存儲器裝置及其形成方法

2023-07-12 10:48:56 3

專利名稱：存儲器裝置及其形成方法
技術領域：
本發明的實施例涉及存儲器裝置及其製作方法。特定來說，本發明涉及具有橫向 收縮的相變材料或不同寬度的電極的存儲器裝置，其中橫向收縮的窄部分或窄電極在所述 存儲器裝置的相對側上，且涉及此類存儲器裝置的製作。
背景技術：
相變隨機存取存儲器(PCRAM)是指能夠根據施加的電流記錄及讀取數據的非易 失性存儲器裝置。在PCRAM裝置中，將一定體積的相變材料沉積在兩個電極之間以形成單 個存儲器單元。相變材料用於電子存儲器應用中，因為其能夠在非晶狀態與結晶狀態之間 電切換。這些材料選擇性地展示多於一個的電阻率值。舉例來說，當所述相變材料處於結 晶狀態時，其電阻低，且當其處於非晶狀態時，其電阻高。在PCRAM裝置中，編程電流穿過所述相變材料以誘發相變。此編程電流由於所述 相變材料的電阻而產生熱。所產生熱的量與固定體積的材料中的電流密度成比例。隨著材 料體積減小，誘發相變所需的編程電流也減小。此外，隨著編程電流降低，所產生熱的量也 減小。由於每一存儲器單元利用編程電流且每一 PCRAM裝置存在數百萬的存儲器單元， 因此需要大的總能量輸入來操作所述裝置。期望降低誘發相變所需的編程電流的量，且如 此一來，降低裝置的總能量需求。另外，不斷地需要產生越來越小的存儲器裝置。隨著存儲器裝置被壓縮，相鄰存儲 器單元之間的相對距離變小，從而導致極緊密接近的單元。理論上，如此緊密接近的單元將 易受來自鄰近單元的增加的熱影響。此現象稱為「熱串擾」。當將因施加編程電流而在一個 存儲器單元中產生的熱熱傳導到鄰近存儲器單元時發生熱串擾。熱串擾是不期望的，因為其可導致存儲器單元中的不需要的相變，因此導致存儲 在所述存儲器單元內的數據的訛誤。非晶狀態與結晶狀態之間的轉變可由溫度改變來起 始。如果不阻止熱串擾，那麼未選單元(未施加電流的單元)的相變材料將可能由於來自 鄰近單元的熱傳送而轉換(即，無意地編程到不正確狀態)。將期望形成儘管具有最小規模 及高單元密度但仍能夠以減少的能量汲取及可忽略的熱串擾操作的裝置。海普(Happ)等人的美國專利申請公開案第20070181932號描述了一種熱隔離相 變存儲器單元的方法。鄰近相變存儲器單元由第一及第二絕緣材料來彼此分離。所述相變 存儲器單元中的所述相變材料具有沙漏或錐形形狀。


圖1到圖5是根據本發明的實施例的存儲器裝置的橫截面圖；圖6到圖14是圖解說明圖1的存儲器裝置的製作的橫截面圖；圖15到圖21是圖解說明圖2的存儲器裝置的製作的橫截面圖；圖22到圖M是圖解說明圖3的存儲器裝置的製作的橫截面圖；及圖25到圖沈是圖解說明圖4的存儲器裝置的製作的橫截面圖。
具體實施例方式本發明揭示具有在鄰近存儲器單元的可編程卷之間的增加的距離的多個存儲器 單元。所述多個存儲器單元可用於存儲器裝置(例如，PCRAM裝置)中。所述PCRAM裝置 可包含相變材料來作為電可切換(可編程)材料。所述相變材料可配置於所述PCRAM裝置 中來作為相變材料元件。通過增加鄰近可編程卷之間的距離，降低所述存儲器單元之間的 熱串擾。為增加此距離，存儲器裝置6、6'、6"、6"『上的鄰近存儲器單元4的可編程卷2 的位置相對於彼此垂直地交錯或偏移，如圖1到4中所圖解說明。每一存儲器單元4包含 相變材料元件8B，其安置在兩個電極之間，例如，在底部電極10與頂部電極12之間。存儲 器單元4布置成陣列。藉助於非限制性實例，一個存儲器單元4的可編程卷2可接近底部 電極10而另一鄰近存儲器單元4的可編程卷2可接近頂部電極12。在一個實施例中，相變材料元件8B可包含其橫向收縮的部分14，如圖1到圖3中 所圖解說明。相變材料元件8B在存儲器單元4的垂直方向上包含變窄或收縮。橫向收縮 的部分14可位於相變材料元件8B與底部電極10或頂部電極12的界面處，如圖1中所圖 解說明，或位於相變材料元件8B內的位置處，如圖2及圖3中所圖解說明。橫向收縮的部 分14可大致對應於存儲器單元4的可編程卷2。在另一實施例(圖4中所圖解說明)中， 底部電極5254或頂部電極58、60可具有比相變材料元件8B的寬度小的寬度。如本文中所用，術語「可編程卷」意指且包含當將電流施加到相變材料時所述相變 材料在其橫向收縮的部分處在非晶狀態與結晶狀態之間電切換的一部分。所述可編程卷 可直接或間接接觸所述存儲器單元的底部或頂部電極。如果所述相變材料不包含其橫向收 縮的部分，則術語「可編程卷」意指且包含所述相變材料的接觸所述底部或頂部電極的一部 分。如本文中所用，術語「底部」、「頂部」、「上部」及「下部」是相對術語且描述關於其上 形成所述存儲器裝置的襯底的位置。術語「頂部」或「上部」指遠離襯底的位置，且術語「底 部」或「下部」指緊密接近襯底的位置。藉助於非限制性實例，短語「底部電極」及「頂部電 極」是相對術語且意指並包含所述電極的導電材料相對於所述襯底的位置。「底部電極」描 述接近所述襯底的電極，而「頂部電極」指遠離所述襯底的電極。如本文中所用，短語「相變材料」意指且包含硫屬化合物，其包含硫屬離子及正電 性元素。所述相變材料的所述硫屬離子可以是氧(0)、硫(S)、硒( )、碲(Te)或釙(Po)。 所述正電性元素可包含(但不限於)氮(N)、矽(Si)、鎳(Ni)、鎵(( )、鍺(Ge)、砷(As)、銀 (Ag)、鋼(In)、錫(Sn)、銻(Sb)、金(Au)、鉛(Pb)、鉍(Bi)、鋁(Al)、鈀(Pd)、鈷(Co)、鉬(Pt) 或其組合。所述硫屬化合物可以是二元、三元或四元化合物或這些元素的合金。藉助於非 限制性實例，所述硫屬化合物可包含以下元素組合
Ge-Te、In-Se、Sb-Te、Sb-Se、Ga-Sb、Ge-Sb、In-Sb、As-Te,Al-Te、Si-Sb、Ge-Sb-Te、 Te—Ge—As、In—Sb—Te、Te-Sn-Se> Ge-Se-Ga> Bi—Se—Sb、Ga-Se-Te> Sn-Sb-Te> In—Sb—Ge、 Ge-Sb-Se>In-Sb-Se>Te—Ge—Sb—S、Te-Ge—Sn—O、Te-Ge-Sn-Au>Pd-Te-Ge-Sn>In-Se—Ti—Co、 Ge-Sb-Te-Pd、Ge-Sb-Te-Co、Sb-Te-Bi-Se、Ag-In-Sb-Te、Ge-Sb-Se-Te、Ge-Sn-Sb-Te> Ge-Te-Sn-Ni,Ge-Te-Sn-Pd 或 Ge-Te-Sn-Pt0上述硫屬化合物中的所述元素的化學計量不受限制。因此，可使用上述硫屬化 合物中的元素的任一已知化學計量。在一個實施例中，所述硫屬化合物是Ge、Sb及Te的 化合物(GST 材料)，例如 Gii2Sb2Ti55、Ge8Sb32Te56(還稱為 Ge1Sb4Te7)、Ge14Sb28Te56(還稱為 Ge1Sb2Te4) > Ge4OSb9Te51^ Ge44Sb5Te51^ Ge28Sb27Te45^ Ge58Sb19Te23^ Ge17Sb27Te56 或 Ge30Sb17Tera 等。 在另一實施例中，所述硫屬化合物為Te81Ge15Sb2S2或Sb2I^3。鄰近存儲器單元4的可編程卷2相對於彼此垂直地偏移，如圖1到圖4中所示。換 句話說，鄰近存儲器單元4的可編程卷2定位於存儲器裝置6、6'、6"、6" 』的相對側上。 如圖5中進一步詳細地顯示，存儲器單元4具有位到位距離(或熱距離)d、高度h及間距 S。位到位距離d是鄰近存儲器單元4的可編程卷2之間的距離，高度h是所述相變材料的 長度，且間距s是鄰近存儲器單元4的中心之間的水平距離。隨著存儲器裝置6、6'、6"、 6 「『的大小持續減小，高度h可在從約20nm到約40nm的範圍內且間距s可在從約20nm 到約40nm的範圍內。藉助於非限制性實例，當間距s為約20nm時，高度h是從約20nm到 約40nm。位到位距離d經計算為(h2+s2)的平方根。藉助於非限制性實例，如果s為20nm 且h為30nm，則d為約36nm。相反，常規存儲器裝置(其中鄰近存儲器單元的可編程卷在 彼此相同的垂直平面上)的位到位距離d等於所述鄰近存儲器單元的所述可編程卷之間的 水平距離。換句話說，在其中s為20nm且h為30nm的常規存儲器裝置中，位到位距離d為 20nmo可結合半導體製作中採用的常規技術來實踐本發明的所述實施例以產生所需存 儲器裝置6、6'、6"、6"『。雖然為提供對本發明的實施例的詳盡說明，以下說明提供例如 材料類型、材料尺寸及處理條件等具體細節，但所屬領域的技術人員將理解，可在不採用這 些具體細節的情況下實踐本發明的所述實施例。此外，本文中提供的所述說明並未形成用 於製造PCRAM裝置的完整的工藝流程，且下文所描述的PCRAM裝置並未形成完整的半導體 裝置。下文僅詳細描述理解本發明的所述實施例所必需的那些工藝動作及結構。可通過常 規技術來執行用以形成包含所述PCRAM裝置的完整的半導體裝置的額外動作。本文中呈現的圖解並非意指任何特定PCRAM裝置的實際視圖，而僅是用以描述本 發明的實施例所採用的理想化表示。此外，所述圖解並非按比例繪製。圖中共同的元件及 特徵可保持相同的數字符號。為形成存儲器裝置6、6'、6"、6〃 『，底部電極10可以是電介質材料13中的所 謂的「插頭」，如圖1到圖4中所圖解說明。電介質材料13可由適合的絕緣或電介質材料 (例如，氧化物或氮化物)形成。藉助於非限制性實例，電介質材料13可以是等離子增強型 CVD ( 「PECVD」) SiOz (其中ζ為1或2)、PECVD氮化矽或標準的熱CVD Si3N4。電介質材料 13及底部電極10可形成於例如常規矽襯底或包含半導體材料層的其它體襯底的襯底(未 顯示)上。如本文中所用，術語「體襯底」不僅包含矽晶片，而且包含絕緣體上矽(「S0I」) 襯底、藍寶石上矽(「SOS」)襯底、基底半導體基礎上的外延矽層及其它半導體或光電子材料(例如，矽-鍺、鍺、砷化鎵或磷化鋼)。所述襯底可以是經摻雜或未經摻雜的。為使底 部電極10形成為插頭，電介質材料13可經圖案化以形成填充有底部電極10的導電材料的 孔口。所述導電材料可包含(但不限於)W、Ni、氮化鉭(TaN)、Pt、氮化鎢(WN)、Au、氮化鈦 (TiN)或氮化鋁鈦(TiAlN)。底部電極10可由常規沉積技術(例如，由化學氣相沉積(CVD) 或物理氣相沉積(PVD))形成。上覆於電介質材料13上的所述導電材料的部分可(例如) 由CMP移除。或者，底部電極10的所述導電材料可形成為電介質材料13上的一層或其它三維 配置，如圖6中所圖解說明。圖6圖解說明配置為一層的底部電極10的導電材料以及經圖 案化相變材料元件8A及經圖案化掩模材料16A。如下文中詳細描述，在將頂部電極12的導 電材料形成為一層之後，底部電極10及頂部電極12可由常規光刻技術原位蝕刻以形成存 儲器單元4。雖然本文中圖式中的大多數圖式圖解說明將底部電極10的所述導電材料形成 為電介質材料13中的插頭，但可構想其中所述導電材料形成為一層的額外實施例。為形成圖1的存儲器裝置6，相變材料8可形成於電介質材料13及底部電極10上 方且與其接觸，如圖7中所示。相變材料8可由包含但不限於CVD或PVD的常規技術形成。 然而，還可使用所屬技術領域中已知的其它沉積技術。相變材料8可具有從約IOnm到約 IOOnm的厚度。可將掩模材料16施加於相變材料8上。掩模材料16可以是常規光致抗蝕 劑材料且可由所屬領域的技術人員來選擇。掩模材料16可經顯影及蝕刻以形成所需圖案， 將所述圖案轉印到相變材料8以形成經圖案化相變材料8A及其中的多個溝槽18，如圖8中 所示。多個溝槽18由經圖案化相變材料8A的側壁界定。掩模材料16還可以是硬掩模，其 由包含但不限於非晶碳或透明碳或者氧化矽的材料形成。經圖案化相變材料8A可具有從 約IOnm到約IOOnm的高度(例如，約60nm)及從約5nm到約50nm的寬度(例如，約25nm) 的寬度。經圖案化相變材料8A可具有任一幾何截面形狀，例如圓形、矩形或橢圓形(舉例 來說)。溝槽18可通過使用單個蝕刻或多個蝕刻來蝕刻掩模材料16及相變材料8 (例如， 通過蝕刻掩模材料16且然後蝕刻相變材料8)來形成。依據所使用的材料，掩模材料16及 相變材料8可使用乾式蝕刻工藝、溼式蝕刻工藝或其組合來蝕刻。掩模材料16及相變材料 8的蝕刻可使用常規蝕刻化學品(其未在本文中詳細描述)來進行。所述蝕刻化學品可由 所屬領域的技術人員基於所使用的材料來選擇。藉助於非限制性實例，掩模材料16及相變 材料8可通過反應性離子蝕刻或等離子蝕刻來蝕刻。蝕刻劑可以是CF4、CHF3、CH2F2, C2F6, CCl4, Cl2或C4F8中的任一者。在一個實施例中，蝕刻劑是CF4。可選擇性地移除或修整經圖案化掩模材料16A，如圖9中所圖解說明。經修整掩模 材料16B的垂直厚度及橫向寬度相對於其先前厚度及寬度可減小。經修整掩模材料16B的 寬度可約等於橫向收縮的相變材料8B在其最窄截面面積處的所需寬度(參見圖10)。修整 經圖案化掩模材料16A可由常規技術(例如，由各向同性蝕刻工藝)來實現。各向同性蝕 刻劑的選擇可依據用作掩模材料16的材料且可由所屬領域的技術人員來確定。藉助於非 限制性實例，經圖案化掩模材料16A可使用(舉例來說)氫氟酸或CF4來各向同性地蝕刻。下伏於經修整掩模材料16B下的經圖案化相變材料8A可使用經修整掩模材料16B 作為蝕刻掩模來各向異性地蝕刻，如圖10中所示。藉助於非限制性實例，經圖案化相變材 料8A可使用乾式蝕刻來各向異性地蝕刻。可移除經圖案化相變材料8A的部分以形成橫向 收縮的相變材料8B，其具有大致非垂直或傾斜的側壁。在存儲器裝置6中，橫向收縮的相變材料8B可具有大致錐形或截頭錐形狀。因此，橫向收縮的相變材料8B的第一端19可具有 與橫向收縮的相變材料8B的第二端21相比較減小的寬度。經修整掩模材料16B可使用常規蝕刻劑(其可基於所使用的材料來選擇)來移 除。絕緣材料20可保形地形成於橫向收縮的相變材料8B、電介質材料13及底部電極10的 暴露表面上方，如圖11中所示。絕緣材料20可以是所屬技術領域中已知的任一材料以具 有電介質性質且能夠保形地沉積。絕緣材料20可通過可用於保形沉積的任一已知沉積技 術(例如，原子層沉積(「ALD」))來沉積。舉例來說，絕緣材料20可以是ALD氧化物、ALD 氮化物或氧氮化矽。可移除絕緣材料20的水平部分(例如，安置於底部電極10的上部表 面上及橫向收縮的相變材料8B的上部表面上的那些部分)，如圖12中所示。這些水平部分 可通過常規技術(其未在本文中詳細描述)來移除。移除絕緣材料20的這些水平部分可 暴露橫向收縮的相變材料8B的上部表面及底部電極10的上部表面，從而形成由絕緣材料 20的側壁及底部電極10的上部表面界定之間距30。由於絕緣材料20保形地沉積於橫向 收縮的相變材料8B上，因此間距30由非垂直或傾斜的側壁來定界。間距30可填充有填充相變材料M，如圖13中所示。填充相變材料M可以是先前 所描述材料中的一者且可與用作相變材料8的材料相同或不同。填充相變材料M可包含 不同於相變材料8的元素組合。或者，填充相變材料M可包含與相變材料8相同的元素但 具有與相變材料8不同的化學計量。如果對相變材料8及填充相變材料M使用相同的材 料，那麼鄰近存儲器單元可具有相同的編程電流。通過對相變材料8及填充相變材料M利 用不同的材料，鄰近存儲器單元可具有不同的編程電流。依據相變材料元件8B及填充相變 材料M與所述電極(電極10、12、52、54、58、或60)的截面接觸面積，可選擇用於相變材料 8及填充相變材料M的材料以對鄰近存儲器單元提供類似的編程電流。間距30可由常規 技術來用填充相變材料M填充。上覆於絕緣材料20及橫向收縮的相變材料8B上的填充 相變材料M的部分可由常規技術(例如，由化學機械平面化(「CMP」))來移除以暴露填充 相變材料對及絕緣材料20。由於間距30具有傾斜的側壁，因此形成於間距30中的填充相 變材料M也具有傾斜的側壁及橫向收縮的部分14。然後，可形成上覆於絕緣材料20、橫向收縮的相變材料8B及填充相變材料M的 暴露表面上的頂部電極12，如圖14中所示。頂部電極12可由先前描述的用作底部電極10 的導電材料中的一者形成。頂部電極12及絕緣材料20的下伏部分可由常規光刻技術來蝕 刻以暴露電介質材料13的部分，從而形成圖1中所示的存儲器單元4。藉助於非限制性實 例，可將光致抗蝕劑材料(未顯示)施加於頂部電極12上方且根據常規光刻技術來顯影及 蝕刻。如果底部電極10形成為一層，那麼底部電極10、頂部電極12及絕緣材料20的所述 下伏部分可由常規光刻技術原位蝕刻以形成存儲器單元4。鄰近存儲器單元4可由氣隙沈 分離。或者，氣隙26可填充有絕緣材料(未顯示)，例如氧化矽、氮化矽或具有低熱傳導率 的材料。在圖1的存儲器裝置6中，橫向收縮的相變材料8B及填充相變材料M的橫向收 縮的部分14分別直接接觸頂部電極12及底部電極10。橫向收縮的部分14對應於存儲器 單元4的可編程卷2。橫向收縮的相變材料8B可具有為填充相變材料M的形狀的反像的 形狀。由於橫向收縮的相變材料8B及填充相變材料M具有相對定向的倒置錐形形狀，因 此使鄰近存儲器單元4的可編程卷2之間的位到位距離d最大化。
為形成圖2的存儲器裝置6'，可形成掩模材料16、相變材料8、底部電極10及電 介質材料13，如圖7中所示。可如先前結合圖7所描述來形成這些材料。可圖案化掩模材 料16及相變材料8，如圖15中所示。可如先前結合圖8所描述來進行掩模材料16及相變 材料8的圖案化，只是除經圖案化相變材料8A以外，相變材料8C的一部分仍留在底部電極 10及電介質材料13的頂部表面上方。因此，未暴露底部電極10及電介質材料13。相變材 料8的部分移除可由常規蝕刻技術(其未在本文中詳細描述)來實現。掩模材料16及相 變材料8的圖案化產生開口 28，開口觀由相變材料8C的底部表面及經圖案化相變材料8A 的大致垂直的側壁來界定。可修整經圖案化掩模材料16A，如圖16中所示。可如先前結合 圖9所描述來完成掩模材料16的修整。經修整掩模材料16B可用作蝕刻掩模以各向異性 地蝕刻經圖案化相變材料8A，從而產生對應於相變材料元件8B的橫向收縮的相變材料8B， 如圖17中所示。橫向收縮的相變材料8B的第一端19可具有與橫向收縮的相變材料8B的 第二端21相比較減小的寬度。可如先前結合圖10所描述來進行經圖案化相變材料8A的 各向異性蝕刻。相變材料8C可大致不受所述各向異性蝕刻影響。可移除經修整掩模材料16B且絕緣材料20可保形地形成於橫向收縮的相變材料 8B及相變材料8C的暴露表面上，如圖18中所示。可如先前結合圖11所描述來進行絕緣材 料20的形成。可移除絕緣材料20的水平部分(例如，安置於橫向收縮的相變材料8B及相 變材料8C的頂部表面上的那些部分)，從而形成由絕緣材料20的大致非垂直或傾斜的側壁 及相變材料8C的頂部表面界定之間距31，如圖19中所示。可如先前結合圖12所描述來 進行絕緣材料20的水平部分的移除。間距31可填充有填充相變材料M，如圖20中所述。 可如先前結合圖13所描述來進行填充間距31。另一相變材料32可形成於橫向收縮的相 變材料8B、絕緣材料20及填充相變材料M的暴露表面上，如圖21中所示。另一相變材料 32可以是先前描述的材料中的一者且可與相變材料8或填充相變材料M相同或不同。另 一相變材料32可在橫向收縮的相變材料8B、絕緣材料20及填充相變材料M上形成大致平 面層。然後，可形成上覆於另一相變材料32的頂部電極12。可如先前結合圖14所描述 來形成頂部電極12。如圖2中所示，頂部電極12及絕緣材料20的下伏部分、另一相變材料 32及相變材料8C可由常規技術來蝕刻以暴露電介質材料13的部分且形成存儲器單元4。 鄰近存儲器單元4可由氣隙沈分離。或者，間隙沈可填充有絕緣材料(未顯示)，例如氧 化矽、氮化矽或具有低熱傳導率的材料。在圖2的存儲器裝置6'中，橫向收縮的相變材料8B及填充相變材料M的橫向收 縮的部分14直接接觸相變材料8C及另一相變材料32而不直接接觸底部電極10及頂部電 極12。相變材料8C及另一相變材料32是大致接觸底部電極10及頂部電極12。橫向收縮 的部分14對應於存儲器單元4的可編程卷2。填充相變材料M可具有為橫向收縮的相變 材料8B的形狀的反像的形狀。由於橫向收縮的相變材料8B及填充相變材料M具有交替、 相對定向的倒置錐形形狀，因此使鄰近存儲器單元4的可編程卷2之間的位到位距離d最 大化。可使用兩種光掩模工藝來製作圖1及圖2的存儲器裝置6、6'。在一個實施例中， 第一光掩模工藝用以圖案化相變材料8及掩模材料16而第二光掩模工藝用以原位圖案化 底部及頂部電極10、12。在第二實施例中，第一光掩模工藝用以圖案化相變材料8及掩模材料16的至少一部分而第二光掩模工藝用以原位圖案化底部及頂部電極10、12。由於常規存 儲器裝置的製作(其中鄰近存儲器單元的可編程卷在彼此相同的垂直平面上)還利用兩種 光掩模工藝，一種光掩模工藝用以圖案化所述底部電極且另一種光掩模工藝用以圖案化所 述存儲器單元及所述頂部電極，因此存儲器裝置6、6'的製作可在不利用額外工藝動作的 情況下實現。為形成圖3的存儲器裝置6"，可如先前結合圖7所描述在電介質材料13中形成 底部電極10的插頭。然後，可在電介質材料13及底部電極10上方形成額外電介質材料 34，且在其中形成交替的寬孔口 36與部分收縮的寬孔口 38，如圖22中所示。寬孔口 36及 部分收縮的寬孔口 38可形成於底部電極10上方。寬孔口 36及部分收縮的寬孔口 38可使 用常規光刻技術繼之以乾式蝕刻工藝來形成。藉助於非限制性實例，掩模(未顯示)可用 以產生寬孔口 36及窄孔口 40(以虛線顯示)。隨後，可加寬窄孔口 40的一部分以形成部分 收縮的寬孔口 38。部分收縮的寬孔口 38在其最寬點處的寬度可與寬孔口 36的寬度大致相 同。藉助於非限制性實例，可加寬窄孔口 40的頂部部分以形成橫向架42，而交替的窄孔口 40的底部部分的寬度可保持大致不受影響，同時遮蔽寬孔口 38。橫向架42可將橫向收縮 的部分14提供到部分收縮的寬孔口 38。或者，掩模(未顯示)可用以由常規光刻技術在上覆於交替的底部電極10上的電 介質材料13中產生窄孔口 40。然後，可增加窄孔口 40的全部或一部分的寬度，從而分別產 生寬孔口 36及部分收縮的寬孔口 38。為形成寬孔口 36，可加寬交替的窄孔口 40的寬度。 交替的窄孔口 40可通過遮蔽(未顯示)將不被加寬的那些窄孔口 40來加寬。或者，將不 被加寬的那些窄孔口 40可填充有犧牲材料(未顯示)。然後，將被加寬的窄孔口 40可經 歷各向異性蝕刻而將不被加寬的那些窄孔口 40由所述掩模或犧牲材料保護。隨後，所述掩 模或犧牲材料可由常規技術來移除。為形成部分收縮的寬孔口 38，可加寬交替的窄孔口 40 的頂部部分以形成橫向架42，而交替的窄孔口 40的底部部分的寬度可保持大致不受影響， 同時遮蔽寬孔口 38。橫向架42可將橫向收縮的部分14提供到部分收縮的寬孔口 38。相 變材料8可沉積於寬孔口 36及部分收縮的寬孔口 38中，如圖23中所示。相變材料8可以 是先前所描述材料中的一者且可由常規技術沉積於寬孔口 36及部分收縮的寬孔口 38中。 可(例如)由CMP移除上覆於電介質材料13上的相變材料8的部分。然後，可形成交替的寬孔口 44與窄孔口 46，如圖M中所示。寬孔口 44可形成於 其中具有橫向收縮的部分14的相變材料8上方，而窄孔口 46可形成於無橫向收縮的部分 14的相變材料8上方。寬孔口 44及窄孔口 46可通過移除相變材料8的一部分來形成。或 者，可在電介質材料13及相變材料8上方形成額外電介質材料(未顯示)，並移除所述額外 電介質材料的若干部分以形成寬孔口 44及窄孔口 46。然後，寬孔口 44及窄孔口 46可用另 一相變材料32填充，如圖3中所示。另一相變材料32可以是先前所描述材料中的一者且 可與相變材料8相同或不同。導電材料可形成於相變材料8及另一相變材料32上且經蝕 刻以形成頂部電極12，如圖3中所示。如圖3中所示，存儲器裝置6"的存儲器單元4的相變材料8及另一相變材料32 可包含第一部分48及第二部分50，其中第二部分50的寬度可大於第一部分48的寬度，從 而形成所謂的「Y」形狀。鄰近存儲器單元4可具有交替的Y形狀。第一部分48與第二部 分50的界面可產生相變材料8的橫向收縮的部分14。第一部分48及第二部分50對應於相變材料元件8B。橫向收縮的部分14對應於存儲器單元4的可編程卷2。鄰近存儲器單 元4的第一部分48可以交替的方式相對於彼此垂直地交錯或偏移且可分別直接接觸底部 電極10及頂部電極12中的一者。由於鄰近存儲器單元4具有交替的倒置Y形狀，因此使 鄰近存儲器單元4的可編程卷2之間的位到位距離d最大化。存儲器裝置6中的橫向收縮的部分14確保橫向收縮的相變材料8B或填充相變材 料M接觸底部電極10或頂部電極12的截面接觸面積最大化，此減少用以在非晶狀態與結 晶狀態之間電切換可編程卷2的電流的量。在存儲器裝置6"中，相變材料8的第一部分 48相對於第二部分50減小的寬度也提供接觸底部電極10或頂部電極12的減小的截面接 觸面積。在存儲器裝置6'、6"中，通過定位橫向收縮的部分14以使得橫向收縮的部分14 不直接接觸底部或頂部電極10、12，減少可編程卷2與底部或頂部電極10、12之間的熱損 失。因此，可編程卷2與底部或頂部電極10、12之間的界面在存儲器裝置6'、6"的使用及 操作期間保持涼，此改善所述存儲器裝置的可靠性。此外，橫向收縮的部分14的減小的橫 截面面積增加穿過其的電流密度，從而減少用以電切換可編程卷2的電流的量。交替的錐 形形狀(存儲器裝置6、6'中)或交替的Y形狀(存儲器裝置6"中)用以在存儲器裝置 6、6'、6"的使用及操作期間最大化鄰近存儲器單元4之間的位到位距離d，從而減少鄰近 存儲器單元4之間的熱傳送且減少作為結果產生的不需要的相變。為最大化鄰近存儲器單元4之間的位到位距離d且最小化相變材料8的可編程卷 2與其相關聯的底部及頂部電極中的一者之間的接觸面積，可形成圖4中所示的存儲器裝 置6"『。單個存儲器單元4的底部及頂部電極可具有不同寬度，例如寬底部電極M及窄 頂部電極58。鄰近存儲器單元4的底部及頂部電極可以交替的方式垂直地交錯或偏移，以 使得每一存儲器單元4具有窄底部電極52及寬頂部電極60，而橫向鄰近存儲器單元具有寬 底部電極M及窄頂部電極58，且反之亦然。為形成存儲器裝置6"『，電介質材料13可經圖案化以在其中形成交替的橫向鄰 近窄孔口(未顯示)與寬孔口(未顯示)。電介質材料13可以是先前所描述材料中的一 者。所述窄孔口及寬孔口可用導電材料填充以形成窄底部電極52及寬底部電極M，如圖 25中所示。所述導電材料可以是先前所描述材料中的一者。可(例如)由CMP移除上覆於 電介質材料13及底部電極52、54的頂部表面上的所述導電材料的部分。可將額外電介質材料34施加於底部電極5254及電介質材料13上方。額外電介 質材料34可與電介質材料13相同或不同。如所屬技術領域中已知，額外電介質材料34可 經圖案化以在額外電介質材料34中形成多個相等寬度的孔口(未顯示)。這些孔口可用 相變材料填充，從而形成相變材料元件8B，如圖沈中所示。所述相變材料可以是先前所描 述硫屬化合物中的一者。然後，可使用(舉例來說)CMP來平面化所述存儲器裝置的上部表 面。或者，所述相變材料可沉積為底部電極5254及電介質材料13上方的一層(未顯示) 且經圖案化以形成相變材料元件8B。然後，可施加額外電介質材料34且使其經歷CMP，從 而產生圖沈中所示的結構。可在電介質材料13及額外電介質材料34上方形成另一電介質材料56。另一電 介質材料56可與電介質材料13、34相同或不同。如所屬技術領域中已知，另一電介質材料 56可經圖案化以形成多個交替的橫向鄰近窄孔口(未顯示)與寬孔口(未顯示)。另一電 介質材料56中的所述窄孔口可形成於具有寬底部電極M的所述存儲器單元位置上方，而另一電介質材料56中的所述寬孔口可形成於具有窄底部電極52的所述存儲器單元位置上 方。所述窄孔口及寬孔口可用導電材料填充以形成窄頂部電極58及寬頂部電極60，如圖4 中所示。所述導電材料可以是先前所描述材料中的一者且可與用於底部電極5254的所述 導電材料相同或不同。可(例如)由CMP移除上覆於另一電介質材料56、窄頂部電極58及 寬頂部電極60的頂部表面上的所述導電材料的部分。由於相變材料元件8B與所述窄電極(窄頂部電極58或窄底部電極5 具有不同 寬度，因此使相變材料元件8B與窄電極52、58接觸的表面積最小化。因此，減少用以在非 晶狀態與結晶狀態之間電切換可編程卷2的電流的量。此外，通過使所述窄電極(窄頂部 電極58或窄底部電極52)的位置交替，最大化鄰近存儲器單元4的可編程卷2之間的位到 位距離d。雖然可易於對本發明做出各種修改及替代形式，但具體實施例已以實例方式顯示 於圖式中並詳細描述於本文中。然而，本發明並不限於所揭示的所述特定形式。相反，本發 明涵蓋歸屬於本發明的如由以上所附權利要求書及其合法等效物所界定的範圍內的所有 修改、變化及替代形式。
權利要求
1.一種存儲器裝置，其包括多個存儲器單元，每一存儲器單元包括安置於底部電極與頂部電極之間的相變材料元 件，其中每一存儲器單元的所述相變材料元件包括其橫向收縮的部分且其中鄰近存儲器單 元的所述相變材料元件的所述橫向收縮的部分定位於存儲器裝置的相對側上。
2.根據權利要求1所述的存儲器裝置，其中鄰近存儲器單元的所述相變材料元件的所 述橫向收縮的部分交替地接觸所述底部電極或所述頂部電極。
3.根據權利要求1所述的存儲器裝置，其中鄰近存儲器單元的所述相變材料元件的所 述橫向收縮的部分交替地接觸另一相變材料。
4.根據權利要求1所述的存儲器裝置，其中一個存儲器單元的所述橫向收縮的部分接 觸所述底部電極且鄰近存儲器單元的所述橫向收縮的部分接觸所述頂部電極。
5.根據權利要求1所述的存儲器裝置，其中鄰近存儲器單元由氣隙分離。
6.根據權利要求1所述的存儲器裝置，其中每一存儲器單元的所述相變材料元件包括 大致截頭錐形狀或大致Y形狀。
7.根據權利要求1所述的存儲器裝置，其中每一存儲器單元的所述相變材料元件的一 部分的寬度大於所述第一電極或所述第二電極的寬度。
8.根據權利要求7所述的存儲器裝置，其中存儲器單元的所述相變材料元件的所述橫 向收縮的部分直接接觸所述底部電極或所述頂部電極。
9.一種存儲器裝置，其包括多個存儲器單元，其每一者具有頂部電極、底部電極及安置於其之間的相變材料元件， 其中鄰近存儲器單元的所述頂部電極的寬度彼此不同且鄰近存儲器單元的所述底部電極 的寬度彼此不同。
10.根據權利要求9所述的存儲器裝置，其中每一存儲器單元的所述相變材料元件的 寬度約等於所述頂部電極及所述底部電極中的一者的所述寬度。
11.一種形成存儲器裝置的方法，所述方法包括在第一電極上方形成相變材料；移除所述相變材料的一部分以形成包括第一端及第二端的多個第一橫向收縮的相變 材料元件，其中所述第一端的寬度窄於所述第二端的寬度；形成包括第一端及第二端的多個第二橫向收縮的相變材料元件，其中所述第一端的寬 度窄於所述第二端的寬度，其中至少一些第二橫向收縮的相變材料元件定位於第一橫向收 縮的相變材料元件之間且其中所述第一及第二橫向收縮的相變材料元件的所述第一端定 位於存儲器裝置的相對側上；及在所述第一及第二橫向收縮的相變材料元件上方形成第二電極。
12.根據權利要求11所述的方法，其進一步包括在第一垂直收縮的相變材料元件的傾 斜側壁上方保形地形成絕緣材料及移除所述絕緣材料的水平部分以形成具有所述多個第 一橫向收縮的相變材料元件的反像的多個間距。
13.根據權利要求11所述的方法，其中形成多個第一橫向收縮的相變材料元件及第二 橫向收縮的相變材料元件包括將所述第一橫向收縮的相變材料元件的所述第一端及所述 第二橫向收縮的相變材料元件的所述第一端形成為直接接觸所述第一電極或所述第二電 極。
14.根據權利要求11所述的方法，其中形成多個第二橫向收縮的相變材料元件包括將 所述多個第二橫向收縮的相變材料元件形成為具有所述多個第一橫向收縮的相變材料元 件的反像。
15.根據權利要求11所述的方法，其進一步包括在鄰近第一與第二橫向收縮的相變材 料元件之間形成氣隙。
16.根據權利要求11所述的方法，其進一步包括形成接觸所述多個第一橫向收縮的相 變材料元件及所述多個第二橫向收縮的相變材料元件的水平定位的相變材料的額外部分。
17.根據權利要求11所述的方法，其中形成多個第一橫向收縮的相變材料元件包括 在定位於第一電極上方的電介質材料中形成多個交替的孔口與收縮的孔口；用第一相變材料來填充所述多個孔口與收縮的孔口； 在所述第一相變材料上方形成額外電介質材料；在所述額外電介質材料中形成多個交替的寬孔口與窄孔口以暴露所述第一相變材料;及用第二相變材料來填充所述多個寬孔口與窄孔口以形成多個橫向收縮的相變材料元件。
18.根據權利要求17所述的方法，其中用第一相變材料來填充所述多個孔口與收縮的 孔口及用第二相變材料來填充所述多個寬孔口與窄孔口包括用相同相變材料來填充所述 孔口、收縮的孔口、寬孔口及窄孔口。
19.根據權利要求17所述的方法，其中用第一相變材料來填充所述多個孔口與收縮的 孔口及用第二相變材料來填充所述多個寬孔口與窄孔口包括用不同相變材料來填充所述 孔口、收縮的孔口、寬孔口及窄孔口。
20.一種形成存儲器裝置的方法，所述方法包括在電介質材料中形成多個交替的窄第一電極與寬第一電極；在所述窄第一電極、所述寬第一電極及所述電介質材料上方形成額外電介質材料；在所述額外電介質材料中形成多個孔口；用相變材料來填充所述多個孔口；在所述相變材料上方形成另一電介質材料；在所述另一電介質材料中形成多個交替的寬孔口與窄孔口以暴露所述相變材料，其中 所述寬孔口定位於所述窄第一電極上方且所述窄孔口定位於所述寬第一電極上方；及用導電材料來填充所述多個寬孔口與窄孔口以形成多個交替的窄第二電極與寬第二 電極。
全文摘要
本發明揭示具有多個存儲器單元的存儲器裝置，其中每一存儲器單元包含具有其橫向收縮的部分的相變材料。鄰近存儲器單元的所述橫向收縮的部分垂直地偏移且定位於所述存儲器裝置的相對側上。還揭示具有多個存儲器單元的存儲器裝置，其中每一存儲器單元包含具有不同寬度的第一及第二電極。鄰近存儲器單元具有在所述存儲器裝置的垂直相對側上偏移的第一及第二電極。還揭示形成所述存儲器裝置的方法。
文檔編號H01L27/115GK102124565SQ200980132373
公開日2011年7月13日 申請日期2009年8月18日 優先權日2008年8月21日
發明者劉峻 申請人:美光科技公司