[发明专利]4F平方自对准鳍底电极场效应晶体管驱动相变化存储器

说明书

技术领域

本发明涉及以相变化基础存储材料为主的高密度存储装置，包含硫属化物基础材料与其它可编程电阻材料，以及制造此类装置的方法。 

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。而这些材料包含有至少两种固态相，包含如一大部分为非晶态的固态相，以及一大体上为结晶态的固态相。激光脉冲用于读写光盘片中，以在二种相中切换，并读取此种材料在相变化之后的光学性质。 

以相变化材料为基础的存储器材料，如硫属化物材料及其类似材料，也可以通过施加合适于集成电路操作的电流而改变状态。此通常为非晶状态具有较通常为结晶状态为高的电阻特性，其可以被快速感应数据之用。此等性质有利于作为非挥发性存储器电路的可编程电阻材料，其可以用随机方式进行数据的读取与写入。 

自非晶状态改变为结晶状态的相变化通常是一较低电流的操作。而自结晶状态改变为结非晶状态的相变化，在此称为复位，一般是为一高电流操作，其包含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复位电流强度应越低越好。欲降低复位所需的复位电流强度，可通过减低在存储器中的相变化材料元件的尺寸、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元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，并使用微量可编程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含：在1997年11月11日公告的美国专利第5、687、112号”Multibit Single Cell Memory Element Having Tapered Contact”、发明人为Ovshinky；在1998年8月4日公告的美国专利第5、789、277号”Method of Making Chalogenide[sic]Memory Device”、发明人为Zahorik等；在2000年11月21日公告的美国专利第6、150、253号”Controllable Ovonic Phase-Change Semiconductor Memory Deviceand Methods of Fabricating the Same”、发明人为Doan等。 

由本发明的申请人所研发的技术被称为相变化导桥存储单元，其中一非常小块的存储材料是形成用于作为一导桥，横跨在电极间的一薄膜绝缘构件。此相变化导桥可以轻易地与逻辑电路以及其它位于集成电路中的电路整合。请参见美国申请案号11/155、067号(申请日为2005年6月17日)“Thin Film Fuse Phase Change RAM andManufacturing Method”，发明人为Lung et al，该申请案与本发明的申请人相同。 

另一研发中的存储单元结构，有时因其位于底电极上的主动区域的典型形状而称为伞状存储单元，是用以形成一微小电极而与一较大的相变化材料接触，并且一较大电极是接触至此相变化材料的相反表面。从微小接点流至较大接点的电流，是用以读取、设置与复位此存储单元。此微小电极将电流密度集中于接点处，使得在相变化材料中的主动区域可以限定于接近至此接点的微小体积中。同时请参见如Ahn et al所著的“Highly reliable 50nm contact cell technology for 256Mb PRAM”VLSI Technology 2005 Digest of Technical Papers、pages98-99、14 June 2005；Denison、International publication No.US2005/0263829 A1、“Semiconductor Devices Having Phase ChangeMemory Cells、Electronic Systems Employing the Same and Methods ofFabricating the Same、”公开日：2005年12月1日。 

在以非常小的尺度制造这些元件、以及欲满足大规模生产存储元件时所需求的严格工艺变数时，则会遭遇到问题。较佳地是提供一种存储单元结构其包含有小尺寸以及低复位电流，以及用以制造此等结构的方法。而更需要提供一种制造方法及结构，而其足以与制造在相 同集成电路上的周边电路兼容。更进一步而言，其可适用于产生如此存储单元所需的高密度布局。