[发明专利]薄膜相变存储单元及其制造方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及集成电路中的存储单元，更具体地说，涉及包括相变材料的存储单元。

背景技术

最近，随着对相变材料(PCM)的更多了解及其在集成电路中的集成，在非易失性存储单元中使用这些材料的可能性已越来越大。当被结合到存储单元中时，通过对存储单元施加电流脉冲(“开关电流脉冲”)，这些材料可以在较高和较低电阻状态之间切换。随后，在以此方式写入存储单元之后，通过对所述材料施加低量值的读出电压以确定其电阻状态，可以确定(即读取)给定存储单元的电阻状态。特别地，在某些设计中，基于PCM的存储单元甚至可以同时存储多位信息。

目前，诸如掺杂SbTe和Ge₂Sb₂Te₅(GST)之类的二元和三元硫属化物合金最有希望用在实际的基于PCM的存储单元中。例如，“ElectronicSwitching in Phase-Change Memories”(相变存储器中的电子切换)(A.Pirovano等人，IEEE Transactions on Electron Devices，2004年3月第3期第51卷)说明了硫属化物的此类用法并且在此引入作为参考。但是，基于PCM的存储单元的切换要求开关电流脉冲在PCM中产生足够的热量，以导致PCM的至少某些部分可再现地改变电阻状态。例如，要求的温度可以高达650摄氏度。如果存储单元设计不当，则产生这些所需温度所必需的开关电流脉冲的强度可能很容易超过现代集成电路所容许的强度。

出于此原因，薄膜存储单元是用于基于PCM的存储单元的有吸引力的解决方案。在此类存储单元中，迫使开关电流沿着呈薄膜的PCM。结果，通过调整PCM层的厚度及其宽度以及开关电流必须经过的长度，可以调节开关电流的强度。然而，尽管此类设计具有明显的优点，但是从工艺的观点来看，精确控制这些尺寸参数仍是难题。相应地，需要一种容易制造且允许精确调节开关电流脉冲强度的基于薄膜PCM的存储单元。

发明内容

本发明的实施例通过提供允许精确调节开关电流脉冲的基于PCM的存储单元而解决了上述需要。有利地，这些设计提供了高度局部化的开关电流密度和加热效率，以便可以将开关电流脉冲的强度减小到与现代集成电路兼容的值。

根据本发明的一个方面，存储单元包括半导体部件和PCM。所述半导体部件限定了凹槽，所述凹槽将所述半导体部件分成第一电极和第二电极。所述相变材料至少部分地填充此凹槽并用于电连接所述第一和第二电极。所述相变材料的至少一部分可用于在较低和较高电阻状态之间切换，以响应将开关信号施加到所述第一和第二电极中的至少一个电极。

根据本发明的示例性实施例，存储单元包括在绝缘层上形成的硅层。所述硅层包括凹槽，所述凹槽通过各向异性蚀刻处理形成并将所述硅层分隔成左右硅电极。PCM层部分地填充所述凹槽。为了写入存储单元，在所述左右硅电极之间施加开关电流脉冲。此开关电流脉冲导致PCM层接近凹槽底部的部分从一种电阻状态改变为另一种电阻状态。

有利地，上述示例性实施例允许将开关电流脉冲的强度容易地调节到与现代集成电路兼容的值。更有利地，可以使用主要为常规半导体处理步骤的新顺序来构建所述示例性实施例。

从以下结合附图阅读的详细说明，本发明的这些和其他特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1A示出了根据本发明的示例性实施例的存储单元的截面图；

图1B示出了图1A的存储单元的另一个截面图；

图1C示出了图1A的存储单元的平面图；

图2A-2K示出了图1A的存储单元在其形成的各个阶段的截面图和平面图；

图3示出了根据本发明的第二示例性实施例的存储单元的截面图；以及

图4A-4F示出了图3的存储单元在其形成的各个阶段的截面图。

具体实施方式

此处将结合在集成电路中使用的示例性存储单元以及形成此类存储单元的方法对本发明进行说明。但是应理解，本发明并不限于此处示出和说明的特定材料、特征和处理步骤。对于本领域的技术人员而言，对示例性实施例的修改将变得显而易见。