[发明专利]相变存储器结构

说明书

技术领域

本发明一般涉及半导体器件，更特别地涉及相变存储器。

背景技术

相变存储器是利用相变材料来存储信息的存储器。信息被存储在相变材料的结构中，相变材料的相表示存储在存储器单元(memory cell)中的值。在一种相变存储器中，存储器单元的相变材料可以处于用于存储第一值的非晶期(amorphous stage)和用于存储第二值的晶相。这些不同相中的每一个提供不同的电阻值，可以测量该电阻值以确定所存储的值。

某些类型的相变存储器包括加热器结构，该加热器结构用于产生足以改变存储器单元的相变结构的相的热量。通过使电流通过加热器结构来产生热量，其中，加热器结构的相对高的电阻率随着电流从中通过而产生热量。在某些类型的相变存储器中，加热器结构中产生热量的量和持续时间控制相变材料是否将变为非晶相或晶相。

期望的是一种改进的相变存储器单元(phase change memory cell)。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种相变存储器单元，包括：第一电极；位于第一电极之上的加热器，其中，所述加热器包括第一柱和第二柱，所述第一柱和所述第二柱中的每一个包括顶侧和底侧；相变材料，所述相变材料在所述第一柱的横侧部分的周围，所述第一柱的所述横侧部分位于所述第一柱的所述顶侧和所述底侧之间，所述相变材料在所述第二柱的横侧部分的周围，所述第二柱的所述横侧部分 位于所述第二柱的所述顶侧和所述底侧之间；以及位于所述加热器和所述相变材料之上的第二电极，所述第一电极至少经由所述相变材料电耦合到所述第二电极。

根据本发明的上述存储器单元，其中，所述相变材料位于所述第一柱之上。

根据本发明的上述存储器单元，其中，所述相变材料包括由锗、锑、和碲组成的组中的至少之一。

根据本发明的上述存储器单元，其中，所述加热器包括由钛、铝、氮、硅、钽、和钨组成的组中的至少之一。

根据本发明的上述存储器单元，其中，所述第一柱具有小于20纳米的宽度。

根据本发明的上述存储器单元，其中，所述加热器的进一步特征在于包括在所述第一柱和所述第二柱下面的基础部分。

根据本发明的上述存储器单元，其中，所述相变材料位于所述第一柱和所述第二柱之上。

根据本发明的另一个方面，一种形成相变存储器单元的方法包括如下步骤：在衬底之上形成电极层；沉积第一层，其中，所述第一层包括由加热器材料和相变材料组成的组中的一种；在所述第一层之上提供纳米簇，其中，所述纳米簇限定图案；以及按照所述图案来蚀刻所述第一层以便由所述第一层形成多个柱。

根据本发明的上述方法，其中，提供纳米簇的步骤包括：在所述第一层之上沉积氧化物层；以及通过化学汽相沉积来沉积由硅、硅锗、金、钯、和银组成的组中的一种以形成纳米簇。

根据本发明的上述方法，其中，形成纳米簇的步骤还包括：在沉积所述氧化物层之前沉积氮化物。

根据本发明的上述方法，其中，在所述第一层之上提供纳米簇的步骤包括：在第一层之上施加预制的纳米簇。

根据本发明的上述方法，还包括在所述多个柱之中沉积不同于所述第一层的第二层材料。

根据本发明的上述方法，其中，沉积第二层的步骤的进一步特征在于所述第二层包括由加热器材料和相变材料组成的组中的另一种。

根据本发明的上述方法，其中，沉积第一层的步骤的进一步特征在于所述第一层包括加热器材料，并且沉积第二层的步骤的进一步特征在于所述第二层包括相变材料。

根据本发明的上述方法，还包括形成与所述第二层电耦合的第二电极层。

根据本发明的上述方法，还包括在形成第二电极层的步骤之前对所述第二层执行化学机械抛光的步骤。

根据本发明的再一个方面，一种相变存储器单元，包括：衬底之上的第一电极；第二电极；多个柱，其包括电耦合到所述第一电极的加热器材料，所述多个柱位于所述第一电极与所述第二电极之间，所述多个柱中的每一个柱具有小于20纳米的宽度，所述多个柱中的每一个柱包括顶侧和底侧；所述多个柱中的每一个柱的横侧部分的周围的相变材料，所述多个柱中的每一个柱的所述横侧部分位于所述每一个柱的顶侧和底侧之间，所述相变材料被电耦合到所述第二电极。

根据本发明的上述相变存储器单元，其中，所述相变材料具有平面化的表面。

根据本发明的上述相变存储器单元，所述加热器的进一步特征在于包括在所述每一个柱下面的层部分。

附图说明