專(zhuān)利名稱(chēng)：相變存儲(chǔ)器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明內(nèi)容涉及非易失性存儲(chǔ)器件，且更特定涉及使用相變材料的 相變非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
近來(lái)，已提出相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)(PRAM)器件作為非易失性半導(dǎo)體 存儲(chǔ)器件。相變存儲(chǔ)器件的單位存儲(chǔ)單元使用相變材料作為數(shù)據(jù)儲(chǔ)存介 質(zhì)。相變材料根據(jù)供應(yīng)至其的熱而具有兩種穩(wěn)定相(例如，非晶相和晶 相)。已知的相變材料有Ge-Sb-Te(GST)化合物，其為鍺(Ge)、銻(Sb)和 碲(Te)的混合物。
如果在接近相變材料的熔融溫度(Tm)的溫度下將相變材料加熱短 時(shí)間且接著快速冷卻，則相變材料從晶相變至非晶相。與之相反，如果 在低于熔融溫度的結(jié)晶溫度下將相變材料加熱長(zhǎng)時(shí)間，接著慢慢冷卻， 則相變材料從非晶相變至晶相。相變材料在非晶相下比在晶相下具有更 高的電阻率。因此，儲(chǔ)存于相變存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)是邏輯"l"還是邏輯 "O"可通過(guò)檢測(cè)流經(jīng)相變材料的電流來(lái)判定。
供應(yīng)熱以實(shí)現(xiàn)相變材料中的相變。例如，將電流供應(yīng)至與相變材料 連接的電極，使得由電極產(chǎn)生熱且將熱供應(yīng)至相變材料。由供應(yīng)至相變 材料的熱所導(dǎo)致的溫度隨所供應(yīng)電流而變化。
因此，高集成相變存儲(chǔ)器件的開(kāi)發(fā)中最重要因素之一為向與相變材 料連接的電極供應(yīng)足夠電流，即操作電流(例如，程序(寫(xiě)入)電流或擦除 電流)。為此目的，已提出一種方法以使用PN二極管作為相變存儲(chǔ)器件 的開(kāi)關(guān)元件。與金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管或雙極晶體管相比，PN二極管允許相變存儲(chǔ)器件的較高集成比率且增大操作電流。
圖1A為使用PN二極管的已知相變存儲(chǔ)器件的示意平面圖。圖IB 為沿著圖1A的線X-X'截取的相變存儲(chǔ)器件的橫截面圖。
參看圖1A和圖1B，已知的相變存儲(chǔ)器件包括具有器件隔離區(qū)域 (未標(biāo)示)和有源區(qū)12的襯底11;在襯底11的有源區(qū)12上，具有包括N 型硅層13A和P型硅層13B的疊層的PN 二極管結(jié)構(gòu)的下部電極13; 覆蓋下部電極13且掩埋加熱層15的絕緣層14;布置在絕緣層14上以 接觸加熱層15的相變材料層16;以及布置在相變材料層16上的上部電 極17。加熱層15為塞狀，且在相變材料層16中形成與加熱層15接觸 的半球形的程序區(qū)域18。
為了相變存儲(chǔ)器件的高集成度和低功率消耗，希望減小相變存儲(chǔ)器 件的尺寸。但是，需要足夠高的操作電流，因?yàn)閼?yīng)產(chǎn)生高溫?zé)嵋愿淖兿?變材料層16的相。因此，在減小控制操作電流的下部電極13的尺寸(即， PN 二極管的尺寸)方面存在限制。
因此，已提出一種方法以通過(guò)減小加熱層15的尺寸來(lái)減小加熱層 15與相變材料層16之間的接觸面積從而減小具有上述結(jié)構(gòu)的相變存儲(chǔ) 器件的操作電流。此方法甚至可在操作電流減小的情況下產(chǎn)生高溫?zé)幔?因?yàn)榧訜釋?5的電阻隨著相變材料層16與加熱層15之間的接觸面積 的減小而增加。
然而，已知方法使用昂貴的精細(xì)圖案化技術(shù)(例如，使用ArF曝光 源的光刻工藝)來(lái)形成加熱層15。此使相變存儲(chǔ)器件的制造成本增加。 此外，精細(xì)圖案化技術(shù)具有難以增加相變存儲(chǔ)器件的集成比率的限制。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案， 一種相變存儲(chǔ)器件包括下部電極；和 共用該下部電極的至少兩個(gè)相變存儲(chǔ)單元。
根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案， 一種制造相變存儲(chǔ)器件的方法包括形 成包括PN二極管結(jié)構(gòu)的下部電極，該P(yáng)N二極管結(jié)構(gòu)包括N型導(dǎo)電層 與P型導(dǎo)電層的結(jié)；在P型導(dǎo)電層和N型導(dǎo)電層中的位于上部的一個(gè) 上形成多個(gè)加熱元件；選擇性地蝕刻在加熱元件之間的P型導(dǎo)電層和N型導(dǎo)電層中的位于上部的一個(gè)；在每一個(gè)加熱元件上形成分離的相變材 料層；以及在每一個(gè)相變材料層上形成分離的上部電極。
根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案， 一種制造相變存儲(chǔ)器件的方法包括在 襯底的有源區(qū)上形成包括PN 二極管結(jié)構(gòu)的下部電極；在PN 二極管結(jié) 構(gòu)上形成加熱層；在加熱層上形成相變材料層；以及在相變材料層上形 成上部電極；其中相變材料層與加熱層之間的接觸面積形成為小于加熱 層與PN 二極管結(jié)構(gòu)之間的接觸面積。
根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案， 一種相變存儲(chǔ)器件包括襯底，其上具 有有源區(qū)；在襯底有源區(qū)上的包含PN 二極管結(jié)構(gòu)的下部電極；在PN 二極管結(jié)構(gòu)上的加熱層；在加熱層上的相變材料層；以及在相變材料層 上的上部電極；其中相變材料層與加熱層之間的接觸面積小于加熱層與 PN 二極管結(jié)構(gòu)之間的接觸面積。


通過(guò)舉例而非限制地結(jié)合

各種實(shí)施方案，其中相同的附圖標(biāo) 記表示相同的元部件。
圖1A為使用PN二極管的已知相變存儲(chǔ)器件的示意平面圖。
圖1B為沿著圖IA的線X-X'截取的相變存儲(chǔ)器件的橫截面圖。
圖2A為根據(jù)第一實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的示意平面圖。
圖2B為沿著圖2A的線X-X，截取的相變存儲(chǔ)的橫截面圖。
圖3A至圖3C為說(shuō)明制造根據(jù)第一實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的方法 的示意圖。
圖4A為根據(jù)第二實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的示意平面圖。
圖4B為沿著圖4A的線A-A，截取的相變存儲(chǔ)器件的橫截面圖。
圖4C為沿著圖4A的線B-B'截取的相變存儲(chǔ)器件的橫截面圖。
圖5A至圖5C為表示已知相變存儲(chǔ)器件的相變材料層與加熱層之間 的接觸面積、根據(jù)第一實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的相變材料層與加熱層之間的接觸面積以及根據(jù)第二實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的相變材料層 與加熱層之間的接觸面積之間的比較的示意平面圖。
圖6A為根據(jù)第三實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的示意平面圖。
圖6B為沿著圖6A的線X-X'截取的相變存儲(chǔ)器件的橫截面圖
圖7A至圖7H為說(shuō)明制造根據(jù)第三實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的方 法的示意圖。
圖8A為根據(jù)第四實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的示意平面圖。
圖8B為沿著圖8A的線A-A'截取的相變存儲(chǔ)器件的橫截面圖。
圖8C為沿著圖8A的線B-B'截取的相變存儲(chǔ)器件的橫截面圖。
圖9為用于描述根據(jù)第三實(shí)施方案和第四實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件 的操作原理的透視圖。
具體實(shí)施例方式
在附圖中，為說(shuō)明的清晰起見(jiàn)，將層和區(qū)域的尺寸放大。還應(yīng)理解， 當(dāng)將層(或膜)稱(chēng)為位于另一層或襯底"上"時(shí)，該層(或膜)可直接位于所述另 一層或襯底上，或亦可存在介入層。此外，應(yīng)理解，當(dāng)將層稱(chēng)為位于另一 層，，下"時(shí)，該層可直接位于所述另一層下，或也可存在一個(gè)或多個(gè)^h入層。 另外，還應(yīng)理解，當(dāng)將層稱(chēng)為在兩個(gè)層"之間"時(shí)，該層可為所述兩個(gè)層之 間的唯一層，或可存在一個(gè)或多個(gè)介入層。
圖2A為根據(jù)第一實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的示意平面圖。圖2B為沿 著圖2A的線X-X，截取的相變存儲(chǔ)的橫截面圖。
參看圖2A及圖2B，根據(jù)第一實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件包括具有器 件隔離區(qū)域(未標(biāo)示)和有源區(qū)22的襯底21;覆蓋襯底21的第一絕緣層24; 布置在襯底21的有源區(qū)22上和在第一絕緣層24中且具有PN 二極管結(jié)構(gòu) 的下部電極23;布置在第一絕緣層24中的下部電極23上的加熱層25;埋 入加熱層25中的第二絕緣層28;布置為覆蓋加熱層25的相變材料層26; 以及布置在相變材料層26上的上部電極27。在此，附圖標(biāo)記29表示布置 在相變材料層26中的程序區(qū)域。
8襯底21可為硅(Si)襯底。
有源區(qū)22可形成為棒型或線型。例如，有源區(qū)22可以是通過(guò)以雜質(zhì) 摻雜珪襯底而形成的雜質(zhì)層。在一些實(shí)施方案中，有源層22由利用諸如磷 (P)或砷(As)的N型雜質(zhì)摻雜的N型雜質(zhì)層形成。這是為了減小下部電極 23(即，PN二極管)與用作字線和位線中之一的有源區(qū)22之間的勢(shì)壘，從 而增加下部電極23與有源區(qū)22之間的電導(dǎo)率。在此，將在有源區(qū)22之外 的襯底21的其余區(qū)域稱(chēng)為器件隔離區(qū)域。
下部電極23具有PN二極管結(jié)構(gòu)，其包括布置在襯底21的有源區(qū)22 上的N型導(dǎo)電層23A與布置在N型導(dǎo)電層23A上的P型導(dǎo)電層23B的結(jié)。 N型導(dǎo)電層23A和P型導(dǎo)電層23B可為硅層，且該硅層可包括多晶硅(多 晶-Si)層和/或外M層。例如，N型導(dǎo)電層23A可為以N型雜質(zhì)摻雜的N 型珪層，P型導(dǎo)電層23B可為以P型雜質(zhì)摻雜的P型珪層。N型雜質(zhì)可 為磷(P)或砷(As)， P型雜質(zhì)可為硼(B)。
在一些實(shí)施方案中，以N型導(dǎo)電層23A的雜質(zhì)摻雜濃度低于P型導(dǎo)電 層23B的雜質(zhì)摻雜濃度的方式形成下部電極23。其原因在于，如果N型 導(dǎo)電層23A的雜質(zhì)摻雜濃度高于P型導(dǎo)電層23B的雜質(zhì)摻雜濃度，則N 型導(dǎo)電層23A與P型導(dǎo)電層23B之間的勢(shì)壘變低。如果N型導(dǎo)電層23A 與P型導(dǎo)電層23B之間的勢(shì)壘低，則PN二極管的閾值電壓變低，并由此 可在待用模式(stand-by mode)下通過(guò)字線(即，有源區(qū))的高電壓而將數(shù) 據(jù)寫(xiě)入不合需要的相變存儲(chǔ)單元中?？赏ㄟ^(guò)增加PN 二極管的閾值電壓來(lái) 避免或至少減少此問(wèn)題，通過(guò)以N型導(dǎo)電層23A的雜質(zhì)摻雜濃度低于P 型導(dǎo)電層23B的雜質(zhì)摻雜濃度的方式形成下部電極23來(lái)增加PN 二極管的 閾值電壓。
加熱層25和上部電極27可由金屬材料或金屬化合物材料形成。金屬 材料可為鈦(Ti)、鵠(W)、銅(Cu)或鋁(Al)。金屬化合物材料可為氮化鈦 (TiN)、氮化鴒(WN)、氮化鈦鋁(TiAlN)或鈥鵠(TiW)。
而且，可根據(jù)加熱層25的沉積厚度來(lái)控制相變材料層26與加熱層25 之間的接觸面積。因此，可根據(jù)加熱層25的沉積厚度來(lái)控制相變存儲(chǔ)器件 的操作電流。作為參考， 一種已知的方法通過(guò)經(jīng)由圖案化的蝕刻工藝來(lái)控 制塞型加熱層15的大小，從而使得難以減小相變材料層16與塞型加熱層 15之間的接觸面積。然而，根據(jù)第一實(shí)施方案可通過(guò)控制加熱層25的沉 積厚度(不通過(guò)經(jīng)由圖案化的蝕刻工藝，而是通過(guò)生長(zhǎng)/沉積工藝)來(lái)控制相變材料層26與加熱層25之間的接觸面積，從而使得可以較容易地控制相 變材料層26與加熱層25之間的接觸面積。
相變材料層26可由硫?qū)僭鼗衔镄纬?。用于相變材料?6的硫?qū)?元素化合物包括下列物質(zhì)中的至少一種鍺-銻-碲(Ge-Sb-Te)、砷-銻-碲 (As-Sb-Te)、鍶-銻-碲(Sn-Sb-Te)、鍶-銦-銻-碲(Sn-In-Sb-Te)、砷-鍺-銻-碲 (As-Ge-Sb-Te)、 5A族元素(包括鉭(Ta)、鈮(Nb)和釩(V))-銻-碲(5A族元素 -Sb-Te)、 6A族元素(包括鵠(W)、鉬(Mo)和鉻(Cr))-銻-碲(6A族元素-Sb-Te)、 5A族元素-銻-硒(5A族元素-Sb-Se)和6A族元素-銻-硒(6A族元素-Sb-Se)。 在一些實(shí)施方案中，相變材料層26由Ge-Sb-Te(GST)化合物形成。
第一絕緣層24和第二絕緣層28可由選自氧化物層、氮化物層、氧氮 化物層以及其堆疊結(jié)構(gòu)(疊層)中的至少一種形成。氧化物層可包括氧化 硅(SiOz)、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、原硅酸四乙酯 (TEOS)、未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)、旋涂玻璃(SOG)、高密度等離子體 (HDP)或旋涂介電質(zhì)(SOD)。氮化物層可包括氮化硅(Si3N4)。氧氮化物層可 包括氧氮化珪(SiON)。
在圖2B中具體說(shuō)明的結(jié)構(gòu)中，在根據(jù)第一實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件 中加熱層25形成為杯形，從而使得可減小相變材料層26與加熱層25之間 的接觸面積，接觸面積在具體所示的結(jié)構(gòu)中呈環(huán)形形狀。因此，可顯著減 小程序區(qū)域29的大小，從而使得可減少必須供應(yīng)至程序區(qū)域29的熱。應(yīng) 注意，不排除其它配置。例如，加熱層25與相變材料層26之間的接觸區(qū) 域未必為環(huán)形，或加熱層25未必為杯狀；相反，加熱層可為圓筒形或管狀。
而且，如下文中將描述，可通過(guò)控制加熱層25的沉積厚度來(lái)控制相變 材料層26與加熱層25之間的接觸面積。因此，即使未使用昂貴的精細(xì)圖 案化技術(shù)，也可減小加熱層25與相變材料層26之間的接觸面積，由此使 得可降^^目變存儲(chǔ)器件的制造成本。
圖3A至圖3C為說(shuō)明制造根據(jù)第一實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的方法的 示意圖。
參看圖3A，將雜質(zhì)離子注入至襯底21中以形成有源區(qū)22。雜質(zhì)可為 P型雜質(zhì)或N型雜質(zhì)。P型雜質(zhì)可為硼(B)， N型雜質(zhì)可為砷(As)或磷(P)。 在一些實(shí)施方案中，使用N型雜質(zhì)來(lái)實(shí)施離子注入工藝。這是為了減小有 源區(qū)22與待經(jīng)由后續(xù)工藝形成的下部電極23(即，PN 二極管)之間的勢(shì)壘， 從而增加有源區(qū)22與下部電極23之間的電導(dǎo)率。
10蝕刻襯底21的預(yù)定區(qū)域以形成用于器件隔離的溝槽(未圖示)，且用絕 緣層填充溝槽以形成器件隔離區(qū)域(未圖示)。溝槽可形成為線型或棒型， 但不排除其它配置。將襯底21的除器件隔離區(qū)域以外的其余區(qū)域限定為有
源區(qū)22，并且由于器件隔離區(qū)域的線型或棒型導(dǎo)致有源區(qū)22具有線型或 棒型。
在襯底21的有源區(qū)22上形成具有PN二極管結(jié)構(gòu)的下部電極23。具 有PN二極管結(jié)構(gòu)的下部電極23可由依次堆疊在襯底21的有源區(qū)22上的 N型導(dǎo)電層23A和P型導(dǎo)電層23B的堆疊結(jié)構(gòu)形成。在一些實(shí)施方案中， 以N型導(dǎo)電層23A的雜質(zhì)摻雜濃度低于P型導(dǎo)電層23B的雜質(zhì)摻雜濃度 的方式形成下部電極23。其原因在于，如果N型導(dǎo)電層23A的雜質(zhì)摻雜 濃度低于P型導(dǎo)電層23B的雜質(zhì)摻雜濃度，則N型導(dǎo)電層23A與P型導(dǎo) 電層23B之間的勢(shì)壘可增加，從而增加PN二極管的閾值電壓。作為參考， PN 二極管的高閾值電壓可防止PN 二極管的噪聲導(dǎo)致的故障。
N型導(dǎo)電層23A和及P型導(dǎo)電層23B可由硅層形成，該硅層可包括多 晶珪層或外^層。例如，N型導(dǎo)電層23A可由以N型雜質(zhì)摻雜的N型 硅層形成，P型導(dǎo)電層23B可由以P型雜質(zhì)摻雜的P型硅層形成。
例如，可通過(guò)在經(jīng)由化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝或物理氣相沉積(PVD) 工藝形成多晶硅層期間原位離子注入P型雜質(zhì)或通過(guò)在形成多晶^&之后 離子注入P型雜質(zhì)來(lái)形成P型硅層。而且，可通過(guò)在經(jīng)由外延生長(zhǎng)工藝形 成外延硅層期間原位離子注入P型雜質(zhì)或通過(guò)在形成外延珪層之后離子注 入P型雜質(zhì)來(lái)形成P型硅層。而且，可通過(guò)將P型雜質(zhì)反摻雜 (counter-doping)至N型珪層中來(lái)形成P型珪層。
在包括下部電極23的所得結(jié)構(gòu)上形成第一絕緣層24。第一絕緣層24 可由選自氧化物層、氮化物層、氧氮化物層及其堆疊結(jié)構(gòu)中的至少一種形 成。
在第 一絕緣層24上形成光刻膠圖案(未圖示)。使用光刻膠圖案作為蝕 刻阻擋，蝕刻第一絕緣層24以形成暴露P型導(dǎo)電層23B的頂部的開(kāi)口區(qū) 域30。
開(kāi)口區(qū)域30為其中將經(jīng)由后續(xù)工藝形成加熱層的區(qū)域。在已知的塞型 加熱層15的狀況下，開(kāi)口區(qū)域必須形成為具有小寬度以減小相變材料層 16與加熱層15之間的接觸面積。因此，已知方法必須通過(guò)昂貴的精細(xì)圖 案化技術(shù)(例如，使用ArF曝光源的光刻蝕刻工藝)來(lái)形成開(kāi)口區(qū)域，從而增加相變存儲(chǔ)器件的制造成本。然而，如下文中將描述，甚至無(wú)需將開(kāi)口
區(qū)域30形成為具有小寬度也可減小相變材料層26與加熱層25之間的接觸 面積。因此，可通過(guò)使用不昂貴的圖案化技術(shù)的蝕刻工藝來(lái)形成開(kāi)口區(qū)域 30，從而使得可降^^目變存儲(chǔ)器件的制造成本。
參看圖3B，(例如，通過(guò)沉積工藝)在包括開(kāi)口區(qū)域30的第一絕緣層 24上形成用于加熱層的導(dǎo)電層。用于加熱層的導(dǎo)電層可由金屬材料或金屬 化合物材料形成。金屬材料可為鈦(Ti)、鎢(W)、銅(Cu)或鋁(Al)。金屬化 合物材料可為氮化鈦(TiN)、氮化鎢(WN)、氮化鈦鋁(TiAlN)或鈥鴒(TiW)。 可根據(jù)用于加熱層的導(dǎo)電層的沉積厚度來(lái)控制待經(jīng)由后續(xù)工藝形成的加 熱層25與相變材料層26之間的接觸面積。
在用于加熱層的導(dǎo)電層的形成(例如，沉積)完成之后，形成第二絕緣 層28以填充開(kāi)口區(qū)域30中的剩余空間。第二絕緣層28可由選自氧化物層、 氮化物層、氧氮化物層及其堆疊結(jié)構(gòu)中的至少一種形成。
使第二絕緣層28和用于加熱層的導(dǎo)電層平坦化以暴露第一絕緣層24 的頂部，由此形成加熱層25。可使用化學(xué)M拋光(CMP)工藝或回蝕工藝 來(lái)實(shí)施平坦化過(guò)程。
參看圖3C，在第一絕緣層24和第二絕緣層28上形成相變材料層26 和上部電極27以覆蓋加熱層25。上部電極27可由與加熱層25相同的材 料形成。即，上部電極27可由金屬材料或金屬化合物材料形成。相變材料 層26可使用諸如鍺-銻-碲(Ge-Sb-Te， GST)化合物的硫?qū)僭鼗衔飦?lái)形 成。
雖然附圖中未示出，但在一些實(shí)施方案中，在第一絕緣層24上形成鈍 化層以覆蓋上部電極27，打開(kāi)鈍化層的預(yù)定區(qū)域以形成互連接觸孔和互 連，由此完成相變存儲(chǔ)器件的制造。
在以上描述中，在根據(jù)笫一實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件中加熱層25形成 為杯形，由此使得可能即使未使用昂貴的精細(xì)圖案化技術(shù)，也減小相變材 料層26與加熱層25之間的接觸面積。因此，可降4糾目變存儲(chǔ)器件的制造 成本。
在下文中，將給出根據(jù)第二實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件及其制造方法的 描述，與第一實(shí)施方案相比，第二實(shí)施方案可進(jìn)一步減小相變材料層與加 熱層之間的接觸面積。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，將省略第二實(shí)施方案與第一實(shí)施方案之間的共同特征的詳細(xì)描述，以下描述將集中在第一實(shí)施方案與第二實(shí)施 方案之間的差異上。
圖4A為根據(jù)第二實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的示意平面圖。圖4B為沿 著圖4A的線A-A'截取的相變存儲(chǔ)器件的橫截面圖。圖4C為沿著圖4A的 線B-B，截-取的相變存儲(chǔ)器件的橫截面圖。
參看圖4A至圖4C，才艮據(jù)第二實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件包括具有器 件隔離區(qū)域(未標(biāo)示)和有源區(qū)32的襯底31、覆蓋襯底31的第一絕緣層34、 布置在襯底31的有源區(qū)32上并在第一絕緣層34中且具有PN二極管結(jié)構(gòu) 的下部電極33、布置在第一絕緣層34中的下部電極33上的加熱層35、布 置為覆蓋加熱層35的一部分的相變材料層36以及布置在相變材料層36 上的上部電極37。加熱層35可形成為杯型35A或塞型35B。如果加熱層 35形成為杯型35A,則相變存儲(chǔ)器件可進(jìn)一步包括埋入加熱層35A中的第 二絕緣層38。附圖標(biāo)記39表示布置在相變材料層36中的程序區(qū)域。
在以上描述中，在根據(jù)第二實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件中，布置相變材 料層36以僅接觸加熱層35的暴露的頂部的一部分，由此使得可進(jìn)一步減 小加熱層35與相變材料層36之間的接觸面積，如下面將參考圖5A至圖 5C所描述。
圖5A至圖5C為展示已知相變存儲(chǔ)器件(參見(jiàn)圖5A)的相變材料層與加 熱層之間的接觸面積、根據(jù)第一實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件(參見(jiàn)圖5B)的相 變材料層與加熱層之間的接觸面積以及根據(jù)第二實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器 件(參見(jiàn)圖5C)的相變材料層與加熱層之間的接觸面積間的比較的示意平 面圖。
參看圖5A至圖5C，可見(jiàn)，根據(jù)第一實(shí)施方案的相變材料層26與杯 型加熱層25之間的接觸面積A2小于相變材料層16與已知的塞型加熱層 15之間的接觸面積Al (A1>A2)。
還可看出，根據(jù)第二實(shí)施方案的相變材料層36與塞型加熱層35B之 間的接觸面積A3小于相變材料層16與已知的塞型加熱層15之間的接觸 面積A1(A1〉A(chǔ)3)。還可以看出，根據(jù)第二實(shí)施方案的相變材料層36與杯 型加熱層35A之間的接觸面積A4顯著小于相變材料層16與已知的塞型加 熱層15之間的接觸面積Al (A1>A4)。
也可看出，根據(jù)第二實(shí)施方案的相變材料層36與杯型加熱層35A之
13間的接觸面積A4小于才艮據(jù)第一實(shí)施方案的相變材料層26與杯型加熱層25 之間的接觸面積A2 (A2>A4)。
在以上描述中，在根據(jù)第二實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件中，相變材料層 36布置為^蓋加熱層35的暴露的頂部的一部分而非全部，由此使得與 第一實(shí)施方案相比可進(jìn)一步減小加熱層35與相變材料層36之間的接觸面 積。因此，可進(jìn)一步減小相變存儲(chǔ)器件的操作電流。
可以容易地由已參考圖3A至圖3C描述的制造:根據(jù)第一實(shí)施方案的相 變存儲(chǔ)器件的方法導(dǎo)出制造根據(jù)第二實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的方法，因 此，為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，將省略后一方法的詳細(xì)描述。
在下文中，將給出根據(jù)第三實(shí)施方案和笫四實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件 及其制造方法的描述，所述實(shí)施方案可減小加熱層與相變材料層之間的接 觸面積，由此使得可提供高集成度的相變存儲(chǔ)器件，同時(shí)減小器件的IMt 電流。為此目的，根據(jù)第三實(shí)施方案和第四實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件以兩 個(gè)相變存儲(chǔ)單元共用一個(gè)下部電極的方式來(lái)配置。下部電極包括PN 二極 管，且每一相變存儲(chǔ)單元包括加熱層、相變材料層和上部電極。為便利起 見(jiàn)，將省略第三/第四實(shí)施方案與第一/第二實(shí)施方案之間的共同特征的詳 細(xì)描述，以下描述將集中在實(shí)施方案之間的差異上。
圖6A為根據(jù)笫三實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的示意平面圖。圖6B為沿 著圖6A的線X-X'截取的相變存儲(chǔ)器件的橫截面圖。
參看圖6A及圖6B,根據(jù)笫三實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件包括具有器 件隔離區(qū)域(未標(biāo)示)和有源區(qū)42的襯底41、覆蓋襯底41的第一絕緣層44、 布置在有源區(qū)42上且具有共用區(qū)域和兩個(gè)隔離區(qū)域的下部電極43以及各 自布置在下部電極43的隔離區(qū)域之一上的兩個(gè)相變存儲(chǔ)單元53。每一個(gè) 相變存儲(chǔ)單元53包括:布置在下部電極43的相應(yīng)隔離區(qū)域上的加熱層45、 布置為覆蓋加熱層45的相變材料層46以及布置在相變材料層46上的上部 電極47。相變存儲(chǔ)器件還可包括埋入在下部電極43的隔離區(qū)域與加熱層 45之間的第二絕緣層48。附圖標(biāo)記49表示布置在相變材料層46中的程序 區(qū)域。
下部電極43中的共用區(qū)域由N型導(dǎo)電層43A形成，下部電極43中的 隔離區(qū)域由N型導(dǎo)電層43A與P型導(dǎo)電區(qū)域43B的結(jié)所形成。即，下部 電極43包括多個(gè)(至少兩個(gè))PN 二極管，PN 二極管中的每一個(gè)具有在相應(yīng) 隔離區(qū)域中的N型導(dǎo)電層43A與P型導(dǎo)電層43B的結(jié)，且多個(gè)(至少兩個(gè))相變存儲(chǔ)單元53共用N型導(dǎo)電層43A。 P型導(dǎo)電層43B與相應(yīng)相變存儲(chǔ) 單元53電連接。
加熱層45可具有塞形或杯形。然而，不排除其它配置.
在以上描述中，在根據(jù)第三實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件中，兩個(gè)相變存 儲(chǔ)單元53共用一個(gè)下部電極43，從而使得可顯著增加相變存儲(chǔ)器件的集 成比率。即，與第一實(shí)施方案和第二實(shí)施方案相比，第三實(shí)施方案可4吏相 變存儲(chǔ)器件的集成比率增加至兩倍或兩倍以上。
而且，第三實(shí)施方案可增加相變存儲(chǔ)器件的集成比率，還可減小相變 材料層46與加熱層45之間的接觸面積，由此使得可減小相變存儲(chǔ)器件的 所需操作電流，如將參考圖7A至圖7H在制造根據(jù)第三實(shí)施方案的相變存 儲(chǔ)器件的方法的以下描述中所論述。
圖7A至圖7H為說(shuō)明制造根據(jù)第三實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的方法的 示意圖。圖7A、圖7C、圖7E及圖7G為示意平面圖，圖7B、圖7D、圖 7F和圖7H分別為沿著平面圖的線X-X'截取的橫截面圖。
參看圖7A和圖7B，將雜質(zhì)離子注入至襯底41中以形成有源區(qū)42。 雜質(zhì)可為P型雜質(zhì)或N型雜質(zhì)。P型雜質(zhì)可為硼(B), N型雜質(zhì)可為砷(As) 或磷(P)。在一些實(shí)施方案中，使用N型雜質(zhì)來(lái)實(shí)施離子注入工藝。這是為 了減小有源區(qū)42與待經(jīng)由后續(xù)工藝形成的下部電極43之間的勢(shì)壘，從而 增加有源區(qū)42與下部電極43之間的電導(dǎo)率。
蝕刻襯底41的預(yù)定區(qū)域以形成用于器件隔離的溝槽(未圖示)，且用絕 緣層填充溝槽以形成器件隔離區(qū)域(未圖示)。溝槽可形成為線型或棒型， 但不排除其它配置。將在襯底41的除器件隔離區(qū)域之外的其余區(qū)域限定為 有源區(qū)42，由于器件隔離區(qū)域的線型或棒型導(dǎo)致有源區(qū)42具有線型或棒 型。
在有源區(qū)42上形成具有PN二極管結(jié)構(gòu)的下部電極43。 PN二極管結(jié) 構(gòu)可由依次堆疊在襯底41的有源區(qū)42上的N型導(dǎo)電層43A和P型導(dǎo)電 層43B的堆疊結(jié)構(gòu)所形成。在一些實(shí)施方案中，以N型導(dǎo)電層43A的雜 質(zhì)摻雜濃度低于P型導(dǎo)電層43B的雜質(zhì)摻雜濃度的方式形成下部電極43。 其原因在于，如果N型導(dǎo)電層43A的雜質(zhì)摻雜濃度低于P型導(dǎo)電層43B 的雜質(zhì)摻雜濃度，則PN二極管的閣值電壓可增加。作為參考，PN二極管 的高閾值電壓可防止PN二極管的噪聲導(dǎo)致的故障。N型導(dǎo)電層43A和P型導(dǎo)電層43B可由珪層形成，該珪層可包括多晶 珪層或外延珪層。例如，N型導(dǎo)電層43A可由以N型雜質(zhì)摻雜的N型硅 層形成，P型導(dǎo)電層43B可由以P型雜質(zhì)摻雜的P型硅層形成。
例如，可通過(guò)在經(jīng)由化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝或物理氣相沉積(PVD) 工藝形成多晶硅層期間原位離子注入P型雜質(zhì)或通過(guò)在形成多晶硅層之后 離子注入P型雜質(zhì)來(lái)形成P型硅層。而且，可通過(guò)在經(jīng)由外延生長(zhǎng)工藝形 成外延硅層期間原位離子注入P型雜質(zhì)或通過(guò)在形成外^層之后離子注 入P型雜質(zhì)來(lái)形成P型硅層。另外，可通過(guò)將P型雜質(zhì)反摻雜至N型硅 層中來(lái)形成P型硅層。
在包括下部電極43的所得結(jié)構(gòu)上形成第一絕緣層44。第一絕緣層44 可由選自氧化物層、氮化物層、氧氮化物層及其堆疊結(jié)構(gòu)中的至少一種形 成。
在笫一絕緣層44上形成光刻膠圖案(未圖示).通過(guò)使用光刻膠圖案作 為蝕刻阻擋或屏蔽，蝕刻第一絕緣層44以形成暴露P型導(dǎo)電層43B的頂 部的開(kāi)口區(qū)域50。
開(kāi)口區(qū)域50為其中將經(jīng)由后續(xù)工藝形成加熱層的區(qū)域。在已知的塞型 加熱層的情況下，開(kāi)口區(qū)域必須形成為具有小寬度以減小相變材料層16 與加熱層15之間的接觸面積.因此，已知的方法通過(guò)昂貴的精細(xì)圖案化技 術(shù)(例如，使用ArF啄光源的光刻蝕刻工藝)來(lái)形成開(kāi)口區(qū)域，從而增加相 變存儲(chǔ)器件的制造成本。然而，由于加熱層45可形成為圓筒形狀(如下面 本文中將描述)和/或可通過(guò)用于隔離下部電極43的后續(xù)工藝來(lái)減小加熱層 45的尺寸，因此甚至無(wú)需將開(kāi)口區(qū)域50形成為具有小寬度，第三實(shí)施方 案也可減小相變材料層46與加熱層45之間的接觸面積。因此，可通過(guò)使 用不昂貴的圖案化技術(shù)的蝕刻工藝來(lái)形成開(kāi)口區(qū)域50,由此使得可降《M目 變存儲(chǔ)器件的制造成本。
參看圖7C和圖7D ，在包括開(kāi)口區(qū)域50的第 一絕緣層44上形成用于 加熱層的導(dǎo)電層51。用于加熱層的導(dǎo)電層51可由金屬材料或金屬化合物 材料形成。金屬材料可為鈦(Ti)、鎢(W)、銅(Cu)或鋁(Al)。金屬化合物材 料可為氮化鈦(TiN)、氮化鎢(WN)、氮化鈦鋁(TiAlN)或鈥鵠(TiW)?？筛?據(jù)加熱層的導(dǎo)電層51的沉積厚度來(lái)控制待經(jīng)由后續(xù)工藝形成的加熱層與 相變材料層之間的接觸面積。
實(shí)施無(wú)掩模(逸霞式)蝕刻工藝(例如，回蝕工藝)以使得用于加熱層的導(dǎo)電層51^f5l保持在開(kāi)口區(qū)域50的側(cè)壁上。即，用于加熱層的剩余導(dǎo)電 層51具有圓筒形狀?；蛘?，可稍后在形成隔離區(qū)域的過(guò)程期間移除用于加 熱層的導(dǎo)電層51的不需要部分，如下文中所論述。
參看圖7E和圖7F，在形成用于加熱層的導(dǎo)電層51之后，在第一絕緣 層44上形成線型光刻膠圖案52以暴露開(kāi)口區(qū)域50中的空間的一些或全 部。在一些實(shí)施方案中，光刻膠圖案52可垂直于線型有源區(qū)42來(lái)形成. 保持在開(kāi)口區(qū)域50側(cè)壁上的導(dǎo)電層51的一部分也通過(guò)光刻膠圖案52而暴 露。
通過(guò)使用光刻膠圖案52作為蝕刻阻擋或掩模，蝕刻暴露的下部電極 43的P型導(dǎo)電層43B以及用于加熱層的暴露的導(dǎo)電層51，以形成加熱層 45并且還在下部電極43中形成共用區(qū)域和隔離區(qū)域?？蓪?shí)施過(guò)蝕刻工藝 以蝕刻N(yùn)型導(dǎo)電層43A的一部分，以完全隔離下部電極43的兩個(gè)隔離區(qū) 域中的P型導(dǎo)電層43B。
經(jīng)由以上蝕刻工藝形成包括共用區(qū)域以及兩個(gè)隔離區(qū)域的下部電極 43。共用區(qū)域由在作為蝕刻工藝的結(jié)果而獲得的擴(kuò)展開(kāi)口區(qū)域50A底部的 N型導(dǎo)電層43A形成，如圖7F中所示。兩個(gè)隔離區(qū)域由P型導(dǎo)電層43B 的隔離部分以及下層N型導(dǎo)電層43A形成。即，通過(guò)以上蝕刻工藝，可形 成下部電極43，以使得其包括具有N型導(dǎo)電層43A和P型導(dǎo)電層43B的 結(jié)的PN二極管對(duì)，且PN二極管的N型導(dǎo)電層43A彼此連接。
而且，加熱層45可通過(guò)以上蝕刻工藝而具有塞狀。
可^^用干蝕刻工藝或濕蝕刻工藝來(lái)實(shí)施用于形成加熱層45和具有共 用區(qū)域以及隔離區(qū)域的下部電極43的蝕刻工藝。干蝕刻工藝可^:用氯氣 (Ch)與氬氣(Ar)的混合物的等離子體來(lái)實(shí)施，濕蝕刻工藝可使用硫酸 (HzS04)與過(guò)氧化氫(11202)的混合物的溶液或氫氧化銨(NH40H)與過(guò)氧化 氳(11202)的混合物的溶液來(lái)實(shí)施。
本文中，將通過(guò)以上蝕刻工藝而暴露共用區(qū)域中的N型導(dǎo)電層43A頂 部的開(kāi)口區(qū)域50稱(chēng)為擴(kuò)展開(kāi)口區(qū)域50A。
參看圖7G及圖7H，移除光刻膠圖案52?？赏ㄟ^(guò)剝離(stripping)工 藝來(lái)移除光刻膠圖案52.
形成第二絕緣層48以填充擴(kuò)展開(kāi)口區(qū)域50A中的空間。第二絕緣層 48可由選自氧化物層、氮化物層、氧氮化物層及其堆疊結(jié)構(gòu)中的至少一種形成。
平坦化第二絕緣層48以暴露加熱層45和第一絕緣層44的頂部。可使 用化學(xué);tO^拋光(CMP)工藝或回蝕工藝來(lái)實(shí)施平坦化過(guò)程。
在笫一絕緣層44和第二絕緣層48上形成相變材料層46和上部電極 47以覆蓋加熱層45。上部電極47可由與加熱層45相同的材料形成。即， 上部電極47可由金屬材料或金屬化合物材料形成.相變材料層46可使用 諸如鍺-銻-碲(Ge-Sb-Te， GST)化合物的硫?qū)僭鼗衔飦?lái)形成。
通過(guò)以上工藝，可形成相變存儲(chǔ)器件，以使得兩個(gè)相變存儲(chǔ)單元53 共用一個(gè)下部電極43。
雖然圖中未示出，但在一些實(shí)施方案中，在第一絕緣層44和第二絕 緣層48上形成鈍化層以覆蓋上部電極47,打開(kāi)鈍化層的預(yù)定區(qū)域以形成 互連接觸孔以及互連，由此完成相變存儲(chǔ)器件的制造。
在以上描述中，形成根據(jù)第三實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件，以使得多 個(gè)(至少兩個(gè))相變存儲(chǔ)單元53共用一個(gè)下部電極43，由此4吏得可顯著增加 相變存儲(chǔ)器件的集成比率.
圖8A為根據(jù)第四實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的示意平面圖。圖8B為 沿著圖8A的線A-A，截取的相變存儲(chǔ)器件的橫截面圖。圖8C為沿著圖8A 的線B-B喊取的相變存儲(chǔ)器件的橫截面圖。
參看圖8A至圖8C，根據(jù)第四實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件包括具有 器件隔離區(qū)域和有源區(qū)62的襯底61、覆蓋襯底61的第一絕緣層64、布置 在有源區(qū)62上且具有共用區(qū)域和多個(gè)隔離區(qū)域的下部電極63以及各自布 置在隔離區(qū)域之一上的多個(gè)相變存儲(chǔ)單元71。每一個(gè)相變存儲(chǔ)單元71包 括布置在相應(yīng)隔離區(qū)域上的加熱層65、布置在加熱層65上的相變材料 層66以及布置在相變材料層66上的上部電極67。相變存儲(chǔ)器件還可包括 埋入在下部電極63的隔離區(qū)域與加熱層65之間的笫二絕緣層68。附圖標(biāo) 記69表示布置在相變材料層66中的程序區(qū)域。
下部電極63中的共用區(qū)域由N型導(dǎo)電層63A形成，下部電極63中 的每一個(gè)隔離區(qū)域由P型導(dǎo)電區(qū)域63B與N型導(dǎo)電層63A的結(jié)所形成。 即，下部電極63包括多個(gè)PN 二極管，PN 二極管中的每一個(gè)具有N型導(dǎo) 電層63A與P型導(dǎo)電層63B的結(jié)，多個(gè)相變存儲(chǔ)單元71共用N型導(dǎo)電層 63A. P型導(dǎo)電層63B與相應(yīng)相變存儲(chǔ)單元71電連接。
18如關(guān)于圖6A及圖6B所論述，加熱層65可由杯狀加熱層65A或塞 型加熱層65B或圓筒形加熱層(未圖示)形成。如果加熱層65由杯狀或圓筒 形加熱層65A形成，則相變存儲(chǔ)器件可進(jìn)一步包括填充加熱層65A中的空 間的第三絕緣層70。第三絕緣層70可由與第一絕緣層64和第二絕緣層68 相同的材料形成。即，第三絕緣層70可由選自氧化物層、氮化物層、氧氮 化物層及其堆疊結(jié)構(gòu)中的至少一種形成。
可形成相變材料層66以覆蓋整個(gè)加熱層65，或可形成相變材料層 66以^f L^蓋加熱層65的一部分，從而進(jìn)一步減小相變材料層66與加熱層 65之間的接觸面積。
在以上描述中，在根據(jù)笫四實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件中，多個(gè)(至少 兩個(gè))相變存儲(chǔ)單元71共用一個(gè)下部電極63，從而使得可顯著增加相變存 儲(chǔ)器件的集成比率。即，與第一實(shí)施方案和第二實(shí)施方案相比，第四實(shí)施 方案可使相變存儲(chǔ)器件的集成比率增加至兩倍或兩倍以上。
而且，第四實(shí)施方案可增加相變存儲(chǔ)器件的集成比率并且還可減小 相變材料層66與加熱層65之間的接觸面積，由此使得可減小相變存儲(chǔ)器 件的所需IMt電流。
可以容易地由制造才艮據(jù)第一實(shí)施方案和/或笫二實(shí)施方案和/或第三 實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的方法導(dǎo)出制造根據(jù)第四實(shí)施方案的相變存儲(chǔ) 器件的方法，因此為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，將省略后一方法的詳細(xì)描述。
在根據(jù)第三實(shí)施方案和第四實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件中，雖然兩個(gè) 或兩個(gè)以上相鄰相變存儲(chǔ)單元(即，包括加熱層、相變材料層和上部電極的 結(jié)構(gòu))共用一個(gè)下部電極，^目變存儲(chǔ)單元彼此不干擾。將參考圖9對(duì)此進(jìn) 行描述。
圖9為用于描述根據(jù)第三實(shí)施方案和第四實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件 的操作原理的透視圖。圖9說(shuō)明根據(jù)第三實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件，且假 設(shè)有源區(qū)42用作字線和上部電極47用作位線，但有源區(qū)42與上部電極 47的角色可顛倒。
參看圖9，將字線信號(hào)(例如，第一電壓)施加至有源區(qū)42且同時(shí)將 位線信號(hào)(例如，第二電壓)施加至第一上部電極47A，以將數(shù)據(jù)寫(xiě)入第一 單位單元的相變材料層46A中。如果第二電壓高于第一電壓，則第一單位 單元的下部電極43(即，第一 PN 二極管)具有正向狀態(tài)，因此，操作電流自第一上部電極47A流至有源區(qū)42。就此而言，由4iNt電流在加熱層45 處產(chǎn)生熱，且第一單位單元的相變材料層46A根據(jù)所產(chǎn)生的熱的強(qiáng)度和持 續(xù)時(shí)間而變?yōu)榉蔷嗷蚓嘀械囊环N。
因?yàn)榈谝粏挝粏卧c第二單位單元共用下部電極43的N型導(dǎo)電層 43A(即，因?yàn)榈谝粏挝粏卧c第二單位單元彼此電連接)，所以施加至第一 單位單元的操作電流可通過(guò)N型導(dǎo)電層43A流至第二單位單元。然而，操 作電流不能流至第二上部電極47B以改變第二單位單元的相變材料層 46B。其原因在于，施加至第一單位單元的操作電流在第二單位單元的下 部電極43中為反向狀態(tài)。即，因?yàn)榉聪蚱珘罕皇┘又恋诙N二極管，所 以操作電流不能在第二單位單元中流動(dòng)。
總之，盡管在根據(jù)第三和第四實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件中兩個(gè)或兩 個(gè)以上相鄰相變存儲(chǔ)單元共用一個(gè)下部電極，M儲(chǔ)單元彼此不干擾。
如上所述，在相變存儲(chǔ)器件中形成加熱層，使得可有效地減小相變 材料層與加熱層之間的接觸面積.
而且，在一些實(shí)施方案中，形成相變材料層以M蓋加熱層的一部 分，由此使得可進(jìn)一步減小相變材料層與加熱層之間的接觸面積。
因此，可無(wú)需使用昂貴的精細(xì)圖案化技術(shù)而減小相變材料層與加熱 層之間的接觸面積(雖然在需要時(shí)在一些實(shí)施方案中仍可使用此技術(shù))，由 此使得可降^^目變存儲(chǔ)器件的制造成本。
而且，兩個(gè)或兩個(gè)以上相變存儲(chǔ)單元可共用一個(gè)下部電極，由此4吏 得可顯著增加相變存儲(chǔ)器件的集成比率。
因此，可減小相變存儲(chǔ)器件的所需操作電流而同時(shí)增加相變存儲(chǔ)器 件的集成比率。
盡管已描述了特定實(shí)施方案，M本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的 是，可做出各種改變和l務(wù)改。
權(quán)利要求
1.一種相變存儲(chǔ)器件，包括下部電極；和共用所述下部電極的至少兩個(gè)相變存儲(chǔ)單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的相變存儲(chǔ)器件，其中所述下部電極包括共用 區(qū)域以及各自連接至所述至少兩個(gè)相變存儲(chǔ)單元中之一的至少兩個(gè)隔 離區(qū)域。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的相變存儲(chǔ)器件，其中所述隔離區(qū)域中的每一個(gè)均包含PN二極管結(jié)構(gòu)，所述PN二極管 結(jié)構(gòu)包括P型導(dǎo)電層和N型導(dǎo)電層；和所述共用區(qū)域僅包括所述P型導(dǎo)電層和所述N型導(dǎo)電層中之一。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的相變存儲(chǔ)器件，其中 所述共用區(qū)域僅包括所述N型導(dǎo)電層，和每一個(gè)所述至少兩個(gè)相變存儲(chǔ)單元中的所述P型導(dǎo)電層與其它相 變存儲(chǔ)單元中的所述P型導(dǎo)電層隔離。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3的相變存儲(chǔ)器件，其中每一個(gè)所述相變存儲(chǔ)單 元包括加熱層，其布置在所述相應(yīng)隔離區(qū)域上； 相變材料層，其布置在所述加熱層上；和 上部電極，其布置在所述相變材料層上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的相變存儲(chǔ)器件，其中所述加熱層形成為塞型、 杯型和圓筒型中的一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的相變存儲(chǔ)器件，其中所述相變材料層僅覆蓋 所述加熱層的一部分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3的相變存儲(chǔ)器件，其中所述N型導(dǎo)電層和所述 P型導(dǎo)電層中的每一個(gè)均包括硅層。
9. 一種制造相變存儲(chǔ)器件的方法，所述方法包括 形成包括PN二極管結(jié)構(gòu)的下部電極，所述PN二極管結(jié)構(gòu)包括N型導(dǎo)電層與P型導(dǎo)電層的結(jié)；在所述P型導(dǎo)電層和所述N型導(dǎo)電層中的位于上部的一個(gè)上形成 多個(gè)加熱元件；選擇性地蝕刻在所述加熱元件之間的所述P型導(dǎo)電層和所述N型 導(dǎo)電層中的所述位于上部的一個(gè)；在所述加熱元件中的每一個(gè)上形成分離的相變材料層；和 在每一個(gè)相變材料層上形成分離的上部電極。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中將每一個(gè)加熱元件形成為塞型、 杯型或圓筒型。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中通過(guò)以下步驟將所述加熱元件 形成為所述塞型形成具有開(kāi)口區(qū)域的絕緣層，所述開(kāi)口區(qū)域暴露所述P型導(dǎo)電層和 所述N型導(dǎo)電層中的所述位于上部的一個(gè)的頂部；和 用導(dǎo)電材料填充所述開(kāi)口區(qū)域以獲得所述加熱元件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中通過(guò)以下步驟將所述加熱元件 形成為所述杯型形成具有開(kāi)口區(qū)域的絕緣層，所述開(kāi)口區(qū)域暴露所述P型導(dǎo)電層和 所述N型導(dǎo)電層中的所述位于上部的一個(gè)的頂部；在包括所述開(kāi)口區(qū)域的所述絕緣層上形成導(dǎo)電層；和 移除在所述開(kāi)口區(qū)域外的所述導(dǎo)電層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中形成所述相變材料層以僅僅覆 蓋所述相應(yīng)加熱元件的一部分。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述N型導(dǎo)電層和所述P型導(dǎo) 電層中的每一個(gè)均由硅層形成。
15. —種制造相變存儲(chǔ)器件的方法，所述方法包括 在襯底的有源區(qū)上形成包括PN 二極管結(jié)構(gòu)的下部電極； 在所述PN 二極管結(jié)構(gòu)上形成加熱層； 在所述加熱層上形成相變材料層；和 在所述相變材料層上形成上部電極；其中所述相變材料層與所述加熱層之間的接觸面積形成為小于所 述加熱層與所述PN 二極管結(jié)構(gòu)之間的接觸面積。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中通過(guò)以下步驟將所述加熱層形 成為具有杯形形成具有開(kāi)口區(qū)域的絕緣層，所述開(kāi)口區(qū)域暴露所述PN二極管結(jié) 構(gòu)的頂部；在包括所述開(kāi)口區(qū)域的所述絕緣層上沉積預(yù)定厚度的導(dǎo)電層；和 移除在所述開(kāi)口區(qū)域外的所述導(dǎo)電層，同時(shí)在所述開(kāi)口區(qū)域中保留 具有所述預(yù)定厚度的所述導(dǎo)電層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述加熱層在所述PN 二極管 結(jié)構(gòu)上形成以具有暴露的頂表面，所述相變材料層形成為僅僅與所述加 熱層的所述暴露的頂表面的一部分電接觸。
18. —種相變存儲(chǔ)器件，包括 襯底，其上具有有源區(qū)；在所述襯底的所述有源區(qū)上的包含PN 二極管結(jié)構(gòu)的下部電極； 所述PN 二極管結(jié)構(gòu)上的加熱層； 在所述加熱層上的相變材料層；和 在所述相變材料層上的上部電極；其中所述相變材料層與所述加熱層之間的接觸面積小于所述加熱 層與所述PN 二極管結(jié)構(gòu)之間的接觸面積。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的器件，其中所述加熱層具有杯形。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18的器件，其中所述相變材料層僅與所述加熱 層的頂表面的一部分電接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及相變存儲(chǔ)器及其制造方法。一種相變存儲(chǔ)器件包括下部電極以及共用所述下部電極的至少兩個(gè)相變存儲(chǔ)單元。另一種相變存儲(chǔ)器件包括加熱層，所述加熱層具有較小的與相變材料層的接觸面積以及較大的與PN二極管結(jié)構(gòu)的接觸面積。
文檔編號(hào)H01L45/00GK101552282SQ20091013260
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月4日
發(fā)明者鄭鎮(zhèn)基 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司