[發明專利]相變化存儲器

有效

• 申請號: 200710196280.8
• 申請日: 2007-12-07
• 公開（公告）號: CN101308903A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發明（設計）人: 陳達;蔡銘進
• 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;G11C11/56
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 許向華

技術領域

本發明涉及一種存儲器，特別涉及一種相變化存儲器。

背景技術

相變化存儲器具有高讀取速度、低功率、高容量、高可靠度、高寫擦次數、低工作電壓/電流及低成本等特質，且非常適合與CMOS工藝結合，可用來作為較高密度的獨立式或嵌入式的存儲器應用，是目前十分被看好的下一代新存儲器。由于相變化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SRAM與DRAM揮發性存儲器與Flash非揮發性存儲器技術，可望成為未來極有潛力的新世代半導體存儲器。

相變化存儲器在設計上朝著以下幾個方式方展：低的編程電流、高穩定度、較小的體積、及快速的相變化速度，此外，相變化存儲器目前的主要應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器的發展趨勢，可以明顯的發現主要的瓶頸乃在于元件的操作電流過大，因而無法有效地降低相變化存儲器元件所串接的驅動晶體管面積，導致單位尺寸過大使得存儲器密度無法提升的問題。

降低相變化存儲器操作電流可通過縮小相變化存儲單元中相變層與電極的接觸面積來達成，且有利于CMOS元件的縮小以及存儲器密度的提升。然而，此方法會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，降低相變化存儲單元中相變層與電極的接觸面積意即縮小加熱區域，雖然可降低元件尺寸，但是較小的加熱區域意味著熱更易由周遭環境散失，因此仍需增加電流密度以維持足夠的熱產生相變化，如此一來會造成電子遷移產生影響到元件穩定度。因此，通過材料的選用來降低電子遷移發生或是改善熱變遷以降低由周遭環境所散失的熱，亦為相變化存儲器的重要發展方向之一。

熱散失主要是跟環繞在相變化層周圍的介電層的熱傳導能力有關。一般來說，相變化材料(例如：Ge₂Sb₂Te₅)由于其微結構的關系，使其熱傳導度可降至約為0.3W/m-K。自從相變化材料主要是作為有源層，因此不會將其用來作為周遭介電層的材料。然而傳統介電材料，例如氧化硅或氮化硅，他們的熱傳導系數一般高于1W/m-K。如此高的熱傳導系數，加速熱由相變化材料移至外界的速度。

為解決上述問題，美國專利5933365披露一種相變化存儲器，其使用熱絕緣層來防止熱從相變化材料散失至外界。然而，該熱絕緣層的材料不易取得，且與目前相變化存儲器的工藝不相容，現階段并無法導入一般業界所用的相變化存儲器工藝。

因此，在以與目前相變化存儲器工藝相容為前提下，發展出具有低熱傳導能力的材料及結構來降低熱從相變化材料層散出的速率，是目前相變化存儲器一項重要技術關鍵。

發明內容

本發明提供可降低相變化材料層熱散失的相變化存儲器，其利用具有低熱傳導材料及介電材料來包覆相變化層，使得熱不易由周遭環境散失，因此不需增加電流密度以維持足夠的熱產生像變化。

為達上述目的，本案提出的該相變化存儲器，包含復合材料層包含介電材料及低熱傳導材料，該低熱傳導材料包含有相變化材料；貫孔形成于該復合材料層；以及相變化材料層形成于至少一部分的該貫孔內。

此外，依據本發明的另一實施例，本發明所述的相變化存儲器亦可包含：基板；電極形成于該基板；復合材料層形成于該基板之上，其中該復合材料層包含介電材料及低熱傳導材料，該低熱傳導材料包含有相變化材料；貫孔貫穿該復合材料層；以及相變化材料層，形成于該至少一部分的貫孔內并與該電極電性連結。

以下通過數個實施例及比較實施例，以更進一步說明本發明的方法、特征及優點，但并非用來限制本發明的范圍，本發明的范圍應以所附的權利要求為準。

附圖說明

圖1a至1e是顯示本發明實施例1所述的相變化存儲器元件的制作流程剖面圖。

圖2a至2e是顯示本發明實施例2所述的相變化存儲器元件的制作流程剖面圖。

圖3a至3d是顯示本發明實施例3所述的相變化存儲器元件的制作流程剖面圖。

圖4是顯示圖3d的上視示意圖。

附圖標記說明

基板～10；????????????????下電極～12；

絕緣層～14；??????????????下電極上表面～15；

介電材料層～16；??????????低熱傳導材料層～18；

復合材料層～20；??????????貫孔～22；

相變化材料層～24；????????上電極～26；

基板～100；???????????????下電極～102；