具有选择器件的PCRAM结构制造技术

一种存储器件包括衬底；设置在衬底上方的底部电极；设置在底部电极上方的绝缘层，绝缘层具有限定在绝缘层中的贯通孔；设置在贯通孔中的加热器；设置在加热器上方的相变材料层；设置在相变材料层上方的选择器层；以及设置在选择器层上方的金属层。金属层比相变材料层更宽。本发明专利技术的实施例还涉及具有选择器件的PCRAM结构。

PCR AM Structure with Selective Devices

A memory device includes a substrate; a bottom electrode arranged above the substrate; an insulating layer arranged above the bottom electrode, with a through hole limited in the insulating layer; a heater arranged in the through hole; a phase change material layer arranged above the heater; a selector layer arranged above the phase change material layer; and a metal layer arranged above the selector layer. The metal layer is wider than the phase change material layer. The embodiment of the present invention also relates to a PCR AM structure with a selection device.

【技术实现步骤摘要】
具有选择器件的PCRAM结构
本专利技术涉及具有选择器件的相变随机存取存储器(PCRAM)的器件及其制造方法。
技术介绍
相变随机存取存储器(PCRAM)是一种利用不同的电阻相位以及相变材料(包括硫族化物)和电阻材料的相之间的热致相变的非易失性存储器件。PCRAM由许多单元组成，其中，每个单元独立地运行。PCRAM单元主要包括加热器和作为数据存储元件的电阻器，其中，电阻器主要由可逆相变材料制成，以针对逻辑“0”状态和“1”状态提供至少两个显著不同的电阻率。为了从PCRAM单元读取状态(数据)，将足够小的电流施加至相变材料而不触发加热器产生热量。以这种方式，可以测量相变材料的电阻率，并且可以读取表示电阻率的状态，即“0”状态用于表示高电阻率或“1”状态用于表示低电阻率。为了在PCRAM单元中写入状态(数据)，例如，写入表示相变材料的低电阻率相的“1”状态，将中等电流施加至加热器，其中，该加热器产生热量，从而在高于相变材料的结晶温度但低于相变材料的熔融温度的温度处持续一段时间以退火相变材料，从而实现结晶相。为了写入表示相变材料的高电阻率相的“0”状态，将非常大的电流施加至加热器以产生热量以在高于相变材料的熔融温度的温度处熔化相变材料；并且突然切断电流以将温度降低至低于相变材料的结晶温度，以淬火并稳定相变材料的非晶结构以实现高电阻逻辑“0”状态。非常大的电流因此可以是脉冲形式。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种存储器件，包括：衬底；底部电极，设置在所述衬底上方；绝缘层，设置在所述底部电极上方，所述绝缘层具有限定在所述绝缘层中的贯通孔(h)；加热器，设置在所述贯通孔(h)中；相变材料层，设置在所述加热器上方；选择器层，设置在所述相变材料层上方；以及金属层，设置在所述选择器层上方。本专利技术的另一实施例提供了一种存储器件，包括：衬底；底部电极，设置在所述衬底上方；第一加热器，设置在所述底部电极上方；第一相变材料层，设置在所述第一加热器上方；第一选择器层，设置在所述第一相变材料层上方；金属层，设置在所述第一选择器层上方；第二选择器层，设置在所述金属层上方；第二加热器和第二相变材料层，设置在所述第二选择器层上方；上部电极，设置在所述第二加热器和所述第二相变材料层上方；以及绝缘层，位于所述底部电极和所述上部电极之间，所述绝缘层与所述底部电极和所述上部电极一起环绕所述第一加热器和所述第二加热器、所述第一选择器层和所述第二选择器层、所述第一相变材料层和所述第二相变材料层以及所述金属层。本专利技术的又一实施例提供了一种制造存储器件的方法，包括：在衬底上方形成底部电极；在所述底部电极上方形成绝缘层；在所述绝缘层中形成贯通孔(h)；在所述贯通孔(h)中形成加热器；在所述加热器上方形成相变材料层；在所述相变材料层上方形成选择器层；以及在所述选择器上方形成金属层。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本专利技术的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。图1(a)示出根据本专利技术的实施例的PCRAM的顶视图，以及图1(b)示出沿着图1(a)的切割线I-I’的PCRAM的截面图。图2(a)示出根据本专利技术的另一实施例的PCRAM的顶视图，以及图2(b)示出沿着图2(a)的切割线I-I’的PCRAM的截面图。图3(a)示出根据本专利技术的另一实施例的PCRAM的顶视图，以及图3(b)示出沿着图3(a)的切割线I-I’的PCRAM的截面图。图4(a)示出根据本专利技术的另一实施例的PCRAM的顶视图，以及图4(b)示出沿着图4(a)的切割线I-I’的PCRAM的截面图。图5示出根据本专利技术的另一实施例的PCRAM的截面图。图6(a)示出根据本专利技术的另一实施例的PCRAM的截面图，以及图6(b)示出图6(a)的PCRAM的可选实施例的截面图。图7(a)示出根据本专利技术的另一实施例的PCRAM的截面图，以及图7(b)示出图7(a)的PCRAM的可选实施例的截面图。图8(a)示出根据本专利技术的另一实施例的PCRAM的截面图，以及图8(b)、图8(c)和图8(d)示出图8(a)的PCRAM的可选实施例的截面图。图9(a)、图9(b)、图9(c)、图9(d)、图9(e)、图9(f)和图9(g)示出根据本专利技术的实施例的用于形成PCRAM的顺序制造操作。图10(a)、图10(b)、图10(c)、图10(d)、图10(e)、图10(f)、图10(g)、图10(h)和图10(i)示出根据本专利技术的实施例的用于形成PCRAM的顺序制造操作。图11(a)、图11(b)、图11(c)、图11(d)、图11(e)、图11(f)、图11(g)和图11(h)示出根据本专利技术的实施例的用于形成PCRAM的顺序制造操作。图12(a)、图12(b)、图12(c)、图12(d)、图12(e)、图12(f)和图12(g)示出根据本专利技术的实施例的用于形成PCRAM的顺序制造操作。图13示出根据本专利技术的实施例的形成PCRAM的方法。具体实施方式以下公开内容提供了许多用于实现本专利技术的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。为了简单和清楚的目的，可以以不同的比例任意地绘制各个部件。而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且在此使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。此外，术语“由...制成”可意指“包括”或“由...组成”。在本专利技术中，短语“A、B和C中的一个”意指“A、B和/或C”(A、B、C，A和B，A和C，B和C，或A、B和C)，除非另有说明，并不意味着来自A的一个元件、来自B的一个元件和来自C的一个元件。图1(a)示出PCRAM的顶视图，其中，PCRAM具有衬底100、形成在衬底100上方的底部电极120(其中，底部电极可以是位线)、形成在底部电极120上方的相变材料层130以及形成在相变材料130上方的金属层110。在本实施例中，相变材料层130的尺寸与底部电极120和用作顶部电极的金属层110之间的重叠面积相同。在一些实施例中，衬底100包括诸如但不限于Si、Ge、SiGe、GaAs、InSb、GaP、GaSb、InAlAs、InGaAs、GaSbP、GaAsSb和InP的单晶半导体材料。在特定实施例中，衬底100由晶体Si制成。在一些实施例中，金属层110和底部电极120由相同材料或不同材料形成，包括诸如多晶硅、铝、铜、钛、钽、钨、钴、钼、碳、氮化钽、硅化镍、硅化钴、TiN、WN、TiAl、TiAlN、TaCN、TaC、TaSiN、诸如铝铜合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种存储器件，包括：衬底；底部电极，设置在所述衬底上方；绝缘层，设置在所述底部电极上方，所述绝缘层具有限定在所述绝缘层中的贯通孔(h)；加热器，设置在所述贯通孔(h)中；相变材料层，设置在所述加热器上方；选择器层，设置在所述相变材料层上方；以及金属层，设置在所述选择器层上方。

【技术特征摘要】
2017.11.30 US 62/592,964;2018.01.31 US 15/885,0011.一种存储器件，包括：衬底；底部电极，设置在所述衬底上方；绝缘层，设置在所述底部电极上方，所述绝缘层具有限定在所述绝缘层中的贯通孔(h)；加热器，设置在所述贯通孔(h)中；相变材料层，设置在所述加热器上方；选择器层，设置在所述相变材料层上方；以及金属层，设置在所述选择器层上方。2.根据权利要求1所述的存储器件，其中，所述金属层比所述相变材料层更宽。3.根据权利要求1所述的存储器件，其中，在所述贯通孔(h)中设置所述相变材料层。4.根据权利要求1所述的存储器件，其中，在所述贯通孔(h)中设置所述选择器层。5.根据权利要求1所述的存储器件，还包括：位于所述相变材料层和所述选择器层之间的中间层。6.根据权利要求5所述的存储器件，其中，所述中间层由碳和钨中的至少一种形成。7.根据权利要求1所述的存储器件，其中，所述金属层用...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴昭谊，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71