柱形相变存储单元制造技术

本发明专利技术涉及一种柱形相变存储单元，该柱形相变存储单元包括第一电极、存储位置、和第二电极。存储位置包括相变材料并且接触第一电极。存储位置具有第一截面宽度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种柱形相变存储单元。技术背景存储器的一种类型是电阻式存储器。电阻式存储器利用存储元 件的阻值来存储一个或多个比特的数据。例如，^皮编程为具有大阻 值的存储单元可表示逻辑1 ^t据比特值，而^皮编程为具有小阻值的存储元件可表示逻辑0 ft据比特值。通过将电压脉冲或电流脉冲施加于存储元件来电切换存储元件的阻值。电阻式存储器的 一种类型是相变存储器。在电阻存储元件中，相变存储器使用相变 材料。可用在存储单元中以存储数据比特。相变材料的状态可被称为非晶 态和晶态。由于非晶态通常呈现比晶态更大的电阻率，/人而可以区 分这两个状态。通常，非晶态涉及更加无序的原子结构，而晶态涉 及更加有序的晶才各。 一些相变材料呈现出一种以上的晶态，例如，面心立方(FCC)状态和六方最密堆积(HCP)状态。这两种晶态 具有不同的电阻率，并且都可以用于存储数据比特。在以下描述中， 非晶态通常是指具有更大电阻率的状态，而晶态通常是指具有更小 电阻率的;l犬态。可以可逆地感应相变材并牛中的相变。以这种方式，响应于温度 变化，存储器可从非晶态转变为晶态以及从晶态转变为非晶态。可 以多种方式实现相变材料的温度变化。例如，可将激光引导到相变 材料，可以驱动电流通过相变材料，或者可以提供电流通过与相变 材泮牛相邻的电阻加热器。以这些方法中的4壬一种，相变材^+的可控 加热都将引起相变材冲+内的可控相变。可对包括具有由相变材料制成的多个存储单元的存储阵列的 相变存储器进行编程，以利用相变材料的存储状态来存储数据。一 种在这种相变存储装置中读取和写入数据的方式是控制施加于相 变材并+的电流和/或电压脉冲。电流和/或电压的等级通常对应于在 每个存储单元中的相变材料内所感应的温度。柱形单元结构包括底电极、相变材料、和顶电极。相变存储单元的 顶电极的厚度可以不一致，其有助于在晶片上进行不均匀的蚀刻。 此外，相变材料的蚀刻速率可以高于顶电极材料的蚀刻速率。蚀刻 速率的差异可能导致蚀刻过程过早或者过晚地停止。如果蚀刻过程 被过早或者过晚地停止，那么柱形单元可能是不均匀的并且可能导 致结构不稳、定。由于上述以及其他原因，存在着对本专利技术的需求。
技术实现思路
本专利技术的 一个实施例提供了 一种存储单元。该存储单元包括第 一电极、存储位置、和第二电极。存储位置包括相变材料并且接触 第一电极。存储位置具有第一截面宽度。第二电极接触存储位置并 且具有大于第一截面宽度的第二截面宽度。第一电极、存储位置、 和第二电极形成柱形相变存储单元。附图说明附图是为了进一步理解本专利技术，以及并入并构成本说明书的一 部分。附图示出了本专利技术的实施例，并且与描述一起用于解释本发 明的原理。由于参考以下详细描述更好地了解本专利技术，所以将会容 易地理解本专利技术的其他实施例和本专利技术的许多预期优点。附图中的 元件不一定相对于彼此按比例绘制。相似的参考标号表示相应的类 似部件。图1是示出了存储装置的一个实施例的框图。图2A是示出了相变存储单元的一个实施例的截面图。图2B是示出了相变存储单元的另 一 实施例的截面图。图3是示出了预处理的晶片的一个实施例的截面图。图4A是示出了预处理的晶片和相变材料层的一个实施例的截 面图。图4B是示出了预处理的晶片和相变材料层的叠层的一个实施 例的截面图。图5是示出了预处理的晶片、相变材料层和抗蚀剂掩模层的一 个实施例的截面图。图6是示出了经过光阻微调工艺之后的预处理的晶片、相变材 料层和抗蚀剂掩模层的 一个实施例的截面图。图7是示出了在蚀刻相变材料层之后的预处理的晶片和存储位 置的 一个实施例的截面图。图8是示出了预处理的晶片、存储位置和介电材料层的一个实 施例的截面图。图9A是示出了预处理的晶片、存储位置、介电材料层和绝缘 材泮牛层的 一个实施例的截面图。图9B是示出了预处理的晶片、存储位置、介电材料层、蚀刻 停止材料层和绝缘材料层的一个实施例的截面图。图10是示出了在绝缘材料层中蚀刻出一个开口之后的预处理 的晶片、存储位置、介电材料层和绝缘材料层的一个实施例的截面图。图11是示出了预处理的晶片、存储位置、介电材料层和电极 材料层的 一个实施例的截面图。图12是示出了在蚀刻电极材料层之后的预处理的晶片、存储 位置、介电材料层和第二电极的一个实施例的截面图。图13A是示出了相变存储单元的另一实施例的截面图。图13B是示出了相变存储单元的另一实施例的截面图。图14是示出了预处理的晶片和接触材冲+层的一个实施例的截 面图。图15是示出了在蚀刻接触材料层之后的预处理的晶片和底接 触部的一个实施例的截面图。图16是示出了预处理的晶片、底接触部和绝桑彖材料的一个实 施例的截面图。图17是示出了预处理的晶片和绝缘材料层的一个实施例的截 面图。图18是示出了在蚀刻绝缘材料层之后的预处理的晶片和绝缘 材料层的 一个实施例的截面图。图19是示出了预处理的晶片、绝缘材料和底接触部的一个实 施例的截面图。图20A是示出了相变存储单元的另 一实施例的截面图。图20B是示出了相变存储单元的另 一实施例的截面图。图21是示出了预处理的晶片的 一个实施例的截面图。图22是示出了预处理的晶片、接触材料层和相变材料层的一 个实施例的截面图。图23是示出了预处理的晶片、接触材料层、相变材料层和抗 蚀剂掩模层的一个实施例的截面图。图24是示出了经过光阻微调工艺之后的预处理的晶片、接触 材料层、相变材料层和抗蚀剂掩模层的一个实施例的截面图。图25是示出了在蚀刻相变材料层之后的预处理的晶片、接触 材料层和存储位置的一个实施例的截面图。图26是示出了预处理的晶片、接触材料层、存储位置和介电 材料层的 一 个实施例的截面图。图27是示出了对介电材料层和接触材料层进行蚀刻之后的预 处理的晶片、底接触部、存储位置和介电材料层的一个实施例的截 面图。图28是示出了预处理的晶片、底接触部、存储位置、介电材 料层和绝缘材料的一个实施例的截面图。图29A是示出了相变存储单元的另一实施例的截面图。图29B是示出了相变存储单元的另一实施例的截面图。图30是示出了预处理的晶片、存储位置和介电材料层的一个 实施例的截面图。图31A是示出了相变存储单元的另一实施例的截面图。图31B是示出了相变存储单元的另 一 实施例的截面图。图32A是示出了相变存储单元的另 一实施例的截面图。图32B是示出了相变存储单元的另一实施例的截面图。图33是示出了预处理的晶片、接触材料层、存储位置和介电 材料层的 一个实施例的截面图。图34A是示出了相变存储单元的另一实施例的截面图。图34B是示出了相变存储单元的另一实施例的截面图。图35是示出了在对相变材料层以及接触材料层进行蚀刻之后 的预处理的晶片、底4妻触部和存储位置的一个实施例的截面图。图36是示出了预处理的晶片、底接触部、存储位置和介电材 料层的一个实施例的截面图。具体实施方式在以下的详细描述中，参考构成本文一部分的附图，其中，通 过可以实现本专利技术的示例性具体实施例示出了附图。对此，参考所 描述图的方向〗吏用方向术语(例如，顶部、底部、正面、 背面、前端、尾部，，等)。由于本专利技术实施例中的元件可以 定^f立于许多不同的方向，因此，方向术i吾是用来i兌明而不是用来限 制的。可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储单元，包括：第一电极；存储位置，包括相变材料并接触所述第一电极，所述存储位置具有第一截面宽度；以及第二电极，接触所述存储位置，所述第二电极具有比所述第一截面宽度大的第二截面宽度，其中，所述第一电极、所述存储位置和所述第二电极形成柱形相变存储单元。

【技术特征摘要】
US 2006-12-21 11/643,4381.一种存储单元，包括第一电极；存储位置，包括相变材料并接触所述第一电极，所述存储位置具有第一截面宽度；以及第二电极，接触所述存储位置，所述第二电极具有比所述第一截面宽度大的第二截面宽度，其中，所述第一电极、所述存储位置和所述第二电极形成柱形相变存储单元。2. 才艮据权利要求1所述的存储单元，其中，所述存储位置包括相 变材料层的叠层。3. 根据权利要求1所述的存储单元，其中，所述相变材料包括 Ge、 Sb、 Te、 Ga、 As、 In、 Se、和S中的至少一种。4. 根据权利要求1所述的存储单元，还包括绝缘材料，侧面地围绕所述第二电极的第一部分；以及 蚀刻停止层，侧面地围绕所述第二电极的第二部分。5. 根据;f又利要求1所述的存储单元，还包括绝缘材料，侧面地围绕所述第二电极的第一部分；以及 介电材料，侧面地围绕所述第二电极的第二部分。6. 根据权利要求1所述的存储单元，还包括纟色缘材料，侧面地围绕所述第二电极的第一部分；介电材并+，侧面;也围绕所述第二电4及的第二部分；以及 蚀刻停止层，侧面地围绕所述第二电才及的第三部分。7. —种存储单元，包括第一电才及；4妻触部，4妄触所述第一电才及；存储位置，包括相变材料并4妄触所述4妄触部，所述存^f诸 位置具有第一截面宽度；以及第二电极，接触所述存储位置，所述具有比所述第一截 面宽度大的第二截面宽度，其中，所述第一电极、所述接触部、所述存储位置和所 述第二电极形成柱形相变存储单元。8. 根据权利要求7所述的存储单元，其中，所述存储位置包括相 变材料层的叠层。9. 根据权利要求7所述的存储单元，其中，所述相变材料包括 Ge、 Sb、 Te、 Ga、 As、 In、 Se、和S中的至少一种。10. 根据权利要求7所述的存储单元，其中，所述接触部具有与所 述第 一截面宽度基本相等的截面宽度。11. 根据权利要求7所述的存储单元，还包括纟色缘材料，侧面地围绕所述第二电极的第一部分；以及 蚀刻停止层，侧面地围绕所述第二电才及的第二部分。12. 4艮据4又利要求7所述的存々者单元，其中，所述4妄触部具有比所 述第一截面宽度大的截面宽度。13. 根据权利要求12所述的存储单元，还包括第一绝缘材料，侧面地围绕所述接触部；以及 介电材料，侧面地围绕所述存储位置。14. 根据权利要求13所述的存储单元，还包括第二绝》彖材冲+,侧面地围绕所述第二电才及。15. 根据权利要求13所述的存储单元，还包括第二绝乡彖材^l,侧面地围绕所述第二电才及的第 一部分；以及蚀刻停止层，侧面地围绕所述第二电极的第二部分。16. 根据权利要求13所述的存储单元，还包括第二绝^^材并牛，侧面地围绕所述第二电^l的第 一部分， 其中，所述介电材并牛侧面地围绕所述第二电才及的第二部分。17. 才艮据权利要求13所述的存储单元，还包括第二绝纟彖材并+，侧面地围绕所述第二电^^的第一部分；以及蚀刻停止层，侧面地围绕所述第二电才及的第二部分， 其中，所述介电材坤牛侧面地围绕所述第二电4及的第三部分。18. 根据权利要求7所述的存储单元，还包括介电材料，侧面地围绕所述存储位置；以及第 一绝續^才并牛，侧面i也围绕所述介电才才冲牛和所述4妾触部。19. 根据权利要求18所述的存储单元，还包括第二绝缘材料，侧面地围绕所述第二电极。20. 根据权利要求18所述的存储单元，还包括第二绝缘材料，侧面地围绕所述第二电极的第 一 部分；以及蚀刻停止层，侧面地围绕所述第二电才及的第二部分。21. 根据权利要求18所述的存储单元，还包括第二绝缘材料，侧面地围绕所述第二电才及的第 一部分， 其中，所述介电材才+侧面;也围绕所述第二电才及的第二部分。22. 根据权利要求18所述的存储单元，还包括第二绝纟彖材并+,侧面地围绕所述第二电4及的第 一 部分；以及蚀刻停止层，侧面地围绕所述第二电极的笫二部分， 其中，所述介电材料侧面地围绕所述第二电极的第三部分。23. —种用于制造存+者单元的方法，所述方法包括提供包括第一电极的晶片；在所述晶片上沉积相变材料层；蚀刻所述相变材料层，以形成存储位置；在所述晶片和所述存储位置的露出部分上沉积第 一绝缘 材料层；平坦化所述第一绝纟彖材料层，以露出所述存储位置；以及制造接触所述存储位置的第二电极。24. 根据权利要求23所述的方法，其中，制造所述第二电极包括在所述平坦化的第 一 绝纟彖材并+层和所述存^fi者位置上沉积 第二绝缘材料层；在所述第二绝缘材料层中蚀刻出第一开口 ，以露出所述 存储位置；在所述蚀刻的第二绝缘材料层和所述存储位置的露出部 分上沉积第一电招_材冲牛层；以及平坦4匕所述第一电才及才才坤牛层，以形成所述第二电才及。25. 根据权利要求24所述的方法，还包括在沉积所述第二绝缘材料层之前，在所述平坦化的第一 绝缘材料层和所述存储位置上沉积蚀刻停止材料层；以及在所述第二绝缘材料层中蚀刻出所述第一开口之后，蚀 刻所述蚀刻停止材料层，以露出所述存々者位置。26. 根据权利要求23所述的方法，其中，制造所述第二电极包括在所述平坦化的第 一 绝缘材料层和所述存储位置的露出 部分上沉积第 一 电极材料层；蚀刻所述第一电一及材并+层，以形成所述第二电才及；在所述平坦化的第 一绝《彖材一牛层和所述第二电才及的露出 部分上沉积第二绝缘材料层；以及平坦化所述第二绝缘材料层，以露出所述第二电极。27. 根据权利要求23所述的方法，其中，沉积所述相变材料层包 括沉积相变材料层的叠层。28. 根据权利要求23所述的方法，其中，蚀刻所述相变材料层以 形成所述存储位置包括在所述相变材料层上沉积抗蚀剂材料层；图样化所述抗蚀剂材料层，以形成保护所述相变材料层 的第一部分并露出所述相变材料层的第二部分的掩模；以及蚀刻所述相变材料层的所述第二部分。29. 根据权利要求28所述的方法，其中，图样化所述抗蚀剂材料 层包括修整所述抗蚀剂材料层，以形成具有亚光刻截面宽度的掩模。30. 根据权利要求23所述的方法，其中，蚀刻所述相变材料层以 形成所述存储位置包括在所述相变材料层上沉积硬质掩模材料层；蚀刻所述硬质掩才莫材料层，以形成保护所述相变材料层 的第 一部分并露出所述相变材料层的第二部分的掩模；以及蚀刻所述相变材冲牛层的所述第二部分。31. 根据权利要求30所述的方法，还包括修整所述掩模，以提供具有亚光刻截面宽度的掩模。32. 才艮据4又利要求23所述的方法，其中，4是供包括所述第一电相_ 的所述晶片包括提供包括接触插塞的预处理的晶片；在所述预处理的晶片上沉积第 一 电极材料层；蚀刻所述第一电极材料层，以形成所述第一电极；在所述预处理的晶片和所述第 一电才及的露出部分上沉积 第二绝缘材料层；以及平坦化所述第二绝缘材料层，以露出所述第一电极。33. 根据权利要求23所述的方法，其中，提供包括所述第一电极 的所述晶片包括提供包括接触插塞的预处理的晶片；在所述预处理的晶片上沉积第二绝缘材料层；在所述第二绝缘材冲牛层中蚀刻出一个开口 ，以露出所述 接触插塞；在所述预处理的晶片和所述第二绝缘材并牛层的露出部分 上沉积第 一 电才及材并+层；以及平坦化所述第一电极材料层，以形成所述第一电才及。34. —种用于制造存4诸单元的方法，所述方法包括提供包括接触插塞的预处理的晶片；在所述预处理的晶片上沉积第 一 电^l材^牛层；在所述第 一 电4及材冲+层上沉积相变材冲牛层；蚀刻所述相变材并+层，以形成存^fi者位置；在所述第 一 电极材料层和所述存储位置的露出部分上沉 积第一绝缘材料层；平坦化所述第一绝》彖材料层，以露出所述存储位置；蚀刻所述平坦化的第 一绝纟彖材冲+层和所述第 一 电才及材泮牛 层，以形成第一电才及；在所述预处理的晶片、所述第一电才及、所述蚀刻的第一 绝缘材料层、和所述存储位置的露出部分上沉积第二绝缘材料层；平坦化所述第二绝纟彖材料层，以露出所述存储位置；以及制造4妄触所述存4诸位置的第二电极。35. 根据权利要求34所述的方法，其中，制造所述第二电极包括在所述存储位置、所述蚀刻的第一绝缘材料层、和所述 平坦化的第二绝缘材料层的露出部分上沉积第三绝缘材料层；在所述第三绝缘材料层中蚀刻出一个开口 ，以露出所述 存储位置；在所述第三绝缘材^牛层和所述存储位置的露出部分上沉 积第二电极材料层；以及平坦化所述第二电才及材料层，以形成所述第二电才及。36. 4艮据4又利要求35所述的方法，还包括在沉积所述第三绝^^材并+层之前，在所述蚀刻的第 一 绝 缘材料层、所述平坦化的第二绝缘材料层和所述存储位置的露 出部分上;冗积蚀刻1亭止材冲牛层；以及在所述第三绝缘材料层中蚀刻出所述开口之后，蚀刻所 述蚀刻停止材料层，以露出所述存储位置。37. 根据权利要求34所述的方法，其中，制造所述第二电极包括在所述存4诸位置、所述蚀刻的第一绝纟彖材料层、和所述 平坦化的第二绝*彖材料层的露出部分上沉积第二电极材料层；...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯哈普，扬鲍里斯菲利普，
申请(专利权)人：奇梦达北美公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]