[發明專利]相變化記憶體及其制造方法

有效

• 申請號: 201610034388.6
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105489759B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 吳孝哲;陶義方;王博文
• 申請（專利權）人: 江蘇時代全芯存儲科技有限公司;江蘇時代芯存半導體有限公司;英屬維京群島商時代全芯科技有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司11006
• 代理人: 徐金國

技術領域

本發明是有關于一種相變化記憶體及其制造方法。

背景技術

計算機或其他電子裝置通常配置有各種類型的記憶體，例如隨機存取記憶體(RAM)、只讀記憶體(ROM)、動態隨機存取記憶體(DRAM)、同步動態隨機存取記憶體(SDRAM)、相變化隨機存取記憶體(PCRAM)或快閃記憶體。相變化記憶體是非揮發性的記憶體，可通過量測記憶體單元的電阻值而獲取儲存于其中的數據。一般而言，相變化記憶體單元包括加熱元件以及相變化單元，相變化單元會因為受熱而發生相變化。當通入電流至加熱元件時，加熱元件將電能轉變成熱量，所產生的熱量促使相變化單元發生相的改變，例如從非晶相(amorphous)轉變成多晶相(polycrystalline)。相變化單元在不同的相具有不同的電阻值，經由偵測或讀取相變化單元的電阻值，便得以判斷記憶體單元的數據型態。提供更高的寫入速度及更好的可靠度一直是記憶體制造商努力的目標。

發明內容

本發明的一方面是提供一種相變化記憶體的制造方法，此方法能夠形成更小寬度的加熱元件，并讓相變化元件更快速地發生晶相變化，而且能夠有效的提高生產制程的良率。此方法包括以下的操作：(i)形成一第一導電接觸結構貫穿一第一介電層；(ii)形成一圖案化加熱材料層覆蓋第一導電接觸結構的一頂面及一部分的第一介電層；(iii)形成一第二介電層覆蓋圖案化加熱材料層；(iv)形成一第一凹口貫穿第二介電層及圖案化加熱材料層，其中第一凹口將圖案化加熱材料層斷開而形成一第一加熱元件以及一第二加熱元件，且第一加熱元件的一底面接觸第一導電接觸結構的頂面；以及(v)形成一相變化元件于第一凹口中且相變化元件接觸第一加熱元件的一邊緣及第二加熱元件的一邊緣。

在某些實施方式中，上述方法可進一步包括以下操作：(vi)形成一第三介電層覆蓋相變化元件及第二介電層；(vii)形成一第二凹口貫穿第三介電層及第二介電層以暴露出第二加熱元件的一部分；以及(viii)形成一第二導電接觸結構于第二凹口中以及第三介電層上，其中第二導電接觸結構的一底面接觸第二加熱元件的所述部分。

在某些實施方式中，上述第一凹口進一步延伸至第一介電層中。

在某些實施方式中，在形成第一凹口之后，還包括：蝕刻第一凹口內的第一介電層的一側壁以及第二介電層的一側壁，使第一加熱元件的邊緣凸出第一介電層的側壁以及第二介電層的側壁。

在某些實施方式中，第一加熱元件的邊緣凸出第一介電層的側壁或第二介電層的側壁的長度約為第一加熱元件的厚度的1/5至1/20、1/5至1/15、1/8至1/15、或1/10至1/12。

在某些實施方式中，上述操作(ii)形成圖案化加熱材料層的操作包括以下步驟：(a)形成一加熱材料層于第一導電接觸結構及第一介電層上；(b)形成一圖案化遮罩于加熱材料層上；(c)蝕刻加熱材料層，而將圖案化遮罩的一圖案移轉至加熱材料層，以形成一圖案化加熱材料層；以及(d)移除圖案化遮罩。

在某些實施方式中，于形成該圖案化加熱材料層的操作中，上述圖案化加熱材料層具有一矩形的上視圖案。在某些實施方式中，于形成該圖案化加熱材料層的操作中，該圖案化加熱材料層包括一第一寬部、一第二寬部以及一頸部橋接第一寬部與第二寬部，且第一寬部的寬度及第二寬部的寬度大于窄部的寬度；且其中形成第一凹口的操作包含移除頸部的一部分，而斷開圖案化加熱材料層。在某些實施方式中，于形成該圖案化加熱材料層的操作中，圖案化加熱材料層包括一第一寬部、一第二寬部、一第一窄部以及一第二窄部，第一窄部及第二窄部橋接第一寬部與第二寬部，第一寬部的寬度及第二寬部的寬度大于第一窄部的寬度以及第二窄部的寬度；且其中形成第一凹口的操作包含移除第一窄部的一部分及第二窄部的一部分，而斷開該圖案化加熱材料層。

在某些實施方式中，上述圖案化加熱材料層包含相互堆疊的多個子結構層，其中至少兩相鄰的子結構層的材料彼此相異，所述至少兩相鄰的子結構層的材料之間存在一電阻率差值。上述電阻率差值可為3倍至80倍、3倍至70倍、3倍至60倍、3倍至50倍、3倍至40倍、3倍至30倍、3倍至20倍、或3倍至10倍。