具有双层底部电极的相变存储器制造技术

一种ＰＣＲＡＭ单元具有高电阻率底部电极盖以在所述单元与所述底部电极之间的界面附近提供部分加热，从而防止非晶ＧＳＴ区与所述底部电极分离，并降低编程电流要求。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及相变存储器，且具体来说，本专利技术涉及相变存储器电极。
技术介绍
相变随机存取存储器(PCRAM)是非易失形式的存储器，其使用在施加电流时在 非晶状态与结晶状态之间改变含有来自周期表的V族或VI族的一种或一种以上元素的 合金的状态的可逆过程，且其中所述两种状态具有大致不同的电阻。典型的电流相变存 储器使用硫族化物合金，例如锗-锑-碲(GeSbTe,或GST，最常见为Ge2Sb2Te5)合金。 材料的非晶(a-GST)和结晶(c-GST)状态具有非常不同的电阻率，大约为三个数量级， 使得较容易地完成对状态的确定。结晶状态具有大约为千欧姆(kQ)的典型电阻，而非 晶状态具有大约为兆欧姆(MQ)的典型电阻。所述状态在正常条件下是稳定的，因此 PCRAM单元是长久保留数据的非易失性单元。当GST处于其非晶状态时，其被称为复 位(RESET)。当GST处于其结晶状态时，其被称为设置(SET)。通过测量PCRAM单 元的电阻来读取PCRAM单元。如图1中所示的处于设置状态的典型垂直PCRAM单元100的结构包括底部金属 触点102、由介电材料106围绕的底部电极104、具有结晶部分(c-GST) 112的硫族化 物(GST) 108、顶部电极114、金属顶部触点116，和单元选择线118。 GST 108为全 c-GST意味着GST具有高导电性和低电阻，通常大约为kQ。底部电极104有时被称作 加热器。图2中展示PCRAM单元IOO的复位结构。底部电极104通常为高导电性、低电阻 率的金属或合金(小于1毫欧姆.厘米(mfi.cm))。为了将单元IOO从设置状态改变为复 位状态，使电流通过底部金属触点102和底部电极104。此电流将底部电极104的顶部 附近的GST 108的可编程体积区加热到足以在所述区中熔化所述GST的温度。许多GST 材料的典型熔点在600摄氏度的范围内，但对于其它硫族化物来说熔点不同。当移除电 流时，由于热量耗散进入周围材料中，所以GST108的可编程体积中的已被加热到其熔 点的部分迅速冷却。此快速冷却不允许熔化的可编程体积区在结晶状态中冷却。而是， 非晶GST (a-GST 110)的区保持在加热器104的顶部处或在顶部附近。所要的a-GST区是覆盖底部电极104的顶部并略微延伸进入c-GST的领域中的半球5状区。这允许GST 108的高电阻，因为c-GST 112部分和a-GST IIO部分的电阻在电气 方面表现为串联连接的电阻。这在图3中展示。由电流通过底部电极104所产生的热量的大部分并不对GST108的加热起作用，因 为周围的介电材料106耗散热量。因此，对GST108的可编程体积区的大多数加热归因 于加热器106顶部附近的电阻性加热。在典型的PCRAM单元中，与电流从顶部电极触点流动到底部电极一起，单元(GST 层)和顶部电极经图案化。在此布置中，电流密度大部分是对称的。在理想的复位状态 中，覆盖底部电极触点的整个区域的GST的半球状区被转化为非晶状态(a-GST110)， 以防止并联的泄漏路径。由于通过底部电极104的热损耗的缘故，GST可编程体积中的最热区通常高于底部 电极104与GST 108之间的界面约20纳米。低电阻底部电极104的低效加热与位于底 部电极104与GST 108之间的界面上方的最热区组合可形成与底部电极分离的非晶GST 区，如图4中所示。这导致a-GST区和c-GST区的并联电阻连接，且电流流过并联电路 的低电阻路径，结果是所述单元被固定在低电阻状态，且所述GST不能转化回到高电阻 状态。此外，过大的复位电流脉冲将形成覆盖底部电极104的理想半球状非晶区，但将产 生过热的GST区(常超过900摄氏度)。此热点可导致沸腾、升华或成分改变。为了将单元IOO从复位状态切换为设置状态，使设置电流通过金属触点102和底部 电极104以将底部电极104的顶部附近的a-GST部分110加热到低于熔点的温度，但充 分高(对于典型的GST材料来说大约为350摄氏度，但对于其它硫族化物不同)，在此 温度下，底部电极104的顶部附近的区中的原子的迁移允许其从非晶状态重新布置为结 晶状态。所得的配置具有全结晶的GST 108，如图1中所示。用于设置和复位单元的电流通常如下。通过施加足以将可编程体积中的GST温度升 高到熔点以下但高于其结晶温度的电压或电流脉冲，且保持充分时间以允许将原子重新 布置为结晶状态，而实现设置状态。通过施加足以将可编程体积中的GST温度升高到熔 点的电压或电流脉冲，且通常保持比设置脉冲短的时间，而实现复位状态。设置脉冲通 常在持续时间上长于复位脉冲，但在量值上低于复位脉冲。复位脉冲通常在持续时间上 短于设置脉冲，但在量值上高于设置脉冲。脉冲的实际量值和持续时间取决于单元的大 小和所述单元中使用的特定相变材料。用于许多GST单元的复位电流当前在400到600 微安(pA)的范围中，且具有在10-50纳秒范围中的持续时间，而设置电流当前在IOO 到200 pA的范围中，且具有在50-100纳秒范围中的持续时间。读取电流低于设置电流或复位电流。随着单元大小不断减小，所涉及的电流及其持续时间也不断减小。出于上文陈述的原因，且出于所属领域的技术人员在阅读并理解本说明书后将明白 的下文陈述的其它原因，在此项技术中需要改进的PCRAM结构和用于相变存储器切换 的方法。 附图说明图1是处于设置状态的典型相变存储器单元的横截面图； 图2是处于复位状态的典型相变存储器单元的横截面图； 图3是相变存储器单元中的所要复位结构的部分横截面图； 图4是相变存储器单元中的故障状态复位结构的部分横截面图； 图5是根据一个实施例相变存储器单元的横截面图； 图6A到6E是根据另一实施例电极盖的形成的过程中横截面图； 图7A到7D是根据另一实施例电极盖的形成的过程中横截面图； 图8A到8C是根据另一实施例电极盖的形成的过程中横截面图； 图9是根据另一实施例存储器阵列的一部分的简化电路图； 图IO是根据另一实施例存储器阵列的一部分的简化电路图；以及 图ll是根据另一实施例存储器阵列的一部分的简化电路图。 具体实施例方式在对实施例的以下详细描述中，参考形成其一部分的附图。在图式中，相同的标号 在所有若干视图中描述大致类似的组件。这些实施例经充分详细地描述以使得所属领域 的技术人员能够实践所述实施例。在不脱离本申请案的范围的情况下可利用其它实施例 且可作出结构、逻辑和电气方面的改变。因此，不应在限制意义上理解以下详细描述，且本专利技术的范围仅由所附权利要求书 以及此权利要求书有权拥有的等效物的全部范围来界定。本文所揭示的实施例在PCRAM单元的底部电极上使用高电阻率盖以增加底部电极 对加热所述单元的相变材料的可编程区的作用。虽然在本文描述中使用了 GST，但应理 解，包括其它硫族化物的其它相变材料也适于与各种实施例一起使用。仅举例来说，相 变材料包括(但不限于)GeTe、 In-Se、 Sb2Te3、 GaSb、 InSb、 As-Te、 Al-Te、 Ge-Sb-Te、 Te-Ge-As、 In-Sb-Te、 Te-Sn-Se、 Ge-Se-Ga、 Bi-Se-Sb本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储器单元，其包含：　底部电极，其具有第一材料的下部和第二材料的上部，所述第一材料具有大致比所述第二材料低的电阻率；　相变材料，其位于所述底部电极的顶部上；以及　顶部电极，其位于所述相变材料上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

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