專利名稱：記憶胞結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種記憶體裝置，特別是涉及一種非揮發(fā)性硫系化合物的記憶體裝置。
背景技術(shù)：
一般來說，集成電路是以微處理器、微控制器或是其他邏輯電路的形式，而用于控制新型電子裝置的許多功能。舉例來說，集成電路可以被用來控制電腦、電話和許多其他消費(fèi)性電子產(chǎn)品的功能。當(dāng)這些電子產(chǎn)品執(zhí)行其功能時(shí)，一般都需要集成電路進(jìn)行擷取(讀取)和儲(chǔ)存(寫入)數(shù)據(jù)的動(dòng)作。對(duì)集成電路而言，數(shù)據(jù)可以以指令的形式(例如程式)存在，而執(zhí)行程式時(shí)也需要數(shù)據(jù)，此外，在執(zhí)行程式的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)。在較佳的情況下，將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在記憶體裝置內(nèi)可以便于集成電路進(jìn)行存取。
目前已經(jīng)知道有許多不同種類的記憶體裝置可以用來儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。在選擇記憶體裝置時(shí)，對(duì)需要進(jìn)行儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)本身而言，是否有特殊的需求也是一項(xiàng)重要的挑選記憶體裝置的因素。例如，一些像是數(shù)據(jù)量等的參數(shù)對(duì)于記憶體裝置的讀取時(shí)間和儲(chǔ)存時(shí)間來說，扮演了很重要的角色。
相位變化記憶體(Phase Change Memory，記憶體即為存儲(chǔ)器、內(nèi)存，以下均稱為記憶體)是一種在記憶體裝置的電源被移除之后，還能夠維持儲(chǔ)存信息的記憶體裝置。這種類型的記憶體又可以稱作非揮發(fā)性記憶體。相位變化記憶體是利用電性寫入和抹除的相位變化材料，而可以在非結(jié)晶和結(jié)晶狀態(tài)之間，或是在不同阻抗?fàn)顟B(tài)間進(jìn)行電性切換。相位變化記憶體可以由例如硫系化合物(Chalcogenide)等不同的材料來制造。硫系化合物可以由碲(Te)、硒(Se)、銻(Sb)、鎳(Ni)和鍺(Ge)等元素混合而組成。
硫系化合物記憶體可以在微焦耳能量的輸入的幾納秒周期內(nèi)，切換不同阻抗的電性狀態(tài)。硫系化合物記憶體為非揮發(fā)性，并且可以藉由記憶胞來維持儲(chǔ)存信息的完整性，而不需要電子信號(hào)進(jìn)行周期性的刷新(Refresh)動(dòng)作。硫系化合物記憶體也可以在電源被移除后，仍舊維持記憶胞內(nèi)的信息。硫系化合物記憶體可以直接進(jìn)行覆寫，而不需要先將記憶胞的內(nèi)容進(jìn)行抹除。硫系化合物記憶體的另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，就是可以切換兩種以上不同的狀態(tài)。依據(jù)通過記憶體裝置的能量的大小，記憶體裝置可以從非結(jié)晶狀態(tài)而切換至結(jié)晶狀態(tài)，或是切換至各種不同的狀態(tài)。硫系化合物記憶體是依據(jù)其晶體的狀態(tài)而成為導(dǎo)電性或是電阻性。例如，硫系化合物記憶體在非結(jié)晶狀態(tài)時(shí)，會(huì)比在結(jié)晶狀態(tài)時(shí)呈現(xiàn)較低的導(dǎo)電性。
硫系化合物記憶體是利用通過硫系化合物的主動(dòng)區(qū)到電極或是接觸端之間的工作電流，而在狀態(tài)間進(jìn)行切換。而用來切換記憶胞所需的功率的大小，是依據(jù)主動(dòng)區(qū)的大小來決定。小的主動(dòng)區(qū)所需要的能量，會(huì)比大的主動(dòng)區(qū)來的少。而主動(dòng)區(qū)的大小，則可以由電性接觸端或是電極的大小來控制。
綜合了美國專利公告第6031287號(hào)(由哈許非爾得所提出)、第6111264號(hào)(由魏斯特荷姆等人提出)以及第6114713號(hào)(由齊哈利克提出)等篇專利中所揭露的硫系化合物記憶體的制造和設(shè)計(jì)方法，而提出了第四種的習(xí)知技術(shù)。典型的硫系化合物記憶體細(xì)依賴制程技術(shù)，來努力將主動(dòng)區(qū)的大小加以限縮。而主動(dòng)區(qū)的大小對(duì)于降低所需電流來說，是一個(gè)很重要的因素。習(xí)知的技術(shù)是利用較小的元件特性，來嘗試使硫系化合物材料中沉積極微小的電洞。不幸地，這些小電洞很難被制造以及加以填充，并且極有可能降低制程的良率。
由于切換相位需要相對(duì)較高的電流，因此硫系化合物記憶體并無法立即從CMOS電路中被分離。這些習(xí)知的設(shè)計(jì)在切換狀態(tài)時(shí)都會(huì)消耗很高的功率，并且習(xí)知記憶胞的主動(dòng)區(qū)相對(duì)較大，并且制程上較困難。
習(xí)知的硫系化合物記憶體存在有降低功率消耗、高密度和小元件體積的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是在克服習(xí)知技術(shù)的缺點(diǎn)。特別的是，本發(fā)明可以提供一種制造具有小尺寸的相位變化記憶胞的設(shè)計(jì)和方法，其可以低于目前微影技術(shù)的限制，并且也可以降低所需的切換功率。本發(fā)明是揭露一種相位變化記憶體，可以具有相對(duì)較低的功率消耗，并且有較高的儲(chǔ)存密度。本發(fā)明更揭露了一種方法，可以用來制造相位變化記憶體，使其具有相對(duì)較小的元件特性。
依據(jù)本發(fā)明其中一個(gè)觀點(diǎn)，本發(fā)明提供一種記憶胞，包括了具有導(dǎo)線的基板。而導(dǎo)線則具有一接觸端。在基板和導(dǎo)線上覆蓋有絕緣層。在絕緣層中配置有一孔洞，其延伸至基板。一記憶材料剛剛好配置在孔洞內(nèi)，并且電性連接至導(dǎo)線上的接觸端。一導(dǎo)體層是位于孔洞內(nèi)，并且配置覆蓋在記憶材料上。
從另一觀點(diǎn)來看，本發(fā)明提供一種記憶胞，包括了一基板，其具有延伸的第一和第二介層窗。一絕緣層可以配置覆蓋在基板上。在絕緣層內(nèi)會(huì)形成一孔洞，而記憶層則可以形成在孔洞內(nèi)。此記憶層具有一底面、一第一邊壁和一第二邊壁。其中，記憶層的底面連接至基板。在絕緣層和基板之間配置有第一和第二導(dǎo)線，而這些導(dǎo)線可以將記憶層連接至上述的介層窗。導(dǎo)體層是位于孔洞內(nèi)，并且覆蓋在記憶層之上。
從另一觀點(diǎn)來看，本發(fā)明提供一種記憶胞，其包括了一基板，而在基板上是配置有導(dǎo)線。此導(dǎo)線具有一第一端和一第二端。而在基板和導(dǎo)線上是覆蓋有一絕緣層，而在絕緣層內(nèi)可以形成一孔洞。在孔洞內(nèi)是填充有相位變化層，其會(huì)連結(jié)至導(dǎo)線的第一端。在相位變化層上覆蓋有導(dǎo)體層，并且此導(dǎo)體層會(huì)將孔洞填滿。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種記憶胞結(jié)構(gòu)，其包括一基板；一導(dǎo)線，配置于該基板上，且該導(dǎo)線具有一接觸端；一絕緣層，配置覆蓋于基板和該導(dǎo)線上；一孔洞，配置于該絕緣層內(nèi)，并延伸朝向該基板；一記憶材料，是剛好配置在該孔洞內(nèi)，且該記憶材料是電性連接該接觸端；以及一導(dǎo)體層，配置在該孔洞內(nèi)并覆蓋該記憶材料。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其中所述的記憶材料包括一相位變化材料；以及一主動(dòng)區(qū)，是形成在該記憶材料中，并位于該接觸端和該導(dǎo)體層之間。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其中所述的導(dǎo)線的另一端則連接一鎢插塞。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其中所述的導(dǎo)體層形成一驅(qū)動(dòng)線。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其中所述的絕緣層是由二氧化硅所形成，且該導(dǎo)線則是氮化鈦所形成。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其中所述的記憶層是由硫系化合物所形成。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其中所述的孔洞是延伸向下至該基板。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種記憶胞結(jié)構(gòu)，其包括一基板；一第一介層窗和一第二介層窗，是延伸在該基板中；一絕緣層，配置覆蓋在該基板上；一孔洞，形成在該絕緣層中；一記憶層，形成在該孔洞中，而該記憶層具有一底面、一第一邊壁和一第二邊壁；一第一導(dǎo)線和一第二導(dǎo)線，位于該絕緣層和該基板之間，且該些導(dǎo)線是將該記憶層連接至該些介層窗；以及一導(dǎo)體層，位于該孔洞內(nèi)，是覆蓋于該記憶層上。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其中所述的第一導(dǎo)線是將該第一介層窗連接至該第一邊壁，而該第二導(dǎo)線則是將第二介層窗連接至該第二邊壁。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，更包括一第一主動(dòng)區(qū)，是該第一邊壁的部分；以及一第二主動(dòng)區(qū)，是該第二邊壁的部分。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其中所述的記憶層為硫系化合物。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其中所述的導(dǎo)體層是形成一驅(qū)動(dòng)線。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，更包括多數(shù)個(gè)間隙壁，用以定義該些導(dǎo)線。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，更包括一位元線(位元即為位，以下均稱為位元)；一字符線；以及一開關(guān)，連接該位元線和該字符線，其中該記憶胞是將該驅(qū)動(dòng)線連接至該開關(guān)。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其中當(dāng)一電流通過該第一主動(dòng)區(qū)和該第二主動(dòng)區(qū)其中之一時(shí)，會(huì)造成從一第一狀態(tài)變化至一第二狀態(tài)。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其中所述的記憶層的底面是連接至該基板。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種記憶胞結(jié)構(gòu)，其包括一基板；一導(dǎo)線，配置于該基板上，且該導(dǎo)線具有一第一端和一第二端；一絕緣層，配置覆蓋在該基板和該導(dǎo)線上；一孔洞，形成在該絕緣層內(nèi)；以及一相位變化層，位于該孔洞中，并連接該第一端。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，更包括一導(dǎo)體層，覆蓋在該相位變化層上，并填充該孔洞。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其中所述的孔洞所形成的步驟，包括下列步驟沉積一第一層以覆蓋在基板上的一第一導(dǎo)體層；沉積一第一光阻層覆蓋在該第一層的部分；蝕刻該第一層和該第一導(dǎo)體層，用以形成圖案化；移除該光阻層；沉積該絕緣層在該圖案化周圍；移除該第一層；沉積一第二層以覆蓋該第一導(dǎo)體層和該絕緣層；移除該第二層的部分，以形成至少一間隙壁；蝕刻該第一導(dǎo)體層以形成一凹槽；沉積一第二光阻層覆蓋在該絕緣層的部分；以及蝕刻該絕緣層和該第一導(dǎo)體層，用以形成該孔洞。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其中所述的第二光阻層沉積的步驟，是在移除該間隙壁的步驟前。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其形成的步驟，更包括下列步驟沉積該相位變化層覆蓋在該絕緣層上，并位于該孔洞中；移除在該絕緣層上的該相位變化層；以及沉積該導(dǎo)體層在該孔洞中，并覆蓋該相位變化層。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其中所述的基板具有一介層窗，是連接該第二端。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其中所述的導(dǎo)體層是形成一驅(qū)動(dòng)線。
前述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其中一主動(dòng)區(qū)位于在該相位變化層中的該第一端和該導(dǎo)體層之間。
經(jīng)由上述可知，本發(fā)明是有關(guān)于一種記憶胞，包括了具有導(dǎo)線的基板。而導(dǎo)線則具有一接觸端。在基板和導(dǎo)線上覆蓋有絕緣層。在絕緣層中配置有一孔洞，其延伸至基板。一記憶材料剛剛好配置在孔洞內(nèi)，并且電性連接至導(dǎo)線上的接觸端。一導(dǎo)體層是位于孔洞內(nèi)，并且配置覆蓋在記憶材料上。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1是繪示依照本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的一種相位變化記憶胞陣列的電路圖。
圖2是依照本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的一種記憶胞的電路圖。
圖3是繪示一種記憶胞的物理布線的俯視圖。
圖4是繪示一種記憶胞的剖面圖。
圖5是繪示將二氧化硅絕緣層移除后的記憶胞陣列的俯視圖。
圖6是繪示一種氮化鈦和氮化硅層的微影的部分剖面圖。
圖7是繪示圖6的氮化鈦和氮化硅層進(jìn)行蝕刻后的部分剖面圖。
圖8是繪示二氧化硅層的形成的部分剖面圖。
圖9是繪示移除氮化硅層的部分剖面圖。
圖10是繪示另一氮化硅層的形成的部分剖面圖。
圖11是繪示間隙壁的形成的部分剖面圖。
圖12是繪示氮化鈦層的蝕刻至形成腔的部分剖面圖。
圖13是繪示二氧化硅沉積在圖12的腔中的部分剖面圖。
圖14是圖13的部分俯視圖。
圖15是繪示沿圖16的線15-15’剖面的氮化鈦層和氮化硅層的部分剖面圖。
圖16是依照?qǐng)D14所繪示的圖15的俯視圖。
圖17是沿圖18的線17-17’所繪示的圖16的氮化鈦和氮化硅的光阻層的剖面圖。
圖18是繪示圖17的部分俯視圖。
圖19是沿圖20的線19-19’所繪示的氮化鈦和氮化硅層蝕刻以形成孔洞的部分剖面圖。
圖20是繪示圖19的部分俯視圖。
圖21是沿圖22的線21-21’所繪示的記憶層沉積的部分剖面圖。
圖22是繪示圖21的部分俯視圖。
圖23是沿圖24的線23-23’所繪示的導(dǎo)體層的沉積的部分剖面圖。
圖24是繪示圖23的部分俯視圖。
圖25是沿圖26的線25-25’所繪示的完成的記憶胞的部分剖面圖。
圖26是繪示圖25的部分俯視圖。
30基板 32鎢插塞34導(dǎo)體層36、40絕緣層38、52光阻層40、50二氧化硅層41窗42氮化硅層44間隙壁46溝槽48、62、63導(dǎo)線 54開口56孔洞 58相位變化材料或是記憶材料層58B、58C記憶層邊壁 60驅(qū)動(dòng)線66、68主動(dòng)區(qū)80位元線82字符線100相位變化記憶胞110相位變化記憶單元 120記憶胞陣列122開關(guān)具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的記憶胞結(jié)構(gòu)其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。在圖示中所使用相同或相似的參考標(biāo)號(hào)，是用來敘述相同或相似的部份。須要注意的是，圖示都已經(jīng)精簡(jiǎn)過而不是精確的比例。以下的揭露，僅以適當(dāng)和清晰為目的，而例如上、下、左、右、向上、向下、在上方、在下方、在以上、在以下、較低、在背面、在前、垂直、水平、長(zhǎng)、寬和高等方向性的用詞，都僅用來表示所伴隨的圖示。這些方向性的用詞不應(yīng)用來限定本發(fā)明的精神。
熟習(xí)此技藝者當(dāng)知，以下的揭露僅是較佳的實(shí)施例，并不是用來限定本發(fā)明。以下所討論的實(shí)施例的詳細(xì)敘述，是嘗試解釋本發(fā)明所有可能的情形，但主要還是以權(quán)利要求書的內(nèi)容為準(zhǔn)。并且熟習(xí)此技藝者當(dāng)知，以下所敘述的結(jié)構(gòu)和方法并非是硫系化合物相位變化記憶體的完整的結(jié)構(gòu)或是制造流程。本發(fā)明的實(shí)施例中，會(huì)結(jié)合一些傳統(tǒng)的制程技術(shù)，而將包含于以下敘述的普遍地實(shí)施程序提供給熟習(xí)此技藝者是必要的。
圖1是繪示依照本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的一種相位變化記憶胞陣列120的電路圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，記憶胞陣列120可以由許多相位變化記憶單元110所組成。雖然在圖中僅繪示四個(gè)相位變化記憶單元110來組成記憶胞陣列120，但是實(shí)際上可能有數(shù)千個(gè)或是數(shù)百萬個(gè)獨(dú)立的記憶單元稠密的組成記憶胞陣列120。而一個(gè)獨(dú)立的記憶單元110是如圖2所示。
在記憶單元110中，可以包括一開關(guān)122、一相位變化記憶胞100、一字符線82、一位元線80和一驅(qū)動(dòng)線60。開關(guān)122可以是一晶體管，其用來控制流至記憶胞100的電流。開關(guān)122如圖所示是具有一閘極耦接至字符線82，一源極耦接至位元線80以及一汲極耦接至記憶胞110。而記憶胞110是將開關(guān)122連接至驅(qū)動(dòng)線60。驅(qū)動(dòng)線60、位元線80和字符線82可以從記憶胞100存取、儲(chǔ)存和擷取數(shù)據(jù)。在本實(shí)施例中，記憶胞100可以配置在每一條驅(qū)動(dòng)線、位元線和字符線的交會(huì)處。
相位變化記憶體100可以在兩個(gè)或更多不同的狀態(tài)之間進(jìn)行切換。依據(jù)通過記憶胞100的能量的大小，其可以從非晶狀態(tài)變換至結(jié)晶狀態(tài)，或是在不同的狀態(tài)間變化。而記憶胞是依據(jù)其結(jié)晶的狀態(tài)來變換導(dǎo)電性或電阻性。
圖3是繪示記憶胞100的物理布線的俯視圖，而圖4則繪示記憶胞100的剖面圖。請(qǐng)合并參照?qǐng)D3和圖4，基板30是具有許多的特征，其分別被圖案化至基板上或基板中?；?0可以是任何適合的基板，例如硅基板或是陶制基板。一般來說，基板30包含了其他的元件，像是晶體管、二極管、電阻或是其他的元件(未繪示)，其用來例如提供電源或是處理記憶胞100。位元線80和多晶硅字符線82在基板30中是彼此垂直，而驅(qū)動(dòng)線60則是平行字符線82。位元線80和字符線82可以被配置在不同的層級(jí)或是平面，并且在二者的交會(huì)處不會(huì)彼此接觸。一些鎢插塞(鎢穿孔)32會(huì)延伸貫穿基板30。顯而易見地，鎢插塞的性質(zhì)為導(dǎo)電。位元線80、字符線82和鎢插塞32可以利用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體技術(shù)來形成。顯示在圖3中的字符線和位元線是為了使本發(fā)明更容易被了解，但是一般來說都是埋藏在基板30中。
記憶胞100可以具有氮化鈦(TiN)或氮鋁化鈦(TiAlN)的導(dǎo)線62和63，其可以位于基板30之上。導(dǎo)線62和63是分別具有接觸端62A和63A(圖4)，用來連接像是硫系化合物的相位變化材料或是記憶材料的層58，并且也分別具有接觸端62B和63B，是電性連接對(duì)應(yīng)的鎢插塞32。例如氧化硅(SiO2)的絕緣層40是覆蓋導(dǎo)線62和63以及基板30的部分。
孔洞56可以位于層40中，并且在本實(shí)施例中，孔洞56可以延伸向下并且朝向基板30。在所繪示的實(shí)施例中，孔洞56是完全延伸向下至基板。記憶材料層58可以填充部分的孔洞56。在本實(shí)施例中，記憶材料層58符合孔洞56的大小。記憶材料層58具有底面58A以及記憶層邊壁58B和58C。
在較佳的實(shí)施例中，記憶材料層58可以由硫系化合物所組成。典型對(duì)記憶胞的硫硅化合物的成分包含了48％至63％的碲(Te)、17％至26％的鍺(Ge)以及11％至35％的銻(Sb)。這些百分比是組成的元素原子的百分比。在較佳的實(shí)施例中，硫硅化合物的成分為56％的碲、22％的鍺以及22％的銻。導(dǎo)線62的接觸端62A是電性連接至部分的記憶層邊壁58B，而導(dǎo)線63的接觸端63A則是電性連接至部分的記憶層邊壁58C。導(dǎo)電層(金屬驅(qū)動(dòng)線)60在孔洞56中，可以配置覆蓋在記憶體材料58上。在本實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)線60是填充在孔洞56剩余的空間，并且對(duì)齊絕緣層40的頂面。鎢插塞32是提供記憶體材料58以及字符線80和位元線82之間的電性連接。
主動(dòng)區(qū)66可以由在接觸端62A和導(dǎo)電層60之間的記憶層邊壁58B所定義。相似地，主動(dòng)區(qū)68則可以由接觸端63A和導(dǎo)電層60之間的記憶層邊壁58C所定義。由于導(dǎo)線62和63的橫切面所定義的接觸端62A和63A的關(guān)系，主動(dòng)區(qū)66和68會(huì)非常均勻并且非常小。因此，主動(dòng)區(qū)66和63二者的高度，可以由對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線62和63的厚度來控制，而其二者的寬度則可以由對(duì)應(yīng)的間隙壁44(請(qǐng)參照以下圖13的敘述)，以及由蝕刻和微影制程的限制來控制。圖5是繪示將二氧化硅絕緣層移除后的記憶胞陣列120的俯視圖。
雖然在圖示中，記憶胞陣列120只有少數(shù)的記憶胞100，但是實(shí)際上記憶胞100可能會(huì)稠密的以陣列方式排列，而其包括了數(shù)千個(gè)或數(shù)百萬個(gè)獨(dú)立的記憶單元。本發(fā)明會(huì)比傳統(tǒng)的架構(gòu)具有多數(shù)個(gè)優(yōu)點(diǎn)。記憶胞100可以被用來制造一具有數(shù)百萬個(gè)獨(dú)立記憶胞的高密度硫系化合物記憶體。由于主動(dòng)區(qū)66和68相對(duì)較小，因此記憶胞100在不同狀態(tài)間切換時(shí)，可以降低功率的需求。
本發(fā)明提供一種硫系化合物記憶體的設(shè)計(jì)和方法，其與目前微影制程的限制相比，可以具有相對(duì)較小的的元件特性。由于導(dǎo)線62和63可以被沉積為非常薄的層，而其厚度可以用來控制其中一個(gè)主動(dòng)區(qū)的大小。而另一個(gè)主動(dòng)區(qū)由于只與導(dǎo)線62和63的接觸端連接，因此其大小可以立刻被控制。相對(duì)來說，一般傳統(tǒng)形成接觸窗的方法，會(huì)受限于顯影孔洞的微影制程，并且必須同時(shí)控制接觸窗的寬度和長(zhǎng)度。而本發(fā)明則可以使用簡(jiǎn)單的方法來增加制程的良率。
相對(duì)地，本發(fā)明提供一種制造制造微小接觸窗，其大小可以低于目前微影制程的限制。請(qǐng)參照?qǐng)D6-26，其敘述一種制造方法，是用來制造具有相對(duì)較小的主動(dòng)區(qū)的硫系化合物記憶胞。利用傳統(tǒng)半導(dǎo)體制程的方法和技術(shù)可以制造記憶胞100。如圖6所示，氮化鈦或氮鋁化鈦的導(dǎo)體層34可以利用傳統(tǒng)的薄膜沉積技術(shù)沉積在基板30上?；?0可以是任何例如硅或是陶等適合的基材。基板30可以包括其他的元件，例如晶體管、二極管、電阻或是其他元件。一般來說，導(dǎo)體層34的厚度大體上是均勻分布在50至500之間，在較佳的情況下，導(dǎo)體層34的厚度大約為100。而例如氮化硅的絕緣層36可以使用傳統(tǒng)的薄膜沉積技術(shù)覆蓋在導(dǎo)電層34上。絕緣層36的厚度大致均勻分布在1000至3000之間，在較佳的實(shí)施例中，絕緣層36的厚度大約為2000。導(dǎo)電層34和絕緣層36可以分別利用例如濺鍍和化學(xué)汽相沉積的技術(shù)進(jìn)行沉積。
許多的介層窗30是延伸在基板30中。在所繪示的實(shí)施例中，介層窗填充了鎢，以形成導(dǎo)電的鎢插塞。鎢插塞32是用來建立與導(dǎo)電層34之間的電性連接。在其他的一些實(shí)施例中，介層窗也可以填充除了鎢之外的材料。接著，光阻層38可以圖案化在絕緣層36上。光阻層38可以利用傳統(tǒng)的微影技術(shù)而沉積或是圖案化。
如圖7所示，導(dǎo)電層34和絕緣層36可以利用傳統(tǒng)的蝕刻技術(shù)來進(jìn)行蝕刻，以形成圖案化。例如可以使用非等向性蝕刻制程，其中第一蝕刻可以利用對(duì)絕緣層36的蝕刻選擇比較導(dǎo)電層34的蝕刻選擇比為高的蝕刻劑來處理，而第二蝕刻則可以利用對(duì)導(dǎo)電層34的蝕刻選擇比較基板30的蝕刻選擇比為高的蝕刻劑來處理。蝕刻之后，導(dǎo)電層34和絕緣層36剩余的部分是配置在鎢插塞32之上和之間。圖8是繪示二氧化硅層40的形成的部分剖面圖。二氧化硅層40可以利用眾所皆知的技術(shù)來進(jìn)行沉積，并且可以利用平坦化或是回蝕的技術(shù)使絕緣層36的上表面曝露出來。
接下來，如圖9所示，可以利用傳統(tǒng)的蝕刻技術(shù)來蝕刻氮化硅層36以形層窗41。例如可以利用對(duì)氮化硅層36的蝕刻選擇比較二氧化硅層40的蝕刻選擇比為高的蝕刻劑來進(jìn)行非等向性蝕刻。一般來說，窗41的大小大約是0.05μm到0.2μm，在本實(shí)施例中，窗41的大小大約是0.1μm。接著，氮化硅層42可以利用傳統(tǒng)的薄膜沉積技術(shù)沉積在二氧化硅層40之上，并且沉積在窗41之內(nèi)，以形成圖10所示的結(jié)構(gòu)。氮化硅層42在窗41中的部份，包括了垂直邊壁部份42A和水平底部份42B。在所繪示的實(shí)施例中，氮化硅層42是對(duì)齊在下面的各層。一般來說，氮化硅層42的厚度大體均勻分布于50至200的范圍內(nèi)，在本實(shí)施例中，氮化硅層42的厚度大約為100。
接著，如圖11所示，可以利用傳統(tǒng)的蝕刻技術(shù)將氮化硅層42進(jìn)行蝕刻，以從氮化硅層42形成間隙壁44。例如，使用對(duì)氮化硅層42的蝕刻選擇比較導(dǎo)體層34和二氧化硅層40的蝕刻選擇比為高的蝕刻劑，來進(jìn)行非等向性蝕刻制程。此蝕刻制程可以移除覆蓋在氮化硅層40上的部分的氮化硅層42、氮化硅層42的底部分42B以及氮化硅層42的邊壁42A。間隙壁44是位于窗41之中，并與二氧化硅層40和其上的導(dǎo)體層34鄰接。
請(qǐng)參照?qǐng)D12，部分的導(dǎo)電層34并沒有覆蓋住間隙壁44，因此可以利用傳統(tǒng)的蝕刻技術(shù)將其蝕刻，而于導(dǎo)電層34中形成溝槽46，并且延伸向下至基板30。例如，可以使用對(duì)導(dǎo)體層34的蝕刻選擇比較氮化硅層40和間隙壁44為高的蝕刻劑進(jìn)行非等向性蝕刻制程。導(dǎo)電層34的蝕刻也會(huì)形成導(dǎo)線48。一般來說，溝槽46的大小大約在300至1800之間，而在本實(shí)施例中，溝槽46的大小大約為800。
從另一觀點(diǎn)來看，本發(fā)明也揭露了一種如4的連接關(guān)系，其中每一導(dǎo)線48的剖面區(qū)域可以決定對(duì)應(yīng)的主動(dòng)區(qū)的剖面區(qū)域(如圖4的主動(dòng)區(qū)66和68)。而每一導(dǎo)線48的剖面區(qū)域可以由圖6導(dǎo)體層34的厚度，并/或其于圖9中的蝕刻后厚度來決定，并且也可以由間隙壁44(其可以由例如圖10的氮化硅層42的厚度，并/或由其于圖11的蝕刻后厚度來決定)來決定。一般來說，每一導(dǎo)線48的寬度大約在50至200之間，而其高度也大約在50至200之間，在本實(shí)施例中，每一導(dǎo)線的寬和高都大約為100。
接下來，在一些實(shí)施例中可以利用傳統(tǒng)的蝕刻技術(shù)來將間隙壁44移除，然而在圖13和圖14的實(shí)施例中，間隙壁44則是加以保留。因此，間隙壁44可以提供定義在導(dǎo)體層34中非常小的溝槽46，并且在所繪示的實(shí)施例中，可以定義更小的導(dǎo)線48。
接著，二氧化硅層50可以利用傳統(tǒng)的沉積技術(shù)覆蓋在溝槽46和二氧化硅層40上。二氧化硅層50可以利用化學(xué)機(jī)械研磨或是對(duì)例如暴露的二氧化硅層40進(jìn)行回蝕的步驟來形成圖13的結(jié)構(gòu)。從圖13可以看到，填充在溝槽46的二氧化硅層50的頂部會(huì)對(duì)齊二氧化硅層40。二氧化硅層50的厚度大體上是均勻分布在1000至3000之間，而在本實(shí)施例中，二氧化硅層50的厚度大約是2000。圖14是繪示在二氧化硅層50形成后的圖13的俯視圖。在圖14中，沿線13-13’的剖面是對(duì)應(yīng)圖13的剖面圖。為了清楚起見，在目前和以下的圖示中，例如鎢插塞32、間隙壁44和/或?qū)Ь€48等隱藏在二氧化硅層40和50以下的元件，將不會(huì)被繪示出來。
請(qǐng)參照?qǐng)D15和16，并合并參照?qǐng)D13和圖14所繪示的結(jié)構(gòu)。圖16(與圖14類似)所標(biāo)示的參考線15-15’，是從圖15所繪示的剖面所取得。圖15所繪示的剖面圖的方向是垂直于圖13。在圖15(其與圖13和圖14的實(shí)施例相對(duì))和以下的圖示中，間隙壁44可以被移除(一操作步驟)，以致于二氧化硅層40可以覆蓋導(dǎo)線48。
如圖17和圖18所示，光阻層52可以涂布并圖案化在二氧化硅40和50上，其中圖18的線17-17’，是對(duì)應(yīng)于圖17的剖面圖。光阻層52可以利用傳統(tǒng)的顯影技術(shù)沉積并圖案化，以形成開口54。
接下來，二氧化硅層40和50以及導(dǎo)線48可以利用傳統(tǒng)非等向性蝕刻的技術(shù)來進(jìn)行蝕刻和清洗，以產(chǎn)生如圖19和圖20所繪示的配置，其中圖20的線19-19’是對(duì)應(yīng)于圖19所繪示的剖面圖。蝕刻之后，在二氧化硅層40和50以及導(dǎo)線48中會(huì)形成延伸向下至基板30的孔洞56。一般來說，孔洞的大小大致上在0.05μm到0.2μm之間，而在本實(shí)施例中，孔洞56的大小大約為0.1μm。此外，在蝕刻之后，每一導(dǎo)線48也會(huì)形成導(dǎo)線62和63兩條導(dǎo)線。導(dǎo)線62的其中一端62A為接觸端或電極端，而另一端62B則電性連接至其中一個(gè)鎢插塞32。相同地，導(dǎo)線63的其中一端63A為接觸端或電極端，而另一端63B則電性連接至其中一個(gè)鎢插塞32。
如圖21和圖22所示，例如硫系化合物的相位變化材料或是記憶材料層58隨即沉積于孔洞56中，并且覆蓋在二氧化硅絕緣層40和50上，其中圖22的線21-21’是對(duì)應(yīng)于圖21所繪示的剖面圖。在本實(shí)施例中，記憶材料層58的形狀是依照孔洞56所形成。記憶材料層58具有底面58A以及邊壁58B和58C。記憶材料層58可以利用傳統(tǒng)的薄膜沉積技術(shù)來進(jìn)行沉積。一般來說，記憶材料層58的厚度大致上是平均分布在50到500之間，而在本實(shí)施例中，記憶材料層58的厚度大約為100。
請(qǐng)參照?qǐng)D23和圖24，其中圖23是沿圖24的線23-23’所繪示的部分剖面圖。在這些圖中，金屬或?qū)w層60已經(jīng)沉積在金屬層58上。導(dǎo)體層60是延伸過記憶材料層58并填充孔洞56剩余的空間。導(dǎo)體層60可以用鋁、鎢或是銅來形成，并且可以用傳統(tǒng)的薄膜沉積技術(shù)來進(jìn)行沉積。一般來說，導(dǎo)體層60的厚度大致上是平均分布在1000到5000之間，而在本實(shí)施例中，導(dǎo)體層60的厚度大約為3000。
接著，記憶材料層58和導(dǎo)體層60可以進(jìn)行平坦化或是回蝕至曝露二氧化硅層40和50，以獲得圖25和26所繪示的結(jié)構(gòu)。在沿圖26的線25-25’所繪示的圖25的部分剖面圖中，記憶材料層58和導(dǎo)體層60的頂部與二氧化硅層40和50為同樣的高度。因此可以分別對(duì)應(yīng)形成圖3和圖4所繪示的結(jié)構(gòu)。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其包括一基板；一導(dǎo)線，配置于該基板上，且該導(dǎo)線具有一接觸端；一絕緣層，配置覆蓋于基板和該導(dǎo)線上；一孔洞，配置于該絕緣層內(nèi)，并延伸朝向該基板；一記憶材料，是剛好配置在該孔洞內(nèi)，且該記憶材料是電性連接該接觸端；以及一導(dǎo)體層，配置在該孔洞內(nèi)并覆蓋該記憶材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的記憶材料包括一相位變化材料；以及一主動(dòng)區(qū)，是形成在該記憶材料中，并位于該接觸端和該導(dǎo)體層之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的導(dǎo)線的另一端則連接一鎢插塞。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的導(dǎo)體層形成一驅(qū)動(dòng)線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的絕緣層是由二氧化硅所形成，且該導(dǎo)線則是氮化鈦所形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的記憶層是由硫系化合物所形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的孔洞是延伸向下至該基板。
8.一種記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其包括一基板；一第一介層窗和一第二介層窗，是延伸在該基板中；一絕緣層，配置覆蓋在該基板上；一孔洞，形成在該絕緣層中；一記憶層，形成在該孔洞中，而該記憶層具有一底面、一第一邊壁和一第二邊壁；一第一導(dǎo)線和一第二導(dǎo)線，位于該絕緣層和該基板之間，且該些導(dǎo)線是將該記憶層連接至該些介層窗；以及一導(dǎo)體層，位于該孔洞內(nèi)，是覆蓋于該記憶層上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的第一導(dǎo)線是將該第一介層窗連接至該第一邊壁，而該第二導(dǎo)線則是將第二介層窗連接至該第二邊壁。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于更包括一第一主動(dòng)區(qū)，是該第一邊壁的部分；以及一第二主動(dòng)區(qū)，是該第二邊壁的部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的記憶層為硫系化合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的導(dǎo)體層是形成一驅(qū)動(dòng)線。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于更包括多數(shù)個(gè)間隙壁，用以定義該些導(dǎo)線。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于更包括一位元線；一字符線；以及一開關(guān)，連接該位元線和該字符線，其中該記憶胞是將該驅(qū)動(dòng)線連接至該開關(guān)。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其中當(dāng)一電流通過該第一主動(dòng)區(qū)和該第二主動(dòng)區(qū)其中之一時(shí)，會(huì)造成從一第一狀態(tài)變化至一第二狀態(tài)。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的記憶層的底面是連接至該基板。
17.一種記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其包括一基板；一導(dǎo)線，配置于該基板上，且該導(dǎo)線具有一第一端和一第二端；一絕緣層，配置覆蓋在該基板和該導(dǎo)線上；一孔洞，形成在該絕緣層內(nèi)；以及一相位變化層，位于該孔洞中，并連接該第一端。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于更包括一導(dǎo)體層，覆蓋在該相位變化層上，并填充該孔洞。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的孔洞所形成的步驟，包括下列步驟沉積一第一層以覆蓋在基板上的一第一導(dǎo)體層；沉積一第一光阻層覆蓋在該第一層的部分；蝕刻該第一層和該第一導(dǎo)體層，用以形成圖案化；移除該光阻層；沉積該絕緣層在該圖案化周圍；移除該第一層；沉積一第二層以覆蓋該第一導(dǎo)體層和該絕緣層；移除該第二層的部分，以形成至少一間隙壁；蝕刻該第一導(dǎo)體層以形成一凹槽；沉積一第二光阻層覆蓋在該絕緣層的部分；以及蝕刻該絕緣層和該第一導(dǎo)體層，用以形成該孔洞。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的第二光阻層沉積的步驟，是在移除該間隙壁的步驟前。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其形成的步驟，更包括下列步驟沉積該相位變化層覆蓋在該絕緣層上，并位于該孔洞中；移除在該絕緣層上的該相位變化層；以及沉積該導(dǎo)體層在該孔洞中，并覆蓋該相位變化層。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的基板具有一介層窗，是連接該第二端。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的導(dǎo)體層是形成一驅(qū)動(dòng)線。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的記憶胞結(jié)構(gòu)，其特征在于其中一主動(dòng)區(qū)位于在該相位變化層中的該第一端和該導(dǎo)體層之間。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種記憶胞，包括了具有導(dǎo)線的基板。而導(dǎo)線則具有一接觸端。在基板和導(dǎo)線上覆蓋有絕緣層。在絕緣層中配置有一孔洞，其延伸至基板。一記憶材料剛剛好配置在孔洞內(nèi)，并且電性連接至導(dǎo)線上的接觸端。一導(dǎo)體層是位于孔洞內(nèi)，并且配置覆蓋在記憶材料上。
文檔編號(hào)H01L45/00GK1783507SQ200510089038
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2005年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
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