[发明专利]一种包含热保护底电极的相变化存储单元及其制作方法

说明书

技术领域

本发明系关于采用相变化存储材料的高密度存储装置，其包含硫 属化物元素以其它可编程的电阻材料。本发明亦揭露制作该种装置的 方法。

背景技术

以相变化为基础的存储材料已经广泛地运用于可擦写光盘片中。 这些材料具有至少两种固态相，包括如一大致为非晶态的固态相，以 及一大致上为结晶态的固态相。读写光盘片是利用激光脉冲，以在二 种相态之间切换，同时读取材料经过相变化转换之后的光学性质。

硫属化物或其它相似材料的相变化存储器材料，亦可通过集成电 路施以适当强度的电流，来改变相位。大致为非晶态的电阻率高于大 致为结晶态时的电阻率，而此种电阻差异易于检测，故可代表不同数 据内容。该种物质特性引发研究动机，以利用可控制的电阻材料，制 作非易失、并且可随机读写的存储器电路。

非晶态转换至结晶态的过程，通常采用较低的操作电压。由结晶 态转换为非晶态的过程，于此称为『复位』(reset)。其通常需要较高的 操作电压，包含一短时间且高密度的电流脉冲，以熔化或破坏结晶结 构，随后快速冷却相变化材料，经淬火处理，将至少一部分的相变化 结构稳定为非晶态。此一过程，藉复位电流将相变化材料由结晶态转 变为非晶态，而吾人希望尽量降低复位电流的强度。欲降低复位电流 的强度，可降低存储器单元中的相变化材料元件尺寸，或者降低电极 与相变化材料的接触区域大小，此时穿越相变化元件的电流绝对值较 小，故可产生较高的电流密度。

传统相变化存储器与其结构遭遇到散热效应的问题。图1显示习 知技术中存储单元的剖面示意图，其包含位于介电层100中的底电极 110、底电极110之上的相变化核心120、以及位于相变化核心120之 上的顶电极130。具有热传导性的底电极110可作为散热库，其高导热 系数可快速地将热能由相变化核心120带离。由于核心120会因为热 能而产生相变化，因此散热效应会提高相变化的发生门坎，故必须采 用较高的电流。

图2显示类似于图1的一种存储单元结构的剖面示意图，其中进 一步包含底电极110中的接缝140。如过去所习知者，将材料沉积至深 宽比相对较高的开口中(例如在介电层100中形成底电极110)，即会 在沉积材料中造成如接缝140的型态。所沉积的材料倾向堆积于接近 容纳结构的边缘，留下接缝或空孔，而不会形成均匀的固态材料。在 此例中，稍后所沉积的相变化核心120无法完全与底电极接触，造成 接触不良，同时影响存储单元的稳定性与可靠度。

在极小的尺寸之下制作此种装置，或者欲使工艺符合大型存储装 置的严格规格要求，均为重大挑战。因此产生需求，希望能发展具有 小尺寸与低复位电流的存储单元结构，也希望该结构可以着眼于导热 性的问题，同时能符合大型存储装置工艺所需的严格工艺标准。此外， 也希望能制作具有微小主动相变化区域的存储装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种存储装置，其包含一 底电极、位于底电极上的一热保护结构、以及位于该热保护结构上的 多层堆栈。热保护结构包含一热保护材料层，该热保护材料的导热系 数低于底电极材料的导热系数。多层堆栈包含位于相变化核心之上的 顶电极。多层堆栈在第一方向上具有第一宽度，该宽度小于热保护材 料层，同时在第二方向上具有第二宽度，其宽度低于热保护材料层， 而该第二方向与第一方向垂直。