具有宽广相变化元素与小面积电极接点的存储器装置制造方法及图纸

一种存储器单元装置，这种装置包括存储材料，可通过施加能量在第一与第二(顶部与底部)电极，改变电性；其中该顶部电极包括较大的主体部分与作用部。该存储材料以层状沉积在底部电极层之上，同时顶部电极的作用部基底与存储材料的表面小区域具有电接触。制作上述装置的方法也在其中描述。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高密度存储器装置，该装置采用相变化材料，包含硫属化物 (chalcogenide)材料与其他材料，同时包括制造上述装置的方法。
技术介绍
相变化存储器材料，已广泛运用于可读写光盘之中。这种材料至少具有两种固态 相，例如，包含通常的非晶(generally amorphous)固态相与通常的结晶(crystalline)固 态相。可读写光盘利用激光脉冲(laser-pulse)以改变相态，同时由此读取相变化后的材 料光学性质。采用硫属化物或其他相似材料的相变化存储器材料，也可通过集成电路施以适当 强度的电流，来改变相位。通常的非晶态的电阻率高于通常的结晶态；这种电阻差异易于检 测，即可代表不同数据内容。这种物质特性引发研究动机，希望利用可控制的电阻材料，制 作非易失、并且可随机读写的存储器电路。非晶态转换至结晶态的过程，通常采用较低的操作电压。由结晶态转换为非晶态 的过程，则通常需要较高的操作电压；因为这一过程需要短时间且高密度的电流脉冲，以熔 化或破坏结晶结构，随后快速冷却相变化材料，经淬火处理，将至少一部分的相变化结构稳 定为非晶态。此后称此过程为“重置”(reset)。这一过程，通过重置电流将相变化材料由 结晶态转变为非晶态，而人们希望尽量降低重置电流的强度。重置电流的强度可以通过降 低存储器单元中的相变化材料元件尺寸，或者降低电极与相变化材料的接触区域大小来减 少，因此较高的电流密度可以在较小的绝对电流值穿过相变化材料元件的情况下实现。在集成电路结构中制作小孔洞(pores)，为此项技术发展方向之一；同时， 还采用少量的程序可控电阻材料填充该小孔洞。公开该小孔洞发展的专利包括: Ovshinsky, "Multibit Single Cell MemoryElement Having Tapered Contact，，， U. S. Pat，No. 5，687，112，专利发证日期 1997 年 11 月 11 日；Zahorik et al.，“Method of MakingChalogenideMemory Device，，，U. S. Pat. No. 5, 789, 277,专利发证日期 1998 年 8 月 4 El ；Doan et al. ,"ControllableOvonic Phase-Change Semiconductor Memory Device and Methods ofGabracting the Same, "U. S, Pat. No. 6, 150,2000年11月21日。然而，为制造极小尺寸的上述装置，并促使工艺参数的变化能符合大型存储器装 置所需的严谨规格，衍生出许多问题。因此必须发展具有小尺寸、与低重置电流的存储器结 构，同时发展此种存储器结构的制作方法。
技术实现思路
一般而言，本专利技术的特征，包括一种可利用能量，促使可变存储器材料改变电的存 储器单元装置，该材料位于第一与第二( “底部”与“顶部”)电极之间。本专利技术就存储器单 元装置的实施例中，顶部电极包括较大的主体部分与一个作用部。存储器材料层沉积于底 部电极层之上，同时顶部电极的一个作用部基底，与存储器材料表面的小区域产生电接触。 电接触区域由靠近基底的电极作用大小所决定，而并非由尺寸显然较大的存储器材料大小 所决定。电极顶部的作用部大小，以及作用底部与存储器材料接触区域的大小，得依据本发 明变得非常小，且不需依赖掩模技术。本专利技术的一个目的为提供一种存储器单元装置，包含底部电极、底部电极之上的 存储器材料元件、以及顶部电极，其中包括主体部分与作用部；如此，顶部电极的作用部基 底与存储器材料的表面的小区域产生电接触。本专利技术的另一目的为提供一种制造存储器单元装置的方法，利用在衬底表面上 形成一层底部电极层；在底部电极层上形成存储器材料层；在存储器材料层上形成一覆盖 层；将底部电极层、存储器材料层、与覆盖层图案化，以界定存储器元件下方的底部电极； 在存储器材料上形成金属间电介质填充层；电介质填充层上形成蚀刻终止层；在蚀刻终止 层与电介质填充层之间形成通孔，以令覆盖层表面裸露，而该通孔穿越蚀刻终止层；由通孔 内壁去除相当数量的电介质填充材料，造成空洞，同时在蚀刻终止层的开口边缘处，形成下 方侧削区；在存储器材料表面的空洞，沉积一层绝热材料，由此即可在绝热材料之中造成空 隙；各向异性蚀刻该绝热材料与覆盖层，使一小部分的存储器材料表面裸露，以形成孔隙在 绝热材料与邻近存储元素的覆盖层中，以及绝热材料中更大的空洞；以及在孔隙中沉积电 极材料，同时扩展空洞以形成顶部电极。依据本专利技术，掩模阶段可在存储器单元通孔上方的氮化硅层建立开口。其余的工 艺即属自动对准，并具高度重复性。顶部电极与存储器材料之间的接触区域，由顶部电极的 作用部宽度所决定，而该宽度又受到各向异性蚀刻的条件、以及绝热材料空隙的尺寸与形 状所影响，前述条件均可轻易地重复控制。附图说明图1为依据本专利技术的一种实施例，显示一种存储器单元装置的示意图；图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、与图10，为依据本专利技术所的一种实施例，显示一种相变化存储器单元工艺步骤的剖面示意图；图IlA与图IlB为依据本专利技术的一种实施例，显示一种存储器阵列的一部分的剖 面图；图IlB显示编程电流的流动路径；图12为采用相变化存储元件的存储器阵列示意图；图13显示存储器阵列的布局图或平面图，其显示采用相变化存储元件的存储器 阵列的一部分。具体实施例方式此处将依据附图，更详细说明本专利技术的内容，同时展示本专利技术的另一实施例。此附 图仅为概略图，显示本专利技术的特征与这种特征和其他特征与结构的关系，故也未按比例制作。为使说明书的内容更加容易明了，显示本专利技术实施例的附图中，对应其他附图中特征的 特征元件，即使可轻易在所有附图中辨别，均未加以重新编号。请参阅图1，为根据本专利技术的一个实施例的存储器单元结构10的示意图。存储器 单元结构10包括重叠在存储元素14之下的底部电极12、与内含主体部分19及作用部17 的顶部电极18。顶部电极18的作用部17经由小面积接点13与存储器材料层14的表面 15接触。此外还可选择在电极顶部加入一核心部分21与一内衬(加热)部分23。顶部电 极18的周围由绝热材料16所包围。顶部电极与周边的绝热材料，形成在层间电介质填充 层的通孔中，或形成在分隔层(s印aration layer) 11中，而分隔层11，为电绝缘层20所覆盖。存储器结构10形成在半导体衬底之上，包含存取晶体管、以及顶部电极18的电连 结表面22，均由图案金属化制造，如下列参考图IlA的例子。存储器单元中的传导路径，由顶部电极18的表面22穿过顶部电极的主体部分19 与顶部电极的作用部17，随后穿越作用部17底部的接触区域13，至存储元素14，再穿越该 存储元件，达到底部电极12。本专利技术的存储单元结构提供几种优势特征。顶部电极与周边电介质填充物的绝热 良好，顶部电极与存储器材料的接触区域甚小，故可降低重置程序的电流。顶部电极与存储 器材料的接触区域由顶部电极的作用部宽度决定，而该宽度乃受到各向异性蚀刻条件、与 绝热层中的空隙尺寸及形状的影响。绝热层空隙的大小，由电绝缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储器装置，包括：底部电极；存储元素，其位于所述底部电极之上；以及包括主体部分与作用部的顶部电极，其中所述顶部电极的所述作用部的基底，与所述存储元素的表面的一小区域电接触，其中所述顶部电极还包括内衬及由所述内衬包围的核心，所述内衬自所述作用部两侧垂直向上延伸而包围所述核心。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：龙翔澜，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71