[发明专利]中心加热相变化存储器结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是有关于使用相变化存储材料，像是硫属化物与其它材料的高密度存储装置，以及制造此类装置的制造方法。

背景技术

相变化存储材料被广泛地用于读写光盘中。这些材料包括有至少两种固态相，包括如为非晶态的固态相，以及为结晶态的固态相。激光脉冲是用于读写光盘片中，以在二种相中切换，并读取此种材料于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，此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程序化电阻材料以形成非易失性存储器电路等兴趣，此电路可用于随机存取读写。

从非晶态转变至结晶态一般是一低电流步骤。从结晶态转变至非晶态(以下指称为复位(reset))一般是一高电流步骤，其包括一短暂的高电流密度脉冲以融化或破坏结晶结构，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。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幅度应越低越好。

为降低复位所需的复位电流幅度，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而达成，因此可针对此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。

在复位过程中，通过增加该相变化材料的电阻率，可以降低引起一相变化所需的该电流幅度，因为在相变化发生时，其自我加热是与该相变化材料的电阻率(忽略热库效应)成正比，而会产生热造成温度上升。然而，在由该存储单元读取数据时，亦需要一个小的读取电流以确保该相变化材料并未进入一非所需的相变化。与一个小的读取电流相关的课题包含一慢速读取流程。此外，增加该相变化材料的电阻率会导致该存储单元有一较高的总电阻且不会对该存储单元的能量消耗有着任何的帮助。更者，可发现一较高的总存储单元电阻或许会导致一较慢的设置速度。

为降低复位所需的电流幅度，亦可通过降低该存储单元中该相变化存储元件的大小，及/或在电极及该相变化材料间的接点区域来达成，如此可以在较小绝对电流值通过该相变化材料元件的情况下而达到较高的电流密度。

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，并使用微量可程序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：于1997年11月11日公告的美国专利第5,687,112号“MultibitSingle Cell Memory Element Having Tapered Contact”、发明人为Ovshinky；于1998年8月4日公告的美国专利第5,789,277号“Method of MakingChalogenide[sic]Memory Device”、发明人为Zahorik等；于2000年11月21日公告的美国专利第6,150,253号“Controllable Ovonic Phase-ChangeSemiconductor Memory Device and Methods of Fabricating the Same”、发明人为Doan等。

本发明申请人开发了另一种技术，被称为一相变化桥接存储单元，其是形成一非常小块的存储材料片于电极之间做为跨越一薄膜绝缘构件的一电桥。该相变化电桥是易于整合逻辑电路及集成电路上其它类型电路。参见于2005年06月17日申请的美国专利申请第11/115,067号“Thin FilmFuse Phase Chang RAM and Manufacturing Method”、发明人为Lung等，在此引为参考文献并为相同申请人所拥有。