相變化記憶體及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種相變化記憶體及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電子產(chǎn)品(例如:手機(jī)、平板電腦以及數(shù)字相機(jī))常具有儲存數(shù)據(jù)的記憶體元件。已知記憶體元件可透過記憶體單元上的儲存節(jié)點(diǎn)儲存信息。其中，相變化記憶體利用記憶體元件的電阻狀態(tài)(例如高阻值與低阻值)來儲存信息。記憶體元件可具有一可在不同相態(tài)(例如:晶相與非晶相)之間轉(zhuǎn)換的材料。不同相態(tài)使得記憶體單元具有不同電阻值的電阻狀態(tài)，以用于表示儲存數(shù)據(jù)的不同數(shù)值。
[0003]相變化記憶體單元在操作時，可施加電流使得記憶體元件的溫度提升以改變材料的相態(tài)。但目前現(xiàn)有的相變化記憶體中的加熱器與相變化材料之間的接觸面積較大，使得相變化記憶體的重置電流較高。雖然可利用微影與蝕刻制程，形成頂面積較小的柱狀加熱器，以柱狀加熱器的頂面與相變化材料相互接觸，但微影制程仍有其極限，且蝕刻制程的難度也高，故不易精準(zhǔn)控制柱狀加熱器的特征尺寸。因此，如何能夠使加熱器與相變化材料之間的接觸面積更小成為本技術(shù)領(lǐng)域的重要課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一方面在于提供一種制造相變化記憶體的方法，包含下列步驟。形成一下電極；形成一加熱器于下電極上方；形成一第一絕緣層覆蓋加熱器；形成一上電極于第一絕緣層上；以及形成一環(huán)狀相變化層圍繞第一絕緣層與上電極，其中環(huán)狀相變化層接觸加熱器的一側(cè)面。
[0005]在本發(fā)明的一或多個實(shí)施方式中，在形成下電極之前，還包含下列步驟。提供一基板，并形成一主動元件于基板上，其中下電極耦接主動元件。
[0006]在本發(fā)明的一或多個實(shí)施方式中，形成加熱層于下電極上方的步驟包含:沉積一加熱材料層于下電極上；形成一填充件于加熱材料層上；以及以填充件作為遮罩，移除部分加熱材料層以形成一加熱墻于下電極上方。
[0007]在本發(fā)明的一或多個實(shí)施方式中，還包含下列步驟。沉積一絕緣材料覆蓋加熱墻，并圖案化絕緣材料與加熱墻以形成第一絕緣層與加熱器，且第一絕緣層暴露加熱器的側(cè)面。
[0008]在本發(fā)明的一或多個實(shí)施方式中，成填充件于加熱材料層上的步驟包含:形成一第一罩幕層于加熱材料層上，并圖案化第一罩幕層以形成一開口暴露加熱材料層；形成一第二罩幕層共形地覆蓋第一罩幕層以及開口的側(cè)壁與底部；非等向性移除第二罩幕層，以自第二罩幕層形成一間隙壁于開口的側(cè)壁；以及形成填充件于開口中。
[0009]在本發(fā)明的一或多個實(shí)施方式中，在形成填充件于開口中后，更移除第一罩幕層與間隙壁。
[0010]在本發(fā)明的一或多個實(shí)施方式中，在沉積加熱材料層于下電極上前，更沉積一阻障層于下電極上方。
[0011]在本發(fā)明的一或多個實(shí)施方式中，阻障層包含氮化鉭，而加熱材料層包含氮化鈦。
[0012]在本發(fā)明的一或多個實(shí)施方式中，形成環(huán)狀相變化層圍繞第一絕緣層與上電極的步驟包含:沉積一相變化層共形地覆蓋第一絕緣層與上電極；以及非等向性移除上電極上方的相變化層，以形成環(huán)狀相變化層圍繞第一絕緣層與上電極。
[0013]在本發(fā)明的一或多個實(shí)施方式中，還包含下列步驟。沉積一第二絕緣層覆蓋上電極與環(huán)狀相變化層，并對第二絕緣層、上電極及環(huán)狀相變化層進(jìn)行一平坦化制程。
[0014]本發(fā)明的另一方面在于提供一種相變化記憶體，包含主動元件、下電極、第一絕緣層、上電極、加熱器以及環(huán)狀相變化層。下電極耦接主動元件，第一絕緣層位于下電極上方，而上電極位于第一絕緣層上方。加熱器嵌于第一絕緣層中，而環(huán)狀相變化層則圍繞第一絕緣層與上電極，且環(huán)狀相變化層接觸加熱器的一側(cè)面。
【附圖說明】
[0015]圖1A為依照本發(fā)明數(shù)個實(shí)施例的相變化記憶體的剖面示意圖；
[0016]圖1B繪示圖1A中部分結(jié)構(gòu)的立體示意圖；
[0017]圖2、3、4、5、6、7、8六、9六、10、11、12與13為依照本發(fā)明數(shù)個實(shí)施方式的制造相變化記憶體的方法，在制程各個階段的剖面示意圖；
[0018]圖8B繪示圖8A的制程中間結(jié)構(gòu)的上視示意圖；
[0019]圖9B繪示圖9A的制程中間結(jié)構(gòu)的上視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下將以附圖揭露本發(fā)明的多個實(shí)施例，為明確說明起見，許多實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)將在以下敘述中一并說明。然而，應(yīng)了解到，這些實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)不應(yīng)用以限制本發(fā)明。也就是說，在本發(fā)明部分實(shí)施例中，這些實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)是非必要的。此外，為簡化附圖起見，一些已知慣用的結(jié)構(gòu)與元件在附圖中將以簡單示意的方式繪示。
[0021]如先前技術(shù)所述，目前現(xiàn)有的相變化記憶體中的加熱器與相變化材料之間的接觸面積較大，使相變化記憶體的重置電流較高。雖然可利用微影與蝕刻制程，形成頂面積較小的柱狀加熱器，以柱狀加熱器的頂面與相變化材料相互接觸，但微影制程仍有其極限，且蝕刻制程的難度也高，故不易精準(zhǔn)控制柱狀加熱器的特征尺寸。
[0022]因此，本發(fā)明提供一種相變化記憶體，包含加熱器與環(huán)狀相變化層。加熱層與環(huán)狀相變化層之間的接觸面積約為加熱器的側(cè)面寬度乘以厚度。在加熱層的厚度很薄的情況下，接觸面積很小，使相變化記憶體可具有極低的重置(RESET)電流，從而有效解決先前技術(shù)所述的問題。
[0023]此外，形成本發(fā)明的加熱器的制程不會遭遇到形成柱狀加熱器所面臨的微影制程的極限及蝕刻制程的難度等問題。換言之，相較于形成柱狀加熱器，形成本發(fā)明的加熱器的制程較容易控制，而可有效控制加熱器的特征尺寸。以下將詳細(xì)說明本發(fā)明的相變化記憶體及其制造方法的各種實(shí)施例。
[0024]圖1A為依照本發(fā)明數(shù)個實(shí)施例的相變化記憶體100的剖面示意圖。如圖1A所示，相變化記憶體100包含主動元件120、下電極140、加熱器154、第一絕緣層160、環(huán)狀相變化層165以及上電極170。主動元件120位于基板110中，且在本實(shí)施方式中，主動元件120為電晶體（transistor)，其包含源極122、漏極124與柵極126，源極122與漏極124是位于基板110的摻雜區(qū)中，而柵極126設(shè)置于基板110上并位于源極122與漏極124之間。在本發(fā)明的其他部分實(shí)施方式中，基板110中還具有淺溝渠隔離（shallow trenchisolation, STI)結(jié)構(gòu)112以電性分離相鄰的主動元件120。在本發(fā)明的其他部分實(shí)施方式中，基板110的材質(zhì)包含娃或其他半導(dǎo)體元素，如鍺或III-V族元素，但不以此為限，而淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)112的材質(zhì)包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其他合適的絕緣材料。
[0025]相變化記憶體100還具有一介電層130位于基板110上并覆蓋主動元件120，且介電層130中還具有多個導(dǎo)電接觸135，這些導(dǎo)電接觸135位于漏極124上方并接觸漏極124，以連接至基板110中的主動元件120。在本發(fā)明的部分實(shí)施例中，導(dǎo)電接觸135包含金屬、金屬化合物或其組合，例如鈦、鉭、鎢、鋁、銅、鉬、鉑、氮化鈦、氮化鉭、碳化鉭、氮化鉭硅、氮化鎢、氮化鉬、氮氧化鉬、氧化釕、鈦鋁、氮化鈦鋁、碳氮化鉭、其他合適的材料或其組合。
[0026]下電極140則位于導(dǎo)電接觸135上以透過導(dǎo)電接觸135耦接主動元件120。在本發(fā)明的部分實(shí)施例中，下電極140包含鈦、氮化鈦、氮化鉭、氮化鋁鈦、氮化鋁鉭、或其組合。
[0027]加熱器154位于下電極140上方，且加熱器154的截面寬度W1與厚度T1越小越好。在本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，加熱器154的截面寬度W1介于30納米至50納米之間，而加熱器154的厚度T1小于或等于3納米，甚至小于或等于2. 5納米、2納米、1. 5納米或1納米，但不限于此。在本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，加熱器154包含鈦、氮化鈦、氮化鉭、氮化鋁鈦、氮化鋁鉭或其組合。
[0028]在本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，還包含一阻障件152夾設(shè)于加熱器154與下電極140之間。在本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，阻障件152包含氮化鉭、氮化鋁鉭或其組合，其具有較低的熱傳導(dǎo)性，而能提升制備的相變化記憶體100的電性。在本發(fā)明的其他部分實(shí)施方式中，阻障件152包含氮化鉭，而加熱器154包含氮化鈦。
[0029]接著請同時參閱圖1A與圖1B，圖1B繪示圖1A中部分結(jié)構(gòu)的立體示意圖。如圖1A與圖1B所示，第一絕緣層160位于下電極140上方并覆蓋加熱器154，上電極170位于第一絕緣層160上方，而環(huán)狀相變化層165則圍繞絕緣層160與上電極170，且環(huán)狀相變化層165接觸加熱器154的一側(cè)面154a。加熱器154嵌于此第一絕緣層160中，但第一絕緣層160并未完全覆蓋此加熱器154，而暴露出加熱器154的側(cè)面154a。具體而言，當(dāng)主動元件120提供電流至下電極140時，電流會依序沿著下電極140、加熱器154、加熱器的兩側(cè)面154a、環(huán)狀相變化層165到達(dá)上電極170。若加熱器154與環(huán)狀相變化層165間的接觸面積越小，即可允許越高的電流密度，而提升加熱效率。
[0030]以本實(shí)施方式為例，加熱器154以其兩端的側(cè)面154a與環(huán)狀相變化層165接觸，因此加熱器154與環(huán)狀相變化層165之間的接觸