专利名称：具有阶梯式编程特性的相变存储单元的制作方法
具有阶梯式编程特性的相变存储单元
相关申请的交叉参考
本专利申"i青与在同一天才是出申i青的名为"PHASE CHANGE MEMORY CELL HAVING A STEP-LIKE PROGRAMMING CHARACTERISTIC"的第11/488,869号美国专利申^青U聿师文4牛 编号1331.303.101 )和名为"PHASE CHANGE MEMORY CELL HAVING A STEP-LIKE PROGRAMMING CHARACTERISTIC"的 第11/488,422号美国专利申请(律师文件编号1331.304.101 )有关， 其内容结合于此作为参考。
背景纟支术
一种类型的存々者器是电阻式存^f渚器(resistive memory )。电阻 式存储器利用存储元件的电阻值来存储一个或多个比特的数据。例 如，被编程为具有高电阻值的存储元件可以表示逻辑"1"数据比 特值，被编程为具有低电阻值的存储元件可以表示逻辑"0"数据 比特值。通过向存々者元件施加电压力永冲或电流"永冲来对存〗诸元件的 电阻值进行电切换。 一种类型的电阻式存储器是相变存储器。相变 存储器使用了用于电阻式存储元件的相变材料。
相变存4诸器基于呈现出至少两种不同状态的相变材^K可以在 存储单元中使用相变材料来存储多个比特的数据。可以将相变材料 的状态称为非晶态和晶态。由于非晶态通常呈现出高于晶态的电阻 率，所以可以辨别这些状态。通常，非晶态包括4交无序的原子结构， 而晶态包括较有序的晶格。有些相变材并+呈现出不止一种晶态，例
如，面心立方体(FCC)态和六方最密堆积(HCP)态。这两种晶 态具有不同的电阻率，并可以-波用来存<诸多个比特的凄1据。在下列 描述中，非晶态通常指具有较高电阻率的状态，晶态通常指具有较 ^f氐电阻率的状态。
相变材料的相变是可逆的。这样，存储器可以响应于温度变化 从非晶态变为晶态和/人晶态变为非晶态。可以通过驱动使电流通过 相变材料本身或通过驱动使电流通过相变材:扦附近的电阻加热器 来改变相变材料的温度。通过这两种方法，相变材料的可控加热使 得相变材并牛中的相变可以控制。
可以对包括具有由相变材料制成的多个存储单元的存储器阵 列的相变存储器进行编程，以利用相变材料的存储器状态存储数 据。在这种相变存储装置中读取和写数据的一种方法是，控制施加 纟会相变材碑+的电流和/或电压脉冲。电流和/或电压的电平通常与每 个存储单元中的相变材料中产生的温度对应。
为了实现更高密度的相变存储器，相变存储单元可以存储多个 比特的数据。可以通过将相变材料编程为具有中间电阻值或状态来 实现相变存储单元中的多比特存储。如果将相变存储单元编程为三 个不同电阻等级之一，则每个单元可以存储1.5比特数据。如果将 相变存^f诸单元编程为四个不同电阻等级之一，则每个单元可以存々者 2比特数据等。为了筒单，本公开中的描述基本上集中在对四个不 同电阻等级或状态和每单元2比特数据。但是，这仅仅是出于说明 的目的，而不是为了限制本发明的范围。原则上，可以存^f诸三个或 更多状态。
为了将相变存储单元编程为中间电阻值，通过适当的写策略来 控制与非晶态材料共存的晶体材料的数量，从而控制单元电阻。相 变存储单元的可靠且可重复的编程要求基本类似的编程条件导致
基本类4以的电阻1直。4旦是，由于制造波动(fabrication fluctuation )、 电噪声、温度变化、或其他的暂时波动，包括基本相等的施加给典 型相变存储单元的电流和/或电压脉冲的基本类似的编程条件可能 会导致不同的电阻值。
基于上述原因，需要作出本发明。
发明内容
本发明的一个实施例提供了 一种存储单元。该存储单元包括第 一电极、第二电极、以及第一电极和第二电极之间的相变材料。该 相变材料具有阶梯式编程特性。第一电才及、第二电才及、以及相变材 料形成平面或桥式存4诸单元。
所包括的附图用于提供对本发明的进一步理解，结合在说明书 中组成了说明书的一部分。附图示出了本发明的多个实施例，并与 下列描述一起用于阐述本发明的原理。随着参考下列详细描述而更 好地理解本发明，将4艮容易理解本发明的其他实施例和4艮多其他优 点。附图中的元件不必相互成比例。相同的参考标号用于指示相应 类4以的部分。
图1A是示出存储装置的一个实施例的框图1B是示出用于相变存储单元的阶梯式编程特性的一个实施 例的图表。
图2A示出了相变存储单元的一个实施例的顶视图。 图2B示出了相变存储单元的一个实施例的侧截面图。
图2C示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。 图2D示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。 图2E示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。 图3A示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。 图3B示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。 图3C示出了相变存储单元的另一个实施例的顶—见图。 图3D示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。 图4A示出了相变存储单元的另 一个实施例的顶一见图。 图4B示出了相变存储单元的另一个实施例的侧截面图。 图4C示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。 图4D示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。 图4E示出了相变存4诸单元的另一个实施例的顶一见图。 图5A示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。 图5B示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。 图5C示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。 图5D示出了相变存储单元的另一个实施例的顶^见图。 图5E示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。
图6A示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。
图6B示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。
图6C示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。
图6D示出了相变存卡者单元的另一个实施例的顶—见图。
图7A示出了相变存4渚单元的另一个实施例的顶#见图。
图7B示出了相变存4诸单元的另一个实施例的顶—见图。
图7C示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。
图7D示出了相变存储单元的另一个实施例的顶视图。
图8A示出了预处理晶片的一个实施例的顶—见图。
图8 B示出了预处理晶片的 一 个实施例的顶 一见图。
图9示出了预处理晶片和相变材并牛层的一个实施例的侧截面
图10示出了蚀刻相变材料层之后的预处理晶片和相变材料层 的 一 个实施例的顶视图。
图11示出了预处理晶片、相变材料层、以及附加绝缘材料层 的 一个实施例的,，J截面图。
图12示出了平面化(planarizing)附加绝缘材料层之后的预处 理晶片、相变材料层、以及绝缘材料的一个实施例的顶视图。
图13示出了预处理晶片、相变材料层、以及介电材料的一个 实施例的侧截面图。
图14示出了蚀刻介电材料层以暴露预处理晶片和相变材料之 后的预处理晶片、相变材料、以及介电材料的一个实施例的顶视图。
图15示出了预处理晶片、相变材料、介电材料、以及附加绝 缘材料层的一个实施例的侧截面图。
图16示出了平面化附加绝缘材料层的预处理晶片、相变材料、 以及绝缘材料的一个实施例的顶视图。
图17示出了预处理晶片、相变材料、以及绝缘材料的一个实 施例的侧截面图。
图18示出了蚀刻介电材料层之后的预处理晶片、相变材料、 绝缘材料、以及介电层的一个实施例的顶一见图。
图19A示出了预处理晶片的一个实施例的顶一见图。
图19B示出了预处理晶片的一个实施例的侧截面图。
图20示出了预处理晶片和第一相变材料层的一个实施例的侧 截面图。
图21示出了预处理晶片和保护材并牛的一个实施例的侧截面图。
图22示出了预处理晶片、保护材料、以及第一相变材料层的 一个实施例的侧截面图。
图23A示出了预处理晶片和多个相变部分的一个实施例的侧 截面图。
图23B示出了预处理晶片和多个相变部分的一个实施例的顶视图。
图24示出了蚀刻相变部分之后的相变部分的一个实施例的顶视图。
图25A示出了具有堆叠的多个相变材料层的相变存储单元的 一个实施例的侧截面图。
图25B示出了具有堆叠的多个相变材料层的相变存储单元的 另 一个实施例的侧截面图。
图26A示出了具有堆叠的多个相变材料层的相变存储单元的 另 一个实施例的顶^L图。
图26B示出了具有堆叠的多个相变材料层的相变存储单元的 另一个实施例的顶^见图。
具体实施例方式
在下面的详细描述中，参考了形成i兌明书一部分的附图，其中， 通过实施本发明的特定实施例对本发明进4于了阐述。在这点上，参 考所描述的附图的方向使用了诸如"顶部"、"底部"、"前部"、"后 部"、"首部"、"尾部"等的方向性术语。由于本发明的实施例的组 件可以位于^艮多不同的方向，所以方向性术"i吾Y又用于阐述而不用于 限制本发明。应该理解的是，可以使用其他实施例，并可以在不脱 离本发明的范围的条件下进行各种结构上或逻辑上的改变。所以， 下面的详细描述不应该是限制意义上的，本发明的范围由所附权利 要求来限定。
图1A是示出存储装置100的一个实施例的框图。存储装置100 包4舌写电路102、分西己电路(distribution circuit )104、存<诸单元106a、 106b、 106c、和106d、读电3各108、以及控制器118。每个存^f诸单 元106a至106d都是基于存储单元中的相变材料的非晶态和晶态存 储数据的相变存储单元。另外，可以通过将相变材料编程为具有中 间电阻值，来将存储单元106a至106d中的每个都编程为多于两种 状态中的一种。为了将存^f诸单元106a至106d之一编程为中间电阻 值，可以通过遵循适当写策略的控制器118来控制与非晶态材料共 存的结晶材料的量，进而控制单元电阻。
如本文中所使用的术语"电耦合"，不是指元件必须直接耦合 在一起，"电耦合"的元件之间可以设置有居间元件(intervening element )。
写电^各102通过信号通道110电耦合至分配电路104。分配电 3各104通过信号通道112a至112d电耦合至存卡者单元106a至106d 中的每一个。分配电路104通过信号通道112a电耦合至存储单元 106a。分配电3各104通过信号通道112b电耦合至存f者单元106b。 分配电路104通过信号通道112c电耦合至存储单元106c。分配电 路104通过信号通道112d电耦合至存储单元106d。另外，分配电 路104通过信号通道114电耦合至读电路108,读电路108通过信 号通道116电耦合至控制器118。控制器118还通过信号通道120 电耦合至写电路102。
存储单元106a至106d中的每一个都包括可以在温度改变的影 响下从非晶态变到晶态或从晶态变到非晶态的相变材料。所以，存 储单元106a至106d之一中的与非晶态相变材料共存的晶态相变材 料的数量限定了存储装置100中的用于存储数据的多于两个状态。 存储单元106a至106d具有阶梯式编程特性，所以方^更了多比特数 据的存4诸。
在一个实施例中，每个存々者单元106a-106d均包4舌平面或桥式 结构。平面或桥式结构包括第一电极和第二电极。第一电极和第二 电才及位于/>共水平面并通过绝纟彖材并+隔离。相变材料层与第 一电核一 和第二电才及^妄触并桥4妄。编禾呈电流通过相变材泮牛水平i也从一个电才及
到另一个电才及。
在一个实施例中，相变材料层形成在预处理晶片上方。预处理 晶片包括第一电极、第二电极、以及第一电极和第二电极之间的绝 缘材料。在一个实施例中，每个存储单元106a-106d的相变材料形 成阶梯式图案，以形成阶梯式编程特性。图案中的每个邻近阶梯由 绝缘材料包围。在一个实施例中，包围绝缘材料包括低-k材料。
当将电流施加至相变材料的阶梯式图案时，通过每个阶梯的电 流密度改变。具有最窄横截面的阶梯提供最高的电流密度，以及具 有最宽横截面的阶梯提供最低的电流密度。在一个或多个阶梯提供 较低电流密度之前，具有最高电流密度的阶梯从非晶态转变到晶态 或从晶态转换成非晶态。由于相变材料内产生的温度大于提供最高 电流密度的阶梯内的温度，具有最高电流密度的阶梯首先转变。如 果更高的电流通过该单元，则下一个最窄的阶梯转变状态。这样， 阶梯式图案中的相变材料的所选数量的阶梯^皮编程以可靠地和重 复地提供具体电阻值。
在另 一 实施例中，相变材料层包括在阶梯式图案中连续排列的 多种相变材料。多种相变材料中的两种或更多具有不同的结晶温 度。通过改变阶梯式图案中的阶梯之间的结晶温度，进一步控制每 个阶梯的转变，使得阶梯式图案中的相变材料的所选数量的阶梯被 编程以可靠地和重复地纟是供具体电阻^直。
在另一个实施例中，多个相变材冲午层堆叠排列。在一个实施例 中，堆叠的相变材料层在第一电极和第二电极之间形成阶梯式图
案。两个或更多相变材料层具有不同的结晶温度。通过改变结晶温 度，进一步控制阶梯式图案中的每个相变材料层的转变和/或每个阶 梯的转变，使得阶梯式图案中所选数量的相变材料层和/或相变材料 的阶梯被编程以可靠地和重复地^是供具体电阻值。
在另 一个实施例中，与第 一 电极和第二电极之间的绝缘材料相 比，具有1'氐导热性的介电层与 一个或多个相变材料层的至少 一部分 接触，以改变阶梯式图案中的阶梯之间的热环境。在一个实施例中，
介电层是低-k材料。通过改变阶梯式图案中的阶梯之间的热环境， 进一步控制每个阶梯内产生的温度，使得阶梯式图案中的相变材料 的所选数量的阶梯被编程以可靠地和重复地提供具体电阻值。
在非晶态下，相变材料明显显示出比在晶态下更高的电阻率 (resistivity )。从而，通过控制相变材泮牛非静态或晶态组成部分 (fraction), 4吏存^f诸单元106a-106d的两种以上状态下的电阻率不 同。在一个实施例中，两种以上状态包括三种状态，并且使用三元 系统(trinary system),其中，三种状态分配有比特值"0"、 "1"和 "2"。在另一个实施例中，两种以上状态是分配有多个比特值(诸 如"00" "01" "10"以及"11")的四种状态。在另一个实施例中， 两种以上状态可以是存储单元的相变材料中的任何合适数量的状 态。
控制器118控制写电路102和读电路108的操作。控制器118 包括微处理器、微控制器、或其他用于控制写电路102和读电路108 的操作的合适逻辑电路。控制器118控制写电路102设置存储单元 106a-106d的电阻状态。控制器118控制读电路108读取存储单元 106a-106d的电阻^l大态。
在一个实施例中，写电路102通过信号通道110提供电压脉沖 给分配电^各104，并且分配电路104通过信号通路112a-112d可控
制地将电压月永沖传输至(direct)存4诸单元106a-106d。在一个实施 例中，分配电i 各104包括多个将电压乐;K沖可控制地传输至存々者单元 106a-106d的多个晶体管。在其他实施例中，写电路102通过信号 通^各110将电流脉冲引导至分配电路104，并且分配电路104可控 制地通过信号通道112a-112d将电流乐:K沖引导至存々者单元 106a-106d。
读电^各108通过信号通路114读取存々者单元106a-106d的两个 以上状态中的每个。分配电路104可控制地通过信号通路112a-112d 传專IT读电路108和存卡者单元106a-106d之间的读取4言号。在一个实 施例中，分配电路104包括可控制地传输读电路108和存储单元 106a-106d之间的读取信号的多个晶体管。在一个实施例中，为了 读耳又存储单元106a-106d中的一个的电阻，读电路108提供流过存 <诸单元106a-106d中的一个的电流，并且读电路108读取冲黄^争存々者 单元106a-106d中之一的电压。在一个实施例中，写电路102提供 冲黄S争存储单元106a-106d中之一的电压，并且读电路108读取流过 存储单元106a-106d中之一的电流。在一个实施例中，写电路102 才是供4黄跨存储单元106a-106d中之一的电压，并且读电路108读取 冲黄2夸存储单元106a-106d中之一的电流。在一个实施例中，谢电路 4是供通过存4诸单元106a-106d中之一的电流，并且读电路108读取 横跨存储单元106a-106d中之一的电压。
为了对存储装置100中的存储单元106a-106d进行编程，写电 路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脉 冲。在一个实施例中，写电路102生成合适的电流或电压脉冲，其 一皮传输到分配电i 各104和分配给合适的目标存书者单元106a-106d。 基于正^皮编程的目标存々者单元106a-106d的具体状态，通过控制器 118控制电流或电压脉冲幅度和持续时间。通常，存储单元的"设 定，，操作是将目标存储单元的相变材料加热到其结晶温度之上(但 是其融化温度之下)足够长时间，以实现晶态或部分静态或部分非
晶态。通常，存储单元的"复位"操作是将目标存储单元的相变材 料加热到其融化温度之上，然后快速地冷却该材料，从而实现非晶 态或部分非静态和部分晶态。通过施加部分"i殳定，，或部分"复位" 脉沖到存储单元以提供相变材料的非晶态和晶态组成部分，存储单 元可以纟皮编禾呈为非晶态和晶态之间的电阻a犬态。
图1B是示出用于相变存储单元106a-106d的阶梯式编程特性 136的一个实施例的图表130。图表130包括关于x轴132的编程 条件和关于y轴134的电阻。合适的编程参数可以包括例如写时间 或脉冲幅度。阶梯式编程特性136提供所选编程条件周围的编程电 阻的减小改变。在一个实施例中，在所选编程条件处出现基本恒定 的电阻等级或阶梯。
在第一编程条件，存储单元^皮编程为在138表示的第一电阻阶 梯或状态。在一个实施例中，在138表示的阶梯是"00"状态。在 第二编程条件，存储单元^皮编程为在140标识的第二电阻阶梯或状 态。第二电阻状态大于第一电阻状态。在一个实施例中，在140表 示的阶梯是"01"状态。在第三编程条件，存^f渚单元^皮编程为在142 表示的第三电阻阶梯或状态。第三电阻状态大于第二电阻状态。在 一个实施例中，在142表示的阶梯是"10"状态。在第四编程条件， 存^f诸单元^皮编程为在144表示的第四电阻阶梯或状态。第四电阻状 态大于第三电阻状态。在一个实施例中，在144表示的阶梯是"11" 状态。在一个实施例中，存々者单元可以具有包括任何凄t量电阻阶梯 或状态的任何合适的阶梯式编程特性。相变存储单元的以下实施例 提供了阶梯式编程特性。
图2A示出了相变存储单元200a的一个实施例的顶^L图。图 2B示出了相变存储单元200a的一个实施例的侧截面图。在一个实 施例中，每个存々者单元106a-106d均与相变存卡者单元200a相似。相 变存f诸单元200a包4舌第一电才及202、第二电才及204、绝》彖材料206、
以及相变才才泮+208。相变才才泮+208包才舌第一相变部分210a、第二相 变部分210b、第三相变部分210c、第四相变部分210d、以及第五 相变部分210e。
在一个实施例中，第一电极202和/或第二电极204的至少一部 分覆盖有相变材料208。绝缘材料206与第一电极202、第二电极 204、以及相变材料208接触。相变材料208提供用于存储两比特 凄丈据的存^f渚位置。第一相变部分210a与第一电4及202和第二相变 部分210b接触。第二相变部分210b与第三相变部分210c接触。 第三才目变部分210c与第四才目变吾卩分210d才妻触。第四^目变部分210d 与第五相变部分210e^妄触。第五相变部分210e与第二电极204才妻 触。
相变存储单元200a的第 一层包括第 一 电极202、第二电极204、
以及绝缘材料206。在一个实施例中，与第一层接触的第二层包括 相变材料208。相变材料208与第一电极202和第二电极204接触。 在另 一个实施例中，包括任何合适数量的相变材料的多个层形成在 第一层之上。
相变部分210a-210e提供由绝缘材料206限定的阶梯式图案。 相变部分210a-210e ^是供一个相变部分到另 一个相变部分之间的明 显转变。每个相变部分210a-210e均形成基本的矩形形状。第一相 变部分210a和第五相变部分210e的尺寸基本相同。第二相变部分 210b和第四相变部分210d的尺寸基本冲目同。才目变部分210b-210d 具有比第三相变部分210c更大的平行于电极202和204的横截面。 相变部分210a-210e具有比才目变部分210b-210d更大的平4亍于电才及 202和204的才黄截面。每个相变部分210a-210e基本在电才及202和 204的端告P之间的中心。
绝纟彖材料206可以是任何合适的绝纟彖体，诸如Si02，氟化矽玻 璃(fluorinated silica glass, FSG)、硼磷娃玻璃(boro國phosphorous silicate glass, BPSG)、硼玻璃(boro國silicate glass BSG )、或低-k材 料。第一电才及202和第二电才及204可以为4壬何合适的电才及材并牛，诸 如TiN、 TaN、 W、 TiSiN、 TiAlN、或TaAlN。
才艮据本发明，相变材料208可以由多种材神牛制成。通常，包括 周期表的组VI中的一个或多个元素的石克属化物合金(chalcogenide alloy)可以用作这种材料。在一个实施例中，存储单元200a的相 变材料208由硫属化物复合材料制成，诸如GeSbTe、 SbTe、 GeTe、 或AglnSbTe。在另 一实施例中，相变材泮牛208是石克;疾元素(chalcogen free),诸如GeSb、 GaSb、 InSb、或GeGalnSb。在另一实施例中， 相变才才一牛208由包4舌元素Ge、 Sb、 Te、 Ga、 As、 In、 Se、和S中 的 一 个或多个的任何合适的材料制成。
诸如类似于晶体管或二极管的有源装置的选4奪装置可以电耦 合至第一电才及202或第二电才及204，以控制电流或电压乐h沖到第一 电才及202或第二电才及204中另一个的施加，乂人而施加到相变材泮牛 208，以设置和复位相变材料208。由于第三相变部分210c具有比 相变部分210b和210d更窄的平行于电才及202和204的横截面，通 过第三相变部分210c的电流密度大于通过相变部分210b和210d 的电流密度。由于相变部分210b和210d具有比相变部分210a和 210e更窄的平行于电极202和204的横截面，通过相变部分210b 和210d的电流密度大于通过相变部分210a和210e的电流密度。 从而，具有4交低幅度和/或持续时间的电流或电压脉冲用于对第三相 变部分210c编禾呈，而不对相变部分210b和210d编考呈。而且，具 有较低幅度和/或持续时间的电流或电压脉沖用于对相变部分210b 和210d编程而不对相变部分210a和210e编程。
在操作相变存储单元200a期间，在第一电极202和第二电极 204之间施加电流或电压"永冲，以对相变存々者单元200a编程。具有 第 一 幅度和/或持续时间的第 一 电流或电压力永沖对第三相变部分 210c进4于编禾呈而不明显影响第一、第二、第四、或第五相变部分 210a、 210b、 210d和210e。具有第二幅度和/或持续时间的第二电 流或电压脉沖对相变部分210b-210d进4于编程而不明显影响相变部 分210a和210e。第二幅度和/或持续时间大于第一幅度和/或持续时 间。具有第三幅度和/或持续时间的第三电流或电压月永冲对相变部分 210a-210e进行编程。第三幅度和/或持续时间大于第二幅度和/或持 续时间。
通过选择性地对相变部分210a-210e进4亍编程，相变存々者单元 200a可以^皮编程以提供相变材并牛208的四种状态。在一个实施例中， 在第一4犬态，相变部分210a-210e是非晶态的。在第二状态下，第 三相变部分210c是晶态的，以及第一、第二、第四、以及第五相 变部分210a、 210b、 210d以及210e是非晶态的。在第三状态下， 相变部分210b-210d是晶态的，以及相变部分210a和210e是非晶 态的。在第四状态下，相变部分210a-210e是晶态的。
在另一实施例中，在第一状态，相变部分210a-210e是晶态的。 在第二状态，第三相变部分210c是非晶态的，以及第一、第二、 第四、和第五相变部分210a、 210b、 210d和210e是晶态的。在第 三状态，相变部分210b-210d是非晶态的，以及相变部分210a和 210e是晶态的。在第四状态，相变部分210a-210e是非晶态的。在 其他实施例中，任何合适数量的相变阶梯式部分210均用于获取希 望凄t量的相变存々者单元200a。
图2C示出了相变存储单元200b的另一实施例的顶视图。每个 存储单元106a-106d均类似于相变存储单元200b。除了在相变存储 单元200b中谇目变部分210a-210e由4目变部分212a腳212e 4替换外，每
个相变存储单元200b类似于上述参考图2A示出的相变存l诸单元 200a。 ^目变才才泮+208包4舌第一才目变部分212a、第二才目变部分212b、 第三相变部分212c、第四相变部分212d、以及第五相变部分212e。 第 一相变部分212a与第 一 电极202和第二相变部分212b接触。第 二相变部分212b与第三相变部分212c 4妄触。第三相变部分212c 与第四相变部分212d接触。第四相变部分212d与第五相变部分 212e^妄触。第五相变部分212e与第二电4及204^妄触。
相变部分212a-212e才是供由绝缘材冲+限定的阶梯式图案。相变 部分212a-212e ^是供一个相变部分到另 一相变部分之间的明显專争 变。每个相变部分212a-212e形成基本为矩形的形4犬。第一相变部 分212a和第五相变部分212e的尺寸基本相同。相变部分212a和 212e具有比第四相变部分212d更大的平4亍于电才及202和204的4黄 截面。第四相变部分212d具有比第三相变部分212c更大的平行于 电极202和204的横截面。第三相变部分212c具有比第二相变部 分212b更大的平4亍于电才及202和204的4黄截面。每个相变部分 212a-212e基本在电才及202和204的端部之间的中心。
诸如类似于晶体管或二极管的有源装置的选择装置可以电耦 合至第一电4及202或第二电4及204，以控制电流或电压脉冲到第一 电极202或第二电极204中的另一个的施加，从而施加到相变材料 208，以_没定和复位相变材库+208。由于第二相变部分212b具有比 第三相变部分212c更窄的平行于电极202和204的横截面，通过 第二相变部分212b的电流密度大于通过第三相变部分212c的电流 密度。由于第三相变部分212c具有比第四相变部分212d更窄的平 4亍于电才及202和204的4黄截面，通过第三相变部分212c的电流密 度大于通过第四相变部分212d的电流密度。从而，具有较低幅度 和/或持续时间的电流或电压脉冲被用于对第二相变部分212b进行 编程而不对第三相变部分212c进行编程。而且，具有较低幅度和/或持续时间的电流或电压乐1^H皮用于对第三相变部分212c进行编 禾呈而不5f于第四相变部分212d进4于编禾呈。
在相变存储单元200b的揭:作期间，在第一电才及202和笫二电 才及204之间施加电流或电压月永沖以对相变存^诸单元200b编程。具 有第 一幅度和/或持续时间的第 一 电流或电压力永冲对第二相变部分 212b进^f于编禾呈而不显著影响第一、第三、第四、或第五相变部分 212a、 212c、 212d、和212e。具有第二幅度和/或持续时间的第二 电流或电压脉冲对相变部分212b和212c进4亍编禾呈而不明显影响第 一、第四、或第五相变部分212a、 212d、以及212e。第二幅度和/ 或持续时间大于第 一幅度和/或持续时间。具有第三幅度和/或持续 时间的第三电流或电压脉冲对相变部分212b-212d进行编程，而不 显著影响第一和第五相变部分212a和212e。第三幅度和/或持续时 间大于第二幅度和/或持续时间。
通过选4奪性地对相变部分212b-212d进行编程，相变存储单元 200b可以被编程以提供相变材料208的四种状态。在一个实施例 中，在第一状态，相变部分212b-212d是非晶态的。在第二状态， 第二相变部分212b是晶态的，以及相变部分212c和212d是非晶 态的。在第三状态，相变部分212b和212c是晶态的，以及第四状 态，相变部分212d是非晶态的。在第四状态，相变部分212b-212d 是晶态的。
在另一实施例中，在第一状态，相变部分212b-212d是晶态的。 在第二状态，第二相变部分212b是非晶态的，以及相变部分212c 和212d是晶态的。在第三4犬态，相变部分212b和212c是非晶态 的，以及第四相变部分212d是晶态的。在第四纟犬态，相变部分 212b-212d是非晶态的。在另一实施例中，任何合适数量的相变阶 梯式部分212用于获取相变存储单元200b中的希望凄t量的状态。
图2D示出相变存储单元200c的另一实施例的顶视图。在一个 实施例中，每个存々者单元106a-106d类似于相变存^f诸单元200c。除 才目变存+者单元200c中的4目变部分210a-210e由冲目变部分214a-214e 替换外，相变存4诸单元200c类似于上述参考图2A所示的相变存叶诸 单元200a。相变材津牛208包4舌第一相变部分214a、第二相变部分 214b、第三相变部分214c、第四相变部分214d、以及第五相变部 分214e。第一相变部分214a与第一电极202和第二相变部分214b 才妄触。第二相变部分214b与第三相变部分214c才妄触。第三坤目变部 分214c与第四才目变吾卩分214d 4妾触。第四冲目变部分214d与第五冲目 变部分214e^妄触。第五相变部分214e与第二电才及204 4妻触。
相变部分214a-214e提供由绝缘材料206限定的阶梯式图案。 相变部分214a-214e 4是供一个相变部分到另 一相变部分之间的明显 转变。每个相变部分214a-214e形成基本为矩形的形状。第一相变 部分214a和第五相变部分214e的尺寸基本相同。第二相变部分 214b和第四才目变吾卩分214d的尺寸基本诗目同。才目变吾卩分214b和214d 具有比第三相变部分214c更大的平行于电4及202和204的冲黄截面。 相变部分214a和214e具有比相变部分214b和214d更大的平4亍于 电才及202和204的4黄截面。每个相变部分214a-214e均基本只于准电 才及202和204的一个端丟卩。
诸如类似于晶体管或二极管的有源装置的选4奪装置可以电耦 合至第一电极202或第二电极204,以控制电流或电压脉冲到第一 电才及202或第二电才及204中的另一个的施加，/人而施加到相变材泮牛 208,以设定和复位相变材料208。由于第三相变部分214c具有比 相变部分214b和214d更大的平4亍于电才及202和204的4黄截面，通 过相变部分214b和214d的电流密度大于通过相变部分214b和 214d的电流密度。由于相变部分214b和214d具有比相变部分214a 和214e更大的平4亍于电才及202和204的才黄截面，通过相变部分214b 和214d的电流密度大于通过相变部分214a和214e的电流密度。
从而，具有较低幅度和/或持续时间的电流或电压脉冲#1用于对第三
相变部分214c进4亍编程而不对相变部分214b和214d进4亍编程。 而且，具有较低幅度和/或持续时间的电流或电压脉沖被用于对相变 部分214b和214d进4亍编程而不对相变部分214a和214e进4亍编禾呈。
在相变存储单元200c的操作期间，在第一电才及202和第二电 才及204之间施加电流或电压月永冲，以乂于相变存^f诸单元200c进4亍编 程。具有第 一幅度和/或持续时间的第 一 电流或电压乐:K冲对第三相变 部分214c进4于编程而不显著影响第一、第二、第四、或第五相变 部分214a、 214b、 214d、和214e。具有第二幅度和/或持续时间的 第二电流或电压脉冲对相变部分214b-214d进行编程而不明显影响 相变部分214a和214e。第二幅度和/或持续时间大于第一幅度和/ 或持续时间。具有第三幅度和/或持续时间的第三电流或电压乐jc冲刈— 相变部分214a-214e进行编程。第三幅度和/或持续时间大于第二幅 度和/或持续时间。
通过选择性地对相变部分214a-214e进4于编程，相变存^f诸单元 200c可以被编程以提供相变材料208的四种状态。在一个实施例中， 在第一状态，相变部分214a-214e是非晶态的。在第二状态，第三 相变部分214c是晶态的，以及第一、第二、第四和第五相变部分 214a、 214b、 214d和214e是非晶态的。在第三状态，相变部分 214b-214d是晶态的，以及相变部分214a和214e是非晶态的。在 第四;)犬态，相变部分214a-214e是晶态的。
在另一实施例中，在第一状态，相变部分214a-214e是晶态的。 在第二状态，第三相变部分214c是非晶态的，以及第一、第二、 第四、和第五相变部分214a、 214b、 214d、和214e是晶态的。在 第三状态，相变部分214b-214d是非晶态的，以及相变部分214a 和214e是晶态的。在第四状态，相变部分214a画214e是晶态的。在
另 一实施例中，任何合适数量的相变阶梯式部分214用于获取相变 存储单元200c中的希望数量的状态。
图2E示出了相变存储单元200d的另一实施例的顶视图。在一 个实施例中，每个存4诸单元106a-106d类似于相变存4诸单元200d。 除相变存储单元200c中的相变部分210a-210e由相变部分 216a-216e替4灸外，相变存々者单元200d类似于上述参考图2A所示 的相变存储单元200a。相变材料208包括第一相变部分216a、第 二相变部分216b、第三相变部分216c、第四相变部分216d、以及 第五相变部分216e。第一相变部分216a与第一电才及202和第二相 变部分216b4妄触。第二相变部分216b与第三相变部分216c^妄触。 第三相变部分216c与第四相变部分216d^妾触。第四相变部分216d 与第五相变部分216e接触。第五相变部分216e与第二电极204接 触。
相变部分216a-216e提供由绝缘材料206限定的阶梯式图案。 相变部分216a-216e ^是供一个相变部分到另 一相变部分之间的明显 转变。每个相变部分216a-216e均形成基本为矩形的形状。第一相 变部分216a和第五相变部分216e的尺寸基本相同。相变部分216a 和216e具有比第四相变部分216d更大的平行于电极202和204的 牙黄截面。第四相变部分216d具有比第三相变部分216c更大的4黄截 面。第三相变部分216c具有比第二相变部分216b更大的平4于于电 极202和204的横截面。每个相变部分216a-216e均基本对准电极 202和204的一端。
诸如类似于晶体管或二极管的有源装置的选择装置电耦合至 第 一 电才及202或第二电才及204,以控制电流或电压3永冲到第 一 电4 L 202或第二电才及204中的另一个的施力口， 乂人而施力口到才目变才才泮+208, 以设定和复位相变材料208。由于第二相变部分216b具有比第三相 变部分216c更窄的平行于电才及202和204的4黄截面，通过第二相
变部分216b的电流密度大于通过第三相变部分216c的电流密度。 由于第三相变部分216c具有比第四相变部分216d更窄的平4于于电 才及202和204的片黄截面，通过第三相变部分216c的电流密度大于 通过第四相变部分216d的电流密度。从而，具有较低幅度和/或持 续时间的电流或电压^^沖^皮用于对第二相变部分216b进4亍编考呈而 不对第三相变部分216c进行编程。而且，具有4交^f氐幅度和/或持续 时间的电流或电压^i冲^皮用于对第三相变部分216c进4于编程而不 只于第四才目变部分216d进4亍编考呈。
在相变存储单元200d的梯:作期间，在第一电才及202和第二电 才及204之间施加电流或电压乐:K沖，以乂于相变存储单元200d进4亍编 程。具有笫 一幅度和/或持续时间的第 一电流或电压脉沖对第二相变 部分216b进4于编禾呈而不显著影响第一、第三、第四、或第五相变 部分216a、 216b、 216d、和216e。具有第二幅度和/或持续时间的 第二电流或电压脉冲对相变部分216b和216c进4亍编程而不明显影 响第一、第四、和第五相变部分216a、 216d和216e。第二幅度和/ 或持续时间大于第 一幅度和/或持续时间。具有第三幅度和/或持续 时间的第三电流或电压脉冲对相变部分216b-216d进行编程而不显 著影响相变部分216a和216e。第三幅度和/或持续时间大于第二幅 度和/或持续时间。
通过选4奪性地对相变部分216b-216d进4亍编禾呈，相变存4诸单元 200d可以:故编程以提供相变材术+ 208的四种状态。在一个实施例 中，在第一状态，相变部分216b-216d是非晶态的。在第二状态， 第二相变部分216b是晶态的，以及相变部分216c和216d是非晶 态的。在第三状态，相变部分216b和216c是晶态的，以及相变部 分216d是非晶态的。在第四状态，相变部分216b-216d是晶态的。
在另一实施例中，在第一状态，相变部分216b-216d是晶态的。 在第二状态，第二相变部分216b是非晶态的，以及相变部分216c
和216d是晶态的。在第三状态，相变部分216b和216c是非晶态 的，以及第四相变部分216d是晶态的。在第四状态，相变部分 216b-216d是非晶态的。在其他实施例中，任何合适数量的相变阶 梯式部分216均用于获取相变存储单元200d中的希望凄t量的状态。
图3A示出了相变存储单元220a的另 一实施例的顶碎见图。在一 个实施例中，每个存储单元106a-106d均类似于相变存储单元220a。 除相变存寸诸单元220a包括介电材泮牛222夕卜，相变存^f诸单元220a均 类似于前面参考图2A描述并示出的相变存储单元200a。介电材料 222包括任何合适的介电材料，诸如低-k材料。
介电材料222与绝缘材料206和相变材料208接触。介电材料 222围绕由相变部分210b-210d提供的阶梯式图案，并且改变相变 部分210b-210d的热环境。在一个实施例中，介电材泮牛222具有比 绝^^材料206更4氐的导热性。通过改变相变部分210b-210d的热环 境，在编程期间进一步控制每个相变部分210b-210d内产生的热。 相变存储单元220a类似于前面参考图2A描述和示出的相变存储单 元200a进4亍才喿作。
图3B示出了相变存储单元220b的另一实施例的顶视图。在一 个实施例中，每个存储单元106a-106d均类似于相变存储单元220b。 除相变存储单元220b包括介电材料222夕卜，相变存储单元220b均 类似于前面参考图2C描述并示出的相变存储单元200b。介电材料 222包括任何合适的介电材料，诸如低-k材料。
介电材料222与绝缘材料206和相变材料208接触。介电材料 222围绕由相变部分212b-212d提供的阶梯式图案，并且改变相变 部分212b-212d的热环境。在一个实施例中，介电材料222具有比 绝缘材料206更低的导热性。通过改变相变部分212b-212d的热环 境，在编程期间进一步控制每个相变部分212b-212d内产生的热。
相变存储单元220b类似于前面参考图2C描述和示出的相变存储单 元200b进行操作。
图3C示出了相变存4诸单元220c的另一实施例的顶一见图。在一 个实施例中，每个存储单元106a-106d均类似于相变存储单元220c。 除相变存储单元220c包括介电材料222夕卜，相变存储单元220c均 类似于前面参考图2D描述并示出的相变存储单元200c。介电材料 222包括任何合适的介电材料，诸如低-k材料。
介电材料222与绝缘材料206和相变材料208接触。介电材料 222与由相变部分214b-214d提供的阶4弟式图案4妄触，并且 夂变相 变部分214b-214d的热环境。在一个实施例中，介电材料222具有 比绝全彖才才泮牛206更4氐的导热性。通过改变相变部分214b-214d的热 环境，在编程期间进一步控制每个相变部分214b-214d内产生的热。 相变存储单元220c类似于前面参考图2D描述和示出的相变存储单 元200c进行操作。
图3D示出了相变存储单元220d的另一实施例的顶视图。在一 个实施例中，每个存储单元106a-106d均类似于相变存储单元220d。 除相变存储单元220d包括介电材料222夕卜，相变存储单元220d均 类似于前面参考图2E描述并示出的相变存储单元200d。介电材料 222包括任何合适的介电材料，诸如低-k材料。
介电材料222与绝缘材料206和相变材料208接触。介电材料 222与由相变部分216b-216d提供的阶4弟式图案4姿触，并且改变相 变部分216b-216d的热环境。在一个实施例中，介电材料222具有 比绝缘材料206更低的导热性。通过改变相变部分216b-216d的热 环境，在编程期间进一步控制每个相变部分216b-216d内产生的热。 相变存储单元220d类似于前面参考图2E描述和示出的相变存储单 元200d进行操作。
图4A示出了相变存储单元230a的另一实施例的顶视图。图 4B示出了相变存储单元230a的一个实施例的侧截面图。在一个实 施例中，每个存^f诸单元106a-106d均类似于相变存々者单元230a。除 相变存储单元230a包括介电层232夕卜，相变存储单元230a均类似 于前面参考图3A描述并示出的相变存储单元220a。介电层232包 括任何合适的介电材料，诸如低-k材料。
介电材料232与第三相变部分210c和第四相变部分210d的顶 部4妄触，并且改变第三相变部分210c和第四相变部分210d的热环 境。在一个实施例中，介电层232具有比绝缘材料206更低的导热 性。通过改变相变部分210c和210d的热环境，在编禾呈期间进一步 控制每个相变部分210c和210d内产生的热。
诸如类似于晶体管或二极管的有源装置的选择装置可以电耦 合至第一电极202或第二电才及204,以控制电流或电压脉冲到第一 电极202或第二电极204中的另一个的施加，/人而施加到相变材剩-208，以-没定和复位相变材料208。由于第三相变部分210c具有比 相变部分210b和210d更窄的平行于电才及202和204的横截面，通 过第三相变部分210c的电流密度大于通过相变部分210b和210d 的电流密度。通过第二相变部分210b的电流密度基本类似于通过 第四相变部分210d的电流密度。但是，由于第四相变部分210d与 介电层232接触，第四相变部分210d保留了比第二相变部分210b 更多的热。在另 一 实施例中，与任何合适数量的相变阶梯式部分210 接触的任何合适尺寸的介电层232均用于获取相变存储单元230a 中的期望数量的状态。
在相变存储单元230a的操作期间，在第一电极202和第二电 才及204之间施力口电5危或电压#>沖，以7于相变存4渚单元230a进4亍编 程。具有第 一幅度和/或持续时间的第 一 电流或电压力永冲对第三相变 部分210c进4于编程而不显著影响第二或第四相变部分210b和
210d。具有第二幅度和/或持续时间的第二电流或电压3永冲对相变部 分210c和210d进行编程而不明显影响第二相变部分210b。第二幅 度和/或持续时间大于第 一幅度和/或持续时间。具有第三幅度和/或 持续时间的第三电流或电压脉冲对相变部分210b-210d进行编程。 第三幅度和/或持续时间大于第二幅度和/或持续时间。
通过选才奪性地对相变部分210b-210d进4亍编程，相变存^f诸单元 230a可以被编程以提供相变材料208的四种状态。在 一个实施例中， 在第一状态，相变部分210b-210d是非晶态的。在第二状态，第三 相变部分210c是晶态的，以及相变部分210b和210d是非晶态的。 在第三状态，相变部分210c和210d是晶态的，以及第二相变部分 210b是非晶态的。在第四状态，相变部分210b-210d是晶态的。
在另一实施例中，在第一状态，相变部分210b-210d是晶态的。 在第二;R态，第三相变部分210c是非晶态的，以及相变部分210b 和210d和210d是晶态的。在第三状态，相变部分210c和210d是 非晶态的，以及第二相变部分210b是晶态的。在第四状态，相变 部分210b-210d是非晶态的。在其他实施例中，任何合适lt量的相 变阶梯式部分210均用于获取相变存储单元230a中的希望数量的 状态。
图4C示出了相变存储单元230b的另一实施例的顶4见图。在一 个实施例中，每个存储单元106a-106d均类似于相变存储单元230b。 除相变存储单元230b包括介电层232夕卜，相变存储单元230b类似 于前面参考图3B描述和示出的相变存储单元220b。介电层232包 括任何合适的介电材料，诸如低-k材料。介电层232与第二相变部 分212b和第三相变部分212c的顶部4妄触，并改变第二相变部分 212b和第三相变部分212c的热环境。在一个实施例中，介电材料 232具有比绝纟彖材料206更4氐的导热性。通过改变相变部分210b和 210c的热环境，在编程期间进一步控制每个相变部分210b和210c
内产生的热。相变存储单元230b类似于前面参考图2C描述和示出 的相变存储单元200b进行4喿作。
图4D示出了相变存储单元230c的另一实施例的顶视图。在一 个实施例中，每个存储单元106a-106d均类似于相变存储单元230c。 除相变存储单元230c包括介电层232夕卜，相变存储单元230c类似 于前面参考图3C描述和示出的相变存储单元220c。介电层232包 括任何合适的介电材料，诸如低-k材料。
介电层232与第四相变部分214d的顶部和第二相变部分214b 和第三相变部分214c的顶部的部分4妾触。介电层232改变相变部 分214b-214d的热环境。在一个实施例中，介电材泮牛232具有比绝 缘材料206更低的导热性。通过改变相变部分214b-214d的热环境， 在编程期间进一步控制每个相变部分214b-214d内产生的热。
诸如类似于晶体管或二才及管的有源装置的选择装置可以电耦 合至第一电极202或第二电极204,以控制电流或电压脉沖到第一 电才及202或第二电才及204中的另 一个的施加，/人而施加到相变材剩-208,以设定和复位相变材料208。通过第四相变部分214d的电流 密度基本与通过第二相变部分214b的电流密度相同。但是，由于 第四相变部分214d与介电层232接触，第四相变部分214d保留了 比第二相变部分214b更多的热。在另一实施例中，与任何合适数
获取相变存储单元230c中的期望数量的状态。
在相变存储单元230c的操作期间，在第一电极202和第二电 才及204之间施加电流或电压月永冲，以对相变存〗诸单元230c进4亍编 程。具有第 一幅度和/或持续时间的第 一 电流或电压脉冲对第三相变 部分214c进行编程而不显著影响第二相变部分214b或第四相变部 分214d。具有第二幅度和/或持续时间的第二电流或电压乐P中对相
变部分214c和214d进行编程而不明显影响第二相变部分214b。第 二幅度和/或持续时间大于第 一幅度和/或持续时间。具有第三幅度 和/或持续时间的第三电流或电压脉沖对相变部分214b-214d。第三
幅度和/或持续时间大于第二幅度和/或持续时间。
通过选4奪性地对相变部分214b-214d进4亍编程，相变存4诸单元 230c可以被编程以提供相变材料208的四种状态。在一个实施例中， 在第一状态，相变部分214b-214d是非晶态的。在第二状态，第三 冲目变部分214c是晶态的，以及第二和第四对目变部分214b和214d 是非晶态的。在第三4犬态，相变部分214c和214d是晶态的，以及 第二相变部分238b是非晶态的。在第四状态，相变部分214b-214d 是晶态的。
在另一实施例中，在第一状态，相变部分214b-214d是晶态的。 在第二状态，第三相变部分214c是非晶态的，以及第二和第四相 变部分214b和214d是晶态的。在第三状态，相变部分214c和214d 是非晶态的，以及第二相变部分214b是晶态的。在第四状态，相 变部分214b-214d是非晶态的。在其他实施例中，任何合适凄t量的 相变阶梯式部分214均用于获取相变存储单元220d中的希望数量 的状态。
图4E示出了相变存储单元230d的另一实施例的顶视图。在一 个实施例中，每个存储单元106a-106d均类似于相变存储单元230d。 除相变存储单元230d包括介电层232夕卜，相变存储单元230c类似 于参考图3D描述和示出的相变存储单元230c。介电层232包括任 何合适的介电材料，诸如低-k材料。
介电层232与第三相变部分216c的顶部和第二相变部分216b 和第四相变部分216d的顶部的部分4妄触。介电层232改变相变部 分216b-216d的热环境。在一个实施例中，介电材料232具有比绝缘材料206更低的导热性。通过改变相变部分216b-216d的热环境， 在编程期间进一步控制每个相变部分216b-216d内产生的热。相变 存储单元230d类似于前面参考图2E描述和示出的相变存储单元 200d进行操作。
图5A示出相变存储单元250a的另一实施例的顶视图。图5B 示出相变存々者单元250a的另一实施例的侧截面图。在一个实施例 中，每个存储单元106a-106d均类似于相变存储单元250a。除相变 存储单元250a中的相变材料208由相变材料252a-252c替换以及相 变部分210a-210e由相变部分254a國254e替换夕卜，相变存储单元250a 类似于前面参考图2A描述和示出的相变存々者单元200a 。
第一相变部分254a和第五相变部分254e包括第一相变材料 252a。第二相变部分254b和第四相变部分254d包括第二相变材料 252b。第三相变部分254c包括第三相变材冲牛252c。在另一实施例 中，合适数量的相变材料252与任何合适数量的相变部分254结合 用于获取相变存储单元250a的期望数量的状态。
相变材料252a-252c中的至少两种具有不同的结晶温度。通过 改变相变部分254a-254e之间的结晶温度，在编禾呈期间进一步4空制 每个相变部分254a-254e的转变。相变存储单元250a类似于前面参 考图2A描述和示出的相变存储单元200a进行操作。
图5C示出相变存储单元250b的另一实施例的顶视图。在一个 实施例中，每个存储单元106a-106d均类似于相变存储单元250b。 除相变存储单元250b中的相变材料208由相变材料252a-252c替换 以及相变部分212a-212e由才目变部分256a-256e替才灸夕卜，才目变存々者 单元250b类似于前面参考图2C描述和示出的相变存^f诸单元200b。
第一相变部分256a、第四相变部分256d、以及第五相变部分 256e包括第一相变材料252a。第三相变部分256c包括第二相变材 泮+252b。第二相变部分256b包4舌第三相变才才泮牛252c。在另一实施 例中，合适数量的相变材料252与任何合适凄t量的相变部分256结 合用于获取相变存储单元250b的期望数量的状态。
至少两种相变材津牛252a-252c具有不同的结晶温度。通过改变 相变部分256a-256e之间的结晶温度，在编禾呈期间进一步控制每个 相变部分256a-256e的转变。相变存储单元250b类似于前面参考图 2C描述和示出的相变存4诸单元200b进4亍才喿作。
图5D示出相变存储单元250c的另一实施例的顶一见图。在一个 实施例中，每个存4诸单元106a-106d均类似于相变存々者单元250c。 除相变存储单元250c中的相变材料208由相变材料252a-252c替换 以及相变部分214a-214e由相变部分258a-258e替换夕卜，相变存储 单元250c类似于前面参考图2D描述和示出的相变存l诸单元200c。 第一相变部分258a和第五相变部分258e包括第一相变材料252a。 第二相变部分258b和第四相变部分258d包4舌第二相变材泮牛252b。 第三相变部分258c包括第三相变材料252c。在另一实施例中，合 适数量的相变材料252与任何合适数量的相变部分258结合用于获 耳又相变存4诸单元250c的期望lt量的状态。
相变材料252a-252c中的至少两种具有不同的结晶温度。通过 改变相变部分258a-258e之间的结晶温度，在编禾呈期间进一步控制 每个相变部分258a-258e的转变。相变存储单元250c类似于前面参 考图2D描述和示出的相变存储单元200c进4亍才喿作。
图5E示出相变存储单元250d的另一实施例的顶^L图。在一个 实施例中，每个存4诸单元106a-106d均类似于相变存储单元250d。 除相变存储单元250d中的相变材料208由相变材料252a-252c替换
以及才目变部分216a-216e由才目变部分260a-260e替才灸夕卜，才目变存4诸 单元250d类似于前面参考图2E描述和示出的相变存储单元200d。 第一相变部分260a、第四相变部分260d、以及第五相变部分260e 包括第一相变材料252a。第三相变部分260c包括第二相变材料 252b。第二才目变部分260b包4舌第三4目变才才泮牛252c。在另一实施例 中，合适数量的相变材料252与任何合适数量的相变部分260结合 用于获取相变存储单元250c的期望数量的状态。
相变材料252a-252c中的至少两种具有不同的结晶温度。通过 改变相变部分260a-260e之间的结晶温度，在编禾呈期间进一步4空制 每个相变部分260a-260e的转变。相变存储单元250d类似于前面参 考图2E描述和示出的相变存储单元200d进行操作。
图6A示出相变存4诸单元270a的另 一实施例的顶:枧图。在一个 实施例中，每个存卡者单元106a-106d均类似于相变存卡者单元270d。 除相变存储单元270a包括介电材料222夕卜，相变存4诸单元270a类 似于前面参考图5A描述和示出的相变存储单元250a。介电层222 包括任何合适的介电材冲+, i者如4氐-k材泮+。
介电材料222与绝缘材料206和相变材料252a-252c接触。介 电材料222围绕由相变部分254b-254d提供的阶梯式图案，并且改 变相变部分254b-254d的热环境。在一个实施例中，介电材料222 具有比绝缘材料206更4氐的导热性。通过改变相变部分254b-254d 的热环境，在编程期间进一步控制每个相变部分254b-254d内产生 的热。相变存^f渚单元270a类似于前面参考图2A描述和示出的相变 存储单元200a进行4喿作。
图6B示出相变存储单元270b的另一实施例的顶—见图。在一个 实施例中，每个存4诸单元106a-106d均类似于相变存储单元270b。 除相变存储单元270b包括介电材料222夕卜，相变存4诸单元270b类
似于前面参考图5C描述和示出的相变存储单元250b 。介电材料222
包括任何合适的介电材料，诸如低-k材料。
介电材料222与绝纟彖材泮十206和相变材泮牛252a-252c *接触。介 电材料222围绕由相变部分256b-256d提供的阶梯式图案，并且改 变相变部分256b-256d的热环境。在一个实施例中，介电材料222 具有比绝缘材料206更低的导热性。通过改变相变部分256b-256d 的热环境，在编程期间进一步控制每个相变部分256b-256d内产生 的热。相变存储单元270b类似于前面参考图2C描述和示出的相变 存储单元200b进行纟乘作。
图6C示出相变存储单元270c的另一实施例的顶^L图。在一个 实施例中，每个存储单元106a-106d均类似于相变存储单元270c。 除相变存储单元270c包括介电材料222夕卜，相变存储单元270c类 似于前面参考图5D描述和示出的相变存储单元250c。介电层222
包括任何合适的介电材料，诸如^[氐-k材料。
介电材料222与绝缘材料206和相变材料252a-252c接触。介 电材料222与由相变部分258b-258d才是供的阶梯式图案接触，并且 文变相变部分258b-258d的热环境。在一个实施例中，介电材料222 具有比绝纟彖材料206更《氐的导热性。通过改变相变部分258b-258d 的热环境，在编程期间进一步控制每个相变部分258b-258d内产生 的热。相变存^f渚单元270c类似于前面参考图2D描述和示出的相变 存l诸单元200c进4于纟喿作。
图6D示出相变存储单元270d的另一实施例的顶视图。在一个 实施例中，每个存4诸单元106a-106d均类似于相变存4诸单元270d。 除相变存储单元270d包括介电材料222夕卜，相变存储单元270d类 似于前面参考图5E描述和示出的相变存+者单元250d 。介电材料222
包括任何合适的介电材料，诸如低-k材料。
介电材并+ 222与绝纟彖材并牛206和相变材并牛252a-252c 4妄触。介 电材料222与由相变部分260b-260d 4是供的阶梯式图案一侧接触， 并且改变相变部分260b-260d的热环境。在一个实施例中，介电材 泮+ 222具有比绝纟彖材料206更^f氏的导热性。通过改变相变部分 260b-260d的热环境，在编程期间进 一 步控制每个相变部分 260b-260d内产生的热。相变存储单元270d类似于前面参考图2E 描述和示出的相变存储单元200d进4亍才喿作。
图7A示出相变存卞者单元280a的另 一实施例的顶^L图。在一个 实施例中，每个存储单元106a-106d均类似于相变存储单元280a。 除相变存储单元280a中的相变材料208由相变材料252a-252c替换 以及相变部分210a-210e由相变部分254a-254e ^齐才灸夕卜，牙目变存々者 单元280a类似于前面参考图4A描述和示出的相变存储单元230a 。
介电层232与第三相变部分254c的顶部和第四相变部分254d 接触，并改变第三相变部分254c和第四相变部分254d的热环境。 在一个实施例中，介电材料232具有比绝纟彖材并十206更低的导热性。 通过改变相变部分254c-254d的结晶温度和热环境，在编程期间进 一步控制每个相变部分254c-254d的转变。相变存储单元280a类似 于前面参考图4A描述和示出的相变存储单元230a进行操作。
图7B示出相变存储单元280b的另一实施例的顶4见图。在一个 实施例中，每个存储单元106a-106d均类似于相变存，者单元280b。 除相变存储单元280b中的相变材料208由相变材料252a-252c替换 以及相变部分212a-212e由相变部分256a-256e替换外，相变存储 单元280b类似于前面参考图4C描述和示出的相变存储单元230a。
介电层232与第二相变部分256b和第三相变部分256c接触， 并改变第二相变部分256b和第三相变部分256c的热环境。在一个 实施例中，介电材并+232具有比绝缘材料206更低的导热性。通过
改变相变部分256b-256c的结晶温度和热环境，在编禾呈期间进一步 控制每个相变部分256b-256c的转变。相变存々者单元280b类似于前 面参考图4C描述和示出的相变存储单元230b进行操作。
图7C示出相变存储单元280c的另一实施例的顶视图。在一个 实施例中，每个存〗诸单元106a-106d均类似于相变存J诸单元280c。 除相变存储单元280c中的相变材料208由相变材料252a-252c替换 以及才目变部分214a画214e由才目变部分258a-258e ^#才奐夕卜，才目变存储 单元280c类似于前面参考图4D描述和示出的相变存^f渚单元230c。
介电层232与第四相变部分258d的顶部和第二和第三相变部 分258b和258c的顶部的部分4妄触，并改变相变部分258b-258d的 热环境。在一个实施例中，介电材料232具有比绝缘材料206更低 的导热性。通过改变相变部分258b-258d的结晶温度和热环境，在 编程期间进一步控制每个相变部分258b-258d的转变。相变存储单 元280c类似于前面参考图4D描述和示出的相变存卡者单元230c进 行操作。
图7D示出相变存储单元280d的另一实施例的顶视图。在一个 实施例中，每个存储单元106a-106d均类似于相变存储单元280d。 除相变存储单元280d中的相变材料208由相变材料252a-252c替换 以及相变部分216a-216e由相变部分260a國260e替换夕卜，相变存储 单元280d类似于前面参考图4E描述和示出的相变存储单元230d。
介电层232与第三相变部分260c的顶部和第二相变部分260b 和第四相变部分260d的顶部的部分4妄触，并改变相变部分 260b-260d的热环境。在一个实施例中，介电材泮牛232具有比绝纟彖 材料206更低的导热性。通过改变相变部分260b-260d的结晶温度 和热环境，在编程期间进一步控制每个相变部分260b-260d的转变。
相变存储单元280d类似于前面参考图4E描述和示出的相变存储单 元230d进行操作。
以下图8A-图18示出了用于制造前面参考图2A-图2E描述和 示出的相变存储单元200a-200d、前面参考图3A-图3D描述和示出 的相变存储单元220a-220d、以及前面参考图4A-图4E描述和示出 的相变存〗诸单元230a-230d的方法的实施例。
图8A示出了预处理晶片300的一个实施例的顶4见图。图8B 示出了预处理晶片300的一个实施例的侧截面图。预处理晶片300 包4舌第一电才及202、第二电才及204、绝》彖材泮牛206a、以及多个寸氐 (lower)晶片层(未示出)。第一电极202和第二电极204包括任 何电才及材泮牛，诸如TiN、 TaN、 W、 TiSiN、 TiAlN、 TaSiN、或TaAlN。 第一电4及202和第二电才及204由绝纟彖材泮牛206a ( i者如Si02、 FSG、 BPSG、 BSG、低-k材料或其他合适的介电材料)在侧面包围。
图9示出了预处理晶片300和相变材料层208a的一个实施例 的侧截面图。相变材料(诸如硫属化物复合材料或其他合适的相变 材料)被沉积在预处理晶片300上以提供相变材料层208a。使用化 学气相^1积(CVD)、原子层;兄积(ALD)、金属有片几物4匕学气相;兄 积(MOCVD)、等离子体气相沉积(PVD)、喷射气相沉积(JVP) 或其他合适的沉积技术沉积相变材料层208a。
图10示出了蚀刻相变材料层208a之后的预处理晶片300和相 变材料208的一个实施例的顶视图。相变材料层208a被蚀刻以提 供相变材料208的阶梯式图案。
在一个实施例中，相变材诗牛208包括参考图2A描述和示出的 存储单元200a的相变部分210a-210e。在另一实施例中，相变部分 210a-210e由参考图2C描述和示出的存储单元200b的相变部分
212a-212e替换。在另一实施例中，相变部分210a-210e由参考图 2D描述和示出的存储单元200c的相变部分214a-214e替换。在另 一实施例中，相变部分210a-210e由参考图2E描述和示出的存^诸单 元200d的才目变部分216a-216e替4灸。
图ll示出了预处理晶片300、相变材料208、以及附加绝缘材 料层206b的一个实施例的侧截面图。绝^^材料(诸如Si02、 FSG、 BPSG、 BSG、低-k材料或其他合适的介电材料)被沉积在预处理 晶片300和相变材料208的暴露部分之上，以提供绝缘材料层206b。 使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP或其他合适的沉积技术沉 积纟色缘材料层206b。
图12示出了平面化附加绝缘层206b后的预处理晶片300、相 变材料208、以及绝缘材料206的一个实施例的顶视图。使用化学 机械抛光(CMP)或另一种合适的平面化技术对附加绝缘材料层 206b进行平面化以使相变材料层208暴露并且提供参考图2A描述 和示出的相变存储单元200a。在其他实施例中，附加绝缘材料层 206b被平面化以提供参考图2C描述和示出的相变存储单元200b、 参考图2D描述和示出的相变存^者单元200c、参考图2E描述和示 出的相变存储单元200d、或其他合适的相变存储单元200。
图13示出了预处理晶片300、相变材料208、以及绝缘材料222a 的一个实施例的侧横截面图。将介电材料(诸如低-k材料或其他合 适的介电材料)沉积在预处理晶片300和相变材料208 (如图10所 示)的暴露部分之上以提供介电材料层222a。使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP、或其他合适的沉积才支术沉积介电材料层222a。
图14示出了平面化和蚀刻介电材料层222a以4吏预处理晶片 300和相变材料208暴露的预处理晶片300、相变材料208、以及介
电材料222的一个实施例的顶视图。介电材料层222a ^皮平面化和 蚀刻以提供介电材料222。
图15示出了预处理晶片300、相变材料208、介电材料222(未 示出)、以及附加绝缘材料层206b的一个实施例的侧横截面图。将 绝多彖材:|+ (i者3口 Si02、 FSG、 BPSG、 BSG、 j氐-k材泮牛、或其4也合 适的介电材料)沉积在预处理晶片300、相变材料208、以及介电 材料222的暴露部分之上以提供绝缘材料层206b。使用CVD、ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP或其^f也合适的;冗积:技术沉积绝纟彖材并牛层206b。
图16示出了平面化附加绝^^材泮+层206b之后的预处理晶片 300、相变材泮牛208、介电材泮+222、以及绝纟彖材泮牛206的一个实施 例的顶视图。使用CMP或另一种合适的平面化4支术平面化附加绝 缘材料层206b，以使相变材料208和介电材料222暴露并且提供参 考图3A描述和示出的相变存储单元220a。在其他实施例中，附加 绝缘材料层206b被平面化以提供参考图3B描述和示出的相变存储 单元220b、参考图3C描述和示出的相变存储单元220c、参考图 3D描述和示出的相变存储单元220d、或其他合适的相变存储单元 220。
图17示出了预处理晶片300、相变材料208、绝^彖材料206 (如 图14所示)、以及介电材料层232a的一个实施例的侧横截面图。 介电材料(诸如^f氐-k材料或其他合适的介电材料)；故沉积在相变材 料208、绝缘材料206、以及介电材料222之上以提供介电材料层 232a。
图18示出了蚀刻介电材料层232a之后的预处理晶片300 (未 示出)、相变材料208、绝缘材料206、以及介电材料232的一个实 施例的顶视图。介电材料层232a被图案化并蚀刻以提供介电层232 。 在一个实施例中，介电层232与第三相变部分210c和第四相变部
分210d接触以提供参考图4A描述和示出的相变存储单元230a。 在另一实施例中，介电层232与第二相变部分212b和第三相变部 分212c接触以提供参考图4C描述的相变存储单元230b。在另一 实施例中，介电层232与第四相变部分214d和第二和第三相变部 分214b和214c的部分接触以提供参考图4D描述和示出的相变存 储单元230c。在另一实施例中，介电层232与相变部分216a-216e 的部分4妾触，以才是供参考图4E描述和示出的相变存4诸单元230d。 在另一实施例中，介电层232与任何合适的相变部分接触以提供相 变存储单元230。
以下图19A-图24示出了用于制造前面参考图5A-图5E描述和 示出的相变存储单元250a-250d、前面参考图6A-图6D描述和示出 的相变存储单元270a-270d、前面参考图7A-图7D描述和示出的相 变存〗诸单元280a-280d的方法的实施例。
图19A示出了预处理晶片300的一个实施例的顶视图。图19B 示出了预处理晶片300的一个实施例的侧截面图。预处理晶片300 包括第一电极202、第二电4及204、绝缘材料208、以及多个4氐晶片 层(未示出)。第一电极202和第二电极204包括任何合适的电极 材料，诸如TiN、 TaN、 W、 TiSiN、 TiAlN、 TaSiN、或TaAlN。第 一电极202和第二电才及204由绝^彖材料208(诸如Si02 、 FSG 、 BPSG 、 BSG、低-k材料或其他合适的介电材料)在侧面包围。
图20示出了预处理晶片300和相变材泮牛层302的一个实施例 的侧横截面图。将介电材料(诸如疏属化物复合材料或其他合适的 相变材料)沉积在预处理晶片300之上，以提供相变材并+层302。 使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP、或其他合适的沉积技术 沉积介电材料层302。
图21示出了预处理晶片300、相变材料层302、以及保护材料 层304a的一个实施例的侧截面图。将保护材津+ (诸如光致抗蚀剂、 石更掩才莫(hard mask)、间隔才才泮牛(spacer material )、或其4也合适的介 电材料)沉积在相变材料层302之上。蚀刻保护材料以使相变材料 层302的部分306a暴露并4是供4呆护材泮牛层304。在一个实施例中， 执行离子注入以将相变材料层302的暴露部分306a改变(modify ) 为不同的相变材津牛。在另一实施例中，将相变材术+层302的暴露部 分暴露至活性气体，以将相变材料层302的暴露部分改变为不同的 相变材料。在另一实施例中，将材冲牛沉积在相变材料层302的暴露 部分306a之上并^皮退火(anneal )以将相变材津+ 302的暴露部分306a 改变为不同的相变材津牛。在另一实施例中，可以4吏用其他合适的4支 术以将相变材料层302的暴露部分306a改变为不同的相变材料。
图22示出了在去除保护材料层304之后的预处理晶片300和 改变后的相变材料层302的 一 个实施例的侧截面图。相变材料层302 的暴露部分306a已^皮改变为相变材料252a。参考图21和22描述 的处理被重复适当次数，以进一步将相变材料层302改变为不同的 相变材料。
图23A示出了预处理晶片300和多个相变部分306a-306e的一 个实施例的侧截面图。图23B示出了预处理晶片300和多个相变部 分306a-306e的一个实施例的顶碎见图。在一个实施例中，相变部分 306a和306e已经浮皮改变为包4舌相变材泮牛252a，相变部分306b和 306d已经;波改变为包括相变材并牛252b,以及相变部分已经^L改变 为包>^舌相变材并+ 252c。在另一实施例中，至少一个相变部分 306a-306e不被改变，但包括沉积的原始相变材料以提供相变材料 层302。
图24示出了蚀刻相变部分306a-306e之后的相变部分 254a-254e的一个实施例的顶一见图。相变部分306a-306e ^皮蚀刻以提
供前面参考图5A描述和示出的存^f诸单元250a的相变部分 254a-254e。在另一实施例中，相变部分306a-306e包4舌其他相变材 料并且被蚀刻以提供前面参考图5C描述和示出的存储单元250b的 相变部分256a-256e、前面参考图5D描述和示出的存4诸单元250c 的相变部分258a-258e、前面参考图5E描述和示出的存储单元250d 的相变部分260a-260e、或存储单元250的其他合适相变部分。
然后执行参考图11-图18描述和示出的进一步处理过程，以制 造前面参考图6A-图6D描述和示出的存储单元270a-270d以及前 面参考图7A-图7D描述和示出的存储单元280a-280d。
图25A示出了具有堆叠的多个相变材料层的相变存储单元 310a的一个实施例的侧截面图。相变存储单元310a包括第一电极 202、第二电极204、绝缘材料206、以及第一相变材料层308a、第 二相变初4牛层308b、以及第三相变材冲牛层308c。第一相变材冲牛层 308a与第一电极202、第二电才及204、绝^彖材泮牛206、以及第二相 变材料层308b接触。第二相变材料层308b与第三相变材料层308c 接触。第三相变材料层308d与绝缘材料206接触。
在一个实施例中，将第一相变材冲牛层308a沉积在预处理晶片 300之上。将第二相变材料层308b沉积在第一相变材料层308a之 上。将第三相变材料层308c沉积在第二相变材料层308b之上。将 绝缘层206沉积在第三相变材并牛层308c之上。在一个实施例中， 相变材料层308a-308c中的至少两个具有不同的结晶温度。通过改 变相变材料层308a-308c之间的结晶温度，在编程期间可以控制每 个相变材料层308a-308c的转变以将存储单元310a编程至所选状 态。在 一 个实施例中，存卡者单元200a-200d 、 220a-220d 、以及 230a-230d包括代替相变材料208的相变材料层308a-308c。在一个 实施例中，相变材料层308a-308c可以通过防止不同材料混合的薄
散阻碍层隔离。在一个实施例中，这些散阻碍层包括具有比相变材 料更高电阻率的材料。
图25B示出了具有堆叠的多个相变材料层的相变存储单元 310b的另一实施例的侧横截面图。除相变材料层309a-309c在多层 之间从一种相变材料到下一种相变材并+阶梯地转变之外，相变存卡者 单元310b类似于前面参考图25A描述和示出的相变存储单元310a。 相变存储单元310b类似于前面参考图25A描述和示出的相变存储 单元310a进行操作。
图26A示出了具有堆叠的多个相变材料层的相变存储单元 312a的另一实施例的侧顶—见图。在一个实施例中，每个存4诸单元 106a-106d均类似于相变存4诸单元312a。相变存々者单元312a包括为 沙漏或'T，型配置的4目变才才并+层308a-308c或309a-309c的堆叠。 选择装置(诸如类似于晶体管或二极管的有源装置)可以电耦合至 第一电才及202或第二电才及204，以控制电流或电压3永冲到第一电拟^ 202或第二电4及204中的另一个的施力口， /人而施加至相变材冲牛层 308a-308c,以i殳置或复位相变材冲牛层308a-308c。在一个实施例中， 相变材料层308a的结晶温度低于相变材料层308b和308c的结晶 温度。相变材料层308b的结晶温度低于相变材料层308c的结晶温 度。从而，具有较低幅度和/或持续时间的电流或电压脉沖被用于对 相变材泮+层308a进4亍编禾呈，而不对相变材冲+层308b和308c进4亍 编程。而且，具有较低幅度和/或持续时间的电流或电压脉冲被用于 对相变材料层308b进行编程，而不对相变材并牛层308c进行编程。
在相变存4诸单元312a的才喿作期间，在第一电才及202和第二电 才及204之间施加电流或电压3永沖，以对相变存^f诸单元312a进4亍编 程。具有第一幅度和/或持续时间的第一电流或电压3永冲对相变材剩-层308a进4于编禾呈，而不显著影响相变才才并牛层308b和308c。具有第 二幅度和/或持续时间的第二电流或电压脉冲对相变材料层308a和
308b进行编程而不明显影响相变材料层308c。第二幅度和/或持续 时间大于第 一幅度和/或持续时间。具有第三幅度和/或持续时间的 第三电流或电压脉冲对相变材料层308a-308c进行编程。第三幅度 和/或持续时间大于第二幅度和/或持续时间。
通过选择性地对相变材料层308a-308c进行编程，相变存储单 元312a可以被编程以提供四种状态。在一个实施例中，在第一状 态，相变材料层308a-308c是非晶态的。在第二状态下，相变材料 层308a是晶态的，以及相变材料层308b和308c是非晶态的。在 第三状态下，相变材料层308a和308b是晶态的，以及相变材料层 308c是非晶态的。在第四状态下，相变材料层308a-308c是晶态的。
在另一实施例中，在第一状态，相变材冲牛层308a-308c是晶态 的。在第二状态，相变材津牛层308a是非晶态的，以及相变材并牛层 308b和308c是晶态的。在第三状态，相变材料层308a和308b是 非晶态的，以及相变材并牛层308c是晶态的。在第四4犬态，相变材 #牛层308a-308c是非晶态的。在其他实施例中，4壬4可合适数量的相 变材料层308均用于获取相变存储单元312a中的希望凄t量的状态。
图26B示出了包括相变材料层308a-308c的相变存储单元312b 的另一实施例的顶视图。在一个实施例中，每个存储单元106a-106d 均类似于相变存储单元312b。除相变存储单元312b包括介电材料 222外，相变存储单元312b类似于前面参考图26A描述和示出的 相变存储单元312a。介电材料222包括任何合适的介电材料，诸如 低-k材料。
介电材泮牛222与绝多彖材4牛206和相变材料层308a-308c 4妄触。 介电材料222围绕由相变材料层308a-308c提供的沙漏或"I"形图 案的中心，并且改变相变材料层308a-308c的热环境。在一个实施 例中，介电材料222具有比绝缘材料206更低的导热性。通过改变
相变材料层308a-308c的热环境，在编程期间进一步控制每个相变 材料层308a-308c内产生的热。相变存储单元312b类似于前面参考 图26A描述和示出的相变存々者单元312a进4亍操作。
再划分和/或结合参考图8A-图26B描述和示出的方法的实施 例，以制造包括形成如图2A-图2E所示的阶梯式图案的相变材料 的存^f渚单元、包4舌阶梯式图案和改变如图3A-图3D所示的热环境 的存^f诸单元、包括形成如图4A-图4E所示的阶梯式图案和介电层 的存储单元、包括形成如图5A-图5E所示的使用不同相变材料的 阶梯式图案的存储单元、包括使用不同相变材料的阶梯式图案和改 变如图6A-图6D所示的热环境的存々者单元、包4舌形成如图7A-图 7D所示的使用不同相变材料和介电层的阶梯式图案的存储单元、 包4舌如图25A-图26B所示的相变材-阡图案的堆叠、或它们的结合。
虽然在此描述和示出了具体的实施例例，但本领域普通技术人 员应该想到，可以对所示出和描述的具体实施例进4亍多种改变和/ 或等价替换而不脱离本发明的范围。本申请用于覆盖在此描述的具 体实施例的任何修改或改变。从而，可以想到本发明不限于权利要 求及其等价物。
权利要求
1.一种存储单元，包括第一电极；第二电极；以及相变材料，与所述第一电极和所述第二电极接触，所述相变材料具有阶梯式编程特性，其中，所述第一电极、所述第二电极、以及所述相变材料形成平面或桥式相变存储单元。
2. 根据权利要求1所述的存储单元，其中，所述相变材料在第一 电极和第二电极之间形成阶梯式图案。
3. 根据权利要求2所述的存储单元，其中，所述相变材料包括多 个矩形部分。
4. 根据权利要求1所述的存储单元，进一步包括与所述相变才才并十的第 一垂直侧部4妄触的第 一绝纟彖才才并牛和 与所述相变材料的第二垂直侧部接触的第二绝缘材料，所述第 二绝缘材料具有比所述第 一绝缘材料低的导热性。
5. 根据权利要求4所述的存储单元，其中，所述第二绝缘材料包 括低-k材料。
6. 根据权利要求2所述的存储单元，进一步包括介电层，与所述阶梯式图案的水平侧部4妄触。
7. —种存储单元，包括第一电才及； 第二电4及；以及相变材并+层，与所述第一电才及和所述第二电核j妄触，所 述相变材并+层包4舌在所述第 一 电才及和所述第二电才及之间水平 排列的至少两种不同的相变材料，以提供阶梯式编程特性。
8. 根据权利要求7所述的存储单元，其中，所述相变材料层形成 阶梯式图案。
9. 才艮据权利要求8所述的存储单元，其中，所述相变材料层包括 多个矩形部分。
10. 根据权利要求7所述的存储单元，进一步包括与所述相变材料层的第 一垂直侧部接触的第 一绝缘材料 和与所述相变材料层的第二垂直侧部接触的第二绝缘材料，所 述第二绝缘材料具有比所述第 一绝缘材料低的导热性。
11. 根据权利要求IO所述的存储单元，其中，所述第二绝缘材料 包括低-k材料。
12. 根据权利要求8所述的存储单元，进一步包括介电层，与所述阶梯式图案的水平侧部接触。
13. —种存储单元，包括第一电才及； 第二电纟及；以及 堆叠的相变材料层，与所述第一电极和所述第二电极接 触，至少两个所述相变材料层包括不同的相变材料，以提供阶 梯式编程特性。
14. 根据权利要求13所述的存储单元，其中，所述堆叠的相变材 泮+层在所述第 一 电才及和所述第二电才及之间形成阶梯式图案。
15. 一艮据^L利要求13所述的存〗诸单元，其中，所述堆叠的相变材1'《A Z、 151 ;^B 3、才才沐+《.l曰J
16. 根据权利要求13所述的存储单元，其中，所述相变材料层通 过散阻碍层隔离。
17. 根据权利要求16所述的存储单元，其中，所述散阻碍层包括 具有比所述相变材料层高的阻抗率的材料。
18. 根据权利要求13所述的存储单元，进一步包括与所述堆叠的相变材料层的第 一垂直侧部接触的第 一绝 缘材料和与所述堆叠的相变材料层的第二垂直侧部接触的第 二绝缘材料，所述第二绝缘材料具有比所述第 一绝缘材料低的 导热性。
19. 根据权利要求18所述的存储单元，其中，所述第二绝缘材料 包括低-k材料。
20. 根据权利要求14所述的存储单元，进一步包括介电层，与所述阶梯式图案的水平侧部接触。
21. —种用于制造存〗诸单元的方法，所述方法包4舌提供包括第一电极、第二电极、以及在所述第一电极和 所述第二电极之间的第 一绝缘材料层的晶片；将相变材料层沉积在所述晶片之上；以及蚀刻所述相变材料层以使所述晶片的第一部分暴露，在 所述第 一 电极和所述第二电极之间的所述相变材料层中形成 阶梯式图案。
22. 才艮据4又利要求21所述的方法，进一步包括将第二绝缘材料层沉积在所述晶片的第一部分和所述被 蚀刻的相变材料层之上；以及平面化所述第二绝纟彖材冲+层以〗吏所述^皮蚀刻的相变材料层暴露。
23. 根据权利要求21所述的方法，进一步包括蚀刻所述第二绝缘材料层，以使与所述被蚀刻的相变材 料层的至少 一 部分隔离的所述晶片的第二部分暴露；将第三绝缘材料层沉积在所述晶片的第二部分和所述被 蚀刻的相变材料层之上；以及平面化所述第三绝缘材料层，以使所述被蚀刻的相变材 料层和所蚀刻的第二绝缘材料层暴露。
24. 根据权利要求22所述的方法，进一步包括将介电层沉积在所述^皮蚀刻的相变材冲牛层和所述^皮平面 化的第二绝纟彖材料层之上；以及蚀刻所述介电层，以使所述被蚀刻的相变材料层的 一部 分暴露。
25. 根据权利要求23所述的方法，进一步包括将介电层沉积在所述^皮蚀刻的相变材并+层、所述纟皮平面 化的第二绝缘材料层、以及所述被平面化的第三绝缘材料层之 上；以及蚀刻所述介电层，以 -使所述^t蚀刻的相变材并牛层的 一部 分暴露。
26. —种用于制造存储单元的方法，所述方法包才舌才是供包括第一电极、第二电极、以及在所述第一电极和 所述第二电极之间的第一绝缘材料层的晶片；将堆叠的相变材料层沉积在所述晶片上，至少两个所述 相变材料层包括不同的相变材料；以及蚀刻所述堆叠的相变材料层以使所述晶片的第 一部分暴 露，并且在所述第一电才及和所述第二电极之间形成^皮蚀刻的多 个相变材并+层的平面化桥。
27. 根据权利要求26所述的方法，其中，蚀刻所述堆叠的相变材 料层包括蚀刻所述堆叠的相变材料层以在所述第 一 电极和所 述第二电才及之间的堆叠的相变材并+层中形成阶梯式图案。
28. 根据权利要求26所述的方法，进一步包括将第二绝缘材料层沉积在所述晶片的所述第一部分和所 述被蚀刻的堆叠的相变材料层之上；以及平面化所述第二绝缘材料层以4吏所述纟皮蚀刻的堆叠的相 变材料层暴露。
29. 才艮据片又利要求28所述的方法，进一步包4舌蚀刻所述第二绝纟彖材料层以4吏与所述^皮蚀刻的堆叠的相 变材料层隔离的所述晶片的第二部分暴露；将第三绝缘材料层沉积在所述晶片的第二部分和所述被 蚀刻的堆叠的相变材料层之上；以及平面化所述第三绝缘材料层以使所述被蚀刻的堆叠的相 变材料层和所述第二绝缘材料层暴露。
30. 根据权利要求29所述的方法，进一步包括将介电层沉积在所述被蚀刻的堆叠的相变材料层、所述 -故平面化的第二绝缘材料层、以及所述^皮平面化的第三绝纟彖材 泮牛层之上；以及蚀刻所述介电层以使所述被蚀刻的堆叠的相变材料层的 一部分暴露。
31. 才艮据片又利要求28所述的方法，进一步包4舌将介电层沉积在所述被蚀刻的堆叠的相变材料层和所述 被平面化的第二绝缘材料层之上；以及蚀刻所述介电层以使所述被蚀刻的相变材料层的 一部分暴露。
32. —种用于制造存储单元的方法，所述方法包括提供包括第一电极、第二电极、以及在所述第一电极和 所述第二电极之间的第一绝缘材料层的晶片；将第 一相变材料沉积在所述晶片上；至少改变所述第 一 相变材料的第 一 部分以提供第二相变 材料；以及 蚀刻所述第 一和第二相变材料以使所述晶片的第 一部分 暴露，并且在所述第 一 电才及和所述第二电才及之间在所述第 一和 第二相变材料中形成阶梯式图案。
33. 根据权利要求32所述的方法，进一步包括将第二绝缘材料层沉积在所述晶片的所述第一部分和所 述被蚀刻的第一和第二相变材料；以及平面化所述第二绝缘材料层以4吏所述^皮蚀刻的第 一和第 二相变才才冲牛暴露。
34. 才艮据权利要求33所述的方法，进一步包括蚀刻所述第二绝缘材料层以使与所述被蚀刻的第 一 和第 二相变材泮牛的至少一部分隔离的所述晶片的第二部分暴露；将第三绝缘材料层沉积在所述晶片的第二部分和所述被 蚀刻的第一和第二相变材冲+之上；以及平面化所述第三绝缘材并牛层以 -使所述^皮蚀刻的第 一 和第 二相变材料以及所述被蚀刻的第二绝缘材料层暴露。
35. 根据权利要求33所述的方法，进一步包括将介电层沉积在所述4皮蚀刻的第 一和第二相变材一+以及 所述#1平面化的第二绝纟彖材并牛层之上；以及蚀刻所述介电层以使所述被蚀刻的第 一和第二相变材料 的一部分暴露。
36. 根据权利要求34所述的方法，进一步包括将介电层沉积在所述^皮蚀刻的第 一和第二相变材:扦、以 及所述被平面化的第二绝缘材料层、以及所述被平面化的第三 绝乡彖材并+层之上；以及 蚀刻所述介电层以^使所述^C蚀刻的第 一和第二相变材料 的一部分暴露。
37. 根据权利要求32所述的方法，其中，至少改变所述第一相变 材料的第 一部分以提供第二相变材料包括将保护材料层沉积在所述第一相变材料之上；蚀刻所述保护材料层以使所述第 一相变材料的第 一部分 暴露；以及将所述第一相变材料的所述第一部分注入离子以提供第 二相变材泮+。
38. 才艮据^L利要求32所述的方法，其中，至少改变所述第一相变 材料的第 一部分以提供所述第二相变材料包括将保护材料层沉积在所述第一相变材料层之上；蚀刻所述保护材料层以使所述第 一相变材料的所述第一 部分暴露；以及使所述第 一相变材料的第 一部分暴露至活性气体以提供 所述第二相变材料。
39. 根据权利要求32所述的方法，其中，至少改变所述第一相变 材料的第 一部分以提供所述第二相变材料包括将保护材料层沉积在所述第 一相变材料上；蚀刻所述保护材料层以使所述第 一相变材料的第 一部分 暴露；将第一材料沉积在所述第一相变材料的所述第一部分之上；以及 使所述第 一相变材料的所述第 一部分和所述第 一材料退 火以提供所述第二相变材料。
全文摘要
存储单元包括第一电极、第二电极、以及与第一电极和第二电极接触的相变材料。相变材料具有阶梯式编程特性。第一电极、第二电极、以及相变材料形成平面或桥式相变存储单元。
文档编号G11C11/56GK101110465SQ20071012945
公开日2008年1月23日 申请日期2007年7月17日 优先权日2006年7月18日
发明者托马斯·哈普, 扬·鲍里斯·菲利普 申请人:奇梦达北美公司