專利名稱：用于控制pcm單元中“首先熔化”區(qū)的方法及其獲得的器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種相變存儲器單元。
背景技術(shù)：
如在Martijn H. R. Lankhorst 、 Bas W. S. M. M. Ketelaars禾口 R. A. M. Wolters在Nature Materials的文章"Low-cost and nanoscale non-volatile memory concept for future silicon chips" (2005年3 月13日在線出版)以及P.HaringBolivar、F.Merget、D. -H. Kim、B.Hadam 和H. kurz在EPC0S-2004會議中的文章"Lateral design for phase change random access memory cells with low-current consumption" (參見www. epcos. org/pdf一2004/19p鄰er—haringbolivar. pdf)中所述， 將標(biāo)準(zhǔn)相變存儲器(PCM)側(cè)向/線條型單元設(shè)計為具有沙漏圖案結(jié)構(gòu)形 式的幾何限制。如圖1所示，電流I將在由Al組成的外部觸點或電極與 WTi/TiN疊層之間流過，通過在相變材料中形成的中央部分。存儲器單 元的這種形狀導(dǎo)致電流密度的局部增加，從而導(dǎo)致由焦耳效應(yīng)導(dǎo)致的增 加的熱產(chǎn)生。在器件操作期間，具有最高電路密度的限制區(qū)域?qū)⑹紫热?化。通過減小圖1所示的寬度W來代替減小中央部分的截面面積，如在 Haring Bolivar的文章中所公開的，可以通過使用PCM層的局部變薄、 從而局部減小相變材料的厚度而獲得沿垂直方向的限制。問題在于隨著尺寸的減小，用于幾何地限制首先熔化區(qū)域的方法傾 向于工藝變化。圖1的沙漏形狀的幾何控制變得更加困難。圖2示出了 由于光刻處理產(chǎn)生導(dǎo)致的倒角效應(yīng)，引起已處理的存儲器單元的尺寸與 所設(shè)計單元的尺寸相背離。實線限定了所設(shè)計的單元，而虛線與光刻構(gòu) 圖之后的單元周長相對應(yīng)。幾何變化及其上的擴展導(dǎo)致單元特征的較大變化。通過在Haring Bolivar文章中所述的刻蝕來減小相變膜厚度的方 法也不是很好控制的工藝，并且將增加變化。需要更加可控的方法來形成具有有限尺寸的良好限制區(qū)域("熱 點")的相變存儲單元，導(dǎo)致在操作期間該熱點的電流密度的局部增加。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種相變材料存儲器單元，包括至 少一個已構(gòu)圖的相變材料層，其特征在于該已構(gòu)圖的層包括具有不同電 阻率的至少兩個區(qū)域。如果相變材料的電阻率在具有有限尺寸的良好限 制區(qū)域中("熱點")比該區(qū)域外部的高，那么對于電極之間給定的電流， 與其中電阻率較低的相變材料區(qū)域相比，在該區(qū)域內(nèi)部將有利地產(chǎn)生更 多焦耳熱。至少一個巳構(gòu)圖層可以由兩個外部區(qū)域之間的中心區(qū)域組成，并且 其中該中心區(qū)域的電阻率比兩個外部區(qū)域的電阻率高。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出了一種用于制造包括至少一個已構(gòu)圖 相變材料層的存儲器單元的方法，其特征在于該已構(gòu)圖層包括具有不同 電阻率的至少兩個區(qū)域，所述方法包括形成具有第一電阻率的己構(gòu)圖相變材料層；以及在該己構(gòu)圖層內(nèi)部的至少兩個區(qū)域之間產(chǎn)生電阻率差。


現(xiàn)在只作為示例并且參考附圖描述本發(fā)明的實施例，其中圖1A示出了具有在硅襯底上處理的TiN觸點和Al接合焊盤的PCM 線條單元的示例類型的示意性剖面圖和掃描電鏡圖；圖1B示出了 PCM線條單元的示例類型的示意性剖面圖和平面圖； 圖2示出了 PCM單元的示意性平面圖部分；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在制造期間PCM單元的示意性 平面圖部分；圖4是GST膜的電阻率作為氮濃度的函數(shù)的曲線；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例在制造期間PCM單元的示意性平面圖部分。
具體實施方式
根據(jù)本發(fā)明的工藝實現(xiàn)如下。首先通過沉積相變材料層(PCM)并 且隨后對該層進(jìn)行構(gòu)圖來制作幾何長線條單元(圖3)。可以將該層按照 與圖l所示結(jié)構(gòu)類似的沙漏形狀進(jìn)行構(gòu)圖。替換地，可以將諸如TiW層之 類的硬掩模用于對該層進(jìn)行構(gòu)圖。這種硬掩模形成于PCM層上并且對其構(gòu) 圖。接著，將己構(gòu)圖的硬掩模用于對下面的第一PCM層構(gòu)圖。如圖3所示， 根據(jù)工藝的觀點，用于對PCM層構(gòu)圖的第一掩模的寬度W1是關(guān)鍵的，因為 它是受控的最小尺寸。在第二步驟中，使用第二掩模局部地改變PCM層的材料性質(zhì)。該區(qū) 域中的材料與未改變的材料相比具有增加的電阻率，沒有實質(zhì)上改變PCM 層的PCM性質(zhì)。對于電阻率改變步驟，根據(jù)工藝的觀點，第二掩模的寬度 L2是關(guān)鍵的，因為它是受控的最小尺寸?？梢允褂脙刹焦饪坦に嚥襟E來 限定其中電阻率最高的有效區(qū)域("熱點")的尺寸，其中第一步驟沿與 線條單元的長度垂直的方向限定有效區(qū)域尺寸W1，而第二步驟沿長度限 定有效區(qū)域尺寸L2。當(dāng)通過其尺寸和電阻率來確定該有效區(qū)域的總阻抗 時，可以在給定技術(shù)中可獲得的下限和給定相變材料可獲得的電阻率的 上限之間進(jìn)行折衷。存在各種方法來改變有效區(qū)域中的電阻率。例如，可以通過氮離子 的注入或者通過暴露到含氮等離子體中來對相變材料進(jìn)行局部地氮化。 如圖4所示[3]，使用氮慘雜可以將GST材料的電阻率增加最大兩個量級。 該增加的電阻率將導(dǎo)致?lián)降獏^(qū)域中的焦耳耗散，并且由于較高的電阻率 熔化將首先在該區(qū)域中開始。其他實現(xiàn)可以包括其他元素的注入，例如將所需PCM材料的一部分 形成化合物的金屬。相變材料的所需成分本質(zhì)上只在有效區(qū)域中獲得， 其中有效區(qū)外部的相變材料的成分的特征在于與有效區(qū)域中的已修改相 變材料相比時較低的電阻率。作為局部地增加相變材料的電阻率的替換，例如在圖3中所示的有 效區(qū)域中，可以減小該有效區(qū)域外部的相變材料的電阻率，如圖5所示。在這兩種情況下，相變材料的有效區(qū)域和其余部分之間的電阻率差將導(dǎo) 致對于給定電流產(chǎn)生熱量差。因此，在有效區(qū)域內(nèi)，將首先到達(dá)相變材 料的再結(jié)晶或熔化溫度，引起該"熱點"首先熔化。
權(quán)利要求
1.一種相變材料存儲器單元，包括至少一個已構(gòu)圖的相變材料層，其特征在于該已構(gòu)圖層包括具有不同電阻率的至少兩個區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器單元，其中所述至少一個已構(gòu)圖 層由兩個外部區(qū)域之間的中心區(qū)域組成，并且其中該中心區(qū)域的電阻率 比兩個外部區(qū)域的電阻率高。
3. —種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器單元的方法，包括:形成具有第一電阻率的已構(gòu)圖的相變材料層；以及在該已構(gòu)圖層內(nèi)部的至少兩個區(qū)域之間產(chǎn)生電阻率差。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中通過從該第一電阻率增加一 個區(qū)域中的電阻率來產(chǎn)生電阻率差。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述一個區(qū)域是兩個外部區(qū) 域之間的中心區(qū)域。
全文摘要
提出了一種相變材料存儲器單元。所述單元包括至少一個已構(gòu)圖的相變材料層，并且其特征在于該已構(gòu)圖的層包括具有不同電阻率的至少兩個區(qū)域。如果相變材料的電阻率在具有有限尺寸的良好限制區(qū)域中(“熱點”)比該區(qū)域外部的高，那么對于電極之間流過的給定的電流，與其中電阻率較低的相變材料區(qū)域相比，在該區(qū)域內(nèi)部將有利地產(chǎn)生更多焦耳熱。
文檔編號G11C16/02GK101228588SQ200680017036
公開日2008年7月23日 申請日期2006年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月19日
發(fā)明者盧多維克·古, 托馬斯·吉勒, 朱迪思·利松尼, 迪爾克·武泰 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司;校際微電子中心