TW200908224A - Phase change memory device and method of fabricating the same - Google Patents
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200908224 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 實施例係關於一種相變記憶體裝置及其製造方法。 【先前技術】 記憶體裝置之持續發展係針對形成日益密集之記憶體結 -構。相變s己憶體裝置(例如,相變隨機存取記憶體(pram) 裝置)可在密度方面表現出顯著優勢,且可用作非揮發性 記憶體裝置。然而,相變記憶體裝置之持續發展需要設計 (Λ 及製造技術的進步以便提高此等裝置之密度及可靠性。 【發明内容】 實施例因此係針對一種相變記憶體裝置及其製造方法, 其實質上克服了歸因於相關技術之限制及缺陷的問題中之 一或多者。 因此,一實施例之一特徵係提供一種製造一相變記憶體 裝置之方法,其中使一相變材料經受回流過程。 因此,一實施例之另一特徵係提供一種製造一相變記憶 U 肖裝置之方法’其中-相變材料中之空隙藉由使該相變材 料回流得以減少或消除。 目此’實施例之另-特徵係提供—相變記憶體裝置, 其中一相變元件與一潤濕材料接觸。 上述及其他特徵及優勢中之5 φ ^ ^ t 隄另f之至>一者可藉由提供一種製 造-相變記憶體裝置之方法來實現,該方法包括:在一第 -層中形成-開口;在該開口中且在該第一層上形成一相 變材料;將該相變材料加熱至一足以使該開口中之相變材 13J461.doc 200908224 料回流的第一溫度,其中哕笙一、w 、'^第,皿度小於該相變材料之炫 點;及在將該相變材料加孰$兮笛 竹刀熱至該第一溫度之後,圖案化該 相變材料以在該開口中界定一相變元件。 第層可在回流期間展現對相變材料之潤濕,且相變材 料可直接形成於第-層上。該方法可進—步包括在沈積相 變材料之刖在第一層上形成潤濕層中潤濕層接觸相變 材料可纟開口之側壁上形成潤濕^,使得潤濕層將開口
中之相變材料與第一層分離。可僅在開口之側壁上形成潤 濕層。 潤濕層可包括 Ti、Tic、TiN、TiO、SiC、SiN、Ge、
GeC、GeN、GeO、C、CN、TiSi、TiSiC、TiSiN、 TiSiO、TiAl、TiAlC、TiAIN、TiAlO、TiW、TiWC、 TiWN、TiWO、Ta、TaC、TaN、TaO、Cr、CrC、CrN、
CrO、Pt、PtC ' PtN、PtO、Ir、IrC、IrN 或 IrO 中之一或多 者。潤濕層可包括TiN或TiO中之一或多者,且相變材料可 包括GST。 該方法可進一步包括在將相變材料加熱至第一溫度之前 在該相變材料上形成至少一層。形成該至少一層可包括形 成一包括氮化物或氧化物中之一或多者的覆蓋層。形成該 至少一層可包括形成一電極材料層。形成該至少一層可包 括在該電極材料層上形成一覆蓋層,使得該電極材料層位 於相變材料層與覆蓋層之間。 第一溫度可至少高達相變材料之結晶溫度。相變材料之 結晶溫度可對應於在相變記憶體裝置中將相變材料轉換至 131461.doc 200908224 晶相(crystalHne phase)時將該相變材料加熱所達到的'、. 度。相變材料可為GST,第-溫度可小於632t,且該第: 溫度可為約450°C或以上。 人
上述及其他特徵及優勢中之至少—者可藉由提供一 記憶體裝置來實現,該相變記憶體裝置包括:—第一 層,其具有一位於其中之開口; 一位於該開口中之相變元 件’該相變元件經由自我加熱㈤…此㈣而在非晶夺狀 態與結晶狀態之間改變;及第一與第二電極,其分別接觸 相變元件之底表面與頂表面,其中用於相變元件之相變材 料的潤濕材料與該相變元件接觸。 用於相變材料之潤濕材料可為第一絕緣層之部分。潤濕 層可沈積於在第一絕緣層與相變元件之間的開口之側壁、 上,且用於相變材料之潤濕材料可為㈣層之部分。 變元 之間 定開 可將相變元件與第一電極之間的接觸區域限制於相 件之下半部分(l〇wer half)。可將相變元件與第一電極 的接觸區域限制於相變元件之底表面。潤㈣料可界 口中之相變元件的橫向範圍。 【實施方式】 以上及其他特徵及優勢將藉由參考隨附圖式詳細描述其 例示性實施例而變得對一般技術者更顯而易見。 於2007年8月i日在韓國智慧財產局中申請之名為 -的韓國專利申請案第10-20〇7_0〇77510號之全文 以引用方式併入本文中。 現將在下文中參考隨附圖式更充分描述實施例;然而, 131461.doc 200908224 不應認為實施例受限於本文中所陳述之實施例。實情為, 提供此等實施例以使得本揭示案將為透徹且完整的:且將 向熟習此項技術者充分傳達本發明之範疇。 在諸圖中’為了說明之清晰性可誇示層及區域之尺寸。 亦將理解’當一層或元件被稱為"位於另一層或基板上, 時,其可直接位於該另-層或基板上,或亦可存在介入 層。此外,將理解,當一層被稱為••在另一層下方"時,直 可直接位於下方,且亦可存在一或多個介入層。另外,: 將理解’當__層被稱為„位於兩個層之間"時,其可為該兩 個層之間的唯-層,或亦可存在_或多個介入層。在一元 件被描述為連接至第二元件的情況下,該元件可直接連接 至第二元件,或可經由一或多個其他元件而間接連接至第 -凡件。此外’在-π件被描述為連接至第二元件的情況 下’將理解’該等元件可被電連接(例如,在電晶體、電 容器、電源、節點等之狀況下)。在諸圓中1 了說明之 清晰性可誇示區域之尺寸且可省略元件。類似之參考數字 始終指代類似之元件。 如本文中所使用,詞句,|至少一者”、,,一或多者"及”及/ 或係在操作中具有結合性與分離性兩者之開放式詞句。 舉例而言,詞句”A、MC中之至少一者"、”Α、Β或C中之 至少一者’’UAC中之—或多者"、,,A、Bg中之— ^多者”及”A、B及/或C"中之每一者均包括以下含義··單 一 ^A,早獨之B;單獨之C; 兩者一起;兩者 起與C兩者-起;及A、^c所有三者一起。此外, 131461.doc 200908224 除非藉由此等詞句與術語"...... aH * 田 組成之組合明確表示相 反情況,否則此等詞句係開放式的。舉例而言,詞句"A、 中之至少一者"亦可包括第η個成員,其中η大於3,而 詞句"選自由A、Β及Γ1如λ·、 、,成之群的至少一者"則不包括第 個成員。 币 士本文中所使用,除非詞句"或"與術語"......中之任一
者"結合使用,否則該詞句並非為"排他性或"。舉例而 言’詞句,,α、β或C”包括:單獨之Α;單獨之Β;單獨之 C;八糾兩者一起;八糾兩者一起;兩者一起;及 A、B與C所有三者一起’而詞句”A、8或。中之任一者則 意謂單獨之A、單獨之叹單獨之C中之-者,且並不意謂 以下情況中之任-者:者—起;績以者一起; B與C兩者一起;及A、B與C所有三者一起。 實施例提供一相變記憶體裝置及其製造方法其中將一 相變材料沈積於一開口 (例如,較高縱橫比之開口 )中,且 隨後使該相變材料經受回流過程q結合回流過程使用展 現對相變材料之潤濕的材料。回流過程可包括加熱至小於 相變材料之熔融溫度的溫度。 圖1說明根據第一實施例之相變記憶體裝置的一實例單 凡。參看圖1,基板100可具有位於其上之第一絕緣夹層 no。第一層間絕緣層110可具有位於其中之開口 115,且 下部電極12〇可安置於該開口 115之底部部分處。潤濕層圖 案125a可位於下部電極120上、位於開口 u5之側壁上且位 於第一絕緣夾層11 〇上。相變材料圖案丨3〇a可位於開口丨1 5 131461.doc 200908224 中之潤濕層圖案1253上且位於第一絕緣夾層11〇上之潤濕 層圖案125a上。上部電極140a可位於相變材料圖案i3〇a 上’且覆蓋層圖案145a可位於上部電極14〇&上。導電插塞 155a可位於上部電極14〇3上。導電插塞155&可延伸穿過覆 蓋層圖案145a及第二絕緣夾層150,且可與上部電極14〇& 及上覆金屬線160兩者接觸。根據諸實施例之相變記憶體 裝置可利用二極體、電晶體等來選擇給定之記憶體單元^ 可經由由於電流在上部電極丨4 〇 a與下部電極丨2 〇之間穿過
相變材料圖案13〇a而產生的自我加熱(亦即,焦耳加熱)來 產生相變材料圖案!30a之相變,亦即,非晶系相與結晶相 之間的改變。在實施中,上部電極l4〇a及下部電極〖Μ可 提供一至相變材料圖案130&之低電阻電路徑kb path) ’使得在上部電極14〇&及下部電極12〇中未產生電阻 加熱。 開口 115可具有相對較窄之寬度及/或較高之縱橫比(亦 即’較高之高度:寬度比)。因此’開口 115中之相變材_ 案130a可類似地具有較窄之寬度及/或較高之縱橫比。相 變材料圖案130a之寬度可歸因於潤濕層圖案125a之存在 小於開口 115之寬度。相變材料圖案13(^之縱橫比可與= 口 115之縱橫比相同或不同。相變記憶體裴置由相變材料 圖案1 30a佔據之面積可較小,從而允許增加密产,亦艮 每單位面積之相變材料圖案130a的數目。此外二窄:寬 度及/或較高之縱橫比可允許在維持鄰近之相變材料圖案 130a之間的預定距離(亦即,間隔)的同時增加密度。因 131461.doc 200908224 此,可在對一鄰近相變記憶體單元具有很小熱擾動 (thermal disturbance)或不具有熱擾動的情況下(例如,諸 如可由在資料寫入操作期間之加熱引起的熱擾動)操作— 相變記憶體單元。 現將參考圖2a至圖2f來描述一種製造圖】中所說明之實 例記憶體裝置之方法的細節。參看圖2a,可在基板⑽上 形成第-絕緣夾層⑽。基板可為任何適合用於相^己 憶體裝置中之基板材料,且可包括主動裝置、被動裝置 等。可使用(例如)通用微影過程在第一絕緣夾層ιι〇中开;成 開口 115,微影過程包括遮罩、曝光及顯影一光阻層(未圖 不)’接著將經®案化之光阻層料光罩來㈣第一絕緣 夾層11〇以在第一絕緣夹層11〇中形成開口 ιΐ5。 除光阻層。 者移 參看圖2b ’可接著在開口 115中沈積下部電極材料以形 成下部電極120。形成下部電極12()可包括(例如)在第一絕 緣夾層m上且在開口115中沈積下部電極材料層(未圖示) 及使用化學機械研磨(CMP)來平坦化下部電極材料層。可 利用額外過程使開口 115中之下部電極材料層凹陷以形成 Z電極120。可將下部電極120電連接至下伏之佈線或其 他導電特徵(未圖示)。 =下部電極120上'在開口 115之側壁上及/或在第一 古、層110之上表面上形成潤濕層125…潤濕層125可提 门’、、用於後形成之相變材料圖案的回流過程之效果,下 文描述相變材料圖案之細節。可使用(例如)共形沈積過程 131461.doc 200908224 (諸如化學氣相沈積(CVD)過程或原子層沈積(ALD)過程)來 形成潤濕層125。潤濕層125可具有與第一絕緣夾層110不 同之化學組合物。满濕層125可包括(例如)一或多種材料, 諸如:Ti、TiC、TiN、TiO、SiC、SiN、Ge、GeC、 GeN、GeO、C、CN、TiSi、TiSiC、TiSiN、TiSiO、 TiAl、TiAlC、TiAIN、TiAlO、TiW、TiWC、TiWN、 TiWO、Ta、TaC、TaN、TaO、Cr、CrC、CrN、CrO、Pt、 PtC、PtN、PtO、Ir、IrC、IrN或IrO。可基於用於隨後形 成相變材料圖案130a之相變材料層130的特定材料來選擇 特定潤濕材料或材料組合。作為一特定實例,潤濕層125 可使用TiN與TiO之組合而形成,且相變材料層13〇可由 GeebJeKGST)形成。潤濕層125可具有約1〇〇 A或更小之 厚度’或可經處理(例如’回姓)以在下部電極1 2〇上具有約 100 A或更小之厚度,以便使得電流能夠在完成之記憶體 裝置中自下部電極12 0流過相變材料圖案13 〇 a。 參看圖2c,可在潤濕層125上形成相變材料層13〇。可在 相變材料層130上形成上部電極層14〇及覆蓋層145(例如, 氧化物或氮化物覆蓋層)。用於相變材料層丨3〇之材料可包 括(例如)一或多種硫族化物,諸如,Ge_Sb_Te、As_sb_
材料層130。
相變材料層1 3 0。 3月,PVD可在潤濕層125之上表面上形成 PVD亦可在開口 115之上部分中及/或在開 -J3- I3l46l.doc 200908224 11 5之底處沈積相變材料層】3 〇。然而視所利用之材 料、PVD條件及開口 115之寬度以及縱橫比而定,空隙135 亦可保留於開° 115中’空隙135未由相變材料層130填 充驾知地,一種避免形成空隙135之方法將為設計記憶 體單元以使得開口 115較寬及/或具有更低的縱橫比。舉例 而5,可將開口之縱橫比設定為小於1,使得開口 11 5之寬 度大於其尚度。然而,即使在縱橫比小於〗之情況下,仍 可能會產生空隙13 5。 圖7說明對在不同縱橫比之開口 _之空隙形成的模擬之 結果。參看圖7’該模擬展示以各種角度(75。、80。、85。及 90°)進行濺鍍以在具有直徑為5〇 nm之開口的基板上形成 相^_材料層的結果’該等基板具有為7〇 nm(圖7中之上 圖)、50 nm(中間圖)或30 nm(下圖)之高度。如自模擬可 見,即使在縱橫比為1(亦即1 : 1)的情況下,一些開口仍可 能未由濺鍍於基板上之相變材料完全填充。見(例如)中間 圖(50 nm厚之基板)之最右方實例(9〇。之濺鍍角度)處。在 一實際裝置中’可使用(例如)掃描電子顯微術(SEM)來偵 測空隙形成。 將瞭解,開口 Π5之寬度較大及/或開口 115之縱橫比較 低的設計(可能需要該設計以便避免形成空隙1 35)可引起每 單位面積之記憶體單元的較低密度,可歸因於記憶體單元 間隔太近而引起熱擾動等。相反,如本文中所描述,可執 行回流過程以使相變材料層130回流,使得在致能使用較 窄或較高縱橫比之開口 115的同時使空隙135之大小減小或 131461.doc -14- 200908224 自完成之相變記憶體裝置完全消除。舉例而言,回流過程 可致能使用具有3(3 : 1)之縱橫比與約5〇 nm之寬度的開口 115 ’該開口 115在無回流過程的情況下將可能產生空隙 135 ° 如上文所描述’回流過程可允許使用較窄之開口丨丨5(此 可允許藉由減小每一單元所佔據之面積來提高記憶體單元 之密度)’及/或允許在鄰近之單元之間保持更大間隔。此 外,可使用較高且較窄之開口 115(亦即,具有較高縱橫比 p 之開口),此可允許記憶體單元之較高密度同時亦提供穿 過形成於開口 115中之相變材料圖案13〇&的更長電路徑。 該更長電路徑可引起相變材料圖案13〇a在處於非晶系狀態 時的總電阻增加,其在非晶系狀態與結晶狀態之間切換時 可提供更大之電阻改變,藉此使區分此等兩個狀態更容 易,亦即,使區分邏輯‘丨’與邏輯‘〇,更容易。 參看圖2d,可執行回流過程以使開口 i 15中之相變材料 、 回流,從而形成經回流之相變材料層130,。經回流之相變 材料層13〇’可用相變材料來部分或完全填充開口 115。上部 電極層140及覆蓋層145可幫助在回流期間防止相變材料的 况化(vaP〇rizati〇n)。經回流之相變材料層13〇,、上部電極 層140及覆蓋们45中之一或多者可展現非平面表面,如圖 2d中所示。 在回流過程期間,可將相變材料層130加熱至小於相變 材料之熔融/皿度且鬲於相變材料之結晶溫度的溫度。結晶 /皿度係在相變記憶體裝置之程式化期間將相變材料圖案改 131461.doc -15- 200908224 變至晶相時加熱相變材料圖案13(^所超過的溫度。晶相可 具有比非晶系相低之電阻率,此可提供對應於儲存於相變 s己憶體裝置中之資料的電阻差異。 作為一特定實例,在相變材料層13〇由GST形成之情況 下,相變材料層130之熔融溫度可為約632它,且回流過程 可將相變材料層130加熱至為45〇。(:之溫度(亦即,約比熔 融溫度小182。〇,且可保持該45(TC之溫度歷時約30分鐘。 在以下額外實例中,回流過程可將由列出之材料形成的相 變材料層1 3 0加熱至小於對應之熔融溫度Tm的溫度:
GeSb4Te7(Tm=607〇C) ' GeSb2Te4(Tm=614°C) ' Ge4Sb2Te7 (Tm=634〇C) ^ Ge8Sb2Ten(Tm=690〇C) ^ In49Sb23Te28 . (Tm=620°〇 ^ As24Sb16Te60(Tm=377〇C) > Se20Sb20Te60 (Tm=3 96〇C)^ Ag5ln5Sb6〇Te3〇(Tm=5 73〇C) ° 如上文已注意到,潤濕層]25可提高回流過程之效果。 詳言之,潤濕層125可使得相變材料層13〇能夠在回流過程 期間在空隙135中流動並將其填充。潤濕層125可使得相變 材料能夠以與液體與玻璃容器形成凹彎液面…⑽以” meniscus)之方式相同的方式潤濕開口 115之壁。相反,在 相變材料回流時,若不存在潤濕層125,則相變材料可展 現類似於由汞在玻璃容器中形成之凸彎液面的凸上表面。 另外,潤濕層125可提高相變材料在回流期間移動經過的 距離。舉例而言,在無潤濕層125之情況下的回流可引起 相變材料之很少移動或不引起相變材料之移動。在具有潤 濕層125之情況下的移動可引起相變材料之移動,該移動 131461.doc -16- 200908224 自約10 nm變化至顯著更大的量。 參看圖2e,在回流過程之後,可(例如)使用通用微影過 程來圖案化潤濕層125、相變材料層130、上部電極層ι4〇 及覆蓋層145,以形成潤濕層圖案125a、相變材料圖案 130a、上部電極140a及覆蓋圖案145a。可接著在第一絕緣 夾層110上且在經堆疊之潤濕層圖案125a、相變材料圖案 130a、上部電極140a及覆蓋層圖案145a上形成第二絕緣夾 層150 ^可形成導電插塞155以穿透第二絕緣層15〇及覆蓋 ) 層圖案145a從而接觸上部電極140a。可藉由(例如)使用通 用微影過程圖案化第二絕緣夾層15〇及覆蓋層圊案145a、 將導電層塗覆於第二絕緣夾層150上及(例如)使用CMP過程 自第一絕緣夾層150移除導電層來形成導電插塞丨55,以便 使導電插塞155延伸穿過第二絕緣夾層15〇。參看圖2f,可 接著形成金屬線160以接觸導電插塞155。 圖3 a至圖3 c說明在一種製造根據第二實施例之相變記憶 體裝置之方法中的階段之橫截面圖。參看圖3a,可如上文 ’ 結合圖2c所描述(例如)使用pVd在潤濕層! 25上形成相變材 料層130。同樣,經回流之相變材料層13〇可部分或完全填 充開口 115(亦即,可形成空隙135)。 可在相變材料層130上形成覆蓋層145。然而,在此階段 可不形成上部電極層140。詳言之’可直接在相變材料層 130上形成覆蓋層145。參看圖3b,可使相變材料層13〇在 其上具有覆蓋層145的情況下回流。因此,與上文結合圖 2c所描述之實施例相比,在回流過程期間可不存在上部電 131461.doc 200908224 極層140。 在回流過程期間上部電極層140之存在可幫助防止相變 材料層130在回流期間的汽化,且視用於相變材料層13〇之 材料而定,可能需要在回流之前形成上部電極層丨4〇與覆 蓋層145兩者。此外,視用於上部電極層14〇之材料而定, 可省略覆蓋層145或在回流之後形成覆蓋層145(未圖示)。 參看圖3c,可接著(例如)使用CMP過程選擇性地移除覆 蓋層145、經回流之相變材料層13〇,及潤濕層125,以便在 開口 115中形成潤濕層圖案125b及相變材料圖案i3〇b。回 蝕潤濕層125以暴露上部第一絕緣夾層} 1〇可允許完成之相 I圯憶體單元的總高度得以減小。隨後,可在第一絕緣夾 層11 0、满濕層圖案12 5 b及相變材料圖案13 Ob上形成上部 電極140b。可例如以與上文結合圖2e所描述之方式相同的 方式在上部電極140b上形成第二絕緣夹層15〇及導電插塞 1 55,且可例如以與上文結合圖2£所描述之方式相同的方 式在第二絕緣夾層150及導電插塞155上形成金屬佈線(未 圖示)。 圖4a至圖4c說明在一種製造根據第三實施例之相變記憶 體裝置之方法中的階段之橫截面圖。參看圖4a,可在開口 115之側壁上形成潤濕層圖案125c。潤濕層圖案125c可暴 露第一絕緣夾層110之上表面且可暴露開口 115中之下部電 極120。舉例而言’可如上文結合圖2b所描述而形成潤濕 層125 ’其後’可利用CMP及/或另一触刻過程自第一絕緣 夾層110之上表面及開口 115中之下部電極120選擇性地移 Ϊ31461.doc -18- 200908224 除潤濕層125。 如上文所描述,自第—絕緣UUG之上表面移除潤濕 層125可允許完成之相變記憶體單元的總高度得以減小。 此外,自下部電極120移除潤濕層125可提高下部電極㈣ 與形成於其上之相變材料圖案130a之間的電導率。此外, ' 由於潤濕層125經選擇性地移除,故可將更厚之層及/或不 同材料用於潤濕層125。 參看圖4a及圖仆,可例如以與上文結合圖2c及圖所描 〇 述之方式相同的#式接著形成相變材料層130、上部電極 層140及覆蓋層145,其後,可使用回流過程填充可能存在 ;開口 11 5中之空隙1 35。參看圖4c,可例如以與上文結合 圖2 e及圖2 f所描述之方式相同的方式執行隨後之形成相變 材料圖案130a及相變記憶體單元之剩餘特徵的操作。 圖&至圖兄說明在一種製造根據第四實施例之相變記憶 體裝置之方法中的階段之橫截面圖。參看圖5&,可使用絕 '緣材料來形成第-絕緣夾層’該絕緣材料展現關於隨 J 後形成之相變材料層13〇的潤濕特性。因此,如圖5b中所 說明,可直接在第一絕緣夾層210上形成相變材料層13〇。 藉由避免使用結合第一實施例至第三實施例所描述之潤 /”’、層125,可用相變材料圖案13〇3填充開口 之全部容 積。此外,避免使用潤濕層i 25可關於沈積相變材料層丨3〇 之過程長·供更多靈活性(例如,由於開口 11 5中之潤濕層 125的存在有效地提供可更容易填充之更寬孔徑)。另外, 避免使用潤濕層125可關於用於相變材料層! 3〇之材料提供 131461.doc -19- 200908224 更多靈活性(例如,藉由允許使用具有相對不良之ρν〇特 徵的相變材料,及/或允許進一步減小開口 115之寬度)。 參看圖5b,如上文結合圖2e所描述,可在相變材料層 13 0上形成上部電極層14〇及覆蓋層145。參看圖5〇,如上 文結合圖2d所描述,可使相變材料層13〇回流以填充任何 . 可能存在於開口 115中之空隙135。參看圖%,可圖案化相 變材料層130、上部電極層14〇及覆蓋層145以形成相變材 料圖案130a、上部電極i4〇a及覆蓋層圖案145a,其後,可 (Ί 例如以與上文結合圖2e及圖2f所描述之方式相同的方式形 成第二絕緣夾層150、導電插塞155及金屬線16〇。如圖% 中所說明,相變材料圖案130a可位於開口 115中且位於第 絕緣夾層210之上表面上。相變材料圖案13〇&之寬度及/ 或縱橫比可與開口 115之寬度及/或縱橫比相同。 圖6a至圖6d說明在一種製造根據第五實施例之相變記憶 體裝置之方法中的階段之橫截面圖。參看圖以,可使用絕 緣材料來形成第一絕緣夾層210,該絕緣材料展現關於隨 J 後形成之相變材料層130的潤濕特性。因此,如圖6b中所 說月了直接在第一絕緣夾層210上形成相變材料層13〇。 如圖6b中所說明,可直接在相變材料層13〇上形成覆蓋 層145,其後可使相變材料層13〇回流。參看圖^,例如以 與上文結合圖3c所描述之方式相同的方式,可選擇性地移 除覆蓋層145及相變材料層130以形成相變材料圖案13〇b, 且可塗覆並圖案化上部電極層14 〇以形成上部電極丨4 〇 b。 可例如以與上文結合圖3c所描述之方式相同的方式接著形 131461.doc •20- 200908224 成第二絕緣夾層150及導電插塞155。可接著形成金屬線 160以接觸導電插塞155。如圖6d中所說明,相變材料圖案 130b可完全填充開口 115,.且可藉由在第一絕緣夾層21〇上 形成上部電極14〇b(亦即,在第一絕緣夾層21〇之上表面與 上部電極140b之間未插入相變材料圖案! 3〇b)使相變單元 之總南度最小化。 已在本文中揭示了實例實施例,且儘管利用了特定術 S吾’但其僅在普通及描述意義上加以使用及理解,而非用 於限制目的。舉例而言,已描述了使相變材料層回流以減 小或消除空隙’其後圖案化該層的實施例。然而,將瞭 解’可圖案化相變材料層且接著使其回流。因此,一般技 術者將理解’可在不背離如以下申請專利範圍中所陳述的 本發明之精神及範疇的情況下作出各種形式及細節的改 變。 【圖式簡單說明】 圖1說明根據第一實施例之實例相變記憶體裝置; 圖2a至圖2f說明製造圖1中所說明之相變記憶體裝置之 方法中的階段之橫截面圖; 圖3 a至圖3 c說明製造根據第二實施例之相變記憶體襞置 之方法中的階段之橫截面圖; 圖4a至圖4c說明製造根據第三實施例之相變記憶體裝置 之方法中的階段之橫截面圖; 圖5a至圖5d說明製造根據第四實施例之相變記憶體裝置 之方法中的階段之橫截面圖; 131461.doc •21 - 200908224 圖6a至圖6d說明製造根據第五實施例之相變記憶體裝置 之方法中的階段之橫截面圖;及 圖7說明對在不同縱橫比之開口中的空隙形成之模擬的 結果。 【主要元件符號說明】 100 基板 110 第一絕緣夾層/第一層間絕緣層 115 開口 〇 120 下部電極 125 潤濕層 125a 潤濕層圖案 125b 潤濕層圖案 125c 潤濕層圖案 130 相變材料層 130' 經回流之相變材料層 130a 相變材料圖案 O 130b 相變材料圖案 135 空隙 140 上部電極層 140a 上部電極 140b 上部電極 145 覆蓋層 145a 覆蓋層圖案 150 第二絕緣夾層 131461.doc -22- 200908224 155 導電插塞 160 金屬線 210 第一絕緣夾層
131461.doc -23-
Claims (1)
- 200908224 十、申請專利範圍: !· 一種製造一相變記憶體裝置之方法,其包含: 在一第一層中形成一開口; 在忒開口中且在該第一層上形成一相變材料; T該相變材料加&至一足以使該帛Π中之該相變材料 .回抓的第一溫度,其中該第—溫度小於該相變材料之一 熔點;及 在將該相變材料加熱至該第一溫度之後,圖案化該相 Ο 變材料以在該開口中界定一相變元件。 月求項1之方法,其中該第一層在回流期間展現對該 相變材料之潤濕,且該相變材料直接形成於該第一層 上。 3 ·如咕求項1之方法,其進一步包含在沈積該相變材料之 前在該第一層上形成一潤濕層,該潤濕層接觸該相變材 料。 4.如5月求項3之方法’其中在該開口之側壁上形成該潤濕 〇 層’使得該潤濕層將該開口中之該相變材料與該第一層 分離。 . 5.如請求項4之方法,其中僅在該開口之側壁上形成該潤 濕層。 6.如請求項3之方法,其中該潤濕層包括Ti、TiC、TiN、 Tl〇、Sic、SiN、Ge、GeC、GeN、GeO、C、CN、 TlSl、TiSiC、TiSiN、TiSiO ' TiAl、TiAlC、TiAIN、 TiAlO、丁iw、TiWC、TiWN、TiWO、Ta、TaC、TaN、 131461.doc 200908224 TaO、Cr、CrC、CrN、CrO、Pt、PtC、PtN、PtO、Ir、 IrC、IrN或ir〇中之一或多者。 月长項6之方法,其_該潤濕層包括TiN或TiO中之一 或多者’且該相變材料包括GST。 8. 如叫求項1之方法,其進一步包含在將該相變材料加熱 至該第一溫度之前在該相變材料上形成至少一層。 9. 如明求項8之方法,其中形成該至少一層包括形成一覆 蓋層,該覆蓋層包括氮化物或氧化物中之一或多者。 ' 士月长項8之方法,其中形成該至少一層包括形成一電 極材料層。 11. 如吻求項1〇之方法,其中形成該至少一層包括在該電極 材料層上形成一覆蓋層,使得該電極材料層位於該相變 材料層與該覆蓋層之間。 12. 士明求項丨之方法,其中該第一溫度至少高達該相變材 料之一結晶溫度。 13·如μ求項12之方法’其中該相變材料之該結晶溫度對應 " 於在—相變記憶體裝置中將該相變材料轉換至一晶相時 加熱該相變材料所達到的一溫度。 14.如明求項12之方法,其中該相變材料為,該第—溫 度小於632 C,且該第一溫度為約45〇。匚或以上。 15· —種相變記憶體裝置,其包含: 第—絕緣層,其具有一位於其中之開口; 一位於該開口中之相變元件,該相變元件經由自我加 熱而在非晶系狀態與結晶狀態之間改變;及 131461.doc 200908224 第一電極及第二電極,其分別接觸該相變元件之底表 面及頂表面’其中一用於該相變元件之一相變材料的潤 濕材料與該相變元件接觸。 1 6’如吻求項1 5之裝置’其中用於該相變材料之該潤濕材料 係該第一絕緣層之部分。 1 7.如請求項1 5之裝置,其中: -满濕層安置於位於該第—絕緣層與該相變元件之間 的該開口之侧壁上,且 用於該相變材料之該潤濕材料係該潤濕層之部分。 18’如明求項15之|置’其中在該相變元件與該第―電極之 間的一接觸區域被限制於該相變元件之一下半部分。 19·如凊求項15之裝置,其中在該相變元件與該卜電極之 間的一接觸區域被限制於該相變元件之—底表面。 20·如請求項15之裝置,其中該潤濕材料界定該開口中之該 相變元件的—橫向範圍。 〇 131461.doc
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