專利名稱：：具有加熱器的相變化儲存單元及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明關(guān)于以相變化儲存材料為基礎(chǔ)的咼密度儲存裝置，包含以硫?qū)倩餅榛A(chǔ)的材料及其它材料，和制造此等裝置的方法，以及更特別地在員有一加執(zhí)"、、器的相變化存儲元件。背學(xué)技術(shù)以相變化為基礎(chǔ)的儲存材料是被廣泛地運用于非揮發(fā)隨機(jī)存取儲存單元中。如硫?qū)倩锛邦愃撇牧系拇说认噢D(zhuǎn)換儲存材料，可由施加其強(qiáng)度適用于集成電路中的電流，而致使在非晶態(tài)和結(jié)晶態(tài)之間的晶相轉(zhuǎn)換般而言非曰曰曰態(tài)的特征是其電阻高于結(jié)晶態(tài)，此電阻值可輕易測得到而用以作為:指示。從非曰曰曰態(tài)轉(zhuǎn)變至結(jié)晶態(tài)一般是為一低電流操作。從結(jié)曰曰曰態(tài)轉(zhuǎn)變至非曰曰曰態(tài)(以下指稱為重置reset))般是為高電流操作，其包括一短暫的咼電流密度脈沖以化或破壞結(jié)曰曰曰結(jié)構(gòu)，其后此相變化材料會快速冷卻，抑制相變化的過程，使得至少部份相變化結(jié)構(gòu)得以維持在非晶態(tài)。在理想狀態(tài)下，致使相變化材料從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變至非晶態(tài)的重置電流強(qiáng)度應(yīng)越低越好。欲降低重置所需的重置電流強(qiáng)度，可由減低在內(nèi)存中的相變化材料組件的尺寸、以及減少電極與此相變化材料的接觸面積，從而對此相變化材料組件施加較小的絕對電流值，便可達(dá)成較高的電流密度。此領(lǐng)域發(fā)展的一種方法是致力于在一集成電路結(jié)構(gòu)上形成微小孔洞，并使用微量可程序化的電阻材料填充這些微小孔洞。致力于此等微小孔洞的專利包括于1997年11月11日公告的美國專利第5，687，112號"MultibitSingleCellMemoryElementHavingTaperedContact"、發(fā)明人為0vshinky;于l998年8月4日公告的美國專利第5，789，277號"MethodofMakingChalogenide[sic]MemoryDevice"、發(fā)明人為Zahorik等；于2000年11月21日公告的美國專利第6，150，253號"Controllable0vonicPhaseChangeSemiconductorMemoryDeviceandMethodsofFabricatingtheSame"、發(fā)明人為Doan等。在先前技術(shù)中所遇到的一個特定問題為操作電流的控制以及該電流所產(chǎn)生的熱。由相變化材料的焦耳讓相變化程序進(jìn)行，也因而衍生出兩個問題。首一個記憶單位可能有十億個儲存單元(例如一憶單位提供記憶容量在千兆位組的范圍)，如何產(chǎn)以程序化或擦除一個記憶單位的電流是一個問第二個問題是加熱該相變化材料會產(chǎn)生極高的熱即使沒有將整個相變化材料燒毀，至少會大幅降功效。相似地，加熱該相變化材料可能會導(dǎo)致相的區(qū)域大于要產(chǎn)生邏輯狀態(tài)變化所需的區(qū)域，而的狀況也會使用額外的電流并因而產(chǎn)生額外的熱因此，提供一種具有較低重置電流及較低相變化內(nèi)存細(xì)胞結(jié)構(gòu)，便成為一個重要的課題。此外，一種可以與同一集成電路中的周邊電路的工藝兼制造方法及結(jié)構(gòu)，亦是半導(dǎo)體業(yè)界十分重要的課加熱先是個記生足題。低其變化這樣量的提供容的題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種具化儲存單元及其制造方法，其具有較低相變化量的內(nèi)存細(xì)胞結(jié)構(gòu)，且可以中的周邊電路的工藝兼容。本發(fā)明儲存裝置具有低與有頂電極和底加熱器的相變重置電流及較同一集成電路電極、一位于該頂電極和該底電極間的儲存材料次光刻柱、以及一位于該次光刻柱中且在該儲存材料次光刻柱和該頂電極間的薄加熱器。該儲存材料可由加熱來程序化成多數(shù)種不同的電阻狀態(tài)。該加熱器是由一加熱器材料所組成，其電阻高于頂電極的電阻，并高于該儲存材料在其最高電阻狀態(tài)的電阻。在該儲存材料的次光刻柱具有一活性區(qū)域，其是該可程序化電阻主要發(fā)生變化之處。換言之，由電阻性地加熱該加熱器以選擇性地程序化，從而將該程序化電阻變化區(qū)域由一第一電阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變至一第二電阻狀態(tài)。該程序化電阻變化活性區(qū)域是局限在鄰近該加熱器的該次光刻柱的一部份。在一特定實施例中，該儲存材料是一硫?qū)倩?，像是由鍺、銻和碲的組合的GST。該儲存材料次光刻柱的高度約介于2Qnm至12Gnm之間，而在一實施例中，其高度約為80nm。其中該儲存材料是由下列群組中選取兩種或以上材料組合而成鍺、銻、碲、硒、銦、鈦、鎵、鉍、錫、銅、鈀、鉛、銀、硫和金。在一些實施例中，該加熱器和該儲存材料的次光刻柱具有相同直徑。在一特定實施例中，該頂電極包含一位線。更進(jìn)一步實施例中，該位線配置于該加熱器之上。在特定實施例中，該加熱器材料包含至少碳化硅、石墨、氮化鉭、氮化鉭鋁、氮化鎢、氧化鋁和氧化鉭之一。在其它實施例中，一儲存裝置的建構(gòu)首先提供一襯底，其中所述襯底為一介電材料，其內(nèi)包含有一底電極，并具有一暴露該底電極的上層表面。在所述底電極之上形成一儲存材料的次光刻柱，其中所述次光刻柱電性耦接至該底電極。在該上層表面上沉積一介電填充層，以圍繞該儲存材料的次光刻柱。接下來平坦化該介電填充層以暴露該儲存材料的次光刻柱的一頂層表面，并使該頂層表面與該介電填充層的一頂層表面齊平。后續(xù)移除該儲存材料的次光刻柱的第一部位，以形成一加熱器預(yù)備囊，其中該加熱器預(yù)備囊位于該儲存材料的次光刻柱的剩余部位的上方并低于該介電填充層的頂層表面，其中該加熱器預(yù)備囊的深度低于50nm;其次填充加熱器材料于該加熱器預(yù)備囊中，預(yù)備嚢以形成一加熱器。最后在上方沉積一導(dǎo)電層并與該加熱器電性耦接。更進(jìn)一步實施例中，圖案化該導(dǎo)電層以形成一位線。在又實施例中，儲存裝置的操作借著提供一結(jié)構(gòu)，而其包含一頂電極，其中該頂電極通過一加熱器和一儲存材料次光刻柱與一底電極電性耦接，其中所述儲存材料次光刻柱具有一緊鄰該加熱器的相變化區(qū)域。在頂電極和底電極間施力口電流，以便將該儲存材料次光刻柱的第一部位熔化，其中所述第一部位包含靠近該加熱器的該相變化區(qū)域，至于遠(yuǎn)離該加熱器的該儲存材料次光刻柱的第二部位則不會被熔化。參照相關(guān)附圖撰寫以下詳細(xì)的說明佳的實施例來說明本發(fā)明，但其并不限其范圍定義在權(quán)利要求中。熟習(xí)該項技解以下說明書中各種等同的差異，其中圖1說明依據(jù)本發(fā)明集成電路裝置的方塊圖。圖2說明如圖1所示的典型儲存陣列的局部概要圖。圖3說明相變化存儲元件的先前技術(shù)。圖4說明依據(jù)本發(fā)明的實施例中具有頂層加熱器的可程序化電阻存儲元件。圖5說明在半導(dǎo)體襯底上形成儲存單元存取層。圖6說明在上層表面(見圖5，參考符號310)沉積可程序化電阻儲存材料層。圖7說明蝕刻可程序化電阻儲存材料以形成可程電阻儲存材料柱。圖8說明在儲存材料柱上方沉積介電填充層并平書。并描述較制其范圍，而術(shù)的人士會了坦化，使得該儲存材料柱的頂層表面與介電填充材料的頂層表面齊平。圖9說明在經(jīng)過蝕刻后形成儲存材料柱的加熱器預(yù)備囊。圖10說明在介電填充材料之上形成頂層加熱器。圖l1說明在介電填充層上方形成導(dǎo)電層，并與頂電極電性耦接。具體實施方式在此所使用的方位描述，以"上"、"下"、"左"、"右"描述并以各附圖中個別的結(jié)構(gòu)作為參照。相似地，"厚度"是指垂直尺寸，而"寬度"是指水平尺寸。而這些方向在電路操作或其它相關(guān)的方位上并無限制，如同熟習(xí)本項技術(shù)的人士所知曉。本說明書的說明依照一集成電路和儲存陣列的實施例、常見的儲存單元的實施例，和本發(fā)明的相變化組件和儲存單元的實施例，再介紹上述的制造方法。請參照、圖1，其是顯示一集成電路lQ的簡化方塊圖，而本發(fā)明可能使用此集成電路。電路lQ包括一儲存陣列12，其是使用了相變化儲存單元(圖上未顯示)，于一半導(dǎo)體襯底上，如下所詳述。一字線譯碼器l4是與多數(shù)條字線16形成電連接。一位線譯碼器18是與多數(shù)條位線20電連接，以從陣列12中的相變化儲存單元(圖上未顯示)讀取數(shù)據(jù)并寫入數(shù)據(jù)。地址是從總線22供應(yīng)至字線譯碼器與驅(qū)動器14以及位線譯碼器18。方塊24中的檢測放大器以及數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu)，是經(jīng)由數(shù)據(jù)總線26而耦接至位線譯碼器18。數(shù)據(jù)是從集成電路10的輸入/輸入端口、或其它集成電路lO內(nèi)部或外部的來源，經(jīng)由數(shù)據(jù)輸入線28，而傳送至方塊24中的數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu)。集成電路l0可包含其它電路30，例如一通用目的處理器或特殊目的應(yīng)用電路、或模組的組合而提供一系統(tǒng)單芯片功能，并由陣列12所支持。數(shù)據(jù)是從方塊24的檢測放大器、經(jīng)由一數(shù)據(jù)輸出線32，而輸出至集成電路l0的輸入/輸出端口，或輸出至其它位于集成電路lO的內(nèi)部或外部的數(shù)據(jù)目的。在本實施例中所使用的控制器34，使用了偏壓安排狀態(tài)機(jī)器，并控制了偏壓安排供應(yīng)電壓36的應(yīng)用，例如讀取、程序化、擦除、擦除確認(rèn)與程序化確認(rèn)電壓?？刂破?4可利用特殊目的邏輯電路而應(yīng)用，如熟習(xí)該項技術(shù)者所熟知。在替代實施例中，控制器34包括了通用目的處理器，其可使于同一集成電路，以執(zhí)行一計算機(jī)程序而控制裝置的操作。伊J中，控制器34是由特殊目的邏輯電路與通用目的處理器組合而成如圖2所示，陣列12的每個儲存單元包括了一個存取曰曰曰體管(或其它存取裝置，例如二極管)、以及相變化組件，苴z、中四個存取晶體管在圖2上是以標(biāo)號38、40、42、44顯示的，而四個相變化組件在圖2上是以標(biāo)號46、48、50、52顯示的。每個存取晶體管38、40、42、44的源極是共同連接至源極線54，源極線54是在一源極線終A山乂而55結(jié)束在另實施例中，這些選擇組件的源極線并未電連接，而是可獨立控制的。多數(shù)條字線16c包括字線56與58)是沿著第一方向平行地延伸。線56、58是與字線譯碼器14進(jìn)行電性切換信息。存取曰曰曰體管38、42的柵極是連接至一共同字線(例如字線56)，而存取晶體管40、44的柵極是共同連接至字線58。多數(shù)條位線20(包括位線60、62中，位線60是連接到相變化組件46、48的~一山頓特別地，相變化組件46是連接于存取曰曰曰體管38的漏極與位線60之間，而相變化組件48是連接于存取曰曰曰體管40的漏極與位線60之間。相似地相變化組件50是連接于存取晶體管42的漏極與位線62之間，而相變化組件52是連接于存取曰曰曰體旨44與位線62之間。需要注思的是，在圖中為了方便起見，僅繪示四個儲存單元，在實務(wù)中，陣列12可包括上千個至上百萬個此種儲存單元。同時，亦可使用它陣列結(jié)構(gòu)，例如將相變化存儲元件連接到源極。圖3說明相變化存儲元件io0的先前技術(shù)。相變化存儲元件100在栓塞組件104底層或第一電極)和頂層第二)電極106之間員有相變化儲存材料柱102而該栓塞組件104通過選擇裝置例如:二極管或晶體管)與字線(未示)'電性連結(jié)，而該頂層(第電極106與位線1l08電性連結(jié)。如在先.、/*目'J技術(shù)中所知曉儲存單元通常通過相互垂直排列的兩組數(shù)據(jù)線來控制當(dāng)位線在該字符中選擇一特定位時，字線提供能量來選擇特定數(shù)據(jù)字符地址。而這些線路通常配置在垂直的陣列中而本發(fā)明中儲存單元線路的配置上是部份采用此類配置，在相變化存儲元件的頂層形成位線108，而字線(未示)垂直配置于該位線。字線信號連結(jié)于栓塞組件104做為用于讀取和寫入的電流路徑。栓塞組件104的導(dǎo)電材料、位線108和字線(未示可為鎢、銅、鋁或它金屬及在一般先目'J技術(shù)中適用于栓塞和線路結(jié)構(gòu)的金屬組合。在相變化儲選擇性地使用其的粘著、好的導(dǎo)和栓塞組件之間的簡易在此省略鉭制造。而這些替代，在更進(jìn)一白一群組包含鈦鎳和釕及其組合04的寬度。相變化材料該相變化合金可換，其中第一結(jié)而第二結(jié)構(gòu)態(tài)是局部次序大體上穩(wěn)定(bistable較無次序結(jié)構(gòu)，偵測的特征如比是用以指稱一相更有次序，因此低的電阻。典型地，相存材料102和栓它金屬層，例如:電性、以及在相變提供擴(kuò)散障壁，但而這些金屬層較金屬層亦可用氮化步的實施例中，、鉤、鉬、鋁、鉅、導(dǎo)電層較佳延展柱102是由相變于一第一結(jié)構(gòu)態(tài)與構(gòu)態(tài)是指此材料大指此材料在該儲存為結(jié)晶固相。而相)。該詞匯"■北曰"非曰曰其相較于單晶更無結(jié)晶態(tài)更高的電阻對較有次序的結(jié)構(gòu)包括有可偵測的特轉(zhuǎn)換材料可電性切塞組件104之間提升對相變化材料化儲存材料102為求說明和討論上佳以氮化鈦和氮化鈦鋁或氮化鉭鋁來種或多種元素可選銅、鉑、銥、鑭、至超過栓塞組件1化合金所組成，而第結(jié)構(gòu)態(tài)之間切體上為非曰曰曰固相，單元活性信道區(qū)域變化n五是至少雙是用以指稱一相對次序性，而帀有可該詞匯結(jié)曰"曰曰，其相較于非晶態(tài)征例如比非曰曰曰態(tài)更換至兀生結(jié)曰曰曰態(tài)與完全非晶態(tài)之間所有可偵測的不同狀態(tài)。其它受到非晶態(tài)與結(jié)晶態(tài)變化而影響的材料特征，包含有原子次序、自由電子密度、和活化能。此材料可切換成為不同的固態(tài)、或可切換成為由兩種或兩種以上固態(tài)所形成的混合物，提供在非晶態(tài)至結(jié)晶態(tài)之間的灰階部分。此材料中的電性質(zhì)亦可能隨之改變。相變化合金可由施加一電脈沖而從一種相態(tài)切換至另一相態(tài)。先前觀察指出，一較短、較大幅度的脈沖傾向于將相轉(zhuǎn)換材料的相態(tài)改變成大體為非晶態(tài)。一較長、較低幅度的脈沖傾向于將相轉(zhuǎn)換材料的相態(tài)改變成大體為結(jié)晶態(tài)。在較短、較大幅度脈沖中的能量，夠大因此足以破壞結(jié)晶結(jié)構(gòu)的鍵結(jié)，同時夠短，因此可以防止原子再次排列成結(jié)晶態(tài)。在適當(dāng)實驗的情形下，可決定特別適用于一特定相轉(zhuǎn)換合金的適當(dāng)脈沖量變曲線。在本文中所描述的一種適用于PCRAM中的材料，是為Ge2SbJe5，并通常被稱為GST。相變化材料柱102沉積如一薄膜層。而位在相變化材料柱102上方為至少包含相變化材料柱102上層表面的第二(頂層)電極l06。如先前所討論，該第二電極亦可由氮化鈦所生成。這樣可方便相變化材料柱102和第二電極106連結(jié)，而這樣的單元此后將稱為相變化核心105。在介電材料110的圓柱空洞(孔洞)中形成相變化核心105，或是由使用方向蝕刻技術(shù)來形成柱狀的相變化核心105，并沉積該介電材料110填充在該柱周圍。而該介電材料iio較佳包含一層或多層二氧化硅或其它介電絕緣材料。在操作上，在底電極104和位線108之間存有一電流路徑。當(dāng)電流通過該相變化材料102時，焦耳加熱會造成在相變化區(qū)域112的相變化材料溫度上升，以及如同前述所解釋根據(jù)電流脈沖的長度和幅度，將該組件定在"設(shè)定"或"重置"狀態(tài)。活性相變化區(qū)域112實質(zhì)地發(fā)生在相變化材料柱的中間區(qū)域，因為在程序化的過程中，頂電極106和底電極104通常為良熱導(dǎo)體(例如金屬)，并由相變化金屬材料柱1Q2末端來散熱。因此，相變化材料柱102的最熱部位產(chǎn)生在栓塞1Q4和位線108間的熱庫(thermalsink)。在一重置操作過程中，儲存單元陣列中需要大能，讓整個相變化儲存材料有數(shù)個儲存單元要重置時，需要讓相變化材料在讀取狀的電脈沖就足以決定該材料控制是由控制組件所提供，的能并產(chǎn)生大的熱柱i02熔化特別是在'卜主l冃況將更為嚴(yán)重如単口木,、態(tài)，只需施加相對較低的電阻。儲存單元的存取較佳為存取曰曰曰體管見圖2)。圖4說明依據(jù)本發(fā)明具有一頂層加熱器222可程序化電阻存儲元件(儲存裝置)220的實施例?？沙绦螂娮璨牧现?儲存材料)224(例如:硫?qū)倩飼画h(huán)繞在介電材料層110(例如氧化娃內(nèi)。硫?qū)倩锇ň哂休^多正電元素或根基的化合物，硫?qū)僭嘏c下列四元素的任一者氧(0)、硫(S)、硒(Se)、以及碲(Te)，形成元素周期表上第VI族的部分。硫?qū)倩衔锖辖鸢▽⒘驅(qū)倩衔锱c其它材料如過渡金屬等結(jié)合。一硫?qū)倩衔锖辖鹜ǔ０ㄒ粋€以上選自元素周期表第六欄的元素，例如鍺(Ge)以及錫(Sn)。通常，硫?qū)倩衔锖辖鸢ㄏ铝性刂幸粋€以上的復(fù)合物銻(Sb)、鎵(Ga)、銦(In)、以及銀(Ag)。許多以相變化為基礎(chǔ)的儲存材料已經(jīng)被描述于技術(shù)文件中，包括下列合金鎵/銻、鍺/銻、銦/銻、銦/硒、銻/碲、鍺/碲、鍺/銻/碲、銦/銻/碲、鎵/硒/碲、錫/銻/碲、銦/銻/鍺、銀/銦/銻/碲、鍺/錫/銻/碲、鍺/銻/硒/碲、以及碲/鍺/銻/硫。在鍺/銻/碲合金家族中，可以嘗試大范圍的合金成分。此成分可以下列特征式表示TeaGebSbi。。(a+"。一位研究員描述了最有用的合金是為，在沉積材料中所包含的平均碲濃度是遠(yuǎn)低于70%，典型地是低于60%，并在一般型態(tài)合金中的碲含量范圍從最低23%至最高58%，且最佳是介于48%至58%的碲含量。鍺的濃度是高于約5%，且其在材料中的平均范圍是從最低8%至最高30%，一般是低于50%。最佳地，鍺的濃度范圍是介于8%至40%。在此成分中所剩下的主要成分則為銻。(0vshinky'112專禾lj，欄10—11)由另一研究者所評估的特殊合金包括Ge2Sb2Te5、GeSb2Te4、以及GeSb4Te7。(NoboruYamada，"PotentialofGeSbTePhasechangeOpticalDisksforHighDataRateRecording"，SPIEv.3109,pp.2837(1997))更一般地，過渡金屬如鉻(Cr)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈮(Nb)、鈀(Pd)、鉑(PO、以及上述的混合物或合金，可與鍺/銻/碲結(jié)合以形成一相變化合金其包括有可程序化的電阻性質(zhì)。可使用的儲存材料的特殊范例，是如0vshinsky'112專利中欄1113所述，其范例在此是列入?yún)⒖?。在此，適用于一PCRAM的材料是為Ge2Sb2Te5，其通常被稱為GST?？捎糜诒景l(fā)明其它實施例中的其它可程序化的儲存材料包括，摻雜N2的GST、GexSby、或其它以不同結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)換來決定電阻的物質(zhì)；PrxCayMn03、PrSrMnO、Zr0x、或其它使用一電脈沖以改變電阻狀態(tài)的物質(zhì)；TCNQ、PCBM、TCNQPCBM、CuTCNQ、AgTCNQ、C6。TCNQ、以其它物質(zhì)摻雜的TCNQ、或任何其它聚合物材料其包括有以一電脈沖而控制的雙穩(wěn)定或多穩(wěn)定電阻態(tài)。在儲存材料柱224頂端形成由加熱器材料形成的頂層加熱器222，而該加熱器材料，例如碳化硅、碳化物、氮化鉭、氮化鎢、氮化鉭鋁、或者是非常薄的介電材料，例如1nm至2nm的氧化鋁或氧化鉭。加*惑膽益材料具有高于儲存材料在大多數(shù)電阻狀態(tài)下的電阻以及亦高于該頂電極208的電阻。舉例來說，頂電極208可包含鎢、氮化鈦或銅。在特定實施例中，會在頂電極208圖案化儲存裝置的位線。由通過頂電極208和底電極104之間加熱器222和儲存材料柱224的電流來設(shè)定或重置可程序化電阻存儲元件220。而加熱器222有效地將電流轉(zhuǎn)換為熱量，而在緊鄰加熱器222的可程序化儲存材料224上形成可程序化電阻變化區(qū)域226。當(dāng)需要重置時，加熱置的熱量產(chǎn)生，因為只有需要被熔化。具有加熱器優(yōu)點包括由設(shè)定和重置循在控制性、程序化的可靠度和耐久性。舉例來說，為了寫入存儲元件220，適當(dāng)?shù)闹缕餍杞档湍軄頊p低儲存裝緊鄰加熱器儲存材料的部位的可程序化電阻儲存單元的環(huán)可罪數(shù)據(jù)來定義儲存單元能信號會耦接到頂電極208和底電極104而選擇產(chǎn)生電流的大小和時間來造成可程序化電阻變化區(qū)域材料區(qū)域226熔化，以及假定在冷卻后有較咼或較低電阻狀態(tài)。再借著通過該組件一低階電流脈沖和感泖J其電阻來進(jìn)行讀取存儲元件。圖5至圖11說明本發(fā)明的一個實施例中，制造員有頂層加熱器可程序化電祖儲存單元的剖面不思5顯示在半導(dǎo)體襯底302上形成儲存單元存取層300。存取層300—般包含存取曰曰曰體管c未不)。亦可使用其它類型的存取裝置，像是—極管而存取層300包含在介電薄膜層308中的第栓塞304和第二栓塞306。第一栓塞304和第栓塞306會做為底電極組件之用，而一般以鎢、多娃晶或氮化鈦制造。而儲存單元存取層300員有暴露第栓塞304和第二栓塞306(底電極的上層表面310c在半導(dǎo)體襯底302的植入?yún)^(qū)域做為包含字線(未示)的存取晶體管終端，以及耦接底電極304、306至一般源極線(未示)的柵極。植入?yún)^(qū)域(未示)以一般較佳方式形成，因而在此省略其更詳細(xì)的描述。圖6顯示沉積在上層表面(見圖5，參考符號310上方的可程序化電阻儲存材料層(例如GST)328可程序化電阻儲存材料層328是較佳約20至120nm厚，而一般約80nm厚。而該儲存材料層328可用其它材料替代使用。在替代實施例中，采行它外加步驟像是平坦化上層表面以移除在第一栓塞304和第二栓塞306的洼凹(接縫)，或者是它特征，例如在第一栓塞304和第二栓塞306和可程序化電阻儲存材料328間的障壁層未不)。在--特定實施例中，其平坦化上層表面，然后回蝕該第栓塞304禾口第—栓塞306以形成凹處，然后再填充障壁材料和平坦化，以提供一可程序化電阻儲存材料層328的平坦、可兼容的表面此等技術(shù)被熟習(xí)此項技術(shù)的人士所享丸/、、、知為了說明和討論上的簡化和清晰而在此省略圖7說明蝕刻可程序化電阻儲存材料以形成可程序化電阻儲存材料柱352、354的結(jié)果。在特定實施例中，使用光刻掩膜和蝕刻技術(shù)來形成該儲存材料柱352、354。而對于所使用的光刻工藝，光刻掩膜上的圖案的橫向尺寸般皆會等于最小光刻特征尺寸。為求進(jìn)一步縮小該光刻掩膜上圖案的橫向尺寸，需進(jìn)行掩膜修飾步驟，并制造出比定義在掩膜中最小光刻特征尺寸還要更小的修飾的光亥u掩膜在一實施例中，縮小的特征尺寸是約40nm。在例中是使用氬、氯、氧等離子體化學(xué)的反應(yīng)性刻(RIE)的干性非等向蝕刻技術(shù)。當(dāng)要達(dá)到第304和第二栓塞306的上層表面或介電薄08時，可使用一光學(xué)發(fā)散工具，以確認(rèn)并控的終點。在常見的蝕刻步驟中，可程序化電阻柱可切除因此減弱所得的存儲元件。而可以選擇可電阻材料和蝕刻技術(shù)來避免被切除，如于207月12日申請的美國專利申請第11/456,922號"制造柱型相變化存儲元件的方法"，發(fā)明人為龍翔瀾、何家驊，該專利所揭露內(nèi)容在此引為參考文獻(xiàn)。在替代實施例中，蝕刻過程中于該儲存材料上方形成頂電極材料以外的硬掩膜材料層(例如氧化娃、氮化硅)以保護(hù)該頂層表面。圖8顯示介電填充層356沉積在儲存材料柱352、354上方并平坦化(例如使用化學(xué)機(jī)械研磨法)使得該儲存材料柱352、354的頂層表面358、360，與介電填充材料356的頂層表面齊平。用作介電填充層356的典型材料包含硅(Si)、碳C)、氧(0)、氟(F)及氫(H)元素的組合，并在存儲元件間提供電性絕緣。在一些實施例中，絕緣材一實施離子蝕一栓塞膜層3制蝕刻能會被程序化06年料包含熱絕緣材料例如二氧化硅、SiCOH、聚亞醯胺、聚醯胺及氟碳聚合物。一般來說，熱絕緣材料應(yīng)該具有低于二氧化硅的導(dǎo)熱性，或是低于O.O14J/cm*degK氺sec。許多低介電系數(shù)材料(其介電系數(shù)低于二氧化硅)適合用于介電填充層的使用，而包括氟二氧化硅、倍半氧硅烷(silsesquioxane)、聚環(huán)烯醚(polyaryleneether)、對二甲苯聚體(parylene)、氟聚合物、氟化無定型碳、類鉆石碳、多孔性氧化硅、介多孔(mesoporous)氧化硅、多孔性倍半氧硅烷、多孔性聚亞醯胺及多孔性環(huán)烯醚。其單層或多層組合可提供熱絕緣之用。當(dāng)導(dǎo)熱性非關(guān)鍵性時，可使用氮化硅或其它導(dǎo)熱性高于二氧化硅的材料。在一實施例中，形成介電填充層356并超過該柱(見圖7，參考符號352、354)高度的深度，然后利用化學(xué)機(jī)械研磨法來平坦化以露出該柱352、354的頂層表面358、360。圖9顯示在經(jīng)過蝕刻后形成儲存材料柱352，、354，的加熱器預(yù)備囊364、366。使用相較于該介電填充材料356(例如二氧化硅)而優(yōu)先蝕刻該儲存材料(例如GST)的蝕刻技術(shù)(例如使用氯等離子體為基礎(chǔ)的反應(yīng)性離子蝕刻)來形成低洼于介電填充層356的頂層表面362的加*冉器預(yù)備囊364、366圖10顯示加熱器(頂層加熱器)368、370形成在介電填充材料352'、354，之上在特定實施例中，由填充加熱器材料，像是碳化硅、碳化物、氮化鉭、氮化鉤、氮化鉭鋁，或者是非常薄的介電材料像是1nm至2nm的氧化鋁或氧化鉭來填充加執(zhí)器預(yù)備囊(見圖9參考符-號364、366)，然后使用化學(xué)機(jī)械研磨法或其它技術(shù)來平坦化加熱器368、370的頂層表面369、371與介電填充層356的頂層表面362。在替代實施例中，由部分填充加執(zhí)器預(yù)備囊來形成力口熱器368、370，然后使用化學(xué)機(jī)械研磨法或其它技術(shù)從介電填充層356的頂層表面362來移除多余材料。而其它替代方式可省略化學(xué)機(jī)械研磨步驟。加熱器368、370具有高于相變化材料在大多數(shù)電阻狀態(tài)下的電阻>以及高于該頂電極(見圖11參考符號372)的電阻而加器的厚度應(yīng)該要足夠低(例如10至50般是20nm)來避免加熱器電阻過高。圖11顯示導(dǎo)電層372形成在介電填充層356上方，以及與頂電極368、370電性耦接導(dǎo)電層372較佳是由氮化鈦、鋁、銅或由其它適合材料所形成，而與其它導(dǎo)電層連接如前述討論，在實施例中是在導(dǎo)電層圖案化儲存陣列的位線在已說明的實施例中，導(dǎo)電層372形成儲存裝置的頂電極而使用相似本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)來完成包含圖5至圖11儲存單元的集成電路。在一特定實施例中，由頂電極和底電極間施加電流以便將靠近該加熱器的該相變化區(qū)域的該儲存材料次光刻柱的第一部位熔化，以及不會熔化在該加犰器遠(yuǎn)程的該儲存材料次光刻柱的第二部位，使得有通過加執(zhí)"、、器和餘艱材料次光刻柱讓頂電極與底電極電性稱接的儲存裝置來設(shè)定或重置。因為儲存單元重置需要低能量(電流)，因而特別需要具有結(jié)合加執(zhí)"、、器的儲存材料次光刻柱特別是當(dāng)有許多儲存單元同時或在短時間內(nèi)重置時，此設(shè)計讓儲存裝置生成較少執(zhí)"、、量以符合儲存陣列減少熱量的需求。熟習(xí)本項技術(shù)的人士依照本發(fā)明在此揭露的精神。將知曉相關(guān)替代可能以及更新實施例。然而本發(fā)明本身是定義于專利申請范圍中。權(quán)利要求1.一種儲存裝置，其特征在于，包含一底電極；一頂電極；一儲存材料，位于該底電極與該頂電極之間，其中該儲存材料可由加熱而被程序化成不同的電阻狀態(tài)；一加熱器，其包含一加熱器材料，其中該加熱器材料的電阻大于該頂電極的電阻，亦大于該儲存材料當(dāng)中最高電阻狀態(tài)的電阻值，而該加熱器位于該頂電極與該儲存材料之間；一可程序化電阻變化區(qū)域，其位于所述儲存材料中，可由該加熱器電阻性地加熱而被選擇性地程序化，以便將該可程序化電阻變化區(qū)域由一第一電阻狀態(tài)轉(zhuǎn)換至一第二電阻狀態(tài)，其中該可程序化電阻變化區(qū)域在鄰近該加熱器的該儲存材料的一部位。全文摘要一種具有薄加熱器的儲存裝置，并在一可程序化電阻變化材料(儲存材料)次光刻(光刻)柱上形成一可程序化電阻變化區(qū)域，而其中該加熱器形成在該頂電極和該可程序化材料之間。在一特定實施例中，一儲存材料的次光刻柱為一位于該介電材料層內(nèi)的硫?qū)倩?。?dāng)該儲存裝置程序化或重置時，在該可程序化電阻材料和該頂電極間的一加熱器，會在緊鄰該加熱器處形成一活性區(qū)域或可程序化電阻變化區(qū)域。文檔編號H01L45/00GK101252168SQ200710180760公開日2008年8月27日申請日期2007年10月12日優(yōu)先權(quán)日2007年2月21日發(fā)明者龍翔瀾申請人:旺宏電子股份有限公司