[發明專利]相變存儲器單元和用于制造相變存儲器單元的方法

有效

• 申請號: 201611259533.7
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN107546324B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: P·祖里亞尼;G·孔法洛涅里;A·吉拉爾迪尼;C·L·佩瑞里尼
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;呂世磊

一種相變存儲器單元(1’)，包括：襯底(2)，容納包括第一導電電極(4)的用于選擇存儲器單元(1’)的晶體管(15)；在選擇晶體管(15)上的第一電絕緣層(10)；穿過電絕緣層(10)的第一導電通孔(11a)，被電耦合至第一導電電極(4)；加熱器元件(34’)，包括與第一導電通孔(11a)電接觸的第一部分和與第一部分電連續且正交于第一部分延伸的第二部分；第一保護元件(32’)，在加熱器元件(34’)的第一和第二部分上延伸；第二保護元件(40’)，與加熱器元件(34’)的第一部分并與第一保護元件(32’)直接橫向接觸地延伸；以及相變區域(50)，在加熱器元件(34’)之上與加熱器元件(34’)電且熱接觸地延伸。

技術領域

本發明涉及相變存儲器單元和用于制造相變存儲器單元的方法。特別地，本公開涉及相變存儲器單元的加熱器的制作。

背景技術

如已知的，相變存儲器使用具有在有著不同的電特性的兩個相之間切換的性質的一類材料，該兩個相與材料的兩種不同晶體結構相關聯并且確切地說是無序非晶相和有序結晶相或多晶相。兩個相因此與彼此頗為不同(甚至相差兩個或更多數量級)的電阻率的值相關聯。

當前，可以在相變存儲器單元中使用周期表的XVI族元素，諸如例如Te或Se，也稱為硫族化合物材料(chalcogenide material)或硫族化合物。如例如從P.Zuliani等人在IEEE關于電子器件的學報(IEEE Transactions on Electron Devices)2013年11月1日第60卷第12期第4020至4026頁發表的“利用優化的Ge_xSb_yTe_z克服相變存儲器中的溫度限制(Overcoming Temperature Limitations in Phase Change Memories With OptimizedGe_xSb_yTe_z)”中已知的，可以使用通過適當地選取形成Ge、Sb和Te的合金(Ge_xSb_yTe_z，例如Ge₂Sb₂Te₅)的元素的百分比而優化的所述合金。

發生相轉變所處的溫度取決于所使用的相變材料。在Ge₂Sb₂Te₅合金的情況中，例如，低于150℃時非晶相和結晶相兩者是穩定的。如果溫度被增加超過200℃，則注意到存在晶體的快速重新排列，并且材料變成結晶的。為了使硫族化合物進入非晶態，有必要進一步增加溫度直到熔點(近似600℃)并接著迅速將其冷卻。

已知利用相變材料作為用于存儲兩個穩定狀態(非晶態和結晶態)的元件的許多存儲器，兩個穩定狀態可以各與處于“1”或“0”的相應位相關聯。在這些存儲器中，多個存儲器單元成行和列地布置以形成陣列。各存儲器單元被耦合至可通過諸如PN二極管、雙極結型晶體管或MOS晶體管等的任何開關器件來實施的相應選擇元件，并且典型地包括與電阻觸點(也稱為加熱器)接觸的硫族化合物區域。存儲元件形成在硫族化合物區域與加熱器之間的接觸區中。加熱器被連接至選擇元件的導電端子。

事實上，從電的角度，結晶溫度和熔化溫度通過引起經過電阻觸點的電流的流動從而通過焦耳效應將其加熱來獲得，電阻觸點與硫族化合物材料直接接觸地延伸或者在功能上被耦合至硫族化合物材料。

根據現有技術，已知相變存儲器單元的制作的各種工藝，然而這些工藝呈現出一些缺點和限制。特別地，已知類型的工藝正常情況下要求許多制造步驟以形成選擇元件、硫族化合物區域、加熱器及用于將選擇元件和存儲元件連接至位線和字線的觸點。例如在EP1 729 355中描述了該類型的相變存儲器器件的實施例的示例。