專利名稱：相變化內存組件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體組件及其制造方法，特別是涉及一種相變化內存組件及其 制造方法。
背景技術：
相變化內存具有速度、功率、容量、可靠度、工藝整合度和成本等具競爭力的特性，為適合用來作為較高密度的獨立式或嵌入式的內存應用。由于相變化內存技術的獨特優(yōu) 勢，使其被認為非常有可能取代目前商業(yè)化極具競爭性的靜態(tài)內存SRAM與動態(tài)隨機內存 DRAM易失性內存，與閃存Flash非易失性內存技術，可望成為未來極具潛力的新世代半導 體內存。相變化內存組件是利用相變化材料在結晶態(tài)和非晶態(tài)的可逆性的結構轉換所導 致的電阻值差異來作為數據儲存的機制。在進行寫入、抹除、或是讀取操作時，主要是利用 電流脈波的控制來達成，例如，當要進行寫入時，可提供短時間(例如50納秒)且相對較高 的電流(例如0.6毫安)，使相變化層熔化并快速冷卻而形成非晶態(tài)。由于非晶態(tài)相變化層 具有較高的電阻(例如105 107歐姆)，使其在讀取操作時，提供讀取電流可得到的電壓 相對較高。當要進行抹除時，可提供較長時間(例如100納秒)且相對較低的電流(例如 0. 3毫安)，使非晶態(tài)相變化層因結晶作用而轉換成結晶態(tài)。由于結晶態(tài)相變化層具有較低 的電阻(例如102 104歐姆)，其在讀取操作時，提供讀取電流可得到的電壓相對較低。 據此，可進行相變化內存組件的操作。圖1顯示已知相變化內存組件，如圖所示，此已知相變化內存組件由下而上依序 包括下電極102、加熱電極104、相變化層106、阻障層108、上電極接觸110和上電極112。此 種相變化內存組件的相變化層106由黃光光刻工藝所定義，而發(fā)生相變化的區(qū)域和相變化 層106邊緣的距離相當接近。上述特征導致此種相變化內存組件有以下缺點第一，相變化 層的尺寸決定相變化內存組件微縮的關鍵要素，然而，此種技術的相變化內存組件的相變 化層106的尺寸由黃光光刻的能力決定，因此，組件若要進一步微縮，會受到黃光光刻的限 制，使得組件難以進一步微縮或造成組件制造成本的提升。第二，蝕刻相變化層時會造成相 變化層106側壁的損壞，尤其當組件微縮時，此缺陷對組件操作特性的影響會越來越明顯。根據上述，業(yè)界需要一種相變化內存組件和相關制作方法，其組件微縮不會受到 黃光光刻極限的影響，且可減少相變化層側壁的損壞對組件造成影響。

發(fā)明內容
根據上述問題，本發(fā)明提供一種相變化內存組件的制作方法，包括以下步驟提 供基底，其上形成有下電極，形成加熱電極和介電層于下電極上，其中加熱電極被介電層環(huán) 繞，蝕刻加熱電極，以在介電層中形成凹槽，沉積相變化材料于介電層上并填入凹槽中，研 磨相變化材料，移除高于介電層表面的部分相變化層，形成局限于介電層的凹槽中的相變 化層，及形成上電極于相變化層和介電層上。
本發(fā)明另提供一種相變化內存組件，包括下電極，位于下電極上的介電層，位于介電層中的形成局限結構的加熱電極和相變化層，及位于相變化層和介電層上的上電極。為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合 附圖，作詳細說明如下。


圖1顯示已知相變化內存組件的剖面圖。圖2A 2F顯示本發(fā)明實施例制作瓶狀結構加熱電極工藝的中間步驟剖面圖。圖3A 3E顯示本發(fā)明實施例制作相變化內存組件工藝的中間步驟剖面圖。圖4A 4F顯示本發(fā)明另一實施例制作相變化內存組件工藝的中間步驟剖面圖。圖5A 5E顯示本發(fā)明又另一實施例制作相變化內存組件工藝的中間步驟剖面 圖。附圖標記說明102:下電極；104:加熱電極；106 相變化層；108 阻障層；110:上電極接觸；112:上電極；202:基底；204:第一介電層；206:下電極；208:第二介電層；210:加熱電極；212:蝕刻工藝；214 加熱電極第一部分；216 加熱電極第二部分；218:金屬層；220 加熱電極第三部分；222:加熱電極第四部分；224:第三介電層；302:下電極；304 加熱電極；306 介電層；308:凹槽；310:相變化材料；312 相變化層；314 阻障層；316:上電極；402:下電極；404 介電層；406 加熱電極；408:凹槽；410:傾斜側壁；412 相變化材料；414 相變化層；416 阻障層；418 上電極；502:下電極；504:加熱電極；506:介電層；508:凹槽；510 相變化材料；512 相變化層；514:阻障層；516:上電極。
具體實施例方式以下描述本發(fā)明的實施范例，其揭示本發(fā)明的主要技術特征，但不用以限定本發(fā)明。以下以圖2A 2F描述本發(fā)明實施例瓶狀結構加熱電極的制造方法。首先，請參 照圖2A，提供基底202。形成下電極206于基底202上，下電極206例如包括Ti、TiN、TiW、 W、WN、WSi、TaN、摻雜多晶硅(doped polysilicon)。沉積第一介電層204于下電極206和 基底202上。進行平坦化工藝，移除高出下電極206表面的部分第一介電層204。形成摻雜 多晶硅的加熱電極210于下電極206上，沉積第二介電層208于加熱電極210和第一介電 層204上。進行平坦化工藝，移除高出加熱電極210表面的部分第二介電層208。請參照圖 2B，進行蝕刻工藝212，選擇性的移 除部分第二介電層208，使第二介電層208表面低于加熱 電極210表面。換言之，進行蝕刻工藝212后，加熱電極210突出第二介電層208的表面。 請參照圖2C，進行另一蝕刻工藝，此蝕刻例如為各向同性的濕蝕刻工藝，以將加熱電極210 暴露出的部分蝕刻成倒T狀(reversed T-shaped)剖面。如此，加熱電極210形成具有較 小直徑D1的第一部分214和較大直徑D2的第二部分216。請參照圖2D，沉積金屬層218于 加熱電極210和第二介電層208上。請參照圖2E，進行回火工藝，使金屬層218和接觸的 加熱電極210進行硅化反應(silicide)，如此，加熱電極210形成金屬硅化物的第三部分 220和沒有硅化反應的第四部分222，其中第三部分220具有倒T狀的剖面。請參照圖2F， 移除未反應的部分金屬層218，沉積第三介電層224于加熱電極210和第二介電層208上。 后續(xù)，進行平坦化工藝，移除高出加熱電極210頂部表面的部分第三介電層224。根據上述 步驟，本實施例形成瓶狀的加熱電極210，瓶狀加熱電極210的頂部部分具有較小直徑D1, 下部部分則具有較大直徑D2。根據上述瓶狀結構的加熱電極，以下以圖3A 3E描述本發(fā)明實施例相變化內存 組件的制造方法。首先，請參照圖3A，提供下電極302，并以上述實施例的方法在介電層306 中形成瓶狀結構的加熱電極304。請參照圖3B，進行例如濕蝕刻的回蝕刻工藝，蝕刻部分 加熱電極304，在介電層306中形成凹槽308。請參照圖3C，以化學氣相沉積方法(CVD)或 物理氣相沉積方法(PVD)，毯覆性的沉積相變化材料310于介電層306上并填入回蝕刻加 熱電極304所形成的凹槽308中。相變化材料包括硫屬(chalcogenide)化合物，例如是 Ge-Te-Sb三元硫屬化合物或經摻雜的多元硫屬化合物。請參照圖3D，進行例如化學機械拋 光工藝(CMP)的平坦化工藝，移除高過介電層306表面的部分相變化材料，形成位于上述凹 槽中的相變化層312。換言之，此步驟后相變化層312的表面大體上和介電層306的表面共 面。請注意，此步驟形成的加熱電極304和相變化層312構成位于介電層306中的局限結 構，特別是加熱電極304和相變化層312構成瓶狀結構。接著，請參照圖3E，形成例如氮化 鈦的阻障層314于相變化層312和介電層306上，形成上電極316于阻障層314上。值得 注意的是，本實施例方法制作相變化層312時使用自對準的方式，沒有使用到黃光光刻工 藝，因此，組件的微縮可不受到黃光光刻極限的影響，因此可進一步微縮組件單元尺寸和提 供較大的工藝窗。另外，本實施例沒有如上述已知技術蝕刻相變化層形成側壁，因此可避免 因相變化層側壁缺陷造成的問題。此外，本實施例提供局限結構的相變化層和加熱電極，相 較于上述已知相變化內存組件可提供較小的重置電流(reset current)。以下以圖4A 4F描述本發(fā)明另一實施例相變化內存組件的制造方法，不同于上 述圖3A 3E，本實施例形成倒三角錐狀的局限相變化結構。請參照圖4A，提供下電極402， 形成瓶狀結構的加熱電極406于介電層404中。請參照圖4B，進行例如濕蝕刻的回蝕刻工藝，蝕刻部分加熱電極406，在介電層404中形成凹槽408。請參照圖4C，進行各向異性的干 蝕刻工藝，使凹槽408的頂部外擴，形成傾斜的側壁410。此步驟的目的為，凹槽408的頂部 外擴可使后續(xù)沉積工藝較容易將材料層填入，減少沉積工藝(例如化學氣相沉積工藝CVD) 因填洞能力的限制所產生的相關問題。請參照圖4D，以化學氣相沉積方法(CVD)或物理氣 相沉積方法(PVD)，毯覆性的沉積相變化材料412于介電層404上并填入回蝕刻加熱電極 406所形成的凹槽408中。請參照圖4E，進行例如化學機械拋光工藝(CMP)的平坦化工藝， 移除高過介電層404表面的部分相變化材料，形成位于上述凹槽408中的相變化層414。請 注意，此步驟形成的相變化層414為倒三角錐狀的結構。接著，請參照圖4F，形成例如氮化 鈦的阻障層416于相變化層414和介電層404上，形成上電極418于阻障層416上。值得 注意的是，本實施例相變化內存組件同樣不受到黃光光刻極限的影響，且形成倒三 角錐狀 的相變化層414和加熱電極406同樣為局限結構，可提供較小的重置電流。本發(fā)明不限定加熱電極為瓶狀，其亦可以為圓柱狀，或其它形狀。以下以圖5A 5E描述本發(fā)明又另一實施例包括圓柱狀加熱電極的相變化內存組件的制造方法。首先，請 參照圖5A，提供下電極502，形成圓柱狀的加熱電極504于介電層506中。請參照圖5B，進 行例如濕蝕刻的回蝕刻工藝，蝕刻部分加熱電極504，在介電層506中形成凹槽508。請參 照圖5C，以化學氣相沉積方法(CVD)或物理氣相沉積方法(PVD)，毯覆性的沉積相變化材料 510于介電層506上并填入回蝕刻加熱電極504所形成的凹槽508中。請參照圖5D，進行 例如化學機械拋光工藝(CMP)的平坦化工藝，移除超過介電層506表面的部分相變化材料， 形成位于上述凹槽508中的相變化層512。請注意，此步驟形成的加熱電極512和相變化 層504構成位于介電層中506的局限結構，特別是加熱電極512和相變化層504構成柱狀 結構。接著，請參照圖5E，形成例如氮化鈦的阻障層514于相變化層512和介電層506上， 形成上電極516于阻障層514上。雖然本發(fā)明已披露優(yōu)選實施例如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領域一般 技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范 圍當視所附的權利要求所界定為準。
權利要求
一種相變化內存組件的制造方法，包括提供基底，其上形成有下電極；形成加熱電極和介電層于該下電極上，其中該加熱電極被該介電層環(huán)繞；蝕刻該加熱電極，以在該介電層中形成凹槽；沉積相變化材料于該介電層上并填入該凹槽中；研磨該相變化材料，移除高于該介電層表面的部分相變化層，形成局限于該介電層的凹槽中的相變化層；及形成上電極于該相變化層和該介電層上。
2.如權利要求1所述的相變化內存組件的制造方法，其中該加熱電極為包括兩具有不 同直徑的部分的瓶狀結構。
3.如權利要求1所述的相變化內存組件的制造方法，其中該加熱電極為柱狀結構。
4.如權利要求1所述的相變化內存組件的制造方法，在沉積該相變化材料于該介電層 上并填入該凹槽中的步驟前，還包括蝕刻該介電層，使該凹槽形成傾斜的側壁。
5.如權利要求4所述的相變化內存組件的制造方法，其中填入該具有傾斜側壁的凹槽 的相變化層具有倒三角錐狀。
6.如權利要求1所述的相變化內存組件的制造方法，其中研磨該相變化材料的步驟采 用化學機械拋光法。
7.如權利要求1所述的相變化內存組件的制造方法，在形成該上電極之前，還包括形 成阻障層于該加熱電極和介電層上。
8.如權利要求1所述的相變化內存組件的制造方法，其中該相變化層自對準的形成于 該凹槽中。
9.如權利要求1所述的相變化內存組件的制造方法，其中形成該相變化層的步驟不包 括光刻工藝。
10.一種相變化內存組件，包括 下電極；介電層，位于該下電極上；加熱電極和相變化層，形成局限結構，位于該介電層中；及 上電極，位于該相變化層和該介電層上。
11.如權利要求10所述的相變化內存組件，其中該局限結構為瓶狀結構。
12.如權利要求10所述的相變化內存組件，其中該相變化層為倒三角錐狀的結構。
13.如權利要求10所述的相變化內存組件，其中該局限結構為柱狀結構。
14.如權利要求10所述的相變化內存組件，其中該相變化層的表面和該介電層的表面共面。
15.如權利要求10所述的相變化內存組件，還包括阻障層，設置于該上電極和該相變 化層間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種相變化內存組件及其制造方法。根據該相變化內存組件的制作方法，提供基底，其上形成有下電極，形成加熱電極和介電層于下電極上，其中加熱電極被介電層環(huán)繞，蝕刻加熱電極，以于介電層中形成凹槽。沉積相變化材料于介電層上并填入凹槽中，研磨相變化材料，移除高于介電層表面的部分相變化層，形成局限于介電層的凹槽中的相變化層，形成上電極于相變化層和介電層上。根據本發(fā)明，組件的微縮可不受到黃光光刻極限的影響，因此可進一步微縮組件單元尺寸和提供較大的工藝窗。
文檔編號G11C11/56GK101847687SQ20091013068
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權日2009年3月27日
發(fā)明者莊仁吉, 李乾銘, 林家佑, 王敏智, 黃明政 申請人:力晶半導體股份有限公司