相变存储器装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种相变存储器装置的新的构造。即，本发明专利技术的相变存储器装置在相变层（１１５）的相变区域正上方不存在用作散热片的电极。加热器电极（１１１）以及引出电极层（１１３ａ、１１４ａ）均接触由ＧＳＴ构成的相变层（１１５）的底面。引出电极层（１１３ａ、１１４ａ）在脱离相变层与加热器电极的接触面（Ｙ）正上方的区域中，以具有部分重合的方式接触相变层（１１５）的底面。另外，在脱离加热器电极（１１１）的正上方的部位，接触电极（１１６、１１８）直接连接于引出电极层（１１３ａ、１１４ａ）上。另外，在接触电极的正下方，不存在ＧＳＴ等相变层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
相变存储器装置是将电阻随着结晶状态变化的相变层(硫族化物半导体薄膜等)用作存储器元件的存储装置。所谓硫族化物半导体是包含硫族元素的非晶形(无定形的)半导体。图21是表示用于说明硫族元素的周期表的一部分的图。如图所示，所谓硫族元素是6族元素的S(硫)、Se(硒)、Te(碲)。硫族化物半导体的利用领域大致分为光盘与电气存储器。作为在电气存储器领域中使用的硫族化物半导体，已知作为Ge(锗)、Te(碲)和Sb(锑)的化合物之GeSbTe(下面称为GST)、或AsSbTe或SeSbTe等。图22A、图22B分别是说明相变存储器的原理的图。硫族化物半导体如图22A所示，可以取非晶形半导体的状态10和结晶状态30之两个稳定状态，为了从非晶状态10移动到结晶状态30，需要提供超过能量势垒20的热。如图22B所示，非晶状态的硫族化物半导体示出高电阻。该高电阻状态对应于数字值的“1”。结晶状态的硫族化物半导体示出低电阻。该低电阻状态对应于数字值的“0”。这样，可存储数字信息。另外，通过检测经硫族化物半导体流过的电流量(或电压降)的差，可判定存储信息是“1”还是“0”(即读出信息)。作为为了硫族化物半导体相变所提供的热，利用焦耳热。即，通过向硫族化物半导体提供峰值和时间宽度不同的脉冲，在电极与硫族化物半导体的接触面附近产生焦耳热。硫族化物半导体的相，随着该焦耳热而变化。具体而言，在向硫族化物半导体短时间提供其熔融点附近的热之后，若急速冷却，则硫族化物半导体变为非晶状态。另一方面，若在向硫族化物半导体长时间提供比熔融点低的结晶温度之后冷却，则硫族化物半导体变为结晶状态。例如，在向GST短时间(1-10ns)提供融点(约610度)附近的热之后，若急速冷却(约1ns)，则GST变为非晶状态。另一方面，若向GST长时间(30-50ns)施加结晶温度(约450度)之后冷却，则GST变为结晶状态。如图22B所示，将从非晶状态移动到结晶状态称为“置位(结晶过程)”，将此时提供给硫族化物半导体的脉冲称为“置位脉冲(set pulse)”。在此，将结晶最低所需的温度(结晶温度)设为Tc，将结晶最低所需的时间(结晶时间)设为tr。相反，将从结晶状态移动到非晶状态称为“复位(非晶过程)”，将此时提供给硫族化物半导体的脉冲称为“复位脉冲”。此时，提供给硫族化物半导体的热为融点Tm附近的热，在熔融后急剧冷却硫族化物半导体。图23A～图23D是说明相变存储器装置的基本构造与相变存储器装置的置位/复位动作的图。如图23A所示，相变存储器装置基本上为用上下电极(48、42)夹入硫族化物半导体层(相变层)46的构造。另外，参照符号40表示基板，参照符号44表示电绝缘膜。在上侧电极48上连接施加置位脉冲等的端子P，下侧电极42被固定于地(基准电位)。如图23B所示，图23A的相变存储器与电阻R1等效。如上所述，该电阻R1的电阻值因硫族化物半导体层是非晶状态还是结晶状态而不同。如图23B左侧所示，向端子P输入3种脉冲。置位脉冲S1是峰值超过阈值Vth的脉冲。复位脉冲S2是峰值比置位脉冲S1大、宽度比置位脉冲S1短的脉冲。读取脉冲S3是峰值不足阈值Vth、宽度比置位脉冲S1宽的脉冲。在此，Vth是产生结晶所需的焦耳热的下限电压。图23C表示置位脉冲S1与通过提供该置位脉冲S1而产生的焦耳热引起的温度上升的对应。图23C的上侧示出电压波形，下侧示出焦耳热引起的温度上升的状态。置位脉冲S1的电压值超过规定的阈值Vth，其时间宽度为tcry。tcry在结晶时间tr(硫族化物半导体结晶最低所需的时间)以上。焦耳热引起的温度上升比融点Tm很低，并且比结晶最低所需的温度(结晶温度)Tc高。图23D表示复位脉冲S2与通过提供该复位脉冲S2而产生的焦耳热引起的温度上升的对应。图23D的上侧示出电压波形，下侧示出焦耳热引起的温度上升的状态。如图所示，复位脉冲S2的峰值远超过结晶用的阈值Vth，并且其宽度非常窄。由此，焦耳热引起的温度上升超过硫族化物半导体的融点Tm。另外，温度上升到达峰值的时刻至到达结晶温度Tc的时间tamo足够短。由此，硫族化物半导体一旦在熔融后被急剧冷却，结果，硫族化物半导体恢复到非晶状态。图24是说明相变存储器装置中的读取动作的电路图。图24中，向与在前的图相同的部分附加相同的参照符号。图24中，W表示字线，G表示地线，B表示位线(是连接于用于输入置位脉冲S1、复位脉冲S2、读取脉冲S3的端子P上的脉冲输入线)。另外，R1表示相变存储器元件(由硫簇化合物半导体层60构成)的等效电阻。另外，M4表示存储器单元选择用的NMOS晶体管(开关元件)，R2表示电流/电压变换电阻，A1表示读出放大器，参照符号62表示读出放大器A1的基准电压源。另外，I1表示读取动作时流过存储器单元的电流，Vout表示读出放大器A1的输出电压(传感输出)。在设置动作时(复位动作时或读取动作时也一样)，将字线W设为有效电平，使NMOS晶体管M4导通，之后，从端子P输入必要的脉冲(S1～S3的任一种)。在读取动作时，输入读取脉冲S3。根据构成存储器单元的硫族化物半导体层60是非晶状态还是结晶状态而不同，电阻R1的电阻值也不同，与之对应，电流I1的电流量也不同。因此，通过将该电流量变换为电压值后读取，可以判定存储的信息是“1”还是“0”。本专利技术的专利技术人在本专利技术之前，对相变存储器装置进行了各种研究，但结果，可知以往构造中产生如下缺陷。如图23A所示，相变存储器装置中通常采用由上下电极夹持相变层(例如GST)的基本构造(例如参照日本特开2005-159325号公报)。即，在相变层上，存在由钨等金属构成的电极。由钨等金属构成的上部电极也具有散热性。因此，以前的相变存储器元件可视为在相变区域的正上方形成散热片的构造。如上所述，硫族化物半导体层的相变通过流过电流所引起的焦耳热来实现，所以焦耳热经上部电极(上部金属层)散热导致热效率下降，不好。这种热效率下降在试制单体的相变存储器元件或集成度低的存储器LSI的阶段，基本上不成问题。但是，在利用细微化工艺，实际上批量生产高集成度的相变存储器装置的阶段，成为大问题。即，为了大容量化相变存储器装置，需要减小存储器单元的尺寸，因此，降低复位电流(用于将相变层从结晶状态恢复到非晶状态的电流)成为重要的课题。即，若在相变层上层叠金属层，则该上部金属层用作散热片，热效率下降。这成为阻碍复位电流的电流量降低的重要因素。由此，不能实现大规模的相变存储器LSI。在日本特开2003-332529号公报中，公开了如下技术，即将下侧电极(加热器电极)作为顶端尖的形状，最小化该电极与相变层之间的接触面积，缩小电流，从而抑制散热。但是，为了将下侧电极加工成顶端尖的形状，需要通常的LSI制造中不使用的特殊制造工艺技术，就制造工序的复杂化或成本高方面不好。另外，由于上部金属层具有规定的厚度，所以热也从上部金属的侧面部分释放。因此，为了尽可能抑制来自上部金属层的散热，考虑使上部金属层的厚度变薄。但是，若使上部金属层的厚度变薄，则这次截面积变小，布线电阻变高，导致电路特性恶化。另外，上部金属层作为在层间绝缘膜中开口接触孔的情况下的蚀刻停止器起作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储器装置，具有　　　　相变层；　　　　与该相变层的下面的一部分接触的加热器电极；　　　　引出电极层，在脱离所述相变层与所述加热器电极的接触面正上方的区域中，与所述相变层的底面一部分接触；和　　　　连接于该引出电极的一部分上的接触电极。

【技术特征摘要】
JP 2005-9-12 2005-2644841.一种相变存储器装置，具有相变层；与该相变层的下面的一部分接触的加热器电极；引出电极层，在脱离所述相变层与所述加热器电极的接触面正上方的区域中，与所述相变层的底面一部分接触；和连接于该引出电极的一部分上的接触电极。2.根据权利要求1所述的相变存储器装置，其中将所述加热器电极预先埋入层间绝缘膜内，在该层间绝缘层上，形成图案化成使所述加热器电极上面的至少一部分露出的绝缘膜，在该绝缘膜上，形成规定图案的所述引出电极层，设置所述相变层，以覆盖该引出电极层的一部分上以及所述露出的加热器电极上，所述接触电极在脱离所述加热器电极正上方的部位连接于所述引出电极层上。3.根据权利要求1所述的相变存储器装置，其中所述引出电极层由主电极层、和形成于该主电极层表面中的、用于提高与所述相变层密接性的密接层构成。4.根据权利要求1所述的相变存储器装置，其中所述相变层是硫族化物半导体层。5.根据权利要求1所述的相变存储器装置，其中具有包含连接于所述加热器电极上的绝缘栅极型场效应晶体管、双极晶体管或二极管之任一种的存储器元件；和包含地址选择电路的外围电路。6.一种相变存储器装置的制造方法，包含第1工序，在形成于层间绝缘膜中的通孔中，埋入导电材料，形成加热器电极；第2工序，在所述层间绝缘层上形成绝缘膜，在该绝缘膜上形成引出电极层，利用共同的掩模，连续地图案化所述引出电极层和所述绝缘膜，使所述加热器电极之上面的至少一部分以及所述层间绝缘膜的一部分露出；第3工序，形成相变层，以覆盖所述引出电极层上、所述露出的加热器电极上以及所述绝缘膜上；第4工序，图案化所述相变层，以在...

【专利技术属性】
技术研发人员：早川努，
申请(专利权)人：尔必达存储器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]