[發(fā)明專利]具有上下側(cè)壁接觸的相變化存儲(chǔ)裝置及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910001344.3
• 申請(qǐng)日: 2009-01-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101604729A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龍翔瀾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 旺宏電子股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 周國(guó)城

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于具有相變化存儲(chǔ)材料的高密度存儲(chǔ)裝置以及其制造方法，其中相變化存儲(chǔ)材料可以是含有硫?qū)倩锏牟牧弦约捌渌删幊屉娮枋讲牧稀?/p>

背景技術(shù)

相變化存儲(chǔ)材料，像是含有硫?qū)倩锏牟牧虾推渌愃频牟牧希稍谑┘哟笮∵m用于集成電路的電流時(shí)產(chǎn)生相變化，并在結(jié)晶態(tài)與非晶態(tài)之間變化。大致上非晶態(tài)的電阻一般而言會(huì)比大致上結(jié)晶態(tài)的電阻來(lái)的大，而此特性可用以表示數(shù)據(jù)。由于上述特性，越來(lái)越多人開(kāi)始研究如何將可編程電阻式材料應(yīng)用在可利用隨機(jī)存取方式進(jìn)行讀取與寫入的非易失性存儲(chǔ)器電路中。

由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變至結(jié)晶態(tài)一般是低電流步驟。從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變至非晶態(tài)(此處稱為「復(fù)位」)一般則為高電流步驟，其包括以短暫的高電流密度脈沖來(lái)熔融或破壞結(jié)晶結(jié)構(gòu)，之后相變化材料會(huì)快速降溫，急速冷卻熔融態(tài)的相變化材料，并使至少一部份相變化材料穩(wěn)定存在非晶態(tài)中。理想狀態(tài)下，用來(lái)使相變化材料進(jìn)行轉(zhuǎn)變的電流是極小的。

為降低復(fù)位所需的電流大小，可通過(guò)縮小存儲(chǔ)單元中相變化材料元件的尺寸及/或減少電極與相變化材料元件接觸的面積來(lái)達(dá)成。因?yàn)椋@么一來(lái)，便可以施加較小的絕對(duì)電流值到相變化材料元件而達(dá)成較高的電流密度。

然而，由于接觸表面的減少會(huì)與某些故障情形有關(guān)，故縮小存儲(chǔ)單元中相變化材料元件及/或電極的尺寸的嘗試不免會(huì)對(duì)存儲(chǔ)單元的電子及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生不良的影響。而前述的故障情形包括了操作過(guò)程中材料密度的改變、因熱膨脹現(xiàn)象產(chǎn)生結(jié)構(gòu)應(yīng)力而在交界面形成孔隙。

此外，由于工藝上的不同，陣列中不同存儲(chǔ)單元的電極與相變化材料元件接觸表面的大小也會(huì)不同。而這些不同可能會(huì)造成存儲(chǔ)單元編程特性的不同，包括不同存儲(chǔ)單元具有不同電阻的情形。

因此，有必要提出一種存儲(chǔ)單元，其具有低復(fù)位電流，并可改善前述電極與相變化材料元件接觸表面縮小所造成的問(wèn)題。此外，也有必要提出一種制造方法，其可利用可靠并可重復(fù)實(shí)施的技術(shù)來(lái)制造接觸表面大致相同的存儲(chǔ)單元陣列。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種存儲(chǔ)裝置，包括一存儲(chǔ)元件以及第一電極，第一電極包括一環(huán)繞存儲(chǔ)元件的內(nèi)表面，且第一電極的內(nèi)表面于第一接觸面接觸該存儲(chǔ)元件。該存儲(chǔ)裝置還包括相對(duì)于第一電極間隔設(shè)置的第二電極，第二電極包括一環(huán)繞存儲(chǔ)元件的內(nèi)表面，且第二電極的內(nèi)表面于第二接觸面接觸存儲(chǔ)元件。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用來(lái)制造存儲(chǔ)裝置的方法，包括于第一導(dǎo)電元件的上表面形成一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括位于第一導(dǎo)電元件上的第一電極元件、位于第一電極元件上的介電元件以及位于介電元件上的第二電極。該結(jié)構(gòu)并包括一貫穿的介層孔，且存儲(chǔ)元件是形成于介層孔內(nèi)。

于此處所揭示的存儲(chǔ)單元中，可將存儲(chǔ)元件內(nèi)的主動(dòng)區(qū)域變得非常小，進(jìn)而降低誘發(fā)相變化時(shí)所需要的電流大小。存儲(chǔ)元件的寬度(于某些實(shí)施例中可以是直徑)是小于第一及第二電極的寬度，且其較佳是小于用來(lái)制造存儲(chǔ)單元的工藝(如光刻工藝)中的最小特征尺寸。通過(guò)將寬度變窄，可使存儲(chǔ)元件的電流密度變大，進(jìn)而降低在主動(dòng)區(qū)域誘發(fā)相變化時(shí)所需要的電流大小。第一及第二電極和介電元件可利用薄膜沉積工藝來(lái)形成，此外，主動(dòng)區(qū)域是與電極和導(dǎo)電元件區(qū)隔開(kāi)來(lái)，故存儲(chǔ)元件的其它部分可提供主動(dòng)區(qū)域一定程度的隔熱效果。除此之外，介電元件可包括低導(dǎo)熱性的材料，以提供主動(dòng)區(qū)域一定程度的隔熱效果，進(jìn)而降低誘發(fā)相變化時(shí)所需要的電流大小。

由于第一及第二電極的內(nèi)表面是與存儲(chǔ)元件的外表面接觸，且第一及第二導(dǎo)電元件是與存儲(chǔ)元件的下表面和上表面接觸，存儲(chǔ)元件在寬度變窄的情形下仍具有相對(duì)大的接觸表面，進(jìn)而改善存儲(chǔ)單元的電子及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)降低裝置的接觸電阻與電源消耗。

由于第一及第二電極可利用薄膜沉積工藝來(lái)形成，故可精確控制其厚度。此外，存儲(chǔ)元件可透過(guò)在介層孔中沉積存儲(chǔ)材料的方式來(lái)形成，而介層孔則可采用能讓存儲(chǔ)單元陣列中各存儲(chǔ)元件的亞光刻寬度大致相同的工藝來(lái)形成。通過(guò)嚴(yán)格控制第一及第二電極厚度的差異以及存儲(chǔ)單元寬度的差異，可提高存儲(chǔ)單元陣列的存儲(chǔ)元件接觸面積的一致性，并藉此提高陣列操作上的一致性。

本發(fā)明的其它目的及優(yōu)點(diǎn)可參見(jiàn)圖式、實(shí)施方式以及權(quán)利要求書。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)”柱型”存儲(chǔ)單元的剖面圖。

圖2A至圖2B分別為具有相對(duì)大接觸表面的存儲(chǔ)單元的剖面圖與剖面上視圖，其中該存儲(chǔ)單元具有較佳的穩(wěn)定性。

圖2C至圖2D分別為具有管狀相變化元件的存儲(chǔ)單元的剖面圖與上視圖，其中該存儲(chǔ)單元的相變化體積較小。

圖3A至圖3C是用以說(shuō)明一種制造本發(fā)明一實(shí)施例的存儲(chǔ)單元的簡(jiǎn)化工藝的步驟。