(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱電流の印加によって結晶質状態または非晶質状態に変わる物質を具備する第１カルコゲナイド情報保存要素と、
前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第１領域に接続され、第１断面領域を有する第１コンタクトと、
前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第２領域に接続され、第２断面領域を有する第２コンタクトと、
前記第１コンタクトに係る第１抵抗によりプログラムされる状態を有し、前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第１領域内に限定される第１プログラム可能領域と、
前記第２コンタクトに係る第２抵抗によりプログラムされる状態を有し、前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第２領域内に限定される第２プログラム可能領域と、
を含み、
前記第１コンタクトを形成する物質は前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗と異なる抵抗を有することを特徴とする、相変化記憶素子。
【請求項２】
加熱電流の印加によって結晶質状態または非晶質状態に変わる物質を具備する第１カルコゲナイド情報保存要素と、
前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第１領域に接続され、第１断面領域を有する第１コンタクトと、
前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第２領域に接続され、第２断面領域を有する第２コンタクトと、
前記第１コンタクトに係る第１抵抗によりプログラムされる状態を有し、前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第１領域内に限定される第１プログラム可能領域と、
前記第２コンタクトに係る第２抵抗によりプログラムされる状態を有し、前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第２領域内に限定される第２プログラム可能領域と、
を含み、
前記第１コンタクト及び前記第２コンタクトは互いに異なる物質からなっていることを特徴とする、相変化記憶素子。
【請求項３】
前記第１コンタクトを形成する物質は前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗と等しい抵抗を有することを特徴とする、請求項２に記載の相変化記憶素子。
【請求項４】
前記第１コンタクト及び前記第２コンタクトは互いに異なる物質からなっていることを特徴とする、請求項１に記載の相変化記憶素子。
【請求項５】
前記第１コンタクト及び前記第２コンタクトは互いに等しい物質からなっていることを特徴とする、請求項１に記載の相変化記憶素子。
【請求項６】
第２カルコゲナイド情報保存要素をさらに含み、前記第２カルコゲナイド情報保存要素は前記第２カルコゲナイド情報保存要素の第３領域内に限定される第３プログラム可能領域を具備することを特徴とする、請求項１に記載の相変化記憶素子。
【請求項７】
前記第１及び第２コンタクトのうちの１つは前記第２カルコゲナイド情報保存要素の前記第３領域に接続され、前記第３プログラム可能領域の状態は前記第３領域に接続されている前記第１及び第２コンタクトのうちの１つに係る抵抗によりプログラムされることを特徴とする、請求項６に記載の相変化記憶素子。
【請求項８】
前記第１コンタクトを形成する物質は前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗と異なる抵抗を有することを特徴とする、請求項７に記載の相変化記憶素子。
【請求項９】
前記第１及び第２コンタクトは互いに異なる物質で形成されることを特徴とする、請求項７に記載の相変化記憶素子。
【請求項１０】
前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つは１つ以上の断面領域を有することを特徴とする、請求項７に記載の相変化記憶素子。
【請求項１１】
前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つはテーパ状を有することを特徴とする、請求項７に記載の相変化記憶素子。
【請求項１２】
前記第１コンタクトを形成する物質は前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗と異なる抵抗を有することを特徴とする、請求項６に記載の相変化記憶素子。
【請求項１３】
前記第１及び第２コンタクトは互いに異なる物質で形成されることを特徴とする、請求項６に記載の相変化記憶素子。
【請求項１４】
第３断面領域を有し、前記第２カルコゲナイド情報保存要素の第４領域に接続される第３コンタクトをさらに含み、前記第２カルコゲナイド情報保存要素の前記第４領域は第４プログラム可能領域を含み、前記第４プログラム可能領域の状態は前記第４領域に接続されている前記第３コンタクトに係る抵抗によりプログラムされることを特徴とする、請求項６に記載の相変化記憶素子。
【請求項１５】
前記第３断面領域は前記第１及び第２断面領域のうちの１つと同じ大きさを有することを特徴とする、請求項１４に記載の相変化記憶素子。
【請求項１６】
加熱電流の印加によって結晶質状態または非晶質状態に変わる物質を具備する第１カルコゲナイド情報保存要素と、
前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第１領域に接続され、第１断面領域を有する第１コンタクトと、
前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第２領域に接続され、第２断面領域を有する第２コンタクトと、
前記第１コンタクトに係る第１抵抗によりプログラムされる状態を有し、前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第１領域内に限定される第１プログラム可能領域と、
前記第２コンタクトに係る第２抵抗によりプログラムされる状態を有し、前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第２領域内に限定される第２プログラム可能領域と、
を含み、
第２カルコゲナイド情報保存要素をさらに含み、前記第２カルコゲナイド情報保存要素は前記第２カルコゲナイド情報保存要素の第３領域内に限定される第３プログラム可能領域を具備し、
第３断面領域を有し、前記第２カルコゲナイド情報保存要素の第４領域に接続される第３コンタクトをさらに含み、前記第２カルコゲナイド情報保存要素の前記第４領域は第４プログラム可能領域を含み、前記第４プログラム可能領域の状態は前記第４領域に接続されている前記第３コンタクトに係る抵抗によりプログラムされ、
前記第３断面領域は前記第１及び第２断面領域のうちの１つと異なる大きさを有することを特徴とする、相変化記憶素子。
【請求項１７】
前記第３コンタクトを形成する物質は前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つを形成する物質の抵抗と異なる抵抗を有することを特徴とする、請求項１４に記載の相変化記憶素子。
【請求項１８】
前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つと前記第３コンタクトとは互いに異なる物質で形成されることを特徴とする、請求項１４に記載の相変化記憶素子。
【請求項１９】
前記第３コンタクトは１つ以上の断面領域を有することを特徴とする、請求項１４に記載の相変化記憶素子。
【請求項２０】
前記第３コンタクトはテーパ状を有することを特徴とする、請求項１４に記載の相変化記憶素子。
【請求項２１】
前記相変化記憶素子は複数の値を有することができるデータを保存することができることを特徴とする、請求項１４に記載の相変化記憶素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は相変化記憶素子、その製造方法及びそのプログラム方法に関し、特にマルチビットセル及び直径が調節されるコンタクトを具備する相変化記憶素子、その製造方法及びそのプログラム方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近来、相変化記憶素子が開発されている。前記相変化記憶素子は電源の供給が遮断された場合でも保存された情報を維持する不揮発性の特性を有している。相変化記憶素子の単位セルはデータ保存媒質のような相変化物質を用いる。前記相変化物質は複数の安定した状態、すなわち、結晶質状態及び非晶質状態を具備する。前記状態は印加される電流を介して前記セルの構造に供給された熱によって調節される。一般的に知られている相変化物質、すなわちカルコゲナイドは通常ＧＳＴ（Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ）物質として称されるＧｅ、Ｓｂ及びＴｅからなっている化合物である。特に、前記ＧＳＴ物質の一形態は、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５である。前記ＧＳＴ物質を物質の溶融点に近い温度で短時間に加熱させた後、迅速に冷却させたり、急冷（クエンチ）させた場合、前記ＧＳＴ物質は非晶質状態となる。前記ＧＳＴ物質を前記溶融点よりも低い結晶化温度で長期間に加熱させた後、ゆっくり冷却させた場合、前記ＧＳＴ物質は結晶質状態となる。前記非晶質状態のＧＳＴは前記結晶質状態のＧＳＴの比抵抗よりも高い比抵抗を有する。これによって、前記相変化記憶セル内に保存される情報が論理「１」であるか、または「０」であるかは前記相変化物質を介して流動する電流の量を感知することによって決定される。
【０００３】
ジュール熱は前記相変化物質へ供給された熱として用いられる。すなわち、電流が前記相変化物質に接続されている電極に供給される場合、ジュール熱が前記電極から発生して前記相変化物質に供給される。前記相変化物質に供給された熱の温度は前記供給された電流の量に依る。
【０００４】
図１は、従来の相変化記憶セルの構造を説明する断面図である。図１を参照すると、下部絶縁膜１０２が半導体基板上に形成される。上部絶縁膜１２２が前記下部絶縁膜１０２上に形成される。前記下部絶縁膜１０２を貫通する第１コンタクトホール１０５が形成され、前記上部絶縁膜１２２を貫通する第２コンタクトホール１２５が形成される。前記第２コンタクトホール１２５はタングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、または、銅（Ｃｕ）のような導電性物質で形成された上部導電性コンタクトプラグ１２７で埋め込まれる。前記第１コンタクトホール１０５はＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、またはこれらと類似の物質である導電性物質で形成されたヒータ１１３ａ及び下部導電性コンタクトプラグで埋め込まれる。
【０００５】
ＧＳＴ相変化物質膜１１５は前記下部絶縁膜１０２上の前記上部絶縁膜１２２内に形成される。ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、または、これらと類似の物質からなる導電性上部電極１１９は前記ＧＳＴ相変化物質膜１１５の上部面上に形成される。前記相変化物質膜１１５の下部面は前記下部プラグまたはヒータ１１３ａに電気的に接続され、前記相変化物質膜１１５の上部面は上部電極１１９及び上部コンタクトプラグ１２７に電気的に接続される。Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、またはこれらと類似の物質である導電性物質で形成された導電性金属パターン１２９は上部コンタクトプラグ１２７及び上部電極１１９に電気的に接続される。
【０００６】
メモリセルがプログラムされる場合、前記金属パターン１２９及び下部コンタクト、そしてヒータ１１３ａに電流が印加される。ヒータ１１３ａを介する電流の流れによって熱を発生させ、発生された熱は前記ＧＳＴ物質膜１１５内のプログラム可能領域１１７の状態に影響を及ぼす。前記印加されたプログラムプロセスと係って前記プログラム可能領域１１７のＧＳＴ物質が結晶質状態または非晶質状態に変わる。例えば、前記結晶質状態に前記プログラム可能領域をプログラムするために、前記ＧＳＴ物質を介して約０．５６ｍＡの電流を流れるようにして前記ＧＳＴ物質を約１５０℃で加熱した後、約５００ｎｓの時間冷却する。さらに例えば、前記非晶質状態で前記プログラム可能領域をプログラムするために、前記ＧＳＴ物質を介して約１．２ｍＡの電流が流れるようにして前記ＧＳＴ物質を約６２０℃に加熱した後、約４−５ｎｓの時間冷却する。
【０００７】
図２Ａは図１の記憶セルの概略的な構成図である。図２Ｂは図１の記憶セルが用いられる概略的な等価回路図である。図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、ビットラインＢＬから前記上部電極１１９及び前記ＧＳＴ相変化物質膜１１５を通って電流が流れる場合、前記プログラム可能領域１１７は所望の状態にプログラムされる。前記ＧＳＴ物質膜１１５は可変抵抗として示される。ワードラインがトランジスタ１２１を調節するのに用いられてプログラムプロセスが進行される。前記ヒータ１１３ａを通る電流が前記ＧＳＴ物質膜１１５を加熱して前記プログラム可能領域１１７を所望の状態にプログラムする。例えば、前記プログラム可能領域１１７が非晶質状態の場合、前記メモリセルは論理「０」状態にプログラムされ、前記プログラム可能領域１１７が結晶質状態の場合、前記メモリセルは論理「１」状態にプログラムされる。
【０００８】
上述のメモリセルは複数の可能な状態、すなわち論理「０」状態または論理「１」状態のうちの１つの状態を保存する。一般に、メモリのデータ保存容量を増加させるために複数の可能な状態を保存することのできるマルチビットメモリセルが好ましい。セル当たり１ビット以上の情報を保存するように前記プログラム可能領域をハイブリッド状態として用いられるマルチビット相変化記憶素子が開発されている。一般に、前記プログラム可能領域は３つの可能な状態のうちの１つの状態にプログラムされる。完全リセット状態と称される第１状態において、前記プログラム可能領域の全体領域が非晶質状態にプログラムされる。完全セット状態と称される第２状態において、前記プログラム可能全体領域が結晶質状態にプログラムされる。第３状態において、前記プログラム可能領域の一部は結晶質状態にプログラムされ、前記プログラム可能領域の他の部分は非晶質状態にプログラムされる。
【０００９】
このような形態のハイブリッド素子において、前記プログラム可能領域の体積分率Ｘ、すなわち非晶質状態の前記プログラム可能領域の分率は前記プログラム電流の大きさ及び／または前記プログラム電流が除去された後に遂行される急冷時間を制御することによって調節される。一般に、前記体積分率Ｘは０と１と間の値である。完全リセット状態ではＸ＝１であり、完全セット状態ではＸ＝０である。前記ハイブリッドまたは混合型状態では、Ｘは０と１と間、すなわち０＜Ｘ＜１である。これによって、理論的に前記ハイブリッドメモリセルは３つの可能な状態を保存することができる。しかし、実際にこのような形態の素子のプログラムは非常に難しい。前記体積分率は前記プログラムプロセスを介して正確に調節することができなく非常に高いプログラムエラーを生じさせ、最も低いプログラム信頼度を生じさせる。
メモリ装置として実用に供されている。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第３，２７１，５９１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は簡単な構造によってセル当たり２ビット以上のマルチビット情報を保存できる相変化記憶素子、その製造方法及びそのプログラム方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一様態に係る前記相変化記憶素子は、加熱電流の印加によって結晶質状態または非晶質状態に変わる物質を具備する第１カルコゲナイド情報保存要素を含む。前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第１領域に接続され、第１断面領域を有する第１コンタクトを提供する。前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第２領域に接続され、第２断面領域を有する第２コンタクトを提供する。前記第１コンタクトに係る第１抵抗によりプログラムされた状態を有し、前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第１領域内に限定される第１プログラム可能領域を具備する。前記第２コンタクトに係る第２抵抗によりプログラムされた状態を有し、前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第２領域内に限定される第２プログラム可能領域を具備する。
【００１３】
本発明の一様態に係るいくつかの実施形態において、前記第１コンタクトを形成する物質は前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗と異なる抵抗を有することができる。
他の実施形態において、前記第１コンタクトを形成する物質は前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗と実質的に等しい抵抗を有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第１コンタクト及び前記第２コンタクトは互いに異なる物質からなっている。
さらに他の実施形態において、前記第１コンタクト及び前記第２コンタクトは実質的に互いに等しい物質からなっている。
さらに他の実施形態において、第２カルコゲナイド情報保存要素をさらに含み、前記第２カルコゲナイド情報保存要素は前記第２カルコゲナイド情報保存要素の第３領域内に限定される第３プログラム可能領域を具備することができる。
さらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトのうちの１つは前記第２カルコゲナイド情報保存要素の前記第３領域に接続され、前記第３プログラム可能領域の状態は前記第３領域に接続されている前記第１及び第２コンタクトのうちの１つと係る抵抗によりプログラムされることができる。
さらに他の実施形態において、前記第１コンタクトを形成する物質は、前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗とは異なる抵抗を有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトは互いに異なる物質で形成されることができる。
さらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つは１つ以上の断面領域を有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つはテーパ状を有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第１コンタクトを形成する物質は前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗とは異なる抵抗を有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトは互いに異なる物質で形成されることができる。
さらに他の実施形態において、第３断面領域を有し、前記第２カルコゲナイド情報保存要素の第４領域に接続される第３コンタクトをさらに含むことができる。この場合、前記第２カルコゲナイド情報保存要素の前記第４領域は第４プログラム可能領域を含むことができる。また、前記第４プログラム可能領域の状態は前記第４領域に接続されている前記第３コンタクトに係る抵抗によりプログラムされることができる。
さらに他の実施形態において、前記第３断面領域は前記第１及び第２断面領域のうちの１つと同じ大きさを有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第３断面領域は前記第１及び第２断面領域のうちの１つと異なる大きさを有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第３コンタクトを形成する物質は前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つを形成する物質の抵抗と異なる抵抗を有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つと前記第３コンタクトとは互いに異なる物質で形成されることができる。
さらに他の実施形態において、前記第３コンタクトは１つ以上の断面領域を有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第３コンタクトはテーパ状を有することができる。
さらに他の実施形態において、前記相変化記憶素子は複数の値を有することができるデータを保存することができる。
【００１４】
本発明の他の様態に係る前記相変化記憶素子は、加熱電流の印加によって結晶質状態または非晶質状態に変わる物質を具備する第１カルコゲナイド情報保存要素を含む。前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第１領域に接続され、第１断面領域を有する第１コンタクトを提供する。前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第２領域に接続され、前記第１断面領域とは異なる第２断面領域を有する第２コンタクトを具備し、前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第１プログラム可能領域は前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第１領域内に限定され、前記第１プログラム可能領域の状態は前記第１コンタクトに係る第１抵抗によりプログラムされる。前記第１カルコゲナイド情報保存要素の前記第２領域内に限定される前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第２プログラム可能領域を具備し、前記第２プログラム可能領域の状態は前記第２コンタクトに係る第２抵抗によりプログラムされる。
【００１５】
本発明の他の様態に係るいくつかの実施形態において、前記第１コンタクトを形成する物質は、前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗とは異なる抵抗を有することができる。
他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトは互いに異なる物質で形成されることができる。
さらに他の実施形態において、第２カルコゲナイド情報保存要素をさらに含み、前記第２カルコゲナイド情報保存要素は前記第２カルコゲナイド情報保存要素の第３領域内に限定される第３プログラム可能領域を具備することができる。
さらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトのうちの１つは前記第２カルコゲナイド情報保存要素の前記第３領域に接続され、前記第３プログラム可能領域の状態は前記第３領域に接続される前記第１及び第２コンタクトのうちの１つに係る抵抗によりプログラムされることができる。
さらに他の実施形態において、前記第１コンタクトを形成する物質は前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗と異なる抵抗を有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトは互いに異なる物質で形成されることができる。
さらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つは１つ以上の断面領域を有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つはテーパ状を有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第１コンタクトを形成する物質は前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗と異なる抵抗を有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトは互いに異なる物質で形成されることができる。
さらに他の実施形態において、第３断面領域を有し、前記第２カルコゲナイド情報保存要素の第４領域に接続される第３コンタクトをさらに含むことができる。この場合、前記第２カルコゲナイド情報保存要素の前記第４領域は第４プログラム可能領域を具備し、前記第４プログラム可能領域の状態は前記第４領域に接続されている前記第３コンタクトに係る抵抗によりプログラムされることができる。
さらに他の実施形態において、前記第３断面領域は前記第１及び第２断面領域のうちの１つと同じ大きさを有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第３断面領域は前記第１及び第２断面領域のうちの１つと異なる大きさを有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第３コンタクトを形成する物質は前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つを形成する物質の抵抗とは異なる抵抗を有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つと前記第３コンタクトとは互いに異なる物質で形成されることができる。
さらに他の実施形態において、前記第３コンタクトは１つ以上の断面領域を有することができる。
さらに他の実施形態において、前記第３コンタクトはテーパ状を有することができる。
さらに他の実施形態において、前記相変化記憶素子は複数の値を有することができるデータを保存することができる。
【００１６】
本発明のさらに他の様態に係る前記相変化記憶素子は、加熱電流の印加によって結晶質状態または非晶質状態に変わる物質を具備する第１カルコゲナイド情報保存要素を含む。前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第１領域に接続され、第１断面領域を有する第１コンタクトを提供する。前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第２領域に接続され、前記第１断面領域と実質的に等しい第２断面領域を有する第２コンタクトを提供する。前記第１コンタクトに係る第１抵抗によりプログラムされる状態を有し、前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第１領域内に限定される第１プログラム可能領域を具備する。前記第２コンタクトに係る第２抵抗によりプログラムされる状態を有し、前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第２領域内に限定される第２プログラム可能領域を具備する。
【００１７】
本発明のさらに他のいくつかの実施形態において、前記第１コンタクトを形成する物質は、前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗とは異なる抵抗を有することができる。
本発明の他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトは互いに異なる物質で形成されることができる。
本発明のさらに他の実施形態において、第２カルコゲナイド情報保存要素をさらに含むことができる。この場合、前記第２カルコゲナイド情報保存要素は前記第２カルコゲナイド情報保存要素の第３領域内に限定される第３プログラム可能領域を具備することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトのうちの１つは前記第２カルコゲナイド情報保存要素の前記第３領域に接続され、前記第３プログラム可能領域の状態は前記第３領域に接続されている前記第１及び第２コンタクトのうちの１つと係る抵抗によりプログラムされることができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１コンタクトを形成する物質は前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗と異なる抵抗を有することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトは互いに異なる物質で形成されることができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つは１つ以上の断面領域を有することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つはテーパ状を有することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１コンタクトを形成する物質は前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗と異なる抵抗を有することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトは互いに異なる物質で形成されることができる。
本発明のさらに他の実施形態において、第３断面領域を有し、前記第２カルコゲナイド情報保存要素の第４領域に接続される第３コンタクトをさらに含むことができる。この場合に、前記第２カルコゲナイド情報保存要素の前記第４領域は第４プログラム可能領域を含むことができる。また、前記第４プログラム可能領域の状態は前記第４領域に接続されている前記第３コンタクトに係る抵抗によりプログラムされることができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第３断面領域は前記第１及び第２断面領域のうちの１つと同じ大きさを有することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第３断面領域は前記第１及び第２断面領域のうちの１つと異なる大きさを有することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第３コンタクトを形成する物質は前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つを形成する物質の抵抗と異なる抵抗を有することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つと前記第３コンタクトとは互いに異なる物質で形成されることができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第３コンタクトは１つ以上の断面領域を有することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第３コンタクトはテーパ状を有することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記相変化記憶素子は複数の値を有することができるデータを保存することができる。
【００１８】
本発明のさらに他の様態に係る前記相変化記憶素子の製造方法は、加熱電流の印加によって結晶質状態または非晶質状態に変わる物質を具備する第１カルコゲナイド情報保存要素を提供することを含む。前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第１領域に接続され、第１断面領域を有する第１コンタクトを形成する。前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第２領域に接続され、第２断面領域を有する第２コンタクトを形成する。前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第１プログラム可能領域は前記第１カルコゲナイド保存情報要素の前記第１領域内に限定され、前記第１プログラム可能領域の状態は前記第１コンタクトに係る第１抵抗によりプログラムされることを具備する。前記第１カルコゲナイド情報保存要素の第２プログラム可能領域は、前記第１カルコゲナイド保存情報要素の前記第２領域内に限定され、前記第２プログラム可能領域の状態は前記第２コンタクトに係る第２抵抗によりプログラムされることを具備する。
【００１９】
本発明のさらに他の様態に係るいくつかの実施形態において、前記第１及び第２断面領域は実質的に同じ大きさを有するように形成することができる。
本発明の他の実施形態において、前記第１及び第２断面領域は互いに異なる大きさを有するように形成することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１コンタクトを形成する物質は前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗と異なる抵抗を有するように形成することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１コンタクトを形成する物質は前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗と実質的に等しい抵抗を有するように形成することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１コンタクト及び前記第２コンタクトは互いに異なる物質で形成されることができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１コンタクト及び前記第２コンタクトは実質的に互いに等しい物質で形成されることができる。
本発明のさらに他の実施形態において、第２カルコゲナイド情報保存要素を形成することをさらに含むことができる。この場合、前記第２カルコゲナイド情報保存要素は前記第２カルコゲナイド情報保存要素の第３領域内に限定される第３プログラム可能領域を具備することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトのうちの１つは前記第２カルコゲナイド情報保存要素の前記第３領域に接続されるように形成することができる。この場合、前記第３プログラム可能領域の状態は前記第３領域に接続されている前記第１及び第２コンタクトのうちの１つと係る抵抗によりプログラムされることができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１コンタクトを形成する物質は前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗と異なる抵抗を有するように形成することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトは互いに異なる物質で形成されることができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つは１つ以上の断面領域を有するように形成することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つはテーパ状を有するように形成することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１コンタクトを形成する物質は前記第２コンタクトを形成する物質の抵抗と異なる抵抗を有するように形成することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトは互いに異なる物質で形成されることができる。
本発明のさらに他の実施形態において、第３断面領域を有し、前記第２カルコゲナイド情報保存要素の第４領域に接続される第３コンタクトを形成することをさらに含むことができる。この場合、前記第２カルコゲナイド情報保存要素の前記第４領域は第４プログラム可能領域を具備するように形成することができる。また、前記第４プログラム可能領域の状態は前記第４領域に接続されている前記第３コンタクトに係る抵抗によりプログラムされることができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第３断面領域は前記第１及び第２断面領域のうちの１つと同じ大きさを有するように形成することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第３断面領域は前記第１及び第２断面領域のうちの１つと異なる大きさを有するように形成することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第３コンタクトを形成する物質は前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つを形成する物質の抵抗と異なる抵抗を有するように形成することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第１及び第２コンタクトのうちの少なくとも１つと前記第３コンタクトは互いに異なる物質で形成されることができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第３コンタクトは１つ以上の断面領域を有するように形成することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記第３コンタクトはテーパ状を有するように形成することができる。
本発明のさらに他の実施形態において、前記相変化記憶素子は複数の値を有することができるデータを保存するように形成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による相変化記憶素子は、簡単な構造であり、セル当たり２ビット以上のマルチビットの情報を保存することができる。また、セル当たり２ビット以上の情報を保存することができるので、前記相変化記憶素子の集積度を飛躍的に向上させられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付した図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を詳しく説明する。しかしながら、本発明は、ここで説明する実施形態に限られず、他の形態で具体化されることもある。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された発明が完成されていることを示すと共に、当業者に本発明の思想を十分に伝えるために提供するものである。明細書全体にわたって同じ参照番号は、同様の構成要素を示す。また、層が、他の層、または基板「上」にあると言われた場合、それは他の層、または基板上に直接形成することができるか、またはそれらの間に第３の層が介在されることもある。
【００２２】
一般に、前記下部コンタクトまたは前記ヒータの断面領域はプログラム可能領域を所望の状態にプログラムするために適用されたプログラムプロセスに対して効果を有するようになる。図３は２つの可能な断面領域のうちの１つを有する下部コンタクトまたはヒータ５の２つのケースを説明するための相変化記憶セル１０の概略的な断面図を示す。図３の相変化記憶セル１０はその上部に絶縁膜３が形成された基板１を具備する。前記絶縁膜３上に上部金属パターン１１が形成される。カルコゲナイドＧＳＴ相変化物質膜７が前記絶縁膜３内に形成され、その下部面は前記下部コンタクト５と接触される。上部電極９が前記ＧＳＴ相変化物質膜７の上部に形成され、この場合に前記上部電極９は前記ＧＳＴ相変化物質膜７及び前記上部金属パターン１１に接触する。図３に示すように、上述の発明を説明するために前記下部コンタクトは２つの可能な断面領域のうちの１つを具備することができる。前記２つの可能な断面領域は前記下部コンタクト５が有することができる２つの可能な直径Ｄ１、Ｄ２によって限定することができる。
【００２３】
図４は、図３に示す相変化記憶セル１０の２つのケースに対する電流−抵抗（Ｉ−Ｒ）特性を概略的な波形ダイヤグラムを示す。図４の波形は、下部コンタクト断面領域における２つの条件での図３における記憶セル１０のプログラムを示す。具体的に説明すると、曲線Ｇ１は直径Ｄ１を有する下部コンタクトを具備している記憶セル１０のプログラムを示し、曲線Ｇ２は直径Ｄ２を有する下部コンタクトを具備している記憶セル１０のプログラムを示す。
【００２４】
図４の波形Ｇ１に示すように、より小さい断面領域を有する下部コンタクトを具備している記憶セルがリセット状態の場合、上述のプログラム可能領域は非晶質状態になって、前記記憶セルの抵抗ＲＲＳ１は比較的に高い。セット電流ＩＳ１が印加された場合、前記記憶セルは前記プログラム可能領域が結晶質状態になるセット状態になって、前記セット状態にある記憶セルの抵抗ＲＳ１は実質的に低くなる。前記セット状態の間にリセット電流ＩＲＳ１が印加される場合に、前記記憶セルは前記プログラム可能領域が非晶質状態になるリセット状態となって、この場合に前記記憶セルの抵抗は前記リセット抵抗値ＲＲＳ１に回帰する。
【００２５】
図４の波形Ｇ２に示すように、より大きい断面領域を有する下部コンタクトを具備している記憶セルがリセット状態の場合に、上述のプログラム可能領域は非晶質状態になって、前記記憶セルの抵抗ＲＲＳ２は比較的に高く、より小さい断面領域を有する下部コンタクトを具備している前記記憶セルの前記リセット抵抗ＲＲＳ１よりも低い。セット電流ＩＳ２が印加された場合、前記記憶セルは前記プログラム可能領域が結晶質状態になるセット状態になって、前記セット状態にある記憶セルの抵抗ＲＳ１は実質的に低くなって、この場合に前記抵抗ＲＳ１はより小さい断面領域を有する前記下部コンタクトを具備している前記記憶セルの前記セット抵抗ＲＳ１よりも低い値を有する。前記セット状態の間にリセット電流ＩＲＳ２が印加される場合に、前記記憶セルは前記プログラム可能領域が非晶質状態になるリセット状態となって、この場合に前記記憶セルの抵抗は前記リセット抵抗値ＲＲＳ２に回帰する。
【００２６】
図４に示すように、前記２つの場合における記憶セルの下部コンタクトにおける断面領域の差のため、リセット状態の記憶セルの抵抗とセット状態の記憶セルの抵抗とが互いに異なる。相対的に大きい断面領域を有する下部コンタクトを具備している記憶セルは相対的に小さい断面領域を有する下部コンタクトを具備している記憶セルよりも低いリセット抵抗及び低いセット抵抗を示す。前記２つの記憶セルにおけるセル抵抗の差のため、前記２つの記憶セルのセット電流及びリセット電流が互いに異なる。詳しく説明すると、相対的に大きい下部コンタクトを有する記憶セルのセット電流ＩＳ２は相対的に小さい下部コンタクトを有する記憶セルのセット電流ＩＳ１よりも高い。また、相対的に大きい下部コンタクトを有する記憶セルのリセット電流ＩＲＳ２は相対的に小さい下部コンタクトを有する記憶セルのリセット電流ＩＲＳ１よりも高い。
【００２７】
図５は、相変化記憶セルにおいて、下部コンタクトの直径ＣＤとリセット電流ＩＲＥＳＥＴに対する関係を説明するために１次回帰分析したグラフである。図５のグラフにおいて、四角の点はＴｉＮで形成された下部コンタクトのケースを示し、丸点はＴｉＡｌＮで形成された下部コンタクトのケースを示す。前記リセット電流ＩＲＥＳＥＴは前記記憶セルのプログラムを結晶質状態から非晶質状態に変化させるために必要な電流である。図５に示すように、下部コンタクトの直径ＣＤに対するリセット電流ＩＲＥＳＥＴ比の減少は１次回帰分析を示す。図５の曲線を参照すると、ＴｉＮ下部コンタクトにおいて、下部直径ＣＤに対するリセット電流比は３８．９μＡ／ｎｍであり、ＴｉＡｌＮ下部コンタクトにおいて、下部直径ＣＤに対するリセット電流比は２７．４μＡ／ｎｍである。前記リセット電流は４４ｎｍのＴｉＡｌＮ下部コンタクト及び３６ｎｍのＴｉＮ下部コンタクトに対して０．８ｍＡである。
【００２８】
図６は、相変化記憶セルにおいて下部コンタクトの直径ＣＤとリセット電流ＩＲＥＳＥＴに対する関係を説明するために２次回帰分析したグラフである。図６を参照すると、前記リセット電流ＩＲＥＳＥＴは下部コンタクトの直径ＣＤの二乗に比例する。図６のグラフにおいて、四角の点はＴｉＮで形成された下部コンタクトのケースを示し、丸点はＴｉＡｌＮで形成された下部コンタクトのケースを示す。前記リセット電流ＩＲＥＳＥＴは前記記憶セルのプログラムを結晶質状態から非晶質状態に変化させるために必要な電流である。図６の曲線を参照すると、前記リセット電流は３９ｎｍのＴｉＡｌＮ下部コンタクト及び３２ｎｍのＴｉＮ下部コンタクトに対して０．８ｍＡである。
【００２９】
図７は、相変化記憶セルにおいてセット抵抗ＲＳＥＴが下部コンタクトの直径ＣＤの二乗に反比例することを示すために下部コンタクトの直径ＣＤとセット抵抗ＲＳＥＴに対する関係を説明するグラフである。図７のグラフにおいて、四角の点はＴｉＮで形成された下部コンタクトのケースを示し、丸点はＴｉＡｌＮで形成された下部コンタクトのケースを示す。図７の曲線を参照すると、０．８ｍＡのリセット電流ＩＲＥＳＥＴ及びＴｉＡｌＮ下部コンタクトに対してセット抵抗ＲＳＥＴは２．５−３ｋΩであり、０．８ｍＡのリセット電流ＩＲＥＳＥＴ及びＴｉＮ下部コンタクトに対してセット抵抗ＲＳＥＴは２．２−２．９ｋΩである。
【００３０】
本発明による相変化記憶セルのそれぞれは、カルコゲナイドＧＳＴ相変化物質膜の多重プログラム可能領域を具備することができる。前記多重プログラム可能領域は互いに独立的にプログラムされるので前記記憶セルのそれぞれは多数のビットのデータを保存することができる。本発明によるプログラム可能領域のそれぞれは、それぞれのコンタクトに接続される。コンタクトのそれぞれは、断面積を調節して制御されることによってすべてのコンタクトを通って流れるプログラム電流はプログラム領域を選択した状態で独立的にプログラムすることができる。
【００３１】
図８は、本発明の一実施形態に係るマルチビット相変化記憶セル２００を説明するための断面図である。図８を参照すると、前記記憶セル２００はその上部に絶縁膜２１３が形成される基板２１０を具備する。相変化ＧＳＴ物質パターン２１７は前記絶縁膜２１３内に形成される。直径Ｄ３を有する下部コンタクト２１５は前記相変化物質パターン２１７の下部面に接触されて前記絶縁膜２１３内に形成される。前記下部コンタクト２１５は前記相変化物質パターン２１７内の第１プログラム可能領域Ｐ１を限定する。直径Ｄ４を有する上部コンタクト２１９は前記相変化物質パターン２１７の上部面に接触されて前記絶縁膜２１３内に形成される。前記上部コンタクト２１９は前記相変化物質パターン２１７内の第２プログラム可能領域Ｐ２を限定する。導電性プレートライン２２１は前記上部コンタクト２１９が上端部に接触される構造の上部に形成される。
【００３２】
本発明によれば、一定のプログラム電流が前記プログラム可能領域Ｐ１、Ｐ２を所望の状態で独立的にプログラムするように印加されることによって前記複数のコンタクト２１５、２１９の抵抗が独立的に調節される。前記抵抗が互いに異なる際、前記プログラム可能領域Ｐ１、Ｐ２内で発生する熱が異なって、前記プログラム可能領域Ｐ１、Ｐ２が独立的にプログラムされることができる。例えば、前記直径Ｄ３、Ｄ４は、それらのそれぞれのコンタクト２１５、２１９の抵抗が互いに異なるように、互いに異なるように形成することができる。例えば、前記コンタクト２１５、２１９のうちの１つはＴｉＡｌＮで形成され、他の１つはＴｉＮで形成される。また、互いに異なる抵抗のみでなく、互いに異なる直径Ｄ３、Ｄ４の組み合わせが抵抗の差を調節するために用いられることができる。互いに同じであったり異なったりすることができる前記コンタクト２１５、２１９の直径Ｄ３、Ｄ４は、通常５０ｎｍ以下になって加熱要素として作用することができる。
【００３３】
図９は、図８に示す相変化記憶セル２００に対する電流−抵抗（Ｉ−Ｒ）特性を説明するための概略的な波形図である。図９のグラフにおいて、抵抗を示す参照番号Ｒと電流を示す参照番号Ｉのそれぞれは添字「Ａ」または「Ｂ」を含んでおり、前記添字は前記プログラム可能領域Ｐ１、Ｐ２の非晶質状態または結晶質状態を示す。さらに詳しく説明すると、前記添字のうちの第１添字は前記第１プログラム可能領域Ｐ１を示し、前記添字のうちの第２添字は前記第２プログラム可能領域Ｐ２を示す。抵抗ＲＡＡは非晶質状態のプログラム可能領域Ｐ１、Ｐ２のセル抵抗である。前記プログラム可能領域Ｐ２が非晶質状態の間に、前記プログラム可能領域Ｐ１が結晶質状態にプログラムされるようにプログラム電流ＩＣＡが用いられ、この場合にセルの抵抗はＲＣＡとなる。電流ＩＣＣは前記プログラム可能領域Ｐ１、Ｐ２が結晶質状態になるように前記セルをプログラムするために用いられる電流であり、この場合に前記セルの抵抗はＲＣＣとなる。前記プログラム可能領域Ｐ２が結晶質状態を維持する間、電流ＩＡＣは前記プログラム可能領域Ｐ１が非晶質状態に回帰するように前記セルをプログラムするために用いられた電流であり、この場合に前記セルの抵抗はＲＡＣとなる。電流ＩＡＡは前記プログラム可能領域Ｐ１、Ｐ２が非晶質状態に回帰するように前記セルをプログラムするために用いられた電流であり、この場合に前記セルの抵抗はＲＡＡとなる。前記コンタクト２１５、２１９の抵抗が互いに異なるから、前記セルは４つの種類の可能な抵抗のうちの１つにプログラムされることができる。これによって、前記セルはカルコゲナイド要素当たり４つの可能な値または２ビットのデータを保存することができる多重ビットセルである。
【００３４】
図１０は、本発明の他の実施形態に係るマルチビット相変化記憶セル３００を説明するための断面図である。図１０を参照すると、前記メモリセル３００はその上部に絶縁膜３１３が形成される基板３１０を具備する。本発明の実施形態によれば、３つの相変化ＧＳＴ物質パターン３３７ａ、３３７ｂ、３３７ｃが前記絶縁膜３１３内に形成される。直径Ｄ５を有する下部コンタクト３３５が前記下部相変化物質パターン３３７ａの下部面に接触されて前記絶縁膜３１３内に形成される。前記下部コンタクト３３５は前記下部相変化物質パターン３３７ａ内のプログラム可能領域を限定する。直径Ｄ８を有する上部コンタクト３３９は上部相変化物質パターン３３７ｃの上部面に接触されて前記絶縁膜３１３内に形成される。前記上部コンタクト３３９は前記上部相変化物質パターン３３７ｃ内のプログラム可能領域Ｐ８を限定する。直径Ｄ６を有するコンタクト３３６ａは前記下部相変化物質パターン３３７ａと前記中間相変化物質パターン３３７ｂとの間に接続される。前記コンタクト３３６ａの上端部は前記中間相変化物質パターン３３７ｂ内のプログラム可能領域Ｐ６を限定し、前記コンタクト３３６ａの下端部は前記下部相変化物質パターン３３７ａ内のプログラム可能領域Ｐ６を限定する。直径Ｄ７を有するコンタクト３３６ｂは前記上部相変化物質パターン３３７ｃと前記中間相変化物質パターン３３７ｂとの間に接続される。前記コンタクト３３６ｂの下端部は前記中間相変化物質パターン３３７ｂ内のプログラム可能領域Ｐ７を限定し、前記コンタクト３３６ｂの上端部は前記上部相変化物質パターン３３７ｃ内のプログラム可能領域Ｐ７を限定する。導電性プレートライン３２１が前記上部コンタクト３３９の上端部に接触された構造の上部に形成される。
【００３５】
本発明によれば、前記コンタクトの抵抗は前記多重プログラム可能領域のプログラミングを調節できるように制御する。本発明の一実施形態において、前記コンタクトのそれぞれが互いに異なる抵抗を有するように前記直径Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８は互いに異なる大きさを有することができる。その反面、前記コンタクトは互いに異なる抵抗を有するように互いに異なる物質で形成されることができる。これら２つの接近方法は前記コンタクトを組み合わせることによって用いられることができる。前記コンタクトの抵抗を制御することによって前記プログラム可能領域は互いに異なる状態において独立的にプログラムすることができる。上述のように、前記コンタクトのそれぞれが加熱要素として作用するように前記直径Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８は５０ｎｍ以下の大きさであることが望ましい。図１０に示すように、前記コンタクト３３６ａ、３３６ｂはこれらが接触されている前記相変化物質パターンの両側のプログラム可能領域が同一大きさを有するように実質的にシリンダ状を有する。すなわち、前記コンタクト３３６ａは前記相変化物質パターン３３７ａ、３３７ｂ内に位置する複数の類似のプログラム可能領域Ｐ６を限定し、前記コンタクト３３６ｂは前記相変化物質パターン３３７ｂ、３３７ｃ内に位置する複数の類似のプログラム可能領域Ｐ７を限定する。
【００３６】
図１１は、本発明のさらに他の実施形態に係るマルチビット相変化記憶セル４００を説明するための断面図である。図１１を参照すると、前記メモリセル４００はその上部に絶縁膜４１３が形成される基板４１０を具備する。上述の実施形態において、複数の相変化ＧＳＴ物質パターン４５７ａ、４５７ｂが前記絶縁膜４１３内に形成される。直径Ｄ１０を有する下部コンタクト４３５が前記下部相変化物質パターン４５７ａの下部面に接触されて前記絶縁膜４１３内に形成される。前記下部コンタクト４３５は前記下部相変化物質パターン４５７ａ内のプログラム可能領域Ｐ１０を限定する。直径Ｄ１３を有する上部コンタクト４３９は前記上部相変化物質パターン４５７ｂの上部面に接触されて前記絶縁膜４１３内に形成される。前記上部コンタクト４３９は前記上部相変化物質パターン４５７ｂ内のプログラム可能領域Ｐ１３を限定する。前記複数の直径Ｄ１１、Ｄ１２を限定し、テーパ状を有するコンタクト４５６は前記下部相変化物質パターン４５７ａと前記上部相変化物質パターン４５７ｂとの間に接続される。前記テーパ状を有するコンタクト４５６の上端部は前記上部相変化物質パターン４５７ｂ内のプログラム可能領域Ｐ１２を限定し、前記テーパ状を有するコンタクト４５６の下端部は前記下部相変化物質パターン４５７ａ内のプログラム可能領域Ｐ１１を限定する。前記テーパ状を有するコンタクト４５６の直径Ｄ１２が前記テーパ状を有するコンタクト４５６の直径Ｄ１１と異なるので、互いに異なった独立的な複数のプログラム可能領域Ｐ１２、Ｐ１１が複数の前記相変化物質パターン４５７ａ、４５７ｂ内に限定される。導電性プレートライン３２１が前記上部コンタクト３３９の上端部と接触された構造の上部に形成される。
【００３７】
本発明によれば、前記プログラム可能な領域を所望の状態で独立的にプログラムするために一定のプログラム電流が印加されるように前記コンタクトの抵抗が独立的に調節される。前記コンタクトの抵抗を上回る調節は１つ以上の手段によって実行されることができる。例えば、前記コンタクトそれぞれの抵抗を互いに異なるようにするために前記直径は互いに異なる大きさを有するように形成することができる。また、前記コンタクトのそれぞれの抵抗を互いに異なるようにするために前記コンタクトを互いに異なる物質で形成されることができる。また、互いに異なる抵抗を有し、互いに異なる直径を有する組み合わせは抵抗の差を調節するために用いられることができる。互いに等しかったり、互いに異なるコンタクトの直径は典型的に前記コンタクトが加熱要素として作動するように５０ｎｍの大きさ以下で形成される。
【００３８】
図１２は、図８に示す相変化記憶セルのプログラムのタイミングを説明するための概略的なタイミング図である。図８、図９及び図１２を参照すると、メモリ素子をプログラミングすることは初期電流の大きさＨ１を有し、初期プログラミング電流パルスΦＩＰを最初に印加することを含む。前記初期プログラミング電流パルスΦＩＰは前記セル抵抗がＲＡＡ状態になるように前記プログラム可能領域Ｐ１、Ｐ２を非晶質状態にプログラムするために用いられる。前記電流の大きさＨ１はＩＡＡに定義される。前記プログラミングパルスはＷ１の時期に任意の幅を有するものとして示される。前記プログラム可能領域が前記非晶質状態に到逹するように前記時期は比較的に短い数ナノ秒の急冷時間とともにその自らの電流パルスを含む。
【００３９】
図１２に示されている波形Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは所望セルの最終状態によるプログラムプロセスを示す。例えば、所望の最終状態がＲＡＡの場合に、曲線Ａは前記プログラムプロセスを示し、この場合に前記複数のプログラム可能領域は非晶質状態にプログラムされる。このとき、前記プログラムプロセスは前記初期プログラミングパルスΦＩＰの印加以後に終わる。前記所望の最終状態がＲＡＣの場合に、曲線Ｂは前記プログラムプロセスを示しており、この場合、前記プログラム可能領域Ｐ１は非晶質状態になって、前記プログラム可能領域Ｐ２は結晶質状態となる。所望の最終状態がＲＣＣの場合、曲線Ｃは前記プログラムプロセスを示し、この場合に、前記プログラム可能領域Ｐ１、Ｐ２は結晶質状態となる。所望の最終状態がＲＣＡの場合に、前記プログラム可能領域Ｐ１は結晶質状態となって、前記プログラム可能領域Ｐ２は非晶質状態となる。プロセスＢ、Ｃ、Ｄのそれぞれにおいて、追加プログラミングパルスΦＡＰが前記セルを前記ＲＡＡ状態から前記所望の最終状態にプログラムするために前記初期プログラミングパルスΦＩＰ以後に印加される。
【００４０】
図１２の曲線Ｂ及び図９を参照すると、前記追加プログラミングパルスΦ３は上述のＨ１とＨ３との間にあって、ＩＡＣで定義されるＨ４の大きさで印加される。前記電流は前記プログラム可能領域Ｐ１、Ｐ２の適切なプログラミングを保障するために、すなわち、前記プログラム可能領域Ｐ１が非晶質状態を維持し、前記プログラム可能領域Ｐ２が結晶質状態に転換されることを保障するために略ＩＡＣとＩＡＡとの間の範囲内にある。前記追加プログラミングパルスは時間周期Ｗ２の間に活性され、前記時間周期Ｗ２は前記プログラム可能領域Ｐ２が結晶質状態になるために必要な実際の電流パルス時間及び比較的に長い急冷時間を含む。
【００４１】
図１２の曲線Ｃ及び図９を参照すると、前記追加プログラムパルスΦ２は上述のＨ２よりも大きく、ＩＣＣで定義されるＨ３の大きさで印加される。前記電流は、前記プログラム可能領域Ｐ１、Ｐ２の適切なプログラミングを保障するために、すなわち、前記プログラム可能領域Ｐ１、Ｐ２が結晶質状態に転換されることを保障するために略ＩＣＣとＩＡＣとの間の範囲内にある。前記追加プログラミングパルスは時間周期Ｗ２の間に活性され、前記時間周期Ｗ２は前記プログラム可能領域Ｐ１、Ｐ２が結晶質状態になるために必要な実際の電流パルス時間及び比較的に長い急冷時間を含む。
【００４２】
図１２の曲線Ｄ及び図９を参照すると、前記追加プログラムパルスΦ１はＩＣＡで定義されるＨ２の大きさで印加される。前記電流は前記プログラム可能領域Ｐ１、Ｐ２の適切なプログラミングを保障するために、すなわち、前記プログラム可能領域Ｐ１が結晶質状態に転換され、前記プログラム可能領域Ｐ２が非晶質状態に維持されることを保障するために略ＩＣＡとＩＣＣとの間の範囲内にある。前記追加プログラミングパルスは時間周期Ｗ２の間に活性され、前記時間周期Ｗ２は前記プログラム可能領域Ｐ１が結晶質状態になるために必要な実際の電流パルス時間及び比較的に長い急冷時間を含む。
【００４３】
本発明によれば、多数個の独立的なプログラム可能領域を有する相変化物質パターンを提供することによって容易に製造することができる多重ビット相変化記憶素子を提供する。
【００４４】
カルコゲナイド相変化物質パターンにおいて、プログラム可能領域をプログラムするために用いられた加熱コンタクトは、円形の断面に形成される。しかし、前記コンタクトは断面が円形、直角形、または他の形態を有するコンタクトを含むことができるので、前記コンタクトは任意の形態を有することができる。
【００４５】
上述では、本発明の好ましい実施形態を参照しながら説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲で、本発明を多様に修正及び変更させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来の相変化記憶セルの構造を説明する断面図である。
【図２Ａ】図１の記憶セルの概略的な構成図である。
【図２Ｂ】図１の記憶セルが用いられる概略的な等価回路図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る下部コンタクトまたはヒータが複数の可能な断面領域を有するケースにおいて下部コンタクトまたはヒータを説明するための相変化記憶セルの概略的な断面図である。
【図４】図３に示す複数のケースを有する相変化記憶素子に対する電流−抵抗（Ｉ−Ｒ）特性を説明するための概略的な波形図である。
【図５】相変化記憶セルにおいて下部コンタクトの直径ＣＤとリセット電流ＩＲＥＳＥＴに対する関係を説明するために１次回帰分析のグラフである。
【図６】相変化記憶セルにおいて下部コンタクトの直径ＣＤとリセット電流ＩＲＥＳＥＴに対する関係を説明するために２次回帰分析のグラフである。
【図７】相変化記憶セルにおいて下部コンタクトの直径ＣＤの面積とセット抵抗ＲＳＥＴが反比例することを見せるために下部コンタクトの直径ＣＤとセット抵抗ＲＳＥＴに対する関係を説明するグラフである。
【図８】本発明の一実施形態に係るマルチビット相変化記憶セルを説明する断面図である。
【図９】図８に示す相変化記憶セルに対する電流−抵抗（Ｉ−Ｒ）特性を説明する概略的な波形図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るマルチビット相変化記憶セルを説明する断面図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施形態に係るマルチビット相変化記憶セルを説明する断面図である。
【図１２】図８に示す相変化記憶セルのプログラムのタイミングを説明する概略的なタイミング図である。
【符号の説明】
【００４７】
２００  記憶セル
２１０  基板
２１３  絶縁膜
２１５  下部コンタクト
２１７  相変化物質パターン
２１９  上部コンタクト
２２１  導電性プレートライン
Ｐ１、Ｐ２  プログラム可能領域
Ｄ３、Ｄ４  直径
【図１】
0005143415.tif 000002
【図２Ａ】
0005143415.tif 000003
【図２Ｂ】
0005143415.tif 000004
【図４】
0005143415.tif 000005
【図５】
0005143415.tif 000006
【図６】
0005143415.tif 000007
【図７】
0005143415.tif 000008
【図９】
0005143415.tif 000009
【図１２】
0005143415.tif 000010
【図３】
0005143415.tif 000011
【図８】
0005143415.tif 000012
【図１０】
0005143415.tif 000013
【図１１】
0005143415.tif 000014