CN101038951A - 管状电极相变化存储器的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用以制造存储单元元件的方法，包括：形成底电极，其包括有管状构件、顶、底、以及在垂直于此管状构件的轴向的方向具有厚度的侧壁，并具有环状上表面。在此管状构件的底面形成有碟形构件，其在与此管状构件同轴方向具有厚度、其与此管状构件的侧壁的厚度无关。在此管状构件的上表面沉积并接触有一层可编程电阻材料。顶电极，其与此层可编程电阻材料接触。本发明还公开一种集成电路，其包括由此种存储单元所形成的阵列。

Description

管状电极相变化存储器的制造方法
联合研究合约的当事人
国际商业机械公司纽约公司、旺宏国际股份有限公司台湾公司及英飞凌技术公司(Infineon Technologies A.G.)德国公司为联合研究合约的当事人。
技术领域
本发明涉及以可编程电阻材料为基础的高密度存储器件，例如以相变化为基础的存储材料，并涉及用以制造这类元件的方法。
背景技术
以相变化为基础的存储材料被广泛地运用于读写光盘片中。这些材料包括有至少两种固态相，包括如大致非晶态的固态相，以及大致为结晶态的固态相。激光脉冲用于读写光盘片中，以在二种相间切换，并读取此种材料在相变化之后的光学性质。
如硫属化物及类似材料的这些相变化存储材料，可通过施加其幅度适用于集成电路的电流，而引起晶相变化。这种特性则引发使用可编程电阻材料以形成非易失性存储电路等的兴趣。
此领域发展的一种方法致力于在集成电路结构上形成微小孔洞，并使用微量可编程电阻材料填充这些微小孔洞。致力于这些微小孔洞的专利包括：于1997年11月11日公告的美国专利No.5,687,112，题为”Multibit Single Cell Memory Element Having Tapered Contact”、发明人为Ovshinky；于1998年8月4日公告的美国专利No.5,789,277，题为”Method of Making Chalogenide[sic]Memory Device”、发明人为Zahorik等；于2000年11月21日公告的美国专利No.6,150,253，题为”Controllable Ovonic Phase-Change Semiconductor Memory Deviceand Methods of Fabricating the Same”、发明人为Doan等。
在相变化存储器中，数据通过由使用电流而引起相变化材料在非晶态以及结晶态中的转换而储存。电流会加热此材料，并导致在此二态之间的转换。从非晶态转变至结晶态一般为低电流步骤。从结晶态转变至非晶态(以下指称为重置(reset))一般为较高电流步骤。理想状态下，引起相变化材料从结晶态转变至非晶态的重置电流幅度应越低越好。欲降低重置所需的重置电流幅度，可通过减低在存储器中的相变化材料元件的尺寸而达成。与相变化存储器件有关的问题之一在于，用以重置操作的电流幅度取决于相变化材料中需要进行相变化部分的体积。因此，使用标准集成电路工艺所制造的单元，将受限于工艺设备的最小特征尺寸。因此，需要一种可提供次平板印刷(sublithographic)尺寸给存储单元的技术，其可提供大规模、高密度存储器件所需要的一致性或可靠度。
一种用以在相变化单元中控制活性区域的尺寸的方法，是设计非常微小的电极，以导通电流至相变化材料本体。此微小电极结构将引起在相变化材料中接触点处如蘑菇状的一小部分发生相变化。请参见美国专利申请No.6,429,064、公告于2002/8/6、申请人为Wicker的”Reduced Contact Areas of Sidewall Conductor”；美国专利申请No.6,462,253、公告于2002/10/8、申请人为Gilgenr的”Method forFabricating a Small Area of Contact Between Electrodes”；美国专利申请No.6,501,111、公告于2002/12/31、申请人为Lowrey的”Three-Dimensional(3D)Programmable Device”；美国专利申请No.6,563,156、公告于2003/7/1、申请人为Harshfield的”MemoryElements and Methods for Making Same”。
因此，则有机会设计形成存储单元的方法与结构，此存储单元具有微小的可编程电阻材料活性区域，并使用可靠且可重复的制造技术。
发明内容
本发明包括用以形成存储单元元件的元件以及方法，此存储单元元件在底电极以及一层可编程电阻材料(例如相变化材料)之间包括有微小的接触区域。一种用以制造存储单元元件的方法，包括：形成底电极，其包括有管状构件、第一端(以下称为“底”)、第二端(以下称为“顶”)、以及在垂直于此管状构件的轴向的方向具有厚度的侧壁，并在之上具有环状表面。在此管状构件的底面形成有碟形构件，其在与此管状构件同轴的方向具有厚度、其与此管状构件的侧壁的厚度无关。此外，在本发明实施例中，此碟形构件的材料与管状构件的材料不同。在此管状构件的环形上表面沉积并接触有一层相变化材料。第二电极，其形成于其上并与此层相变化材料接触。
在本文的实施例中，此第一电极以一方法形成，此方法包括：形成一层基本上平坦的第一电极材料于接触点结构上，形成优选地包括介质材料或低导电性材料的圆柱于此层电极材料上，沉积共形层的第二电极材料于此圆柱上、使得此圆柱的电极材料侧壁接触至第一电极材料层，沉积填充材料并接着蚀刻或研磨此结构至正交至此圆柱的上表面之下的水平面，留下具有环形上表面且包括有第二电极材料的管状构件。此第一电极材料选自可稳定地与其下的材料接触并与第二电极材料产生良好附着的材料。此第二电极材料的选择依据电阻率，使得其可作为相变化材料的加热器，并可良好地附着至相变化材料。在某些实施例中，此第一与第二电极材料为相同材料。在优选实施例中，此第一与第二电极材料为不同材料。
一层可编程电阻材料沉积于此管状构件的环形表面上、并与之接触。
本发明公开了一种包括有存储阵列的集成电路，其包括多个具有存取晶体管的这类存储器件，其以高密度的列、行阵列方式安排。此存取晶体管在半导体衬底中包括有源极与漏极区域，且包括沿着存储单元的行方向连接至字线的栅极。此存储单元形成于此集成电路的晶体管上的一层中，且具有底电极，其接触至相对应的存取晶体管的漏极。位线以一层位于存储单元上的金属层而形成，此存储单元在阵列中沿着存储单元的列方向而接触至此存储器件的顶电极。在一实施例中，二行存储单元共用源极接触点，且源极线连接至源极接触点，并在此阵列中大致上以与字线平行的方向延伸。
可靠的存储单元结构可利用低电流操作，并可利用标准平板印刷与沉积工艺制造。此单元结构特别适用于制造大规模集成电路中的CMOS电路。
以下详细说明本发明的结构与方法。本发明内容说明部分的目的并非在于限定本发明。本发明由权利要求书所限定。凡本发明的实施例、特征、观点及优点等将可通过下列说明书、权利要求书及附图获得充分了解。
附图说明
图1为根据连接至可编程电阻材料的管状电极的实施例所获得的通孔剖面图。
图2A与2B为导电材料的管状构件的实施例的直角剖面图。
图3包括有如图1中的存储元件的存储阵列的电路图。
图4为包括有管状电极相变化存储阵列以及其他电路的集成电路元件的方框图。
图5为本发明实施例中，二单元阵列结构的剖面图。
图6-15示出用以制造管状相变化存储元件时的各对应工艺步骤。
主要元件符号说明
10                相变化存储单元
11                底电极
12                管状构件
13                碟形构件
14                可编程电阻材料
15                终端
18                顶电极
23                字线
24                字线
28                共同源极线
32                底电极构件
33                底电极构件
34                顶电极构件
35                管状电极存储单元
36                管状电极存储单元
37                顶电极构件
41                位线
42                位线
50，51，52，53    存取晶体管
60                存储阵列
61                行解码器
62                字线
63                列解码器
65                总线
67                总线
68                偏压安排供给电压
69                偏压安排状态机
71                数据输入线路
72                数据输出线路
74                其他电路
75                集成电路
100               相变化随机存取存储单元
101               相变化随机存取存储单元
113               多晶硅线
114               多晶硅线
115               漏极区域
116               共同源极区域
117               漏极区域
118               填充层
119               共同源极线
120               接触栓塞结构
121                接触栓塞结构
125                管状构件
126                管状构件
127                相变化元件
128                相变化元件
130                图案金属层
131                层间接触点
132                层间接触点
136                位线
140                上表面
141                表面
142                (电极材料)层
143                绝缘填充层
145                掩模
146                掩模
147                掩模
148                掩模
149                圆柱形构件
150                碟形构件
151                圆柱形构件
152                碟形构件
154                侧壁结构
155                侧壁结构
160                圆柱结构
161                圆柱结构
165                填充层
166                环形上表面
167                环形上表面
具体实施方式
以下详细的说明参照附图。优选实施例仅用以说明本发明，而非用以限制其范围，本发明的范围以权利要求书界定。本领域的技术人员应能依据下列说明而理解本发明的等效变化。
图1为管状电极相变化存储单元10的简化截面图。此单元包括底电极11，其接触至存取结构的终端15。此底电极包括管状构件12以及位于此管状构件12底部的碟形构件13。此管状构件12以及碟形构件13包含电极材料，且优选地但非必要地，此二构件包括相同材料，例如氮化钛等。在某些实施例中，热绝缘层位于此管状构件12的内表面之内。在所示出的实施例中，此管状构件12填充有绝缘材料16，其优选地具有低导热性。可编程电阻存储材料层14形成于此管状构件11的环形上表面之上，并与其接触。顶电极18与可编程电阻存储材料层14形成电接触。
此管状构件12包括具有内表面12a与外表面12b的侧壁，此二者为圆筒状。因此，内与外表面12a、12b可理解为基本上为圆筒状的表面，典型地可以沿着固定直线并正交至固定曲线的表而所界定，对于圆筒而言，此固定直线即位于管状构件中心的轴线，且此固定曲线为以此轴线为中心的圆形。此圆形圆筒形状的内与外表面12a、12b可以此管状构件的侧壁的厚度的对应半径所界定，即界定此管状构件的内径与外径。在管状构件的实施例中，随着形成此管状构件的制造技术不同，此圆筒状形状可包括圆形、椭圆形、方形、或类似方形的不规则状的外圆周。本文中所提及的“环形”上表面，并非一定为圆形，而可以为此管状构件的横截面形状。
图2A与2B显示图1中的单元10的底电极11的对应剖面图。此底电极11包括了填充有材料16的管状构件12、以及碟形构件13。区域19代表管状构件12的环形上表面。碟形构件13中平行于管状构件的轴心的厚度T1，远大于管状构件12中垂直于管状构件轴心的横向厚度T2。优选地，T1厚度至少为T2厚度的两倍。
在所述实施例中，此管状构件在其底端具有由碟形构件13所界定的封闭底部，且其电接触至接触点15上表面。在管状构件单元中的此填充物16可包括二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化铝、或其他低介电常数(低K)的介质，或为ONO或SONO多层结构。或者，此填充物可包括电绝缘层其包括选自下列群组的一个以上元素：硅、钛、铝、钽、氮、氧、以及碳。在优选元件中，此填充物具有低导热性，其低于约0.014J/cm*K*sec。在其他优选实施例中，此热绝缘层的导热性低于此相变化材料于非晶态时的导热性，或者低于包含有GST的相变化材料的导热性，亦即0.003J/cm*K*sec。代表性的热绝缘材料包括该些包括有下列元素的组合物材料：硅、碳、氧、氟、以及氢。可用作热绝缘顶层的热绝缘材料范例包括：二氧化硅、硅碳氧化物(SiCOH)、聚酰亚胺、聚酰胺、以及氟碳聚合物。其他可用作为热绝缘顶层的例示材料包括：含氟二氧化硅、硅氧烷(silsesquioxane)、聚亚芳香醚(polyarylene ether)、聚对二甲苯(parylene)、含氟聚合物、含氟非晶碳、类钻石碳、多孔性二氧化硅、中孔性二氧化硅、多孔性硅氧烷、多孔性聚酰亚胺、以及多孔性聚亚芳香醚。在其他实施例中，此热绝缘结构包括以气体填充的空洞以做为热绝缘。在此管状中的单层或复合层均可提供热绝缘与电绝缘效果
在本发明的实施例中，此管状构件包括形成于圆柱(pillar)的侧面的薄膜，此圆柱形成于一层电极材料上。此管状构件的侧壁可非常薄，其由用以在圆柱上进行原形薄膜沉积的工艺所决定。同样地，在本发明实施例中，此碟形构件的厚度与管状构件的侧壁厚度无关。反而，此碟形构件以不同工艺完成，例如在厚度远大于侧壁厚度的接触点上以基本上平坦的沉积步骤，而改善接触点至存取电路的可靠度，并改善存储单元的结构完整性。
本文中的存储单元可利用标准的平板印刷(lithographic)工艺以及薄膜沉积技术所制造，不需要额外形成次平板印刷图案的步骤，并可在此单元中实际上于编程时改变电阻的区域获得极小的尺寸。在本发明的实施例中，此可编程电阻材料包括相变化材料，例如以下所述的Ge2Sb2Te5或其他材料。单元10中进行相变化的区域非常小，因此相变化所需要的重置电流得幅度也相当小。
存储材料的实施例包括了相变化为基础的存储材料，包括以硫属化物为基础与的材料与其他材料做为电阻元件。硫属化物包括下列四元素中的任一种：氧(O)、硫(S)、硒(Se)、以及碲(Te)，形成元素周期表上第VI族的部分。硫属化物包括将一硫属元素与一更为正电性的元素或自由基结合而得。硫属化合物合金包括将硫属化合物与其他物质如过渡金属等结合。硫属化合物合金通常包括一个以上选自元素周期表第六栏的元素，例如锗(Ge)以及锡(Sn)。通常，硫属化合物合金包括下列元素中一个以上的复合物：锑(Sb)、镓(Ga)、铟(In)、以及银(Ag)。许多以相变化为基础的存储材料已在技术文件中进行了描述，包括下列合金：镓/锑、铟/锑、铟/硒、锑/碲、锗/碲、锗/锑/碲、铟/锑/碲、镓/硒/碲、锡/锑/碲、铟/锑/锗、银/铟/锑/碲、锗/锡/锑/碲、锗/锑/硒/碲、以及碲/锗/锑/硫。在锗/锑/碲合金家族中，可以尝试大范围的合金成分。此成分可以下列特征式表示：TeaGebSb100-(a+b)。一位研究员描述了最有用的合金为，在沉积材料中所包括的平均碲浓度远低于70％，典型地低于60％，并在一般类型的合金中的碲含量范围从最低23％至最高58％，且最佳为介于48％至58％得到碲含量。锗的浓度高于约5％，且其在材料中的平均范围从最低8％至最高30％，一般低于50％。最佳地，锗的浓度范围介于8％至40％。在此成分中所剩下的主要成分则为锑。上述百分比为原子百分比，其为所有组成元素总和为100％。(Ovshinky‘112专利，栏10～11)由另一研究者所评估的特殊合金包括Ge2Sb2Te5、GeSb2Te4、以及GeSb4Te7。(Noboru Yamada，”Potential of Ge-Sb-Te Phase-changeOptical Disks for High-Data-Rate Recording”，SPIE v.3109，pp.28-37(1997))更一般地，过渡金属如铬(Cr)、铁(Fe)、镍(Ni)、铌(Nb)、钯(Pd)、铂(Pt)、以及上述的混合物或合金，可与锗/锑/碲结合以形成相变化合金，其包括有可编程的电阻性质。可使用的存储材料的特殊范例，如Ovshinsky‘112专利中栏11-13所述，其范例在此列入参考。
相变化合金能在此单元活性通道区域内依其位置共序在材料为一般非晶态的第一结构状态与为一般结晶固体状态的第二结构状态之间切换。这些材料至少为双稳定态的。“非晶”一词指相对较无次序的结构，其比单晶更无次序性，而带有可检测的特征，如比结晶态更高的电阻值。“结晶态”指相对较有次序的结构，其比非晶态更有次序，因此包括有可检测的特征，例如比非晶态更低的电阻值。典型地，相变化材料可电切换至完全结晶态与完全非晶态之间所有可检测的不同状态。其他受到非晶态与结晶态的改变而影响的材料特中包括，原子次序、自由电子密度、以及活化能。此材料可切换成为不同的固态、或可切换成为由两种以上固态所形成的混合物，提供从非晶态至结晶态之间的灰阶部分。此材料中的电性质也可能随之改变。
相变化合金可通过施加电脉冲而从一种相态切换至另一相态。先前观察指出，较短、较大幅度的脉冲倾向于将相变化材料的相态改变成大体为非晶态。较长、较低幅度的脉冲倾向于将相变化材料的相态改变成大体为结晶态。在较短、较大幅度脉冲中的能量够大，因此足以破坏结晶结构的键结，同时够短因此可以防止原子再次排列成结晶态。在没有不适当实验的情形下，可决定特别适用于特定相变化合金的适当脉冲量变曲线。
在本文的后续部分，此相变化材料以GST代称，同时应该了解，也可使用其他类型的相变化材料。在本文中所描述的一种适用于PCRAM中的材料，为Ge2Sb2Te5。
如相变化材料等可编程的电阻材料，其有用的特征包括此材料具有可编程的电阻值，且优选以可逆方式进行编程，例如具有可由电流诱发而在可逆地切换的至少二相态。此至少二相态包括非晶态以及结晶态。然而，在操作中此可编程电阻材料不一定完全转换成非晶态或结晶态。中间相态或者混合相态可具有可检测的材料特征差异。此二固态相一般应为双稳定态的，且具有不同的电性质。此可编程电阻材料可为硫属化物材料。硫属化物材料可包括GST。或者，其可为上述相变化材料中的其他种类。
图3示出存储阵列，其可利用本文所述的方式形成。在图3中，共同源极线28、字线23、以及字线24设置为大致上平行于Y轴。位线41、42则设置为大致上平行于X轴。在方块45中的Y解码器以及字线驱动器连接至字线23、24。在方块46中的X解码器与一组感测放大器，连接至位线41、42。共同源极线28连接至存取晶体管50、51、52、53的源极终端。存取晶体管50的栅极连接至字线23。存取晶体管51的栅极连接至字线24。存取晶体管52的栅极连接至字线23。存取晶体管53的栅极连接至字线24。存取晶体管50的漏极连接至管状电极存储单元35的底电极构件32，此管状电极存储单元具有顶电极构件34。此顶电极构件34连接至位线41。相同地，存取晶体管51的漏极连接至管状电极存储单元36的底电极构件33，此管状电极存储单元具有顶电极构件37。此顶电极构件37连接至位线41。存取晶体管52、53连接至位于位线42上相对应的管状电极存储单元。如图所示，共同源极线28被二列存储单元共用，其中一列在图中呈现Y轴方向排列。在其他实施例中，此存取晶体管可被二极管体或其他用以在读取与写入数据阵列中控制电流至选定装置的结构所取代。
图4为根据本发明实施例的集成电路的简化方框图。此集成电路75包括存储阵列60，其以管状电极相变化存储单元形成于半导体衬底上。行解码器61连接至多条字线62，且在存储阵列60中沿着各列排列。列解码器63连接至多条位线64，其在存储阵列60中沿着各列排列并用以读取以及编程从存储阵列60中的存储单元的侧壁所获得的数据。位址从总线65提供至列解码器63以及行解码器61。在方块66的中的感测放大器以及数据读入(data-in)线路，经由数据总线67而连接至列解码器63。数据从集成电路衬底75上的输入/输出端口、或从集成电路75的其他内部或外部数据来源，经由数据输入线路71而提供至方块66的数据输入结构。在所述实施例中，此集成电路也包括其他电路74，如通用处理器或专用电路、或以薄膜保险相变化存储单元阵列所支持而可提供系统单晶片(system on a chip)功能的组合模组。数据从方块66中的感测放大器经由数据输出线路72，而传送至集成电路75的输入/输出端口，或传送至集成电路75内部或外部的其他数据目的。
在本实施例中使用偏压安排状态机69的控制器，控制偏压安排供给电压68的应用，例如读取、编程、擦除、擦除确认与编程确认电压等。此控制器可使用公知的专用逻辑电路。在替代实施例中，此控制器包括通用处理器，其可应用于同一集成电路中，此集成电路执行电脑程序而控制此元件的操作。在又一实施例中，此控制器使用了专用逻辑电路以及通用处理器的组合。
图5示出了一对管状电极相变化随机存取存储单元100-101。此二单元100-101形成于半导体衬底上。在每二列存储单元存取晶体管间，以浅沟槽隔离介质沟而隔离。这些存取晶体管以共同源极区域116、与漏极区域115、117而形成于衬底上。多晶硅字线113，114形成存取晶体管的栅极。接触栓塞结构121、120接触各个存取晶体管的漏极，且在本实施例中，共同源极线119接触阵列中一列的源极区域。在其他实施例中，此共同源极线通过在衬底中置入掺杂区域而形成，此掺杂区域可如在表面上选择性地含有金属硅化物的n+掺杂区域。栓塞结构120作为终端，其接触此单元100的底电极的存取晶体管。栓塞结构121作为终端其接触另一单元101的底电极的存取晶体管。此单元100，101包括管状构件125、126，其分别包含电极材料，此导体材料如氮化钛或其他可与元件127、128中的相变化材料兼容的导体。相变化元件127、128接触管状构件125、126的环形上表面。单元100-101的顶电极122、123接触至此相变化元件127、128，且包括如氮化钛或其他可与元件127、128中的相变化材料兼容的导体的材料。使用标准金属化技术所形成的图案金属层136，包括如以铜或铝为基础的金属，其覆盖此阵列的单元并提供位线。导电栓塞131、132连接图案金属层136与相对应的顶电极122、123。
在代表性的实施例中，此栓塞结构包括钨栓塞，且顶与底电极则包括氮化钛。其他可使用于这类结构中的导体类型，包括如铝及铝合金、氮化钛、氮化钽、氮化铝钛、或氮化铝钽。其他可使用的导体包括选自下列群组中的一个以上：钛(Ti)、钨(W)、钼(M0)、铝(Al)、钽(Ta)、铜(Cu)、铂(Pt)、铱(Ir)、镧(La)、镍(Ni)、钌(Ru)、以及氧(O)。
图6-15显示用以制造图5的管状电极存储单元的各工艺步骤。图6示出在前段工艺后的结构99，其形成在阵列中对应为字线以及存取晶体管的标准CMOS元件于实施例中，此阵列可参照图4。其中包括有栓塞120、121，其形成于对应的通孔中，这些通孔从填充层118的上表面140开始、延伸穿过填充层118、而至相应存取晶体管的漏极终端(115，117)。在本实施例的工艺中，此金属线119以及栓塞120、121利用标准钨栓塞技术而形成，且其尺寸通过用以形成该些通孔的平板印刷工艺所界定。在图6中，金属线119位于半导体衬底的掺杂区域116之上，而此掺杂区域116对应至图左的第一存取晶体管的源极终端、以及图右的第二存取晶体管的源极终端。掺杂区域115对应至第一存取晶体管的漏极终端。包括有多晶硅113以及金属硅化物覆盖层的字线作为此第一存取晶体管的栅极。填充层118包括如二氧化硅的介质，并位于多晶硅字线113之上。栓塞120接触至掺杂区域115并延伸至结构99的表面140。此第二存取晶体管的漏极终端由掺杂区域117所提供。包括有多晶硅114以及金属硅化物覆盖层的字线作为此第二存取晶体管的栅极。栓塞121接触至掺杂区域117并延伸至结构99表面。隔离沟槽将此包括有漏极终端115、117双晶体管结构与相邻的双晶体管结构分隔。栓塞120、121的上表面140作为用以存取结构99中的存取晶体管的终端。
图7示出工艺中的下一步骤。在此实施例中，第一电极材料层142沉积于衬底99的上表面14之上，此层142可以选择性地利用化学机械研磨等方式进行平坦化，以提供均匀的电极材料层于集成电路的阵列区域上。完成后的层142的厚度可例如介于20至100nm之间。此第一电极材料可为钛、铝、钨、氮化钛、铜、或其他可与此工艺相容的金属，其可与栓塞的上表面形成良好附着、可与第二电极材料形成良好附着，同时相当稳定。
接着，包括有二氧化硅或其他如上所述的介质或低导热性的绝缘填充层143，利用化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、高密度等离子体化学气相沉积等此领域公知方式而沉积。此绝缘填充层143的厚度可例如介于100至200nm之间。
此工艺的下一步骤示出于图8中，光阻层沉积并经显影，而形成光阻掩模145、146。在本发明实施例中，此掩模145、146具有如天线的圆形、椭圆形或方形的形状，且在光平板印刷(photolithographic)工艺的公差范围内对准至栓塞120、121。
在图9中则示出此工艺的下一步骤，此光阻掩模145、146经削切而形成较小的掩模147、148。举例而言，光阻掩模145，146可利用氧气等离子进行蚀刻而形成一个所谓的次平板印刷结构，即较小的掩模147、148，此二者保存了掩模145、146的天线形状，仅直径较小。
如图10所示，在下一步骤中，较小掩模147、148作为蚀刻掩模，以界定圆柱结构160、161，其包括相对应的碟形构件150、152，此二碟形构件包括有电极层142的材料、以及由填充层143的材料所形成的圆柱形构件149、151。在此单元的实施例中，圆柱状构件149、151的直径约为20至50nm。此碟形构件150、152位于栓塞120、121的上表面140上，并与栓塞120、121形成良好的电气以及物理接触。
图11示出此工艺的下一步骤，其进行了一层153第二电极材料的共形沉积于圆柱结构160、161、以及此衬底的表面141上。在此工艺的实施例中，此第二电极材料与第一电极材料相同。在其他实施例中，此第二电极材料的电阻率高于第一电极材料的电阻率，同时其对于可编程电阻材料有良好的粘着性。举例而言，此第二电极材料可为氮化钽、氮化钛、氮化铝、金属氧化物如氧化铱或氧化锂、或上述材料的组合。此第二电极材料可利用公知的技术所沉积，例如化学气相沉积、溅镀、或其他适用于所选定材料的原形沉积技术。
如图12所示，下一工艺步骤包括对层153进行各向异性蚀刻，以在圆柱160、161上形成侧壁结构154、155，同时从存取层99的上表面141移除电极材料。
如图13所示的下一步骤中，填充层(在回蚀刻后所剩余的部分标示为165)先沉积，紧接着以化学机械研磨等方式进行回蚀刻，以降低圆柱160、161的上表面的水平面，而从圆柱160、161的上表面移除电极材料，并确立管状构件125，126的高度。在回蚀刻之后，管状构件125、126的环形上表面166、167露出于此结构的上表面162。在代表性实施例中，此管状电极构件125，126的高度约为80至150nm，例如约100nm。管状电极构件125，126的侧壁厚度约为10至30nm，例如约20nm。因此，在优选实施例中，碟形构件150的厚度可至少为管状电极构件156、157的侧壁厚度的两倍以上。
图14示出在填充层165的表面以如溅镀等方式沉积GST共形层158或其他可编程电阻材料后的结构。GST可利用250℃的溅镀而沉积，或者利用金属有机化学气相沉积(MO-CVD)工艺而沉积。在代表性实施例中，此共形层158的厚度介于约30至100nm之间。接着，一层159电极材料沉积于层158上，此层159的材料可与层142相同，且其厚度介于30至100nm之间。
图1示出下一步骤中，经过平板印刷蚀刻以图案化层158、159而在管状电极构件125、126上界定存储元件127，128的结果。
下一步骤如前述图5中所示，绝缘填充层沉积于图15的结构上。在可能的实施例中，此填充层利用如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或高密度等离子化学气相沉积(HDP CVD)而将二氧化硅或其他类似材料沉积而得。最后，进行金属化以界定位线136以及层间接触点131、132，如图5中所示。
在操作时，电流所流经的路径，包括与栓塞120接触的存取元件的终端、管状构件125的侧壁、以及接触至可编程电阻存储元素127的环形表面。此电流路径还包括顶电极构件122、栓塞131、以及金属线136。活性区域一般位于可编程电阻存储元件中、接近此管状构件的环形表面时，其中相变化的发生是因为电流流动所产生的热量，而由于发生相变化的区域相当微小，因此降低了重置所需要的电流幅度。此外，由于环形表面的形状，管状构件直径的变化、管状构件的侧壁厚度的变化等，对于此单元在操作上的特性仅有相当小的影响，因此相对于以其他结构所形成的大范围阵列，本发明的阵列中可允许单元的特性均匀分布。
在上述实施例中，此管状构件的侧壁沿着此单元的周围连续延伸。在替代实施例中，可使用沉积技术以使得管状构件的侧壁不连续，进一步减少活性区域的体积。
虽然本发明已参照优选实施例进行了描述，应该了解的是，本发明并不受限于其详细描述内容。替换方式及修改方式已于先前描述中建议，并且其它替换方式及修改方式是本领域的技术人员可想到的。特别是，根据本发明的结构与方法，所有具有实质上相同于本发明的构件结合而达成与本发明实质上相同结果的，皆不脱离本发明的范围。因此，所有这些替换方式及修改方式意欲落在本发明所附的权利要求书及其等价物所界定的范畴中。任何在前文中提及的专利申请以及公开文本，均列为本申请的参考。

Claims (35)

1.一种用以制造存储器件的方法，包括：
形成第一电极，包括有管状构件，该管状构件具有轴向、第一端、第二端、以及在与该管状构件的轴向垂直的方向具有厚度的侧壁，并于该第二端具有环形表面，以及连接至该管状构件该第一端的碟形构件，包括：
形成第一电极材料层；
形成圆柱于该第一电极材料层上；
沉积共形电极材料层于该圆柱以及该第一电极材料层上，以形成以电极材料包覆的圆柱；以及
蚀刻该电极材料包覆的圆柱，以从该圆柱的顶端移除电极材料而显露出环形表面；
形成可编程电阻材料层，其接触至该管状构件的该环形表面；以及
形成第二电极，其接触至该可编程电阻材料层。
2.如权利要求1所述的方法，其中该碟形构件包括有第一材料，且该管状构件包括有与该第一材料不同的第二材料。
3.如权利要求1所述的方法，其中该管状构件包括有圆筒状内表面以及外表面，并于该管状构件的该内表面内部包括有热绝缘层。
4.如权利要求1所述的方法，其中该可编程电阻材料包含有非晶态，且该管状构件具有圆筒状内表面以及外表面，并于该管状构件的该内表面内包括有热绝缘层，该热绝缘层的导热性低于该可编程电阻材料层于非晶态时的导热性。
5.如权利要求1所述的方法，其中该管状构件包括有圆筒状内表面以及外表面，在该内表面与该外表面之间的厚度少于30nm。
6.如权利要求1所述的方法，其中该管状构件于其轴向的长度少于150nm。
7.如权利要求1所述的方法，其中该管状构件包括有圆筒状内表面，其直径少于50nm。
8.如权利要求1所述的方法，其中该管状构件包括有圆筒状内表面以及外表面，且该内表面与该外表面之间包括有厚度，且其中该碟形构件的厚度大于该内表面与该外表面之间的该侧壁的厚度的两倍。
9.如权利要求1所述的方法，其中该可编程电阻材料包括硫属化物。
10.如权利要求1所述的方法，其中该可编程电阻材料包括至少二固相态，该二固相态可通过电流而可逆地诱发。
11.如权利要求1所述的方法，其中该可编程电阻材料包括至少二固相态，其包括大致为非晶态以及大致为结晶态。
12.如权利要求1所述的方法，其中该可编程电阻材料包括Ge2Sb2Te5。
13.如权利要求1所述的方法，其中该碟形构件包括第一材料，且该管状构件包括第二材料，其电阻率高于该第一材料的电阻率。
14.一种用以制造存储器件的方法，包括：
形成存储单元存取层于衬底上，该存储单元存取层包括层间介质，其具有上表面以及曝露于该上表面的接触点；
沉积第一电极层于该上表面上并接触至这些接触点；
形成圆柱于该第一电极层上；
沉积共形电极材料层于该圆柱与该第一电极层上，以在该圆柱上形成电极材料侧壁，而留下包覆有电极材料的圆柱；以及
蚀刻该包覆有电极材料的圆柱，以从该圆柱的上端移除该电极材料，而曝露出管状构件的环状上表面，该管状构件包括至少一部份的该电极材料侧壁；
形成相变化材料层，其接触至该管状构件的该上表面；以及
形成一顶电极材料层，其接触至该相变化材料层；以及
蚀刻该顶电极材料层以及该相变化材料层，以界定存储单元堆叠与该存储单元存取层的该上表面的对应接触点。
15.如权利要求14所述的方法，其中该管状构件具有圆筒状内表面以及外表面，并于该管状构件内表面内包括热绝缘层。
16.如权利要求14所述的方法，其中该相变化材料具有非晶态，且该管状构件具有圆筒状内表面以及外表面，并于该管状构件的该内表面内部包括热绝缘层，其导热性低于该相变化材料于非晶态时的导热性。
17.如权利要求14所述的方法，其中该管状构件具有圆筒状内表面以及外表面，在该内表面与该外表面之间的厚度少于30nm。
18.如权利要求14所述的方法，其中该管状构件于其轴向的长度少于150nm。
19.如权利要求14所述的方法，其中该管状构件包括有圆筒状内表面，其直径少于50nm。
20.如权利要求14所述的方法，其中该管状构件包括有圆筒状内表面以及外表面，且该内表面与该外表面之间包括有厚度，且其中该碟形构件的厚度大于该内表面与该外表面之间的该侧壁的厚度的两倍。
21.如权利要求14所述的方法，其中该相变化材料包括硫属化物。
22.如权利要求14所述的方法，其中该相变化材料包括Ge2Sb2Te5。
23.一种用以制造存储器件的方法，包括：
形成第一电极，其包括有管状构件，该管状构件具有轴向、第一端、第二端、以及在与该管状构件的轴向垂直的方向具有厚度的侧壁，并于该第二端具有环形表面，以及连接至该管状构件的该第一端的碟形构件，其中该碟形构件包括第一材料，且在与该管状构件同轴的方向具有厚度，该厚度与该管状构件的侧壁的厚度并无依赖关系，并且该管状构件包括第二材料，其与该第一材料不同；
形成可编程电阻材料层，其接触至该管状构件的该环形表面；以及
形成第二电极，其接触至该可编程电阻材料层。
24.一种存储器件，包括：
第一电极，其包括有管状构件，该管状构件具有轴向、第一端、第二端、以及在与该管状构件的轴向垂直的方向具有厚度的侧壁，并于该第二端具有环形表面，以及连接至该管状构件的第一端的碟形构件，其中该碟形构件包括第一材料，且在与该管状构件同轴的方向具有厚度，该厚度与该管状构件的侧壁的厚度并无依赖关系，并且该管状构件包括第二材料，其与该第一材料不同；
可编程电阻材料层，其接触至该管状构件的该环形表面；以及
第二电极，其接触至该可编程电阻材料层。
25.如权利要求24所述的存储器件，其中该管状构件包括有圆筒状内表面以及外表面，并于该管状构件的该内表面内部包括有热绝缘层。
26.如权利要求24所述的存储器件，其中该可编程电阻材料包含有非晶态，且该管状构件具有圆筒状内表面以及外表面，并于该管状构件的该内表面内包括有热绝缘层，该热绝缘层的导热性低于该可编程电阻材料于该非晶态时的导热性。
27.如权利要求24所述的存储器件，其中该管状构件包括有圆筒状内表面以及外表面，在该内表面与该外表面之间的厚度少于30nm。
28.如权利要求24所述的存储器件，其中该管状构件在其轴向的长度少于150nm。
29.如权利要求24所述的存储器件，其中该管状构件包括有圆筒状内表面，其直径少于50nm。
30.如权利要求24所述的存储器件，其中该管状构件包括有圆筒状内表面以及外表面，且其在该内表面与该外表面之间包括有厚度，且其中该碟形构件的厚度大于该内表面与该外表面之间的该侧壁的厚度的两倍。
31.如权利要求24所述的存储器件，其中该可编程电阻材料包括硫属化物。
32.如权利要求24所述的存储器件，其中该可编程电阻材料包括至少二固相态，该二固相态可通过电流而可逆地诱发。
33.如权利要求24所述的存储器件，其中该可编程电阻材料包括至少二固相态，其包括大致为非晶态以及大致为结晶态。
34.如权利要求24所述的存储器件，其中该可编程电阻材料包括Ge2Sb2Te5。
35.如权利要求24所述的存储器件，其中该第二材料的电阻率高于该第一材料的电阻率。
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