具有不同相变材料的小功率相变存储单元制造技术

一种存储单元，包括：第一电极和相对的第二电极；以及第一电极与第二电极之间的存储堆叠。该存储堆叠包括：与第一电极相接触的第一层热绝缘材料、与第二电极相接触的第二层热绝缘材料、以及第一层热绝缘材料与第二层热绝缘材料之间的相变材料。就此而言，相变材料限定的有源区宽度小于第一层热绝缘材料和第二层热绝缘材料的宽度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有不同相变材冲+的小功率相变存〗诸单元。
技术介绍
半导体存储器为电子器件提供记忆存储，并且在电子产品行业 变得很流行。通常，多个半导体芯片被典型地制作在(或设置于) 硅晶片上。各半导体芯片分别与硅片分离，以便随后在电子器件中 用作存储器。就此而言，半导体芯片包括存储单元阵列，这些存储单元被构造成存储可回收数据，由逻辑值为0和1来表征。一种半导体存储器为电阻存储器。这些电阻存储器通常使用两 个或多个不同电阻值的可转接电阻器，以限定存储器中的单元状 态，用于存储数据。 一种特殊类型的电阻存储器为相变存储器。在 相变存储单元的一种公知结构中，存储单元形成在相变存储材料与 电才及的交4妄处。通过电才及传递的适当l直的能量加热该相变存卩诸单 元，/人而影响其原子结构中的相变/状态变<匕。该相变存4渚单元可以 选择性地在逻辑值o与l之间切换，例如，并且/或者选4奪性地在多 个逻辑状态之间切换。呈现上述相变记忆特性的材料包含周期表中的VI族元素(诸 如j帝和j西)及其合金，称为石克族化物或-危族材^k其它非碌u;疾化物 材料也呈现相变记忆特性。一种相变存储单元的原子结构可以在非晶态与一个或多个晶 态之间转:换。非晶态下的电阻比晶态下的电阻高，并且通常包括W又具有短程配位的无序原子结构。相反，每个晶态通常均具有更为有序的原子结构以及较低的电阻(且导电性高)。当维持在结晶温度(或稍高于结晶温度)时，相变材料的原子 结构变得更有序。随后材料的慢冷使得原子结构以高度有序的(结 晶)状态稳定地定向。恢复原状，或重设为非晶态，例如在^L族化物材料中，局部温度通常升高到熔化温度(大约600摄氏度)以上，以实现更随^L的原子结构，然后迅速冷却，以将原子结构锁定 在非晶态。存储单元中的温度诱发i殳定/停留变化在每个单元内形成局部 升高的温度或热点。存储单元中的热点需要增大电流(以及功率)，以重i殳存4诸单元中的存^f诸状态。一^:而言，希望减小改变存4诸单元 中存储状态所需的功率，以便能够使用更小的选择器件，从而减小 存储器件的整体尺寸。基于这些和其它的原因，4是出了本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的一方面提供了一种存储单元，该存储单元包括第一 电极和相对的第二电极，以及4立于第一电一及与第二电才及之间的存4诸 堆叠。该存储堆叠包括与第一电极相接触的第一层热绝缘材料、 与第二电极相接触的第二层热绝缘材料、以及位于第 一层热绝缘材 料与第二层热绝缘材料之间的相变材料。就此而言，相变材料限定了有源区宽度，该宽度小于第 一层热绝缘材料和第二层热绝缘材料 的宽度。附图说明附图被包括进来以提供对本专利技术的进一 步理解，并结合于说明书中并构成本i兌明书的一部分。附图示出了本专利技术的实施例，并与 i兌明书文字部分一起用来解释本专利技术的原理。由于参照下面的详细 描述将更好地理解本专利技术，所以本专利技术的其它实施例以及本专利技术的多个预期优点将4艮容易认识到。附图中的元件不必相对;波此成比 例。相同的参考标号表示相应的类似部件。图1示出了根据本专利技术一个实施例的包括存储单元的存储器件 的简化框图。图2示出了根据本专利技术一个实施例的存储单元的剖面图。图3示出了根据本专利技术一个实施例的设置在预处理的晶片上的 相变材料的堆叠的剖面图。图4示出了根据本专利技术一个实施例的沉积在相变材料的堆叠上 的电才及层的剖面图。图5示出了根据本专利技术一个实施例的沉积在存储单元的电极层 上的抗蚀剂和掩模的剖面图。图6示出了根据本专利技术一个实施例的在干蚀刻之后的相变材料 堆叠的剖面图。图7示出了4艮据本专利技术一个实施例的在湿回蚀刻(pull-back etch)之后的相变材料的堆叠的剖面图。图8示出了根据本专利技术一个实施例的相变材料的堆叠周围的绝 缘材料的剖面图。图9示出了根据本专利技术一个实施例的存储单元的平坦化的绝缘 材料。图10示出了根据本专利技术一个实施例的具有相变材料堆叠和栓 塞沉陷垫(plug landing pad )的存储单元的剖面图。图11示出了^^艮据本专利技术另一实施例的存储单元的剖面图。图12示出了根据本专利技术另一实施例的存储单元中的相变材料 的堆叠的剖面图。图13示出了根据本专利技术另一实施例的存储单元中的相变材料 的堆叠的剖面图。图14示出了根据本专利技术一个实施例的存储单元中的相变材料 的梯度的剖面图。具体实施例方式图1示出了^^艮据本专利技术一个实施例的存储器件100的简化框 图。存储器件100包括写脉沖发生器102、分配电路104、存储单 元106a、 106b、 106c、和106d、以及读出电3各108。在一个实施例 中，存储单元106a-106d为相变存储单元，其有利地在单元内采用 非晶相到晶相转变的存储材料，用于在存储器中存储数据。写脉沖 发生器102通过信号路径110电耦合于分配电路104。分配电路104 分别通过信号^各径112a-112d电耦合于存储单元106a-106d，并通 过信号路径114电耦合于读出电路108。写脉冲发生器102通过信 号3各径116电耦合于读出电3各108。每个存4诸单元106a-106d均可 以被编程为与特定电阻值相关联的存储状态，并且利用合适的电写 手4殳(electrical write strategy )来4空制it电卩且<直。这里使用的术语电耦合并不意味着元件必须直接耦合在一 起，而是可以在电耦合元件之间设置中间元件。在一个实施例中，每个相变存储单元106a-106d均包括提供数 据存储位置的相变材料。用于相变存储单元的有源区是相变材料在 晶态与非晶态之间转变的转变区，用于存储一个比特、1.5比特、两个比特、或多个比特的lt据。在一个实施例中，写脉冲发生器102产生电流或电压脉冲，该 脉冲经由分配电3各104可控制地流向存储单元106a-106d。在一个实施例中，分配电3各104包括使电流或电压脉沖可控制地流向存储 单元的多个晶体管。在一个实施例中，存4诸单元106a-106d包括相变材料，在温度 变化的影响下，该相变材料可以从非晶态转变到晶态，或从晶态转 变到非晶态。这些晶体存储状态对于将数据存储在存储器件100中 是有利的。可以将存储状态分配给位值，诸如位值0和'T'。 存储单元106a-106d的这些位状态在其电阻率方面显著不同。在非 晶态中，相变材料呈现出显著高于晶态的电阻率。以这种方式，读 出》文大器108读耳又单元阻值，以〗更确定分配给特定存储单元 106a-106d的位值。为了对存储器件100内的存储单元106a-106d之一进行编程， 写脉沖发生器102产生用于加热目标存储单元中的相变材料的电流 或电压脉冲。在一个实施例中，写脉冲发生器102产生适当的电流 或电压脉冲，该电流或电压脉冲#1供给到分配电^各104，然后#1分 配到适当的目标存4诸单元106a-106d。才艮据是否i殳定或重新i殳定存 储单元来控制电流或电压脉冲的幅值和持续时间。通常，存储单元 的设定操作将目标存储单元的相变材料加热到高于其结晶温度 (但低于其熔化温度)足够长时间，以达到晶态。通常，存储单元的重新设定，，操作将目标存储单元的相变材料加热到高于其熔化 温度，然后迅速地淬火/冷却该材料，乂人而达到非晶态。本专利技术的另 一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储单元，包括：第一电极和相对的第二电极；以及存储堆叠，其包括：与所述第一电极相接触的第一层热绝缘材料、与所述第二电极相接触的第二层热绝缘材料、以及在所述第一层热绝缘材料与所述第二层热绝缘材料之间的相变材料；其中，所述相变材料限定的有源区宽度小于所述第一层热绝缘材料和所述第二层热绝缘材料中任一个的宽度。

【技术特征摘要】
US 2006-7-10 11/483,8731.一种存储单元，包括第一电极和相对的第二电极；以及存储堆叠，其包括与所述第一电极相接触的第一层热绝缘材料、与所述第二电极相接触的第二层热绝缘材料、以及在所述第一层热绝缘材料与所述第二层热绝缘材料之间的相变材料；其中，所述相变材料限定的有源区宽度小于所述第一层热绝缘材料和所述第二层热绝缘材料中任一个的宽度。2. 4艮据权利要求1所述的存4诸单元，其中，所述相变材泮牛以给定 反应蚀刻化学过程限定的蚀刻速率大于所述第一层热绝缘材 料和所述第二层热绝缘材料中任一个以所述给定反应蚀刻化 学过程限定的蚀刻速率。3. 根据权利要求1所述的存储单元，其中，所述有源区宽度在 5-50 nm之间。4. 根据权利要求1所述的存储单元，其中，所述第一层热绝缘材 料和所述第二层热绝缘材料包含基本相同的材料。5. 根据权利要求1所述的存储单元，其中，所述相变材料限定的 电阻率大于所述第一层热绝缘材料和所述第二层热绝缘材料 中4壬一个的电阻率。6. —种存储单元，包括第 一 电才及和相对的第二电才及；以及在所述第 一 电极与所述第二电极之间延伸的相变材料堆叠，其中，所述相变材料堆叠包括与所述第一电极相接触的 第一相变材料、与所述第二电极相接触的第二相变材料、和在 所述第 一相变材料与所述第二相变材料之间的第三相变材料；其中，所述第三相变材料限定的有源区宽度小于所述第 一相变材料和所述第二相变材料的宽度。7. 根据权利要求6所述的存储单元，其中，所述第三相变材料以 给定反应蚀刻化学过程限定的蚀刻速率大于所述第一相变材 料和所述第二相变材料中任 一 个以所述给定反应蚀刻化学过 程限定的蚀刻速率。8. 才艮据权利要求6所述的存储单元，其中，所述相变材料堆叠包 括至少两种相变材并+的梯度，所述梯度包括相对于所述至少两 种相变材料在材料特性和电特性方面之一的改变。9. 根据权利要求6所述的存储单元，其中，所述有源区宽度在大 约5-50nm之间。10. 根据权利要求6所述的存储单元，其中，所述第一相变材料和 所述第二相变材料基本相同，并且所述第三相变材料不同于所 述第一和第二相变材料。11. 根据权利要求6所述的存储单元，其中，所述第三相变材料限 定的电阻率大于所述第 一相变材料和所述第二相变材料中任 一个的电阻率。12. 根据权利要求6所述的存储单元，其中，所述第三相变材料具 有的结晶温度不同于所述第 一 和第二相变材料中任 一 个的结 晶温度。13. —种制造存4诸单元的方法，包才舌在所述存储单元的顶部电极与底部电极之间沉积相变材 料堆叠，所述堆叠包括与所述底部电极相接触的第一相变材 料、与所述顶部电极相接触的第二相变材料、以及在所述第一 相变材料和所述第二相变材并牛之间的第三相变材料；以及选择性地蚀刻所述相变材料堆叠，以限定所述第三相变 材料中的有源区，所述有源区的宽度小于所述第一和第二相变 材料的蚀刻宽度。14. 才艮4居4又利要求13...

【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]