具有热绝缘层的薄膜相变化单元及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种存储元件，包括顶侧的第一电极、具有顶侧的第二电极以及位于第一电极与第二电极之间的绝缘构件。此绝缘构件在第一与第二电极之间、接近第一电极的顶侧与第二电极的顶侧处，具有一定厚度。薄膜导桥横跨了绝缘构件，并在第一与第二电极之间、横跨绝缘构件处定义了电极间路径。一个由此存储单元所构成的阵列也被提供。此薄膜导桥包括相变化材料的有源层在第一端其具有至少两固态相，以及热隔离覆盖层材料层在此存储材料之上，其中所述热绝缘材料覆盖层具有低于其上的电绝缘材料层的导热性。

【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 种元件的方法。
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 中。这些材料包括有至少两种固态相，包括如大部分为非晶 态的固态相，以及大体上为晶态的固态相。激光脉冲用于读 写光盘，以在两种相中切换，并读取此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种相变化存储材料，可通过 施加其幅度适用于集成电路中的电流，而致使晶相变化。一 般而言非晶态的特征为电阻高于晶态，此电阻值可轻易测量 得到而用以作为指示。这种特性则引发使用可编程电阻材料 以形成非易失性存储器电路等兴趣，此电路可用于随机存取 读写。从非晶态转变至晶态一般为低电流步骤。从晶态转变至非晶态(以下指称为重置(reset))—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，可通过减小在存储器中的相变化材 料元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元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。致力于这种微小孔洞的专利包括在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 0vshinky;在1998年8月4日公布的美国专利第5， 789， 277 号"Method of Making Chalogenide Memory Device"， 专利技术人为Zahorik等；在2000年11月21日公布的美国专 禾U第6,150,253号"Controllable Ovonic Phase-Change Semiconductor Memory Device and Methods of Fabricating the Same"，专利技术人为Doan等。在以非常小的尺度制造这些装置以及欲满足生产大尺寸存储装置时所需求的严格工艺参数时，则会遇到问题。其 中一个与较小尺寸的相变化单元相关的问题是由环绕于有源区域的材料的导热系数所造成。为了导致相变化发生，在 有源区域内的相变化材料的温度必须达到相变化的临界值。 然而，由通过相变化材料的电流所产生的热会被环绕结构很 快传导走。热由此有源区域内的相变化材料传导走会降低电 流的加热效应，也同时会干扰此相变化材料的运作。因此，希望能提供一种存储单元(memory cell)结构其包括有小尺寸以及低重置电流，以及用以制造这种结构的方 法，其可满足生产大尺寸存储装置时的严格工艺参数规格。 优选地，提供一种制造程序与结构，其相容于用以在同一集 成电路上制造周边电路。
技术实现思路
本专利技术描述一种相变化随机存取存储(PCRAM)元件，其 适用于大尺寸集成电路中。在此所描述的技术，包括存储元 件，其包括具有顶侧的第一电极、具有顶侧的第二电极以及 位于第一电极与第二电极之间的绝缘构件。绝缘构件在第一 与第二电极之间、接近第一电极的顶侧与第二电极的顶侧 处，具有一个厚度。薄膜导桥横跨了绝缘构件，并在第一与 第二电极之间、横跨绝缘构件处定义了电极间路径。此薄膜 导桥包括相变化材料的有源层，以及提供此有源层与其下结 构之间的热隔离覆盖材料层。此提供热隔离的覆盖材料可以 包括与有源层的相变化材料相同的物质。此提供热隔离的覆 盖材料可以包括复合结构，其具有第一隔离层，以及第二隔 离层，其中隔离层隔离有源层与热绝缘层料，及/或做为扩 散阻挡层防止物质在有源层与热绝缘层料之间迁移。横跨绝 缘构件的电极间路径，具有路径长度，其由绝缘构件的宽度 所定义。为了说明方便，此导桥可视为如保险丝的结构。然 而对于相变化存储器而言，其并不类似保险丝，而是包括了 具有至少两种固态相的硫属化物材料或类似材料，此两种固 态相可通过在其间施加电流或在第一与第二电极之间施加 电压而可逆地诱发。电绝缘材料层，位于该热绝缘材料覆盖 层之上，其中该热绝缘材料覆盖层导热性低于该电绝缘材料 层。受到相变化的存储材料的体积可以非常微小，并由绝缘构件的厚度(x轴的路径长度)、用以形成导桥的薄膜厚度(y轴)以及导桥中垂直于路径长度的宽度(z轴)所定义。在实施例中，绝缘构件的宽度、以及用以形成导桥的薄膜存储材料的厚度，由薄膜厚度所定义，但并不受限于用以形成此 存储单元的两种图案工艺。导桥的宽度小于最小特征尺寸F，此特征尺寸F为在图案化本专利技术实施例的材料层时所使用的 光刻工艺所特有。在一个实施例中，导桥的宽度利用光刻胶 修剪技术所定义，其中掩模图案用以定义光刻胶结构在此晶 片上，其具有最小特征尺寸F，且此光刻胶结构利用各向同 性蚀刻进行修剪以实现小于F的特征尺寸。经修剪的光刻胶 结构接着被用来转移此较窄图案至存储材料上的绝缘材料层。同时，也可使用其它技术以在集成电路中的一层中形成 材料窄线。因此，具有简单构造的相变化存储单元，可实现 非常微小的重置电流与低耗能的目的，并且易于制造。在本专利技术所述技术的实施例中，提供存储单元阵列。在 此阵列中，多个电极构件以及位于电极构件之间的绝缘构 件，在集成电路上形成电极层。此电极层具有上表面，其在 本专利技术某些实施例中为实质上平坦的表面。在成对电极构件 之间、横跨绝缘构件的相对应多个薄膜导桥，其具有热绝缘 覆盖层。从电极层中的第一电极穿越电极层上表面的薄膜导 桥，而到达电极层中的第二电极的电流路径，形成在此阵列 中的每一存储单元中。在本专利技术中，集成电路中的电极层之下的电路，利用公 知用以形成逻辑电路与存储阵列电路的技术而形成，例如互补金氧半导体(CMOS)技术。此外，在此处所描述的阵列实施例中，在此电极层之上 的电路以及具有热绝缘覆盖层的导桥阵列包括多个位线。在 此处所描述的位线在电极层之上的实施例中，位于电极层中 的电极构件作为存储单元的第一电极被分享，可造成单一电 极构件提供作为阵列一行中的两个存储单元的第一电极。此 外，在此处所描述的实施例中，多条位线中的位线可以被安 排成沿着阵列中的对应行，且对应行中的两相邻存储单元分 享一接触结构以与第一电极接触。本专利技术还描述一种制造存储元件的方法。此方法包括在 已完成前段工艺生成电路的基板上形成电极层。此电极层具 有上表面，该电极层包括第一电极和第二电极，以及绝缘构 件在该第一电极和该第二电极之间为了每一即将形成的相 变化存储单元。此第一电极、第二电极和绝缘构件延伸在此 电极层的上表面，且此绝缘构件具有介于此第一电极和第二 电极上表面之间的一个宽度，并与之前所描述的相变化存储 单元结构连接。此方法还包括形成导桥的存储材料，在横跨该绝缘构件的该电极层的该上表面为了每一即将形成的相 变化存储单元，此导桥具有热绝缘覆盖层。此导桥还包括存储材料薄膜，其具有一第一端与一第二端，且与第一与第二 电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储元件，包括：具有上表面的第一电极；具有上表面的第二电极；绝缘构件，其位于所述第一电极与所述第二电极之间，所述绝缘构件具有一定厚度位于所述第一电极与所述第二电极之间，靠近所述第一电极的所述上表面与所述第二电极的 所述上表面；导桥，其横跨所述绝缘构件，所述导桥具有第一侧以及第二侧，并以所述第一侧接触所述第一与第二电极的所述上表面，且在横跨所述绝缘构件的所述第一电极与所述第二电极之间定义电极间路径，所述电极间路径具有由所述绝缘构件宽度所定义的路 径长度，其中所述导桥在所述第一侧包括存储材料的有源层，其具有至少两个固态相，以及覆盖在所述存储材料之上的热绝缘材料覆盖层；以及电绝缘材料层，位于所述热绝缘材料覆盖层之上，其中所述热绝缘材料覆盖层导热性低于所述电绝缘材料层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：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]