專利名稱：相變存儲(chǔ)單元的熱隔絕的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及存儲(chǔ)器及其制造方法。
背景技術(shù)：
一種類型的非易失性存儲(chǔ)器是電阻存儲(chǔ)器。電阻存儲(chǔ)器利用存儲(chǔ)元件的電阻值來(lái)存儲(chǔ)一位或多位數(shù)據(jù)。例如，被編程具有高電阻值的存儲(chǔ)元件可以表示邏輯“1”數(shù)據(jù)位值，被編程具有低電阻值的存儲(chǔ)元件可以表示邏輯“0”數(shù)據(jù)位值。通過(guò)向存儲(chǔ)元件施加電壓或電流可電性地切換存儲(chǔ)元件的電阻值。一種類型的電阻存儲(chǔ)器是磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)。另一種類型的電阻存儲(chǔ)器是相變存儲(chǔ)器。盡管是關(guān)于相變存儲(chǔ)器來(lái)描述本發(fā)明，但是本發(fā)明可應(yīng)用于任何適當(dāng)類型的電阻存儲(chǔ)器。
相變存儲(chǔ)器將相變材料用于電阻存儲(chǔ)元件。相變材料表現(xiàn)出至少兩種不同的狀態(tài)?？蓪⑾嘧儾牧系臓顟B(tài)稱作非晶態(tài)和晶態(tài)。由于非晶態(tài)通常比晶態(tài)表現(xiàn)出較高的電阻系數(shù)，因此可以區(qū)分這些狀態(tài)。通常，非晶態(tài)包括更無(wú)序的原子結(jié)構(gòu)，而晶態(tài)特征在于更有序的晶格。一些相變材料表現(xiàn)出兩種晶態(tài)，例如，面心立方(FCC)態(tài)和六邊形最密堆積(HCP)態(tài)。這兩種狀態(tài)具有不同的電阻。
在相變材料中的相變是可逆地被誘發(fā)的。通過(guò)這種方式，相變材料根據(jù)溫度的變化可以從非晶態(tài)變成晶態(tài)，也可從晶態(tài)變成非晶態(tài)。改變相變材料的溫度可以有多種方式。例如，可直接把激光照射在相變材料上，可以驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)相變材料，或者可以將電流饋通給與相變材料相鄰的電阻加熱器。通過(guò)這些方法中的任何方法，控制相變材料的加熱可以控制相變材料內(nèi)的相變。
當(dāng)在存儲(chǔ)單元的寫操作的過(guò)程中在相變存儲(chǔ)單元或其他電阻存儲(chǔ)單元中產(chǎn)生的熱被熱傳遞給相鄰的存儲(chǔ)單元時(shí)，會(huì)發(fā)生熱串?dāng)_。在寫操作的過(guò)程中，在選定的存儲(chǔ)單元中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，但相鄰的存儲(chǔ)單元不應(yīng)該有顯著的溫度上升。如果由于傳遞的熱足夠大使相鄰存儲(chǔ)單元的位置的溫度上升，則相鄰存儲(chǔ)單元的狀態(tài)會(huì)受到影響，并且會(huì)破壞存儲(chǔ)在其中的數(shù)據(jù)。
在室溫下工作的典型的相變存儲(chǔ)器通常不會(huì)受到熱串?dāng)_的影響。例如，對(duì)于用Ge2Sb2Te5作電阻元件的典型的相變存儲(chǔ)器，在復(fù)位的過(guò)程中，相鄰相變存儲(chǔ)單元溫度的增加通常是最多大約50攝氏度。因此，在室溫下的相變存儲(chǔ)操作通常具有低于110攝氏度的最高溫度，該溫度是對(duì)非晶位來(lái)說(shuō)是抵抗結(jié)晶化超過(guò)10年的最高溫度。因此，該最高溫度將相變存儲(chǔ)數(shù)據(jù)保持力限制為10年。但是，如果相變存儲(chǔ)器在一個(gè)升高的溫度下操作，例如70攝氏度，固有的熱擴(kuò)散不再能足以保證相鄰的相變存儲(chǔ)單元溫度將保持在專用于10年的數(shù)據(jù)保持力的110攝氏度之下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器包括存儲(chǔ)單元陣列，每個(gè)存儲(chǔ)單元包括電阻材料、橫向圍繞在每個(gè)存儲(chǔ)單元的電阻材料周圍的第一絕緣材料、以及在存儲(chǔ)單元之間用于熱隔絕每個(gè)存儲(chǔ)單元的散熱裝置。


所包含的附圖用于進(jìn)一步理解本發(fā)明，并包括在說(shuō)明書中構(gòu)成說(shuō)明書的一部分。附圖描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例并和說(shuō)明書一起用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。本發(fā)明的其他實(shí)施例和很多預(yù)期的優(yōu)點(diǎn)將容易的被理解，因?yàn)橥ㄟ^(guò)參照下面的詳細(xì)描述它們會(huì)更好理解。附圖的元件相互之間不必按相對(duì)比例決定。相同的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的類似部分。
圖1是顯示相變存儲(chǔ)單元陣列的一個(gè)實(shí)施例的視圖；圖2是顯示包括熱隔絕的相變存儲(chǔ)單元陣列的一個(gè)實(shí)施例的視圖；圖3是顯示包括熱隔絕的相變存儲(chǔ)單元陣列的另一個(gè)實(shí)施例的視圖；圖4A給出了包括熱隔絕的相變存儲(chǔ)元件的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖4B給出了包括熱隔絕的相變存儲(chǔ)元件的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖4C給出了包括熱隔絕的相變存儲(chǔ)元件的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖5A給出了包括熱隔絕的相變存儲(chǔ)元件的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖5B給出了包括熱隔絕的相變存儲(chǔ)元件的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖6A給出了包括熱隔絕的相變存儲(chǔ)元件的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖；
圖6B給出了圖6A所示的相變存儲(chǔ)元件的側(cè)剖面圖；圖7給出了包括熱屏蔽或散熱裝置的相變存儲(chǔ)單元的布圖的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖；圖8給出了相變存儲(chǔ)單元的布圖的另一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖，相變存儲(chǔ)單元使用有效的金屬線作為散熱裝置；圖9給出了包括偽地線的相變存儲(chǔ)單元陣列的一個(gè)實(shí)施例的頂視圖；圖10A給出了包括偽地線的相變存儲(chǔ)單元的布圖的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖10B給出了包括偽地線的相變存儲(chǔ)單元的布圖的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖；圖11是顯示用于制造相變存儲(chǔ)器的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述圖1是顯示相變存儲(chǔ)單元100陣列的一個(gè)實(shí)施例的視圖。存儲(chǔ)陣列100包括在存儲(chǔ)單元之間的熱隔絕，用于防止熱串?dāng)_影響存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)保持力。存儲(chǔ)陣列100包括多個(gè)相變存儲(chǔ)單元104a-104d(總稱為相變存儲(chǔ)單元104)、多條位線(BL)112a-112b(總稱為位線112)、多條字線(WL)110a-110b(總稱為字線110)、以及多條地線(GL)114a-114b(總稱為地線114)。
每個(gè)相變存儲(chǔ)單元104電性耦合到字線110、位線112、地線114。例如，相變存儲(chǔ)單元104a電性耦合到位線112a、字線110a、地線114a，相變存儲(chǔ)單元104b電性耦合到位線112b、字線110b、地線114b。相變存儲(chǔ)單元104c電性耦合到位線112b、字線110a、地線114a，相變存儲(chǔ)單元104d電性耦合到位線112b、字線110b、地線114b。
每個(gè)相變存儲(chǔ)單元104包括相變?cè)?06和晶體管108。盡管在給出的實(shí)施例中晶體管108是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，但是在其它的實(shí)施例中，晶體管108可以是其它適合的器件，例如雙極晶體管或3D晶體管結(jié)構(gòu)。相變存儲(chǔ)單元104a包括相變?cè)?06a和晶體管108a。相變?cè)?06a的一側(cè)電性耦合到位線112a，相變?cè)?06a的另一側(cè)電性耦合到晶體管108a的源極—漏極通路的一側(cè)。晶體管108a的源極—漏極通路的另一側(cè)電性耦合到地線114a。晶體管108a的柵極電性耦合到字線110a。相變存儲(chǔ)單元104b包括相變?cè)?06b和晶體管108b。相變?cè)?06b的一側(cè)電性耦合到位線112a，相變?cè)?06b的另一側(cè)電性耦合到晶體管108b的源極—漏極通路的一側(cè)。晶體管108b的源極—漏極通路的另一側(cè)電性耦合到地線114b。晶體管108b的柵極電性耦合到字線110b。
相變存儲(chǔ)單元104c包括相變?cè)?06c和晶體管108c。相變?cè)?06c的一側(cè)電性耦合到位線112b，相變?cè)?06c的另一側(cè)電性耦合到晶體管108c的源極—漏極通路的一側(cè)。晶體管108c的源極—漏極通路的另一側(cè)電性耦合到地線114a。晶體管108c的柵極電性耦合到字線110a。相變存儲(chǔ)單元104d包括相變?cè)?06d和晶體管108d。相變?cè)?06d的一側(cè)電性耦合到位線112b，相變?cè)?06d的另一側(cè)電性耦合到晶體管108d的源極—漏極通路的一側(cè)。晶體管108d的源極—漏極通路的另一側(cè)電性耦合到地線114b。晶體管108d的柵極電性耦合到字線110b。
在另一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)相變?cè)?06電性耦合到地線114，每個(gè)晶體管108電性耦合到位線112。例如，對(duì)于相變存儲(chǔ)單元104a，相變?cè)?06a的一側(cè)電性耦合到地線114a。相變?cè)?06a的另一側(cè)電性耦合到晶體管108a的源極—漏極通路的一側(cè)。晶體管108a的源極—漏極通路的另一側(cè)電性耦合到位線112a。通常，地線114比位線112具有更低的電勢(shì)。
按照本發(fā)明，每個(gè)相變?cè)?06包括可以由各種材料構(gòu)成的相變材料。通常，使用含有選自于周期表的VI族的一種或多種元素的硫?qū)倩锖辖鹱鳛檫@樣的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，相變?cè)?06的相變材料由例如GeSbTe、SbTe、GeTe或AgInSbTe的硫?qū)倩锊牧蠘?gòu)成。在另一個(gè)實(shí)施例中，相變材料可以不含硫族，例如GeSb、GaSb、InSb或GeGaInSb。在其它的實(shí)施例中，相變材料可以由任何合適的材料構(gòu)成，包括Ge、Sb、Te、Ga、As、In、Se和S的一種和多種元素。
存儲(chǔ)陣列100包括在相鄰相變存儲(chǔ)單元104之間的熱隔絕。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)相變存儲(chǔ)元件106由提供熱隔絕的材料包圍，并且存儲(chǔ)單元之間的空間至少部分地填充有提供熱傳導(dǎo)的材料。提供熱傳導(dǎo)的材料消散了通過(guò)每個(gè)相變?cè)?06周圍的提供熱隔絕的材料而泄漏的任何熱量。隔離與促進(jìn)熱擴(kuò)散的組合保持了相鄰相變存儲(chǔ)單元104在設(shè)置以及特別是復(fù)位操作期間的冷卻。因此，降低了熱串?dāng)_，并提高了數(shù)據(jù)保持力。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在相鄰的相變存儲(chǔ)單元104之間放置具有高導(dǎo)熱系數(shù)的材料。在相鄰的相變?cè)?06之間放置額外的金屬化或半導(dǎo)體熱屏蔽或散熱裝置。散熱裝置快速地散布幾個(gè)存儲(chǔ)單元長(zhǎng)度上的熱量，因此有效地用于冷卻相變?cè)?06并防止相鄰相變?cè)?06受熱。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱裝置被形成為相變?cè)?06之間的2D網(wǎng)絡(luò)。在另一個(gè)實(shí)施例中，在存儲(chǔ)陣列100中相鄰相變?cè)羁拷姆较蛏?，在相變?cè)?06之間并行設(shè)置散熱裝置。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在相鄰相變?cè)?06之間設(shè)置金屬線。金屬線可以是存儲(chǔ)陣列100內(nèi)的有效金屬線，例如地線114或位線112。該實(shí)施例具有其它的優(yōu)點(diǎn)，能夠使用以一個(gè)角度(例如90度或其它適合的角度)對(duì)底下金屬線的線光刻以及對(duì)底下金屬線的選擇蝕刻，形成相變存儲(chǔ)單元104的底電極和相變?cè)?06。對(duì)于給定的光刻節(jié)點(diǎn)的線光刻比接觸孔圖形具有更好的分辨率和線寬控制，因此提高了相變存儲(chǔ)單元104的幾何空間的穩(wěn)定性，并因此提高了相變存儲(chǔ)單元104的開關(guān)特性。
在相變存儲(chǔ)單元104a的設(shè)置操作期間，設(shè)置電流或電壓脈沖被選擇地使能，并通過(guò)位線112a發(fā)送至相變?cè)?06a，由此將其加熱至結(jié)晶溫度之上(但通常在其熔化溫度之下)，通過(guò)選擇的字線110a來(lái)激活晶體管108a。以此方式，相變?cè)?06a在此設(shè)置操作期間到達(dá)其晶體狀態(tài)。在相變存儲(chǔ)單元104a的復(fù)位操作期間，復(fù)位電流或電壓脈沖被選擇地使能到位線112a，并發(fā)送至相變材料元件106a。復(fù)位電流或電壓快速地將相變?cè)?06a加熱到其熔化溫度之上。在電流或電壓脈沖關(guān)閉之后，相變?cè)?06a快速地冷卻到非晶狀態(tài)。使用類似的電流或電壓脈沖，類似于相變存儲(chǔ)單元104a來(lái)設(shè)置相變存儲(chǔ)單元104b-104d以及存儲(chǔ)陣列100中的其它的相變存儲(chǔ)單元104。
圖2是顯示包括熱隔絕的相變存儲(chǔ)單元100a陣列的一個(gè)實(shí)施例的視圖。存儲(chǔ)陣列100a包括位線112、字線110、相變存儲(chǔ)單元104、第一絕緣材料120和第二絕緣材料122。每個(gè)相變存儲(chǔ)單元104或每個(gè)相變存儲(chǔ)單元104內(nèi)的每個(gè)存儲(chǔ)元件106都被具有較低導(dǎo)熱系數(shù)的第一絕緣材料包圍，第一絕緣材料例如SiO2、低k材料、多孔SiO2、氣凝膠、干凝膠或其它具有較低導(dǎo)熱系數(shù)的適當(dāng)?shù)慕^緣材料。第二絕緣材料122在存儲(chǔ)單元104之間，并與第一絕緣材料120接觸。第二絕緣材料122包括具有比第一絕緣材料120更高的導(dǎo)熱系數(shù)的介電材料。第二絕緣材料122包括SiN、SiON、ALN、TiO2和Al2O3、或其它比第一絕緣材料120具有更高導(dǎo)熱系數(shù)的適當(dāng)?shù)慕殡姴牧稀?br> 較低的導(dǎo)熱系數(shù)的第一絕緣材料120熱隔絕了存儲(chǔ)單元104。高導(dǎo)熱系數(shù)的第二絕緣材料122快速地消散了通過(guò)存儲(chǔ)單元104周圍的第一絕緣材料120泄漏的任何熱量。第一絕緣材料120的熱隔絕與第二絕緣材料122的熱擴(kuò)散的組合保持了相鄰相變存儲(chǔ)單元104在設(shè)置特別是復(fù)位操作期間的冷卻。因此，降低了熱串?dāng)_并提高了數(shù)據(jù)保持力。
圖3是顯示包括熱隔絕的相變存儲(chǔ)單元100b陣列的另一個(gè)實(shí)施例的視圖。存儲(chǔ)陣列100b包括位線112、字線110、相變存儲(chǔ)單元104、第一散熱裝置或屏蔽線130和第二散熱裝置或屏蔽線132。在一個(gè)實(shí)施例中，第一散熱裝置或屏蔽線130平行穿過(guò)存儲(chǔ)陣列100b的行，第二散熱裝置或屏蔽線132(只顯示了一個(gè))平行穿過(guò)存儲(chǔ)陣列100b的列。在另一個(gè)實(shí)施例中，不包括第二散熱裝置或屏蔽線132。在一個(gè)實(shí)施例中，第一散熱裝置或屏蔽線130位于存儲(chǔ)陣列100b中相鄰相變?cè)羁拷姆较蛏?。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一散熱裝置或屏蔽線130和/或第二散熱裝置或屏蔽線132是有效的金屬線，例如位線112或地線114。
第一散熱裝置或屏蔽線130和任選的第二散熱裝置或屏蔽線132包括具有高導(dǎo)熱系數(shù)的材料，例如SiN、金屬、多晶硅、或其它具有高導(dǎo)熱系數(shù)的適合的材料。第一散熱裝置或屏蔽線130和任選的第二散熱裝置或屏蔽線132與存儲(chǔ)單元104之間的空間134包括層間電介質(zhì)，例如SiO2、硼磷硅玻璃(BPSG)、硼硅玻璃(BSG)、低k材料、或其它適合的介電材料。第一散熱裝置或屏蔽線130和任選的第二散熱裝置或屏蔽線132快速地消散幾個(gè)存儲(chǔ)單元104長(zhǎng)度上的存儲(chǔ)單元104的任何熱量。因此第一散熱裝置或屏蔽線130和任選的第二散熱裝置或屏蔽線132有效地用于冷卻相變?cè)?06，并防止相鄰相變?cè)?06受熱。因此，降低了熱串?dāng)_并提高了數(shù)據(jù)保持力。
圖4A給出了包括熱隔絕的相變存儲(chǔ)元件200a的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，相變存儲(chǔ)元件200a是柱狀相變存儲(chǔ)元件。在存儲(chǔ)陣列100a(圖2)的相變存儲(chǔ)單元104中適于采用相變存儲(chǔ)元件200a。相變存儲(chǔ)元件200a包括第一電極202、相變材料204、第二電極206、第一絕緣材料120和第二絕緣材料122。第一絕緣材料120比第二絕緣材料122具有更低的導(dǎo)熱系數(shù)。相變材料204提供用于存儲(chǔ)一位、兩位或幾位數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置。
相變材料204接觸第一電極202和第二電極206。相變材料204由第一絕緣材料120橫向完全包圍，其定義了電流通路以及相變區(qū)域在相變材料204中的位置。在此實(shí)施例中，相變材料204是圓柱形。第一絕緣材料120接觸第二電極206的側(cè)面212。第二絕緣材料122包圍第一絕緣材料120。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一絕緣材料120接觸第一電極202和第二電極206的兩側(cè)。
低導(dǎo)熱系數(shù)的第一絕緣材料120熱隔絕相變材料204。高導(dǎo)熱系數(shù)的第二絕緣材料122快速消散通過(guò)第一絕緣材料120泄漏的任何熱量。第一絕緣材料120的熱隔絕與第二絕緣材料122的熱擴(kuò)散的組合保持了相鄰相變存儲(chǔ)單元在相變存儲(chǔ)元件200a的設(shè)置特別是復(fù)位操作期間的冷卻。
圖4B給出了相變存儲(chǔ)元件200b的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，相變存儲(chǔ)元件200b是柱狀相變存儲(chǔ)元件。在存儲(chǔ)陣列100a(圖2)的相變存儲(chǔ)單元104中適于采用相變存儲(chǔ)元件200b。相變存儲(chǔ)元件200b包括第一電極202、相變材料204、第二電極206、第一絕緣材料120和第二絕緣材料122。第一絕緣材料120比第二絕緣材料122具有更低的導(dǎo)熱系數(shù)。相變材料204提供用于存儲(chǔ)一位、兩位或幾位數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置。
相變材料204接觸第一電極202和第二電極206。相變材料204由第一絕緣材料120橫向完全包圍，其定義了電流通路以及相變區(qū)域在相變材料204中的位置。在此實(shí)施例中，相變材料204是沙漏形。第一絕緣材料120接觸第二電極206的側(cè)面212。第二絕緣材料122包圍第一絕緣材料120。
低導(dǎo)熱系數(shù)的第一絕緣材料120熱隔絕相變材料204。高導(dǎo)熱系數(shù)的第二絕緣材料122快速消散通過(guò)第一絕緣材料120泄漏的任何熱量。第一絕緣材料120的熱隔絕與第二絕緣材料122的熱擴(kuò)散的組合保持了相鄰相變存儲(chǔ)單元在相變存儲(chǔ)元件200b的設(shè)置特別是復(fù)位操作期間的冷卻。
圖4C給出了相變存儲(chǔ)元件200c的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，相變存儲(chǔ)元件200c是柱狀相變存儲(chǔ)元件。在存儲(chǔ)陣列100a(圖2)的相變存儲(chǔ)單元104中適于采用相變存儲(chǔ)元件200c。相變存儲(chǔ)元件200c包括第一電極202、相變材料204、第二電極206、第一絕緣材料120和第二絕緣材料122。第一絕緣材料120比第二絕緣材料122具有更低的導(dǎo)熱系數(shù)。相變材料204提供用于存儲(chǔ)一位、兩位或幾位數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置。
相變材料204接觸第一電極202和第二電極206。相變材料204由第一絕緣材料120橫向完全包圍，其定義了電流通路以及相變區(qū)域在相變材料204中的位置。在此實(shí)施例中，相變材料204是沙漏形。第二絕緣材料122接觸第二電極206的側(cè)面212并包圍第一絕緣材料120。
低導(dǎo)熱系數(shù)的第一絕緣材料120熱隔絕相變材料204。高導(dǎo)熱系數(shù)的第二絕緣材料122快速消散通過(guò)第一絕緣材料120泄漏的任何熱量。第一絕緣材料120的熱隔絕與第二絕緣材料122的熱擴(kuò)散的組合保持了相鄰相變存儲(chǔ)單元104在相變存儲(chǔ)元件200c的設(shè)置特別是復(fù)位操作期間的冷卻。
圖5A給出了相變存儲(chǔ)元件220a的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，相變存儲(chǔ)元件220a是錐形貫通的相變存儲(chǔ)元件。在存儲(chǔ)陣列100a(圖2)的相變存儲(chǔ)單元104中適于采用相變存儲(chǔ)元件220a。相變存儲(chǔ)元件220a包括第一電極202、相變材料204、第二電極206、第一絕緣材料120和第二絕緣材料122。第一絕緣材料120比第二絕緣材料122具有更低的導(dǎo)熱系數(shù)。相變材料204提供用于存儲(chǔ)一位、兩位或幾位數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置。
相變材料204包括在226與第一電極202接觸的第一部分222以及在228與第二電極206接觸的第二部分224。向具有錐形側(cè)壁的貫通開口填充相變材料204，以提供第一部分222。在第一部分222上填充相變材料204，以提供第二部分224。相變材料204的第一部分222具有錐形側(cè)壁，并在230具有最大寬度或截面，在226具有最小寬度或截面。第一部分222在230的最大寬度可以小于第二部分224的寬度或截面。相變材料204的第一部分222由第一絕緣材料120橫向完全包圍，其定義了電流通路以及相變區(qū)域在相變材料204中的位置。第二絕緣材料122包圍第一絕緣材料120以及相變材料204的第二部分224。
低導(dǎo)熱系數(shù)的第一絕緣材料120熱隔絕相變材料204的第一部分222。高導(dǎo)熱系數(shù)的第二絕緣材料122快速消散通過(guò)第一絕緣材料120泄漏的任何熱量。第一絕緣材料120的熱隔絕與第二絕緣材料122的熱擴(kuò)散的組合保持了相鄰相變存儲(chǔ)單元在相變存儲(chǔ)元件220a的設(shè)置特別是復(fù)位操作期間的冷卻。
圖5B給出了相變存儲(chǔ)元件220b的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，相變存儲(chǔ)元件220b是錐形貫通的相變存儲(chǔ)元件。在存儲(chǔ)陣列100a(圖2)的相變存儲(chǔ)單元104中適于采用相變存儲(chǔ)元件220b。相變存儲(chǔ)元件220b包括第一電極202、相變材料204、第二電極206、第一絕緣材料120和第二絕緣材料122。第一絕緣材料120比第二絕緣材料122具有更低的導(dǎo)熱系數(shù)。相變材料204提供用于存儲(chǔ)一位、兩位或幾位數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置。
相變材料204接觸第一電極202和第二電極206。相變材料204由第一絕緣材料120橫向完全包圍，其定義了電流通路以及相變區(qū)域在相變材料204中的位置。在此實(shí)施例中，相變材料204具有錐形側(cè)壁。第一絕緣材料120接觸第一電極202的側(cè)面210和第二電極206的側(cè)面212。第二絕緣材料122包圍第一絕緣材料120。
低導(dǎo)熱系數(shù)的第一絕緣材料120熱隔絕相變材料204。高導(dǎo)熱系數(shù)的第二絕緣材料122快速消散通過(guò)第一絕緣材料120泄漏的任何熱量。第一絕緣材料120的熱隔絕與第二絕緣材料122的熱擴(kuò)散的組合保持了相鄰相變存儲(chǔ)單元在相變存儲(chǔ)元件220b的設(shè)置特別是復(fù)位操作期間的冷卻。
圖6A給出了相變存儲(chǔ)元件250的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖，圖6B給出了相變存儲(chǔ)元件250的側(cè)剖面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，相變存儲(chǔ)元件250是橋式的相變存儲(chǔ)元件。在存儲(chǔ)陣列100a(圖2)的相變存儲(chǔ)單元104中適于采用相變存儲(chǔ)元件250。相變存儲(chǔ)元件250包括第一電極202、第一接觸252、相變材料204、間隔物256、第二接觸254、第二電極206、第一絕緣材料120和第二絕緣材料122。第一絕緣材料120比第二絕緣材料122具有更低的導(dǎo)熱系數(shù)。相變材料204提供用于存儲(chǔ)一位、兩位或幾位數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置。
相變材料204接觸由間隔物256分開的第一接觸252和第二接觸254。第一接觸252接觸第一電極202，第二接觸254接觸第二電極206。除了相變材料204接觸第一和第二接觸252和254以及間隔物256的地方之外，相變材料204由第一絕緣材料120包圍。第二絕緣材料122包圍第一絕緣材料120。
低導(dǎo)熱系數(shù)的第一絕緣材料120熱隔絕相變材料204。高導(dǎo)熱系數(shù)的第二絕緣材料122快速消散通過(guò)第一絕緣材料120泄漏的任何熱量。第一絕緣材料120的熱隔絕與第二絕緣材料122的熱擴(kuò)散的組合保持了相鄰相變存儲(chǔ)單元在相變存儲(chǔ)元件250的設(shè)置特別是復(fù)位操作期間的冷卻。
圖7給出了包括熱屏蔽或散熱裝置的相變存儲(chǔ)單元的布圖300的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。在存儲(chǔ)陣列100b(圖3)中適于采用相變存儲(chǔ)單元的布圖300。布圖300包括襯底302、位線112、地線114、晶體管108、接觸304、接觸306、相變?cè)?06和散熱裝置或屏蔽130。位線112和地線114是分開的金屬化層。在一個(gè)實(shí)施例中，位線112包括W或其它適合的金屬，并且是比地線114更低的金屬化層，地線114包括Al、Cu或其它適合的金屬。在另一個(gè)實(shí)施例中，位線112包括Al、Cu或其它適合的金屬，并且是比地線114更高的金屬化層，地線114包括W或其它適合的金屬。
在一個(gè)實(shí)施例中，位線112垂直于地線114。每個(gè)晶體管108的源極—漏極通路的一側(cè)通過(guò)接觸306電性耦合到地線114，接觸306包括Cu、W或其它適合的導(dǎo)電材料。每個(gè)晶體管108的源極—漏極通路的另一側(cè)通過(guò)相變?cè)?06和接觸304電性耦合到位線112，接觸304包括Cu、W或其它適合的導(dǎo)電材料。每個(gè)晶體管108的柵極電性耦合到字線110，字線110包括摻雜多晶硅、W、TiN、NiSi、CoSi、TiSi、WSix或其它適合的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)元件106是加熱器單元、通孔內(nèi)有效(active-in-via)單元、柱狀單元、或其它適合的相變存儲(chǔ)元件。
在靠在一起并且沒(méi)有通過(guò)地線114分開的相鄰的相變?cè)?06之間提供散熱裝置或屏蔽線130。散熱裝置或屏蔽線130包括具有高導(dǎo)熱系數(shù)的材料，例如SiN、金屬、多晶硅或其它具有高導(dǎo)熱系數(shù)的適合的材料。散熱裝置或屏蔽線130與相變?cè)?06之間的空間134填充了層間電介質(zhì)，例如，SiO2、硼磷硅玻璃(BPSG)、硼硅玻璃(BSG)、低k材料、或其它適合的介電材料。散熱裝置或屏蔽線130快速地消散來(lái)自于幾個(gè)存儲(chǔ)單元長(zhǎng)度上的相變?cè)?06的任何熱量。因此散熱裝置或屏蔽線130有效地用于冷卻相變?cè)?06，并防止相鄰相變?cè)?06受熱。
圖8給出了相變存儲(chǔ)單元的布圖320的另一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖，相變存儲(chǔ)單元使用有效的金屬線作為散熱裝置。在存儲(chǔ)陣列100b(圖3)中適于采用相變存儲(chǔ)單元的布圖320。布圖320包括襯底302、位線112、地線114、晶體管108、接觸304、接觸306、相變?cè)?06。位線112和地線114是分開的金屬化層。在一個(gè)實(shí)施例中，位線112包括W或其它適合的金屬，并且是比地線114更低的金屬化層，地線114包括Al、Cu或其它適合的金屬。在另一個(gè)實(shí)施例中，位線112包括Al、Cu或其它適合的金屬，并且是比地線114更高的金屬化層，地線114包括W或其它適合的金屬。在任何情況下，位線112垂直于字線110。
在一個(gè)實(shí)施例中，位線112垂直于地線114。每個(gè)晶體管108的源極—漏極通路的一側(cè)通過(guò)接觸306電性耦合到位線112，接觸306包括Cu、W或其它適合的導(dǎo)電材料。每個(gè)晶體管108的源極—漏極通路的另一側(cè)通過(guò)相變?cè)?06和接觸304電性耦合到地線114，接觸304包括Cu、W或其它適合的導(dǎo)電材料。每個(gè)晶體管108的柵極電性耦合到字線110(沒(méi)有顯示)，字線110包括摻雜多晶硅、W、TiN、NiSi、CoSi、TiSi、WSix或其它適合的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)元件106是加熱器單元、通孔內(nèi)有效(active-in-via)單元、柱狀單元、或其它適合的相變存儲(chǔ)元件。
在此實(shí)施例中，位線112是比地線114更低的金屬化層。相變?cè)?06與位線112共面地設(shè)置，使得位線112作為散熱裝置或屏蔽線130。在一個(gè)實(shí)施例中，位線112包括在位線112之間形成子光刻開口的絕緣側(cè)壁間隔物。將相變材料填充在間隔物之間的子光刻開口中，以提供相變?cè)?06。間隔物材料包括具有低導(dǎo)熱系數(shù)的介電材料，用于熱隔絕相變?cè)?06。每條字線112提供散熱裝置。位線112快速地消散來(lái)自于幾個(gè)存儲(chǔ)單元長(zhǎng)度上的相鄰相變?cè)?06的任何熱量。因此位線112有效地用于冷卻相變?cè)?06，并防止相鄰相變?cè)?06受熱。
圖9給出了包括偽地線402的相變存儲(chǔ)單元400陣列的一個(gè)實(shí)施例的頂視圖。相變存儲(chǔ)單元400的陣列包括位線112、地線114、偽地線402、字線110和淺溝渠隔離404。存儲(chǔ)單元通過(guò)接觸304耦合到位線112。存儲(chǔ)單元通過(guò)接觸306耦合到地線114。在位線112之間或與位線112平行地提供淺溝渠隔離404或其它適合的晶體管隔離。字線110垂直于位線112并平行于地線114和偽地線402。偽地線402在由存儲(chǔ)單元接觸304指示的存儲(chǔ)單元的行之間提供熱隔絕。地線114也在由存儲(chǔ)單元接觸304指示的相鄰存儲(chǔ)單元之間提供熱隔絕。
圖10A給出了包括偽地線402的相變存儲(chǔ)單元的布圖400的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖，圖10B給出了通過(guò)相變?cè)?06的布圖400的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。布圖400包括襯底302、晶體管108、隔離柵極406、地線114、偽地線402、覆蓋層410、間隔物408、相變?cè)?06、相變?cè)佑|304(每個(gè)包括一個(gè)電極)、地線接觸306、電極416、位線112和介電材料412和414。
在襯底302上形成用于選擇相變?cè)?06的晶體管108。晶體管108的柵極電性耦合到字線110。在晶體管108之間的襯底302上形成隔離柵極406。在晶體管108和隔離柵極406上沉積介電材料414。相變?cè)佑|304將每個(gè)晶體管108的源極—漏極通路的一側(cè)電性耦合到相變?cè)?06，地線接觸306將每個(gè)晶體管108的源極—漏極通路的另一側(cè)電性耦合到地線114。間隔物408包圍相變?cè)?06以及可選地包圍相變?cè)佑|304，以便為相變?cè)?06提供子光刻寬度。
間隔物408熱隔絕相變?cè)?06。偽地線402在沒(méi)有被地線114分開的相變?cè)?06之間延伸。偽地線402和地線114提供散熱裝置，以便消散來(lái)自于相變?cè)?06通過(guò)了間隔物408的熱量。在一個(gè)實(shí)施例中，SiN或其它適合材料的覆蓋層410覆蓋地線114和偽地線402?？蛇x地，也在地線114和偽地線402的側(cè)壁形成覆蓋材料410。覆蓋層410也用作存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)蝕刻期間的掩模層，并進(jìn)一步隔離相變?cè)?06，降低沉積了相變材料處的開口寬度。電極416將相變?cè)?06電性耦合到位線112。
圖11是顯示用于制造相變存儲(chǔ)器的方法500的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。在502，在預(yù)處理的晶片302上形成具有覆蓋層410的金屬線114和402以及可選的側(cè)壁間隔物。在504，通過(guò)氧化物或介電材料412填充金屬線之間的縫隙。在506，執(zhí)行存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)光刻，作為垂直于金屬線114和402的線。在另一個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)光刻，作為沿著垂直于金屬線114和402的通路的孔。在另一個(gè)實(shí)施例中，以與金屬線114和402成小于90度的角度沿著通路執(zhí)行存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)光刻。
在508，在氧化物或介電材料412中蝕刻自對(duì)準(zhǔn)于金屬線114和402的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)接觸孔。在510，通過(guò)沉積和蝕刻形成低k介電材料或氧化物間隔物408，以便后來(lái)熱隔絕相變?cè)?。?12，在接觸孔中沉積電極材料304并平坦化。在514，凹陷蝕刻電極材料304，以形成開口和第一電極。在516，在電極材料304上沉積相變材料106，以形成相變?cè)?06。在一個(gè)實(shí)施例中，將步驟510移動(dòng)到步驟514之后和步驟516之前。在518，在相變材料106上沉積電極材料416，以形成第二電極。在520，形成包括位線112的上部金屬化層。
本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于熱隔絕相鄰相變存儲(chǔ)單元的相變存儲(chǔ)陣列布圖。通過(guò)熱隔絕相鄰相變存儲(chǔ)單元，降低了熱串?dāng)_并提高了數(shù)據(jù)保持力。本發(fā)明的實(shí)施例能夠使相變存儲(chǔ)器工作在80攝氏度之上，并提供了在較低溫度下的提高的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)器，包括存儲(chǔ)單元陣列，每個(gè)存儲(chǔ)單元包括電阻元件；橫向圍繞在每個(gè)存儲(chǔ)單元的電阻元件周圍的第一絕緣材料；和存儲(chǔ)單元之間用于熱隔絕每個(gè)存儲(chǔ)單元的散熱裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器，其中第一絕緣材料選自于由SiO2、多孔SiO2、氣凝膠、干凝膠和低k電介質(zhì)構(gòu)成的組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器，其中散熱裝置包括選自于由SiN、SiON、ALN、TiO2和Al2O3構(gòu)成的組的第二絕緣材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器，其中散熱裝置包括與第一絕緣材料接觸的第二絕緣材料，以及其中第一絕緣材料比第二絕緣材料具有更低的導(dǎo)熱系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器，其中電阻元件包括相變材料元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器，其中散熱裝置包括電絕緣材料和導(dǎo)電材料之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器，其中配置電阻元件用于響應(yīng)寫入操作來(lái)增加溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器，其中電阻元件包括磁性存儲(chǔ)元件。
9.一種存儲(chǔ)器，包括電阻存儲(chǔ)單元的陣列；在存儲(chǔ)單元周圍的具有第一導(dǎo)熱系數(shù)的絕緣材料；和在存儲(chǔ)單元行之間用于熱隔絕存儲(chǔ)單元的材料線，該材料具有大于第一導(dǎo)熱系數(shù)的第二導(dǎo)熱系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的存儲(chǔ)器，其中線選自于由SiN、金屬和多晶硅構(gòu)成的組。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的存儲(chǔ)器，其中線包括電力線。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的存儲(chǔ)器，其中絕緣材料選自于由SiO2、BPSG、BSG和低k電介質(zhì)構(gòu)成的組。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的存儲(chǔ)器，其中存儲(chǔ)單元包括相變存儲(chǔ)單元。
14.一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，包括電阻存儲(chǔ)單元的陣列；和用于消散在寫入操作期間來(lái)自每個(gè)存儲(chǔ)單元的熱量以防止相鄰的存儲(chǔ)單元受熱的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的存儲(chǔ)器，其中存儲(chǔ)單元包括Ge、Sb、Te、Ga、As、In、Se和S中的至少一種。
16.一種用于制造存儲(chǔ)器的方法，該方法包括提供電阻存儲(chǔ)單元的陣列，每個(gè)電阻存儲(chǔ)單元包括一電阻元件；通過(guò)具有第一導(dǎo)熱系數(shù)的第一絕緣材料包圍每個(gè)電阻元件；以及在電阻元件之間填充第二材料，第二材料具有大于第一導(dǎo)熱系數(shù)的第二導(dǎo)熱系數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中提供電阻存儲(chǔ)單元的陣列包括提供相變存儲(chǔ)單元的陣列。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中通過(guò)第一絕緣材料包圍每個(gè)電阻元件包括通過(guò)選自于由SiO2、多孔SiO2、氣凝膠、干凝膠和低k電介質(zhì)構(gòu)成的組的第一絕緣材料包圍每個(gè)電阻元件。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中在電阻元件之間填充第二絕緣材料包括在電阻元件之間填充選自于由SiN、SiON、ALN、TiO2和Al2O3構(gòu)成的組的第二絕緣材料。
20.一種用于制造存儲(chǔ)器的方法，該方法包括提供電阻存儲(chǔ)單元的陣列，每個(gè)電阻存儲(chǔ)單元包括一電阻元件；以及在存儲(chǔ)單元的行之間提供材料線，用于熱隔絕存儲(chǔ)單元。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中提供材料線包括提供與電阻元件共面的金屬線。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中提供材料線包括提供與電阻元件公面的地線和位線之一。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中提供電阻存儲(chǔ)單元的陣列包括提供相變存儲(chǔ)單元的陣列。
24.一種用于制造存儲(chǔ)器的方法，該方法包括通過(guò)在預(yù)處理晶片上的覆蓋層形成金屬線；通過(guò)第一絕緣材料填充金屬線之間的縫隙；與金屬線成一個(gè)角度沿著通路執(zhí)行存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)光刻；在第一絕緣材料中蝕刻自對(duì)準(zhǔn)于金屬線的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)接觸孔；形成凹陷在接觸孔中的第一電極；在第一電極形成之前和之后，在接觸孔的壁上形成第二絕緣材料；在第一電極上沉積電阻材料，以提供電阻材料元件；以及在電阻材料上形成第二電極。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中形成金屬線包括形成地線和偽地線。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中形成金屬線包括形成用于熱隔絕相鄰電阻材料元件的金屬線。
全文摘要
一種存儲(chǔ)器，包括存儲(chǔ)單元陣列，每個(gè)存儲(chǔ)單元包括電阻材料、橫向圍繞在每個(gè)存儲(chǔ)單元的電阻材料周圍的第一絕緣材料、以及在存儲(chǔ)單元之間用于熱隔絕每個(gè)存儲(chǔ)單元的散熱裝置。
文檔編號(hào)G11C11/56GK101068024SQ20071010161
公開日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2007年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月7日
發(fā)明者U·G·馮施維林, T·哈普, J·B·菲利普 申請(qǐng)人:奇夢(mèng)達(dá)股份公司