-Speicherzellen im Vergleich zum Array300c aus Phasenwechsel-Speicherzellen, indem sie den Strom, der verwendet wird, um eine Platte während Lese- und Schreiboperationen zu laden, verringert. -
11A ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array420a aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das mehrere Miniplatten aus leitfähigem Material und Phasenwechselmaterial aufweist, wie bei402a –402d angezeigt. Jede leitfähige Miniplatte kontaktiert jede Miniplatte aus Phasenwechselmaterial und befindet sich über diesen. Das Array420a aus Phasenwechsel-Speicherzellen ähnelt dem Array320a aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das zuvor mit Bezug auf9A beschrieben und dargestellt wurde, außer dass im Array420a aus Phasenwechsel-Speicherzellen die leitfähige Platte und die Platte aus Phasenwechselmaterial302 durch Miniplatten402a –402d ersetzt sind. Jede Miniplatte402a –402d kontaktiert 4, 8, 16, 32, 64, 128 oder eine andere geeignete Zahl von Phasenwechselelementen. In einer Ausführungsform verringern die Miniplatten402a –402d den Leistungsverbrauch des Array420a aus Phasenwechsel-Speicherzellen im Vergleich zum Array320a aus Phasenwechsel-Speicherzellen, indem sie den Strom, der verwendet wird, um eine Platte während Lese- und Schreiboperationen zu laden, verringert. -
11B ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array420b aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das mehrere Miniplatten aus leitfähigem Material und Phasenwechselmaterial aufweist, wie bei402a –402d angezeigt. Jede leitfähige Miniplatte kontaktiert jede Miniplatte aus Phasenwechselmaterial und befindet sich über diesen. Das Array420b aus Phasenwechsel-Speicherzellen ähnelt dem Array320b aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das zuvor mit Bezug auf10B beschrieben und dargestellt wurde, außer dass im Array420b aus Phasenwechsel-Speicherzellen die leitfähige Platte und die Platte aus Phasenwechselmaterial302 durch Miniplatten402a –402d ersetzt sind. Jede Miniplatte402a –402d kontaktiert 4, 8, 16, 32, 64, 128 oder eine andere geeignete Zahl von Phasenwechselelementen. In einer Ausführungsform verringern die Miniplatten402a –402d den Leistungsverbrauch des Array420b aus Phasenwechsel-Speicherzellen im Vergleich zum Array320b aus Phasenwechsel-Speicherzellen, indem es den Strom, der verwendet wird, um eine Platte während Lese- und Schreiboperationen zu laden, verringert. -
11C ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Array420c aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das mehrere Miniplatten aus leitfähigem Material und Phasenwechselmaterial aufweist, wie bei402a –402d angezeigt. Jede leitfähige Miniplatte kontaktiert jede Miniplatte aus Phasenwechselmaterial und befindet sich über diesen. Das Array420c aus Phasenwechsel-Speicherzellen ähnelt dem Array320c aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das zuvor mit Bezug auf9C beschrieben und dargestellt wurde, außer dass im Array420c aus Phasenwechsel-Speicherzellen die leitfähige Platte und die Platte aus Phasenwechselmaterial302 durch Miniplatten402a –402d ersetzt sind. Jede Miniplatte402a –402d kontaktiert 4, 8, 16, 32, 64, 128 oder eine andere geeignete Zahl von Phasenwechselelementen. In einer Ausführungsform verringern die Miniplatten402a –402d den Leistungsverbrauch des Array420c aus Phasenwechsel-Speicherzellen im Vergleich zum Array320c aus Phasenwechsel-Speicherzellen, indem es den Strom, der verwendet wird, um eine Platte während Lese- und Schreiboperationen zu laden, verringert. -
12A ist eine vereinfachte Seitenansicht einer Ausführungsform eines Array440 aus Phasenwechsel-Speicherzellen, das eine leitfähige Platte und eine Platte aus Phasenwechselmaterial444 einschließt.12A ist diagonal entlang eines aktiven Bereichs208 (8A ) genommen, und zu einem Kontakt204 in der gleichen Spalte mit einem Kontakt204 , der Teil des aktiven Bereichs208 ist.12B ist eine vereinfachte Seitenansicht einer Ausführungsform eines Array440 aus Phasenwechsel-Speicherzellen durch ein Phasenwechselelement106 , und10C ist eine weitere vereinfachte Seitenansicht einer Ausführungsform eines Array440 aus Phasenwechsel-Speicherzellen durch eine Bitleitung112 . In einer Ausführungsform ähneln die leitfähige Platte442 und die Platte aus Phasenwechselmaterial444 der leitfähigen Platte und der Platte aus Phasenwechselmaterial303 , die mit Bezug auf8A –9C beschrieben und dargestellt wurden. In einer anderen Ausführungsform ähneln die leitfähige Platte442 und die Platte aus Phasenwechselmaterial440 den mit Bezug auf10A –11C beschriebenen und dargestellten Miniplatten402 . - Das Array
440 aus Phasenwechsel-Speicherzellen schließt ein Substrat248 , das eine flache Grabenisolierung (STI)450 aufweist, Transistoren108 , Isolier-Gates446 , eine leitfähige Platte442 , eine Platte444 aus Phasenwechselmaterial, Phasenwechselelemente106 , Phasenwechselelementkontakte204 , Bitleitungskontakte206 , Bitleitungen112 und dielektrisches Material448 ein. Ein dielektrisches Material448a und eine Bitleitung112a sind Teil des dielektrischen Materials448 und der Bitleitung112 , sind aber hinter den Phasenwechselelementkontakten204 angeordnet. - Transistoren
108 zum Auswählen von Phasenwechsel-Speicherelementen106 sind auf dem Substrat248 ausgebildet. Die Gates der Transistoren108 sind elektrisch mit Wortleitungen110 verkoppelt. Isolier-Gates446 sind zwischen Transistoren108 auf dem Substrat248 ausgebildet. Dielektrisches Material448 ist über Transistoren108 und Isolier-Gates406 abgeschieden. Phasenwechselelementkontakte204 verkoppeln eine Seite des Source/Drain-Pfads jedes Transistors108 elektrisch mit einem Phasenwechselelement106 , und Bitleitungskontakte206 verkoppeln die andere Seite des Source/Drain-Pfads jedes Transistors108 elektrisch mit einer Bitleitung112 . Isoliermaterial244 umgibt die Phasenwechselelemente106 lateral. - In einer Ausführungsform schließt dielektrisches Material
448 , das Bitleitungen112 abdeckt, SiN oder ein anderes geeignetes Material ein. Die Platte aus Phasenwechselmaterial444 verkoppelt die Phasenwechselelemente elektrisch mit der leitfähigen Platte442 . - Während der Fertigung des Array
440 aus Phasenwechsel-Speicherzellen wird ein Phasenwechselmaterial über einer Schicht aus Isoliermaterial, in die V-förmige Öffnungen geätzt wurden, um Abschnitte der Kontakte204 freizulegen, abgeschieden. In einer Ausfüh rungsform sind die V-förmigen Öffnungen konische Durchkontaktierungen, die in die Schicht aus Isoliermaterial geätzt wurden. In einer anderen Ausführungsform sind die V-förmigen Öffnungen Gräben, die in die Schicht aus Isoliermaterial geätzt wurden. In jedem Fall füllt das Phasenwechselmaterial die Öffnungen und deckt die Schicht aus Isoliermaterial ab. Ein Phasenwechselelement106 wird an jedem Schnittpunkt des Phasenwechselmaterials und eines Kontakts204 ausgebildet. Das Phasenwechselmaterial wird dann planarisiert, um eine Platte aus Phasenwechselmaterial zu bilden. Die Platte aus Phasenwechselmaterial wird optional geätzt, um Miniplatten aus Phasenwechselmaterial zu bilden. In einer anderen Ausführungsform wird ein leitfähiges Material über der Platte aus Phasenwechselmaterial abgeschieden, und die leitfähige Platte und die Platte aus Phasenwechselmaterial werden beide optional geätzt, um Miniplatten aus leitfähigem Material und aus Phasenwechselmaterial zu bilden. In jeder Ausführungsform wird ein individuelles Ätzen jedes Phasenwechselelements106 und somit ein Randschaden durch das Ätzen vermieden. In einer anderen Ausführungsform wird das Phasenwechselmaterial nicht planarisiert, und Einkerbungen243 , wie in3B dargestellt, sind in der Platte aus Phasenwechselmaterial444 vorhanden. In anderen Ausführungsformen kann einer der Speicherorte250a –250g , wie in den4A –6B dargestellt, anstelle der in den12A und12 dargestellten V-förmigen Phasenwechselelemente verwendet werden. - Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen einen Phasenwechselspeicher, in dem ein Ätzen des Phasenwechselmaterials, um einzelne Phasenwechselelemente zu bilden, vermieden wird. Mehr als zwei Speicherzellen in dem Phasenwechselspeicher erhalten gemeinsam eine Abscheidung von Phasenwechselmaterial. Die miteinander geteilte Abscheidung von Phasenwechselmaterial kann eine Leitung aus Phasenwechselmaterial, die entlang jeder Bitleitung verläuft, eine Platte aus Phasenwechselmaterial, die das gesamte Array aus Speicherzellen abdeckt, oder Miniplatten aus Phasenwechselmaterial, die Abschnitte des Array aus Speicherzellen abdecken, einschließen.
- Obwohl hierin bestimmte Ausführungsformen beschrieben und dargestellt wurden, weiß der Durchschnittsfachmann, dass eine Reihe von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen die dargestellten und beschriebenen speziellen Ausführungsformen ersetzen können, ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmel dung soll alle Adaptionen oder Variationen der hierin erörterten bestimmten Ausführungsformen abdecken. Daher soll die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt werden.
Claims (26)
- Integrierte Schaltung, die aufweist: eine Bitleitung; eine Vielzahl von Zugriffseinrichtungen, die mit der Bitleitung verkoppelt sind; eine Platte aus Phasenwechselmaterial; eine Vielzahl von Phasenwechselelementen, die die Platte aus Phasenwechselmaterial kontaktieren, und eine Vielzahl von ersten Kontakten, wobei jeder erste Kontakt zwischen eine Zugriffseinrichtung und ein Phasenwechselelement gekoppelt ist.
- Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei jedes Phasenwechselelement von einer Durchkontaktierung, die in Isoliermaterial ausgebildet ist, definiert ist.
- Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, die ferner aufweist: eine Vielzahl von Heizerkontakten, wobei jeder Heizerkontakt zwischen ein Phasenwechselelement und einen ersten Kontakt gekoppelt ist.
- Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei jede Zugriffseinrichtung einen Transistor umfasst.
- Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Platte aus Phasenwechselmaterial und die Vielzahl von Phasenwechselelementen mindestens eines von Ge, Sb, Te, Ga, As, In, Se und S umfassen.
- Speicher, der aufweist: eine Bitleitung; einen ersten Abschnitt aus Phasenwechselmaterial, der mit der Bitleitung verkoppelt ist; und mindestens drei Phasenwechselelemente, die mit dem ersten Abschnitt aus Phasenwechselmaterial in Kontakt stehen; und mindestens drei erste Kontakte, wobei jeder erste Kontakt mit einem der Phasenwechselelemente verkoppelt ist.
- Speicher nach Anspruch 6, wobei jedes Phasenwechselelement von einer Durchkontaktierung, die in Isoliermaterial ausgebildet ist, definiert ist.
- Speicher nach Anspruch 6, der ferner aufweist: mindestens drei Heizerkontakte, wobei jeder Heizerkontakt elektrisch zwischen ein Phasenwechselelement und einen ersten Kontakt gekoppelt ist.
- Speicher, der aufweist: eine Bitleitung; eine Leitung aus Phasenwechselmaterial, die die Bitleitung kontaktiert, und eine Vielzahl von Phasenwechselelementen, die die Leitung aus Phasenwechselmaterial kontaktieren, und eine Vielzahl von ersten Kontakten, wobei jeder erste Kontakt mit einem der Phasenwechselelemente verkoppelt ist.
- Speicher nach Anspruch 9, wobei jedes Phasenwechselelement von einer Durchkontaktierung, die in Isoliermaterial ausgebildet ist, definiert wird.
- Speicher nach Anspruch 9, der ferner aufweist: eine Vielzahl von Heizerkontakten, wobei jeder Heizerkontakt elektrisch zwischen ein Phasenwechselelement und einen zweiten Kontakt gekoppelt ist.
- Speicher nach Anspruch 9, der ferner aufweist: eine Zugriffseinrichtung, die mit jedem der ersten Kontakte verkoppelt ist.
- Speicher nach Anspruch 12, wobei die Zugriffseinrichtung einen Transistor umfasst.
- Speicher nach Anspruch 9, wobei die Leitung aus Phasenwechselmaterial und die Vielzahl von Phasenwechselelementen mindestens eines von Ge, Sb, Te, Ga, As, In, Se und S umfassen.
- Verfahren zur Erzeugung eines Speichers, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Vielzahl von Kontakten; Abscheiden einer Schicht aus Isoliermaterial über der Vielzahl von Kontakten; Ätzen von Öffnungen in die Schicht aus Isoliermaterial, um die Kontakte freizulegen; Abscheiden von Phasenwechselmaterial über freiliegenden Abschnitten der Kontakte und der geätzten Schicht aus Isoliermaterial; und Ätzen des Phasenwechselmaterials, um Leitungen aus Phasenwechselmaterial auszubilden, die die Kontakte kontaktieren.
- Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst: Bereitstellen von Bitleitungen, die an den Leitungen aus Phasenwechselmaterial ausgerichtet sind und diese kontaktieren, wobei die Leitungen aus Phasenwechselmaterial Einkerbungen über den Kontakten einschließen.
- Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfast: Planarisieren des Phasenwechselmaterials.
- Verfahren nach Anspruch 17, das ferner umfasst: Bereitstellen von Bitleitungen, die an Leitungen aus Phasenwechselmaterial ausgerichtet sind und diese kontaktieren.
- Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Ätzen des Phasenwechselmaterials das Ätzen des Phasenwechselmaterials, um gerade Leitungen aus Phasenwechselmaterial zu bilden, umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Ätzen des Phasenwechselmaterials das Ätzen des Phasenwechselmaterials, um Zickzackleitungen aus Phasenwechselmaterial zu bilden, umfasst.
- Verfahren zum Fertigen eines Speichers, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Vielzahl von Kontakten; Abscheiden einer Schicht aus Isoliermaterial über der Vielzahl von Kontakten; Ätzen von Öffnungen in die Schicht aus Isoliermaterial, um die Kontakte freizulegen; Abscheiden von Phasenwechselmaterial über freiliegenden Abschnitten der Kontakte und der geätzten Schicht aus Isoliermaterial; und Abscheiden von leitfähigem Material über dem Phasenwechselmaterial.
- Verfahren nach Anspruch 21, das ferner umfasst: Planarisieren des Phasenwechselmaterials.
- Verfahren nach Anspruch 21, das ferner umfasst: Ätzen des leitfähigen Materials und des Phasenwechselmaterials, um Miniplatten aus leitfähigem Material und Phasenwechselmaterial zu bilden.
- Verfahren nach Anspruch 21, das ferner umfasst: Bereitstellen einer Vielzahl von Zugriffseinrichtungen, wobei jede Zugriffseinrichtung mit einem Kontakt verkoppelt ist, und Bereitstellen einer Vielzahl von Bitleitungen, wobei jede Bitleitung mit einer Zugriffseinrichtung verkoppelt ist.
- Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Bereitstellen der Bitleitungen das Bereitstellen von geraden Bitleitungen umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Bereitstellen der Bitleitungen das Bereitstellen von im Zickzack verlaufenden Bitleitungen umfasst.
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