[发明专利]柱形相变存储单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种柱形相变存储单元。

背景技术

存储器的一种类型是电阻式存储器。电阻式存储器利用存储元件的阻值来存储一个或多个比特的数据。例如，被编程为具有大阻值的存储单元可表示逻辑“1”数据比特值，而被编程为具有小阻值的存储元件可表示逻辑“0”数据比特值。通过将电压脉冲或电流脉冲施加于存储元件来电切换存储元件的阻值。电阻式存储器的一种类型是相变存储器。在电阻存储元件中，相变存储器使用相变材料。

相变存储器基于呈现至少两个不同状态的相变材料。相变材料可用在存储单元中以存储数据比特。相变材料的状态可被称为非晶态和晶态。由于非晶态通常呈现比晶态更大的电阻率，从而可以区分这两个状态。通常，非晶态涉及更加无序的原子结构，而晶态涉及更加有序的晶格。一些相变材料呈现出一种以上的晶态，例如，面心立方(FCC)状态和六方最密堆积(HCP)状态。这两种晶态具有不同的电阻率，并且都可以用于存储数据比特。在以下描述中，非晶态通常是指具有更大电阻率的状态，而晶态通常是指具有更小电阻率的状态。

可以可逆地感应相变材料中的相变。以这种方式，响应于温度变化，存储器可从非晶态转变为晶态以及从晶态转变为非晶态。可以多种方式实现相变材料的温度变化。例如，可将激光引导到相变材料，可以驱动电流通过相变材料，或者可以提供电流通过与相变材料相邻的电阻加热器。以这些方法中的任一种，相变材料的可控加热都将引起相变材料内的可控相变。

可对包括具有由相变材料制成的多个存储单元的存储阵列的相变存储器进行编程，以利用相变材料的存储状态来存储数据。一种在这种相变存储装置中读取和写入数据的方式是控制施加于相变材料的电流和/或电压脉冲。电流和/或电压的等级通常对应于在每个存储单元中的相变材料内所感应的温度。

具有柱形单元结构的相变存储单元的典型制造包括蚀刻工艺。柱形单元结构包括底电极、相变材料、和顶电极。相变存储单元的顶电极的厚度可以不一致，其有助于在晶片上进行不均匀的蚀刻。此外，相变材料的蚀刻速率可以高于顶电极材料的蚀刻速率。蚀刻速率的差异可能导致蚀刻过程过早或者过晚地停止。如果蚀刻过程被过早或者过晚地停止，那么柱形单元可能是不均匀的并且可能导致结构不稳定。

由于上述以及其他原因，存在着对本发明的需求。

发明内容

本发明的一个实施例提供了一种存储单元。该存储单元包括第一电极、存储位置、和第二电极。存储位置包括相变材料并且接触第一电极。存储位置具有第一截面宽度。第二电极接触存储位置并且具有大于第一截面宽度的第二截面宽度。第一电极、存储位置、和第二电极形成柱形相变存储单元。

附图说明

附图是为了进一步理解本发明，以及并入并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。由于参考以下详细描述更好地了解本发明，所以将会容易地理解本发明的其他实施例和本发明的许多预期优点。附图中的元件不一定相对于彼此按比例绘制。相似的参考标号表示相应的类似部件。

图1是示出了存储装置的一个实施例的框图。

图2A是示出了相变存储单元的一个实施例的截面图。

图2B是示出了相变存储单元的另一实施例的截面图。

图3是示出了预处理的晶片的一个实施例的截面图。

图4A是示出了预处理的晶片和相变材料层的一个实施例的截面图。

图4B是示出了预处理的晶片和相变材料层的叠层的一个实施例的截面图。

图5是示出了预处理的晶片、相变材料层和抗蚀剂掩模层的一个实施例的截面图。

图6是示出了经过光阻微调工艺之后的预处理的晶片、相变材料层和抗蚀剂掩模层的一个实施例的截面图。

图7是示出了在蚀刻相变材料层之后的预处理的晶片和存储位置的一个实施例的截面图。

图8是示出了预处理的晶片、存储位置和介电材料层的一个实施例的截面图。

图9A是示出了预处理的晶片、存储位置、介电材料层和绝缘材料层的一个实施例的截面图。

图9B是示出了预处理的晶片、存储位置、介电材料层、蚀刻停止材料层和绝缘材料层的一个实施例的截面图。

图10是示出了在绝缘材料层中蚀刻出一个开口之后的预处理的晶片、存储位置、介电材料层和绝缘材料层的一个实施例的截面图。

图11是示出了预处理的晶片、存储位置、介电材料层和电极材料层的一个实施例的截面图。

图12是示出了在蚀刻电极材料层之后的预处理的晶片、存储位置、介电材料层和第二电极的一个实施例的截面图。

图13A是示出了相变存储单元的另一实施例的截面图。