專利名稱：使用能量轉(zhuǎn)換層的相變存儲器元件、包含相變存儲器元件的存儲器陣列及系統(tǒng)以及其制 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實施例涉及半導(dǎo)體裝置，且更特定來說涉及相變存儲器元件、包含相變存 儲器元件的存儲器陣列及系統(tǒng)及其形成及使用方法。
背景技術(shù)：
非易失性存儲器因其在無供電的情況下維持?jǐn)?shù)據(jù)的能力而成為集成電路的重要 元件。相變材料已經(jīng)研究以用于非易失性存儲器單元中，其中包含能夠在非晶相與晶 相之間穩(wěn)定轉(zhuǎn)變的硫?qū)倩锖辖?。每一相位呈現(xiàn)特定的電阻狀態(tài)且所述電阻狀態(tài)區(qū)分 所述存儲器元件的邏輯值。具體來說，非晶狀態(tài)呈現(xiàn)相對高的電阻，且結(jié)晶狀態(tài)呈現(xiàn) 相對低的電阻。
圖1A及1B中所圖解說明的常規(guī)相變存儲器元件1具有一層相變材料8，其在 第一與第二電極2、 4之間且由介電材料6支撐。根據(jù)所施加通過第一及第二電極2、 4的電流量將相變材料8設(shè)置到一特定電阻狀態(tài)。為獲得非晶狀態(tài)(圖1B)，施加通 過常規(guī)相變存儲器元件1的相對高的寫入電流脈沖(重置脈沖)以熔化相變材料8中 覆蓋第一電極2達(dá)第一時間周期的至少一部分8a。移除電流且相變材料8迅速冷卻到 低于結(jié)晶溫度的溫度，此導(dǎo)致相變材料8的部分8a覆蓋具有非晶狀態(tài)的第一電極2。 為獲得結(jié)晶狀態(tài)(圖1A)，向常規(guī)相變存儲器元件1施加較低電流寫入脈沖(設(shè)置 脈沖)達(dá)第二時間周期(通常比非晶相變材料的結(jié)晶時間的持續(xù)時間要長)以將相變 材料8的非晶部分加熱到低于其熔點但高于其結(jié)晶溫度的溫度。此致使相變材料8的 非晶部分8a (圖1B)再結(jié)晶為結(jié)晶狀態(tài)， 一旦移除電流且冷卻相變存儲器元件l即 維持所述結(jié)晶狀態(tài)。通過向所述電極施加不會改變相變材料8的相位狀態(tài)的讀取電壓 來讀取相變存儲器元件l。
非易失性存儲器的一種受歡迎的特性為低功率消耗。然而，常規(guī)的相變存儲器元 件經(jīng)常要求大的操作電流。隨著相變存儲器按比例縮減以允許大規(guī)模的裝置集成及每 位的電流減小，相變單元的可編程體積(例如圖1A及1B的部分8a)以不斷增大的 表面積-體積比進(jìn)一步縮小。可編程體積(例如圖1A及1B的部分8a)的增大的表面 積-體積比致使通過表面的散熱增加，且需要較大的功率密度來在可編程體積(例如 圖lA及l(fā)B的部分8a)中實現(xiàn)相同的局部加熱。因此，較大的電流密度(約1X1012 Amps/m2)對于相變單元的寫入操作是必要的。較大的電流密度產(chǎn)生嚴(yán)重的關(guān)鍵可靠 性問題，例如在常規(guī)相變存儲器方法(其中單元自身充當(dāng)加熱元件)中被置于高電場下的相變材料原子(例如鍺-銻-碲(GeSbTe))的電子遷移。
因此，可需要提供具有減少的電流要求的相變存儲器元件。對于相變存儲器元件， 有必要具有可將相變材料加熱超過其熔點并在非晶狀態(tài)中將其淬火的電流密度。一種
增大電流密度的方式是減小第一電極(圖1A及1B的第一電極2)的大小。這些方法 使第一電極2與相變材料8之間的界面處的電流密度最大化。雖然這些常規(guī)的解決方 案通常是成功的，但可需要進(jìn)一步減小相變存儲器元件中的總電流，由此減小某些實 施方案中的功率消耗，并可能地減小經(jīng)過相變材料的電流密度以改善其可靠性。
相變存儲器的另一所期望性質(zhì)是其切換可靠性及一致性。常規(guī)的相變存儲器元件 (例如圖1A及1B的相變存儲器元件l)具有不受限制且可自由地側(cè)向延伸的相變材 料層(例如圖1A及1B的相變材料層8)。因此，相變材料的遷移的非晶部分與結(jié)晶 部分之間的界面可導(dǎo)致對相變單元的編程及再編程期間的可靠性問題。

發(fā)明內(nèi)容
無


圖1A-1B圖解說明常規(guī)的相變存儲器元件；
圖2A-2B分別圖解說明根據(jù)本發(fā)明實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件的局部截面 圖及局部俯視圖3A-6B圖解說明一種制作圖2A及2B的相變存儲器元件的實施例的方法的實 施例的局部截面圖及局部俯視圖7圖解說明圖2A及2B中所圖解說明的相變存儲器元件的實施例的陣列的局 部示意圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的相變存儲器元件陣列的局部示意圖9A-9B分別圖解說明根據(jù)本發(fā)明第三實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件的局部 截面圖及局部俯視圖10A-14圖解說明一種制作圖9A及9B的相變存儲器元件的方法的實施例的局 部截面圖及局部俯視圖15圖解說明根據(jù)本發(fā)明第四實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件的局部截面圖16A-16B分別圖解說明根據(jù)本發(fā)明第五實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件的局 部截面圖及局部俯視圖17A-17B分別圖解說明根據(jù)本發(fā)明第六實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件的局 部截面圖及局部俯視圖18A-18B分別圖解說明根據(jù)本發(fā)明第七實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件的局 部截面圖及局部俯視圖；圖19A-19B分別圖解說明根據(jù)本發(fā)明第八實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件的局 部截面圖及局部俯視圖20A-20B分別圖解說明根據(jù)本發(fā)明第九實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件的局 部截面圖及局部俯視圖21圖解說明根據(jù)本發(fā)明第十實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件的局部截面且
圖22圖解說明具有并入根據(jù)本發(fā)明實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件的存儲器裝
置的處理器系統(tǒng)的方塊圖。
具體實施例方式
在以下詳細(xì)說明中，參照本發(fā)明的各種具體實施例。以足夠的細(xì)節(jié)描述這些實施 例以使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明。應(yīng)了解，可采用其它實施例，且可作出 各種結(jié)構(gòu)、邏輯及電改變。
以下說明中使用的術(shù)語"襯底"可包含任何支撐結(jié)構(gòu)，其中包含但不限于具有暴
露的襯底表面的半導(dǎo)體襯底。應(yīng)了解，半導(dǎo)體襯底包含硅、絕緣體上硅(SOI)、
藍(lán)寶石上硅(SOS)、經(jīng)摻雜及未經(jīng)摻雜的半導(dǎo)體、由基礎(chǔ)半導(dǎo)體基底支撐的硅的外
延層及其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中包含由不同于硅的半導(dǎo)體制成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。當(dāng)在以下 說明中提及半導(dǎo)體襯底或晶片時，可能已利用先前的處理步驟在基礎(chǔ)半導(dǎo)體或基底中 或上方形成了若干區(qū)或結(jié)。所述襯底無需基于半導(dǎo)體，但可以是適合支撐集成電路的 任何支撐結(jié)構(gòu)，其中包含但不限于金屬、合金、玻璃、聚合物、陶瓷及此項技術(shù)中已 知的任何其它支撐材料。
現(xiàn)在參照圖式解釋本發(fā)明，所述圖式圖解說明實施例，且在所有這些圖式中，相
同的參考編號指示相同的特征。圖2A及2B圖解說明根據(jù)本發(fā)明而構(gòu)造的相變存儲 器元件100的第一實施例。
相變存儲器元件100包含具有在其上形成的第一介電層12的襯底IO及在第一介 電層12的通孔24中形成的第一電極14。相變存儲器元件100還包含形成于第一電 極14上方并與其電連通的相變材料層16。相變存儲器元件100還包含圍繞相變材料 層16的能量轉(zhuǎn)換層18。在能量轉(zhuǎn)換層18與相變材料層16之間形成材料元件17以 電隔離這兩個結(jié)構(gòu)。在能量轉(zhuǎn)換層18上方及周圍形成第二介電層20。
第二介電材料20包含第一、第二及第三通孔29a、 29b、 29c，其分別允許在其 中形成第二、第三及第四電極22、 26、 30。形成第三介電層28以圍繞第二、第三及 第四電極22、 26、 30。在第三介電層28上方形成第四介電層32。金屬線30a在第四 介電層32上方形成并與第四電極30連接。
圖2B圖解說明圖2A的相變存儲器元件100的局部俯視圖。如圖中所圖解說明， 能量轉(zhuǎn)換層18圍繞材料元件17，材料元件17圍繞相變材料層16。第一及第二電極14、 22與相變材料層16電連通。第三電極26與能量轉(zhuǎn)換層18的第一部分18a電連 通。第四電極也與能量轉(zhuǎn)換層18的第二部分18b電連通。將第二、第三及第四電極 22、 26、 30圖解說明為具有沿第一方向A的縱向延伸。金屬線30a沿垂直于第一方 向A的第二方向B伸展，且在不接觸第二及第三電極22、 26的情況下接觸第四電極 30。
在操作中，相變存儲器元件ioo具有執(zhí)行不同功能的第一、第二、第三及第四電
極14、 22、 26、 30。在相變存儲器元件100的讀取操作期間，同時導(dǎo)通外圍裝置中 電耦合到第一及第二電極14、 22的晶體管，且讀取相變材料層16的電阻性質(zhì)。例如， 高電阻(對應(yīng)于相變材料層16的非晶狀態(tài))可表示數(shù)據(jù)值"l"。相反，低電阻(對 應(yīng)于相變材料層16的結(jié)晶狀態(tài))可表示數(shù)據(jù)值"0"。如下文針對圖7及18所論述， 將所述信息讀出到外圍電路。
在相變存儲器元件100的寫入操作期間，第三與第四電極26、 30彼此聯(lián)合運作 以將相變材料層16的狀態(tài)從非晶狀態(tài)切換到結(jié)晶狀態(tài)，或反之亦然。在操作中，導(dǎo) 通外圍裝置中電耦合到第三及第四電極26、 30的晶體管以允許電流流過能量轉(zhuǎn)換層 18 (如圖2B中的箭頭a、 b所指示)，從而加熱相變材料層16以切換相變材料層16 的狀態(tài)。
常規(guī)的相變存儲器元件(例如圖1A及1B的相變存儲器元件1)通常使用大量 電流(約lX1012A/m2)，所述電流從第一電極2流過相變材料層8且流到第二電極 4以用于寫入及讀取兩種操作。圖2A及2B的相變存儲器元件100通過提供與第三及 第四電極26、 30相關(guān)聯(lián)的能量轉(zhuǎn)換層18來切換相變材料層16的狀態(tài)而非施加直接 通過相變材料層16的電流來減小流過相變材料層16的電流量。另外，在電流直接流 過相變材料層16的情況下，激活能量轉(zhuǎn)換層18所需的電流可遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于改變相變材料 層16的相位所必需的電流。因此減少了相變單元100的總體電流要求。
在相變存儲器元件100的讀取操作期間，讀取相變材料層16的電阻狀態(tài)所需的 電流(通過第一及第二電極14、 22的電流)與向相變材料層16寫入所需的電流相比 是極小的。因此，由于具有用于相變存儲器元件100的讀取及寫入操作的單獨機(jī)制， 直接通過相變材料層16的電流量明顯減少，從而導(dǎo)致例如相變材料的原子遷移的可 靠性減小問題，如上文針對圖1A及1B所論述。
應(yīng)注意，相變存儲器元件100僅為實例，且決不希望為限定性。例如，相變材料 層16的低電阻狀態(tài)可對應(yīng)于數(shù)據(jù)值"0"，而相變材料層16的高電阻狀態(tài)可對應(yīng)于 數(shù)據(jù)值"1"，且相變材料層16及能量轉(zhuǎn)換層18的形狀可具有不同于圓形的俯視形 狀。
圖3A-6B圖解說明一種制作圖2A及2B中所圖解說明的相變存儲器元件100的 方法。本文中所描述的動作中的任一者均不要求特定次序，除了那些邏輯上需要前面 動作的結(jié)果的動作之外。因此，雖然將以下動作描述為按特定次序執(zhí)行，但所述次序 僅為實例性且可視需要而更改。雖然顯示單個存儲器元件100的形成，但應(yīng)了解，相
10變存儲器元件100可以是可同時形成的存儲器元件陣列中的一個存儲器元件。
圖3A及3B分別圖解說明中間結(jié)構(gòu)100a的局部截面圖及局部俯視圖。通過在襯 底10上方提供第一介電層12來形成中間結(jié)構(gòu)100a。通常蝕刻第一介電層12以產(chǎn)生 通孔24 (圖2B)，在所述通孔內(nèi)通過毯覆沉積且接著進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)來 將第一電極14形成到第一介電層12的表面。第一電極14可由任何合適的傳導(dǎo)材料 形成，例如氮化鈦(TiN)、氮化鋁鈦(TiAlN)、鉤化鈦(TiW)、鉑(Pt)或鎢(W) 及其它材料。
通過在第一介電層12上方沉積及圖案化保形或部分保形相變材料來形成相變材 料層16。所沉積的相變材料可以是硫?qū)倩锊牧?，例如鍺-銻-碲或碲化鍺層。所述相 變材料還可包含其它相變材料，例如GeTe、 In-Se、 Sb2Te3、 GaSb、 InSb、 As-Te、 Al-Te、 Ge-Sb隱Te、 Te-Ge-As、 In-Sb-Te、 Te-Sn-Se、 Ge-Se陽Ga、 Bi-Se-Sb、 Ga-Se-Te、 Sn-Sb-Te、In-Sb-Ge、Te-Ge-Sb-S、Te-Ge-Sn-0、Te-Ge-Sn-Au、Pd-Te-Ge國Sn、In-Se-Ti-Co、 Ge-Sb-Te曙Pd、 Ge-Sb-Te-Co、 Sb-Te-Bi-Se、 Ag-In-Sb-Te、 Ge-Sb-Se-Te、 Ge-Sn-Sb-Te、 Ge-Te-Sn-Ni、 Ge-Te-Sn-Pd及Ge-Te-Sn-Pt。
相變材料層16可經(jīng)圖案化以具有大致圓盤狀俯視形狀(見圖3B)，其具有傾斜 側(cè)壁區(qū)16b以改善材料元件沉積的階梯覆蓋，如下文所論述。應(yīng)注意，傾斜側(cè)壁16b 是可選的，且相變材料層16的側(cè)壁16b可相對于第一電極14的頂部表面垂直、呈直 線、呈非直線、呈弓形、傾斜以使得相變材料層16的頂部表面具有大于底部表面的 表面面積，或可以是任何其它所期望的形狀。相變材料層16可在頂部具有金屬層以 便更好地進(jìn)行電接觸。
在相變材料層16的上表面16a及側(cè)壁區(qū)16b上形成材料元件17。材料元件17 在沉積時在相變材料層16的表面上方自對準(zhǔn)。在相變材料層16上方的自對準(zhǔn)確保相 變材料層16與隨后沉積的能量轉(zhuǎn)換層18 (圖4A及4B)電隔離。材料層17與相變 材料層16的自對準(zhǔn)可簡化整個相變存儲器元件100 (圖2A及2B)的處理及制作， 且還可增加產(chǎn)量。材料元件17可由任何絕緣材料形成，例如但不限于氮化硅；氧 化鋁；氧化物；高溫聚合物；低介電常數(shù)材料；絕緣玻璃；或絕緣聚合物。
圖4A及4B圖解說明圖2A及2B中所圖解說明的相變存儲器元件100的制作中 的進(jìn)一步步驟。如圖中所圖解說明，在材料元件17的側(cè)壁區(qū)17b上形成能量轉(zhuǎn)換層 18。能量轉(zhuǎn)換層18在沉積時在材料層17的側(cè)壁區(qū)17b上方自對準(zhǔn)。在材料層17上 方的自對準(zhǔn)簡化了整個相變存儲器元件100 (圖2A及2B)的處理及制作，且還增加 了制作產(chǎn)量。
所述能量轉(zhuǎn)換層可由具有相對高電阻率且可耐受高溫的任何材料形成，例如高熔 點金屬氮化物、碳化物及硼化物。例如，所述能量轉(zhuǎn)換層可由選自以下的材料形成 TiN、 ZrN、 HfN、 VN、 NbN、 TaN、 TiC、 ZrC、 HfC、 VC、 NbC、 TaC、 TiB2、 ZrB2、 HfB2、 VB2、 NbB2、 TaB2、 Cr3C2、 Mo2C、 WC、 CrB2、 Mo2B5、 W2B5、 TiAlN、 TaSiN、 TiCN、 SiC、 B4C、 WSix、 MoSi2、經(jīng)摻雜硅、碳、鈮、鴿、鉬或金屬合金NiCr。
雖然能量轉(zhuǎn)換層18并非在材料元件17的上表面17a上方形成，但其決非為限定 性。例如，能量轉(zhuǎn)換層18可在材料元件17的上表面17a上方形成；然而，能量轉(zhuǎn)換 層18應(yīng)與相變材料層16及第二電極22 (圖2A及2B)電隔離以便進(jìn)行適當(dāng)操作。 隨后蝕刻材料層17的一部分以使得隨后形成的第二電極22 (圖5A及5B)與相變材 料層16電連接。
圖5A及5B圖解說明第二介電層20在材料元件17的上表面17a及能量轉(zhuǎn)換層 18的第一及第二區(qū)18a、 18b上方的沉積。隨后蝕刻第二介電層20以在其中產(chǎn)生第一 及第二通孔29a、 29b。同樣移除相變材料層16上方的材料元件17的上表面17a的一 部分以使得第一通孔29a延伸到相變材料層16。第二及第三電極22、 26填充形成于 第二介電層20內(nèi)的第一及第二通孔29a、 29b。形成第二電極22以使其延伸到相變材 料層16，且由此與相變材料層16電連通。第二及第三電極22、 26可由任何合適的 傳導(dǎo)材料形成，例如氮化釹(TiN)、氮化鋁鈦(TiAlN)、鎢化鈦(TiW)、鉑(Pt) 或鎢(W)及其它材料。
第二通孔2%經(jīng)形成以延伸到能量轉(zhuǎn)換層18的第一部分18a。在第二通孔2% 內(nèi)形成第三電極26以延伸到能量轉(zhuǎn)換層18的第一部分18a以使得第三電極26與能 量轉(zhuǎn)換層18的第一部分18a電連通。在第二介電層20上方形成第三介電層28。在第 三介電層28內(nèi)形成觸點22a、 26a來分別作為第二及第三電極22、 26的一部分。觸 點22a、 26a經(jīng)形成以沿第一方向A延伸，所述第一方向大致垂直于第二方向B。觸 點22a、 26a允許電連通到外圍電路，其中包含經(jīng)激活以用于相變存儲器元件100 (圖 2A及2B)的讀取及/或?qū)懭氩僮鞯木w管，如下文針對圖7所論述。
圖6A及6B圖解說明第四介電層32在第三介電層28上方的沉積。形成第三通 孔29c以從第四介電層30的上表面延伸到能量轉(zhuǎn)換層18的第二部分18b。隨后用傳 導(dǎo)材料填充第三通孔29c以形成第四電極30。第四電極30可由任何合適的傳導(dǎo)材料 形成，例如氮化鈦(TiN)、氮化鋁鈦(TiAlN)、鎢化鈦(TiW)、鉑(Pt)或鎢(W) 及其它材料。第四電極30應(yīng)經(jīng)形成以與第一、第二及第三電極14、 22、 26電隔離， 且應(yīng)與能量轉(zhuǎn)換層18的第二部分18b電連通。如圖中所圖解說明，金屬線30a在第 四介電層32上方形成且與第四電極30電連通。金屬線30a經(jīng)形成以沿第二方向B延 伸，所述第二方向大致垂直于第一方向A。金屬線30a允許電連通到外圍電路，其中 包含經(jīng)激活以用于相變存儲器元件100 (圖2A及2B)的寫入操作的晶體管，如下文 針對圖7所論述。
圖7圖解說明相變存儲器元件100陣列(如圖2A及2B中詳細(xì)地圖解說明)的 局部俯視圖。第一、第二、第三及第四電極14、 22、 26、 30分別被示意性地圖解說 明為第一、第二、第三及第四晶體管42、 44、 46、 48;為清晰起見，僅圖解說明相 變存儲器元件100的相變材料16、材料元件17及能量轉(zhuǎn)換層18。在相變存儲器元件 100的讀取操作中，激活第一晶體管42以允許電流經(jīng)過第一電極14及相變材料層16;同樣激活第二晶體管44以允許電流從相變材料層16經(jīng)過第二電極22，且將相變材 料層16的電阻電平讀出到感測放大器49，感測放大器感測與相變單元100的電阻相 關(guān)聯(lián)的信號。
在寫入及/或擦除操作中，激活第三晶體管46以允許電流經(jīng)過第三電極26及能 量轉(zhuǎn)換層18的第一部分18a(圖2A)。允許電流從能量轉(zhuǎn)換層18的第一部分18a(圖 2A)經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換層18的第二部分18b (圖2A)。當(dāng)激活第四晶體管48時，電流 流過第四電極30。從第三電極26流過能量轉(zhuǎn)換層18且通過第四電極30流出的電流 加熱了能量轉(zhuǎn)換層18，從而可改變在能量轉(zhuǎn)換層18內(nèi)形成的相變材料層16的相位。
如上文針對圖2A及2B所論述，與常規(guī)的相變存儲器元件(例如圖1A及1B的 相變存儲器元件1)相比，流過相變材料層16的電流明顯減少以用于編程(相變) 操作，這是所期望的。
圖8圖解說明根據(jù)本發(fā)明第二實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件100'陣列的局部 俯視圖。圖8的相變存儲器元件100'包含相變存儲器元件100 (圖7)的各組件，并 在第四電極與能量轉(zhuǎn)換層18之間添加了二極管50 (示意性地圖解說明)。二極管50 被用來進(jìn)一步將能量轉(zhuǎn)換層18與鄰近的相變存儲器元件100'隔離。
圖9A及9B分別圖解說明根據(jù)本發(fā)明另一實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件200 的局部截面圖及局部俯視圖。相變存儲器元件200大致類似于圖2A及2B中所圖解 說明的相變存儲器元件100;然而，其中所含有的組件在相變存儲器元件200內(nèi)具有 不同配置。
相變存儲器元件200包含襯底210及具有形成于其中的第一電極214的第一介電 層212。絕緣材料元件217在第一介電層212上方形成。第二介電層220、第二電極 230、第三介電層228、具有形成于其中的第三電極226的第四介電層232及第五介 電層240均在絕緣材料元件217上方(在不同處理級處)形成。第四電極222在第五 介電層240上方形成。
相變材料層216、材料元件217的一部分及能量轉(zhuǎn)換層218均含納于通孔215內(nèi)， 以使得相變材料層216與第一及第四電極214、 222兩者電連通。能量轉(zhuǎn)換層218圍 繞通孔215中的相變材料層216，且絕緣材料元件217的若干部分使能量轉(zhuǎn)換層218 與相變材料層216電隔離。
圖10A-14圖解說明一種制作圖9A及9B中所圖解說明的相變存儲器元件200 的方法。本文中所描述的動作中的任一者均不要求特定次序，除了那些邏輯上需要前 面動作的結(jié)果的動作之外。因此，雖然將以下動作描述為按特定次序執(zhí)行，但所述次 序僅為實例性且可視需要而更改。雖然顯示單個相變存儲器元件200的形成，但應(yīng)了 解，相變存儲器元件200可以是可同時形成的存儲器元件陣列中的一個存儲器元件。
圖IOA及10B圖解說明中間結(jié)構(gòu)200a的局部截面圖及俯視圖。通過在襯底210 上方形成第一介電層212且隨后在第一介電層212內(nèi)形成第一電極214來形成中間結(jié) 構(gòu)200a。在第一介電層212上方成功地沉積材料元件217、第二介電層220、第二電
13極230、第三介電層228及第四介電層232 (在不同處理級處)。蝕刻第四介電層232 以產(chǎn)生溝槽，在所述溝槽內(nèi)形成第三電極226。在沉積第三電極226之后在第四介電 層232上方形成第五介電層240。
第二與第三電極230、 226大致相互垂直地形成，如圖10B中所圖解說明。所圖 解說明的第三電極226沿第一方向A延伸；而第二電極230則沿第二方向B延伸。
圖11圖解說明圖10A的中間結(jié)構(gòu)200a在具有形成在其中的通孔241之后的截 面圖；通孔241經(jīng)形成以使得材料元件217的若干部分、第一電極214及第二及第三 電極230、 226中的每一者暴露在通孔241內(nèi)。
圖12圖解說明能量轉(zhuǎn)換層218在通孔241的側(cè)壁部分上方的沉積。能量轉(zhuǎn)換層 218與通孔241的側(cè)壁部分自對準(zhǔn)。所述自對準(zhǔn)可減少制作成本并增加產(chǎn)量。
圖13圖解說明移除暴露的材料元件217的一部分以使通孔241延伸到第一電極 214的進(jìn)一步蝕刻步驟及與能量轉(zhuǎn)換層218自對準(zhǔn)的額外材料元件217a的沉積。材料 元件217a還囊封先前在通孔241的側(cè)壁區(qū)上形成的能量轉(zhuǎn)換層218。
圖14圖解說明相變材料層216在通孔241 (圖13)內(nèi)及在第五介電層240的表 面240a上方的沉積。在通孔241 (圖13)內(nèi)的絕緣材料元件217的側(cè)壁區(qū)上方沉積 相變材料層216，且使其與在第一介電層212內(nèi)形成的第一電極214電連通。相變材 料層216與第一電極214自對準(zhǔn)。平坦化第五介電層240的表面240a上方的相變材 料層216，且在第五介電層240的上方沉積第四電極222(圖9A)以使得第四電極222 (圖9A)與相變材料層216電連通。
再次參照圖9A及9B，相變存儲器元件200以大致類似于圖2A及2B中所圖解 說明的相變存儲器元件100的方式操作。在相變存儲器元件200的讀取操作期間，同 時導(dǎo)通外圍裝置中電耦合到第一及第四電極214、 222的晶體管，且讀取相變材料層 216的電阻性質(zhì)。例如，高電阻(其對應(yīng)于相變材料層216的非晶狀態(tài))可表示數(shù)據(jù) 值"1"。相反，低電阻(其對應(yīng)于相變材料層16的結(jié)晶狀態(tài))可表示數(shù)據(jù)值"0"。 如下文針對圖7所論述，將所述信息讀出到外圍電路。
在相變存儲器元件200的寫入操作期間，第二與第三電極230、 226彼此聯(lián)合運 作以將相變材料層216的狀態(tài)從非晶狀態(tài)切換到結(jié)晶狀態(tài)，或反之亦然。在操作中， 導(dǎo)通外圍裝置中電耦合到第二及第三電極230、 226的晶體管以允許電流流過能量轉(zhuǎn) 換層218 (如圖9B中的箭頭所指示)，從而加熱相變材料層216以切換其狀態(tài)。
應(yīng)注意，在沉積第四電極222 (圖9A)之前無需平坦化相變材料層216。例如， 圖15圖解說明根據(jù)本發(fā)明另一實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件200'。如圖中所圖解 說明，相變材料層216'形成于通孔241 (圖12)內(nèi)及通孔241 (圖ll)內(nèi)的絕緣材料 元件217的側(cè)壁區(qū)及第五介電層240的表面240a (圖14)上方。第四電極222沉積 在相變材料層216'上方。圖15的相變存儲器元件200'的操作大致類似于相變存儲器 元件200的操作。
圖16A及16B圖解說明根據(jù)本發(fā)明另一實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件300。相變存儲器元件300大致類似于圖9A及9B中所圖解說明的相變存儲器元件；然而， 相變存儲器元件300具有分別形成于位于第二及第三電極230'、 226'內(nèi)的通孔241 (圖 11)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換層218、材料元件217及相變材料層216。能量轉(zhuǎn)換層218在第二 及第三電極230'、 226'內(nèi)的布局可提高電流借以經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換層218的效率，從而可 減少相變存儲器元件300的寫入/擦除操作所必需的功率消耗。
圖17A及17B圖解說明根據(jù)本發(fā)明再一實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件400。 相變存儲器元件400包含相變材料層316及第一、第二及第三電極314、 330、 326。 相變存儲器元件400內(nèi)的其它材料層包含第一及第二絕緣材料層317a、 317b，其分別 使相變材料層316與能量轉(zhuǎn)換層318電隔離及使相變材料層316與第三電極326電隔 離。相變存儲器元件400被制作在形成于襯底310上方的第一介電層312上。第一電 極314在第一介電層312內(nèi)形成。第二及第三介電層320、 328也被分別提供為第一 電極314與能量轉(zhuǎn)換層318之間的及能量轉(zhuǎn)換層318與相變材料層316之間的絕緣層。
在能量轉(zhuǎn)換層318及第二與第三介電層320、 328內(nèi)形成通孔，所述通孔延伸到 第一電極314。在延伸到第一電極314的通孔的側(cè)壁部分上形成第一絕緣材料層317a。 隨后在通孔中所形成的第一絕緣材料層317a之間形成相變材料層316以使其與第一 電極314電連通。同樣在第三介電層328的表面上方圖案化相變材料層316以使其與 第二電極330電連通。
在圖案化相變材料層316上方以及第三介電材料層328中不被相變材料層316 覆蓋的部分上方形成第二絕緣層317b。在第二絕緣層317b上方以及第三介電層中不 被第二絕緣層317b覆蓋的部分上方形成第四、第五及第六介電層332、 334、 336。 在第五及第六介電材料層334、 336形成之前，在第四介電層332、第二絕緣層317b、 相變材料層316、第三介電層328、能量轉(zhuǎn)換層318及第二介電材料層320中產(chǎn)生的 通孔內(nèi)形成第二電極330。
由此形成第二電極330，其與能量轉(zhuǎn)換層318及相變材料層316電連通。第二電 極330經(jīng)形成以沿第一方向A延伸(圖17B)，所述第二電極耦合到外圍電路，如下 文針對圖18所論述。在第二電極330及第五與第六介電材料層334、 336形成之后， 在從第六介電材料層336延伸到第一介電材料層312的通孔內(nèi)形成第三電極326。第 三電極326與能量轉(zhuǎn)換層318電連通地形成。第三電極326耦合到沿大致垂直于第一 方向A的第二方向B (圖17B)延伸的金屬線326a;金屬線326a耦合到外圍電路， 如下文針對圖18所論述。
在相變存儲器元件400的讀取操作期間，同時導(dǎo)通外圍裝置中電耦合到第一及第 二電極314、 330的晶體管，且讀取相變材料層316的電阻性質(zhì)。例如，高電阻(其 對應(yīng)于相變材料層316的非晶狀態(tài))可表示數(shù)據(jù)值"1"。相反，低電阻(其對應(yīng)于 相變材料層316的結(jié)晶狀態(tài))可表示數(shù)據(jù)值"0"。如下文針對圖7所論述，將所述 信息讀出到外圍電路。
在相變存儲器元件400的寫入/擦除操作期間，第二與第三電極330、 326彼此聯(lián)合運作以將相變材料層316的狀態(tài)從非晶狀態(tài)切換到結(jié)晶狀態(tài)，或反之亦然。在操作
中，導(dǎo)通外圍裝置中電耦合到第二及第三電極330、 326的晶體管以允許電流流過能 量轉(zhuǎn)換層318，從而加熱相變材料層316以切換其狀態(tài)。
圖17A及17B中所圖解說明的相變存儲器元件400與上文(g卩，圖2A-16B)所 論述的相變存儲器元件之間的不同是，外圍裝置中對應(yīng)于第一及第三電極314、 326 的晶體管的柵極具有不同的所施加電壓，由此具有在寫入或讀取時施加到能量轉(zhuǎn)換層 318及相變材料層316的兩個不同的電流。例如，可通過向與第三電極326相關(guān)聯(lián)的 晶體管的柵極施加電壓來調(diào)節(jié)經(jīng)過第二電極330、能量轉(zhuǎn)換層318及第三電極326的 電流。
使用三個電極314、 330、 326降低了與使用四個電極相關(guān)聯(lián)的制作成本，且進(jìn)一 步減少了相變存儲器元件400的制作中所必需的材料的數(shù)目。
圖18A及18B圖解說明根據(jù)本發(fā)明另一實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件500。 相變存儲器元件500分別具有第一、第二及第三電極414、 430、 426。相變存儲器元 件500內(nèi)的其它材料層包含絕緣材料層417，其使相變材料層416與能量轉(zhuǎn)換層418 電隔離，且使相變材料層416與第三電極426電隔離。相變存儲器元件500還包含材 料層420、 428、 434及436，其通常為層間介電材料層。
相變材料層416、絕緣材料層417及能量轉(zhuǎn)換層418與第一電極414自對準(zhǔn)。所 述自對準(zhǔn)可簡化整個相變存儲器元件500的處理及制作。
在相變存儲器元件500的讀取操作期間，同時導(dǎo)通外圍裝置中電耦合到第一及第 二電極414、 430的晶體管，且讀取相變材料層416的電阻性質(zhì)。例如，高電阻(其 對應(yīng)于相變材料層416的非晶狀態(tài))可表示數(shù)據(jù)值"1"。相反，低電阻(其對應(yīng)于 相變材料層416的結(jié)晶狀態(tài))可表示數(shù)據(jù)值"O"。如下文針對圖7所論述，將所述
信息讀出到外圍電路。
在相變存儲器元件500的寫入/擦除操作期間，第二與第三電極430、 426彼此聯(lián) 合運作以將相變材料層416的狀態(tài)從非晶狀態(tài)切換到結(jié)晶狀態(tài)，或反之亦然。在操作 中，導(dǎo)通外圍裝置中電耦合到第二及第三電極430、 426的晶體管以允許電流流過能 量轉(zhuǎn)換層418，從而加熱相變材料層416以切換其狀態(tài)。
雖然相變存儲器元件500大致類似于圖17A及17B的相變存儲器元件400，但 將第二電極430直接放置到相變材料層416上，由此產(chǎn)生更有效率的電流轉(zhuǎn)移，且能 量轉(zhuǎn)換層318圍繞相變材料層316，從而產(chǎn)生更有效率的傳熱。相變存儲器元件500 以與上文針對圖2A-6B所論述大致相同的方式形成。
為節(jié)省相變材料元件500中使用的相變材料的量，可如圖19A及19B中所圖解 說明使用間隔件結(jié)構(gòu)520。根據(jù)本發(fā)明再一實施例來構(gòu)造相變材料元件500a。相變材 料元件500a具有在相變材料層416a內(nèi)形成并由其圍繞的間隔件結(jié)構(gòu)520。通過使用 間隔件結(jié)構(gòu)520，相變材料的體積與圖18A及18B中所圖解說明的相變材料元件500 相比可明顯減少。因此，歸因于減少的相變材料的體積，將可編程體積的相變材料層416a的相位從非晶相改變?yōu)榫嗨匦璧碾娏鳒p小。所圖解說明的相變材料元件500a 的另一特征是相變材料層416a與第一及第二電極414、 430之間的減小的接觸面積， 這也減小了將可編程體積的相變材料層416a的相位從非晶相改變?yōu)榫嗨匦璧碾?流。
間隔件結(jié)構(gòu)520通常由氮化物材料形成；然而，所述間隔件結(jié)構(gòu)可由例如但不限 于以下的任何絕緣材料形成氮化硅；氧化鋁；氧化物；高溫聚合物；低介電材料； 絕緣玻璃；或絕緣聚合物。應(yīng)注意，所圖解說明的相變材料元件500a可具有這樣的 配置其中能量轉(zhuǎn)換層418與相變材料層416a可被切換，其中能量轉(zhuǎn)換層418與第 一及第二電極414、 430電接觸，且相變材料層416a與第二及第三電極430、 426電 接觸。在替代配置中，相變材料層416a將處于間隔件結(jié)構(gòu)520的遠(yuǎn)端，且能量轉(zhuǎn)換 層418將處于間隔件結(jié)構(gòu)520的近端。所述替代配置可應(yīng)用于前文及下文中圖2A-21 的相變存儲器元件中的任一者。
圖20A及20B圖解說明本發(fā)明的另一實施例。相變存儲器元件500b大致類似于 相變存儲器元件500a，除了相變存儲器元件500b具有在傳導(dǎo)間隔件結(jié)構(gòu)520b上方的 相變材料層之外。傳導(dǎo)間隔件結(jié)構(gòu)520b可由任何傳導(dǎo)材料層形成，例如氮化鈦(TiN)、 氮化鋁鈦(TiAlN)、鎢化鈦(TiW)、鉑(Pt)或鎢(W)及其它材料。另外，應(yīng)注 意，第一電極414可經(jīng)形成以使其具有在第一介電層412的頂部表面上方延伸的頂部 表面。如圖20A中所圖解說明，相變材料層416b與第二電極430接觸地形成；然而， 所述圖解說明并不希望為限定性。例如，相變材料層416b可與第一電極414接觸， 且間隔件結(jié)構(gòu)520b可與第二電極430接觸。還應(yīng)注意，相變材料層416b可在兩個間 隔件結(jié)構(gòu)之間形成，每一間隔件結(jié)構(gòu)接觸第一及第二電極414、 430，由此相變材料 層416b不與第一及第二電極414、 430中的任一者接觸。
圖21圖解說明根據(jù)本發(fā)明再一實施例而構(gòu)造的相變存儲器元件600。相變存儲 器元件600分別包含第一、第二及第三電極514、 530、 526。如圖中所圖解說明，第 一及第三電極514、 526在襯底512內(nèi)形成，襯底512在襯底310上方形成。相變材 料層516與第一電極514電連通地形成。相變材料層516圍繞間隔件結(jié)構(gòu)620，從而 允許形成相變材料層516所需要的相變材料減少，其特征已在上文針對圖19A-20B 而解釋。相變材料層516還與第二電極530電連通地形成。
以自對準(zhǔn)方式在相變材料層516的側(cè)壁區(qū)上形成絕緣材料層517。絕緣材料層517 使相變材料516與以自對準(zhǔn)方式形成于絕緣材料層517的側(cè)壁區(qū)上的能量轉(zhuǎn)換層518 絕緣。形成能量轉(zhuǎn)換層518以使其與第二及第三電極530、 526電連通。
在相變存儲器元件600的讀取操作期間，同時導(dǎo)通外圍裝置中電耦合到第一及第 二電極514、 530的晶體管，且讀取相變材料層516的電阻性質(zhì)。例如，高電阻(其 對應(yīng)于相變材料層516的非晶狀態(tài))可表示數(shù)據(jù)值"1"。相反，低電阻(其對應(yīng)于 相變材料層516的結(jié)晶狀態(tài))可表示數(shù)據(jù)值"0"。如下文針對圖7所論述，將所述 信息讀出到外圍電路。在相變存儲器元件600的寫入/擦除操作期間，第二與第三電極530、 526彼此聯(lián) 合運作以將相變材料層516的狀態(tài)從非晶狀態(tài)切換到結(jié)晶狀態(tài)，或反之亦然。在操作 中，導(dǎo)通外圍裝置中電耦合到第二及第三電極530、 526的晶體管以允許電流流過能 量轉(zhuǎn)換層518，從而加熱相變材料層516以切換其狀態(tài)。
圖22圖解說明經(jīng)簡化的處理器系統(tǒng)900，其包含存儲器電路901，存儲器電路 901具有根據(jù)本發(fā)明如上文針對圖2A-21中所圖解說明的實施例(例如，相變存儲器 元件100、 100'、 200、 200'、 300、 400、 500、 500a、 500b、 600)所描述而構(gòu)造的相 變存儲器元件ioo。在不作限定的情況下，這一系統(tǒng)可包含計算機(jī)系統(tǒng)、相機(jī)系統(tǒng)、
掃描器、機(jī)器視覺、車輛導(dǎo)航、視頻電話、監(jiān)視系統(tǒng)、自動聚焦系統(tǒng)、星體跟蹤器系 統(tǒng)、運動檢測系統(tǒng)、圖像穩(wěn)定系統(tǒng)及其它釆用存儲器的系統(tǒng)。
處理器系統(tǒng)900可以是包含一個或一個以上處理器的任何系統(tǒng)，其一般包括中央 處理單元(CPU)卯2，例如微處理器、數(shù)字信號處理器或其它可編程數(shù)字邏輯裝置， 中央處理單元(CPU)卯2經(jīng)由總線904與輸入/輸出(I/O)裝置906通信。存儲器電路 卯l通常通過存儲器控制器經(jīng)由總線904與CPU 902通信。
在計算機(jī)系統(tǒng)的情況下，處理器系統(tǒng)卯0可包含例如壓縮磁盤(CD) ROM驅(qū)動 器910的外圍裝置，所述外圍裝置也經(jīng)由總線904與CPU 902及硬盤驅(qū)動器905通信。 存儲器電路901優(yōu)選地構(gòu)造為集成電路，其包含具有根據(jù)本發(fā)明的至少一個相變存儲 器元件100的存儲器陣列903。如果需要，可將存儲器電路901與所述處理器(例如 CPU 900)組合在單個集成電路中。
應(yīng)僅將以上說明及圖式視為對實現(xiàn)本發(fā)明實施例的特征的實施例的實例的說明。 可在不背離本發(fā)明的精神及范圍的情況下對具體處理條件及結(jié)構(gòu)做出修改及替換。因 此，不應(yīng)將本發(fā)明視為受限于前述說明及圖式，而是僅由所附權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1、一種存儲器元件，其包括相變材料層，其電耦合到第一及第二電極；能量轉(zhuǎn)換層，其經(jīng)形成而與所述相變材料層相關(guān)聯(lián)，且電耦合到至少一第三電極；及電隔離材料層，其形成于所述相變材料層與所述能量轉(zhuǎn)換層之間。
2、 如權(quán)利要求1所述的存儲器元件，其中所述電隔離材料層至少形成于所述相 變材料層的側(cè)壁上方。
3、 如權(quán)利要求2所述的存儲器元件，其中所述能量轉(zhuǎn)換層形成于所述電隔離材 料層的側(cè)壁區(qū)上方。
4、 如權(quán)利要求2所述的存儲器元件，其中所述相變材料層的所述側(cè)壁是傾斜的。
5、 如權(quán)利要求2所述的存儲器元件，其中所述電隔離材料層圍繞所述相變材料層。
6、 如權(quán)利要求2所述的存儲器元件，其中所述相變材料層的所述側(cè)壁大致垂直 于下伏襯底的頂部表面。
7、 如權(quán)利要求6所述的存儲器元件，其中所述能量轉(zhuǎn)換層具有至少部分地由所 述電隔離材料層界定的形狀。
8、 如權(quán)利要求1所述的存儲器元件，其中所述能量轉(zhuǎn)換層僅形成于所述電隔離 材料層的側(cè)壁上方。
9、 如權(quán)利要求8所述的存儲器元件，其中所述電隔離材料層的所述側(cè)壁具有至 少部分地由所述相變材料層界定的形狀。
10、 如權(quán)利要求8所述的存儲器元件，其中所述能量轉(zhuǎn)換層圍繞所述電隔離材料層。
11、 如權(quán)利要求1所述的存儲器元件，其中所述第一電極與第二電極位于所述相變材料層的相對表面上。
12、 如權(quán)利要求ll所述的存儲器元件，其中所述第一與第二電極沿大致垂直的 方向延伸。
13、 如權(quán)利要求1所述的存儲器元件，其中所述第三電極經(jīng)形成而與所述能量轉(zhuǎn) 換層的第一部分電連通。
14、 如權(quán)利要求13所述的存儲器元件，其進(jìn)一步包括經(jīng)形成而與所述能量轉(zhuǎn)換層的第二部分電連通的第四電極。
15、 如權(quán)利要求14所述的存儲器元件，其中所述第三與第四電極沿大致垂直的 方向延伸。
16、 如權(quán)利要求14所述的存儲器元件，其進(jìn)一步包括耦合到所述第一、第二、 第三及第四電極中的每一者的第一、第二、第三及第四晶體管。
17、 如權(quán)利要求16所述的存儲器元件，其進(jìn)一步包括耦合到所述第一及第二電 極中的至少一者的感測放大器。
18、 如權(quán)利要求16所述的存儲器元件，其進(jìn)一步包括耦合于所述能量轉(zhuǎn)換層與 所述第三及第四電極中的至少一者之間的二極管。
19、 如權(quán)利要求l所述的存儲器元件，其中所述相變材料層、所述絕緣層及所述 能量轉(zhuǎn)換層形成于通孔內(nèi)，且所述第一及第二電極位于所述通孔的相對開口上且與所 述相變材料層電連通。
20、 如權(quán)利要求19所述的存儲器元件，其中所述能量轉(zhuǎn)換層接觸所述第三電極 及第四電極。
21、 如權(quán)利要求19所述的存儲器元件，其中所述通孔形成于與所述第二及第三 電極中的至少一者相關(guān)聯(lián)的寬度內(nèi)。
22、 如權(quán)利要求1所述的存儲器元件，其中所述相變材料層選自由以下組成的群 組GeTe、 In-Se、 Sb2Te3、 GaSb、 InSb、 As國Te、 Al-Te、 Ge-Sb-Te、 Te-Ge-As、 In-Sb-Te、 Te-Sn-Se、Ge-Se-Ga、Bi-Se-Sb、Ga-Se-Te、Sn-Sb-Te、In-Sb-Ge、Te-Ge-Sb-S、Te-Ge-Sn-0、Te-Ge-Sn-Au、 Pd-Te-Ge-Sn、 In-Se-Ti-Co、 Ge-Sb-Te-Pd、 Ge-Sb-Te-Co、 Sb國Te-Bi-Se、 Ag-In-Sb-Te、 Ge-Sb-Se-Te、 Ge-Sn陽Sb-Te、 Ge-Te-Sn-Ni、 Ge-Te-Sn-Pd及Ge-Te隱Sn-Pt。
23、 如權(quán)利要求22所述的存儲器元件，其中所述相變材料層包括鍺-銻-碲。
24、 如權(quán)利要求1所述的存儲器元件，其中所述相變材料層、能量轉(zhuǎn)換層及所述 電隔離材料層均形成于通孔內(nèi)，且所述通孔內(nèi)的所述能量轉(zhuǎn)換層由所述電隔離材料層 圍繞。
25、 一種存儲器陣列，其包括 多個存儲器元件，至少一個存儲器元件包括襯底，其支撐第一介電層；第一電極，其經(jīng)形成而與所述第一介電層相關(guān)聯(lián)；第二介電層，其形成于所述第一介電層上方且具有到所述第一電極的通孔； 相變材料層，其定位于所述通孔內(nèi)且具有與所述第一電極電連通的下表面； 電隔離材料元件，其形成于所述相變材料層的至少側(cè)壁部分上； 能量轉(zhuǎn)換層，其形成于所述電隔離材料元件的側(cè)壁區(qū)上方；及 第二電極，其與所述相變材料層的上表面電連通。
26、 如權(quán)利要求25所述的存儲器陣列，其中所述能量轉(zhuǎn)換層能夠發(fā)出足以切換 與所述相變材料層相關(guān)聯(lián)的狀態(tài)的熱。
27、 如權(quán)利要求25所述的存儲器陣列，其進(jìn)一步包括分別與所述能量轉(zhuǎn)換層的 第一及第二部分電連通的第三及第四電極。
28、 如權(quán)利要求27所述的存儲器陣列，其進(jìn)一步包括能夠分別激活所述第一、 第二、第三及第四電極的第一、第二、第三及第四晶體管。
29、 如權(quán)利要求28所述的存儲器陣列，其進(jìn)一步包括耦合于所述能量轉(zhuǎn)換層與 所述第三及第四電極中的至少一者之間的二極管。
30、 一種處理器系統(tǒng)，其包括 處理器；及存儲器裝置，其耦合到包括至少一個存儲器元件的所述處理器，所述存儲器元件 包括襯底，其支撐定位于第一與第二電極之間的電隔離材料；相變材料層，其定位于所述第一與第二電極之間且由所述電隔離材料圍繞，所述 相變材料層與所述第一及第二電極電連通之處除外；及能量轉(zhuǎn)換層，其圍繞所述電隔離材料元件的側(cè)壁區(qū)，且與至少一第三電極電 連通。
31、 如權(quán)利要求30所述的處理器系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括耦合到所述能量轉(zhuǎn)換層的 第四電極。
32、 一種形成存儲器元件的方法，所述方法包括以下動作 在襯底上方形成第一電極； 在所述第一電極上方形成電隔離材料元件；在所述第一電極上方且在形成于所述電隔離材料元件中的通孔內(nèi)形成相變材料 層，所述相變材料具有與所述第一電極電連通的下表面；形成與所述相變材料層相關(guān)聯(lián)的能量轉(zhuǎn)換層，所述能量轉(zhuǎn)換層能夠切換與所述相 變材料層相關(guān)聯(lián)的相位；及形成與所述相變材料層的上表面電連通的第二電極。
33、 如權(quán)利要求32所述的方法，其進(jìn)一步包括將至少一第三電極耦合到所述能 量轉(zhuǎn)換層的第一部分。
34、 如權(quán)利要求33所述的方法，其進(jìn)一步包括將所述第一及第二電極中的一者 耦合到所述能量轉(zhuǎn)換層的第二部分。
35、 如權(quán)利要求33所述的方法，其進(jìn)一步包括將第四電極耦合到所述能量轉(zhuǎn)換 層的第二部分。
36、 如權(quán)利要求32所述的方法，其中形成所述通孔以具有傾斜的開口。
37、 如權(quán)利要求36所述的方法，其中形成所述通孔以具有第一開口及第二開口， 所述第一與第二開口彼此不同。
38、 如權(quán)利要求32所述的方法，其中將所述相變材料層形成為至少部分地確定 為所述電隔離材料層的形狀的形狀。
39、 如權(quán)利要求38所述的方法，其中將所述能量轉(zhuǎn)換層形成為至少部分地確定 為所述電隔離材料層的所述形狀的形狀。
40、 如權(quán)利要求38所述的方法，其中大致垂直于所述襯底的最頂部表面形成所 述電隔離材料層。
41、 一種形成存儲器元件的方法，其包括在襯底上方形成第一介電層，且用傳導(dǎo)材料填充所述第一介電層內(nèi)的通孔以形成第一傳導(dǎo)材料層；在所述第一介電層上方形成第一電隔離材料層；在所述第一電隔離材料層上方形成第二及第三傳導(dǎo)材料層；在所述第二與第三傳導(dǎo)材料層之間形成第二介電層；在所述第一及第二介電材料層內(nèi)形成通孔，所述通孔延伸穿過所述第二介電層的 上表面到達(dá)所述第一電隔離材料層的上表面；在所述通孔的側(cè)壁上形成能量轉(zhuǎn)換層，其中所述能量轉(zhuǎn)換層與所述第二及第三傳 導(dǎo)材料層電連通；在所述通孔內(nèi)的所述能量轉(zhuǎn)換層的暴露部分上方形成第二電隔離材料層； 蝕刻所述第一電隔離材料層的一部分，使得所述通孔從所述第二介電材料層的所述上表面延伸到所述第一傳導(dǎo)材料層；在所述通孔內(nèi)形成相變材料層，其中所述相變材料層與所述第一傳導(dǎo)材料層電連通；及形成與所述相變材料層電連通的第四傳導(dǎo)材料層。
42、 如權(quán)利要求41所述的方法，其進(jìn)一步包括形成能夠分別激活所述第一、第 二、第三及第四傳導(dǎo)材料層的第一、第二、第三及第四晶體管的步驟。
43、 如權(quán)利要求41所述的方法，其進(jìn)一步包括形成耦合于所述能量轉(zhuǎn)換層與所 述第三及第四電極中的至少一者之間的二極管的步驟。
44、 一種通過激活傳導(dǎo)材料層使得電流流過圍繞相變材料層的能量轉(zhuǎn)換層來操作 存儲器元件的方法，所述電流能夠切換與所述相變材料層相關(guān)聯(lián)的狀態(tài)。
45、 如權(quán)利要求44所述的方法，其進(jìn)一步包括激活第二傳導(dǎo)材料層使得電流流 過所述相變材料層，其中可檢測所述相變材料層的電阻狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種相變存儲器元件(100)及形成所述相變存儲器元件的方法。所述存儲器元件包含電耦合到第一(14)及第二(22)傳導(dǎo)材料層的相變材料層(24)。能量轉(zhuǎn)換層(18)經(jīng)形成而與所述相變材料層相關(guān)聯(lián)且電耦合到第三傳導(dǎo)材料層(26)。在所述相變材料層與所述能量轉(zhuǎn)換層之間形成電隔離材料層(17)。
文檔編號H01L45/00GK101512788SQ200780033735
公開日2009年8月19日 申請日期2007年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月15日
發(fā)明者喬恩·戴利, 峻 劉, 邁克·瓦奧萊特 申請人:美光科技公司