[發明專利]相變化存儲裝置及其制造方法

無效

• 申請號: 200710096096.6
• 申請日: 2007-04-13
• 公開（公告）號: CN101286546A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 黃振明
• 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
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 陶鳳波

技術領域

本發明有關于一種半導體存儲裝置，而特別有關于一種相變化存儲裝置及其制造方法。

背景技術

相變化內存具有非易失性、高讀取信號、高密度、高擦寫次數以及低工作電壓/電流的特質、是相當有潛力的非易失性內存。

相變化材料至少可呈現兩種固態，包括結晶態及非結晶態，一般利用溫度的改變來進行兩種狀態之間的轉換，由于非結晶態混亂的原子排列而具有較高的電阻，因此通過簡單的電性量測即可輕易區分出相變化材料的結晶態與非結晶態。在各種相變化材料中，硫屬化合物已廣泛應用至各種光記錄組件中。

由于相變化材料的相轉變為一種可逆反應，因此相變化材料用來當作內存材料時，是通過非結晶態與結晶態兩態之間的轉換來進行記憶，也就是說記憶位(0、1)是利用兩態間電阻的差異來區分。

請參照圖1，部份顯示了一種已知相變化存儲單元的剖面情形。如圖1所示，相變化存儲單元結構包括了設置于基底10上的底電極12，底電極12設置于位于基底10上的絕緣層(未顯示)內。在底電極12上則形成有絕緣層14，在絕緣層14內設置有加熱電極16。在絕緣層14上則設置有另一絕緣層18，在絕緣層18的一部內則設置有相變化材料層20，相變化材料層20穿透了絕緣層18并部份接觸了其下方的加熱電極16。在絕緣層18上則形成有頂電極22，頂電極22接觸了相變化材料層20的頂面。在此，加熱電極16例如為插拴型態的電極，其具有直徑D₁。因此，加熱電極16與設置于其上的相變化材料層20之間具有πD₁²/4的接觸面積。圖2則為一示意圖，顯示了如圖1所示的相變化存儲單元之俯視情形，其中為了方便說明，并未繪示出頂電極22，而圖1則顯示了沿線段1-1的剖面情形。

于寫入模式時，加熱電極16將產生電流以加熱介于相變化材料層20與加熱電極16間的界面，進而視流經加熱電極16的電流量與時間長短而使得相變化材料層20的一部(未顯示)轉變成非晶態相或結晶態相。

如圖1所示的已知相變化存儲單元具有以下缺點，在寫入模式時由于需要極大電流以成功地轉變相變化材料的相態，因此需提升供應至相變化材料層20處電流密度。提升電流密度的方法之一即為降低加熱電極16與相變化材料層20的接觸面積，其通常通過降低加熱電極16的橫向尺寸而達成，在此為降低加熱電極16的直徑D₁。

然而，加熱電極16的直徑D₁仍受限于當今光刻工藝的能力，進而使得其縮小程度為的受限，故無法進一步提供加大電流密度的解決方案。

因此，便需要一種相變化存儲裝置及其制造方法，以解決上述問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種相變化存儲裝置及其制造方法，以解決上述的已知問題。

依據實施例，本發明的相變化存儲裝置，包括：

基底；介電層，設置于該基底之上；相變化材料層，埋設于該介電層中；以及第一導電電極，埋設于該介電層內，并沿垂直于該介電層的一頂面的方向延伸穿透該相變化材料層。

依據另一實施例，本發明的相變化存儲裝置的制造方法，包括下列步驟：

提供基底；形成第一介電層，覆蓋該基底；形成相變化材料層于該第一介電層的一部上；形成第二介電層于該第一介電層上，并覆蓋該相變化材料層；形成第一開口，該第一開口沿垂直于該基底的表面的方向穿透該第二介電層、該相變化材料層、與該第一介電層；于該第一開口內形成第一導電電極；形成第三介電層，覆蓋該第二介電層與該第一導電電極；形成第二開口，該第二開口沿垂直于該基底的頂面的方向穿透該第三介電層與該第二介電層，露出該相變化材料層的一部；以及于該第二開口內形成第二導電電極。

依據另一實施例，本發明的相變化存儲裝置的制造方法，包括下列步驟：

提供基底；形成第一介電層，覆蓋該基底；定義該第一介電層以于該第一介電層內形成第一開口，該第一開口沿垂直于該基底的表面的方向穿透該第一介電層并部分露出該基底；于該第一開口內形成第一導電電極；形成相變化材料層于該第一介電層的一部上，并覆蓋該第一導電電極；形成第二介電層于該第一介電層上，并覆蓋該相變化材料層；形成第三介電層，覆蓋該第二介電層；形成第二開口，該第二開口沿垂直于該基底的頂面的方向穿透該第三介電層、該第二介電層、該相變化材料層以及部分的該第一介電層，進而露出該相變化材料層的一部；以及于該第二開口內形成第二導電電極。