[发明专利]制造存储单元组合的方法与存储单元组合

说明书

技术领域

本发明涉及一种以相变化存储材料为基础的高密度记忆装置，例如：电阻随机存取存储(RRAM)装置，及其制造方法，特别是涉及一种用来制造存储单元组合的方法与存储单元组合，为一种用来制造自动对准式柱状存储单元装置的方法。当施加能量时，该存储材料(即记忆材料)可在电性状态间转换。该存储材料可为相变化为基础的存储材料，包含以硫属化物为基础的材料及其他材料。 

背景技术

以相变化为基础的存储材料是被广泛地运用于读写光盘片中，而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。激光脉冲是用于读写光盘片中，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材料(即记忆体材料)，如硫属化物材料及其类似材料，亦可以藉由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，其可以被用于快速感应资料之用。此等性质有利于作为非挥发性存储电路(记忆体电路)的可程式电阻材料，其可以用随机方式进行资料数据的读取与写入。 

从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。而从结晶状态改变为非结晶状态的相变化，在此称为重置，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，使得至少部分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，可藉由减低在存储体(记忆体)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。 

此技术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，并使用微量可程式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：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“ControllableOvonic PhaseChange Semiconductor Memory Device and Methods ofFabricating 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。藉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。首先是一个存储(记忆)单位可能有十亿个存储单元(即记忆胞)，例如：一个存储单位提供存储(记忆)容量在十亿位元组的范围，而如何产生足以程序化或抹除一个存储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。 

一种用以在相变化细胞中控制主动区域尺寸的方式，是设计非常小的电极以将电流传送至一相变化材料体中。此微小电极结构将在相变化材料的类似蕈状小区域中诱发相变化，亦即接触部位。请参阅2002.8.22发证给Wicker的美国专利6,429,064号“Reduced Contact Areas of SidewallConductor”、2002.10.8发证给Gilgen的美国专利6,462,353“Method forFabricating a Small Area of Contact Between Electrodes”、2002.12.31发证给Lowrey的美国专利6,501,111号“Three-Dimensional(3D)Programmable Device”、以及2003.7.1发证给Harshfield的美国专利6,503,156号“Memory Elements and Methods for Making same”。 

因此，需要一种存储单元(记忆胞)的制造方法与结构，使存储单元的结构可以具有微小的可程式化电阻材料主动区域，使用可靠，且可重复的以制程技术制造。