[发明专利]相变存储器单元和用于制造相变存储器单元的方法

说明书

一种相变存储器单元(1’)，包括：衬底(2)，容纳包括第一导电电极(4)的用于选择存储器单元(1’)的晶体管(15)；在选择晶体管(15)上的第一电绝缘层(10)；穿过电绝缘层(10)的第一导电通孔(11a)，被电耦合至第一导电电极(4)；加热器元件(34’)，包括与第一导电通孔(11a)电接触的第一部分和与第一部分电连续且正交于第一部分延伸的第二部分；第一保护元件(32’)，在加热器元件(34’)的第一和第二部分上延伸；第二保护元件(40’)，与加热器元件(34’)的第一部分并与第一保护元件(32’)直接横向接触地延伸；以及相变区域(50)，在加热器元件(34’)之上与加热器元件(34’)电且热接触地延伸。

技术领域

本发明涉及相变存储器单元和用于制造相变存储器单元的方法。特别地，本公开涉及相变存储器单元的加热器的制作。

背景技术

如已知的，相变存储器使用具有在有着不同的电特性的两个相之间切换的性质的一类材料，该两个相与材料的两种不同晶体结构相关联并且确切地说是无序非晶相和有序结晶相或多晶相。两个相因此与彼此颇为不同(甚至相差两个或更多数量级)的电阻率的值相关联。

当前，可以在相变存储器单元中使用周期表的XVI族元素，诸如例如Te或Se，也称为硫族化合物材料(chalcogenide material)或硫族化合物。如例如从P.Zuliani等人在IEEE关于电子器件的学报(IEEE Transactions on Electron Devices)2013年11月1日第60卷第12期第4020至4026页发表的“利用优化的Ge_xSb_yTe_z克服相变存储器中的温度限制(Overcoming Temperature Limitations in Phase Change Memories With OptimizedGe_xSb_yTe_z)”中已知的，可以使用通过适当地选取形成Ge、Sb和Te的合金(Ge_xSb_yTe_z，例如Ge₂Sb₂Te₅)的元素的百分比而优化的所述合金。

发生相转变所处的温度取决于所使用的相变材料。在Ge₂Sb₂Te₅合金的情况中，例如，低于150℃时非晶相和结晶相两者是稳定的。如果温度被增加超过200℃，则注意到存在晶体的快速重新排列，并且材料变成结晶的。为了使硫族化合物进入非晶态，有必要进一步增加温度直到熔点(近似600℃)并接着迅速将其冷却。

已知利用相变材料作为用于存储两个稳定状态(非晶态和结晶态)的元件的许多存储器，两个稳定状态可以各与处于“1”或“0”的相应位相关联。在这些存储器中，多个存储器单元成行和列地布置以形成阵列。各存储器单元被耦合至可通过诸如PN二极管、双极结型晶体管或MOS晶体管等的任何开关器件来实施的相应选择元件，并且典型地包括与电阻触点(也称为加热器)接触的硫族化合物区域。存储元件形成在硫族化合物区域与加热器之间的接触区中。加热器被连接至选择元件的导电端子。

事实上，从电的角度，结晶温度和熔化温度通过引起经过电阻触点的电流的流动从而通过焦耳效应将其加热来获得，电阻触点与硫族化合物材料直接接触地延伸或者在功能上被耦合至硫族化合物材料。

根据现有技术，已知相变存储器单元的制作的各种工艺，然而这些工艺呈现出一些缺点和限制。特别地，已知类型的工艺正常情况下要求许多制造步骤以形成选择元件、硫族化合物区域、加热器及用于将选择元件和存储元件连接至位线和字线的触点。例如在EP1 729 355中描述了该类型的相变存储器器件的实施例的示例。