多層相變存儲器的製作方法
2023-05-30 20:01:56 1
專利名稱：多層相變存儲器的製作方法
背景本發明通常涉及使用相變材料的存儲器。
相變材料可以呈現至少兩種不同狀態。這些狀態可以稱為非晶態和晶態。例如，可以通過溫度變化來選擇啟動在這些狀態之間的轉換。這些狀態可以被區別，是因為非晶態通常顯示出比晶態更高的電阻率。非晶態包括更無序的原子結構，晶態包括更有序的原子結構。通常，可以使用任何相變材料；然而，在一些實施例中，薄膜硫族化物合金材料特別適合。
可以可逆地引起相變。因此，存儲器可以從非晶態變化到晶態並且隨後可以回復到非晶態，反之亦然。實際上，每一個存儲器單元可以被認為是可編程電阻器，其根據溫度變化在高電阻和低電阻之間可逆變化。可以由電阻加熱來引起溫度變化。
在一些情況中，單元可以具有大量的狀態。也就是說，因為每一個狀態可以通過其電阻來被區別，多個電阻確定的狀態是可能的，允許在一個單一單元中保存多位數據。
各種相變合金是公知的。通常，硫族化物合金包括周期表的第VI族的一個或多個元素。合金的一個特別適合組是GeSbTe合金。
相變材料可以在通過電介質材料定義的通道或者細孔裡形成。相變材料可以在通道的其中一端上連接電極。接觸可以使電流通過該通道以便通過電阻加熱對該單元編程或者讀取該單元的已編程狀態。
當前相變存儲器根據硫族化物相變存儲器材料自身的低熱導率將可編程體積與上電極熱損耗進行熱絕緣。因此，為了得到更好的熱絕緣，以及由此的可編程體積的更多有效能量編程，不得不增加硫族化物層的厚度。然而，層厚度的增加還增加了在編程期間能夠經歷相變的材料體積。增加經歷相變的材料的體積對存儲器的可靠性、穩定性和循環壽命都產生不利影響。
因此，需要具有改善特徵和性能的相變存儲器。
圖1是本發明的一個實施例的放大剖面圖；
圖2是結合本發明的一個實施例製造圖1所示器件的早期的放大剖面圖；圖3是在結合本發明的一個實施例製造的後期的圖2所示的實施例的放大剖面圖；圖4是在結合本發明的一個實施例製造的更後期的圖3所示的實施例的放大剖面圖；圖5是在結合本發明的一個實施例製造的更後期的圖4所示的實施例的放大剖面圖；圖6是在結合本發明的一個實施例製造的更後期的圖5所示的實施例的放大剖面圖。
具體實施例方式
參考圖1，相變存儲器10可以在集成電路襯底12上形成。相變存儲器10可以包括下電極14，其在一個實施例中由含鈷的矽化物形成。上電極28夾在下面的可編程相變層22和上面的相變層26之間。在相變層22和26之間是化學性阻擋層24。
相變存儲器10的細孔可以被側壁隔片20限定。也就是說，在下電極14和相變層22之間的接觸區域可以是通過覆蓋圓柱形側壁隔片20所確定的尺寸。在一個實施例中，包括相變層22和26的細孔可以被限定在以成對絕緣體層形成的開口內，例如上絕緣層18和低絕緣層16。在一個實施例中上絕緣層28可以是二氧化矽，在一個實施例中低絕緣層16可以是氮化矽。
儘管示出了其中使用了兩層相變材料的結構，但在其它實施例中可以使用更多層。第一相變層22的厚度可以在300-500埃的範圍。可以選擇該層的厚度以減少可編程體積的垂直尺寸。可以在通過側壁隔片20形成的杯子形狀的開口內澱積相變層22，產生杯子形狀的相變層22。因此對阻擋層24和上面的相變層26定義了類似形狀。在一個實施例中，可以使用汽相澱積來形成相變層22和26。
阻擋層24提供了在下面的可編程相變層22和上面的相變層26之間的化學阻擋。在一些實施例中，可以首要給上面的相變層26提供熱絕緣。阻擋層24可以具有足夠的電導率，使得通過可編程相變層22的編程電流在熱絕緣相變層26的任何電阻區周圍橫向流動，並且可以接觸遠離編程區域的該層的傳導區。
阻擋層24的典型厚度可以在50-200埃的範圍內。熱絕緣相變材料層26也可以在原位置被汽相澱積到阻擋層24的上面。熱絕緣相變材料層26可以用和可編程相變層22相同的成分形成或者它也可以從具有低熱導率的可獲得硫族化物材料的範圍中選擇。在一個實施例中，層26具有小於1E-2W/cm.K的熱導率和例如大於40Ω-1cm-1的良好電導率是很有優勢的。層26的厚度可以在從100到多於1000埃的範圍。
參考圖2，可以在包括襯底12的疊層上定義掩膜30，該襯底12覆蓋有下電極14、第一絕緣層16、第二絕緣層18。
下面參考圖3，可以通過絕緣層16和18腐蝕開口32，該腐蝕中止於下電極14。在一個實施例中，可以使用一種蝕刻劑，其被選擇針對層16和18，而對電極14幾乎無效。隨後，如圖4所示，可以將絕緣材料20澱積到細孔內和層18上。可以使用多種絕緣層，包括氧化物。在一個實施例中，可以使用原矽酸四乙酯(TEOS)氧化物澱積工藝。然後對澱積層20進行各向異性腐蝕以便形成圓柱形側壁隔片20，如圖5所示。
然後可以用可編程相變層22覆蓋側壁隔片20和絕緣層18。然後可以用阻擋層24和絕緣相變層26覆蓋層22。最後，可以澱積上電極28。因為側壁隔片20的覆蓋，在某種程度上，層22、24、26和28的每一層都被限定為杯子形狀的配置。在一些實施例中，然後可以對圖6所示的結構進行構圖和腐蝕以便形成圖1中所示的結構。
通過使用多層的硫族化物層，存儲器單元10受益於增強的熱絕緣。同時，在編程期間經歷相變的材料體積可以相對受限。換句話說，組合的層22和26的絕緣效果可以減少來自存儲器10的熱損失，提高編程性能。同時，對絕緣層26編程不是必須的，這樣減少了在編程期間必須經歷相變的材料體積。在一些實施例中，這可以提高存儲器10的可靠性、穩定性和循環壽命。
儘管結合受限的多個實施例描述了本發明，但是本領域的技術人員根據其會理解多個修改和變型。附屬的權利要求書其意圖在於覆蓋落入本發明的真實精神和範圍內的所有修改和變型。
權利要求
1.一種方法，包括形成第一層相變材料；在所述第一層上形成非相變材料；和在所述非相變材料上形成第二層相變材料。
2.根據權利要求1的方法，包括形成相同材料的第一層和第二層。
3.根據權利要求1的方法，包括形成不同材料的第一層和第二層。
4.根據權利要求1的方法，包括形成導電的非相變材料。
5.根據權利要求1的方法，包括在襯底上形成細孔。
6.根據權利要求5的方法，包括在所述細孔上形成側壁隔片。
7.根據權利要求6的方法，包括在所述側壁上形成所述第一層和第二層以及所述非相變材料。
8.根據權利要求7的方法，包括在所述襯底上形成接觸並且在所述接觸上形成所述側壁隔片。
9.根據權利要求8的方法，包括將所述接觸和所述第一層進行接觸。
10.一種存儲器單元，包括第一層相變材料；第二層相變材料；和在所述第一層和第二層之間的非相變材料，所述非相變材料使得所述第一層與所述第二層完全隔離。
11.根據權利要求10的單元，其中所述第一層相變材料是由硫族化物材料形成的。
12.根據權利要求10的單元，其中所述第一層和第二層是不同的相變材料。
13.根據權利要求10的單元，其中所述第一層和第二層相變材料是相同材料。
14.根據權利要求10的單元，其中所述非相變材料是導體。
15.根據權利要求10的單元，包括半導體襯底和在所述襯底內形成的電接觸。
16.根據權利要求15的單元，包括在所述襯底上形成的絕緣層，和通過所述絕緣層形成的通道。
17.根據權利要求16的單元，其中所述第一層和第二層至少部分地在所述通道中形成。
18.根據權利要求17的單元，包括在所述接觸上的所述通道內形成的側壁隔片。
19.根據權利要求10的單元，其中所述第一層和第二層是杯子形狀。
20.根據權利要求10的單元，其中配置所述第二層相變材料以提供熱絕緣。
21.一種存儲器單元，包括第一層相變材料；和第二層相變材料，所述第一層相變材料和第二層相變材料中僅其中一層是可編程的。
22.根據權利要求21的單元，包括在所述第一層和第二層之間的非相變材料。
23.根據權利要求21的單元，其中第一層相變材料是可編程的，第二層相變材料用作所述第一層相變材料的絕緣體。
24.根據權利要求21的單元，其中所述第一層相變材料是由硫族化物材料形成的。
25.根據權利要求21的單元，其中所述第一層和第二層是不同相變材料。
26.根據權利要求21的單元，其中所述第一層相變材料和第二層是相同材料。
27.根據權利要求22的單元，其中所述非相變材料是導體。
28.根據權利要求21的單元，包括半導體襯底和在所述襯底上形成的電接觸。
29.根據權利要求28的單元，包括所述襯底上形成的絕緣層和通過所述絕緣層形成的通道。
30.根據權利要求29的單元，其中所述第一層和第二層至少部分地在所述通道中形成。
31.一種存儲器單元，包括第一層相變材料；不同於所述第一層的相變材料的第二層相變材料；和在所述第一層和第二層之間的非相變材料。
32.根據權利要求31的單元，其中所述非相變材料是導電體。
33.根據權利要求31的單元，其中配置所述第二層相變材料以提供熱絕緣。
34.一種存儲器單元，包括第一層相變材料；第二層相變材料；和在所述第一層和第二層之間的導電非相變材料。
35.根據權利要求34的單元，其中所述第一層和第二層是不同相變材料。
36.根據權利要求34的單元，其中所述第一層和第二層是相同材料。
全文摘要
可以利用通過阻擋層(24)分隔開的至少兩個相變材料層(22，26)形成一種相變存儲器(10)。使用多於一個相變材料層(22，26)能夠減少編程體積，同時還可以提供充分的熱絕緣。
文檔編號H01L45/00GK1568551SQ02816937
公開日2005年1月19日 申請日期2002年8月20日 優先權日2001年8月31日
發明者S·J·赫金斯, T·A·勞裡, P·J·克萊爾斯 申請人:英特爾公司