相变化记忆体结构制造技术

一种相变化记忆体结构包括以下各项。基板。在基板上设置的底部电极。在底部电极上设置的绝缘层，绝缘层具有在绝缘层中定义的通孔。在通孔中设置的加热器。在加热器上设置的相变材料层。在相变材料层上设置的选择器层。在通孔上设置的中间层。此外，金属层设置在选择器层上。金属层宽于相变材料层。

Phase change memory structure

【技术实现步骤摘要】
相变化记忆体结构
本揭示是关于相变化随机存取记忆体(PCRAM)的元件及其制造方法。特定而言，在本揭示的一些实施例中，本申请案揭示了一种具有全TaN底部电极(BE)结构的相变化随机存取记忆体(PCRAM)及其制造方法。
技术介绍
相变化随机存取记忆体(PCRAM)是利用不同的电阻相以及在包括硫族化物(chalcogenide)及电阻材料的相变材料的相之间的热诱导相转变的非挥发性记忆体元件。相变化随机存取记忆体由众多单元(cell)构成，各个单元独立地起作用。相变化随机存取记忆体单元主要包括加热器及电阻器，此电阻器是主要由可逆相变材料制成的数据储存元件以针对逻辑“0”状态及“1”状态提供至少两个显著不同的电阻率。
技术实现思路
根据本揭露的一实施方式，提供一种相变化记忆体结构包含：基板、在基板上设置的底部电极、在底部电极上设置的绝缘层，其中绝缘层具有在绝缘层中定义的通孔、在通孔中设置的加热器、在加热器上设置的相变材料层、在相变材料层上设置的选择器层、在通孔上设置的中间层、以及在选择器层上设置的金属层。附图说明当结合随附附图阅读时，自以下详细描述将很好地理解本揭示。应强调，根据工业中的标准实务，各个特征并非按比例绘制，并且仅出于说明目的而使用。事实上，出于论述清晰的目的，可任意增加或减小各个特征的尺寸。图1(a)图示了根据本揭示的一实施例的相变化随机存取记忆体的俯视图，并且图1(b)图示了沿着图1(a)的切线I-I’的相变化随机存取记忆体的横截面图；图2(a)图示了根据本揭示的另一实施例的相变化随机存取记忆体的俯视图，并且图2(b)图示了沿着图2(a)的切线I-I’的相变化随机存取记忆体的横截面图；图3(a)图示了根据本揭示的另一实施例的相变化随机存取记忆体的俯视图，并且图3(b)图示了沿着图3(a)的切线I-I’的相变化随机存取记忆体的横截面图；图4图示了根据本揭示的另一实施例的相变化随机存取记忆体的横截面图；图5(a)图示了根据本揭示的另一实施例的相变化随机存取记忆体的横截面图，并且图5(b)图示了图5(a)的相变化随机存取记忆体的替代实施例的横截面图；图6(a)图示了根据本揭示的另一实施例的相变化随机存取记忆体的横截面图，并且图6(b)及图6(c)图示了图6(a)的相变化随机存取记忆体的替代实施例的横截面图；图7(a)、图7(b)、图7(c)、图7(d)、图7(e)、图7(f)、及图7(g)图示了根据本揭示的实施例的用于形成相变化随机存取记忆体的连续制造操作；图8(a)、图8(b)、图8(c)、图8(d)、图8(e)、图8(f)、图8(g)、第图8(h)、及图8(i)图示了根据本揭示的实施例的用于形成相变化随机存取记忆体的连续制造操作；图9(a)、图9(b)、图9(c)、图9(d)、图9(e)、图9(f)、图9(g)、及图9(h)图示了根据本揭示的实施例的用于形成相变化随机存取记忆体的连续制造操作；图10(a)、图10(b)、图10(c)、图10(d)、图10(e)、图10(f)、及图10(g)图示了根据本揭示的实施例的用于形成相变化随机存取记忆体的连续制造操作；图11图示了根据本揭示的实施例的形成相变化随机存取记忆体的方法；图12(a)、图12(b)、图12(c)、图12(d)、图12(e)、及图12(f)图示了根据本揭示的实施例的在通孔中形成加热器的连续制造操作；图13(a)、图13(b)、图13(c)、及图13(d)图示了根据本揭示的实施例的在形成相变化随机存取记忆体时，在加热器顶部上沉积二维层的连续制造操作；图14(a)及图14(c)图示了耦合到加热器的顶部及底部电极的结构；图14(b)图示了元素分析结果。【符号说明】100基板110金属层120底部电极120'顶部电极130第一相变材料层130'第二相变材料层140第一加热器140'第二加热器150绝缘层150'绝缘层150"绝缘层160第一选择器层160'第二选择器层170中间层170'中间层190二维层h、h’通孔S111操作S112操作S113操作S114操作S115操作S116操作S117操作S118操作具体实施方式应理解，以下揭示提供了众多不同的实施例或实例，以用于实现本揭露的不同特征。下文描述部件及排列的特定实施例或实例以简化本揭示。当然，此等仅为实例且并不意欲为限制性。例如，元件的尺寸不限于所揭示的范围或值，但可取决于制程条件及/或元件的期望性质。此外，以下描述中在第二特征上方或第二特征上形成第一特征可包括以直接接触形成第一特征及第二特征的实施例，且亦可包括插入第一特征与第二特征之间而形成额外特征以使得第一特征及第二特征可不处于直接接触的实施例。各种特征可出于简便性及清晰目的而以不同比例任意绘制。另外，为了便于描述，本文可使用空间相对性术语(诸如“之下”、“下方”、“下部”、“之上”、“上部”及类似者)来描述诸图中所示出的一个元件或特征与另一元件(或多个元件)或特征(或多个特征)的关系。除了附图所描绘的定向外，空间相对性术语意欲包含使用或操作中元件的不同定向。设备可经其他方式定向(旋转90度或处于其他定向)且由此可类似解读本文所使用的空间相对性描述词。此外，术语“由…制成(madeof)”可意谓“包含(comprising)”或“由…组成(consistingof)”。在本揭示中，片语“A、B及C的一者”意谓“A、B及/或C”(A、B、C，A及B，A及C，B及C，或A、B及C)，并且不意谓来自A的一个元素、来自B的一个元素及来自C的一个元素，除非另外描述。大体上，为了从相变化随机存取记忆体单元读取状态(数据)，将足够小的电流施加到相变材料，而不触发加热器产生热。以此方式，可以量测相变材料的电阻率，并且可以读取表示电阻率的状态，亦即，“0”状态为高电阻率，或“1”状态为低电阻率。为了将状态(数据)写入相变化随机存取记忆体单元，例如，为了写入表示相变材料的低电阻率相的“1”状态，将中等的电流施加到加热器，此加热器产生热以使相变材料在高于结晶温度但低于熔化温度的温度下退火一时间段，以达到结晶相。为了写入表示相变材料的高电阻率相的“0”状态，将非常大的电流施加到加热器以产生热，以在高于相变材料的熔化温度的温度下熔化相变材料；以及将电流突然切断以将温度降低至低于相变材料的结晶温度，以骤冷并稳定相变材料的非晶结构，以便达到高电阻逻辑“0”状态。非常大的电流可以因此呈脉冲形式。在本揭示中，说明了具有改进的单元结构的相变化随机存取记忆体。图1(a)图示了具有基板100、在基板100上形成的底部电极120(其中底部电极可为位元线)、在底部电极120上形成的相变材料层130、以及在相变材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相变化记忆体结构，其特征在于，包含：/n一基板；/n一底部电极，设置在该基板上；/n一绝缘层，设置在该底部电极上，该绝缘层具有在该绝缘层中定义的一通孔；/n一加热器，设置在该通孔中；/n一相变材料层，设置在该加热器上；/n一选择器层，设置在该相变材料层上；/n一中间层，在该通孔上；以及/n一金属层，设置在该选择器层上。/n

【技术特征摘要】
20180706 US 62/694,855;20190426 US 16/395,8951.一种相变化记忆体结构，其特征在于，包含：
一基板；
一底部电极，设置在该基...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴昭谊，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71