专利名称：电阻存储器装置的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体存储器技术领域，涉及一种存储器装置，尤其涉及一种电阻存
储器装置。
背景技术：
相变存储器被认为是最具竞争力的下一代非易失性半导体存储器，它具有高速、 高密度、高数据保持能力等特点，且其自身的结构简单并与现有半导体工艺兼容，这些优异 的性能使其取代FLASH、磁盘等存储器的前景被广为看好。相变存储器的存储原理是建立在 均匀的相变材料的可逆相变上，在存储器中，电极对中间的相变材料在电信号的作用下可 以在非晶态和多晶态之间实现可逆的转变。 当前，限制相变存储器大规模商业化应用的一个主要的问题是其相对较高的功 耗，因为，器件的编程需要通过对相变存储材料的熔化和结晶的操作实现，显然需要相对较 高的能量。当前，通过工艺和器件结构的改进，縮小加热电极的面积，从而降低所需编程的 相变材料的体积，减少了熔化和结晶相变材料所需要的热量，可以有效地降低了器件的功 耗。如果能够将器件的功耗进一步地縮小，将会使相变存储器更具竞争力，确保它们在未来 的半导体存储器市场中占据更多的市场份额。此外，通过在相变存储器中引入电极过渡层， 有效地提升了加热的效率。因此，现在通过加热电极的縮小以及过渡层的应用降低相变存 储器的功耗是相变存储器研发中的重中之重。 传统的相变存储器结构如图1或者图3所示，在两图中，可以看到，相变存储器的 基本由一对电极对(图1中为1和2，图3中为11和12)和置于电极对中间的相变材料(分 别是3或者13)构成，通过相变材料在非晶4和多晶3之间的可逆转变实现存储器电阻的 可逆转换而实现数据的存储。无论是图l还是图3所示的结构，相同的地方在于，存储器中 的相变材料的成份是均匀的(尽管在图1中存在非晶和多晶的区域)，依靠的是电极对中间 成份均匀的相变材料的相变来进行数据的存储。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的电阻存储器装置，器件具有与现
有存储器不同的存储机理，器件具有较低的功耗。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案 —种电阻存储器装置，所述装置包含一对电极，电极对之间是存储材料；存储材料
由两种以上的固体混合而成，其中至少有一固体具备相变能力，至少有一固体不具备相变
能力；所述存储器装置在电信号的作用下能够实现器件在高、低电阻之间的转换。 作为本发明的一种优选方案，在器件的编程过程中，所述存储器装置的存储材料
中不具备相变能力的固体不发生任何变化。 作为本发明的一种优选方案，两种以上的固体混合时，具备相变能力的固体被不 具备相变能力的固体分散或者包覆。
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作为本发明的一种优选方案，两种以上的固体混合时，不具备相变能力的固体被
具备相变能力的固体分散或者包覆。 作为本发明的一种优选方案，两种以上的固体混合时，不具备相变能力的固体与
不具备相变能力的固体互相分散。 作为本发明的一种优选方案，两种以上的固体混合的结构为多层结构。
作为本发明的一种优选方案，电极包含一层以上的导电材料。 作为本发明的一种优选方案，在电信号的作用下，器件在高、低电阻之间可以可逆 转换。 作为本发明的一种优选方案，所述具备相变能力的固体在电信号的作用下能够实 现晶体结构和电阻的转变。 作为本发明的一种优选方案，所述存储材料内还包括一种以上的相变材料，或者/ 并且还包括一种以上的非相变材料。 本发明的有益效果在于本发明提出的电阻存储器装置，该种新型的电阻存储器 中的存储材料包含一种以上的相变材料，此外还包含不具备相变能力的功能材料，由于功 能材料的存在，使该种存储器的原理与传统的相变存储器大为不同。在传统的相变存储器 中，电极对中间的存储材料均匀且都具有相变的能力，而新型的电阻存储器中的存储材料 中却包含不参与相变的稳定的功能材料。本发明的设计能够将器件的功耗进一步地縮小。
本发明提出一种新型的电阻存储器，其原理与相变部分相关，然而与现有的相变 存储器和电阻随机存储器也具有明显的不同该种新型的电阻存储器的存储材料是有两种 以上的固体混合而成；而相变存储器和电阻随机存储器的存储材料是单一的材料(或为相 变材料，或为金属氧化物等)，例如GeSbTe和Ni0等。
图1为传统的相变存储器结构示意图。
图2A-2C为新型的电阻存储器装置示意图。
图3A-3B为另一种传统的相变存储器结构示意图。
图4A-4D为另一种新型的电阻存储器装置示意图。
图5A-5B为新型多层电阻存储器装置示意图。
具体实施例方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一 本发明提出的新型的电阻随机存储器装置拥有一对电极对，然而置于电极对中间 的电阻转换存储材料与相变材料具有极大的不同，该电阻转换材料是不均匀的，而是由至 少两种固体材料混合而成。存储材料中的固体材料分为两类一类是具有相变的能力，并 且通过相变能够产生材料电阻率的变化；另一类是不具备相变能力，在相变材料发生相变 的时候保持不变，本发明称之为功能材料，功能材料不具备相变能力，也就具有稳定的电阻 率。 请参阅图2A，电极对5、6中间有一种以上的相变材料颗粒8，它们是被周围的功能材料7分隔开，这些相变材料颗粒可以是均匀的也可以是不均匀的，而功能材料通常为介质材料，包括半导体材料、绝缘材料等，它的特征是不具备相变能力，性能稳定，在功能材料中可以含有部分相变材料的组份，但是含有的相变材料组份不影响其稳定性(即即便含有相变材料组份，却不具有相变的特性)。在此，需要特别指出的是，本实施例中显示只有一种相变材料组成的颗粒，然而，要理解，即便在同一存储器中都可以有两种甚至两种以上的相变材料，不同的相变材料表现在具有不同的组份或性能。在器件的编程过程中，在相变材料颗粒外包覆的功能材料由于不具备相变的能力，因此不会发生明显的变化，起到的是框架、包覆、隔绝的作用，而其中的相变材料颗粒则会发生相应的相变(部分或者全部)，如图2B和2C所示，反应在器件的电阻上便有明显的变化。
从图2中可以看到 (1)实现电阻转换存储装置电阻转换的源头是存储材料内部的部分(或者全部)具有相变能力的颗粒； (2)相变材料颗粒在被功能材料分散后不一定需要均匀分布，在形状，尺寸，甚至成份上都有可能存在差异； (3)电阻转换存储装置电阻转换的过程中，需要有部分固体材料保持不变，这些材料为功能材料，起到的是框架、包覆、隔绝的作用； (4)电阻转换存储装置电阻转换的过程中，并不需要所有的相变材料颗粒都参与编程产生的相变。 图3A、图3B是另外一种结构的传统相变存储器，原理同图1，也是通过全部或者部分地改变电极对中间的相变材料的晶体结构和电阻率实现逻辑数据的存储，无论是全部或者部分，相对应材料的组份是均匀的。 图4A-4D所示是另外一种结构的电阻存储器装置，从图4A可以明显看到，不同于传统的相变存储器结构，其中存储材料并不是均匀的，也是由多个固体混和而成，其中包括一种相变材料，两种功能材料(显然可以包含一种以上的相变材料和更多的功能材料种类)。 与图2结构不同之处在于，该种新型的电阻存储器结构中，存储材料里包含的相变材料16是连续的，而在存储材料中，存在一种或者一种以上的功能材料颗粒17、 18 (或者区域)。该装置通过电极对的加热实现对存储材料的编程，由于功能材料普遍具有较高的电阻率，因此能够阻挡电流从功能材料颗粒中流过，因此，功能材料颗粒17和18在图4A中的存在，能够大大縮小相变材料的面积，也即大大提升了同条件下流过相变材料的电流密度，提升了编程的效率，降低了存储器件的功耗。在该电阻随机存储器装置的编程过程中，可以如图4B、4C和4D所示的变化，即可以在电极的一端或者两端实现相变材料的相变，当然，也可以实现全部的存储材料的相变。 图5A所示为一种多层的电阻随机存储器装置(具有相变能力的相变材料固体层被不具备相变能力的功能材料固体材料层分隔开)。所述存储器装置包括电极30、31，绝缘层32，相变材料33 (例如Si-Sb-Te)，相变材料34 (例如Sb-Te)，相变材料35 (例如Si-Sb)，相同或者不同的功能材料36、37、38(例如含硅、氧化硅、氮华硅、氮氧化硅的材料，特点是不具备相变能力)。这些功能材料层将相变材料层分隔开，功能材料层和相变材料层的层数和厚度显然都是可变的。上述的器件结构还可以如图5B所示。
综上所述，本发明提出的电阻存储器装置，该种新型的电阻存储器中的存储材料包含一种以上的相变材料，此外还包含不具备相变能力的功能材料，由于功能材料的存在，使该种存储器的原理与传统的相变存储器大为不同。在传统的相变存储器中，电极对中间的存储材料均匀且都具有相变的能力，而新型的电阻存储器中的存储材料中却包含不参与相变的稳定的功能材料。本发明的设计能够将器件的功耗进一步地縮小。本发明电阻存储器的原理与相变部分相关，然而与现有的相变存储器和电阻随机存储器也具有明显的不同该种新型的电阻存储器的存储材料是有两种以上的固体混合而成；而相变存储器和电阻随机存储器的存储材料是单一的材料(或为相变材料，或为金属氧化物等)，例如GeSbTe和Ni0等。 这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。 特别需要说明的是，在本发明的电阻存储器装置中采用的存储材料，材料的内部可以包含一种及一种以上的相变材料颗粒(区域)和一种及一种以上的功能材料颗粒(区域)，上述颗粒或者区域的形状、大小、厚度都是可变的，在器件的编程过程中，存储材料中的相变颗粒或者区域可以全部参与相变，也可以部分的变化，在编程前后，材料中的颗粒或者区域的形状和大小可以发生变化也可以保持不变。
权利要求
一种电阻存储器装置，其特征在于所述装置包含一对电极，电极对之间是存储材料；存储材料由两种以上的固体混合而成，其中至少有一固体具备相变能力，至少有一固体不具备相变能力；所述存储器装置在电信号的作用下能够实现器件在高、低电阻之间的转换。
2. 根据权利要求1所述的电阻存储器装置，其特征在于在器件的编程过程中，所述存储器装置的存储材料中不具备相变能力的固体晶体结构 不变。
3. 根据权利要求1所述的电阻存储器装置，其特征在于两种以上的固体混合时，具备相变能力的固体被不具备相变能力的固体分散或者包覆。
4. 根据权利要求1所述的电阻存储器装置，其特征在于两种以上的固体混合时，不具备相变能力的固体被具备相变能力的固体分散或者包覆。
5. 根据权利要求1所述的电阻存储器装置，其特征在于两种以上的固体混合时，不具备相变能力的固体与不具备相变能力的固体互相分散。
6. 根据权利要求1所述的电阻存储器装置，其特征在于 两种以上的固体混合的结构为多层结构。
7. 根据权利要求1所述的电阻存储器装置，其特征在于 电极包含一层以上的导电材料。
8. 根据权利要求1所述的电阻存储器装置，其特征在于在电信号的作用下，器件在 高、低电阻之间可以可逆转换。
9. 根据权利要求1所述的电阻存储器装置，其特征在于所述具备相变能力的固体在电信号的作用下能够实现晶体结构和电阻的转变。
10. 根据权利要求1所述的电阻存储器装置，其特征在于所述存储材料内还包括一种及一种以上的相变材料，或者/并且还包括一种及一种以 上的非相变材料。
全文摘要
本发明揭示了一种电阻存储器装置，所述装置包含一对电极，电极对之间是存储材料；存储材料由两种以上的固体混合而成，其中至少有一固体具备相变能力，至少有一固体不具备相变能力；所述存储器装置在电信号的作用下能够实现器件在高、低电阻之间的转换。本发明的电阻存储器中的存储材料中包含一种及一种以上的相变材料，此外还包含不具备相变能力的功能材料；本发明能够将器件的功耗进一步地缩小，且提升热稳定性。
文档编号H01L45/00GK101794863SQ20101012727
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月18日 优先权日2010年3月18日
发明者刘波, 宋志棠, 封松林, 张挺, 陈邦明 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所