專(zhuān)利名稱(chēng)：相變化內(nèi)存的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種內(nèi)存，特別是關(guān)于一種相變化內(nèi)存。
背景技術(shù)：
相變化內(nèi)存具有高讀取速度、低功率、高容量、高可靠度、高寫(xiě)擦次數(shù)、
低工作電壓/電流及低成本等特質(zhì)，且非常適合與CMOS工藝結(jié)合，可用來(lái) 作為較高密度的獨(dú)立式或嵌入式的內(nèi)存應(yīng)用，是目前十分被看好的下一代新 內(nèi)存。由于相變化內(nèi)存技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，也使得其被認(rèn)為非常有可能取代目 前商業(yè)化極具竟?fàn)幮缘腟RAM與DRAM易失性?xún)?nèi)存與Flash非易失性?xún)?nèi)存 技術(shù)，可望成為未來(lái)極有潛力的新世代半導(dǎo)體內(nèi)存。
相變化內(nèi)存組件架構(gòu)極為簡(jiǎn)單，主要是在相變化材料的上下之間分別制 作電極材料來(lái)作為電流流通的路徑，目前最普遍被采用的架構(gòu)為T(mén)型架構(gòu)。 此架構(gòu)的作法是在相變化材料之下加入加熱金屬的拴塞填充層，其好處是可 降低加熱金屬與相變化材料之間的接觸面積，可增進(jìn)加熱電極的加熱效率并
降低相變化內(nèi)存組件的操作電流。在這樣的架構(gòu)下，非晶區(qū)將會(huì)發(fā)生在電流 密度最高的區(qū)域。
綜觀(guān)目前相變化內(nèi)存的發(fā)展趨勢(shì)，可以明顯地發(fā)現(xiàn)主要的瓶頸乃在于組 件的操作電流過(guò)大，因而無(wú)法有效地降低相變化內(nèi)存組件所串接的驅(qū)動(dòng)晶體 管面積，導(dǎo)致單位元尺寸過(guò)大使得內(nèi)存密度無(wú)法提升的問(wèn)題。P爭(zhēng)低相變化存 儲(chǔ)器操作電流可通過(guò)縮小相變化存儲(chǔ)單元中相變層與電極的接觸面積來(lái)達(dá) 成，且有利于CMOS組件的縮小以及內(nèi)存密度的提升。然而，此方法會(huì)受 限于光刻與工藝能力的限制，較不易獲得有效地突破。
為解決上述問(wèn)題，美國(guó)專(zhuān)利US 5,789,758中提出一種形成相變化內(nèi)存的 制造方法。首先，電極層形成于基板上，接著，形成具有開(kāi)口的圖形化的介 電層于該電極層與該基板之上。接著，形成相變化層于該介電層之上，并填 入該開(kāi)口 。利用上述工藝，雖然可達(dá)到縮小相變層與電極的接觸面積的目的， 然而，由于在該結(jié)構(gòu)中，形成電性連結(jié)通路的部分為填洞工藝，該工藝無(wú)論
在加熱效率、以及接觸面電性均勻度都有相當(dāng)?shù)南拗?。此外，大部份的介?br> 材料的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.7 W/m-K,然而進(jìn)一步使用導(dǎo)熱系數(shù)低于0.1 W/m-K 的材料，則可大幅降低熱的散失。然而，這些材料容易受熱產(chǎn)生化學(xué)或性質(zhì) 上的變化，不易整合至相變化內(nèi)存的工藝中。
jt匕夕卜，在美國(guó)專(zhuān)利20060157689 (Forming a carbon layer between phase change layers of a phase change memory)才皮露了利用包含碳的膜層來(lái)力口熱相變 化層。然而，由于無(wú)法精確得知在該含碳的膜層內(nèi)，該低電阻導(dǎo)電路徑 (filament)如何形成，且該導(dǎo)電路徑的寬窄如何，因此非常難設(shè)計(jì)利用該含碳 膜層作為加熱層的相變化內(nèi)存。
有鑒于此，設(shè)計(jì)嶄新的相變化內(nèi)存組件的工藝，來(lái)克服已知技術(shù)的缺點(diǎn)， 實(shí)為相變化內(nèi)存工藝技術(shù)極需研究的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種相變化內(nèi)存及其制造方式，利用介于兩相變化層間的導(dǎo) 電通道達(dá)到維持熱不對(duì)外溢散的目的，有效降低操作電流及能量。該相變化 內(nèi)存包括第一電極及第二電極；第一相變化層與該第一電極電性連結(jié)；第 二相變化層與該第二電極電性連結(jié)；以及導(dǎo)電橋接形成于該第一及第二相變 化層之間并與該第 一及第二相變化層分別電性連結(jié)。
以下通過(guò)數(shù)個(gè)實(shí)施例及比較實(shí)施例，以更進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的方法、特 征及優(yōu)點(diǎn)，但并非用來(lái)限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍應(yīng)以權(quán)利要求為準(zhǔn)。


圖la至lf顯示本發(fā)明一實(shí)施例所述的相變化內(nèi)存的制作流程剖面圖。 圖2及圖3顯示本發(fā)明所述的相變化內(nèi)存的其它實(shí)施例。主要組件符號(hào)說(shuō)明
101~開(kāi)口； 120 第一介電層； 103 第一電極； 104~第 一相變化層； 105 第二介電層； 106~開(kāi)口；
107 導(dǎo)電橋接；
108 第二相變化層;
109 第二電極；
110 第三介電層；
111 第二截面區(qū)域;
112 第一截面區(qū)域;
W 剖面寬度。
具體實(shí)施例方式
一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)電金屬材料一般為高導(dǎo)熱材料，因此常被用來(lái)作為加熱器。 在該金屬導(dǎo)電層的鄰近地區(qū)，金屬導(dǎo)電層與周?chē)镔|(zhì)的溫度差甚至?xí)哌_(dá) 1000° C。當(dāng)與該金屬導(dǎo)電層接觸的相變化層受熱時(shí)，直接與金屬導(dǎo)電層相 鄰的相變化區(qū)域才會(huì)產(chǎn)生相變化，離該金屬導(dǎo)電層較遠(yuǎn)的相變化層并未產(chǎn)生 相變化，因此該相變化層并非均勻受熱。所以，當(dāng)加熱時(shí)間愈短時(shí)，愈不容 易產(chǎn)生完整的相變化，而利用具有比介電層低的導(dǎo)熱系數(shù)的材料，來(lái)防止熱 的散失，為一重要的課題。
綜觀(guān)用于相變化內(nèi)存的材料，如硫?qū)倩衔?chalcogenide)(例如 Ge2Sb2Te5)具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)。硫?qū)倩衔锏膶?dǎo)熱系數(shù)一般介于0.2至0.3 W/m-k之間。理想化的狀態(tài)，盡可能地利用相變化材料將加熱器(金屬導(dǎo)電 層)給覆蓋住。
以下，請(qǐng)配合圖式，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例所述的相變化內(nèi)存的制 造方法。
首先，請(qǐng)參照?qǐng)Dla,提供具有第一介電層120的基板100,其中該介電 層具有開(kāi)口 101。接著，第一電極103作為下電極形成于該開(kāi)口 101中，并 露出該第一電極103的上表面.其中，該基底IOO可為半導(dǎo)體工藝所使用的 基板，例如為硅基板。該基底100可為已完成CMOS前段工藝的基底，亦 可能包含隔離結(jié)構(gòu)、電容、二極管等類(lèi)似物，為簡(jiǎn)化圖示起見(jiàn)，圖中僅以平 整基底表示。該第一電極103為導(dǎo)電材料，例如為Al、 W、 Mo、 Ti、 TiN、 TiW或TaN。第 一介電層102可為已知所使用的任何介電材料。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)Dlb，第一相變化層104形成于該第一電極103之上并與 其形成電性連結(jié)。其中，該第一相變化層104可由硫?qū)倩衔锼鶚?gòu)成，例如含Ge、 Sb、 Te或其混合的材料，舉例而言可為GeTe、 GeSb、 SbTe、 GeSbTe 或InGeSbTe。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)Dlc，第二介電層105形成于該第一介電層102之上，該 第二介電層105具有開(kāi)口 106,貫穿該第二介電層105，并露出該第一相變 化層104的上表面。第一介電層105可為已知所使用的任何介電材料。值得 注意的是，該開(kāi)口 106具有寬度W，該寬度W可小于光刻工藝的曝光極限。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)Dld，形成導(dǎo)電橋接107填入該開(kāi)口 106中，并與該第一 相變化層104電性連結(jié)。該導(dǎo)電橋接107為導(dǎo)電材料，例如為Al、 W、 Mo、 Ti、 TiN、 TiW或TaN,且具有的厚度介于5-100nm，或可介于20-40nm.
接著，請(qǐng)參照?qǐng)Dle，第二相變化層108形成于該第二介電層105及該導(dǎo) 電橋接107之上，并與該導(dǎo)電橋接107電性連結(jié)，其中該第二相變化層108 可由硫?qū)倩衔锼鶚?gòu)成，例如含Ge、 Sb、 Te或其混合的材料，舉例而言可 為GeTe、 GeSb、 SbTe、 GeSbTe或InGeSbTe。
最后，請(qǐng)參照?qǐng)Dlf,形成第二電極109作為上電極于該第二相變化層 108之上，并與該第二相變化層108電性連接。接著，形成第三介電層110 圍繞該第二電極109。該第二電極109為導(dǎo)電材料，例如為Al、 W、 Mo、 Ti、 TiN、 TiW或TaN。在本實(shí)施例中，該導(dǎo)電橋接107形成于該第一及 第二相變化層104及108之間。且該開(kāi)口 106具有較窄截面，以降低與該相 變層的接觸面積。由于該開(kāi)口 106由導(dǎo)電金屬層所填滿(mǎn)而非由相變化材料層 所填滿(mǎn)，因此導(dǎo)電金屬層在該開(kāi)口的壓降幾乎可以忽略。此外，由于利用導(dǎo) 電金屬作為導(dǎo)電橋接而非加熱器，有助于在其兩端維持相等的溫度。再者， 產(chǎn)生相變化的區(qū)域被相變化材料所包覆，因此該相變化層亦可視為熱阻隔 層。
如圖lf所示，第一截面區(qū)域112由該第一相變化層104及該導(dǎo)電橋接 107彼此相接處的截面所構(gòu)成；以及第二截面區(qū)域111由該第二相變化層108 及該導(dǎo)電橋接107彼此相接觸的截面所構(gòu)成。在此實(shí)施例，該第一截面區(qū)域 112及該第二截面區(qū)域111具有相同的尺寸。在其它實(shí)施例中，該第一截面 區(qū)域112及該第二截面區(qū)域111亦可具有不同的尺寸。該導(dǎo)電橋接107可具 有傾斜的剖面、或?yàn)楸?、T型、或倒T型，如圖2及圖3所示。在這些實(shí) 施例中，由于相變化層與導(dǎo)電橋接的接觸面積會(huì)影響到電流密度的大小，使 得接觸面積小的 一端的電流密度大于接觸面積大的 一端的電流密度，因此相
變化發(fā)生只會(huì)選擇在接觸面積小的一端。因此未發(fā)生相變化的相化變層則是 用來(lái)作為熱的阻隔層。如果沒(méi)有同時(shí)在導(dǎo)電金屬層的兩端同時(shí)配置相變化
層，則該導(dǎo)電金屬層會(huì)作用為加熱器，而非導(dǎo)電橋接，無(wú)法有效地維持住熱， 導(dǎo)致熱散失。
雖然本發(fā)明已以實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng) 域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(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
1.一種相變化內(nèi)存，包括第一電極及第二電極；第一相變化層與該第一電極電性連結(jié)；第二相變化層與該第二電極電性連結(jié)；以及導(dǎo)電橋接形成于該第一及第二相變化層之間并與該第一及第二相變化層分別電性連結(jié)。
2. 如權(quán)利要求1所述的相變化內(nèi)存，其中該第一電極及該第二電極包括 Al、 W、 Mo、 Ti、 TiN、 TiW或TaN。
3. 如權(quán)利要求1所述的相變化內(nèi)存，其中該導(dǎo)電橋接包括Al、 W、 Mo、 Ti、 TiN、 TiW或TaN。
4. 如權(quán)利要求1所述的相變化內(nèi)存，其中該相變化層的材料由硫?qū)倩?物所構(gòu)成。
5. 如權(quán)利要求1所述的相變化內(nèi)存，其中該相變化層的材料包括GeTe、 GeSb、 SbTe、 GeSbTe或InGeSbTe。
6. 如權(quán)利要求1所述的相變化內(nèi)存，還包括第 一截面區(qū)域，該第 一截面區(qū)域由該第 一相變化層及該導(dǎo)電橋接彼此相 接處的截面所構(gòu)成；以及第二截面區(qū)域，該第二截面區(qū)域由該第二相變化層及該導(dǎo)電橋接彼此相 接觸的截面所構(gòu)成。
7. 如權(quán)利要求6所述的相變化內(nèi)存，其中該第一截面區(qū)域與該第二截面 區(qū)域的尺寸相等。
8. 如權(quán)利要求6所述的相變化內(nèi)存，其中該第一截面區(qū)域的尺寸與該第 二截面區(qū)域的尺寸不相等。
9. 如權(quán)利要求6所述的相變化內(nèi)存，其中該第 一截面區(qū)域與該第二截面 區(qū)域至少 一者的尺寸小于曝光極限。
10. 如權(quán)利要求1所述的相變化內(nèi)存，還包括具有開(kāi)口的介電層，該導(dǎo)電 橋接填入于該開(kāi)口中。
全文摘要
本發(fā)明有關(guān)于一種相變化內(nèi)存。該相變化內(nèi)存包含第一電極及第二電極。第一相變化層與該第一電極電性連結(jié)。第二相變化層與該第二電極電性連結(jié)。導(dǎo)電橋接形成于該第一及第二相變化層之間并與該第一及第二相變化層分別電性連結(jié)。
文檔編號(hào)H01L45/00GK101369628SQ20071015282
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月14日
發(fā)明者達(dá) 陳 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