阻变存储器件及其制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种阻变存储器件及其制造方法。所述阻变存储器件包括：下电极；可变电阻层，所述可变电阻层形成在下电极之上，并且被配置使得其体积根据温度收缩或膨胀；以及上电极，所述上电极形成在可变电阻层上。下电极的至少一部分被配置成与上电极电连接。
【专利说明】阻变存储器件及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年8月29日向韩国专利局提交的申请号为10-2012-0094702的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
【技术领域】
[0003]本发明构思涉及一种下一代的存储器件及其制造方法，更具体而言，涉及一种阻变存储器件及其制造方法。
【背景技术】
[0004]非易失性存储器件具有即使电源被关断储存在其中的数据也不被擦除的数据保留特性。因此，非易失性存储器件已经被广泛地应用于计算机、移动通信系统以及存储卡
坐寸ο
[0005]作为非易失性存储器件，典型地，已经广泛地利用了快闪存储器件。快闪存储器件主要利用具有层叠的栅结构的存储器单元。快闪存储器件需要改善隧道氧化物层的薄膜质量并增加单元的耦接比，以便增强快闪存储器单元的漫游可靠性和编程效率。
[0006]目前，除了快闪存储器件以外已经提出了新的下一代存储器件，例如相变随机存取存储器件(PRAM)、磁阻随机存取存储器件(MRAM)以及阻变随机存取存储器件(ReRAM)
坐寸ο
[0007]尽管提出的下一代存储器件理论上具有器件特性，但是它们难以保证大直径晶圆上的稳定特性。
[0008]具体地，PRAM具有很高的显影完整性，但是由于相变材料的不稳定性和可变的材料属性而难以制造PRAM。MRAM利用不容易被刻蚀的铜金属层，所以难以制造MRAM。此外，ReRAM具有不准确的驱动机制，且因而不可以保证可靠性。
【发明内容】
[0009]根据示例性实施例的一个方面，一种阻变存储器件可以包括:下电极；可变电阻层，所述可变电阻层形成在下电极之上，并且被配置使得其体积根据温度收缩或膨胀；以及上电极，所述上电极形成在可变电阻层之上，其中，下电极的至少一部分被配置成与上电极电连接。
[0010]根据示例性实施例的另一个方面，一种阻变存储器件可以包括:层间绝缘层，所述层间绝缘层形成在半导体衬底之上，在所述半导体衬底中限定了用于形成可变电阻层的空间；开关器件，所述开关器件被设置在用于形成可变电阻层的空间中；圆柱型下电极，所述圆柱型下电极在用于形成可变电阻层的空间中形成在开关器件上；形状记忆合金层，所述形状记忆合金层被掩埋在用于形成可变电阻层的空间中，由圆柱型下电极包围；以及上电极，所述上电极形成在形状记忆合金层上，其中，上电极被配置成与圆柱型下电极的至少一部分接触。[0011]根据示例性实施例的另一个方面，一种用于制造阻变存储器件的方法可以包括以下步骤:在半导体衬底上形成下电极；在下电极上形成形状记忆合金层；以及在形状记忆合金层上形成上电极以与下电极的至少一部分接触。
[0012]在以下标题为“【具体实施方式】”的部分中描述这些和其它的特点、方面以及实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]从如下结合附图的详细描述中将更加清楚地理解以上和其它的方面、特征和优点，其中:
[0014]图1A和图1B是示意性地说明根据本发明构思的一个示例性实施例的阻变存储器件的截面图；
[0015]图2A和图2B是解释根据本发明构思的一个示例性实施例的阻变存储器件的驱动的示图；以及
[0016]图3A至图3D是说明一种用于制造根据本发明构思的一个示例性实施例的阻变存储器件的方法的截面图。
【具体实施方式】
[0017]在下文中，将参照附图更详细地描述示例性实施例。
[0018]本文参照截面图来描述示例性实施例,截面图是示例性实施例(以及中间结构)的示意性图示。照此，可以预料到图示的形状变化是例如制造技术和/或公差的结果。因而，示例性实施例不应被解释为限于本文所说明的区域的特定形状，而是可以包括例如来自于制造的形状差异。在附图中，为了清楚起见，可能对层和区域的长度和尺寸进行夸大。相同的附图标记在附图中表示相同的元件。应当容易理解的是:本公开中的“在…上”和“在…之上”的含义应当采用最广义的方式来解释，使得“在…上”的意思不仅是“直接在某物上”，还包括在具有中间特征或中间层的情况下“在某物上”的意思；“在…之上”的意思不仅是指直接在某物顶部上，还包括在具有中间特征或中间层的情况下在某物的顶部上的意思。
[0019]图1A和图1B是示意性地说明根据本发明构思的一个示例性实施例的阻变存储器件的截面图。
[0020]参见图1A和图1B，阻变存储器件可以包括:下电极10、形状记忆合金层20a或20b、以及上电极30。阻变存储器件还可以包括空隙21。具体地，图1A的形状记忆合金层20a说明膨胀相，而图1B的形状记忆合金层20b说明收缩相。
[0021]下电极10可以包括底部10a，所述底部IOa与开关器件(未示出)连接；以及侧壁部10b，所述侧壁部IOb被设置在底部IOa上，并且从底部IOa的边缘向上电极30延伸。换言之，大体采用具有底部的圆柱形状来配置下电极10，由此开放下电极10以限定用于形成可变电阻层的空间。 [0022]可以将形状记忆合金层20a和20b掩埋在用于形成可变电阻层的空间中。形状记忆合金层20a和20b的每个可以包括基于镍钛的合金，所述基于镍钛的合金包括钛-镍(T1-Ni)、钛-镍-铪(T1-N1-Hf )、钛-镍-锆(T1-N1-Zr)、钛-镍-钯(T1-N1-Pd)或钛-镍-钼(T1-N1-Pt);或者基于铜的合金,所述基于铜的合金包括铜(Cu)-招(Al)-镍(Ni)或铜(Cu)-锌(Zn)-镍(Ni)。
[0023]上电极30可以形成在下电极10的侧壁部10b、以及与侧壁部IOb电连接的形状记
忆合金层20a上。
[0024]如现有技术所知，形状记忆合金层具有其体积根据温度改变的属性。换言之，形状记忆合金层20a和20b具有作为体积收缩的低温相的马氏体相(如20b)、和作为其体积膨胀的高温相的奥氏体相(如20a)。
[0025]因此，如图2A和图2B中所示，形状记忆合金层20a和20b具有作为在加热之前的收缩相的马氏体相(如20b)，并且具有作为当通过下电极10加热增加形状记忆合金层20a和20b的温度时的膨胀相的奥氏体相A(如20a)。此时，第一形状记忆合金层20a和20b的加热时段可以是与将第一形状记忆合金层20a和20b相位改变的温度范围相对应的时段。
[0026]当如图2A所示快速地冷却形状记忆合金层20a时，形状记忆合金层20a被连续地保持在奥氏体相A，并且下电极10和上电极30通过形状记忆合金层20a来连接。因此，用于形成可变电阻层的空间的电阻值变成形状记忆合金层20a的电阻值，并且存储器件处于低电阻状态，即设定状态。
[0027]另一方面，当如图2B中所示缓慢地冷却形状记忆合金层20a时，形状记忆合金层20a在缓慢冷却工艺期间返回到初始马氏体M相。因此，空隙21通过形状记忆合金层20b的收缩而形成在下电极10与上电极30之间。可变电阻层形成空间的电阻值变成形状记忆合金层20b的电阻值与空隙21的电阻值之和。如现有技术所知，由于空气具有比形状记忆合金层更大的电阻值，所以存储器件处于高电阻状态，即复位状态。
[0028]在这个示例性实施例中，下电极10被配置使得下电极10的至少一部分与上电极30电连接。如果下电极10不希望与上电极30连接，则当形状记忆合金层20b收缩时在存储器单元中引起开路，这是因为当形状记忆合金层20b收缩时形状记忆合金层20b与上电极30分开，而当形状记忆合金层20a膨胀时形状记忆合金层20a与上电极30接触。因此，下电极10采用间隔件类型或圆柱型来配置，以将上电极30和下电极10连接。然而，下电极10的结构不限制于此，并且下电极10可以具有其至少一部分与上电极30连接的任何结构。
[0029]形状记忆合金使得用于形成可变电阻层的空间的电阻值根据温度通过其收缩和膨胀来改变，使得可以实施新的存储器件。形状记忆合金可以被双向改变形状，并且目前被应用到各种领域，并且因此与现存的存储器件相比，该存储器件在制造和可靠性方面稳定。
[0030]图3A至图3D是说明一种用于制造根据本发明构思的一个示例性实施例的阻变存储器件的方法的截面图。
[0031]参见图3A，在半导体衬底100上形成层间绝缘层110。半导体衬底100可以包括形成在其中的结类型字线105、或形成在其上的金属字线105。刻蚀层间绝缘层110的部分以形成接触孔H。在接触孔H的下部中形成二极管115，并且在二极管115上形成用于下电极的底部120。二极管115可以根据字线105的类型由PN 二极管或肖特基二极管来配置。底部120可以包括导电材料层。此外，层间绝缘层110可以由单层或多层来配置。层间绝缘层110可以被形成为具有比二极管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变电阻层的空间。
[0032]参见图3B，将导电材料层沉积在底部120上，然后各向异性地刻蚀导电材料层以在底部120上形成用于下电极的圆柱型侧壁部123。在一些情况下，侧壁部123可以采用间隔件类型来配置。因此，在用于形成可变电阻层的空间中形成包括底部120和侧壁部123的下电极125。
[0033]参见图3C，为了形成可变电阻层130，将形状记忆合金材料掩埋在用于形成可变电阻层的空间中，然后进行平面化以暴露出侧壁部123的顶表面。此时，形状记忆合金材料可以包括诸如T1-N、T1-N1-Hf、T1-N1-Zr、T1-N1-Pd或T1-N1-Pt的基于镍钛的合金，或诸如Cu-Al-Ni或Cu-Zn-Ni的基于铜的合金。
[0034]参见图3D，将导电材料层沉积在形成可变电阻层130的图3C的所得结构上，然后图案化以形成覆盖可变电阻层130和侧壁部123暴露出的顶表面的上电极140。将通过上电极140暴露出的层间绝缘层110凹陷预定的厚度以减小干扰，由此形成凹陷的层间绝缘层 IlOa0
[0035]如上所述，根据本发明构思的示例性实施例，形状记忆合金层用作可变阻变材料，以通过形状记忆合金层根据温度的收缩和膨胀来实现存储操作。
[0036]本发明的上述实施例是说明性的并非限制性的。各种替换和等价是可以的。本发明不通过本文描述的实施例来限制。本发明也不限制于半导体器件的任何特定类型。其他的增加、删减或修改根据本说明书是显然的，并且要落在所附权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种阻变存储器件，包括: 下电极； 可变电阻层，所述可变电阻层形成在所述下电极之上，并且被配置使得其体积根据温度收缩或膨胀；以及 上电极，所述上电极形成所述可变电阻层之上， 其中，所述下电极的至少一部分被配置成与所述上电极电连接。
2.如权利要求1所述的阻变存储器件，其中，所述可变电阻层被配置使得其上表面根据温度与所述上电极接触或者与所述上电极分开。
3.如权利要求1所述的阻变存储器件，其中，所述下电极包括底部和形成在所述底部上的圆柱型侧壁部，以限定用于形成可变电阻层的空间。
4.如权利要求3所述的阻变存储器件，其中，所述可变电阻层被配置成掩埋在用于形成所述可变电阻层的空间中。
5.如权利要求1所述的阻变存储器件，其中，所述可变电阻层包括一种材料，，当可变电阻层在加热膨胀之后被快速地冷却时，所述材料保持膨胀状态，并且当加热的可变电阻层被缓慢地冷却时，所述材料返回收缩状态。
6.如权利要求5所述的阻变存储器件，其中，所述可变电阻层包括基于镍钛的合金，所述基于镍钛的合金包括钛-镍T1-N1、钛-镍-铪T1-N1-HfJjc -镍-锆T1-N1-ZrJjc -镍-钯T1-N1-Pd或钛-镍-钼T1-N1-Pt,或者基于铜的合金,所述基于铜的合金包括铜-招-镍Cu-Al-Ni 或铜-锌-镍 Cu-Zn-Ni。
7.如权利要求5所述的阻变存储器件，其中，所述阻变存储器件被配置成当所述可变电阻层膨胀时处于设定状态，并且当所述可变电阻层收缩时处于复位状态。
8.一种阻变存储器件，包括: 层间绝缘层，所述层间绝缘层形成在半导体衬底之上，在所述半导体衬底中限定了用于形成可变电阻层的空间； 开关器件，所述开关器件被设置在用于形成所述可变电阻层的空间中； 圆柱型下电极，所述圆柱型下电极在用于形成所述可变电阻层的空间中形成在所述开关器件上； 形状记忆合金层，所述形状记忆合金层被掩埋在用于形成所述可变电阻层的空间中，由所述圆柱型下电极包围；以及 上电极，所述上电极形成在所述形状记忆合金层上， 其中，所述上电极被配置成与所述圆柱型下电极的至少一部分接触。
9. 如权利要求8所述的阻变存储器件，其中，所述形状记忆合金层包括一种材料，当所述形状记忆合金层在加热膨胀之后被快速冷却时，所述材料保持膨胀状态，并且当加热的形状记忆合金层被缓慢地冷却时，所述材料返回收缩状态。
10.如权利要求8所述的阻变存储器件，其中，所述形状记忆合金层包括基于镍钛的合金，所述基于镍钛的合金包括钛-镍T1-N1、钛-镍-铪T1-N1-HfJjc -镍-锆T1-N1-Zr、钛-镍-钮T1-N1-Pd或钛-镍-钼T1-N1-Pt,或者基于铜的合金,所述基于铜的合金包括铜_招_镇Cu-Al-Ni或铜_锋_镇Cu-Zn-Ni。
11.如权利要求8所述的阻变存储器件，其中，所述阻变存储器件被配置成当所述形状记忆合金层膨胀时处于设定状态，并且当所述形状记忆合金层收缩时处于复位状态。
12.一种用于制造阻变存储器件的方法，所述方法包括以下步骤: 在半导体衬底上形成下电极； 在所述下电极上形成形状记忆合金层；以及 在所述形状记忆合金层上形成上电极以与所述下电极的至少一部分接触。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述形成下电极的步骤包括以下步骤: 在所述半导体衬底之上形成图案型底部；以及 在所述图案型底部上形成圆柱型侧壁部。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述形状记忆合金层被形成为掩埋在由所述图案型底部和所述圆柱型侧壁部包 围的空间中。
【文档编号】H01L45/00GK103682092SQ201310074763
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年3月8日 优先权日:2012年8月29日
【发明者】尹孝燮, 曺汉宇 申请人:爱思开海力士有限公司