以低功率操作的具有高读取裕量的相变存储单元的制作方法

专利名称：以低功率操作的具有高读取裕量的相变存储单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及相变存储器。具体地，为主体材料与相变材料相邻 的相变存储单元设置系统和方法，使得减小了相变材料中的热量泄 漏。相变材料可呈现出至少两种不同的状态。从而，相变材料可用 在存储单元中以存储数据位。可将相变材料的状态称作非晶态和晶 态。由于非晶态通常比晶态呈现更大的电阻率，因此可以区分这两 种状态。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。
背景技术：
可以可逆地感应相变材料中的相变。这样，响应于温度的变化， 存储器可从非晶态转变为晶态以及从晶态转变为非晶态。相变材料 的温度变化能够以多种方式实现。例如，可将激光指向相变材料、 可4吏电流通过相变材并+ 、或者可以输送电流或电压通过与相变材泮牛
相邻的电阻加热器。通过这些方法中的任意一种，相变材料的可控 加热都将可I起相变材料内的可控相变。
当相变存储器包括具有由相变材料制成的多个存储单元的存 据。在这种相变存储器件中读取和写入数据的 一种方法是控制施加
给相变材料的电流和/或电压脉冲。电流和电压的水平一舶:对应于在 每个存储单元中的相变材料内感应的温度。为了使在每个存储单元 中所需的功率最小，应该使从相变材料中泄漏的热量最小。
由于上述以及其^也原因，存在着只于本发明的需求。

发明内容
本发明的一个实施例提供了一种存储单元器件。存储单元器件 包括第一电4及、相邻于第一电^^的加热器、相邻于加热器的相变材 料、相邻于相变材料的第二电极、以及相邻于相变材料的用于热隔 离相变材料的隔离材料。


附图是为了进一步理解本发明，并且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示出了存储单元器件的框图。 图2示出了相变材料单元的截面图。
图3示出了具有在重置操作期间示出的温度等高线的相变存储 单元的截面图。
图4示出了才艮据本发明一个实施例的、具有才黄向环绕的隔离材 料的相变存储单元的截面图。
图5示出了才艮据本发明另一个实施例的、具有横向环绕的隔离 材料的相变存储单元的截面图。
图6示出了将在读取操作期间获得的单元电阻绘作重置脉冲电 压和电流的函凄t的曲线图。
图7示出了根据本发明另一个实施例的、具有横向环绕扩散屏 阻挡和隔离材料的加热器相变存储单元的截面图。
图8示出了预处理晶片的一个实施例的截面图。
图9示出了预处理晶片、第一隔离材料层、停止层、以及第二 隔离材料层的 一个实施例的截面图。
图10示出了在蚀刻第二隔离材料层、停止层、以及第一隔离 材料层之后的预处理晶片、第一隔离材料层、停止层、以及第二隔 离材料层的 一 个实施例的截面图。
图11示出了预处理晶片、第一隔离材料层、停止层、第二隔 离材料层、以及隔离材料层的一个实施例的截面图。
图12示出了在蚀刻隔离材料层之后的预处理晶片、第一隔离 材料层、停止层、第二隔离材料层、以及隔离材料层的一个实施例 的截面图。
图13示出了在蚀刻扩散阻挡层之后预处理晶片、第一隔离材 料层、停止层、第二隔离材料层、隔离材料层、以及扩散阻挡层的 一个实施例的截面图。
图14示出了预处理晶片、第一隔离材料层、停止层、第二隔 离材料层、隔离材料层、扩散阻挡层、以及加热器材料层的一个实 施例的截面图。
图15示出了在平坦化之后的预处理晶片、第一隔离材料层、 停止层、隔离材料层、扩散阻挡层、以及加热器材料层的一个实施 例的截面图。
图16示出了预处理晶片、第一隔离材料层、停止层、隔离材 料层、扩散阻挡层、加热器材料层、相变材料层、以及电极材料层 的 一 个实施例的截面图。
图17示出了在蚀刻电极材料层和相变材料层之后的预处理晶 片、第一隔离材料层、停止层、隔离材料层、扩散阻挡层、加热器 材料层、相变材料层、第二电极、以及掩模层的一个实施例的截面 图。
图18示出了根据本发明另一个实施例的、具有横向环绕的扩 散阻挡和隔离材料的加热器相变存储单元的截面图。
图19示出了预处理晶片的一个实施例的截面图。
图20示出了在蚀刻预处理晶片的插塞(plug )之后的预处理晶 片的一个实施例的截面图。
图21示出了在蚀刻插塞的衬里之后的预处理晶片的一个实施 例的截面图。
图22示出了预处理晶片和隔离材料层的一个实施例的截面图。
图23示出了在蚀刻隔离材料层之后的预处理晶片和隔离材料 层的 一个实施例的截面图。
图24示出了在蚀刻扩散阻挡层之后的预处理晶片、隔离材料 层、以及扩散阻挡层的一个实施例的截面图。
图25示出了预处理晶片、隔离材料层、扩散阻挡层、以及加 热器材料层的一个实施例的截面图。
图26示出了在平坦化之后的预处理晶片、隔离材料层、扩散 阻挡层、以及加热器材并+层的一个实施例的截面图。
图27示出了预处理晶片、隔离材料层、扩散阻挡层、加热器 材料层、相变材料层、以及电极材料层的一个实施例的截面图。
片、隔离材料层、扩散阻挡层、加热器材料层、相变材料层、第二 电极、以及掩模层的一个实施例的截面图。
具体实施例方式
在以下的详细描述中，参考构成本文一部分的附图，其中，通 过可以实现本发明的示例性具体实施例示出了附图。对此，参考所 描述图的方向4吏用方向术语(例如，"顶部"、"底部"、"正面"、 "背面"、"前端"、"尾部，，等)。由于本发明实施例中的元件可以 定^立于i午多不同的方向，因》匕，方向术i吾是用来i兌明而不是用来限 制的。可以理解，可利用其他实施例，并且在不背离本发明范围的 情况下，可对结构或逻辑进4于改变。因此，以下详细的描述不是用 来限制本发明的，本发明的范围由所附权利要求限定。
图1示出了存储单元器件5的框图。存储单元器件5包括写脉 冲发生器6、分酉己电路7、存4诸单元8a、 8b、 8c和8d、以及读出i文 大器9。在一个实施例中，存储单元8a 8d是基于存储材料的非晶 态到晶态相变的相变存储单元。在一个实施例中，写脉冲发生器6 生成的电流或电压脉冲通过分配电路7被可控制地导入存储单元 8a ~ 8d。在一个实施例中，分配电路7是可孚皮控制地将电流或电压 脉沖导入存储器的多个晶体管，以及在另一个实施例中，其是可被 控制将电流或电压脉沖导入靠近相变存储单元的加热器的多个晶 体管。
在一个实施例中，存储单元8a-8d由相变材料制成，在温度 变化的影响下，该相变材料可由非晶态变为晶态或者从晶态变为非 晶态的。因此，结晶程度定义了用于在存储单元器件5内存储数据 的至少两个存^f渚器状态，其可一皮分配纟会位值"0"和"1"。存4诸单 元8a 8d的位状态在它们的电阻率方面显著不同。在非晶态下， 相变材料会显示出显著高于静态下的电阻率。这样，读出方欠大器9 可读取单元电阻，乂人而可以确定出分配给特定存^f诸单元8a 8d的位值。
为了对存储单元器件5中的存储单元8a ~ 8d进行编程，写脉 沖发生器6产生用于加热目标存储单元中的相变材料的电流或电压 脉冲。在一个实施例中，写脉冲发生器6产生适当的电流或电压脉 冲，该电流或电压脉冲被输送到分配电路7中并分配给适当的目标 存储单元8a ~ 8d。根据是否设定或重置存储单元来控制电流或电压 脉沖幅值和持续时间。一i&地，存储单元的"i殳定"纟喿作是将目标 存储单元的相变材料加热到高于其结晶温度(但低于其熔化温度) 足够长的时间，以达到晶态。 一般地，存储单元的"重置"操作是 目标存4诸单元的相变材^H夬速加热到其熔化温度以上，然后迅速;也 淬火冷却该材料，从而达到非晶态。
图2示出了通孔有源(active-in-via )型的示例性相变存储单元 IO的截面图。相变存储单元10包括第一电极12、相变材料14、第 二电才及16、以及隔离材冲牛18。才目变才才泮牛14碎黄向^皮隔离才才泮牛18完 全包围，其中，隔离材料18定义电流通^各，并因此定义相变材料 14中相变区域的位置。诸如有源器件(如晶体管或二极管)的选择 器件可耦合至第一电极12,以控制对第一电极12的电流或电压的 施加，并因此控制只t相变材^牛14的电流或电压的施加，以i殳定和 重置相变材冲牛14。
这样，在相变存储单元10的设定操作期间，选择性地将设定 电流或电压脉沖施加给相变材料14，从而将其加热到其结晶温度以 上(但低于其熔化温度)。这样，相变材料14在该设定操作期间达 到其晶态。在相变存储单元10的重置操作期间，通过选择器件选 择性地施加重置电流和/或电压脉冲，并通过第 一 电极发送至相变材 料14。重置电流或电压迅速地将相变材料14加热到其熔化温度之 上，然后相变材料纟皮迅速淬火冷却，以实现其非晶态。
在重置操作期间，由于相变材料14的热量自隔离，相变材料 14典型地/人单元的中心开始加热和改变相位(熔化)。然而，生成 的热量还可扩散到隔离材料18 (其典型地为如二氧化硅的隔离材 料)中。因此，在避免中心的过分加热的低功率重置才乘作期间，由 于不完全的熔化而4f留在晶态的相变材^l" 14的边1纟彖处存在晶态 的环形容积。在图3中示出这种不完全的熔化区22环绕在相变材 料14中的充分熔化区20的周围。以这种结构在重置之后采耳又的读 取操作在区域22中提供了低阻分路电流通路。这将在高阻状态中 掩蔽由读出放大器9检测的读出信号。
图4示出了根据本发明一个实施例的示例性相变存储单元30 的截面图。相变存储单元30包括第一电极32、相变材料34、第二 电才及36、以^J鬲离才才泮+38。 at匕夕卜，才目变4^f诸，it 30包4舌对目4卩于^目
变材料34的隔离材料40。在一个实施例中，选择隔离材料40以具 有低导热性/热扩散率，从而减少了来自相变材料30的边缘的热泄漏。
在一个实施例中，相变存〗诸单元30为通孔有源(AIV)单元， 使得重置脉沖典型地从其中心处开始熔化相变材料34,然后熔化面 向外移动。在相变存储单元30的一个实施例中，隔离材料40在相 变材料的外边缘处环绕相变材料34。这通过由环绕的隔离材料40 才是供的改进的热绝缘减少了来自相变材4+ 34边纟彖的热泄漏。这样， 不同于相变存储器件IO，在低功率重置操作期间，相变材料34的 熔化趋向于到其边缘完全一致，从而避免了在前一实施例中出现的 结晶的、环形容积。
由于甚至最外部的相变材料34都纟皮熔化(随后在淬火冷却期 间被非晶化)，所以总的单元电阻将会更高，并且在重置之后采取 的读取操作提供了由读出放大器9检测的大量读取信号。这样，需 要较少的输入功率就能实现重置操作期间充足的读取裕量。与不具 有隔离材料40的单元相比，这允许降低重置脉冲信号，而仍然维 持产生大量读取信号的完全的单元截面的转换。由于通过需要在重 置操作期间驱动电流的选择器件的宽度(由此为面积)周期性地确 定成比例的相变存储单元的覆盖区域，所以该功率减小立刻转化为 更加紧凑的单元尺寸。
才艮据本发明可以通过几种方法制造相变存储单元30。例如，相 变材料34可被沉积然后被蚀刻，然后相邻于相变材料34的边缘形 成隔离材津牛40。此外，可首先沉积一层隔离材^十40，然后在隔离 材料40的层内蚀刻一个通孔。然后，可在隔离材料40的层内的通 孔中沉积相变材冲+34。
图5示出了才艮据本发明另一个实施例的示例性相变存^f诸单元 30的截面图。相变存储单元30包括第一电才及32、相变材料34、第 二电才及36、以及隔离才才泮午38。 it匕夕卜，相变存4诸单元30包4舌谇目4卩于 相变材料34的隔离材料40。这里，隔离材料40仅仅被放置于紧邻 相变材津牛34,并且该净皮选择具有^f氐导热率。因此，通过该实施例， 使用较少的隔离材料40，但仍然可以有效地减少来自相变材料34 边缘的热泄漏。这样，就需要较少的附加输入功率来实现充分重置 才喿作所需温度的增加。此外，通过该实施例，改善了制造工艺期间 用于化学机械研磨的机械稳定性。
图6示出了用于三个示例性相变存储单元的、将在读取操作期 间获得的单元电阻绘作重置脉冲电压和电流的函凄t的曲线图。由虚 垂直线示出相变单元中心处的熔化的开始。图6中的线70示出了 在相变材料被作为隔离材料的二氧化硅环绕的情况下相变存储单 元的特性。这里，在1.0~ 1.5 V左右的低功率重置期间，单元不会 显示出剧烈的转换特性，而是替代地显示出具有相对较低读取电阻 的长迟滞期。这是由于之前所讨i仑的单元中相变材料的部分熔化， 这导致相变材料外边缘处较高的导电连接。
图6中的线60示出了在相变材料被具有相对较低介电常数 ("低k，，)的隔热材料(例如多孔氧化物)环绕的情况下相变存储 单元的特性。这里，在重置期间，读取电阻显示出比线70改善的 转换特性，并显示出具有相对较高读取电阻的较短的迟滞期。
图6中的线50示出了相变材辨"故具有相对4交^f氐k的隔热材泮牛 (例如气凝胶)环绕的情况下相变存储单元的特性。这里，在重置 期间，读取电阻显示出比线60改善的并且剧烈的转4奂特性，并且 线70的迟滞期近乎消失。读取电阻示出了超过若干幅值等级的剧 烈的转才奂。
在一个实施例中，隔离材泮+40为T者如具有导热率在0.1和0.8 W/ (mk)之间的多孔氧化膜的良好隔热介电材料。在一个实施例 中，隔离材料40可以是诸如具有导热率约为0.12-0.18 W/ (mk) 的气凝胶材料的介电材料，并且在另一实施例中，其可以是诸如具 有导热率约为0.13 ~ 0.17 W/(mk)的Philk的模板多孔氧化电介质。
根据本发明，相变材料34可由各种材料制成。 一般地，包括 来自周期表第IV列的一种或多种元素的硫化物合金可用作这种材 料。在一个实施例中，存储单元30的相变材料34由诸如GeSbTe 或AglnSbTe的好b属化物复合材料制成。
尽管上述低k介电材料被用作这几种类型的相变材料34的隔 离材料40,但其它低k电介质也可被用作可在相对较高温度下操作 的不同类型的相变材料。这种低k介电材料包括SiLK、 Coral、 LDK-5109、 Orion 2.2、 CF聚合物以及其它。
在相变存储单元中的相变材料周围使用低k介电材料使得与在 相变材料周围不具有低k介电材料的相变单元相比降低了重置脉沖 功率(电流和/或电压)，同时仍然保持产生大量读取信号的完全的 单元截面的转换。这使得减小了相变存储单元的尺寸，由此也减小 了芯片的尺寸，并允许增加芯片密度。
图7至图28示出了用于制造相变存储单元的两个实施例。图7 至图17以及图18至图28示出了用于制造加热器相变存储单元的 实施例。典型的加热器相变存储单元起到类似于前面参照图3描述 的相变存储单元10的作用。在避免相变材料中心的过分加热的低 功率重置操作期间，由于不完全的熔化，在接触保持为晶态的加热 器的相变材料的边缘处存在晶态容积。以这种结构在重置之后采取 的读取操作提供了在高阻态下掩蔽由读出放大器检测的读出信号 的4氐阻分^各电流通^各。
图7示出了才艮据本发明另一个实施例的加热器相变存4诸单元 31的截面图的一个实施例。加热器相变存储单元31包括第一电极 32、相变材料34、第二电极36、以及隔离材料38。此外，加热器 相变存々者单元31包括4亭止层48、位于相变材并牛34和第一电才及32 中间并与它们接触的加热器49、相邻于加热器49的可选扩散阻挡 42、以及相邻于可选扩散阻挡42的隔离材冲牛40。在其它实施例中， 不包括扩散阻挡42。相变材料34提供了用于存储数据位的存储位 置。
扩散阻挡42防止加热器49材料扩散进隔离材料40。在一个实 施例中，扩散阻挡42包括SiN或另一种适合的阻挡材料。在一个 实施例中，选择隔离材料40以具有低导热率/热扩散率，从而减小 了来自接近力。热器49的相变材料34边缘的热泄漏。在一个实施例 中，加热器相变存储单元31是隔离的加热器相变存储单元。在图8 至图17的流程图中示出用于制造加热器存储单元31的该实施例的 过程。
图8示出了预处理晶片39的一个实施例的截面图。预处理晶 片39包4舌隔离才才泮牛38、第一电才及32、以及下晶片层(未示出)。 在一个实施例中，第一电极32是钨插塞、铜插塞、或另一种合适 的电才及。
图9示出了预处理晶片39、第一隔离材料层38a、停止层48a、 以及第二隔离材料层38b的一个实施例的截面图。在预处理晶片39 上的Si02、氟化石圭玻璃(FSG)或另一种合适材并牛的平面沉积提供 了第一隔离材津牛层38a。在一个实施例中，第一隔离材泮+层38a包 括与预处理晶片39的隔离材料38相同的材料，从而结合第一隔离 材料层38a和预处理晶片39的隔离材料38。在第 一 隔离材料层38a 上的SiN或另一种合适材料的平面沉积提供了停止层48a。停止层 48a上的Si02、 FSG或另一种合适材料的平面沉积提供了第二隔离
材料层38b。使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP或其它合适 的沉积才支术沉积第一隔离材料层38a、停止层48a、以及第二隔离 材料层38b。
图10示出了在蚀刻第二隔离材料层38b、停止层48a、以及第 一隔离材料层38a之后的预处理晶片39、第一隔离材料层38c、停 止层48、以及第二隔离材料层38d的一个实施例的截面图。没有被 掩模层(未示出)掩蔽的第二隔离材料层38b、停止层48a、以及 第 一隔离材料层38a的部分被蚀刻，以形成通孔来露出第 一电极32， 从而提供了第一隔离材料层38c、停止层48、以及第二隔离材料层 38d。在一个实施例中，该通孔净皮定位在大约在第一电才及32中心的 上方。
图11示出了预处理晶片39、第一隔离材料层38c、停止层48、 第二隔离材料层38d、以及隔离材料层40a的一个实施例的截面图。 通过使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP或其它合适的沉积才支 术在预处理晶片39、第二隔离材料层38d、停止层48、以及第一隔 离材料层38c的露出部分上共形地沉积具有低导热率/热扩散率的 材料来设置隔离层40a。
图12示出了在蚀刻隔离材料层40a之后的预处理晶片39、第 一隔离材料层38c、停止层48、第二隔离材料层38d、以及隔离材 料层40b的一个实施例的截面图。4吏用各向异性回蚀刻或另一种合 适的方法来去除隔离材^f以暴露出第一电才及32和第二隔离材并+层 38d，从而提供隔离材料层40b。
图13示出了在蚀刻可选扩散阻挡层之后的预处理晶片39、第 一隔离材料层38c、停止层48、第二隔离材料层38d、隔离材料层 40b、以及可选扩散阻挡层42a的一个实施例的截面图。在一个实 施例中，不包括扩散阻挡层42a。通过使用CVD、 ALD、 MOCVD、
PVD、 JVP或其它合适的沉积:技术在预处理晶片39、隔离材并牛层 40b、以及第二隔离材料层38d的露出部分上共形地沉积SiN或另 一种适合的阻挡材料来设置扩散阻挡层42a。使用各向异性回蚀刻 或另一种合适的方法来去除扩散阻挡材料以露出第一电极32和第 二隔离材冲牛层38d。
图14示出了预处理晶片39、第一隔离材料层38c、停止层48、 第二隔离材料层38d、隔离材料层40b、扩散阻挡层42a、以及加热 器材料层49a的一个实施例的截面图。在第二隔离材料层38d、扩 散阻挡层42a、以及第一电才及32的露出部分上沉积诸如TiN、 TaN 或另一种适合的加热器材料的加热器材料。使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP或其它合适的沉积技术来沉积加热器材料层 493。
图15示出了在加热器材并牛层49a、第二隔离材料层38d、隔离 材料层40b、以及扩散阻挡层42a的平坦化之后的预处理晶片39、 第一隔离材料层38c、停止层48、隔离材料层40、扩散阻挡层42、 以及加热器材冲+层49的一个实施例的截面图。加热器才才冲牛层49a、 第二隔离材料层38d、隔离材料层40b、以及扩散阻挡层42a被向 下平坦化直到停止层48,以提供加热器材料层49、扩散阻挡层42、 以及隔离材津+层40。使用CMP或另一种适合的平坦化4支术来平坦 化加热器材料层49、第二隔离材料层38d、隔离材料层40b、以及 扩散阻挡层42a。
图16示出了预处理晶片39、第一隔离材料层38c、停止层48、 隔离材泮+层40、扩散阻挡层42、加热器材泮十层49、相变材泮牛层34a、 以及电极材料层36a的一个实施例的截面图。在停止层48、隔离材 料层40、扩散阻挡层42、加热器材料层49的露出部分上相变材料 (例如，硫属化物材料或另一种合适的相变材料)的平面沉积提供 了才目变才才泮牛层34a。冲目变才才泮牛层34a上的电才及才才泮牛(例^口， TiN、 TaN
或另一种适合的电极材料)的平面沉积提供了电极材料层36a。使 用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP或其它合适的沉积:技术来沉 积相变材料层34a和电极材料层36a。
图17示出了在蚀刻电极材料层36a和相变材料层34a之后的 预处理晶片39、第一隔离材泮牛层38c、 4f止层48、隔离才才泮牛层40、 扩散阻挡层42、加热器材料层49、相变材料层34、第二电极36、 以及掩模层46的一个实施例的截面图。通过干蚀刻或另一种适合 的蚀刻法蚀刻没有纟皮掩才莫层46掩蔽的电极材料层36a和相变材泮牛 层34a的部分，以提供第二电极36和相变材料层34。在蚀刻之后， 使用光刻胶剥离法去除掩模层46。然后，在第一电极36和相变材 料层34周围沉积额外的隔离材料38，以提供在图7中示出的加热 器相变存储单元31。
图18示出了根据本发明另一个实施例的、具有横向环绕的扩 散阻挡42和隔离材料40的加热器相变存储单元31的截面图的一 个实施例。加热器相变存储单元31包括具有衬里33的第 一 电极32 、 相变材料34、第二电极36、以及隔离材料38。此外，加热器相变 存储单元31包括位于相变材料34和第一电极32之间并与它们接 触的加热器49、相邻于加热器49的可选扩散阻挡42、以及相邻于 可选扩散阻挡层42的隔离材料40。在其它实施例中，不包括扩散 阻挡42。相变材料34提供了用于存储数据位的存储位置。
扩散阻挡42防止加热器49材料扩散进隔离材料40。在一个实 施例中，扩散阻挡42包括SiN或另一种适合的阻挡材料。在一个 实施例中，选择隔离材料40以具有低导热率/热扩散率，从而减少 了来自接近加热器49的相变材料34边缘的热泄漏。在一个实施例 中，加热器相变存储单元31是隔离插塞凹槽加热器相变存储单元。 在图19至图28的流程图中示出用于制造加热器存储单元31的该 实施例的过程。
图19示出了预处理晶片39的一个实施例的截面图。预处理晶 片39包4舌隔离材并+38、具有4十里33的第一电才及32、以及下晶片 层(未示出)。在一个实施例中，第一电极32是鴒插塞或另一种适 当的电极，并且衬里33包括TiN或另 一种合适的衬里材料。
图20示出了在蚀刻第一电才及32之后的预处理晶片39的一个 实施例的截面图。在一个实施例中，4吏用活性离子蚀刻(RIE)或 另一种适合的蚀刻来蚀刻第一电才及32以形成预处理晶片39中的凹槽。
图21示出了在蚀刻第一电极32的衬里33之后的预处理晶片 39的一个实施例的截面图。在一个实施例中， -使用湿蚀刻或另一种 适合的蚀刻来向下蚀刻衬里33直到第一电极32的顶部。在另一个 实施例中，使用单次蚀刻(single etch )来在单个步骤中蚀刻第一电 才及32和邱于里33，以在予贞处理晶片39中形成凹才曹。
图22示出了预处理晶片39和隔离材料层40a的一个实施例的 截面图。4吏用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP或其它合适的;冗 积才支术在预处理晶片39的露出部分上共形地沉积具有4氐导热率/热 扩散率的材料来设置隔离层40a。
图23示出了在蚀刻隔离材料层40a之后的预处理晶片39和隔 离材料层40b的一个实施例的截面图。使用各向异性回蚀刻或另一 种合适的方法来去除隔离材料以暴露出第一电才及32和预处理晶片 39的顶部，从而提供隔离材料层40b。
图24示出了在蚀刻扩散阻挡层之后的预处理晶片39、隔离材 料层40b、以及可选扩散阻挡层42a的一个实施例的截面图。在一 个实施例中，不包括扩散阻挡层42a。通过4吏用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP或其它合适的沉积技术在预处理晶片39和隔
离材料层40b的露出部分上共形地沉积SiN或另 一种适合的阻挡才才 料来设置扩散阻挡层42a。使用各向异性回蚀刻或另一种合适的方 法来去除扩散阻挡材料以暴露出第一电极32和预处理晶片39的顶部。
图25示出了预处理晶片39、隔离材料层40b、扩散阻挡层42a、 以及加热器材料层49a的一个实施例的截面图。在预处理晶片39 和扩散阻挡层42a的露出部分上沉积诸如TiN、 TaN或另一种适合 的加热器材料的加热器材料。使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP或其它合适的沉积4支术来沉积加热器材冲牛层49a。
图26示出了在加热器材料层49a、预处理晶片39、隔离才才冲牛 层40b、以及扩散阻挡层42a的平坦化之后的预处理晶片39、隔离 材料层40、扩散阻挡层42、以及加热器材料层49的一个实施例的 截面图。加热器材并牛层49a、预处理晶片39、隔离材冲+层40b、以 及扩散阻挡层42a被平坦化，以提供加热器材料层49、扩散阻挡层 42、以及隔离材料层40。使用CMP或另一种适合的平坦化4支术来 平坦化加热器材料层49a、隔离材料层40b、以及扩散阻挡层42a。
图27示出了预处理晶片39、隔离材料层40、扩散阻挡层42、 加热器材料层49、相变材料层34a、以及电极材料层36a的一个实 施例的截面图。在预处理晶片39、隔离材料层40、扩散阻挡层42、 加热器材并牛层49的露出部分上的相变材料(例如，好u属化物才才泮牛 或另一种合适的相变材料)的平面沉积提供了相变材料层34a。相 变材料层34a上的电极材料(例如，TiN、 TaN或另一种适合的电 极材料)的平面沉积提供了电极材料层36a。使用CVD、 ALD、 MOCVD、 PVD、 JVP或其它合适的沉积技术来沉积相变材料层34a 和电极材料层36a。
图28示出了在蚀刻电才及材冲+层36a和相变材并+层34a之后的 预处理晶片39、隔离材料层40、扩散阻挡层42、加热器材料层49、 相变材料层34、第二电才及36、以及掩才莫层46的一个实施例的截面 图。通过干蚀刻或另一种适合的蚀刻法蚀刻没有4皮掩才莫层46掩蔽 的电极材料层36a和相变材料层34a的部分，以^是供第二电才及36 和相变材料层34。在蚀刻之后，使用光刻胶剥离法去除掩模层46。 然后，在第 一 电极36和相变材料层34周围沉积额外的隔离材料38, 以提供在图18中示出的加热器相变存储单元31。
尽管本文已示出并描述了具体实施例，^f旦本领域的普通4支术人 员应该理解，在不背离本发明范围的情况下，可以用各种替才奐和/ 或等价的实现来代替所示出和描述的具体实施例。本申请应覆盖本 文中所述的具体实施例的改编和变化。因此，本发明l又由权利要求 及其等同物所限定。
权利要求
1.一种存储单元器件，包括第一电极；加热器，相邻于所述第一电极；相变材料，相邻于所述加热器；第二电极，相邻于所述相变材料；以及隔离材料，相邻于所述相变材料，用于热隔离所述相变材料。
2. 根据权利要求1所述的存储单元器件，还包括扩散阻挡，相邻于所述加热器和所述隔离材料，以防止 加热器材料扩散进所述隔离材料。
3. 根据权利要求2所述的存储单元器件，其中，所述扩散阻挡包 括SiN。
4. 根据权利要求1所述的存储单元器件，其中，所述相变材料包才舌石克属4b物。
5. 根据权利要求1所述的存储单元器件，其中，所述隔离材料包 括介电材料，所述介电材料限制来自所述相变材料的热泄漏。
6. 根据权利要求5所述的存储单元器件，其中，所述介电材料包 括导热率在o.l和0.8 W/mk之间的多孔氧化膜。
7. 根据权利要求5所述的存储单元器件，其中，所述介电材料包 括气凝胶、Philk、 SiLK、 Coral、 LDK-5109、 Orion 2.2、以 及CF聚合物中的一种。
8. —种存J渚单元器件，包括第一电才及；力口热器，相邻于所述第一电才及；相变材纟牛，相邻于所述加热器；第二电才及，相邻于所述相变才才津牛；以及装置，相邻于所述相变材料，用于热隔离所述相变材料。
9. 一种用于制造存^f诸单元器件的方法，包括提供具有第一电极的预处理晶片；相邻于所述预处理晶片沉积第 一 隔离材料层；相邻于所述第 一 绝缘层沉积停止层；相邻于所述停止层沉积第二隔离材料层；蚀刻一个穿过所述第一隔离材并牛层、所述停止层、以及 所述第二隔离材料层的通孔，以暴露出所述第 一 电极的 一部分；在所述通孔侧面沉积隔离材泮+;蚀刻所述隔离材料，以在所述通孔中形成隔离材料的侧壁；在所述通孔中沉积加热器材泮牛；向下平坦化直到所述停止层； 相邻于所述停止层、所述隔离层、以及所述加热器层的露出部分沉积相变材并+层；相邻于所述相变初^+层沉积电核_才才冲+层；以及蚀刻所述电极材料层和所述相变材料层，以形成第二电 极和存储位置。
10. 根据权利要求9所述的方法，还包括相邻于所述隔离材料的侧壁沉积扩散阻挡，以防止所述 加热器材料扩散进所述隔离材料。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中，沉积所述扩散阻挡包括 沉积SiN。
12. 根据权利要求9所述的方法，其中，提供所述预处理晶片包括 提供包括钨插塞的预处理晶片。
13. 根据权利要求9所述的方法，其中，提供所述预处理晶片包括 提供包括铜插塞的预处理晶片。
14. 根据权利要求9所述的方法，其中，沉积所述第一隔离材料层 包4舌沉积Si02层和氟4匕,圭3皮璃层中的 一种。
15. 根据权利要求9所述的方法，其中，沉积所述停止层包括沉积 SiN层。
16. 根据权利要求9所述的方法，其中，沉积所述第二隔离材料层 包括沉积Si02层和氟化硅玻璃层中的 一种。
17. 根据权利要求9所述的方法，其中，沉积隔离材料包括沉积介 电材料，所述介电材料限制来自所述相变材料的热泄漏。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中，沉积介电材料包括沉积 导热率在0.1和0.8 W/mk之间的多孔氧化膜。
19. 根据权利要求17所述的方法，其中，沉积介电材料包括沉积 气凝月交、Philk、 SiLK、 Coral、 LDK画5109、 Orion 2.2、以及CF聚合物中的一种。
20. 才艮据片又利要求9所述的方法，其中，在所述通孔中沉积加热器 材料包括沉积TiN和TaN中的一种。
21. 根据权利要求9所述的方法，其中，向下平坦化直到所述停止 层包括向下化学机械研磨直到所述停止层。
22. 根据权利要求9所述的方法，其中，沉积所述相变材料层包括 沉积;克属化物材料层。
23. 根据权利要求9所述的方法，还包括相邻于所述第二电极和所述存储位置沉积隔离材料。
24. 才艮据权利要求23所述的方法，其中，沉积所述隔离材料包括 沉积Si02层和氟化石圭5皮璃层中的 一种。
25. —种用于制造存储单元器件的方法，包括提供具有第一电极的预处理晶片； 蚀刻所述第一电^ l以形成凹槽； 在所述凹槽的侧面沉积隔离材料；蚀刻所述隔离材冲+,以在所述凹槽中形成隔离材料的侧壁；在所述凹槽中沉积加热器材^f牛；平坦化所述力口热器材料以形成加热器；在所述加热器上沉积相变材津+层；在所述相变材坤+层上沉积电才及材冲牛层；以及蚀刻所述电极材冲牛层和所述相变材并牛层，以形成第二电 斗及和存〗诸位置。
26. 根据权利要求25所述的方法，还包括相邻于所述隔离材冲牛的侧壁沉积扩散阻挡，以防止所述 加热器材料扩散进所述隔离材料。
27. 根据权利要求26所述的方法，其中，沉积所述扩散阻挡包括 沉积SiN。
28. 根据权利要求25所述的方法，其中，提供所述预处理晶片包 括4是供包括鵠插塞的预处理晶片。
29. 根据权利要求25所述的方法，其中，提供所述预处理晶片包 括提供包括铜插塞的预处理晶片。
30. 根据权利要求25所述的方法，其中，沉积隔离材料包括沉积 介电材料，所述介电材料限制来自所述相变材料的热泄漏。
31. 根据权利要求30所述的方法，其中，沉积介电材料包括沉积 导热率在0.1和0.8 W/mk之间的多孔氧化膜。
32， 根据权利要求30所述的方法，其中，沉积介电材料包括沉积 气凝月交、Philk、 SiLK、 Coral、 LDK-5109、 Orion 2,2、以及 CF聚合物中的一种。
33. 根据权利要求25所述的方法，其中，在所述凹槽中沉积加热 器材料包括沉积TiN和TaN中的一种。
34. 才艮据片又利要求25所述的方法，其中，沉积所述相变材料层包 括沉积^克属化物材料层。
35. 根据权利要求25所述的方法，其中，沉积所述电极材料层包 4舌沉积TiN和TaN中的一种。
36. 根据权利要求25所述的方法，还包括相邻于所述第二电4及和所述存4诸位置沉积隔离材料。
37. 根据权利要求36所述的方法，其中，沉积所述隔离材料包括 沉积Si02和氟化硅玻璃中的 一种。
全文摘要
本发明涉及一种存储单元器件，包括第一电极、相邻于第一电极的加热器、相邻于加热器的相变材料、相邻于相变材料的第二电极、以及相邻于相变材料的、用于热隔离相变材料的隔离材料。
文档编号H01L45/00GK101116195SQ200680004304
公开日2008年1月30日 申请日期2006年2月8日 优先权日2005年2月10日
发明者托马斯·哈普 申请人:奇梦达股份公司