具有加热器的相变化储存单元及其制造方法
2020-01-08

具有加热器的相变化储存单元及其制造方法

一种具有薄加热器的储存装置,并在一可程序化电阻变化材料(储存材料)次光刻(光刻)柱上形成一可程序化电阻变化区域,而其中该加热器形成在该顶电极和该可程序化材料之间。在一特定实施例中,一储存材料的次光刻柱为一位于该介电材料层内的硫属化物。当该储存装置程序化或重置时,在该可程序化电阻材料和该顶电极间的一加热器,会在紧邻该加热器处形成一活性区域或可程序化电阻变化区域。

在常见的蚀刻步骤中,可程序化电阻柱可能会被切除因此减弱所得的存储元件。而可以选择可程序化电阻材料和蚀刻技术来避免被切除,如于2006年7月12日申请的美国专利申请第11/456,922号“制造柱型相变化存储元件的方法”,发明人为龙翔澜、何家骅,该专利所揭露内容在此引为参考文献。

在一特定实施例中,该顶电极包含一位线。更进一步实施例中,该位线配置于该加热器之上。在特定实施例中,该加热器材料包含至少碳化硅、石墨、氮化钽、氮化钽铝、氮化钨、氧化铝和氧化钽之一。

在一实施例中,形成介电填充层356并超过该柱(见图7,参考符号352、354)高度的深度,然后利用化学机械研磨法来平坦化以露出该柱352、354的顶层表面358、360。

典型地,相转换材料可电性切换至完全结晶态与完全非晶态之间所有可侦测的不同状态。其它受到非晶态与结晶态变化而影响的材料特征,包含有原子次序、自由电子密度、和活化能。此材料可切换成为不同的固态、或可切换成为由两种或两种以上固态所形成的混合物,提供在非晶态至结晶态之间的灰阶部分。此材料中的电性质亦可能随之改变。

图6显示沉积在上层表面(见图5,参考符号310)上方的可程序化电阻储存材料层(例如GST)328。可程序化电阻储存材料层3¾是较佳约20nm至120nm厚,而一般约SOnm厚。而该储存材料层3¾可用其它材料替代使用。在替代实施例中,采行其它外加步骤像是平坦化上层表面以移除在第一栓塞304和第二栓塞306的洼凹(接缝),或者是其它特征,例如:在第一栓塞304和第二栓塞306和可程序化电阻储存材料3¾间的障壁层(未示)。在一特定实施例中,其平坦化上层表面,然后回蚀该第一栓塞304和第二栓塞306以形成凹处,然后再填充障壁材料和平坦化,以提供一可程序化电阻储存材料层328的平坦、可兼容的表面。此等技术被熟习此项技术的人士所熟知,为了说明和讨论上的简化和清晰而在此省略。

在半导体衬底302的植入区域做为包含字线(未示)的存取晶体管终端,以及耦接底电极304、306至一般源极线(未示)的栅极。植入区域(未示)以一般较佳方式形成,因而在此省略其更详细的描述。

图6显示沉积在上层表面(见图5,参考符号310)上方的可程序化电阻储存材料层(例如GST)328。可程序化电阻储存材料层3¾是较佳约20nm至120nm厚,而一般约SOnm厚。而该储存材料层3¾可用其它材料替代使用。在替代实施例中,采行其它外加步骤像是平坦化上层表面以移除在第一栓塞304和第二栓塞306的洼凹(接缝),或者是其它特征,例如:在第一栓塞304和第二栓塞306和可程序化电阻储存材料3¾间的障壁层(未示)。在一特定实施例中,其平坦化上层表面,然后回蚀该第一栓塞304和第二栓塞306以形成凹处,然后再填充障壁材料和平坦化,以提供一可程序化电阻储存材料层328的平坦、可兼容的表面。此等技术被熟习此项技术的人士所熟知,为了说明和讨论上的简化和清晰而在此省略。

因此,提供一种具有较低重置电流及较低相变化量的内存细胞结构,便成为一个重要的课题。此外,提供一种可以与同一集成电路中的周边电路的工艺兼容的制造方法及结构,亦是半导体业界十分重要的课题。发明内容

图3说明相变化存储元件的先前技术。