薄膜熔丝相变随机存取存储器及其制造方法技术

一种存储器装置，包含一个有一顶端面之第一电极、一个有一顶端面之第二电极，以及一介于第一电极和第二电极之间的绝缘构件，该绝缘构件在第一电极和第二电极之间的顶端表面附近有一厚度。一存储器材料之电桥越过该绝缘构件，在第一电极和第二电极之间穿过绝缘构件形成一路径。提供一这样的存储单元阵列，在此阵列中，多个电极元件和其间的绝缘构件在集成电路上构成一电极层。此存储器材料电桥有次微影尺寸。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用存储器材料的高密度相变化存储器元件，包括硫族化合物(chalcogenide)材料或其他种材料，以及关于制造这种元件的方法。
技术介绍
以相变化为基础的存储器材料被广泛的应用在读写光碟上，这些材料有至少两种固相，包括一般非结晶的和一般结晶的固相。在读写光碟中，使用激光脉冲让两个相之间彼此转换，并且在相变化之后读取该材料的光学性质。以相变化为基础的存储器材料，像是以硫族化合物为主的材料和类似的材料，也可使用程度相当的电流来使集成电路产生相变化。一般非结晶状态具有比一般结晶状态的电阻率高的特征，因而可较易于被检测以显示数据。这些特性有利于使用可控式电阻材料来形成非挥发性存储器电路，而可被随机存取的读和写。从非结晶状态转变成结晶状态，一般来说是一较低电流操作。而从结晶状态转变成非结晶状态，称之为重设，一般来说便是以一较高电流操作，包括用一短且高的电流密度脉冲去熔化或破坏结晶结构，当相变化材料快速冷却之后，停止相变化过程，让至少一部份的相变化结构在非结晶状态下安定。把相变化材料从结晶状态转变成非结晶状态时，期望能将重设的电流强度最小化，可藉由减少存储单元中相变化材料元件的大小以及两个电极和相变化材料间接触面积的大小，来降低这个重设电流的强度，这样便可达成电流绝对值小且密度较高的电流流经相变化材料元件。一发展趋势是朝向形成小的孔洞在集成电路结构中，并且使用少量的可控式电阻材料来填充这些小孔洞。发展这些小孔洞的专利有Ovshinsky，“Multibit Single Cell Memory Element Having TaperedContact，”U.S.Pat.No.5,687,112，issued November 11，1997；Zahorik etal.，“Method of Making Chalogenide[sic]Memory Device，”U.S.Pat.No.5,789,277，issued August 4，1998；Doan et al.，“Controllable OvonicPhase-Change Semiconductor Memory Device and Method ofFabricating the Same，“U.S.Pat.No.6,150,253，issued November 21，2000. 欲制造这种装置的极小尺寸时会有问题产生，且欲符合大规模存储器装置所需的严谨规格时，其变化过程也会产生问题。因此希望能有小尺寸且重设电流低的存储单元结构，以及能符合大规模存储器装置所需的严谨工艺变化规格之此种结构的制造方法，更进一步期望能提供一制造过程和结构，使其与同一集成电路的周边电路之制造可相容。
技术实现思路
一相变化随机存取存储器PCRAM装置，使用于大规模集成电路中。此技术包括一存储器元件，包含一有一顶端的第一电极、有一顶端的第二电极以及一个在第一电极和第二电极之间的绝缘构件，该绝缘构件于第一电极顶端与第二电极顶端附近，在第一电极和第二电极之间有一厚度。一薄膜电桥越过该绝缘构件，在第一电极和第二电极之间，穿过绝缘构件形成一电极间路径。此越过绝缘构件的电极间路径，路径长度由绝缘成份的宽度来决定。为易于说明，这个电桥可被想象成类似保险丝的结构，但对相变存储器来说，这个电桥并不像保险丝，它包含了有至少两种固相的存储器材料，像是以硫族化合物为主的材料或其他相关的材料，用一电流流经该材料或于第一和第二电极施加电压，这两个固相便可诱导可逆转换。相变化存储器材料的体积可以非常小，由绝缘构件的厚度(x方向的路径长)、形成电桥之薄膜的厚度(y方向)、以及与路径长成直角之电桥的宽度(z方向)来决定。绝缘构件的厚度，和用来形成电桥之存储器材料的薄膜的厚度，由薄膜厚度技术的具体实施来决定，该薄膜厚度不限于制造存储单元时使用的两方向工艺。电桥的宽度也比一最小特征尺寸F小，这个尺寸F在本专利技术的具体实施例中，在微影图案化材料层时使用的显影过程中会详细说明。在一具体实施例中，使用光阻修整技术来决定电桥宽度，使用光罩模式来决定晶片上的一显影光阻结构，该晶片即有该最小尺寸F，且该光阻结构藉由等向蚀刻来修整，达到一小于F的尺寸。此修整后的光阻结构便被用来显影地将较窄的模型转印到存储器材料层上。同样地，其他技术也可在集成电路上被用来形成材料层的窄线。于是，一结构简单的相变存储单元，可达成极小重设电流和低电力消耗量，并且易于制造。在此所叙述之技术的具体实施例中，提供一存储单元阵列，在此阵列中，多个电极构件和其间的绝缘构件在集成电路上形成一电极层。该电极层有一顶端表面，在本专利技术的几个实施例中，其大致上为平面。多个对应的薄膜电桥跨越一对电极构件之间的绝缘构件，该电极层的顶端表面上含有存储器元件。在阵列中的每一个存储单元建造一电流路径，使其经由电极层顶端表面的薄膜电桥，自电极层中的第一电极流向第二电极。在此所叙述之集成电路上电极层下方的电路，可被实施于使用熟知技术，例如互补金属氧化物半导体技术(CMOS)，作为逻辑电路或存储器阵列电路。在一实施例中，一绝缘元件，例如晶体管，在一对电极中至少一个第二电极的下方有端点，且在阵列中的存储单元，一导体在此晶体管端点和第二电极间形成通路。根据代表实施例，该电极层下方的电路包含多个偏压线，一第二端点，以及一导体延伸在第二端点和存储器阵列电极层中的第一电极之间。此外，多个字元线在电极层下方的电路中，多个字元线与存储单元之绝缘元件沿着阵列中的各列相结合，如此一来字元线上之控制信号便控制着存储单元，沿着各列与多个中的一个偏压线相接。在一阵列实施例中，偏压线被安排与阵列中的一对列前后相接，并且在多个绝缘装置中的一对绝缘元件与前述之一对存储单元相连接，结合成多个偏压线中的一共有偏压线。同样地，在一阵列实施例中，电极层上方的电路包含多个偏压线。在叙述有偏压线位于电极层上方的实施例中，电极层中作为存储单元之第一电极的电极构件被共用，以致于一单独电极构件成为阵列中一纵列上的两个存储单元之第一电极。同样地，在一具体实施例中，偏压线被安排沿着阵列中的纵列，和两个前后相接的存储单元，共用一接点结构与前述之第一电极接触。同时也揭露一制造存储器装置之方法。此方法包含在含有电路之基材上形成电极层，此电路为使用前段工艺所制造。此方法所制之电极层有一顶端表面。为形成每一个相变存储单元，该电极层含有一个第一电极和一个第二电极，以及一位于第一电极和第二电极之间的绝缘构件。第一、第二电极和绝缘构件，延伸至电极层顶端表面，且该绝缘构件在第一和第二电极顶端表面之间有一宽度，如上所述与相变存储单元结构相连接。此方法也包含在电极层顶端表面形成一存储器材料电桥，在形成每一存储单元时跨越绝缘构件。该电桥包含一存储器材料膜，有第一面和第二面，并以第一面与第一、第二电极接触，该电桥界定了第一和第二电极间的路径，跨越绝缘构件且其路径长度由绝缘构件的宽度来决定。在此方法的实施例中，藉由于前述电桥上形成一微影图案化导电层，制造一位于电极层上的存取结构，并且在前述之第一电极和图案化导电层之间形成接点。在一制造方法的实施例中，该电极层由包含下列几个步骤的工艺来制造在基材上形成一介电层；在该介电层上形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储器元件，包含：一第一电极有着一顶端表面；一第二电极有着一顶端表面；一绝缘构件，介于该第一电极和该第二电极之间，该绝缘构件在该第一电极和该第二电极之间的顶端表面附近有一厚度；以及一电桥，该电桥越过该绝缘 构件，该电桥有一第一面和一第二面，并以该第一面与该第一电极和该第二电极的该顶端表面接触，并且界定了该第一电极和该第二电极间跨越该绝缘构件的路径，此电极间路径之长度由绝缘构件的宽度来界定，其中该电桥包含了有至少两种固相的存储器材料。

【技术特征摘要】
US 2005-6-17 11/155,0671.一种存储器元件，包含一第一电极有着一顶端表面；一第二电极有着一顶端表面；一绝缘构件，介于该第一电极和该第二电极之间，该绝缘构件在该第一电极和该第二电极之间的顶端表面附近有一厚度；以及一电桥，该电桥越过该绝缘构件，该电桥有一第一面和一第二面，并以该第一面与该第一电极和该第二电极的该顶端表面接触，并且界定了该第一电极和该第二电极间跨越该绝缘构件的路径，此电极间路径之长度由绝缘构件的宽度来界定，其中该电桥包含了有至少两种固相的存储器材料。2.如权利要求1之元件，其中该绝缘构件之厚度约50nm或更小，且该电桥包含一薄膜，其厚度约50nm或更小，宽度约50nm或更小。3.如权利要求1之元件，其中该绝缘构件之厚度约20nm或更小，且该电桥包含一薄膜，其厚度约20nm或更小，宽度约20nm或更小。4.如权利要求1之元件，其中该电桥包含一薄膜，其厚度约10nm或更小，宽度约10nm或更小。5.如权利要求1之元件，其中该第一、第二电极和绝缘构件，包含单层材料的元素，且该电桥包含一顶端面和一底部面，前述的第一面即为该底部面。6.如权利要求1之元件，其中该第一、第二电极和绝缘成份，包含单层材料的元素，有一大致平坦的顶端表面，且该电桥包含一顶端面和一底部面，该底部面与该单层的大致平坦顶端表面接触，前述的第一面即为该底部面。7.如权利要求1之元件，其中该两个固相可用电流诱导可逆转换。8.如权利要求1之元件，其中该两个固相可用提供跨越第一和第二电极之电压诱导可逆转换。9.如权利要求1之元件，其中该至少两种固相包含一般非结晶相与一般结晶相。10.如权利要求1之元件，其中该绝缘构件包含氮化硅。11.如权利要求1之元件，其中该绝缘构件之厚度，小于一用来形成元件之显影过程的最小微影特征尺寸。12.如权利要求1之元件，其中该电桥介于第一和第二电极间之厚度，小于一用来形成元件之显影过程的最小微影特征尺寸。13.如权利要求1之元件，其中该存储器材料包含一合金，包括锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Ti)之结合。14.如权利要求1之元件，其中该存储器材料包含一合金，包括两种以上材料的结合，选自锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Ti)、硒(Se)、铟(In)、钛(Ti)、镓(Ga)、铋(Bi)、锡(Sn)、铜(Cu)、钯(Pd)、铅(Pb)、银(Ag)、硫(S)以及金(Au)。15.如权利要求1之元件，其中该第一和第二电极包含一元件，选自钛(Ti)、钨(W)、钼(Mo)、铝(Al)、钽(Ta)、铜(Cu)、铂(Pt)、铱(Ir)、镧(La)、镍(Ni)、钌(Ru)和其合金所组成之族群。16.如权利要求1之元件，其中该第一和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙翔澜，陈士弘，
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]