相变化存储元件及其制造方法技术

一种相变化存储元件，其包括相变化存储单元，此存储单元用照相平版印刷形成并具有第一与第二电极、以及位于此二电极之间的相变化导桥，此导桥并与此二电极的相对侧边电连接。相变化导桥具有一长度、一宽度、以及一厚度。此宽度、厚度、以及长度小于用以形成相变化存储单元的工艺的最小照相平版印刷特征尺寸。用以形成存储单元的光阻掩模的尺寸可被缩小，以使得相变化导桥的宽度与长度各自小于最小照相平版印刷特征尺寸。

【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及其制造方法，相变化存储材料包括以硫属化物为基础的材料与其它材料。
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，包括如大部分为非晶态的固态相，以及大体上为结晶态的固态相。激光脉冲用于读写光盘片中，以在二种相中切换，并读取此种材料于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，非晶态的特征为其电阻高于结晶态，此电阻值可轻易测量得到而用以作为指示。这种特性则引发使用可编程电阻材料以形成非易失性存储器电路等的兴趣，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，引起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，可通过减低在存储器中的相变化材料元素的尺寸、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素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日公告的美国专利5,687,112”Multibit Single Cell Memory Element Having Tapered Contact”、专利技术人为Ovshinky；于1998年8月4日公告的美国专利5,789,277”Methodof Making ChalogenideMemory Device”、专利技术人为Zahorik等；于2000年11月21日公告的美国专利6,150,253”Controllable OvonicPhase-Change Semiconductor Memory Device and Methods ofFabricating the Same”、专利技术人为Doan等。在以非常小的尺寸制造这些装置、以及欲满足大规模生产存储装置时所需求的严格工艺规范时，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。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的涉及一种相变化存储元件，其包括存储单元存取层、以及存储单元层，其可操作与该存储单元存取层连接，其包括通过平板印刷工艺所形成的相变化存储单元。存储单元包括第一与第二电极，其分别具有第一与第二侧边，该第一与第二侧边相对并隔开，以及相变化导桥(bridge)，其位于该第一与第二侧边之间，并与该第一与第二侧边分别电连接。相变化导桥具有一长度、一宽度与一厚度，宽度的测量介于该第一与第二侧边之间，且长度的测量垂直于宽度。此宽度、厚度、与长度小于用以形成该相变化存储单元的最小照相平版印刷特征尺寸。在某些实施例中，最小照相平版印刷特征尺寸约为200纳米，宽度约为10至100纳米，长度约为10至50纳米，且厚度约为10至50纳米。本专利技术的第二个目的涉及一种用以制造相变化存储元件的方法。在衬底上形成存储单元存取层，存储单元存取层包括存取器件与上表面。形成存储单元层，其可操作与该存储单元存取层连接，存储单元层包括相变化存储单元，其通过照相平版印刷地形成。此存储单元包括第一与第二电极，其分别具有第一与第二侧边，此第一与第二侧边相对并隔开；相变化导桥，其位于此第一与第二侧边之间，并与该第一与第二侧边分别电连接。此相变化导桥具有一长度、一宽度与一厚度。此存储单元层形成步骤包括，减少在此存储单元层形成步骤中所使用的光阻掩模尺寸，使得此相变化导桥的宽度与长度各小于用以形成此相变化存储单元的最小照相平版印刷特征尺寸。本专利技术所述的用于相变化只读存储器(PCRAM)器件的在存储单元中形成相变化导桥的方法，可用以制造其它微小的相变化栅极、导桥、或类似结构的器件。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限定本专利技术。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与图2分别为本专利技术相变化存储元件的简化立体图与简化剖面图。图3-20示出用以制造如第1、图2的相变化存储元件的方法。图3与图4示出用以制造图2的存储单元存取层的最后步骤。图5与图6示出图4的存储单元存取层的替代实施例。图7示出在图4的存储单元存取层之上，沉积相变化材料层与第一阻挡层。图8与图9示出在第一阻挡层之上的第一光阻掩模的侧视图与顶视图。图10与11示出将图8与图9的掩模进行修剪的结果。图12示出将图10的掩模蚀刻的结果。图13示出将图12的经修剪掩模移除的结果。图14与15示出数个用以生成三开口区域的工艺步骤，此三开口区域由第二光阻掩模所界定。图16与17示出第二光阻掩模经过修剪的结果。图18示出利用此经修剪第二光阻掩模，向下蚀刻至存储单元存取层的上表面的结果。图19示出图18的结构移除了第二光阻掩模的结果。图20示出第一、第二与第三电极的生成，其分别具有图19的第一、第二与第三开口区域。主要组件符号说明10相变化器件12存储单元存取层14衬底16存储单元层18第一存取晶体管20第二存取晶体管21掺杂层22，24漏极26，28源极30，32栅极34共同源极线35，36插头38上表面40介质薄膜层42第一电极44第二电极46第三电极48，50沟槽 52，54相变化导桥55侧壁56宽度58厚度60长度62导电位线64分隔层66过孔67导电插头68源极插头70介质材料71相变化材料层72第一阻挡层73厚度74掩模76缩小掩模78第一尺寸80，82结构84第二阻挡层86第一分隔层88第二光阻掩模90，92，94开口区域96第二缩小掩模98第二尺寸99，100 堆栈材料108 表面具体实施方式后续的专利技术说明，会参照特定的结构实施例与方法。可以理解的是，本专利技术的范畴并不限于特定的实施例，而可利用其它特征、组件、方法与实施方式而实行。在各实施例中的类似元素，将以类似的标号指定。图1与2为本专利技术实施例的相变化器件10的两个视图。器件10大致包括形成于衬底14之上的存储单元存取层12，以及形成于存取层12之上的存储单元层16。在此实施例中，存取层12包括形成于掺杂层21之中的第一与第二存取晶体管18，20。存取晶体管18，20包括第一与第二漏极22，24，第一与第二源极26，28，第一与第二多晶硅字线分别作为第一与第二栅极30，32，以及共同源极线34。共同源极线34接触至第一与第二源极26，28。若有需要，也可提供给另一独立源极线给第一与第二源极26，28。存取晶体管18，20通常为公知的，但并不必然。同时，存取层12可包括存取晶体管以外的存取器件。第一与第二插头35，36从存储单元存取层12的上表面38、通过介质薄膜层40而延伸到达掺杂层21。存储单元层16包括与上表面38和第一插头35接触的第一电极42、与上表面38接触的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变化存储元件，包括：存储单元存取层；以及存储单元层，可操作与该存储单元存取层连接，该存储单元层包括相变化存储单元，其经由照相平版印刷工艺所形成，该存储单元包括：第一与第二电极，其分别具有第一与第二侧边，该第一与 第二侧边相对并隔开；相变化导桥，其位于该第一与第二侧边之间，并与该第一与第二侧边分别电连接；该相变化导桥具有一长度、一宽度与一厚度，该宽度的测量介于该第一与第二侧边之间，且该长度的测量垂直于该宽度；以及该宽度、该厚度 、与该长度小于用以形成该相变化存储单元的最小照相平版印刷特征尺寸。

【技术特征摘要】
...

【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]