[发明专利]自动对准的鳍型可编程存储单元

说明书

技术领域

本发明是关于根基于相变化存储材料的高密度存储装置，例如硫属化物材料及其它可编程电阻存储材料，及此种装置的制造方法。

背景技术

相变化为基础的存储材料，例如硫属化物或其它类似的材料可以通过施加合适应用于集成电路中的电流阶级而导致在一非晶态与一结晶态之间的相变化。此大致为非晶态具有较大致为结晶态更高的电阻率，其可以很容易被感应而作为指示数据之用。这些特性引起了使用可编程电阻材料作为非易失存储器电路的兴趣，其可以进行随机存取的读取或写入。

自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。而自结晶状态改变为结非晶状态的相变化，在此称为复位，一般是一高电流操作，其包含一个短且高电流密度脉冲以熔化或打断此晶相结构，在此相变化材料快速的冷却之后，退火此熔化的相变化材料且允许至少一部份的相变化材料稳定至非晶态。

复位操作所需的电流密度可由降低在存储单元内相变化材料元件的大小及/或在电极及相变化材料之间的接触面积，故较高的电流密度可通过使用较小的绝对电流值通过此相变化材料而达成。

一个存储单元中的相变化存储元件的尺寸可以通过限制电流于一较小的体积中来减少。在形成一限制存储单元结构的方案中，一鳍型底电极元件被形成且随后被凹陷以提供一较窄缝隙供沉积相变化材料之用。此工艺的困难在于需要将相变化材料注入非常窄的缝隙中。此外，完成后的鳍型相变化材料仅具有有限的高度，其会限制此存储单元的能量节省表现。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种自动对准的鳍型可编程存储单元，该存储单元具有一底电极与一存取装置电性耦接、一顶电极及一L形存储材料元件与底电极和顶电极电性耦接。

此L形存储材料元件具有通常为水平基底部分及一平面垂直部分，其中该存储材料元件的该平面垂直部分(鳍型)是由沉积一存储材料薄膜于一宽沟道的侧壁所形成，且其可以被认为具有一高度。

本发明的再一目的为提供一存储单元具有一底电极、一顶电极及一L形存储材料元件，其具有通常为水平基底部分及一平面垂直部分与底电极和顶电极电性耦接。在某些实施例中，存储材料元件的水平基底部分与底电极的一接触表面接触。在某些实施例中，存储材料元件平面垂直部分的一上方端点的一表面与顶电极接触；在其它的实施例中，存储材料层是在顶电极之下，且存储材料元件平面垂直部分的一上方端点的一表面与存储材料层接触。

此存储材料元件平面垂直部分的一上方端点的接触表面是通常为平面的，且通常位于与底电极接触表面平行的平面上，且与L形存储材料元件平面垂直部分正交。

在某些实施例中，该存储材料元件包含一可编程电阻材料。在某些实施例中，该可编程电阻材料包括一相变化存储材料，且在某些如此的实施例中，该相变化存储材料包括硫属化物为基础的材料，例如是锗锑碲(GST)合金。

本发明的另一目的为提供一种存储阵列包含一存储单元阵列，该存储单元包括一L形存储材料元件与底电极和顶电极电性耦接。该底电极于一存取装置阵列之上且与其电性耦接，该存取装置与字线电性耦接，且该顶电极与位线电性耦接或构成位线。

在某些实施例中，该存取装置包括晶体管；在某些实施例中，该晶体管包括场效晶体管(FET)且在某些实施例中，该晶体管包括双极结晶体管(BJT)；在某些实施例中，该存取装置包括二极管；在某些实施例中，该存取装置包括双极结晶体管(BJT)装置。

本发明的又一目的为提供一种制造一存储单元的方法，包含：形成一介电支持层于一底电极之上，该介电支持层具有一上表面；形成一空穴穿过该介电支持层；裸露该底电极的一表面且定义一具有侧壁的介电支持结构；形成一存储材料薄膜于该介电支持结构之上及该空穴中；沉积一介电间隔物层于该存储材料薄膜之上；由该介电侧壁间隔物层形成一介电侧壁间隔物，且一存储材料结构具有一通常为水平基底部分于该介电侧壁间隔物之下及一通常为垂直部分于该介电侧壁间隔物与该介电支持结构的侧壁之间；形成一介电注入层；平坦该介电注入层以裸露该存储材料结构的该垂直部分的上方端点；沉积一顶电极材料于该平坦化的介电注入层之上；以及由该顶电极材料形成一顶电极及由该存储材料结构形成一存储材料元件。

因为存储材料元件平面垂直部分的一上方端点的表面是由于平坦化的结果所形成，此表面通常是平面的，且通常位于与底电极接触表面平行的平面上，且与L形存储材料元件平面垂直部分正交。

在某些实施例中，此方法更包含，于沉积一顶电极材料于该平坦化的介电注入层之上的步骤之前，形成一存储材料层于该平坦化的介电注入层之上。