[发明专利]自会聚底部电极环

说明书

技术领域

本发明是涉及关于非易失性内存单元的自会聚底部电极环的形成，且更特别是关于相改变内存单元。

背景技术

在计算机内存中有两个主要群组：非易失性内存和易失性内存。在非易失性内存中为了保持信息而持续输入能源是不需要的，但是在易失性内存中则是需要的。非易失性内存装置的范例是光盘(CD和DVD)，磁性硬盘装置以及相变内存。易失性内存装置的范例包括DRAM(动态随机存取内存)和SRAM(静态随机存取内存)。本发明是针对相变内存(phase changememory)和在相位变化内存中形成较小内存单元的方法。

在相变内存中，信息是储存在可以被操控为不同相的材料中。这些相其中之一显示出可以用在储存信息的不同电子性质。该非晶相和结晶相是典型的用于位储存(0与1数据)的两个相，此因为他们在电子电阻中具有可检测的差异。更特别为，该非晶相具有比该结晶相高的电阻。通常玻璃硫族化合物(glass chalcogenides)是用于做为相变材料。这材料的基团包括硫族元素(chalcogen)(周期表第16/VIA族)以及更多正电性元素。当设计相变内存单元时，硒(Se)和碲(Te)是用在产生玻璃硫族化合物的最常用的半导体基团。此范例可以是Ge2Sb2Te5(GST)、SbTe以及In2Se3。然而，一些相变材料不利用硫族元素，例如GeSb。因此，只要他们可以保留单独的非晶以及结晶状态，种种材料均可以用在相变材料单元。

在相变材料中该非晶和结晶相为可逆的。由于欧姆加热，电子脉冲流过相改变材料以熔化该相改变材料。相对高强度与短持续脉冲导致快速的熔化以及冷却时间；该相改变材料没有时间形成有组织的晶粒，藉此产生非晶相。相对低强度与长持续脉冲使该相变材料缓慢冷却，于是形成有组织的晶粒且被称为在该结晶相。同时，较小的项变化区域导致较少需要熔化该相变材料的能量。

通常，底部电极是用来在该相变区域中加热该相变材料。该底部电极的形状、尺寸与形成影响该底部电极在提供该相改变材料的相改变所需的电流的有效质量。因此，其值得去制造最小化操作所需要的能量的底部电极且提供该相改变材料均匀分布加热。

发明内容

本发明的例示性实施例为一种用于在基底上形成内存单元结构的方法。该基底可以是但不限制于：裸硅基底、具有沉积在硅基底的上表面的绝缘材料层的该硅基底、或是具有在硅基底内所形成的底部接触的该硅基底。

在该基底上用以形成该内存单元结构的该方法必须在基底上沉积第一绝缘材料的底部绝缘层、在该底部绝缘层上沉积第二绝缘材料的中介绝缘层以及在该中介绝缘层上沉积第三绝缘材料的顶部绝缘层。该第二绝缘材料是从该第一绝缘材料可独立地移除以及该第三绝缘材料是从该第二绝缘材料可独立地移除。通孔形成步骤为在该顶部绝缘层以及该中介绝缘层中形成通孔。切口步骤为在该通孔中形成切口，致使该顶部绝缘层在该通孔空间内突出于该中介绝缘层。

阶梯间隔件形成步骤为在该通孔中形成阶梯间隔件，致使在该底部绝缘层上产生空腔。该空腔的大小是无关于该通孔大小和光刻。该空腔的大小是依据该切口和沉积量。典型地，较大通孔将得到较多沉积，而较小通孔将得到较少沉积。因此，该空腔的关键尺寸将自会聚到该切口的大小。该阶梯间隔件形成步骤也形成了容纳在该阶梯间隔件内而延伸到该底部绝缘层的丨通道。蚀刻步骤是在该阶梯间隔件中的该通道而被延伸穿过该底部绝缘层和延伸到该基底的顶部表面。在本发明的丨特定实施例中，其该第一绝缘材料和该第三绝缘材料由相同材料所构成，在该蚀刻步骤期间中该顶部绝缘层也被移除。底部电极环形成步骤为在该底部绝缘层内的该通道中形成底部电极环。该底部电极环包含外部导电材料以及内部绝缘材料。相变形成步骤为相变材料沉积在该底部电极环上。顶部电极层形成步骤为顶部电极形成在该相变材料上。

本发明的另一例示性方面为一种内存单元结构。该内存单元结构由基底所构成。该基底可以包括但不限制于裸硅基底、具有沉积在硅基底的顶部表面的绝缘材料层的该硅基底、或是具有在硅基底内所形成的底部接触的该硅基底。

该内存单元结构具有在该基底上的底部绝缘层，其由第一绝缘材料所构成。底部电极环是在该底部绝缘层内形成。该底部电极环是由杯型外部导电材料以及在该外部导电材料内的丨内部绝缘材料所构成。相变层是由相变材料所构成且在该底部电极环和该底部绝缘层上，该底部电极环相较于该相变层的直径变化具有较小的直径变化。顶部电极层是由导电材料所构成且在该相变层上形成。

附图说明