[發明專利]一種包含熱保護底電極的相變化存儲單元及其制作方法

有效

• 申請號: 200810099300.4
• 申請日: 2008-05-16
• 公開（公告）號: CN101436643A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 陳士弘
• 申請（專利權）人: 旺宏電子股份有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24;G11C11/56;G11C16/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明系關于采用相變化存儲材料的高密度存儲裝置，其包含硫 屬化物元素以其它可編程的電阻材料。本發明亦揭露制作該種裝置的 方法。

背景技術

以相變化為基礎的存儲材料已經廣泛地運用于可擦寫光盤片中。 這些材料具有至少兩種固態相，包括如一大致為非晶態的固態相，以 及一大致上為結晶態的固態相。讀寫光盤片是利用激光脈沖，以在二 種相態之間切換，同時讀取材料經過相變化轉換之后的光學性質。

硫屬化物或其它相似材料的相變化存儲器材料，亦可通過集成電 路施以適當強度的電流，來改變相位。大致為非晶態的電阻率高于大 致為結晶態時的電阻率，而此種電阻差異易于檢測，故可代表不同數 據內容。該種物質特性引發研究動機，以利用可控制的電阻材料，制 作非易失、并且可隨機讀寫的存儲器電路。

非晶態轉換至結晶態的過程，通常采用較低的操作電壓。由結晶 態轉換為非晶態的過程，于此稱為『復位』(reset)。其通常需要較高的 操作電壓，包含一短時間且高密度的電流脈沖，以熔化或破壞結晶結 構，隨后快速冷卻相變化材料，經淬火處理，將至少一部分的相變化 結構穩定為非晶態。此一過程，藉復位電流將相變化材料由結晶態轉 變為非晶態，而吾人希望盡量降低復位電流的強度。欲降低復位電流 的強度，可降低存儲器單元中的相變化材料元件尺寸，或者降低電極 與相變化材料的接觸區域大小，此時穿越相變化元件的電流絕對值較 小，故可產生較高的電流密度。

傳統相變化存儲器與其結構遭遇到散熱效應的問題。圖1顯示習 知技術中存儲單元的剖面示意圖，其包含位于介電層100中的底電極 110、底電極110之上的相變化核心120、以及位于相變化核心120之 上的頂電極130。具有熱傳導性的底電極110可作為散熱庫，其高導熱 系數可快速地將熱能由相變化核心120帶離。由于核心120會因為熱 能而產生相變化，因此散熱效應會提高相變化的發生門坎，故必須采 用較高的電流。

圖2顯示類似于圖1的一種存儲單元結構的剖面示意圖，其中進 一步包含底電極110中的接縫140。如過去所習知者，將材料沉積至深 寬比相對較高的開口中(例如在介電層100中形成底電極110)，即會 在沉積材料中造成如接縫140的型態。所沉積的材料傾向堆積于接近 容納結構的邊緣，留下接縫或空孔，而不會形成均勻的固態材料。在 此例中，稍后所沉積的相變化核心120無法完全與底電極接觸，造成 接觸不良，同時影響存儲單元的穩定性與可靠度。

在極小的尺寸之下制作此種裝置，或者欲使工藝符合大型存儲裝 置的嚴格規格要求，均為重大挑戰。因此產生需求，希望能發展具有 小尺寸與低復位電流的存儲單元結構，也希望該結構可以著眼于導熱 性的問題，同時能符合大型存儲裝置工藝所需的嚴格工藝標準。此外， 也希望能制作具有微小主動相變化區域的存儲裝置。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種存儲裝置，其包含一 底電極、位于底電極上的一熱保護結構、以及位于該熱保護結構上的 多層堆棧。熱保護結構包含一熱保護材料層，該熱保護材料的導熱系 數低于底電極材料的導熱系數。多層堆棧包含位于相變化核心之上的 頂電極。多層堆棧在第一方向上具有第一寬度，該寬度小于熱保護材 料層，同時在第二方向上具有第二寬度，其寬度低于熱保護材料層， 而該第二方向與第一方向垂直。