[发明专利]存储器装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是有关于存储器装置，其包括具有诱发性应力的相变存储器材料，以及其制造方法。

本申请案主张2011年10月31日提出申请的共同审理中的美国临时专利申请案号61/553,743的优先权。

背景技术

在一种包括存储器单元的相变存储器阵列中，每个存储器单元包括一相变存储器元件。相变存储器元件是由相变材料所构成，其相变材料可展现结晶系(低电阻)与非晶系(高电阻)状态之间的高电阻对比。相变材料可包括材料的合金，例如锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、镓(Ga)、铟(In)、银(Ag)、硒(Se)、铊(Ti)、铋(Bi)、锡(Sn)、铜(Cu)、钯(Pd)、铅(Pb)、硫磺(S)以及金(Au)。通常，相变材料包括Ge_xSb_xTe_x材料，特别是Ge₂Sb₂Te₅材料。

Ge₂Sb₂Te₅材料显现一非晶相及两个晶相在一温度范围。第一晶相为岩盐相或面心立方(face-centered cubic，FCC)相。第二晶相为六角最密堆积相位(hexagonal-closed-packed，HCP)。面心立方相位(FCC)及六角最密堆积相位(HCP)是在刚沉积(as-deposed)非晶材料的温度分别增加至大约150℃与380℃时而形成(W.K.Njoroge等人，J.Vac.Sci.Technol.A，20，230(2002))。六角最密堆积相位的特征为：比相变材料中的岩盐相更高的密度，指示出额外薄膜收缩(2～3％)将在高温度(大约400℃)后段工艺(back-end of line process，BEOL)之后上升。六角最密堆积的相位转变将导致界面中的晶粒尺寸变化及孔洞，导致一低良率并引发一可靠度问题。因此，六角最密堆积相位形成并非是期望的。

本发明希望提供可抑制相变材料中的六角最密堆积相位形成的存储器装置，以及用以制造这种存储器装置的方法。

发明内容

本发明提供了一种存储器装置，包括一衬底以及一存储器阵列在衬底上；存储器阵列包括多个存储单元，存储单元包括在一封装材料层中的受应力的相变材料；存储单元可包括存储单元结构，例如一蕈状(mushroom-type)存储单元结构、一桥型(bridge-type)存储单元结构、一通孔中主动型(active-in-via-type)存储单元结构以及一孔型(pore-type)存储单元结构。

为了制造一种包括受应力的相变材料的存储器装置，可将一应力施加至一衬底，例如半导体晶圆。具有存储单元的集成电路晶粒包括在一封装材料层中的相变材料，是可以形成于受应力的衬底的正面(front side)上。衬底上的应力可被释放，诱发伸张或压缩应力至相变材料。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1A-图1C显示施加压缩应力至锗锑碲合成材料(相变材料)的工艺。

图2A-图2C显示施加拉伸应力至锗锑碲合成材料(相变材料)的工艺。

图3A-图3B显示包括受应力的锗锑碲合成材料的蕈状存储单元结构的剖面图。

图4A-图4B显示包括受应力的锗锑碲合成材料的桥型存储单元结构的剖面图。

图5A-图5B显示包括受应力的锗锑碲合成材料的″通孔中主动″型存储单元结构的剖面图。

图6A-图6B显示包括受应力的锗锑碲合成材料的孔型存储单元结构的剖面图。

图7为包括具有受应力的锗锑碲合成材料的相变存储单元的一存储器装置的简化方块图。

图8A显示关于刚沉积非晶系30纳米锗锑碲合成材料的结晶现象时间。

图8B显示关于熔化淬冷非晶系30纳米锗锑碲合成材料的再结晶现象时间。

图9A显示关于刚沉积非晶系10纳米锗锑碲合成材料的结晶现象时间。

图9B显示关于熔化淬冷非晶系10纳米锗锑碲合成材料的再结晶现象时间。

【主要元件符号说明】

110：衬底

120、220：应力层

130、230：存储单元层

300、400、500、600：存储单元

310c、310t：存储器元件

315、415、515、615：有源区

320：下电极