[發(fā)明專利]相變化存儲(chǔ)器元件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710147209.0
• 申請(qǐng)日: 2007-08-30
• 公開（公告）號(hào): CN101211959A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院;力晶半導(dǎo)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(hào): H01L27/24
• 分類號(hào): H01L27/24;H01L45/00;H01L21/82;G11C11/56
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 彭久云;許向華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種存儲(chǔ)器，特別涉及一種相變化存儲(chǔ)器。

背景技術(shù)

相變化存儲(chǔ)器具有高讀取速度、低功率、高容量、高可靠度、高擦寫次數(shù)、低工作電壓/電流及低成本等特質(zhì)，且非常適合與CMOS工藝結(jié)合，可用來(lái)作為較高密度的獨(dú)立式或嵌入式的存儲(chǔ)器應(yīng)用，是目前十分被看好的下一代新存儲(chǔ)器。由于相變化存儲(chǔ)器技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，也使得其被認(rèn)為非常有可能取代目前商業(yè)化極具競(jìng)爭(zhēng)性的SRAM與DRAM揮發(fā)性存儲(chǔ)器與Flash非揮發(fā)性存儲(chǔ)器技術(shù)，可望成為未來(lái)極有潛力的新世代半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。

相變化存儲(chǔ)器在設(shè)計(jì)上朝著以下幾個(gè)方式方展：低的編程電流、高穩(wěn)定度、較小的體積及快速的相變化速度，此外，相變化存儲(chǔ)器目前的主要應(yīng)用例如為需要較低電流消耗的可攜式裝置(需要較小編程電流)。綜觀目前相變化存儲(chǔ)器的發(fā)展趨勢(shì)，可以明顯的發(fā)現(xiàn)主要的瓶頸乃在于元件的操作電流過(guò)大，因而無(wú)法有效地降低相變化存儲(chǔ)器元件所串接的驅(qū)動(dòng)晶體管面積，導(dǎo)致單位尺寸過(guò)大使得存儲(chǔ)器密度無(wú)法提升的問(wèn)題。

降低相變化存儲(chǔ)器操作電流可通過(guò)縮小相變化存儲(chǔ)單元中相變層與電極的接觸面積來(lái)達(dá)成，且有利于CMOS元件的縮小以及存儲(chǔ)器密度的提升。然而，此方法會(huì)受限于光刻與工藝能力的限制，較不易獲得有效地突破。此外，降低相變化存儲(chǔ)單元中相變層與電極的接觸面積意即縮小加熱區(qū)域，雖然可降低元件尺寸，但是較小的加熱區(qū)域意味著熱更易由周遭環(huán)境散失，因此仍需增加電流密度以維持足夠的熱產(chǎn)生相變化，如此一來(lái)會(huì)造成電子遷移產(chǎn)生影響到元件穩(wěn)定度。因此，通過(guò)材料的選用來(lái)降低電子遷移發(fā)生或是改善熱變遷以降低由周遭環(huán)境所散失的熱，亦為相變化存儲(chǔ)器的重要發(fā)展方向之一。

美國(guó)專利US?5,789,758中提出一種相變化存儲(chǔ)器，包含一對(duì)上電極及上電極、介電層及填充有相變化材料的溝道貫穿該介電層，由于必需使該電極用以與該填充有相變化材料的溝道接觸的表面其表面積遠(yuǎn)大于該溝道的截面積，所以該溝道(或相變化材料柱)的工藝是非常困難的，且必需使用到三道以上的光刻蝕刻步驟。

美國(guó)專利US?7,034,332披露一種相變化存儲(chǔ)器，其具有整流單元位于一系列的第一電極與第二電極之間，以克服已知相變化存儲(chǔ)器電編程電流過(guò)大的問(wèn)題，然而，該整流單元亦需要通過(guò)繁復(fù)的光刻蝕刻步驟所制備而得。

因此，發(fā)展出新穎的相變化存儲(chǔ)器元件結(jié)構(gòu)及工藝，將相變化存儲(chǔ)器元件的工藝與周遭半導(dǎo)體元件的工藝整合，減少所需的光刻蝕刻步驟，降低工藝?yán)щy度，是目前存儲(chǔ)器工藝的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供相變化存儲(chǔ)器元件，該相變化存儲(chǔ)器元件包含：晶體管；以及相變化材料層。其中，該相變化材料層與該晶體管的末端接觸。

本發(fā)明提供一種相變化存儲(chǔ)器元件的制造方法，包括形成具有第一寬度的圖形化硬掩膜層于相變化材料層；利用該具有第一寬度的圖形化硬掩膜層作為蝕刻掩膜，以蝕刻該相變化材料層；微削該圖形化硬掩膜層直到形成底部具有第二寬度的圖形化硬掩膜層，并獲致具有錐形剖面的疊層，該具有錐形剖面的疊層由上到下依序包含該硬掩膜層及具有底部柱腳的相變化材料層；以及，利用底部具有第二寬度的圖形化硬掩膜層蝕刻該具有錐形剖面的疊層，以獲致具有垂直剖面的疊層，該具有垂直剖面的疊層由上到下依序包含該硬掩膜層及具有底部柱腳的相變化材料層。

本發(fā)明提供相變化存儲(chǔ)器元件的制造方法，包括以下步驟：提供具有晶體管的基底；形成介電層于該基底之上；形成溝槽貫穿該介電層以露出該晶體管的末端；形成相變化材料層于該介電層之上并填滿該溝槽；形成傳導(dǎo)層于該相變化材料層之上；形成具有第一寬度的圖形化硬掩膜層于該傳導(dǎo)層之上，其中該圖形化硬掩膜層與該溝槽延伸方向垂直；利用該具有第一寬度的圖形化硬掩膜層作為蝕刻掩膜，蝕刻該相變化材料層以及該傳導(dǎo)層；微削該圖形化硬掩膜層直到形成底部具有第二寬度的圖形化硬掩膜層，并獲致具有錐形剖面的疊層，該具有錐形剖面的疊層由上到下依序包含該硬掩膜層、傳導(dǎo)層及具有底部柱腳的相變化材料層；以及，利用底部具有第二寬度的圖形化硬掩膜層蝕刻該具有錐形剖面的疊層，以獲致具有垂直剖面的疊層，該具有垂直剖面的疊層由上到下依序包含該硬掩膜層、傳導(dǎo)層及具有底部柱腳的相變化材料層。

以下通過(guò)數(shù)個(gè)實(shí)施例以更進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但并非用來(lái)限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求為準(zhǔn)。

附圖說(shuō)明

圖1a至1g為一系列的上視示意圖，顯示本發(fā)明一實(shí)施例所述的相變化存儲(chǔ)器元件的制作流程。