[發明專利]熱保護相變隨機存取存儲器及其制造方法

有效

• 申請號: 201010170043.6
• 申請日: 2010-04-21
• 公開（公告）號: CN101958398A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 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
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明是關于基于相變存儲器材料的存儲器裝置以及其制造方法，相變存儲器材料包括硫屬化合物類材料，或者是其它可程序化電阻材料。

背景技術

相變(phase?change)類存儲器材料，如硫屬化合物類材料及其類似材料，可由以適合集成電路實施的準位，施加電流，導致非結晶態與結晶態之間的相態改變。一般非結晶狀態的特征是具有比一般結晶狀態更高的電阻率，其可以容易地被感測到而指示資料。在使用可程序化電阻材料來形成非揮發性存儲器電路(可隨機地讀取與寫入)上，這些特性令人產生興趣。

從非結晶到結晶狀態的改變，在此一般為一較低電流操作，其中電流會加熱相變材料，使之達到轉態溫度以上，以造成主動區從非結晶到結晶相的轉態。在此所稱的從結晶到非結晶的改變，一般為一較高電流操作，其包括一短且高電流密度脈沖，以融化或破壞結晶結構，之后相變材料很快地冷卻，抑制相變過程且讓至少一部分相變材料的主動區穩定于非結晶相。技術是要讓主動區變小，使得誘發相變所需的電流量得以降低。

由減少相變材料元件的大小及/或與相變材料元件接觸的電極的大小，可以降低所需的電流大小，使得能以小的絕對電流值，達到主動區中的較高的電流密度。

控制主動區大小的一個方式是，設計非常小的電極，用以將電流傳送到相變材料的本體。此小電極結構是在接觸的位置將電流集中在像磨菇頭的小區域中。參考美國專利號No.6,429,064，公告于2002年8月6日，授予Wicker的“側壁導體的縮減接觸面積(Reduced?Contact?Areas?ofSidewall?Conductor)”；美國專利號No.6,462,353，公告于2002年10月8日，授予Gilgen的“制造電極間接觸的小面積的方法(Method?forfabricating?a?Small?Area?of?Contact?Between?Electrodes)”；美國專利號No.6,501,111，公告于2002年12月31日，授予Lowery的“三維可程序化裝置(Three-Dimensional(3D)Programmable?Device)”；美國專利號No.6,563,156，公告于2003年1月1日，授予Harshfield的“存儲器元件及其制造方法(Memory?Elements?and?Methods?for?MakingSame)”。

控制主動區大小的另一種方式包括將電極隔開，使得流過其間的電流得以被集中在相變材料的薄層的厚度。參考美國專利申請公開號No.2007/0048945，Czubatyj等人提出的“存儲器裝置及其制造方法(MemoryDevice?and?Method?of?Making?Same)”。另，參考下面本申請案的共同申請人的的申請和專利，美國專利申請號No.11/864,273，2007年9月28日提出申請，Lung所提出的“具有側電極接觸的存儲器胞(Memory?CellHaving?A?Side?Electrode?Contact)”；美國專利號No.7,463,512，2008年12月9日公告，Lung所提出的“具有縮減電流相變元件的存儲器元件(Memory?Element?with?Reduced-Current?Phase?Change?Element)”；美國專利申請號No.12/023,978，2008年8月7日申請，Lung所提出的“具有共平面電極表面的存儲單元裝置及其方法(Memory?Cell?Device?withCoplanar?Electrode?Surface?and?Method)”。

由已知相變存儲單元結構引起的特定議題是與相變材料接觸的電極的散熱(heat?sink)效應。因為相態改變是因為加熱而發生的結果，電極的熱導率會將熱帶離主動區，造成需要較高的電流來誘發相變。

較高的電流準位會造成對存儲單元的電性和機械可靠度的問題。這些問題包括在相變材料/電極界面的孔洞的形成，此乃因為在操作期間熱膨脹與材料密度改變所造成機械應力。

此外，較高的電流準位會導致像局部受熱的問題，此足以引起電極和相變材料的擴散/反應，且/或造成主動區內相變材料的組成改變，這導致電阻性切換效能衰減以及存儲單元的故障可能。

因此，不同技術被運用來嘗試將主動區進行熱隔離，使得誘發相變所需的電阻性加熱被局限在主主動區。