用于开关装置的多层双向阈值开关及应用其的存储器装置的制作方法

本公开关于用于集成电路的开关装置，尤其涉及一种用于开关装置的多层双向阈值开关及应用其的存储器装置。

背景技术：

1、在集成电路中，开关装置有很多应用，例如晶体管和二极管。新的非易失性存储器(nvm)技术的出现，如相变化存储器、电阻式存储器等，是由储存级存储器、固态磁盘、嵌入式非易失性存储器和类神经形态计算等令人兴奋的应用所推动的。许多这些应用程序都密集地封装在「交错点」(cross-point)阵列中(例如，三维(3d)交错式存储器)，其可提供多个gb的存储空间。

2、在这样的阵列中，为了通过阵列中任一小子集合进行精确读取或低功率写入，电流和电压(即iv)特性需具有很强的非线性关系，使得通过所选装置的电流大大超过通过非选定装置的残余泄漏(residual leakage)。这种非线性特性可明确地通过在每个交错点加入分立的存取装置来导入，也可隐含式地通过表现高度非线性iv特性的nvm装置来引入。

3、一种类型的开关装置被称为双向阈值开关(ots)，它是根基于双向(ovonic)材料(例如，硫属化合物)。ots开关的特点是处于开关阈值电压时电阻大幅下降，当电压低于保持阈值(holding threshold)时恢复高电阻阻断状态。

4、例如，包括ots的开关装置已被用于各种可编程电阻存储器装置中，所述多个装置包括以交错点架构组织的高密度单元阵列。例如，一些交错点架构利用了存储单元，这些存储单元包括相变存储元件或与ots串联的其他电阻存储元件。其他架构亦被使用，包括各种二维和三维阵列结构，其可利用开关装置来选择阵列中的存储元件。ots也被提议用于各种其他用途，包括所谓的类神经形态计算。

5、用于集成电路的材料的热稳定性可能是一个重要特性。例如，在集成电路的后段(beol)工艺中，可能会产生大约400-450℃或更高的温度，这可能会超过结晶转变温度或降低各种元件的稳定性，例如ots。此外，在设备组装中，集成电路在焊接或其他高温组装过程中可能会暴露在高温下。集成电路在现场操作期间(operation in the field)也可能暴露于高温下。考虑到这些高温，如果beol温度、焊接或结合温度或操作温度达到或超过440℃时，由砷(as)、硒(se)、锗(ge)和铟(in)组成的ots的热稳定性可能会在440℃时发生结晶。

6、因此，需提供一种用于开关装置的ots，其具有在高于440℃时优化的热稳定性和改善的耐久性(endurance)，以及相对高的阈值电压、低的漏电流和快速的开关速度。

技术实现思路

1、本公开提供了一种开关装置，该开关装置包括第一电极、第二电极、以及在第一电极和第二电极之间的多层双向阈值开关(ots)，此多层ots包括第一层和第二层，其中第一层和第二层可为不同的组成，并且其中第二层可包括锗(ge)和氮(n)。

2、在进一步的实施例中，第二层中的锗可在第二层的组成的40at％至95at％的范围内，并且第二层中的氮可在第二层的组成的5at％至60at％的范围内。

3、在另一个实施例中，第二层中的锗可在第二层的组成的40at％至80at％的范围内，并且第二层中的氮可在第二层的组成的60at％至20at％的范围内。

4、在一个实施例中，第二层中锗和氮的组成可为ge3n4。

5、在进一步的实施例中，第二层锗和氮的组成可有效具有大于550℃的结晶转变温度。

6、在另一个实施例中，第二层锗和氮的组成可有效具有大于600℃的结晶转变温度。

7、在一个实施例中，第一层可包括砷(as)、硒(se)和锗(ge)。

8、在另一个实施例中，多层ots可包括多个第一层和多个第二层，其中第一层和第二层可交错的方式堆叠。

9、在进一步的实施例中，多个第一层中每个第一层的厚度可在2纳米到15纳米的范围内，包含端点值，并且多个第二层中每个第二层的厚度可在0.5纳米范围至5纳米(含)的范围内，包含端点值。

10、在一个实施例中，第一层可进一步包括铟(in)，其中第一层中的砷可在25at％至38at％的范围内，第一层中的硒可在30at％至60at％的范围内，第一层中的锗可在8％至20％的范围内，并且第一层中的铟可在2％至10％的范围内。

11、在另一个实施例中，第一层可进一步包括硅(si)。

12、在进一步的实施例中，第一层可进一步包括铟(in)。

13、在另一个实施例中，多层ots的厚度可在15纳米至50纳米的范围内，包括端点值。

14、在一个实施例中，多层ots包括六个层，这六个层包括第一层和第二层，其中第三层和第五层可具有和第一层相同的组成，其中第四层和第六层可具有和第二层相同的组成，其中这六个层可按数字顺序设置在此多层ots中，使得至少二个偶数层位于不同对的多个奇数层(pairs of odd numbered layers)之间。

15、在进一步的实施例中，奇数层中每个奇数层可具有约7纳米的厚度，并且其中偶数层中每个偶数层可具有约3纳米的厚度，使得多层ots的厚度约为30纳米。

16、在一个实施例中，多层ots可包括十二个层，这十二个层包括第一和第二层，其中第三、第五、第七、第九和第十一层可具有和第一层相同的组成，其中第四、第六、第八、第十和第十二层可具有和第二层相同的组成，其中这十二个层可按数字顺序设置在此多层ots中，使得至少五个偶数层位于不同对的多个奇数层之间。

17、在进一步的实施例中，其中奇数层的每个奇数层可具有约4纳米的厚度，并且其中偶数层的每个偶数层可具有约1纳米的厚度，使得多层ots的厚度约为30纳米。

18、在另一个实施例中，提供了一种形成存储器装置的方法。该方法可包括提供第一电极，提供第二电极，提供存储元件，以及提供多层双向阈值开关(ots)。存储元件与第一电极接触。多层ots与存储元件串联并且位于第一电极和第二电极之间。多层ots包括第一层和第二层，第一层和第二层具有不同的组成，第二层包括锗(ge)和氮(n)。

19、本公开的其他方面和优点可见于附图及随后的详细描述和专利申请范围。

技术特征：

1.一种开关装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的开关装置，其中该第二层中的该锗ge是在该第二层的该组成的40at％至95at％的范围内，并且该第二层中的该氮n是在该第二层的该组成的5at％至60at％的范围内。

3.根据权利要求2所述的开关装置，其中该第二层中的该锗是在该第二层的该组成的40at％至80at％的范围内，并且该第二层中的该氮在该第二层的该组成的60at％至20at％的范围内。

4.根据权利要求3所述的开关装置，其中该第二层的该锗和氮的组成是ge3n4。

5.根据权利要求1所述的开关装置，其中该多层ots包括多个该第一层和多个该第二层，其中所述多个第一层和所述多个第二层以交错方式堆叠，该多个第一层的每一第一层的厚度范围为2纳米至15纳米，并且该多个第二层的每一第二层的厚度范围为0.5纳米至5纳米，该多层ots的厚度在15纳米至50纳米的范围内。

6.根据权利要求1所述的开关装置，

7.根据权利要求6所述的开关装置，

8.根据权利要求1所述的开关装置，

9.根据权利要求8所述的开关装置，

10.一种形成存储器装置的方法，其特征在于，包括：

技术总结
本公开提供了一种开关装置及形成存储器装置的方法，该开关装置包括：第一电极、第二电极以及在第一电极和第二电极之间的多层双向阈值开关OTS，多层OTS包括第一层和第二层。第一层和第二层是不同的组成，第二层包括锗Ge和氮N。此开关装置可保持热稳定到超过600℃的温度。此开关装置可进一步用于三维交错点存储器。

技术研发人员：郑怀瑜,亚历山大 格伦
受保护的技术使用者：旺宏电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25