一种存储元件及其制造方法技术

一种具有改良热绝缘的存储元件。该存储单元包括第一电极元件，其具有上表面；形成在该第一电极元件上的绝缘堆栈，其具有第一、第二与第三绝缘构件，三者均大致为平坦且具有形成在其中并延伸穿过的中央凹洞，其中该第二绝缘构件从该凹洞内凹；相变元件，大致为Ｔ型，具有延伸进入凹洞以接触到第一电极元件并接触到第一与第三绝缘构件的基底部分、以及延伸在第三绝缘构件上并与其接触的横条部分，其中相变元件的基底部分、第二绝缘构件的内凹部分以及第一与第三绝缘构件的表面限定热绝缘空洞；以及第二电极，其接触到相变构件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及存储元件，并尤其涉及使用相变元件以储存信息的存储元件。
技术介绍
以相变为基础的存储材料广泛地运用于读写光盘中，且这些材料也逐渐使用在计算机存储元件中。这些材料包括至少两种固态相，包括如大体上为非晶态的固态相，以及大体上为结晶态的固态相。激光脉冲用于读写光盘中，以在二种相间切换，并读取该种材料在相变后的光学性质，并且在计算机存储元件中以同样方法使用电脉冲。如硫属化物及类似材料的这些相变存储材料，可通过施加其幅度适合于集成电路中的电流，而引起晶相转变。一般来讲，非晶态的特征是其电阻高于结晶态，该电阻值可轻易测量得到而用于作为指示。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。从非晶态转变到结晶态一般是低电流步骤。从结晶态转变到非晶态(以下称为重置(reset))一般是高电流步骤，其包括短暂的高电流密度脉冲以融化或破坏结晶结构，此后该相变材料快速冷却，抑制相变的过程，使得至少部分相变结构得以维持在非晶态。在理想状态下，使得相变材料从结晶态转变到非晶态的重置电流幅度应越低越好。可通过减小存储器中的相变材料元件的尺寸以及减少电极与该相变材料的接触面积来实现降低重置所需的重置电流幅度，因此可针对该相变材料元件施加较小的绝对电流值而实现较高的电流密度。该领域发展的一种方法是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在1997年11月11日公告的美国专利第5,687,112号“Multibit Single Cell Memory Element HavingTapered Contact”，专利技术人为Ovshinky；在1998年8月4日公告的美国专利第5,789,277号“Method of Making ChalogenideMemory Device”，专利技术人为Zahorik等；在2000年11月21日公告的美国专利第6,150,253号“Controllable OvonicPhase-Change Semiconductor Memory Device and Methods ofFabricating the Same”，专利技术人为Doan等；在1999年7月6日公告的美国专利第5,920,788号“Chalcogenide Memory Cell witha Plurality of Chalcogenide Electrodes”，专利技术人为Reinberg。已知相变存储器与结构将产生的特殊问题在于其所产生的散热效应。一般来讲，现有技术是教导如何使用金属电极于相变存储元件的两侧，而电极的尺寸大约等于相变构件。这些电极将作为散热装置，金属的高导热性会快速地将热量导离相变材料。由于相变现象为加热的结果，因此散热效应会导致需要更大的电流以产生理想的相变现象。解决这种热流问题的一种方法，可见美国专利第6,815,704号“Self Aligned Air-Gap thermal Insulation for Nano-scaleInsulated Chalcogenide Electronics(NICE)RAM”，其中使用一种方式来隔离该存储单元。该结构及其制造过程太复杂且仍无法获得存储元件中的最小电流。因此，优选是可提供一种存储单元结构，其具有小尺寸以及低重置电流，同时其结构可解决导热性问题，同时能提供一种用于制造这种结构的方法且能够满足用于制造大尺寸存储元件时的严格工艺变量规格。优选是提供一种制造过程以及结构，其可兼容于制造同一集成电路的外围电路。
技术实现思路
本专利技术的重要目的之一是提供一种具有改良热隔离的存储元件。该存储单元包括具有上表面的第一电极元件；形成在第一电极元件上的绝缘堆，包括第一、第二与第三绝缘构件，均为大致平坦形状且具有中央凹洞并贯穿其中，其中第二绝缘构件从该空洞处内凹；相变元件，大致为T型且具有基底部分，其延伸进入该空洞以接触到第一电极元件，并接触到第一与第三绝缘构件，其中该相变元件的基底部分、第二绝缘构件的内凹部分以及第一与第三绝缘构件的表面限定了热绝缘空洞；以及接触到相变元件的第二电极。以下详细说明本专利技术的结构与方法。本
技术实现思路
说明章节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。所有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是剖面图，说明实施例中的相变存储元件，其使用了真空室热隔离元件；图1a说明图1所示相变存储元件中的电流路径；图2a-2f是说明图1所示相变存储元件的替代实施例；图3a-3f是说明图1所示相变存储元件的制造方法。主要元件符号说明10存储元件12衬底14下电极15上阶壁16相变元件17底凸缘18中间介电层20颈部21空洞2 真空隔离室24上介电层26上电极27高温区域具体实施方式下面参照图1-3说明各实施例。可以了解的是，本专利技术中所述的实施例以及特征仅用于举例以及说明，而非用于限制本专利技术的范围。本专利技术的范围由权利要求所界定。本专利技术涉及存储元件以及存储单元。如本文中所提及，以及如该领域中所周知，存储单元是电路元件，其设计为维持电荷或状态而指定单数据位的逻辑电平。举例来讲，存储单元所组成的阵列是提供计算机所使用的随机存取存储器。在特定的存储单元中，存储元件的功能实际上是维持其中的电荷或状态。举例来讲，在已知动态随机存取存储单元中，电容指定了该单元的逻辑电平，其完全充电状态指定为逻辑“1”状态(或高电平)，而完全放电状态则指定为逻辑“0”状态(或低电平)。在本专利技术实施例中，存储元件10如图1所示。如图所示，为简洁起见，存储元件10为单个单元。实际上每个元件为存储单元的一部份，而每个存储单元则为较大存储阵列的一部份，如下所详述。本专利技术将先描述存储元件的结构，接着叙述用于制造该结构的方法。该存储元件形成在衬底12上，该衬底优选为介电填充材料，例如二氧化硅。衬底材料围绕并延伸到下电极14之上，包括位于下电极之上的上阶壁15。该下电极优选由例如钨等耐火金属而形成在氧化物层中。其它适合的耐火金属包括钛、钼、铝、钽、铜、铂、铱、镧、镍、钌以及这些材料的氧化物和氮化物。举例来讲，如氮化钛、氧化钌或氧化镍等材料为已知有效的耐火金属。在下电极之上且与下电极接触的是相变元件16，其大致为T字型，其垂直部分接触到下电极，并从下电极开始垂直延伸穿越位于下电极之上的衬底的上阶壁15。上电极26形成在相变元件的横条部分上。相变元件可由一类优选包括以硫属化物材料为基础的材料所构成。硫属化物包括下列四元素中的任一种氧(O)、硫(S)、硒(Se)以及碲(Te)，形成元素周期表上第VI族的部分。硫属化物包括将硫属元素与更为正电性的元素或自由基结合而得。硫属化合物合金包括将硫属化合物与其它物质如过渡金属等结合。硫属化合物合金通常包括一个以上选自元素周期表第六栏的元素，例如锗(Ge)以及锡(Sn)。通常，硫属化合物合金包括下列元素中一个以上的复合物锑(Sb)、镓(Ga)、铟(In)以及银(Ag)。技术文件中描述了许多以相变为基础的存储材料，包括下列合金镓/锑、铟/锑、铟/硒、锑/碲、锗/碲、锗/锑/碲、铟/锑/碲、镓/硒/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储元件，包括：第一电极元件，具有上表面；形成在该第一电极元件上的绝缘堆栈，其包括第一、第二与第三绝缘构件，三者的外型均大致平坦且在其中形成贯穿的凹洞，其中该第二绝缘构件从该凹洞处内凹；相变元件，其延伸入该凹洞以 接触到该第一电极元件并接触到该第一与第三绝缘构件，与该第三绝缘构件接触，其中该相变元件、该第二绝缘构件的内凹部分与该第一与第三绝缘构件的表面限定热绝缘空洞；以及第二电极，其接触该相变元件。

【技术特征摘要】
...

【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]