具有空气绝热单元的可编程电阻材料存储阵列制造技术

本发明专利技术提供一种存储器件。此器件包含第一元件，其为第一电极元件（通常为平面的），并具有内接触表面。此外，另有一覆盖层，与第一电极元件之间具有间隔，以及相变化元件，其接触表面与第一电极接触表面及覆盖层相接触，而该相变化元件的侧向尺寸大小，小于第一与第二电极元件。还有第二电极元件延伸穿过覆盖层，以与相变化元件产生接触，以及介质材料所构成的侧壁，延伸穿过第一电极元件与覆盖层；这样，相变化元件、第一电极的接触表面、以及侧壁，即可限定出与相变化元件相邻的绝热单元。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及非易失存储装置的领域，其中尤其涉及利用相变化材料的存储装置。
技术介绍
具有可变电阻状态的材料已经得到广泛利用，该材料可在短时间内，依据需求由高电阻值转换为低电阻值。由于两种相态均相当稳定，因此可将该种材料应用于存储相关的领域，以相态的转换来改变电阻值，代表“开启”或“关闭”。相变化存储材料，已广泛运用于可擦写光盘之中。这些材料至少具有两种固态相，例如包括大致非晶固态相与大致结晶固态相。可擦写光盘利用激光脉冲，改变相态，并读取不同相态的光学性质。硫属化物或其它相似材料的相变化存储材料，也可通过集成电路施以适当强度的电流，来改变相位。大致非晶态的电阻率高于大致结晶态，而此种电阻差异易于检测，即可代表不同数据内容。这种物质特性引发研究动机，希望利用可控制的电阻材料，制作非易失、并且可随机读写的存储电路。非晶态转换至结晶态的过程，通常采用较低的操作电压。由结晶态转换为非晶态的过程，则通常需要较高的操作电压；因为此过程需要一短时间且高密度的电流脉冲，以熔化或破坏结晶结构，随后快速冷却相变化材料，经淬火处理，将至少一部分相变化结构稳定为非晶态。以下将此过程称为“重置”(reset)。该过程通过重置电流将相变化材料由结晶态转变为非晶态，而我们希望尽量降低重置电流的强度。欲降低重置电流的强度，可降低存储单元中的相变化材料器件尺寸，或者降低电极与相变化材料的接触区域大小，因此较高的电流密度可以在较小的绝对电流值穿过相变化材料器件的情况下实现。在集成电路结构中制作小孔洞，为此项技术发展方向之一；同时，也采用少量的可编程电阻材料填充该小孔洞。显示小孔洞发展的专利包括Ovshinsky，“Multibit Single Cell Memory Element HavingTapered Contact”，美国专利号5,687,112，专利授权日期1997年11月11日；Zahorik等人，“Method of Making Chalcogenide[sic]MemoryDevice”，U.S.Pat.No.5,789,277，专利授权日期1998年8月4日；Doan等人，“Controllable Ovonic Phase-Change Semiconductor MemoryDevice and Methods of Gabracting the Same，”美国专利号6,150,253，专利授权日期2000年11月21日，以及Reinberg，“ChalcogenideMemory Cell with a Plurality of Chalcogenide Electrodes，”美国专利号5,920,788，专利授权日期1999年7月6日。公知的相变化存储器与其结构设计上，存有散热效应的问题。一般而言，公知技术在相变化存储元件的两侧采用金属电极，其中电极的大小约略相等于相变化单元。此种电极可利用金属的高导热性质，迅速导引热量散逸。由于相变化由热能所驱动，因此设计上必须利用高电流产生高热能，以满足相变化的需求。一种解决热流问题的方法，可见于美国专利号No.6,815,704，其标题为“Self Aligned Air-Gap Thermal Insulation for Nano-scaleInsulated Chalcogenide Electronics(NICE)RAM”，其中公开一种隔绝存储单元的方法。该结构与制造方法均太过复杂，以致于无法在存储装置中造成最小电流。因此必须提供具有小尺寸与低重置电流的存储单元结构，同时该结构必须注重散热问题，而该结构的制造方法又必须符合大型存储装置的严格工艺参数需求。此外，还必须提供一种结构与其制造方法，使其可与同一集成电路上的外围电路工艺兼容。
技术实现思路
本专利技术的目的之一为提供一种存储器件，该器件包含第一元件，其为第一电极元件(通常为平面的)，并具有内接触表面。此外，另有一覆盖层，与第一电极元件之间具有间隔，以及相变化元件，其接触表面与第一电极接触表面及覆盖层相接触，而该相变化元件的侧向尺寸大小，小于第一与第二电极元件。还有第二电极元件延伸穿过覆盖层，以与相变化元件产生接触，以及介质材料所构成的侧壁，延伸穿过第一电极元件与覆盖层；如此，相变化元件、第一电极的接触表面、以及侧壁，即可限定出与相变化元件相邻的绝热单元。附图说明图1A显示本专利技术一实施例的相变化存储元件的剖面图，该相变化元件利用空气绝热单元元件。图1B显示如图1A所示的相变化存储元件中的电流路径。图2显示利用图1A的相变化存储元件的电路图。图3显示利用图1A的相变化存储元件的存储阵列。图4A、图4B、图4C、图4D、图4E、图4F、图4G、与图4H显示本专利技术的一实施例的制造图1A的相变化存储的工艺剖面图。主要器件符号说明10、10a、10b存储元件12、112衬底14、114、114a下层电极16、145、146区块18侧壁20覆盖层22相变化元件24、124绝热单元26、126侧壁子 28、128上层电极30、30a、30b、130电极接触元件31高温区域50存储单元100存储阵列110起始结构111 a、111b、111c柱体116a、120aSiO2层120电极间介质层122、122aGST层123、123a顶部层128、148共同源极线141、142位线143、144字线150、151、152、153存取晶体管具体实施方式以下将依据图1A至图4的内容，公开本专利技术的数个实施例。所公开的实施例与特征，均应理解为范例，而不是以此限制本专利技术的范围；该范围仅应由权利要求限定。本专利技术关于存储元件与存储单元。公知技术中，存储单元为一种可以通过保持电荷或状态的方式以记录单一数据位的逻辑电平的电路器件。举例而言，存储单元的阵列可作为计算机的随机存取存储器。某些存储器件的操作，利用保持电荷或是状态。公知的动态随机存取存储单元中，采用例如电容以代表单元的逻辑电平，其中完全充电的状态代表逻辑1或高电平状态，完全放电则代表逻辑0或低电平状态。图1A概略显示根据本专利技术的一种实施例的存储元件10示意图。为清楚显示内容，此处存储元件10仅为单一单元。实际运用上，各元件均为存储单元的一部分，其也作为较大存储阵列的一部分，以下将示出。首先，必须先讨论存储元件的结构，稍后再叙述其制造过程。存储元件形成于衬底12之上，优选实施例中采用二氧化硅等介质填充材料。下层电极14形成于氧化层之中，优选实施例中采用钨等顽固金属材料。其它适合作为顽固金属的材料包括Ti、Mo、Al、Ta、Cu、Pt、Ir、La、Ni、与Ru。电极14可作为字线，与存储阵列中一定数量的存储元件相连接，同时此优选实施例中，字线由多晶硅所形成。此存储元件利用区块16与其它元件分离，其由衬底向上延伸，直至存储元件的顶部。上述区块可采用适当的低介电常数材料，例如公知技术采用的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、或Al2O3等。前述区块的内部侧壁18用介质填充材料形成，其由下层电极14的表面，向上延伸至区块的顶部，由此限定存储元件的中心部分。该中心部分包含相变化元件22，其与下层电极14相接触，同时具有覆盖层20与侧壁子26。相变化器件22的存储单元实施例包含电阻性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储器件，包含：第一电极元件，大致为平面形状，其具有内部接触表面；覆盖层，与该第一电极元件之间有间隔；可编程电阻元件，具有多个接触表面，与该第一电极（元件）的该接触表面及该覆盖层接触，其中该可编程电阻元件的侧向尺 寸小于该第一电极与该第二电极元件的侧向尺寸；第二电极元件，该第二电极元件延伸穿过该覆盖层，与该可编程电阻元件接触；以及多个侧壁，包含介质填充材料所构成，并延伸于该第一电极元件与该覆盖层之间，由此该可编程电阻元件、该第一电极（ 元件）的该接触表面、与该侧壁限定出绝热单元邻近于该可编程电阻元件。

【技术特征摘要】
US 2005-11-21 60/739,0891.一种存储器件，包含第一电极元件，大致为平面形状，其具有内部接触表面；覆盖层，与该第一电极元件之间有间隔；可编程电阻元件，具有多个接触表面，与该第一电极(元件)的该接触表面及该覆盖层接触，其中该可编程电阻元件的侧向尺寸小于该第一电极与该第二电极元件的侧向尺寸；第二电极元件，该第二电极元件延伸穿过该覆盖层，与该可编程电阻元件接触；以及多个侧壁，包含介质填充材料所构成，并延伸于该第一电极元件与该覆盖层之间，由此该可编程电阻元件、该第一电极(元件)的该接触表面、与该侧壁限定出绝热单元邻近于该可编程电阻元件。2.如权利要求1的存储器件，其中该覆盖层包含第二介质填充材料；且该第一电极元件包含顽固金属材料；而该第二电极元件包含氮化钛。3.如权利要求1的存储器件，其中该可编程电阻元件包含相变化元件。4 如权利要求3的存储器件，其中该相变化元件包含Ge、Sb、与Te的组合。5.如权利要求3的存储器件，其中该相变化元件包含由Ge、Sb、Te、Se、In、Ti、Ga、Bi、Sn、Cu、Pd、Pb、Ag、S、与Au的组合中所选出两种或以上材料的组合。6.如权利要求1的存储器件，其中该绝热单元包含空气。7.如权利要求1的存储器件，还包含位于该覆盖层与该第二电极元件之间的侧壁子元件，该侧壁子元件包含氮化硅。8.如权利要求1的存储器件，其中该可编程电阻元件包含巨磁阻材料。9.如权利要求1的存储器件，其中该可编程电阻元件包含由NixOy；TixOy；AlxOy；WxOy；ZnxOy；ZrxOy；CuxOy所构成的组合中选出两种以上材料的组合，而其中x∶y＝0.5∶0.5。10.如权利要求1的存储器件，其中该可编程电阻元件包含高分子材料，该高分子材料包含由TCNQ、PCBM、与TCNQ掺杂Cu、C60所构成的组合。11.一种制造存储器件的方法，包含下列步骤提供衬底，该衬底为一绝热材料；在该衬底上沉积多个连续层，包括第一电极层，相变化材料层与覆盖层；平板印刷图案化并蚀刻该连续层，以限定存储单元基底；选择性蚀刻该相变化材料层，以在该第一电极层与该覆盖层中制作多个凹陷区域，进一步限定蚀刻步骤后该相变化材料的剩余区域；沉积多个侧壁，使其与该第一电极与该覆盖...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖二琨，何家骅，谢光宇，
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[中国|台湾]