[发明专利]相变化存储器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明关于一种存储器及其制造方法，特别关于一种相变化存储器及其制造方法。

背景技术

相变化存储器具有高读取速度、低功率、高容量、高可靠度、高写擦次数、低工作电压/电流及低成本等特质，且非常适合与CMOS工艺结合，可用来作为较高密度的独立式或嵌入式的存储器应用，是目前十分被看好的下一世代新存储器。由于相变化存储器技术的独特优势，也使得其被认为非常有可能取代目前商业化极具竞争性的SRAM与DRAM挥发性存储器与Flash非挥发性存储器技术，可望成为未来极有潜力的新世代半导体存储器。

相变化存储器组件架构极为简单，主要是在相变化材料的上下之间分别制作电极材料来作为电流流通的路径，目前最普遍被采用的架构为T型架构。此架构的作法是在相变化材料之下加入加热金属的拴塞填充层，其好处是可降低加热金属与相变化材料之间的接触面积，可增进加热电极的加热效率并降低相变化存储器组件的操作电流。在这样的架构下，非晶区将会发生在电流密度最高的区域。

综观目前相变化存储器的发展趋势，可以明显的发现主要的瓶颈乃在于组件的操作电流过大，因而无法有效地降低相变化存储器组件所串接的驱动晶体管面积，导致单位元尺寸过大使得存储器密度无法提升的问题。降低相变化记忆体操作电流可藉由缩小相变化记忆胞中相变层与电极的接触面积来达成，且有利于CMOS组件的缩小以及存储器密度的提升。然而，此方法会受限于光刻与工艺能力的限制，较不易获得有效地突破。

为解决上述问题，美国专利US 6,750,079中提出一种形成相变化存储器10的制造方法，请参照图1，其先形成一具有垂直侧壁的图案化介电层14于一基底12；接着顺应性形成一金属层于该介电层14及基底12上；接着非等向性蚀刻该金属层，以形成具有较小厚度的金属间隙壁16；接着，形成一介电层18以使该金属间隙壁16的侧面完全被介电层包覆；最后，依序形成一相变化层20、一电极层22、及一保护层24。

有鉴于此，设计一崭新的相变化存储器组件的工艺，以克服上述习知技术的缺点，实为相变化存储器工艺技术极需研究的重点。

发明内容

本发明提供一种相变化存储器，其相变化主动区域发生在相变化间隙壁与电极接触的区域，利用间隙壁极小体积的特性、配合邻近相变化材料电极保温的效果，有效降低操作电流及能量。该相变化存储器包含：一基底；一第一电极层形成于该基底之上；一环状状或柱状相变化层与第一电极电连结；以及，一第二电极形成于该该相变化层上并与该相变化层电连结，其中该第一电极与第二电极至少一者为相变化材料。

本发明提供一种相变化存储器的制造方法。根据本发明一实施例，该相变化存储器的制造方法包括：提供一基底；形成一第一电极于该基底之上；形成一第一介电层于该第一电极之上；图案化第一介电层以形成一介电柱，其中该介电柱俯视图形为多边形或圆形；顺应性形成一相变化材料包覆该柱体，经回蚀去除介电柱上表面及第一电极上表面的相变化材料后，留下一相变化材料间隙壁附着该介电柱的侧壁；形成第二介电层于该基底，并经由回蚀使该相变化材料间隙壁的侧壁为第二介电层所包覆；以及，形成一第二电极于该介电柱及该第二介电层之上，以与该相变化材料间隙壁电连结。

根据本发明另一实施例，该相变化存储器的制造方法亦可包括：提供一基底；形成一第一电极于该基底之上；形成一第一介电层于该第一电极之上；图案化第一介电层以形成一开口，其中该开口俯视图形为多边形或圆形；顺应性形成一相变化材料于该第一介电层及覆盖该开口，经回蚀去除介电柱上表面及第一电极上表面的相变化材料后，留下一相变化材料间隙壁附着该开口的侧壁；形成第二介电层于该基底，并经由回蚀使该相变化材料间隙壁的侧壁为第一介电层及第二介电层所包覆；以及，形成一第二电极于该介电柱及该第二介电层之上，以与该相变化材料间隙壁电连结。

以下藉由数个实施例及比较实施例，以更进一步说明本发明的方法、特征及优点，但并非用来限制本发明的范围，本发明的范围应以所附的权利要求为准。

附图说明

图1是显示习知相变化存储器的剖面结构图；

图2a至2g是显示本发明一实施例所述的相变化存储器的制作流程剖面图；

图3及4是显示图2g所示的相变化存储器可能的上视图；

图5a至5c是显示本发明一实施例所述的相变化存储器的制作流程剖面图；

图6及7是显示图5c所示的相变化存储器可能的上视图；

图8a至8g是显示本发明又一实施例所述的相变化存储器的制作流程剖面图。

主要组件符号说明