存储单元器件及其制造方法技术

一种包含有一可通过施加能量而在各电性状态之间切换的存储材料的存储单元器件，其包括一电极、一相对于一电极表面的分隔层、一位于此分隔层中的孔洞、一位于此孔洞中的第二材料其定义一带有一向下并向内渐缩的空隙区域的空隙。一存储材料位于此空隙区域中并电接触至此电极表面。一第二电极电接触至此存储材料。流经此第一及第二电极之间的能量集中于此存储材料中，以便于转换此存储材料的一电性状态。此存储材料可包括一相变材料。此第二材料可包括一以高密度等离子沉积的材料。本发明专利技术同时公开一种用以制造一存储单元器件的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于存储材料的高密度存储元件，例如电阻随机存取存储器(RRAM)，此存储材料可通过施加能量而在不同电气状态之间切换。此存储材料可为基于相变的存储材料，包括基于硫属化物的材料以及其他材料。本专利技术亦涉及制造这些元件的方法。
技术介绍
基于相变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，包括如一大部分为非晶态的固态相，以及一大体上为结晶态的固态相。激光脉冲用于读写光盘中，以在二种相中切换，并读取此种材料在相变之后的光学性质。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用于集成电路中的电流，而致使晶相变。一般而言非晶态的特征是其电阻高于结晶态，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挥发性存储器电路等兴趣，此电路可用于随机存取读写。从非晶态转变至结晶态一般为一低电流步骤。从结晶态转变至非晶态(以下指称为重置(reset))一般为一高电流步骤，其包括一短暂的高电流密度脉冲以融化或破坏结晶结构，其后此相变材料会快速冷却，抑制相变的过程，使得至少部份相变结构得以维持在非晶态。理想状态下，致使相变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材料元件的尺寸、以及减少电极与此相变材料的接触面积而达成，因此可针对此相变材料元件施加较小的绝对电流值而达成较高的电流密度。此领域发展的一种方法是致力于在一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日公告的美国专利第5,687,112号”Multibit Single Cell Memory Element HavingTapered Contact”、专利技术人为Ovshinky；于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；以及于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。在以非常小的尺度制造这些元件、以及欲满足大规模生产存储元件时所需求的严格制程变数时，则会遭遇到问题。期望提供一种有小尺寸以及低重置电流的存储单元结构，以及用以制造这些结构的方法。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种存储单元器件，其包括一种可通过施加能量而在不同电性状态之间切换的存储材料。此存储单元器件包括一第一电极，其包括有一电极表面。一第一材料位于此电极表面上以生成一带有一上表面的分隔层。此第一材料界定一孔洞，此孔洞被此分隔层中的一侧壁、一底面、以及由上表面所定义的一平面所包围。一第二材料位于侧壁上且界定一空隙。此空隙在此上表面的平面下，包括有一向下且向内渐缩的空隙区域。一存储材料位于此空隙区域的至少一部份，且电接触至此电极表面。一第二电极电接触至此存储材料。流经此第一与第二电极之间的能量，集中在此存储材料中，以便于改变此存储材料的电性状态。在某些实施例中，此存储材料包括一相变材料。此第二材料可包括一以高密度等离子沉积的材料。本专利技术的第二目的是提供一种用以制造一包括有可通过施加能量而在不同电性状态之间切换的存储材料的存储元件的方法。首先形成第一电极，此第一电极包括有一电极表面。接着一第一材料沉积于此电极表面上而生成一带有一上表面的分隔层。一孔洞形成且贯穿此分隔层。此孔洞被此分隔层中的一侧壁、一底面、以及由上表面所定义的一平面所包围。接着选择一沉积制程。以第二材料通过所选择的沉积制程而沉积于侧壁上。此选择步骤以及第二材料沉积步骤的进行，使得此第二材料界定一空隙。此空隙在此上表面的平面下，包括有一向下并向内渐缩的空隙区域。一存储材料沉积于此空隙区域的至少一部份，并且电接触至此电极表面。一第二电极形成并电连接至此存储材料。流经此第一与第二电极之间的能量，集中于此存储材料，以便于改变此存储材料的一电性状态。在某些实施例中，此选择步骤包括，选择一高密度等离子化学气相沉积(HDP CVD)制程，且此沉积步骤包括使用此高密度等离子化学气相沉积制程而沉积此第二材料于侧壁上。本文中所描述的用以形成一存储单元器件以及例如一RRAM元件的方法，可被用以制造用于其他器件中的微小相变门(gate)、连接桥、或类似结构。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定义本专利技术。本专利技术由权利要求所定义。举凡本专利技术的实施例、特征、观点及优点等将可通过以下描述及附图获得充分了解。附图说明图1为一根据本专利技术所制造的存储单元器件的放大截面图；图2-5图示用以制造如图1中的元件的方法；图2示出在一第一电极上进行材料的沉积，以生成一分隔层于此第一电极之上，此分隔层中包括有一贯穿至第一电极的孔洞；图3示出将一材料以高密度等离子化学气相沉积(HDP CVD)而沉积至分隔层之上以及图2的孔洞中的结果，此沉积制程生成了一空隙，该空隙在此孔洞内包括有一向下并向内渐缩的空隙区域；图4示出针对图3中所沉积于此空隙区域的底面的材料进行蚀刻以到达第一电极的结果；以及图5示出在图4中的空隙区域的底部沉积一存储材料的结果。主要元件符号说明10存储单元器件12第一电极(下电极)13电极表面14分隔层16孔洞18底面20侧壁22平面24上表面26材料28 空隙30 第一空隙区域32 第二空隙区域34 存储材料36 较低部分38 第二电极(上电极)42 金属层间介电材料层44 蚀刻停止层45，49 侧壁48 较大开口面积52 较小开口区域具体实施方式图1为根据本专利技术的一实施例所制造的存储单元器件10的截面放大图。元件10大致上包括一第一或下电极12其包括有一电极表面13，其上沉积有一分隔层14。一孔洞16形成且贯穿分隔层14至第一电极12。孔洞16由一底面18、一侧壁20、以及一由分隔层14的上表面24所界定的平面22所包围。一材料26沉积于上表面24、侧壁20、以及底面上，较佳地利用一高密度等离子化学气相沉积(HDPCVD)制程所进行。此可形成一空隙28，其在平面22之上包括有一向下并向内渐缩的第一空隙区域30，并在平面22之下包括有一向下并向内渐缩的第二空隙区域32。一存储材料34沉积在此第二空隙区域32的较低部分36、并接触至第一电极12。最后，一第二或上电极38形成在材料26之上，并接触至存储材料34。如图1中所示，电流40限缩于仅流经此存储材料的一相对小部分。存储单元装置10及其制造方法将参照图2-5而进行详细叙述。请参见图2，分隔层14经沉积至第一电极12之上，且孔洞16通过分隔层14而经图形化(pattern)，且孔洞的底面18显露出电极表面13。孔洞16较佳地包括有一直径约为200至50nm，典型地为约100nm。在本实施例中，分隔层14包括一由如二氧化硅等材料所形成的金属层间介电层42；其他材料如FSG/PSG/BPSG或一低介电系数电介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储单元器件，其包括一可通过施加能量而在各电性状态间切换存储材料，该存储单元器件包括：第一电极，具有一电极表面；第一材料，位于该电极表面之上，以产生带有一上表面的一分隔层；该第一材料界定一孔洞，该孔洞被该分隔层中 的一侧壁、一底面、以及由该上表面所定义的一平面所包围；第二材料，位于该侧壁之上；该第二材料界定一空隙，该空隙在该上表面的该平面之下包含有一向下并向内渐缩的空隙区域；存储材料，位于该空隙区域中至少一部份，且其电接触至该 电极表面；以及第二电极，电接触至该存储材料；其中流经该第一与第二电极之间的能量集中于该存储材料中，以便于改变该存储材料的一电性状态。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：赖二琨，何家骅，谢光宇，
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]