[發明專利]具有不同相變材料的小功率相變存儲單元

無效

• 申請號: 200710127291.0
• 申請日: 2007-07-10
• 公開（公告）號: CN101106175A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發明（設計）人: 托馬斯·哈普;揚·鮑里斯·菲利普
• 申請（專利權）人: 奇夢達北美公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24;G11C11/56
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 章社杲;吳貴明

技術領域

本發明涉及一種具有不同相變材料的小功率相變存儲單元。

背景技術

半導體存儲器為電子器件提供記憶存儲，并且在電子產品行業變得很流行。通常，多個半導體芯片被典型地制作在(或設置于)硅晶片上。各半導體芯片分別與硅片分離，以便隨后在電子器件中用作存儲器。就此而言，半導體芯片包括存儲單元陣列，這些存儲單元被構造成存儲可回收數據，由邏輯值為0和1來表征。

一種半導體存儲器為電阻存儲器。這些電阻存儲器通常使用兩個或多個不同電阻值的可轉接電阻器，以限定存儲器中的單元狀態，用于存儲數據。一種特殊類型的電阻存儲器為相變存儲器。在相變存儲單元的一種公知結構中，存儲單元形成在相變存儲材料與電極的交接處。通過電極傳遞的適當值的能量加熱該相變存儲單元，從而影響其原子結構中的相變/狀態變化。該相變存儲單元可以選擇性地在邏輯值0與1之間切換，例如，并且/或者選擇性地在多個邏輯狀態之間切換。

呈現上述相變記憶特性的材料包含周期表中的VI族元素(諸如碲和硒)及其合金，稱為硫族化物或硫族材料。其它非硫族化物材料也呈現相變記憶特性。

一種相變存儲單元的原子結構可以在非晶態與一個或多個晶態之間轉換。非晶態下的電阻比晶態下的電阻高，并且通常包括僅具有短程配位的無序原子結構。相反，每個晶態通常均具有更為有序的原子結構以及較低的電阻(且導電性高)。

當維持在結晶溫度(或稍高于結晶溫度)時，相變材料的原子結構變得更有序。隨后材料的慢冷使得原子結構以高度有序的(結晶)狀態穩定地定向?；謴驮瓲睿蛑卦O為非晶態，例如在硫族化物材料中，局部溫度通常升高到熔化溫度(大約600攝氏度)以上，以實現更隨機的原子結構，然后迅速冷卻，以將原子結構“鎖定”在非晶態。

存儲單元中的溫度誘發設定/停留變化在每個單元內形成局部升高的溫度或熱點。存儲單元中的熱點需要增大電流(以及功率)，以重設存儲單元中的存儲狀態。一般而言，希望減小改變存儲單元中存儲狀態所需的功率，以便能夠使用更小的選擇器件，從而減小存儲器件的整體尺寸。

基于這些和其它的原因，提出了本發明。

發明內容

本發明的一方面提供了一種存儲單元，該存儲單元包括：第一電極和相對的第二電極，以及位于第一電極與第二電極之間的存儲堆疊。該存儲堆疊包括：與第一電極相接觸的第一層熱絕緣材料、與第二電極相接觸的第二層熱絕緣材料、以及位于第一層熱絕緣材料與第二層熱絕緣材料之間的相變材料。就此而言，相變材料限定了有源區寬度，該寬度小于第一層熱絕緣材料和第二層熱絕緣材料的寬度。

附圖說明

附圖被包括進來以提供對本發明的進一步理解，并結合于說明書中并構成本說明書的一部分。附圖示出了本發明的實施例，并與說明書文字部分一起用來解釋本發明的原理。由于參照下面的詳細描述將更好地理解本發明，所以本發明的其它實施例以及本發明的多個預期優點將很容易認識到。附圖中的元件不必相對彼此成比例。相同的參考標號表示相應的類似部件。

圖1示出了根據本發明一個實施例的包括存儲單元的存儲器件的簡化框圖。

圖2示出了根據本發明一個實施例的存儲單元的剖面圖。

圖3示出了根據本發明一個實施例的設置在預處理的晶片上的相變材料的堆疊的剖面圖。

圖4示出了根據本發明一個實施例的沉積在相變材料的堆疊上的電極層的剖面圖。

圖5示出了根據本發明一個實施例的沉積在存儲單元的電極層上的抗蝕劑和掩模的剖面圖。

圖6示出了根據本發明一個實施例的在干蝕刻之后的相變材料堆疊的剖面圖。

圖7示出了根據本發明一個實施例的在濕回蝕刻(pull-backetch)之后的相變材料的堆疊的剖面圖。

圖8示出了根據本發明一個實施例的相變材料的堆疊周圍的絕緣材料的剖面圖。

圖9示出了根據本發明一個實施例的存儲單元的平坦化的絕緣材料。

圖10示出了根據本發明一個實施例的具有相變材料堆疊和栓塞沉陷墊(plug?landing?pad)的存儲單元的剖面圖。

圖11示出了根據本發明另一實施例的存儲單元的剖面圖。

圖12示出了根據本發明另一實施例的存儲單元中的相變材料的堆疊的剖面圖。

圖13示出了根據本發明另一實施例的存儲單元中的相變材料的堆疊的剖面圖。

圖14示出了根據本發明一個實施例的存儲單元中的相變材料的梯度的剖面圖。

具體實施方式