CN101416326B - 使用自对准相变材料层的相变存储器元件及其制造和使用方法 - Google Patents

使用自对准相变材料层的相变存储器元件及其制造和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种相变存储器元件及其形成方法。所述存储器元件包含支撑第一电极的衬底。绝缘材料元件位于所述第一电极上，且相变材料层形成于所述第一电极上，并且围绕所述绝缘材料元件，使得所述相变材料层具有与所述第一电极电连通的下表面。所述存储器元件还具有第二电极，其与所述相变材料层的上表面电连通。

Description

使用自对准相变材料层的相变存储器元件及其制造和使用方法
技术领域
本发明涉及半导体装置，且特别涉及相变存储器元件及其形成和使用方法。
背景技术
非易失性存储器因其能够在缺乏电源的情况下保存数据而成为集成电路的重要元件。已经研究了相变材料以用于非易失性存储器单元。相变存储器元件包含相变材料，例如硫属化物合金，其能够在无定形相与结晶相之间稳定地转变。每个相都展现出特定的电阻状态，且所述电阻状态区分存储器元件的逻辑值。具体来说，无定形状态展现出相对较高的电阻，而结晶状态展现出相对较低的电阻。
图1A和图1B中说明的常规相变存储器元件1具有位于第一电极2与第二电极4之间的相变材料层8，第一电极2和第二电极4由介电材料6支撑。根据第一电极2和第二电极4所施加的电流的量将相变材料8设置成特定电阻状态。为了获得无定形状态(图1B)，通过常规相变存储器元件1施加相对较高的写入电流脉冲(复位脉冲)，以便在第一时间周期内熔化覆盖第一电极2的相变材料8的至少一部分。移除所述电流，且相变材料8迅速冷却到低于玻璃转变温度的温度，这导致覆盖第一电极2的相变材料8的所述部分具有无定形相。为了获得结晶状态(图1A)，在第二时间周期内(其持续时间通常比第一时间周期和无定形相变材料的结晶时间长)，将较低的电流写入脉冲(设置脉冲)施加到常规相变存储器元件1，以便将相变材料8的无定形部分加热到低于其熔化点但高于其结晶温度的温度。这导致相变材料8的无定形部分重新结晶成结晶相，一旦所述电流被移除且常规相变存储器元件1冷却，所述结晶相位就得以维持。通过施加不会改变相变材料8的相态的读取电压来读取相变存储器元件1。
非易失性存储器的一个所追求的特征是低功率消耗。然而，常规相变存储器元件通常需要较大的操作电流。因此需要提供具有降低的电流要求的相变存储器元件。对于相变存储器元件来说，有必要具有某一电流密度，所述电流密度将把相变材料加热到超过其熔化点，且在无定形状态下对其进行淬火。一种提高电流密度的方式是减小第一电极的大小。这些方法会使第一电极与相变材料的界面处的电流密度增至最大。虽然这些常规解决方法通常是成功的，但需要进一步减小相变存储器元件中的总电流，从而降低特定应用中的功率消耗。
相变存储器的另一合意的特性是其切换可靠性和一致性。常规的相变存储器元件(例如图1A和图1B的相变存储器元件1)具有相变材料层的可编程区，所述可编程区不受限制，且可自由地侧向延伸，而且相变材料的无定形部分与结晶部分之间的界面可能会导致可靠性问题。所提出的本发明限制所述单元，因此其减小了在从结晶相改变成无定形相期间侧向延伸的能力或无意间的故障。
发明内容
本发明的示范性实施例提供相变存储器元件及其形成方法。示范性存储器元件包含支撑第一电极的衬底。绝缘材料元件位于所述第一电极上，且相变材料层形成在所述第一电极上，并且围绕所述绝缘材料元件，使得所述相变材料层具有与所述第一电极电连通的下表面。所述存储器元件还具有第二电极，其与所述相变材料层的上表面电连通。
附图说明
从下文中参看附图对示范性实施例进行的详细描述，将更明白本发明的前述和其它优点和特征，其中：
图1A到图1B说明常规的相变存储器元件；
图2A到图2B分别说明根据本发明的示范性实施例构造的相变存储器元件的局部横截面图和局部俯视图；
图3A到图5B说明制造图2A和图2B的相变存储器元件的示范性方法的局部横截面图和局部俯视图；
图6A到图6B分别说明根据本发明的第二示范性实施例构造的相变存储器元件的局部横截面图和局部俯视图；
图7A到图8B说明图6A和图6B的相变存储器元件的示范性制造方法的局部横截面图和局部俯视图；
图9A到图9B分别说明根据本发明的第三示范性实施例构造的阵列相变存储器元件的局部横截面图和局部俯视图；
图10A到图10B分别说明根据本发明的第四示范性实施例构造的阵列相变存储器元件的局部横截面图和局部俯视图；
图11A到图11E说明根据本发明的第五示范性实施例构造的阵列相变存储器元件的局部横截面图和局部俯视图，以及制造第五示范性实施例的示范性方法；以及
图12是具有并入有根据本发明的示范性实施例构造的相变存储器元件的存储器装置的处理器系统的框图。
具体实施方式
在以下详细描述中，参看本发明的各种特定实施例。用充分的细节来描述这些实施例是为了使所属领域的技术人员能够实践本发明。应了解，可使用其它实施例，且可在不偏离本发明的精神或范围的情况下，作出各种结构、逻辑和电性改变。
以下描述中所使用的术语“衬底”可包含任何支撑结构，其中包含(但不限于)具有暴露的衬底表面的半导体衬底。应了解，半导体衬底包含硅、绝缘体上硅(SOI)、蓝宝石上硅(SOS)、掺杂和未掺杂的半导体、由基底半导体底座支撑的外延硅层以及其它半导体结构，其中包含由除硅之外的半导体制成的半导体结构。当在以下描述中提到半导体衬底或晶片时，可能已经利用了前述工艺步骤在基底半导体或底座之中或之上形成区或结。衬底也不需要是基于半导体的，而是可为任何适合支撑集成电路的支撑结构，其中包含(但不限于)金属、合金、玻璃、聚合物、陶瓷和此项技术中已知的任何其它支撑性材料。
现参看图来阐释本发明，图中说明示范性实施例，且图中相同参考编号始终指示相同特征。图2A和图2B说明根据本发明构造的相变存储器元件100的示范性实施例。
相变存储器元件100包含衬底10，其上面形成有第一介电层12，以及形成于第一介电层12内的通孔24中的第一电极14。相变存储器元件100还包含氮化物元件16，其形成于第一电极14上，且在围绕氮化物元件16的相变材料层18内。相变材料层18本身由第二介电层20围绕。图2A的相变存储器元件100还包含形成于氮化物元件16上并与相变材料层18电连通的第二电极22。
图2B说明图2A的相变存储器元件100的局部俯视图。如所说明，相变材料层18围绕氮化物元件16。氮化物元件16和相变材料层18形成于第一电极14上，使得相变材料层18与第一电极14(图2A)电连通。第一电极14形成于第一介电层12的通孔24内。
在操作中，图2A和图2B的相变存储器元件100具有以下优点：由于相变材料层18与第一电极14之间的接触面积减小，从而导致可编程的相变材料层18的体积减小，因此与典型的相变存储器元件相比，所需要的电流较少(且因此，消耗的功率较少)。由于相变材料层18与第一电极14和第二电极22之间的接触面积减小，所以将所说明的相变材料层18的可编程体积的相从结晶改变成无定形所必需的电流减少。
举例来说，常规的相变存储器元件(例如，图1的常规相变存储器元件1)通常具有可编程体积的直径约为75nm且高度约为50nm因此体积约为2.2×105nm3的相变材料层。使具有直径约为75nm的接触面积(4.4×103nm2)且体积为2.2×105nm3的相变材料层复位所必需的电流大约为2mA。
相反，如果相变材料层18的厚度t(图4A)约为5nm，且高度h(图4A)与图1的相变存储器元件1中的可编程体积相同，那么图2A和图2B的相变存储器元件100可具有可编程体积为5.9×104nm3的相变材料层18。图2A和图2B的相变存储器元件100的可编程体积几乎是常规相变存储器元件的可编程体积的四分之一。接触面积也减小到常规相变材料层(例如图1A和图1B的相变材料层8)与第一电极2和第二电极4(图1A和图1B)的接触面积的四分之一。相变材料的接触面积和可编程体积的减小导致使相变材料层18复位所必需的电流和功率的量减小。举例来说，与使常规相变存储器元件的相变材料复位所必需的2mA相比，使接触面积为1.2×103nm2且体积为5.9×104nm3的相变材料层18复位所必需的电流大约为0.5mA，且功率消耗也减小到常规相变存储器元件的功率消耗的四分之一。
相变存储器元件的缩放指示复位电流大约与相变材料同第一和第二电极(例如图2A的第一电极14和第二电极22)之间的接触面积成比例。因此，使相变材料层18沉积成围绕氮化物元件16，从而允许相变材料层18与第一电极14和第二电极22接触的接触面积比在不提供氮化物元件16的情况下的接触面积小，并且维持相变材料的减小的体积，而接触面积线性地取决于相变材料层18的厚度，且可通过沉积相变材料来精确地控制。
图3A到图5B说明制造图2A和图2B中所说明的相变存储器元件100的示范性方法。本文中所描述的任何动作都不需要特定的次序，但逻辑上需要先前动作的结果的动作除外。因此，虽然将以下的动作描述为按特定次序执行，但所述次序只是示范性的，而且如果需要的话可对其进行更改。虽然展示了单个相变存储器元件100的形成，但应了解，相变存储器元件100可能是存储器元件阵列中的一个存储器元件，所述存储器元件阵列可同时形成。
图3A和图3B分别说明中间结构100a的局部横截面图和局部俯视图。通过在衬底10上提供第一介电层12来形成中间结构100a。通常对第一介电层12进行蚀刻以形成通孔24(图2B)，第一电极14形成于通孔24内。第一电极14可由任何合适的导电材料形成，例如氮化钛(TiN)、氮化钛铝(TiAlN)、钨化钛(TiW)、铂(Pt)或钨(W)等。
形成并蚀刻氮化物元件前驱体层，以产生氮化物元件16。可对氮化物元件16进行图案化，使其具有大致上类似于圆盘状的俯视形状(见图3B)，其具有倾斜的侧壁区16b，以如下所述改进相变材料沉积的阶梯覆盖率(step coverage)。虽然将元件16形成为氮化物，但其可由其它材料形成。举例来说，元件16可由任何绝缘材料形成，例如(但不限于)氮化硅；氧化铝；氧化物；高温聚合物；低介电材料；绝缘玻璃或绝缘聚合物。
应注意，并不希望以任何方式限制氮化物元件16的圆盘状的俯视形状。举例来说，氮化物元件16可如下文相对于图9所论述那样具有三角形、圆形或矩形的俯视形状。还应注意，倾斜的侧壁16b只是可选的，且氮化物元件16的侧壁可为相对于第一电极14的顶表面垂直、线性、非线性、弯曲、倾斜，使得氮化物元件16的顶表面的表面积大于底表面的表面积，或者可具有任何其它合意形状。
图4A和图4B说明在氮化物元件16的侧壁16b(图3A)上沉积共形或部分共形的相变材料，以形成相变材料层18。所沉积的相变材料可为硫属化物材料，例如锗—锑—碲或锗—碲化物层。示范性相变材料还可包含(例如)GexSbyTez(例如Ge2Sb2Te5)、GaSb、GexTey、SbTe(例如Sb2Te3)、InSb、InSe、InxSbyTez、SnxSbyTez、GaxSeyTez、InSbGe、AgInSbTe、GeSnSbTe、TexGeySbzSk和GeSbSeTe。
相变材料层18可具有在约20nm到约200nm的范围内的外部直径d(图4B)、在约25nm到约75nm的范围内的高度h(图4A)和在约25到约200
Figure 2007800120270100002G2007800120270D0005112610QIETU
的范围内的横截面厚度t(图4A)。所说明的相变材料层18具有约75nm的直径d、约50nm的高度和约50
Figure 2007800120270100002G2007800120270D0005112610QIETU
的横截面厚度t。结构参数不限于上述值；例如，可针对期望的应用来调整所述参数。
虽然图4A的相变材料层18具有与氮化物元件16的第一表面16a在同一平面上的第一表面18a，但其无意以任何方式进行限制。举例来说，氮化物元件16的第一表面16a可比相变材料层18的第一表面18a低，如下文相对于图6A所论述。
还应注意，相变材料层18无需完全围绕氮化物元件16。举例来说，相变材料层18可部分地围绕氮化物元件16，以进一步减小相变材料层18的体积，这可会进一步减少切换相变材料层18的状态所必需的电流。
图5A和图5B说明在图4A和图4B中所说明的整个结构上沉积第二介电层20。随后将第二介电层20平坦化到相变材料层18的上表面18a的水平。随后在相变材料层18和氮化物元件16上形成第二电极22(图2A和图2B)，以形成相变存储器元件100(图2A和图2B)。
虽然说明为形成单个相变存储器元件，但应了解，所述说明和描述无意以任何方式进行限制。所属领域的技术人员将认识到，通常同时在单个衬底上制造多个相变存储器元件。单个衬底可含有数千或数百万个相变存储器元件。
相变材料层18是具有固定的可编程体积的活性相变材料，所述可编程体积可被设置成结晶状态或通过传递加热电流而被复位成无定形状态。由于切换相变材料层18的状态涉及相变材料的体积减小，所以切换稳定性和一致性以及循环寿命可能随着相态混合的减少而改进。
可视所需的应用而改变氮化物元件16的侧壁16b(图3A)上的相变材料层18的厚度，以大幅减少相变材料层18与第一电极14和第二电极22(图2A和图2B)之间的接触面积、可编程电流横截面面积以及可编程体积，从而导致可编程电流要求降低。
应注意，虽然将氮化物元件16的侧壁16b(图3A)上的相变材料层18的厚度说明为均匀的，但其无意在任何方面进行限制。
相变存储器元件100的另一优点涉及减轻热量损失。加热过程期间常规相变存储器元件中的大部分热量损失是由于穿过第一和第二电极的热量传导而导致的，所述第一和第二电极具有高导热率；通过减小相变材料层18与第一电极14和第二电极22之间的接触面积，可减轻热量损失的量，从而进一步减少编程电流。
相变存储器元件100的又一优点涉及沉积相变材料层18所用的自对准。因为氮化物元件16形成于第一电极14上，所以相变材料层18在沉积时在第一电极14上自对准。相变材料层18与第一电极14的自对准确保了所述两个组件之间存在电连通。相变材料层18与第一电极14的自对准可简化整个相变存储器元件100的处理和制造，且还可提高处理量。
图6A和图6B说明根据本发明构造的相变存储器元件200的第二示范性实施例。具体来说，图6A和图6B分别说明相变存储器元件200的局部横截面图和局部俯视图，所述相变存储器元件200具有分别形成于氮化物元件216的侧壁216a和第二电极222的侧壁222a上的相变材料层218。虽然第二电极222具有与相变材料层218的第一表面218b在同一平面上的第一表面222b，但其无意以任何方式进行限制。举例来说，第二电极222的第一表面222b可比相变材料层218的第一表面218b低或高。相变材料层218分别在氮化物元件216的侧壁216a和第二电极222的侧壁222a上自对准。
相变存储器元件200还包含形成于衬底210上且其中形成有第一电极214的第一介电层212。在第一介电层212和第一电极214的部分上形成第二介电层220。
图7A到图8B说明图6A和图6B中所说明的图6A和图6B的相变存储器元件200的示范性制造方法。在衬底210上形成第一介电层212。在第一介电层212内形成第一电极214。在第一电极214与第二电极222之间形成氮化物元件216。如上文相对于图3A和图3B所论述的，可将氮化物元件216形成为具有大致上为圆盘状的形状(从俯视的角度看(图7B))，其具有倾斜的侧壁216a，以获得更好的相变材料沉积阶梯覆盖率。在氮化物元件216上形成第二电极222。也可将第二电极222形成为具有大致为圆盘状的俯视形状(图7B)，其具有倾斜的侧壁，以获得更好的相变材料沉积阶梯覆盖率。用于形成氮化物元件216和第二电极222的材料类似于上文相对于图3A到图5B所论述的材料。可用一个图案化步骤在原位形成氮化物元件216和第二电极222，尽管其无意以任何方式进行限制。
图8A和图8B分别说明在氮化物元件216的侧壁216a和第二电极222的侧壁222a上沉积相变材料层218。相变材料层218可由上文相对于图4A和图4B而论述的任何材料形成。可将相变材料层218形成为具有上文相对于图4A和图4B而论述的相同尺寸。
随后在第一介电层212和第一电极214的一部分上沉积第二介电层220(图6A)。相变存储器元件200(图6A)具有大致平坦的表面，这可进一步减小相变存储器元件200的整体大小。平坦的表面还可有助于后续处理步骤期间的更好处理，并且增加相变存储器元件200的整体稳固性。
虽然将氮化物元件216说明为具有第一表面216b，第一表面216b的长度1比氮化物元件216的第二表面216c的较短长度1′长，但其无意以任何方式进行限制。举例来说，氮化物元件216的第二表面216c的长度1′可等于或大于氮化物元件216的第一表面216b的长度1。此外，虽然将氮化物元件216的侧壁216a说明为大致呈线性，但其无意以任何方式进行限制。举例来说，侧壁216a可为非线性或具有其它合意形状。
类似地，虽然将第二电极222的第一表面222b的长度说明为比第二表面222c的长度长，但其无意以任何方式进行限制。举例来说，第二电极222的第二表面222c的长度可等于或大于第二电极222的第一表面222b的长度。此外，虽然将第二电极222的侧壁222a说明为大致上呈线性，但其无意以任何方式进行限制。举例来说，侧壁222a可为非线性或具有其它合意形状。
虽然说明为形成单个相变存储器元件200，但应了解，所述说明和描述无意以任何方式进行限制。所属领域的技术人员将认识到，通常同时在单个衬底上制造多个相变存储器元件。单个衬底可含有数千或数百万个相变存储器元件。
图9A和图9B说明根据本发明的第三示范性实施例构造的多个相变存储器元件300。所述多个相变存储器元件300包含形成于第二介电层320的侧壁320a上的相变材料层318。在具有形成于衬底310上的第一电极314的第一介电层312上形成第二介电层320。在相变材料层318的侧壁318a上形成氮化物元件316。在氮化物元件316上形成第二电极322，且在第二电极322之间形成第三介电层324。
图9A的氮化物元件316分别具有第一表面316b和第二表面316c，其中第一表面316b的长度1比第二表面316c的长度1′短；然而，其无意以任何方式进行限制。举例来说，第一表面316b的长度可大于或等于第二表面316c的长度1′。
以与图2A和图2B中所说明的相变存储器元件大致类似的方式形成图9A和图9B中所说明的相变存储器元件300。然而，在形成相变材料层318和氮化物元件316之前，形成第二介电层320。在第一介电层312和第一电极314上形成第二介电层；接着选择性地蚀刻第二介电层，以形成具有倾斜侧壁320a的通孔340。在通孔340的侧壁320a和底部340a部分上沉积共形或部分共形的相变材料，并选择性地对其进行蚀刻，以在相变材料层318内形成通孔342。在通孔342内沉积氮化物元件316，且对整个中间结构进行平坦化。在相变材料层318和选择性地蚀刻到第三介电层324内的通孔内形成第二电极322。虽然将通孔342说明为具有矩形的横截面形状，但其无意以任何方式进行限制；举例来说，通孔342可具有除矩形之外的横截面形状。
图10A和图10B说明根据本发明的第四示范性实施例构造的多个相变存储器元件400。所述多个相变存储器元件400包含形成于第二介电层420的侧壁420a上的相变材料层418，所述第二介电层420形成于第一电极414上。在形成于衬底410上的第一介电层412内形成第一电极414。在形成于相变材料层418上的氮化物元件416上形成第二电极422。在第二电极422之间形成第三介电层424。
图10B的相变材料层418的第一直径d对应于跨越相变材料层418的最靠近第一电极414的表面而测量到的直径。所述相变材料的第二直径d′对应于跨越相变材料层418的最靠近第二电极422的表面而测量到的直径。图10A说明具有形成于第一电极上的平坦部分418a和形成于第二介电层420的侧壁420a上的两个横向部分418b的相变材料层418。所说明的相变材料层418具有中间部分418a，所述中间部分418a经沉积以涂覆由直径d界定的面积，且具有顶表面418a′，顶表面418a′的高度小于相变材料层418的横向部分418b的顶表面418b′的高度。
通过提供第二介电层420并对所述介电层420进行图案化使得形成若干通孔，来形成图10A的相变存储器元件400。将共形或大致共形的相变材料沉积到侧壁和通孔的底部区上，以形成相变材料层418，随后沉积氮化物元件416。可对整个中间结构进行平坦化，且沉积并选择性地蚀刻第三介电层424以形成通孔，第二电极422形成于所述通孔内。
图11A和图11B说明根据本发明的第五示范性实施例构造的多个相变存储器元件500。所述多个相变存储器元件500包括形成于第二介电层520的侧壁520a上且形成于第一电极514上的相变材料层518。所述相变存储器元件500几乎与图10A和图10B中所说明的相变存储器元件400完全相同；然而，相变材料层518的侧壁518b具有向外展开的部分518c，其增加了横向部分518b接近第二电极522的表面积。
图11C到图11E说明图11A和图11B中所说明的相变存储器元件500的示范性制造方法。图11C说明相变材料层518，其形成为使得相变材料层518具有形成于第二介电层520的第一表面520b上的侧壁518b、底部部分518b和向外展开的部分518c(图11B)，其共同形成沟槽，如图11C中所说明。在所述沟槽内形成氮化物元件516，使得氮化物元件516形成于相变材料层518的侧壁518a和底部部分518a上。
图11D说明氮化物元件516和相变材料层518的平坦化，以及形成于经平坦化的表面526上的第二电极前驱体材料层522′的沉积。一旦已沉积了第二电极前驱体522′，就选择性地蚀刻图11D的结构，以形成图11E中所说明的到达第二介电层520的通孔544。随后在整个图11E的结构上沉积第三介电层524(图11A)。
图11A的向外展开的部分518c的横截面宽度w大于侧壁518b的厚度w′。向外展开的部分518c的较大宽度w允许接近第二电极522的表面积的量较大。因此，在操作中，侧壁518b中的电流密度显著大于向外展开的部分518c中的电流密度，以确保只有侧壁518b包括可编程体积并切换状态。向外展开的部分518c使可编程体积(侧壁518b)与电极522隔离，以减小电极522的热量损失，这可进一步减少改变侧壁518b的状态所必需的电流。
图12说明简化的处理器系统900，其包含存储器电路901，所述存储器电路901具有如上文相对于图2A到图11B而描述的根据本发明而构造的相变存储器元件100(例如，相变存储器元件100、200、300、400、500)。
图12的处理器系统900可以是任何包含一个或一个以上处理器的系统，例如计算机系统，处理器系统900大体上包括中央处理单元(CPU)902，例如微处理器、数字信号处理器或其它可编程数字逻辑装置，所述CPU902经由总线904与输入/输出(I/O)装置906通信。存储器电路901通常通过存储器控制器经由总线904与CPU902通信。
在计算机系统的情况下，处理器系统900可包含例如压缩光盘(CD)ROM驱动器910的外围装置，其也经由总线904与CPU902和硬盘驱动器905通信。优选将存储器电路901构造为集成电路，所述集成电路包含具有根据本发明的至少一个相变存储器元件100的存储器阵列903。如果需要的话，存储器电路901可在单个集成电路中与处理器(例如CPU900)组合。
以上描述和图式只应被视为说明示范性实施例，示范性实施例实现本发明的特征和优点。可在不偏离本发明的精神和范围的情况下，对特定工艺条件和结构作出修改和替换。因此，本发明不应被视为受前面的描述和图式限制，而是只受所附权利要求书的范围限制。

Claims (24)

1.一种存储器元件，其包括：
衬底，其支撑第一电极，及第一介电层，所述第一电极的最上表面与所述第一介电层的最上表面基本上在同一平面；
第二介电层，其在所述第一介电层上，且具有到达所述第一电极的通孔；
相变材料元件，其位于所述第一电极的所述最上表面，所述相变材料具有与所述第一电极电连通的下表面；
第二电极，其与所述相变材料元件的上表面电连通；以及
绝缘材料，其基本上填充所述相变材料元件的所有内部空间，所述绝缘材料与所述第一及第二电极相接触，所述相变材料元件的上表面与所述绝缘材料的最上表面基本上在同一平面。
2.根据权利要求1所述的存储器元件，其中所述绝缘材料元件的最上表面与所述相变材料元件的最上表面在同一平面上。
3.根据权利要求1所述的存储器元件，其中所述相变材料元件具有第一和第二直径。
4.根据权利要求3所述的存储器元件，其中所述第一和第二直径是不同的。
5.根据权利要求3所述的存储器元件，其中所述第一直径对应于接近所述第一电极的表面，且所述第二直径对应于接近所述第二电极的表面。
6.根据权利要求1所述的存储器元件，其中所述相变材料元件具有为5.9×104nm3的总体积。
7.根据权利要求1所述的存储器元件，其中所述相变材料元件具有在20nm到200nm的范围内的直径。
8.根据权利要求1所述的存储器元件，其中所述相变材料元件具有在25nm到75nm的范围内的高度。
9.根据权利要求1所述的存储器元件，其中所述相变材料元件具有在
Figure FSB00000487030000011
到
Figure FSB00000487030000012
的范围内的横截面厚度。
10.根据权利要求1所述的存储器元件，其中所述相变材料元件包括从由以下各项组成的群组中选出的材料：锗-锑-碲、锗-碲化物、GaSb、SbTe、InSb、InSe、InxSbyTez、SnxSbyTez、GaxSeyTez、InSbGe、AgInSbTe、GeSnSbTe、TexGeySbzSk和GeSbSeTe。
11.一种存储器阵列，其包括：
多个存储器元件，至少一个存储器元件包括：
衬底，其支撑第一介电层；
第一电极，其结合所述第一介电层而形成；
第二介电层，其形成于所述第一介电层上，且具有到达所述第一电极的通孔；
相变材料元件，其位于所述通孔内，以至于所述相变材料元件的外缘侧壁与所述通孔的侧壁相接触，所述相变材料元件具有与所述第一电极电连通的下表面；
绝缘材料元件，其基本上填充所述相变材料元件的所有内部空间，且通过所述通孔与所述第一电极的上表面相接触，所述绝缘材料元件在各处均具有相同的组成；以及
第二电极，其与所述相相变材料元件的上表面电连通。
12.根据权利要求11所述的存储器阵列，其中所述绝缘材料元件的第一表面与所述相变材料元件的第一表面在同一平面上。
13.根据权利要求11所述的存储器阵列，其中所述绝缘材料元件从俯视的角度看具有圆盘状的形状。
14.一种处理器系统，其包括：
处理器；以及
存储器装置，其包括至少一个存储器元件，所述存储器元件包括：
衬底，其支撑第一电极，及第一介电层，所述第一电极的上表面与所述第一介电层的上表面基本上在同一平面；
绝缘材料元件，其位于所述第一电极上且与所述第一电极的所述上表面相接触，所述绝缘材料元件在各处均具有相同的组成；
相变材料元件，其位于所述第一电极的所述上表面上且围绕所述绝缘材料元件，使得所述绝缘材料基本上填充所述相变材料元件的所有内部空间，所述相变材料具有与所述第一电极接触的下表面，及与所述绝缘材料元件相接触的侧壁；
第二介电层，其与所述相变材料层的外缘侧壁相接触；以及
第二电极，其与所述相变材料元件的上表面相接触。
15.根据权利要求14所述的处理器系统，其中所述绝缘材料元件的第一直径对应于接近所述第一电极的表面，且第二直径对应于接近所述第二电极的表面。
16.一种形成存储器元件的方法，所述方法包括以下动作：
在衬底上形成第一电极；
形成第一介电层，所述第一电极的最上表面与所述第一介电层的最上表面基本上在同一平面；
在所述第一介电层上形成第二介电层，所述第二介电层具有到达所述第一电极的通孔；在所述第一电极的所述最上表面上形成相变材料元件，所述相变材料具有与所述第一电极电连通的下表面；
形成与所述相变材料元件的上表面电连通的第二电极；以及
形成绝缘材料，其基本上填充所述相变材料元件的所有内部空间，所述绝缘材料与所述第一及第二电极相接触，所述相变材料元件的最上表面与所述绝缘材料的最上表面基本上在同一平面。
17.根据权利要求16所述的方法，其中在所述第一电极上沉积所述相变材料元件，且在所述相变材料元件的第一表面上和所述相变材料元件的侧壁上形成所述绝缘材料。
18.根据权利要求16所述的方法，其中将所述绝缘材料蚀刻成具有倾斜的侧壁。
19.根据权利要求16所述的方法，其中在第一介电层的通孔中形成所述第一电极。
20.根据权利要求16所述的方法，其中在形成于第二介电层中的通孔的侧壁上形成所述相变材料元件，所述第二介电层形成于所述第一介电层上。
21.根据权利要求20所述的方法，其中在所述第二介电层的顶表面的部分上形成所述相变材料元件。
22.根据权利要求16所述的方法，其中将所述相变材料元件形成为具有在20nm到200nm的范围内的直径。
23.根据权利要求16所述的方法，其中所述相变材料元件具有在25nm到75nm的范围内的高度。
24.根据权利要求16所述的方法，其中所述相变材料元件具有在到
Figure FSB00000487030000032
的范围内的横截面厚度。
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