[发明专利]具有环形顶终端底电极的存储装置及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用存储材料的高密度存储装置，例如非易失性阻抗存储器(Resistance Random Access Memory，RRAM)装置，以及制作该存储装置的方法。该存储装置中的存储材料可通过施加能量改变电性状态。该存储材料可采用相变化材料，包括硫化物(chalcogenide)材料与其它材料。

背景技术

以相变化为基础的存储材料被广泛地运用于读写光盘片中。这些材料包括有至少两种固态相，即一大致为非晶态的固态相，以及一大致上为结晶态的固态相。读写光盘片利用激光脉冲，以在二种相态之间切换。

硫化物或其它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，而此种电阻差异易于检测，即可代表不同数据内容。该种物质特性引发研究动机，以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，在此称为『重置』(reset)。其通常需要较高的操作电压，包含一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。为降低重置电流的强度，可降低存储器单元中的相变化材料装置尺寸，或者降低电极与相变化材料的接触区域大小，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装置的情况下实现。

采用小量的可编程电阻材料，为此项技术发展方向之一，尤其是制作小孔洞(pores)。显示小孔洞发展的专利包含：Ovshinsky，“Multibit SingleCell Memory Element 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 Making Chalcogenide[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.，“Controllable Ovonic Phase-Change Semiconductor MemoryDevice and Methods of Gabracting the Same，”U.S，Pat.No.6,150,253，专利发证日期2000年11月21日，以及Reinberg，“Chalcogenide Memory Cellwith a Plurality of Chalcogenide Electrodes，”U.S.Pat.No.5,920,788，专利发证日期1999年7月6日。

相变化存储器中，利用电流使相变化材料在结晶态与非晶态之间转换，以储存数据。电流加热材料同时引发相态之间的转换。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，于此称为『重置』。其通常需要较高的操作电压。此一过程，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。为降低重置电流的强度，可降低存储单元中的主动相变化组件的尺寸。与相变化存储装置相关的问题之一在于，因为重置操作所需的电流强度，由需要改变相态的相变化材料的体积而定。因此，采用标准集成电路制作工艺的存储单元，即会因为制造设备的最小特征尺寸而受到限制。是故，必须为存储单元发展可以提供次光刻尺寸的技术，其可提供目前所欠缺大尺寸高密度存储装置所需的一致性与可靠度。