[发明专利]具有宽广相变化元素与小面积电极接点的存储器装置

说明书

技术领域

本发明涉及高密度存储器装置，该装置采用相变化材料，包含硫属化物(chalcogenide)材料与其他材料，同时包括制造上述装置的方法。

背景技术

相变化存储器材料，已广泛运用于可读写光盘之中。这种材料至少具有两种固态相，例如，包含通常的非晶(generally amorphous)固态相与通常的结晶(crystalline)固态相。可读写光盘利用激光脉冲(laser-pulse)以改变相态，同时由此读取相变化后的材料光学性质。

采用硫属化物或其他相似材料的相变化存储器材料，也可通过集成电路施以适当强度的电流，来改变相位。通常的非晶态的电阻率高于通常的结晶态；这种电阻差异易于检测，即可代表不同数据内容。这种物质特性引发研究动机，希望利用可控制的电阻材料，制作非易失、并且可随机读写的存储器电路。

非晶态转换至结晶态的过程，通常采用较低的操作电压。由结晶态转换为非晶态的过程，则通常需要较高的操作电压；因为这一过程需要短时间且高密度的电流脉冲，以熔化或破坏结晶结构，随后快速冷却相变化材料，经淬火处理，将至少一部分的相变化结构稳定为非晶态。此后称此过程为“重置”(reset)。这一过程，通过重置电流将相变化材料由结晶态转变为非晶态，而人们希望尽量降低重置电流的强度。重置电流的强度可以通过降低存储器单元中的相变化材料元件尺寸，或者降低电极与相变化材料的接触区域大小来减少，因此较高的电流密度可以在较小的绝对电流值穿过相变化材料元件的情况下实现。

在集成电路结构中制作小孔洞(pores)，为此项技术发展方向之一；同时，还采用少量的程序可控电阻材料填充该小孔洞。公开该小孔洞发展的专利包括：Ovshinsky，“Multibit Single Cell MemoryElement Having Tapered Contact”，U.S.Pat，No.5,687,112，专利发证日期1997年11月11日；Zahorik et al.，“Method of MakingChalogenide[sic]Memory Device”，U.S.Pat.No.5,789,277，专利发证日期1998年8月4日；Doan et al.，“ControllableOvonic Phase-Change Semiconductor Memory Device and Methods ofGabracting the Same，”U.S，Pat.No.6，150，253，专利发证日期2000年11月21日。

然而，为制造极小尺寸的上述装置，并促使工艺参数的变化能符合大型存储器装置所需的严谨规格，衍生出许多问题。因此必须发展具有小尺寸、与低重置电流的存储器结构，同时发展此种存储器结构的制作方法。

发明内容

一般而言，本发明的特征，包括一种可利用能量，促使可变存储器材料改变电的存储器单元装置，该材料位于第一与第二(“底部”与“顶部”)电极之间。本发明就存储器单元装置的实施例中，顶部电极包括较大的主体部分与一个作用部。存储器材料层沉积于底部电极层之上，同时顶部电极的一个作用部基底，与存储器材料表面的小区域产生电接触。电接触区域由靠近基底的电极作用大小所决定，而并非由尺寸显然较大的存储器材料大小所决定。电极顶部的作用部大小，以及作用底部与存储器材料接触区域的大小，得依据本发明变得非常小，且不需依赖掩模技术。

本发明的一个目的为提供一种存储器单元装置，包含底部电极、底部电极之上的存储器材料元件、以及顶部电极，其中包括主体部分与作用部；如此，顶部电极的作用部基底与存储器材料的表面的小区域产生电接触。

本发明的另一目的为提供一种制造存储器单元装置的方法，利用：在衬底表面上形成一层底部电极层；在底部电极层上形成存储器材料层；在存储器材料层上形成一覆盖层；将底部电极层、存储器材料层、与覆盖层图案化，以界定存储器元件下方的底部电极；在存储器材料上形成金属间电介质填充层；电介质填充层上形成蚀刻终止层；在蚀刻终止层与电介质填充层之间形成通孔，以令覆盖层表面裸露，而该通孔穿越蚀刻终止层；由通孔内壁去除相当数量的电介质填充材料，造成空洞，同时在蚀刻终止层的开口边缘处，形成下方侧削区；在存储器材料表面的空洞，沉积一层绝热材料，由此即可在绝热材料之中造成空隙；各向异性蚀刻该绝热材料与覆盖层，使一小部分的存储器材料表面裸露，以形成孔隙在绝热材料与邻近存储元素的覆盖层中，以及绝热材料中更大的空洞；以及在孔隙中沉积电极材料，同时扩展空洞以形成顶部电极。