[發明專利]存儲單元及其制造方法

有效

• 申請號: 200810001978.4
• 申請日: 2008-01-04
• 公開（公告）號: CN101276880A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 龍翔瀾;林仲漢;馬修·J.·布雷維什;阿里間德羅·G.·施羅特;埃里克·A.·約瑟夫;羅格·W.·齊克
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24;G11C11/56
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 秦晨

技術領域

本發明涉及計算機存儲器，更具體而言涉及非易失性相變化存儲器件。

背景技術

計算機存儲器分兩個大組別：非易失性存儲器和易失性存儲器。恒定輸入能量以保留信息對于非易失性存儲器不是必要的，但對于易失性存儲器是必需的。非易失性存儲器件的實例是只讀存儲器、閃存電可擦寫只讀存儲器、鐵電隨機存儲器、磁隨機存儲器和相變存儲器。易失性存儲器件的實例包括動態隨機存儲器(DRAM)和靜態隨機存儲器(SRAM)。本發明涉及相變存儲器。在相變存儲器中，信息被存儲在可以被處理成不同相的材料中。上述相的每一個顯示出可以用于存儲信息的不同電特性。非晶和晶體相通常是用于位存儲的兩相(1’s和0’s)，這是由于他們在電阻方面具有可探測的差別。具體而言，非晶相具有比晶體相更高的電阻。

玻璃硫屬化物是通常被用作相變材料的一組材料。該組材料包含硫族元素(周期表族16/VIA)和正電性較大的元素。硒(Se)和碲(Te)是用于在生成相變存儲單元時產生玻璃硫屬化物的族中的兩種最普通的半導體。這樣的一個實例是Ge₂Sb₂Te₅(GST)、SbTe和In₂Se₃。然而，有些相變材料不使用硫族元素，諸如GeSb。因此，各種材料可以用在相變材料單元中，只要它們保留分開的非晶和晶體狀態。

相變材料中的非晶和晶體相是可逆的。如圖1中所示，這是通過形成與絕緣材料106排列成行的通孔104而達到的。下電極102(也稱為源)形成于相變材料107的下方，上電極101(也稱為漏)形成于相變材料107的上方。這允許電脈沖在將電力從源102施加到漏101上時穿越相變材料。由于歐姆加熱，相變材料107改變其相。拖尾邊緣處具有快速過渡的相對強度較高、持續時間較短的電流脈沖導致相變材料107快速熔化和冷卻。相變材料107不具有形成有序晶體的時間，因此產生了非晶固相。強度相對較低、持續時間較長的脈沖允許相變材料107加熱并緩慢冷卻，因此結晶成晶體相。調整脈沖強度和持續時間以產生用于存儲單元中多位存儲的不同的電阻是可能的。

通過施加強度不足以編程的脈沖對相變單元進行讀，即改變材料107的相。那么，該脈沖的電阻可以被讀作“1”或“0”。承載更大電阻的非晶相通常被用于表示二進制數0。承載較低電阻的晶體相可以用于表示二進制數1。在具有不同電阻的單元中，相可以用于表示，例如，″00″、″01″、″10″和″11″。

發明內容

本發明一個代表性的方面是形成存儲單元的方法。形成存儲單元的方法開始于標準的制程前端(FEOL)晶片，即通常在基片上形成多個絕緣層。底電極形成于絕緣層的至少一個內。通孔通過刻蝕穿過位于底電極上絕緣層的至少一個而被限定。通孔和底電極通過至少一個中間絕緣層被分開。犧牲分隔件形成于中間絕緣層上的通孔內。具有比通孔直徑小的直徑的溝道被限定在犧牲分隔件壁內。在犧牲分隔件下方和底電極上方的中間絕緣層內產生孔，使得溝道穿過中間絕緣層延續到底電極。然后，去除犧牲分隔件并將相變材料沉積到孔內部，將整個孔填滿。最后，將上電極沉積到相變材料上。

本發明的另一個代表性的方面是存儲單元。存儲單元包括基片、形成于基片上的絕緣層、形成于絕緣層內的底電極、底電極上方的絕緣層內的孔、形成于孔內的相變材料，相變材料將整個孔填滿，并且上電極形成于相變材料上。

本發明的另一個代表性的方面是包括具有至少一個存儲單元的一個或多個存儲單元的集成電路，存儲單元包括基片、形成于基片上的絕緣層、形成于絕緣層內的底電極、底電極上方的絕緣層內的孔、形成于孔內的相變材料，相變材料將整個孔填滿，并且上電極形成于相變材料上。另外，可以對上電極進行構圖，以用于位線連接。

附圖說明

圖1是本發明的存儲單元的橫切面圖。

圖2是具有絕緣層的FEOL晶片的橫切面圖。

圖3是絕緣層內的通孔和底切的產生的橫切面圖。

圖4是示出絕緣材料沉積到通孔內的橫切面圖。

圖5是犧牲分隔件的產生的橫切面圖。

圖6是孔的產生的橫切面圖。

圖7A和7B是示出絕緣層的去除的橫切面圖。

圖8A和8B是示出相變材料和上電極的沉積的橫切面圖。

具體實施方式

此處參照本發明的實施例對本發明進行描述。對圖1-8的參照貫穿整個本發明的描述。在參照附圖時，對全文中所顯示的相似的結構和元件，用相似的參考號表示。