[发明专利]用于3D PCM的改进的选择器热可靠性的新颖间隙填充和单元结构

说明书

给出了一种用于3D交叉点存储器的新间隙填充方案，该方案与现有技术的3D交叉点存储器结构的电流状态相比允许减少的编程电流和减少的热串扰。一种三维存储单元结构包括相互间隔开的平面布置结构中的多个平行、垂直延伸的存储单元，该平面布置结构包括这些存储单元之间的间隙。该结构还包括填充间隙的两层填充物，包括下层填充物和上层填充物，下层具有比上层大的热导率。下层填充物可以是氧化物。下层填充物的较大热导率实现来自存储单元中的选择器的散热，而上层填充物防止存储单元的相变元件之间的串扰。

技术领域

概括地说，本公开内容涉及三维电子存储器，并且更具体地说，涉及减少相邻存储单元中的编程电流和热串扰。

背景技术

通过改善工艺技术、电路设计、编程算法和制造工艺来将平面存储单元缩放至较小的尺寸。然而，随着存储单元的特征尺寸接近下限，平面工艺和制造技术变得具有挑战性并且昂贵。因此，平面存储单元的存储器密度接近上限。三维(3D)存储器架构可以解决平面存储单元的密度限制。

相变存储器(PCM)是一种非易失性固态存储器技术，该技术利用相变材料(如硫系化合物，例如GST(锗锑碲))在具有不同电阻的状态之间的可逆热辅助切换。可以将基本存储单位(“单元”)编程到呈现不同电阻特性的多个不同的状态或水平。可以使用可编程单元状态来表示不同的数据值，从而允许信息的存储。

PCM单元通过自加热来编程或擦除以诱发非晶态或晶态以表示1和0。编程电流与PCM单元的尺寸和横截面面积直接成比例。在单级PCM器件中，可以将每个单元设置为两个状态中的一个状态，“SET(置位)”状态和“RESET(复位)”状态，从而允许每单元存储一位。在RESET状态(其对应于相变材料的完全非晶态)中，单元的电阻非常高。通过加热到高于其结晶点的温度并且随后冷却，可以将相变材料变换到低电阻、完全晶态。这种低电阻状态提供单元的SET状态。如果随后将单元加热到高于相变材料的熔点的高温，则材料在快速冷却时回复到完全非晶RESET状态。

由于自加热的性质，在对相邻单元进行编程时发生串扰。串扰是信号之间的干扰。由于工艺技术缩放，相邻互连之间的间隔缩减。接通一个信号会影响另一信号。在最差的情况下，这会造成另一单元的值变化，或者这会使信号转变延迟，从而影响定时。这被分类为信号完整性问题。

另外，由于IR下降(IR＝电压＝电流x电阻)，大的编程电流要求还引起大的编程电压要求。对PCM单元中的数据的读和写通过经由与每个单元相关联的一对电极向相变材料施加恰适的电压来实现。在写操作中，所得到的编程信号使得相变材料焦耳加热到恰适的温度以在冷却时诱发期望的单元状态。对PCM单元的读取是使用单元电阻作为单元状态的度量来执行的。所施加的读电压使得电流流经单元，该电流取决于单元的电阻。对单元电流的测量因此提供对所编程单元状态的指示。足够低的读电压用于该电阻度量以确保读电压的施加不会扰乱所编程单元状态。随后可以通过将电阻度量与预先定义的参考水平进行比较来执行单元状态检测。编程电流(I)通常在100-200μA的数量级。如果单元中的写线或字线(WL)和位线(BL)遇到大的电阻并且电流过大，则电压下降可能是显著的。

当WL和BL被形成为彼此垂直时，形成3D交叉点存储器。存储单元被形成为在WL和BL的交叉点处自对准。存储单元是具有单个材料成分的垂直方柱形。

因此，仍然存在针对提供减少的编程电流和减少的热串扰的这种存储单元的需要。

发明内容

包括以下概述以便提供对本公开内容的各方面和特征的基本理解。该概述不是宽泛概括，并且因此并非旨在特别标识本公开内容的关键或重要要素，也非旨在描述本公开内容的范围。其唯一目的是以概括形式呈现概念。

根据一种布置，一种三维存储单元结构包括：在相互间隔开的平面布置结构中的多个平行、垂直延伸的存储单元，该平面布置结构包括存储单元之间的间隙。该结构还包括填充间隙的两层填充物，包括下层填充物和上层填充物，下层具有比上层大的热导率。

根据一方面，下层填充物是氧化物。