[發明專利]相變化存儲裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 200710002210.4
• 申請日: 2007-01-12
• 公開（公告）號: CN101075630A
• 公開（公告）日: 2007-11-21
• 發明（設計）人: 龍翔瀾;陳士弘
• 申請（專利權）人: 旺宏電子股份有限公司
• 主分類號: H01L27/24
• 分類號: H01L27/24;H01L21/82;H01L45/00;G11C11/56;G11C13/00;G11C16/02
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 韓宏

聯合研究合約的當事人

紐約國際商業機械公司、臺灣旺宏國際股份有限公司及德國英飛凌技術公司(Infineon?Technologies?A.G.)為聯合研究合約的當事人。

技術領域

本發明涉及以相變化存儲材料為基礎的高密度存儲裝置，以及用以制造這種裝置的方法，其中相變化存儲材料包括硫屬化物材料與其他材料。

背景技術

相變化存儲材料廣泛地用于讀寫光盤中。這些材料包括有至少兩種固態相，包括如大致為非晶態的固態相，以及大致為結晶態的固態相。激光脈沖用于讀寫光盤片中，以在二種相中切換，并讀取此種材料于相變化后的光學性質。

如硫屬化物及類似材料的這種相變化存儲材料，可通過施加其幅度適用于集成電路中的電流，而引起晶相變化。大致非晶態的特征為其電阻高于結晶態，此電阻值可輕易測量得到而用以作為指示。這種特性則引發使用可編程電阻材料以形成非易失性存儲器電路等興趣，此電路可用于隨機存取讀寫。

從非晶態轉變至結晶態一般為低電流步驟。從結晶態轉變至非晶態(以下指稱為重置(reset))一般為高電流步驟，其包括短暫的高電流密度脈沖以融化或破壞結晶結構，其后此相變化材料會快速冷卻，抑制相變化的過程，使得至少部份相變化結構得以維持在非晶態。理想狀態下，引起相變化材料從結晶態轉變至非晶態的重置電流幅度應越低越好。欲降低重置所需的重置電流幅度，可通過減低在存儲器中的相變化材料元件的尺寸、以及減少電極與此相變化材料的接觸面積而實現，因此可針對此相變化材料元件施加較小的絕對電流值而實現較高的電流密度。

此領域發展的一種方法致力于在集成電路結構上形成微小孔洞，并使用微量可編程的電阻材料填充這些微小孔洞。致力于這種微小孔洞的專利包括：于1997年11月11日公告的美國專利No.5,687,112，題為“Multibit?Single?Cell?Memory?Element?Having?Tapered?Contact”、發明人為Ovshinky；于1998年8月4日公告的美國專利No.5,789,277，題為“Method?of?Making?Chalogenide[sic]Memory?Device”、發明人為Zahorik等；于2000年11月21日公告的美國專利No.6,150,253，題為“Controllable?Ovonic?Phase-Change?Semiconductor?Memory?Deviceand?Methods?of?Fabricating?the?Same”、發明人為Doan等。

當以非常微小尺寸制造這種裝置且工藝參數必須符合大尺寸存儲裝置所要求的嚴格工藝規范時，會遭遇到問題。因此，較佳地能提供一種存儲單元結構與制造這種結構的方法，其具有微小尺寸與低重置電流。

發明內容

本發明的一個目的涉及相變化存儲裝置，其包括存儲單元存取層、與選擇性地連接至存儲單元存取層的存儲單元層，其包括以平板印刷(photolithograph)方式形成的相變化存儲單元。此相變化存儲單元包括第一與第二電極，其分別具有相對且分隔的第一與第二接觸元件，以及位于第一與第二接觸元件間的相變化元件，其可將第一與第二接觸元件彼此電連接。相變化元件具有寬度、長度與厚度，長度介于第一與第二接觸元件間的方向，且寬度與長度垂直。長度、厚度與寬度小于用以形成相變化存儲單元的工藝的最小平板印刷特征尺寸。

在某些實施例中，此最小平板印刷特征尺寸約為200納米，而此長度為約10至100納米，寬度為約10至50納米，且厚度為約10至50納米。

在某些實施例中，該第一與第二電極包括選自下列組的一個元素：鈦、鎢、鉬、鋁、鉭、銅、鉑、銥、鑭、鎳、釕、及前述金屬的合金

本發明的另一目的涉及一種用以制造相變化存儲裝置的方法，包括：形成存儲單元存取層于襯底上，該存儲單元存取層包括存取裝置以及上表面；形成存儲單元層，其選擇性地連接至存儲單元存取層，該存儲單元層包括以平板印刷方式形成的相變化存儲單元，該相變化存儲單元包括：第一與第二電極，其分別具有相對且分隔的第一與第二接觸元件；相變化元件，其置于該第一與第二接觸元件之間，并將該第一與第二接觸元件彼此電連接；該相變化元件包括寬度、長度、以及厚度，該長度介于該第一與第二接觸元件間，且該寬度與該長度垂直；以及該存儲單元層形成步驟的進行使得：該相變化元件的體積小于用以形成該相變化存儲單元的最小平板印刷特征尺寸的三次方；以及位于該相變化元件與該第一接觸元件之間的接觸區域，由該相變化元件的寬度與厚度所定義，小于該最小平板印刷特征尺寸的二次方。