[發(fā)明專利]具有熱障的相變化存儲單元及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710196462.5
• 申請日: 2007-12-05
• 公開（公告）號: CN101197317A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳士弘;龍翔瀾;陳逸舟
• 申請（專利權(quán)）人: 旺宏電子股份有限公司
• 主分類號: H01L21/82
• 分類號: H01L21/82;H01L21/768;H01L27/24;H01L23/522;H01L45/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 王英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及使用相變化存儲材料的高密度存儲裝置、以及制造此存儲裝置的方法，尤其涉及一種相變化存儲元件其在相變化元件與電極之間具有熱障，其中相變化存儲材料包括硫?qū)倩锱c其它材料。

背景技術(shù)

相變化存儲材料廣泛地用于非易失性隨機存取存儲單元。例如硫?qū)倩锱c類似材料的這種材料，可通過施加適用于集成電路中的電流電平，獲得在非晶態(tài)與結(jié)晶態(tài)之間的相變化。大致非晶態(tài)的特征在于其電阻率高于大致結(jié)晶態(tài)，而此特征可以輕易地被檢測以指定數(shù)據(jù)。

從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變至結(jié)晶態(tài)一般為低電流步驟。從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變至非晶態(tài)(以下稱為重置(reset))一般為高電流步驟，其包括短暫的高電流密度脈沖以熔化或破壞結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其后此相變化材料會快速冷卻，抑制相變化的過程，使得至少部分相變化結(jié)構(gòu)得以維持在非晶態(tài)。理想狀態(tài)下，致使相變化材料從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變至非晶態(tài)的重置電流幅度應(yīng)越低越好。欲降低重置所需的重置電流幅度，可通過減小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(xiàn)，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(xiàn)較高的電流密度。

此領(lǐng)域發(fā)展的一種方法致力于在集成電路結(jié)構(gòu)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日公布的美國專利第5,687,112號“Multibit?SingleCell?Memory?Element?Having?Tapered?Contact”、發(fā)明人為Ovshinky；于1998年8月4日公布的美國專利第5,789,277號“Method?of?Making?Chalogenide[sic]Memory?Device”、發(fā)明人為Zahorik等；于2000年11月21日公布的美國專利第6,150,253號“ControllableOvonic?Phase-Change?Semiconductor?Memory?Device?andMethods?of?Fabricating?the?Same”、發(fā)明人為Doan等。

當以微小尺寸制造這種裝置、且必須符合大尺寸存儲裝置的嚴格工藝參數(shù)時，會發(fā)生問題。小于相變化單元的微小尺寸相關(guān)的問題之一，在于圍繞著有源區(qū)域的材料的導熱性。為了獲得相變化，有源區(qū)域中的相變化材料的溫度，必須達到相變化臨界值。然而，電流通過此材料所產(chǎn)生的熱量，被周圍結(jié)構(gòu)所導引而散失。從有源區(qū)域的相變化材料將熱量導引散失的現(xiàn)象，會減慢電流的加熱效應(yīng)，并影響相變化操作。

因此希望可提供一種存儲單元結(jié)構(gòu)，其需要較小的電流。更加地希望提供一種工藝與結(jié)構(gòu)，其可與同一集成電路的周邊電路的制造相容。

發(fā)明內(nèi)容

存儲單元的制造方法，包括提供襯底，在襯底上沉積電介質(zhì)層襯底，在電介質(zhì)層中形成過孔，以及在過孔中沉積導電材料(栓塞)。此晶圓被平面化以形成第一表面，且此導電材料的部分被移除(蝕刻)，以形成具有一外露側(cè)壁的凹口，且此導電材料的第二表面低于第一表面。導電阻擋層沉積在第二表面上、以及外露側(cè)壁部分上，且熱隔離材料沉積在導電阻擋層上。此熱隔離材料與導電阻擋材料被平面化，以形成外露導電阻擋表面。底電極形成于熱隔離材料上，其延伸至外露導電阻擋表面上，并與之形成電接觸。存儲材料形成于底電極上，并形成頂電極電接觸至存儲材料。

在一特定實施例中，此導電阻擋層由氮化鈦所構(gòu)成，且其厚度介于1至10納米。在另一實施例中，底電極的厚度不大于30納米。在另一實施例中，熱隔離材料包括旋涂玻璃。

在一特定實施例中，外露導電阻擋層限定外圍，此外圍環(huán)繞此熱隔離材料，且底電極覆蓋此外圍。在另一實施例中，存儲材料與頂電極形成存儲核心，其具有次微米柱狀存儲材料。

在某些實施例中，在過孔中沉積導電材料，形成了裂縫，且蝕刻此導電材料會暴露一裂縫開口。此熱隔離材料覆蓋了裂縫開口，以提供一表面，其與外露的導電阻擋表面等高。