[發明專利]相變化隨機存取記憶體裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 201911041127.7
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN111129066B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 吳昭誼;余紹銘;蔡仕琦
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L27/22
• 分類號: H01L27/22;H01L43/08;H01L43/10;H01L43/12
• 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

一種相變化隨機存取記憶體裝置及其制造方法。方法包括在導電層上方形成介電層，以及在介電層中的開口中形成側壁間隔物。此開口暴露導電層的一部分。在導電層和側壁間隔物上方形成底部電極層。在底部電極層上方形成相變化材料層，并且在相變化材料層上方形成頂部電極層。在一個實施例中，此方法包括在形成相變化材料層之前凹陷蝕刻底部電極層。

技術領域

本揭露涉及相變化隨機存取記憶體裝置及其制造方法。

背景技術

相變化隨機存取記憶體(phase change random access memory,PCRAM)是一種非揮發性記憶體裝置(non-volatile memory device)，其利用相變化材料(包括硫屬化物和電阻材料)各相之間不同的電阻相和熱致相變(heat induced phase transition)。相變化隨機存取記憶體由許多單元組成，每個單元獨立運行。相變化隨機存取記憶體單元主要包括加熱器和電阻器，此電阻器是一種數據儲存元件，主要由可逆相變化材料制成，可為邏輯“0”狀態和“1”狀態提供至少兩種截然不同的電阻率。

為了從相變化隨機存取記憶體單元讀取狀態(數據)，在不觸發加熱器產生熱量的情況下，將足夠小的電流施加到相變化材料上。以此方式，可以測量相變化材料的電阻率，并且可以讀取表示電阻率的狀態(即，對于高電阻率的狀態為「0」，對于低電阻率的狀態為“1”)。

為了在相變化隨機存取記憶體單元中寫入狀態(數據)，例如，為了寫入表示相變化材料的低電阻率相的“1”狀態，將中等電流施加到加熱器，此加熱器產生熱量以在高于相變化材料的結晶溫度但低于其熔化溫度的溫度下對相變化材料進行持續一段時間的退火以達到結晶相。為了寫入表示相變化材料的高電阻率相的“0”狀態，將非常大的電流施加到加熱器，以產生熱量以在高于相變化材料的熔化溫度的溫度下熔化相變化材料；然后突然切斷電流，以將溫度降低至相變化材料的結晶溫度下，以淬火并穩定相變化材料的非晶結構，從而達到高電阻邏輯“0”狀態。因此，非常大的電流可以呈脈沖形式。

隨著裝置尺寸的減小，提供具有較小臨界尺寸而同時保持足夠的焦耳加熱效率的相變化隨機存取裝置變得更加困難。因此，需要具有良好的焦耳加熱效率的用于相變化隨機存取記憶體的減小尺寸的底部電極。

發明內容

根據本揭露的部分實施例，提供一種相變化隨機存取記憶體的制造方法，包含：形成介電層于導電層上；形成側壁間隔物于介電層的開口中，其中開口暴露一部分的導電層；形成底部電極層于導電層和側壁間隔物上；形成相變化材料層于底部電極層上；以及形成頂部電極層于相變化材料層上。

根據本揭露的部分實施例，提供一種相變化隨機存取記憶體的制造方法，包含：形成第一介電層于第一導電層上；形成第一開口于第一介電層中，以暴露第一導電層；用第二介電層填充第一開口；形成第二開口于第二介電層中，以暴露第一導電層，其中第二開口的寬度小于第一開口的寬度；形成第二導電層于第二開口中；形成相變化材料層于第二導電層上；形成選擇器層于相變化材料層上；以及形成第三導電層于選擇器層上。

根據本揭露的部分實施例，提供一種相變化隨機存取記憶體裝置，包含：介電層、側壁間隔物、底部電極層、相變化材料層和頂部電極層。介電層中形成有溝槽并設置在導電層上；側壁間隔物設置在溝槽中的介電層的側壁上；底部電極層設置在導電層和側壁間隔物上；相變化材料層設置在底部電極上；以及頂部電極層設置在相變化材料層上。

附圖說明

當結合附圖閱讀時，根據以下詳細描述可以最好地理解本揭露。要強調的是，根據行業中的標準實踐，各種特征未按比例繪制，僅用于說明目的。實際上，為了清楚起見，各種特征的尺寸可以任意增加或減小。

圖1繪示根據本揭露實施例中制造相變化隨機存取記憶體的方法的順序操作的各個階段之一；

圖2繪示根據本揭露實施例中制造相變化隨機存取記憶體的方法的順序操作的各個階段之一；