阻變存儲器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種阻變存儲器件及其制造方法。所述阻變存儲器件包括：下電極；可變電阻層，所述可變電阻層形成在下電極之上，并且被配置使得其體積根據(jù)溫度收縮或膨脹；以及上電極，所述上電極形成在可變電阻層上。下電極的至少一部分被配置成與上電極電連接。
【專利說明】阻變存儲器件及其制造方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年8月29日向韓國專利局提交的申請?zhí)枮?0-2012-0094702的韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用合并于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明構(gòu)思涉及一種下一代的存儲器件及其制造方法，更具體而言，涉及一種阻變存儲器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]非易失性存儲器件具有即使電源被關(guān)斷儲存在其中的數(shù)據(jù)也不被擦除的數(shù)據(jù)保留特性。因此，非易失性存儲器件已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于計算機(jī)、移動通信系統(tǒng)以及存儲卡
坐寸ο
[0005]作為非易失性存儲器件，典型地，已經(jīng)廣泛地利用了快閃存儲器件。快閃存儲器件主要利用具有層疊的柵結(jié)構(gòu)的存儲器單元?？扉W存儲器件需要改善隧道氧化物層的薄膜質(zhì)量并增加單元的耦接比，以便增強快閃存儲器單元的漫游可靠性和編程效率。
[0006]目前，除了快閃存儲器件以外已經(jīng)提出了新的下一代存儲器件，例如相變隨機(jī)存取存儲器件(PRAM)、磁阻隨機(jī)存取存儲器件(MRAM)以及阻變隨機(jī)存取存儲器件(ReRAM)
坐寸ο
[0007]盡管提出的下一代存儲器件理論上具有器件特性，但是它們難以保證大直徑晶圓上的穩(wěn)定特性。
[0008]具體地，PRAM具有很高的顯影完整性，但是由于相變材料的不穩(wěn)定性和可變的材料屬性而難以制造PRAM。MRAM利用不容易被刻蝕的銅金屬層，所以難以制造MRAM。此外，ReRAM具有不準(zhǔn)確的驅(qū)動機(jī)制，且因而不可以保證可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)示例性實施例的一個方面，一種阻變存儲器件可以包括:下電極；可變電阻層，所述可變電阻層形成在下電極之上，并且被配置使得其體積根據(jù)溫度收縮或膨脹；以及上電極，所述上電極形成在可變電阻層之上，其中，下電極的至少一部分被配置成與上電極電連接。
[0010]根據(jù)示例性實施例的另一個方面，一種阻變存儲器件可以包括:層間絕緣層，所述層間絕緣層形成在半導(dǎo)體襯底之上，在所述半導(dǎo)體襯底中限定了用于形成可變電阻層的空間；開關(guān)器件，所述開關(guān)器件被設(shè)置在用于形成可變電阻層的空間中；圓柱型下電極，所述圓柱型下電極在用于形成可變電阻層的空間中形成在開關(guān)器件上；形狀記憶合金層，所述形狀記憶合金層被掩埋在用于形成可變電阻層的空間中，由圓柱型下電極包圍；以及上電極，所述上電極形成在形狀記憶合金層上，其中，上電極被配置成與圓柱型下電極的至少一部分接觸。[0011]根據(jù)示例性實施例的另一個方面，一種用于制造阻變存儲器件的方法可以包括以下步驟:在半導(dǎo)體襯底上形成下電極；在下電極上形成形狀記憶合金層；以及在形狀記憶合金層上形成上電極以與下電極的至少一部分接觸。
[0012]在以下標(biāo)題為“【具體實施方式】”的部分中描述這些和其它的特點、方面以及實施例。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]從如下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中將更加清楚地理解以上和其它的方面、特征和優(yōu)點，其中:
[0014]圖1A和圖1B是示意性地說明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個示例性實施例的阻變存儲器件的截面圖；
[0015]圖2A和圖2B是解釋根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個示例性實施例的阻變存儲器件的驅(qū)動的示圖；以及
[0016]圖3A至圖3D是說明一種用于制造根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個示例性實施例的阻變存儲器件的方法的截面圖。
【具體實施方式】
[0017]在下文中，將參照附圖更詳細(xì)地描述示例性實施例。
[0018]本文參照截面圖來描述示例性實施例,截面圖是示例性實施例(以及中間結(jié)構(gòu))的示意性圖示。照此，可以預(yù)料到圖示的形狀變化是例如制造技術(shù)和/或公差的結(jié)果。因而，示例性實施例不應(yīng)被解釋為限于本文所說明的區(qū)域的特定形狀，而是可以包括例如來自于制造的形狀差異。在附圖中，為了清楚起見，可能對層和區(qū)域的長度和尺寸進(jìn)行夸大。相同的附圖標(biāo)記在附圖中表示相同的元件。應(yīng)當(dāng)容易理解的是:本公開中的“在…上”和“在…之上”的含義應(yīng)當(dāng)采用最廣義的方式來解釋，使得“在…上”的意思不僅是“直接在某物上”，還包括在具有中間特征或中間層的情況下“在某物上”的意思；“在…之上”的意思不僅是指直接在某物頂部上，還包括在具有中間特征或中間層的情況下在某物的頂部上的意思。
[0019]圖1A和圖1B是示意性地說明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個示例性實施例的阻變存儲器件的截面圖。
[0020]參見圖1A和圖1B，阻變存儲器件可以包括:下電極10、形狀記憶合金層20a或20b、以及上電極30。阻變存儲器件還可以包括空隙21。具體地，圖1A的形狀記憶合金層20a說明膨脹相，而圖1B的形狀記憶合金層20b說明收縮相。
[0021]下電極10可以包括底部10a，所述底部IOa與開關(guān)器件(未示出)連接；以及側(cè)壁部10b，所述側(cè)壁部IOb被設(shè)置在底部IOa上，并且從底部IOa的邊緣向上電極30延伸。換言之，大體采用具有底部的圓柱形狀來配置下電極10，由此開放下電極10以限定用于形成可變電阻層的空間。 [0022]可以將形狀記憶合金層20a和20b掩埋在用于形成可變電阻層的空間中。形狀記憶合金層20a和20b的每個可以包括基于鎳鈦的合金，所述基于鎳鈦的合金包括鈦-鎳(T1-Ni)、鈦-鎳-鉿(T1-N1-Hf )、鈦-鎳-鋯(T1-N1-Zr)、鈦-鎳-鈀(T1-N1-Pd)或鈦-鎳-鉬(T1-N1-Pt);或者基于銅的合金,所述基于銅的合金包括銅(Cu)-招(Al)-鎳(Ni)或銅(Cu)-鋅(Zn)-鎳(Ni)。
[0023]上電極30可以形成在下電極10的側(cè)壁部10b、以及與側(cè)壁部IOb電連接的形狀記
憶合金層20a上。
[0024]如現(xiàn)有技術(shù)所知，形狀記憶合金層具有其體積根據(jù)溫度改變的屬性。換言之，形狀記憶合金層20a和20b具有作為體積收縮的低溫相的馬氏體相(如20b)、和作為其體積膨脹的高溫相的奧氏體相(如20a)。
[0025]因此，如圖2A和圖2B中所示，形狀記憶合金層20a和20b具有作為在加熱之前的收縮相的馬氏體相(如20b)，并且具有作為當(dāng)通過下電極10加熱增加形狀記憶合金層20a和20b的溫度時的膨脹相的奧氏體相A(如20a)。此時，第一形狀記憶合金層20a和20b的加熱時段可以是與將第一形狀記憶合金層20a和20b相位改變的溫度范圍相對應(yīng)的時段。
[0026]當(dāng)如圖2A所示快速地冷卻形狀記憶合金層20a時，形狀記憶合金層20a被連續(xù)地保持在奧氏體相A，并且下電極10和上電極30通過形狀記憶合金層20a來連接。因此，用于形成可變電阻層的空間的電阻值變成形狀記憶合金層20a的電阻值，并且存儲器件處于低電阻狀態(tài)，即設(shè)定狀態(tài)。
[0027]另一方面，當(dāng)如圖2B中所示緩慢地冷卻形狀記憶合金層20a時，形狀記憶合金層20a在緩慢冷卻工藝期間返回到初始馬氏體M相。因此，空隙21通過形狀記憶合金層20b的收縮而形成在下電極10與上電極30之間?？勺冸娮鑼有纬煽臻g的電阻值變成形狀記憶合金層20b的電阻值與空隙21的電阻值之和。如現(xiàn)有技術(shù)所知，由于空氣具有比形狀記憶合金層更大的電阻值，所以存儲器件處于高電阻狀態(tài)，即復(fù)位狀態(tài)。
[0028]在這個示例性實施例中，下電極10被配置使得下電極10的至少一部分與上電極30電連接。如果下電極10不希望與上電極30連接，則當(dāng)形狀記憶合金層20b收縮時在存儲器單元中引起開路，這是因為當(dāng)形狀記憶合金層20b收縮時形狀記憶合金層20b與上電極30分開，而當(dāng)形狀記憶合金層20a膨脹時形狀記憶合金層20a與上電極30接觸。因此，下電極10采用間隔件類型或圓柱型來配置，以將上電極30和下電極10連接。然而，下電極10的結(jié)構(gòu)不限制于此，并且下電極10可以具有其至少一部分與上電極30連接的任何結(jié)構(gòu)。
[0029]形狀記憶合金使得用于形成可變電阻層的空間的電阻值根據(jù)溫度通過其收縮和膨脹來改變，使得可以實施新的存儲器件。形狀記憶合金可以被雙向改變形狀，并且目前被應(yīng)用到各種領(lǐng)域，并且因此與現(xiàn)存的存儲器件相比，該存儲器件在制造和可靠性方面穩(wěn)定。
[0030]圖3A至圖3D是說明一種用于制造根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個示例性實施例的阻變存儲器件的方法的截面圖。
[0031]參見圖3A，在半導(dǎo)體襯底100上形成層間絕緣層110。半導(dǎo)體襯底100可以包括形成在其中的結(jié)類型字線105、或形成在其上的金屬字線105?？涛g層間絕緣層110的部分以形成接觸孔H。在接觸孔H的下部中形成二極管115，并且在二極管115上形成用于下電極的底部120。二極管115可以根據(jù)字線105的類型由PN 二極管或肖特基二極管來配置。底部120可以包括導(dǎo)電材料層。此外，層間絕緣層110可以由單層或多層來配置。層間絕緣層110可以被形成為具有比二極管115的高度和底部120的高度之和更大的高度，使得形成用于形成可變電阻層的空間。
[0032]參見圖3B，將導(dǎo)電材料層沉積在底部120上，然后各向異性地刻蝕導(dǎo)電材料層以在底部120上形成用于下電極的圓柱型側(cè)壁部123。在一些情況下，側(cè)壁部123可以采用間隔件類型來配置。因此，在用于形成可變電阻層的空間中形成包括底部120和側(cè)壁部123的下電極125。
[0033]參見圖3C，為了形成可變電阻層130，將形狀記憶合金材料掩埋在用于形成可變電阻層的空間中，然后進(jìn)行平面化以暴露出側(cè)壁部123的頂表面。此時，形狀記憶合金材料可以包括諸如T1-N、T1-N1-Hf、T1-N1-Zr、T1-N1-Pd或T1-N1-Pt的基于鎳鈦的合金，或諸如Cu-Al-Ni或Cu-Zn-Ni的基于銅的合金。
[0034]參見圖3D，將導(dǎo)電材料層沉積在形成可變電阻層130的圖3C的所得結(jié)構(gòu)上，然后圖案化以形成覆蓋可變電阻層130和側(cè)壁部123暴露出的頂表面的上電極140。將通過上電極140暴露出的層間絕緣層110凹陷預(yù)定的厚度以減小干擾，由此形成凹陷的層間絕緣層 IlOa0
[0035]如上所述，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例，形狀記憶合金層用作可變阻變材料，以通過形狀記憶合金層根據(jù)溫度的收縮和膨脹來實現(xiàn)存儲操作。
[0036]本發(fā)明的上述實施例是說明性的并非限制性的。各種替換和等價是可以的。本發(fā)明不通過本文描述的實施例來限制。本發(fā)明也不限制于半導(dǎo)體器件的任何特定類型。其他的增加、刪減或修改根據(jù)本說明書是顯然的，并且要落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種阻變存儲器件，包括: 下電極； 可變電阻層，所述可變電阻層形成在所述下電極之上，并且被配置使得其體積根據(jù)溫度收縮或膨脹；以及 上電極，所述上電極形成所述可變電阻層之上， 其中，所述下電極的至少一部分被配置成與所述上電極電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的阻變存儲器件，其中，所述可變電阻層被配置使得其上表面根據(jù)溫度與所述上電極接觸或者與所述上電極分開。
3.如權(quán)利要求1所述的阻變存儲器件，其中，所述下電極包括底部和形成在所述底部上的圓柱型側(cè)壁部，以限定用于形成可變電阻層的空間。
4.如權(quán)利要求3所述的阻變存儲器件，其中，所述可變電阻層被配置成掩埋在用于形成所述可變電阻層的空間中。
5.如權(quán)利要求1所述的阻變存儲器件，其中，所述可變電阻層包括一種材料，，當(dāng)可變電阻層在加熱膨脹之后被快速地冷卻時，所述材料保持膨脹狀態(tài)，并且當(dāng)加熱的可變電阻層被緩慢地冷卻時，所述材料返回收縮狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求5所述的阻變存儲器件，其中，所述可變電阻層包括基于鎳鈦的合金，所述基于鎳鈦的合金包括鈦-鎳T1-N1、鈦-鎳-鉿T1-N1-HfJjc -鎳-鋯T1-N1-ZrJjc -鎳-鈀T1-N1-Pd或鈦-鎳-鉬T1-N1-Pt,或者基于銅的合金,所述基于銅的合金包括銅-招-鎳Cu-Al-Ni 或銅-鋅-鎳 Cu-Zn-Ni。
7.如權(quán)利要求5所述的阻變存儲器件，其中，所述阻變存儲器件被配置成當(dāng)所述可變電阻層膨脹時處于設(shè)定狀態(tài)，并且當(dāng)所述可變電阻層收縮時處于復(fù)位狀態(tài)。
8.一種阻變存儲器件，包括: 層間絕緣層，所述層間絕緣層形成在半導(dǎo)體襯底之上，在所述半導(dǎo)體襯底中限定了用于形成可變電阻層的空間； 開關(guān)器件，所述開關(guān)器件被設(shè)置在用于形成所述可變電阻層的空間中； 圓柱型下電極，所述圓柱型下電極在用于形成所述可變電阻層的空間中形成在所述開關(guān)器件上； 形狀記憶合金層，所述形狀記憶合金層被掩埋在用于形成所述可變電阻層的空間中，由所述圓柱型下電極包圍；以及 上電極，所述上電極形成在所述形狀記憶合金層上， 其中，所述上電極被配置成與所述圓柱型下電極的至少一部分接觸。
9. 如權(quán)利要求8所述的阻變存儲器件，其中，所述形狀記憶合金層包括一種材料，當(dāng)所述形狀記憶合金層在加熱膨脹之后被快速冷卻時，所述材料保持膨脹狀態(tài)，并且當(dāng)加熱的形狀記憶合金層被緩慢地冷卻時，所述材料返回收縮狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求8所述的阻變存儲器件，其中，所述形狀記憶合金層包括基于鎳鈦的合金，所述基于鎳鈦的合金包括鈦-鎳T1-N1、鈦-鎳-鉿T1-N1-HfJjc -鎳-鋯T1-N1-Zr、鈦-鎳-鈕T1-N1-Pd或鈦-鎳-鉬T1-N1-Pt,或者基于銅的合金,所述基于銅的合金包括銅_招_鎮(zhèn)Cu-Al-Ni或銅_鋒_鎮(zhèn)Cu-Zn-Ni。
11.如權(quán)利要求8所述的阻變存儲器件，其中，所述阻變存儲器件被配置成當(dāng)所述形狀記憶合金層膨脹時處于設(shè)定狀態(tài)，并且當(dāng)所述形狀記憶合金層收縮時處于復(fù)位狀態(tài)。
12.一種用于制造阻變存儲器件的方法，所述方法包括以下步驟: 在半導(dǎo)體襯底上形成下電極； 在所述下電極上形成形狀記憶合金層；以及 在所述形狀記憶合金層上形成上電極以與所述下電極的至少一部分接觸。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述形成下電極的步驟包括以下步驟: 在所述半導(dǎo)體襯底之上形成圖案型底部；以及 在所述圖案型底部上形成圓柱型側(cè)壁部。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述形狀記憶合金層被形成為掩埋在由所述圖案型底部和所述圓柱型側(cè)壁部包 圍的空間中。
【文檔編號】H01L45/00GK103682092SQ201310074763
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月29日
【發(fā)明者】尹孝燮, 曺漢宇 申請人:愛思開海力士有限公司