本发明构思的示例性实施方式涉及存储器件，更具体地，涉及包括可变电阻材料层的存储器件。
背景技术：
随着电子设备变得更轻、更薄、更短和更小，对更加高度地集成的半导体器件的需求一直在增加。三维(3d)存储器件可以包括可变电阻材料层和选择器件层。3d存储器件可以具有交叉点结构。用于3d存储器件的选择器件层可以包括包含显示双向阈值开关(ots)特性的硫族化合物材料的存储器件。
技术实现要素：
根据本发明构思的示例性实施方式，存储器件可以具有低关断电流并且可以相对可靠。
根据本发明构思的一示例性实施方式，一种存储器件包括可变电阻层以及电连接到可变电阻层的选择器件层。选择器件层包括具有根据下面的化学式1的组成的硫族化合物开关材料，
[geasebtec](1-u)[x]u························(1)
其中，0.20≤a≤0.40，0.40≤b≤0.70，0.05≤c≤0.25，a+b+c＝1，0.0≤u≤0.20，并且x是从硼(b)、碳(c)、氮(n)、氧(o)、磷(p)或硫(s)中选择的至少一种。
根据本发明构思的一示例性实施方式，一种存储器件包括位于衬底上方并在与衬底的上表面平行的第一方向上延伸的多个第一电极线。多个第二电极线位于所述多个第一电极线上方并在与衬底的上表面平行且交叉第一方向的第二方向上延伸。多个第三电极线位于所述多个第二电极线上方并在第一方向上延伸。多个存储单元分别形成在所述多个第一电极线和所述多个第二电极线彼此交叉的点处以及在所述多个第二电极线和所述多个第三电极线彼此交叉的点处。所述多个存储单元的每个包括选择器件层和可变电阻层。选择器件层包括具有根据化学式1的组成的硫族化合物开关材料。
所述多个存储单元的每个包括选择器件层和可变电阻层。选择器件层包括具有根据下面的化学式1的组成的硫族化合物开关材料，
[geasebtec](1-u)[x]u··············(1)
其中，0.20≤a≤0.40，0.40≤b≤0.70，0.05≤c≤0.25，a+b+c＝1，0.0≤u≤0.20，并且x是从硼(b)、碳(c)、氮(n)、氧(o)、磷(p)或硫(s)中选择的至少一种。
根据本发明构思的一示例性实施方式，一种存储器件包括包含硫族化合物存储材料的可变电阻层。选择器件层电连接到可变电阻层并包括具有根据化学式1或下面的化学式2的组成的硫族化合物开关材料，
[geasebtecasd](1-u)[x]u·······················(2)
其中，0.20≤a≤0.35，0.45≤b≤0.65，0.04≤c≤0.18，0.0≤d≤0.18，a+b+c+d＝1，0.0≤u≤0.20，并且x是从硼(b)、碳(c)、氮(n)、氧(o)、磷(p)或硫(s)中选择的至少一种。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明构思的示例性实施方式，本发明构思的以上及另外的特征将变得更加明显，附图中：
图1是根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件的等效电路图；
图2是根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件的透视图；
图3是沿图2的线1x-1x'和1y-1y'截取的剖面图；
图4是示意性地示出具有双向阀值开关特性的选择器件层的电压-电流曲线的曲线图；
图5是示出根据本发明构思的一示例性实施方式的硫族化合物开关材料的组成范围的三元相图；
图6a至6c是示出根据本发明构思的一示例性实施方式的包括硫族化合物开关材料的存储器件的特性的图；
图7至10每个是根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件的剖面图；
图11是根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件的透视图；
图12是沿图11的线2x-2x'和2y-2y'截取的剖面图；
图13是根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件的透视图；
图14是沿图13的线3x-3x'和3y-3y'截取的剖面图；
图15是根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件的透视图；
图16是沿图15的线4x-4x'截取的剖面图；以及
图17至19是示出根据本发明构思的一示例性实施方式的制造图2的存储器件的工艺的剖面图。
具体实施方式
图1是根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件的等效电路图。
参照图1，存储器件100可以包括沿着第一方向(例如x方向)延伸并且在垂直于第一方向的第二方向(例如y方向)上彼此间隔开的字线wl1和wl2。存储器件100可以包括在与第一方向和第二方向正交的第三方向(例如z方向)上与字线wl1和wl2间隔开的位线bl1、bl2、bl3和bl4。位线bl1、bl2、bl3和bl4可以沿着第二方向延伸。
存储单元mc可以分别布置在位线bl1、bl2、bl3和bl4与字线wl1和wl2之间。作为示例，存储单元mc可以布置在位线bl1、bl2、bl3和bl4与字线wl1和wl2之间的交叉点处，并且可以每个包括用于存储信息的可变电阻层me和用于选择存储单元的选择器件层sw。选择器件层sw可以被称为开关器件层或存取器件层。
存储单元mc可以沿着第三方向布置并且可以在结构上彼此相同。例如，在布置于字线wl1与位线bl1之间的存储单元mc中，选择器件层sw可以电连接到字线wl1，可变电阻层me可以电连接到位线bl1，并且可变电阻层me和选择器件层sw可以彼此串联连接。
然而，本发明构思的示例性实施方式不限于此。例如，选择器件层sw和可变电阻层me的位置可以在存储单元mc中交换。例如，在存储单元mc中，可变电阻层me可以连接到字线wl1，选择器件层sw可以连接到位线bl1。
下面将更详细地描述驱动存储器件100的方法。电压可以经由字线wl1或wl2以及位线bl1、bl2、bl3或bl4被施加到存储单元mc中的可变电阻层me，使得电流可以流过可变电阻层me。例如，可变电阻层me可以包括可在第一相与第二相之间可逆地转换的相变材料层。然而，可变电阻层me不限于此。例如，可变电阻层me可以包括具有取决于所施加的电压而变化的电阻值的任何类型的可变电阻器。例如，在选择的存储单元mc中，可变电阻层me的电阻可以根据施加到可变电阻层me的电压而在第一相与第二相之间可逆地转换。
根据可变电阻层me的电阻变化，存储单元mc可以存储被表示为“0”或“1”的数字信息，或者可以从存储单元mc擦除数字信息。例如，数据可以在存储单元mc中被写成高电阻状态“0”和低电阻状态“1”。数据从高电阻状态“0”到低电阻状态“1”的写入可以被称为“设定操作”，数据从低电阻状态“1”到高电阻状态“0”的写入可以被称为“复位操作”。然而，根据本发明构思的示例性实施方式的存储单元mc不限于如上所述的高电阻状态“0”和低电阻状态“1”的数字信息，而是可以存储各种各样的电阻状态。
存储单元mc可以通过选择字线wl1和wl2以及位线bl1、bl2、bl3和bl4被寻址，并且存储单元mc可以通过在字线wl1和wl2与位线bl1、bl2、bl3和bl4之间施加预定信号而被编程。电流值可以经由位线bl1、bl2、bl3和bl4被测量，以根据对应的存储单元mc中的可变电阻层的电阻值读取诸如编程信息的信息。
图2是根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件的透视图。图3是沿着图2的线1x-1x'和1y-1y'截取的剖面图。
参照图2和3，存储器件100可以在衬底101上包括第一电极线层110l、第二电极线层120l和存储单元层mcl。
绝缘夹层105可以设置在衬底101上。绝缘夹层105可以包括硅氧化物材料或硅氮化物材料，并且可以使第一电极线层110l与衬底101电分离。在根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件100中，绝缘夹层105设置在衬底101上；然而，本发明构思的示例性实施方式不限于此。例如，在根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件100中，集成电路层可以设置在衬底101上，存储单元可以设置在集成电路层上。集成电路层可以包括例如用于驱动存储单元的外围电路和/或用于执行操作的核心电路。包括外围电路和/或核心电路的集成电路层设置在衬底上并且存储单元位于集成电路层上方的结构可以被称为外围上单元(cop)结构。
第一电极线层110l可以包括沿着第一方向(例如x方向)彼此平行延伸的多个第一电极线110。第二电极线120l可以包括在交叉第一方向的第二方向(例如y方向)上彼此平行延伸的多个第二电极线120。第一方向和第二方向可以彼此垂直。
参照存储器件100的驱动，第一电极线110可以在对应于字线wl(参见例如图1)的位置中，第二电极线120可以在对应于位线bl(参见例如图1)的位置中。根据本发明构思的一示例性实施方式，第一电极线110可以在对应于位线的位置中，第二电极线120可以在对应于字线的位置中。
第一电极线110和第二电极线120可以每个包括金属、导电的金属氮化物、导电的金属氧化物或其组合。例如，第一电极线110和第二电极线120可以每个包括w、wn、au、ag、cu、al、tialn、ir、pt、pd、ru、zr、rh、ni、co、cr、sn、zn、铟锡氧化物(ito)、其合金或其组合。此外，第一电极线110和第二电极线120可以每个包括金属层以及至少部分地覆盖金属层的导电屏障层。导电屏障层可以包括例如ti、tin、ta、tan或其组合。
存储单元层mcl可以包括在第一方向和第二方向上彼此间隔开的多个存储单元140(参见例如图1的mc)。参照图2和3，第一电极线110和第二电极线120可以彼此交叉(例如可以彼此垂直)。存储单元140可以在第一电极线层110l与第二电极线层120l之间位于第一电极线110和第二电极线120彼此交叉之处。
存储单元140可以每个具有立方柱结构；然而，本发明构思的示例性实施方式不限于此。例如，存储单元140可以每个具有各种类型的柱形状，诸如圆柱、椭圆柱和多边形柱。存储单元140可以每个具有下部宽于上部的结构、或上部宽于下部的结构。作为示例，当存储单元140可以通过执行蚀刻工艺被形成时，每个存储单元140的下部可以宽于其上部。作为示例，存储单元140可以通过执行镶嵌工艺被形成，因而每个存储单元140的上部可以宽于其下部。在蚀刻工艺或镶嵌工艺期间，蚀刻可以被精确地控制，使得材料层可以被蚀刻为具有几乎垂直的侧表面，并且上部和下部在宽度上几乎彼此相同。参照例如图2和3，存储单元140可以具有垂直的侧表面；然而，本发明构思的示例性实施方式不限于此。例如，存储单元140可以每个具有下部宽于上部或上部宽于下部的结构。
存储单元140的每个可以包括下电极层141、选择器件层143、中间电极层145、加热电极层147、可变电阻层149和上电极层148。不考虑上述层的位置，下电极层141可以被称为第一电极层，中间电极层145和加热电极层147可以被称为第二电极层，上电极层148可以被称为第三电极层。
在本发明构思的一示例性实施方式中，可变电阻层149(参见例如图1的me)可以包括在非晶态与晶态之间可逆地改变的相变材料。例如，可变电阻层149可以包括其相可由于施加到可变电阻层149的相反端的电压所产生的焦耳热而可逆地改变并且其电阻取决于相变化而变化的材料。作为示例，相变材料可以当其在非晶相时处于高电阻状态，当其在结晶相时处于低电阻状态。通过将高电阻状态定义为“0”并且将低电阻状态定义为“1”，数据可以被存储在可变电阻层149中。
在本发明构思的一示例性实施方式中，可变电阻层149可以包括硫族化合物材料作为相变材料。例如，可变电阻层149可以包括ge-sb-te(gst)。这里，具有连字符(-)的化学组成表示可以表示某种混合物或化合物中包括的元素，并且可以表示包括所表示的元素的任何种类的化学式结构。例如，ge-sb-te可以包括ge2sb2te5、ge2sb2te7、ge1sb2te4或ge1sb4te7。
除上述ge-sb-te(gst)之外，可变电阻层149可以包括各种各样的硫族化合物材料。例如，可变电阻层149可以包括从硅(si)、锗(ge)、锑(sb)、碲(te)、铋(bi)、铟(in)、锡(sn)或硒(se)或其组合中选择的至少两种作为硫族化合物材料。
可变电阻层149中包括的每种元素可以具有各种各样的化学计量比。可变电阻层149的结晶温度、熔点、根据结晶能量的相移速度、以及数据保存可以根据每种元素的化学计量被调节。在本发明构思的一示例性实施方式中，可变电阻层149中包括的硫族化合物材料的熔点可以从约500℃到约800℃。
可变电阻层149还可以包括从硼(b)、碳(c)、氮(n)、氧(o)、磷(p)或硫(s)中选择的至少一种杂质。存储器件100的驱动电流可以取决于杂质而变化。可变电阻层149还可以包括金属。例如，可变电阻层149可以包括从铝(al)、镓(ga)、锌(zn)、钛(ti)、铬(cr)、锰(mn)、铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、钼(mo)、钌(ru)、钯(pd)、铪(hf)、钽(ta)、铱(ir)、铂(pt)、锆(zr)、铊(tl)或钋(po)中选择的至少一种。这样的上述金属材料可以增大可变电阻层149的导电性和导热性，因而增大结晶速度和设定速度。此外，金属材料可以提高可变电阻层149的数据保存特性。
可变电阻层149可以具有其中堆叠拥有彼此不同物理性质的两个或更多个层的多层结构。每个层的层数或厚度可以根据需要被选择。屏障层可以进一步形成在层之间。屏障层可以防止材料在所述多个层之间扩散。例如，屏障层可以在接下来的层形成时减少在先层在所述多个层之间的扩散。
可变电阻层149可以具有其中交替地堆叠包括彼此不同材料的多个层的超晶格结构。例如，可变电阻层149可以具有其中交替地堆叠包括ge-te的第一层和包括sb-te的第二层的结构。然而，第一层和第二层不限于此，并且第一层和第二层可以包括各种上述材料。
在以上描述中，相变材料被示例性地提供为可变电阻层149，但本发明构思的示例性实施方式不限于此。存储器件100的可变电阻层149可以包括具有可变电阻特性的各种材料。
在本发明构思的一示例性实施方式中，如果可变电阻层149包括过渡金属氧化物，则存储器件100可以是电阻式随机存取存储器(reram)。在包括过渡金属氧化物的可变电阻层149中，至少一个电路径可以通过编程操作产生或消灭。当电路径产生时，可变电阻层149可以具有低电阻值，当电路径消灭时，可变电阻层149可以具有高电阻值。存储器件100可以通过利用可变电阻层149的电阻值之间的这样的差异存储数据。
当可变电阻层149包括过渡金属氧化物时，过渡金属氧化物可以包括从ta、zr、ti、hf、mn、y、ni、co、zn、nb、cu、fe或cr中选择的至少一种金属。例如，过渡金属氧化物可以具有包括从ta2o5-x、zro2-x、tio2-x、hfo2-x、mno2-x、y2o3-x、nio1-y、nb2o5-x、cuo1-y或fe2o3-x中选择的至少一种的单层结构或多层结构。在以上示例中，x和y可以分别在0≤x≤1.5的范围或0≤y≤0.5的范围内选择；然而，本发明构思的示例性实施方式不限于此。
在本发明构思的一示例性实施方式中，当可变电阻层149具有包括由磁性材料形成的两个电极以及位于磁性材料的所述两个电极之间的电介质材料的磁隧道结(mrj)结构时，存储器件100可以是磁性ram(mram)。
上述两个电极可以分别是被钉扎磁化层和自由磁化层，位于所述两个电极之间的电介质材料可以是隧道势垒层。被钉扎磁化层具有固定在一定方向上的磁化方向，自由磁化层具有与被钉扎磁化层的磁化方向平行或反平行的磁化方向。被钉扎磁化层和自由磁化层的磁化方向可以与隧道势垒层的表面平行。或者，被钉扎磁化层和自由磁化层的磁化方向可以垂直于隧道势垒层的表面。
在自由磁化层的磁化方向与被钉扎磁化层的磁化方向平行的情况下，可变电阻层149可以具有第一电阻值。在自由磁化层的磁化方向与被钉扎磁化层的磁化方向反平行的情况下，可变电阻层149可以具有第二电阻值。通过利用电阻值的变化，存储器件100可以存储数据。自由磁化层的磁化方向可以通过编程电流中电子的自旋转矩而改变。
被钉扎磁化层和自由磁化层可以具有磁性材料。被钉扎磁化层还可以包括用于固定被钉扎磁化层中的铁磁材料的磁化方向的反铁磁材料。隧道势垒层可以包括从mg、ti、al、mgzn和mgb中选择的任何一种的氧化物材料，但不限于此。
选择器件层143(例如图1的sw)可以是可控制电流的流动的电流调节层。选择器件层143可以包括其电阻可取决于施加到选择器件层143的相反端的电压大小而变化的材料层。例如，选择器件层143可以包括双向阈值开关(ots)材料。下面将更详细地描述基于ots材料的选择器件层143的功能。作为示例，当小于阈值电压vt的电压被施加到选择器件层143时，选择器件层143被保持在高电阻状态，因而电流极少流过选择器件层143。当大于阈值电压vt的电压被施加到选择器件层143时，选择器件层143进入低电阻状态并且电流开始流动。当流过选择器件层143的电流小于保持电流时，选择器件层143可以转换到高电阻状态。下面将参照图4更详细地描述选择器件层143的双向阈值开关特性。
选择器件层143可以包括硫族化合物开关材料作为ots材料。在本发明构思的一示例性实施方式中，选择器件层143可以包括含ge、se和te的三元硫族化合物开关材料，并且可选地，三元硫族化合物开关材料还可以包括添加元素(x)。例如，选择器件层143可以包括具有根据下面的化学式1的组成的硫族化合物开关材料。
[geasebtec](1-u)[x]u···········(1)
(其中，0.20≤a≤0.40，0.40≤b≤0.70，0.05≤c≤0.25，a+b+c＝1，0.0≤u≤0.20，并且x是从硼(b)、碳(c)、氮(n)、氧(o)、磷(p)或硫(s)中选择的至少一种)。
在本发明构思的一示例性实施方式中，三元硫族化合物开关材料可以包括约20原子百分比(at％)到约40at％的量的ge(例如，a在以上化学式1中可以为约0.20到约0.40)。具有geasebtec组成的硫族化合物开关材料可以被称为三元硫族化合物开关材料。例如，除三元硫族化合物开关材料之外，具有根据化学式1的组成的硫族化合物开关材料还可以包括添加元素(x)。在一些示例中，三元硫族化合物开关材料可以包括约25at％到约35at％的量的ge(例如，a在以上化学式1中可以为约0.25到约0.35)。
当硫族化合物开关材料中包括ge时，可以提高硫族化合物开关材料的热稳定性并且可以表现出稳定的开关特性。当三元硫族化合物开关材料包括小于约20at％的量的ge时，硫族化合物开关材料的热稳定性可以相对较低。例如，当三元硫族化合物开关材料包括小于约20at％的量的ge时，三元硫族化合物开关材料可以具有等于或小于约150℃的低挥发温度，因而热稳定性会不是充分地高到足以用于具有交叉点结构的存储器件中。当三元硫族化合物开关材料包括大于约40at％的量的ge时，硫族化合物开关材料不会表现出稳定的开关特性。例如，当三元硫族化合物开关材料包括大于约40at％的量的ge时，硫族化合物开关材料的结晶温度降低，因而硫族化合物开关材料的泄漏电流会增大或者开关不会被关断，因而硫族化合物开关材料不会表现出稳定的开关特性。
在本发明构思的一示例性实施方式中，三元硫族化合物开关材料可以包括约40at％到约70at％的量的se(例如，b在以上化学式1中可以为约0.40到约0.70)。在本发明构思的一示例性实施方式中，三元硫族化合物开关材料可以包括约45at％到约65at％的量的se(例如，b在以上化学式1中可以为约0.45到约0.65)。当硫族化合物开关材料中包括预定量的se时，可以减小硫族化合物开关材料的泄漏电流(或关断电流)。例如，当三元硫族化合物开关材料包括大于约40at％的量的se时，可以减小硫族化合物开关材料的关断电流。当三元硫族化合物开关材料包括超过约70at％的量的se时，会减少可包括在三元硫族化合物开关材料中用于实现稳定开关特性的ge的含量，因而会降低硫族化合物开关材料的热稳定性。
在本发明构思的一示例性实施方式中，三元硫族化合物开关材料可以包括约5at％到约25at％的量的te(例如，c在以上化学式1中可以为约0.05到约0.25)。在本发明构思的一示例性实施方式中，三元硫族化合物开关材料可以包括约10at％到约20at％的量的te(例如，c在以上化学式1中可以为约0.10到约0.20)。当硫族化合物开关材料中包括预定量的te时，可以增加硫族化合物开关材料的耐久性并且可以表现出稳定的开关特性。例如，当三元硫族化合物开关材料包括大于约5at％的量的te时，可以增加硫族化合物开关材料的耐久性。当三元硫族化合物开关材料包括超过约25at％的量的te时，硫族化合物开关材料的泄漏电流会增大或者开关不会被关断，因而硫族化合物开关材料不会表现出稳定的开关特性。
根据本发明构思的一示例性实施方式的三元硫族化合物开关材料可以不包括si。当硫族化合物开关材料包括si时，会难以形成具有相对高的膜质量的选择器件层143。例如，为了形成选择器件层143，硫族化合物开关材料可以被烧结以形成靶，并且例如，包括硫族化合物开关材料的膜可以利用物理气相沉积(pvd)工艺通过氩气的冲击从靶形成在衬底上。然而，当硫族化合物开关材料包括si时，硅颗粒会在靶形成工艺期间在靶中聚结并分离，或者孔在靶中形成，因而选择器件层143中的硅颗粒会聚结并分离。因此，选择器件层143会具有不均匀的组成分布和/或不均匀的厚度，并且选择器件层143的膜质量会劣化。然而，根据本发明构思的一示例性实施方式的三元硫族化合物开关材料可以不包括si，因而相对高质量的靶可以被形成，并且利用靶形成的选择器件层143可以具有相对较高的膜质量。
根据本发明构思的一示例性实施方式的三元硫族化合物开关材料可以不包括sb。当硫族化合物开关材料包括sb时，硫族化合物开关材料的结晶温度可以降低。因此，硫族化合物开关材料的热稳定性会劣化，并且硫族化合物开关材料会在用于通过利用硫族化合物开关材料制造具有交叉点结构的存储器件的工艺中损坏或劣化。然而，根据本发明构思的一示例性实施方式的三元硫族化合物开关材料可以不包括sb，并且三元硫族化合物开关材料可以具有相对高的热稳定性。
在本发明构思的一示例性实施方式中，硫族化合物开关材料还可以如以上化学式1所示地包括约0at％到约20at％的量的添加元素(x)(例如，u在以上化学式1中可以为约0.0到约0.2)。在本发明构思的一示例性实施方式中，硫族化合物开关材料还可以包括约0.1at％到约20at％的量的b作为添加元素(x)，还可以包括约0.1at％到10at％的量的c作为添加元素(x)，还可以包括约8at％到约20at％的量的n作为添加元素(x)，还可以包括约0.1at％到约8at％的量的p作为添加元素(x)，或者还可以包括约0.1at％到约8at％的量的s作为添加元素(x)。当硫族化合物开关材料包括添加元素(x)时，硫族化合物开关材料中的ge、se或te的每个的含量可以根据添加元素(x)的量被减少。
在本发明构思的一示例性实施方式中，选择器件层143可以包括包含ge、se或te并且还包含砷(as)的硫族化合物开关材料。例如，选择器件层143可以包括具有根据下面的化学式2的组成的硫族化合物开关材料。
[geasebtecasd](1-u)[x]u·····················(2)
(其中，0.20≤a≤0.35，0.45≤b≤0.65，0.04≤c≤0.18，0.0≤d≤0.18，a+b+c+d＝1，0.0≤u≤0.20，并且x是从b、c、n、o、p或s中选择的至少一种。)
在本发明构思的一示例性实施方式中，例如，如在化学式2中所示，硫族化合物开关材料可以包括约0at％到约18at％的量的as(例如，d在化学式2中可以为约0.0到约0.18)。在本发明构思的一示例性实施方式中，硫族化合物开关材料可以包括约20at％到约30at％的量的ge、约45at％到约60at％的量的se、约4at％到约18at％的量的te、和约4at％到约18at％的量的as(例如，在化学式2中，a可以为约0.20到约0.30，b可以为约0.45到约0.60，c可以为约0.04到约0.18，d可以为约0.04到约0.18)。
硫族化合物开关材料中包括的as可以提高硫族化合物开关材料的热稳定性。例如，as可以提高硫族化合物开关材料的挥发温度和/或结晶温度，因而可以提高包括硫族化合物开关材料的选择器件层143的热稳定性。例如，硫族化合物开关材料可以具有相对高的挥发温度和相对高的结晶温度，因而在通过利用硫族化合物开关材料制造具有交叉点结构的存储器件的工艺期间，可以防止对硫族化合物开关材料的损坏或硫族化合物开关材料的劣化。此外，下面将参照图6a至6c更详细地描述根据本发明构思的一示例性实施方式的硫族化合物开关材料的泄漏电流特性和热稳定性。
选择器件层143可以包括具有根据以上化学式1或2的组成的硫族化合物开关材料。因为硫族化合物开关材料不包括si，所以硫族化合物开关材料可以具有相对高的膜质量。此外，硫族化合物开关材料可以具有稳定的开关特性、低关断电流、相对高的热稳定性和相对高的耐久性。
加热电极层147可以设置在中间电极层145与可变电阻层149之间，并且可以与可变电阻层149直接接触。加热电极层147可以在设定或复位操作期间加热可变电阻层149。加热电极层147可以包括可产生足以引起可变电阻层149的相变的热而不与可变电阻层149反应的导电材料。加热电极层149可以包括碳基导电材料。在本发明构思的一示例性实施方式中，加热电极层147可以包括tin、tisin、tialn、tasin、taaln、tan、wsi、wn、tiw、mon、nbn、tibn、zrsin、wsin、wbn、zraln、moaln、tial、tion、tialon、won、taon、c、硅碳化物(sic)、硅碳氮化物(sicn)、碳氮化物(cn)、钛碳氮化物(ticn)、钽碳氮化物(tacn)、难熔金属组合或其氮化物。然而，加热电极层147不限于以上示例。
下电极层141、中间电极层145和上电极层148可以用作电流路径，并且可以包括导电材料。例如，下电极层141、中间电极层145和上电极层148可以每个包括金属、导电的金属氮化物、导电的金属氧化物或其组合。例如，下电极层141、中间电极层145和上电极层148可以每个包括从c、tin、tisin、ticn、ticsin、tialn、ta、tan、w或wn中选择的至少一种；然而，本发明构思的示例性实施方式不限于此。
下电极层141和上电极层148可以可选地形成。作为示例，下电极层141和上电极层148可以被省略。然而，为了防止当选择器件层143和可变电阻层149直接接触第一电极线110和第二电极线120时可能导致的污染或不良接触，下电极层141和上电极层148可以位于第一电极线110和第二电极线120与选择器件层143和可变电阻层149之间。
中间电极层145可以防止热从加热电极层147传递到选择器件层143。作为示例，选择器件层143可以包括处于非晶态的硫族化合物开关材料。然而，根据存储器件100的按比例缩小趋势，可变电阻层149、选择器件层143、加热电极层147和中间电极层145的每个的厚度和宽度以及其间的距离可以减小。因此，在驱动存储器件100的同时，当加热电极层147产生热以引起可变电阻层149的相变时，与加热电极层147相邻放置的选择器件层143会被热影响。例如，选择器件层143会通过来自相邻的加热电极层147的热而部分地结晶，因而选择器件层143会劣化或损坏。在本发明构思的一示例性实施方式中，中间电极层145可以相对地厚，从而不将热从加热电极层147传递到选择器件层143。参照图2和3，中间电极层145可以具有与下电极层141或上电极层148的厚度相似的厚度，但是中间电极层145的厚度可以大于下电极层141或上电极层148的厚度用于促进热阻挡操作。例如，中间电极层145可以具有约10nm到约100nm的厚度；然而，本发明构思的示例性实施方式不限于此。
在本发明构思的一示例性实施方式中，中间电极层145可以包括用于热阻挡功能的至少一个热屏障层。当中间电极层145包括两个或更多个热屏障层时，中间电极层145可以具有其中交替地堆叠热屏障层和电极材料层的结构。
第一绝缘层160a可以位于相邻的第一电极线110之间，第二绝缘层160b可以位于存储单元层mcl的相邻的存储单元140之间。此外，第三绝缘层160c可以位于相邻的第二电极线120之间。第一绝缘层160a至第三绝缘层160c可以是包括彼此相同材料的绝缘层，或者第一绝缘层160a至第三绝缘层160c中的至少一可以包括与其它第一绝缘层160a至第三绝缘层160c的材料不同的材料。第一绝缘层160a至第三绝缘层160c可以每个包括例如氧化物材料或氮化物材料的电介质材料，并且可以在每个层中使器件彼此电隔离。气隙可以代替第二绝缘层160b被形成。当气隙被形成时，具有预定厚度的绝缘衬垫可以形成在气隙与存储单元140之间。
作为示例，在利用硫族化合物材料作为选择器件的存储器件中，硫族化合物材料可以具有相对低的结晶温度，因而用于制造存储器件的一般工艺不会被执行，并且会难以制造具有三维(3d)交叉点堆叠结构的存储器件。因为硫族化合物材料具有相对大的关断电流，所以一次操作的存储单元的数量减少，并且耐久性会相对较低。然而，根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件100可以包括包含具有根据化学式1或2的组成的硫族化合物开关材料的选择器件层143，并且该硫族化合物开关材料可以表现出稳定的开关特性、低关断电流、相对高的热稳定性和相对高的耐久性。因此，存储器件100可以具有拥有相对高的可靠性的3d交叉点堆叠结构。
图4是示意性地示出具有双向阈值开关特性的选择器件层的电压-电流曲线的曲线图。
参照图4，第一曲线61表示电流不流过选择器件层143的状态(参见例如图3)下的电压-电流关系。这里，选择器件层143可以用作具有第一电压水平63的阈值电压vt的开关器件。当电压从电压和电流为0的状态逐渐地增大时，电流可以极少地在选择器件层143上流动直到电压达到阀值电压vt即第一电压水平63。然而，一旦电压超过阀值电压vt，在选择器件层143上流动的电流可以大大地增加，施加到选择器件层143的电压可以降低至饱和电压vs(即第二电压水平64)。
第二曲线62表示电流在选择器件层143中流动的状态下的电压-电流关系。当在选择器件层143中流动的电流大于第一电流水平66时，施加到选择器件层143的电压可以略微地增大为大于第二电压水平64。例如，当在选择器件层143中流动的电流从第一电流水平66增大到第二电流水平67时，施加到选择器件层143的电压可以从第二电压水平64略微地增大。就是说，一旦电流流过选择器件层143，施加到选择器件层143的电压可以主要保持在饱和电压vs处。如果电流降低到保持电流水平(例如第一电流水平66)或更低，则选择器件层143切换到电阻器状态以有效地阻挡电流直到电压增大到阈值电压vt。
参照图4，当存储器件处于关断状态(例如，小于阈值电压vt的预定电压被施加的状态)时，可以流过少量的电流。由于关断状态下的泄漏电流变得更大，因此一次可以操作的存储单元的数量减少，并且可能无法获得稳定的开关特性，因而会难以实现具有3d交叉点结构的存储器件。然而，根据本发明构思的一示例性实施方式的选择器件层143可以包括具有根据化学式1或2的组成的硫族化合物开关材料。因此，选择器件层143可以具有稳定的开关特性、低关断电流，并且存储器件100可以具有拥有相对高的可靠性的3d交叉点堆叠结构。
下面将参照图5和6a至6c更详细地描述根据本发明构思的一示例性实施方式的包括硫族化合物开关材料的存储器件。
图5是示出根据本发明构思的一示例性实施方式的硫族化合物开关材料的组成范围的三元相图。
参照图5，根据本发明构思的一示例性实施方式的硫族化合物开关材料可以具有根据化学式1的第一组成范围r1和第二组成范围r2。例如，第一组成范围r1可以对应于包括约20at％到约40at％的量的ge、约40at％到约70at％的量的se、以及约5at％到约25at％的量的te的三元硫族化合物开关材料的组成，第二组成范围r2可以对应于包括约25at％到约35at％的量的ge、约45at％到约65at％的量的se、以及约10at％到约20at％的量的te的三元硫族化合物开关材料的组成。
图6a至6c是示出根据本发明构思的一示例性实施方式的包括硫族化合物开关材料的存储器件的特性的图。
具有第二组成范围r2的三元硫族化合物开关材料的关断电流6a_r2、挥发温度6b_r2和耐久性6c_r2分别在图6a至6c中示出。在图6a至6c中，关断电流6a_r2、挥发温度6b_r2和耐久性6c_r2的各自的值被描述为任意单位。
参照图6a，具有第二组成范围r2的三元硫族化合物开关材料可以在三元硫族化合物开关材料的组成范围的基本上整个区域表现出相对低的关断电流。例如，具有第二组成范围r2的三元硫族化合物开关材料可以具有几十pa的关断电流，其可以显著地低于可通过具有常规双向阈值开关(ots)特性的硫族化合物材料获得的关断电流。此外，几十pa的关断电流可以对应于可在常规二极管型开关器件中获得的相对低水平的电流。
参照图6b和6c，具有第二组成范围r2的三元硫族化合物开关材料可以表现出相对高的热稳定性和耐久性。例如，参照图6b，三元硫族化合物开关材料的挥发温度可以随着ge的含量从约20at％增加到约40at％而增加。
还参照图6c，三元硫族化合物开关材料的耐久性可以随着te的含量从约5at％增加到约25at％和/或ge的含量从约20at％增加到约40at％而增加。
根据本发明构思的一示例性实施方式的硫族化合物开关材料可以包括约20at％到40at％的量的ge、约40at％到约70at％的量的se、以及约5at％到约25at％的量的te。硫族化合物开关材料可以具有相对高的热稳定性和低的关断电流，因为硫族化合物开关材料包括约20at％到40at％的量的ge，并且可以具有减小的关断电流，因为硫族化合物开关材料包括约40at％到约70at％的量的se，并且可以具有增加的耐久性，因为硫族化合物开关材料包括约5at％到约25at％的量的te。此外，硫族化合物开关材料不包括si，因而具有相对高的膜质量的选择器件层143可以被形成。因此，存储器件可以表现出相对低的关断电流、相对高的热稳定性和相对高的优秀的可靠性。
图7至10每个是根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件的剖面图。下面可以省略与以上参照图2和3所述的描述相同的描述。
参照图7，根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件100a可以与以上参照图3描述的存储器件100不同在于，下电极层141和选择器件层143形成为镶嵌结构。作为示例，在根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件100a中，下电极层141和选择器件层143可以通过镶嵌工艺形成，并且中间电极层145、加热电极层147、可变电阻层149和上电极层148可以通过蚀刻工艺形成。因此，下电极层141和选择器件层143可以具有其宽度沿着向下方向减小的结构。向下方向可以与衬底101的上表面正交。
在根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件100a中，下间隔物152可以形成在下电极层141和选择器件层143的侧表面上。在根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件100a中，当下电极层141和选择器件层143通过镶嵌工艺形成时，下间隔物152可以预先形成在沟槽的侧表面上，之后，下电极层141和选择器件层143可以被形成。因此，根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件100a可以包括在下电极层141和选择器件层143的侧表面上的下间隔物152。根据本发明构思的一示例性实施方式，下隔离物152可以被省略。
参照图8，根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件100b可以与以上参照图3描述的存储器件100不同在于，可变电阻层149可以形成为镶嵌结构。作为示例，在根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件100b中，下电极层141、选择器件层143、中间电极层145、加热电极层147和上电极层148可以通过蚀刻方法形成，可变电阻层149可以通过镶嵌工艺形成。在根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件100b中，上间隔物155可以形成在可变电阻层149的侧表面上。上间隔物155可以以与参照图7描述的存储器件100a中的下间隔物152的方式相同的方式被形成。例如，沟槽可以形成在绝缘层中，上间隔物155可以形成在沟槽的侧表面上，并且可变电阻层149的材料可以填充沟槽中的剩余空间。然而，根据本发明构思的一示例性实施方式，上间隔物155可以被省略。
参照图9，根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件100c与参照图8描述的存储器件100b不同在于，可变电阻层149可以形成为镶嵌结构以具有“l”形结构。作为示例，在根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件100c中，下电极层141、选择器件层143、中间电极层145、加热电极层147和上电极层148可以通过蚀刻方法形成，可变电阻层149可以通过镶嵌工艺形成。
在根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件100c中，上间隔物155可以形成在可变电阻层149的侧表面上。然而，因为可变电阻层149形成为具有“l”形结构，所以上间隔物155可以形成为不对称结构。具有“l”形结构的可变电阻层149可以通过镶嵌工艺形成。下面将更详细地描述镶嵌工艺。用于上间隔物155的形成的绝缘层可以在加热电极层147上形成，并且沟槽可以在绝缘层中形成。沟槽可以形成得宽以(例如沿着与衬底101的上表面正交的方向)交叠相邻的存储单元140。接着，将构造可变电阻层的第一材料层可以在沟槽中和在绝缘层上共形地形成，之后，将形成上间隔物的第二材料层可以在第一材料层上形成。然后，化学机械抛光(cmp)工艺可以被执行以平坦化和暴露绝缘层的上表面。在平坦化之后，与存储单元140对准的掩模图案可以被形成，并且第一材料层和第二材料层可以通过利用掩模图案被蚀刻以形成“l”形的可变电阻层149和上间隔物155。
参照图10，根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件100d与以上参照图9描述的存储器件100c不同在于，可变电阻层149可以形成为破折号结构(dashstructure)。破折号结构的可变电阻层149可以以与形成“l”形结构的可变电阻层149的方式相似的方式被形成。例如，用于形成可变电阻层149的第一材料层可以在沟槽中和在绝缘层上共形地形成，之后，第一材料层可以通过各向异性蚀刻仅留在沟槽的侧壁上。之后，第二材料层可以被形成以覆盖第一材料层。平坦化可以通过cmp工艺被执行以暴露绝缘层的上表面。在平坦化工艺之后，与存储单元140对准的掩模图案可以被形成，并且第二材料层可以通过利用掩模图案被蚀刻以形成破折号结构的可变电阻层149和上间隔物155。
图11是根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件的透视图。图12是沿着图11的线2x-2x'和2y-2y'截取的剖面图。下面可以省略与以上参照图2和3所述的描述相同的描述。
参照图11和12，存储器件200可以包括位于衬底101上方的第一电极线层110l、第二电极线层120l、第三电极线层130l、第一存储单元层mcl1和第二存储单元层mcl2。
绝缘夹层105可以设置在衬底101上。第一电极线层110l可以包括在第一方向(例如x方向)上彼此平行延伸的多个第一电极线110。第二电极线层120l可以包括在垂直于第一方向的第二方向(例如y方向)上彼此平行延伸的多个第二电极线120。第三电极线层130l可以包括在第一方向(例如x方向)上彼此平行延伸的多个第三电极线130。除了其在第三方向(例如z方向)上的位置之外，第三电极线130可以在延伸方向或布置结构上与第一电极线110相同。因此，第三线130可以被称为第三电极线层130l中的第一电极线。
考虑到驱动存储器件200，第一电极线110和第三电极线130可以每个在对应于字线的位置中，第二电极线120可以每个在对应于位线的位置中。或者，第一电极线110和第三电极线130可以每个在对应于位线的位置中，第二电极线120可以每个在对应于字线的位置中。当第一电极线110和第三电极线130在对应于字线的位置中时，第一电极线110可以每个在对应于下字线的位置中，第三电极线130可以每个在对应于上字线的位置中，第二电极线120可以每个在对应于由下字线和上字线共享的公共位线的位置中。
第一电极线110、第二电极线120和第三电极线130可以每个包括金属、导电的金属氮化物、导电的金属氧化物或其组合。此外，第一电极线110、第二电极线120和第三电极线130可以每个包括金属层以及至少部分地覆盖金属层的导电屏障层。
第一存储单元层mcl1可以包括在第一方向和第二方向上彼此间隔开的多个第一存储单元140-1。第二存储单元层mcl2可以包括在第一方向和第二方向上彼此间隔开的多个第二存储单元140-2。第一电极线110和第二电极线120彼此交叉，第二电极线120和第三电极线130可以彼此交叉。第一存储单元140-1可以在第一电极线层110l与第二电极线层120l之间位于第一电极线110和第二电极线120彼此交叉的部分上。第二存储单元140-2可以在第二电极线层120l与第三电极线层130l之间位于第二电极线120和第三电极线130彼此交叉的部分上。
第一存储单元140-1可以包括下电极层141-1、选择器件层143-1、中间电极层145-1、加热电极层147-1、可变电阻层149-1和上电极层148-1。
第二存储单元140-2可以包括下电极层141-2、选择器件层143-2、中间电极层145-2、加热电极层147-2、可变电阻层149-2和上电极层148-2。
因此，第一存储单元140-1和第二存储单元140-2可以具有基本相同的结构。
第一绝缘层160a可以位于相邻的第一电极线110之间，第二绝缘层160b可以位于第一存储单元mcl1的相邻的第一存储单元140-1之间。第三绝缘层160c可以位于相邻的第二电极线120之间，第四绝缘层160d可以位于第二存储单元层mcl2的相邻的第二存储单元140-2之间，第五绝缘层160e可以位于相邻的第三电极线130之间。第一绝缘层160a至第五绝缘层160e可以包括彼此相同的材料，或者第一绝缘层160a至第五绝缘层160e中的至少一个可以包括与第一绝缘层160a至第五绝缘层160e中的其它绝缘层不同的材料。第一绝缘层160a至第五绝缘层160e可以包括氧化物或氮化物的电介质材料，并且可以在每个层中使器件彼此电隔离。此外，气隙可以代替第二绝缘层160b和第四绝缘层160d中的至少一个被形成。当气隙被形成时，具有预定厚度的绝缘衬垫可以形成在气隙与第一存储单元140-1之间和/或在气隙与第二存储单元140-2之间。
根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件200可以具有其中重复地堆叠拥有参照图2和3描述的结构的存储器件100的结构。然而，存储器件200不限于此。例如，根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件200可以具有其中堆叠参照图7至10描述的各种结构的存储器件100a、100b、100c和/或100d的结构。
图13是根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件的透视图。图14是沿图13的线3x-3x'和3y-3y'截取的剖面图。下面可以省略与以上参照图2、3、11和12所述的描述相同的描述。
参照图13和14，根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件300可以具有包括四个存储单元层mcl1、mcl2、mcl3和mcl4的四层结构。作为示例，第一存储单元层mcl1可以位于第一电极线层110l与第二电极线层120l之间，第二存储单元层mcl2可以位于第二电极线层120l与第三电极线层130l之间。第二绝缘夹层170可以设置在第三电极线层130l上，第一上电极线层210l、第二上电极线层220l和第三上电极线层230l可以位于第二绝缘夹层170上方。第一上电极线层210l包括具有与第一电极线110的结构相同的结构的第一上电极线210，第二上电极线层220l包括具有与第二电极线120的结构相同的结构的第二上电极线220，第三上电极线层230l包括具有与第三电极线130或第一电极线110的结构相同的结构的第三上电极线230。第一上存储单元层mcl3可以位于第一上电极线层210l与第二上电极线层220l之间，第二上存储单元层mcl4可以位于第二上电极线层220l与第三上电极线层230l之间。
根据本发明构思的一示例性实施方式，第一上存储单元层mcl3可以包括在第一方向和第二方向上彼此间隔开的多个第一上存储单元240-1。第二上存储单元层mcl4可以包括在第一方向和第二方向上彼此间隔开的多个第二上存储单元240-2。
第一上存储单元240-1可以包括下电极层241-1、选择器件层243-1、中间电极层245-1、加热电极层247-1、可变电阻层249-1和上电极层248-1。
第二上存储单元240-2可以包括下电极层241-2、选择器件层243-2、中间电极层245-2、加热电极层247-2、可变电阻层249-2和上电极层248-2。
因此，第一上存储单元240-1与第二上存储单元240-2可以具有基本相同的结构。
第一电极线层110l至第三电极线层130l以及第一存储单元mcl1和第二存储单元mcl2与以上参照图2、3、11和12描述的那些基本相同。此外，除了位于第二绝缘夹层170而非第一绝缘夹层105上之外，第一上电极线层210l至第三上电极线层230l以及第一上存储单元层mcl3和第二上存储单元层mcl4可以与第一电极线层110l至第三电极线层130l以及第一存储单元层mcl1和第二存储单元层mcl2基本相同。
根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件300可以具有其中重复地堆叠具有参照图2和3描述的结构的存储器件100的结构，但本发明构思的示例性实施方式不限于此。例如，根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件300可以具有其中堆叠具有参照图7至10描述的各种结构的存储器件100a、100b、100c和/或100d的结构。
图15是根据本发明构思的一示例性实施方式的存储器件的透视图。图16是沿图15的线4x-4x'截取的剖面图。下面可以省略与以上参照图2、3、11和12所述的描述相同的描述。
参照图15和16，存储器件400可以包括沿着与衬底101的上表面正交的方向位于衬底101上方的第一水平处的驱动电路区410，第一存储单元层mcl1和第二存储单元层mcl2可以沿着与衬底101的上表面正交的方向位于衬底101上方的第二水平处。
这里，“水平”可以指沿着与衬底101的上表面正交的方向(例如图15和16中所示的z方向)的高度。在衬底101上方，第一水平比第二水平更靠近衬底101。
驱动电路区410可以是外围电路或用于驱动第一存储单元层mcl1和第二存储单元层mcl2中的存储单元的驱动电路位于该处的区域。例如，位于驱动电路区410中的外围电路可以是能够高速处理输入到第一存储单元层mcl1和第二存储单元层mcl2/从第一存储单元层mcl1和第二存储单元层mcl2输出的数据的电路。例如，外围电路可以包括页缓冲器、锁存电路、缓存电路、列解码器、感测放大器、数据输入/输出电路或行解码器。
用于驱动电路的有源区域ac可以通过隔离层104被限定在衬底101上。形成驱动电路区410的多个晶体管tr可以位于衬底101的有源区域ac中。所述多个晶体管tr的每个可以包括栅极g、栅极绝缘层gd和源极/漏极区sd。栅极g的相反侧壁可以被绝缘间隔物106覆盖，并且蚀刻停止层108可以形成在栅极g和绝缘间隔物106上。蚀刻停止层108可以形成在隔离层104的上表面101t上。蚀刻停止层108可以与衬底101上方的隔离层104的上表面101t直接接触。蚀刻停止层108可以包括诸如硅氮化物或硅氮氧化物的绝缘材料。
多个绝缘夹层412a、412b和412c可以顺序地堆叠在蚀刻停止层108上。所述多个绝缘夹层412a、412b和412c可以每个包括硅氧化物、硅氮化物或硅氮氧化物。
驱动电路区410可以包括电连接到所述多个晶体管tr的多层布线结构414。多层布线结构可以通过所述多个绝缘夹层412a、412b和412c彼此绝缘。
多层布线结构414可以每个包括顺序地堆叠在衬底101上并且彼此电连接的第一接触416a、第一布线层418a、第二接触416b和第二布线层418b。在本发明构思的一示例性实施方式中，第一布线层418a和第二布线层418b可以包括金属、导电的金属氮化物、金属硅化物或其组合。例如，第一布线层418a和第二布线层418b可以包括诸如钨、钼、钛、钴、钽、镍、钨硅化物、钴硅化物、钽硅化物或镍硅化物的导电材料。
参照图16，多层布线结构414可以具有包括第一布线层418a和第二布线层418b的双层布线结构，但本发明构思的示例性实施方式不限于参照图16描述的本发明构思的示例性实施方式。例如，根据驱动电路区410的布局和栅极g的布置，多层布线结构414可以包括三个或更多个布线层结构。
绝缘夹层105可以形成在所述多个绝缘夹层412a、412b和412c上。第一存储单元层mcl1和第二存储单元层mcl2可以布置在绝缘夹层105上方。
连接在第一存储单元层mcl1和第二存储单元层mcl2与驱动电路区410之间的布线结构可以穿透绝缘夹层105。
作为示例，在存储器件400中，因为第一存储单元层mcl1和第二存储单元层mcl2位于驱动电路区410中，所以可以进一步增加存储器件400的集成度。
图17至19是示出根据本发明构思的一示例性实施方式的制造图2的存储器件的工艺的剖面图。
参照图17，绝缘夹层105可以设置在衬底101上。绝缘夹层105可以包括例如硅氧化物或硅氮化物；然而，本发明构思的示例性实施方式不限于此。包括在第一方向(例如x方向)上延伸并且彼此间隔开的多个第一电极线110的第一电极线层110l可以位于绝缘夹层105上方。第一电极线110可以通过在此描述的蚀刻工艺或镶嵌工艺被形成。以上例如参照图2和3描述了第一电极线110中包括的材料。在第一方向上延伸的第一绝缘层160a可以位于相邻的第一电极线110之间。
下电极材料层141k、选择器件材料层143k、中间电极材料层145k、加热电极材料层147k、可变电阻材料层149k和上电极材料层148k可以在第一电极线层110l和第一绝缘层160a上顺序地堆叠以形成堆叠结构140k。以上已经例如参照图2和3描述了堆叠结构140k中包括的材料层的材料和功能。
选择器件材料层143k可以通过利用包括包含ge、se和te并且选择性地包含从b、c、n、o、p或s中选择的至少一种作为添加元素(x)的硫族化合物开关材料(例如，以上例如参照图2更详细地描述的根据化学式1的硫族化合物开关材料)的靶通过物理气相沉积(pvd)工艺形成。或者，选择器件材料层143k可以通过利用包括包含ge、se、te和as并且选择性地包含从b、c、n、o、p或s中选择的至少一种作为添加元素(x)的硫族化合物开关材料(例如，以上例如参照图2更详细地描述的根据化学式2的硫族化合物开关材料)的靶通过pvd工艺形成。在本发明构思的一示例性实施方式中，选择器件材料层143k可以通过利用包括根据化学式1或化学式2的硫族化合物开关材料的源通过化学气相沉积(cvd)工艺或原子层沉积(ald)工艺形成。
根据化学式1和化学式2的硫族化合物开关材料可以不包括si。如果硫族化合物开关材料包括si，则硅颗粒会在靶形成工艺期间在靶中聚结并分离，或者靶中会出现孔，因而在选择器件材料层143k中，硅颗粒会聚结并分离或者孔会被形成，因此选择器件材料层143k的膜质量会相对较低。然而，根据化学式1或化学式2的硫族化合物开关材料不包括si，因而通过pvd工艺形成的选择器件材料层143k可以具有相对高的膜质量。
参照图18，在形成堆叠结构140k(参见例如图17)之后，在第一方向(例如x方向)和第二方向(例如y方向)上彼此间隔开的掩模图案可以在堆叠结构140k上形成。此后，堆叠结构140k可以通过利用掩模图案被蚀刻，使得第一绝缘层160a和第一电极线110的上表面被部分地暴露以形成多个存储单元140。
存储单元140可以根据掩模图案的形状在第一方向和第二方向上彼此间隔开，并且可以电连接到其下方的第一电极线110。此外，存储单元140可以每个包括下电极层141、选择器件层143、中间电极层145、加热电极层147、可变电阻层149和上电极层148。在形成存储单元140之后，剩余的掩模图案可以通过灰化工艺和剥离工艺被去除。
存储单元140可以通过蚀刻工艺形成；然而，本发明构思的示例性实施方式不限于此。在本发明构思的一示例性实施方式中，存储单元140可以通过在此描述的镶嵌工艺形成。例如，当存储单元140中的可变电阻层149通过镶嵌工艺形成时，绝缘材料层可以首先被形成，然后可以被蚀刻以形成暴露加热电极层147的上表面的沟槽。此后，相变材料可以被填充在沟槽中，然后平坦化可以通过利用cmp工艺被执行以形成可变电阻层149。
参照图19，填充在存储单元140中的相邻存储单元之间的第二绝缘层160b可以被形成。第二绝缘层160b可以包括与第一绝缘层160a的氧化物或氮化物材料相同的氧化物或氮化物材料/或不同的氧化物或氮化物材料。绝缘材料层可以形成为具有足够的厚度足以完全填充存储单元140之间的空间，然后通过cmp工艺被平坦化以暴露上电极层148的上表面并形成第二绝缘层160b。
用于形成第二电极线层的导电层可以被形成并且通过蚀刻工艺被图案化以形成第二电极线120。第二电极线120可以在第二方向(例如y方向)上延伸并且可以彼此间隔开。在第二方向上延伸的第三绝缘层160c可以位于相邻的第二电极线120之间。第二电极线120可以通过蚀刻工艺形成；然而，本发明构思的示例性实施方式不限于此。例如，第二电极线120可以通过镶嵌工艺形成。当第二电极线120通过镶嵌工艺形成时，绝缘材料层可以在存储单元140和第二绝缘层160b上形成，并且绝缘材料层可以被蚀刻以形成在第二方向上延伸并暴露可变电阻层149的上表面的沟槽。此后，沟槽可以用导电材料填充并且被平坦化以形成第二电极线120。填充在相邻的存储单元140之间的绝缘材料层可以形成为相对较厚并且被平坦化，然后，沟槽可以在绝缘材料层中形成以形成第二电极线120。因此，第二绝缘层和第三绝缘层可以通过利用相同的材料一体地形成(例如形成为一体型)。
虽然已经参照本发明的示例性实施方式具体显示和描述了本发明构思，但是将理解，可以在其中进行形式和细节上的各种各样的改变而不背离本发明构思的精神和范围。
本申请要求享有2017年3月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0038666号的优先权，其公开通过引用全文合并于此。