[发明专利]相变存储器件及其制造方法

说明书

相关申请

本申请要求2008年4月4日提交的韩国专利申请 No.10-2008-0031473的优先权，其全文通过引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明内容涉及非易失性存储器件，且更特定涉及使用相变材料的 相变非易失性存储器件及其制造方法。

背景技术

近来，已提出相变随机存取存储(PRAM)器件作为非易失性半导体 存储器件。相变存储器件的单位存储单元使用相变材料作为数据储存介 质。相变材料根据供应至其的热而具有两种稳定相(例如，非晶相和晶 相)。已知的相变材料有Ge-Sb-Te(GST)化合物，其为锗(Ge)、锑(Sb)和 碲(Te)的混合物。

如果在接近相变材料的熔融温度(Tm)的温度下将相变材料加热短 时间且接着快速冷却，则相变材料从晶相变至非晶相。与之相反，如果 在低于熔融温度的结晶温度下将相变材料加热长时间，接着慢慢冷却， 则相变材料从非晶相变至晶相。相变材料在非晶相下比在晶相下具有更 高的电阻率。因此，储存于相变存储单元中的数据是逻辑″1″还是逻辑 ″0″可通过检测流经相变材料的电流来判定。

供应热以实现相变材料中的相变。例如，将电流供应至与相变材料 连接的电极，使得由电极产生热且将热供应至相变材料。由供应至相变 材料的热所导致的温度随所供应电流而变化。

因此，高集成相变存储器件的开发中最重要因素之一为向与相变材 料连接的电极供应足够电流，即操作电流(例如，程序(写入)电流或擦除 电流)。为此目的，已提出一种方法以使用PN二极管作为相变存储器件 的开关元件。与金属氧化物半导体(MOS)晶体管或双极晶体管相比，PN 二极管允许相变存储器件的较高集成比率且增大操作电流。

图1A为使用PN二极管的已知相变存储器件的示意平面图。图1B 为沿着图1A的线X-X′截取的相变存储器件的横截面图。

参看图1A和图1B，已知的相变存储器件包括：具有器件隔离区域 (未标示)和有源区12的衬底11；在衬底11的有源区12上，具有包括N 型硅层13A和P型硅层13B的叠层的PN二极管结构的下部电极13； 覆盖下部电极13且掩埋加热层15的绝缘层14；布置在绝缘层14上以 接触加热层15的相变材料层16；以及布置在相变材料层16上的上部电 极17。加热层15为塞状，且在相变材料层16中形成与加热层15接触 的半球形的程序区域18。

为了相变存储器件的高集成度和低功率消耗，希望减小相变存储器 件的尺寸。但是，需要足够高的操作电流，因为应产生高温热以改变相 变材料层16的相。因此，在减小控制操作电流的下部电极13的尺寸(即， PN二极管的尺寸)方面存在限制。

因此，已提出一种方法以通过减小加热层15的尺寸来减小加热层 15与相变材料层16之间的接触面积从而减小具有上述结构的相变存储 器件的操作电流。此方法甚至可在操作电流减小的情况下产生高温热， 因为加热层15的电阻随着相变材料层16与加热层15之间的接触面积 的减小而增加。

然而，已知方法使用昂贵的精细图案化技术(例如，使用ArF曝光 源的光刻工艺)来形成加热层15。此使相变存储器件的制造成本增加。 此外，精细图案化技术具有难以增加相变存储器件的集成比率的限制。

发明内容

根据一个或多个实施方案，一种相变存储器件包括：下部电极；和 共用该下部电极的至少两个相变存储单元。

根据一个或多个实施方案，一种制造相变存储器件的方法包括：形 成包括PN二极管结构的下部电极，该PN二极管结构包括N型导电层 与P型导电层的结；在P型导电层和N型导电层中的位于上部的一个 上形成多个加热元件；选择性地蚀刻在加热元件之间的P型导电层和N 型导电层中的位于上部的一个；在每一个加热元件上形成分离的相变材 料层；以及在每一个相变材料层上形成分离的上部电极。

根据一个或多个实施方案，一种制造相变存储器件的方法包括：在 衬底的有源区上形成包括PN二极管结构的下部电极；在PN二极管结 构上形成加热层；在加热层上形成相变材料层；以及在相变材料层上形 成上部电极；其中相变材料层与加热层之间的接触面积形成为小于加热 层与PN二极管结构之间的接触面积。