[发明专利]一种具有共平面电极表面的存储单元装置及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本案有关于主张美国临时专利申请案的优先权，其申请号为第60/887,959号，申请日期为2007年2月2日，发明名称为“MEMORYCELL DEVICE WITH COPLANAR ELECTRODE SURFACE ANDMETHOD”。

联合研究合约的当事人

纽约国际商业机械公司、台湾旺宏国际股份有限公司及德国英飞凌技术公司(Infineon Technologies A.G.)为联合研究合约的当事人。

技术领域

本发明涉及使用存储材料的高密度存储装置，例如相变化存储器(PCM)装置，本发明还涉及制造此等装置的方法。通过施加电能，该存储材料可在不同的电性状态之间切换。该存储材料可为相变化存储材料，包括硫属化物与其他材料等。

背景技术

相变化存储材料广泛地用于读写光碟中。这些材料包括有至少两种固态相，包括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碟片中，以在二种相中切换，并读取该种材料在相变化之后的光学性质。

如硫属化物及类似材料的此等相变化存储材料，可通过施加其幅度适用于集成电路中的电流，而致使晶相变化。一般而言，非晶态的特征是其电阻高于结晶态，该电阻值可轻易测量得到而用以作为指示。这种特性则引发使用可编程电阻材料以形成非易失性存储器电路等兴趣，该电路可用于随机存取读写。

从非晶态转变至结晶态一般为低电流步骤。从结晶态转变至非晶态(以下称为重置(reset))一般为高电流步骤，其包括短暂的高电流密度脉冲以融化或破坏结晶结构，其后该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。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幅度应越低越好。欲降低重置所需的重置电流幅度，可通过减少在存储器中的相变化材料元件的尺寸、以及减少电极与该相变化材料的接触面积而达成，因此可针对该相变化材料元件施加较小的绝对电流值而达成较高的电流密度。

该领域发展的一种方法致力于在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括：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 Device andMethods of Fabricating the Same”、发明人为Doan等。

在相变化存储器中，通过施加电流而致使相变化材料在非晶态与结晶态之间切换而储存数据。电流会加热该材料并致使在各状态之间转换。从非晶态转变至结晶态一般为低电流步骤。从结晶态转变至非晶态(以下指称为重置(reset))一般为高电流步骤。优选的是将用以导致相变化材料进行转换(从结晶态转换至非晶态)的重置电流幅度最小化。重置所需要的重置电流幅度可以通过将存储单元中的主动相变化材料元件的尺寸减少而降低。相变化存储装置的问题之一在于，重置操作所需要的电流幅度，会随着相变化材料中需要进行相变化的体积大小而改变。因此，使用标准集成电路工艺所制造的单元，将会受到工艺设备的最小特征尺寸所限制。因此，必须研发可提供亚光刻尺寸的技术以制造存储单元，在大尺寸高密度存储装置中，通常缺少均一性与可靠性。