DE102016103493A1

DE102016103493A1 - Materialien und komponenten in phasenänderungsspeichervorrichtungen

Info

Publication number: DE102016103493A1
Application number: DE102016103493.2A
Authority: DE
Inventors: Valter Soncini; Davide Erbetta
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2016-09-29
Also published as: US20200168794A1; US20160284994A1; JP2018511164A; KR20160115706A; TW201644080A; KR101884714B1; WO2016160223A1; US20170373248A1; US9741930B2; JP6835330B2; TWI611605B; US11107985B2; US10497870B2

Abstract

Phasenänderungs-Speicherzellen, -strukturen und -vorrichtungen, die ein Phasenänderungsmaterial und eine Elektrode aufweisen, die mit diesem einen ohmschen Kontakt bildet, werden offengelegt und beschrieben. Derartige Elektroden können einen spezifischen Widerstand von 10 bis 100 mOhm·cm aufweisen.

Description

HINTERGRUND
Ein Phasenänderungsspeicher ist eine Art nicht flüchtiger Direktzugriffsspeicher, der eine nachweisbare Veränderung im Aggregatzustand eines Materials als Informationsspeichermedium verwendet. Beispielsweise kann die Phasenänderung eines Materials von einem amorphen Zustand in einen kristallinen Zustand oder umgekehrt induziert und dann erkannt werden, um Informationen zu speichern und dann abzurufen. Als vereinfachtes Beispiel kann ein Chalkogenidmaterial auf eine Weise erwärmt oder gekühlt werden, durch die das Material in einem amorphen Zustand verfestigt wird, oder das Chalkogenidmaterial kann auf eine Weise erwärmt oder gekühlt werden, durch die das Material in einem kristallinen Zustand verfestigt wird. Andere spezifische Wärme- oder Kühlprotokolle können verwendet werden, um die Verfestigung des Chalkogenidmaterials bei unterschiedlichen spezifischen Graden von Kristallinität über das gesamte Spektrum zwischen vollständig amorphen und vollständig kristallinen Zuständen zu erreichen.
Der verfestigte Zustand des Phasenänderungsmaterials ist nicht flüchtig und kann somit bis zur Umprogrammierung beibehalten werden, ungeachtet dessen, ob die Verfestigung in einem kristallinen, semi-kristallinen, amorphen oder semi-amorphen Zustand stattgefunden hat. Dies ist darauf zurückzuführen, dass, sobald die Verfestigung stattgefunden hat, der Zustand des Materials nicht von der elektrischen Stromversorgung abhängt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine grafische Darstellung der Widerstandseigenschaften von amorphen Kohlenstoffmaterialien;
2 ist eine schematische Ansicht einer Phasenänderungs-Speicherzelle in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung;
3 ist eine grafische Darstellung von Daten in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung;
4 ist eine grafische Darstellung von Daten in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung;
5 ist eine grafische Darstellung von Daten in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung;
6 ist eine grafische Darstellung von Daten in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung;
7 ist eine grafische Darstellung von Daten in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung; und
8 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Phasenänderungs-Speicherarrays oder -systems, das Phasenänderungs-Speicherzellen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung umfasst.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Obwohl die nachfolgende ausführliche Beschreibung viele spezifische Details zum Zweck der Veranschaulichung enthält, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass viele Variationen und Abänderungen der folgenden Details vorgenommen werden können und als hierin eingeschlossen betrachtet werden können.
Dementsprechend sind die folgenden Ausführungsformen ohne eine Beschränkung der Allgemeingültigkeit und ohne Auferlegung von Beschränkungen für die dargelegten Ansprüche dargelegt. Es versteht sich auch, dass die hierin verwendeten Begriffsbestimmungen dem Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen dienen und nicht dazu gedacht sind, beschränkend zu sein. Sofern nicht anderweitig definiert, weisen alle hierin gebrauchten technischen und wissenschaftlichen Begriffe dieselbe Bedeutung auf, wie sie Fachleuten auf dem Gebiet geläufig sind, zu dem diese Offenbarung gehört.
Wie in dieser Beschreibung und den angefügten Ansprüchen verwendet, schließt der Singular von „ein, eine” und „der, die, das” den Plural ein, sofern der Kontext nicht ausdrücklich etwas anderes angibt. Somit umfasst beispielsweise die Bezugnahme auf „eine Schicht“ eine Vielzahl solcher Schichten.
In dieser Beschreibung können die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „enthaltend“ und „haben“ und dergleichen die Bedeutung haben, welche ihnen im US-Patentrecht zugeschrieben worden ist, und können „einschließen“, „einschließlich“ und dergleichen bedeuten und sind im Allgemeinen als offene Begriffe auszulegen. Die Begriffe „bestehend aus“ oder „besteht aus“ sind geschlossene Begriffe und umfassen nur die Komponenten, Strukturen, Schritte oder dergleichen, die spezifisch im Zusammenhang mit solchen Begriffen aufgeführt sind sowie alles, was in Übereinstimmung mit dem US-Patentrecht steht. „Bestehend im Wesentlichen aus“ oder „besteht im Wesentlichen aus“ hat ebenfalls die Bedeutung, die diesen Begriffen im US-Patentrecht zugeschrieben worden ist. Insbesondere sind solche Begriffe im Allgemeinen geschlossene Begriffe, mit der Ausnahme, dass die Einbeziehung zusätzlicher Grundstoffe, Materialien, Komponenten, Schritte oder Elemente gestattet wird, die keine erheblichen Auswirkungen auf die grundlegenden und neuartigen Merkmale oder Funktionen des Grundstoffs (der Grundstoffe) besitzen, die in Zusammenhang damit verwendet werden. Beispielsweise wäre es bei Spurenelementen, die in einer Zusammensetzung vorhanden sind, aber die Beschaffenheit oder Merkmale der Zusammensetzung nicht beeinflussen, zulässig, wenn sie im Rahmen des Begriffs „bestehend im Wesentlichen aus“ eingeschlossen wären, aber nicht ausdrücklich in einer Liste von Grundstoffen gemäß einer solchen Terminologie aufgeführt würden. Bei der Verwendung eines offenen Begriffs, wie etwa „umfassend“ oder „einschließlich“, versteht es sich, dass eine direkte Unterstützung auch im Rahmen des Begriffs „bestehend im Wesentlichen aus“ sowie „bestehend aus“ ausgedrückt werden sollte, als wäre dies ausdrücklich aufgeführt – und umgekehrt.
Die Begriffe „erster, „zweiter“, „dritter“, „vierter“ und dergleichen in der Beschreibung und in den Ansprüchen werden, sofern vorhanden, zur Unterscheidung zwischen ähnlichen Elementen verwendet und dienen nicht notwendigerweise dem Beschreiben einer bestimmten sequenziellen oder chronologischen Reihenfolge. Es versteht sich, dass die so verwendeten Begriffe unter geeigneten Umständen austauschbar sind und dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen in anderen als der hier veranschaulichten oder auf andere Weise hierin beschriebenen Reihenfolge arbeiten können. Ebenso ist, wenn ein Verfahren hierin als eine Reihe von Schritten beschrieben ist, die Reihenfolge der Schritte wie hierin dargestellt nicht notwendigerweise die einzige Reihenfolge, in der diese Schritte durchgeführt werden können, und bestimmte der angegebenen Schritte können möglicherweise weggelassen werden und/oder bestimmte andere Schritte, die hierin nicht beschrieben sind, können möglicherweise zu dem Verfahren hinzugefügt werden.
Die Begriffe „links“, „rechts“, „vorne“, „hinten“, „oben“, „unten“, „über“, „unter“ und dergleichen in der Beschreibung und den Ansprüchen werden, sofern vorhanden, für Zwecke der Beschreibung verwendet, und nicht notwendigerweise zum Beschreiben relativer Positionen. Es versteht sich, dass die so verwendeten Begriffe unter geeigneten Umständen austauschbar sind und dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen in anderen als der hier veranschaulichten oder auf andere Weise hierin beschriebenen Ausrichtungen arbeiten können. Der Begriff „gekoppelt“, wie hierin verwendet, ist als direkt oder indirekt in einer elektrischen oder nicht elektrischen Weise verbunden definiert. Objekte oder Strukturen, die hierin als „benachbart“ zueinander befindlich beschrieben werden, können in physischem Kontakt miteinander stehen, in enger Nachbarschaft zueinander stehen oder sich in der gleichen allgemeinen Region bzw. Bereich befinden, wie dies je nach dem Kontext, in dem der Ausdruck verwendet wird, angemessen ist. Das hierin auftretende Vorkommen des Ausdrucks „in einer Ausführungsform“ oder „in einem Aspekt“ bezieht sich nicht notwendigerweise auf stets dieselbe Ausführungsform oder denselben Aspekt.
Gemäß der Verwendung hierin kann sich „ein Auswahlvorrichtungsmaterial“ auf eine Anzahl von Materialien beziehen, die zur Verwendung in einer Phasenänderungs-Speicherstruktur oder -Vorrichtung akzeptabel sind, und kann durch dessen erforderliche Funktion oder erwünschte Eigenschaften bestimmt werden. In einem Beispiel kann ein Auswahlvorrichtungsmaterial ein Phasenänderungsmaterial sein. Ein solches Material kann einem Phasenänderungsmaterial einer Zelle, die zum Erfassen und Speichern von Informationen verwendet wird, gleich oder ähnlich sein oder es kann unterschiedlich sein. In einem anderen Aspekt kann ein solches Material ein Leiter, ein Halbleiter oder ein dielektrisches Material sein. Solche Materialien können nach Bedarf gewählt werden, um eine beabsichtigte Funktion für ihre Position in der Vorrichtung auszuführen.
Gemäß der Verwendung hierin beziehen sich die Begriffe „optimiert“, „verbessert“, „leistungsoptimiert“, „aufgewertet“ und dergleichen, wenn sie in Verbindung mit der Beschreibung einer Vorrichtung oder eines Prozesses verwendet werden, auf ein Merkmal einer Vorrichtung oder eines Prozesses, welches eine messbar bessere Form oder Funktion im Vergleich zu bisher bekannten Vorrichtungen oder Prozessen bereitstellt. Dies gilt sowohl für die Form und Funktion einzelner Komponenten in einer Vorrichtung oder einem Prozess als auch für solche Vorrichtungen oder Prozesse als Ganzes.
Gemäß der Verwendung hierin bezieht sich der Begriff „im Wesentlichen“ auf den vollständigen oder nahezu vollständigen Umfang oder das Ausmaß einer Maßnahme, eines Merkmals, einer Eigenschaft, eines Zustands, einer Struktur, eines Grundstoffs oder eines Ergebnisses. Beispielsweise würde bedeuten, wenn ein Objekt „im Wesentlichen“ eingeschlossen ist, dass das Objekt entweder vollständig eingeschlossen oder nahezu vollständig eingeschlossen ist. Der genaue zulässige Grad der Abweichung von der absoluten Vollständigkeit kann in einigen Fällen jedoch von dem spezifischen Kontext abhängig sein. In der Regel ist jedoch die Annäherung an die Vervollständigung so aufzufassen, als ob dasselbe Gesamtergebnis wie bei einer absoluten und gesamten Vervollständigung erreicht worden wäre. Die Verwendung des Begriffs „im Wesentlichen“ ist gleichermaßen anwendbar, wenn er mit einer negativen Konnotation verwendet wird, um sich auf das vollständige oder nahezu vollständige Fehlen einer Maßnahme, eines Merkmals, einer Eigenschaft, eines Zustands, einer Struktur, eines Grundstoffs oder eines Ergebnisses zu beziehen. Beispielsweise würden bei einer Zusammensetzung, die „im Wesentlichen frei von“ Partikeln ist, Partikel entweder vollständig oder nahezu vollständig fehlen, sodass die Wirkung dieselbe wäre als wenn sie vollständig ohne Partikel wäre. Anders ausgedrückt kann eine Zusammensetzung, die „im Wesentlichen frei von“ einem Bestandteil oder einem Element ist, tatsächlich noch einen solchen Grundstoff enthalten, so lange dies keine messbare Auswirkung hat.
Gemäß der Verwendung hierin wird der Begriff „etwa“ verwendet, um mehr Flexibilität bezüglich eines Endpunkts eines numerischen Bereichs bereitzustellen, indem ein gegebener Wert „ein wenig über“ oder „ein wenig unter“ dem Endpunkt liegen kann. Es versteht sich jedoch, dass, selbst wenn der Begriff „etwa“ in der vorliegenden Beschreibung in Verbindung mit einem bestimmten Zahlenwert verwendet wird, der Beleg für den genauen Zahlenwert neben der Terminologie bezüglich „etwa“ ebenfalls genannt wird.
Gemäß der Verwendung hierin kann eine Vielzahl von Grundstoffen, Strukturelementen, zusammengesetzten Elementen und/oder Materialien der Zweckmäßigkeit halber in einer gemeinsamen Liste präsentiert werden. Jedoch sollten diese Listen so ausgelegt werden, dass jedes Element der Liste einzeln als getrenntes und eindeutig bestimmtes Element identifiziert wird. Somit sollte, wenn nichts Gegenteiliges angegeben ist, kein einzelnes Element einer derartigen Liste allein auf der Basis seiner Präsentation in einer gemeinsamen Liste als De-facto-Äquivalent irgendeines anderen Elements derselben Liste ausgelegt werden.
Konzentrationen, Mengen und andere numerische Daten können hierin in einem Format einer Bandbreitenangabe ausgedrückt oder dargestellt werden. Es versteht sich, dass ein derartiges Format einer Bandbreitenangabe lediglich der Zweckmäßigkeit und der Kürze halber verwendet wird und deshalb auf flexible Weise dahin gehend ausgelegt werden sollte, dass eine gegebene Bandbreite nicht nur die ausdrücklich als die Grenzen der Bandbreite angeführten numerischen Werte, sondern auch alle einzelnen numerischen Werte oder Teilbandbreiten umfasst, die in dieser Bandbreite enthalten sind, so als ob jeder numerische Wert und jede Teilbandbreite ausdrücklich angeführt wird. Zur Veranschaulichung sollte eine numerische Bandbreite von „etwa 1 bis etwa 5” so ausgelegt werden, dass sie nicht nur die ausdrücklich angeführten Werte von etwa 1 bis etwa 5 umfasst, sondern auch Einzelwerte und Teilbandbreiten innerhalb der angegeben Bandbreite. Somit sind in dieser numerischen Bandbreite Einzelwerte wie etwa 2, 3 und 4 sowie Teilbandbreiten wie etwa von 1–3, von 2–4 und von 3–5 usw. sowie 1, 1,5, 2, 2,8, 3, 3,1, 4, 4,7 und 5 einzeln enthalten.
Dasselbe Prinzip gilt auch für Bandbreiten, die lediglich einen numerischen Wert als Mindest- oder Höchstwert anführen. Des Weiteren sollte eine derartige Auslegung ungeachtet des Umfangs der Bandbreite oder der beschriebenen Merkmale gelten.
Gemäß der Verwendung hierin können, sofern nicht anders angegeben, Zahlenwerte, die auf den Gehalt eines Materials in einer Zusammensetzung von Materialien angewendet werden, einschließlich zueinander relativer Zahlenwerte, wie etwa Verhältnisse, als in Atomprozent (d. h. At.-%) zu messen aufgefasst werden.
Die Bezugnahme in dieser Beschreibung auf „ein Beispiel“ bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder Eigenschaft, die in Verbindung mit dem Beispiel beschrieben wird, in mindestens einer der Ausführungsformen enthalten ist. Somit bezieht sich das Auftreten des Ausdrucks „in einem Beispiel“ an unterschiedlichen Stellen in dieser Beschreibung nicht notwendigerweise auf die gleiche Ausführungsform.
Beispielhafte Ausführungsformen
Ein anfänglicher Überblick über die Ausführungsformen der Technologie wird nachfolgend bereitgestellt, und spezifische Ausführungsformen der Technologie werden dann ausführlicher beschrieben. Diese anfängliche Zusammenfassung soll dem Leser ein rascheres Verständnis der Technologie ermöglichen, ist jedoch weder dazu gedacht, Schlüsselmerkmale oder wesentliche technologische Funktionen darzulegen noch ist sie dazu gedacht, den Umfang des beanspruchten Gegenstands zu begrenzen.
Phasenänderungs-Speicherzellen oder -Strukturen umfassen typischerweise eine Reihe von Komponenten, um betrieben zu werden. Beispielsweise sind ein Material, das eine Phase unter induzierten Bedingungen ändert und hält, Elektroden zur Bereitstellung eines elektrischen Zugangs zu dem Phasenänderungsmaterial und isolierende dielektrische Schichten zwischen Phasenänderungsmaterialien typische Phasenänderungs-Speicherkomponenten. Es kann vorteilhaft für die Elektroden sein, die Phasenänderungsmaterialien kontaktieren, beispielsweise Chalkogenidmaterialien, bestimmte Eigenschaften über alle oder im Wesentlichen alle gewünschten Betriebstemperaturbereiche aufzuweisen. Solche Temperaturen können beispielsweise im Bereich von etwa Raumtemperatur bis zum Schmelzpunkt des Phasenänderungsmaterials sein, der etwa 600 °C betragen kann. Solche hohen Programmier- und Löschtemperaturen können viele tausend Male auftreten und können somit zu einer verschlechterten Leistung der Vorrichtung im Zeitverlauf führen.
Die Materialzusammensetzung eines Elektrodenmaterials kann sich deutlich auf die Leistung einer solchen Speicherzelle oder Struktur auswirken und damit auf die Leistung einer Speichervorrichtung, in welche eine derartige Speicherzelle eingebracht ist. Beispielhafte nicht beschränkende Eigenschaften eines wünschenswerten Elektrodenmaterials können umfassen: 1) das Verbleiben in einem oder das sonstige Aufrechterhalten von einem amorphen Zustand, um die Rauhigkeit des Elektrodenmaterials zu steuern; 2) das Aufrechterhalten eines stabilen Widerstands innerhalb eines gewünschten Bereichs, insbesondere über die Arbeitslebensdauer einer Vorrichtung; 3) das Bilden eines ohmschen Kontakts niedrigen Widerstands mit dem Phasenänderungsmaterial; und 4) das Aufweisen einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit, um eine Wärmeableitung während der Programmiervorgänge zu verhindern oder zu begrenzen (d. h. durch Ändern der Phase des Phasenänderungsmaterials). Andere wünschenswerte Eigenschaften können eine gute mechanische Haftung mit dem Phasenänderungsmaterial umfassen, die Fähigkeit, chemisch stabil oder inert in Bezug auf das Phasenänderungsmaterial zu sein, um eine chemische Reaktion damit zu vermeiden, sowie das Verhindern oder Begrenzen der Diffusion von Elementen durch die Elektrode, um die unerwünschte Verunreinigung der Zellmaterialien zu verhindern oder zu begrenzen.
Ein Elektrodenmaterial für Phasenänderungsspeicher ist amorpher Kohlenstoff, der in einigen Fällen durch ein Verfahren der physikalischen Dampfabscheidung (PVD) abgeschieden werden kann. Während amorphe Kohlenstoffelektroden viele wünschenswerte Eigenschaften aufweisen, fehlen bestimmte Eigenschaften und können sich somit, zumindest in einigen Fällen, nachteilig auf die Leistung der Phasenänderungs-Speicherzelle auswirken. Beispielsweise können amorphe Kohlenstoffmaterialien sich unter einem thermischen Budget entwickeln (z. B. bei Zellprogrammiervorgängen, Back-End-Integration und dergleichen). Diese Entwicklung der Kohlenstoffelektrode führt zu einer Leistungsabweichung, die vorrangig auf die Neuanordnung des Kohlenstoffgitters durch eine Zunahme von aromatischen sp2-Clustern in der Elektrodenschicht zurückzuführen sein kann. Als ein weiteres Beispiel kann der Widerstand des amorphen Kohlenstoffmaterials nach der Stabilisierung deutlich unter dem liegen, was optimal für eine gute Leistung wäre. Des Weiteren verringert sich der spezifische Widerstand der amorphen Kohlenstoffmaterialien bei einer Erhöhung der Temperaturen. Aus anwendungstechnischer Sicht ist es wünschenswerter, dass der spezifische Widerstand des Elektrodenmaterials mit zunehmender Temperatur steigt. Amorphe Kohlenstoffmaterialien können eine hohe Rauhigkeit aufweisen, die empfindlich gegenüber den Prozessbedingungen während der Abscheidung sein kann und sich somit nachteilig auf das Vorrichtungsleistungsverhalten auswirkt.
1 zeigt den spezifischen Widerstand des amorphen Kohlenstoffmaterials, der von etwa Raumtemperatur bis zu etwa 600 °C nach verschiedenen thermischen Temperungen, gemessen wurde. Als Richtwert gilt, dass Elektrodenmaterialien bei der Herstellung in der Regel einem thermisches Budget von etwa 400 °C unterzogen werden, in Abhängigkeit von den beteiligten Materialien und vom Herstellungsverfahren. Der Bereich zwischen den horizontalen gestrichelten Linien zeigt eine Bandbreite des spezifischen Widerstands von 10 mOhm·cm bis 100 mOhm·cm. 1 zeigt den spezifischen Widerstand von amorphem Kohlenstoff wie abgeschieden 102 nach einer Temperung 104 von 3 Stunden bei 400 °C und nach einer Temperung von 3 Stunden bei 600 °C.
Die vorgenannten Einschränkungen und Nachteile können durch die Verwendung von verschiedenen neuartigen Elektrodenmaterialien überwunden oder auf andere Weise gemindert werden. Drei Beispiele derartiger Materialien umfassen mit Silicium dotierten amorphen Kohlenstoff, mit Stickstoff dotiertes Wolframsilicid (WSi_X) und mit Wolfram dotiertes Siliciumcarbid. Die Nutzung solcher Elektrodenmaterialien in Phasenänderungs-Speicherzellen kann überlegene Leistungsfähigkeit und Betrieb im Vergleich zu amorphen Kohlenstoffelektroden bereitstellen.
Dementsprechend wird in einem Beispiel eine Phasenänderungs-Speicherstruktur bereitgestellt, die ein Phasenänderungsmaterial einer Speicherzelle, ein Elektrodenmaterial, welches einen ohmschen Kontakt mit dem Phasenänderungsmaterial bildet, und einen Dotierungsmittel, der so in dem Elektrodenmaterial verteilt ist, dass das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm aufweist, umfasst. In einem Beispiel weist das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm auf, wenn bei einer Temperatur von etwa 600 °C gemessen. In einem anderen Beispiel weist das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm auf, wenn bei einer Temperatur von etwa 20 °C gemessen. In noch einem anderen Beispiel weist das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm auf, wenn bei einer Temperatur von etwa 400 °C bis etwa 800 °C gemessen. In einem weiteren Beispiel weist das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm auf, wenn bei einer Temperatur von etwa 20 °C bis etwa 400 °C gemessen. In noch einem weiteren Beispiel weist das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm auf, wenn bei einer Temperatur von etwa 20 °C und einer Temperatur von etwa 600 °C gemessen.
Des Weiteren kann in einigen Beispielen das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm aufweisen wie gebildet. Somit hat das dotierte Elektrodenmaterial im Gegensatz zu amorphen Kohlenstoff-Elektrodenmaterialien einen spezifischen Widerstand, der innerhalb der Bandbreite von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm liegt wie abgeschieden. In einem anderen Beispiel weist die dotierte Elektrode einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm nach der Herstellung auf. In einem Aspekt kann der spezifische Widerstand bei etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm nach der Herstellung, aber vor der Verwendung (z. B. Durchführen von Schreibfunktionen), liegen. Wie beschrieben werden Elektrodenmaterialien während des Herstellungsprozesses in der Regel einem Wärmebudget von etwa 400 ºC unterzogen. In einem anderen Beispiel weist die dotierte Elektrode einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm nach einer Temperung von 3 Stunden bei 400 °C auf. In noch einem anderen Beispiel weist die dotierte Elektrode einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm nach einer Temperung von 3 Stunden bei 500 °C auf. In einem weiteren Beispiel weist die dotierte Elektrode einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm nach einer Temperung von 3 Stunden bei 600 °C auf. Zusätzlich kann die dotierte Elektrode in einem anderen Beispiel einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm nach mindestens 1000 Schreib- und Löschzyklen aufweisen.
2 zeigt eine beispielhafte Konfiguration für eine Phasenänderungs-Speicherzelle bzw. -Struktur. Die Speicherzelle kann eine Wortleitung 202 oder eine andere Struktur umfassen, wodurch die Speicherzelle in eine Speichereinrichtung eingebracht wird. Die Speicherzelle enthält auch ein Auswahlvorrichtungsmaterial 204 und ein Phasenänderungsmaterial 206. Die Elektroden 208 sind auf mindestens zwei Seiten des Auswahlvorrichtungsmaterials 204 und des Phasenänderungsmaterials 206 positioniert, und somit werden ohmsche Kontakte zwischen jeder dieser Materialschichten und den zugehörigen Elektroden ausgebildet. Eine oder mehrere der in 2 dargestellten Elektrodenpositionen können das dotierte Elektrodenmaterial enthalten. In einigen Beispielen können eine oder beide Elektroden, welche das Phasenänderungsmaterial 206 kontaktieren, das dotierte Elektrodenmaterial enthalten. In anderen Beispielen können eine oder mehrere Elektroden, welche das Auswahlvorrichtungsmaterial 204 kontaktieren, das dotierte Elektrodenmaterial enthalten. In noch anderen Beispielen können alle Elektroden, die entweder das Phasenänderungsmaterial 206 oder das Auswahlvorrichtungsmaterial 204 kontaktieren, das dotierte Elektrodenmaterial enthalten.
Es wird angemerkt, dass in einer alternativen Anordnung die Reihenfolge des Auswahlvorrichtungsmaterials und des Phasenänderungsmaterials umgekehrt werden kann, sodass das Phasenänderungsmaterial sich näher an der Wortleitung befindet als das Auswahlvorrichtungsmaterial.
Wie beschrieben können verschiedene dotierte Elektrodenmaterialien genutzt werden. In einem Beispiel kann das dotierte Elektrodenmaterial ein mit Silicium dotiertes amorphes Kohlenstoffmaterial sein. 3 zeigt einen Vergleich von elektrischen Eigenschaften zwischen undotiertem amorphem Kohlenstoff (C) und mit Silicium dotiertem amorphem Kohlenstoff. Das schattierte Feld stellt eine Zielbandbreite für den spezifischen Widerstand von 10 mOhm·cm bis 100 mOhm·cm dar. Sowohl der amorphe Kohlenstoff wie abgeschieden (nicht gefüllte Raute) und der amorphe Kohlenstoff nach einer Temperung bei 600 °C (gefüllte Raute) weisen Werte für den spezifischen Widerstand auf, die außerhalb der Zielbandbreite liegen. Die mit Silicium dotierten amorphen Kohlenstoffmaterialien, sowohl wie abgeschieden (nicht gefülltes Quadrat) als auch nach einer Temperung bei 600 °C (gefülltes Quadrat), weisen Werte für den spezifischen Widerstand auf, die innerhalb der Zielbandbreite für verschiedene At.-%-Werte von Silicium liegen.
Der Gehalt an Siliciumdotierungsmittel in dem amorphen Kohlenstoff kann jedes Atomverhältnis umfassen, das in einem Material resultiert, das einen verbesserten spezifischen Widerstand im Vergleich zu undotiertem amorphem Kohlenstoff aufweist. In einem Beispiel kann das Silicium mit einer Menge von bis zu etwa 20 At.-% in den amorphen Kohlenstoff dotiert werden. In einem anderen Beispiel kann das Silicium mit etwa 5 At.-% bis etwa 10 At.-% in den amorphen Kohlenstoff dotiert werden. Es wird angemerkt, dass die Anführung des Ausdrucks „bis zu“ in Bezug auf eine Bandbreite so zu verstehen ist, dass ein unterer Grenzwert vorhanden ist. Insbesondere erfordert die Anführung eines Elements in einer Zusammensetzung in einer Menge von „bis zu“ notwendigerweise eine bestimmte Mindestmenge eines solchen, bedingt durch die Tatsache, dass es eindeutig als Element der Zusammensetzung angeführt wurde. Darüber hinaus ist es für Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich, dass eine solche Bandbreite sich auf das Einbringen eines Dotierungsmittels in ein anderes Material bezieht, was notwendigerweise impliziert, dass eine gewisse Menge an Material eingebracht wird.
Des Weiteren weist mit Silicium dotierter amorpher Kohlenstoff einen niedrigen spezifischen Widerstand (rho) im Vergleich zu einer Temperaturempfindlichkeit auf, und der endgültige spezifische Widerstand kann für eine gewünschte Bandbreite feinabgestimmt werden, indem der Siliciumgehalt des Materials abgeändert wird. 4 zeigt Beispiele von zwei Materialien mit unterschiedlichen Siliciumgehalt, für die der spezifische Widerstand über eine Bandbreite von Temperaturen gemessen wurde. SiC 3–97 (402) besteht aus 3 At.-% Silicium und 97 At.-% Kohlenstoff, und SiC 7–93 (404) besteht aus 7 At.-% Silicium und 93 At.-% Kohlenstoff. Dieser Vergleich zeigt, dass eine Änderung des Siliciumgehalts die Eigenschaften des spezifischen Widerstands eines Elektrodenmaterials verlagern oder abstimmen kann.
In einem anderen Beispiel kann das dotierte Elektrodenmaterial ein mit Stickstoff dotiertes Material aus Wolframsilicid (WSi_X, z. B. Wolframsilicid, Wolframdisilicid usw.) sein. Verschiedene Verhältnisse von Wolfram zu Silicium werden betrachtet und alle nützlichen Materialzusammensetzungen werden als im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung erachtet. In einem Beispiel kann das Material aus Wolframsilicid ein At.-%-Verhältnis von Wolfram zu Silicium von etwa 1:3 bis etwa 1:5 aufweisen. In einem anderen Beispiel kann das Material aus Wolframsilicid ein At.-%-Verhältnis von Wolfram zu Silicium von etwa 1:4 aufweisen. Solche mit Stickstoff dotierten Elektrodenmaterialien zeigen eine erweiterte oder eine verbesserte Stabilität unter thermischer Behandlung, die sehr nah an Temperaturen liegen, die sich in einer funktionierenden Phasenänderungs-Speicherzelle beobachten lassen. Solche Materialien zeigen einen Abfall des spezifischen Widerstands nach einem Wärmebudget von einem Faktor von etwa 10 im Vergleich zu einem Faktor von etwa 100 für amorphen Kohlenstoff. Wie in 5 dargestellt kann das dotierte Elektrodenmaterial abgestimmt werden, um einen gewünschten spezifischen Widerstand zu erzielen, und somit kann das Material den gewünschten spezifischen Widerstand vom Zustand wie abgeschieden bis zum Zustand nach der Herstellung sowie weiter über viele Tausende von Programmierzyklen aufrechterhalten. 5 zeigt mehrere Materialien aus Wolframsilicid mit unterschiedlich hohen Dotierungen mit Stickstoff, welche als die Stickstoffflussrate bei der Abscheidung des Materials gemessen wird. Material A 502 ist undotiertes Wolframsilicid, Material B 504 ist Stickstoff, bei einer Flussrate von 20 sccm dotiert, Material C 506 ist Stickstoff, bei einer Flussrate von 30 sccm dotiert und Material D 508 ist Stickstoff, bei einer Flussrate von 40 sccm dotiert. Das schattierte Feld zeigt einen spezifischen Referenzwiderstand von 10 bis 100 mOhm·cm. Somit kann der Gehalt des Stickstoffs in dem Wolframsilicid abgewandelt werden, um das Material auf eine gewünschte Bandbreite des spezifischen Widerstands abzustimmen, welcher, wie in 5 dargestellt, über sämtliche getesteten Temperaturen aufrechterhalten wird.
Das Dotierungsprofil für Stickstoff kann somit je nach den gewünschten Eigenschaften des resultierenden Materials aus Wolframsilicid variieren. In einem Beispiel liegt der Stickstoff bei einer Flussrate von etwa 20 sccm bis etwa 60 sccm während der Bildung des Elektrodenmaterials vor. In einem anderen Beispiel liegt der Stickstoff bei einer Flussrate von etwa 40 sccm während der Bildung des Elektrodenmaterials vor.
In einem anderen Beispiel kann das dotierte Elektrodenmaterial ein mit Wolfram dotiertes Material aus Siliciumcarbid sein. Verschiedene Verhältnisse von Silicium zu Kohlenstoff werden betrachtet und alle nützlichen Materialzusammensetzungen werden als im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung erachtet. In einem Beispiel kann das Material aus Siliciumcarbid Silicium in einer Konzentration von bis zu 95 At.-% umfassen. In einem anderen Beispiel kann das Material aus Siliciumcarbid Silicium in einer Konzentration von bis zu 50 At.-% umfassen. Zusätzlich kann in einigen Beispielen das Material aus Siliciumcarbid ein At.-%-Verhältnis von Silicium zu Kohlenstoff von etwa 99:1 bis zu etwa 1:99 aufweisen. In anderen Beispielen kann das Material aus Siliciumcarbid ein At.-%-Verhältnis von Silicium zu Kohlenstoff von etwa 1:1 bis zu etwa 1:99 aufweisen. In noch anderen Beispielen kann das Material aus Siliciumcarbid ein At.-%-Verhältnis von Silicium zu Kohlenstoff von etwa 1:1 bis zu etwa 1:9 aufweisen. Wolfram kann in jeder Konzentration in Material aus Siliciumcarbid dotiert werden, welche in einem Elektrodenmaterial mit den gewünschten Eigenschaften resultiert. In einem Beispiel kann das Wolfram jedoch mit bis zu etwa 20 At.-% in das Material aus Siliciumcarbid dotiert werden. In einem anderen Beispiel kann das Wolfram mit bis zu etwa 15 At.-% in das Material aus Siliciumcarbid dotiert werden.
Weiterhin kann das Elektrodenmaterial abgestimmt werden, um die gewünschten Eigenschaften für den spezifischen Widerstand durch abgewandelte Dotierungshöhen mit Wolfram zu erreichen. Somit kann eine mit Wolfram dotierte Siliciumcarbid-Elektrode Widerstandswerte innerhalb einer gewünschten Bandbreite aufweisen, wie abgeschieden, und diese während des Herstellungsverfahrens und nach vielen Tausenden von Programmiervorgängen innerhalb der gewünschten Bandbreite aufrechterhalten, aufgrund der thermischen Stabilität des Materials. 6 zeigt ein Beispiel für Messungen des spezifischen Widerstands von drei Materialien aus Siliciumcarbid mit einem At.-%-Verhältnis von Silicium zu Kohlenstoff von etwa 1:9 bei unterschiedlichen Dotierungshöhen mit Wolfram. Material A 602 ist nicht mit Wolfram dotiert, Material B 604 weist eine Dotierung mit Wolfram von etwa 1 At.-% auf und Material C 606 weist eine Dotierung mit Wolfram von etwa 2 At.-% auf. Somit kann durch die Dotierungshöhe mit Wolfram das Material aus Siliciumcarbid auf eine gewünschte Bandbreite für den spezifischen Widerstand abgestimmt werden.
7 zeigt Messungen des spezifischen Widerstands von drei Materialien aus Siliciumcarbid mit einem At.-%-Verhältnis von Silicium zu Kohlenstoff von etwa 1:1 bei verschiedenen Dotierungen mit Wolfram. Material A 702 weist eine Dotierung mit Wolfram von etwa 3 At.-% auf, Material B 704 weist eine Dotierung mit Wolfram von etwa 6 At.-% auf und Material C 706 weist eine Dotierung mit Wolfram von etwa 9 At.-% auf.
Die verschiedenen beschriebenen Elektrodenmaterialien können entsprechend einer beliebigen Technik, die zur Bildung solcher Materialien fähig ist, hergestellt werden, und jede dieser Techniken wird als im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung befindlich erachtet. Fachleute auf dem Gebiet werden in der Lage sein, geeignete Herstellungstechniken für die verschiedenen Materialien sowie die verschiedenen Bedingungen für die Abstimmung eines bestimmten Materials in Erwägung zu ziehen, sobald sie im Besitz der vorliegenden Offenbarung sind. In einem Beispiel können die Elektrodenmaterialien durch PVD-Abscheidung hergestellt werden, beispielsweise durch Co-Sputtern unter Verwendung mehrerer PVD-Targets. Bei der Stickstoffdotierung kann dieses Co-Sputtern in Anwesenheit von Stickstoff auftreten. Während des Sputterprozesses kann molekularer Stickstoff N₂ der PVD-Kammer zugeführt werden, sodass Stickstoff in das Elektrodenmaterial eingebracht werden kann. Die PVD-Targets können auch verwendet werden, um ein Dotierungsmittel in das sich bildende Elektrodenmaterial einzubringen. Es wird zudem in Erwägung gezogen, dass ein Dotierungsmittel nach der Abscheidung durch jede verfügbare Technik in ein Elektrodenmaterial eingebracht werden kann, wie beispielsweise durch Ionenimplantation.
Als eine allgemeine Beschreibung verschiedener Einzelheiten der PVD kann ein Konstruktionsaufbau eine PVD-Kammer verwenden, die unter Vakuum gehalten wird. In einigen Fällen kann die PVD-Kammer zwei Hauptbestandteile umfassen: einen Sockel, der verwendet wird, um ein Substrat in Position zu halten, und eine Quelle oder ein Target, das aus dem Material besteht, welches auf das Substrat gesputtert werden soll. Das Target kann aus einem einzigen Element oder einer Legierung oder einem Gemisch aus Elementen bestehen. Ein elektrischer Energiegenerator ist im Allgemeinen zwischen Target (Kathode, negative Polarität) und Masse geschaltet.
Bezüglich des Betriebs eines typischen PVD-Prozesses wird die Kammer mit einem Gas gefüllt, wie etwa Ar, welches häufig bei einem niedrigen Druck gehalten wird (z. B. von 0,1–100 mTorr). Nach der Aktivierung des Energiegenerators werden einige der Ar-Atome in der Kammer ionisiert (Ar --> Ar+/e–) und bilden ein Plasma. Die Ar+ Ionen (Kationen) werden von dem Target, das negativ geladen ist, angezogen und bewegen sich somit in Richtung der und treffen auf die Target-Oberfläche. Wenn die übertragene Energie ausreichend hoch ist, bricht das ionisierte Ar+ das Target-Material in Atome/Cluster auf und bringt sie durch Sputtern auf der Substratoberfläche auf. In Abhängigkeit von den Eigenschaften der durch Sputtern aufzubringenden Materialien kann die Stromquelle DC (Gleichstrom), gepulste DC (zum Beispiel Gleichstrom mit periodischer Polaritätsumkehr) oder HF (Hochfrequenz) umfassen. Eine DC-Quelle legt eine konstante Stromzufuhr an das Target an und wird häufig verwendet, um Metalle und gut leitende Legierungen durch Sputtern auf das Substrat aufzubringen. Eine gepulste DC-Quelle wird häufig für Elemente/Verbindungen, die keine guten elektrischen Leiter sind (z. B. Kohlenstoff, Chalkogenid-Legierungen usw.), verwendet. Die Polaritätsumkehr der von einem Generator angelegten Spannung kann verwendet werden, um elektrische Restladungen aus der Target-Oberfläche zu löschen. HF-Quellen legen eine sinusförmige Spannung mit der typischen HF-Frequenz (z. B. 13,56 MHz) an. Die sinusförmige Schwankung wird ebenfalls verwendet, um Restladungen aus der Target-Oberfläche zu löschen. HF-Stromquellen werden oft verwendet, um isolierende Materialien durch Sputtern auf einem Substrat aufzubringen (z. B. Oxide).
Wie beschrieben kann N₂ während des Sputterprozesses zusammen mit dem Ar durch die Kammer geströmt werden, um das Einbringen von N in das Elektrodenmaterial zu erleichtern. Der Prozess wird häufig als „reaktives Sputtern“ bezeichnet, und die Menge an zugesetztem N kann von der Materialzusammensetzung abhängen, die gebildet wird, sowie von der Menge an N, welche in die Kammer geströmt wird. Somit wird, wenn das Elektrodenmaterial durch Sputtern auf das Substrat aufgebracht wird, N₂ ionisiert, und N wird in das sich bildende Material eingebracht.
Das Phasenänderungsmaterial kann jedes verwendbare Material umfassen, welches eine nachweisbare Änderung der Phase aufweist. Beispiele für derartige Materialien umfassen beliebige von einer Vielfalt von Chalkogenid-Legierungen, einschließlich, ohne Beschränkung, unter anderem 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 und Ge-Te-Sn-Pt. Der Bindestrich in der Notation der chemischen Zusammensetzung bezeichnet, wie hierin verwendet, die in einer bestimmten Mischung oder Verbindung enthaltenen Elemente, z. B. der Chalkogenid-Legierung, und es ist beabsichtigt, alle Stöchiometrien mit den angegebenen Elementen darzustellen, z. B. Ge_XSb_YTe_Z mit Abweichungen in der Stöchiometrie, wie etwa Ge₂Sb₂Te₅, Ge₂Sb₂Te₇, Ge₁Sb₂Te₄, Ge₁Sb₄Te₇ usw., um einen Gradienten zu bilden.
In noch einem anderen Beispiel wird ein Verfahren für die Bildung einer Phasenänderungs-Speicherstruktur bereitgestellt. Ein solches Verfahren kann das Bilden einer ersten, zweiten und dritten Elektrode mit einem Phasenänderungsmaterial umfassen, das zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnet ist, und mit einem Auswahlvorrichtungsmaterial, das zwischen der zweiten und dritten Elektrode angeordnet ist, wobei zumindest eine der ersten, zweiten und dritten Elektrode ein dotiertes Elektrodenmaterial mit einem spezifischen Widerstand von 10 bis 100 mOhm·cm wie gebildet umfasst. In einem Beispiel wird das dotierte Elektrodenmaterial durch Abscheiden von amorphem Kohlenstoff und der Dotierung mit Silicium gebildet. In einem anderen Beispiel wird das dotierte Elektrodenmaterial durch Co-Sputtern mit Wolfram und Silicium in einer Stickstoffgasatmosphäre bei einem ausreichenden Teildruck für die Stickstoffdotierung gebildet. In einem anderen Beispiel wird das dotierte Elektrodenmaterial durch Abscheiden eines Materials aus Siliciumcarbid und Dotierung mit Wolfram gebildet.
8 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Phasenänderungs-Speicherarrays 800 oder -systems. Das Array umfasst zu Veranschaulichungszwecken ein 3 × 3 Array der Speicherzellen 810A–810I. Jede Speicherzelle (810A–810I) kann ein Phasenänderungsmaterial oder -element zusammen mit weiteren typischen Materialien oder Strukturen umfassen, die für eine Phasenänderungs-Speicherzelle erforderlich sind. In einer Ausführungsform können eine oder mehrere oder alle der Phasenänderungs-Zellen die in 2 dargestellten Materialien und Strukturen enthalten oder einen Teil davon. Das Speicherarray 800 kann die Spaltenleitungen 850A–C und die Zeilenleitungen 840A–C umfassen, um eine bestimmte Speicherzelle des Arrays oder des Systems während eines Schreib- oder Lesevorgangs auszuwählen. Die Spaltenleitungen 850A–C und die Zeilenleitungen 840A–C können auch als „Adressleitungen“ bezeichnet werden, da diese Leitungen verwendet werden, um die Speicherzellen 810A–I während der Programmierung oder des Lesens zu adressieren. Die Spaltenleitungen 850A–C können auch als „Bitleitungen“ bezeichnet werden, und die Zeilenleitungen 840A–C können auch als „Wortleitungen“ bezeichnet werden. Ferner versteht es sich, dass das 3 × 3 Array von 8 lediglich beispielhaft ist und jede geeignete Größe (d. h. eine beliebige Anzahl von Speicherzellen) aufweisen kann.
Die Phasenänderungs-Speicherelemente 812A–I können mit den Spaltenleitungen 850A–C verbunden sein und mit den Zeilenleitungen 840A–C gekoppelt sein. Schalter, wie etwa ovonische Schalter sowie Kondensatoren, Übergänge oder andere Merkmale oder Strukturen (nicht dargestellt), können nach Bedarf in dem Speicherarray oder -system 800 verwendet werden. Der Betrieb des Speicherarrays oder -systems 800 erfolgt gemäß des Standardbetriebs einer solchen Phasenänderungs-Speichervorrichtung durch Anlegen von Strom durch Spalten- und Zeilenleitungen usw.
Beispiele
Die folgenden Beispiele beziehen sich auf weitere Ausführungsformen.
In einem Beispiel wird eine Phasenänderungs-Speicherstruktur bereitgestellt, umfassend:
ein Phasenänderungsmaterial einer Speicherzelle;
ein Elektrodenmaterial, das einen ohmschen Kontakt mit dem Phasenänderungsmaterial bildet; und
ein innerhalb des Elektrodenmaterials verteiltes Dotierungsmittel, welches dem Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm verleiht.
In einem Beispiel weist das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm auf wie gebildet.
In einem Beispiel weist das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm auf, wenn bei einer Temperatur von etwa 600 °C gemessen.
In einem Beispiel weist das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm auf, wenn bei einer Temperatur von etwa 20 °C gemessen.
In einem Beispiel weist das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm auf, wenn bei einer Temperatur von etwa 400 °C bis etwa 800 °C gemessen.
In einem Beispiel weist das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm auf, wenn bei einer Temperatur von etwa 20 °C bis etwa 400 °C gemessen.
In einem Beispiel weist das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm auf, wenn bei einer Temperatur von etwa 20 °C und einer Temperatur von etwa 600 °C gemessen.
In einem Beispiel weist die dotierte Elektrode einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm nach der Herstellung auf.
In einem Beispiel weist die dotierte Elektrode einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm nach einer Temperung von 3 Stunden bei 400 °C auf.
In einem Beispiel weist die dotierte Elektrode einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm nach einer Temperung von 3 Stunden bei 500 °C auf.
In einem Beispiel weist die dotierte Elektrode einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm nach mindestens 1000 Schreib- und Löschzyklen auf.
In einem Beispiel wird das Elektrodenmaterial aus der Gruppe ausgewählt, die Folgendes umfasst: amorphen Kohlenstoff, Wolframsilicid (WSi) und Siliciumcarbid (SiC).
In einem Beispiel ist das Elektrodenmaterial amorpher Kohlenstoff und das Dotierungsmittel ist Silicium.
In einem Beispiel wird das Silicium mit bis zu etwa 20 At.-% in den amorphen Kohlenstoff dotiert.
In einem Beispiel wird das Silicium mit etwa 5 At.-% bis zu etwa 10 At.-% in den amorphen Kohlenstoff dotiert.
In einem Beispiel ist das Elektrodenmaterial Wolframsilicid und das Dotierungsmittel ist Stickstoff.
In einem Beispiel weist das Elektrodenmaterial ein At.-%-Verhältnis von Wolfram zu Silicium von etwa 1:3 bis zu etwa 1:5 auf.
In einem Beispiel weist das Elektrodenmaterial ein At.-%-Verhältnis von Wolfram zu Silicium von etwa 1:4 auf.
In einem Beispiel wird das Elektrodenmaterial in Anwesenheit von Stickstoff in ausreichender Menge zum Bilden des dotierten Elektrodenmaterials gebildet.
In einem Beispiel liegt der Stickstoff bei einer Flussrate von etwa 20 sccm bis zu etwa 60 sccm während der Bildung des Elektrodenmaterials vor.
In einem Beispiel liegt der Stickstoff bei einer Flussrate von etwa 40 sccm während der Bildung des Elektrodenmaterials vor.
In einem Beispiel ist das Elektrodenmaterial ein Material aus Siliciumcarbid und das Dotierungsmittel ist Wolfram.
In einem Beispiel liegt Silicium in dem Material aus Siliciumcarbid in einer Konzentration von bis zu etwa 95 At.-% vor.
In einem Beispiel liegt Silicium in dem Material aus Siliciumcarbid in einer Konzentration von bis zu etwa 50 At.-% vor.
In einem Beispielen weist das Material aus Siliciumcarbid ein At.-%-Verhältnis von Silicium zu Kohlenstoff von etwa 1:1 bis zu etwa 1:9 auf.
In einem Beispiel wird das Wolfram mit bis zu etwa 20 At.-% in das Material aus Siliciumcarbid dotiert.
In einem Beispiel wird das Wolfram mit bis zu etwa 15 At.-% in das Material aus Siliciumcarbid dotiert.
In einem Beispiel wird eine Phasenänderungs-Speicherzelle bereitgestellt, umfassend:
eine Stapelstruktur, einschließlich:
einer ersten Elektrode;
einer zweiten Elektrode;
eines Phasenänderungsmaterials, das zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist und mit diesen ohmsche Kontakte bildet;
einer dritten Elektrode; und
eines Auswahlvorrichtungsmaterials, das zwischen der dritten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist;
wobei zumindest eine der ersten, zweiten und dritten Elektrode ein Elektrodenmaterial beinhaltet, das dotiert ist, um einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm aufzuweisen.
In einem Beispiel beinhalten zumindest die erste und die zweite Elektrode das dotierte Elektrodenmaterial.
In einem Beispiel ist das dotierte Elektrodenmaterial ein amorpher Kohlenstoff, der mit Silicium dotiert ist.
In einem Beispiel ist das dotierte Elektrodenmaterial Wolframsilicid, das mit Stickstoff dotiert ist.
In einem Beispiel ist das dotierte Elektrodenmaterial Siliciumcarbid, das mit Wolfram dotiert ist.
In einem Beispiel wird ein Verfahren für die Bildung einer Phasenänderungs-Speicherstruktur bereitgestellt, umfassend:
das Bilden einer ersten, zweiten und dritten Elektrode mit einem Phasenänderungsmaterial, das zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnet ist, und mit einem Auswahlvorrichtungsmaterial, das zwischen der zweiten und dritten Elektrode angeordnet ist, wobei zumindest eine der ersten, zweiten und dritten Elektrode ein dotiertes Elektrodenmaterial mit einem spezifischen Widerstand von 10 bis 100 mOhm·cm umfasst.
In einem Beispiel wird das dotierte Elektrodenmaterial durch Abscheiden von amorphem Kohlenstoff und Dotierung mit Silicium gebildet.
In einem Beispiel wird das Silicium mit bis zu 20 At.-% in den amorphen Kohlenstoff dotiert.
In einem Beispiel wird das Silicium mit etwa 5 At.-% bis zu etwa 10 At.-% in den amorphen Kohlenstoff dotiert.
In einem Beispiel wird das dotierte Elektrodenmaterial durch Co-Sputtern von Wolfram und Silicium in einer Stickstoffgasatmosphäre bei einem ausreichenden Teildruck für die Stickstoffdotierung gebildet.
In einem Beispiel liegt der Stickstoff während des Co-Sputterns mit einer Flussrate von 20 sccm bis 60 sccm vor.
In einem Beispiel liegt der Stickstoff während des Co-Sputterns mit einer Flussrate von 40 sccm vor.
In einem Beispiel wird das dotierte Elektrodenmaterial durch Abscheiden eines Materials aus Siliciumcarbid und Dotierung mit Wolfram gebildet.
In einem Beispiel wird das Wolfram mit bis zu 20 At.-% in das Material aus Siliciumcarbid dotiert.
In einem Beispiel wird das Wolfram mit bis zu 15 At.-% in das Material aus Siliciumcarbid dotiert.
In einem Beispiel wird ein Verfahren für die Herstellung einer Elektrode für eine Phasenänderungs-Speicherstruktur bereitgestellt, umfassend:
das Bereitstellen eines Elektrodenmaterials;
das Dotieren des Elektrodenmaterials zur Bereitstellung eines spezifischen Widerstands von 10 bis 100 mOhm·cm für das Elektrodenmaterial; und
Einbringung des dotierten Elektrodenmaterials benachbart zu einem Phasenänderungsmaterial in der Speicherstruktur.
In einem Beispiel weist das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm auf, wenn bei einer Temperatur von etwa 600 °C gemessen.
In einem Beispiel weist das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm auf, wenn bei einer Temperatur von etwa 20 °C gemessen.
In einem Beispiel weist das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm auf, wenn bei einer Temperatur von etwa 400 °C bis zu etwa 800 °C gemessen.
In einem Beispiel weist das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm auf, wenn bei einer Temperatur von etwa 20 °C bis zu etwa 400 °C gemessen.
In einem Beispiel weist das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm auf, wenn bei einer Temperatur von etwa 20 °C und einer Temperatur von etwa 600 °C gemessen.
In einem Beispiel weist die dotierte Elektrode einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm nach einer Temperung von 3 Stunden bei 400 °C auf.
In einem Beispiel weist die dotierte Elektrode einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm nach einer Temperung von 3 Stunden bei 500 °C auf.
In einem Beispiel weist die dotierte Elektrode einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm nach mindestens 1000 Schreib- und Löschzyklen auf.
In einem Beispiel wird das Elektrodenmaterial aus der Gruppe ausgewählt, die Folgendes umfasst: amorphen Kohlenstoff, Wolframsilicid (WSi) und Siliciumcarbid (SiC).
In einem Beispiel ist das Elektrodenmaterial amorpher Kohlenstoff und das Dotierungsmittel ist Silicium.
In einem Beispiel wird das Silicium mit bis zu etwa 20 At.-% in den amorphen Kohlenstoff dotiert.
In einem Beispiel wird das Silicium mit etwa 5 At.-% bis zu etwa 10 At.-% in den amorphen Kohlenstoff dotiert.
In einem Beispiel ist das Elektrodenmaterial Wolframsilicid und das Dotierungsmittel ist Stickstoff.
In einem Beispiel weist das Elektrodenmaterial ein Verhältnis von Wolfram zu Silicium von etwa 1:3 bis zu etwa 1:5 auf.
In einem Beispiel weist das Elektrodenmaterial ein At.-%-Verhältnis von Wolfram zu Silicium von etwa 1:4 auf.
In einem Beispiel wird das Elektrodenmaterial in Anwesenheit von Stickstoff in ausreichender Menge zum Bilden des dotierten Elektrodenmaterials gebildet.
In einem Beispiel liegt der Stickstoff bei einer Flussrate von etwa 20 sccm bis zu etwa 60 sccm während der Bildung des Elektrodenmaterials vor.
In einem Beispiel liegt der Stickstoff bei einer Flussrate von etwa 40 sccm während der Bildung des Elektrodenmaterials vor.
In einem Beispiel ist das Elektrodenmaterial ein Material aus Siliciumcarbid und das Dotierungsmittel ist Wolfram.
In einem Beispiel liegt Silicium in dem Material aus Siliciumcarbid in einer Konzentration von bis zu etwa 95 At.-% vor.
In einem Beispiel liegt Silicium in dem Material aus Siliciumcarbid in einer Konzentration von bis zu etwa 50 At.-% vor.
In einem Beispiel weist das Material aus Siliciumcarbid ein At.-%-Verhältnis von Silicium zu Kohlenstoff von etwa 1:1 bis zu etwa 1:9 auf.
In einem Beispiel wird das Wolfram mit bis zu etwa 20 At.-% in das Material aus Siliciumcarbid dotiert.
In einem Beispiel wird das Wolfram mit bis zu etwa 15 At.-% in das Material aus Siliciumcarbid dotiert.
Obgleich die vorstehenden Beispiele die Prinzipien der vorliegenden Technologie in einer oder mehr bestimmten Anwendungen veranschaulichen, ist es für Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich, dass vielzählige Modifikationen in der Form, Verwendung und den Einzelheiten der Implementierung ohne die Ausübung erfinderischer Fähigkeiten, und ohne von den hierin ausgedrückten Prinzipien und Konzepten abzuweichen, vorgenommen werden können.

Claims

Phasenänderungs-Speicherstruktur, umfassend: ein Phasenänderungsmaterial einer Speicherzelle; ein Elektrodenmaterial, das einen ohmschen Kontakt mit dem Phasenänderungsmaterial bildet; und ein innerhalb des Elektrodenmaterials verteiltes Dotierungsmittel, welches dem Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm verleiht.
Speicherstruktur nach Anspruch 1, wobei das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm aufweist wie gebildet.
Speicherstruktur nach Anspruch 1, wobei das dotierte Elektrodenmaterial einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm aufweist, wenn bei einer Temperatur von etwa 20 °C und einer Temperatur von etwa 600 °C gemessen.
Speicherstruktur nach Anspruch 1, wobei die dotierte Elektrode einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm nach einer Temperung von 3 Stunden bei 400 °C aufweist.
Speicherstruktur nach Anspruch 1, wobei die dotierte Elektrode einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm nach mindestens 1000 Schreib- und Löschzyklen aufweist.
Speicherstruktur nach Anspruch 1, wobei das Elektrodenmaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, die Folgendes umfasst: amorphen Kohlenstoff, Wolframsilicid (WSi) und Siliciumcarbid (SiC).
Speicherstruktur nach Anspruch 1, wobei das Elektrodenmaterial ein amorpher Kohlenstoff ist und das Dotierungsmittel Silicium ist.
Speicherstruktur nach Anspruch 7, wobei das Silicium mit von etwa 5 At.-% bis zu etwa 10 At.-% in den amorphen Kohlenstoff dotiert wird.
Speicherstruktur nach Anspruch 1, wobei das Elektrodenmaterial Wolframsilicid ist und das Dotierungsmittel Stickstoff ist.
Speicherstruktur nach Anspruch 9, wobei das Elektrodenmaterial ein At.-%-Verhältnis von Wolfram zu Silicium von etwa 1:3 bis zu etwa 1:5 aufweist.
Speicherstruktur nach Anspruch 1, wobei das Elektrodenmaterial ein Material aus Siliciumcarbid ist und das Dotierungsmittel Wolfram ist.
Speicherstruktur nach Anspruch 11, wobei Silicium in dem Material aus Siliciumcarbid in einer Konzentration von bis zu etwa 95 At.-% vorhanden ist.
Speicherstruktur nach Anspruch 11, wobei das Material aus Siliciumcarbid ein At.-%-Verhältnis von Silicium zu Kohlenstoff von etwa 1:1 bis etwa 1:9 aufweist.
Speicherstruktur nach Anspruch 11, wobei das Wolfram mit bis zu etwa 20 At.-% in das Material aus Siliciumcarbid dotiert wird.
Phasenänderungs-Speicherzelle, umfassend: eine Stapelstruktur, einschließlich: einer ersten Elektrode; einer zweiten Elektrode; eines Phasenänderungsmaterials, das zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist und mit diesen ohmsche Kontakte bildet; einer dritten Elektrode; und eines Auswahlvorrichtungsmaterials, das zwischen der dritten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist; wobei zumindest eine der ersten, zweiten und dritten Elektrode ein Elektrodenmaterial beinhaltet, das dotiert ist, um einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis etwa 100 mOhm·cm aufzuweisen.
Speicherzelle nach Anspruch 15, wobei das dotierte Elektrodenmaterial amorpher Kohlenstoff ist, der mit Silicium dotiert ist.
Speicherzelle nach Anspruch 15, wobei das dotierte Elektrodenmaterial Wolframsilicid ist, das mit Stickstoff dotiert ist.
Speicherzelle nach Anspruch 15, wobei das dotierte Elektrodenmaterial Siliciumcarbid ist, das mit Wolfram dotiert ist.
Verfahren zur Bildung einer Phasenänderungs-Speicherstruktur, umfassend: das Bilden einer ersten, zweiten und dritten Elektrode mit einem Phasenänderungsmaterial, das zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnet ist, und mit einem Auswahlvorrichtungsmaterial, das zwischen der zweiten und dritten Elektrode angeordnet ist, wobei zumindest eine der ersten, zweiten und dritten Elektrode ein dotiertes Elektrodenmaterial mit einem spezifischen Widerstand von 10 bis 100 mOhm·cm umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das dotierte Elektrodenmaterial durch Abscheiden von amorphem Kohlenstoff und Dotierung mit Silicium gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Silicium mit bis zu 20 At.-% in den amorphen Kohlenstoff dotiert wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das dotierte Elektrodenmaterial durch Co-Sputtern von Wolfram und Silicium in einer Stickstoffgasatmosphäre bei einem ausreichenden Teildruck für die Stickstoffdotierung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Stickstoff während des Co-Sputterns mit einer Flussrate von 20 sccm bis 60 sccm vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das dotierte Elektrodenmaterial durch Abscheiden eines Materials aus Siliciumcarbid und Dotierung mit Wolfram gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Wolfram mit bis zu 20 At.-% in das Material aus Siliciumcarbid dotiert wird.