[发明专利]自对准平面相变存储器元件及装置、采用所述元件及装置的系统以及形成所述元件及装置的方法

说明书

技术领域

本发明实施例涉及半导体装置，且更特定来说涉及相变存储器元件及形成及使用相变存储器元件的方法。 

背景技术

非易失性存储器因其在无供电的情况下维持数据的能力而成为集成电路的有用元件。相变材料已经研究而用于非易失性存储器单元中。相变存储器元件包含相变材料，例如，能够在非晶相与晶相之间稳定转换的硫属化物合金。每一相位呈现特定的电阻状态且所述电阻状态区分所述存储器元件的逻辑值。具体来说，非晶状态呈现相对高的电阻，且结晶状态呈现相对低的电阻。 

图1A及1B中所图解说明的常规相变存储器元件1具有一层相变材料8，其在第一与第二电极2、4之间且由介电材料6支撑。根据施加在第一与第二电极2、4之间的电流量将相变材料8设置到一特定电阻状态。为获得非晶状态(图1B)，施加通过常规相变存储器元件1的相对高的写入电流脉冲(重置脉冲)以熔化相变材料8中覆盖第一电极2达第一时间周期的至少一部分9。移除电流，且相变材料8迅速冷却到低于结晶温度的温度，此导致相变材料8的部分9覆盖具有非晶状态的第一电极2。为获得结晶状态(图1A)，向常规相变存储器元件1施加较低电流写入脉冲(设置脉冲)达第二时间周期(通常比非晶相变材料的结晶时间的持续时间要长)以将相变材料8的非晶部分9加热到低于其熔点但高于其结晶温度的温度。此致使相变材料8的非晶部分9再结晶为结晶状态，一旦移除电流且冷却常规的相变存储器元件1即维持所述结晶状态。通过施加不会改变相变材料8的相位状态的读取电压来读取相变存储器元件1。 

常规相变存储器的一个缺点是需要很大的编程电流来实现相变。此要求导致需要较大存取晶体管设计来实现充分的电流驱动。与存储器元件1相关联的另一问题是归因于可编程体积的边缘处(即部分9)非晶状态与结晶状态的不可控制的混合的不良可靠性。因此，需要具有编程需要减少且可靠性增加的相变存储器装置。另外，由于在存储器元件1中相变材料8与大面积的第一电极2直接接触，因此存在较大的热损失，从而产生较大的重置电流要求。 

因此，需要替代设计来解决上文所述问题。 

发明内容

本发明实施例包含相变存储器元件。存储器元件包含第一及第二电极及位于所述第一与第二电极之间的相变材料层。所述相变材料层具有第一部分，所述第一部分具有小于所述相变材料层的第二部分的宽度的宽度。所述第一电极、第二电极及相变材料层可至少部分地沿相同水平面定向。本发明实施例还包含若干包含存储器元件的装置及系统及形成所述存储器元件的方法。 

附图说明

图1A及1B图解说明常规的相变存储器元件； 

图2分别图解说明根据本发明实施例的相变存储器装置的局部截面图。 

图3A-3D图解说明根据本发明实施例的图2的相变存储器装置沿线3-3′的俯视图。 

图4A-4D图解说明制作图2A及2B的相变存储器装置的方法的局部截面图。 

图5是图2的相变存储器装置的局部截面图，其显示根据本发明实施例的额外电路。 

具体实施方式

图6是具有并入根据本发明实施例而构造的相变存储器元件的存储器装置的处理器系统的方块图。 

在以下详细说明中，参照本发明的各种实施例。以足够的细节描述这些实施例以使所属领域的技术人员能够实践本发明。应了解，可采用其它实施例，且可作出各种结构、逻辑及电改变。 

以下说明中使用的术语“衬底”可包含任何支撑结构，其中包含但不限于具有暴露的衬底表面的半导体衬底。半导体衬底应被理解为包含硅、绝缘体上硅(SOI)、蓝宝石上硅(SOS)、经掺杂及未经掺杂的半导体、由基础半导体基底支撑的硅外延层及其它半导体结构，其中包含由除硅以外的半导体制成的结构。当在以下说明中提及半导体衬底或晶片时，可能已利用先前的处理步骤在基础半导体或基底中或上方形成了若干区或结。所述衬底无需基于半导体，但可以是适合支撑集成电路的任何支撑结构，其中包含但不限于金属、合金、玻璃、聚合物、陶瓷及此项技术中已知的任何其它支撑材料。 

本发明实施例提供具有平面存储器元件的相变存储器装置。现在参照图式解释所述实施例，图中图解说明实施例且在所有图式中相同的参考编号指示相同特征。图2图解说明根据本发明实施例而构造的相变存储器装置200的一部分的截面图。图3A-3D是根据本发明的存储器装置200的一部分沿线3-3′的俯视图。