[發明專利]單掩模相變存儲器工藝集成

無效

• 申請號: 201180039400.8
• 申請日: 2011-07-11
• 公開（公告）號: CN103069603A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: M·J·布賴特韋什;C·H·拉姆;H-L·隆;E·A·約瑟夫
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司;旺宏電子股份有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 于靜;張亞非

技術領域

本發明涉及計算機存儲器，特別地，非易失性相變存儲器。

背景技術

主要有兩類計算機存儲器：非易失性存儲器和易失性存儲器。頻繁輸入能量以保持信息在非易失性存儲器中是不必要的，但在易失性存儲器中卻是需要的。非易失性存儲器器件的實例是只讀存儲器（ROM），閃存電可擦除只讀存儲器，鐵電隨機存取存儲器，磁隨機存儲器以及相變存儲器。易失性存儲器的實例包括動態隨機存取存儲器（DRAM）和靜態隨機存取存儲器（SRAM）。本發明涉及相變存儲器（也稱為PCM、PRAM、PCRAM、雙向聯合存儲器（Ovonic?Unified?Memory）、硫系（Chalcogenide）RAM以及C-RAM）。

在相變存儲器中，信息存儲在可操縱成不同相位的材料中。其中每個相位擁有可用于存儲信息的不同的電特性。由于其具備可檢測的電阻差異，非晶和晶體相位是用于比特存儲（1和0）的典型相位。特別地，非晶相位相對于晶體相位具有較高電阻。此外，非晶相位和晶體相位在相變材料中是可逆的。

硫系玻璃是一類常用作相變材料的材料。此類材料包含硫族（元素周期表第16族）元素和更正電元素。硒(Se)和碲(Te)是該族中產生相變存儲器單元過程中用于制造硫系玻璃最常用的兩種半導體材料。一個此類實例有Ge₂Sb₂Te₅(GST)、SbTe和In₂Se₃。然而，一些相變材料不使用硫族元素，例如GeSb。因此，只要其可保持獨立的非晶和晶體態，多種材料可用于相變材料單元中。

相變存儲器單元通過給予足夠強以致改變內部相變材料相位的脈沖實現編程。這一般通過提供穿過相變材料的電脈沖實現。由于歐姆加熱，相變材料改變其相位。后沿轉換快的相對高強度、短持續時間電流脈沖導致相變材料融化并迅速冷卻。相變材料沒有時間形成有組織的晶體，從而產生了非晶固態相。一個相對低強度、長持續時間的脈沖允許相變材料緩慢加熱和冷卻，從而晶體為晶體相。調整脈沖的強度和持續時間以制造用于單存儲器單元的多比特存儲的變化電阻級。

相變存儲器通過提供不足以實現編程，即改變材料相的脈沖實現讀操作。該脈沖的電阻可讀取為“1”或“0”。非晶相具有較高電阻，通常用于代表二進制0。晶體相位具有較低電阻，可用于代表二進制1。在存在變化電阻級的單元中，相位可用于表示，例如，“00”“01”“10”和“11”。

發明內容

本發明的一個實例實施例是一種用于制造相變存儲器單元的方法。該方法包括在絕緣襯底內形成亞光刻過孔。該絕緣襯底嵌在與半導體晶片的第一金屬化層（金屬1）相同的層上，并包括底部和側壁。亞光刻孔穿過非亞光刻過孔的底部形成并延伸到掩埋導電材料。亞光刻孔用導電非易失性相變材料填充。此外，相變材料沉積到非亞光刻過孔中。

本發明的另一實例實施例是一種半導體晶片中的相變存儲器單元。該半導體晶片包括第一金屬化層（金屬1）。該相變存儲器單元包括限定非亞光刻過孔的絕緣襯底。該非亞光刻過孔位于第一金屬化層上并包括底部和側壁。中間絕緣材料位于絕緣襯底之下。該中間絕緣層材料限定了穿過非亞光刻過孔的底部的亞光刻孔。底部電極位于該亞光刻孔中，并且由導電非相變材料構成。該非亞光刻過孔包括位于其中的相變材料。該相變材料電耦合到底部電極。襯里沿非亞光刻過孔的側壁設置。該襯里被電耦合到相變存儲器材料并由導電非相變材料構成。

附圖說明

認為是本發明的主旨被特別的指出并在說明書結論部分的權利要求中被明確主張。結合附圖考慮下列相似描述，本發明的上述以及其他目的、特征以及優點將顯而易見。

圖1示出了本發明構思的相變存儲器的一個實例的截面圖。

圖2示出了本發明構思的相變存儲器的示例制造流程。

圖3A-J示出了在由本發明的一個實施例構思的一個制造過程期間的相變存儲器單元的截面圖。

圖4A-N示出了在由本發明的另一實施例構思的制造過程期間的相變存儲器單元的截面圖。

具體實施方式

參考本發明的實施例描述本發明。對于本發明的整個說明書，可以參考附圖。

圖1示出了本發明構思的實例相變存儲器單元102的截面圖。存儲器單元102被制造在包含第一層金屬化層（金屬1）106的半導體晶片104上。