專利名稱：具有側(cè)壁接觸的相變存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有側(cè)壁接觸的相變存儲(chǔ)器。
背景技術(shù)：
一種類型的存儲(chǔ)器是電阻式存儲(chǔ)器。電阻式存儲(chǔ)器利用存儲(chǔ)元 件的阻值來存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)比特的數(shù)據(jù)。例如，被編程為具有大阻 值的存儲(chǔ)元件可表示邏輯"1" lt據(jù)比特值，而纟皮編程為具有小阻值的存儲(chǔ)元件可表示邏輯"0"數(shù)據(jù)比特值。通過將電壓脈沖或電流脈沖施加于存儲(chǔ)元件來電切換存儲(chǔ)元件的阻值。 一種類型的電阻 式存儲(chǔ)器是相變存儲(chǔ)器。在電阻存儲(chǔ)元件中，相變存儲(chǔ)器使用相變 材料。
相變存儲(chǔ)器以呈現(xiàn)至少兩種不同狀態(tài)的相變材料為基礎(chǔ)。相變 材料可被應(yīng)用于存儲(chǔ)單元中以存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)據(jù)比特。相變材料的狀態(tài) 可被稱作非晶態(tài)和晶態(tài)。因?yàn)橄喾蔷B(tài)通常比晶態(tài)呈現(xiàn)更大的電阻 率，所以能夠區(qū)分這兩種狀態(tài)。通常，非晶態(tài)涉及更加無序的原子 結(jié)構(gòu)，而晶態(tài)涉及更加有序的晶格。 一些相變材并牛呈現(xiàn)出至少一種晶態(tài)，例如，面心立方體(FCC)狀態(tài)和六方最密堆積(HCP)狀 態(tài)。這兩個(gè)晶態(tài)具有不同的電阻率，并且可用于存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)據(jù)比特。 在下列描述中，非晶態(tài)通常指的是具有更大電阻率的狀態(tài)，而晶態(tài) 通常指的是具有更小電阻率的狀態(tài)。
可以被可逆地感應(yīng)在相變材料中的相變。這樣，存儲(chǔ)器可以響 應(yīng)于溫度的改變從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)以及從晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)。由 驅(qū)動(dòng)電流穿過相變材沖+本身或者由驅(qū)動(dòng)電流穿過與相變材^"相鄰 的電阻加熱器來實(shí)現(xiàn)相變材料的溫度改變。利用這兩種方法，相變 材料的可控加熱會(huì)導(dǎo)致相變材料中的可控相變。
可對(duì)包括具有由相變材料制成的多個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)陣列的 相變存儲(chǔ)器編程，以利用相變材料的存儲(chǔ)狀態(tài)來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 一種在 這種相變存儲(chǔ)裝置中讀取和寫入數(shù)據(jù)的方式是控制施加于相變材 泮牛的電流和/或電壓爿永沖。電流和/或電壓的水平通常與每個(gè)存儲(chǔ)單 元的相變材料中所感應(yīng)的溫度相對(duì)應(yīng)。為了使用于對(duì)每個(gè)存儲(chǔ)單元 進(jìn)行編程的能量最小化，在相變材料與存儲(chǔ)單元的至少 一個(gè)電極之間的界面區(qū)應(yīng)當(dāng)凈皮最小4b。
由于上述以及其它原因，存在著對(duì)本發(fā)明的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種存儲(chǔ)單元。該存儲(chǔ)單元包括第 一電4及和形成有一個(gè)開口的第二電4及。通過第一側(cè)壁、第二側(cè)壁、 和在第 一側(cè)壁與第二側(cè)壁之間延伸的表面限定該開口 。存4諸單元包 括接觸第一電極、第一側(cè)壁、和第二側(cè)壁的相變材料。存儲(chǔ)單元包 括使相變材料與在第 一 側(cè)壁和第二側(cè)壁之間延伸的表面電隔離的 隔離材料。


附圖是為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，并且并入并構(gòu)成本說明書的一 部分。附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與描述一起用于解釋本發(fā) 明的原理。由于參考一下詳細(xì)描述更好地理解本發(fā)明，所以將會(huì)容
易;也理解本發(fā)明的其它實(shí)施例和本發(fā)明的一些預(yù)期伊乙點(diǎn)。附圖中的 元件不一定彼此相對(duì)按比例繪制。相同的參考標(biāo)號(hào)表示對(duì)應(yīng)的相似部件。
圖1是示出存儲(chǔ)裝置的一個(gè)實(shí)施例的框圖。
圖2示出了相變存儲(chǔ)單元的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
圖3示出了相變存儲(chǔ)單元的另一實(shí)施例的截面圖。
圖4示出了預(yù)處理晶片的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
圖5示出了預(yù)處理晶片、相變材料層、和隔離材料層的一個(gè)實(shí) 施例的截面圖。
圖6示出了蝕刻之后的預(yù)處理晶片、存儲(chǔ)位置、和隔離材料蓋 的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
圖7示出了預(yù)處理晶片、存儲(chǔ)位置、隔離材料蓋、和絕緣材料 層的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
圖8示出了蝕刻之后的預(yù)處理晶片、存儲(chǔ)位置、隔離材料蓋、 和絕緣材料層的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
圖9示出了平面化之后的預(yù)處理晶片、存4諸位置、隔離材泮+蓋、 和絕緣材料層的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
圖IO示出了蝕刻之后的預(yù)處理晶片、存儲(chǔ)位置、隔離材料蓋、 和絕緣材料層的 一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
圖11示出了預(yù)處理晶片的另一實(shí)施例的截面圖。
圖12示出了蝕刻之后的預(yù)處理晶片的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
圖13示出了預(yù)處理晶片和隔離材沖+層的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
圖14示出了蝕刻之后的預(yù)處理晶片和隔離材料層的一個(gè)實(shí)施 例的截面圖。
圖15示出了預(yù)處理晶片、隔離材料層、和相變材料層的一個(gè) 實(shí)施例的截面圖。
圖16示出了平面化之后的預(yù)處理晶片、隔離材料層、和存儲(chǔ) 位置的 一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
具體實(shí)施例方式
在以下的詳細(xì)描述中，參考構(gòu)成本文一部分的附圖，其中，通 過可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的示例性具體實(shí)施例示出了附圖。對(duì)此，參考所 描述圖的方向〗吏用方向術(shù)語(例如，"頂部"、"底部"、"正面"、 "背面"、"前端"、"尾部，，等)。由于本發(fā)明實(shí)施例中的元件可以 定位于許多不同的方向，因此，方向術(shù)語是用來i兌明而不是用來限 制的?？梢岳斫?，可利用其它實(shí)施例，并且在不背離本發(fā)明范圍的 情況下，可對(duì)結(jié)構(gòu)或邏輯進(jìn)4于改變。因此，以下詳細(xì)的描述不是用 來限制本發(fā)明的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。
圖1示出了存儲(chǔ)裝置100的一個(gè)實(shí)施例的框圖。存儲(chǔ)裝置100 包4舌寫入電3各102、分配電路(distribution circuit) 104、存々者單元 106a、 106b、 106c、和106d、以及讀出電路(sense circuit) 108。 存儲(chǔ)單元106a-106d中的每一個(gè)都是基于存儲(chǔ)單元中相變材料的非 晶態(tài)和晶態(tài)來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的相變存儲(chǔ)單元。此外，通過將相變材料編 程為具有中間阻值，可將存儲(chǔ)單元106a-106d中的每一個(gè)編程為兩 個(gè)或多個(gè)狀態(tài)中的一個(gè)。為了將存儲(chǔ)單元106a-106d中的每一個(gè)設(shè)置到中間阻值，使用適當(dāng)?shù)膶懭氩呗詠砜刂婆c非晶態(tài)材料共存的晶 態(tài)材料的數(shù)量，從而控制單元電阻。
通過使用獨(dú)立于光刻的蝕刻將存儲(chǔ)單元106a-106d構(gòu)造為包括在每個(gè)存儲(chǔ)單元的相變材料和每個(gè)存儲(chǔ)單元的至少一個(gè)電極之間的減小的界面區(qū)。此外，存儲(chǔ)單元106a-106d包括熱隔離，以改善 存儲(chǔ)單元的編程特性。減小的界面區(qū)和熱隔離將改善用于對(duì)每個(gè)存 儲(chǔ)單元進(jìn)行編程的重置能量的縮放比例。
如這里所使用的，術(shù)語"電連接(electrically coupled,又稱電 耦合)"不是指元件必須直接連接在一起，而是在"電連接"的元 件之間可以設(shè)置插入元件。
寫入電路102通過信號(hào)通道110電連接到分配電路104。分配 電路104通過信號(hào)通道112a-112d電連接到存儲(chǔ)單元106a-106d中 的每一個(gè)。分配電路104通過信號(hào)通道112a電連接到存儲(chǔ)單元 106a。分配電路104通過信號(hào)通道112b電連接到存儲(chǔ)單元106b。 分配電路104通過信號(hào)通道112c電連接到存儲(chǔ)單元106c。分配電 3各104通過信號(hào)通道112d電連4妄到存儲(chǔ)單元106d。此外，分配電 路104通過信號(hào)通道114電連接到讀出電路108，以及讀出電路108 通過信號(hào)通道116電連接到讀取電路102。
存儲(chǔ)單元106a-106d中的每一個(gè)均包括可以在溫度改變的影響 下從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)或者從晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)的相變材料。從 而，在存儲(chǔ)單元106a-106d中的每一個(gè)中與非晶態(tài)相變材料共存的 晶態(tài)相變材料的量定義了兩個(gè)或多個(gè)狀態(tài)，用于將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ) 裝置100中。
在非晶態(tài)下，相變材料呈現(xiàn)出遠(yuǎn)遠(yuǎn)比在晶態(tài)下更大的電阻率。因此，存儲(chǔ)單元106a-106d的兩個(gè)或多個(gè)狀態(tài)的電阻率使不同的。 在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)狀態(tài)包括兩個(gè)狀態(tài)，并使用二進(jìn)制， 其中，兩個(gè)狀態(tài)被分配給位值"0"和"1"。在另一實(shí)施例中，兩 個(gè)或多個(gè)狀態(tài)包括三個(gè)狀態(tài)，并使用三進(jìn)制，其中，三個(gè)狀態(tài)被分 配給位值"0"、 "1"、和"2"。在另一實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)狀態(tài) 包括四個(gè)狀態(tài)，其被分配給多個(gè)位值，例如，"00"、 "01"、 "10"、 和"11"。在其它實(shí)施例中，在存儲(chǔ)單元的相變材料中，兩個(gè)或多 個(gè)狀態(tài)可為任意適當(dāng)數(shù)量的狀態(tài)。
在一個(gè)實(shí)施例中，寫入電路102通過信號(hào)通道110將電壓月永沖 提供給分配電路104，并且分配電路104通過信號(hào)通道112a-112d 將電壓脈沖可控地引導(dǎo)至存儲(chǔ)單元106a-106d。在一個(gè)實(shí)施例中， 分配電路104包括將電壓脈沖可控地分配到每一個(gè)存儲(chǔ)單元 106a-106d的多個(gè)晶體管。在其它實(shí)施例中，寫入電路102通過信 號(hào)通道110將電流脈沖提供給分配電路104,并且分配電路104通 過信號(hào)通道112a-112d將電流脈沖可控地引導(dǎo)至存儲(chǔ)單元 106a-106d。
讀出電路108通過信號(hào)通道114讀取存儲(chǔ)單元106a-106d的兩 個(gè)或多個(gè)狀態(tài)中的每一個(gè)。分配電^各104通過信號(hào)通道112a-112d 可控地引導(dǎo)在讀出電路108和存儲(chǔ)單元106a-106d之間的讀取信號(hào)。 在一個(gè)實(shí)施例中，分配電路104包括可控地引導(dǎo)在讀出電路108和 存儲(chǔ)單元106a-106d之間的讀耳又信號(hào)的多個(gè)晶體管。在一個(gè)實(shí)施例 中，為了讀取存儲(chǔ)單元106a-106d中的一個(gè)的電阻，讀出電路108 提供流過存儲(chǔ)單元106a-106d中的一個(gè)的電流，以及讀出電5各108 讀取跨在存儲(chǔ)單元106a-106d中的一個(gè)兩端的電壓。在一個(gè)實(shí)施例 中，讀出電路108提供跨在存儲(chǔ)單元106a-106d中的一個(gè)兩端的電 壓，以及讀出電3各108讀取流過存卡者單元106a-106d中的一個(gè)的電
流。在一個(gè)實(shí)施例中，讀取電路102 4是供3爭(zhēng)在存4渚單元106a-106d 中的一個(gè)兩端的電壓，以及讀出電路108讀取流過存4諸單元 106a-106d中的一個(gè)的電流。在一個(gè)實(shí)施例中，讀耳又電路102才是供 流過存儲(chǔ)單元106a-106d中的一個(gè)的電流，以及讀出電3各108讀耳又 3爭(zhēng)在存儲(chǔ)單元106a-106d中的一個(gè)兩端的電壓。
為了對(duì)在存儲(chǔ)裝置100中的存儲(chǔ)單元106a-106d進(jìn)行編程，讀 取電路102生成用于加熱目標(biāo)存儲(chǔ)單元中的相變材料的電流或電壓 脈沖。在一個(gè)實(shí)施例中，讀取電路102生成饋送到配置電路104中 并分配給目標(biāo)存^[諸單元106a-106d的適當(dāng)?shù)碾娏骰螂妷好}沖。沖艮據(jù) 存儲(chǔ)單元是否被設(shè)置或重置來控制電流或電壓脈沖的幅度和周期。 通常，存儲(chǔ)單元的"設(shè)置，，操作是將目標(biāo)存儲(chǔ)單元的相變材料加熱 到高于其結(jié)晶溫度(但低于其熔化溫度)足夠長(zhǎng)時(shí)間，以達(dá)到晶態(tài) 或者部分晶態(tài)和部分非晶態(tài)。通常，存儲(chǔ)單元的"重置"操作是將 目標(biāo)存儲(chǔ)單元的相變材料加熱到高于其熔化溫度，然后快速冷卻材 料，從而達(dá)到非晶態(tài)或者部分非晶態(tài)和部分晶態(tài)。
圖2示出了相變存儲(chǔ)單元200的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。在一個(gè) 實(shí)施例中，相變存儲(chǔ)單元200是柱狀(pillar )相變存4諸單元。相變 存儲(chǔ)單元200包括第一電才及202、相變材料存卡者位置204、隔離材 料蓋206、第二電極208、和絕緣材料210。相變材料存儲(chǔ)位置204 存儲(chǔ)一位或多位數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，相變材料存儲(chǔ)位置204包 括兩個(gè)或多個(gè)相變材料層的堆疊。
第 一 電極202與存儲(chǔ)位置204接觸，以及存儲(chǔ)位置204與隔離 材料蓋206和第二電極208接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，第二電極208 包括具有第一側(cè)壁214、第二側(cè)壁218、以及在第一側(cè)壁214和第 二側(cè)壁218之間延伸的表面216的開口 。隔離材料蓋206覆蓋存儲(chǔ) 位置204的頂部表面219,并使存〗諸位置204的頂部表面219與第 二電極208的表面216電絕緣。第二電極208橫向圍繞隔離材料蓋
206,并橫向圍繞存儲(chǔ)位置204的一部分212。部分212的高度基于 獨(dú)立于光刻的蝕刻處理，其限定在存儲(chǔ)位置204與第二電極208之 間的界面區(qū)。絕緣材料210橫向包圍第一電極202、存儲(chǔ)位置204、 和第二電極208。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)單元106a-106d中的每一 個(gè)都與相變存儲(chǔ)單元200相似。
絕緣材料210可以是任何適當(dāng)?shù)慕^緣體，例如，Si02、 SiOx、 SiN、氟化硅玻璃(FSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、硼硅玻璃(BSG )、 或低k材料。隔離材料蓋206可以是任何適當(dāng)?shù)慕殡姴牧?，例如?SiN、 SiON、 A1N、 Ti〇2、 A1203、 Si02、低k材料、多孔Si02、氣 凝膠、或干凝膠。在一個(gè)實(shí)施例中，隔離材料蓋206和絕緣材料210 包括相同的材料。在另一實(shí)施例中，隔離材料蓋206具有比絕緣材 料210更低的導(dǎo)熱系數(shù)。第 一 電極202和第二電極208可以是任何 適當(dāng)?shù)碾姌O材料，例如，TiN、 TaN、 W、 Al、 TiSiN、 TiAlN、 TaSiN、 TaAlN、WN、或Cu。
根據(jù)本發(fā)明，相變材料存儲(chǔ)位置204可由多種材料構(gòu)成。通常， 包括來自周期表的第VI族的一個(gè)或多個(gè)元素的氧族化合物合金 (chalcogenide alloy)可用作這種材料。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)單 元200的相變材料存儲(chǔ)位置204由氧族化合物復(fù)合材料(例如， GeSbTe、 SbTe、 GeTe、或AglnSbTe)制成。在另一實(shí)施例中，相 變材料存儲(chǔ)位置204為不含氧族元素(chalcogen free )的，例如， GeSb、 GaSb、 InSb、或GeGalnSb。在其它實(shí)施例中，相變才才泮牛存 儲(chǔ)位置204由包括元素Ge、 Sb、 Te、 Ga、 As、 In、 Se、和S中的 一種或多種的任何適當(dāng)?shù)牟牧现瞥伞?br> 諸如有源器件(例如，晶體管或二極管)的選擇裝置電連接至 第一電一及202或第二電才及208,以控制地將電流或電壓力永沖施加到 第一電極202或第二電極208中的另一個(gè)，從而施加到相變材料存 儲(chǔ)位置204，以設(shè)置或重置相變材料。穿過相變存4諸單元200的電流通路包括在存儲(chǔ)位置204和第二電極208之間的212處的界面區(qū)。 在212處的界面區(qū)的高度限定通過界面的電流密度，從而限定用于 對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程的能量。通過減小212處的界面區(qū)的高度，來 增大電流密度，從而減小用于對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程的能量。
在相變存儲(chǔ)單元200的操作期間，電流或電壓脈沖被施加到第 一電才及202和第二電才及208之間，以對(duì)相變存4諸單元200進(jìn)4亍編程。 在相變存儲(chǔ)單元200的設(shè)置才喿作期間，能夠選4奪性地將設(shè)置電流或 電壓脈沖施加給第一電極202，并通過相變材料存儲(chǔ)位置204將其 發(fā)送，從而將相變材料加熱到其結(jié)晶溫度之上(但通常低于其熔化 溫度)。以這種方式，在設(shè)置4喿作期間，相變材料達(dá)到晶態(tài)或者部 分晶態(tài)和部分非晶態(tài)。在相變存儲(chǔ)單元200的重置操作期間，重置 電流或電壓脈沖能夠選4奪性地施加到第一電極202,并通過相變材 料存儲(chǔ)位置204將其發(fā)送。重置電流或電壓將相變材料快速加熱到 其熔化溫度。在電流或電壓力氷沖切斷之后，相變材^R夬速冷卻到非 晶態(tài)或者部分晶態(tài)和部分非晶態(tài)。
圖3示出了相變存儲(chǔ)單元220的另一實(shí)施例的截面圖。在一個(gè) 實(shí)施例中，相變存^f諸單元220是通孔(via)相變存4諸單元。相變存 儲(chǔ)單元220包括第一電極222、隔離材料226、相變材料存儲(chǔ)位置 224、第二電極228、和絕緣材料230。相變材料存儲(chǔ)位置224存儲(chǔ) 一位或多位數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，相變材料存4諸位置224包括兩 個(gè)或多個(gè)相變材料層的堆疊。在另一實(shí)施例中，兩個(gè)或更多相變材 料被圓柱地布置為第 一相變材料的至少 一個(gè)圓柱體環(huán)繞第二相變 材料的圓柱體。
第一電極222與隔離材沖+ 226和存儲(chǔ)位置224 4妄觸，以及存儲(chǔ) 位置224與第二電4及228接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，第一電才及包括具 有第一側(cè)壁231、第二側(cè)壁236、以及在第一側(cè)壁231和第二側(cè)壁 236之間延伸的表面234的開口 。隔離材料226覆蓋第一電極222
的表面234，并使存儲(chǔ)位置224的底部表面238與第一電極222電 隔離。第一電極222對(duì)黃向圍繞隔離材沖牛226和存4諸位置224。第一 電極222與由存儲(chǔ)位置224的一部分232接觸。部分232的高度基 于獨(dú)立于光刻的蝕刻，其限定在存儲(chǔ)位置224與第一電極222之間 的界面區(qū)。絕緣材料230橫向包圍第一電極222和第二電極228。 在一個(gè)實(shí)施例中，存4渚單元106a-106d中的每一個(gè)與相變存4渚單元 220相似。
絕緣材料230可以是任何適當(dāng)?shù)慕^緣體，例如，Si02、 SiOx、 SiN、 FSG、 BPSG、 BSG、或低k材料。隔離材料226可以是任何 適當(dāng)?shù)慕殡姴你＃?，SiN、 SiON、 A1N、 Ti02、 A1203、 Si02、 低k材料、多孔Si02、氣凝膠、或干凝膠。在一個(gè)實(shí)施例中，隔離 材料226和絕緣材料230包括相同的材料。在其它實(shí)施例中，隔離 材料226具有比絕緣材料230更低的導(dǎo)熱系數(shù)。第一電極222和第 二電才及228可以是4壬4可適當(dāng)?shù)碾姴偶安牟?,例如，TiN、 TaN、 W、 Al、 TiSiN、 TiAlN、 TaSiN、 TaAlN、 WN、或Cu。
根據(jù)本發(fā)明，相變材料存儲(chǔ)位置224可由多種材料構(gòu)成。通常， 包括周期表的第VI族中的 一個(gè)或多個(gè)元素的氧族化合物合金可用 作這種材料。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)單元220的相變材料存儲(chǔ)位置 224由氧族化合物復(fù)合材料(例如，GeSbTe、 SbTe、 GeTe、或 AglnSbTe)構(gòu)成。在另一實(shí)施例中，相變材料存儲(chǔ)位置224為不含 氧力臭元素(chalcogen free )的，例如， GeSb、 GaSb、 InSb、或GeGalnSb。 在其它實(shí)施例中，相變材料存儲(chǔ)位置224由包括元素Ge、 Sb、 Te、 Ga、 As、 In、 Se、和S中的一種或多種的任-河適當(dāng)?shù)牟你?制成。
諸如有源器件(例如，晶體管或二極管)的選擇裝置電連接至 第 一 電才及222或第二電4及228 ，以控制地將電流或電壓脈沖施加到 第一電極222或第二電極228中的另一個(gè)，從而施加到相變材料存 儲(chǔ)位置224，以設(shè)置或重置相變材料。穿過相變存儲(chǔ)單元220的電
流通路包括在存儲(chǔ)位置224和第 一電極222之間的232處的界面區(qū)。 在232處界面區(qū)的高度限定通過界面的電流密度，從而限定用于對(duì) 存4諸單元進(jìn)^f亍編程的能量。通過減小232處的界面區(qū)的高度，來增 大電流密度，從而減小用于對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)4于編程的能量。
在相變存儲(chǔ)單元220的操作期間，電流或電壓脈沖被施加到第 一電才及222和第二電才及228之間，以對(duì)相變存儲(chǔ)單元220進(jìn)行編程。 在相變存儲(chǔ)單元220的設(shè)置操作期間，能夠選擇性地將設(shè)置電流或 電壓脈沖施加給第一電極222，并通過相變材料存儲(chǔ)位置224將其 發(fā)送，從而將相變材料加熱到其結(jié)晶溫度之上(但通常低于其熔化 溫度)。以這種方式，在設(shè)置操作期間，相變材料達(dá)到晶態(tài)或者部 分晶態(tài)和部分非晶態(tài)。在相變存儲(chǔ)單元220的重置操作期間，重置 電流或電壓脈沖能夠選擇性地施加到第一電極222,并通過相變材 料存儲(chǔ)位置224將其發(fā)送。重置電流或電壓將相變材料快速加熱到 其熔化溫度。在電流或電壓脈沖切斷之后，相變材料快速冷卻到非 晶態(tài)，或者部分晶態(tài)和部分非晶態(tài)。
下列圖4至圖10示出了用于制造相變存儲(chǔ)單元(例如，先前 描述并參照?qǐng)D2示出的相變存儲(chǔ)單元200 )的方法的實(shí)例。
圖4示出了預(yù)處理晶片240的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。預(yù)處理晶 片240包括第一電極202、絕緣材料210a、和下晶片層(未示出)。 在一個(gè)實(shí)施例中，第一電極是接觸插頭，例如，W插頭、Cu插頭、 TiN插頭、TaN插頭、Al插頭、或者其它適當(dāng)?shù)膫鲗?dǎo)材料插頭。在 另一實(shí)施例中，第一電極202是包含TiN、 TaN、 TiAlN、 TiSiN、 TaSiN、 TaAlN、或其它適當(dāng)材料的專用接觸電極。由絕緣材料210a (例如，Si02、 SiOx、 SiN、 FSG、 BPSG、 BSG、 4氐k才才泮+、或者 其它適當(dāng)?shù)慕殡姴牧?4黃向圍繞第一電4及202，以使第一電極202 與相鄰器件電絕緣。
圖5示出了預(yù)處理晶片240、相變材灃+層204a、和隔離材泮+層 206a的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。在預(yù)處理晶片240上沉積諸如氧族化 合物復(fù)合材料的相變材料或其它適當(dāng)?shù)南嘧儾牧?，以提供相變材?層20"。使用化學(xué)汽相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、有機(jī) 金屬化學(xué)汽相沉積(MOCVD)、等離子汽相沉積(PVD)、噴印汽 相沉積(JVP)、或其它適當(dāng)?shù)某练e纟支術(shù)來沉積相變材料層204a。
在相變材料層204a上沉積諸如SiN、 SiON、 A1N、 Ti02、 A1203、 Si02、低k材料、多孔Si02、氣凝膠、干凝膠、或其它適的介電材 料的隔離材料，以提供隔離材料層206a。使用CVD、ALD、MOCVD、 PVD、 JVP、或其它適當(dāng)?shù)某练e才支術(shù)來沉積隔離材津牛層206a。
圖6示出了在蝕刻隔離材泮+層206a和相變材津+層204a之后的 預(yù)處理晶片240、存^f渚位置204、和隔離材料蓋206的一個(gè)實(shí)施例 的截面圖。蝕刻隔離材料層206a和相變材料層204，以露出預(yù)處理 晶片240并i殳置相變材料存儲(chǔ)位置204和隔離材料蓋206。在一個(gè) 實(shí)施例中，存儲(chǔ)位置204和隔離材料蓋206形成柱狀。在一個(gè)實(shí)施 例中，存儲(chǔ)位置204和隔離材料蓋206基本集中在第 一 電極202之 上。
圖7示出了預(yù)處理晶片240、存^f渚位置204、隔離材^f"蓋206、 和絕》彖材料層210b的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。在隔離材津牛蓋206、存 ^諸位置204、和預(yù)處理晶片240的露出位置上沉積諸如Si02、 SiOx、 SiN、 FSG、 BPSG、 BSG、 {氐k才才泮牛、或者其它適當(dāng)?shù)慕殡姴挪陪５?絕緣材料。使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP、或其它適當(dāng) 的沉積技術(shù)來沉積絕緣材料層。平面化該絕纟彖材料層，以提供具有 平整表面的絕緣材料層210b。
圖8示出了在蝕刻絕緣材料層210b之后的預(yù)處理晶片240、存 儲(chǔ)位置204、隔離材料蓋206、和絕緣材料層210c的一個(gè)實(shí)施例的
截面圖。蝕刻絕緣材料層210b,以才是供開口 242和絕緣材料層210c。 選沖奪性地蝕刻絕緣材料層210b以露出隔離材并牛蓋206，并過蝕刻以 露出相變材料存儲(chǔ)位置204的側(cè)壁部分212?？刂七^蝕刻的深度， 以提供在相變材料存儲(chǔ)位置204和將制造的第二電極208之間的期 望界面區(qū)。
在絕緣材料層210c、隔離材料蓋206、和相變材料存儲(chǔ)位置204 的露出部分上沉積諸如TiN、 TaN、 W、 Al、 TiSiN、 TiAlN、 TaSiN、 TaAlN、 WN、或Cu、或者其它適當(dāng)?shù)碾姌O材料，以提供電極材料 層。使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP、或其它適當(dāng)?shù)某练e 沖支術(shù)來沉積電才及材津午層。平面化電極材津牛層以露出隔離材料層 210c，來提供如圖2所示的第二電極208和相變存儲(chǔ)單元200。
接下來圖9和圖10示出了用于在圖7所示的處理步驟之后完 成相變存儲(chǔ)單元200的制造的另一實(shí)施例。
圖9示出了在平面化絕緣材料層210b之后預(yù)處理晶片240、存 儲(chǔ)位置204、隔離材津牛蓋206、和絕纟彖材料層210d的一個(gè)實(shí)施例的 截面圖。平面化絕緣材料層210b以露出隔離材料蓋206,來才是供絕 緣材料層210d。
圖10示出了在蝕刻絕多彖材料層210d之后預(yù)處理晶片240、存 儲(chǔ)位置204、隔離材料蓋206、和絕緣材料層210e的一個(gè)實(shí)施例的 截面圖。蝕刻絕緣材料層210d，以提供開口 244和絕緣材料層210e。 選擇性地蝕刻絕緣材并+層210d，以露出隔離材^h蓋206的側(cè)壁和相 變材料存儲(chǔ)位置204的側(cè)部部分212?？刂莆g刻深度，以提供在相 變材料存儲(chǔ)位置204和將制造的第二電極208之間的期望界面區(qū)。
在絕緣材料層210e、隔離材料蓋206、和相變材料存儲(chǔ)位置204 的露出部分上沉積諸如TiN、 TaN、 W、 Al、 TiSiN、 TiAlN、 TaSiN、
TaAlN、 WN、或Cu、或者其它適當(dāng)?shù)碾姌O材料，以提供電極材料 層。使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP、或其它適當(dāng)?shù)某练e 技術(shù)來沉積電極材料層。平面化并蝕刻電極材料層以提供第二電極 208。
在第二電才及208和絕^彖才才^+層210的露出部分上沉積i者如 Si02、 SiOx、 SiN、 FSG、 BPSG、 BSG、低k材料、或者其它適當(dāng) 的介電材料的絕緣材料，以提供絕緣材料層。使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP、或其它適當(dāng)?shù)某练e技術(shù)來沉積絕緣材料層。 平面化絕緣材料層以露出第二電極208，來提供如圖2所示的相變 存儲(chǔ)單元200。
接下來圖11至圖16示出了用于制造相變存儲(chǔ)單元(例如，前 述并參照?qǐng)D3示出的相變存儲(chǔ)單元220)的方法的實(shí)施例。
圖11示出了預(yù)處理晶片260的另一實(shí)施例的截面圖。預(yù)處理 晶片260包括第一電極222a、絕緣材料230a、和下晶片層(未示 出)，在一個(gè)實(shí)施例中，第一電極222a是諸如W插頭、Cu插頭、 TiN插頭、TaN插頭、Al插頭的接觸插頭或其它適當(dāng)?shù)膫鲗?dǎo)材料插 頭。在另一實(shí)施例中，第一電極222a是包含TiN、 TaN、 TiAlN、 TiSiN 、 TaAlN 、或其它適當(dāng)?shù)牟牧系膶Ｓ媒佑|電極。由絕緣材料230a (例如，Si02、 SiOx、 SiN、 FSG、 BPSG、 BSG、 4氐k才才沖+、或者 其它適當(dāng)?shù)慕殡姴牧?才黃向圍繞第 一 電才及222a ，以4吏第 一 電才及222a 與相鄰器件電絕纟彖。
圖12示出了在蝕刻第一電極222a之后預(yù)處理晶片260的一個(gè) 實(shí)施例的截面圖。蝕刻第一電極222a,以提供開口 262和第一電極 222。在一個(gè)實(shí)施例中，開口 262呈圓柱形。在一個(gè)實(shí)施例中，開 口 262基本以第一電極222為中心。開口 262包括第一側(cè)壁231、
第二側(cè)壁236、和在第一側(cè)壁231和第二側(cè)壁236之間延伸的表面 234。
圖13示出了預(yù)處理晶片260和隔離材料層226a的一個(gè)實(shí)施例 的截面圖。在預(yù)處理晶片260上和開口 262中形狀相同;l也沉積-渚如 SiN、 SiON、 A1N、 Ti02、 A1203、 Si02、低k材料、多孑LSi02、氣 凝膠、干凝膠、或其它適當(dāng)?shù)慕殡姴牧系母綦x材料，以提供隔離材 料層226a。使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP、或其它適當(dāng) 的沉積^支術(shù)來沉積隔離才才料層226a。
圖14示出了在蝕刻隔離材料層226a之后的預(yù)處理晶片260和 隔離材沖牛層226的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。4吏用噴灑式蝕刻(spacer etch)對(duì)隔離材料層226a進(jìn)4亍蝕刻，以露出第一電才及222的側(cè)壁部 分232?？刂茋姙⑹轿g刻的深度，以提供在第一電極222和將制造 的存儲(chǔ)位置224之間的期望界面區(qū)。
圖15示出了預(yù)處理晶片260、隔離材料層226、和相變材料層 224a的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。在預(yù)處理晶片260和隔離材料226的 露出部分上沉積諸如氧族化合物復(fù)合材料的相變材料或其它適當(dāng) 的相變材料，以提供相變材料層224a。使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP、或其它適當(dāng)?shù)某练e才支術(shù)來沉積相變才才泮+層224a。
圖16示出了在平面化相變材料層224a之后的預(yù)處理晶片260、 隔離材料層226、和相變材料存儲(chǔ)位置224的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。 平面化相變材料層224a，以露出第 一 電沖及222并4是供存儲(chǔ)位置224。 然后，在存儲(chǔ)位置224上制造第二電極228。
在一個(gè)實(shí)施例中，在預(yù)處理晶片260和相變材料存儲(chǔ)位置224 的露出部分上沉積諸如TiN、 TaN、 W、 Al、 TiSiN、 TiAlN、 TaSiN、 TaAlN、 WN、或Cu或者其它適當(dāng)?shù)碾姌O材料，以提供電極材料層。使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP、或其它適當(dāng)?shù)某练e技術(shù) 來沉積電極材料層。蝕刻電極材料層，以才是供第二電極228。在第 二電極228、存儲(chǔ)位置224、和預(yù)處理晶片260的露出部分上沉積 il"如Si02、 SiOx、 SiN、 FSG、 BPSG、 BSG、 <氐k才才泮牛、或者其它 適當(dāng)?shù)慕殡姴牧系慕^緣材料，以提供絕緣材料層。使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP、或其它適當(dāng)?shù)某练e技術(shù)來沉積絕緣材料層。 平面化絕緣材料層以露出第二電極228，來提供如圖3所示的相變 存儲(chǔ)元件220。
在另 一實(shí)施例中，在存儲(chǔ)位置224和預(yù)處理晶片260上沉積諸如 Si02、 SiOx、 SiN、 FSG、 BPSG、 BSG、 4氐k才才詳牛、或者其它適 當(dāng)?shù)慕殡姴牧系慕^緣材料，以提供絕緣材料層。使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP、或其它適當(dāng)?shù)某练e才支術(shù)來沉積絕緣材料層。 蝕刻絕緣材料層以提供開口，來露出存儲(chǔ)位置224。在絕緣材料層 和存儲(chǔ)位置224的露出部分上沉積諸如TiN、 TaN、 W、 Al、 TiSiN、 TiAlN、 TaSiN、 TaAlN、 WN、或Cu或者其它適當(dāng)?shù)碾姴偶安牧?，?提供電極材料層。使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP、或其 它適當(dāng)?shù)某练e沖支術(shù)來沉積電4及材料層。平面化電極材料層以露出絕 緣材料層，來l是供如圖3所示的相變存儲(chǔ)單元220和第二電極228。
本發(fā)明的實(shí)施例提供了 一種具有相變材料和通過獨(dú)立于光刻 的蝕刻限定的電極界面的相變存儲(chǔ)單元?？刂莆g刻過程已提供期望 的界面區(qū)。通過減少界面區(qū)，減少了通過界面區(qū)的相變材一牛的電流 密度，從而減小了用于對(duì)相變存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程的能量。
盡管于此已示出并且描述了特定的實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，在不背離本發(fā)明范圍的情況下，不同的替換和/或等同 的實(shí)現(xiàn)可以替代已示出和描述的特定實(shí)施例。該應(yīng)用應(yīng)當(dāng)覆蓋這里 論述的特定實(shí)施例的任何改編或者變化。因此，意p木著本發(fā)明^^又 由權(quán)利要求及其等同物所限制。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)單元，包括第一電極；第二電極，形成開口，通過第一側(cè)壁、第二側(cè)壁、和在所述第一側(cè)壁與所述第二側(cè)壁之間延伸的表面限定所述開口；相變材料，與所述第一電極、所述第一側(cè)壁、和所述第二側(cè)壁相接觸；以及隔離材料，使所述相變材料與在所述第一側(cè)壁和所述第二側(cè)壁之間延伸的所述表面電隔離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)單元，其中，所述存儲(chǔ)單元包括柱 狀存j諸單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)單元，其中，所述存儲(chǔ)單元包括通 孑L存儲(chǔ)單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)單元，還包括橫向包圍所述第一 電極和所述第二電極的絕緣材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的存儲(chǔ)單元，其中，所述隔離材料具有比 所述絕緣材料更低的導(dǎo)熱系數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)單元，其中，所述相變材料包括 Ge、 Sb、 Te、 Ga、 As、 In、 Se、和S中的至少一種。
7. —種存儲(chǔ)單元，包括第一電極；相變材料，與所述第一電極接觸，所述相變材料限定了頂部表面和側(cè)壁；隔離材料，與所述相變材料的所述頂部表面相接觸；以及第二電極，與所述隔離材料和所述相變材料的所述側(cè)壁 的一部分相4妄觸，其中，所述隔離材料將所述相變材料的所述頂部表面與 所述第二電才及電隔離。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的存儲(chǔ)單元，還包括橫向包圍所述第一 電極、所述第二電極、和所述相變材料的絕緣材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲(chǔ)單元，其中，所述隔離材料具有比 所述絕緣材料更低的導(dǎo)熱系數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的存儲(chǔ)單元，其中，所述隔離材料包括氮 化物。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的存儲(chǔ)單元，其中，所述相變材料包括 Ge、 Sb、 Te、 Ga、 As、 In、 Se、和S中的至少一種。
12. —種存儲(chǔ)單元，包括第一電極，限定具有第一側(cè)壁、第二側(cè)壁、和在所述第 一側(cè)壁和所述第二側(cè)壁之間延伸的表面的開口 ；相變材料，與所述第一側(cè)壁的一部分和所述第二側(cè)壁的 一部分相4妄觸；隔離材料，使所述相變材料與在所述第一側(cè)壁和所述第 二側(cè)壁之間延伸的所述表面電隔離；以及 第二電4及，與所述相變材津牛相4妻觸。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)單元，還包括4黃向包圍所述第 一電極和所述第二電極的絕緣材料。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的存儲(chǔ)單元，其中，所述隔離材料具有 比所述絕緣材料更低的導(dǎo)熱系數(shù)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)單元，其中，所述隔離材料包括 氮4b物。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)單元，其中，所述相變材料包括 Ge、 Sb、 Te、 Ga、 As、 In、 Se、和S中的至少一種。
17. —種用于制造存儲(chǔ)單元的方法，所述方法包括提供包括第一電極的預(yù)處理晶片；在所述預(yù)處理晶片上沉積相變材料層；在所述相變材料層上沉積隔離材料層；蝕刻所述隔離材料層和所述相變材并午層，以形成與隔離 材料蓋接觸的存儲(chǔ)位置，所述存儲(chǔ)位置與所述第一電極相接 觸；在所述隔離材料蓋、所述存儲(chǔ)位置、和所述預(yù)處理晶片 的露出部分上沉積絕緣材泮+;蝕刻所述絕》彖材料，以露出所述隔離材并牛蓋和所述存4諸 位置的側(cè)壁的一部分；以及制造與所述存儲(chǔ)位置的所露出的側(cè)壁部分相接觸的第二 電極。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的存儲(chǔ)單元，還包括平面化所述絕緣 材料層，以露出所述隔離材料。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的存儲(chǔ)單元，其中，沉積所述隔離材料 層包4舌沉積氮^f匕物。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的存儲(chǔ)單元， 層包4舌沉積Ge、 Sb、 Te、 Ga、 As,種。其中，沉積所述相變材泮牛 In、 Se、和S中的至少一
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的存儲(chǔ)單元，其中，蝕刻所述隔離材料 層和所述相變材料層包括蝕刻所述隔離材料層和所述相變材 泮牛層，以形成柱狀。
22. —種用于制造存儲(chǔ)單元的方法，所述方法包括提供包括第一電極的預(yù)處理晶片；蝕刻所述第一電才及，以在所述第一電才及中形成開口；在所述預(yù)處理晶片上和所述開口中形狀相同》也沉積隔離 材料；蝕刻所述隔離材料，以露出所述開口的側(cè)壁的一部分；在所述預(yù)處理晶片、所述隔離材料、和所述開口中的露 出部分上沉積相變材料；平面化所述相變材料，以露出所述第一電極；以及制造與所述相變材料相接觸的第二電極。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的存儲(chǔ)單元，其中，沉積所述絕緣材料 層包4舌沉積氮4匕物。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的存儲(chǔ)單元，其中，沉積所述相變材料 包括沉積Ge、 Sb、 Te、 Ga、 As、 In、 Se、和S中的至少一種。
25. 4艮據(jù)^又利要求22所述的存〗諸單元，其中，蝕刻所述第一電^L 包括蝕刻所述第 一 電4及，以在所述第 一 電極中形成圓柱狀開
全文摘要
一種具有側(cè)壁接觸的相變存儲(chǔ)器包括第一電極和形成開口的第二電極。通過第一側(cè)壁、第二側(cè)壁、和在第一側(cè)壁與第二側(cè)壁之間延伸的表面限定開口。存儲(chǔ)單元包括相變材料，該相變材料與第一電極、第一側(cè)壁、和第二側(cè)壁相接觸。存儲(chǔ)單元包括使相變材料與在第一側(cè)壁和第二側(cè)壁之間延伸的表面電隔離的隔離材料。
文檔編號(hào)H01L45/00GK101202327SQ200710187990
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月17日
發(fā)明者托馬斯·尼爾希, 馬克·卡莫賴 申請(qǐng)人:奇夢(mèng)達(dá)北美公司;國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司