具有阶梯式编程特性的相变存储单元制造技术

一种存储单元，包括第一电极、第二电极、以及第一电极和第二电极之间的相变材料。相变材料具有阶梯式编程特性。第一电极、第二电极、以及相变材料形成了通道式或沟槽式存储单元。

【技术实现步骤摘要】
具有阶梯式编程特性的相变存储单元相关申请的交叉参考本专利申请与在同一天提出申请的名为具有阶梯式编程特性的相变存储单元的第11/488313号美国专利申i青(律师文件编号 1331.302.101 )和名为具有阶梯式编程特性的相变存储单元的第 11/488869号美国专利申i青U聿师文4牛编号1331.303.101 )有关，其内容结合于此作为参考。
技术介绍
一种类型的非易失性存储器是电阻式存储器(resistive memory )。电阻式存储器使用存储器元件的电阻值来存储一个或多 个比特的凝:据。例如，-故编程为具有高电阻值的存储元件可以表示 逻辑1数据比特值，被编程为具有低电阻值的存储元件可以表 示逻辑0数据比特值。通过向存储元件施加电压脉沖或电流脉 沖来对存储元件的电阻值进行电切换。 一种类型的电阻式存储器是 相变存储器。相变存储器使用了用于电阻式存储元件的相变材料。相变存储器是以呈现出至少两种不同状态的相变材料为基础 的。可以在存储单元中使用相变材料来存储多个比特的数据。可以 将相变材料的状态称为非晶态和晶态。由于非晶态通常呈现出高于 晶态的电阻性，所以可以辨别这些状态。通常，非晶态包括较多无 序原子结构，而晶态包括较多有序晶格。有些相变材料呈现出不止 一种晶态，例如，面心立方体(FCC)态和六方最密堆积(HCP) 态。这两种晶态具有不同的电阻性，并可以被用来存储多个比特的数据。在下列说明中，非晶态通常指具有较高电阻性的状态，晶态 通常指具有较低电阻性的状态。相变材料的相变是可逆的。这样，存储器可以响应于温度变化 而乂人非晶态变为晶态和乂人晶态变为非晶态。可以通过驱〗吏电流通过 相变材料本身或通过驱使电流通过相变材料附近的电阻加热器来 改变相变材料的温度。通过这两种方法，相变材料的可控加热使得 相变材津牛中的相变可以控制。可以对具有由相变材料制成的多个存储单元的存储器阵列的 相变存储器进行编程，以使用相变材料的存储状态存储数据。在这 种相变存储装置中读取和写入数据的 一种方法是，控制施加给相变 材料的电流和/或电压3永沖。电流和/或电压的等级通常与每个存卡者 单元中的相变材料中感应的温度对应。为了实现更高密度的相变存储器，相变存储单元可以存储多个 比特的凄t据。可以通过将相变材料编程为具有中间电阻值或状态来 实现相变存储单元中的多比特存储。如果将相变存储单元编程为三个不同的电阻等级之一，则每个单元可以存^(诸1.5比特^:据。如果 将相变存储单元编程为四个不同的电阻等级之一，则每个单元可以 存储2比特数据等。为了简单，本公开中的说明基本上集中在对四 个不同的电阻等级或状态和每单元2比特数据的阐述上。但是，这 仅仅是出于说明的目的，而不是为了限制本专利技术的范围。原则上， 可以存^f诸三个或更多状态。为了将相变存储单元编程为中间电阻值，通过适当的写策略来 控制与非晶态材料共存的结晶材料的数量，从而控制单元电阻。相变存储单元的可靠且可重复的编程要求基本类似的编程条件导致 基本类4以的电阻j直。^f旦是，由于制造波动(fabrication fluctuation )、 电噪声、温度变化、或其它的暂时波动，包括基本相等的施加给典型相变存储单元的电流和/或电压脉冲的基本类似的编程条件可能 会导致不同的电阻值。基于上述原因，需要本专利技术。
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4及、第二电才及、以及第一电才及和第二电才及之间的相变材并+。该 相变材料具有阶梯式编程特性。第一电极、第二电极、以及相变材津牛形成了通道式或沟才曹式存i者单元(via or trench memory cell )。 附图说明所包括的附图用于才是供对本专利技术的进一步理解，结合在说明书 中组成了说明书的一部分。附图示出了本专利技术的多个实施例，并与 下列描述一起用于阐述本专利技术的原理。随着参考下列详细描述而更 好地理解本专利技术，将4艮容易理解本专利技术的其它实施例和4艮多其它优 点。附图中的元件没有必要相互成比例。相同的参考标号用于指示 相应类4以的部分。图1A是示出存储装置的一个实施例的框图IB是示出相变存储单元的阶梯式编程特性的一个实施例的 图表；图2A示出了相变存储单元的一个实施例的截面图； 图2B示出了相变存储单元的另一个实施例的截面图； 图3A示出了相变存储单元的另 一个实施例的截面图3B示出了相变存储单元的另一个实施例的截面图4A示出了相变存储单元的另 一个实施例的截面图4B示出了相变存储单元的另一个实施例的截面图5A示出了相变存储单元的另一个实施例的截面图5B示出了相变存储单元的另一个实施例的截面图6A示出了相变存储单元的另 一个实施例的截面图6B示出了相变存储单元的另一个实施例的截面图7示出了经过预处理的晶片的一个实施例的截面图8示出了蚀刻电极材料层后的存储单元部的一个实施例的截 面图9示出了经过预处理的晶片的另一个实施例的截面图10示出了经过预处理的晶片和第二绝缘材料层的一个实施 例的截面图11示出了蚀刻第二绝缘材料层后的存储单元部的一个实施 例的截面图12示出了存储单元部和扩散势垒材料层的一个实施例的截 面图13示出了蚀刻扩散势垒材料层后的存储单元部和扩散势垒 的 一 个实施例的截面图14示出了存储单元部和第一间隔材料层的一个实施例的截 面图15示出了蚀刻第一间隔材料层后的存储单元部和第一间隔 或间隔对的一个实施例的截面图16示出了存^f渚单元部、第一间隔或间隔对、以及蚀刻终止 材泮牛层的 一 个实施例的截面图17示出了存储单元部、第一间隔或间隔对、蚀刻终止材料 层、以及第二间隔材料层的一个实施例的截面图18示出了蚀刻第二间隔材料层和蚀刻终止材料层后的存储 单元部、第一间隔或间隔对、第一蚀刻终止层或层对、以及第二间 隔或间隔对的一个实施例的截面图19示出了存储单元部、第一间隔或间隔对、第一蚀刻终止 层或层对、第二间隔或间隔对、第二蚀刻终止层或层对、以及第三 间隔或间隔只于的一个实施例的截面图20示出了存储单元部、间隔、蚀刻终止层、以及相变材剩_ 层的一个实施例的截面图21示出了蚀刻相变材料层后的存储单元部、间隔、蚀刻终 止层、以及相变材^f的一个实施例的截面图22示出了存4诸单元部、间隔、蚀刻终止层、相变材泮+、以 及电极材料层的 一 个实施例的截面图； 图23示出了平整化(planarizing )电4及材料层后的存4诸单元部、 间隔、蚀刻终止层、相变材#十、以及第二电才及的一个实施例的截面 图24示出了如图20所示的存储单元部、间隔、蚀刻终止层、 以及相变材料层的一个实施例的截面图25示出了平整化相变材料层后的存储单元部、间隔、蚀刻 终止层、以及相变材料的一个实施例的截面图26示出了存储单元部、间隔、蚀刻终止层、相变材并牛、以 及电极材料层的 一个实施例的截面图27示出了蚀刻电极材料层后的存储单元部、间隔、蚀刻终 止层、相变材冲+、以及第二电才及的一个实施例的截面图28示出了存储单元部、间隔、蚀刻终止层、相变材料、第 二电极、以及附加绝缘材料层的一个实施例的截面图29示出了蚀刻附加绝缘材津牛层后的存々者单元部、间隔、蚀 刻终止层、相变材料、第二电极、绝缘材料的一个实施例的截面图30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；第二电极；以及所述第一电极和所述第二电极之间的相变材料，所述相变材料具有阶梯式编程特性，其中，所述第一电极、所述第二电极、以及所述相变材料形成了通道式或沟槽式存储单元。

【技术特征摘要】
US 2006-7-18 11/488,4221.一种存储单元，包括第一电极；第二电极；以及所述第一电极和所述第二电极之间的相变材料，所述相变材料具有阶梯式编程特性，其中，所述第一电极、所述第二电极、以及所述相变材料形成了通道式或沟槽式存储单元。2. 根据权利要求1所述的存储单元，进一步包括所述第一电才及和所述第二电4及之间的多个间隔，所述多 个间隔限定了所述相变材料中的阶梯式图案。3. 根据权利要求2所述的存储单元，其中，所述相变材料包括多 个矩形层或圓筒形层部，所述多个矩形层或圓筒形层部中的每 一个由所述多个间隔中的一个或多个限定。4. 根据权利要求2所述的存储单元，进一步包括绝缘材料，在横向上包围所述相变材料、所述多个间隔、 所述第一电极、以及所述第二电极，所述绝缘材料和所述多个 间隔具有相同的导热性。5. 才艮据权利要求2所述的存储单元，进一步包括绝缘材料，在冲黄向上包围所述相变材并+、所述多个间隔、 所述第一电极、以及所述第二电极，所述多个间隔具有与所述 绝纟彖材料不同的导热性。6. 4艮据权利要求5所述的存储单元，其中，每个所述间隔包括寸氐 k材料。7. 根据权利要求2所述的存储单元，进一步包括所述多个间隔和所述第一电极之间的扩散壁垒。8. 根据权利要求7所述的存储单元，其中，所述扩散壁垒包括相 变材料层。9. 根据权利要求7所述的存储单元，其中，所述扩散壁垒包括接 触所述第一电才及的相变材料层和4妄触所述间隔的电才及材并牛层。10. —种存^f诸单元，包才舌第一电才及； 第二电极；所述第 一 电才及和所述第二电4及之间的多个相变部；以及所述第一电才及和所述第二电才及之间的多个间隔，所述多 个间隔限定了所述多个相变部中的阶梯式图案。11. 根据权利要求10所述的存储单元，其中，每个所述相变部形 成了由所述多个间隔中的一个或多个限定的矩形层和圆筒形 层之一。12. 根据权利要求IO所述的存储单元，进一步包括绝缘材料，在横向上包围所述多个相变材料部、所述多 个间隔、所述第一电极、以及所述第二电极，所述绝纟彖材冲牛和 所述多个间隔具有相同的导热性。13. 根据权利要求IO所述的存储单元，进一步包括绝缘材料，在横向上包围所述多个相变材料部、所述多 个间隔、所述第一电极、以及所述第二电极，所述多个间隔具 有比所述绝缘材料低的导热性。14. 根据权利要求13所述的存储单元，其中，每个所述间隔包括 低k材料。15. 根据权利要求IO所述的存储单元，进一步包括所述多个间隔和所述第 一电才及之间的扩散壁垒。16. —种存储单元，包括第一电才及； 第二电才及；所述第 一 电4及和所述第二电才及之间的多个相变材冲牛层， 所述多个相变材料层中的至少两个包括不同的相变材料；以及所述第一电才及和所述第二电才及之间的多个间隔，所述多 个间隔限定了所述多个相变材料层中的阶梯式图案。17. 根据权利要求16所述的存储单元，其中，所述多个相变材料 层中的至少两个具有不同的结晶温度。18. 根据权利要求16所述的存储单元，其中，每个相变材料层都 提供矩形层或圓筒形层部，每个矩形层或圓筒形层部由所述多 个间隔中的 一个或多个限定。19. 根据权利要求16所述的存储单元，进一步包括绝缘材料，在横向上包围所述多个相变材料层、所述多 个间隔、所述第一电4及、以及所述第二电才及。20. 根据权利要求16所述的存储单元，其中，所述多个间隔中的 至少一个包括低k材料。21. 才艮据权利要求16所述的存储单元，进一步包括所述多个间隔和所述第 一电才及之间的扩散壁垒。22. —种制造存储器的方法，所述方法包括以下步骤提供包括第一电极和具有开口的绝缘材料层的晶片； 在所述晶片上沉积第一间隔材料层；蚀刻所述第一间隔材津牛层，露出所述开口的底部和部分 侧壁，以形成第一间隔；在所述晶片和所述第 一间隔的露出部分上沉积第二间隔 材泮+层；以及有选4奪地蚀刻所述第二间隔材津+层，以形成短于所述第 一间隔的第二间隔。23. 根据权利要求22所述的方法，其中，提供所述晶片包括以下 步骤提供包括由绝缘材料包围的电极材料的经过预处理的晶 片；以及蚀刻所述电极材料，以形成所述第一电才及和所述开口 。24. 根据权利要求22所述的方法，其中，提供所述晶片包括以下 步骤提供包括由绝》彖材并牛包围的所述第 一电才及的经过预处理 的晶片；在所述经过预处理的晶片上沉积附加绝纟彖材冲牛；以及蚀刻所述附加绝》彖材料，以露出所述第 一电4及并形成所 述开口。25. 根据权利要求22所述的方法，其中，提供所述晶片包括以下 步骤提供包括接触扩散壁垒的第一电极和具有露出所述扩散 壁垒的开口的绝缘材料层的晶片。26. 根据权利要求25所述的方法，其中，提供所述晶片包括以下 步骤提供包括扩散壁垒和电极材料层的晶片，其中，所述扩 散壁垒包括接触所述第 一电极的相变材料层，所述电极材料层 4娄触所述相变材料层。27. 根据权利要求22所述的方法，其中，沉积所述第一间隔材料 层包4舌以下步骤沉积具有比所述绝缘材料低的导热性的第一间隔材料。28. 根据权利要求22所述的方法，进一步包括以下步骤在所述晶片、所述第一间隔、以及所述第二间...

【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]