相变存储器器件的制作方法

1.本发明总体上涉及非易失性存储器，并且更特别地，涉及相变存储器(phase change memories，pcm)及其结构。


背景技术：

2.相变存储器或pcm是利用相变材料的特性的非易失性存储器。相变材料具有通过被加热从低电阻状态切换到高电阻状态的能力。相变存储器利用相变材料的非晶相的电阻与晶相的电阻不同的事实来存储数据。
3.图1示出了相变存储器器件1的局部示意透视图。
4.更特别地，图1示出了相变存储器器件1，该相变存储器器件包括例如对应于高电极的第一电极13、相变材料层15和例如对应于低电极的第二电极11。
5.器件1可选地包括在第二电极11和相变材料层15之间的加热元件(加热器)14。
6.图1中示出的器件1的一个问题是，它需要相当大的电流才能被编程，如现在将更详细地描述的那样。
7.通过在借助于其两个电极11和13施加的特定电脉冲的作用下加热材料，相变材料具有从电阻状态切换到电阻较小的状态(即切换到低电阻状态)的能力。
8.从电阻状态切换到电阻较小的状态对应于被称为置位的激活操作(即写入二进制数据值(诸如逻辑值“1”)的操作)，而从电阻较小的状态切换到电阻状态对应于被称为复位的去激活操作(即写入相反的二进制数据值(诸如逻辑值“0”)的操作)。
9.受相变影响的层15的体积是受限的，以避免使用过高的电流。为此，电极11或加热器14(如果适用的话)仅在标记为a的面积上与层15接触，并且受相变影响的体积对应于其基部大于或等于面积a的圆顶19。在图1中示出的示例中，加热器14具有圆柱形形状。在一个实施例中，加热器14具有直角平行六面体形状。在包括加热器14的一个器件中，加热器14被例如绝缘体16包围，以便增加器件的热阻并防止通过加热器14的边缘的热量耗散。
10.为了执行复位操作，圆顶或体积19被切换到电阻状态，并且为了执行置位操作，圆顶或体积19被切换到低电阻状态。
11.置位和复位操作中的每一个包括第一所谓的电子转变，例如，在此期间相对较长的(几纳秒)和低强度的电脉冲通过电极11和13。这个第一转变的目的是使体积19从电阻状态切换到导电状态，从而允许电流的转变。
12.在此之后，当对于置位操作触发相材料从电阻状态到电阻较小的状态的切换，或者对于复位操作触发相材料从电阻较小的状态到电阻状态的切换时，发生第二所谓的“相转变”。
13.在置位操作的相转变期间：
14.在第一步骤中，相变材料的温度达到高于熔化温度的温度；以及
15.在第二步骤中，温度以相对较慢的速度降低，从而触发体积19的结晶。
16.如果在第二步期间速率不够慢，则体积19返回到电阻状态。
17.施加在两个电极13和11之间的电流和电流密度由下式关联：
18.[数学式1]
[0019]iprog
＝a.j
prog
[0020]
其中，i
prog
是施加在电极11和13之间的编程电流17，j
prog
是编程电流密度，以及在图1所示的实施例中，a是层15和电极11之间或层15和加热器14之间(如果适用的话)的面积。
[0021]
因此，为了允许编程电流的减小，期望的是减小面积a。然而，在保持器件的相同操作电压范围的同时实现这个目标方面仍然存在技术问题。


技术实现要素：

[0022]
需要相变存储器器件的改进。
[0023]
一个实施例解决了已知相变存储器器件的缺点中的全部或一些。
[0024]
一个实施例提供了一种相变存储器器件，该相变存储器器件在第一和第二电极之间包括：
[0025]
相变材料的第一层；以及
[0026]
与第一层接触的第二氮化锗基层，其中第二层中的氮原子百分比在20％和35％之间并且第二层具有第一层的相变材料穿过其的通道。
[0027]
根据一个实施例，第一层包括基于流过第一层的电流密度而改变状态的圆顶形区。
[0028]
根据一个实施例，通道宽度基于第二层中的氮百分比。
[0029]
根据一个实施例：
[0030]
第二电极与第二层接触，使得通道在由通道尺寸确定的面积上与第二电极接触；或者加热器与第二层接触，使得通道在由通道尺寸确定的面积上与加热器接触。
[0031]
根据一个实施例，相变材料基于锗、锑和碲。
[0032]
根据一个实施例，第二层具有在2nm至30nm之间，诸如在3nm至25nm之间的厚度。
[0033]
根据一个实施例，该器件包括在第一电极和第一层之间的第四氮化锗基层。
[0034]
根据一个实施例，该器件包括在第二层和第二电极之间的相变材料的第三层。
[0035]
根据一个实施例，第三层包括锗、锑和碲。
[0036]
根据一个实施例，第二层包括多个子层，并且第二层的每个子层具有与第二层的其他子层的氮百分比不同的氮百分比。
[0037]
根据一个实施例，第二层包括两个其它子层之间的至少一个中间子层，其中中间子层的氮百分比大于其它子层的氮百分比。
[0038]
一个实施例提供了一种系统，该系统包括以阵列形式组织的一个或多个如所描述的那样的器件以及编程单元。
[0039]
一个实施例提供了一种用于制造所描述的器件的方法，包括：
[0040]
形成第一层和第二层；以及
[0041]
执行初始化操作以在第二层中形成通道。
[0042]
根据一个实施例，初始化步骤在1μa至1.5ma之间的电流强度下执行，诸如在100μa至1.2ma之间的电流强度下执行。
附图说明
[0043]
前述特征和优点以及其他特征和优点将在以下通过说明而非限制的方式给出的具体实施例的描述中参照附图进行详细描述，在附图中：
[0044]
图1以局部示意透视图示出了相变存储器器件；
[0045]
图2是相变器件的一个实施例的局部示意透视图；
[0046]
图3是示出氮化锗层的电阻和这个层中的氮浓度之间的关系的示例的曲线图；
[0047]
图4是示出氮化锗层的击穿电压和这个层中的氮浓度之间的关系的示例的曲线图；
[0048]
图5是示出相变材料的初始化、激活和去激活阶段的编程的框图；
[0049]
图6是图2中示出的器件的局部示意性剖视图；
[0050]
图7是图2和图6中示出的器件的变型的局部示意性剖视图；
[0051]
图8是图2和图6中示出的器件的另一变型的局部示意性剖视图；
[0052]
图9是图2和图6中示出的器件的又一变型的局部示意性剖视图；
[0053]
图10是示出相变存储器系统的框图；
[0054]
图11示出了图2和图6至图9中示出的器件中的电流密度演变的一个实施例；
[0055]
图12示出了图2和图6至图9中示出的器件中的电流密度演变的另一实施例；
[0056]
图13示出了图2和图6至图9中示出的器件中的电流密度演变的另一实施例；
[0057]
图14示出了图2和图6至图9中示出的器件中的电流密度演变的另一实施例；
[0058]
图15示出了图2和图6至图9中示出的器件中的电流密度演变的另一实施例；以及
[0059]
图16示出了图6中示出的器件的x射线剖视图。
具体实施方式
[0060]
在不同的附图中，相同的特征由相同的附图标记表示。特别地，各种实施例之间共有的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记，并且可以设置相同的结构、尺寸和材料特性。
[0061]
为了清楚起见，仅详细示出和描述了对理解本文描述的实施例有用的操作和元件。特别地，仅详细描述了构成相变存储器的材料。所描述的相变存储器可以连接到常规集成电路。
[0062]
除非另有说明，当对连接在一起的两个元件进行引用时，这表示除了导体之外没有任何中间元件的直接连接，而当对耦接在一起的两个元件进行引用时，这表示这两个元件可以连接或者它们可以经由一个或多个其他元件耦接。
[0063]
在以下公开内容中，除非另有说明，当提及绝对位置限定符(诸如术语“前部”、“后部”、“顶部”、“底部”、“左部”、“右部”等)或提及相对位置限定符(诸如术语“上方”、“下方”、“更高”、“更低”等)、或提及取向限定符(诸如“水平”、“竖直”等)，参考图中示出的如在正常使用期间所取向的取向。
[0064]
除非另有说明，否则表述“大约”、“近似”、“基本上”和“在
……
的量级”表示在10％以内，且优选地在5％以内。
[0065]
图2是相变器件的一个实施例的局部示意透视图。
[0066]
器件2包括第一电极23、可选的加热器24和相变材料的pcm层25。器件2还包括gen
层27，其中一个或多个细丝通过称为击穿的现象产生。
[0067]
相变材料是gst材料，例如即由锗(ge)、锑(sb)和碲(te)构成的材料。
[0068]
加热器24例如由钨或钛或钽基合金制成。
[0069]
器件2包括例如在没有加热器24的情况下与gen层27接触、或者以其他方式与加热器24接触的第二或底部电极(图2中未示出)。
[0070]
例如，两个电极都是金属性的。
[0071]
加热器24被绝缘体(图2中未示出)包围，例如通常为二氧化硅(sio2)或氮化硅(sin)，以便增加器件的热阻并防止通过加热器24的边缘的热量耗散。
[0072]
pcm材料层25具有在10nm至200nm之间，例如等于约50nm的厚度e1。pcm层25和gen层27具有在3nm至500nm之间，例如等于约50nm的宽度w。在图2中，加热器24已经被示出为弯曲成“l”形。然而，在其他实施例中，它可以是直的，而没有弯曲部。进一步，在图2中，加热器24在pcm层25和gen层27的整个宽度w上延伸。在其他实施例中，加热器24可以比pcm层25和gen层27更窄。例如，加热器24具有在1nm至50nm之间，例如等于约5nm的厚度e2。
[0073]
在图2中示出的示例中，gen层27位于pcm层25和底部电极之间，或者在pcm层25和加热器24之间(如果适用的话)。gen层27由氮化锗(gen)材料构成，其中细丝从gen层27的底侧延伸到顶侧。gen层27仅由例如掺杂有超过35原子％的硼、氧、砷、碳或硅或这些掺杂剂中的一些或全部的组合的氮化锗构成。
[0074]
例如，加热器24或可选的底部电极与表面s上的gen层27接触。
[0075]
根据一个实施例，在器件2的寿命开始时，在称为“形成”的步骤中产生细丝，在此期间，最大电压被施加到器件2。一旦这个电压达到击穿电压，在gen层27中产生细丝。例如，这个形成步骤与电子转变同时实行，并且此后在器件写入循环之间不再重复。
[0076]
基于材料的期望击穿电压和相同材料的期望电阻来选择gen层27中的氮百分比。gen层27中的氮百分比将在下面结合图3和图4更详细地描述。例如，gen层27具有这样的厚度e3，该厚度被选择为使得击穿电压足够低。gen层27的厚度e3在2nm至30nm之间，例如在一些示例中在8nm至12nm之间，以及在其他示例中等于约10nm。
[0077]
在形成步骤期间，并且在产生细丝之后，pcm层25中的相变材料的一部分填充细丝的内部。因此，gen层27包括由相变材料构成的通道。另外，这个通道具有在5nm至15nm之间，例如在一些示例中等于约10nm的横截面积。
[0078]
然后，流过器件2的电流和电流密度通过对应于所形成的细丝和加热器24之间或者所形成的细丝和底部电极之间(如果适用的话)的接触面积的面积a连接。因此，面积a对应于面积s的一部分，并且小于后者。
[0079]
由包含在相变材料层和底部电极之间延伸的细丝的gen层27的存在产生的一个优点是，面积a相对于底部电极或加热器24(如果适用的话)上的并且与其接触的相变材料层的接触面积减小。这导致可以利用较低的编程电流获得的电流密度值。
[0080]
在相变材料层和底部电极之间具有氮化锗层的一个优点是，与通常用作细丝形成层的氧化物相比，氮化锗具有与硫属化物材料的更大的化学和物理相容性。
[0081]
期望的是具有gen层27的例如不超过技术允许的电压的足够低的击穿电压(例如在2v至4v的范围内)，以及与由相变材料的状态变化呈现的电阻相比的相对较低的细丝电阻。影响这些值的主要因素是gen层27的厚度e3和gen层27中的氮百分比。特别是当其减小
时，gen层27的厚度e3使得可以减小电阻。
[0082]
图3是示出gen层27的材料的电阻和gen层27的材料的氮浓度之间的关系的曲线图。在这个示例中，对于具有10nm的厚度e3的gen层27测量gen层27的材料的电阻。
[0083]
在图3中，gen层27中的27％的氮百分比导致了5.106ω的量级的电阻，gen层27中34％的氮百分比导致了5.107ω的量级的电阻，以及gen层27中43％的氮百分比导致5.10
10
的量级的电阻。因此，gen层27的电阻随着氮量增加而增加。
[0084]
图4是示出gen层27的材料的击穿电压和gen层27的材料中的氮浓度之间的关系的曲线图。
[0085]
在图4中，gen层27中的27％的氮百分比导致2.5v的范围内的击穿电压，gen层27中的34％的氮百分比导致3.5v范围内的击穿电压，以及gen层27中的43％的氮百分比导致6.5v范围内的击穿电压。因此，gen层27的击穿电压随着氮量增加而增加。在这个示例中，针对具有10nm的厚度的gen层27测量了gen层27的击穿电压。
[0086]
根据一个实施例，氮百分比在25％和35％之间。在这个值范围内，gen层27的材料在电子转变、击穿和写入循环期间表现出改善的热稳定性。这个范围内的击穿电压也足够低，并且对应于相变材料在其电阻状态下与相变材料在其电阻较小的状态下之比的存储器窗口足够高，以至于其不会减小存储器窗口。
[0087]
图5是示出了gen 27和pcm 25层中的相变材料的初始化、置位和复位操作的框图。例如，在图5中，加热器24被绝缘基体26包围。
[0088]
图2中示出的器件2的相变材料的结构在施加在器件2上的温度改变时随着时间变化。
[0089]
如关于图1所述，在形成步骤之前，器件2的相变材料处于初始电阻状态(initial resistive state，irs)。然后，器件2经历初始化(形成)，其中向层25和27施加快速脉冲，使得在gen层27内产生细丝。在这个形成期间，层25中的相变材料被液化并填充先前产生的细丝的内部以形成通道30。在这个形成步骤期间，例如流过器件施加的电流是受限的，如将结合图16进行更详细的描述的那样。
[0090]
根据器件冷却速率，层25和通道30的相变材料此后将呈现电阻或非晶导电状态(hrs，高电阻状态)或电阻较小的状态(lrs，低电阻状态)。在图5中，示出了到电阻状态的转变的示例。
[0091]
在处于高电阻状态(hrs)时，相变材料可以在置位操作期间演变成低电阻状态(lrs)。相反，在处于低电阻状态(lrs)的同时，相变材料可以在复位操作期间演变成高电阻状态(hrs)。相变存储器中的数据存储基于写入循环(置位和复位)，在此期间保持通道30。
[0092]
在本说明书中，称为“电阻”的状态可以是非晶态，例如，即具有高电阻的无序状态，而称为“电阻较小”或“低电阻”的状态可以是结晶状态或部分结晶状态，例如，即具有较低电阻的有序状态。
[0093]
图6是图2中示出的器件2的示意性局部剖视图。
[0094]
根据图6中示出的实施例，除了结合图2详细描述的元件之外，器件2包括底部电极21和围绕加热器24的绝缘基体26。
[0095]
图6示出了形成步骤后的器件2，其包括pcm层25中的体积31和gen层27中的体积29，示出了细丝中存在的相变材料的部分。
[0096]
图7是图6中示出的器件的一种变型的剖视图。
[0097]
更特别地，图7示出了类似于图6中示出的器件2的器件3，除了器件3包括在电极23和相变材料的pcm层25之间的层33。
[0098]
根据图7中示出的实施例，层33由氮化锗基材料构成。例如，构成层33的材料具有比构成gen层27的材料的氮百分比更高的氮百分比，以便增加器件3的热稳定性。层33仅由掺杂或未掺杂的氮化锗制成，类似于例如gen层27。例如，层33的材料中的氮百分比大于35％，并且根据一个实施例大约为45％。在这种情况下，例如层33不包括细丝。
[0099]
根据图7中示出的实施例，使得可以连接传播流过器件3的电流和电流密度的面积a基本上与器件2的面积a相同。
[0100]
由于电极23和相变材料的pcm层25之间的层33的存在而产生的一个优点是，pcm层25和电极23之间的界面的热损失减少，并且因此改善了热限制。
[0101]
图8是图6中示出的器件的另一变型的剖视图。
[0102]
具体而言，图8示出了类似于图6中示出的器件2的器件4，除了器件4包括在gen层27和电极21之间或者在gen层27和加热器24之间(如果器件包括加热器24的话)的层35。
[0103]
根据图8中示出的实施例，例如，层35由具有与pcm层25相同的性质的相变材料构成。
[0104]
根据图8中示出的实施例，由于细丝29的较小的宽度，在流过器件4的电流增加时，流过体积29的电流密度与流过器件4的其余部分的电流密度相比变得非常大。在电流密度通过体积29时，它在体积29内引起热点。热点周围的相变材料(即层35的体积29和31以及体积37中的相变材料)然后改变它们的电阻状态。
[0105]
体积37具有倒置圆顶的形状，也就是说，其基部在gen层27和层35之间的界面处。
[0106]
因此，在温度升高期间器件4包括两个轴对称的圆顶，也就是说，它们的平面或基部彼此面对。
[0107]
然后，流过器件4的电流和电流密度由对应于区29的横截面积的面积a连接。
[0108]
gen层27和电极21或加热器24之间的层35的存在产生的一个优点是，由于层35的材料的低热导率，来自gen层27和电极21或元件24之间的界面的热损失减少。
[0109]
图9是图6中示出的器件的又一变型的剖视图。
[0110]
更特别地，图9示出了类似于图6中示出的器件2的器件5，除了器件5的gen层27包括多个氮化锗基子层，其中氮百分比在一个子层到另一子层之间变化。例如，gen层27的子层仅包括掺杂或未掺杂的氮化锗，类似于结合图8描述的gen层27。例如，层27的每个子层中的氮百分比可以小于25％或大于35％。然而，层27的所有子层的氮百分比的平均百分比可以有利地在25％和35％之间。
[0111]
根据图9中示出的实施例，gen层27包括三个子层39、41、43。然而，子层的数量可以是两个，或者多于三个。
[0112]
根据图9中示出的实施例，子层39对应于gen层27的顶部子层，即与pcm层25的底面接触的子层。根据这个同一实施例，子层43对应于gen层27的下子层，即，与电极21的上部面或加热器24的上部面(如果适用的话)接触的子层。另外，底层41对应于gen层27的中间层，即，其位于底层39和底层43之间。
[0113]
根据图9中示出的实施例，子层41中的氮百分比高于子层43和39中的氮百分比。
[0114]
根据图9中示出的实施例，层39包括细丝39’、层41包括细丝41’、并且层43包括细丝43’。在图9中，细丝41’的宽度大于细丝39’和43’的宽度。
[0115]
在本实施例中，由包括不同氮百分比的多个氮化锗层的重叠产生的一个优点是，对应于层43的细丝43’和电极21或元件24之间的接触面积的面积a被更好地控制。
[0116]
将层27的子层组织成使得具有最高氮百分比的子层重叠并被具有较低氮百分比的子层重叠的一个优点是热点周围的增加的隔热性并且从而减少了热损失，以及相变所需的降低的电流密度。
[0117]
在另一实施例中，子层39、41和43的氮百分比可以增加，即子层43中的氮百分比大于子层39中的氮百分比。
[0118]
图10是示出相变存储器系统6的框图。
[0119]
具体而言，系统6包括编程单元45和一个或多个单体(cell)的阵列46。矩阵46的每个单体包括如图2、图6、图7、图8或图9中示出的器件。
[0120]
根据图10中示出的实施例，编程单元45生成流过矩阵46的每个单体的电流i
prog
。在每个单体内，由对应于电流i
prog
除以面积a的电流密度j
prog
流过器件。
[0121]
根据一个实施例，基于将体积31切换到电阻较小的状态(置位操作)的时间，在器件2、3和4中传播的电流密度演变包括：
[0122]
基于使体积31的材料导电的时间增加电流密度的步骤；以及
[0123]
基于将体积31的材料切换到电阻较小的状态的时间单调降低电流密度的步骤。
[0124]
在一些实施例中，这种单调降低对应于线性减少。然而，这种形式的减少可能会导致相对耗时的操作。
[0125]
结合图11至图15描述了使得可以增加编程速度的另一形式的减少。
[0126]
图11示出了图2和图6至图9示出的器件2至5中的所传播的电流密度的、基于将这些器件中的材料的一部分切换到电阻较小的状态的时间的演变的一个实施例。在器件2至5中传播以将这些器件中的材料的一部分切换到低电阻状态的电流密度演变不限于下面描述的实施例。
[0127]
更特别地，图11示出了曲线47，示出了基于时间(时间)的通过流过电极的电流i(t)施加的电流的表面密度j0(t)的演变。
[0128]
根据图11中示出的实施例，曲线47包括：
[0129]
在时刻t0和时刻t1之间电流密度线性增长的第一部分；
[0130]
在时刻t1和时刻t2之间的基本恒定的电流密度的第二部分；
[0131]
在时刻t2和时刻t3之间的电流密度的非线性衰减的第三部分，时刻t2和t3之间的时间段被命名为t
dome
；以及
[0132]
在时刻t3和时刻t4之间的基本恒定的电流密度的第四部分，t3和t4之间的时间段被命名为t
filament
。
[0133]
图12示出了与图11相同的曲线47，并且进一步示出了相变材料的体积31和29(图2、图6至图8)中切换到电阻较小的状态的结构演变。
[0134]
例如，在时刻t0，体积31中的相变材料是电阻性的，并且电流密度处于水平0处。在时刻t0和t1之间，电流密度增加，以便在时刻t1达到电流密度值，该电流密度值将保持基本恒定，直到时刻t2(点b)。在时刻t0和t2之间，体积29和31的相变材料在形成之后变得导电。
[0135]
在时刻t2和时刻t3之间，在时间段t
dome
期间，体积31的相变材料(特别是对应于体积31的圆顶)转变成电阻较小的状态。从体积31的外部到体积31的内部，即从圆顶的圆顶侧到圆顶的平坦侧，发生体积31到电阻较小的状态的转变。
[0136]
在这个步骤中，如果器件包括层35，则体积37也切换到电阻较小的状态，如图8所示。
[0137]
在时间段t
dome
期间，曲线47减小，即，电流密度基于时间减小。这个时间段t
dome
期间的曲线47遵循以下函数：
[0138]
[数学式2]
[0139][0140]
值h例如由下式定义：
[0141]
[数学式3]
[0142][0143]
其中：vg是相变材料的结晶速度，r
th
是器件的热阻，rh是相变材料的电阻，h是pcm材料层25的高度，t
melt
是相变材料的熔化温度，以及th是第一电极和pcm层25之间的界面处的温度。
[0144]
当电流密度满足例如下式时，圆顶31到电阻较小的状态的转变完成：
[0145]
[数学式4]
[0146][0147]
然后达到这个电流密度持续等于以下的时间段t
dome
：
[0148]
[数学式5]
[0149][0150]
因此，针对每种相变材料优化了t
dome
。
[0151]
在时刻t3，体积31中存在的所有相变材料处于低电阻状态。曲线47上的点在时刻t3被记为点c。
[0152]
在时刻t3和t4之间的时间段t
filament
期间，体积29中的相变材料，即细丝内部存在的材料，切换到低电阻状态。例如从gen层27的顶侧(即从gen层27和pcm层25之间的界面)到gen层27的底侧(即到gen层27和电极21或元件24之间的界面)，发生体积29的这种切换。
[0153]
根据图11和图12中示出的实施例，曲线47在时间段t
filament
内是恒定的。该时间段t
filament
取决于gen层27的厚度e3，以及因此取决于细丝高度h
filament
，并且对应于例如：
[0154]
[数学式6]
[0155][0156]
在时刻t4，例如，从体积29和31的相变材料的电阻状态到低电阻状态的切换完成，
并且电流密度降低。因此，器件准备好进行新的写入循环。
[0157]
例如，对于具有在5nm和30nm之间的高度的细丝，时间段t
dome
在1ns至1μs之间，并且时间段t
filament
在1ns至10μs之间。
[0158]
根据时间遵循上述电流密度演变的一个优点是，它确保相变材料体积的更好结晶，也就是说，相变材料在所有所考虑的体积中变得电阻更小。
[0159]
图13至图15示出了图2和图6至图9中示出的器件2至5中的所传播电流密度的、基于将这些器件中的材料的一部分切换到电阻较小的状态的时间的演变的其他实施例。
[0160]
更特别地，图13示出了曲线49，示出了基于时间的电流密度演变的一个实施例，类似于图11和12中示出的实施例，除了图13中示出的曲线49不同于时刻t2和t3之间的曲线47。
[0161]
根据图13中示出的实施例，曲线49在时刻t2和t3处穿过点b和c。在图13中，曲线49在时刻t2和t3之间被分段成递减的槽形。换句话说，曲线49在时间t2和t3之间以层级的方式降低。曲线49包括至少一个层级，并且除了点b和c之外，还在点d处与曲线47相交至少一次。
[0162]
在图13中，曲线49在点b和c之间在点d1、d2和d3处与曲线47相交三次。然而，根据一种变型，曲线49可以在点b和c之间与曲线47相交一次、两次或三次以上。
[0163]
类似地，图14示出了曲线51，示出了基于时间的电流密度演变的一个实施例，类似于图11和12中示出的实施例，除了图14中示出的曲线51不同于时刻t2和t3之间的曲线47。
[0164]
根据图14中示出的实施例，曲线51在时刻t2和t3处穿过点b和c。在图14中，曲线51在时刻t2和t3之间被分段成严格降低的部分，并且除了点b和c之外，还在点d处与曲线47相交至少一次。
[0165]
在图14中，曲线51在点b和c之间在点d4和d5处与曲线47相交两次，但是根据一种变型，曲线51可以在点b和c之间与曲线47相交一次、或者两次以上。
[0166]
类似地，图15示出了曲线53，示出了基于时间的电流密度演变的一个实施例，类似于图14中示出的实施例，除了图15中示出的曲线53不同于时刻t4之后的曲线51。
[0167]
根据图15中示出的实施例，曲线53在时刻t4之后降低。
[0168]
根据一个实施例，对于t2和t3之间的每个时刻，曲线47的电流密度的值和曲线49、51、53的电流密度的值最多相差20％。换句话说，曲线47的电流密度值与曲线49、51或53的电流密度值之间的差值比在0.8和1.2之间。
[0169]
所描述的实施例和实现方法的一个优点是它们与用于微电子组件的常规生产线兼容。
[0170]
所描述的实施例和实现方法的另一优点是它们与蚀刻和剥离步骤兼容。
[0171]
图16示出了图6中示出的器件2的x射线剖视图。
[0172]
更特别地，图16示出了在具有第一值的电流流过图6中示出的器件2的同时该器件的视图a1、a2和a3，以及在具有高于第一值的第二值的电流流过图6中示出的器件2的同时该器件的视图b1、b2和b3。
[0173]
图16中的视图使用能量色散x射线分析(energy dispersive x-ray，edx)和透射电子显微镜(transmission electron microscopy，tem)突出显示了gst层25和gen层27的各个组件。视图a1和b1突出显示了层25和27中锗的存在，视图a2和b2突出显示了层25和27
中锑的存在，并且视图a3和b3突出显示了层27和25中碲的存在。
[0174]
当电流处于第一值时，锗位于gst层25和gen层27中，锑位于层25中，并且碲位于层25中。
[0175]
当电流处于第二值时，锗不均匀地定位在gst层25中，因为它在体积31中较少存在。锗也不均匀地定位在gen层27中，因为它不存在于与体积31相对的层27中。锑不均匀地定位在gst 25层中，因为它更多地存在于体积31中。碲不均匀地定位在gst 25层中，因为它在体积31中较少存在。
[0176]
发明人已经发现，视图b1、b2和b3中示出的现象类似于在热点(在此是体积31)熔化层25和27的材料并混合这些层。对于较低的电流，在此视图a1、a2和a3中示出的是，层25和27保持集成并且不混合。在第一电流密度值的情况下(相对于视图a1、a2和a3)，层27包括由锗、锑和碲构成的相变材料的通道，该通道太薄而不能在视图a1、a2和a3中看到。
[0177]
例如，如果器件2没有层27，则这两种现象之间的界限由对应于器件2的编程电流的命名为i
lim
的电流给出。换句话说，界限电流对应于在器件2不具有gen层27的情况下将体积31的材料从电阻状态切换到电阻较小状态所需的电流。例如，电流小于500μa、在某些情况下小于200μa，例如等于约50μa。
[0178]
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，可以组合这些实施例的某些特征，并且本领域技术人员将容易想到其他变型。特别地，图7、图8和图9中示出的实施例可以组合。
[0179]
最后，基于上文提供的功能描述，本文描述的实施例和变型的实际实施方式在本领域技术人员的能力范围内。

技术特征：
1.一种相变存储器器件(2；3；4；5)，所述相变存储器器件在第一电极(23)和第二电极(21)之间包括：相变材料的第一层(25)；以及与所述第一层接触的第二氮化锗基层(27)，其中所述第二层中的氮原子百分比在20％和35％之间，并且所述第二层具有所述第一层的相变材料穿过的通道。2.根据权利要求1所述的器件，其中所述第一层(25)包括基于流过所述第一层的电流密度来改变状态的圆顶形区(31)。3.根据权利要求2所述的器件，其中所述通道宽度基于所述第二层(27)中的氮百分比。4.根据权利要求1至3中任一项所述的器件，包括在所述第二层(27)和所述第二电极(21)之间的相变材料的第三层(35)。5.根据权利要求4所述的器件，其中所述第三层(35)包括锗、锑和碲。6.根据权利要求2或3所述的器件，其中：所述第二电极(21)与所述第二层(27)接触，使得所述通道在由通道尺寸确定的面积(a)上与所述第二电极接触；或者加热器(24)电极(21)与所述第二层(27)接触，使得所述通道在由所述通道尺寸确定的面积(a)上与所述加热器接触。7.根据权利要求1至6中任一项所述的器件，其中所述相变材料基于锗、锑和碲。8.根据权利要求1至7中任一项所述的器件，其中所述第二层(27)具有在2nm至30nm之间，诸如在3nm至25nm之间的厚度。9.根据权利要求1至8中任一项所述的器件，包括在所述第一电极(23)和所述第一层(25)之间的第四氮化锗基层(33)。10.根据权利要求1至9中任一项所述的器件，其中所述第二层(27)包括多个子层(39、41、43)，并且所述第二层的每个子层具有不同于所述第二层的其他子层的氮百分比的氮百分比。11.根据权利要求10所述的器件，其中所述第二层包括两个其它子层之间的至少一个中间子层，所述中间子层的氮百分比大于所述其它子层的氮百分比。12.一种系统(6)，包括以阵列形式组织的一个或多个根据权利要求1至11中任一项所述的器件，以及编程单元(45)。13.一种用于制造根据权利要求1至11中任一项所述的器件的方法，包括：形成所述第一层和第二层；以及执行初始化操作以在所述第二层中形成通道。14.根据权利要求13所述的方法，其中形成步骤在1μa至1.5ma之间的电流强度下执行，诸如在100μa至1.2ma之间的电流强度下执行。

技术总结
本公开涉及一种相变存储器器件(2)，该相变存储器器件在第一电极(23)和第二电极(21)之间包括：相变材料的第一层(25)；以及与第一层接触的第二氮化锗基层(27)，第二层中的氮百分比在20％和35％之间并且第二层具有第一层的相变材料穿过的通道。的相变材料穿过的通道。的相变材料穿过的通道。


技术研发人员：加布里埃莱
受保护的技术使用者：原子能与替代能源委员会
技术研发日：2021.11.23
技术公布日：2022/5/25