专利名称：电子元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种电子元件。本发明尤其涉及一种电子元件的制造方法。
背景技术：
在非易失性存储器领域中，尺寸超过45纳米(nm)节点的闪速存储器具 有严重的问题。面对这个挑战的技术有铁电存储器、磁性存储器和相变存储 器，最后者最有可能取代闪速存储器，且表现出允许取代例如动态随机存取 存储器(DRAM)等的其他存储器的特性。对于电子技术中重要环节的统一存 储器而言，相变存储器为一种可能的解决方式。 一次可程式化存储器(OTP) 和多次可程式化存储器(MTP)也开启了可能使相变存储器有极佳机遇的领 域。
相变存储器基于一种可反转的存储器，其利用例如硫属化合物 (chalcogenide)材料进行转换。这些材料经受快速相变化的能力促进了可重写 光学媒介(CD， DVD)的发展。硫属化合物(chalcogenide)相变化材料可依照其 结晶机制分为组分略为不同的两类。例如Ge2Sb2Te5的"形核为主的 (nucleation dominated)"材料GeTe-Sb2Te3结线(tie line)通常用于奥弗辛 斯基统一存储器(OUM)元件。在这个概念中，相变化材料可与一底阻式 (bo加m-resistive)电极接触，以反转相变化材料的一小体积。"快速成长 材料"，其在光学储存(CD-RW/DVD+RW)应用中为已知，可允许非常快速 的开关(10ns)，且具有适当的相稳定性。在这种方法中，存储器元件的有源 部分可为互补式金属氧化物半导体晶体管前段制造工艺(FEOL)中形成的一 相变化线，其介于后段制造工艺(BEOL)中形成的两个电极之间。
因此，相变化材料可用于储存信息。上述材料的操作原理为相的改变。 在一结晶相中，其材料结构和其性质不同于非晶相中的性质。
相变化材料的程式化(programming)依据材料在结晶相和非晶相之间的
电阻率而定。在两个相之间转换需要增加温度。极高的温度和快速的降温会导致非晶相，而温度增加较小或较慢的降温会导致结晶相。可使用不会导致 实质加热的较小电流感测上述不同电阻。
可通过对记忆晶胞(memory cell)施加脉冲而增加温度。通过上述脉冲 导致的高电流密度可导致局部的温度增加。依据上述脉冲的持续时间和大 小，会导致不同的相。较大幅度的脉冲，即为所谓的RESET脉冲，可非晶 化上述记忆晶胞，而较小幅度的脉冲会使(SET)上述记忆晶胞处于结晶状态， 上述脉冲即为所谓的SET脉冲。
WO 2006/079952 Al揭示一种相变化电阻装置，其具有一相变化材料 (PCM)，相变化于相变化材料内产生，而不在与接触电极的界面产生相变化。 上述相变化材料为一拉长的线结构，其横向侧边被上述导电电极部分围绕， 且于一互补式金属氧化物半导体晶体管(CMOS)后段制造工艺中形成。此一 相变化材料线，其具有一固定的直径或截面积，利用间隙壁作为一硬遮罩形 成较小的尺寸。 一相变化材料的"一维"层电性耦接上述第一接触电极和上 述第二接触电极。介于相变化材料的"一维"层和在上述第二接触电极的上 述第一接触电极的接触电阻低于上述线结构的中央部分或介于中间的部分 的电阻。
然而，公知可程式化记忆晶胞可能需要高的功耗。
发明内容
本发明的一目的是提供一种电子元件，其具有用合理的功耗即可被程式 化的一转换结构。
为了达到上述目的，提供一种根据本发明的独立权利要求的电子元件及 电子元件的制造方法。
依据本发明的一示例性实施例，提供一种电子元件(例如一种记忆晶胞)， 包括一第一电极(例如一第一金属结构)和一第二电极(例如一第二金属结构)， 以及一转换结构(例如一相变化材料，特别为一平面结构)，该转换结构电性 耦接在该第一电极和该第二电极之间(例如直接连接到其上)，该转换结构经 由加热方式在至少两个状态之间转换，且在该至少两个状态中的不同状态具 有不同的电特性；其中该转换结构包括分别连接至该第一电极和该第二电极 的(特别为二个)末端部分，以及包括介于该末端部分之间的一线部分(例如一中间部分)，该线部分具有一较该末端部分小的厚度；其中该转换结构依据该
第一电极和该第二电极设置，以便在该至少两个状态的一个状态中，该线部 分具有仅沿该线部分的一部分(并非沿整个延伸部分延伸)延伸的一非晶点
(amorphous spot)(为该转换结构的非晶态的部分)。
依据本发明的另一示例性实施例，提供一种电子元件的制造方法。该方 法包括在一第一电极和一第二电极之间电性耦接一转换结构，该转换结构 经由加热方式在至少两个状态之间转换，且在该至少两个状态中的不同状态 具有不同的电特性；形成该转换结构以包括分别连接至该第一电极和该第二 电极的末端部分，以及包括介于该末端部分之间的一线部分，该线部分具有 一较该末端部分小的厚度；依据该第一电极和该第二电极设置该转换结构， 以便在该至少两个状态的一个状态中，该线部分具有仅沿该线部分的一部分 延伸的一非晶点。
"电子元件(electronic component)" —词可特别表示为实现任何电力、 磁力及/或电子功能的任何元件、部件或装置。这表示在一般使用时，可通过 上述电子元件施加及/或产生任何电力、磁力及/或电子信号。
"转换结构(convertible structure)"—词可特别表示具有转换特性的任 何物理结构。举例来说， 一相变化结构或具有感热(thermo-dependent)特性 的一结构。相变化材料可不仅具有两种相，而且具有多于两种的相，例如结 晶相、非晶相、介非晶相(meta-amorphous)、介晶相(meta-crystalline)、具有 不同晶向的结晶相等等。
"相变化结构(phase change structure)" —词可特别表示为在热(经由 流经上述相变化结构或一电/热耦合加热元件的一电流的电阻损耗而产生，和 /或经由吸收电磁辐射而产生)的影响之下具有改变任何物理参数或物理材料 特性的特性的任何物理结构。可特别表示为例如一硫属化合物(chalcogenide) 的材料在一非晶结构和一结晶结构之间的转换，其可伴有明显的电阻率改 变。然而，任何其他的相变化，例如从固相至液相的改变，其相的改变与一 物理特性的改变相关，可被上述"相变化结构" 一词涵盖。
"记忆晶胞(memory cell)"—词可特别表示为一物理结构(例如整体集 成于例如一硅基板的一基板上/中的一组叠层)，其允许以电子方式储存信息。 储存于一记忆晶胞的信息的数量可为一位(bit)(特别是当相变化材料于表现为逻辑值"1"或"0"的两个相之间转换时)或可为多于一位(特别是当相变化材料在至少三个相之间转换时)。上述记忆晶胞可于一基板上和/或基板中形成，上述基板可表示为任何适合的材料，例如一半导体、玻璃、塑胶等等。
"基板(substrate)" —词一般可用于定义使多层位于一层或所关注部分的下方及/或上方的元件。上述基板也可以为其上形成层的任何基底，举例来说，例如为一硅晶片或硅芯片的一半导体晶片。
上述转换结构的"末端部分(terminal portion)" —词可特别表示为上述转换结构的终端部分，其接触或耦接至上述各电极的金属材料，即与上述各电极的金属材料直接实体接触。
上述转换结构的"线部分(line portion)" —词可特别表示上述转换结构介于上述两末端部分之间且部分不与上述电极材料直接实体接触的中间部分。这种线部分可为沿着一实质上直线路径对准的一长方形结构。
上述线部分和上述转换结构的末端部分的"厚度(thickness)" —词可特别表示为一电子元件的一表面平面内的一方向的厚度，上述方向垂直于一电流方向。
电极的"宽(broad)"或"窄(narrow)" —词可特别表示为一电子元件的一表面平面内的一方向的厚度，上述方向垂直于一电流方向。因此，上述电流方向可沿上述电极的上述宽部分和上述窄部分的一连接方向产生。
"非晶点(amorphous spot)"—词可特别表示为在上述转换结构的操作状态下，上述线部分的一子部分(或一几何子分支)，上述转换结构通过先施加一所谓的RESET脉冲而进入一非晶状态。不希望局限于一特别的理论，目前认为因为例如汤姆森效应(Thomson effect)的热电效应(thermo-electriceffect),这种RESET脉冲对上述线部分的应用会导致温度会沿上述线晶胞(line cell)非对称(asymmetric)的分布，以使只有一部分的线晶胞会超过转换至非晶状态的临界温度，因而通过这种RESET脉冲仅会非晶化上述线部分的一子部分。
"非对称(asymmetric)"—词描述上述转换结构相对于上述第一电极和上述第二电极排列的特征，可特别表示包括于这些元件的设计/排列中任何非对称的特性，例如这些元件相对于另一个的非对称转移或这些结构的相应部分的非对称(例如镜面非对称(mirror-asymmetric))几何特性。"镜面对称(mirror symmetric)" —词描述上述转换结构的特征，可特别表示上述转换结构的几何形状的反射对称性。在二维有一对称轴，在三维有一对称面。 一物体或一图形，其与其转换映像为不可分辨时，可称为镜面对称。一二维图形的对称轴为一条线，以至于如果形成一垂直线，位于上述垂直线上距上述对称轴相同距离的任两点为完全相同。另一种思考方式为如果上述形状沿上述轴对折成两半，上述两半为完全相同上述两半为彼此的镜面映像。 一非镜面对称结构不具有镜面对称的特性。更特别的是，会有两条对称线(二维)或两个对称面(三维)。 一个为位于电流方向的一条线(一个面)(线
的"上半部"和"下半部"对称)，而另一个为垂直于电流方向的一条线(一个面)(线的"左半部"和"右半部"对称)。在此，特别表示后者对称的意思。
依据本发明的一示例性实施例，电极和转换结构的几何排列和设计可以被配置成在施加RESET脉冲时，仅上述转换结构的一线部分的一部分转换为非晶相，也就是说并非全部的线部分转换为非晶相。通过采用这种方法，也就是说通过使上述非晶点变小，可保持小的程式化临界电压，导致用于程式化的适度功率需求。使上述转换结构的上述线部分的至少一部分与电极材料部分重叠(overlap)，以使只有上述线部分的剩余次部分桥接(bridge)上述两电极，而不直接物理连接至上述电极材料，这是特别有利的。
因此，提供一电子元件，因为低功耗、低临界电压(应低于最大电源电压)和低横向尺寸，其特别适合应用于现今和未来的CMOS世代。另外，可克服公知横向记忆晶胞的缺点，以便于能够降低至小的横向尺寸和低程式化功率和低临界电压。
因此，依据本发明的一示例性实施例，提供一记忆晶胞，包括一第一长度的一相变化材料结构，上述相变化材料结构还包括一第一末端和一第二末端和具有第二长度的非晶点，其中该第二长度小于第一长度。非晶点的第二长度通过位于上述相变化材料结构上方或下方的金属电极之间的一距离限定。上述金属电极可与上述相变化材料结构对称或非对称排列。在另一实施例中，上述金属电极可形成具有与被各别上述金属电极覆盖的上述相变化材料的形状相似的形状。
利用这种方法，可得到低临界电压。对于阳极区(意即对于与一程式化电流/电压源的阳征极耦接的上述电极)有一额外的优点，上述非晶点的边缘可通过从窄相变化线转变至相变化线的宽部分的方式固定，以便于降低上述阳极的金属部分的热损失。利用这种方法，可制造具有适当临界电压和金属部分的适当热损失的特性的高性能相变化记忆晶胞。
特别地，可提供相变化材料的一非对称晶胞布局(layout)。因此，可提供具有一非对称横向金属电极或一对称横向金属电极组成形状的一相变化材料，以窄的方式定义一非晶点，和/或以避免热损失。这可允许在CMOS技术中，更特别在C065技术中制造相变化晶胞记忆体。有基于热电效应的实验证据，在上述窄转换材料内部可出现一非晶点的非对称位移。通过相应的几何设计(例如通过一非对称结构)，可考虑到、可抑制或甚至于可消除这种效应，以改善上述晶胞的程式化特性。
特别地，上述转换材料的一狗骨头结构(请参考例如图4或图12)可具有优点。这种结构可具有优点的原因是这种结构可具有理想的特性，其与相变化材料和一电极之间的接触电阻有关。当上述相变化材料层的形状为一狗骨头形，可使保持小的整体电阻。上述金属覆盖的总面积对于上述接触电阻可能是重要的。
依据本发明的一示例性实施例，由于加工技术，可以得到小于可用距离的非晶点。上述有效的非晶点的延伸部分之后可仅被金属电极定义，或被至少一金属电极和相对的相变化材料末端结构定义。通过相应电极设计使朝向上述电极的热泄漏降低，这可以为应用于本发明实施例的一单独特征。另一附加的方面为上述非晶点可朝阳极移动，可以有效抑制上述非晶点的非对称。可以实验方式看到上述非晶点的对称/非对称位置以及其延伸部分，例如通过为上述相变化材料层拍穿透式电子显微镜(TEM)照片。
接着，将会说明上述电子元件的其他示例性实施例。然而，这些实施例也可应用到电子元件的制造方法。
上述转换结构可形成一感热结构，特别为一相变化结构，其可在至少两个状态之间转换。因此，在由流经上述相变化结构及/或其连接的电极的程式化电流的电阻损失产生热的情况下，可开始上述两个相之间的转换。也可通过电磁辐射供应热能。然而，也可通过一邻近的结构/加热器供应热能。
特别地，可采用上述相变化结构以使上述两个相态之间的导电率不同。在上述至少两个相态的其中的一个相态(phase state)中，上述相变化结构可为导电的(例如实质上导电金属)。在其他相态中，其导电率可高于或低于上述第一相态，例如上述相变化结构可为超导电或半导电、或可为绝缘、或可为导电但导电率改变等等。上述电子元件在一般操作中，上述电子元件的功能会被上述相变化结构的导电率影响、限定或与其当前值相关。这可允许在不同相模式中，利用上述相变化结构的不同导电率来制造记忆晶胞、开关、
促动器(actuator)、感测器等等。
利用一电流脉冲或一电流信号，可于上述转换结构中产生热，因而改变其相态，从而改变导电率。施加的电流脉冲可具有一种形状(例如可具有一快速上升的边缘和一缓慢下降的边缘，或可具有朝右弯曲的一上升边缘和朝左弯曲的一下降边缘)，且可具有不同参数(例如电流振幅、脉冲持续时间等等)为特征。利用调整上述脉冲参数，有可能控制上述相变化材料是否转换至结晶相或转换至非晶相。极高的温度和快速的降温会导致非晶相，而温度增加较小或较慢的降温会导致结晶相。
可采用上述相变化结构以使上述两个相态的其中一个相态为上述相变化结构的一结晶相，而上述两个相态的另一个相态为上述相变化结构的一非晶相。可于硫属化合物(chalcogenide)材料中发现这种材料特性。可使用包含一硫属化合物元素(硫磺、硒或碲)为主要成分的一硫属化合物玻璃(chalcogenide glass)。相变化材料的例子为GeSbTe、 AglnSbTe、 InSe、 SbSe、SbTe、 InSbSe、 InSbTe、 GeSbSe、 GeSbTeSe或AglnSbSeTe。
上述电子元件可包括一电感测电路，其用以感测上述转换结构在上述至少两个状态的不同状态中的不同电特性。举例来说，可对上述转换结构施加一测试电压，由于在结晶相和非晶相中的导电率不同，所以流经上述转换结构的一电流会与上述转换结构的相态有关。这种感测电路也可包括选择晶体管或其他种类的开关，其选择能够存取或不能够存取上述电子元件的一阵列的一特别的电子元件。因此，可对每一个上述电子元件指定一各自的选择晶体管。
依据本发明的一示例性实施例，上述转换结构可相对上述第一电极和上述第二电极对称设置。这种结构可易于制造。举例来说，图4、图6、图7和图15的实施例显示这种对称结构。
依据这种实施例，上述第一电极和上述第二电极的选自于由一形状(例如一轮廓)、 一面积以及一材质(例如钨或TaN)所组成的群组的至少一个为完全 相同。对上述两个电极使用相同的形状、面积及/或材质，可得到一简易的集 成制造工艺和一简单的布局。
依据本发明的另一示例性实施例，上述转换结构可相对上述第一电极和 上述第二电极非对称设置。对于这种结构，利用相变化材料和电极的一反转 非对称结构补偿一非晶点的一非对称排列，因而在程式化时有效地降低热损 失。举例来说，图2、图3、图5、图8、图9和图14的实施例显示这种对 称结构。
特别地，上述第一电极和上述第二电极的选自于由一形状、 一面积以及 一材质所组成的群组中的至少一个可以为不相同的。这种不同可导致一非对 称结构。
上述转换结构可为一镜面对称结构。这种实施例可与一对称电极结构或 一非对称电极结构结合。 一镜面对称结构可为具有一左手部分和一右手部分 的一结构，其中上述左手部分可利用反射实质映图至上述右手部分。在其他 实施例中，上述转换结构可为一非镜面对称结构。这种实施例可与一对称电 极结构或一非对称电极结构结合。 一非镜面对称结构可缺少对称性。
可提供上述线部分的一部分以与上述第一电极和/或上述第二电极部分 重叠(以接触方式)。因为目前认为这种部分重叠部分不会通过施加RESET脉 冲而转换为非晶态，所以有这种部分重叠的部分可降低上述非晶点的尺寸。
由上述第一电极以及上述第二电极所组成的群组中的至少一个可包括 一宽部分和一窄于上述宽部分的窄部分，其中上述窄部分与上述线部分的一 部分部分重叠。沿着窄于上述宽部分的上述窄部分的方向可特别与沿上述转 换结构的上述线部分的方向相同，上述线部分具有小于上述转换结构的末端 部分的厚度。利用提供电极的一窄的尖端或突出部，可明显降低朝向电极的 热泄漏。上述第一电极和/或上述第二电极可形成一长方形或一具有一窄末端 部分的长方形或一L形。
上述转换结构可形成为类以狗骨头形、 一杠铃形和一字母"U"形。
上述电子元件可用作一存储器元件。在这种存储器元件中，特别是根据 上述相变化结构的两个或多个相态的目前相态，可于上述相变化材料目前的 相中储存一位或多位的信息。上述电子元件可用作一存储器阵列，其为多个(大的)上述存储器元件 的结构。在这种存储器阵列中，存储器晶胞可以一阵列形式排列且可经由具 有可视为开关的晶体管的位线和字线控制，以得到或防止存取至想要的各存 储器晶胞和存储器元件。上述多个存储器晶胞可为整体集成于一共用(例如硅) 基板中。
上述电子元件可用作一促动器(actuator)，原因是上述相变化结构的导电
率的改变可导致促动信号的改变。
上述电子元件也可用作一微机电结构(MEMS)。利用上述转换材料的相
改变而更改的电子信号可导致上述微机电结构的一可移动组件的一特别移 动。
确信的是，因为上述相变化材料的改变，及由此造成的其导电率的改变， 可用于形成控制器、开关或传感器(transductor)等。
对于任何方法步骤，可使用半导体技术的任何公知制造工艺。形成层或 组件的方式可包括例如化学气相沉积法(CVD)、等离子体增强型化学气相沉 积法(PECVD)、原子层沉积法(ALD)或溅镀(sputtering)的沉积技术。移除层或 组件的方式可包括例如湿蚀刻法或气相蚀刻法等蚀刻技术，和例如光学微影 法、紫外线微影法、电子束微影法等图案化技术。
本发明实施例并不限于特别的材料，可使用许多不同的材料。对于导电 结构而言，可以使用金属结构、硅化物结构或多晶硅结构。对于半导电区域 或组件而言，可使用结晶硅。对于绝缘部分而言，可使用氧化硅或氮化硅。
可于一纯结晶硅晶片或一绝缘层上覆硅(SOI)晶片上形成上述结构。
可应用例如互补式金氧半晶体管(CMOS)、双极型晶体管(BIPOLAR)、 双极型互补式金氧半晶体管(BICMOS)的任何工艺技术。
从下文将要描述的实施例的范例，本发明的上述定义的实施例和其他的 实施例将会是明显的，且利用实施例的这些范例作为参考来说明本发明。
以下以各实施例的范例作为参考详细说明本发明，各实施例的范例并非 用以限定本发明。
图1至图9显示依据本发明的示例性实施例的电子元件。图10至图13显示应用于依据本发明的示例性实施例的电子元件的相变 化材料的几何形状。
图14显示依据本发明的示例性实施例的存储器晶胞。 图15显示依据本发明的示例性实施例的电子元件。 图16和图17显示公知的电子元件。
具体实施例方式
附图为概要的绘示。在不同图式中，相似或相同的部分都使用相同的附 图标记。
之后，参考图l，说明依据本发明一示例性实施例的一电子元件100。
电子元件包括长方形的一第一电极101。电子元件100还包括也为长方 形的一第二电极102，且第二电极102具有较第一电极101大的一面积。虽 然未显示于图1中，第一电极101和第二电极102为沉积于例如硅基板或绝 缘基板的一基板的一表面上的金属电极。其它电子元件可整体集成于这种基 板中，以接触第一电极101和第二电极102。图1的结构为平面，也就是说 第一电极101和第二电极102实质上位于基板上方的相同层。图1显示电子 元件IOO的平面图。
提供具有一杠铃几何形状的一相变化材料结构103，且该结构103电性 耦接于第一电极101和第二电极102之间。转换结构103，更精确为其一部 分，通过施加于第一电极101和第二电极102之间的SET/RESET电流，利 用加热方式于一非晶状态和一结晶状态之间转换。相变化材料结构103在非 晶状态和结晶状态具有不同的导电率的值。
相变化结构103包括一第一末端部分104和一第二末端部分105。第一 末端部分104与第一电极101部分重叠，以电性耦接至第一电极。第二末端 部分105被完全设置在第二电极102上。此外，提供沿图1的一水平方向延 伸的一矩形(obkmg)线部分106，以桥接具有成锥形转变/中间部分108和 109的第一末端部分104和第二末端部分105。线部分106具有一厚度(或宽 度)12，其小于末端部分104和105的厚度(或宽度)h。
转换结构103依据第一电极101和第二电极102设置，以便于在相变化 材料103的非晶状态中，线部分106具有沿线部分106的次部分延伸的一非晶点107。在施加RESET脉冲的情况下，线部分106的剩余部分仍保持为结 晶状态。换句话说，在非晶点107的一非晶状态中，并非表示为非晶点107 的线部分106的剩余部分实质上仍为结晶相。相反地，在相变化材料103的 结晶状态中，实质上线部分106的整个延伸部为结晶相。
转换结构103依据第一电极101和第二电极102非对称设置。特别地， 第一电极101和第二电极102的形状和表面面积不同。因为末端部分104与 末端部分105的面积不同，所以转换结构103提供为一非镜面对称结构。
可从图1得知，线部分106的一右手侧末端部分与第二电极102部分重 叠，因而降低临界电压。
图1显示一相变化存储器的一非对称线晶胞(line cell)布局。第一电极 101和第二电极102为金属电极，其可由例如TaN或钨制造。图1显示一相 变化材料的一线晶胞布局的结构。存储器的基本操作为电阻(欧姆)加热相变 化材料103超过镕点之后，然后淬火，材料会处在一非晶高电阻状态，特别 是在一部分107中。利用把材料加热超过再结晶温度，材料可转换回到低电 阻结晶状态。如图1所示的非晶点107，其中相变化材料103在非晶状态中 乂"冋w m o
临界电压须为足够低(例如低于CMOS技术中最大电源电压)。在图1中， 非晶点107的长度的减少(意即临界电压的减小)并非为技术允许的距离所限 定。通过线部分106与第二电极102部分重叠，会改善电子元件IOO程式化 的特性。除了上述考虑之外，因为例如汤姆森效应(Thomsoneffect)的电热效 应(electro-thermal effect),所以非晶点107并非在线部分106的中间，而是朝 阳极(图1的实施例中的第一电极101，当第一电极101指定为一正极性时) 移动。 因此，图1显示一非对称布局，其对电极距离dd和相变化线长度(参见 指向附图标记106的括弧)产生一小的非晶区域107，因此产生低临界电压。 一额外的优点为，对于阳极区域IOI，通过窄相变化线106转变至线晶胞的 宽部分104而固定非晶点107的边缘，以降低阳极101的金属部分的热损失。
图1中的锥形的中间部分108和109也可具有其他几何形状，例如转变 处可为陡峭的。对于阴极区域102，金属电极102固定非晶区域107的边缘， 但此时因为电热效应所以热损失小。因此，可从图1的结构得到一小的临界电压和一小的RESET电流。
图2显示依据本发明的另一示例性实施例的一电子元件200。图2显示 一结构，其中相变化线106的尺寸短于图1中的尺寸。
图3显示一电子元件300，其中每一个电极101和102包括一相应延伸 部分302和304，其进一步限制非晶点107的长度，且防止向电极101和102 的过度热泄漏。尖端或突出部分302和304与相变化线103的窄部分106部 分重叠，因而导致热泄漏的降低。
图4显示具有狗骨头形状的一相变化结构103。而且，显示出电极101 和102彼此的距离为山。图4的结构为高度对称，其具体是从在电极101、 102上对称设置狗骨头结构103的角度截取的。图4的狗骨头结构可有益于 降低接触电阻。为了保持短的非晶点长度且使其小于距离dl(所以维持低临 界电压)，且为了保持相变化材料线400(包括相变化材料103、电极101和 102)的低总电阻，需要维持小的距离山。
图5显示与图4类似的实施例，然而狗骨头相变化材料103和电极101 和102为一非对称结构。特别地，狗骨头相变化材料结构103的宽部分104 具有大于第二宽部分105的面积。第一电极101具有小于第二电极102的面
积。假使为了制造工艺原因，d2》d,且d3》山，可以此方式得到有效线长
度山(d2和(13不需相同)。这种制造工艺原因之一如下为了具有一小的RESET 电流，接近中央的线需要较窄/较细(意即图5中的W需要小)。为了微影工艺 原因(邻近效应)，如果d2为大的话，可形成较小的W。
图6显示依据本发明另一示例性实施例的一电子元件600，类似于图3， 其中电极包括宽部分301和303(具有厚度sO和窄部分302和304(具有厚度 s2)。相变化线103具有狗骨头对称性。
图7显示具有长方形电极101、 102和一狗骨头相变化材料103的一电 子元件700。
图8显示一结构，其中一电极101为长方形且第二电极303、 304具有 一宽部分303和一窄部分304。相变化材料103提供为一狗骨头结构。
图9显示一实施例的一电子元件900，其具有一对称狗骨头相变化材料 103和具有不同面积的长方形的两个非对称电极101和102。
图6和图8的结构分别优于图7和图9的结构。背后的理由为通过非晶点的长度仍维持小于山，可降低向电极101和102的热泄漏。
图10显示一记忆晶胞的几何形状1300，其具有一U形相变化材料结构 103。电极101和102与倒转U的内侧壁接触。图11显示的另一几何形状 1400，显示一狗骨头结构。借助图10的几何形状，有可能制造非常窄的线。 因为制造工艺之后的邻近效应的原因，图11的几何形状看起来像图12显示 的影像1500。所以标示为附图标记1501的中央部分需要窄(例如小的W)。 图10的几何形状1300看起来像图13显示的真实结构，且遭受较小的邻近 效应。这表示为图案1600。
图14显示类似于电子元件100的几何形状，然而其具有其他电路，其 使电子元件100可操作为一记忆晶胞1700。
提供一电压源/电流源1701。当一开关晶体管1702操作为导电，意即如 果对其栅极区域施加一相应电压，利用电压源或电流源1701提供的电压或 电流供应至第一电极101，流经相变化结构103并供应至第二电极102。依 据转换结构103的相状态，利用一电流或电源感测器1703感测的电流会较 大或较小。 一参考电位1704可为一接地电位。利用转变相变化材料103的 线部分106至一非晶状态(参见附图标记107)或至一结晶状态，可在记忆晶 胞1700中储存逻辑信息"1"或"0"。
图15显示实施例1800，其中仅有窄部分107的一小部分与各个电极101 或102部分重叠。
图16显示公知结构1900，其中没有部分重叠的部分，导致大的非晶点， 因而产生一高临界电压。
图17显示另一公知实施例2000，其中一杠铃形相变化线103施加于两 个长方形电极101和102上，以形成非部分重叠结构2000。
最后，需要注意的是本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本 发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的 更动与润饰，因此本发明的保护范围当视随附的权利要求书所界定的范围为 准。在权利要求书中，任何置于括号中的元件符号并非用以限定本发明。"包 括"一词或其他类似的词并非排除列示于权利要求书或说明书中之外的其他 元件或步骤。 一元件的单一符号并非排除复数元件的复数符号，反之亦然。 在列举数个元件的一装置权利要求中，这些个元件可利用完全相同的硬件或软件作为范例。列示于不同的从属权利要求中的这些措施并非意指这些措施 的组合不具有优点。
权利要求
1.一种电子元件(100)，该电子元件(100)包括一第一电极(101)；一第二电极(102)；一转换结构(103)，电性耦接于该第一电极(101)和该第二电极(102)之间，该转换结构经由加热方式在至少两个状态之间转换，且该转换结构在至少两个状态中的不同状态具有不同的电特性；其中该转换结构(103)包括分别连接至该第一电极(101)和该第二电极(102)的末端部分(104，105)，以及包括介于该末端部分(104，105)之间的一线部分(106)，该线部分(106)具有一较该末端部分(104，105)小的厚度；其中该转换结构(103)依据该第一电极(101)和该第二电极(102)设置，以便在该至少两个状态其中的一个状态中，该线部分(106)具有仅沿该线部分(106)的一部分延伸的一非晶点(107)。
2. 如权利要求1所述的电子元件(IOO)，其中该转换结构(103)为一感热 结构，特别为在至少两个相状态之间转换的一相变化结构。
3. 如权利要求1所述的电子元件(IOO)，其中该转换结构(103)在该至少 两个状态其中的至少一个状态为导电的。
4. 如权利要求1所述的电子元件(1700)，包括一电感测电路(1701至 1703)，其用以感测该转换结构(103)在该至少两个状态中的各不同状态中的 不同电特性。
5. 如权利要求1所述的电子元件(IOO)，其中该转换结构(103)用以使得 在该至少两个状态之间的导电率的值不同。
6. 如权利要求1所述的电子元件(IOO)，其中该转换结构(103)用以使得 在该至少两个状态中的一个状态为该转换结构(103)的结晶相。
7. 如权利要求1所述的电子元件(1700)，包括一开关，该开关特别选自 于由一晶体管(1702)、 一场效应晶体管、 一双极型晶体管、 一鳍状场效应晶 体管以及一二极管所组成的群组，并电性耦接至该转换结构(103)。
8. 如权利要求1所述的电子元件(400， 600， 700， 1800)，其中该转换 结构(103)依据该第一电极(101)和该第二电极(102)对称设置。
9. 如权利要求8所述的电子元件(400， 600， 700， 1800)，其中该第一电极(101)和该第二电极(102)的选自于由形状、面积以及材质所组成的群组中的至少一个为完全相同。
10. 如权利要求1所述的电子元件(IOO， 200， 300， 500， 800， 900， 1700)，其中该转换结构(103)依据该第一电极(101)和该第二电极(102)非对称设置。
11. 如权利要求10所述的电子元件(IOO， 200， 300， 500， 800，卯0，1700)，其中该第一电极(101)和该第二电极(102)的选自于由形状、面积以及材质所组成的群组中的至少一个为不同的。
12. 如权利要求1所述的电子元件(400， 600， 700， 800， 900， 1800)，其中该转换结构(103)为一镜面对称结构。
13. 如权利要求1所述的电子元件(IOO， 200, 300， 500， 900， 1700)，其中该转换结构(103)为一非镜面对称结构。
14. 如权利要求1所述的电子元件(IOO)，其中该线部分(106)的至少一部分被设置成与该第一电极(101)和该第二电极(102)的至少一个部分重叠。
15. 如权利要求1所述的电子元件(300)，其中该第一电极(101)和该第二电极(102)的至少一个包括一宽部分(301， 303)和窄于该宽部分(301， 303)的一窄部分(302， 304)，其中该窄部分(302， 304)与该线部分(106)的一部分部分重叠。
16. 如权利要求1所述的电子元件(IOO)，其中该第一电极(101)和该第二电极(102)的至少一个的形状为选自于由一长方形以及一 L形所组成的群组的其中之一。
17. 如权利要求1所述的电子元件(100)，其中该转换结构(103)的形状为选自于由一狗骨头形、 一杠铃形以及一 U形所组成的群组的其中之一。
18. 如权利要求1所述的电子元件，其为选自于由一存储器元件(1700)、一存储器阵列、 一促动器、 一微机电结构、 一控制器以及一开关所组成的群组的其中之一。
19. 一种电子元件(100)的制造方法，该方法包括下列步骤在一第一电极(101)和一第二电极(102)之间电性耦接一转换结构(103)，该转换结构(103)经由加热方式在至少两个状态之间转换，且在该至少两个状态中的不同状态具有不同的电特性；形成该转换结构(103)以包括分别连接至该第一电极(101)和该第二电极(102)的末端部分(104， 105)、以及包括介于该末端部分(104， 105)之间的一 线部分(106)，该线部分(106)具有一较该末端部分(104， 105)小的厚度；依据该第一电极(101)和该第二电极(102)设置该转换结构(103)，以便在 该至少两个状态中的一个状态中，该线部分(106)具有仅沿该线部分(106)的一 部分延伸的一非晶点(107)。
全文摘要
一种电子元件(100)，包括一第一电极(101)、一第二电极(102)、以及一转换结构(103)，该转换结构电性耦接在上述第一电极(101)和上述第二电极(102)之间，并可经由加热方式在至少两个状态之间转换，且在至少两个状态中的不同状态具有不同的电特性，其中上述转换结构(103)包括分别连接至上述第一电极(101)和上述第二电极(102)的末端部分(104、105)，以及包括介于上述末端部分(104、105)之间的一线部分(106)，上述线部分(106)具有一较上述末端部分(104、105)小的宽度或厚度，以及其中上述转换结构(103)依据上述第一电极(101)和上述第二电极(102)设置，以便在上述至少两个状态的一个状态中，上述线部分(106)具有仅沿上述线部分(106)的一部分延伸的一非晶点(107)。
文档编号H01L45/00GK101689603SQ200880021054
公开日2010年3月31日 申请日期2008年6月18日 优先权日2007年6月20日
发明者雷德弗尔道斯·胡尔库思 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司