[发明专利]具有改善结构稳定性的存储单元及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是关于基于可编程电阻材料为基础的高密度存储器装置，其包含如硫属化物(chalcogenide)等相变化材料，以及制造该装置的方法。 

背景技术

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。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。此通常为非晶相状态其特性为具有较通常为结晶相状态高的电阻率；此电阻值的差异可以感测作为用来指示数据。这些特性吸引了大家的注意想使用可编程电阻材料以形成非易失存储电路，其可随机存取以读取及写入。 

从非晶至结晶状态的改变通常是一较低电流的操作。从结晶至非晶状态的改变，在此表示为复位(reset)，通常是一较高电流的操作，其包含一短的高电流密度脉冲以融化或分解该结晶结构，之后该相变化材料快速的冷却，抑制该相变化的过程，允许至少一部份的相变化结构稳定在该非晶状态。而吾人希望减少被用于导致相变化材料的转变从该结晶状态至非晶状态的复位电流的大小。此使用相变化材料的存储单元包含一主动区域于此存储单元的相变化材料区域内，其是相变化转换真正发生的地方。减少主动区域面积的技术被开发，如此减少了诱发相变化所需要的电流大小。此外，也使用用来热隔离在此相变化存储单元主动区域的技术，如此可将诱发相变化所需要的电阻加热效应局限在主动区域之中。 

用以复位的复位电流大小，可以通过减少在单元中该相变化材料元件的大小和减少介于电极及/或该相变化材料间的接点面积，使得较高的电流密度可以通过较小绝对电流值经由该相变化材料元件来达成。 

此领域发展的一种方向是致力使用微量的可编程电阻材料，特别是用来填充微小孔洞。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“Multibit Single Cell Memory ElementHaving 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 Making Chalogenide[sic]MemoryDevice”、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-Change Semiconductor MemoryDevice and Methods of Fabricating the Same”、发明人为Doan等。 

一种用以在相变化单元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伞状小区域中诱发相变化，亦即接点部位。请参照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)ProgrammableDevice”、以及2003/7/1发证给Harshfield的美国专利6,563,156号“MemoryElements and Methods for Making same”。 

与制造此种具有一个非常小电极装置相关的一个问题是因为此非常小的电极会有较差的附着性，如此会导致底电极于制造过程中脱落。 

于是一种具有倒T形状的底电极被提出，请参照2008/1/18所申请的美国专利12/016,840号“Memory cell with Memory Element Contacting anInverted T-Shaped Bottom Electrode”，其具有一个小的接点区域于底电极与存储材料之间，导致一个小的主动区域以及减少了复位存储单元所需的能量大小。此倒T形状的底电极也改善了在制造过程中此底电极的结构稳定性，因此改善了此等装置的工艺良率。 

因此必须提出一种制造此等存储单元结构的可靠工艺方法，其具有控制底电极临界尺寸的良好能力，也可以在高密度集成电路装置中解决非常小的电极的结构稳定性问题。 

发明内容