[發明專利]相變存儲器元件及其制造方法

無效

• 申請號: 200610094044.0
• 申請日: 2006-06-22
• 公開（公告）號: CN101093872A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 卓言;曾明豪
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院;力晶半導體股份有限公司;南亞科技股份有限公司;茂德科技股份有限公司;華邦電子股份有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24;H01L21/82
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 陶鳳波;侯宇

技術領域

本發明涉及一種存儲器元件及其制造方法，且特別是涉及一種相變存儲器元件及其制造方法。

背景技術

相變存儲器具有速度、功率、容量、可靠度、工藝整合度、以及成本等具競爭力的特性，適合用來作為較高密度的獨立式或嵌入式的存儲器應用。由于相變存儲器技術的獨特優勢，也使得其被認為非常有可能取代目前商業化極具競爭性的靜態存儲器SRAM與動態隨機存儲器DRAM等易失存儲器與閃存Flash等非易失存儲器技術，可望成為未來極有潛力的新世代半導體存儲器。

圖1A繪示現有T型結構的相變存儲器，如圖1A所示，現有T型結構的相變存儲器依序包括下電極102、下接觸拴塞104、相變層106、上接觸拴塞108和上電極110，其中柱狀的下接觸拴塞104為加熱電極，其和相變層106接觸，下接觸拴塞104和相變層106的接觸面積由下接觸拴塞104的尺寸大小決定，而尺寸的縮小由黃光光刻的極限決定，因此，尺寸微縮相對較不易。

此外，現有技術亦披露了水平結構的相變存儲器，如圖1B所示，加熱電極112采用水平設置，如此，加熱電極112的尺寸大小由形成加熱電極112的薄膜厚度決定，可不受黃光光刻極限的限定，然而，此工藝的相變材料114以填洞工藝沉積，與加熱電極112接觸的可靠度、均勻性均不理想，另外，加熱電極112必須選擇高電阻材料以利加熱效率，但由于加熱電極112路徑長，導通過程會有過大的功率損耗，此外，電流在相變材料層114內的流通路徑也較長，同樣造成過大的功率損耗，又另外，此水平結構相變存儲器的使用光掩模數比傳統T型多一至兩道、制作成本較高。

US?6,867,425披露了一種側向式相變存儲器元件，如圖1C所示，其在基板150上形成電極材料并加以圖形化，并利用圖形化之后的電極152、153作為相變材料154上電流流通的兩個電極152、153，而相變材料154和圖形化之后的電極152、153間隔以介電層156，且由介電材料組成的保護層158覆蓋相變材料154。此側向式相變存儲器元件的好處是可通過側向式接觸來降低操作電流，且通過兩個電極間距的縮短可減少電流流經相變材料的路徑，進而可降低元件操作時的功率損耗，然而其亦不可避免以下缺點：相變材料同樣以填洞工藝來沉積，在與加熱電極接觸的可靠度、均勻性一樣不理想，且為了縮短電極間距離，造成更嚴重的填洞困境。加熱電極必須選擇高電阻材料以利加熱效率，但加熱電極路徑比上述現有技術更長，造成更大的功率損耗。加熱電極之外，仍須在水平面的兩側的額外的導通電極，存儲器單一將占據龐大面積。使用光掩模數比傳統T型多一道、制作成本較高。

發明內容

根據上述問題，本發明的主要目的為提供一相變存儲器元件，與傳統形成于溝槽的相變層相比可具有較短電流路徑，且具有較少缺陷。另外，相變層和電極的接觸區域由圖形化相變層的厚度決定，可突破曝光極限尺寸。

本發明提供一種相變存儲器元件。第一柱狀電極和第二柱狀電極沿水平方向排列。圖形化相變層位于第一柱狀電極和第二柱狀電極之間，且電連接第一柱狀電極和第二柱狀電極，其中整體圖形化相變層位于一平面結構上。下電極電連接第一柱狀電極，及上電極電連接第二柱狀電極。

本發明提供一種相變存儲器元件的制造方法。首先，提供基底，基底包括源極和漏極。其后，形成電連接漏極的多個金屬導線和插塞；在金屬導線或插塞上形成位于第一介電層中的下電極。接著，在下電極和第一介電層上形成位于第二介電層中的第一柱狀電極下半部和第二柱狀電極下半部，其中第一柱狀電極下半部電連接下電極；在部分第一柱狀電極下半部、部分第二柱狀電極下半部和部分第二介電層上形成圖形化相變層。后續，在第一柱狀電極下半部、第二柱狀電極下半部和部分圖形化相變層上，形成位于第三介電層中的第一柱狀電極上半部和第二柱狀電極上半部，以形成第一柱狀電極和第二柱狀電極，其中圖形化相變層延伸入第一柱狀電極和第二柱狀電極中。后續，形成電連接部分第二柱狀電極上半部的上電極。

本發明提供一種相變存儲器元件的制造方法。首先，提供基底，基底包括源極和漏極；形成電連接漏極的多個金屬導線和插塞。接著，在金屬導線或插塞上形成位于第一介電層中的下電極，在下電極和第一介電層上形成第二介電層。后續，在第二介電層上形成相變層，在相變層和第二介電層上形成第三介電層。其后，在第三介電層上形成圖形化的光致抗蝕劑層；以圖形化的光致抗蝕劑層為掩模，蝕刻第二介電層和第三介電層，以形成至少兩開口，其中開口貫穿部分的相變層。接下來，將導電材料填入開口，以形成至少兩柱狀電極。