[发明专利]相变存储装置及其制造方法和操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变存储装置、其制造方法及其操作方法。

背景技术

传统的相变存储装置(诸如相变随机存取存储器(PRAM))可以包括具有相变材料层的存储节点和连接到该存储节点的晶体管。当复位电流施加到相变存储装置时，与相变材料层的底部电极接触层相接触的区域会被加热到高于相变材料层的熔点的温度。结果，与底部电极接触层相接触的区域可能变成非晶(amorphous)。该非晶区域通过施加置位电流(set current)给存储节点可以变成结晶(crystalline)区域。

相变材料层的非晶区域具有比相变材料层其他区域更高的阻抗。结果，流过相变材料层的电流值取决于在相变材料层中是否存在非晶区域。在一个示例中，当非晶区域存在于相变材料层中时，施加到相变材料层的电流会比参考电流小，并可以从PRAM中读取数据“1”。相反地，当非晶区域没有存在于相变材料层中时，流过相变材料层的电流比参考电流高，并可以从PRAM中读取数据“0”。可以应用相反的标准来决定是否从PRAM中读取数据“1”或“0”。

随着传统半导体存储装置的集成密度的增加，应当减小晶体管的尺寸。结果，也同样减少了晶体管中的最大维持电流。在传统的相变存储装置中，可以通过晶体管施加复位电流和置位电流。复位电流可以大于置位电流。当晶体管的尺寸减少时，可以减少复位电流使得更小的晶体管可以维持复位电流。

发明内容

示例实施例涉及相变存储装置、其制造方法及操作方法。根据示例实施例的相变存储装置包括扩展的电流通路(expanded current path)、减小的存储区域和/或减小的编程体积(program volume)，制造方法及其操作方法。

示例实施例提供相变存储装置，该装置可以通过减少复位电流来增加集成密度。示例实施例可以抑制和/或阻止由于外部热量造成的数据丢失。

至少一个示例实施例提供相变存储装置，该装置包括开关装置和连接到开关装置的存储节点。存储节点包括底部叠层(bottom stack)、置于底部叠层上的相变层、和置于相变层上的顶部叠层(top stack)。相变层可以包括用于增加流过相变层的电流通路的电流通路增加单元(current path increaseunit)。电流通路增加单元还可以减少相变存储区域的体积(volume)。

根据示例实施例，与底部叠层相对设置的电流通路增加单元的表面面积可以大于或等于与相变层接触的底部叠层表面面积。电流通路增加单元可以是具有比形成于相变层中的非晶区域更低的电导率的材料层。该材料层可以是绝缘层或导电层。该材料层可以具有足够的厚度来抑制和/或阻止流过相变层的电流的隧穿。

根据示例实施例，相变层可以包括垂直堆叠的并且相互隔开的多个材料层。在该实施例中，至少部分材料层的宽度可以不同于其他材料层的宽度。存储节点可以进一步包括材料层之间垂直堆叠的多个(如，2个)材料层。多个材料层可以被设置于相同的水平上(例如，在同一平面)和/或通过下面的材料层间隔开。

至少其他一示例实施例提供相变随机存取存储器(PRAM)，该存储器包括开关装置和连接到该开关装置的存储节点。存储节点可以包括底部叠层(bottom stack)、置于底部叠层上的具有填充有材料层的沟槽的相变层、置于相变层和材料层上的顶部叠层。沟槽填充有材料层。材料层可以具有比与相变层接触的底部叠层的表面面积更大或相同的面积。材料层具有比将形成于相变层中的非晶区域更低的电导率。

根据至少一些示例实施例，存储节点可以进一步包括远离材料层设置的圆柱形材料层，从而围绕底部叠层和材料层的表面。圆柱形材料层可以具有比将形成于相变层中的非晶区域更低的电导率。填充在沟槽中的材料层延伸超过圆柱形材料层。填充在沟槽中的材料层可以是绝缘层或导电层。圆柱形材料层可以具有与填充在沟槽中的材料层相同的电导率。可选地，圆柱形材料层可以具有与填充在沟槽中的材料层不相同的电导率。

至少一其他示例实施例提供制造存储装置(例如，PRAM)的方法，该存储装置包括开关装置和连接到开关装置的存储节点。至少根据该方法，可以形成存储节点。例如，第一相变层可以形成在绝缘层上来覆盖底部电极接触层暴露的表面。第一材料层可以在第一相变层的区域中形成以覆盖底部电极接触层暴露的表面。第二相变层可以在第一相变层上形成以覆盖第一材料层。第一材料层可以具有比在第一相变层中形成的非晶区域更低的电导率。