相变化存储单元及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种相变化存储单元，其包括第一与第二电极，其具有大致共平面的表面、并被一间隙所分隔，以及相变化导桥，其电连接至第一与第二电极。此相变化导桥可延伸在大致共平面的表面上、并延伸横跨此间隙。此相变化导桥具有较高变化温度导桥部分以及较低变化温度部分。此较低变化温度部分包括相变化区域，其可在低于此较高变化温度部分的温度下，从大致结晶态变化至大致非晶态。本发明专利技术同时公开一种用以制造相变化存储单元的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用相变化存储材料的高密度存储元件，包括以硫属化物为基础的材料与其它材料，并涉及用以制造这些组件的方法。
技术介绍
以相变化为基础的存储材料被广泛地运用于读写光盘片中。这些材料包括有至少两种固态相，包括如通常为非晶态的固态相，以及通常为结晶态的固态相。激光脉冲用于读写光盘片中，以在二种相中切换，并读取这种材料在相变化之后的光学性质。如硫属化物及类似材料的这些相变化存储材料，可通过施加其幅度适用于集成电路中的电流，而引起晶相变化。一般而言，非晶态的特征在于其电阻高于结晶态，此电阻值可轻易测量得到而用以作为指示。这种特性则引起使用可编程电阻材料以形成非易失性存储电路等兴趣，此电路可用于随机存取读写。从非晶态转变至结晶态一般为低电流步骤。从结晶态转变至非晶态(以下指称为重置(reset))一般为高电流步骤，其包括短暂的高电流密度脉冲以融化或破坏结晶结构，其后此相变化材料会快速冷却，抑制相变化的过程，使得至少部份相变化结构得以维持在非晶态。理想状态下，致使相变化材料从结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，可通过减低在存储中的相变化材料组件的尺寸、以及减少电极与此相变化材料的接触面积而实现，因此可针对此相变化材料组件施加较小的绝对电流值而实现较高的电流密度。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。致力于这些微小孔洞的专利包括于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；于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；于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 andMethods of Fabricating the Same”、专利技术人为Doan等。在以非常小的尺寸制造这些装置、以及欲满足量产存储装置时所需求的严格工艺变化时，则会遭遇到问题。较佳地提供一种存储单元结构，其包括有小尺寸以及低重置电流，以及用以制造该结构的方法，其可满足量产存储装置时的严格工艺变量规范。
技术实现思路
本专利技术涉及一种相变化随机存取存储元件(PCRAM)，其适合用于量产集成电路。本专利技术的第一目的涉及一种相变化存储单元，此存储单元则为相变化存储元件的一部份。此存储单元包括第一与第二电极，其具有大致共平面的表面、并被一间隙所分隔，以及相变化导桥，其电连接至第一与第二电极。相变化导桥的至少一部份包括较高变化温度部分、以及较低变化温度部分。此较低变化温度部分包括相变化区域，通过在其中通过电流，此相变化区域可在低于较高变化温度部分的温度下，从大致结晶态变化至大致非晶态。在某些实施例中，此相变化区域的区块包括第一与第二较高变化温度部分，其分别位于较低变化温度部分的不同侧。相变化导桥可延伸于大致共平面的表面之上、并延伸横跨此间隙。本专利技术的第二目的涉及一种用以制造相变化存储单元的方法，此存储单元为相变化存储元件的一部份，此方法包括以相变化导桥电接于第一与第二电极的大致共平面的第一与第二表面，此相变化导桥包括相变化材料。此电气连接步骤包括提供较高变化温度部分以及较低变化温度部分，此较低变化温度部分生成相变化区域，且通过在二电极之间通过电流，此相变化区域可在大致结晶态与大致非晶态之间变化。在某些实施例中，此提供步骤包括改变相变化导桥的至少一部份相变化材料的变化温度，通过布植一材料于相变化导桥的一区块，以生成较高变化温度部分以及较低变化温度部分，进而增加此部分的变化温度并生成较高变化温度部分。在此所述，用以在相变化随机存取存储中的存储单元内形成导桥的方法，可被用以在其它用途中形成非常微小的导桥。具有非常微小的导桥结构的纳米技术组件，使用相变化材料以外的材料如介质、有机材料、半导体等而制造。以下详细说明本专利技术的结构与方法。本
技术实现思路
说明部分目的并非在于定义本专利技术。本专利技术由权利要求所限定。举本专利技术的实施例、特征、目的及优点等将可通过下列说明权利要求及附图获得充分了解。附图说明图1示出薄膜导桥相变化存储元件的实施例。图2示出在图1所示的薄膜导桥相变化存储元件中的电流路径。图3示出图1所示的薄膜导桥相变化存储元件中的相变化活性区域。图4示出图1所示的薄膜导桥相变化存储元件的尺寸。图5示出对相变化存储元件的结构，其在电极层之下具有存取电路、并在电极层之上具有位线。图6示出图5所示的结构的布局或平面图。图7示出包括有相变化存储元件的存储阵列示意图。图8为方块图，其示出包括薄膜相变化存储阵列与其它电路的集成电路组件。图9示出一衬底的剖面图其包括由线前端工艺所制造的存取电路，其用以制造含有图5所示的结构的相变化存储元件。图10示出用以在图5所示的结构中形成一电极层的初始步骤的剖面图。图11A与11B示出用以图案化图10的结构的布局与剖面图，其在图5所示结构的电极层中形成电极堆栈。图12示出用以在图11B所示的电极堆栈上，形成侧壁绝缘体的步骤剖面图。图13示出在图12所示的结构上形成导电材料层的步骤剖面图。图14示出在图13所示的结构上研磨该导体与侧壁绝缘体的步骤剖面图。图15示出在图14所示的结构上形成薄膜相变化材料层与保护覆盖层的步骤剖面图。图16A与16B示出用以在图15的薄膜相变化材料层进行图案化的布局与剖面图，其在相变化材料上形成带状光阻。图17A与17B示出用以在图15的薄膜相变化材料层进行图案化的布局与剖面图，其显示蚀刻图16A与16B中的带状光阻之后形成窄带状光阻。图18A与18B示出根据图17A与17B的图案化光阻而蚀刻薄膜相变化材料层后，带状相变化材料布局与剖面图。图19A与19B示出用以图案化图18A与18B中的带状相变化材料的布局与剖面图，其用以在电极层上形成相变化材料导桥。图20A与20B示出利用图19A与19B中的图案而进行蚀刻后的相变化材料导桥的布局与剖面图。图21示出用以在图20A与20B所示的结构上，包括电极层与相变化材料导桥，形成介质填充层的步骤。图22A与22B示出在介质填充层中形成有导电插头后的布局与示意图，此插头接触至图21所示的结构中的相变化材料导桥。图23示出用以在图22A与22B所示的结构上形成图案化导电层的步骤。图24示出将相变化材料沉积于第一与第二电极上，此二电极被绝缘构件所分隔。图25示出在图24所示的结构上沉积光阻掩模并蚀刻的步骤。图26示出对图25的结构进行掩模修剪步骤的结果。图27示出布植一元素于相变化材料的外露部分中。图28与29示出移除光阻掩模后的相变化存储单元的示意图与剖面图。图30示出图27中的布植步骤的替代技术，其中布植步骤的角度用以生成一较小的相变化区域。图31是沿着图30中的线31-31所做的剖面图，示出利用倾斜布植所生成的较窄相变化区域。主要组件符号说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变化存储单元，此存储单元为相变化存储元件的一部分，该相变化存储单元包括：第一与第二电极，其具有大致共平面的表面并被一间隙所分隔；相变化导桥，其电连接至该第一与第二电极；该相变化导桥的至少一区块包括较高变化温度部 分以及较低变化温度部分；以及该较低变化温度部分包括相变化区域，其可通过在其中通过电流而在低于该较高变化温度部分的温度下，从大致结晶态变化至大致非晶态。

【技术特征摘要】
US 2005-11-28 60/740,176;US 2006-6-14 11/424,1771.一种相变化存储单元，此存储单元为相变化存储元件的一部分，该相变化存储单元包括第一与第二电极，其具有大致共平面的表面并被一间隙所分隔；相变化导桥，其电连接至该第一与第二电极；该相变化导桥的至少一区块包括较高变化温度部分以及较低变化温度部分；以及该较低变化温度部分包括相变化区域，其可通过在其中通过电流而在低于该较高变化温度部分的温度下，从大致结晶态变化至大致非晶态。2.如权利要求1所述的相变化存储单元，其中该较高变化温度部分的变化温度，比该较低变化温度部分的变化温度高出至少100℃。3.如权利要求1所述的相变化存储单元，其中当该较高变化温度部分与该较低变化温度部分均为大致结晶态时，该较高变化温度部分的导热性低于该较低变化温度部分的导热性。4.如权利要求1所述的相变化存储单元，其中当该较高变化温度部分与该较低变化温度部分均为大致结晶态时，该较高变化温度部分的导热性至少低于该较低变化温度部分的导热性50％。5.如权利要求1所述的相变化存储单元，其中当该较高变化温度部分与该较低变化温度部分均为大致结晶态时，该较高变化温度部分的电阻率大于该较低变化温度部分的电阻率。6.如权利要求1所述的相变化存储单元，其中当该较高变化温度部分与该较低变化温度部分均为大致结晶态时，该较高变化温度部分的电阻率至少大于该较低变化温度部分的电阻率50％。7.如权利要求1所述的相变化存储单元，其中当该较高变化温度部分与该较低变化温度部分均为大致结晶态时，该较高变化温度部分的电阻值大于该较低变化温度部分的电阻值。8.如权利要求1所述的相变化存储单元，其中当该较高变化温度部分与该较低变化温度部分均为大致结晶态时，该较高变化温度部分的电阻值至少大于该较低变化温度部分的电阻值50％。9.如权利要求1所述的相变化存储单元，其中该相变化导桥的该区块包括第一与第二较高变化温度部分，其分别位于该较低变化温度部分的不同侧。10.如权利要求1所述的相变化存储单元，其中该相变化导桥延伸横跨该第一与第二电极的该大致共平面的该表面、并横跨该间隙。11.如权利要求1所述的相变化存储单元，其中该较高变化温度部分具有元素布植于其中，该元素不存在于该较低变化温度部分。12.如权利要求11所述的相变化存储单元，其中该元素包括选自下列群组的至少一种碳、硅、氧、氮、以及铝。13.如权利要求1所述的相变化存储单元，其中该存储单元包括合金，该合金包括选自下列群组的至少二种所组成的组合物锗、锑、碲、铟、钛、镓(、铋、锡、铜、钯、铅、银、硫、以及金(Au)。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙翔澜，
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]