包含纳米复合材料绝缘体的相变存储单元制造技术

一种存储单元包括第一电极、第二电极、位于第一电极和第二电极之间的存储材料、以及接触存储材料的纳米复合材料绝缘体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种存储单元，其包括第一电极、第二电才及、位于 第 一 电极和第二电极之间的存储材料、以及接触存储材料的纳米复 合材料绝缘体。
技术介绍
半导体存储器为电子设备提供记忆存储，并且在电子产品工业 中已变得十分流行。通常，典型地会在硅晶片上制造(或构造)许 多半导体芯片。从晶片中分别分离出半导体芯片分离，以随后用作电子设备中的存储器。鉴于此，半导体芯片包括存储单元的阵列， 该阵列被配置为存储可恢复数据，可恢复数据的特征在于逻辑值通常为0和1。一类半导体存储器是电阻存储器。它们通常使用可切换电阻器 的两个或更多个不同电阻值，以限定存储器中可用于存储凄t据的单 元状态。 一种特殊的电阻存储器是相变存储器。在一个已知结构的 相变存储单元中，存储单元形成在相变存储材料和电才及的相交处。 使适当值的能量通过电极来加热相变存储单元，从而在其原子结构方面影响相变/状态改变。例如，可在逻辑状态0与l之间选择性切换和/或在多个逻辑状态之间选择性切换相变存储单元。表示出上述相变存储特征的材料包括元素周期表的VI族元素(诸如碲和竭)及其合金，其合金^皮称为石克族化物或好Li矣化物材谇牛。 其他非石克族化物材料也表现出相变存^f诸特征。可以在非晶状态和一个或多个结晶状态之间切换一种类型相 变存储单元的原子结构。非晶状态具有比结晶状态更大的电阻，并 且通常包括仅具有近程配位的无序原子结构。相反，结晶状态通常 均具有高度有序的原子结构，并且结晶状态的原子结构越有序，电 阻越低(并且导电率越高)。当相变材料的原子结构维持在(或稍高于)结晶温度时，其 原子结构变得高度有序。随后緩慢冷却材料，从而使得原子结构的 稳定定向在高度有序(结晶)状态。例如，在石克族化物材^l中，为 了切换回或重置为非晶状态，通常将局部温度升高至融化温度(近似于600摄氏度)之上，以实现高度随机的原子结构，并且随后被 迅速冷却，以将原子结构锁定在非晶状态。可以以各种方式实现温度状态中由于温度而引起的设置/静止 改变。例如，可以使激光指向相变材料，可以通过相变材料驱动电 流，或可以^使电流通过4妄近相变材并+的电阻加热器。在这些方法中 的任一种方法中，受控加热相变材料4吏得在相变材料内产生受控相变。存储单元中由于温度而引起的设置/静止改变在每个单元内产 生局部升温、或热点。存储单元中热点的无效热绝纟彖需要增加电流 (并因而增加能量)，以重置存储单元中的存储状态。通常，需要 减少改变存储单元中的存储状态所需的能量，以能够使用较少选择 的i殳备，从而减小存储装置的整体尺寸。鉴于这些和其他原因，需要本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的一个方面纟是供了一种存储单元。该存储单元包括第一 电极、第二电极、位于该第一电极与该第二电极之间的存储材料、 以及接触该存储材料的纳米复合材料绝缘体。附图说明附图是为了进一步理解本专利技术，并入本说明书中并构成了本说 明书的一部分。附图示出了本专利技术的实施例，并且与描述一起用于 解释本专利技术的原理。由于参考以下详细描述更好地了解本专利技术，所 以将会容易地理解本专利技术的其他实施例和本专利技术的许多预期优点。 附图中的元件不一定相对于彼此按比例绘制。相似的参考标号表示 相应的类似部件。图1示出了根据本专利技术的一个实施例的包含存储单元的存储装置的简化框图2示出了根据本专利技术的一个实施例的柱状存储单元的横截面图3A示出了根据本专利技术的另一个实施例的柱状存储单元的横 截面图3B示出了根据本专利技术的一个实施例的纳米复合材料绝缘体 的孩O见示意图4示出了根据本专利技术的一个实施例的包括密封层的柱状存储 单元的4黄截面图5示出了根据本专利技术的一个实施例的V形单元的存储单元的 横截面图6示出了根据本专利技术的另一个实施例的V形单元的存储单元 的横截面图7示出了根据本专利技术的一个实施例的包括密封层的V形单元 的存储单元的横截面图8示出了根据本专利技术的一个实施例的蘑菇状通孔的存储单元 的横截面图9示出了4艮据本专利技术的另一个实施例的蘑菇状通孔的存4诸单 元的4黄截面图10示出了^4居本专利技术的一个实施例的包括密封层的蘑菇状 通孔的存储单元的横截面图11示出了才艮据本专利技术的一个实施例的线状单元存储单元的 横截面图12示出了才艮据本专利技术的另一个实施例的线状单元存储单元 的横截面图13示出了^^艮据本专利技术的另一个实施例的线状单元存储单元 的横截面图14示出了4艮据本专利技术的一个实施例的包括密封层的线状单 元存4渚单元的4黄截面图15示出了才艮据本专利技术的一个实施例的蘑菇单元的冲黄截面图16示出了才艮据本专利技术的另一个实施例的蘑菇单元的4黄截面图17示出了才艮据本专利技术的另一个实施例的蘑菇单元的4黄截面 图；以及图18示出了根据本专利技术的一个实施例的包括密封层的蘑菇单 元存储单元的才黄截面图。具体实施例方式图1示出了根据本专利技术的一个实施例的包括存储单元的存储装 置的简化框图。存^f诸装置100包4舌写3永冲生成器102、分布电路104、 存々者单元106a、 106b、 106c和106d、以及读出电3各108。在一个 实施例中，存储单元106a-106d是有利采用单元中的存储材料的非 晶至结晶的相转变来将数据存储在存储器中的相变存储单元。写脉 沖生成器102通过信号路径110电连接至分布电路104。分布电路 104分别通过信号路径112a-112d电连接至存储单元106a-106d,并 通过信号路径114电连接至读出电路108。写脉冲生成器102通过 信号路径U6电连接至读出电路108。存储单元106a-106d中的每 个均可以#1编程为与特定电阻值相关联的存个者状态，并JH吏用适当 的电写入策略来控制电阻值。如本说明书中所用，术语电连接并不指元件必须直接连接 在一起；可在电连接元件之间设置介入元件。在一个实施例中，每个相变存储单元106a-106d均包括提供数 据存储位置的相变存储元件。相变存储元件的有源区域是元件的相 变材料在结晶状态与和非晶状态之间切换来存储1位、1.5位、2位、 或若干位数据的位置。在一个实施例中，写脉冲生成器102生成通过分布电路104受 控引导到存储单元106a-106d的电流或电压脉沖。在一个实施例中， 分布电路104包括多个晶体管，用于将电流或电压脉沖受控引导到 存储单元。在一个实施例中，存4诸单元106a-106d包4舌相变材料，该相变 材料可以在温度改变的影响下，从非晶状态变为结晶状态、或从结 晶状态变为非晶状态。结晶的程度界定可用于将数据存储在存储装 置100内的至少两个存储状态。可将存储状态分配给诸如位值0 和1的位值。存^f诸单元106a-106d的位状态的电阻率显著不同。 在非晶状态下，相变材料表现出比结晶状态明显高的电阻率。以此 方式，读出》文大器108读出单元电阻，以确定分配给特定存4诸单元 106a-106d的位值。为了编禾呈存4渚装置100内的存l诸单元106a-106d中的一个，写 脉冲生成器102生成用于加热目标存储单元中的相变材料的电流或 电压月永沖。在一个实施例中，写月永冲生成器102生成适当的电;克或 电压月永冲，将电流或电压脉冲送入分布电路104,然后分配给适当 的目标存储单元106a-106d。根据是否设置或重置存储单元来控制 电流或电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储单元，包括：第一电极；第二电极；存储材料，位于所述第一电极与所述第二电极之间；以及纳米复合材料绝缘体，接触所述存储材料。

【技术特征摘要】
US 2006-7-20 11/490,2131.一种存储单元，包括第一电极；第二电极；存储材料，位于所述第一电极与所述第二电极之间；以及纳米复合材料绝缘体，接触所述存储材料。2. 根据权利要求1所述的存储单元，其中，所述存储材料是相变 存储材料。3. 根据权利要求1所述的存储单元，其中，所述纳米复合材料绝 缘体包括簇尺寸界定在约1至5 nm之间的纳米复合材料簇。4. 根据权利要求1所述的存储单元，其中，所述纳米复合材料绝 纟彖体^皮沉积为厚度在约5至30 nm之间的层。5. 根据权利要求1所述的存储单元，其中，所述存储单元包括通 孑L单元。6. 根据权利要求1所述的存储单元，其中所述存储单元包括柱状 单元。7. 根据权利要求1所述的存储单元，其中，所述存储单元包括线 状器件。8. 根据权利要求1所述的存储单元，其中，所述存储单元包括加 热器单元。9. 根据权利要求1所述的存储单元，其中，所述纳米复合材料绝 缘体包括第一材并+和分布在所述第一材料的一部分内的纳米 级材料。10. 根据权利要求9所述的存储单元，其中，所述第一材料包括相 变材料，以及所述纳米级材料包括绝缘纳米微粒。11. 根据权利要求9所述的存储单元，其中，所述第一材料包括多 孔绝缘体宿主，以及所述纳米级材料包括渗透到所述多孔绝缘 体宿主中的相变材料的纳米微粒。12. 根据权利要求11所述的存储单元，其中，所述多孔绝缘体宿 主是包括孔尺寸界定在约1至5nm之间的孔的纳米多孔绝缘体。13. 根据权利要求11所述的存储单元，其中，所述存储材料包括 相变材冲+,以及所述多孔绝乡彖体;参透有相同相变材^1的纳米掷:并立。14. 根据权利要求11所述的存储单元，其中，所述存储材料包括 相变材料，以及所述多孔绝缘体渗透有不同相变材料的纳米凝:粒。15. —种存储单元，包括第一电极； 第二电才及；存储元件，包括从与所述第 一 电极的第 一触点延伸到与 所述第二电极的第二触点的存储材料；以及 纳米多孔绝缘体，接触所述存储元件，其中，所述纳米 多孔绝缘体的至少一部分是通过使所述存储材料扩散到多孔 材料中的扩散而形成的。16. 根据权利要求15所述的存储单元，其中，所述存储材料是相 变材料。17. 根据权利要求15所述的存储单元，其中，所述纳米复合材料 绝缘体包括簇尺寸界定在约1至5 nm之间的纳米复合材料簇。18. 根据权利要求15所述的存储单元，其中，所述纳米复合材料 绝缘体被沉积为厚度在约5至30 nm之间的层。19. 根据权利要求15所述的存储单元，其中，所述存储单元包括 通孑L单元。20. 根据权利要求15所述的存储单元，其中，所述存储单元包括 柱状单元。21. 根据权利要求15所述的存储单元，其中，所述存储单元包括 线状器件。22. 根据权利要求15所述的存储单元，其中，所述存储单元包括 加热器单元。23. 根据权利要求15所述的存储单元，其中，所述纳米多孔绝缘 体沿着绝缘体界面接触所述存储元件，并且所述纳米多孔绝缘 体中接近所述绝缘体界面的一部分渗透有相变材料。24. 根据权利要求23所述的存储单元，还包括介电层，用于密封所述纳米多孔绝缘体，其中，所述介 电层最小化所述相变材料从所述绝纟彖体界面通过所述纳米多 孔绝纟彖体的扩散。25. 才艮据权利要求15所述的存储单元，其中，所述纳米多孔绝缘 体的厚度在约10至50 nm之间，以及所述纳米多孔绝缘体的 孑L尺寸在约1至5 nm之间。26. 根据权利要求15所述的存储单元，其中，所述存储元件界定 所述第 一电极与所述第二电极之间的有源区域，以及所述纳米 多孔绝缘体在所述有源区域周围横向包围所述存储元件。27. 根据权利要求15所述的存储单元，其中，所述存储元件的所 述存储材料包括硫族化物材料和无硫族材料中的一个，以及所 述纳米多孔绝^彖体包括^危;疾化物。28. 根据权利要求15所述的存储单元，其中，所述存储元件的所 述存储材料包括硫族化物材料和无硫族材料中的一个，以及所 述纳米多孔绝缘体包括无石危族材料。29. —种使存储单元绝缘的方法，所述方法包括制造存储元件，所述存储元件在所述存储单元的第一电 极和所述存储单元的第二电极之间延伸；以及通过在所述存储元件周围沉积包括存储材并+和绝缘材料 的合金，并将所述绝缘材料的纳米微粒沉淀到所述存储材料的 宿主部分中，用纳米复合材料绝缘体来使所述存储元件绝缘。30. 根据权利要求29所述的方法，其中，所述存储材料是相变材料。31. 根据权利要求29所述的方法，其中，所述纳米复合材料绝缘 体包括簇尺寸界定在约1至5 nm之间的纳米复合材料簇。32. 根据权利要求29所述的方法，其中，所述纳米复合材料绝缘 体被沉积为厚度在约5至30 nm之间的层。33. 根据权利要求29所述的方法，其中，所述存储单元包括通孔 单元。34. 根据权利要求29所述的方法，其中，所述存储单元包括柱状 单元。35. 根据权利要求29所述的方法，其中所述存储单元包...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯哈普，扬鲍里斯菲利普，
申请(专利权)人：奇梦达北美公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]