[发明专利]具有加热器的相变化储存单元及其制造方法

说明书

技术领域

本发明关于以相变化储存材料为基础的高密度储 存装置，包含以硫属化物为基础的材料及其它材料， 和制造此等装置的方法，以及更特别地在具有一加热 器的相变化存储元件。

背景技术

以相变化为基础的储存材料是被广泛地运用于非 挥发随机存取储存单元中。如硫属化物及类似材料的 此等相转换储存材料，可由施加其强度适用于集成电 路中的电流，而致使在非晶态和结晶态之间的晶相转 换。一般而言非晶态的特征是其电阻高于结晶态，此 电阻值可轻易测量得到而用以作为指示。

从非晶态转变至结晶态一般是为一低电流操作。 从结晶态转变至非晶态(以下指称为重置(reset)) 一般是为一高电流操作，其包括一短暂的高电流密度 脉冲以熔化或破坏结晶结构，其后此相变化材料会快 速冷却，抑制相变化的过程，使得至少部份相变化结 构得以维持在非晶态。在理想状态下，致使相变化材 料从结晶态转变至非晶态的重置电流强度应越低越 好。欲降低重置所需的重置电流强度，可由减低在内 存中的相变化材料组件的尺寸、以及减少电极与此相 变化材料的接触面积，从而对此相变化材料组件施加 较小的绝对电流值，便可达成较高的电流密度。

此领域发展的一种方法是致力于在一集成电路结 构上形成微小孔洞，并使用微量可程序化的电阻材料 填充这些微小孔洞。致力于此等微小孔洞的专利包括： 于1997年11月11日公告的美国专利第5,6 87,112号“Multibit Single Cell Memory Element Having Tapered Contact”、发明人为 Ovshinky；于1998年8月4日公告的美国专利第 5,789,277号“Methodof Making Chalogenide [sic]Memory Device”、发明人为Zahorik等；于2 000年11月21日公告的美国专利第6,150, 253号“Controllable Ovonic Phase Change Semiconductor Memory Device and Methods of Fabricating the Same”、发明人为Doan等。

在先前技术中所遇到的一个特定问题为操作电流 的控制以及该电流所产生的热。由相变化材料的焦耳 加热让相变化程序进行，也因而衍生出两个问题。首 先是一个记忆单位可能有十亿个储存单元(例如：一 个记忆单位提供记忆容量在千兆位组的范围)，如何产 生足以程序化或擦除一个记忆单位的电流是一个问 题。第二个问题是加热该相变化材料会产生极高的热 量，即使没有将整个相变化材料烧毁，至少会大幅降 低其功效。相似地，加热该相变化材料可能会导致相 变化的区域大于要产生逻辑状态变化所需的区域，而 这样的状况也会使用额外的电流并因而产生额外的热 量。

因此，提供一种具有较低重置电流及较低相变化 量的内存细胞结构，便成为一个重要的课题。此外， 提供一种可以与同一集成电路中的周边电路的工艺兼 容的制造方法及结构，亦是半导体业界十分重要的课 题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有加热器的相变 化储存单元及其制造方法，其具有较低重置电流及较 低相变化量的内存细胞结构，且可以与同一集成电路 中的周边电路的工艺兼容。

本发明一储存装置具有顶电极和底电极、一位于 该顶电极和该底电极间的储存材料次光刻柱、以及一 位于该次光刻柱中且在该储存材料次光刻柱和该顶电 极间的薄加热器。该储存材料可由加热来程序化成多 数种不同的电阻状态。该加热器是由一加热器材料所 组成，其电阻高于顶电极的电阻，并高于该储存材料 在其最高电阻状态的电阻。在该储存材料的次光刻柱 具有一活性区域，其是该可程序化电阻主要发生变化 之处。换言之，由电阻性地加热该加热器以选择性地 程序化，从而将该程序化电阻变化区域由一第一电阻 状态转变至一第二电阻状态。该程序化电阻变化活性 区域是局限在邻近该加热器的该次光刻柱的一部份。