[发明专利]具有热局限间隔物的存储装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是关于根基于相变化存储材料及其他可编程电阻存储材料的高密度存储装置，及此种装置的制造方法。

背景技术

在相变化存储器中，每一个存储单元包括一相变化存储元件。此一相变化存储元件是由相变化材料构成，其会在非晶状态(高电阻率)与结晶状态(低电阻率)之间有着极大的阻值差异。

在相变化存储元件的操作中，于施加电流脉冲通过此相变化存储单元时，可以复位或设置此相变化存储元件的阻值状态。自结晶状态改变为结非晶状态的相变化，在此称为复位，一般为一高电流操作，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相。自非晶状态改变为结晶状态的相变化在此称为设置，通常是一中等电流的脉冲操作，其导致加热至结晶转换温度，且一个较长的冷却时间可以用来允许此主动区域稳定在此结晶相。为了读取此存储元件的状态，则施加一个小电压至所选取存储单元且敢厕所产生的电流。

因为设置与复位操作是与此相变化材料的温度相关，此相变化存储单元于操作时的电流或功率可以通过改善此存储单元的热隔离而降低。具有改善的热隔离，传送至此存储元件中的更多能量可以被直接用于改变主动区域的温度而不是消耗于周围的结构中。因为相变化存储器材料脚小体积的缘故热限制存储单元的另一个优点是具有较佳的循环承受力。因此，某些设计活动是专注于此存储单元的热效应部分。举例而言，一个先前文献提供形成较小沟道的方案，且使用原子层沉积(ALD)来填充此沟道，而产生能够限制相变化材料的填充型态存储单元，请参阅Kim等人的论文″High Performance PRAM Cell Scalable to sub-20nm technology with below4F²Cell Size，Extendable to DRAM application″，2010Symp.on VLSI Tech.Digest of Papers，June2010，pp.203～204。因为必须将此相变化材料的狭小宽度中沉积材料，使得如此型态存储单元的填充工艺造成的许多困难。此外，当半导体工艺演进时，元件的特征尺寸每一年都在缩小。当特征尺寸缩小时，将材料填充进入相变化材料的狭小宽度中就变得更困难。由于这些因素的限制，Kim等人所提供的方案无法在更先进的微缩技术节点中使用。

因此需要提供一种具有较佳热隔离的可微缩存储单元结构。

发明内容

此处所描述技术为一种存储装置包括一接点阵列及一图案化绝缘层于该接点阵列之上。该图案化绝缘层包括侧壁特征，例如是沟道的侧壁，在该接点阵列之上。一底电极形成于该侧壁特征的较低部分而与接点的上表面接触。一存储材料限制层使用薄膜沉积方式形成于该侧壁特征的较高部分，之后再沉积一绝缘填充层，提供存储元件沉积于该图案化绝缘层的侧壁特征与在该侧壁特征的较高部分的绝缘填充材料之间及与该底电极接触，且具有热隔离的作用。一顶电极形成于该存储材料限制层之上且与其上表面接触。

具有此侧壁特征的沟道可以沿着接点阵列中的多个接点延伸，而形成额外的存储单元。此外，此沟道可以包含一第二侧壁与此阵列中的第二多个接点对准，而形成额外的存储单元。如此可以形成具有热限制侧壁存储元件的高密度存储单元阵列。

本发明亦揭露一种制造如此存储装置的方法。

本发明的目的，特征，和实施例，会在下列实施方式的章节中搭配图式被描述。

附图说明

图1A显示热限制侧壁子相变化存储单元阵列中的一个范例单元存储单元的剖面图

图1B显示热限制侧壁子相变化存储单元阵列中的一个范例双子存储单元的剖面图。

图2显示一个范例热限制侧壁子相变化存储单元阵列中的三个双子存储单元的剖面图。

图3A和图3B显示热限制侧壁子相变化存储单元阵列中的一部分的两个上视图。

图4至图12显示制造具有此热限制侧壁子相变化存储单元的相变化存储装置的一系列工艺子步骤的剖面示意图。

图13A至图13B显示此热限制侧壁子相变化存储单元阵列中的两个替代例示存储单元单元的剖面图。

图14显示此热限制侧壁子相变化存储单元阵列中的第三替代例示存储单元单元的剖面图。

图15显示使用晶体管作为存取装置的相变化存储单元或是其他可编程电阻存储单元的一存储阵列1500的一部分示意图。