用于限制电阻随机存取存储器熔化点的自对准结构及方法技术

一种用以制造电阻随机存取存储器的方法，包括：　　　　提供衬底体，其具有上表面；　　　　沉积第一导电层于所述衬底体的上表面上；　　　　在所述第一导电层之上形成下可编程电阻存储材料层；　　　　在所述下可编程电阻存储材料层之上形成高选择性层，所述高选择性层的选择性高于所述下可编程电阻存储材料层；　　　　在所述高选择性层之上形成氮化硅层；　　　　通过蚀刻所述第一导电层、所述下可编程电阻存储材料层、所述高选择性层以及所述氮化硅层而形成柱状结构，所述柱状结构包括导电区段、位于所述导电区段上的下可编程电阻存储材料区段、位于所述下可编程电阻存储材料区段上的高选择性区段以及位于所述高选择性区段上的氮化硅区段；以及　　　　各向同性地蚀刻所述高选择性区段，以在所述高选择性区段的每一侧减少大约相同的长度，进而生成核心构件，所述核心构件包括所述高选择性材料并且在所述高选择性区段的左侧具有第一空洞，而在所述高选择性区段的右侧具有第二空洞；　　　　其中所述高选择性层选取材料使得所述蚀刻步骤不会损害所述氮化硅区段与所述下可编程电阻存储材料区段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用相变存储材料的高密度存储元件，相变 材料包括含硫属化物的材料与其它材料。本专利技术还涉及制造 这种元件的方法。
技术介绍
以相变为基础的存储材料被广泛地运用于读写光盘中。 这些材料包括有至少两种固态相，包括如一大部分为非晶态 的固态相，以及大体上为晶态的固态相。激光脉冲用于读写 光盘中，以在两种相中切换，并读取这种材料在相变之后的 光学性质。如硫属化物及类似材料的这种相变存储材料，可通过施 加其幅度适用于集成电路中的电流，而致使晶相变化。 一般 而言非晶态的特征为其电阻高于晶态，此电阻值可轻易测量 得到而用以作为指示。这种特性则引发使用可编程电阻材料 以形成非易失性存储器电路等兴趣，此电路可用于随机存取 读写。从非晶态转变至晶态一般为低电流步骤。从晶态转变至非晶态(以下指称为重置(reset))—般为高电流步骤，其包 括短暂的高电流密度脉冲以融化或破坏结晶结构，其后此相 变材料会快速冷却，抑制相变的过程，使得至少部份相变结 构得以维持在非晶态。理想状态下，致使相变材料从晶态转 变至非晶态的重置电流幅度应越低越好。欲降低重置所需的 重置电流幅度，可通过降低在存储器中的相变材料元件的尺 寸、以及减少电极与此相变材料的接触面积而达成，因此可 针对此相变材料元件施加较小的绝对电流值而达成较高的电流密度。此领域发展的一种方法致力于在集成电路结构上形成 微小孔洞，并使用微量可编程的电阻材料填充这些微小孔洞。致力于这种微小孔洞的专利包括1997年11月11日公 布的美国专利第5,687,112号Multibit Single Cell Memory Element Having Tapered Contact， 专利技术人为 Ovshinky; 1998年8月4日公布的美国专利第5， 789,277号 Method of Making Chalogenide [sic] Memory Device， 专利技术人为Zahorik等；2000年11月21日公布的美国专利第 6， 150，253 号 Controllable Ovonic Phase-Change Semiconductor Memory Device and Methods of Fabricating the Same，专利技术人为Doan等。公知相变存储器与结构的特定问题之一，在于公知设计 中的热库效应(heat sink effect)。一般而言，现有技术中在相变存储元素的两侧使用金属电极，其中电级的尺寸大致 与相变构件相同。这种电极作用为散热片，金属的高导热性 会快速地把热量从相变材料抽离。由于相变现象是加热的结 果，因此热库效应会导致需要更大的电流以产生理想的相变 现象。此外，在以非常小的尺度制造这些装置，以及欲满足生 产大尺寸存储装置时所需求的严格工艺参数时，则会遭遇到 问题。优选地提供一种存储单元(memory cell)结构，其包 括有小尺寸以及低重置电流，以及用以制造这种结构的方 法，其可满足生产大尺寸存储装置时的严格工艺参数规格。 优选地，提供一种制造程序与结构，其相容于用以在同一集 成电路上制造周边电路。
技术实现思路
本专利技术描述了一种制造可编程电阻存储器的方法，此存 储器可举例如电阻随机存取存储器(RRAM)，并具有限定熔化区域以在此可编程电阻存储器中切换相变。此工艺最初形 成柱状结构，其包括衬底体、位于此衬底体上的第一导电材 料、位于此第一导电材料之上的可编程电阻存储材料、位于 此可编程电阻存储材料之上的高选择性材料、以及位于此高 选择性材料之上的氮化硅材料。此柱状结构中的高选择性材 料在其两侧被各向同性蚀刻，以在此长度被縮减的高选择性材料的两侧分别生成空洞。旋转涂布玻璃(S0G)薄膜或旋 转涂布用以填满这些空洞以及环绕此柱状结构的区域。此氮 化硅材料通过湿式蚀刻或干蚀刻而被蚀刻移除，以外露此长 度缩减的多晶硅。此长度缩减的多晶硅接着被蚀刻移除。可 编程电阻存储材料沉积于限定区域(核心构件)中，此区域 先前被长度縮减的多晶硅所占据，且可编程电阻存储材料沉 积于先前被氮化硅材料所占据的区域(上可编程电阻存储构 件)中。接着进行沉积与图案化上电极于上可编程电阻存储 构件的步骤，以完成此工艺。电流流经上可编程电阻存储构件、核心构件、与下可编 程电阻存储构件之间。此核心构件与上及下可编程电阻存储 构件自对准，使得电流流经实质上接近此核心构件的中心 处。此核心构件位于限定区域中，此限定区域包括可编程电 阻存储材料，其具有至少两个固态相，此两个固态相可通过 电流而可逆地诱发。本专利技术还描述了存储元件，其包括核心构件，此核心构 件具有接触到上可编程电阻存储材料并接触到下可编程电 阻存储材料的可编程电阻存储材料。上电极位于上可编程电 阻存储材料之上。底电极位于此底可编程电阻存储材料底 下、钩栓塞之上。电流从上电极流经此上可编程电阻存储材 料、流经核心构件、下可编程电阻存储材料，而流至底电极。优选地，本专利技术减少了发散的热量，其中上与下可编程 电阻存储构件协助发散在核心构件中的加热区域所产生的热量。本专利技术还减少了可编程电流量。以下详细说明本专利技术的结构与方法。本
技术实现思路
说明章 节目的并非在于定义本专利技术。本专利技术由权利要求书所定义。 所有本专利技术的实施例、特征、目的及优点等将可透过下列对权利要求书及附图的说明获得充分了解。 附图说明图1为本专利技术的双稳态电阻随机存取存储阵列的示意图；图2为本专利技术的集成电路的简化方块图；图3为本专利技术的双稳态电阻随机存取存储器的制造步骤 截面图，其示出了限定区域的熔化点结构；图4根据本专利技术，示出制造此双稳态电阻随机存取存储 器工艺的第一步骤截面图，其中沉积多层于共同源极阵列结 构之上；图5根据本专利技术，示出此双稳态电阻随机存取存储器工 艺的第二步骤截面图，其中包括光刻与蚀刻柱状结构；图6根据本专利技术，示出此双稳态电阻随机存取存储器工 艺的第三步骤截面图，其中包括各向同性蚀刻以形成空洞；图7根据本专利技术，示出此双稳态电阻随机存取存储器工 艺的第四步骤截面图，其中包括旋涂玻璃并回流焊以填满空 洞；图8根据本专利技术，示出此双稳态电阻随机存取存储器工 艺的第五步骤截面图，其中包括氮化硅浸渍；图9根据本专利技术，示出此双稳态电阻随机存取存储器工 艺的第六步骤截面图，其中蚀刻可编程电阻存储材料；图10根据本专利技术，示出此双稳态电阻随机存取存储器 工艺的第七步骤截面图，其中沉积并回蚀可编程电阻存储材 料；图11根据本专利技术，示出此双稳态电阻随机存取存储器工艺的第八步骤截面图，其中沉积并图案化顶电极。具体实施方式本专利技术的结构实施例与方法参照图1-11而进行说明。 可以了解的是，本专利技术的范围并不限于所揭露的实施例，而 可以使用其它特征、元素、方法及实施方式而实施。在不同 实施例中的相似元素，以相似的标号指定。请参照图1，其示出存储阵列100的示意图，其可如下 所述而实施。在图1中，共同源极线128、字线123、以及 字线124大致平行Y轴而排列。位线141与142大致平行X 轴而排列。因此，在方块145中的Y轴解码器与字线驱动器， 耦合到字线123、 124。在方块146中的X轴解码器与一组感 测放大器耦合到位线141与142。共同源极线128耦合到存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用以制造电阻随机存取存储器的方法，包括：提供衬底体，其具有上表面；沉积第一导电层于所述衬底体的上表面上；在所述第一导电层之上形成下可编程电阻存储材料层；在所述下可编程电阻存储材料层之上形成高选择性层，所述高选择性层的选择性高于所述下可编程电阻存储材料层；在所述高选择性层之上形成氮化硅层；通过蚀刻所述第一导电层、所述下可编程电阻存储材料层、所述高选择性层以及所述氮化硅层而形成柱状结构，所述柱状结构包括导电区段、位于所述导电区段上的下可编程电阻存储材料区段、位于所述下可编程电阻存储材料区段上的高选择性区段以及位于所述高选择性区段上的氮化硅区段；以及各向同性地蚀刻所述高选择性区段，以在所述高选择性区段的每一侧减少大约相同的长度，进而生成核心构件，所述核心构件包括所述高选择性材料并且在所述高选择性区段的左侧具有第一空洞，而在所述高选择性区段的右侧具有第二空洞；其中所述高选择性层选取材料使得所述蚀刻步骤不会损害所述氮化硅区段与所述下可编程电阻存储材料区段。

【技术特征摘要】
1、一种用以制造电阻随机存取存储器的方法，包括提供衬底体，其具有上表面；沉积第一导电层于所述衬底体的上表面上；在所述第一导电层之上形成下可编程电阻存储材料层；在所述下可编程电阻存储材料层之上形成高选择性层，所述高选择性层的选择性高于所述下可编程电阻存储材料层；在所述高选择性层之上形成氮化硅层；通过蚀刻所述第一导电层、所述下可编程电阻存储材料层、所述高选择性层以及所述氮化硅层而形成柱状结构，所述柱状结构包括导电区段、位于所述导电区段上的下可编程电阻存储材料区段、位于所述下可编程电阻存储材料区段上的高选择性区段以及位于所述高选择性区段上的氮化硅区段；以及各向同性地蚀刻所述高选择性区段，以在所述高选择性区段的每一侧减少大约相同的长度，进而生成核心构件，所述核心构件包括所述高选择性材料并且在所述高选择性区段的左侧具有第一空洞，而在所述高选择性区段的右侧具有第二空洞；其中所述高选择性层选取材料使得所述蚀刻步骤不会损害所述氮化硅区段与所述下可编程电阻存储材料区段。2、 如权利要求1所述的方法，还包括通过旋涂玻璃以 及回流焊填充所述第一与第二空洞；以及研磨所述氮化硅层的上表面。3、 如权利要求2所述的方法，还包括以第一化合物蚀 刻所述氮化硅区段以生成第一中空空间；以及以第二蚀刻化 合物从所述核心构件蚀刻所述高选择性材料，以生成第二中 空空间。4、 如权利要求3所述的方法，还包括在所述核心构件 中的所述第二空洞空间内沉积可编程电阻存储材料；以及在 所述第一中空空间中沉积上可编程电阻存储材料，其中所述 可编程电阻存储材料接触至所述下可编程电阻存储材料与 所述上可编程电阻存储材料。5、 如权利要求4所述的方法，还包括在所述上可编程 电阻存储材料的上表面上形成第二导电层。6、 如权利要求5所述的方法，其中所述第二导电层包 括金属线。7、 如权利要求5所述的方法，其中所述第二导电层包 括氮化钛或铝。8、 如权利要求5所述的方法，其中所述第二导电层包 括钛与氮。9、 如权利要求5所述的方法，其中所述第二导电层包 括钽与氮。10、 如权利要求l所述的方法，其中所述可编程电阻存 储材料层的厚度介于约100埃至约1000埃之间。11、 如权利要求l所述的方法，其中所述高选择性层的 厚度介于约100埃至约1000埃之间。12、 如权利要求l所述的方法，其中所述氮化硅层的厚 度介于约200埃至约1000埃之间。13、 如权利要求l所述的方法，其中所述高选择性层包 括多晶硅。14、 如权利要求l所述的方法，其中所述高选择性层包 括钨。15、 如权利要求l所述的方法，其中所述核心构件的长 度...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖二琨，何家骅，谢光宇，陈士弘，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71