[发明专利]用于结晶相变材料的再生的沉积后方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机存储器，更具体地涉及在相变存储器单元（cell）中形成基本上无空隙（void free）的结晶相变材料。

背景技术

计算机存储器主要有两类：非易失性存储器和易失性存储器。在非易失性存储器中不必为了保持信息而恒定输入能量，但这在易失性存储器中是需要的。非易失性存储器设备的示例是只读存储器（ROM）、闪存电可擦除只读存储器、铁电随机存取存储器、磁随机存取存储器（MRAM）、以及相变存储器（PCM）；非易失性存储器设备是存储器元件的状态可以无需功耗地保持几天到几十年的存储器。易失性存储器设备的示例包括动态随机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器（SRAM）；其中DRAM需要不断刷新存储元件，而SRAM需要恒定供应能量以维持存储器元件的状态。

本发明针对相变存储器。在相变存储器中，信息存储在可以被操纵成为不同相（phase）的材料中。这些相的每一个展现出可以用于存储信息的不同电学属性。因为非晶和结晶相具有可检测的电阻差，所以它们是用于位存储的（1和0的）两种典型相。具体地，非晶相比结晶相具有更高的电阻。

硫化物是通常用作相变材料的一类材料。这类材料包括硫族元素（元素周期表族16/VIA）和其它元素。硒（Se）和碲（Te）是当创建相变存储器单元时用于产生硫化物半导体的族中的两种最常见的元素。其示例将是Ge₂Sb₂Te₅（GST）、SbTe和In₂Se₃。

改变相变材料的状态通常要求将材料加热到熔点，接着将材料冷却到一个可能的状态。通过相变材料的电流产生欧姆加热（ohmic heating）并导致相变材料熔化。欧姆加热和热流之间的平衡产生熔化区域（这里也称为“转换区域”），其最小横截面通过底电极的直径来限定。随后，相变材料的熔化和逐渐冷却下来允许相变材料形成结晶状态的时间，而相变材料的熔化和突然冷却使相变材料淬火成为非晶状态。

相变存储器的问题在于，空隙可能分散在结晶相变材料中。因为相变材料在结晶相中收缩并在非晶相中扩展，所以在单元构造期间随着相变材料结晶，空隙可以遍布相变材料而形成。结果，相变材料的诸如电阻和一致性的属性变得不稳定。

发明内容

本发明的一个示例方面是用于形成存储器单元的第一方法。所述方法包括在衬底中形成底电极，其中所述底电极是导热体。所述第一方法还包括形成相变材料层。所述第一方法还包括在所述相变材料上形成绝热层。所述第一方法还包括退火所述底电极上的所述相变层，使得所述相变材料从所述底电极开始沿所述通孔向上逐步结晶。

本发明的另一个示例方面是用于形成存储器单元的第二方法。所述第二方法包括在衬底中形成底电极，其中所述底电极是导热体。所述第二方法还包括在所述底电极上形成通孔，并用相变材料填充所述通孔。所述第二方法还包括在所述相变材料上形成绝热层。所述绝热层具有比所述底电极更低的导热性。所述第二方法还包括退火所述通孔中的所述相变材料，使得所述相变材料从所述底电极开始沿所述通孔向上逐步结晶。

本发明的另一个示例方面是一种存储器单元。所述存储器单元包括衬底。所述存储器单元包括由所述衬底承载的底电极。所述底电极包括导热体。所述存储器单元包括包含相变材料的相变层。所述存储器单元还包括相变层内的无空隙的转换区域。所述存储器单元还包括所述相变层上的顶电极。

本发明的再一个示例方面是用于形成存储器单元的装置。所述装置包括衬底。所述装置包括由所述衬底承载的底电极。所述底电极包括导热体。所述装置包括包含相变材料的相变层。所述装置包括所述相变层上的绝缘层，其中所述绝缘层是绝热体。所述装置还包括配置为暂时熔化所述相变材料使得所述相变材料在熔化后无空隙地结晶的加热器。

附图说明

被认为是本发明的主题在本发明的权利要求中特别指出并明确要求权利。本发明的上述和其它目的、特征和优点从结合附图所进行的下列详细描述而显而易见，所述附图中：

图1A示出由本发明的实施例设想的初制晶片（starting wafer）的部分。所述初制晶片包括衬底和底电极。

图1B示出所述衬底部分的顶部上的相变材料层和绝热层。

图1C示出在所述相变材料和所述绝热层之间形成的覆盖层。

图2示出在所述衬底中以及所述底电极上形成的通孔。

图3示出至少部分地用相变材料填充的所述通孔。

图4A示出用于退火所述相变材料的加热器。