[發明專利]中心加熱相變化存儲器結構及其制造方法

有效

• 申請號: 200810210901.8
• 申請日: 2008-08-12
• 公開（公告）號: CN101504967A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 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

本發明是有關于使用相變化存儲材料，像是硫屬化物與其它材料的高密度存儲裝置，以及制造此類裝置的制造方法。

背景技術

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

如硫屬化物及類似材料的此等相變化存儲材料，可通過施加其幅度適用于集成電路中的電流，而致使晶相變化。一般而言非晶態的特征是其電阻高于結晶態，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程序化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是一低電流步驟。從結晶態轉變至非晶態(以下指稱為復位(reset))一般是一高電流步驟，其包括一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，致使相變化材料從結晶態轉變至非晶態的復位電流幅度應越低越好。

為降低復位所需的復位電流幅度，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達成，因此可針對此相變化材料元件施加較小的絕對電流值而達成較高的電流密度。

在復位過程中，通過增加該相變化材料的電阻率，可以降低引起一相變化所需的該電流幅度，因為在相變化發生時，其自我加熱是與該相變化材料的電阻率(忽略熱庫效應)成正比，而會產生熱造成溫度上升。然而，在由該存儲單元讀取數據時，亦需要一個小的讀取電流以確保該相變化材料并未進入一非所需的相變化。與一個小的讀取電流相關的課題包含一慢速讀取流程。此外，增加該相變化材料的電阻率會導致該存儲單元有一較高的總電阻且不會對該存儲單元的能量消耗有著任何的幫助。更者，可發現一較高的總存儲單元電阻或許會導致一較慢的設置速度。

為降低復位所需的電流幅度，亦可通過降低該存儲單元中該相變化存儲元件的大小，及/或在電極及該相變化材料間的接點區域來達成，如此可以在較小絕對電流值通過該相變化材料元件的情況下而達到較高的電流密度。

此領域發展的一種方法是致力于在一集成電路結構上形成微小孔洞，并使用微量可程序化的電阻材料填充這些微小孔洞。致力于此等微小孔洞的專利包括：于1997年11月11日公告的美國專利第5,687,112號“MultibitSingle?Cell?Memory?Element?Having?Tapered?Contact”、發明人為Ovshinky；于1998年8月4日公告的美國專利第5,789,277號“Method?of?MakingChalogenide[sic]Memory?Device”、發明人為Zahorik等；于2000年11月21日公告的美國專利第6,150,253號“Controllable?Ovonic?Phase-ChangeSemiconductor?Memory?Device?and?Methods?of?Fabricating?the?Same”、發明人為Doan等。

本發明申請人開發了另一種技術，被稱為一相變化橋接存儲單元，其是形成一非常小塊的存儲材料片于電極之間做為跨越一薄膜絕緣構件的一電橋。該相變化電橋是易于整合邏輯電路及集成電路上其它類型電路。參見于2005年06月17日申請的美國專利申請第11/115,067號“Thin?FilmFuse?Phase?Chang?RAM?and?Manufacturing?Method”、發明人為Lung等，在此引為參考文獻并為相同申請人所擁有。