[发明专利]具有热障的相变化存储单元及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用相变化存储材料的高密度存储装置、以及制造此存储装置的方法，尤其涉及一种相变化存储元件其在相变化元件与电极之间具有热障，其中相变化存储材料包括硫属化物与其它材料。

背景技术

相变化存储材料广泛地用于非易失性随机存取存储单元。例如硫属化物与类似材料的这种材料，可通过施加适用于集成电路中的电流电平，获得在非晶态与结晶态之间的相变化。大致非晶态的特征在于其电阻率高于大致结晶态，而此特征可以轻易地被检测以指定数据。

从非晶态转变至结晶态一般为低电流步骤。从结晶态转变至非晶态(以下称为重置(reset))一般为高电流步骤，其包括短暂的高电流密度脉冲以熔化或破坏结晶结构，其后此相变化材料会快速冷却，抑制相变化的过程，使得至少部分相变化结构得以维持在非晶态。理想状态下，致使相变化材料从结晶态转变至非晶态的重置电流幅度应越低越好。欲降低重置所需的重置电流幅度，可通过减小在存储器中的相变化材料元件的尺寸、以及减少电极与此相变化材料的接触面积而实现，因此可针对此相变化材料元件施加较小的绝对电流值而实现较高的电流密度。

此领域发展的一种方法致力于在集成电路结构上形成微小孔洞，并使用微量可编程的电阻材料填充这些微小孔洞。致力于这种微小孔洞的专利包括：于1997年11月11日公布的美国专利第5,687,112号“Multibit SingleCell Memory Element Having Tapered Contact”、发明人为Ovshinky；于1998年8月4日公布的美国专利第5,789,277号“Method of Making Chalogenide[sic]Memory Device”、发明人为Zahorik等；于2000年11月21日公布的美国专利第6,150,253号“ControllableOvonic Phase-Change Semiconductor Memory Device andMethods of Fabricating the Same”、发明人为Doan等。

当以微小尺寸制造这种装置、且必须符合大尺寸存储装置的严格工艺参数时，会发生问题。小于相变化单元的微小尺寸相关的问题之一，在于围绕着有源区域的材料的导热性。为了获得相变化，有源区域中的相变化材料的温度，必须达到相变化临界值。然而，电流通过此材料所产生的热量，被周围结构所导引而散失。从有源区域的相变化材料将热量导引散失的现象，会减慢电流的加热效应，并影响相变化操作。

因此希望可提供一种存储单元结构，其需要较小的电流。更加地希望提供一种工艺与结构，其可与同一集成电路的周边电路的制造相容。

发明内容

存储单元的制造方法，包括提供衬底，在衬底上沉积电介质层衬底，在电介质层中形成过孔，以及在过孔中沉积导电材料(栓塞)。此晶圆被平面化以形成第一表面，且此导电材料的部分被移除(蚀刻)，以形成具有一外露侧壁的凹口，且此导电材料的第二表面低于第一表面。导电阻挡层沉积在第二表面上、以及外露侧壁部分上，且热隔离材料沉积在导电阻挡层上。此热隔离材料与导电阻挡材料被平面化，以形成外露导电阻挡表面。底电极形成于热隔离材料上，其延伸至外露导电阻挡表面上，并与之形成电接触。存储材料形成于底电极上，并形成顶电极电接触至存储材料。

在一特定实施例中，此导电阻挡层由氮化钛所构成，且其厚度介于1至10纳米。在另一实施例中，底电极的厚度不大于30纳米。在另一实施例中，热隔离材料包括旋涂玻璃。

在一特定实施例中，外露导电阻挡层限定外围，此外围环绕此热隔离材料，且底电极覆盖此外围。在另一实施例中，存储材料与顶电极形成存储核心，其具有次微米柱状存储材料。

在某些实施例中，在过孔中沉积导电材料，形成了裂缝，且蚀刻此导电材料会暴露一裂缝开口。此热隔离材料覆盖了裂缝开口，以提供一表面，其与外露的导电阻挡表面等高。