反相可变电阻存储器单元及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种反相可变电阻存储器单元及其制造方法。所述存储器单元通过以下步骤来制造：在沉积于半导体衬底上的绝缘层中形成开口；蚀刻所述开口的顶部部分以使其具有大体上半圆形形状；在所述开口中形成金属层；以及使可变电阻材料上覆于所述金属层上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
所揭示的实施例大体上涉及存储器装置以及用于制造存储器装置的方法，且特定来 说，涉及。
技术介绍
半导体存储器装置广泛用于电子系统和计算机中以存储呈二进制数据形式的信息。 这些存储器装置的特征可为易失性存储器，其中在断开或移除电源的情况下，所存储 的数据丢失；或非易失性存储器，其中即使在功率中断期间仍能保持所存储的数据。然 而，传统上，非易失性存储器装置占用大量空间，且消耗大量功率，从而使得这些装置 不适合在便携式装置中使用或作为被频繁存取的易失性存储器装置的替代物。另一方面， 易失性存储器装置倾向于比非易失性存储器装置提供更大的存储能力和更多的编程选 项。易失性存储器装置一般还比非易失性装置消耗更少的功率。非易失性随机存取存储器装置的实例是可变电阻存储器装置，其含有许多类型的电 阻变化材料，尤其包含磁性材料、经掺杂的硫族化物材料、相变材料。非易失性随机存取存储器装置中所使用的一类可变电阻变化材料是磁性材料。这些 装置采用磁阻效应来存储存储器状态，且通常使用磁阻材料层的磁化定向来表示和存储 二进制状态。举例来说，可将一个方向上的磁化定向界定为逻辑0，而可将另一方向 上的磁化定向界定为逻辑1。读取所存储的二进制状态的能力是磁阻效应的结果。此效应的特征在于多层磁阻材 料的电阻的变化，所述变化取决于所述层的相对磁化定向。因此，磁阻存储器单元通常 具有可相对于彼此而改变定向的两个磁性层。在磁化向量的方向指在同一方向上的情况 下，可称所述层处于平行定向，且在磁化向量指在相反的方向上的情况下，可称所述层 反平行定向。实际上，通常允许一个层、自由或软磁性层改变定向，而另一层、钉 住的或硬磁性层具有固定的磁化定向以为自由磁性层的定向提供参考。随后可通过7确定存储器单元的相对电阻来检测两个层的磁化定向。如果存储器单元的磁性层的磁化 定向大体上平行，那么存储器单元通常处于低电阻状态。相反，如果存储器单元的磁性 层的磁化定向大体上反平行，那么所述存储器单元通常处于高电阻状态。因此，理想上， 在典型的磁阻存储器中，二进制逻辑状态被存储为磁阻材料中的二进制磁化定向，且被 读取为含有磁阻材料的磁阻存储器单元的二迸制电阻状态。巨磁阻(GMR)和隧穿式磁阻(TMR)存储器单元是利用此电阻行为的两种常见类 型的存储器单元。在GMR单元中，使穿过位于自由磁性层与钉住磁性层之间的导体的电 子流视所述导体两侧的磁性层的相对磁化定向而变化。通过切换自由磁性层的磁化定向， 穿过导体的电子流被更改，且导体的有效电阻被改变。在TMR单元中，电势垒层(而非导体)位于自由磁性层与钉住磁性层之间。电荷量 子机械隧穿通过势垒层。归因于隧穿的自旋相关性质，电荷穿过势垒的程度随着势垒两 侧的两个磁性层的相对磁化定向而变化。因此，可通过切换自由磁性层的磁化定向来切 换TMR单元的测得电阻。在转让给美光科技公司(Micron Technology Inc.)并以引用的方式并入本文中的第 7,200,035号、第7,196,882号、第7,189,583号、第7,072,209号和第6，982，450号美国专 利中揭示了磁阻存储器的一些实例。非易失性随机存取存储器装置中所使用的另一类可变电阻变化材料是经掺杂的硫族 化物材料。硫族化物是周期表的第VI族元素(例如，Te或Se)的合金。在此些装置中， 例如硫族化物金属离子等快离子导体以及具有导电材料并被安置在快离子导体的表面处 的至少两个电极(例如，阳极和阴极)被设置成彼此远离一段距离。经掺杂的硫族化物 的特定实例是具有银离子的硒化锗。通常，为了在硒化锗材料内提供银离子，使用化学 气相沉积将硒化锗沉积到第一电极上。随后(例如)通过物理气相沉积或另一技术将薄 银层沉积在玻璃上。随后用紫外线辐射照射所述银层。所沉积的银的薄性质允许能量穿 过银到达银/玻璃界面，以致使银扩散到硫族化物材料中。所施加的能量以及上覆的银导 致银迁移到玻璃层中，使得最终实现银在整个层上的同质分布。当将电压施加到阳极和阴极时，非易失性金属枝晶从阴极沿着快离子导体的表面朝 阳极快速生长。枝晶的生长速率是所施加电压和时间的函数；通过移除所述电压，可使 枝晶的生长停止，或通过使阳极和阴极处的电压极性颠倒，枝晶可朝阴极縮回，或甚至 分裂。枝晶的长度和宽度的改变影响可变电阻存储器装置的电阻和电容。转让给美光科技公司且以引用的方式并入本文中的第7,149,100号、第7,064,970号、第6,348,365号和第6,930,卯9号美国专利以及第2006/0099822号和第2004/0238918号美 国公开案中揭示了可变电阻存储器装置和制造此类装置的方法的一些实例。使用上文提 及的公开案中所揭示的方法制造的存储器单元导致硫族化物材料层的顶部处的平面电 极，从而导致不均一的电场以及后续的信号完整性问题。非易失性随机存取存储器装置中所使用的又一类可变电阻变化材料是相变材料。可 重写压縮光盘(CR-RW)中目前所使用的特定硫族化物是Ge2Sb2Te5。除了具有CD-RW 光盘中所利用的有价值的光学特性之外，Ge2Sb2丁e5还具有作为可变电阻材料的合意的物 理特性。可将Ge、 Sb和Te的各种组合用作可变电阻材料，且其在本文中统称为GST材 料。具体来说，GST可改变非晶相与两个结晶相之间的结构相。非晶相(a-GST)的 电阻与立方和六方结晶相(分别为c-GST和h-GST)的电阻可显著不同。非晶GST 的电阻大于立方GST或六方GST的电阻，立方GST或六方GST的电阻彼此类似。因此， 在比较GST的各种相的电阻的过程中，可将GST视为双态材料(非晶GST和结晶GST)， 其中每一状态具有可与对应的二进制状态等同的不同电阻。电阻根据其材料相而改变的 可变电阻材料(例如GST)被称作相变材料。响应于GST材料的温度变化而发生从一个GST相到另一 GST相的转变。如图1中所示，GST材料具有熔化温度Tm和结晶温度Tx。结晶温度Tx低于熔化温度Tm。结晶温度Tx和熔化温度Tm两者均高于室温。图l中展示两个曲线， 一个是用于a-GST的曲线， 且另一个是用于c-GST、 h-GST的曲线。当将GST材料加热到高于熔化温度Tm时，GST 材料失去其结晶结构。如果随后使GST材料快速冷却到室温，那么GST材料形成为非晶 状态一一冷却发生得太快以致不允许结晶结构生长。另一方面，如果将GST材料加温到 高于结晶温度Tx但低于熔化温度Tm的温度，那么结晶结构能够生长。 一旦转换为结晶 结构，GST材料便保持在结晶结构，直到其再次被加热到高于熔化温度Tm为止。换句话 说，在室温下，GST材料在非晶相或结晶相中均是稳定的。在相变存储器单元中，通过致使不同强度的电流流经GST材料，可发生加热和冷却。 通过使结晶电流穿过GST材料，从而将GST材料加温到结晶结构可生长的温度，来将 GST材料置于结晶状态中。使用较强的熔化电流来使GST材料熔化以供随后冷却到非晶 状态。因为典型的相变存储器单元使用结晶状态来表示一个逻辑值，例如二进制l，且使用非晶状态来表示另一逻辑值，例如二进制0，所以结晶电流被称作设置电流ISET，且熔化电流被称作擦除或复位电流IRST。然而，所属领域的技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储器单元，其包括：　第一绝缘层，其具有开口，所述开口具有顶部部分和底部部分；　第一导电层，其形成于所述开口上，所述第一导电层沿着所述顶部部分的侧壁具有大体上均一的厚度且大体上填充所述底部部分；以及　相变材料层，其 形成于所述第一导电层上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-5-8 11/797,8721.一种相变存储器单元，其包括第一绝缘层，其具有开口，所述开口具有顶部部分和底部部分；第一导电层，其形成于所述开口上，所述第一导电层沿着所述顶部部分的侧壁具有大体上均一的厚度且大体上填充所述底部部分；以及相变材料层，其形成于所述第一导电层上。2. 根据权利要求1所述的相变存储器单元，其进一步包括第二绝缘层，其具有开口，所述第二绝缘层形成于所述第一绝缘层、所述第一导 电层和所述相变材料层上；以及第二导电层，其形成于所述第二绝缘层上且大体上填充所述第二绝缘层的所述开 □。3. 根据权利要求2所述的相变存储器单元，其中所述第二绝缘层由包含硼磷硅玻璃的 材料形成。4. 根据权利要求1所述的相变存储器单元，其中所述相变材料层由包括Ge2Sb2Tes的 材料形成。5. 根据权利要求l所述的相变存储器单元，其中所述第一绝缘层中的所述开口的所述 顶部部分大体上是半球形。6. 根据权利要求1所述的相变存储器单元，其中所述第一绝缘层中的所述开口的所述 底部部分具有大体上垂直的侧壁。7. 根据权利要求1所述的相变存储器单元，其中所述第一导电层由包括钨、氮化钛和 氮化钽的导电材料形成。8. 根据权利要求1所述的相变存储器单元，其中所述第一绝缘层由包含硼磷硅玻璃的 材料形成。9. 一种可变电阻存储器单元，其包括第一绝缘层，所述第一绝缘层形成于衬底上； 第一电极，其布置成穿过所述第一绝缘层的通路； 可变电阻层，其形成于所述第一电极上；第二绝缘层，其形成于所述第一绝缘层、所述第一电极和所述可变电阻层上；以及第二电极，其布置成穿过所述第二绝缘层的通路。10. 根据权利要求9所述的可变电阻存储器争元，其中所述可变电阻层大体上是半球 形。11. 根据权利要求9所述的可变电阻存储器单元，其中所述第一电极的顶部部分大体上 是半球形。12. 根据权利要求9所述的可变电阻存储器单元，其中所述第一电极和所述第二电极由 包括氮化钛、银和钨的材料形成。13. 根据权利要求9所述的可变电阻存储器单元，其中所述可变电阻层由包含经掺杂的 硫族化物玻璃、钙钛矿材料、经掺杂的非晶硅和碳-塑料聚合物的材料形成。14. 一种相变存储器位结构，其包括存取装置；单元选择线；位线；字线；以及相变存储器单元，所述相变存储器单元包括第一绝缘层，其具有开口，所述开口的顶部部分大体上是半球形；第一导电层，其形成于所述开口上，所述第一导电层沿着所述顶部部分的侧壁 具有大体上均一的厚度且大体上填充所述开口的底部部分；相变材料层，其形成于所述第一导电层上；第二绝缘层，其具有开口，所述第二绝缘层形成于所述第一绝缘层、所述第一导电层和所述相变材料层上；以及第二导电层，其形成于所述第二绝缘层上，所述第二导电层大体上填充所述第 二绝缘层的所述开口，其中所述相变存储器单元通过由所述字线门控的所述存取装置连接到所述单元 选择线且耦合到所述位线。15. —种存储器装置，其包括相变存储器阵列，所述相变存储器阵列包括 多个字线； 多个单元选择线； 多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉斯坦顿，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]