專利名稱：相變內(nèi)存裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種相變內(nèi)存裝置，特別有關(guān)于一種具有小接觸面積、高 內(nèi)存密度的相變內(nèi)存裝置。
背景技術(shù)：
相變內(nèi)存是下一代最被看好的非易失性內(nèi)存。因其具有以下優(yōu)點(diǎn)非易 失性、操作速度快、工藝簡(jiǎn)便且與半導(dǎo)體工藝兼容等。相變內(nèi)存的發(fā)展趨勢(shì) 是不斷降低操作電流，因此相變材料層與加熱電極之間的接觸面積就必須不 斷縮小。然而如何能夠利用相同的半導(dǎo)體制造技術(shù)產(chǎn)生內(nèi)存密度更高的非易 失性內(nèi)存是重要的發(fā)展方向。美國(guó)Ovonyx公司的專利(US 7,023,009),已將 相變材料與下電極的接觸面積縮小成杯型加熱電極的寬度與相變材料的接 觸面積，以提升內(nèi)存密度。因此有需要一種相變內(nèi)存裝置，以符合小接觸面積、高內(nèi)存密度的需求， 且不受光刻工藝分辨率的限制。發(fā)明內(nèi)容為達(dá)成發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種相變內(nèi)存裝置，包括基板； 金屬栓塞和相變材料層，依序形成于上述基板上，其中上述金屬栓塞電性連 接于上述相變材料層；加熱電極，形成于上述相變材料層上，其中上述加熱 電極電性連接于上述相變材料層；導(dǎo)電層，形成于上述加熱電極上。為達(dá)成發(fā)明的另一目的，本發(fā)明提供一種相變內(nèi)存裝置的制造方法，包 括提供基板；于上述基板上依序形成金屬栓塞和相變材料層，其中上述金 屬栓塞電性連接于上述相變材料層；于上述相變材料層上形成加熱電極，其 中上述加熱電極電性連接于上迷相變材料層；于上述加熱電極上形成導(dǎo)電 層。


圖la至lm為本發(fā)明第一實(shí)施例的相變內(nèi)存裝置的工藝剖面圖。 圖2a至2g為本發(fā)明第二實(shí)施例的相變內(nèi)存裝置的工藝剖面圖。主要組件符號(hào)說(shuō)明
100a、 100b 相變內(nèi)存裝置; 300~基板；302、 308、 310、 310a、 310b、 314 介電層；304 金屬栓塞；306、 306a 相變材料層；312 力。熱電才及層；313~開(kāi)口；312a、 312b 力。熱電才及； 316、 316a、 316b 導(dǎo)電層。
具體實(shí)施方式
以下利用工藝剖面圖，以更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的相變內(nèi)存裝 置及其制造方法，圖la至lm為本發(fā)明第一實(shí)施例的相變內(nèi)存裝置的工藝剖 面圖。圖2a至2g為本發(fā)明第二實(shí)施例的相變內(nèi)存裝置的工藝剖面圖。在本 發(fā)明各實(shí)施例中，相同的符號(hào)表示相同的組件。請(qǐng)參考圖la，其顯示本發(fā)明第一實(shí)施例的相變內(nèi)存裝置的工藝剖面圖。 相變內(nèi)存裝置的工藝始于提供基板300，基板300為硅基板。在其它實(shí)施例 中，可利用鍺化硅(SiGe)、塊狀半導(dǎo)體(bulk semiconductor),應(yīng)變半導(dǎo)體 (strained semiconductor)、 4b合物半導(dǎo)體(compound semiconductor)、石圭上纟色纟彖 體(silicon on insulator, SOI),或其它常用的半導(dǎo)體基板。在本實(shí)施例中，基 板300可包括已經(jīng)制作完成的晶體管(transistor),例如互補(bǔ)式金屬氧化半導(dǎo) 體(CMOS)或雙極結(jié)晶體管(bipolar junction transistor, BJT)?？衫美缁瘜W(xué) 氣相沉積(chemical mechanical deposition, CVD)等已知的薄膜沉積方式，于基 板300上形成介電層302。介電層302可包括氧化硅(Si02)、氮化硅(SbHt) 或其它類似的介電材料。然后，利用圖案化光致抗蝕劑(圖未顯示)覆蓋介電 層302上，定義出金屬栓塞304的形成位置，再進(jìn)行非等向性蝕刻步驟，移 除未被光致抗蝕劑覆蓋的介電層302,直到暴露出基板300,然后移除圖案 化光致抗蝕劑，以形成開(kāi)口 。接著，可利用例如物理氣相沉積法(physical vapordeposition, PVD)、濺鍍法(sputtering)、低壓化學(xué)氣相沉積法(low pressure CVD， LPCVD)和原子層化學(xué)氣相沉積法(atomic layer CVD, ALD)或無(wú)電鍍法 (electroless plating)等方式，于介電層302上形成一金屬層(圖未顯示)，并填 入開(kāi)口 。然后，進(jìn)行例如為化學(xué)機(jī)械研磨(chemical mechanical polishing, CMP) 的平坦化工藝，移除過(guò)量的金屬層，以形成金屬栓塞304。金屬栓塞304可 包4舌鴒(tungsten, W)。請(qǐng)參考圖lb，其顯示相變材料層306的形成?？衫美缥锢須庀喑练e 法(physical vapor deposition, PVD)、熱蒸後法(thermal evaporation)、月永沖激光 蒸纟度(pulsed laser deposition)或有才幾金屬化學(xué)氣相沉積法(metal organic chemical vapor d印osition， MOCVD)等方式，全面性地覆蓋相變材料層306 (phase change film, PC film)。相變材料層306可包括二元、三元或四元石克屬 化合物(chalcogenide),例如銻化鎵(GaSb)、碲化鍺(GeTe)、鍺-銻-碲合金 (Ge-Sb-Te, GST)、銀-銦-銻-碲合金(Ag-In-Sb-Te)或其組合。然后，可利用例如物理氣相沉積法(physical vapor deposition, PVD)、熱 蒸鍍法(thermal evaporation)、脈沖激光蒸鍍(pulsed laser deposition)或有才幾金 屬化學(xué)氣相沉積法(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)等方式， 于相變材料層306a上形成擴(kuò)散阻擋層(圖未顯示)，此為一選擇性的步驟。擴(kuò) 散阻擋層可包括例如氮化鴒(WN)、氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、氮硅化鈦 (TiSiN)或氮硅化鉭(TaSiN)等金屬氮化物。接著，請(qǐng)參考圖lc,利用圖案化光致抗蝕劑(圖未顯示)覆蓋相變材料層 306和擴(kuò)散阻擋層上，再進(jìn)行一非等向性蝕刻步驟，移除未被光致抗蝕劑覆 蓋的相變材料層306和擴(kuò)散阻擋層，然后移除圖案化光致抗蝕劑，以形成相 變材料層306a。相變材料層306a與金屬栓塞304電性連接。請(qǐng)參考圖Id,可利用例如化學(xué)氣相沉積(chemical mechanical deposition, CVD)的薄膜沉積方式，全面性形成介電層308,且覆蓋于相變材料層306a 及未被相變材料層306a覆蓋的介電層302上。然后，如圖le所示，進(jìn)行例 如為化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)的平坦化工藝，移除過(guò)量的介電層308,直到暴露 出相變材料層306a的表面。請(qǐng)參考圖If,可利用例如化學(xué)氣相沉積(chemical mechanical deposition, CVD)等已知的薄膜沉積方式，全面性形成介電層310,且覆蓋于相變材料層 306a及介電層308上。接著，請(qǐng)參考圖lg,利用圖案化光致抗蝕劑(圖未顯示)覆蓋于介電層310上，定義出介電層310a的形成位置，再進(jìn)行一非等向性蝕刻步驟，移除未 被光致抗蝕劑覆蓋的介電層310,直到暴露出相變材料層306a，然后移除圖 案化光致抗蝕劑，以形成介電層310a,其中介電層310a為柱狀。請(qǐng)參考圖lh,其顯示加熱電極層312的形成?？衫美缥锢須庀喑练e 法(physical vapor deposition, PVD)、熱蒸後法(thermal evaporation)、月永沖激光 蒸鍍(pulsed laser deposition)或有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)等方式，全面性地形成加熱電極層312。然后，如圖li所示，進(jìn)行一非等向性蝕刻步驟，以于柱狀介電層310a 的側(cè)壁上形成加熱電極312a。以上述方式形成的加熱電極312a為環(huán)形。加 熱電極312a可包括金屬硅化物或金屬氮硅化物。舉例來(lái)說(shuō)，加熱電極312a 可包括鈷硅化物(Co-salicide， CoSix)、鉭硅化物(Ta-salicide, TaSix)、鎳硅化物 (Ni-salicide, NiSix)、鈦硅化物(Ti-salicide, TiSix)、鵠硅化物(W-salicide, WSix) 或其它耐火金屬硅化物的金屬硅化物(metal salicide);也可為鈷氮硅化物 (CoSixNY)、鉭氮硅化物(TaSixN丫)、鎳氮硅化物(NiSixNY)、鈥氮硅化物 (TiSixNY)、鴒氮硅化物(WSixNY)或其它耐火金屬氮硅化物。而加熱電極312a 的尺寸由加熱電極層312的膜厚決定，可利用例如鍍膜時(shí)間等條件，適當(dāng)?shù)?控制加熱電極312a的尺寸。相變材料層306a與加熱電極312a的接觸面積 由加熱電極312a的尺寸決定，可利用沉積加熱電極層312時(shí)控制膜厚以減 少4妻觸面積。請(qǐng)參考圖lj,可利用例如化學(xué)氣相沉積(chemical mechanical deposition, CVD)的薄膜沉積方式，全面性形成介電層314,且覆蓋于相變材料層306a、 柱狀介電層310a及介電層308上。接著，如圖lk所示，進(jìn)行例如為化學(xué)機(jī) 械研磨(CMP)的平坦化工藝，移除部分介電層314,直到露出該加熱電極 312a。請(qǐng)參考圖11,可利用例如物理氣相沉積法(physical vapor deposition, PVD)、熱蒸鍍法(thermal evaporation)、脈沖激光蒸鍍(pulsed laser deposition) 或有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)等方式，于介電層314上形成導(dǎo)電層316，且覆蓋加熱電極312a。接著，請(qǐng)參考圖lm,利用圖案化光致抗蝕劑(圖未顯示)覆蓋導(dǎo)電層316 上，再進(jìn)行一非等向性蝕刻步驟，移除未被光致抗蝕劑覆蓋的導(dǎo)電層316，然后移除圖案化光致抗蝕劑，以形成導(dǎo)電層316a。導(dǎo)電層316a可包括鴒(W)、 鈥(Ti)、鋁(A1)、鋁合金(Al-alloy)、銅(Cu)、銅合金(Cu-alloy)或其組合。最后 形成本發(fā)明第一實(shí)施例的相變內(nèi)存裝置100a。本發(fā)明第一實(shí)施例的相變內(nèi)存裝置100a包括基板300;金屬栓塞304 和相變材料層306a,依序形成于上述基板300上，其中上述金屬栓塞304 電性連接于上述相變材料層306a;加熱電極312a,形成于上述相變材料層 306a上，且形成于柱狀介電層310a的側(cè)壁上，其中上述加熱電極312a為環(huán) 形，且該加熱電極312a電性連接于該相變材料層306a;導(dǎo)電層316a,形成 于上述加熱電才及312a上。圖2a至2g為本發(fā)明第二實(shí)施例的相變內(nèi)存裝置的工藝剖面圖。其中組 件與圖la至lm所示相同的部分，則可參考前面的相關(guān)敘述，在此不做重復(fù) 敘述。請(qǐng)參考圖2a,其顯示介電層310b的形成。利用圖案化光致抗蝕劑(圖未 顯示)覆蓋介電層310上，定義出開(kāi)口 313的形成位置，再進(jìn)行一非等向性 蝕刻步驟，移除未被光致抗蝕劑覆蓋的介電層310，直到露出相變材料層 306a,然后移除圖案化光致抗蝕劑，以形成介電層310b及開(kāi)口 313。請(qǐng)參考圖2b,其顯示加熱電極層312的形成?？衫美缥锢須庀喑练e 法(physical vapor deposition, PVD)、熱蒸鍍法(thermal evaporation)、脈沖激光 蒸後(pulsed laser deposition)或有才幾金屬4匕學(xué)氣相〉兄積法(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)等方式，全面性地于介電層310b及開(kāi)口 313的側(cè)壁和底面上形成加熱電才及層312。然后，如圖2c所示，進(jìn)行一非等向性蝕刻步驟，以于開(kāi)口313的側(cè)壁 上形成加熱電極312b。以上述方式形成的加熱電極312b為環(huán)形。加熱電極 312b可包括金屬硅化物、金屬硅化物、金屬氮硅化物。舉例來(lái)說(shuō)，加熱電極 312b可包括鈷硅化物(Co-salicide， CoSix)、鉭硅化物(Ta-salicide， TaSix)、鎳硅 化物(Ni-salicide, NiSix)、鈦硅化物(Ti-salicide, TiSix)、鵠硅化物(W-salicide， WSix)或其它耐火金屬硅化物的金屬硅化物(metal salicide);也可為鈷氮硅化 物(CoSixNY)、鉭氮硅化物(TaSixNY)、鎳氮硅化物(NiSixNy)、鈦氮硅化物 (TiSixNY)、鎢氮硅化物(WSixNY)或其它耐火金屬氮硅化物。而加熱電極312b 的尺寸由加熱電極層312的膜厚決定，可利用例如鍍膜時(shí)間等條件，適當(dāng)?shù)?控制加熱電極312b的尺寸。相變材料層306a與加熱電極312b的接觸面積8由加熱電極312b的尺寸決定，可利用沉積加熱電極層312時(shí)控制膜厚以減 少4妾觸面積。請(qǐng)參考圖2d,可利用例如化學(xué)氣相沉積(chemical mechanical deposition, CVD)的薄膜沉積方式，全面性形成介電層314,且覆蓋于部分相變材料層 306a及介電層310b上，且覆蓋于加熱電極312b。接著，如圖2e所示，進(jìn) 行例如為化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)的平坦化工藝，移除部分介電層314，直到露 出該加熱電極312b。請(qǐng)參考圖2f,可利用例如物理氣相沉積法(physical vapor exposition, PVD)、熱蒸鍍法(thermal evaporation)、脈沖激光蒸鍍(pulsed laser deposition) 或有才幾金屬4匕學(xué)氣相；兄積法(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)等方式，于介電層314上形成一導(dǎo)電層316，且覆蓋加熱電極312b。接著，請(qǐng)參考圖2g,利用圖案化光致抗蝕劑(圖未顯示)覆蓋導(dǎo)電層316 上，再進(jìn)行一非等向性蝕刻步驟，移除未被光致抗蝕劑覆蓋的導(dǎo)電層316， 然后移除圖案化光致抗蝕劑，以形成導(dǎo)電層316b。導(dǎo)電層316b可包括鴒(W)、 鈦(Ti)、鋁(A1)、鋁合金(Al-alloy)、銅(Cu)、銅合金(Cu-alloy)或其組合。最后 形成本發(fā)明第二實(shí)施例的相變內(nèi)存裝置100b。本發(fā)明第二實(shí)施例的相變內(nèi)存裝置100b包括基板300;金屬栓塞304 和相變材料層306a，依序形成于上述基板300上，其中上述金屬栓塞304 電性連接于上述相變材料層306a;加熱電極312b，形成于上述相變材料層 306a上，且形成于介電層310b的側(cè)壁上，其中上述加熱電極312b為環(huán)形， 且該加熱電極312b電性連接于該相變材料層306a;介電層314，填入該加 熱電極312b中，且覆蓋于該加熱電極312b的側(cè)壁；導(dǎo)電層316b,形成于上 述加熱電極312b上。本發(fā)明實(shí)施例的相變內(nèi)存裝置，先定義相變材料層，然后再于其上制作 環(huán)狀加熱電極，使其由上往下與相變材料層接觸，相變材料層與環(huán)狀加熱電 極的接觸面積由環(huán)狀加熱電極的尺寸決定，可利用沉積加熱電極層時(shí)控制膜 厚以減少接觸面積，且不受光刻工藝分辨率的限制，以達(dá)到提升內(nèi)存密度的 需求。雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許更動(dòng)與 潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種相變內(nèi)存裝置，包括基板；金屬栓塞和相變材料層，依序形成于該基板上，其中該金屬栓塞電性連接于該相變材料層；加熱電極，形成于該相變材料層上，其中該加熱電極電性連接于該相變材料層；導(dǎo)電層，形成于該加熱電極上。
2. 如權(quán)利要求1的相變內(nèi)存裝置，其中該加熱電極為環(huán)形。
3. 如權(quán)利要求1的相變內(nèi)存裝置，其中該加熱電極形成于柱狀介電層的側(cè)壁上。
4. 如權(quán)利要求1的相變內(nèi)存裝置，還包括介電材料，填入該加熱電極中，且覆蓋于該加熱電極的側(cè)壁。
5. 如權(quán)利要求1的相變內(nèi)存裝置，其中該相變材料層包括銻化鎵、碲化 鍺、鍺-銻-碲合金、銀-銦-銻-碲合金、或其組合。
6. 如權(quán)利要求1的相變內(nèi)存裝置，其中該加熱電極包括金屬硅化物或金 屬氮硅化物。
7. 如權(quán)利要求1的相變內(nèi)存裝置，其中該加熱電極包括耐火金屬硅化物、 耐火金屬氮化物、耐火金屬氮硅化物。
8. 如權(quán)利要求1的相變內(nèi)存裝置，其中該加熱電極以物理氣相沉積法、 熱蒸鍍法、脈沖激光蒸鍍或有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法方式形成。
9. 一種相變內(nèi)存裝置的制造方法，包括下列步驟 提供基板；于該基板上依序形成金屬栓塞和相變材料層，其中該金屬栓塞電性連接 于該相變材料層；于該相變材料層上形成加熱電極，其中該加熱電極電性連接于該相變材 料層；于該加熱電極上形成導(dǎo)電層。
10. 如權(quán)利要求9的相變內(nèi)存裝置的制造方法，其中該加熱電極為環(huán)形。
11. 如權(quán)利要求9的相變內(nèi)存裝置的制造方法，其中形成該加熱電極還包括于該相變材料層上形成第一介電層，其中該第一介電層為柱狀； 于該相變材料層和該第一介電層上全面性沉積加熱電極層； 利用非等向性蝕刻方式，于該第一介電層的側(cè)壁上形成加熱電極。
12. 如權(quán)利要求11的相變內(nèi)存裝置的制造方法，還包括 于該加熱電極層上形成第二介電層；進(jìn)行平坦化工藝，移除部分該第二介電層，直到露出該加熱電極層，以 形成該加熱電才及。
13. 如權(quán)利要求9的相變內(nèi)存裝置的制造方法，其中形成該加熱電極還包括于該相變材料層上形成第一介電層，其中具有開(kāi)口； 利用沉積和非等向性蝕刻方式，于該開(kāi)口的側(cè)壁上形成加熱電極層； 填入第二介電層于該開(kāi)口中，且覆蓋于該加熱電極層； 進(jìn)行平坦化工藝，移除部分該第二介電層，直到露出該加熱電極層，以 形成該加熱電才及。
14. 如權(quán)利要求9的相變內(nèi)存裝置的制造方法，其中該加熱電極以物理氣 相沉積法、熱蒸鍍法、脈沖激光蒸鍍或有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法方式形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種相變內(nèi)存裝置，包括基板；金屬栓塞和相變材料層，依序形成于上述基板上，其中上述金屬栓塞電性連接于上述相變材料層；加熱電極，形成于上述相變材料層上，其中上述加熱電極電性連接于上述相變材料層；導(dǎo)電層，形成于上述加熱電極上。
文檔編號(hào)G11C11/56GK101241925SQ200710008050
公開(kāi)日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2007年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日
發(fā)明者許宏輝 申請(qǐng)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