TWI429070B - 包含可相變之材料區域之記憶體裝置及其製造方法 - Google Patents
包含可相變之材料區域之記憶體裝置及其製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI429070B TWI429070B TW096132129A TW96132129A TWI429070B TW I429070 B TWI429070 B TW I429070B TW 096132129 A TW096132129 A TW 096132129A TW 96132129 A TW96132129 A TW 96132129A TW I429070 B TWI429070 B TW I429070B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- electrode
- contact
- insulating layer
- phase changeable
- forming
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 45
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 21
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 239000011800 void material Substances 0.000 claims description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- -1 ZrSiN Inorganic materials 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910015345 MOn Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910019794 NbN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910004491 TaAlN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910003071 TaON Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910004200 TaSiN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910010037 TiAlN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910010060 TiBN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910010282 TiON Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910008484 TiSi Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910008482 TiSiN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910008807 WSiN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QRXWMOHMRWLFEY-UHFFFAOYSA-N isoniazide Chemical compound NNC(=O)C1=CC=NC=C1 QRXWMOHMRWLFEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000280 densification Methods 0.000 claims 1
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 71
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 2
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229920003209 poly(hydridosilsesquioxane) Polymers 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
- H10N70/231—Multistable switching devices, e.g. memristors based on solid-state phase change, e.g. between amorphous and crystalline phases, Ovshinsky effect
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B63/00—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices
- H10B63/80—Arrangements comprising multiple bistable or multi-stable switching components of the same type on a plane parallel to the substrate, e.g. cross-point arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/011—Manufacture or treatment of multistable switching devices
- H10N70/061—Shaping switching materials
- H10N70/066—Shaping switching materials by filling of openings, e.g. damascene method
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/821—Device geometry
- H10N70/826—Device geometry adapted for essentially vertical current flow, e.g. sandwich or pillar type devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/821—Device geometry
- H10N70/828—Current flow limiting means within the switching material region, e.g. constrictions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
- H10N70/882—Compounds of sulfur, selenium or tellurium, e.g. chalcogenides
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/70—Nanostructure
- Y10S977/832—Nanostructure having specified property, e.g. lattice-constant, thermal expansion coefficient
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/902—Specified use of nanostructure
- Y10S977/932—Specified use of nanostructure for electronic or optoelectronic application
- Y10S977/943—Information storage or retrieval using nanostructure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Description
本發明大體上係關於非揮發性記憶體裝置及其製造方法，且更特定言之，係關於可相變之記憶體單元及其製造方法。
非揮發性記憶體裝置通常即使當其電源中斷時亦保持其所儲存之資料。許多非揮發性記憶體裝置使用具有堆疊閘極結構之快閃記憶體單元。堆疊閘極結構通常包括穿隧氧化物(tunnel oxide)、浮動閘極(floating gate)、閘間介電質(intergate dielectric)及控制閘電極。改良穿隧氧化物及增加單元耦接比率可增強快閃記憶體單元之可靠性及程式化效率。
此處稱作可相變之記憶體裝置之新型非揮發性記憶體裝置已作為對快閃記憶體裝置的替代而提出。可相變之材料具有至少兩個穩定狀態，其可使用溫度變化來達成。舉例而言，若可相變之材料在經加熱至高於熔化溫度之溫度之後冷卻，則其可達成一非晶態。另一方面，若相同可相變之材料在加熱至一高於結晶溫度但低於熔化溫度之溫度之後冷卻，則其可達成一結晶狀態。處於非晶態之可相變之材料層之電阻率可高於結晶狀態中的電阻率，且電阻之變化可用以區分可相變之記憶體單元中之邏輯"1"或邏輯"0"。
減少電極與可相變之材料之間的接觸面積以增強可相變
之記憶體裝置之效率描述於題為"METHOD OF MAKING AN INTEGRATED CIRCUIT ELECTRODE HAVING A REDUCED CONTACT AREA"的美國專利第6,117,720號中。
圖1為典型習知可相變之記憶體裝置之橫截面視圖。所說明之習知可相變之記憶體裝置包括形成於半導體基板上之底部電極60及安置於底部電極60上的層間介電質50。插塞42安置於層間介電質50中之開口內且電連接至底部電極60。間隔層44形成於開口中之層間介電質60之側壁上且形成於插塞42上。接觸點46形成於間隔層44之間，與插塞42接觸。接觸點46可由可相變之材料或傳導材料形成。若接觸點46由傳導材料形成，則可相變之層62可形成於層間介電質50及接觸點46上。
此習知可相變之記憶體裝置具有堆疊結構，且因此可提供較小佔據面積及較高整合密度的優勢。然而，可能會在傳導材料與可相變之材料之間的接觸面積處或附近產生應力，此情形可使相位可變特性降級。相位改變通常使用由通過可相變之材料及傳導材料之接觸電阻的電流產生之熱量來完成。然而，熱量可在接觸面積之邊界48處或附近耗散，導致令人不滿意之相位改變。
舉例而言，參看圖2，當電流流過接觸點46及底部電極60時，歸因於邊界之接觸電阻，在接觸點46與可相變之層62之間的邊界處或附近可產生熱量。熱量可改變區域PC中之可相變之材料之狀態。然而，熱量e有時可在邊界處或
附近耗散或損耗，導致令人不滿意之相位改變。令人不滿意之相位改變可導致不精確之資料儲存。
在本發明之一些實施例中，記憶體裝置包括第一電極及第二電極以及安置於第一電極與第二電極之間的可相變之材料區域。該可相變之材料區域包括接觸第一電極及第二電極中之各別電極之第一部分及第二部分，以及第三部分，該第三部分將第一部分與第二部分互連且經組態以回應於通過第一電極與第二電極之間的電流而相對於第一部分及第二部分受熱。在一些實施例中，可相變之材料區域之第一部分及第二部分可在各別第一電極接觸表面及第二電極接觸表面處接觸第一電極及第二電極中的各別電極，且第三部分可具有小於第一接觸表面及第二接觸表面中之每一者之面積的橫截面面積。舉例而言，在一些實施例中，第一部分可包括第一電極上之第一平坦區域，第三部分可包括自第一區域與第一電極相對經由第一區域上之絕緣層中之開口延伸的細絲部分，且第二部分可包括絕緣層及細絲部分上之第二平坦區域，且第二電極可與細絲部分相對而安置於第二平坦區域上。
根據本發明之額外實施例，記憶體裝置包括第一電極及第二電極以及可相變之材料區域，該可相變之材料區域安置於第一電極與第二電極之間且包括與第一電極接觸之第一部分、與第二電極接觸之第二部分，及連接第一部分與第二部分之細絲狀第三部分。第一部分與第一電極之接觸
面積及第二部分與第二電極之接觸面積可各大於第三部分的橫截面面積。第一電極及第二電極及可相變之材料區域可經組態以將相位改變大體上限於第三部分。
額外實施例提供製造記憶體裝置之方法，該方法包括：形成第一電極及第二電極及形成可相變之材料區域，該可相變的材料區域與第一電極及第二電極接觸且包括與第一電極接觸之第一部分、與第二電極接觸之第二部分，及連接第一部分與第二部分的細絲狀第三部分。可相變之材料區域與第一電極之間的接觸面積及可相變之材料區域與第二電極之間的接觸面積可各大於第三部分之橫截面面積。
形成第一電極及第二電極可包括在基板上形成第一電極。形成與第一電極及第二電極接觸且包括與第一電極接觸之第一部分、與第二電極接觸之第二部分及連接第一部分與第二部分的細絲狀第三部分之可相變之材料區域可包括在第一電極上形成可相變的材料區域。形成第一電極及第二電極可進一步包括在可相變之材料區域上形成第二電極。在其他實施例中，在第一電極上形成可相變之材料區域包括在第一電極上形成第一絕緣層，在第一絕緣層上形成第二絕緣層，在第二絕緣層中形成曝露第一絕緣層之開口，經由第一開口蝕刻第一絕緣層以在第一電極上方形成空隙，在第二絕緣層上形成可相變之材料層且佔據空隙及第二絕緣層中之開口，及圖案化第二絕緣層上之可相變之材料層之一部分。
現將在下文中參考隨附圖式來更充分地描述本發明，其中說明本發明之例示性實施例。然而，本發明可以不同形式實施且不應解釋為限於本文中提出之實施例。實情為，提供此等實施例以使得此揭示案將為徹底且完整的，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明之範疇。
將理解，當一元件或層稱作"在"另一元件或層之"上"、"連接至"及/或"耦接至"另一元件或層時，該元件或層可直接位於其他元件或層上，直接連接至及/或直接耦接至其他元件或層，或可存在插入元件或層。相反，當一元件稱作"直接位於"另一元件或層"上"、"直接連接至"及/或"直接耦接至"另一元件或層時，則不存在插入元件或層。於本文中使用時，術語"及/或"包括相關聯之所列舉項目中的一或多者之任何及所有組合。
亦將理解，儘管本文中可使用術語"第一"、"第二"等等來描述各種元件、組件、區域、層及/或區段，但是此等元件、組件、區域、層及/或區段不應受此等術語限制。實情為，使用此等術語僅為了便於將一元件、組件、區域、層及/或區段與另一元件、組件、區域、層及/或區段區分開。舉例而言，在不脫離本發明之教示之情形下，第一元件、組件、區域、層及/或區段可稱為第二元件、組件、區域、層及/或區段。
空間相對術語，諸如"在…以下"、"低於"、"下部"、"在…以上"、"上部"、"頂部"、"底部"及類似術語可用以描述如圖式中所說明之元件及/或特徵與另一(些)元件及/
或特徵之關係。將理解，空間相對術語意欲涵蓋除圖式中所描繪之定向以外的使用中之裝置及/或操作之不同定向。舉例而言，當翻轉圖式中之裝置時，描述為低於及/或在其他元件或特徵以下之元件則將定向於其他元件或特徵以上。裝置可以其他方式定向(旋轉90度或其他定向)，且相應地解釋本文中所使用之空間相對描述符。於本文中使用時，"高度"係指與基板之面大體正交之方向。
本文中所使用之術語僅用於描述特定實施例之目的且並非意欲限制本發明。於本文中使用時，單數術語"一"及"該"意欲亦包括複數形式，除非上下文另外明確地指出。將進一步瞭解，術語"包含"、"包括"、"具有"及其變化形式指定所陳述之特徵、整體、步驟、操作、元件，及/或組件之存在，但並不排除一或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、組件，及/或其群組的存在及/或添加。
本發明之實施例可參考橫截面說明來描述，該等橫截面說明為本發明之理想化實施例的圖解說明。同樣，可預期由於(例如)製造技術及/或容許度而自所說明形狀之變化。因此，本發明之實施例不應解釋為限於本文中所說明之區域的特定形狀，而包括由(例如)製造導致之形狀之偏離。舉例而言，說明為矩形之區域可具有圓形或彎曲特徵。因此，圖式中所說明之區域在性質上為示意性的且並非意欲限制本發明之範疇。相同參考數字貫穿全文指代相同元件。
除非另外定義，否則本文中所使用之所有術語(包括技
術及科學術語)具有與一般熟習本發明所屬之技術者所通常理解之意義相同之意義。將進一步理解，諸如常用辭典中所定義之術語之術語應理解為具有與其在相關技術的上下文中之意義一致之意義，且將不以理想化或過度正式之意義加以解釋，除非本文中明確如此定義。
圖3及圖4分別為根據本發明之一些實施例之可相變之記憶體裝置的透視圖及橫截面視圖。
參看圖3及圖4，提供底部電極102及頂部電極112a。可相變之圖案110a插入於底部電極102與頂部電極112a之間。可相變之圖案110a包括自底部電極102朝向頂部電極112a向上延伸之細絲部分PL。細絲部分PL沿垂直於其中流過之電流之平面的橫截面面積及/或長度可使得熱量產生集中於細絲部分PL中，且相位改變大體上限於細絲部分PL。
可相變之圖案110a可包括分別耦接至細絲部分PL之頂部末端及底部末端的平坦頂板部分TP及平坦底板BP。底板部分BP之底部表面與底部電極102接觸，且頂板部分TP之頂部表面與頂部電極112a接觸。因此，可相變之圖案100a之頂部表面與頂部電極112a接觸，且其底部表面與底部電極102接觸。另外，與頂部電極112a之接觸面積及與底部電極102之接觸面積皆大於細絲部分PL的橫截面面積。
電位差可建立於底部電極102與頂部電極112a之間以產生通過可相變之圖案110a之電流。通過細絲部分PL之電流產生可引發相位改變之熱量。亦即，雖然可相變之層之狀
態習知地使用在電極與可相變之層之接觸表面處產生的熱量來轉換，但在本發明之一些實施例中，相位改變可替而使用由可相變之材料區域內遠離電極接觸表面之薄層電阻產生之熱量來完成。因此，有可能減少或防止由接觸邊界處過多的熱量耗散導致之可相變之特性降級。使用此技術產生之熱量可提供改良之熱隔離。因此，在接觸表面處或附近發生之令人不滿意之相位改變可得以減少或消除，此情形可允許資料更可靠地儲存。
如所說明，相位改變發生於細絲部分PL中。因為橫向延伸之頂板部分TP及底板部分BP可具有足夠大之面積以具有相對薄層電阻較低之接觸電阻，所以可減少由儲存部分佔據的面積。
底部電極102及頂部電極112a中之每一者可由具有較佳電導率之材料製造。習知地，與可相變之部分接觸之電極由高電阻材料製造，此係因為其在與可相變之層之邊界處應具有高電阻。然而，在本發明之一些實施例中，因為接觸電阻未用以引發相位改變，所以廣泛範圍之材料可用於電極。
通常，電阻與橫截面面積成反比，且與長度成正比。由此，細絲部分PL之橫截面面積及長度可根據記憶體裝置之操作電壓及電流條件來設計。
圖5至圖8為說明用於製造根據本發明之一些實施例之可相變之記憶體裝置的操作之圖。
參看圖5，底部電極102形成於半導體基板100上。儘管
圖式中未展示，但底部電極102可電連接至半導體基板100之預定區域。
底部電極102可由具有較佳電導率之材料製造。用於底部電極102之有用材料之範圍可大於習知結構中有用的材料之範圍。底部電極102可包括(例如)TiN、TaN、WN、MoN、NbN、TiSiN、TiAlN、TiBN、ZrSiN、WSiN、WBN、ZrAlN、MoSiN、MoAlN、TaSiN、TaAlN、Ti、W、Mo、Ta、TiSi、TaSi、TiON、TiAlON、WON、TaON及/或傳導碳族。另外，底部電極102可由諸如傳導矽鋁、銅或其類似物之各種傳導材料中之一者製造。
在一些實施例中，第一絕緣層104及第二絕緣層106形成於形成有底部電極102之所得結構上。第一絕緣層104及第二絕緣層106中之每一者可包括氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿、氫倍半氧矽烷(HSQ)及/或可流動氧化物(FOX)。第一絕緣層104可由相對於第二絕緣層106呈現蝕刻選擇性之材料製造。舉例而言，對於特定蝕刻溶液或特定蝕刻氣體，第一絕緣層104之蝕刻速率可高於第二絕緣層106之蝕刻速率。
具有開口108h之遮罩圖案108形成於第二絕緣層106上。遮罩圖案108可由相對於第二絕緣層106具有蝕刻選擇性之有機或無機材料製造。開口108h之尺寸可借助於(例如)雙重曝光方法(double exposure method)或習知尺寸減縮方法來調節。
參看圖6，使用遮罩圖案108作為蝕刻遮罩對第二絕緣層
106進行蝕刻，形成孔106a以曝露第一絕緣層104。孔106a可經形成以安置於底部電極102上。
由孔106a曝露之第一絕緣層104可經橫向蝕刻以形成一底切空隙104h。底切空隙104h之形成可藉由完全移除底部電極102上之第一絕緣層104來完成，或底切區域104h的邊界可安置於底部電極102上。結果，連接至孔106a之空隙形成於底部電極102上以曝露底部電極102。
可在形成底切區域104h之前或之後移除遮罩圖案108。因為第一絕緣層104具有高於第二絕緣層106之蝕刻速率，所以可使用第二絕緣層106作為蝕刻遮罩來蝕刻第一絕緣層104。可在第一絕緣層104具有高於第二絕緣層106之蝕刻選擇性之蝕刻條件下來抑制孔106a之延伸。孔106a之初始直徑及蝕刻條件可考慮孔106a之最終形式的直徑來選擇。
參看圖7，可相變之層110及頂部電極層112相繼形成於第二絕緣層106上。可相變之層110經由孔106a填充空隙104h。可以可相變之層110完全或部分填充空隙104h。
可相變之層110在孔106a內可為連續的且可經形成以與底部電極102接觸。第一絕緣層104界定在空隙104h處形成之可相變之層110之邊界。
在所說明之實施例中，可相變之層110形成於孔106a處且因此可具有一細絲部分。因為細絲部分可在沈積處理期間形成且並非藉由蝕刻形成，所以可減少或消除蝕刻損傷。因此，可減少由蝕刻損傷引發之可相變之特性降級。
參看圖8，頂部電極層112及可相變之層110經連續圖案化以形成頂部電極112a及可相變之圖案110a。可相變之圖案110a安置於底部電極102與頂部電極112a之間以待連接至底部電極102及頂部電極112a。
如所說明，可相變之圖案110a包括具有連接至底部電極102之底部表面的平坦底板部分BP、具有連接至頂部電極112a之頂部表面之平坦頂板部分TP，及連接底板部分BP與頂板部分TP的細絲部分PL。細絲部分PL可具有相對較小的橫截面，使得由細絲部分PL處之高電阻產生熱量。
在本發明之一些實施例中，減少底部電極102及頂部電極112a之面積以使儲存部分所佔據的面積更小。可使可相變之圖案110a與底部電極102之接觸面積以及可相變之圖案110a與底部電極112a之接觸面積大於細絲部分PL之橫截面面積。因為細絲部分PL可相對較薄，所以可允許減少底部電極102及頂部電極112a之面積。
可在不使用蝕刻處理之情形下在可相變之層的形成期間形成細絲部分PL。因此，可減少或消除由蝕刻損傷引發之可相變之特性降級。另外，因為細絲部分PL不接觸電極，所以可進一步減少或消除可相變之特性降級。
根據本發明之一些實施例，可相變之圖案包括底部電極與頂部電極之間的細絲部分，且相位改變大體上限於細絲部分。可減少或消除接觸邊界處之熱耗散，且可增加熱隔離，此情形可提供更可靠之資料儲存能力。因為細絲部分可在無蝕刻之情形下形成，所以可減少或消除由蝕刻損傷
引發之可相變之特性降級。因為發生相位改變處之細絲部分未與金屬層接觸，所以亦可減少或消除由邊界應力引發之可相變之特性降級。細絲狀相位改變區域之使用亦可允許達成高整合密度。
上文為本發明之說明且不應解釋為其限制。儘管已描述本發明之一些實施例，但熟習此項技術者將易理解，在不本質上脫離本發明之新奇教示及優勢的情形下，該等實施例之許多修改為可能的。因此，所有此等修改意欲包括於如申請專利範圍中界定之本發明之範疇內。本發明由以下申請專利範圍界定。
42‧‧‧插塞
44‧‧‧間隔層
46‧‧‧接觸點
48‧‧‧邊界
50‧‧‧層間介電質
60‧‧‧底部電極
62‧‧‧可相變之層
100‧‧‧半導體基板
102‧‧‧底部電極
104‧‧‧第一絕緣層
104h‧‧‧底切空隙
106‧‧‧第二絕緣層
106a‧‧‧孔
108‧‧‧遮罩圖案
108h‧‧‧開口
110‧‧‧可相變之層
110a‧‧‧圖案
112‧‧‧頂部電極層
112a‧‧‧頂部電極
BP‧‧‧底板部分
e‧‧‧熱量
PC‧‧‧區域
PL‧‧‧細絲部分
TP‧‧‧頂板部分
圖1為習知可相變之記憶體裝置之橫截面視圖。
圖2為說明圖1之習知可相變之記憶體裝置的某些可能缺陷之圖。
圖3及圖4為根據本發明之一些實施例之可相變之記憶體裝置的橫截面圖。
圖5至圖8為說明用於製造根據本發明之一些實施例之可相變之記憶體裝置的操作之橫截面圖。
100‧‧‧半導體基板
102‧‧‧底部電極
104‧‧‧第一絕緣層
106‧‧‧第二絕緣層
106a‧‧‧孔
110a‧‧‧圖案
112a‧‧‧頂部電極
BP‧‧‧底板部分
PL‧‧‧細絲部分
TP‧‧‧頂板部分
Claims (14)
- 一種記憶體裝置，其包含：第一電極及第二電極；及一可相變之材料區域，其安置於該第一電極與該第二電極之間，且包含接觸該第一電極及該第二電極中之各別電極的第一部分及第二部分，以及一第三部分，該第三部分將該第一部分與該第二部分互連且經組態以回應於一通過該第一電極與該第二電極之間的電流而相對於該第一部分及該第二部分受熱。
- 如請求項1之裝置，其中該第三部分包含一電流密化部分。
- 如請求項1之裝置，其中相位改變發生於該第三部分處。
- 如請求項2之裝置，其中該可相變之材料區域的該第一部分及該第二部分在各別第一電極接觸表面及第二電極接觸表面處接觸該第一電極及該第二電極中之各別電極，且其中該第三部分具有一小於該第一電極接觸表面及該第二電極接觸表面中之每一者的面積之橫截面面積。
- 如請求項1之裝置：其中該第一部分包含一在該第一電極上之第一平坦區域；其中該第三部分包含一細絲部分，該細絲部分自該第一平坦區域與該第一電極相對經由該第一平坦區域上之 一絕緣層中之一開口延伸；其中該第二部分包含一在該絕緣層及該細絲部分上之第二平坦區域；且其中該第二電極與該細絲部分相對而安置於該第二平坦區域上。
- 一種記憶體裝置，其包含：第一電極及第二電極；及一可相變之材料區域，其安置於該第一電極與該第二電極之間，且包含一與該第一電極接觸之第一部分、一與該第二電極接觸的第二部分，及一連接該第一部分與該第二部分之細絲狀的第三部分。
- 如請求項6之記憶體裝置，其中該第一部分與該第一電極之一接觸面積及該第二部分與該第二電極之一接觸面積皆大於該第三部分之一橫截面面積。
- 如請求項6之記憶體裝置，其中該第一電極及該第二電極及該可相變之材料區域經組態以將相位改變大體上限於該第三部分。
- 一種製造一記憶體裝置之方法，其包含：形成第一電極及第二電極；及形成一可相變之材料區域，其與該第一電極及該第二電極接觸，且包含一與該第一電極接觸之第一部分、一與該第二電極接觸的第二部分，及一連接該第一部分與該第二部分之細絲狀的第三部分。
- 如請求項9之方法，其中該可相變之材料區域與該第一 電極之間的一接觸面積及該可相變之材料區域與該第二電極之間的一接觸面積皆大於該第三部分之一橫截面面積。
- 如請求項9之方法：其中形成第一電極及第二電極包含在一基板上形成該第一電極；其中形成與該第一電極及該第二電極接觸且包含一與該第一電極接觸之第一部分、一與該第二電極接觸之第二部分及一連接該第一部分與該第二部分的細絲狀第三部分之一可相變之材料區域包含在該第一電極上形成該可相變之材料區域；且其中形成第一電極及第二電極進一步包含在該可相變之材料區域上形成該第二電極。
- 如請求項11之方法，其中在該第一電極上形成該可相變之材料區域包含：在該第一電極上形成一第一絕緣層；在該第一絕緣層上形成一第二絕緣層；在該第二絕緣層中形成一曝露該第一絕緣層之開口；經由該開口蝕刻該第一絕緣層以在該第一電極上方形成一空隙；在該第二絕緣層上形成一可相變之材料層且佔據該空隙及該第二絕緣層中之該開口；及圖案化該第二絕緣層上之該可相變之材料層之一部分。
- 如請求項12之方法，其中經由該開口蝕刻該第一絕緣層以在該第一電極上方形成一空隙包含：相對於該開口橫向蝕刻該第一絕緣層以形成該空隙。
- 如請求項11之方法，其中該第一電極包含TiN、TaN、WN、MoN、NbN、TiSiN、TiAlN、TiBN、ZrSiN、WSiN、WBN、ZrAlN、MoSiN、MoAlN、TaSiN、TaAlN、Ti、W、Mo、Ta、TiSi、TaSi、TiON、TiAlON、WON、TaON及/或一傳導碳族。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060082391A KR100795906B1 (ko) | 2006-08-29 | 2006-08-29 | 상변화 기억장치 및 그 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW200824112A TW200824112A (en) | 2008-06-01 |
| TWI429070B true TWI429070B (zh) | 2014-03-01 |
Family
ID=39150223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW096132129A TWI429070B (zh) | 2006-08-29 | 2007-08-29 | 包含可相變之材料區域之記憶體裝置及其製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7759668B2 (zh) |
| KR (1) | KR100795906B1 (zh) |
| TW (1) | TWI429070B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7473921B2 (en) * | 2006-06-07 | 2009-01-06 | International Business Machines Corporation | Nonvolatile memory cell with concentric phase change material formed around a pillar arrangement |
| CN102376883B (zh) * | 2010-08-24 | 2016-01-06 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 相变存储器的制造方法 |
| US8188897B2 (en) | 2010-10-29 | 2012-05-29 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Analog to digital converter |
| US9627612B2 (en) | 2014-02-27 | 2017-04-18 | International Business Machines Corporation | Metal nitride keyhole or spacer phase change memory cell structures |
| CN115483248A (zh) * | 2021-06-16 | 2022-12-16 | 华为技术有限公司 | 一种相变存储器、电子设备和相变存储器的制备方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6861267B2 (en) | 2001-09-17 | 2005-03-01 | Intel Corporation | Reducing shunts in memories with phase-change material |
| KR101006515B1 (ko) * | 2004-06-30 | 2011-01-10 | 주식회사 하이닉스반도체 | 상변환 기억 소자 및 그 제조방법 |
| KR101052863B1 (ko) | 2004-06-30 | 2011-07-29 | 주식회사 하이닉스반도체 | 상변화 기억 소자 및 그 제조방법 |
| KR100668825B1 (ko) | 2004-06-30 | 2007-01-16 | 주식회사 하이닉스반도체 | 상변화 기억 소자 및 그 제조방법 |
| KR100997785B1 (ko) * | 2004-12-10 | 2010-12-02 | 주식회사 하이닉스반도체 | 상변환 기억 소자 및 그 제조방법 |
| KR100707182B1 (ko) | 2005-02-18 | 2007-04-13 | 삼성전자주식회사 | 상전이 메모리 소자 및 제조방법 |
| US7473921B2 (en) * | 2006-06-07 | 2009-01-06 | International Business Machines Corporation | Nonvolatile memory cell with concentric phase change material formed around a pillar arrangement |
| US20080023685A1 (en) * | 2006-07-28 | 2008-01-31 | Wolodymyr Czubatyj | Memory device and method of making same |
| US7442603B2 (en) * | 2006-08-16 | 2008-10-28 | Macronix International Co., Ltd. | Self-aligned structure and method for confining a melting point in a resistor random access memory |
-
2006
- 2006-08-29 KR KR1020060082391A patent/KR100795906B1/ko active IP Right Grant
-
2007
- 2007-08-24 US US11/844,534 patent/US7759668B2/en active Active
- 2007-08-29 TW TW096132129A patent/TWI429070B/zh active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100795906B1 (ko) | 2008-01-21 |
| TW200824112A (en) | 2008-06-01 |
| US7759668B2 (en) | 2010-07-20 |
| US20080054245A1 (en) | 2008-03-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI430487B (zh) | 相變化記憶體裝置以及製造該裝置之方法 | |
| US7842536B2 (en) | Vacuum jacket for phase change memory element | |
| US7105396B2 (en) | Phase changeable memory cells and methods of fabricating the same | |
| US7042001B2 (en) | Phase change memory devices including memory elements having variable cross-sectional areas | |
| US7670871B2 (en) | Method of fabricating a phase-change memory | |
| US7888164B2 (en) | Programmable via structure and method of fabricating same | |
| US20060189045A1 (en) | Method for fabricating a sublithographic contact structure in a memory cell | |
| KR100789045B1 (ko) | 상 변화 물질용 접속 전극, 관련 상 변화 메모리 소자, 및관련 제조 방법 | |
| US7679163B2 (en) | Phase-change memory element | |
| US8445887B2 (en) | Nonvolatile programmable switch device using phase-change memory device and method of manufacturing the same | |
| TWI446528B (zh) | 相變化記憶體元件及其形成方法 | |
| US7659534B2 (en) | Programmable via devices with air gap isolation | |
| JP2006190941A (ja) | 相変化メモリおよびその製造方法 | |
| TW200828518A (en) | Phase change memory cell with thermal barrier and method for fabricating the same | |
| KR20070006451A (ko) | 상전이 메모리 소자 및 그 제조방법 | |
| TWI771625B (zh) | 半導體裝置與記憶體晶胞 | |
| US7811933B2 (en) | CMOS-process-compatible programmable via device | |
| TWI429070B (zh) | 包含可相變之材料區域之記憶體裝置及其製造方法 | |
| US20140367630A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing same | |
| US20080186762A1 (en) | Phase-change memory element | |
| KR100548583B1 (ko) | 상변환기억 소자의 형성방법 | |
| US20070291533A1 (en) | Phase change memory device and fabrication method thereof | |
| TWI818709B (zh) | 相變化記憶體結構及其製造方法 | |
| US20230093604A1 (en) | Phase-change memory with embedded air gap | |
| KR100831159B1 (ko) | 상변화 메모리 및 그 제조방법 |